WO2024142145A1

WO2024142145A1 - 空気漏れ測定システム、空気漏れ測定用装置および空気漏れ測定方法

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Publication number: WO2024142145A1
Application number: PCT/JP2022/047869
Authority: WO
Inventors: 有為渡辺
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 2022-12-26
Filing date: 2022-12-26
Publication date: 2024-07-04
Anticipated expiration: 2025-06-26
Also published as: JPWO2024142145A1

Abstract

【課題】比較的容易かつ短時間で肺からの空気漏れを評価することができる空気漏れ測定システム、空気漏れ測定用装置および空気漏れ測定方法を提供する。【解決手段】酸素濃度測定手段２１が、肺の臓側胸膜の外面の所望の位置での酸素濃度の時間変化を測定可能に設けられている。表示手段２２が、酸素濃度測定手段２１で測定された酸素濃度の時間変化を表示するよう設けられている。酸素濃度測定手段２１は、臓側胸膜の外面に沿って移動可能に設けられた酸素濃度測定プローブ２１ａを有していることが好ましい。

Description

空気漏れ測定システム、空気漏れ測定用装置および空気漏れ測定方法

　本発明は、空気漏れ測定システム、空気漏れ測定用装置および空気漏れ測定方法に関する。

　胸部の手術により、肺の損傷によって肺瘻、すなわち空気漏れが発生することがある。肺瘻は、肺切除術後に頻度の高い合併症であり、予防するためには、術中の肺瘻部位の同定、修復、評価が重要である。従来、肺瘻部位の同定や評価を行う方法として、水封試験が行われている（例えば、特許文献１参照）。水封試験は、胸腔内に生理食塩水を貯留して肺を浸し、肺を膨らませたときに、肺から漏れ出る空気の泡の大きさや量を観察することにより、空気漏れを評価するものである。

　しかし、水封試験は、生理食塩水で肺を浸す必要があり、煩雑で手間がかかるという問題があった。そこで、この問題を解決するために、胸腔内にミストや煙などのトレーサを停留させ、そこにレーザ光を出射させて、レーザ光がトレーサで散乱した状態を撮影することにより、空気漏れを可視化する方法が開発されている（例えば、特許文献２参照）。また、インドシアニングリーン（ＩＣＧ）のエアロゾルを肺に吸入させ、近赤外線カメラを用いて肺からのＩＣＧの漏れを観測することにより、空気漏れを評価する方法も開発されている（例えば、非特許文献１参照）。

特開２０１９－４１７８０号公報特開２０２２－４８５２８号公報

Naoya Yokota et al., "A New Method to Identify Air Leaks After Pulmonary Resection Using Indocyanine Green Aerosol", Ann. Thorac. Surg. [online], 2022, ［令和４年９月２１日検索］, インターネット〈https://doi.org/10.1016/j.athoracsur.2022.03.058〉

　しかしながら、特許文献２に記載の空気漏れを可視化する方法では、空気漏れの位置に対して、トレーサとレーザ光と撮像装置とを最適な位置関係にセットする必要があり、空気漏れを適切に評価可能な撮影を行うのが非常に難しいという課題があった。非特許文献１に記載の方法では、ＩＣＧのエアロゾル吸入が煩雑であり、安全性も未知数であるという課題があった。

　本発明は、このような課題に着目してなされたもので、比較的容易かつ短時間で肺からの空気漏れを評価することができる空気漏れ測定システム、空気漏れ測定用装置および空気漏れ測定方法を提供することを目的とする。

　上記目的を達成するために、本発明に係る空気漏れ測定システムは、肺の臓側胸膜の外面の所望の位置での酸素濃度の時間変化を測定可能に設けられた酸素濃度測定手段と、前記酸素濃度測定手段で測定された前記酸素濃度の時間変化を表示する表示手段とを有することを特徴とする。

　本発明に係る空気漏れ測定システムは、酸素濃度測定手段により、肺の臓側胸膜の外面の所望の位置での酸素濃度の時間変化を測定し、測定した酸素濃度の時間変化を表示手段により表示することができる。本発明に係る空気漏れ測定システムは、肺の中の気体の酸素濃度を、空気中の酸素濃度と異なる濃度にしておくことにより、肺の臓側胸膜の外面のうち、肺から気体が漏れ出る位置で酸素濃度の時間変化を測定すると、呼吸に合わせて変化する酸素濃度の時間変化を測定することができる。これにより、肺瘻などによる空気漏れの位置を特定することができ、空気漏れを評価することができる。

　このように、本発明に係る空気漏れ測定システムは、酸素濃度の異なる気体を使用して、肺の臓側胸膜の外面に沿って酸素濃度を測定していくだけで、空気漏れを評価することができ、トレーサやレーザ光、撮像装置、ＩＣＧのエアロゾルなどを使用する従来の方法や、水封試験と比べて、容易かつ短時間で肺からの空気漏れを評価することができる。また、低侵襲であり、術中での使用が可能である。また、肺瘻等の部位をフィブリン糊やポリグリコール酸シートで被覆して修復した後では、生理食塩水の注入は望ましくないため、従来の水封試験は行いにくいのに対し、本発明に係る空気漏れ測定システムは、修復後の再評価や確認にも容易に用いることができる。

　本発明に係る空気漏れ測定システムで、前記酸素濃度測定手段は、前記臓側胸膜の外面に沿って移動可能に設けられた酸素濃度測定プローブを有していることが好ましい。この場合、酸素濃度測定プローブにより、肺の臓側胸膜の外面に沿って移動しやすく、臓側胸膜の外面の所望の位置で、容易に測定を行うことができる。また、例えば、酸素濃度測定プローブを内視鏡に内蔵することにより、胸腔鏡下手術などの際にも、胸腔内で容易に測定を行うことができる。本発明に係る空気漏れ測定システムで、表示手段は、例えばモニタやプリンタ等から成っていることが好ましい。

　本発明に係る空気漏れ測定システムは、酸素濃度を測定するための装置を、肺の臓側胸膜からの空気漏れを測定するための空気漏れ測定用装置として利用してもよい。そのような装置としては、酸素濃度測定プローブを有し、所望の位置での酸素濃度の時間変化を測定可能に設けられた酸素濃度測定手段と、前記酸素濃度測定手段で測定された前記酸素濃度の時間変化を表示する表示手段とを有するものであることが好ましく、例えば、市販のマルチ呼吸機能測定装置「FB-8010」（株式会社コスモスウェブ製）などを好適に利用することができる。また、本発明に係る空気漏れ測定システムは、酸素濃度の代わりに、酸素濃度から換算可能な酸素飽和度を使用してもよい。

　本発明に係る空気漏れ測定システムは、呼吸に合わせて、空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度の気体を、前記肺に周期的に送り込むよう設けられた気体供給手段を有することが好ましい。この場合、肺に送り込む気体として、ほとんど害がない程度の酸素濃度の気体を使用することにより、安全性が高く、容易に肺からの空気漏れを評価することができる。また、気体供給手段により、呼吸に合わせて、肺に周期的に気体を送り込むため、肺にほとんど負担がかからず安全性が高い。気体供給手段で肺に気体を送り込むときには、自然呼吸に合わせて送り込んでもよく、人工呼吸に合わせて送り込んでもよい。気体供給手段は、人工呼吸器であってもよい。

　本発明に係る空気漏れ測定方法は、呼吸に合わせて、空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度の気体を、肺に周期的に送り込む気体供給ステップと、前記気体供給ステップで前記肺に前記気体を送り込んでいる間、前記肺の臓側胸膜の外面の所望の位置での酸素濃度の時間変化を測定する酸素濃度測定ステップと、前記酸素濃度測定ステップで測定された前記酸素濃度の時間変化を表示する表示ステップとを有することを特徴とする。

　本発明に係る空気漏れ測定方法は、本発明に係る空気漏れ測定システムにより好適に実施することができる。本発明に係る空気漏れ測定方法では、肺の臓側胸膜の外面のうち、肺から気体が漏れ出る位置で酸素濃度の時間変化を測定することにより、呼吸に合わせて変化する酸素濃度の時間変化を測定することができる。これにより、肺瘻などによる空気漏れの位置を特定することができ、空気漏れを評価することができる。

　本発明に係る空気漏れ測定方法によれば、空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度の気体を使用して、肺の臓側胸膜の外面に沿って酸素濃度を測定していくだけで、空気漏れを評価することができ、トレーサやレーザ光、撮像装置、ＩＣＧのエアロゾルなどを使用する従来の方法や、水封試験と比べて、容易かつ短時間で肺からの空気漏れを評価することができる。また、低侵襲である。

　本発明によれば、比較的容易かつ短時間で肺からの空気漏れを評価することができる空気漏れ測定システム、空気漏れ測定用装置および空気漏れ測定方法を提供することができる。

本発明の実施の形態の空気漏れ測定システムを示す正面図である。本発明の実施の形態の空気漏れ測定システムの、空気漏れの測定実験に用いたブタの肺の、肺瘻の作製位置（図中の×印）を示す斜視図である。本発明の実施の形態の空気漏れ測定システムの、空気漏れの測定実験での、酸素濃度の時間変化の測定結果の一例を示すグラフである。本発明の実施の形態の空気漏れ測定システムの、空気漏れの測定実験での、各肺瘻の同定時間（time to detection）を示すグラフである。本発明の実施の形態の空気漏れ測定システムの、空気漏れの測定実験での、各肺瘻をエアリークの程度で分類した３つの群（Major、Moderate、Minor）ごとの同定時間の分布を示すグラフである。本発明の実施の形態の空気漏れ測定システムの、空気漏れの測定実験での、各肺瘻をエアリークの程度で分類した３つの群（Major、Moderate、Minor）ごとの最大酸素飽和度（Maximal O₂）の分布を示すグラフである。本発明の実施の形態の空気漏れ測定システムの、空気漏れの測定実験での、各肺瘻が位置する５つの肺葉［左肺上葉（LUL）、左肺下葉（LLL）、右肺上葉（RUL）、右肺中葉（RML）、右肺下葉（RLL）］ごとの最大酸素飽和度の分布を示すグラフである。本発明の実施の形態の空気漏れ測定システムの、空気漏れの測定実験での、腹側および背側に位置する各肺瘻の最大酸素飽和度の分布を示すグラフである。

　以下、図面および実施例に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
　図１は、本発明の実施の形態の空気漏れ測定システムを示している。
　図１に示すように、本発明の実施の形態の空気漏れ測定システム１０は、肺の臓側胸膜からの空気漏れを測定するものであり、空気漏れ測定用装置１１と気体供給手段１２とを有している。

　空気漏れ測定用装置１１は、酸素濃度測定手段２１と表示手段２２とを有している。酸素濃度測定手段２１は、酸素濃度測定プローブ２１ａを有し、所望の位置での酸素濃度の時間変化を測定可能に設けられている。酸素濃度測定手段２１は、肺の臓側胸膜からの空気漏れを測定する際には、酸素濃度測定プローブ２１ａを、肺の臓側胸膜の外面に沿って移動させることにより、肺の臓側胸膜の外面の所望の位置での酸素濃度の時間変化を測定可能になっている。表示手段２２は、モニタから成り、酸素濃度測定手段２１に接続され、酸素濃度測定手段２１で測定された酸素濃度の時間変化を表示するよう設けられている。

　気体供給手段１２は、呼吸に合わせて、空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度の気体を、肺に周期的に送り込むよう設けられている。具体的な一例では、気体供給手段１２は、人工呼吸器から成り、肺に周期的に気体を送り込むことにより人工呼吸を行うようになっている。

　空気漏れ測定システム１０は、本発明の実施の形態の空気漏れ測定方法を好適に実施することができる。すなわち、本発明の実施の形態の空気漏れ測定方法は、まず、気体供給手段１２により、呼吸に合わせて、空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度の気体を、肺に周期的に送り込む。このとき、呼吸に合わせて、肺に周期的に気体を送り込むことにより、肺にほとんど負担がかからず、安全である。また、肺に送り込む気体として、ほとんど害がない程度の酸素濃度の気体を使用すればよく、安全かつ容易である。

　次に、肺に気体を送り込んでいる間、空気漏れ測定用装置１１により、肺の臓側胸膜の外面の所望の位置での酸素濃度の時間変化を測定する。このとき、酸素濃度測定プローブ２１ａが肺の臓側胸膜の外面に沿って移動しやすいため、臓側胸膜の外面の所望の位置で、容易に測定を行うことができる。次に、測定された酸素濃度の時間変化を、表示手段２２により表示する。このとき、肺から気体が漏れ出る位置で酸素濃度の時間変化を測定すると、呼吸に合わせて変化する酸素濃度の時間変化を測定することができる。また、肺から気体が漏れ出ていない位置で酸素濃度を測定すると、酸素濃度の時間変化は認められない。これにより、肺瘻などによる空気漏れの位置を特定することができ、空気漏れを評価することができる。

　このように、本発明の実施の形態の空気漏れ測定システム１０および空気漏れ測定方法は、空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度の気体を使用して、肺の臓側胸膜の外面に沿って酸素濃度を測定していくだけで、空気漏れを評価することができ、トレーサやレーザ光、撮像装置、ＩＣＧのエアロゾルなどを使用する従来の方法や、水封試験と比べて、容易かつ短時間で肺からの空気漏れを評価することができる。また、低侵襲であり、術中での使用が可能である。

　なお、本発明に係る空気漏れ測定システム１０および空気漏れ測定方法は、酸素濃度の代わりに、酸素濃度から換算可能な酸素飽和度を使用してもよい。

　体重30～35 kgの雄のヨークシャー種家畜ブタを４匹用いて、肺の臓側胸膜からの空気漏れの測定実験を行った。まず、ブタを、プロポフォール、レミフェンタニルにより全身麻酔し、気体供給手段１２の人工呼吸器を繋いで、人工呼吸器管理とした。人工呼吸器の設定は、従量換気にて、TV（一回換気量）を 10 mL/kg、RR（換気回数）を 15／分、PEEP（呼気終末陽圧）を 5 cmH₂O、FiO₂（吸入気酸素濃度）を 0.25～1.0とし、両肺換気とした。

　次に、全身麻酔下で、ブタに対して側臥位で側方開胸をし、図２に示すように、肺葉（左２葉、右３葉）ごとに腹側、背側の２箇所ずつ、１匹につき合計１０箇所の肺瘻（図中の×印の位置）を作製した。肺瘻の作製では、肺の臓側胸膜の外面から、２５Ｇの針を２ｍｍの深さまで穿刺し、電気メスを用いて３０Ｗで針に通電して、穿刺部位からの出血を凝固した。こうして、出血のないピンホール型の肺瘻（胸膜損傷）を形成した。なお、ブタを４匹用いたため、肺瘻は全部で４０箇所である。

　作製した４０箇所の肺瘻に対して、あらかじめ水封試験を行い、エアリークの程度によって、Major、Moderate、Minorの３つの群に分類した。Majorは、バブルの直径が10 mm以上のもの、Moderateは、バブルの直径が3 mm以上10 mm未満のもの、Minorは、バブルの直径が3 mm未満またはバブルが非連続のものである。４０箇所の肺瘻のうち、Majorが１６箇所、Moderateが１１箇所、Minorが１２箇所であった。なお、１箇所は、測定データの記録エラーがあったため、以下の測定結果には採用していない。

　空気漏れ測定用装置１１を用いて、各肺瘻での酸素濃度の時間変化の測定を行った。空気漏れ測定用装置１１として、市販のマルチ呼吸機能測定装置「FB-8010」（株式会社コスモスウェブ製）を用いた。酸素濃度測定プローブ２１ａは、装置に付属のエクステンションチューブ（X2、内径：1.1 mm）であり、そのチューブを、肺の臓側胸膜の外面に形成された各肺瘻の直上に置いて測定を行った。その測定結果の一例を、図３に示す。

　図３に示すように、呼吸に合わせて、酸素濃度の時間変化が確認されており、測定位置で空気が漏れていることがわかる。このような酸素濃度の時間変化から、測定項目として、測定開始から最初の波の最高点に到達するまでの時間（図中の「time to detection」、以下、「同定時間」ともいう）、および、最大酸素濃度（図中の「Maximal O₂」）を抽出した。なお、以下では、最大酸素濃度は、最大酸素飽和度に変換して使用した。

　３９箇所の肺瘻について測定された、測定開始から最初の波の最高点に到達するまでの時間（同定時間、time to detection）を、図４に示す。図４に示すように、３９箇所のうちの３７箇所（94.87％）で、肺瘻（胸膜損傷）を同定することができた。また、その同定時間の平均値は、13.54秒（９５％信頼区間：8.75～18.33秒）であった。なお、同定できなかった２箇所は、いずれもMinorに分類されるものであった。

　同定できた３７箇所のうち、３つの群ごとに同定時間の分布を求め、図５に示す。図５に示すように、同定時間の平均値は、Majorで17.79秒、Moderateで9.36秒、Minorで11.34秒であり、Majorで長くなっていることが確認された。これは、Majorでは穴が大きい分、漏れ出る空気が水平方向に拡散してしまい、垂直方向（プローブの方向）に移動しにくいことや、穴が小さくなるほど、漏れ出る空気の圧力が高くなり、その空気がより遠くまで届くことなどが原因であると考えられる。

　同定できた３７箇所のうち、３つの群ごとに最大酸素飽和度の分布を求め、図６に示す。図６に示すように、Major、Moderate、Minorの３つの群の間で、最大酸素飽和度に有意差は認められなかった。３７箇所の最大酸素飽和度の平均値は、339.3 mmHg（９５％信頼区間：288.9～389.6 mmHg）であった。

　同定できた３７箇所のうち、肺葉ごとに最大酸素飽和度の分布を求め、図７に示す。図７に示すように、５つの肺葉［左上葉（LUL）、左下葉（LLL）、右上葉（RUL）、右中葉（RML）、右下葉（RLL）］の間で、最大酸素飽和度に有意差は認められなかった。

　同定できた３７箇所のうち、腹側および背側の最大酸素飽和度の分布を求め、図８に示す。図８に示すように、腹側の最大酸素飽和度の平均値は、411.9 mmHg（９５％信頼区間：331.7～492.1 mmHg）、背側の最大酸素飽和度の平均値は、262.8 mmHg（９５％信頼区間：220.1～305.5 mmHg）であり、腹側の最大酸素飽和度は、背側の最大酸素飽和度と比較して、有意に高値であることが確認された（p = 0.0014）。これは、ブタの胸腔内が狭く、背側が押し潰される格好となっていることから、背側には空気が入りにくいことや、背側の測定時に肺表面に対して垂直に酸素濃度測定プローブ２１ａを配置できなかったことなどが影響しているためであると考えられる。

　１０　空気漏れ測定システム
　１１　空気漏れ測定用装置
　　２１　酸素濃度測定手段
　　　２１ａ　酸素濃度測定プローブ
　　２２　表示手段
　１２　気体供給手段

Claims

　肺の臓側胸膜の外面の所望の位置での酸素濃度の時間変化を測定可能に設けられた酸素濃度測定手段と、
　前記酸素濃度測定手段で測定された前記酸素濃度の時間変化を表示する表示手段とを
　有することを特徴とする空気漏れ測定システム。
　前記酸素濃度測定手段は、前記臓側胸膜の外面に沿って移動可能に設けられた酸素濃度測定プローブを有していることを特徴とする請求項１記載の空気漏れ測定システム。
　呼吸に合わせて、空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度の気体を、前記肺に周期的に送り込むよう設けられた気体供給手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の空気漏れ測定システム。
　肺の臓側胸膜からの空気漏れを測定するための空気漏れ測定用装置であって、
　酸素濃度測定プローブを有し、所望の位置での酸素濃度の時間変化を測定可能に設けられた酸素濃度測定手段と、
　前記酸素濃度測定手段で測定された前記酸素濃度の時間変化を表示する表示手段とを
　有することを特徴とする空気漏れ測定用装置。
　呼吸に合わせて、空気中の酸素濃度よりも高い酸素濃度の気体を、肺に周期的に送り込む気体供給ステップと、
　前記気体供給ステップで前記肺に前記気体を送り込んでいる間、前記肺の臓側胸膜の外面の所望の位置での酸素濃度の時間変化を測定する酸素濃度測定ステップと、
　前記酸素濃度測定ステップで測定された前記酸素濃度の時間変化を表示する表示ステップとを
　有することを特徴とする空気漏れ測定方法。