JP5758799B2 - 呼吸作用を感知し、人工呼吸器の機能を制御するための方法およびデバイス - Google Patents

Description

関連出願

（関連出願の相互引用）
本出願は、その内容の全体が参照によって組み込まれる、２００８年４月１８日出願の表題「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ」の米国特許仮出願第６１／０７１，２５２号に対する優先権を主張するものとする。

本出願は、参照によって次の全体を組み込む：２００４年６月１７日出願の表題「Ｍｅｔｈｏｄｓ，Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｉｎ ａ Ｌｕｎｇ Ａｒｅａ」の米国特許出願第１０／８７０，８４９号、２００８年５月１９日出願の表題「Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ｆｏｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ Ｔｈｅｒａｐｙ」の米国特許出願第１２／１５３，４２３号、２００４年２月４日出願の表題「Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ Ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ａ Ｐａｔｉｅｎｔ Ａｉｒｗａｙ Ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ Ｃａｔｈｅｔｅｒ」の米国特許出願第１０／７７１，８０３号、２００６年９月２０日出願の表題「Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ Ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ａ Ｐａｔｉｅｎｔ」の米国特許出願第１１／５２３，５１８号、および２００６年９月２０日出願の表題「Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ Ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ａ Ｐａｔｉｅｎｔ」の米国特許出願第１１／５２３，５１９号。

本発明は、人工呼吸器からの呼吸支援が必要である人のための換気療法に関する。状態としては、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）、肺線維症、急性呼吸窮迫症候群（ＡＲＤＳ）、神経筋機能障害、および睡眠時無呼吸などの呼吸機能障害および呼吸障害または知覚麻痺、緊急時および類似のものを挙げることができる。本発明は、より詳細には、呼吸感知方法を用いて患者の呼吸パターンを測定すること、および呼吸センサからのその測定情報を用いて人工呼吸器出力を患者の呼吸パターンに同期化させることに関する。

従来の人工呼吸器の制御システムには２つの一般的なタイプが存在する。第１のタイプは、臨床医によって選択された患者の活動とは無関係である頻度に基づいて、ガスを患者に送出する。この制御システムは、患者が、非覚醒、鎮静、無反応、または麻痺状態の場合に使用される。このタイプのシステムでは、人工呼吸器は、患者の代わりに呼吸する。第２のタイプの制御システムは、患者によって生み出された吸気努力に応答してガスを患者に送出する。このタイプの換気は、患者の呼吸を助ける。これら２つの制御システムを組み合わせた人工呼吸器および換気モードもまた存在する。本発明は、患者による吸気努力に応答する換気システムおよびモードに関する。

患者の呼吸努力に応答する制御システムは、吸息を検出するための呼吸センサを必要とする。従来のシステムは、圧力または流れセンサを使用して患者による吸気努力の開始を検出する。センサは、換気ガス送出回路とインラインで、人工呼吸器内部または人工呼吸器と患者の間の管材、あるいは管材の患者側の端部のどこかに位置している。インラインの呼吸センサはまた、吸息の開始そのものに加えて、全体の呼吸曲線を測定するためにも使用されるが、人工呼吸器によって送出されたガスもまたセンサを通り過ぎるので、その間のセンサは、もはや患者の呼吸作用ではなく、人工呼吸器の活動を測定する。閉鎖型換気システムでは、患者の肺圧力およびガス送出回路圧力は、同一である必要はないが、通常、非常に近いものである。患者がさらに自発的に呼吸する開放型換気システムでは、患者の肺圧力およびガス送出回路圧力は、非常に異なるものになり得る。このケースでは、換気ガス送出回路とインラインである呼吸センサは、呼吸パターン全体を測定する上で効果が無いことがある。

患者が自発的に呼吸または部分的に自発的に呼吸することが予想される換気システムでは、人工呼吸器と患者の間の同期化が、快適さおよび有効性にとって重要である。しかし、さまざまな可能性のある自発呼吸信号すべて、および存在する広範な変動範囲を測定することが求められ、これは困難な仕事であるために、一部のケースでは、不十分な同期化が依然として報告されている。

換気ガス送出システムと並列であり、患者の実際の呼吸作用に、より直接的に結合されたセンサを使用する試みがいくつかなされてきた。これらのシステムの意図は、呼吸検出を改良すること、人工呼吸器の応答性を改良すること、人工呼吸器と患者の同期化を改良すること、または患者が人工呼吸器を始動させることが必要とされる呼吸の仕事量を低減することである。

たとえば、胸部インピーダンス・センサを使用して、患者の全体の呼吸曲線を測定し、その信号を使用して人工呼吸器を制御し、人工呼吸器を患者の呼吸に同期化させることができる。しかし、信号は、患者の動作および腹部の動きによって引き起こされるドリフト、ノイズ、およびアーチファクトの影響を受けやすいため、この方法は、技術的に難しいものである。別の技術では、食道カテーテルで測定された神経呼吸ドライブが、患者の呼吸作用を測定するために使用される。しかし、この技術は、追加の侵襲性デバイスおよびセンサを必要とし、これは神経系の受動型機能であるために呼息活動を監視しない。

熱による気道内呼吸感知は、気管内の空気流を直接的に測定し、正しく実施されれば、患者の完全な呼吸パターンを決定することができ、人工呼吸器ガス流によって途絶されない呼吸信号を発生させることができるので、期待できるものである。

気道内の圧力ベースの呼吸感知は、気管内チューブの遠位端部で圧力を測定し、この圧力測定を使用して、人工呼吸器からの機械的呼吸を始動させるために患者に必要とされる患者の呼吸努力を低減する目的で、人工呼吸器の機能を制御する。呼吸努力の低減は、圧力信号が患者の肺の近位のものであるためにその信号の応答時間がより速くなることの結果である。この技術は、従来の換気における従来の始動技術に対する改良であるが、依然として欠点を有しており、実際には、商業的実用化にまだ転化されていない。たとえば、センサは、軽い呼吸圧力を検出するのに必要な感知性および正確性を有しながら、せきなどの高圧状態時に故障しないように高圧にも耐えなければならない。これは、特に中圧およびより高圧の換気送出システムにおける懸念事項である。さらに、この治療の有効性を高めるためには、呼吸作用パターンに関連する追加の情報が望ましい。また、既存のシステムは、外部制御システムとの論理的に難しいインターフェースを有している。まとめると、既存のシステムは、改良を必要とする次の欠点の１つまたは複数を有する：（１）これらは、完全な呼吸サイクルを測定しない、（２）これらは、換気ガス送出に使用されるチャネルとインラインである、（３）これらは、正確性および感知性に範囲が限定されている、（４）これらは、人工呼吸器とのインターフェースが論理的に難しいものである。

本発明は、既存の呼吸感知技術に対する改良である。本発明は、換気回路と並列になり得る圧力ベースの呼吸感知方法およびシステムを含むことができる。方法およびシステムは、気管内の呼吸圧力あるいは鼻または口の呼吸圧力を測定することができ、患者の気道内で空気流と直列すなわちインラインになり得る。

気道内圧力ベースの呼吸感知に対するさまざまな技術が、本発明で説明される。例示的な実施形態では、複数のチャネル、複数の変換器の呼吸感知配置を含むシステムが、説明される。システムは、広い範囲にわたる圧力を測定しながら、チャネル間を知的に切り替えることによって低圧において必要な分解能を維持することができる。例示的な実施形態では、システムは、気管内の流れまたは鼻または口の空気流を測定または導き出すための手段を含む。例示的な実施形態では、システムは、患者インターフェース上における患者に近づけた変換器の位置決めを含む。例示的な実施形態では、他のタイプの圧力または流れ感知技術が説明される。

患者の呼吸作用パターンを感知し、人工呼吸器の機能を制御するための、特に開放型換気システムで使用するための改良された方法およびデバイスが説明される。換気および呼吸感知装置は、換気ガス送出回路および換気ガス送出回路に結合された換気チューブを含むことができる。複数の圧力感知要素が、ある距離だけ分離されることがあり、独立した信号を生成することができる。信号は、複数の圧力感知要素間の圧力差を検出するために使用され得る。

特定の実施形態では、換気および呼吸の感知方法および装置は、２つの気道内感知システムと、気管、鼻または口の空気流を測定するための熱センサと、気管圧力を測定するための圧力センサとを使用することができ、この場合、気管の空気流信号が、呼吸流量および呼吸量を導き出すために使用される。圧力および流れの信号は、呼吸の仕事量に対するコンプライアンス、抵抗および近似を決定するために使用され得る。例示的な実施形態では、換気および呼吸の感知方法および装置は、気道内で終端する２つの圧力感知管腔を使用することができ、そのポートは、２つの信号間の圧力差を生み出すようにある距離だけ分離され、それによって気管圧力および気管の空気流の両方が得られる。換気および呼吸の感知方法および装置は、気道内センサおよび送出チューブ内のフラッシュ管腔およびフラッシュ・ポートを使用して汚染の無いセンサを維持することができる。換気および呼吸の感知方法および装置は、気道内センサおよび主要換気ガス送出管腔に連結されたフラッシュ管腔を使用して汚染の無いセンサを維持することができる。換気および呼吸の感知方法および装置は、換気カテーテルの小孔フランジまたは連結器内に装着され、気道内へと経皮的に延びる拡張チューブを介して瘻孔を通して気道と空気圧連通する換気カテーテルの圧力センサを使用することができる。換気および呼吸の感知方法および装置は、圧力センサを含む外部セクション、および呼吸感知管腔を備えた挿入セクションを含む２セクションを使用することができ、圧力センサは、２つのセクションが連結されたときに感知管腔と空気圧連通し、フラッシュ管腔が、２つのセクションが連結されたときに感知管腔と連結する外部セクション内に含まれる。感知管腔は、相互連結チャネルを介して人工呼吸器のガス送出管腔と同一平面にされ得る。換気カテーテルが、気管切開チューブまたは小孔ガイドなどの外側スリーブ内に置かれ、このとき熱水交換器、細菌フィルタ、呼吸ポート、気道内自発呼吸センサ、および吸気弁が、カテーテルと外側スリーブの間の環状空間内に配置され、任意選択で呼気放出弁を備えた、換気および呼吸の感知方法および装置が使用され得る。気管の空気流導管を備えた換気および呼吸の感知方法および装置は、気管呼吸圧力および導管の空気流を測定するために空気流導管内に配置されたセンサを用いて気管の空気流を測定するために、気道内に配置されてよく、この場合、導管の空気流は、気管の呼吸流量を導き出すために使用される。人工呼吸器のガス送出管腔とは別個の自発呼吸管腔が、気道内に延び、圧力タップ間の圧力降下を測定するための、管腔と連結する複数の圧力タップを含み、圧力降下が気管の空気流に相関付けられ、患者に最も近い圧力タップが、患者の換気圧力を測定するために使用される、換気および呼吸の感知方法および装置が使用され得る。換気および呼吸の感知方法および装置は、換気カテーテルまたは換気カテーテル周りの外側チューブの小孔フランジ内に装着され、気道へと延びるカテーテル内の管腔と空気圧連通する圧力センサを使用することができ、このときカテーテルは、気管切開チューブなどのスリーブ内に置かれる。換気および呼吸の感知方法および装置は、換気カテーテルのフランジまたは連結器内に装着された圧力センサを使用することができ、このとき感知拡張チューブが圧力センサに連結され、この場合カテーテルは、気管切開チューブなどの外側スリーブの内部に置かれる。外側スリーブは、小孔スリーブ、ガイドまたはステントでよい。圧力変換器は、ネック・フランジ近傍に配置され得る。圧力変換信号は、無線で送信され得る。３つの圧力センサのアレイを使用して自発呼吸、気道の肺圧力および換気ガス送出圧力を測定することができる換気および呼吸の感知方法および装置が使用されてよく、この場合少なくとも１つの圧力センサが、経気管感知管腔内の圧力を感知し、少なくとも１つの圧力センサが、換気ガス送出回路内の圧力を感知する。換気ガス送出回路内の１つの圧力センサは、人工呼吸器ガス送出中に停止され得る。換気および呼吸の感知方法および装置は、感知管腔を備えたガス送出回路、および感知管腔を備えた気管切開チューブなどの外側スリーブを含むことができ、このとき、ガス送出回路の感知管腔が外側スリーブの感知管腔内に入り込むようにガス送出回路と外側スリーブの間の空気圧結合を有する。換気および呼吸の感知方法および装置は、換気カテーテルが、上気道呼吸に対する抵抗を低減する目的で、収縮時にシャフトに密着する（ｔｉｇｈｔ ｔｏ ｓｈａｆｔ）カフおよび小孔スペーサを含む薄壁性の小径プロファイルの気管切開チューブなどの、薄壁の小径プロファイルの外側スリーブ内に置かれる、２つの換気インターフェースを含むことができる。換気および呼吸の感知方法および装置は、挿入された使い捨ての換気カテーテルのセクションが、その中に外部の再使用可能なガス送出セクションを受け入れるセクション、およびセンサが、その中で外部セクションの連結器近傍に配置され、挿入セクションの感知管腔と連結するセクションの２つのセクションを含むことができる。換気および呼吸の感知方法および装置は、圧力変換器、ガス送出回路、および換気チューブの３つのセクションを含むことができ、その中で、再使用可能な圧力変換器は、ガス送出回路または換気カテーテルのフランジに取り付けられ、取り付けられた際、気道内に延びる感知管腔と連通する受け入れポート内に差し込まれる。換気および呼吸の感知方法および装置は、送出カニューレ押し出し部の壁内に感知管腔のアレイを備えた換気送出カニューレを含むことができ、このとき気道内の圧力感知の複数の部位を形成するために、複数のポートが感知管腔をカニューレの外側の空間と連結させている。換気および呼吸の感知方法および装置は、２つの圧力感知要素またはポートを要素間の物理的スクリーンと共に使用して、流れ方向に対する信号の応答時間および大きさを減衰させることができる。換気および呼吸の感知方法および装置は、送出カニューレの下側面および上側面の２つの感知要素を使用して物理的障壁を生み出して、流れの方向に相関する各要素の応答時間を偏倚させる。換気および呼吸の感知方法および装置は、気道内に存在するカテーテルの部分上に配置された光ファイバ・センサを使用することができる。換気および呼吸の感知方法および装置は、換気カテーテルの再使用可能な部分上に配置され、気道内に延びるカテーテル管腔と連通する、光ファイバ・センサを使用することができる。換気および呼吸の感知方法および装置は、液体充填された感知管腔を使用して圧力信号を気道から変換器に送信することができる。換気および呼吸の感知方法および装置は、ゲージの歪みの方向および大きさを測定する歪みゲージまたは歪みゲージのアレイを使用して流れ方向、速度および大きさを決定することができる。感知管腔は、換気カテーテルの後側面、換気カテーテルの前側面、換気カテーテルの上側面、換気カテーテルの下側面、換気カテーテルの横側面、換気カテーテルの複数の場所または側面、あるいは換気カテーテルの後側面に置かれ得る。感知管腔は、換気チューブの先端部を超えて、または換気チューブの先端部から奥まった場所で終端することができる。流れおよび圧力のデータは、気道抵抗、肺のコンプライアンス、および呼吸の仕事量の推定を決定するために使用され得る。換気チューブは、気道内に配置されてよく、感知管腔、フラッシュ・ポート、開窓部および膨張式カフを含むことができる。換気チューブは、膨張収縮式のカフ、および少なくとも２つの感知管腔を含むことができ、１つの管腔は、カフの遠位で終端し、１つの管腔はカフの近位で終端しており、この場合、カフによって引き起こされた妨害の程度を表示するために、２つの感知管腔の圧力が比較される。

本発明の追加の特徴、利点および実施形態が記載され、または次の詳細な説明、図、および特許請求の範囲の考慮から明らかになる。さらに、本発明の前述の概要および以下の詳細な説明はいずれも例示的なものであり、特許請求された本発明の範囲を限定することなく、さらなる説明を提供することが意図されている。

本発明のさらなる理解をもたらすために含まれ、この明細書の一部として組み込まれ、これを構成する添付の図は、本発明の好ましい実施形態を図示しており、詳細な説明と共に、本発明の原理を説明する働きをする。

人工呼吸器制御のための呼吸回路と直列である従来技術の呼吸感知を示す図である。 人工呼吸器ガス送出圧力によって隠された呼吸作用信号を示すグラフである。 胸部インピーダンスを用いる人工呼吸器制御のための呼吸感知を示す図である。 換気ガス送出圧力および呼吸作用センサ信号を示すグラフである。 人工呼吸器制御のための気道内呼吸感知を示す図である。 換気ガス送出圧力および呼吸作用センサ信号を示すグラフである。 従来の呼吸感知を示すグラフである。 本発明で説明した呼吸感知を示すグラフである。 胸部インピーダンス呼吸感知を示すグラフである。 換気カテーテルが、気管切開チューブまたは小孔ガイドなどの外側スリーブ内に置かれ、熱水交換器、細菌フィルタ、呼吸ポート、自発呼吸センサおよび吸気弁が、カテーテルとスリーブの間の環状空間内に置かれている、換気および呼吸の感知システムを示す図である。 図５内のシステムの換気カテーテルを示す図である。 図５のシステムの外側スリーブを示す図である。 図５内の線Ｄ−Ｄを通る断面図である。 図５内の線Ｅ−Ｅを通る断面図である。 自発呼吸、気管内圧力、および換気ガス送出圧力を測定するために３つの圧力センサのアレイが使用される呼吸感知および換気システムを示す図である。 図６のシステムのセンサを作動させる弁類の詳細図である。 図６で説明されたシステムの弁タイミング制御を示す図である。 図６のシステム内で使用されるセンサの結果として得られた圧力のトレーシングを示す図である。 換気カテーテルおよび気管切開チューブなどの外側スリーブを備え、感知管腔が外側スリーブ内にあり、このとき、換気カテーテルの感知管腔が外側スリーブの感知管腔に入り込むように換気カテーテルと外側スリーブの間の空気圧結合を有する、換気および呼吸感知システムを示す図である。 換気カテーテルが、上気道呼吸に対する抵抗を低減する目的で、収縮時にシャフトに密着するカフおよび小孔スペーサを含む薄壁性の小径プロファイルの気管切開チューブなどの、薄壁の小径プロファイルの外側スリーブ内に置かれる、呼吸感知および２つの換気インターフェースを示す図である。 挿入された使い捨ての換気カテーテルのセクションが、その中で外部の再使用可能なガス送出セクションを受け入れるセクション、およびセンサが、その中で外部セクションの連結器近傍に配置され、挿入セクションの感知管腔と連結するセクションの２つのセクションの呼吸感知および換気送出システムを示す図である。 送出カニューレ押し出し部の壁内に感知管腔のアレイを備え、このとき気道内の圧力感知の複数の部位を形成するために、複数のポートが感知管腔をカニューレの外側の空間と連結させている、呼吸感知および換気送出カニューレを示す図である。 図１３の領域Ｈを通る断面の詳細図である。 図１３の線Ｇ−Ｇを通る断面図である。 図１３ｂの代替の断面である断面図である。 要素間に物理的スクリーンを備えた２つの感知要素を使用して、流れ方向に起因して各要素の応答時間を偏倚させる呼吸感知を示す図である。 吸息中の図１４に示されたセンサの信号トレーシングを示すグラフである。 呼息中の図１４に示されたセンサの信号トレーシングを示すグラフである。 送出カニューレの下側面および上側面の２つの感知要素を使用して物理的障壁を生み出して、流れの方向と相関する各要素の応答時間を偏倚させる呼吸感知を示す図である。 吸息中の図１５に示されたセンサの信号トレーシングを示すグラフである。 呼息中の図１５に示されたセンサの信号トレーシングを示すグラフである。 気管の空気流を測定するための熱センサおよび気管圧力を測定するための圧力センサの２つの感知システムを使用する呼吸感知を示す図である。 図１６のシステムのための結果として得られた流れおよび圧力信号を示し、コンプライアンス、抵抗、および呼吸の仕事量の近似値の決定を示す図である。 気道内で終端する２つの圧力感知管腔を使用し、そのポートが２つの信号間の圧力を生み出すようにある距離だけ分離され、それによって気管圧力および気管の空気流の両方が得られる、呼吸感知を示す図である。 ２つの圧力感知ポートが、換気チューブ上の両面に置かれる図１７の代替策を示す図である。 図１７のシステムから結果として得られた圧力信号を示す図である。 ２つの圧力感知管腔ポートが、カニューレの直線セクション上に配置され、患者の呼吸空気流路に並列に配置される、図１７の形状からの送出カニューレの代替的な構成を示す図である。 ２つの圧力感知ポートが、換気チューブの両面上の換気チューブの直線セクション上に、呼吸空気流の方向と直角に配置される、図１９の代替策を示す図である。 気道内センサおよび送出チューブ内のフラッシュ管腔およびフラッシュ・ポートを使用して汚染の無いセンサを維持する呼吸感知を示す図である。 図２０のフラッシュ管腔およびフラッシュ・ポートをより詳細に説明する図である。 気道内センサおよび主要換気ガス送出管腔に連結されたフラッシュ管腔を使用して汚染の無いセンサを維持する呼吸感知を示す図である。 カニューレの前面または下面上に位置するフラッシュ・ポートを備えた図２０で説明したフラッシュ・ポートの代替の形状を示す図である。 フラッシュ媒体が、センサにおいて逆行するように方向付けられる図２０で説明したフラッシュ・ポートの構成の代替の形状を示す図である。 一定の定常状態のフラッシング圧力プロファイルを説明するグラフである。 フラッシングが必要に応じて、または間欠的に起こる、間欠フラッシング圧力プロファイルを説明するグラフである。 患者の呼吸作用パターンと任意選択で同期化する、循環フラッシング圧力プロファイルを説明するグラフである。 気管の空気流を測定するために気道内に配置された気管の空気流導管を備えた換気および呼吸感知システムを示す図である。 流導管内にあり、流導管スクリーンによって分離された２つの圧力センサまたは圧力感知ポートを備えた換気および呼吸感知システムを示す図である。 自発呼吸管腔が気道内に延び、気管の空気流に相関付けることができる圧力降下を測定するための、管腔と連結する複数の圧力タップを含む、換気およびお呼吸感知システムを示す図である。 図２５のシステムの概略断面図である。 結果として得られた圧力感知信号、および図２５で説明したシステムからの気管の空気流を決定するためのデルタＰの導き出しを示す図である。 換気チューブおよび流量の読み取りを得るために換気チューブ上にある流導管を備えた、換気インターフェースおよび感知システムを示す図である。 信号がどのようにして流量に相関付けられるかを示す、図２６に示すセンサのセンサ信号を示すグラフである。 換気カテーテルの小孔フランジに装着され、気道内に経皮的に延びる拡張チューブを介して瘻孔を通して気道と空気圧連通する、圧力センサを使用する呼吸感知を示す図である。 図２７の概略断面図である。 図２７Ａの詳細を示す図である。 換気カテーテルの近位連結器内に装着された圧力センサを含む外部セクションおよび呼吸感知管腔を備えた挿入セクションの２セクション・システムを使用し、圧力センサは、２つのセクションが連結されたときに感知管腔と空気圧連通し、フラッシュ管腔が、２つのセクションが連結されたときに感知管腔に連結する外部セクション内に含まれる、換気ガス送出および呼吸感知を示す図である。 図２８のシステムの断面概略図である。 感知管腔が、相互連結チャネルを介して人工呼吸器のガス送出管腔と同一平面にされる図２８の代替的な構成の断面図である。 換気カテーテルの小孔フランジ内に装着され、気道に延びるカテーテル内の管腔と空気圧連通する圧力センサを使用し、このときカテーテルは、気管切開チューブなどのスリーブ内に置かれる、換気および呼吸感知を示す図である。 換気カテーテルのフランジまたは連結器内に装着された圧力センサを使用し、このとき感知拡張チューブが圧力センサに連結され、この場合カテーテルは、気管切開チューブなどの外側スリーブの内側に置かれる、換気および呼吸感知システムを示す図である。 図３０のシステムの詳細な断面図である。 外側スリーブが、小孔スリーブ、ガイドまたはステントである、図３０のシステムを示す図である。 再使用可能な圧力変換器が換気カテーテルまたはガス送出チューブのフランジに取り付けられ、取り付けられた際、気道内に延びる感知管と連通する受け入れポート内に差し込まれる、２つまたは３つの換気インターフェースおよび感知システムを示す図である。 気道内に存在するカテーテルの部分上に配置された光ファイバ・センサを使用する呼吸感知を示す図である。 センサの先端部がカテーテルの先端部から奥まったところに置かれており、カテーテルの外側に存在する図３３の代替策を示す図である。 センサ先端部がカテーテルの先端部から奥まったところに置かれており、カテーテルの内側に存在する図３３の代替策を示す図である。 換気カテーテルの再使用可能な部分上に配置され、気道内に延びるカテーテル管腔と連通する光ファイバ・センサを使用する呼吸感知を示す図である。 液体充填された感知管腔を使用して圧力信号を気道から変換器に送信する呼吸感知を示す図である。 感知管腔の先端部が、カテーテルの先端部から奥まったところに置かれた、図３５の代替策を示す図である。 ゲージの歪みの方向および大きさを測定する歪みゲージまたは歪みゲージのアレイを使用して流れ方向、速度および大きさを決定する呼吸感知を示す図である。 線Ｋ−Ｋにおいて図３６のカテーテルを通る断面図である。 センサがカテーテルの前側または下側にある、図３６のセンサの代替的な場所を示す図である。 センサがカテーテルの横側に位置する図３６のセンサの代替的な場所を示す図である。 センサがカテーテルの表面周りで円周方向に配置された図３６のセンサの代替的な場所を示す図である。 線Ｌ−Ｌにおける図３６ｄの断面図である。 センサが、換気カニューレまたはカテーテルに内蔵する感知管腔の内側に配置される、図３６のセンサの代替的な場所を示す図である。 図３６のシステムの歪みゲージ信号のトレーシングのグラフである。 図３７の信号の呼吸段階に対応する流れが無い間の歪みゲージの静止状態を示す図である。 図３７の信号の呼吸段階に対応する吸息中の歪みゲージの偏向状態を示す図である。 図３７の信号の呼吸段階に対応する呼息中の歪みゲージの偏向状態を示す図である。 図３７の信号の呼吸段階に対応する吸息中の歪みゲージの偏向状態を示す図である。 ゲージが、気道の外側に配置された連結器のところに位置する図３６で説明したシステムの歪みゲージの代替的な場所を示す図である。 ゲージが、気道の外側の換気回路またはカニューレ内に位置する図３６で説明したシステムの歪みゲージの代替的な場所を示す図である。 ゲージが、人工呼吸器の内側に位置する図３６で説明したシステムの歪みゲージの代替的な場所を示す図である。

図１（従来技術）は、呼吸センサが呼吸回路内で送出される換気ガスとインラインである従来の人工呼吸器システムを説明している。人工呼吸器Ｖは、換気ガス送出回路、二重リム２１、および換気チューブ２５を介してガスを患者Ｐｔに送出する。人工呼吸器と直列すなわちインラインである圧力タップ２３が、患者の吸気努力によって生み出された負圧を感知する。あるいは、流れセンサを換気回路と直列に使用して、患者が吸息するときを検出することができる。呼吸センサからの信号は、人工呼吸器Ｖ内の人工呼吸器制御ユニット２０に送出される。図１ａで見られるように、これらの直列のセンサシステムは、患者の吸気努力の開始６３を測定するが、機械的呼吸を患者Ｐｔに送出するように人工呼吸器Ｖを始動させた後は、センサ信号は主に、患者の活動でなく、人工呼吸器ガス送出圧力のトレーシング５２の形態で人工呼吸器の活動を表示する。

図２は、呼吸センサが、米国公報第２００５／００３４７２１号で説明されたような胸部インピーダンス・センサ・システムである、人工呼吸器の呼吸感知始動システムを説明している。この場合、センサは、換気回路と並列に置かれる。胸部インピーダンス・バンド６２が、胸部インピーダンスのワイヤ６０によって人工呼吸器Ｖの制御ユニット２０に連結される。患者の自発呼吸作用曲線５８は、図２ａに示すように患者Ｐｔの圧力波形によって隠されない。インピーダンス・センサは、従来技術に対する改良であるが、呼吸に関連付けられない人の動作を登録する傾向を有することがあり、故にアーチファクトを含むことがある。

図３は、人工呼吸器Ｖ、換気ガス送出回路、一重リム２４、換気チューブ２５、および気道内の気管の空気流または呼吸圧力あるいは鼻または口の空気流を測定するように配置され、気道の内側または近傍に配置されたセンサまたは圧力感知ポートＳ１を含む、本発明の実施形態の全体構成を説明している。次の例示的な実施形態は、気道内の気管の空気流について説明されているが、類似の概念を鼻および口の空気流に適用することができる。呼吸センサまたは感知ポートＳ１は、患者の空気流の通路内の気管気道ＴＡ内で、換気回路２４と並列に位置する気管内センサ、導管またはポートでよい。センサ、導管または感知ポートは通常、しかし常とは限らないが、換気チューブ２５の一部であり、あるいはこれに取り付けられる。信号は、有線または感知導管を用いることによって、あるいは光ファイバまたは無線などの代替の送信手段を用いて人工呼吸器制御ユニット２０に送出され得る。人工呼吸器Ｖは、センサからの信号を受信し、分析するための１つまたは複数のプロセッサ１０を有することができる。プロセッサ１０は、センサからの受信およびプロセス信号を処理し、以下で説明するように関連するパラメータを算出することができる。プロセッサ１０は、次いで、信号および／または算出結果を出力することができる。プロセッサ１０、人工呼吸器Ｖ、および／または人工呼吸器制御ユニット２０は、次いで、信号、すなわち分析および／または分析に基づいた制御換気の結果を出力することができる。図３ａに見られるように、これは、実際の呼吸信号５８が換気ガス送出５２によって隠されず、センサは、患者の真の呼吸活動５８ならびに換気ガス送出が患者の肺圧力および気道の呼吸流に対して有する効果の両方を測定する点で、従来の直列の呼吸感知システムに対する改良になり得る。これは、特に開放型換気システムにおいて重要である。また、後の項で説明するように、本発明は、患者の動きおよび温度条件の変化によって引き起こされる信号ドリフト、アーチファクト、および外乱に関連する改良も説明する。次の説明中、感知システムは、通常、経気管換気カテーテルを併用して説明されるが、これは例示的にすぎず、それだけに限定されないが、経鼻カテーテル、経口カテーテル、経気管チューブ・カテーテル、経皮カテーテル、口カニューレ、鼻カニューレ、非侵襲性マスクの口および／または鼻のインターフェース、開放型鼻カニューレのインターフェースおよび開放型口カニューレのインターフェースなどの他のインターフェースが本発明に含まれることに留意されたい。簡単にするために、次の説明は、通常、経気管カテーテルを用いて説明されるが、本発明はまた、上記で述べた他のインターフェースにも適用される。

図４ａ〜４ｃは、気管圧力および呼吸作用を直接測定する気道内センサを使用することと、従来のインライン人工呼吸器感知システムを使用することとの間の相違をグラフで説明している。図４ａは、圧力センサが患者の吸気努力６３を測定するが、次いで人工呼吸器のガス流５２を測定する従来のシステムを説明している。この従来のシステムの欠点の１つの例として、人工呼吸器によって決定された結果として得られた吸気時間は、自発呼吸センサによって決定された真の患者の自発吸気時間ではなく、人工呼吸器上でユーザによって設定された吸気時間であり、たとえばその結果、患者の呼息の気管の流れ／圧力曲線６６は、患者の真の呼息の開始より遅く始まる。図４ｂは、気管圧力が常に測定される機械増強された換気を説明しており、故に換気ガス送出の期間の間、波形は、自発呼吸および人工的換気の肺または気道における組み合わせられた効果を正確に示している。図４ｃは、吸息の真の開始前に起こる胸部インピーダンスのトレーシング７７におけるアーチファクトによって人工呼吸器のガス送出５２を人工的に始動させることを示す、胸部インピーダンス・センサを備えたシステムを示している。

図５〜１３は、気道内圧力が、たとえばガス送出チャネル内、感知管腔またはチューブを備えた専用の感知導管内、および患者インターフェース周りの環状空間内を含む、ガス送出回路および／または患者インターフェース組立体内のチャネルまたは導管の組合せを使用して測定され得る本発明の実施形態を説明している。複数のチャネルの感知は、続いて説明するように本発明によって求められる範囲、正確性、分解能および信頼性を提供することができる。感知システムは、経気管カテーテルのインターフェース、あるいは鼻または口のカテーテルまたはカニューレのインターフェースなどの上記で説明した他の患者インターフェースと共に使用可能である。

図５〜５ｄは、換気および呼吸感知システムが、人工呼吸器Ｖ、ガス送出回路２４、および気管切開チューブ２８または小孔スリーブ（図示せず）などの外側スリーブに配置された換気チューブ２５または換気カテーテルを含むことができる本発明の実施形態を説明している。換気カテーテルのフランジ１１５が設けられ、気管切開チューブ換気回路の連結器１１１に連結され得る。図５ａは換気チューブ２５を説明しており、図５ｂは気管切開チューブ２８を示しており、図５ｃおよび５ｄは、図５の線Ｄ−ＤおよびＥ−Ｅそれぞれを貫通する断面を示している。上気道２００を通る患者の自発的吸気に加えて、任意選択で、患者はまた、呼吸流ポート１１６を備えた吸気流弁１２２を通して、換気カテーテルと外側スリーブの間の環状空間を通り抜ける周囲空気から吸息することもできる。このため、空気を、弁さらには口および鼻を通って吸息することができるため、周囲空気を吸息するために必要とされる仕事量を最小にすることができ、呼息された空気を上気道を通るように向けて、話すことをさらに容易にする。任意選択で、熱水交換器１１８および細菌フィルタ１２０が、環状空間内に設けられてよい。さらに、たとえば吸気流および呼気流を検出するための熱センサＴ１および／または気管圧力を測定するための圧力センサまたは感知ポートＰ１などの呼吸センサを、任意選択で環状空間内に置くことができる。任意選択で、呼気圧力放出弁が設けられてよく、それにより、患者の気道圧力が安全限界を超えた場合、ガスを放出弁（図示せず）を通して呼息または排出することができる。任意選択で、肺内の圧力レベルを維持するために、換気チューブと気管切開チューブの間にピープ（ＰＥＥＰ）弁が設けられる（図示せず）。

図６〜９は、３つの圧力変換器を使用して自発呼吸の気道圧力の感知を最適化し、人工呼吸器の機能を制御および監視する換気呼吸感知および制御システムを備えた本発明の実施形態を説明している。図６は、全体のレイアウトを説明し、圧力変換器Ｐ１、Ｐ２およびＰ３の目的を説明している。変換器Ｐ１は、たとえば０．１ｃｍＨ２Ｏ分解能を有する−１００から＋１００ｃｍＨ２Ｏの範囲を有する。Ｐ１は、（１）高いピーク圧力および高い不意のピープなどの気道警告処理のため、（２）呼吸速度、Ｔ（吸息）、Ｔ（呼気）、呼気の終了、吸息の終了、および呼気の開始の決定のため、また、（３）気道圧力の実時間の表示のために気道圧力信号をＧＵＩディスプレイ・スクリーンに送出するために使用される。Ｐ１は、人工呼吸器の電源が入れられると、連続的に気道圧力感知管腔に開放する。Ｐ１は、弁を不意の誤用および過度の圧力状態から保護するために、弁Ｖ１の閉鎖により、人工呼吸器の電源がオフになるときに感知管腔から分離される。変換器Ｐ２は、たとえば０．０２５ｃｍＨ２Ｏ分解能を有する−２０から＋２０ｃｍＨ２Ｏの範囲を有する。Ｐ２は、明確に吸息の開始の決定のために使用される。変換器の高い分解能およびゼロに近い精度は、システムの感知性を最大限にして吸息の開始を検出し、この検出は、システムの応答時間および人工呼吸器出力と患者の吸気段階の同期化を最適化するために使用可能である。Ｐ２は、人工呼吸器の電源が入れられた後、およびＰ１が、システムが不意の高圧状態を有さずに正しく作動していることを決定した後で、感知管腔に開放される。たとえば、Ｐ２は、呼吸回路およびカテーテルが、Ｐ１によって検出された正常な呼吸気道の圧力信号に基づいて患者に連結されていることを決定した後で、感知管腔に開放される。作動中、Ｐ２は、弁Ｖ２を通して感知管腔に周期開放および周期閉鎖している。Ｐ２は、人工呼吸器の圧力パルスから起こる過圧からのダメージからＰ２を保護するために、人工呼吸器の増強段階中、吸息の検出後に閉鎖される。Ｐ２は、人工呼吸器の増強段階の完了時に感知管腔に再開放される。任意選択で、Ｐ２がＰ１に対する冗長性をもたらすために、Ｐ２を感知管腔よりも換気ガス送出チャネルに連結することができる。あるいは、任意選択で、Ｐ２に類似する追加の高分解能変換器を、Ｐ１に対する冗長性のために換気ガス送出管腔に取り付けることができる。変換器Ｐ３は、たとえば０〜３０ｐｓｉの範囲を有する。Ｐ３は、（１）人工呼吸器の増強波形の監視のため、（２）送出回路の分離、または人工呼吸器の故障、低い源ガス圧力などの低いガス送出圧力のため、および（３）送出回路の妨害、人工呼吸器の故障などの高いガス送出圧力のために使用される。また、不意のピープおよびせきまたは気道の妨害などの高いピープおよび高いピークの気道圧力の事象および警告などの気道圧力の警告処理機能を測定および監視するために、Ｐ３をＰ１に対する冗長性または照合として使用することもできる。Ｐ３は常にガス送出回路に開放している。図６は経気管インターフェースを説明しているが、本発明は、口および鼻のカテーテルまたはカニューレのインターフェースなどの先に説明したような他のインターフェースに適用される。

図７は、人工呼吸器の出力および圧力変換器の作動を制御するための弁制御をより詳細に説明している。図８のグラフＰ１は、タイミング図と共に、変換器Ｐ１によって発生させた気道圧力信号を説明している。信号Ｖ３は、弁Ｖ３の状態を描いており、開放時、人工呼吸器Ｖは、加圧された増強ガスをガス送出回路に送出する。信号Ｖ２は弁Ｖ２の状態を描いており、開放時、Ｐ２は、感知管腔または代替的にガス送出チャネルと連通する。信号Ｖ１は弁Ｖ１の状態を描いており、開放時、Ｐ１は気道圧力感知管腔と連通する。信号Ｖ４は、感知管腔を開通状態に保つためにパージガスが感知管腔を流れ抜けることを制御して、水または分泌物が、Ｐ１が気道圧力信号を検出することを遮ることを防止する弁Ｖ４の状態を描いており、開放時、Ｖ４は、パージガスが感知管腔を流れ抜けることを可能にし、人工呼吸器の電源が入れられたときに連続的に、または戦略的サイクル時に周期的に開放可能である。弁の作動のシーケンスは次の通りである。時間ｔ１は、人工呼吸器の電源を入れ、弁Ｖ１を感知管腔に開放する時間を描いている。時間ｔ２は、Ｐ１によって検出され始める圧力信号によって確認される、ガス送出回路が患者に取り付けられた時間を描いている。時間ｔ３は、呼吸回路および患者インターフェースが患者に正しく取り付けられ、システムの通常運転が準備された時間を描いている。

図９は、１つの例示的な呼吸サイクル中に圧力変換器によって得られた結果の圧力信号をより詳細に説明している。上部のグラフは、実際の気管または気道圧力を吸気段階Ｉおよび呼気段階Ｅを用いて描いている。第２のグラフは、センサＰ１からの信号を描いており、人工呼吸器からの増強パルス時に合わせて対応する、基線Ｂと比較した気道圧力における上昇を表示している。第３のグラフは、感知管腔圧力または代替的にガス送出回路圧力を測定するセンサＰ２からの信号を描いている。弁Ｖ２は、人工呼吸器の増強出力がオンのときに感知管腔に対してＰ２を閉じ、これは、増強パルス中の信号の不在によって描かれている。第４のグラフは、ガス送出チャネル内で人工呼吸器出力の増強圧力を測定するセンサＰ３からの信号を描いている。時間ｔ１０は、気管気道圧力における実際の変化に基づく吸息の実際の開始を描いている。時間ｔ１１は、センサＰ２に基づく吸息の開始の検出を描いており、これは、監視システムの時定数に基づいて、たとえば吸息の実際の開始から５〜３０ミリ秒の応答時間の遅れでよい。時間ｔ１２は、弁Ｖ２の閉鎖によってＰ２が感知管腔と連通することを遮断する時間を描いており、これは、システムの電気機械の応答時間に基づいて、たとえば吸息の開始の検出の１０〜４０ミリ秒後の遅れでよい。時間ｔ１２は、通常、増強送出の開始の１０〜５０ミリ秒前である。時間ｔ１３は、弁Ｖ３を開放することによって人工呼吸器の増強ガス流が開始する時間を描いており、これは、通常、吸息の実際の開始の５０〜１５０ミリ秒後であるが、ガス流が、患者の呼吸努力が最大限の努力に到達するまたはこれに近くなるなどの吸息中の所望の時間に開始するように計画的な遅れを含むこともできる。時間ｔ１４は、人工呼吸器の増強ガス流の完了後、Ｐ２が感知管腔と連通するように再開放される時間を描いている。増強ガス送出の最後と感知管腔信号を得るＰ２の間の遅れは、通常、弁Ｖ３が人工呼吸器の増強ガス送出の電源を切った１０〜２０ミリ秒後である。

図１０は、換気チューブ２５が気管切開チューブ２８などの外側スリーブの内側に置かれる任意選択の実施形態を説明している。圧力感知管腔２０８を備えた呼吸圧力感知導管が、気管切開チューブ２８内に組み込まれ得る。換気カテーテル２５上の気管切開チューブの連結器１１０は、換気チューブ２５が気管切開チューブ２８に連結されるときに気管切開チューブの感知管腔２２８と係合する感知管腔の連結器２２６を含むことができる。感知管腔２０８は、送出回路２４の機械側端部に戻るように延びる。人工呼吸器のガス流管腔２１０は、換気ガス送出回路２４を通り抜けることができる。任意選択の低いプロファイルのカフ２６０が含まれ得る。気管切開チューブ２８は、１つまたは複数の外側カニューレの開窓部１００を含むことができる。

図１１は、換気チューブ２５が薄壁の小径気管切開チューブ２８’内に置かれる任意選択の実施形態を説明している。気管切開チューブ２８’のより小さいプロファイルにより、気管気道内の自発呼吸に対する抵抗を最小限に抑えることができる。直径がより小さいため、気管切開チューブ２８’は、瘻孔スペーサ３０または任意選択で気管切開チューブの外側カニューレ２８を含むことができる。患者の瘻孔に嵌合させるために、瘻孔スペーサ３０を、サイズ低減することができ、あるいはさまざまなサイズに交換することができる。感知管腔は、換気チューブ２５の壁内、または瘻孔スペーサ３０の壁内、または気管切開チューブの外側カニューレ２８’内に置かれてよく、あるいは任意選択で、感知管腔は、換気チューブ２５の外側周りの環状空間内の別個のチューブでよい。気管切開チューブ２８’は、１つまたは複数の外側カニューレの開窓部１００を含むことができる。図１０および１１では、換気カテーテルの先端部が、外側チューブまたは気管切開チューブ内のさまざまな場所、たとえば中間点の近く、先端部の近く、または代替的に気管切開チューブの近位半分内、または代替的に気管切開チューブの遠位先端部を超えた場所で示されている。

図１２は、患者の外部にあり、人工呼吸器Ｖと連結する外部ガス送出回路２４、およびその遠位端部が患者の気道内に置かれるように置かれた内部換気チューブセクション２５を備えた任意選択の実施形態を説明している。換気チューブ２５内の感知管腔２０８は、２つのセクションが圧力感知管腔の連結器２２６および２２８を通して連結されたときにガス送出回路２４内の感知管腔に連結することができる。任意選択で、圧力変換器を連結器１１０内に含むことができ、感知管腔連結部２２８と直接的に連結することができる。この構成により、外部セクションの再使用および内部セクションの頻繁なクリーニングおよび／または廃棄を可能にすることができる。また、この構成は、ガス送出セクション２５のさまざまなモデルを、内部セクションを取り外すことなく使用することを可能にし、たとえば、長いセクションのガス送出回路を、患者が固定式人工呼吸器に連結されたとき、または睡眠中、回路が人工呼吸器に到達できるように取り付けることができ、短いセクションのガス送出回路を、システムの携帯使用中、人が人工呼吸器を着用するまたは携えるときに取り付けることができる。あるいは、患者が治療を中断するとき、患者は、挿入セクションを取り外す必要無くガス送出回路を分離することができ、これは、特定の活動中に重要になり得る。

図１３は、換気チューブ２５が、換気チューブ２５の構造内に複数の感知管腔（図示せず）を含む、本発明の別の主要な実施形態を説明している。複数の管腔は、換気チューブ２５の挿入セクション上に複数の感知ポート２０９を提供することができ、それにより、気管圧力信号を取得する機会が複数存在するようになる。１つの感知ポート２０９が詰まる、または気管の壁組織あるいは換気チューブを取り囲む気管切開チューブまたは外側カニューレまたは外側スリーブの内壁に接触する（ｒｅｓｔｓ ａｇａｉｎｓｔ）場合、感知に利用できる他の感知ポート２０９が依然として存在している。たとえば、単一のポートが使用され、ポートが、気管切開チューブ、外側カニューレ、または瘻孔スリーブなどの外側チューブの壁に接触する場合、ポートは隠され、気道圧力に対する応答性が悪くなる。複数の管腔は、ガス送出チューブ２４の機械側端部から換気チューブ（図示せず）の遠位端部に延びることができ、あるいはその距離の一部を延びることができる（図示せず）。たとえば、管腔は、換気チューブの遠位先端部に到達する前、たとえば先端部から１ｍｍから２０ｍｍで終端することができる。また、たとえば、より少ない管腔が人工呼吸器と換気チューブの間を延びるように、ガス送出セクション内で管腔を単一の管腔またはわずかな管腔になるように接合することができる。

図１３ａは、図１３の領域Ｈにおける送出回路の機械側端部の詳細な断面図を説明し、感知管腔２０８と人工呼吸器圧力感知システムとの感知管腔連結器２６６および人工呼吸器ガス送出システムとのガス送出連結器２６４を説明している。開口部２６２は、感知管腔２０９と感知管腔の連結器２６６を連結する。図１３ｂは、線Ｇ−Ｇにおける図１３の断面図を説明しており、感知ポート２０９への感知管腔２０８の開口部を説明している。この図では、畝部が換気チューブの内径上に記載されており、これらは、感知管腔２０８のための空間をもたらしているが、換気チューブのねじれ抵抗を与える働きもする。図１３ｃは、線Ｇ−Ｇにおける断面で感知管腔２０８の代替の構成を説明している。

図１４〜２６は、患者の自発呼吸作用のパターンに対応する気道内空気流の測定が行われる本発明の実施形態を説明している。気道内の空気流の直接測定は、患者の自発呼吸を追跡する上で極めて有用な技術である。直接的な空気流測定は、たとえば、吸気および呼気段階を決定するために使用可能になるだけでなく、呼吸作用または呼吸努力の強さを決定することもできる。また、空気流測定を使用して呼吸量を導き出しまたは推定して呼吸障害、ぜんそく、呼気流の制限などの疾患状態を診断する、また、呼吸と非呼吸事象の間で区別することを助けることもできる。圧力感知要素は、ある距離だけ分離され、独立的な信号を生成することができる。独立した信号から決定された圧力感知要素間の圧力差を、圧力測定を決定するための入力として使用することができる。次いで、圧力測定を使用して気管の空気流を決定することができる。次に、気管の空気流測定を使用して換気を制御することができる。

図１４は、換気チューブ２５が、２つの感知要素Ｓ１およびＳ２を分離する物理的スクリーンまたは障壁２１４を含む本発明の実施形態を説明している。スクリーン２１４は、２つのセンサＳ１とＳ２からの信号間の減衰または位相変位をもたらす。空気、たとえば吸息が一方方向に流れるとき、Ｓ１の信号強度は、比較的強く、減衰されておらず、Ｓ２の強度は、比較的弱く、スクリーン２１４が空気流に対して有する減衰効果によって減衰されている。信号における一次的な振幅の相違が、空気流の方向を決定するために使用可能である。図１４ａに示すように、Ｓ２信号はＳ１信号より遅れ、ｔ１はｔ２より小さく、故にシステムは、呼吸作用段階が吸息２００であることを知る。図１４ｂに示すように、Ｓ１信号はＳ２信号より遅れ、ｔ２はｔ１より小さく、故にシステムは、呼吸作用段階が呼息２０２であることを知る。感知要素Ｓ１およびＳ２は圧力センサまたは圧力感知ポートでよく、あるいは温度、音、超音波、光学またはその他のような他の原理に基づいて作用することができる。図１４の代替として図１５は、センサまたは圧力感知ポートが、換気チューブ２５自体によって分離され、図１５ａおよび１５ｂに示すグラフと１４ａおよび１４ｂとを比較して類似の結果を達成する、換気チューブを説明している。

本発明の別の実施形態では、図１６は、図１６ａに示すように温度由来の気道空気流信号および気道圧力信号の両方を得るために、温度感知要素Ｔ１および圧力センサ要素または圧力感知ポートＰ１の両方を含む換気チューブ２５を説明している。任意選択で、第２の温度感知要素Ｔ２を感知アレイまたはホイートストン・ブリッジ（Ｗｈｅａｔｓｔｏｎｅ ｂｒｉｄｇｅ）配置でＴ１と共に使用して、ドリフトおよびアーチファクトを補償し、信号を正規化することができる。圧力信号は、呼吸段階ならびに気道圧力を決定するために使用可能であり（すなわち負圧は吸息に対応することができ、正圧は呼息に対応することができる）、呼吸段階の決定は、温度による流れ信号を呼吸の正しい段階に合わせて較正するために使用可能であり、そのために、温度状態に関係なく、吸気の気道空気流を呼気の気道空気流から確実に区別することができる。この感知構成によって得られた情報は、呼吸量および呼吸努力を導き出すまたは推定する、ならびに呼吸段階を決定するために使用可能である。あるいは、気道圧力と胸膜圧力の間の相関性および流れ信号と総流れの間の相関性を確立することにより、この構成を使用して、圧力および流れを用いて肺のコンプライアンス、気道の抵抗、および呼吸の仕事量の推定を決定することができる。補正因子で乗算されたまたは気管の流れと他の優勢状態の間の関係を決定する微分方程式に使用される流れ信号Ｑは、Ｑ’と称される気道空気の総流量の実時間の連続推定をもたらすことができる。コンプライアンスは、Ｐ１で測定された圧力によって除算されるＱ’の積分によって決定され得る。気道抵抗は、Ｐ１の圧力および時間の積をＱ’の積分によって除算することによって決定され得る。ＷＯＢは、Ｑ’およびＰ１の圧力の積を、Ｐ１と胸膜圧力を相関させる補正因子で乗算することによって推定され得る。図１６では、センサは、気道の内側にあるものとして説明されているが、本発明は、センサの他の配置を含むことができ、たとえば、圧力感知ポートを気管、口または鼻の気道などの気道の内側に置くことができ、一方では熱センサを、気管切開部（ｔｒａｃｈｅｏｔｏｍｙ）または気管開口部（ｔｒａｃｈｅｏｓｔｏｍｙ）、口または鼻の気道などの気道の入口の近位に置くことができる。気道の入口の近位にある熱センサは、気道への開口部の少し内側でよく、あるいは気道のちょうど入口に、または吸気および呼息の空気流の通路内の気道の入口の外側でよい。

図１７は、換気チューブが、ある距離だけ分離された異なる場所、すなわち感知ポートＰｐおよびＰｄにおいて換気チューブの挿入セクションに沿って終端する、２つの感知管腔２０８および２０８’を含む、本発明の実施形態を説明している。換気チューブ２５は、気道内に直接挿入可能であり、あるいは先に説明したように外側チューブの管腔内に挿入可能である。吸気流中および呼気流中に、図１８でＰｐおよびＰｄとして標識された２つのポートにわずかに異なる圧力信号を与えることができる。したがって、圧力差、たとえば吸息中のデルタＰを測定することができる。測定されたデルタＰは、流量を算出するための流量方程式で使用可能でありながら、気管の断面積の有好半径気管内の空気の粘度または密度、および抵抗係数などの他の影響による状態に関する適切な仮定を与える。この感知構成では、表示および人工呼吸器の制御のために、気管圧力および気管の空気流の両方を測定し、監視し、使用することができる。流れの情報および流れおよび圧力情報の組合せは、先に説明した通りに使用可能である。図１７ａは、圧力ポートが換気チューブの両側面、すなわちＰｄについては下面、Ｐｐについては上面に位置する図１７の代替的な構成を説明している。

図１９は、換気チューブ２５が角度付けされている、たとえば凡そ直角であり、圧力感知管腔圧力ポートＰｐおよびＰｄがチューブの遠位の直線セクション上に位置している代替の構成を説明している。この構成は、気管の管腔に並列である圧力ポート間の間隔を生み出して、圧力ポートを気管軸と整列させる。図１９ａは、圧力ポートＰｐおよびＰｄが換気チューブの近位の直線セクション上の下側面および上側面にある図１９の構成に対する代替的な実施形態を説明している。

図２０は、センサＳ１が、フラッシュ・ポート２２０を出る流れと同一平面にされる本発明の別の主要な実施形態を説明している。図２０ａは、図２０の詳細Ｊを説明しており、換気チューブ２５専用のフラッシュ管腔２２４、フラッシュ・ポート２２０、およびセンサＳ１を図示している。図２１は、フラッシュ管腔２２４が主要ガス送出管腔２１０から分岐する図２０の代替的な実施形態を説明している。図２２ａは、センサＳ１およびフラッシュ・ポート２２０が、前に図示した上側／後側とは反対に換気チューブ２５の下側／前側に位置する代替的な実施形態を説明している。加えて、センサおよびフラッシュ・ポートは、換気チューブの横側、上側、または下側に位置することができる（図示せず）。図２２ｂは、フラッシュ・ポート２２０がセンサＳ１において戻るように逆方向で同一平面になる代替の構成を説明している。図２３ａ〜ｃは、たとえば、図２３ａに示すように連続的に、図２３ｃに示すように間欠的に、あるいはセンサ信号が図２３ｂに示すように低下して現れるときに必要に応じて送出されるフラッシング媒体の代替の圧力または流れ送出プロファイルを説明している。また、フラッシング媒体を拍動波形でまたは上記の任意の組合せで送出することもできる。フラッシュ媒体は、酸素などの呼吸作用ガス、ヘリウムなどの治療用ガス、加湿空気、または生理食塩水または薬剤などの液体でよい。

図２４および２６では、感知要素または感知ポートが気管気道ＴＡ内のセンサ流導管２０６内に置かれる本発明の別の実施形態が説明される。吸気流および呼気流は、導管２０６を通過することができる。導管２０６は、導管２０６の近位および遠位の開口部が、気管の空気流の軸とインラインになるように換気カテーテル上に配置され得る。センサ信号は、たとえば既知の相関因数および参照テーブルに基づいて、空気流量と相関させることができる。たとえば、センサは熱センサでよく、導管の断面積で除算されたセンサ信号のスロープを、ボルトと距離の相関因数に基づいて分当たりのリットルに相関させることができる、［（ボルト＊［断面積］＾２）／時間］の単位における値を与えることができる。結果として得られた値は、導管を通る流量Ｑ（ｃ）である。次いでＱ（ｃ）を、導管サイズを気管管腔サイズと相関させる相関因数によって気管内の流量と相関させることができる。このセンサは、患者の自発的な吸気および呼気の流量および呼吸量ならびに圧力を導き出す点で有用である。

あるいは、２つの圧力センサまたは圧力感知ポート、Ｐ１およびＰ２を、流導管内に含むことができ、図２４に示すように任意選択で、流導管スクリーン２３２によって分離し、ある距離離して配置してその距離の間での動的圧力の降下をポアズイユの法則（Ｐｏｕｉｓｉｌｌｅ’ｓ Ｌａｗ）を用いて測定することができる。圧力降下は、呼吸量を得るように積分することができる流量に変換され得る。吸気流２００および呼気流（図示せず）は、導管を通って流れ、圧力が圧力タップＰ１およびＰ２によって登録される。気管圧力もまた決定される。任意選択で、流導管およびスクリーンを開通状態に維持するために、フラッシュ管腔およびフラッシュ・ポート（図示せず）を、ガス送出チューブおよび／または換気チューブ２５を通して導管２０６内に送ることができ、あるいは任意選択で、フラッシング流体を、圧力ポートＰ１およびＰ２に至る圧力感知管腔２０８を通して流導管内に送出することができる。あるいは、チューブの外面が突出しないように、感知流導管を換気チューブの外壁内の奥まったところに置く、または換気チューブの外側プロファイルと同一平面にすることができる。あるいは代替的に、感知管腔は、換気チューブ内の内壁上に存在することができ、または感知導管は換気チューブ自体でよく、このとき近位および遠位の入口および出口ポートは、気道内に配置されている。あるいは代替的に、換気チューブが、前に説明したように外側チューブの内側で使用される場合、感知導管は、換気カテーテルに関連付けたときに説明された選択肢と類似する外側チューブの一部でよく、導管は、外側チューブと換気チューブの間の環状空間内に存在することができる。図２６ａに示すように、感知導管内の２つのセンサによって発生させた流れ信号のスロープを気管の断面積で除算し、補正因数Ｘで乗算して患者の総流量を決定することができ、そこから、努力、量、および他の呼吸パラメータが導き出され得る。

図２５は、換気システムが、人工呼吸器Ｖ、人工呼吸器のガス流管腔２１０を備えたガス送出回路２４、および患者の気道ＴＡ内に置かれた換気チューブ２５を含む、本発明の別の実施形態を説明している。流れ感知管腔２０８は、人工呼吸器Ｖから患者の気道ＴＡまで設けられる。感知管腔２０８は、患者が呼吸するとき、吸気流および呼気流の小部分が感知管腔２０８を通って移動するように、システムの近位または機械側の端部で大気ＡＴＭに開放することができる。圧力タップ２１９および２２１が、感知管腔２０８のさまざまな地点で圧力を測定するために設けられ、圧力センサＰ１およびＰ２それぞれに登録される。このようにして、気管圧力を、患者の気道の近位にある圧力タップ２１９を用いて測定することができ、感知管腔２０８を通る流量を測定し、図２５ｂのグラフで示される圧力信号Ｐ２およびＰ１間の圧力降下から流量を計算することによって呼吸流量を導き出すことができる。感知管腔流量は、気管の空気流の相対的強度または振幅を決定するために使用可能である。図２５ａは、図２５のシステムの断面概略図を記載している。人工呼吸器ガス送出ポンプは、圧縮機でもアキュムレータでもよい。任意選択で、先に説明したように感知管腔のフラッシュ管腔２２４を妨害が無いように状態に保つために、フラッシュ媒体をこれに送出することができる。

図２７〜３２は、呼吸感知変換器要素が、患者インターフェース内、たとえば換気チューブ２５または患者近くにある換気ガス送出回路２４の遠位端部、あるいは使用される場合、気管切開チューブ、気管切開チューブの外側カニューレ、または瘻孔スリーブまたはスペーサなどの外側チューブ内に組み込まれる、本発明の実施形態を説明している。

図２７は、換気カテーテル２５が、小孔フランジまたはカテーテルのフランジ１１５上またはその近くに装着されたマイクロ圧力変換器２２２を含む、本発明の実施形態を説明している。システムは、フランジ１１５から経気管的に患者の気道内に延び、拡張チューブ２１８の遠位端部上またはその近くに感知ポート２１６を備えた圧力感知拡張チューブ２１８を含むことができる。この構成は、変換器が患者の気道の近位にあるために、従来の人工呼吸器の圧力ベースの呼吸センサに比べて気管呼吸圧力のより高い感知性および応答性の測定を可能にすることができる。また、人工呼吸器によって送出される機械的呼吸の間、変換器によって測定された圧力は、ここでも変換器が患者に対して近位にあるために、人工呼吸器出力の圧力よりも肺または気道圧力に近くなり得る。有線は、信号を送信して変換器から人工呼吸器に戻すことができる。任意選択で、信号を、フランジ近傍のどこかに配置された、あるいはフランジ内に組み込まれた送信機によって無線で送信することができる。たとえば、送信機を、フランジおよびチューブを所定の位置に固定するために使用されるネック・バンド内に置くことができる。この配置は、変換器が、実際に気道内に置かれずに気道のできるだけ近位に置かれるために、気管圧力の最小限の応答時間信号を与える。変換器を気道内ではなくこれに近づけて置くことにより、変換器が気道内に置かれる構成に比べて、少なくとも何らかの信頼性および維持の問題を回避することができる。図２７ａは、フラッシュ管腔２２４がガス送出回路２４内に含まれる任意選択の特徴の断面を説明している。感知管腔２０８を妨害また制限が無い状態に保つために、流体のある流量が、人工呼吸器からフラッシュ管腔２２４を通り抜けて拡張チューブの感知管腔２０８まで送出される。流体は、先に説明したようにガスまたは液体でよい。図２７ｂは、図２７ａの断面を説明しており、感知管腔２０８と連通する圧力変換器２２２の感知表面および感知管腔２０８に連結されたフラッシュ管腔２２４をより詳細に示している。この例では、圧力変換器が使用されるが、たとえばサーミスタなどの熱センサ、歪みゲージセンサ、圧電センサ、光学センサ、ガス組成センサ、または超音波センサなどの他のタイプの呼吸センサを同じ配置で使用することができる。

図２８は、外部の再使用可能なガス送出セクション２４および内部の使い捨ての換気カテーテルセクション２５を含む、取り外し式に結合された２つのシステムが使用される本発明の実施形態を説明している。換気ガス送出チャネル２１０は、図２８ａに示された空気圧連結器２３０と相互連結される。図１２で説明したような取り外し式に結合された２つのシステムによってもたらされる利点に加えて、２つのシステムは、比較的高価な変換器を使い捨ての内部部分ではなく、再使用可能な外部部分上に含むことによってコスト上の利点をもたらすことができる。図２８ａの断面概略図に示すように、再使用可能なセクションは、連結器１１０またはフランジ内にマイクロ圧力変換器２２２を含むことができる。内部セクション連結器１１１に連結されたとき、圧力変換器の空気圧連結器２２６は、レセプタクル２２８と連結して挿入セクション内の感知管腔２０８と空気圧連通することができる。フラッシュ管腔２２４を外部セクション内に設けることができ、人工呼吸器Ｖ内またはその近くのフラッシュ源に連結することができる。フラッシュ管腔２２４は、外部および内部のセクションが接合されたときにフラッシュ管腔の連結器２２７によって感知管腔２０８と連結することができる。図２８ｂは、感知管腔２０８が、１つまたは複数の場所で主要ガス送出管腔２１０から分岐するフラッシュ管腔２２４と同一平面にされる代替の構成を説明している。この実施形態では、圧力変換器が図示されているが、センサは、先に説明したような他の感知タイプのものでよい。換気チューブは、直接瘻孔を通して患者の気道内または先に説明したように外側チューブ内に置くことができる。

図２９は、換気チューブ２５が気管切開チューブ２８などの外側スリーブ内に挿入された本発明の実施形態を説明している。換気チューブ２５は、チューブ連結器１１０に組み込まれたマイクロ圧力変換器を含むことができ、先に説明したように有線９２または無線で人工呼吸器Ｖと連通する。変換器は、連結ポート２１６を通って換気チューブ２５の感知管腔２０８と連通する。換気チューブの感知管腔２０８は、換気チューブ２５の先端部でまたはその近傍で終端し、気管切開チューブ２８内側の奥まったところに置かれてよく、あるいは気管切開チューブ２８を超えて延びてよい。換気チューブ２５は、図示するように気管切開チューブ２８を超えて延びることができ、あるいは気管切開チューブ２８の中間点の近傍または気管切開チューブ２８の近位端部の近傍などの気管切開チューブ２８の内側の奥まったところに置かれてよい。任意選択で、感知管腔２０８は、変換器のところで終端することができ、あるいはフラッシング源に取り付けられるシステムの機械側端部まで延びることができる。

図３０は、感知管腔２０８が、フランジ／連結器１１０からある短い距離だけ延びる感知チューブ２１８の一部である実施形態を説明している。図３０ａは、感知管腔２０８が開通状態を持続するためにフラッシングされ得るようにフラッシュ・ポート２２４が人工呼吸器まで延びる図３０の任意選択の実施形態の断面を説明している。図３０および３０ａの換気チューブの遠位先端部は、気管切開チューブを超えて延びることができ、気管切開チューブの先端部と同一平面になることができ、気管切開チューブ内部の奥まったところに置くことができ、あるいは先に説明したように気管切開チューブの近位端部のところに存在することができる。

図３１は、換気チューブ２５が、小孔スリーブまたはガイドまたはステント２９内に挿入され、感知管腔２０８を備えた感知チューブ２１８を含む実施形態を説明している。さまざまな例では、任意選択で、変換器２２２を気管切開チューブ、小孔スリーブ、またはガイドまたはステント内に組み込むまたは取り付けることができ、このとき感知管腔は変換器から気道内に延びている。感知管腔は、別個のチューブでよく、気管切開チューブ、小孔スリーブまたはガイドまたはステントの内側または外側にあってよく、あるいは小孔スリーブまたはガイドまたはステントの一部であってよい。換気チューブは、先に説明したようにその開通性を維持するためにフランシングするための流れをもたらすように、変換器に電気的に取り付けられ、任意選択で、空気圧で感知管腔に連結され得る。

図３２は、再使用可能な圧力変換器２２２をガス送出回路２４の連結器１１０に連結し、換気チューブ連結器／フランジ１１５上で感知管腔の連結器２２８に連結することができる任意選択の構成を説明している。したがって、圧力変換器組立体は、再使用可能になり得るが、残りのセクションは使い捨てになり得る。任意選択（図示せず）で、ガス送出回路２４および換気チューブ２５は、２体の組立体ではなく一体型の組立体でよく、圧力変換器組立体は、一体型の回路および換気チューブ組立体に取り付けることができる。これらの例に示されるセンサは、圧力センサであるが、前に説明したように他のセンサを使用することができる。

マイクロ圧力変換器２２２、ガス送出回路２４の換気チューブ２５および／または気管切開チューブ２８への連結を構成するためのさまざまな選択肢が採用可能である。たとえば、変換器２２２は、ガス送出回路、換気チューブ２５、または気管切開チューブ２８の一部でよい。あるいは、変換器２２２は、永久的に取り付け可能である、あるいは取り外し式に取り付け可能である。ガス送出回路２４は、換気チューブ２５または気管切開チューブ２８に取り外し式に取り付け可能である。感知管腔２０８は、換気チューブ２５および／または気管切開チューブ２８の一部でよく、チューブの先端部で終端する、あるいはチューブの先端部からある距離のところで終端する、チューブ（複数可）の構造の管腔でよい。あるいは、感知管腔２０８は、換気チューブ２５または気管切開チューブ２８の内側または外側にある別個のチューブでよい。前に述べたように、気管切開チューブ２８は、瘻孔スリーブまたはステントでよい。フラッシュ管腔は、ガス送出回路２４からの専用の管腔でよく、あるいは任意の場所でガス送出管腔から分岐することができる。変換器を、フランジまたは連結器内に組み込むことができ、あるいはたとえばネック・カラー内またはその上のフランジまたは連結器の近傍に置くことができる。変換器信号は、たとえば送信機を患者のネック・バンド内、またはたとえば人のシャツの内側に置くことができるモジュール内に置くことによって、変換器から人工呼吸器制御システムに有線でまたは無線でも送信可能である。

図３３から３８は、他のタイプの呼吸感知変換器および感知要素が使用される本発明の実施形態を説明している。このタイプの変換器および要素は、信頼性、応答時間、および正確性を改良する配置で使用される。

図３３は、光ファイバの圧力センサ２４０を換気チューブ２５上に置くことができ、信号を有線または光ファイバのファイバ２４２を通して人工呼吸器Ｖに送信することができる本発明の別の実施形態を説明している。図３３ａは、光ファイバ・センサ２４０が、換気チューブ２５の外面上に位置し、任意選択で換気チューブの先端部から奥まったところに置かれた任意選択の構成を説明している。図３３ｂは、光ファイバ・センサ２４０が先端部から奥まったところにある換気チューブ２５の内側に位置する代替の構成を説明している。

図３４は、換気チューブが、流体充填された感知管腔２４４、およびガス送出回路２４の連結器１１０またはフランジ１１５内またはその近傍のマイクロ圧力変換器２２２を含む任意選択の実施形態を説明している。マイクロ圧力変換器２２２は、感知管腔２４４内の圧力を感知することができ、信号を人工呼吸器Ｖに送信する。

図３５は、流体充填された感知管腔２４４が人工呼吸器Ｖに向かってより長い距離を、あるいは人工呼吸器Ｖに至る全距離を延びる任意選択の実施形態を説明している。図３５ａは、感知管腔２４４が換気チューブ２５の先端部から奥まったところの地点で終端する任意選択の実施形態を説明している。

図３６〜３８は、歪みゲージセンサ２７０が、気管の空気流および気管圧力を感知するために使用される本発明の別の実施形態を説明している。歪みゲージ要素の抵抗または電圧の信号が、要素の偏向レベルを決定するために測定され得る。要素は、好ましくは、気管の壁に接触することから保護されるように換気チューブ２５の奥まった領域内に置かれる。図３６ａは、奥まったところに置かれることによってシールド１３６で保護される歪みゲージ要素を説明している。ドリフトおよびアーチファクトを補償するために、２つの要素の両方を使用し、ホイートストン・ブリッジなどの回路構成内に置くことができ、あるいは単一の要素を使用することができる。図３６ｂ〜ｆは、（図３６ｂに示すように）換気チューブ２５の下側面／前側面、（図３６ｃに示すように）換気チューブ２５の側部、（図３６ｄおよび図３６ｅに示すように）チューブ２５周りの複数の場所、および（図３６ｆに示すように）感知管腔２０８内の換気チューブ２５の内側を含む、歪みゲージ要素２７０を置くための代替の換気チューブの位置を説明している。

図３７は、歪みゲージ２７０から結果として得られた信号を説明している。図３７ａ、３７ｂ、３７ｃおよび３７ｄは、ｔ１、ｔ２、ｔ３およびｔ４によってそれぞれ表された呼吸曲線のさまざまな部分に対する歪みゲージ２７０の対応する偏向を示している。

図３８ａ〜ｃは、換気ガス送出システム全域における歪みゲージ２７０のさまざまな場所を示しており、この場合、歪みゲージ２７０は、患者による自発呼吸努力だけでなく換気ガス送出流れまたは圧力を測定するために使用され得る。図３８ａでは、歪みゲージ２７０は、気管切開チューブの連結器１１０内に位置している。図３８ｂでは、歪みゲージ２７０は、換気ガス送出回路内に位置している。図３８ｃでは、歪みゲージ２７０は、人工呼吸器Ｖ内に位置している。

上記で説明された実施形態は、例示的なものであり、特定の特徴をあらゆる合理的な組合せで組み合わせることができる。センサまたは感知ポートを、換気カテーテルまたは換気チューブ上、あるいは外側スリーブ上に配設することができ、前側、後側、下側、上側、横側またはそれらの組合せで置くことができる。換気カテーテルまたはチューブは、瘻孔内に直接または気管切開チューブ、瘻孔ガイド、またはステントなどの気管スリーブ内に挿入可能である。換気カテーテルまたはチューブおよびスリーブは、使用される場合、さまざまな形状および曲線からなることができ、センサを保護するための保護特徴およびカテーテルまたはチューブを気道内の中央に置くための中心揃え特徴を含むことができる。換気カテーテルまたはチューブが瘻孔内を通るように直接置かれる場合、形状および保護特徴を使用して、感知要素が気管の壁に接触することおよび信号の途絶を防止することができる。換気カテーテルまたはチューブが気管切開チューブなどのスリーブ内に置かれる場合、保護のためにセンサは気管切開チューブの内側に存在することができる。通常、気管切開チューブは、吸息および呼息中、センサを過ぎる適切な空気流が存在するように開窓式のものである。

加えて、実施形態を経気管として、または経気管換気チューブまたはインターフェースを用いて説明してきたが、これらはまた、気管内、口、鼻、または顔もしくは鼻のマスクのインターフェースでもよい。たとえば、患者インターフェースは、鼻または口から気道に入る経鼻または経口カテーテルでよい。あるいは、患者インターフェースは、開放型の口カニューレもしくはカテーテル、または開放型の鼻カニューレまたはカテーテルでよく、カニューレまたはカテーテルの遠位端部は、口または鼻の空洞のわずか内側、または口気道または鼻気道への入口、または気道の入口に方向付けられた口気道または鼻気道の外側に配置されるように適合可能である。あるいは、患者インターフェースは、口マスクおよび／または鼻マスクでよい。より高侵襲性のインターフェースまたはカテーテルの場合、カテーテルの先端部は、肺気道のどのような場所にも位置することができる。低侵襲性インターフェースの場合、カテーテルの先端部は、気道をほとんど貫通することができない。非侵襲性インターフェースの場合、チューブ、カニューレ、またはマスクの先端部は、気道の外側に存在し得る。

換気チューブまたは気管切開チューブは、膨張収縮式のカフを含むことができ、センサまたは感知管腔をカフの遠位側および近位側に設けて（図示せず）カフの両側の圧力または流れを感知し、カフによって引き起こされた抵抗の表示をもたらすことができる。たとえばカフが完全に収縮されない場合、２つのセンサまたは感知ポートからのデータは、予想された圧力降下より高く登録することができ、ユーザに対して、カフが上気道の呼吸に対して十分収縮されない、あるいはチューブが特定の患者または状況には大きすぎることを示す。任意選択で、もし閉鎖型換気が患者に適用されるときは、２つのセンサを使用してカフの膨張を監視することができる。

説明した圧力感知要素は、通常、ダイアフラムまたはベローズのタイプの要素である。しかし、圧力感知要素は、ポリマー、または他の圧電性、光学または超音波の要素でよい。

本明細書において説明した換気療法は、患者が、人工呼吸器からの１回換気量の一部を受け入れている増強式換気、患者が自らの上気道を通して自発的に呼吸している開放型換気、あるいは患者の努力が人工呼吸器を始動させる閉鎖型または部分閉鎖型換気でよい。送出回路は、一重リムの呼吸回路または二重リムの呼吸回路でよい。本発明は、神経筋の弱化および麻痺の形態のＣＯＰＤなどの呼吸器官の機能不全、または睡眠時無呼吸治療などの気道障害に適用可能である。この療法は、成人、小児および新生児に適用可能である。

本明細書において説明した呼吸センサで利用可能な情報は、人工呼吸器の機能を患者の呼吸サイクルと同期化するために使用可能であるだけでなく、人工呼吸器出力を自動的に調整するためにも使用可能であり、診断目的および傾向分析のために使用可能である。センサ情報によって制御される人工呼吸器の機能は、（１）人工呼吸器からのガスの送出タイミング、たとえば吸気段階のある特定の時点、呼気段階のある特定の時点など、（２）人工呼吸器出力の振幅、速度、もしくは波形形状、または（３）人工呼吸器出力の頻度、または（４）人工呼吸器出力の構成あるいは上記の組合せでよい。

経気管カテーテルのインターフェースを仮定して、実施形態の一般的な寸法が、以下に挙げられる。口または鼻のカテーテルまたはカニューレなどの他のインターフェースの寸法は、必要な寸法調整を含み得る。
１．換気チューブまたはカテーテル：ＯＤ２ｍｍからＯＤ１２ｍｍ、好ましくは３〜５ｍｍ、ＩＤ０．５〜６ｍｍ、好ましくはＩＤ１〜３ｍｍ。挿入長さ１０ｍｍから１５０ｍｍ、好ましくは３０〜１００ｍｍ。遠位の直線セクションが気管の管腔と整列されるように湾曲される。デュロメータ４０〜８０シューＤ。
２．一重リム換気回路：ＯＤ４ｍｍからＯＤ１２ｍｍ、好ましくはＯＤ５〜８ｍｍ、および長さ２４〜４８インチ。
３．外側スリーブ（気管切開チューブ）：ＩＤ４〜１０ｍｍ、好ましくはＩＤ５〜８ｍｍおよび壁厚１〜２ｍｍ。
４．外側スリーブ（薄壁最小プロファイルの気管切開チューブ）：ＩＤ４〜８ｍｍ、好ましくはＩＤ５．５〜６．５ｍｍ、および壁厚０．７５〜１．２５ｍｍ。長さ４０ｍｍ〜１２０ｍｍ、好ましくは６０〜９０ｍｍ。
５．外側スリーブ（瘻孔ガイド）：ＩＤ４〜１０ｍｍ、好ましくはＩＤ５〜８ｍｍ、および壁厚１〜２ｍｍ。長さ２０〜５０ｍｍ、好ましくは長さ２５〜３５ｍｍ。
６．ガス送出管腔：ＩＤ０．５〜６ｍｍ、好ましくはＩＤ１〜３ｍｍ。
７．感知管腔：ＩＤ０．２５〜３ｍｍ、好ましくは０．５〜１．７５ｍｍ、最も好ましくは０．７５〜１．５ｍｍ．
８．マイクロ圧力変換器：長さおよび幅寸法１ｍｍ〜８ｍｍ、厚さ１〜５ｍｍ。
９．光ファイバ圧力変換器：感知要素における断面寸法０．５〜３ｍｍ、好ましくは１〜２ｍｍ。
１０．流導管：ＩＤ０．５〜２．０ｍｍ、好ましくはＩＤ１〜１．５ｍｍ。
１１．フラッシュ・ポート：幅または長さまたは直径０．２５〜２ｍｍ
１２．フラッシュ管腔：０．２ｍｍ〜１．０ｍｍ、好ましくは０．２５〜０．５ｍｍ。

前述の説明は、本発明の好ましい実施形態を対象としているが、他の変形および改変が当業者に明らかになり、本発明の趣旨または範囲から逸脱することなくその変形および改変を加えることができることが留意される。さらに、本発明の１つの実施形態に関連して説明した特徴は、上記で明示的に述べていなくても、他の実施形態と共に使用され得る。

Ａｔｍ 大気
Ｂ 基線
Ｅ 呼気
Ｉ 吸気
Ｌ 肺（複数可）
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 圧力変換器１、２および３
Ｐｐ 近位圧力センサポート
Ｐｄ 遠位圧力センサポート
Ｐｔ 患者
Ｐｆ フラッシュ圧力レベル
Ｑ 気管の空気流トレース
Ｑ’ 気道の総空気流量の推定
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ 感知要素
ＴＡ 気管気道
Ｔ、ｔ１、ｔ２、ｔ３ 時間
Ｔ１ 熱感知要素１
Ｔ２ 熱感知要素２
Ｖ 人工呼吸器
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４ 弁１、２、３および４
ＷＯＢ 呼吸の仕事量
ＷＯＢ’ 呼吸の仕事量
Ｘ 定数
１０ プロセッサ
２０ 人工呼吸器の制御ユニット
２１ 換気ガス送出回路、二重リム
２３ 圧力タップ
２４ 換気ガス送出回路、一重リム
２５ 換気チューブ
２８ 気管切開チューブの外側カニューレ
２８’ 薄壁小径気管切開チューブ
２９ 瘻孔スリーブ
３０ 瘻孔スペーサ
５２ 人工呼吸器のガス送出圧力のトレーシング
５８ 患者の自発呼吸曲線
６０ 胸部インピーダンスのワイヤ
６２ 胸部インピーダンスのバンド
６３ 患者吸気努力
６６ 患者呼息の気管の流れ／圧力曲線
７７ 胸部インピーダンスのトレーシング
９２ 呼吸センサ配線
１００ 外側カニューレの開窓部（複数可）
１１０ 換気カテーテルと気管切開チューブの連結器
１１１ 気管切開チューブ換気回路の連結器
１１５ 換気カテーテルのフランジ
１１６ 換気カテーテル−外側カニューレの呼吸流ポート
１１８ 換気カテーテル−外側カニューレの熱水交換
１２０ 換気カテーテル−外側カニューレのフィルタ
１２２ 吸気弁
１３６ センサ保護シールド
２００ 吸気流
２０２ 呼気流
２０６ センサ流導管
２０８ 感知管腔
２０８’ 感知管腔
２０９ 感知ポート
２１０ 人工呼吸器のガス流管腔
２１４ センサの物理的障壁
２１６ 圧力センサの感知ポート
２１８ 圧力感知拡張チューブ
２１９ 感知管腔の圧力タップ、近位
２２０ センサのフラッシュ・ポート
２２１ 感知管腔の圧力タップ、機械側端部
２２２ マイクロ変換器
２２４ フラッシュ管腔
２２６ 圧力感知管腔の連結器、雄型
２２７ フラッシュ管腔の連結器
２２８ 圧力感知管腔の連結器、雌型
２３０ ガス送出管腔の連結器
２３２ 流導管スクリーン
２４０ 光ファイバ圧力変換器
２４２ 光ファイバの信号伝導ファイバ／有線
２４４ 流体充填された感知管腔
２６０ 低プロファイルカフ
２６２ 開口部
２６４ ガス送出の連結器
２６６ 感知管腔の連結器
２７０ 歪みゲージセンサ

Claims (7)

1. 換気ガス送出回路と、
   前記換気ガス送出回路に結合された換気チューブと、
   複数の圧力感知ポートと
   を備える換気および呼吸感知装置であって、
   前記複数の圧力感知ポートが、前記複数の圧力感知ポート間の圧力差を検出するために、ある距離だけ分離され、独立した信号を生成し、
   気管、鼻または口の気道内へと延びる、前記換気チューブとは別個の圧力感知管腔をさらに備え、前記圧力感知管腔が、複数の圧力感知ポート間の圧力降下を測定するための前記複数の圧力感知ポートを備える、
   換気および呼吸感知装置。
2. 前記換気チューブが、前記換気ガス送出回路に取り外し式に結合される、請求項１に記載の換気および呼吸感知装置。
3. 外側スリーブをさらに備え、前記換気チューブが、前記外側スリーブ内に配設される、請求項１に記載の換気および呼吸感知装置。
4. 前記換気チューブが、患者インターフェースを含む、請求項１に記載の換気および呼吸感知装置。
5. 前記複数の圧力感知ポートの少なくとも２つの間の物理的障壁をさらに備える、請求項１に記載の換気および呼吸感知装置。
6. 前記物理的障壁が、圧力降下を生み出し、空気流の方向に応じて前記複数の圧力感知要素の少なくとも２つの圧力感知ポートの各々の応答時間を偏倚させる、請求項５に記載の換気および呼吸感知装置。
7. 気道の入口近傍またはその中に配設された少なくとも１つの熱センサをさらに備え、前記少なくとも１つの熱センサが、自発呼吸空気流を決定するために使用され、前記複数の圧力感知ポートの少なくとも１つが、呼吸圧力を決定するために使用され、前記自発呼吸の空気流および前記呼吸圧力の組合せが、人工呼吸器の同期化および治療の滴定を最適化するために使用される、請求項１に記載の換気および呼吸感知装置。

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