JP2015510800A

JP2015510800A - 仮想呼吸ガス送出システム及び回路

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Publication number: JP2015510800A
Application number: JP2015500722A
Authority: JP
Inventors: マイケル，クライン; ジョセフ，フィッシャー
Original assignee: Michaelklein
Current assignee: Michaelklein
Priority date: 2012-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2015-04-13
Also published as: WO2013138910A1; US10974001B2; US20150034085A1; EP2827932A1; EP2827932A4; AU2013234834A1; CN104349812A; US20210138171A1; IL234765A0; IN2014MN02064A; EP2827932B1; US20180043117A1; CA2867745A1; KR20140137004A; US11844899B2

Abstract

呼吸ガス送出システムは、一呼吸に亘ってリアルタイムにてガス流を測定し、このパラメータを用いて、全体的又は部分的に、基準呼吸ガス送出システムの機能、特に構造上特徴、特に基準システムの部分の構造コンポーネントをシミュレートして、基準システムの構造上の制限を克服する。【選択図】図５

Description

本発明は、一呼吸を通して、例えばガス流量などの少なくとも１つのパラメータをリアルタイムで測定して、一態様によれば、そのパラメータを用いて、全体または部分的に、基準呼吸ガス送出システムの機能をシミュレートして、例えば構造的特徴などの特徴、特に基準システムの一部（例えばチューブ、バルブ及びリザーバ）の構造コンポーネントなどをシミュレートし、基準システムの構造上の制限、特に、基準ガス送出システムと使用する又はその一部を形成するのに適した基準呼吸回路の少なくとも１つの構造的特徴を克服する呼吸ガス送出システムに関する。

多くの臨床及び研究の場において、被験体は呼吸回路を介して呼吸する必要性が生じる。これらの回路は通常、呼吸サイクルを通して異なる組成のガスを異なる時点で送出するように設計されている。多くの場合、呼吸回路は呼吸用混合物の高価な構成成分ガスの利用を最小限に抑えるように設計される。しかしながら、これらの回路は、通常、チューブ、リザーババッグ、及びバルブなどのコンポーネントを有して設計され、構成されている。これらのコンポーネントは高価であり、かさばり、故障しやすい。

例えば、Ｈｉ−Ｏｘ８０（ＣａｒｅＦｕｓｉｏｎ）呼吸回路は、患者への酸素の流量を最小限にしながらも高酸素吸気率を提供するように設計された呼吸回路である。この回路では、一定流量の酸素が回路に与えられて、その酸素はリザーバに蓄積される。患者は並行する２つの一方向バルブを通して吸気する。酸素用一方向バルブの吸入口側は酸素リザーバに接続されており、空気用一方向バルブの吸入口側は大気に向けて開いている。酸素供給用一方向バルブは無視できる程度のクラッキング圧力しかないため、任意の吸気努力のために開かれる。空気供給用一方向バルブは小さなクラッキング圧力を有し、呼吸回路に負圧が生じたときのみに開口する。このようにして、典型的な吸気中に、患者は最初に酸素リザーバから酸素を吸気する。リザーバが空のときは、連続する吸気によって回路に負圧が生じ、その結果として空気供給用一方向バルブが開口する。したがって、呼吸の残りは周囲の空気から引かれる。呼気は、第３の呼気用一方向バルブを通して雰囲気に向けられる。

この回路は有効である一方で、いくつかの制限を有する。第１に、機械コンポーネントが故障しやすい。一方向バルブの故障、例えば酸素供給用一方向バルブが開かないという故障は、被験体に雰囲気の空気のみしか呼吸させないことを引き起こす可能性がある。空気供給用一方向バルブが開かないという故障は、回路への酸素流量に対する被験体の毎分換気量を制限する。それに対し、酸素供給用一方向バルブが逆流を効果的に防がない場合は、被験体が酸素リザーバ内に呼気し、さらにそこから再呼吸する可能性がある。第２に、故障の可能性に加えて、一方向バルブは呼吸回路への流れに対する抵抗を増加させるため、呼吸の労力を増加させる。これはほとんどの患者にとって不快なことであり、年配の又は肺疾患を有する患者に対しての使用を著しく制限する可能性を有する。第３に、リザーバと一緒に全てのバルブをまとめて収納するマニホールドの大きさがかなり大きくなることもあり、いくつかの状況にとっては扱いにくくなる場合がある。例えば、緊急の医療蘇生状況において被験体の胸元へのアクセスが必要なときに、酸素リザーバが邪魔になる可能性がある。ここで、医師は胸元にアクセスするために呼吸回路を外さなければならない。

一態様によれば、本発明は可変組成の吸気ガスを送出するように適合された呼吸ガス送出システムに向けられており、
Ａ．プロセッサと作動可能に接続されたガス送出装置と、
Ｂ．ガスの吸気量をリアルタイムで測定するように適合された流量センサとを備え、
複数の各吸気サイクル［ｉ］_１〜［ｉ］_ｎ及び複数の時点［ｔ］_１〜［ｔ］_ｎについて、各吸気サイクル［ｉ］において、プロセッサは、
（ａ）流量センサからの出力を使用して、任意の所定の時点［ｔ］_１〜［ｔ］_ｎにてその当該吸気サイクルにおいて吸気されたガスの累積量を測定し、
（ｂ）呼吸の第１期間中に送出するために選択された第１組成及び少なくとも１つの別の第ｎ組成から選択される組成を含む所望の組成であって、前記吸気ガスの前記所望の組を、当該吸気サイクルで少なくとも１つの閾値累積量の所望のガス組成が吸入されたか否かに基づいて決定するアルゴリズムを実行し、
（ｃ）呼吸の第１期間において第１組成を送出し、その後、少なくとも１つの閾値累積量に到達したか否かに基づいて、第ｎ組成を送出するようにガス送出装置に対して合図するのに有効な制御信号を生成するように構成されている。

任意選択的に、呼吸の第１期間に対応する第１組成物は少なくとも１つの第１判定基準を用いて決定され、少なくとも１つの別の第ｎ組成は少なくとも１つの異なる判定基準を用いて決定される。

任意選択的に、少なくとも１つの所定累積量は、第１組成の全体量が被験体の肺胞空間に入るように、被験体の一回換気量から解剖学的死腔容量を引いた量より少なく設定される。

任意選択的に、別の組成は中性ガスである。

任意選択的に、別の組成は０％の低さともなる成分ガスの百分組成であり、成分ガスは、解剖学的死腔への送出を減らして保存を保証するよう、ユーザによって決定された種類である。

任意選択的に、各呼吸［ｉ］の閾値累積量は、一連の吸気サイクル［ｉ］_１〜［ｉ］_ｎを通して、第１ガス組成の目標合計吸気量を送出するように設定されてもよい。

例示目的のみとして、ｎは７であってもよく、一連とは現在の吸気サイクル［ｉ］を含んでいてもよい。５００ｍｌのガスを７回の呼吸に亘って送出する場合、６回呼吸後で４７０ｍｌのガスが送出されているならば、７回目の呼吸では、閾値量は、算定されて３０ｍｌに設定される。

任意選択的に、プロセッサは少なくとも仮想第１ガスリザーバ及び第２ガス源、任意選択的に仮想第２ガスリザーバからのガス送出をシミュレートするように構成されており、
（ａ）第１ガスリザーバ及び第２ガス源、例えばガスリザーバは、少なくとも指定可能な又は指定された組成のガスを含有し、
（ｂ）少なくとも第１ガスリザーバは一呼吸の第１期間に対応するガスを含有することが仮定され、プロセッサは各吸気サイクル［ｉ］の第１期間中、第１ガスリザーバの指定された組成のガスを送出するためにガス送出装置に合図するための制御信号を送信するように構成され、第１ガスリザーバは流量センサによって計測される吸気流量を追跡するリザーバ固有逓減率で各吸気サイクルにて枯渇されるように適合されたガスの量を含有するように設定され、
（ｃ）プロセッサは、第１ガスリザーバが枯渇したときに、各吸気サイクル［ｉ］の第２期間中、少なくとも第２ガスリザーバの指定可能な又は指定された組成と実質的に等しい組成のガスを送出するようにガス送出装置に合図するのに有効な制御信号を生成する。

任意選択的に、少なくとも第１ガスリザーバの容積は、第１ガスリザーバがリザーバ固有逓減率よりも低い指定可能な又は指定されたリザーバ固有充填率で、指定された組成のガスで連続的に充填されるという仮定に基づいて設定される。

任意選択的に、少なくとも第１ガスリザーバの容積は、第１ガスリザーバが吸気サイクルの始めに満たされているという仮定に基づいて設定され、容積は、流量センサによって計測される吸気流量を追跡するリザーバ固有逓減率で枯渇することが予測可能である容積として選択される。

任意選択的に、装置は、各吸気サイクル［ｉ］の第１期間中は第１組成の第１ガスを、各吸気サイクル［ｉ］の第２期間中は第２組成の第２ガスを送出するように構成される。

任意選択的に、装置は２つのガス源、例えばガスリザーバからのガス送出をシミュレートするように構成され、第１ガス源、例えばリザーバは、各吸気サイクル［ｉ］の第１期間で排他的に枯渇され、第２ガス源、例えばリザーバは、各吸気サイクル［ｉ］の第２期間で排他的に送出される。第２ガス源、例えばガスリザーバは任意選択的に容積又は充填率などのパラメータと関連付けられているが、特に第２ガス源が容積の上限を有さないように設定されている場合、例えば第２ガス源が任意の所定吸気サイクルの残りについて引かれているときなどは、枯渇しているか否かは問われなくてもよい。

任意選択的に、第１リザーバの充填量は、被験体の合計吸気量から、測定期間に亘って解剖学的死腔容量に吸入された合計量を引いた量よりも少ない。

任意選択的に、測定期間は１分である。

任意選択的に、各吸気サイクル［ｉ］の第２期間で送出されるガスの組成は、吸気ガスの少なくとも１つの成分ガスについて中性である。

別の態様によれば、本発明は可変組成の吸気ガスを送出するように適合されたガス送出装置を制御するためのプログラムコードを備えるコンピュータプログラム製品又はプログラム可能なＩＣチップに向けられており、
ガスの吸気量をリアルタイムで測定するように適合された流量センサからの入力を取得するためのプログラムコードと、
複数の各吸気サイクル［ｉ］^１〜［ｉ］^ｎについて、各吸気サイクル［ｉ］において、（ａ）流量センサからの出力を用いて当該吸気サイクルにおける吸気ガスの量を測定して、（ｂ）アルゴリズムを実行して、当該吸気サイクルにおける吸気ガスの累積量を少なくとも入力として用いて吸気ガスの所望の組成を算定し、指定し又はその入力を得て、
（ｃ）算定された組成と実質的に等しい組成のガスを送出するようにガス送出装置に合図するために効果的な制御信号を生成するように、プロセッサを構成するためのプログラムコードとを備える。

任意選択的に、プログラムコードは複数のガスリザーバからのガス送出をシミュレートするようにプロセッサを構成して、
（ａ）各リザーバは指定可能な又は指定された組成のガスを含有し、
（ｂ）少なくとも１つのリザーバ（一呼吸の第１期間にて送出されるように適合されたガスを含有するもの）、任意選択的に各リザーバは、指定可能な又は指定されたリザーバ固有充填率にて、関連付けられた組成のガスで連続的に充填されて、
（ｃ）少なくとも１つ、及び任意選択的に各リザーバは、指定可能なリザーバ固有逓減率にて連続的に枯渇される。任意選択的に、個々の逓減率の合計は、流量センサによって計測された吸気流量と等しく、
（ｄ）プログラムコードは、関連付けられた逓減率によって重み付けされたリザーバガスの混合物に実質的に等しい組成のガスを送出するようにガス送出装置に合図するのに有効な制御信号を生成するように、プロセッサを構成する。

逓減率が一呼吸の第１期間にて送出されるように適合されるガスを含有するガスリザーバのみについて指定されている場合は、第２リザーバは、一切枯渇しないか、吸気のサイクルの残りの持続期間に対応する時間経過に亘って枯渇するか、使用期間に亘って指定の成分ガスを消費した後に枯渇するように仮定されていてもよい。したがって、このモデルは、１つのリザーバのみが存在して枯渇されるモデルと交換可能であり、別の組成物の少なくとも１つのガスは吸気サイクルの残りの期間のみにて送出される。

任意選択的に、患者は自発的に呼吸する患者である。少なくとも第１送出ガスの枯渇は、吸気ガスが肺胞を既に充填していて解剖学的死腔を充填し始める時点を区分する又はその時点に先行する異なる判定基準に基づいて、指定可能な又は指定された第２組成のガスを送出するようにガス送出装置に合図するための制御信号を送出するように適合されたアルゴリズムの実施形態を示し、全てではなくいくらかの吸気ガスが被験体の肺胞空間に進入することが多種多様な目的において便利である事実、例えば高価なガスを保存することを可能としたり、中性ガス又は空気を各吸気サイクルにて送出することを可能としたりすることなどを説明する。

任意選択的に、プログラムコードは、各吸気サイクル［ｉ］の第１期間中は第１組成の第１ガスを、及び各吸気サイクル［ｉ］の第２期間中は第２組成の第２ガスを送出するように装置を適合させる。

任意選択的に、プログラムコードは、２つのガスリザーバからガス送出をシミュレートするように装置を適合させ、第１リザーバは各吸気サイクル［ｉ］の第１期間にて排他的に枯渇し、第２リザーバは各吸気サイクル［ｉ］の第２期間にて排他的に送出される。

任意選択的に、第１リザーバの充填率は被験体の合計吸気量から、測定期間に亘って解剖学的死腔容量に吸気されたガスの合計量を引いた量より少ない。

任意選択的に、測定期間は１分である。

任意選択的に、各吸気サイクル［ｉ］の第２期間にて送出されたガスの組成は、吸気ガスの少なくとも１つの成分ガスに対して中性である。

一態様によれば、本発明は可変組成の吸気ガスを送出するガス送出装置を用いる方法、及びその方法を実施するように適合したコンピュータプログラム製品又はプログラム可能なＩＣチップに向けられており、ガス送出装置はプロセッサと作動可能に接続されており、方法は、
Ａ．ガスの吸気量をリアルタイムで測定するように適合された流量センサからの出力を取得することと、
Ｂ．各吸気サイクル［ｉ］において、任意の所定時点［ｔ］_１〜［ｔ］_ｎにおいて当該吸気サイクルにて吸気されたガスの累積量を測定するために流量センサからの出力を使用することと、
Ｃ．アルゴリズムを実行して、当該吸気サイクルにおいてガス組成の少なくとも１つの閾値累積量が吸気されたか否かに基づいて、吸気されたガスの、呼吸の第１期間に対応する第１組成及び少なくとも１つの別の第ｎ組成から選択される組成を含む所望組成を決定することと、
Ｄ．各吸気サイクル［ｉ］の第１期間にて第１組成を、及び、少なくとも１つの所定閾値累積量に到達しているか否かに基づいて、吸気サイクル中に少なくとも１つの別の第ｎ組成を送出するようにガス送出装置に合図するために有効な制御信号を生成することとを含む。

任意選択的に、吸気サイクルの第１期間に対応する組成は少なくとも１つの第１判定基準を用いて決定されており、少なくとも１つの別の組成は少なくとも１つの異なる判定基準を用いて決定される。

任意選択的に、吸気サイクルの第１期間に対応する組成の全体量が被験体の肺胞空間に進入するよう、少なくとも１つの所定累積量は、被験体の一回換気量から解剖学的死腔容量を引いた量より少ないように設定される。

任意選択的に、別の組成は中性ガスである。

任意選択的に、別の組成物は０％の低さともなる成分ガスの百分組成であり、成分ガスは解剖学的死腔への送出を減らして保存を保証するべくユーザによって決定された種類である。

任意選択的に、方法及びコンピュータプログラム製品は、少なくとも仮想第１ガスリザーバ及び仮想第２ガスリザーバからのガス送出をシミュレートし、
（ａ）第１ガスリザーバ及び第２ガスリザーバは指定可能又は指定された組成のガスを含有し、
（ｂ）少なくとも第１ガスリザーバは吸気サイクルの第１期間に対応するガスを含有するように仮定され、方法は、各吸気サイクル［ｉ］の第１期間中、第１ガスリザーバの指定された組成のガスを送出するようにガス送出装置に合図するための制御信号を送信することを含み、第１ガスリザーバは、流量センサによって計測された吸気流量を追跡するリザーバ固有逓減率にて、各吸気サイクルにおいて枯渇されるように適合されたガスの量を含むようにプログラミングされており、
（ｃ）第１ガスリザーバが枯渇したときに、各吸気サイクル［ｉ］の第２期間中、少なくとも第２ガスリザーバの指定可能又は指定された組成と実質的に等しい組成のガスを送出するようガス送出装置に合図するために有効な制御信号を生成する。

この方法を行うために、コンピュータプログラム製品は、第１ガスリザーバ及び第２ガスリザーバの組成を指定するかその指定を可能とするプログラムコードと、各吸気サイクル［ｉ］の第１期間中、第１ガスリザーバの指定された組成のガスを送出するようにガス送出装置に合図するための制御信号を送信するためのプログラムコードと、流量センサによって計測される吸気流量を追跡するリザーバ固有逓減率にて各吸気サイクルにおいて枯渇されるように適合されるガスの量を含有する第１ガスリザーバの容積及び／又は充填率を指定するためのプログラムコードと、第１ガスリザーバが枯渇すると、各吸気サイクル［ｉ］の第２期間中、少なくとも第２ガスリザーバの指定された組成と実質的に等しい組成のガスを送出するようにガス送出装置に合図するために有効な制御信号を生成するためのプログラムコードとを備える。

任意選択的に、少なくとも第１ガスリザーバの容積は、第１ガスリザーバがリザーバ固有逓減率よりも低い指定可能又は指定されたリザーバ固有充填率で、連続的に関連付けられた組成のガスで充填されるという仮定に基づいて設定される。

任意選択的に、少なくとも第１ガスリザーバの容積は、第１ガスリザーバが吸気サイクルの始めに満たされているという仮定に基づいて設定され、容積は、流量センサによって計測される吸気流量を追跡するリザーバ固有逓減率で枯渇するとして予測可能である容積として選択される。

任意選択的に、方法は、各吸気サイクル［ｉ］の第１期間中は第１組成の第１ガスを、各吸気サイクル［ｉ］の第２期間中は第２組成の第２ガスを送出するように適合される。

任意選択的に、方法は２つのガスリザーバからのガス送出をシミュレートするように適合され、第１リザーバは各吸気サイクル［ｉ］の第１期間にて排他的に枯渇され、第２リザーバは各吸気サイクル［ｉ］の第２期間にて排他的に引かれる、例えば枯渇される。

任意選択的に、第１リザーバの充填率は、被験体の合計吸気量から、測定期間に亘って解剖学的死腔容量に吸気されたガスの合計量を引いた量よりも低い。

任意選択的に、測定期間は１分である。

任意選択的に、各吸気サイクル［ｉ］の第２期間にて送出されるガスの組成は、吸気ガスの少なくとも１つの成分ガスに対して中性である。

任意選択的に、各吸気サイクル［ｉ］における累積量は、一連の吸気サイクルに亘る第１ガス組成の目標合計ガス吸気量を得るために算定されており、一連とは任意選択的に少なくとも現在の吸気サイクル［ｉ］を含む。

例えば、量Ｘ（例えば５００ｍｌ）がＹ吸気サイクル（例えば７吸気サイクル）に亘って送出されるように設定される場合、プロセッサは、例えば（Ｙ−１）吸気サイクルによって量Ｚ（例えば４７０ｍｌのガス）が送出された後に、最後の吸気サイクルの閾値量がＸ−Ｚ（すなわち３０ｍｌ）となるように算定するようにプログラミングされる。

一態様によれば、本発明は可変組成の吸気ガスを送出するように適合された呼吸ガス送出システムに向けられており、
Ａ．プロセッサに作動可能に接続されたガス送出装置と、
Ｂ．次の判定基準：
ａ）所望のガス組成の指定可能又は指定された量が、当該吸気サイクルにて既に吸気されている、
ｂ）少なくとも１つの成分ガスＸの指定可能又は指定された量が、当該吸気サイクルにて吸気されている、
ｃ）当該吸気サイクルにおいてまだ吸気されていないガスの量が被験体の解剖学的死腔容量を超える、
を少なくとも１つ満たす各吸気サイクル［ｉ］における時点を示す少なくとも１つの条件を測定するように適合された少なくとも１つのデバイスとを備え、
複数の各吸気サイクル［ｉ］_１〜［ｉ］_ｎについて、プロセッサは、
（ａ）少なくとも１つのデバイスからの出力を用いて、少なくとも１つの判定基準に基づいて少なくとも１つの条件を測定して、
（ｂ）アルゴリズムを実行して、条件が満たされるか否かに基づいて吸気ガスの、吸気サイクルの第１期間中、送出されるように選択される第１組成と少なくとも１つの別の第ｎ組成とから選択される組成を含む所望の組成を決定して、
（ｃ）吸気サイクルの第１期間の間に第１組成を、及び条件が満たされたかに基づいて吸気サイクルに亘って少なくとも１つの別の組成を送出するようにガス送出装置に合図するのに有効な制御信号を生成する。

デバイスは、流量センサ、ガス分析器又は圧力センサなどの測定デバイス、被験体の一回換気量を制御するように適合されたデバイス（例えばベンチレータ）、被験体によって操作される入力デバイス又は催促デバイスを少なくとも１つ備えていてもよい。被験体によって操作される入力デバイスは、被験体が吸気サイクルの終了を開始することを示すことを可能にできる（すなわち、被験体の吸気努力を縮小させる）任意のタイプのものであればよい。催促デバイスは、吸気努力の量又は持続期間に関連付けられるパラメータの値の範囲内の値を被験体に容易に目指させるデバイスを含んでいてもよい。任意選択的に、システムは、少なくとも吸気サイクルの第１期間にて吸気されたガスの累積量をリアルタイムで測定する少なくとも１つの測定デバイスを備える。任意選択的に、システムは、患者の気道インターフェース又は患者の気道インターフェースにつながる導管における圧力をリアルタイムで測定して、例えば吸気及び／又は呼気努力の進行、開始及び／又は完了を監視するための少なくとも１つの測定デバイスを備える。任意選択的に、システムは少なくとも１つの成分ガスの濃度をリアルタイムで測定する少なくとも１つの測定デバイスを備える。

一実施形態によれば、本発明は別のシステムを用いて呼吸ガス送出システムの呼吸回路（基準回路及び基準システム）をシミュレートして、患者に届けられるガス―量及び組成の少なくとも１つ―が別のシステム及び基準回路を用いるときと実質的に同一であることに向けられている（すなわち、所定の出力―量又は組成、若しくはその両方―に対して、２つの回路が、少なくとも別のシステムが、たとえ任意選択的に少なくとも１つの態様においてであっても比較的有利な様態で基準システムの機能を遂行するという意味で、機能的に入れ替え可能である。例えば、別のシステムはより安全（例えば故障しにくい）、より頑丈、介護者の患者へのアクセスをより容易にする観点からはよりかさが低くてもよい。

流量の観点における機能等価性とは、流量のパターンを意味する。少なくとも１つの態様では、本発明の別のシステムは、別のシステムの制御アルゴリズムが基準回路の構造的な特徴（例えば少なくとも１つの構造コンポーネント）で、例えば物理的ガスリザーバをコンピュータメモリ内の累算器で置換するという意味で、基準呼吸回路のコンポーネントを仮想化する。

したがって、一態様によれば、本発明は第１呼吸回路との使用に適合された呼吸ガス送出システムに向けられており、第１呼吸回路は任意選択的に患者の気道インターフェースにつながる少なくとも１つのガス導管を有し、呼吸ガス送出システムは少なくとも１つの構造的な特徴、任意選択的に少なくとも１つの構造コンポーネント、任意選択的に基準、第２呼吸回路の構造部分の少なくとも１つのセットを仮想化することで特徴付けられており、呼吸ガス送出システムは、
ａ）第１ガス組成と少なくとも１つの別の第ｎガス組成の間を切り替えるための吸気サイクル中の時点、任意選択的に、吸気ガスで肺胞が既に充填されて解剖学的死腔が充填され始める時の前の時点を区切る時点、任意選択的にリアルタイムで少なくとも１つのパラメータを測定することで識別される時点を選択するために適合される、任意選択的にパラメータが量、圧力、及びガス濃度の少なくとも１つ、任意選択的に量である少なくとも１つのデバイス、任意選択的に、第１呼吸回路に関連して配置される、患者の気道インターフェースを介して吸気されるガスの量を少なくとも測定するための流量センサと、
ｂ）複数の構成成分又は成分ガスを含むガスを患者の気道インターフェースに送出する、コンピュータに作動可能に接続されたガス送出装置と、任意選択的に
ｃ）被験体によって吸気及び／又は呼気された１つ以上のガスのガス濃度を分析するガス分析器とを備え、
コンピュータは少なくとも構造コンポーネント、任意選択的に基準呼吸回路の構造部分の少なくとも１つのセットを置換するように任意選択的に構成され、構造部分のセットが任意選択的にガスリザーバ、バルブ、及び導管から選択される少なくとも１つの部分を含み、構造部分の少なくとも１つのセットの演算的及び数学的モデルを少なくとも１つ用いて構造部分のセットの機能をシミュレートするガス送出特徴を生成する。任意選択的に、本発明に係る呼吸ガス送出システムによってシミュレートされる構造コンポーネントの少なくとも１つのセットは、任意選択的に各吸気サイクルの始めに開かれるように適合される第１回路流路からのガス流を、所定吸気サイクル中に少なくとも１つの別の、第ｎ（例えば第２）回路流路まで向けるように適合される構造部分のセットを備えるかそれから成る。任意選択的に、第１回路流路は第１ガス組成のガスを提供するように適合され、少なくとも１つの別の流路は少なくとも１つの別の第ｎガス組成のガスを提供するように適合される。任意選択的に第１回路流路は第１ガス源（システムは第１ガス源のガス流特徴、任意選択的に流れの最大容積又は量及び／又は組成をシミュレートする）、任意選択的に第１ガスリザーバに作動可能に接続されており、本発明の呼吸ガス送出システムは少なくとも第１ガスリザーバの周期性補充及び枯渇をシミュレートする。任意選択的に、基準呼吸回路の少なくとも１つの別の第ｎ回路流路は第２ガス源であり、本発明のシステムは少なくとも１つの第２ガス源のガス流特徴、任意選択的に少なくとも１つの第２ガス源の組成をシミュレートする。任意選択的に、少なくとも１つの第２ガス源はリザーバであり、任意選択的には被験体の呼気ガスを保持するリザーバであり、基準呼吸回路の少なくとも１つの別の回路流路は任意選択的にまず被験体の直前の呼吸からの最後に呼気されたガスを送出するように適合される。

一実施形態によれば、本発明の呼吸ガス送出システムは基準呼吸ガス送出システム内でどのようにして基準呼吸回路の置換コンポーネントが作動するのかを説明しており、本発明のシステムは質的及び／又は量的に、例えば、基準システムに対して所望の度合いまで機能的に等価（同じ機能を行うことができる）であるように（本発明のシステムは、同一の一般的な機能を１つ以上の制限又は不必要な属性なく行った場合に、基準システムと同等に機能すると考慮することができる）シミュレートする。

ここにて記載するように、コンピュータ制御システムの他に、２つのシステムの間の少なくとも１つの主要な物理的な違いは、第１呼吸回路と基準（第２）呼吸回路の間の違いに存在する。非明示的に、第１呼吸回路及び基準呼吸回路（便宜上「第２」呼吸回路と示す）が異なる場合、本発明の呼吸ガス送出システムは、任意の基準呼吸ガス送出システム内における作動に関して、２つのシステムが全般的に同等に機能するように意図される程度に代償的に同等とすることができる。例えば、基準システムの特徴をシミュレートすることで等価とすることができる本発明のシステム及び基準ガス送出システムの特徴としては、ガス送出装置からの流量、呼気後の流れの停止をシミュレートするための、例えば患者の気道インターフェース（例えば呼吸マスク）への流れの停止、又は、ガスリザーバと別のガス源、任意選択的には潜在的に異なる組成のガスを導入するのに用いられ得るリザーバ又は吸入口からつながる他の流路との間のアクセスの切り替えをシミュレートするための組成の変化（例えばトリガされた量、例えば、周期的に補充され、吸気によって枯渇されるガスリザーバのガスの量）を挙げることができる。

したがって、本発明はまた、任意選択的に患者の気道インターフェースにつながる少なくとも１つのガス導管を有する第１呼吸回路を備える又はそれとの使用に適合される呼吸ガス送出システムに向けられており、呼吸ガス送出システムは基準呼吸回路を備える基準呼吸ガス送出システムのガス流特徴を仮想化することで特徴付けられており、基準呼吸ガスシステムのガス流特徴は少なくとも部分的に基準呼吸回路の構造的な特徴、例えばコンポーネント又は部品によって規定されており、呼吸ガス送出システムは
ａ）任意選択的に患者の気道インターフェースの中又はその近位に配置される、例えば、所定の呼吸又は呼吸セグメント、例えば吸気サイクルまたはその任意の期間において患者の気道インターフェースに進入するガスの量を測定するための流量センサと、
ｂ）患者の気道インターフェース、任意選択的にガス導管にガス（ガスは任意選択的に複数の構成成分又は成分ガスを含む）を送出するように適合されたガス送出装置（ガス送出装置は、ガス送出装置を制御する内臓コンピュータを備える及び／又は外部コンピュータからの入力を受信するように適合されてもよい）と、任意選択的に
ｃ）例えば、被験体によって、任意選択的に呼気の最後に呼気されたガスの組成を測定するためのガス分析器であって、任意選択的に患者の気道インターフェースの中又はその近位に位置されるガス分析器と、任意選択的に
ｄ）任意選択的に患者の気道インターフェースの中又はその近位に配置され、例えば各吸気サイクルの始めと終わりとを判定する圧力変換機とを備え、
コンピュータは、ガス送出装置のガス出力特徴が少なくとも部分的に基準呼吸ガス送出システムの送出特徴を示す基準呼吸回路の構造的な特徴を置換するように、ガス送出特徴、特にガス送出装置のガス出力特徴を制御するようにプログラミングされる。

「ガス送出特徴」の表現は、第１呼吸回路に不在の回路のコンポーネントによって少なくとも部分的に示される、被験体へのガス流に影響を与える基準呼吸回路の任意の特徴を意味する。任意選択的に、ガス流特徴は、バルブ及び例えばリザーバなどのガス収容器、導管、又はコンプライアンスから選択される１つ以上のコンポーネント又は部品によって決定される。ガス「送出特徴」又は「流れ特徴」は、回路圧力、ガス又はガスの構成成分におけるガス成分の濃度（例えば、第１回路流路から、異なる組成のガスが放射される別の回路流路までの流れの源又は流路における変化で示される）、ガス又はガス構成成分若しくは成分の流れの速度又は量、流れの生成又は制限（例えば、一方向バルブ、比例制御バルブ、ＰＩＤ制御バルブ、又はオン／オフタイプのバルブを介して）、若しくは流れ制限の解除（例えばバルブを介して）、その時系列（例えば、別の源又は流路などからの、受動バルブ（所定の開口圧力を有していてもよい）又は能動バルブ（例えばバルーンバルブ）よって印加される成分ガスの送出の順番／タイミング）、及び、コンプライアンス、導管又はリザーバにガスを蓄積するための質的並びに任意選択的に量的な容量を含んでもよい。一実施形態では、以下に説明するとおり、呼吸ガス送出システムは、例えば吸気ガスリザーバ（選択された率にて補充、例えば充填されていてもよい）、呼気ガスリザーバ又は周囲空気入口を有する種類の連続ガス送出回路を採用する基準送出システムのガス送出特徴、及び、吸気リザーバが一時的に空になったときのみ（それぞれ次の吸気サイクルの前に、ガス混合器の形態などのガス送出装置によって補充されてもよい）に呼気ガスリザーバ又は周囲空気入口から患者にガスが流れるのを可能とする流量制御システムを仮想化する。

「リザーバ」の表現は閉じ込めチャンバ、任意選択的には確定された容積のものを意味し、バッグ、チューブなどを含んでいてもよい。「流量制御システム」又は「空気流量制御システム」の表現は、別の空気流路が利用可能であるときに、バルブ及び導管などのコンポーネント又は部品が流れの源及び／又は行き先を制御するシステムを意味する。

呼吸回路の構造コンポーネントの表現において用いられる「コンポーネント」の表現は呼吸回路の任意の部分を意味し、とある機能を実行するために設計された相互的な部分の組立体、例えば呼吸回路の吸息肢（ｉｎｓｐｉｒａｔｏｒｙｌｉｍｂ）、呼吸回路の呼息肢（ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙｌｉｍｂ）、吸入口及び排気口を有するリザーバなどを含む。部品という表現は、この関連における部品の表現が任意の部品を示すという条件で入れ替え可能に用いられるが、コンポーネントと対比して、その部品が典型的に個別単位として製造又は販売される種類である場合、すなわちある部品がバルブの一部又は一単位として典型的に製造又は販売されるバルブで示されて、２つの個別の空気導管の間に接続されたバルブとしては示されない場合に部品の組立体を示すようには意図されない。

「コンピュータ」の表現は、ここで考えられ得る、入力信号の算定及び取得並びに出力信号の提供、さらに任意選択的には、例えばここで考えられ得る電子コンポーネント及び用途特有デバイスコンポーネントからの入出力などの算定用のデータを保存することを含む機能を遂行するための個別の電子コンポーネント及び／又は部品、例えばバルブと合わせて用いることができる任意のデバイス（１つのコンポーネント又はその任意の適切な組み合わせからなる）に広く言及するのに用いられる。ここで考えられ得るように、コンピュータの形態の信号プロセッサ又は処理デバイスは、デジタル及び／又はアナログ信号処理能力によって制限されることなくここで考えられる機能を遂行するために機械読取可能命令又は専用回路を用いてもよく、例えば、マイクロコントローラの形態で他のコンポーネントと一体化されてもよいＩＣチップに埋め込まれた専用マイクロプロセッサなどのＣＰＵを含む。キー入力は、圧力変換機、ガス分析器、パラメータ又は値を入力するための任意の種類の入力デバイス（例えば、ノブ、ダイヤル、キーボード、キーパッド、マウス、タッチスクリーンなど）からの入力信号、コンピュータ読取可能メモリからの入力などを含んでいてもよい。キー出力は、流量制御装置（例えばＰＩ制御又はＰＩＤ制御など）への出力を含んでいてもよい。「プロセッサ」及び「コンピュータ」の表現は入れ替え可能に用いられる。

本発明から除外されるのは、システムにおける圧力を測定して異なる組成を有するガスを含む２つの物理的なリザーバにつながる能動バルブを制御するために用いられる呼吸ガス送出システムである。本発明のシステムは２つのガスリザーバにつながる２つの回路流路、及び、例えば、流れにおける任意の妨害又はガス流の異なる源の結合を回避したい場合の、流路間の流れを調整する関連の必要品への依存を排除する。

「仮想化する」の表現は、実際の又は「理論」回路のモデルに係るプログラム化されたガス送出を示し、モデルの仮想回路は基準ガス送出システムの構造的な特徴、特に基準送出システムが協働するように適合される基準呼吸回路の少なくとも１つのコンポーネントと入れ代わるかそれを完全に不要とする（「置換する」）。したがって、構造コンポーネントは送出装置出力特徴によって置換される。

「連続ガス送出（省略してＳＧＤ）バルブ」の表現は、物理的又は仮想の判定基準を満たしたときに２つのガスを順に送出することを可能にする任意のバルブを意味する。例えば、判定基準は、少なくとも１つの他のガスが同一呼吸で送出されるように、限られた量（例えば容積で表す）を含有するように設定されたリザーバの枯渇であってもよい。このような物理的バルブは、例えば再呼吸回路についてのガス流を提供し、例えばより低い開口圧力を有するバルブを介してより低い圧力でアクセス可能な、第１ガス源の枯渇のみに反応する能動バルブ（例えばバルーンバルブ）又は上昇開口圧力を有する受動バルブであってもよい（図２及び図３、並びにこのようなバルブ及び関連する回路の例を開示するＷＯ／２００４／０７３７７９を参照）。

一実施形態によれば、理論回路は、実際では理想な度合い近くまで実現することが難しいが、理想に近く機能できる回路をシミュレートする本発明について特定の制限なく機能することができるように理想化できる回路によって例示される（例えば、より複雑でない、よりかさばらない、より故障しにくい、又は組成を瞬時に変更して、源と切り替え用の判定基準をモデリングすることで源が仮想的ではなく物理的に切り替わるときに例えばある源からの流れの停止及び他の源からの流れの開始を同期させることが難しい場合に異なるガス源間での切り替えをシミュレートすることが可能、例えば、選択可能又は確認可能な率にて交互に補充及び枯渇されて、枯渇されたときに別の源から流れを開始させる一時枯渇（仮想的な表現で言えば、組成を指定する判定基準が、別の源から可変可能であれば、そのように示されたときの、枯渇時の組成の変更））。このような仮想回路は呼吸回路（ガスリザーバなどの物理源自体と、関連付けられるガス導管及びＳＧＤバルブなどのバルブを任意選択的に含む）の切替え装置、及び呼吸回路に複数の物理源を必要とすることが省略可能であるように見受けられる。源のモデリングは、組成、及び、流れの速度、流れの容積、流れの持続時間、流れの圧力を少なくとも１つ含む流れのパターンから選択される少なくとも１つのパラメータの観点で得ることができる。

任意選択的に、基準呼吸回路のガス送出特徴は、部分的に、吸気ガスリザーバを含む回路の吸息肢によって示される。吸気ガスリザーバはガス送出装置の制御によって第１呼吸回路にて置換されて、充填などの補充（第１組成物の構成成分ガスの患者への流れによってシミュレートされる）及び吸気ガスリザーバの枯渇（例えば、被験体の実際の吸気流量を計測するために配置された流量センサによって計測されるとおり）（第１組成物の成分ガスの流れの停止）をシミュレートしてもよい。「吸気ガスリザーバ」の表現は、各呼吸のガス含有物の第１期間を提供するガス組成物、例えば：（１）患者の主要な呼吸に必要なもの又は（２）肺循環におけるガス交換を促進するための濃度勾配の形成を主に意図するガスのためのリザーバに言及するために用いられている。対照的に、呼気ガス又はその同様の組成を有するガス（中性ガス）を送出する目標は逆であるが（このような濃度勾配の形成を回避するように意図される）、任意選択的に、その送出が酸素、麻酔、又はその他の治療的／診断的ガスなどのガスを保存する意図が第２にある場合は例外である。

「送出（ｄｅｌｉｖｅｒｙ）」又は「送出（ｄｅｌｉｖｅｒ）」の表現は、ガスを被験体に吸気可能に提供することに言及するために用いられており、加圧源が被験体に対して開放されていることを暗に意味はしない。例えば、ガスは、その吸気に対して抵抗が存在しないとき、又はそのような抵抗が被験体の吸気努力によって機械的補助の有無にかかわらず克服できるときに、リザーバ又は導管から（受動的に）提供可能であってもよい。

任意選択的に基準呼吸回路の流れ特徴は、基準呼吸回路の構造的な特徴が第１ガス源からの流れを阻むとき、例えば吸気リザーバが枯渇したとき又はバルブが第１ガス源からの流れを制限するように設定されたときに例えば基準呼吸回路の吸気リザーバなどの第１ガスコンポーネントについては第１源又は回路流路から、例えば空気取入ポート又は第２ガスリザーバ（例えば呼気ガスリザーバ）などの第２ガスコンポーネントについては別の源又は回路流路まで、ガス流を向ける流量制御システムによって部分的に示される。流量制御システムは、プログラミングされたガス出力特徴によって任意選択的に第１呼吸回路において置換されており、ガス出力特徴は、第１ガス源または回路流路の特徴とまず一致し、次に、別のガス源または回路流路に流れが切り替わるときに対応して、別のガス源又は回路流路の特徴と一致する。例えば、ガス流特徴は、第１ガス源又は回路流路から放出されるガスの少なくとも１つの成分の濃度及び／又は量（第１ガス構成成分の成分）、及び第２ガス源又は回路流路から放出されるガスの少なくとも１つの成分ガスの濃度（第２ガス構成成分の成分）を含んでいてもよい。

一態様によれば、本発明は、患者の気道インターフェースにつながる少なくとも１つのガス導管を任意選択的に備えるかそれから成る第１呼吸回路を備えるかそれとの使用に適合された呼吸ガス送出システムに向けられており、呼吸ガス送出システムは、例えば、構造的に異なる（例えばよりガスを無駄にしない、及び／又はより複雑でない（例えば部品の数が少ない又は部品がより容易に組立、一体化若しくは調整可能である）及び／又はよりかさばらない、及び／又はより高価でない及び／又は故障しにくい若しくは物理上の制限を受けにくい）第２の基準呼吸回路を備えるかそれとの使用に適合された基準呼吸ガス送出システムの機能、例えば選択されたガス流（送出）特徴を仮想化、例えばシミュレートするために適合されていることで特徴付けられており、呼吸ガス送出システムは、
ａ）患者の気道インターフェースの中又はその近位に任意選択的に配置される流量センサと、
ｂ）複数の構成成分又は成分ガスを備えるガスを患者の気道インターフェース、任意選択的にガス導管に送出するために適合されたガス送出装置（ガス送出装置は、ガス送出装置を制御する内臓コンピュータを備えていてもよく、及び／又は外部コンピュータからの入力を受信するように適合されていてもよい）と、任意選択的に
ｃ）患者の気道インターフェースの中又はその近位に任意選択的に配置されるガス分析器とを備え、
ガス送出装置の制御は基準ガス呼吸ガス送出システムの選択された流れ特徴を以下のとおり制御し、
１．構造的な特徴、例えば基準呼吸回路の構造部分などによって少なくとも部分的に規定され、
２．１つ以上の構成成分ガスの源又は回路流路及び／又は送出順番、及び／又は一呼吸、一連の呼吸、呼吸セグメント又は一連の呼吸セグメント、若しくは時間期間において吸気可能な状態のガス又はガスの構成成分又は成分の組成及び量を規定し、
コンピュータは以下を行うためにガス送出装置に入力を提供するようにプログラミングされ、
Ａ）入力として、流量センサ（及び任意選択的にガス分析器）から取得したデータと、置換された構造的な特徴を示すパラメータ、例えば第２基準呼吸回路の構造部分を含む、第２の基準呼吸回路の少なくとも数理的モデルとを採用するアルゴリズムを実行することでガス送出装置を制御し、置換された特徴、例えば構造部分は、
ａ．選択されたガス送出特徴を少なくとも部分的に規定し、
ｂ．第１呼吸回路に存在せず、
Ｂ）呼吸ガス送出システムが第１呼吸回路にガスを出力するときに呼吸ガス送出システムの選択されたガス出力特徴が第２基準呼吸回路の置換された部分によって規定された基準呼吸ガス送出システムの部分をシミュレートするように、第２基準呼吸回路の置換された構造的な特徴を説明するガス送出装置への出力信号を生成する。

一実施形態では、基準呼吸回路は第１呼吸回路には存在しない吸気ガスリザーバを備える再呼吸回路であり、コンピュータは、吸気ガスリザーバが充填される少なくとも１つの率と吸気ガスリザーバが空にされる率との入力を得て、シミュレーション上で吸気ガスリザーバが枯渇した後に二酸化炭素含有ガスを送出するようにガス送出装置を制御するよう、プログラミングされる。

一実施形態では、基準呼吸回路は第１呼吸回路に存在しない吸気ガスリザーバと呼気ガスリザーバとを備える再呼吸回路であって、コンピュータは、任意選択的に、吸気ガスリザーバが充填される少なくとも１つの率（選択された容積の第１ガスリザーバが各吸気サイクルの始めに補充されていることを単純に仮定できるため、これは任意選択的である）と吸気ガスリザーバが空にされる少なくとも１つの率の入力を取得して、吸気ガスの各シミュレーション上での枯渇の後に二酸化炭素含有ガスを送出するようにガス送出装置を制御することによって、吸気及び呼気ガスリザーバを置換する。再呼吸回路は、構成成分ガスが順に送出される場合は連続ガス送出回路であってもよい。連続ガス送出回路は、第１ガス組成物の後に送出されたガスが、最後に呼気された呼気終末ガスに対応する量で呼気ガスの例えばＣＯ_２の少なくとも１つの構成成分の組成であるかそれを有する、又は呼吸ガス送出システムが呼気終末ガスの目標濃度を制御するように適合されている場合はその目標濃度であるかそれを有することを暗に意味しない。

一実施形態では、呼吸ガス送出システムはガス分析器を備え、基準呼吸回路は連続ガス送出回路である。第１送出ガスは患者の生理的及び／又は治療的なガスの必要条件に主に対応する組成であってもよく、一方で第２送出ガスは呼気ガス又はガス混合器などのガス送出装置によって調製されて、例えば、以下に規定する「中性ガス」としての意図する機能を示す量での二酸化炭素の送出など、その送出を正当化する量で呼気ガスの成分を少なくとも含有するガスであってもよい。

一実施形態では、呼吸ガス送出システムはガス分析器を備え、基準呼吸回路は吸気ガスリザーバと、呼気ガスリザーバと、吸気ガスリザーバが枯渇したときのみに患者に対してガスの流れを向ける空気流量制御システムとを備える。空気流量制御システムは典型的に、１つ以上の能動及び／又は受動バルブ（閾値圧力、例えば吸気ガスリザーバが枯渇した結果による負圧に到達したときに作動する）を備えていてもよい。基準呼吸回路は、回路の吸気及び呼気肢を相互接続するバイパス肢（ｂｙ−ｐａｓｓｌｉｍｂ）又は回路の呼気肢内に排他的に配置され、そのことによって吸気流路から届けられたガスが枯渇したときに呼気ガス流路に負吸気圧力がかかるように利用するように機能するバイパス肢を備える流量制御システムを備えていてもよい。あるいは、連続ガス送出に影響を与えるべく、１つ以上の能動バルブを用いてもよい（米国特許公報第２００７／００６２５３４号を参照）。吸気リザーバ、呼気ガスリザーバ及び／又は流量制御システムは、第１呼吸回路に存在しなくてもよい。ガス送出装置は、ガスの濃度及び流量を制御して、吸気ガスリザーバの１つ以上の充填及び枯渇サイクルを、任意選択的に吸気ガスリザーバへの少なくとも１つのガスの流量及び吸気ガスリザーバが枯渇する少なくとも１つの率に基づいてシミュレートするようにプログラムされていてもよく、被験体によって呼気されたガスの少なくとも１つの成分の入力は、その少なくとも１つの成分を選択された濃度、例えばガス分析器によって計測された濃度と一致するかそれに近い濃度（任意選択的には二酸化炭素）で少なくとも１つの成分を含有するガスを（例えば続けてまたは同時に）送出するようにガス送出装置を設定するために、ガス分析器から取得される。

本発明の任意の態様を参照して、一実施形態では、第２の基準呼吸回路は再呼吸回路であり、ガス送出装置は、被験体の毎分換気量から解剖学的死腔換気量を引いた流量にて吸気ガスリザーバの充填を任意選択的にシミュレートする。このようにして、選択された組成の第１送出ガスの全体量が肺の肺胞容積へと進入する（解剖学的死腔と対照的に）。被験体の呼吸ｎ−１からの呼気ガスに対応する組成を有するガスは次に、例えば吸気ガスリザーバのシミュレーション上の枯渇後に、各呼吸ｎに送出されてもよい。より広義では、例えば、その組成が、二酸化炭素などの成分の少なくとも１つの成分の観点において肺並びに肺循環間の分圧勾配の確立に最小限にしか貢献しない意味で、第２送出ガスは「中性ガス」（以下に規定する）であってもよい。一実施形態では、選択されたガス出力特徴は以下の少なくとも１つを備える：
（ｉ）例えば、１つの構成成分のガスが最初に送出され、その後にガスの２つ目の構成成分の送出が続き、任意選択的に、サイクルにて、第１構成成分の送出がガスの第２構成成分の送出中の状態を停止させ、逆も同様である、ガスの２つのコンポーネントの送出の順番又はタイミング、好ましくは、呼吸ガス送出システムはその第１構成成分の流量が被験体の毎分換気量から解剖学的死腔換気量を引いた量であり、最初に送出された構成成分の全量が各サイクルにて肺胞空間に進入し、第２構成成分は中性ガスである基準呼吸ガス送出システムをシミュレートする、
（ｉｉ）ガスの一呼吸又は呼吸セグメント毎の量及び組成、若しくはガスの少なくとも１つの成分、
（ｉｉｉ）複数の呼吸又は呼吸セグメントを亘った、若しくは任意の時間期間［ｔ］に亘った、ガスの全送出量に対するガスの構成成分又は成分の量、
（ｉｖ）ガス送出装置からのガス出力の量の各増分単位における、少なくとも１つの構成成分又は成分の濃度、
（ｖ）一呼吸［ｉ］又は複数の呼吸［ｎ］に亘った若しくは選択された時間期間［ｔ］に亘った被験体の有効肺胞換気量。「有効肺胞換気量」の表現は、肺胞に到達してガス交換についての濃度勾配を確立する送出ガスの量の部分を意味する（「中性ガス」構成成分を省く）。

一態様によれば、本発明は患者の気道インターフェースにつながる少なくとも１つのガス導管を有する第１呼吸回路との使用に適合される呼吸ガス送出システムに向けられており、呼吸ガス送出システムが基準呼吸回路の構造コンポーネントを仮想化することで特徴付けられており、呼吸ガス送出システムは、
ａ）患者の気道インターフェースを介して吸気されたガス量を少なくとも測定する流量センサと、
ｂ）複数の構成成分又は成分ガスを含むガスを患者の気道インターフェースに送出するコンピュータを備えるかそれに制御されたガス送出装置と、任意選択的に
ｃ）被験体によって吸気及び／又は呼気された１つ以上の成分ガスのガス濃度を分析するガス分析器とを備え、
コンピュータは、基準呼吸回路の１つ以上のコンポーネントを、置換された構造コンポーネントの数理的モデルを用いてそのコンポーネントを置換するガス送出特徴を生成することで置換するようにプログラミングされている。

提案されるように、「置換する」の表現は、例えば、その置換された回路がより少ない、及び／又はよりかさばらない、及び／又はより複雑でない又は費用がかからない及び／又は故障しにくいコンポーネントを必要とするように、１つ以上のコンポーネントを不必要とする（第１呼吸回路に物理的な相対物を有することが不必要）こと、又は他のコンポーネントと入れ替えることを含む。

任意選択的に、呼吸ガス送出システムは基準呼吸システムのコンポーネントをシミュレートする仮想コンポーネントを備える。

例えば、一実施形態では、置換されたコンポーネントは、第１呼吸回路では不必要である可能性を有する吸気ガスリザーバである。例えば、呼吸ガス送出システムは、仮想リザーバの吸入及び放出のタイミング率に関連して、事実上、繰り返し（周期的に）、仮想的に充填及び再充填される吸気ガスリザーバの仮想量と一致する量で吸気ガスリザーバの組成物を提供するガスを送出するようにプログラミングされていて、第１呼吸回路から、そして結果的に呼吸ガス送出システム全体の設計からその相対物である物理的リザーバを除外してもよい。

例えば、一実施形態では、置換されたコンポーネントは、第１呼吸回路において不必要である可能性を有する連続ガス送出バルブ又はバルブセットである。連続ガス送出バルブ又はバルブセットとは、第１流路から第２流路まで流れを交互に向かわせて、例えば異なる組成及び／又は源を有するガス、例えば所定吸気サイクルにおいて吸気されたガスの含有必要条件のいくらかを供給する第１ガスとその含有物の他方の部分を供給する第２ガス（例えば、呼気終末ガスなどの「中性」ガス）が送出することを可能とするバルブ又はバルブセットを意味する。例えば、呼吸ガス送出システムは、事実上、吸気ガスリザーバの組成物を繰り返し（周期的に）提供するガスを最初に送出し、次に周囲空気入口又は仮想第２ガスリザーバの推定量を送出するようにプログラミングされていてもよい。したがって、第１呼吸回路の物理的コンポーネントの観点において、患者の気道インターフェースにつながる単一の導管は、上述のバルブ及び任意選択的に呼気ガスリザーバなどの第２ガスリザーバと入れ替え可能である。

図１は、連続的に送出される呼吸ガスの構成成分が肺循環に伴うガス交換にどのように差別的に貢献できるかを図示する、肺の概略図である。図２は、基準呼吸回路の一例の概略図である。図３は、基準呼吸回路の別の例の概略図である。図４は、本発明に係る呼吸ガス送出システムの一実施形態の概略図である。図５は、本発明に係る呼吸ガス送出システムの別の実施形態の概略図である。

ガスの送出の一部に言及して用いられる「構成成分」の表現は、所望の場合、呼吸ガス送出システムによって、例えば連続ガス送出（ＳＧＤ）回路のように別の構成成分と順次送られるなど、異なるタイムフレームに亘って別々に送出される（及び従来は基準呼吸ガス送出システムにて別々に送出される）ことが可能なガスの別個の機能的サブセットに言及しているのに対して、ガスの「成分」は、定義上では異なる化学組成のガスの混合物の既に一部であり（基準システムにおいても）、最初に分離されない限りは別々に送出できないものとして考えられる。典型的に、成分は、例えばＷＯ／２００７／０１２１９７に開示されるようなガス混合器の形態でガス送出装置と合わせて用いられるタンクに貯蔵される個別の又は混合されたガスを含み、例えば、特定のタンク又は源（好ましくは加圧下にて貯蔵又は送出可能である）から単独若しくはガスの混合物として存在するガスＸの呼気終末濃度を目標に定めるものを含む。ガスＸの呼気終末濃度は、ＷＯ／２００７／０１２１９７及びＳｌｅｓｓａｒｅｖＭ．ら、ＪＰｈｙｓｉｏｌ５８１．３（２００７）ｐ．１２０７に記載の方法を含む、当業者に周知の方法によって制御されてもよい。したがって、成分ガスは構成成分部分の強制分離なしでは分割不可能であると考えられる。例えば、５０ｍｍ．Ｈｇの二酸化炭素の分圧を目標として定めるガス組成物を送出するには、経験的にＣＯ２の分圧を所望の分圧、例えば８％ＣＯ_２まで増加させるガス組成、及びＷＯ／２００７／０１２１９７に開示されるアルゴリズムを用いて、この分圧を維持することができる。

「数理的モデル」の表現は、コンピュータによって実行されるプロセスに任意の形態の数理的な関係又は算定が基礎にあるかそれに伴う任意のモデルに言及するのに広く用いられ、念のため、ルックアップテーブルに埋め込まれたモデルを含む。

「アルゴリズム」の表現又は関連する「演算的」（例えば「演算的モデル」）の表現は、コンピュータの機能、特に基準呼吸回路の１つ以上のコンポーネントのシミュレーションを行う上でコンピュータが遵守する任意のプロセス又は規則のセットに言及する。

ここに用いるように、基準呼吸回路、及び特に連続ガス送出回路の構造的な特徴をシミュレートすることにおいて、「数理的モデル」と「演算的モデル」の両方又は少なくとも１つも無い状態ではシミュレーションを行うことができず、及びそれぞれが互いを含むように理解されていてもよい。

ここに用いるように「指定可能」の表現は、パラメータ又は値を指定するための便利な入力手段がユーザに提供されていることを暗に意味し、「指定された」の表現は、あらかじめ設定されたかその便利な入力によって取得されたかにかかわらず、何らかのパラメータ又は値が設定されていることを暗に意味する。したがって、「指定可能な又は指定された」の表現に用いられている場合を除き、「指定された」の表現は値又はパラメータが指定可能でないことを暗に意味しない。「指定可能な又は指定された」の表現は、便宜上、ここにおいて、ユーザ入力の設備が、パラメータ又は値を「指定可能」にする設備が必要かどうかについて注釈することなく、容易に入手可能か不可能であるかを暗に意味する。指定可能な入力の設備を有する便宜性は一般的に任意選択的であるとして理解され、この設備が本発明を最も有利な又はその能力の最も実用度合いの高いところまで用いるのに必要か、余分であるか又は予感するような価値を有さないかどうかにかかわらず（潜在的な非即時又は予測される或いは予測されない将来の使用、又は試験について）好ましく、本発明がこの設備なしでは非常に狭い目的のみでしか用いることができない又は大きくないアドバンテージしか得られない。

「ガス送出装置」の表現は、吸気ガスの組成を調整することができる任意の装置、例えば吸気可能に可変／選択可能な組成のガスを生成することができる任意のデバイスである。ガス送出装置は、ベンチレータ、又は被験体が可変／制御可能な組成のガスを吸気することができる呼吸回路と関連付けられた他の任意の呼吸補助デバイスと合わせて用いられてもよい。

好ましくは、ガスの組成及び／又は流量はコンピュータ制御下にある。例えば、ガス送出装置は少なくとも１つのガス（純又は予備混合された）を適切なあらかじめ規定された流量で送出するように適合されてもよい。流量は、ダイヤル、レバー、マウス、キーボード、タッチパッド又はタッチスクリーンなどの入力デバイスの形態を用いて選択可能であってもよい。好ましくは、ガス送出装置は１つ以上の純又は混合ガスを組み合わせる、すなわち「ガス混合器」を提供する。

「ガス混合器」は、１つ以上の保管された（任意選択的に加圧下で保管される又はポンプによって送出される）ガスを、選択可能な流量の送出のためのあらかじめ規定された又は選択可能な割合で、好ましくはコンピュータ制御下で混合するデバイスを意味する。例えば、１つ以上の保管されたガスは、ポンプで注入された室内気と組み合わせてもよく、又、純若しくは混合された（各混合ガスは安全上の理由で少なくとも１０％の酸素を有していてもよい）ガスの組み合わせは、それぞれ二酸化炭素、酸素及び窒素のうちの１つを単独又は主要な構成成分として含んでいてもよい。任意選択的に、選択可能な割合は、入力デバイスを用いて自動的に、任意選択的に各保管ガス（純又は予備混合された）の流量を個々に可変的に、好ましくは迅速な流量制御装置を用いて制御することで制御され、このことによってあらかじめ規定された狭い又は広い範囲にてガスＸの様々な濃度又は分圧の随意選択を可能とする。例えば、ガス混合器は、口の前を過ぎるようにガスを吹き出す高流量混合機（すなわち、吸気されないガスは室内に排出される）であってもよく、又はガス混合器は患者の呼吸に必要な量と密接に一致する量のガスを送出することでガスを保存するように適合されてもよい。

任意選択的に、呼吸ガス送出装置はＷＯ／２０１２／１３９２０４に記載の基礎構造又は特殊演算的特徴を含有する。

閾値量に到達したことを説明するのに用いられる「到達した」の表現は、達した又は超えたことを意味する。

「判定基準」の表現は、条件が満たされたか否か又は状態が存在するかを判断するのに必要な入力が本発明の呼吸ガス送出システムに連動するプロセッサによって使用可能であるという任意の状態又は条件を意味し、任意選択的に、入力は本発明の呼吸ガス送出システムと連動する任意の種類の測定デバイスからのもの（例えば圧力、流れ、濃度）であり、任意選択的に、測定デバイスは患者の気道インターフェースの中の又はそれに近位の呼吸回路と連動する測定デバイスである。

「再呼吸回路」又は「部分再呼吸回路」は、被験体の吸気サイクルについて必要なガスの条件が部分的に選択可能な組成の第１ガス及び再呼吸ガスによって、第１ガスが呼吸用の被験体の量的ガス条件を完全に満たさない度合いで作成される、任意の呼吸回路である。第１ガスは少なくとも組成又は量の１つにおいて選択可能でなければならない。好ましくは、第１ガスの量と組成とが選択可能である。再呼吸ガスの組成は、任意選択的に、保管されていた以前に呼気されたガス又は以前の呼気ガスと同一のガスＸ濃度を有するように調製されたガスから成るか、若しくは第２ガスは、各呼吸［ｉ］についての目標呼気終末ガス組成と対応する（すなわち同一の濃度を有する）ように選択されたガスＸ濃度を有する。このような構成成分の連続送出に関連する本発明の態様は、呼吸についての被験体の必要条件が過剰評価されているか、その他に第１ガスの構成成分が全て肺の肺胞部分に届く必要がない場合には適用されない場合がある。

好ましくは、回路は、被験体が第１ガスの全体又は周知の量を、各呼吸又はガス送出摂生の一部を形成する連続する一連の呼吸で受けるように設計又は採用可能である。一般的には、再呼吸ガスは、ガスの吸い込みが少なくとも解剖学的死腔の全体を充填する場合は肺と肺循環の間のガス流についての分圧勾配に著しく貢献しないという主要な役割を果たす。したがって、自発的に呼吸する（一回換気量が、例えばベンチレータを介して制御されていない）被験体の場合は、被験体の予測不可能な一回換気量が、各呼吸［ｉ］についてのガスｘの呼気終末分圧（ＰｅｔＸ［ｉ］）を得る又は目標に定めるのに必要な制御されたガス組成の予期算定を無効にはしない。

任意選択的に、「再呼吸ガス」は用意されたガスから成るかそれによって代用されてもよい（ガスＸ含有量の観点にて）。したがって、本発明の一実施形態によれば、第２ガスは対応する呼吸［ｉ］について目標として定められた呼気終末ガス組成と対応するように選択されたガスＸ濃度を有する。第１吸気ガスの量もまた、被験体が目標ＰｅｔＸ［ｉ］Ｔに対応するガスＸ濃度を有する最適量のガスを受け取るように、各呼吸［ｉ］についてＰｅｔＸ［ｉ］Ｔを目標として定めるように調節（例えば減少）されてもよい。ガスｘの目標呼気終末濃度はＲｅｓｐｉｒａｃｔ（登録商標）と称するデバイスを用いて得ることができる（ＷＯ／２００７／０１２１９７を参照）。

上にて言及したように、用意されたガスのガスＸ含有量は「中性」組成のガスを示すように調製されてもよいと理解される。したがって、各呼吸［ｉ］の合計吸気ガスは、制御された量とガスＸ濃度（ＦＩＸ）とを有する第１吸気ガスと、肺と肺循環との間の分圧勾配を得るための貢献が任意選択的に最小限にされたガスＸ含有量を有する第２ガスとを備える。より広義では、ガスＸの第２吸気ガス含有量は、目標呼気終末濃度を得るために最適化されてもよく（普遍的な状況のセットについて）、最適以下の意味では、この濃度は、各呼吸［ｉ］についてのＰｅｔＸ［ｉ］を得る又は目標に定める目的でＦＩＸを将来的に算出する能力を少なくともなかったことにはしない（すなわち、各呼吸［ｉ］についての被験体の一回換気量を知らないことでそのような算出を妨げることはない）。

「連続ガス送出回路」の表現は、第１ガス、任意選択的に選択可能な第１組成物（例えばガス混合器を用いて）が最初に送出され、第２組成の第２ガスがその後に、任意選択的に第１ガスの送出の後に、任意選択的に第１ガスが枯渇したときに送出される呼吸回路を意味する。連続ガス送出回路は任意選択的に、第１及び第２ガスリザーバと、任意選択的に、第１ガスリザーバが引かれる第１回路流路と第２ガスリザーバが引かれる第２回路流路との間で、任意選択的に各吸気サイクルにて繰り返し切り替える流量制御システム（例えばバルブ又は一連のバルブ及び導管）を備える。任意選択的に、第１及び第２流路の間を切り替えるためのトリガは回路圧力であり、例えばトリガは第１ガスリザーバが枯渇したときの回路負圧の上昇によって生成され（第２回路流路につながる受動バルブを開ける）、又は例えば、圧力変換機が入力として作用して第１及び第２流路が交互に開いたり閉まったりする。時間の経過、ガス分析器読み取りなどもトリガであってもよい。

図１に示すように、肺に進入するガスは、肺循環でのガス交換に貢献する肺胞部７０と、気管、気管支、及び細気管支を含む、すなわち肺胞との間でガスの運搬を行うが直接的にガス交換に貢献しない肺の部分である解剖学的死腔部１０とで模式的に分けられてもよい。基準呼吸回路の一例によれば、図３にて最もよく示されるように、吸気リザーバへのガスの流量を毎分換気量より低く、任意選択的に毎分換気量から解剖学的死腔換気量を引いた量よりも低く設定することによる、基準呼吸回路。新たに充填された吸気ガスリザーバから得られたガスは、最初に送出される場合、肺胞空間２０の一部を占領し、これによって有効肺胞換気量が規定される。これは、被験体の吸気条件３０を構成するガスの残りは、ガス交換の視点からは「中性」である（すなわち肺循環におけるガスの分圧と既に平衡した）呼気終末ガス又は同一の近い組成のガスである第２送出ガスの可能性があるからである。

したがって、任意の吸気の間、最初に吸気されたガスは肺胞に到達するが、吸気サイクルの終末に向けて吸気されたガスは解剖学的死腔にとどまる。臨床及び研究の場において適用された多くのガスは、意図する生理的効果を発揮させるために肺胞を通って血液に入らなければならない。一酸化二窒素又はイソフルランなどの吸入麻酔薬が一般的な例である。解剖学的死腔にとどまるガスの部分は血液に入ることはなく、生理的効果を生み出すことはない。したがって、このガスの部分は無駄になる。これらのガスが肺胞に進入する吸気の第１期間の間のみに送出されることは有利になる。

本発明は、対象のガスを各吸気の第１規定量にて提供し、第１量の後に吸気される任意の量においては対象のガスのみ送出をオフにする（吸気ガス混合物におけるその濃度をゼロに設定する）ように、ガス送出デバイスに合図することで得ることができる。

一態様では本発明は呼吸の吸気フェーズ全体に亘って吸気ガスの組成を調節するようにプログラミングされたガス送出装置に向けられる。吸気ガスの組成は、吸気されたガスの累積量にしたがって任意選択的に変更されてもよい。本発明は、例えば図２及び図３に示されるように、特定の物理的な呼吸回路を通して吸気されるであろうものに相当する吸気ガスを被験体に提供するために用いられてもよい。あるいは、本発明は実際に物理的な実施形態を有さない呼吸回路をシミュレートする。なお、技術的な難点のために構成することが非実用的な基準呼吸回路の特定の特徴（例えば、妨害的にならないだけの小ささのＳＧＤマニホールド、加圧下にて拡張しないフレキシブルガス管など）は、本発明の呼吸ガス送出システムによってこのような技術的な難点を排除又は最小化して充分に「シミュレート」することができる。したがって、「呼吸ガス送出システム」及び「第１呼吸回路」の表現は、ガス混合及び患者の気道インターフェースに接続された簡単な導管への送出に関連する流量センサ、ガス分析器、ガス送出デバイス（例えばバルブ）、及び流量制御装置（例えば反応時間、量的容量、感度及び精度）の少なくとも１つから選択され、任意の必須コンポーネントの物理的制限のみによって制限される仮想システム及び回路を含む。

同様に、「シミュレートされた」の表現は、実際に、又は「理論のみで」実行可能なシステム／回路をモデリングする任意のアルゴリズムに広範囲に言及し、このシステム／回路は演算的モデル、図形表現及び／又は数学的定義を用いて、入力としてシミュレーションアルゴリズムを用いる物理的システムを実行することができる。念のために、対象の基準システムのコンポーネントの少なくとも１つ（基準呼吸回路のコンポーネントを少なくとも１つ含む）がシミュレートされている間、シミュレーションアルゴリズムへの入力（例えば吸気流）は本物の（すなわちシミュレートされていない）システム（例えば本物の患者に接続された流量センサ）から得てもよく、シミュレーションアルゴリズムからの出力を本物の（すなわちシミュレートされていない）システム（例えば本物の被験体にガスを送出することができるガス送出装置）に向けてもよい。したがって、呼吸回路の少なくとも１つのコンポーネントは、治療的及び／又は診断的又は実験的なガス送出に使用可能な他に実施の（「本物の」）システムの少なくとも１つのコンポーネントと入れ替えるために「シミュレート」されてもよく、コンピュータ単独に属して教示、トレーニング、又はその他のモデリング目的でのインシリコのシステムと混同してはならない。結果として、呼吸回路を少なくとも部分的に「シミュレート」して、例えば、本物の物理的な測定を得て計算に用いることができるように数理的関数（等式）又はルックアップテーブルを用いて基準回路によって提供されるかそのために仮定される同一の物理的機能を提供して、次にガス制御装置からの一致するガスの出力を制御してもよい。

「一致する」の表現とその関連する表現及び「追跡」の表現とその関連する表現（相当する量又は率を暗に意味する）は、実質的に質的及び量的に機能的に相当である、実質的な同一性を暗に意味する（下位又は取るに足らない特徴の任意選択的な修正又は回避のみしか受けない）。

被験体は、ガス送出装置によって送出されたガスから呼吸する。一実施形態によれば、本発明は被験体の気道の近位に流量センサを配置し、吸気ガスの流れを計測するように考慮している。装置はさらに、マイクロプロセッサ又はその他の算定手段の形態のコンピュータを備える。マイクロプロセッサは流量センサの出力を読み取る。流れ信号は吸気量を算定するために一体化されてもよい。マイクロプロセッサはガス送出装置に、累積吸気量に基づいて吸気ガスの指定の組成を送出するように合図をする。

例えば、一実施形態によれば、図２に示すように、基準Ｈｉ−Ｏｘ８０回路の機能は、本発明に係るこの呼吸ガス送出システムによって近づけられてもよい。図２で見られるように、基準呼吸回路の一例は、吸気ガスリザーバの形態のガスリザーバ１４を充填する第１ガス吸入口１６を備える回路の吸息肢８８を備える連続ガス送出回路８０である。一方向吸気バルブ１８は、例えば、自発的に呼吸する被験体に、吸気ガスリザーバ１４の中にあるガスを引いて、回路の分岐部３６（任意選択的にｙ片）にガスが進入して患者に届くようにすることができる。患者は一方向呼気バルブ１２を通して呼気する。吸気ガスリザーバ１４が枯渇したとき、一方向バルブ１８よりも高い圧力で開くバルブ２２が負圧の上昇に応答して、その吸気の残りについては被験体に周囲空気ポート９８から新鮮な空気を引き込むようにさせる。

図４でみられるように、本発明に係る呼吸ガス送出システムの一実施形態によれば、基準呼吸回路はガス混合器４６を用いて仮想化して、導管６５を通り抜けるガスのガス送出特徴（流量及び組成の少なくとも１つ）を制御する。患者によって吸気されたガスは、導管６４を介して導管６５を流れる流れから引き込まれる。導管６５の流量は患者の最大吸気流より多い。導管６４に関連付けられた流量センサ４０は、患者によって吸気されたガスの量を測定する。導管６４内のガスを分析するのに、１つ以上のガス分析器４２を用いてもよい。例えば、患者によって呼気されたガスを、例えば、対象のガスによっては、ＮＯ２分析器及び／又はＣＯ２分析器を介して、導管６４の中で分析してもよい。ガス混合器４６は２つの加圧源５０及び４８からのガスを混合し、ガス分析器４２及び流量センサ４０からの入力を受け入れるマイクロプロセッサ４４によって制御される。マイクロプロセッサは、任意の吸気の第１所定量については酸素を、第１量の後に吸気された任意の量では空気を提供するように、ガス送出装置に合図する。

吸気サイクルの第１期間の間で吸気される高酸素ガスの量が決められているためにこれはＨｉ−Ｏｘ８０の近似値でしかないが、Ｈｉ−Ｏｘ８０では、リザーバで蓄積された量に依存する。

あるいは、Ｈｉ−Ｏｘ８０の機能は、リザーバの充填を説明することでデバイスによってより正確にシミュレートされてもよい。ここで、マイクロプロセッサはＨｉ−Ｏｘ８０のリザーバの中にある酸素の量を計算して、仮想リザーバにおける計算された量がゼロであるときに吸気ガスの組成を空気に切り替えるようにプログラミングされていてもよい。この実施形態では、操作者はマイクロプロセッサを、仮想リザーバが充填される仮想での率でプログラミングする。マイクロプロセッサは、呼吸全体を通して、指定された仮想流量で仮想リザーバにおける量を連続的に増加させる。任意の吸気の第１期間中、マイクロプロセッサは被験体に酸素を届けるようにガス送出デバイスに合図する。被験体が酸素を吸気する間、流量センサによって計測された吸気流量にて仮想リザーバ内の量が減少する。仮想リザーバが空になると、現在の吸気の残りについては空気を送るように、マイクロプロセッサがガス送出デバイスに合図する。被験体が空気を吸気する間、仮想リザーバの量は吸気流量で減少しない。このようにして、本発明は被験体に物理的なＨｉ−Ｏｘ８０回路と全く同一のガスを、一定流量で充填される酸素リザーバで吸気することを可能とする。

図５に示すように、本発明に係る呼吸ガス送出システムの一実施形態によれば、ガス送出装置はガス混合器（ＧＢ）４６と、ガス導管１００と、任意選択的にマスク１０１の形態を有する（代替としては気管内チューブが挙げられる）患者の気道インターフェースとを任意選択的に備えるシミュレートされた連続ガス送出回路（ＳＳＧＤＣ）２００と、１つ以上のガス分析器（ＧＡ）と、流量センサ（ＦＳ）４０と、コンピュータ（ＣＰＵ）４４（任意選択的にマイクロプロセッサ）と、入力デバイス（ＩＤ）１０２と、ディスプレイ（ＤＸ）１０３とから成る。ガス混合器４６は任意選択的に、３つの源ガス１０４（ＳＧ１、ＳＧ２、ＳＧ３）の正確な混合物を回路２００に送出可能な３つの迅速流量制御装置（図示せず）を備える。ガスは、ガス混合器１０５の排出口から、流量センサ４０、ガス分析器４２及び患者の気道インターフェースに作動可能に接続されたガス導管１００を備えるかそれから成るシミュレートされた連続ガス送出回路２００の吸入口１０６までを接続するガス送出管を介して、回路に送出される。ガス分析器４２は、呼吸全体を通して、気道でのガスの分圧を計測する。分析器はサンプリングカテーテル（図示せず）を介して、被験体の気道に近位で、分析用のガスをサンプリングする。被験体の気道からガス分析器を通してガスを引くのに、小さなポンプ（図示せず）が用いられる。任意選択的に、圧力変換機１０７は呼吸期間（ＢＰ）の測定及び呼気終末の検知に用いられ、被験体の気道に近位のサンプリングカテーテルによって接続されている。ガス分析器４２、流量センサ４０及び圧力変換機１０７は、アナログ又はデジタル電気信号を介してコンピュータ４４と通信する。コンピュータ４４は任意選択的にシミュレーションアルゴリズムのソフトウェア実装を実行し、必要な混合物をアナログ又はデジタル電気信号を介して混合機に要求する。操作者は任意選択的に、例えばシミュレートされた基準ＳＧＤ回路２００の吸気ガスリザーバへの組成及び流量、並びに任意の被験体パラメータ等の基準呼吸回路パラメータを入力する。ディスプレイ１０３は、固定の又は変更可能な入力パラメータ、及び固定の又は可変の出力パラメータについて、入出力用のデータ／フィールドを任意選択的に表示する。

本発明に係る呼吸ガス送出システムは、全体又は部分的に、Ｈｉ−Ｏｘ８０と同様のＳＧＤ回路５００の形態で基準呼吸回路を置換するように向けられてもよい。図３で見られるように、基準回路５００の２０２における吸息肢は第１ガス吸入口２３４を備える。吸入口２３４は吸気ガスリザーバの形態のガスリザーバ２００を充填する。一方向吸気バルブ２３０は、例えば、自発的に呼吸する被験体に、吸気ガスリザーバ２００の中にあるガスを引いて、回路の分岐部（任意選択的にｙ片）ガスが進入して患者に届くようにすることができる。患者は一方向呼気バルブ２２８を通して呼気する。吸気ガスリザーバ２００が枯渇したとき、一方向バルブ２３０よりも高い圧力で開くバルブ２２６が負圧の上昇に応答して、被験体に第２呼気ガスリザーバ２２０から引くようにさせる。被験体の呼気した空気は第２リザーバ２２０に集められ、バルブ２２６の吸入口側２２４はリザーバ２２０に接続される。したがって、この回路は、第１ガスリザーバ２００の枯渇後、被験体は吸気サイクルの残りを、空気ではなく前に呼気されたガスを含むリザーバ２２０から引き込む以外は、Ｈｉ−Ｏｘ８０と類似する。

この回路は、Ｈｉ−Ｏｘ８０と同じように本発明によってシミュレートすることができるが、バーチャルリザーバの枯渇後に、マイクロプロセッサは、空気の代わりに、前の呼吸で呼気されたガスと等しい、例えば酸素及び二酸化炭素の少なくとも１つのガスの分画濃度を有するガスを送出するようにガス送出デバイスに合図する。任意選択的に、前の呼吸で呼気されたガスの酸素量は、その出力がマイクロプロセッサによって読み取られる酸素分析器及び二酸化炭素分析器を用いて分析してもよい。

一実施形態によれば、仮想回路は、被験体によって吸気されたガスの組成及び／又は流れのパターンを変えるように働く任意の呼吸回路又はその一部を以下のようにしてシミュレートする：
１．回路の動きの数理的又は演算的公式をリアルタイムで展開する、
２．数理的又は演算的公式を用いて回路によって送出されるであろうガスの組成及び／又は流れのパターンを算定するために必要な入力を取得する、
３．数理的又は演算的公式を用いて、回路によって送出されるであろうガスの組成及び／又は流れのパターンを算定する、
４．吸気ガスの組成及び／又は流れのパターンを制御することができる装置に、得られた入力及び数理的公式を用いて決定された、回路によって送出されるであろうガスと等しい組成及び／又は流れのパターンを有するガスを送出するように命令する。

例えば、ＳＧＤをシミュレートして組成のみを変えるようにする場合：

１．数理的公式を得る

BagVol=BagVol+G1Flow;
If(Insp)
if(Bag=1)
BagVol=BagVol-InspFlow;
If(BagVol==0)
Bag=2;
If(Bag=1)
Composition=G1Composition
If(Bag=2)
Composition=Last PetCO2 or TargetPetCO2
If(Exp)
Bag=1;

２．入力を得る
公式から、必要な入力はＧ１Ｆｌｏｗ（ユーザによる入力）、Ｇ１Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（ユーザによる入力）、ＬａｓｔＰｅｔＣＯ２（Ｃ０２センサ）、ＩｎｓｐＦｌｏｗ（流れセンサ）であることは明白である
３．１のアルゴリズムと２の入力を用いて組成を算定する
４．リアルタイムガス混合機に組成を送出するように命令する
例：機械的排気バルブを有するベンチレータをシミュレートする。この場合、ベンチレータは所望のｉｎｓｐｆｌｏｗをいくらか被験体に送出し、気道圧力が機械的排気を超える場合は、送出された流れの全てが排出されて被験体は０の流れを受ける。これは、圧力センサ及び送風機の制御によって容易にシミュレートすることができる。

１．動作の数理的公式を展開する。

if(AirwayPressure<PressureLimit)
BlowerFlow=Desired Insp Flow
else
BlowerFlow=0

２．入力を取得する
公式から、必要な入力がＤｅｓｉｒｅｄＩｎｓｐＦｌｏｗ（ベンチレータ設定）、ＡｉｒｗａｙＰｒｅｓｓｕｒｅ（圧力センサ）、ＰｒｅｓｓｕｒｅＬｉｍｉｔ（ユーザによる入力＝機械的排気限度）であることが明白である。
３．１のアルゴリズム及び２の入力を用いてＢｌｏｗｅｒＦｌｏｗを算定する
４．送風機にＢｌｏｗｅｒＦｌｏｗを送出するように命令する
理論上では、本発明は任意の回路に適用可能であるが、好ましくはシミュレートされた回路が少なくとも１つの以下の点で有利である：元の回路よりも高価でない、より頑丈、より効率的など（上記参照）。ＳＧＤの場合、これは確実である。

＜実施例１＞

一実施形態では、呼吸ガス送出システムは、吸気リザーバの量、充填及び枯渇率、吸気対呼気、吸気リザーバにおけるガスの濃度、バッグが評価される呼気リザーバにおけるガスの濃度、呼気の間にオフされるようにガス送出デバイスに合図することを含む出力、吸気リザーバが枯渇したときの切り替え濃度、吸気が完了したときの吸気リザーバ濃度への切り替えなどに関連する入力を、さらに以下に説明するとおり、取得するようにプログラミングされる。

／／変数
numeric inspiratory_flow; ／／ｍｌ／分での吸気流
numeric g1_bag_volume; ／／ｍｌでのｇ１バッグ内の量
numeric g1_bag_flow; ／／ｍｌ／分でのｇ１バッグ充填率
numeric last_time; ／／メインループが
／／実行されたミリ秒（ｍｓ）での最後の時間
numeric delta_t; ／／メインループにおける最後の実行からの
／／ｍｓでの時間の経過
numeric desired_conc_x; ／／吸気のために被験体に
／／送出されるガスｘの濃度
numeric conc_x_g1; ／／ｇ１バッグ内のガスｘの濃度
numeric conc_x_g2; ／／ｇ２バッグ内のガスｘの濃度
boolean is_inspiration; ／／吸気又は呼気を示す
／／吸気＝真、呼気＝偽
boolean is_bag_1 ; ／／吸気されるバッグを示す
／／ｇ１バッグからの吸気＝真、それ以外＝偽

／／メインループ
do(forever)
{
／／経過した時間量をｍｓで測定する
／／ｇｅｔ＿ｔｉｍｅ（）はｍｓ分解能で
／／時間を返す関数

delta_t=get_time()-last_time;
last_time=get_time();

／／ｍｌ／分にて即時の流れを測定する
／／ｒｅａｄ＿ｉｎｓｐｉｒａｔｏｒｙ＿ｆｌｏｗ＿ｓｅｎｓｏｒ（）は
／／最新の流れ測定をｍｌ／分で返す

inspiratory_flow=read_inspiratory_flow_sensor();

／／バッグパラメータを決定する：
／／−ｇ１バッグの充填率
／／−ｇ１バッグにおけるガスｘの濃度
／／−ｇ２バッグにおけるガスｘの濃度
／／これらのパラメータは、操作者又は他のデバイスによって
／／このコードを実行しているデバイスに送信されてもよい。例えば、
／／このコードはマイクロプロセッサで実行してもよく、これらの
／／パラメータはＰＣによってこのマイクロプロセッサに送られる。
／／ｒｅａｄ＿ｉｎ（）関数はこれらのパラメータの
／／値を事前設定するように仮定される。

read_in(g1_bag_flow,conc_x_g1,conc_x_g1);

／／吸気又は呼気かを決定する：
／／現在呼気していて、
／／吸気流が閾値を越えているのであれば吸気に切り替える。
／／現在吸気していて流れが閾値を下回るようであれば
／／呼気に切り替える。この場合、閾値は
／／５００ｍｌ／分であるが、被験体の大きさ及び
／／流量センサの解像度／ノイズによって設定することができる。

if(is_inspiration=false AND inspiratry_flow>500ml/min)
{
is_inspiration=true;
}
else if(is_inspiration=true AND inspiratry_flow<500ml/min)
{
is_inspiration=false;
}

／／ｇ１バッグの量を、
／／最後にメインループが実行されたときから
／／累積したガス流によって増加させる
／／６００００はｍｌ／分をｍｌ／ｍｓに変換する

g1_bag_volume+=g1_bag_flow*delta_t*60000;

／／ｇ１バッグから吸気する

if(is_inspiration=true AND is_bag_1=truｅ）
{
／／ｇ１バッグの量を
／／メインループが最後に実行されたときから
／／吸気されたガスによって減少させる
／／６００００はｍｌ／分をｍｌ／ｍｓに変換する

g1_bag_volume-=inspiration_flow*delta_t*60000;

／／ガス送出デバイスに
／／ｇ１バッグ内のガスｘの濃度を
／／送出するように合図する

desired_conc_x=conc_x_g1;

／／ｇ１バッグが空であればｇ２バッグに切り替える

if(g1_bag_volume<=0)
{
bag=2;
}
}
／／ｇ２バッグから吸気する

else if(is_inspiration=true AND is_bag_1=false)
{
／／ガス送出デバイスに
／／ｇ２バッグ内のガスｘの濃度を
／／送出するように合図する

desired_conc_x=conc_x_g2;

}
／／呼気

else
{
／／ガス送出デバイスに
／／呼気の間はオフになるように合図する

desired_conc_x=0;

／／吸気が終わると、
／／次の呼吸のためにバッグをｇ１バッグに切り替える

is_bag_1=true;
}

／／ガス送出デバイスに
／／ガスｘの所望の濃度を
／／送出するように合図する：
／／ｓｅｔ＿ｉｎｓｐｉｒｅｄ＿ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ＿ｏｆ＿ｇａｓ＿ｘ（）
／／は所望のガスｘの濃度を受け入れる関数であり、
／／ガス送出デバイスに
／／所望の濃度を送出するように
／／合図する

set_inspired_concentration_of_gas_x(desired_conc_x);

}／／メインループの終わり

別の態様によれば、本発明は可変組成の吸気ガスを送出するように適合されたガス送出装置を制御するためのプログラムコードを備えるコンピュータプログラム製品又はプログラム可能なＩＣチップに向けられており、
ガスの吸気量をリアルタイムで測定するように適合された流量センサからの入力を取得するためのプログラムコードと、
複数の各吸気サイクル［ｉ］_１〜［ｉ］_ｎについて、各吸気サイクル［ｉ］において、（ａ）流量センサからの出力を用いて当該吸気サイクルにおける吸気ガスの量を測定して、（ｂ）アルゴリズムを実行して、当該吸気サイクルにおける吸気ガスの累積量を少なくとも入力として用いて吸気ガスの所望の組成を算定し、指定し又はその入力を得て、
（ｃ）算定された組成と実質的に等しい組成のガスを送出するようにガス送出装置に合図するために効果的な制御信号を生成するように、プロセッサを構成するためのプログラムコードとを備える。

Claims

可変組成の吸気ガスを送出するように適合された呼吸ガス送出システムであって、
Ａ．プロセッサと作動可能に接続されたガス送出装置と、
Ｂ．ガスの吸気量をリアルタイムで測定するように適合された流量センサとを備え、
複数の各吸気サイクル［ｉ］１〜［ｉ］ｎ及び複数の時点［ｔ］ｉ〜［ｔ］ｎについて、各吸気サイクル［ｉ］において、前記プロセッサは、
（ａ）前記流量センサからの出力を使用して、任意の所定の時点［ｔ］_１〜［ｔ］_ｎにて当該吸気サイクルにおいて吸気されたガスの累積量を測定し、
（ｂ）吸気サイクルの第１期間中に送出するために選択された第１組成及び前記吸気サイクル中に送出するために選択された少なくとも１つの別の第ｎ組成から選択される組成を含む所望の組成であって、前記吸気ガスの前記所望の組成を、当該吸気サイクルで少なくとも１つの閾値累積量の所望のガス組成が吸入されたか否かに基づいて決定するアルゴリズムを実行し、
（ｃ）吸気サイクルの第１期間に第１組成を送出し、その後、少なくとも１つの閾値累積量に到達したか否かに基づいて、前記吸気サイクル中に第ｎ組成を送出するようにガス送出装置に合図するために有効な制御信号を生成する、
ように構成されている、呼吸ガス送出システム。
吸気サイクルの第１期間に対応する組成は少なくとも１つの第１判定基準を用いて決定され、前記少なくとも１つの別の組成は少なくとも１つの異なる基準を用いて決定される、請求項１に記載の呼吸ガス送出システム。
前記少なくとも１つの累積量は、吸気サイクルの第１期間に対応する組成の全体量が被験体の肺胞空間に入るように、被験体の一回換気量から解剖学的死腔容量を引いた量より少なく設定される、請求項１又は２に記載の呼吸ガス送出システム。
前記別の組成は中性ガスである、請求項１、２及び３のいずれか一項に記載の呼吸ガス送出システム。
前記別の組成は０％の低さともなる成分ガスの百分組成であり、前記成分ガスは、前記解剖学的死腔への送出を減らして保存を保証するよう、ユーザによって決定された種類である、請求項１、２及び３のいずれか一項に記載の呼吸ガス送出システム。
前記プロセッサは、少なくとも仮想第１ガスリザーバ及び仮想第２ガスリザーバからのガス送出をシミュレートするように構成されており、
（ａ）前記第１ガスリザーバ及び前記第２ガスリザーバは、指定可能な又は指定された組成のガスを含有し、
（ｂ）少なくとも前記第１ガスリザーバは吸気サイクルの第１期間に対応するガスを含有するように仮定され、前記プロセッサは各吸気サイクル［ｉ］の前記第１期間中、前記第１ガスリザーバの指定された組成のガスを送出するために前記ガス送出装置に合図するための制御信号を送信するように構成され、前記第１ガスリザーバは前記流量センサによって計測される吸気流量を追跡するリザーバ固有逓減率で各吸気サイクルにて枯渇されるように適合されたガスの量を含有するように設定され、
（ｃ）前記プロセッサは、前記第１ガスリザーバが枯渇したときに、各吸気サイクル［ｉ］の第２期間中、少なくとも第２ガスリザーバの前記指定可能な又は指定された組成と実質的に等しい組成のガスを送出するようにガス送出装置に合図するために有効な制御信号を生成する、請求項１に記載のシステム。
前記少なくとも第１ガスリザーバの容積は、前記第１ガスリザーバが前記リザーバ固有逓減率よりも低い指定可能な又は指定されたリザーバ固有充填率で、前記指定された組成のガスで連続的に充填されるという仮定に基づいて設定される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
前記少なくとも第１ガスリザーバの容積は、前記第１ガスリザーバが吸気サイクルの始めに満たされているという仮定に基づいて設定され、前記容積は、前記流量センサによって計測される前記吸気流量を追跡するリザーバ固有逓減率で枯渇すると予測可能である容積として選択される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
前記装置は、各吸気サイクル［ｉ］の第１期間中は第１組成の第１ガスを、各吸気サイクル［ｉ］の第２期間中は第２組成の第２ガスを送出するように構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
前記装置は少なくとも２つのガスリザーバからのガス送出をシミュレートするように構成され、前記第１ガスリザーバは、各吸気サイクル［ｉ］の第１期間で排他的に枯渇され、前記第２ガスリザーバは、各吸気サイクル［ｉ］の第２期間で排他的に送出される、請求項９に記載のシステム。
前記第１リザーバの充填量は、前記被験体の合計吸気量から、測定期間に亘って前記解剖学的死腔容量に吸入された合計量を引いた量よりも少ない、請求項７に記載のシステム。
前記測定期間は１分である、請求項１１に記載のシステム。
各吸気サイクル［ｉ］の前記第２期間で送出されるガスの組成は、前記吸気ガスの少なくとも１つのガスＸについて中性である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のシステム。
患者の気道インターフェースにつながる少なくとも１つのガス導管を有する第１呼吸回路との使用に適合される呼吸ガス送出システムであって、前記呼吸ガス送出システムは基準第２呼吸回路と合わせて用いられるように適合される基準呼吸ガス送出システムのガス送出特徴を仮想化することで特徴付けられており、前記基準呼吸ガスシステムの前記ガス送出特徴が少なくとも部分的に前記基準第２呼吸回路の少なくとも１つの構造コンポーネントによって示され、前記呼吸ガス送出システムは、
ａ）少なくとも吸気流量を測定するために配置された流量センサと、
ｂ）前記患者の気道インターフェースを通して複数の構成成分ガスを備えるガスを送出するように適合され、コンピュータと作動可能に接続され、前記コンピュータは、前記基準第２呼吸回路の少なくとも１つの構造コンポーネントを、前記少なくとも１つの置換される構造コンポーネントの数理的モデル又は演算的モデルを用いることで置換して、前記少なくとも１つの置換される構造コンポーネントによって生成されるガス送出特徴と機能的に等しいガス送出特徴を生成するように構成される、ガス送出装置と、
を含む、呼吸ガス送出システム。
前記コンピュータは、連続ガス送出回路の少なくとも１つのコンポーネントによって規定される構造的な特徴をシミュレートするように構成される、請求項１４に記載のシステム。
前記基準呼吸回路は、選択された第１組成物の第１成分ガス及び呼気ガスを備える第２成分ガスの送出を編成する再呼吸回路であって、前記コンピュータは、選択された第１組成物の構成成分ガスと、呼気ガスの少なくとも１つの構成成分と一致する組成のガスを含む第２組成の構成成分ガスとを送出するようにガス送出装置に合図するように構成される、請求項１４に記載の呼吸ガス送出システム。
前記構成成分ガスが、必須の成分ガスが混合されることによって、前記ガス送出装置にて送出されるように調製される、請求項１５に記載のシステム。
前記第２組成の構成成分ガスは、被験体が最後に呼気した呼気終末ガスのガスＸの百分組成と実質的に一致する少なくとも１つのガスＸの百分組成を有する、請求項１５、１６及び１７のいずれか一項に記載のシステム。
前記被験体の最後に呼気した呼気終末ガスの少なくともガスＸの量に対応する値の入力を提供するように前記コンピュータに作動可能に接続されたガス分析器をさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
前記基準呼吸回路は、（ａ）前記第１ガス組成の第１ガス構成成分を送出するように編成される第１回路流路、及び（ｂ）前記第２ガス組成の第２ガス構成成分を送出するように編成される第２回路流路からのガス流を交互に向けさせる流量制御システムを有する連続ガス送出回路である、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の呼吸ガス送出システム。
前記少なくとも１つの置換された基準呼吸回路の構造コンポーネントは、前記第１回路流路からの実質的に各吸気サイクル［ｉ］中の流れを停止させ、続いて、同一吸気サイクルにて、前記第２回路流路からのガス流を開始させるコンポーネントを備え、前記第１及び第２流路からの流れが、前記呼吸ガス送出システムにおいて、前記第１ガス構成成分に対応する選択された量の第１組成のガス及び前記第２ガス構成成分に対応する第２組成のガスとを交互に送出するように前記ガス送出装置が制御されることによって置換される、請求項２０に記載の呼吸ガス送出システム。
前記基準呼吸ガス送出システムが第１ガスリザーバからつながる第１回路流路から第１組成の構成成分ガスを送出し、前記第１ガスリザーバが枯渇したときに第２回路流路から第２組成の構成成分ガスを送出するように適合される、請求項２１に記載の呼吸ガスシステム。
前記第２流路は第２ガスリザーバ、ガス源に作動可能に接続されたガス出力ポート又は周囲空気入口である、請求項２２に記載の呼吸ガスシステム。
前記ガス送出装置は、被験体のリアルタイムの吸気量を追跡する率で前記第１ガスリザーバの枯渇をモデリングすることによって部分的に制御されており、前記第１ガスリザーバは各吸気サイクルにおいて補充されて実質的に各吸気サイクルにおいて枯渇する容積を有するように設定される、請求項２１に記載の呼吸ガスシステム。
第１ガス組成の送出は、前記基準第２呼吸回路の第１ガスリザーバの充填量と一致する流量で前記第１ガスリザーバを充填すること、及び前記第１ガスリザーバの、リアルタイムで測定された吸気率で空にすることを仮想化し、前記呼吸ガスシステムは前記第１ガスリザーバ及び前記第１回路流路からの流れを周期的に停止させることと前記第２回路流路からの流れを開始させることに関わる少なくとも１つの構造コンポーネントを置換するように適合される、請求項２４に記載の呼吸ガスシステム。
前記少なくとも１つの構造コンポーネントが連続ガス送出バルブである、請求項２５に記載の呼吸ガスシステム。
前記第１及び第２回路流路は、任意選択的に前記ガス送出装置から患者の気道インターフェースにつながる共通回路流路と入れ替えられ、前記ガス送出装置は最初に第１組成のガスを前記共通回路流路を介して、そして次に第２組成のガスを送出するように構成される、請求項２６に記載の呼吸ガスシステム。
前記ガス送出装置はガス混合器であり、前記コンピュータは前記ガス送出装置に対して、繰り返しのサイクルにおいて、吸気サイクルの前記第１期間中は第１組成のガスの量のガス混合物を、次に吸気サイクルの残りの期間中は第２組成のガスのガス混合物を交互に送出するように合図する、請求項２７に記載の呼吸ガスシステム。
各吸気サイクルの始まり及び終わりを追跡するための圧力変換機をさらに備える、請求項２８に記載の呼吸ガスシステム。
前記基準呼吸回路は第１ガスリザーバと第２ガスリザーバとを備え、前記第１及び第２ガスリザーバは前記第１呼吸回路には存在せず、前記ガス送出装置は、前記第１ガスリザーバの少なくとも１つの演算的及び数理的モデル（例えば補充及び／又は枯渇の）を用いて、前記第１ガスリザーバの全体又は選択された部分量に対応する前記第１組成のガスを送出し、続けて前記第１ガスリザーバにおける第１組成のガスのシミュレートされた枯渇又は部分的枯渇の後に第２組成のガスを送出することによって、前記第１ガスリザーバからのガス送出をシミュレートするようにプログラミングされる、請求項１４に記載の呼吸ガスシステム。
前記コンピュータは、吸気ガスリザーバの充填を前記被験体の毎分換気量から解剖学的死腔換気量を引いた量より少ない流量でシミュレートする、請求項１に記載の呼吸ガスシステム。
ガス分析器を備え、前記コンピュータは吸気ガスリザーバの充填を前記被験体の毎分換気量から解剖学的死腔換気量を引いた量より少ない流量でシミュレートし、前記第２組成のガスが前記ガス分析器によって決定される呼吸ｎ−１（直前の呼気サイクル）からの被験体の呼気ガス対応する、請求項１４に記載の呼吸ガスシステム。
前記基準呼吸ガス送出システムは、第１組成物の混合構成成分ガス、及び、前記第１リザーバが枯渇した時、被験体の呼気終末呼気ガスを含有する第２ガスリザーバからの第２組成の構成成分ガスを受け入れるためのガス混合器に作動可能に接続された第１ガスリザーバにつながる吸入口ポートを備える基準連続ガス送出回路と合わせて用いられるように適合され、少なくとも前記第１ガスリザーバ及び第２ガスリザーバは前記第１呼吸回路に存在せず、前記ガス送出装置は前記第１及び第２ガスリザーバからのガス送出を、前記第１ガスリザーバの補充及び枯渇の数理的モデルを用いて、最初に前記第１組成のガスを、そして前記第１ガスリザーバのシミュレートされた枯渇の後に続けて第２組成のガスを送出することによってシミュレートするようにプログラミングされる、請求項１４に記載の呼吸ガスシステム。
前記コンピュータは吸気ガスリザーバの充填を、前記被験体の毎分換気量から解剖学的死腔換気量を引いた量よりも低い流量でシミュレートする、請求項３３に記載の呼吸ガスシステム。
ガス分析器を備え、前記コンピュータは吸気ガスリザーバの充填を前記被験体の毎分換気量から解剖学的死腔換気量を引いた量より少ない流量でシミュレートして、前記第２組成のガスが呼吸ｎ−１（直前の呼気サイクル）からの被験体の呼気ガスに対応する、請求項３４に記載の呼吸ガスシステム。
第１呼吸回路に作動可能に接続され、基準第２呼吸回路の少なくとも１つの構造的な特徴を仮想化するように適合される呼吸ガス送出システムであって、前記呼吸ガス送出システムは、
ａ）前記第１呼吸回路に作動可能に接続された少なくとも１つの測定デバイスと、
ｂ）コンピュータに作動可能に接続される、ガス送出装置を制御するための前記ガス送出装置とを備え、
前記コンピュータは、（１）前記測定デバイスから入力を取得し、（２）前記基準第２呼吸回路の演算的及び数理的モデルの少なくとも１つを実行し、（３）前記第１呼吸回路に少なくとも１つのガス組成を出力するように前記ガス送出装置に合図するための制御信号を生成して、前記呼吸ガス送出システムの前記ガス送出特徴が前記基準第２呼吸回路の前記少なくとも１つの構造的な特徴をシミュレートする、呼吸ガス送出システム。
前記基準呼吸ガス送出システムは、第１ガスリザーバからは第１組成の構成成分ガスを、及び前記第１リザーバが枯渇したときに、別の流路からの第２組成の構成成分ガスを送出するように適合されており、少なくとも前記第１ガスリザーバ及び別の流路が前記第１呼吸回路に存在せず、前記ガス送出装置は前記第１ガスリザーバ及び別の流路からのガス送出を、最初に前記第１組成のガスを、前記第１ガスリザーバのシミュレートされた枯渇後に続けて前記第２組成のガスを送出することによって、前記第１ガスリザーバの枯渇の数理的モデル及び演算的モデルの少なくとも１つを用いてシミュレートするようにプログラミングされる、請求項１及び３６のいずれか一項に記載の呼吸ガスシステム。
前記測定デバイスが、前記第１呼吸回路を通って前記吸気流量を測定するために配置される流量センサであり、前記モデルは前記吸気流量にて前記第１ガスリザーバを枯渇させる、請求項３７に記載の呼吸ガス送出システム。
前記ガス送出装置が、患者の気道インターフェースにつながる単一のガス導管を備えるガス送出部を含む呼吸回路に作動可能に接続されたガス出力ポートを備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
前記ガス送出装置が、前記ガス送出部が患者の気道インターフェースに作動可能に接続されてつながるガス導管から成る呼吸回路に、作動可能に接続される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のシステム。
患者の気道インターフェースを含む第１呼吸回路との使用に適合される呼吸ガス送出システムであって、前記呼吸ガス送出システムは基準、第２呼吸回路の少なくとも１つの構造コンポーネントを仮想化することで特徴付けられ、前記呼吸ガス送出システムは、
ａ）第１ガス組成及び少なくとも１つの別の第ｎガス組成との間で切り替えるための時点を吸気サイクル中に選択するように適合される、少なくとも１つのデバイスと、
ｂ）コンピュータに作動可能に接続された、前記患者の気道インターフェースに複数の構成成分ガスを含むガスを送出するためのガス送出装置とを備え、
前記コンピュータは前記少なくとも構造コンポーネントを、前記少なくとも１つの構造コンポーネントの演算的及び数理的モデルを少なくとも１つ用いることで前記少なくとも１つの構造コンポーネントの機能をシミュレートするガス送出特徴を生成することによって置換するように構成される、呼吸ガス送出システム。
前記時点は、吸気ガスが既に肺胞を充填して解剖学的死腔を充填し始める点を示す、請求項４１に記載のシステム。
前記時点は、少なくとも１つのパラメータをリアルタイムで測定することで識別される、請求項４２に記載のシステム。
前記パラメータが、量、圧力及びガス濃度の少なくとも１つから選択される、請求項４３に記載のシステム。
前記パラメータがガス流量又は容積である、請求項４４に記載のシステム。
前記デバイスが、前記第１呼吸回路に関連して配置される、前記患者の気道インターフェースを介して吸気されたガスの量を少なくとも測定する流量センサである、請求項４１〜４５のいずれか一項に記載のシステム。
前記少なくとも１つの構造コンポーネントは、所定の吸気サイクルの間で、第１回路流路から少なくとも１つの別の第ｎ回路流路までガス流を向けさせる少なくとも１つの構造部分のセットを含むかそれから成る、請求項４１〜４６のいずれか一項に記載のシステム。
前記第１回路流路が第１ガス組成のガスを提供するように適合されており、前記少なくとも１つの別の流路が少なくとも１つの別のガス組成のガスを提供するように適合される、請求項４１〜４７のいずれか一項に記載のシステム。
前記第１回路流路は第１ガス源に作動可能に接続されており、前記呼吸ガス送出システムは、最大容積、最大流量及び前記第２ガス組成における少なくとも１つのガスの％組成又は分圧から選択される前記第１ガス源の少なくとも１つのガス流特徴をシミュレートする、請求項４１〜４８のいずれか一項に記載のシステム。
前記基準呼吸回路の前記少なくとも１つの別の第ｎ回路流路が第２ガス源であり、前記呼吸ガス送出システムは、最大容積、最大流量及び第２ガス組成における少なくとも１つのガスの％組成又は分圧から選択される少なくとも１つの第２ガス源の少なくとも１つのガス流特徴をシミュレートする、請求項４１〜４９のいずれか一項に記載のシステム。
第２ガス源が、被験体の呼気ガスを受け入れるように適合される第２ガスリザーバである、請求項４１〜５０のいずれか一項に記載のシステム。
前記基準呼吸回路は、最初に、直前の呼吸からの前記被験体が最後に呼気したガスを送出するように適合される、請求項４１〜５１のいずれか一項に記載のシステム。
複数の成分ガスを送出するように適合される呼吸ガス送出システムであって、
Ａ．プロセッサに作動可能に接続されるガス送出装置と、
Ｂ．前記吸気サイクルにおける選択された時点と関連付けられたパラメータ、任意選択的にガスの吸気量をリアルタイムで測定するように適合される測定デバイス、任意選択的に流量センサと、任意選択的に
Ｃ．被験体の毎分換気量に対応する又はそれを測定するのに充分な少なくとも１つの被験体固有パラメータの入力を取得するように構成される入力デバイスとを備え、
前記プロセッサは、
（ａ）複数の各吸気サイクル［ｉ］^１〜［ｉ］^ｎの第１期間中、任意選択的に前記被験体固有パラメータの入力を用いて、第１組成の第１構成成分ガスを出力するように前記装置に合図するために有効な制御信号を生成し、
（ｂ）前記測定デバイス（任意選択的に流量センサ）からの出力を用いて、前記吸気サイクルにおける選択された時点、任意選択的に対応する吸気サイクル［ｉ］の第１期間中の第１ガスの吸気量をリアルタイムで測定して、
（ｃ）各吸気サイクル［ｉ］の第２期間における中性ガスの組成と対応する第２組成の第２構成成分ガスを送出するように前記装置に合図するために有効な制御信号を生成し、
（ｄ）前記測定デバイス、任意選択的に流量センサからの出力を用いて、容積出力又は前記被験体の毎分換気量よりも低い量で前記第１ガスを送出するように装置に合図し、前記装置が、各吸気サイクル［ｉ］の第１期間においては前記第１ガスによって、及び吸気サイクル［ｉ］の第２期間においては前記第２ガスによって、サイクル［ｉ］^１〜［ｉ］^ｎにおける前記被験体の吸気条件を満たすように適合されるべく構成される、呼気ガス送出システム。
吸気サイクル［ｉ］^１〜［ｉ］^ｎに亘って送出される第１ガスの全体量は、前記被験体の毎分量から解剖学的死腔容量を引いた量よりも少なく、前記第１ガスの全体量は前記被験体の肺胞空間に進入するように編成される、請求項５３に記載のシステム。
前記ガス送出装置が、ガス送出部を含む呼吸回路と合わせて用いられるように構成され、前記ガス送出部は患者の気道インターフェースに作動可能に接続される導管から本質的に成り、前記ガス送出部は、流量センサ、ガス分析器及び圧力変換機から選択される少なくとも１つの測定デバイスである、請求項１〜５４のいずれかに記載のシステム。
前記プロセッサが第１ガスリザーバからガス送出をシミュレートするように構成されており、前記第１ガスリザーバは、
（ａ）前記第１構成成分ガス用のリザーバであり、
（ｂ）各呼吸サイクルの第１期間にて、前記流量センサによって計測された第１構成成分ガスの吸気量に対応する量で枯渇し、
（ｃ）以下のパラメータ（ｉ）及び（ｉｉ）から選択された前記パラメータの少なくとも１つが前記第１ガスリザーバに属する：
（ｉ）患者の毎分換気量よりも低い量で充填され、（ｉｉ）前記被験体の呼吸毎の一回換気量から前記被験体の解剖学的死腔容量を引いた量よりも少ない最大容積容量を有することによって特徴付けられ、
前記プロセッサは、最初に第１ガス組成のガスを、そして前記第１ガスリザーバのシミュレートされた枯渇の後に続けて第２ガス組成のガスを送出することによって、前記第１ガスリザーバの補充（例えば充填）及び枯渇の演算的及び数理的モデルの少なくとも１つを用いるように構成される、請求項１〜５５のいずれかに記載のシステム。
患者の気道インターフェースにつながる少なくとも１つのガス導管を有する第１呼吸回路と合わせて用いられるように適合される呼吸ガス送出システムであって、前記呼吸ガス送出システムが基準呼吸回路と合わせて用いられるように適合される基準呼吸ガス送出システムのガス送出特徴を仮想化し、前記基準呼吸ガスシステムの前記ガス送出特徴が構造的な特徴、例えば前記基準呼吸回路のチューブ、バルブ及びガスリザーバなどのコンポーネントによって少なくとも部分的に示されており、
前記呼吸ガス送出システムは、
ａ）任意選択的に前記患者の気道インターフェースの中又はその近位に配置される流量センサと、
ｂ）前記患者の気道インターフェースに、任意選択的に前記ガス導管に、複数の構成成分又は成分ガスを含むガスを送出するように適合され、マイクロプロセッサ等の内臓コンピュータ、又は外部のコンピュータによって制御されるガス送出装置と、任意選択的に
ｃ）任意選択的に前記患者の気道インターフェースの中又はその近位に配置されるガス分析器とを備え、
前記コンピュータは、前記基準呼吸回路の構造的な特徴を、前記置換される構造的な特徴の数理的モデルを用いることによって置換することで前記置換される構造的な特徴と機能的に同一なガス送出特徴を生成するようにプログラミングされ、前記置換される構造的な特徴は任意選択的に連続ガス送出回路のコンポーネントによって規定される、システム。
前記基準呼吸回路は、選択された第１組成の第１成分ガス及び呼気ガスを含む第２成分ガスの送出を編成する再呼吸回路であり、前記コンピュータは、例えば必須な成分ガスを混合することによって、選択された第１組成の成分ガス及び呼気ガス、任意選択的に前記被験体が最後に呼気した呼気終末ガスの組成と一致する第２組成の成分ガスを送出するようにプログラミングされる、請求項５７に記載の呼吸ガス送出システム。
前記基準呼吸回路が、ガス流を（ａ）任意選択的に選択された量の第１ガス構成成分を送出するように編成された第１回路流路、及び（ｂ）第２ガス構成成分を送出するように編成された第２回路流路から交互に向けさせる流量制御システムを有する連続ガス送出回路であって、任意選択的に、前記基準呼吸回路の１つ以上の構造コンポーネントが、任意選択的に各吸気サイクルにおいて、第１バルブなどの前記第１回路流路からの流れを停止させて、続いて前記第２回路流路から、例えば第２バルブを介してガス流を開始させ、前記第１及び第２流路からの流れは、任意選択的に繰り返されるサイクルにおいて、任意選択的に各吸気サイクルにおいて、前記第１ガス構成成分に対応する選択された量の第１組成のガス及び前記第２ガス構成成分に対応する第２組成のガスを交互に送出する（例えば混合ガスの流れを制御する、又はコンピュータ制御下でガスを混合することによって）ように前記ガス送出装置を制御することで、前記呼吸ガス送出システムにおいて置換される、請求項５７又は５８に記載の呼吸ガス送出システム。
前記呼吸ガス送出システムは、第１ガスリザーバからつながる第１回路流路から第１組成の構成成分ガスを、及び前記第１ガスリザーバが枯渇したときに、第２回路流路、任意選択的に周囲空気ポート又は第２ガスリザーバから第２組成の構成成分ガスを送出するように適合され、前記ガス送出装置は前記第１ガスリザーバを置換するべく、前記第１ガスリザーバの充填及び枯渇をモデリングする（送出された組成及び量が前記第１ガスリザーバの充填及び排出をバーチャル化する）ことによって部分的に制御され、前記第１及び第２回路流路は任意選択的に前記ガス送出装置から前記患者の気道インターフェースにつながり、第１組成のガス及び第２組成のガスを送出する共通の回路流路と入れ替えられ、任意選択的に前記ガス送出装置は交互に、任意選択的に繰り返しのサイクルにおいて、第１組成のガスの量を混合し、及び前記呼吸の残りに利用可能な第２組成のガスを混合する（任意選択的に、圧力変換機が各吸気サイクルの始まり及び終わりを繰り返し追跡する）、請求項５９に記載の呼吸ガスシステム。
前記基準呼吸回路は第１及び第２ガスリザーバを備え、前記第１及び第２ガスリザーバは前記第１呼吸回路には存在せず、前記ガス送出装置は、前記第１ガスリザーバの充填及び枯渇の数理的モデルを用いて、前記第１ガスリザーバの全体量又は選択された部分量に対応する前記第１組成のガス、及び前記第１ガスリザーバにおける第１組成のガスのシミュレートされた枯渇の後に続けて第２組成のガスを送出することによって、前記第１ガスリザーバからのガス送出をシミュレートするようにプログラミングされる、請求項５７に記載の呼吸ガスシステム。
前記コンピュータは、前記被験体の毎分換気量から解剖学的死腔換気量を引いた流量よりも低い流量で吸気ガスリザーバの充填をシミュレートする、請求項５７に記載の呼吸ガスシステム。
ガス分析器を備え、前記コンピュータは任意選択的に前記被験体の毎分換気量から解剖学的死腔換気量を引いた流量よりも低い流量で吸気ガスリザーバの充填をシミュレートし、第２組成のガスが、前記ガス分析器によって測定される呼吸ｎ−１からの被験体の呼気の組成と対応する、請求項１〜６２のいずれかに記載の呼吸ガスシステム。
前記基準呼吸ガス送出システムは、第１組成の混合構成成分ガスを、及び第１リザーバが枯渇したときに被験体の呼気終末呼気ガスを含有する第２ガスリザーバから第２組成の成分ガスを受け入れるガス混合器に作動可能に接続された第１ガスリザーバにつながる吸入口ポートを含む基準連続ガス送出回路と合わせて使用されるように適合され、少なくとも前記第１ガスリザーバ及び第２ガスリザーバは前記第１呼吸回路には存在せず、前記ガス送出装置が、前記第１及び第２ガスリザーバからのガス送出を、前記第１ガスリザーバの充填及び枯渇の数理的モデルを用いて、最初に前記第１組成のガスを、及び前記第１ガスリザーバのシミュレートされた枯渇の後に続けて第２組成のガスを送出することによってシミュレートするようにプログラミングされる、請求項１〜６３のいずれかに記載の呼吸ガスシステム。
前記コンピュータは、吸気ガスリザーバの充填を前記被験体の毎分換気量から解剖学的死腔換気量を引いた流量よりも低い流量にてシミュレートする、請求項１〜６４のいずれかに記載の呼吸ガス送出システム。
ガス分析器を備え、前記コンピュータは、吸気ガスリザーバの充填を前記被験体の毎分換気量から解剖学的死腔換気量を引いた流量よりも低い流量でシミュレートし、第２組成のガスが呼吸ｎ−１からの被験体呼気ガスと対応する、請求項１〜６５のいずれかに記載の呼吸ガスシステム。
患者の気道インターフェースにつながる少なくとも１つのガス導管を有する第１呼吸回路を備えるかそれと合わせて使用するように適合される呼吸ガス送出システムであって、前記呼吸ガス送出システムが、構造的に異なる（例えばよりガスを無駄にしない及び／又はより複雑でない（例えばより少ない部品数又はより組立、一体化、又は調整しやすい部品）及び／又はよりかさばらない、及び／又はより高価でない及び／又は故障しにくい若しくは物理的な制限を受けにくい）第２の基準呼吸回路を備えるかそれとの使用に適合される基準呼吸ガス送出システムの前記機能、例えば選択されたガス送出特徴を仮想化、例えば、シミュレートするように適合されることで特徴付けられており、前記呼吸ガス送出システムは
ａ）任意選択的に前記患者の気道インターフェースの中又はその近位に配置される流量センサと、
ｂ）複数の構成成分又は成分ガスを患者気道インターフェース、任意選択的に前記ガス導管にガスを送出するように適合されるガス送出装置（前記ガス送出装置は前記ガス送出装置を制御するための内臓コンピュータを備えていてもよく、又は外部コンピュータからの入力を受信するように適合されてもよい）と、任意選択的に
任意選択的に前記患者の気道インターフェースの中又はその近位に配置されるガス分析器とを備え、
前記ガス送出装置の制御は、少なくとも部分的に構造的な特徴によって規定される前記基準ガス呼吸ガス送出システムの選択されたガス送出特徴、例えば、前記基準呼吸回路の構造部分をシミュレートし、任意選択的に（１）１つ以上の構成成分ガスの前記源及び／又は送出順番、及び／又は（２）前記ガスの組成及び量、若しくは一呼吸、一連の呼吸、呼吸セグメント又は一連の呼吸セグメントにおいて吸気可能な前記ガスの構成成分又は成分、若しくは時間期間を規定し、
前記コンピュータは、
（１）前記ガス送出装置を、入力として前記流量センサ（及び任意選択的に前記ガス分析器）から取得されたデータを採用するアルゴリズムと、置換された構造的な特徴を説明するパラメータ、例えば第２、基準呼吸回路の構造部分、例えば以下の構造部分：
ａ．前記選択されたガス送出特徴を少なくとも部分的に規定し、
ｂ．前記第１呼吸回路において存在しない、
を含む、第２、基準呼吸回路の、少なくとも一部の数理的モデルを実行することで制御し、
（２）前記第２、基準呼吸回路の前記置換された構造的な特徴をシミュレートする前記ガス送出装置への出力信号を生成し、前記呼吸ガス送出システムが前記第１呼吸回路にガスを出力すると、前記呼吸ガス送出システムの前記選択されたガス送出特徴が第２基準呼吸回路の前記置換された部分によって規定された前記基準呼吸ガス送出システムの部分をシミュレートする、
ために、前記ガス送出装置に入力を提供するようにプログラミングされる、呼吸ガス送出システム。
前記基準呼吸ガス送出システムは、第１ガスリザーバから第１組成の成分ガスを、及び前記第１リザーバが枯渇すると、第２ガスリザーバから第２組成の成分ガスを送出するように適合され、少なくとも前記第１ガスリザーバ及び第２ガスリザーバが前記第１呼吸回路には存在せず、前記ガス送出装置が、前記第１ガスリザーバの充填及び枯渇の数理的モデルを用いて、最初に前記第１組成のガスを、前記第１ガスリザーバのシミュレートされた枯渇の後は続けて第２組成のガスを送出することによって、前記第１及び第２ガスリザーバからのガス送出をシミュレートするようにプログラミングされる、請求項６７に記載の呼吸ガスシステム。
患者の気道インターフェースにつながる少なくとも１つのガス導管を有する第１呼吸回路との使用に適合された呼吸ガス送出システムであって、前記呼吸ガス送出システムは基準呼吸回路の構造コンポーネントを仮想化することで特徴付けられており、前記呼吸ガス送出システムは、
ａ）前記患者の気道インターフェースを介して吸気されたガスの量を少なくとも測定するために配置された流量センサと、
ｂ）前記患者の気道インターフェースに複数の構成成分又は成分ガスを備えるガスを送出するコンピュータを備えるかそれによって制御される、ガス送出装置と、
ｃ）前記被験体によって吸気及び／又は呼気された１つ以上の成分ガスのガス濃度を分析するガス分析器とを備え、
前記コンピュータは、前記基準呼吸回路の１つ以上の構造コンポーネントを、置換される前記構造コンポーネントの数理的モデルを用いることで置換し、それを置換するガス送出特徴を生成する、呼吸ガス送出システム。