JP2004041247A - 麻酔中の呼吸代謝測定装置、麻酔装置および麻酔中の呼吸代謝測定方法 - Google Patents
麻酔中の呼吸代謝測定装置、麻酔装置および麻酔中の呼吸代謝測定方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】麻酔中の患者の代謝測定を正確に実施可能な麻酔中の呼吸代謝測定装置、麻酔装置および麻酔中の呼吸代謝測定方法の提供。
【解決手段】患者５２からの呼吸気の換気量を測定する流量センサ５９、および吸気中ガス濃度と呼気流路５４に設けたミキシングチャンバー６３で混合、平均化され呼気ガス分析用流路６４から送られるガス濃度とを測定するガス濃度測定部６２を備え、酸素摂取量（ＶＯ２）を、次式（１）：
【数１】
［式中、ｋは前記換気量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＯ２は吸気中の酸素濃度であり、ＦｅＯ２は前記呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の酸素濃度である］によって求める麻酔中の呼吸代謝測定装置。
【選択図】 図１
【解決手段】患者５２からの呼吸気の換気量を測定する流量センサ５９、および吸気中ガス濃度と呼気流路５４に設けたミキシングチャンバー６３で混合、平均化され呼気ガス分析用流路６４から送られるガス濃度とを測定するガス濃度測定部６２を備え、酸素摂取量（ＶＯ２）を、次式（１）：
【数１】
［式中、ｋは前記換気量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＯ２は吸気中の酸素濃度であり、ＦｅＯ２は前記呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の酸素濃度である］によって求める麻酔中の呼吸代謝測定装置。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、麻酔中の患者の酸素摂取量（ＶＯ２）、炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）などの呼吸代謝を測定するための技術に関し、特に従来は正確な測定が困難であった酸素ガス濃度が６５％よりも高くなるか、あるいは酸素ガス以外に笑気ガスが含まれる可能性のあるガスを患者に吸入させる麻酔中の患者の呼吸代謝測定を正確に測定し得る麻酔中の呼吸代謝測定装置、麻酔装置および麻酔中の呼吸代謝測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、麻酔中の患者の酸素摂取量（ＶＯ２）や炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）などの呼吸代謝を測定するため、呼吸代謝測定用の機器を設けた麻酔装置が提案されている。図３は、このような麻酔装置の一例として、特開２００１−９５９２１号公報に記載された麻酔装置を例示するものである。この麻酔装置１は、酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を混合して供給する麻酔器本体２と、該麻酔器本体２から供給される、酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を含んだ新鮮ガスを、患者Ａの呼気に混入し、該循環気と前記新鮮ガスとを混合して吸気として患者Ａに送る麻酔循環回路３とから概略構成されている。麻酔器本体２は、笑気ガスを含む麻酔ガスを供給するガス供給部１０と、ガス供給部１０から供給される麻酔ガスの流量を測定する流量計１１と、前記麻酔ガス中に揮発性麻酔剤を気化した状態で供給する気化器１２とを備えている。この麻酔装置１にあっては、呼吸流路２２および吸気流路２１中のミキシングチャンバー２６，２８にそれぞれ設けた酸素センサ４１ａ，４１ｂ，炭酸ガスセンサ４２ａ，４２ｂ、並びに、呼気流路と吸気流路の少なくとも一方に設けた流量センサ３７の検出値から、演算部１４にて、麻酔中の患者の各呼吸毎の酸素摂取量（ＶＯ２）、炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）を演算するとともに、ミキシングチャンバー２６，２８にそれぞれ設けた麻酔ガスセンサ４３ａ，４３ｂおよび流量センサ３７の検出値から麻酔剤出納バランスを演算し、それらの演算値を表示部１５に患者の代謝の状態として表示するようになっている。
【０００３】
従来、患者の酸素摂取量（ＶＯ２）や炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）などの呼吸代謝を求めるには、体育生理分野で用いられている方法を、条件付きではあるが適用して測定および演算していた。従来、そのような呼吸代謝測定法として、▲１▼ブレス・バイ・ブレス法（以下、Ｂ／Ｂ法と記す）、および▲２▼その変形法、が知られている。
【０００４】
▲１▼Ｂ／Ｂ法は、患者と麻酔装置との間に換気量検出ポートとガス濃度検出ポートを設け、それぞれのセンサ（流量センサとガス濃度センサ）によって患者の吸気換気量（Ｖｉ）と呼気換気量（Ｖｅ）、吸気中の酸素ガス濃度（ＦｉＯ２）および炭酸ガス濃度（ＦｉＣＯ２）、呼気中の酸素ガス濃度（ＦｅＯ２）および炭酸ガス濃度（ＦｅＣＯ２）を呼吸毎に測定し、次式（２）および（３）から酸素摂取量（ＶＯ２）と炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）を求める。
【０００５】
【数３】
【０００６】
【数４】
【０００７】
▲２▼変形法は、上記Ｂ／Ｂ法において、次の仮定イ）、ロ）：
イ）存在するガス濃度を全て加えれば１００％になる；
ロ）窒素（Ｎ２）は吸気・呼気を通して変化しない（ＶｉＮ２＝ＶｅＮ２）；
が成り立つとして、上記式（２）を次式（４）に変形する。
【０００８】
【数５】
【０００９】
この式（４）を用いる▲２▼変形法は、ガス濃度測定と呼気換気量（Ｖｅ）の測定のみで代謝測定が可能であり、吸気換気量（Ｖｉ）の測定を不要にできる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の代謝測定法には、以下のような問題があった。
▲１▼Ｂ／Ｂ法について：
式（２）、（３）は、呼吸の刻々変化するガス濃度波形と換気量（流量）波形の積が基本となり、両者は時間的に同位相であることが要求される。しかし実際の測定では、
ａ）酸素、炭酸ガス、笑気のそれぞれのセンサの応答速度（時間遅れと立ち上がり速度）が異なる。
ｂ）流量センサの応答速度は、上記ａ）でのセンサの応答速度とも異なる。
したがって、呼吸毎のガス濃度波形と換気量波形の位相がずれてしまい、結果として正確な代謝測定値が得られない問題がある。
さらに、測定方式や測定部の構造上から、
ｃ）ガス濃度検出ポート部分では、ガスの混合が生じガス濃度波形が歪められる。
ｄ）ガス濃度検出ポートからチューブを通して送られるガスがセンサまで到達する間にガス濃度波形の歪みが生じる。
ｅ）測定系が圧変動（気圧も含む）、温度、湿度等の様々な要因により影響を受ける。したがって、正確な代謝測定値が得られない問題がある。
【００１１】
▲２▼変形法について：
この▲２▼変形法に関する式（３）は、空気（吸気）を吸入して排気（呼気）することを前提とした体育生理学、体力医学等の分野ではよく使われる。しかし、次のｆ）およびｇ）に記した理由から、酸素ガス濃度または酸素ガスと笑気ガスの合計濃度が６５％よりも高いガスを吸入させることが多い麻酔中の患者における代謝測定には適用できない問題がある。
ｆ）麻酔では導入、維持、覚醒の全ての過程で吸気中の酸素濃度（ＦｉＯ２）が空気中酸素濃度（２１％）より大きく（ＦｉＯ２＞２１％）、短時間では純酸素およびそれに近い高濃度酸素ガスの吸入も頻繁に実施される。したがって、高酸素濃度ガスの吸入状態下では、式（４）の分母が極めて小さくなり、正確な代謝測定値は得られなくなり、高酸素濃度ガスでは使用できないという限定的な応用となり、麻酔中では実質上使用できなかった。
ｇ）笑気（Ｎ２Ｏ）を用いる麻酔では、吸入、呼気の笑気濃度をそれぞれＦｉＮ２Ｏ、ＦｅＮ２Ｏとすると、ＶｉＮ２＝ＶｅＮ２と仮定することにより、この麻酔環境下で酸素摂取量（ＶＯ２）は、次式（５）で表される。
【００１２】
【数６】
【００１３】
麻酔導入前に、麻酔装置の流路および患者の体内に溶け込んでいる窒素を追い出すために１００％酸素ガスを流し、その後純酸素ガスと純笑気ガスとの混合比に基づいて、新鮮ガス濃度が設定されているため、ＦｉＯ２＋ＦｉＮ２Ｏ＝１（すなわち１００％）となり、式（５）は最早成り立たなくなる。従って笑気（Ｎ２Ｏ）を用いる麻酔では、▲２▼変形法を用いた代謝測定は不可能である。
【００１４】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、麻酔中の患者の代謝測定を正確に実施可能な麻酔中の呼吸代謝測定装置、麻酔装置および麻酔中の呼吸代謝測定方法の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、患者の吸気および呼気の換気量を測定する換気量測定部と、該吸気および呼気中のガス濃度を測定するガス濃度測定部とを有し、該換気量測定部とガス濃度測定部との測定結果を演算して呼吸代謝測定値を求める呼吸代謝測定装置において、
前記患者の吸気が酸素ガス濃度または酸素ガスと笑気ガスの合計濃度が６５％よりも高くなる可能性のある麻酔用吸気ガスであり、
前記ガス濃度測定部は、吸気または呼気中の少なくとも１つの成分ガス濃度を測定するガス濃度測定部と、患者からの呼気ガスを混合するミキシングチャンバーと、前記ミキシングチャンバー内のガスを前記ガス濃度測定部に供給する呼気ガス分析用流路とを含み、
前記呼吸代謝測定値のうち酸素摂取量（ＶＯ２）が、次式（１）：
【００１６】
【数７】
【００１７】
［式中、ｋは前記換気量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＯ２は吸気中の酸素濃度であり、ＦｅＯ２は前記呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の酸素濃度である］
によって求められることを特徴とする麻酔中の呼吸代謝測定装置を提供する。
【００１８】
また本発明は、酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を混合して新鮮ガスとして供給する麻酔器本体と、該麻酔器本体から供給される新鮮ガスを、患者の呼気から炭酸ガスを吸収除去した後の循環気に混入し、該循環気と前記新鮮ガスとを混合し吸気として患者に送る麻酔循環回路とを備え、該麻酔循環回路から麻酔ガスを含んだ吸気を患者に送り該患者に麻酔を施す麻酔装置において、上記麻酔中の呼吸代謝測定装置を有する麻酔装置を提供する。
【００１９】
さらに本発明は、酸素ガス濃度または酸素ガスと笑気ガスの合計濃度が６５％よりも高くなる可能性のあるガスを患者に吸入させる麻酔中の患者の呼吸代謝測定方法であって、
患者の吸気および呼気の換気量を測定する換気量測定部と、該吸気および呼気中のガス濃度を測定するガス濃度測定部とを有し、前記ガス濃度測定部が、吸気または呼気中の少なくとも１つの成分ガス濃度を測定するガス濃度測定部と、患者からの呼気ガスを混合するミキシングチャンバーと、前記ミキシングチャンバー内のガスを前記ガス濃度測定部に供給する呼気ガス分析用流路とを含む呼吸代謝測定装置を用いて、
前記呼吸代謝測定値のうち酸素摂取量（ＶＯ２）を、次式（１）：
【００２０】
【数８】
【００２１】
［式中、ｋは前記流量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＯ２は吸気中の酸素濃度であり、ＦｅＯ２は前記呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の酸素濃度である］
によって求めることを特徴とする麻酔中の呼吸代謝測定方法を提供する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の麻酔中の呼吸代謝測定装置および麻酔装置の一実施形態を示す概略構成図であり、この図中、符号５０は呼吸代謝測定装置、５１は麻酔装置である。
【００２３】
本実施形態において、呼吸代謝測定装置５０は、麻酔装置５１と患者５２側の気管チューブ（またはマスク）とをつなぐ流路５５に設けられ、麻酔装置５１の吸気流路５３を通して患者５２が吸入する吸気の換気量を測定するための換気量検出ポート５６と、同じく流路５５に設けられたガス濃度検出ポート５７と、換気量検出ポート５６と流路５８で接続された流量センサ５９（換気量測定部）と、ガス濃度検出ポート５７と流路６０で接続されたガス濃度測定部６２と、該流路６０に介在された電磁弁６１と、麻酔装置５１の呼気流路５４に設けられたミキシングチャンバー６３と、このミキシングチャンバー６３と電磁弁６１をつなぐ呼気ガス分析用流路６４と、上記流量センサ５９とガス濃度測定部６２からの測定値を入力し、予め記憶させておいた関係式に基づいて、酸素摂取量（ＶＯ２）、炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）、笑気摂取量（ＶＮ２Ｏ）および揮発性麻酔剤摂取量（ＶＡｇ）の内の少なくとも１つの代謝測定値を算出する演算部６５とを備えて構成されている。
【００２４】
また本発明の麻酔装置５１は、酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を混合して新鮮ガスとして供給する麻酔器本体と、該麻酔器本体から供給される新鮮ガスを、患者の呼気から炭酸ガスを吸収除去した後の循環気に混入し、該循環気と前記新鮮ガスとを混合し吸気として患者に送る麻酔循環回路とを備え、該麻酔循環回路から麻酔ガスを含んだ吸気を患者に送り該患者に麻酔を施す麻酔装置であり、かつ上述した代謝測定装置５０を備えていればよく、代謝測定装置５０以外の麻酔機本体、および麻酔循環回路の構成は特に限定されず、従来公知の麻酔装置における麻酔機本体および麻酔循環回路の相当部分の構成を適用できる。
【００２５】
例えば、本発明の麻酔装置として、図３に示す麻酔装置１の麻酔機本体２および麻酔循環回路３を適用することができる。図３に示す麻酔装置１は、酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を混合して供給する麻酔器本体２と、該麻酔器本体２から供給される、酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を含んだ新鮮ガスを、患者Ａの呼気に混入し、該循環気と前記新鮮ガスとを混合して吸気として患者Ａに送る麻酔循環回路３とを備える。麻酔器本体２は、笑気ガスを含む麻酔ガスを供給するガス供給部１０と、ガス供給部１０から供給される麻酔ガスの流量を測定する流量計１１と、前記麻酔ガス中に揮発性麻酔剤を気化した状態で供給する気化器１２とを備える。
【００２６】
前記ガス供給部１０は外部から供給される酸素ガス、笑気ガス、空気の圧力調整を行うとともに、そのときの圧力を表示するものである。
前記気化器１２は、揮発性麻酔剤である、ハローセン、イソフルレン、エンフルレン、セヴォフルレン、デスフルレン等を、所定の濃度となるように微量注入ポンプにて気化室に送り、ここで気化した揮発性麻酔剤を、前記ガス供給部１０から送られてくる麻酔ガスと混合させるものである。
麻酔器本体２には圧力センサ１３、演算部１４、及び表示部１５が設けられている。
【００２７】
麻酔循環回路３は、麻酔器本体２から供給される、揮発性麻酔剤を含んだ新鮮ガス（麻酔ガス）を患者Ａの呼気から炭酸ガスを吸収除去した後の循環気に混入し、該混入気と前記新鮮ガスとを混合したものを吸気として患者Ａに送るものである。麻酔循環回路３は、患者Ａへ供給する吸気が流れ込む吸気流路２１と、患者Ａからの呼気が流れ込む呼気流路２２と、それら吸気流路２１及び呼気流路２２と患者Ａを接続する呼吸回路２３からなる。
【００２８】
ただし、この図３に示す麻酔装置１における麻酔循環回路３を本発明の麻酔装置５１に適用する場合、吸気流路２１にはミキシングチャンバー２６を設ける必要はない。また、センサ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂをそれぞれのミキシングチャンバー２６，２８に設ける必要はなく、ガス濃度の測定に関しては、図１に示す通り、呼気流路５４にミキシングチャンバー６３を設け、ガス濃度検出ポート５７と該ミキシングチャンバー６３から、それぞれ流路６０および呼気ガス分析用流路６４を通って送られるガスを、ガス濃度測定部６２で目的のガス濃度を測定できるように構成される。
【００２９】
吸気流路２１の患者Ａ側と接続される側の反対側の端部は、前記麻酔器本体２から麻酔ガスを供給される流路２ａと合流するとともに前記呼気流路２２の端部に接続される。吸気弁２５は、炭酸ガス吸収キャニスター３２から患者Ａ側へのガスの流れは許容するもののその逆の流れは規制するものである。
前記呼気流路２２には、呼気弁２９、リリーフ弁３０、バッグ３１及び炭酸ガス吸収キャニスター３２が、及び麻酔剤吸収キャニスター３３が患者Ａから離れる方向へ順に設けられていて、炭酸ガス吸収キャニスター３２には麻酔剤吸収キャニスター３３が並設されている。呼気弁２９は、患者Ａからバッグ３１側へのガスの流れは許容するもののその逆の流れは規制するものである。リリーフ弁３０は、呼気流路２２の圧力が所定圧以上になるときに、流路２２内の圧力を開放しそれ以上圧力が上がるのを規制するものである。バッグ３１は患者Ａへ吸気を送り込むための圧排可能な袋状のものであり、患者Ａへ送る吸気の供給量に応じて種々の大きさのものが用意されていて適宜交換可能となっている。
炭酸ガス吸収キャニスター３２は、患者Ａの呼気から炭酸ガスを吸収除去するものであり、内部には、ソーダライムなどの炭酸ガス吸収剤が充填されている。バッグ３１の呼気流路２２との接続部分には３方弁３５が設けられ、この３方弁３５によって、呼気流路２２をバッグ３１と人工呼吸器３６の何れかに切換接続できるようになっている。
人工呼吸器３６は、容量を制御対象とした容量リミット式と、圧力を制御対象とした圧力リミット式の何れも選択できるようになっている。また、人工呼吸器３６には、余剰ガスを排出するための排出口（図示せず）が設けられている。
【００３０】
図１に示す呼吸代謝測定装置５０において、呼気流路５４に設けられたミキシングチャンバー６３としては、従来公知のものが使用でき、例えば特公平２−１６１４８号公報に開示されているように、流路内を流れる呼気の総流量とたえず一定の比率で変化する少量の分流をバイパス流路を介してチャンバー内に混入させて、濃度を平均化させる構造のものが好ましい。
【００３１】
また電磁弁６１は、患者の呼吸気を流路６０を通して、またはミキシングチャンバー６３から呼気ガス分析用流路６４を通してのいずれか一方から送られるガスをガス濃度測定部６２に送るように配置されている。この電磁弁６１は、演算部６５の指令によって、流路６０側または呼気ガス分析用流路６４側のいずれか一方の流路をガス濃度測定部６２と連通させ、他方の流路を閉止し、一定時間経過後にいずれか他方の流路をガス濃度測定部６２と連通させ、一方の流路を閉止する動作を交互に繰り返し行うようになっている。
【００３２】
また流量センサ５９は、従来公知の高感度の流量センサが用いられ、例えば差圧式の電子流量センサ等が好適に用いられる。なお、本実施形態では、１つの換気量検出ポート５６と流量センサ５９によって患者５２の吸気と呼気の換気量を測定する構成としたが、吸気流路５３と呼気流路５４の両方に換気量検出ポートと流量センサを設け、吸気換気量Ｖｉと呼気換気量Ｖｅとを別々に測定してもよい。
【００３３】
また図１に示す呼吸代謝測定装置５０において、ガス濃度測定部６２は、患者の吸気および呼気中に含まれる、酸素ガス濃度、炭酸ガス濃度、笑気ガス濃度および揮発性麻酔剤（Ａｇ）ガス濃度を迅速かつ正確に測定可能なものが使用される。例えば、一台で炭酸ガス、笑気ガスおよび複数の揮発性麻酔剤（ハローセン、イソフルレン、エンフルレン、セヴォフルレン、デスフルレンの５種類）のそれぞれの濃度を測定可能な赤外線吸収方式のガス濃度測定機器として、ＡＲＴＥＭＡ社（スウェーデン）製のＡＩＯＮ ＭＵＬＴＩ−ＧＡＳ ＡＮＡＬＹＺＥＲ（商品名）を用いることができ、これと酸素センサとを組み合わせ、ガス濃度測定部６２を構成することが好ましい。酸素センサとしては、酸素濃度に応じてガスの磁化率が変化する特性を利用したパラマグネチック方式の酸素センサであるＳｅｒｖｏｍｅｘ社（イギリス）製のｍｏｄｅｌ ＰＭ１１１１Ｅ（商品名）を用いることができる。
【００３４】
また演算部６５は、流量センサ５９およびガス濃度測定部６３からそれぞれ送られた測定値（吸気および呼気換気量、酸素ガス濃度、炭酸ガス濃度、笑気ガス濃度、揮発性麻酔剤ガス濃度）を入力し、予め記憶させておいた計算式に基づいて、患者の酸素摂取量（ＶＯ２）、炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）、笑気摂取量（ＶＮ２Ｏ）および揮発性麻酔剤摂取量（ＶＡｇ）の内の少なくとも１つの代謝測定値を算出するようになっている。なお、この演算部６５は、麻酔装置５１側に演算部を設けている場合（図３の符号１４参照）、これと別に設けてもよいし、一台で両方の機能を兼用させても良い。また演算部６５で得られた結果は、表示部で表示するが、この表示部についても、麻酔装置５１側に表示部を設けている場合（図３の符号１５参照）、これと別に設けてもよいし、一台で種々の情報画面を切り替え表示する構成としてもよい。
【００３５】
本実施形態の呼吸代謝測定装置５０は、上述したように図１に示すように構成され、この呼吸代謝測定装置５０は、後述する呼吸代謝測定方法に従って、麻酔中の患者の呼吸代謝測定値を得る。
なお、上述した呼吸代謝測定装置５０においては、電磁弁６１を用いて、流路６０と呼気ガス分析用流路６４とのいずれか一方の流路を切り替え可能に一台のガス濃度測定部６２に接続した構成としたが、電磁弁６１を用いず、流路６０と呼気ガス分析用流路６４とのそれぞれに別個のガス濃度測定部を設けて構成することもできる。
【００３６】
次に、本発明による麻酔中の患者の呼吸代謝測定方法の一例を説明する。
本例示では、図１に示すように構成された呼吸代謝測定装置５０を用い、酸素ガス濃度が６５％よりも高くなるか、あるいは酸素ガス以外に笑気ガスが含まれる可能性のある麻酔用吸気ガスを患者に吸入させる麻酔中の患者の酸素摂取量（ＶＯ２）、炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）、笑気摂取量（ＶＮ２Ｏ）および揮発性麻酔剤摂取量（ＶＡｇ）の内の少なくとも１つの代謝測定値を算出する。
前記呼吸代謝測定値のうち、酸素摂取量（ＶＯ２）は、次式（１）：
【００３７】
【数９】
【００３８】
［式中、ｋは前記流量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＯ２は吸気中の酸素濃度であり、ＦｅＯ２は呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の酸素濃度である］
によって算出する。
【００３９】
炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）は、次式（６）：
【００４０】
【数１０】
【００４１】
［式中、ｋは前記流量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＣＯ２は吸気中の炭酸ガス濃度であり、ＦｅＣＯ２は呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の炭酸ガス濃度である］
によって算出する。
【００４２】
笑気摂取量（ＶＮ２Ｏ）は、次式（７）：
【００４３】
【数１１】
【００４４】
［式中、ｋは前記流量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＮ２Ｏは吸気中の笑気ガス濃度であり、ＦｅＮ２Ｏは呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の笑気ガス濃度である］
によって算出する。
【００４５】
ハローセン、イソフルレン、エンフルレン、セヴォフルレン、デスフルレン等の揮発性麻酔剤摂取量（ＶＡｇ）は、次式（８）：
【００４６】
【数１２】
【００４７】
［式中、ｋは前記流量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＡｇは吸気中の揮発性麻酔剤濃度であり、ＦｅＡｇは呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の揮発性麻酔剤濃度である］
によって算出する。
【００４８】
図２は、本例示による呼吸代謝測定方法（以下、本方法と略記する）の測定原理および演算処理を説明する図である。本方法では、図２に示すように、一定時間間隔Ｔで演算値を出力する。
また本方法では、このＴ時間内に、患者口元のガス濃度検出ポート５７から流路６０を通して送られるガス中のガス濃度を測定する部分（瞬時区間：Ｔ１）と、ミキシングチャンバー６３から呼気ガス分析用流路６４を通して送られるガス中のガス濃度を測定する部分（平均区間：Ｔ２）とに、電磁弁６１によって流路を切り替えてガス濃度分析がなされる。
【００４９】
瞬時区間Ｔ１では呼吸毎の吸入ガス濃度（ＦｉＯ２，ＦｉＣＯ２，ＦｉＮ２Ｏ，ＦｉＡｇ）が測定される。同時に、流量センサ５９から入力される信号により、呼吸毎にＶｉとＶｅ（Ｖｉは吸気換気量、Ｖｅは呼気換気量である）が測定され、ｋ（＝Ｖｉ／Ｖｅ）が計算される。
【００５０】
平均区間Ｔ２に切り替わった時、ミキシングチャンバー６３内のガス濃度（ＦｅＯ２，ＦｅＣＯ２，ＦｅＮ２Ｏ，ＦｅＡｇ）が分析され、流量センサ５９から呼気換気量Ｖｅの算出とともに、上記式（１）、（６）〜（８）に基づいた各代謝項目が演算される。
【００５１】
本方法によれば、次のような効果を奏し得る。
１）本方法によれば、いかなる麻酔条件下でも代謝測定が可能となる。本方法では、吸気換気量Ｖｉと呼気換気量Ｖｅとの比ｋ（ｋ＝Ｖｉ／Ｖｅ）を実測する概念を導入したことにより、吸入ガスの種類やその濃度の範囲如何を問わず、無条件で測定が可能となった。
【００５２】
２）本方法によれば、高精度測定が可能である。呼気流路５４にミキシングチャンバー６３を設け、ここで混合した呼気ガス中のガス濃度を分析してＦｅＯ２，ＦｅＣＯ２，ＦｅＮ２Ｏ，ＦｅＡｇとすることで、従来のＢ／Ｂ法やその変形法において要求される位相合わせや波形の各種補正を行う必要がなくなり、極めて高精度の代謝測定値が得られる。
即ち、式（１）に代入する場合、換気量は呼気換気量Ｖｅだけであり、また呼気ガス濃度（ＦｅＯ２，ＦｅＣＯ２，ＦｅＮ２ＯまたはＦｅＡｇ）はＢ／Ｂ法で用いるサイクリックな変動波形ではなく、ミキシングチャンバー６３による平均化波形を当てはめることができるからである。
【００５３】
３）本方法によれば、従来法では実質的に測定できなかった笑気摂取量（ＶＮ２Ｏ）および揮発性麻酔剤摂取量（ＶＡｇ）も、上記の式（７）、（８）によって測定可能となる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、麻酔中の患者の代謝測定を正確に実施可能な麻酔中の呼吸代謝測定装置、麻酔装置および麻酔中の呼吸代謝測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の呼吸代謝測定装置と麻酔装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の呼吸代謝測定方法の測定原理および演算処理を説明する図である。
【図３】従来の麻酔装置を例示する概略構成図である。
【符号の説明】
５０ 呼吸代謝測定装置
５１ 麻酔装置
５２ 患者
５３ 吸気流路
５４ 呼気流路
５５，５８，６０ 流路
５６ 換気量検出ポート
５７ ガス濃度検出ポート
５９ 流量センサ（換気量測定部）
６１ 電磁弁
６２ ガス濃度測定部
６３ ミキシングチャンバー
６４ 呼気ガス分析用流路
６５ 演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は、麻酔中の患者の酸素摂取量（ＶＯ２）、炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）などの呼吸代謝を測定するための技術に関し、特に従来は正確な測定が困難であった酸素ガス濃度が６５％よりも高くなるか、あるいは酸素ガス以外に笑気ガスが含まれる可能性のあるガスを患者に吸入させる麻酔中の患者の呼吸代謝測定を正確に測定し得る麻酔中の呼吸代謝測定装置、麻酔装置および麻酔中の呼吸代謝測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、麻酔中の患者の酸素摂取量（ＶＯ２）や炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）などの呼吸代謝を測定するため、呼吸代謝測定用の機器を設けた麻酔装置が提案されている。図３は、このような麻酔装置の一例として、特開２００１−９５９２１号公報に記載された麻酔装置を例示するものである。この麻酔装置１は、酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を混合して供給する麻酔器本体２と、該麻酔器本体２から供給される、酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を含んだ新鮮ガスを、患者Ａの呼気に混入し、該循環気と前記新鮮ガスとを混合して吸気として患者Ａに送る麻酔循環回路３とから概略構成されている。麻酔器本体２は、笑気ガスを含む麻酔ガスを供給するガス供給部１０と、ガス供給部１０から供給される麻酔ガスの流量を測定する流量計１１と、前記麻酔ガス中に揮発性麻酔剤を気化した状態で供給する気化器１２とを備えている。この麻酔装置１にあっては、呼吸流路２２および吸気流路２１中のミキシングチャンバー２６，２８にそれぞれ設けた酸素センサ４１ａ，４１ｂ，炭酸ガスセンサ４２ａ，４２ｂ、並びに、呼気流路と吸気流路の少なくとも一方に設けた流量センサ３７の検出値から、演算部１４にて、麻酔中の患者の各呼吸毎の酸素摂取量（ＶＯ２）、炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）を演算するとともに、ミキシングチャンバー２６，２８にそれぞれ設けた麻酔ガスセンサ４３ａ，４３ｂおよび流量センサ３７の検出値から麻酔剤出納バランスを演算し、それらの演算値を表示部１５に患者の代謝の状態として表示するようになっている。
【０００３】
従来、患者の酸素摂取量（ＶＯ２）や炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）などの呼吸代謝を求めるには、体育生理分野で用いられている方法を、条件付きではあるが適用して測定および演算していた。従来、そのような呼吸代謝測定法として、▲１▼ブレス・バイ・ブレス法（以下、Ｂ／Ｂ法と記す）、および▲２▼その変形法、が知られている。
【０００４】
▲１▼Ｂ／Ｂ法は、患者と麻酔装置との間に換気量検出ポートとガス濃度検出ポートを設け、それぞれのセンサ（流量センサとガス濃度センサ）によって患者の吸気換気量（Ｖｉ）と呼気換気量（Ｖｅ）、吸気中の酸素ガス濃度（ＦｉＯ２）および炭酸ガス濃度（ＦｉＣＯ２）、呼気中の酸素ガス濃度（ＦｅＯ２）および炭酸ガス濃度（ＦｅＣＯ２）を呼吸毎に測定し、次式（２）および（３）から酸素摂取量（ＶＯ２）と炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）を求める。
【０００５】
【数３】
【数４】
▲２▼変形法は、上記Ｂ／Ｂ法において、次の仮定イ）、ロ）：
イ）存在するガス濃度を全て加えれば１００％になる；
ロ）窒素（Ｎ２）は吸気・呼気を通して変化しない（ＶｉＮ２＝ＶｅＮ２）；
が成り立つとして、上記式（２）を次式（４）に変形する。
【０００８】
【数５】
この式（４）を用いる▲２▼変形法は、ガス濃度測定と呼気換気量（Ｖｅ）の測定のみで代謝測定が可能であり、吸気換気量（Ｖｉ）の測定を不要にできる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の代謝測定法には、以下のような問題があった。
▲１▼Ｂ／Ｂ法について：
式（２）、（３）は、呼吸の刻々変化するガス濃度波形と換気量（流量）波形の積が基本となり、両者は時間的に同位相であることが要求される。しかし実際の測定では、
ａ）酸素、炭酸ガス、笑気のそれぞれのセンサの応答速度（時間遅れと立ち上がり速度）が異なる。
ｂ）流量センサの応答速度は、上記ａ）でのセンサの応答速度とも異なる。
したがって、呼吸毎のガス濃度波形と換気量波形の位相がずれてしまい、結果として正確な代謝測定値が得られない問題がある。
さらに、測定方式や測定部の構造上から、
ｃ）ガス濃度検出ポート部分では、ガスの混合が生じガス濃度波形が歪められる。
ｄ）ガス濃度検出ポートからチューブを通して送られるガスがセンサまで到達する間にガス濃度波形の歪みが生じる。
ｅ）測定系が圧変動（気圧も含む）、温度、湿度等の様々な要因により影響を受ける。したがって、正確な代謝測定値が得られない問題がある。
【００１１】
▲２▼変形法について：
この▲２▼変形法に関する式（３）は、空気（吸気）を吸入して排気（呼気）することを前提とした体育生理学、体力医学等の分野ではよく使われる。しかし、次のｆ）およびｇ）に記した理由から、酸素ガス濃度または酸素ガスと笑気ガスの合計濃度が６５％よりも高いガスを吸入させることが多い麻酔中の患者における代謝測定には適用できない問題がある。
ｆ）麻酔では導入、維持、覚醒の全ての過程で吸気中の酸素濃度（ＦｉＯ２）が空気中酸素濃度（２１％）より大きく（ＦｉＯ２＞２１％）、短時間では純酸素およびそれに近い高濃度酸素ガスの吸入も頻繁に実施される。したがって、高酸素濃度ガスの吸入状態下では、式（４）の分母が極めて小さくなり、正確な代謝測定値は得られなくなり、高酸素濃度ガスでは使用できないという限定的な応用となり、麻酔中では実質上使用できなかった。
ｇ）笑気（Ｎ２Ｏ）を用いる麻酔では、吸入、呼気の笑気濃度をそれぞれＦｉＮ２Ｏ、ＦｅＮ２Ｏとすると、ＶｉＮ２＝ＶｅＮ２と仮定することにより、この麻酔環境下で酸素摂取量（ＶＯ２）は、次式（５）で表される。
【００１２】
【数６】
麻酔導入前に、麻酔装置の流路および患者の体内に溶け込んでいる窒素を追い出すために１００％酸素ガスを流し、その後純酸素ガスと純笑気ガスとの混合比に基づいて、新鮮ガス濃度が設定されているため、ＦｉＯ２＋ＦｉＮ２Ｏ＝１（すなわち１００％）となり、式（５）は最早成り立たなくなる。従って笑気（Ｎ２Ｏ）を用いる麻酔では、▲２▼変形法を用いた代謝測定は不可能である。
【００１４】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、麻酔中の患者の代謝測定を正確に実施可能な麻酔中の呼吸代謝測定装置、麻酔装置および麻酔中の呼吸代謝測定方法の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、患者の吸気および呼気の換気量を測定する換気量測定部と、該吸気および呼気中のガス濃度を測定するガス濃度測定部とを有し、該換気量測定部とガス濃度測定部との測定結果を演算して呼吸代謝測定値を求める呼吸代謝測定装置において、
前記患者の吸気が酸素ガス濃度または酸素ガスと笑気ガスの合計濃度が６５％よりも高くなる可能性のある麻酔用吸気ガスであり、
前記ガス濃度測定部は、吸気または呼気中の少なくとも１つの成分ガス濃度を測定するガス濃度測定部と、患者からの呼気ガスを混合するミキシングチャンバーと、前記ミキシングチャンバー内のガスを前記ガス濃度測定部に供給する呼気ガス分析用流路とを含み、
前記呼吸代謝測定値のうち酸素摂取量（ＶＯ２）が、次式（１）：
【００１６】
【数７】
［式中、ｋは前記換気量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＯ２は吸気中の酸素濃度であり、ＦｅＯ２は前記呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の酸素濃度である］
によって求められることを特徴とする麻酔中の呼吸代謝測定装置を提供する。
【００１８】
また本発明は、酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を混合して新鮮ガスとして供給する麻酔器本体と、該麻酔器本体から供給される新鮮ガスを、患者の呼気から炭酸ガスを吸収除去した後の循環気に混入し、該循環気と前記新鮮ガスとを混合し吸気として患者に送る麻酔循環回路とを備え、該麻酔循環回路から麻酔ガスを含んだ吸気を患者に送り該患者に麻酔を施す麻酔装置において、上記麻酔中の呼吸代謝測定装置を有する麻酔装置を提供する。
【００１９】
さらに本発明は、酸素ガス濃度または酸素ガスと笑気ガスの合計濃度が６５％よりも高くなる可能性のあるガスを患者に吸入させる麻酔中の患者の呼吸代謝測定方法であって、
患者の吸気および呼気の換気量を測定する換気量測定部と、該吸気および呼気中のガス濃度を測定するガス濃度測定部とを有し、前記ガス濃度測定部が、吸気または呼気中の少なくとも１つの成分ガス濃度を測定するガス濃度測定部と、患者からの呼気ガスを混合するミキシングチャンバーと、前記ミキシングチャンバー内のガスを前記ガス濃度測定部に供給する呼気ガス分析用流路とを含む呼吸代謝測定装置を用いて、
前記呼吸代謝測定値のうち酸素摂取量（ＶＯ２）を、次式（１）：
【００２０】
【数８】
［式中、ｋは前記流量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＯ２は吸気中の酸素濃度であり、ＦｅＯ２は前記呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の酸素濃度である］
によって求めることを特徴とする麻酔中の呼吸代謝測定方法を提供する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の麻酔中の呼吸代謝測定装置および麻酔装置の一実施形態を示す概略構成図であり、この図中、符号５０は呼吸代謝測定装置、５１は麻酔装置である。
【００２３】
本実施形態において、呼吸代謝測定装置５０は、麻酔装置５１と患者５２側の気管チューブ（またはマスク）とをつなぐ流路５５に設けられ、麻酔装置５１の吸気流路５３を通して患者５２が吸入する吸気の換気量を測定するための換気量検出ポート５６と、同じく流路５５に設けられたガス濃度検出ポート５７と、換気量検出ポート５６と流路５８で接続された流量センサ５９（換気量測定部）と、ガス濃度検出ポート５７と流路６０で接続されたガス濃度測定部６２と、該流路６０に介在された電磁弁６１と、麻酔装置５１の呼気流路５４に設けられたミキシングチャンバー６３と、このミキシングチャンバー６３と電磁弁６１をつなぐ呼気ガス分析用流路６４と、上記流量センサ５９とガス濃度測定部６２からの測定値を入力し、予め記憶させておいた関係式に基づいて、酸素摂取量（ＶＯ２）、炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）、笑気摂取量（ＶＮ２Ｏ）および揮発性麻酔剤摂取量（ＶＡｇ）の内の少なくとも１つの代謝測定値を算出する演算部６５とを備えて構成されている。
【００２４】
また本発明の麻酔装置５１は、酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を混合して新鮮ガスとして供給する麻酔器本体と、該麻酔器本体から供給される新鮮ガスを、患者の呼気から炭酸ガスを吸収除去した後の循環気に混入し、該循環気と前記新鮮ガスとを混合し吸気として患者に送る麻酔循環回路とを備え、該麻酔循環回路から麻酔ガスを含んだ吸気を患者に送り該患者に麻酔を施す麻酔装置であり、かつ上述した代謝測定装置５０を備えていればよく、代謝測定装置５０以外の麻酔機本体、および麻酔循環回路の構成は特に限定されず、従来公知の麻酔装置における麻酔機本体および麻酔循環回路の相当部分の構成を適用できる。
【００２５】
例えば、本発明の麻酔装置として、図３に示す麻酔装置１の麻酔機本体２および麻酔循環回路３を適用することができる。図３に示す麻酔装置１は、酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を混合して供給する麻酔器本体２と、該麻酔器本体２から供給される、酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を含んだ新鮮ガスを、患者Ａの呼気に混入し、該循環気と前記新鮮ガスとを混合して吸気として患者Ａに送る麻酔循環回路３とを備える。麻酔器本体２は、笑気ガスを含む麻酔ガスを供給するガス供給部１０と、ガス供給部１０から供給される麻酔ガスの流量を測定する流量計１１と、前記麻酔ガス中に揮発性麻酔剤を気化した状態で供給する気化器１２とを備える。
【００２６】
前記ガス供給部１０は外部から供給される酸素ガス、笑気ガス、空気の圧力調整を行うとともに、そのときの圧力を表示するものである。
前記気化器１２は、揮発性麻酔剤である、ハローセン、イソフルレン、エンフルレン、セヴォフルレン、デスフルレン等を、所定の濃度となるように微量注入ポンプにて気化室に送り、ここで気化した揮発性麻酔剤を、前記ガス供給部１０から送られてくる麻酔ガスと混合させるものである。
麻酔器本体２には圧力センサ１３、演算部１４、及び表示部１５が設けられている。
【００２７】
麻酔循環回路３は、麻酔器本体２から供給される、揮発性麻酔剤を含んだ新鮮ガス（麻酔ガス）を患者Ａの呼気から炭酸ガスを吸収除去した後の循環気に混入し、該混入気と前記新鮮ガスとを混合したものを吸気として患者Ａに送るものである。麻酔循環回路３は、患者Ａへ供給する吸気が流れ込む吸気流路２１と、患者Ａからの呼気が流れ込む呼気流路２２と、それら吸気流路２１及び呼気流路２２と患者Ａを接続する呼吸回路２３からなる。
【００２８】
ただし、この図３に示す麻酔装置１における麻酔循環回路３を本発明の麻酔装置５１に適用する場合、吸気流路２１にはミキシングチャンバー２６を設ける必要はない。また、センサ４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂをそれぞれのミキシングチャンバー２６，２８に設ける必要はなく、ガス濃度の測定に関しては、図１に示す通り、呼気流路５４にミキシングチャンバー６３を設け、ガス濃度検出ポート５７と該ミキシングチャンバー６３から、それぞれ流路６０および呼気ガス分析用流路６４を通って送られるガスを、ガス濃度測定部６２で目的のガス濃度を測定できるように構成される。
【００２９】
吸気流路２１の患者Ａ側と接続される側の反対側の端部は、前記麻酔器本体２から麻酔ガスを供給される流路２ａと合流するとともに前記呼気流路２２の端部に接続される。吸気弁２５は、炭酸ガス吸収キャニスター３２から患者Ａ側へのガスの流れは許容するもののその逆の流れは規制するものである。
前記呼気流路２２には、呼気弁２９、リリーフ弁３０、バッグ３１及び炭酸ガス吸収キャニスター３２が、及び麻酔剤吸収キャニスター３３が患者Ａから離れる方向へ順に設けられていて、炭酸ガス吸収キャニスター３２には麻酔剤吸収キャニスター３３が並設されている。呼気弁２９は、患者Ａからバッグ３１側へのガスの流れは許容するもののその逆の流れは規制するものである。リリーフ弁３０は、呼気流路２２の圧力が所定圧以上になるときに、流路２２内の圧力を開放しそれ以上圧力が上がるのを規制するものである。バッグ３１は患者Ａへ吸気を送り込むための圧排可能な袋状のものであり、患者Ａへ送る吸気の供給量に応じて種々の大きさのものが用意されていて適宜交換可能となっている。
炭酸ガス吸収キャニスター３２は、患者Ａの呼気から炭酸ガスを吸収除去するものであり、内部には、ソーダライムなどの炭酸ガス吸収剤が充填されている。バッグ３１の呼気流路２２との接続部分には３方弁３５が設けられ、この３方弁３５によって、呼気流路２２をバッグ３１と人工呼吸器３６の何れかに切換接続できるようになっている。
人工呼吸器３６は、容量を制御対象とした容量リミット式と、圧力を制御対象とした圧力リミット式の何れも選択できるようになっている。また、人工呼吸器３６には、余剰ガスを排出するための排出口（図示せず）が設けられている。
【００３０】
図１に示す呼吸代謝測定装置５０において、呼気流路５４に設けられたミキシングチャンバー６３としては、従来公知のものが使用でき、例えば特公平２−１６１４８号公報に開示されているように、流路内を流れる呼気の総流量とたえず一定の比率で変化する少量の分流をバイパス流路を介してチャンバー内に混入させて、濃度を平均化させる構造のものが好ましい。
【００３１】
また電磁弁６１は、患者の呼吸気を流路６０を通して、またはミキシングチャンバー６３から呼気ガス分析用流路６４を通してのいずれか一方から送られるガスをガス濃度測定部６２に送るように配置されている。この電磁弁６１は、演算部６５の指令によって、流路６０側または呼気ガス分析用流路６４側のいずれか一方の流路をガス濃度測定部６２と連通させ、他方の流路を閉止し、一定時間経過後にいずれか他方の流路をガス濃度測定部６２と連通させ、一方の流路を閉止する動作を交互に繰り返し行うようになっている。
【００３２】
また流量センサ５９は、従来公知の高感度の流量センサが用いられ、例えば差圧式の電子流量センサ等が好適に用いられる。なお、本実施形態では、１つの換気量検出ポート５６と流量センサ５９によって患者５２の吸気と呼気の換気量を測定する構成としたが、吸気流路５３と呼気流路５４の両方に換気量検出ポートと流量センサを設け、吸気換気量Ｖｉと呼気換気量Ｖｅとを別々に測定してもよい。
【００３３】
また図１に示す呼吸代謝測定装置５０において、ガス濃度測定部６２は、患者の吸気および呼気中に含まれる、酸素ガス濃度、炭酸ガス濃度、笑気ガス濃度および揮発性麻酔剤（Ａｇ）ガス濃度を迅速かつ正確に測定可能なものが使用される。例えば、一台で炭酸ガス、笑気ガスおよび複数の揮発性麻酔剤（ハローセン、イソフルレン、エンフルレン、セヴォフルレン、デスフルレンの５種類）のそれぞれの濃度を測定可能な赤外線吸収方式のガス濃度測定機器として、ＡＲＴＥＭＡ社（スウェーデン）製のＡＩＯＮ ＭＵＬＴＩ−ＧＡＳ ＡＮＡＬＹＺＥＲ（商品名）を用いることができ、これと酸素センサとを組み合わせ、ガス濃度測定部６２を構成することが好ましい。酸素センサとしては、酸素濃度に応じてガスの磁化率が変化する特性を利用したパラマグネチック方式の酸素センサであるＳｅｒｖｏｍｅｘ社（イギリス）製のｍｏｄｅｌ ＰＭ１１１１Ｅ（商品名）を用いることができる。
【００３４】
また演算部６５は、流量センサ５９およびガス濃度測定部６３からそれぞれ送られた測定値（吸気および呼気換気量、酸素ガス濃度、炭酸ガス濃度、笑気ガス濃度、揮発性麻酔剤ガス濃度）を入力し、予め記憶させておいた計算式に基づいて、患者の酸素摂取量（ＶＯ２）、炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）、笑気摂取量（ＶＮ２Ｏ）および揮発性麻酔剤摂取量（ＶＡｇ）の内の少なくとも１つの代謝測定値を算出するようになっている。なお、この演算部６５は、麻酔装置５１側に演算部を設けている場合（図３の符号１４参照）、これと別に設けてもよいし、一台で両方の機能を兼用させても良い。また演算部６５で得られた結果は、表示部で表示するが、この表示部についても、麻酔装置５１側に表示部を設けている場合（図３の符号１５参照）、これと別に設けてもよいし、一台で種々の情報画面を切り替え表示する構成としてもよい。
【００３５】
本実施形態の呼吸代謝測定装置５０は、上述したように図１に示すように構成され、この呼吸代謝測定装置５０は、後述する呼吸代謝測定方法に従って、麻酔中の患者の呼吸代謝測定値を得る。
なお、上述した呼吸代謝測定装置５０においては、電磁弁６１を用いて、流路６０と呼気ガス分析用流路６４とのいずれか一方の流路を切り替え可能に一台のガス濃度測定部６２に接続した構成としたが、電磁弁６１を用いず、流路６０と呼気ガス分析用流路６４とのそれぞれに別個のガス濃度測定部を設けて構成することもできる。
【００３６】
次に、本発明による麻酔中の患者の呼吸代謝測定方法の一例を説明する。
本例示では、図１に示すように構成された呼吸代謝測定装置５０を用い、酸素ガス濃度が６５％よりも高くなるか、あるいは酸素ガス以外に笑気ガスが含まれる可能性のある麻酔用吸気ガスを患者に吸入させる麻酔中の患者の酸素摂取量（ＶＯ２）、炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）、笑気摂取量（ＶＮ２Ｏ）および揮発性麻酔剤摂取量（ＶＡｇ）の内の少なくとも１つの代謝測定値を算出する。
前記呼吸代謝測定値のうち、酸素摂取量（ＶＯ２）は、次式（１）：
【００３７】
【数９】
［式中、ｋは前記流量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＯ２は吸気中の酸素濃度であり、ＦｅＯ２は呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の酸素濃度である］
によって算出する。
【００３９】
炭酸ガス排出量（ＶＣＯ２）は、次式（６）：
【００４０】
【数１０】
［式中、ｋは前記流量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＣＯ２は吸気中の炭酸ガス濃度であり、ＦｅＣＯ２は呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の炭酸ガス濃度である］
によって算出する。
【００４２】
笑気摂取量（ＶＮ２Ｏ）は、次式（７）：
【００４３】
【数１１】
［式中、ｋは前記流量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＮ２Ｏは吸気中の笑気ガス濃度であり、ＦｅＮ２Ｏは呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の笑気ガス濃度である］
によって算出する。
【００４５】
ハローセン、イソフルレン、エンフルレン、セヴォフルレン、デスフルレン等の揮発性麻酔剤摂取量（ＶＡｇ）は、次式（８）：
【００４６】
【数１２】
［式中、ｋは前記流量測定部で測定される換気量比Ｖｉ／Ｖｅ（ここでＶｉは吸気換気量であり、Ｖｅは呼気換気量である）であり、ＦｉＡｇは吸気中の揮発性麻酔剤濃度であり、ＦｅＡｇは呼気ガス分析用流路を経て送られるガス中の揮発性麻酔剤濃度である］
によって算出する。
【００４８】
図２は、本例示による呼吸代謝測定方法（以下、本方法と略記する）の測定原理および演算処理を説明する図である。本方法では、図２に示すように、一定時間間隔Ｔで演算値を出力する。
また本方法では、このＴ時間内に、患者口元のガス濃度検出ポート５７から流路６０を通して送られるガス中のガス濃度を測定する部分（瞬時区間：Ｔ１）と、ミキシングチャンバー６３から呼気ガス分析用流路６４を通して送られるガス中のガス濃度を測定する部分（平均区間：Ｔ２）とに、電磁弁６１によって流路を切り替えてガス濃度分析がなされる。
【００４９】
瞬時区間Ｔ１では呼吸毎の吸入ガス濃度（ＦｉＯ２，ＦｉＣＯ２，ＦｉＮ２Ｏ，ＦｉＡｇ）が測定される。同時に、流量センサ５９から入力される信号により、呼吸毎にＶｉとＶｅ（Ｖｉは吸気換気量、Ｖｅは呼気換気量である）が測定され、ｋ（＝Ｖｉ／Ｖｅ）が計算される。
【００５０】
平均区間Ｔ２に切り替わった時、ミキシングチャンバー６３内のガス濃度（ＦｅＯ２，ＦｅＣＯ２，ＦｅＮ２Ｏ，ＦｅＡｇ）が分析され、流量センサ５９から呼気換気量Ｖｅの算出とともに、上記式（１）、（６）〜（８）に基づいた各代謝項目が演算される。
【００５１】
本方法によれば、次のような効果を奏し得る。
１）本方法によれば、いかなる麻酔条件下でも代謝測定が可能となる。本方法では、吸気換気量Ｖｉと呼気換気量Ｖｅとの比ｋ（ｋ＝Ｖｉ／Ｖｅ）を実測する概念を導入したことにより、吸入ガスの種類やその濃度の範囲如何を問わず、無条件で測定が可能となった。
【００５２】
２）本方法によれば、高精度測定が可能である。呼気流路５４にミキシングチャンバー６３を設け、ここで混合した呼気ガス中のガス濃度を分析してＦｅＯ２，ＦｅＣＯ２，ＦｅＮ２Ｏ，ＦｅＡｇとすることで、従来のＢ／Ｂ法やその変形法において要求される位相合わせや波形の各種補正を行う必要がなくなり、極めて高精度の代謝測定値が得られる。
即ち、式（１）に代入する場合、換気量は呼気換気量Ｖｅだけであり、また呼気ガス濃度（ＦｅＯ２，ＦｅＣＯ２，ＦｅＮ２ＯまたはＦｅＡｇ）はＢ／Ｂ法で用いるサイクリックな変動波形ではなく、ミキシングチャンバー６３による平均化波形を当てはめることができるからである。
【００５３】
３）本方法によれば、従来法では実質的に測定できなかった笑気摂取量（ＶＮ２Ｏ）および揮発性麻酔剤摂取量（ＶＡｇ）も、上記の式（７）、（８）によって測定可能となる。
【００５４】
【発明の効果】
本発明によれば、麻酔中の患者の代謝測定を正確に実施可能な麻酔中の呼吸代謝測定装置、麻酔装置および麻酔中の呼吸代謝測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の呼吸代謝測定装置と麻酔装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の呼吸代謝測定方法の測定原理および演算処理を説明する図である。
【図３】従来の麻酔装置を例示する概略構成図である。
【符号の説明】
５０ 呼吸代謝測定装置
５１ 麻酔装置
５２ 患者
５３ 吸気流路
５４ 呼気流路
５５，５８，６０ 流路
５６ 換気量検出ポート
５７ ガス濃度検出ポート
５９ 流量センサ（換気量測定部）
６１ 電磁弁
６２ ガス濃度測定部
６３ ミキシングチャンバー
６４ 呼気ガス分析用流路
６５ 演算部
Claims (3)
- 患者の吸気および呼気の換気量を測定する換気量測定部と、該吸気および呼気中のガス濃度を測定するガス濃度測定部とを有し、該換気量測定部とガス濃度測定部との測定結果を演算して呼吸代謝測定値を求める呼吸代謝測定装置において、
前記患者の吸気が酸素ガス濃度が６５％よりも高くなるか、あるいは酸素ガス以外に笑気ガスが含まれる可能性のある麻酔用吸気ガスであり、
前記ガス濃度測定部は、吸気または呼気中の少なくとも１つの成分ガス濃度を測定するガス濃度測定部と、患者からの呼気ガスを混合するミキシングチャンバーと、前記ミキシングチャンバー内のガスを前記ガス濃度測定部に供給する呼気ガス分析用流路とを含み、
前記呼吸代謝測定値のうち酸素摂取量（ＶＯ２）が、次式（１）：
によって求められることを特徴とする麻酔中の呼吸代謝測定装置。 - 酸素ガスと、笑気ガスと空気の少なくとも一方と、揮発性麻酔剤を混合して新鮮ガスとして供給する麻酔器本体と、該麻酔器本体から供給される新鮮ガスを、患者の呼気から炭酸ガスを吸収除去した後の循環気に混入し、該循環気と前記新鮮ガスとを混合し吸気として患者に送る麻酔循環回路とを備え、該麻酔循環回路から麻酔ガスを含んだ吸気を患者に送り該患者に麻酔を施す麻酔装置において、請求項１記載の麻酔中の呼吸代謝測定装置を有することを特徴とする麻酔装置。
- 酸素ガス濃度が６５％よりも高くなるか、あるいは酸素ガス以外に笑気ガスが含まれる可能性のあるガスを患者に吸入させる麻酔中の患者の呼吸代謝測定方法であって、
患者の吸気および呼気の換気量を測定する換気量測定部と、該吸気および呼気中のガス濃度を測定するガス濃度測定部とを有し、前記ガス濃度測定部が、吸気または呼気中の少なくとも１つの成分ガス濃度を測定するガス濃度測定部と、患者からの呼気ガスを混合するミキシングチャンバーと、前記ミキシングチャンバー内のガスを前記ガス濃度測定部に供給する呼気ガス分析用流路とを含む呼吸代謝測定装置を用いて、
前記呼吸代謝測定値のうち酸素摂取量（ＶＯ２）を、次式（１）：
によって求めることを特徴とする麻酔中の呼吸代謝測定方法。
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