(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒトの呼吸からＣＯ２濃度波形の組を代表する単一の代表的ＣＯ２濃度波形を生成するための装置であって、前記装置は、
制御論理であって、
ヒトの呼吸から２つ以上のＣＯ２濃度波形を取得し、
前記２つ以上のＣＯ２濃度波形の各々に対して、波形の値および／または比である１つ以上のスケール係数と、波形の形状もしくはパターンの特徴付けおよび／または記述を行う１つ以上の形状係数と、を決定し、
前記２つ以上のＣＯ２濃度波形の各々の１つ以上の形状係数およびスケール係数に基づき、前記２つ以上のＣＯ２濃度波形を代表する形状係数およびスケール係数の代表的な組を計算し、
前記形状係数およびスケール係数の代表的な組に基づき、前記単一の代表的ＣＯ２濃度波形を構築する、
ように構成された、制御論理、
を備える、装置。
【請求項２】
前記２つ以上のＣＯ２濃度波形が波形の部分セグメントである、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記１つ以上のスケール係数の決定が正規化に基づく、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記１つ以上の形状係数が、前記２つ以上のＣＯ２濃度波形の各々に対して、最良適合関数のパラメータを識別することにより決定される、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記２つ以上のＣＯ２濃度波形を代表する形状係数の代表的な組の計算が、前記最良適合関数のパラメータの収集および平均化を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記単一の代表的ＣＯ２濃度波形の構築が、平均化されたパラメータおよび規模の縮小に基づく波形の構築を含み、前記規模の縮小が、前記単一の代表的ＣＯ２濃度波形を、それを作成するのに用いられた前記２つ以上のＣＯ２濃度波形を代表するサイズに戻すことを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記制御論理が、前記１つ以上のスケール係数および形状係数を決定する前に、前記２つ以上のＣＯ２濃度波形の各々を部分セグメント化するようにさらに構成され、前記単一の代表的ＣＯ２濃度波形の構築が前記部分セグメントの結合をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記１つ以上の形状係数の決定が、前記２つ以上のＣＯ２濃度波形の各々の独立した２値デジタルマトリクスへの変換を含み、一（１）の値が、前記波形が通る前記デジタルマトリクス内の位置を定義し、前記デジタルマトリクスの任意の他の位置がゼロ（０）の値により定義される、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記制御論理が、２つ以上の独立した前記デジタルマトリクスの各々に対して最良適合関数を識別するようにさらに構成された、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記形状係数の代表的な組の計算が、２つ以上の独立した前記デジタルマトリクスを合計することによる合計マトリクスの作成を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
ヒトの呼吸から１組のＣＯ２濃度波形を代表する単一の代表的ＣＯ２濃度波形を生成するためのシステムであって、前記システムは、
制御論理であって、
ヒトの呼吸から２つ以上のＣＯ２濃度波形を取得し、
前記２つ以上のＣＯ２濃度波形の各々に対して、波形の値および／または比である１つ以上のスケール係数と、波形の形状もしくはパターンの特徴付けおよび／または記述を行う１つ以上の形状係数を決定し、
前記２つ以上のＣＯ２濃度波形の各々の１つ以上の形状係数およびスケール係数に基づき、前記２つ以上のＣＯ２濃度波形を代表する形状係数およびスケール係数の代表的な組を計算し、
前記形状係数およびスケール係数の代表的な組に基づき、前記単一の代表的ＣＯ２濃度波形を構築する、
ように適合された、制御論理と、
前記単一の代表的ＣＯ２濃度波形を表示するように構成されたモニターと、
を備える、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、二酸化炭素（ＣＯ２）波形などの、波形を生成して表示するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
波形は、一般に、波などの、媒質（例えば、固体、液体または気体媒質）内を移動する信号の形状を指す。伝搬信号の形状の直接的な視覚映像が取得できない状況では、そのような場合に移動波形とも呼ばれる波形は、時間または距離につれて変化するグラフの形状を描く。つまり、移動波形は、一連の伝搬波を示し、それぞれが異なる時間または距離を表す。
【０００３】
例えばカプノグラフィーでは、カプノグラフが患者の息のサンプルを収集し、そのサンプルのリアルタイムＣＯ２濃度を（ＣＯ２分圧として）感知および計算する。計算されたＣＯ２の経時的な濃度は、移動波形として適切なディスプレイに描き出される。移動波形の解像度および掃引時間は、ユーザーがディスプレイ上で呼吸周期を識別できるほどである。カプノグラフィーで取得される情報は、患者の病状を判断するために使用され得る。
【０００４】
カプノグラフィーの場合、表示された移動波形の「ｘ」軸は時間で、少なくとも２〜３の波周期が捕捉できるように、通常は十分な時間が定義される。異なる年齢群は異なる呼吸周期時間を持つため、「ｘ」軸の長さは、年齢に応じて頻繁に変更され得る。例えば、新生児は比較的頻繁に呼吸する（通常は、１分当たりの呼吸数（ＢＰＭ）が５０〜８０）ため、少なくとも２〜３の波周期を捕捉するために必要な時間は、大人で同数の波周期を捕捉するために必要な時間より短いであろう。
【０００５】
表示された移動波形の「ｙ」軸は、分圧単位（ｍｍＨｇ、ｋｐａまたは他の単位）または容積百分率（ｖｏｌ．％）のいずれかで定義される。「ｙ」軸の高さは、通常、標準呼気濃度（３７ｍｍＨｇ）が軸の約２／３近く（例えば、５０ｍｍＨｇ）になるように定義される。ＣＯ２濃度が高くなると、これは、（例えば、１００ｍｍＨｇまで）高められ得る。
【０００６】
波形が、呼吸周期における経時的ＣＯ２濃度の変化を少なくとも最小限に表現するために、標準的な大人の呼吸速度については、少なくとも２００ミリ秒（ｍｓｅｃ）毎に測定値（または点）を取得すべきであるが、５０ｍｓｅｃ毎が好ましい。１５０ＢＰＭ以下の高い呼吸速度では、５０ｍｓｅｃ毎の読み取りが必須である。データ点（解像度）が多ければ多いほど、ユーザーまたはオペレータ（医師または看護師など）は、多くの特徴的形状を波形内に認めることができる。
【０００７】
波形は、通常、その波形に関して臨床的に意義のある特徴だけでなく、臨床的に重要でない特徴の両方を含む。一般に、波形に関して臨床的に意味のない（重要でない）効果は、会話、動作、咳、摂食または同様のものなど、外部刺激から生じるものであり、他方、波形に関して臨床的に重要な効果は、例えば、呼吸器官および／または心臓の状態など、患者の生理的状態から生じ得る。かかる状態は、喘息、うっ血性心不全（ＣＨＦ）、慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）、疼痛管理または他の医学的状態など、薬物による鎮静または治療を含む。
【０００８】
各個々の波形特徴の潜在的な臨床的価値およびそれに関連する関連性に加えて、連続した波形または波形群のパターンおよび特徴ならびにその変化、変化率および他の特徴も関連し得る。連続した波形の特徴の一例は、１つまたは２つの個々の波形ではなく、連続した波形の分析中にのみ診断可能なチェインストークス呼吸に見られ得る。
【０００９】
一方で、波形の周期性および再現性にも関連し得、他方では、一貫性のない行動および特徴の分散に関連し得る。時には、前述の臨床的な意義が、目覚めている患者と眠っている（鎮静状態または無意識の）患者によって異なり得る。挿管された患者では、人口呼吸器の装着および一般に患者の鎮静状態のために、波形は一般に、特に呼吸周期の期間およびディーティサイクルについて、より再現性がある。挿管されていない患者では、各波形の形状は、より散発的である。
【００１０】
カプノグラフィーで生成および提示されたＣＯ２濃度の移動波形など、従来技術の移動波形の表示および有用性に関連して、いくつかの問題がある。これらの問題には、例えば、次のようなものがある：
１．既存のカプノグラフは、一連の２つまたは３つの波形を一度に表示して、それらが継続的に構築され続け、軸に同期することなく、患者の呼吸周期に関連して画面を交差する。つまり、波形は、表示されている「ｘ」軸に対して決められた期間に呼吸速度（ＰＲ）がどのように適合するかに応じて、時には、呼吸周期の途中から「ｘ」（時間）＝０で始まったり、呼吸周期の終わり近くで始まったりし得る。この移動波形は、対象となり得る波形の特徴および変化に焦点を合わせるのを困難にする。
２．ユーザー（医師または看護師など）は、任意の時に２つまたは３つの波の比較だけをできるため、波形群または波形の組に関するパターンの認識が困難および時には不可能である。
３．生理的／臨床的に重要なパターンと人為現象にすぎないパターンとの区別を困難にする、各波形を変化させる数多くの人為現象がある。
４．波形の取り得る多数の形状に加えて、波形のスケール要因もある。スケール要因は、高さ、幅、デューティサイクルおよび同様のものを含む。特に自発呼吸の患者では、これらのスケール要因は、画面上で常に変化している、無数の可能な組み合わせとなり、それらの多くは、呼吸器の専門家によってさえまだ理解されていない。
５．生理的／臨床的に重要であり得る波形の特徴は、例えば、前述したいくつかの理由で（たとえ、ユーザーがこれらのパターンに詳しくても）、しばしば非常に小さくて容易には認識されない。
６．優勢で再発性のあるパターンと不規則で再発性のないパターンとを区別するのは困難である。
７．しかし、移動波形のリアルタイム掃引に加えて、例えばカプノグラフは、波形の傾向データ（例えば、呼気終末二酸化炭素、ＥｔＣＯ２）および、時には、イベントまたは要求された参照に関連して過去からの波形に戻る能力も提供し、これは、数時間以前の波形さえ保存するための大規模なメモリを備えた非常に強力なコンピュータを必要とする大規模なメモリバンクを必要とする。
８．基準および／または基線と比較する能力がなければ、波形のある特徴（例えば、傾斜または他の特徴）における変化に気づくのは困難である。
【００１１】
これらおよび他の問題は、呼吸周期が生じているという視覚標識を受け取るだけでなく、これらの波形の有用性に関して、看護師および医師による絶望感を生む。
【００１２】
従って、従来技術において、使用可能な波形を生成する方法および装置が必要である。
【発明の概要】
【発明の効果】
【００１３】
本特許出願のこの発明の概要は、「要約」よりも長い形式で、本明細書で開示する主題の概要を提供することを目的するものであり、本発明をこの発明概要で説明するいずれかの機能に限定するものとして解釈されるべきではない。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態は、一般に、代表的波形（例えば、ＣＯ２濃度の経時的な変化の波形）の生成（あるいは、再構築）および、任意でその表示を行うための方法および装置を対象とする。いくつかの実施形態によれば、代表的波形の生成は、取得する波形の「ｘ」秒（例えば、最後の「ｘ」秒）、または「ｙ」個の波形（例えば、最後の「ｙ」個の波形）を代表する波形の生成を含み得る。結果として生じる代表的波形は、１つまたは複数の「ｙ」個の波形から、または「ｘ」秒間に捕捉された１つまたは複数の波形から取得された医学的に重要な情報を含み得る一方、周知の重要性を持たない再現性のないイベント、医学的に関連がないかもしくは望ましくない人為現象および／もしくは他の要因が完全に除去されているか、または抑制されている。関連のある医療情報を示しながら、重要でない情報を除去する、１つの代表的波形の生成は、かかる波形の有用度を高める。例えば、代表的波形の表示は、価値ある医療情報を失うことなく、ユーザーがより少ないデータ（継続的に進行する単一波形の連鎖の代わりに、１つの代表的波形）を取得するのを支援し得る。
【００１５】
いくつかの実施形態によれば、「代表的波形」という用語は、１組の波形を代表できる任意の波形を指し得る。波形の組は、所定数の波形または、所定の期間に取得された任意の数の波形を含み得る。
【００１６】
いくつかの実施形態によれば、波形は、２種類の係数、すなわち、形状係数およびスケール係数によって特徴付けられ得る。
【００１７】
形状係数は、波形の形状もしくはパターンの特徴付けおよび／または記述を行う。形状係数は、例えば、波形の上昇を記述する非線形関数のパラメータを含み得る。波形の形状係数は、通常、患者の生理的状態を示す。例えば、波形の主要な形状係数は、換気力学などの呼吸過程に関連し得る。形状係数は、関数のパラメータまたは２進値の組（ベクトルまたはマトリクスの形式）であり得る。
【００１８】
スケール係数は、波形値および／または比であり、例えば、高さ、幅、半分の高さでの幅、デューティサイクル、Ｉ：Ｅ（吸気時間呼気時間）比もしくは任意の他の値または値の組み合わせなどがある。スケール係数の特徴は、通常は、潅流、短絡、代謝、換気、呼吸および同様のものなど、一般過程および／または身体機能に関連する。
【００１９】
例えば（本明細書では、形状係数とスケール係数との間の相違をより良く示すためだけに提示する）、ある波形は、「完全な」模範的（正常）な形状、正常な形状係数を示し得るが、波形の高さ（これは「スケール係数」と考えられる）が非常に低い。これは、例えば、外傷によって生じる低潅流ではなく、正常な肺機能の結果であり得る。
【００２０】
いくつかの実施形態によれば、代表的波形は、その代表的波形（例えば、「ｘ」秒間または「ｙ」個の波形に渡って取得された波形）によって代表される波形を記述する形状係数およびスケール係数の代表的な組によって特徴付けることができる。
【００２１】
本発明のいくつかの実施形態によれば、代表的波形を生成する方法は、１つまたは複数の波形（「ｘ」秒間または「ｙ」個の波形について現実化される通り）の１つまたは複数の形状係数の決定を含み得る。その方法は、１つまたは複数の波形の１つまたは複数の形状係数の分析をさらに含み得る。
【００２２】
本発明のいくつかの実施形態によれば、代表的波形を生成する方法は、１つまたは複数の波形（「ｘ」秒間または「ｙ」個の波形について現実化される通り）の１つまたは複数のスケール係数の決定を含み得る。その方法は、１つまたは複数の波形の１つまたは複数のスケール係数の分析をさらに含み得る。１つまたは複数の波形の１つまたは複数のスケール係数の分析は、例えば、それらの基本的な平均値の使用を含み得る。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態によれば、代表的波形は、１つまたは複数の形状係数および１つまたは複数のスケール係数を基本的に別々に分析することによって構築され得る。スケール係数はそれらの基本的な平均値を用いることによって分析され得るが、形状係数はより複雑な数理解析（線形または非線形の関数、分類または同類のものへの適合など）を必要とし得る。形状係数およびスケール係数が、波形の２つの独立したタイプの特徴として別々に分析されている場合、結果が一緒に統合されて、１つの代表的波形を形成する。
【００２４】
本発明のいくつかの実施形態によれば、代表的波形は、人為現象が除去され得るが、再現性があり、および／または優勢な特徴をまだ含む。つまり、代表的波形を生成する方法は、再現性があり、および／または優勢な形状係数を提示しながら、人為現象の除去または抑制を含み得る。
【００２５】
本発明のいくつかの実施形態によれば、代表的波形は、画面に沿って移動せずに、様々な位置から始まるように、呼吸周期の所定の点から始まるのが表示され得る。代表的波形は、例えば、１０〜２０秒毎または他の速度など、様々な所与の所定の速度で更新され得る。更新速度は、ユーザーによって定義され得るか、または、例えば、呼吸速度（ＲＲ）、患者の年齢、患者の病気または任意の他のパラメータおよび／または条件など、特定のパラメータおよび／または条件に依存し得る。更新速度は、モニタリング期間中に動的に変更され得る。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態によれば、代表的波形は、背景波形の上に表示され得る。例えば、代表的波形は、基線波形の上に表示され得る。基線波形は、鎮静作用、薬物療法、疼痛管理、外科手術または同様のものなど、治療を開始する前に取得された波形（または波形の組）を含み得る。基線波形は、特定の時または条件（鎮静作用、薬物療法、疼痛管理、外科手術または同様のものなど）で取得された波形の代表的波形も含み得る。この提示は、ユーザーが、波形の傾向、またはかかる治療の結果であり得る波形の変化に関していくらか理解できるようにし得る。
【００２７】
代表的波形は、「正常な」波形の背景の上にも表示され得る。「正常な」波形は、被験者の健康人集団の平均波形を含み得、また、例えば、年齢、性別、病歴、病状または同様のものに基づいてモニタリングされている特定の患者に基づき、さらに具体的に選択され得る。
【００２８】
代表的波形は、「正常な」波形領域の上にも表示され得る。この提示は、代表的波形（これは、前述の通り、ある速度で更新され得る）がまだ正常範囲内にあるかどうかを、ユーザーが分かるようにし得る。要求に応じて、代表的波形は、この代表的波形の構築に使用された最小限および最大限の波形を定義する、第２の背景領域の上にも表示できる。背景領域は、標準偏差または、この代表的波形の構築に使用された波形のばらつきや広がりを示す他の値も示し得る。
【００２９】
代表的波形は、経時的な進行および／または変化を示すために、１つまたは複数の前の代表的波形の上にも表示し得る。前の波形は、現在の代表的波形とは対照的に、それらが過去に関連することがユーザーに明らかな方法で表示され得る。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、比較分析のため、代表的波形は、基線波形（代表的な基線波形など）、過去の任意の波形もしくは代表的波形、または特定の病状（例えば、喘息など）を示し得る事前定義した波形のライブラリと比較され得る。比較に使用される波形は、自動的に選択されるか、またはユーザーにより手動で選択され得る。類似性プログラムも、比較から生じた関連性または医学的意義を示すために使用され得る。
【００３１】
代表的波形の生成（または再構築）は、例えば、比較分析において、波形からの関連情報の識別を容易にし得る。対照的に、従来技術の方法では、例えば、医師が、喘息の疑いのある患者の波形を典型的な「喘息波形」と比較しても、全ての喘息患者の波形が典型的な「喘息波形の形状」を示しているわけではないので、信頼できる情報が取得できなかったであろう。喘息の疑いのある患者の代表的波形は、本発明の実施形態によれば、あるとすれば、典型的な「喘息波形の形状」を示し、従って、かかる代表的波形を典型的な「喘息波形」と比較すると、関連のある必要な情報が得られるであろう。別の例として、従来技術の方法は波形の傾斜に関連していたが、たとえ患者が実際にその問題に悩まされていても、ある傾きは問題を示し、他の傾斜は正常であり得る。本発明の実施形態によれば、患者の代表的波形は、複数の波形を代表する傾斜を示し、それ故、本当の情報が得られるであろう。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態によれば、比較分析のため、任意の数の代表的波形が、代表的波形の経時的な傾向を示すために、相互に比較され、かつ／または同時に提示され得る。例えば、ある期間に渡って取得された連続する代表的波形は、代表的波形の経時的な傾向を示すために、相互に比較され、かつ／または同時に提示され得る。別の例として、所定の期間毎（例えば、３０分毎、毎時、１日または他の期間に３回）に取得された代表的波形の選択された組は、経時的な傾向を示すために、相互に比較され、かつ／または同時に提示され得る。傾向は、代表的波形の１つまたは複数の特徴の経時的な変化を示すグラフまたは表として提示され得る。パラメータ（スケール係数および／または形状係数など）の傾向も、計算されて任意で表示され得る。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態によれば、さらに計算が提供され、任意で信頼感指数（信頼水準または信頼度とも呼ばれる）が表示される。信頼感指数は、グラフまたは値として表され得、例えば、除去された人為現象の数、代表的波形を構成する形状の分散、どれくらいの平均化が実行されたか、および他の特徴と関連付けることができる。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態によれば、本明細書で開示される方法は、情報の効率的な保存を可能にする。まず第１に、波形の期間および／または数が、１つの代表的波形だけによって定義でき、そして第２に、この代表的波形がいくつかの形状係数およびサイズパラメータのみによって記述できる。これは、異なる波形を全て定義するために必要な情報量を数桁（例えば、少なくとも５桁）減らす「二重の節約」と見なすことができる。従って、被験者の病歴が保存され得、基本的なモニターでさえ、病歴全体の走査も可能である。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態によれば、新しい波形がリアルタイム波形で一定の期間（例えば、１０秒または任意の他の期間）検出されない場合（差し迫った無呼吸イベントの可能性があることを示す）には、被験者が無呼吸になっている間に、代表的波形を継続して示すという誤解を与える提示を防ぐために、時間カウントまたは同様の表示をその代表的波形に追加するか、またはそれを置き換えさえ得る。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態によれば、代表的波形の任意の分析、例えば、本明細書で説明した比較分析の後に、医学的な提言が続き得る。例えば、鎮静状態の患者について、代表的波形の以前の代表的波形との比較がその患者の病状の悪化を示している場合、医学的な提言は、投薬量の低減および／または医師への連絡を含み得る。別の例として、挿管された患者について、所定の期間毎（例えば、３０分毎）に取得された代表的波形の選択された組の波形が、相互に比較されて悪化の傾向を示している場合、医学上の提言は、医師への連絡、治療パラメータの変更、患者の体位の変更、呼吸パラメータの変更および他の提言を含み得る。
【００３７】
代表的波形および／またはその代表的波形に関連する任意の表示は、自動的（例えば、所定の期間毎に更新される）またはユーザーの要求毎（「要求に応じて」）に生成され得る。
【００３８】
本明細書で参照される「波形」という用語は、いくつかの実施形態によれば、完全な波形または波形の任意の部分セグメントまたは部分セグメントの結合を含み得る。
【００３９】
本明細書で参照される「患者」および「被験者」という用語は、区別しないで使われ得る。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、代表的なＣＯ２波形を生成する方法が提供され、その方法は、２つ以上のＣＯ２波形を取得することであって、その２つ以上のＣＯ２波形の各々について１つまたは複数のスケール係数および１つまたは複数の形状係数を定義することと、その２つ以上のＣＯ２波形の各々の１つまたは複数の形状およびスケール係数に基づき、その２つ以上のＣＯ２波形を代表する形状係数およびスケール係数の代表的な組を計算することと、その形状係数およびスケール係数の代表的な組に基づき代表的波形を構築することとを含む。その２つ以上のＣＯ２波形は、完全な波形または波形の部分セグメントであり得る。
【００４１】
１つまたは複数のスケール係数の決定は、正規化（例えば、１または最大値への）に基づき得る。１つまたは複数のスケール係数は、高さ、幅および同様のものを含み得る。１つまたは複数の形状係数は、２つ以上のＣＯ２波形の各々に対して最良適合関数（ｂｅｓｔ  ｆｉｔ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）のパラメータを識別することにより決定され得る。
【００４２】
いくつかの実施形態によれば、形状係数の代表的な組の計算は、最良適合関数のパラエータの収集および平均化（例えば、加重平均化）を含み得る。
【００４３】
いくつかの実施形態によれば、代表的波形の構築は、平均化されたパラメータおよび規模の縮小に基づく波形の構築を含み得る。
【００４４】
いくつかの実施形態によれば、代表的なＣＯ２波形を生成する方法は、１つまたは複数のスケール係数および１つまたは複数の形状係数を決定する前に、２つ以上のＣＯ２波形の各々の部分セグメント化をさらに含み得、代表的波形の構築は、その代表的波形の部分セグメントの結合をさらに含む。
【００４５】
いくつかの実施形態によれば、１つまたは複数の形状係数の決定は、２つ以上のＣＯ２波形の各々を、独立した２値デジタルマトリクスに変換することを含み、そのマトリクスで、１の値は波形が通るデジタルマトリクス内の位置を定義し、デジタルマトリクスの他の位置はゼロ（０）を取る。１つまたは複数の形状係数の決定は、２つ以上の独立したデジタルマトリクスの各々に対して最良適合関数を識別することをさらに含み得る。
【００４６】
形状係数の代表的な組の計算は、２つ以上の独立したデジタルマトリクスを合計することによる合計マトリクスの作成を含み得る。形状係数の代表的な組の計算は、合計マトリクス内で最高値を有する位置を通るデジタル経路の識別をさらに含み得る。形状係数の代表的な組の計算は、そのデジタル経路に対する最良適合関数のパラメータの識別をさらに含み得る。
【００４７】
代表的波形の構築は、最良適合関数のパラメータに基づく波形の構築を含み得る。代表的波形の構築は、規模の縮小をさらに含み得る。
【００４８】
いくつかの実施形態によれば、その方法は、１つまたは複数のスケール係数および１つまたは複数の形状係数を決定する前に、２つ以上のＣＯ２波形における人為現象の識別および人為現象を有する波形の除去をさらに含み得る。
【００４９】
いくつかの実施形態によれば、その方法は、１つまたは複数のスケール係数および１つまたは複数の形状係数を決定する前に、２つ以上のＣＯ２波形における特有パターンの識別、および識別された場合にその特有パターンの少なくとも一部の除去をさらに含み得る。代表的波形の構築は、その除去された特有パターンおよびその任意の表現の重ね合わせ（ｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｉｎｇ）をさらに含み得る。
【００５０】
いくつかの実施形態によれば、その方法は、代表的波形を、周知の病状示す波形のライブラリと比較することをさらに含み得る。
【００５１】
いくつかの実施形態によれば、その方法は、代表的波形の表示をさらに含み得る。代表的波形は、呼吸周期の所定の位置から始まって表示され得る。その方法は、代表的波形を１つまたは複数の代表的波形の上に表示することをさらに含み得る。その方法は、代表的波形を基線波形の上に表示することをさらに含み得る。その方法は、代表的波形を模範的な波形の上に表示することをさらに含み得る。その方法は、代表的波形を正常範囲の指標と共に表示することをさらに含み得る。その方法は、経時的な傾向を示す複数の代表的波形の表示をさらに含み得る。多数の代表的波形は、呼吸周期における同じ所定の位置から始まって表示され得る。あるいは、多数の代表的波形は、１つの代表的波形が、別の代表的波形が終わる位置から始まるように、連続して表示され得る。
【００５２】
いくつかの実施形態によれば、その方法は、代表的波形を事前に選択した期間毎および／または事前に選択した波形数毎に更新することをさらに含み得る。更新速度は、測定もしくは計算されたパラメータまたはユーザーからの指示に基づき、動的に変更され得る。
【００５３】
いくつかの実施形態によれば、その方法は、代表的波形の信頼性を示す信頼感指数の提供をさらに含み得る。その方法は、代表的波形に関する情報の提供をさらに含み得る。その情報は、線形傾斜、非線形適合パラメータ、呼気終末二酸化炭素（ＥｔＣＯ２）、Ｉ：Ｅ（吸気時間呼気時間）比またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。
【００５４】
いくつかの実施形態によれば、２つ以上のＣＯ２波形の取得は、被験者の呼吸の継続的なモニタリングおよび被験者からのＣＯ２波形の収集を含み得る。いくつかの実施形態によれば、その方法は、新しい波形が所定の期間検出されない場合に、無呼吸の疑いの指標を提供することをさらに含み得る。
【００５５】
いくつかの実施形態によれば、代表的波形を生成するための装置が提供され、その装置は、２つ以上のＣＯ２波形を取得するように適合された制御論理を含み、その２つ以上のＣＯ２波形の各々に対して１つまたは複数のスケール係数および１つまたは複数の形状係数を決定し、その２つ以上のＣＯ２波形の各々に対する１つまたは複数の形状およびスケール係数に基づき、その２つ以上のＣＯ２波形を代表する形状係数およびスケール係数の代表的な組を計算し、その形状およびスケール係数の代表的な組に基づき代表的波形を構築する。２つ以上のＣＯ２波形は、完全な波形または波形の部分セグメントであり得る。
【００５６】
１つまたは複数のスケール係数の決定は、正規化（例えば、１または最大値への）に基づき得る。１つまたは複数のスケール係数は、高さ、幅および同様のものを含み得る。１つまたは複数の形状係数は、２つ以上のＣＯ２波形の各々に対して、最良適合関数のパラメータを識別することによって決定され得る。
【００５７】
いくつかの実施形態によれば、形状係数の代表的な組の計算は、最良適合関数のパラメータの収集および平均化（例えば、加重平均化）を含み得る。
【００５８】
いくつかの実施形態によれば、代表的波形の構築は、平均化されたパラメータおよび規模の縮小に基づく波形の構築を含み得る。
【００５９】
いくつかの実施形態によれば、制御論理は、１つまたは複数のスケール係数および１つまたは複数の形状係数を決定する前に、２つ以上のＣＯ２波形の各々を部分セグメント化するようにさらに適合され得、そこで、代表的波形の構築がその代表的波形の部分セグメントの結合をさらに含む。
【００６０】
いくつかの実施形態によれば、１つまたは複数の形状係数の決定は、２つ以上のＣＯ２波形の各々を独立した２値デジタルマトリクスに変換することを含み得、そこで、１の値は、デジタルマトリクス内で波形が通る位置を定義し、デジタルマトリクス内の他の位置はゼロ（０）の値を取る。いくつかの実施形態によれば、制御論理は、２つ以上の独立したデジタルマトリクスの各々に対して最良適合関数を識別するようにさらに適合され得る。いくつかの実施形態によれば、形状係数の代表的な組の計算は、２つ以上の独立したデジタルマトリクスを合計することによる合計マトリクスの作成を含み得る。形状係数の代表的な組の計算は、合計マトリクス内で最高値を有する位置を通るデジタル経路の識別をさらに含む。形状係数の代表的な組の計算は、デジタル経路に対する最良適合関数のパラメータの識別をさらに含み得る。
【００６１】
いくつかの実施形態によれば、代表的波形の構築は、最良適合関数のパラメータおよび規模の縮小に基づく波形の構築を含み得る。
【００６２】
いくつかの実施形態によれば、制御論理は、１つまたは複数のスケール係数および１つまたは複数の形状係数を決定する前に、２つ以上のＣＯ２波形内の人為現象を識別して、人為現象を有する波形を除去するようにさらに適合され得る。
【００６３】
いくつかの実施形態によれば、制御論理は、１つまたは複数のスケール係数および１つまたは複数の形状係数を決定する前に、２つ以上のＣＯ２波形内の特有パターンを識別し、識別された場合には、特有パターンの少なくとも一部を除去するようにさらに適合され得る。代表的波形の構築は、除去された特有パターンまたはそれらの任意の表現の重ね合わせを含み得る。
【００６４】
いくつかの実施形態によれば、制御論理は、代表的波形を周知の病状を示す波形のライブラリと比較するようにさらに適合され得る。
【００６５】
いくつかの実施形態によれば、その装置は、代表的波形を表示するように適合された表示装置をさらに含み得る。代表的波形は、呼吸周期内の所定の位置から始まって表示され得る。代表的波形は、モニター上のある位置（例えば、モニターの角）に固定されるように表示され得る。
【００６６】
いくつかの実施形態によれば、その装置は、代表的波形を１つまたは複数の代表的波形の上に表示するように適合された表示装置をさらに含み得る。いくつかの実施形態によれば、その装置は、代表的波形を基線波形の上に表示するように適合された表示装置をさらに含み得る。いくつかの実施形態によれば、その装置は、代表的波形を模範的な波形の上に表示するように適合された表示装置をさらに含み得る。いくつかの実施形態によれば、その装置は、代表的波形を正常範囲の指標と共に表示するように適合された表示装置をさらに含み得る。いくつかの実施形態によれば、その装置は、経時的な傾向を示すために、多数の代表的波形を表示するように適合された表示装置をさらに含み得る。多数の代表的波形は、呼吸周期内の同一の所定の位置から始まって表示され得る。多数の代表的波形は、１つの代表的波形が、別の代表的波形が終わった位置から始まるように、連続して表示され得る。その表示装置は、代表的波形を事前に選択した期間毎および／または事前に選択した波形数毎に更新するように適合され得る。更新速度は、測定もしくは計算されたパラメータまたはユーザーからの指示に基づき、動的に変更され得る。
【００６７】
いくつかの実施形態によれば、制御論理は、代表的波形の信頼性を示す信頼感指数を提供するようにさらに適合され得る。その装置は、被験者の呼吸を継続的にモニタリングして、被験者からのＣＯ２波形を収集するようにさらに適合され得る。その装置は、新しい波形が所定の期間検出されない場合に、無呼吸の疑いの指標を提供するようにさらに適合され得る。
【００６８】
いくつかの実施形態によれば、代表的波形を生成するシステムが提供され、そのシステムは、２つ以上のＣＯ２波形を取得するように適合された制御論理であって、その２つ以上のＣＯ２波形の各々に対して１つまたは複数のスケール係数および１つまたは複数の形状係数を決定し、その２つ以上のＣＯ２波形の各々に対する１つまたは複数の形状およびスケール係数に基づき、その２つ以上のＣＯ２波形を代表する形状係数およびスケール係数の代表的な組を計算し、その形状およびスケール係数の代表的な組に基づき代表的波形を構築する制御論理と、代表的波形を表示するように適合されたモニターとを含む。
【００６９】
本発明の実施形態を示す例を、本明細書に添付の図を参照して、以下で説明する。図では、２つ以上の図に出現する同一の構造、要素または部分は、一般に、それらが出現する全ての図で同じ数字のラベルが付けられている。図に示す構成要素の寸法および特徴は、一般に、便宜上および提示を明瞭にするために選択され、必ずしも縮尺通りに示されていない。図は次の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】「正常な」（模範的な）ＣＯ２波形を概略的に示す。
【図２Ａ】一連の連続するＣＯ２波形を含む、測定されたカプノグラムを概略的に示す。
【図２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従い、図２Ａに示す全ての連続するＣＯ２波形を代表する１つの代表的波形を示す。
【図３Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従い、互いの上に提示された一連のＣＯ２波形および、全てのＣＯ２波形を代表する代表的波形を示す。
【図３Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従い、図３Ａの全てのＣＯ２波形を代表する代表的波形を示す。
【図４Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従い、健康人のＣＯ２波形の正常範囲を表す領域および代表的波形を概略的に示す。
【図４Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従い、健康人のＣＯ２波形の正常範囲を表す、図４Ａと同一の領域、および喘息患者の代表的波形を概略的に示す。
【図５】本発明のいくつかの実施形態に従い、一連のＣＯ２波形を表す領域および代表的波形を概略的に示す。
【図６Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従い、代表的波形を生成（構築）する過程を示す流れ図である。
【図６Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従い、代表的波形を生成（構築）する過程を示す流れ図である。
【図７Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従い、異なった条件下で取得したＣＯ２波形を示す。
【図７Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従い、異なった条件下で取得したＣＯ２波形を示す。
【図７Ｃ】本発明のいくつかの実施形態に従い、異なった条件下で取得したＣＯ２波形を示す。
【図７Ｄ】本発明のいくつかの実施形態に従い、異なった条件下で取得したＣＯ２波形を示す。
【図７Ｅ】本発明のいくつかの実施形態に従い、異なった条件下で取得したＣＯ２波形を示す。
【図７Ｆ】本発明のいくつかの実施形態に従い、異なった条件下で取得したＣＯ２波形を示す。
【図８Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従い、ＣＯ２波形を示す。
【図８Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従い、ＣＯ２波形を示す。
【図９】本発明のいくつかの実施形態に従い、ＣＯ２波形を示す。
【図１０Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従い、ＣＯ２波形を示す。
【図１０Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従い、ＣＯ２波形を示す。
【図１１】本発明のいくつかの実施形態に従い、ＣＯ２のサンプル波形（正常なデータセットから取得）および５つの関数で推定された適合を示す。
【図１２】本発明のいくつかの実施形態に従い、ＣＯ２のサンプル波形（喘息患者のデータセットから取得）および５つの関数で推定された適合を示す。
【図１３Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従い、波形部分セグメントのグリッドマトリクス（２０×２０）表現を示す。
【図１３Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従い、波形部分セグメントのグリッドマトリクス（２０×２０）表現を示す。
【図１３Ｃ】本発明のいくつかの実施形態に従い、波形部分セグメントのグリッドマトリクス（２０×２０）表現を示す。
【図１４】本発明のいくつかの実施形態に従い、２値グリッドマトリクス（２０×２０）上に示した図１３Ａの波形部分セグメントおよびその適合線を示す。
【図１５】本発明のいくつかの実施形態に従い、波形部分セグメントの合計グリッドマトリクス（Ｎ＝１０）を示す。
【図１６】本発明のいくつかの実施形態に従い、元の波形部分セグメントおよび最良適合を重ね合わせた最適経路を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
以下の説明では、本発明の様々な態様が説明される。説明の目的で、本技術の完全な理解を提供するために、具体的な構成および詳細が示される。しかし、本技術は、本明細書で説明されている具体的詳細がなくても実施され得ることも当業者には明らかであろう。さらに、本技術の説明を分かり難くしないために、周知の機能が省略され得る。
【００７２】
ここで、「正常な」（模範的な）ＣＯ２波形（カプノグラム）を示す図１を参照する。曲線１００は、呼吸周期全体に渡って変化するＣＯ２レベルを表す。点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、ＥおよびＦがカプノグラム上に描かれている。区間（Ａ‐Ｂ）は、吸息の終わり（フェーズＩ）を表し、ここでＣＯ２レベルはゼロである。点Ｂは、呼息の始まりを表す。急激な上昇（Ｂ−Ｃ）は、呼息（フェーズＩＩ）を表す。次に、緩やかな上昇（Ｃ−Ｄ）（フェーズＩＩＩ）、呼息の終わりを表す（Ｄ）の直前にピークのある平坦域が続く。ゼロまで戻る急激な下降（Ｄ−Ｅ）は、吸息（フェーズＩＶ）を表し、新しい吸息期間（区間Ｅ−Ｆ）が続く。
【００７３】
ここで、一連の２１の連続するＣＯ２波形（例えば、２０２、２０４および２０６）を含む測定されたカプノグラム２００を示す図２Ａを参照する。各波形が、形状およびスケール係数の両方において他とわずかに異なっているのが見られる。従って、かかるカプノグラムから有益な情報を取得することは、とりわけ見ただけでは、不可能ではないにしても、非常に困難であり得る。図２Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に従い、図２Ａに示す２１の連続するＣＯ２波形の全てを代表する１つの代表的波形２１０を概略的に示す。この代表的波形は、角（ゼロ）に固定されて、画面内を移動せず、呼吸数Ｘ毎またはＹ秒毎に変更できる。ユーザー（医師または看護師など）は、本発明のいくつかの実施形態に従い、代表的波形を見て、容易に情報を取得できる。本発明の範囲は、いくつかの実施形態により、代表的波形を、ディスプレイの隅など、モニターのある位置に固定できるようにする、代表的波形を表示する任意の方法に及ぶ。
【００７４】
ここで、本発明のいくつかの実施形態に従い、一連のＣＯ２波形３０２の一例を示す図３Ａ、および、図３Ａの全てのＣＯ２波形３０２を代表する、代表的波形３０６を示す図３Ｂを参照する。図３Ａから分かるように、多数のＣＯ２波形３０２を見て有益な情報を取得することは、単一の明瞭な代表的波形３０６よりも、はるかに複雑である。
【００７５】
ここで、図４Ａを参照すると、それは、本発明のいくつかの実施形態に従い、健康人のＣＯ２波形の正常範囲を表す領域４０２および健康人の代表的波形４０６（最近の１６呼吸から構築）を概略的に示す。図４Ｂは、本発明のいくつかの実施形態に従い、健康人のＣＯ２波形の正常範囲を表す、同一の領域４０２、および喘息患者（最近の１６呼吸から再構築）の代表的波形４０８を概略的に示す。かかる提示により、ユーザーは、代表的波形４０６は十分に正常範囲内であるが、一方、（喘息患者の）代表的波形４０８は正常範囲内でないことが明確に理解できる。また、例えば、（喘息患者の）代表的波形４０８は、（健康人の）代表的波形４０６と比較すると、低くて、図１で点Ｃとして定義された「肩状部」が丸い。
【００７６】
ここで、図５を参照すると、それは、本発明のいくつかの実施形態に従い、健康人の一連のＣＯ２波形の「模範的な」全体位置を表す領域５０２の背景の上に提示された、喘息患者の最近の３つの代表的波形５０６、５０８および５１０（それぞれ１６呼吸毎に計算された）を概略的に示す。図５から分かるように、領域５０２の背景上の代表的波形５０６、５０８および５１０を見ると、いかなるユーザーにも、代表的波形５０６、５０８および５１０を示す患者の呼吸能力が正常ではないことが明確である。さらに、５０６、５０８および５１０などの代表的波形は、ユーザーが患者の病状の経時的な変化を見ることができる傾向を提示し得る。
【００７７】
領域５０２など、健康人の一連のＣＯ２波形の「模範的な」（正常な）全体位置を表す領域は、波形の集合（図３Ａに見られる通り）として、または任意の他の方法で、正常範囲の上限および下限を示す２本の線としても提示され得ることに留意されたい。
【００７８】
〔代表的波形の生成（構築）〕
ここで、図６Ａを参照すると、それは、本発明のいくつかの実施形態に従い、代表的波形の生成（構築）過程を要約する流れ図６０を示す。ステップ６２は、２つ以上の波形の取得を含む。説明のために、流れ図６０は、２つ波形（ＷＦ１およびＷＦ２）に言及しているが、例えば、５〜２０の波形、一定の期間（１０〜６０秒など）に検出された波形数または任意の他の波形数など、任意の波形数が適用され得ることに留意されたい。ステップ６４は、２つ以上の波形の各々に対する１つまたは複数のスケール係数（ＳｃＦ）および１つまたは複数の形状係数（ＳｈＦ）の決定を含む。ステップ６６は、２つ以上の波形の各々の１つまたは複数の形状およびスケール係数に基づく、２つ以上の波形（ＷＦ１およびＷＦ２）を代表する形状係数およびスケール係数の代表的な組（Ｒｅｐ）の計算を含む。ステップ６８は、形状係数およびスケール係数の代表的な組に基づく代表的波形（Ｒｅｐ  ＷＦ）の構築を含む。
【００７９】
ここで、図６Ｂを参照すると、それは、本発明のいくつかの実施形態に従い、代表的波形の生成（構築）過程をさらに詳細に説明する流れ図６００を示す。波形を取得すると、最初のステップ６０２はセグメント化を含む。セグメント化は、分析する単一の呼吸周期（波形）の定義（始まりと終わり）を含む。基本仮定は、健康人から受け取るであろう予測される波形は、５つの識別される段階（すなわち、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ｄ、Ｄ−ＥおよびＥ−Ｆ）が認められる、空中ぶらんこに似た（ｑｕａｓｉ−ｔｒａｐｅｚｅ）形状（図１を参照）である、ということであり得る。いくつかの実施形態によれば、受け取った波形にこれらのはっきりとした段階の１つがなければ、臨床的、生理学的意義を持つ形状のない呼吸と見なされて、使用されない。
【００８０】
ステップ６０４は、人為現象の識別を含む。波形を変化させて、生理学的に重要なパターンと重要でないパターンとの区別を困難にする多くの人為現象がある。人為現象は、いくつかの実施形態によれば、臨床的価値のない波形の区間として定義され得る。多くの場合、人為現象は、病状から生じるものではなく、とりわけ、呼吸および心臓生理学から生じるものでない。人為現象の例には、会話、咳、飲食によって生じるノッチおよびスパイク、携帯電話、コンピュータまたは同様のものなど、電化製品による干渉を含み得る。これらの人為現象は通常、非反復的である。
【００８１】
波形に対する他の変化は、移動、横臥、着座、姿勢の変化および同様のものなど、通常の活動によって生じ得る。これらは、任意で、人為現象として扱われ得るが、波形の様々な変形としても扱われて、まだ「容認可能な」データと見なされ得る。
【００８２】
波形に変化をもたらし得る別の影響は、被験者に送達される、Ｏ２などの気体による呼吸サンプルの希釈である。この種類の影響は通常、繰り返して、波形を変化させる。
【００８３】
本明細書では、本発明のいくつかの実施形態に従い、人為現象の影響を除去または減少させる方法が開示されている。人為現象は、病気および健康な患者の両方に関する対照研究を用いて識別されている事前定義したパターンに基づいて識別され得る。それらの人為現象は、よりアドホックな出現、形状および波形内の位置によってさらに識別され得る。
【００８４】
患者の活動およびＯ２流入の波形への影響の例が、図７Ａ〜図７Ｆに見られ、これらはそれぞれ、着座、仰臥、摂食、会話、Ｏ２流入の受け入れおよび咳嗽中に取得された患者の波形を示す。図７Ａ〜図７Ｆを見ると、必要および重要な情報を隠し得る人為現象のマスキング効果によって、ユーザーが有益な情報を失い得ることが分かる。いくつかの実施形態によれば、測定可能な量の人為現象を有する呼吸周期（波形）が識別されて、代表的波形の再構築に使用される波形の組から除去され得る。
【００８５】
いくつかの実施形態によれば、人為現象を定義するために、明確に定義されて分類された人為現象（図７Ｃ、図７Ｄおよび図７Ｆに関して説明した活動など）から成るデータセットが生成され得る。いくつかの実施形態によれば、人為現象と正常な波形特徴とを区別する特徴は、とりわけ、くぼみ（ｄｉｐ）の傾向および深さ、ならびに関数への適合（例えば、上昇の間、ある閾値より大きいくぼみの存在および傾向ならびに、例えば、平均平方誤差（ｍｓｅ：Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ  Ｅｒｒｏｒ）などの関数への適合度の測定）である。例えば、人為現象の数学的定義は、上昇もしくは平坦域中に５ｍｍＨｇより大きいくぼみまたは２より大きい対数関数のｍｓｅを持つ波形を含み得る。下降中のくぼみは、通常、酸素流の付加によって頻繁に生じるため、人為現象とは見なされない。図８Ａ〜図８Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、ＣＯ２波形を示す。深さが約８ｍｍＨｇの上昇中のくぼみ８０２が、図８ＡのＣＯ２波形８００に見られる。それぞれが深さ１および２０ｍｍＨｇの２つの下降中のくぼみ８１２および８１４が、図８ＢのＣＯ２波形８１０に見られる。図８ＡのＣＯ２波形８００の上昇中のくぼみ８０２は、頻繁に起こる（反復的）イベントでなければ、人為現象を表し得る。
【００８６】
図９は、そのうちのいくつか（矢印の下の波形）が重要な人為現象を有する、一連の波形を示す。重要な人為現象を有する波形は、さらなる分析（次のステップ、ステップ６０４を参照）から除外され得る。
【００８７】
図６Ｂの流れ図６００を再度参照すると、人為現象を識別した（ステップ６０４）後の次のステップは、人為現象を有する波形の除去を含むステップ６０６である。いくつかの実施形態によれば、これらの波形は、さらなる分析のために使用されない。このステップの後、波形から、前述した通り、医学的および生理学的状態から生じていない人為現象が取り除かれる（または、少なくとも本質的に除去される）。
【００８８】
ステップ６０８は、一般に、臨床的有意性を有する、特有パターン（特徴）の識別を含む。これら特有パターンは、通常は、基本的に空中ぶらんこに似た形状を有する、標準波形上に重ね合わされた繰り返しパターンである。いくつかの実施形態によれば、「繰り返しパターン」という用語は、波形のＸ％に繰り返されるパターンを参照し得、ここで、Ｘ％は、１０％以上、２０％以上、３０〜５０％以上であるか、またはＸは、モニタリング前もしくはモニタリング中に一定であるかもしくは変化し得る任意の他のパーセントであり得る。これら特有パターンは、臨床研究中に分かった事前定義したパターンに基づいて分析される際に、臨床情報を提供し得る。図１０Ａおよび図１０Ｂは、いくつかの実施形態によれば、一見したところでは生理学的状態から生じた、再発する明確に定義された特有パターンを有する波形を示す。
【００８９】
図６Ｂの流れ図６００を再度参照すると、特有パターンの識別（ステップ６０８）の後の次のステップは、（繰り返し発生する）特有パターンの除去を含む、ステップ６１０である。いくつかの実施形態によれば、これら特有パターンは、標準的な波の形状（標準／正常波形）から分離されるが、後の段階の波形の再構築過程（ステップ６５２）で戻される。
【００９０】
ステップ６１１は任意で、波形の部分セグメント化を含む。前述した通り、セグメント化（ステップ６０２）は、分析する単一の呼吸周期（波形）の定義（始まりと終わり）を含む。部分セグメント化（ステップ６１１）は、波形の「段階」の定義を含む。前述の通り、基本仮定は、健康人から受け取るであろう予測される波形は、５つの識別される段階（すなわち、Ａ−Ｂ、Ｂ−Ｃ、Ｃ−Ｄ、Ｄ−ＥおよびＥ−Ｆ）が認められる、空中ぶらんこに似た形状（図１を参照）である、ということであり得る。波形は、１（全く分割しない）、２、３、またはそれ以上など、任意の数の段階に分割できる。例えば、本明細書に示す通り、いくつかの実施形態によれば、波形は、２つの部分セグメントに部分セグメント化される。第１段階（部分セグメント）は、上昇（図１の区間Ｂ−Ｃ）および平坦域（図１の区間Ｃ−Ｄ）の両方を含み、ＣＯ２段階の増加に関連する。第２段階（部分セグメント）は、下降（図１の区間Ｄ−Ｅ）およびそれに続く新しい吸息期間（図１の区間Ｅ−Ｆ）を含む、ＣＯ２の減少に関連する。これら２つの段階（部分セグメント）は、基本的に、呼息の終わりまでの呼息の始まりと、呼息の次の始まりまでの吸息の始まりとを区別する。
【００９１】
任意のステップ６１１が適用された場合には、波形の各部分セグメントに対して別々に、または部分セグメントの結合に対して、流れ図６００の次のステップが実行され得る。任意のステップ６１１が適用されなかった場合には、波形の始まりから終わりまで波形全体（単一の呼吸周期）に対して、流れ図６００の次のステップが実行され得る。
【００９２】
ステップ６１２は、「スケール係数」の識別およびスケーリングを含む。前述の通り、スケール係数は、例えば、高さ、幅、デューティサイクル、曲線下面積または任意の他のパラメータもしくはパラメータの組み合わせなど、波形の値を指す。スケーリングは、例えば、正規化を含み得る。正規化は、例えば、ＣＯ２の最大値が常に１になるように、ＣＯ２をその最大値で割ることによる、ＣＯ２値の正規化を含み得る。
【００９３】
代表的波形の生成（構築）過程を記述する、流れ図６００の次のステップは、波形の「形状係数」の処理に関する。前述の通り、形状係数は、波形の形状に関連するか、および／またはそれを記述する任意のパラメータを指す。例えば、非線形関数のパラメータは、波形で描かれる通りに、上昇または呼息段階全体を記述する。波形の形状係数は、通常、患者の生理学的状態を示す。例えば、波形の優勢な形状係数は、換気力学など、呼吸過程に関連し得る。この段階で、流れ図６００は２つに分かれ得る。本発明のいくつかの実施形態によれば、代表的波形の構築は、「最良適合」の数学的手法（ステップ６１４）および／またはデジタル化（デジタル手法）（ステップ６１６）に基づき得る。
【００９４】
〔第１選択肢（ステップ６１４）〕
「最良適合」の数学的手法（ステップ６１４）は、所定の波形または波形の部分セグメント（例えば、２つの部分セグメント波形の１つまたは２の部分セグメントなど）を記述する（適合する）所定の事前定義した関数に基づく初期の特性抽出を含み得る（前述で開示の通り、第１部分セグメントは、上昇（図１の区間Ｂ−Ｃ）および平坦域（図１の区間Ｃ−Ｄ）を含み、ＣＯ２の減少に関連し得、第２部分セグメントは、下降（図１の区間Ｄ−Ｅ）およびそれに続く新しい吸息期間（図１の区間Ｅ−Ｆ）を含み、ＣＯ２の減少に関連し得る）。「最良適合」を適用するため、「関数への適合」または限られた最良適合可能性を有する参照テーブルなど、最良適合の任意の周知の数学的手法が使用され得る。代表的波形の構築は、例えば、所定の限られた数の可能な事前定義した形状（「最も近い」に基づく）からの選択により、または、この目的用に事前定義した関数を用いて、代表値の「本当の」数値計算により、実現できる。両方の選択肢の混合も使用できる、つまり、まず、「本当の」代表値を計算した後、その最良適合を探す。
【００９５】
各波形（および代表的波形も）は、一緒に波形を構築する、それらのパラメータ（形状係数）を持つ１組の関数および他のパラメータ（スケール係数）によってこのように定義できる。それ故、最近の「ｘ」秒間に取得された波形または取得した「ｙ」個の波形が、２〜３の所定のパラメータ（形状係数およびスケール係数）を定義するだけで、記憶できる。
【００９６】
ここで、図１１を参照すると、それは、サンプル波形１１０２（正常なデータセットから取得）および５つの関数で推定された適合を示す。図１２も参照すると、それは、サンプル波形１２０２（喘息患者のデータセットから取得）および５つの関数で推定された適合を示す。図１１および図１２の各々では、各波形の第１部分セグメントだけが、「関数に適合」して示されているが、もちろん、第２部分セグメントも任意の数の関数に適合するように処理され得る。各波形は、任意の数の部分セグメントに分割でき、各部分セグメントまたは部分セグメントの結合は、その中から最良適合（例えば、波形の曲線に最も近い関数）が選択され得る、任意の数の関数に適合するよう処理され得ることにも留意されたい。
【００９７】
図１１および図１２に示す関数は、次のとおりである（関数名は任意）：
１‐ログ：
【数１】
0005623518.tif 000002
２−ＧＬＣ（一般化ロジスティック曲線）：
【数２】
0005623518.tif 000003
３−フェルフルスト（Ｖｅｒｈｕｌｓｔ）
【数３】
0005623518.tif 000004
式中、
【数４】
0005623518.tif 000005
【数５】
0005623518.tif 000006
４−ワイブルＣＤＦ（ＷｅｉｂｕｌｌＣＤＦ）：
【数６】
0005623518.tif 000007
【数７】
0005623518.tif 000008
式中、
【数８】
0005623518.tif 000009
【００９８】
任意の他の関数または関数の組み合わせを使用し得ること、および本明細書で提示する５つの関数は例示的な関数にすぎないことに留意されたい。
【００９９】
図６Ｂの流れ図６００を再度参照すると、次のステップは、関数の収集を含む、ステップ６２０である。このステップは、各波形を記述する関数のパラメータの収集を含む。
【０１００】
次のステップ、ステップ６２２は、「ｙ」個の波形または「ｘ」秒間に取得した波形に関して、これらのパラメータの平均化（および／または、算術平均、幾何平均、積分、中央値または任意の冪平均など、任意の線形または非線形の数学的方法／関数の使用）を含む。パラメータの平均化および／または任意の線形もしくは非線形の数学的方法／関数の使用は、例えば、最も優勢な、または再現する、最も代表的なパラメータの計算を可能にする。平均化は、加重平均の使用を含み得る。さらに、平均から離れているパラメータを持つ波形は、除去されるかまたは低い重みを付けて使用され得る。
【０１０１】
このステップでは、代表的な正規化波形または代表的な正規化波形の部分セグメント（ステップ６１１など、波形が最初に部分セグメント化されている場合）のパラメータが得られる。
【０１０２】
前述の通り、波形の形状の所定の限られたリストを使用することもでき、また、数学を使用して、測定された波形に最も近い所定の波形の形状を見つけることもできる。このように、より簡単で迅速な計算のために、事前定義された可能な波の限られたリストを使用することが可能である。
【０１０３】
次のステップ、ステップ６５０は、規模の縮小および代表的な正規化波形の部分セグメントの結合を含む（該当する場合）。正規化に使用されたパラメータも平均化されて、その代表的な正規化波形を、その作成に使用された本当の波形を代表するサイズに戻すのに使用され得る。このステップで、ステップ６１０で除去された繰り返し起こる特有パターンがまだ欠けている代表的波形が得られる。
【０１０４】
次のステップ、ステップ６５２は、このように、以前に除去された（例えば、ステップ６１０で）任意の繰り返し起こるか、または優勢な特有パターンを、代表的波形に追加（重ね合わせ）することを含む。これら特有パターンは、保存され、メモリ内に保存された事前定義した形状から再構築され得るが、それらのサイズは、収集された波形に基づいて定義される。このステップで、最終的な代表的波形６５４が得られる。
【０１０５】
任意のステップ６５６は、最終的な代表的波形の、周知の病状（例えば、典型的な異常波形）を示す波形のライブラリとの比較を含み得る。これにより、診断、重症度および／または医学的な提言の提供が容易になり得る。
【０１０６】
〔第２選択肢（ステップ６１６）〕
図６Ｂの流れ図６００のステップ６１０に戻ると、ステップ６１４（「最良適合」の数学的手法）を続行する代わりに（または場合によっては、それに加えて）、デジタル手法（ステップ６１６（デジタル化））が選択され得る。このステップは、正規化波形を個別に定義するために、低解像度のデジタルマトリクスの作成を含む。そのマトリクスは、例えば、「１」の値が波の通る位置を定義し、他の位置は「０」の、２０×２０または５０×５０のマトリクスであり得る。
【０１０７】
図６Ｂの流れ図６００のステップ６１６は、例えば、波形の部分セグメント１３０２、１３０４、１３０６それぞれの２値グリッドマトリクス（２０×２０）表現を示す、図１３Ａ、図１３Ｂおよび図１３Ｃによって説明できる。図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃおよび図１３Ｄの波形部分セグメントは、呼吸波形全体の上昇（呼息）部分であるが、任意の他の部分セグメントまたは部分セグメントの組み合わせであり得る。図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃおよび図１３Ｄの各々で、波形部分セグメント１３０２、１３０４、１３０６および１３０８のそれぞれが、グリッドマトリクス（２０×２０平方として示されているが、もちろん、程度の差はあるが、それは必要な解像度によって変わり、正方形の数が多ければ多いほど解像度が高まる）上に置かれている。１３０２、１３０４、１３０６または１３０８の波形部分セグメントが通る全ての正方形は１の値を取り、他方、１３０２、１３０４、１３０６または１３０８の波形部分セグメントが通らない正方形はゼロ（０）の値を取る。
【０１０８】
図６Ｂの流れ図６００のステップ６１６の後、２つの選択肢、選択肢Ａ（図６Ｂの流れ図６００のステップ６３０）および選択肢Ｂ（図６Ｂの流れ図６００のステップ６４０）が可能である。
【０１０９】
選択肢Ａ（図６Ｂの流れ図６００のステップ６３０）
ステップ６３０は、単独のグリッドマトリクスと事前選択した波形の関数（関数バンク／データベース）との比較を含む。このステップで、１組の事前定義した関数が収集される。これらの選択された関数は分離した波形を最も良く記述する。代表的な正規化波形または代表的な正規化波形セグメントが、その後、その組を構築する波形の数学的積分および／または重み付けに基づき（ステップ６２２に進むことにより）、見つかる。
【０１１０】
図１４は、図１３Ａの２値グリッドマトリクス（２０×２０）上の波形部分セグメント１３０２およびその適合線１４０２（１組の事前選択した波形の関数、関数バンク／データベースから）を示す。適合線１４０２は、１の値（そこを、１３０２の波形部分セグメントが通る）を受け取るグリッドマトリクスの正方形を最も良く記述する（適合する）。この例の適合線１４０２は、データベースからの２０位で、信頼水準０．８４である。
【０１１１】
選択肢Ｂ（図６Ｂの流れ図６００のステップ６４０）
図６Ｂの流れ図６００のステップ６４０は、重ね合わせたデジタル化マトリックスを形成するために、デジタル化マトリクスの数学的結合（合計）の実行を含む。この場合も、範囲外の波形が除去され得る。
【０１１２】
重ね合わせた（合計した）デジタル化マトリクスの形成後（ステップ６４０）、ステップ６４２は、最良経路の発見、または言い換えれば、最多数のマトリクスによって取られた（波形を代表する）最も優勢なデジタル経路の発見を含む。このステップは、また、以前は関心を向けられなかった人為現象の除去を促進する。
【０１１３】
次のステップ６４４は、重ね合わせた（合計した）デジタル化マトリクスに対する最良適合関数の（１組の事前選択した波形の関数、関数バンク／データベースからの）発見を含む。これは、計算を加速し、データ保存を最小化する。
【０１１４】
図６Ｂの流れ図６００のステップ６４０〜６４０の例が、図１５および図１６に見られる。
【０１１５】
図１５は、波形部分セグメント（呼吸波形全体の上昇部分）の合計したグリッドマトリクスをＮ＝１０（ここで、Ｎは波形部分セグメントの数）で示す。陰影は、マトリクスの各正方形を通ったグリッド上の波形の数を示す。星印は、最適経路を表す。
【０１１６】
図１６は、元の（正規化された）波形部分セグメント１６０２および最良適合１６０４（１組の事前選択した波形の関数、関数バンク／データベースから）を重ねた最適経路を示す。
【０１１７】
図６Ｂの流れ図６００を再度参照すると、ステップ６４４の次のステップは、前述の通り、規模の縮小および代表的な正規化波形部分セグメントの結合（該当する場合）を含む、ステップ６５０である。
【０１１８】
いくつかの実施形態によれば、本明細書で開示する方法は、代表的波形の特徴パラメータのみを記憶し、要求に応じて波形を再構築するドライバを使用することにより、大量の履歴および／または多数の波形データの記憶を可能にする。メモリを節約するこの圧縮方法は、代表的波形全体の経時的なスクロール、基線またはイベントへの戻り、最後の「ｚ」分または任意の他の期間もしくは波形数との比較を可能にし得る。
【０１１９】
いくつかの実施形態によれば、本明細書で開示する方法のいずれも、代表的波形がどのように優勢であるかを測定し得る、信頼感指数（グラフまたは値）をさらに提供し得る。この信頼水準は、存在した人為現象の数および／または代表的波形を構築するデータの分散に基づき得る。いくつかの実施形態によれば、本明細書で開示する方法のいずれも、１つまたは複数の所与の重要なスケール係数パラメータ（例えば、高さ、幅またはＩ：Ｅ（吸気時間呼気時間）比）の分散（グラフまたは値）の測定をさらに提供し得る。
【０１２０】
本出願の説明および特許請求の範囲において、語「包含する（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」「有する（ｈａｖｅ）」の各々、およびそれらの語形は、必ずしも、その語が関連し得るリスト内の要素に限定されない。
【０１２１】
本発明は、その実施形態の種々の詳細な説明を用いて記述されているが、それらは例として提供され、本発明の範囲を制限することを意図するものでない。記載されている実施形態は、様々な特徴を包含し得るが、それらの全てが本発明の全ての実施形態で必要とされるわけではない。本発明のいくつかの実施形態は、いくつかの特徴、または特徴の可能な組み合わせのみを利用する。説明されている本発明の実施形態の変形例および説明された実施形態で言及された特徴の異なる組み合わせを包含する本発明の実施形態を、当業者は思い付くであろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲によってのみ制限され、その特許請求の範囲はかかる変形例および組み合わせの全てを含むように解釈されることを意図する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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