(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのトランスファ関数を決める装置であって、
当該トランスファ関数は、ベンチレータ装置（２）内の接続用装置（６）が所定のガスフローパターンにどのように影響を与えるかを示し、呼吸用ガスの圧力および流量の調整を補償するのに使用され、
前記装置はベンチレータユニット（４）を有しており、
当該ベンチレータユニット（４）は、前記接続用装置（６）を介して生体の呼吸器（８）と接続されており、圧力および流量に関する所定のガスフローパターンで呼吸器（８）へ呼吸用ガスを供給し、呼吸器（８）から呼吸用ガスを排出する形式の装置において、
前記接続用装置（６）は前記ベンチレータユニット（４）と接続されており、
前記ベンチレータユニット（４）内のガス調節ユニット（１２Ａ, １２Ｂ, １２Ｃ, １４Ａ, １４Ｂ, １４Ｃ, １８, ４６）から第１試験ガスフローパターンでガスが供給され、
測定ユニット（２０, ２２；６２, ６４）によって、当該ガスに対して結果的に生じる応答ガスフローパターンが測定され、
前記試験ガスフローパターンおよび応答ガスフローパターンからトランスファ関数が決められる、
ことを特徴とする、トランスファ関数を決める装置。
【請求項２】
前記トランスファ関数の決定において、既知の特性を持つ肺モデル（５８）が前記接続用装置（６）に接続される、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記接続用装置（６）は前記呼吸器（８）と接続されており、
前記ベンチレータユニット（４）内のガス調節ユニット（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１８、４６）から第２試験ガスフローパターンでガスが供給され、
測定ユニット（２０、２２；６２、６４）によって、当該ガスに対して結果的に生じる第２応答ガスフローパターンが測定され、
前記第２試験ガスフローパターンおよび第２応答ガスフローパターンおよび決められたトランスファ関数から、ガスのフローパターンへの前記呼吸器（８）の影響が決められる、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
前記試験ガスフローパターンは、前記ベンチレータユニット（４）が作動可能なベンチレーションモードにおいて存在する異なる周波数スペクトルに相当するスペクトルを示す、請求項１から３までのいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記トランスファ関数は線形および非線形の両方であることが望ましい幾つかの事前にプログラムされたモデル構造から決められ、
全てのモデル構造は測定値に適合されており、
最も高い相関を示すモデル構造がトランスファ関数として選択される、請求項１から４までのいずれかに記載の装置。
【請求項６】
生体の呼吸器（８）へ呼吸用ガスを供給し、生体の呼吸器（８）から呼吸用ガスを排出する装置（４、６）であって、
当該装置はベンチレータユニット（４）と、当該ベンチレータユニット（４）に接続されており、前記呼吸器（８）に接続可能な接続用装置（６）とを含み、
前記ベンチレータユニット（４）は、所定のガスフローパターンで呼吸用ガスのフローを発生させるために、ベンチレータユニット（４）の吸気部分内に配置された少なくとも１つの流量計（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ）および１つの圧力計（１８）を含むガス調節ユニット（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、１８、４６）と、圧力および流量を測定するためにベンチレータユニット（４）の呼気部分内に配置された１つの流量計（２２）および１つの圧力計（２０）を含む測定ユニット（２０、２２）とを含む形式の装置において、
呼吸用ガスフローの特定のガスフローパターンに対する接続用装置（６）のトランスファ関数を決める補償ユニット（５４）が前記ベンチレータユニット（４）内の制御ユニット（２６）内に設けられており、
当該補償ユニット（５４）は、前記制御ユニット（２６）内の測定ユニット（４４）および前記制御ユニット（２６）内のガス調節ユニット（４６）に接続されている、
ことを特徴とする、呼吸用ガスを供給および排出するための装置。
【請求項７】
吸気部分内のメーター（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１８）からの測定信号を接続用装置（６）の入力信号として用い、呼気部分内のメータ（２０、２２）からの測定信号を出力信号として用いて、前記補償ユニット（５４）がトランスファ関数を決める、請求項６記載の装置。
【請求項８】
生体の呼吸器（８）に関する少なくとも１つの機械的肺パラメータを決めるために、診断ユニット（５６）が前記制御ユニット（２６）内の測定ユニット（４４）および補償ユニット（５４）と接続されている、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記診断ユニット（５６）が機械的肺パラメータ抵抗およびコンプライアンスの一方または両方を決める、請求項８記載の装置。
【請求項１０】
流量および／または圧力を測定するために、前記接続用装置（６）と接続可能な試験肺（５８）内に流量計（６２）および／または圧力計（６４）が試験肺内の測定ユニットとして配置されており、
吸気部分および呼気部分内のメーター（１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、２０、２２、１８）からの測定信号を前記接続用装置の入力信号として用い、前記試験肺（５８）内のメーター（６２、６４）からの測定信号を出力信号として用いて、前記補償ユニット（５４）がトランスファ関数を決める、請求項６記載の装置。
【請求項１１】
前記試験肺は前記ベンチレータユニット内に統合されている、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
前記制御ユニット（２６）内のガス調節ユニット（４６）に送られる補償係数を計算するように前記補償ユニット（５４）が設けられており、
決められたガスフローパターン変化を有する呼吸用ガスフローの放出が前記接続用装置（６）に関して補償され、
前記呼吸器（８）は決められたガスフローパターンに相応する呼吸用ガスフローを受け取る、請求項１０または１１記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベンチレータ装置内の接続用装置に対して少なくともトランスファ関数を決める装置に関する。この装置はベンチレータユニットを有しており、当該ベンチレータユニットは、前記接続用装置を介して生体の呼吸器と接続されており、少なくともパラメータ圧力および流量に関する所定のガスフローパターンで呼吸器へ呼吸用ガスを供給し、呼吸器から呼吸用ガスを排出する。ここでトランスファ関数は、接続用装置が事前に決められたガスフローパターンに影響する方法を示しており、呼吸用ガスの圧力および流量の変動を補償するために用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
過去５０年にわたり、ベンチレータ装置（呼吸装置）の開発は迅速な発展を遂げてきた。初期的には、ピストンストローク毎に患者に呼吸用ガスを押しつけるための単純な機械的ピストン装置を用いていたが、今日のベンチレータ装置は複数の異なる動作モードに従って患者に呼吸用ガスを供給するために制御されることが出来、その結果、医師は患者にとって最も適切と思える動作モードを選択することが可能となっている。
【０００３】
1つのそのようなベンチレータ装置は、スウェーデン、ソルナのシーメンスエレマＡＢによるサーボベンチレータ３００である。このベンチレータ装置には、きわめて速い、そして正確なガス統制装置が備えられている。実際には、このことはガスフローが光学的ガスフローパターンをもって発生されることが出来るということを意味している。本出願においては、「ガスフローパターン」は時間にわたる圧力および流量特性を意味している。その結果、どのような与えられたガスフローパターンにおける圧力および流量も時間にわたって前もって規定された変動を表示することができる。しかし、統制装置がターゲットガスフローパターンにほとんど正確に相当するガスフローを提供することが出来るとしても、患者によって受け取られるガスフローがターゲットガスフローパターンを持っていることを保証するものではない。これは、中間にある接続用装置がガスフローのガスフローパターンに影響を与えるためである。接続用装置は、たとえば、チューブ、加湿器、除湿器、細菌フィルタ等を含んでいる。ガスライン中のフロー抵抗および接続用装置中の他の別のコンポーネントは、多少ともガスフローに影響を与える。接続用装置によって取り上げられる総量も別の方法でガスフローに影響を与える。このことは、ガスが高度に圧縮されていることによる。ガスフローへの影響は、遅延および形態（ここでいう形態は時間にわたる圧力および流量における変動を意味している）に関してガスフローのパターンを接続用装置内において変化させるように働く。
【０００４】
接続用装置によってもたらされる、少なくともいくらかは存在する影響を補償するために、いくつかの試みがすでに行われてきた。たとえば、１９９３年にシーメンスエレマＡＢから発行された、前に指摘したサーボベンチレータ３００に関する動作説明書ＡＧ  ０５９３  ３．５の９４ページ−９８ページには、接続用装置の圧縮性体積に関する補償を説明している。補償とは、たとえばターゲットである毎分の体積を患者に供給することを確実にするため、患者に供給されるべき呼吸用ガスに関して、いくらか多い毎分の体積を医師がセットする必要があることを意味している。ここで、医師は必要な補償を達成するために要求される計算を行わざるを得ない。大人の患者に関する計算例は、説明書の９８ページにあり、これはターゲットの毎分の体積が毎分７．５ｌである時には毎分の体積が毎分２．５ｌだけ増加されなければならないことを示している。補償は当然ながら場合毎に変化する。補償の必要は、特に接続用装置の構成に依存する。しかし、計算例は毎分の体積に関して必要とされる補償の表現を提供しているだけである。
【０００５】
医師か、またはプログラムされた自動機能によってかのいずれかによって、補償を提供する他の公知のベンチレータ装置も存在する。補償は、主として例えば１９８６年３月にピューリタンベネット社から発売された７２００シリーズ  マイクロプロセッサベンチレータオプション３０／４０、パーツナンバー２０５２２Ａのような、接続用装置の圧縮性体積の決定に限定される。
【０００６】
しかし、圧縮性体積の決定はガスフローのガスフローパターンが実際に接続用装置内においてどのように影響されているかを実際的に表示することは出来ない。上に指摘したように、「ガスフローパターン」は時間にわたる圧力および流量変動を意味している。もし流れているガスが、接続用装置を通過するガスピラーとして観察されるのであれば、ガスピラーの簡単な圧縮でさえピラーのフランクを変え、そして特にその圧力および流量を変動させるということを現実化する。こうして、圧縮性体積は、たとえばガスピラーが患者の呼吸器への通路において影響されるためにターゲット圧力がフランクを増加させる方法に関して、何の表示も行わない。このため、接続用装置の圧縮性体積に関する補償の決定は、ガスフローパターンの補償を計算するのに用いるための十分な情報を供給することはない。すでに指摘したように、ガスの流れもまた接続用装置の中で遅延される。
【０００７】
患者の呼吸器（一次的には肺）における無秩序の診断および治療の両方に関連して、肺の種々の機械的パラメータの決定は望ましいものである。抵抗およびコンプライアンスの決定は、特に重要である。概略的にいえば、コンプライアンスは、公知のベンチレータ装置の接続用装置における圧縮性体積の決定と類似の方法で決めることが出来る。しかし、１つの問題は、ガスフローにおいて接続用装置の影響が十分には知られておらず、そのため肺の機械的パラメータの決定は不確かなものである。さらに、それら機械的パラメータの属性もまたガスフローのガスフローパターンに影響を与えうる。
【０００８】
ベンチレータ技術における徐々の向上している正確なそして精密な装置の開発に伴い、以前には不可能であった補償のための要素を決定しそして配慮する能力もまた必要となっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の１つの目的は、ベンチレータユニットと呼吸器との間の接続用装置に関するトランスファ関数のより正確な決定を提供することである。
【００１０】
本発明の別の目的は、従来よりも正確に、ガスのフローパターンにおける呼吸器の影響を決定するための装置を提供することである。
【００１１】
付加的な目的は、従来よりも正確に、抵抗およびコンプライアンスのような呼吸器の種々のパラメータを決定するための装置を提供することである。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、特定のガスフローパターンに従って呼吸用ガスを供給し、そして除去するために呼吸器に接続されることができる、そしてガスフローパターンにおける中間的な接続用装置の影響を補償することの出来る、装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
トランスファ関数を決定するための装置は本発明と相応に以下の構成によって実現される。すなわち：接続用装置がベンチレータユニットと接続され；ベンチレータユニット内のガス調節ユニットによって第１試験ガスフローパターンでガスが供給され、測定ユニットによってこのガスに対して結果的に生じる応答ガスフローパターンが測定され；この試験ガスフローパターンと応答ガスフローパターンからトランスファ関数は決定される、構成によって実現される。
【００１４】
原理的には、この処理は電子装置（たとえば自動制御装置）において未知の装置に関するトランスファ関数の決定に類似している。しかし、ここには大きな差異がある。第１に、流れおよび圧縮性が考慮されるように、ガスは確立するのに難しい極めて特殊な特性を持っている。第２に、ガスフローパターンが近似される信頼性の高い決定を行うための十分に正確なガスフローの調節は従来、ベンチレータ技術においては不可能であった。特に時間にわたる圧力および流量の変化に関しては、以前の装置は、発散されたガスフローが実際に必要なガスフローパターンを持つことを確実にするために、十分な迅速さおよび正確さをもってこれを達成することが不可能であった。
【００１５】
トランスファ関数の数学的な決定は、複数の公知の方法で実行されることが可能である。１つの可能性は、接続用装置に関する入力信号として接続用装置に供給されるガスの流量および圧力を用い、そして接続用装置に関する出力信号として全体の接続用装置を通過したガスの流量および圧力を用いることである。反対に、それら全ての流量および圧力が接続用装置に関する入力信号として用いられることも出来、そして呼吸器に接続されるべき接続用装置の一部において流量および圧力が測定され、そして出力信号として用いられることもできる。たとえばボックス−ジェンキンスモデル構造のような数学的なモデル構造が、測定値に使用されそして適用される。一般的にいえば、ボックス−ジェンキンスモデルは以下のように（独立形式で）表現される。
【００１６】
ｙ（ｔ）＝Ｇ（ｑ，Θ）ｕ（ｔ）＋Ｈ（ｑ，Θ）ｅ（ｔ）
ここでｕ（ｔ）は接続用装置に関する入力信号であり、そしてｙ（ｔ）は出力信号である。ボックス−ジェンキンスモデルはよく知られており、そしてたとえば１９９１年にスチューデントリトレーチャ社から発行されたＬ．ルジャンヌおよびＴ．グラッドによる「モデル  シミュレーション」（２３４ページ）のような自動制御文献において説明されている。上のモデルは前記文献中では一次元の場合に関して説明されているが、本発明によってこのモデルを適用するためには多次元に一般化、すなわち上のモデルはマトリクス等式、される。
【００１７】
トランスファ関数の決定においては、既知の特性を持つ肺モデルがトランスファ関数の決定における接続用装置と共に用いられることが好都合である。この肺モデルは接続用装置の出力信号を発生するために、適切に流量計および圧力計を含んでいる。
【００１８】
この装置の改善は、以下の付加的な構成によって本発明に相応して実現される。すなわち：接続用装置が呼吸器と接続され；ベンチレータユニット内のガス調節ユニットから第２の試験ガスフローパターンでガスが供給され；測定ユニットによって、このガスに対して生じる第２の応答ガスフローパターンが測定され；第２試験ガスフローパターンおよび第２応答ガスフローパターンおよび決められたトランスファ関数から、ガスのフローパターンへの呼吸器の影響が決められる、構成によって実現される。
【００１９】
もし接続用装置と呼吸器とが２つの相互的に接続された装置として扱えるならば、呼吸器の特性およびガスフローのガスフローパターン上でのその影響は、接続用装置がガスフローパターンに影響を及ぼす方法が配慮されるときに決めることが可能である。この影響はトランスファ関数の決定から知られるため、呼吸器の影響は従来可能であったよりもさらに正確に決めることが出来る。原理的には、同じ試験ガスフローパターンが、トランスファ関数および呼吸器の影響の両方を決定するために使用されることが出来る。
【００２０】
ベンチレータユニットが作動することのできるベンチレーションモードにおいて存在する異なる周波数スペクトルに相当する周波数スペクトルで試験ガスフローパターンが表現されるのは有利である。
【００２１】
全ての型式の接続用装置に関して理想的なトランスファ関数を得るために、線形および非線形の両方であることが望ましい、幾つかの事前にプログラムされたモデル構造からトランスファ関数が決められ、全てのモデル構造は測定値に適応され、最も高い相関を示すモデル構造がトランスファ関数として選択されるのは有利である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
この装置は本発明に従って実現される。この装置はベンチレータユニットと、ベンチレータユニットに接続され、呼吸器に接続可能な接続用装置とを含む。前記ベンチレータユニットは、特定のガスフローパターンで呼吸用ガスフローを発生させるために、ベンチレータユニットの吸気部分において少なくとも１つの流量計および圧力計を含んでいるガス調節ユニットと、ガスパラメータ圧力および流量を測定するためにベンチレータユニットの呼気部分において流量計および圧力計を含んでいる測定ユニットとを含んでいる。この装置は、呼吸用ガスフローの特定のガスフローパターンに関する接続用装置のトランスファ関数を決めるための、測定ユニットおよびガス調節ユニットと接続された補償ユニットによって特徴づけられる。
【００２３】
この装置の改善は、補償ユニットが、接続用装置の入力信号として吸気部分における複数のメーターからの測定信号および、出力信号として呼気部分における複数のメーターからの測定信号を使用することからトランスファ関数を決めるために設けられることによって達成される。これは前に説明された第１の場合に相当する。
【００２４】
この明細書においては、装置はさらに、生体の呼吸器に関する少なくとも１つの機械的肺パラメータを決定するために測定ユニットおよび補償ユニットに接続された診断ユニットを含むならば好都合である。診断ユニットが機械的肺パラメータ抵抗およびコンプライアンスの一方または両方を決定することが出来るならば特に好都合である。
【００２５】
この装置の改善は、流量および／または圧力を測定するために、接続装置と接続可能な試験肺内に流量計および／または圧力計が試験肺内の測定ユニットとして配置され、補償ユニットが、接続用装置の入力信号として吸気部分および呼気部分における複数のメーターからの測定信号と、そして出力信号として試験肺内の複数のメーターからの測定信号とを用いてトランスファ関数を決めるような本発明によって達成される。これは前に説明された第２の場合に相当する。十分な情報は、流量または圧力に関するトランスファ関数を修得した時にのみ得られるということに注目すべきである。試験肺がベンチレータユニット内に集約されるのは有利である。
【００２６】
これに関連して、決められたガスフローパターンで呼吸用ガスのその発散を変化させるよう、ガス調節ユニットに送られることができる補償係数を計算するために補償ユニットが設けられ、その結果呼吸用装置が決められたガスフローパターンに基本的に従った呼吸用ガスフローを受けることが出来れば好都合である。一旦トランスファ関数が知られたならば、ガス供給の制御は容易に補償することが出来、その結果患者は実際に意図されたガスフローパターンを受ける。
【００２７】
【実施例】
本発明による装置の１つの実施例が、添付図面を参照しながらより詳細に説明される。
【００２８】
図１に示されているベンチレータ装置２には、ベンチレータユニット４および接続用装置６を含んでおり、そして生体の呼吸器８に接続されている。ここで、ベンチレータユニット４および接続用装置６は、請求項６から９に記載される装置を構成している。呼吸器８には、ベンチレータユニット４から接続用装置６を通して呼吸用ガスが供給される。呼吸器８から吐き出されるガスは、接続用装置６を通してベンチレータユニット４に戻される。原理的には、ベンチレータユニット４はスウェーデン、ソルナのシーメンスエレマＡＢによる変更されたサーボベンチレータ３００からなることが出来る。
【００２９】
原理的には、ベンチレータユニット４は吸気部分および呼気部分を持っている。３つのガス接続部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは吸気部分によって配置される。ベンチレータユニット４にガスを供給するために３つのガス源がそれらに接続されることができる。たとえば、病院内に供給される通常大気、高圧配管された空気および酸素がガス接続部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに接続されることができる。あるいは、可搬性加圧ガスシリンダーまたはボトル用いることもできる。
【００３０】
第１流量計１２Ａ、第２流量計１２Ｂ、および第３流量計１２Ｃは、通過するガスの流量を測定するために各ガス接続部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃにおいてベンチレータユニット４の吸気部分に配置されている。第１吸気バルブ１４Ａ、第２吸気バルブ１４Ｂ、および第３吸気バルブ１４Ｃもまた、通過するガスの流量を調節するために各ガス接続部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃに配置されている。供給されたガスは混合室１６内で呼吸用ガスとなるよう混合され、これは呼吸器８に供給される。第１圧力計１８もまた、呼吸用ガスの圧力を測定するためにベンチレータユニット４の吸気部分に配置される。
【００３１】
呼吸器８から吐き出されたガスは、ベンチレータユニット４の呼気部分に運ばれる。ガスパラメータ圧力および流量を測定するため、第２圧力計２０および第４流量計２２がこの部分内に配置される。これもまたベンチレータユニット４の呼気部分に配置されている呼気バルブ２４は、主として呼気の間のどのような反対圧力、すなわちＰＥＥＰ（ポスト−呼気エンド圧力）、を調節するためのものである。全てのベンチレータユニット４の機能は、制御ユニット２６によって制御されそして統制される。吸気バルブ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、流量計１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃおよび制御ユニット２６は、ガス制御ユニット内のサブエレメントとしてここに含まれる。
【００３２】
接続用装置６は、実行されるべき処置の種類および装置４、６に接続されるべき患者にいくらか依存して、複数の異なるコンポーネントを含むことが出来る。しかし、通常は接続装置６は、患者に呼吸用ガスを運ぶ吸気ライン２８と、患者の肺を乾燥から守るための加湿器３０と、Ｙピース３２、気管チューブ３４と、吐いたガスをベンチレータユニット４に戻す呼気ライン３６と、流量計２２内での結露の形成を防ぐための除湿器３８およびベンチレータユニット４の汚染を防ぐための細菌フィルタ４０を有している。
【００３３】
接続用装置６は、ベンチレータユニット４によって発生されそして供給される呼吸用ガスのフローパターンに影響を与える。この影響は、たとえば接続用装置６を形成するコンポーネントと、それらコンポーネントの属性に依存する。たとえば、吸気チューブ２８と呼気チューブ３６の長さはガスフローパターンに影響する。吸気チューブ２８と呼気チューブ３６の弾性でさえガスフローパターンに影響する。言及された他のコンポーネントもまた、知られていない方法でガスフローパターンに影響を与える。このことはベンチレータユニット４によって発生されるターゲットガスフローパターンが、接続用装置６を通過するその通路の過程において変化することを意味している。その結果、呼吸器８によって受け取られるガスフローパターンは、目標とするガスフローパターンから逸脱したものになっている。
【００３４】
このため、呼吸器８に前もって規定されたガスフローパターンで呼吸用ガスフローを高信頼度で供給するためには、ベンチレータユニット４内の呼吸用ガスフローの発生は接続用装置６の影響に関して補償されるべきである。必要な補償は、各々の独特な接続用装置６のセットアップの際にベンチレータユニット４によって自動的に決められる。実際には、これは装置４、６、が最初にセットアップされ、そして患者に接続されるよう整えられた時に実行される。患者が接続される前に、接続用装置６のセットアップのためにトランスファ関数を決めるための試験ルーチンが実行される。ここで、トランスファ関数は流入ガスフローパターンのフローパターンへの使用される接続用装置６の影響を表している。特定のガスフローパターンでの呼吸用ガスの発生は、この影響に関しては補償されることが出来、そして患者は彼／彼女のために医師によって選択された呼吸用ガスフローパターンを可能な限り正確に追従する呼吸用ガスフローを受けることが出来る。
【００３５】
図２は、接続用装置６を試験するための形態を示している。この瞬間には、試験肺５８がすでに接続用装置６に接続されている。試験肺５８は、Ｙピース３２または気管チューブ３４に接続されているチューブ６０と、制御ユニットに測定値を送るために、両方とも制御ユニット２６に接続されている第５流量計６２および第３圧力計６４とを含んでいる。加えて、チューブ６０は、第１試験肺バルブ６８が配置されている第１ライン６６Ａと、そして第２試験肺バルブ７０が配置されている第２ライン６６Ｂに細分される。試験肺５８を通る呼吸用ガスの通過の型式の全てをシミュレートすることが出来る。加えて、シミュレートされた呼吸器に実際に達するガスフローパターンに関する実際の測定値もまた得られる。
【００３６】
呼吸器８が接続されている時に、図１における気管チューブ３４によって流量計および圧力計が使用されることは、試験肺５８からの測定結果を、接続されている呼吸器の型式を迅速に確立するのに用いることを可能とすることに注目すべきである。たとえば、抵抗およびコンプライアンスの複数の組み合わせが試験肺５８内でシミュレートされるならば、呼吸器の抵抗およびコンプライアンスに関するより信頼出来る情報を直接的に得ることが出来る。
【００３７】
図３は、接続用装置６に関するトランスファ関数を決めるための第１モデルを示している。計算モデルは図２によってセットアップするために用いることが出来る。第１圧力計１８において測定されたガス圧Ｐi（吸気圧力）と、第１、第２および第３流量計１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃにおいて測定された総ガスフローΦi（吸気流量）と、第２圧力計２０において測定されたガス圧Ｐe（呼気圧力）と、そして第４流量計２２において測定されたガス流量Φe（呼気流量）とが入力信号として用いられる。この装置からの出力信号は、試験肺５８からの測定値、すなわち第３圧力計６４において測定された圧力Ｐtおよび流量Φtである。全ての信号Ｐi、Φi、Ｐe、Φe、ＰtそしてΦtは時間と共に変化しそして接続用装置６に関するトランスファ関数は前もって規定される入力信号が発生する出力信号を示している。トランスファ関数のためのモデル構造を割り当て、そしてこれを与えられた条件の下で測定された入力と出力信号に適用することにより、前もって規定された出力信号が、前もって規定された出力信号を発生するために必要な入力信号の計算により、トランスファ関数を経て高い正確さをもって得ることが出来る。
【００３８】
トランスファ関数の決定は、公知の自動制御技術を適用することによって実行出来る。たとえば、ボックス−ジェンキンスモデル構造が、トランスファ関数として利用出来る。このモデルは、一般的な構造：
Ｙ（ｔ）＝Ｇ（ｑ，Θ）ｕ（ｔ）＋Ｈ（ｑ，Θ）ｅ（ｔ）、
ここで、Ｙ（ｔ）は、カラムベクトル［Ｐt（ｔ）、Φt（ｔ）］、すなわち出力信号、である。Ｇ（ｑ，Θ）は、時間変位演算子ｑを持つマトリクスであり、そして重みづけ関数Θは入力信号ｕ（ｔ）上の演算であり、すなわちカラムベクトル［Ｐi（ｔ），Ｐe（ｔ），Φi（ｔ）,Φe（ｔ）］である。Ｈ（ｑ，Θ）は、Ｇ（ｑ，Θ）に、そしてホワイトノイズからなるｅ（ｔ）上の演算子に相当する。この、そして類似のモデル構造はよく知られており、そして技術文献、特に自動制御に関する文献において、説明されている。このため、重み付け関数を決めるための純粋に数学的な計算の詳細な説明は必要ではない。
【００３９】
接続用装置６に関するトランスファ関数を決めるための第２のモデル。この計算モデルは、呼吸器８が接続用装置６に接続される前に図１によるセットアップのために用いることが出来る。測定は、試験肺なしで行われるか、または前もって決められた属性を持つ１つまたはそれ以上の試験肺を用いて行われることが出来る。このモデルにおいては、吸気圧力Ｐiおよび呼気流量Φiは、入力信号として使用され、そして呼気圧力Ｐeおよび呼気流量Φeは、出力信号として用いられる。上に用いられたものと類似のモデル構造は、このモデルにおいても都合よく使用することが出来る。
【００４０】
図３および図４の２つのモデル間の主要な差異が以下に説明される。図３によるモデルでは、トランスファ関数はガスフローパターンが気管チューブにおいて、すなわち呼吸器に接続されている時に作用する方法を、可能な限り正確に表現するように得られる。この作用が知られた時には、患者にはよく規定された、前もって決められたガスフローパターンが供給されることが出来る。しかし、全体の装置に対する呼吸器８の影響は、（試験肺５８を用いて、圧力および流量計が呼吸器８と直接的に関連して用いられない限り）計算することが出来ない。呼吸器８の影響は、上に指摘したように間接的にしか決められない。しかし、図４によるモデルは、呼吸器８が全体的な装置に影響を与える方法を決めるために都合よく用いることが出来、そしてその結果呼吸器８の属性も、従来可能であったよりもさらに正確に決めることが出来る。これはトレードオフ、つまり呼吸器８へのガスフローパターンが第１のモデルにおけると同様の正確さで調節されない、によってのみ達成できる。
【００４１】
しかし、第１のモデルが適用されるときには全ての信号がアクセス出来るので、両方のモデルによってトランスファ関数を同時に決定することは何の問題もない。
【００４２】
図４は、これを実行するために必要な制御ユニット２６におけるコンポーネントパーツのブロック図である。流量および圧力に関する測定値は、かなりの数の測定信号入力端子４２を通して制御ユニット２６内の測定信号ユニット４４に送られる。
【００４３】
フィルタリング、増幅、微分および／または積分のようないくつかの信号処理は、測定信号ユニット４４の中で実行することが出来る。流量信号の積分は、接続用装置へ供給された、または接続用装置から流れ出したガスの体積に関する値を提供する。処理された測定信号はまたディジタル化され、そして次に測定信号ユニット４４から、制御ユニット２６内のガス調節ユニット４６に送られる。
【００４４】
これらの信号は制御ユニット２６内のガス調節ユニット４６においてベンチレータユニット４の制御を決めるために用いられ、制御信号はかなりの数の制御信号出力端子４８を通して出力される。ここで、制御信号は、吸気バルブ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃおよび呼気バルブ２４に関する制御信号を含むことが出来る。制御信号はまた、示されてはいないが通常はベンチレータユニット４の部分を構成するアラーム機能および表示ユニットを制御するためにも用いられる。サーボベンチレータ３００は、この明細書の中では明記する必要のない複数のコンポーネントおよび機能を含んでいる最新のベンチレータの標準的な例である。
【００４５】
たとえばベンチレータユニット４内のバルブ１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ、２４に関する制御信号の決定においては、制御ユニット２６内のガス調節ユニット４６は基準信号発生器５２を通して基準信号を受け取る。一方、基準信号発生器５２は、医師とのいくつかの形態のインターフェイス、すなわちベンチレータユニット４に関するターゲット動作モードをプログラムするために医師によって用いられる制御パネル、上の基準入力端子５０に接続されている。このターゲット動作モードは、ベンチレータユニット４を制御するために必要とされる基準信号を発生する基準信号発生器５２によって登録される。
【００４６】
補償ユニット５４は、基準信号発生器５２に、および測定信号ユニット４４に接続されている。接続用装置６に関するトランスファ関数の初期的な計算が行われている時には、補償ユニット５４には、基準信号発生器５２を通して、どのように試験ガスが発生されるべきかを示す情報、すなわちどの試験ガスフローパターンで試験ガスが用いられるか、が送られる。このことはたとえば、シャープステップ関数またはカラードノイズと呼ばれるいくつかの形態を巻き込むことがある。試験ガスフローパターンは、呼吸器に使用されることのある動作モードにおいて発生する全てのガスフローパターンを含んでいることが好都合である。
【００４７】
次に補償ユニット５４は、測定信号ユニット４４から応答ガスフローパターン、すなわち接続用装置６の影響の後に発生したガスフローパターンを受け取る。前に指摘したように、これは上に説明された１つまたは複数のモデルを含むことが出来る。接続用装置６に関する既知の入力信号および既知の出力信号を基に、補償ユニット５４は次に接続用装置６に関するトランスファ関数を計算することが出来、そしてこの結果はベンチレータユニット４の制御を補償することが出来る、制御ユニット２６内のガス調節ユニット４６に送られ、その結果呼吸用ガスが患者に供給されるための真のガスフローパターンが、医師によって選択されたガスフローパターンに可能な限り類似するようにされる。
【００４８】
診断ユニット５６もまた制御ユニット２６内に配置される。診断ユニットは測定ユニット４４に、および補償ユニット５４に接続される。患者が装置４、６に接続された後、たとえば抵抗およびコンプライアンスのような複数の異なるパラメータが患者の肺に関して正確に決められることが出来る。このことが、上に説明されたように、すなわち診断ユニット５６が信号ユニット４４からの実際の測定値と、呼吸用ガスに関するターゲットフローパターンに関する基準値と、そして補償ユニット５４からの決められたトランスファ関数とを受け取った時に、実行される。ターゲット肺パラメータが、その後に決められる。この情報を基にして、診断ユニット５６はまたベンチレータ装置２における患者のトランスファ関数を決めることが出来る。
【００４９】
より大きな資金がガスの異なる属性に支払われる、より正確な値およびより精密なモデルは、従来可能であったものよりもより正確なサブシステムのトランスファ関数の決定の結果として用いることが出来る。より優れた数学モデルを用いると、たとえば呼吸用ガスの粘性もまた考慮することが出来る。
【００５０】
図２のブロック図は、単に制御ユニット２６に関する概略的な機能構造を示している。これは種々の方法で実現出来る。この決定は、ハードウェアまたはソフトウェアを用いて行うことが出来る。アナログおよびディジタル素子は、適切な時に組み合わせることが出来る。制御ユニット２６はまた、ベンチレータ装置２の動作に必要な複数の明記されていない機能を実行するための装置も含んでいる。
【００５１】
本発明の別の可能な、直接的な用途は、ＰＥＥＰに関する前もって規定された値を維持するために呼気バルブ２４の制御に関するものである。呼息（呼気）が始まるとき、呼気バルブ２４は完全に開いて呼吸器８からのガスを放出する。原理的には、このフローは１つのステップ機能を構成する。フローは次にコンデンサの放電曲線に類似した方法で衰える。フローが完全に終了する前に、呼気バルブ２４が閉位置に向かって作動し、その結果ＰＥＥＰに関する前もって規定されたバルブを維持する。呼吸サイクルのこの特定のフェーズに関する簡単化されたトランスファ関数は、フローの時定数を測定することによって得られる。時定数は呼気バルブ２４の調節を改善するために用いることが出来、その結果、より大きな正確さをもってＰＥＥＰレベルを同様に維持する一方で、より長く開いたままとすることも出来る。
【００５２】
説明された実施例の多数の変更が明らかに適用可能である。たとえば、トランスファ関数モデルを圧力または流量だけに適用することが出来る。試験肺５８は、メータと共に、またはメータなしで、複数の方法で設けることが出来る。試験肺をベンチレータユニット４内に設けることも可能である。ボックス−ジェンキンス以外の他の公知のモデル構造もまた用いることが出来る。かなりの数のモデル構造が同様に適用でき、与えられた接続用装置に関して、入力信号と出力信号との間に最も大きな相関を示すものが用いられる。ベンチレータユニットが作動される都度、トランスファ関数が自動的に決められるように装置２を設けることができるが、しかしこれはまたスタッフによって決定が命じられるように設けることも可能である。トランスファ関数に関するモデル構造は、線形と同様、より高い程度の非線形となりうる。異なるトランスファ関数は、装置２の動作における特別な動作モードまたはサブステージに関して決めることが出来る。
【００５３】
【発明の効果】
ベンチレータユニットと呼吸器との間の接続用装置に関するトランスファ関数をより正確に決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  患者に接続されたベンチレータ装置の図。
【図２】  試験肺に接続されたベンチレータ装置の図。
【図３】  ベンチレータ装置内の制御ユニットの第一の回路ブロック図。
【図４】  ベンチレータ装置内の制御ユニットの第二の回路ブロック図。
【図５】  制御ユニットのコンポーネントブロック図。
【符号の説明】
２      ベンチレータ装置
４      ベンチレータユニット
６      接続用装置
８      呼吸器
１０      ガス接続部
１２      流量計
１４      吸気バルブ
１６      混合室
１８, ２０ 圧力計
２２      流量計
２４      呼気バルブ
２６      制御ユニット
２８      吸気ライン
３０      加湿器
３２      Ｙピース
３４      気管チューブ
３６      呼気チューブ
３８      除湿器
４０      細菌フィルタ
４２      測定信号入力端子
４４      測定信号ユニット
４６      制御ユニット内のガス調節ユニット
４８      制御信号出力端子
５０      基準入力端子
５２      基準信号発生器
５４      補償ユニット
５６      診断ユニット
５８      試験肺
６０      チューブ
６２      流量計
６４      圧力計
６６      ライン
６８, ７０ 試験肺バルブ
【図１】
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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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