JP2015503380A - 呼吸配送の補償 - Google Patents

Abstract

本発明は、呼吸配送のためのシステムを使用して、患者の人工呼吸の最中にガスを配送する方法に関する。ガス配送に係る本方法は、現在の呼吸配送フェイズにおいて、ガス圧縮損失およびガス漏れ損失をリアルタイムに補償することを含む。本発明は、さらに、呼吸配送のためのシステムに関する。なお、さらに、本発明は、呼吸配送のためのシステムを使用して、患者の人工呼吸の最中にガスを配送するように適合された、コンピュータで実施される方法に関する。

Description

本発明は、呼吸配送（ｂｒｅａｔｈ ｄｅｌｉｖｅｒｙ）の補償のための方法及び装置に関する。本方法およびシステムは、麻酔用人工呼吸器における容量（ｖｏｌｕｍｅ）人工呼吸モードのために使用することができる。ＩＣＵでの人工呼吸器、患者の肺へ正確な容量を配送することが要求される他の人工呼吸器にも同様に使用することができる。

患者が、人口呼吸システムに接続されている必要がある場合、例えば手術の最中又は昏睡状態に陥っている場合、または、他のあらゆる理由のために呼吸補助が必要である場合に、患者にシステムが取り付けられる。換気装置（ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒ）が容量コントロールモードで動作している場合、患者に対する配送のための処方された一回換気量（ｔｉｄａｌ ｖｏｌｕｍｅ）が指定される。しかしながら、患者の肺の中の圧力はガスが換気装置によって導入されたときに増加しする。このことは、配管系の圧力が肺の中の圧力より大きい場合にだけ起こり得ることである。従って、配管系は、患者の肺にガスを配送するために、加圧される必要がある。加圧するプロセスは、ある量のガスが配管系に対して配送されることを要する。従って、既定の量のガスを患者の肺に対して配送するために、換気装置は、既定の量のガスに加えて、配管系から患者の肺にガスを運ぶために必要なレベルまで配管系を加圧するのに要する量のガスを配送する必要がある。

米国特許第６１４２１５０号は、ガス配送コンセプトの一つのタイプを開示している。

本発明の発明者は、人工呼吸システムの改善は有益であり、それは本発明の結果として案出されたものであることを正しく理解している。

米国特許第６１４２１５０号明細書

一般的に、いくつかのシステムにおいては、オペレータがシステムに対して処方された一回換気量を入力する。最初は、患者配管系に対して処方された一回換気量だけしか配送されないので、患者は、処方された一回換気量より少ない量を受け取る。換気装置によって配送された容量のいくつかは、システムの患者配管圧縮空気コンプライアンスを加圧するために使用されるからである。つまり、患者配管系にある容量のガスが配送されると、回路内の圧力は増加するが、患者に配送されるガスの容量は処方されたものよりも少ない。患者配管圧縮空気コンプライアンスを加圧するために使用されるガスを補償するために、換気装置は、配送フェイズの終わりに、配管回路のコンプライアンスと最後の吸入圧との掛け算を介して、システムの加圧に関連する容量を決定する。このように、呼吸が完了した後で、配管回路によって使用された容量が、次の患者の吸気における入力容量に加えられる。しかしながら、加えられた容量はピークフロー（Ｐｅａｋ Ｆｌｏｗ）変化の中に転換されてしまうので（吸気時間が一定である必要があるため）、配送フェイズ中の圧力は、新たなレベルまで増加するものの、加えられた容量は、処方された容量の配送を保証するには不十分である。後に続く呼吸の最中にプロセスは繰り返され、配管の容量が再び決定される。何回か繰り返した後で（繰り返し回数は、患者の特性と配管系のコンプライアンスに依存する）、一回換気量が実際に患者に対して配送されるのである。

こうした問題が避けられたシステム及び/又は方法を案出することは有利であろう。また、健康管理者が、患者のための換気システムにおけるガス損失について素早い補償を実行するシステムを使えるようにすることも望ましいであろう。一般的に、本発明は、一つまたはそれ以上の上記の欠点を単独で又はあらゆる組合せにおいて、軽減し、緩和し、または、除去することを望ましくは追及するものである。特に、従来技術に係る上記の問題または他の問題を解決する方法を提供することが、本発明の目的である。

一つまたはそれ以上のこれらの問題をより上手く取り扱うために、本発明の第１の態様において、患者の人工呼吸の最中にガスを配送する方法が説明される。本方法は、呼吸配送のためのシステムを使用する。本システムは、ガス補充された吸気の最中に患者に対してガスを運搬するためのガス配送システムの出口に接続された患者配管システムと、ガス流れを検出するために前記出口に接続された流れセンサと、前記患者配管システムに接続された患者配管システム圧力センサであり、ガスの圧力を検出し、検出されたガスの圧力を表わす患者配管システム圧力信号を提供するセンサと、前記センサに接続され、センサからの圧力および流れ信号を受け取るように動作可能であるプロセッサであり、受け取った圧力および流れ信号を使用して、決定するように動作可能なプロセッサと、を含んでいる。本方法は、一つのサンプルにおいて、前記流れセンサから流れ情報を取得するステップと、前記一つのサンプルにおいて、前記患者配管システム圧力センサから圧力情報を取得するステップと、一つのサンプルに対して、前記流れセンサからの流れ情報および前記患者配管システム圧力センサからの圧力情報に基づいて、前記患者配管システムの加圧におけるガス損失を補償するために必要なガスの量、および、前記患者配管システムにおける漏れを通じたガス損失の量を計算するステップと、を含んでいる。ガスは、患者配管回路において、または、排気バルブを通じて意図的に、もしくは、気管内チューブ周辺の漏れを通じて、失われ得るものであり、ちょうど患者配管システムと患者との間のインターフェイスにおいて損失されるものではないことに留意する。

本発明の第２の態様は、呼吸配送のためのシステムに関する。本システムは、ガス補充された吸気の最中に患者に対してガスを運搬するためのガス配送システムの出口に接続された患者配管システムと、ガス流れを検出するために前記出口に接続された流れセンサと、ガスの圧力を検出し、検出されたガスの圧力を表わす患者配管システム圧力信号を提供するための前記患者配管システムに接続された患者配管システム圧力センサと、前記センサに接続され、センサからの信号を受け取るように動作可能であり、受け取った信号を使用して、決定するように動作可能なプロセッサと、を含んでいる。前記プロセッサは、一つのサンプルにおいて、前記流れセンサから流れ情報を取得するように構成されており、前記プロセッサは、前記一つのサンプルにおいて、前記患者配管システム圧力センサから圧力情報を取得するように構成されており、前記プロセッサは、一つのサンプルに対して、前記流れセンサからの流れ情報および前記患者配管システム圧力センサからの圧力情報に基づいて、前記患者配管システムの加圧におけるガス損失を補償するために必要なガスの量、および、前記患者配管システムにおける漏れを通じたガス損失の量を計算するように構成されている。上述のように、ガスは、また、患者配管回路において、または、排気バルブを通じて意図的に、もしくは、気管内チューブ周辺の漏れを通じて失われ得るものであり、ちょうど患者配管システムと患者との間のインターフェイスにおいて損失されるものではない。

人工呼吸の最中に、ガス配送システムは、患者配管システムの中にガスを注入し、加圧する。次に、この加圧により、患者の気道の中に、そして究極的には彼／彼女の肺の中に、ガスを送る。容量コントロール換気（Ｖｏｌｕｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）の最中は、既定の流量および既定の持続時間を使用して、患者の肺の中に既定の容量のガスを配送することが目的である。従来技術において使用された技術は、システムにおけるガス損失に対する適切で安定した補償を達成するために一つ以上の呼吸（典型的には多くの呼吸）を必要とする。そして、患者が動揺させられた場合、または、配管システムにおいて外乱が存在する場合には、こうした状況によって生じた不安定さが補償の精度を下げてしまう。本発明は、安定性の状況にかかわらず、配送される所定の呼吸のサンプル毎の補償を実施することによって、こうした問題を解決、または、少なくとも低減する。

第１の態様および第２の態様の両方において、必要とされる補償の計算は、一つのサンプル毎に行われる。

患者配管システムの加圧におけるガス損失および患者配管システムにおける漏れを通じたガス損失を補償するために必要なガスの量を決定した後で、本システムおよび本方法は、患者に対して配送されるガス流れの量を補償するために、これを使用することを含んでいる。代替的な実施例においては、気道入口における流れが、測定される代わりに見積りされてよい。例えば、換気装置の出口にあるセンサを使用してガスの圧縮性による配管内の流れ損失を見積る。漏れを通じたガス損失を見積る。排気流れセンサを通じてガスを測定する。配管回路のリム（ｌｉｍｂ）を通じた流れ見積りを使用した気道入口での圧力、また、これらのリムの抵抗に見積りを使用した圧力、および、それらに関連する圧力降下、である。

有利なことに、第１の態様は、さらに以下の特徴を含んでいる。

有利なことに、ガス損失を補償するために必要なガスの量を計算するステップは、患者配管システムにおける漏れに対する見積りを決定することを含んでいる。患者配管システムは、配管回路、患者の気道、および、患者の肺を含むものである。ガス損失に対する見積りを決定することにより、計算は、これらのガス損失を補償することができ、このことは再び患者のための利益である。これらのガス損失は、患者の動作によって変化し得る。咳または健康管理者によって患者が少し移動された、といったことである。これらのガス損失を一つのサンプル毎に決定することによって、本方法は、補償を、要求されるように速く修正することができる。

有利なことに、本方法は、オペレータがガス流れ目標を提供するステップを含んでいる。本方法は、また、ガス損失を補償するために必要なガスの量を計算するステップを含んでおり、ガス流れ目標に達するための補償を決定することを含んでいる。

有利なことに、本方法は、呼吸ごとに実行される。本方法を各呼吸ごとに実行することによって、ガス損失に対する適切な補償を達成するために患者が一つ以上の呼吸（典型的には多くの呼吸）を待つ必要が無くなる。

有利なことに、補償は、以下の数式に基づいて行われる。
Ｑ_ｔｕｂｅ＝Ｃ_ｔｕｂｅ×ｄＰ_ｙ／ｄｔ、ここで、Ｑ_ｔｕｂｅは配管ガス流れ、Ｃ_ｔｕｂｅは配管コンプライアンス、および、Ｐ_ｙは配管回路ワイ（ｗｙｅ）圧力、ｄＰ_ｙ／ｄｔはＰ_ｙの導関数である。本発明は、この数式を使用して、サンプル間ベースでリアルタイムにＱ_ｔｕｂｅを計算する。この数式を使用して補償が適正に実行されるためにはＰ_ｙが利用可能であることが要求される。また、患者の肺の入り口においてユーザ設定のＰＦを達成するために必要な換気装置の流れ（つまり、Ｑ_Ｌ）が決定される。このように、それぞれのサンプル間隔においてＱ_Ｖが決定される。

有利なことに、配管システム、及び/又は、気道、及び/又は、肺における漏れによる流れ損失に対する補償は、以下の数式を含んでいる。
Ｑ_Ｖ（ｎ）＝ＰＦ（ｎ）＋Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）＋Ｋ_０×（Ｐ_ｙ（ｎ））^ｍ＋Ｋ_１×（Ｐ_ＡＷ（ｎ））^ｍ＋Ｋ_２×（Ｐ_Ｌｕｎｇ（ｎ））^ｍ＋Ｃ_ｔｕｂｅ×ｄＰ_ｙ（ｎ）／ｄｔ、ここで、
−ＰＦ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、ユーザによって設定されたピークフロー波形の値である。
−Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、排気フローセンサの読みの値である。
−Ｋ_０は、コントロール間隔ｎに対する、配管回路の漏れを表わす等価なオリフィス（ｏｒｉｆｉｃｅ）のコンダクタンスである。
−ｍは、指数である（漏れモデルに依存するが、典型的には約０．６である）。
−Ｐ_ｙ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、配管回路圧力の値である。
−Ｋ_１は、コントロール間隔ｎに対する、肺の漏れを表わす等価なオリフィスのコンダクタンスである。、
−Ｐ_ＡＷ（ｎ）＝Ｐ_ｙ（ｎ）−Ｒ_ＥＴ×Ｑ_ＡＷは、コントロール間隔ｎに対する、気道の圧力の値である。
−Ｐ_Ｌｕｎｇ（ｎ）＝Ｐ_ＡＷ（ｎ）−Ｒ_Ｌ×Ｑ_０は、コントロール間隔ｎに対する、肺の圧力の値である。
−Ｐ_ｍｕｓ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、患者の筋肉の圧力である。
−Ｃ_ｔｕｂｅは、配管回路コンプライアンスの値である。
−Ｐ_ｍｕｓ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、患者の筋肉の圧力である。
−ｄＰ_ｙ（ｎ）／ｄｔは、コントロール間隔ｎに対する、配管回路圧力スロープ／導関数の値である。

有利なことに、全体漏れ（Ｔｏｔａｌ ｌｅａｋａｇｅ）に対する補償は、以下の数式を含んでいる。
Ｑ_Ｖ（ｎ）＝Ｑ_ｔｕｂｅ（ｎ）＋Ｑ_Ｌ（ｎ）＋Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）＋Ｑ_{Ｔｏｔａｌ＿ｌｅａｋ}（ｎ）、かつ、
Ｑ_Ｖ（ｎ）＝ＰＦ（ｎ）＋Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）＋Ｋ×（Ｐ_０（ｎ））^ｍ＋Ｃ_ｔｕｂｅ×ｄＰ_ｙ（ｎ）／ｄｔ、ここで、
Ｑ_Ｖ（ｎ）は所望の流れ目標であり、Ｑ_ｔｕｂｅは配管ガス流れであり、Ｑ_Ｌは肺ガス流れ、Ｑ_ｅｘｈは排気ガス流れであり、Ｑ_{Ｔｏｔａｌ＿ｌｅａｋ}はガス流れ全体漏れである。
ここで、Ｑ_{Ｔｏｔａｌ＿ｌｅａｋ}（ｎ）＝Ｋ×（Ｐ_０（ｎ））^ｍであり、ＰＦ（ｎ）はオペレータによって設定されたピークフロー波形の値、Ｋは前記ガス流れ全体漏れを表わす等価なオリフィスのコンダクタンス、Ｐ_０は前記漏れが位置するものと仮定される適切な圧力サイト（ｓｉｔｅ）での圧力、Ｃ_ｔｕｂｅは配管回路コンプライアンス、そして、Ｐ_ｙは配管回路ワイ圧、である。

有利なことに、本発明の第２の態様に従ったシステムは、以下の特徴を含んでいる。

有利なことに、プロセッサまたはプロセッサユニットは、信号プロセッサと汎用プロセッサの組み合わせによって構成されてよい。ここで、前記信号プロセッサは、前記流れセンサ及び前記患者配管システム圧力センサからの信号を取得するように構成されており、かつ、前記汎用プロセッサは、計算を実行するように構成されている。専用の信号プロセッサおよび汎用プロセッサを有することにより、２つの部分のオペレーションが最適化され得る。汎用プロセッサは、あらゆるタイプのプロセッサであってよい。例えば、一般的には、コンピュータプロセッサまたは類似のものである。実施例は、ｘ８６タイプアーキテクチャのプロセッサまたは類似のものを含んでいる。信号プロセッサは、センサからの信号のサンプリング、および、そうした信号の最適な処理を提供する。

有利なことに、システムは、ガス流れの目標を受け取るように構成された入力ユニットを含んでよく、プロセッサは、前記ガス流れの前記目標に達するための補償を決定することを含んで、ガス損失を補償するために必要な前記ガスの量を計算するように適合されている。オペレータ、例えば健康管理者、が、システムに対して配送のための目標値を入力することができれば有利であろう。システムは、そして、最適な補償を計算することができるであろう。入力ユニットは、キーボード、ポインティングデバイス、専用の入力と有線又は無線でシステムに接続されているポータブルデバイス、であってよい。

本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様に従ったシステム上で、本発明の第１の態様に従った方法を実行するように適合された、コンピュータで実施されるプログラムに関する。

一般的に、本発明の範囲内で、あらゆるやり方で本発明の種々の態様が組合され、結合され得る。これら又は他の態様、本発明に係る機能及び/又は利点が、以降に説明される実施例に関連して明らかにされる。

本発明の実施例が、単なる例示として、図面に関連して説明される。
図１は、呼吸カーブを模式的に示している。 図２は、換気装置の患者配管圧縮空気の単純化されたモデルを示している。 図３は、異なるリーク流れを含む患者配管圧縮空気システムの模式的なダイヤグラムを示している。 図４は、シミュレーションの結果を模式的に示している。 図５は、シミュレーションの結果を模式的に示している。 図６は、シミュレーションの結果を模式的に示している。 図７は、シミュレーションの結果を模式的に示している。 図８は、シミュレーションの結果を模式的に示している。 図９は、シミュレーションの結果を模式的に示している。 図１０は、呼吸カーブを模式的に示している。 図１１は、呼吸カーブを模式的に示している。 図１２は、本発明に従った方法のステップを模式的に示している。 図１３は、本発明に従ったシステムを模式的に示している。

図１は、呼吸カーブを模式的に示している。換気の最中に、換気装置は、患者に接続された配管系の中にガスを注入する。これにより配管系が加圧され、次に、この加圧により、患者の気道の中に、そして究極的には彼／彼女の肺の中に、ガスを送る。容量コントロール換気（Ｖｏｌｕｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）の最中は、既定の流量および既定の持続時間を使用して、患者の肺の中に既定の容量のガスを配送することが目的である。既定の流量は、所定の形状／波形を有してよい。矩形、または、下降ランプ、または、進み位相のサイン波形、といったものであり、また、波形は、システム又はデバイスによって提供されるあらゆる他のタイプの波形であってもよい。図１は、配管回路圧力波形を伴って、下降ランプ波形を示している。

配管系または肺において漏れ（ｌｅａｋａｇｅ）が存在しなければ、患者の肺の中に正確な容量を配送することの問題は、図２で表わされ、以降に説明される換気装置の患者配管圧縮空気の単純化されたモデルを評価することによってより上手く説明することができる。

図２においては、以下の定義が使用される。すなわち、
− Ｐ_ｉ＝吸気圧力センサ、Ｐ_ｅ＝排気圧力センサ、Ｐ_ｙ＝配管回路ワイ（ｗｙｅ）圧力
− Ｐ_ａｗ＝気道圧力、Ｐ_Ｌｕｎｇ＝肺圧力、Ｐ_ｍｕｓ＝患者の筋肉圧力
− Ｑ_ｖ＝換気装置ガス流れ、Ｑ_ｔｕｂｅ＝配管ガス流れ、Ｑ_Ｌ＝肺ガス流れ、Ｑ_ｅｘｈ＝排気ガス流れ、
− Ｒ_ｉｎｓｐ＝吸気リム（ｌｉｍｂ）抵抗、Ｒ_ｅｘｈ＝排気リム抵抗、Ｒ_ＥＴ＝ＥＴ管抵抗
− Ｒ_Ｌ＝肺抵抗、Ｒ_{ｅｘｈ＿ｖａｌｖｅ}＝排気バルブ抵抗
− Ｃ_ｔｕｂｅ＝配管コンプライアンス、Ｃ_Ｌ＝肺コンプライアンス、である。

このモデルから、換気の最中にシステムにおいて使用される異なる流れをリンクする関係を引き出すことができる。つまり：
Ｑ_Ｖ＝Ｑ_ｔｕｂｅ＋Ｑ_Ｌ＋Ｑ_ｅｘｈ （数式１）

容量コントロール換気における一つの目的は、既定の流量及び/又は既定の持続時間を使用して患者の肺の中に既定の容量のガスを配送することであるので、このことは、Ｑ_Ｌがこうした特性を有する必要があることを意味している。しかしながら、ユーザ、つまり健康管理者、が一回換気量（Ｔ_Ｖ）を設定し、ピークフロー（ＰＦ）レベルを設定するとき、換気装置は、配管システムを加圧するためにどのくらいの配管容量が必要とされるかをかを知らない。それが配管回路ワイ圧力レベル（Ｐ_ｙ）の最大値の関数であって、この圧力がガス配送フェイズの終了においてのみ知られるものだからである。

一旦ガス配送フェイズが終了すると、以下の数式２を使用して、関連アルゴリズムが配管によって使用される容量を計算する。そして、この容量を最初から一回換気量（Ｔ_Ｖ）設定に加え、次に、この新たなＴ_Ｖを使用して再びＰＦを計算する。一方で、ガス配送フェイズ持続時間（Ｔ_ｉ）は一定に維持されている。そして、この計算を一つの呼吸間ベースで繰り返す。圧力（Ｐ_ｙ）が安定した場合（患者の活動の関数であり得る）、患者の肺への配送のために意図された容量が最終的に得られる。
Ｔｕｂｉｎｇ＿ｖｏｌｕｍｅ＝Ｃ_ｔｕｂｅ×Ｐ_ｙ （数式２）

このプロセスは、患者の活動が無い場合、安定性に達するまでに典型的には１０回から１５回の呼吸がかかる。そして、患者の活動レベルと同様に、患者の肺および気道の特性にも依存するものである。

本発明は、両方の数式の側において導関数をとることによって数式２を変換する。容量の導関数はフローであるため、以下の数式３を得る。
Ｑ_ｔｕｂｅ＝Ｃ_ｔｕｂｅ×ｄＰ_ｙ／ｄｔ (数式３）

本発明は、数式３を使用して、サンプル間ベースでリアルタイムにＱ_ｔｕｂｅを計算する。常にＰ_ｙ信号に対するアクセスを有しているからである。そして、患者の肺の入り口においてユーザ設定のＰＦを達成するために必要な換気フローを再計算する（つまり、ＱＬ）。こうして、それぞれのサンプル間隔において、以下に示す個々の数式のようにＱ_Ｖが決定される。
Ｑ_Ｖ（ｎ）＝Ｑ_ｔｕｂｅ（ｎ）＋Ｑ_Ｌ（ｎ）＋Ｑ_ｅｘｈ（ｎ） （数式４）

ここで、ｎはサンプル／コントロール間隔の番号であり、Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）はコントロール間隔ｎに対する排気フローセンサの読みであり、Ｑ_ｔｕｂｅ（ｎ）はコントロール間隔ｎに対する配管フロー見積りの値である。

配管におけるガス損失を適切に補償するためには、ガス圧縮のために、Ｑ_Ｌ（ｎ）は、ユーザによって設定されたＰＦと等しく設定され、ユーザによって設定された波形特性を有する。また、Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）は典型的にはゼロであるが、ガス配送フェイズの最中に測定されたあらゆるフローであり得ることに留意する。最後に、上記に説明したように、数式３を使用してＱ_ｔｕｂｅ（ｎ）が見積りされる。つまり、Ｑ_ｔｕｂｅ（ｎ）＝Ｃ_ｔｕｂｅ×ｄＰ_ｙ（ｎ）／ｄｔであり、ここで、ｄＰ_ｙ（ｎ）／ｄｔは、コントロールル間隔ｎに対する配管回路圧力スロープ／導関数の値である。そして、Ｑ_Ｖ（ｎ）は、ガス配送フェイズの最中にコントロール間隔ごとに更新され、ガス配送コントロールシステムの目標（ｔａｒｇｅｔ）として使用される。従って、排気バルブを通じたフロー損失（ゼロでない場合）と同様に、配管の加圧におけるフロー損失を補償するために必要なガスを表している。

本発明に従った方法は、配管システム、及び/又は、気道（カフ脱気されたもの（ｃｕｆｆ ｄｅｆｌａｔｅｄ））、及び/又は、肺（おそらく瘻孔（ｆｉｓｔｕｌａ）によるもの）における漏れによるフロー損失を説明するように数式１を拡張することを含んでいる。このオペレーションのために前もって必要なものは、これらの漏れが特徴付けられ、見積りできることである（Ｃ_Ｌ、Ｒ_Ｌ、および、Ｐ_ＡＷ、Ｐ_Ｌｕｎｇ、そしてＰ_ｍｕｓ圧力の見積りを介するもの）。図３における模式的なダイヤグラムは、異なるリーク流れを含んでいる患者配管圧縮空気システムを示している。

Ｑ_ＡＷとＱ_{ＡＷ＿ｌｅａｋ}、Ｑ_Ｌ、およびＱ_{Ｌ＿ｌｅａｋ}との間の関係は、Ｑ_Ｖ、Ｑ_ｔｕｂｅ、Ｑ_{ｔｕｂｅ＿ｌｅａｋ}、Ｑ_ｅｘｈ、およびＱ_ＡＷ間での関係と同様に、以下の数式５ａ、５ｂ、そして、５ｃで表される。
Ｑ_ＡＷ＝Ｑ_０＋Ｑ_{ＡＷ＿ｌｅａｋ} (数式５ａ）
Ｑ_０＝Ｑ_Ｌ＋Ｑ_{Ｌ＿ｌｅａｋ} (数式５ｂ）
Ｑ_Ｖ＝Ｑ_ｔｕｂｅ＋Ｑ_ＡＷ＋Ｑ_ｅｘｈ＋Ｑ_{ｔｕｂｅ＿ｌｅａｋ} (数式５ｃ）

以下の数式６は、これらの流れエレメントを表している。配管システムおよび肺における漏れは圧力に依存するものであるため、配管及び/又は肺の漏れをリアルタイムに計算し、ガスの配送を補償することができる。そして、意図されたＰＦが肺に対して配送される。
Ｑ_Ｖ＝Ｑ_ｔｕｂｅ＋Ｑ_Ｌ＋Ｑ_ｅｘｈ＋Ｑ_{ｔｕｂｅ＿ｌｅａｋ}＋Ｑ_{ＡＷ＿ｌｅａｋ}＋Ｑ_{Ｌ＿ｌｅａｋ} (数式６）

個々の形式では、数式６は以下のようになる。
Ｑ_Ｖ（ｎ）＝Ｑ_ｔｕｂｅ（ｎ）＋Ｑ_Ｌ（ｎ）＋Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）＋Ｑ_{ｔｕｂｅ＿ｌｅａｋ}（ｎ）＋Ｑ_{ＡＷ＿ｌｅａｋ}（ｎ）＋Ｑ_{Ｌ＿ｌｅａｋ}（ｎ） (数式７）

Ｑ_{ｔｕｂｅ＿ｌｅａｋ}はＰ_ｙの関数であり、Ｑ_{ＡＷ＿ｌｅａｋ}はＰ_ＡＷの関数であり、そして、Ｑ_ＬはＰ_Ｌｕｎｇの関数であることに留意する。

この発明の一部ではないが、Ｑ_{ＡＷ＿ｌｅａｋ}、Ｑ_{ｔｕｂｅ＿ｌｅａｋ}、および、Ｑ_{Ｌ＿ｌｅａｋ}は、典型的には、対応する圧力を用いて、以下に示すように表される（他の漏れモデルが使用され得るとしても）。
Ｑ_{ｔｕｂｅ＿ｌｅａｋ}（ｎ）＝Ｋ_０×（Ｐ_ｙ（ｎ））^ｍ （数式７ａ）
Ｑ_{ＡＷ＿ｌｅａｋ}（ｎ）＝Ｋ_１×（Ｐ_ＡＷ（ｎ））^ｍ （数式７ｂ）
Ｑ_{Ｌｕｎｇ＿ｌｅａｋ}（ｎ）＝Ｋ_２×（Ｐ_Ｌｕｎｇ（ｎ））^ｍ （数式７ｃ）

数式７は、個々の時間においては、以下の数式によって示されるように実施される。
Ｑ_Ｖ（ｎ）＝ＰＦ（ｎ）＋Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）＋Ｋ_０×（Ｐ_ｙ（ｎ））^ｍ＋Ｋ_１×（Ｐ_ＡＷ（ｎ））^ｍ＋Ｋ_２×（Ｐ_Ｌｕｎｇ（ｎ））^ｍ＋Ｃ_ｔｕｂｅ×ｄＰ_ｙ（ｎ）／ｄｔ （数式８）
ここで、
−ＰＦ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、ユーザによって設定されたピークフロー波形の値である。
−Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、排気フローセンサの読みの値である。
−Ｋ_０は、コントロール間隔ｎに対する、配管回路の漏れを表わす等価なオリフィス（ｏｒｉｆｉｃｅ）のコンダクタンスである。
−ｍは、指数である（漏れモデルに依存するが、典型的には約０．６である）。
−Ｐ_ｙ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、配管回路圧力の値である。
−Ｋ_１は、コントロール間隔ｎに対する、肺の漏れを表わす等価なオリフィスのコンダクタンスである。、
−Ｐ_ＡＷ（ｎ）＝Ｐ_ｙ（ｎ）−Ｒ_ＥＴ×Ｑ_ＡＷは、コントロール間隔ｎに対する、気道の圧力の値である。
−Ｐ_Ｌｕｎｇ（ｎ）＝Ｐ_ＡＷ（ｎ）−Ｒ_Ｌ×Ｑ_０は、コントロール間隔ｎに対する、肺の圧力の値である。
−Ｐ_ｍｕｓ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、患者の筋肉の圧力である。
−Ｃ_ｔｕｂｅは、配管回路コンプライアンスの値である。
−Ｐ_ｍｕｓ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、患者の筋肉の圧力である。
−ｄＰ_ｙ（ｎ）／ｄｔは、コントロール間隔ｎに対する、配管回路圧力スロープ／導関数の値である。
コントロール間隔という用語は、コントロールが実行される時間の間隔を参照するものである。コントロール間隔は、所定の時間間隔を有するものであり、異なる長さ等であり得るサンプル間隔とは対照的なものである。

ここにおいて、Ｃ_Ｌ、Ｒ_Ｌ、Ｐ_ｙ、Ｐ_ＡＷ、および、Ｐ_Ｌｕｎｇの見積りについては説明しないことに留意する。ここにおいては、Ｋ_０、Ｋ_１、および、Ｋ_２の見積りについても説明しない。これらは、漏れの見積りの技術分野における当業者によれば完全に理解されるものだからである。

このように、患者の気道または肺、もしくは両方における漏れによる流れ損失と同様に、配管回路において生じる流れ損失（ガス圧縮または漏れ、もしくは両方によるもの）に対する完全な補償が、コントロール間ベースによるコントロール間隔において、数式８の計算結果を利用することによって、および、換気装置に対するガス配送出力のコントロールを行う流れコントローラによって使用される所望の流れ目標として、結果としてのＱ_Ｖ（ｎ）を使用することによって、達成される。

最後に、全体漏れ（Ｔｏｔａｌ ｌｅａｋａｇｅ）を特徴付けることだけが可能な場合は、それを反映するために以下に表わすように数式７と数式８を変更することができる。しかし、サンプル間ベースでの補償の原則はそのままである。
Ｑ_Ｖ（ｎ）＝Ｑ_ｔｕｂｅ（ｎ）＋Ｑ_Ｌ（ｎ）＋Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）＋Ｑ_{Ｔｏｔａｌ＿ｌｅａｋ}（ｎ） （数式９）
Ｑ_Ｖ（ｎ）＝ＰＦ（ｎ）＋Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）＋Ｋ×（Ｐ_０（ｎ））^ｍ＋Ｃ_ｔｕｂｅ×ｄＰ_ｙ（ｎ）／ｄｔ （数式１０）
ここで、
−Ｋは、コントロール間隔ｎに対する、全体漏れを表わす等価なオリフィスのコンダクタンスである。
−Ｐ_０（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、漏れが位置していると推測される適切な圧力箇所における、圧力の値である。

本補償方法のこの最後の部分は、最も一般的なものであろう。漏れ部分に係る事前知識が知られている場合であっても異なる漏れを正確に見積ることは大変に難しいことである。換気の最中に患者ポート側で主な漏れが生じるのはよくあることである（非侵襲的人工呼吸におけるように）、しかし、気道において漏れを発見することもよくあることである（挿管チューブのカフ脱気されたものを用いた侵襲的人工呼吸の最中に）。これらの場合に対して、Ｐ_０圧力測定は、それぞれにワイ（Ｐ_ｙ）および気道（Ｐ_AW）におけるものであると仮定されるであろう。

本発明に係る方法を使用した、漏れの補償は、漏れオリフィスを通じた容量損失を補償のための容量フィードバックの使用に関する繰り返しプロセスを避けるものである。システムにおける圧力安定に対する必要性も同様である。

図４から図９における６つのグラフは、異なる流れと容量トレースの描写を介して、コンプライアンスまたは漏れ補償が無いものとの違いを示している。また、漏れが補償されない場合と漏れが存在し補償される場合について、コンプライアンス補償方法のパフォーマンスが開示されている。

図４は、シミュレーションの結果が示されている。換気装置によって配送される流れ（Ｑ_ｖｅｎｔ）は、定常状態において、ピークフロー設定に等しいが、肺流れトレース（Ｑ_Ｌｕｎｇ）は、そうではないことに留意する。

換気にに対する設定は、以下のとおりである。
−ピークフロー＝６０ｌｐｍ、一回換気量＝１０００ｍｌ、呼吸数＝１２ｂｐｍ；
−配管コンプライアンス＝２ｍｌ／ｃｍＨ_２Ｏ、
デモンストレーション目的のために、漏れは配管回路において生じるものと仮定されている。

図５において、換気装置によって配送される容量（Ｖ_ｖｅｎｔ）は１０００ｍｌであり、一方、患者に対して配送された容量は９４７．１７ｍｌであった。
注意：Ｉ：Ｅ信号は、呼吸のガス配送フェイズを示すように設計された信号である。信号は、呼吸のガス配送フェイズの最中にはゼロより大きく（＞０）、呼吸の排気フェイズの最中にはゼロ（０）である。さらに、配送の正確さをグラフィカルにアセスするのを易しくするために、信号は、一回換気量に等しくなるように増大されている。

図６において、肺流れトレース（Ｑ_Ｌｕｎｇ）は、定常状態において、ピークフロー設定に等しく、Ｑ_ｖｅｎｔトレースが、設定されたピークフローより高いことに留意する。Ｑ_ｖｅｎｔとＱ_Ｌｕｎｇとの間の違いは、Ｑ_ｔｕｂｅである。

図７において、換気装置によって配送される容量（Ｖ_ｖｅｎｔ）は１０００ｍｌ以上であり、一方、患者に対して配送された容量は１００４ｍｌであったことに留意する。Ｉ：Ｅ信号がゼロに戻った後に肺容量が増加し続けている理由は、肺流れがしばらく正に留まるからである。その期間の最中にＱ_ｖｅｎｔとＱ_ｔｕｂｅも、また、正に留まるからである（このことは、流れと排気バルブの応答によるものであり得る）。

図８において、肺流れトレース（Ｑ_Ｌｕｎｇ）は、定常状態において、ピークフロー設定に等しく、Ｑ_ｖｅｎｔトレースが、設定されたピークフローより高いことに留意する。Ｑ_ｖｅｎｔとＱ_Ｌｕｎｇとの間の違いは、Ｑ_ｔｕｂｅ＋Ｑ_ｌｅａｋある。

図９において、換気装置によって配送される容量（Ｖ_ｖｅｎｔ）は著しく１０００ｍｌ以上であり、一方、患者に対して配送された容量は１００４ｍｌであったことに留意する。漏れた容量は１００ｍｌより少し小さい。Ｉ：Ｅ信号がゼロ（０）になるところのポイントにおいてシアン色トレースを見ることによってグラフから観察されるようにである。

図１０と図１１において、グラフは、全ての呼吸が最初の呼吸と同様であることを示している。それは、適切な配管コンプライアンスまたは漏れ補償のためには、配送フェイズの終わりでの圧力レベルの事前知識が必要ないことを表している。漏れ補償のためには、リーク流れに対する正確な補償のために漏れモデルの知識が必要である（本発明の一部分ではないが）。しかし、本補償アルゴリズムは、漏れに対する補償を実行するために、漏れオリフィスを通じた容量損失に係る事前知識を利用しない。上述のように、両方の補償は、患者配管システムに対して配送されている流れを調整することを介して、配送が進行している間に行われる。

図１２は、本発明に従った方法のステップを模式的に示している。本方法は、呼吸配送のためのシステム上で実行される。システムは、ガス補充された吸気の最中に患者に対してガスを運搬するためのガス配送システムの出口に接続された患者配管システムと；ガス流れを検出するためにその出口に接続された流れセンサと、患者配管システムに接続された患者配管システム圧力センサであり、ガスの圧力を検出し、それを表わす患者配管システム圧力信号を提供するセンサと；センサに接続されセンサからの圧力信号を受け取るように動作可能であるプロセッサであり、受け取った圧力信号を使用して決定するように動作可能なプロセッサと、を有している。本方法は、一つのサンプルにおいて、流れセンサから圧力情報を取得するステップを含んでいる。一つのサンプルにおいて、患者配管システム圧力センサから圧力情報を取得するステップである。流れセンサからの情報および患者配管システム圧力センサからの圧力情報に基づいて、一つのサンプルに対して、患者配管システムの加圧におけるガス損失および患者配管システムと患者との間のインターフェイスにおけるガス損失を補償するために必要なガスの量を計算するステップを含む。これにより、本システムは、保証された量のガスを配送するように、流れコントローラに対する新たな流れ目標を決定することができる。

一般的に、補償のための本方法は、本文章の至る所で説明されているような適切な場所において、患者配管システムにおける圧力の測定または見積りを使用して、患者配管におけるガス損失を計算または見積るステップを少なくとも含んでいる。それぞれのサンプルまたはコントロール間隔において、本方法は、流れコントローラに対する新たな流れ目標（つまり、Ｑ_Ｖ（ｎ））を計算するステップを含んでいる。さらに、本発明方法は、換気装置内の流れセンサを使用して、新たな目標を達成するように、ガス流れをコントロールするステップを含んでいる。

本方法のステップは、呼吸配送システムをモニタリングしてコントロールしているシステムに対してコントロールループを創出するように繰り返されてもよい。至る所で説明されているように、本方法に関するさらなるステップが実行されてよい。

図１３は、本発明に従ったシステムの部分を模式的に示している。本システムは、ガス補充された吸気の最中に患者に対してガスを運搬するためのガス配送システムの出口に接続された患者配管システムを含んでいる。流れセンサが、ガス流れを検出するために出口に接続されている。患者配管システム圧力センサは、中のガス圧力を検出するために患者配管システムに接続されており、患者配管システム圧力信号の指標を提供している。プロセッサが、センサに接続されており、そこからの信号を受け取るために動作可能である。プロセッサは、一つのサンプルにおいて、流れセンサから流れ情報を取得するように動作可能である。プロセッサは、一つのサンプルにおいて、患者配管システム圧力センサから圧力情報を取得するように構成されている。これにより、プロセッサは、一つのサンプルにおいて、流れセンサからの流れ情報および患者配管システム圧力センサからの圧力情報に基づいて、患者配管システムの加圧におけるガス損失を補償するために必要なガスの量と患者配管システムと患者との間のインターフェイスにおけるガス損失の量を計算することができ、上述の利点を獲得することができる。

本発明は、図面または前出の記載において、その詳細が説明され記述されてきたが、そうした説明および記載は、説明的または例示的なものであり、制限的なものではないと考えられるべきである。つまり、本発明は、開示された実施例に限定されるものではない。図面、明細書、および添付の特許請求の範囲を研究すれば、クレームされた本発明の実施において、当業者によって、開示された実施例に対する他の変形が理解され、もたらされ得る。請求項において、用語「含む（“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ“」は、他のエレメントまたはステップの存在を排除するものではなく、不定冠詞「一つの（”ａ“または”ａｎ“）」は、複数を排除するものではない。一つのプロセッサまたは他のユニットが、請求項に記載されたいくつかのアイテムの機能を満たすことができる。異なる従属請求項がお互いに特定の手段を引用しているという事実だけでは、これらの手段が組合せにおいて有利に使用され得ないことを示すものではない。コンピュータープログラムは、光記録媒体もしくはハードウェアと供に、またはハードウェアの一部として提供される半導体媒体といった、好適な媒体上に記録され、配布され得る。しかし、インターネット、または他の有線もしくは無線の電子通信システムを介するといった、他の形式においても配布され得る。請求項におけるいかなる参照番号も、発明の範囲を限定するものと解釈されるべきではない。

Claims (12)

1. 呼吸配送のためのシステムを使用して患者の人工呼吸の最中にガスを配送する方法であって：前記システムは、
   ガス補充された吸気の最中に患者に対してガスを運搬するためのガス配送システムの出口に接続された患者配管システムと、
   ガス流れを検出するために前記出口に接続された流れセンサと、
   前記患者配管システムに接続された患者配管システム圧力センサであり、ガスの圧力を検出し、検出されたガスの圧力を表わす患者配管システム圧力信号を提供するセンサと、
   前記センサに接続され、センサからの圧力および流れ信号を受け取るように動作可能であるプロセッサであり、受け取った圧力および流れ信号を使用して、決定するように動作可能なプロセッサと、を含み、
   前記方法は：
   一つのサンプルにおいて、前記流れセンサから流れ情報を取得するステップと、
   前記一つのサンプルにおいて、前記患者配管システム圧力センサから圧力情報を取得するステップと、
   前記一つのサンプルに対して、前記流れセンサからの流れ情報および前記患者配管システム圧力センサからの圧力情報に基づいて、前記患者配管システムの加圧におけるガス損失を補償するために必要なガスの量、および、前記患者配管システムにおける漏れを通じたガス損失の量を計算するステップと、
   を含む、方法。
2. ガス損失を補償するために必要な前記ガスの量を計算するステップは、前記患者配管システムにおける漏れに対する見積りを決定する段階を含み、
   前記患者配管システムは、配管回路、患者の気道、および、患者の肺、を含んでいる、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記方法は、
   オペレータがガス流れの目標を提供する最初のステップと、を含み、
   ガス損失を補償するために必要な前記ガスの量を計算するステップは、前記ガス流れの前記目標に達するための補償を決定する段階を含む、
   請求項１に記載の方法。
4. 本方法は、一つの呼吸間ベースで実行される、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記補償は、以下の数式を使用する、請求項１に記載の方法。
   Ｑ_ｔｕｂｅ＝Ｃ_ｔｕｂｅ×ｄＰ_ｙ／ｄｔ、
   ここで、
   Ｑ_ｔｕｂｅは配管ガス流れ、Ｃ_ｔｕｂｅは配管コンプライアンス、および、Ｐ_ｙは配管回路ワイ圧力、である。
6. 前記配管システム、及び/又は、気道、及び/又は、肺、における漏れによる流れ損失に対する補償は、以下の数式を使用する、請求項１に記載の方法。
   Ｑ_Ｖ（ｎ）＝ＰＦ（ｎ）＋Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）＋Ｋ_０×（Ｐ_ｙ（ｎ））^ｍ＋Ｋ_１×（Ｐ_ＡＷ（ｎ））^ｍ＋Ｋ_２×（Ｐ_Ｌｕｎｇ（ｎ））^ｍ＋Ｃ_ｔｕｂｅ×ｄＰ_ｙ（ｎ）／ｄｔ、
   ここで、
   ＰＦ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、ユーザによって設定されたピークフロー波形の値であり、
   Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、排気フローセンサの読みの値であり、
   Ｋ_０は、コントロール間隔ｎに対する、配管回路の漏れを表わす等価なオリフィスのコンダクタンスであり、
   ｍは、指数であり、
   Ｐ_ｙ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、配管回路圧力の値であり、
   Ｋ_１は、コントロール間隔ｎに対する、肺の漏れを表わす等価なオリフィスのコンダクタンスであり、
   Ｐ_ＡＷ（ｎ）＝Ｐ_ｙ（ｎ）−Ｒ_ＥＴ×Ｑ_ＡＷは、コントロール間隔ｎに対する、気道の圧力の値であり、
   Ｐ_Ｌｕｎｇ（ｎ）＝Ｐ_ＡＷ（ｎ）−Ｒ_Ｌ×Ｑ_０は、コントロール間隔ｎに対する、肺の圧力の値であり、
   Ｐ_ｍｕｓ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、患者の筋肉の圧力であり、
   Ｃ_ｔｕｂｅは、配管回路コンプライアンスの値であり、
   Ｐ_ｍｕｓ（ｎ）は、コントロール間隔ｎに対する、患者の筋肉の圧力であり、
   ｄＰ_ｙ（ｎ）／ｄｔは、コントロール間隔ｎに対する、配管回路圧力スロープ／導関数の値である。
7. 全体漏れ損失に対する補償は、以下の数式を使用する、請求項１に記載の方法。
   Ｑ_Ｖ（ｎ）＝Ｑ_ｔｕｂｅ（ｎ）＋Ｑ_Ｌ（ｎ）＋Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）＋Ｑ_{Ｔｏｔａｌ＿ｌｅａｋ}（ｎ）、かつ、
   Ｑ_Ｖ（ｎ）＝ＰＦ（ｎ）＋Ｑ_ｅｘｈ（ｎ）＋Ｋ×（Ｐ_０（ｎ））^ｍ＋Ｃ_ｔｕｂｅ×ｄＰ_ｙ（ｎ）／ｄｔ、
   ここで、Ｑ_Ｖ（ｎ）は所望の流れ目標、Ｑ_ｔｕｂｅは配管ガス流れ、Ｑ_Ｌは肺ガス流れ、Ｑ_ｅｘｈは排気ガス流れ、Ｑ_{Ｔｏｔａｌ＿ｌｅａｋ}はガス流れ全体漏れであり、Ｑ_{Ｔｏｔａｌ＿ｌｅａｋ}（ｎ）＝Ｋ×（Ｐ_０（ｎ））^ｍである、
   ＰＦ（ｎ）はオペレータによって設定されたピークフロー波形の値、Ｋは前記ガス流れ全体漏れを表わす等価なオリフィスのコンダクタンス、Ｐ_０は前記漏れが位置するものと仮定される適切な圧力サイトでの圧力、Ｃ_ｔｕｂｅは配管回路コンプライアンス、そして、Ｐ_ｙは配管回路ワイ圧、である。
8. 呼吸配送のためのシステムであって：
   ガス補充された吸気の最中に患者に対してガスを運搬するためのガス配送システムの出口に接続された患者配管システムと、
   ガス流れを検出するために前記出口に接続された流れセンサと、
   ガスの圧力を検出し、検出されたガスの圧力を表わす患者配管システム圧力信号を提供するための前記患者配管システムに接続された患者配管システム圧力センサと、
   前記センサに接続され、センサからの信号を受け取るように動作可能であり、受け取った信号を使用して、決定するように動作可能なプロセッサと、を含み、
   前記プロセッサは、一つのサンプルにおいて、前記流れセンサから流れ情報を取得するように構成されており、
   前記プロセッサは、前記一つのサンプルにおいて、前記患者配管システム圧力センサから圧力情報を取得するように構成されており、
   前記プロセッサは、前記一つのサンプルに対して、前記流れセンサからの流れ情報および前記患者配管システム圧力センサからの圧力情報に基づいて、前記患者配管システムの加圧におけるガス損失を補償するために必要なガスの量、および、前記患者配管システムにおける漏れを通じたガス損失の量を計算するように構成されている、
   システム。
9. 前記プロセッサは、信号プロセッサと汎用プロセッサによって構成されており、
   前記信号プロセッサは、前記流れセンサ及び前記患者配管システム圧力センサからの信号を取得するように構成されており、かつ、前記汎用プロセッサは、計算を実行するように構成されている、
   請求項８に記載のシステム。
10. 前記システムは、ガス流れの目標を受け取るように構成された入力ユニット、を含み、
    前記プロセッサは、前記ガス流れの前記目標に達するための補償を決定することを含んで、ガス損失を補償するために必要な前記ガスの量を計算するように適合されている、
    請求項８に記載のシステム。
11. 請求項８に記載の前記システム上で、請求項１に記載の前記方法に係る前記ステップを実行するように適合されている、コンピュータで実施されるプログラム。
12. 呼吸配送のためのシステムを使用して、患者の人工呼吸の最中にガスを配送するように適合された、コンピュータで実施されるプログラム。

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