JP2003532442A - 呼吸分析用波形インタプリタ - Google Patents

呼吸分析用波形インタプリタ

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JP2003532442A
JP2003532442A JP2001501168A JP2001501168A JP2003532442A JP 2003532442 A JP2003532442 A JP 2003532442A JP 2001501168 A JP2001501168 A JP 2001501168A JP 2001501168 A JP2001501168 A JP 2001501168A JP 2003532442 A JP2003532442 A JP 2003532442A
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カーレバチ，エフライム
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オリディオン メディカル リミティド
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Abstract

(57)【要約】 二酸化炭素センサーによって測定された呼吸波形の分析を実行し、この分析の結果を解釈し、患者の呼吸状態について又は患者に対し提供された呼吸動作支援手段の適切性についての診断情報をオペレータに対し出力するカプノグラフ。該計器は、患者の呼吸の波形の特徴である複数のパラメータを、そのメモリ内に記憶された正常な波形から期待されるこれらのパラメータの値の内部ライブラリと比較する。これらのパラメータは、時間領域内の波形の特定の特徴に関するものであってもよいし、又は周波数領域内の波形のスペクトル成分を特徴づけるものであってもよい。ＰａＣＯ2からのＥｔＣＯ2の値の偏差を指示するために、カプノグラフ波形分析をさらなる非侵襲的測定と組合わせることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 〔発明の分野〕 本発明は、一般にカプノグラフィの分野、特にカプノグラフィ測定において得
られた波形を分析し解釈することによる呼吸状態の決定のための機器及び方法に
関する。 〔発明の背景〕 当該技術において周知のように、カプノグラフィは、呼気及び吸気中の二酸化
炭素ＣＯ2レベルの測定である。カプノグラフィ測定から得られた情報は、一般
に、時間の関数として患者の呼気中のＣＯ2分圧を表わす一連の波形として、カ
プノグラフィの表示装置上に提示される。この情報は高速で表示可能であり、そ
の場合には、各呼吸の微細部を評価することができる。あるいは低速表示もでき
、その場合には、吐き出されたＣＯ2（ＥｔＣＯ2）の終末呼気値のトレンドを評
価することができる。
【０００２】 臨床医は、患者の呼吸状態を評価するためにカプノグラフィを使用する。波形
の形状及び傾向により、呼吸停止及びシャントを迅速に診断でき、又その他の全
範囲の呼吸の問題点及び状態を見極めることができる。その他の測定値と合わせ
て、肺血流量、塞栓症及び心臓停止も評価できる。カプノグラフィは、安全な挿
管処置及び全身麻酔並びに正しい換気管理の両方にとって必須条件であるとみな
されている。その上、最近提案された規準では、ちょっとした美容外科処置又は
小児歯科手術又はＭＲＩのような画像化手順の実施のための小児鎮静といった単
純な日常的状況でさえ、鎮静状態において患者にカプノグラフモニタリングを使
用することが義務づけられる予定である。
【０００３】 現在までのところ、カプノグラフ波形の解決は一般に呼吸器専門家又は麻酔医
によって実施されてきた。このような職員は、カプノグラフのモニタースクリー
ン上の波形の検査から精確な診断を実施することができるための充分な経験をも
つ。しかしながら、その他の分野の医療専門家及び救急業務環境における医療補
助職員の両者によるカプノグラフィの使用が増大するにつれて、カプノグラフオ
ペレータは、波形グラフを観察することにより患者の呼吸条件を常に安全に診断
することができるわけではなくなっている。波形は、標準的には、各々が単独で
取上げられたとき異なる１つの状態を示すことができ、かつそれらを組合わせる
とさらに異なる状態を示し得る多数の異なるパラメータを有する。これらの状態
は、患者の生理的状態だけでなく、呼吸支援器具の正しい作動及び取り付けにも
関するものである。
【０００４】 従って、モニタースクリーン上のカプノグラフ波形とトレンドの表示以上に、
カプノグラフオペレータのための診断上の支援を提供する機器に対する大きなニ
ーズが存在する。 〔発明の要約〕 本発明は、二酸化炭素センサーによって測定された呼吸（breath）波形の分析
を実施し、この分析結果を解釈し、オペレータに対し患者の呼吸の臨床状態の想
定されるひとつの又は複数の診断を出力するか、又は患者の呼吸動作を補助する
のに使用されている換気機器の機能不良の可能性について知らせる新しいカプノ
グラフィ計器を提供しようとするものである。
【０００５】 かくして、本発明の好ましい実施形態に従うと、患者の呼吸状態についての診
断情報又は患者に装着されている換気機器によって提供される呼吸動作支援手段
の適切さについての診断情報の形で、測定されたカプノグラフ波形の解釈をオペ
レータに提供するカプノグラフが提供される。該計器は、患者の呼吸の波形に特
徴的な複数のパラメータと、メモリ内に記憶された正常な波形から予想されるこ
れらのパラメータの値の内部ライブラリを比較することにより、この情報を提供
する。これらのパラメータは、時間領域の波形の特定の特徴に関するものであっ
てもよいし、又は周波数領域の波形のスペクトル成分を特徴づけするものであっ
てもよい。検出された差は、患者における呼吸機能不全の指示として、又は換気
機器の或いはそれの患者への接続の有効性尺度として解釈される。システムが示
唆する診断は、どの特定のパラメータが正常値から逸脱しているか又どれだけ逸
脱しているかにより左右される。本発明の好ましい実施形態に従うと、各波形に
ついて、波形の形状、周波数及び大きさを特徴づけする複数のパラメータが決定
され、正常な波形において期待されるこれらのパラメータの値と比較するために
計器のプロセッサユニットに対し値が入力される。
【０００６】 個々の波形の分析に加えて、パラメータ値の何らかの長期トレンドも検出され
、このようにして患者の臨床状態または患者に取り付けられている換気機器の性
能のいずれの結果としてであれ、患者の呼吸状態に発生している変化を指示する
。
【０００７】 同様に、本発明の好ましい実施形態に従うと、患者の臨床的呼吸状態の可能性
のある診断又は患者の換気機器の有効性を指示するためにカプノグラフ波形及び
波形トレンドの分析及び解釈を実施する方法も提供される。
【０００８】 カプノグラフ解釈の１つの有用な特長は、ＥｔＣＯ2の測定上のカプノグラフ
値から動脈中の二酸化炭素レベル（ＰａＣＯ2）の値を決定するという点にある
。ＰａＣＯ2の値がＥｔＣＯ2の値に近いか又はわずかな数mmHgだけ高いというこ
とが往々にして仮定されている。実際には、これは、肺活動の正常な灌流／換気
比を有する、呼吸器の健康状態がよい患者においてのみ言えることである。何ら
かの形の死腔換気をもつか又は灌流メカニズムの欠陥をもつ患者については、こ
れら２つの値は大幅に異なったものでありうる。重篤な呼吸不全、肺低灌流、肺
血栓塞栓症、全身性低灌流及び空気塞栓症といったような呼吸器疾患の大部分に
おいて、無効換気がひじょうに一般的であることから、ＥｔＣＯ2の測定値から
、ＰａＣＯ2の真の値を決定できる必要性は非常に高い。ＰａＣＯ2を決定する代
替的方法には、血液ガス分析といったような侵襲性の手順が関与する。
【０００９】 本発明のさらなる好ましい実施形態に従うと、患者の呼吸中の通常の二酸化炭
素分圧を測定すると同時に酸素分圧も測定するようなカプノグラフが提供される
。患者の呼気中の高い酸素レベルは、灌流欠損を示す。本発明のこの実施形態に
従うと、計器は灌流効率のこの指示を利用して二酸化炭素カプノグラフ値から得
られたＥｔＣＯ2値と、動脈内ＰａＣＯ2値の間の差異を指示する。
【００１０】 酸素利用の算定に加えて、ＥｔＣＯ2の測定値とＰａＣＯ2レベルの間の差異を
見積もるために換気された気体量を使用することができる。灌流シャント状態を
表わし得る低換気量は、ＥｔＣＯ2の測定値をＰａＣＯ2の値より低くさせる。本
発明のさらに好ましい実施形態に従うと、換気量の測定を内蔵しかつＰａＣＯ2
レベルからのＥｔＣＯ2の測定値のずれを指示するカプノグラフ測定計器が提供
される。換気量の測定は、本発明に従った計器内に内蔵された流量計センサーセ
クションから得ることができ、さらなる好ましい実施形態に従うと、遠隔測定か
ら得てＥｔＣＯ2の計算の中に取込むことができる。
【００１１】 本発明のさらにその他の好ましい実施形態に従うと、カプノグラフにより出力
された提案されている診断解釈を裏づけるべく上述の自動化されたカプノグラフ
の出力内にさらなる診断測定値を取込むこと、又はカプノグラフが提案する複数
の可能性から正しい診断を選択するために、より多くの情報をオペレータに提供
することも可能である。
【００１２】 本発明のさらなる好ましい実施形態に従うと、周波数領域内の波形の分析を用
いてこれらの機能を実行する、呼吸波形の自己解釈能力を内蔵したカプノグラフ
が提供される。患者が高周波換気を受けていて、心拍数がＨＦＶ周波数に近い周
波数までたまたま下降する場合にみられる、緩慢な拍動周波数の効果の結果とし
て起る死に至る可能性のあるゼロに近い又はゼロの呼吸ゾーンの存在といったよ
うな条件を検出する上で、このような計器が有効である。
【００１３】 さらに、処理が周波数領域内で実行されるとき、波形内で心臓性振動の高周波
数成分を検出するのが比較的容易である。
【００１４】 本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従うと、患者の呼吸波形の自動
解釈のための器具が提供される。
【００１５】 本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従うと、被検者から得られた少
なくとも１つの呼吸波形のコンピュータ解析により被検者の呼吸状態を診断する
器具が提供されている。
【００１６】 さらに、本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従って、呼吸波形がカ
プノグラフ分析装置から得られる、上述の通りの器具が提供されている。
【００１７】 本発明のさらなる好ましい実施形態に従うと、被検者と流体的に連絡した状態
にある呼吸レシーバ；呼吸レシーバに結合され被検者の呼吸動作を分析し少なく
とも１つの出力を提供するように作動する呼吸動作分析装置；及び呼吸動作分析
装置の少なくとも１つの出力に基づいて被検者の呼吸状態の指示を提供する呼吸
診断生成装置から成る、コンピュータ化された呼吸分析装置も提供される。
【００１８】 本発明のさらなる好ましい実施形態に従うと、被検者と流体的に連絡する呼吸
レシーバ；呼吸レシーバに結合され、被検者の呼吸動作を分析し、終末呼気二酸
化炭素分圧と被検者の動脈内二酸化炭素分圧の間の差を指示するように作動する
呼吸動作分析装置から成るコンピュータ化された呼吸分析装置が提供される。
【００１９】 本発明の好ましい実施形態に従うと、被検者と流体的に連絡する呼吸レシーバ
；呼吸レシーバに結合され、被検者の呼吸動作を分析し被検者の動脈内二酸化炭
素分圧を指示するように作動する呼吸動作分析装置から成るコンピュータ化され
た呼吸分析装置が提供される。
【００２０】 さらに、本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従うと、被検者の終末
呼気二酸化炭素分圧と動脈内二酸化炭素分圧の間の差の指示に基づいて被検者の
呼吸状態を指示する呼吸診断生成装置をも備える前記のコンピュータ化された呼
吸分析装置が提供される。
【００２１】 同様に、本発明のさらなる好ましい実施形態に従うと、被検者の動脈内二酸化
炭素分圧の指示に基づいて被検者の呼吸状態を指示する呼吸診断生成装置をも備
える、前記の呼吸分析装置も提供される。
【００２２】 本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従うと、呼吸動作分析装置がカ
プノグラフを含む、前記の装置が提供される。
【００２３】 本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従うと、呼吸動作分析装置が少
なくとも１つの呼吸波形の分析を実施する、前記の装置が提供される。
【００２４】 本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従うと、呼吸動作分析装置が周
波数領域内で作動する、前記の装置が提供される。
【００２５】 本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従うと、呼吸動作分析装置が、
被検者の呼吸状態の変化を検出するため前記呼吸波形の周波数スペクトルの変化
を分析する、前記の装置が提供される。
【００２６】 本発明のさらなる好ましい実施形態に従うと、呼吸動作分析装置が呼吸波形の
少なくとも一部分を少なくとも１つの基準と比較する、前記の装置も提供される
。
【００２７】 本発明のさらなる好ましい実施形態に従うと、被検者の呼吸状態の変化を検出
するため呼吸動作分析装置が呼吸波形の少なくとも一部分の経時的変動を分析す
る、前記の装置が提供される。
【００２８】 本発明の好ましい実施形態に従うと、呼吸診断生成用装置がカプノグラフィ測
定値に基づいて、さらに：呼吸動作流速測定値；呼吸動作量測定値；呼吸の中の
少なくとも１つのその他の気体の量の分析；脈拍数及び／又は酸素飽和レベルＳ
ｐＯ2のパルスオキシメトリ測定法による測定値；心拍出量測定値；体温測定値
；及び、ＥＣＧの測定値のうちの少なくとも１つのものの１つ以上の出力に基づ
いて、被検者の呼吸状態を指示する、前記の装置がさらに提供される。
【００２９】 さらに、本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従うと、被検者の呼吸
状態を指示するための装置において：被検者の呼吸中の二酸化炭素分圧の少なく
とも１つの時間依存波形を提供するガス分析装置；少なくとも１つの波形から誘
導されたデジタル化された信号のシーケンスを受信するための入力回路；その波
形の特性を特徴づける少なくとも１つのパラメータのために少なくとも１つの波
形を分析するための信号処理装置；正常な被検者から得られた波形の同一の特性
を特徴づける予め定められたパラメータと少なくとも１つのパラメータを比較す
るためのパラメータ比較器；及び、パラメータ比較器の出力に従って１つのメッ
セージを生成する診断生成装置から成る装置が提供される。
【００３０】 本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従うと、被検者の呼吸状態を指
示するための装置において、被検者の呼吸中の二酸化炭素分圧の複数の時系列化
された波形を提供するガス分析装置、複数の時系列波形から誘導されたデジタル
化された信号のシーケンスを受信するための入力回路、複数の時系列波形の少な
くとも１つのパラメータ内の経時的変化を決定するため、複数の時系列波形を分
析するための信号プロセッサ、複数の時系列化波形の少なくとも１つのパラメー
タの経時的変化を、既知の呼吸不全症患者の典型的な時系列波形の等価な前記少
なくとも１つのパラメータの予め定められた経時的変化と比較するためのトレン
ド分析ユニット、及び、トレンド分析ユニットの出力に従って１つのメッセージ
を生成する診断生成装置を含んで成る装置が提供される。
【００３１】 本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従うと、呼吸不全症が不充分な
換気から発生する前記の装置が提供される。
【００３２】 本発明のさらなる好ましい実施形態に従うと，気体分析装置がカプノグラフで
ある、以上のいずれかで記述された通りの器具も提供される。
【００３３】 本発明は、図面とともに行なう以下の詳細な説明からより完全に理解し認識さ
れることだろう。 〔好ましい実施形態の詳細な説明〕 ここで、本発明の好ましい実施形態に従って構築され作動する、被検者から得
たカプノグラフ波形を分析し解釈する能力をもつカプノグラフの構成部分の概略
的ブロック図である図１を参照する。患者の呼吸試料が、適切な断面１２をもつ
試料採取用試験管を用いてカプノグラフのガス分析装置セクション１４の中に引
き込まれる。複数の異なるタイプが当該技術分野においてすでに知られているガ
ス分析装置１４は、ＣＯ2含有量について患者の呼吸を分析し、好ましくは、連
続的な呼気の波形１５内のＣＯ2の瞬間的濃度レベルに対応する電子的出力信号
が生成される。
【００３４】 ガス分析装置セクションによって生成されたアナログＣＯ2波形信号は好まし
くは、従来のＡ/Ｄ変換器といったようなディジタイザ１６内に入力され、そこ
で、アナログ信号は好ましくは処理の便宜上一連のデジタルデータ列へと変換さ
れる。
【００３５】 波形データの分析は、信号処理ユニット１８内で実施される。信号処理ユニッ
ト１８は好ましくは、Intel ８０Ｘ８０ファミリーの１つのような汎用マイクロ
プロセッサ２０によって制御される。マイクロプロセシング回路構造は、当該技
術分野で周知のタイプのものであり、Ａ/Ｄ変換器からの入力データは、マイク
ロプロセッサ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び読取り専用メモリ（ＥＰ
ＲＯＭ）と連結するマイクロプロセッサバスにより受信される。ＥＰＲＯＭは、
好ましくは以下で記述するような分析方法に従ったマイクロプロセッサの動作を
制御するプログラムを含んでいる。ＲＡＭは、例えば６２６４チップであってよ
く又、ＥＰＲＯＭは２７Ｃ６４チップであり得る。信号プロセッサは、この計器
の波形分析装置、診断生成及び表示機能の全てを制御する。
【００３６】 デジタル波形信号は、まず最初に波形パラメータ抽出装置２２内に入力され、
ここで各波形の正確な形状が分析され、波形を特徴づけするパラメータが好まし
くは抽出される。波形パラメータ抽出装置２２内で抽出されたパラメータは、好
ましくは、パラメータ比較ユニット２４内に入力される１つのマトリックスとし
て記憶される。ここでこのマトリックスは、好ましくはパラメータ比較方法を用
いて、パラメータバンク２６内に基準セットとして記憶された正常な被検者から
得た標準的呼吸波形のパラメータマトリックスと比較される。何らかの異常が検
出された場合、入力された特定のパラメータセットについて考えられる診断の組
合せを示唆するメッセージが出力される。これらのメッセージは、好ましくは、
出力診断表示装置２８上でオペレータに対し表示される。
【００３７】 正常な被検者の単一波形との比較のため、単一波形の抽出された波形パラメー
タ全てのマトリックスを出力することに加えて、波形パラメータ抽出ユニット２
２は同様に、好ましくは、呼吸波形のシーケンスから得られたパラメータに対応
する連続的データストリームをも出力する。これらのパラメータの連続値は、好
ましくは記憶ユニット３２内に入力され、そして要求に基づき、選択されたパラ
メータのいずれかの値における何らかの長期トレンドが検出されるトレンド分析
ユニット３４内に入力される。あらゆる長期トレンドが、トレンド分析ユニット
３４の中で、異常な臨床又は機器の状態を表わす、トレンドバンク３６内に記憶
された所定のトレンドと、比較される。観察されたトレンドに何らかの異常が立
証されると、出力診断表示装置２８上にオペレータに対し情報メッセージが出力
されることになる。好ましくは、現在受け入れられている医療活動により緊急と
みなされている事態の開始を指示できる或る種の診断上の呼吸状態が、可聴又は
可視的警報２９をも起動させるような形で、カプノグラフをプログラミングする
ことも可能である。
【００３８】 ここで、その細部及び構成部分を示すため高速記録された、正常かつ健康な被
検者から得られた標準的カプノグラフ波形の例示である図２Ａを参照されたい。
吸気作用中、基線４０は、部分的再呼吸動作が存在するのでないかぎり、二酸化
炭素分圧ＰＣＯ2のゼロに近い値を示す。呼気の開始時４１でさえ、ＰＣＯ2は、
解剖学的死腔からのガスが気道から離れることから、ゼロ近くにとどまる。次に
カプノグラムは、肺胞ガスが死腔ガスと混合するにつれて、肺胞平坦部（alveol
ar plateau）４４に達するまで急激に上昇４２する。この肺胞平坦部４４は、Ｐ
ＣＯ2の値が平坦部全体にわたり終末呼気値ＥｔＣＯ2まで漸進的に上昇している
状態で、呼気段階４６の終わりまで維持される。これは、吸気段階の開始時に起
こり、その間ＰＣＯ2の値は、そのほぼゼロの値４０に戻る急激な下降４８を示
す。吸気段階の終わりでのＰＣＯ2のゼロに近い値は、最終吸気値ＦｉＣＯ2とし
て知られている。
【００３９】 肺胞上昇（alveolar rise)４２と肺胞平坦部４４の間の角度は、アルファ角α
として知られ、通常は約１００°〜約１１０°の間の範囲内にある。角度αはま
ず第１に、当該技術分野において周知であるように、肺のＶ/Ｑ（換気／灌流）
状態によって決定される。慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）又はぜん息の場合のよ
うな気道の閉塞を患う患者は、増大したアルファ角を有する。かくしてアルファ
角は、患者の全体的な肺の状態を最初に評価するために広く用いられるパラメー
タである。
【００４０】 患者の全体的な肺の状態を決定するために使用可能な１つの代替的パラメータ
は、ＰＣＯ2の全体的上昇率である。これは、波形において到達したＰＣＯ2の最
大値を呼気開始からＰＣＯ2の最大値に達するまでの時間で割算することにより
決定される。終端の影響を避けるために、一般的にはＰＣＯ2値の１０％及び９
０％ポイントが計算のために使用される。
【００４１】 肺胞平坦部４４とカプノグラムの下降脚部４８の間のほぼ９０°の角度は、ベ
ータ角βとして知られている。ベータ角は、再呼吸動作の度合いが増大するにつ
れて増大する。波形のさまざまな部分は、当該技術分野において周知のとおり、
波形の段階、つまり肺胞上昇段階Ｉ，肺胞平坦部段階ＩＩ，及び吸気下降、段階
ＩＩＩとして知られている。
【００４２】 図２Ｂは、存在する任意の長期トレンドを決定するべく多数の呼吸全体にわた
り低速でプロットされたＰＣＯ2の値のトレースである。一般に、走査速度が低
速であることから、かかるプロットから典型的に見られる唯一の関連性ある特徴
は、プロットされた連続的波形のピーク５０として図２Ｂに示されるＥｔＣＯ2
の値である。正常な患者のカプノグラムから期待されるように、図２Ｂは、Ｅｔ
ＣＯ2の基本的に一定の長期間にわたる値を示す。
【００４３】 ＥｔＣＯ2がアナログ記録式カプノグラフのモニタースクリーン上に一般に表
示された標準的長期間トレースであることから、図２Ｂに示されているようなＥ
ｔＣＯ2の長期間プロットは特に、長期呼吸評価のために当該技術分野において
一般的に使用されている。このような理由から、本明細書に記載する好ましい実
施形態及び例においては、ＥｔＣＯ2の値が、長期トレンドについて調査される
パラメータとして選択されている。ただし、本発明に従ったカプノグラフは、波
形に対するデジタル信号処理を実施することから、パラメータＥｔＣＯ2は、波
形を特徴づけるその他の選択されたどのパラメータより好んで使用されるという
ものではない。
【００４４】 図２Ａに例示する正常な波形の形状及び図２ＢにプロットされたＥｔＣＯ2レ
ベルによって、波形を特徴づける一組のパラメータセットを選ぶことができ、又
異常な波形との量的比較ができる。
【００４５】 本発明の１つの好ましい実施形態に従うと、分析に使用されるパラメータは以
下のようなものである。 アルファ角 α、 ベータ角 β、 終末呼気レベル ＥｔＣＯ2、 最終吸気値 ＦｉＣＯ2、 分あたりの呼吸数である呼吸速度 ｆ、及び ＰＣＯ2の全体的上昇率 Ｒ。
【００４６】 各診断について、又は必要とされる診断に達するためにシステムが使用する各
々のプログラミングされた手順について、上述のパラメータセットの全てを必ず
しも使用する必要はないということがわかる。本発明の異なる好適実施形態は上
述のパラメータの一部又は全てを使用することができる。
【００４７】 さらに又、上述のパラメータセットがカプノグラフ波形を特徴づけするための
複数の可能性のうちの１つしか含んでいないということもわかる。従って本発明
は、この明確なパラメータセットを使用する本書に記載した好ましい実施形態に
制限されるものではなく、異なるパラメータで実現することも等しく充分可能で
ある。
【００４８】 ここで、さまざまな臨床的呼吸状態をもつ患者から、又はさまざまな機能不良
を伴う換気機器を取り付けられた患者から得られるものに類似したカプノグラフ
波形及びその長期変化トレンドの代表的な例を示している図３Ａ及び図３Ｂを参
照されたい。カプノグラフ波形及び長期トレンドのさまざまな面を分析する本発
明で用いられる方法を例示するために、これらの異常なカプノグラムについてこ
こで論述する。前述の通り、長期トレンドプロットの例では、前記したさまざま
な状態の影響を例示するためにパラメータＥｔＣＯ2が使用されているが、本発
明のその他の好ましい実施形態に従うと、任意のその他の適切なパラメータも使
用できるということがわかる。
【００４９】 図３Ａは、正常な波形６０とそれに続くゼロ又はゼロに近い値６２へのＥｔＣ
Ｏ2の突然の消失を表わす高速及び低速カプノグラムを示している。これは、気
道の完全な分離、又は気管内（ＥＴ）チューブ又は食道挿管の除去又は閉塞、あ
るいは換気装置の全面的な機能不良を指示するものでありうる。
【００５０】 図３Ｂは、ＥｔＣＯ2の値の指数的減少６４を伴うカプノグラムを示す。これ
は、心肺停止又は肺塞栓症又は突然大量出血又は心肺バイパスに症候的なもので
ありうる。
【００５１】 図３Ａ及び３Ｂに示されたカプノグラムが、さまざまな臨床状態の患者からの
カプノグラフ記録の中に見られる一般的異常の例にすぎないこと、そして、本発
明はこれらの異常に対してしか原因を認識し診断し得ないと結論すべきでないと
いうことがわかる。本発明に従ったカプノグラフは、結果として得られる波形の
予備的分析がすでに実施されたあらゆる状態を診断するようにプログラミングで
きると考えられる。より多くのかかる状態の例は、共に各々その全体が本書に参
考として組込まれているオランダ（１９８９）、ZeistのKerckebosch ＢＶによ
り出版されたZ. Kalenda著の「赤外線カプノグラフィのマスター（Mastering In
fra-red Capnography)」という題の書物、又はOridion Medical によって出版さ
れた「臨床カプノグラフィ入門（A Guide to Understanding Clinical Capnogra
phy)」という題のパンフレットといったような、臨床カプノグラフィを主題とし
た複数の標準的業績の中に見い出すことができる。
【００５２】 ここで、図１に示された波形パラメータ抽出ユニット２２内で動作するパラメ
ータ処理方法の好ましい実施形態の単純化された流れ図である図４を参照された
い。前記のパラメータ処理方法の機能は、呼吸波形を分析し上昇率パラメータで
あるＲをそこから抽出することにある。この方法は、二酸化炭素分圧ＰＣＯ2の
瞬間的値に対応する入力信号に対し働く。
【００５３】 ステップ１００では、信号がその閾値レベルより高く上昇し始めた時点を検出
することによって肺胞上昇の開始が決定される。二酸化炭素分圧のこの閾値レベ
ルは、ＦｉＣＯ2としてメモリ内に記憶される。
【００５４】 ステップ１０２では、二酸化炭素分圧の上昇の終了は、ＰＣＯ2の値が最大に
達した時点を検出することによって決定される。この二酸化炭素分圧は、ＥｔＣ
Ｏ2としてメモリ内に記憶される。
【００５５】 ステップ１０４では、二酸化炭素分圧の計算が行なわれる： Ｐ10%ＣＯ2＝ＦｉＣＯ2＋０.１（ＥｔＣＯ2−ＦｉＣＯ2） ステップ１０６では、その波形において二酸化炭素分圧がＰ10%ＣＯ2に等しい時
間Ｔ10%が決定される。
【００５６】 ステップ１０８では、二酸化炭素分圧について計算が行なわれる： Ｐ90%ＣＯ2＝ＦｉＣＯ2＋０.９（ＥｔＣＯ2−ＦｉＣＯ2） ステップ１１０では、その波形での二酸化炭素分圧がＰ90%ＣＯ2に等しい時間
Ｔ90%が決定される。
【００５７】 ステップ１１２では、Ｔ90%−Ｔ1%の差から時間Ｔriseが計算される。
【００５８】 ステップ１１４では、上昇時間率Ｒが次の式によって計算される。
【００５９】 Ｒ＝（ＥｔＣＯ2−ＦｉＣＯ2）／（Ｔ90%−Ｔ10%） ステップ１００〜１１４の成果は、患者の全体的呼吸状態を定義づけするのに
用いられるＲパラメータが波形から得られるということにある。このパラメータ
は次に、図１に示されているパラメータ比較器２４内に入力される。
【００６０】 パラメータ比較器２４は、パラメータバンク２６内に記憶された基準パラメー
タと、記録された波形から抽出されたパラメータを比較する。比較方法は、デジ
タルマトリックス相関の周知の方法を用いて実施される。
【００６１】 上昇率パラメータＲの値を計算するための上述のフローチャートは、カプノグ
ラフ波形から診断情報を得るのに有用なパラメータを計算するための好ましい１
例にすぎないということを理解すべきである。又本発明は、このパラメータを計
算するためにここに記載した好ましい実施形態に限られるものではなく、その他
の診断に有利なパラメータの計算のためにも等しく実現可能であるということも
理解すべきである。
【００６２】 ここで、本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従った、カプノグラフ
波形インタプリタの単純化されたブロック図である図５を参照する。このカプノ
グラフは、患者の呼吸中の通常の二酸化炭素分圧を測定するのと同様、同時に酸
素分圧も測定する。このカプノグラフは、ＥｔＣＯ2とＰａＣＯ2の値の間の差異
を指示するその能力のため、動脈内ＣＯ2評価カプノグラフと呼ばれている。こ
の評価は、いかなる侵襲性の手順も必要とせずに行なうことができる。
【００６３】 患者の呼吸１６０は、２つの分離した分析用流路、二酸化炭素分析装置１６４
及び酸素分析装置１６６を含む、カプノグラフの気体分析装置セクション１６２
の中に試料採取される。それぞれ二酸化炭素波形及び酸素波形の呼吸波形分析装
置１６８及び１７０は、それぞれ患者の呼吸の中の二酸化炭素分圧及び酸素分圧
である吸入され吐出されるＰＣＯ2及びＰＯ2の値を含む出力データを提供する。
ＰＣＯ2値は、測定されたＥｔＣＯ2の値に適用される酸素補正係数へと計算ユニ
ット１７２内で変換され、結果は、ＥｔＣＯ2及びＰａＣＯ2の値の間の差異につ
いて出力ユニット１７４上で指示を与える。補正係数自体は、吸入され吐出され
るＰＯ2レベルの間の差の関数であり、その差は小さくなればなるほど患者の肺
系統内に存在する灌流劣化効果が大きくなり、ＥｔＣＯ2の測定値と患者のＰａ
ＣＯ2値の間の見積られた差異が大きくなるものである。
【００６４】 ここで、本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に従ったカプノグラフの
単純化されたブロック図である図６を参照されたい。患者の肺換気は、肺活量計
１８４で測定される。患者の呼吸の中の二酸化炭素分圧は、ガス分析装置１８２
内で測定される。カプノグラフユニット１８６内で測定されたＥｔＣＯ2値は、
測定された呼吸量に従ってそれ１８８に適用される補正係数を有し、結果は、Ｅ
ｔＣＯ2の測定値と患者のＰａＣＯ2値の間の差異の評価として表示ユニット１９
０に出力される。
【００６５】 本発明のもう１つの好ましい実施形態に従うと、図６に示された肺活量計１８
４は、代替的に又は付加的に、カプノグラフユニット１８６内で測定されたＥｔ
ＣＯ2の値を補正するべく呼吸量／速度補正装置ユニット１８８に入力するため
の呼吸動作流速についてのデータを提供することもできる。
【００６６】 ここで、患者の呼吸状態の診断決定を行なうため非呼吸（non-respiratory)測
定からのパラメータを組合わせる本発明のさらにもう１つの好ましい実施形態に
従ったカプノグラフの単純化されたブロック図である図７を参照されたい。患者
の呼吸１６０は、ガス分析装置１８２内に試料採取され、そこで二酸化炭素分圧
が測定される。図５及び６に示された実施形態と共通して、ＥｔＣＯ2といった
ような波形出力パラメータの値は、カプノグラフインタプリタユニット１８６を
用いて、測定された波形から抽出される。カプノグラフ測定に加えて、患者に対
してはその他の測定も行なわれ、これらの測定からの出力は、例えばＥｔＣＯ2
の測定値に対する補正係数として補正装置ユニット１９６内に適用される。この
実施形態において使用可能な非呼吸測定の例としては、血液循環の状態又はその
内容についての情報を提供できるようないくつかの測定があり、これらは肺にお
ける血液から患者の呼気への動脈二酸化炭素の移送と相関させるためにこのデー
タを使用することができるものである。さまざまな好ましい実施形態に従うと、
かかる非呼吸測定には、ＥＣＧ又は単純脈拍数測定１９２，動脈酸素飽和レベル
ＳｐＯ2及び／又は脈拍数のパルス酸素測定法による測定１９４，心拍出量の測
定又は体温測定が含まれる。単独又は組合わせた形のこれらの測定値のいずれか
をカプノグラフ波形インタプリタからの出力データと組合わせて、例えばＰａＣ
Ｏ2の値からのＥｔＣＯ2の予想される偏差についての有益な情報を提供すること
が可能である。補正された動脈内二酸化炭素分圧 ＰａＣＯ2は、表示ユニット１
９８に出力される。
【００６７】 ここで、周波数領域内の呼吸波形を分析する本発明のさらにもう１つ好ましい
実施形態に従ったカプノグラフの単純化されたブロック図である図８を参照され
たい。患者の呼吸中の二酸化炭素分圧は、ガス分析装置セクション２００で測定
される。ガス分析装置からの時間変化出力信号２０１は、波形のフーリエ成分２
０４を抽出するフーリエ解析装置回路２０２内に入力される。周波数スペクトル
分析装置２０６は次に、異常な呼吸機能に付随する変則的徴候について波形のフ
ーリエ周波数成分をサーチする。このような何らかの徴候によって、診断メッセ
ージを生成し、表示ユニット２０８に表示させる。
【００６８】 周波数領域内の呼吸波形を分析する本発明の好ましい実施形態に従うと、周波
数スペクトル分析装置は波形内の関係づけされていない周波数内容をサーチする
。大幅に異なる周波数で未相関の基本周波数が２つ検出されたならば、正常な生
理学的所見に従って、低い方の周波数を呼吸速度に帰属させ、高い方の周波数を
心拍数に帰属させるべきである。呼吸異常を検出するためのカプノグラフ比較は
、呼吸速度のみに相関された周波数成分について実行されるべきである。それ以
上の周波数成分があれば、それらは心原性振動に帰属させられる。
【００６９】 この実施形態は、高周波換気を受けている患者をモニタするために特に有用で
ある。周波数成分を分析する上で、非常に低い拍動周波数の存在は、ゼロ又はゼ
ロに近い呼吸動作ゾーンの存在を指示するものでありうる。このとき、計器は、
換気周波数をその現在値から離れるように移動させるように、担当の医療スタッ
フに対し警告を発するようにプログラミングされる。
【００７０】 当業者であれば、本発明が、以上に特に開示され記載されたことによって制限
されるものではないことがわかるだろう。むしろ、上記のさまざまな特徴のコン
ビネーション及びサブコンビネーションの両方ならびに、以上の記載を読んだ時
点で当業者が思いつくものでかつ先行技術にはない上記特徴に対する変更及び修
正は、本発明の範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好ましい実施形態に従って構築され作動する、患者から得た呼吸波形
を分析し解釈する能力をもつカプノグラフの構成部分を示す概略的ブロック図で
ある。
【図２Ａ】 特性をあらわす特徴がマーキングされた状態の、高速プロットされた正常なカ
プノグラムの波形を示すグラフによる例示である。
【図２Ｂ】 正常な患者のカプノグラムから期待されるとおりのＥｔＣＯ2の基本的に一定
の値を示す、低速プロットされた、正常な患者から取った一連の波形を示すグラ
フによる例示である。
【図３Ａ】 標準的カプノグラフ波形及びさまざまな臨床的な呼吸困難もつ患者から得られ
た又はさまざまな換気機器の不調から発生したその長期にわたる変化のトレンド
の例を示す図である。図には、単一波形又は少数の波形を示す高速記録、そして
さらに長期傾向を示す低速プロットが含まれている。
【図３Ｂ】 標準的カプノグラフ波形及びさまざまな臨床的な呼吸困難もつ患者から得られ
た又はさまざまな換気機器の不調から発生したその長期にわたる変化のトレンド
の例を示す図である。図には、単一波形又は少数の波形を示す高速記録、そして
さらに長期傾向を示す低速プロットが含まれている。
【図４】 図１の波形パラメータ抽出ユニット内で動作するパラメータ取扱い方法の好ま
しい実施形態を示す単純化されたフローチャートである。
【図５】 被検者の呼吸中の酸素及び二酸化炭素分圧を同時に測定する、本発明のもう１
つの好ましい実施形態に従ったカプノグラフを示す単純化されたブロック図であ
る。
【図６】 被検者の呼吸中の二酸化炭素分圧を測定すると同時に肺換気測定の結果を入力
する、本発明のもう１つの好ましい実施形態に従ったカプノグラフを示す単純化
されたブロック図である。
【図７】 被検者の呼吸中の二酸化炭素分圧を測定すると同時にＥＣＧ測定の結果又はパ
ルスオキシメトリ測定法による測定の結果、又は心拍出量測定値といったような
もう１つの適切な測定値を入力する本発明のもう１つの好ましい実施形態に従っ
たカプノグラフを示す単純化されたブロック図である。
【図８】 周波数領域での被検者の呼吸波形を分析する本発明のさらにもう１つの好まし
い実施形態に従ったカプノグラフを示す単純化されたブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ， ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ， ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ， ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，Ｋ Ｇ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，Ｓ Ｄ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ， ＺＡ，ＺＷ

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被検者の呼吸波形の自動解釈装置。
  2. 【請求項２】 前記波形がカプノグラフ分析装置から得られる、請求項１に
    記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記被検者から得られた少なくとも１つの呼吸波形のコンピ
    ュータ解析により被検者の呼吸状態の診断装置。
  4. 【請求項４】 前記呼吸波形がカプノグラフ分析装置から得られる、請求項
    ３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 被検者と流体的に連絡する呼吸レシーバ、 呼吸レシーバに結合され前記被検者の呼吸動作を分析し少なくとも１つの出力
    を提供するように作動する呼吸動作分析装置、及び 前記呼吸動作分析装置の少なくとも１つの出力に基づいて被検者の呼吸状態を
    指示する呼吸診断生成装置、 を含んで成る、コンピュータ化された呼吸分析装置。
  6. 【請求項６】 被検者と流体的に連絡する呼吸レシーバ、 呼吸受入れ装置に結合され、被検者の呼吸動作を分析し、終末呼気二酸化炭素
    分圧と前記被検者の動脈内二酸化炭素分圧の間の差を指示するように作動する呼
    吸動作分析装置、 を含んで成るコンピュータ化された呼吸分析装置。
  7. 【請求項７】 被検者と流体的に連絡する呼吸レシーバ、 呼吸レシーバに結合され、被検者の呼吸動作を分析し被検者の動脈内二酸化炭
    素分圧を指示するように作動する呼吸動作分析装置、 を含んで成るコンピュータ化された呼吸分析装置。
  8. 【請求項８】 被検者の終末呼気二酸化炭素分圧と動脈内二酸化炭素分圧の
    間の前記差の指示に基づいて被検者の呼吸状態を指示する呼吸診断生成装置をも
    含んで成る請求項６に記載のコンピュータ化された呼吸分析装置。
  9. 【請求項９】 被検者の動脈内二酸化炭素分圧の前記指示に基づいて被検者
    の呼吸状態を指示する呼吸診断生成用装置をも含んで成る、請求項７に記載のコ
    ンピュータ化された呼吸分析装置。
  10. 【請求項１０】 前記呼吸動作分析装置がカプノグラフを含む、請求項５〜
    ９のいずれか１項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 前記呼吸動作分析装置が少なくとも１つの呼吸波形の分析
    を実施する、請求項５〜９のいずれか１項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記呼吸動作分析装置が周波数領域内で作動する、請求項
    １１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記呼吸動作分析装置が、前記被検者の呼吸状態の変化を
    検出するため前記呼吸波形の周波数スペクトルの変化を分析する請求項１２に記
    載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記呼吸動作分析装置が前記呼吸波形の少なくとも一部分
    を少なくとも１つの基準と比較する、請求項１１に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記被検者の呼吸状態の変化を検出するため前記呼吸動作
    分析装置が前記呼吸波形の少なくとも一部分の経時的変動を分析する、請求項１
    １に記載の器具。
  16. 【請求項１６】 前記呼吸診断生成用装置がカプノグラフィク測定に基づい
    て被検者の呼吸状態を指示し、さらに 呼吸動作流速測定、 呼吸動作量測定、 呼吸の中の少なくとも１つのその他のガスの量の分析、 心拍出量測定、 パルスオキシメトリ測定法による測定、及び ＥＣＧの測定、 のうちの少なくとも１つのものの少なくとも１つの出力に基づいて、被検者の呼
    吸状態を指示する、請求項５に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 被検者の呼吸状態を指示するための装置において： 被検者の呼吸中の二酸化炭素分圧の少なくとも１つの時間依存波形を提供する
    ガス分析装置、 前記少なくとも１つの波形から誘導されたデジタル化された信号のシーケンス
    を受信するための入力回路、 その波形の特性を特徴づける少なくとも１つのパラメータのために前記少なく
    とも１つの波形を分析するための信号処理装置、 正常な被検者から得られた波形の同一の特性を特徴づける予め定められたパラ
    メータと、前記少なくとも１つのパラメータとを比較するためのパラメータ比較
    器、及び 前記パラメータ比較器の出力に従って１つのメッセージを生成する診断生成装
    置、 を含んで成る装置。
  18. 【請求項１８】 前記ガス分析装置がカプノグラフである、請求項１７に記
    載の装置。
  19. 【請求項１９】 被検者の呼吸状態を指示するための装置において、 被検者の呼吸中の二酸化炭素分圧の複数の時系列波形を提供するガス分析装置
    、 前記複数の時系列波形から誘導されたデジタル化された信号のシーケンスを受
    信するための入力回路、 前記複数の時系列波形の少なくとも１つのパラメータにおける経時的変化を決
    定するため、前記複数の時系列波形を分析するための信号処理装置、 前記複数の時系列波形のうちの前記少なくとも１つのパラメータの前記経時的
    変化と、既知の呼吸不全症患者の典型的な時系列化波形のうちの等価な前記少な
    くとも１つのパラメータの予め定められた経時的変化とを比較するためのトレン
    ド分析ユニット、及び 前記トレンド分析ユニットの出力に従って１つのメッセージを生成する診断生
    成装置、 を含んで成る装置。
  20. 【請求項２０】 前記ガス分析装置がカプノグラフである、請求項１９に記
    載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記呼吸不全症が不充分な換気から発生する、請求項１９
    に記載の装置。
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