停電時における在宅人工呼吸器使用時の外部電源の確保について

Ｉ　基礎知識篇

はじめに・・・
多くの医療機器を使用するためには「電気」が必要になります。生命維持装置である人工呼吸器も例外ではなく、駆動するために電気が必要です。機械を動かす ための電気は外部電源と内部電源に分けて考えることができます。コンセントから供給される電気は外部電源となり、機械の内部におさまっているバッテリーは 内部電源となります。以下、内部電源を内部バッテリーと記載します。

停電した直後に活躍するのは内部バッテリーです。しかし、機械の内部におさまっている大きさから想像できるように、内部バッテリーだけでは長時間駆動できません。

今回東京電力圏内で行われていた１回あたり３時間程度の計画停電でさえも、内部バッテリーへの再充電時間を考慮すると、必ずしも「安全」とは言えない状態 です。さらに、非侵襲的換気療法（NPPV）を行う人工呼吸器では内部バッテリーを持っていない機種があります。

電気が必要なのは、人工呼吸器だけではありません。常に気管内吸引が必要な患者さん、夜間停電時の「灯り」の確保等を考えると、外部電源の確保は必須の課題といえます。

【１．人工呼吸器の内部バッテリーについて 】

種類
内部バッテリーには従来、鉛バッテリーが多く使用されてきました。鉛バッテリーの特性のひとつに「充放電を繰り返すうちに最大容量が徐々に減少する」するという”メモリー効果”があります。
新品時には１２時間の充電で人工呼吸器を５時間駆動できるバッテリーも、５年間使用後には同じ充電時間で２～３時間しか駆動出来なくなってしまうことがあ ります。たとえ、充電時間を１２時間以上に延長しても、充電できる最大容量が減少しているため、駆動時間は延びません。
最近の新しい医療機器にはリチウムイオンバッテリーが搭載されるようになってきました。鉛バッテリーと比較して、高価ですが、軽量コンパクトで充電時間が短く、メモリー効果が起きにくいためです。

充電
内部バッテリーの充電は２つの充電方式が考えられます。

①機械を使用しない状態での充電
②機械を使用しながらの充電

①では充電と同時に放電も行っているので、②に比べ充電に長時間かかります。すなわち、人工呼吸器を使用しながらの充電は予想外に長時間かかることがあり、停電が数時間のうちに反復する場合は特に注意が必要です。

【２．人工呼吸器の外部電源について 】

病院では自家発電機を設置していることから、ここでは在宅人工呼吸器に限定して考えていきます。

種類
①自宅のコンセント　（交流１００Ｖ）
②メーカ純正品の外部バッテリー
③メーカ推奨の外部バッテリー
④医療用バッテリー
⑤車のシガーソケットからの電源確保（インバーターの利用）
⑥発電機
⑦車載バッテリー等を利用した充電システム（自作）
⑧パソコン用ＵＰＳの代用

停電時は①は当然使用出来ません。
②～④の方法は医療機器を安全に使用できることが事前に確認されています。
一方、⑤～⑧では医療機器の動作は保障されず、自己責任での使用となります。しかし、停電で人工呼吸器が止まる事態は絶対に避けなければなりませんので、 ⑤～⑧も含めて複数の電源バックアップ手段を用意することが危機管理上求められます。
実際は、患者個々の療養生活や、使用中の資材、マンパワーを考慮した上で、人工呼吸器の非常用外部電源を準備することになります。即座に利用可能だが長時 間動作の苦手な”バッテリー類”（①～④、⑦⑧）と、電力供給立ち上げに時間はかかるが長時間継続可能な”発電機類”（⑤⑥）を組み合わせて非常用電源を 用意しておくべきでしょう。
人工呼吸器の外部電源確保の方法について、メーカ担当者と事前によく相談してください。

外部電源の特徴
①自宅のコンセント　（交流１００Ｖ）
電力会社から供給される電気です。当然ながら停電時は使用できません。供給される電気は正弦波と言われるキレイな波形を描きます。この「正弦波」であるこ とがとても重要です。以下に記載する④～⑧の方法では、正弦波ではなく矩形を出す機材があります。正弦波と矩形波については、後述いたします。

②メーカ純正品の外部バッテリー
人工呼吸器メーカ各社が提供する純正品の外部バッテリーで、最も望ましい外部電源です。
停電時の作動時間等の詳しいデータが揃っています。
在宅人工呼吸器の場合、メーカから個人が月毎のレンタル契約をするか、直接購入、無償貸し出しが考えられます。昔の機種では、外部バッテリーの無償貸し出 しがありましたが、現在の新しい機種では、レンタルか購入になることが多いようです。

③メーカ推奨の外部バッテリー
人工呼吸器メーカ各社が推奨する外部バッテリーで、望ましい外部電源です。
メーカによる動作試験が行われており、停電時の作動時間等の詳しいデータが揃っています。
在宅人工呼吸器の場合、メーカから個人が月毎のレンタル契約をするか、直接購入、無償貸し出しが考えられます。

④医療用バッテリー（医療用ＵＰＳ）
医療用として開発されたバッテリーで、通常のバッテリーに比べ電気安全性に対するチェックが厳しくなっています。人工呼吸器を駆動できる時間は、実際に試 さないと分かりません。いろんな性能・大きさがありますが、価格は定価で１０万円以上することが多いようです。

⑤車のシガーライターソケットからの電源確保（カーインバーターの利用）
長時間停電の対策としてとても有効です。車のシガーライターソケット（１２V直流）をカーインバーターを使い１００V交流に変換して非常用電源とします。 ただし、家電量販店で販売されているカーインバーターの多くは矩形波出力で、実際に人工呼吸器が駆動できるか停電前にチェックする必要があります。正弦波 出力のインバーターもいくつかありますが、矩形波出力のものに比べずっと高価です。
また、車から人工呼吸器までの延長ケーブルが必要です。インバーターから供給できる電力は小さいので、集合住宅等にお住まいで延長ケーブルが非常に長い場 合にはケーブルによる電気ロスを考慮する必要があります。停電発生後に電源確保の作業となるので、普段から夜間停電を想定したトレーニングが必要です。
当院の場合、患者さんに停電のリスクとインバーターを使用した場合のリスクを説明し、矩形波のインバーターか正弦波のインバーターを選択してもらっています。

⑥発電機
長時間の電源確保にとても有効な方法です。エンジン始動には大きな力が必要ですが、最近はセルスターター付きの発電機もあり、力の弱い方も利用可能です。停電がなくても、発電機は定期的に動かしメンテナンスする必要があります。一酸化炭素中毒の危険性があるため、必ず屋外で使用してください。騒音については近隣への配慮も必要になります。カーインバーター利用と同様、停電発生後に電源確保の作業になり、室内までの延長ケーブルや夜間停電を想定したトレーニングが必要です。

⑦車載バッテリー等を利用した充電システム（自作）
多くの場合は自作となると思います。車用バッテリー＋バッテリー充電器＋インバーターの３つで構成されます。あらかじめ、車用バッテリーをバッテリー充電 器を用いて充電をしておきます。停電発生時には車用バッテリー（12V/24V直流)をカーインバーターで100V交流に変換して利用します。出力波形は インバーターの種類により異なります。

⑧パソコン用無停電電源装置（ＵＰＳ）の代用
家電量販店等で取り扱っているパソコン用UPS（非常電源）を使用します。
パソコン用UPSには 注意書きとして「医療機器に使用しないこと」と記述があることからも、自己責任となります。しかし、停電発生時にバッテリーからの電源供給に自動的に切り 替わるメリットはかけがえのないものです。もし、内部バッテリーのない人工呼吸器を常時使用し、②③④のバッテリーが装備できていない場合はパソコン用ＵＰＳの利用をぜひ考えてください。リスクがないとは言えませんが、汎用品であるがゆえリーズナブルな価格で、他の長時間作動型の外部電源を準備する時間的余裕を得ることが出来ます。

当院の場合、患者さんに停電のリスクとパソコン用UPSを使用した場合のリスクを説明し、UPSの利用を勧めています。多少高額になりますが、３時間以上の駆動が期待できる正弦波出力のUPSが理想です。

出力波形の違い　正弦波と矩形波
電気には、周期的に大きさと向きが変化する[交流（AC)]と、向きが常に一定な[直流（DC)] があります。乾電池やバッテリー、太陽光発電で作られるのは直流です。発電機や自宅コンセントから供給されているのは交流です。通常、交流は電圧が時間と ともにサインカーブの形で変動する”正弦波”なのですが、正弦波以外の交流も存在します。矩形波（矩形は長方形の意味）や三角波などです。直流を交流に作 り変える器械をインバータと呼びますが、正弦波よりも矩形波の方が容易に作れるので、安価なインバータは概ね矩形波出力です。矩形波交流では稼動しない医 療機器があるため正弦波出力が望ましいのですが、多くの人工呼吸器は矩形波でも稼動できます（メーカーはきっと推奨しませんが）。

例）インバーター
正弦波インバーター　数万円　　　矩形派インバーター　数千円

～参考～
市販されているインバーターには１２Ｖと２４Ｖの２種類があります。自宅の車が乗用車の場合には１２Ｖのタイプです。一般的に２４Ｖはトラックなど大型車用となっています。