JP2004516115A - 呼吸補助装置のオープンループ圧力の調整方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、該弁の通路部分を調整する浮遊要素（１）を、弾力性の案内手段（２）により該弁の本体に接続し、且つ該電気力学的制御の場のコイル（６）に接続することにより構成される方法に係わり、更に該方法は、該供給源（ＳＧ）からの前記ガスにより浮遊調整要素（１）に作用させられる圧力をバランスする傾向にある反作用力をこの浮遊調整要素（１）に作用さることと、圧縮ガスの供給圧力Ｐ_０及び設定圧力Ｐｅ間の差圧に基づいて、該瞬時の流速、及び該装置の定数の、瞬時の強さＩ（ｔ）及び供給電流の方向を連続的に計算することにより該場のコイル（６）に電力供給することと、により構成される。

Description

【０００１】
本発明は、電気力学制御式の調整弁を備える加圧された呼吸ガス源により供給される、呼吸補助装置のためのオープンループ式圧力調整方法に係わり、更にこの方法を実施するための呼吸補助装置に関する。
【０００２】
一定圧力で可変の空気流量（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）の供給が必要な呼吸補助装置に関する問題は、応答時間の問題である。医師により調整され得る器官内の基準圧力の連続的形成が必要であることは事実であり、それ（器官内の基準圧力）は患者の要求する瞬間の吸入流量（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）の供給とは独立しており、呼気は、吸入弁が閉じている間に、呼気弁を介して通過する。
【０００３】
呼吸補助装置には２つのタイプがある。第１のタイプの装置は、加圧された呼吸ガスの供給を具備しており、それの流量及び圧力は、可変の絞り（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）を有する調整弁により調整される。第２のタイプの装置は、加圧された呼吸ガスの供給を具備しないが、可変流量及び圧力式圧縮機である。
【０００４】
既存の装置は、圧力フィ−ドバックにより稼動しており、それ（フィ−ドバック）は、クローズドループモードの装置（システム）の安定性とその応答時間との間で妥協点が必要である。その様な装置の応答時間は約５０から１５０ｍｓである一方で、弁の応答時間は約４から１０ｍｓである。
【０００５】
オープンループモードにおいて運転可能であるために、第１に機械的摩擦無しで稼動する調整装置を発見することが必要であり、このことは、これが実質上制御不能な変数であるので、その様なケースにおいて、空気供給における制御不能な変化を回避するために「フィ−ドバック」を有することは基本的であることから分る。
【０００６】
本発明の目的は、オープンループモード式の呼吸補助装置の圧力を調整可能にすることである。
【０００７】
従って、本発明の主題は、請求項１に記載のように、可変な絞り（ｃｏｕｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）を有する電気力学式調整弁を備える加圧された呼吸ガス源により供給される、呼吸補助装置において、オープンループモードにおいて圧力を調整する方法である。本発明の主題はまた、請求項２に記載のような呼吸補助装置である。
【０００８】
この方法及び呼吸補助装置の利点は、供給圧力及び瞬間の流量（ｆｌｏｗ ｒａｔｅ）の計測で十分であり、更に瞬間の絞り（ｃｏｎｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）に対応する瞬間の電流をソレノイド弁の駆動コイルに供給するために、基準圧力を認識することで十分である、という事実に存在する。前記瞬時の絞りは要求される瞬間の流量の関数である。
【０００９】
添付図により、図解的に且つ例により、本発明の主題である調整方法を実施するための、呼吸補助装置の及びこの装置のための調整装置（システム）の一実施の形態が示される。
【００１０】
【外１】

【００１１】
クローズドループモードにおける調整を実施可能にするために、機械的摩擦を実質的に排除することが必要であるが、機械的摩擦は一定ではなく、その様な調整を妨害するからである。
【００１２】
ソレノイド弁が、機械的摩擦なしで実質上稼動することを確保することが必要であることは、この理由による。従って、図２に示されるソレノイド弁は、フラップ１により閉じられる断面積Ｓ_０の座を具備する。このフラップ１は、弁座Ｓ_０の周側に固定される３以上のアームを有するバネガイド２により浮遊支持される（ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ）。このフラップ１は、ピアノ線３により断面積Ｓ_１のベローズ４の底部４ａに連結されており、その断面積Ｓ_１は弁座の断面積Ｓ_０と実質的に同一である。フラップ１とベローズ４の底部４ａは実質的に同じ断面積を有しており、それらには供給源の圧力Ｐ_０が作用するという条件の下で、実質的な平衡が、フラップ１上の該圧力Ｐ_０の作用とベローズの底部４ａに作用する反作用との間に確立されており、その合力は下記である。
【００１３】
【数１】

【００１４】
ベローズ４は、ソレノイド弁の可動な装置（システム）と出来る限り干渉しないために、非常にフレキシブルである。ベローズ４の底部４ａは、バネガイド２と同一なバネガイド５により浮遊支持される。ベローズ４の底部４ａは、ソフトなアイアンコア７とソフトなアイアンヨーク８との間に形成された隙間Ｅに設置される円筒状のコイル６を支持しており、それらのアイアンコア７とアイアンヨーク８は永久磁石９のそれぞれの極に接続される。ソレノイド弁を作動させるためのこの装置は、磁力が基本的にコイル位置に依存しない電気力学的モータにより構成される。
【００１５】
円筒状のコイル６は、電流Ｉの供給に接続されており、それの瞬間値Ｉ（ｔ）は、基準圧力と患者が必要とする瞬時の流量との関数として決定される。
ソレノイド弁のフラップに適用されるニュートンの法則は以下である。
【００１６】
【数２】

【００１７】
【数３】

ここで
ηは、ベローズとバネガイドの機械的強さ（ｓｔｒｅｎｇｔｈ）である。
ｋは、前記装置（システム）のバネ定数である。
Ｐａｗ＝ＲＶ（ｔ）＋Ｒ_２Ｖ^２（ｔ）＋Ｐｅ
ここで、
Ｒ、Ｒ_２は、加圧されたガスの流れに対するカニューレの抵抗を表す。
Ｐｅは、器官内基準圧力である。
【００１８】
フラップへの磁力は以下である。
ｙ（ｔ）に関係なく、Ｆｍａｇｎ＝Ｂ・Ｉ・Ｉ（Ｔ）
以下により制御電流を与える。
【００１９】
【数４】

【００２０】
圧力Ｐ_０は、供給圧力センサにより計測され、一方で圧力Ｐａｗは安全性のためだけに計測されるが、しかしその計測は本発明による方法の範囲内では必要ではないであろう。
以下を与えると、
【００２１】
【数５】

【００２２】
【数６】

【００２３】
【外２】

【００２４】
従って、本発明によるソレノイド弁の瞬間の開放は、瞬間の電流Ｉ（ｔ）の計算に含まれる変数が計測可能な変数であるという条件の下で、オープンループモードにおいて調整可能であることが分かり、別のパラメータは呼吸補助装置の定数である。従って応答時間はソレノイド弁のフラップ１の応答時間であり、それは約４から１０ｍｓである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、一実施の形態のダイアグラム（図式図）である。
【図２】
図２は、図１の拡大部分図であり、調整弁に関係する。

Claims (5)

1. 電気力学制御式の調整弁（ＥＶ）を備える加圧された呼吸ガス源（ＳＧ）により供給される呼吸補助装置において、オープンループモードにおいて圧力調整する方法において、この方法が、
   該弁の通路断面積を調整するための浮遊要素（１）が一方で、弾力のある案内手段（２）により該弁の本体に接続されており、且つ
   他方で該電気力学制御の駆動コイル（６）に接続されることと、
   該供給源（ＳＧ）からの前記ガスにより作用される前記圧力をバランスする傾向を有する反作用力がこの浮遊調整要素（１）に作用させられることと、
   該駆動コイル（６）は、前記圧縮ガスの供給圧力Ｐ０及び基準圧力Ｐｅ間の圧力差、該瞬時の流速、及び該装置の定数の関数として、瞬時の値Ｉ（ｔ）及び供給電流の方向を連続的に計算することにより供給されることと、
   を特徴とする方法。
2. 該ガスにより作用される圧力をバランスする傾向のある反作用力を、該浮遊調整要素（１）に作用させるために、
   第２の対抗する浮遊要素（４ａ）は、そこに作用する該ガスの圧力から生じる力が該浮遊要素（１）に作用する力に実質的に等しいような寸法に設定されるように形成されており、
   この第２の浮遊要素（４ａ）は、シールされたベローズ（４）により該ガスのためのパイプに接続されており、更に該浮遊要素（１，４ａ）は運動学的にお互いに接続される
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 加圧された呼吸ガス源により供給される呼吸補助装置において、前記呼吸ガス源がオープンループモードにおける制御手段と組み合わされた該ガスの流量調整用電気力学式駆動弁を備える、呼吸補助装置において、
   該弁（ＥＶ）が、該ガスの流量調整用要素（１）を具備する可動要素を具備しており、前記流量調整用要素（１）にはこのガスの圧力が作用していて、更にそれは弾性のある案内手段（２）により該弁の本体に接続されており、更に
   該弁（ＥＶ）は、
   該加圧されたガスにより該調整要素（１）に作用する力に最大でも等しい反作用力を、該調整要素（１）に伝達するための手段（３，４，４ａ）と、
   該可動要素の変位方向と同軸で向けられる隙間（Ｅ）において係合されていて該制御手段と組み合わされる供給源（Ｉ（ｔ））に接続される駆動コイル（６）と、
   を具備することを特徴とする呼吸補助装置。
4. 該調整要素（１）に該反作用力を伝達するための該手段（３，４，４ａ）は、ベローズ（４）を具備しており、
   前記ベローズ（４）の一方の端部はシールされた状態で該加圧されたガス供給源（ＳＧ）に連絡しており、そのもう一方の端部は、該加圧されたガスを大気から分離する底部（４ａ）を有しており、
   該ベローズ（４）の前記底部（４ａ）は流速を調整するための該要素（１）に対向して設置されており、
   該底部（４ａ）及び該調整要素（１）は接続要素によりお互いに接続されることを特徴としており、更に
   該駆動コイル（６）は該ベローズ（４）の外側部に固定される
   ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 該駆動コイル（６）及び該隙間（Ｅ）は電気力学式モータを形成することを特徴とする請求項３又は４のいずれかに記載の装置。