JPS6290136A - 肺の機械的性質を測定する方法および装置 - Google Patents

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 本発明は、患者の肺系統の機械的性質の測定に関し、と
くに、肺〜胸系統の臨床的に重要な各種のコンプライア
ンスと関連のパラメタとの測定に関する。

従来の技術および発明が解決しようとする問題点肺機構
の研究は、肺〜胸系統の弾性の測定を意味する。この弾
性は、対応する圧力変化を同時に測定しながら予定の空
気またはガスの体積変化量を導入する患者の肺の継続的
な膨張と収縮とにより定量化される。

体積／圧力（Ｖ／Ｐ）の関係から次のパラメタ（−代表
的なまたは臨床的に重要な体積対圧力の比率）を導くこ
とができる。

通常、患者のｍ　ｍ　Ｋｙ当たり１０〜１５ｄ）。

ｂ）開始コンプライアンス、即ちその初期部分のＶ／Ｐ
曲線のこう配。

Ｃ）膨張コンプライアンス、即ち膨張中におけるその第
二の急傾斜部分のＶ／Ｐ曲線のこう配。

ｄ）湾曲点または開放圧力、即ち初期Ｊ３よび急傾斜部
分間のＶ／Ｐ曲線の屈折点。

ｅ）収縮コンプライアンス、即ち収縮中におけるＶ／Ｐ
曲線のこう配。

ｆ）回復不能または「閉じ込められた」体積、即ち無圧
力での収縮の終末における肺系統内の容積。

ｇ）　ヒステリシス面積、即ち膨張ならびに収縮中のＶ
／Ｐ曲線に囲まれた面積。

ｈ）　ヒスプリシス比率、即ち面積ｖ−Ｐｍａｘ　　　
　　　ｍａｘ で徐したヒステリシス面積。

ｉ）最良ＰＥＥＰ圧力、即ちＶ／Ｐ曲線の膨張コンプラ
イアンス部分がほとんど直線状となる圧力。

麻ひさせられた患者における圧力〜体積曲線は現在、第
一に呼吸作用における圧力の同時読取りを含むいわゆる
超大型注入器を用いる用手の膨張と収縮とにより、ある
いは第二に圧縮がス流生成器から一定の空気またはガス
の流れを送ることと発生圧力の独立した測定とによる、
といった二つの方法によって得られる。

子連のパラメタａ）〜ｉ）を得るためには、複斜ｔな諸
計Ｃ）を個別に行う必要があるが、それには良い時間を
要する。更にまたその諸結果は、実際に臨床的に有意義
な程精確ではなかった。

本発明の目的は、正確且つ直接的な方法で弾性パラメタ
を測定する方法および装置を提供することにある。

精度に関しては、ＣＯおよび０２の含量の変化ならびに
ガス温度の測定がＶ／Ｐ曲線にかなり影響を及ぼすこと
が見いだされている。従って本発明の別の目的は、測定
の際、 ａ）肺に送られる空気の温度の上野による体積の変化と
、 ｂ）肺内におけるＣＯ２の生成と、 Ｃ）測定中の肺内における０２の消費 とに対する妥当なゆとりを設定する目的で補整が行われ
るようにした、患者の肺内に生ずる圧力および体積の変
化の正確な測定のための新規なシステムを提供すること
にある。

本発明の更に別の目的は、周知のシステムに比し一層高
い精確さでの測定（直の達成のみならず、容易且つ簡単
な設置と直接的な表示された測定値の達成をも可能にさ
けるようにした、前記測定を行うための機械的部分と電
気的部分とで構成される生物医学的装置を提供すること
にある。

実施例および作用 本発明のそれ以上の目的と利点とは、本発明の好適な実
施例の添付図面に関連する次の説明により明らかとなろ
う。

第１図は、部分的に健全な肺胞と、部分的に損（セし、
つぶれ、または閉そくした肺胞とを有する患者に、例え
ば患者の重量Ｋｇ当たり１０ｄ、即ち７５Ｋｇの思考に
対し約７５０ｍｆ！、の予定体積を補給することにより
得られた代表的なＶ／Ｐ曲線１を示す通常、つぶれた肺
胞の一部はある圧力に到達した際に再開または回復され
る。比較的に平たんな傾斜を有する曲線の第一部分２は
、はとんど健全な肺胞の健康な組織のみが包含される、
いわゆる開始コンプライアンスを表示している。

患者に補給された体積がある圧力を生成すると、つぶれ
たいわゆる間敢圧肺胞は再開し始め且つ換気されること
に関与し始める。この点３は湾曲点と呼ばれる。そこか
ら曲線は引続き連続的に急こう配となり（４に示す）、
換言すれば、より大きな肺気吊の故に、同じ圧力差を得
るためには更に大ぎな体積を置換しなければならない。

恐らく回復可能なこれらの肺胞の全てが再開されると、
曲線は再び多少直線的となる。これが生ずる点５は最良
ＰＥＥＰ　（呼気終末陽圧）圧力と呼称される。

続く曲線のほとんど直線的な部分６が、いわゆる膨張コ
ンプライアンスを画定する。空気の最大体積が患石内に
補強された後、収縮が開始される。

曲線の収縮部分７のこう配が、収縮コンプライアンスを
画定する。この収縮曲線は、体積軸線上の零の上方の点
８で終わる。これは、無圧力において、患者に補給され
た全体積が回復されてはいないことを意味する。回復不
能または閉じ込められた体積は、肺の状態を評価する際
の別の重要なパラメタである。

収縮曲線が膨張曲線と異なるという事実により、ヒステ
リシスと呼ばれるある面積９が囲われる。

このヒステリシスはまた臨床的にも重要な聞と考えられ
る。最後に、ヒステリシス面積９を、仮想線１１で示す
面積Ｖ　　　−Ｐ　　　に関連させるこｗａｘ　　　　
　　ｍａｘ とができる。ヒステリシス面積を面積ｖＩＩｌａｘ　・
ＰＩＩ１８ｘで徐したものをヒステリシス比率と称する
。

測定したＶ／Ｐ曲線１のほかに第１図は、補償されたＶ
／Ｐ曲線１２を示す。この補償Ｖ／Ｐ曲線については後
に説明する。

第２図は、前）ホの曲線を測定し且つ各種の重要なパラ
メタを計算する装置の機械的構成の略図を示す。この装
置は、ポンプ１３ならびに電子的制御および評価モジュ
ール１４から成る。ポンプは、象徴化されたその肺の略
図で表示した患者１６へ、在来の配管１５を介して接続
される。

ポンプは、望ましくはアクリルガラスで作られたシリン
ダ１７で構成され、その中にビスｌ−ン１８が往復滑り
運動するように設けられる。ビスｌ−ン運動の方向に依
り、体ｖ４１９内に含まれた空気は、配管１５を介して
患者１６に補給され、またはそこから引き出される。

ピストン１８は、ケーシング２２内の小歯車のような適
当な歯車またはベルト駆動装置（図示せず）により駆動
されるねじ付きロッド２１で表示される在来のウオーム
駆動装置によって駆動される。歯車はパルス・モータ２
３で駆動される。シリンダ１７は、気密状態を確保する
ためケーシング２２に対してシリンダ１７を押圧するよ
うにねじボルトまたはロッドく図示せず〉で保持された
ヘッド・プレー１〜２４によりケーシング２２に取り付
けられる。この種の取付【ノによって同時に、滅菌の目
的のための迅速且つ容易な分解が確保される。ヘッド・
プレート２４には、配＠１５との接続のためのソケット
と、ケーシング２２内の圧力変換器２６に至る管２５と
の接続のための更に別のソケツ］・とが備えられる。ヘ
ッド・プレート２４は更に、０．７５〜０．８ｂｃｌｒ
の最高圧力に校正された一方向吐出し安全弁２７と、０
．０５ｂａｒの最高圧力に校正された一方向吸込み戻り
安全弁２８とを備えている。

ケーシング２２は望ましくはアルミニウムで作られ、走
査および連搬のための−っ以上の取手（図示せず）を備
えている。ケーシング２２はシリンダ１７と反対の側に
、ねじ付きロッド２１を覆うための突出したハウジング
部分２９を有する。

電気接続ケーブル３１は、内部でそれが電１３機２３と
圧力′Ｊ１換器２６とに接続するようにしたケーシング
２２からモジュール１４に達する。モジュール１４は、
第３図に関連して説明する電子的制御および評価回路を
包含する。第２図には、モジュール１４の前面パネルが
、選択された作動モードについて知らゼるための２組の
ディジタル表示３２．３３と、赤色の発光ダイオード（
ＬＥＤ）表示灯３４と、緑色の発光ダイオードＬＥＤ表
示灯３５とを包含するにうに示しである。更にまた前面
パネルは、回路に必要な指令を送るため、数多くの押し
ボタン・スイッチ３６を備えている。

第３図は、モジュール１４内に含まれる制御および評価
回路のブロック図を示す。中央の構成要素は、４　Ｍ　
ｔｌ　ｚの刻時機構を包含するマイクロプロセッサ３７
である。本実施例では、ズイログ（Ｚｉｌｏ（＋）　製
の７８０型が用いられている。マイクロプロセッサ３７
には、読取り専用記憶装置３８と乱アクセス記憶装＠３
９とが接続されている。

記憶装置３８は、電導機２３の制御のため、および測定
し且つ測定値を計算するため、ブロヒツナ３７に使用さ
れるプログラムを包含する。記憶装置３８は１６にｂｙ
ｔｅの容量を有する。記憶装置３９は、入力データと、
測定結果と、表示または記録されるべき計算結果とを記
憶するために用いられる。同装置は２　Ｋｂｙｔｅの容
量を有する。

圧力変換器からの圧力データ信号は、作動増幅器を備え
る在来のフィルタ４１を経由しそこから在来のアナログ
／ディジタル変換器４２を経てマイクロプロセラ１す３
７に送られるＯ〜５Ｖのアナログ信号である。

記憶装置３８内に記憶されたプログラムからの指令を受
けたプロセッサ３７は電導機駆動信号を生成して電導１
ａ２３への電気的駆動信号を主導機電力供給源４３に送
らせ、かくしてシリンダ１７のピストン１８の段階的ま
たは連続的な運動を生起させる。

プロセラ１す３７により生成された出力データは表示励
振器／マルチプレクサ４４に送られ、そこから、ディジ
タル表示３２．３３の、または表示灯３４．３５の一つ
に到達する。

作動モード、体積、サイクル時間等の選択のような入力
データは、押しボタンまたはキー３６を介してプロセッ
サに送られ、通常は記憶装置３９内に記憶される。

七ジーＬ−ル１４の前面パネル上に示す押しボタンまた
はキーの若干は、ポンプ・ユニットに結合した方がよい
。これは、電導機の軌道ボタンについて特に然りである
。

電力供給源は、それが在来の変圧器、整流器、フィルタ
、電圧調整器ならびに安全の目的のためのヒユーズから
成っているので、とくに示していない。

作動中の場合、記憶装置３８に記憶されたプログラムに
従うプロセッサ３７は、若干数のステップ制御パルスを
生成し且つ電導Ｒ２３へ送る。各ステップは電導機軸線
の１．８°の角変位に該当しているので、ピストンとシ
リンダとの形状の構成データにより、０．１１７８ｄの
体積が排除される。従ってこの体積はステップの数によ
り明確に測定される。流ｆｆｌ　、ｉｌによって体積を
測定することは不要である。

シリンダ１７内の圧力は圧力変換器２６によって検出さ
れ、圧力信号がプロセッサ３７へ送られる。従ってプロ
セッサ３７は堆積および圧力のデータを連続的にイｊし
、体積／圧力曲線の各種特性パラメタを計算する。計算
の結果は記憶装置３つ内に記憶され、必要の際に表示さ
れる。

既述のごとく、測定されたデータが不正確、といった若
干の結果により体積／圧力関係が影響される、というこ
とが本発明者により児いだされている。忠省に送られた
空気の、周囲温度から３７℃への温度上Ｗのため、患者
へ実際に与えられる体積は、ピストン排気により生成さ
れるそれよりも大である。別の結果は、肺内の二酸化炭
素生成によりある程度補償されるに過ぎない肺内の酸素
消費である。更に別の結果が、ガスの加圧および減圧に
起因する体積変化によって生ずる。これらの結果は見掛
は上、一部分互いに補償しているようであるが、補償は
膨張中と収縮中とでは異なっている。１膨張中の温度変
化により生ずる体積変化は、収縮中に少なくとも幾分補
償されるが、酸素消費による減容はそうならない。さら
に、体積変化の若干はサイクル時間に依存し、換言すれ
ば、空気が肺内に永く存在する程、多部の酸素が失われ
る。

これらの不正確さが計算されたパラメタにかな　４゜り
の変動を生じ、従ってこれらのパラメタの臨床的な重要
性が疑わしくなる、ということが本発明者により更に見
いだされている。精度を向上させるため、測定値の処３
１１！中に補償または修正が行われる。修正されたＶ／
Ｐ曲線１２を第１図に仮想線で丞ず。

周囲および肺の温度間の温度差とＣＯ２生成ど０２消費
とによる体積変化についての修正は、次の式に従い、プ
ロ廿ツナ３７によってなされる。

ｖ　　　＝ｖ　　　±　０．１１６Ｖ　　　−Ｖ　　　
・］−−ｃｆｆ　　　５ｔｅｐ　　　　　　５ｔｅｐ　
　　ｃｏＩｌｉｐ　　５Ｑここに、■ｅＨは修正または
補償された体積、Ｖｓｔｅｐはシリンダとピストンとの
幾何学的配列に基づくピストン１８により排除される体
積、係数０．１１６は本発明者により最適と見なされる
実験係数、■　　は（Ｃ０２の生成を考慮した）正ｏｍ
ｐ 味酸素減量を補償する体積、■はサイルク時間ｓｅｃで
ある。最初の補償体積の場合の符号−トまたは−は、膨
張（→暑と収縮（−）とに対応する。

【図面の簡単な説明】

第１図は６秤の重要なパラメタを示した代表的なＶ／Ｐ
曲線、第２図は本発明の好適な実施例の機械的構成の略
図、第３図は電子制御Ｊ３よび評価回路のブロック図で
ある。 １３：ポンプ装置 １６：肺 １７：シリンダ １８：ピストン １９：体積 ３２．３３：ディジタル表示 ３４．３５　：発光ダイオード表示灯 ３７：マイクロプロセッサ ３８：読取り専用記憶装置 ３９：乱アクセス記憶装置

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）患者の肺を予定のガス体積に膨張させ収縮させる
   段階と、膨張および収縮中に肺内に生ずる圧力変化を測
   定する段階と、体積と測定圧力データとをデイジタル形
   式に変換する段階と、代表的なまたは臨床的に重要な体
   積対圧力の比率を計算する段階と、計算の結果を表示す
   る段階とを含むようにした、患者の肺の機械的性質を測
   定する方法。
2. （２）患者の肺を予定のガス体積に膨張させ収縮させる
   段階と、膨張および収縮中に肺内に生ずる圧力変化を測
   定する段階と、式 Ｖ＿ｅ＿ｆ＿ｆ＝Ｖ＿ｓ＿ｔ＿ｅ＿ｐ±０．１１６Ｖ＿
   ｓ＿ｔ＿ｅ＿ｐ−Ｖ＿ｃ＿ｏ＿ｍ＿ｐ・Ｔ／６０（式中
   、Ｖ＿ｅ＿ｆ＿ｆは補正されまたは補整された体積であ
   り、Ｖ＿ｓ＿ｔ＿ｅ＿ｐはシリンダとピストンとの幾何
   学的配列に基づくピストン（１８）に排除される体積で
   あり、係数０．１１６は本発明者が最適と考える実験係
   数であり、Ｖ＿ｃ＿ｏ＿ｍ＿ｐは正味の酸素減少（ＣＯ
   ＿２生成を考慮）を補整する体積Ｔはサイクル時間（ｓ
   ｅｃ）を示す）により体積データを補正する段階と、代
   表的なまたは臨床的に重要な体積対圧力の比率を計算す
   る段階と、計算の結果を表示する段階とを含むようにし
   た、患者の肺の機械的性質を測定する方法。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項に記載の方法
   において、膨張と収縮とが、増大する体積変化を伴つて
   段階的に行われるようにした方法。
4. （４）予定のガス体積を患者の肺へ送りまたはそこから
   引き出すためのポンプ装置と、肺内のガス圧力を検出す
   る圧力検出器装置と、体積と圧力とのデータを処理して
   体積圧力比データの連続的な生成をもたらすデータ処理
   装置と、ポンプ装置を制御する制御装置とを含むように
   した、患者の肺の機械的性質を測定する装置。
5. （５）特許請求の範囲第４項に記載の装置において、ポ
   ンプ装置が、患者の肺に接続された電動機駆動ピストン
   ・ポンプを含むようにした装置。
6. （６）特許請求の範囲第４項に記載の装置において、デ
   ータ処理装置が、プログラム・データの恒久的な記憶と
   入出力データの予備的な記憶とのための、マイクロプロ
   セツサと記憶装置とを含むようにした装置。
7. （７）特許請求の範囲第６項に記載の装置において、デ
   ータ処理装置が表示装置と指示装置とを含むようにした
   装置。