(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者中の複数のガスＸ１ないしＸｎの目標終末呼気濃度を互いに独立に誘起または維持するための装置であって、
ａ）ソースガスの少なくとも１つの成分ガスのための入口と、
ｂ）部分再呼吸回路に接続されるように構成されたソースガスのための出口と、
ｃ）以下のパラメータ：
（ｉ）部分再呼吸回路へのソースガスの流量が被験者の分時換気量未満であるように制御されること；
（ｉｉ）ソースガス中のガスＸ１ないしＸｎの存在または不存在、およびそれぞれのガスＸ１ないしＸｎの分率濃度がガスＸ１ないしＸｎのそれぞれの目標終末濃度からのガスの組成、呼吸回路への流量およびそれぞれのガスのガスＸ１ないしＸｎの分時消費または産出量を決定するアルゴリズムを用いて決定されること
の制御を含む、流量およびソースガスの組成に基づいてガスＸ１ないしＸｎの終末呼気濃度を制御するための手段と
を含む装置。
【請求項２】
ソースガスの組成が、以下の式の１つを用いるアルゴリズムに基づいて選択される請求項１記載の装置。
【数１】
0005415070.tif 000028
（ここで、ＶＸは患者のガスＸの分時産生量であり、ＦＴETＸはガスＸの目標終末呼気濃度であり、ＶＧ１はソースガスの流量である）、
【数２】
0005415070.tif 000029
（ここで、ＶＸは患者のガスＸの分時消費量であり、ＦＴETＸはガスＸの目標終末呼気濃度であり、ＶＧ１はソースガスの流量である）。
【請求項３】
ソースガスの組成の制御が、１つ以上の予混された成分ガスを用いて達成される請求項１記載の装置。
【請求項４】
ソースガスの組成が、前記少なくとも１つの成分ガスの流量を制御することによって制御される請求項３記載の装置。
【請求項５】
少なくとも１つの成分ガスの流量が、ガスＸ１ないしＸｎの目標終末濃度に基づいてソースの組成を予め決定するアルゴリズムに基づいて演算装置によって制御される請求項４項記載の装置。
【請求項６】
アルゴリズムを実行するために予めプログラムされた演算装置を含む請求項２または４記載の装置。
【請求項７】
アルゴリズムを実行する、別個に供給される機械読取可能なコードをもって構成されるように適合された演算装置を含む請求項２または４記載の装置。
【請求項８】
演算装置が装置の外にあり、装置が外部の演算装置と接続される請求項５記載の装置。
【請求項９】
装置が、アルゴリズムを実行する機械読取可能なコードによって演算装置をプログラムする権利と共に販売される請求項５記載の装置。
【請求項１０】
装置が、機械読取可能なコードを含む記憶媒体を供給されるか、または機械読取可能なコードをダウンロードするための命令を供給される請求項５または９記載の装置。
【請求項１１】
終末呼気ＣＯ２およびＯ２濃度をモニターするための手段をさらに含む請求項１記載の装置。
【請求項１２】
呼吸回路中の圧力をモニターするための手段をさらに含む請求項１記載の装置。
【請求項１３】
再呼吸回路が連続ガス供給回路である請求項１記載の装置。
【請求項１４】
呼吸回路へのガス流が少なくとも３つの成分ガスのブレンドで構成され、装置が、ガスＸ１ないしＸｎの目標濃度を達成するために成分ガスをブレンドするように構成される請求項４，５、または６記載の装置。
【請求項１５】
なくとも３つの成分ガスが以下の相対濃度を持つ請求項１４記載の装置。
ａ）ガスＡ：５０−１００％Ｏ２、０−２０％ＣＯ２
ｂ）ガスＢ：１０−３０％Ｏ２、２０−８０ＣＯ２
ｃ）ガスＣ：１０−３０％Ｏ２、０−２０％ＣＯ２
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
発明の分野
本明細書に開示された発明は、血液ガス制御の分野に関する。
【０００２】
発明の背景
通常、分時換気量が増加すると、終末呼気ＣＯ２の分圧（ＰETＣＯ２）が減少し、終末呼気Ｏ２の分圧（ＰETＯ２）が増加する。米国特許第６，６２２，７２５号（Ｆｉｓｈｅｒら）は、部分再呼吸回路（この例では連続ガス供給回路でもあった）への新鮮ガスの流動を固定し、被験者側での分時換気の増加にも関わらず一定のＰETＣＯ２を維持することを記載している。カナダ特許出願２、３４６，５１７（Ｆｉｓｈｅｒら）も、分時換気の増加にも関わらず、ＰETＣＯ２を所定の達成レベルに一定に保つ手段を記載している。これらの文献のいずれも、回路へのガス流量およびガス濃度を設定して、所定の分時換気量（ＶＥ）に対する、ＣＯ２の目標終末呼気分率濃度（ＦＴETＣＯ２）および／またはＯ２の目標終末呼気分率濃度（ＦＴETＯ２）（最初のＦＴETＣＯ２およびＦＴETＯ２と異なる）を達成する手段を開示していない。
【０００３】
所定の分時換気量（ＶＥ）に対する、ＣＯ２の目標終末呼気分率濃度（ＦＴETＣＯ２）および／またはＯ２の目標終末呼気分率濃度（ＦＴETＯ２）（最初のＦＴETＣＯ２およびＦＴETＯ２と異なる）を達成することを可能にするレベルの制御を提供することは、多くの応用に用いることができる。例えば、１つのこのような応用は大脳血管反応性の測定である。大脳血流（ＣＢＦ）は脳組織の代謝要求によって厳密に調節されている。ＣＢＦは動脈中のＰＣＯ２およびＰＯ２の変化にも応答する。刺激への応答におけるＣＢＦの変化の程度は大脳血管反応性（ＣＶＲ）と呼ばれる。ＣＶＲは血管異常形成のような異常血管または脳腫脹および脳腫瘍のような組織異常の敏感な指標となるであろう。磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）のようなイメージング技術を使用した脳全体にわたるＣＶＲの定量マッピングにより、異常ＣＶＲの領域を特定できるであろう。
【０００４】
脳血管径は血中ＰＯ２および血中ＰＣＯ２の変化に応答する。血中ＰＯ２および血中ＰＣＯ２は、それぞれ終末呼気のＯ２およびＣＯ２の濃度と強く結びついている。高いＰETＣＯ２を誘発する現在の方法はＰETＯ２をうまく制御できず、ＰＣＯ２とＰＯ２とをそれぞれ独立に制御できない。
【０００５】
肺中のガス濃度の制御を介した血中ＰＣＯ２およびＰＯ２を変化させることについて知られている現行方法がいくつか存在する。
【０００６】
Ａ：息こらえ
磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）の間にＰＣＯ２の変化を誘起させる１つの方法が息こらえである。ベースラインＭＲＩ信号の迅速なドリフトがあるので、脳血流の変化に起因するＭＲＩ信号の変化は、刺激を「コントロール」値と「テスト」値との間で迅速に変化させることによってのみ検出できるにすぎない。ＰＣＯ２について、これはＰＣＯ２の迅速なステップ変化を必要とし、好ましくはＰＯ２を一定に維持する。Ｖｅｓｅｌｙら（１）により、３分のサイクル時間が好適であると報告されているが、より短いサイクル時間が好ましいかもしれない。息こらえはＰＣＯ２の増加を誘起するが、ＣＶＲの測定にはそれほど適していない。息こらえの間の血中ＰＣＯ２の上昇は、ＣＯ２についての人体容量に比べて小さな人体ＣＯ２産生量（ＶＣＯ２）に依存しているために非常に遅い。息こらえの間、肺胞ＰＯ２は次第に減少する。ＣＯ２産生量、ＣＯ２容量および許容できる息こらえ時間は被験者ごとに異なるので、最終的な血中ＰＣＯ２およびＰETＯ２も異なるであろう。息こらえの間にガスのサンプリングをしないために、血中ＰＣＯ２およびＰＯ２は息こらえの持続時間内については未知なので、ＣＶＲの計算に要求されるＭＲＩ信号強度をＰＣＯ２またはＰＯ２に関連付けることが不可能である。息こらえの間の肺および血中ＰＣＯ２の変化は時間についての指数関数である。それゆえに、息こらえ時間は刺激の強さを定量するのに使用するには悪い変数である。
【０００７】
Ｂ：ＣＯ２吸入
ＰＣＯ２を変化させる第２の伝統的な方法は、マスクを介してＣＯ２を含むガス混合物を吸気することである。これは被験者間で大きく変化する呼吸応答をもたらし、大きなＰETＣＯ２の変化を起こすことが知られている。さらに、ＣＯ２吸入は分時換気量（ＶＥ）を変化させ、血中ＰＯ２の可変性をも生じさせる。酸素は強力な血管収縮剤であり、ＰＣＯ２と脳血流との間の関係の解釈を失敗させる。
【０００８】
それゆえに、息こらえもＣＯ２を含むガス混合物の吸入も、一貫した、再現性のある、定量的なＣＶＲの試験についての好適な条件を提供しない。
【０００９】
Ｃ：ガス押込み
ＰＣＯ２の増加に関するＣＯ２含有ガス混合物の吸入の影響は分時換気量の増加によって克服することができるので、フィードバックループを導入して吸入ＰＣＯ２を調節し、目標ＰETＣＯ２をもたらすことができる。これは「ガス押込み（２）」と呼ばれる。ガス押込みは、分時換気量と独立して、目標ＰETＯ２とＰETＣＯ２とを課すのに有効であることがわかっている。しかしながら、それはＣＶＲ測定に関していくつかの欠点を持つ。
【００１０】
ガス押込みはフィードバックループに依存する。フィードバックループは、システムのゲインおよび時定数に依存する固有の不安定性を持ち、終末呼気値のドリフトおよび振動の傾向がある。
【００１１】
ガス押込みは通常、チャンバー内で適用されるか、または頭上にフードを必要とする。このように、吸気されたＰＣＯ２におけるそれぞれの変化について迅速に置換えられる必要のある大体積のガスが存在する。これは極めて大量のガス流およびそれぞれのガス（例えばＮ２、Ｏ２およびＣＯ２のようなガスが制御されさえするならば）について非常に精密なフローコントローラを必要とする。これは非常に高価で扱いにくく、純Ｎ２または純ＣＯ２の表示を導く誤りは致命的となり得る。
【００１２】
ガス押込みは商業的に利用できない特別のチャンバーの構築が必要で、調査目的に対して特注設計されている。これは世界中でほんのわずかな場所でしか利用できない。
【００１３】
特定の気密チャンバー、大規模ガスフローコントローラ、大体積のガスおよび複雑なコンピューター制御アルゴリズムについての要求は、ガス押込みをあまりにも扱いにくくさせすぎて、放射線科、ＭＲＩおよび眼科の一式に使用するには適当でなくなる。
【００１４】
肺のガス濃度における変化についての時定数はあまりにも長すぎてＭＲＩでの使用に適当でない。
【００１５】
Ｄ：連続ガス供給法
Ｖｅｓｅｌｙら（１）によって紹介されたより新しい方法は、これらの問題のいくつかを解決した。彼等は連続ガス供給（ＳＧＤ）回路へのＯ２流を使用して、２つの既知のレベル（３０〜５０ｍｍＨｇ）の間でＰETＣＯ２の迅速な変化を生じさせた（ＳＧＤ回路は、２つの呼吸回路リムを通して（少なくとも）２つのガスを提供する。第１のリムからのガス（Ｇ１）が最初に提供され、被験者の呼吸が利用できる第１のガスを超過すると、その呼吸の残りは第２のガス（Ｇ２）からなる。第２のガスは、第２のリム上のリザーバー中に回収された、先に吐出されたガスでもよい）。ＰＣＯ２を減らすために、彼等は、大流量のＯ２をＳＧＤに供給しながら、被験者に過呼吸を求めた。ＰＣＯ２を上昇させるために、彼等は、回路に入るガスの組成を一時的に変化させることによって大量のＣＯ２を与え、次にＳＧＤへの流量を制御することによって上昇したＰＣＯ２を維持した。これは新たなＰETＣＯ２への移行を可能にするが、ＰETＣＯ２を制御する回路へのＯ２流量の減少および増加、ならびに要求されるＶＥの変化は、一定に近い吸気Ｏ２濃度にも関わらずプロトコールの間に肺の（したがって終末呼気の）Ｏ２濃度の変化を起こす。例えば、ＰETＣＯ２を高く維持するためにＯ２流量を制限する場合、ＰETＯ２はドリフト降下する傾向がある（Ｏ２供給が減少するにも関わらずＯ２消費は一定に維持されるので）。被験者が過呼吸して低いＰETＣＯ２になる場合、回路への増加したＯ２流量はＰETＯ２の上昇をもたらす（Ｏ２消費は一定に留まり、Ｏ２供給が増大するので）。血中ＰＯ２の変化は、血流に関する解釈を失敗させる脳血流と独立してＭＲＩ信号に影響を持つ。
【００１６】
この方法にはされなる実際的問題がある。
【００１７】
被験者は彼等のＶＥをプロトコールの間に頻繁に変えなければならない。これに適切に従うことは、大抵の被験者にとって難しいであろう。
【００１８】
呼吸の指示に適切に従わないと、目標ＰＣＯ２値を満たさないことになる。
【００１９】
呼吸の指示に十分迅速に応答しないことは、ＭＲＩデータを無効にする。
【００２０】
Ｖｅｓｅｌｙらの方法は、２つのガスを使用し、回路への流量を操作して、終末呼気ＣＯ２値を変化させる。この方法により、総流量が設定されると、
吸気されたＰＣＯ２の変動が、吸気されたＰＯ２を変化させる。
【００２１】
ＰETＯ２は、ＰETＣＯ２と独立に決定することができない。
【００２２】
ＰETＯ２とＰETＣＯ２とは独立に変動することができない。
【００２３】
参考文献リスト
（１）Ｖｅｓｅｌｙ  Ａ，Ｓａｓａｎｏ  Ｈ，Ｖｏｌｇｙｅｓｉ  Ｇ，Ｓｏｍｏｇｙｉ  Ｒ，Ｔｅｓｌｅｒ  Ｊ，Ｆｅｄｏｒｋｏ  Ｌ  ｅｔ  ａｌ．  ＭＲＩ  ｍａｐｐｉｎｇ  ｏｆ  ｃｅｒｅｂｒｏｖａｓｃｕｌａｒ  ｒｅａｃｔｉｖｉｔｙ  ｕｓｉｎｇ  ｓｑｕａｒｅ  ｗａｖｅ  ｃｈａｎｇｅ  ｉｎ  ｅｎｄ−ｔｉｄａｌ  ＰＣＯ２．  Ｍａｇｎ  Ｒｅｓｏｎ  Ｍｅｄ  ２００１；４５（６）：１０１１−１０１３．
（２）Ｒｏｂｂｉｎｓ  ＰＡ，Ｓｗａｎｓｏｎ  ＧＤ，Ｈｏｗｓｏｎ  ＭＧ．  Ａ  ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ−ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ  ｓｃｈｅｍｅ  ｆｏｒ  ｆｏｒｃｉｎｇ  ａｌｖｅｏｌａｒ  ｇａｓｅｓ  ａｌｏｎｇ  ｃｅｒｔａｉｎ  ｔｉｍｅ  ｃｏｕｒｓｅｓ．  Ｊ  Ａｐｐｌ  Ｐｈｙｓｉｏｌ  １９８２；５２（５）：１３５３〜１３５７．
発明の概要
１つの実施態様において、本発明は終末呼気ＣＯ２と終末呼気Ｏ２とを互いに独立に、かつ分時換気量と独立に制御する方法に関する。
【００２４】
１つの態様において、本発明は被験者のガスＸの目標終末呼気濃度を誘起する方法、または終末呼気濃度を目標レベルで維持する方法であって、
部分再呼吸回路へのソースガス流量を被験者の分時換気量以下の流量に設定し、
ソースガス中の前記ガスＸの濃度を、前記ガスＸの終末呼気濃度を誘起して目標終末呼気濃度にする予め決定したレベルに設定し、
前記回路を通して被験者にソースガスを送る
ことを含む方法を対象とする。
【００２５】
この開示を通じて、被験者という用語は広く解釈され、例えば成人または小児、あるいは動物を含んでもよい。
【００２６】
第２の態様において、本発明は被験者の複数のガスの目標終末呼気濃度を誘起する方法、または終末呼気濃度を目標レベルで維持する方法であって、
部分再呼吸回路へのソースガス流量を被験者の分時換気量以下の流量に設定し、
ソースガス中の、目標を誘起するかまたは維持するそれぞれのガスの濃度を、そのガスの目標終末呼気濃度を達成する予め決定したレベルに設定し、
前記回路を通して被験者にソースガスを送る
ことを含む方法を対象とする。
【００２７】
ここでさらに記述するように、本発明の一実施態様によれば、ソースガス中の、被験者の終末呼気濃度が目標値に設定されるかまたは維持されるそれぞれのガスの濃度を、ソースガスとして１つ以上の予混ガスを使用することによって設定してもよく、前記予混ガスは最小の安全な酸素ならびにＮ２およびＣＯ２のような他の目標ガスの濃度を持ち、要求される終末呼気濃度を提供する。代替的に、ソース中の、被験者の終末呼気濃度が目標値に設定されるかまたは維持されるそれぞれのガスの濃度を、例えばＯ２、Ｎ２およびＣＯ２のような純成分ガスの組からのソースガスをブレンドすることによって設定してもよい。
【００２８】
本発明の実施態様を用いて、２つのガスの終末呼気濃度を同時に維持するか、またはそれぞれ独立に変化させてもよい。代替的に、本発明を用いて第１のガスＸの終末呼気濃度を維持し、少なくとも１つの第２のガスＹの終末呼気濃度を第１の目標から第２の目標に変化させ、ソースガスの組成を変えることによって少なくとも１つの第２のガスＹの濃度を変化させてもよい。
【００２９】
本発明の１つの態様によれば、ソース中のこのようなガスのこのような濃度が、ここで記述した１つ以上の工程をベースとして予め決定ならびに設定される場合は、部分再呼吸回路へ流れるソースガス中の１つ以上の濃度を制御して、これらのガスの特定の目標終末呼気濃度を達成してもよい。以下に記述するように、被験者の人体によって生理的に産生されるガスの目的終末呼気を達成し、前記ガスＸの濃度を１つの式を用いて設定する。
【数１】
0005415070.tif 000002
【００３０】
ここでＦＧ１ＸはソースガスＧ１中のガスＸの濃度であり、ＶＸは被験者の生理的に産生されるガスＸの分時産生量であり、ＦＴETＸは前記ガスＸの目標終末呼気濃度であり、ＶＧ１はソースガスの流量である。
【００３１】
ソースガス中の、被験者によって生理的に消費されるガスの濃度は以下の式を用いて設定する。
【数２】
0005415070.tif 000003
【００３２】
ここでＦＧ１ＸはソースガスＧ１中のガスＸの濃度であり、ＶＸは被験者のガスＸの分時消費量であり、ＦＴETＸは前記ガスＸの目標終末呼気濃度であり、ＶＧ１はソースガスの流量である。
【００３３】
上記の式は特に、被験者が部分再呼吸回路中、ならびに特に図１に示すような回路に息を吹き込む場合に適切であるが、ガスＧ１の流および被験者の終末呼気濃度に関して中性な中性ガスＧ２の流の回路に被験者が息を吹き込むような任意の状況にも適切である。
【００３４】
被験者の生理的に産生されるガスの分時産生量または生理的に消費される分時消費量は、身長および体重、または他のパラメータに基づいて見積もられるか、または直接測定される。
【００３５】
所定の任意の時間でソースガスが、独立に送られる予混「成分」ガスからなるか、または構成ガスのブレンドからなるかは、装置の能力の関数であるが（装置は、その意図される使用に依存した１つまたは両方の能力を調節するように適合させてもよい）、本発明の実施には重要ではない。本発明の１つの好ましい実施形態によるいずれかのケースにおいても、呼吸回路へのソースガス流はＯ２の最小安全濃度（例えば１０％）を持つ。ソースガスがブレンドされた成分ガスからなる場合（例えば目標終末呼気濃度の全アレイを与えるための組を以下に記載する）、少なくとも最も頻繁に使用されるガスおよび好ましくはそれぞれの成分ガスは最小安全濃度のＯ２を含む。
【００３６】
より広い態様において、所定のガスの終末呼気濃度中の１つ以上の変化を達成するために、本発明は、部分再呼吸回路へのソースガス流量を被験者の分時換気量以下の流量に設定し、ソースガス中の前記ガスＸの第１の濃度を提供し、前記回路を通してソースガスを被験者に送り、前記ガスＸの第１の終末呼気濃度に影響を与えることを含む、被験者のガスＸの終末呼気濃度を変化させる方法を対象とする。
【００３７】
後者の方法の好ましい実施態様において、ソースガス中で前記ガスＸ少なくとも１つの第２の異なる濃度を提供し、前記回路を通してソースガスを被験者に送り、前記ガスＸの第２の終末呼気濃度に影響を与えるさらなる工程は、都合のよいことに、前記ガスＸの２つの終末呼気レベルで生理的パラメータを測定することによって診断評価をなすことを可能にする。
【００３８】
他の態様において、本発明は、先述した任意の本発明の方法、ここに記載したそれらの方法の種々の実施態様を用いたデータ取得および診断方法、方法を実行するために適合させられた装置、および方法を実行するためにアセンブルされた成分ガスを任意で含んだそれらの成分を対象とする。
【００３９】
このようなデータ取得および診断方法の好ましい実施態様は、
先述した方法の１つを使用して被験者の終末呼気ＣＯ２およびＯ２レベルを制御し、大脳血流またはいくつかの方法（例えば、機能性磁気共鳴イメージング信号強度を伴う血液酸素レベル依存性（ＢＯＬＤ）またはＡＳＬ（動脈スピンラベリング）、頭蓋横断ドップラー、頚動脈ドップラー、陽電子発光イメージング、近赤外分光）を介して酸素化反応をモニターすることを含む、大脳血管反応性を測定する方法と、
先述の方法の１つを使用して被験者の終末呼気ＣＯ２およびＯ２レベルを制御し、潜血管（ｏｃｃｌｏｖａｓｃｕｌａｒ）の血流をモニターすることを含む、潜血管反応性の測定方法と、
先述の方法の１つを使用して被験者の終末呼気ＣＯ２およびＯ２レベルを制御し、酸素化反応または肌、筋肉、腫瘍または他の組織の血流をモニターすることを含む、放射線療法または化学療法のための、組織に対する有益なレベルの酸素化反応の測定方法と
を含む。
【００４０】
先述した診断方法の実施において、終末呼気ＣＯ２およびＯ２のレベルをそれぞれ独立に制御することが好ましいであろう。例えば、終末呼気ＣＯ２レベルを変化させる一方で終末呼気Ｏ２レベルを一定に保ってもよいし、終末呼気Ｏ２レベルを変化させる一方で終末呼気ＣＯ２レベルを一定に保ってもよいし、終末呼気Ｏ２レベルと終末呼気ＣＯ２レベルとを同時に変化させてもよい。
【００４１】
さらに他の態様において、本発明は、終末呼気ガス濃度を制御する任意の先述した方法を含む治療方法を対象とし、例えば治療方法は、回復の促進、または放射線療法または化学療法によるアブレーションに対する感受性を増大させる目的で、組織に対する有益な酸素化反応レベルまたは血流レベルを提供する予め決定したレベルに、終末呼気Ｏ２およびＣＯ２レベルを設定するような方法の使用を含む。
【００４２】
先述の方法の１つの実施態様の１つの実施において、部分再呼吸回路は連続ガス供給回路であって、装置は、
回路へのソースガスの流量を制御する手段と、
ソースガス流中の前記ガスの濃度を制御する手段と
を含む。任意で装置はさらに、呼吸回路中の圧力をモニターする手段を含み、任意でさらに被験者の終末呼気濃度を測定する手段を含む。
【００４３】
任意で、上記の方法はさらに終末呼気濃度の測定、および特定のガスの濃度を増加または減少させて現在の終末呼気濃度と目標の終末呼気濃度との差を最小化し、例えば目標の終末呼気濃度中でより迅速な変化をもたらすフィードバック制御の使用を含む。
【００４４】
終末呼気ＣＯ２および／またはＯ２中の変化は、大脳、肺、腎、または網膜および種々の血流または血流代替センサーによって検出されるようなその他の血管床中の血管反応性を測定するために使用することができる。同様に、終末呼気ＣＯ２および／またはＯ２中の変化を使用して、血圧および心拍変化、肌導電率、肌中の毛管血流、ホルモンレベル、器官温度、指または他の肢のプレチスモグラフのような要素、ならびにその他の生理学者およびその他の当業者に既知の測定によって器官または組織機能における変化を判定することができる。
【００４５】
さらに他の態様において、本発明は被験者の呼気ガスにおけるそれぞれの構成ガスの終末呼気濃度を独立に制御する使用についての装置を作る方法を対象とし、方法は、
呼吸回路へのソースガス流の流量を選択し、前記流量を実質的に被験者の分時換気量以下となるように見積り、
構成ガスＸの選択された終末呼気濃度に基づいてソースガス中の構成ガスＸの濃度を選択することによって前記ガスの組成を選択し、それによって前記装置を、第１のガス組成を持つソースガスの管理に適合させることを含む。１つの態様において、工程ｂ）は構成ガスＸの選択された終末呼気濃度に基づいた構成ガスＸの選択された濃度の数学的な計算を含む。他の態様において、本発明は少なくとも１つの成分ガス入口ポートと、都合良くは、ブレンドガスの種類の選択された終末呼気濃度を制御するための３または４つのこのようなポートを含むこのような装置のように準備した装置を対象とする。
【００４６】
さらに他の態様において、本発明は被験者の呼気ガスにおけるそれぞれの構成ガスの終末呼気濃度を独立に制御するためのシステムを対象とし、システムはソースガス出口と、複数の成分ガス入口と、それぞれの成分ガスのフローコントローラと、ソースガス中の構成ガスＸの選択された終末呼気濃度を入力する入力装置と、呼気ガス中の構成ガスＸの終末呼気濃度に基づいてソースガス中の前記構成ガスＸの濃度を導出するようにプログラム可能な演算装置とを含み、前記演算装置は、前記フローコントローラのガス流量をそれぞれ設定してソースガス中の構成ガスＸの導出された濃度を達成するために、それぞれのフローコントローラと動作可能に接続される。
【００４７】
１つの実施態様において、ソースガス中の構成ガスＸの選択された濃度は、呼気ガス中の構成ガスの選択された終末呼気濃度に基づいて数学的に計算される。他の実施態様において、ソースガスは少なくとも３つの成分ガスからなる。
【００４８】
他の実施態様において、それぞれの成分ガス入口は、少なくとも１０％のＯ２を含むブレンドされたソースガスと流体連通される。他の実施態様において、ソースガス出口ポートは連続ガス供給回路、例えば部分再呼吸回路と流体連通される。
【００４９】
システムは、ソフトウエアが構成ガスの入口濃度を決定する必要性および成分ガスの流量制御の必要性が不要になるように、これを選択された組成の予混ガスとともに使用するために準備することによって開発することができる。それでもなお、それは本発明の実施態様の範囲内と考えられる。
【００５０】
さらに他の態様において、本発明は被験者の呼気ガス中のそれぞれの構成ガスの終末呼気濃度を独立に制御するためのシステムを開発する方法を対象とし、方法は、
ａ）少なくともソースガス出口と、複数の成分ガス入口と、それぞれの成分ガスのフローコントローラとを有する装置の取得を可能にし、
ｂ）機械読取り可能な命令の実行を容易にし、プログラム可能な演算装置を駆動するようにし、呼気ガス中の構成ガスＸの終末呼気濃度に基づいてソースガス中の前記構成ガスＸの濃度を導出するようにし、前記演算装置はそれぞれのフローコントローラに作動可能に接続されて前記フローコントローラのそれぞれのガス流量を設定し、ソースガス中の前記構成ガスＸの導出された濃度を達成することを含む。演算装置はガス混合装置のハウジング内に一体化されてもよく、またはフローコントローラを駆動するデータ入力インターフェースを持っていてもよい。工程ｂ）は、
前記機械読取り可能な命令を生じさせる、
前記機械読取り可能な命令の発生をアウトソーシングする、
前記機械読取り可能な命令を取得できるようにする、
前記機械読取り可能な命令の取得のために命令を与える、
前記機械読取り可能な命令の使用のために命令を与える、
前記機械読取り可能な命令の発生のために命令を与える、
前記機械読取り可能な命令でプログラムされた演算装置の取得のために命令を与える、
前記機械読取り可能な命令またはそのような演算装置の動作、アップデート、アップグレード、トラブルシュート、置換、修復または再取得のために命令を与える
ことから選択される１つ以上の工程を実行することを含んでいてもよい。演算装置はプログラムされたものでもよいし、このような命令を「ハードワイヤード（ｈａｒｄ−ｗｉｒｅｄ）」してもよい。
【００５１】
ガスブレンド装置は、このような機械読取り可能な命令によってプログラムされた演算装置によって作動する装置のデザイン、開発、リース、マーケティングまたは販売において、直販またはリース、もしくはサードパーティとの協力を通じて取得できることがわかるであろう。
【００５２】
本発明は、システムおよび開発の方法が、特にここで示した式を用いて計算されることによって得られる特定のガス混合物と共に使用され、それによってこれらをケースバイケース・ベースで計算する必要性を無くし、それにより成分ガスのプロセス制御を単純化することを予期している。これは独立のフローコントローラおよび付随する制御の必要性を無くす。それゆえに１つの態様において、システムは特定のガスによってその使用を容易にすることにより、はるかに単純化された装置を含む。本発明のこの態様において、ガスはシステムでの使用のために購入し、システムの残りを備えさせてもよい。いずれのケースの命令においても、開発者は特定のガスを単純化されたシステムで使用する命令の入手可能性により、システムの使用を容易にする。
【００５３】
本発明の他の態様および特徴は、以下の本発明の具体的な実施態様の説明の参照によって当業者に明らかとなるであろう。
【００５４】
本発明のより良い理解のため、および如何にしてそれを実行に移すかをより明確に示すために、例として、本発明の実施態様の態様を図示する添付の図についての参照がなされるであろう。
【００５５】
発明の詳細な説明
ここで記述するガス濃度は、分圧（例えば、ＰＣＯ２）、または分率濃度（例えば、ＦＣＯ２）を言う。当業者は、（分圧）＝（分率濃度）×（室温下の大気圧）という両者の関係を理解するであろう。
【表１】
0005415070.tif 000004
【００５６】
本発明において、被験者は好ましくは部分再呼吸回路として知られる、呼吸チューブをもつ呼吸弁マニュホールド（ここでは呼吸回路と言う）を通して呼吸する。好ましくは、被験者は連続ガス供給（ＳＧＤ）回路でもある部分再呼吸回路で呼吸する。その機能を簡単に論評する。
【００５７】
非再呼吸連続ガス供給回路は、Ｆｉｓｈｅｒ（ＵＳ  ６３５４２９２）によって教示された。再呼吸連続ガス供給回路はＦｉｓｈｅｒ（ＵＳ  ６６２２７２５、ＵＳ  ６６１２３０８）によって教示された。図１Ｂは非再呼吸連続ガス供給回路の原理を図示する。呼気の間、呼気の一方向弁（３０）が開き、ガスが大気中に放出される。その間、ソースガスはソースガスポート（３２）に入り、ソースガスリザーバー（３３）に貯蔵される。図１Ａは、呼気をリザーブガスとして使用する相同的な回路を図示する。この回路により、呼気の間、呼気ガスは呼気ガスリザーバー（２８）内に導かれ、リザーブガスとして働くようになる。吸気の間、一方向吸気弁（３１）が開き、ソースガスポート（３２）およびソースガスリザーバー（３３）からソースガスが吸気される。これらの回路両方において、ＶＥがソースガス流量を超過した場合、ＶＥとソースガス流量との差は、再呼吸回路中の交叉弁（２９）を通して、または非再呼吸回路中の要求弁（ｄｅｍａｎｄ  ｖａｌｖｅ）（３５）を介したリザーブガスで補われる。ソースガスおよびリザーブガスは連続的に吸気される。吸気の開始において、ガスはフレッシュガス流の入口およびフレッシュガスリザーバーから吸気される。非再呼吸回路中のリザーブガスは、呼気ガスと同様の特性を持ったガスからなる。
【００５８】
終末呼気を独立に制御する方法の説明
本発明は被験者の終末呼気（呼気の終末）濃度を独立に制御する方法を記述する。ここでの議論は、特にＣＯ２およびＯ２の制御に適するような方法を記述するが、当業者は本方法が被験者のその他のガス制御についても同様に応用できることを認識するであろう。
【００５９】
方法は、
被験者のＶＣＯ２およびＶＯ２を決定または推定し、
被験者が呼吸している部分再呼吸回路、好ましくは連続ガス供給回路へのソースガスの最初の流量（ＶＧ１）を、被験者の平均ＶＡ（さらに後述する）とおよそ等しく設定する。これは、連続ガス供給回路のソースガスリザーバーがそれぞれの呼吸の際にちょうど空になるまでソースガス流を調節することによって達成されるか、または代替的に、流量計を被験者と回路の間に配置してもよい。
【００６０】
以下に記述する方法を使用して決定された濃度まで、ソースガス（それぞれＦＧ１Ｏ２およびＦＧ１ＣＯ２）中のＯ２およびＣＯ２濃度を設定する。
【００６１】
このような回路での呼吸の場合は、回路へのガス流量がＶＥ以下になるならば、終末呼気濃度が固定され（およそ大抵の部分呼吸回路について固定される、ならびに連続ガス供給回路に確実に固定される）、ならびに分時換気量（ＶＥ）と独立するようになるので、部分再呼吸回路が本方法に必要とする。終末呼気濃度は、ソースガスのガス濃度のみの関数となる。
【００６２】
我々は最初に、ＦＧ１ＣＯ２を決定する方法を記述する。方法を実行するために、まず被験者のＣＯ２産生量（ＶＣＯ２）についての値を得なければならない。これは、直接測定（例えば、ＦＣＯ２について呼気ガスの時間あたりの収集量を分析することによって）または身長と体重のような他の擬人化データに基づいた基準表（ｓｔａｎｄａｒｄ  ｔａｂｌｅ）から計算されることによってなされ得る。
【００６３】
方法は、被験者の分率終末呼気ＣＯ２濃度に対する肺換気量ＶＡの割合に関連する当技術分野で既知の関係を利用する。
【数３】
0005415070.tif 000005
【００６４】
この関係は、所定の肺換気量の割合について、特定の終末呼気濃度が生じることを表す。肺胞換気量が下がればＦETＣＯ２が下がり、それが上がればＦETＣＯ２が下がる。
【００６５】
被験者の分時換気量がＶＧ１を超過する限り、Ｇ１の組成がガスの終末呼気濃度を決定する。例えば被験者が、安静時の終末呼気ＰＣＯ２に関連した安静時のＶＡを持つケースを考える。我々は、ソースガス流量ＶＧ１が、被験者の安静時のＶＡよりも大きくなるまで増大し、終末呼気ＰＣＯ２またはＰＯ２のより迅速な変化をもたらすことを期待する。我々は被験者にＶＧ１以上の速度で呼吸するように指示し、ＶＧ１の全てが肺胞に到達し、したがってＧ１中の追加のＣＯ２がＰETＣＯ２の減少を防ぐことを確実にする。Ｇ１に対する構成ガスの濃度を計算することは、Ｇ１を数学的に、安静時のＶＡと等しい流量の部分と、（Ｇ１−ＶＡ）の流量のバランスを持つ部分とに分割することである。我々は、ＶＡに等しい部分を「フレッシュ」ガス流と呼ぶ。なぜならばＣＯ２を持たないＶＧ１ｆのおかげで、それはガス交換に寄与するからである。このガス流はそれゆえに式（４）により終末呼気濃度を決定する。所望のＧ１とＶＡ（Ｇ１−ＶＡ）との間の差からなるＧ１の第２の部分は、ガス交換について勾配を与えないＣＯ２の濃度を要求する。このように構成すると、それは「中性の」ガス流（ＶＧ１ｎ）と考えられる。肺胞ガスのそれに等しいＦＧ１ｎＣＯ２（終末呼気によって近似される）は、定義上、ＣＯ２のガス交換に関して「中性」であろう。
【００６６】
ＶＧ１ｆ中にＣＯ２が存在しないので、ＶＧ１ｎはＧ１中の全てのＣＯ２のソースである（式（６））。
【数４】
0005415070.tif 000006
【００６７】
その場合、中性ガス中の濃度はＰETＣＯ２を目標値に維持するために目標ＣＯ２濃度と等しくなくてはならない。
【数５】
0005415070.tif 000007
【００６８】
また、中性ガスの流量は、ソースガスの流量と被験者の肺胞換気量との差である。または、
【数６】
0005415070.tif 000008
【００６９】
これにより我々は式（７）を以下のように書き換えることができる。
【数７】
0005415070.tif 000009
【００７０】
また、被験者の目標終末呼気と肺胞換気量との関係は式（４）からわかる。
【数８】
0005415070.tif 000010
【００７１】
それゆえに、式（７ｃ）に式（４）を代入し、以下の式を得る。
【数９】
0005415070.tif 000011
【００７２】
両辺をＶＧ１で除し、以下の式を得る。
【数１０】
0005415070.tif 000012
【００７３】
この議論は一般に、体内に吸収される任意のガスについても同様に適用できるはずである。実際問題として、それは被験者の呼吸を彼等の安静時の呼吸速度よりも速い速度にして、彼等の安静時のレベル未満の終末呼気目標を達成するのに好適である。さらに、被験者の呼吸を速めて、特に高いＣＯ２目標から低いＣＯ２目標に移行する場合には、終末呼気レベルの間のより迅速な交換が可能になる。なぜならば、最低ＣＯ２濃度（すなわち０％）を与えることが可能な場合は、呼吸速度が限定要因となるからである。
【００７４】
ここで我々はＦＧ１Ｏ２を決定する方法を記述する。この方法を実行するために、我々は、被験者のＯ２消費量（ＶＯ２）についての値を得る。これは、直接測定によるか、または身長、体重のような他の生理的データに基づいた基準表から計算されるか、またはＶＣＯ２に対してＶＯ２を関係づけ、普通は大抵の人において０．８の値を持つと見積もられる呼吸商（ＲＱ）から決定される。
【数１１】
0005415070.tif 000013
【００７５】
ＦＧ１Ｏ２を決定する方法は、Ｏ２が人体によって消費される一方でＣＯ２が人体によって産生されているという事実を反映する式（９）においてＶＯ２上の符号が反転していることを除いては、ＦＧ１ＣＯ２を決定することと類似している。したがって、Ｏ２に関係する式（９）についての類似する形は以下のようになる。
【数１２】
0005415070.tif 000014
【００７６】
式９および１１はそれぞれ、人体によって生理的に産生（ＣＯ２として）または消費（Ｏ２として）される任意のガスに対して一般化されてもよいことが、当業者にはわかるであろう。人体によって生理的に産生されるガスＸの目標終末呼気濃度を誘起または維持することについての式９の一般形は、このように以下の式を用いてソースガス中のガスＸの濃度（ＦＧ１Ｘと定義される）を設定するであろう。
【数１３】
0005415070.tif 000015
【００７７】
ここで、ＶＸは被験者のガスＸの分時産生量、ＦＴETＸがガスＸの終末呼気濃度であり、ＶＧ１はソースガスの流量である。
【００７８】
人体によって生理的に消費されるガスＸの目標終末呼気濃度を誘起または維持することについての式１１の一般形は、このように以下の式を用いてソースガス中のガスＸの濃度（ＦＧ１Ｘと定義される）を設定するであろう。
【数１４】
0005415070.tif 000016
【００７９】
ここで、ＶＸは被験者のガスＸの分時産生量、ＦＴETＸがガスＸの終末呼気濃度であり、ＶＧ１はソースガスの流量である。
【００８０】
任意に、上記の方法は目標の特殊な終末呼気濃度に使用されてもよいが、目標を微調整するか、または終末呼気濃度を測定し、特定のガス濃度の増加または減少に対するフィードバック制御を使用して現在の終末呼気濃度と目標終末呼気濃度との差を最小化することによって、目標により早く到達させてもよいことが当業者にはわかるであろう。
【００８１】
ソースガスの選択
本発明の他の態様は、方法を実行するために使用されるガスの選択である。一定の所望の総流量について、ソースガス中のＣＯ２とＯ２との任意の濃度の組み合わせを純Ｏ２、ＣＯ２およびＮ２からなるソースガスを混合することによって達成してもよいことが、当業者にはわかるであろう。しかしながら、Ｏ２を含まない純ＣＯ２および純Ｎ２は、ガスブレンド装置が停止して被験者がこれら２つのガスのいずれかを少しでも吸込むことになれば、深刻な血中酸素減少、あるいは死を引き起こしかねないであろう。本発明の１つの態様は、それぞれが安全な最低レベルと決定されたＯ２の最小濃度を少なくとも持つソースガスの使用である。好ましくは、このレベルは少なくとも１０％であるが、コントロールされ、かつモニターされた或る条件下では、１０％未満のレベルも用いられるであろう。
【００８２】
ガス濃度は以下の制約を条件に選択される。
【００８３】
診断についての高い信号／ノイズ比を達成するために、広範囲のＦETＯ２およびＦETＣＯ２値が望ましい。
【００８４】
それぞれのガスは、それが与えられる唯一のガスであったとしても、被験者を深刻に害すことのないような最小の安全酸素濃度を持つであろう。これは好ましくはおよそ１０％である。或るガス（ガス「Ｃ」と呼ぶ）は、これ以上のＯ２を持たず、かつ低いレベルのＣＯ２を持ち、低い目標ＦＴETＯ２と低いＦＴETＣＯ２との組み合わせを達成する。
【００８５】
或るガス（ガス「Ａ」と呼ぶ）の最小酸素濃度は、被験者に与えるのに望ましい最大ＦETＯ２を達成するように設定してもよい。
【００８６】
或るガス（ガス「Ｂ」と呼ぶ）は、少なくとも所望の最大ＦETＣＯ２の達成のために十分に高いＣＯ２を含んでもよい。ガスＢ中のＣＯ２の濃度はさらに、高いＦETＯ２と高いＦETＣＯ２とを同時に得るために相当量のガスＡ（高Ｏ２濃度）が与えられ、ＶＧ１中でのガスＢの余地が殆ど残っていないという事実によって、ガスＢ中のＣＯ２の濃度はさらに抑制される。例えば、７．５％ＦETＣＯ２を９０％ＦETＯ２と共に達成するために、ガスＡは９０％超のＯ２濃度を持つであろうし、ガスＢは少なくとも６０％のＣＯ２濃度を持つであろう。
【００８７】
ガス「Ｂ」のＯ２濃度は、被験者の体内で所望される最大のＦETＣＯ２と、所望される最小のＦETＯ２を得るのに十分な程に低いであろう。
【００８８】
ガス「Ａ」は低いＣＯ２濃度を持つであろう。なぜならばそれは、ひとたび上記のガスＢおよびＣを考慮するとどうしても達成できない高いＯ２濃度を持ち、高いＦETＯ２かつ低いＦETＣＯ２を持つのに望ましいからである。
【００８９】
それゆえに、上記の制約に基づいて、好ましい方法は表１に記載するような相対濃度を持つガスの使用を含む。
【表２】
0005415070.tif 000017
【００９０】
ソースガスをブレンドして所望のＣＯ２およびＯ２の全ガス濃度を達成する
この議論について、我々はガスＢおよびガスＣ中のＦＯ２が、より低い限度のＦＴETＯ２を達成するように設定され、ガスＡおよびガスＣ中のＦＣＯ２の両方がより低い限度のＦＴETＣＯ２を達成するように設定されると考える。ゆえに、ＦＢＯ２＝ＦＣＯ２かつ、ＦＡＣＯ２＝ＦＣＣＯ２の場合に、ＦＴETＯ２およびＦＴETＣＯ２の最大範囲が生じる。
【００９１】
表２は、ガスＡ、ガスＢおよびガスＣ中のＯ２およびＣＯ２濃度を示すために使用される用語を定義する。
【表３】
0005415070.tif 000018
【００９２】
単数または複数の被験者のＶＣＯ２およびＶＯ２が既知と仮定した場合に、式１１および９に要約される方法を使用してＧ１中に供給される必要があるＣＯ２およびＯ２の分率濃度を決定する。
【００９３】
装置へのソースガスＧ１の総流量は個々のガスＡ、ＢおよびＣの流量の合計である。
【数１５】
0005415070.tif 000019
【００９４】
ソースガス中のＯ２流量は個々のガスからのＯ２流量の合計と等しい。それゆえに、
【数１６】
0005415070.tif 000020
【００９５】
しかし、ＦＣＯ２  ＝  ＦＢＯ２なので、これは以下のように書き換えることができる。
【数１７】
0005415070.tif 000021
【００９６】
これを簡単にして、
【数１８】
0005415070.tif 000022
【００９７】
ソースガス中のＣＯ２流量は個々のガス中の流量の合計と等しい。それゆえに、
【数１９】
0005415070.tif 000023
【００９８】
しかし、ＦＡＣＯ２＝ＦＣＣＯ２なので、これは以下のように書換えることができる。
【数２０】
0005415070.tif 000024
【００９９】
これ単純化して、
【数２１】
0005415070.tif 000025
【０１００】
最後に、
【数２２】
0005415070.tif 000026
【０１０１】
式１，２および３を使用してそれぞれの混合物から要求される流量を計算し、ＦＧ１Ｏ２のＯ２濃度およびＦＧ１ＣＯ２のＣＯ２濃度を持つ総流量（ＶＧ１）を得ることができる。成分ガスについて他のガスの組み合わせを使用してもよく、上記の導出を成分ガス中の任意のガスについて任意の濃度の一般的なケースに拡張してもよいことが、当業者にはわかるであろう。Ｏ２について記述された同様の方法およびアプローチは、アセチレン、一酸化炭素、窒素酸化物、麻酔ガスを含む、吸収されるその他任意のガスに適用することができるが、これらに限定されない。目標ＰＣＯ２および目標ＰＯ２を規定することによって、目標ＰＮ２もまた規定されることが認識される。同様の方法で、例えばアルゴン、ヘリウムおよびキセノンのような任意の不活性ガスの目標分圧を決定することができるが、これらに限定されるわけではない。
【０１０２】
この発明の他の態様は、診断および療法試験を実行するか、または生理学の調査を実行するための、終末呼気ＣＯ２およびＯ２、Ｎ２またはその他のガスレベルを独立に制御する使用である。以下は例であり、目標血液ガスを設けるための応用の、完全なリストであることを意味しない。例えば、ＣＯ２レベルは繰り返し低値から高値へと迅速に移って戻るが、被験者の脳血流は血液酸素レベル依存性（ＢＯＬＤ）ＭＲＩイメージング技術を用いて測定される。これは大脳血管反応性の地図を作る。ＢＯＬＤおよび経頭蓋ドップラーは、例えば、血液中のその他のガスまたは物質の存在があろうと無かろうと、ＣＯ２、Ｏ２の血中濃度の変化に対する脳および他の組織血流応答の測定に使用することができる。同様に、潜血管（ｏｃｃｕｌｏｖａｓｃｕｌａｒ）反応性は、ドップラー超音波、ＭＲＩまたはその他の当業者に既知のデバイスで、血中に他の物質があろうと無かろうと、ＣＯ２、Ｏ２および他のガスの目標濃度にて、網膜血管中の血流を測定することによって、測定することができる。他の試験は、腫瘍中の酸素レベルを操作して、ＢＯＬＤ  ＭＲＩ信号または他の当業者に既知の方法を使用して腫瘍中の有益な酸素化反応レベルを測定する。これは血流および腫瘍への酸素化反応の有益なレベルを提供する血液ガスを同定し、それらを放射線療法または化学療法による破壊に対して感作させるであろう。これは、放射性療法の間に、決定された酸素化反応レベルを再現するために方法の使用とさらに組み合わせてもよい。同様の試験が、肌、腎臓、心臓、肺、ならびに腫瘍および血管奇形のような種々の異常先天性および後天性の症状を含むが、これに限定されないその他任意の人体の応答性血管床において実行してもよいことは明らかである。
【０１０３】
目標終末呼気ＰＯ２およびＰＣＯ２の達成を可能にすることは、試験条件の再現性を与える。これは同様に、或る被験者についての或る時点から次の時点、および被験者間についての試験の比較を可能にする。この試験の再現性は、医者が異常の進行、または治療に対する応答を追跡することを初めて可能にする。例えばモヤモヤ病の被験者においては、脳の領域がＰＣＯ２の変化に対する異常応答によって同定することができる血管中の異常を発現する。同じ目標ＰＣＯ２に対する繰り返し標準化試験により、医者が応答の強度の変化を同定できるようになる。頭蓋動脈狭窄において、脳の領域は、ＰＣＯ２の変化に対する応答において、ＭＲＩによるＢＯＬＤイメージングについての応答によって見られるような血管応答性を失っているであろう。試験は外科手術後に繰り返され、血管反応性の回復の程度を同定できる。反応性の欠如した領域が未だに存在する場合はさらなる外科手術が指示されるであろう。
【０１０４】
標準化された試験により、ＣＯ２またはＯ２に応答する組織または器官への血流の制御の、標準的な生理学の検討が可能となる。例えば、経頭蓋ドップラー、ＢＯＬＤ  ＭＲＩ、ＭＲＩによるスピンラベリング、陽電子発光トモグラフィーまたは当業者に既知のその他多くの測定法を用いて、ＰＯ２およびＰＣＯ２またはこの方法の他のガスの、既知の、再現性のある変化に対する応答における血流、酸素化反応または組織および器官の代謝を測定することができる。
【０１０５】
まとめると、この発明は肺を介して血管床および他の器官に対して規格化され、再現性のある刺激を与える機能を提供する。当業者に既知の任意のたくさんのセンサーと組み合わせる場合、標準的な刺激の組により、被験者個人の全時間について、グループ中の被験者の間について、グループの被験者の全時間について、および異なる調査者によって試験されたグループの間における結果の比較が可能となる。再現可能な刺激を信頼に足るように与えることがない既知の方法からは、これらの利点のいずれも得られない。
【０１０６】
予混ガスを使用した代替の方法
上記の式９および１１は、目標終末呼気濃度ならびに被験者のＯ２消費量およびＣＯ２産生量に基づいてソースガス中のＣＯ２およびＯ２の分率濃度を決定するための方法を開示する。或る診断試験の実施については、特定の被験者母集団がＣＯ２産生およびＯ２消費について小さい幅の値を持つと仮定するか、または結果として生じる終末呼気濃度についてこれらの値における差異が生じさせる小さな変動を無視することが望ましいであろう。したがって、予め決定したガスの濃度を持つ複数のガス混合物を使用して特定の目標の組を達成することが可能であろう。例えば、全ての被験者が３００ｍｌ／ｍｉｎのＶＯ２、２５０ｍｌ／ｍｉｎのＶＣＯ２、およびＶＥ＝１０  ｌｐｍの呼吸量、ならびにＣＯ２、Ｏ２の目標終末呼気濃度の与えられる以下の組を持つと仮定すると、或るものはそれぞれが目標の１つの組に関連する以下の予混ガスを与えるであろう。これらのガスは、例えば診断試験を実施するような、予め決定されている順番で被験者に提供される。
【表４】
0005415070.tif 000027
【０１０７】
終末呼気制御装置
本発明の他の態様は、方法を実行する装置である。装置は終末呼気ガスについて目標の組み合わせの最大範囲を与えるために選択されるソースガス、ガスブレンド装置および部分再呼吸回路を含んでいてもよい。好ましい実施態様において、制御されるガスはＯ２およびＣＯ２である。図２を参照すると、３つの圧縮ガスＡ、ＢおよびＣ（これらは成分ガスＡ、ＢおよびＣと呼ばれるであろう）はガスブレンド装置（１）に接続される。方法が実行されている時、ガスＡ，ＢおよびＣは、それぞれ制御入力（３Ａ）、（３Ｂ）および（３Ｃ）を介してフローコントローラ（６Ａ）、（６Ｂ）および（６Ｃ）によって調節される流量ＱＡ、ＱＢおよびＱＣでブレンド装置（１）に運ばれる。これらのフローコントローラ（６ａ）、（６Ｂ）および（６Ｃ）は当技術分野で既知の多くのタイプのものでもよいが、好ましくは精度を高めるためにマスフローコントローラである。制御入力（３Ａ）、（３Ｂ）および（３Ｃ）は、演算装置（４）とフローコントローラ（６Ａ）、（６Ｂ）および（６Ｃ）との間で操作可能な接続を介して提供される。演算装置（４）は、どのような単数または複数のガスが制御されるべく選択されても、目標終末呼気値に基づくデータベースから値を参照することによって適当な制御入力（３Ａ）、（３Ｂ）および（３Ｃ）を得るであろう。データベースの値は先に議論した式９および１１に基づくであろう。演算装置（４）は代替的に、先に議論した式９および１１に直接基づいた制御入力（３Ａ）、（３Ｂ）および（３Ｃ）についてのデータを計算することができる。演算装置（４）はコンピューターのような適当な任意のタイプの演算装置でよく、任意でスクリーンおよび／または他の出力デバイスを含んでもよい。演算装置（４）は、ガスブレンド装置（１）のような他の要素と統合され、これらは通常のハウジングに保持されてもよい。代替的に、演算装置（４）は、システムの残りと共に供給されてもされなくてもよい独立品目であってもよい。例えば、演算装置（４）は消費者によって提供されてもよい。
【０１０８】
先述のフローコントローラ６Ａ、６Ｂおよび６Ｃを制御するために使用する適当なソフトウエア１２１はシステムと共に提供されてもよい。演算装置（４）がシステムの一部として提供される実施態様においては、ソフトウエア１２１は演算装置（４）上でプリインストールされて提供されてもよい。演算装置（４）が消費者によって提供されることが予期される実施態様においては、消費者がソフトウエアを彼等自身の演算装置（４）にインストールできるように、ソフトウエアはシステムに付随するであろう。代替的に、ソフトウエアが他の方法で提供されてもよい。例えば、ソフトウエアは消費者によって遠隔的にダウンロードされてもよい（例えばインターネットで）。ソフトウエアが、消費者がソフトウエアをダウンロードできる手段によってインターネットで提供される状況において、制御ユニット４もまた含まれるか否か、もしくは消費者によって供給されることが予期されるのか否かにかかわらず、それはシステムの一部として提供されていると考えられる。
【０１０９】
明確性のために、成分ガスＡ、ＢおよびＣの流量を制御する概念は、ガスＡ、ＢおよびＣの流量を設定してガスＡ、ＢおよびＣの組み合わされた流中に含まれる少なくとも２つの構成ガスについて選択的な濃度を達成することを含む。代替的に、１つ以上のガス入口を持つ装置の提供が可能であり、１つ以上の成分ガスを、既にその中の予め選択されたガスの濃度を持つ１つ以上のガス入口に接続するので、あらゆる個々の成分ガスについての流量制御が不要である。例えば、特殊な所望の終末呼気濃度を達成するために、既に選択された濃度のガスを含む単一成分ガスを使用することが可能である。これは例えば、或る被験者に対して被験者間でばらつきの無い終末呼気条件の選択された組をもたらす、或る診断条件に好適であろう。
【０１１０】
複数のガスの終末呼気濃度を制御する概念は、複数のガスについて終末呼気濃度を選択し、ソースガス中のガスの濃度を設定して選択された終末呼気濃度を達成することを含む。それは例えば、ガスの１つが選択されて終末呼気ガス中で一定の濃度で維持されることであろう。
【０１１１】
流量ＱＡ、ＱＢおよびＱＣを本方法により目標ＦETＣＯ２およびＦETＯ２についてそれぞれの段階で順次決定する。ＱＡ、ＱＢおよびＱＣのブレンドはＶＧ１をもたらす。得られた混合物Ｇ１は出力ホース（７）を経由してブレンド装置（１）を出て、部分再呼吸回路（９）の入口（８）に送られる。好ましい実施態様において示されるように、部分再呼吸回路は連続ガス供給回路である。吸気の間、吸気性一方向弁（１０）が開き、呼吸の第１の部分がガス入口（８）およびＧ１リザーバー（１１）から来る。ＶＥ＞ＶＧ１の場合、Ｇ１リザーバー（１１）は呼吸の間にしぼみ、呼吸のバランスが呼気ガスＧ２リザーバー（１２）から交叉弁（１３）を介して来るか、または非再呼吸ＳＧＤの場合には殆ど呼気ガスである貯蔵された外来ガスから来る。
【０１１２】
呼気の間、呼気一方向弁（１４）が開き、呼気ガスが呼気ガスリザーバー（１２）に収集されるか、または非再呼吸ＳＧＤの場合にはそれらが放出されるかのいずれかである。その間、Ｇ１はＧ１ソースガスリザーバー（１１）に収集される。追加の圧力サンプリングライン（１５）および圧力トランスデューサー（１７）を被験者−回路インターフェースに挿入し、呼吸のガス流量の変化の同調を助ける。任意で、ガスを追加のＣＯ２／Ｏ２分析器に接続されるライン（１６）を経由してサンプリングしてもよい。ピーク検出アルゴリズムは、圧力トランスデューサー（１７）またはガス分析器からの信号を用いて呼吸を検出し、Ｏ２およびＣＯ２についての終末呼気値を取り出すことができる。データはオンラインまたはオフラインで分析することができ、任意で演算装置（４）の一部となるコンピュータースクリーン上に表示される。
【０１１３】
任意で、スタンバイ段階で被験者に空気を与えることが望まれる場合は、三方ソレノイド弁（２）が機械知能（４）からの接続（３Ｓ）によって電気的に制御され、空気ソース（５）に対して開にするか、またはガスソースＡ，ＢまたはＣからガスを収集するマニュホールド（８２）に対して開にする。装置がスタンバイモードの場合、被験者は制御入力（８４）を介してフローコントローラ（６）によって調節された空気流を受ける。
【０１１４】
代替の実施態様
特定の連続した目標終末呼気濃度の「ハードワイヤー」が所望される場合は、所望の目標を達成する濃度の予混ガスを図３に記載した代替の装置で使用することができる。変動状態および安定状態の所定の任意のパターンについて、異なる被験者間で測定されたＧ１ガス中のＯ２およびＣＯ２の個々の濃度は、被験者のＶＯ２およびＶＣＯ２に依存するであろう。これらの差異を調整するために、図３に記載した装置は、被験者のＶＯ２およびＶＣＯ２またはそれらの推測によるＶＧ１の精密な制御を可能にする。
【０１１５】
図３を参照して、連続するそれぞれの段階の間のＧ１ガス中に要求されるものに等しいＯ２、ＣＯ２およびＮ２の予混混合物を含んだ、予混ガスＤ，Ｅ，Ｆ，ＧおよびＨの組（５つが示されているが、目標終末呼気濃度のそれぞれの組について１つが必要とされる）は、ガスブレンド装置（１）に接続される。二方ソレノイド弁（２５Ｄ、２５Ｅ、２５Ｆ、２５Ｇ、２５Ｆ）はガス流Ｄ，Ｅ，Ｆ，ＧおよびＨを制御する。二方ソレノイド弁（２５）は、指令およびそれぞれ個々の弁の開の維持期間についての予めプログラムされた情報を含んだ機械知能（４）によって制御される。回路（９）に流れるガスはフローコントローラ（２６）によって調節される。追加の三方ソレノイド弁（２３）は機械知能（４）を介して電気的に制御され、追加のスタンバイ段階の間、追加の空気ソース（５）に対して開になるか、またはソレノイド（２５）を通って届くガスに対して開になるであろう。装置の残りは、図２のものと同じである。
【０１１６】
図４〜６は、終末呼気値を制御して目標レベルに設定した被験者から得られた実験データを示す。
【０１１７】
ソースガスの流量を「選択する」ことについての用語「選択する」は、流量が調節可能でなければならない特性の装置を必ずしも意味するわけではない。厳密に言えば、その意味は、操作者が目前の作業に適した流量で、特に単一の流量のみが許容できる場合に、装置を使用するのを準備することのみを必要とするということである。にもかかわらず、調節可能な流量は、装置が使用され得る方法に対して相当の柔軟性を加えることがわかるであろう。例えば、１つ以上の終末呼気目標ガス濃度の迅速な交換がもたらされることが求められ、被験者の迅速な呼吸が予期されている場合、流速をより速く設定することにより、より迅速な肺胞ガス交換が可能となる。
【０１１８】
用語「ソースガス」は、最終的に被験者の方に流れ、被験者によって吸気されるガスを意味すると理解される。このガスは１つ以上の「成分ガス」からなっていてもよく、すなわち個々のガスが１つ以上の「構成ガス」を含んでいてもよい。構成ガスは常に、それらの分子が例えば１００％のＯ２で構成されるという点で実質的に「純粋な」ガスを意味すると理解されている。成分ガスが１つ以上の構成ガスを含む場合、この成分ガスはしばしばここでは「混合された」または「ブレンドされた」ガスと言われる。しかしながら、特定の文脈において、ブレンドされたまたは混合されたガスについての言及は、ソースガス自身のことを言うこともあると理解されるであろう。
【０１１９】
少なくとも１つの成分ガスの少なくとも１つの構成ガスの濃度選択は、単一の成分ソーズガスの正確に単一の成分を選択することによって簡単に成し遂げられるであろう。
【０１２０】
上記は好ましい実施態様を記述するが、これらの実施態様は、本発明の範囲ならびに添付する請求項の正しい意味から離れることなく修飾および変更の余地があることがわかるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１Ａ】図１Ａは、再呼吸連続ガス供給回路を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、非再呼吸連続ガス供給回路を示す。
【図２】図２は、装置の好ましい実施態様を示す。
【図３】図３は、装置の代替的な実施態様を示す。
【図４】図４は、一定のＰETＯ２のもとでＰETＣＯ２のレベルを変動させて、装置および方法を使用した被験者からのデータを示す。
【図５】図５は、一定のＰETＣＯ２のもとでＰETＯ２のレベルを変動させて、装置および方法を使用した被験者からのデータを示す。
【図６】図６は、ＰETＯ２とＰETＣＯ２との変動を同時に制御して、装置および方法を使用した被験者からのデータを示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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