JP3179471B2 - ベンチレータ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は概ね呼吸ベンチレータに関し、更に詳細に
は、気体を混合し、かつ制御された若しくは自発的な呼
吸のために呼吸気体を送る空気作動電子制御ベンチレー
タ装置に関する。

（従来の技術） 従来の呼吸ベンチレータは、一般的には正の過圧呼吸
気体を患者に送り、患者の呼吸パターンにおける圧力変
動に応答して所定の方法で圧力をかけた呼吸気体を送る
ことができ、又は、各呼吸について制御して患者に所定
容量の呼吸気体を供給するように作動させることができ
る。呼吸気体は、一般的には高い濃度の酸素を含んでい
る。酸素を増加させた気体を受け入れるための貯蔵器を
有しており、その貯蔵器から気体が抜取られるのを監視
するためのセンサと、検知された抜取り速度で所定の酸
素濃度の気体を得るべく、気体を充填するための最小時
間を決定するためのマイクロプロセッサとを備えている
酸素濃縮器が、ローランド（Bowland）の米国特許第4,5
61,287号に説明されている。窒素を吸収するための分子
ふるい床を備えた複数のキャニスタは、酸素を増加させ
た気体を貯蔵器に送り、圧縮器から別のふるい床に空気
を差し向けるためのバルブ機構が備えられている。所定
の比率で２つの気体を混合するための別の装置は、別々
の入口を介して圧力容器に入る２つの気体の導入手段を
備えており、その導入手段は、適当な比率の混合気体を
形成するため、第１の圧力になるまで第１の気体を受け
入れ、次いで第２の圧力になるまで第２の気体を受け入
れる。この装置は、ドブリッツ（Dobritz）の米国特許
第4,022,234号及び4,023,587号に説明されている。混合
気体は、受入れ容器内で初期圧力になるまで抜き取ら
れ、初期圧力になったとき気体の抜取りが中断され、再
び混合サイクルが始まる。吸入サーボユニットによる患
者への呼吸気体の流量及び圧力のフィードバック制御も
又、ジョンソンら（jonsson et al.）の米国特許第3,74
1,208号に説明されている。

（発明が解決しようとする課題） 受入れ容器に含まれている呼吸気体の圧力に応答し
て、及び呼吸気体が提供される呼吸の様々な態様に応じ
て、所定の方法で呼吸気体の構成気体を混合することの
できるベンチレータ装置を提供することが望ましいであ
ろう。

（課題を解決するための手段） 本発明は、封入容器から患者へ呼吸気体を送るための
装置を提供し、この装置は、封入容器内の気体の量の測
定と、封入容器内の圧力に応答した封入容器内への呼吸
気体流れの制御と、封入容器の圧力若しくは容量の変動
に応答した呼吸気体の流出制御とを含んでいる。

簡潔かつ一般的には、呼吸気体を患者に送るためのベ
ンチレータ装置は、封入容器と、その封入容器を呼吸気
体源に接続している入口手段と、その封入容器を患者に
接続している出口手段と、その封入容器内の気体の量を
検知するためのセンサと、封入容器内で検知された気体
の量に応答した封入容器への呼吸気体の流入を制御する
ための手段と、封入容器内の気体の量における変動に応
答した呼吸気体の流出を制御するための手段とから成
る。

本発明の装置の好ましい実施例では、容器内で検知さ
れた圧力若しくは容量に基いて容器からの気体の流出速
度を決定するための手段と、その流出速度と所定の値と
を比較するための手段と、この比較に基いて流出を調整
するための手段をも備えている。入口流れ制御は又、容
器内の圧力若しくは容量を所定の値と比較するための装
置と、この比較に応答して容器を充填するためのバルブ
機構を備えていることが好ましい。本発明の別の好まし
い実施例では、容器内における予想変動速度に基いて、
封入容器の予想圧力若しくは容量を決定するための手段
を、予想圧力若しくは容量に応答して容器を満たすため
のバルブ機構とともに備えている。封入容器は、容器内
に含まれている呼吸気体の温度変動を減少するための手
段をも収容しているのが好ましい。

本発明のベンチレータにより、２つの基本的な呼吸形
式が支援される。強制呼吸が支援され、その場合には、
患者に供給される呼吸の物理特性は、操作員の選択した
設定値によって完全に特定される。操作員によって選択
される物理特性は、波形、一回の呼吸量、ピーク吸入流
れ、酸素濃度のような組成及びサイクル時間を含んでい
るのがよい。強制呼吸パターンは独立した操作員又は患
者によっても開始することができる。

自発呼吸パターンも本発明によって支援されている。
自発呼吸は、吸入気体流れや一回分の容量が患者の行為
によってのみ決定されるものである。しかしながら、呼
吸気体の組成は、酸素濃度の所定のパラメータの値によ
って決定される。患者への呼吸気体流れは、空気通路圧
力の変動が引き金となり、操作員の選択した設定値の正
の末端吸入圧力（PEEP）及び感度によって制御すること
ができる。連続する正の空気通路圧力（CPAP）が与えら
れる。「感度」はPEEP以下の圧力レベルであり、患者が
開始した強制呼吸又はベンチレータからの自発呼吸を起
こすため、患者がつくらなければならない。強制呼吸
は、パラメータ設定値に従ったベンチレータ、操作員又
は患者によって開始することができる。ベンチレータが
開始した呼吸は、呼吸速度について操作員が選択した値
によって決定される一定のサイクル間隔で供給される。
操作員が開始した呼吸は、操作員が手動制御によって決
定する。患者が開始した呼吸は、感度のために操作員が
選択した値に等しい量によって患者がPEEP以下に空気通
路圧力を減らしたときにはいつでも供給される。

本発明は、呼吸気体における酸素濃度の正確な制御も
行なう。気体の測定は理想気体の法則を基礎とし、その
気体の法則は、気体の圧力と容量の積が気体のモル数と
その温度の積に比例することを説明している。すなわ
ち、 PV＝NRT ここで、Ｐは気体の絶対圧力、Ｖは気体の容量、Ｎは
気体のモル数、Ｒは気体定数、Ｔは気体の温度である。

かくして、一定容量の容器内の気体のモル数は、容
量、気体圧力及び気体温度を測定することによって間接
的に決定することができる。この法則の簡単な拡張によ
り、もし気体が容器に加えられ又は除去されたならば、
圧力は次の比例量だけ変動するであろう。

ΔＰ＝ΔNRT/V （１） これに加えて、同一の空間を占める２つの理想気体
は、ドルトン（Dalton）の分圧の法則に従って挙動す
る。すなわち、 Ｐ＝（N1＋N2）RT/V （２） 混合制御アルゴリズムは式（１）及び（２）に基いて
いる。（１）式から、容器に注入された気体のモル数
は、測定された圧力変動に比例する。すなわち、 ΔＮ＝ΔPV/TR （３） かくして、容器の適当な基準化によって、圧力変動測
定値は、注入された気体についての一定容量の容器のモ
ル数として直接読み取ることができ、これを気体混合制
御に使用することができる。

（２）式から、呼吸気体封入容器の各気体のモル数、
即ち第１の気体（例えば酸素（oxygen））及び第２の気
体（例えば空気（air））のそれぞれのモル数NO、NA
を、封入容器のモル比及び圧力から計算することができ
る。すなわち、 NA＝混合比率・PV/TR （４） NO＝（１−混合比率）・PV/TR （５） 封入容器を所望の混合比率で充填するため、封入容器
内の最初の各気体のモル数又は分子数が（４）及び
（５）式を適用することによって評価される。各気体の
所望のモル数又は分子数は、所望の混合比率及び圧力に
ついてのこれらの式を適用することによって計算するこ
とができ、各気体の差圧は、式（３）を用いて計算し圧
力に変換することができる。各気体をこれらの圧力値に
なるまで順番に注入することにより、正確な気体量を封
入容器に導くことができる。容器内の気体の混合比率及
び容量の同様の計算は、圧力が一定に維持される場合で
あっても、圧力も変動を受ける場合であっても、容量を
変動させることのできる容器について行なうことができ
る。

このアプローチは、他のバッチ形式の混合装置にわた
っていくつかの顕著な利点を提供する。ソレノイドを別
々に作動させて例えば酸素濃度を増加させることができ
るので、急速な混合変動が可能であり、酸素ソレノイド
は、所望の混合比率になるまで、いくつかのサイクルで
排他的に使用することができる。これに加えて、圧力ト
ランスジューサ及び容量検知器が非常に正確でかつ信頼
性の高い気体圧力測定値を提供し、連続的な混合再調整
をして機械式バルブによって生ずる何らかの変動を修正
することができるので、高精度の混合が可能である。例
えば、もし充填ソレノイドバルブが、閉じるように信号
を送られた後、たまたま短い時間開いたままになったと
しても、その結果生ずる圧力の増加は、許容される気体
の付加的な量に更に高く反映するであろう。混合比率が
測定圧力若しくは容量の変動から決定されるので、この
変動は調整され、従って、次の充填で許容される気体量
は少なくなるであろう。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の特徴を例示と
して示した次の詳細な説明及び添付図面から明らかとな
ろう。

（実施例） 説明図に示すように、本発明は、各加圧気体用の別々
の入口流路を有するベンチレータ制御装置に具現化され
ており、その入口流路は、各気体用空気作動ソレノイド
バルブに接続されている。気体混合物をつくる各気体ソ
レノイドバルブの出口は封入容器すなわちタンクに接続
されており、各ソレノイドバルブが作動したときに気体
がタンク内で混合する。封入容器は、一以上の入口導管
からの気体の流れによって充填される気体受入れタンク
又は容器である。タンクに接続されている精密圧力トラ
ンスジューサによって圧力が監視され、封入容器の出口
ポートは気体流路によって電気作動流れ制御バルブに接
続されている。本発明では、容器内の気体圧力又は容量
が測定され、この情報及び最初にタンクにあった酸素と
他の気体の比率から、初期気体比率が決定される。タン
クの充填目標圧力又は容量が、使用者の定めた酸素濃度
パラメータ及び初期タンク気体比率から決定され、今度
は、初期値から目標値までタンクに充填するため、各気
体ソレノイドが作動する。タンクに充填している間、出
口流れ制御バルブは閉じているが、いったん気体の比例
充填サイクルが完了した後は、出口流れ制御が作動し、
必要に応答して正確に比例配分された酸素気体混合物の
流れが患者に提供される。タンクから出る気体の流れが
所定の最小値まで気体の量を減少させたとき、比例再充
填サイクルが繰り返される。

本発明によると、患者に呼吸気体を間欠的に送るため
のベンチレータ装置が提供され、その装置は、剛性で固
定壁を有する圧力封入容器と、その容器に連結された第
１および第２の入口ポートとを備え、該ポートの各々は
所望割合で混合されて呼吸気体を形成する第１および第
２のそれぞれの成分気体の別々の第１および第２の供給
源に流体連通され、成分気体は初期公知比率を有してお
り、第１および第２の入口ポートは該入口ポートを通る
容器への成分気体の流れを独立して制御できる関連し対
応する第１および第２の入口バルブを有し、ベンチレー
タ装置は、さらに、容器を患者に流体連通状態で連結す
る出口手段と、患者の吸入開始及び吸入完了を確定し、
患者の吸入完了に引き続いて封入容器内の呼吸気体の圧
力を検出し、且つ、ある期間にわたる密封容器内の圧力
変化速度を示す差圧信号を発生させる圧力トランスジュ
ーサ手段と、第２の入口ポートが閉じている間は、患者
の吸入完了確定に応答して第１の入口ポートを通る密封
容器内への第１の成分気体の流れを逐次制御し、第１の
入口ポートが閉じている間は、第２の入口ポートを通る
第２の成分気体の流れを制御し、且つ、密封容器内で検
出された気体圧力に応答する所望割合で制御する入口バ
ルブ用流れ制御手段であって、容器を所定の充填圧力ま
で所望割合の成分気体で充填するのに必要な成分気体の
各々のモル数に対応する密封容器内の各成分気体の所望
の圧力変化を、容器内の全圧力と成分気体の初期公知比
率とに基づいて決定する手段と、容器内の呼吸気体内の
成分気体の実比率を密封容器に導入された成分気体の検
出された圧力変化に基づいて決定する手段とを含む入口
バルブ用流れ制御手段と、圧力トランスジューサ手段に
電気的に接続され、吸入開始に引き続いて、密封容器内
で検出された気体圧力の変化速度に基づく差圧信号に応
答して所定の方法で、出口手段を通る呼吸気体の流れを
制御する出口手段用バルブ流れ制御手段とを備えてい
る。

第１図を参照すると、ベンチレータ空気制御装置10
は、受入れタンク12を備えており、そのタンクは、広く
行なわれている好ましい実施例の一つでは、硬質で固定
壁の圧力封入容器であり、約２リットルの容積が典型的
である。銅ウール材14がタンクの内部容積を完全に満た
しており、典型的にはタンク容積の２％に達する。高い
特定の発熱量をもつ銅ウールは、充填及び抜取りサイク
ルの間、気体の加圧及び減圧が比較的等温になるように
することができる。容器内に含まれる気体の温度の変動
を減少させるための他の同様の材料を用いてもよい。封
入容器は代わりにピストンチャンバやベローズ形チャン
バから成り、圧力をほぼ一定にしながら、様々な容量を
形成するようになっていてもよく、又はその容量及び圧
力の双方を変動させることができ、その両方が監視され
るようになっていてもよい。

受入れタンクは酸素供給源17に接続された酸素入口ポ
ート16を有していることが好ましい。同様に、受入れタ
ンクは、空気供給源19に接続されている空気入口ポート
も備えているのが好ましい。酸素及び空気供給源は、単
に酸素及び空気の高圧タンクであればよく、空気供給源
は又、空気コンプレッサであってもよい。病院に備えら
れている加圧酸素及び空気の他の通常の供給源でもよい
であろう。代わりに、空気入口管及び酸素入口管を接合
して、封入容器に入る前に、気体を予め混合してもよ
い。

酸素供給導管20が酸素入口ポートからタンクに酸素を
運び、空気供給導管22が受入れタンクに空気を運ぶのが
よい。酸素入口管は又、普通は閉じた位置にあるソレノ
イドバルブ24も有しており、そのバルブは電子制御装置
によって作動させることができ、加圧酸素を受入れタン
クに供給する。同様に、空気供給管は電子制御装置によ
って作動するソレノイドバルブを備えており、加圧空気
を受入れタンクに送る。

又、受入れタンクから患者に呼吸気体を供給するため
の出口導管28及び圧力を検知する圧力トランスジューサ
30が受入れタンクに接続されている。ベンチレータ制御
装置の機能の全てを制御するためのマイクロプロセッサ
を備えているのが好ましい電子制御手段32が酸素ソレノ
イドバルブと、空気ソレノイドバルブと、容器の圧力セ
ンサと、出口導管の調整自在吸入サーボバルブ35を制御
する役目をする出口ソレノイドバルブ制御手段34とに接
続されている。

第２図を参照すると、参照番号110乃至134を付けた要
素は、各々、参照番号10乃至34を付けた要素に対応して
いる。本発明の好ましい態様では、酸素入口導管は又、
酸素気体用フィルタ136を備えており、空気入口導管は
圧縮空気用フィルタ138を備えている。チェックバルブ1
40及び142も又、酸素及び空気入口導管に設けられてお
り、酸素圧力スイッチ144及び空気圧力スイッチ146が、
低圧気体供給を監視するため、気体入口ポートの近傍に
接続されている。交差ソレノイド148も又酸素入口導管
と空気入口導管の間に直列に接続され、通常の呼吸気体
装置が故障した場合に、別の酸素圧力源を備えたベンチ
レータを提供するのが好ましい。圧力スイッチ150がタ
ンク圧力センサの近傍の受入れタンクに接続されてお
り、圧力トランスジューサの有効性を電気的に検査する
のに使用される。解放バルブ152も受入れタンクに接続
されており、装置若しくは部品の故障によって生ずる過
大圧力状態を解放するのに使用する。

ベンチレータを通る気体流れは第２の圧力センサによ
って監視され、絶対圧力トランスジューサ154が、患者
への呼吸気体出口導管に接続されている。出口流れ絶対
圧力トランスジューサによってなされる測定は、患者装
置の閉塞及び大気圧を決定するのに使用され、患者呼吸
回路の圧力読取りの有効性を監視するのに使用する。安
全解放バルブ156が、呼吸気体流れ管にも設けられてお
り、呼吸気体出口流れの過度の圧力を通気孔157へ通気
する役目をする。安全バルブソレノイド158及び制流子1
60a,160bも又、交差ソレノイドに連通して接続されてい
る安全調整器に直列に接続されており、もし通常のベン
チレータ空気装置が故障しても空気を患者に送るための
安全装置の基礎を形成する。かくして安全解放バルブ
は、過大圧力を通気し、必要ならば患者への呼吸気体出
口流れに大気を送る二重の目的を果たしている。安全装
置は出口管チェックバルブ164も備えている。

ベンチレータ噴霧器圧力源が噴霧器ソレノイド166に
よって提供され、受入れタンクに直接接続されている噴
霧器168からの圧力供給を受ける。噴霧器の作動は、制
御された容量供給又は呼吸気体の酸素比率を変動させな
いであろう。

ベンチレータの出力気体流れも又、出力管フィルタ17
0によってフィルタをかけられ、患者用チューブ（図示
せず）によって患者に送られる。吐き出された気体は、
患者呼吸回路の呼気バルブ入口172の水トラップ171に接
続されているチューブ（図示せず）によってベンチレー
タに戻る。別のベンチレータ部品が呼気バルブ入口にあ
る患者圧力ポートにより接続されている。これらは、第
３の圧力センサ173と、患者装置圧力を監視するために
使用する圧力計174と、患者呼吸回路圧力センサ173を電
気的に零点規正するために使用する自動零点規正ソレノ
イド176である。

呼気サーボバルブ180が、部屋に流れる患者の呼気気
体流れを制御するために使用される。呼気サーボバルブ
は、電気モータによって駆動されかつベンチレータ電子
装置によって制御される直接駆動サーボバルブである。
モータは、呼吸回路の呼気バルブ182に機械的に接続さ
れている。肺活量計184は、全体流量センサ186と流れベ
ンチュリ188とから成る２部品装置である。全体流量セ
ンサ及び流れベンチュリによって監視されている肺活量
は、患者データ表示やベンチレータ現状警告部品の双方
のためのベンチレータ電子装置に気体流れ測定値を提供
する。この電子装置は、ベンチレータ空気装置の機能と
入力の全てを制御し、患者装置圧力回路の噴霧器ソレノ
イド及び自動零点規正ソレノイドのみならず、酸素入
口、空気入口及び交差ソレノイドや、吸入サーボバルブ
及び安全ソレノイドを制御する。３つの圧力センサ及び
流量センサの各々も電子装置に接続されており、ベンチ
レータ装置の作動に関係するデータを提供する。

酸素と空気の配分 通常のベンチレータの作動では、電源が最初に入れら
れたとき、容器圧力は大気圧である。電源立上げ作業を
完了した後、呼吸アルゴリズムが実行を開始する。

まず最初に、容器圧力を測定して、従来の酸素濃度を
メモリから検索する。（４）式と（５）式を適用して各
気体の種類の分子数（NA、NO）を評価する。次いで、キ
ーボードからの混合及び容積命令を使用して、容器の全
圧力及び各気体の種類の所望の分子数（NAD、NOD）を計
算する。所望の数値から評価された数値を引いて、注入
すべき各種類の分子数を得る。最後に、（２）式を適用
してこれらの値を等価な圧力変動値（ΔPA、ΔPO）に変
換する。

各気体についての圧力変動値を計算した後、目標圧力
レベルを計算する。第１ソレノイドバルブを開いて容器
を充填し、次いで圧力が第１の目標圧力になったときに
バルブを閉じる。短い休止の後、容器の圧力を測定して
記憶する。次に、第２のソレノイドバルブを開き、次い
で、第２の目標圧力レベルになったときにバルブを閉じ
る。短い休止の後、容器圧力を測定して再び記憶する。

混合は正確なソレノイド作動に基いて行なわれたが、
ここで真の混合値が、式（４）、（５）及び中間圧力測
定値を使用してもっと正確に評価される。この評価はメ
モリに記憶された以前の混合値を置換する。

引き続いて吸入が行なわれ、容器からの気体は、所望
の容量が供給されるまで（強制呼吸）、又は患者が呼吸
終了の引き金を引くまで（自発呼吸）、サーボバルブを
通って患者に送られる。どちらの場合も混合アルゴリズ
ムが再び行なわれる。

ここで、アルゴリズムは臨床医の選択態様によって、
２つの異なる手続に従う。自発態様では、現在の容器の
圧力が限界値と比較される。それがこの限界値以下に低
下したときにのみ、新しい混合サイクルが開始し、容器
が完全に充填される。もし限界値を上回っていれば、混
合は行なわれないであろう。この限界値による方法は、
圧力測定エラーによる混合の不正確さを減らすために用
いられる。

強制態様では、次のサイクルについての容器圧力が、
現在の圧力及び次のサイクルで患者に送られる容積に基
いて評価される。特に、一回の容積供給によって予想さ
れる圧力の変動が現在の圧力から差し引かれる。次い
で、この評価値が限界値と比較され、もしそれを下回っ
ていれば、前述したように新しい混合サイクルが行なわ
れる。そうでなければ、混合工程は飛ばされる。この方
法により、容器圧力を、常に噴霧器作動に必要な限界値
以上に維持することができる。

例1.空気／酸素の混合制御 この例は、完全な混合サイクルを構成する場合を示し
ている。第３図は、混合作業の間の時間に対する容器圧
力を示している。特筆すべき出来事は、 1.サーボバルブを通して気体を患者に送る（200）。

2.気体の供給が完了し、サーボモータを閉じる（20
2）。

容器圧力を記憶する。

以前の混合値をメモリから検索する。

各気体の現在の量を評価する。

キーボードから入力された混合命令をメモリから検索
する。

所望の容器圧力を以下のように計算する。

a.強制態様：限界値を供給圧力に加える。

b.自発態様：再大容器圧力を使用する。

各気体の所望の量を計算する。

引き算によって注入すべき各気体の量を得る。

3.酸素ソレノイドバルブを開く（204）。

酸素を加えているときに圧力を監視する。

4.圧力が酸素目標に達する（206）。

酸素ソレノイドを閉じる。

5.短い休止によって圧力を落ちつかせる（208）。

6.圧力を測定する（210）。

酸素による圧力変動を計算して記憶する。

7.空気ソレノイドバルブを開く（212）。

空気を加えているときに圧力を監視する。

8.圧力が空気目標値に達する（214）。

空気ソレノイドを閉じる。

9.短い休止によって圧力を落ちつかせる（216）。

10.圧力を測定する（218）。

空気による圧力変動を計算して記憶する。

新しい混合値が、測定された空気及び酸素圧力変動か
ら評価される。

11.呼吸を開始し、気体が患者に流れ始める（220）。

例2.自発呼吸のための再充填の論理 自発呼吸は患者によって制御されるので、その容量を
予想することはできない。容器は相当量の呼吸の後に完
全に再充填しておき、次の吸入の際に大きな呼吸量の需
要を満たすことができなければならない。これに加え
て、混合の正確性は、相当量の再充填圧力変動にほぼ依
存しているので、限界値を用いて圧力変動を最小にす
る。典型的な圧力履歴を第４図に示す。

1.患者が吸入する（222）。

2.患者が吸入を終了する（224）。

容器圧力を記憶し限界値と比較する。

圧力が限界値以下であるので再充填を行なう。

目標値を30psiに設定する。

3.例１と同様に、混合制御を行なう（226）。

4.圧力が30psiに達する（228）。

混合制御が終了する。

患者の吸入を待つ。

5.患者が吸入する（230）。

6.患者が吸入を終了する（232）。

容器圧力を記憶して限界値と比較する。

圧力が限界値以上であるので再充填を行なわない。

患者の吸入を待つ。

7.患者が吸入する（234）。

8.患者が吸入を終了する（236）。

容器圧力を記憶して限界値と比較する。

圧力が限界値以下であるので再充填を行なう。

目標値を30psiに設定する。

9.例１と同様に混合制御を行なう（238）。

例3.大きな強制呼吸のための再充填の論理 強制呼吸は所定の呼吸量を形成するので、各吸入の後
に容器を完全に再充填する必要はない。このことによ
り、より低圧での作動が可能になり、低圧では、サーボ
バルブがより直線性を示し、改善された流れ制御を行な
う。しかしながら、最小圧力限界値を用いて、十分な噴
霧器圧力を確保しなければならない。容器圧力は常に限
界値以上に維持される。この場合の典型的な圧力履歴を
第５図に示す。

1.気体を患者に送る（240）。

2.所望の容量に達したときに吸入が終了する（242）。

容器圧力を記憶する。

次の呼吸の後の圧力を予想する。

予想圧力が限界値以下であるので、再充填を行なう。

3.例１と同様に混合制御を行なう（244）。

この例の容量は大きいため、圧力は常に限界値を下回
り、従って再充填は各呼吸の後に行なわれるであろう。

例4.小さな強制呼吸についての再充填論理 小さな強制呼吸は容器圧力に小さな変動しか生じさせ
ないので、各吸収の後に必ずしも再充填する必要はな
い。このことは、混合の不正確さとソレノイドバルブの
摩耗を防止する。第６図によい例を示す。

1.気体を患者に送る（246）。

2.所望の容量に達したときに吸入が終了する（248）。

容器圧力を記憶する。

次の呼吸の後の圧力を予想する。

予想値は限界値を上回っているので、再充填を行なわ
ない。

3.気体を患者に送る（250）。

4.所望の容量に達したときに吸入が終了する（252）。

容器圧力を記憶する。

次の呼吸後の圧力を予想する。

予想値が限界値を下回っているので、再充填を行な
う。

5.例１と同様に混合制御を行なう（254）。

6.混合制御を完了する（256）。

患者の呼吸を待つ。

制御された容量の供給 容量が限定されている強制呼吸では、操作員が一回の
容量のパラメータや必要なピーク流れを決定し、これら
のパラメータを電子制御装置に入力し、ベンチレータ装
置が所望の呼吸量を供給することができる。ベンチレー
タ用駆動気体圧力は受入れタンクに蓄えられている。吸
入段階の間、酸素入口ソレノイドバルブ及び空気入口ソ
レノイドバルブは閉じたままであり、受入れタンク圧力
センサは通常受入れタンク内の圧力や容量レベルを監視
している。吸入の開始時に、受入れタンクの初期圧力を
圧力センサから受取り、マイクロプロセッサメモリに入
力し、呼吸気体出口ソレノイドサーボバルブが作動し患
者への流量を調整する。

ピーク流れ制御については、受入れタンク圧力トラン
スジューサからの電子差分圧力信号を用いて、受入れタ
ンクから出ていく気体流量を決定する。このdp/dt信号
は、電子制御装置によって使用され、制御ループを吸入
サーボバルブに送り、所望の設定流量を維持する。吸入
サーボバルブの下流側に位置する出口導管の絶対圧力ト
ランスジューサは、大気圧を測定し、呼吸回路の閉塞を
検知する。

ベンチレータ流れの矩形波形式が制御された容量を送
る基準的な方法である。容量制御は、呼吸の吸入段階で
受入れタンクの開始圧力と終了圧力とを直接に圧力測定
することによって行なわれる。容量は、理想的な気体流
れ式に従い、受入れタンク内の圧力変動から間接的に決
定される。

ベンチレータの自発呼吸態様は、本発明のベンチレー
タの重要な機能である。患者の要求する呼吸に対するベ
ンチレータの応答性は、呼吸特性を決定する。患者の需
要に最も良く応ずるため、患者圧力センサ173のサーボ
制御ループを患者のチューブの呼気流路に配置すること
により、ベンチレータ制御装置は比例サーボバルブを制
御した自発呼吸態様を与えるであろう。

前述の説明では、本発明の装置により、封入容器内の
圧力及び患者への呼吸気体の供給態様に応じて、所定の
方法で圧力封入容器に呼吸気体を制御して流入させるこ
とができることを示した。又、本発明の装置は、所定の
時間周期にわたって封入容器で検知された圧力の変動に
応答して、及び患者に呼吸気体を送る態様に基いて、所
定の方法で患者への呼吸気体の流れを制御することがで
きることも明らかである。

本発明の特定の実施例が説明され図に描いてきたけれ
ども、当業者の能力内でかつ本発明の効果に影響を与え
ることなく多くの変更や実施例が可能であることは明ら
かである。かくして、本発明の形態、詳細及び適用にお
いて、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様
々な変更を行なうことができることを理解しなければな
らない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ベンチレータ制御装置の略図である。 第２図は、ベンチレータ制御装置の詳細図である。 第３図は、例１の空気／酸素混合制御のグラフである。 第４図は、自発呼吸（例２）についての受入れタンク圧
力のグラフである。 第５図は、大きな強制呼吸（例３）についての受入れタ
ンク圧力のタンクである。 第６図は、小さな強制呼吸（例４）についての受入れタ
ンク圧力のグラフである。 10……ベンチレータ制御装置、 12……タンク、 16……酸素入口ポート、 17……酸素供給源、 18……空気入口ポート、 19……空気供給源、 20……酸素供給導管、 22……空気供給導管、 24……ソレノイドバルブ、 28……出口導管、 30……トランスジューサ、 32……電子制御装置、 35……吸入サーボバルブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール フェニマ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92028 フォールブルック アカシア レーン 1619 (72)発明者 ロジャー ガニュ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92009 カールスバド ラヴァンテ ス トリート 2773 (56)参考文献 特表 平２−502520（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61M 16/00 A61M 16/10

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】患者に呼吸気体を間欠的に送るためのベン
   チレータ装置であって、 剛性で固定壁を有する圧力封入容器と、 前記容器に連結された第１および第２の入口ポートとを
   備え、該ポートの各々は所望割合で混合されて前記呼吸
   気体を形成する第１および第２のそれぞれの成分気体の
   別々の第１および第２の供給源に流体連通され、前記成
   分気体は初期公知比率を有しており、前記第１および第
   ２の入口ポートは該入口ポートを通る前記容器への前記
   成分気体の流れを独立して制御できる関連し対応する第
   １および第２の入口バルブを有し、前記ベンチレータ装
   置は、さらに、 前記容器を患者に流体連通状態で連結する出口手段と、 患者の吸入開始及び吸入完了を確定し、患者の吸入完了
   に引き続いて前記封入容器内の呼吸気体の圧力を検出
   し、且つ、ある期間にわたる前記密封容器内の圧力変化
   速度を示す差圧信号を発生させる圧力トランスジューサ
   手段と、 前記第２の入口ポートが閉じている間は、患者の吸入完
   了確定に応答して前記第１の入口ポートを通る前記密封
   容器内への前記第１の成分気体の流れを逐次制御し、前
   記第１の入口ポートが閉じている間は、前記第２の入口
   ポートを通る第２の成分気体の流れを制御し、且つ、前
   記密封容器内で検出された気体圧力に応答する所望割合
   で制御する入口バルブ用流れ制御手段であって、前記容
   器を所定の充填圧力まで所望割合の前記成分気体で充填
   するのに必要な前記成分気体の各々のモル数に対応する
   前記密封容器内の各成分気体の所望の圧力変化を、前記
   容器内の全圧力と前記成分気体の初期公知比率とに基づ
   いて決定する手段と、前記容器内の呼吸気体内の前記成
   分気体の実比率を前記密封容器に導入された前記成分気
   体の検出された圧力変化に基づいて決定する手段とを含
   む入口バルブ用流れ制御手段と、 前記圧力トランスジューサ手段に電気的に接続され、吸
   入開始に引き続いて、前記密封容器内で検出された気体
   圧力の変化速度に基づく差圧信号に応答して所定の方法
   で、前記出口手段を通る前記呼吸気体の流れを制御する
   出口手段用バルブ流れ制御手段とを備えているベンチレ
   ータ装置。
2. 【請求項２】前記出口手段用バルブ流れ制御手段が、前
   記圧力トランスジューサ手段からの差圧信号に応答し前
   記容器からの呼吸気体の流出の速度を決定する手段と、
   前記流出の速度を所定基準流出値と比較して、前記流出
   の速度と前記所定基準流出値との差を指示するエラー信
   号を発生させる出力比較手段と、前記出口手段と流体連
   通し前記エラー信号を受けるように前記出力比較手段に
   作動的に接続され且つ前記エラー信号に応答して前記流
   出を前記所定流出値に調整するように構成されているバ
   ルブ手段とを備えている請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】前記入口バルブ用流れ制御手段が、前記圧
   力トランスジューサ手段によって検出された気体圧力に
   応答して、前記容器内の気体圧力を所定のしきい値と比
   較し、前記容器内の気体圧力が前記しきい値より低いと
   きには充填信号を発生させるように構成されている充填
   制御手段を含んでおり、 前記第１および第２の入口バルブ手段が前記充填信号を
   受けることができるように前記充填制御手段に作動的に
   接続されている請求項１に記載の装置。
4. 【請求項４】前記入口バルブ用流れ制御手段が、患者の
   予期される次の吸入後の前記容器内の予測気体圧力を、
   前記容器内の検出された圧力変化速度に基づいて決定す
   る手段と、前記予測気体圧力を所定の圧力しきい値と比
   較する充填制御手段とを含んでいる請求項１に記載の装
   置。