JP2012508036A - 二酸化炭素監視システム - Google Patents

Abstract

患者の挿管、ＣＰＲ又は換気治療の間における呼吸ガスのＣＯ_２含有量を監視するＣＯ_２監視システム２０が記載されている。患者の呼吸ガスのＣＯ_２含有量１２が感知され、ＣＯ_２波形の波形基線、波形振幅、波形頻度、波形勾配、波形リズム及び波形角部等の特徴３０が検出される。斯かる波形特徴の１以上が、実行されている呼吸治療のタイプを考慮して分析され、異常呼吸状態を識別する。これらの異常状態は、例えば、食道内に配置された挿管チューブ、効果のないＣＰＲ又は気道の妨害等を含み得る。異常状態３４が識別された場合、当該患者に気を付けるように看護者に警告するために視覚的又は可聴的警報４０が発せられる。

Description

本発明は、医療用二酸化炭素（ＣＯ_２）監視システムに係り、特に、挿管、心肺蘇生（ＣＰＲ）又は換気治療（ventilaiton）を受けている患者に対して使用することができるＣＯ_２監視システムに関する。

ＣＯ_２監視システムは、通常、患者の呼吸を監視するために病院の手術室及び集中治療室で見られる。一般的に、これらのシステムは、患者の酸素摂取及び呼吸性ＣＯ_２を監視する複雑且つ相当大きな換気システムである。しかしながら、ＣＯ_２の監視が望まれる他の筋書きも存在する。その一つは、手操作呼吸装置により患者に空気が供給されている挿管の間におけるものである。他のものは、心停止に襲われている患者に対するＣＰＲの適用の間におけるものである。このような状況では、フィリップス・ヘルスケア社（アンドーバ、マサチューセッツ州）により製造されているＭＲｘ除細動器モニタ等の携帯型ユニットが望ましく、斯かるユニットは病院内で使用することもできるが、携帯可能であり、事故現場又は被害患者の場所に持って行くことができる。

このような携帯型のモニタにとっては、患者のＣＯ_２呼気を監視すると共に斯かる状況の全てにおいて波形が含む意味を解釈することができることが望ましいであろう。

本発明の原理によれば、携帯型の監視装置に構成することができると共に、病院及び移動式設備で使用することが可能なＣＯ_２監視システムが提供される。該ＣＯ_２監視システムは、挿管、ＣＰＲ治療又は換気の間においてＣＯ_２監視及び解釈を行うように設定することができる。ＣＯ_２センサが、患者の呼吸のＣＯ_２レベルの尺度である信号を生成する。該ＣＯ_２信号は、デジタル化され、当該ＣＯ_２モニタにより記録される。該ＣＯ_２信号のサンプルは、"きれいな"ＣＯ_２信号を生成するために、ノイズ成分を分析し、ノイズレベルを低減することができる。ＣＯ_２波形が検出され、該波形の種々の特徴が測定される。斯かる波形及びその特徴は、種々の呼吸状態に関して分類される。悪い呼吸状態が見付かったなら、当該モニタは、可聴的又は視覚的警報を発し、及び／又は医師を当該患者の成功する治療へと導くために臨床的助言を発することができる。

図１は、挿管を受けている患者に対して使用されている本発明のＣＯ_２監視システムをブロック図で示す。 図２は、ＣＰＲを受けている患者に対して使用されている本発明のＣＯ_２監視システムをブロック図で示す。 図３は、換気治療を受けている患者に対して使用されている本発明のＣＯ_２監視システムをブロック図で示す。 図４は、ＣＯ_２波形の標準化されたパラメータを示す。 図５は、典型的なＣＯ_２波形系列を示す。 図６ａは、挿管を受けている患者から生成され得る典型的なＣＯ_２波形を示す。 図６ｂは、挿管を受けている患者から生成され得る典型的なＣＯ_２波形を示す。 図６ｃは、挿管を受けている患者から生成され得る典型的なＣＯ_２波形を示す。 図７ａは、ＣＰＲを受けている患者から生成され得る典型的なＣＯ_２波形を示す。 図７ｂは、ＣＰＲを受けている患者から生成され得る典型的なＣＯ_２波形を示す。 図８ａは、換気治療されている患者から生成され得る典型的なＣＯ_２波形を示す。 図８ｂは、換気治療されている患者から生成され得る典型的なＣＯ_２波形を示す。 図８ｃは、換気治療されている患者から生成され得る典型的なＣＯ_２波形を示す。 図８ｄは、換気治療されている患者から生成され得る典型的なＣＯ_２波形を示す。

先ず図１を参照すると、挿管を受けている患者１０を監視するために使用されている本発明のＣＯ_２監視システム２０がブロック図の形で示されている。該患者の呼吸ガスは当該モニタのＣＯ_２センサ１２に導かれ、該センサは当該患者の呼気ガスのＣＯ_２含有量（CO₂ content）を感知する。該センサ１２からのＣＯ_２測定信号はデジタルサンプルへとデジタル化され、これらデジタルサンプルは当該モニタ２０の処理部２２に符号２４で示されるように記録される。これらＣＯ_２信号のサンプルは、ノイズ成分に関して符号２６において分析され、ノイズ低減を受けることができる。ノイズ成分を分析する１つの技術は、当該信号サンプルの高周波成分を分析することである。きれいなＣＯ_２信号は、相対的に少ない高周波成分を示す。当該信号のノイズレベルは、該信号を監視部２２の符号２６におけるデジタルローパスフィルタにより処理することにより低減することができる。次いで、許容可能なＣＯ_２信号は符号３０において波形検出を受ける。ＣＯ_２波形を検出するための１つの技術は、連続するサンプルの差をとることであり、この処理は効果的に当該波形の勾配（slope）を検出する。通常のＣＯ_２波形は、後に一層詳細に説明するように、患者が息を吐き出し（呼出し）始める際に急激に上昇する勾配を示し、呼気の間には相対的に平坦な頂部を示し、呼気が終了する際に急激に下降する勾配を示し、そして、患者は次の息を吸う。次いで、検出された波形の特定の特徴が、符号３２において測定される。これらの特徴は、当該波形の基線（ベースライン）、当該波形の高さ又は振幅、当該波形の頻度（周波数）、当該波形のリズム、当該波形の角部、当該波形の勾配、及び当該波形の形状の特徴を含むことができる。測定された上記特徴は、次いで、符号３４において分類され、当該波形が適用中の治療に対して正常な呼吸の特徴を示しているか、又は特定の治療計画の間に遭遇され得る特別な困難さの特徴であるかを評価する。もし、問題又は困難さが検出されたら、警報４４を医師に対して鳴動させ又は表示することができるか、又は医師に特定の問題又は困難さが調べられるべきであることを忠告すべく臨床的助言４２を発することができる。

当該ＣＯ_２監視システムが患者に接続される場合、該システムは、挿管、ＣＰＲ又は換気治療等の当該患者に適用されている治療を識別するよう設定されねばならない。これは、当該監視システムに対し、医師により設定される手動スイッチ又は入力により実行することができる。斯かる設定は、使用されている特定の治療装置により自動的に実行することもできる。例えば、挿管装置の空気導管がモニタ２０に接続された場合、該モニタは上記空気導管の接続を感知することができ、これにより、挿管が監視されていることを知らされ得る。ＣＰＲの場合、ＣＰＲの間に患者の胸部上に置かれて押圧されるＣＰＲパッドが、当該モニタに接続され得、従って該モニタにＣＰＲが実行されていることを通知することができる。他の方法は、当該モニタが、ＣＰＲを施す救助者に指示を与えるためにＣＰＲモードであることを感知することである。換気治療の間においては、人工呼吸器又は該人工呼吸器の空気導管を当該モニタ２０に接続して、該モニタに換気治療が実行されていることを通知することができる。治療計画の識別は、当該モニタ２０を、適用されている治療計画の間に予想され得る呼吸状態に対して特別に敏感となるように調整する。

図４は、正常なＣＯ_２波形の標準パラメータを示す。患者が息を吐き出し、呼気フェーズが開始すると、該波形は基線Ｉから急峻な勾配IIで、呼出された空気のＣＯ_２含有量の持続レベルIIIが得られるまで上昇する。該波形は、上記維持レベルに到達する際に角部アルファを示す。患者が息の吐き出しを終了すると、該波形は吸気フェーズ０の開始における角部ベータから降下する。次いで、該波形は患者の呼吸の頻度及び周期性で上記のように繰り返す。実際の波形痕が図５に水平時間目盛に沿って示されている。この波形は、該波形の最初の上昇の間における変曲点においてアルファ点α１及びα２を有し、吸気及び該波形の下降の開始部に鋭いベータ点β１及びβ２を有するように見える。最大振幅、平均高、波形の持続時間及び波形の頻度等の他の特徴も、この図において明らかである。

図６は、挿管の間に予想され得る呼吸波形パターンの幾つかを示している。特に挿管に対して殆ど経験のない個々人の場合に生じ得る１つの困難さは、挿管チューブが患者の気管内通路ではなく食道に挿入されることである。この場合、ＣＯ_２波形は、図６ａに示されるように、存在しないか又は平坦（フラット）になり得る。挿管が実行されていることが分かり、平坦な波形が分かると、モニタ２０は警報４４を駆動して、医療専門家に呼吸パターンが検出されていないことを警告する。該医療専門家に挿管チューブが食道ではなく気管に挿入されているかをチェックするよう忠告するために臨床的助言を視覚的又は音声刺激形態で発することもできる。

図６ｂは、挿管チューブが食道に挿入された場合に存在し得る他の波形を示す。不規則で定まらない波形５２は、炭酸飲料を最近飲んだ患者に対して存在し得るものに典型的である。この場合、検出されているのは胃の系統のＣＯ_２であり、呼吸のＣＯ_２ではない。前の例において発生されたのと同様の警報及び助言をモニタ２０により発することができる。

図６ｃは、患者が適切に挿管され、該図におけるＣＯ_２波形５４により示されるように正常な呼吸サイクルで呼吸している場合に検出されるべきＣＯ_２波形を示している。波形検出により生成された該波形は、好ましくは、リアルタイムでモニタ２０のディスプレイ上に表示される。

図２は、モニタ２０がＣＰＲ６０を受けている患者に対して使用されている場合の図１のＣＯ_２監視システムを示す。図７ａ及び７ｂは、患者に対するＣＰＲの適用の間に予想され得る波形を示す。ＣＰＲは胸部圧迫を高い率で（一般的には、毎分約１００圧迫）付与することにより実行される。これらの速いが安定した圧迫は、肺が、圧迫されると共に圧迫から戻されるようにし、要約すれば、これら図に示されるような高頻度の増大を生じさせる。ＣＰＲの間において重要なＣＯ_２波形の１つの特徴は、ＣＯ_２波形の傾向である。波形振幅の傾向が図７ａに矢印６２により示されるように下向きである場合、これは、ＣＯ_２が血液供給から益々減少する量だけしか交換されておらず、ＣＰＲの効果が減退していることを示す。このような場合、心室細動の可能性に関してＥＣＧ波形を評価し、もしそう識別されたなら、ＭＲｘ除細動器／モニタにより実施され得るような電気的除細動による蘇生等の、何らかの他の治療計画を試すことができる。しかしながら、波形振幅の傾向が図７ｂに矢印６４により示されるように増加しているなら、これは、二酸化炭素が血液流から益々増加する量だけ除去されており、当該患者は血液供給の増加する酸化による利益を受けていることを示す。ＣＯ_２波形の傾向の、図７ａの下降傾向６２を示しているとの分類の場合、モニタ２０により警報４４を発することができるか、又は患者がＣＰＲにより利益を受けていないとの忠告を発することができる。図７ｂに示されるように上向きの傾向６４が識別された場合、救命者は当該ＣＯ_２モニタがＣＰＲによる肯定的効果を検出したと助言され得る。

図３は、換気治療（ventilation）を受けている患者１０に対して、本発明のＣＯ_２監視システムが使用されている場合を示している。この例においては、人工呼吸器７０が符号７２に示されるように当該モニタに接続され、これは、換気が監視されていることを該モニタに対して示す。この接続により、上記人工呼吸器の速度（rate）、圧力、酸素レベル、又は他の運転パラメータ若しくは設定等の、呼吸波形の分類に有用な他のデータを当該モニタに供給することもできる。図８は、患者の換気治療の間に予想され得るＣＯ_２波形の幾つかを示す。図８ａは、呼気が始まる際に急激に上昇しないＣＯ_２波形７２を示す。該波形７２は、例えば、図５に示したような明確に定まったアルファ角部を示していない。このＣＯ_２波形７２は、患者の気道の妨害に起因し得る。この状況において、当該モニタの出力部４０は、医療員に対して患者の気道の妨害をチェックするよう忠告するために警報４４又は助言４２を発することができる。図８ｂは、患者が無呼吸を経験し、呼吸が停止した場合に発生され得るＣＯ_２波形パターンを示す。この状況においては、ＣＯ_２波形７８の規則的パターンが停止し、更なるＣＯ_２波形は検出されないので、平坦な基線７９のみが発生される。助言も伴うことが可能な警報４４がモニタ２０により発せられ、医療員に患者が即座の対処を必要としていることを警告する。

図８ｃ及び８ｄは、人工呼吸器の設定が調節を要していることを示す際に発生され得るＣＯ_２波形を示している。図８ｃにおいて、連続するＣＯ_２波形７４ａ、７４ｂ、７４ｃは継続的に減少する振幅を示すように見え、連続する各呼吸で一層少ない二酸化炭素が吐き出されていることを示す。これは、患者が過度に高い率（rate）で換気されており、各呼吸に対し完全なガス交換にとって十分な時間が許されていないような過換気状態を示す。この場合、医療員は換気の率を低下するよう警告され得る。図８ｄにおいて、増加するＣＯ_２の連続するＣＯ_２波形は、低換気状態を示す。患者は過度に低い率での換気を受けている可能性があり、各呼吸に対して交換ガスのＣＯ_２含有量の蓄積が示されている。この状況においては、医療員は換気の率を増加させるよう警告され得る。

Claims (15)

1. 挿管、心肺蘇生（ＣＰＲ）又は換気治療を受けている患者に対して使用するための二酸化炭素（ＣＯ_２）監視システムであって、
   患者から呼吸ガスを受けると共に、該ガスのＣＯ_２含有量を感知して、ＣＯ_２測定信号を生成するＣＯ_２センサと、
   前記ＣＯ_２測定信号のサンプルを記録する記録器と、
   前記ＣＯ_２測定信号のサンプルに応答して、ＣＯ_２波形の特徴を識別する波形検出器と、
   当該監視システムの挿管モード、ＣＰＲモード又は換気治療モードでの使用を識別するモード信号の信号源と、
   識別された前記ＣＯ_２波形の特徴及び前記モード信号に応答して、前記波形の特徴を現在のモードを考慮して分析する波形分析器と、
   前記波形分析器による異常状態の指示に応答して、警報出力を発生する警報部と、
   を有するＣＯ_２監視システム。
2. 前記ＣＯ_２測定信号のサンプルが、デジタル信号を有する請求項１に記載のＣＯ_２監視システム。
3. 前記ＣＯ_２波形の識別された特徴が、波形の基線、波形の振幅、波形の頻度、波形の勾配、波形のリズム及び波形の角部のうちの少なくとも１つを有する請求項２に記載のＣＯ_２監視システム。
4. 前記モード信号の信号源が、手動で設定可能なユーザ制御部を有する請求項３に記載のＣＯ_２監視システム。
5. 前記モード信号の信号源が、患者に対して使用される呼吸治療装置を有する請求項３に記載のＣＯ_２監視システム。
6. 挿管の間に示される前記異常状態が、呼吸が受からない又は不規則なＣＯ_２波形の一方を有する請求項１に記載のＣＯ_２監視システム。
7. 前記警報出力が、挿管チューブをチェックせよとの視覚的又は聴覚的忠告を有する請求項６に記載のＣＯ_２監視システム。
8. ＣＰＲの間に示される前記異常状態が、前記ＣＯ_２波形の振幅の下向き傾向を有する請求項１に記載のＣＯ_２監視システム。
9. 記警報出力が、前記ＣＰＲの有効性についての視覚的又は聴覚的忠告を有する請求項８に記載のＣＯ_２監視システム。
10. 換気治療の間に示される前記異常状態が、気道の妨害、無呼吸又は望ましくない換気率のうちの１つを有する請求項１に記載のＣＯ_２監視システム。
11. 記警報出力が、患者のチェック又は人工呼吸器の設定の調整の一方を有する請求項１０に記載のＣＯ_２監視システム。
12. 前記警報部が、正常な呼吸に応答して出力信号を発生するように更に動作可能である請求項１に記載のＣＯ_２監視システム。
13. ＣＰＲの間に発生される前記出力信号が、ＣＰＲが有効であるとの指示を有する請求項１２に記載のＣＯ_２監視システム。
14. 前記波形検出器に応答して、検出されたＣＯ_２波形をリアルタイムで表示するディスプレイを更に有する請求項１に記載のＣＯ_２監視システム。
15. 前記ＣＯ_２測定信号のサンプルのノイズ成分を分析するノイズ分析器を更に有する請求項１に記載のＣＯ_２監視システム。

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