JP2005506136A - 人工呼吸器デッドスペースの排除のための連続ガス漏出 - Google Patents
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Abstract
使用者へと供給流体を供給し、そして使用者から廃流体を受け取ることを交互に行う流体供給除去システムから廃流体を除去するためのデバイスが提供される。供給流体および廃流体は流路に沿って流れ、供給チューブ(60)によって、供給流体が使用者へと供給され、廃流体が使用者から受け取られる。このシステムは、デッドスペースを有する。このデバイスは、供給チューブおよびデッドスペースに作動可能に結ばれた流体通路を有し、かつ、供給流体および廃流体を指向させる。排出チューブ(20)は、システムから廃流体の一部を排出し、そして流路に作動可能に結ばれた第1の端部を有する。排出チューブ(20)は、使用者とデッドスペースとの間の流路に沿った位置で、システムに装着されている。
Description
【技術分野】
【0001】
(発明の分野)
本発明は、流体混合物を制御するための方法およびデバイスに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、新生児用人工呼吸器において使用される主気流センサーまたは主気圧センサーにおいて、自発的な呼吸か、または人工的な呼吸のいずれかによって通常は排除されるガスの蓄積を防止するための方法およびデバイスに関する。さらにより具体的には、本発明の実施形態は、機械的な呼吸と自発吸気とを同期させ、そして換気を測定するための新生児用人工呼吸器において使用される主流センサーによって付加される、いわゆるデッドスペースの排除に関する。
【背景技術】
【0002】
(背景情報)
極低体重の未熟児は、しばしば、肺病理学、中枢呼吸力の不安定性、呼吸ポンプの乏しい有効性および比較的大きな解剖学的死腔に対して続発する呼吸障害のために、機械的な人工呼吸器支持を必要とする。機械的人工換気の経過の間は、医師は、肺損傷の危険性を最小限にする一方で、十分な動脈血ガスを維持しようとする。
【0003】
従来の時間循環圧力限定新生児用人工呼吸器の近年の増強は、患者の吸気努力、換気モニタリング、肺機構の分析、および容量を目標とした換気との、機械的呼吸の同期化を含む。これらの増強は、気管内チューブ(ETT)アダプターと人工呼吸器回路との間にラインに沿って配置された主気流センサーまたは主気圧センサーの使用を包含する。
【0004】
同期式断続的強制換気(SIMV)の研究は、従来の断続的強制換気(IMV)と比較して、人工呼吸器が送達する換気容量の増大した大きさおよび低減した変動性を報告しており、そして、結果において潜在的な利点を示唆している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0005】
(発明の要旨)
機械的呼吸と自発吸気とを同期させ、そして換気を測定するための新生児用人工呼吸器において使用される主気流センサーは、デッドスペース(すなわち、ガス交換に寄与しない解剖学的気道または人工気道に付加される容量)を増大させ得、そしてCO2排出を損ない得る。本発明は、制御されたガス漏出を用いるデッドスペース洗い出しのためのデバイスおよび方法を提供する。
【0006】
本発明の特定の実施形態は、早産児においてCO2を再呼吸することなしに、気流センサーを洗い出し、そして同期化および換気モニタリングを可能にするための気管内チューブ(ETT)アダプターにおける連続ガス漏出を提供する。
【0007】
同期した換気の間の早産児における器械のデッドスペースのかなりの生理学的影響が、ETTアダプター連続漏出技術によって、安全かつ有効に回避され得る。
【0008】
本発明の特定の実施形態は、使用者に供給流体を供給し、そして使用者から廃流体を受け取ることを交互に行う流体供給除去システムから廃流体を除去するためのデバイスを提供する。供給流体および廃流体は流路に沿って流れ、供給チューブによって、供給流体は使用者に供給され、そして廃流体は使用者から受け取られる。このシステムは、デッドスペースを有する。このデバイスは、供給流体および廃流体を指向させる供給チューブおよびデッドスペースに作動可能に結ばれた流体通路を有する。排出チューブは、システムからの廃流体の一部を排出し、流体通路と作動可能に結ばれた第1の端部を有する。この排出チューブは、使用者とデッドスペースとの間の流路に沿った位置で、システムに装着される。
【0009】
本発明の他の実施形態は、使用者に供給流体を供給し、そして使用者から廃流体を受け取ることを交互に行う流体供給除去システムから廃流体を除去するための方法を包含する。供給流体および廃流体は流路に沿って流れ、供給チューブによって、供給流体は使用者に供給され、そして廃流体は使用者から受け取られる。このシステムは、デッドスペースを有する。この方法は、供給チューブおよびデッドスペースと作動可能に結ばれた流体通路において供給流体および廃流体を指向させる工程、および、排出チューブを通ってシステムから廃流体の一部を排出する工程を包含する。この排出チューブは、流体通路と作動可能に結ばれた第1の端部を有する。この排出チューブは、使用者とデッドスペースとの間の流路に沿った位置で、システムに装着される。
【0010】
(好ましい実施形態の詳細な説明)
SIMVの間の二酸化炭素(CO2)排除における、機器のデッドスペースの影響については、ほとんど知られておらず、換気支持が外され、乳児が、彼らの自発換気を増強させることによって補う必要がある場合に、このデッドスペースは、より重要となり得る。
【0011】
早産児がCO2を排除する能力は、彼らの換気容量(VT)に対する彼らの比較的大きい解剖学的呼吸死腔(VD)のために、弱められる。機器のデッドスペースの付加は、彼らのVD/VT比をさらに増加させ、彼らのCO2を排除する能力を制限し得、このことは、より高い動脈CO2圧力、中枢呼吸力の増大を生じ得るか、または、機械的換気支持の増大に至る。
【0012】
気流センサーデッドスペースに起因する、吸気におけるCO2の濃度の増加を回避するための技術が、開発されている。この技術は、ETTアダプターでの連続ガス漏出による、吐き出されたCO2のセンサーを清浄にするための、新鮮なガスによるセンサーの連続洗い出しからなる。この技術の目的は、気流センサーの使用を可能にし、そして、CO2再呼吸を引き起こすことなしに、同期化および換気モニタリングの潜在的な利点を利用することである。
【0013】
機械的に換気されている早産児の群において試験を実施し、IMVおよびSIMVの間の気流センサーデッドスペースの影響を決定し、そして、CO2排除、酸素付加、換気および自発呼吸努力に対するETTアダプター連続漏出技術を評価した。ETTアダプター連続漏出技術は、CO2再呼吸、肺胞ガス中のCO2濃度、および自発呼吸努力を増加させることなく、主気流センサーの使用を可能にすると考えられた。
【0014】
本発明の一部であり得る換気システム10の例を、図1に示す。この例において、排出チューブ20は、システムの流路からのガスの漏出のためにETTアダプター30に装着されている。アダプター30は、気流センサー40と気管内チューブ60との間に配置される。次いで、気流センサーは、換気回路50に装着される。気管内チューブを使用して、使用者に供給流体を断続的に供給し、そして使用者から廃流体を送り出す。気管内チューブは、これらの流体の両方に対して使用されるが、理想的には、これらの流体の1つのみが、一度に気管内チューブを占めることが注記される。図1はまた、特定のガス特性を記録するためのアダプター30に装着されたマイクロカプノメータ70を示す。図2は、排出チューブ20’が、気流センサー40のハウジングに装着されている本発明の代替的な実施形態を示す。例えば、排出チューブ20、20’は、15ミリメートル長の開放端チューブであり得、そして、約680cmH2O/リットル/秒の抵抗であり得る。漏出流は、機械的呼気時間の間は連続的であり、終末呼気陽圧(PEEP)によって決定される。漏出流は、より大きい圧力勾配に起因して、機械的吸気の間は増加し、最大吸気圧(PIP)で最も高い。この例において、4cmH2OのPEEPは、約0.35リットル/分の漏出流を生成し、0.2秒に1.1ミリリットルの容量を交換する。開放端チューブ抵抗は、PEEPを維持し、そしてPIPの生成を可能にするのに十分に高い。機械的吸気時間(IT)が短い場合に、人工呼吸器偏流における増加は、所望のPIPを生成するのに有用であり得る。漏出流は、センサーによって測定される流れに加わり、そして、吸気流の過大評価および呼気流の過小評価を引き起こし得る。流れ測定におけるこれらの誤差は、種々の公知の方法によって最小限にされ得るか、または排除され得る。
【0015】
生誕時に1500グラムより低い体重の、機械的換気される早産児が、この試験については適格であった。乳児を、無作為に並べて4回の30分期間で試験した:IMV(気流センサーなし)、IMV+センサー、SIMV(気流センサーあり)、およびSIMV+漏出(ETTアダプター連続漏出あり)。
【0016】
気道分泌は、前の気管内吸引によって除去した。乳児は、保育器の中で試験し、そして、平静なままであった。
【0017】
人工呼吸器支持を、2つの流れが同期した時間循環の圧力制限のある乳児人工呼吸器へとランダムに割り当てた(Babylog8000、Draeger AG、Lubeck、GermanyまたはVIP Bird、Bird Products Corporation、Palm Springs、CA)。熱線風速計であるBabylog8000センサーおよび可変オリフィス呼吸流量図であるVIP Birdセンサーは、それぞれ1.1ミリリットルおよび1.2ミリリットルの内部容量を有する。PIP、PEEP、ITの人工呼吸器設定および速度は変化させなかった。人工呼吸器トリガー感受性を、SIMVの間は最大に設定し、そして、SIMV+漏出の間は自動循環を避けるように低くした。
【0018】
VTおよび呼吸数(RR)の非侵襲性測定を、2つの変換器バンドを胸郭部および腹部に、それぞれ乳首およびへその位置で巻きつけて、呼吸インダクタンスプレチスモグラフィ(Respitrace Plus、Sensormedics Corporation、Yorba Linda、CA)により得た。それらの相対容積測定膨張は、定性的診断校正により決定した。分あたりの換気(V’E)は、VTとRRとの積として計算した。
【0019】
気流測定は、IMV+センサーの期間、SIMVの期間およびSIMV+漏出の期間の間に、変換器増幅器(Gould Instrument Systems、Valley View、OH)により稼動される示差圧力変換器(Validyne Engineering、Northridge、CA)に接続されたVIP Birdの呼吸流量図か、またはBabylog8000のアナログ出力から得た。
【0020】
終末吸気CO2濃度および終末呼気CO2濃度を、側流カプノグラフ(Micro−capnometer、Columbus Instruments、Columbus、OH)により測定した。ガスを、ETTアダプター(図1)の頂部のオリフィスを通じて、5ミリリットル/分でサンプルした。デバイスの精度は、±1.0%である。それは70ミリ秒の応答時間で1分間に130回までの呼吸数を検出する(10T〜90T%)。
【0021】
経皮的なO2圧力(TcPO2)およびCO2圧力(TcPCO2)を、加熱した経皮的電極(Transcend ShuttleまたはMicrogas7560、Sensormedics Corporation、Yorba Linda、CA)により測定した。動脈酸素飽和度(SpO2)を、パルス酸素測定(Radical、Masimo Corporation、CAまたはOxypleth520A、Novametrix Medical Systems、Wallingford、CT)により測定した。吸気酸素の画分(FiO2)を、酸素分析器(O2000、Maxtec、UT)により測定した。
【0022】
全ての信号は、100Hzでデジタル化し、そしてパーソナルコンピューター(AT−CODAS、Dataq Instruments、Akron、OH)に記録した。
【0023】
各30分の記録期間の初めの15分は、調節間隔とした。以下のパラメータを、各30分の記録期間の後の15分にわたって計算した:平均TcPCO2、平均TcPO2、平均FiO2、および平均SpO2。平均吸気内CO2濃度は、各々の分の初めの5回の呼吸から得た。平均呼気内CO2濃度は、終末呼気プラトーにより、各々の分の初めの5回の呼吸から得た。
【0024】
インダクタンスプレチスモグラフィにより測定された平均VT、平均V’E、平均RRは、それぞれ、任意の単位(AU)、1分あたりのAUおよび1分あたりの呼吸数で報告する。
【0025】
統計的分析を、分散の反復測定分析(RMANOVA)により行った。スチューデント−ニューマン−ケウルズ手法を、1組の比較のために使用した。0.05より低いp値を有意とした。データは、平均±標準偏差として報告する。
【0026】
機械的換気を受ける早産児を試験した。全乳児は4つの期間全てで十分に許容し、そして有害事象はなかった。彼らの出生体重は835±244グラムであり、在胎齢は、26±2週であった。彼らを19±9日齢(受胎後28.6±1.7週齢)で試験した。彼らの換気支持は、1分間に21±6呼吸の機械速度、16±1cmH2OのPIP、4.2±0.4cmH2OのPEEPからなり、そしてSpO2を90%より高く維持するために0.26±0.6のFiO2を必要とした。ITは0.35秒と0.4秒との間であり、そして人工呼吸器偏流は8リットル/分と9リットル/分との間であった。8人の乳児を、2.5ミリメートルの内径の非カフETTを介して換気し、2人の乳児を、3.0ミリメートルの内径の非カフETTを介して換気した。ETTの長さは、10センチメートルと12センチメートルとの間の範囲であった。どの乳児においてもTeの間のETTの遠位端周辺においてガス漏出はなかった。
【0027】
流量センサーによって付加される機器デッドスペースは、CO2再呼吸を増加させた。終末吸気CO2濃度は、IMV+センサーおよびSIMV期間では、適所にある気流センサーよりも有意に高かった。ETTアダプター持続的漏出は、SIMV+漏出期間では気流センサーからの呼気されたCO2のほとんどを清浄化し、そして終末吸気CO2濃度は、適所の気流センサーなしのIMV期間に観測された範囲内のままであった。(表1を参照のこと)。
【0028】
【表1】
*:p<0.01 対 IMVおよびSIMV+漏出。
†:p<0.05 対 IMVおよびSIMV+漏出。
AU:任意の単位
さらなるデッドスペースはまた、吸気の早期の間のCO2濃度における変化速度を低下させた。図3aと比較すると、図3bのカプノグラムは、適所にある気流センサーを用いる早期吸気の間で、CO2における、より遅い減少を示し、第1の半分の間の類似の吸気容量で吸入されるよりも、より高濃度のCO2を生じる。ETTアダプター持続的漏出による、気流センサーからの呼気されたCO2の迅速な清浄化は、図3cに示されるような効果をほとんど完全に排除する。
【0029】
肺胞ガスにおけるCO2濃度はまた、適所にある気流センサーにより増加した。終末呼気CO2濃度は、IMVおよびSIMV+漏出の間と比較して、IMV+センサーおよびSIMVの間において、より有意に高く、TcPCO2における有意な上昇と相関した。SIMV+漏出の間では、終末呼気CO2濃度測定およびTcPCO2測定は、IMVの間に観測されたものと類似であった(表1を参照のこと)。
【0030】
図4aにおいて示される、個々の乳児からの同時の気流記録およびカプノグラフ記録は、終末吸気CO2および終末呼気CO2における増加、ならびに、SIMVの間に吸入されたガスにおけるCO2濃度変化の、より遅い速度を示す。SIMV+漏出の間(図4b)では、ETTアダプター持続的漏出は、終末吸気CO2および終末呼気CO2を低下させ、吸気の間のより速いCO2濃度の下落を生じた。漏出流は、機械的呼気の間に測定された気流シグナルにおいて一定吸気オフセット(吸気の間は増加した)を生成した。
【0031】
人工呼吸器の設定が一定のままであったので、気流センサーデッドスペースに起因する、CO2を排除するための減少した能力は、代償性自発呼吸努力の増加をもたらし、IMV+センサーおよびSIMV期間の間に、有意に、より高い自発的V’Eを生じた。V’Eにおける有意な増加は、有意により大きいVTから生じ、そしてRRにおいて、わずかではあるが持続的な上昇はなかった。V’Eにおけるこの増加は、SIMV+漏出期間では観測されず、そしてVTおよびRRは、IMVの間に観測された範囲内のままであり(表1を参照のこと)、IMVと比較してSIMV+漏出の間の比較的不変のCO2レベルと相関があった。
【0032】
SIMV+漏出の間のETTアダプター持続的漏出は、酸素付加を減少させず、これは、全体の試験の間では比較的一定であった。SpO2およびFiO2の平均レベルは不変のままであったが、IMV+センサーおよびSIMVの間では、TcPO2において小さいが一定ではない上昇であった。
【0033】
PEEPは、ETTアダプター持続的漏出によって影響を受けないままであったが、人工呼吸器偏流は、わずかに増加し、ITが0.35秒の場合に、セットPIPを生成した。人工呼吸器誘発閾値は、SIMV+漏出期間の開始で調節され、そして自動循環は観測されなかった。人工呼吸器測定は、ETTアダプター持続的漏出の存在下では、呼気流であるVTおよびV’Eを過小評価した。CO2再呼吸における差、TcPCO2およびV’Eは、人工呼吸器モデルによりグループ分けされた乳児の間では観測されなかった。
【0034】
同期式機械的換気を受ける早産児における、ガス交換に対する機器デッドスペースの影響はほとんど知られていない。このグループの乳児において、機器デッドスペースはCO2再呼吸を増加させ、有意に、より高い肺胞CO2およびTcPCO2を生じ、そして自発代償性呼吸努力における増加をもたらした。これらの作用は、この試験において使用された人工呼吸器に対して特定的であるべきでなく、そして主流センサーを備える任意のデバイスに対して最も適用の可能性があるべきである。
【0035】
望まれない生理学的作用は、ETTアダプター持続的漏出技術によって安全かつ有効に予防され、このことは、他の換気様式における機器デッドスペースの排除への適用および主流センサーを必要とする換気モニタリングデバイスへの適用を示唆する。
【0036】
ETTアダプター持続的漏出の有効性は、CO2濃度がもっとも高い場合に、終末呼気での呼気されたガスの迅速な清浄化によって増加した。この終末呼気ガスは、新鮮なガスと混合され、そして主流センサーが、図3bにおいて示されるように適所にある場合に、続く吸気の早期に部分的に吸入される。
【0037】
この試験において使用された流量センサーの比較的小さな内部容量、およびその内部容量を越えた吸気換気容量にも関わらず、幾らかの濃度のCO2が終末吸気で検出された。この現象は、新鮮なガスの優先流または吸気の間の低い乱流に起因する、CO2ポケットの存在によって説明され得る。
【0038】
ETTアダプターと人工呼吸器回路との直接的な接続は、IMVの間の終末吸気において無視できるCO2濃度を生じた。しかし、気流センサーの除去は、同期式換気の潜在的な利益を排除し、VTモニタリング(これは容量損傷(volutrauma)からの肺損傷の危険性にある早産児において特に重要である)を無能にする。
【0039】
ETTアダプター持続的漏出技術の使用に関連する危険性は、比較的低い。この試験において、人工呼吸器自動循環は、誘発閾値調節によって防止された。適切な換気測定を容易にするために、持続的漏出の物理的特徴は、公知であり、そして比較的一定のままであるので、単純なリアルタイム収集アルゴリズムが、実行され得る。開口端チューブの開放性は、PIPによる分泌物または他の流体による閉塞に対して維持される。閉塞が生じる場合、従来の構成へと設定を逆戻りさせる。
【0040】
CO2清浄化を促進させる状態は、非カフETTの周りのガス漏出である。このことは、未熟児においてしばしば観測され、そして長時間にわたって挿管されたままである乳児の間ではより頻繁である。この自発的に生じるガス漏出は、ETTアダプター持続的漏出技術により得られる効果と類似の効果を有し得る。しかし、その大きさは、乳児におけるETTの遠位端の位置および環境に依存して変化するので、その効果は制御されない。
【0041】
非常に重要な知見は、流量センサーが適所にあった場合に、TcPCO2が上昇することであり、このことは、彼らの自発呼吸努力における有意な増加にも関わらず、これらの乳児は、増加したデッドスペースについて完全には補うことができなかったということを示唆する。この状況において、高炭酸ガス症を予防するための機械的換気支持における遅延した離脱またはさらなる増加は、肺気圧損傷および容量損傷の危険性を増加させ得、SIMVの潜在的利益を相殺し得る。
【0042】
ETTアダプター持続的漏出は、同期式機械的換気の間のCO2再呼吸、TcPCO2および自発呼吸努力において有意な減少を生じたが、さらなる重要な臨床結果は、機械的支持における減少を可能にするより効率的な自発換気から生じ得る。
【0043】
本発明は、開口端排出チューブを有する実施例を用いて記載されているが、他の実施形態は、排出チューブ内の流体流れを持続的に制御するための排出チューブの端部に装着された流体ポンプを使用し得る。さらに、本発明は、ガスを供給する実施例を用いて記載されているが、本発明はまた、液体供給システムに対して適用され得ることが注記される。
【0044】
本発明は、好ましい実施形態に対して詳細に記載され、ここで、変化および改変が、本発明のより広い局面において、本発明から逸脱することなくなされ得ることは、当業者に対して前述から明らかである。それゆえに、本発明は、本発明の真実の精神内にあるこのような変化および改変の全てを包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【0045】
本発明は、図面において示される例示的な実施形態により、以上でさらに詳細に説明され、同じ参照番号は、同じ要素を表わす。
【図1】図1は、本発明の例示的な実施形態に従った、ETTアダプター連続漏出技術および機器設定の概略図である。
【図2】図2は、排出チューブが、気流センサーに装着されている、本発明の実施形態の概略図である。
【図3】図3aは、断続的強制換気(IMV)の間の乳児からの一回の呼吸でのカプノグラムおよびVTの記録である。図3bは、同期式断続的強制換気(SIMV)の間の乳児からの一回の呼吸でのカプノグラムおよびVTの記録である。図3cは、本発明(SIMV+漏出)の使用の間の乳児からの一回の呼吸でのカプノグラムおよびVTの記録である。
【図4a】図4aは、SIMVの間の乳児からの気流およびカプノグラム(1.9秒遅延している)の記録を示す。
【図4b】図4bは、本発明(SIMV+漏出)の使用の間の乳児からの気流およびカプノグラム(1.9秒遅延している)の記録を示す。
【0001】
(発明の分野)
本発明は、流体混合物を制御するための方法およびデバイスに関する。より具体的には、本発明の実施形態は、新生児用人工呼吸器において使用される主気流センサーまたは主気圧センサーにおいて、自発的な呼吸か、または人工的な呼吸のいずれかによって通常は排除されるガスの蓄積を防止するための方法およびデバイスに関する。さらにより具体的には、本発明の実施形態は、機械的な呼吸と自発吸気とを同期させ、そして換気を測定するための新生児用人工呼吸器において使用される主流センサーによって付加される、いわゆるデッドスペースの排除に関する。
【背景技術】
【0002】
(背景情報)
極低体重の未熟児は、しばしば、肺病理学、中枢呼吸力の不安定性、呼吸ポンプの乏しい有効性および比較的大きな解剖学的死腔に対して続発する呼吸障害のために、機械的な人工呼吸器支持を必要とする。機械的人工換気の経過の間は、医師は、肺損傷の危険性を最小限にする一方で、十分な動脈血ガスを維持しようとする。
【0003】
従来の時間循環圧力限定新生児用人工呼吸器の近年の増強は、患者の吸気努力、換気モニタリング、肺機構の分析、および容量を目標とした換気との、機械的呼吸の同期化を含む。これらの増強は、気管内チューブ(ETT)アダプターと人工呼吸器回路との間にラインに沿って配置された主気流センサーまたは主気圧センサーの使用を包含する。
【0004】
同期式断続的強制換気(SIMV)の研究は、従来の断続的強制換気(IMV)と比較して、人工呼吸器が送達する換気容量の増大した大きさおよび低減した変動性を報告しており、そして、結果において潜在的な利点を示唆している。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0005】
(発明の要旨)
機械的呼吸と自発吸気とを同期させ、そして換気を測定するための新生児用人工呼吸器において使用される主気流センサーは、デッドスペース(すなわち、ガス交換に寄与しない解剖学的気道または人工気道に付加される容量)を増大させ得、そしてCO2排出を損ない得る。本発明は、制御されたガス漏出を用いるデッドスペース洗い出しのためのデバイスおよび方法を提供する。
【0006】
本発明の特定の実施形態は、早産児においてCO2を再呼吸することなしに、気流センサーを洗い出し、そして同期化および換気モニタリングを可能にするための気管内チューブ(ETT)アダプターにおける連続ガス漏出を提供する。
【0007】
同期した換気の間の早産児における器械のデッドスペースのかなりの生理学的影響が、ETTアダプター連続漏出技術によって、安全かつ有効に回避され得る。
【0008】
本発明の特定の実施形態は、使用者に供給流体を供給し、そして使用者から廃流体を受け取ることを交互に行う流体供給除去システムから廃流体を除去するためのデバイスを提供する。供給流体および廃流体は流路に沿って流れ、供給チューブによって、供給流体は使用者に供給され、そして廃流体は使用者から受け取られる。このシステムは、デッドスペースを有する。このデバイスは、供給流体および廃流体を指向させる供給チューブおよびデッドスペースに作動可能に結ばれた流体通路を有する。排出チューブは、システムからの廃流体の一部を排出し、流体通路と作動可能に結ばれた第1の端部を有する。この排出チューブは、使用者とデッドスペースとの間の流路に沿った位置で、システムに装着される。
【0009】
本発明の他の実施形態は、使用者に供給流体を供給し、そして使用者から廃流体を受け取ることを交互に行う流体供給除去システムから廃流体を除去するための方法を包含する。供給流体および廃流体は流路に沿って流れ、供給チューブによって、供給流体は使用者に供給され、そして廃流体は使用者から受け取られる。このシステムは、デッドスペースを有する。この方法は、供給チューブおよびデッドスペースと作動可能に結ばれた流体通路において供給流体および廃流体を指向させる工程、および、排出チューブを通ってシステムから廃流体の一部を排出する工程を包含する。この排出チューブは、流体通路と作動可能に結ばれた第1の端部を有する。この排出チューブは、使用者とデッドスペースとの間の流路に沿った位置で、システムに装着される。
【0010】
(好ましい実施形態の詳細な説明)
SIMVの間の二酸化炭素(CO2)排除における、機器のデッドスペースの影響については、ほとんど知られておらず、換気支持が外され、乳児が、彼らの自発換気を増強させることによって補う必要がある場合に、このデッドスペースは、より重要となり得る。
【0011】
早産児がCO2を排除する能力は、彼らの換気容量(VT)に対する彼らの比較的大きい解剖学的呼吸死腔(VD)のために、弱められる。機器のデッドスペースの付加は、彼らのVD/VT比をさらに増加させ、彼らのCO2を排除する能力を制限し得、このことは、より高い動脈CO2圧力、中枢呼吸力の増大を生じ得るか、または、機械的換気支持の増大に至る。
【0012】
気流センサーデッドスペースに起因する、吸気におけるCO2の濃度の増加を回避するための技術が、開発されている。この技術は、ETTアダプターでの連続ガス漏出による、吐き出されたCO2のセンサーを清浄にするための、新鮮なガスによるセンサーの連続洗い出しからなる。この技術の目的は、気流センサーの使用を可能にし、そして、CO2再呼吸を引き起こすことなしに、同期化および換気モニタリングの潜在的な利点を利用することである。
【0013】
機械的に換気されている早産児の群において試験を実施し、IMVおよびSIMVの間の気流センサーデッドスペースの影響を決定し、そして、CO2排除、酸素付加、換気および自発呼吸努力に対するETTアダプター連続漏出技術を評価した。ETTアダプター連続漏出技術は、CO2再呼吸、肺胞ガス中のCO2濃度、および自発呼吸努力を増加させることなく、主気流センサーの使用を可能にすると考えられた。
【0014】
本発明の一部であり得る換気システム10の例を、図1に示す。この例において、排出チューブ20は、システムの流路からのガスの漏出のためにETTアダプター30に装着されている。アダプター30は、気流センサー40と気管内チューブ60との間に配置される。次いで、気流センサーは、換気回路50に装着される。気管内チューブを使用して、使用者に供給流体を断続的に供給し、そして使用者から廃流体を送り出す。気管内チューブは、これらの流体の両方に対して使用されるが、理想的には、これらの流体の1つのみが、一度に気管内チューブを占めることが注記される。図1はまた、特定のガス特性を記録するためのアダプター30に装着されたマイクロカプノメータ70を示す。図2は、排出チューブ20’が、気流センサー40のハウジングに装着されている本発明の代替的な実施形態を示す。例えば、排出チューブ20、20’は、15ミリメートル長の開放端チューブであり得、そして、約680cmH2O/リットル/秒の抵抗であり得る。漏出流は、機械的呼気時間の間は連続的であり、終末呼気陽圧(PEEP)によって決定される。漏出流は、より大きい圧力勾配に起因して、機械的吸気の間は増加し、最大吸気圧(PIP)で最も高い。この例において、4cmH2OのPEEPは、約0.35リットル/分の漏出流を生成し、0.2秒に1.1ミリリットルの容量を交換する。開放端チューブ抵抗は、PEEPを維持し、そしてPIPの生成を可能にするのに十分に高い。機械的吸気時間(IT)が短い場合に、人工呼吸器偏流における増加は、所望のPIPを生成するのに有用であり得る。漏出流は、センサーによって測定される流れに加わり、そして、吸気流の過大評価および呼気流の過小評価を引き起こし得る。流れ測定におけるこれらの誤差は、種々の公知の方法によって最小限にされ得るか、または排除され得る。
【0015】
生誕時に1500グラムより低い体重の、機械的換気される早産児が、この試験については適格であった。乳児を、無作為に並べて4回の30分期間で試験した:IMV(気流センサーなし)、IMV+センサー、SIMV(気流センサーあり)、およびSIMV+漏出(ETTアダプター連続漏出あり)。
【0016】
気道分泌は、前の気管内吸引によって除去した。乳児は、保育器の中で試験し、そして、平静なままであった。
【0017】
人工呼吸器支持を、2つの流れが同期した時間循環の圧力制限のある乳児人工呼吸器へとランダムに割り当てた(Babylog8000、Draeger AG、Lubeck、GermanyまたはVIP Bird、Bird Products Corporation、Palm Springs、CA)。熱線風速計であるBabylog8000センサーおよび可変オリフィス呼吸流量図であるVIP Birdセンサーは、それぞれ1.1ミリリットルおよび1.2ミリリットルの内部容量を有する。PIP、PEEP、ITの人工呼吸器設定および速度は変化させなかった。人工呼吸器トリガー感受性を、SIMVの間は最大に設定し、そして、SIMV+漏出の間は自動循環を避けるように低くした。
【0018】
VTおよび呼吸数(RR)の非侵襲性測定を、2つの変換器バンドを胸郭部および腹部に、それぞれ乳首およびへその位置で巻きつけて、呼吸インダクタンスプレチスモグラフィ(Respitrace Plus、Sensormedics Corporation、Yorba Linda、CA)により得た。それらの相対容積測定膨張は、定性的診断校正により決定した。分あたりの換気(V’E)は、VTとRRとの積として計算した。
【0019】
気流測定は、IMV+センサーの期間、SIMVの期間およびSIMV+漏出の期間の間に、変換器増幅器(Gould Instrument Systems、Valley View、OH)により稼動される示差圧力変換器(Validyne Engineering、Northridge、CA)に接続されたVIP Birdの呼吸流量図か、またはBabylog8000のアナログ出力から得た。
【0020】
終末吸気CO2濃度および終末呼気CO2濃度を、側流カプノグラフ(Micro−capnometer、Columbus Instruments、Columbus、OH)により測定した。ガスを、ETTアダプター(図1)の頂部のオリフィスを通じて、5ミリリットル/分でサンプルした。デバイスの精度は、±1.0%である。それは70ミリ秒の応答時間で1分間に130回までの呼吸数を検出する(10T〜90T%)。
【0021】
経皮的なO2圧力(TcPO2)およびCO2圧力(TcPCO2)を、加熱した経皮的電極(Transcend ShuttleまたはMicrogas7560、Sensormedics Corporation、Yorba Linda、CA)により測定した。動脈酸素飽和度(SpO2)を、パルス酸素測定(Radical、Masimo Corporation、CAまたはOxypleth520A、Novametrix Medical Systems、Wallingford、CT)により測定した。吸気酸素の画分(FiO2)を、酸素分析器(O2000、Maxtec、UT)により測定した。
【0022】
全ての信号は、100Hzでデジタル化し、そしてパーソナルコンピューター(AT−CODAS、Dataq Instruments、Akron、OH)に記録した。
【0023】
各30分の記録期間の初めの15分は、調節間隔とした。以下のパラメータを、各30分の記録期間の後の15分にわたって計算した:平均TcPCO2、平均TcPO2、平均FiO2、および平均SpO2。平均吸気内CO2濃度は、各々の分の初めの5回の呼吸から得た。平均呼気内CO2濃度は、終末呼気プラトーにより、各々の分の初めの5回の呼吸から得た。
【0024】
インダクタンスプレチスモグラフィにより測定された平均VT、平均V’E、平均RRは、それぞれ、任意の単位(AU)、1分あたりのAUおよび1分あたりの呼吸数で報告する。
【0025】
統計的分析を、分散の反復測定分析(RMANOVA)により行った。スチューデント−ニューマン−ケウルズ手法を、1組の比較のために使用した。0.05より低いp値を有意とした。データは、平均±標準偏差として報告する。
【0026】
機械的換気を受ける早産児を試験した。全乳児は4つの期間全てで十分に許容し、そして有害事象はなかった。彼らの出生体重は835±244グラムであり、在胎齢は、26±2週であった。彼らを19±9日齢(受胎後28.6±1.7週齢)で試験した。彼らの換気支持は、1分間に21±6呼吸の機械速度、16±1cmH2OのPIP、4.2±0.4cmH2OのPEEPからなり、そしてSpO2を90%より高く維持するために0.26±0.6のFiO2を必要とした。ITは0.35秒と0.4秒との間であり、そして人工呼吸器偏流は8リットル/分と9リットル/分との間であった。8人の乳児を、2.5ミリメートルの内径の非カフETTを介して換気し、2人の乳児を、3.0ミリメートルの内径の非カフETTを介して換気した。ETTの長さは、10センチメートルと12センチメートルとの間の範囲であった。どの乳児においてもTeの間のETTの遠位端周辺においてガス漏出はなかった。
【0027】
流量センサーによって付加される機器デッドスペースは、CO2再呼吸を増加させた。終末吸気CO2濃度は、IMV+センサーおよびSIMV期間では、適所にある気流センサーよりも有意に高かった。ETTアダプター持続的漏出は、SIMV+漏出期間では気流センサーからの呼気されたCO2のほとんどを清浄化し、そして終末吸気CO2濃度は、適所の気流センサーなしのIMV期間に観測された範囲内のままであった。(表1を参照のこと)。
【0028】
【表1】
*:p<0.01 対 IMVおよびSIMV+漏出。
†:p<0.05 対 IMVおよびSIMV+漏出。
AU:任意の単位
さらなるデッドスペースはまた、吸気の早期の間のCO2濃度における変化速度を低下させた。図3aと比較すると、図3bのカプノグラムは、適所にある気流センサーを用いる早期吸気の間で、CO2における、より遅い減少を示し、第1の半分の間の類似の吸気容量で吸入されるよりも、より高濃度のCO2を生じる。ETTアダプター持続的漏出による、気流センサーからの呼気されたCO2の迅速な清浄化は、図3cに示されるような効果をほとんど完全に排除する。
【0029】
肺胞ガスにおけるCO2濃度はまた、適所にある気流センサーにより増加した。終末呼気CO2濃度は、IMVおよびSIMV+漏出の間と比較して、IMV+センサーおよびSIMVの間において、より有意に高く、TcPCO2における有意な上昇と相関した。SIMV+漏出の間では、終末呼気CO2濃度測定およびTcPCO2測定は、IMVの間に観測されたものと類似であった(表1を参照のこと)。
【0030】
図4aにおいて示される、個々の乳児からの同時の気流記録およびカプノグラフ記録は、終末吸気CO2および終末呼気CO2における増加、ならびに、SIMVの間に吸入されたガスにおけるCO2濃度変化の、より遅い速度を示す。SIMV+漏出の間(図4b)では、ETTアダプター持続的漏出は、終末吸気CO2および終末呼気CO2を低下させ、吸気の間のより速いCO2濃度の下落を生じた。漏出流は、機械的呼気の間に測定された気流シグナルにおいて一定吸気オフセット(吸気の間は増加した)を生成した。
【0031】
人工呼吸器の設定が一定のままであったので、気流センサーデッドスペースに起因する、CO2を排除するための減少した能力は、代償性自発呼吸努力の増加をもたらし、IMV+センサーおよびSIMV期間の間に、有意に、より高い自発的V’Eを生じた。V’Eにおける有意な増加は、有意により大きいVTから生じ、そしてRRにおいて、わずかではあるが持続的な上昇はなかった。V’Eにおけるこの増加は、SIMV+漏出期間では観測されず、そしてVTおよびRRは、IMVの間に観測された範囲内のままであり(表1を参照のこと)、IMVと比較してSIMV+漏出の間の比較的不変のCO2レベルと相関があった。
【0032】
SIMV+漏出の間のETTアダプター持続的漏出は、酸素付加を減少させず、これは、全体の試験の間では比較的一定であった。SpO2およびFiO2の平均レベルは不変のままであったが、IMV+センサーおよびSIMVの間では、TcPO2において小さいが一定ではない上昇であった。
【0033】
PEEPは、ETTアダプター持続的漏出によって影響を受けないままであったが、人工呼吸器偏流は、わずかに増加し、ITが0.35秒の場合に、セットPIPを生成した。人工呼吸器誘発閾値は、SIMV+漏出期間の開始で調節され、そして自動循環は観測されなかった。人工呼吸器測定は、ETTアダプター持続的漏出の存在下では、呼気流であるVTおよびV’Eを過小評価した。CO2再呼吸における差、TcPCO2およびV’Eは、人工呼吸器モデルによりグループ分けされた乳児の間では観測されなかった。
【0034】
同期式機械的換気を受ける早産児における、ガス交換に対する機器デッドスペースの影響はほとんど知られていない。このグループの乳児において、機器デッドスペースはCO2再呼吸を増加させ、有意に、より高い肺胞CO2およびTcPCO2を生じ、そして自発代償性呼吸努力における増加をもたらした。これらの作用は、この試験において使用された人工呼吸器に対して特定的であるべきでなく、そして主流センサーを備える任意のデバイスに対して最も適用の可能性があるべきである。
【0035】
望まれない生理学的作用は、ETTアダプター持続的漏出技術によって安全かつ有効に予防され、このことは、他の換気様式における機器デッドスペースの排除への適用および主流センサーを必要とする換気モニタリングデバイスへの適用を示唆する。
【0036】
ETTアダプター持続的漏出の有効性は、CO2濃度がもっとも高い場合に、終末呼気での呼気されたガスの迅速な清浄化によって増加した。この終末呼気ガスは、新鮮なガスと混合され、そして主流センサーが、図3bにおいて示されるように適所にある場合に、続く吸気の早期に部分的に吸入される。
【0037】
この試験において使用された流量センサーの比較的小さな内部容量、およびその内部容量を越えた吸気換気容量にも関わらず、幾らかの濃度のCO2が終末吸気で検出された。この現象は、新鮮なガスの優先流または吸気の間の低い乱流に起因する、CO2ポケットの存在によって説明され得る。
【0038】
ETTアダプターと人工呼吸器回路との直接的な接続は、IMVの間の終末吸気において無視できるCO2濃度を生じた。しかし、気流センサーの除去は、同期式換気の潜在的な利益を排除し、VTモニタリング(これは容量損傷(volutrauma)からの肺損傷の危険性にある早産児において特に重要である)を無能にする。
【0039】
ETTアダプター持続的漏出技術の使用に関連する危険性は、比較的低い。この試験において、人工呼吸器自動循環は、誘発閾値調節によって防止された。適切な換気測定を容易にするために、持続的漏出の物理的特徴は、公知であり、そして比較的一定のままであるので、単純なリアルタイム収集アルゴリズムが、実行され得る。開口端チューブの開放性は、PIPによる分泌物または他の流体による閉塞に対して維持される。閉塞が生じる場合、従来の構成へと設定を逆戻りさせる。
【0040】
CO2清浄化を促進させる状態は、非カフETTの周りのガス漏出である。このことは、未熟児においてしばしば観測され、そして長時間にわたって挿管されたままである乳児の間ではより頻繁である。この自発的に生じるガス漏出は、ETTアダプター持続的漏出技術により得られる効果と類似の効果を有し得る。しかし、その大きさは、乳児におけるETTの遠位端の位置および環境に依存して変化するので、その効果は制御されない。
【0041】
非常に重要な知見は、流量センサーが適所にあった場合に、TcPCO2が上昇することであり、このことは、彼らの自発呼吸努力における有意な増加にも関わらず、これらの乳児は、増加したデッドスペースについて完全には補うことができなかったということを示唆する。この状況において、高炭酸ガス症を予防するための機械的換気支持における遅延した離脱またはさらなる増加は、肺気圧損傷および容量損傷の危険性を増加させ得、SIMVの潜在的利益を相殺し得る。
【0042】
ETTアダプター持続的漏出は、同期式機械的換気の間のCO2再呼吸、TcPCO2および自発呼吸努力において有意な減少を生じたが、さらなる重要な臨床結果は、機械的支持における減少を可能にするより効率的な自発換気から生じ得る。
【0043】
本発明は、開口端排出チューブを有する実施例を用いて記載されているが、他の実施形態は、排出チューブ内の流体流れを持続的に制御するための排出チューブの端部に装着された流体ポンプを使用し得る。さらに、本発明は、ガスを供給する実施例を用いて記載されているが、本発明はまた、液体供給システムに対して適用され得ることが注記される。
【0044】
本発明は、好ましい実施形態に対して詳細に記載され、ここで、変化および改変が、本発明のより広い局面において、本発明から逸脱することなくなされ得ることは、当業者に対して前述から明らかである。それゆえに、本発明は、本発明の真実の精神内にあるこのような変化および改変の全てを包含することが意図される。
【図面の簡単な説明】
【0045】
本発明は、図面において示される例示的な実施形態により、以上でさらに詳細に説明され、同じ参照番号は、同じ要素を表わす。
【図1】図1は、本発明の例示的な実施形態に従った、ETTアダプター連続漏出技術および機器設定の概略図である。
【図2】図2は、排出チューブが、気流センサーに装着されている、本発明の実施形態の概略図である。
【図3】図3aは、断続的強制換気(IMV)の間の乳児からの一回の呼吸でのカプノグラムおよびVTの記録である。図3bは、同期式断続的強制換気(SIMV)の間の乳児からの一回の呼吸でのカプノグラムおよびVTの記録である。図3cは、本発明(SIMV+漏出)の使用の間の乳児からの一回の呼吸でのカプノグラムおよびVTの記録である。
【図4a】図4aは、SIMVの間の乳児からの気流およびカプノグラム(1.9秒遅延している)の記録を示す。
【図4b】図4bは、本発明(SIMV+漏出)の使用の間の乳児からの気流およびカプノグラム(1.9秒遅延している)の記録を示す。
Claims (20)
- 使用者へと供給流体を供給し、そして使用者から廃流体を受け取ることを交互に行う流体供給除去システムから廃流体を除去するためのデバイスであって、該供給流体および該廃流体は、流路に沿って流れ、供給チューブによって、該供給流体が、該使用者に供給され、そして該廃流体が、該使用者から受け取られ、該システムはデッドスペースを有し、該デバイスは、以下:
該供給チューブおよび該デッドスペースに作動可能に結ばれる流体通路であって、かつ、該供給流体および該廃流体を指向させるための、流体通路;ならびに
該システムから該廃流体の一部を排出するための排出チューブであって、該排出チューブは、該流体通路に作動可能に結ばれた第1の端部を有する、排出チューブ、
を備え、ここで、該排出チューブは、該使用者と該デッドスペースとの間の流路に沿った位置で該システムに装着されている、デバイス。 - 前記排出チューブの第2の端部が、開放している、請求項1に記載のデイバス。
- 前記排出チューブの第1の端部が、前記流体通路に装着されている、請求項1に記載のデバイス。
- 気流センサーをさらに備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記排出チューブの第1の端部が、前記気流センサーのハウジングに装着されている、請求項4に記載のデバイス。
- 前記流体供給除去システムが、新生児用人工呼吸器である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記流体通路が、気管内チューブである、請求項6に記載のデバイス。
- 前記廃流体がCO2を含む、請求項7に記載のデバイス。
- 前記供給流体および前記廃流体が、ガスである請求項1に記載のデバイス。
- 前記供給流体が、前記使用者に供給されている間に、該供給流体の一部が、前記排出チューブを通って前記システムを出る、請求項1に記載のデバイス。
- 使用者へと供給流体を供給し、そして該使用者から廃流体を受け取ることを交互に行う流体供給除去システムから廃流体を除去する方法であって、該供給流体および該廃流体は、流路に沿って流れ、供給チューブによって、該供給流体は該使用者に供給され、そして該廃流体が該使用者から受け取られ、該システムはデッドスペースを有し、該方法は、以下の工程:
該供給チューブおよび該デッドスペースに作動可能に結ばれる流体通路において、該供給流体および該廃流体を指向させる工程;ならびに
該システムから排出チューブを通って該廃流体の一部を排出する工程であって、該排出チューブは、該流体通路に作動可能に結ばれた第1の端部を有する、工程、
を包含し、ここで、該排出チューブは、該使用者と該デッドスペースとの間の流路に沿った位置でシステムに装着されている、方法。 - 前記排出チューブの第2の端部が、開放している、請求項11に記載の方法。
- 前記排出チューブの第1の端部が、前記流体通路に装着されている、請求項11に記載の方法。
- 前記システムが、気流センサーをさらに備える、請求項11に記載の方法。
- 前記排出チューブの第1の端部が、前記気流センサーのハウジングに装着されている、請求項14に記載の方法。
- 前記流体供給除去システムが、新生児用人工呼吸器である、請求項11に記載の方法。
- 前記流体通路が、気管内チューブである、請求項16に記載の方法。
- 前記廃流体が、CO2を含む、請求項17に記載の方法。
- 前記供給流体および前記廃流体が、ガスである、請求項11に記載の方法。
- 前記供給流体が前記使用者に供給されている間に、前記供給流体の一部が、前記排出チューブを通って前記システムから出る、請求項11に記載の方法。
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