(57)【要約】【課題】患者の呼吸パターンに応じて可変のボーラス容積を送出するための、治療用呼吸ガスを患者に送出するシステムを提供する。【解決手段】このシステムは、ガス源（１）と、このガス源と患者（３）との間に設けられたコンサーバー（２）と、患者の呼吸を検出するセンサ（５）と、センサから信号を受け取り、ガスのボーラスの送出を所定の開始パラメータに従って開始させるコントローラー（６）とを備えている。コントローラーは、最後のボーラスが開始されてからの経過時間を決定し、開始パラメータを前記経過時間の関数として変更する。
2008501445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
治療用呼吸ガスを患者に送出するためのシステムにおいて、
ガス源と、
前記ガス源と患者との間に設けられたコンサーバーと、
患者の呼吸時を検出し、この呼吸時の、呼吸圧力レベルを含むパラメータを計測するためのセンサと、
前記センサから信号を獲得し患者へのガスの送出を制御するような、プロセッサ及び制御エレメントとを備えており、
前記システムは、前記センサによって検出される閾値呼吸圧力レベルであって前記プロセッサ及び制御エレメントが所定容積のガスを患者に送出させるような閾値呼吸圧力レベルを、複数の異なるレベルに設定できるような、少なくとも一つの作動モードを提供する、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、
閾値呼吸圧力の前記複数の異なるレベルは、使用者が選択できるようになっている、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、
閾値呼吸圧力の前記複数の異なるレベルは、使用者が選択できる二つのレベルを含み、これらのレベルは夜間モード及び日中モードに対応し、これらのレベルの各々の実際の値は、患者の介護者によって決定されるようになっている、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、
前記ガスは酸素であり、前記ガス源は酸素濃縮器である、システム。
【請求項５】
治療用呼吸ガスを患者に送出するためのシステムにおいて、
酸素濃縮器と、
前記酸素濃縮器と患者との間の間に設けられたコンサーバーと、
患者へのガスの送出を制御するためのプロセッサ及び制御エレメントとを含み、
前記システムは、所定容積のガスを患者に所定速度で送出する少なくとも一つの自動送出作動モードを提供する、システム。
【請求項６】
治療用呼吸ガスを患者に送出するためのシステムにおいて、
ガス源と、
前記ガス源と患者との間に設けられたコンサーバーと、
患者の呼吸時を検出し、この呼吸時の呼吸圧力レベルを含むパラメータを計測するためのセンサと、
前記センサから信号を獲得し、患者へのガスの送出を制御するためのプロセッサ及び制御エレメントとを備えており、
前記システムは、以下のような少なくとも一つの作動モードを提供する、システム。
ａ）前記プロセッサが平均呼吸期間を決定し、
ｂ）前記プロセッサ及び制御エレメントが、前記呼吸期間の第１部分を含むブラインド期間に亘ってセンサからの信号を無視し、
ｃ）前記プロセッサ及び制御エレメントが、前記呼吸期間の第２部分中、ガスの送出を開始させるための呼吸圧力閾値レベルを高レベルから低レベルまで変化させ、
ｄ）前記プロセッサ及び制御エレメントが、前記呼吸圧力レベルを、呼吸が行われるまで、低レベルに維持させる。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムにおいて、
呼吸圧力閾値レベルは、数学関数に従って高レベルから低レベルまで変化するようになっている、システム。
【請求項８】
請求項６に記載のシステムにおいて、
前記関数は、線形をなして減少するような、システム。
【請求項９】
請求項６に記載のシステムにおいて、
前記関数は指数関数であるような、システム。
【請求項１０】
請求項６に記載のシステムにおいて、
所定期間後に呼吸が検出されなかった場合、所定容積のガスを患者に自動的に送出する、システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムにおいて、
ボーラス容積は、使用者による流れ設定で決まる所定の量である、システム。
【請求項１２】
請求項１０に記載のシステムにおいて、
ボーラス容積は、最後のボーラス容積を送出してからの経過時間と比例して変化する、システム。
【請求項１３】
請求項１０に記載のシステムにおいて、
ボーラス容積は、送出量に対して比例積分微分関係に従って変化する、システム。
【請求項１４】
請求項１１に記載のシステムにおいて、
前記低レベルは、全てのサイクルでボーラスが送出されるように、検出システムのノイズレベルよりも低いレベルに設定される、システム。
【請求項１５】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
呼吸圧力閾値レベルは、数学関数に従って高レベルから低レベルまで変化するようになっている、システム。
【請求項１６】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記関数は、線形をなして減少するような、システム。
【請求項１７】
請求項１４に記載のシステムにおいて、
前記関数は漸近関数であるような、システム。
【請求項１８】
請求項１０に記載のシステムにおいて、
呼吸の検出によって開始されたものではないボーラスの送出により、前記コントローラーは、呼吸期間を、計測した平均値よりも低い値まで短くする、システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載のシステムにおいて、
呼吸圧力レベルの変化速度は、短くされた呼吸期間に従って調節される、システム。
【請求項２０】
請求項１８に記載のシステムにおいて、
自動送出が連続して行われる場合、減少した呼吸期間が、好ましくはブラインド時間間隔よりも大きい任意の最小値に近づくようになっている、システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載のシステムにおいて、
前記呼吸期間は、数学関数に従って最小値まで減少する、システム。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムにおいて、
前記関数は、線形をなして減少している、システム。
【請求項２３】
請求項２１に記載のシステムにおいて、
前記関数は、漸近関数である、システム。
【請求項２４】
治療用呼吸ガスを患者に送出するためのシステムにおいて、
ガス源と、
前記ガス源と患者との間に設けられたコンサーバーと、
患者の呼吸時を検出し、この呼吸時の、呼吸圧力レベルを含むパラメータを計測するためのセンサと、
前記センサから信号を獲得し患者へのガスの送出を制御するような、プロセッサ及び制御エレメントとを備えており、
前記システムは、センサが検出した最後の呼吸からの時間を前記プロセッサ及び制御エレメントが計測し、所定期間後に呼吸が検出されなかった場合に所定容積のガスを患者に自動的に送出するような、少なくとも一つの自動送出作動モードを提供する、システム。
【請求項２５】
請求項２４に記載のシステムにおいて、
所定容積のガスを自動的に送出した後、前記プロセッサは、呼吸圧力レベルを減少させ、これにより次の呼吸サイクルのためにボーラスの送出を開始させる、システム。
【請求項２６】
請求項２４に記載のシステムにおいて、
前記プロセッサは、次の呼吸サイクルのために呼吸期間を短くする、システム。
【請求項２７】
請求項２４に記載のシステムにおいて、
前記ガスは酸素であり、前記ガス源は酸素濃縮器である、システム。
【請求項２８】
一連のガスのボーラスを連続的に患者に送出する方法において、
複数のボーラスの各々の送出を開始パラメータに従って開始させる工程と、
最後のボーラスを送出してからの経過時間を決定する工程と、
前記開始パラメータを前記経過時間の関数として変更する工程とを含む、方法。
【請求項２９】
請求項２８に記載の方法において、
前記開始パラメータを変更する工程は、ブラインド時間において、開始を不能にする工程を含む、方法。
【請求項３０】
請求項２８に記載の方法において、
前記開始パラメータを変更する工程は、開始のための閾値を変更する工程を含む、方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法において、
前記開始のための閾値を変更する工程は、閾値圧力を変更する工程を含む、方法。
【請求項３２】
請求項３０に記載の方法において、
前記閾値圧力を変更する工程は、閾値圧力を所定期間に亘って線形をなして減少させる工程を含む、方法。
【請求項３３】
請求項３０に記載の方法において、
前記閾値圧力を変更する工程は、閾値圧力を所定期間に亘って漸近的に減少させる工程を含む、方法。
【請求項３４】
請求項２９に記載の方法において、
前記開始パラメータを変更する工程は、前記経過時間が所定時間と等しいか或いはそれ以上である場合に、ボーラスの自動送出を開始させる工程を含む、方法。
【請求項３５】
請求項３４に記載の方法において、
前記自動送出が開始された場合、前記所定時間を短縮する工程を更に含む、方法。
【請求項３６】
請求項３４に記載の方法において、
前記自動送出が開始された場合、ブラインド時間を短縮する工程を更に含む、方法。
【請求項３７】
請求項２８に記載の方法において、
前記開始パラメータは、送出の開始前に送出された一つ又はそれ以上のボーラスの開始パラメータの関数であるような、方法。
【請求項３８】
一連のガスのボーラスを患者に送出する装置において、
ガス源と、
前記ガス源と患者との間に設けられたコンサーバーと、
患者の呼吸を検出するセンサと、
前記センサから信号を受け取り、ガスのボーラスの送出を所定の開始パラメータに従って開始させるコントローラーとを備え、該コントローラーは、最後のボーラスが開始されてからの経過時間を決定し、前記開始パラメータを前記経過時間の関数として変更するような、装置。
【請求項３９】
請求項３８に記載の装置において、
前記開始パラメータは、ガスのボーラスの送出開始が不能であるようなブラインド期間を含む、装置。
【請求項４０】
請求項３８に記載の装置において、
前記開始パラメータは、患者の閾値吸気圧力を含む、装置。
【請求項４１】
請求項３８に記載の装置において、
前記コントローラーは、前記経過時間が所定時間よりも長い場合、自動送出ボーラスを開始させる、装置。
【請求項４２】
請求項３８に記載の装置において、
前記開始パラメータの各々は、前に送出した一つ又はそれ以上のボーラスの開始パラメータの関数であるような、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、治療用ガスを患者に送出するためのシステム及び方法に関し、更に詳細には、ガスの送出を患者の呼吸パターンに合わせて調節するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
治療で使用するための酸素濃縮器を用いることは周知であり、このようなデバイスの多くの変形例が存在する。特に有用な種類の酸素濃縮器は、ポータブルであるように設計されており、使用者は貯蔵酸素供給体を持ち運ぶ必要なしに長期間に亘って動き回ったり旅行したりできる。このようなポータブル濃縮器は、効果的であるためには、小型で軽量でなければならない。酸素濃縮器は、概して、これらの濃縮器が酸素を患者に送出できる速度に関し、必然的に制限されているが、持続時間が電力に対するアクセスによってしか制限されていないため、有利である。ポータブル濃縮器を小型で軽量にするため、デバイスによる酸素濃縮速度は更に制限される。しかしながら、濃縮器と患者との間で製品ラインに配置されたコンサーバー（ｃｏｎｓｅｒｖｅｒ）と呼ばれる装置を使用することにより、この制限が緩和される。
【０００３】
当該技術分野で多くの設計が周知のコンサーバーは、患者の呼吸要求を感知し、所定容積の酸素濃厚ガス（濃縮塊（ｂｏｌｕｓ）即ちボーラスとして知られている）を患者に送出することによってこれに応答する。このボーラスは、多くの場合、代表的な全吸入容積よりもかなり小さく、呼吸の吸気により取り込まれ、空気と混合し、最終的には、肺、食道、及び呼吸器系のキャビティ（鼻や口）に達する。吸気のほぼ半分が肺に入り、ここで酸素が吸収される。この容積では酸素濃度が高められているため、ガスの大部分が血中に移動し、これにより患者の健康が高められる。肺は、この肺に到達した容積の酸素しか使用できないため、吸入の一部分の間にボーラスを送出し、これが肺に達することが重要である。これは、概して、呼吸の最初の半分であり、ボーラスを迅速に送出しなければならないため、患者の呼吸後にボーラスの送出をできるだけ迅速に開始する必要がある。ボーラスを迅速に送出することにより、比較的小さなボーラスを送出することで、酸素に関する患者の要求を満たすことができる。かくして、有効治療量の酸素を比較的小さい短いボーラスで送出するコンサーバーは、濃縮した製品ガスを更に効率的に使用する。これにより、ガスを連続的に流す大型の供給装置と等しく効果的な小型で軽量の濃縮器を設計できる。
【０００４】
小型の濃縮器を提供することの主要な動機の一つは、患者が自由に動くことができるようにするということであるが、これらのデバイスの費用のため、濃縮器が単一の解決策である場合、酸素に対する患者の要求の全てについて、一日に２４時間使用するのが有利である。そのように使用されるようにするため、患者の就寝時の濃縮器の有効性を最大にするのが望ましい。しかしながら、呼吸器系の治療の分野において、コンサーバーを用いて酸素を送出することが、就寝中の患者の血中酸素飽和度レベルを維持する上で、ガスを連続的に流す供給装置ほど、効果的ではないという懸念がある。
【０００５】
このように飽和度レベルが夜間に所定レベルに達しないことの１つの原因は、コンサーバーの感度、又はボーラスの送出により生じる吸入負圧（これは、代表的には、鼻腔を通して感知される）である。偽の開始（呼吸が生じていないときのボーラスの送出）を抑制するため、概して、鼻腔を通して吸入負圧を計測することによって行われる呼吸の検出を、通常の日中の呼吸及び活動パターンと対応するレベルに設定する。コンサーバーがボーラスを開始させる圧力が低過ぎる場合には、通常の活動により偽の送出（ｆａｌｓｅ  ｆｉｒｉｎｇ）が生じる。これは、患者を混乱させ、酸素治療が効果的ではなくなる。これは、この酸素の大部分が肺に到達しないためである。しかしながら、開始圧力が高過ぎる場合には、コンサーバーは、呼吸の一部分が既に吸気されるまで、呼吸を認識せず、そのため、送出されたボーラスの有効性が低くなる。かくして、コンサーバーの呼吸感度が、活動による偽の送出が起こらないようにするのに十分低いままである限り、ボーラス送出速度が加速されるように、コンサーバーの呼吸感度をできるだけ高くするのが望ましい。
【０００６】
更に、コンサービングデバイスは、概して、患者の呼吸要求に応じて所定容積のガスを送出する。就寝中、通常の日中の開始レベルは高過ぎ、関連したボーラス容積は、必要な血中酸素飽和度レベルを維持する上で適当でない。更に、就寝中、患者によっては呼吸が浅く及び／又は不規則であり、そのため、これらの患者についての夜間呼吸は、ボーラスの送出を開始させるのに十分な負圧を発生させない。場合によっては、呼吸パターンが不規則であるため、コンサーバーは、全ての呼吸を検出できず、そのため呼吸を飛ばしてしまう。これらの場合のいずれにおいても、ボーラスの開始は、患者に十分な酸素を経時的に送出するのに十分な回数だけ行われない。多くのコンサーバーには、所定期間に亘って呼吸が検出されなかったときにこれを使用者に知らせる呼吸検出器又は無呼吸警報装置が設けられている。しかしながら、警報は眠っている患者を起こしてしまい、そのため、コンサーバーを使用することは不可能である。
【０００７】
多くの治療用ガスシステムは、鼻腔を通してガスを送出し、患者の呼吸を感知するため、夜間に口から呼吸する患者は、ボーラスの送出を開始させることはない。呼吸器系の治療の分野では、患者は、口から呼吸する場合、鼻腔通路内に蓄えられた酸素濃厚ガスを各吸入毎に取り込むということが周知である。このように、大型の空気供給システムは、連続した流れを鼻腔通路に送出するに過ぎない。しかしながら、連続した流れで酸素を送出すると、鼻を通して吸入されなかった場合、酸素濃厚ガスの雲が顔の周囲に発生し、経口吸入によりこのガスの幾らかだけが取り入れられる。その結果、送出におけるこれらの非効率さを補償するため、多くの場合、酸素を連続的に流すようなこれらのシステムでの酸素送出量を、就寝中に、増大しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
かくして、患者が小型の空気濃縮器を毎日２４時間使用できるようにするため、就寝モードで作動するための、コンサーバーを使用して送出を行う新たな方法を提供するのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一の態様では、本発明の好ましい実施形態は、代表的には酸素であるがこれに限定されない治療用呼吸ガスを濃縮器から患者に送出するための改良されたシステムを提供する。このシステムは、概して、ガス源と、このガス源と患者との間に設けられたコンサーバーと、患者の呼吸時を検出し、この呼吸時のパラメータを計測するためのセンサと、このセンサから信号を獲得し患者へのガスの送出を制御するようなプロセッサ及び制御エレメントとを備えている。好ましくは、ガスは酸素であり、ガス源は酸素濃縮器である。一の実施形態では、システムは、センサによって検出される呼吸圧力レベルであってプロセッサ及び制御エレメントが所定容積のガスを患者に送出させるような呼吸圧力レベルを複数の異なるレベルに設定できるような、少なくとも一つの作動モードを提供する。一実施例では、これらのレベルは、使用者が選択できる。別の実施例では、これらの異なる呼吸圧力レベルは、使用者が選択できる二つのレベルを含み、これらのレベルは夜間モード及び日中モードを表し、各レベルの実際の値は、患者の介護者によって決定される。
【００１０】
別の実施形態では、システムは、コンサーバーが呼吸を検出しこれに応じてボーラスの送出を開始するのに必要な感度のレベル、即ち最小吸入負圧を複数の異なるレベルに設定できるような、少なくとも一つの作動モードを提供する。一実施例では、コンサーバーは、感度レベルの範囲に亘って作動するように調節されていてもよい。感度レベルは、予め選択された、予め設定された別個の値であってもよい。別の実施例では、二つの作動モードは、使用者が選択できるモードである。二つの作動モードは、夜間モード即ち就寝モードと、日中モード即ち活動モードを代表する。コンサーバーの感度は、異なる活動レベル及び呼吸特性を可能にするため、各モードで異なっていてもよい。上述のモードの各々についての感度レベルは、単純な使用者インターフェースを介して、患者が感度を手動で調節できるようにアクセスできる。別の態様では、感度設定に対するアクセスは、比較的困難となっており、患者の介護者（ｃａｒｅｇｉｖｅｒ）が実際の値を選択するように設計されている。
【００１１】
更に別の実施形態では、システムは、所定容積のガスを患者に所定速度で自動的に送出する少なくとも一つの作動モード（「自動送出モード（ａｕｔｏ−ｆｉｒｉｎｇ  ｍｏｄｅ）」）を提供する。この実施形態の一つの実施例では、容積と速度の積が所望の送出流量容積とぴったりと一致するように、コンサービングデバイスが所定のボーラス容積のボーラスを所定速度で送出する。この実施形態の別の実施例では、所望の送出流量容積は、酸素濃縮器の酸素発生能力と一致する。
【００１２】
更に別の実施形態では、システムは、感度が呼吸特性に応じて変化するような少なくとも一つの作動モードを提供する。この実施形態では、コンサーバーコントローラーは、他のシステムパラメータに応じて呼吸が検出される閾値圧力信号を変化させてもよい。一実施例では、システムは、以下のような少なくとも一つの作動モードを提供する。
・プロセッサが、平均「呼吸期間」、即ち連続したボーラス送出時間又は呼吸検出時間の平均時間を決定し、
・プロセッサ及び制御エレメントは、「ブラインド期間（ｂｌｉｎｄ  ｔｉｍｅ）」という用語で表される呼吸期間の第１部分に亘り、負圧信号を無視し（第１の吸入が検出されたことによりボーラスを送出するのに必要な時間は、この期間の部分集合であってもよい）、
・プロセッサ及び制御エレメントは、呼吸期間の第２部分中、ガスの送出が行われる呼吸検出閾値圧力信号を、高レベルから低レベルまで変化させ、
・プロセッサ及び制御エレメントは、呼吸が生じるまで、呼吸圧力レベルを低レベルに維持させる。
【００１３】
呼吸期間の第２部分中の呼吸検出閾値圧力信号の減少速度は線形であってもよい。別の態様では、増大速度は、指数関数又は他の適当な関数に従ってもよい。
【００１４】
更に別の実施形態では、システムは、所定期間後に呼吸がなかったときには、所定容積のガスを患者に自動的に送出するよう作動する。この所定期間は、「自動送出時間」と呼ばれる。一実施例では、自動送出されたこのボーラス容積は、使用者による流れ設定のみに基づいて固定されていてもよい。別の実施例では、この自動送出されたボーラス容積は、最後のボーラス容積の送出が開始されてからの経過時間と比例して、又はボーラス送出速度に応じて比例積分微分（ＰＩＤ）制御方法を反映するように変化してもよい。更に別の実施例では、閾値圧力は、呼吸が検出されるか或いはボーラスが自動的に放出されるかのいずれかが起こるまで、低下し続けてもよい。この実施例では、閾値圧力は、直線的に又は漸近的にゼロに、又は圧力センサに及ぼされる信号ノイズよりも小さい値に近づき、ボーラスを自動的に送出する。呼吸を患者に自動的に送出する場合には、プロセッサは、次の呼吸サイクルにおける自動送出時間を決定するのに使用するため、呼吸期間を前の呼吸期間よりも短く設定する。他の実施形態と組み合わせた場合、このように呼吸期間が短いと、閾値圧力の傾斜率又は時間に基づく他の特徴も変化してしまう。コンサーバーが繰り返し自動送出させる場合には、続いて行われる各呼吸についての感度及び／又は他のパラメータの制御で使用される呼吸期間が連続的に短くなり、呼吸期間は、所定の最小値に近づく。この値は、好ましくはブラインド時間よりも長く、このため各呼吸期間中の所定の期間に呼吸を検出できる。呼吸期間を短くする速度は、線形であってもよいし、指数関数をなしていてもよく、或いはこの最小値に漸近的に近づいてもよい。
【００１５】
更に別の実施形態では、システムは、呼吸が検出されなかった場合に所定期間後に自動送出するような、少なくとも一つの作動モードを提供する。患者に対して自動送出した場合には、プロセッサは、続く送出サイクル中、呼吸を検出するための閾値圧力を低下させる。別の実施例では、プロセッサは、閾値圧力を低下させると同時に呼吸期間を短くする。これらは、上述の実施形態で説明したように変化する。
【００１６】
更に別の実施形態では、システムは、コンサーバーのコントローラーが、呼吸の規則性に応じて閾値圧力を増減させるような少なくとも一つの作動モードを提供する。一実施例では、コンサーバーのコントローラーは、平均呼吸期間及び呼吸期間の変化を多数の呼吸に亘って計測し、自動送出時間を決定する上で呼吸パターンの規則性を組み込む。このようにして、不規則であるが検出可能な呼吸パターンを示す患者によって使用されたコンサーバーは、比較的長い自動送出期間に亘って休止し、検出が行われている呼吸の突然の中断が生じるまで規則的に呼吸している患者によって使用されたコンサーバーは、自動送出されたボーラスを更に迅速に受け入れる。
【００１７】
別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、一連のガスのボーラスを患者に送出する方法を提供する。この方法は、複数のボーラスの各々の送出を開始パラメータに従って開始させる工程と、最後のボーラスを送出してからの経過時間を決定する工程と、開始パラメータを経過時間の関数として変更する工程とを含む。一の実施形態では、開始パラメータを変更する工程は、ブラインド時間において、開始を不能にする工程を含む。別の実施形態では、開始パラメータを変更する工程は、開始のための閾値を変更する工程を含む。好ましくは、開始のための閾値を変更する工程は、閾値圧力を変更する工程を含む。閾値圧力を変更するこの工程は、閾値圧力を所定期間に亘って線形をなして減少させる工程、又は閾値圧力を所定期間に亘って漸近的に減少させる工程を含む。特定の好ましい実施形態では、開始パラメータは、送出の開始前に送出された一つ又はそれ以上のボーラスの開始パラメータの関数である。一の実施例では、開始パラメータを変更する工程は、経過時間が所定時間と等しいか或いはそれ以上である場合に、ボーラスの自動送出を開始させる工程を含む。好ましくは、自動送出が開始されたとき、前記所定時間を短縮する。幾つかの実施形態では、上記方法は、自動送出が開始されたとき、ブラインド時間を短縮する工程を更に含む。
【００１８】
更に別の態様では、本発明の好ましい実施形態は、一連のガスのボーラスを患者に送出するための装置を提供する。この装置は、ガス源と、このガス源と患者との間に設けられたコンサーバーと、患者の呼吸を検出するセンサと、センサから信号を受け取り、ガスのボーラスの送出を所定の開始パラメータに従って開始させるコントローラーとを備えている。好ましくは、コントローラーは、最後のボーラスが開始されてからの経過時間を決定し、開始パラメータを経過時間の関数として変更する。一の実施形態では、開始パラメータは、ガスのボーラスの送出の開始が不能であるようなブラインド期間を含む。別の実施形態では、開始パラメータは、患者の閾値吸気圧力を含む。更に別の実施形態では、コントローラーは、経過時間が所定時間よりも長い場合、自動送出ボーラスを開始させる。特定の態様では、開始パラメータの各々は、前に送出した一つ又はそれ以上のボーラスの開始パラメータの関数である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
治療用ガス送出システムの一の好ましい実施形態を図１に示す。このシステムは、全体的に、酸素源１と、患者３への酸素の送出を制御するためのコンサービングデバイス２とを含む。酸素源１は、酸素濃縮器であってもよいし、高圧酸素タンクであってもよいし、酸素を供給する他の任意のデバイスであってもよい。コンサービングデバイス２は、ボーラス（ｂｏｌｕｓ、濃縮塊）送出エレメント４、呼吸センサ５、及びコントローラー６を有する。ボーラス送出エレメント４は、適切な種類及び機能を有する幾つかのバルブを備えていてもよい。呼吸センサ５は、好ましくは、呼吸器系の呼吸圧力を検出してこれを計測し、信号をコントローラー６に伝達できるトランスジューサー等の呼吸圧力センサである。コントローラー６は、呼吸センサ５から受け取った信号に基づいてボーラスの容積及びボーラスのタイミングを決定できる、電子回路及びプログラマブルマイクロプロセッサを含む。一の実施例では、コントローラー６は、各送出時に送出バルブ４をどれ程長く開放状態に維持するのかを制御することによってボーラスの容積を決定し、バルブ３を開放する時期を決定することによって、ボーラスのタイミングを制御する。
【００２０】
以下に更に詳細に説明するように、治療用ガス送出システムの好ましい機能には、呼吸器系の呼吸圧力を計測する性能、及び送出バルブの開放タイミングを制御する性能が含まれ、これによりボーラスの容積を制御するようになっている。特定の実施形態では、システムは、患者に治療用ガスを就寝中に送出することに関連した困難さ及び問題点に対処するように構成される。
【００２１】
閾値圧力設定
肺での酸素濃度を高めることによる効果は、早期（肺胞）吸気でどれ程多くの酸素が送出されるのかということに関連していることが、一般に知られている。吸気されたガスの正確な量は患者によって異なるが、一般的には、吸気サイクルの最初の半分の間に送出されたボーラス容積が、患者に酸素を送り込む上で更に効果的である。かくして、コンサービングデバイスは、好ましくは、各吸気サイクルの非常に早期の段階中に酸素をパルス状で患者に送出するように設計されている。
【００２２】
代表的には、コンサービングデバイスは、呼吸センサから所定の吸気圧力を検出したとき、ボーラス送出を開始させる。かくして、「閾値圧力」という用語は、概して、ボーラスの送出が開始されるときの検出された吸気圧力に関する。概して、電気信号ノイズや患者の活動によってカニューレで発生する圧力ノイズによる偽呼吸（ｆａｌｓｅ  ｂｒｅａｔｈ）の検出に基づいて、ボーラスの送出が開始されることがないようにするため、閾値圧力をできるだけ大きく設定するのが好ましい。しかしながら、設定が大き過ぎると、治療をあまり効果的ではないものにしてしまう。
【００２３】
図２は、閾値圧力の設定と送出されたガスの効果との間の関係を示すグラフである。図２に示すように、２つの異なる設定閾値圧力ＴＡ、ＴＢについてのボーラス送出性質２０２Ａ、２０２Ｂを、患者の吸気サイクルの圧力性質２０４と相関させた。閾値圧力レベルＴＡでは、２０２Ａに示すように、吸気サイクルの第１半部２０６で全ボーラスを送出できるのに十分早期の送出を開始させる。しかしながら、閾値圧力レベルＴＢでは、２０２Ｂに示すように、ボーラスのかなりの部分を吸気サイクルの第２半部２０８で送出し、このためそれ程効果的でない。従って、閾値圧力レベルが、吸気サイクルの非常に早期の段階の吸気圧力に対して大き過ぎる場合には、ボーラスの大部分が吸気サイクルの第２半部中に送出されるようになり、これにより、治療効果が低くなる。
【００２４】
就寝中の浅い呼吸
高い閾値圧力設定に関連した問題点は、従来のガス送出システムで、患者が眠っている場合や活動していない状態にある場合に特に明らかである。図３に示すように、就寝中の患者の呼吸の吸気圧力性質３０２は、通常の活動中の患者の呼吸の吸気性質３０４よりも遥かに小さい。かくして、日中の通常の活動中に有効な閾値圧力値ＴＡ３０６は、夜間、患者が眠っている場合には無効である。多くの場合に呼吸が浅いような就寝中には、吸気サイクル３０２で、ボーラスの大部分をサイクルの第１半部３０８で送出できるのに十分に早期に、閾値圧力値ＴＡに達することができない。図３は、閾値圧力値ＴＢ３１０に対する夜間の応答が、閾値圧力値ＴＡ３０６に対する日中の応答と等しいということを示す。しかし、夜間のボーラスのタイミング及び容積は、日中の有効なボーラスと正確に一致していなくてもよいということが理解されよう。
【００２５】
就寝中の不規則呼吸
就寝中、呼吸タイミング４０２、４０６は極めて不規則であってもよい。連続した呼吸間の経過時間は大幅に変化してもよく、これにより、従来のコンサーバーでは、処方された量の酸素を患者に所定期間に亘って送出することが困難になる。これに対して、図４に示すように、患者に送出される全てのガスの総量を経時的に一定に維持するため、呼吸間の比較的長い時間４０６の後に比較的大きなボーラス容積４０８が送出されるように、ボーラス容積４０４、４０８を調節してもよい。
【００２６】
好ましい実施形態の治療用ガス送出システムは、上文中に記載された一つ又は複数の問題点、代表的には、就寝中の患者に治療用ガスを送出することに関連した問題点に対処するように設計された特徴を備えている。これは、特にガス流体の送出速度が設計によって制限された酸素濃縮器等のデバイスの場合において、ガス流体供給デバイスの機能に関連した、コンサーバーの組み合わせシステム性能を最適にする上で特に重要である。
【００２７】
通常活動モード及び就寝モードでの閾値圧力の設定
一の実施形態では、図５に示すように、システムは、「日中」モード即ち「通常活動」モード５０２と、「夜間」モード即ち「就寝」モード５０４との間で切り換えを行うための設定を備えている。患者が就寝している場合には、小さな閾値圧力レベル又は高い感度のボーラスが使用されることが好ましい。ボーラスは、好ましくは、吸気サイクルの早い時期に開始され、これによりサイクルの第１半部前に全ボーラスを送出できる。この実施形態では様々な態様が可能である。患者は、コントローラーに使用者による入力を提供するだけでよく、これにより、使用者が選択できる複数の異なる閾値圧力設定又は感度を、コントローラーに入力できる。患者は、日中の通常の活動中に使用されるべき所定の値を選択し、夜間に患者が就寝しているときには使用されるべき値を比較的小さくするよう変更してもよい。別の態様では、患者の介護者がコントローラーにプログラムした、又は工場で入力された感度Ａ及びＢに従って、「日中」モード又は「夜間」モードを選択してもよい。閾値が小さいと偽の開始が起こり易いが、寝ている患者は、概してほとんど動かず、偽の開始を発生させるカニューレでの圧力ノイズを発生することがない。かくして、夜間の感度を高くすることは、特に電気信号ノイズを低くできる場合には効果的である。
【００２８】
呼吸の間の時間の変化に応じてボーラスの容積を変化できるようにする
別の実施形態では、システムは、送出されるボーラス容積を、呼吸間の経過時間の変化に応じて変化するようにプログラムされている。これにより、上文中に説明した不規則な呼吸パターンの問題に対処する。図６Ａに示すように、コントローラーは、呼吸間の経過時間Δｔを計測し、これを制御ゲインＧ１に適用し、これによって、平均流量が経時的にほぼ一定であるように所定のボーラス容積を送出するようにプログラムできる。しかしながら、図６Ａは、呼吸間の経過時間が長期間に及んだ後には、ボーラス容積６０２が極めて大きくなるということを示す。こうした大きなボーラスは、患者によっては不快感を生じる。更に、酸素濃縮器が所定容積のガスを所定圧力でアキュムレータ内に貯蔵しているガス供給装置等の場合には、ボーラス容積が大きく変化するとアキュムレータ内の貯蔵圧力が大きく変化してしまう。これは、酸素発生プロセス及びボーラスを次々と再現性を以て送出することの両方について問題であり、これは、アキュムレータ内の圧力によってもたらされる。この問題に対処するため、図６Ｂは、比例積分微分アルゴリズム（ＰＩＤ）をΔｔに適用し、ボーラス容積を決定する別の実施形態を示す。これには、流量を全体としてほぼ一定に維持しながら容積の変化を滑らかにする効果がある。
【００２９】
自動送出（ａｕｔｏ−ｆｉｒｅ）モード
更に別の実施形態では、システムを自動送出モードで作動できる。「自動送出」という用語は、一定の容積のボーラスを所定の時間間隔で呼吸パターンに拘わらず送出することを示す。この特徴は、呼吸期間及び吸気圧力性質が非常に不規則な場合や口呼吸する人について特に効果的である。図７に示すように、コンサーバーが、実際の呼吸に縛られずに所定期間に一定容積のボーラスを単に「自動送出」するモードとなるよう、コントローラーを設定してもよい。この実施形態は、カニューレ内の酸素濃厚空気が肺の中に送り込まれる患者に依拠する。非常に小さいボーラスが絶え間なく送出されるような極端な場合には、この実施形態は、連続的な流れデバイスの性能に近づく。しかしながら、この実施形態では、ガスは短いバーストをなして送出され、その多くが鼻腔を通過し、ガスは吸気により鼻腔に送り込まれる。これにより、容積が全体として小さいガスを送出できる。
【００３０】
複数の呼吸パラメータに応答した適応制御
図８に示す別の実施形態では、システムは、複数の呼吸パラメータに応じてボーラスの送出を変化するように設計された適応制御装置を備えている。この特徴は、上述の問題点の多くに同時に効果的に対処し、偽の、効果的でない開始に対する免除性能を改善する。図８に示すように、ボーラス８００の送出時に、コントローラーは、「ブラインド時間」８０２を入力する。この時間中、呼吸の開始は受け入れられない。ブラインド時間８０２は、約０．５秒乃至３．０秒の間の範囲、代表的には約１．５秒の呼吸期間中及び何らかの期間に亘って、効果的でない全てのボーラス送出が起こらないようにする。ブラインド時間８０２が終了したとき、コントローラーは、開始の感度を、低い、ノイズ免除レベルＰＨ８０４に設定する。コントローラーは、次いで、開始の感度を、経時的に、代表的には、１秒乃至２秒で、更に高い感度ＰＬ８０６まで傾斜的に増加させる。呼吸を予測してから所定時間後、代表的には、約２秒乃至３秒後、高い感度でも呼吸が検出されなかった場合には、ボーラスを自動送出する。図８に示す直線的傾斜の代わりに任意の適当な曲線を使用してもよい。本発明者は、指数曲線の傾斜が同様に効果的であるということを発見した。
【００３１】
図８のシステムの一例として、酸素を毎分約１５回呼吸する代表的な患者について、新たな吸気サイクルを４秒毎に開始する。ボーラスの送出後、コンサーバーは、次の１．５秒に亘ってブラインド状態のままである。その時間中、全てのセンサ入力は無視される。閾値負圧は、その時点で、約０．３０ｃｍ水柱で開始する。予想呼吸期間が４．０秒（平均呼吸速度から計算した）であるため、閾値圧力が、約０．０８ｃｍ水柱の比較的高い感度レベルに達するまで、次の２．２５秒（最後のボーラスから１．５秒乃至３．７５秒後）に亘って制御下で低下する。追加の２．７５秒（最後のボーラスから６．５秒）後に呼吸が検出されなかった場合には、ボーラスを自動的に送出する。
【００３２】
図９に示す更に別の実施形態では、最後のサイクルで自動送出が行われた場合には、コントローラーは、ブラインド期間８０２の終了時と自動送出が再び行われる時との間の時間９０２を短くしてもよい。多くの連続したサイクルで自動送出が行われる場合には、コントローラーは、図７の固定自動送出モードに復帰してもよい。コントローラーは、更に、これらの態様のうちの任意の態様で、呼吸期間の変化を考慮に入れて、ボーラス容積を調節してもよい。自動送出が連続して行われる場合には、コントローラーは、代わりに、自動送出なしで、呼吸の検出が確実に再開されるまで、ＰＬを減少させるようにプログラムされていてもよい。
【００３３】
別の態様では、コントローラーは、ブラインド時間を短縮してもよい。ブラインド時間が短くなると、呼吸の検出が行われる期間が延び、呼吸が更に検出しやすくなる。ブラインド時間の短縮は、自動送出モードから呼吸検出まで戻ろうとするため、単独で使用されてもよいし、ＰＬの低下と関連して使用されてもよい。特定の実施形態では、ブラインド時間をどれ程短縮してもよいかについては実際上の制限があり、これは、圧力センサの電子的インターフェースの設計によって設定される。例えば、本発明者が使用した酸素濃縮器設計では、センサインターフェースは、ブラインド時間中にゼロにされる。かくして、設定されたブラインド時間が短過ぎる場合には、完全にはゼロにならず、実際には、呼吸検出感度を低下させる効果がある。無呼吸時には、コントローラーは、所定期間後に連続的な自動送出モードに入り、設定された間隔に基づいて上述のモードのうちの１つのモードに復帰し、通常の就寝呼吸サイクルに再び入るようにプログラムされていてもよい。
【００３４】
ボーラス容積及びタイミングを決定する方法
図１０は、患者への治療用ガスの送出におけるボーラスの容積及びタイミングを決定するため好ましい方法を示すフローチャートである。図１０に示すように、工程Ａ１１００でボーラスが送出された後、システムは、工程Ｂ１１０２で約１５００ｍｓのブラインド時間Ｔｂｌｉｎｄに入る。この時間中、システムは工程Ｃ１１０４で幾つかの計算を行う。これらの計算には、平均呼吸サイクル時間Ｔｃｙｃｌｅを決定する計算、固定されていない場合には、閾値圧力の適当な上限及び下限を決定する計算、及び閾値圧力を低下する時間間隔Ｔｒａｍｐを決定する計算が含まれる。工程Ｄ１１０６では、システムは、前のボーラスが自動送出であったかどうかを確認する。自動送出であった場合には、工程Ｅ１１０８で、閾値圧力を低下する時間間隔、即ちランプ時間（ｒａｍｐ  ｔｉｍｅ）を、その前の値から減じる。好ましくは、いずれの場合でも、各呼吸サイクルの持続時間中に呼吸が検出されるように、ブラインド時間に幾らかのわずかな期間を加えた時間を侵害する期間は、システムの自動送出前にはない。呼吸の検出に応じてボーラスが送出された場合には、工程Ｆ１１１０で、ランプ期間を、このランプ期間が、ブラインド時間の終了時と予想呼吸サイクルの終了時との間の期間（Ｔｃｙｃｌｅ−Ｔｂｌｉｎｄ）よりも幾分短いように選択する。これにより、閾値圧力がその最小レベルにある次の予想呼吸前の期間を短くすることができる。ブラインド時間の経過後、システム閾値を、工程Ｉ１１１２で高い値と低い値との間で変化する時間の減少関数として、又はランプ時間を経過した場合には工程Ｈ１１１４で最小値として、選択する。システムは、工程Ｊ１１１６で圧力信号をモニターし、信号が閾値要件を満たす場合には、システムは、これに応じて、工程Ｌ１１１８、Ｎ１１２０、及びＡ１１００でボーラスを放出する。信号が、予想呼吸サイクルＴｃｙｃｌｅ以上の任意の時間の前に閾値要件を越えなかった場合には、工程Ｍ１１２２、Ｎ１１２０、及びＡ１１００でボーラスを自動的に開始させる。サイクルは、次いで、再開される。
【００３５】
より有利には、本発明の好ましい実施形態は、ボーラスの制御を選択する上で広範な選択肢を提供する。これにより、施術者は、就寝時の患者の多くの異なる種類の呼吸態様について、有効な治療を維持するため、ボーラス送出パターンを自在に調節できる。これらの態様は、日中の作動でも同様に有用である。
【００３６】
本発明の好ましい実施形態の以上の説明は、本発明の基本的な新規な特徴を図示し、説明し、そして指摘したが、当業者にとって、本発明の精神を逸脱することなく、例示の本発明の詳細の形態並びにその使用について様々な省略、交換、及び変更を行うことができるということが理解されよう。従って、本発明の範囲は、以上の議論によって限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一の好ましい実施形態による治療用ガス送出システムのブロック図である。
【図２】吸気サイクル中のボーラスの送出タイミングと、送出されたガスの効果との間の関係を示すグラフである。
【図３】通常の活動中及び就寝中の患者の呼吸の例示的な吸気サイクルの圧力性質を示すグラフである。
【図４】送出されたボーラス容積が連続した呼吸間の経過時間の関数である、図１のシステムの作動モードを示すグラフである。
【図５】日中作動モード及び夜間作動モードを有するシステムを示す概略図である。
【図６Ａ】図４の作動モードの異なる実施形態のグラフである。
【図６Ｂ】図４の作動モードの異なる実施形態のグラフである。
【図７】図１のシステムの自動送出作動モードを示すグラフである。
【図８】図１のシステムに適応する作動モードを示すグラフである。
【図９】図７の適応モードの別の実施形態を示すグラフである。
【図１０】本発明の一の好ましい実施形態による、治療用ガスを患者に送出する方法を示すフローチャートである。
【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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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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