JP4773368B2 - 睡眠呼吸障害の存在下での機械的人工換気 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態に係る装置は、ブロワ及びブロワコントローラを備えている。ブロワは、2〜40cmH2Oの陽圧で所定量の空気を供給することができるが、一般的には、4〜25cmH2Oの範囲で空気供給管路を介して患者インタフェースへ供給することができる。また、装置は、管路に沿う空気の流量を測定するための流量センサと、ブロワ出口での空気の圧力を測定するための圧力センサとを含む。一形態において、装置は、患者インタフェース内の圧力を検出する更なる圧力センサを含む。
患者の呼吸サイクルの全体にわたって処置圧力を変える装置においては、患者の努力に同調して装置が圧力を変えれば、患者にとってより快適である。図6に示されるように、本発明者らの発明の原理にしたがって構成された全体装置64は、SDBを処置するための処置圧力成分を決定する自動治療処置圧力決定コンポーネントモジュール60と、患者の呼吸サイクルと連動して圧力を調節するための波形(正方形、曲線状、滑らかなど)を設定又は選択する波形モジュール62又はプロセスとを含む。典型的に、装置は、患者の呼吸サイクル内の状態又は位相を決定するための同期性又はトリガモジュール68(ファジー理論、圧力、患者の努力などによって制御される)を含む。場合によって、中枢性無呼吸検出器66が含まれていてもよい。
Ins_Waveform=Inspiratory_Table(I−Location)
ここで、
Inspiratory_Tableは、I−Location機能によって決定された特定の位置でテーブル又は配列からの倍率を戻す機能である。
I−Locationは、患者の現在の吸気内で吸気位相変数(すなわち、予想総吸気時間に対する経過吸気時間の比率)をほぼ特定する機能である。なぜなら、このI−Locationは、供給された圧力を患者の現在の予期される吸気の時間スケール内で通常の吸気の圧力のように調節できる適切な倍率をテーブルから選択することに関連しているからである。
index=round(t_switch×total_entries/ave_insp_time)
Exp_Waveform=Expiratory_Table(E−Location)
ここで、
Expiratory_Tableは、E−Location機能によって決定された特定の位置で呼気テーブル又は配列からの倍率を戻す機能である。
前述したI−Location機能と同様に、E−Locationは、供給された圧力を通常の呼気の圧力のように調整できるが患者の現在の予期される呼気の時間スケール内で調節する適切な倍率をテーブルから選択する目的で患者の現在の呼気内で呼気位相変数(すなわち、予想総呼気時間に対する経過呼気時間の比率)をほぼ特定する機能である。
index=round(t_switch×total_entries/ave_exp_time)
いびき、無呼吸、呼吸低下、吸気流量−時間曲線の形状を含む睡眠呼吸障害を検出するために使用できる多くの兆候(表示)が存在する。
いびきは、当分野において既知である多くの技術によって検出することができる。これについては、例えば、米国特許第5,245,995号(Sullivanら)及び第5,704,345号(Berthon−Jones)を参照されたい。例えば、流量信号は、30〜300Hzの周波数範囲で帯域通過フィルタ処理することができ、それに伴って得られる信号の強度が決定される。
無呼吸は、当分野において既知である多くの技術によって検出することができる。例えば、米国特許第5,704,345号(Berthon−Jones)は、以下のように無呼吸検出器について記載している。移動する時間窓にわたって計算された平均流量信号変化は、レベル検出器によって閾値と比較され、それにより、「気流停止」トリガが生成される。これはタイマを始動させる。トリガが10秒を超えて持続する場合には、コンパレータが無呼吸を知らせる。閾値は、固定された値であってもよく、一般的には0.1l/秒であり、或いは、最後の数分間(一般的には5分間)にわたる平均換気量の選択された割合(一般的には10%又は20%)であってもよい。便宜上、閾値と変化の平方根とを比較する代わりに、閾値を求めて、変化と直接に比べることができる。
流量限界は、当分野において既知である多くの技術によって検出することができる。例えば、例えば吸気流量−時間曲線の中間に基づく様々な平坦化指数の使用について記載する米国特許第5,704,345号(Berthon−Jones)を参照されたい。他の平坦化指数も周知である。これについては米国特許第6,814,073号(Wickham)を参照されたい。流量限界防止圧力は、流量限界を防止するために必要な最小CAPA圧力として規定することができる。この圧力は、予め決定されないが、様々な流量平坦化指数と共に連続的に計算される。圧力は、平坦化が排除されたことを指数が示すまで増大される。平坦化が排除されることを指数が示す圧力レベルは、現在の「流量限界防止圧力」となるようにとられる。本発明者らの発明の一形態において、現在の「流量限界防止圧力」は、流量限界の兆候が検出されない限り経時的に減少される。
したがって、ブロワは、ResMed VPAP(商標)シリーズによって供給される波形と同様のほぼ方形状の波形、或いは、例えば正弦波立ち上がり・指数関数減衰を有するResMed AUTOSET CS(商標)製品(米国特許第6,532,959号参照)によって供給される波形と同様の更に丸みを帯びた波形を供給することができる。また、快適さと有効性とを釣り合わせるため、ブロワは、方形と更に丸みを帯びた形との間で波形の形状を調整することができる(米国特許第6,553,992号参照)。一形態においては、例えば、ほぼ方形の波を供給すると、装置は、患者の呼吸サイクルの吸気部分(IPAP)の最中に高い圧力を供給するとともに、患者の呼吸サイクルの呼気部分(EPAP)の最中に低い圧力を供給する。他の形態においては、例えば、更に丸みを帯びた波形を供給すると、SWING及び圧力設定が決定される。SWINGは、患者に供給される最高圧力と最低圧力との間の差である。圧力設定は、一形態ではベース圧力であってもよく、他の形態ではピーク圧力であってもよい。
5.5.1 第1の実施形態:自動IPAP
本発明の第1の実施形態において、装置は、ResMedのVPAPIII装置と同様の方法でIPAP及びEPAPのための設定を有するほぼ方形の波形を供給するようになっている。装置は、IPAPとEPAPとの間の差ΔP(時として、スイングと呼ばれる)に関して臨床医師が設定できる圧力設定を有する。装置は、ResMedのAUTOSET SPIRIT装置と同じアルゴリズムを使用して、患者の流量を監視するとともに、処置圧力を決定する。これについては米国特許第5,704,345号を参照されたい。吸気の開始を検出する際には、前述したように、装置は、所定量の空気を処置圧力(IPAP=処置圧力)で供給するとともに、その圧力を患者の呼吸サイクルの吸気部分の全体にわたって維持する。呼気の開始を検出する際には、装置は、ΔPを下回る処置圧力まで供給圧力を減少させる。
本発明の第2の実施形態は、最終呼気圧力(EEP)又はEPAP圧力が自動的に調整され且つIPAPがEPAPを上回る所定のデルタ圧力である点を除き、第1の実施形態と同様である。
本発明の第3の実施形態は、平均圧力又はメジアン圧力が自動的に調整され且つIPAPとEPAPとの間に所定のデルタ圧力が存在する点を除き、第1の実施形態と同様である。
本発明の他の態様において、治療上の処置圧力は、IPAPとEPAPとの間の圧力差すなわち「スイング」を制御するために使用される。例えば、処置圧力が小さく、例えば5cmH2Oであることを装置が決定すると、スイングが小さい値、例えば0cmH2O又は1cmH2Oに設定され、また、処置圧力が大きく、例えば15cmH2Oであると、スイングが大きい値、例えば3cmH2O又は4cmH2Oに設定される。このようにすると、例えば4cmH2O又は5cmH2Oの閾値を圧力が決して下回らないように本発明に係る装置を制御することができる。そのような制御形態が図8Aの関数によって示されており、この場合、スイングは、検出された治療上の処置圧力(APAP処置圧力)の関数として設定される。代替の関数が図8Bに示されており、この場合、スイングは、1cmH2O等の最小値を下回って降下しないように制限される。
本発明の第5の実施形態は、ほぼ方形の圧力−時間波形を供給する代わりに波形が図2D,3,4,5に示されるように「サメの鰭」形状を成している点を除き、実施形態1〜3と同様である。
本発明の第6の態様において、IPAP及びEPAPは、別々に自動的に調整される。本発明のこの形態においては、2つの圧力レベルが自動的に計算される。第1の圧力は、無呼吸及び呼吸低下を防止するために必要な最小圧力である。第2の圧力は、流量平坦化を防止するために必要な最小圧力である。EEP又はEAPAが第1の圧力に設定され、IPAPが第2の圧力に設定される。
患者に対して供給される最小圧力P0は、自動アルゴリズムによって計算される圧力Ptherapeutic及びIPAPとEPAPとの間の所望のデルタ圧力から計算される振幅Aと併せて自動的に制御される。前述した好ましい圧力供給式P(t)に関して、そのような実施は、以下のように選択的にP0を設定することにより達成されてもよい。
5.6.1 口漏れ検出
一形態において、装置は、鼻マスクが使用される際の口漏れの検出において特に有用な口漏れ検出装置を含む。そのような処置中、患者の口が開いていると(一般には、呼気中に起こる)、鼻マスクに対して供給される空気は、口を通じて、鼻を通じて、逃げる場合があり、また、口が開かれる場合には口から出る。これが図10のグラフに示されている。したがって、装置は、マスクからの総漏れを示す信号及び患者が吸気中であるのか或いは呼気中であるのかを示す信号を受けるソフトウェアモジュール又はプロセス等のモジュールを含んでいてもよい。これに加えて、又は代替として、ソフトウェアモジュールは、トリガ点及びサイクル時間点を示すマーカーを含む信号を受ける。口漏れ検出ソフトウェアモジュールは、総漏れ信号を解析して、口漏れが存在するか否かを決定し、或いは、口が開かれた結果として漏れが呼気と同期して増大することを決定する。そのような開口決定又は口漏れ決定がカウントされてもよく、また、記録されてもよいそのような特定数の事象の出現で、装置からの指示又は警告により、全面マスクを使用しなければならないことがユーザ又は患者に対して知らされてもよい。或いは、図7に示されるように、ピークの存在下で、EPAP圧力又は最終呼気圧力を減少させて、口漏れ又は任意の他の検出されるマスク漏れを減少させてもよい。一形態において、ソフトウェアモジュールは、吸気中に漏れ流量全体を積分して、総吸気漏れ量を計算する。同様の計算が総呼気漏れ量を計算するために行われる。呼気漏れ量が閾値分だけ吸気漏れ量よりも多い場合、ソフトウェアモジュールは、口漏れが存在すること、或いは、呼気中に口が開いている又は開放していることを決定する。以下の方程式が使用されてもよい。
本発明者らの発明の利点は多い。多くの患者は、高レベルの陽圧の供給を不快と考え、これが睡眠の質を乱す場合がある。従来技術の装置によって供給される陽圧は、マスク漏れ、口漏れ、上気道症状、空気嚥下、呼気障害を引き起こす可能性がある。処置の原理は、最小の可能で有効な圧力を供給することである。APAP装置は、一晩中にわたって変化してもよい最小の可能で有効な圧力を供給するように構成されている。呼気中に圧力を減少するために2レベル装置が使用されてきた。本発明の一実施形態に係る装置は、APAPの特徴と2レベル換気とを組み合わせることにより、平均圧力を下げ、快適さを高める
肺コンプライアンスが悪い患者では、呼吸の働きは、エネルギ消費に対する重要な貢献者である。幾つかの病状、特に患者の50〜60%にSDBが存在する鬱血性心不全において、OSAは低い肺コンプライアンスと共存している。CHFにおいて、CPAPは、様々なメカニズムにより心臓機能を高めることが実証されてきた。CPAPは、このグループでは症状を悪化させる。本発明の一実施形態に係る装置は、CPAPの利点に加えて、WOBを減少させることができる能力を与える。本発明の一実施形態に係る装置によって使用される2レベル波形は、換気に必要な筋肉労働を減少させる。本発明の一実施形態に係る装置は、代謝速度の減少に役立つ場合があり、そのため、左心室での要求の減少に役立ち得る。
Claims (13)
- 睡眠呼吸障害の治療に適合された装置であって、
患者の呼吸サイクルと同期して、空気を治療圧力で患者に供給するブロアであって、前記呼吸サイクルは、呼気相及び吸入相を有している、ブロアと、
患者インタフェースと、
前記ブロワからの空気を前記患者インタフェースに対して供給するための空気供給管路と、
前記患者インタフェースにおける前記圧力と、前記患者インタフェースを通った前記患者への空気の流量と、前記患者の呼吸サイクルの呼気相と吸気相との間の移行とを検出するためのコントローラとを備え、
前記コントローラは、さらに、睡眠呼吸障害の異なる兆候である第1の事象及び第2の事象であって、無呼吸、呼吸低下及びいびきのうちの一つ以上である前記第1の事象の存在と流量の制限である前記第2の事象の存在とを検出された情報に基づいて検出し、前記第1の事象の発生の関数として第1の圧力を設定し、前記第2の事象の発生の関数として第2の圧力を設定し、
前記第1の圧力は、前記患者の呼吸サイクルの前記呼気相の間に与えられる前記治療圧力として用いられ、
前記第2の圧力は、前記患者の呼吸サイクルの前記吸気相の間に与えられる前記治療圧力として用いられる、装置。 - 前記第1の圧力は、EPAP又はEEP圧力である、請求項1に記載の装置。
- 前記第2の圧力は、IPAP圧力である、請求項1に記載の装置。
- 前記第2の圧力は、前記第1の圧力以上である、請求項1に記載の装置。
- 前記第1の圧力と前記第2の圧力との間に、所定の最大圧力差が存在する、請求項4に記載の装置。
- 前記第1の圧力及び前記第2の圧力は、25cmH 2 Oの最大値を有する、請求項4に記載の装置。
- 前記第1の圧力は、4cmH 2 Oの最小値を有する、請求項1に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記ブロアに、圧力−時間テンプレートに従って空気を陽圧で供給させる、請求項1に記載の装置。
- 前記圧力−時間テンプレートは方形波である、請求項8に記載の装置。
- 前記圧力−時間テンプレートはサメ鰭波である、請求項8に記載の装置。
- 前記圧力−時間テンプレートは、ルックアップテーブル又は配列内に記憶される、請求項8に記載の装置。
- 前記コントローラは、さらに、前記ブロアに、前記第1の事象の検出がない場合に前記第2の圧力を減少させる、請求項1に記載の装置。
- 前記コントローラは、さらに、前記ブロアに、前記第2の事象の検出がない場合に前記第2の圧力を減少させる、請求項1に記載の装置。
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