JP7291409B2 - 経皮的電気横隔神経刺激システム - Google Patents

Description

本出願は、２０１７年７月６日に出願された、“ＰＥＰＮＳ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ”と題する、米国仮特許出願第６２／５２９，９４５に基づく優先権を主張する実用であり、その全体が本明細書に参照として組み込まれる。

本開示の実施の形態は、人工呼吸器誘発横隔膜機能不全の影響を軽減するために、人工換気を使用する患者の横隔神経に非侵襲的及び皮下的な電気刺激を供給するための医療装置、システム、及び方法を対象とする。当該実施の形態は、全体として、経皮的電気横隔神経刺激（ＰＥＰＮＳ）システムと称される。実施の形態は、横隔神経を制御する、活性化する、あるいは横隔神経と相互作用する装置を含み、それにより、患者が人工換気を使用している時に、いつ横隔膜を刺激するのが最適かを判断する。システムは、人工呼吸器から供給される呼吸を様々な種類に差別化し、人工呼吸器から供給される呼吸の種類及び供給源に基づいてその挙動を変更し、人工呼吸器と患者との間の特定の識別された相互作用に警告を提供する。

人工換気（ＭＶ）は、適切な肺胞換気の維持に補助を必要とする患者が、気体交換を維持するために臨床的に使用する。ＭＶを必要とする一般的な兆候としては、呼吸不全、心不全、外科手術等がある。呼吸不全に苦しむ患者にとってＭＶは命を救う処置であり得るが、長期にわたるＭＶは、人工呼吸器誘発横隔膜機能不全（ＶＩＤＤ）と称される、横隔膜萎縮や収縮不全を助長しかねない。人工呼吸器を長期間使用することは、ＶＩＤＤをもたらす可能性があり、それにより、患者の医療費は増大し、患者の罹患率及び死亡率を大きく増加させる。１８～２４時間のＭＶが、実験動物と人間との両方がＶＩＤＤを起こすのに充分であることが研究によって明らかになっている。

米国では、毎年２００万人の患者が人工呼吸器を使用しており、これは、ＩＣＵを使用した人口の３６％に当たる。米国における人工呼吸器を使用する患者を管理するための推定される年間コストは、毎年２７０億ドルであり、これは、医療コスト全体の１２％に当たる。挿管されるＩＣＵ患者人口の約６０％が、抜管及び人工呼吸器からのウィーニングを予定している。不運にも、ＩＣＵで侵襲的換気治療を受けている患者の４５％近くは、人工呼吸器からのウィーニングが困難であり、人工呼吸器に何らかの依存をしている。これにより、多数の患者がウィーニング期間を延長するため、しばしば、元の医療状態に典型的に必要とされる以上に患者がＩＣＵ／ＣＣＵに滞在する必要を生じさせる。米国における年単位の延長された急性人工換気を必要とする患者の予測される数は、２０２０年までに６０万人以上に増加するとみられ、これらの患者の管理のための全体コストが６４０億ドルを超える。

動物モデルは、人工換気時に、電気刺激を使用して横隔膜の動作を維持し、横隔膜の活動をいくらかのレベルで維持することは、萎縮を防止又は低減することに十分であることを示している。現在の医療の実践では、鎮静レベルを最小限にし、可能な限り早く、患者をＳＩＭＶ（同期式間欠的強制換気）等の混在モードの換気に置く。不運にも、患者を換気の初期から自発呼吸又は補助モードに適用することは、鎮静レベル及び／又は病状によって、常に可能というわけではない。これらの患者は、ＶＩＤＤの可能性が高く、ウィーニングの期間はより長い。

患者が人工呼吸器を使用しており、吸気努力を行えない時、横隔神経のペーシングは、患者による努力の程度の制御のために、また、患者が人工呼吸器に依存しており、その筋肉を増強するためにペーシングの訓練を必要とする場合に、実用的な代替案である。脊椎損傷麻痺に苦しんでおり、さらに呼吸能力を失った患者の横隔神経のペーシングは、横隔膜を長年使用していなかったような状態でも、数カ月の訓練によって、横隔膜萎縮の効果を逆転させることが示されている。このデータ及び長期間の換気にあった入院患者のウィーニングのデータから、横隔膜筋のリハビリは、萎縮のリハビリよりも長い時間がかかることが分かっている。典型的には、換気している患者のＩＣＵ滞在期間の６０％がウィーニングのためである。換気の早い段階から横隔膜の電気刺激を始めることは、抜管までの時間を低減するために最も強い効果を有する可能性が高い。

患者が既に呼吸の補助又は自発呼吸を開始している場合に患者の横隔膜を電気刺激することは、常に望ましいわけではない。いくつかの場合では、電気刺激による干渉は、患者を不快にする又は動揺させるかもしれない。患者が人工呼吸器により呼吸制御を取り戻し始めた時、それは、通常、換気の干渉に対して患者がより警戒又は反応していることを意味する。換気と共に使用された際に、患者が自身の意志で能動的に呼吸を開始したことを認識するための、及び横隔膜ペーシングシステムが操作者にとって望ましい反応を可能にするための、横隔膜ペーシングシステムが必要とされている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［０００８］
［特許文献１］米国特許出願公開第２０１７／０１６５４８０号公報

ＰＥＰＮＳは、人工呼吸器が供給するようにプログラムされた換気のモード又は複数のモードを直接認識できない。このために、ＰＥＰＮＳシステムと人工呼吸器との通信、又は人工呼吸器を備えるＰＥＰＮＳシステムへと望ましい機能の実装を必要とするが、これは、現在市場において入手できる人工呼吸器のモデル及びブランドを考慮すると簡単ではない。人工呼吸器ブランドは、それぞれ、外部装置との通信に独自のプロトコルを使用しており、いくつかの古い人工呼吸器は、そのような通信機能を持ってすらいないことがある。人工呼吸器の複数のモードは、製造業者に特有の実装を有しており、任意の可能な通信をさらに複雑化させる。ＰＥＰＮＳシステムは、現在、人工呼吸器とは別個に実装されているが、人工呼吸器ハードウェアの一部として実装できることは明白であり、換気のモード及びリアルタイムで実行されている呼吸の種類の判別に関する問題の多くを排除する。

個別の装置として実装されることは、流れ及び圧力に関して波長形を検査することによって呼吸波長の複数の異なる種類、製造業者に特有の実装を差別化することが不可能に近く、これは、複数の呼吸の種類が、流れ及び圧力に関して同様の波長形を有する可能性があるからである。例えば、流れ及び圧力について、降下する流れ傾斜を有する従量式呼吸を、圧力上昇が制限された圧力操作呼吸と同じように見せることが可能である。

患者が人工呼吸器によって強制的に呼吸、補助されて呼吸、又は自発呼吸していることを判別するための、人工呼吸器と共に使用される外部の横隔膜ペーシングシステムの需要がある。いつ患者が電気刺激とは無関係に横隔膜を特訓しているか、臨床医の指示に基づいてその程度の努力及び動作の過程を実装するか、を識別することが目標である。

患者が人工呼吸器の補助による呼吸又は自発呼吸をできるように自身の呼吸回数を制御できたことに対する、臨床医にとって好ましいＰＥＰＮＳシステムの応答には、多数の方法又は方法の組み合わせがある。これらの優先される要素及び／又は機能は、本明細書に説明されるＰＥＰＮＳシステムの実施の形態によって提供され、
１．患者が能動的に呼吸を行った時に、電気刺激を停止又は排除する。患者が呼吸を開始した場合、いかなる電気刺激をも行わない。
２．患者が能動的に呼吸を行った時に、オペレータに知らせる。患者が呼吸を開始したことをオペレータに気付かせるためのアラームを生成する。
３．強制呼吸のみの際、強制呼吸のみによるカウントで望ましい呼吸回数の電気刺激を与える。
４．特定の呼吸又は分単位で測定された呼吸の仕事量（ＷＯＢ）が、強制呼吸のみによって、自発又は補助呼吸によって、望ましいレベルに達しない場合に、電気刺激を供給する。不運にも、患者が自身によって能動的に呼吸を行うことを止める圧力補助レベルを設定可能である。
５．補助及び自発呼吸のためのＷＯＢレベルが達成されていない場合、オペレータに知らせる。
６．いかなる呼吸の種類にも関わらず、刺激を継続する。
を含む。

以下に示される図面の複数の図を通じて、参照番号は、同一の構造を示す。

図１Ａは、人工呼吸器と共に、患者に使用されるＰＥＰＮＳシステムの実施の形態の概略図である。

図１Ｂは、ＰＥＰＮＳシステムのグラフィカルユーザインターフェースに対する最も一般的なユーザ設定入力及び測定出力の１つの図である。

図２は、電極及び接点を示すＰＥＰＮＳ線の図である。

図３は、電気刺激を伴う一回呼吸用の潜在的な吸気及び呼気トリガフロー設定を示すワイフローのグラフである。

図４は、Ｐｉ＝１４ｃｍＨ２Ｏ、Ｔｉ １．０８秒、ｆ＝１５ｂｐｍ、％立ち上がり時間＝１５％、ＰＥＥＰ ０ｃｍＨ２Ｏ、ＣＳＴＡＴ＝４４ｍｌ／ｃｍＨ２Ｏ、ＲＳＴＡＴ＝７ｃｍＨ２Ｏ／Ｌｐｓを備えるＰＢ８４０人工呼吸器により供給されるＰＣＶ（圧力制御換気）トレースのグラフである。示される呼吸は、患者によるものではなく、強制的である。

図５は、Ｖｔ＝５３０ｍｌ、最大フロー＝５０Ｌｐｍ、Ｔｉ １．１６秒、ｆ＝１５ｂｐｍ、ＰＥＥＰ ０ｃｍＨ２Ｏ、ＣＳＴＡＴ＝４４ｍｌ／ｃｍＨ２Ｏ、ＲＳＴＡＴ＝７ｃｍＨ２Ｏ／Ｌｐｓを備えるＰＢ８４０人工呼吸器により供給されるＶＣＶ（従量式換気）トレースのグラフである。示される呼吸は、患者によるものではなく、強制的である。

図６は、Ｖｔ＝５３０ｍｌ、最大フロー＝５０Ｌｐｍ、Ｔｉ １．１６秒、ｆ＝１５ｂｐｍ、ＰＥＥＰ ０ｃｍＨ２Ｏ、ＣＳＴＡＴ＝４４ｍｌ／ｃｍＨ２Ｏ、ＲＳＴＡＴ＝７ｃｍＨ２Ｏ／Ｌｐｓを備えるＰＢ８４０人工呼吸器により供給されるＶＣＶ（従量式換気）トレースのグラフである。最初の２つの呼吸は強制的であるが、３つ目の呼吸は患者による補助された呼吸である。

図７は、電気刺激を停止させること、患者のＷＯＢが、ＷＯＢの所定の設定に基づいた特定の限度を超過した際にユーザに知らせることに関連するユーザインターフェースの提案図である。設定は、強制呼吸のみのための電気刺激の提供を可能にすること、強制呼吸が特定の間隔で供給されていないことを臨床医に知らせることに関連する。

図８は、強制呼吸を検知する実装例の図である。

図１から図８に示されるＰＥＰＮＳシステムの様々な実施の形態及びその特徴の詳細な説明に進む前に、まず、本明細書において使用される重要用語の定義を規定する必要があり、それにより、意味の統一を確実なものとし、人工呼吸器の設定について使用され得る同一又は同様の単語の独自の使用、及び製造業者にとって特有の意味を持ち得ることを回避する。以下にリストされる用語の定義は、本開示を通じて、使用された際のそれぞれの解釈に適用されるべきである。

定義

呼吸の仕事量（ＷＯＢ）――呼吸ガスを吸入するために使用されるエネルギーに関連する。通常、例えばジュール／リットル等の単位体積当たり仕事量、又はジュール／分等の仕事量率（力）によって表される。大体の場合において、この用語は、一回呼吸に関連する。大体の文献において、この用語は、複数回の呼吸にわたって測定される。

仕事量――通常、仕事量ジュールによって表される、又は例えばジュール／リットル等の単位体積当たり仕事量によって表される。

力――ジュール／分等の仕事量率である。

呼吸動作の均衡――肺のコンプライアンス及び抵抗力により働く圧力を説明するために使用される。

選択呼吸――刺激する呼吸を選択することによる刺激の制御による干渉である。これは１：２の単純な比から約２０呼吸当たり１回（１：２０）で任意の他の呼吸を選択することにより行われる。

直前呼吸――選択呼吸の直前の呼吸である。

直後呼吸――選択呼吸の直後の呼吸である。

同伴呼吸――選択呼吸の観点から見ると、直前呼吸及び直後呼吸の両方は、同伴呼吸と定義される。本質的には、選択呼吸でないものは、全て同伴呼吸であり、直前及び直後の呼吸は、特有の名称が与えられている。

従圧様式――機械換気のみのモード、及び機械換気の他のモード内の変数である。圧力制御は、機械換気中に適用される圧力を調節するために使用される。従圧式換気において、制御パラメータは圧力であり、流量は特定の圧力に達するために調整される。

従量様式――従量式換気において使用される。矩形波又は降下傾斜等の様々な従量モードが使用されてよい。従量式換気において、制御パラメータは流量であり、圧力は結果のパラメータである。

同期式間欠的機械換気（ＳＩＭＶ）――間欠的機械換気（ＩＭＶ）の変形例であり、患者が吸入努力を行っている場合、人工呼吸器の呼吸は、患者の吸入努力に同期される。呼吸モードは、ほとんどの場合、自発呼吸モードと一組の強制呼吸モードである。
ＳＩＭＶ（従量式、ＰＳＶ）――このＳＩＭＶにおいて、強制又は補助モードの換気は、圧力支援換気の自発モードを備える従量式呼吸である。
ＳＩＭＶ（従圧式、ＰＳＶ）――このＳＩＭＶにおいて、強制又は補助モードの換気は、圧力支援換気の自発モードを備える従圧式呼吸である。

バイレベル換気――ＢｉＰＡＰ（登録商標）及びＢｉＰＡＰ（登録商標）と一般的に称される、二相性気道陽圧（ＢＰＡＰ）は、気道陽圧の２つの異なる適用レベルの変更に時間サイクル又は流量サイクルを使用する非侵襲的機械圧力補助換気の形態である。

ＰＥＥＰ――呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）は、呼気の最後に存在する大気圧（身体の外の圧力）より上の、肺の中の圧力（肺胞圧）である。

強制呼吸――人工呼吸器によってタイミング又は大きさが制御される呼吸であり、機械は、呼吸を開始（例えばトリガする）又は終了（例えばサイクルする）させる。

強制呼吸期間――１つの強制呼吸の開始と別の強制呼吸の開始との間の時間である。（６０秒／人工呼吸器設定強制呼吸回数）として秒で計算される。

自発呼吸――機械換気中に、患者によってタイミング及び大きさの両方が制御される呼吸である（例えば、呼吸は、患者によって開始（例えばトリガする）又は終了（例えばサイクルする）される）。

補助呼吸――患者が呼吸を開始するが、人工呼吸器が呼吸を終了させる呼吸である。補助呼吸は、人工呼吸器が強制モードに設定され、患者が設定された強制呼吸回数を超過し、人工呼吸器が患者の呼吸要求に同期して強制呼吸を提供する時に起こる。

図面を参照すると、図１Ａは、典型的な使用環境におけるＰＥＰＮＳシステム１００の実施の形態を示す。示されるように、ＰＥＰＮＳシステム１００は、操作コンソール又は刺激装置／制御装置（Ｓ／Ｃ）１０１を備え、これは、計装済みワイセンサ１０２及び電気刺激リードアセンブリ１０３に接続されている。

患者１０５の横隔膜１０４を刺激するために、リードシステム１６は、患者１０５の首１０６に適切に経皮的に配置されなければならない。リードシステムからの電流は、横隔神経を電気的に刺激する。患者をモニタリングし、刺激レベルが患者の横隔膜１０４を望ましい方法で動かすのに実際に十分であるかを判定するために、計装済みワイセンサ１０６が、機械人工呼吸器（ＭＶ）１０８の呼吸回路管１０７に配置され、Ｓ／Ｃによって計測が行われる。

計装済みワイセンサ１０６は、空気圧によってＭＶ管回路１０７に接続され、動作の所望の範囲内の標準差及びゲージ圧センサを使用してワイ１１４の流量及び圧力の両方を測定する。ワイセンサ１０６は、ケーブル１１３を介して、刺激装置／制御装置１０１に接続される。ワイ流量及び圧力を測定するためのセンサの接続方法は、他にも多数ある。刺激装置／制御装置１０１は、プロセッサ又はＣＰＵ１０９と、一体化されたパルス発生器１００とを有し、リードケーブル１１１を介してリードシステム１０３に供給される電気出力を供給する。

ワイセンサ１０６及びリードシステム１０３から受け取ったデータ、そしてパルス発生器１１０の出力パラメータは、刺激装置／制御装置（１０１）のディスプレイ又はグラフィックユーザインターフェース（ＧＵＩ）１１２に表示される。ＧＵＩ１１２は、モニタ等の別のユニット又は装置であってよく、刺激装置／制御装置１０１の専用の構成であってもよい。その両方は、情報を入力するためのタッチスクリーンと、ユーザに様々な情報を見せるための高解像度ディスプレイを有している。入力を読み取る、アルゴリズム的計算を行う、並びにユーザの設定入力及びアルゴリズム的計算に基づいて出力を設定する等の所望の作業を実行するようにＣＰＵをプログラムするためにソフトウェアが使用される。

図１Ｂは、ユーザの入力及び測定の出力に関してＰＥＰＮＳ刺激装置／制御装置用の簡略化されたグラフィックユーザインターフェースを示す。これは、刺激パラメータ１５１、呼吸検知１５２、環境１５３、呼吸機械１５４、及び測定人工呼吸器パラメータ１５５の５つのサブセクションに分割されたＧＵＩのシングルディスプレイ１５０を示す。図４と同様のグラフ、アラームログ等を示す複数のディスプレイがあってよく、これらはここでは直接には示さないが、医療装置用のユーザインターフェースの設計においては広く知られている。ＣＰＵは、ＧＵＩ１５０の入力を読み取り、ソフトウェア及びハードウェア制御の下で、適切なハードウェア設定を作る。刺激パラメータは、１～２０の間で呼吸が刺激されたカウントを規定する呼吸トリガカウント１５６に応じて設定される。刺激パルスレート１５７は、呼吸中に供給されたパルスの周波数をＨｚで規定する。また、ディスプレイ１５０は、各設定ボックス下のユニット、及び設定可能な潜在的範囲を表示する。

ＰＥＰＮＳコンソールは、ＧＵＩ上で左と右１５８で示される２つまでの別のリードを刺激してよい。左右のリードの両方に対してスイッチが提供され、１つ又は両方のリードの刺激を可能又は不能にする。また、刺激のために使用する電流分布に関する波形１５９の種類が、設定可能である。この波形は、電流がどのように供給され、一回呼吸の間に変化するかを制御するために使用される。本開示においては、矩形波１５９が示されており、これは、刺激電流が吸気呼吸全体にわたって残ることを意味する。電気刺激は、呼吸トリガカウント１５６によって示された指定吸気の間のみ供給される。また、左右のリードについて、制御装置１５９を使用して、傾斜波、正弦波、又は他の電流波形の組み合わせを選択することが可能であり、これにより、呼吸全体にわたって、選択された波形に応じた調整が可能となる。傾斜波形を選択した場合、開始電圧及び終了電圧は、傾斜電流に沿って設定されなければならない。これはＧＵＩ１５０が自動的に修正するものであり、選択された波形に基づいて必要な設定を調節する。これは、臨床医が、横隔膜が収縮する回数を調整し、呼吸を人の通常の呼吸と同様にすることを可能とする。

左右の横隔神経の両方は、別の刺激リードで刺激することができるため、設定は複製され、臨床医は、個別にリードを調整することができる。また、電気パルスのパルス幅は、１６０においては設定ウィンドウに示されていない異なる種類の平衡又は不平衡の二相性パルスを選択することができる。左右のリード１６１の両方について、個別の電流設定が調整可能である。リードは４つの電極を備えているため、ユーザは、どの電極を刺激したいかを選択することができ、１６３及び１６２に示される電極アイコンを押下することで、電極の極性を選択できる。示されるケースでは、電極は２つのみが電気的に刺激可能であり、１つは陽極、もう１つは陰極でなければならない。他の組み合わせも可能であり、２つの電極が陽極であり、もう２つは陰極であってよい。呼吸検知部１５２は、いつ吸気及び呼気が起こったかをＰＥＰＮＳシステムが検知することを可能とする。吸気トリガ設定１６４が、患者又は人工呼吸器の吸気の開始を検知するために使用される。呼気トリガ設定１６５が、呼気の開始を検知するために使用される。呼気トリガ設定は、陽極及び陰極の両方に対して設定可能であり、臨床医は、望ましい場合には、プラトーの間に刺激が可能である。プラトーの間に、吐き出された空気は、一時的に遅延され、呼気に切り替わる前のプラトー期間において０Ｌｐｍに近い吸気された空気の波形をもたらす。

環境部１５３は、人工呼吸器ＦＩＯ２ １６６が何に設定されているか及び人工呼吸器によって使用される加湿の種類を、ＰＥＰＮＳシステムに知らせるために使用される。これらの環境設定は、ＰＥＰＮＳシステムによる空気測定の正確性、並びにＰＥＰＮＳシステムが密度、粘度、及び湿度について供給された気体の状態をより正確に修正すること、を改善する。呼吸機械部１５４は、臨床医が患者の静的な肺コンプライアンス１６８及び抵抗１６９を入力するところである。測定人工呼吸器パラメータ１５５により、ユーザは、トリガ感度及び測定された流量精度についてどの程度ＰＥＰＮＳシステムが動作しているかを評価できる。吸気された一回換気量１７０は、ｍＬで示され、ワイフローを吸気期間で積分することにより計算される。ＰＥＥＰ（呼気終末陽圧）１７１は、吸気の終わりにｃｍＨ２Ｏで測定された圧力である。分当たり呼吸ｆ１７３は、呼吸の回数を成功した吸気で割ることにより平均されて計算された時間を使用して測定される。Ｔｉ１７４吸気時間は、吸気の検知と呼気の検知との間の時間として計算される。呼吸中に刺激が行われる時間のぞれぞれにおいて、特定の呼吸中に電気刺激が動作していることをユーザに示す刺激オン／オフライト１７５が点灯する。左右のリードに電気刺激を起こすためには、左右のスライドボタン１５８をオンにする必要がある。

片方のみが刺激を行っていると示すために、ライトの左１７６又は右１７７のみが点灯され得る。左又は右の刺激が停止した場合、特定の片方が停止していると示すために、左又は右に関連する設定が消えてよい。

多数の異なる実装が可能であり、上記の説明は、例示を行うのみである。例えば、１つの実装例において、呼吸トリガカウントは、４に設定され、４つの呼吸毎に刺激が行われる。又は、呼吸が刺激される回数は、設定呼吸トリガカウントに合致する、呼吸の回数を設定呼吸トリガカウントで割って平均した値を平均とするランダムな呼吸カウント間隔で実装されてよく、これにより、同様の所望の効果を達成する。これは、次の電気刺激による呼吸がいつ来るかを患者が注意して判定することを難しくするという利点がある。一般的に、装置は、ユーザの設定に基づいて、干渉のために、複数の呼吸から１つを選択する。

リードシステム１０３を参照すると、上記のように、リードシステム１０３は、少なくとも４つの電極を有する遠端と、Ｓ／Ｃとの接続のための４つの端子の組み合わせを有する近端と、を有する単一のリード本体を備える。図２に実施の形態において、リード２００は、リード本体２０２内に含まれる少なくとも４つの電極を有する多極リードである。各電極は、リードケーブル１０３（図１を参照）を介して、刺激装置／制御装置１０１（図１を参照）と接続される。各リード２１０に複数の電極（又は極）２０１を配置することで、リードは挿入された後、又はその後に首が動く若しくは患者が動く（患者は床ずれを防ぐために定期的に動かされる）ことにより、リードの位置が変わる度に、少なくとも一組の電極が横隔神経１１５又は１１６の近くをわたることを保証し、この状態は、以下、図１の方法で神経を横切ると称する。

神経１１５又は１１６を横切るように１つ又は複数のリード１０３を配置することで、一組の刺激極２０１は、挿入後にリード１０３をさらに物理的に操作せずに必要な場合に神経１１５又は１１６を再確保するように選択可能であり、これにより、感染可能性を低減し、装置の利便性を向上させる。換言すれば、リード２０２に沿った電極２０３の空間は、４つの極のいずれかを通電させることにより、リード２０２と横隔神経１１５又は１１６との電気的接続が維持されていることを保証する。４つの極は、コスト及び電極の複雑さを最小にするように選択されているが、当該設計は、５つ、６つ、７つ以上の極でも問題なく動作する。従って、リード２０２の位置が患者の動き又は他の要因によりずれたとしても、４つの極２０１の内の２つが常に横隔神経１１５又は１１６の十分近傍に存在することになり、刺激を行うことが可能である。横隔神経を刺激するリードの刺激能力を最適化するような、任意のリード、表面積、電極間の距離、及びリードの直径の組み合わせが可能である。

ＷＯＢに関して神経を最良に刺激する、横隔神経に最も近い一対の電極の位置は、それぞれの場合において、臨床医によって、実験的に又は自動検索アルゴリズムにより、発見してよい。単極刺激又は両極刺激の両方は、治療に使用できる陽極刺激及び陰極刺激が考慮される。単相性並びに平衡及び不平衡二相性電流刺激の両方が考慮されるが、好適に配置された一対の電極による二相性刺激が最適であり、最適なＷＯＢをもたらす。

図３は、呼吸の一回の吸気及び呼気段階についてのワイフロー３０１及び電気刺激信号３０２のグラフである。人間の呼吸は、定義上、ワイを通じた患者への空気の正フローに特徴づけられた吸気段階３０３と、患者が吸気した量を呼気してワイフローがゼロより下となり、負に転ずる時に始まる呼気段階３０４と、を有する。この吸気現象の終わりは、典型的には、呼吸サイクルの流出部分を開始させる。動作において、刺激装置は、フローが所定のレベル３０５を超えた時に、吸気段階３０２の始まりと共に電気刺激を供給し、フローが所定のレベル３０６から３０７に下がった時の呼気段階の始まりにおいて、刺激を終了させ、従って、刺激は、選択された呼吸の間のみ起こる。刺激は全ての吸気毎に継続されるわけではないため、典型的には、人工呼吸器による直前呼吸及び直後呼吸が存在する。電気刺激パルスは、指定された呼吸中に、設定されたパルス回数で供給される。指定の刺激呼吸カウントの選択は、単純な比であってよい。すなわち、選択された呼吸は、他の呼吸毎（１：２）であってよいし、２０呼吸毎の任意の一回（１：２０）であってよい。１：４等の割合がＶＩＤＤの治療に適切であると期待されるが、これは臨床実践的に選択される必要がある。

また、呼吸が刺激される回数は、その平均が設定された呼吸カウント回数と合致し。同様の所望の効果が達成されることが保証される、ランダムな呼吸カウント間隔において実装されてもよい。これは、次の電気刺激による呼吸がいつ来るかを患者が注意して判定することを難しくするという利点がある。一般的に、装置は、ユーザの設定に基づいて、干渉のために、複数の呼吸から１つを選択する。

図４及び図５は、異なる人工呼吸器の呼吸タイプを識別することの困難さを示し、また、患者の呼吸サイクルに対する電気刺激の効果を臨床医に伝える補助となる波形を表示する方法を示す。この追加のグラフスクリーンは、ＧＵＩ上の設定ウィンドウ又は別のウィンドウ内にあってよい。人工呼吸器の標準レベルでは、呼吸は、従量式又は従圧式であり、いくつかのモードでは両方の組み合わせである。図４は、ＰＣＶ呼吸を示し、図５は、ＶＣＶ呼吸を示し、２つを比較するとほぼ同じに見える。図４及び図５は、両方とも、それぞれにおいて１～５のトレースを示す４つのウィンドウを表示する。図４に示されるように、単位は、時間を秒で示すＸ軸４０９に対して、各ウィンドウの横にあるＹ軸に表示される。従って、いくつかの場合において、流量及び圧力トレースのみに基づいてこれらの根本的に異なる呼吸の種類を識別することは、ほとんど不可能な作業である。トレースは、両方とも、人工呼吸器の強制呼吸モードを示す。図４及び図５において、トレース名は同じである。

図４のグラフ４００は、Ｐｉ＝１４ｃｍＨ２Ｏ、Ｔｉ １．０８秒、ｆ＝１５ｂｐｍ、立ち上がり時間＝１５％、ＰＥＥＰ ０ｃｍＨ２Ｏを備えるＰＢ８４０人工呼吸器を使用するＰＣＶ（従圧式換気）を使用して生成された。模擬肺は、Ｃ_ＳＴＡＴ＝４４ｍｌ／ｃｍＨ２Ｏ、Ｒ_ＳＴＡＴ＝７ｃｍＨ２Ｏ／Ｌｐｓに設定された。

グラフ４００は、時間に対してプロットされた以下のトレースを表示する：
－グラフウィンドウ４０１は、Ｌｐｍで測定ワイフロー、Ｌｐｍで吸気及び呼気トリガフローを表示する。この場合、吸気トリガフローは１０Ｌｐｍであり、呼気トリガフローは０Ｌｐｍである。
－グラフウィンドウ４０２は、ｃｍＨ２Ｏで測定ワイ圧力を示す。
－グラフウィンドウ４０３は、ジュール／ＬでＷＯＢを示す。
－グラフウィンドウ４０４は、ｃｍＨ２ｏで予測ワイ圧力４０５、４０２と同じ測定ワイ圧力４０６、ワイ圧力と予測圧力との間の圧力差４０７、吸気期間４０８、電気刺激信号４１１を示す。

図５のグラフ５００は、Ｖｔ＝５３０ｍｌ、最大フロー＝５０Ｌｐｍ、Ｔｉ １．１６秒、ｆ＝１５ｂｐｍ、ＰＥＥＰ ０ｃｍＨ２Ｏを備えるＰＢ８４０人工呼吸器を使用するＶＣＶ（従量式換気）を使用して生成された。模擬肺は、Ｃ_ＳＴＡＴ＝４４ｍｌ／ｃｍＨ２Ｏ、Ｒ_ＳＴＡＴ＝７ｃｍＨ２Ｏ／Ｌｐｓに設定された。

グラフ５００は、時間に対してプロットされた以下のトレースを表示する：
－グラフウィンドウ５０１：Ｌｐｍで測定ワイフロー５１２、Ｌｐｍで吸気及び呼気トリガフロー。この場合、吸気トリガフロー５０９は１０Ｌｐｍであり、呼気トリガフロー５１０は－１０Ｌｐｍである。先行する呼吸は、呼気トリガフロー５１１は０Ｌｐｍであったが、－１０Ｌｐｍに変化したことを示す。
－グラフウィンドウ５０２：ｃｍＨ２Ｏで測定ワイ圧力。
－グラフウィンドウ５０３：ジュール／ＬでＷＯＢ。
－グラフウィンドウ５０４：ｃｍＨ２ｏで予測ワイ圧力５０５、５０２と同じ測定ワイ圧力５０６、ワイ圧力と予測圧力との間の圧力差５０７、吸気期間５０８。

グラフウィンドウ５０１上に測定フロー速度５１２に関連させて、トリガフロー速度を示す利点は、臨床医が、フローグラフ上で吸気及び呼気トリガフロー速度の効果を視覚的に理解でき、吸気５０９並びに呼気５１１及び５１０の両方のトリガを遅延させることに対するその効果を理解できることである。

動作の均衡の関数としての予測ワイ圧力の計算、及びその後の呼吸の仕事量（ＷＯＢ）の計算は、ＵＳ９，６８２，２３５に概要が示される。ＶＣＶ及びＰＣＶ呼吸の相違点は、患者が能動的に呼吸している場合のみ明らかとなり、従量式呼吸は、圧力降下を示し、従圧式呼吸は、患者の要求の増加に応じて供給フローを増加させる。同様に、吸気時間が比較的一定である場合、圧力補助呼吸及び圧力制御呼吸の相違点を区別することは難しい。患者が既に補助又は自発呼吸を開始している時に患者の横隔膜を電気的に刺激することは、患者が電気刺激によって感覚的に動揺するような場合では、望ましくないことがある。

呼吸の仕事量の測定は、動作の呼吸平衡に基づいて導出される。仕事量又は力の定性的表示には不必要であるが、測定値を統一された基準に変換することが最良であり、呼吸に費やされる患者の仕事量又は力は、呼吸の仕事量（ＷＯＢ）として報告される。この定義は、単位変化の必要性を低減させ、ＷＯＢの通常レベルとの直接比較が可能となる。人工呼吸器は、静的な呼吸機械操作がいつ開始及び実行されるかを示すため、患者のコンプライアンス及び抵抗を評価することに使用されてよい。結果として測定された静的なコンプライアンス及び抵抗の測定値は、その後、患者のＷＯＢを決定するために使用される。ユーザは、人工呼吸器に測定されたコンプライアンス及び抵抗の測定値を、手動で人工呼吸器からＰＥＰＮＳコンソールに転送する。患者の呼吸機械動作は換気が進むにつれて変化する可能性があるため、呼吸機械動作は周期的に行われる必要がある。

理論上は、患者が強制呼吸中に自発的な吸気努力を行わない場合、又はＰＥＰＮＳシステムが横隔膜を電気的に刺激しない場合、ＷＯＢは、測定された測定値の精度の許容誤差内でゼロジュール／Ｌにとても近くなる。仕事量は、通常、ジュールによって測定されるが、体積で割ることによって、仕事量のレベルは単位体積に対して標準化される。動作の均衡は、ワイ圧力を正確に予測するべきであり、測定されたワイ圧力が予測されたワイ圧力と合致した場合、それは、患者の努力がなく、従って、ＷＯＢがないことを示す。横隔膜が刺激された場合、予測されたワイと測定されたワイには差が生じ、これは、横隔膜の努力をもたらす。

このアプローチの利点は、ＷＯＢを、通常は健康である患者が安静中に費やす仕事量のレベルに関連して評価できることである。１９９５年のＬｅｖｙによる文献において、健康な子供、思春期、及び青年期の通常ＷＯＢは、０．３～０．５Ｊ／Ｌであることが報告されている。２０１２年において、Ｂｒｏｃｈａｒｄは、通常ＷＯＢは、０．２～１Ｊ／Ｌの通常ＷＯＢ範囲にあることを報告した。肺の抵抗及びコンプライアンスを増加させる特定の病状は、患者が呼吸に費やす仕事量を劇的に増加させる。

図６のグラフ６００は、Ｖｔ＝５３０ｍｌ、最大フロー＝５０Ｌｐｍ、Ｔｉ １．１６秒、ｆ＝１５ｂｐｍ、ＰＥＥＰ ０ｃｍＨ２Ｏを備えるＰＢ８４０人工呼吸器を使用するＶＣＶ（状雨量式換気）を使用して生成される。模擬肺は、Ｃ_ＳＴＡＴ＝４４ｍｌ／ｃｍＨ２Ｏ、Ｒ_ＳＴＡＴ＝７ｃｍＨ２Ｏ／Ｌｐｓに設定された。

グラフ６００は、時間に対してプロットされた以下のトレースを表示する：
－グラフウィンドウ６０１：各吸気及び呼気トリガフロー６１３及び６１４に沿ったＬｐｍ６１５で測定されたワイフロー６１２、
－グラフウィンドウ６０２：ｃｍＨ２Ｏで測定ワイ圧力。
－グラフウィンドウ６０３：ジュール／ＬでＷＯＢ。
－グラフウィンドウ６０４：ｃｍＨ２ｏで予測ワイ圧力６０５、６０２と同じ測定ワイ圧力６０６、測定ワイ圧力と予測圧力との間の圧力差６０７、吸気期間６０８。電気刺激は、この呼吸では許容され、この呼吸の刺激の実装を示すトレースは６１１に示される。

ＰＥＰＮＳコンソールは、患者が自身の意志で呼吸しているかを検知可能にし、ＰＥＰＮＳシステムの操作者にこれらの患者が開始した呼吸中は電気刺激を停止させる能力を与える。この電気刺激要求の防止は、これらの呼吸中に測定されたＷＯＢに基づいてよい。ＷＯＢは、全ての呼吸について測定され、０．０±０．１ジュール／Ｌの範囲になかった場合、それは、患者は能動的にも呼吸していることを意味する。最低ＷＯＢの許容誤差は、臨床医によって、臨床医が識別において興味をもったＷＯＢの最小レベルに設定されてよい。例えば、患者が仕事をしているが彼らの意見では横隔膜萎縮を防止するのに十分でない場合、又は彼らは呼吸の開始時にのみ仕事をしている場合、動作のより大きい範囲で横隔膜を訓練するために、呼吸サイクルを通じて仕事をするように患者の横隔膜を強制することが望ましい。

典型的には、電気刺激は、図４及び５で示されるように、患者が人工呼吸器で自発呼吸できない場合、及び患者が強制換気モードにおいて換気されている場合に、開始される。補助及び自発呼吸において刺激を与えることを防止するために、最小呼吸回数がＰＥＰＮＳコンソールに入力されてよい。この人工呼吸器に設定された呼吸回数は、呼吸間の最大の期間を計算することに使用されてよく、設定として直接入力されてよい。この知識により、ＰＥＰＮＳシステムは、この期間を超える前に人工呼吸器による呼吸が起こったかを評価可能であり、強制呼吸が人工呼吸器によって供給される。従って、人工呼吸器の呼吸回数が１０ｂｐｍに設定された場合、図４に示される呼吸の間の最大の時間は、６秒になる。呼吸回数は１０ｂｐｍであると検知された場合、ＰＥＰＮＳシステムは、患者が強制呼吸のみを供給されていることを知り、これが最小呼吸回数であることを知る。この手法の利点は、臨床医がＧＵＩを介して人工呼吸器の強制呼吸回数を通知する以外では、人工呼吸器とＰＥＰＮＳシステムとの間には通信が必要ないことである。

図７は、これらの特徴を実装するために使用される可能な設定を示す。
１．ＰＥＰＮＳシステムは、患者が能動的に呼吸を行った時に、電気刺激を停止又は排除する。患者が呼吸を開始した場合、いかなる電気刺激をも行わない。
２．患者が能動的に呼吸を行った時に、オペレータに知らせる。患者が呼吸を開始したことをオペレータに気付かせるためのアラームを生成する。
３．強制呼吸のみの際、強制呼吸のみによるカウントで望ましい呼吸回数の電気刺激を与える。
４．特定の呼吸又は期間の平均の呼吸の仕事量（ＷＯＢ）が、自発又は補助呼吸によって望ましいレベルに達しない場合に、電気刺激を供給する。不運にも、患者が自身によって能動的に呼吸を行うことを止める圧力補助換気（ＰＳＶ）における圧力補助レベルを設定可能である。
５．補助及び自発呼吸のためのＷＯＢレベルが達成されていない場合、オペレータに知らせる。
６．強制呼吸のみ、電気刺激を供給する。
７．いかなる呼吸の種類にも関わらず、刺激を継続する。

設定ウィンドウ７０１は、測定されたＷＯＢが、非刺激呼吸のためのＷＯＢ停止限界より大きい場合に、電気刺激を停止させる能力をユーザに与える。このＷＯＢ停止限界は、０．１～１．０ジュール／Ｌの任意の値に設定されてよい。また、ユーザは、ＷＯＢが停止限界７０４より大きいかを知らせてほしいかを選択できる。ボタン７０３及び７０５は、スライド動作によって、可能及び不能とするが、この実装には限定されない。

設定ウィンドウ７０２は、スライドボタン７０６を介して、強制呼吸中のみ電気刺激を供給させる能力を与える。呼吸の間の許容される時間は、ユーザが入力する強制呼吸回数７０７から計算される。吸気又は呼吸の間の強制時間は、以下によって計算される。
呼吸の間の時間 ＝ （６０秒／強制呼吸回数）

この呼吸の間の期間が経過した場合、呼吸は強制呼吸であることを意味する。次の呼吸の前の時間がこの期間よりも短い場合、呼吸は自発又は補助呼吸であることを意味する。ユーザは、アラートユーザボタン７０９を介して、装置が強制呼吸に対して刺激を供給していないことを知らせてほしいかを選択できる。タイムアウト期間は、アラート時間設定７０８を調整することにより選択されてよい。ここに示される場合には、設定は、分であるが、呼吸カウントとしても実装してよい。

また、設定ウィンドウ７００は、人工呼吸器が強制呼吸を供給するためにどの回数で設定されているかをＰＥＰＮＳシステムに知らせる能力を、ユーザに与える。臨床医が強制呼吸回数を１０ｂｐｍに設定し、患者が１２ｂｐｍで呼吸している場合、全ての呼吸は、補助モードで供給される。臨床医がＳＩＭＶに設定した場合、自発換気モード、及びそれ以外は補助モードによる２つの呼吸が供給される。

図８は、呼吸８００の間の吸気／呼気段階を示す。これらの段階は、フローを測定するフローセンサを使用するソフトウェアにより、グラフィカルユーザインターフェースで設定された吸気及び呼気トリガフローに基づいて、決定される。吸気フローが設定された吸気トリガフローを超えた場合、吸気が宣言され、吸気中に吸気されたフローが呼気トリガフロー未満に下がった場合、呼気が宣言される。呼吸間強制時間８０１は、上記のように、強制呼吸回数７０７から計算できる（図７）。

また、呼吸の間の時間は、吸気８０３及び８０４の間の時間を測定することにより、ＰＥＰＮＳシステムによって自動的に測定されてよい。吸気及び呼気トリガフローから、８０３及び８０４は、吸気の立ち上がりエッジ検知を示し、８０５は、呼気の立ち下がりエッジ検知を示す。強制呼吸８０１の間の時間の知識は、電気刺激を開始することにより、人工呼吸器により開始された呼吸と、例えばＰＥＰＮＳコンソールによるトリガ時間８０２である、呼吸の検知との間のいかなる潜在的なラグをも排除する。このトリガ時間は、呼吸期間が経過する前の時間の直前の所定の期間、例えば人工呼吸器が強制呼吸を供給する前のどこかの５０～３００ミリ秒であってよい。呼吸の間の時間が経過する前に電気刺激が開始された場合、吸気の検知にラグはない。呼吸の間の時間の判別は、呼吸の間の時間を積分することによって、ＣＰＵ又はソフトウェアによって測定されてよく、設定された人工呼吸器の強制呼吸回数に基づいて、呼吸が強制であるか否かを単純に判定する。

人工呼吸器が強制呼吸を供給しているかを独立して評価する別の方法は、多数の呼吸にわたって、呼吸の間の時間のばらつきを試験することである。呼吸回数が一定であり、時間の標準偏差がとても小さく、呼吸回数検知の許容できるばらつき内である場合、患者には、強制呼吸のみが供給される。呼吸の間の時間のばらつきが例えば１００ミリ秒を超えた場合、患者もまた呼吸をトリガしていることが明らかである。テストは、ＰＥＰＮＳシステムによる強制呼吸の間の時間のばらつきは、５０ミリ秒未満であることを示す。明確にするのであれば、呼吸検知におけるばらつきは、呼吸期間又は吸気時間がどの程度正確に検知されているかの関数であり、ソフトウェアのサンプル回数である。テストは、これらの検知精度が５０ミリ秒よりも相当小さいが、ある程度、トリガフロー回数の関数であることを示す。

また、ＷＯＢは、刺激されていない呼吸を評価できる。平均ＷＯＢが図７の所望のＷＯＢレベル７０１未満である場合、電気刺激は、強制呼吸以外にも許容される。

吸気期間は、ＰＥＰＮＳシステムにより測定される。吸気期間の検知において許容できるばらつき内で吸気期間が一定である場合、患者は、強制呼吸のみが供給されている。

ＰＥＰＮＳコンソールによって、呼吸の間の期間を最大に、又は最小の呼吸回数を無呼吸期間と同様に設定することは、ＰＥＰＮＳシステムによって多数の利点がもたらされ、患者の安全を向上させる。
１．測定された呼吸回数が設定された呼吸回数を超えた場合、患者は呼吸を開始しており、これは、患者が起きている又は動揺しているという合図である。この場合の検知は、患者がもはや受動的ではないことを操作者に知らせ、任意の必要な変更を行うために使用される。
２．電気刺激による人工呼吸器が開始した呼吸を続けることは、呼吸を検知し、電気刺激を開始するＰＥＰＮＳシステムの間のあらゆるラグを排除する。トリガ期間内に呼吸が起こったことを検知することは、電気刺激が機能していることをＰＥＰＮＳシステムに知らせる。
３．そのような呼吸の間の時間を使用することは、補助及び自発呼吸中の電気刺激を回避することを可能とする。この時間が経過する前に呼吸が起こった場合、ＰＥＰＮＳコンソールは、操作者が自発又は補助呼吸中の刺激を防止したい際には、この呼吸をカウントすることを回避できる。従って、患者が起き始め、補助モードで又は自発的に呼吸を開始した時、ＰＥＰＮＳシステムは、これらの呼吸の発生を本質的に認識し、患者が既に自分自身でＷＯＢを生成している場合には電気刺激を行うことを回避する。
４．ＰＥＰＮＳシステムは、多数の補助又は自発呼吸にわたって、ＷＯＢを評価し、ＷＯＢの最小レベルに合わない場合に電気刺激を使用するべきかを判定する。

一度患者が自発的に呼吸を始めると、人工呼吸器で補助レベルを設定して、所望のＷＯＢを達成することができなくなる可能性がある。これは、ＰＥＰＮＳシステムにより提供されるＷＯＢ測定の補助によって評価できる。換気の従圧強制モードを補助呼吸とする場合にも、同様である。

人間の体は高度に効率的であり、必要な場合にのみ仕事を行う。患者の仕事を止めずに十分な量を供給するように圧力補助レベルを設定することは、極めて難しく、また、特定の補助レベルに設定することを臨床医が決定できるようにする、ＮＡＶＡ（神経調節補助換気）等の呼吸モードを作り出した。このような補助レベルを維持することが困難な理由の１つは、患者の状態が変化し続け、１時間は効果的であったことが２４～４８時間もそうであるわけではないことである。これが、電気刺激の利点の１つであり、患者は、人工呼吸器の設定及び患者に対してどれ以上又はどれ以下の補助が利用可能であるかとは独立して、横隔膜を動作させるように強制される。

上記に加えて、以下の引用文献は、その全体が参照のために本明細書に組み込まれる。

Ｌｅｖｙ ＭＭ, Ｍｉｙａｚａｋｉ Ａ，Ｌａｎｇｓｔｏｎ Ｄ．“Ｗｏｒｋ ｏｆ ｂｒｅａｔｈｉｎｇ ａｓ ａ ｗｅａｎｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ ｖｅｎｔｉｌａｔｅｄ ｐａｔｉｅｎｔ”．Ｃｈｅｓｔ．１９９５ Ｏｃｔ；１０８（４）：１０１８－２０．ＰＵｂＭｅｄ ＰＭＩＤ： ７５５５１１２

Ｂｒｏｃｈａｒｄ Ｌ，Ｍａｒｔｉｎ ＧＳ，Ｂｌａｎｃｈ Ｌ， Ｐｅｌｏｓｉ Ｐ，Ｂｅｌｄａ ＦＪ，Ｊｕｎｒａｎ Ａ，Ｇａｔｔｉｎｏｎｉ Ｌ，Ｍａｎｃｅｂｏ Ｊ，Ｒａｎｉｅｒｉ ＶＭ，Ｒｉｃｈａｒｄ ＪＣ，Ｇｏｍｍｅｒｓ Ｄ，Ｖｉｅｉｌｌａｒｄ－Ｂａｒｏｎ Ａ，Ｐｅｓｅｎｔｉ Ａ，Ｊａｂｅｒ Ｓ，Ｓｔｅｎｑｖｉｓｔ Ｏ，Ｖｉｎｃｅｎｔ ＪＬ，Ｃｌｉｎｉｃａｌ ｒｅｖｉｅｗ：Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ＩＣＵ－ａ ｃｏｎｓｅｎｓｕｓ ｏｆ １６．Ｃｒｉｔ Ｃａｒｅ．２０１２ Ｄｅｃ １２；１６（２）：２１９／ｄｏｉ：１０．１０１１８６／ｃｃ１１１４６．ＰｕｂＭｅｄ ＰＭＩＤ：２２５４６２２１；ＰｕｂＭｅｄ Ｃｅｎｔｒａｌ ＰＭＣＩＤ：ＰＭＣ３６８１３３６．

本発明の多数の特徴及び利点は、上記の説明から明らかである。複数の変形及び変更が、当業者にとって容易である。そのような変形例のために、本発明は、図示及び説明された厳密な構造及び動作には限定されない。むしろ、本発明は、以下の請求の範囲によってのみ確定されるべきである。

Claims (14)

1. 電気リードを含むリードシステムと、
   前記リードシステムを介して電気刺激を供給するように構成された刺激装置と、
   前記リードシステム及び前記刺激装置に操作的に接続される制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   チューブを介する空気の吸気および呼気が設定トリガフローを超えたことを検出し、
   検出された吸気間の時間の計算が設定時間を超えたことに基づいて、強制呼吸が人工呼吸器によって提供されることを決定し、
   前記吸気間の計算された時間が、前記設定時間を超えることに応じて、前記人工呼吸器による強制呼吸中のみ前記刺激装置が前記リードシステムを介して前記電気刺激を供給するよう制御する、
   ように構成及び配置される装置。
2. 前記制御装置は、
   前記吸気、前記呼気、および吸気間の前記設定時間に基づいて前記リードシステムに電気パルスを供給することにより、前記刺激装置が前記電気刺激を供給するように制御する、ように構成および配置されるパルス発生器、と
   前記パルス発生器から前記電気パルスを供給する際に使用される吸気間の前記設定時間を提供するように構成および配置されたプロセッサと、
   を備える請求項１に記載の装置。
3. 前記プロセッサは、前記検出された吸気および呼気および刺激の特性を伝達するための出力を生成するように構成および配置されている、請求項２に記載の装置。
4. 前記出力が、前記パルス発生器によって生成された前記電気パルスの特性および前記検出された吸気および呼気および前記刺激のうちの１以上の特性を表示するグラフィック出力を含む、請求項３に記載の装置。
5. ワイを通過する前記吸気および前記呼気の流れおよび圧力をそれぞれ検出するように構成されたワイフローセンサー、と、
   回路を有し、前記検出された吸気および呼気、吸気間の前記設定時間、超過した吸気間の前記設定時間、および前記電気刺激の前記供給の特性、のうちの１以上を示すグラフィック出力を表示するように構成および配置されたユーザインターフェースと、
   をさらに備える請求項１に記載の装置。
6. 前記ユーザインターフェースは、吸気間の時間の設定、供給される前記電気刺激の特性の設定、および刺激呼吸の指定のうちの１以上について、それぞれのユーザ入力に応答して信号を生成するように構成および配置され、
   前記制御装置は、吸気のために設定されたトリガフローを超えるワイフロー設定に基づいて吸気を検出し、呼気のために設定されたトリガに基づいて吸気を検出するように前記ワイフローセンサーとともに構成及び配置される、
   請求項５に記載の装置。
7. 前記制御装置は、患者の肺コンプライアンスおよび抵抗を示す呼吸の仕事量（ＷＯＢ）を計算するように構成および配置され、前記制御装置は、前記ＷＯＢが所定のレベル未満であることに応答して、前記リードシステムを介して前記電気刺激を前記患者の横隔神経に供給するよう前記刺激装置を制御するように構成される、請求項１に記載の装置。
8. 前記制御装置は、ワイを通過する吸気及び呼気を介してワイフローセンサーによって検出される、人工呼吸器により補助される補助呼吸および患者により行われる自発呼吸の呼吸の仕事量（ＷＯＢ）を計算するように構成及び配置されており、前記制御装置は、前記補助呼吸のうちの１つのＷＯＢおよび前記自発呼吸のうちの１つのＷＯＢがそれぞれ所定のレベル以上であれば電気刺激の供給を停止するように前記刺激装置を制御するように構成される、請求項１記載の機器。
9. 前記制御装置は、吸気および呼気に基づいて呼吸の呼吸の仕事量（ＷＯＢ）を計算し、ＷＯＢが所定のレベルを超えた場合に、電気刺激の供給を停止するように前記刺激装置を制御するように構成および配置される、請求項１に記載の装置。
10. 前記制御装置は、
    吸気と呼気の検出された仕事量が所定のレベル以上であることに応じて、前記電気刺激の供給を防ぎ、
    吸気と呼気の検出された仕事量が所定のレベルを下回っていることに応じて、前記電気刺激を提供する、
    ように前記電気刺激を供給する前記刺激装置を制御するように構成および配置されている、請求項１に記載の装置。
11. リードシステムと、前記リードシステムを介して電気刺激を供給するように構成された刺激装置と、前記リードシステムおよび前記刺激装置と操作的に接続された制御装置と、を含む装置において、
    前記制御装置を、
    チューブを介した空気の流入および流出が設定トリガフローを超えたことを検出し、
    前記検出された流入のそれぞれのインスタンス間の時間の計算が設定時間を超えたことに基づいて、強制呼吸が人工呼吸器によって提供されることを決定し、
    前記計算された時間が、前記設定時間を超えることに応じて、前記人工呼吸器による強制呼吸中のみ前記刺激装置が前記リードシステムに前記電気刺激を供給するために用いる、方法。
12. 検出された空気の流入および流出に関連する仕事量を計算することをさらに含み、
    前記電気刺激の供給は、計算された仕事量に応じて、前記電気刺激を供給することを含む、
    請求項１１に記載の方法。
13. 検出された空気の流入と流出に関連する仕事量を計算し、
    計算された仕事量が所定のレベルを満たすまたは超えていることに応じて、前記電気刺激の供給を停止する、
    ことを含む請求項１１に記載の方法。
14. 前記流入および前記流出の少なくとも一部が人工呼吸器によって引き起こされる検出された空気の流入および流出に関連する仕事量を計算し、
    人工呼吸器によって支援されていない、検出された空気の流入と流出に関連する仕事量を計算し、
    各インスタンスで計算された仕事量が所定のレベルにあるかまたは以上であることに応じて、前記電気刺激の供給を停止する、
    ことをさらに含む請求項１１に記載の方法。

Images