JP2012235943A - モニタシステムの制御方法及びモニタシステム - Google Patents

Abstract

【課題】混合呼気濃度、死腔量、肺胞換気量、肺胞気濃度の毎呼吸測定を可能にするモニタシステムの制御方法及びモニタシステムを提供する。
【解決手段】制御装置３は、フローセンサ１３と呼吸ガスセンサ１４からの信号を取得して演算装置３２で演算処理を実施し、呼吸ガスのＣＯ_２濃度ＦをＸ軸、換気量ＶをＹ軸として表示装置３４に設けたＸ−Ｙ座標上に、１呼吸のＣＯ_２濃度−換気量ループを描いてループの面積からＣＯ_２排泄量ＶＣＯ_２を計算し、さらにＦ×Ｖ＝ＶＣＯ_２となるＦ−Ｖ反比例曲線を描いて、ＥＡＳＴ法による演算を実施して、混合呼気ＣＯ_２濃度ＦＥＣＯ_２、死腔量ＶＤ、肺胞換気量ＶＡ、肺胞気ＣＯ_２濃度ＦＡＣＯ_２を求めて同一Ｘ−Ｙ座標上に表示するとともに、数値表も表示装置３４の所定の領域に表示する。
【選択図】図２

Description

本発明は、呼吸ガスのモニタシステムの制御方法及びモニタシステムに関する。

死腔量、肺胞換気量は、患者の呼吸及び呼吸器を評価する上で極めて重要な指標である。死腔量の概念は、Ｂｏｈｒ式 ＶＥ×ＦＥＣＯ_２＝（ＶＥ−ＶＤ）×ＦＡＣＯ_２によって定義されているが（ＶＥは一回呼気量、ＦＥＣＯ_２は混合呼気ＣＯ_２濃度、ＶＤは死腔量、ＦＡＣＯ_２は肺胞気ＣＯ_２濃度をそれぞれ表す）、一つには肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２が実測困難であるため、また混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２の測定も、呼気を大量に貯めるなど現実的に困難であるため、臨床の場でそのまま用いられることはなかった。

１９４０年代以降いくつかの方法が提案され、二酸化炭素をモニタするものとしてＳＢＣＯ_２（Ｓｉｎｇｌｅ
Ｂｒｅａｔｈ ＣＯ_２）モニタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このＳＢＣＯ_２は、二酸化炭素について、一呼気についてのみ、呼気量をＸ軸に、二酸化炭素濃度をＹ軸にして波形として描き出すものである。そこから一回呼気量ＶＥ、呼気終末二酸化炭素濃度ＦＥＴＣＯ_２の各値が得られ、波形線下の面積から二酸化炭素排泄量ＶＣＯ_２を計算することができるとしている。またこの波形の分析から、死腔量ＶＤ、肺胞換気量ＶＡを求めることができるとしている。
またごく最近でもＳＢＣＯ_２法による新たな提案がされており（例えば、非特許文献１参照）、解剖学的死腔、生理学的死腔、肺胞死腔を測定可能としている。

他方、時間軸上におけるフローセンサによる一回換気量の変化Ｖと、呼吸ガスセンサによるＣＯ_２、ＡＡ、Ｏ_２、Ｎ_２Ｏ等の各呼吸ガスの濃度変化Ｃとから、Ｘ−Ｙ座標上に同一時点の点（Ｃ，Ｖ）を連続的に表示させ、一呼吸ごとに濃度−換気量ループを描出する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような表示から、吸入麻酔の二大要素である「量」と「濃度」に関する複数の指標、一回換気量ＶＴ・肺胞換気量ＶＡ・死腔量ＶＤ、あるガス**の吸気濃度ＦＩ**・呼気終末濃度ＥＴ**・摂取量（又は排泄量）Ｖ**を、一つのＸ−Ｙ座標上で、各濃度−換気量ループの高さ・面積・Ｘ軸上の位置などによって、同時かつ直感的にモニタすることができるとしている。

特開平９−２４０９９号公報 特開２０１１−４５５９２号公報

Ｙ．Ｔａｎｇ，ｅｔ ａｌ．，"Ａ Ｎｅｗ Ｅｑｕａｌ Ａｒｅａ Ｍｅｔｈｏｄ to Ｃａｌｃｕｌａｔｅ ａｎｄ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃ， Ａｎａｔｏｍｉｃａｌ， ａｎｄ Ａｌｖｅｏｌａｒ Ｄｅａｄ Ｓｐａｃｅｓ"，Ａｎｅｓｔｈｅｓｉｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１０４，Ｎｏ．４，ｐｐ．６９６−７００，２００６．

しかしながら、通常、二酸化炭素は吸気中にはほとんど含まれないので、呼気フローだけを対象としている特許文献１に開示されているＳＢＣＯ₂モニタは有効であるが、吸気中にも含まれる他の呼吸ガス、酸素、亜酸化窒素、揮発性麻酔ガスなどの摂取量・排泄量をモニタするのに応用することはできなかった。

また、特許文献１、２においても、非特許文献１においても、上記二つの困難、肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２と混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２測定の困難さは依然として解決されておらず、従って前記Ｂｏｈｒ式の定義を十分に表現した死腔量、肺胞換気量のモニタリング方法は未だ実現されていないという問題があった。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、混合呼気濃度、死腔量、肺胞換気量、肺胞気濃度の毎呼吸測定を可能にするモニタシステムの制御方法及びモニタシステムを提供することを目的とする。

このような課題を解決するために、本発明のモニタシステムの制御方法は、呼吸回路に設けられ患者の呼吸ガスのフローを連続的に検出するフローセンサと、呼吸回路に設けられ呼吸ガスの成分ガスの濃度を連続的に検出する呼吸ガスセンサと、フローセンサ及び呼吸ガスセンサからの出力データを保存、演算して画像データとし、その画像データを毎呼吸、表示装置に表示する制御装置と、を備えたモニタシステムにおいて、制御装置は、その制御装置の表示装置にＸ−Ｙ座標を設け、１呼吸毎にそのＸ−Ｙ座標上にフローセンサによって測定した吸気、呼気連続の呼吸ガスのフローデータすなわち換気量Ｖ（Ｖｏｌｕｍｅ）と、呼吸ガスセンサによって測定した吸気、呼気連続の呼吸ガスの成分ガスの１つであるＣＯ_２ガスの濃度Ｆ（Ｆｒａｃｔｉｏｎ）とを同期させて、ＣＯ_２ガスの吸気、呼気連続した濃度−換気量ループを描き、そのループが囲む面積を計算してＣＯ_２ガスの排泄量ＶＣＯ_２を求め、そのＶＣＯ_２を用いてＦ×Ｖ＝ＶＣＯ_２となる反比例曲線を表示し、さらに、ＣＯ_２ガスの濃度Ｆと換気量Ｖの関係の変化を、Ｘ−Ｙ座標に描いた濃度−換気量ループの原点と、反比例曲線上の任意の1点とを結ぶ直線を対角線とする面積ＶＣＯ_２の長方形の変化としてＸ−Ｙ座標に表現することを要旨とする。

上記発明において、制御装置は、１呼吸毎に、濃度−換気量ループと、その面積であるＶＣＯ_２を用いて、以下の関係式（１）、（２）を表す面積ＶＣＯ_２の長方形をＸ−Ｙ座標に表示するとともに、それらの長方形が互いに等面積であることを明示すために、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ_２となる反比例曲線を表示し、ＣＯ_２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２を求めて、Ｘ−Ｙ座標に表示する。
ＶＥ×（ＦＥＣＯ_２−ＦＩＣＯ_２）＝ＶＣＯ_２、書き換えると
ＦＥＣＯ_２＝ＶＣＯ_２／ＶＥ＋ＦＩＣＯ_２ （１）
ＶＡ×（ＦＡＣＯ_２−ＦＩＣＯ_２）＝ＶＣＯ_２、書き換えると
ＦＡＣＯ_２＝ＶＣＯ_２／ＶＡ＋ＦＩＣＯ_２ （２）
（式中のＶＥは一回呼気量を表す。）
通常の呼吸ではＦＩＣＯ_２＝０であるので、（１）、（２）式は以下のように表すことができる。
ＶＥ×ＦＥＣＯ_２＝ＶＣＯ_２、ＦＥＣＯ_２＝ＶＣＯ_２／ＶＥ （１’）
ＶＡ×ＦＡＣＯ_２＝ＶＣＯ_２、ＦＡＣＯ_２＝ＶＣＯ_２／ＶＡ （２’）
このように等しい面積ＶＣＯ_２を有する複数の長方形が、Ｘ−Ｙ座標面上に階段状に配置されるので、この分析法をＥＡＳＴ（Ｅｑｕａｌ Ａｒｅａ Ｓｔｅｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法と呼ぶ。

本発明のモニタシステムの制御方法によれば、呼吸ガス中のＣＯ_２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２を（１）式によって求め、表示装置のＸ−Ｙ座標上に描いたＣＯ_２ガスの吸気、呼気連続した濃度−換気量ループ上の、求めたＦＥＣＯ_２に対応する点のＹ軸の値から、幾何学的に、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤを求めることができる。求めたＶＡの値から、関係式（２）に相当する面積ＶＣＯ_２の長方形を同じＸ−Ｙ座標状に描くことにより、やはり幾何学的に、肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２を求めることができる。

また、上記発明において、制御装置は、所定の時間連続して、１呼吸毎のＣＯ_２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２を、濃度−換気量ループ及び面積ＶＣＯ_２の長方形とともに同一のＸ−Ｙ座標に表示し、さらにＣＯ_２ガスの排泄量ＶＣＯ_２、混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、及び肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２の数値表を作成して、表示装置の所定の領域に表示する。

本発明によれば、従来から行われてきた吸気量ＶＩ、呼気量ＶＥ、呼気終末濃度ＦＥＴＣＯ_２測定に加えて、ＶＣＯ_２、ＦＥＣＯ_２、ＶＤ、ＶＡ、ＦＡＣＯ_２の非侵襲連続モニタリングが可能となる。術中の呼吸管理のみならず、呼吸分析一般に本発明の方法を適用することの臨床的有用性は大きい。

また、本発明のモニタシステムは、呼吸回路に設けられ患者の呼吸ガスのフローを連続的に検出するフローセンサと、呼吸回路に設けられ呼吸ガスの成分ガスの濃度を連続的に検出する呼吸ガスセンサと、フローセンサ及び呼吸ガスセンサからの出力データを保存、演算して画像データとし、その画像データを毎呼吸、表示装置に表示する制御装置と、を備え、制御装置の表示装置は、Ｘ−Ｙ座標上に１呼吸毎に、フローセンサによって測定した吸気、呼気連続の呼吸ガスのフローデータすなわち換気量Ｖと、呼吸ガスセンサによって測定した吸気、呼気連続の成分ガスの１つであるＣＯ_２ガスの濃度Ｆとを同期させて得られる、ＣＯ_２ガスの吸気、呼気連続した濃度−換気量ループと、そのループが囲む面積から求めたＣＯ_２ガスの排泄量ＶＣＯ_２を基に演算される、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ_２となる反比例曲線と、を表示し、さらに、ＣＯ_２ガスの濃度Ｆと換気量Ｖの関係の変化を、Ｘ−Ｙ座標に描いた濃度−換気量ループの原点と、反比例曲線上の任意の1点とを結ぶ直線を対角線とする面積ＶＣＯ_２の長方形の変化としてＸ−Ｙ座標に表現する。

本発明のモニタシステムにおいて、制御装置の表示装置は、Ｘ−Ｙ座標上に１呼吸毎に、濃度−換気量ループと、その面積であるＶＣＯ_２を用いて、ＥＡＳＴ（Ｅｑｕａｌ Ａｒｅａ Ｓｔｅｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法により、以下の関係式（１）、（２）を表す面積ＶＣＯ_２の長方形と、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ_２となる反比例曲線をＸ−Ｙ座標に描出することによって求められるＣＯ_２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２を、面積ＶＣＯ_２の長方形とともに表示する。
ＶＥ×ＦＥＣＯ_２＝ＶＣＯ_２、ＦＥＣＯ_２＝ＶＣＯ_２／ＶＥ （１’）
ＶＡ×ＦＡＣＯ_２＝ＶＣＯ_２、ＦＡＣＯ_２＝ＶＣＯ_２／ＶＡ （２’）

また、本発明のモニタシステムにおいて、制御装置の表示装置は、所定の時間連続して、１呼吸毎のＣＯ_２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２を、濃度−換気量ループ及び面積ＶＣＯ_２の長方形、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ_２となる反比例曲線とともに同一のＸ−Ｙ座標に表示し、さらにＣＯ_２ガスの排泄量ＶＣＯ_２、混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、及び肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２の数値表を所定の領域に表示する。

本発明によれば、混合呼気濃度、死腔量、肺胞換気量、肺胞気濃度の毎呼吸測定を可能にするモニタシステムの制御方法及びモニタシステムを提供することができる。

本発明の実施形態に係るモニタシステムを、循環式呼吸回路を有する吸入麻酔システムに適用した場合を説明する図である。 本発明の実施形態に係るモニタシステムの、フローセンサ、呼吸ガスセンサと制御装置との接続関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る、ＣＯ_２の濃度−換気量ループと、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ_２反比例曲線を示す図である。 本発明の実施形態に係る、ＣＯ_２に関するＥＡＳＴ法を説明する図である。 本発明の実施形態に係る、Ｏ_２に関するＥＡＳＴ法を説明する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るモニタシステムを、循環式呼吸回路を有する吸入麻酔システムに適用した場合を説明する図である。図１に示すように、モニタシステム１００は、制御装置３、フローセンサ１３、呼吸ガスセンサ１４を有する。

吸入麻酔システムは、循環式呼吸回路１、ガス供給装置２、ベンチレータ１７から構成される。呼吸回路１は、吸気弁１１、患者とつながるコネクタ１２、呼気弁１５、ＣＯ₂吸収剤キャニスタ１６を有する。吸気弁１１は、呼吸回路１から患者へのガス（吸気）の流れは許容するものの、その逆の流れは規制するように作動する。呼気弁１１は、患者からの呼気の一部をＣＯ₂吸収剤キャニスタ２６へ導き再利用する、また残りの一部を余剰ガスとして廃棄する、その流れは許容するものの、その逆の流れは規制するように作動する。ＣＯ₂吸収剤キャニスタ２６は、患者の呼気から二酸化炭素を吸収除去し、その他の麻酔呼吸ガス、Ｏ₂ガス等を吸気の一部として循環使用するためのものである。

コネクタ１２には、フローセンサ１３と呼吸ガスセンサ１４が、順不同で直列に設置されている。フローセンサ１３は、呼吸の時間軸上でのボリューム変化を検出し、さらにそこから一回換気量（ＶＩ、ＶＥ）を測定する。呼吸ガスセンサ１４は、例えばメインストリーム型のマルチガスセンサモジュールによって構成され、呼吸ガスの成分ガスの時間軸上での濃度変化を検出し、さらにそこから吸気濃度と呼気終末濃度を測定する。ここではフローセンサ１３と呼吸ガスセンサ１４は、二酸化炭素（ＣＯ₂）、酸素（Ｏ_２）、揮発性麻酔ガス（ＡＡ）、亜酸化窒素（Ｎ_２Ｏ）の混合した呼吸ガスを測定対象とすることができる。Ｏ_２の濃度を調節する場合や、ＡＡ、Ｎ_２Ｏの麻酔ガスを供給及び調節する場合は、ガス供給装置２を使用する。ベンチレータ１７は、患者の呼吸を補助、または強制換気するために使用される。

フローセンサ１３及び呼吸ガスセンサ１４と、制御装置３の接続関係を図２に示す。通過する呼吸ガスによって、フローセンサ１３と呼吸ガスセンサ１４のそれぞれにおいて検出された信号は、制御装置３に供給される。

制御装置３は、記憶装置３１と、演算装置３２と、入力装置３３と、表示装置３４とを備える。

演算装置３２は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３５を介して、フローセンサ回路３６と呼吸ガスセンサ駆動回路３７とに接続され、フローセンサ１３からの信号を取得するとともに、呼吸ガスセンサ駆動回路３７を介して呼吸ガスセンサ１４を制御して信号を取得し、これら信号データの処理を行う演算を実施する。演算装置３２に接続された記憶装置３１には、演算装置３２で実行する種々の演算に必要な、呼吸ガスセンサ駆動手順記憶手段、信号データ記憶手段、プログラム記憶手段、演算手順記憶手段等を含む手段が格納される。

図２に示した制御装置のハードウエア構成は、記憶装置３１、演算装置３２、入力装置３３、出力装置３４を備えるノイマン型コンピュータのハードウエア構成である。データ記憶、プログラム記憶には、ノイマン型コンピュータの主記憶装置又は補助記憶装置を使用することができる。主記憶装置としては、揮発性のＤＲＡＭを用いることが多く、補助記憶装置としては、ハードディスク（ＨＤ）等の磁気ディスク、磁気テープ、光ディスク、光磁気ディスク、ＲＡＭディスク、ＵＳＢフラッシュメモリ等が使用できる。演算装置３２が実施する演算の１部を、別の演算装置（ＣＰＵ）や別のコンピュータシステムによるハードウエア構成のとして実現することもできる。また、演算装置３２には、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力装置３３、プリンタ及びディスプレイ等の出力装置３４が接続されている。

ガス分析法はメインストリームによるガス分析法を用いるのが好ましい。従来主流のサイドストリームによるガス分析法では、口元から吸気ガス・呼気ガスを毎分１００ｍＬ前後連続サンプリングし、離れた場所にあるセンサで検出し、時間軸上での濃度変化と、吸気濃度・呼気終末濃度を測定し表示している。このため、サンプリング中の混合による濃度変化に対する反応の遅れ、測定までの時間差などによって、一回換気量データと一体的に扱うことが困難であった。患者口元で、ＣＯ_２／Ｏ_２／Ｎ_２Ｏ／ＡＡなどの呼吸ガス濃度を毎呼吸連続モニタできる、メインストリーム型のガスセンサモジュールが臨床実用に耐えるものとなったことによって、一回換気量と呼吸ガス濃度のデータを同じ時間軸で一体的に扱うことができるようになった。

図３は、本発明の実施形態に係る、１呼吸における呼吸ガス中のＣＯ_２の濃度−換気量ループと、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ_２反比例曲線を、濃度ＦをＸ軸、換気量ＶをＹ軸としたＸ−Ｙ座標上に示した図である。

図３のＣＯ_２濃度−換気量ループ上の矢印で示したように、通常、吸気中にはＣＯ_２は含まれないので、吸気時にはＣＯ_２濃度−換気量ループはＹ軸上を立ち上って、図中の吸気量ＶＩ（＝呼気量ＶＥ）を表す点に達する。大気中には約２１％のＯ_２が含まれるが、吸気時に気道から肺へ入ったＯ_２ガスは、肺胞からその毛細血管の血液へ移動する。この移動を摂取と呼ぶ。他方、組織で発生したＣＯ_２は静脈血に溶け込んで心臓にもどり、肺動脈を通って肺胞の毛細血管で、酸素と入れ替わる形で肺胞へ移動する。この移動を排泄と呼ぶ。ＶＩ（＝ＶＥ）点で吸気から呼気に変わると、ＣＯ_２の排泄が始まり、図３のＣＯ_２濃度−換気量ループ上の矢印で示したように、呼気中ＣＯ_２濃度Ｆは徐々に増加して、図中の呼気終末ＣＯ_２濃度を表すＦＥＴＣＯ_２の点に達して１回の呼吸を終了する。このＣＯ_２濃度−換気量ループで囲まれる面積を計算すると、ＣＯ_２排泄量ＶＣＯ_２を求めることができる。

ここまで、吸気量ＶＩ＝呼気量ＶＥとして説明した。しかし、患者に接続される気管チューブやマスクにリークが存在する場合や、一呼吸あたりにすると数ミリリットルと僅かではあるが、通常酸素摂取量ＶＯ_２の方が二酸化炭素排泄量ＶＣＯ_２より多い等の理由によって、ＶＩ＞ＶＥとなることがある。その場合、図３のＣＯ_２濃度−換気量ループの下部は（ＶＩ−ＶＥ）だけ、ＶＣＯ_２の面積計算から除外され、合わせて他の関係式も調整されなければならない。

図３に示したＦ×Ｖ＝ＶＣＯ_２となるＦ−Ｖ反比例曲線上の１点と、Ｘ−Ｙ座標軸の原点を結ぶ直線を対角線とする長方形はすべて同じ面積ＶＣＯ_２を有する。以下、Ｘ−Ｙ座標軸に描いたＣＯ_２濃度−換気量ループとＦ−Ｖ反比例曲線を用いて、ＥＡＳＴ（Ｅｑｕａｌ Ａｒｅａ Ｓｔｅｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法により、混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、ＶＤ（死腔量）、ＶＡ（肺胞換気量）、ＦＡＣＯ_２（肺胞気ＣＯ_２濃度）を求める方法について図４を参照して説明する。

Ｃ．ＢｏｈｒはＢｏｈｒ式として知られる（３）の関係式を提案した（Ｃ．Ｂｏｈｒ，”Ｕｅｂｅｒ ｄｉｅ ｌｕｎｇａｔｍｕｎｇ”，Ｓｋａｎｄ Ａｒｃｈ Ｐｈｙｓｉｏｌ，ｖｏｌ．２２，ｐｐ．２３６−２３８，１８９１参照）。
ＶＥ×ＦＥＣＯ_２＝（ＶＥ−ＶＤ）×ＦＡＣＯ_２ （３）
（式中、ＶＥは一回呼気量を、ＦＥＣＯ_２は混合呼気ＣＯ_２濃度を、ＶＤは死腔量を、ＦＡＣＯ_２は肺胞気ＣＯ_２濃度を表す）。
ここで、ＶＥ−ＶＤは肺胞換気量ＶＡを表し、ＶＡは均質な肺胞気ＣＯ_２濃度ＦＡＣＯ_２で満たされた理想肺胞気空間を意味する。

ＦＡＣＯ_２を求めるために、まず１呼吸のＣＯ_２濃度−換気量ループからＶＣＯ_２（ＣＯ_２排泄量）を計算する（図４の丸囲み数字１）。

次に、Ｖ＝ＶＥの直線とＦ−Ｖ反比例曲線Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ_２との交点を求めると、この交点においては（１’）式が成り立つので、
ＶＥ×ＦＥＣＯ_２＝ＶＣＯ_２、ＦＥＣＯ_２＝ＶＣＯ_２／ＶＥ （１’）
交点のＸ座標はＦＥＣＯ_２（混合呼気ＣＯ_２濃度）となる（図４の丸囲み数字２）。

次に、Ｘ＝ＦＥＣＯ_２の直線と、ＣＯ_２濃度−換気量ループとの交点（図４の丸囲み数字３）を求めると、この交点のＹ座標はＶＡ（肺胞換気量）を表し、従って、ＶＥ＝ＶＡ＋ＶＤの関係からＶＥ（一回呼気量）をＶＡ（肺胞換気量）とＶＤ（死腔量）とに別けることができる。

次に、Ｙ＝ＶＡの直線と、Ｆ−Ｖ反比例曲線Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ_２との交点を求めると、この交点においては（２’）式が成り立つので、
ＶＡ×ＦＡＣＯ_２＝ＶＣＯ_２、ＦＡＣＯ_２＝ＶＣＯ_２／ＶＡ （２’）
交点のＸ座標はＦＡＣＯ_２（肺胞気ＣＯ_２濃度）となる（図３の丸囲み数字４）。

本発明の実施形態においては、制御装置３は、所定の時間連続して、１呼吸毎のＣＯ_２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２を、ＣＯ_２濃度−換気量ループ及び面積ＶＣＯ_２の長方形、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ_２となる反比例曲線とともに同一の前記Ｘ−Ｙ座標に表示し、さらにＣＯ_２ガスの排泄量ＶＣＯ_２、混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、及び肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２の数値表を経時変化が一目でわかるような構成で作成して、液晶ディスプレイ等の表示装置３４の所定の領域に表示する。

表示装置３４には、連続する２呼吸分又は数呼吸分を繰り返し表示してもよい。また、Ｘ−Ｙ座標にはＣＯ_２濃度−換気量ループのみを表示して、呼吸機能の変化を視覚的に捉えられるようにし、ＣＯ_２ガスの排泄量ＶＣＯ_２、混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、及び肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２の正確な数値は、Ｘ−Ｙ座標と同一画面に表示した数値表から読み取るようにしてもよい。各呼吸毎の個々の数値から、例えば一分間の複数呼吸分について、平均値、標準偏差等を求める統計的演算処理を行い、数値表に個々の数値とともに表示することも臨床上有用である。

本発明の実施形態では、呼吸ガス中のＣＯ_２のモニタシステムの制御方法及びモニタシステムについて説明してきたが、吸入式麻酔の呼吸ガスに含まれる、二酸化炭素ＣＯ_２、揮発性麻酔ガスＡＡ、酸素Ｏ_２、亜酸化窒素Ｎ_２Ｏ等のいずれのガスにも本発明を適用することができる。

図５は、濃度Ｆが０．５のＯ_２を含む吸入ガスを供給した場合の、Ｏ_２に関するＥＡＳＴ法の適用を示した図である。

ＣＯ_２の（１）、（２）、（３）式を、Ｏ_２に置き換えると、それぞれに対応して下記の（４）、（５）、（６）式が得られる。
ＶＥ×（ＦＩＯ_２−ＦＥＯ_２）＝ＶＯ_２、書き換えると
ＦＥＯ_２＝ＦＩＯ_２−ＶＯ_２／ＶＥ （４）
ＶＡ×（ＦＩＯ_２−ＦＡＯ_２）＝ＶＯ_２、書き換えると
ＦＡＯ_２＝ＦＩＯ_２−ＶＯ_２／ＶＡ （５）
ＶＥ×（ＦＩＯ_２−ＦＥＯ_２）＝ＶＡ×（ＦＩＯ_２−ＦＡＯ_２） （６）
（式中、ＶＥは一回呼気量を、ＶＯ_２は酸素摂取量を、ＦＥＯ_２は混合呼気Ｏ_２濃度を、ＶＤは死腔量を、ＶＡは肺胞換気量を、ＦＡＯ_２は肺胞気Ｏ_２濃度を表す）。

ＣＯ_２の場合と同様に、Ｘ−Ｙ座標上にＯ_２濃度−換気量ループを描いて、その面積から酸素摂取量ＶＯ_２を計算し、同じＸ−Ｙ座標上に（ＦＩＯ_２−Ｆ）×Ｖ＝ＶＯ_２となるＦ−Ｖ反比例曲線を描き、次いで、（４）、（５）、（６）式を用い、上記ＣＯ_２に関して実施したのと同様のＥＡＳＴ法の手順を実施することにより、ＦＥＯ_２、ＶＤ、ＶＡ、ＦＡＯ_２を求めて、Ｏ_２濃度−換気量ループ及びＦ−Ｖ反比例曲線を描いたＸ−Ｙ座標、並びに数値表を、毎呼吸、表示装置３４に表示することができる。

呼吸ガスに含まれる、二酸化炭素ＣＯ_２、揮発性麻酔ガスＡＡ、酸素Ｏ_２、亜酸化窒素Ｎ_２Ｏ等の、１呼吸毎の各成分ガスの濃度−換気量ループ及びＦ−Ｖ反比例曲線を、同一Ｘ−Ｙ座標上に所定の時間又は連続する複数回呼吸にわたって描き、対応する数値表とともに表示装置３４に表示すると、被験者の状態の微妙な変化を視覚的にかつ数値的に同時に認知することができ、臨床的有用性は大きい。

本発明を、揮発性麻酔ガスＡＡ、亜酸化窒素Ｎ_２Ｏ等の麻酔ガスの吸入に適用すると、それぞれのガスの摂取量または排泄量ＶＡＡ、ＶＮ_２Ｏ、混合呼気濃度ＦＥＡＡ、ＦＥＮ_２Ｏ、肺胞気濃度ＦＡＡＡ、ＦＡＮ_２Ｏを毎呼吸モニタリングすることが可能となる。従来、麻酔深度の指標としては、呼気終末濃度ＦＥＴＡＡ、ＦＥＴＮ_２Ｏが用いられてきたが、より信頼性の高い指標、つまり血中濃度により近い指標を手に入れることができるようになる。

本発明の実施形態から、以下のことが明らかとなった。
（イ）本発明は、ＶＣＯ_２、ＦＥＣＯ_２、ＶＤ、ＶＡ、ＦＡＣＯ_２などの無侵襲連続モニタリングを可能とするものであり、臨床的有用性は大きい。
（ロ）この技術は二酸化炭素に止まらず、酸素、揮発性麻酔ガス、亜酸化窒素等の測定可能な他の呼吸ガスへも展開できる。特に、ＣＯ_２と同様な分析がＯ_２にも応用されることの、臨床的な意義は極めて大きい。
（ハ）麻酔ガス摂取の分析に応用されると、より信頼性の高い麻酔深度の指標を得ることができる。
（ニ）これらの技術は術中の呼吸管理にとどまらず、幅広く呼吸分析一般に応用可能である。

以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが、当業者には明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 循環式呼吸回路
２ ガス供給装置
３ 制御装置
１１ 吸気弁
１２ コネクタ
１３ フローセンサ
１４ 呼吸ガスセンサ
１５ 呼気弁
１６ ＣＯ_２吸収剤キャニスタ
１７ ベンチレータ
３１ 記憶装置
３２ 演算装置
３３ 入力装置
３４ 表示装置
３５ インタフェース（Ｉ／Ｆ）
３６ フローセンサ回路
３７ 呼吸ガスセンサ駆動回路
１００ モニタシステム

Claims (6)

1. 呼吸回路に設けられ患者の呼吸ガスのフローを連続的に検出するフローセンサと、
   前記呼吸回路に設けられ前記呼吸ガスの成分ガスの濃度を連続的に検出する呼吸ガスセンサと、
   前記フローセンサ及び前記呼吸ガスセンサからの出力データを保存、演算して画像データとし、当該画像データを毎呼吸、表示装置に表示する制御装置と、
   を備えたモニタシステムにおいて、
   前記制御装置は、当該制御装置の表示装置にＸ−Ｙ座標を設け、１呼吸毎に当該Ｘ−Ｙ座標上に前記フローセンサによって測定した吸気、呼気連続の前記呼吸ガスのフローデータすなわち換気量Ｖと、前記呼吸ガスセンサによって測定した吸気、呼気連続の前記呼吸ガスの前記成分ガスの１つであるＣＯ_２ガスの濃度Ｆとを同期させて、前記ＣＯ_２ガスの吸気、呼気連続した濃度−換気量ループを描き、当該ループが囲む面積を計算して前記ＣＯ_２ガスの排泄量ＶＣＯ_２を求め、当該ＶＣＯ_２を用いてＦ×Ｖ＝ＶＣＯ_２となる反比例曲線を表示し、さらに、前記ＣＯ_２ガスの濃度Ｆと前記換気量Ｖの関係の変化を、前記Ｘ−Ｙ座標に描いた前記濃度−換気量ループの原点と、前記反比例曲線上の任意の1点とを結ぶ直線を対角線とする面積ＶＣＯ_２の長方形の変化として前記Ｘ−Ｙ座標に表現することを特徴とするモニタシステムの制御方法。
2. 前記制御装置は、１呼吸毎に、濃度−換気量ループと、その面積である前記ＶＣＯ_２を用いて、ＥＡＳＴ（Ｅｑｕａｌ Ａｒｅａ Ｓｔｅｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法により、以下の関係式（１）、（２）を表す前記長方形を前記Ｘ−Ｙ座標に表示して、前記ＣＯ_２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２を求めて、前記Ｘ−Ｙ座標に表示することを特徴とする請求項１に記載のモニタシステムの制御方法。
   ＶＥ×（ＦＥＣＯ_２−ＦＩＣＯ_２）＝ＶＣＯ_２、書き換えると
   ＦＥＣＯ_２＝ＶＣＯ_２／ＶＥ＋ＦＩＣＯ_２ （１）
   ＶＡ×（ＦＡＣＯ_２−ＦＩＣＯ_２）＝ＶＣＯ_２、書き換えると
   ＦＡＣＯ_２＝ＶＣＯ_２／ＶＡ＋ＦＩＣＯ_２ （２）
   （式中のＶＥは一回呼気量を表す。通常ＦＩＣＯ_２＝０である。）
3. 前記制御装置は、所定の時間連続して、１呼吸毎の前記ＣＯ_２ガスの前記混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、前記肺胞換気量ＶＡ、前記死腔量ＶＤ、前記肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２を、前記濃度−換気量ループ及び前記面積ＶＣＯ_２の長方形とともに同一の前記Ｘ−Ｙ座標に表示し、さらに前記ＣＯ_２ガスの、前記排泄量ＶＣＯ_２、前記混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、前記肺胞換気量ＶＡ、前記死腔量ＶＤ、及び前記肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２の数値表を作成して、前記表示装置の所定の領域に表示することを特徴とする請求項２に記載のモニタシステム。
4. 呼吸回路に設けられ患者の呼吸ガスのフローを連続的に検出するフローセンサと、
   前記呼吸回路に設けられ前記呼吸ガスの成分ガスの濃度を連続的に検出する呼吸ガスセンサと、
   前記フローセンサ及び前記呼吸ガスセンサからの出力データを保存、演算して画像データとし、当該画像データを毎呼吸、表示装置に表示する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置の前記表示装置は、Ｘ−Ｙ座標上に１呼吸毎に、前記フローセンサによって測定した吸気、呼気連続の前記呼吸ガスのフローデータすなわち換気量Ｖと、前記呼吸ガスセンサによって測定した吸気、呼気連続の前記成分ガスの１つであるＣＯ_２ガスの濃度Ｆとを同期させて得られる、前記ＣＯ_２ガスの吸気、呼気連続した濃度−換気量ループと、当該ループが囲む面積から求めた前記ＣＯ_２ガスの排泄量ＶＣＯ_２を基に演算される、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ_２となる反比例曲線と、を表示し、さらに、前記ＣＯ_２ガスの濃度Ｆと前記換気量Ｖの関係の変化を、前記Ｘ−Ｙ座標に描いた前記濃度−換気量ループの原点と、前記反比例曲線上の任意の1点とを結ぶ直線を対角線とする面積ＶＣＯ_２の長方形の変化として前記Ｘ−Ｙ座標に表現することを特徴とするモニタシステム。
5. 前記制御装置の前記表示装置は、前記Ｘ−Ｙ座標上に１呼吸毎に、濃度−換気量ループと、その面積である前記ＶＣＯ_２を用いて、ＥＡＳＴ（Ｅｑｕａｌ Ａｒｅａ Ｓｔｅｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法により、以下の関係式（１）、（２）を表す前記面積ＶＣＯ_２の長方形を前記Ｘ−Ｙ座標に描出することによって求められる前記ＣＯ_２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２を、前記長方形とともに表示することを特徴とする請求項４に記載のモニタシステム。
   ＶＥ×（ＦＥＣＯ_２−ＦＩＣＯ_２）＝ＶＣＯ_２、書き換えると
   ＦＥＣＯ_２＝ＶＣＯ_２／ＶＥ＋ＦＩＣＯ_２ （１）
   ＶＡ×（ＦＡＣＯ_２−ＦＩＣＯ_２）＝ＶＣＯ_２、書き換えると
   ＦＡＣＯ_２＝ＶＣＯ_２／ＶＡ＋ＦＩＣＯ_２ （２）
   （式中のＶＥは一回呼気量を表す。通常ＦＩＣＯ_２ ＝0である。）
6. 前記制御装置の前記表示装置は、所定の時間連続して、１呼吸毎の前記ＣＯ_２ガスの前記混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、前記肺胞換気量ＶＡ、前記死腔量ＶＤ、前記肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２を、前記濃度−換気量ループ及び前記長方形とともに同一の前記Ｘ−Ｙ座標に表示し、さらに前記ＣＯ_２ガスの、前記排泄量ＶＣＯ_２、前記混合呼気濃度ＦＥＣＯ_２、前記肺胞換気量ＶＡ、前記死腔量ＶＤ、及び前記肺胞気濃度ＦＡＣＯ_２の数値表を所定の領域に表示することを特徴とする請求項５に記載のモニタシステム。
   

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