JP2005521484A - 呼吸時における肺内ガスの流れを連続測定する方法 - Google Patents

Abstract

【構成】関係式：ガス（ｘ）の流量＝ＳＧＦ（ＦＳＸ−ＦＥＸ）を使用して人口呼吸患者または自発呼吸患者を対象とするＣＢＣ回路における任意のガス（ｘ）の流量を計算する方法である。ガス（ｘ）の例を挙げると、ａ）ｉ）Ｎ_２Ｏ、ｉｉ）セボフルラン、ｉｉｉ）イソフルラン、ｉｖ）ハロタン、ｖ）デスフルラム（ｄｅｓｆｌｕｒａｍｅ）などの麻酔剤、ｂ）酸素、およびｃ）二酸化炭素である。上記式において、ＳＧＦは、麻酔専門医がガス流量計から読み取った、呼吸回路（ＣＢＣ回路）に流入するガス流れのガス源ガス（単位はｌ／分）、ＦＳＸは（麻酔専門医によって設定される）麻酔ガスにおけるガスＸの分画濃度、そしてＦＥＸは携帯式ガスアナライザーなどによって求められた呼気終期ガスにおけるガスＸの分画濃度であるガス（ｘ）の流量である。

Description

本発明は、例示のみを目的として言及する、例えば麻酔剤、酸素や二酸化炭素を始めとする全肺内ガスの取り込みおよび排出を測定する方法に関する。

まず、本明細書で使用する用語を以下にまとめて説明しておく。これら用語の定義から、本明細書の内容を把握すべきである。

ＶＥ：微小換気作用（肺に取り込まれ、かつ肺から排出されるガスの全容量／分。ＰＥＴＣＯ_２：呼吸終期ＰＣＯ_２（呼気終期におけるＣＯ_２の分圧）。
ＳＧＦ：ガス源ガス流量（呼吸回路に流入するガス流量、単位ｌ/分）。
ＶＡ：（肺毛細管と肺の空気間隙（肺胞）との間のガス交換が生じる肺胞換気の量、単位はｌ／分。これの別な定義は、全換気量マイナス解剖学的デッドスペース（ＶＥ−ＶＤａｎ）。
ＶＯ_２：Ｏ_２消費量、単位ｌ/分。
ＶＣＯ_２：ＣＯ_２産生量、単位ｌ／分。
ＦＳｘ：ガス源ガス（呼吸回路に流入するガス）におけるガスｘの分画濃度。
ＦＩｘ：吸入されたガス（患者の肺に流入するガス）におけるガスｘの分画濃度。
ＦＥｘ：呼気終期ガスにおけるガスｘの分画濃度。
ＣＢＣ（条件付呼吸回路）：回路に流入するガス流量を低く設定したサークル回路、あるいはａ）ＳＧＦが≦０．７×ＶＥ、ｂ）共通の呼吸管容積（図１参照）が[（ＳＧＦ×呼気時間）＋解剖学的デッドスペース]の合計より大きいか、これにひとしく、そしてｃ）呼吸バッグの容積が[考えられる最も大きい一回呼吸量−（ＳＧＦ×吸気時間）]より大きいマギル回路と同様に、吐き出されたガスのみが回路から排出され、ガス源ガスについては排出されない呼吸回路。
［背景説明］

ガスの肺への取り込みおよびその排出を測定することは、医療において重要な役割をもつ。酸素消費量（ＶＯ_２）およびＣＯ_２産生量（ＶＣＯ_２）は、アスリートの心肺適性を示す２つの重要なパラメーターである。また、ＶＯ_２およびＶＣＯ_２はいずれも重篤患者の治療効果を示す重要は指標としても利用されている。ＶＯ_２およびＶＣＯ_２を過渡的に変化させることができるならば、心拍出量や機能的残気量などの重要な生理学的パラメーターを計算することができる。麻酔は、多くの場合、肺を介して麻酔ガスを体内に取り込み、かつ体外に排出することによって誘導維持する。麻酔ガスの取り込みおよび排出を正確に測定制御できるならば、麻酔深さの制御を改善でき、これによって麻酔ガスの使用効果・効能を改善できると考えられる。また、治療用ガスの取り込みおよび排出を正確に制御できるならば、これらガスを疾病の治療に利用するさいに、より正確に投与できるものと考えられる。さらに、肺による不活性ガスの体内取り込みおよび体外排出を正確に制御できるならば、これを各種の診断および検査に利用できる。
［技術の現状］

ガス流量の測定
全ガス流量を測定する場合には、離散的な時間でガス容量を測定し、これら容量に、容量におけるガス濃度を掛け算する必要がある。

容量測定
吐き出されたガスの容量を臨床状態や検査状態で測定することは、きわめて面倒である。一つの方法の場合、吐き出されたガスを測定袋に定期的に回収し、袋の容積を測定する必要がある。吸い込まれたガスの容量については、これらガスが肺に流入するさいに、連続的に測定することはさらに面倒であり、肺の膨張容積を測定する必要があり、また既知容積から除かれた容積を測定する必要がある。これは、呼吸単位では実施できない。通常、これら測定については、口腔部での流量を連続測定し、この流量を時間に関して電子的に積分し、容量の“連続”測定値を求めることによって簡略化している。いずれの形式の流量測定装置にも固有な問題があり、容量の計算が不正確になる（以下を参照）。

流量測定
肺に取り込まれ、排出される全ガスのうち特定の成分（ガスｘ）の流量を測定することは、さらに複雑である。呼吸時に口腔部でサンプリングされたｘの濃度は、吸気と吐き出しとの間で変化するだけでなく、換気相毎に連続的に変化する。従って、ガスｘの流量を測定するためには、ガスｘの濃度を高速応答ガスアナライザーで連続的に測定する必要があり、また短い間隔での平均濃度に、同じ間隔での容量変化を掛け算する必要がある。このためには、流れ-容量信号およびガス濃度信号を同期させる必要があり、得られた値を掛け算し、これらを連続的に積算する必要がある。多数の装置が利用されているが、例示すれば、この方法を使用して口腔部でのＣＯ_２および／またはＯ_２の流量を測定するＶｍａｘ（Ｓｅｎｓｏｒｍｅｄｉｃｓ、Ｙｏｒｂａ Ｌｉｄａ Ｃａ）、Ｍｅｄｉｃａｌ Ｇｒａｐｈｉｃｓ ＣＰＯＸ／Ｄ（Ｍｅｄｉｃａｌ Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、Ｓｔ．Ｐａｕｌ、Ｍｉｎｎｅｓｏｔａ）およびＮＩＣＯ（Ｎｏｖａｍｅｔｒｉｘ、Ｗａｌｌｉｎｇｆｏｒｄ、ＣＴ）などである。同様の原則は、適切なガスセンサーさえ使用されれば、他のガス流量の測定に適用される。

麻酔時におけるガス流量の測定
ａ）麻酔回路の説明
麻酔に使用する一つの麻酔回路は、図１に示すメープルソン（Ｍａｐｌｅｓｏｎ）Ａ構成のマギル回路である（Ｍａｇｉｌｌ回路）。患者は、患者用開口３０を介して呼吸する。吸気時、麻酔ガスは、共通の呼吸管３２によりガス源ガス開口３３およびガス貯蔵バッグ３４から送り込まれる。呼気作用は、２つの相に分割されている。第１相は、呼出の開始から麻酔ガス貯蔵バッグ３４の充填までである。この呼出段階時、呼出気が共通の呼吸管３２を下り、肺胞からのガスが出る前に解剖学的デッドスペースからガスが出る。麻酔ガス貯蔵バッグに接続した呼吸管３２内のガスが吐き出された麻酔ガスによって置換される。この呼出段階では、麻酔ガスも麻酔ガス貯蔵バッグに送り込まれる。第２の呼出段階は、麻酔ガス貯蔵バッグ３４の充填時から呼息開始までである。この第２の呼出段階では、開口圧力が約２ｃｍＨ２Ｏである一方向圧力逃し弁３１から呼出気が呼出され、麻酔ガスが共通の呼吸管３２を進み、その前にある呼出気を置換し、最後の呼出気（肺胞ガス）が圧力逃し弁３１から最初に呼出されるように圧力逃し弁３１から押し出す。

ＫａｉｎおよびＮｕｎｎは（Ｋａｉｎ Ｍ．Ｌ．、Ｎｕｎｎ Ｊ．Ｆ．Ａｎｅｓｔｈｅｓｉｏｌｏｇｙ．２９：９６４−９７４，１９６８）、微小換気量および呼吸終期ＰＣＯ２が増加するまで麻酔ガス流れを順次漸減することによって麻酔回路を介して呼吸している麻酔患者が再呼吸することを防止するために必要な最小麻酔ガス流れを求めている。一般に、肺胞ガスの再呼吸を防止するために必要な麻酔ガス流れは微小換気量（ＶＥ）の７０％であることは認められている（Ｕｎｄｅｓｔａｎｄｉｎｇ Ａｎｅｓｔｈｅｓｉａ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｂｙ Ｄｏｒｓｃｈ Ｊ．Ａ．、ａｎｄ Ｄｏｒｓｃｈ Ｓ．Ｅ．、Ｗｉｌｌｉｍａｓ＆Ｗｉｌｋｉｎｓ Ｃｏ．、１９７５、ｐｇ．１６９）。麻酔ガスが３０％節約できるのは、肺胞内でガス交換しないため、麻酔ガスと同じ組成を保持する解剖学的デッドスペースガスの再呼吸による。

マギル呼吸回路では麻酔ガス流量を３０％節約できるが、これは、ＣＯ_２吸収装置を利用しない場合、麻酔ガスが利用できる最大効率を示す。麻酔コストは、麻酔ガス流れに直接関係して変動するため、ＣＯ_２吸収装置を使用する回路、そのうち最も普及している、図２に示す“サークル回路”の場合、ガス減ガス流量（ＳＧＦ）を著しく低く抑えることができ、呼吸終期ＰＣＯ_２も上昇しない。ＶＥについては、前に吐き出されたガスの再呼吸によってバランスを取り、ＣＯ_２吸収装置６によって回路および患者にＣＯ_２が蓄積することを防止する。送り込まれた麻酔ガスが呼吸時にすべて取り込まれるわけではないので、吐き出された麻酔ガス濃度がかなり高くなり、これを再呼吸時に患者に再度送り込むことができる。サークル回路の場合、患者用開口１を備え、一方向呼気弁３に接続される呼気部材２を備えている。呼気弁３の末端に、可撓性ガス貯蔵容器４、過剰な呼気ガスを排出する圧力逃し弁５およびＣＯ_２吸収クリスタル６の容器を設ける。患者が呼息すると、新鮮なガス用開口７から新鮮なガスを吸引し、ＣＯ_２吸収装置を介して麻酔ガス容器から麻酔ガスを吸引することによって、吸い込まれたガスのバランスを取る。ガス源ガスと前の呼出ガスが合流し、一方向吸気弁８を介して吸気部材９に流入する。患者が息を吐き出すと、ガスが回路２の呼気部材から呼気弁３を通って可撓性ガス容器４に流入する。ガス容器がいっぱいになると、回路内の圧力が高くなり圧力逃し弁５が開き、息を吐き出している間ガスを大気に放出する。息を吐き出している間、回路７に流入する新鮮なガスはＣＯ_２吸収装置６に戻す。この新鮮なガスは、吸気部材９に流入し、次の呼吸時に患者が利用できる。

新鮮なガス用の開口７を介して両方のガスを補給するため、回路からＯ_２および麻酔ガスがなくなることはない。ガスの全流量だけでなく、酸素、亜酸化窒素や麻酔剤などその構成成分すべての濃度を麻酔専門医が制御できる。回路への最小ガス流量は、患者の体によって消費された酸素と患者の体に吸収された麻酔剤を置換するために必要な量である。ＣＯ_２吸収装置はＣＯ_２のみを取り込み、その他のガスについてはそのまま通す装置である。

ｂ）再呼吸回路を使用した場合のガスの取り込みおよび排出に関する計算（従来技術）
マギル回路またはフィッシャー（Ｆｉｓｈｅｒ）の等炭酸回路（再呼吸/非再呼吸）回路により呼吸を行い、回路に流入するＳＧＦがＶＥと等しいかＶＥ以上の場合、回路は非再呼吸回路と同様に作用する。即ち、ガスｘの吸い込まれた濃度がＳＧＦの濃度、即ちＦＳｘである。ＳＧＦがＶＥ未満の場合、吸気されたガスの成分は、マギル回路およびフィッシャー再呼吸等炭酸回路については、ＳＧＦと前に吐き出されたガスの両者であり、フィッシャー非再呼吸回路については、ＳＧＦおよび予備ガスである。この結果、ｘの濃度が吸気相の全体にわたって、ＶＥ、呼吸パターンおよびＳＧＦに応じて複雑に変動する。ｘの吸入された容量を測定するためには、吸気相を小さな期間に分割し、全容量にｘの平均濃度を掛け算する必要がある。即ち、この結果得られるｘの離散的な容量を吸気時間について積算する必要がある。同様に、吐き出されたｘの容量を計算するためには、吐き出された流量およびｘの吐き出された濃度を連続的に測定する必要がある。所定の時間に取り込まれたｘの純量および排出されたｘの純量は、この期間に吸入された容量および吐き出された容量の代数和である。

参考文献リスト
Ｋａｉｎ ＭＬ、Ｎｕｎｎ ＪＦ．“マギル回路の新鮮なガスにおける経済的側面”。Ａｎｅｓｔｈｅｓｉｏｌｏｇｙ、１９６８；２９（５）：９６４−７４．
Ｗｉｓｓｉｎｇ Ｈ、Ｋｕｈｎ Ｉ、Ｒｉｅｔｂｒｏｃｋ Ｓ、Ｆｕｈｒ Ｕ。“臨床状態における吸引された麻酔剤の薬剤動態学：デスフルラン、イソフルランおよびセボフルランの比較”（コメントを参照）。Ｂｒ．Ｊ Ａｎａｅｓｔｈ．２０００；８４（４）：４４３−９。
Ｒｉｅｔｂｒｏｃｋ Ｓ、Ｗｉｓｓｉｎｇ Ｈ、Ｋｕｈｎ Ｉ、Ｆｕｈｒ Ｕ。“臨床状態における吸引された麻酔剤の薬剤動態学：日常的なモニターによって得られたデータに基づく新規な方法の説明” （コメントを参照）。Ｂｒ．Ｊ Ａｎａｅｓｔｈ．２０００；８４（４）：４３７−４２。
Ｂｏｕｉｌｌｏｎ Ｔ、Ｓｈａｆｅｒ ＳＬ。“冗談、あるいは全速前進？潜在的な吸引剤の経験学的な薬剤動態学[編集上のコメント][正誤表はＢｒ.Ｊ Ａｎａｅｓｔｈ.２０００ Ｊｕｎ；８４（６）：８３３に載せられている]。Ｂｒ.Ｊ Ａｎａｅｓｔｈ．２０００；８４（４）：４２９−３１。

本発明の目的は、例示のみを目的として挙げる麻酔剤、酸素や二酸化炭素を始めとするガスすべてに関する肺における取り込みおよび排出をより簡単に、そしてより正確に測定する方法を提供することである。
本発明の別な目的は、微小換気量とは独立して、（肺に取り込まれる流量または肺から排出される流量として定義する）ガス流量を制御する方法を提供することである。

本発明の上記以外の目的については、当業者ならば、以下の本発明の開示および好ましい実施態様の詳しい説明から理解できるはずである。

本発明の第１態様は、任意のガスのＳＧＦ回吐き出された濃度を利用することによってこのガスの流量を測定する方法を提供するものである。この態様は、特に、必要な情報を得るために必要な回路、ＳＧＦ流量計やガスセンサーなどの装置類すべてが既に利用されている手術室において好適である。

ＳＦＧ変化またはＦＳｘ変化によってＶＡを段階的に変化させることができる特性を利用して、２つの異なる方法、即ちＧｉｄｅｏｎ法およびＦｉｓｈｅｒ法によってＶＡだけでなく心拍出量の対照測定値を求めることができる。これは、多様性、コストおよび精度に関してこれら方法の作用効果を顕著に改善するものである。

本発明方法は、既に知られている回路を新規にガス流れ（ガス流量）の測定に応用することに関する。さらに、手術室外部において人工呼吸患者にこの方法を適用することができる３つの新規な回路、即ちａ）制御換気に対処できるように構成されたマギル（Ｍａｇｉｌｌ）回路、ｂ）制御換気に対処できるように構成された再呼吸等炭酸（ｉｓｏｃａｐｎｉａ）回路、およびｃ）バルーン弁回路を提供するものである。

ガス入力に関しては、以下の条件を設定するか、あるいは結果的に以下の条件が得られる。
● 回路に流入するガスの全量が患者の肺胞呼吸未満かこれに等しい回路による呼吸。
● 吸気ガスの残部が肺胞中のガスと実質的に同じガスｘの濃度をもつガスで構成されている。
● 実際には、このガスは、保存され、再呼吸に利用できる呼気ガスであってもよく、あるいはｘの濃度が肺胞内濃度と実質的に同じである外部ガス源から得たガスでもよい。
● 入力ガス流量および入力ガスにおけるｘの濃度は既知であり、ユーザーによって決定される。

呼気ガス濃度は、便利なガスアナライザーによって連続測定することが可能である。後述する既知値にも基づき、次のように設定する。
● 以下に説明するように、任意のＣＢＣ回路の場合、ガスｘの排出量は、ＳＧＦ×（ＦＥＸ−ＦＳＸ）である。
● ガスｘの排出量は、入力全ガス流量×（ＦＥＸ−ＦＩＸ）である。ただし、ＦＩＸは吸気ガスにおけるｘの濃度である。
● ガス入力パラメーター
● 回路に流入するガスの全量が患者の肺胞呼吸未満かこれに等しい回路による呼吸。
● 吸気ガスの残部が肺胞中のガスと実質的に同じガスｘの濃度をもつガスで構成されている。
● 実際には、このガスは、保存され、再呼吸に利用できる呼気ガスであってもよく、あるいはｘの濃度が肺胞内濃度と実質的に同じである外部ガス源から得たガスでもよい。
● 入力ガス流量および入力ガスにおけるｘの濃度は既知であり、ユーザーによって決定される。

本発明の一つの態様は、人工呼吸患者または自発呼吸患者を対象とするＣＢＣ回路における任意のガス（ｘ）の流量を計算する方法を提供するものである。
前記ガス（ｘ）を例示すれば次の通りである。
ａ）麻酔剤。例示すれば、ｉ）Ｎ_２Ｏ、ｉｉ）セボフルラン、ｉｉｉ）イソフルラン、ｉｖ）ハロタン、ｖ）デスフルラム（ｄｅｓｆｌｕｒａｍｅ）などである。
ｂ）酸素，
ｃ）二酸化炭素などである。
以下の関係式が成立する。
ガス（ｘ）の流量＝ＳＦＧ（Ｆ_ＳＸ−Ｆ_ＥＸ）
なお、ＳＧＦは呼吸回路（ＣＢＣ回路）に流入するガス流れのガス源で、単位はｌ／分で、麻酔専門医がガス流量計から読み取る。ここで、Ｆ_ＳＸは（麻酔専門医によって設定される）麻酔ガスにおけるガスＸの分画濃度であり、Ｆ_ＥＸは携帯式ガスアナライザーなどによって求められた終期呼気ガスにおけるガスＸの分画濃度である。

また、本発明の別な態様は、以下の関係式を利用して、人工呼吸患者および／または自発呼吸患者を対象とするＣＢＣ回路における酸素の流量を計算する方法を提供するものである。
酸素の流量＝ＳＦＧ（ＦＳＯ２−ＦＥＯ２）

なお、ＳＧＦは呼吸回路（ＣＢＣ回路）に流入するガス流れのガス源で、単位はｌ／分で、麻酔専門医がガス流量計から読み取る。ここで、ＦＳＸは（麻酔専門医によって設定される）麻酔ガスにおける酸素ガスの分画濃度であり、ＦＥＸは携帯式ガスアナライザーなどによって求められた終期呼気ガスにおける酸素ガスの分画濃度である。

上記方法の一つの実施態様では、ＣＢＣ回路については、ｉ）サークル回路、ｉｉ）マギル呼吸回路、ｉｉｉ）（Ｆｉｓｈｅｒなどを発明者とする出願明細書に記載されている）呼吸式か非呼吸式の等炭酸回路などから選択する。

上記方法の別な実施態様では、ＣＢＣ回路として、本明細書に記載するように改良型マギル回路を使用する。

上記方法のさらに別な実施態様では、ＣＢＣ回路として、本明細書に記載するように改良型呼吸回路を使用する。

上記方法のさらに別な実施態様では、ＣＢＣ回路として、本明細書に記載するように改良型非呼吸回路を使用する。

さらに別な実施態様では、上記方法を使用して、酸素消費量を求め、Ｆｉｃｋ法などの任意の公知方法によって心拍出量を測定することが好ましい。

さらに別な実施態様では、上記方法を使用して、例えば手術室などで酸素消費量を求めることが好ましい。またさらに別な実施態様では、上記方法を使用して、酸素消費量を最適化することが好ましい。また、上記方法は、悪性高体温症の初期診断に利用することができる。

本発明のさらに別な態様は、ガス源ガスの流量を低くし、二酸化炭素吸収装置を設けたＣＢＣ回路における二酸化炭素以外の任意のガスの流量を以下の関係式を利用して計算する方法を提供するものである。
ガスＸの流量＝ＳＧＦ（ＦＥＸ−ＦＲＢＸ）
なお、ＳＧＦは呼吸回路（ＣＢＣ回路）に流入するガス流れのガス源で、単位はｌ／分で、麻酔専門医がガス流量計から読み取る。ここで、Ｆ_ＥＸは、携帯式ガスアナライザーなどで求めた終期呼気ガスにおけるガスＸの分画濃度であり、Ｆ_ＲＢＸはガスが二酸化炭素吸収装置を通過し、流量計から来るガスと混合する前の回路の呼気部材におけるガスＸの濃度である。

さらに別な実施態様では、前記方法を使用して、例えば、ｉ）Ｎ_２Ｏ、ｉｉ）セボフルラン、ｉｉｉ）イソフルラン、ｉｖ）ハロタン、ｖ）デスフルラム（ｄｅｓｆｌｕｒａｍｅ）などの麻酔剤の流量を求める。
また、前記方法を使用して、麻酔剤の患者吸収量を求めることが好ましい。この場合、麻酔剤としてＮ_２Ｏを使用するのが好ましい。

本発明のさらに別な態様は、自発呼吸または制御呼吸に利用される部材である吸気部材、呼気部材、この呼気部材の端部に隣接配置した圧力逃し弁、ＳＧＦの流入開口およびガス貯蔵バッグからなる改良型マギル回路において、
上記ガス貯蔵バッグを換気式呼吸回路に接続される開口をもつ容器内に装着し、そして上記圧力逃し弁を換気式呼吸回路に接続される開口をもつ容器内に装着し、
呼気時、患者は、患者用開口を介して息を吐き出し、呼気の初期相において、ガス貯蔵バッグは一部空であり、吸気部材内の流れに対する抵抗は呼気部材よりも小さく（これは、流れが呼気部材に流れる前に、圧力逃し弁のより高い開き圧力を吸収する必要があるからである）、
呼気の初期相では、吐き出されたガスが吸気部材に流入し、吸気部材内のガスを追い出し、ＳＧＦからガス貯蔵バッグに送り込み、ガス貯蔵バッグが一杯に充填されると、回路内の圧力が圧力逃がし弁の開き圧力より高くなり、吐き出されたガスの残りが呼気部材に向かい、圧力逃し弁を介して呼気部材からガスを換気式呼吸回路に押し出し、これから呼気開口を介して最終的に大気に放出され、ＳＧＦは吸気部材を通って患者に流れ続け、前に吐き出されたガスを呼気部材に押し出し、
吸気時、バルーン弁が換気式回路の呼気開口を閉じるため、一回の呼吸量に等しい容量のガスが、換気装置によって換気式回路に送られ、ここからＳＧＦガス貯蔵ボックスに送られ、これによってＳＧＦガス貯蔵バッグから一回の呼吸量に相当する容量のガスがマギル回路の吸気部材に送り込まれ、ＳＧＦは、吸気部材を通って患者に向かって流れ続け、
患者の一回の純呼吸量は、ガス貯蔵バッグから追い出されたガス容量プラス吸気時間を掛け算したＳＧＦに相当し、吸気時、マギル圧力逃し弁の両側の圧力が等しいため、弁の“開き圧力”によって圧力差を与え、吸気時これを閉じた状態に維持するように構成し、
（１）吸気部材の容積を、[（ＳＧＦ×呼気時間）＋解剖学的デッドスペース］に相当するように設定するとともに、呼吸バッグ容積を、[一回の呼吸量の考えられる最大量−（ＳＧＦ×吸気時間）]より大きく設定し、そして
（２）ＳＧＦを≦０．７×ＶＥに設定した改良型マギル回路に関する。

本発明のさらに別な態様は、患者用開口をもつＹ形部材からなり、Ｙ形部材の吸気部材に一方向吸気弁を設けるとともに、Ｙ形部材の呼気部材に一方向呼気弁を設け、吸気部材をＳＧＦおよびガス貯蔵容器に接続し、呼気部材を呼気用ガス貯蔵容器に接続し、呼気用ガス貯蔵容器の開口に一方向弁８１を設け、この開口で、吐き出されたガスが、呼気用ガス貯蔵容器からガスは出るがこれに流入させない吐き出されたガスの貯蔵容器７１から送り込まれ、呼気部材と吸気部材との間において、吸気弁および呼気弁に隣接して、バイパス部材を配設し、このバイパス部材には、開き圧力がＹ形部材の吸気部材およびＹ形部材の呼気部材の弁よりも例えば約１．５ｃｍＨ_２Ｏ高い一方向弁を設け、このバイパス部材の一方向弁６５を、呼気部材から吸気部材の方向に開くように設定し、吸気部材および呼気部材をそれぞれ可変長さの管によって延長し、吸気用ガス貯蔵容器および呼気用ガス貯蔵容器を３つの開口をもつボックスに収め、これら開口のうち、一つの開口をボックスに連絡し、もう一つの開口をＳＧＦ貯蔵容器内部のみに連絡し、さらにもう一つの開口を呼気用ガス貯蔵容器に連絡し、ＳＧＦ貯蔵容器を、回路の吸気部材に連続させ、呼気用ガス貯蔵容器を、回路の呼気部材に連続させるとともに、吐き出されたガスが吐き出されたガスの貯蔵容器を出、上記ボックスに流入する開口をこれに形成し、吸気相において換気式回路の呼気開口を閉じるように同期構成したきのこ形弁を配設した換気装置については、吸気相において、換気装置の一回の呼吸量がボックスに吐き出されるように、ボックスの換気用開口に取り付け、これによって、等しい量のガスをボックスにガス貯蔵容器から送り込むようにし、バイパス部材の弁の開き圧力が吸気弁よりも高く設定し、呼気用ガス貯蔵容器に対して吸気用ガス貯蔵容器を優先的に圧縮し、吸気用ガス貯蔵容器がつぶれた場合に、一回の呼吸量の残りの部分を、呼気用ガス貯蔵容器の圧縮およびバイパス部材、弁および吸気弁から患者に流れるガスによって発生し、一回の呼吸量を、吸気用ガス貯蔵容器からのガス容量プラス呼気用ガス貯蔵容器からのガス容量プラス吸気時間を掛けたＳＧＦに設定し、呼気時には、バルーン弁７４がつぶれるようにし、大気に対して換気回路の呼気ガス用開口が開き、開口を介して大気に対して呼気用ガス貯蔵バッグが開くように設定し、吐き出されたガスが、呼気ガス用一方向弁から呼気部材を下って呼気用ガス貯蔵容器に流れように構成し、開口に流入するＳＧＦについては、吸気部材を下りＳＧＦ貯蔵容器６７に向かうように設定し、ＳＧＦ貯蔵容器および呼気用ガス貯蔵容器の膨張によってボックスから追い出されたガスを、ボックスから換気回路の呼気ガス用開口に流れるように構成し、ＳＧＦをＶＥ−ＶＤａｎ未満か、これに等しく設定した改良型再呼吸等炭酸回路に関する。

本発明のさらに別な態様は、患者用開口を備えたＹ部材、ＳＧＦに接続したバルーン弁およびガス貯蔵容器からなる吸気部材、およびバルーン弁からなり、大気に連絡する開口を備えた呼気用ガス貯蔵容器に接続した呼気部材からなり、圧縮空気のタンクから、ソレノイド弁を介して圧縮空気が流れ、バルーン弁を開閉するように構成し、ソレノイド弁をコンピュータによって電子制御し、マウスピース１０１に接続した圧力変換器が、新鮮なガス用貯蔵容器が完全につぶれた時点を測定し、信号を受信するコンピュータがソレノイド弁に信号を出力し、吸気弁を閉じ、呼気弁を開くとともに、新鮮なガスが連続的に流れ、新鮮なガス用貯蔵容器を満たすように構成した自発呼吸患者の自発換気用バルーン弁回路を有する改良型非再呼吸回路に関する。

好ましくは、本発明は、関係式：ガスＸの排出量＝Ｆ_ＥＸ−ＦＩ_Ｘ（を掛け算した）入力全ガス流量（なお、Ｆ_ＥＸの定義は上記の通りであり、ＦＩＳは吸い込まれたガスにおけるＸの濃度である）を利用して、任意の入力ガス流量の排出量を計算するために使用することに関する。

また、好ましくは、本発明は、計算装置で実行できるか、これにインストールしたソフトウエアの演算スプレッドシートまたは公式などで上記計算方法を実行することに関する。

本発明方法
回路：
ａ）呼気ガスのみを回路から排出し、ガス源ガスについては回路から排出しない呼吸回路。即ち、以下に例示する回路である。
ｉ）サークル回路
（１）自発呼吸患者、または人口呼吸患者。
（２）ＳＧＦはＶＥよりもかなり低く、例えばＳＧＦはＶＥの半分未満である。
ｉｉ）マギル回路
（１）自発呼吸患者。
（２）人工呼吸患者。
マギル回路（図１）の場合、自発呼吸患者のみを対象としている。手動呼吸や人工呼吸では、ＳＧＦの保存に関して回路の効率を得ることができないと考えられていたからである。本発明では、マギル呼吸回路について、人口呼吸時にガス流量の計算に関する作用効果のすべてを実現できるように改良する。この回路（図３）は、患者用口３５を備えたＹ形部材４７、吸気部材３８、呼気部材３６、呼気部材の端部に設けた圧力逃し弁３７、ＳＧＦ入力開口３９およびガス貯蔵バッグ４０で構成するが、いずれも自発呼吸に利用されるマギルシステムの構成成分である。調節または制御呼吸の場合、ガス貯蔵バッグ４０を容器内に装着し、その開口４４を換気式呼吸回路に接続する。また、圧力逃し弁３７を容器４８内に配設し、その開口を換気式呼吸回路に接続する。

呼気時、患者は、患者用開口３５を介して息を吐き出す。呼気の初期相では、ガス貯蔵バッグ４０は一部空であり、吸気部材３８内の流れに対する抵抗は吸気部材３６よりも小さい。これは、流れが呼気部材３６に流れる前に、圧力逃し弁３７のより高い開き圧力を吸収する必要があるからである。従って、呼気の初期相では、吐き出されたガスが吸気部材３８に流入し、吸気部材３８内のガスを追い出し、ＳＧＦ３９からガス貯蔵バッグ４０に送り込む。ガス貯蔵バッグ４０が一杯に充填されると、回路内の圧力が圧力逃がし弁３７の開き圧力より高くなり、吐き出されたガスの残りが呼気部材３６に向かい、圧力逃し弁３７を介して呼気部材からガスを換気式呼吸回路に押し出し、これから呼気開口４９を介して最終的に大気に放出される。ＳＧＦは吸気部材３８を通って患者に流れ続け、前に吐き出されたガスを呼気部材３６に押し出す。

吸気時、バルーン弁４３は換気式回路の呼気開口４９を閉じるため、一回の呼吸量に等しい容量のガスが、換気装置４２によって換気式回路４６に送られ、ここからＳＧＦガス貯蔵ボックス４１に送られ、これによってＳＧＦガス貯蔵バッグ４０から一回の呼吸量に相当する容量のガスがマギル回路の吸気部材３８に送り込まれる。ＳＧＦは、吸気部材３８を通って患者に向かって流れ続ける。患者の一回の純呼吸量はガス貯蔵バッグ４０から追い出されたガス容量プラス吸気時間を掛け算したＳＧＦに相当する。吸気時、マギル圧力逃し弁３７の両側の圧力が等しいため、弁３７の“開き圧力”によって圧力差を与え、吸気時これを閉じた状態に維持する。

（３）吸気部材の容積は、[（ＳＧＦ×呼気時間）＋解剖学的デッドスペース］に相当し、呼吸バッグ容積は、[一回の呼吸量の考えられる最大量−（ＳＧＦ×吸気時間）]より大きい。
（４）ＳＧＦは≦０．７×ＶＥである。

ｉｉｉ）再呼吸等炭酸回路
（１）自発呼吸患者（Ｆｉｓｈｅｒ再呼吸等炭酸回路、図４）。この回路は、患者用開口５８をもつＹ形部材で構成し、Ｙ形部材の吸気部材６０に一方向吸気弁５９を設け、Ｙ形部材の呼気部材６１に一方向呼気弁５３を設ける。吸気部材をＳＧＦ５１およびガス貯蔵容器５２に接続し、呼気部材を呼気用ガス貯蔵容器５６に接続し、そして呼気用ガス貯蔵容器５６の開口を大気５７に連絡する。呼気部材と吸気部材との間において、吸気弁５９および呼気弁５３に隣接して、バイパス部材６２を配設する。このバイパス部材には、開き圧力が吸気弁５３および呼気弁５９よりも約１．５ｃｍＨ_２Ｏ高い一方向弁５４を設ける。このバイパス部材６２の一方向弁は呼気部材から吸気部材の方向に開く。

（２）人工呼吸患者：再呼吸等炭酸回路は、自発呼吸患者を対象とし、人工呼吸患者を対象としていない。従って、本発明は、調節呼吸時にＶＡを制御し、ガス流量を測定でき、従って人工呼吸患者に使用するのに好適な新規な再呼吸等炭酸回路を提供するものである。図５を参照すると、この回路は、患者用開口５８をもつＹ形部材で構成し、Ｙ形部材の吸気部材に一方向吸気弁７８を設けるとともに、Ｙ形部材の呼気部材に一方向呼気弁７７を設ける。吸気部材をＳＧＦ６６およびガス貯蔵容器６７に接続し、呼気部材を呼気用ガス貯蔵容器６９に接続する。呼気用ガス貯蔵容器６９の開口に一方向弁８１を設ける。この開口で、吐き出されたガスが、呼気用ガス貯蔵容器からガスは出るがこれに流入させない吐き出されたガスの貯蔵容器７１から送り込まれる。呼気部材と吸気部材との間において、吸気弁７８および呼気弁７７に隣接して、バイパス部材を配設する。このバイパス部材には、開き圧力がＹ形部材の吸気部材７８およびＹ形部材の呼気部材７７の弁よりも約１．５ｃｍＨ_２Ｏ高い一方向弁６５を設ける。このバイパス部材の一方向弁６５は、呼気部材から吸気部材の方向に開く。また、吸気部材および呼気部材は、それぞれ可変長さの管６４、７２によって延長する。吸気用ガス貯蔵容器６７および呼気用ガス貯蔵容器６９は、３つの開口をもつボックスに収める。上記開口のうち、一つの開口７９はボックスに連絡し、もう一つの開口８０はＳＧＦ貯蔵容器内部のみに連絡し、そしてさらにもう一つの開口７０は呼気用ガス貯蔵容器に連絡する。ＳＧＦ貯蔵容器６７は、回路の吸気部材６４に連続している。また、呼気用ガス貯蔵容器６９は、回路の呼気部材７２に連続するとともに、吐き出されたガスが吐き出されたガスの貯蔵容器を出、上記ボックスに流入する開口をもつ。吸気相において換気式回路の呼気開口７５を閉じるように同期構成したきのこ形弁７４を配設した換気装置７３については、吸気相において、換気装置の一回の呼吸量がボックス６８に吐き出されるように、ボックスの換気用開口に取り付ける。これによって、等しい量のガスをボックスにガス貯蔵容器から送り込むことができる。バイパス部材の弁６５の開き圧力が吸気弁７８よりも高いため、呼気用ガス貯蔵容器６９に対して吸気用ガス貯蔵容器６７が優先的に圧縮される。吸気用ガス貯蔵容器がつぶれると、一回の呼吸量の残りの部分が、呼気用ガス貯蔵容器６９の圧縮およびバイパス部材、弁６５および吸気弁７８から患者に流れるガスによって発生する。一回の呼吸量は、吸気用ガス貯蔵容器６７からのガス容量プラス呼気用ガス貯蔵容器６９からのガス容量プラス吸気時間を掛けたＳＧＦに相当する。

呼気時には、バルーン弁７４がしぼみ、大気に対して換気回路の呼気ガス用開口７５が開き、開口７１を介して大気に対して呼気用ガス貯蔵バッグが開くため、吐き出されたガスが、呼気ガス用一方向弁７７から呼気部材７２を下って呼気用ガス貯蔵容器６９に流れる。開口６６に流入するＳＧＦは、吸気部材６４を下りＳＧＦ貯蔵容器６７に向かう。ＳＧＦ貯蔵容器６７および呼気用ガス貯蔵容器６９の膨張によってボックス６８から追い出されたガスは、ボックスから換気回路の呼気ガス用開口７５に流れる。

（４）ＳＧＦは、ＶＥ−ＶＤａｎ未満か、これに等しい。

ｉｖ）非呼再吸形等炭酸回路：
（１）自発呼吸（Ｆｉｓｈｅｒの特許公報、図７を参照）
患者は、患者用開口１を介して息を吸い、吐き出す。呼気時、一方向弁２が開き、吐き出されたガスを回路から出る。同時に、一方向弁が強制的に閉じられ、新鮮なガス用の貯蔵容器３にガス源５からの圧縮ガスを満たす。吸気時には、一方向弁２が強制的に閉じられ、一方向弁４が開き、貯蔵容器３に貯蔵されている新鮮なガスを吸引する。貯蔵容器内のガス容量が一回の呼吸量に不足する場合には、ＣＯ_２の圧縮ガス源に接続されたデマンド弁６から不足分を吸引する。このガスの好ましい濃度は、等炭酸を維持する動脈ＰＣＯ_２である。

制御呼吸（Ｌａｅｒｄａｌバッグを備えたドッグペーパーの場合と同じ、図８を参照）
制御呼吸時、患者は患者用開口１により呼吸する。非再呼吸弁３が、吐き出されたガスを開口２から強制的に排出する。吸気時には、非再呼吸弁３を介してガスを吸引する機械力により、ガスが自動膨張バッグ４から吸引される。一方向弁５を設けているため、バッグ内のガスすべてを弁３のみによって強制的に確実に吸引できる。同時に、圧力源７からの新鮮なガスが新鮮なガス用の貯蔵容器６を満たす。

呼気時、新鮮なガス用貯蔵容器に貯蔵されているガスによってバッグは自動膨張する。貯蔵容器に貯蔵されているガス容量が一回の呼吸分に足りない場合には、不足分を、低圧弁８を介して、理想的には等炭酸を維持する動脈濃度のＣＯ_２を含む圧力源９から吸引されたガスによって補う。

ｉｉｉ）バルーン弁回路
（１）自発呼吸（図６を参照）
自発呼吸患者（バルーン等炭酸回路、図６を参照）。回路は、患者用開口１００を備えたＹ部材で構成する。吸気部材は、ＳＧＦ１０９に接続されたバルーン弁１０８およびガス貯蔵容器１１０で構成する。呼気部材は、バルーン弁１０７で構成し、大気に連絡する開口を備えた呼気用ガス貯蔵容器１１９に接続する。圧縮空気のタンク１０６から、ソレノイド弁１０４を介して圧縮空気が流れ、バルーン弁１０８、１０７を開閉する。ソレノイド弁は、コンピュータ１０３によって電子制御する。

マウスピース１０１に接続された圧力変換器１０２が、新鮮なガス用貯蔵容器が完全につぶれた時点を測定する。信号１０３を受信するコンピュータがソレノイド弁１０４に信号を出力し、吸気弁１０８を閉じ、呼気弁１０７を開く。新鮮なガス１０９が連続的に流れ、新鮮なガス用貯蔵容器１１０を満たす。

以下、ＳＧＦ、ＦＳｘおよびＦＥＸを使用してガス流量を測定するために好適な条件下にある上記回路すべてをまとめて条件付呼吸回路、ＣＢＣ（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ ｂｒｅａｔｈｉｎｇ ｃｉｒｃｉｔ）と呼ぶことにする。

すべてのＣＢＣについて、（麻酔専門医によって設定されたガス流量計から読み取った）ＳＧＦに吐き出されたガスｘのガス濃度（ＦＥｘ）と（同じく麻酔専門医によって設定される）回路に送られるガスｘのガス濃度（ＦＳｘ）を掛け算することによってガスｘの流量を計算する。このように、（サークル麻酔回路が回路中にＣＯ_２吸収装置をもつ場合にはＣＯ_２を除く）任意のガスｘについて、以下の式が成立する。
ガスｘの流量＝ＳＧＦ（ＦＳｘ−ＦＥｘ） （１）

式（１）を使用して流量を計算した場合には、ａ）ＳＧＦを麻酔専門医が設定でき、その上正確で一定の値を得ることができ、そしてｂ）同様にＦＳｘを麻酔専門医が設定でき、その上正確で一定の値を得ることができる作用効果が得られる。これと対照的なのが、吸気の全体にわたって変動する恐れのある口腔部、ＦＩＸで測定した吸気濃度である。

本発明方法の理論的根拠
サークル回路（図２を参照）について原理を説明するが、同様なことは、以下に説明する回路および条件のすべてに成立するものである。

サークル回路を装着し、ＳＧＦをＶＥよりもかなり低く、例えばＶＥの半分に設定した患者の場合、吐き出されたガスのみが回路から排出される。従って、低く設定されたＳＧＦでは、ＳＧＦはすべて“新鮮なガス”と考えることができ、肺胞換気に寄与するとみなすことができる。従って、ここではＳＧＦ＝ＶＡとする。肺胞に入るガスの残りは、再呼吸されたガスである。見方を変えると、患者を回路の付随的なガス区画室と考えることができる。この場合には、回路のみを対象として質量バランスを考えればよいことになる。回路の点から見た場合、従来のように、回路患者界面に認められる複雑なガス濃度を対象とする必要はない。従って、回路に出入りするガスに関するガス濃度および流量のみを考えればよいことになる。回路に流入するガスの容量（ＳＧＦ×ＦＳｘ）は、回路から排出されたガスの容量（ＳＧＦ×ＦＥｘ）プラス患者によって吸収あるいは排除されたガスの容量（ＳＧＦ[ＦＳｘ−ＦＥｘ]）に相当する。

つまり、本発明の方法では、
患者に出入りするガスｘの容量＝回路に流入するガスｘの容量−回路を出るガスｘの容量＝ＳＧＦ×ＦＳｘ−ＳＧＦ×ＦＥｘ
が成立する。即ち、
ガスｘの流量＝ＳＧＦ（ＦＳｘ−ＦＥｘ）
が成立する。

従来、麻酔時に取り込まれるガス量および排出されるガス量を計算するためにはこれで十分であることは示されていない。また、従来では、ガス流量を計算するためには、患者回路界面、即ち患者の口腔で測定された、吸気時および呼気時のガスの流量平均濃度が依然として必要である。これらは、最近の文献、例えばｔｈｅ Ｂｒｉｔｉｓｈ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ＡｎａｅｓｔｈｅｓｉａにおいてＢｏｕｉｌｌｏｎおよびＳｈａｆｅｒ（４）によって現在の技術水準を反映していると認められているＷｉｓｓｉｇ（２）およびＲｉｅｔｂｒｏｃｋ（３）の文献によって実証されている。なお、ＢｏｕｉｌｌｏｎおよびＳｈａｆｅｒは、麻酔学会では、薬物動態学の分野における世界的権威として認められている。

回路に流入するＳＧＦにおけるガスｘの濃度が既知で、ＳＧＦがＶＥ−ＶＤａｎ未満かこれに相当し、ＶＥとＳＧＦとの差を予備ガスによって補えるように構成された任意の回路を使用した場合に、ガスｘの流量を計算する本発明方法の作用効果が得られる。なお、上記予備ガスにおけるｘの濃度は、実質的に、呼気終期時の肺胞内の濃度であり、好適な組成の予備ガスの例は、前に吐き出されたガスである。このような回路の例を挙げれば、マギル回路（マギル回路と呼ばれているメープルソン（Ｍａｐｌｅｓｏｎ）Ａ構成）、サークル麻酔回路、および再呼吸式／非再呼吸式等炭酸回路（Ｆｉｓｈｅｒの公報）などである。

サークル麻酔回路は、麻酔時に最も多用されている回路である。使用する麻酔機器によってＳＧＦおよびその組成を正確に設定できる。従って、ＳＧＦおよびＦＳｘについて、値は正確である。ＣＯ_２、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏなどのガスおよび麻酔蒸気の濃度を連続的に読み取る装置類は１／４世紀以前から広く普及し、現在の麻酔システムに日常的に利用されている。本発明方法を用いた場合、任意のガスｘの流量をＳＧＦに（ＦＳｘ−ＦＥｘ）を掛け算することによって簡単に決定できる。酸素とＣＯ_２のアナライザーは、コンパクトなものを使用でき、手術室外部での操作が簡単である。また、メープルソンＡ構成回路および再呼吸式等炭酸回路（Ｆｉｓｈｅｒ）は価格が低く、組み立てが簡単な上、手術室外部で操作できる。ガス流量の測定方法は、Ｏ_２消費量、ＣＯ_２産生量、麻酔剤その他の薬剤の動態特性、心拍出量（これは別な特許出願の要旨である）の測定に応用できる。

１）肺胞換気の測定
ＶＡ（ＶＥ−ＶＤａｎ）は、以下の２つ理由から測定が極めて難しい。

ａ）まず、ＶＥは測定が非常に難しい。これを測定するためには、流量信号を時間に関して積分し、容量を計算するために呼吸流量計などの流量測定装置や人工知能を使用する必要がある。人工呼吸患者の場合、換気装置設定値から微小呼吸量を計算できるが、自発呼吸患者の場合には、直接測定する必要がある。流量検出装置の場合、いずれも欠陥がある。

ｉ）圧力差に基づく呼吸流量計は、価格が高く、実験室状態以外で使用するには面倒である。また、ガス温度、ガス組成の変化の影響を受けやすく、吐き出されたガスが凝縮すると、目盛り調整に変化が生じ、流量が大きくなるに従って誤差が発生しやすい外部ヒーターが必要である。また、一部は上記の理由から、変動しやすく、目盛り再調整が必要な上に、目盛りを再調整しないと使用できない。

ｉｉ）電子タービンの場合、容量を測定するために、抵抗の低い回転羽根を使用している。大きな問題が、羽根の摩擦および慣性によって発生し、流量測定前にラグが発生し、流れを止めた後も回転し続ける。

ｉｉｉ）ピトー管を使用して、ガス流れの方向に対して９０°の角度で取り付けた一連の小さな管に対して流れるガスの圧力を測定することはできるが、これらは、線形性に著しく欠け、呼吸時に見られるガス組成の変化に敏感である。

ｉｖ）ガスの層流が引き起こす冷却効果を利用する熱線（質量流れ）流体速度計の場合は、精度を維持するために複雑な電子回路や難しい目盛り調整が必要である。
ｂ）次に、解剖学的デッドスペース、ＶＤａｎは、測定が難しく、本体重量に基づく評価は不正確である。解剖学的デッドスペースの測定は特別の装置やモニターを要し、専門施設の外で行うのは困難である。

肺胞換気作用については、精密に較正された器具である流量計の流量目盛りを読み取ることによって正確に知ることができる。従って、本発明方法には次の作用効果がある。
● 呼吸流量計が必要ない。
● 呼吸流量計の使用に必然的に伴う精度誤差の影響を受けない。
● 微小換気作用の測定に伴う複雑さ、流量の積分、およびガス濃度の正確迅速な測定の必要性が見られない（下記参照）。
● 解剖学的デッドスペースの測定に伴う複雑さを避けることができる。
● 自発呼吸患者の場合、人工呼吸患者と同じ程度に正確である。

２）従来の場合、呼吸毎のガス流量を計算するために、流量の測定とガス濃度の測定とを同期させる必要がある。再呼吸回路で呼吸している間に吸入されたガス濃度は、呼吸全体にわたって連続的に変化する。ガスｘの吸入された純容量は、吸入されたガス濃度の流量平均値である。これを正確に計算できるようにするためには、応答速度がきわめて速いアナライザーと流量信号への正確な同期が必要である。これは実験室条件でも難しく、臨床条件ではより難しい。流量が大きくなるに従って、同期における小さな誤差が、ガス流量の大きな誤差となって現れる。この場合、各誤差は、呼吸回数だけ大きくなる。

本発明方法の場合、吐き出されたガスの平均濃度だけで十分である。このため、価格がより低く、応答速度がより遅いガスアナライザーを使用することができる。試験時には、回路に送られた混合ガスにおけるガス濃度を、試験を行う当事者が設定する。呼吸を再呼吸回路で行い、ＳＧＦがＶＡに制限されている場合、ガス流量の計算は簡単で、ＳＧＦ×（ＦＳｘ−ＦＥｘ）に従って行えばよい。

３）本発明方法による計算は従来よりも信頼性が高く、精度も高い（データを参照）。
ａ）本発明方法で求めたＳＧＦ、ＦＳｘおよびＦＥｘの値は正確である。従来の場合、流量、ガス濃度、および流量信号および濃度信号の同期における誤差は加算的である。
ｂ）本発明方法は、ＶＥおよび再呼吸の範囲とは無関係に実施できる。従来の場合、ＶＥおよび再呼吸の範囲が大きくなるに従って、ガス流量の測定精度が悪くなる。
ガス流量測定の応用

１）酸素流量
現在、回復室や集中治療室において酸素消費量を術間、術後に観察する実際的な手段はない。この機能を行う代謝カートの場合、ガス流量を測定する付随的な手段および複雑な人工知能が必要である。これら機器類は、それぞれ２５，０００米ドル以上もするため、日常的には使用できないものである。

本発明方法の場合、手術室の人工呼吸患者だけでなく自発呼吸患者における酸素消費量を連続的、また断続的に測定できる。手術室の外部でも、上記のいずれかのＣＢＣを使用して、付加的な装置を利用することなく、単純な計算によって酸素消費量を計算できる。

ａ）手術室における計算
● 酸素消費量は、健康の大切な指標である。酸素消費量を適正化すると、術後死亡率を押し下げ、また外傷、ショック、敗血症、大手術後集中治療を受けている患者の器官機能および生存率を押し上げることがわかっている。

● 酸素消費量の増加は、麻酔によって発症し、突発的な痙攣性代謝亢進、酸素消費量の増加、ＣＯ_２産生、体温上昇などの症状を呈する稀ではあるが致命的状態である悪性高体温症（ＭＨ）のきわめて明瞭な初期サインである。現在、麻酔患者はいずれも体温計でモニターされている。酸素消費量の増加は、体温上昇よりもＭＨのより明らかな初期サインであり、早期に発見し、早期に治療を行うと、劇症段階に至る前にＭＨの進行を食い止めることができ、死亡率を押し下げ、多数の生命を助けることができると考えられる。さらに、本発明方法で酸素消費量をモニターすると、高価な医療器具である上に、患者毎に殺菌する必要があるため、短寿命である電子体温計を使用する場合に比較して、コストをかなり削減できると考えられる。

● 閉回路麻酔を適用すると、麻酔ガスの使用効率が最大になる。現在、閉回路麻酔におけるＯ_２流量を決定するさい、“試行錯誤的”なＯ_２流量の調節が必要であり、これは換気装置ベローズの呼気リコイリング作用の範囲よって示されるものである。酸素の正確な流量を確認することはほとんど不可能であり、この結果、酸素流量に一定の振動が見られる。Ｎ_２Ｏなどの他のガスや麻酔蒸気の必要な量については、ガスの全体内吸収量を知らなければ設定することは不可能である。試行錯誤によって麻酔ガス流量を設定しようとしても、ガス源ガス濃度の変化間に大きな遅れがある上に、定常状態ガス濃度が現れるため、麻酔深さに変動が生じることになる。

ガス流量を知ることによって、ガス源ガス流量をより正確に設定でき、フィードバックループをより短縮でき、従って肺胞ガス濃度をより安定化することできるだけでなく、ガス源ガスの濃度および流量を調節する回数をより少なくできると考えられる。また、患者についても、麻酔剤の意図どおりかつ正確な投与により便宜を受けることができると考えられる。

本発明方法を利用すると、Ｏ_２流量を次の式に従って簡単に決定できる。
Ｏ_２流量＝Ｏ_２流れ＝Ｏ_２消費量（定常状態）＝ＳＧＦ×（Ｆ_ＳＯ_２−ＦＥＯ_２）
なお、Ｆ_ＳＯ_２はガス源ガスのＯ_２濃度であり、ＦＥＯ_２は吐き出されたガスのＯ_２濃度である。

次に、ＳＧＦを低く設定し、ＣＯ_２吸収装置を所定位置に配設したサークル回路によって呼吸する場合に任意のガスｘの流量を計算することについて説明する。

ｉ）ｘがＣＯ_２で、回路内のＣＯ_２吸収装置によってＣＯ_２を再呼吸できない場合、式（１）は成立せず、従ってＶＤａｎを知るためには、ＶＡ（なお、ＶＡ＝ＶＥ−ＶＤａｎ）を計算する必要がある。その後、ＣＯ_２の流量はＶＡ×(ＦＥＣＯ_２−ＦＩＣＯ_２)となるが、ＦＩＣＯ_２＝０なので、ＣＯ_２の流量はＶＡ×ＦＥＣＯ_２である。本発明方法は、再呼吸回路がＣＯ_２吸収装置をもつ場合、ＣＯ_２の流量を計算しても何の作用効果はない。

ｉｉ）ＣＯ_２吸収装置を設置した再呼吸回路、あるいは任意のＣＢＣであって、ｘが任意のＣＯ_２以外のガスである場合、以下の式（２）
ガスｘの流量＝ＳＧＦ（ＦＥｘ−ＦＳｘ）＋（ＶＥ−ＶＤａｎ−ＳＧＦ）（ＦＥｘ−ＦＲＢｘ）
が成立する。なお、ＦＳｘは、回路に流入するＳＧＦにおけるガスｘの濃度であり、そしてＦＲＢｘは、ガスがＣＯ_２吸収装置を通り、流量計から来たガスと混合する前の回路の呼気部材におけるガスｘの濃度である。

ＦＥｘ＝ＦＲＢｘであるため、
ｘの流量＝ＳＧＦ（ＦＥｘ−ＦＲＢｘ） （３）
が成立する。

なお、ガスｘの実際に吸入される濃度は、ＳＧＦ／再呼吸ガスの混合ガスにおけるガスｘの流量平均濃度であるが、本発明方法を利用した場合、ガスｘの吸入された容量の複雑な測定および計算は必要ない。麻酔ガスの流量を測定するさいには、ＳＧＦに、ガスｘの呼吸終期時の濃度とＳＧＦ濃度との差を掛け算する。この方法によって任意のガスの流量を連続測定すると、麻酔ガスの吸収変化を簡単に計算できるため、“閉回路”麻酔と定義する、Ｏ_２消費量に相当する濃度を含む、任意のＳＧＦについて麻酔ガスの同じ呼吸終期濃度を維持するために必要な気化器の状態を設定できる。

Ｎ_２Ｏは、麻酔処置の９５％以上で利用されている麻酔ガスである。このガスは、Ｏ_２に対して１：１〜２：１の割合で使用されている。また、血液や体組織に比較的溶けやすいため、麻酔剤として使用した場合、組織が小容量のガスで飽和し、Ｎ_２Ｏの組織取り込み量がゼロに近づく。にもかかわらず、現状の技術では、組織がいつ飽和したかを知ることは不可能である。従って、通常、手術中はその全期間にわたってＮ_２Ｏ流量の設定を変えることはない。Ｎ_２Ｏは、オゾン層を破壊する環境汚染物質であり、価格もＯ_２よりも１０倍高い。吸収率よりも高いレベルでＮ_２Ｏを連続的に使用することは、Ｎ_２Ｏを浪費するだけでなく、過剰のＮ_２Ｏで回路から除去される麻酔蒸気を無駄にすることになる。

本発明方法でＮ_２Ｏの正確な流量がわかれば、麻酔専門医は、組織がこれによって飽和された時点（即ち、流量＝０）で、Ｎ_２Ｏの供給を中断することができる。一般には、組織は、約５分間で飽和すると考えられている。麻酔を２時間行う場合を考えると、これは９５％の節約になる。また、手術時間が長くなるほど、節約量も多くなる。

● ハロタン、イソフルラン、セボフルラン、およびデスフルランは吸入麻酔蒸気である。これらのコストは、ハロタンやイソフルランについては数セント／ｍｌ、またセボフルランやデスフルランについては約１ドル／ｍｌである。これら蒸気はいずれもオゾン層を破壊する汚染物質である。これら蒸気は、麻酔専門医が設定した各種濃度でＳＧＦの要部として麻酔回路に流入する。これら麻酔蒸気の吸収率がわかると、麻酔剤を最も効率よく使用できる上に、麻酔深さを最も正確に制御できる。

ｂ）手術室外部における計算
本発明方法を用いると、自発呼吸患者、人口呼吸患者のいずれについても、上記のようなＣＢＣによって、酸素消費量を次式に従って計算できる。
ＳＧＦ×（Ｆ_ＳＯ_２−Ｆ_ＥＯ_２）
なお、ＳＧＦおよびＦｓＯ_２は既知量であり、慎重に設定するもので、Ｆ_ＥＯ_２は、高速Ｏ_２アナライザーから測定するものである。

● 運動に応答する酸素消費量は、物理的適性の大切な尺度である。これは、患者はいうまでもなくアスリートにおける運動能力、心肺適性や栄養状態を検査するために、世界中の心肺検査実験室によって日常的に行われている検査である。
● 酸素消費量は、心拍出量をＦｉｃｋ法によって測定するために必要な尺度の一つである。

図９Ａ、図９Ｂ、図１０および図１１は、（定期的な）流量測定の“ゴールドスタンダード”と本発明方法を比較した、流量／濃度曲線である。
特に、図９Ａおよび９Ｂは、二酸化炭素に関する流量／積分濃度を示す図である。
図１０は、本発明方法のＶＣＯ２の測定とダグラスバッグ呼気測定法とを比較してこれら方法の違いを説明する図で、信頼区間９５％である。
図１１は、標準バッグ呼気測定方法、代謝カートおよび本発明方法についてＶＣＯ２を比較する図である。

本発明の範囲から逸脱しなくても本発明の上記実施態様には多数の変更が可能である。即ち、以上の説明は、本発明を例示するもので、本発明を限定するものではない。

メープルソンＡ構成の代表的なマギル回路を示す概略図である。 代表的なサークル麻酔回路を示す概略図である。 本発明の一実施態様における制御呼吸用のメープルソンＡ構成をもつ改良型マギル回路を示す概略図である。 本発明の一実施態様における自発呼吸用の改良型再呼吸等炭酸回路を示す概略図である。 本発明の一実施態様における制御呼吸用の改良型再呼吸等炭酸回路を示す概略図である。 本発明の一実施態様における制御呼吸用の能動制御型再呼吸回路を示す概略図である。 本発明の一実施態様における自発呼吸用の非再呼吸等炭酸回路を示す概略図である。 本発明の一実施態様における制御呼吸用の非再呼吸等炭酸回路を示す概略図である。 図９Ａ及び図９Ｂは、二酸化炭酸に関する流量および積分濃度曲線を示す図である。 本発明方法のＶＣＯ２の測定とダグラスバッグ呼気測定法とを比較してこれら方法の違いを説明する図で、信頼区間９５％である。 標準バッグ呼気測定方法、代謝カートおよび本発明方法についてＶＣＯ２を比較する図である。

符号の説明

４７：Ｙ形部材、
３５：開口、
３８：吸気部材、
３７：圧力逃し弁、
３６：呼気部材、
３８：マギル回路、
３９：ＳＧＦ、
４０：ガス貯蔵バッグ、
４２：換気装置、
４３：バルーン弁、
６０：Ｙ形部材、
５１：ＳＧＦ、
５４：一方向弁、
５９：一方向弁。

Claims (19)

1. 関係式：ガス（ｘ）の流量＝ＳＧＦ（ＦＳＸ−ＦＥＸ）を使用して、人工呼吸患者または自発呼吸患者を対象とするＣＢＣ回路における任意のガス（ｘ）の流量を計算する方法において、
   前記ガス（ｘ）が、例えば、
   ａ）ｉ）Ｎ_２Ｏ、ｉｉ）セボフルラン、ｉｉｉ）イソフルラン、ｉｖ）ハロタン、ｖ）デスフルラム（ｄｅｓｆｌｕｒａｍｅ）などの麻酔剤、
   ｂ）酸素、および
   ｃ）二酸化炭素などであり、上記式において、ＳＧＦは、麻酔専門医がガス流量計から読み取った、呼吸回路（ＣＢＣ回路）に流入するガス流れのガス源（単位はｌ／分）、ＦＳＸは（麻酔専門医によって設定される）麻酔ガスにおけるガスＸの分画濃度、そしてＦＥＸは携帯式ガスアナライザーなどによって求められた呼気終期ガスにおけるガスＸの分画濃度であることを特徴とするガス（ｘ）の流量の計算方法。
2. 関係式：酸素流量＝ＳＧＦ（Ｆ_ＳＯ２−Ｆ_ＥＯ２）を利用して、人工呼吸患者および／または自発呼吸患者を対象とするＣＢＣ回路における酸素の流量を計算する方法において、ＳＧＦは、麻酔専門医がガス流量計から読み取った、呼吸回路（ＣＢＣ回路）に流入するガス流れのガス源（単位はｌ／分で）、Ｆ_ＳＸは（麻酔専門医によって設定される）麻酔ガスにおける酸素ガスの分画濃度、そしてＦ_ＥＸは携帯式ガスアナライザーなどによって求められた呼気終期ガスにおける酸素ガスの分画濃度であることを特徴とする酸素の流量の計算方法。
3. ＣＢＣ回路が、ｉ）サークル回路、ｉｉ）マギル呼吸回路、ｉｉｉ）（Ｆｉｓｈｅｒなどを発明者とする出願明細書に記載されている）呼吸式か非呼吸式の等炭酸回路などから群から選択した回路である請求項１または２記載の計算方法。
4. ＣＢＣ回路が、本明細書に記載するような改良型マギル回路である請求項１または２記載の計算方法。
5. ＣＢＣ回路が、本明細書に記載するような改良型再呼吸回路である請求項１または２記載の計算方法。
6. ＣＢＣ回路が、本明細書に記載するような改良型非再呼吸回路である請求項１または２記載の計算方法。
7. 酸素消費量を求め、Ｆｉｃｋ法などの任意の公知方法によって心拍出量を測定する請求項２記載の計算方法。
8. 例えば手術室などで酸素消費量を求めるために使用する請求項２記載の計算方法。
9. 酸素消費量を最適化するために使用する請求項２または８記載の計算方法。
10. 悪性高体温症の初期診断に利用する請求項２または８記載の計算方法。
11. ガス源ガスの流量を低く設定し、二酸化炭素吸収装置を設けたＣＢＣ回路における二酸化炭素以外の任意のガスの流量を関係式：ガスＸの流量＝ＳＧＦ（ＦＥＸ−ＦＲＢＸ）を利用して計算する方法において、
    ＳＧＦは、麻酔専門医がガス流量計から読み取った呼吸回路（ＣＢＣ回路）に流入するガス流れのガス源（単位はｌ／分）、Ｆ_ＥＸは、携帯式ガスアナライザーなどで求めた呼気終期ガスにおけるガスＸの分画濃度、Ｆ_ＲＢＸはガスが二酸化炭素吸収装置を通過し、流量計から来るガスと混合する前の回路の呼気部材におけるガスＸの濃度であることを特徴とする計算方法。
12. 例えば、ｉ）Ｎ_２Ｏ、ｉｉ）セボフルラン、ｉｉｉ）イソフルラン、ｉｖ）ハロタン、ｖ）デスフルラム（ｄｅｓｆｌｕｒａｍｅ）などの麻酔剤の流量を求めるために使用する請求項１１記載の計算方法。
13. 麻酔剤の患者吸収量を求めるために使用する請求項１２記載の計算方法。
14. 麻酔剤としてＮ_２Ｏを使用する請求項１３記載の計算方法。
15. 自発呼吸または制御呼吸に利用される部材である吸気部材、呼気部材、この呼気部材の端部に隣接配置した圧力逃し弁、ＳＧＦの流入開口およびガス貯蔵バッグからなる改良型マギル回路において、
    上記ガス貯蔵バッグを換気式呼吸回路に接続される開口をもつ容器内に装着し、そして上記圧力逃し弁を換気式呼吸回路に接続される開口をもつ容器内に装着し、
    呼気時、患者は、患者用開口を介して息を吐き出し、呼気の初期相において、ガス貯蔵バッグは一部空であり、吸気部材内の流れに対する抵抗は呼気部材よりも小さく（これは、流れが呼気部材に流れる前に、圧力逃し弁のより高い開き圧力を吸収する必要があるからである）、
    呼気の初期相では、吐き出されたガスが吸気部材に流入し、吸気部材内のガスを追い出し、ＳＧＦからガス貯蔵バッグに送り込み、ガス貯蔵バッグが一杯に充填されると、回路内の圧力が圧力逃がし弁の開き圧力より高くなり、吐き出されたガスの残りが呼気部材に向かい、圧力逃し弁を介して呼気部材からガスを換気式呼吸回路に押し出し、これから呼気開口を介して最終的に大気に放出され、ＳＧＦは吸気部材を通って患者に流れ続け、前に吐き出されたガスを呼気部材に押し出し、
    吸気時、バルーン弁が換気式回路の呼気開口を閉じるため、一回の呼吸量に等しい容量のガスが、換気装置によって換気式回路に送られ、ここからＳＧＦガス貯蔵ボックスに送られ、これによってＳＧＦガス貯蔵バッグから一回の呼吸量に相当する容量のガスがマギル回路の吸気部材に送り込まれ、ＳＧＦは、吸気部材を通って患者に向かって流れ続け、
    患者の一回の純呼吸量は、ガス貯蔵バッグから追い出されたガス容量プラス吸気時間を掛け算したＳＧＦに相当し、吸気時、マギル圧力逃し弁の両側の圧力が等しいため、弁の“開き圧力”によって圧力差を与え、吸気時これを閉じた状態に維持するように構成し、
    （１）吸気部材の容積を、[（ＳＧＦ×呼気時間）＋解剖学的デッドスペース］に相当するように設定するとともに、呼吸バッグ容積を、[一回の呼吸量の考えられる最大量−（ＳＦＧ×吸気時間）]より大きく設定し、そして
    （２）ＳＧＦを≦０．７×ＶＥに設定したことを特徴とする改良型マギル回路。
16. 患者用開口をもつＹ形部材からなり、Ｙ形部材の吸気部材に一方向吸気弁を設けるとともに、Ｙ形部材の呼気部材に一方向呼気弁を設け、吸気部材をＳＧＦおよびガス貯蔵容器に接続し、呼気部材を呼気用ガス貯蔵容器に接続し、呼気用ガス貯蔵容器の開口に一方向弁８１を設け、この開口で、吐き出されたガスが、呼気用ガス貯蔵容器からガスは出るがこれに流入させない吐き出されたガスの貯蔵容器７１から送り込まれ、呼気部材と吸気部材との間において、吸気弁および呼気弁に隣接して、バイパス部材を配設し、このバイパス部材には、開き圧力がＹ形部材の吸気部材およびＹ形部材の呼気部材の弁よりも例えば約１．５ｃｍＨ_２Ｏ高い一方向弁を設け、このバイパス部材の一方向弁６５を、呼気部材から吸気部材の方向に開くように設定し、吸気部材および呼気部材をそれぞれ可変長さの管によって延長し、吸気用ガス貯蔵容器および呼気用ガス貯蔵容器を３つの開口をもつボックスに収め、これら開口のうち、一つの開口をボックスに連絡し、もう一つの開口をＳＧＦ貯蔵容器内部のみに連絡し、さらにもう一つの開口を呼気用ガス貯蔵容器に連絡し、ＳＦＧ貯蔵容器を、回路の吸気部材に連続させ、呼気用ガス貯蔵容器を、回路の呼気部材に連続させるとともに、吐き出されたガスが吐き出されたガスの貯蔵容器を出、上記ボックスに流入する開口をこれに形成し、吸気相において換気式回路の呼気開口を閉じるように同期構成したきのこ形弁を配設した換気装置については、吸気相において、換気装置の一回の呼吸量がボックスに吐き出されるように、ボックスの換気用開口に取り付け、これによって、等しい量のガスをボックスにガス貯蔵容器から送り込むようにし、バイパス部材の弁の開き圧力が吸気弁よりも高く設定し、呼気用ガス貯蔵容器に対して吸気用ガス貯蔵容器を優先的に圧縮し、吸気用ガス貯蔵容器がつぶれた場合に、一回の呼吸量の残りの部分を、呼気用ガス貯蔵容器の圧縮およびバイパス部材、弁および吸気弁から患者に流れるガスによって発生し、一回の呼吸量を、吸気用ガス貯蔵容器からのガス容量プラス呼気用ガス貯蔵容器からのガス容量プラス吸気時間を掛けたＳＧＦに設定し、呼気時には、バルーン弁７４がつぶれるようにし、大気に対して換気回路の呼気ガス用開口が開き、開口を介して大気に対して呼気用ガス貯蔵バッグが開くように設定し、吐き出されたガスが、呼気ガス用一方向弁から呼気部材を下って呼気用ガス貯蔵容器に流れように構成し、開口に流入するＳＧＦについては、吸気部材を下りＳＧＦ貯蔵容器６７に向かうように設定し、ＳＧＦ貯蔵容器および呼気用ガス貯蔵容器の膨張によってボックスから追い出されたガスを、ボックスから換気回路の呼気ガス用開口に流れるように構成し、ＳＧＦをＶＥ−ＶＤａｎ未満か、これに等しく設定したことを特徴とする改良型再呼吸等炭酸回路。
17. 患者用開口を備えたＹ部材、ＳＧＦに接続したバルーン弁およびガス貯蔵容器からなる吸気部材、およびバルーン弁からなり、大気に連絡する開口を備えた呼気用ガス貯蔵容器に接続した呼気部材からなり、圧縮空気のタンクから、ソレノイド弁を介して圧縮空気が流れ、バルーン弁を開閉するように構成し、ソレノイド弁をコンピュータによって電子制御し、マウスピース１０１に接続した圧力変換器が、新鮮なガス用貯蔵容器が完全につぶれた時点を測定し、信号を受信するコンピュータがソレノイド弁に信号を出力し、吸気弁を閉じ、呼気弁を開くとともに、新鮮なガスが連続的に流れ、新鮮なガス用貯蔵容器を満たすように構成した自発呼吸患者の自発換気用バルーン弁回路を有することを特徴とする改良型非再呼吸回路。
18. 関係式：ガスＸの排出量＝Ｆ_ＥＸ−ＦＩ_Ｘ（を掛け算した）入力全ガス流量（なお、Ｆ_ＥＸの定義は上記の通りであり、Ｆ_ＩＳは吸い込まれたガスにおけるＸの濃度である）を利用して、任意の入力ガス流量の排出量を計算するために使用する請求項１、２または１１記載の計算方法。
19. 計算装置で実行できるか、これにインストールしたソフトウエアの演算スプレッドシートまたは公式で上記計算方法を実行する請求項１〜１８のいずれか一項記載の方法。
    
    

Images