JP6487425B2 - 胸内圧の非侵襲的推定及び/又は胸内圧の非侵襲的推定に基づく呼吸仕事量の計算 - Google Patents
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Description
呼吸仕事量(WOB)決定部210は、入力として、推定された胸内圧及び決定された肺気量を受信して、WOB値を決定する。例えば、呼吸仕事量(WOB)決定部210は、WOBアルゴリズム212に基づきWOB値を決定する。これは、例えば、キャンベルダイヤグラムを生成し、各呼吸又は呼吸のサブセットを含む1つ又は複数の呼吸で、非侵襲的に決定された入力情報から、WOBを計算することを含む。
に示されるように表されることができる。ここで、tは、時間を表し、
は肺への気流を表し、Vは、肺気量を表し、FRCは、機能的な残余の容量を表し、P0は、FRCにおいて、抵抗及び弾性的圧力項がゼロであるとき、気道開圧力Paoが、胸内圧Pplに等しくないという事実を説明する定数項を表す。RL及びCLは、肺の機械的な特性が時間において一定でなく、呼吸にわたり変化することを示すための時間の関数として表される。
が生み出される。ここで、
は、推定されるパラメータベクトルであり、x(t)は入力ベクトルであり、y(t)は、出力である。式3において、出力y(t)は、測定された気道圧力信号Paoである。一方、入力、測定されたフロー信号
、FRCを超えるボリュームV及び1に等しい定数項から作られる3×1ベクトルである。FRCを超えるボリュームは、フロー信号の積分により得られることができる。
測定を用いて、3つの異なる時間変化するパラメータ、RL、CL及び
を含むパラメータベクトルが、修正されたRLSアルゴリズムを用いてリアルタイムにおいて、効果的に推定されることができる。適切なRLSアルゴリズムの例示的なは、Vahidiによる「Recursive least squares with forgetting for online estimation of vehicle mass and road grade: Theory and experiments」、Vehicle System Dynamics、vol. 43、no. 1、pp. 31-55、2005に記載される。他のアルゴリズム、RLS及び/又は非RLS(例えば、カルマンフィルタ、最適化方法等)も、本書において想定される。
の値は、各時間ステップでの胸内圧の推定に定数P0の値により与えられるオフセット項を加えたものを表し、これは、式4
に示される。胸内圧の絶対値が、式3における抵抗及び弾性的圧力項がゼロである、呼気(t=tEE)の終わりに推定される場合、式5に示される関係が当てはまり、
となる。こうして、P0は、式6
に示されるように表されることができる。最終的に、式6を式4に接続することにより、式7
が生み出される。
が推定されると、最後の呼気の終わりでのその値(それは、現在の吸気サイクルの初めでの値に等しい)に対する胸内圧の相対的な変化の推定が、式7で項Pao(t=tEE)を
から減算することによりリアルタイムに得られることが可能である。この項は、各呼気サイクルの終わりにPao信号をサンプリングするだけで、呼吸につき一度リアルタイムに得られることもできる。
に示される。アルゴリズムは、その絶対値ではなく現在の吸気サイクルの初めでそのベースライン値に対する胸内圧(
)の相対的な変化の推定を提供する。キャンベルダイヤグラムを構築することにおいて、胸内圧の値は、WOBの計算に影響を及ぼすことなしにそのベースライン値(即ち、現在の吸気サイクルの初めでのその値)として参照されることができる。
Claims (28)
- 被験者の非侵襲的に測定された気道圧を示す第1の生理的パラメータを得るステップと、
前記被験者の肺への非侵襲的に測定された気流を示す第2の生理的パラメータを得るステップと、
前記第1及び第2の生理的パラメータに基づき前記被験者の胸内圧を示す第3の生理的パラメータを推定して、これを示す信号を生成するステップとを有する、方法。 - 前記被験者の肺への気流を示す前記第2の生理的パラメータに基づき、前記被験者の肺気量を決定するステップと、
前記第1及び第2の生理的パラメータ並びに前記決定された肺気量に基づき、前記被験者の胸内圧を示す前記第3の生理的パラメータを推定するステップと更に有する、請求項1に記載の方法。 - 前記被験者の肺への気流を示す前記第2の生理的パラメータを積分することにより、前記肺気量を決定するステップを更に有する、請求項2に記載の方法。
- 肺力学モデルに基づき前記第3の生理的パラメータを推定するステップを更に有し、前記モデルが、前記非侵襲的に測定された気道圧、前記肺への前記非侵襲的に測定された気流、前記肺気量、肺抵抗、肺コンプライアンス及び所定の定数の関数である、請求項3に記載の方法。
- 前記非侵襲的に測定された気道圧、前記肺への気流、前記決定された肺気量及び前記所定の定数に対して前記肺力学モデルをフィットさせることにより、前記第3の生理的パラメータを推定するステップを更に有する、請求項4に記載の方法。
- 前記非侵襲的に測定された気道圧、前記肺への前記気流、前記決定された肺気量及び前記所定の定数に対して前記肺力学モデルをフィットさせることにより、前記肺抵抗及び前記肺コンプライアンスを推定するステップを更に有する、請求項5に記載の方法。
- 前記推定された胸内圧、前記肺への前記測定された気流、前記決定された肺気量、前記推定された肺抵抗、前記推定された肺コンプライアンス及び前記所定の定数を用いて、前記肺力学モデルに基づき気道圧を推定するステップと、
前記推定された気道圧及び前記測定された気道圧の間の差を決定するステップと、
前記推定された気道圧及び前記測定された気道圧の間の差を最小化することにより、前記第3の生理的パラメータを推定するステップとを有する、請求項6に記載の方法。 - 前記被験者の気道圧を非侵襲的に連続して測定するステップと、
前記被験者の肺への気流を非侵襲的に連続して測定するステップと、
前記非侵襲的に連続して測定された気道圧と非侵襲的に連続して測定された前記肺への気流とに基づき、前記第3の生理的パラメータを非侵襲的に連続して推定するステップとを更に有する、請求項7に記載の方法。 - 前記推定された胸内圧及び前記決定された肺気量に基づき、キャンベルダイヤグラムを生成するステップと、
胸壁コンプライアンスラインを生成するステップと、
前記キャンベルダイヤグラムの圧容積ループ及び前記胸壁コンプライアンスラインにおける領域を決定するステップと、
前記領域に基づき、呼吸仕事量を決定するステップとを有する、請求項8に記載の方法。 - 被験者の非侵襲的に推定された胸内圧を示す第1の生理的パラメータを得るステップと、
前記被験者の肺への非侵襲的に測定された気流を示す第3の生理的パラメータに基づき、前記被験者の肺気量を示す第2の生理的パラメータを決定するステップと、
前記第1及び第2の生理的パラメータに基づき、呼吸仕事量を決定し、これを示す信号を生成するステップとを有する、方法。 - 前記第1及び第2の生理的パラメータに基づき、キャンベルダイヤグラムを生成するステップと、
前記キャンベルダイヤグラムに基づき、前記呼吸仕事量を決定するステップとを更に有する、請求項10に記載の方法。 - 胸壁コンプライアンスラインを生成するステップと、
前記キャンベルダイヤグラムの圧容積ループ及び前記胸壁コンプライアンスラインにおける領域を決定するステップと、
前記領域に基づき、前記呼吸仕事量を決定するステップとを更に有する、請求項11に記載の方法。 - 各呼吸に関して前記呼吸仕事量を決定するステップを更に有する、請求項10乃至12のいずれかに記載の方法。
- 前記被験者の非侵襲的に測定された気道圧を得るステップと、
前記被験者の前記非侵襲的に測定された気道圧及び前記肺気量を示す前記第2の生理的パラメータに基づき、前記被験者の胸内圧を推定するステップとを更に有する、請求項10乃至13のいずれかに記載の方法。 - 前記肺への気流を積分することにより前記肺気量を決定するステップを更に有する、請求項14に記載の方法。
- 肺力学モデルに基づき前記胸内圧を推定するステップを更に有し、前記モデルが、前記非侵襲的に測定された気道圧、前記肺への気流、前記決定された肺気量、肺抵抗、肺コンプライアンス及び所定の定数の関数である、請求項14又は15に記載の方法。
- 前記非侵襲的に測定された気道圧、前記肺への前記気流、前記決定された肺気量及び前記所定の定数に対して前記肺力学モデルをフィットさせることにより、前記胸内圧を推定するステップを更に有する、請求項16に記載の方法。
- 前記非侵襲的に測定された気道圧、前記肺への前記気流、前記決定された肺気量及び前記所定の定数に対して前記肺力学モデルをフィットさせることにより、前記肺抵抗及び前記肺コンプライアンスを推定するステップを更に有する、請求項17に記載の方法。
- 前記推定された胸内圧、前記肺への前記測定された気流、前記決定された肺気量、前記推定された肺抵抗、前記推定された肺コンプライアンス及び前記所定の定数を用いて、前記肺力学モデルに基づき気道圧を推定するステップと、
前記推定された気道圧及び前記測定された気道圧の間の差を決定するステップと、
前記推定された気道圧及び前記測定された気道圧の間の差を最小化することにより、前記胸内圧を推定するステップとを更に有する、請求項18に記載の方法。 - 生理的パラメータ決定装置であって、
非侵襲的に測定された気道圧及び肺への非侵襲的に測定された気流に対して前記肺の力学モデルをフィットさせ、前記非侵襲的に測定された気道圧及び予測された気道圧の間の残差平方和を最小化することにより、被験者の前記非侵襲的に測定された気道圧及び前記被験者の肺への前記非侵襲的に測定された気流に基づき、前記被験者の胸内圧を推定するパラメータ推定器と、
前記推定された胸内圧及び前記肺への前記気流から決定される肺気量に基づき、キャンベルダイヤグラムを決定し、前記キャンベルダイヤグラムの圧容積ループ及び胸壁コンプライアンスラインにおける領域に基づき、前記被験者に関する呼吸仕事量を決定するメトリック決定部とを有する、生理的パラメータ決定装置。 - コンピュータに、
被験者の非侵襲的に測定された気道圧を示す第1の生理的パラメータを受信するステップと、
前記被験者の肺への非侵襲的に測定された気流を示す第2の生理的パラメータを受信するステップと、
前記第1及び第2の生理的パラメータに基づき前記被験者の胸内圧を示す第3の生理的パラメータを推定して、これを示す信号を生成するステップとを実行させるための、コンピュータプログラム。 - 前記被験者の肺への気流を示す前記第2の生理的パラメータに基づき、前記被験者の肺気量を決定するステップと、
前記第1及び第2の生理的パラメータ並びに前記決定された肺気量に基づき、前記被験者の胸内圧を示す前記第3の生理的パラメータを推定するステップと更に有する、請求項21に記載のコンピュータプログラム。 - 前記被験者の肺への気流を示す前記第2の生理的パラメータを積分することにより、前記肺気量を決定するステップを更に有する、請求項22に記載のコンピュータプログラム。
- 肺力学モデルに基づき前記第3の生理的パラメータを推定するステップを更に有し、前記モデルが、前記非侵襲的に測定された気道圧、前記肺への前記非侵襲的に測定された気流、前記肺気量、肺抵抗、肺コンプライアンス及び所定の定数の関数である、請求項23に記載のコンピュータプログラム。
- 前記非侵襲的に測定された気道圧、前記肺への気流、前記決定された肺気量及び前記所定の定数に対して前記肺力学モデルをフィットさせることにより、前記第3の生理的パラメータを推定するステップを更に有する、請求項24に記載のコンピュータプログラム。
- 前記非侵襲的に測定された気道圧、前記肺への前記気流、前記決定された肺気量及び前記所定の定数に対して前記肺力学モデルをフィットさせることにより、前記肺抵抗及び前記肺コンプライアンスを推定するステップを更に有する、請求項25に記載のコンピュータプログラム。
- 前記推定された胸内圧、前記肺への前記測定された気流、前記決定された肺気量、前記推定された肺抵抗、前記推定された肺コンプライアンス及び前記所定の定数を用いて、前記肺力学モデルに基づき気道圧を推定するステップと、
前記推定された気道圧及び前記測定された気道圧の間の差を決定するステップと、
前記推定された気道圧及び前記測定された気道圧の間の差を最小化することにより、前記第3の生理的パラメータを推定するステップとを有する、請求項26に記載のコンピュータプログラム。 - 前記推定された胸内圧及び前記決定された肺気量に基づき、キャンベルダイヤグラムを生成するステップと、
胸壁コンプライアンスラインを生成するステップと、
前記キャンベルダイヤグラムの圧容積ループ及び前記胸壁コンプライアンスラインにおける領域を決定するステップと、
前記領域に基づき、呼吸仕事量を決定するステップとを更に有する、請求項21に記載のコンピュータプログラム。
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