JP2007516751A - 睡眠呼吸障害の存在下での機械的人工換気 - Google Patents

Abstract

ＣＰＡＰ装置の動作を制御するための方法。装置は、ブロワ（２）と、患者インタフェース（６）と、ブロワ（２）からの空気を患者インタフェース（６）に対して供給するための空気供給管路（８）と、患者インタフェース（６）内の圧力を決定するようになっているセンサ（４ｐ）と、空気を所望の圧力で患者インタフェース（６）に対して供給し且つ患者の呼吸サイクルの吸気と呼気との間の移行を検出することによりブロワ出力を患者の努力に同期させる制御機構（１５）とを有する。一形態において、ＣＰＡＰ装置は２レベル波形にしたがって圧力を供給し、睡眠呼吸障害の兆候にしたがって波形の少なくとも１つの特徴パラメータが自動的に調整される。睡眠呼吸障害の兆候は、いびき、無呼吸、呼吸低下、流量平坦化のうちの１つ以上であってもよい。
【選択図】 図７

Description

関連出願

本出願は、２００３年１２月２９日に提出された米国仮出願第６０／５３３，４１１号の優先権を主張する。

発明の分野

本発明は、睡眠呼吸障害（ＳＤＢ）の機械的人工換気に関する。

発明の背景

機械的人工換気の包括的背景議論は、Ｍａｒｔｉｎ Ｊ Ｔｏｂｉｎにより編集され且つＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ社によって発行された「機械的人工換気の原理及び実務」（１９９４）（ＩＳＢＮ０−０７−０６４９４３−７）において見出すことができる。

閉塞型睡眠時無呼吸症候群（ＯＳＡ）を処置するために鼻持続的気道陽圧法（ＣＰＡＰ）を使用することは、Ｃｏｌｉｎ Ｓｕｌｉｖａｎによって発明されており、米国特許第４，９４４，３１０号を参照されたい。一般に、処置は、所定量の空気又は呼吸できるガスをブロワから空気供給管路及び患者インタフェースを介して患者へ供給することを伴う。処置は有効であるが、一部の患者はそれを不快であると考える。患者の快適さ及びコンプライアンスを向上させることが依然として課題である。

快適さを向上させるための１つの方法は、より快適な患者インタフェースを提供することである。これに関しては、ＲｅｓＭｅｄ ＭＩＲＡＧＥ（商標）が快適さに著しい向上を与えてきており、米国特許第６，１１２，７４６号；第６，３５７，４４１号、６，５８１，６０２号及び第６，６３４，３５８号を参照されたい。最近の開発はＲｅｓＭｅｄ ＭＩＲＡＧＥ（商標）ＡＣＴＩＶＡ（商標）マスクシリーズであり、これについては、国際公開公報第２００１／９７８９３号を参照されたい。

ＯＳＡを処置するための鼻ＣＰＡＰシステムの初期においては、最適な処置圧力を決定するため、患者は、最初に、臨床研究において滴定された。滴定では、患者は、診療室で一晩中寝て、マスク及びＣＰＡＰ装置を装着して検査される。ＣＰＡＰ装置によって供給される処置圧力は、無呼吸がなくなるまで調整される。処置圧力は、通常、４〜２０ｃｍＨ_２Ｏの範囲にある。装置は、その圧力に設定されるとともに、家に持って帰るために患者に渡される。その後の開発は、患者が家に持って帰ることができる自動調整装置であった。この自動調整装置は、いびき等の閉塞型睡眠時無呼吸症候群の兆候に基づいて処置圧力を高め及び／又は下げる。そのような装置は、時として、総称的に自動気道陽圧（ＡＰＡＰ）装置と称される。これについては、米国特許第５，２４５，９９５号；第６，３９８，７３９号及び第６，６３，０２１号を参照されたい。

他のタイプの鼻ＣＰＡＰ装置は、吸気中（時としてＩＰＡＰと称される）に第１の圧力を供給するとともに、呼気中（時としてＥＰＡＰと称される）に第２の圧力を供給する。これらの装置の例としては、ＲｅｓＭｅｄ ＶＰＡＰ（商標）シリーズ及びＲｅｓｐｉｒｏｎｉｃｓ ＢｉＰＡＰシリーズが挙げられる。２レベルＣＰＡＰ装置は、単圧ＣＰＡＰ装置に適合しない患者のために処方される場合がある。一部の患者は、少なくとも目を覚ましている間、呼気中の低い圧力の方が不快であることに気付く。これらの装置に伴う問題は、ＩＰＡＰ圧力及びＥＰＡＰ圧力を設定する方法を決定することである。ＥＰＡＰが非常に低い場合には、閉塞を防止するには不十分であるため、一部の医師は、ＥＰＡＰ圧力を、睡眠検査中に滴定された圧力に設定する場合がある。これらの患者においては、ＩＰＡＰ圧力、したがって平均圧力の方が、無呼吸を排除するために必要な圧力よりも高い。

別の形態の自動調整ＣＰＡＰ装置はＲｅｓＭｅｄ ＡＵＴＯＳＥＴ（商標）ＳＰＩＲＩＴ（商標）装置である。この装置では、流量平坦化、いびき、無呼吸、呼吸低下などの流量限界の兆候にしたがってＣＰＡＰ圧力が自動的に増大され或いは減少される。これについては、米国特許第５，７０４，３４５号；第６，０２９，６６５号；第６，１３８，６７５号及び第６，３６３，９３３号を参照されたい。自動調整システムの利点は、特定の患者のために必要な処置圧力を経時的に変化させることができるという点であり、正確に機能する自動システムは、その後の睡眠検査のために患者に帰宅してもらう必要性を未然に防ぐことができる。また、これらの特許は、いわゆる「中枢性無呼吸」と閉塞性無呼吸との間を区別するための方法及び装置について記載している。前述した特許の全内容は、相互参照によって本明細書に組み込まれる。

チェーンストークス呼吸（ＣＳＲ）などの特定のタイプの睡眠呼吸障害を処置するための別の装置はＲｅｓＭｅｄ ＡｕｔｏＣＳ（商標）装置である。とりわけ、この装置は、滑らかで快適な波形、患者の呼吸位相の高度なトラッキング、患者換気のサーボ制御を用いて、所定量の空気又は呼吸可能なガスを供給する。これについては、米国特許第６，４８４，７１９号；第６，５３２，９５７号及び第６，５７５，１６３号（“ＡｕｔｏＶＰＡＰ”特許）を参照されたい。また、米国特許第６，５３２，９５９号も参照されたい。これらの特許の内容は全て相互参照により本明細書に組み込まれる。

一部のＯＳＡ患者は、前記装置を用いた処置が不快であると感じ、治療に不適合となる。また、鬱血性心不全を伴う心血管患者などの他の患者、ＲＥＭ低換気を伴う患者、呼吸不全を伴う患者は、より快適な及び／又は有効な形態の治療によって利益を得ることもできる。

発明の概要

本発明者らの発明の第１の態様においては、２レベル波形を用い且つ平均圧力を自動的に調整する機械的人工呼吸器が提供される。

本発明者らの発明の別の態様においては、気道開放にしたがって最終呼気圧力を自動的に調整する機械的人工呼吸器が提供される。

また、本発明は、一形態において、ＩＰＡＰを自動的に調整する２レベルＣＰＡＰ装置を含む。

本発明の別の態様は、無呼吸の兆候にしたがってＥＰＡＰを調整するとともに流量平坦化の兆候にしたがってＩＰＡＰを調整する２レベルＣＰＡＰ装置を提供することである。

本発明の別の態様においては、口漏れが起こっている時期を決定するための方法及び装置が提供される。

本発明の別の態様においては、漏れにしたがって最終呼気圧力を自動的に調整する機械的人工呼吸器が提供される。

本発明者らの発明の一形態では、患者の呼吸サイクル全体への割合が決定され、患者の呼吸サイクル全体への割合は、圧力−時間テンプレートの時間長をスケーリングするために使用される。この場合、患者に対して供給される圧力は、テンプレートの形状に従うが、患者の要件に適合されるスイングを有する。

ここで、本発明の更なる態様について詳細に説明する。

詳細な説明

５．１ ハードウェア
本発明の一実施形態に係る装置は、ブロワ及びブロワコントローラを備えている。ブロワは、２〜４０ｃｍＨ_２Ｏの陽圧で所定量の空気を供給することができるが、一般的には、４〜２５ｃｍＨ_２Ｏの範囲で空気供給管路を介して患者インタフェースへ供給することができる。また、装置は、管路に沿う空気の流量を測定するための流量センサと、ブロワ出口での空気の圧力を測定するための圧力センサとを含む。一形態において、装置は、患者インタフェース内の圧力を検出する更なる圧力センサを含む。

例えば、本発明の好ましい実施形態が図１に示されている。人工呼吸装置は、サーボ制御されたブロワ２と、流量センサ４ｆと、圧力センサ４ｐと、マスク６と、ブロワ２とマスク６との間を接続するための空気供給管路８とを含んでいてもよい。排気ガスは排気孔１３を介して排出される。マスク流量は、流量信号Ｆ（ｔ）を得るために差圧トランスデューサ及び呼吸気流計などの流量センサによって測定されてもよい。或いは、呼吸気流計は、ブロワからの流れに平行に位置合わせされた小さなチューブの束に取って代えられてもよく、その場合、圧力差は、束を横切る差圧トランスデューサによって測定される。マスク圧は、圧力信号Ｐ_ｍａｓｋ（ｔ）を得るために圧力トランスデューサを使用して圧力タップで測定されることが好ましい。圧力センサ４ｐ及び流量センサ４ｆは、図１では単に象徴的にのみ示されている。これは、当業者であれば流量及び圧力の測定方法を理解していることは言うまでもないからである。流量Ｆ（ｔ）信号及び圧力Ｐ_ｍａｓｋ（ｔ）信号は、圧力要求信号Ｐ_{ｒｅｑｕｅｓｔ}（ｔ）を得るためにコントローラ又はマイクロプロセッサ１５に対して送られる。コントローラ又はプロセッサは、本明細書で詳細に説明する方法論を実行するように構成されて適合されている。コントローラ又はプロセッサは、制御方法を実施するために、集積チップ、メモリ及び／又は他の命令又はデータ記憶媒体を含んでいてもよい。例えば、制御方法を伴うプログラム命令が、装置のメモリ中の集積チップにコード化され、或いは、ソフトウェアとしてロードされる。当業者であれば分かるように、制御装置内にアナログ装置が設けられていてもよい。図１の装置は、他のセンサ、通信インタフェース及びディスプレイ、サーボ等、機能ブロックを含んでおり、その詳細は本発明を理解するのに必要ではない。

５．２ 同期生：トリガ、サイクル＆位相決定
患者の呼吸サイクルの全体にわたって処置圧力を変える装置においては、患者の努力に同調して装置が圧力を変えれば、患者にとってより快適である。図６に示されるように、本発明者らの発明の原理にしたがって構成された全体装置６４は、ＳＤＢを処置するための処置圧力成分を決定する自動治療処置圧力決定コンポーネントモジュール６０と、患者の呼吸サイクルと連動して圧力を調節するための波形（正方形、曲線状、滑らかなど）を設定又は選択する波形モジュール６２又はプロセスとを含む。典型的に、装置は、患者の呼吸サイクル内の状態又は位相を決定するための同期性又はトリガモジュール６８（ファジー理論、圧力、患者の努力などによって制御される）を含む。場合によって、中枢性無呼吸検出器６６が含まれていてもよい。

圧力供給時、トリガモジュールは、ブロワ出力を患者の努力と同期させるため、患者を監視して患者の呼吸位相の決定を行なう。一形態においては、患者が吸気中であるのか或いは呼気中であるのかを決定する（離散変数）。別の形態においては、患者の全体の呼吸サイクルへの割合が決定される（周期変数）。位相の決定は、圧力、流量、努力センサの何らかの組み合わせによって行われてもよい。例えば、一形態において、マスク圧力が低下して閾値を下回る場合には、吸気への移行が成され、また、これに対し、マスク圧力が上昇して閾値を上回ると、呼気への移行が行なわれる。別の形態において、患者の呼吸流量が閾値を超えると、吸気が開始されるようになり、患者の呼吸流量が降下して閾値を下回ると、呼気が開始されるようになる。別の形態において、患者の呼吸位相は、呼吸流量曲線の形状を解析するとともに、それが初期吸気、中期吸気、後期吸気、初期呼気、中期呼気、後期呼気である範囲に関して多くの決定を行なうことにより決定される。これについては、米国特許第６，４８４，７１９号；第６，５３２，９５７号及び第６，５７５，１６３号を参照されたい。位相の決定が行なわれると、供給される波形の形状を決定することができる。

一実施形態において、位相決定は、サイクルの特定の部分（吸気又は呼気）における予想総時間に対するサイクルのその特定の部分の経過時間に基づいていてもよい。例えば、呼吸サイクル内の位相は、予想総時間に対する経過時間の比率として決定される。現在のサイクルにおける総時間は未だ分かっていないため、この総時間は、多くの以前の呼吸から得られた平均時間、好ましくは患者の以前の５回の呼吸から得られた平均時間を使用して予測される。好ましい実施形態では、不規則な呼吸が平均値から排除される。したがって、咳やしゃっくりを示す１５０ミリ秒未満の呼吸は排除される。当業者は、そのような５回の呼吸の平均値を流量信号から決定する方法を理解している。

連続的な位相の決定を用いるとともに、波形モジュール６２を利用すると、好ましくはテーブル又は配列に記憶されてもよい吸気用及び呼吸用の圧力波形テンプレートを使用して、滑らかな圧力変化が実現される。一般に、テーブルは、所定の呼吸長における倍率であって、圧力振幅が順に乗じられると結果としてその倍率によって表わされる圧力波形が得られる倍率を記憶する。これらのテーブルのバージョンが図３の滑らかな波形に基づいて図４及び図５に示されている。当業者であれば分かるように、テーブルは、ルックアップ演算に頼らずに数学の方程式に置き換えられてもよい。また、正弦波立ち上がり／指数関数減衰曲線が示されているが、テンプレートは、図３の破線で示される方形波などの任意の形状の波形を表わしてもよい。位相変数を使用することにより、患者の呼吸サイクル中の適切な時間にテーブルの各倍率（ＳＦ）が使用されるようになり、それにより、テンプレートの時間長が縮まり或いは延びる。その際、決定された位相変数（総予想時間にわたる経過時間）は、テンプレートの時間長をスケーリング（増減）するために使用される。

これらの目的のため、そのような位相及び吸気テーブル又は配列を利用する圧力調節機能（Ｉｎｓ＿Ｗａｖｅｆｏｒｍ）を戻すルックアップ演算が以下を用いて行なわれてもよい。
Ｉｎｓ＿Ｗａｖｅｆｏｒｍ＝Ｉｎｓｐｉｒａｔｏｒｙ＿Ｔａｂｌｅ（Ｉ−Ｌｏｃａｔｉｏｎ）
ここで、
Ｉｎｓｐｉｒａｔｏｒｙ＿Ｔａｂｌｅは、Ｉ−Ｌｏｃａｔｉｏｎ機能によって決定された特定の位置でテーブル又は配列からの倍率を戻す機能である。
Ｉ−Ｌｏｃａｔｉｏｎは、患者の現在の吸気内で吸気位相変数（すなわち、予想総吸気時間に対する経過吸気時間の比率）をほぼ特定する機能である。なぜなら、このＩ−Ｌｏｃａｔｉｏｎは、供給された圧力を患者の現在の予期される吸気の時間スケール内で通常の吸気の圧力のように調節できる適切な倍率をテーブルから選択することに関連しているからである。

これを達成するため、機能は、（ａ）吸気の現在の経過時間（ｔ＿ｓｗｉｔｃｈ）、（ｂ）波形テンプレートの吸気部分がテーブル中に記録されたテーブルエントリ又は配列エントリの数であってもよい、波形テンプレートの波形の吸気部分の時間長（ｔｏｔａｌ＿ｅｎｔｒｉｅｓ）、（ｃ）呼吸サイクルの吸気部分における予想時間、すなわち、平均吸気時間（ａｖｅ＿ｉｎｓｐ＿ｔｉｍｅ）に応じて、吸気テーブルの指数を戻す。この指数は、以下の式によって得られてもよい。
ｉｎｄｅｘ＝ｒｏｕｎｄ（ｔ＿ｓｗｉｔｃｈ×ｔｏｔａｌ＿ｅｎｔｒｉｅｓ／ａｖｅ＿ｉｎｓｐ＿ｔｉｍｅ）

同様に、呼気テーブル又は配列に関するルックアップ演算（Ｅｘｐ＿Ｗａｖｅｆｏｒｍ）は、以下の機能を用いて達成される。
Ｅｘｐ＿Ｗａｖｅｆｏｒｍ＝Ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙ＿Ｔａｂｌｅ（Ｅ−Ｌｏｃａｔｉｏｎ）
ここで、
Ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙ＿Ｔａｂｌｅは、Ｅ−Ｌｏｃａｔｉｏｎ機能によって決定された特定の位置で呼気テーブル又は配列からの倍率を戻す機能である。
前述したＩ−Ｌｏｃａｔｉｏｎ機能と同様に、Ｅ−Ｌｏｃａｔｉｏｎは、供給された圧力を通常の呼気の圧力のように調整できるが患者の現在の予期される呼気の時間スケール内で調節する適切な倍率をテーブルから選択する目的で患者の現在の呼気内で呼気位相変数（すなわち、予想総呼気時間に対する経過呼気時間の比率）をほぼ特定する機能である。

これを達成するため、機能は、（ａ）呼気の現在の経過時間（ｔ＿ｓｗｉｔｃｈ）、（ｂ）波形テンプレートの呼気部分がテーブル中に記録されたテーブルエントリ又は配列エントリの数であってもよい、波形テンプレートの波形の呼気部分の時間長（ｔｏｔａｌ＿ｅｎｔｒｉｅｓ）、（ｃ）呼吸サイクルの呼気部分における予想時間、すなわち、平均呼気時間（ａｖｅ＿ｅｘｐ＿ｔｉｍｅ）に応じて、吸気テーブルの指数を戻す。
ｉｎｄｅｘ＝ｒｏｕｎｄ（ｔ＿ｓｗｉｔｃｈ×ｔｏｔａｌ＿ｅｎｔｒｉｅｓ／ａｖｅ＿ｅｘｐ＿ｔｉｍｅ）

当業者であれば分かるように、ＩＰＡＰとＥＰＡＰとの間でのより簡単なサイクル及びトリガなど、換気圧力を調節するために他の式が使用されてもよい。

５．３ 睡眠呼吸障害（ＳＤＢ）の兆候
いびき、無呼吸、呼吸低下、吸気流量−時間曲線の形状を含む睡眠呼吸障害を検出するために使用できる多くの兆候（表示）が存在する。

５．３．１ いびき
いびきは、当分野において既知である多くの技術によって検出することができる。これについては、例えば、米国特許第５，２４５，９９５号（Ｓｕｌｌｉｖａｎら）及び第５，７０４，３４５号（Ｂｅｒｔｈｏｎ−Ｊｏｎｅｓ）を参照されたい。例えば、流量信号は、３０〜３００Ｈｚの周波数範囲で帯域通過フィルタ処理することができ、それに伴って得られる信号の強度が決定される。

いびきを検出すると、前述した特許に記載されるように、いびき指数を計算することができる。この指数は、いびきの強さ、周波数、持続時間に基づくことができる。「いびき防止圧力」は、いびきを防止するために必要な最小ＣＰＡＰ圧力として規定することができる。

５．３．２ 無呼吸＆呼吸低下
無呼吸は、当分野において既知である多くの技術によって検出することができる。例えば、米国特許第５，７０４，３４５号（Ｂｅｒｔｈｏｎ−Ｊｏｎｅｓ）は、以下のように無呼吸検出器について記載している。移動する時間窓にわたって計算された平均流量信号変化は、レベル検出器によって閾値と比較され、それにより、「気流停止」トリガが生成される。これはタイマを始動させる。トリガが１０秒を超えて持続する場合には、コンパレータが無呼吸を知らせる。閾値は、固定された値であってもよく、一般的には０．１ｌ／秒であり、或いは、最後の数分間（一般的には５分間）にわたる平均換気量の選択された割合（一般的には１０％又は２０％）であってもよい。便宜上、閾値と変化の平方根とを比較する代わりに、閾値を求めて、変化と直接に比べることができる。

その結果、１０秒が経過する前に気流が再開する場合には、タイマがリセットされ、無呼吸が知らされない。

一形態においては、無呼吸の検出時に、装置は、無呼吸が止むまで或いは所定の閾値に達するまで圧力を増大させる。このようにすると、圧力は安全なレベルを超えない。圧力の増大量は、無呼吸が生じた圧力及び無呼吸の持続時間によって変化可能である。これについては米国特許第６，３６７，４７４号（Ｂｅｒｔｈｏｎ−Ｊｏｎｅｓら）を参照されたい。

呼吸低下も同様に検出することができるが、例えば平均換気量の５０％といった更に高い閾値を伴なう。

５．３．３ 流量限界
流量限界は、当分野において既知である多くの技術によって検出することができる。例えば、例えば吸気流量−時間曲線の中間に基づく様々な平坦化指数の使用について記載する米国特許第５，７０４，３４５号（Ｂｅｒｔｈｏｎ−Ｊｏｎｅｓ）を参照されたい。他の平坦化指数も周知である。これについては米国特許第６，８１４，０７３号（Ｗｉｃｋｈａｍ）を参照されたい。流量限界防止圧力は、流量限界を防止するために必要な最小ＣＡＰＡ圧力として規定することができる。この圧力は、予め決定されないが、様々な流量平坦化指数と共に連続的に計算される。圧力は、平坦化が排除されたことを指数が示すまで増大される。平坦化が排除されることを指数が示す圧力レベルは、現在の「流量限界防止圧力」となるようにとられる。本発明者らの発明の一形態において、現在の「流量限界防止圧力」は、流量限界の兆候が検出されない限り経時的に減少される。

５．４ 波形の形状
したがって、ブロワは、ＲｅｓＭｅｄ ＶＰＡＰ（商標）シリーズによって供給される波形と同様のほぼ方形状の波形、或いは、例えば正弦波立ち上がり・指数関数減衰を有するＲｅｓＭｅｄ ＡＵＴＯＳＥＴ ＣＳ（商標）製品（米国特許第６，５３２，９５９号参照）によって供給される波形と同様の更に丸みを帯びた波形を供給することができる。また、快適さと有効性とを釣り合わせるため、ブロワは、方形と更に丸みを帯びた形との間で波形の形状を調整することができる（米国特許第６，５５３，９９２号参照）。一形態においては、例えば、ほぼ方形の波を供給すると、装置は、患者の呼吸サイクルの吸気部分（ＩＰＡＰ）の最中に高い圧力を供給するとともに、患者の呼吸サイクルの呼気部分（ＥＰＡＰ）の最中に低い圧力を供給する。他の形態においては、例えば、更に丸みを帯びた波形を供給すると、ＳＷＩＮＧ及び圧力設定が決定される。ＳＷＩＮＧは、患者に供給される最高圧力と最低圧力との間の差である。圧力設定は、一形態ではベース圧力であってもよく、他の形態ではピーク圧力であってもよい。

５．５ 本発明者らの発明の幾つかの実施形態
５．５．１ 第１の実施形態：自動ＩＰＡＰ
本発明の第１の実施形態において、装置は、ＲｅｓＭｅｄのＶＰＡＰIII装置と同様の方法でＩＰＡＰ及びＥＰＡＰのための設定を有するほぼ方形の波形を供給するようになっている。装置は、ＩＰＡＰとＥＰＡＰとの間の差ΔＰ（時として、スイングと呼ばれる）に関して臨床医師が設定できる圧力設定を有する。装置は、ＲｅｓＭｅｄのＡＵＴＯＳＥＴ ＳＰＩＲＩＴ装置と同じアルゴリズムを使用して、患者の流量を監視するとともに、処置圧力を決定する。これについては米国特許第５，７０４，３４５号を参照されたい。吸気の開始を検出する際には、前述したように、装置は、所定量の空気を処置圧力（ＩＰＡＰ＝処置圧力）で供給するとともに、その圧力を患者の呼吸サイクルの吸気部分の全体にわたって維持する。呼気の開始を検出する際には、装置は、ΔＰを下回る処置圧力まで供給圧力を減少させる。

このようにすると、ＣＰＡＰアルゴリズムを自動的に調整するという利点が２レベル（ｂｉ−ｌｅｖｅｌ）ＣＰＡＰ装置にもたらされる。

５．５．２ 第２の実施形態：自動ＥＰＡＰ又はＥＥＰ
本発明の第２の実施形態は、最終呼気圧力（ＥＥＰ）又はＥＰＡＰ圧力が自動的に調整され且つＩＰＡＰがＥＰＡＰを上回る所定のデルタ圧力である点を除き、第１の実施形態と同様である。

５．５．３ 第３の実施形態：自動平均圧力
本発明の第３の実施形態は、平均圧力又はメジアン圧力が自動的に調整され且つＩＰＡＰとＥＰＡＰとの間に所定のデルタ圧力が存在する点を除き、第１の実施形態と同様である。

５．５．４ 第４の実施形態：自動スイング制御
本発明の他の態様において、治療上の処置圧力は、ＩＰＡＰとＥＰＡＰとの間の圧力差すなわち「スイング」を制御するために使用される。例えば、処置圧力が小さく、例えば５ｃｍＨ_２Ｏであることを装置が決定すると、スイングが小さい値、例えば０ｃｍＨ_２Ｏ又は１ｃｍＨ_２Ｏに設定され、また、処置圧力が大きく、例えば１５ｃｍＨ_２Ｏであると、スイングが大きい値、例えば３ｃｍＨ_２Ｏ又は４ｃｍＨ_２Ｏに設定される。このようにすると、例えば４ｃｍＨ_２Ｏ又は５ｃｍＨ_２Ｏの閾値を圧力が決して下回らないように本発明に係る装置を制御することができる。そのような制御形態が図８Ａの関数によって示されており、この場合、スイングは、検出された治療上の処置圧力（ＡＰＡＰ処置圧力）の関数として設定される。代替の関数が図８Ｂに示されており、この場合、スイングは、１ｃｍＨ_２Ｏ等の最小値を下回って降下しないように制限される。

図７に示されるように、中枢性無呼吸の事象が検出される場合には、幾つかの条件に基づいてスイングが増大され或いは減少されてもよい。例えば、スイングは、部分的な障害が検出されない場合には減少されてもよい。或いは、装置によって行なわれる流量データの履歴解析に基づいて或いは臨床医師により予め設定される分類に基づいて現在の患者が低換気者（低換気を体験した者）である場合には、スイングは、例えばスイングを所定量ずつステップアップさせることにより増大されてもよい。或いは、装置によって行なわれる流量データの履歴解析に基づいて或いは臨床医師により予め設定される分類に基づいて現在の患者が過換気患者すなわちＣＶ患者である場合には、スイングは、例えばスイングを所定量ずつステップダウンさせることにより減少されてもよい。

５．５．５ 第５の実施形態：「サメの鰭」波形
本発明の第５の実施形態は、ほぼ方形の圧力−時間波形を供給する代わりに波形が図２Ｄ，３，４，５に示されるように「サメの鰭」形状を成している点を除き、実施形態１〜３と同様である。

５．５．６ 第６の実施形態：自動ＩＰＡＰ及びＥＰＡＰ
本発明の第６の態様において、ＩＰＡＰ及びＥＰＡＰは、別々に自動的に調整される。本発明のこの形態においては、２つの圧力レベルが自動的に計算される。第１の圧力は、無呼吸及び呼吸低下を防止するために必要な最小圧力である。第２の圧力は、流量平坦化を防止するために必要な最小圧力である。ＥＥＰ又はＥＡＰＡが第１の圧力に設定され、ＩＰＡＰが第２の圧力に設定される。

第１の圧力は、前述した無呼吸検出器及びいびき検出器を使用して計算される。第２の圧力は、前述した平坦化指数又は丸み指数から計算される。第２の圧力は、少なくとも第１の圧力と等しくなるように、好ましくは第１の圧力よりも１〜２ｃｍＨ_２Ｏ大きくなるように制御される。また、第１の圧力と第２の圧力との間には所定の最大差が存在している。

無呼吸又は呼吸低下の兆候が存在しない一形態では、ＥＰＡＰ圧力が減少される。同様に、流量平坦化の兆候が存在しない一形態では、ＩＰＡＰ圧力が減少される。

５．５．７ 他の実施形態
患者に対して供給される最小圧力Ｐ_０は、自動アルゴリズムによって計算される圧力Ｐ_{ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ}及びＩＰＡＰとＥＰＡＰとの間の所望のデルタ圧力から計算される振幅Ａと併せて自動的に制御される。前述した好ましい圧力供給式Ｐ（ｔ）に関して、そのような実施は、以下のように選択的にＰ_０を設定することにより達成されてもよい。

第１に、前述したＳＤＢ検出ルーチンによってもたらされる治療上の調整は、最終呼気圧力又はベースライン圧力に対して適用される。第２に、治療上の調整は、ピーク圧力又は最終吸気圧力に対して適用される。第３に、治療上の調整は平均値に対して適用される。当業者であれば分かるように、最初の３つのそれぞれは、４番目の式で調整変数Ｋを適切に設定することによって得られてもよい。一形態においては、テンプレートのｙ軸を調整することにより治療上の調整をベースライン、ピーク又はメジアンに対して適用して０から１へ或いは−１から０へ或いは−０．５から０．５へそれぞれ変化させる目的で、図３（実線の滑らかな波形又は破線の方形波）に示されるような波形テンプレート関数が変更されてもよい。そのような実施形態において、Ｐ_０は、治療圧力決定プロセスによって直接に調整されてもよい。

同様に、図７のフローチャートに示されるように、ＩＰＡＰ及びＥＰＡＰを有する２レベル装置の実施形態では、装置は、無呼吸検出器７４において決定された無呼吸持続時間に応じてＥＰＡＰ圧力を増大させてもよい。

本発明の様々な実施形態にしたがって結果的に形成できる波形の幾つかの例が図２Ａ〜２Ｄに示されている。図２Ａでは、所定のスイングに基づいて方形波が形成されている。換気圧力変調の平均値は、徐々に増大し、その後、前述したベースライン、ピーク又はメジアンに対して適用されてもよい治療圧力の自動検出の結果として経時的に降下する。

図２Ｂにおいては、治療圧力が方形波のピーク圧力又はスイングに対して適用され、一方、ベースラインが一定に保たれることにより、スイング又はピークが徐々に増大した後に減少する。これは、ベースライン圧力を一定に維持しつつ治療圧力に応じてピーク及び／又はスイングを変化させ或いは制御することにより達成されてもよい。

図２Ｃでは、自動的に検出された治療圧力が方形波のスイング又はベースライン圧力に対して適用される。これは、ピーク圧力を一定に維持しつつ治療圧力に応じてベースライン及び／又はスイングを変化させ或いは制御することにより達成されてもよい。

図２Ｄには、図２Ａに関して前述した自動制御が、より滑らかな波形関数を用いて示されている。当業者であれば分かるように、図２Ａ〜図２Ｃで説明した制御は、図２Ｄに示された滑らかな波形関数に対して適用することもできる。その場合、結果は図２Ａ〜２Ｃのそれぞれと同様になる。

５．６ 他の態様
５．６．１ 口漏れ検出
一形態において、装置は、鼻マスクが使用される際の口漏れの検出において特に有用な口漏れ検出装置を含む。そのような処置中、患者の口が開いていると（一般には、呼気中に起こる）、鼻マスクに対して供給される空気は、口を通じて、鼻を通じて、逃げる場合があり、また、口が開かれる場合には口から出る。これが図１０のグラフに示されている。したがって、装置は、マスクからの総漏れを示す信号及び患者が吸気中であるのか或いは呼気中であるのかを示す信号を受けるソフトウェアモジュール又はプロセス等のモジュールを含んでいてもよい。これに加えて、又は代替として、ソフトウェアモジュールは、トリガ点及びサイクル時間点を示すマーカーを含む信号を受ける。口漏れ検出ソフトウェアモジュールは、総漏れ信号を解析して、口漏れが存在するか否かを決定し、或いは、口が開かれた結果として漏れが呼気と同期して増大することを決定する。そのような開口決定又は口漏れ決定がカウントされてもよく、また、記録されてもよいそのような特定数の事象の出現で、装置からの指示又は警告により、全面マスクを使用しなければならないことがユーザ又は患者に対して知らされてもよい。或いは、図７に示されるように、ピークの存在下で、ＥＰＡＰ圧力又は最終呼気圧力を減少させて、口漏れ又は任意の他の検出されるマスク漏れを減少させてもよい。一形態において、ソフトウェアモジュールは、吸気中に漏れ流量全体を積分して、総吸気漏れ量を計算する。同様の計算が総呼気漏れ量を計算するために行われる。呼気漏れ量が閾値分だけ吸気漏れ量よりも多い場合、ソフトウェアモジュールは、口漏れが存在すること、或いは、呼気中に口が開いている又は開放していることを決定する。以下の方程式が使用されてもよい。

漏れ流量が検出されると、可聴アラーム又は可視アラーム等の警告を行なうことにより、或いは、事象をデータログに記憶することにより、結果が伝えられてもよい。

５．６．２ 本発明者らの発明の利点
本発明者らの発明の利点は多い。多くの患者は、高レベルの陽圧の供給を不快と考え、これが睡眠の質を乱す場合がある。従来技術の装置によって供給される陽圧は、マスク漏れ、口漏れ、上気道症状、空気嚥下、呼気障害を引き起こす可能性がある。処置の原理は、最小の可能で有効な圧力を供給することである。ＡＰＡＰ装置は、一晩中にわたって変化してもよい最小の可能で有効な圧力を供給するように構成されている。呼気中に圧力を減少するために２レベル装置が使用されてきた。本発明の一実施形態に係る装置は、ＡＰＡＰの特徴と２レベル換気とを組み合わせることにより、平均圧力を下げ、快適さを高める

快適なＯＳＡ治療を行なうためのＢＩＰＡＰなどの２レベル人工呼吸器の欠点は、呼気から吸気への移行及び吸気から呼気への移行での圧力変化の割合である。本発明の一実施形態に係る装置は、呼吸中の圧力供給において更に穏やかな変化を利用して、通常の安静呼吸中に観察される流量をコピーする。

５．６．３ 呼吸の働き（ＷＯＢ）
肺コンプライアンスが悪い患者では、呼吸の働きは、エネルギ消費に対する重要な貢献者である。幾つかの病状、特に患者の５０〜６０％にＳＤＢが存在する鬱血性心不全において、ＯＳＡは低い肺コンプライアンスと共存している。ＣＨＦにおいて、ＣＰＡＰは、様々なメカニズムにより心臓機能を高めることが実証されてきた。ＣＰＡＰは、このグループでは症状を悪化させる。本発明の一実施形態に係る装置は、ＣＰＡＰの利点に加えて、ＷＯＢを減少させることができる能力を与える。本発明の一実施形態に係る装置によって使用される２レベル波形は、換気に必要な筋肉労働を減少させる。本発明の一実施形態に係る装置は、代謝速度の減少に役立つ場合があり、そのため、左心室での要求の減少に役立ち得る。

中枢性無呼吸は、鬱血性心不全の悪化の特徴であり、異なる気道陽圧（ＰＡＰ）治療、例えば前述したＡＵＴＯＳＥＴ ＣＳ（商標）装置によって行なわれる治療を必要とする場合がある。本発明の一実施形態に係る装置は、中枢性無呼吸の頻度を監視して、異なる形態の処置が示唆されていることを患者又は医師に対して警告することができる。

通常のＣＰＡＰは、静脈還流を妨げる高い胸腔内圧及び最高血圧の低下に起因して、ＣＨＦにおいて使用することが難しい場合がある。必要な時にだけ本発明の一実施形態に係る装置により使用される２レベル波形及びピーク平均圧力は、ＣＨＦにおいてＰＡＰの副作用を減少させる。

非侵襲的な人工呼吸器は、一般に、一晩中にわたって換気を標準化する圧力が課される。急速眼球運動（ＲＥＭ）睡眠では、他の睡眠状態に比べて、呼吸活力の生理的変化、呼吸筋緊張及び上気道緊張により、換気量が更に減少される傾向がある。他の睡眠状態中に必要な換気量はかなり少ないかもしれない。本発明の一実施形態に係る装置では、ＥＰＡＰ圧力が非ＲＥＭ睡眠中において低い。

一部の患者、特に肥満低換気及び高炭酸ガス性呼吸不全の他の要因を有する患者では、ＲＥＭ中に直面する上気道（ＵＡ）抵抗の増大が、観察される換気量の減少において重要な要因である。本発明の一実施形態に係る装置においては、変化するＵＡ抵抗が換気量に対して与え得る影響に対抗するため、気流平坦化に応じてＥＥＰが増大される。したがって、本発明の一実施形態に係る装置では、上気道を開放状態に維持するために必要な最小必要ＥＥＰを使用することにより、平均圧力が減少され、それにより快適さが高まる

コンプライアンスは、筋萎縮性側索硬化症及び閉塞性気道疾患などの条件付きの治療の受け入れ比率が低い懸案である。重要な要因は呼気圧力である。本発明の一実施形態に係る装置は、治療中に呼気圧力の緩やかな上昇及び最低可能平均圧力を与える。

多くの従来技術の人工呼吸器は非生理的波形を使用する。一部の患者においては速い立ち上がり時間が重要であるが、他の患者においては快適な波形を有することが更に重要である。そのため、本発明の一実施形態に係る装置は、例えばゆっくりと低下する圧力をもって、より丸みを帯びた生理的形状の波形を含む所定範囲の波形を与える。ゆっくりと降下する圧力は、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）において特に有用となり得る。

前述した様々な実施形態に関して本発明を説明してきたが、これらの実施形態が本発明の様々な原理の単なる適用例であることは言うまでもない。本明細書中で説明した本発明の例示的な実施形態に加えて、多くの変形を行なうことができるとともに、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく他の構成を考え出すことができる。

例えば、（例えば、米国特許第５，６４５，０５３号（Ｒｅｍｍｅｒｓら）に記載されているように）Ｐ_ｃｒｉｔなどの治療圧力を決定するために他の自動ＣＰＡＰアルゴリズムが使用されてもよい。

本発明の方法を実施するための好ましい人工呼吸装置の構造を示している。 本発明の様々な実施形態にしたがって供給された幾つかの典型的な波形を示している。 本発明の様々な実施形態にしたがって供給された幾つかの典型的な波形を示している。 本発明の様々な実施形態にしたがって供給された幾つかの典型的な波形を示している。 本発明の様々な実施形態にしたがって供給された幾つかの典型的な波形を示している。 位相変数の関数である圧力波形テンプレートである。 図３のグラフの波形の吸気部分（０−０．５）の吸気テーブルである。 図３のグラフの波形の呼気部分（０．５−１）の呼気テーブルである。 本発明に係る装置の一実施形態のブロック図である。 本発明の人工呼吸器に対する圧力の印加を示す別のブロック図である。 自動ＳＤＢ圧力決定プロセスに応じてスイングを制御するための例示的な関数である。 自動ＳＤＢ圧力決定プロセスに応じてスイングを制御するための例示的な関数である。 自動ＳＤＢ圧力決定プロセスによるメジアン圧力の制御を示すグラフである。 口漏れ検出を示すグラフである。

Claims (18)

1. （i）ブロワと、（ii）患者のための患者インタフェースと、（iii）ブロワからの空気を患者インタフェースに対して供給するための空気供給管路と、（iv）患者インタフェース内の圧力を決定するようになっているセンサと、（v）患者への空気の流量を決定するようになっているセンサと、（vi）患者の呼吸サイクルの吸気と呼気との間の移行を少なくとも１つのセンサから決定するようにプログラムされた同期モジュールと、（vii）所定の圧力−時間テンプレートにしたがって所定量の空気を陽圧で供給するようにプログラムされた制御機構とを有するＣＰＡＰ装置において、ブロワ動作を制御する方法であって、
   睡眠呼吸障害の存在を示す少なくとも１つの指数を圧力センサ又は流量センサから自動的に決定するステップと、
   睡眠呼吸障害の指数にしたがって治療圧力を自動的に決定するステップと、
   圧力−時間テンプレートの少なくとも１つの特徴パラメータを治療圧力に設定するステップと、
   ブロワを制御することにより、テンプレートにしたがって且つ同期モジュールにより決定されるように患者の呼吸サイクルと同期して所定量の空気を陽圧で患者に供給するステップと、
   を備える方法。
2. 睡眠呼吸障害の存在を示す指数は、患者の吸気流量−時間曲線に示される流量平坦化、いびき、無呼吸、呼吸低下のうちの１つ以上の関数である、請求項１に記載の方法。
3. 前記テンプレートが方形波及びサメ鰭波のうちの一方である、請求項１に記載の方法。
4. 特徴パラメータは、最小値、最大値又は平均値である、請求項１に記載の方法。
5. 特徴パラメータがＥＰＡＰ又はＩＰＡＰである、請求項１に記載の方法。
6. 特徴パラメータが最終呼気圧力（ＥＥＰ）である、請求項１に記載の方法。
7. 圧力−時間テンプレートが最小圧力値及び最大圧力値を有する、請求項１に記載の方法。
8. 患者に対して供給される圧力が最小値を有する、請求項１に記載の方法。
9. 患者に対して供給される最小圧力が約４ｃｍＨ_２Ｏである、請求項８に記載の方法。
10. 圧力−時間テンプレートが所定のスイングを有する、請求項１に記載の方法。
11. 圧力−時間テンプレートは、治療圧力が低いときに小さなスイングを有する、請求項１に記載の方法。
12. 睡眠呼吸障害の第２の指数を決定するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
13. 第１の指数が無呼吸を示し、第２の指数が流量平坦化を示している、請求項１２に記載の方法。
14. 睡眠呼吸障害の第２の指数に第２の治療圧力を決定するステップを更に備える、請求項１３に記載の方法。
15. 圧力−時間テンプレートの第２の特徴パラメータを第２の治療圧力に設定するステップを更に備える、請求項１４に記載の方法。
16. ＥＰＡＰ圧力を第１の治療圧力に設定するとともに、ＩＰＡＰ圧力を第２の治療圧力に設定するステップを更に備える、請求項１５に記載の方法。
17. 前記圧力−時間テンプレートがルックアップテーブル又は配列内に記憶される、請求項１に記載の方法。
18. 所定量の空気を陽圧で供給するようになっているブロワと、鼻患者インタフェースと、ブロワを患者インタフェースに接続する空気供給チューブと、空気供給チューブに沿う患者への空気の流量を監視するようになっている流量センサと、マイクロプロセッサとを備える装置において、口漏れの存在を検出する方法であって、
    患者の呼吸サイクルの吸気部分中の漏れ流量を流量センサから決定するステップと、
    吸気部分中の漏れ流量から吸気中の漏れ量を計算するステップと、
    患者の呼吸サイクルの呼気部分中の漏れ流量を決定するステップと、
    呼気部分中の漏れ流量から吸気中の漏れ量を計算するステップと、
    呼気中の漏れ量が吸気中の漏れ量を閾値分だけ超えると、口漏れが起こったことを伝えるステップと、
    を備える方法。
    

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