JP6037005B2 - カフ圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、カフ内の圧力を制御するカフ圧制御装置に関するものである。

従来、人工呼吸器に関する医療分野において、医師等の作業者が挿管又はカニューレを被検体（主に人体）の気管内に挿入して気道を確保し、挿管又はカニューレを介して酸素を肺に送り込む気管挿管が知られている。

挿管又はカニューレと気管の内壁との間に隙間が生じると、気管内に胃液や唾液等の分泌物が流入し、被検体が人工呼吸器関連肺炎（ＶＡＰ；Ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒ−ａｓｓｏｃｉａｔｅｄｐｎｅｕｍｏｎｉａ。以下「ＶＡＰ」と称する。）を発症するおそれがある。特に、気管挿管においては喉頭蓋が開かれた状態となるため食道からの胃液が気管に流入し易い。

このような分泌物の流入を防止するため、挿管又はカニューレの外壁にはカフが設けられる。

このカフは、カフ内に気体が供給されて膨張する。カフが膨張することにより、カフの外周面が気管の内壁に接触して気管を閉塞する。このようにして、従来では、挿管又はカニューレにより気道を確保しつつ、カフにより気管への分泌物の流入を防止している。

このカフの内圧（以下「カフ圧」と記述する。）が適正な範囲外の値となったとき、次のような問題が生じることが知られている。

例えば、カフ圧が適正な範囲を超えるとき、膨張したカフが気管の粘膜組織の血管を圧迫することとなる。血管が圧迫されると虚血状態となり、その結果、壊死、出血等が引き起こされるおそれがある。

一方、カフ圧が適正な範囲に満たないとき、カフの膨張が不十分となり、カフの外周面と気管の内壁との間に隙間が生じて、気管内に唾液や胃液等の分泌物が流入することがある。

そこで、特許文献１では、カフ内の圧力が所定の範囲内になるよう制御するカフ圧制御装置が開示されている。

図１４は、特許文献１に係るカフ圧制御装置９００の構成を示す断面図である。カフ９５２のカフ圧は、カフ圧制御装置９００により制御される。カフ圧制御装置９００は、アダプタ９１０と、加圧ポンプ９１７と、カフ内圧計９１８と、吸引ポンプ９２７と、を備える。

アダプタ９１０には、呼吸管９４１とカニューレ９５１が接続されている。呼吸管９４１は、人口呼吸器９４０に接続されている。カニューレ９５１の外壁にはカフ９５２が設けられている。

カフ９５２は、管９５３を介して加圧ポンプ９１７に接続されている。カフ９５２は、加圧ポンプ９１７によって気体が供給されることにより膨張する。カフ９５２が膨張することにより、カフ９５２の外周面が気管２の内壁６に接触して気管２を閉塞する。

以上の構成においてカフ圧制御装置９００は、カフ内圧計９１８によって検出されたカフ圧に基づいて、カフ９５２のカフ圧が所定の範囲内になるよう、加圧ポンプ９１７の駆動を制御する。カフ９５２が膨張して気管２が閉塞された状態で、人口呼吸器９４０は、呼吸管９４１、アダプタ９１０、及びカニューレ９５１を介して酸素を肺に送り込む。

さらに、カフ圧制御装置９００は、カフ９５２が膨張して気管２が閉塞された状態で、吸引ポンプ９２７の駆動を制御する。これにより、吸引ポンプ９２７は、気管２内におけるカフ９５２の喉頭蓋４側に溜まる分泌物を管９５４を介して吸引する。

特開２００２−２１９１７５号公報

しかしながら、特許文献１のカフ圧制御装置９００は、カフ９５２への気体の供給と分泌物の吸引とを行うために、加圧ポンプ９１７及び吸引ポンプ９２７の両方を備える必要がある。

そのため、特許文献１ではカフ圧制御装置９００が大型化する。また、前記特許文献１のカフ圧制御装置９００では、加圧ポンプ９１７及び吸引ポンプ９２７の両方を用意したり、加圧ポンプ９１７及び吸引ポンプ９２７の両方を装置本体に取り付ける製造工程を組まなければならず、製造コスト高の一因となる。

そこで本発明は、装置本体の小型化、及び製造コストの低減を図ったカフ圧制御装置を提供することを目的とする。

本発明のカフ圧制御装置は、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。

（１）気体の吸引孔と前記気体の吐出孔を有するポンプと、
バルブ筺体と、前記吐出孔に接続されている第１通気孔と、カフに接続されている第２通気孔と、前記吸引孔に接続されている第３通気孔と、先端が前記カフに対向する管に接続されている第４通気孔と、前記バルブ筺体の外部に連通する第５通気孔および第６通気孔と、前記第１通気孔と前記第２通気孔又は前記第５通気孔のいずれかとを結び、前記第３通気孔と前記第４通気孔又は前記第６通気孔のいずれかとを結ぶ流路と、前記流路を切替える切替機構と、を有するバルブと、
前記流路を前記切替機構により切替え、前記第１通気孔と前記第２通気孔又は前記第５通気孔のいずれかとを接続し、前記第３通気孔と前記第４通気孔又は前記第６通気孔のいずれかとを接続する制御部と、を備える。

この構成において、管の先端は例えば、気管内におけるカフの喉頭蓋側の面の近傍に配置される。

この構成において、第１通気孔と第２通気孔とが接続され、第３通気孔と第６通気孔とが接続されているとき、気体は、ポンプの動作によって次のように流れる。

すなわち、バルブ筐体の外部の気体は、第６通気孔からバルブ内に流入して第３通気孔から流出する。そして、第３通気孔から流出した気体は、吸引孔からポンプ内に流入して吐出孔から吐出され、第１通気孔からバルブ内に流入して第２通気孔から流出し、カフに供給される。これにより、カフが膨張する。

一方、第１通気孔と第５通気孔とが接続され、第３通気孔と第４通気孔とが接続されているとき、気体は、ポンプの動作によって次のように流れる。

すなわち、気体は、管の先端から第４通気孔を介してバルブ内に流入して第３通気孔から流出する。そして、第３通気孔から流出した気体は、吸引孔からポンプ内に流入して吐出孔から吐出され、第１通気孔からバルブ内に流入して第５通気孔からバルブ筐体の外部へ排出される。これにより、気管内におけるカフの喉頭蓋側に溜まる分泌物は、ポンプの動作によって管を介して吸引される。

したがって、この構成のカフ圧制御装置によれば、一つのポンプでカフへの気体の供給と分泌物の吸引とを行うことができるため、装置本体の小型化、及び製造コストの低減を図ることができる。

（２）前記カフ内の圧力を検出するカフ圧検出部を備え、
前記制御部は、前記カフ内の圧力が所定の範囲の下限より小さいことを前記カフ圧検出部が検出したとき、前記第１通気孔と前記第２通気孔とを接続し、前記第３通気孔と前記第６通気孔とを接続し、前記カフ内の圧力が前記所定の範囲内になったことを前記カフ圧検出部が検出したとき、前記第１通気孔と前記第５通気孔とを接続し、前記第３通気孔と前記第４通気孔とを接続することが好ましい。

この構成では、カフ内の圧力が所定の範囲の下限より小さいとき、第１通気孔と第２通気孔とが接続され、第３通気孔と第６通気孔とが接続されるため、バルブ筐体の外部の気体は、ポンプの動作によってカフに供給される。

そして、カフ内の圧力が所定の範囲になったとき、第１通気孔と第５通気孔とが接続され、第３通気孔と第４通気孔とが接続されるため、カフ内の気体は第２通気孔からバルブ内に逆流しない。そのため、ポンプの動作によらなくとも、カフ圧は維持される。そして、ポンプはこの間に、分泌物を管を介して吸引する。

すなわち、この構成では、カフ内の圧力が所定の範囲の下限より小さいとき、ポンプは気体をカフに供給し、カフ内の圧力が所定の範囲内になったとき、ポンプは分泌物を管を介して吸引する。

したがって、この構成のカフ圧制御装置によれば、一つのポンプでカフへの気体の供給と分泌物の吸引とを行うことができるため、装置本体の小型化、及び製造コストの低減を図ることができる。

（３）前記第５の通気孔と前記第６の通気孔とを単一の第５の通気孔を共用することにより構成することが好ましい。この構成では、外部に連通する通気孔を共用したため、バルブを小型化でき、それによりさらにカフ圧制御装置を小型化できる。

（４）前記切替機構は、電磁駆動で弁を開閉し、前記流路を切替えることが好ましい。

この構成では、流路の切り替えを信頼性高く実現することができる。

（５）前記制御部は、前記ポンプのオン中に前記流路を前記切替機構により切替え、前記ポンプのオン時間よりも短い時間だけ前記第１通気孔と前記第２通気孔とを接続することが好ましい。

この構成では、バルブを高速で切替えることによってカフに供給する気体の流量を微小に調整することができる。

（６）前記ポンプは、アクチュエータとしての圧電素子と、前記圧電素子に接合する主面を持ち、前記圧電素子の伸縮により屈曲振動する振動板と、を有することが好ましい。

この構成では、アクチュエータとして圧電素子を用いることで、効率が高くなる。したがって、この構成のカフ圧制御装置によれば、消費電力を低減できる。

（７）前記管を介して吸引された液体を貯蔵するタンクと、
前記気体を通過させ、前記液体の通過を阻止するフィルタと、を備え、
前記フィルタ及び前記タンクは、前記第４通気孔に着脱自在に接続されていることが好ましい。

この構成において、フィルタ及びタンクは、カフ圧制御装置から分離可能である。この場合、医師等の作業者は、分泌物に汚染されたフィルタ及びタンクを簡単に廃棄できるため、被検体がＶＡＰに感染するリスクを低下できる。

この発明によれば、装置本体の小型化、及び製造コストの低減を図ることができる。

挿管１が口腔から気管内に挿入された様子を示す模式図である。 図１に示す挿管１の主要部の断面図である。 本発明の第１実施形態に係るカフ圧制御装置１００の主要部の構成を示すブロック図である。 図３に示すバルブ１２０の要部の断面図である。 図３に示すバルブ１３０の要部の断面図である。 図３に示すポンプ１１０が動作している際における、バルブ１２０の要部の断面図である。図６（Ａ）は第１通気孔１２１と第２通気孔１２２が接続したときの図、図６（Ｂ）は第１通気孔１２１と第５通気孔１２５が接続したときの図である。 図３に示すポンプ１１０が動作している際における、バルブ１３０の要部の断面図である。図７（Ａ）は第３通気孔１３３と第６通気孔１３６が接続したときの図、図７（Ｂ）は第３通気孔１３３と第４通気孔１３４が接続したときの図である。 本発明の第２実施形態に係るカフ圧制御装置２００の主要部の構成を示すブロック図である。 図８に示すバルブ２２０の要部の断面図である。 本発明の第３実施形態に係るカフ圧制御装置に備えられる圧電ポンプ１０１の外観斜視図である。 図１０に示す圧電ポンプ１０１の分解斜視図である。 図１０に示す圧電ポンプ１０１のＳ−Ｓ線の断面図である。 図１０に示す圧電ポンプ１０１をポンプ本体の１次振動モードの周波数（基本波）で共振駆動させた際における、圧電ポンプ１０１のＳ−Ｓ線の断面図である。図１３（Ａ）はポンプ室の体積が増大したときの図、図１３（Ｂ）はポンプ室の体積が減少したときの図である。 特許文献１に係るカフ圧制御装置９００の主要部の構成を示すブロック図である。

《本発明の第１実施形態》
以下、本発明の第１実施形態に係るカフ圧制御装置１００について説明する。

図１は、挿管１が口腔から気管内に挿入された様子を示す模式図である。図２は、図１に示す挿管１の主要部の断面図である。

人工呼吸器の使用時に気管挿管で気道を確保する場合、被検体の口腔５から挿入された挿管１と気管２の内壁６との間に隙間が生じると、気管２内に食道３からの胃液や唾液等の分泌物が流入し、被検体が人工呼吸器関連肺炎（ＶＡＰ）を発症するおそれがある。特に、気管挿管においては喉頭蓋４が開かれた状態となるため食道３からの胃液が気管２に流入し易い。

このような分泌物の流入を防止するため、挿管１の外周の所定の位置にはカフ１０が設けられる。このカフ１０は、後述の空気供給管１７５を介して体外より加圧されることにより膨張する。カフ１０が膨張することにより、カフ１０の外周面が気管２の内壁６に接触して気管２を閉塞する。

このようにして、カフ圧制御装置１００は、挿管１により気道を確保しつつ、カフ１０により気管２への分泌物の流入を防止することができる。本実施形態においてカフ１０の容積は、２０ｍｌである。

また、カフ１０が膨張して気管２が閉塞された状態では、図２に示すように、気管２内におけるカフ１０の喉頭蓋４側の面に分泌物Ｈが溜まる。分泌物Ｈが過剰に溜まると、カフ１０と気管２の微小な隙間から気管２の奥へ分泌物Ｈが流入するおそれがある。この微小な隙間は例えば、体動によってカフ１０がズレることによって生じる。

そのため、カフ１０が膨張して気管２が閉塞された状態では、気管２内におけるカフ１０の喉頭蓋４側に溜まる分泌物Ｈは、除去される必要がある。

図３は、本発明の第１実施形態に係るカフ圧制御装置１００の主要部の構成を示すブロック図である。カフ圧制御装置１００は、空気供給管１７５を介して前記カフ１０に接続されている。カフ１０内の「カフ圧」は、カフ圧制御装置１００により制御される。

カフ圧制御装置１００は、制御部１１１と、記憶部１１２と、カフ圧検出部１７１と、吸引圧検出部１７３と、入力部１１４と、表示部１１５と、発音部１１６と、駆動回路１１９と、を備える。カフ圧制御装置１００は、さらに、ポンプ１１０と、バルブ１２０、１３０と、フィルタ１７６と、タンク１６０と、排気弁１７２と、を備える。

制御部１１１は、カフ圧制御装置１００内の各部を制御する。制御部１１１は、時間を計測するタイマー回路（不図示）を内蔵する。制御部１１１は、時間を計測して経過時間等の時間情報を取得する。

制御部１１１は、カフ圧検出部１７１の検出結果等に基づいて、カフ圧が所定の範囲内になるよう、カフ圧検出部１７１、吸引圧検出部１７３、駆動回路１１９、及び排気弁１７２を制御する。本実施形態において所定の範囲は、２０ｃｍＨ_２Ｏ以上３０ｃｍＨ_２Ｏ以下の範囲である。

さらに、制御部１１１は、カフ圧検出部１７１の検出結果等に基づいて、バルブ１２０、１３０の流路を切り替える。

カフ圧検出部１７１は、空気供給管１７５に通じるカフ圧検出管１１８を介してカフ１０に接続されている。カフ圧検出部１７１は、カフ１０のカフ圧を検出する。そして、制御部１１１は、そのカフ圧をカフ圧検出部１７１から読み取る。

記憶部１１２は、不揮発性メモリであり、例えばフラッシュメモリ、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）で構成される。記憶部１１２は、前記所定の範囲に係る範囲情報を記憶する。また、制御部１１１は、カフ圧検出部１７１より読み取ったカフ圧に関する情報とタイマー回路で取得した時間情報とを互いに関連付けて、カフ圧の経時変化として記憶部１１２に記録する。記憶部１１２は、また、カフ１０等の製品種類に応じた複数の加圧パラメータに関する情報や、複数の動作モードに関する情報等を記憶する。

入力部１１４は、操作ボタンを有し、医師等の作業者からの入力操作を受け付ける。入力部１１４は、受け付けた入力操作に応じた信号を制御部１１１に出力する。

表示部１１５は、例えば液晶ディスプレイで構成される。表示部１１５は、制御部１１１から表示命令を受信すると、表示命令に含まれる表示情報に基づいて、例えばカフ圧に関する情報や時間情報等を画面に表示する。

発音部１１６は、例えばスピーカである。発音部１１６は、制御部１１１により駆動され、例えばカフ１０の異常等を医師等の作業者に報知するアラーム音を出力する。

駆動回路１１９は、ポンプ１１０を１００Ｈｚ以下の駆動周波数で駆動する。

バルブ１２０は、詳細を後述するが、ポンプ１１０とカフ１０との間に接続されている。

ポンプ１１０は、アクチュエータとしてモータを使ったダイヤフラムポンプである。ポンプ１１０は、空気の吸引孔１１０Ａと空気の吐出孔１１０Ｂとを有する。ポンプ１１０は、駆動回路１１９により動作し、空気を吸引孔１１０Ａから吸引して吐出孔１１０Ｂから吐出する。ポンプ１１０は、制御部１１１の制御のもとで、カフ１０への加圧の大きさや速度などが設定される。

排気弁１７２は、カフ１０に接続される。排気弁１７２は、制御部１１１により制御されて開放及び閉塞する。排気弁１７２は、開放状態において、空気供給管１７５を介してカフ１０内を大気に開放してカフ１０内の空気を排気する。排気弁１７２は、閉塞状態において、カフ１０内の空気の大気への開放を停止してカフ１０の排気を停止する。

制御部１１１は、カフ圧が所定の範囲を超える場合、排気弁１７２を開くことで、カフ１０内から空気を排気する。これにより、制御部１１１は、カフ圧を所定の範囲内に調整することができる。

タンク１６０には、先端１４１Ａがカフ１０に対向する吸引管１４１と、吸引管１４２と、が接続されている。吸引管１４１の先端１４１Ａは例えば、気管２内におけるカフ１０の喉頭蓋４側の面の近傍に配置される（図１、図２参照）。タンク１６０は、吸引管１４１を介して吸引された分泌物Ｈを貯蔵する。タンク１６０は、吸引管１４２を介してフィルタ１７６に接続されている。

フィルタ１７６は、吸引管１４３を介してバルブ１３０の第４通気孔１３４に接続されている。フィルタ１７６は、吸引管１４２から吸引管１４３へ空気を通過させ、吸引管１４２から吸引管１４３への液体（分泌物Ｈなど）の通過を阻止する。

吸引圧検出部１７３は、吸引管１４３を介してフィルタ１７６及びバルブ１３０に接続されている。吸引圧検出部１７３は、ポンプ１１０の動作によって吸引管１４３内の圧力を検出する。吸引管１４１、１４２、１４３のいずれかが外れたり、吸引管１４１、１４２、１４３のいずれかが詰まったりした場合、この圧力が０になったり、著しく高い値になったりする。

そのため、この圧力が０になったり、著しく高い値になったりしたことを吸引圧検出部１７３が検出した場合、制御部１１１は、発音部１１６や表示部１１５によって異常を報知する。

バルブ１３０は、ポンプ１１０とフィルタ１７６との間に接続されている。

ここで、バルブ１２０、１３０の構造について図４〜図７を用いて詳述する。

図４は、図３に示すバルブ１２０の要部の断面図であり、図５は、図３に示すバルブ１３０の要部の断面図である。図６（Ａ）（Ｂ）は、図３に示すポンプ１１０が動作している際における、バルブ１２０の要部の断面図である。図６（Ａ）は、第１通気孔１２１と第２通気孔１２２が接続したときの図、図６（Ｂ）は、第１通気孔１２１と第５通気孔１２５が接続したときの図である。図７（Ａ）（Ｂ）は、図３に示すポンプ１１０が動作している際における、バルブ１３０の要部の断面図である。図７（Ａ）は、第３通気孔１３３と第６通気孔１３６が接続したときの図、図７（Ｂ）は、第３通気孔１３３と第４通気孔１３４が接続したときの図である。なお、図６（Ａ）（Ｂ）図７（Ａ）（Ｂ）における矢印は、空気の流れを示している。

バルブ１２０は、図４に示すように、バルブ筺体１２９と、弁体１２８と、を有する。

バルブ筺体１２９には、中継管１７８を介してポンプ１１０の吐出孔１１０Ｂに接続されている第１通気孔１２１と、空気供給管１７５を介してカフ１０に接続されている第２通気孔１２２と、バルブ筐体１２９の外部に連通する第５通気孔１２５と、が設けられている。

弁体１２８は、直方体状の端部１２８Ａ、１２８Ｂと、端部１２８Ａ、１２８Ｂを接続する棒状の中央部１２８Ｃとを有する。弁体１２８は、バルブ筺体１２９内において、図４に示す矢印の方向へスライド自在に設けられている。そして、弁体１２８は、第１通気孔１２１と第２通気孔１２２又は第５通気孔１２５のいずれかとを結ぶ流路をバルブ筺体１２９とともに構成している。

制御部１１１は、カフ圧検出部１７１の検出結果等に基づいて弁体１２８をスライドさせ、バルブ１２０の流路を切り替える。弁体１２８は、不図示のソレノイドで電磁駆動されることによりスライドし、第２通気孔１２２又は第５通気孔１２５のいずれか一方を閉塞し、他方を開放する。これにより、制御部１１１は、図６（Ａ）（Ｂ）に示すように、第１通気孔１２１と第２通気孔１２２又は第５通気孔１２５のいずれかとを接続する。そのため、バルブ１２０は、バルブ１２０の流路の切り替えを信頼性高く実現することができる。

バルブ１３０の構造は、図５に示すように、バルブ１２０の構造と同じである。バルブ１３０も、バルブ筺体１３９と、弁体１３８と、を有する。

なお、２つのバルブ１２０、１３０が、本発明の「バルブ」を構成する。また、弁体１２８、１３８のそれぞれが、本発明の「切替機構」に相当する。

バルブ筺体１３９には、中継管１７７を介してポンプ１１０の吸引孔１１０Ａに接続されている第３通気孔１３３と、先端１４１Ａがカフ１０に対向する吸引管１４１、１４２、１４３が接続されている第４通気孔１３４と、バルブ筐体１３９の外部に連通する第６通気孔１３６と、が設けられている。

弁体１３８は、直方体状の端部１３８Ａ、１３８Ｂと、端部１３８Ａ、１３８Ｂを接続する棒状の中央部１３８Ｃとを有する。弁体１３８は、バルブ筺体１３９内において、図５に示す矢印の方向へスライド自在に設けられている。そして、弁体１３８は、第３通気孔１３３と第４通気孔１３４又は第６通気孔１３６のいずれかとを結ぶ流路をバルブ筺体１３９とともに構成している。

制御部１１１は、カフ圧検出部１７１の検出結果等に基づいて弁体１３８をスライドさせ、バルブ１３０の流路を切り替える。弁体１３８は、不図示のソレノイドで電磁駆動されることによりスライドし、第４通気孔１３４又は第６通気孔１３６のいずれか一方を閉塞し、他方を開放する。

これにより、制御部１１１は、図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、第３通気孔１３３と第４通気孔１３４又は第６通気孔１３６のいずれかとを接続する。そのため、バルブ１３０は、流路の切り替えを信頼性高く実現することができる。

以上の構成において、医師等の作業者が挿管１を被検体の口腔５から挿入した後、カフ圧制御装置１００は、カフ１０への空気の充填を開始する。カフ１０への空気の充填を開始するとき、即ちカフ１０のカフ圧が所定の範囲の下限より小さいことをカフ圧検出部１７１が検出したとき、制御部１１１は、第１通気孔１２１と第２通気孔１２２とを接続し、第３通気孔１３３と第６通気孔１３６とを接続する。

そして、制御部１１１は、ポンプ１１０のオンオフを所定の周期（例えば０．５秒）で繰り返しながら駆動するよう駆動回路１１９に指示する。このとき、制御部１１１は、この所定の周期より短い周期でバルブ１２０の流路を切り替え、第１通気孔１２１と第２通気孔１２２又は第５通気孔１２５のいずれかとを接続する。カフ圧制御装置１００では制御部１１１が、バルブ１２０の流路を高速で切替えることによってカフ１０に供給する空気の流量を微小に調整することができる。

第１通気孔１２１と第２通気孔１２２とが接続され、第３通気孔１３３と第６通気孔１３６とが接続されているとき、空気は、ポンプ１１０の動作によって次のように流れる。

まず、バルブ筐体１３９の外部の空気は、第６通気孔１３６からバルブ１３０内に流入して第３通気孔１３３から流出する。そして、第３通気孔１３３から流出した空気は、吸引孔１１０Ａからポンプ１１０内に流入して吐出孔１１０Ｂから吐出され、第１通気孔１２１からバルブ１２０内に流入して第２通気孔１２２から流出し、カフ１０に供給される。これにより、カフ１０が膨張していき、気管２がカフ１０によって閉塞された状態となる。

カフ１０のカフ圧が所定の範囲内になったことをカフ圧検出部１７１が検出したとき、制御部１１１は、ポンプ１１０の駆動を一旦停止し、第１通気孔１２１と第５通気孔１２５とを接続する。

ここで、第１通気孔１２１と第５通気孔１２５とが接続されるため、カフ１０内の空気はバルブ１２０の第２通気孔１２２からポンプ１１０側へ逆流しない。そのため、ポンプ１１０の動作によらなくとも、カフ１０のカフ圧は維持される。制御部１１１はこの間に、第３通気孔１３３と第４通気孔１３４とを接続してポンプ１１０の駆動を再開し、分泌物Ｈを、吸引管１４１を介して吸引する。

第１通気孔１２１と第５通気孔１２５とが接続され、第３通気孔１３３と第４通気孔１３４とが接続されているとき、空気は、ポンプ１１０の動作によって次のように流れる。

まず、空気は、吸引管１４１の先端１４１Ａから第４通気孔１３４を介してバルブ１３０内に流入して第３通気孔１３３から流出する。そして、第３通気孔１３３から流出した空気は、吸引孔１１０Ａからポンプ１１０内に流入して吐出孔１１０Ｂから吐出され、第１通気孔１２１からバルブ１２０内に流入して第５通気孔１２５からバルブ筐体１２９の外部へ排出される。

これにより、気管２内におけるカフ１０の喉頭蓋４側に溜まる分泌物Ｈは、ポンプ１１０の動作によって吸引管１４１の先端１４１Ａから空気とともに吸引され、タンク１６０内に溜まっていく。

すなわち、カフ圧制御装置１００では、カフ１０のカフ圧が所定の範囲の下限より小さいとき、ポンプ１１０は空気をカフ１０に供給し、カフ１０のカフ圧が所定の範囲内になったとき、ポンプ１１０は分泌物Ｈを、吸引管１４１を介して吸引し続ける。又は、カフ１０のカフ圧が所定の範囲内になったとき、ポンプ１１０は一定の時間間隔でオンオフを繰り返し、分泌物Ｈを、吸引管１４１を介して吸引し続ける。

したがって、カフ圧制御装置１００によれば、一つのポンプ１１０でカフ１０への空気の供給と分泌物Ｈの吸引とを行うことができる。そのため、カフ圧制御装置１００によれば、装置本体の小型化、及び製造コストの低減を図ることができる。

《本発明の第２実施形態》
以下、本発明の第２実施形態に係るカフ圧制御装置２００について説明する。

図８は、本発明の第２実施形態に係るカフ圧制御装置２００の主要部の構成を示すブロック図である。図９は、図８に示すバルブ２２０の主要部の断面図である。第２実施形態のカフ圧制御装置２００が第１実施形態のカフ圧制御装置１００と相違する点は、２つのバルブ１２０、１３０の代わりに１つのバルブ２２０を備える点である。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。

詳述すると、バルブ２２０は、バルブ筺体２２９と、弁体２２８と、を有する。

バルブ筺体２２９には、ポンプ１１０の吐出孔１１０Ｂに接続されている第１通気孔２２１と、空気供給管１７５を介してカフ１０に接続されている第２通気孔２２２と、ポンプ１１０の吸引孔１１０Ａに接続されている第３通気孔２２３と、先端１４１Ａがカフ１０に対向する吸引管１４１、１４２、１４３が接続されている第４通気孔２２４と、バルブ筐体２２９の外部に連通する第５通気孔２２５と、が設けられている。

弁体２２８は、バルブ筺体２２９内において、図９に示す矢印の方向へスライド自在に設けられている。そして、弁体２２８は、第１通気孔２２１と第２通気孔２２２又は第５通気孔２２５のいずれかとを結び、第３通気孔２２３と第４通気孔２２４又は第５通気孔２２５のいずれかとを結ぶ流路をバルブ筺体２２９とともに構成している。

制御部１１１は、カフ圧検出部１７１の検出結果等に基づいて弁体２２８をスライドさせ、バルブ２２０の流路を切り替える。弁体２２８は、不図示のソレノイドで電磁駆動されることによりスライドし、第２通気孔２２２又は第４通気孔２２４のいずれか一方を閉塞して他方を開放する。弁体２２８は、第５通気孔２２５を常時開放する。

これにより、制御部１１１は、第１通気孔２２１と第２通気孔２２２又は第５通気孔２２５のいずれかとを接続し、第３通気孔２２３と第４通気孔２２４又は第５通気孔２２５のいずれかとを接続する。そのため、バルブ２２０は、流路の切り替えを信頼性高く実現することができる。

以上の構成において、医師等の作業者が挿管１を被検体の口腔５から挿入した後、カフ圧制御装置２００は、カフ１０への空気の充填を開始する。カフ１０への空気の充填を開始するとき、即ちカフ１０のカフ圧が所定の範囲の下限より小さいことをカフ圧検出部１７１が検出したとき、制御部１１１は、第１通気孔２２１と第２通気孔２２２とを接続し、第３通気孔２２３と第５通気孔２２５とを接続する。

さらに、制御部１１１は、ポンプ１１０のオンオフを駆動回路１１９に指示する。このとき、制御部１１１は、このポンプ１１０のオン時間より短い時間でバルブ２２０の流路を切り替える。

そして、カフ１０のカフ圧が所定の範囲内になったことをカフ圧検出部１７１が検出したとき、制御部１１１は、ポンプ１１０の駆動を一旦停止し、第１通気孔２２１と第５通気孔２２５とを接続し、第３通気孔２２３と第４通気孔２２４とを接続する。その後、制御部１１１は、ポンプ１１０の駆動を再開する。

すなわち、カフ圧制御装置２００においても、カフ１０のカフ圧が所定の範囲の下限より小さいとき、ポンプ１１０は空気をカフ１０に供給し、カフ１０のカフ圧が所定の範囲内になったとき、ポンプ１１０は分泌物Ｈを、吸引管１４１を介して吸引し続ける。又は、カフ１０のカフ圧が所定の範囲内になったとき、ポンプ１１０は、分泌物Ｈを、吸引管１４１を介して吸引し続ける。

したがって、第２実施形態のカフ圧制御装置２００においても、第１実施形態のカフ圧制御装置１００と同様の効果を奏する。さらに、第１実施形態に比べるとバルブを一体化し、外部に連通する通気孔を共用したため、バルブを小型化でき、それによりさらにカフ圧制御装置を小型化できる。

《本発明の第３実施形態》
以下、本発明の第３実施形態に係るカフ圧制御装置について説明する。

第３実施形態のカフ圧制御装置が第１実施形態のカフ圧制御装置１００と相違する点は、ポンプ１１０の代わりに圧電ポンプ１０１を備える点である。その他の構成については同じであるため、説明を省略する。

圧電ポンプ１０１の構造について図１０〜図１２を用いて詳述する。

図１０は、第３実施形態のカフ圧制御装置に備えられる圧電ポンプ１０１の外観斜視図である。図１１は、図１０に示す圧電ポンプ１０１の分解斜視図である。図１２は、図１０に示す圧電ポンプ１０１のＳ−Ｓ線の断面図である。

圧電ポンプ１０１は、上から順に、外筐体１７、天板３７、側板３８、振動板３９、圧電素子４０、及びキャップ４２を備え、それらが順に積層された構造を有している。天板３７、側板３８、及び振動板３９は、ポンプ室３６を構成している。圧電ポンプ１０１は、幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ×ノズル１８以外の領域の高さ１．８５ｍｍの寸法となっている。

なお、天板３７、側板３８、振動板３９、及び圧電素子４０によって、ポンプ本体が構成されている。

外筐体１７は、例えば空気が吐出される吐出孔２４が中心に設けられたノズル１８を有する。このノズル１８は、外形の直径２．０ｍｍ×内形（即ち吐出孔２４）の直径０．８ｍｍ×高さ１．６ｍｍの寸法となっている。外筐体１７の四角には、ネジ穴５６Ａ〜５６Ｄが設けられている。

外筐体１７は、下方に凹状の開口を有し、断面がコ字状である。外筐体１７は、ポンプ室３６の天板３７、側板３８、振動板３９及び圧電素子４０を収納する。外筐体１７は、例えば樹脂からなる。

ポンプ室３６の天板３７は、円板状であり、例えば金属からなる。天板３７には、中央部６１と、中央部６１から水平方向に突出し、外筐体１７の内壁に当接する鍵状の突出部６２と、外部回路に接続するための外部端子６３とが設けられている。

また、天板３７の中央部６１には、ポンプ室３６の内部と外部とを連通させる通気孔４５が設けられている。この通気孔４５は、外筐体１７の吐出孔２４と対向する位置に設けられている。天板３７は、側板３８の上面に設けられている。

ポンプ室３６の側板３８は、円環状であり、例えば金属からなる。側板３８は、振動板３９の上面３９Ａに設けられている。そのため、側板３８の厚みは、ポンプ室３６の高さとなる。

振動板３９は、円板状であり、例えば金属からなる。振動板３９は、側板３８と天板３７と共にポンプ室３６を構成する。

圧電素子４０は、円板状であり、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなる。圧電素子４０は、印加された交流駆動電圧に応じて伸縮する。圧電素子４０は、振動板３９におけるポンプ室３６とは逆側の下面３９Ｂに設けられている。

そして、天板３７、側板３８、振動板３９、及び圧電素子４０の接合体は、天板３７に設けられている４個の突出部６２によって外筐体１７に対して接合体の中央部が変位可能なように支持されている。

電極導通用板７０は、圧電素子４０に接続される内部端子７３と、外部回路に接続される外部端子７２とで構成されている。内部端子７３の先端は圧電素子４０の平板面にはんだで接合されている。はんだで接合される位置を圧電素子４０の屈曲振動の節に相当する位置とすることにより、圧電素子４０の屈曲振動を阻害することなく、内部端子７３を圧電素子４０に接合することができる。これにより、内部端子７３の振動が抑制できる。

キャップ４２には、円板形状の吸引孔５３が設けられている。吸引孔５３の直径は、圧電素子４０の直径より大きい。また、キャップ４２には、外筐体１７のネジ穴５６Ａ〜５６Ｄに対応する位置に切欠き５５Ａ〜５５Ｄが設けられている。

また、キャップ４２は、外周縁に、天板３７側へ突出する突出部５２を有する。キャップ４２は、突出部５２で外筐体１７を挟持し、ポンプ室３６の天板３７、側板３８、振動板３９及び圧電素子４０を、外筐体１７内に収納する。キャップ４２は、例えば樹脂からなる。

そして、図１２に示すように、天板３７、側板３８、振動板３９及び圧電素子４０の接合体と外筐体１７及びキャップ４２との間には通気路３１が設けられている。

なお、第３実施形態のカフ圧制御装置において、圧電ポンプ１０１の吸引孔５３は、バルブ１３０の第３通気孔１３３に接続され、圧電ポンプ１０１の吐出孔２４は、バルブ１２０の第１通気孔１２１に接続される（図３参照）。

以下、圧電ポンプ１０１の動作時における空気の流れについて説明する。

図１３（Ａ）（Ｂ）は、図１０に示す圧電ポンプ１０１を、ポンプ本体の１次振動モードの周波数（基本波）で共振駆動をさせた際における、圧電ポンプ１０１のＳ−Ｓ線の断面図である。ここで、図中の矢印は、空気の流れを示している。

図１２に示す状態において、ポンプ本体の１次振動モードの周波数（基本波）に対応する交流駆動電圧が駆動回路１１９から外部端子６３，７２を介して圧電素子４０に印加されると、振動板３９は同心円状に屈曲振動する。同時に、天板３７は、振動板３９の屈曲振動に伴うポンプ室３６の圧力変動により、振動板３９の屈曲振動に伴って（この実施形態では振動位相が１８０°遅れて）同心円状に屈曲振動する。これにより、図１３（Ａ）（Ｂ）に示すように、振動板３９及び天板３７が屈曲変形してポンプ室３６の体積が周期的に変化する。

図１３（Ａ）に示すように、交流駆動電圧が圧電素子４０に印加されて振動板３９が圧電素子４０側へ屈曲すると、ポンプ室３６の体積が増大する。これに伴い、圧電ポンプ１０１の外部の空気が吸引孔５３、通気路３１、及び通気孔４５を介してポンプ室３６内に吸引される。ポンプ室３６からの空気の流出は無いものの、吐出孔２４から圧電ポンプ１０１の外部への空気の流れの慣性力が働いている。

図１３（Ｂ）に示すように、交流駆動電圧が圧電素子４０に印加されて振動板３９がポンプ室３６側へ屈曲すると、ポンプ室３６の体積が減少する。これに伴い、ポンプ室３６内の空気が通気孔４５、通気路３１を介して吐出孔２４から吐出される。

このとき、ポンプ室３６から吐出される空気によって、圧電ポンプ１０１の外部の空気が吸引孔５３及び通気路３１を介して引き込まれて吐出孔２４から吐出される。そのため、吐出孔２４から吐出される空気の流量が、外部から引き込まれる空気の流量分多くなる。

以上により、この実施形態の圧電ポンプ１０１によれば、消費電力あたりの吐出流量が大幅に多くなる。そのため、圧電ポンプ１０１では、低消費電力でありながら大きな吐出流量が得られる。

なお、圧電ポンプ１０１以外の第３実施形態のカフ圧制御装置の動作は、第１実施形態のカフ圧制御装置１００の動作と同様である。

したがって、第３実施形態のカフ圧制御装置においても、第１実施形態のカフ圧制御装置１００と同様の効果を奏する。

ここで、圧電ポンプ１０１の１周期のポンピングによって吐出される空気の流量は、モータ式のポンプ１１０の１周期のポンピングによって吐出される空気の流量に比べて小さく、例えば１／２００以下である。圧電ポンプ１０１の１周期のポンピングによって吐出される空気の流量は例えば、１ｎＬ（ナノリットル）以上、１０μＬ（マイクロリットル）以下である。カフ圧が所定の範囲内になっているときにおける、圧電ポンプ１０１の１周期のポンピングによって吐出される空気の流量は例えば、約０．２μＬである。また、圧電ポンプ１０１は例えば、可聴域（２０Ｈｚ〜２０，０００Ｈｚ）以上の駆動周波数で駆動する。一方、前述したように、ポンプ１１０は、１００Ｈｚ以下の駆動周波数で駆動する。

そのため、制御部１１１が駆動回路１１９をミリ秒（ｍｓ）オーダーで制御することで、制御部１１１は、カフ１０に供給する空気の流量を、圧電ポンプ１０１で微小に調整することができる。すなわち、第３実施形態のカフ圧制御装置は、前述の所定の周期より短い周期でバルブ１２０の流路を切り替えることを必要としない。

したがって、第３実施形態のカフ圧制御装置は、第１実施形態のカフ圧制御装置１００より消費電力を低減できる。

《その他の実施形態》
前記実施形態では気体として空気を用いているが、これに限るものではない。当該気体が、空気以外の他の気体であっても適用できる。

また、前記実施形態では、図４に示す構造のバルブ１２０、１３０や図９に示す構造のバルブ２２０を用いているが、これに限るものではない。これらの構造以外の構造を持つバルブであっても適用できる。

また、前記実施形態では、カフ圧制御装置が排気弁１７２を備えているが、これに限るものではない。例えばカフ圧制御装置１００ではカフ圧が所定の範囲を超える場合、制御部１１１が、第１通気孔１２１と第２通気孔１２２とを接続し、第３通気孔１３３と第６通気孔１３６とを接続する。これにより、カフ圧制御装置１００は、カフ１０内の気体をバルブ１２０及びポンプ１１０を介してバルブ１３０の第６通気孔１３６から排気する。これにより、カフ圧制御装置１００は、カフ圧を所定の範囲内に調整することができる。

また、前記実施形態では、圧電素子はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスからなるが、これに限るものではない。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスの圧電材料などからなってもよい。

また、前記実施形態ではユニモルフ型の圧電振動子を使用しているが、これに限るものではない。振動板３９の両面に圧電素子４０を設けたバイモルフ型の圧電振動子を使用してもよい。

また、前記実施形態では、円板状の圧電素子、円板状の振動板、及び円板状の天板を用いたが、これに限るものではない。例えば、これらの形状が矩形板状や多角板状、楕円板状であってもよい。

また、前記実施形態では、圧電ポンプを、ポンプ本体の１次振動モードの周波数（基本波）で共振駆動させたが、これに限るものではない。実施の際は、複数の振動の腹を有する、３次振動モード以上の奇数次の振動モードの周波数で共振駆動させても良い。

また、前記実施形態では、フィルタ１７６及びタンク１６０は、バルブ１３０の第４通気孔１３４に接続され、カフ圧制御装置として他の構成物（バルブ１３０等）と一体化しているが、これに限るものではない。実施の際、フィルタ１７６及びタンク１６０は、バルブ１３０の第４通気孔１３４に着脱自在に接続され、カフ圧制御装置から分離可能であってもよい。

例えば、吸引管１４１、タンク１６０、吸引管１４２、及びフィルタ１７６は、バルブ１３０の第４通気孔１３４に接続する吸引管１４３に着脱自在に接続され、カフ圧制御装置から分離可能であってもよい。この場合、医師等の作業者は、分泌物に汚染された部分を簡単に廃棄できるため、被検体がＶＡＰに感染するリスクを低下できる。

最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Ｈ…分泌物
１…挿管
２…気管
３…食道
４…喉頭蓋
５…口腔
６…内壁
１０…カフ
１７…外筐体
１８…ノズル
２４…吐出孔
３１…通気路
３６…ポンプ室
３７…天板
３８…側板
３９…振動板
４０…圧電素子
４２…キャップ
４５…通気孔
５２…突出部
５３…吸引孔
６１…中央部
６２…突出部
６３…外部端子
７０…電極導通用板
７２…外部端子
７３…内部端子
１００…カフ圧制御装置
１０１…圧電ポンプ
１１０…ポンプ
１１０Ａ…吸引孔
１１０Ｂ…吐出孔
１１１…制御部
１１２…記憶部
１１４…入力部
１１５…表示部
１１６…発音部
１１８…カフ圧検出管
１１９…駆動回路
１２０…バルブ
１２１…第１通気孔
１２２…第２通気孔
１２５…第５通気孔
１２８…弁体
１２９…バルブ筐体
１３０…バルブ
１３３…第３通気孔
１３４…第４通気孔
１３６…第６通気孔
１３８…弁体
１３９…バルブ筐体
１４１、１４２、１４３…吸引管
１６０…タンク
１７１…カフ圧検出部
１７２…排気弁
１７３…吸引圧検出部
１７５…空気供給管
１７６…フィルタ
１７７、１７８…中継管
２００…カフ圧制御装置
２２０…バルブ
２２１…第１通気孔
２２２…第２通気孔
２２３…第３通気孔
２２４…第４通気孔
２２５…第５通気孔
２２８…弁体
２２９…バルブ筺体
９００…カフ圧制御装置
９１０…アダプタ
９１７…加圧ポンプ
９１８…カフ内圧計
９２７…吸引ポンプ
９４０…人口呼吸器
９４１…呼吸管
９５１…カニューレ
９５２…カフ
９５３、９５４…管

Claims (7)

1. 気体の吸引孔と前記気体の吐出孔を有するポンプと、
   バルブ筺体と、前記吐出孔に接続されている第１通気孔と、カフに接続されている第２通気孔と、前記吸引孔に接続されている第３通気孔と、先端が前記カフに対向する管に接続されている第４通気孔と、前記バルブ筺体の外部に連通する第５通気孔および第６通気孔と、前記第１通気孔と前記第２通気孔又は前記第５通気孔のいずれかとを結び、前記第３通気孔と前記第４通気孔又は前記第６通気孔のいずれかとを結ぶ流路と、前記流路を切替える切替機構と、を有するバルブと、
   前記流路を前記切替機構により切替え、前記第１通気孔と前記第２通気孔又は前記第５通気孔のいずれかとを接続し、前記第３通気孔と前記第４通気孔又は前記第６通気孔のいずれかとを接続する制御部と、を備える、カフ圧制御装置。
2. 前記カフ内の圧力を検出するカフ圧検出部を備え、
   前記制御部は、前記カフ内の圧力が所定の範囲の下限より小さいことを前記カフ圧検出部が検出したとき、前記第１通気孔と前記第２通気孔とを接続し、前記第３通気孔と前記第６通気孔とを接続し、前記カフ内の圧力が前記所定の範囲内になったことを前記カフ圧検出部が検出したとき、前記第１通気孔と前記第５通気孔とを接続し、前記第３通気孔と前記第４通気孔とを接続する、請求項１に記載のカフ圧制御装置。
3. 前記第５の通気孔と前記第６の通気孔とを単一の通気孔を共用することにより構成した、請求項１または２に記載のカフ圧制御装置。
4. 前記切替機構は、電磁駆動で弁を開閉し、前記流路を切替える、請求項１から３のいずれか１項に記載のカフ圧制御装置。
5. 前記制御部は、前記ポンプのオン中に前記流路を前記切替機構により切替え、前記ポンプのオン時間よりも短い時間だけ前記第１通気孔と前記第２通気孔とを接続する、請求項１から４のいずれか１項に記載のカフ圧制御装置。
6. 前記ポンプは、アクチュエータとしての圧電素子と、前記圧電素子に接合する主面を持ち、前記圧電素子の伸縮により屈曲振動する振動板と、を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載のカフ圧制御装置。
7. 前記管を介して吸引された液体を貯蔵するタンクと、
   前記気体を通過させ、前記液体の通過を阻止するフィルタと、を備え、
   前記フィルタ及び前記タンクは、前記第４通気孔に着脱自在に接続されている、請求項１から６のいずれか１項に記載のカフ圧制御装置。