JP2001286564A - 睡眠中に肺胞換気低下を伴う患者のための適正な人工呼吸器の設定値の決定 - Google Patents
睡眠中に肺胞換気低下を伴う患者のための適正な人工呼吸器の設定値の決定Info
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Abstract
の適切な設定値を決定するための方法および装置。 【解決手段】 患者の呼吸特性が、目の覚めている学習
期間中に測定される。これらの測定された特性で、目標
換気量設定値が別の方法によって算出されることができ
る。そして算出された設定値は、処置期間中の最小換気
量を実施するために用いられ、その期間中、換気支援は
サーボ制御された人工呼吸器で行われる。
Description
5の2000年3月7日付け優先権ファイリングデータ
を主張する。
胞換気低下を伴う患者における適正な人工呼吸器の設定
値を決定するための、そしてそれら設定値で送出するた
めの方法および装置に関する。
全化学反射、肥満性低換気症候群、脊柱後側彎症、そし
て神経筋疾患といったこのような持続性肺胞低換気の患
者は、また、慢性の気流制限の患者の多くは、覚醒中は
適切な呼吸が行えるが、睡眠中には、特に、急速眼球運
動(レム)睡眠中に低換気になってしまうことがしばし
ばである。したがって、これらの患者は睡眠中に換気の
補助を必要とする。さらに、幾らかの患者は酸素吸入療
法を、特に睡眠中に必要とする。
段階において、特にレム睡眠段階において適正な換気を
確立すると同時に覚醒状態またはノンレム睡眠における
過剰な換気支援を避ける、正しい換気支援度を決定する
のは困難である。過度の支援は、声帯閉塞を伴う過剰換
気となって、ついには睡眠を破られるに至る虞がある。
同等の困難さは、補助酸素吸入療法の正しい量を選択す
ることにある。患者は、低換気の期間中は、他の期間中
よりも多くの補助酸素吸入を必要とするが、しかし過剰
な酸素吸入の治療は、有害もしくは不経済となり得るも
のである。
た換気量を送出するように設定された従量式人工呼吸器
は、換気不足の問題を大きく改善することができる。し
かしそれは、三つの新たな問題を生じる。
設定値を見出すために種々の換気量に関する実験をする
必要がある。粗い評価は、患者の体重、身長、年齢、性
別等に基づく第1成分(first principles)からなすこ
とができる。しかし、代謝率における違い、特に、肺の
ガス交換効率における違いは、非常に大きな誤差を招き
兼ねない。今日のプラクティスでは、そのような評価を
なすために専門家の医療経験が求められ、そして通常
は、選択された目標換気量が一晩テストされ、反復して
改善されていくことが必要である。
設定されているとき、殆どの患者にとって、患者は機械
によって正確に設定された速度と深さで呼吸できるだけ
なので不快である。
虞がある。人工呼吸器が僅かに過剰な換気量を与えるよ
うに設定されていると、被治療者は過剰換気になり、気
道閉塞になって非常に高い気道圧になってしまうであろ
う。あるいは、人工呼吸器が僅かに過少な換気量を与え
るように設定されていると、被治療者は空気飢餓感を覚
えるであろう。
は、吸気時には高い気道圧の設定値を与え、呼気時には
低い気道圧のもう一つの設定値を与える2値人工呼吸器
を用いることである。この装置は、患者の吸気流の検知
が、呼気圧から吸気圧への契機となるように設定され、
且つ患者の吸気流の休止が、呼気圧へ戻る契機となるよ
うに設定されるのが代表的である。バックアップ率(ba
ckup rate)は、患者が所定期間内に呼吸努力をしない
場合のために設けられている。
策である。第1に、患者がノンレム睡眠中あるいは覚醒
中に過剰換気となることがなく、患者が例えばレム睡眠
中に十分に支援する補助の度合いを選択することは困難
である。我々は、代表的な患者が日中に最も快適に感じ
るような支援の度合いを測定し、その度合いが睡眠中の
十分な換気を提供する支援の度合いよりもずっと低いこ
と(to be much lessthan)を見出した。多くの患者で
は、睡眠中に求められる支援の度合いは、目が覚めてい
る状態で患者へ送出されると、全く支援がないときより
も実際には不快に感じる。第2に、矩形状の圧力波形は
不快であり、正常な肺機能を有する患者には侵入的であ
る。第3に、患者が寝ている間に装置を経験的に設定す
ることが必要であり、そしてそのことは、適正な妥協点
を見出すために何度か繰り返しが行われるかもしれな
い。この手順は、高度に熟練したスタッフを必要とし、
非常に不経済である。
は、比例補助換気である。この方法を用いる装置は、患
者が幾らかの努力をしなければならないので、そしてそ
れは装置によって増幅されるので、必然的に過剰換気を
避けるように、より快適な圧力波形を提供しようとす
る。残念ながら、この方法は、睡眠時における化学反射
が欠落しているか、あるいは幾分欠陥のある患者の場合
には機能しないであろう。この問題は、オンディーンの
呪いか肥満性低換気症候群の人々に存し、あるいは努力
と結果との関連性が睡眠中に劇的に低下する人々、例え
ば、補助的筋肉の活動が睡眠中に完全に失われてしまう
神経筋疾患の患者に存する。この問題は、化学反射の異
常コントロールがある場合のレム睡眠中には非常に広範
な患者においても見受けられ、また、たとえ正常な被験
者であっても生じる。
覚めているときよりもむしろ眠っているときに支援を必
要とする患者の問題に対して部分的に向けられている。
医師は、目標分時換気量を特定し、そして装置は、その
特定された分時換気量を平均して送出すべく十分な支援
を供給する。患者が目覚めていて多大な自発的努力を行
っている間は、装置が提供する支援はゼロである。しか
し、睡眠中は必要な支援を提供するであろう。サーボ人
工呼吸器のさらなる改良点は、滑らかな圧力の波形テン
プレートと、抵抗性のあるアンローディング(resistiv
e unloading)と、必要ならば患者が目標の換気よりも
大きく呼吸できるような低いソースインピーダンス(so
urce impedance)との特徴を含んでおり、覚醒状態にお
いて快適となるように選択された最小の支援度合いが、
共通所有の国際公開WO98/12965号公報に教示
されている。
ックアップ呼吸数のいずれか一方と、目標の換気の特定
化を必要とする。さらに、患者において必要な付加され
た補助酸素吸入においては、付加された酸素の量を特定
することも必要である。最後に、上述のアプローチを用
いるに際して、装置が不正確に較正されていると、選択
された分時換気量とは異なる分時換気量を送出するであ
ろう。
な人工呼吸器設定値および補助酸素流速を、被治療者に
なされる日中の測定および観察により決定することを許
容する点にある。
って較正されている場合でも、選択された設定値での送
出を許容する点にある。
以下の詳細な説明を考慮することによって明らかとなる
であろう。
目的換気量及び/又は呼吸数のような、人工呼吸器の設
定値を決定するための方法および装置を含んでいる。学
習期間中に、患者が好適にリラックスし且つ覚醒した状
態で、分時換気量を含めた呼吸特性ないし換気特性、選
択的には、動脈ヘモグロビン酸素飽和度のような血液ガ
ス飽和度、そして呼吸数が、人工呼吸器によって測定さ
れる。そしてこれらの測定値は、患者の睡眠中に使用す
るための人工呼吸器設定値を決定するために用いられ
る。好適な形態においては、装置は、目標換気量や呼吸
数を学習期間中にまたはその期間の終わりに自動的に算
出し、記憶し、そして学習期間に引き続いて行われる治
療のときにこれらの設定値を適用する。
学習期間全体にわたってとられた平均換気量の、ある固
定された割合として算出される。あるいは、換気量の目
的値は、学習期間の最初の部分から、リラックスしてい
ない状態での呼吸努力からの換気量測定値を除去するた
めに、学習期間の後半の部分にわたってとった平均換気
量に対する、ある固定された割合としてもよい。さらに
別の例では、換気量の目的値は、学習期間中になされた
自発換気と酸素飽和との測定値のグラフから決定され
る。この方法において、目標換気量は、所望の動脈酸素
飽和レベルを達成する平均の換気量に対して固定された
分数としてもよい。
期間2と処置期間4とを含んでいる。学習期間2中は、
目標換気量VTGTのように、人口呼吸器の設定値が決
定される(ステップ8)。この決定は、例えば、患者が
目を覚ましているときに取られた換気量の測定(ステッ
プ6)といった、患者の呼吸特性に基づいている。そし
て目標換気量は、患者の睡眠中に引き続き行われる処置
期間4の間に用いられる。一般的な適用においては、学
習期間2は患者が覚醒している日中であり、処置期間4
は患者が眠っている夜間である。しかし、より一般的に
は、学習期間2は、患者が静かに目覚めている期間であ
ればいつでもよく、また処置期間4(あるいは一般的に
は、期間)は、患者が覚醒中または睡眠中でも、あるい
はその組合せでもよく、昼でも夜でもよい。
めている学習期間2を考えて下さい。患者は、例えば、
テレビを見ているが安静にしていることによって、なる
べくなら呼吸から意識がそれている。一般的には、学習
期間は、1時間またはそれ以上我慢している状態になる
であろう。しかし、実際にはそれよりも短いこともあ
る。学習期間2中、被治療者は、睡眠中の使用のために
選ばれたノーズマスクまたはフェイスマスク、あるいは
他の適当なインターフェースを介して、図4の装置のよ
うなサーボ人工呼吸器から息をする。この学習期間2
中、人口呼吸のサーボ制御は機能しないようにされ、装
置は、固定された最小限の支援度(圧力変調振幅)A
MINで、患者が快適に感じるように選択された一般的
には6cmH2Oで送出するように設定される。
ップ6)。図2に示すように、酸素飽和度のレベルは、
酸素濃度計で任意に測定され(ステップ16)てもよ
い。睡眠中に用いるための目標換気量は、換気量の測定
および任意の酸素飽和度の測定に基づいて選択ないし決
定される(ステップ8)。このように目標換気量は、例
えば、周知である十分な換気量測定値にちょうどなるよ
うに設定されてもよい。学習期間中、その期間を通して
患者が完全にリラックスして覚醒しているならば、そし
て呼吸していることに気付いていないならば、換気量
は、覚醒状態において明白に十分である値に、あるい
は、少なくとも処置を伴わない睡眠中であるときよりも
実質的に良好な値であって、したがって睡眠中の処置に
十分である値に設定れるであろう。
き、目標換気量は、換気量を送出する人工呼吸器によっ
て用いられる。人工呼吸器は、ステップ10で睡眠中の
患者の換気量を測定するであろう。そして人工呼吸器
は、ステップ12で、送出される換気量が少なくとも目
標換気量に等しくなるように圧力振幅を導き出すであろ
う。そしてステップ14で、圧力振幅の機能として、マ
スク圧は算出されて患者へと送出される。そして人工呼
吸器は、実際の換気を、少なくとも目標換気量に等しく
維持するであろう。任意的には、目標呼吸数は、学習期
間中に決定された値に設定されてもよい。なるべくな
ら、これは学習期間の後半75%の期間中における平均
呼吸数である。
よび任意に呼吸数)が、特定の患者にとって適切である
ことが明白に知られていることである。第2の利点は、
装置による換気量の測定における如何なる誤差も取り消
され、そして装置は、患者の自発的な覚醒時換気量の少
なくとも選択された分数を保証することである。
は、学習期間全体における平均分時換気量に対する固定
されたパーセンテージとして取られる目標分時換気量で
ある。一般的には、このパーセンテージは、睡眠中には
代謝率が低下するという事実を考慮すれば90%となる
であろう。好適な実施例においては、上述の計算は装置
自身でなされる。この方法の根底にある原則は、換気の
主たる異常が睡眠に限定されており、被治療者が、覚醒
中には比較的正常な動脈の二酸化炭素分圧を平均して有
していることにある。分時換気量と動脈の二酸化炭素と
の関係は、平均からの小さな離脱にわたってほぼ線形で
あり、平均換気の覚醒状態は、覚醒時の二酸化炭素の平
均分圧を保証するであろう。
実に高い二酸化炭素の圧力を有するが、もし夜間上昇が
防止されるならば、被治療者は、徐々に、何日かかけ
て、彼または彼女の呼吸制御器をより正常な設定値に再
設定するであろう。そしてそれは、日中の学習手順を繰
り返すのに適当になり、且つ約1週間から2週間の治療
の後に新しい目標換気量を決定するのに適当になり、こ
の再設定の利点を取るのに適当になる。
二酸化炭素分圧の測定から、処置期間中に用いるための
最終目標換気量と、所望の最終的な覚醒時日中の二酸化
炭素分圧とを、そして、先行する学習期間から現在目標
換気量を算出することは可能である。死腔を一回換気量
率に変えるのを無視する(ignoring changing dead spa
ce to tidal volume ratio)単純計算は、最終目標換気
量=現在目標換気量×現在の覚醒時動脈二酸化炭素分圧
÷最終的所望の覚醒時動脈二酸化炭素分圧、となる。し
かし、処置期間内にこの最終目標換気量をただちに適用
することは、睡眠中にアルカローシスや声帯閉塞に至り
得る。このことは、上気道閉塞を引き起こすことで治療
の有効性を損うであろう。
治療を開始した結果として、患者は彼または彼女の呼吸
に一般的には特に気付いているので、学習期間の第1の
部分が、代表的には20分であるが、捨てられる。こう
して、ステップ6および16からの測定値が第2の部分
の間に、好ましくは最後の40分もしくはそれ以上の間
にだけ記録される。
中にゆっくりした時間で大きな量で変化する場合に、例
えば、被治療者が最初は非常に心配していて、後に呼吸
が正常になり、最後に眠りに入って非飽和になるなら
ば、有用である。この状況に向けるために、自発的呼吸
の測定と共に酸素飽和度の測定が酸素濃度計で行われ
る。学習期間の最後で、酸素飽和度と自発呼吸との関係
のグラフが描かれる。そして、このグラフを用いて、目
標分時換気量は、所望の動脈酸素飽和度を平均して達成
する換気量の固定された分数(一般的には90%)とし
て取られる。
症候群の数人の被治療者が、学習期間中の短い期間で簡
単に眠りに入ることである。これらの短い期間中に被治
療者は換気量を低減させていき、非飽和状態になるであ
ろう。このようにして、この方法は、覚醒時飽和度が適
正である期間からのデータのみを使用することが意図さ
れている。
に、心配して過剰換気になっている。換気量は非常に高
いが飽和度の増大はさほど大きくない期間もまた、した
がって無視されるべきである。被治療者は学習期間中は
目覚めているので、彼らは落ち着かずにそわそわするで
あろうし、そのため酸素濃度計は人為的結果を示すこと
になる。したがって被治療者は、非常に快適にされるべ
きであり、リラックスしてできる限り静粛に安静に保つ
ことが求められる。
レイションによって製造された装置のような、優れた人
工的動作不感受性(movement artifact immunity)を備
えたパルス酸素濃度計である。しかし、患者の循環時間
および酸素濃度計内の処理時間のため、飽和における変
化が換気における変化に、一般には20〜30秒だけ遅
れる。さらに、肺および血液の酸素貯蔵能力のため、換
気における非常に短い変化(一般には10〜40秒より
短い)が、飽和度において僅かな、あるいは無の変化を
生じさせる。したがって換気量の測定は、予期した循環
時間と酸素濃度計の処理時間とを足した時間(例えば2
0〜30秒)だけ遅延させるべきであり、飽和度におけ
る変化を換気量における変化により良く関連させるため
に、体の酸素貯蔵能力による(例えば10〜40秒の時
定数で)飽和度の低域フィルタリングを補うべく、低域
フィルタリングされるべきである。
例えば、飽和度対換気量のグラフの周りのバラツキを最
小にする組合せを見出すために、遅延および時定数の予
期した範囲をサーチすべく最小二乗法を用いる非線形回
帰によって自動的に行われることができる。例えば、最
小二乗の手順は、
せることができる。
してSmaxおよびkは適合させた定数(fitted const
ants)である。しかし、指数曲線の使用に特別な物理的
意義はない。飽和度対換気量のグラフの実際の形状は非
常に複雑であり、また指数曲線は、適合させられる多数
の曲線のうちの一つに過ぎない。適合させた曲線の一つ
18が図3のグラフに表されている。
%であるが換気支援の目的が飽和度を90%以上に保つ
ことなので、所望の動脈酸素飽和度は90〜95%の範
囲内、例えば92%となるであろう。動脈酸素飽和度の
所望のレベルは、患者の臨床状態に関連して臨床医によ
って選択されることができる。その後は、好ましい形態
では、目標換気量が、上述の適合させた指数方程式から
自動的に算出されることがてきる。あるいは、所望の酸
素飽和度は、酸素飽和度対換気量のグラフの点検から選
択することができる。一般に、そのグラフは高換気量で
準平坦部分を含むであろうが、その部分では、換気量に
おいてさらに僅かな増大を生ずるが、過剰換気および低
炭酸ガス症の危険がある。また低換気量では睡眠部分を
含むであろうが、その部分での危険は、低酸素症と炭酸
ガス過剰症である。適当な所望飽和度は、平坦部飽和度
の2%下である。例えば、正常な肺を有する被治療者で
は、平坦部は97%で始まるであろうし、また換気量を
倍増しても飽和度は98%よりも高くはならないであろ
う。したがって、適当な所望飽和度は95%となるであ
ろう。肺疾患を持つ被治療者では、平坦部は、正常な被
治療者における場合よりも低い飽和度で始まるであろ
う。好ましい実施例では、所望の飽和度が定数Smax
よりも、例えば2%低くなるように自動的に算出され
る。これは図3に表されている。
和度に無視できるほどにゆっくりした変化があるケース
の場合には、飽和度対換気量のグラフに指数関数を適合
させることができないので有用ではない。適合させた曲
線に関する残留飽和度(saturation residuals)の標準
偏差が飽和度の単純平均に関する標準偏差のほぼ50%
よりも少なくない場合には、目標換気量は、第2実施例
の場合(例えば、学習期間の最初の15分を除く全期間
の平均換気量の90%)のように算出されるべきであ
る。
て、夜間に人工呼吸器の設定値を調整する必要なく、少
なくとも良好な第1の評価を出すであろう。しかし、上
述した実施例に関する潜在的な問題は、被治療者が学習
期の全期間にわたって安定した過剰換気または低換気に
なるかも知れないということである。したがって、幾ら
かの被治療者においては、夜間治療後の朝に、動脈のま
たは動脈血化された毛細血管の炭酸ガス濃度を測定する
ことによって、目標換気量が十分であったことを確認す
るのは好ましいかも知れない。そして、朝の動脈炭酸ガ
ス濃度が高すぎる場合には目標換気量を増大させ、朝の
動脈炭酸ガス濃度が低すぎる場合には目標換気量を減少
させる。学習期間中に維持された過剰換気または低換気
の結果に対する保護のもう一つのアプローチは、動脈の
血液ガスを測定すること、特に動脈のPCO2、pH、
そして学習期の最後の炭酸水素イオンを測定することで
ある。安定した被治療者では、pHは正常範囲内にな
り、そして、過剰換気または低換気の被治療者では、p
Hは変化するだろう。被治療者が安定して息をしている
ならば示すであろうPCO2を人が算出するのを許容す
る標準計算図表は、入手可能である。そして目標換気量
は、評価された安定PCO2に対する観測されたPCO
2の比が掛けられるべきである。
標換気量は、いずれも、代謝率の低減のために見込まれ
るならば、日中における、すなわち患者が目覚めている
間の適正な換気量は、夜間、すなわち患者の睡眠中でも
適正であるという仮定に基づいている。前に述べたよう
に、目標換気量を算出する臨床的方法はまた、例えば年
齢や身長、体重、性別、皮下脂肪厚など、そしてガス交
換効率(主に、一回換気量率への死腔、しかしV/Q分
布や動脈血−肺胞酸素分圧の勾配、肺拡散能力、スパイ
ロメトリー、臨床経験等々も)を用いることによって、
代謝率における変化に余裕をみておこうとする。本方法
は、患者の実際に必要な換気を、非常に直接的に測定す
るので、原則としてこれらの方法よりもさらに強力であ
る。それにもかかわらず、本方法と、他の方法のいかな
る組合せであってもその一つの組合せとの加重平均であ
る最終の目標換気量を出すことは可能である。例えば、
年齢や身長、体重、性別、肺胞死腔などのような患者評
価情報は、予測される目標換気量を算出するために用い
られる他のいかなる周知評価方法であろうとも、その一
つの方法と共に用いられるかもしれない。そして最終の
目標換気量が決定され、それは本方法と他の周知の評価
方法との加重平均である。あるいは、覚醒している学習
期間から算出された目標換気量が、エキスパートシステ
ム、例えばファジーエキスパートシステムへの一つの可
変入力として用いられてもよく、ファジーエキスパート
システムでは、他の可変入力は、一つもしくはそれ以上
の年齢、身長、体重、性別、疾病の重さおよび種類、ス
パイロメトリー、血液ガス、肺胞死腔および他の肺機能
の結果を含む。
わたって平均換気量を算出する。換気量の測定に(被治
療者の実際の正しい換気量に反して)ノイズがあると、
それは、トリムド平均(trimmed mean)や中央値のよう
に、中心傾向のより強い測定値を算出するのに有利であ
ろう。同様のコメントが、パルス酸素測定法によって測
定される呼吸数や動脈酸素飽和度のような他の測定値に
も当てはまる。
ても、十分な酸素投与および飽和度を維持するために、
酸素の補充を求める。これは、換気量と血流量との不適
合によるものである。そのような患者においては、学習
期間は、吸い込まれる酸素を一つもしくはそれ以上に異
なるレベルで、例えば21%、24%および28%で、
あるいは付加される酸素を一つもしくはそれ以上に異な
るレベルで、例えば0、2、および4L/minで繰り
返してもよい。このことは、三つの異なった目標換気量
を、それらに対応する三つの飽和度レベルで生ずること
になるだろう。医師は、それから一つの特定の補助酸素
レベルを選択し、それに対応する目標換気量を選択する
ことができる。一般に、このことは、実用可能な目標換
気量で十分な飽和度を許容する最も低い付加酸素のレベ
ルとなるだろう。人工呼吸器が、選択されたレベルの補
助酸素治療で送出される目標換気量に設定されるなら、
被治療者は十分な換気量がなお保証され、飽和度もまた
適切であり、換気量と血流量との不適合が睡眠中に大き
く悪化することはない。
図4に示されている。この装置は、「患者の必要とする
呼吸に適合する補助換気」と題されて共有されている国
際公開公報WO98/12965号(1997年9月2
3日出願の、米国特許出願番号08/935785号)
に、さらに詳細に記載されている。上述の出願は、参照
によってここに取り込まれている。一般に、その装置
は、可呼吸ガスを患者の気道へ制御可能な正圧で供給す
る。図4を参照すると、送風機20が、送出管22を経
て患者の気道へ連通するマスク21へ可呼吸ガスを供給
し、且つ排気口23を経て排出される。マスク21での
流量は、呼吸流量計24および差圧変換器25を用いて
測定される。そして、変換器25からのマスク流量信号
f(t)がマイクロプロセッサー26によってサンプリン
グされる。マスク圧は、圧力変換器28を用いてポート
27で測定される。そして、変換器28からの圧力信号
がマイクロプロセッサー26によってサンプリングされ
る。マイクロプロセッサー26は、瞬時マスク圧要求
(即ち、所望マスク圧)信号P(t)をサーボコントロー
ラ29へ送り、サーボコントローラは、送風機モータ3
0を制御するために、圧力要求信号を、変換器28から
の実際の圧力信号と比較する。マイクロプロセッサーの
設定値は、シリアルポート(図示せず)を介して調整す
ることができる。
管、または鼻枕(nasal pillows)、あるいは、空気送
出手段と患者の気道との間の密封連結をなす他の手段と
等価に置き換えられることは、理解されることである。
さらに、送風機20の代替品として、人工呼吸器は、空
気/酸素の混合物を含む可呼吸ガスの如何なる源も制御
可能な圧力で用いることができる。
信号および圧力信号を受け入れ、そしてこれらの信号か
ら、マスクと患者との間の如何なる漏れによる瞬時流量
も、適切な方法であれば如何なる方法によってでも決定
する。例えば、漏れのコンダクタンスは、瞬時マスク流
量として評価され、10秒の時定数で低域フィルタリン
グされ、同様に低域フィルタリングされた瞬時マスク圧
の平方根によって分割され、そして瞬時漏れ流量は、瞬
時マスク圧の平方根が掛けられたコンダクタンスとして
算出される。そして呼吸流量は、瞬時マスク流量−瞬時
漏れ流量として算出される。
る。
うに、あるいは心臓の前負荷または後負荷を軽減するよ
うに選択された所望の終わりの呼気圧であり、例えば5
cmH2Oであり、Rは、0かも知れないが、好ましく
は患者の実際の気道抵抗よりも低い何らかの値であり、
fは、例えばマスク内に呼吸流量計を用いて測定された
呼吸流量であり、例えば上述の共有されている国際公開
公報に述べられたような漏れの補正をするものであり、
Φは、患者の呼吸周期における位相であり、0と1との
間で循環的に変化するものとして取られ、0で吸気の開
始に相当し、0.5で呼気の開始に相当し、好ましくは
ファジー理論を用いて算出され、Π(Φ)は、圧力波形テ
ンプレートであり、図5に示されたものと同様に最初は
設定され、例えば余弦の立ち上がりとそれに続く指数関
数的減衰(真の指数関数的減衰のようにではなく、図5
の波形は、呼気の終わりまでに正確に0となり、次の息
の開始ではステップの切り替えがない)とを含み、そし
て、Aは、例えば、次のような切り取られた(clippe
d)積分制御を用いる圧力変調振幅(pressure modulati
on amplitude)である。
O毎L/min毎秒)であり、VTGTは所望の目標換
気量(例えば7.5L/min)であり、その積分は、
快適と安全のために選ばれたAMINとAMAX(例え
ば、3および20cmH2O)との間にわたるように切
り取られる。
るために、マイクロプロセッサー26は、「学習」モー
ドと「処置」モードとを実施するようにプログラムされ
ることができる。「学習」モード中、圧力変調振幅A
は、非常に低い値に設定され、患者が目の覚めている間
は快適に感じるのに十分なように選択されるが、呼吸作
用の全てをなすには十分でない。全ての被治療者におい
て、3cmH2Oの振幅は十分なものであろう。しか
し、正確な値は重要なものでない。非常に高い呼吸作用
を持っている幾らかの被治療者においては、必要ならば
もっと大きな値を用いることができる。この学習モード
中、マイクロプロセッサー26は、目標換気量VTGT
の算出において使用するために、換気量データを例えば
SRAMまたはEEPROM内に格納してもよい。選択
的には、マイクロプロセッサー16は、パルス酸素濃度
計21からか、あるいはこの算出のための他の同様の装
置からの、動脈血ヘモグロビン酸素飽和度データも格納
することができる。このモードの最後に、マイクロプロ
セッサー26は目標換気量を自動的に算出し、且つ自動
的に、この目標換気量を引き続き用いるために格納す
る。「処置」モードでその装置で行われる次の治療の
間、圧力変調振幅は、換気量を、「学習」モードで決定
された目標換気量に等しくなるように或いは超えるよう
に、サーボ制御するために自動的に調整される。
ードを一つの装置に組み込むのと同時に、種々の単純化
が可能である。例えば、学習期間中の換気量測定に用い
られる装置は、引き続いて患者を処置するために用いる
装置とは異なってもよい。この場合、目標換気量は手動
で或いはアナログ電子装置を用いて算出することがで
き、その目標換気量は格納されてもよく、及び/又は処
置期間中に用いられるもう一つの人工呼吸器へ手動で送
られてもよい。
か、或いは先に述べたように医師により手動で正しく決
定された設定値を使用していて装置が「処置」モードに
あることが確実でないかぎり、装置は、付添いのない状
態での使用では患者へ勝手に送出されるべきでないのが
望ましい。したがって、好適な形態では、発明を具体化
する装置は、上で詳述した「学習」および「処置」のモ
ードに、装置が作動しない不作動モードを加えて三つの
モードを有している。送出されることに関する省略状態
は不作動モードである。例えばシリアルポートを経てマ
イクロプロセッサーへ命令を送ることによって、三つの
モードのどれであっても、医師によって正しく設定され
る。しかし、不注意に「学習」モードのままにされてい
ると、起動(power-up)すると自動的に「不作動」モー
ドに切り替わる。
1時間というような特定の時間的な長さの間を「学習」
モードに維持するようにプログラムされてもよく、そし
てマイクロプロセッサーは、前記時間の呼気作用時に、
例えばシリアルポートか他の入力/出力装置を介して、
上述の自動的方法のいずれかを用いる学習期間中に決定
された設定値を医師に知らせるであろう。そして医師
は、これらの設定値を承諾するか編集するかを促され、
承諾または編集の後、装置は、承諾または編集された設
定値で自動的に「処置」モードに切り替わる。
された換気量は分時換気量であり、そして算出された目
標換気量は、図4に示して説明したように、ファジー位
相検出および抵抗性のあるアンローディング(resistiv
e unloading)でサーボ人工呼吸器で用いるように意図
されている。しかし、一般的な方法は、簡単なサーボ人
工呼吸器に同様に適用可能である。さらに、測定された
換気量が一回換気量であるならば、そして算出された量
が目標一回換気量であるならば、制御された装置は、量
がサイクル化された人工呼吸器である。
脊柱後側彎症、神経筋疾患、肥満性低換気症候群、そし
て慢性の気流制限を含む広範な種々の呼吸障害を有する
9人の被治療者についてテストされた。この実施例にお
いては、呼吸の療法士は、飽和度対換気量のグラフから
目視で目標換気量を判断した。全てのケースにおいて、
一晩中の酸素測定と、経皮的PCO2と、そして朝の血
液ガスとが睡眠ポリグラフを用いて評価されたように、
被治療者は、その分野において熟練した専門家の呼吸の
療法士によって手動で滴定された標準の二レベル(bi-l
evel)療法を用いて彼らが処置された別の夜に行ったの
と同等もしくはそれよりも良好に眠り、且つ呼吸した。
目標換気量もまた、各学習期間の後半40分間の平均換
気量の90%として算出された。分時換気量のみから自
動的に算出された目標換気量と、飽和度対換気量のグラ
フから目視で判断された目標換気量との間には97%の
相関関係があり、殆どの被治療者においては飽和度を測
定する必要のないことを証明している。
が、これらの実施例は、発明の原理の適用を単に示すに
過ぎないことが理解されるべきである。発明のこれら例
証的実施例においては多数の変形がなされるかも知れな
いし、また、他の構成が本発明の精神および範囲から逸
脱することなく改変されるかも知れない。
ローチャートである。
施例のためのフローチャートである。
示された飽和度と換気量とのグラフである。
ある。
ートであって、位相の関数としてマスク圧の一成分を特
定する振幅が掛けられ関数Π(Φ)を示している。
Claims (49)
- 【請求項1】 睡眠中に用いられるための人工呼吸器の
少なくとも一つの設定値を決定するための方法であっ
て、 患者が目覚めていると同時に学習期間中の少なくとも後
側部分にある間に、患者の少なくとも一つの呼吸特性を
測定するステップと、 引き続く睡眠の処置期間中に上記人工呼吸器の作動に用
いるために、上記少なくとも一つの呼吸特性から少なく
とも一つの設定値を決定するステップとを含んでいる、
方法。 - 【請求項2】 上記少なくとも一つの呼吸特性は、換気
量の測定値である、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 少なくとも一つの設定値は目標換気量で
ある、請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 上記換気量の測定値は平均分時換気量で
ある、請求項3記載の方法。 - 【請求項5】 上記目標換気量は目標分時換気量であ
る、請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 上記目標分時換気量は上記平均分時換気
量の関数である、請求項5記載の方法。 - 【請求項7】 上記関数は固定比率である、請求項6記
載の方法。 - 【請求項8】 上記固定比率は約90%である、請求項
7記載の方法。 - 【請求項9】 上記換気量の測定値は一回換気量の換気
量である、請求項2記載の方法。 - 【請求項10】 上記目標換気量は一回換気量の換気量
である、請求項9記載の方法。 - 【請求項11】 もう一つの上記呼吸特性は、動脈ヘモ
グロビン酸素飽和度である、請求項2記載の方法。 - 【請求項12】 少なくとも一つの設定値は、上記酸素
飽和度と上記換気量の平均値との間の関係から算出され
る、請求項11記載の方法。 - 【請求項13】 上記換気量の平均値は分時換気量であ
る、請求項12記載の方法。 - 【請求項14】 処置期間中に、少なくとも一つの設定
値に従って換気支援を送出するステップをさらに含む、
請求項3記載の方法。 - 【請求項15】 上記学習期間中に患者へ換気支援の度
合いを送出するステップをさらに含み、該換気支援の度
合いは固定最小値に設定される、請求項1記載の方法。 - 【請求項16】 上記換気支援は補助酸素吸入の固定レ
ベルを含んでおり、上記ステップは、上記換気支援の度
合いが、先行する学習期間とは異なる固定最小値に設定
された状態で引き続く学習期間において繰り返され、且
つ上記換気支援は、該先行する学習期間とは異なる補助
酸素吸入の固定レベルを含んでいる、請求項15記載の
方法。 - 【請求項17】 予測される目標換気量を決定するため
に、患者評価情報を分析するステップをさらに含み、上
記設定値は、上記予測される目標換気量と、上記換気量
の測定値から導き出された第2目標換気量とから算出さ
れる加重平均である、請求項3記載の方法。 - 【請求項18】 少なくとも一つの設定値が、上記換気
量の測定値から導き出された目標換気量と患者評価情報
とを含む変数が入力されたファジーエキスパートシステ
ムを介して導き出される、請求項2記載の方法。 - 【請求項19】 上記少なくとも一つの呼吸特性は、呼
吸数の測定値である、請求項1記載の方法。 - 【請求項20】 少なくとも一つの設定値が目標呼吸数
である、請求項19記載の方法。 - 【請求項21】 上記呼吸数の測定値が平均呼吸数であ
る、請求項20記載の方法。 - 【請求項22】 上記平均呼吸数は、学習期間の後側約
75%の期間にわたって平均される、請求項21記載の
方法。 - 【請求項23】 上記少なくとも一つの呼吸特性は、動
脈の二酸化炭素分圧の測定値である、請求項1記載の方
法。 - 【請求項24】 少なくとも一つの設定値が、現在目標
換気量と上記動脈の二酸化炭素分圧の測定値との積を所
望の動脈の二酸化炭素分圧で割った、目標換気量であ
る、請求項23記載の方法。 - 【請求項25】 少なくとも一つの呼吸特性を測定する
上記ステップが、自発的換気量の測定値と動脈の酸素飽
和度の測定値との導出を含んでいる、請求項3記載の方
法。 - 【請求項26】 設定値を決定する上記ステップが、上
記自発的換気量の測定値と動脈の酸素飽和度の測定値と
のグラフの分析を含んでいる、請求項25記載の方法。 - 【請求項27】 上記グラフは、最小二乗法非線形回帰
を用いて上記自発換気の測定値と動脈酸素飽和度の測定
値とから導き出される固定曲線を含んでいる、請求項2
6記載の方法。 - 【請求項28】 上記曲線は指数関数である、請求項2
7記載の方法。 - 【請求項29】 設定値を決定する上記ステップが、上
記自発換気の測定値と動脈酸素飽和度の測定値への関数
の適用を含んでおり、該関数は、最小二乗法を用いる非
線形回帰で導き出される、請求項25記載の方法。 - 【請求項30】 上記関数は指数曲線の式である、請求
項29記載の方法。 - 【請求項31】 上記自発換気の測定値は、上記動脈酸
素飽和度における変化を上記自発換気の測定値における
変化と関連させるように、遅延させられ且つ低域フィル
タリングされる、請求項25記載の方法。 - 【請求項32】 換気支援を患者へ送出する手段と、 患者の呼吸気流を決定する手段と、 上記呼吸気流から換気量の測定値を算出する手段と、そ
して、上記換気量の測定値を少なくとも目標換気量に等
しく維持するように、上記換気支援を制御する手段とを
備えた人工呼吸器であって、 学習モードと処置モードとの間で切り替えが可能であ
り、上記学習モードから学習期間に基づく目標換気量を
自動的に算出し、且つ上記処置モードにおいて、該学習
モードから算出された該目標換気量を用いて換気支援を
送出する、人工呼吸器。 - 【請求項33】 処置モードまたは学習モードにおいて
上記人工呼吸器が作動するのを防止する不作動モードへ
切り替えが可能である、請求項32記載の人工呼吸器。 - 【請求項34】 動力源が循環して入り切りされると、
上記人工呼吸器は、その入り切りの前にその人工呼吸器
が学習モードになかった場合に限り、その作動モードに
とどまり、学習モードにあった場合には、不作動モード
に切り替わる、請求項33記載の人工呼吸器。 - 【請求項35】 上記人工呼吸器は、上記学習モードか
ら算出された人工呼吸器の設定値を修正するための或い
は受け入れるための外部入力を、上記処置モードに先行
して許容する、請求項32記載の人工呼吸器。 - 【請求項36】 上記人工呼吸器は、上記学習モードの
終結を知らせる、請求項35記載の人工呼吸器。 - 【請求項37】 上記換気量の測定値は、上記学習期間
の後側部分にわたって取られた平均分時換気量であり、
且つ上記学習モードから算出された上記目標換気量は、
該平均分時換気量の固定比率である、請求項32記載の
人工呼吸器。 - 【請求項38】 上記処置モードにおいて、目標呼吸数
は、上記学習モードの上記学習期間中に測定された呼吸
数から設定される、請求項32記載の人工呼吸器。 - 【請求項39】 マスクと、 加圧空気を上記マスクへ供給する送風機と、 上記送風機に連結されたサーボ制御器と、 上記マスクへ供給された空気を表す流れ信号を発生する
変換器と、そして、 上記変換器と上記サーボ制御器とに連結されて命令を実
行するプロセッサーとを備え、 上記命令は、切り替え可能な学習モードと処置モードと
を実行し、これらのモードにおいて上記プロセッサー
は、 学習モードにおける学習期間中に上記流れ信号から換気
量の測定値を算出し、そして、 処置モードでの使用のため、上記測定された換気量の関
数として目標換気量を算出し、 上記マスクへの上記加圧空気の送出を制御するように、
処置モード中の圧力要求を算出し、換気支援の度合い
は、患者の換気を、上記学習モードから決定された目標
換気量に少なくとも等しく維持する、人工呼吸の設定値
を決めるための装置。 - 【請求項40】 上記測定された換気量は平均分時換気
量であり、且つ上記目標換気量は目標分時換気量であ
る、請求項39記載の装置。 - 【請求項41】 上記関数は、約90%の固定比率であ
る、請求項40記載の装置。 - 【請求項42】 上記換気量の測定値は一回換気量の換
気量であり、且つ上記目標換気量は一回換気量である、
請求項39記載の装置。 - 【請求項43】 上記命令は、上記プロセッサーに、上
記学習期間中の換気支援を固定された最小の度合いに送
出するよう制御させる、請求項39記載の装置。 - 【請求項44】 上記プロセッサーに連結された酸素濃
度計をさらに備えており、上記命令は、上記プロセッサ
ーに、該酸素濃度計を用いて上記学習期間中に血液酸素
飽和度をさらに測定させ、上記関数が上記血液酸素飽和
度の測定値と上記換気量の測定値との間の関係である、
請求項39記載の装置。 - 【請求項45】 上記命令は、上記プロセッサーに、予
測される目標換気量を決定するためにさらに患者評価情
報を処理させ、且つ上記関数は、該予測される目標換気
量と、上記換気量の測定値から導き出される第2の目標
換気量との加重平均である、請求項39記載の装置。 - 【請求項46】 請求項39記載の装置であって、上記
命令は、上記プロセッサーに、該装置が処置モードまた
は学習モードで作動するのを防止するように、さらに不
作動モードを実施させる、装置。 - 【請求項47】 請求項46記載の装置であって、上記
プロセッサーに連結された入力デバイスをさらに備えて
おり、該装置を上記処置モードと、上記学習モードおよ
び上記不作動モードとの間で切り替えるための信号を受
ける、装置。 - 【請求項48】 請求項47記載の装置であって、上記
命令は、学習モードで動力源が切られた後に入れられる
と、上記プロセッサーに、上記不作動モードをさらに実
行させる、装置。 - 【請求項49】 上記命令は、上記目標換気量または上
記学習モードに基づいて算出された他の設定値を、上記
処置モード中に該目標換気量または他の設定値を用いる
前に、変更または許諾するために、上記プロセッサーに
外部入力をさらに許容させる、請求項39記載の装置。
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