JP5866335B2 - 患者により排せつされる総二酸化炭素の要素の測定 - Google Patents

Description

本発明は、患者によって排せつされる総二酸化炭素の要素の値を提供することに関する。

例えば、機械呼吸の適切性及び重要な介護患者の代謝の率を評価するために、二酸化炭素（ＣＯ２）の排せつが監視される。二酸化炭素排せつ測定は、通常、呼吸フローと二酸化炭素信号とを時間で積算することによって作られる。二酸化炭素は、代謝における自然な副産物であって、呼吸するたびに排せつされる。人体は、炭酸水素イオンに結合した溶解ガスとして、及び／又は他の形式で大量の二酸化炭素を組織に保持する。このように、測定された二酸化炭素排せつ率は、代謝的に生成された二酸化炭素と、体内に保持された二酸化炭素がある部位から他の部位に移動する二酸化炭素の移動率との和に反映される。二酸化炭素排せつは、通常１分間における排せつされた二酸化炭素の量として表される。そして、Ｖ_ｃｏ２として表される。通常、人体は、約２００ｍＬの二酸化炭素を１分間に排せつする。

代謝二酸化炭素生成の率は、全身の代謝活動と比例している。正確な気質の利用が分かれば、呼吸商（ＲＱ）は推定することができ、かつエネルギー消費は代謝二酸化炭素生成率から直接に算出することができる。代謝二酸化炭素の生成は、身体的活動の増加、呼吸活動の増加、悪性の高熱（ｈｙｐｅｒｔｈｅｒｍｉａ）等によって増大するカロリー消費によって増加する。代謝二酸化炭素の生成は、患者の活動の低下又は器官の異常による代謝活動の低下によって減少する。

二酸化炭素の器官から器官への移動によって、器官における蓄積が有効な通気（ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）の変化をもたらす。通気の増加は、二酸化炭素の排せつを増加させる。この場合、二酸化炭素の生成は、蓄積された二酸化炭素の遊離と、代謝による二酸化炭素の合計を表す。有効な通気の減少によって、二酸化炭素の排せつは減少する。身体が、代謝による全ての二酸化炭素を排せつできない場合、二酸化炭素の排せつは、代謝により生成された二酸化炭素の少ない量が蓄積に移動する。二酸化炭素が蓄積に追加され、或いは、蓄積から放出される率は、動脈の二酸化炭素の分圧の変化率を示す。通気または代謝率の変化による二酸化炭素の蓄積、及び二酸化炭素の蓄積の継続は、患者の大きさ、心拍出量等に依存する。

患者が、過呼吸である場合、計測される二酸化炭素排せつ量は、代謝二酸化炭素の生成よりも多くなり、組織に蓄積された二酸化炭素は、「排せつされ（ｂｌｏｗｎ ｏｆｆ）」、又は取り除かれ、これによって、動脈の二酸化炭素量が減少する。患者の呼吸が減少している場合（ｕｎｄｅｒ−ｖｅｎｔｉｌａｔｅｄ）、代謝により生成された二酸化炭素の全ての排せつは不十分である。このため、二酸化炭素が組織に増加し、動脈の二酸化炭素量が増加する。

長い時間（患者及び条件に依存するが、例えば１ないし２時間）、通気と代謝の率が安定している場合、測定される二酸化炭素の排せつは、代謝による二酸化炭素の生成率と略等しくなる。これは、二酸化炭素が、組織の蓄積に、或いは組織の蓄積へ移動しない定常状態の期間であると定義できる。したがって、測定された二酸化炭素は、代謝による二酸化炭素にのみ反映する。しかしながら、緊急の処置の場合には、通気は安定していない。このため、測定された二酸化炭素の排せつは、代謝による二酸化炭素と、二酸化炭素の蓄積から、又は、二酸化炭素の蓄積への移動との和となる。

臨床的にモニタされたパラメータとしての測定された二酸化炭素排せつの利用は限られている。なぜなら、測定された二酸化炭素排せつ率は、代謝二酸化炭素生成と、組織蓄積から又は組織蓄積への二酸化炭素の移動の和であるからである。現在入手できる容量測定のカプノメトリ（二酸化炭素排せつ量（ｃａｐｎｏｍｅｔｒｙ））製品においては、代謝二酸化炭素の生成と、二酸化炭素蓄積組織から、又は、この組織への二酸化炭素の移動とを臨床的設定によって分離することができない。

本発明の一態様は、患者によって排せつされる総二酸化炭素の要素の値を提供する方法に関する。方法は、患者によって排せつされる総二酸化炭素の率に関連する情報を伝達する一つ以上の信号を受信することを含んでもよい。加えて、本発明は、受信された１つ以上の信号の少なくとも一部に基づいて、代謝二酸化炭素生成の率を含む要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を表す、第１のカプノメトリック要素（ｃａｐｎｏｍｅｔｒｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を測定することを含む。加えて、本発明は、受信された１つ以上の信号の少なくとも一部に基づいて二酸化炭素を蓄積する患者の体の部位から、又はその部位への二酸化炭素の移動の率を表す、第２のカプノメトリック要素を測定することを含む。加えて、本方法は、１つ以上の第１のカプノメトリック要素又は第２のカプノメトリック要素を、ユーザに示すことを含む。

本発明の他の側面は、患者から排せつされる総二酸化炭素の要素の値を提供するためのシステムに関する。本システムは、コンピュータプログラムモジュールを実行するよう構成された１つ以上のプロセッサを含む。コンピュータプログラムモジュールは、データ取得モジュール、要素測定モジュール、及び／又は、カプノメトリ表示モジュールを有してもよい。データ取得モジュールは、患者から排せつされる総二酸化炭素の率に関連する情報を伝送する１つ以上の信号を受信するよう構成されてもよい。要素測定モジュールは、受信された１つ以上の信号の少なくとも一部に基づいて、二酸化炭素を蓄積する患者の体の部位から、又はその部位への二酸化炭素の移動の率を示す第１のカプノメトリック要素を測定するよう構成されてもよい。カプノメトリ表示モジュールは、ユーザに提示するよう、１つ以上の第１のカプノメトリック要素又は第２のカプノメトリック要素を提供するよう構成されてもよい。

更に、本発明の他の側面は、患者によって排せつされる総二酸化炭素の要素の値を提供するシステムに関する。このシステムは、患者によって排せつされる総二酸化炭素の率に関する情報を伝送する１つ以上の信号を受信するデータ取得手段を有してもよい。このシステムは、更に、受信した１つ以上の信号の少なくとも部分に基づいて、二酸化炭素を蓄積する患者の体の部位から、又はその部位への二酸化炭素の移動の率を表す第１のカプノメトリック要素を測定するための要素測定手段を有してもよい。このシステムは、更に、１つ以上の第１のカプノメトリック要素又は第２のカプノメトリック要素をユーザに示す表示手段を有してもよい。

本発明における、これらの、或いはその他の目的、特徴、及び特性、加えて、オペレーションの方法、及び関連する構成の要素の機能、及び部分の組合せ、生産の効率性は、図面を参照しながら以下の記載及び添付の請求項を検討することにより、更に明らかとなる。これらの全ては、明細書の一部である。様々な図面において、同じ参照番号は、対応する部分を示す。本発明の一つの実施例において、本図面において構造的要素は、拡大縮小して描かれている。留意すべき点は、図面は例示及び提示の目的のためだけのものであり、本発明を限定するためのものではないということである。加えて、１つの実施例に記載されたいかなる構造的特徴も、他の実施例に利用することができることはいうまでもない。図面は、例示及び説明だけを目的とするものであり、本発明の限界を定義することを意図しているものではない点に留意すべきである。詳細な説明及び請求の範囲に用いられている「ａ」及び「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、明示的に限定して用いられていない限り、複数をも意味する。

患者によって排せつされる総二酸化炭素の要素の値を提供するためのシステムを示す図である。

患者によって排せつされる総二酸化炭素の要素の値を他の情報と共に伝える例示的な表示を示す図である。

患者から排せつされる総二酸化炭素の要素の値を提供する例示的方法のフローチャートを示す図である。

図１は、患者により排せつされる総二酸化炭素の要素の値を提供する例示的なシステム１００を示している。本発明の実施例に従って、システム１００は、代謝で生成される二酸化炭素の率と、体の蓄積組織へ、又はその組織から移動する二酸化炭素の率とを分離するために、患者の体の二酸化炭素生成、分配、及び又は排せつのモデルを利用する。代謝で生成される二酸化炭素の率、及び／又は、体の蓄積組織へ、又はその組織から移動する二酸化炭素の率は、リアルタイム又は、リアルタイムに近い状態で測定されてもよい。二酸化炭素の排せつ率をこれらの二つの要素の率に分離することによって、二酸化炭素の排せつの率をより分かりやすく、かつ有用なパラメータとすることができる。例えば、測定された二酸化炭素排せつ率を要素の部分に分離してから、モニタスクリーンにこれを表示することによって、このパラメータをより有用にすることができ、切開を行っているか又は切開を行わずに機械呼吸を手当てされている瀕死の患者を救護する場合に有用である。図１に示すように、システム１００は、患者１０６に呼吸ガスを与えるためのインタフェースデバイス１０４に接続された導管１０２を有する。センサ１０８が導管１０２、及び／又は患者インタフェース１０４に接続され、その中のガスの１つ以上の特徴を検出する。システム１００は、ユーザインタフェース１１０、電子的ストレージ１１２、及びプロセッサ１１４を有する。

導管１０２は、呼吸ガス又は他の呼吸用物質の発生源との流体連通の患者インタフェースデバイス１０４を設置するように構成される。例えば、治療体制に従って制御される１つ以上のパラメータを持つ導管１０２を介して呼吸ガスの流れが患者１０６に与える。制御された呼吸ガスの流れの１つ以上のパラメータとしては、１つ以上の圧力、流速、成分、湿度、温度、及び又は他のパラメータが含まれてもよい。

患者インタフェースデバイス１０４は、密閉または密閉していない形で、患者１０６の気道の１つ以上の開口部と係合してもよい。患者インタフェースデバイス１０４の例としては、例えば、気管内チューブ（ｅｎｄｏｔｒａｃｈｅａｌ ｔｕｂｅ）、鼻カニューレ（ｎａｓａｌ ｃａｎｎｕｌａ）、気管切開チューブ、鼻マスク、鼻／口のマスク、完全なマスク、全面マスク、部分的再呼吸マスク、又は、患者の気道へのガスのフローを通す他のインタフェース機器を含んでもよい。本発明は、これらの実施例に限られず、いかなる患者インタフェースのインプリメンテーションも包含する。

センサ１０８は、導管１０２および／または患者インタフェース機器１０４の中のガスの一つ以上のパラメータに関連する出力信号を伝える情報を生成するように構成される。非限定的実施例として、ガスの一つ以上のパラメータは、成分、圧力、流速および／または他のパラメータを含んでもよい。センサ１０８は、様々なパラメータを測定してもよい。例えば、呼吸頻度、呼吸の深さ、死こう手段（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ）、心拍出量および／または他のパラメータ）に関するさまざまなパラメータを測定するように構成されてもよい。ある実施例では、センサ１０８は、呼吸ガスの二酸化炭素の濃度又は分圧を測定するためのカプノメータを含んでもよい。一般的に、カプノメータは、二酸化炭素が赤外線を吸収する原理によって動作する。赤外光のビームが、ガスサンプルを通過し、赤外センサに照射される。ガス中における二酸化炭素の存在は、赤外センサに照射される光の量を減少させる。これによって、回路の電圧が変化する。本発明は、この実施例に限定されるものではない。その他の二酸化炭素センサのインプレメンテーションも意図されている。

図１におけるセンサ１０８が１つのコンポーネントで描かれていることは、本発明を限定するものではない点に留意すべきである。１つの実施例において、センサ１０８は、複数のセンサを含む。更に、導管１０２及び／又は患者インタフェース１０４に対するセンサ１０８の位置は、これに限定されるものではない。センサ１０８は、導管１０２、患者インタフェース１０４に露出する１つ以上の感知ユニットを含んでもよい。また、センサ１０８は、呼吸物質の供給源の位置、及び又はシステム１００の他の位置に存在してもよい。

ユーザインタフェース１１０は、システム１００とユーザ（例えば、ユーザ、介護者、治療意決定定者等）とのインタフェースを提供する。これを介してユーザは、システム１００に情報を提供し、かつこれから情報を得る。これによって、データ、結果、及び／又は指令等のコミュニケーション項目すなわち、情報を、ユーザとシステム１００との間で交換することができる。ユーザインタフェース１１０に含まれることが望ましいインタフェースデバイスの例としては、キーパッド、ボタン、スイッチ、キーボード、ノブ、レバー、表示スクリーン、タッチスクリーン、スピーカ、マイクロフォン、表示ライト、アラーム、プリンタが含まれる。

ハードワイヤード、又はワイヤレスのいずれかの他の通信技術が、ユーザインタフェース１１０として本発明に採用されてもよい。例えば、本発明は、ユーザインタフェース１１０が、電子ストレージ１１２によって提供されるリムーバブルストレージと合体していてもよい。この実施例において、情報が、リムーバブルストレージ（例えば、スマートカード、リムーバブルディスク等）からユーザインタフェース１１０にロードされ、これによって、ユーザは、ユーザインタフェース１１０をカスタマイズしてもよい。ユーザインタフェース１１０として、システム１００に利用できる入力デバイス及び技術は、ＲＳ−２３２ポート、ＲＦリンク、ＩＲリンク、モデム（電話、ケーブル等）が挙げられる。なお、これらに限定されるものではない。要約すれば、システム１００と通信可能ないかなる技術も、ユーザインタフェース１１０として、本発明によって利用できる。

例示的実施例に従って、電子ストレージ１１２は、電子的に情報を格納する電子ストレージ媒体を含む。電子的ストレージ１１２の電子的ストレージ媒体としては、（実質的にリムーバブルでない）システム１００に結合したシステムストレージ、及び／又はシステム１００に取り外し可能に接続されたリムーバブルストレージの１つ又は両者を含んでもよい。リムーバブルストレージは、ポート（例えば、ＵＳＢポート、ファイヤワイヤポート等）又はドライブ（例えばディスクドライブ等）と繋がっていてもよい。電子的ストレージ１１２としては、光学的に読むことができるストレージ媒体（例えば、光ディスク等）、磁気的に読むことができる媒体（例えば、磁気テープ、磁気的ハードドライブ、フロッピドライブ等）、電子的チャージベースのストレージ媒体（例えば、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ等）、ソリッドステート媒体（例えば、フラッシュドライブ等）、及び／又は他の電子的に読むことができるストレージ媒体が含まれてもよい。この電子的ストレージ１１２は、ソフトウエアアルゴリズム、プロセッサ１１４によって決定される情報、ユーザインタフェース１１０を介して受信した情報、及び／又はシステム１００を適切に動作させる情報を格納してもよい。この電子的ストレージ１１２は、システム１００内で、分離したコンポーネントとして、或いはこの電子的ストレージ１１２は、システム１００の他のコンポーネントの１つ以上（例えば、プロセッサ１１４）と結合した形で提供されてもよい。

プロセッサ１１４は、システム１００において情報処理能力を提供するよう構成される。したがって、プロセッサ１１４は、１つ以上のデジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報を処理するよう設計されたデジタル回路、情報を処理するよう設計されたアナログ回路、ステートマシン、及び／又は情報を電子的に処理するための他のメカニズムを含んでもよい。なお、図１に示されるプロセッサ１１４は、単一のエンティティであるが、これは単に説明のためのものである。あるインプリメンテーションにおいて、プロセッサ１１４は、複数の処理ユニットを含んでもよい。これらの処理ユニットは、物理的に同じデバイスに位置してもよい。或いは、プロセサ１１４は、複数のデバイスと処理機能を共同して実行してもよい。

図１に示されるように、プロセッサ１１４は、１つ以上のコンピュータプログラムモジュールを実行するよう構成される。１つ以上のコンピュータプログラムモジュールは、１つ以上のデータ取得モジュール１１６、二酸化炭素蓄積モデリングモジュール１１８、部位測定モジュール１２０、カプノメトリ表示モジュール１２２、及び／又は他のモジュールを含んでもよい。プロセッサ１１４は、ソフトウエア、ハードウエア、ファームウエア、或いはこれらの組合せ、及び／又はプロセッサ１１４上で処理する構成された他のメカニズムによって、モジュール１１６、１１８、１２０、及び／又は１２２を実行するよう構成されてもよい。

図１に示されたモジュール１１６、１１８、１２０、及び／又は１２２は、単一のプロセッサユニットに共存しているが、マルチプロセッシングユニットを含むプロセッサ１１４のインプリメンテーションにおいては、モジュール１１６、１１８、１２０、及び／又は１２２は他のモジュールと分離して位置してもよい。モジュール１１６、１１８、１２０、及び／又は１２２のそれぞれのモジュールによって提供される機能の説明を以下に示すが、これらは、例示的な目的であり、限定するためのものではない。モジュール１１６、１１８、１２０、及び／又は１２２のいかなるものも、記載された機能以上のもの或いはそれ以下のものを提供してもよい。例えば、１つ以上のモジュール１１６、１１８、１２０、及び／又は１２２は、削除されてもよい。そして、一部の或いは全ての機能は、モジュール１１６、１１８、１２０、及び／又は１２２のうちの他のモジュールによって提供されてもよい。他の例としては、プロセッサ１１４は、モジュール１１６、１１８、１２０、及び／又は１２２のうちの１つのモジュールとして示された幾つかの或いは全ての機能を実行する追加的な１つ以上のモジュールを実行するよう構成されてもよい。

データ取得モジュール１１６は、患者から排せつされた総二酸化炭素に関連する情報を伝達する１つ以上の信号を受信するよう構成されている。これらの１つ以上の受信された信号は、リアルタイム又はリアルタイムに近い状態で患者によって排せつされた総二酸化炭素の率に関連する情報を伝達する。１つ以上の受信された信号に含まれる情報は、電子的ストレージ１１２に蓄積されてもよい。そして、プロセッサ１１４によってその後読み出され、本明細書に記載されている様々なオペレーションを実行する。

二酸化炭素蓄積モデリングモジュール１１８は、患者の体の１つ以上の部位をモデル化するよう構成されてもよい。より具体的には、体の１つ以上の部位における二酸化炭素生成、分配、及び排せつのモデルがインプリメントされ、代謝による二酸化炭素の生成の率を特定する。このようなモデルの例は、文献“Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ Ｃｈａｎｇｅｓ ｉｎ Ｃ０２ Ｓｔｏｒｅｓ” ｂｙ Ｌ． Ｅ． Ｆａｒｈｉ ａｎｄ Ｈ． Ｒａｈｎ （Ａｎｅｓｔｈｅｓｉｏｌｏｇｙ， ２１： ６， Ｎｏｖ． −Ｄｅｃ． １９６０， ｐｐ． ６０４−６１４）に記載されている。この文献は、引用により本明明細書の開示に組み込まれる。モデル化された体の１つ以上の部位は、心臓、肺、脳、血液、筋肉、脂肪、腎臓及び／又は他の部位の１つ以上を含んでもよい。これらの体の部位の各々は、マニュアル的に入力された体重及び解剖学的な基準に基づいて選択することができる。例えば、患者１０６の体重、身長、及び／又は他の身体的パラメータが、システム１００にユーザインタフェース１１０を介して入力される。体の各部位が二酸化炭素を生成及び蓄積する比率は、様々な生理学的研究において、公開されている。幾つかの実施例に従って、二酸化炭素蓄積モデリングモジュール１１８は、患者から排せつされる総二酸化炭素の率に関連する事前に受信した情報を利用するよう更に構成されており、モデリングされた体の１つ以上の部位に関連する１つ以上のモデルパラメータをチューニングする。これについては、更に後述する。

二酸化炭素蓄積モデリングモジュール１１８によりインプリメントされるモデルは、モデル設定に依存して、所定の期間（例えば１５ないし５０分）全身の代謝二酸化炭素生成及び心拍出量が固定されていると仮定してもよい。この期間に、例えば電子的ストレージ１１２によって、呼吸データが蓄積され、このモデルは、呼吸毎の肺胞換気量（ｂｒｅａｔｈ−ｂｙ−ｂｒｅａｔｈ ａｌｖｅｏｌａｒ ｍｉｎｕｔｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）データを処理する。これは、センサ１０８から提供され、順次、呼吸の各々に対する二酸化炭素の排せつを予測する。患者１０６のモデルのパラメータを調整するために、このモデルの１つ以上のパラメータに対する、呼吸の各々の二酸化炭素排せつの複数の予測に対して、複数の値が用いられる。例えば、テスト期間における観察されるデータにモデルが最も適合するような１つの値を見つけるために、代謝二酸化炭素の生成の複数の値がこのモデルによってテストされる。本明細書の開示を逸脱しない範囲で、より計算量の小さいサーチアルゴリズムが用いられてもよい。なお、本発明の例示的な実施例においては、観察された二酸化炭素排せつの測定を最もよく説明できる、代謝二酸化炭素生成の値を見つけるために、全ての可能性のある値に対するグローバルサーチを利用している。二酸化炭素蓄積モデリングモジュール１１８によりインプリメントされたモデルは、実施例に従って、勾配降下（ｇｒａｄｉｅｎｔ ｄｅｓｃｅｎｔ）、ニュートン法、Ｒ_ｐｒｏｐおよび／または他のアルゴリズムの１つ以上に関連するアルゴリズムが用いられてもよい。

ある実施例においては、二酸化炭素蓄積モデリングモジュール１１８によりインプリメントされたモデルは、代謝二酸化炭素生成の詳細な値の選択に対して非常に敏感（ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ）である。したがって、選択された二酸化炭素生成率と実際の値との間にわずかな差異があっても、モデルは、二酸化炭素蓄積を積算し、或いは、消失させてしまう。これらの誤差は、累積的であるため、わずかな誤差が、モデルと、実際の代謝二酸化炭素生成との大きな誤差となる。この誤差は、多くの分析された呼吸数に対応するものとなる。

具体的なオペレーションにおいて、システム１００のユーザは、患者に対して、患者インタフェース１０４を装着し、これによって、センサ１０８は、患者が吸い込み或いは吐き出す呼吸ガスに触れて計測する。患者の体重及び予測される心拍出量については、例えばユーザインタフェース１１０を介してユーザが入力してもよい。センサ１０８は、呼吸毎の通気（ｂｒｅａｔｈ−ｂｙ−ｂｒｅａｔｈ ｍｉｎｕｔｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）、死こう（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ：呼吸器の中で血液がガス代謝をしない部分）通気、及び二酸化炭素排せつデータを、電子的ストレージ１１２に蓄積し処理するために十分なデータが集まるまで、収集する。ある実施例において、十分なデータが収集された後、モデルは、代謝二酸化炭素生成の値及び／又は他のパラメータが選択されるよう、過去の１５ないし６０分のデータが分析のために利用される。これらのパラメータは、モデルの入力として利用された場合に、モデルによるものと、分析の間における実際の二酸化炭素排せつとの間の差が最小となるものである。センサ１０８により、新たなデータが収集されると、このプロセスが繰り返され、代謝二酸化炭素生成の値及び／又はモデルの他のパラメータが取得され、処理が継続される。

例示的実施例に従って、終末呼気（ｅｎｄ−ｔｉｄａｌ）の二酸化炭素ではなく、測定された二酸化炭素排せつに二酸化炭素蓄積モデリングモジュール１１８によりインプリメントされたモデルが調整される。終末呼気の二酸化炭素は、呼吸の呼気のフェーズの間において、二酸化炭素の最大濃度が含まれている。１回の呼吸量（ｔｉｄａｌ ｖｏｌｕｍｅ）が、解剖学的、及び機器の死こう（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）を一掃するのに十分である場合であって、かつ肺に、不適切に灌流（ｐｅｒｆｕｓｅ）される部位がない場合、終末呼気の二酸化炭素は、肺胞の、或いは、毛細血管の終端（ｅｎｄ−ｃａｐｉｌｌａｒｙ）の二酸化炭素の測定値（ｍｅａｓｕｒｅ）である。不適切な呼吸量、及び肺胞の死こう（ａｌｖｅｏｌａｒ ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）に加え、肺内の分路（ｉｎｔｒａｐｕｌｍｏｎａｒｙ ｓｈｕｎｔｓ）は、動脈と終末呼気との二酸化炭素の分圧の関係を更に乱すこととなる。

センサ１０８によって口で、又はその近くで測定される二酸化炭素の排せつは、あらゆる呼吸の対する体から離れる二酸化炭素の量の全てに対応する。呼吸／灌流ミスマッチ、又は、不十分な呼吸量の存在が、二酸化炭素排せつ測定の精度に影響を与えてはならない。したがって、二酸化炭素蓄積モデリングモジュール１１８によってインプリメントされたモデルの調整は、肺における病変（ｌｕｎｇ ｐａｔｈｏｌｏｇｉｅｓ）があったとしても、終末呼気二酸化炭素測定にモデルを調整するよりも、より信頼性があることとなる。

要素測定モジュール１２０は、患者により排せつされる総二酸化炭素の様々な要素を測定するために構成される。要素測定モジュール１２０による測定は、リアルタイム又はリアルタイムに近い状態で実行される。例示的な実施例において、要素測定モジュール１２０は、第１のカプノメトリック要素又は第２のカプノメトリック要素のうちの１つ以上を測定するために、モデル化された更に体の部位の１つ以上を利用する。上述のように、要素測定モジュール１２０によって測定された要素の１つの例としては、代謝二酸化炭素生成率を示すカプノメトリック要素が含まれてもよい。要素測定モジュール１２０の測定要素の他の例としては、二酸化炭素を蓄積する患者の体の部位から、又はその部位への二酸化炭素の移動の率を示すカプノメトリック要素が含まれてもよい。二酸化炭素蓄積モデリングモジュール１１８によってインプリメントされたモデルに基づいて、第１の要素、及び／又は第２の要素を特定する単純な計算が利用できる。なぜなら、患者により排せつされる総二酸化炭素率は、代謝二酸化炭素生成、及び二酸化炭素を蓄積する患者の体の部位から、又はその部位への二酸化炭素の移動の率の和と等しいからである。

カプノメトリック表示モジュール１２２は、第１のカプノメトリック要素、第２のカプノメトリック要素、第１のカプノメトリック要素及び／又は第２のカプノメトリック要素に関連するか或いは導出される値、及び／又は二酸化炭素排せつに関連するその他の情報を、ユーザに示すために提供されてもよい。このような情報は、ユーザインタフェース１１０又はユーザに情報を伝達するための他のメカニズムを介して提示され得る。例示的実施例において、排せつされた二酸化炭素のパラメータは、２つの分離された要素として表示される。第１のものとしては、代謝二酸化炭素生成であり、これは全体のエネルギー消費、及び代謝活動の指標として利用されてもよい。次に表示されるものとしては、蓄積部位から、又はその部位への二酸化炭素の移動の率の要素が挙げられる。蓄積部位への二酸化炭素の正の流れは、動脈二酸化炭素の増加及び通気不全（ｕｎｄｅｒ−ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）の可能性を示す。逆に、蓄積部位への二酸化炭素の負の流れは、動脈二酸化炭素の減少及び過呼吸（ｏｖｅｒ− ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）の可能性を示す。代謝二酸化炭素生成の積算、及び体の蓄積部位における二酸化炭素の蓄積（又は減少）が表示されてもよい。二酸化炭素排せつに関連する情報が、様々な方法でユーザに提示されてもよい。例えば、時間に沿ったグラフ、呼気の体積に対するグラフ、数値による表示、及び／又は他の表示方式によるデータの表示が挙げられる。

二酸化炭素の生成は、かなり安定的な値であり、呼吸の変化率又は１回の呼吸量の急激な変化には、応答しない。二酸化炭素蓄積移動率は、通気の変化に即座にかつ過渡的に応答する。例えば、肺胞換気量の増加は、二酸化炭素蓄積移動の敏感な増加を招き、これは、その後のある程度の分又は時間の間に徐々に減少する。これに対して、代謝二酸化炭素生成は、同じ通気変化があっても変化せずに止まる。二酸化炭素蓄積移動の要素の大きさ及び継続時間は、時間的にプロットしてみると、通気変化による動脈二酸化炭素の変化の大きさの指標となる。二酸化炭素蓄積移動パラメータがゼロ又はゼロに近い場合、動脈二酸化炭素が安定しているということは重要な点である。二酸化炭素蓄積移動の値がゼロ又はゼロに近いことは、動脈二酸化炭素が変化しないことを示すことになる。

図２は、例示的実施例に従って、他の情報以外に、患者１０６から排せつされる総二酸化炭素の値をディスプレイ２０２に表示している図である。図示するように、ディスプレイ２０２は、総二酸化炭素排せつ率２０４、代謝二酸化炭素生成率２０６，二酸化炭素蓄積部位から、又はその部位への二酸化炭素の移動の率２０８を表示している。ディスプレイ２０２に表示される情報は、様々な形態が考えられ得る。例えば、グラフ、数値、又はその他のデータ表示方法によって表示され得る。

図３は、患者によって排せつされる総二酸化炭素の要素の値を提供する例示的方法３００のフローチャートである。方法３００のオペレーションの以下の説明は、例示的なものである。ある実施例において、方法３００は、１つ以上の付加的なオペレーション（不図示）と共に達成されてもよい。加えて、図３に示される方法３００の以下に説明する順序は、限定するためのものではない。

ある実施例において、方法３００は、１つ以上の処理デバイスによってインプリメントされてもよい（例えば、デジタルプロセッサ、アナログプロセッサ、情報を処理するために設計されたデジタル回路、情報を処理するために設計されたアナログ回路、ステートマシン、及び／又は電子的に情報を処理するための他のメカニズム等）。１つ以上の処理デバイスは、電子的ストレージ媒体上に電子的に格納された命令に応答して、方法３００のオペレーションの一部又は全部を実行する１つ以上のデバイスを含んでもよい。１つ以上の処理デバイスは、方法３００の１つ以上のオペレーションのために設計された、ハードウエア、ファームウエア、及び／又は、専用に設計されたソフトウエアの実行を通じて構成された１つ以上のデバイスを含んでもよい。

オペレーション３０２において、患者（例えば患者１０６）によって排せつされる総二酸化炭素率に関連する情報を伝達する１つ以上の信号が受信される。ある実施例において、受信された１つ以上の信号は、リアルタイム又はリアルタイムに近い形で患者が排せつする総二酸化炭素に関連する情報を伝達してもよい。この１つ以上の信号は、センサ１０８から、データ取得モジュール１１６によって受信される。

オペレーション３０４において、患者の体の１つ以上の部位のモデルがインプリメントされる。モデルは、患者の体の１つ以上の部位の、二酸化炭素の生成、二酸化炭素分配、二酸化炭素排せつ、のうちの１つ以上を測定する。体のモデル化された１つ以上の部位は、心臓、肺、脳、血液、筋肉、脂肪、腎臓、及び／又は他の部位の１つ以上を含む。体のモデル化された１つ以上の部位は、個別にモデル化されてもよく、他の部位とのコンビネーションでモデル化されてもよい。例示的実施例において、モデルは、１つ以上のモデル化された体に関連する１つ以上のモデルのパラメータを調整するために、以前に受信した患者からの総二酸化炭素排せつ率に関する情報を利用してもよい。オペレーション３０４は、特定の実施例に従って、二酸化炭素蓄積モデリングモジュール１１８によって実行されてもよい。

オペレーション３０６において、代謝二酸化炭素生成率を示す第１のカプノメトリック要素が測定される。オペレーション３０６の測定は、オペレーション３０２で受信した信号の１つ以上の信号の少なくとも一部に基づいてもよい。オペレーション３０６の測定は、オペレーション３０４におけるインプリメントされたモデルの少なくとも一部に基づいてもよい。第１のカプノメトリック要素は、リアルタイム又はリアルタイムに近い状態で測定されてもよい。例示的実施例において、３０６を遂行するために、要素測定モジュール１２０が実行されてもよい。

オペレーション３０８において、二酸化炭素を蓄積する患者の体の部位から、又はその部位への二酸化炭素の移動の率を示す、第２のカプノメトリック要素が測定される。３０８のオペレーションの測定は、オペレーション３０２における１つ以上の受信した信号の少なくとも一部に基づいてもよい。３０８のオペレーションの測定は、オペレーション３０４におけるインプリメントされたモデルの少なくとも一部に基づいてもよい。第２のカプノメトリック要素は、リアルタイム又はリアルタイムに近い状態で測定されてもよい。例示的実施例において、３０８を遂行するために、要素測定モジュール１２０が実行されてもよい。

オペレーション３１０において、第１のカプノメトリック要素（オペレーション３０６によって測定される）、及び／又は、第２のカプノメトリック要素（オペレーション３０８によって測定される）は、ユーザに提示される。例示的実施例に従って、カプノメトリ表示モジュール１２２は、オペレーション３１０を遂行するために実行されてもよい。

本発明の実施例は、様々な応用にインプリメントされてもよい。例えば、非制限的に、非侵襲的陽圧換気療法（ｎｏｎ−ｉｎｖａｓｉｖｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ （ＮＰＰＶ））及び／又は、人工呼吸器の設定の決定に利用されてもよい。非侵襲的陽圧換気療法における二酸化炭素モニタリングは、複数の理由で効果的である。第１に、終末呼気の二酸化炭素の正確な測定を得ることは難しい。なぜなら、呼気の間の人工呼吸器からのガスフローは、肺胞ガスサンプルを汚染するからである。更に、純粋な肺胞ガス（終末呼気）サンプルが分析されても、人工呼吸の灌流のミスマッチが存在するかその可能性がある場合、観察された呼気の二酸化炭素と、実際の動脈二酸化炭素との関係が曖昧である。もし、正しい二酸化炭素排せつの測定が可能である場合、非侵襲的陽圧換気療法が動脈の二酸化炭素を減少させる率を直接検討するために、蓄積組織への又はその組織からの二酸化炭素の移動のモニタリングが利用できる。或いは、非侵襲的陽圧換気療法が蓄積された二酸化炭素を取り除くのに失敗し、動脈の二酸化炭素が上昇した場合にも、同様である。センサ１０８によって、全ての排せつされた二酸化炭素が測定されれば、動脈の二酸化炭素の変化の方向及び率が、継続的に非観血的にモニタリングでき、動脈の血液のガス分析を必要としない。

上述のように、本発明の他の応用として、人工呼吸器の設定の決定が含まれる。これは、代謝により生成される二酸化炭素を様々な計算式の入力として検査することによって達成される。この計算式は、機械呼吸に置かれた患者の呼吸数を選択するときに必要である。この計算は、１回の呼吸が小さい（ｓｍａｌｌｅｒ ｔｉｄａｌ ｖｏｌｕｍｅｓ）ことを示す人工呼吸プロトコル（ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ）に置かれた患者のケアーを向上させる。したがって、システムによって推奨される呼吸数は、通気灌流が等しくない場合（ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ−ｐｅｒｆｕｓｉｏｎ ｉｎｅｑｕａｌｉｔｙ）において、適切な肺胞呼吸（ａｌｖｅｏｌａｒ ｍｉｎｕｔｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）を達成することが必要である。これは、好ましい動脈の二酸化炭素となる。この計算は、患者が生成する二酸化炭素の量（代謝二酸化炭素生成）、及び各呼吸において排せつされた二酸化炭素を考慮している。これによって、動脈における望ましい二酸化炭素の分圧を達成すべき必要な呼吸数が計算される。この計算の入力（例えば、１回の呼吸量、気管のデッドボリューム、ＶＤ／ＶＴ比、及び／又は代謝により生成される二酸化炭素）は、センサ１０８を利用することによって、モニタされたパラメータとして利用できる。

現在最も現実的であり、好ましい実施例に基づいて、例示の目的で本発明を説明した。これらの詳細は、このような目的のためのものであり、したがって、本発明は、開示された実施例に限定されるものではない。しかしながら、修正及び均等物は、添付の請求項の本発明の範囲に含まれる。例えば、本発明における１つ以上の実施例の特徴は、１つ以上のその他の実施例の特徴と組み合わせることができる。

Claims (15)

1. 患者によって排せつされた総二酸化炭素の要素の値を提供する方法であって：
   前記患者によって排せつされた総二酸化炭素に関連する情報を伝達する１つ以上の信号を受信するステップと；
   （ｉ）前記受信された１つ以上の信号、及び（ｉｉ）前記患者の二酸化炭素蓄積モデルの少なくとも一部分に基づいて、各呼吸に対して前記患者から離れる二酸化炭素の全体量に対応する全身の代謝二酸化炭素生成率を示す第１のカプノメトリック要素を測定するステップと；
   （ｉ）前記受信された１つ以上の信号、及び（ｉｉ）前記患者の二酸化炭素蓄積モデルの少なくとも一部分に基づいて、前記第１のカプノメトリック要素とは分離された、第２のカプノメトリック要素を測定するステップであって、前記第２のカプノメトリック要素は、二酸化炭素を蓄積する前記患者の体の部位に対応する蓄積組織から、又はその部位への二酸化炭素の移動の率を示し、前記二酸化炭素蓄積モデルは、前記患者の体の１つ以上の部位のモデルをインプリメントし、更に前記モデルは、テスト期間中の終末呼気の二酸化炭素ではなく測定された二酸化炭素の排せつに適合するように、テスト期間中に調整される、第２のカプノメトリック要素を測定するステップと；
   前記第１のカプノメトリック要素、又は前記第２のカプノメトリック要素の１つ以上を、ユーザに提示するステップと；
   を有する方法。
2. １つ以上の第１のカプノメトリック要素を測定するステップ、又は１つ以上の第２のカプノメトリック要素を測定するステップは、前記患者の体の１つ以上の部位のモデルをインプリメントするステップを更に含み、前記モデルは、二酸化炭素生成、二酸化炭素分配、呼気の二酸化炭素の濃度、又は終末呼気の二酸化炭素のうち１つ以上を測定する、請求項１記載の方法。
3. モデル化された体の１つ以上の部位は、心臓、肺、脳、血液、筋肉、脂肪、又は腎臓のうち１つ以上を含む、請求項２記載の方法。
4. 前記モデルは、モデル化された体の１つ以上の部位に関連する１つ以上のモデルパラメータを調整するために、前記患者から排せつされた総二酸化炭素の率に関連した以前に受信した情報を利用する、請求項２記載の方法。
5. 前記受信された１つ以上の信号は、リアルタイム又はリアルタイムに近い形で、前記患者によって排せつされた前記総二酸化炭素の率に関連する情報を伝達する、請求項１記載の方法。
6. 患者によって排せつされた総二酸化炭素の要素の値を提供するシステムであって：
   コンピュータプログラムモジュールを実行するよう構成された１つ以上のプロセッサを有し、前記コンピュータプログラムモジュールは：
   前記患者によって排せつされた総二酸化炭素の率に関連する情報を伝達する１つ以上の信号を受信するよう構成されたデータ取得モジュールと；
   （ｉ）前記受信された１つ以上の信号、及び（ｉｉ）前記患者の二酸化炭素蓄積モデルの少なくとも一部に基づいて、各呼吸に対して前記患者から離れる二酸化炭素の量の全てに対応する全身の代謝二酸化炭素生成率を示す第１のカプノメトリック要素、及び、前記第１のカプノメトリック要素とは分離された、第２のカプノメトリック要素を測定するよう構成された要素測定モジュールであって、前記第２のカプノメトリック要素は、二酸化炭素を蓄積する前記患者の体の部位に対応する蓄積組織から、又はその蓄積組織への二酸化炭素の移動の率を示し、前記二酸化炭素蓄積モデルは、前記患者の体の１つ以上の部位のモデルをインプリメントし、更に前記モデルは、テスト期間中の終末呼気の二酸化炭素ではなく測定された二酸化炭素の排せつに適合するように、テスト期間中に調整される、要素測定モジュールと；
   ユーザに提供するために、前記第１のカプノメトリック要素又は前記第２のカプノメトリック要素のうち１つ以上を提供するよう構成されたカプノメトリ表示モジュールと；
   含むシステム。
7. 前記コンピュータプログラムモジュールは、前記二酸化炭素蓄積モデルをインプリメントするよう構成され、更に二酸化炭素生成、二酸化炭素分配、呼気の二酸化炭素の濃度、又は終末呼気の二酸化炭素のうち１つ以上を測定するために、前記患者の体の１つ以上の部位をモデル化するよう構成された二酸化炭素蓄積モデリングモジュール、を更に含み、前記モデル化された体の１つ以上の部位は、心臓、肺、脳、血液、筋肉、脂肪、又は腎臓のうち１つ以上を含む、請求項６記載のシステム。
8. 前記二酸化炭素蓄積モデリングモジュールは、前記モデル化された体の１つ以上の部位に関連する１つ以上のモデルパラメータを調整するために、前記患者から排せつされた総二酸化炭素の率に関連した以前に受信した情報を利用するよう更に構成された、請求項７記載のシステム。
9. 前記要素測定モジュールは、前記第２のカプノメトリック要素又は前記第２のカプノメトリック要素の１つ以上を測定するために、モデル化された体の１つ以上の部位を利用するよう更に構成された、請求項７記載のシステム。
10. 前記受信された１つ以上の信号は、前記患者が排せつした総二酸化炭素の率に関連する情報を、リアルタイム又はリアルタイムに近い状態で伝達する、請求項６記載のシステム。
11. 患者によって排せつされた総二酸化炭素の要素の値を提供するためのシステムであって：
    前記患者によって排せつされた総二酸化炭素の率に関連する情報を伝達する１つ以上の信号を受信するためのデータ取得手段と；
    （ｉ）前記受信された１つ以上の信号、及び（ｉｉ）前記患者の二酸化炭素蓄積モデルの少なくとも一部に基づいて、各呼吸に対して前記患者から離れる二酸化炭素の量の全てに対応する全身の代謝二酸化炭素生成率を示す第１のカプノメトリック要素、及び、前記第１のカプノメトリック要素とは分離された、第２のカプノメトリック要素を測定するための、要素測定手段であって、前記第２のカプノメトリック要素は、二酸化炭素を蓄積する前記患者の体の部位に対応する蓄積組織から、又はその蓄積組織への二酸化炭素の移動の率を示し、前記二酸化炭素蓄積モデルは、前記患者の体の１つ以上の部位のモデルをインプリメントし、更に前記モデルは、テスト期間中の終末呼気の二酸化炭素ではなく測定された二酸化炭素の排せつに適合するように、テスト期間中に調整される、要素測定手段と；
    前記第１のカプノメトリック要素又は前記第２のカプノメトリック要素のうち１つ以上を提供するための表示手段と；
    を有するシステム。
12. 第１のカプノメトリック要素、又は第２のカプノメトリック要素を測定することは、前記患者の体の１つ以上の部位のモデルをインプリメントすることを更に含み、前記モデルは、二酸化炭素生成、又は二酸化炭素分配、のうち１つ以上を測定する、請求項１１記載のシステム。
13. モデル化された体の１つ以上の部位は、心臓、肺、脳、血液、筋肉、脂肪、又は腎臓のうち１つ以上を含む、請求項１２記載のシステム。
14. 前記モデルは、モデル化された体の１つ以上の部位に関連する１つ以上のモデルパラメータを調整するために、前記患者から排せつされた総二酸化炭素の率に関連した以前に受信した情報を利用する、請求項１２記載のシステム。
15. 前記受信された１つ以上の信号は、リアルタイム又はリアルタイムに近い形で、前記患者によって排せつされた前記総二酸化炭素の率に関連する情報を伝達する、請求項１１記載のシステム。

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