JP5286483B2 - Respiratory device - Google Patents

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JP5286483B2 JP2011235012A JP2011235012A JP5286483B2 JP 5286483 B2 JP5286483 B2 JP 5286483B2 JP 2011235012 A JP2011235012 A JP 2011235012A JP 2011235012 A JP2011235012 A JP 2011235012A JP 5286483 B2 JP5286483 B2 JP 5286483B2
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Description

本発明は、呼吸補助装置に関する。   The present invention relates to a respiratory assistance device.

医療現場において、人工呼吸器などの呼吸補助装置が用いられている。一般的な呼吸補助装置は、酸素ボンベなどの酸素の供給源と、この供給源に接続された吸気管と、この吸気管の先端に取り付けられたマスクと、吸気管から分岐した呼気管と、この呼気管の先端に固定された呼気弁などを備えている（例えば、特許文献１〜４参照）。   In the medical field, a respiratory assistance device such as a ventilator is used. A general respiratory assistance device includes an oxygen supply source such as an oxygen cylinder, an inspiratory pipe connected to the supply source, a mask attached to the tip of the inspiratory pipe, an exhalation pipe branched from the inspiratory pipe, An exhalation valve fixed to the tip of the exhalation tube is provided (for example, see Patent Documents 1 to 4).

このような呼吸補助装置には、自発呼吸のない患者（全身麻酔、心肺蘇生中、重篤な患者）に用いる調節換気（Controlled Ventilation）方式と、患者の自発呼吸に合わせて気道に陽圧（正圧）を作り出す補助換気（Assisted Ventilation）方式など、種々の方式が採用される。   These breathing assist devices include a controlled ventilation system used for patients who do not spontaneously breathe (general anesthesia, cardiopulmonary resuscitation, and severe patients), and positive pressure in the airways ( Various systems such as an assisted ventilation system that creates positive pressure are used.

いずれの方式の呼吸補助装置においても、酸素ボンベから送り出される酸素は、吸気管を経由して吸気として肺に供給される。肺に供給された酸素は、その後、肺の弾力によって呼気として自然に吐き出される。吐き出された呼気は、呼気管を経由して呼気弁から外部に排出される。   In any type of respiratory assistance device, oxygen delivered from the oxygen cylinder is supplied to the lungs as inspiration via the inspiratory tube. The oxygen supplied to the lungs is then exhaled naturally as exhaled air by the elasticity of the lungs. The exhaled exhaled air is discharged outside from the exhalation valve via the exhalation tube.

特開平０２−１３１７６５号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-131765 特開平０２−１３１７７３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-131773 特開平０２−１３１７７４号公報Japanese Patent Laid-Open No. 02-131774 特開平０５−２４５２０４号公報JP 05-245204 A

酸素ボンベから送り出される酸素は、その３割程度が呼気弁から漏出して肺に供給されない。確かに、呼気弁としてダイヤフラムを採用することで、呼気弁から漏出する酸素の量を軽減できる。しかしながら、ダイヤフラムの構造上、呼気弁から放出される呼気の流量が急激に変化して、マスク内の気圧が急激に変化することとなり、患者に掛かる負担が増加する。このような問題は、酸素ボンベから酸素が送り出される場合に限られず、その他の供給源からその他の気体を送り出す場合に共通して存在する。   About 30% of the oxygen delivered from the oxygen cylinder leaks from the exhalation valve and is not supplied to the lungs. Certainly, the amount of oxygen leaking from the exhalation valve can be reduced by adopting a diaphragm as the exhalation valve. However, due to the structure of the diaphragm, the flow rate of exhaled air discharged from the exhalation valve changes rapidly, and the air pressure in the mask changes abruptly, increasing the burden on the patient. Such a problem is not limited to the case where oxygen is sent out from the oxygen cylinder, but is common in the case where other gases are sent out from other sources.

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、患者に掛かる負担が増加することを防止すると共に、供給源から送り出される気体が漏出して肺に供給される気体の量が低減することを防止する呼吸補助装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and prevents an increase in the burden on the patient, and also reduces the amount of gas supplied from the supply source to the lungs due to leakage of the gas delivered from the supply source. An object of the present invention is to provide a breathing assistance device that prevents the above.

本発明者の鋭意研究により、上記目的は以下の手段によって達成される。   The above-mentioned object is achieved by the following means based on the earnest research of the present inventors.

（１）本発明は、吸気となる気体を送り出す供給源に基端が接続された吸気管の先端に取り付けられたマスクと、前記マスクに形成された通気孔を覆うように該マスクの内側に設けられた呼気弁と、を備え、前記呼気弁は、電圧の印加量に応じて変位するピエゾ素子を有してなり、該ピエゾ素子が前記マスクに対して離隔し又は近接して当接するように該マスクの内側で変位することで、該ピエゾ素子自体が前記通気孔を開閉することを特徴とする、呼吸補助装置である。 (1) In the present invention, a mask attached to the distal end of an intake pipe whose base end is connected to a supply source for sending out gas to be inhaled, and an inner side of the mask so as to cover a vent hole formed in the mask An exhalation valve provided, the exhalation valve having a piezo element that is displaced according to the amount of voltage applied, so that the piezo element is in contact with or away from the mask. The piezo element itself opens and closes the vent hole by being displaced inside the mask .

（２）本発明はまた、前記呼気弁は、前記ピエゾ素子に対する電圧の印加時に閉鎖し、該電圧の印加の解除時に開放することを特徴とする、上記（１）に記載の呼吸補助装置である。   (2) The respiratory assistance device according to (1), wherein the exhalation valve closes when a voltage is applied to the piezo element and opens when the voltage is released. is there.

（３）本発明はまた、前記呼気弁の周囲に、前記マスクの外側に突出するように設けられた部材であって、前記呼気弁を被覆するように物品が当接した場合に該物品と前記呼気弁との間に隙間を形成して、前記呼気弁の機能を保つ***材を備えることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載の呼吸補助装置である。 ( 3 ) The present invention is also a member provided around the exhalation valve so as to protrude to the outside of the mask , and when the article abuts so as to cover the exhalation valve, The respiratory assistance device according to (1) or ( 2 ) above, further comprising a safety member that forms a gap with the exhalation valve and maintains the function of the exhalation valve.

（４）本発明はまた、前記呼気弁を複数備えると共に、前記呼気弁の開放数により換気量を制御する制御装置を備えることを特徴とする、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の呼吸補助装置である。 ( 4 ) The present invention also includes a plurality of the exhalation valves, and a control device that controls a ventilation amount according to the number of opened exhalation valves, according to any one of the above (1) to ( 3 ) The respiratory assistance device described.

（５）本発明はまた、前記供給源と前記吸気管とを備えることを特徴とする、上記（１）〜（４）のいずれかに記載の呼吸補助装置である。 ( 5 ) The present invention is also the respiratory assistance device according to any one of ( 1 ) to ( 4 ), characterized in that the supply source and the intake pipe are provided.

本発明の上記（１）〜（５）に記載の呼吸補助装置によれば、患者に掛かる負担が増加することを防止できると共に、供給源から送り出される気体が漏出して肺に供給される気体の量が低減することを防止できるという優れた効果を奏し得る。 According to the respiratory assistance device described in the above (1) to ( 5 ) of the present invention, it is possible to prevent an increase in the burden on the patient, and the gas supplied from the supply source leaks and is supplied to the lung It is possible to achieve an excellent effect of preventing the amount of the amount from being reduced.

本発明の第１実施形態に係る呼吸補助装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the respiratory assistance apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. マスクの構成を示す概略図であり、（Ａ）は呼気弁の開放時を示し、（Ｂ）は呼気弁の閉鎖時を示す。It is the schematic which shows the structure of a mask, (A) shows the time of opening of an exhalation-valve, (B) shows the time of closing of an exhalation-valve. ***材を説明するマスクの部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the mask explaining a safety member. 制御ユニットのハード構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the hardware constitutions of a control unit. 制御ユニットの機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of a control unit. 呼吸補助装置の制御例を示す概略図であり、（Ａ）は患者が呼気する場合を示し、（Ｂ）は患者が吸気する場合を示す。It is the schematic which shows the example of control of a respiratory assistance apparatus, (A) shows the case where a patient exhales, (B) shows the case where a patient inhales. 本発明の第２実施形態に係る呼吸補助装置の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the respiratory assistance apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. （Ａ）はマイクロポンプの構成例を示す断面図であり、（Ｂ）は同マイクロポンプの圧力−流量線を示すグラフである。(A) is sectional drawing which shows the structural example of a micropump, (B) is a graph which shows the pressure-flow rate line of the micropump. 複数の呼気弁を備える形態に変形した呼吸補助装置における呼気弁の拡大図である。It is an enlarged view of the exhalation-valve in the respiratory assistance apparatus deform | transformed into the form provided with a some exhalation-valve.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態の例について詳細に説明する。   Hereinafter, examples of embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１には、本発明の第１実施形態に係る医療用の呼吸補助装置１０の構成が例示されている。この呼吸補助装置１０は、吸気となる気体を送り出す供給源１１と、この供給源１１に基端が接続される吸気管１２と、この吸気管１２の先端に取り付けられたマスク１３と、このマスク１３内の気圧を計測する気圧計１４と、マスク１３に設けられた呼気弁１５と、この呼気弁１５の周囲に、呼気経路の外側に突出するように設けられた複数の***材１６と、装置全体を統括的に制御する制御ユニット１７と、を備えている。吸気管１２およびマスク１３は、吸気経路として機能する。また、マスク１３は、口および鼻を覆う装着具であり、呼気経路としても機能する。   FIG. 1 illustrates the configuration of a medical respiratory assistance device 10 according to the first embodiment of the present invention. The breathing assistance device 10 includes a supply source 11 that sends out gas that serves as inspiration, an intake pipe 12 that has a proximal end connected to the supply source 11, a mask 13 that is attached to the distal end of the intake pipe 12, and the mask. A barometer 14 that measures the atmospheric pressure in 13, an exhalation valve 15 provided in the mask 13, a plurality of safety members 16 provided around the exhalation valve 15 so as to protrude outside the exhalation path, And a control unit 17 for overall control of the entire apparatus. The intake pipe 12 and the mask 13 function as an intake path. The mask 13 is a wearing tool that covers the mouth and nose, and also functions as an expiration route.

供給源１１は、空気や酸素などの気体を圧縮した状態で貯留したガスタンク１９と、このガスタンク１９から送り出される気体の流量を調整する調整弁２０と、この調整弁２０で調整された気体の流量を計測する流量計２１と、を備えている。調整弁２０は、気圧計１４および流量計２１のそれぞれのセンシングデータ（測定結果、センシング信号）に基づいて制御される。この調整弁２０は、特に種類が限定されることはないが、電動弁や、応答速度が速い電磁弁などを採用できる。流量計２１は、センシングデータを制御ユニット１７に出力する。   The supply source 11 includes a gas tank 19 stored in a compressed state of a gas such as air or oxygen, an adjustment valve 20 that adjusts the flow rate of the gas delivered from the gas tank 19, and a gas flow rate adjusted by the adjustment valve 20. And a flow meter 21 for measuring. The regulating valve 20 is controlled based on the sensing data (measurement result, sensing signal) of the barometer 14 and the flow meter 21. The type of the adjusting valve 20 is not particularly limited, but an electric valve, an electromagnetic valve having a fast response speed, or the like can be used. The flow meter 21 outputs sensing data to the control unit 17.

吸気管１２は、樹脂製の蛇腹チューブからなり、患者に装着されたマスク１３と一体となって一つの空間を構成し、供給源１１から送り出された気体の経路となる。この吸気管１２内の気圧は、定常状態において、患者に装着されたマスク１３内の気圧と一致する。気圧計１４は、センシングデータを制御ユニット１７に出力する。   The intake pipe 12 is made of a resin bellows tube, forms a single space integrally with the mask 13 attached to the patient, and serves as a path for the gas sent from the supply source 11. The air pressure in the intake pipe 12 coincides with the air pressure in the mask 13 attached to the patient in a steady state. The barometer 14 outputs sensing data to the control unit 17.

呼気弁１５は、呼気を大気に放出し、その逆流を防止する逆止弁として機能する。この呼気弁１５は、電圧の印加量に応じて変位するピエゾ素子（圧電素子）２２を金属板２３に積層したモノモルフ（ユニモルフ）構造であって、かつ、片持ち梁（カンチレバー）構造の弁である。このため、呼気弁１５は、ピエゾ素子２２が反ったり延びたりするように変位することで開閉する。具体的に、呼気弁１５は、図２（Ａ）に示されるように、ピエゾ素子２２に電圧が印加されていない初期状態の時に呼気経路の内側に向けて反った形状になり、マスク１３に形成された通気孔１３ａを開放する。そして、呼気弁１５は、図２（Ｂ）に示されるように、ピエゾ素子２２に電圧が印加された時に延びた形状になり、マスク１３に形成された通気孔１３ａを閉鎖する。なお、呼気弁１５は、例えばネジ（図示省略）などによって適宜固定されている。   The exhalation valve 15 functions as a check valve that releases exhalation into the atmosphere and prevents its backflow. This exhalation valve 15 is a monomorph (unimorph) structure in which a piezo element (piezoelectric element) 22 that is displaced according to the amount of voltage applied is laminated on a metal plate 23, and is a cantilever structure valve. is there. For this reason, the exhalation-valve 15 opens and closes by displacing so that the piezo element 22 may warp or extend. Specifically, as shown in FIG. 2A, the exhalation valve 15 has a shape that warps toward the inside of the exhalation path when no voltage is applied to the piezo element 22, and The formed vent 13a is opened. As shown in FIG. 2B, the exhalation valve 15 has a shape extending when a voltage is applied to the piezo element 22, and closes the vent hole 13a formed in the mask 13. The exhalation valve 15 is appropriately fixed with, for example, a screw (not shown).

ここでは、呼気弁１５としてモノモルフ構造を紹介しているが、勿論、２枚のピエゾ素子を貼り合わせたバイモルフ構造を採用することもできる。なお、呼気弁１５の片持ち長さは、３０ｍｍ以上４０ｍｍ以下程度であることが好ましい。また、呼気弁１５が変位するストロークは、２ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。   Here, a monomorph structure is introduced as the exhalation valve 15, but of course, a bimorph structure in which two piezo elements are bonded together may be employed. In addition, it is preferable that the cantilever length of the exhalation-valve 15 is about 30 mm or more and 40 mm or less. Moreover, it is preferable that the stroke which the exhalation-valve 15 displaces is 2 mm or more and 3 mm or less.

図３に示されるように、***材１６は、呼気弁１５を被覆するように布などの何らかの物品ＸＡ１が接触した場合に当該物品ＸＡ１と呼気弁１５との間に隙間ＧＡＰを形成して、呼気弁１５の機能を保つ。   As shown in FIG. 3, the safety member 16 forms a gap GAP between the article XA1 and the exhalation valve 15 when any article XA1 such as a cloth comes into contact with the exhalation valve 15, The function of the exhalation valve 15 is maintained.

図４に示されるように、制御ユニット１７は、ＣＰＵ２４と、第１記憶媒体２５と、第２記憶媒体２６と、第３記憶媒体２７と、入力装置２８と、表示装置２９と、入出力インタフェース３０と、バス３１と、を備えている。   As shown in FIG. 4, the control unit 17 includes a CPU 24, a first storage medium 25, a second storage medium 26, a third storage medium 27, an input device 28, a display device 29, and an input / output interface. 30 and a bus 31.

ＣＰＵ２４は、いわゆる中央演算処理装置であり、各種プログラムが実行されて本制御ユニット１７の各種機能を実現する。第１記憶媒体２５は、いわゆるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）であり、ＣＰＵ２４の作業領域として使用される。第２記憶媒体２６は、いわゆるＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）であり、ＣＰＵ２４で実行される基本ＯＳを記憶する。第３記憶媒体２７は、磁気ディスクを内蔵したハードディスク装置、ＣＤやＤＶＤやＢＤを収容するディスク装置、および不揮発性の半導体フラッシュメモリ装置などで構成されており、ＣＰＵ２４で実行される各種プログラムなどが保存される。   The CPU 24 is a so-called central processing unit, and implements various functions of the control unit 17 by executing various programs. The first storage medium 25 is a so-called RAM (Random Access Memory) and is used as a work area for the CPU 24. The second storage medium 26 is a so-called ROM (Read Only Memory) and stores a basic OS executed by the CPU 24. The third storage medium 27 includes a hard disk device with a built-in magnetic disk, a disk device that accommodates a CD, DVD, or BD, a non-volatile semiconductor flash memory device, and the like. Various programs executed by the CPU 24, and the like. Saved.

入力装置２８は、入力キーやキーボード、マウスであり、各種情報を入力する。表示装置２９は、ディスプレイであり、各種動作状態を表示する。入出力インタフェース３０は、呼気弁１５を動作させる電源および制御信号が入出力される。更に、この入出力インタフェース３０は、外部のパーソナルコンピュータからプログラムなどのデータを取得する。バス３１は、ＣＰＵ２４、第１記憶媒体２５、第２記憶媒体２６、第３記憶媒体２７、入力装置２８、表示装置２９、入出力インタフェース３０などを一体的に接続して通信を行う配線となる。   The input device 28 is an input key, a keyboard, or a mouse, and inputs various information. The display device 29 is a display and displays various operation states. The input / output interface 30 inputs and outputs power and control signals for operating the exhalation valve 15. Further, the input / output interface 30 acquires data such as a program from an external personal computer. The bus 31 is a wiring that performs communication by integrally connecting the CPU 24, the first storage medium 25, the second storage medium 26, the third storage medium 27, the input device 28, the display device 29, the input / output interface 30, and the like. .

図５には、この制御ユニット１７に保存される制御プログラムがＣＰＵ２４で実行されることで得られる機能構成が示されている。制御ユニット１７は、機能構成として、センシング部３４と、呼気弁制御部３５と、調整弁制御部３６と、を備えている。センシング部３４は、気圧計１４のセンシングデータを常に取得して呼気弁制御部３５に伝達する。更に、このセンシング部３４は、気圧計１４および流量計２１のセンシングデータを常に取得して調整弁制御部３６に伝達する。呼気弁制御部３５は、センシング部３４のセンシングデータを参照して、呼気弁１５への制御信号を、目標となる開放量に近づくように制御する。調整弁制御部３６は、センシング部３４のセンシングデータを参照して、調整弁２０への制御信号を、目標となる流量値に近づくように制御する。   FIG. 5 shows a functional configuration obtained by the CPU 24 executing the control program stored in the control unit 17. The control unit 17 includes a sensing unit 34, an exhalation valve control unit 35, and an adjustment valve control unit 36 as functional configurations. The sensing unit 34 always acquires sensing data from the barometer 14 and transmits the sensing data to the exhalation valve control unit 35. Further, the sensing unit 34 always acquires sensing data of the barometer 14 and the flow meter 21 and transmits the sensing data to the regulating valve control unit 36. The exhalation-valve control part 35 refers to the sensing data of the sensing part 34, and controls the control signal to the exhalation-valve 15 so that it may approach the target opening amount. The regulating valve control unit 36 refers to the sensing data of the sensing unit 34 and controls the control signal to the regulating valve 20 so as to approach the target flow rate value.

次に、図６（Ａ）および図６（Ｂ）を用いて、呼吸補助装置１０の制御例について説明する。   Next, a control example of the respiratory assistance device 10 will be described with reference to FIGS. 6 (A) and 6 (B).

呼気する場合、マスク１３内が昇圧する。マスク１３内が昇圧すると、その昇圧した値が気圧計１４によってセンシングされる。センシングデータは、制御ユニット１７に出力される。制御ユニット１７は、センシングデータに基づいて、呼気弁１５を制御する。すなわち、制御ユニット１７は、図６（Ａ）に示されるように、呼気弁１５を動作させ、通気孔１３ａを開放する。呼気は、通気孔１３ａから放出される。   When exhaling, the pressure inside the mask 13 is increased. When the pressure inside the mask 13 is increased, the increased value is sensed by the barometer 14. Sensing data is output to the control unit 17. The control unit 17 controls the exhalation valve 15 based on the sensing data. That is, as shown in FIG. 6A, the control unit 17 operates the exhalation valve 15 and opens the vent hole 13a. Exhaled air is discharged from the vent hole 13a.

呼気の放出により、マスク１３内が減圧する。マスク１３内が減圧すると、その減圧した値が気圧計１４によってセンシングされる。センシングデータは、制御ユニット１７に出力される。制御ユニット１７は、センシングデータに基づいて、呼気弁１５を制御する。すなわち、制御ユニット１７は、呼気弁１５を動作させ、通気孔１３ａを閉鎖する。これにより、マスク１３内に閉空間が形成され、吸気動作が可能になる。   The inside of the mask 13 is depressurized by the release of exhaled air. When the inside of the mask 13 is depressurized, the depressurized value is sensed by the barometer 14. Sensing data is output to the control unit 17. The control unit 17 controls the exhalation valve 15 based on the sensing data. That is, the control unit 17 operates the exhalation valve 15 and closes the vent hole 13a. Thereby, a closed space is formed in the mask 13 and an intake operation is enabled.

続いて、患者が吸気する場合、マスク１３内が減圧する。マスク１３内が減圧すると、その減圧した値が気圧計１４によってセンシングされる。センシングデータは、制御ユニット１７に出力される。制御ユニット１７は、センシングデータに基づいて、供給源１１を制御する。すなわち、制御ユニット１７は、図６（Ｂ）に示されるように、調整弁２０を開き、ガスタンク１９から気体を吸気として送り出す。その後、マスク１３内が昇圧する。マスク１３内が昇圧すると、その昇圧した値が気圧計１４によってセンシングされる。センシングデータは、制御ユニット１７に出力される。制御ユニット１７は、センシングデータに基づいて、供給源１１を制御する。すなわち、制御ユニット１７は、調整弁２０を閉じ、ガスタンク１９から吸気として気体が送り出されることを停止する。以後同様に、呼気動作と吸気動作とを繰り返す。   Subsequently, when the patient inhales, the inside of the mask 13 is depressurized. When the inside of the mask 13 is depressurized, the depressurized value is sensed by the barometer 14. Sensing data is output to the control unit 17. The control unit 17 controls the supply source 11 based on the sensing data. That is, as shown in FIG. 6B, the control unit 17 opens the adjustment valve 20 and sends out gas from the gas tank 19 as intake air. Thereafter, the pressure in the mask 13 is increased. When the pressure inside the mask 13 is increased, the increased value is sensed by the barometer 14. Sensing data is output to the control unit 17. The control unit 17 controls the supply source 11 based on the sensing data. That is, the control unit 17 closes the regulating valve 20 and stops the gas being sent out from the gas tank 19 as intake air. Thereafter, the exhalation operation and the inhalation operation are repeated in the same manner.

以上説明したように、呼吸補助装置１０によれば、呼気弁１５がピエゾ素子２２を有してなり、その開放量を微調整できるので、当該呼気弁１５から放出される呼気の流量が急激に変化することを防止できる。すなわち、マスク１３内の気圧が急激に変化することを防止することとなり、患者に掛かる負担が増加することを防止できる。そして、吸気時にマスク１３内が気密となるように呼気弁１５を閉じることができるので、当該呼気弁１５から漏出する気体の量を軽減できる。また、呼気弁１５がピエゾ素子２２を有してなるので、応答性が速く、患者への負担が小さい。具体的に、呼気弁として電磁弁を採用する場合には、８ｍｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ程度の時間で開閉するが、本発明のように、ピエゾ素子２２を有してなる呼気弁１５の場合には、１００μｓｅｃ程度の短い時間で開閉できる。さらに、呼気弁１５がピエゾ素子２２を有してなるので、呼気弁として電磁弁を採用する場合と比較して耐久期間が長く、壊れにくい。次いで、呼気弁１５がピエゾ素子２２を有してなるので、呼気弁として電磁弁を採用する場合などと比較して、呼吸補助装置１０を小型化したり軽量化したりできる。このため、本発明を適用することで、睡眠時無呼吸症候群などの患者が在宅人工呼吸器として使用できる。   As described above, according to the respiratory assistance device 10, the exhalation valve 15 includes the piezo element 22, and the opening amount thereof can be finely adjusted. Therefore, the flow rate of the exhalation discharged from the exhalation valve 15 is rapidly increased. It can be prevented from changing. That is, it is possible to prevent the atmospheric pressure in the mask 13 from changing abruptly, and it is possible to prevent the burden on the patient from increasing. And since the exhalation-valve 15 can be closed so that the inside of the mask 13 becomes airtight at the time of inhalation, the quantity of the gas leaked from the said exhalation-valve 15 can be reduced. Moreover, since the exhalation-valve 15 has the piezo element 22, responsiveness is quick and the burden on a patient is small. Specifically, when an electromagnetic valve is employed as the exhalation valve, the valve opens and closes in a time of about 8 msec to 10 msec. However, in the case of the exhalation valve 15 having the piezo element 22 as in the present invention, 100 μsec. It can be opened and closed in a short time. Furthermore, since the exhalation-valve 15 has the piezo element 22, it has a long durability period and is not easily broken as compared with the case where an electromagnetic valve is employed as the exhalation-valve. Next, since the exhalation valve 15 includes the piezo element 22, the respiratory assistance device 10 can be reduced in size and weight as compared with the case where an electromagnetic valve is employed as the exhalation valve. Therefore, by applying the present invention, a patient with sleep apnea syndrome or the like can be used as a home ventilator.

また、呼気弁１５は、ピエゾ素子２２に対する電圧の印加が解除されている時に開放するので、故障などによって呼気弁１５が機能しなくなった場合であっても、当該呼気弁１５が開放することとなり、呼気および吸気の気道を確保できる。   In addition, since the exhalation valve 15 is opened when voltage application to the piezo element 22 is released, the exhalation valve 15 is opened even when the exhalation valve 15 stops functioning due to a failure or the like. Can secure the airway of exhalation and inspiration.

さらに、呼気弁１５が呼気経路の内側に向けて開放するので、開閉時の呼気弁１５が何らかの物品と干渉することが防止できる。   Furthermore, since the exhalation valve 15 opens toward the inside of the exhalation path, the exhalation valve 15 at the time of opening and closing can be prevented from interfering with some article.

次いで、呼気弁１５の周囲に***材１６を備えているので、呼気弁１５を被覆するように布などの何らかの物品ＸＡ１が接触した場合であっても、当該物品ＸＡ１と呼気弁１５との間に隙間ＧＡＰを形成して、呼気弁１５の機能を保てる。   Next, since the safety member 16 is provided around the exhalation valve 15, even when some article XA1 such as a cloth comes into contact with the exhalation valve 15, there is a gap between the exhalation valve 15 and the article XA1. A gap GAP is formed in the gap, so that the function of the exhalation valve 15 can be maintained.

そして、呼気弁１５がマスク１３に設けられているので、呼気動作に対する呼気弁１５の応答性が速く、患者への負担が少ない。   And since the exhalation-valve 15 is provided in the mask 13, the responsiveness of the exhalation-valve 15 with respect to exhalation operation | movement is quick, and there are few burdens on a patient.

図７には、第２実施形態に係る呼吸補助装置７０の構成が例示されている。呼吸補助装置７０は、供給源１１としてマイクロポンプ１００を備え、また、吸気経路としてマスク１３のみを備えている。すなわち、マイクロポンプ１００は、マスク１３に直接接続されている。このマイクロポンプ１００は、特許文献ＷＯ２００８／０６９２６６で提案されているものであり、図８（Ａ）に示されるように、一次ブロア室１０１と、この一次ブロア室１０１の外側に形成された二次ブロア室１０２と、を備えている。 FIG. 7 illustrates the configuration of a respiratory assistance device 70 according to the second embodiment. The respiratory assistance device 70 includes the micropump 100 as the supply source 11, and includes only the mask 13 as the intake path. That is, the micropump 100 is directly connected to the mask 13. The micropump 100 are those proposed in Patent Document WO2008 / 069,266, as shown in FIG. 8 (A), secondary to the primary blower chamber 101, formed on the outside of the primary blower chamber 101 And a blower chamber 102.

一次ブロア室１０１は、振動源となる圧電素子１０３と、この圧電素子１０３が固定されたダイヤフラム１０４と、このダイヤフラム１０４と共に空間を形成する振動枠１０５と、を備えている。振動枠１０５は、一次ブロア室１０１の内外で流体を移動させる開口１０６を有している。二次ブロア室１０２は、ダイヤフラム１０４側に吸入口１０７を有すると共に、開口１０６に対向するように吐出口１０８を有している。   The primary blower chamber 101 includes a piezoelectric element 103 serving as a vibration source, a diaphragm 104 to which the piezoelectric element 103 is fixed, and a vibration frame 105 that forms a space together with the diaphragm 104. The vibration frame 105 has an opening 106 that moves fluid inside and outside the primary blower chamber 101. The secondary blower chamber 102 has a suction port 107 on the diaphragm 104 side and a discharge port 108 so as to face the opening 106.

以上のマイクロポンプ１００では、圧電素子１０３によってダイヤフラム１０４が共振すると、一次ブロア室１０１と二次ブロア室１０２との間で流体が移動し、これによる流体抵抗によって振動枠１０５が共振する。このダイヤフラム１０４と振動枠１０５との共振によって、吸入口１０７から流体が吸い込まれて、吐出口１０８から流体が放出される。   In the micropump 100 described above, when the diaphragm 104 resonates by the piezoelectric element 103, the fluid moves between the primary blower chamber 101 and the secondary blower chamber 102, and the vibration frame 105 resonates due to the fluid resistance caused by the fluid. Due to the resonance between the diaphragm 104 and the vibration frame 105, the fluid is sucked from the suction port 107 and discharged from the discharge port 108.

このマイクロポンプ１００は、気体を搬送するブロア用途に適しており、逆止弁を用いることなく搬送できる。マイクロポンプ１００は、外径が２０ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍ程度の箱形状であって極めて小さいものの、入力正弦波を１５Ｖｐｐ（Volt peak to peak）で２６ｋＨｚとした場合で、最大約１Ｌ／分（静圧０Ｐａ時）の空気を搬送でき、また最大約２ｋＰａ（流量０Ｌ／分）の静圧を得ることができる。   The micropump 100 is suitable for blower applications that transport gas, and can be transported without using a check valve. The micropump 100 has a box shape with an outer diameter of about 20 mm × 20 mm × 2 mm and is extremely small. However, when the input sine wave is set to 26 kHz at 15 Vpp (Volt peak to peak), the maximum is about 1 L / min (static pressure). Air at 0 Pa) and a maximum static pressure of about 2 kPa (flow rate 0 L / min) can be obtained.

一方、マイクロポンプ１００は、圧電素子１０３によるダイヤフラム１０４の振動で流体を搬送するから、搬送可能な流体の体積に自ずと限界があり、この静圧／流量特性も図８（Ｂ）に示されるような直線を示す。すなわち、例えば約１ｋＰａの静圧を得る場合、流量は０．５Ｌ／分となる。 On the other hand, since the micropump 100 conveys the fluid by the vibration of the diaphragm 104 by the piezoelectric element 103, the volume of the fluid that can be conveyed is naturally limited, and this static pressure / flow rate characteristic is also shown in FIG. 8B . A straight line. That is, for example, when a static pressure of about 1 kPa is obtained, the flow rate is 0.5 L / min.

なお、入力正弦波のＶｐｐを１０や２０に変化させた場合、圧電素子１０３の振幅が変化するので、流量及び圧力を変化させることができる。すなわち、入力正弦波のＶｐｐを滑らかに変化させた場合には、流量及び圧力を滑らかに変化させることができる。あるいは、入力正弦波の周波数を変化させた場合、流量及び圧力を変化させることができる。すなわち、入力正弦波の周波数を滑らかに変化させた場合には、流量及び圧力を滑らかに変化させることができる。ただし、流量及び圧力には、圧電素子１０３の能力や部材の強度や耐久性によって上限がある。通常は定格のＶｐｐ及び周波数で使用される。   Note that, when the Vpp of the input sine wave is changed to 10 or 20, the amplitude of the piezoelectric element 103 changes, so that the flow rate and pressure can be changed. That is, when Vpp of the input sine wave is changed smoothly, the flow rate and pressure can be changed smoothly. Alternatively, when the frequency of the input sine wave is changed, the flow rate and pressure can be changed. That is, when the frequency of the input sine wave is changed smoothly, the flow rate and pressure can be changed smoothly. However, the flow rate and pressure have upper limits depending on the ability of the piezoelectric element 103, the strength of the member, and the durability. Usually used at rated Vpp and frequency.

なお、ここでは１つの圧電素子１０３をダイヤフラム１０４に貼り付けたモノモルフ（ユニモルフ）構造を紹介しているが、勿論、２つの圧電素子を貼り合わせて振動量を増やすバイモルフ構造を採用することもできる。   Although a monomorph (unimorph) structure in which one piezoelectric element 103 is attached to the diaphragm 104 is introduced here, it is of course possible to adopt a bimorph structure in which two piezoelectric elements are attached to increase the vibration amount. .

尚、本発明の呼吸補助装置は、上記した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、上記した実施形態の構成要件を、可能な範囲で他の実施の形態に適用してもよい。   Note that the respiratory assistance device of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Moreover, you may apply the structural requirement of above-described embodiment to other embodiment in the possible range.

すなわち、上記各実施形態において、各構成の位置、大きさ、形状、数量は適宜変更できる。例えば、呼気弁１５の数量が挙げられ、呼気弁１５を２個以上備えるようにしてもよい。 That is, in each of the above embodiments, the position, size, shape, and quantity of each component can be changed as appropriate. For example, the quantity of exhalation valves 15 can be mentioned, and two or more exhalation valves 15 may be provided.

具体的に、第１実施形態を変形した場合を例に説明する。図９に示すように、マスク１３には、複数（例えば、８個）の通気孔１３ａが形成されている。複数の通気孔１３ａには、一つずつ呼気弁１５が設けられている。複数の呼気弁１５は、互いに独立して制御されて開閉する。開放する呼気弁１５の数を変更することで、呼気の流量を調節できる。このため、ピエゾ素子２２への電圧の印加量を制御せずに、各ピエゾ素子２２に対する当該電圧のオンオフを制御して、開放する呼気弁１５の数を変更するだけで、呼気の流量を段階的に調節できる。すなわち、簡単な制御で呼気の流量を調節できる。また、ピエゾ素子２２への電圧の印加量を制御することで、更に滑らかに呼気の流量を調節できる。 Specifically, a case where the first embodiment is modified will be described as an example. As shown in FIG. 9 , the mask 13 has a plurality of (for example, eight) vent holes 13a. The plurality of vent holes 13a are provided with exhalation valves 15 one by one. The plurality of exhalation valves 15 are controlled and opened / closed independently of each other. The flow rate of exhalation can be adjusted by changing the number of exhalation valves 15 to be opened. For this reason, without controlling the amount of voltage applied to the piezo elements 22, the on / off of the voltage to each piezo element 22 is controlled to change the number of exhalation valves 15 to be opened, thereby changing the flow rate of exhalation. Can be adjusted. That is, the flow rate of exhaled breath can be adjusted with simple control. Further, by controlling the amount of voltage applied to the piezo element 22, the flow rate of exhalation can be adjusted more smoothly.

あるいは、上記第１実施形態において、供給源１１として、ガスタンク１９などに代えてマイクロポンプ１００を備えるようにしてもよい。そして、上記第１および第２実施形態において、マイクロポンプ１００を複数備え、それらを直列もしくは並列に配置したり、あるいはマトリクス状に配置したりするようにしてもよい。 Alternatively, in the first embodiment, the micropump 100 may be provided as the supply source 11 instead of the gas tank 19 or the like. Then, the Oite the first and second embodiments, a plurality of micro-pumps 100, or to place them in series or in parallel, or may be or are arranged in a matrix.

本発明の呼吸補助装置は、様々な生物の呼吸補助目的で利用できる。   The respiratory assistance device of the present invention can be used for the purpose of assisting various organisms.

１０，７０ 呼吸補助装置
１１ 供給源
１２ 吸気管
１３ マスク
１５ 呼気弁
１６ ***材
２２ ピエゾ素子
１００ マイクロポンプ
ＸＡ１ 物品
ＧＡＰ 隙間

10 , 70 Respiratory apparatus 11 Supply source 12 Inspiratory pipe 13 Mask 15 Expiratory valve 16 Safety member 22 Piezo element 100 Micro pump XA1 Goods GAP Gap

Claims (5)

吸気となる気体を送り出す供給源に基端が接続された吸気管の先端に取り付けられたマスクと、
前記マスクに形成された通気孔を覆うように該マスクの内側に設けられた呼気弁と、を備え、
前記呼気弁は、電圧の印加量に応じて変位するピエゾ素子を有してなり、該ピエゾ素子が前記マスクに対して離隔し又は近接して当接するように該マスクの内側で変位することで、該ピエゾ素子自体が前記通気孔を開閉することを特徴とする、
呼吸補助装置。 A mask attached to the distal end of an intake pipe whose base end is connected to a supply source for sending out gas to be inhaled ;
An exhalation valve provided inside the mask so as to cover a vent hole formed in the mask ,
The exhalation-valve has a piezo element that is displaced according to the amount of voltage applied, and is displaced inside the mask so that the piezo element is separated from or in close contact with the mask. The piezo element itself opens and closes the vent hole .
Respiratory device. 前記呼気弁は、前記ピエゾ素子に対する電圧の印加時に閉鎖し、該電圧の印加の解除時に開放することを特徴とする、
請求項１に記載の呼吸補助装置。 The exhalation valve is closed when a voltage is applied to the piezo element, and is opened when the voltage is released.
The respiratory assistance device according to claim 1. 前記呼気弁の周囲に、前記マスクの外側に突出するように設けられた部材であって、前記呼気弁を被覆するように物品が接触した場合に該物品と前記呼気弁との間に隙間を形成して、前記呼気弁の機能を保つ***材を備えることを特徴とする、
請求項１又は２に記載の呼吸補助装置。 A member provided around the exhalation valve so as to protrude to the outside of the mask , and when an article contacts the exhalation valve so as to cover the exhalation valve, a gap is formed between the article and the exhalation valve. Formed and provided with a safety member that maintains the function of the exhalation valve,
The respiratory assistance device according to claim 1 or 2 . 前記呼気弁を複数備えると共に、
前記呼気弁の開放数により換気量を制御する制御装置を備えることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載の呼吸補助装置。 A plurality of the exhalation valves ;
It is provided with a control device for controlling the ventilation amount by the number of opened exhalation valves ,
The respiratory assistance apparatus in any one of Claims 1-3 . 前記供給源と前記吸気管とを備えることを特徴とする、
請求項１〜４のいずれかに記載の呼吸補助装置。 Comprising the supply source and the intake pipe ,
The respiratory assistance apparatus in any one of Claims 1-4 .
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