JP2010517635A - 多機能気道アダプタを含む代謝測定システム - Google Patents
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Abstract
Description
患者の呼吸中の気体又は蒸気のような物質をモニタリングするために患者の気道と連通するように構成されるさまざまな種類のセンサが、従来技術において周知である。分子酸素、二酸化炭素、及び亜酸化窒素を含む麻酔薬は、既知のセンサによって検出されることができる物質の種類の一つである。
a) 水及び患者分泌物の存在によってサンプルラインを妨げること。
b) 流動と気体濃度測度を組み合わせる場合の同期困難性を生じさせる変わりやすい遅延の導入。
c) ローパスフィルタリングによる信号の正確さの喪失。
h) 麻酔薬、血液、分泌物などを含む場合がある排気の処理。
赤外線吸収は、患者の呼吸中の気体(例えばCO2、N2O及び他の麻酔薬) を検出してモニタリングするために、長らく使用されている。赤外線吸収(IR)技術において、一つ以上の波長で既知の強度の赤外線光が、呼吸気体の流れの中に導かれる。そのような放射線の波長は、それぞれが放射線の一つ以上の特定の波長を吸収する分析される気体に基づいて選択される。呼吸気体のストリーム中を通る放射線(この放射線は「減衰放射線」と一般的に呼ばれる) の強度が測定され、ストリームに放射される放射線の既知の強度と比較される。この強度の比較は、各々の分析される気体によって吸収される各々の波長の放射線の量に関する情報を提供して、それは次に、患者の呼吸中のその気体の量(すなわち濃度又は割合)に関する情報を提供する。
ルミネセンス消光及び燃料電池は、気体中の酸素濃度を測定するために用いられてきた技術である。酸素濃度を測定するためにルミネセンス消光を使用するにあたって、ルミネセンス材料はルミネセンスに励起される。酸素を含む気体混合物に対してルミネセンス材料を暴露すると、ルミネセンス材料が暴露される酸素の量(言い換えれば濃度又は割合)、すなわち気体混合物中の酸素の量によって、ルミネセンスは消光する。したがって、ルミネセンス材料のルミネセンスの量の低下率、すなわちルミネセンスの消光(言い換えれば、ルミネセンス材料によって放射される光の量)は、気体混合物中の酸素の量に対応する。
集中治療環境での麻酔の投与の間、並びに、トレーニングプログラム及び医療診断の前及びその過程における運動選手及び他の個人の身体的な状態をモニタリングする際の呼吸流動測定は、肺の機能及び呼吸回路完全性の評価のための有用な情報を提供する。多くのいろいろな技術が、重要な医療環境の要求を満たす流量計を生成するために適用された。なかでも、以下の流動測定アプローチが用いられてきた。
a) 差圧-流れ抵抗(流動抵抗)を横切る圧力降下又は差異を測定すること。
b) 回転羽根-流動経路中に配置される羽根の回転をカウントすること。
c) 熱線流速計-ワイヤのまわりを通る気流に起因する被加熱ワイヤの冷却を測定すること。
d) 超音波ドップラー-流動気体中を通る超音波ビームの周波数シフトを測定すること。
e) 渦励振- 気体が流動ストリーム中に配置される支柱を通り越して流れるときに発せられる渦動の数をカウントすること。
f) フライトタイム-上流で生成された音又は熱のインパルスが下流に配置されたセンサに到達する時間を測定すること。
Claims (55)
- 代謝測定システムであって、当該システムは気道アダプタ、センサヘッド、流動測定システム及びプロセッサを有し、
前記気道アダプタは主流気体流動に直列に結合され、前記気道アダプタはハウジング、ウィンドウ及び開口を有し、
前記ハウジングは、前記気道アダプタを通して前記主流気体流動を運ぶために、それを通して定められる内孔を有し、
前記ウィンドウは、前記ハウジング中に定められて、前記気道アダプタ中の気体流動への光学的アクセスを提供し、
前記開口は、前記ハウジング中に定められて、前記気道アダプタ中の気体流動への光学的アクセスを提供し、
前記センサヘッドは前記気道アダプタに着脱可能に取り付けられ、前記センサヘッドは赤外線センシングシステム及びルミネセンス消光システムを有し、
前記赤外線センシングシステムは、前記ウィンドウを通して赤外線を送り又は受け取り、
前記ルミネセンス消光システムは、(i)前記開口を通して励起放射線を送り、(ii)前記開口を通してルミネセンス材料から放射された放射線を受け取り、又は(i)及び(ii)の両方を行い、
前記流動測定システムは前記主流気体流動に直列に結合され、
前記プロセッサは、前記赤外線センシングシステム、前記ルミネセンス消光システム及び前記流動測定システムから信号を受け取り、
前記プロセッサは、酸素消費、二酸化炭素生成、呼吸商、安静時エネルギー消費、又は任意のそれらの組み合わせを含む代謝パラメータを決定する、
システム。 - 前記プロセッサが前記センサヘッド中に配置されるか、又は、前記プロセッサが前記センサヘッドから離れて配置されて、有線若しくは無線通信リンクを介して、前記赤外線センシングシステム、前記ルミネセンス消光システム若しくはその両方と通信する、請求項1に記載のシステム。
- 前記流動測定システムの少なくとも一部が、前記気道アダプタの前記ハウジング、前記センサヘッド又はその両方の中に配置される、請求項1に記載のシステム。
- 前記流動測定システムが流動制限部及び圧力センサを有し、
前記流動制限部は、前記ハウジング中に配置され、当該流動制限部を横切る圧力降下を生じさせ、
前記圧力センサは、前記圧力降下に関連する圧力を測定する、請求項3に記載のシステム。 - 前記圧力センサが前記センサヘッド中に配置される請求項4に記載のシステム。
- 前記プロセッサが前記センサヘッドから離れて配置され、前記赤外線センシングシステム、前記ルミネセンス消光システム及び前記圧力センサからの信号を前記プロセッサに伝えるための有線又は無線通信リンクをさらに有する、請求項5に記載のシステム。
- 前記代謝パラメータを人が知覚できるフォーマットで提供するために前記プロセッサに有効に結合される出力装置をさらに有する、請求項6に記載のシステム。
- 前記圧力センサが前記気道アダプタから離れて配置され、前記流動制限部の一方の側を前記圧力センサに連通させる空気配管をさらに有する、請求項4に記載のシステム。
- 前記プロセッサが前記センサヘッド中に配置される請求項4に記載のシステム。
- 前記代謝パラメータを人が知覚できるフォーマットで提供するために前記プロセッサに有効に結合される出力装置をさらに有する、請求項9に記載のシステム。
- 第1モジュール及び第2モジュールをさらに有し、
第1モジュールは、前記赤外線センシングシステム及び前記ルミネセンス消光システムから信号を受け取り、第1モジュールは、前記赤外線センシングシステムからの信号に基づく二酸化炭素波形及び前記ルミネセンス消光システムの出力に基づく酸素波形を決定する第1プロセッサを含み、
第2モジュールは、前記流動測定システムから信号を受け取り、第2モジュールは、前記主流気体流動の流速、ボリューム、流動波形又は任意のそれらの組み合わせを決定する第2プロセッサを含む、
請求項1に記載のシステム。 - 前記プロセッサが第1モジュール又は第2モジュール中に配置される請求項11に記載のシステム。
- 第3モジュールをさらに有し、前記プロセッサが第1モジュール、第2モジュール又は第3モジュール中に配置される請求項11に記載のシステム。
- 人が知覚できるフォーマットで前記代謝パラメータを提供する出力装置をさらに有し、当該出力装置は、第1モジュール、第2モジュール又は第3モジュールに結合される、請求項13に記載のシステム。
- 第1モジュール、第2モジュール及び第3モジュールが物理的に互いから分離可能である請求項13に記載のシステム。
- 第1モジュール及び第2モジュールが物理的に互いから分離可能である請求項11に記載のシステム。
- 人が知覚できるフォーマットで前記代謝パラメータを提供する出力装置をさらに有する請求項11に記載のシステム。
- 前記流動測定システムと第2モジュールとの間の空気カップリングをさらに有する請求項11に記載のシステム。
- 第1モジュール及び第2モジュールをさらに有し、
第1モジュールは、前記赤外線センシングシステム及び前記ルミネセンス消光システムから信号を受け取り、前記流動測定システムに有効に結合され、第1モジュールは第1プロセッサを含み、第1プロセッサは、前記赤外線センシングシステムからの信号に基づく二酸化炭素波形、前記ルミネセンス消光システムの出力に基づく酸素波形、及び、前記流動測定システムの出力に基づく主流気体流動の流速、ボリューム、流動波形又は任意のそれらの組み合わせを決定し、
前記プロセッサが第2モジュール中に配置される、
請求項1に記載のシステム。 - 前記流動測定システムと第1モジュールとの間の空気カップリングをさらに有する請求項19に記載のシステム。
- 前記流動測定システムの少なくとも一部が前記サンサヘッド中に配置され、第1モジュール及び第2モジュールをさらに有し、
第1モジュールは、前記赤外線センシングシステム、前記ルミネセンス消光システム、及び前記センサヘッド中に配置された前記流動測定システムの前記一部から信号を受け取り、第1モジュールは第1プロセッサを含み、第1プロセッサは、前記赤外線センシングシステムからの信号に基づく二酸化炭素波形、前記ルミネセンス消光システムの出力に基づく酸素波形、及び、前記流動測定システムの出力に基づく主流気体流動の流速、ボリューム、流動波形又は任意のそれらの組み合わせを決定し、
前記プロセッサが第2モジュール中に配置される、請求項1に記載のシステム。 - 代謝測定システムであって、当該システムは気道アダプタ、センサヘッド、流動測定システム及びプロセッサを有し、
前記気道アダプタは主流気体流動に直列に結合され、前記気道アダプタはハウジング、ウィンドウ及び開口を有し、
前記ハウジングは、前記気道アダプタを通して前記主流気体流動を運ぶために、それを通して定められる内孔を有し、
前記ウィンドウは、前記ハウジング中に定められて、前記気道アダプタ中の気体流動への光学的アクセスを提供し、
前記開口は、前記ハウジング中に定められて、前記気道アダプタ中の気体流動への光学的アクセスを提供し、
前記センサヘッドは前記気道アダプタに着脱可能に取り付けられ、前記センサヘッドは赤外線センシングシステム及び酸素センシングシステムを有し、
前記赤外線センシングシステムは、前記ウィンドウを通して赤外線を送り又は受け取り、
前記酸素センシングシステムは、前記開口に関連付けられ、前記気体流動中の酸素の濃度を示す信号を提供し、
前記流動測定システムは前記主流気体流動に直列に結合され、
前記プロセッサは、前記赤外線センシングシステム、前記酸素センシングシステム及び前記流動測定システムから信号を受け取り、
前記プロセッサは、酸素消費、二酸化炭素生成、呼吸商、安静時エネルギー消費、又は任意のそれらの組み合わせを含む代謝パラメータを決定する、
システム。 - 前記酸素センシングシステムはルミネセンス消光システム又は電気化学システムを含み、
前記ルミネセンス消光システムは、ルミネセンス材料から放射される放射線を前記開口を通して受け取り、前記信号は前記ルミネセンス材料から受け取られる放射線に基づき、
前記電気化学システムは、前記開口の近傍に配置され、前記気体流動中の酸素の分圧に基づく電流を生成し、当該電流が前記信号である、請求項22に記載のシステム。 - 前記電気化学システムが燃料電池である請求項23に記載のシステム。
- 前記流動測定システムの少なくとも一部が、前記気道アダプタの前記ハウジング、前記センサヘッド又はその両方の中に配置される、請求項23に記載のシステム。
- 前記流動測定システムが流動制限部及び圧力センサを有し、
前記流動制限部は、前記ハウジング中に配置され、当該流動制限部を横切る圧力降下を生じさせ、
前記圧力センサは、前記圧力降下に関連する圧力を測定する、請求項23に記載のシステム。 - 前記圧力センサが前記センサヘッド中に配置される請求項26に記載のシステム。
- 前記プロセッサが前記センサヘッドから離れて配置され、前記赤外線センシングシステム、前記酸素センシングシステム及び前記圧力センサからの信号を前記プロセッサに伝えるための有線又は無線通信リンクをさらに有する、請求項27に記載のシステム。
- 前記圧力センサが前記気道アダプタから離れて配置され、前記流動制限部の一方の側を前記圧力センサに連通させる空気配管をさらに有する、請求項26に記載のシステム。
- 前記プロセッサが前記センサヘッド中に配置される請求項26に記載のシステム。
- 気道アダプタであって、当該気道アダプタはハウジング、流動検出アセンブリ、第1気体成分検出アセンブリ、第2気体成分検出アセンブリコンポーネントを有し、
前記ハウジングは、当該ハウジングを通して気体流動を運ぶようにその中に形成される内孔を有し、
前記流動検出アセンブリは前記ハウジングに結合され、
第1気体成分検出アセンブリは、前記ハウジングに結合され、前記ハウジングから気体を迂回させることなく前記気体流動の第1成分を検知し、第1気体成分検出アセンブリは、前記ハウジング中に定められる検出チャンバを含み、前記検出チャンバの境界は、少なくとも部分的に、ウィンドウによって定められ、
第2気体成分検出アセンブリコンポーネントは、前記ハウジングに結合され、前記ハウジングから気体を迂回させることなく前記気体流動の第2成分を検知し、第2気体成分検出アセンブリは、前記ハウジング中に定められる開口及び少なくとも一部が前記開口中に配置される気体センサを含み、
前記流動検出アセンブリの第1出力は、前記ハウジング中の気体流動を示す第1データを提供し、第1気体成分検出アセンブリの第2出力は、第1気体成分を示す第2データを提供し、第2気体成分検出アセンブリの第3出力は、第2気体成分を示す第3データを提供し、第1データ、第2データ及び第3データが実質的に同時に提供される、気道アダプタ。 - 前記気体センサが電気化学素子又はルミネセンス素子である請求項31に記載のアダプタ。
- 前記電気化学センサが燃料電池である請求項32に記載のアダプタ。
- 前記気体センサが酸素センサである請求項31に記載のアダプタ。
- 前記流動検出アセンブリが流動制限部、第1ポート及び第2ポートを含み、
前記流動制限部は、前記ハウジング中に配置されて、当該流動制限部を横切る圧力降下を生じさせ、
第1ポートは、前記流動制限部の第1の側に配置され、
第2ポートは、前記流動制限部の第2の側に配置される、
請求項31に記載のアダプタ。 - 前記流動制限部が前記検出チャンバに隣接して配置される請求項35に記載のアダプタ。
- 前記検出チャンバを定める前記ハウジングの要素がさらに前記流動制限部を定め、第1ポートが前記検出チャンバの第1の側に配置され、第2ポートが前記検出チャンバの第2の側に配置される、請求項35に記載のアダプタ。
- 代謝測定システムであって、当該代謝測定システムは気道アダプタ、センサヘッド、流動測定システム及びプロセッサを有し、
前記気道アダプタは、主流気体流動に直列に結合され、ハウジング、検出チャンバ、開口及び気体センサを有し、
前記ハウジングは、当該ハウジングを通して前記主流気体流動を運ぶようにそれを通して形成される内孔を有し、
前記検出チャンバは、前記ハウジング中に定められ、前記検出チャンバの境界は、少なくとも部分的に、前記ハウジング中の前記主流気体流動への光学的アクセスを提供するウィンドウによって定められ、
前記開口は、前記ハウジング中に定められ、
前記気体センサは、少なくとも一部が前記開口中に配置され、
前記センサヘッドは、前記気道アダプタに着脱可能に取り付けられ、前記センサヘッドは、赤外線センシングシステム及び酸素センシングシステムを有し、
前記赤外線センシングシステムは、前記ウィンドウを通して赤外線を送り又は受け取り、前記検出チャンバ、前記ウィンドウ及び前記赤外線センシングシステムが、第1気体成分検出アセンブリを定め、第1気体成分検出アセンブリは、前記ハウジングから前記主流気体流動のいかなる部分をも迂回させることなく前記主流気体流動の第1成分を検出し、
前記酸素センシングシステムは、前記開口に結合され、気体流動中の酸素の濃度を示す信号を提供し、前記開口、前記気体センサ及び前記酸素センシングシステムが、第2気体成分検出アセンブリを定め、第2気体成分検出アセンブリは、前記ハウジングから前記主流気体流動のいかなる部分をも迂回させることなく前記主流気体流動の第2成分を検出し、
前記流動測定システムは、前記主流気体流動に直列に結合され、
前記プロセッサは、前記赤外線センシングシステム、前記酸素センシングシステム及び前記流動測定システムから信号を受け取る、システム。 - 前記気体センサが電気化学素子又はルミネセンス素子である請求項38に記載のシステム。
- 前記電気化学素子が燃料電池である請求項39に記載のシステム。
- 前記流動測定システムが流動制限部、第1ポート及び第2ポートを含み、
前記流動制限部は、前記ハウジング中に配置されて、当該流動制限部を横切る圧力降下を生じさせ、
第1ポートは、前記流動制限部の第1の側に配置され、
第2ポートは、前記流動制限部の第2の側に配置される、
請求項38に記載のシステム。 - 前記流動制限部が前記検出チャンバに隣接して配置される請求項41に記載のシステム。
- 前記検出チャンバを定める前記ハウジングの要素がさらに前記流動制限部を定め、第1ポートが前記検出チャンバの第1の側に配置され、第2ポートが前記検出チャンバの第2の側に配置される、請求項41に記載のシステム。
- 前記気道アダプタの前記ハウジング、前記センサヘッド又はその両方に配置される流動センサをさらに有し、前記流動センサは、前記流動制限部を横切る圧力降下を測定するために第1ポート及び第2ポートに結合される、請求項38に記載のシステム。
- 前記プロセッサが、酸素消費、二酸化炭素生成、呼吸商、安静時エネルギー消費、又は任意のそれらの組み合わせを含む代謝パラメータを決定する、請求項38に記載のシステム。
- 前記プロセッサが前記センサヘッド中に配置される請求項38に記載のシステム。
- 気道アダプタであって、当該気道アダプタはハウジング、流動検出アセンブリ、第1気体成分検出アセンブリ及び第2気体成分検出アセンブリコンポーネントを有し、
前記ハウジングは、吸気口、排気口、及びそれを通して形成される内孔を有し、気体流動は、前記吸気口に入り、前記内孔を介して前記ハウジング中を運ばれ、前記排気口から出て、前記吸気口と前記排気口との間では前記内孔から気体が排出されず、前記吸気口に入る気体流動のボリュームは、前記排気口から出る気体流動のボリュームに一致し、
前記流動検出アセンブリは、前記ハウジングに結合され、
第1気体成分検出アセンブリは、前記ハウジングに結合され、前記ハウジングから気体を迂回させることなく気体流動の第1成分を検知し、第1気体成分検出アセンブリは、前記ハウジング中に定められる検出チャンバを含み、前記検出チャンバの境界は、少なくとも部分的に、ウィンドウによって定められ、
第2気体成分検出アセンブリコンポーネントは、前記ハウジングに結合され、気体流動の第2成分を検知し、第2気体成分検出アセンブリは、前記気体流動に流体連通する気体センサを含み、
前記流動検出アセンブリの第1出力は、前記ハウジング中の気体流動を示す第1データを提供し、第1気体成分検出アセンブリの第2出力は、第1気体成分を示す第2データを提供し、第2気体成分検出アセンブリの第3出力は、第2気体成分を示す第3データを提供し、第1データ、第2データ及び第3データは、実質的に同時に提供される、アダプタ。 - 第2気体成分検出アセンブリは、前記ハウジング中に定められる第1開口を含み、前記気体センサは、第1開口に有効に結合される、請求項47に記載のアダプタ。
- 前記ウィンドウが、
第1開口及び当該第1開口上に配置されたエネルギー透過バリアによって定められるか、又は、
第1開口から離れて配置された第2開口及び当該第2開口上に配置されたエネルギー透過バリアによって定められる、請求項48に記載のアダプタ。 - 前記気体センサが、電気化学素子又はルミネセンス素子である請求項47に記載のアダプタ。
- 前記電気化学素子が燃料電池である請求項50に記載のアダプタ。
- 前記気体センサが酸素センサである請求項47に記載のアダプタ。
- 前記流動検出アセンブリが流動制限部、第1ポート及び第2ポートを含み、
前記流動制限部は、前記ハウジング中に配置されて、当該流動制限部を横切る圧力降下を生じさせ、
第1ポートは、前記流動制限部の第1の側に配置され、
第2ポートは、前記流動制限部の第2の側に配置される、
請求項47に記載のアダプタ。 - 前記流動制限部が前記検出チャンバに隣接して配置される請求項53に記載のアダプタ。
- 前記検出チャンバを定める前記ハウジングの要素がさらに前記流動制限部を定め、第1ポートが前記検出チャンバの第1の側に配置され、第2ポートが前記検出チャンバの第2の側に配置される、請求項53に記載のアダプタ。
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