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JP3767329B2 - Computer-readable recording medium on which high-frequency ventilator and its operation control program are recorded - Google Patents
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Computer-readable recording medium on which high-frequency ventilator and its operation control program are recorded Download PDF

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  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高頻度人工呼吸器及びその動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の高頻度人工呼吸器200を図17示す。この高頻度人工呼吸器200は、患者Xへの酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部62と、この吸気導入部62から吸気を患者Xへ案内する患者側経路60と、この患者側経路60を流れる吸気に患者Xの呼吸周期よりも短い周期の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部50と、患者Xから出された二酸化炭素を含んだ呼気を大気中に排出する排出経路(排出管604)と、患者側経路60から排出管604にかけての平均気道内圧を調節する内圧調節部としての流量調節バルブ607と、人工呼吸器200の各部の動作制御を行うコントローラ201を備えている。
【0003】
この高頻度人工呼吸器200の酸素供給原理を説明する。まず、患者Xに供給される吸気に高頻度振動空気圧が付勢されると、当該吸気の圧力振幅により、患者Xの肺中の二酸化炭素を含んだ吸気(以下、呼気とする)に対して小容量の換気(対流的なガス交換)が起る。即ち、吸気の振動による拡散運動の効果で、肺内に吸気が侵入すると共に肺内の呼気が肺の外(患者口元)まで導き出される。後続の吸気は、上述の換気を行うと共に肺から導き出された呼気を排気口側に送り出す作用をも有している。これにより、患者の肺内を常に一定の酸素濃度に維持することを可能としている。
【0004】
かかる従来の高頻度人工呼吸器200では、医者が患者(人工呼吸が行われる対象者)の様態に合わせて任意に選んだ高頻度振動空気圧の振動周波数(一般に3〜15[Hz]、以下、この振動周波数を換気周波数と記載する)に設定し、平均気道内圧を5〜15[cmH2O](490〜1470[Pa])の範囲に設定して、人工呼吸を行う。
【0005】
換気周波数は、初期の段階では患者Xの体重に応じて決定する。即ち、患者Xの体と吸気の振動を共振させて吸気の拡散効果を高め、肺内の換気を効率良く行い得る周波数に設定される。一般には、人工呼吸の対象が新生児の場合には換気周波数は13〜15[Hz]程度に設定され、小人から成人は3〜10[Hz]程度に設定される。
【0006】
さらに、高頻度人工呼吸は、上記換気周波数で吸気を振動させつつ吸気の平均気道内圧を医者が希望した圧力に維持しなければならない。ここで、従来の平均気道内圧の検出方法を説明する。
【0007】
コントローラ201では、患者Xの口元付近に設けられた圧力センサ93から、振動波形からなる検出信号の1波形分を所定の時間間隔でサンプリングしさらに各サンプリングデータを平均化してその1波形分の平均圧力を算出する。具体的には、まず一周期にあたる1波形分の検出信号をn等分する時間間隔でサンプリングし、最初のサンプリングデータからn番目のサンプリングデータまでの値を加算しnで除算することにより一波形分の平均圧力Paを算出する。
【0008】
Pa=(P1+P2+P3+…+Pn)/n …(1)
【0009】
上式(1)に基づいてm周期分の平均圧力Paを算出すると、m個分の平均圧力Paからさらにその平均値を算出する。そして、その後も圧力センサ93からは絶えず検出信号が入力されるので、順次一周期分の平均圧力Paが算出され、そのたびに当該最新のPaを加えると共に最古のPaを切り捨ててm個の平均圧力Paから移動平均の手法により平均気道内圧Pcaを絶えず算出する(次式(2))。
【0010】
Pca=(Pca1+Pca2+Pca3+…+Pcam)/m …(2)
【0011】
コントローラ201では、絶えず更新され続けるこの平均気道内圧Pcaを所定の圧力に維持する動作制御を行っている。この平均気道内圧Pcaは、排出管604の末端部に設けられた流量調節バルブ607のバルブ開度を調節することで自在に変化させることができる。
【0012】
従って、上式(2)により算出された平均気道内圧Pcaと医者が希望する目標平均気道内圧Pgとを比較して、Pg>Pcaであれば流量調節バルブ607の開度を小さくして管内圧力を高め、Pg<Pcaであれば流量調節バルブ607の開度を大きくして管内圧力を低める動作制御が行われる。
【0013】
ところで、従来の高頻度人工呼吸器は、新生児に多く用いられ、新生児の高頻度換気法による治療は、15[Hz]付近が多く使われていた。15[Hz]の振動波形の特性情報を求めるためには、6[msec]毎に圧力をサンプリングすれば、1波形当たり11個のサンプリングデータが得られる。図18は、換気周波数15[Hz]における吸気の平均気道内圧Pcaを求めるための概念図である。まず、6[msec]のサンプリング間隔で求まる平均圧力Paを次式(3)に示す。
【0014】
Pa=(P1+P2+…+P11)/11 …(3)
【0015】
上式(3)により10波形分の平均圧力Paを求め、それらから移動平均圧力Pcaを算出することで、流量調節バルブ607の動作制御(平均気道内圧調節)が行われる。このように、換気周波数15[Hz]にほぼ固定して行われる新生児の高頻度人工呼吸については、従来から平均気道内圧Pcaを目標の値に設定することが可能であった。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、成人に対して高頻度人工呼吸を行う場合には、新生児に用いられる13〜15[Hz]より波長の長い3〜10[Hz]の低周波を用いる。例えば、換気周波数を5[Hz]に設定した場合、1波形の平均圧力Pa算出のために200[msec]ものサンプリングのための待機時間が必要となる。この待機時間は、前述した15[Hz]の場合の3波形分の時間に相当する。
【0017】
さらに、前述の場合と同様に10波形分の移動平均を採るとすると、最初の移動平均を求める間、200×10=2000[msec]=2[sec]必要となる。この2[sec]はデータサンプリング及び平均気道内圧Pcaの算出に要する時間であり、かかる間はデータ処理がされないため、流量調節バルブ607の動作制御は、全くしていないことになる。
【0018】
また、次の平均圧力Paが得られるのは、最新の波形データがサンプリングされる200[msec]後であり、前の平均気道内圧Pcaに対して、直ちに流量調節バルブ607の制御をしても、その結果、患者回路内の平均気道内圧Pcaがどの程度変化したかがわかるのは、次の200[msec]後となってしまう。特に空気の場合、圧縮性流体であるうえ、空気慣性などもあり、平均気道内圧Pcaを基準に流量調節バルブ607を制御した結果として、患者回路の圧力上昇や低下の実現象が、すぐ次の圧力波形に現れるとは限らず、次の次の圧力波形やさらにその次の圧力波形に現れることもあった。
【0019】
先に説明した換気周波数15[Hz]の制御の場合には、制御対象の空気に圧縮性流体であることや空気慣性の影響があっても、1波形ごとの短い周期(66[msec])で平均気道内圧Pcaが求まり、制御間隔の短いフィードバック制御であったため、小刻みに流量調節バルブ607の制御が可能であり、制御対象である空気圧変化の時定数の影響を受けることなく、目標となる平均気道内圧に安定的に制御させることが可能であった。
【0020】
しかし、換気周波数5[Hz]のように1波形の周期が200[msec]と長い場合、移動平均をもとにしたフィードバック制御の間隔が長くなる。検出圧力から移動平均化した平均気道内圧Pcaを算出し、その値により目標の平均気道内圧になるように流量調節バルブ607を制御しても、1波形の圧力データを取る時間が200[msec]を要するので、小刻みな流量調節バルブ607の制御ができない。このように長い周期でしか流量調節バルブ607の開閉制御ができないため、平均気道内圧Pcaを安定的に保つことができなかった。
【0021】
【発明の目的】
本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、換気周波数が小さい場合であっても、平均気道内圧を良好に制御し得る高頻度人工呼吸器及びその動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを、その目的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】
発明の高頻度人工呼吸器は、酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、吸気を患者へ案内する患者側経路と、患者への吸気に高頻度の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、患者から吐出された呼気を大気中に排出する排出経路と、患者へ供給する吸気の平均気道内圧を調節する内圧調節部と、患者付近の吸気の圧力を検出する圧力センサと、圧力センサの出力基づいて内圧調節部の動作制御を行うコントローラとを備え
【0023】
そして、上記コントローラは、圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部と、抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリと、三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに応じ、
aを所定の圧力差,K,L,M,N,Oを所定の係数として
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) 且つ P(1) P(2) +a≧ P(3) P(2) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) +K・( P(3) P(2) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) {P(1) P(2) +L・( P(2) P(3) } から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) −M・( P(2) P(1) )−N・( P(2) P(3) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps =O・( P(1) P(2) )+ P(2) から算出し
前記算出されたいずれかの修正圧力 Ps を含む式 Ph =( P(2) Ps / 2に基づいて前記平均気道内圧 Ph を算出する一方
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力 P(3) をそのまま平均気道内圧 Ph する演算部と、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを検出圧力P(3)としてメモリに書き込む更新部とを有している。本発明は、かかる構成により、上記課題の解決を図ろうとするものである。
【0024】
なお、上述の平均気道内圧とは、振動空気圧を付勢されて供給される吸気の一周期当たりの平均的な圧力をいう。
【0025】
また、上記コントローラに代えて、前記三つの前記検出圧力 P(1),P(2),P(3) の圧力変化のパターンに応じ、
aを所定の圧力差,L,M,N,O,Qを所定の係数,振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数をHとし
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) 且つ P(1) P(2) +a≧ P(3) P(2) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) +Q・H・( P(3) P(2) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) {P(1) P(2) +L・( P(2) P(3) } から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) −M・( P(2) P(1) )−N・( P(2) P(3) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps =O・( P(1) P(2) )+ P(2) から算出し
前記算出されたいずれかの修正圧力 Ps を含む式 Ph =( P(2) Ps / 2に基づいて前記平均気道内圧 Ph を算出する一方
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力 P(3) をそのまま平均気道内圧 Ph とする演算部と、この平均気道内圧 Ph が算出されると当該 Ph を前記検出圧力 P(3) として前記メモリに書き込む更新部とを有するコントローラを適用してもよい
ここで、上記Qは所定の係数,Hは振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数を示す。なお、ここでいう振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数とは、振動空気圧の一周期当たりの換気量そのものであっても良く、また当該換気量を決定する他のパラメータ(例えば、振動空気圧付勢部の駆動源の出力)であっても良い。これらの値は、高頻度人工呼吸器の操作時において設定入力される数値をそのまま演算に使用する場合が考えられる
【0026】
上記コントローラには、平均気道内圧 Ph が目標値となるように内圧調節部の動作制御を行う内圧制御部を構成として加える。そして、内圧制御部では、これらいずれかの演算により求められた平均気道内圧 Ph が目標値となるように、内圧調節部の動作制御を行う
【0027】
上記コントローラは、サンプリング部から所定個数の検出圧力が抽出される度にそれらを平均化すると共にその値を検出圧力として前記メモリに出力する平均処理部を構成として加え、演算部は、平均化された検出圧力に基づいて平均気道内圧を算出するという構成を採る
【0031】
本発明のコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、上述した高頻度人工呼吸器のコントローラの有する各構成及び機能をコンピュータにて実現させる動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体である
【0032】
即ち、このコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶された動作制御プログラムは
連続して入力される前記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部、
抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリ、
順番に抽出された三つの前記検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターン応じ、
aを所定の圧力差,K,L,M,N,Oを所定の係数とし
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) 且つ P(1) P(2) +a≧ P(3) P(2) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) +K・( P(3) P(2) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) {P(1) P(2) +L・( P(2) P(3) } から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) −M・( P(2) P(1) )−N・( P(2) P(3) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps =O・( P(1) P(2) )+ P(2) から算出し
前記算出されたいずれかの修正圧力 Ps を含む式 Ph =( P(2) Ps / 2に基づいて前記平均気道内圧 Ph を算出する一方
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力 P(3) をそのまま平均気道内圧 Ph する演算部、
及び、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを前記検出圧力P(3)として前記メモリに書き込む更新部からなる各構成をコンピュータにて機能させる。
【0033】
このコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶される動作制御プログラムは
連続して入力される前記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部
抽出された順番に三つの検出圧力 P(1),P(2),P(3) を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧力 P(1),P(2),P(3) を更新するメモリ
順番に抽出された三つの前記検出圧力 P(1),P(2),P(3) の圧力変化のパターンに応じ
aを所定の圧力差,L,M,N,O,Qを所定の係数,振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数をHとし
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) 且つ P(1) P(2) +a≧ P(3) P(2) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) +Q・H・( P(3) P(2) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) {P(1) P(2) +L・( P(2) P(3) } から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) −M・( P(2) P(1) )−N・( P(2) P(3) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps =O・( P(1) P(2) )+ P(2) から算出し
前記算出されたいずれかの修正圧力 Ps を含む式 Ph =( P(2) Ps / 2に基づいて前記平均気道内圧 Ph を算出する一方
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力 P(3) をそのまま平均気道内圧 Ph とする演算部
及び、この平均気道内圧 Ph が算出されると当該 Ph を前記検出圧力 P(3) として前記メモリに書き込む更新部としてコンピュータを機能させるものであってもよい
なお、ここでいう振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数とは、振動空気圧の一周期当たりの換気量そのものであっても良く、また当該換気量を決定する他のパラメータ(例えば、振動空気圧付勢部の駆動源の出力)であっても良い。これらの値は、高頻度人工呼吸器の操作時において設定入力される数値をそのまま演算に使用する場合が考えられる
【0034】
さらに、記録媒体に記録された動作制御プログラムが、この算出された平均気道内圧 Ph と予め設定された目標値とを比較判定する判定する判定部、この判定部の判定結果が平均気道内圧を高いとする場合に内圧調節部への平均気道内圧低減指令を出力し,平均気道内圧が低いとする場合に内圧調節部への平均気道内圧増加指令を出力する駆動指令出力部、を新たにコンピュータに機能させる
【0035】
さらに、記録媒体に記録された動作制御プログラムが、サンプリング部から所定個数の検出圧力が抽出される度にそれらを平均化すると共にその値を検出圧力として順次演算部に出力する平均処理部、を新たにコンピュータに機能させると共に、前述した演算部が、平均化された検出圧力に基づいて平均気道内圧を算出するように、コンピュータを機能させる
【0038】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
本発明の第1の実施形態を図1乃至図12に基づいて説明する。図1は、本実施形態たる高頻度人工呼吸器12の構成を示すブロック図である。
【0039】
この高頻度人工呼吸器12は、患者Xへの酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部62と、この吸気導入部62から吸気を患者Xへ案内する患者側経路60と、この患者側経路60を流れる吸気に患者Xの呼吸周期よりも短い周期の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部50と、患者Xから出された二酸化炭素を含んだ呼気を大気中に排出する排出経路(排出管604)と、患者側経路60及び排出経路としての排出管604の平均気道内圧を調節する内圧調節部としての流量調節バルブ607と、患者側経路60の内部圧力を検出する圧力センサ93と、人工呼吸器12の各部の動作制御を行うコントローラ40とを備えている。
【0040】
以下各部を詳説する。
【0041】
(吸気導入部)
上記吸気導入部62は、酸素及び空気の供給源621a,621bと接続され、これらを混合する第一の調節手段としてのブレンダ621と、ブレンダ621から送り出される空気を加湿する加湿器622とから構成されている。
【0042】
酸素及び空気の供給源621a,621bは、それらをそれぞれ封入したボンベや病院施設に備え付けられたこれらの供給バルブから構成される。これらの供給源621a,621bは、常に一定圧力でブレンダ側に酸素及び空気を供給している。
【0043】
ブレンダ621は、各供給源621a,621bとの接続部に図示しない流量調節自在の弁を有し、これらを調節して吸気の酸素濃度を自在に設定することができる。また、ブレンダ621は、吸気を加湿器622側に流す図示しない流量調節自在の出力バルブを備えている。なお、上記吸気の酸素濃度設定や流量設定は、コントローラ40からの動作信号を受けて自在に行われるようになっている。
【0044】
加湿器622には、加湿された吸気を患者Xへ供給する吸気管623が接続されている。吸気管623は、その途中で分岐して一端側が後述するダイヤフラム機構56の被加圧室563に連通されるとともに、その他端側が後述する三方分岐管170に接続されている。
【0045】
(振動空気圧付勢部)
振動空気圧付勢部50は、陽圧及び陰圧の両方の空気圧を同時に発生する振幅調節部としてのブロワ52と、ブロワ52で発生した陽圧又は陰圧を交互に選択して所定の振動空気圧に変換する周波数調節部としてのロータリバルブ機構54と、ロータリバルブ機構54からの振動空気圧に付勢されて作動し,吸気導入部62から患者Xに供給される吸気に振動空気圧を付勢するダイヤフラム機構56とを含む構成を採っている。
【0046】
上述のブロワ52は、その内部に空気を取り込みまたその空気を送り出すことにより陽圧と陰圧とを同時に発生させる。ブロワ52の空気取り込み口は、後述するロータリーバルブ機構54の陰圧ポート542に接続され、空気の送り出し口は陽圧ポート541に接続されている。
【0047】
このブロワ52は、ファンとこれを回転駆動させるモータとを有している。このモータはインバータを備え、その出力をコントローラ40にて制御することにより空気の送出量及び振動空気圧Apnの大きさ(圧力振幅)を設定している。
【0048】
ロータリバルブ機構54は、ブロワ52から陽圧が入力される陽圧ポート541と、ブロワ52から陰圧が付勢される陰圧ポート542と、振動空気圧を出力する出力ポート543と、自らの回転により出力ポート543を陽圧ポート541と陰圧ポート542とに交互に接続するロータリバルブ544と、ロータリバルブ544を回転させる駆動部545とから構成されている。
【0049】
駆動部545は、図示しないモータ及び減速機からなり、ロータリバルブ544をコントローラ40にて指定された回転数で回転させる。ロータリバルブ544は、一回転するごとに、ポート541とポート543とのみを一回連通させ、続いてポート542とポート543とのみを一回連通させる。従って、供給される吸気に対して駆動部545の回転数に比例した振動周波数の振動空気圧Apnを付勢する。コントローラ40は、かかる駆動部545の回転数の制御を行うことにより振動空気圧Apnの振動周波数(換気周波数)の制御を行っている。
【0050】
また、コントローラ40は、前述したように、ブロワ52の空気の送出量の制御も行っており、上記振動周波数に応じて当該空気の送出量を設定することにより振動空気圧付勢部における一回換気量(振動空気圧Apnの一振動周期当たりの振幅量)の設定を自在としている。
【0051】
なお、ポート543には、振動空気圧Apnをダイヤフラム機構56へ伝達する振動空気圧管546が接続されている。
【0052】
ダイヤフラム機構56は、加圧室562及び被加圧室563と、加圧室562と被加圧室563との間を仕切るとともに伸縮自在の膜状部材で形成されたダイヤフラム561とを備えている。加圧室562は振動空気圧管546に接続されている。加圧室562はロータリーバルブ54の出力ポート543に接続されており、被加圧室563は吸気管623に接続されている。かかる構造によりロータリーバルブ54で形成された振動空気圧はダイヤフラム561を介して吸気管623内を流動する吸気に付勢される。このダイヤフラム機構56により、振動空気圧付勢部50と患者Xとの間での気体の流通を遮断し、相互の汚染を防止している。
【0053】
(患者側経路)
さらに、高頻度人工呼吸器12は、吸気管623の下流側に三方分岐管170を備え、当該三方分岐管170がさらに下流側を患者X側と排出経路側とに分岐させている。この三方分岐管170は、患者側管路171,酸素供給源側管路172及び呼気排出側管路173の三つの管路を備えており、これらの管路は全て内部で連通している。上記酸素供給源側管路172は吸気管623と接続されている。そして、患者側管路171は、その患者側端部に、患者Xの肺内に至る気管内挿入管81が自在に装着される被装着部171aが形成されている。
【0054】
これらの三方分岐管170と吸気管623と気管内挿入管81とが患者側経路60を構成している。また、患者側管路171には平均気道内圧を検出する患者側圧力センサ93が設けられており、検出圧力はコントローラ40に出力される。
【0055】
気管内挿入管81は、基端部が前述した被装着部171aに装着され、先端部が患者Xの口から気管内に挿入される。かかる先端部は、だいたい気管が左右の気管支に分岐する分岐点(第一分枝)まで挿入される。従って、気管内挿入管81は、患者Xの口から第一分枝まで充分に届く長さに設定されており、また当然のことながら気管内に挿入可能な外径のものが使用される。
【0056】
例えば、成人男子の場合、口部から第一分枝まで22〜26[cm]程度であり、これに三方分岐管170の患者側管路171から口元までの長さが+3〜5[cm]あるので、気管内挿入管81は合計して25〜31[cm]程の長さであれば良く、本実施形態では30[cm]に設定される。また、気管内挿入管81は、内側の直径が3[mm],5[mm],6[mm],8[mm]の四種が用意されており、患者の気管の内径に応じたものが選択されて使用される。一般に通常の成人を対象とした場合、気管内挿入管81の内径は8[mm]程度のものが使用される。
【0057】
さらに、この気管内挿入管81は交換式であり、被装着部171aに対して着脱自在となっている。従って、人工呼吸に使用された後には取り外して廃棄又は除菌洗浄されて再利用される。
【0058】
(排出経路)
さらに、三方分岐管170の呼気排出側管路173は、排出経路としての排出管604の一端部と接続され、この排出管604の他端部には内圧調節部としての流量調節バルブ607が接続されている。これら排出管604と流量調節バルブ607とは、患者Xの肺から出された二酸化炭素を含んだ呼気の通り道となっている。
【0059】
図2は、流量調節バルブ607の周囲を一部切り欠いて示した拡大図である。この図に示すように、流量調節バルブ607は、筺体607aと排気ポート607bと流量制御用の移動弁(制御用シリコンシート)607cと、この移動弁607cを一定方向に沿って前後進移動させる往復付勢機構としてのソレノイド607dとを備えている。
【0060】
このソレノイド607dはコントローラ40からの制御信号に応じた移動量で移動弁607cを移動させ、これにより、流量調節バルブ607の呼気排出量の調節が自在に行われる。患者側経路60は排気管604と連通しているので、かかる呼気排出量の調節により、排気管604のみならず患者側経路60の内部圧力をも調節することを可能としている。
【0061】
(コントローラ)
次に、コントローラ40について図1及び図3を参照して説明する。図3は高頻度人工呼吸器12の制御系を示すブロック図である。このコントローラ40は、CPU,ROM,A/D変換器を含む演算装置で構成され、後述する高頻度人工呼吸器12の動作制御を実行するプログラムが入力されている。
【0062】
このコントローラ40は、医者(高頻度人工呼吸器12のオペレータ)が高頻度人工呼吸器12の各部の操作条件を入力するための操作盤43と入力操作条件を表示する表示部44とが併設されている。
【0063】
上述の操作盤43は、高頻度人工呼吸器12のオペレータたる医者が、患者Xの肺に対する一回換気量,振動空気圧の振動周波数(以下、「換気周波数とする」),吸気の供給量,患者側経路内の平均気道内圧,選択した気管内挿入管81の径及び吸気の酸素濃度を入力する例えばキーボードからなる入力手段である。
【0064】
また、表示部44は例えば液晶パネルからなる表示部であり、動作制御部49の制御により受付部41に入力された上記操作条件は全てこの表示部44にて表示される。
【0065】
そして、上記コントローラ40は、操作盤43から操作条件の設定入力を受け付ける受付部41と、この受付部41に入力された各入力値に基づいて振動空気圧付勢部50のブロワ52及びロータリーバルブ54と吸気導入部62とに対する動作制御を行う動作制御部49とを備えている。
【0066】
操作盤43から入力されたこれらの操作条件は全て、受付部41にて記憶される。この受付部41は一時的に記憶を行うメモリであり、上記各々の操作条件が新たに入力されると、それまで記憶されていた操作条件を上書きして更新する。
【0067】
動作制御部49は、受付部41に記憶された吸気の酸素濃度を参照し、吸気導入部62のブレンダ621の各供給源621a,621b側のバルブを所定の割合の開度で開く動作制御を行う。また同時に、受付部41の吸気供給量を参照し、吸気導入部62のブレンダ621の出力バルブを所定の開度で開く動作制御を行う。
【0068】
さらに、動作制御部49は、受付部41に記憶された換気周波数を参照し、振動空気圧付勢部50のロータリーバルブ54の駆動部545が記憶された換気周波数となるように回転数を調節する動作制御を行う。また、受付部41に記憶された患者の肺に対する一回換気量から振動空気圧付勢部50の一周期当たりの一回換気量を決定するブロワ52の駆動モータの出力(駆動出力)を決定し、その動作制御を行う。
【0069】
これに加えて、コントローラ40は、連続して入力される患者側圧力センサ93の出力から予め決められたサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部80と、サンプリングされた各検出圧力のデータを一時的に記憶するメモリ81と、サンプリング部80から抽出された検出圧力のデータが10個蓄積される度にそれらを平均化し順次メモリ81に出力する平均処理部82と、順番に平均化された三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンからこれに固有の平均気道内圧Phを算出する演算部83と、この平均気道内圧Phが目標値となるように流量調節バルブ607の動作制御を行う内圧制御部84とを有している。
【0070】
各部を説明すると、まず、サンプリング部80は、患者側圧力センサ93からのアナログ出力を1[msec]のサンプリング間隔のデジタル出力に変換するA/D変換機能を備えている。
【0071】
メモリ81は、サンプリング部80からの少なくとも10[msec]分(実際はより大きく設定されている)の出力の記憶領域と平均処理部82で算出する平均圧力を少なくとも三つ記憶する記憶領域とを有している。
【0072】
平均処理部82は、サンプリング部80の出力がメモリ81に10個蓄積される度にその値の平均値を算出し、その値を新たにメモリ81に書き込む。算出された検出圧力は、その検出された順番にP(1),P(2),P(3)の番号が付されてメモリ81に記憶される。そして、新たな平均値が算出されるごとに、当該新たな平均値をP(3)に、もとのP(3)をP(2)に、もとのP(2)をP(1)に、それぞれ更新し、もとのP(1)をメモリ81から消去する。
【0073】
演算部83は、P(1),P(2),P(3)が更新される度に、当該検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに応じて個別に設定されたP(1),P(2),P(3)を変数とする算出式から平均気道内圧Phを算出する。内圧制御部84では、この算出された予測的な平均気道内圧Phを現状の平均気道内圧と見なしてこれが目標となる平均気道内圧に近づくように流量調節バルブ607の動作制御を行う。
【0074】
上記演算部83は、上記検出圧力P(1),P(2),P(3)の大小比較を行うを行う比較部85と、その比較結果によって決定されるP(1),P(2),P(3)を関数とする算出式を選択し平均気道内圧Phを算出する平均気道内圧算出部86と、その算出結果に応じてメモリ81のP(3)の値を更新する更新部87とから構成される。
【0075】
即ち、比較部85では、各検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンを[A]:P(1)≦P(2)<P(3) 且つ P(1)−P(2)+a≧P(3)−P(2)の場合,[B]:P(1)>P(2)>P(3)の場合,[C]:P(1)<P(2)且つP(2)>P(3)の場合,[D]:P(1)>P(2)且つP(2)<P(3)の場合,[E]:上記いずれにも該当しない場合の5パターンに分類する。
【0076】
ここで、演算部83において上述の演算処理を行う原理を図4及び図5に基づいてさらに詳説する。図4は、順次算出される検出圧力の平均値の圧力変化を示す線図であり、図4(A)は[A]のパターンを示し、図4(B)は[B]のパターンを示し、図5(C)は[C]のパターンを示し、図5(D)は[D]のパターンを示す。図4,5の各図における点線γは、その一周期における真の平均値を示している。また、符号αはP(1)とP(2)との圧力差を示し(α>0)、符号βはP(2)とP(3)との圧力差を示す(β>0)。
【0077】
患者側圧力センサ93により検出される圧力は、吸気が振動空気圧付勢部50により予め設定された換気周波数の振動空気圧が付勢されるため、おおむねsinカーブを描くこととなる。
【0078】
[A]:P(1)≦P(2)<P(3) 且つ P(1)−P(2)+a≧P(3)−P(2)のパターンに該当するのは、図4(A)に示すように、sin波の上昇時にある場合と考えられる。従って、真の平均値γに近づくように、修正圧力Psの算出式を次式(4)に、平均気道内圧Phを次式(5)に設定した。
【0079】
Ps=P(2)+K・β=P(2)+K・(P(3)−P(2)) …(4)
【0080】
Ph=(P(2)+Ps)/2 …(5)
【0081】
なお、本実施形態では、定数a=1[cmH2O](98[Pa]),係数K=0.03〜0.33に設定している。
【0082】
[B]:P(1)>P(2)>P(3)のパターンに該当するのは、図4(B)に示すように、sin波の下降時にある場合と考えられる。従って、真の平均値γに近づくように、修正圧力Psの算出式を次式(6)に、平均気道内圧Phを次式(7)に設定した。
【0083】
Ps=P(2)−(α+L・β)=P(2)−{P(1)−P(2)+L・(P(2)−P(3))} …(6)
【0084】
Ph=(P(2)+Ps)/2 …(7)
【0085】
なお、本実施形態では、係数L=0.03〜0.1に設定している。
【0086】
[C]:P(1)<P(2)且つP(2)>P(3)パターンに該当するのは、図5(A)に示すように、一度上昇しその後下がった傾向を示しているとき、即ち、sin波の途中の何らかの要因で、突発的なその場限りの急落を生じたときと考えられる。従って、真の平均値γに近づくように、修正圧力Psの算出式を次式(8)に、平均気道内圧Phを次式(9)に設定した。
【0087】
Ps=P(2)−M・α−N・β=P(2)−M・(P(2)−P(1))−N・(P(2)−P(3))…(8)
【0088】
Ph=(P(2)+Ps)/2 …(9)
【0089】
なお、本実施形態では、係数M=0.3〜0.7,係数N=0.2〜0.3に設定している。
【0090】
[D]P(1)>P(2)且つP(2)<P(3)のパターンに該当するのは、図5(B)に示すように、一度下降しその後上がった傾向を示しているとき、即ち、sin波の途中の何らかの要因で、突発的なその場限りの上昇を生じたときと考えられる。従って、真の平均値γに近づくように、修正圧力Psの算出式を次式(10)に、平均気道内圧Phを次式(11)に設定した。
【0091】
Ps=P(2)+O・α=P(2)+O・(P(1)−P(2)) …(10)
【0092】
Ph=(P(2)+Ps)/2 …(11)
【0093】
なお、本実施形態では、係数O=0.2〜0.5に設定している。
【0094】
[E]:上記いずれにも該当しない場合、即ち、[A]〜[D]のいずれにも該当しない場合には、検出圧力P(3)をそのまま平均気道内圧Phとして出力する。いずれにせよ、平均気道内圧Phが算出されると平均気道内圧算出部86は更新部87と内圧制御部84とに出力する。
【0095】
なお、上述した所定の圧力差a,係数K,L,M,N,Oは、使用条件(換気周波数、一回換気量、吸気供給量等)や高頻度人工呼吸器の各部の寸法(気管内挿入管81や各部の配管径等)によって変動するので、予めシミュレーションや試験により求めることが望ましい。
【0096】
さらに、更新部87では、平均気道内圧算出部86から平均気道内圧Phが算出されるとメモリ81の検出圧力P(3)の値を算出平均気道内圧Phの値に更新する。かかる更新は、平均処理部82で新たに検出圧力の平均値が算出されてメモリ81のP(1),P(2),P(3)の値が更新される前のタイミングに合わせて行われる。従って、平均処理部82において新たに検出圧力の平均値が算出されると、メモリ81に記憶されたP(1),P(2),P(3)の値は圧力検出開始当初を除いてP(1)=前回算出されたPh、P(2)=今回算出されたPh、P(3)=新たに算出された平均値となり、これらの値に基づいて平均気道内圧算出部86はまた新たな平均気道内圧Phを算出することとなる。
【0097】
一方、内圧制御部84は、平均気道内圧算出部86で算出された平均気道内圧Phが予め設定された目標値よりも高いかを判定する判定部88と、この判定部88の判定結果が高いとする場合に流量調節バルブ607への平均気道内圧低減指令を出力し,判定結果が低いとする場合に内圧調節部への平均気道内圧増加指令を出力する駆動指令出力部89とを備えている。
【0098】
判定部88は、比較回路であり、平均気道内圧算出部86で算出された平均気道内圧Phと受付部42に入力された医者が希望する目標平均気道内圧Pgとを比較して、その結果を駆動指令出力部89に出力する。そして、判定部88における比較結果がPg>Phであれば、駆動指令出力部89では流量調節バルブ607に対して、開度を小さくして管内圧力を高める動作指令を出力し、Pg<Phであれば流量調節バルブ607の開度を大きくして管内圧力を低める動作指令を出力する。
【0099】
(本実施形態の動作)
以下、上記構成からなる高頻度人工呼吸器12の動作を図1乃至7に基づいて説明する。図6,7は高頻度人工呼吸器12の動作を示すフローチャートである。
【0100】
なお、この動作説明では、操作盤43から患者Xの肺に対する一回換気量,振動空気圧の振動周波数,吸気の供給量,患者側経路内の平均気道内圧,選択した気管内挿入管81の径及び吸気の酸素濃度の入力が行われ、高頻度人工呼吸器が駆動を開始した状態から説明を開始する。
【0101】
まず、患者側圧力センサ93の出力をサンプリング部80にて1[msec]間隔でサンプリングし、順次メモり81に記憶する(ステップS1)。このサンプリングされた検出圧力が10[msec]分蓄積されると、平均処理部82にてその平均値が算出される(ステップS2)。
【0102】
サンプリング開始から30[msec]経過して、上記平均値がメモり81中に検出圧力P(1),P(2),P(3)として三個分まで求まると(ステップS3)、比較部85にてP(1)とP(2)、P(2)とP(3)の各々について大小比較を行う(ステップS4)。
【0103】
その比較結果に応じて平均気道内圧算出部86では、比較結果に応じて、前述した式(4)〜(11)を選択して平均気道内圧Phを算出し、或いは検出圧力P(3)を平均気道内圧Phとして出力する(ステップS5)。
【0104】
求められた平均気道内圧Phは、判定部88にて、操作盤43から入力され受付部に記憶された目標値とその大小が比較される(ステップS6)。そして、算出された平均気道内圧Phが方が高い場合には流量調節バルブ607に対してその開度を大きくする動作指令が出力され、また、平均気道内圧Phの方が低い場合には流量調節バルブ607に対してその開度を小さくする動作指令が出力される(ステップS7,8)。
【0105】
また、更新部87により、メモリに記憶された検出圧力P(3)が算出された平均気道内圧Phの値に更新される(ステップS9)。
【0106】
その後、平均処理部82にて新たに平均化された検出圧力が算出されると(ステップS10)、メモリ81において、当該新たな検出圧力がP(3)に、もとのP(3)(ステップS9においてP(3)に更新された平均気道内圧Ph)がP(2)に、もとのP(2)がP(1)にそれぞれ更新される(ステップS11)。
【0107】
上記更新後は、前述したステップS4から同様の動作が繰り返し行われる。
【0108】
(本実施形態の効果)
上述の構成からなる高頻度人工呼吸器12と従来の高頻度人工呼吸器200との比較試験データを図8乃至図10に示す。図9は図8におけるA部の拡大図を示し、図10は図8におけるB部の拡大図を示す。図9及び図10において、勾配が激しく変化している曲線L1は従来の高頻度人工呼吸器200による10[msec]ごとの患者側圧力センサ93の検出圧力を示し、曲線L2は高頻度人工呼吸器12による10[msec]ごとの患者側圧力センサ93の検出圧力をもとに算出した平均気道内圧Phを示している。なお、曲線L2は曲線L1と重ならないように若干下方にずらして図示している。
【0109】
かかる曲線L2から分かるように、本実施形態により、検出圧力の急激な変化が緩和され、これに基づいて流量調節バルブ607の制御を行うと、低周波から安定した高頻度人工呼吸器の制御が可能となる。
【0110】
さらに、従来の高頻度人工呼吸器200における患者側圧力センサ93の検出圧力(曲線L3)とこれに基づいて従来のコントローラ201で算出した平均気道内圧(曲線L4)を図11に示す。また、同時に、高頻度人工呼吸器12における患者側圧力センサ93の検出圧力(曲線L5)とこれに基づいてコントローラ40で算出した平均気道内圧(曲線L6)を図12に示す。いずれの場合も、グラフの左から右に進行するに従って、算出した平均気道内圧に従って目標設定値に近づける動作制御が行われている。
【0111】
従来制御の図11をみると、空気慣性などの影響によって流量調節バルブ607の動作結果による圧力変化と、流量調節バルブ607の動きが時間的に一致しないため、目標の圧力値に対して上昇し過ぎたり、下降し過ぎたりして、空気振動の圧力平均値を一定に保つことができない。
【0112】
それに対して、本実施形態たる高頻度人工呼吸器12では、図12のように空気振動を目標値に向けて圧力制御でき、目標値に到達後は安定した平均気道内圧の状態で保つことができる。
【0113】
また、図12において、圧力は、1msec毎のサンプリングの10ポイント分の平均値である。これは、10msec毎に新しいデ‐タを監視しながら、平均気道内圧算出部86に従って算出した平均気道内圧Phを基に流量調節バルブ607を制御している。
【0114】
以上のように、高頻度人工呼吸器12では、コントローラ40が、予め設定されたサンプリング間隔で検出される圧力を一定期間で平均化し、かかる平均値が三つ求められた時点で、それらの勾配変化から平均気道内圧の算出を行っている。従って、当該平均気道内圧の算出所要時間が、従来のように換気周波数の周期によって決定されることがなく、換気周波数が長い場合(低周波)であっても、より微細な時間間隔で安定した高頻度人工呼吸器の制御が可能となる。
【0115】
なお、上述した高頻度人工呼吸器12では、コントローラ40が平均処理部82を備えているが、これを省略する構成も考えられる。その場合、サンプリング部80で抽出される検出圧力がメモリ81を介してそのまま演算部83で処理されることとなる。
【0116】
また、高頻度人工呼吸器12のコントローラ40については、図13に示す構成で実現しても良い。かかる構成では、コントローラ40の備える各部に対応する動作をさせる指令を備えるプログラムが記録されたCD−ROM等の記憶媒体Dを駆動するディスクドライブ91と、このディスクドライブ91を介して読み出されたプログラムを記憶するハードディスク等の補助記憶装置92と、この補助記憶装置92に格納されたプログラムに従って演算処理を行うCPU等の中央処理部93と、この中央処理部93の主記憶となるRAM等の主記憶部94とを備えている。なお、ここで「動作をさせ得る指令」というときには、このCPUのみで所定の指令を実現する場合と、補助記憶装置に格納されたオペレーションシステムやプログラムによるサービスに依存して所定の処理を実現する場合の双方を含むものとする。
【0117】
[第2の実施の形態]
次に、本願発明の第2の実施形態について図14乃至図16に基づいて説明する。なお、本実施形態で示す各構成の内、前述した高頻度人工呼吸器12で示した構成と同一のものについては同符号を付して重複する説明は省略するものとする。
【0118】
前述した高頻度人工呼吸器12では、平均気道内圧算出部86において、検出圧力P(1),P(2),P(3)の変化パターンが[A]の場合即ち、P(1)≦P(2)<P(3) 且つ P(1)−P(2)+a≧P(3)−P(2)のパターンに該当するときには、Ps=P(2)+K・β=P(2)+K・(P(3)−P(2))から修正圧力Psを求め、さらにPh=(P(2)+Ps)/2から平均気道内圧Phを求めていた。
【0119】
しかしながら、この場合、係数Kは固定値のため、高頻度の振動空気圧の振幅量の大きさ(一回換気量)を患者に合わせて変更した場合に、平均気道内圧Phの算出値の精度に低下を生じ、流量調節バルブ607の制御の安定性が若干低下する恐れがあった。
【0120】
従って、かかる第2の実施形態たる高頻度人工呼吸器12Aは、検出圧力P(1),P(2),P(3)の変化パターンが[A]:P(1)≦P(2)<P(3) 且つ P(1)−P(2)+a≧P(3)−P(2)の場合には、次式(12)を用いて修正圧力Psを算出し、次式(14)を用いて平均気道内圧Phを算出する平均気道内圧算出部86Aを備える構成を採っている。
【0121】
Ps=P(2)+Q・H・(P(3)−P(2)) …(12)
【0122】
Ph=(P(2)+Ps)/2 …(13)
【0123】
上式(12)において、符号Qはシミュレーションや試験により求められる係数(Q>0)であり、符号Hは、振動空気圧付勢部50の一回換気量の一次関数であり、例えばブロワ52の駆動出力を使用する。かかる駆動出力Hは、一回換気量に比例して変化する。なお、この駆動出力Hは操作盤43から予め受付部41に設定入力される数値を平均気道内圧算出部86が参照して演算を行う。
【0124】
上記構成からなる高頻度人工呼吸器12Aにおける患者側圧力センサ93の検出圧力(曲線L7)とこれに基づいてコントローラ40Aで算出した平均気道内圧(曲線L8)を図15に示す。
【0125】
前述した高頻度人工呼吸器12と比較すると、算出平均気道内圧の振幅が高頻度人工呼吸器12Aの方が狭くなっていることが分かる。このように、高頻度人工呼吸器12Aでは、一回換気量をパラメータとして平均気道内圧Ph算出の演算式に取り込んでいるので、かかる一回換気量の設定変更にも有効に対応することができ、さらに、より効果的に空気振動を目標値に向けて圧力制御でき、目標値に到達後は、より安定した平均気道内圧の状態で保つことができる。
【0126】
なお、上記高頻度人工呼吸器12Aでは、符号Hとしてブロワ52の駆動出力を使用したが、操作盤から入力される一回換気量の数値そのものを使用しても良い。この場合、係数Qをそれに応じた数値に変更する必要がある。
【0127】
また、図16に示すように、前述したコントローラ40Aの構成に、患者の肺に対する一回換気量と振動空気圧の振動周波数と吸気の供給量と平均気道内圧と選択された気管内挿入管の径とを、振動空気圧付勢部の出力を特定するパラメータとする5次元マップを記憶したマップメモリ95と、5次元マップと受付部41で受け付けた各入力値とからブロワ52の出力を特定し、これに基づいて当該振動空気圧付勢部の動作制御を行う特定部96とを新たに加え、当該特定部96で特定したブロワ52の出力を参照して平均気道内圧Phを算出する構成としても良い。
【0128】
かかる5次元マップについては、特願平11−362346号の願書に添付した明細書及び図面に詳細が説明されている。
【0129】
このように構成した場合には、実際に駆動するブロワ52の出力に基づく一回換気量の関数に基づいて平均気道内圧Phの算出が行われるため、より有効に一回換気量の設定変更への対応が図られ、より効果的に空気振動を目標値に向けて圧力制御でき、目標値に到達後は、より安定した平均気道内圧の状態で保つことができる。
【0130】
なお、上述したコントローラ40Aの各構成についても、図13で示した構成、即ち、コントローラ40Aの備える各部に対応する動作をさせる指令を備えるプログラムが記録されたCD−ROM等の記憶媒体Dを駆動するディスクドライブ91と、補助記憶装置92と、中央処理部93と、主記憶部94等から実現しても良い。
【0131】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、予め設定されたサンプリング間隔で検出される圧力が三つ求められた時点で、それらの勾配変化から平均気道内圧の算出を行っている。従って、当該平均気道内圧の算出所要時間が、従来のように換気周波数の周期によって決定されることがなく、換気周波数が長い場合(低周波)であっても、より微細な時間間隔で安定した高頻度人工呼吸器の制御が可能となる。
【0132】
このため、平均気道内圧のコントロールの安定を図りつつ高頻度人工呼吸器の換気周波数を低周波域から高周波域まで設定することができ、新生児〜成人まで幅広い患者に対して、安定的な高頻度人工呼吸(HFO換気)ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態たる高頻度人工呼吸器の構成を示すブロック図である。
【図2】図1で開示した流量調節バルブの詳細を示す断面図である。
【図3】図1で開示した高頻度人工呼吸器の制御系を示すブロック図である。
【図4】順次算出される検出圧力の平均値の圧力変化を示す線図であり、図4(A)は[A]のパターンを示し、図4(B)は[B]のパターンを示す。
【図5】順次算出される検出圧力の平均値の圧力変化を示す線図であり、図5(C)は[C]のパターンを示し、図5(D)は[D]のパターンを示す。
【図6】図1に開示した高頻度人工呼吸器の動作を示すフローチャートである。
【図7】図1に開示した高頻度人工呼吸器の動作を示す図6の続きのフローチャートである。
【図8】第1の実施形態と従来例との比較試験データを示す線図である。
【図9】図8におけるA部の拡大図である。
【図10】図8におけるB部の拡大図である。
【図11】従来の高頻度人工呼吸器における患者側圧力センサの検出圧力とこれに基づいて算出した平均気道内圧を示す線図である。
【図12】第1の実施形態における患者側圧力センサの検出圧力とこれに基づいて算出した平均気道内圧を示す線図である。
【図13】図3に示したコントローラを実現するプログラムが記録された記憶媒体を含む構成の例を示すブロック図である。
【図14】第2の実施形態の構成を示すブロック図である。
【図15】第2の実施形態における患者側圧力センサの検出圧力とこれに基づいて算出した平均気道内圧を示す線図である。
【図16】第2の実施形態のコントローラの他の例を示すブロック図である。
【図17】従来の高頻度人工呼吸器の構成を示すブロック図である。
【図18】換気周波数15[Hz]における吸気の平均気道内圧を求めるための概念図である。
【符号の説明】
12,12A 高頻度人工呼吸器
40,40A コントローラ
50 振動空気圧付勢部
60 患者側経路
62 吸気導入部
80 サンプリング部
81 メモリ
82 平均処理部
83 演算部
84 内圧制御部
85 比較部
86,86A 平均気道内圧算出部
87 更新部
88 判定部
89 駆動指令出力部
93 患者側圧力センサ
604 排出管(排出経路)
607 流量調節バルブ(内圧調節部)
D 記録媒体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-frequency ventilator and a computer-readable recording medium that records an operation control program thereof.
[0002]
[Prior art]
A conventional high frequency ventilator 200 is shown in FIG. The high-frequency ventilator 200 includes an inhalation introduction part 62 that supplies inhalation containing oxygen to the patient X, a patient side path 60 that guides inhalation from the inhalation introduction part 62 to the patient X, and the patient side path. 60, an oscillating air pressure urging unit 50 that urges an oscillating air pressure having a cycle shorter than the breathing cycle of the patient X to an inhalation flowing through the air 60, and an exhaust path for exhausting exhaled air containing carbon dioxide from the patient X to the atmosphere ( A discharge pipe 604), a flow rate adjustment valve 607 as an internal pressure adjustment section that adjusts an average airway pressure from the patient-side path 60 to the discharge pipe 604, and a controller 201 that controls the operation of each part of the ventilator 200. .
[0003]
The principle of oxygen supply of the high-frequency ventilator 200 will be described. First, when high-frequency oscillating air pressure is applied to the inspiration supplied to the patient X, the inspiration including the carbon dioxide in the lungs of the patient X (hereinafter referred to as exhalation) is caused by the pressure amplitude of the inspiration. A small volume of ventilation (convective gas exchange) occurs. That is, due to the effect of the diffusion movement by the vibration of the inspiration, the inhalation enters the lung and the exhalation in the lung is led out of the lung (patient's mouth). The subsequent inspiration performs the above-described ventilation and also has an action of sending the exhaled air derived from the lungs to the exhaust port side. This makes it possible to always maintain a constant oxygen concentration in the patient's lungs.
[0004]
In such a conventional high-frequency ventilator 200, the vibration frequency (generally 3 to 15 [Hz], hereinafter referred to as a frequency of high-frequency vibration air pressure arbitrarily selected by the doctor according to the state of the patient (the subject to whom the artificial respiration is performed). This vibration frequency is described as the ventilation frequency), and the average airway pressure is 5-15 [cmH2O] (490-1470 [Pa]) is set in the range, and artificial respiration is performed.
[0005]
The ventilation frequency is determined according to the weight of the patient X in the initial stage. That is, the vibration of the patient X and the inhalation vibration is resonated to enhance the diffusion effect of the inspiration, and the frequency is set so that the ventilation in the lung can be efficiently performed. In general, when the subject of artificial respiration is a newborn, the ventilation frequency is set to about 13 to 15 [Hz], and from 3 to 10 [Hz] for a dwarf to an adult.
[0006]
Furthermore, high-frequency ventilation requires that the average airway pressure of inspiration be maintained at the pressure desired by the doctor while oscillating the inspiration at the above ventilation frequency. Here, a conventional method for detecting the average airway pressure will be described.
[0007]
The controller 201 samples one waveform of a detection signal consisting of a vibration waveform from a pressure sensor 93 provided near the mouth of the patient X at a predetermined time interval, averages each sampling data, and averages the one waveform. Calculate the pressure. Specifically, first, a detection signal for one waveform corresponding to one cycle is sampled at a time interval that divides the signal into n equal parts, and the value from the first sampling data to the nth sampling data is added and divided by n. Calculate the average pressure Pa of the minute.
[0008]
Pa = (P1 + P2 + P3 + ... + Pn) / n (1)
[0009]
When the average pressure Pa for m periods is calculated based on the above equation (1), the average value is further calculated from the m average pressure Pa. Then, since the detection signal is continuously input from the pressure sensor 93, the average pressure Pa for one cycle is sequentially calculated, and the latest Pa is added every time and the oldest Pa is rounded down to m pieces. The average airway pressure Pca is continuously calculated from the average pressure Pa by the moving average method (the following equation (2)).
[0010]
Pca = (Pca1 + Pca2 + Pca3 + ... + Pcam) / m (2)
[0011]
The controller 201 performs operation control to maintain the average airway pressure Pca, which is constantly updated, at a predetermined pressure. The average airway pressure Pca can be freely changed by adjusting the valve opening degree of the flow rate adjusting valve 607 provided at the end of the discharge pipe 604.
[0012]
Therefore, the average airway pressure Pca calculated by the above equation (2) is compared with the target average airway pressure Pg desired by the doctor, and if Pg> Pca, the opening of the flow control valve 607 is reduced and the pipe pressure is reduced. If Pg <Pca, the opening control of the flow control valve 607 is increased to control the operation to reduce the pressure in the pipe.
[0013]
By the way, the conventional high-frequency ventilator is often used for newborns, and the treatment with high-frequency ventilation for newborns is frequently used in the vicinity of 15 [Hz]. In order to obtain the characteristic information of the vibration waveform of 15 [Hz], if the pressure is sampled every 6 [msec], 11 sampling data per waveform can be obtained. FIG. 18 is a conceptual diagram for obtaining an average airway pressure Pca of inspiration at a ventilation frequency of 15 [Hz]. First, the average pressure Pa obtained at a sampling interval of 6 [msec] is shown in the following equation (3).
[0014]
Pa = (P1 + P2 + ... + P11) / 11 (3)
[0015]
By calculating the average pressure Pa for 10 waveforms by the above equation (3) and calculating the moving average pressure Pca therefrom, the operation control of the flow rate adjustment valve 607 (average airway pressure adjustment) is performed. As described above, the average airway pressure Pca can be set to the target value for high-frequency artificial respiration of a newborn infant that is almost fixed at a ventilation frequency of 15 [Hz].
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
However, when high-frequency artificial respiration is performed for an adult, a low frequency of 3 to 10 [Hz] having a longer wavelength than 13 to 15 [Hz] used for a newborn is used. For example, when the ventilation frequency is set to 5 [Hz], a waiting time for sampling of 200 [msec] is required for calculating the average pressure Pa of one waveform. This standby time corresponds to the time for three waveforms in the case of 15 [Hz] described above.
[0017]
Further, if the moving average of 10 waveforms is taken as in the case described above, 200 × 10 = 2000 [msec] = 2 [sec] is required while obtaining the first moving average. This 2 [sec] is the time required for data sampling and calculation of the average airway pressure Pca, and during this time, data processing is not performed, so that the operation control of the flow rate adjustment valve 607 is not performed at all.
[0018]
The next average pressure Pa is obtained 200 [msec] after the latest waveform data is sampled. Even if the flow control valve 607 is immediately controlled with respect to the previous average airway pressure Pca. As a result, it can be known after 200 [msec] how much the average airway pressure Pca in the patient circuit has changed. In particular, in the case of air, it is a compressible fluid and has air inertia. As a result of controlling the flow rate adjustment valve 607 based on the average airway pressure Pca, the actual phenomenon of the pressure increase or decrease in the patient circuit immediately follows. It does not always appear in the pressure waveform, but may appear in the next pressure waveform or the next pressure waveform.
[0019]
In the case of the control of the ventilation frequency 15 [Hz] described above, even if the air to be controlled is a compressible fluid or the influence of air inertia, a short cycle for each waveform (66 [msec]) Since the average airway pressure Pca is obtained and the feedback control is performed with a short control interval, it is possible to control the flow rate adjusting valve 607 in small increments, and it is a target without being affected by the time constant of the air pressure change to be controlled. It was possible to stably control the average airway pressure.
[0020]
However, when the period of one waveform is as long as 200 [msec] like the ventilation frequency 5 [Hz], the interval of feedback control based on the moving average becomes long. Even if the average airway pressure Pca obtained by moving average from the detected pressure is calculated, and the flow rate control valve 607 is controlled so as to reach the target average airway pressure, the time taken for one waveform of pressure data is 200 [msec]. Therefore, the flow rate adjustment valve 607 cannot be controlled every minute. Since the opening / closing control of the flow control valve 607 can be performed only in such a long cycle, the average airway pressure Pca could not be stably maintained.
[0021]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention improves the inconvenience of such a conventional example, and even when the ventilation frequency is low, the computer can read a high-frequency ventilator that can satisfactorily control the average airway pressure and its operation control program. The object is to provide a recording medium.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
  BookinventionHigh frequency ventilatorIs an inhalation intake section that supplies inhalation containing oxygen, a patient-side path that guides the inhalation to the patient, an oscillating air pressure urging section that urges a high frequency oscillating air pressure to the inhalation to the patient, and a discharge from the patient. A discharge path that discharges the exhaled breath into the atmosphere, an internal pressure adjustment unit that adjusts the average airway internal pressure of the intake air supplied to the patient, a pressure sensor that detects the pressure of the intake air near the patient, and an internal pressure based on the output of the pressure sensor And a controller for controlling the operation of the adjusting unit.Ru.
[0023]
  The controller includes a sampling unit that sequentially extracts the detected pressure from the output of the pressure sensor at a predetermined sampling interval, and three detected pressures P (1), P (2), and P (3) in the order of extraction. Memorize and update the detected pressure P (1), P (2), P (3) each time a new detected pressure is extracted, and three detected pressures P (1), P (2), P According to the pressure change pattern of (3),
  a is a predetermined pressure difference, and K, L, M, N, and O are predetermined coefficients.,
  The pressure change pattern is P (1) P (2) < P (3) and P (1) P (2) + A ≧ P (3) P (2) In the case of Ps The formula Ps = P (2) + K ・ ( P (3) P (2) ),
  The pressure change pattern is P (1) > P (2) > P (3) In the case of Ps The formula Ps = P (2) {P (1) P (2) + L ・ ( P (2) P (3) ) } Calculated from,
  The pressure change pattern is P (1) < P (2) and P (2) > P (3) In the case of Ps The formula Ps = P (2) -M ・ ( P (2) P (1) ) -N ・ ( P (2) P (3) ),
  The pressure change pattern is P (1) > P (2) and P (2) < P (3) In the case of Ps The formula Ps = O ・ ( P (1) P (2) ) + P (2) Calculated from,
  Any of the calculated correction pressures Ps An expression containing Ph = ( P (2) + Ps ) / The mean airway pressure based on 2 Ph While calculating,
  The detected pressure when the pressure change pattern does not correspond to any case P (3) The average airway pressure as it is Ph WhenAnd an update unit that writes the calculated Ph into the memory as the detected pressure P (3) when the average airway pressure Ph is calculated. The present invention intends to solve the above-mentioned problems by such a configuration.
[0024]
The above-mentioned average airway pressure refers to an average pressure per one cycle of the intake air supplied by energizing the oscillating air pressure.
[0025]
  Further, instead of the controller, the three detected pressures P (1), P (2), P (3) Depending on the pressure change pattern of
  a is a predetermined pressure difference, L, M, N, O, Q are predetermined coefficients, and H is a function of the ventilation volume of one cycle of the oscillating air pressure urging unit.,
  The pressure change pattern is P (1) P (2) < P (3) and P (1) P (2) + A ≧ P (3) P (2) In the case of Ps The formula Ps = P (2) + Q ・ H ・ ( P (3) P (2) ),
  The pressure change pattern is P (1) > P (2) > P (3) In the case of Ps The formula Ps = P (2) {P (1) P (2) + L ・ ( P (2) P (3) ) } Calculated from,
  The pressure change pattern is P (1) < P (2) and P (2) > P (3) In the case of Ps The formula Ps = P (2) -M ・ ( P (2) P (1) ) -N ・ ( P (2) P (3) ),
  The pressure change pattern is P (1) > P (2) and P (2) < P (3) In the case of Ps The formula Ps = O ・ ( P (1) P (2) ) + P (2) Calculated from,
  Any of the calculated correction pressures Ps An expression containing Ph = ( P (2) + Ps ) / The mean airway pressure based on 2 Ph While calculating,
  The detected pressure when the pressure change pattern does not correspond to any case P (3) The average airway pressure as it is Ph And the average airway pressure Ph Is calculated Ph The detected pressure P (3) A controller having an update unit for writing to the memory may be applied..
  Here, Q is a predetermined coefficient, and H is a function of the ventilation amount in one cycle of the oscillating air pressure urging unit. Note that the function of the ventilation amount of one cycle of the oscillating air pressure urging unit mentioned here may be the ventilation amount per cycle of the oscillating air pressure itself, and other parameters (for example, for example, determining the ventilation amount) The output of the drive source of the oscillating air pressure urging unit may be used. As for these values, it is conceivable that numerical values set and input during operation of a high-frequency ventilator are used for calculation as they are..
[0026]
  The controller has an average airway pressure Ph An internal pressure control unit for controlling the operation of the internal pressure adjustment unit is added as a configuration so that becomes a target value. Then, the internal pressure control unit calculates the average airway pressure obtained by any of these calculations. Ph Control of the internal pressure adjustment unit so that becomes the target value.
[0027]
  The controller adds a mean processing unit that outputs a value to the memory as a detected pressure while averaging a predetermined number of detected pressures extracted from the sampling unit, and the arithmetic unit is averaged. The average airway pressure is calculated based on the detected pressure..
[0031]
  The computer-readable recording medium of the present invention isA computer-readable storage medium storing an operation control program for realizing the configuration and functions of the controller of the above-described high-frequency ventilator using a computerIs.
[0032]
  That is, thisThe operation control program stored in the computer-readable recording medium is,
  A sampling unit that sequentially extracts the detected pressure at predetermined sampling intervals from the output of the pressure sensor that is continuously input;
  Three detected pressures P (1), P (2), P (3) are stored in the order of extraction, and each time a new detected pressure is extracted, the detected pressures P (1), P (2), Memory to update P (3),
  Pattern of pressure change of the three detected pressures P (1), P (2), P (3) extracted in orderInAccording to
  a is a predetermined pressure difference and K, L, M, N, and O are predetermined coefficients.,
  The pressure change pattern is P (1) P (2) < P (3) and P (1) P (2) + A ≧ P (3) P (2) In the case of Ps The formula Ps = P (2) + K ・ ( P (3) P (2) ),
  The pressure change pattern is P (1) > P (2) > P (3) In the case of Ps The formula Ps = P (2) {P (1) P (2) + L ・ ( P (2) P (3) ) } Calculated from,
  The pressure change pattern is P (1) < P (2) and P (2) > P (3) In the case of Ps The formula Ps = P (2) -M ・ ( P (2) P (1) ) -N ・ ( P (2) P (3) ),
  The pressure change pattern is P (1) > P (2) and P (2) < P (3) In the case of Ps The formula Ps = O ・ ( P (1) P (2) ) + P (2) Calculated from,
  Any of the calculated correction pressures Ps An expression containing Ph = ( P (2) + Ps ) / The mean airway pressure based on 2 Ph While calculating,
  The detected pressure when the pressure change pattern does not correspond to any case P (3) The average airway pressure as it is Ph WhenComputing unit,
  When the average airway pressure Ph is calculated, each component including an updating unit that writes the Ph into the memory as the detected pressure P (3) is caused to function on a computer.
[0033]
  The operation control program stored in the computer-readable recording medium is,
  A sampling unit that sequentially extracts detected pressures at predetermined sampling intervals from the output of the pressure sensor that is continuously input,
  Three detected pressures in the order of extraction P (1), P (2), P (3) And the detected pressure every time a new detected pressure is extracted. P (1), P (2), P (3) Update memory,
  The three detected pressures extracted in order P (1), P (2), P (3) Depending on the pressure change pattern,
  a is a predetermined pressure difference, L, M, N, O, Q are predetermined coefficients, and H is a function of the ventilation volume of one cycle of the oscillating air pressure urging unit.,
  The pressure change pattern is P (1) P (2) < P (3) and P (1) P (2) + A ≧ P (3) P (2) In the case of Ps The formula Ps = P (2) + Q ・ H ・ ( P (3) P (2) ),
  The pressure change pattern is P (1) > P (2) > P (3) In the case of Ps The formula Ps = P (2) {P (1) P (2) + L ・ ( P (2) P (3) ) } Calculated from,
  The pressure change pattern is P (1) < P (2) and P (2) > P (3) In the case of Ps The formula Ps = P (2) -M ・ ( P (2) P (1) ) -N ・ ( P (2) P (3) ),
  The pressure change pattern is P (1) > P (2) and P (2) < P (3) In the case of Ps The formula Ps = O ・ ( P (1) P (2) ) + P (2) Calculated from,
  Any of the calculated correction pressures Ps An expression containing Ph = ( P (2) + Ps ) / The mean airway pressure based on 2 Ph While calculating,
  The detected pressure when the pressure change pattern does not correspond to any case P (3) The average airway pressure as it is Ph Arithmetic unit,
  And this average airway pressure Ph Is calculated Ph The detected pressure P (3) As an update unit for writing to the memory, the computer may function as.
  Note that the function of the ventilation amount of one cycle of the oscillating air pressure urging unit mentioned here may be the ventilation amount per cycle of the oscillating air pressure itself, and other parameters (for example, for example, determining the ventilation amount) The output of the drive source of the oscillating air pressure urging unit may be used. As for these values, it is conceivable that numerical values set and input during operation of a high-frequency ventilator are used for calculation as they are..
[0034]
  In addition, the motion control program recorded on the recording medium performs the calculated average airway pressure. Ph A determination unit for determining the comparison between a predetermined target value and a preset target value, and when the determination result of the determination unit assumes that the average airway pressure is high, an average airway pressure reduction command is output to the internal pressure adjustment unit, and the average airway pressure Drive command output unit that outputs an average airway pressure increase command to the internal pressure control unit when the pressure is low, causes the computer to newly function.
[0035]
  Further, the operation control program recorded on the recording medium averages each time a predetermined number of detected pressures are extracted from the sampling unit and sequentially outputs the value as a detected pressure to the arithmetic unit, In addition to causing the computer to newly function, the above-described calculation unit causes the computer to function so as to calculate the average airway pressure based on the averaged detected pressure..
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First embodiment]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a high-frequency ventilator 12 according to this embodiment.
[0039]
The high-frequency ventilator 12 includes an inhalation introduction part 62 that supplies inhalation containing oxygen to the patient X, a patient side path 60 that guides inhalation from the inhalation introduction part 62 to the patient X, and the patient side path. 60, an oscillating air pressure urging unit 50 that urges an oscillating air pressure having a cycle shorter than the breathing cycle of the patient X to an inhalation flowing through the air 60, and an exhaust path for exhausting exhaled air containing carbon dioxide from the patient X to the atmosphere ( A discharge pipe 604), a flow rate adjusting valve 607 as an internal pressure adjusting unit that adjusts the average airway pressure of the patient side path 60 and the discharge pipe 604 as the discharge path, and a pressure sensor 93 that detects the internal pressure of the patient side path 60. And a controller 40 that controls the operation of each part of the ventilator 12.
[0040]
Each part is described in detail below.
[0041]
(Intake inlet)
The intake air introduction unit 62 is connected to oxygen and air supply sources 621a and 621b, and includes a blender 621 as a first adjusting means for mixing them, and a humidifier 622 for humidifying the air sent from the blender 621. Has been.
[0042]
The oxygen and air supply sources 621a and 621b are constituted by cylinders in which they are sealed, and these supply valves provided in hospital facilities, respectively. These supply sources 621a and 621b always supply oxygen and air to the blender side at a constant pressure.
[0043]
The blender 621 has a flow rate adjustable valve (not shown) at a connection portion with each of the supply sources 621a and 621b, and the oxygen concentration of the intake air can be freely set by adjusting these valves. Further, the blender 621 includes an output valve (not shown) that can adjust the flow rate of the intake air to the humidifier 622 side. The oxygen concentration setting and flow rate setting of the intake air are freely performed in response to an operation signal from the controller 40.
[0044]
The humidifier 622 is connected to an intake pipe 623 that supplies humidified inhalation to the patient X. The intake pipe 623 branches in the middle, and one end side communicates with a pressurized chamber 563 of a diaphragm mechanism 56 described later, and the other end side is connected to a three-way branch pipe 170 described later.
[0045]
(Vibration air pressure energizing part)
The oscillating air pressure urging unit 50 alternately selects a blower 52 as an amplitude adjusting unit that simultaneously generates both positive and negative air pressures, and a positive pressure or negative pressure generated by the blower 52, and generates a predetermined oscillating air pressure. A rotary valve mechanism 54 serving as a frequency adjusting unit that converts to a diaphragm, and a diaphragm that is actuated by the oscillating air pressure from the rotary valve mechanism 54 and that urges the oscillating air pressure to the inhalation supplied from the inhalation introduction unit 62 to the patient X The structure including the mechanism 56 is adopted.
[0046]
The blower 52 described above generates positive pressure and negative pressure at the same time by taking air into and sending out the air. An air intake port of the blower 52 is connected to a negative pressure port 542 of a rotary valve mechanism 54 described later, and an air delivery port is connected to a positive pressure port 541.
[0047]
The blower 52 has a fan and a motor that rotationally drives the fan. This motor is provided with an inverter, and its output is controlled by the controller 40 to set the amount of air sent and the magnitude (pressure amplitude) of the vibration air pressure Apn.
[0048]
The rotary valve mechanism 54 includes a positive pressure port 541 to which a positive pressure is input from the blower 52, a negative pressure port 542 to which a negative pressure is urged from the blower 52, an output port 543 that outputs vibration air pressure, and its rotation. Thus, the output port 543 is composed of a rotary valve 544 that alternately connects the positive pressure port 541 and the negative pressure port 542, and a drive unit 545 that rotates the rotary valve 544.
[0049]
The drive unit 545 includes a motor and a speed reducer (not shown), and rotates the rotary valve 544 at a rotation speed designated by the controller 40. Each time the rotary valve 544 rotates, only the port 541 and the port 543 are communicated once, and then only the port 542 and the port 543 are communicated once. Accordingly, the oscillating air pressure Apn having the oscillating frequency proportional to the rotational speed of the drive unit 545 is applied to the supplied intake air. The controller 40 controls the vibration frequency (ventilation frequency) of the oscillating air pressure Apn by controlling the rotational speed of the drive unit 545.
[0050]
In addition, as described above, the controller 40 also controls the amount of air sent from the blower 52. By setting the amount of air sent according to the vibration frequency, the controller 40 performs one-time ventilation in the oscillating air pressure urging unit. The amount (amplitude amount per vibration period of the vibration air pressure Apn) can be set freely.
[0051]
The port 543 is connected to a vibration air pressure tube 546 that transmits the vibration air pressure Apn to the diaphragm mechanism 56.
[0052]
The diaphragm mechanism 56 includes a pressurizing chamber 562 and a pressurized chamber 563, and a diaphragm 561 formed of a stretchable film member that partitions the pressurized chamber 562 and the pressurized chamber 563. . The pressurizing chamber 562 is connected to the oscillating pneumatic tube 546. The pressurizing chamber 562 is connected to the output port 543 of the rotary valve 54, and the pressurized chamber 563 is connected to the intake pipe 623. With this structure, the oscillating air pressure formed by the rotary valve 54 is urged by the intake air flowing through the intake pipe 623 via the diaphragm 561. The diaphragm mechanism 56 blocks gas flow between the oscillating air pressure urging unit 50 and the patient X, thereby preventing mutual contamination.
[0053]
(Patient route)
Further, the high-frequency ventilator 12 includes a three-way branch pipe 170 on the downstream side of the intake pipe 623, and the three-way branch pipe 170 further branches the downstream side into the patient X side and the discharge path side. The three-way branch pipe 170 includes three pipe lines, a patient-side pipe line 171, an oxygen supply source-side pipe line 172, and an exhalation-discharge side pipe line 173, all of which are in communication with each other. The oxygen supply source side pipe line 172 is connected to the intake pipe 623. The patient-side conduit 171 is formed with a mounted portion 171a to which an endotracheal insertion tube 81 extending into the lungs of the patient X is freely mounted at the patient-side end.
[0054]
The three-way branch pipe 170, the intake pipe 623, and the endotracheal insertion pipe 81 constitute a patient-side path 60. In addition, a patient-side pressure sensor 93 that detects an average airway pressure is provided in the patient-side conduit 171, and the detected pressure is output to the controller 40.
[0055]
In the endotracheal insertion tube 81, the proximal end portion is attached to the above-described attachment portion 171a, and the distal end portion is inserted into the trachea from the mouth of the patient X. Such a tip is inserted to the branch point (first branch) where the trachea branches into the left and right bronchi. Accordingly, the endotracheal insertion tube 81 is set to a length that can sufficiently reach from the mouth of the patient X to the first branch, and of course, an outer diameter that can be inserted into the trachea is used.
[0056]
For example, in the case of an adult male, the length from the mouth to the first branch is about 22 to 26 [cm], and the length from the patient side conduit 171 of the three-way branch pipe 170 to the mouth is +3 to 5 [cm]. Therefore, the total length of the endotracheal tube 81 may be about 25 to 31 [cm], and is set to 30 [cm] in the present embodiment. The endotracheal tube 81 has four inner diameters of 3 [mm], 5 [mm], 6 [mm], and 8 [mm] depending on the inner diameter of the patient's trachea. Is selected and used. In general, when a normal adult is a subject, an endotracheal tube 81 having an inner diameter of about 8 [mm] is used.
[0057]
Further, the endotracheal tube 81 is replaceable and detachable from the mounted portion 171a. Therefore, after being used for artificial respiration, it is removed and discarded or sanitized and reused.
[0058]
(Discharge route)
Further, the exhalation discharge side pipe line 173 of the three-way branch pipe 170 is connected to one end portion of a discharge pipe 604 as a discharge path, and a flow rate adjusting valve 607 as an internal pressure adjusting section is connected to the other end portion of the discharge pipe 604. Has been. The exhaust pipe 604 and the flow control valve 607 serve as a passage for exhaled air containing carbon dioxide emitted from the lungs of the patient X.
[0059]
FIG. 2 is an enlarged view showing a part of the periphery of the flow rate adjusting valve 607 by cutting away. As shown in this figure, the flow rate adjusting valve 607 includes a housing 607a, an exhaust port 607b, a flow control valve (control silicon sheet) 607c, and a reciprocation that moves the transfer valve 607c forward and backward along a certain direction. And a solenoid 607d as an urging mechanism.
[0060]
The solenoid 607d moves the moving valve 607c by a moving amount corresponding to a control signal from the controller 40, and thereby the exhalation discharge amount of the flow rate adjusting valve 607 can be freely adjusted. Since the patient-side path 60 communicates with the exhaust pipe 604, the internal pressure of the patient-side path 60 as well as the exhaust pipe 604 can be adjusted by adjusting the exhalation discharge amount.
[0061]
(controller)
Next, the controller 40 will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the high frequency ventilator 12. The controller 40 is composed of an arithmetic unit including a CPU, a ROM, and an A / D converter, and a program for executing operation control of the high-frequency ventilator 12 described later is input.
[0062]
The controller 40 is provided with an operation panel 43 for a doctor (an operator of the high-frequency ventilator 12) to input operation conditions for each part of the high-frequency ventilator 12, and a display unit 44 for displaying the input operation conditions. ing.
[0063]
The above-described operation panel 43 allows the doctor who is the operator of the high-frequency ventilator 12 to perform a tidal volume on the lungs of the patient X, a vibration frequency of the oscillating air pressure (hereinafter referred to as “ventilation frequency”), a supply amount of inspiration, For example, the input means includes a keyboard for inputting the average airway pressure in the patient-side path, the diameter of the selected endotracheal tube 81 and the oxygen concentration of inspiration.
[0064]
The display unit 44 is a display unit made of, for example, a liquid crystal panel, and all the operation conditions input to the receiving unit 41 under the control of the operation control unit 49 are displayed on the display unit 44.
[0065]
The controller 40 receives an operation condition setting input from the operation panel 43, and the blower 52 and the rotary valve 54 of the oscillating air pressure urging unit 50 based on the input values input to the reception unit 41. And an operation control unit 49 that performs operation control on the intake air introduction unit 62.
[0066]
All of these operation conditions input from the operation panel 43 are stored in the reception unit 41. The receiving unit 41 is a memory that temporarily stores data, and when each of the operation conditions is newly input, the operation condition that has been stored is overwritten and updated.
[0067]
The operation control unit 49 refers to the oxygen concentration of the intake air stored in the reception unit 41, and performs operation control to open the valves on the supply sources 621a and 621b of the blender 621 of the intake air introduction unit 62 at a predetermined opening degree. Do. At the same time, with reference to the intake air supply amount of the reception unit 41, operation control is performed to open the output valve of the blender 621 of the intake air introduction unit 62 at a predetermined opening.
[0068]
Further, the operation control unit 49 refers to the ventilation frequency stored in the reception unit 41 and adjusts the rotation speed so that the drive unit 545 of the rotary valve 54 of the oscillating air pressure energizing unit 50 has the stored ventilation frequency. Perform motion control. Further, the output (drive output) of the drive motor of the blower 52 that determines the tidal volume per cycle of the oscillating air pressure urging unit 50 from the tidal volume with respect to the patient's lung stored in the reception unit 41 is determined. The operation control is performed.
[0069]
In addition, the controller 40 sequentially extracts the detected pressure at predetermined sampling intervals from the output of the patient-side pressure sensor 93 that is continuously input, and the sampled data of each detected pressure. A memory 81 that temporarily stores data, an average processing unit 82 that averages them every time 10 pieces of detected pressure data extracted from the sampling unit 80 are accumulated, and sequentially outputs them to the memory 81, and is averaged in order. A calculation unit 83 that calculates an average airway pressure Ph that is specific to the pressure change patterns of the three detected pressures P (1), P (2), and P (3), and the average airway pressure Ph is a target value. Thus, the internal pressure control unit 84 that controls the operation of the flow rate adjustment valve 607 is provided.
[0070]
Each part will be described. First, the sampling unit 80 has an A / D conversion function for converting an analog output from the patient-side pressure sensor 93 into a digital output having a sampling interval of 1 [msec].
[0071]
The memory 81 has a storage area for output of at least 10 [msec] from the sampling unit 80 (actually set larger) and a storage area for storing at least three average pressures calculated by the average processing unit 82. is doing.
[0072]
The average processing unit 82 calculates an average value of the values every time 10 outputs of the sampling unit 80 are accumulated in the memory 81, and newly writes the value in the memory 81. The calculated detected pressures are stored in the memory 81 with numbers P (1), P (2), and P (3) in the order of detection. Each time a new average is calculated, the new average is P (3), the original P (3) is P (2), and the original P (2) is P (1 ) And the original P (1) is deleted from the memory 81.
[0073]
The calculation unit 83 responds to the pressure change pattern of the detected pressures P (1), P (2), and P (3) every time P (1), P (2), and P (3) are updated. Then, the average airway pressure Ph is calculated from a calculation formula using P (1), P (2), and P (3) set individually as variables. The internal pressure control unit 84 regards the calculated predictive average airway pressure Ph as the current average airway pressure, and controls the operation of the flow rate adjustment valve 607 so as to approach the target average airway pressure.
[0074]
The calculation unit 83 includes a comparison unit 85 that compares the detected pressures P (1), P (2), and P (3), and P (1), P (2 ), P (3) as a function, an average airway pressure calculator 86 for calculating the average airway pressure Ph by selecting a calculation formula, and an updater for updating the value of P (3) in the memory 81 according to the calculation result 87.
[0075]
That is, in the comparison unit 85, the pattern of the pressure change of each detected pressure P (1), P (2), P (3) is [A]: P (1) ≦ P (2) <P (3) and P When (1)-P (2) + a ≥ P (3)-P (2), [B]: P (1)> P (2)> P (3), [C]: P (1 ) <P (2) and P (2)> P (3), [D]: P (1)> P (2) and P (2) <P (3), [E]: above Classify into 5 patterns when none of them apply.
[0076]
Here, the principle of performing the above-described calculation processing in the calculation unit 83 will be described in more detail based on FIG. 4 and FIG. FIG. 4 is a diagram showing a pressure change of an average value of detected pressures sequentially calculated. FIG. 4 (A) shows a pattern [A], and FIG. 4 (B) shows a pattern [B]. FIG. 5C shows the pattern [C], and FIG. 5D shows the pattern [D]. A dotted line γ in each of FIGS. 4 and 5 indicates a true average value in one cycle. The symbol α indicates the pressure difference between P (1) and P (2) (α> 0), and the symbol β indicates the pressure difference between P (2) and P (3) (β> 0).
[0077]
The pressure detected by the patient-side pressure sensor 93 generally draws a sin curve since the inspiratory air is urged by the oscillating air pressure urging unit 50 to vibrate at the preset ventilation frequency.
[0078]
[A]: P (1) ≦ P (2) <P (3) and P (1) −P (2) + a ≧ P (3) −P (2) corresponds to the pattern shown in FIG. As shown in A), it is considered that the sine wave is rising. Therefore, the calculation formula of the correction pressure Ps is set to the following formula (4) and the average airway pressure Ph is set to the following formula (5) so as to approach the true average value γ.
[0079]
Ps = P (2) + K.beta. = P (2) + K. (P (3) -P (2)) (4)
[0080]
Ph = (P (2) + Ps) / 2 (5)
[0081]
In this embodiment, the constant a = 1 [cmH2O] (98 [Pa]) and the coefficient K = 0.03 to 0.33.
[0082]
[B]: P (1)> P (2)> P (3) corresponds to the pattern when the sine wave is falling as shown in FIG. 4B. Therefore, the calculation formula of the correction pressure Ps is set to the following formula (6) and the average airway pressure Ph is set to the following formula (7) so as to approach the true average value γ.
[0083]
Ps = P (2) − (α + L · β) = P (2) − {P (1) −P (2) + L · (P (2) −P (3))} (6)
[0084]
Ph = (P (2) + Ps) / 2 (7)
[0085]
In this embodiment, the coefficient L is set to 0.03 to 0.1.
[0086]
[C]: P (1) <P (2) and P (2)> P (3) corresponds to the pattern, as shown in FIG. This is considered to be when there is a sudden drop-off suddenly for some reason during the sin wave. Therefore, the formula for calculating the corrected pressure Ps is set to the following formula (8) and the average airway pressure Ph is set to the following formula (9) so as to approach the true average value γ.
[0087]
Ps = P (2) -M.alpha.-N.beta. = P (2) -M. (P (2) -P (1))-N. (P (2) -P (3)) (8) )
[0088]
Ph = (P (2) + Ps) / 2 (9)
[0089]
In this embodiment, the coefficient M is set to 0.3 to 0.7 and the coefficient N is set to 0.2 to 0.3.
[0090]
[D] The pattern of P (1)> P (2) and P (2) <P (3) corresponds to the pattern of decreasing once and then increasing as shown in FIG. 5 (B). This is considered to be when a sudden rise in the spot occurs due to some factor in the middle of the sin wave. Therefore, the calculation formula of the correction pressure Ps is set to the following formula (10) and the average airway pressure Ph is set to the following formula (11) so as to approach the true average value γ.
[0091]
Ps = P (2) + O.α = P (2) + O. (P (1) −P (2)) (10)
[0092]
Ph = (P (2) + Ps) / 2 (11)
[0093]
In this embodiment, the coefficient O is set to 0.2 to 0.5.
[0094]
[E]: If none of the above applies, that is, if none of [A] to [D], the detected pressure P (3) is output as the average airway pressure Ph as it is. In any case, when the average airway pressure Ph is calculated, the average airway pressure calculation unit 86 outputs it to the updating unit 87 and the internal pressure control unit 84.
[0095]
The predetermined pressure difference a and the coefficients K, L, M, N, and O described above are the usage conditions (ventilation frequency, tidal volume, inspiratory supply amount, etc.) and the dimensions (air volume) of each part of the high-frequency ventilator. Therefore, it is desirable to obtain by simulation or a test in advance.
[0096]
Further, when the average airway pressure calculating unit 86 calculates the average airway pressure Ph, the updating unit 87 updates the value of the detected pressure P (3) in the memory 81 to the value of the calculated average airway pressure Ph. Such an update is performed in accordance with the timing before the average value of the detected pressure is newly calculated by the average processing unit 82 and the values of P (1), P (2), and P (3) in the memory 81 are updated. Is called. Therefore, when the average value of the detected pressure is newly calculated in the average processing unit 82, the values of P (1), P (2), and P (3) stored in the memory 81 are excluding the beginning of pressure detection. P (1) = Ph calculated previously, P (2) = Ph calculated this time, P (3) = A newly calculated average value, and based on these values, the average airway pressure calculating unit 86 A new average airway pressure Ph will be calculated.
[0097]
On the other hand, the internal pressure control unit 84 determines whether the average airway pressure Ph calculated by the average airway internal pressure calculation unit 86 is higher than a preset target value, and the determination result of the determination unit 88 is high. A drive command output unit 89 that outputs an average airway pressure reduction command to the flow control valve 607 and outputs an average airway pressure increase command to the internal pressure control unit when the determination result is low. .
[0098]
The determination unit 88 is a comparison circuit that compares the average airway pressure Ph calculated by the average airway pressure calculation unit 86 with the target average airway pressure Pg desired by the doctor input to the reception unit 42, and compares the result. Output to the drive command output unit 89. If the comparison result in the determination unit 88 is Pg> Ph, the drive command output unit 89 outputs an operation command for increasing the in-pipe pressure by reducing the opening degree to the flow rate adjustment valve 607, and Pg <Ph. If there is, an operation command for increasing the opening degree of the flow control valve 607 and lowering the pressure in the pipe is output.
[0099]
(Operation of this embodiment)
Hereinafter, the operation of the high-frequency ventilator 12 configured as described above will be described with reference to FIGS. 6 and 7 are flowcharts showing the operation of the high-frequency ventilator 12.
[0100]
In this description of the operation, the tidal volume from the operation panel 43 to the lungs of the patient X, the vibration frequency of the oscillating air pressure, the amount of inspiration, the average airway pressure in the patient side path, the diameter of the selected endotracheal tube 81 The description is started from the state where the oxygen concentration of the inspiration is input and the high-frequency ventilator starts driving.
[0101]
First, the output of the patient side pressure sensor 93 is sampled at 1 [msec] intervals by the sampling unit 80, and sequentially stored in the memory 81 (step S1). When the sampled detected pressure is accumulated for 10 [msec], the average value is calculated by the average processing unit 82 (step S2).
[0102]
When 30 [msec] has elapsed from the start of sampling and the above average value is obtained as detected pressures P (1), P (2) and P (3) in the memory 81 (step S3), the comparison unit At 85, P (1) and P (2), and P (2) and P (3) are compared in size (step S4).
[0103]
Depending on the comparison result, the average airway pressure calculating unit 86 selects the above-described equations (4) to (11) according to the comparison result to calculate the average airway pressure Ph, or the detected pressure P (3). The average airway pressure Ph is output (step S5).
[0104]
The determined average airway pressure Ph is compared with the target value input from the operation panel 43 and stored in the receiving unit by the determining unit 88 (step S6). When the calculated average airway pressure Ph is higher, an operation command to increase the opening degree is output to the flow rate adjustment valve 607, and when the average airway pressure Ph is lower, the flow rate adjustment is performed. An operation command for reducing the opening degree is output to the valve 607 (steps S7 and S8).
[0105]
Further, the detected pressure P (3) stored in the memory is updated by the updating unit 87 to the calculated value of the average airway pressure Ph (step S9).
[0106]
Thereafter, when the detected pressure newly averaged is calculated by the averaging processing unit 82 (step S10), the new detected pressure is changed to P (3) and the original P (3) ( In step S9, the average airway pressure Ph) updated to P (3) is updated to P (2), and the original P (2) is updated to P (1) (step S11).
[0107]
After the update, the same operation is repeated from step S4 described above.
[0108]
(Effect of this embodiment)
Comparison test data between the high-frequency ventilator 12 having the above-described configuration and the conventional high-frequency ventilator 200 are shown in FIGS. 9 shows an enlarged view of a portion A in FIG. 8, and FIG. 10 shows an enlarged view of a portion B in FIG. 9 and 10, the curve L1 in which the gradient changes drastically indicates the pressure detected by the patient-side pressure sensor 93 every 10 [msec] by the conventional high-frequency respirator 200, and the curve L2 indicates the high-frequency respiration. The average airway pressure Ph calculated based on the pressure detected by the patient-side pressure sensor 93 every 10 [msec] by the vessel 12 is shown. Note that the curve L2 is shown slightly shifted downward so as not to overlap the curve L1.
[0109]
As can be seen from the curve L2, according to the present embodiment, the sudden change in the detected pressure is alleviated, and when the flow rate control valve 607 is controlled based on this, control of the high-frequency ventilator that is stable from low frequency can be performed. It becomes possible.
[0110]
Furthermore, FIG. 11 shows the detected pressure (curve L3) of the patient-side pressure sensor 93 in the conventional high-frequency ventilator 200 and the average airway pressure (curve L4) calculated by the conventional controller 201 based on the detected pressure. At the same time, the detected pressure (curve L5) of the patient-side pressure sensor 93 in the high-frequency ventilator 12 and the average airway pressure (curve L6) calculated by the controller 40 based on the detected pressure are shown in FIG. In either case, as the graph proceeds from the left to the right of the graph, operation control is performed so as to approach the target set value according to the calculated average airway pressure.
[0111]
Referring to FIG. 11 of the conventional control, the pressure change due to the operation result of the flow rate adjusting valve 607 and the movement of the flow rate adjusting valve 607 do not coincide with each other due to the influence of air inertia and the like, and therefore the target pressure value increases. The pressure average value of the air vibration cannot be kept constant because it is too low or too low.
[0112]
On the other hand, in the high-frequency ventilator 12 according to this embodiment, the air vibration can be pressure-controlled toward the target value as shown in FIG. 12, and after reaching the target value, a stable average airway pressure can be maintained. it can.
[0113]
In FIG. 12, the pressure is an average value for 10 points of sampling every 1 msec. This controls the flow rate adjustment valve 607 based on the average airway pressure Ph calculated according to the average airway pressure calculator 86 while monitoring new data every 10 msec.
[0114]
As described above, in the high-frequency ventilator 12, the controller 40 averages the pressure detected at a preset sampling interval over a certain period, and when three such average values are obtained, the gradients thereof are obtained. The average airway pressure is calculated from the change. Therefore, the time required for calculating the average airway pressure is not determined by the period of the ventilation frequency as in the past, and even when the ventilation frequency is long (low frequency), it is stable at a finer time interval. High frequency ventilator can be controlled.
[0115]
In the high-frequency ventilator 12 described above, the controller 40 includes the average processing unit 82, but a configuration in which this is omitted is also conceivable. In that case, the detected pressure extracted by the sampling unit 80 is directly processed by the calculation unit 83 via the memory 81.
[0116]
Further, the controller 40 of the high-frequency ventilator 12 may be realized by the configuration shown in FIG. In such a configuration, a disk drive 91 that drives a storage medium D such as a CD-ROM in which a program including instructions for performing operations corresponding to the respective units included in the controller 40 is recorded, and the disk drive 91 is read out. An auxiliary storage device 92 such as a hard disk for storing the program, a central processing unit 93 such as a CPU for performing arithmetic processing according to the program stored in the auxiliary storage device 92, a RAM serving as a main storage of the central processing unit 93, etc. And a main storage unit 94. Here, when “commands that can be operated” are referred to, a predetermined process is realized depending on a case where a predetermined command is realized only by this CPU and a service by an operation system or a program stored in the auxiliary storage device. Including both cases.
[0117]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Of the components shown in the present embodiment, the same components as those shown in the high-frequency ventilator 12 described above will be given the same reference numerals and redundant description will be omitted.
[0118]
In the above-described high-frequency ventilator 12, when the average airway pressure calculation unit 86 has the change pattern of the detected pressures P (1), P (2), P (3) as [A], that is, P (1) ≦ When P (2) <P (3) and P (1) −P (2) + a ≧ P (3) −P (2), the pattern Ps = P (2) + K · β = P (2 ) + K · (P (3) −P (2)) to obtain the corrected pressure Ps, and further to obtain the average airway pressure Ph from Ph = (P (2) + Ps) / 2.
[0119]
However, in this case, since the coefficient K is a fixed value, the accuracy of the calculated value of the average airway pressure Ph is improved when the magnitude of the amplitude of the high frequency oscillating air pressure (tidal volume) is changed according to the patient. As a result, the stability of the control of the flow rate control valve 607 may be slightly reduced.
[0120]
Therefore, in the high frequency ventilator 12A according to the second embodiment, the change pattern of the detected pressures P (1), P (2), P (3) is [A]: P (1) ≦ P (2) <P (3) and P (1) −P (2) + a ≧ P (3) −P (2), the corrected pressure Ps is calculated using the following equation (12), and the following equation (14 ) Is used to calculate an average airway pressure Ph that calculates the average airway pressure Ph.
[0121]
Ps = P (2) + Q · H · (P (3) -P (2)) (12)
[0122]
Ph = (P (2) + Ps) / 2 (13)
[0123]
In the above equation (12), the symbol Q is a coefficient (Q> 0) obtained by simulation or test, and the symbol H is a linear function of the tidal volume of the oscillating air pressure urging unit 50. Use drive output. The drive output H changes in proportion to the tidal volume. The drive output H is calculated by the average airway pressure calculating unit 86 referring to a numerical value set and inputted in advance from the operation panel 43 to the receiving unit 41.
[0124]
FIG. 15 shows the detected pressure (curve L7) of the patient-side pressure sensor 93 in the high-frequency ventilator 12A having the above configuration and the average airway pressure (curve L8) calculated by the controller 40A based on the detected pressure.
[0125]
Compared to the high frequency ventilator 12 described above, it can be seen that the amplitude of the calculated mean airway pressure is narrower in the high frequency ventilator 12A. Thus, in the high-frequency ventilator 12A, since the tidal volume is taken as a parameter in the calculation formula for calculating the average airway pressure Ph, it is possible to effectively cope with such a change in the tidal volume setting. Furthermore, it is possible to control the air vibration more effectively toward the target value, and after reaching the target value, it is possible to maintain a more stable average airway pressure.
[0126]
In the high-frequency ventilator 12A, the drive output of the blower 52 is used as the symbol H, but the numerical value of the tidal volume input from the operation panel may be used. In this case, it is necessary to change the coefficient Q to a numerical value corresponding to it.
[0127]
Further, as shown in FIG. 16, the configuration of the controller 40A described above includes the tidal volume, the vibration frequency of the oscillating air pressure, the supply amount of the inspiratory air, the average airway pressure, and the diameter of the selected endotracheal tube. And the output of the blower 52 from the map memory 95 storing the five-dimensional map with the parameter specifying the output of the oscillating air pressure urging unit, and the input values received by the five-dimensional map and the receiving unit 41, Based on this, a specific unit 96 that performs operation control of the oscillating air pressure urging unit may be newly added, and the average airway pressure Ph may be calculated by referring to the output of the blower 52 specified by the specific unit 96. .
[0128]
The details of the five-dimensional map are described in the specification and drawings attached to the application of Japanese Patent Application No. 11-362346.
[0129]
In such a configuration, since the average airway pressure Ph is calculated based on the function of the tidal volume based on the output of the blower 52 that is actually driven, the setting of the tidal volume can be changed more effectively. Thus, it is possible to control the pressure of the air vibration more effectively toward the target value, and after reaching the target value, it is possible to maintain a more stable average airway pressure.
[0130]
Note that each of the configurations of the controller 40A described above also drives the storage medium D such as a CD-ROM in which the configuration shown in FIG. 13, that is, a program including instructions for performing operations corresponding to the units included in the controller 40A is recorded. The disk drive 91, the auxiliary storage device 92, the central processing unit 93, the main storage unit 94, and the like may be realized.
[0131]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, when three pressures detected at a preset sampling interval are obtained, the average airway pressure is calculated from the gradient changes. Therefore, the time required for calculating the average airway pressure is not determined by the period of the ventilation frequency as in the past, and even when the ventilation frequency is long (low frequency), it is stable at a finer time interval. High frequency ventilator can be controlled.
[0132]
For this reason, it is possible to set the ventilation frequency of the high frequency ventilator from the low frequency range to the high frequency range while stabilizing the control of the average airway pressure, and stable high frequency for a wide range of patients from newborns to adults. Can perform artificial respiration (HFO ventilation).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a high-frequency ventilator according to a first embodiment.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing details of the flow control valve disclosed in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the high-frequency ventilator disclosed in FIG. 1;
FIGS. 4A and 4B are diagrams showing a pressure change of an average value of detected pressures sequentially calculated, in which FIG. 4A shows a pattern of [A] and FIG. 4B shows a pattern of [B]. .
FIG. 5 is a diagram showing a pressure change of an average value of detected pressures sequentially calculated, FIG. 5 (C) shows a pattern [C], and FIG. 5 (D) shows a pattern [D]. .
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the high-frequency ventilator disclosed in FIG. 1;
7 is a continuation flowchart of FIG. 6 illustrating the operation of the high frequency ventilator disclosed in FIG. 1;
FIG. 8 is a diagram showing comparison test data between the first embodiment and a conventional example.
9 is an enlarged view of a portion A in FIG.
10 is an enlarged view of a portion B in FIG.
FIG. 11 is a diagram showing a detected pressure of a patient-side pressure sensor and an average airway pressure calculated based on the detected pressure in a conventional high-frequency ventilator.
FIG. 12 is a diagram showing a detected pressure of a patient side pressure sensor in the first embodiment and an average airway pressure calculated based on the detected pressure.
13 is a block diagram illustrating an example of a configuration including a storage medium in which a program for realizing the controller illustrated in FIG. 3 is recorded.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment.
FIG. 15 is a diagram showing a detected pressure of a patient side pressure sensor and an average airway pressure calculated based on the detected pressure in the second embodiment.
FIG. 16 is a block diagram showing another example of the controller of the second embodiment.
FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a conventional high-frequency ventilator.
FIG. 18 is a conceptual diagram for obtaining an average airway pressure of intake air at a ventilation frequency of 15 [Hz].
[Explanation of symbols]
12,12A high frequency ventilator
40, 40A controller
50 Vibrating air pressure biasing part
60 Patient route
62 Intake air inlet
80 Sampling unit
81 memory
82 Average processing section
83 Calculation unit
84 Internal pressure controller
85 comparison part
86,86A Average airway pressure calculator
87 Update Department
88 judgment part
89 Drive command output section
93 Pressure sensor on patient side
604 discharge pipe (discharge route)
607 Flow rate adjustment valve (internal pressure adjustment part)
D Recording medium

Claims (8)

酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、前記吸気を前記患者へ案内する患者側経路と、前記患者への吸気に高頻度の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、前記患者から吐出された呼気を大気中に排出する排出経路と、前記患者へ供給する吸気の平均気道内圧を調節する内圧調節部と、前記患者付近の吸気の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの出力に基づいて前記内圧調節部の動作制御を行うコントローラとを備える高頻度人工呼吸器であって、
前記コントローラは、前記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部と、
抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリと、
三つの前記検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターンに応じ、
aを所定の圧力差,K,L,M,N,Oを所定の係数として
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) 且つ P(1) P(2) +a≧ P(3) P(2) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) +K・( P(3) P(2) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) {P(1) P(2) +L・( P(2) P(3) } から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) −M・( P(2) P(1) )−N・( P(2) P(3) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps =O・( P(1) P(2) )+ P(2) から算出し
前記算出されたいずれかの修正圧力 Ps を含む式 Ph =( P(2) Ps / 2に基づいて前記平均気道内圧 Ph を算出する一方
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力 P(3) をそのまま平均気道内圧 Ph する演算部と、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを前記検出圧力P(3)として前記メモリに書き込む更新部とを有することを特徴とする高頻度人工呼吸器。
An inhalation introduction part for supplying inhalation containing oxygen, a patient side path for guiding the inhalation to the patient, a vibration air pressure biasing part for biasing a high frequency vibration air pressure to the patient inhalation, and the patient A discharge path for discharging the exhaled air from the atmosphere, an internal pressure adjusting unit for adjusting an average airway internal pressure of the intake air supplied to the patient, a pressure sensor for detecting the pressure of the inhalation near the patient, and the pressure sensor A high frequency ventilator comprising a controller for controlling the operation of the internal pressure adjusting unit based on the output of
The controller includes a sampling unit that sequentially extracts a detected pressure at a predetermined sampling interval from the output of the pressure sensor;
Three detected pressures P (1), P (2), P (3) are stored in the order of extraction, and each time a new detected pressure is extracted, the detected pressures P (1), P (2), Memory to update P (3);
According to the pressure change pattern of the three detected pressures P (1), P (2), P (3),
a is a predetermined pressure difference, K, L, M, N, O are predetermined coefficients ,
Pattern of the pressure change, P (1) ≦ P ( 2) <P (3) and P (1) - P (2 ) + a ≧ P (3) - in the case of P (2), the corrected pressure Ps calculated from - (P (2) P ( 3)), wherein Ps = P (2) + K ·
The pattern of pressure changes, in the case of P (1)> P (2 )> P (3), the corrected pressure Ps formula Ps = P (2) - { P (1) - P (2) + L · ( P (2) - is calculated from P (3))},
When the pressure change pattern is P (1) < P (2) and P (2) > P (3) , the corrected pressure Ps is expressed by the formula Ps = P (2) −M · ( P (2) P (1)) -N · ( P (2) - is calculated from P (3)),
The pattern of pressure changes, P (1)> P ( 2) and P (2) <P (3 ) in the case of the formula Ps = O · corrective pressure Ps (P (1) - P (2)) Calculated from + P (2)
While calculating the expression Ph = (P (2) + Ps) / 2 wherein the mean airway pressure Ph on the basis of containing any modifications pressure Ps of the calculated,
When the pressure change pattern does not correspond to any of the cases, the calculation unit that directly uses the detected pressure P (3) as the average airway pressure Ph, and when the average airway pressure Ph is calculated, the calculated Ph is used as the detected pressure P. (3) A high-frequency ventilator comprising an update unit for writing into the memory.
酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、前記吸気を前記患者へ案内する患者側経路と、前記患者への吸気に高頻度の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、前記患者から吐出された呼気を大気中に排出する排出経路と、前記患者へ供給する吸気の平均気道内圧を調節する内圧調節部と、前記患者付近の吸気の圧力を検出する圧力センサと、前記圧力センサの出力に基づいて前記内圧調節部の動作制御を行うコントローラとを備える高頻度人工呼吸器であって、
前記コントローラは、前記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部と
抽出された順番に三つの検出圧力 P(1),P(2),P(3) を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧力 P(1),P(2),P(3) を更新するメモリと
三つの前記検出圧力 P(1),P(2),P(3) の圧力変化のパターンに応じ
aを所定の圧力差,L,M,N,O,Qを所定の係数,振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数をHとし
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) 且つ P(1) P(2) +a≧ P(3) P(2) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) +Q・H・( P(3) P(2) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) {P(1) P(2) +L・( P(2) P(3) } から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) −M・( P(2) P(1) )−N・( P(2) P(3) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps =O・( P(1) P(2) )+ P(2) から算出し
前記算出されたいずれかの修正圧力 Ps を含む式 Ph =( P(2) Ps / 2に基づいて前記平均気道内圧 Ph を算出する一方
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力 P(3) をそのまま平均気道内圧 Ph とする演算部と、この平均気道内圧 Ph が算出されると当該 Ph を前記検出圧力 P(3) として前記メモリに書き込む更新部とを有することを特徴とする高頻度人工呼吸器
An inhalation introduction part for supplying inhalation containing oxygen, a patient side path for guiding the inhalation to the patient, a vibration air pressure biasing part for biasing a high frequency vibration air pressure to the patient inhalation, and the patient A discharge path for discharging the exhaled air from the atmosphere, an internal pressure adjusting unit for adjusting an average airway internal pressure of the intake air supplied to the patient, a pressure sensor for detecting the pressure of the inhalation near the patient, and the pressure sensor A high frequency ventilator comprising a controller for controlling the operation of the internal pressure adjusting unit based on the output of
The controller includes a sampling unit that sequentially extracts a detected pressure at a predetermined sampling interval from the output of the pressure sensor ;
Three detected pressures P (1), P (2), P (3) are stored in the order of extraction, and each time a new detected pressure is extracted, the detected pressures P (1), P (2), Memory to update P (3) ;
According to the pressure change pattern of the three detected pressures P (1), P (2), P (3) ,
a is a predetermined pressure difference, L, M, N, O, and Q are predetermined coefficients, and a function of the ventilation amount of one cycle of the oscillating air pressure biasing unit is H ,
Pattern of the pressure change, P (1) ≦ P ( 2) <P (3) and P (1) - P (2 ) + a ≧ P (3) - in the case of P (2), the corrected pressure Ps Calculated from the formula Ps = P (2) + Q · H · ( P (3) P (2) )
The pattern of pressure changes, in the case of P (1)> P (2 )> P (3), the corrected pressure Ps formula Ps = P (2) - { P (1) - P (2) + L · ( P (2) - is calculated from P (3))},
When the pressure change pattern is P (1) < P (2) and P (2) > P (3) , the corrected pressure Ps is expressed by the formula Ps = P (2) −M · ( P (2) P (1)) -N · ( P (2) - is calculated from P (3)),
The pattern of pressure changes, P (1)> P ( 2) and P (2) <P (3 ) in the case of the formula Ps = O · corrective pressure Ps (P (1) - P (2)) Calculated from + P (2)
While calculating the expression Ph = (P (2) + Ps) / 2 wherein the mean airway pressure Ph on the basis of containing any modifications pressure Ps of the calculated,
The detected pressure P (3) and a computing unit to mean airway pressure Ph as, the mean airway pressure Ph when is calculated the Ph of the sensed pressure P when the pattern of the pressure change does not correspond to any case (3) A high-frequency ventilator comprising an update unit for writing into the memory .
前記コントローラは、前記平均気道内圧Phが目標値となるように前記内圧調節部の動作制御を行う内圧制御部を有することを特徴とする請求項1又は2記載の高頻度人工呼吸器。The high-frequency ventilator according to claim 1 or 2 , wherein the controller includes an internal pressure control unit that performs operation control of the internal pressure adjustment unit so that the average airway pressure Ph becomes a target value. 前記コントローラは、前記サンプリング部から所定個数の検出圧力が抽出される度にそれらを平均化すると共にその値を前記検出圧力として前記メモリに出力する平均処理部を有し、
前記演算部は、前記平均化された検出圧力に基づいて前記平均気道内圧を算出
することを特徴とする請求項1,2又は3記載の高頻度人工呼吸器。
The controller has an averaging processing unit that averages each time a predetermined number of detected pressures are extracted from the sampling unit and outputs the value to the memory as the detected pressure,
The arithmetic unit, the high frequency ventilator as claimed in claim 1, 2 or 3, wherein the calculating the mean airway pressure on the basis of the averaged sensed pressure.
酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、前記吸気を前記患者へ案内する患者側経路と、前記患者への吸気に高頻度の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、前記患者から吐出された呼気を大気中に排出する排出経路と、前記患者へ供給する吸気の平均気道内圧を調節する内圧調節部と、前記患者付近の吸気の圧力を検出する圧力センサとを備える高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムであって、
連続して入力される前記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部、
抽出された順番に三つの検出圧力P(1),P(2),P(3)を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧力P(1),P(2),P(3)を更新するメモリ、
順番に抽出された三つの前記検出圧力P(1),P(2),P(3)の圧力変化のパターン応じ、
aを所定の圧力差,K,L,M,N,Oを所定の係数とし
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) 且つ P(1) P(2) +a≧ P(3) P(2) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) +K・( P(3) P(2) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) {P(1) P(2) +L・( P(2) P(3) } から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) −M・( P(2) P(1) )−N・( P(2) P(3) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps =O・( P(1) P(2) )+ P(2) から算出し
前記算出されたいずれかの修正圧力 Ps を含む式 Ph =( P(2) Ps / 2に基づいて前記平均気道内圧 Ph を算出する一方
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力 P(3) をそのまま平均気道内圧 Ph する演算部、
及び、この平均気道内圧Phが算出されると当該Phを前記検出圧力P(3)として前記メモリに書き込む更新部としてコンピュータを機能させる指令を備えた高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
An inhalation introduction part for supplying inhalation containing oxygen, a patient side path for guiding the inhalation to the patient, a vibration air pressure biasing part for biasing a high frequency vibration air pressure to the patient inhalation, and the patient A high frequency provided with an exhaust path for discharging exhaled air from the atmosphere, an internal pressure adjustment unit for adjusting an average airway internal pressure of inspiration supplied to the patient, and a pressure sensor for detecting the pressure of inhalation near the patient A ventilator operation control program comprising:
A sampling unit that sequentially extracts the detected pressure at predetermined sampling intervals from the output of the pressure sensor that is continuously input;
Three detected pressures P (1), P (2), P (3) are stored in the order of extraction, and each time a new detected pressure is extracted, the detected pressures P (1), P (2), Memory to update P (3),
According to the pressure change pattern of the three detected pressures P (1), P (2), P (3) extracted in order,
a is a predetermined pressure difference, K, L, M, N, O are predetermined coefficients ,
Pattern of the pressure change, P (1) ≦ P ( 2) <P (3) and P (1) - P (2 ) + a ≧ P (3) - in the case of P (2), the corrected pressure Ps calculated from - (P (2) P ( 3)), wherein Ps = P (2) + K ·
The pattern of pressure changes, in the case of P (1)> P (2 )> P (3), the corrected pressure Ps formula Ps = P (2) - { P (1) - P (2) + L · ( P (2) - is calculated from P (3))},
When the pressure change pattern is P (1) < P (2) and P (2) > P (3) , the corrected pressure Ps is expressed by the formula Ps = P (2) −M · ( P (2) P (1)) -N · ( P (2) - is calculated from P (3)),
The pattern of pressure changes, P (1)> P ( 2) and P (2) <P (3 ) in the case of the formula Ps = O · corrective pressure Ps (P (1) - P (2)) Calculated from + P (2)
While calculating the expression Ph = (P (2) + Ps) / 2 wherein the mean airway pressure Ph on the basis of containing any modifications pressure Ps of the calculated,
Calculator directly with the mean airway pressure Ph of the detected pressure P (3) when the pattern of the pressure change does not correspond to any case,
And, when this average airway pressure Ph is calculated, the operation control program of the high-frequency ventilator provided with a command to make the computer function as an update unit that writes the Ph to the memory as the detected pressure P (3) was recorded. Computer-readable recording medium.
酸素を含んだ吸気を供給する吸気導入部と、前記吸気を前記患者へ案内する患者側経路と、前記患者への吸気に高頻度の振動空気圧を付勢する振動空気圧付勢部と、前記患者から吐出された呼気を大気中に排出する排出経路と、前記患者へ供給する吸気の平均気道内圧を調節する内圧調節部と、前記患者付近の吸気の圧力を検出する圧力センサとを備える高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムであって
連続して入力される前記圧力センサの出力から所定のサンプリング間隔で順次検出圧力を抽出するサンプリング部
抽出された順番に三つの検出圧力 P(1),P(2),P(3) を記憶すると共に新たに検出圧力が抽出される度に前記検出圧力 P(1),P(2),P(3) を更新するメモリ
順番に抽出された三つの前記検出圧力 P(1),P(2),P(3) の圧力変化のパターンに応じ
aを所定の圧力差,L,M,N,O,Qを所定の係数,振動空気圧付勢部の一周期の換気量の関数をHとし
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) 且つ P(1) P(2) +a≧ P(3) P(2) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) +Q・H・( P(3) P(2) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) {P(1) P(2) +L・( P(2) P(3) } から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps P(2) −M・( P(2) P(1) )−N・( P(2) P(3) )から算出し
前記圧力変化のパターンが、 P(1) P(2) 且つ P(2) P(3) の場合に、修正圧力 Ps を式 Ps =O・( P(1) P(2) )+ P(2) から算出し
前記算出されたいずれかの修正圧力 Ps を含む式 Ph =( P(2) Ps / 2に基づいて前記平均気道内圧 Ph を算出する一方
前記圧力変化のパターンがいずれの場合にも該当しないときには前記検出圧力 P(3) をそのまま平均気道内圧 Ph とする演算部
及び、この平均気道内圧 Ph が算出されると当該 Ph を前記検出圧力 P(3) として前記メモリに書き込む更新部としてコンピュータを機能させる指令を備えた高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体
An inhalation introduction part for supplying inhalation containing oxygen, a patient side path for guiding the inhalation to the patient, a vibration air pressure biasing part for biasing a high frequency vibration air pressure to the patient inhalation, and the patient A high frequency provided with an exhaust path for discharging exhaled air from the atmosphere, an internal pressure adjustment unit for adjusting an average airway internal pressure of inspiration supplied to the patient, and a pressure sensor for detecting the pressure of inhalation near the patient A ventilator operation control program comprising :
A sampling unit that sequentially extracts the detected pressure at predetermined sampling intervals from the output of the pressure sensor that is continuously input ;
Three detected pressures P (1), P (2), P (3) are stored in the order of extraction, and each time a new detected pressure is extracted, the detected pressures P (1), P (2), Memory to update P (3) ,
According to the pressure change pattern of the three detected pressures P (1), P (2), P (3) extracted in order ,
a is a predetermined pressure difference, L, M, N, O, and Q are predetermined coefficients, and a function of the ventilation amount of one cycle of the oscillating air pressure biasing unit is H ,
Pattern of the pressure change, P (1) ≦ P ( 2) <P (3) and P (1) - P (2 ) + a ≧ P (3) - in the case of P (2), the corrected pressure Ps Calculated from the formula Ps = P (2) + Q · H · ( P (3) P (2) )
The pattern of pressure changes, in the case of P (1)> P (2 )> P (3), the corrected pressure Ps formula Ps = P (2) - { P (1) - P (2) + L · ( P (2) - is calculated from P (3))},
When the pressure change pattern is P (1) < P (2) and P (2) > P (3) , the corrected pressure Ps is expressed by the formula Ps = P (2) −M · ( P (2) P (1)) -N · ( P (2) - is calculated from P (3)),
The pattern of pressure changes, P (1)> P ( 2) and P (2) <P (3 ) in the case of the formula Ps = O · corrective pressure Ps (P (1) - P (2)) Calculated from + P (2)
While calculating the expression Ph = (P (2) + Ps) / 2 wherein the mean airway pressure Ph on the basis of containing any modifications pressure Ps of the calculated,
When the pressure change pattern does not correspond to any case, the calculation unit that directly sets the detected pressure P (3) as the average airway pressure Ph ,
And, when this average airway pressure Ph is calculated , the operation control program of the high-frequency ventilator provided with a command to make the computer function as an update unit that writes the Ph to the memory as the detected pressure P (3) was recorded. Computer-readable recording medium .
前記算出された平均気道内圧Phと予め設定された目標値とを比較判定する判定部、及び、この判定部の判定結果で前記平均気道内圧が高いとする場合に前記内圧調節部への平均気道内圧低減指令を出力し,前記平均気道内圧が低いとする場合に前記内圧調節部への平均気道内圧増加指令を出力する駆動指令出力部、を新たにコンピュータを機能させる指令を備えた請求項5又は6記載の高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。The determination unit that compares and determines the calculated average airway pressure Ph and a preset target value, and the average airway to the internal pressure adjustment unit when the average airway pressure is high as a result of determination by the determination unit outputs pressure reduction command, the average claim wherein the internal pressure control unit mean airway pressure increase command drive command output unit for outputting to, with a command to newly function computer when airway pressure is lower 5 Or the computer-readable recording medium which recorded the operation control program of the high frequency ventilator of 6. 前記サンプリング部から所定個数の検出圧力が抽出される度にそれらを平均化すると共にその値を前記検出圧力として順次前記演算部に出力する平均処理部、を新たにコンピュータを機能させると共に、
前記演算部は、前記平均化された検出圧力に基づいて前記平均気道内圧を算出するように、コンピュータを機能させる指令を備えた請求項5,6又は7記載の高頻度人工呼吸器の動作制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
Each time a predetermined number of detected pressures are extracted from the sampling unit, the average processing unit that averages them and outputs the value as the detected pressure sequentially to the calculation unit, and a new computer function,
The operation control of the high-frequency ventilator according to claim 5, 6 or 7 , wherein the calculation unit includes a command for causing a computer to function so as to calculate the average airway pressure based on the averaged detected pressure. A computer-readable recording medium on which a program is recorded.
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