JP2015037579A - 換気のための人口呼吸器の装置およびシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、共有かつ同時係属の米国仮特許出願第60/924,835号(2007年6月2日出願)の優先日の利益を主張し、この出願は単独かつ共通の発明者であるNader Maher HABASHI名義で、名称「VENTILATOR APPARATUS AND SYSTEM FOR VENTILATION」で出願され、その全体が本明細書において十分に説明されるが如く参考として援用される。
本発明は、ヒトの患者の肺換気に関する。より具体的には、本発明は、改良された人工呼吸器、ならびに肺換気の介入と開始、酸素供給、補充、換気、初期離脱、気道圧解放換気離脱、持続的気道陽圧離脱および持続的かつ周期的な人工呼吸器の管理と制御の改良された操作方法に関するものである。
本発明の発明者は、以前、他の発明の中で特許文献1および特許文献2、特許文献3、ならびに特許文献4において開示およびクレームされた動作の人工呼吸器のシステムおよび方法を発明し、これらのすべてはその全体が本明細書において十分に説明されるが如く参考として援用される。
本発明は、例えば、以下を提供する。
(項目1)
臨床医の指導の下で患者の呼吸機能を補助するための人工呼吸器システムであって、
データ回路および複数の弁と供給ポートと排気ポートとを有するガス回路と連通して、加圧ガスを該患者に連通している、供給ポンプおよび制御モジュールであって、該制御モジュールは、該データ回路と連通しているディスプレイと入力デバイスとメモリとを含む、供給ポンプおよび制御モジュールと、
該データ回路と連通しているセンサ配列であって、該排気ポートおよび供給ポートのうちの少なくとも1つと連通している、少なくとも1つのパルス酸素濃度計と、少なくとも1つのカプノメータと、少なくとも1つの圧力センサと、少なくとも1つの流量計とを含む、センサ配列と、
該メモリに常駐するコマンドモジュールであって、該供給ポンプおよび該複数の弁を調整可能に作動させて、ガス回路において少なくとも1つの圧力、体積、及び流量を確立することを該制御モジュールに命令するように動作可能である、コマンドモジュールと、
該メモリに常駐する少なくとも1つの初期化パラメータデータベースであって、該ディスプレイと連通可能であり、かつ、(a)呼気終末陽圧、(b)SpO2量、(c)etCO2量、(d)FiO2量、(e)高圧、(f)低圧、(g)高時間、(h)低時間、(i)圧力増分、(j)時間増分、(k)1回換気量、(l)機械呼吸頻度、(m)圧力−容量勾配、(n)誘起圧力、および(o)閉塞圧を含む少なくとも1つのモデル患者データ配列要素を記憶する、初期化パラメータデータベースと、
を備え、
該コマンドモジュールは、該センサ配列要素と連通して、(i)患者SpO2量、(ii)患者etCO2量、(iii)最大呼気流量、(iv)呼気終末肺容量、および(v)自発呼吸頻度のうちの少なくとも1つの患者の実データ配列要素を測定し、
該コマンドモジュールは、該患者の実データ配列を該少なくとも1つのモデル患者データ配列と比較し、該供給ポンプを調整して、該少なくとも1つのモデル患者データ配列であるSpO2目標値、etCO2目標値、および最適呼気終末肺容量の少なくとも一つを達成する、人工呼吸器システム。
(項目2)
前記患者SpO2量が前記SpO2目標値未満である場合に、前記コマンドモジュールは、前記センサ配列と連通し、前記患者の実データ配列を確認して、高圧を確認し、
該高圧が高圧閾値以上であるときに、該コマンドモジュールはFiO2値を判定し、(a)該FiO2値がFiO2閾値以上であるときに、前記制御モジュールが、圧力増分だけ前記高圧を増加させるように、および時間増分だけ前記高時間を増加させるように、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整し、および(b)該FiO2値が該FiO2閾値未満であるときに、該制御モジュールが、該FiO2量を増加させるように、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整する、項目1に記載の人工呼吸器システム。
(項目3)
前記患者SpO2量が前記SpO2目標値以上である場合に、前記コマンドモジュールは、前記センサ配列と連通し、前記患者の実データ配列を確認して、FiO2値を確認し、
(a)該FiO2値がFiO2閾値以上であるときに、該コマンドモジュールは、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して該FiO2量を減少させることを前記制御モンジュールに命令し、および(b)該FiO2値が該FiO2閾値未満であるときに、該コマンドモジュールは初期離脱値を真値を示すように設定する、項目1に記載の人工呼吸器システム。
(項目4)
前記患者SpO2量が前記SpO2目標値未満である場合に、前記コマンドモジュールは、前記センサ配列と連通し、前記患者の実データ配列を確認して、補充値が真値または偽値のいずれを示すかを判定し、
該補充値が、(i)真値を示すときに、前記制御モジュールは臨床医警報信号を生成し、(ii)偽値を示すときに、該制御モジュールは、(a)圧力増分だけ前記高圧を増加させ、(b)時間増分だけ前記高時間を増加させ、および(c)別の時間増分だけ前記低時間を調整するために、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整する、項目1に記載の人工呼吸器システム。
(項目5)
前記患者SpO2量が前記SpO2目標値未満である場合に、前記コマンドモジュールは、前記センサ配列と連通し、前記患者の実データ配列を確認して、最適呼気終末肺容量値を計算し、
該最適呼気終末肺容量値が、(a)最適呼気終末肺容量閾値以上である場合に、該コマンドモジュールは、酸素供給値を真値を示すように設定し、(b)最適呼気終末肺容量閾値未満である場合に、該コマンドモジュールは、(i)該センサ配列にポーリングして、前記最大呼気流量を測定し、ガス流の打切りを測定し、かつガス流の減速角度を計算して前記時間増分のうちの1つを選択し、(ii)補充値を真値を示すように設定し、および(iii)前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、該選択した時間増分を適用することによって前記低時間を減少させることを前記制御モジュールに命令する、項目1に記載の人工呼吸器システム。
(項目6)
前記患者etCO2量が前記etCO2目標値未満であり、前記自発呼吸頻度が機械呼吸頻度未満であり、前記高時間が高時間閾値未満である場合に、前記高圧が判定され、
該高圧が、(a)高圧閾値未満であると判定された場合に、前記コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分および圧力増分だけ、該高時間および該高圧のうちの少なくとも1つを増加させることによって、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)該高圧閾値以上であると判定された場合に、該コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分だけ、該高時間のうちの少なくとも1つを増加させることによって、該供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを該制御モジュールに命令する、項目1に記載の人工呼吸器システム。
(項目7)
前記患者etCO2量が前記etCO2目標値未満であり、前記自発呼吸頻度が機械呼吸頻度以上であり、前記高時間値が高時間閾値以上である場合に、前記高圧が判定され、
前記高圧が、(a)高圧閾値以上であると判定された場合に、前記コマンドモジュールは、補充値を真値を示すように設定するように、および少なくとも1つのそれぞれの時間増分だけ該高時間を変更することによって、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)高圧閾値未満であると判定された場合に、該コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分および圧力増分だけ、該高時間を減少させ、該高圧を増加させることによって、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整するために該制御モジュールに命令する、項目1に記載の人工呼吸器システム。
(項目8)
前記制御モジュールは、前記患者etCO2量が前記etCO2目標値以上であると検出し、前記コマンドモジュールは、自発呼吸頻度を確認するようにサンプリングし、
(a)該自発呼吸頻度が、自発呼吸頻度閾値未満であるときに、該コマンドモジュールは、多呼吸値を確認し、該多呼吸目標値が真値を示す場合に、該コマンドモジュールは、換気値を真値を示すように設定することが可能であり、
(b)該自発呼吸頻度が、自発呼吸頻度閾値以上であるときに、該コマンドモジュールは、無呼吸値を確認し、(i)該無呼吸値が、真値を示すときに、該コマンドモジュールが換気値を真値を示すように設定することを可能にし、(ii)該無呼吸値が、偽値を示すときに、該コマンドモジュールは、気道圧解放換気離脱値を真値を示すように設定することが可能である、項目1に記載の人工呼吸器システム。
(項目9)
前記制御モジュールは、前記患者etCO2量が前記etCO2目標値以上であると検出し、前記コマンドモジュールは、前記高圧をサンプリングし、高圧値を設定し、前記自発呼吸頻度をサンプリングし、
該コマンドモジュールが、該自発頻度が自発頻度閾値以上であり、かつ、該高圧値が高圧閾値以上であると検出する場合に、該コマンドモジュールは、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、圧力増分だけ該高圧を減少させるため、および時間増分だけ前記高時間を増加させることを該制御モジュールに命令することによって離脱を開始させる、項目1に記載の人工呼吸器システム。
(項目10)
FiO2閾値、SpO2閾値、自発的1回換気量、分時換気量、および気道閉塞圧を確立する、既定の離脱失敗基準をさらに含む、前記少なくとも1つのモデル患者データ配列をさらに備え、
前記コマンドモジュールは、前記データ回路と連通して、前記センサ配列をサンプリングし、前記患者の実データ配列要素のうちの少なくとも1つを測定し、該要素を該既定の離脱失敗基準と比較して離脱失敗値が真値または偽値のいずれであるかを示すかを判定し、
該コマンドモジュールが、(a)該離脱失敗値が該真値を示すときに、該コマンドモジュールは、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、圧力増分だけ前記高圧を減少させること、および時間増分だけ前記高時間を増加させることを前記制御モジュールに命令し、(b)該離脱失敗値が該偽値を示すときに、該コマンドモジュールは、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、圧力および時間増分だけ該高圧および高時間を減少させることを該制御モジュールに命令することによって、周期的離脱を繰り返し開始する、項目1に記載の人工呼吸器システム。
(項目11)
前記コマンドモジュールが別の周期的離脱を開始するたびに、該コマンドモジュールは、持続的気道陽圧閾値に到達するまで前記高圧を確認して、該コマンドモジュールが持続的気道陽圧値を真値を示すように設定することを可能にする、項目10に記載の人工呼吸器システム。
(項目12)
既定の持続的気道陽圧と、FiO2閾値、SpO2閾値、自発的1回換気量、分時換気量、および気道閉塞圧を確立する既定の離脱失敗基準とをさらに含む、前記少なくとも1つのモデル患者データ配列をさらに備え、
前記コマンドモジュールは、前記データ回路と連通して、前記センサ配列をサンプリングし、該患者の実データ配列要素のうちの少なくとも1つを測定し、該要素を該既定の離脱失敗基準と比較して離脱失敗値が真値または偽値のいずれを示すかを判定し、
該コマンドモジュールが、(a)該離脱失敗値が該真値を示すと判定するときに、該コマンドモジュールは、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して該持続的気道陽圧を増加させることを該制御モジュールに命令し、(b)該離脱失敗値が該偽値を示すと判定するときに、該コマンドモジュールは、抜管閾値圧力に到達するまで該持続的気道陽圧を周期的に減少させる、項目1に記載の人工呼吸器システム。
(項目13)
前記高圧が、(a)高圧閾値未満であるときに、前記コマンドモジュールは、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、該高圧に基づいて前記持続的気道陽圧を調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)該高圧閾値以上であるときに、該コマンドモジュールは、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、気道圧解放換気離脱を調整することを該制御モジュールに命令する、項目12に記載の人工呼吸器システム。
(項目14)
肺窮迫症を示す患者を支援する際に臨床医によって使用するための人工呼吸器であって、
データネットワークと電気的にともに連通しているディスプレイと入力デバイスとメモリとを含むコントローラであって、少なくとも2つの弁と、該患者と連通している供給ポートおよび排気ポートとを含む、ガスネットワークと流体連通している加圧ガス源を組み込む、コントローラと、
該データネットワークと連通している複数のセンサであって、該排気ポートおよび供給ポートのうちの少なくとも1つと連通している少なくとも1つの酸素飽和度センサと、少なくとも1つのカプノメータと少なくとも1つの圧力計と少なくとも1つのガス流量計とを含む、複数のセンサと、
該メモリに常駐するコマンドルーチンであって、該加圧ガス源および該弁のうちの少なくとも1つを調整可能に作動させて、該ガスネットワークにおいて少なくとも1つの圧力、体積及び流量を確立するために、該コントローラを駆動するように動作する、コマンドルーチンと、を備え、
該コマンドルーチンは、該臨床医が(i)自動初期化設定、ならびに(ii)(a)呼気終末陽圧量、(b)SpO2量、(c)etCO2量、(d)FiO2量、(e)高圧、(f)低圧、(g)高時間、(h)低時間、(i)圧力増分、(j)時間増分、(k)1回換気量、(l)機械呼吸頻度、(m)圧力−容量勾配、(n)誘起圧力、および(o)閉塞圧を含むメモリに記憶されるパラメータの少なくとも1つ、つまり(i)並びに(ii)、のうちの少なくとも1つを該入力デバイスを介して設定入力するために、該ディスプレイにプロンプトを表示し、
該コマンドルーチンは、該複数のセンサと連通して、(i)患者SpO2量、(ii)患者etCO2量、(iii)最大呼気流量、(iv)呼気終末肺容量、および(v)自発呼吸頻度のうちの少なくとも1つの患者の実データ配列要素を測定し、
該コマンドルーチンは、該患者の実データ配列を該設定のうちの少なくとも1つと比較し、該設定のうちの少なくとも1つであるSpO2目標値、etCO2目標値、および最適呼気終末肺容量のうちの少なくとも1つを計算する、人工呼吸器。
(項目15)
前記患者SpO2量が前記SpO2目標値未満である場合に、前記コマンドルーチンは、前記複数のセンサと連通し、前記患者の実データ配列を確認して、最適呼気終末肺容量値を計算し、
該最適呼気終末肺容量値が、(a)最適呼気終末肺容量閾値以上である場合に、該コマンドルーチンは、酸素供給値を真値を示すように設定し、(b)最適呼気終末肺容量閾値未満である場合に、該コマンドルーチンは、(i)該複数のセンサにポーリングして、前記最大呼気流量を測定し、ガス流の打切りを測定し、かつガス流の減速角度を計算して前記時間増分のうちの1つを選択し、(ii)補充値を真値を示すように設定し、および(iii)前記加圧ガス源および前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、該選択した時間増分を適用することによって前記低時間を減少させることを前記コントローラに命令する、項目14に記載の人工呼吸器。
(項目16)
前記患者etCO2量が前記etCO2目標値未満であり、前記自発呼吸頻度が機械呼吸頻度未満であり、前記高時間が高時間閾値未満である場合に、前記高圧が判定され、
該高圧が、(a)高圧閾値未満であると判定された場合に、前記コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分および圧力増分だけ、前記高時間および前記高圧のうちの少なくとも1つを増加させることによって、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)該高圧閾値以上であると判定された場合に、該コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分だけ、該高時間のうちの少なくとも1つを増加させることによって、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを該制御モジュールに命令する、項目14に記載の人工呼吸器。
(項目17)
前記患者etCO2量が前記etCO2目標値未満であり、前記自発呼吸頻度が機械呼吸頻度以上であり、前記高時間が高時間閾値以上である場合に、前記高圧が判定され、
前記高圧が、(a)高圧閾値以上であると判定された場合に、前記コマンドモジュールは、補充値を真値を示すように設定すること、および少なくとも1つのそれぞれの時間増分だけ該高時間を変更することによって、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)該高圧閾値未満であると判定された場合に、該コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分および圧力増分だけ、該高時間を減少させ、該高圧を増加させることによって、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを該制御モジュールに命令する、項目14に記載の人工呼吸器。
(項目18)
臨床医に呼吸窮迫症を示す患者に換気を行なうための手段であって、
患者に加圧ガスを連通するため、および該患者からガスを排出するための手段と、
情報を表示するための手段、該臨床医から入力を受信するための手段、および情報を記憶するための手段を含む、供給手段を制御するための手段と、
該供給手段によって該患者に連通される該ガスの物理的状態を検出するための複数の手段であって、(a)圧力を検出するための少なくとも1つの手段、(b)体積流量を検出するための少なくとも1つの手段、(c)酸素の濃度を検出するための少なくとも1つの手段、および(d)二酸化炭素の濃度を検出するための少なくとも1つの手段とを含む、複数の手段と、
可変加圧体積流量によって該加圧ガスを調整可能に連通するため、および該ガスの該物
理的状態を検出するために、前記制御するための手段に指示するための手段であって、該指示手段は該情報を記憶するための手段に存在する、手段とを備え、
該表示するための手段は、該臨床医に対して、(i)自動初期化設定、ならびに(ii)(a)呼気終末陽圧量、(b)SpO2量、(c)etCO2量、(d)FiO2量、(e)高圧、(f)低圧、(g)高時間、(h)低時間、(i)圧力増分、(j)時間増分、(k)1回換気量、(l)機械呼吸頻度、(m)圧力−容量勾配、(n)誘起圧力、および(o)閉塞圧を含む該記憶するための手段内に保持されたパラメータの少なく一つ、つまり(i)ならびに(ii)のうちの少なくとも1つを設定入力する手段を含み、
該指示するための手段は、該臨床医から該設定を受信し、該供給するための手段を作動させて、該FiO2量、該高圧と低圧、該高時間と低時間によって特徴付けられる物理的状態を有する患者への該加圧ガス供給を連通することを該制御するための手段に命令し、
該指示するための手段は、該複数の検出するための手段のうちの1つと連通し、(i)患者SpO2量、(ii)患者etCO2量、(iii)最大呼気流量、(iv)呼気終末肺容量、および(v)自発呼吸頻度のうちの少なくとも1つの患者の実データ配列要素を測定し、
該制御するための手段は、該患者の実データ配列を該設定のうちの少なくとも1つと比較し、該設定のうちの少なくとも1つであるSpO2目標値、etCO2目標値、および最適呼気終末肺容量のうちの少なくとも1つを計算する、換気を行なうための手段。
(項目19)
前記患者etCO2量が前記etCO2目標値未満であり、前記自発呼吸頻度が機械呼吸頻度未満であり、前記高時間が高時間閾値未満である場合に、前記高圧が判定され、
該高圧が、(a)高圧閾値未満であると判定された場合に、前記コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分および圧力増分だけ、該高時間および該高圧のうちの少なくとも1つを増加させることによって、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)該高圧閾値以上であると判定された場合に、該コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分だけ、該高時間のうちの少なくとも1つを増加させることによって、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを該制御モジュールに命令する、項目18に記載の換気を行なうための手段。
(項目20)
前記患者etCO2量が前記etCO2目標値未満であり、前記自発呼吸頻度が受信された機械呼吸頻度以上であり、前記高時間が高時間閾値以上である場合に、前記高圧が判定され、
前記高圧が、(a)高圧閾値以上であると判定された場合に、前記コマンドモジュールは、補充値を真値を示すように設定すること、および少なくとも1つのそれぞれの時間増分だけ該高時間を変更することによって、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)該高圧閾値未満であると判定されたときに、該コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分および圧力増分だけ、該高時間を減少させ、該高圧を増加させることによって、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを該制御モジュールに命令する、項目18に記載の換気を行なうための手段。
(項目21)
(i)自動初期化設定、ならびに(ii)FiO2閾値、SpO2閾値、自発的1回換気量、分時換気量、および気道閉塞圧を確立する既定の離脱失敗基準をさらに含む少なくとも1つのパラメータのうちの少なくとも1つをさらに備え、
前記命令するための手段は、前記検出するための手段と連通し、実際の値を測定して、該既定の離脱失敗基準のうちの少なくとも1つと比較して離脱失敗値が真値または偽値のいずれを示すかを判定し、
該命令するための手段が、(a)該離脱失敗値が真値を示すと判定するときに、該命令するための手段は、前記供給するための手段を調整して、圧力増分だけ前記高圧を増加させるため、および時間増分だけ前記高時間を減少させるために、前記制御するための手段に指示し、(b)該離脱失敗値が偽値を示すと判定するときに、該命令するための手段は、該供給するための手段を調整して圧力増分だけ該高圧を減少させることを該制御するための手段に命令することによって、周期的離脱を繰り返し開始する、項目18に記載の換気を行なうための手段。
(項目22)
前記命令するための手段が別の周期的離脱を開始するたびに、該命令するための手段は、前記高圧を確認し、持続的気道陽圧閾値が検出されるまで前記サイクルを継続して、該命令するための手段が持続的気道陽圧値を真値を示すように設定することを可能にする、項目21に記載の換気を行なうための手段。
(項目23)
(i)自動初期化設定、ならびに(ii)FiO2閾値、SpO2閾値、自発的1回換気量、分時換気量、および気道閉塞圧を確立する既定の離脱失敗基準をさらに含む少なくとも1つのパラメータのうちの少なくとも1つをさらに備え、
前記命令するための手段は、前記検出するための手段と連通し、実際の値を測定して、該既定の離脱失敗基準のうちの少なくとも1つと比較して離脱失敗値が真値または偽値のいずれを示すかを判定し、
該命令するための手段が、(a)該離脱失敗値が真値を示すと判定する場合に、該命令するための手段は、前記供給するための手段を調整して前記持続的気道陽圧を増加させることを前記制御するための手段に指示し、(b)該離脱失敗値が偽値を示すと判定する場合に、該命令するための手段は、抜管閾値圧力に到達するまで該持続的気道陽圧を周期的に減少させる、項目18に記載の換気を行なうための手段。
図面の簡単な説明
図1 図1は、本発明による人工呼吸器およびシステムを示す。
図2 図2は、図1の人工呼吸器およびシステムの動作の概略図を示す。
図3 図3aおよび3bは、図1の人工呼吸器およびシステムの動作のOEELVモードの概略図である。
図4 図4は、図1の人工呼吸器およびシステムの動作のモジュール間の相互関係の概略図を示す。
図5 図5は、図1の人工呼吸器およびシステムの動作の酸素供給モードの概略図を示す。
図6 図6は、図1の人工呼吸器およびシステムの動作の補充モードの概略図である。
図7 図7は、図1の人工呼吸器およびシステムの動作の換気モードの概略図である。
図8 図8は、図1の人工呼吸器およびシステムの動作の初期離脱モードの概略図である。
図9 図9は、図1の人工呼吸器およびシステムの動作のARPV離脱モードの概略図である。
図10 図10は、図1の人工呼吸器およびシステムの動作のCPAP離脱モードの概略図である。
図11 図11は、図1の人工呼吸器およびシステムの動作のOEELVモードおよび評価の面積図である。
図12 図12は、図1の人工呼吸器およびシステムの動作のOEILVモードおよび評価の面積図である。
図13 図13は、図1の人工呼吸器およびシステムの動作の自発モードおよび評価の面積図である。
図14 図14は、気道圧解放換気に関する、概略的な気道内圧対時間のトレース図である。
図15 図15は、換気の吸気P(高)相中の気道内圧対時間のトレース図である。
図16 図16は、その吸気部から呼気部への変移を図示する、気道容量対圧力の曲線である。
図17 図17は、気道圧解放換気に関する、吸気および呼気ガス流対時間のトレース図である。
図18 図18は、呼気ガス流対時間のトレース図である。
図19 図19は、トレース図の形状の基づいた、流動パターンが正常であるか、制限的であるか、または閉塞性であるかどうかの判定を図示する、一式の呼気ガス流対時間のトレース図である。
図20 図20は、圧力P(高)の連続低減およびT(高)の略同時増加による換気離脱を図示する、一式の気道内圧対時間のトレース図である。
本発明の実施形態は、人工呼吸器および人工呼吸器システムの使用ならびにそれらの操作方法を伴う、多くの呼吸補助用途での使用に好適である。本発明の人工呼吸器およびシステムならびに操作方法の種々の構成および能力は、ほぼあらゆる考えられる呼吸補助用途および/または要件に適応するように修正することができる。本明細書で説明される、新規の人工呼吸器、システム、ならびに使用および操作方法の特徴および構成要素の配設、能力、および適合性は、任意の特定の救急および/または日常的診療、および/または病院、介護、または在宅介護の用途または状況に適するために、必要に応じて、本発明の原則に従って容易に修正することができる。加えて、そのような本発明の人工呼吸器、システム、および方法は、陽圧または陰圧呼吸補助デバイスを含むがそれらに限定されない、ほぼ全ての種類の換気機器との使用に好適である。
Claims (23)
- 臨床医の指導の下で患者の呼吸機能を補助するための人工呼吸器システムであって、
データ回路および複数の弁と供給ポートと排気ポートとを有するガス回路と連通して、加圧ガスを該患者に連通している、供給ポンプおよび制御モジュールであって、該制御モジュールは、該データ回路と連通しているディスプレイと入力デバイスとメモリとを含む、供給ポンプおよび制御モジュールと、
該データ回路と連通しているセンサ配列であって、該排気ポートおよび供給ポートのうちの少なくとも1つと連通している、少なくとも1つのパルス酸素濃度計と、少なくとも1つのカプノメータと、少なくとも1つの圧力センサと、少なくとも1つの流量計とを含む、センサ配列と、
該メモリに常駐するコマンドモジュールであって、該供給ポンプおよび該複数の弁を調整可能に作動させて、ガス回路において少なくとも1つの圧力、体積、及び流量を確立することを該制御モジュールに命令するように動作可能である、コマンドモジュールと、
該メモリに常駐する少なくとも1つの初期化パラメータデータベースであって、該ディスプレイと連通可能であり、かつ、(a)呼気終末陽圧、(b)SpO2量、(c)etCO2量、(d)FiO2量、(e)高圧、(f)低圧、(g)高時間、(h)低時間、(i)圧力増分、(j)時間増分、(k)1回換気量、(l)機械呼吸頻度、(m)圧力−容量勾配、(n)誘起圧力、および(o)閉塞圧を含む少なくとも1つのモデル患者データ配列要素を記憶する、初期化パラメータデータベースと、
を備え、
該コマンドモジュールは、該センサ配列要素と連通して、(i)患者SpO2量、(ii)患者etCO2量、(iii)最大呼気流量、(iv)呼気終末肺容量、および(v)自発呼吸頻度のうちの少なくとも1つの患者の実データ配列要素を測定し、
該コマンドモジュールは、該患者の実データ配列を該少なくとも1つのモデル患者データ配列と比較し、該供給ポンプを調整して、該少なくとも1つのモデル患者データ配列であるSpO2目標値、etCO2目標値、および最適呼気終末肺容量の少なくとも一つを達成する、人工呼吸器システム。 - 前記患者SpO2量が前記SpO2目標値未満である場合に、前記コマンドモジュールは、前記センサ配列と連通し、前記患者の実データ配列を確認して、高圧を確認し、
該高圧が高圧閾値以上であるときに、該コマンドモジュールはFiO2値を判定し、(a)該FiO2値がFiO2閾値以上であるときに、前記制御モジュールが、圧力増分だけ前記高圧を増加させるように、および時間増分だけ前記高時間を増加させるように、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整し、および(b)該FiO2値が該FiO2閾値未満であるときに、該制御モジュールが、該FiO2量を増加させるように、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整する、請求項1に記載の人工呼吸器システム。 - 前記患者SpO2量が前記SpO2目標値以上である場合に、前記コマンドモジュールは、前記センサ配列と連通し、前記患者の実データ配列を確認して、FiO2値を確認し、
(a)該FiO2値がFiO2閾値以上であるときに、該コマンドモジュールは、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して該FiO2量を減少させることを前記制御モンジュールに命令し、および(b)該FiO2値が該FiO2閾値未満であるときに、該コマンドモジュールは初期離脱値を真値を示すように設定する、請求項1に記載の人工呼吸器システム。 - 前記患者SpO2量が前記SpO2目標値未満である場合に、前記コマンドモジュールは、前記センサ配列と連通し、前記患者の実データ配列を確認して、補充値が真値または偽値のいずれを示すかを判定し、
該補充値が、(i)真値を示すときに、前記制御モジュールは臨床医警報信号を生成し、(ii)偽値を示すときに、該制御モジュールは、(a)圧力増分だけ前記高圧を増加させ、(b)時間増分だけ前記高時間を増加させ、および(c)別の時間増分だけ前記低時間を調整するために、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整する、請求項1に記載の人工呼吸器システム。 - 前記患者SpO2量が前記SpO2目標値未満である場合に、前記コマンドモジュールは、前記センサ配列と連通し、前記患者の実データ配列を確認して、最適呼気終末肺容量値を計算し、
該最適呼気終末肺容量値が、(a)最適呼気終末肺容量閾値以上である場合に、該コマンドモジュールは、酸素供給値を真値を示すように設定し、(b)最適呼気終末肺容量閾値未満である場合に、該コマンドモジュールは、(i)該センサ配列にポーリングして、前記最大呼気流量を測定し、ガス流の打切りを測定し、かつガス流の減速角度を計算して前記時間増分のうちの1つを選択し、(ii)補充値を真値を示すように設定し、および(iii)前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、該選択した時間増分を適用することによって前記低時間を減少させることを前記制御モジュールに命令する、請求項1に記載の人工呼吸器システム。 - 前記患者etCO2量が前記etCO2目標値未満であり、前記自発呼吸頻度が機械呼吸頻度未満であり、前記高時間が高時間閾値未満である場合に、前記高圧が判定され、
該高圧が、(a)高圧閾値未満であると判定された場合に、前記コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分および圧力増分だけ、該高時間および該高圧のうちの少なくとも1つを増加させることによって、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)該高圧閾値以上であると判定された場合に、該コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分だけ、該高時間のうちの少なくとも1つを増加させることによって、該供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを該制御モジュールに命令する、請求項1に記載の人工呼吸器システム。 - 前記患者etCO2量が前記etCO2目標値未満であり、前記自発呼吸頻度が機械呼吸頻度以上であり、前記高時間値が高時間閾値以上である場合に、前記高圧が判定され、
前記高圧が、(a)高圧閾値以上であると判定された場合に、前記コマンドモジュールは、補充値を真値を示すように設定するように、および少なくとも1つのそれぞれの時間増分だけ該高時間を変更することによって、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)高圧閾値未満であると判定された場合に、該コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分および圧力増分だけ、該高時間を減少させ、該高圧を増加させることによって、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整するために該制御モジュールに命令する、請求項1に記載の人工呼吸器システム。 - 前記制御モジュールは、前記患者etCO2量が前記etCO2目標値以上であると検出し、前記コマンドモジュールは、自発呼吸頻度を確認するようにサンプリングし、
(a)該自発呼吸頻度が、自発呼吸頻度閾値未満であるときに、該コマンドモジュールは、多呼吸値を確認し、該多呼吸目標値が真値を示す場合に、該コマンドモジュールは、換気値を真値を示すように設定することが可能であり、
(b)該自発呼吸頻度が、自発呼吸頻度閾値以上であるときに、該コマンドモジュールは、無呼吸値を確認し、(i)該無呼吸値が、真値を示すときに、該コマンドモジュールが換気値を真値を示すように設定することを可能にし、(ii)該無呼吸値が、偽値を示すときに、該コマンドモジュールは、気道圧解放換気離脱値を真値を示すように設定することが可能である、請求項1に記載の人工呼吸器システム。 - 前記制御モジュールは、前記患者etCO2量が前記etCO2目標値以上であると検出し、前記コマンドモジュールは、前記高圧をサンプリングし、高圧値を設定し、前記自発呼吸頻度をサンプリングし、
該コマンドモジュールが、該自発頻度が自発頻度閾値以上であり、かつ、該高圧値が高圧閾値以上であると検出する場合に、該コマンドモジュールは、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、圧力増分だけ該高圧を減少させるため、および時間増分だけ前記高時間を増加させることを該制御モジュールに命令することによって離脱を開始させる、請求項1に記載の人工呼吸器システム。 - FiO2閾値、SpO2閾値、自発的1回換気量、分時換気量、および気道閉塞圧を確立する、既定の離脱失敗基準をさらに含む、前記少なくとも1つのモデル患者データ配列をさらに備え、
前記コマンドモジュールは、前記データ回路と連通して、前記センサ配列をサンプリングし、前記患者の実データ配列要素のうちの少なくとも1つを測定し、該要素を該既定の離脱失敗基準と比較して離脱失敗値が真値または偽値のいずれであるかを示すかを判定し、
該コマンドモジュールが、(a)該離脱失敗値が該真値を示すときに、該コマンドモジュールは、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、圧力増分だけ前記高圧を減少させること、および時間増分だけ前記高時間を増加させることを前記制御モジュールに命令し、(b)該離脱失敗値が該偽値を示すときに、該コマンドモジュールは、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、圧力および時間増分だけ該高圧および高時間を減少させることを該制御モジュールに命令することによって、周期的離脱を繰り返し開始する、請求項1に記載の人工呼吸器システム。 - 前記コマンドモジュールが別の周期的離脱を開始するたびに、該コマンドモジュールは、持続的気道陽圧閾値に到達するまで前記高圧を確認して、該コマンドモジュールが持続的気道陽圧値を真値を示すように設定することを可能にする、請求項10に記載の人工呼吸器システム。
- 既定の持続的気道陽圧と、FiO2閾値、SpO2閾値、自発的1回換気量、分時換気量、および気道閉塞圧を確立する既定の離脱失敗基準とをさらに含む、前記少なくとも1つのモデル患者データ配列をさらに備え、
前記コマンドモジュールは、前記データ回路と連通して、前記センサ配列をサンプリングし、該患者の実データ配列要素のうちの少なくとも1つを測定し、該要素を該既定の離脱失敗基準と比較して離脱失敗値が真値または偽値のいずれを示すかを判定し、
該コマンドモジュールが、(a)該離脱失敗値が該真値を示すと判定するときに、該コマンドモジュールは、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して該持続的気道陽圧を増加させることを該制御モジュールに命令し、(b)該離脱失敗値が該偽値を示すと判定するときに、該コマンドモジュールは、抜管閾値圧力に到達するまで該持続的気道陽圧を周期的に減少させる、請求項1に記載の人工呼吸器システム。 - 前記高圧が、(a)高圧閾値未満であるときに、前記コマンドモジュールは、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、該高圧に基づいて前記持続的気道陽圧を調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)該高圧閾値以上であるときに、該コマンドモジュールは、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、気道圧解放換気離脱を調整することを該制御モジュールに命令する、請求項12に記載の人工呼吸器システム。
- 肺窮迫症を示す患者を支援する際に臨床医によって使用するための人工呼吸器であって、
データネットワークと電気的にともに連通しているディスプレイと入力デバイスとメモリとを含むコントローラであって、少なくとも2つの弁と、該患者と連通している供給ポートおよび排気ポートとを含む、ガスネットワークと流体連通している加圧ガス源を組み込む、コントローラと、
該データネットワークと連通している複数のセンサであって、該排気ポートおよび供給ポートのうちの少なくとも1つと連通している少なくとも1つの酸素飽和度センサと、少なくとも1つのカプノメータと少なくとも1つの圧力計と少なくとも1つのガス流量計とを含む、複数のセンサと、
該メモリに常駐するコマンドルーチンであって、該加圧ガス源および該弁のうちの少なくとも1つを調整可能に作動させて、該ガスネットワークにおいて少なくとも1つの圧力、体積及び流量を確立するために、該コントローラを駆動するように動作する、コマンドルーチンと、を備え、
該コマンドルーチンは、該臨床医が(i)自動初期化設定、ならびに(ii)(a)呼気終末陽圧量、(b)SpO2量、(c)etCO2量、(d)FiO2量、(e)高圧、(f)低圧、(g)高時間、(h)低時間、(i)圧力増分、(j)時間増分、(k)1回換気量、(l)機械呼吸頻度、(m)圧力−容量勾配、(n)誘起圧力、および(o)閉塞圧を含むメモリに記憶されるパラメータの少なくとも1つ、つまり(i)並びに(ii)のうちの少なくとも1つを該入力デバイスを介して設定入力するために、該ディスプレイにプロンプトを表示し、
該コマンドルーチンは、該複数のセンサと連通して、(i)患者SpO2量、(ii)患者etCO2量、(iii)最大呼気流量、(iv)呼気終末肺容量、および(v)自発呼吸頻度のうちの少なくとも1つの患者の実データ配列要素を測定し、
該コマンドルーチンは、該患者の実データ配列を該設定のうちの少なくとも1つと比較し、該設定のうちの少なくとも1つであるSpO2目標値、etCO2目標値、および最適呼気終末肺容量のうちの少なくとも1つを計算する、人工呼吸器。 - 前記患者SpO2量が前記SpO2目標値未満である場合に、前記コマンドルーチンは、前記複数のセンサと連通し、前記患者の実データ配列を確認して、最適呼気終末肺容量値を計算し、
該最適呼気終末肺容量値が、(a)最適呼気終末肺容量閾値以上である場合に、該コマンドルーチンは、酸素供給値を真値を示すように設定し、(b)最適呼気終末肺容量閾値未満である場合に、該コマンドルーチンは、(i)該複数のセンサにポーリングして、前記最大呼気流量を測定し、ガス流の打切りを測定し、かつガス流の減速角度を計算して前記時間増分のうちの1つを選択し、(ii)補充値を真値を示すように設定し、および(iii)前記加圧ガス源および前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整して、該選択した時間増分を適用することによって前記低時間を減少させることを前記コントローラに命令する、請求項14に記載の人工呼吸器。 - 前記患者etCO2量が前記etCO2目標値未満であり、前記自発呼吸頻度が機械呼吸頻度未満であり、前記高時間が高時間閾値未満である場合に、前記高圧が判定され、
該高圧が、(a)高圧閾値未満であると判定された場合に、前記コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分および圧力増分だけ、前記高時間および前記高圧のうちの少なくとも1つを増加させることによって、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)該高圧閾値以上であると判定された場合に、該コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分だけ、該高時間のうちの少なくとも1つを増加させることによって、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを該制御モジュールに命令する、請求項14に記載の人工呼吸器。 - 前記患者etCO2量が前記etCO2目標値未満であり、前記自発呼吸頻度が機械呼吸頻度以上であり、前記高時間が高時間閾値以上である場合に、前記高圧が判定され、
前記高圧が、(a)高圧閾値以上であると判定された場合に、前記コマンドモジュールは、補充値を真値を示すように設定すること、および少なくとも1つのそれぞれの時間増分だけ該高時間を変更することによって、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)該高圧閾値未満であると判定された場合に、該コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分および圧力増分だけ、該高時間を減少させ、該高圧を増加させることによって、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを該制御モジュールに命令する、請求項14に記載の人工呼吸器。 - 臨床医に呼吸窮迫症を示す患者に換気を行なうための手段であって、
患者に加圧ガスを連通するため、および該患者からガスを排出するための手段と、
情報を表示するための手段、該臨床医から入力を受信するための手段、および情報を記憶するための手段を含む、供給手段を制御するための手段と、
該供給手段によって該患者に連通される該ガスの物理的状態を検出するための複数の手段であって、(a)圧力を検出するための少なくとも1つの手段、(b)体積流量を検出するための少なくとも1つの手段、(c)酸素の濃度を検出するための少なくとも1つの手段、および(d)二酸化炭素の濃度を検出するための少なくとも1つの手段とを含む、複数の手段と、
可変加圧体積流量によって該加圧ガスを調整可能に連通するため、および該ガスの該物理的状態を検出するために、前記制御するための手段に指示するための手段であって、該指示手段は該情報を記憶するための手段に存在する、手段と
を備え、
該表示するための手段は、該臨床医に対して、(i)自動初期化設定、ならびに(ii)(a)呼気終末陽圧量、(b)SpO2量、(c)etCO2量、(d)FiO2量、(e)高圧、(f)低圧、(g)高時間、(h)低時間、(i)圧力増分、(j)時間増分、(k)1回換気量、(l)機械呼吸頻度、(m)圧力−容量勾配、(n)誘起圧力、および(o)閉塞圧を含む該記憶するための手段内に保持されたパラメータの少なく一つ、つまり(i)ならびに(ii)のうちの少なくとも1つを設定入力させる手段を含み、
該指示するための手段は、該臨床医から該設定を受信し、該供給するための手段を作動させて、該FiO2量、該高圧と低圧、該高時間と低時間によって特徴付けられる物理的状態を有する患者への該加圧ガス供給を連通することを該制御するための手段に命令し、
該指示するための手段は、該複数の検出するための手段のうちの1つと連通し、(i)患者SpO2量、(ii)患者etCO2量、(iii)最大呼気流量、(iv)呼気終末肺容量、および(v)自発呼吸頻度のうちの少なくとも1つの患者の実データ配列要素を測定し、
該制御するための手段は、該患者の実データ配列を該設定のうちの少なくとも1つと比較し、該設定のうちの少なくとも1つであるSpO2目標値、etCO2目標値、および最適呼気終末肺容量のうちの少なくとも1つを計算する、換気を行なうための手段。 - 前記患者etCO2量が前記etCO2目標値未満であり、前記自発呼吸頻度が機械呼吸頻度未満であり、前記高時間が高時間閾値未満である場合に、前記高圧が判定され、
該高圧が、(a)高圧閾値未満であると判定された場合に、前記コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分および圧力増分だけ、該高時間および該高圧のうちの少なくとも1つを増加させることによって、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)該高圧閾値以上であると判定された場合に、該コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分だけ、該高時間のうちの少なくとも1つを増加させることによって、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを該制御モジュールに命令する、請求項18に記載の換気を行なうための手段。 - 前記患者etCO2量が前記etCO2目標値未満であり、前記自発呼吸頻度が受信された機械呼吸頻度以上であり、前記高時間が高時間閾値以上である場合に、前記高圧が判定され、
前記高圧が、(a)高圧閾値以上であると判定された場合に、前記コマンドモジュールは、補充値を真値を示すように設定すること、および少なくとも1つのそれぞれの時間増分だけ該高時間を変更することによって、前記供給ポンプおよび前記複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを前記制御モジュールに命令し、(b)該高圧閾値未満であると判定されたときに、該コマンドモジュールは、少なくとも1つのそれぞれの時間増分および圧力増分だけ、該高時間を減少させ、該高圧を増加させることによって、該供給ポンプおよび該複数の弁のうちの少なくとも1つを調整することを該制御モジュールに命令する、請求項18に記載の換気を行なうための手段。 - (i)自動初期化設定、ならびに(ii)FiO2閾値、SpO2閾値、自発的1回換気量、分時換気量、および気道閉塞圧を確立する既定の離脱失敗基準をさらに含む少なくとも1つのパラメータのうちの少なくとも1つをさらに備え、
前記命令するための手段は、前記検出するための手段と連通し、実際の値を測定して、該既定の離脱失敗基準のうちの少なくとも1つと比較して離脱失敗値が真値または偽値のいずれを示すかを判定し、
該命令するための手段が、(a)該離脱失敗値が真値を示すと判定するときに、該命令するための手段は、前記供給するための手段を調整して、圧力増分だけ前記高圧を増加させるため、および時間増分だけ前記高時間を減少させるために、前記制御するための手段に指示し、(b)該離脱失敗値が偽値を示すと判定するときに、該命令するための手段は、該供給するための手段を調整して圧力増分だけ該高圧を減少させることを該制御するための手段に命令することによって、周期的離脱を繰り返し開始する、請求項18に記載の換気を行なうための手段。 - 前記命令するための手段が別の周期的離脱を開始するたびに、該命令するための手段は、前記高圧を確認し、持続的気道陽圧閾値が検出されるまで前記サイクルを継続して、該命令するための手段が持続的気道陽圧値を真値を示すように設定することを可能にする、請求項21に記載の換気を行なうための手段。
- (i)自動初期化設定、ならびに(ii)FiO2閾値、SpO2閾値、自発的1回換気量、分時換気量、および気道閉塞圧を確立する既定の離脱失敗基準をさらに含む少なくとも1つのパラメータのうちの少なくとも1つをさらに備え、
前記命令するための手段は、前記検出するための手段と連通し、実際の値を測定して、該既定の離脱失敗基準のうちの少なくとも1つと比較して離脱失敗値が真値または偽値のいずれを示すかを判定し、
該命令するための手段が、(a)該離脱失敗値が真値を示すと判定する場合に、該命令するための手段は、前記供給するための手段を調整して前記持続的気道陽圧を増加させることを前記制御するための手段に指示し、(b)該離脱失敗値が偽値を示すと判定する場合に、該命令するための手段は、抜管閾値圧力に到達するまで該持続的気道陽圧を周期的に減少させる、請求項18に記載の換気を行なうための手段。
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