JPH0951950A - 人工呼吸装置およびセンサーモジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 患者の呼気と吸気中の酸素含有量等及び／ま
たは炭酸ガス含有量等をリアルタイムに測定することが
できる人工呼吸装置の提供 【課題解決手段】 人工呼吸回路中に酸素センサーおよ
び／または炭酸ガスセンサーならびに温度センサー９と
必要に応じて装備される湿度センサーとを備えてなるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は人工呼吸装置およ
びセンサーモジュールに関し、さらに詳しくは、患者の
換気状態をリアルタイムにモニターすることのできる人
工呼吸装置およびこの人工呼吸装置に好適に装備するこ
とのできるセンサーモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、患者に人工呼吸をする場合、
あるいは患者に麻酔をかける場合、患者の換気状態を把
握することが重要である。

【０００３】従来においては、所定時間毎に呼気および
／または吸気をサンプリングし、得られるサンプルガス
を別に備える酸素計あるいは炭酸ガス計でその濃度をバ
ッチ式で測定していた。あるいは、人工呼吸装置におけ
る人工呼吸回路に分岐管を特に設け、その分岐管に接続
された酸素計あるいは炭酸ガス計で呼気あるいは吸気中
の酸素濃度あるいは炭酸ガス濃度をモニターするなどし
ていた。いずれの方法によるも、リアルタイムに呼吸作
用をモニターしているということではなかった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明はこのような
状況に鑑みて完成された。すなわち、この発明の目的
は、患者の呼吸作用をリアルタイムで監視することので
きる人工呼吸装置を提供することにある。この発明の他
の目的は、患者の酸素消費量および／または換気状態を
リアルタイムで監視することのできる人工呼吸装置を提
供することにある。この発明の他の目的は、患者の体温
の如何にかかわらず患者の酸素消費量および／または換
気状態をリアルタイムで監視することのできる人工呼吸
装置を提供することにある。この発明の他の目的は、患
者の肺に適度の湿度を有する吸気を送り込み、患者の呼
吸作用をリアルタイムで監視することのできる人工呼吸
装置を提供することにある。この発明の他の目的は前記
人工呼吸装置に好適に組み込み可能なセンサーモジュー
ルを提供することにある。

【０００５】

【前記課題を解決するための手段】前記課題を解決する
ための請求項１に記載の発明は、吸気を送り出す吸気チ
ューブと呼気を送り出す呼気チューブとを有する人口呼
吸回路からなる人口呼吸装置において、人工呼吸回路に
ガスセンサーと温度センサーとを設け、呼吸作用をモニ
ター可能にしてなることを特徴とする人工呼吸装置であ
り、請求項２に記載の発明は、前記人工呼吸回路が、吸
気チューブと、呼気チューブと、気管用チューブと、前
記吸気チューブ、呼気チューブおよび気管用チューブを
接続するコネクタとを備えてなる前記請求項１に記載の
人工呼吸装置であり、請求項３に記載の発明は、前記吸
気チューブおよび前記呼気チューブそれぞれにガスセン
サーおよび温度センサーからなるセンサーモジュールを
設けてなる前記請求項２に記載の人工呼吸装置であり、
請求項４に記載の発明は、前記コネクタが、そのガス流
通空間内にガスセンサーおよび温度センサーを備えてな
る前記請求項２に記載の人工呼吸装置であり、請求項５
に記載の発明は、前記気管用チューブが、ガスセンサー
および温度センサーを設けてなる前記請求項２に記載の
人工呼吸装置であり、請求項６に記載の発明は、前記ガ
スセンサーおよび温度センサーが、前記コネクタと前記
気管用チューブとの間に介装されたセンサーモジュール
である前記請求項２に記載の人工呼吸装置であり、請求
項７に記載の発明は、前記ガスセンサーが酸素センサー
である前記請求項１〜６のいずれかに記載の人工呼吸装
置であり、請求項８に記載の発明は、前記ガスセンサー
が炭酸ガスセンサーである前記請求項１〜６のいずれか
に記載の人工呼吸装置であり、請求項９に記載の発明
は、前記ガスセンサーが酸素センサーおよび炭酸ガスセ
ンサーである前記請求項１〜６のいずれかに記載の人工
呼吸装置であり、請求項１０に記載の発明は、前記人工
呼吸回路が、ガスセンサーの近傍に湿度センサーを備え
てなる前記請求項１〜９のいずれかに記載の人工呼吸装
置であり、請求項１１に記載の発明は、前記人工呼吸回
路は、人工呼吸回路内を流通するガスの流量を測定する
流量測定手段を有してなる前記請求項１〜１０のいずれ
かに記載の人工呼吸装置であり、請求項１２に記載の発
明は、両端を開口する管体と、前記管体の内周面に設け
られたガスセンサーおよび温度センサーとを有すること
を特徴とするセンサーモジュールであり、請求項１３に
記載の発明は、前記センサーモジュールはさらに湿度セ
ンサーを備えてなる前記請求項１２に記載のセンサーモ
ジュールである。

【０００６】

【発明の実施の形態】この発明に係る人工呼吸装置にお
いては、従来の人工呼吸装置と同様に、酸素含有ガス供
給手段に接続されていてこの酸素含有ガス供給手段から
酸素含有ガスを送出する吸気チューブと、患者からの呼
気を排出する呼気チューブとを有する。

【０００７】吸気チューブと呼気チューブとは別体であ
ることもあり、また吸気チューブ内に呼気チューブが挿
通されてなる二重管構造であることもあり、またこの逆
に呼気チューブ内に吸気チューブが挿通されてなる二重
管構造であることもある。

【０００８】公知のある種の人工呼吸装置においては、
吸気チューブの先端部すなわち酸素含有ガス供給手段に
接続された端部とは反対側の端部には、患者の鼻および
／または口に装着される装着端部を備えた気管内チュー
ブが接続され、呼気チューブにはたとえば呼気中の水分
をトラップするウオータトラップが接続され、またその
呼気チューブの端部には患者の鼻および／または口に装
着される装着端部を備えた気管内チューブが接続され
る。

【０００９】吸気チューブの先端部と呼気チューブとの
先端部には、コネクタが取りつけられ、そのコネクタに
１本の気管内チューブが装着され、吸気チューブから送
出される酸素含有ガスがコネクタを介して気管内チュー
ブ内に送出され、気管内チューブを介して送り出される
呼気がコネクタを介して呼気チューブ内に送出されるよ
うになっている。このとき、吸気が気管内チューブ内へ
送出されることなく吸気チューブから呼気チューブへ直
接に送出されることもある。この場合、酸素ガスあるい
は炭酸ガスは気管内チューブ内のガス拡散によって移動
される。

【００１０】また、ある種の人工呼吸装置においては、
前記気管内チューブの代わりに、気管切開チューブが装
着されることもある。なお、ここでは気管内チューブお
よび気管切開チューブとを合わせて気管用チューブと称
する。

【００１１】このような吸気チューブ、呼気チューブお
よび気管内チューブまたは気管切開チューブを有してな
り、患者に酸素含有ガスを送り込み、患者の呼気を回収
する経路が人工呼吸回路である。

【００１２】この発明は、前記各種の人工呼吸装置に適
用される。そして、この発明の人工呼吸装置のある態様
においては、吸気チューブおよび呼気チューブのそれぞ
れにガスセンサーおよび温度センサーが設けられる。

【００１３】吸気チューブにおけるガスセンサーの取り
付け位置は、酸素含有ガスの流通する気体流通路内の適
宜の位置である。この吸気チューブに取り付けられるガ
スセンサーは、通常、酸素センサーである。

【００１４】酸素センサーとしては、酸素含有ガス中の
酸素を検出し、その酸素濃度に対応する電圧値あるいは
電流値である電気信号を出力することができる小型のセ
ンサーを挙げることができる。なお、この酸素センサー
で検出される酸素量は、酸素含有ガス中の酸素濃度であ
るから、パーセンテージあるいは分圧などで示される相
対量である。

【００１５】呼気チューブにおけるガスセンサーの取り
付け位置は、呼気ガスの流通する気体流通路内の適宜の
位置である。この呼気チューブに取り付けられるガスセ
ンサーは、酸素センサーおよび炭酸ガスセンサーのいず
れか単独であっても、また酸素センサーと炭酸ガスセン
サーとの組み合わせであっても良い。

【００１６】温度センサーとしては、そのガスの温度を
電圧値あるいは電流値である電気信号として出力するこ
とのできる小型のセンサーを一例として挙げることがで
きる。

【００１７】なお、この発明においては、温度センサー
と酸素センサーおよび／または炭酸ガスセンサーとを、
モジュール化して使用することもできる。

【００１８】温度センサーの取り付け位置は、吸気チュ
ーブにおける酸素センサーの取り付け位置と同じ位置も
しくはその近傍であるのが好ましく、また呼気チューブ
における酸素センサーおよび／または炭酸ガスセンサー
の取り付け位置と同じ位置もしくはその近傍であるのが
好ましい。

【００１９】この発明の人工呼吸装置のある例（第１の
例と称することがある。）においては、吸気チューブに
酸素センサーおよび温度センサーが、また呼気チューブ
にも酸素センサーおよび温度センサーがそれぞれ取り付
けられ、これら各種のセンサーから出力される検出信号
を入力し、検出信号に基づいて各種演算を行う演算制御
部が設けられている。

【００２０】この第１の例である人工呼吸装置において
は、これら二つの酸素センサーおよびこれら二つの温度
センサーから出力される検出信号が演算制御部に出力さ
れる。演算制御部においては、吸気チューブ内の酸素セ
ンサーから出力される検出信号および温度センサーから
出力される温度検出信号から特定温度における酸素量を
算出し、また呼気チューブ内の酸素センサーから出力さ
れる検出信号および温度センサーから出力される温度検
出信号から前記特定温度における酸素量を算出し、算出
した２種の酸素量から患者の酸素摂取量を算出すること
ができる。

【００２１】この第１の例である人工呼吸装置において
は、吸気チューブおよび呼気チューブそれぞれに酸素セ
ンサーおよび温度センサーが設けられているので、患者
の呼吸作用を経時的に測定することができる。

【００２２】前述したように、酸素センサーを吸気チュ
ーブおよび呼気チューブに設けることにより吸気チュー
ブ内および呼気チューブ内を流通するガス中の酸素量が
相対量として検出される。すなわち、吸気チューブから
送出されたガス中の酸素量に対して換気作用によって消
費された酸素量の相対量がパーセンテージがモニターさ
れることになる。

【００２３】吸気チューブおよび呼気チューブ内の酸素
の絶対量を測定するには、流量測定手段を設けることが
必要である。

【００２４】この流量測定手段は、酸素センサーが取り
付けられている吸気チューブ内を流通するガスの流量を
測定可能な位置に取りつけられていれば良く、チューブ
内の酸素センサーの取り付け位置に隣接する位置に流量
測定手段が設けられるのが好ましいが、酸素センサーの
取り付け位置よりも離れた位置に流量測定手段が設けら
れていても良い。

【００２５】流量測定手段としては、熱線流量計、翼車
型流量計、差圧式流量計、流体拡散流量計、流体振動流
量計、渦式流量計、超音波流量計、熱パルス流量計、お
よびローリングシール式流量計などが挙げられる。これ
らの内のいずれの流量測定手段を採用するかは、流量測
定手段を取り付ける位置、人工呼吸回路中を流通する酸
素含有ガスおよび呼気ガスの流量、あるいは患者が成人
か小児か新生児かなどに応じて適宜に決定される。

【００２６】流量測定手段が設けられた人工呼吸装置に
おいては、演算制御部に吸気チューブにおける酸素セン
サーおよび温度センサーからの検出信号と、呼気チュー
ブにおける酸素センサーおよび温度センサーからの検出
信号とを入力すると、吸気チューブ内の酸素量（相対
量）を特定温度の酸素量に換算し、また呼気チューブ内
の酸素量を前記と同じ特定温度の酸素量（相対量）に換
算する。一方、この演算制御部は、吸気チューブに取り
付けられた流量測定手段からの測定信号および呼気チュ
ーブに取り付けられた流量測定手段からの測定信号を入
力し、これら測定信号から、吸気チューブ内を流通する
ガスの流量を算出し、また呼気チューブ内を流通するガ
スの流量を算出する。そして、この演算制御部は、吸気
チューブ内を流通するガスすなわち酸素含有ガス中の相
対的な酸素量とガスの流量とから吸気チューブ内の酸素
量（絶対値）を演算する。またこの演算制御部は、呼気
チューブ内を流通するガスすなわち呼気ガス中の相対的
な酸素量とガスの流量とから呼気チューブ内の酸素量
（絶対値）を演算する。吸気チューブ内を流通するガス
中の絶対値としての酸素量と呼気チューブ内を流通する
呼気中の絶対値としての酸素量とから、患者の換気状態
が経時的に把握される。

【００２７】この発明の人工呼吸装置の他の例（第２の
例と称することがある。）では、吸気チューブに酸素セ
ンサーおよび温度センサーが取り付けられ、呼気チュー
ブに酸素センサーおよび炭酸ガスセンサーおよび温度セ
ンサーが取り付けられる。

【００２８】前記炭酸ガスセンサーとしては、ガス中の
炭酸ガスの濃度を電圧値または電流値として出力するこ
とのできる小型のセンサーを挙げることができる。

【００２９】この第２の例である人工呼吸装置において
は、吸気チューブにおける酸素センサーの取り付け位置
および温度センサーの取り付け位置は、前記第１の例に
おいて説明したのと同様である。呼気チューブにおける
酸素センサーおよび炭酸ガスセンサーの取り付け位置
は、呼気ガスの流通する気体流通路内の適宜の位置であ
る。

【００３０】この第２の例である人工呼吸装置において
は、吸気チューブから気管内チューブあるいは気管切開
チューブを介して患者に酸素ガスあるいは酸素含有ガス
が送出され、患者の呼気が気管内チューブあるいは気管
切開チューブを介して呼気チューブを通じて排出され
る。

【００３１】この第２の例である人工呼吸装置において
は、前記第１の例の人工呼吸装置におけるのと同様にし
て、酸素センサーにより呼吸作用がモニターされる。

【００３２】呼気チューブ内を流通する呼気ガス中の炭
酸ガスは炭酸ガスセンサーにより検出され、炭酸ガスセ
ンサーから検出信号が演算制御部に出力され、また温度
センサーにより呼気チューブ内の呼気温度が検知されて
この温度センサーから温度検出信号が演算制御部に出力
される。演算制御部においては、呼気チューブ内の炭酸
ガスセンサーから出力される検出信号および温度センサ
ーから出力される温度検出信号から前記特定温度におけ
る炭酸ガス量を算出し、患者の換気状態がモニターされ
る。

【００３３】前述したように、酸素センサーおよび炭酸
ガスセンサーにより測定される量は相対量である。すな
わち、吸気チューブ内を流通するガス中の酸素量が酸素
センサーにより検出され、呼気チューブ内を流通するガ
ス中の酸素量が酸素センサーにより検出されるので、換
気作用によって消費された酸素量の相対量例えばパーセ
ンテージあるいは分圧が演算制御部により算出され、モ
ニターされることになる。

【００３４】呼気チューブおよび吸気チューブ内の酸素
の絶対量および呼気チューブ内の炭酸ガスの絶対量を測
定するには、流量測定手段を呼気チューブおよび吸気チ
ューブそれぞれに設けることが必要である。

【００３５】この流量測定手段の取り付け位置について
は第１の例において説明した通りである。また、流量測
定手段を有する人口呼吸装置においては、この流量測定
手段を取り付けた吸気チューブ内を通過するガス中の酸
素量の絶対値、および、この流量測定手段を取り付けた
呼気チューブ内を通過する呼気中の酸素ガスおよび炭酸
ガス量の絶対値を測定することにより、患者の酸素摂取
量の絶対値を把握することができ、また炭酸ガスの絶対
値を把握することができる。

【００３６】この発明の人工呼吸装置の第３の例とし
て、人工呼吸回路が、酸素を送出する吸気チューブと呼
気を排出する呼気チューブと、気管内チューブまたは気
管切開用チューブを接続可能に形成され、かつ、吸気チ
ューブからの酸素含有ガスを前記気管内チューブまたは
気管切開用チューブに送出し、気管内チューブまたは気
管切開用チューブから呼気チューブへと呼気を排出する
コネクタとを備え、前記コネクタにガスセンサーおよび
温度センサーを設け、前記ガスセンサーおよび温度セン
サーから出力される検出信号を入力して患者の呼吸作用
および／または換気状態としての酸素消費量および／ま
たは炭酸ガス消費量を算出する演算制御部を備える人工
呼吸装置が挙げられる。

【００３７】コネクタ内のガス流通空間内に設けられる
ガスセンサーとしては、酸素センサーおよび／または炭
酸ガスセンサーを挙げることができる。酸素センサーお
よび炭酸ガスセンサーの構造、機能については、前記第
１の例において説明した通りである。

【００３８】この第３の例においては、コネクタ内に酸
素センサーおよび温度センサーが設けられていると、吸
気チューブからコネクタ内に送り込まれるガス特に酸素
含有ガス中の酸素が酸素センサーにより検出され、温度
センサーによりコネクタ内の温度が測定され、酸素セン
サーから出力される検出信号および温度センサーから出
力される温度検出信号が演算制御部に出力される。演算
制御部では温度センサーにより測定されたコネクタ内の
実際の温度における酸素量を特定温度における酸素量に
換算し、経時的にコネクタ内の酸素量を演算する。この
第３の例においても患者の換気状態が経時的に把握され
る。

【００３９】この第３の例において、コネクタ内に炭酸
ガスセンサーおよび温度センサーが設けられていると、
コネクタ内に送り込まれる呼気中の炭酸ガスが炭酸ガス
センサーにより検出され、温度センサーによりコネクタ
内の温度が測定され、炭酸ガスセンサーから出力される
検出信号および温度センサーから出力される温度検出信
号が演算制御部に出力される。演算制御部では温度セン
サーにより測定されたコネクタ内の実際の温度における
炭酸ガス量を特定温度における炭酸ガス量に換算し、経
時的にコネクタ内の炭酸ガス量を演算する。この第３の
例においても呼気中の炭酸ガスの濃度という観点から患
者の換気状態が経時的に把握される。

【００４０】この第３の例において測定される酸素量お
よび／または炭酸ガス量は相対量としての濃度である。
呼気中の絶対量としての酸素量および／または炭酸ガス
量は、呼気チューブまたは呼気チューブのいずれかに流
量測定手段を設ける必要がある。流量測定手段から出力
される流量検出信号が演算制御部に入力されると、演算
制御部では、呼気の流量と酸素量および／または炭酸ガ
ス量とから、呼気中の絶対値としての酸素量および／ま
たは炭酸ガス量が測定される。流量測定手段を有する
と、絶対値である酸素量および／または炭酸ガス量が経
時的に把握され、患者の換気状態がモニターされる。

【００４１】この発明の人工呼吸装置の第４の例とし
て、人工呼吸回路が、酸素を送出する吸気チューブと、
呼気を排出する呼気チューブと、気管内チューブまたは
気管切開用チューブと、前記気管内チューブまたは前記
気管切開用チューブを接続可能に形成され、かつ、前記
吸気チューブからの酸素含有ガスを前記気管内チューブ
または前記気管切開用チューブに送出し、前記気管内チ
ューブまたは前記気管切開用チューブから呼気チューブ
へと呼気を排出するコネクタとを備えてなり、前記気管
内チューブまたは前記気管切開用チューブは、前記コネ
クタに結合される端部とは反対側の端部のガス流通路内
に、ガスセンサーおよび温度センサーを設けてなる人工
呼吸装置が挙げられる。

【００４２】この第４の例においても、前記第３の例に
おけるのと同様に、患者の呼吸作用および／または換気
状態が酸素摂取量および／または炭酸ガス量によって経
時的に監視され得る。吸気チューブまたは呼気チューブ
のいずれかに流量測定手段を設けておくと、酸素摂取量
および／または炭酸ガス量の絶対値を把握することがで
きる。

【００４３】この発明の人工呼吸装置の第５の例とし
て、吸気チューブと、呼気チューブと、吸気チューブお
よび呼気チューブに気管内チューブまたは気管切開用チ
ューブを接続するコネクタ、人工呼吸回路中に設けられ
た湿度センサーと、前記人工呼吸回路に設けられたガス
センサーおよび温度センサーと、要すれば流量測定手段
とを備えてなる人工呼吸装置が挙げられる。

【００４４】この第５の例においては、湿度センサーを
設けているので、患者の肺臓にダメージを与えない適度
の湿度を有する酸素含有ガスを送り込むことができる。

【００４５】この発明の人工呼吸装置における呼気チュ
ーブ、および吸気チューブのいずれかにガスセンサーお
よび温度センサーを装着する場合、ガスセンサーおよび
温度センサーを一体に組み込んでなるセンサーモジュー
ルを使用するのが好ましい。

【００４６】センサーモジュールは、管体に接続可能な
端部を有し、一端から他端へと連通する両端を連通して
いる管構造を有し、その管構造の内部にガスセンサー、
温度センサー、場合により必要に応じて湿度センサーを
装備する。

【００４７】

【実施例】

（例１）この例１は、酸素ガスセンサーおよび炭酸ガス
センサーからなるガスセンサーおよび温度センサーを気
管内チューブに設けてなる例である。

【００４８】図１はこの発明の一実施例である人工呼吸
装置における人工呼吸回路を示す説明図である。

【００４９】図１に示されるように、人工呼吸装置にお
ける人工呼吸回路１は、吸気チューブ２と呼気チューブ
３と、コネクタ４と、気管内チューブ５とを有する。

【００５０】吸気チューブ２は、たとえば患者に酸素を
送り込むチューブである。この場合、患者を人工呼吸さ
せるためにこの吸気チューブ２を介して酸素を送り込む
こともあるし、患者に麻酔をかけるために酸素を含有す
る麻酔ガスをこの吸気チューブ２を介して送り込むこと
もある。

【００５１】いずれの場合においても、吸気チューブ２
の一端は、酸素含有ガスたとえば人工呼吸のための酸素
富化ガスを供給する酸素富化ガス供給手段（図示せ
ず。）あるいは麻酔ガスと酸素ガスとを含有する麻酔ガ
ス供給手段（図示せず。）に接続され、吸気チューブ２
の他端には前記コネクタ４に接続され、吸気チューブ２
の中間部には加湿器６が介装される。この吸気チューブ
２には、呼気チューブ２内を流通するガスを所定温度に
加熱する加熱手段たとえばヒートワイヤ（図示せず。）
が取り付けられている。

【００５２】吸気チューブ２は、通常柔軟な部材で形成
される。吸気チューブ２は酸素富化ガス供給手段あるい
は麻酔ガス供給手段からコネクタ４までを一本の流通路
として形成される。

【００５３】呼気チューブ３は、患者の呼気を排出する
チューブである。この呼気チューブ３の一端には、呼気
を排出する排気手段に接続され、呼気チューブ３の他端
は前記コネクタ４に接続される。また、この呼気チュー
ブ３の中間部には、呼気中の水分をトラップすることに
より呼気中の水分が排気手段に流通することを阻止する
ウォータトラップ７が介装されている。

【００５４】呼気チューブ３は、通常柔軟な部材で形成
される。呼気チューブ３はコネクタ４から排気手段まで
を一本の流通路として形成される。

【００５５】通常、このコネクタ４に前記吸気チューブ
２の先端部および前記呼気チューブ３が脱着不可能に接
続されている。

【００５６】前記気管内チューブ５は、患者に酸素含有
ガスを送出し、また患者の呼気を呼気チューブ３に排出
する管体である。この気管内チューブ５の一端は、前記
コネクタ４に脱着可能に装着され、この気管内チューブ
５の他端は、患者の口および／または鼻に挿入される。
なお、この実施例においては、人工呼吸回路１を形成す
る一部として、気管内チューブ５が採用されているが、
患者の状態によっては、例えば患者が自発呼吸不可能に
至った状態においては、気管内チューブ５に代えて気管
切開チューブがコネクタ４に装着される。

【００５７】この実施例においては、図２に示されるよ
うに、気管内チューブ５に、酸素センサー８、温度セン
サー９および炭酸ガスセンサー１０とが設けられてい
る。

【００５８】前記気管内チューブ５は、口あるいは鼻よ
り挿入される。この気管内チューブ５は、塩化ビニー
ル、シリコーンゴム等により形成される。

【００５９】前記温度センサー９、酸素センサー８およ
び炭酸ガスセンサー１０は、気管内チューブ５の先端部
から所定距離の位置にそれぞれ並べて配設される。同じ
距離の位置に配設されていることにより、酸素センサー
８および炭酸ガスセンサー１０が酸素ガスおよび炭酸ガ
スを検知するその位置での温度を温度センサー９により
検知することができるからである。温度センサー９と酸
素センサー８および炭酸ガスセンサー１０とが、気管内
チューブ５の先端部から異なる距離の位置にそれぞれ配
設されていると、酸素センサー８が酸素を検知するその
位置での温度とは異なる温度を、また炭酸ガスセンサー
１０が炭酸ガスを検知するその位置での温度とは異なる
温度を温度センサー９が測定することになり、正確な酸
素量および炭酸ガス量を検出することができなくなるこ
とがある。なお、ここで、酸素量は酸素濃度あるいは酸
素分圧として示されることができ、また、炭酸ガス量は
炭酸ガス濃度あるいは炭酸ガス分圧として示されること
ができる。これら濃度および分圧は相対量であって絶対
量ではない。

【００６０】前記温度センサー９、酸素センサー８およ
び炭酸ガスセンサー１０が併設される位置は、通常、気
管内チューブ５の先端開口部より５０〜１５０ｍｍの距
離にある。気管内チューブ５の先端開口部から５０ｍｍ
よりも遠い位置に温度センサー９、酸素センサー８およ
び炭酸ガスセンサー１０が配設されていると、気管内チ
ューブ５内に流入する呼気、あるいは気管内チューブ５
内から流出する吸気の流れを乱して酸素センサー８およ
び炭酸ガスセンサー１０で正確に酸素および炭酸ガスを
検出することができないことがあるからである。気管内
チューブ５の先端開口部から１５０ｍｍよりも近い位置
にこれらセンサーを設けるのは、リアルタイムに測定す
ることができるようにするためである。

【００６１】温度センサー９にはサーミスターが使用さ
れる。温度センサー９には導電線１１が接続されてい
て、この導電線１１は気管内チューブ５の内側から外側
に引き出され、気管内チューブ５の外面に沿わされてい
る。

【００６２】この酸素センサー８としては、ガルバニ電
池式酸素センサーおよびクラーク電池式酸素センサーを
使用することができる。この発明においてはガルバニ電
池式酸素センサーが好ましい。ガルバニ電池式酸素セン
サーは、酸素の電気化学的還元に有効な金属、好ましく
は貴金属（好適には金）または金属酸化物を有する正極
と、卑金属（好適には鉛）を有する負極と、たとえば水
酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどの水溶液、または
酢酸とアルカリ金属もしくはアンモニアの酢酸塩との混
合水溶液などの電解液とを有してなり、前記正極と負極
との間に一定の抵抗を接続したときに、そこに流れる電
流と酸素濃度との間に直線性があることを利用したセン
サーである。このガルバニ電池式酸素センサーには各種
の態様のセンサーが提案され、また実用化されている
が、いずれも制限なくこの発明に使用することができ
る。もっとも、気管内チューブ５の先端内部に酸素セン
サー８を装着する必要上、小型のガルバニ電池式酸素セ
ンサーを採用するのが良い。

【００６３】ガルバニ電池式酸素センサーであるところ
の、小型に改造された好適な酸素センサー８は、図３に
示されるように、呼気および吸気の表面更新を良くする
ために薄い板状であるのが良い。そして、この酸素セン
サー８は、容器の底に配設された負極１２としての卑金
属たとえば鉛の薄い板ないしシートと、この負極１２の
上に配設されたところの、繊維質多孔体たとえば紙ある
いは不織布に電解液を含浸してなるリテーナ層１３と、
このリテーナ層１３の上に接触して配設されたところ
の、導電性のカーボンペーパあるいはカーボンフェルト
などからなる集電体１４と、その集電体１４に接触して
配設されたところの、正極１５としての貴金属たとえば
金の薄い板ないしシートと、この正極１５に密着してこ
れを被覆するように、前記容器の開口部を覆蓋する酸素
拡散膜１６とを有してなる。なお、図３において、１７
で示すのは、前記負極１２、リテーナ層１３、集電体１
４、正極１５および酸素拡散膜１６を収容する容器であ
る。

【００６４】なお、リテーナ層１３は電解液を含浸する
層である。前記繊維質多孔体に電解液を含浸してなるリ
テーナ層１３の代わりに、ゲル状の電解質を採用するこ
ともできる。ゲル状の電解質を使用すると、繊維質多孔
体を使用する必要がなくなる。

【００６５】酸性電解液としては、例えば酢酸１〜６モ
ル／リットル、好ましくは３〜５モル／リットル、酢酸
カリ１〜５モル／リットル、好ましくは２〜４モル／リ
ットル、酢酸鉛０．０５〜０．５モル／リットル、好ま
しくは０．０８〜０．１モル／リットルを含有し、ｐＨ
が４〜７、好ましくは５．８〜６に調整されてなる電解
液を挙げることができる。

【００６６】リテーナ層１３および集電体１４はその機
能を果たすことのできる限り特に制限がない。

【００６７】前記酸素拡散膜１６としては、酸素を透過
させる機能を有する樹脂膜であれば特に制限がなく、例
えばポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィ
ンからなる膜およびフッ素樹脂からなる膜などを挙げる
ことができる。好ましいのはフッ素樹脂からなる膜およ
びポリオレフィンからなる膜である。

【００６８】酸素センサー８としてのガルバニ電池式酸
素センサーは、白金などの負極と、銀・塩化銀などの正
極と、塩化カリウム水溶液などの電解液と、ポリエチレ
ン膜などの酸素透過膜とを備え、前記酸素透過膜に接す
る電解液中に前記正極と負極とを浸漬し、正極と負極と
の間に流れる電流値をもって酸素ガス量を測定するよう
になっている。

【００６９】この酸素センサー８の正極１５および負極
１２からは導電線１１が引き出されていて、それら導電
線１１は気管内チューブ５の内側から外側へと引き出さ
れ、気管内チューブ５の外面に沿わされている。

【００７０】炭酸ガスセンサー１０としては、セバリン
グハウス型電極を好適に使用することができる。このセ
バリングハウス型電極は、ｐＨガラス電極とＡｇ／Ａｇ
Ｃｌ電極とを一対にした複合電極である。その他に、炭
酸ガスセンサー１０としてＩＳＦＥＴ(Ion Sensitive F
ield Effective Transistor)を利用した炭酸ガスセンサ
ーを採用することも好適である。

【００７１】この炭酸ガスセンサー１０から導電線１１
が引き出されていて、それら導電線１１は気管内チュー
ブ５の内側から外側へと引き出され、気管内チューブ５
の外面に沿わされている。

【００７２】図４に示されるように、前記温度センサー
９、酸素センサー８および炭酸ガスセンサー１０からそ
れぞれ出力される検知信号は、導電線１１を介して、モ
ニター内の演算制御部１８に出力される。

【００７３】この演算制御部１８は、温度センサー９か
ら出力される温度検知信号、酸素サンサー２から出力さ
れる酸素検知信号、および炭酸ガスセンサー１０から出
力される炭酸ガス検知信号を入力し、例えば、所定時間
間隔毎にデータをサンプリングし、ＡＤ変換し、たとえ
ば検量線に基づいて酸素量および炭酸ガス量を算出し、
温度とその酸素量および炭酸ガス量との対応関係を記憶
し、図示しないメモリーにデータを格納するようになっ
ている。この演算制御部１８で演算されたデータは、出
力手段１９たとえばＣＲＴモニター、ＸＹプロッター等
に出力されることができるようになっている。

【００７４】この演算制御部１８は、図示しない入力手
段による指令に応じて、メモリーに格納されていたデー
タを呼び出して、過去の一定期間のデータを出力するこ
とができるようにもなっている。

【００７５】さらに、この演算制御部１８には、酸素量
および炭酸ガス量についての閾値を保持していて、測定
された酸素量および炭酸ガス量がその閾値を越えるか否
かを監視する監視機能を持たせることもできる。この演
算制御部１８が前記監視機能を備えるときには、外部装
置として、警告灯などの視覚に訴え、警告音あるいは警
告音声などの聴覚に訴える警告手段を設け、酸素量およ
び／または炭酸ガス量が閾値を越えたときには演算制御
部１８から警告信号が前記警告手段に出力されることに
より警告手段により警報が発せられるようにすることも
できる。

【００７６】以上構成の人工呼吸装置は以下の作用を有
する。

【００７７】吸気の通過の際、酸素センサー８は、混合
ガス中の酸素を検出する。すなわち、図３に示される構
造を有する酸素センサー８においては、吸気が気管内チ
ューブ５内を通過すると、酸素透過膜中を酸素が透過
し、正極１５に酸素が到達する。この正極１５で酸素が
電解還元され、正極１５と負極１２との間で、吸気中の
酸素量に比例した電流が流れる。発生した電流は導電線
１１を介して取り出され、演算制御部１８で演算されて
酸素量が決定される。一方、温度センサー９では呼気お
よび吸気の温度を高精度で測定し、温度センサー９から
導電線１１を介して温度検知信号が出力される。温度検
知信号は、演算制御部１８内で前記酸素センサー８の測
定時温度として記憶される。また、酸素センサー８で測
定された酸素量と温度センサー９で測定された温度とを
セットにして記憶される。必要に応じて酸素量について
のデータがたとえば酸素分圧あるいは酸素濃度として出
力手段１９に出力される。

【００７８】患者の呼気中の炭酸ガス量および酸素ガス
量が、酸素センサー８および炭酸ガスセンサー１０によ
り測定される。呼気中の酸素量が測定されると、吸気中
の酸素ガス量から、患者の酸素消費量が前記演算制御部
１８で演算可能である。また、炭酸ガスセンサー１０に
より患者の炭酸ガス量が測定され、患者の換気状態が監
視される。

【００７９】以上のようにして、この人工呼吸装置を使
用すると、リアルタイムで患者の吸気中の酸素量（酸素
分圧、酸素濃度）を測定ないし監視することができ、こ
れによって、たとえば麻酔ガスと酸素ガスとの混合ガス
を患者に吸引させる場合に前記混合ガス中の酸素量を適
正に調節することができる。また、呼気中の炭酸ガス量
を測定することができるので、患者の換気状態もリアル
タイムで監視することができる。

【００８０】前記実施例に係る人工呼吸装置は、患者に
麻酔ガスと酸素ガスとの混合ガスを吸引させる場合のみ
ならず、患者に人工呼吸を行う場合においても、好適に
使用される。

【００８１】人工呼吸に使用する場合、所定の酸素量を
有する酸素含有ガスをこの人工呼吸装置を介して患者に
吸気として供給する。混合ガス中の酸素量が酸素センサ
ー８によりリアルタイムで監視される。患者の呼気がこ
の人工呼吸装置を通じて取り出される。炭酸ガスセンサ
ー１０が患者の換気状態を監視する。酸素センサー８が
呼気中の酸素量をリアルタイムで監視し、吸気中の酸素
量と呼気中の酸素量とから、患者の酸素消費量がリアル
タイムで監視される。

【００８２】以上、この発明の実施例について説明した
が、この発明は前記実施例に限定されるものではなく、
この発明の要旨の範囲内で様々に設計変更を行うことの
できることは言うまでもない。

【００８３】この発明における酸素センサー８として
は、前記実施例におけるようなガルバニ電池式酸素セン
サーを使用することのできる外に、クラーク電池式酸素
センサーを使用することもできる。もっとも、ガルバニ
電池式酸素センサーが、精度および取り扱い易さという
観点から、好ましい。

【００８４】ガルバニ電池式酸素センサーとしては、貴
金属例えば金を正極として、卑金属例えば鉛を負極とし
て備え、正極と負極との間に酸性電解液を備えてなる構
造を有する限り、特にその構造に制限がなく、この発明
に好適に適用することができる。

【００８５】この発明における酸素センサー８の形態と
しては、図３に示されるような板状であるに限られず、
図５に示されるような円柱体であっても良い。

【００８６】図５に示される酸素センサー８は、有底筒
状の容器８ａの底に配設された負極８ｂとしての卑金属
たとえば鉛の薄い板ないしシートと、この負極８ｂに接
触するように配設されたところの、紙あるいは不織布に
酸性電解液を含浸してなるリテーナ層８ｃと、このリテ
ーナ層８ｃに接触して配設されたところの、導電性のカ
ーボンペーパあるいはカーボンフェルトからなる集電体
８ｄと、その集電体８ｄに接触して配設されたところ
の、正極８ｅとしての貴金属たとえば金の薄い板ないし
シートと、この正極８ｅに密着してこれを被覆するよう
に、前記容器の開口部を覆蓋する酸素拡散膜８ｆとを有
してなる。この円筒状の酸素センサー８はその円形端面
を気管内チューブ５の開口部に向けて配設される。

【００８７】この発明の人工呼吸装置として、酸素セン
サー８と温度センサー９とを気管内チューブ５の先端開
口部内に設ける態様を挙げることができる。酸素センサ
ー８と温度センサー９とを備えた人工呼吸装置は、患者
の酸素濃度、酸素分圧、酸素消費量等をリアルタイムで
監視することができる。

【００８８】また、この発明の人工呼吸装置として、炭
酸ガスセンサー１０と温度センサー９とを気管内チュー
ブの先端開口部内に設ける態様を挙げることができる。
この態様によると患者の換気状態をリアルタイムで監視
することができる。

【００８９】この実施例においては、気管内チューブ
の、酸素センサーおよび炭酸ガスセンサーの配置箇所近
傍に、流量測定手段を設けることができる。流量測定手
段を設けることにより、酸素センサーで測定された相対
値としての酸素ガス量を絶対値でモニターすることがで
き、また炭酸ガスセンサーで測定された相対値としての
炭酸ガス量を絶対値でモニターすることができる。

【００９０】（例２）この例は、酸素センサーおよび炭
酸ガスセンサーよりなるガスセンサーと温度センサーと
をコネクタに設けてなる人工呼吸装置に係る。

【００９１】図６に示されるように、この実施例に係る
人工呼吸装置は、吸気チューブ２と呼気チューブ３と、
コネクタ４と、気管内チューブ５と、図示しない演算制
御部と、図示しない出力手段とを有する。

【００９２】このコネクタ４は、コネクタ本体２０の一
端部に、気管内チューブ５の一端開口部に挿入される第
１チューブ接続部２１と、コネクタ本体２０の他端部に
設けられたところの、二股に別れた第２チューブ接続部
２２と第３チューブ接続部２３とを有し、前記第１チュ
ーブ接続部２１の端部開口部から前記第２チューブ接続
部２２の端部開口部および第３チューブ接続部２３の端
部開口部に連通する貫通孔を有し、第１チューブ接続部
２１から第２チューブ接続部２２および第３チューブ接
続部２３まで一連のガス流通路が形成される。この第２
チューブ接続部２２は吸気チューブ２の端部開口部に挿
入され、第３チューブ接続部２３は呼気チューブ３の端
部開口部に挿入される。

【００９３】コネクタ４内には、前記ガス流通路に臨む
ように、酸素センサー２４、炭酸ガスセンサー２５およ
び温度センサー２６が配置され、各センサーにはそれぞ
れ導電線（図示せず。）が結合され、その導電線は演算
制御部に接続される。

【００９４】演算制御部および出力手段は、前記例１に
おけるのと同様である。

【００９５】コネクタ内に酸素センサー、炭酸ガスセン
サー、温度センサーが設けられていると、前記例１にお
けるのと同様に、呼気および吸気中の酸素含有量および
炭酸ガス含有量をリアルタイムで測定し、監視すること
ができる。

【００９６】このコネクタ内に流量測定手段を設けてお
くと、前記例１におけるのと同様に酸素ガス量および炭
酸ガス量を絶対値としてモニターすることができる。

【００９７】この例２にかかる人工呼吸装置において
は、演算制御部に前記例１におけるのと同様の警報機能
を持たせることができ、例１におけるのと同様の効果が
奏される。

【００９８】（例３）この例３は、酸素センサーおよび
温度センサーを吸気チューブ内に設け、かつ呼気チュー
ブ内に酸素センサー、炭酸ガスセンサーおよび温度セン
サーを設けてなる人工呼吸装置に関する。

【００９９】この例３に係る人工呼吸装置は、吸気チュ
ーブと呼気チューブと、コネクタと、気管内チューブ
と、演算制御部と、出力手段とを有する。

【０１００】この例３においては、図７に示されるよう
に、吸気チューブ２の途中にセンサーモジュール２０が
介装される。

【０１０１】このセンサーモジュール３０は、モジュー
ル本体３１の両端に、吸気チューブ２の端部に挿入可能
な接続部３２を備え、一方の接続部３２から他方の接続
部３２へとガス流通孔３３が貫通してなり、モジュール
本体３１の略中央部においては前記ガス流通孔３３内に
配置された酸素ガスセンサー３４と温度センサー３５と
が配置されてなる。なお、図７において、３６で示され
るのは、前記酸素ガスセンサー３４から出力される電気
信号を出力するためのコネクタであり、３７で示される
のは、前記温度センサー３５から出力される電気信号を
出力するためのコネクタである。

【０１０２】この例３においては、呼気チューブの途中
には、前記吸気チューブに介装されているのと同じセン
サーモジュールと炭酸ガスセンサーとが介装される。

【０１０３】呼気チューブ内に設けた酸素センサーによ
り吸気中の酸素量が測定され、呼気チューブ内に設けら
れた酸素センサーにより呼気中の酸素量が測定され、呼
気中の酸素量と吸気中の酸素量とから、患者における酸
素消費量がリアルタイムに把握される。また、炭酸ガス
センサーにより患者の排出する炭酸ガス量がリアルタイ
ムに把握される。

【０１０４】ところで、吸気チューブおよび呼気チュー
ブにガスセンサーをたとえば酸素センサーおよび／また
は炭酸ガスセンサーを設ける場合、たとえば呼気チュー
ブに積分器を介装させるのが良い。積分器としては、呼
気ガス貯留槽を挙げることができる。積分器の配設位置
は、呼気チューブにおけるコネクタと炭酸ガスセンサー
との間が好ましい。積分器を設けることにより、酸素量
および炭酸ガス量の平均値を求めるのに好都合である。

【０１０５】この例においても吸気チューブおよび呼気
チューブに流量測定手段を設けておくと、吸気チューブ
内を通過する吸気としての酸素含有ガス中の絶対量とし
ての酸素量および呼気チューブ内を通過する呼気中の炭
酸ガスの絶対量を、酸素センサーおよび炭酸ガスセンサ
ーによる測定と相俟って、リアルタイムに測定監視する
ことができる。

【０１０６】

【発明の効果】この発明によると、患者の呼気および吸
気中のガスすなわち酸素および／または炭酸ガスの濃
度、分圧および含有量をリアルタイムに測定することが
でき、患者の呼吸作用および／または換気状態をリアル
タイムで監視することのできる人工呼吸装置を提供する
ことができる。この発明によると、患者毎にその呼吸作
用および／または換気状態を監視することができるの
で、患者に適した治療、麻酔あるいは人工呼吸等の処置
を行うことができる。

【０１０７】この発明によると、患者の肺臓に負担をか
けることなく適度の湿度を有するガスを供給することが
でき、しかも患者の呼気および吸気中のガスすなわち酸
素および／または炭酸ガスの濃度、分圧および含有量を
リアルタイムに測定することができ、患者の呼吸作用お
よび／または換気状態をリアルタイムで監視することの
できる人工呼吸装置を提供することができる。この発明
によると、患者毎にその呼吸作用および／または換気状
態を監視することができるので、患者に適した治療、麻
酔あるいは人工呼吸等の処置を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施例である人工呼吸装置
における人工呼吸回路を示す説明図である。

【図２】図２はこの発明の一実施例である人工呼吸装置
における気管内チューブの先端部を示す一部切欠斜視図
である。

【図３】図３はこの発明の一実施例である酸素センサー
を示す縦断面図である。

【図４】図４はこの発明の一実施例である気管内チュー
ブで測定された温度検出信号および酸素検出信号の処理
回路を示すブロック図である。

【図５】図５はこの発明の他の実施例である酸素センサ
ーを示す断面斜視図である。

【図６】図６はこの発明の一実施例である人工呼吸装置
におけるコネクタを示すところの、一部を切欠してなる
説明図である。

【図７】図７はこの発明の一実施例である人工呼吸装置
におけるセンサーモジュールを示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・人工呼吸回路、２・・・吸気チューブ、３・・
・呼気チューブ、４・・・コネクタ、５・・・気管内チ
ューブ、６・・・加湿器、７・・・ウォータトラップ、
８・・・酸素センサー、９・・・温度センサー、１０・
・・炭酸ガスセンサー

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気を送り出す吸気チューブと呼気を送
   り出す呼気チューブとを有する人口呼吸回路からなる人
   口呼吸装置において、人工呼吸回路にガスセンサーと温
   度センサーとを設け、呼吸作用をモニター可能にしてな
   ることを特徴とする人工呼吸装置。
2. 【請求項２】 前記人工呼吸回路が、吸気チューブと、
   呼気チューブと、気管用チューブと、前記吸気チュー
   ブ、呼気チューブおよび気管用チューブを接続するコネ
   クタとを備えてなる前記請求項１に記載の人工呼吸装
   置。
3. 【請求項３】 前記吸気チューブおよび前記呼気チュー
   ブそれぞれにガスセンサーおよび温度センサーからなる
   センサーモジュールを設けてなる前記請求項２に記載の
   人工呼吸装置。
4. 【請求項４】 前記コネクタが、そのガス流通空間内に
   ガスセンサーおよび温度センサーを備えてなる前記請求
   項２に記載の人工呼吸装置。
5. 【請求項５】 前記気管用チューブが、ガスセンサーお
   よび温度センサーを設けてなる前記請求項２に記載の人
   工呼吸装置。
6. 【請求項６】 前記ガスセンサーおよび温度センサー
   が、前記コネクタと前記気管用チューブとの間に介装さ
   れたセンサーモジュールである前記請求項２に記載の人
   工呼吸装置。
7. 【請求項７】 前記ガスセンサーが酸素センサーである
   前記請求項１〜６のいずれかに記載の人工呼吸装置。
8. 【請求項８】 前記ガスセンサーが炭酸ガスセンサーで
   ある前記請求項１〜６のいずれかに記載の人工呼吸装
   置。
9. 【請求項９】 前記ガスセンサーが酸素センサーおよび
   炭酸ガスセンサーである前記請求項１〜６のいずれかに
   記載の人工呼吸装置。
10. 【請求項１０】 前記人工呼吸回路が、ガスセンサーの
    近傍に湿度センサーを備えてなる前記請求項１〜９のい
    ずれかに記載の人工呼吸装置。
11. 【請求項１１】 前記人工呼吸回路は、人工呼吸回路内
    を流通するガスの流量を測定する流量測定手段を有して
    なる前記請求項１〜１０のいずれかに記載の人工呼吸装
    置。
12. 【請求項１２】 両端を開口する管体と、前記管体の内
    周面に設けられたガスセンサーおよび温度センサーとを
    有することを特徴とするセンサーモジュール。
13. 【請求項１３】 前記センサーモジュールはさらに湿度
    センサーを備えてなる前記請求項１２に記載のセンサー
    モジュール。