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JP3179471B2 - Ventilator control device - Google Patents

Ventilator control device

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Publication number
JP3179471B2
JP3179471B2 JP30589190A JP30589190A JP3179471B2 JP 3179471 B2 JP3179471 B2 JP 3179471B2 JP 30589190 A JP30589190 A JP 30589190A JP 30589190 A JP30589190 A JP 30589190A JP 3179471 B2 JP3179471 B2 JP 3179471B2
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JP
Japan
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pressure
gas
container
patient
flow
Prior art date
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JP30589190A
Other languages
Japanese (ja)
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JPH04176472A (en
Inventor
フォレール レスター
フェニマ ポール
ガニュ ロジャー
Original Assignee
ピューリタン‐ベネット コーポレーション
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は概ね呼吸ベンチレータに関し、更に詳細に
は、気体を混合し、かつ制御された若しくは自発的な呼
吸のために呼吸気体を送る空気作動電子制御ベンチレー
タ装置に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to respiratory ventilators, and more particularly, to pneumatic actuation of mixing gases and delivering respiratory gases for controlled or spontaneous breathing. The present invention relates to an electronically controlled ventilator device.

(従来の技術) 従来の呼吸ベンチレータは、一般的には正の過圧呼吸
気体を患者に送り、患者の呼吸パターンにおける圧力変
動に応答して所定の方法で圧力をかけた呼吸気体を送る
ことができ、又は、各呼吸について制御して患者に所定
容量の呼吸気体を供給するように作動させることができ
る。呼吸気体は、一般的には高い濃度の酸素を含んでい
る。酸素を増加させた気体を受け入れるための貯蔵器を
有しており、その貯蔵器から気体が抜取られるのを監視
するためのセンサと、検知された抜取り速度で所定の酸
素濃度の気体を得るべく、気体を充填するための最小時
間を決定するためのマイクロプロセッサとを備えている
酸素濃縮器が、ローランド(Bowland)の米国特許第4,5
61,287号に説明されている。窒素を吸収するための分子
ふるい床を備えた複数のキャニスタは、酸素を増加させ
た気体を貯蔵器に送り、圧縮器から別のふるい床に空気
を差し向けるためのバルブ機構が備えられている。所定
の比率で2つの気体を混合するための別の装置は、別々
の入口を介して圧力容器に入る2つの気体の導入手段を
備えており、その導入手段は、適当な比率の混合気体を
形成するため、第1の圧力になるまで第1の気体を受け
入れ、次いで第2の圧力になるまで第2の気体を受け入
れる。この装置は、ドブリッツ(Dobritz)の米国特許
第4,022,234号及び4,023,587号に説明されている。混合
気体は、受入れ容器内で初期圧力になるまで抜き取ら
れ、初期圧力になったとき気体の抜取りが中断され、再
び混合サイクルが始まる。吸入サーボユニットによる患
者への呼吸気体の流量及び圧力のフィードバック制御も
又、ジョンソンら(jonsson et al.)の米国特許第3,74
1,208号に説明されている。
2. Description of the Related Art Conventional respiratory ventilators generally deliver a positive over-pressure breathing gas to a patient and deliver the pressurized breathing gas in a predetermined manner in response to pressure fluctuations in the patient's breathing pattern. Alternatively, it can be activated to deliver a predetermined volume of breathing gas to the patient, controlled for each breath. Respiratory gases generally contain high concentrations of oxygen. A reservoir for receiving oxygen-enriched gas, a sensor for monitoring the gas being withdrawn from the reservoir, and a gas having a predetermined oxygen concentration at the detected withdrawal rate. An oxygen concentrator comprising a microprocessor for determining a minimum time to fill a gas is disclosed in US Pat.
This is described in 61,287. Multiple canisters with molecular sieve beds to absorb nitrogen are equipped with a valve mechanism to send oxygen-enriched gas to a reservoir and direct air from the compressor to another sieve bed . Another device for mixing two gases in a predetermined ratio comprises means for introducing two gases entering the pressure vessel via separate inlets, the means for introducing the gas mixture in an appropriate ratio. To form, accept a first gas until a first pressure and then accept a second gas until a second pressure. This device is described in U.S. Pat. Nos. 4,022,234 and 4,023,587 to Dobritz. The gas mixture is withdrawn in the receiving vessel until an initial pressure is reached, at which time the gas withdrawal is interrupted and the mixing cycle starts again. Feedback control of the flow and pressure of breathing gas to the patient by an inhalation servo unit is also described in Johnson et al., US Pat.
It is described in 1,208.

(発明が解決しようとする課題) 受入れ容器に含まれている呼吸気体の圧力に応答し
て、及び呼吸気体が提供される呼吸の様々な態様に応じ
て、所定の方法で呼吸気体の構成気体を混合することの
できるベンチレータ装置を提供することが望ましいであ
ろう。
The constituent gases of the respiratory gas in a predetermined manner in response to the pressure of the respiratory gas contained in the receiving container and according to the various aspects of the respiration that the respiratory gas is provided It would be desirable to provide a ventilator device that can mix

(課題を解決するための手段) 本発明は、封入容器から患者へ呼吸気体を送るための
装置を提供し、この装置は、封入容器内の気体の量の測
定と、封入容器内の圧力に応答した封入容器内への呼吸
気体流れの制御と、封入容器の圧力若しくは容量の変動
に応答した呼吸気体の流出制御とを含んでいる。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an apparatus for delivering respiratory gas from an enclosure to a patient, the apparatus including a method for measuring the amount of gas in the enclosure and controlling the pressure in the enclosure. This includes controlling the flow of breathing gas into the enclosure in response and controlling the outflow of breathing gas in response to fluctuations in the pressure or volume of the enclosure.

簡潔かつ一般的には、呼吸気体を患者に送るためのベ
ンチレータ装置は、封入容器と、その封入容器を呼吸気
体源に接続している入口手段と、その封入容器を患者に
接続している出口手段と、その封入容器内の気体の量を
検知するためのセンサと、封入容器内で検知された気体
の量に応答した封入容器への呼吸気体の流入を制御する
ための手段と、封入容器内の気体の量における変動に応
答した呼吸気体の流出を制御するための手段とから成
る。
Briefly and generally, a ventilator device for delivering breathing gas to a patient comprises an enclosure, inlet means connecting the enclosure to a source of breathing gas, and an outlet connecting the enclosure to the patient. Means, a sensor for detecting the amount of gas in the enclosure, means for controlling the flow of breathing gas into the enclosure in response to the amount of gas detected in the enclosure, and the enclosure Means for controlling the outflow of respiratory gas in response to variations in the amount of gas therein.

本発明の装置の好ましい実施例では、容器内で検知さ
れた圧力若しくは容量に基いて容器からの気体の流出速
度を決定するための手段と、その流出速度と所定の値と
を比較するための手段と、この比較に基いて流出を調整
するための手段をも備えている。入口流れ制御は又、容
器内の圧力若しくは容量を所定の値と比較するための装
置と、この比較に応答して容器を充填するためのバルブ
機構を備えていることが好ましい。本発明の別の好まし
い実施例では、容器内における予想変動速度に基いて、
封入容器の予想圧力若しくは容量を決定するための手段
を、予想圧力若しくは容量に応答して容器を満たすため
のバルブ機構とともに備えている。封入容器は、容器内
に含まれている呼吸気体の温度変動を減少するための手
段をも収容しているのが好ましい。
In a preferred embodiment of the device of the present invention, means for determining the outflow rate of gas from the container based on the pressure or volume detected in the container, and for comparing the outflow speed with a predetermined value. Means and means for adjusting the spill based on this comparison are also provided. The inlet flow control also preferably includes a device for comparing the pressure or volume in the container to a predetermined value, and a valve mechanism for filling the container in response to the comparison. In another preferred embodiment of the present invention, based on the expected rate of change in the vessel,
Means for determining the expected pressure or volume of the enclosure are provided with a valve mechanism for filling the container in response to the expected pressure or volume. The enclosure preferably also contains means for reducing temperature fluctuations of the respiratory gas contained in the container.

本発明のベンチレータにより、2つの基本的な呼吸形
式が支援される。強制呼吸が支援され、その場合には、
患者に供給される呼吸の物理特性は、操作員の選択した
設定値によって完全に特定される。操作員によって選択
される物理特性は、波形、一回の呼吸量、ピーク吸入流
れ、酸素濃度のような組成及びサイクル時間を含んでい
るのがよい。強制呼吸パターンは独立した操作員又は患
者によっても開始することができる。
The ventilator of the present invention supports two basic modes of breathing. Forced breathing is supported, in which case,
The physical characteristics of the breath delivered to the patient are completely specified by the operator's selected settings. The physical properties selected by the operator may include waveforms, tidal volume, peak inspiratory flow, composition such as oxygen concentration and cycle time. The mandatory breathing pattern can also be initiated by an independent operator or patient.

自発呼吸パターンも本発明によって支援されている。
自発呼吸は、吸入気体流れや一回分の容量が患者の行為
によってのみ決定されるものである。しかしながら、呼
吸気体の組成は、酸素濃度の所定のパラメータの値によ
って決定される。患者への呼吸気体流れは、空気通路圧
力の変動が引き金となり、操作員の選択した設定値の正
の末端吸入圧力(PEEP)及び感度によって制御すること
ができる。連続する正の空気通路圧力(CPAP)が与えら
れる。「感度」はPEEP以下の圧力レベルであり、患者が
開始した強制呼吸又はベンチレータからの自発呼吸を起
こすため、患者がつくらなければならない。強制呼吸
は、パラメータ設定値に従ったベンチレータ、操作員又
は患者によって開始することができる。ベンチレータが
開始した呼吸は、呼吸速度について操作員が選択した値
によって決定される一定のサイクル間隔で供給される。
操作員が開始した呼吸は、操作員が手動制御によって決
定する。患者が開始した呼吸は、感度のために操作員が
選択した値に等しい量によって患者がPEEP以下に空気通
路圧力を減らしたときにはいつでも供給される。
Spontaneous breathing patterns are also supported by the present invention.
In spontaneous breathing, the flow of inhaled gas and the volume of a single dose are determined only by the actions of the patient. However, the composition of the breathing gas is determined by the value of certain parameters of the oxygen concentration. Respiratory gas flow to the patient can be controlled by the operator's selected set point positive end inhalation pressure (PEEP) and sensitivity, triggered by variations in air passage pressure. A continuous positive air passage pressure (CPAP) is provided. "Sensitivity" is the pressure level below PEEP and must be created by the patient to cause a patient-initiated mandatory breath or spontaneous breath from the ventilator. The mandatory breath can be initiated by the ventilator, operator or patient according to the parameter settings. The ventilator-initiated breath is delivered at regular cycle intervals determined by the operator-selected value for respiratory rate.
The operator initiated breathing is determined by manual control by the operator. The patient-initiated breath is delivered whenever the patient reduces the airway pressure below PEEP by an amount equal to the value selected by the operator for sensitivity.

本発明は、呼吸気体における酸素濃度の正確な制御も
行なう。気体の測定は理想気体の法則を基礎とし、その
気体の法則は、気体の圧力と容量の積が気体のモル数と
その温度の積に比例することを説明している。すなわ
ち、 PV=NRT ここで、Pは気体の絶対圧力、Vは気体の容量、Nは
気体のモル数、Rは気体定数、Tは気体の温度である。
The present invention also provides for precise control of the oxygen concentration in the breathing gas. Gas measurements are based on the ideal gas law, which states that the product of the pressure and volume of a gas is proportional to the product of the number of moles of the gas and its temperature. That is, PV = NRT where P is the absolute pressure of the gas, V is the volume of the gas, N is the number of moles of the gas, R is the gas constant, and T is the temperature of the gas.

かくして、一定容量の容器内の気体のモル数は、容
量、気体圧力及び気体温度を測定することによって間接
的に決定することができる。この法則の簡単な拡張によ
り、もし気体が容器に加えられ又は除去されたならば、
圧力は次の比例量だけ変動するであろう。
Thus, the number of moles of gas in a fixed volume vessel can be determined indirectly by measuring volume, gas pressure and gas temperature. With a simple extension of this law, if gas is added to or removed from the container,
The pressure will fluctuate by the following proportional amount:

ΔP=ΔNRT/V (1) これに加えて、同一の空間を占める2つの理想気体
は、ドルトン(Dalton)の分圧の法則に従って挙動す
る。すなわち、 P=(N1+N2)RT/V (2) 混合制御アルゴリズムは式(1)及び(2)に基いて
いる。(1)式から、容器に注入された気体のモル数
は、測定された圧力変動に比例する。すなわち、 ΔN=ΔPV/TR (3) かくして、容器の適当な基準化によって、圧力変動測
定値は、注入された気体についての一定容量の容器のモ
ル数として直接読み取ることができ、これを気体混合制
御に使用することができる。
ΔP = ΔNRT / V (1) In addition, two ideal gases occupying the same space behave according to Dalton's law of partial pressure. That is, P = (N1 + N2) RT / V (2) The mixing control algorithm is based on equations (1) and (2). From equation (1), the number of moles of gas injected into the container is proportional to the measured pressure fluctuation. That is, ΔN = ΔPV / TR (3) Thus, with proper scaling of the container, the pressure fluctuation measurement can be read directly as the number of moles of the fixed volume container for the injected gas, which is referred to as the gas mixture. Can be used for control.

(2)式から、呼吸気体封入容器の各気体のモル数、
即ち第1の気体(例えば酸素(oxygen))及び第2の気
体(例えば空気(air))のそれぞれのモル数NO、NA
を、封入容器のモル比及び圧力から計算することができ
る。すなわち、 NA=混合比率・PV/TR (4) NO=(1−混合比率)・PV/TR (5) 封入容器を所望の混合比率で充填するため、封入容器
内の最初の各気体のモル数又は分子数が(4)及び
(5)式を適用することによって評価される。各気体の
所望のモル数又は分子数は、所望の混合比率及び圧力に
ついてのこれらの式を適用することによって計算するこ
とができ、各気体の差圧は、式(3)を用いて計算し圧
力に変換することができる。各気体をこれらの圧力値に
なるまで順番に注入することにより、正確な気体量を封
入容器に導くことができる。容器内の気体の混合比率及
び容量の同様の計算は、圧力が一定に維持される場合で
あっても、圧力も変動を受ける場合であっても、容量を
変動させることのできる容器について行なうことができ
る。
From equation (2), the number of moles of each gas in the respiratory gas-filled container is
That is, the respective molar numbers NO, NA of the first gas (eg, oxygen) and the second gas (eg, air).
Can be calculated from the molar ratio and pressure of the enclosure. That is, NA = mixing ratio · PV / TR (4) NO = (1-mixing ratio) · PV / TR (5) In order to fill the enclosure with a desired mixture ratio, the moles of the first gas in the enclosure are The number or number of molecules is evaluated by applying equations (4) and (5). The desired number of moles or molecules for each gas can be calculated by applying these equations for the desired mixing ratio and pressure, and the differential pressure for each gas is calculated using equation (3). Can be converted to pressure. By injecting each gas in order until these pressure values are reached, an accurate gas amount can be guided to the enclosure. The same calculation of the mixing ratio and volume of the gas in the container should be performed for a container whose volume can be varied, whether the pressure is kept constant or the pressure is also fluctuated. Can be.

このアプローチは、他のバッチ形式の混合装置にわた
っていくつかの顕著な利点を提供する。ソレノイドを別
々に作動させて例えば酸素濃度を増加させることができ
るので、急速な混合変動が可能であり、酸素ソレノイド
は、所望の混合比率になるまで、いくつかのサイクルで
排他的に使用することができる。これに加えて、圧力ト
ランスジューサ及び容量検知器が非常に正確でかつ信頼
性の高い気体圧力測定値を提供し、連続的な混合再調整
をして機械式バルブによって生ずる何らかの変動を修正
することができるので、高精度の混合が可能である。例
えば、もし充填ソレノイドバルブが、閉じるように信号
を送られた後、たまたま短い時間開いたままになったと
しても、その結果生ずる圧力の増加は、許容される気体
の付加的な量に更に高く反映するであろう。混合比率が
測定圧力若しくは容量の変動から決定されるので、この
変動は調整され、従って、次の充填で許容される気体量
は少なくなるであろう。
This approach offers several significant advantages over other batch-type mixing devices. Since the solenoids can be operated separately to increase, for example, the oxygen concentration, rapid mixing fluctuations are possible and the oxygen solenoid must be used exclusively in several cycles until the desired mixing ratio is reached. Can be. In addition, pressure transducers and volume detectors provide very accurate and reliable gas pressure measurements, and continuous readjustment to correct for any fluctuations caused by mechanical valves. As a result, highly accurate mixing is possible. For example, if the fill solenoid valve happens to remain open for a short time after being signaled to close, the resulting increase in pressure will be even higher with the additional amount of gas allowed. Will reflect. As the mixing ratio is determined from the variation in measured pressure or volume, this variation will be adjusted and therefore the amount of gas allowed in the next fill will be less.

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の特徴を例示と
して示した次の詳細な説明及び添付図面から明らかとな
ろう。
Other features and advantages of the invention will be apparent from the following detailed description, which illustrates, by way of example, the features of the invention, and the accompanying drawings.

(実施例) 説明図に示すように、本発明は、各加圧気体用の別々
の入口流路を有するベンチレータ制御装置に具現化され
ており、その入口流路は、各気体用空気作動ソレノイド
バルブに接続されている。気体混合物をつくる各気体ソ
レノイドバルブの出口は封入容器すなわちタンクに接続
されており、各ソレノイドバルブが作動したときに気体
がタンク内で混合する。封入容器は、一以上の入口導管
からの気体の流れによって充填される気体受入れタンク
又は容器である。タンクに接続されている精密圧力トラ
ンスジューサによって圧力が監視され、封入容器の出口
ポートは気体流路によって電気作動流れ制御バルブに接
続されている。本発明では、容器内の気体圧力又は容量
が測定され、この情報及び最初にタンクにあった酸素と
他の気体の比率から、初期気体比率が決定される。タン
クの充填目標圧力又は容量が、使用者の定めた酸素濃度
パラメータ及び初期タンク気体比率から決定され、今度
は、初期値から目標値までタンクに充填するため、各気
体ソレノイドが作動する。タンクに充填している間、出
口流れ制御バルブは閉じているが、いったん気体の比例
充填サイクルが完了した後は、出口流れ制御が作動し、
必要に応答して正確に比例配分された酸素気体混合物の
流れが患者に提供される。タンクから出る気体の流れが
所定の最小値まで気体の量を減少させたとき、比例再充
填サイクルが繰り返される。
EXAMPLE As shown in the illustration, the present invention is embodied in a ventilator controller having separate inlet passages for each pressurized gas, the inlet passages being air operated solenoids for each gas. Connected to valve. The outlet of each gas solenoid valve that creates a gas mixture is connected to an enclosure or tank, and the gases mix in the tank when each solenoid valve is activated. An enclosure is a gas receiving tank or container that is filled by a flow of gas from one or more inlet conduits. The pressure is monitored by a precision pressure transducer connected to the tank, and the outlet port of the enclosure is connected to an electrically actuated flow control valve by a gas flow path. In the present invention, the gas pressure or volume in the container is measured, and from this information and the ratio of oxygen to the other gas initially in the tank, an initial gas ratio is determined. The tank fill target pressure or volume is determined from the user-defined oxygen concentration parameters and the initial tank gas ratio, and each gas solenoid is then activated to fill the tank from an initial value to a target value. While filling the tank, the outlet flow control valve is closed, but once the gas proportional filling cycle is completed, the outlet flow control is activated,
A precisely proportioned flow of the oxygen gas mixture is provided to the patient in response to need. When the gas flow out of the tank reduces the gas volume to a predetermined minimum, the proportional refill cycle is repeated.

本発明によると、患者に呼吸気体を間欠的に送るため
のベンチレータ装置が提供され、その装置は、剛性で固
定壁を有する圧力封入容器と、その容器に連結された第
1および第2の入口ポートとを備え、該ポートの各々は
所望割合で混合されて呼吸気体を形成する第1および第
2のそれぞれの成分気体の別々の第1および第2の供給
源に流体連通され、成分気体は初期公知比率を有してお
り、第1および第2の入口ポートは該入口ポートを通る
容器への成分気体の流れを独立して制御できる関連し対
応する第1および第2の入口バルブを有し、ベンチレー
タ装置は、さらに、容器を患者に流体連通状態で連結す
る出口手段と、患者の吸入開始及び吸入完了を確定し、
患者の吸入完了に引き続いて封入容器内の呼吸気体の圧
力を検出し、且つ、ある期間にわたる密封容器内の圧力
変化速度を示す差圧信号を発生させる圧力トランスジュ
ーサ手段と、第2の入口ポートが閉じている間は、患者
の吸入完了確定に応答して第1の入口ポートを通る密封
容器内への第1の成分気体の流れを逐次制御し、第1の
入口ポートが閉じている間は、第2の入口ポートを通る
第2の成分気体の流れを制御し、且つ、密封容器内で検
出された気体圧力に応答する所望割合で制御する入口バ
ルブ用流れ制御手段であって、容器を所定の充填圧力ま
で所望割合の成分気体で充填するのに必要な成分気体の
各々のモル数に対応する密封容器内の各成分気体の所望
の圧力変化を、容器内の全圧力と成分気体の初期公知比
率とに基づいて決定する手段と、容器内の呼吸気体内の
成分気体の実比率を密封容器に導入された成分気体の検
出された圧力変化に基づいて決定する手段とを含む入口
バルブ用流れ制御手段と、圧力トランスジューサ手段に
電気的に接続され、吸入開始に引き続いて、密封容器内
で検出された気体圧力の変化速度に基づく差圧信号に応
答して所定の方法で、出口手段を通る呼吸気体の流れを
制御する出口手段用バルブ流れ制御手段とを備えてい
る。
In accordance with the present invention, there is provided a ventilator device for intermittently delivering breathing gas to a patient, the device comprising a pressure-enclosed container having a rigid, fixed wall, and first and second inlets connected to the container. Ports, each of the ports being in fluid communication with a separate first and second source of first and second respective component gases that are mixed in a desired ratio to form a breathing gas. The first and second inlet ports have an initial known ratio, and the first and second inlet ports have associated first and second inlet valves that can independently control the flow of component gases through the inlet ports to the vessel. And the ventilator device further comprises an outlet means for connecting the container to the patient in fluid communication, and determines the start and completion of inhalation of the patient,
Pressure transducer means for detecting the pressure of breathing gas in the enclosure following completion of inhalation of the patient and generating a differential pressure signal indicative of a rate of pressure change in the enclosure over a period of time; and a second inlet port. While the first inlet port is closed, the flow of the first component gas is sequentially controlled into the sealed container through the first inlet port in response to the completion of inhalation completion of the patient. , A flow control means for the inlet valve for controlling the flow of the second component gas through the second inlet port and at a desired rate responsive to the gas pressure detected in the sealed container, comprising: The desired pressure change of each component gas in the sealed container corresponding to each mole of the component gas required to fill the component gas with a desired ratio to a predetermined filling pressure is determined by the total pressure in the container and the component gas. Decision based on initial publicly known ratio Means for controlling the flow rate of the component gas in the respiratory gas in the container, and means for determining based on the detected pressure change of the component gas introduced into the sealed container, and a pressure transducer. Controlling the flow of breathing gas through the outlet means in a predetermined manner in response to a differential pressure signal based on the rate of change of the gas pressure detected in the sealed container, following the initiation of inhalation, following the inhalation initiation. Outlet flow control means.

第1図を参照すると、ベンチレータ空気制御装置10
は、受入れタンク12を備えており、そのタンクは、広く
行なわれている好ましい実施例の一つでは、硬質で固定
壁の圧力封入容器であり、約2リットルの容積が典型的
である。銅ウール材14がタンクの内部容積を完全に満た
しており、典型的にはタンク容積の2%に達する。高い
特定の発熱量をもつ銅ウールは、充填及び抜取りサイク
ルの間、気体の加圧及び減圧が比較的等温になるように
することができる。容器内に含まれる気体の温度の変動
を減少させるための他の同様の材料を用いてもよい。封
入容器は代わりにピストンチャンバやベローズ形チャン
バから成り、圧力をほぼ一定にしながら、様々な容量を
形成するようになっていてもよく、又はその容量及び圧
力の双方を変動させることができ、その両方が監視され
るようになっていてもよい。
Referring to FIG. 1, a ventilator air control system 10 is shown.
Comprises a receiving tank 12, which in one of the widely practiced preferred embodiments is a rigid, fixed-wall, pressure-filled container, typically having a volume of about 2 liters. Copper wool material 14 completely fills the interior volume of the tank, typically reaching 2% of the tank volume. Copper wool with a high specific heating value allows the pressurization and depressurization of the gas to be relatively isothermal during the fill and draw cycles. Other similar materials may be used to reduce temperature fluctuations of the gas contained within the container. The enclosure may alternatively consist of a piston chamber or bellows-type chamber and may be adapted to form various volumes while maintaining a substantially constant pressure, or both the volume and the pressure may be varied, Both may be monitored.

受入れタンクは酸素供給源17に接続された酸素入口ポ
ート16を有していることが好ましい。同様に、受入れタ
ンクは、空気供給源19に接続されている空気入口ポート
も備えているのが好ましい。酸素及び空気供給源は、単
に酸素及び空気の高圧タンクであればよく、空気供給源
は又、空気コンプレッサであってもよい。病院に備えら
れている加圧酸素及び空気の他の通常の供給源でもよい
であろう。代わりに、空気入口管及び酸素入口管を接合
して、封入容器に入る前に、気体を予め混合してもよ
い。
The receiving tank preferably has an oxygen inlet port 16 connected to an oxygen supply 17. Similarly, the receiving tank preferably also has an air inlet port connected to an air supply 19. The oxygen and air supply may simply be a high pressure tank of oxygen and air, and the air supply may also be an air compressor. It could be other conventional sources of pressurized oxygen and air provided in hospitals. Alternatively, the air inlet tube and the oxygen inlet tube may be joined and the gases premixed before entering the enclosure.

酸素供給導管20が酸素入口ポートからタンクに酸素を
運び、空気供給導管22が受入れタンクに空気を運ぶのが
よい。酸素入口管は又、普通は閉じた位置にあるソレノ
イドバルブ24も有しており、そのバルブは電子制御装置
によって作動させることができ、加圧酸素を受入れタン
クに供給する。同様に、空気供給管は電子制御装置によ
って作動するソレノイドバルブを備えており、加圧空気
を受入れタンクに送る。
Oxygen supply conduit 20 may carry oxygen from the oxygen inlet port to the tank, and air supply conduit 22 may carry air to the receiving tank. The oxygen inlet tube also has a solenoid valve 24, normally in a closed position, which can be actuated by an electronic control to supply pressurized oxygen to a receiving tank. Similarly, the air supply line is provided with a solenoid valve operated by an electronic control unit to deliver pressurized air to a receiving tank.

又、受入れタンクから患者に呼吸気体を供給するため
の出口導管28及び圧力を検知する圧力トランスジューサ
30が受入れタンクに接続されている。ベンチレータ制御
装置の機能の全てを制御するためのマイクロプロセッサ
を備えているのが好ましい電子制御手段32が酸素ソレノ
イドバルブと、空気ソレノイドバルブと、容器の圧力セ
ンサと、出口導管の調整自在吸入サーボバルブ35を制御
する役目をする出口ソレノイドバルブ制御手段34とに接
続されている。
An outlet conduit 28 for supplying breathing gas from the receiving tank to the patient and a pressure transducer for sensing pressure.
30 is connected to the receiving tank. The electronic control means 32, which preferably comprises a microprocessor for controlling all of the functions of the ventilator controller, comprises an oxygen solenoid valve, an air solenoid valve, a container pressure sensor, and an adjustable inlet servo valve at the outlet conduit. It is connected to outlet solenoid valve control means 34 which serves to control 35.

第2図を参照すると、参照番号110乃至134を付けた要
素は、各々、参照番号10乃至34を付けた要素に対応して
いる。本発明の好ましい態様では、酸素入口導管は又、
酸素気体用フィルタ136を備えており、空気入口導管は
圧縮空気用フィルタ138を備えている。チェックバルブ1
40及び142も又、酸素及び空気入口導管に設けられてお
り、酸素圧力スイッチ144及び空気圧力スイッチ146が、
低圧気体供給を監視するため、気体入口ポートの近傍に
接続されている。交差ソレノイド148も又酸素入口導管
と空気入口導管の間に直列に接続され、通常の呼吸気体
装置が故障した場合に、別の酸素圧力源を備えたベンチ
レータを提供するのが好ましい。圧力スイッチ150がタ
ンク圧力センサの近傍の受入れタンクに接続されてお
り、圧力トランスジューサの有効性を電気的に検査する
のに使用される。解放バルブ152も受入れタンクに接続
されており、装置若しくは部品の故障によって生ずる過
大圧力状態を解放するのに使用する。
Referring to FIG. 2, the elements numbered 110 through 134 correspond to the elements numbered 10 through 34, respectively. In a preferred embodiment of the invention, the oxygen inlet conduit also
An oxygen gas filter 136 is provided, and the air inlet conduit is provided with a compressed air filter 138. Check valve 1
40 and 142 are also provided in the oxygen and air inlet conduit, and oxygen pressure switch 144 and air pressure switch 146
Connected near the gas inlet port to monitor the low pressure gas supply. A cross solenoid 148 is also preferably connected in series between the oxygen inlet conduit and the air inlet conduit to provide a ventilator with another source of oxygen pressure in the event of a failure of the normal respiratory gas system. A pressure switch 150 is connected to the receiving tank near the tank pressure sensor and is used to electrically check the effectiveness of the pressure transducer. A release valve 152 is also connected to the receiving tank and is used to release overpressure conditions caused by equipment or component failure.

ベンチレータを通る気体流れは第2の圧力センサによ
って監視され、絶対圧力トランスジューサ154が、患者
への呼吸気体出口導管に接続されている。出口流れ絶対
圧力トランスジューサによってなされる測定は、患者装
置の閉塞及び大気圧を決定するのに使用され、患者呼吸
回路の圧力読取りの有効性を監視するのに使用する。安
全解放バルブ156が、呼吸気体流れ管にも設けられてお
り、呼吸気体出口流れの過度の圧力を通気孔157へ通気
する役目をする。安全バルブソレノイド158及び制流子1
60a,160bも又、交差ソレノイドに連通して接続されてい
る安全調整器に直列に接続されており、もし通常のベン
チレータ空気装置が故障しても空気を患者に送るための
安全装置の基礎を形成する。かくして安全解放バルブ
は、過大圧力を通気し、必要ならば患者への呼吸気体出
口流れに大気を送る二重の目的を果たしている。安全装
置は出口管チェックバルブ164も備えている。
Gas flow through the ventilator is monitored by a second pressure sensor, and an absolute pressure transducer 154 is connected to the breathing gas outlet conduit to the patient. The measurements made by the outlet flow absolute pressure transducer are used to determine patient device occlusion and atmospheric pressure, and to monitor the effectiveness of the patient breathing circuit pressure reading. A safety release valve 156 is also provided on the respiratory gas flow tube and serves to vent excess pressure of the respiratory gas outlet stream to vent 157. Safety valve solenoid 158 and control element 1
60a and 160b are also connected in series with a safety regulator connected in communication with the cross solenoid and provide the basis for a safety device to deliver air to the patient if the normal ventilator air system fails. Form. Thus, the safety release valve serves the dual purpose of venting overpressure and, if necessary, sending air to the respiratory gas outlet stream to the patient. The safety device also includes an outlet pipe check valve 164.

ベンチレータ噴霧器圧力源が噴霧器ソレノイド166に
よって提供され、受入れタンクに直接接続されている噴
霧器168からの圧力供給を受ける。噴霧器の作動は、制
御された容量供給又は呼吸気体の酸素比率を変動させな
いであろう。
A ventilator nebulizer pressure source is provided by nebulizer solenoid 166 and receives a pressure supply from nebulizer 168 which is directly connected to the receiving tank. Actuation of the nebulizer will not change the controlled volume supply or oxygen ratio of the breathing gas.

ベンチレータの出力気体流れも又、出力管フィルタ17
0によってフィルタをかけられ、患者用チューブ(図示
せず)によって患者に送られる。吐き出された気体は、
患者呼吸回路の呼気バルブ入口172の水トラップ171に接
続されているチューブ(図示せず)によってベンチレー
タに戻る。別のベンチレータ部品が呼気バルブ入口にあ
る患者圧力ポートにより接続されている。これらは、第
3の圧力センサ173と、患者装置圧力を監視するために
使用する圧力計174と、患者呼吸回路圧力センサ173を電
気的に零点規正するために使用する自動零点規正ソレノ
イド176である。
The output gas flow of the ventilator is also
Filtered by zero and delivered to the patient by a patient tube (not shown). The exhaled gas is
The tube (not shown) connected to the water trap 171 at the exhalation valve inlet 172 of the patient breathing circuit returns to the ventilator. Another ventilator component is connected by a patient pressure port at the exhalation valve inlet. These are a third pressure sensor 173, a pressure gauge 174 used to monitor patient device pressure, and an automatic zeroing solenoid 176 used to electrically zero the patient breathing circuit pressure sensor 173. .

呼気サーボバルブ180が、部屋に流れる患者の呼気気
体流れを制御するために使用される。呼気サーボバルブ
は、電気モータによって駆動されかつベンチレータ電子
装置によって制御される直接駆動サーボバルブである。
モータは、呼吸回路の呼気バルブ182に機械的に接続さ
れている。肺活量計184は、全体流量センサ186と流れベ
ンチュリ188とから成る2部品装置である。全体流量セ
ンサ及び流れベンチュリによって監視されている肺活量
は、患者データ表示やベンチレータ現状警告部品の双方
のためのベンチレータ電子装置に気体流れ測定値を提供
する。この電子装置は、ベンチレータ空気装置の機能と
入力の全てを制御し、患者装置圧力回路の噴霧器ソレノ
イド及び自動零点規正ソレノイドのみならず、酸素入
口、空気入口及び交差ソレノイドや、吸入サーボバルブ
及び安全ソレノイドを制御する。3つの圧力センサ及び
流量センサの各々も電子装置に接続されており、ベンチ
レータ装置の作動に関係するデータを提供する。
An exhalation servo valve 180 is used to control the exhalation gas flow of the patient flowing into the room. The exhalation servo valve is a direct drive servo valve driven by an electric motor and controlled by ventilator electronics.
The motor is mechanically connected to the exhalation valve 182 of the breathing circuit. The spirometer 184 is a two-part device consisting of an overall flow sensor 186 and a flow venturi 188. The spirometry monitored by the global flow sensor and the flow venturi provides gas flow measurements to the ventilator electronics for both patient data display and ventilator status warning components. This electronic device controls all of the functions and inputs of the ventilator air system and includes not only the nebulizer solenoid and the automatic zero-setting solenoid of the patient device pressure circuit, but also the oxygen inlet, air inlet and cross solenoid, the inhalation servo valve and the safety solenoid. Control. Each of the three pressure and flow sensors is also connected to the electronics and provides data relating to the operation of the ventilator device.

酸素と空気の配分 通常のベンチレータの作動では、電源が最初に入れら
れたとき、容器圧力は大気圧である。電源立上げ作業を
完了した後、呼吸アルゴリズムが実行を開始する。
Oxygen and Air Distribution In normal ventilator operation, when power is first turned on, the vessel pressure is at atmospheric pressure. After completing the power up operation, the breathing algorithm begins execution.

まず最初に、容器圧力を測定して、従来の酸素濃度を
メモリから検索する。(4)式と(5)式を適用して各
気体の種類の分子数(NA、NO)を評価する。次いで、キ
ーボードからの混合及び容積命令を使用して、容器の全
圧力及び各気体の種類の所望の分子数(NAD、NOD)を計
算する。所望の数値から評価された数値を引いて、注入
すべき各種類の分子数を得る。最後に、(2)式を適用
してこれらの値を等価な圧力変動値(ΔPA、ΔPO)に変
換する。
First, the vessel pressure is measured and the conventional oxygen concentration is retrieved from memory. The number of molecules (NA, NO) of each gas type is evaluated by applying the equations (4) and (5). The mixing and volume commands from the keyboard are then used to calculate the total pressure of the container and the desired number of molecules (NAD, NOD) for each gas type. Subtract the evaluated value from the desired value to obtain the number of each type of molecule to be injected. Finally, these values are converted into equivalent pressure fluctuation values (ΔPA, ΔPO) by applying the equation (2).

各気体についての圧力変動値を計算した後、目標圧力
レベルを計算する。第1ソレノイドバルブを開いて容器
を充填し、次いで圧力が第1の目標圧力になったときに
バルブを閉じる。短い休止の後、容器の圧力を測定して
記憶する。次に、第2のソレノイドバルブを開き、次い
で、第2の目標圧力レベルになったときにバルブを閉じ
る。短い休止の後、容器圧力を測定して再び記憶する。
After calculating the pressure fluctuation value for each gas, the target pressure level is calculated. Open the first solenoid valve to fill the container and then close the valve when the pressure reaches the first target pressure. After a brief pause, the pressure in the container is measured and stored. Next, the second solenoid valve is opened and then closed when the second target pressure level is reached. After a brief pause, the vessel pressure is measured and stored again.

混合は正確なソレノイド作動に基いて行なわれたが、
ここで真の混合値が、式(4)、(5)及び中間圧力測
定値を使用してもっと正確に評価される。この評価はメ
モリに記憶された以前の混合値を置換する。
Mixing was based on accurate solenoid actuation,
The true mixture value is now more accurately evaluated using equations (4), (5) and the intermediate pressure measurement. This evaluation replaces the previous mixture value stored in memory.

引き続いて吸入が行なわれ、容器からの気体は、所望
の容量が供給されるまで(強制呼吸)、又は患者が呼吸
終了の引き金を引くまで(自発呼吸)、サーボバルブを
通って患者に送られる。どちらの場合も混合アルゴリズ
ムが再び行なわれる。
Subsequent inhalation takes place and gas from the container is delivered to the patient through the servo valve until the desired volume is delivered (forced breath) or until the patient triggers the end of breath (spontaneous breathing). . In both cases, the mixing algorithm is performed again.

ここで、アルゴリズムは臨床医の選択態様によって、
2つの異なる手続に従う。自発態様では、現在の容器の
圧力が限界値と比較される。それがこの限界値以下に低
下したときにのみ、新しい混合サイクルが開始し、容器
が完全に充填される。もし限界値を上回っていれば、混
合は行なわれないであろう。この限界値による方法は、
圧力測定エラーによる混合の不正確さを減らすために用
いられる。
Here, the algorithm depends on the clinician's choice.
Follow two different procedures. In the spontaneous mode, the current vessel pressure is compared to a threshold value. Only when it falls below this limit does a new mixing cycle start and the container is completely filled. If it is, no mixing will take place. The method using this limit is
Used to reduce mixing inaccuracies due to pressure measurement errors.

強制態様では、次のサイクルについての容器圧力が、
現在の圧力及び次のサイクルで患者に送られる容積に基
いて評価される。特に、一回の容積供給によって予想さ
れる圧力の変動が現在の圧力から差し引かれる。次い
で、この評価値が限界値と比較され、もしそれを下回っ
ていれば、前述したように新しい混合サイクルが行なわ
れる。そうでなければ、混合工程は飛ばされる。この方
法により、容器圧力を、常に噴霧器作動に必要な限界値
以上に維持することができる。
In the forced mode, the vessel pressure for the next cycle is
Evaluated based on current pressure and volume delivered to patient in next cycle. In particular, the pressure fluctuations expected from a single volume feed are subtracted from the current pressure. This evaluation value is then compared to the limit value, and if it is below, a new mixing cycle is performed as described above. Otherwise, the mixing step is skipped. In this way, the vessel pressure can always be maintained above the limit required for sprayer operation.

例1.空気/酸素の混合制御 この例は、完全な混合サイクルを構成する場合を示し
ている。第3図は、混合作業の間の時間に対する容器圧
力を示している。特筆すべき出来事は、 1.サーボバルブを通して気体を患者に送る(200)。
Example 1. Air / Oxygen Mixing Control This example shows the case where a complete mixing cycle is configured. FIG. 3 shows the container pressure versus time during the mixing operation. Notable events include: 1. Sending gas to the patient through a servo valve (200).

2.気体の供給が完了し、サーボモータを閉じる(20
2)。
2. Complete the gas supply and close the servo motor (20
2).

容器圧力を記憶する。 Store the container pressure.

以前の混合値をメモリから検索する。 Retrieve previous mixed value from memory.

各気体の現在の量を評価する。 Evaluate the current amount of each gas.

キーボードから入力された混合命令をメモリから検索
する。
Retrieve the mixed instruction input from the keyboard from the memory.

所望の容器圧力を以下のように計算する。 Calculate the desired vessel pressure as follows.

a.強制態様:限界値を供給圧力に加える。 a. Mandatory mode: adding a limit value to the supply pressure.

b.自発態様:再大容器圧力を使用する。 b. Spontaneous mode: Use re-large vessel pressure

各気体の所望の量を計算する。 Calculate the desired amount of each gas.

引き算によって注入すべき各気体の量を得る。 Subtraction gives the amount of each gas to be injected.

3.酸素ソレノイドバルブを開く(204)。3. Open the oxygen solenoid valve (204).

酸素を加えているときに圧力を監視する。 Monitor pressure as oxygen is added.

4.圧力が酸素目標に達する(206)。4. The pressure reaches the oxygen target (206).

酸素ソレノイドを閉じる。 Close the oxygen solenoid.

5.短い休止によって圧力を落ちつかせる(208)。5. Calm the pressure with a short pause (208).

6.圧力を測定する(210)。6. Measure the pressure (210).

酸素による圧力変動を計算して記憶する。 Calculate and store pressure fluctuations due to oxygen.

7.空気ソレノイドバルブを開く(212)。7. Open the air solenoid valve (212).

空気を加えているときに圧力を監視する。 Monitor pressure as air is added.

8.圧力が空気目標値に達する(214)。8. Pressure reaches air target (214).

空気ソレノイドを閉じる。 Close the air solenoid.

9.短い休止によって圧力を落ちつかせる(216)。9. Calm the pressure with a short pause (216).

10.圧力を測定する(218)。10. Measure the pressure (218).

空気による圧力変動を計算して記憶する。 Calculate and store pressure fluctuations due to air.

新しい混合値が、測定された空気及び酸素圧力変動か
ら評価される。
New mixing values are evaluated from the measured air and oxygen pressure fluctuations.

11.呼吸を開始し、気体が患者に流れ始める(220)。11. Begin breathing and gas begins to flow to the patient (220).

例2.自発呼吸のための再充填の論理 自発呼吸は患者によって制御されるので、その容量を
予想することはできない。容器は相当量の呼吸の後に完
全に再充填しておき、次の吸入の際に大きな呼吸量の需
要を満たすことができなければならない。これに加え
て、混合の正確性は、相当量の再充填圧力変動にほぼ依
存しているので、限界値を用いて圧力変動を最小にす
る。典型的な圧力履歴を第4図に示す。
Example 2. Refill logic for spontaneous breathing Since spontaneous breathing is controlled by the patient, its capacity cannot be predicted. The container must be completely refilled after a significant amount of breathing, to be able to meet the demand for large respiratory volume on the next inhalation. In addition to this, the accuracy of the mixing is largely dependent on a considerable amount of refill pressure fluctuations, so that threshold values are used to minimize pressure fluctuations. A typical pressure history is shown in FIG.

1.患者が吸入する(222)。1. The patient inhales (222).

2.患者が吸入を終了する(224)。2. The patient ends the inhalation (224).

容器圧力を記憶し限界値と比較する。 The container pressure is stored and compared with the limit value.

圧力が限界値以下であるので再充填を行なう。 Since the pressure is below the limit value, refilling is performed.

目標値を30psiに設定する。 Set target to 30 psi.

3.例1と同様に、混合制御を行なう(226)。3. Mixing control is performed as in Example 1 (226).

4.圧力が30psiに達する(228)。4. Pressure reaches 30 psi (228).

混合制御が終了する。 The mixing control ends.

患者の吸入を待つ。 Wait for the patient to inhale.

5.患者が吸入する(230)。5. The patient inhales (230).

6.患者が吸入を終了する(232)。6. The patient ends the inhalation (232).

容器圧力を記憶して限界値と比較する。 The vessel pressure is stored and compared with a limit value.

圧力が限界値以上であるので再充填を行なわない。 Refilling is not performed because the pressure is above the limit.

患者の吸入を待つ。 Wait for the patient to inhale.

7.患者が吸入する(234)。7. The patient inhales (234).

8.患者が吸入を終了する(236)。8. The patient ends the inhalation (236).

容器圧力を記憶して限界値と比較する。 The vessel pressure is stored and compared with a limit value.

圧力が限界値以下であるので再充填を行なう。 Since the pressure is below the limit value, refilling is performed.

目標値を30psiに設定する。 Set target to 30 psi.

9.例1と同様に混合制御を行なう(238)。9. Perform mixing control as in Example 1 (238).

例3.大きな強制呼吸のための再充填の論理 強制呼吸は所定の呼吸量を形成するので、各吸入の後
に容器を完全に再充填する必要はない。このことによ
り、より低圧での作動が可能になり、低圧では、サーボ
バルブがより直線性を示し、改善された流れ制御を行な
う。しかしながら、最小圧力限界値を用いて、十分な噴
霧器圧力を確保しなければならない。容器圧力は常に限
界値以上に維持される。この場合の典型的な圧力履歴を
第5図に示す。
Example 3. Refill logic for large mandatory breaths Because mandatory breaths form a predetermined volume, it is not necessary to completely refill the container after each inhalation. This allows operation at lower pressures, where the servo valves are more linear and provide improved flow control. However, sufficient atomizer pressure must be ensured using the minimum pressure limit. The vessel pressure is always maintained above the limit. A typical pressure history in this case is shown in FIG.

1.気体を患者に送る(240)。1. Send gas to the patient (240).

2.所望の容量に達したときに吸入が終了する(242)。2. When the desired volume is reached, the inhalation ends (242).

容器圧力を記憶する。 Store the container pressure.

次の呼吸の後の圧力を予想する。 Predict the pressure after the next breath.

予想圧力が限界値以下であるので、再充填を行なう。 Since the expected pressure is below the limit value, refilling is performed.

3.例1と同様に混合制御を行なう(244)。3. Mixing control is performed as in Example 1 (244).

この例の容量は大きいため、圧力は常に限界値を下回
り、従って再充填は各呼吸の後に行なわれるであろう。
Because of the large volume in this example, the pressure will always be below the threshold, so refilling will take place after each breath.

例4.小さな強制呼吸についての再充填論理 小さな強制呼吸は容器圧力に小さな変動しか生じさせ
ないので、各吸収の後に必ずしも再充填する必要はな
い。このことは、混合の不正確さとソレノイドバルブの
摩耗を防止する。第6図によい例を示す。
Example 4. Refill logic for small mandatory breaths Small mandatory breaths do not necessarily result in small fluctuations in vessel pressure, and do not necessarily need to be refilled after each absorption. This prevents mixing inaccuracies and solenoid valve wear. FIG. 6 shows a good example.

1.気体を患者に送る(246)。1. Send gas to the patient (246).

2.所望の容量に達したときに吸入が終了する(248)。2. Inhalation ends when the desired volume is reached (248).

容器圧力を記憶する。 Store the container pressure.

次の呼吸の後の圧力を予想する。 Predict the pressure after the next breath.

予想値は限界値を上回っているので、再充填を行なわ
ない。
Since the expected value is above the limit value, no refilling is performed.

3.気体を患者に送る(250)。3. Send gas to the patient (250).

4.所望の容量に達したときに吸入が終了する(252)。4. The inhalation ends when the desired volume is reached (252).

容器圧力を記憶する。 Store the container pressure.

次の呼吸後の圧力を予想する。 Predict the pressure after the next breath.

予想値が限界値を下回っているので、再充填を行な
う。
Since the expected value is below the limit value, refilling is performed.

5.例1と同様に混合制御を行なう(254)。5. Mixing control is performed as in Example 1 (254).

6.混合制御を完了する(256)。6. Complete mixing control (256).

患者の呼吸を待つ。 Wait for the patient to breathe.

制御された容量の供給 容量が限定されている強制呼吸では、操作員が一回の
容量のパラメータや必要なピーク流れを決定し、これら
のパラメータを電子制御装置に入力し、ベンチレータ装
置が所望の呼吸量を供給することができる。ベンチレー
タ用駆動気体圧力は受入れタンクに蓄えられている。吸
入段階の間、酸素入口ソレノイドバルブ及び空気入口ソ
レノイドバルブは閉じたままであり、受入れタンク圧力
センサは通常受入れタンク内の圧力や容量レベルを監視
している。吸入の開始時に、受入れタンクの初期圧力を
圧力センサから受取り、マイクロプロセッサメモリに入
力し、呼吸気体出口ソレノイドサーボバルブが作動し患
者への流量を調整する。
Controlled Volume Delivery In limited volume forced breaths, the operator determines the parameters of a single volume and the required peak flow, inputs these parameters to the electronic controller, and the ventilator device Respiratory volume can be provided. The ventilator drive gas pressure is stored in a receiving tank. During the inhalation phase, the oxygen inlet solenoid valve and the air inlet solenoid valve remain closed, and the receiving tank pressure sensor usually monitors the pressure and volume level in the receiving tank. At the start of inhalation, the initial pressure in the receiving tank is received from the pressure sensor and entered into the microprocessor memory, and the breathing gas outlet solenoid servo valve is activated to regulate the flow to the patient.

ピーク流れ制御については、受入れタンク圧力トラン
スジューサからの電子差分圧力信号を用いて、受入れタ
ンクから出ていく気体流量を決定する。このdp/dt信号
は、電子制御装置によって使用され、制御ループを吸入
サーボバルブに送り、所望の設定流量を維持する。吸入
サーボバルブの下流側に位置する出口導管の絶対圧力ト
ランスジューサは、大気圧を測定し、呼吸回路の閉塞を
検知する。
For peak flow control, the electronic differential pressure signal from the receiving tank pressure transducer is used to determine the gas flow exiting the receiving tank. This dp / dt signal is used by the electronic controller to send a control loop to the suction servo valve to maintain the desired set flow rate. An absolute pressure transducer in the outlet conduit located downstream of the inhalation servo valve measures atmospheric pressure and detects an occlusion in the breathing circuit.

ベンチレータ流れの矩形波形式が制御された容量を送
る基準的な方法である。容量制御は、呼吸の吸入段階で
受入れタンクの開始圧力と終了圧力とを直接に圧力測定
することによって行なわれる。容量は、理想的な気体流
れ式に従い、受入れタンク内の圧力変動から間接的に決
定される。
The rectangular waveform of the ventilator flow is the standard way to deliver a controlled volume. Volume control is performed by directly measuring the start and end pressures of the receiving tank during the inhalation phase of breathing. The capacity is determined indirectly from pressure fluctuations in the receiving tank according to the ideal gas flow equation.

ベンチレータの自発呼吸態様は、本発明のベンチレー
タの重要な機能である。患者の要求する呼吸に対するベ
ンチレータの応答性は、呼吸特性を決定する。患者の需
要に最も良く応ずるため、患者圧力センサ173のサーボ
制御ループを患者のチューブの呼気流路に配置すること
により、ベンチレータ制御装置は比例サーボバルブを制
御した自発呼吸態様を与えるであろう。
The spontaneous breathing aspect of the ventilator is an important function of the ventilator of the present invention. The responsiveness of the ventilator to the breathing required by the patient determines the respiratory characteristics. To best meet the needs of the patient, by placing the servo control loop of the patient pressure sensor 173 in the exhalation flow path of the patient's tubing, the ventilator controller will provide a spontaneous breathing mode in which the proportional servo valve is controlled.

前述の説明では、本発明の装置により、封入容器内の
圧力及び患者への呼吸気体の供給態様に応じて、所定の
方法で圧力封入容器に呼吸気体を制御して流入させるこ
とができることを示した。又、本発明の装置は、所定の
時間周期にわたって封入容器で検知された圧力の変動に
応答して、及び患者に呼吸気体を送る態様に基いて、所
定の方法で患者への呼吸気体の流れを制御することがで
きることも明らかである。
The foregoing description shows that the apparatus of the present invention allows for the controlled flow of respiratory gas into the pressure enclosure in a predetermined manner, depending on the pressure within the enclosure and the manner in which the respiratory gas is supplied to the patient. Was. Also, the apparatus of the present invention may provide a flow of respiratory gas to a patient in a predetermined manner in response to pressure fluctuations detected in the enclosure over a predetermined time period and based on the manner in which the respiratory gas is delivered to the patient. It is also clear that can be controlled.

本発明の特定の実施例が説明され図に描いてきたけれ
ども、当業者の能力内でかつ本発明の効果に影響を与え
ることなく多くの変更や実施例が可能であることは明ら
かである。かくして、本発明の形態、詳細及び適用にお
いて、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様
々な変更を行なうことができることを理解しなければな
らない。
While particular embodiments of the present invention have been described and illustrated, it will be apparent that many modifications and embodiments are possible within the capabilities of those skilled in the art and without affecting the effects of the present invention. Thus, it should be understood that various changes can be made in form, detail and application of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は、ベンチレータ制御装置の略図である。 第2図は、ベンチレータ制御装置の詳細図である。 第3図は、例1の空気/酸素混合制御のグラフである。 第4図は、自発呼吸(例2)についての受入れタンク圧
力のグラフである。 第5図は、大きな強制呼吸(例3)についての受入れタ
ンク圧力のタンクである。 第6図は、小さな強制呼吸(例4)についての受入れタ
ンク圧力のグラフである。 10……ベンチレータ制御装置、 12……タンク、 16……酸素入口ポート、 17……酸素供給源、 18……空気入口ポート、 19……空気供給源、 20……酸素供給導管、 22……空気供給導管、 24……ソレノイドバルブ、 28……出口導管、 30……トランスジューサ、 32……電子制御装置、 35……吸入サーボバルブ。
FIG. 1 is a schematic diagram of a ventilator control device. FIG. 2 is a detailed view of the ventilator control device. FIG. 3 is a graph of the air / oxygen mixture control of Example 1. FIG. 4 is a graph of the receiving tank pressure for spontaneous breathing (Example 2). FIG. 5 is a tank at the receiving tank pressure for a large mandatory breath (Example 3). FIG. 6 is a graph of the receiving tank pressure for a small mandatory breath (Example 4). 10 Ventilator controller, 12 Tank, 16 Oxygen inlet port, 17 Oxygen supply source, 18 Air inlet port, 19 Air supply source, 20 Oxygen supply conduit, 22 ... Air supply conduit, 24… Solenoid valve, 28… Outlet conduit, 30… Transducer, 32… Electronic control device, 35… Suction servo valve.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ポール フェニマ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92028 フォールブルック アカシア レーン 1619 (72)発明者 ロジャー ガニュ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92009 カールスバド ラヴァンテ ス トリート 2773 (56)参考文献 特表 平2−502520(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61M 16/00 A61M 16/10 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Paul Fenima United States of America 92028 Fallbrook Acacia Lane 1619 (72) Inventor Roger Gagne United States of America California 92009 Carlsbad Lavante Street 2773 (56) References Table 2-502520 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) A61M 16/00 A61M 16/10

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】患者に呼吸気体を間欠的に送るためのベン
チレータ装置であって、 剛性で固定壁を有する圧力封入容器と、 前記容器に連結された第1および第2の入口ポートとを
備え、該ポートの各々は所望割合で混合されて前記呼吸
気体を形成する第1および第2のそれぞれの成分気体の
別々の第1および第2の供給源に流体連通され、前記成
分気体は初期公知比率を有しており、前記第1および第
2の入口ポートは該入口ポートを通る前記容器への前記
成分気体の流れを独立して制御できる関連し対応する第
1および第2の入口バルブを有し、前記ベンチレータ装
置は、さらに、 前記容器を患者に流体連通状態で連結する出口手段と、 患者の吸入開始及び吸入完了を確定し、患者の吸入完了
に引き続いて前記封入容器内の呼吸気体の圧力を検出
し、且つ、ある期間にわたる前記密封容器内の圧力変化
速度を示す差圧信号を発生させる圧力トランスジューサ
手段と、 前記第2の入口ポートが閉じている間は、患者の吸入完
了確定に応答して前記第1の入口ポートを通る前記密封
容器内への前記第1の成分気体の流れを逐次制御し、前
記第1の入口ポートが閉じている間は、前記第2の入口
ポートを通る第2の成分気体の流れを制御し、且つ、前
記密封容器内で検出された気体圧力に応答する所望割合
で制御する入口バルブ用流れ制御手段であって、前記容
器を所定の充填圧力まで所望割合の前記成分気体で充填
するのに必要な前記成分気体の各々のモル数に対応する
前記密封容器内の各成分気体の所望の圧力変化を、前記
容器内の全圧力と前記成分気体の初期公知比率とに基づ
いて決定する手段と、前記容器内の呼吸気体内の前記成
分気体の実比率を前記密封容器に導入された前記成分気
体の検出された圧力変化に基づいて決定する手段とを含
む入口バルブ用流れ制御手段と、 前記圧力トランスジューサ手段に電気的に接続され、吸
入開始に引き続いて、前記密封容器内で検出された気体
圧力の変化速度に基づく差圧信号に応答して所定の方法
で、前記出口手段を通る前記呼吸気体の流れを制御する
出口手段用バルブ流れ制御手段とを備えているベンチレ
ータ装置。
1. A ventilator device for intermittently delivering breathing gas to a patient, comprising: a pressure-encapsulated container having a rigid, fixed wall; and first and second inlet ports connected to the container. Each of the ports is in fluid communication with a separate first and second source of first and second respective component gases that are mixed in a desired proportion to form the breathing gas, wherein the component gases are initially known Having a ratio, wherein the first and second inlet ports have associated corresponding first and second inlet valves that can independently control the flow of the component gas through the inlet port to the vessel. The ventilator apparatus further comprises: outlet means for connecting the container to the patient in fluid communication, determining the start and completion of inhalation of the patient, and following the completion of inhalation of the patient, the respiratory gas in the enclosure. Pressure And a pressure transducer means for generating a differential pressure signal indicative of the rate of change of pressure in the sealed container over a period of time; and responsive to confirmation of completion of inhalation of the patient while the second inlet port is closed. And sequentially controlling the flow of the first component gas into the sealed container passing through the first inlet port, and passing through the second inlet port while the first inlet port is closed. An inlet valve flow control means for controlling the flow of the second component gas and controlling at a desired rate responsive to the gas pressure detected in the sealed vessel, wherein the vessel is controlled to a predetermined fill pressure. The desired pressure change of each component gas in the sealed container corresponding to the number of moles of each of the component gases required to be filled with a proportion of the component gas is determined by the total pressure in the container and the initial pressure of the component gas. Based on known ratio And a means for determining the actual ratio of the component gas in the breathing gas in the container based on the detected pressure change of the component gas introduced into the sealed container. Control means, electrically connected to the pressure transducer means, and following the initiation of suction, the outlet in a predetermined manner in response to a differential pressure signal based on a rate of change of gas pressure detected in the sealed container. A vent flow control means for the outlet means for controlling the flow of said breathing gas through said means.
【請求項2】前記出口手段用バルブ流れ制御手段が、前
記圧力トランスジューサ手段からの差圧信号に応答し前
記容器からの呼吸気体の流出の速度を決定する手段と、
前記流出の速度を所定基準流出値と比較して、前記流出
の速度と前記所定基準流出値との差を指示するエラー信
号を発生させる出力比較手段と、前記出口手段と流体連
通し前記エラー信号を受けるように前記出力比較手段に
作動的に接続され且つ前記エラー信号に応答して前記流
出を前記所定流出値に調整するように構成されているバ
ルブ手段とを備えている請求項1に記載の装置。
2. The means for controlling valve flow for said outlet means responsive to a differential pressure signal from said pressure transducer means for determining a rate of outflow of breathing gas from said container;
Output comparing means for comparing the outflow speed with a predetermined reference outflow value and generating an error signal indicating a difference between the outflow speed and the predetermined reference outflow value; andthe error signal in fluid communication with the outlet means. And valve means operatively connected to said output comparing means for receiving said output signal and adapted to adjust said spill to said predetermined spill value in response to said error signal. Equipment.
【請求項3】前記入口バルブ用流れ制御手段が、前記圧
力トランスジューサ手段によって検出された気体圧力に
応答して、前記容器内の気体圧力を所定のしきい値と比
較し、前記容器内の気体圧力が前記しきい値より低いと
きには充填信号を発生させるように構成されている充填
制御手段を含んでおり、 前記第1および第2の入口バルブ手段が前記充填信号を
受けることができるように前記充填制御手段に作動的に
接続されている請求項1に記載の装置。
3. The method of claim 2, wherein said inlet valve flow control means compares the gas pressure in said container with a predetermined threshold value in response to the gas pressure detected by said pressure transducer means. Filling control means configured to generate a fill signal when the pressure is below the threshold value, wherein the first and second inlet valve means are capable of receiving the fill signal. The apparatus of claim 1 operatively connected to the filling control means.
【請求項4】前記入口バルブ用流れ制御手段が、患者の
予期される次の吸入後の前記容器内の予測気体圧力を、
前記容器内の検出された圧力変化速度に基づいて決定す
る手段と、前記予測気体圧力を所定の圧力しきい値と比
較する充填制御手段とを含んでいる請求項1に記載の装
置。
4. The flow control means for the inlet valve further comprises means for predicting the expected gas pressure in the container after the patient's next expected inhalation.
The apparatus of claim 1 including means for determining based on the detected rate of change of pressure in the vessel, and filling control means for comparing the predicted gas pressure to a predetermined pressure threshold.
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