JP2752519B2 - 調節可能な正の気道圧を利用した無呼吸症の治療 - Google Patents

調節可能な正の気道圧を利用した無呼吸症の治療

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の属する分野 本発明は、閉塞性睡眠時無呼吸症の治療における、患
者の正の気道圧を最適値（例えば、最小の値）となるよ
うに調節するための方法並びに装置に関するものであ
る。
発明の背景 閉塞性睡眠時無呼吸症候群（OSAS）は、成人人口の１
ないし５％程度が罹っている可能性のあるよく知られた
疾患である。これは、昼間における過度の傾眠の最も一
般的な原因の一つであり、またこれが睡眠障害診療所を
紹介する唯一の最も頻度の高い理由である。
この症候群は、睡眠中に生ずる、上部気道の間欠的な
閉塞によって特徴付けられる。この閉塞は、連続的な呼
吸努力にも拘らず、空気流の全く無い状態（無呼吸）か
ら、空気流の減少を伴うもしくは伴わない有意な閉塞
（呼吸低下およびイビキ）に及ぶ、呼吸の乱れのスペク
トルを与える。この症候群の病的状態は、低酸素血症、
炭素過剰症、徐脈および該無呼吸症および睡眠からの覚
醒に関連する睡眠の乱れから生ずる。OSASは肥満した男
性においても最も頻度が高く、重度のイビキの如く、解
剖学的なまたは機能的な上部気道の狭窄のあるあらゆる
状態に関連している。
OSASの病態生理学は完全に解決されてはいない。しか
しながら、睡眠中の上部気道の閉塞は、一部には吸息努
力により生ずる負の管腔内圧の作用中に、声門上部セグ
メントの虚脱性挙動によるものである。かくして、睡眠
中のヒトの上部空気流はスターリング抵抗体（Starling
resistor）として挙動する。このスターリング抵抗体
は、駆動（吸息）圧とは無関係に空気流が一定値に制限
されるという特徴により定義される。対で、気道緊張の
喪失（これは睡眠開始の特徴であり、またOSASにおいて
は増大する可能性がある）と関連して、部分的または完
全な気道の虚脱が生ずる可能性がある。
1981年以来、睡眠中に取付けられた、密着鼻孔マスク
によって適用される連続的な正の気道圧が、この疾患の
ための最も効果的な治療として発展し、かつ現在では標
準的な介護法となっている。この非−侵入的な治療形態
の有用性は無呼吸症および気管切開の危険性のために、
以前医学的確立が妨げられていたと思われる多数の患者
の出現を広く知らしめることとなった。部分的には、必
要な鼻孔圧を最小化することにより決定される、この装
置の快適性を高めることが、治療に対する患者の屈従性
の改善を目的とする研究の主な目標の一つであった。閉
塞性睡眠時無呼吸症の治療用の種々の装置が、例えば鼻
道を通しての連続的な正の気道圧の適用による閉塞性睡
眠時無呼吸症の解消（Reversal of Obstructive Sleep
Apnea by Continuous Airway Pressure Applied Throug
h The Nares），サリバン（Sullivan）等，ランセット
（Lancet）,1981,1,pp.862-865および夜間の鼻孔−気道
圧の長期使用によるピクウイック症候群の解消（Revers
al Of The“Pickwickian Syndrome"By Long-Term Use o
f Nocturnal Nasal-Airway Pressure），ラパポート（R
apaport）等，ニューイングランドジャーナルオブメデ
ィシン（New England Journal of Medicine）,1982年、
10月７日に記載されている。シュバルツ（Schwartz）等
の「減圧された鼻孔圧による睡眠中の個人の上部気道閉
塞の誘発（Induction of upper airway occlusion in s
leeping individuals with subatmospheric nasal pres
sure）」と題する文献、ジャーナルオブフィジオロジー
（Journal of Applied Physiology）,1988,64,pp.535-5
42でも、種々の終夜睡眠ポリグラフィー技術を論じてい
る。
その成功にも拘らず、鼻孔CPAP使用に関する種々の制
限がある。これら技術の殆どは、そのマスクの使用およ
び該無呼吸症を解消するために必要な鼻孔圧に起因する
不快な形状をとる。該マスクに起因する不快感を最小化
する装置は、例えばラパポート（Rapaport）等の米国特
許第4,655,213号およびラパポートの米国特許第5,065,7
56号並びにギャレイ（Garay）の「閉塞性睡眠時無呼吸
症のための治療上の選択肢（Therapeutic Options For
Obstructive Sleep Apnea）と題する文献、レスピレー
トリーマネージメント（Respiratory Management）,7月
/8月、1987,pp.11-15およびラパポート（Rapaport）の
「鼻孔CPAP投与技術（Techniques For Administering N
asal CPAP）」と題する文献、レスピレートリーマネー
ジメント（Respiratory Management）,7月/8月、1987,p
p.18-21に記載されている。必要な圧力の最小化が、睡
眠研究所における患者の予備テストの課題として残され
ている。しかしながら、この圧力が睡眠段階および身体
の位置に伴って、夜間中ずっと変動することが示されて
いる。更に、解剖学的変化（鼻孔のうっ血／ポリー
プ）、体重変化、投薬における変化またはアルコールの
使用に伴って、この治療圧力は患者内で時間の経過と共
に上昇または降下する。このため、殆どの睡眠研究所
は、一般的に該睡眠研究所における夜間のモニター中の
無呼吸症を解消するのに必要とされる単一の最大値に基
いて、家庭で使用するための鼻孔CPAPの設定値を処方し
ている。患者が昼間の眠気の不完全な解消について満足
をもった場合には、しばしば再度のテストが必要とな
り、またこの再テストにより必要な圧力の変化が明らか
となる可能性もある。
発明の概要 従って、本発明は、部分的な気道の閉塞の発生によ
る、患者に供給される空気流に限界を生ずることなし
に、閉塞性睡眠時無呼吸症の治療用の装置における該CP
AP圧を最小化するための方法並びに装置を提供すること
を目的とする。
簡単に言えば、本発明は閉塞性睡眠時無呼吸症の治療
用の装置を提供し、この装置は空気源と、該空気源から
患者への空気流を検出するための手段とを含む。装置の
この部分は、例えば米国特許第5,065,756号に記載され
た型のものであり得る。本発明によれば、空気流の波形
を検知する手段が設けられていて、患者に供給される空
気の流動限界（flow limitation）に相当する波形にお
けるズレを検出できる。このようなズレは、例えば実質
的に正弦波状の波形からのズレ、即ち患者の吸息に対応
する波形位置における平坦化部分またはプラトー部分の
存在であり得る。空気流におけるこのような変動に応答
して、本発明の装置は患者への空気流を増大する。
本発明の装置は、空気流限界が検出されない場合に
は、空気流を周期的に減じ、かつ空気流限界が検出され
た場合には、空気流を周期的に増大するプログラムを備
えることができる。
本発明の方法によれば、流動限界に相当する波形部分
の検出に応答して、患者への空気流を増大する。この増
大は周期的に行うことができる。同時に、流動限界が検
出されない場合には、この流動を周期的に減ずることが
できる。
図面の簡単な説明 本発明がより明確に理解されるように、本発明を以下
添付図を参照しつつより詳細に説明する。ここに、 第１図は、CPAP発生器から睡眠中の患者に、10cmH2O
CPAP圧にて30秒間供給した際の空気流の波形を示す図で
ある。
第２図は、CPAP発生器から第１図の患者に、8cmH2O C
PAP圧にて30秒間供給した際の空気流の波形を示す図で
ある。
第３図は、CPAP発生器から第１図の患者に、6cmH2O C
PAP圧にて30秒間供給した際の空気流の波形を示す図で
ある。
第４図は、CPAP発生器から第１図の患者に、4cmH2O C
PAP圧にて30秒間供給した際の空気流の波形を示す図で
ある。
第５図は、CPAP発生器から第１図の患者に、2cmH2O C
PAP圧にて30秒間供給した際の空気流の波形を示す図で
ある。
第６図は、スターリング抵抗体の単純化した断面図で
ある。
第７図は、スターリング抵抗体を使用した実験的構成
の単純化したブロック図である。
第８図は、第７図の構成の使用により得た一連の波形
を示す図である。
第９図は、本発明の装置の単純化したブロック図であ
る。
第10図は、本発明に従って該CPAP圧を調節するための
一技術を示すフローチャートである。
発明の詳細な説明 第１図ないし第５図は睡眠研究において、患者のテス
ト中に得られた、CPAP発生器からの流れの波形を示す。
これらのテストにおいて、患者は、米国特許第5,065,76
5号に示されているように、空気源に接続されたCPAPマ
スクを着けていた。これらテストの各々は30秒間に渡り
図示され、テスト中の秒数は垂直線で示されている。第
１図ないし第５図は、１分から２分の間隔で、かつ該空
気源から異なる圧力の下でとられた別々の範囲を表す。
第１図は、本例では10cmH2ＯなるCPAP圧での、「正常
な」波形を示す。この圧力は閉塞を伴わない呼吸に対応
するものと同定された。この波形は、少なくとも吸息期
間において、実質的に正弦波であることが分かる。
このCPAP圧を8cmH2Ｏに減少した場合、第２図に示し
た如く、領域2aにおける吸息流の波形の部分的平坦化が
起こり始めた。この平坦化は、第３図に参照数字3aで示
した如く、CPAP圧を6cmH2Ｏに減少した場合には、より
一層明瞭となった。第４図の領域4aに見られるように、
該圧が4cmH2Ｏに減少すると、更に一層顕著となる。閉
塞を伴わない呼吸の圧力から該CPAP圧への減少は、患者
によるイビキを生ずる。第５図に示されたように、該圧
を2cmH2Ｏに減少した場合には、部分5aに見られるよう
に、吸息努力中、吸息流は見掛け上零であった。第５図
の波形の記録の直後に、該患者は明白な無呼吸を示し、
かつ目覚めた。
第１図ないし第５図の波形は、圧力が低下した場合
に、該気道の虚脱状態の増大の予想可能な指標が、明白
な無呼吸を生ずる前に、周期的な呼吸または覚醒を生ず
ることであることを示している。
第１図ないし第５図の波形は、空気の通路の虚脱セグ
メントをスターリング抵抗体によりシミュレートする実
験と一致する。第６に示した如く、スターリング抵抗体
10は内部のコラプシブルチューブ12を支持する剛性の外
部チューブ11で構成される。水を、例えばチューブを介
して、調節可能な高さをもつ水カラム13から、該外部チ
ューブ11と該内部チューブ12との間の空間に導入して、
該コラプシブルチューブ11に掛かる外圧を変え得るよう
にする。第７図に示すように、この実験においては、市
販のCPAP流動発生器14は該スターリング抵抗体10の「遠
位」の端部に結合され、かつ「呼吸」は該抵抗体10の
「近接位」または「胸郭内の」端部に結合された正弦波
ポンプ15によりシミュレートされる。容量タンク（volu
me reservoir）16は該スターリング抵抗体の近接位端部
に結合されて、全系の閉塞（無呼吸）中の過度の負の圧
力の発生を防止する容量性の堆積（capacitive volum
e）を与える。
第８図に示した流動の追跡は、カラム13中の水位を５
ないし15cmH2Ｏに設定した第６図の装置を使用すること
により得られた。該CPAP流動発生器からの空気流は圧14
cmH2Ｏから出発し、次いで順次12cm、11cm、8cmおよび6
cmH2Ｏまで低下させ、最終的に13cmH2Ｏに戻した。この
図において、上方の曲線は空気流の波形を示し、中央部
の曲線は近接位の圧（即ち、正弦波発生器15の入口にお
ける圧）の波形を示し、かつ下方の曲線はCPAP圧を示
す。第８図上部の目盛りは秒を表す。かくして、第８図
は、スターリング抵抗体を横切る抵抗における大きな増
加を反映しており、かつ無呼吸、イビキおよびあらゆる
高い気道抵抗症候群を患っている患者に、日常的に見ら
れる高い負の胸郭内圧を模倣する。
本発明によれば、第１図ないし第５図に示された型の
空気の流れの波形解析を、CPAP発生器からの空気の流れ
を制御するのに使用して、該発生器からの空気の流れを
最小にし、一方で依然として流動限界が生じないことを
保証する。
第９図に示したような、本発明の一態様においては、
CPAPマスク20がチューブ21を介して結合されていて、CP
AP流動発生器22からの空気を受け取るようになってい
る。これらの要素は米国特許第5,065,756号に記載され
ている型のものであり得るが、本発明はこれに限定され
ず、任意の他の公知のCPAP装置を使用することができ
る。公知の流量センサー23が該チューブ21に結合されて
いて、該チューブ21内の空気流の波形に相当する電気出
力信号を与える。この信号は信号処理装置24に適用さ
れ、該処理装置は該波形における流動限界を示す状態の
存在を検出する。この信号処理装置24は公知の流量制御
装置25に信号を出力して、該流動発生器から該チューブ
21に印加される圧力を制御する。勿論、流動発生器22の
型に依存して、該信号処理装置は流量制御デバイス25を
制御する代わりに、該流動発生器を直接制御することも
できることは明白である。
本発明に従ってCPAP圧を調節する一つの方法が、第10
図に示されている。患者にCPAPマスクを取付け、かつ該
CPAP発生器を該マスクに接続した後、ステップ40におい
て、該CPAP圧を出発圧力に設定する。この圧力は、該患
者に対する流動限界が生じない圧力である。ステップ41
における約30秒間の安定化時間の経過後、ステップ42に
おいて流動信号を解析する。
流動限界が生じたことがステップ43で決定され、かつ
該CPAP圧が、ステップ44で決定されるように、最大許容
圧未満である場合、該CPAP圧をステップ45において0.5c
mH2Ｏだけ増大し、更なる処理のために該安定化ステッ
プ41に戻る。ステップ44において、該圧力が最大許容CP
AP圧以上であった場合、このプログラムでは該CPAP圧を
増大せずに安定化のステップ41に戻る。
ステップ43において、流動限界が存在しないことが決
定された場合、ステップ46で、該CPAP圧の最後の変更か
ら所定の時間が経過したか否かにつき決定がなされる。
この所定の時間は、例えば２分間である。この所定の時
間が経過していない場合、このプログラムはステップ41
の安定化期間に戻される。さもなくば、即ち所定の最低
時間が経過している場合には、ステップ47で、該CPAP圧
が最小許容圧を越えているか否かを決定する。該CPAP圧
が最小許容圧を越えている場合には、次にステップ48で
該CPAP圧を0.5cmH2Ｏだけ低下させ、かつプログラムは
安定化のステップ41に戻る。さもなくば、このプログラ
ムは該CPAP圧を低下させることなく、安定化のステップ
41に戻される。
本発明の方法の上記例では、0.5cmH2Ｏなる段階的CPA
P圧変化を使用したが、本発明がこの大きさの段階的変
化に制限されないことは明白である。更に、該段階的変
動幅は調節範囲全体に渡り等価である必要はない。
上で論じた如く、ステップ43では、流動限界が存在す
るか否かを決定した。このステップは多数の波形解析法
の何れを含むことも可能であるが、例えば、単独でまた
は組み合わせで使用することのできる数種の流動限界指
数および／または部分的気道閉塞は以下に列挙するもの
を含む。
1.流動信号の導関数が零に等しい。
2.該流動信号のピークの二次導関数が、長い期間に対し
て零である。
3.初期吸息流対中期吸息流の比が１以下である。
この波形解析において、必ずしも流動限界を示す必要
はないが、閉塞を示す以下の事象も、流動限界の決定で
使用できる。
1.ピーク吸息流とピーク呼息流とを結ぶ線の傾きの減
少。
2.該流動信号の急峻な上昇または下降ストローク（dV/d
t）。
3.吸息流対呼息流の比が0.5を越える。
かくして、本発明によれば、高い吸息努力を表す指標
も使用できる。但し、流動限界はより確実らしく思われ
るが、該指標は気道閉塞に次ぐものである。この種の解
析が公知のハードウエアまたはソフトウエアによって実
施可能であることは明白である。しかし、本発明は、正
常な非−流動限界波形から流動限界の存在を示す波形へ
の波形の発散の決定に関する上記特定の技術に何等限定
されない。
以上、本発明を限られた数の形態を参照しつつ論じか
つ説明してきたが、種々の変更並びに改良が可能であ
り、従って本発明の真の精神並びに範囲内に入る、かか
る変更並びに改良の各々を包含する以下の請求の範囲
を、本発明は意図するものである。

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】患者への正の気道圧を最適化する装置であ
    って、 正の出発気道圧を患者に与える流動発生器と、 患者への吸息流に対応する信号を与える流量センサと、 前記流量センサからの信号を受け、各呼吸ごとの吸息流
    の吸息波形を検出する信号処理装置であって、吸息波形
    を分析して、患者の気道に閉塞が存在するか否かを決定
    するプログラムを有する信号処理装置と、 前記信号処理装置に接続され、前記吸息波形が患者の気
    道の閉塞を示すときに、前記圧を増大させ、前記吸息波
    形が患者の気道の閉塞を示していないときには、前記圧
    を減少させる流量制御装置と を備えたことを特徴とする装置。
  2. 【請求項２】前記信号処理装置が、前記流量制御装置
    に、所定期間にわたり、前記吸息波形の一部が患者の気
    道の閉塞を示すときに、前記圧を増大させ、所定期間に
    わたり、前記吸息波形の一部が患者の気道の閉塞を示し
    ていないときに、前記圧を減少させるように構成された
    ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
  3. 【請求項３】前記所定期間が、複数の吸息波形を画定す
    るのに十分な長さであることを特徴とする請求の範囲第
    ２項に記載の装置。
  4. 【請求項４】前記吸息波形の一部がプラトーを含むとき
    に、前記圧を増大するように構成されたことを特徴とす
    る請求の範囲第１項に記載の装置。
  5. 【請求項５】前記吸息波形の一部が平坦であるときに、
    前記圧を増大するように構成されたことを特徴とする請
    求の範囲第１項に記載の装置。
  6. 【請求項６】前記吸息波形の一部が、ほぼ正弦波形状か
    ら偏倚したときに、前記圧を増大するように構成された
    ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の装置。
  7. 【請求項７】患者の気道の閉塞を処理するための装置で
    あって、 空気流を患者に向けるように構成されるとともに、連続
    的な正の出発気道圧を患者に与える空気源と、 患者への空気流を検知する流量センサと、 前記流量センサと作用的に接続され、患者への前記空気
    流の吸息波形を検出する信号処理装置と、 前記信号処理装置に作用的に接続された流量制御装置と 備え、 前記信号処理装置が、さらに、前記吸息波形から、患者
    の気道の閉塞の存在の有無を決定するプログラムを有
    し、前記流量制御装置が、前記信号処理装置によって決
    定された上部気道の閉塞の有無に応答して、患者への前
    記圧を調整するように構成されたことを特徴とする装
    置。
  8. 【請求項８】前記流量制御装置が、さらに、所定期間に
    わたって、患者の気道の閉塞が存在するとの前記信号処
    理装置による決定に応答して、患者への前記圧を増大さ
    せ、所定期間にわたって、患者の気道の閉塞が存在しな
    いとの前記信号処理装置による決定に応答して、患者へ
    の前記圧を減少させるように構成されたことを特徴とす
    る請求の範囲第７項に記載の装置。
  9. 【請求項９】前記信号処理装置が、さらに、吸息に対応
    する前記波形の一部が、プラトーを含むときに、患者の
    気道の閉塞が存在すると決定するプログラムを有するこ
    とを特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記信号処理装置が、さらに、吸息に対
    応する前記波形の一部が、平坦であるときに、患者の気
    道の閉塞が存在すると決定するプログラムを有すること
    を特徴とする請求の範囲第７項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記信号処理装置が、さらに、吸息に対
    応する前記波形の一部が、ほぼ正弦波形状から偏倚した
    ときに、患者の気道の閉塞が存在すると決定するプログ
    ラムを有することを特徴とする請求の範囲第７項に記載
    の装置。
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