JPH0363035A - 代謝の監視装置 - Google Patents

代謝の監視装置

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JPH0363035A
JPH0363035A JP2097449A JP9744990A JPH0363035A JP H0363035 A JPH0363035 A JP H0363035A JP 2097449 A JP2097449 A JP 2097449A JP 9744990 A JP9744990 A JP 9744990A JP H0363035 A JPH0363035 A JP H0363035A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、一般的には医学の分野に関し、更に詳細には
通気装置上で挿管した患者の代謝量を監視する方法およ
び装置に関する。
［従来の技術および発明が解決しようとする課題］患者
が呼吸において補助を受けることを必要とする多くの医
学的症状が存在する。かかる呼吸の補助は、例えば電気
機械的通気装置によって提供することができる。本特許
出願人であるピューリタンーベネット・コーポレーショ
ン（Ｐｕｒｉｔａｎ−Ｂｃｎｎｃｔ　Ｃｏｒｐｏｒａｔ
ｉｏｎ）製の７２００ａ型通気装置は、かかる装置の代
表的なものである。この通気装置は、空気や酸素のよう
な吸入気体を患者へと導く吸気導管と、呼気を逆に患者
から通気装置へと導く呼気導管を有する。これらの２本
の導管は、患者の肺へおよび肺から気管を通る各種の気
体の流れを容易にするのに適した患者の気道の一部を構
成するＹ型継手に接続される。
この通気装置は、吸気および呼気の流速および圧のよう
なある種の呼吸情報を提供するのに適している。しかし
ながら、通気装置によって提供されない他の情報が、各
種の医学的目的に必要なことがある。特に、この必要と
される情報には、患者の、好ましくは呼吸毎の、酸素消
費量と二酸化炭素の排出量が挙げられる。
呼吸毎の酸素と二酸化炭素の量を患者の気道におけるこ
れらの気体の濃度の測定から得ることが提案されてきた
。この方法によれば、試料導管はＹ型継手に接続される
。Ｙ型継手における気体の試料は、試料導管を通って酸
素と二酸化炭素の濃度を測定するための一組のセンサー
に導かれることになる。試料導管中の流量計は、測定し
た濃度を気道中の気体の流れと同期させるのに用いられ
る流動データーを提供する。通気装置からの流速および
圧情報は、吸気および呼気の流速及び流量を計算するの
に用いられる。これらの情報は温度、湿度によって修正
され、酸素消費量及び二酸化炭素排出量の計算に用いら
れる。
この提案は、特に導管中のコンプライアンス流の補正に
おいて極めて複雑な数学的アルゴリズムを必要とするこ
とが判った。大抵の装置（通気装置）は、患者からある
距離を置いて流れを測定する。Ｙ部での代謝物測定には
、Ｙ部に追加の流量計を配置する必要があり、または遠
隔トランスジューサーにより流れを補対する必要があり
、コンプライアンス流を除外する必要がある。更に、気
体の所定の試料が試料導管中をＹ部からセンサー間で流
れるのに要する時間のために、測定した濃度を流れと同
期させる必要があるが、この同期は患者の圧変動、ライ
ンに置けるＨ２Ｏの濃度、ライン中の粘液、歪みまたは
漏れによるラインの障害によって誤差を生じやすい。濃
度分布が吸気から呼気へと速やかに変化して工程変化を
生じ、これを積分するときに不適切に整合させると実質
的な誤差を生じることになるので、この同期に対する誤
差の許容幅は小さい。
最後に、センサーの応答時間は極めて重要であり、セン
サーからの応答が比較的遅いと、測定に実質的な悪影響
を及ぼす。この問題点のために、Ｙ部で気体を採取する
ことによる酸素と二酸化炭素の量を呼吸毎に測定するこ
とが不可能であった。
吐出される気体を捕集して数呼吸に亙って保持する混合
室によって平均酸素および二酸化炭素量を測定すること
は可能である。２つの試料ラインが必要であり、一つは
吸気の濃度を測定し、波形を分析するためＹ部に接続し
ており、もう一方は吐出される気体の濃度を測定するた
め混合室の下流に接続されている。電磁弁を用いて、こ
れらの２個の試料ラインの間のセンサーを切り替える。
この装置は酸素および二酸化炭素量を提供するが、これ
を呼吸毎に行うことは出来ない。更に、混合室は大きさ
が嵩張って要るので、殺菌は困難である。
混合室における濃度分布が平坦（一定濃度）でなければ
、混合室装置は機能しない。それ故、これらの装置は混
合室を「洗浄」する換気速度によって制限される。一つ
の応用には連続流動通気があるが、この場合には混合室
装置は通常は効果がない。大形の混合室は連続流動およ
び迅速通気を処理することができたが、実際の患者の変
化には感度が極めて鈍く、その効果は低かった。
以上の説明から明らかなように、通気装置上で患者の呼
吸毎の酸素消費量と二酸化炭素生成量とを正確に測定す
る方法が必要である。
［課題を解決するための手段および作用］本発明は、呼
吸毎の流量で重み付けられた平均代謝物の量、例えば通
気装置上で挿管された患者の酸素消費および二酸化炭素
排出量を正確に監視する方法および装置を提供する。
簡単且つ一般的な表現では、本発明による新規な代謝モ
ニターは、吸気の試料と吐出気体の最終呼吸試料を収集
する導管を有する。周囲圧試料を、連続する呼吸で吐出
される気体が完全に混合する前で患者の挿管における吐
出弁の後の点から収集して、この周囲圧試料によって患
者の圧変動に対して流量と濃度の同期を一定にすること
ができるようにする。試料ラインの配置は粘液（フィル
ターの後）によって影響され難く、また引きつりを起し
にくい（患者に対して襞を生じない）。試料ラインは「
ナフィオン（Ｎａｌ’１ｏｎ）Ｊを選択し、これはＨ２
０の凝縮の問題点を防止する。したがって、同期の問題
は少なくなる。また、混合は部分的であり、不適切に整
合したときにも積分誤差は小さく、濃度分布は急激には
変化しないので、誤差に対して敏感でなくともよい。圧
は、本質的には周囲の室内空気圧である。選択装置によ
って分析用の試料の一つを選択し、センサーによって選
択された試料のパラメーターを示す信号が供給される。
２個のセンサーであって、一つは酸素濃度を感知し、も
う一方は二酸化炭素濃度を感知するセンサーを用いるの
が好ましい。それぞれの試料を分析し、計算機は試料の
酸素および二酸化炭素濃度を流量データーと共に用いて
、酸素消費量と二酸化炭素排泄量の呼吸毎の流量で重み
付けられた平均を計算する。
一つの態様では、選択装置は、センサーと選択された試
料を導く導管との間で流体連通する流体流量制御弁を有
する。計算機は、この弁と、この計算機の制御下にて試
料を収集して分析し、また自動的に行われる所望の代謝
量を計算する全工程を制御する。
本発明によれば、前記の種類の装置を用いる代謝物の測
定法が提供される。この方法は、吸入気体の試料と吐出
気体の最終呼吸および周囲圧試料を収集し、分析のため
の試料の一つを選択し、選択された試料を分析してその
パラメーターを決定することから成っている。
酸素濃度と二酸化炭素濃度の両方を定量して、酸素消費
量と二酸化炭素排泄量の呼吸毎の流量で重み付けられた
平均を算出するのが好ましい。
本発明の他の特徴と利点は、本発明の原理を例示する添
付の図面と共に下記の詳細な説明から明らかになる。
例示の目的で図面に示されるように、本発明は通気装置
上で挿管された患者の代謝量を監視する新規な方法およ
び装置に具体化される。吸気と呼気試料を収集して、分
析し、例えば酸素消費と二酸化炭素の排泄の呼吸毎の量
を提供するのである。
現行の方法では、呼吸の回数に対して平均した代謝割合
を提供するが、かかる平均した量は現代の医学的治療法
にとって常に適当なものとは限らないのである。
本発明によれば、吸気試料と、最終的な呼吸の呼気試料
と周囲圧呼気試料が収集される。周囲圧試料は、連続呼
吸において吐出される気体が完全に混合する前の地点か
ら、本質的に周囲の室内空気圧である圧で取り出される
。試料中の酸素および二酸化炭素の濃度をｆｌｌｌ定し
、酸素消費および二酸化炭素排泄の割合を、通気装置流
量計を用いて流量で重み付けられた平均によって計算し
て、これにより医学的診断および治療に用いられる精確
な呼吸毎の代謝量が提供される。
次に図について説明すると、通気装置ＩＩ上で呼吸につ
いて補助されている押管された患者に関して代謝データ
ーを提供する代謝モニターは、第一第二および第三の導
管Ｉ３．１５および１７、分析のための気体試料の一つ
を選択するための一般的に１９で示される選択装置、お
よび一般的に２１で示され選択的な気体試料の未知パラ
メーターを示す信号を提供するセンサー装置を備えてい
る。
吸気導管２３は、吸入気体を通気装置１１から加湿装置
２５を介して患者の７部２７へと導く。この患者の７部
２７は、吸入気体を患者に供給し、呼気を患者から受は
取るのに適している。第一の試料導管ｔ３は、加湿装置
２５と７部２７この間の部位２９で吸気導管２３に接続
されて、通気装置１１によって供給される吸入気体の試
料を収集するようになっている。
第一の試料導管１３は、この第一の試料導管Ｉ３に入る
戚状水を捕集する水トラツプ３１に接続されるのが好ま
しい。
呼気導管３３は７部２７から通気装置１１を通り吐出弁
３４を通って排出口３５へ呼気を導く。第二の試料導管
ｉ５は、部位３７において患者の７部２７へ接続されて
おり、患者が吐出したこれらの呼気の最終呼吸試料を収
集する。第三の試料導管１７は、呼気の周囲圧試料を収
集するものであり、排出口３５に隣接する点３９で呼気
導管３３に接続され、排出口では連続する呼吸で吐出さ
れた気体と吐出弁の後の部位における気体は完全には混
合されず、圧は本質的に周囲の室内空気圧となっている
。
レスビレ−ター１１は、呼気導管３３中に流量センサー
４１を備えており、呼気導管３３中の気体の流量を示す
信号を与える。
選択手段１９は、好ましくは流体流量制御弁を備えて、
選択された試料を導く導管とセンサー手段２１とを流体
連通ずる。例示の態様では、選択手段１９は第一、第二
および第三の電磁活性化弁４３．４５および４７を有す
る。第一の弁４３は口５１を通って周囲空気を受容する
第一の入り口４９と水トラツプ３１から導管５５を通っ
て吸気試料を受容する第二の入り口５３を有する。弁４
３の出口５７は、第二の弁４５の第一の入り口５９に接
続されている。
第二の弁４５は、第二の試料導管ｉ５に接続された第二
の入り口６１と、第三の弁４７の第一の入り口６５に接
続された出口６３とを有する。第三の弁４７は、第三の
試料導管１７に接続した第二の入り口６７とセンサー手
段２１に接続した出口６９を有する。
センサー手段２１は、好ましくは選択された気体試料中
の酸素濃度を感知する酸素センサー７１と二酸化炭素濃
度を感知する二酸化炭素センサー７３を備えている。選
択された試料の圧を示す信号を提供する圧セ〉・サーフ
５は、所望により配設される。
センサー７Ｌ　７３および７５の入り口７７．７９およ
び８１は、それぞれ第三の弁４７の出口６９に接続され
て選択された気体試料を収容するようになっている。
センサー７１および７３の出口８３および８７は、試料
をセンサーを通って排出口８９に引くポンプ８７に接続
されている。
計算機９１のような計算手段を備えて、患者の酸素消費
量と二酸化炭素配設量の呼吸毎の流量で重み付けられた
平均を算出するのが好ましい。計算機９１は、それぞれ
センサー７１および７３から計算機９１に伸びている酸
素および二酸化炭素信号ライン９３および９５によって
示されるように、センサー７１および７３から酸素およ
び二酸化炭素濃度を示す信号を受は取る。計算機９１は
、センサー７５から計算機９（まで伸びている圧信号ラ
イン９７によって示されるように、圧センサ−７５から
圧信号も受は取る。
患者から吐出気体の流量を示す信号を供給する手段も、
流量センサー４１と通気装置１１と計算機９１まで伸び
ている流量信号ライン９９に酔って示されるように、備
えられている。
計算機９１は、計算機９１から電磁弁４３．４５および
４７まで伸びている制御信号ライン１０１によって示さ
れるように、選択手段Ｉ９を制御する手段を備えるのが
好ましい。
操作において、弁４７を作動させると、センサー７１．
７３および７５は弁４７の第二の入り口６７を通って第
三の試料導管（７から周囲圧試料を受は取る。弁４５を
作動させ、弁４７を作動させなければ、センサーは弁４
５の第二の入り口６１を通って第二の試料導管１５から
最終呼吸試料を受は取る。弁４３を作動させて弁４５お
よび４７を作動させなければ、センサーは弁４３の第二
の入り口５３と弁４５の第一の入り口５９と弁４７の６
５を通って第一の試料導管１３から吸気試料を受は取る
。
弁４３．４５および４７のいずれも作動されなければ、
センサーは入り口５１と３個の弁の第一の入り口４９．
５９および６５を通って周囲空気を受は取る。弁４３．
４５および４７のうちの最初に一つの弁を作動させた後
、もう一つの弁を作動させることにより、各種の試料を
分析して、それぞれの酸素および二酸化炭素濃度を決定
することができる。この情報は、圧センサ−７５からの
圧情報および通気装置における流量センサー４１からの
流量情報と共に、各種の信号ライン９３．９５．９７お
よび９９によって示されるように計算機９１に提供され
る。この計算機は各種のセンサーからの情報を用いて、
酸素消費量および二酸化炭素配設量の呼吸毎の流量で重
み付けられた平均を算出する。
吸気導管２３と第一の試料導管１３との間の接続点２９
は、加湿装置２５の容積が搬送される酸素濃度の混合室
として働くので、加温装置と７部２７との間に配設され
る。大抵の通気装置は完全に混合した濃度の吸気を搬送
しないので、通気装置から出てきた直後に吸気を採取す
ると不正確になることがある。
加湿装置２５は、混合室として働く外に、通気装置Ｕに
よって用いられる任意の供給気体の湿度とは無関係に吸
気試料の水蒸気圧の値を一定に保つ。
これは、気体を室温より高い温度で加湿した後、気体を
ナフィオンのような挿管の長さ中を流動させて、水蒸気
の分圧を室温および相対湿度の周囲条件に対応する値ま
で低下させることによって行う。吐出気体の濃度と相対
湿度も周囲条件に平衡になっているので、これらの周囲
条件が変動しても、試料の分析精度には影響しない。　
接続点２９は、７部２７から少なくとも６インチ上流に
配置して、試料導管１３中に任意の吐出気体が不注意に
よって入り込まないようにするのが好ましい。
呼気導管３３と第二の試料導管Ｌ５との間の接続点３７
はＹ部に設置して、吐出気体中の二酸化炭素濃度の最終
呼吸量を正確に測定す、ることかできるようにする。
流量重み付は平均の計算は、流量とセンサーによって与
えられる濃度信号との同期によって変化する。周囲圧呼
気試料に対しては、この同期は呼気気体の分子が第三の
試料導管１７中をセンサー手段２１まで流動するのに要
する輸送遅延時間の関数であり、この遅延時間は圧の関
数でもある。圧を一定に保つと、遅延時間は一定になり
、これにより流量と濃度信号を容易に且つ正確に同期さ
れる。
周囲圧条件は、相対的に一定であり特に速やかには変動
しにくいが、通気装置１１内に備えられた吐出弁から下
流の呼気導管３３中で見られる。したがって、接続点３
９を前記の弁の下流に配置することによって第三の試料
導管１７における呼気採取圧を一定に保つと、流量と濃
度信号が簡単に且つ正確に同期する。接続点３９を吐出
弁の上流に配置すると、圧変動は様々な輸送遅延時間を
生じる。このため、流量と濃度信号を同期させるには、
圧または流量を動的に測定する必要があるので、モニタ
ーが極めて複雑になり、不正確になる危険性が増す。呼
吸毎の結果を得るためには患者の挿管の吐出側には混合
室がないことも留意すべきである。
混合室は、あったとしても他の目的のために加えられた
ものである。試料は、この混合室の前にあるように配置
する必要がある。
呼気が採取される前に混合室中を通過すると、呼吸毎の
分析は出来ない。したがって、接続点３９は吐出弁と任
意の混合室との間に配設すべきである。
混合室を用いないことにより、付随的ではあるが、この
ような室の嵩を大きくする必要がなく且つ室の殺菌を行
う必要が全くないという利点がある。
上記の説明から、本発明の方法および装置は、通気装置
上の挿管した患者の酸素消費量および二酸化炭素排／Ｉ
！！Ｈのような精確な呼吸毎の流量重み付は平均代謝速
度を提供することが理解される。
本発明による代謝モニターは、任意の多種類の通気装置
に接続することができる点て有利である。
更に呼気導管には混合室を必要としないので、かかる装
置を用いる場合に固有の不利益を回避することができる
。
本発明の具体的態様を説明および例示したが、本発明は
これまで記載され且つ例示された部分の具体的な形態ま
たは配置に限定されず、発明の範囲および精神から離反
することなく各種の改質や変更を行うことができる。特
許請求の範囲内であれば、本発明は具体的に記載され且
つ例示されたものとは異なる方法で実施することができ
る。
【図面の簡単な説明】
図面は、本発明を具体的に説明する代謝モニターを模式
的に表した流体の流れである。 １１・・・　通気装置、 １３、１５．１７・・・導管、 １９・・・選択手段、 ２１・・・センサー手段、 ２５・・・加温装置、 ２７・・・Ｙ部、 ３３・・・呼気導管、 ３４・・・吐出弁、 ３５・・・排出口、 ３７・・・部位、 ３９・・・接続点、 ４１・・・流量センサー ４３、４５．４７・・・弁、 ４９・・・第一の入り口、 ５１・・・口、 ５３・・・第二の入り口、 ５５・・・導管、 ５７・・・出口、 ５９・・・第一の入り口、 ７１・・・酸素センサー ７３・・・二酸化炭素センサー ７５・・・圧センサ− ９１・・・計算機、 ９９・・・流量信号ライン。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、通気装置上で挿管した患者からの代謝量データーの
    代謝モニターであって、 通気装置によって供給される吸入気体の試料を収集する
    ように作動する第一の試料導管と、患者から吐出される
    呼気の最終呼吸試料を収集するように作動する第二の試
    料導管と、連続呼吸において吐出される気体が完全に混
    合する前であって且つ吐出弁の後の点から圧が本質的に
    周囲の室内空気圧となるようにして呼気の周囲圧試料を
    収集するように作動する第三の試料導管と、 分析用の気体試料の一つを選択する選択手段と、選択さ
    れた気体試料の空気の未知パラメーターを示す信号を供
    給するように作動するセンサー手段とを含んで成るモニ
    ター。 ２、感知されるパラメーターが酸素濃度値を有する、請
    求項１に記載の代謝モニター。 ３、感知されるパラメーターが二酸化炭素濃度値を有す
    る、請求項１に記載の代謝モニター。 ４、感知されるパラメーターが酸素と二酸化炭素濃度値
    の両方を有する、請求項１に記載の代謝モニター。 ５、吐出される患者の気体の流速を示す信号を供給する
    手段と、該流速信号とセンサー信号とに応答して呼吸毎
    の流量で重み付けられた患者の酸素消費と二酸化炭素排
    出量の平均を算出する計算手段を更に有する、請求項４
    に記載の代謝モニター。 ６、選択手段が、選択された試料を運ぶ導管とセンサー
    手段との間に流動連通するように作動する流体流量制御
    弁を有する、請求項５に記載の代謝モニター。 ７、計算手段が選択手段を制御する手段を含む、請求項
    ５に記載の代謝モニター。 ８、吸入気体を患者へと導く吸気導管と、患者から吐出
    される気体を、一回の呼吸で吐出される気体と次の呼吸
    で吐出される気体とを完全には混合することなく、通気
    装置を通して排出口へと導き吐出する導管であって、患
    者から吐出される気体を受けるのに適した第一の端部と
    排出口に結合するのに適した第二の端部を有する吐出し
    導管とを有する種類の、通気装置上で挿管された患者に
    関する代謝データーを提供する、代謝モニターであって
    、 吸入導管と流動連通して、吸入気体の試料を収集するよ
    うに作動する第一の試料導管と、第一の端部と隣接する
    吐出し導管と流動連通し且つ呼気の最終的呼吸試料を収
    集するように作動する第二の試料導管と、 第二の端部と隣接している吐出し導管と流動連通し且つ
    吐出された気体の周囲圧試料を収集するように作動する
    第三の試料導管と、 分析用の気体試料の一つを選択する選択手段と、選択さ
    れた気体試料の未知パラメーターを示す信号を供給する
    ように作動するセンサー手段とを含んで成るモニター。 ９、感知されるパラメーターが酸素濃度値を有する、請
    求項８に記載の代謝モニター。 １０、感知されるパラメーターが二酸化炭素濃度値を有
    する、請求項８に記載の代謝モニター。 １１、感知されるパラメーターが酸素と二酸化炭素濃度
    値の両方を有する、請求項８に記載の代謝モニター。 １２、吐出される患者の気体の流速を示す信号を供給す
    る手段と、該流速信号とセンサー信号とに応答して患者
    の酸素消費と二酸化炭素排出量の呼吸毎の流量で重み付
    けられた平均を算出する計算手段をも有する、請求項１
    １に記載の代謝モニタ１３、選択手段が、選択された試
    料を運ぶ導管とセンサー手段との間に流動連通するよう
    に作動する流体流量制御弁を有する、請求項１２に記載
    の代謝モニター。 １４、計算手段が選択手段を制御する手段を含む、請求
    項１３に記載の代謝モニター。 １５、通気装置上で挿管した患者に関する代謝量データ
    ーを提供する方法であって、 通気装置によって供給される吸入気体の試料を収集し、 患者から吐出される呼気の最終呼吸試料を収集し、 連続した呼吸において吐出される気体が完全に混合する
    前であって且つ吐出弁の後の点から圧が本質的に周囲の
    室内空気圧となるようにして呼気の周囲圧試料を収集し
    て、 分析用の気体試料の一つを選択し、 選択された試料の未知パラメーターを測定することから
    成る方法。 １６、測定されるパラメーターが酸素濃度値を有する、
    請求項１５に記載の方法。 １７、測定されるパラメーターが二酸化炭素濃度値を有
    する、請求項１５に記載の方法。１８、測定されるパラ
    メーターが酸素と二酸化炭素濃度値の両方を有する、請
    求項１５に記載の方法。 １９、吐出される患者の気体の流速データーと試料の酸
    素および二酸化炭素濃度とによって、患者の酸素消費と
    二酸化炭素排出量の呼吸毎の流量で重み付けられた平均
    を算出することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
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