JP2020513934A - カプノメトリ及び酸素飽和度を組み合わせた生理学的モニタリング判断支援システム - Google Patents

カプノメトリ及び酸素飽和度を組み合わせた生理学的モニタリング判断支援システム Download PDF

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Abstract

患者モニタリングデバイスは、カプノグラフデバイス10と、パルスオキシメータ70とを含む。電子プロセッサ84は、カプノグラフデバイスによって測定されるカプノグラムから患者健康状態を示すカプノグラフィ指標50を生成し、患者健康状態を示す動脈血酸素飽和度(SpO2)指標90を、パルスオキシメータによって測定されるSpO272から生成するようにプログラムされている。カプノグラフィ指標及びSpO2指標から患者安全指標92が計算される。1つ又は複数の臨床警告が、患者安全指標に少なくとも部分的に基づいて決定される。ディスプレイコンポーネント82は、計算されている1つ又は複数の臨床警告のうちの少なくとも1つを表示するように構成されている。

Description

以下は、概して、カプノグラフィの技術分野、医療モニタリングの技術分野、及び関連する技術分野に関する。
カプノグラフィデバイスは、呼吸気体中の二酸化炭素(CO)の濃度又は分圧をモニタリングする。カプノグラフィは、一般的には、呼吸器系状態を評定するために、機械的に人工換気されている患者に関連して使用される。熟練した麻酔専門医は通常、呼吸器健康状態を評定するために、カプノグラム(すなわち、カプノグラフデバイスによって測定されるものとしてのCO傾向線)を評価することができる。
カプノグラフィは、患者健康状態を評定するためのより一般的なバイタルサインとしてますます使用されている。例えば、カプノグラフィは、専用のサンプリングポンプと協働する鼻カニューレを介して呼吸空気がサンプリングされるサイドストリームカプノグラフデバイス構成を使用して、自発的に呼吸しており、機械的人工換気を受けていない患者をモニタリングするために使用される。これらのより広いコンテキストにおいて、麻酔学における技能が限定されている医療従業者は、カプノグラフデータに基づいて呼吸器健康状態を評定する必要がある。これを容易にするために、カプノグラフデバイスが、標準的な導出パラメータ、特に呼吸速度(RR)及び呼気終末CO(etCO)を出力するようにプログラムされることが一般的である。RRは、カプノグラム波形の(擬似)周期性として定量化される呼吸速度である。etCOは、呼気相の終端における分圧である。しかしながら、呼気COは通常、呼気相の終端において最も高いため、etCOは一般的に、呼吸サイクルにわたる最大観測CO分圧として定義される。
RR及びetCOは有用なパラメータであるが、それらはカプノグラム波形の豊富な情報内容を捕捉するものではない。この目的のために、熟練の麻酔専門医によって実施され得る臨床分析を模倣するように設計された、自動カプノグラム波形分析を実施することも知られている。例えば、Colmanらの米国特許第8,412,655号明細書及びColmanらの米国特許第8,414,488号明細書は、中断を無呼吸事象と相関づけること、カプノグラム波形の長い下方勾配を部分気道閉塞の可能性と相関づけること、低いカプノグラム波形を心拍出量が低い可能性があることと相関づけること、曲線的なカプノグラム波形を鼻カニューレに問題がある可能性があることと相関づけることなどのような、カプノグラム波形分析を開示している。そのような波形分析に基づいて、カプノグラフデバイスは、「気道を確保してください」、「気道を確認してください」、「心拍出量が低い可能性があります」、「カニューレインターフェースを確認してください」などのような情報メッセージを提供する。
カプノグラム波形分析は、カプノグラムからより豊富な情報を提供するが、呼吸循環の検出、振幅及び周期正規化、並びに、各呼吸サイクル内のカプノグラム波形の領域のセグメント化のような、複雑な処理を伴う。これらの複雑な分析は、不正確な波形セグメント化及び正規化動作中の情報損失のような、多数のエラーメカニズムの可能性を導入する。
いくつかの追加の背景となる参考文献は、以下を含む。
2016年7月7日に公開されたWO2016/108121A1は、他の態様の中でも、患者に対する物理インターフェースから得られるサンプル気体流中の選択される気体の濃度を検出するように構成されているプロセッサを含む気体濃度モニタリングシステムを開示している。複数のデータ点を含むデータセットが形成され、各データ点は、サンプリング時間の間の、サンプル気体流内の選択される気体の検出濃度に対応する。データセットは様々に利用される。例えば、データ点は、サンプリング時間内のデータ点の発生頻度に従ってグループ化される。データ点のグループ間の相対特性に基づいて、信号確度及び/又は信号品質が決定される。WO2016/108121A1は、2014年12月31日に出願された米国特許出願第62/098,367号に対する優先権を主張する。WO2016/108121A1及び米国特許出願第62/098,367号は各々、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
2016年7月7日に公開されたWO2016/108127A1は、他の態様の中でも、カプノグラフィシステムを開示している。コントローラが、患者の物理インターフェースからサンプル気体流を得るように構成されている。サンプリング時間間隔中のサンプル気体流の特性の変化が決定される。サンプリング時間間隔中のサンプル気体流の特性の変化が対応する閾値以上であるか否かが決定される。サンプル気体流の特性の変化が閾値以上であると決定されるときは、酸素補給が提供されると決定される。サンプル気体流の特性の変化が未満であると決定されるときは、酸素補給は提供されないと決定される。WO2016/108127A1は、2014年12月30日に出願された米国特許出願第62/097,946号に対する優先権を主張する。WO2016/108127A1及び米国特許出願第62/097,946号は各々、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
2015年8月11日に出願された「Capnography with Decision Support System Architecture」と題する米国特許出願第62/203,416号は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。米国特許出願第62/203,416号は、他の態様の中でも、二酸化炭素測定コンポーネントと、時間の関数として測定される二酸化炭素レベルサンプル値を含むカプノグラムを生成するようにプログラムされている電子プロセッサとを含むカプノグラフデバイスを開示している。呼気終末二酸化炭素(etCO)がカプノグラムから決定され、etCOパラメータ品質指標(etCO PQI)が、カプノグラムから計算される1つ又は複数の定量的カプノグラム波形測定基準を使用して計算される。呼吸速度(RR)値もカプノグラムから決定され、RR PQIが、RR値及びetCO PQIを使用して計算される。etCO値及びRR値並びにetCO PQI値及びRR PQI値から、呼吸健康状態指標(RWI)が計算される。いくつかの実施形態において、1つ又は複数のカプノグラム波形測定基準が、カプノグラムから生成されるカプノグラムヒストグラムから計算される。
以下は、上記で参照した課題などに対処する新規の改善されたシステム及び方法を開示する。
1つの開示される態様において、患者モニタリングデバイスは、カプノグラフデバイスと、パルスオキシメータと、電子プロセッサとを備え、電子プロセッサは、カプノグラフデバイスによって測定されるカプノグラムから患者健康状態を示すカプノグラフィ指標を生成し、患者健康状態を示す動脈血酸素飽和度(SpO)指標を、パルスオキシメータによって測定されるSpOから生成し、カプノグラフィ指標及びSpO指標から患者安全指標を計算し、患者安全指標に少なくとも部分的に基づいて決定される1つ又は複数の臨床警告を計算するようにプログラムされている。ディスプレイコンポーネントは、計算されている1つ又は複数の臨床警告のうちの少なくとも1つを表示するように構成される。
別の開示される態様において、非一時的記憶媒体は、患者モニタリングを実施するために電子プロセッサによって可読かつ実行可能である命令を記憶し、患者モニタリングは、カプノグラフデバイスによって測定されるカプノグラムから患者健康状態を示すカプノグラフィ指標を生成することと、患者健康状態を示す動脈血酸素飽和度(SpO)指標を、パルスオキシメータによって測定されるSpO(72)から生成することと、カプノグラフィ指標及びSpO指標から患者安全指標を計算することとを含む。
1つの利点は、その出力が患者呼吸健康状態をより効果的に評定するカプノグラフデバイスが提供されることにある。
別の利点は、カプノグラム波形の呼吸検出又はセグメント化を必要とすることなく、詳細なカプノグラム波形を特性化する導出パラメータを出力するカプノグラフデバイスが提供されることにある。
別の利点は、カプノグラムデータからの呼吸器系状態情報がより正確であることにある。
別の利点は、カプノグラフィ情報とパルスオキシメトリ情報とを相乗的に組み合わせる臨床判断支援が提供されることにある。
別の利点は、各構成モニタリングモダリティによって生成される臨床警告のランク付けリストを提供する、カプノグラフィ情報とパルスオキシメトリ情報の両方を利用する臨床判断支援が提供されることにある。
所与の実施形態は、上記の利点のうちの幾つかを提供することができ、且つ/又は、本開示の読解及び理解を受けて当業者に明らかになる他の利点を提供することができる。
本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの構成並びに様々なステップ及びステップの構成の形態をとることができる。図面は、好ましい実施形態を例示することのみを目的としており、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
カプノグラフデバイスを図式的に示す図である。 理想化されたカプノグラム及び対応するカプノグラムヒストグラムを図式的に示す図である。 理想化されたカプノグラム波形(上部プロット)及び酸素補給ウォッシュアウトを伴うカプノグラム(下部プロット)についてのCO立ち下がり時間を図式的にプロットする図である。 図1のカプノグラフィデバイスによって生成される呼吸健康状態指標(RWI)及びパルスオキシメータによって生成される血中酸素濃度(例えば、SpO)から生成される患者安全指標(PSI)を提供する患者モニタを図式的に示す図である。 酸素が補給されない場合の、図4の患者モニタにおいて適切に使用されるSpO指標対SpO値の関数の例を示す図である。 酸素が補給される場合の、図4の患者モニタにおいて適切に使用されるSpO指標対SpO値の関数の例を示す図である。
本明細書において開示されるいくつかの実施形態において、カプノグラムから評価される呼吸速度(RR)及び呼気終末CO(etCO)の信頼性を定量的に評定するために、パラメータ品質指標が計算される。etCOパラメータ品質指標(etCO PQI)及びRRパラメータ品質指標(RR PQI)に部分的に基づいて、呼吸健康状態指標(RWI)を計算することもできる。これらのパラメータ品質指標は、医療従事者が、従来のツール、特にRR及びetCOを使用してカプノグラムを解釈し、ただし、医療従事者が臨床判断を行うためにRR及びetCOが信頼できるデータであるか否かを評定するのを補助するための測定基準(品質管理指標)を提供することを可能にする。
さらに、いくつかの実施形態において、パラメータ品質指標は、少なくとも部分的に、CO値カウント対(ビニングされた)COレベルのヒストグラムを使用して計算される。このヒストグラムは、数回の呼吸を包含する時間間隔にわたって計算される。例えば、ヒストグラムは、1つの例示的な実施形態においては30秒の時間間隔にわたって取得され、これは、3〜5秒/呼吸の通常の成人患者の呼吸間隔の場合の約6〜10回の呼吸(毎分12〜20回の呼吸)に対応し、最大で、急速に呼吸する幼児の場合の30回の呼吸(毎分60回の呼吸の呼吸速度)に対応する。
有利には、カプノグラムヒストグラムは、波形を複数の異なる領域(例えば、吸気、呼気)にセグメント化することなく、且つ、個々の呼吸サイクルをセグメント化することなく(すなわち、呼吸検出器を用いずに)計算される。カプノグラムヒストグラムは、COレベルが吸気相の間はゼロに近く、呼気相の間はその最大値に近い(すなわち、患者のetCOに近い)典型的なカプノグラムパターンに起因して、正常に呼吸する患者の「標準的」な形状を有することが有利である。これらの2つの相は、開示されるカプノグラムヒストグラムのそれぞれの低い領域及び高い領域を規定し、それらの間には、第3の遷移ヒストグラム領域がある。カプノグラム波形を複数の呼吸サイクルにセグメント化し、これがその後さらに吸気及び呼気時間間隔にセグメント化されるという、困難な、そして多くの場合不正確な作業に依拠することなく、カプノグラム波形に関する豊富な情報を、カプノグラムヒストグラムから抽出することができる。
特に、etCOパラメータ品質指標(PQI)は、主に又は全体的に、ヒストグラムを使用して計算される。いくつかの実施形態において、etCO PQIは、カプノグラムを吸気及び呼気領域にセグメント化することなく定量化することができるカプノグラム特性にさらに基づいて計算される。RRは呼吸サイクルと密接に関連付けられる(事実、呼吸サイクルによって規定される)ため、etCO PQIの例示的な実施形態は、呼吸検出及びカプノグラム波形セグメント化に依拠する。しかしながら、RR PQIは、任意選択的に、etCO PQIにさらに基づき、それによって、カプノグラムヒストグラムからの波形情報を組み込む。
RWIは、etCO値及びRR値に基づいて、且つ、etCO PQI及びRR PQIにさらに基づいて計算される。PQI値をRWIに組み込むことによって、不良なカプノグラム波形がカプノグラフ測定問題を指示するものではなく、多くの場合、不良な呼吸健康状態の指標であるという、本明細書における認識が得られる。
図1を参照すると、例示的なカプノグラフデバイス10が、図解例における鼻カニューレ14のような、適切な患者装具によって、又は、気道アダプタなどによって、患者12と接続される。患者装具14は、任意選択的に、エアフィルタ、ウォータトラップなど(図示せず)のような、1つ又は複数の補助部品を含んでもよい。例示的なカプノグラフ10において、呼気は、患者装具14からカプノグラフ吸気口16へと、及び、空気ポンプ22によって二酸化炭素(CO)測定コンポーネント又はセル20を通じて引き込まれる。空気はその後、カプノグラフ10の排気口24を介して大気へと放出され、又は、例示的な実施形態におけるように、大気へと放出される前に排気口24を通じて、吸入された麻酔剤若しくは他の吸入された薬剤を除去するために掃気システム26へと放出される。CO測定コンポーネント又はセル20は、例えば、患者装具14から引き込まれる呼気中の二酸化炭素が赤外光源/検出器アセンブリによって検出される吸収を引き起こす、赤外光吸収セルを含んでもよい。
例示のカプノグラフデバイス10は、呼気がポンプ22を使用してカプノグラフデバイス10へと引き込まれ、CO測定セル20がカプノグラフデバイス10の内部に位置するサイドストリーム構成を有する。すなわち、サイドストリームカプノグラフデバイス10は、ユニットとして、二酸化炭素測定コンポーネント20、電子プロセッサ30、及び、二酸化炭素測定コンポーネント20を通じて呼気を引き込むように接続されているポンプ22を含む。サイドストリーム構成は、自発的に呼吸している患者、すなわち、人工呼吸器の補助なしに自身で呼吸している患者に対して適切に使用される。メインストリーム構成(図示せず)として知られている代替的な構成において、CO測定セルは、典型的には患者の「主流」気道流へと挿入されるCO測定セル患者装具として、カプノグラフデバイスハウジングの外部に位置する。そのようなメインストリーム構成は、例えば、機械的に人工換気されている患者に関連して利用され、CO測定セル患者装具は、換気ユニットの付属レセプタクルに嵌合するように設計され、又は、換気装置につながる気道ホース上に設置される。パラメータ品質及び患者呼吸健康状態を定量的に評定するための開示されている手法は、サイドストリームカプノグラフデバイス(図1の図解例にあるような)又はメインストリームカプノグラフデバイスのいずれかとともに容易に適用される。
引き続き図1を参照すると、カプノグラフデバイス10(例示のサイドストリーム構成又は代替的なメインストリーム構成のいずれかにある)は、CO測定セル20及び(サイドストリーム構成においては)ポンプ22に電力を供給し、それらの動作を制御するカプノグラフ電子装置30を含む。電力及び制御リンクは、図式的な図1には示されていないことに留意されたい。カプノグラフ電子装置30は、加えて、図1に図式的に示され、本明細書において説明されているような、CO測定セル20によって出力されるCO信号の処理を実施する。カプノグラフ10によって出力される臨床データは、ディスプレイコンポーネント32上に表示され、電子カルテ(EMR)などに記憶され、又は他の様態で利用される。ディスプレイコンポーネント32は、カプノグラフのコンポーネントであってもよく、又は、図1に示すように、ディスプレイコンポーネント32は、カプノグラフ10に接続されている外部ディスプレイコンポーネントであってもよい。例えば、外部ディスプレイコンポーネント32は、多機能ベッドサイド患者モニタ及び/又はナースステーション患者モニタなどであってもよい。カプノグラフは、圧力計、流量計などのような、簡略化された図式的な図1には示されていない多数の他のコンポーネントことがさらに理解されよう。
カプノグラフ電子装置30は、例えば、カプノグラフ10のマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラなど、適切なプログラムされた電子プロセッサなどによって、様々に実装されてもよい。単一の電子ユニット30が示されているが、代替的に、電子装置の様々な組み合わせを利用することが企図され、例えば、ポンプ、電源、赤外光源及び検出器、電源(CO測定セル20のための)、アナログ−デジタル変換回路(CO測定セル20の赤外光検出器をサンプリングするための)などを実装するために、種々の電子コンポーネントが動作可能に相互接続されてもよい。またさらに、カプノグラフデータ処理を実施する電子装置が、カプノグラフデバイス自体の外部に配置されることが企図される。例えば、カプノグラフデータ処理は、別のデバイス(例えば、測定セル20からCO信号を受信するか又はカプノグラフデバイスによって生成されるカプノグラムを受信し、さらなる処理を実施するナースステーションのコンピュータ)内の電子装置によって実施されてもよい。カプノグラフ電子装置30によって実施されるものとしての本明細書において開示されているカプノグラフデータ処理は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は開示されているカプノグラフデータ処理を実施するための他の電子プロセッサによって読み取り可能且つ実行可能である命令を記憶する非一時的記憶媒体によって具現化することができることがさらに理解されよう。そのような非一時的記憶媒体は、非限定的な例示として、ハードディスクドライブ又は他の磁気記憶媒体、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ(ROM)又は他の電子記憶媒体、光ディスク又は他の光学機億媒体、それらの様々な組み合わせなどを含んでもよい。
引き続き図1を参照し、さらに図2を参照すると、カプノグラフ電子装置30によって(又は、代替的に、全体的に若しくは部分的に、ナースステーションモニタ、ベッドサイド患者モニタ、若しくは適切にプログラムされた電子データプロセッサを有する他のデバイスによって)実施されるカプノグラフデータ処理の例示的な実施形態が、図1に図式的に示されている。カプノグラム40を生成するために、CO信号がサンプリングされ、任意選択的に、干渉ガス(例えば、亜酸化窒素)の存在、大気圧などのようなファクタについて補正される。カプノグラム40は、図2において時間の関数として[CO]に示されている、二酸化炭素の分圧又は濃度を表す信号である。図式的な図2は、カプノグラム40を健康な患者の理想化された波形として示しており、すべての呼吸が、理想的であり、吸気相中のゼロに近い[CO]、及び、呼気相にわたって漸進的に上昇し、呼気終末COに対応する最大[CO]において終端する明確に規定される最大[CO]を呈し、etCOはすべての呼吸について同じである。実際には、不均一な呼吸、会話、咳、不健康な患者の場合の慢性的な肺の問題の可能性などのような多数の要因に起因して、現実の患者のカプノグラム40は通常、この理想化された曲線から大幅に逸脱することが理解されよう。現実の患者のカプノグラムにおいて、etCOは呼吸ごとに変動する可能性がある。図2の図解の理想化された例は、呼吸速度が一定であるとさらに仮定している。ここでも、現実の患者においては、RRは一般的に一定ではなく、RRは、興奮若しくは労作に起因して大幅に増大する可能性があり、休息期間中は減速する場合があり、睡眠時無呼吸エピソード中は完全に停止する場合があり、及び/又は、一般的に、様々な呼吸器疾患若しくは他の医学的条件に起因して非常に大幅に変動する場合がある。
引き続き図1及び図2を参照すると、カプノグラフ電子装置30は、カプノグラム40からカプノグラムヒストグラム42を計算するようにプログラムされている。カプノグラムヒストグラム42は、COサンプル値(y軸)対COレベル(x軸)のヒストグラムである。カプノグラムヒストグラム42は、30秒の持続時間のスライディングウィンドウにわたって計算される(例示的な図2について、好ましくは数回の呼吸を包含するのに十分に長い持続時間の他のウィンドウサイズが企図される)。例示的な実例として、CO測定セル20が10ミリ秒間隔(毎秒100サンプル)においてサンプルを取得し、且つウィンドウが30秒である場合、30秒ウィンドウ(3000個の点から成る)内の各カプノグラムサンプルについて、その点のCO値に対応するビンが増分される。典型的なカプノグラムのカプノグラムヒストグラムにおいては、吸気中により低いベースライン領域があり、呼気中に上昇したCO領域がある。これら2つの領域の間に、カプノグラムの立ち上がり及び立ち下がりエッジを構成する点のセットがある。より詳細には、図2に描かれているように、3つの領域R1、R2、R3を規定することができる。ヒストグラム42の領域R1は、呼吸の吸気相の間にCO測定セル20によって測定されるカプノグラム40内の点を含む。図2の例示的な実例において、領域R1は、0〜3mmHgのビンを含む。ヒストグラム42の領域R2は、カプノグラム40内の立ち上がり及び立ち下がりエッジを形成するカプノグラム40からのすべての点を含む。図2の例示的な実例において、領域R2は、4〜30mmHgのビンを含む。最後に、ヒストグラム42の領域R3は、呼吸の呼気相の間に測定されるカプノグラム40内の点を含む。図2の例示的な実例において、領域R3は、31〜39mmHgのすべてのビンを含む。
典型的なカプノグラムのカプノグラムヒストグラムは、一定の特性を有する。典型的なカプノグラムのヒストグラムでは、領域R1及び領域R3のビンにおいてより多数のCOサンプル値が発生することになり、領域R2のビン内の発生数は、領域R1及びR3内の発生数よりも低くなるはずである。すなわち、カプノグラムヒストグラム42は、下方領域R1内のピーク及び上方領域R3内のピーク、並びに、中間領域R2内の谷を有する。さらに、上方領域R3内のピークは典型的には、図2の理想化されたカプノグラムヒストグラム42で見た場合は、領域R1内のピークよりも広がっている。上方領域R3内のピークの広がりは、最高のCO値が典型的には呼吸の終端(すなわち、呼気終末点)において発生する、呼気相の間のカプノグラム40の傾斜によって引き起こされる。カプノグラム波形40のこの傾斜は、カプノグラムヒストグラム42の上方領域R3内のピークを構成する点の広がりに反映される。そのような広がりは、付加的に又は代替的に、すべての呼吸が同じピークCO値を有するとは限らない(又は、言い換えれば、etCOが呼吸ごとに変動する)通常の状況によって引き起こされ得る。呼吸ごとのetCO値の差は、上方領域R3内のピークの広がりに反映される。対照的に、カプノグラムの吸気相の間、COレベルは通常、ゼロに近い平坦なベースラインレベルまで下降し、呼吸間の変動をほとんど呈せず、ヒストグラム42の下方領域R1内のピークはより狭くなる。
カプノグラムヒストグラム42は、スライディングウィンドウ内のカプノグラム40から計算され、例えば、30秒ウィンドウを利用する1つの例示的な実例における5秒ごとなど、数秒ごとに新たなヒストグラムが計算される。ウィンドウを整数回の呼吸と同期させることは試みられないが、ウィンドウは、数回の呼吸を包含するのに十分に大きいことが好ましい(例えば、通常の成人患者については、呼吸間隔が3〜5秒/呼吸の例示的な30秒ウィンドウが、6〜10回の呼吸を包含する)。ウィンドウサイズよりも短い時間間隔上でヒストグラムを再計算することによって(例えば、30秒ウィンドウを使用して5秒ごと)、連続するヒストグラムウィンドウは、大きく重なり合い、時間の関数としての平滑化効果がもたらされる。呼吸サイクルと同期されないため、カプノグラムヒストグラム42を構築するにあたって呼吸検出器を利用する必要がなく、ヒストグラム42の決定は、非常に高速なCOサンプルビニングプロセスである。
呼気終末二酸化炭素(etCO)値及び呼吸速度(RR)値がカプノグラム信号40から決定される。信号最大値を検出するための実質的に任意の技法を使用して、etCO値を検出することができる。例えば、いくつかの実施形態において、etCO値は、カプノグラム信号40から導出されるヒストグラム42を分析することによって、カプノグラム信号40から決定される。この手法において、非ゼロサンプルカウントを有する最高のCOレベルビンのCOレベルが、etCO値を提供する。同様に、信号の周期性を決定するための実質的に任意の技法を使用して、RR値を検出することができる。例えば、呼吸検出器48を使用して呼吸を検出し、それによって呼吸間隔を決定することによって(RRは平均呼吸間隔の逆数である)、RR値を決定することができる。代替的に、高速フーリエ変換(FFT)を適用して、周波数ドメインにおいてRR値を決定することができる。
引き続き図1を参照すると、カプノグラムヒストグラム42を使用して、呼気終末COパラメータ品質指標(etCO PQI)44が計算される。この指標は、カプノグラムヒストグラム42から、及び任意選択的にまたカプノグラム40自体からも導出されるパラメータの加重和として計算される。加重和に含まれるパラメータは、カプノグラム40から得られるetCO測定の確度を決定する上での相対測定基準として適切に選択される。1つの例示的な実施形態において、etCO PQI44は、(1)ベースラインを上回るヒストグラム42の部分の測定基準、(2)領域3内の最大COと最高のヒストグラムカウントを有する領域R3内のCOレベルとの間の差の測定基準、(3)領域R3のカウントと領域R2のカウントとを比較する測定基準、(4)領域R3内の総カウントの割合の測定基準、及び(5)CO立ち下がり時間の測定基準を含むパラメータから計算される。
ベースラインを上回るヒストグラム42の部分の測定基準は、領域R1と比較した、領域R3内にあるヒストグラムの部分を特性化する。この測定基準は通常のカプノグラムについては大きいが、呼気プラトーが一貫しない不良なカプノグラム波形の場合は低くなり得る。
領域3内の最大COと最高のヒストグラムカウントを有する領域R3内のCOレベルとの間の差の測定基準は、呼気プラトーは通常呼気終末点に近づくにつれて平坦になるため、呼気終末点が最高のCO値を有するはずであり、etCOにおける又はそれに近いCOレベルビンも多数のカウントを有するはずであるため、小さいと予測される。この測定基準は、非ゼロカウントを有する領域R3のビンのCOレベルと、最高のカウントを記憶している領域R3のビンのCOレベルとの間の差から計算される。
上方領域R3のカウントと中間領域R2のカウントとを比較する測定基準は、カプノグラム40内の吸気相から呼気相までに先鋭な遷移が存在するはずであるという予測を定量化する。そのような事例において、中間領域R2のカウントは低く、上方領域R3のカウントは高い。しかしながら、中間領域2内に上方領域R3よりも多くのビンがあるため、この測定基準は、領域R2のすべてのビンにわたる平均カウントを使用して、及び、同様に、領域R3のすべてのビンにわたる平均カウントを使用して定量化されることが好ましい。
上方領域R3内の総カウントの割合の測定基準は、カプノグラム波形の大部分が呼気相から成るため、高くなるはずである。この測定基準は、上方領域R3内の総カウントと、カプノグラムヒストグラム42内の総カウントとの比を使用して計算される。
図3を簡単に参照すると、CO立ち下がり時間の測定基準は、CO立ち下がり時間の測定基準がカプノグラムヒストグラム42からではなくカプノグラム40から計算されるという点において、例示的なetCO PQIに寄与する前出の4つの測定基準とは異なる。CO立ち下がり時間の測定基準は、酸素補給の効果に起因してカプノグラム波形がウォッシュアウトされるときに、検出のために有用である。これは図3に示されている。図3の上部プロットは、図2に示すものと同じ理想化されたカプノグラム40の呼気プラトーを示す。CO立ち下がり時間は、高いCOレベルが上限閾値Tupperを下回って下降するときから、COレベルが下限閾値Tlowerを下回って低減するときまでの時間間隔として計算される。このCO立ち下がり時間は、理想化されたカプノグラム40を示す図3の上部プロット内でtfallとして示されている。tfallは相対的に短いことが分かる。対照的に、図3の下部プロットは、酸素補給ウォッシュアウトを呈するカプノグラム40O2を示す。この事例において、TupperからTlowerへの遷移ははるかに長い。
呼吸検出を実施することなく、且つ、カプノグラム波形を吸気相と呼気相とにセグメント化することなく、CO立ち下がり時間を決定することができることが留意されよう。例えば、例示的な実例において、CO立ち下がり時間は、高いCOレベルがいつTupperを下回って下降するか、及び、その後、当該COレベルがいつTlowerを下回って下降するかを識別することによって計算される。
図1に戻って参照すると、etCO PQI44は、これらの測定基準(及び/又は、カプノグラフィによるetCO測定の信頼性と相関する他の測定基準)の加重和として適切に計算される。すなわち、以下の通りである。
Figure 2020513934
ここで、インデックスiはetCO PQI44に寄与する測定基準に及び、Sはi番目の測定基準のスコア(すなわち、値)であり、Wはi番目の測定基準に対する重みである。重みは、手作業で(例えば、熟練した呼吸器科医、麻酔専門医、呼吸療法士若しくは様々な測定基準の相対的重要性の他の専門家による評定に基づいて)、又は、トレーニングカプノグラムから得られるetCO値の信頼性に関して熟練した呼吸器科医、麻酔専門医、若しくは他の専門家によって各々ラベル付けされている代表的なカプノグラムのトレーニングセットを使用して機械学習を実施することによって、生成される。
この例において、etCO PQIに寄与する5つの測定基準は、例示に過ぎない。より一般的には、カプノグラムヒストグラム42は、呼吸サイクルの吸気相に対応する下方領域R1内の大きく狭いピーク、呼気相に対応する上方領域R3内の大きくわずかにより広いピーク、並びに、吸気から呼気へ及び呼気から吸気への遷移に対応する中間領域R2内の深い谷を呈すると予測されることが理解されよう。この基本ヒストグラム形状から逸脱は、カプノグラム波形が劣化するときに予測され、結果として、etCO値は信頼性がより低くなると予測される。ヒストグラム形状、及び、したがってカプノグラム波形を評定するために測定基準を定量的に特性化するために、トレーニングカプノグラムについて構築されるヒストグラムを使用して、様々な測定基準を構築及び最適化することができる。測定基準及びそれらの重みの最適な選択は、カプノグラフデバイス及びその患者への接続、モニタリングされている人口動態、所望の感受性(例えば、etCO PQIが大きく低減し始める前にカプノグラム波形がどの程度「不良」であるべきか)などに依存する。いくつかの実施形態において、測定基準は、種々の患者接続(例えば、鼻カニューレ対気道アダプタ)、種々の患者呼吸条件(例えば、自発的呼吸対様々な人工呼吸モード)などに対して最適化される。カプノグラムヒストグラム形状は、カプノグラム波形を反映し、そのため、ヒストグラムの定量的測定基準は、カプノグラム内の呼吸間隔を検出する必要なく、且つ、カプノグラムを吸気相と呼気相とにセグメント化する必要なく、カプノグラム波形品質を評定することを可能にする。例示的な実例において、1つの測定基準(CO立ち下がり時間)が、カプノグラムヒストグラム42からではなく、カプノグラム40から直接的に抽出されるが、これは依然として、呼吸検出を実施すること又はカプノグラムを複数の呼吸相にセグメント化することなく行われる。計算は高速であり、リアルタイムで(すなわち、数十秒、数秒又はそれ未満の遅延で)実施することができる。
引き続き図1を参照すると、呼吸速度パラメータ品質指標(RR PQI)46も決定される。RRとRR PQIは両方とも、呼吸の検出に依存し、したがって、呼吸検出器48によってカプノグラム40内で検出される呼吸間隔を入力として受信する。RR PQI46は、例示的な実例として、呼吸速度(RR)、呼気時間/吸気時間比(IE比)の測定基準、呼吸のカプノグラム内の無効ピークカウントを定量化する測定基準、カプノグラム二酸化炭素レベルダイナミックレンジ測定基準、及び、吸気COレベルがどれだけゼロに近いかの測定基準を含む、測定基準の加重和として適切に決定される。RR及びIE比値は、妥当な範囲の外側に大きく降下する値がRR PQI46を低減するように、妥当な範囲内にあるべきである(例えば、成人については毎分約12〜20呼吸のRR)。余分な(無効な)ピークは誤った呼吸検出をもたらす可能性があり、したがって、より多くの無効ピークはRR PQIを低減する。カプノグラムダイナミックレンジ(最大COレベル−最小COレベル)は、信号強度に影響を与え、そのため、低ダイナミックレンジはRR PQIを低減する。同様に、COレベルは、吸気中はゼロに近くなるはずであり、一方、吸気中のより高いCOレベルは呼吸検出をより困難にし、RR PQI46の値をより低くする。
図1の例示的な実施形態において、RR PQI46はまた、加重和における追加の測定基準としての役割を果たすetCO PQI44に基づいても決定される。etCO PQI44は、カプノグラム波形の「正常さ」の測定基準である。異常性が高いカプノグラム波形は、呼吸検出をより困難にするため、etCO PQI44の値が低くなると、結果として、RR PQI値も低くなる。RR PQI46に対する入力測定基準としてetCO PQI44を利用することによって、RRの信頼性の評定においてetCO PQI44が有利に再使用される。
RR PQI46は再び、寄与する測定基準の加重和として適切に計算される。
Figure 2020513934
ここで、インデックスiはRR PQI46に寄与する測定基準に及び、Sはi番目の測定基準のスコア(すなわち、値)であり、Wはi番目の測定基準に対する重みである。重みはここでも、手作業で、又は、RR信頼性に関してラベル化されている代表的なカプノグラムのトレーニングセットを使用した機械学習を実施することによって生成される。この実例においてRR PQIに寄与する測定基準はここでも例示に過ぎず、追加の又は他の測定基準が企図される。
いくつかの実施形態において、呼吸健康状態指標(RWI)50も計算され、これは、カプノグラム40を使用して患者の呼吸健康状態を評定するために品質スコアを表す。RWI50は、医療従事者が、患者の全体的な呼吸健康状態を評価するのを助けるように設計される。RWI50はまた、処置時鎮静などの間に、中枢性無呼吸又は閉塞性無呼吸に起因する低換気の危険性にさらされている挿管されていない患者を識別するために使用される。適切な実施形態において、RWI50に対する加重入力としての役割を果たす測定基準は、測定されているRR及びetCO並びに対応するRR PQI44及びetCO PQI46を含む。概して、RR又はetCOのいずれかがそれらのそれぞれの正常な範囲外にある場合、これによってRWI50が低下する。RR PQI44が低くなること又はetCO PQI46が低くなることによっても、RWI50は低下する。いくつかの実施形態において、気道閉塞又は無呼吸エピソードの検出におけるその使用を促進するために、最後の呼吸測定基準からの時間も、RWI50に組み込まれる。例えば、最後の呼吸からの時間は、COレベルが最後に上昇してからの時間を評定するブロック52によって、カプノグラム40から定量化することができる。
指標44、46、50は、カプノグラムヒストグラム42が更新されるたびに、例えば、例示的な実例においては5秒ごとに、適切に再計算される。例示的なヒストグラム計算ウィンドウは30秒であるため、指標44、46、50の最初の計算は、30秒のカプノグラム40が取得された後に実施される。
カプノグラフデバイス10が、RR値及びetCO値に基づいて情報メッセージを提供するようにプログラムされている場合、指標44、46、50は、任意選択的に、基礎となるRR又はetCOが対応するPQIによって示されるものとして信頼できないときは、これらの情報メッセージを抑制するために使用されてもよい。非限定的な例示として、1つの企図される実施形態において、表1のメッセージング方式が利用され、出力は、RWIが何らかの閾値よりも低いときにのみ表示される。
Figure 2020513934
この例示的なメッセージング方式において、「患者が不安がっています」メッセージは、RR PQI46が閾値を下回る場合は抑制される。
etCO、RR、etCO PQI44、RR PQI46、及び/又はRWI50のような証拠パラメータの値の計算及び表示(ディスプレイコンポーネント32上での)に加えて(又はそれに代えて)、カプノグラムヒストグラム42自体をディスプレイコンポーネント32上に表示することが企図される。前述したように、カプノグラムヒストグラム42は、カプノグラム40(任意選択的にまた、例えば傾向線としてディスプレイ32上に表示されてもよい)の表示を読解することと比較して、医療従事者によってより容易に知覚される形式において、カプノグラム波形に関する相当の情報を具現化する。カプノグラム40の傾向線を表示することと比較しての、カプノグラムヒストグラム42を表示することの1つの利点は、傾向線が典型的には水平にスクロールされる一方で、カプノグラムヒストグラム42はスクロールするのではなく、例えば5秒ごとに更新され、連続する更新の間でウィンドウの重なりが大きいことに起因して、連続する更新の間に相当の重なりがある(例えば、ウィンドウが30秒で、更新が5秒の場合、各連続するヒストグラムは、直前のヒストグラムを生成するのに使用された同じカプノグラムデータのうち25秒、及び、5秒のみの新たなカプノグラムデータから導出される)。
上記の実施形態は有利には、医療従事者によってより容易に把握及び行動される出力を有するカプノグラフィモニタリングを可能にする。以下のいくつかの実施形態において、カプノグラフィモニタリングは、例えば、指又は動脈血酸素飽和度(SpO)測定が行われる他の組織内の血液の脈動部分を測定するパルスオキシメータによって測定されるSpOなど、血中ヘモグロビン酸素飽和度情報と相乗的に組み合わされる。指の血液では静脈血が大部分を占めるが、静脈血は大きくは脈動しないため、SpO測定においては考慮されない。動脈血のみが強く脈動するため、パルスオキシメータは動脈血酸素飽和度を測定する。「動脈」という用語は、まだガス交換(肺の中で捕捉されるOの損失及び組織からのCOの収集を引き起こす)に関与していない血液を指す。動脈血は、動脈又は毛細血管(微小毛細血管を含む)内に位置する場合があり、そのような血液は、ガス交換にまだ関与していない限り、たとえ毛細血管内に位置する場合であってもなお、動脈血であることが留意され得る。したがって、SpO測定は、指先又は測定されている他の組織内の動脈血の酸素化を測定し、測定は、その動脈血が動脈、毛細管、又は両方の血管タイプ内にあるかにかかわらず行われる。
本明細書において、医療専門家は多くの場合、カプノグラフィデータではなくSpOバイタルサインに主に依拠する傾向にあると認識される。これは、多くの臨床医がカプノグラフィと比較してSpOにより精通していることと、低SpOレベルが緊急医療問題、すなわち、患者が十分に酸素供給されていないことの直接的な臨床的尺度であると臨床医が認識していることの両方に起因する。対照的に、etCOのようなカプノグラフィデータの解釈はより複雑であり、一部の医療専門家にとってはより困難であり得る。
しかしながら、本明細書においては、カプノメトリは、呼吸の問題がSpOレベルの低減として現れる前に、呼吸の問題を検出することによって、優れたインジケータとしての役割を果たすことができるため、カプノグラフィは、SpOモニタリングを補完すると認識される。カプノグラフィは、肺の中での血液−ガス交換の直接の帰結を測定し、一方、SpOは、この血液−ガス交換の遅れた測定基準を測定し、長い時間期間にわたって行われる肺の中での血液への酸素の伝達が不十分であることによって血液酸素化が累積的に低減した後にのみ、臨床警告をもたらす。
SpOモニタリングをカプノグラフィが補完し得る別の様態は、酸素補給を受けている患者の事例におけるものである。ここで、酸素補給は、高いSpOレベルを促進するが、そうする中で、根底にある、肺における血液ガス交換問題、すなわち、呼吸速度及び/又は量が低いことを隠してしまう可能性がある。カプノグラフィは、肺における血液−ガス交換のCO生成を直接的に測定することによって、SpO測定において酸素補給によってもたらされる追加の酸素化によって隠されている可能性がある呼吸障害を検出することができる。
本明細書において開示されている手法において、SpO及びカプノグラフィは、呼吸障害をより迅速に検出する患者モニタリングを可能にするために相乗的に組み合わされ、SpOモニタリングを介してライフクリティカルな血液酸素化モニタリングを依然として提供しながら、他の様態では酸素補給によって隠されてしまう可能性がある呼吸障害を検出することができる。いくつかの実施形態において、開示されている手法は、相乗的な臨床判断支援をさらに提供する。SpO及びカプノグラフィ情報は、1つ又は複数の臨床警告を識別するために別個に分析され、これらの警告は、緊急性に基づいてランク付けされるように表示される。
RWIは、それ自体では、血液酸素化(又は、より一般的には、患者の心臓の状態)を考慮しない。以下の例示的な実施形態において、本明細書においては患者安全指標(PSI)として参照される、全体的な患者の安全性の指標を計算するために、患者の動脈酸素飽和度レベル(SpO)が、RWIと組み合わされる。例示的なPSIは、1〜10の範囲内の値であり、ここで、1が最低スコア(患者は応急手当を必要とする)であり、10が最高スコア(換気及び酸素供給が健常)である。患者が、低ヘモグロビン酸素飽和度によって示される血液中の不十分な酸素飽和度と、正常な呼吸速度及び呼気終末CO濃度によって示される十分な呼吸の両方を同時に有する可能性がある。
図4を参照すると、RWIとSpOレベルとを組み合わせることによってPSIを生成する例示的な実施形態が、図式的に示されている。患者12、患者装具14(この事例では鼻カニューレ)、及びカプノグラフデバイス10は、図1の実施形態についてすでに説明されている。カプノグラフデバイス10は、同じく図1を参照しながら前述されている、カプノグラム信号40から決定される呼吸健康状態指標(RWI)50、呼気終末二酸化炭素(etCO)値60及び呼吸速度(RR)値62を出力する。図4の例示的な実施形態は、図1の実施形態のカプノグラム信号波形、カプノグラムヒストグラム、又はPQI(パラメータ品質指標)値を出力しないが、これらのうちのいずれかはまた、所望に応じて図4の実施形態の変形形態において出力されてもよい。
図4の例示的な実施形態は、例えば、指先パルスオキシメータなどであってもよい、パルスオキシメータ70をさらに含むか、又は、パルスオキシメータ70にアクセスすることができる。典型的なパルスオキシメータ設計において、発光ダイオード(LED)又は他の光源が赤色光又は赤外光を、患者の組織(例えば、指先)を通じて送信し、これらの波長における透過が測定される。当該技術分野において既知であるように、これらの異なるスペクトル位置における示差吸収は、動脈血酸素飽和度(SpO)72の抽出を可能にする。モニタリングされている組織(例えば、指先)の血液量が、連続する各心拍によって循環的に変動するときに光信号の変動から得られる心拍数(HR)74も、パルスオキシメータ70によって出力することができる(心拍数は、付加的に又は代替的に、例えば、心電図など別のセンサから得られてもよい)。
マルチパラメータ患者モニタ80が、入力として、RWI50及びetCO値60を受信し、また、任意選択的に、カプノグラフデバイス10からのRR62、パルスオキシメータ70からのHR74、血圧モニタ(図示されていないコンポーネント)からの血圧などのような他の生理学的パラメータをも受信する。例示的な患者モニタ80は、ディスプレイ82及び電子プロセッサ84を含む。患者モニタリングにおいては慣例であるように、電子プロセッサ84は、任意選択的に、受信されている生理学的パラメータ60、62、72、74のうちの1つ又は複数を、例えば、傾向線、及び/又は、任意選択的に平均化時間ウィンドウにわたって平均されている数値として、ディスプレイ82上に表示するようにプログラムされる。物理的には、患者モニタ80は、例えば、ベッドサイド患者モニタ、ナースステーションモニタ、ウェアラブル患者モニタリングデバイスなどのように、様々に具現化されてもよい。患者モニタのいくつかの例示的な実例は、オランダのアイントホーフェン所在のKoninklijke Philips N.V.から入手可能な様々なIntelliVue(商標)患者モニタを含む。他の実施形態において、患者モニタ80は、何らかの他の医療デバイスと一体化されてもよく、例えば、患者モニタ80は、人工呼吸器(図示せず)のコンポーネントであってもよい。
図4の例示的な患者モニタ80の電子プロセッサ84は、図4に図式的に示すように、患者安全指標(PSI)を計算するようにさらにプログラムされる。この目的のために、SpO値72は、SpOスコア又は指標90に変換され、SpO指標90及び呼吸健康状態指標(RWI)50は組み合わされて、様々に利用される患者安全指標(PSI)92が生成される。図4の例示的な実例において、PSI92は、臨床的問題を検出するための判断動作94への入力として使用される。判断94が、PSI92の値によって臨床的問題が証拠づけられるということである場合、低SpOレベル、気管内チューブの配置が不正確である可能性があること、高炭酸(すなわち、血液中のCOの異常な上昇)などのような警告条件を識別するために、SpO及びカプノグラフィデータを分析するために、判断支援分析96がトリガされる。動作98において、任意のそのような警告条件が、例えば、緊急性によってランク付けされたリストとして(いくつかの実施形態において、上位N個のリストであってもよく、ここで、Nは、1、2、3、又はより多くの最も緊急の警告のサブセットである)、患者モニタ80のディスプレイ82上に表示される。
以下において、PSI92の1つの適切な定式化の例示的な実例が記載される。
SpO指標90の例示的な実例において、動脈血酸素飽和度(SpO)測定値72が、+10と−10との間のスコアを出力するスコア関数へと入力される。動脈血酸素飽和度72が上限閾値(例えば94%)を上回る場合、スコア関数は、10の最大スコア値を出力する。より低い値の酸素飽和度72について、スコアは低減する。動脈血酸素飽和度72が下限閾値(例えば80%)を下回る場合、スコア関数は、−10の最小スコア値を出力する。
PSI92の計算の例示的な実例において、重み付け係数が、酸素飽和度スコア90及びカプノグラフィデバイス10から計算されるRWI50に適用される。これらのスコアの加重和が、結果としてのPSI値である。例えば、動脈血酸素飽和度が92%である場合、対応するスコアは3であり得る。対応するRWIが5である場合で、且つ、両方の入力に対する重みが0.5である場合、出力PSIは4であり、患者が危険にさらされている可能性があり得ることを示す。例示的な実例において、SpOスコアの範囲[−10,10]内でのスケールの選択は、患者の血液酸素化が低い、臨床的に緊急の状況を捉えることを保証するために、低SpO値が組み合わされたPSIを引き下げることを保証する。
動脈血酸素飽和度スコアリングの変形実施形態は、患者が酸素補給を受けている場合のSpOについて、SpOスコア90を調整する。この調整は、患者が空気を呼吸しているときの正常に近いと考えられる動脈血酸素飽和度(すなわち、94%)が、同じ患者が鼻カニューレ、マスク又は気管内チューブを通じて酸素補給を受けている場合には低いと考えられることになるという、臨床的な現実性を捉える。予測正常範囲のこの差を計上するために、SpO指標90を生成する関数は、患者が酸素補給を受けていることが分かっているときには、少量(すなわち、2%)だけより低い値にシフトされる。この変形実施形態は、患者が酸素補給を受けており、飽和度値がわずかにより高くなると予測されるときには、PSI92が、低い酸素飽和度値に対してより感受性になることを可能にする。
患者が酸素補給を受けているという決定は、患者モニタ80に対するユーザ入力に基づいてもよい(例えば、患者プロファイルを設定するときに、看護師又は他の医療専門家は、患者が酸素補給を受けていることを示すラジアル入力ボタンを選択する)。代替的に、患者が酸素補給を受けていることを検出するための自動メカニズムが利用されてもよく、例えば、患者モニタ80が人工呼吸器と一体化されているか、又は、人工呼吸器からデータを受信するように接続されており、且つ、利用可能なデータが吸気酸素濃度比(FiO)を含む場合、患者モニタ80は、FiO値に基づいて、患者が酸素補給を受けているか否かを自動的に検出する。そのような実施形態において、酸素補給レベルに基づいて、より低い値のSpO指標90への前述したわずかなシフトを調整することがさらに企図され、例えば、より高いFiO値に対しては、指標値のより大きい下方シフトを適用する(より高い吸気酸素濃度比は、より多くの酸素補給を示すため)。
図5及び図6を参照すると、SpO指標90を計算するために適切に使用されるSpO指標対SpO値の関数の例示的な実例が、酸素が補給されない場合(図5)及び酸素が補給される場合(図6)について示されている。図5に見られるように、酸素が補給されない場合、SpO指標スコアは、94%までのSpO値についてはその10の最大値のままである(すなわち、上限閾値は94%である)。図6に見られるように、酸素が補給される場合、SpO指標スコアは、ただ96%までのSpO値についてその10の最大値のままであり(すなわち、上限閾値は96%まで増大される)、これは、例えば、酸素補給を受けていない患者にとっては95%のSpOが通常は臨床的に許容可能であると見なされるが、酸素補給を受けている患者にとっては異常に低いと見なされ得ることを反映している。より一般的には、いくつかの好ましい実施形態において、SpO指標90は、下限閾SpO値(図5の酸素補給なしスコア関数については78%、又は、図6の酸素補給スコア関数については80%)以下のSpOの値に対する最小値(例えば、例示的な実例においては−10)を有し、上限閾SpO値(図5の酸素補給なしスコア関数については94%、又は、図6の酸素補給スコア関数については96%)以上のSpOの値に対する最大値(例えば、例示的な実例においては+10)まで単調に増大する単調関数を使用して計算される。
SpO指標90とRWI50とを組み合わせてPSI92を生成する中で、RWI値及びSpO値は、同じ時点に対応する生理学的条件を反映すべきである。これら2つの入力信号が時間的に不整合である場合、それらは患者安全性を示すために協働しない場合がある。RWI及びSpOは異なる生理学的信号から導出されるため、すなわち、一方はカプノグラフィデバイス10によって測定され、他方はパルスオキシメータ70によって測定されるため、互いに前後して発生した事象又は条件を反映し得る可能性がある。言い換えれば、2つの異なるデバイス10、70からのデータストリームは、時間的に同期しない場合がある。不整合のもう1つの原因は、信号平均化であり得る。入力の変動性を改善するために、入力信号を平均することが有益であり得る。しかしながら、信号平均化によって信号の応答が遅延し、結果、2つの信号のうちの一方又は他方が、他方の信号(SpO又はカプノメトリ)に対して遅延する可能性がある。例えば、患者モニタ80から2つのデバイス10、70に出力される共通のクロック信号を使用すること、2つのデバイス10、70のうちの一方から他方へと同期クロック信号を送信することなど、SpO及びカプノグラフィ信号を同期させるための様々な手法を使用することができる。別の手法において、信号内の識別可能なランドマークを使用することができ、例えば、カプノグラフィデバイス10が心拍数をも測定する多機能患者モニタリングデバイスである場合、この心拍数を使用して、パルスオキシメータ70によって測定されるHR74と同期させて、2つのデバイス10、70からの信号を同期させる。これらは例示的な同期手法に過ぎない。
図4を参照すると、判断支援分析96及び判断支援警告メッセージング98の実施形態のいくつかの例示的な実例を次に説明する。
例えば、別の患者データストリームとして、PSI92を患者モニタ80上に表示することができる。しかしながら、図4の例示的な実例において、PSI92は通常、表示されるが、いくつかの実施形態においては決して表示されない。むしろ、PSI92は主に、臨床介入を要求する可能な状況を検出するために、判断94への入力としての役割を果たす。動作94において、計算されているPSI92が閾値未満である場合、メッセージが表示される。しかしながら、単純「PSIが安全閾値を下回っています」のような警告を表示することは、看護師、医師、又は他の臨床医にとって特に有益ではない。むしろ、図4の例示的な実施形態において、低PSIは、警告メッセージング動作98において表示される1つ又は複数の臨床的に有益な警告メッセージを提供する判断支援分析96をトリガする。これらのメッセージは、各入力(RWI又はSpOスコア)が計算されるPSI92に及ぼす影響に基づいて選択され、任意選択的にランク付け様式で表示される。この影響は、スコアの不完全度(10−スコア)及び入力に適用される重み付け係数の積である。例えば、SpO指標90が3であり、重み付け係数が0.5である場合、PSIに対するSpOスコアの影響は1.5になる。SpOがPSIに対してより大きい影響を及ぼす場合、メッセージ指示「SpOが低くなっています」(又は、「酸素供給が不十分です」又は「O補給を確認してください」のような、何らかの他の意味的に類似したメッセージ)が表示される。他方、RWIがスコアに対してより大きい影響を及ぼす場合、RWIに基づくメッセージが示される。
図4の実施形態を使用して実施される例示的なモニタリングプロセスを、以下に説明する。所与の呼吸又は時間期間について、図1を参照しながら本明細書において前述したように、カプノグラフィデバイス10によって測定されるカプノグラフィ信号からRWI50を算出する。時間的にRWIが算出されたときの呼吸に対応するSpO測定値72が、例えば、例示的なパルスオキシメータ70から受信される。酸素補給の存否に基づいてSpOに対する的確なスコアマッピング関数(例えば、酸素補給がない場合の図5のスコア関数、又は酸素補給がある場合の図6のスコア関数)を選択する。SpO値は、図4のSpOスコア又は指標90にマッピングされる。PSI指標値92は、SpO指標スコア及びRWI値の加重和として算出される。判断94において、PSI指標値92が閾値未満である場合、判断支援分析96が開始される。1つの例示的な手法において、障害スコアが、PSI92への入力の各々について(すなわち、SpO指標スコア90及びRWI50の各々について)算出される。障害スコアは、重み付け係数と、10.0−特徴値との積として適切に計算される。その後、いずれの入力(SpO又はRWI)が最高の障害スコアを有するかが決定される。SpOがより高い障害スコアを有する場合、動作98において、SpOが低いことを示すメッセージが表示される。RWIがより高い障害スコアを有する場合、動作98において、RWIに基づくメッセージが表示される。この後者の出力は任意選択的に、例えば、図1を参照しながら本明細書において説明されているような、さらなる判断支援分析をカプノグラフィデータに対して実施することによって生成される。
任意選択的に、PSI信号は、長い時間にわたって又は複数回の呼吸にわたって平均されてもよい。例えば、PSIが5秒ごとに算出される場合、5秒ごとに算出されている結果のPSIを表示するのではなく、その前の1分の間に算出される平均PSIを表示することが有益であり得る。これによって、PSIデータストリーム内のノイズに起因して謝った警告が生成されることを回避するのを助けることができる。
図4の例示的な実例は、患者モニタリングを改善するためにカプノグラフィ及びSpOデータを統合する動作を実施するためのホスト計算/表示デバイスとして、マルチパラメータ患者モニタ80を利用する。この処理を患者モニタ80において実施することは、そのようなマルチパラメータ患者モニタが、カプノグラフィデータ及びSpOデータが収集される共通の「ハブ」であるため、有利である。例示的な実例において、RWI50は、図1を参照しながら説明されているように、カプノグラフデバイス10によって実施される処理によってさらに計算される。しかしながら、より一般的には、これらの様々な処理は、利用可能な電子処理及び表示デバイスにわたって他の様態で分散されてもよい。例えば、別の企図される実施形態において、すべての処理はカプノグラフデバイスにおいて実施され、SpOはカプノグラフデバイスへの入力である。この構成において、患者モニタは、任意選択的に省略されてもよい。別の企図される実施形態において、カプノグラフデバイスは、RWI計算と、RWI及びSpOを統合する後続の動作の両方を実施する患者モニタリングデバイスに未処理のカプノグラム波形を出力する。この手法は、患者モニタが、未処理のカプノグラムを出力することができる任意のカプノグラフデバイスと協働してPSIベースのモニタリングを提供することを可能にする。患者モニタリングを改善するためにカプノグラフィ及びSpOデータを統合する動作は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、又は開示されている処理を実施するための他の電子プロセッサによって読み取り可能且つ実行可能である命令を記憶する非一時的記憶媒体によって具現化することができることが、またさらに理解されよう。そのような非一時的記憶媒体は、非限定的な例示として、ハードディスクドライブ又は他の磁気記憶媒体、フラッシュメモリ、読み出し専用メモリ(ROM)又は他の電子記憶媒体、光ディスク又は他の光学記憶媒体、それらの様々な組み合わせなどを含んでもよい。
さらなる企図される変形形態として、開示されるRWIは、患者の健康状態を、カプノグラフデバイス10によって測定されるカプノグラムによって示されるものとして表すカプノグラフィ指標の非限定的な例示的実例であるものとして理解されるべきである。より一般的には、他のカプノグラフィ指標定式化が利用されてもよい。別の例示的な実例において、任意選択的に、SpOに関して開示されているスケーリング動作(例えば、図5及び図6の例示的な実例)と同様に、最小指標値と最大指標値との間でスケーリングされている呼気終末CO(etCO)を、カプノグラフィ指標として使用することができる。カプノグラフィ指標は、カプノグラムから導出される任意の情報を使用して計算され、例えば、例示的なRWIは、二酸化炭素濃度又は分圧に基づいて、及びまた、カプノグラムから導出される呼吸速度(RR)情報にも基づいて計算されることが留意されるべきである。
カプノグラフィ及び動脈血酸素飽和度データを組み合わせることにおける、図4の手法及びその変形形態は、カプノメトリ及び動脈血酸素飽和度モニタリングと関連付けられる不確実性及び混乱を低減し、カプノグラフィデータの解釈にそれほど習熟していない臨床医が、カプノグラフィ及びSpOモニタリングを患者モニタリングの解釈により効果的に統合することを可能にする。本発明は、好ましい実施形態を参照して記載されている。先行する詳細な説明の読解及び理解を受けて、他のものに対する修正及び改変を行うことができる。本発明は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内に入る限り、すべてのそのような修正及び改変を含むものとして解釈されることが意図されている。

Claims (24)

  1. カプノグラフデバイスと、
    パルスオキシメータと、
    電子プロセッサであって、
    前記カプノグラフデバイスによって測定されるカプノグラムから患者健康状態を示すカプノグラフィ指標を生成し、
    患者健康状態を示す動脈血酸素飽和度(SpO)指標を、前記パルスオキシメータによって測定されるSpOから生成し、
    前記カプノグラフィ指標及び前記SpO指標から患者安全指標を計算し、
    前記患者安全指標に少なくとも部分的に基づいて決定される1つ又は複数の臨床警告を計算するようにプログラムされている、電子プロセッサと、
    計算されている前記1つ又は複数の臨床警告のうちの少なくとも1つを表示するディスプレイコンポーネントと
    を備える、患者モニタリングデバイス。
  2. 前記カプノグラフィ指標は、少なくとも二酸化炭素の濃度又は分圧及び呼吸速度情報を含む、前記カプノグラムから導出される情報から生成される、請求項1に記載の患者モニタリングデバイス。
  3. 前記SpO指標は、下限閾SpO値以下のSpOの値に対する最小値を有する単調関数であって、上限閾SpO値以上のSpOの値に対する最大値まで単調に増大する単調関数を使用して生成される、請求項1又は2に記載の患者モニタリングデバイス。
  4. 前記単調関数の前記最小値はゼロ未満であり、前記単調関数の前記最大値はゼロよりも大きい、請求項3に記載の患者モニタリングデバイス。
  5. 前記SpO指標は、前記SpOが酸素補給を受けて測定されるときにはより高い値の前記下限閾SpO値及び上限閾SpO値を有し、前記SpOが酸素補給を受けずに測定されるときにはより低い値の前記下限閾SpO値及び上限閾SpO値を有する前記単調関数を使用して生成される、請求項3又は4に記載の患者モニタリングデバイス。
  6. 前記電子プロセッサは、受信される吸気酸素濃度比(FiO)に基づいて酸素補給が使用されているか否かを識別するようにさらにプログラムされている、請求項5に記載の患者モニタリングデバイス。
  7. 前記患者安全指標は、前記カプノグラフィ指標及び前記SpO指標の加重和として計算される、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の患者モニタリングデバイス。
  8. 前記電子プロセッサは、前記患者安全指標を閾値化し、前記閾値化を条件として前記1つ又は複数の臨床警告を計算するようにさらにプログラムされている、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の患者モニタリングデバイス。
  9. 前記1つ又は複数の臨床警告は、
    前記カプノグラフィ指標から計算される前記患者安全指標の成分と、前記SpO指標から計算される前記患者安全指標の成分とを比較することによって、前記カプノグラフィ指標又は前記SpO指標がより緊急の臨床警告を示すかを決定することと、
    前記カプノグラフィ指標がより緊急の臨床警告を示す場合、前記カプノグラムを使用して前記臨床警告を計算することと、
    前記SpO指標がより緊急の臨床警告を示す場合、前記SpOを使用して前記臨床警告を計算することと
    を含む動作によって計算される、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の患者モニタリングデバイス。
  10. 前記電子プロセッサ及び前記ディスプレイコンポーネントを含むマルチパラメータ患者モニタを含む、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の患者モニタリングデバイス。
  11. 前記電子プロセッサは、前記カプノメータデバイスの電子プロセッサを含み、少なくとも前記カプノグラフィ指標は、前記カプノメータデバイスの前記電子プロセッサによって計算される、請求項10に記載の患者モニタリングデバイス。
  12. 患者モニタリングを実施するために電子プロセッサによって読み取り可能且つ実行可能な命令を記憶している非一時的記憶媒体であって、前記患者モニタリングは、
    カプノグラフデバイスによって測定されるカプノグラムから患者健康状態を示すカプノグラフィ指標を生成することと、
    患者健康状態を示す動脈血酸素飽和度(SpO)指標を、パルスオキシメータによって測定されるSpOから生成することと、
    前記カプノグラフィ指標及び前記SpO指標から患者安全指標を計算することと
    を含む、非一時的記憶媒体。
  13. 前記カプノグラフィ指標は、少なくとも二酸化炭素の濃度又は分圧及び呼吸速度情報を含む前記カプノグラムから導出される情報から生成される、請求項12に記載の非一時的記憶媒体。
  14. 前記SpO指標は、下限閾SpO値以下のSpOの値に対する最小値を有する単調関数であって、上限閾SpO値以上のSpOの値に対する最大値まで単調に増大する単調関数を使用して生成される、請求項12又は13に記載の非一時的記憶媒体。
  15. 前記単調関数の前記最小値はゼロ未満であり、前記単調関数の前記最大値はゼロよりも大きい、請求項14に記載の非一時的記憶媒体。
  16. 前記SpO指標は、前記SpOが酸素補給を使用して測定されるときにはより高い値の前記下限閾SpO値及び上限閾SpO値を有し、前記SpOが酸素補給を使用せずに測定されるときにはより低い値の前記下限閾SpO値及び上限閾SpO値を有する前記単調関数を使用して生成される、請求項14又は15に記載の非一時的記憶媒体。
  17. 実施される前記患者モニタリングは、
    受信される吸気酸素濃度比(FiO)に基づいて酸素補給が使用されているか否かを識別すること
    をさらに含む、請求項16に記載の非一時的記憶媒体。
  18. 前記患者安全指標は、前記カプノグラフィ指標及び前記SpO指標の加重和として計算される、請求項12乃至17のいずれか一項に記載の非一時的記憶媒体。
  19. 実施される前記患者モニタリングは、
    前記患者安全指標に少なくとも部分的に基づいて決定される1つ又は複数の臨床警告を計算することと、
    計算されている前記1つ又は複数の臨床警告のうちの少なくとも1つをディスプレイコンポーネント上に表示することと
    をさらに含む、請求項12乃至18のいずれか一項に記載の非一時的記憶媒体。
  20. 前記1つ又は複数の臨床警告は、
    前記カプノグラフィ指標及び前記SpO指標の前記患者安全指標に対する相対的寄与を比較することによってより緊急の成分を決定することを含む動作によって計算され、前記臨床警告は、前記より緊急の成分のデータを使用して計算される、請求項19に記載の非一時的記憶媒体。
  21. カプノグラフデバイスを使用してカプノグラムを測定するステップと、
    パルスオキシメータを使用して動脈血酸素飽和度(SpO)を測定するステップと、
    電子プロセッサを使用して、前記カプノグラムから患者健康状態を示すカプノグラフィ指標を生成し、前記SpOから患者健康状態を示すSpO指標を生成し、前記カプノグラフィ指標及び前記SpO指標から患者安全指標を計算するステップと
    を含む、患者モニタリング方法。
  22. 前記カプノグラフィ指標は、少なくとも二酸化炭素の濃度又は分圧及び呼吸速度情報を含む前記カプノグラムから導出される情報から生成され、
    前記SpO指標は、下限閾SpO値以下のSpOの値に対する最小値を有する単調関数であって、上限閾SpO値以上のSpOの値に対する最大値まで単調に増大する単調関数を使用して生成される、請求項21に記載の患者モニタリング方法。
  23. 前記単調関数の前記最小値はゼロ未満であり、前記単調関数の前記最大値はゼロよりも大きく、
    前記患者安全指標は、前記カプノグラフィ指標及び前記SpO指標の加重和として計算される、請求項22に記載の患者モニタリング方法。
  24. 前記電子プロセッサを使用して、前記患者安全指標に少なくとも部分的に基づいて決定される1つ又は複数の臨床警告を計算するステップと、
    計算されている前記1つ又は複数の臨床警告のうちの少なくとも1つをディスプレイコンポーネント上に表示するステップと
    をさらに含む、請求項21乃至23のいずれか一項に記載の患者モニタリング方法。
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