(57)【要約】【課題】人工呼吸器のバックアップ速度を変化させる。【解決手段】人工呼吸器装置は、患者の呼吸が検出されない場合には定期的バックアップモード２２で、または患者の呼吸が検出された場合２０には自発的モードで、換気支援を患者に提供する。バックアップモードを管理するタイミングしきい値１８は、患者の通常の期待される呼吸時間からずれるように選択され、自発的モードにおいては、患者主導の換気を助長するが、無呼吸状態の場合には、バックアップ換気を可能にする。患者の通常の期待される呼吸のタイミングかまたはそれに近いタイミングにおいて、あまり覚醒的でないタイミングしきい値からより覚醒的であるタイミングしきい値へのタイミングしきい値の自動調節２８、３０が、定期的モード中になされる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者のためのバックアップ支援換気を提供するための装置であって、
患者の呼吸サイクルの吸気部分および呼気部分中において圧力支援換気を患者に提供するように構成される人工呼吸器と、
患者の呼吸のサイクルで繰り返し発生する呼吸イベントを検出するように構成される検出器と、
第１の繰り返し発生する呼吸イベントの後の第２の繰り返し発生する呼吸イベントのためのしきい値時間間隔を用いて構成されるプロセッサーであって、前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントのための前記しきい値時間間隔が終了する前に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出されない場合に、圧力支援換気の提供を制御するように構成される、プロセッサーと、
を備え、
前記しきい値時間間隔中に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出されない場合には前記しきい値時間間隔を減少させるように前記プロセッサーが構成され、
更に、前記しきい値時間間隔が終了する前に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出される場合には前記しきい値時間間隔を増加させるように前記プロセッサーが構成される、装置。
【請求項２】
提供される換気のサイクルの数に伴って変化する形で、前記しきい値時間間隔を調節するように前記プロセッサーが更に構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
患者の換気量の妥当性を判定するように前記プロセッサーが更に構成され、
患者の換気量の妥当性の関数として前記しきい値時間間隔を調節するように前記プロセッサーが更に構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記患者の換気量の妥当性の関数が、測定された換気量と目標換気量との比に依存する、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
患者のためのバックアップ支援換気を提供するための装置であって、
患者の呼吸サイクルの吸気部分および呼気部分中において圧力支援換気を患者に提供するように構成される人工呼吸器と、
患者の呼吸のサイクルで繰り返し発生する呼吸イベントを検出するように構成される検出器と、
第１の繰り返し発生する呼吸イベントの後の第２の繰り返し発生する呼吸イベントのためのしきい値時間間隔を用いて構成されるプロセッサーであって、前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントのための前記しきい値時間間隔が終了する前に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出されない場合に、圧力支援換気の提供を制御するように構成される、プロセッサーと、
を備え、
前記しきい値時間間隔中に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出されない場合には、換気支援が患者の自発的な呼吸を妨害しやすい方向に前記しきい値時間間隔を調節するように前記プロセッサーが構成され、
更に、前記しきい値時間間隔が終了する前に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出される場合には、換気支援が患者の自発的な呼吸を妨害しにくい方向に前記しきい値時間間隔を調節するように前記プロセッサーが構成される、装置。
【請求項６】
提供される換気のサイクルの数に伴って変化する形で、前記しきい値時間間隔を調節するように前記プロセッサーが更に構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
患者の換気量の妥当性を判定するように前記プロセッサーが更に構成され、
患者の換気量の妥当性の関数として前記しきい値時間間隔を調節するように前記プロセッサーが更に構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記患者の換気量の妥当性の関数が、測定された換気量と目標換気量との比に依存する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
患者のためのバックアップ支援換気を提供するための装置であって、
患者の呼吸サイクルの吸気部分および呼気部分中において圧力支援換気を患者に提供するための手段と、
患者の呼吸のサイクルで繰り返し発生する呼吸イベントを検出するための手段と、
第１の繰り返し発生する呼吸イベントの後の第２の繰り返し発生する呼吸イベントがしきい値時間間隔の間に検出されない場合に、圧力支援換気の提供を制御するための手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記しきい値時間間隔中に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出されない場合には前記しきい値時間間隔を減少させ、
前記制御手段は、前記しきい値時間間隔が終了する前に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出される場合には前記しきい値時間間隔を増加させる、装置。
【請求項１０】
提供される換気のサイクルの数に伴って変化する形で、前記制御手段が前記しきい値時間間隔を調節する、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記制御手段が、患者の換気量の妥当性を更に判定し、患者の換気量の妥当性の関数として前記しきい値時間間隔を更に調節する、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記患者の換気量の妥当性の関数が、測定された換気量と目標換気量との比に依存する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
患者のためのバックアップ支援換気を提供するための装置であって、
患者の呼吸サイクルの吸気部分および呼気部分中において圧力支援換気を患者に提供するための手段と、
患者の呼吸のサイクルで繰り返し発生する呼吸イベントを検出するための手段と、
第１の繰り返し発生する呼吸イベントの後の第２の繰り返し発生する呼吸イベントがしきい値時間間隔の間に検出されない場合に、圧力支援換気の提供を制御するための手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記しきい値時間間隔中に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出されない場合には、換気支援が患者の自発的な呼吸を妨害しやすい方向に前記しきい値時間間隔を調節し、
前記しきい値時間間隔が終了する前に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出される場合には、換気支援が患者の自発的な呼吸を妨害しにくい方向に前記しきい値時間間隔を調節する、装置。
【請求項１４】
提供される換気のサイクルの数に伴って変化する形で、前記制御手段が前記しきい値時間間隔を調節する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記制御手段が、患者の換気量の妥当性を更に判定し、患者の換気量の妥当性の関数として前記しきい値時間間隔を更に調節する、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記患者の換気量の妥当性の関数が、測定された換気量と目標換気量との比に依存する、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
患者のためのバックアップ支援換気を提供するための装置であって、
患者の呼吸サイクルの吸気部分および呼気部分中において圧力支援換気を患者に提供するように構成される人工呼吸器と、
患者の呼吸のサイクルで繰り返し発生する呼吸イベントを検出するように構成される検出器と、
第１の繰り返し発生する呼吸イベントの後の第２の繰り返し発生する呼吸イベントのためのしきい値時間間隔を用いて構成されるプロセッサーであって、前記しきい値時間間隔が終了する前に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出されない場合に、圧力支援換気の提供を制御するように構成される、プロセッサーと、
を備え、
前記しきい値時間間隔中に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出されない数の増加に伴って前記しきい値時間間隔を減少させるように前記プロセッサーが構成され、
更に、前記しきい値時間間隔が終了する前に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出されない数の減少に伴って前記しきい値時間間隔を増加させるように前記プロセッサーが構成される、装置。
【請求項１８】
患者のためのバックアップ支援換気を提供するための装置であって、
患者の呼吸サイクルの吸気部分および呼気部分中において圧力支援換気を患者に提供するための手段と、
患者の呼吸のサイクルで繰り返し発生する呼吸イベントを検出するための手段と、
第１の繰り返し発生する呼吸イベントの後の第２の繰り返し発生する呼吸イベントがしきい値時間間隔の間に検出されない場合に、圧力支援換気の提供を制御するための手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記しきい値時間間隔中に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出されない数の増加に伴って前記しきい値時間間隔を減少させ、
前記制御手段は、前記しきい値時間間隔が終了する前に前記第２の繰り返し発生する呼吸イベントが検出されない数の減少に伴って前記しきい値時間間隔を増加させる、装置。
【請求項１９】
患者のためのバックアップ支援換気を提供するための装置であって、
患者の呼吸サイクル中において圧力支援換気を前記患者に提供するためのブロワーと、
先行する呼吸イベントの後のしきい値時間間隔内に呼吸イベントが存在しない場合に、圧力支援の提供を制御するための手段であって、患者主導の圧力支援換気の同期を助長するが、無呼吸状態の場合にはバックアップ換気を可能にするような形で、前記しきい値時間間隔は、患者の期待される呼吸タイミングからずれている、手段と、
を備える、装置。
【請求項２０】
呼吸イベントが存在しない場合に、患者の期待される呼吸タイミングに近づくように前記しきい値時間間隔を正常化するために、前記制御手段が前記しきい値時間間隔を調節する、請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記しきい値時間間隔が、前記しきい値時間間隔内に呼吸イベントが存在しないことに応じて提供される換気のサイクルの数の関数として段階的に調節される、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
呼吸イベントが存在する場合に、患者の期待される呼吸タイミングから離れるように前記しきい値時間間隔を正常化するために、前記制御手段が前記しきい値時間間隔を調節する、請求項１９に記載の装置。
【請求項２３】
前記しきい値時間間隔が、呼吸イベントに応じて提供される換気のサイクルの数の関数として段階的に調節される、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
ただ１つの呼吸イベントに応じて、前記しきい値時間間隔が、患者の期待される呼吸タイミングからずれた元々のしきい値時間間隔に戻される、請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
呼吸イベントが存在しない場合に、患者の期待される呼吸タイミングに近づくように前記しきい値時間間隔を正常化するために、前記制御手段が前記しきい値時間間隔を調節する、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記しきい値時間間隔の調節が、期待される呼吸速度からずれた速度よりも約５０％だけ速い最大呼吸速度によって制限される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記しきい値時間間隔の調節が、学習期間中に決定された通常の呼吸速度の何分の一かの分数として計算された最小呼吸速度によって制限される、請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
分数が約２／３である、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記しきい値時間間隔の調節が、患者の換気量の妥当性の関数である、請求項２０に記載の装置。
【請求項３０】
患者の換気量の妥当性の関数が、測定された換気量と目標換気量との比を含む、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
測定された換気量が、毎分換気量であり、関数が、測定された毎分換気量と目標毎分換気量との比に対して区間線形である、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
呼吸イベントが存在しない場合に、期待される呼吸からずれた値に前記しきい値時間間隔が定期的に戻される、請求項２０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００３年３月７日に出願されたオーストラリア仮特許出願第２００３９０１０４２号の権利を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、呼吸機能不全のような呼吸器疾患を治療する際に使用するための自動的に制御される人工呼吸器の分野に関する。より詳細には、本発明は、患者が自発的に呼吸していないときの換気のためにより適切なバックアップ速度を提供する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
呼吸器疾患のある患者を治療するために、正圧式の人工呼吸器および負圧式の人工呼吸器の両方が、数十年間、使用されてきた。様々な人工呼吸器が、ＭＪ  Ｔｏｂｉｎ（１９９４，ＭｃＧｒａｗＨｉｌｌ  Ｂｏｏｋ  Ｃｏｍｐａｎｙ，ＩＳＢＮ０−０７−０６４９４３−Ｘ）によって編集された“Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ＆  Ｐｒａｃｔｉｃｅ  ｏｆ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ”に記載されている。別の人工呼吸器が、Ｓ．Ｐ．ＭｃＰｈｅｒｓｏｎ（第３版１９８５，Ｃ．Ｖ．Ｍｏｓｂｙ  Ｃｏｍｐａｎｙ，ＩＳＢＮ０−８０１６−３３１２−５）によって“Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ  Ｔｈｅｒａｐｙ  Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ”に記載されている。更に別の人工呼吸器が、Ｍｕｓｈｉｎら（第３版１９８０，Ｂｌａｃｋｗｅｌｌ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ  Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ＩＳＢＮ０−６３２−００２２８６−７）によって“Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｌｕｎｇｓ”に記載されている。
【０００４】
正圧式の人工呼吸器は、空気または呼吸に適したガスを正圧で患者の気道に供給する。流量は、単位時間当たりの空気の量である。一回呼吸量は、呼吸サイクル中に肺に入りおよび肺から出る空気の量である。毎分換気量は、１分間に患者に供給される空気の量である。一般的には、人工呼吸器を制御するための２つのアプローチ、すなわち、（１）量または流量の制御、および、（２）圧力の制御、が存在する。人工呼吸器は、毎分換気量を調節することによって、患者に供給される空気の量を制御するようにプログラムされてもよい。空気が患者に供給される速度は、単位時間当たりの呼吸数（またはサイクル）である。
【０００５】
所望の毎分換気量を実現するために、患者に供給される空気の速度および量が、変えられてもよい。
【０００６】
本明細書においては、人工呼吸器は、吸気段階を誘発され、そして、呼気段階へと循環するものであると言われる。自発的な呼吸は、患者によって引き起こされる呼吸である。人工呼吸器が、吸気の開始かまたは終了を決定するならば、呼吸は、強制的なものであると考えられる。患者が、人工呼吸器を誘発するならば（例えば、自発的な呼吸によって）、人工呼吸器は、補助呼吸器と言われる。時間が、人工呼吸器に吸気段階を誘発させるならば、人工呼吸器は、コントローラと言われる。患者が、呼吸を補助することができ、かつ、機械が、患者をバックアップすることができるならば（患者の呼吸数が、低下し、または完全に停止した場合）、人工呼吸器は、補助呼吸器／コントローラと呼ばれる。可能性として、機械は、３つのものしか考えられない。その３つの機械は、次のものである。
（１）患者が誘発しかつ定期的なバックアップ速度が存在しない場合の補助呼吸器、
（２）時間が誘発しかつ補助メカニズムが提供されない場合のコントローラ、あるいは、
（３）定期的な速度が患者の速度をバックアップする場合の補助呼吸器／コントローラ（「自発的／定期的な機械」と呼ばれることもある）。
【０００７】
人工呼吸器が、自発的に呼吸している患者と同じ時刻に吸気モードと呼気モードとを切り換える場合、人工呼吸器は、患者に同期した状態にあると言われる。同期ずれは、患者の不快感および非効果的な換気をもたらすことがある。ここでの説明のために、自発的／定期的な人工呼吸器は、それが、検出された患者の呼吸に応答して、換気支援を提供している場合、自発的なモードにあると考えられる。同様に、自発的／定期的な人工呼吸器は、それが、患者の呼吸を検出できないことに応じて、バックアップタイミングしきい値バックアップ速度に基づいて、機械呼吸を提供している場合、定期的なモードにあると考えられる。
【０００８】
自発的に呼吸している被検者に呼吸補助を提供するための方法は、米国特許第６，４８４，７１９号（Ｂｅｒｔｈｏｎ−Ｊｏｎｅｓ）に記載されており、その内容は、相互参照として、本明細書に組み込まれる。
【０００９】
状況によっては、自発的／定期的な人工呼吸器は、患者がいつ吸気と呼気とを切り換えるかを検出することになり得る。したがって、人工呼吸器の中には、自発的なモードの「タイムアウト」を有するものもある。このような人工呼吸器は、タイムアウト期間の終了点において、自発的なモード（患者を待つ）から定期的なモード（バックアップ速度で換気を提供する）に切り換える。「タイムアウト」のための改善されたシステムは、米国特許第６，２１３，１１９号に記載されており、その内容は、相互参照として、本明細書に組み込まれる。
【００１０】
本明細書で説明されるように、バックアップ速度（サイクル／時間）は、その代わりに、その逆数、すなわち、バックアップ周期（時間／サイクル）によって表現されてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
自動的な人工呼吸器をプログラムする場合、装置のための最も適切なバックアップ速度の選択に関する問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様によれば、人工呼吸器は、バックアッププロセスまたはバックアップタイミングモジュールを備えて設計され、それによって、人工呼吸器は、自発的な呼吸が検出されない場合には、タイミングしきい値またはバックアップ速度を備えた定期的呼吸を提供するように構成されるか、またはプログラムされる。タイミングしきい値またはバックアップ速度は、第１の実施形態においては、患者の通常の呼吸速度よりも相当に小さい（あまり頻繁ではない）第１の速度に設定されてもよい。その際、第１の速度は、人工呼吸器によって患者主導の換気を助長するが、無呼吸の場合には定期的な換気を可能にするような形で、患者の通常のまたは期待される呼吸にほぼ対応する速度から逸脱するようにあるいはずれるように選択される。したがって、第１の速度は、相当に小さく設定され、そのために、人工呼吸器は、患者の通常の呼吸サイクルを妨害する可能性はあまりなく、これは、瞬間的なバックアップ速度が、従来の一定のバックアップ速度の人工呼吸器によって設定されてきたバックアップ速度よりも小さい場合に、人工呼吸器が定期的なモードから自発的なモードを再開し、または自発的なモードをそのまま続行する機会が増加することを意味する。言い換えれば、患者が、再び、自発的な呼吸を開始すれば、定期的なモードは、中断されるか、または自発的な呼吸モードは続行される。患者が、呼吸を検出されない場合に、定期的な換気を必要とする状態のままであれば、これは、自発的な呼吸が再開されていないことを意味し、人工呼吸器は、タイミングしきい値をより覚醒的なタイミングにあるいは通常の期待される呼吸タイミングに近いタイミングに自動的に正常化する。したがって、人工呼吸器は、第１の速度から、患者の通常の呼吸速度、患者の通常の呼吸速度に近い速度、または患者の通常の呼吸速度よりもわずかに小さい速度である第２の速度まで、呼吸速度を徐々にまたは段階的に増加させる。また当然ながら、第２の速度は、特定の用途に応じて、患者の通常の呼吸速度よりも速いものであるように変更されてもよい。
【００１３】
言い換えれば、遅い定期的な速度は、人工呼吸器の定期的なモードに誤って入る可能性を減少させるのに使用され、それにもかかわらず、タイミング速度は、定期的なモードにおいて調節可能であり、定期的なモード中に、患者の適切な換気を可能にする。したがって、バックアップ速度は、定期的なモードにおいて経過した時間の関数として自動的に調節され、患者の通常のまたは平均的な呼吸速度に近づくように増加する。バックアップ周期であるタイミングしきい値の観点から見れば、バックアップ周期は、定期的なモードにおける時間の関数として自動的に調節され、患者の通常のまたは平均的な呼吸周期に近づくように減少する。
【００１４】
更なる態様においては、定期的な速度は、２つの限界値、すなわち、第１のより遅い速度と第１の速度よりも速い第２の速度との間で調節可能であってもよい。一実施形態においては、第１の速度は、患者の通常の呼吸速度よりも相当に小さく、第２の速度は、患者の通常の呼吸速度であるかまたはそれよりもわずかに小さい。当然ながら、第２のより大きな速度は、場合により、患者の通常のまたは平均的な呼吸速度であるかまたはそれよりも大きくてもよい。人工呼吸器が、定期的なモードに切り替わると、自発的な呼吸を検出する状態になり、人工呼吸器は、最初に、第１のより小さな速度に設定され、そして、患者が、換気される。予め定められた期間の後、自発的な患者の呼吸が、依然として、人工呼吸器によって検出されないでいれば、バックアップ速度が、第２の速度に近づくように増加される。好ましい一実施形態においては、本発明による装置は、自発的な呼吸が検出されなければ、定期的なモード内において、バックアップ速度をより遅い速度から呼吸数が約５回だけ多いより速い速度に変更する。
【００１５】
一実施形態においては、本発明による装置において、第２の速度は、第１の速度よりも約２５％だけ速い。別の好ましい実施形態においては、第２の速度は、第１の速度よりも約５０％だけ速い。
【００１６】
別の実施形態においては、調節可能なバックアップ速度は、換気の妥当性の関数として自動的に変更される。このようなバックアップ速度の調節の好ましい実施形態においては、換気の妥当性は、バックアップ速度をその最大値と最小値との間で調節する変更速度に影響を及ぼす。
【００１７】
一実施形態においては、定期的なモード内において、装置は、患者との再同期を助長するために、タイミングしきい値をあまり覚醒的でないタイミングしきい値に定期的に戻す。
【００１８】
以下、本発明のその他の態様を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に基づいてプログラムされた人工呼吸器を示す図である。
【図２】タイミングしきい値を自動的に調節するときに実行されるステップの一実施形態を説明するフローチャートである。
【図３】タイミングしきい値を自動的に調節するときに実行されるステップの代替の実施形態を説明するフローチャートである。
【図４】換気の妥当性に基づいてバックアップ速度を調節するための「デルタ」関数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、例として、本発明を実施するのに適した装置を示す。図１は、サーボ制御装置３によって制御されるモーター２に接続された羽根車１を示し、そして、そのサーボ制御装置３は、コントローラ４によって制御される。一実施形態においては、コントローラ４は、Ｉｎｔｅｌ’４８６のようなマイクロプロセッサーを利用したコントローラである。羽根車１およびモーター２は、ブロワーを構成する。ブロワーからの空気は、柔軟性のある導管６に沿って、通気孔９を備えた鼻マスク５のような患者接触部分へ送られる。鼻マスクが示されているが、本発明は、鼻口マスク、フルフェースマスク、または気管内チューブとともに使用されてもよい。いくつかのスイッチ７が、コントローラに接続される。いくつかのセンサー、すなわち、流量１０、圧力１１、吸気性雑音１２、モーター速度１３、および、モーター電流１４のセンサーが、コントローラに接続される。コントローラからの情報を表示するためにコントローラ４に接続された一組の表示装置８が存在する。コントローラ４がコンピュータのような外部装置と通信するのを可能にするためのインタフェース１５が存在する。換気支援を実現するマスク内の圧力を交互に変化させるために、このような装置によって、ブロワーの速度の変化を制御してもよい。場合により、ブロワーのモーター速度は、一般的には、一定に維持されてもよく、そして、マスク内の圧力変化は、マスクへ空気流を可変的に分流し、通気し、あるいは、供給することのできるサーボバルブ（図示しない）の開度を制御することによって実施されてもよい。当業者は、換気支援を発生させかつその換気支援を患者に提供するためのその他の装置があることがわかるはずである。
【００２１】
コントローラ４またはプロセッサーは、本明細書に説明される方法を実施するように構成され、および実施するようになっており、そして、集積回路チップ、メモリー、および／またはその他の命令またはデータ記憶媒体を含んでもよい。例えば、制御方法を備えたプログラム命令は、装置のメモリー内の集積回路チップ上にコード化されてもよく、あるいは、このような命令は、ソフトウェアとしてロードされてもよい。このようなコントローラによって、装置は、ブロワーの速度を設定するのに使用されまたは放出弁による通気を操作するのに使用される圧力供給方程式をただ単に調節することによって、多種多様な圧力換気療法に使用されてもよい。また当業者は、コントローラの特徴はアナログ装置またはその他の電気回路によって実施されてもよいことであることがわかるはずである。
【００２２】
一般的に言えば、図２のフローチャートのステップによって説明されるように、本発明による装置は、患者の吸気を検出したこと（ステップ２０）に基づいて、同期して患者を換気するために、自発的なモード（ステップ２２）で換気支援を提供することができる。しかしながら、測定された速度または周期（ステップ２４）としきい値を比較することによって判定される所定のタイミングしきい値（例えば、タイミング速度（１／Ｔｃｕｒｒｅｎｔ）またはタイミング周期（Ｔｃｕｒｒｅｎｔ））が経過する前に、患者の吸気が検出されなければ、装置は、機械主導の呼吸が提供される定期的なモード（ステップ２６）を開始する。当業者は、タイミングしきい値を執行することによって定期的なモードに入る方法がわかるはずである。そして、以下で更に説明するように、ステップ２８および３０において、タイミングしきい値（１／ＴｃｕｒｒｅｎｔまたはＴｃｕｒｒｅｎｔ）の自動調節が、実行される。
【００２３】
以下の説明においては、「周期」は、特に指示しない限り、速度の逆数を意味する。Ｔａｐｎを、患者が呼吸していないときのバックアップ周期として望ましい時間、あるいは、吸気呼吸（患者によって誘発されない）の開始点から次の吸気呼吸（患者によって誘発されない）を開始する時刻までの望ましい時間であると定義する。すなわち、患者が、人工呼吸器を誘発しておらず、かつ、たとえ実際には無呼吸状態でないにしても、人工呼吸器の観点から無呼吸状態であることが少なくとも明らかであるときの望ましい速度の逆数であると定義される。好ましくは、この速度は、患者のに通常の期待される呼吸速度に近い速度であるが、必要であれば、より速いかまたは遅い速度であってもよい。Ｔｓｐｏｎｔを、患者が自発的に呼吸しているときのバックアップ周期として望ましい時間であると定義し、これは、好ましくは、患者の通常の期待される呼吸速度からずれるように選択され、そのために、タイミングしきい値は、通常の呼吸に比較すればそれほど覚醒した状態ではない。Ｔｃｕｒｒｅｎｔを、患者に換気を提供するのを制御するのに使用される現在のバックアップ周期であると定義する。
【００２４】
現在の呼吸が、時刻ｔｂｒｅａｔｈｓｔａｒｔにおいて開始したならば、この時刻よりも前に患者が人工呼吸器を誘発していなければ、機械主導の呼吸あるいは「定期的な」呼吸が、ｔｂｒｅａｔｈｓｔａｒｔ＋Ｔｃｕｒｒｅｎｔにおいて発生する。ＴｓｐｏｎｔおよびＴａｐｎは、治療される患者の呼吸メカニクスによって、呼吸周期がＴｓｐｏｎｔから一定圧力支援レベルを備えたＴａｐｎまで減少し、その結果として、換気が単調に増加することをもたらすように選択されることを理解すべきである。当業者は、繰り返し発生する呼吸イベントの時刻ｔｂｒｅａｔｈｓｔａｒｔを決定するための様々な方法、あるいは、自発的かまたは定期的な循環換気支援を提供するタイミングのために、呼吸サイクルにおけるイベントを検出するための様々な方法がわかるはずである。
【００２５】
（I）基本的方法
Ｔｃｕｒｒｅｎｔは、Ｔｓｐｏｎｔに初期化される。定期的な呼吸が発生すれば、Ｔｃｕｒｒｅｎｔは、所定の量ΔｄＴｃｕｒｒｅｎｔ（必ずしも定数ではない）だけデクリメントされ、かつ、その結果は、少なくともＴａｐｎであるように制限される。より詳細には、一実施形態においては、Ｔｃｕｒｒｅｎｔは、（Ｔｓｐｏｎｔ−Ｔａｐｎ）／Ｎｄｅｃだけデクリメントされ、ここで、Ｎｄｅｃは、例えば、５であり、それによって、この場合には、５回の定期的な呼吸の後に、無呼吸状態のバックアップ速度に到達する。タイミングしきい値のこの調節が、図２のステップ２８に説明される。
【００２６】
一般的には、患者に再同期させる機会を最大にする必要があるので、Ｎｄｅｃは、小さすぎてはいけない（例えば、１のように）。患者が人工呼吸器を誘発してない時間期間が長くなればなるほど、益々、人工呼吸器を誘発することは、近い将来に発生しそうになく、かつ、定期的な換気が低い速度で持続すれば、低酸素状態が、発生しそうになる。
【００２７】
誘発された呼吸が、任意の時点において発生すれば、Ｔｃｕｒｒｅｎｔは、所定の量ΔｉＴｃｕｒｒｅｎｔだけインクリメントされ、かつ、その結果は、多くともＴｓｐｏｎｔであるように制限される。より詳細には、一実施形態においては、Ｔｃｕｒｒｅｎｔは、（Ｔｓｐｏｎｔ−Ｔａｐｎ）／Ｎｉｎｃだけインクリメントされ、ここで、好ましい実施形態においては、Ｎｉｎｃ＝１であり、それによって、この場合には、１回の誘発された呼吸の後に、バックアップ速度は、即座に、自発的な呼吸バックアップ速度Ｔｓｐｏｎｔに戻る。１回の自発的な呼吸が検出されると、より多くの自発的な呼吸が、存在することが考えられ、かつ、次の呼吸を誘発する機会を最大にする必要があるので、Ｎｉｎｃ＜Ｎｄｅｃであることが望ましい。タイミングしきい値のこの調節は、図２のステップ３０に説明される。
【００２８】
一実施形態においては、図３に示されるように、連続する定期的な呼吸が、周期Ｔａｐｎで提供されるとき、Ｔａｐｎの逆数に近い速度で患者を平均して換気しながら、患者に再同期させる機会を増加させるために、不定期な呼吸（例えば、一連の連続する１０回の定期的な呼吸ごとに１回の呼吸）が、最大でＴｓｐｏｎｔまでのより長い周期で提供される。したがって、人工呼吸器が、定期的なモードにあるとき、所定の数の連続する定期的な呼吸が、発生すれば（ステップ３２）、図３のステップ３４に説明されるように、患者との再同期を助長するために、バックアップ速度は、それほど覚醒した状態にならないように、定期的に変更されてもよく、あるいは、軽減されてもよい。したがって、定期的なモードにおいては、速度または周期は、それぞれ、呼吸サイクルごとに、減少し、あるいは、増加してもよい。それに続く呼吸サイクルのために、より軽減されたバックアップ速度または周期の結果として自発的なモードを誘発する患者の呼吸が、検出されなければ、バックアップ速度は、より覚醒した状態の速度または周期（例えば、患者の通常の期待されるまたは平均的な呼吸速度または呼吸周期）に戻される。例えば、ステップ３０において、人工呼吸器は、ＴｃｕｒｒｅｎｔをＴｓｐｏｎｔに戻し、そして、Ｔａｐｎに再び近づくように増加させるために、上述した方法を反復してもよく、あるいは、好ましくは、機械が発生させたただ１つの呼吸の後に、ステップ２８において、人工呼吸器は、Ｔｃｕｒｒｅｎｔを調節してＴａｐｎに戻す。
【００２９】
（II）利点
本発明の利点は、通常よりも低いバックアップ速度を設定する能力を含み、それによって、通常よりも患者の自発的な呼吸をあまり妨害することがなく、それと同時に、より速いすなわちより効果的な速度を設定する能力を含み、それは、患者が真にまたは完全に無呼吸状態であるときに効果を有し、それによって、より低い圧力の支援レベルを可能にする。
【００３０】
（III）バックアップ速度を様々な速度に変更するために測定換気量を使用するアルゴリズム
毎分換気量の迅速に応答する測定値（例えば、約３．２／６０Ｈｚのコーナー周波数を備えた流量の絶対値の４次ベッセル低域通過フィルターのような、典型的には２回または３回程度の呼吸の応答時間によって）を得ることができ、かつ、所望のまたは目標とする換気量（サーボ人工呼吸器の場合のように、ここでは、典型的な場合を考えるが、人工呼吸器は、実際に、換気量をサーボ制御しなくてもよく、たとえそうであっても、いくつかの利点は、サーボ制御せずに発生する）を得ることができるならば、ΔｄＴｃｕｒｒｅｎｔは、実際の換気量の妥当性の何らかの尺度、例えば、目標換気量に対する測定換気量の比Ｒｖｅｎｔ（例えば、Ｖｍｅａｓ／Ｖｔａｒｇ）に依存するものにすることができ、その比Ｒｖｅｎｔは、そうするように構成される流量センサーまたは差圧変換器からの信号から決定されてもよい。Ｒｖｅｎｔが、１よりも相当に大きい場合、例えば、１．２以上である場合、ΔｄＴｃｕｒｒｅｎｔは、０であるように選択されてもよい。なぜなら、換気量は、まったく十分なものであるからである。低いかまたはゼロの最小圧力支援レベルを備えたサーボ人工呼吸器の場合においては、すべての呼吸が、定期的なものであれば、Ｒｖｅｎｔは、相当の時間期間において、１．２以上のままであることはできない。なぜなら、Ｒｖｅｎｔが１よりも大きいという事実は、圧力支援レベルを減少させ、その結果、Ｒｖｅｎｔ＝１となるからである。１．２以上であるＲｖｅｎｔによって発生する定期的な呼吸の状態は、典型的には、溜息に続いて短い休止期間が存在する場合に発生する可能性があり、そのような環境下において、Ｔｃｕｒｒｅｎｔをデクリメントすることは、望ましくない。なぜなら、自発的な呼吸が、十中八九、近いうちに発生し、そして、それに同期させる機会を最大にする必要があるからである。圧力支援レベルのサーボ制御が存在しない場合、１．２以上であるＲｖｅｎｔは、設定された圧力レベルにおける低い速度で十分すぎる換気量が達成されることを示し（恐らく、満足できるものであると考えられる）、そのために、速度を増加させる必要がない。
【００３１】
Ｒｖｅｎｔが、１よりも相当に小さければ、ΔｄＴｃｕｒｒｅｎｔを増加させてもよく、その結果として、例えば、著しい呼吸低下があれば、２回の呼吸以内にＴｃｕｒｒｅｎｔをＴｓｐｏｎｔからＴａｐｎまで減少させてもよい。なぜなら、この状態においては、より効果的な無呼吸バックアップ速度にきわめて迅速に到達することが望ましいからである。Ｒｖｅｎｔの中間値は、Ｔｃｕｒｒｅｎｔの中間値を単調にもたらすべきであるが、必ずしも、端点（すなわち、ＴｓｐｏｎｔおよびＴａｐｎ）間の線形補間を使用しなくてもよい。サーボ人工呼吸器の場合において本発明の最大限の利益を引き出すために、Ｒｖｅｎｔ＝１であるとき、ΔｄＴｃｕｒｒｅｎｔ＞０であることが不可欠である。この理由は、Ｒｖｅｎｔ＜１であるという事実に応じた圧力支援の自動的な増加は、それが呼吸低下を迅速に補正することができ、すなわち、Ｒｖｅｎｔ＝１となり、それによって、Ｒｖｅｎｔ＝１のとき、ΔｄＴｃｕｒｒｅｎｔ＝０であれば、バックアップ周期は、決して減少することはなく、最適圧力よりも高い圧力を用いて最適速度よりも低い速度で患者の持続的な換気をもたらすからである。これを防止するために、Ｒｖｅｎｔ＝１であるとき、ΔｄＴｃｕｒｒｅｎｔ≧（Ｔｓｐｏｎｔ−Ｔａｐｎ）／１０であることが望ましい。
【００３２】
図３は、以下の式による換気量の妥当性に基づいてバックアップ速度を調節するための区間線形「デルタ」関数を示す。
ΔｄＴｃｕｒｒｅｎｔ＝（Ｔｓｐｏｎｔ−Ｔａｐｎ）×Ｋｄｅｃ（Ｒｖｅｎｔ）
図面に示されるように、ｘ軸は、換気の妥当性の尺度Ｒｖｅｎｔを示す。ｙ軸は、バックアップ速度に適用されるべき補正係数（Ｋｄｅｃ）の相対的な大きさを示す。例えば、ｘ軸上の０．２の値は、換気量の低い妥当性を示し、それは、比較的に大きな補正係数によって補償され、より大きな増分によって増加するバックアップ速度がもたらされる。本発明の別の実施形態においては、デルタ関数は、異なる形状、例えば、線形、曲線、および／またはそれらの組み合わせを有してもよい。またデルタ関数は、その他の入力パラメータを有してもよい。
【００３３】
このアルゴリズムを一定圧力レベルと組み合わせることは、無呼吸中に換気をサーボ制御する形態に相当するが、これは、本発明が主たる目的とするものではないことに注意されたい。速度に基づいたこのようなサーボ制御アルゴリズムは、換気量が目標値よりも大きいとき、ΔｄＴｃｕｒｒｅｎｔが負であることを必要とする。
【００３４】
一実施形態においては、装置は、発明の名称が“Ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ  Ｓｕｉｔａｂｌｅ  Ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒ  Ｓｅｔｔｉｎｇｓ  ｉｎ  Ｐａｔｉｅｎｔｓ  ｗｉｔｈ  Ａｌｖｅｏｌａｒ  Ｈｙｐｏｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ  Ｄｕｒｉｎｇ  Ｓｌｅｅｄ”である公開されたオーストラリア特許出願第ＡＵ２４８９６／０１号（Ｂｅｒｔｈｏｎ−Ｊｏｎｅｓ）に記載されるように、また米国特許第６，６４４，３１２号に開示されるように、学習モードを有し、それらの明細書は、本明細書に組み込まれる。学習モード中、装置は、患者の呼吸速度を学習する。そして、より低いバックアップ速度が、好ましくは、その速度の約２／３または６７％、あるいは、７５％の速度の関数として設定され、かつ、より速い速度が、患者の自然呼吸速度または時間期間から決定された平均通常呼吸速度であるように決定された速度に設定される。当然ながら、人工呼吸器は、所望されるのであれば、あるいは、必要であれば、より速いおよび／またはより遅い呼吸速度または周期をユーザが入力するのを促す機能を含んでもよい。
【００３５】
一実施形態においては、バックアップ速度は、「増分」をバックアップ速度に加算することによって、第１の速度から第２の速度に段階的に変更される。増分は、一定の大きさであってもよく、または、換気量の妥当性の尺度の関数であってもよい。本発明の一実施形態の次の例においては、Ｃ＋＋プログラミング言語において実現され、デルタ関数の大きさを決定する関数が、示される。
【００３６】
intVPAP_ST_Sync_RelVentErrT::CalcBackupPeriodDecrement()
{
//ＨＺにおいてすぐにデクリメントすることに戻る。
intMaxBackupDecrement=BackupPeriodWhenBreathing-BackupPeriodApnoeic;
double RelVentErr;
if(RelativeVentilationErrGetP=NIL|
lRelativeVentilationErrGetP->Get(RelVentErr)
)
//換気エラーに関する情報が得られない。
returnMaxBackupDecrement/5;
//目的は、人工呼吸器が定期的な呼吸を提供し、かつ、目標換気量にまさに到//達したならば、無呼吸速度が合理的にすみやかに達成されることを保証する//ことである。低い速度において高圧支援を提供することにおちいり、その//ようにして目標値を満足させることを望まない。
if(RelVentErr>=0.3)
//目標値を大幅に超えたので、バックアップ周期をまったく変更しない。これ//は、例えば、溜息の後の休止期間である可能性がある。
return 0;
doublePropnOfMaxDecrement;
if(RelVentErr>=-0.1)
PropnOfMaxDecrement=0.2*(0.3-RelVentErr)/0.4;
else
{
if(RelVentEff<-1.0)
RelVentErr=-1.0//不必要であるべきである。
PropnOfMaxDecrement=(-1.0-RelVentErr)/0.9;
}
return(int)(PropnOfMaxDecrement*MaxBackupDecrement+0.5);
}
【００３７】
好ましい実施形態を参照して本発明を説明したが、これらの実施形態は本発明の原理を適用した単なる例であることに注意されたい。本発明の精神および範囲を逸脱することなく、それらに多くの変更を施すことができ、またその他の構成を考え出すことができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…羽根車、２…モーター、３…サーボ制御装置、４…コントローラ、５…鼻マスク、６…導管、７…スイッチ、８…表示装置、９…通気孔、１０…流量、１１…圧力、１２…吸気性雑音、１３…モーター速度、１４…モーター電流、１５…インタフェース。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
2010162378000001.pdf