(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼吸回路に設けられ患者の呼吸ガスのフローを連続的に検出するフローセンサと、
前記呼吸回路に設けられ前記呼吸ガスの成分ガスの濃度を連続的に検出する呼吸ガスセンサと、
前記フローセンサ及び前記呼吸ガスセンサからの出力データを保存、演算して画像データとし、当該画像データを毎呼吸、表示装置に表示する制御装置と、を備えたモニタシステムにおいて、
前記制御装置は、
当該制御装置の表示装置にＸ−Ｙ座標を設け、１呼吸毎に当該Ｘ−Ｙ座標上に前記フローセンサによって測定した吸気、呼気連続の前記呼吸ガスのフローデータすなわち換気量Ｖと、前記呼吸ガスセンサによって測定した吸気、呼気連続の前記呼吸ガスの前記成分ガスの１つであるＣＯ２ガスの濃度Ｆとを同期させて、前記ＣＯ２ガスの吸気、呼気連続した濃度−換気量ループを描き、当該ループが囲む面積を計算して前記ＣＯ２ガスの排泄量ＶＣＯ２を求め、当該ＶＣＯ２を用いてＦ×Ｖ＝ＶＣＯ２となる反比例曲線を表示し、
さらに、前記ＣＯ２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ２と前記換気量Ｖの一回呼気量ＶＥの関係を、前記Ｘ−Ｙ座標に描いた前記濃度−換気量ループの原点と、Ｖ＝ＶＥの直線と前記反比例曲線の交点と、を結ぶ直線を対角線とする面積ＶＣＯ２の長方形として前記Ｘ−Ｙ座標に表現し、
Ｆ＝ＦＥＣＯ２の直線と前記濃度−換気量ループとの交点の前記換気量Ｖを肺胞換気量ＶＡとして、前記ＣＯ２ガスの肺胞気濃度ＦＡＣＯ２と前記換気量Ｖの肺胞換気量ＶＡとの関係を、前記Ｘ−Ｙ座標に描いた前記濃度−換気量ループの原点と、Ｖ＝ＶＡの直線と前記反比例曲線の交点と、を結ぶ直線を対角線とする面積ＶＣＯ２の長方形として前記Ｘ−Ｙ座標に表現することを特徴とするモニタシステムの制御方法。
【請求項２】
前記制御装置は、１呼吸毎に、濃度−換気量ループと、その面積である前記ＶＣＯ２を用いて、ＥＡＳＴ（Ｅｑｕａｌ Ａｒｅａ Ｓｔｅｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法により、以下の関係式（１）、（２）を表す前記長方形を前記Ｘ−Ｙ座標に表示して、前記ＣＯ２ガスの前記混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、前記肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、前記肺胞気濃度ＦＡＣＯ２を求めて、前記Ｘ−Ｙ座標に表示することを特徴とする請求項１に記載のモニタシステムの制御方法。
ＶＥ×（ＦＥＣＯ２−ＦＩＣＯ２）＝ＶＣＯ２、書き換えると
ＦＥＣＯ２＝ＶＣＯ２／ＶＥ＋ＦＩＣＯ２        （１）
ＶＡ×（ＦＡＣＯ２−ＦＩＣＯ２）＝ＶＣＯ２、書き換えると
ＦＡＣＯ２＝ＶＣＯ２／ＶＡ＋ＦＩＣＯ２        （２）
（通常ＦＩＣＯ２＝０である。）
【請求項３】
前記制御装置は、所定の時間連続して、１呼吸毎の前記ＣＯ２ガスの前記混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、前記肺胞換気量ＶＡ、前記死腔量ＶＤ、前記肺胞気濃度ＦＡＣＯ２を、前記濃度−換気量ループ及び前記面積ＶＣＯ２の長方形とともに同一の前記Ｘ−Ｙ座標に表示し、さらに前記ＣＯ２ガスの、前記排泄量ＶＣＯ２、前記混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、前記肺胞換気量ＶＡ、前記死腔量ＶＤ、及び前記肺胞気濃度ＦＡＣＯ２の数値表を作成して、前記表示装置の所定の領域に表示することを特徴とする請求項２に記載のモニタシステムの制御方法。
【請求項４】
呼吸回路に設けられ患者の呼吸ガスのフローを連続的に検出するフローセンサと、
前記呼吸回路に設けられ前記呼吸ガスの成分ガスの濃度を連続的に検出する呼吸ガスセンサと、
前記フローセンサ及び前記呼吸ガスセンサからの出力データを保存、演算して画像データとし、当該画像データを毎呼吸、表示装置に表示する制御装置と、を備え、
前記制御装置の前記表示装置は、
Ｘ−Ｙ座標上に１呼吸毎に、前記フローセンサによって測定した吸気、呼気連続の前記呼吸ガスのフローデータすなわち換気量Ｖと、前記呼吸ガスセンサによって測定した吸気、呼気連続の前記成分ガスの１つであるＣＯ２ガスの濃度Ｆとを同期させて得られる、前記ＣＯ２ガスの吸気、呼気連続した濃度−換気量ループと、当該ループが囲む面積から求めた前記ＣＯ２ガスの排泄量ＶＣＯ２を基に演算される、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ２となる反比例曲線と、を表示し、
さらに、前記ＣＯ２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ２と前記換気量Ｖの一回呼気量ＶＥの関係を、前記Ｘ−Ｙ座標に描いた前記濃度−換気量ループの原点と、Ｖ＝ＶＥの直線と前記反比例曲線の交点と、を結ぶ直線を対角線とする面積ＶＣＯ２の長方形として前記Ｘ−Ｙ座標に表現し、
Ｆ＝ＦＥＣＯ２の直線と前記濃度−換気量ループとの交点の前記換気量Ｖを肺胞換気量ＶＡとして、前記ＣＯ２ガスの肺胞気濃度ＦＡＣＯ２と前記換気量Ｖの肺胞換気量ＶＡとの関係を、前記Ｘ−Ｙ座標に描いた前記濃度−換気量ループの原点と、Ｖ＝ＶＡの直線と前記反比例曲線の交点と、を結ぶ直線を対角線とする面積ＶＣＯ２の長方形として前記Ｘ−Ｙ座標に表現することを特徴とするモニタシステム。
【請求項５】
前記制御装置の前記表示装置は、前記Ｘ−Ｙ座標上に１呼吸毎に、濃度−換気量ループと、その面積である前記ＶＣＯ２を用いて、ＥＡＳＴ（Ｅｑｕａｌ Ａｒｅａ Ｓｔｅｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法により、以下の関係式（１）、（２）を表す前記面積ＶＣＯ２の長方形を前記Ｘ−Ｙ座標に描出することによって求められる前記ＣＯ２ガスの前記混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、前記肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、前記肺胞気濃度ＦＡＣＯ２を、前記長方形とともに表示することを特徴とする請求項４に記載のモニタシステム。
ＶＥ×（ＦＥＣＯ２−ＦＩＣＯ２）＝ＶＣＯ２、書き換えると
ＦＥＣＯ２＝ＶＣＯ２／ＶＥ＋ＦＩＣＯ２        （１）
ＶＡ×（ＦＡＣＯ２−ＦＩＣＯ２）＝ＶＣＯ２、書き換えると
ＦＡＣＯ２＝ＶＣＯ２／ＶＡ＋ＦＩＣＯ２        （２）
（通常ＦＩＣＯ２ ＝0である。）
【請求項６】
前記制御装置の前記表示装置は、所定の時間連続して、１呼吸毎の前記ＣＯ２ガスの前記混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、前記肺胞換気量ＶＡ、前記死腔量ＶＤ、前記肺胞気濃度ＦＡＣＯ２を、前記濃度−換気量ループ及び前記長方形とともに同一の前記Ｘ−Ｙ座標に表示し、さらに前記ＣＯ２ガスの、前記排泄量ＶＣＯ２、前記混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、前記肺胞換気量ＶＡ、前記死腔量ＶＤ、及び前記肺胞気濃度ＦＡＣＯ２の数値表を所定の領域に表示することを特徴とする請求項５に記載のモニタシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼吸ガスのモニタシステムの制御方法及びモニタシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
死腔量、肺胞換気量は、患者の呼吸及び呼吸器を評価する上で極めて重要な指標である。死腔量の概念は、Ｂｏｈｒ式  ＶＥ×ＦＥＣＯ２＝（ＶＥ−ＶＤ）×ＦＡＣＯ２によって定義されているが（ＶＥは一回呼気量、ＦＥＣＯ２は混合呼気ＣＯ２濃度、ＶＤは死腔量、ＦＡＣＯ２は肺胞気ＣＯ２濃度をそれぞれ表す）、一つには肺胞気濃度ＦＡＣＯ２が実測困難であるため、また混合呼気濃度ＦＥＣＯ２の測定も、呼気を大量に貯めるなど現実的に困難であるため、臨床の場でそのまま用いられることはなかった。
【０００３】
１９４０年代以降いくつかの方法が提案され、二酸化炭素をモニタするものとしてＳＢＣＯ２（Ｓｉｎｇｌｅ
Ｂｒｅａｔｈ ＣＯ２）モニタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このＳＢＣＯ２は、二酸化炭素について、一呼気についてのみ、呼気量をＸ軸に、二酸化炭素濃度をＹ軸にして波形として描き出すものである。そこから一回呼気量ＶＥ、呼気終末二酸化炭素濃度ＦＥＴＣＯ２の各値が得られ、波形線下の面積から二酸化炭素排泄量ＶＣＯ２を計算することができるとしている。またこの波形の分析から、死腔量ＶＤ、肺胞換気量ＶＡを求めることができるとしている。
またごく最近でもＳＢＣＯ２法による新たな提案がされており（例えば、非特許文献１参照）、解剖学的死腔、生理学的死腔、肺胞死腔を測定可能としている。
【０００４】
他方、時間軸上におけるフローセンサによる一回換気量の変化Ｖと、呼吸ガスセンサによるＣＯ２、ＡＡ、Ｏ２、Ｎ２Ｏ等の各呼吸ガスの濃度変化Ｃとから、Ｘ−Ｙ座標上に同一時点の点（Ｃ，Ｖ）を連続的に表示させ、一呼吸ごとに濃度−換気量ループを描出する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような表示から、吸入麻酔の二大要素である「量」と「濃度」に関する複数の指標、一回換気量ＶＴ・肺胞換気量ＶＡ・死腔量ＶＤ、あるガス**の吸気濃度ＦＩ**・呼気終末濃度ＥＴ**・摂取量（又は排泄量）Ｖ**を、一つのＸ−Ｙ座標上で、各濃度−換気量ループの高さ・面積・Ｘ軸上の位置などによって、同時かつ直感的にモニタすることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２４０９９号公報
【特許文献２】特開２０１１−４５５９２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｙ．Ｔａｎｇ，ｅｔ  ａｌ．，”Ａ  Ｎｅｗ  Ｅｑｕａｌ  Ａｒｅａ  Ｍｅｔｈｏｄ  to  Ｃａｌｃｕｌａｔｅ  ａｎｄ  Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔ  Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃ，  Ａｎａｔｏｍｉｃａｌ，  ａｎｄ  Ａｌｖｅｏｌａｒ  Ｄｅａｄ  Ｓｐａｃｅｓ”，Ａｎｅｓｔｈｅｓｉｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌ．１０４，Ｎｏ．４，ｐｐ．６９６−７００，２００６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、通常、二酸化炭素は吸気中にはほとんど含まれないので、呼気フローだけを対象としている特許文献１に開示されているＳＢＣＯ2モニタは有効であるが、吸気中にも含まれる他の呼吸ガス、酸素、亜酸化窒素、揮発性麻酔ガスなどの摂取量・排泄量をモニタするのに応用することはできなかった。
【０００８】
また、特許文献１、２においても、非特許文献１においても、上記二つの困難、肺胞気濃度ＦＡＣＯ２と混合呼気濃度ＦＥＣＯ２測定の困難さは依然として解決されておらず、従って前記Ｂｏｈｒ式の定義を十分に表現した死腔量、肺胞換気量のモニタリング方法は未だ実現されていないという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、混合呼気濃度、死腔量、肺胞換気量、肺胞気濃度の毎呼吸測定を可能にするモニタシステムの制御方法及びモニタシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このような課題を解決するために、本発明のモニタシステムの制御方法は、呼吸回路に設けられ患者の呼吸ガスのフローを連続的に検出するフローセンサと、呼吸回路に設けられ呼吸ガスの成分ガスの濃度を連続的に検出する呼吸ガスセンサと、フローセンサ及び呼吸ガスセンサからの出力データを保存、演算して画像データとし、その画像データを毎呼吸、表示装置に表示する制御装置と、を備えたモニタシステムにおいて、制御装置は、その制御装置の表示装置にＸ−Ｙ座標を設け、１呼吸毎にそのＸ−Ｙ座標上にフローセンサによって測定した吸気、呼気連続の呼吸ガスのフローデータすなわち換気量Ｖ（Ｖｏｌｕｍｅ）と、呼吸ガスセンサによって測定した吸気、呼気連続の呼吸ガスの成分ガスの１つであるＣＯ２ガスの濃度Ｆ（Ｆｒａｃｔｉｏｎ）とを同期させて、ＣＯ２ガスの吸気、呼気連続した濃度−換気量ループを描き、そのループが囲む面積を計算してＣＯ２ガスの排泄量ＶＣＯ２を求め、そのＶＣＯ２を用いてＦ×Ｖ＝ＶＣＯ２となる反比例曲線を表示し、さらに、ＣＯ２ガスの濃度Ｆと換気量Ｖの関係の変化を、Ｘ−Ｙ座標に描いた濃度−換気量ループの原点と、反比例曲線上の任意の1点とを結ぶ直線を対角線とする面積ＶＣＯ２の長方形の変化としてＸ−Ｙ座標に表現することを要旨とする。
【００１１】
上記発明において、制御装置は、１呼吸毎に、濃度−換気量ループと、その面積であるＶＣＯ２を用いて、以下の関係式（１）、（２）を表す面積ＶＣＯ２の長方形をＸ−Ｙ座標に表示するとともに、それらの長方形が互いに等面積であることを明示すために、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ２となる反比例曲線を表示し、ＣＯ２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、肺胞気濃度ＦＡＣＯ２を求めて、Ｘ−Ｙ座標に表示する。
ＶＥ×（ＦＥＣＯ２−ＦＩＣＯ２）＝ＶＣＯ２、書き換えると
ＦＥＣＯ２＝ＶＣＯ２／ＶＥ＋ＦＩＣＯ２                           （１）
ＶＡ×（ＦＡＣＯ２−ＦＩＣＯ２）＝ＶＣＯ２、書き換えると
ＦＡＣＯ２＝ＶＣＯ２／ＶＡ＋ＦＩＣＯ２                           （２）
（式中のＶＥは一回呼気量を表す。）
通常の呼吸ではＦＩＣＯ２＝０であるので、（１）、（２）式は以下のように表すことができる。
ＶＥ×ＦＥＣＯ２＝ＶＣＯ２、ＦＥＣＯ２＝ＶＣＯ２／ＶＥ   （１’）
ＶＡ×ＦＡＣＯ２＝ＶＣＯ２、ＦＡＣＯ２＝ＶＣＯ２／ＶＡ   （２’）
このように等しい面積ＶＣＯ２を有する複数の長方形が、Ｘ−Ｙ座標面上に階段状に配置されるので、この分析法をＥＡＳＴ（Ｅｑｕａｌ  Ａｒｅａ  Ｓｔｅｐ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法と呼ぶ。
【００１２】
本発明のモニタシステムの制御方法によれば、呼吸ガス中のＣＯ２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ２を（１）式によって求め、表示装置のＸ−Ｙ座標上に描いたＣＯ２ガスの吸気、呼気連続した濃度−換気量ループ上の、求めたＦＥＣＯ２に対応する点のＹ軸の値から、幾何学的に、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤを求めることができる。求めたＶＡの値から、関係式（２）に相当する面積ＶＣＯ２の長方形を同じＸ−Ｙ座標状に描くことにより、やはり幾何学的に、肺胞気濃度ＦＡＣＯ２を求めることができる。
【００１３】
また、上記発明において、制御装置は、所定の時間連続して、１呼吸毎のＣＯ２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、肺胞気濃度ＦＡＣＯ２を、濃度−換気量ループ及び面積ＶＣＯ２の長方形とともに同一のＸ−Ｙ座標に表示し、さらにＣＯ２ガスの排泄量ＶＣＯ２、混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、及び肺胞気濃度ＦＡＣＯ２の数値表を作成して、表示装置の所定の領域に表示する。
【００１４】
本発明によれば、従来から行われてきた吸気量ＶＩ、呼気量ＶＥ、呼気終末濃度ＦＥＴＣＯ２測定に加えて、ＶＣＯ２、ＦＥＣＯ２、ＶＤ、ＶＡ、ＦＡＣＯ２の非侵襲連続モニタリングが可能となる。術中の呼吸管理のみならず、呼吸分析一般に本発明の方法を適用することの臨床的有用性は大きい。
【００１５】
また、本発明のモニタシステムは、呼吸回路に設けられ患者の呼吸ガスのフローを連続的に検出するフローセンサと、呼吸回路に設けられ呼吸ガスの成分ガスの濃度を連続的に検出する呼吸ガスセンサと、フローセンサ及び呼吸ガスセンサからの出力データを保存、演算して画像データとし、その画像データを毎呼吸、表示装置に表示する制御装置と、を備え、制御装置の表示装置は、Ｘ−Ｙ座標上に１呼吸毎に、フローセンサによって測定した吸気、呼気連続の呼吸ガスのフローデータすなわち換気量Ｖと、呼吸ガスセンサによって測定した吸気、呼気連続の成分ガスの１つであるＣＯ２ガスの濃度Ｆとを同期させて得られる、ＣＯ２ガスの吸気、呼気連続した濃度−換気量ループと、そのループが囲む面積から求めたＣＯ２ガスの排泄量ＶＣＯ２を基に演算される、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ２となる反比例曲線と、を表示し、さらに、ＣＯ２ガスの濃度Ｆと換気量Ｖの関係の変化を、Ｘ−Ｙ座標に描いた濃度−換気量ループの原点と、反比例曲線上の任意の1点とを結ぶ直線を対角線とする面積ＶＣＯ２の長方形の変化としてＸ−Ｙ座標に表現する。
【００１６】
本発明のモニタシステムにおいて、制御装置の表示装置は、Ｘ−Ｙ座標上に１呼吸毎に、濃度−換気量ループと、その面積であるＶＣＯ２を用いて、ＥＡＳＴ（Ｅｑｕａｌ  Ａｒｅａ  Ｓｔｅｐ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法により、以下の関係式（１）、（２）を表す面積ＶＣＯ２の長方形と、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ２となる反比例曲線をＸ−Ｙ座標に描出することによって求められるＣＯ２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、肺胞気濃度ＦＡＣＯ２を、面積ＶＣＯ２の長方形とともに表示する。
ＶＥ×ＦＥＣＯ２＝ＶＣＯ２、ＦＥＣＯ２＝ＶＣＯ２／ＶＥ      （１’）
ＶＡ×ＦＡＣＯ２＝ＶＣＯ２、ＦＡＣＯ２＝ＶＣＯ２／ＶＡ      （２’）
【００１７】
また、本発明のモニタシステムにおいて、制御装置の表示装置は、所定の時間連続して、１呼吸毎のＣＯ２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、肺胞気濃度ＦＡＣＯ２を、濃度−換気量ループ及び面積ＶＣＯ２の長方形、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ２となる反比例曲線とともに同一のＸ−Ｙ座標に表示し、さらにＣＯ２ガスの排泄量ＶＣＯ２、混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、及び肺胞気濃度ＦＡＣＯ２の数値表を所定の領域に表示する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、混合呼気濃度、死腔量、肺胞換気量、肺胞気濃度の毎呼吸測定を可能にするモニタシステムの制御方法及びモニタシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るモニタシステムを、循環式呼吸回路を有する吸入麻酔システムに適用した場合を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係るモニタシステムの、フローセンサ、呼吸ガスセンサと制御装置との接続関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る、ＣＯ２の濃度−換気量ループと、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ２反比例曲線を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、ＣＯ２に関するＥＡＳＴ法を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態に係る、Ｏ２に関するＥＡＳＴ法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係るモニタシステムを、循環式呼吸回路を有する吸入麻酔システムに適用した場合を説明する図である。図１に示すように、モニタシステム１００は、制御装置３、フローセンサ１３、呼吸ガスセンサ１４を有する。
【００２２】
吸入麻酔システムは、循環式呼吸回路１、ガス供給装置２、ベンチレータ１７から構成される。呼吸回路１は、吸気弁１１、患者とつながるコネクタ１２、呼気弁１５、ＣＯ2吸収剤キャニスタ１６を有する。吸気弁１１は、呼吸回路１から患者へのガス（吸気）の流れは許容するものの、その逆の流れは規制するように作動する。呼気弁１１は、患者からの呼気の一部をＣＯ2吸収剤キャニスタ２６へ導き再利用する、また残りの一部を余剰ガスとして廃棄する、その流れは許容するものの、その逆の流れは規制するように作動する。ＣＯ2吸収剤キャニスタ２６は、患者の呼気から二酸化炭素を吸収除去し、その他の麻酔呼吸ガス、Ｏ2ガス等を吸気の一部として循環使用するためのものである。
【００２３】
コネクタ１２には、フローセンサ１３と呼吸ガスセンサ１４が、順不同で直列に設置されている。フローセンサ１３は、呼吸の時間軸上でのボリューム変化を検出し、さらにそこから一回換気量（ＶＩ、ＶＥ）を測定する。呼吸ガスセンサ１４は、例えばメインストリーム型のマルチガスセンサモジュールによって構成され、呼吸ガスの成分ガスの時間軸上での濃度変化を検出し、さらにそこから吸気濃度と呼気終末濃度を測定する。ここではフローセンサ１３と呼吸ガスセンサ１４は、二酸化炭素（ＣＯ2）、酸素（Ｏ２）、揮発性麻酔ガス（ＡＡ）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）の混合した呼吸ガスを測定対象とすることができる。Ｏ２の濃度を調節する場合や、ＡＡ、Ｎ２Ｏの麻酔ガスを供給及び調節する場合は、ガス供給装置２を使用する。ベンチレータ１７は、患者の呼吸を補助、または強制換気するために使用される。
【００２４】
フローセンサ１３及び呼吸ガスセンサ１４と、制御装置３の接続関係を図２に示す。通過する呼吸ガスによって、フローセンサ１３と呼吸ガスセンサ１４のそれぞれにおいて検出された信号は、制御装置３に供給される。
【００２５】
制御装置３は、記憶装置３１と、演算装置３２と、入力装置３３と、表示装置３４とを備える。
【００２６】
演算装置３２は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３５を介して、フローセンサ回路３６と呼吸ガスセンサ駆動回路３７とに接続され、フローセンサ１３からの信号を取得するとともに、呼吸ガスセンサ駆動回路３７を介して呼吸ガスセンサ１４を制御して信号を取得し、これら信号データの処理を行う演算を実施する。演算装置３２に接続された記憶装置３１には、演算装置３２で実行する種々の演算に必要な、呼吸ガスセンサ駆動手順記憶手段、信号データ記憶手段、プログラム記憶手段、演算手順記憶手段等を含む手段が格納される。
【００２７】
図２に示した制御装置のハードウエア構成は、記憶装置３１、演算装置３２、入力装置３３、出力装置３４を備えるノイマン型コンピュータのハードウエア構成である。データ記憶、プログラム記憶には、ノイマン型コンピュータの主記憶装置又は補助記憶装置を使用することができる。主記憶装置としては、揮発性のＤＲＡＭを用いることが多く、補助記憶装置としては、ハードディスク（ＨＤ）等の磁気ディスク、磁気テープ、光ディスク、光磁気ディスク、ＲＡＭディスク、ＵＳＢフラッシュメモリ等が使用できる。演算装置３２が実施する演算の１部を、別の演算装置（ＣＰＵ）や別のコンピュータシステムによるハードウエア構成のとして実現することもできる。また、演算装置３２には、タッチパネル、キーボード、マウス等の入力装置３３、プリンタ及びディスプレイ等の出力装置３４が接続されている。
【００２８】
ガス分析法はメインストリームによるガス分析法を用いるのが好ましい。従来主流のサイドストリームによるガス分析法では、口元から吸気ガス・呼気ガスを毎分１００ｍＬ前後連続サンプリングし、離れた場所にあるセンサで検出し、時間軸上での濃度変化と、吸気濃度・呼気終末濃度を測定し表示している。このため、サンプリング中の混合による濃度変化に対する反応の遅れ、測定までの時間差などによって、一回換気量データと一体的に扱うことが困難であった。患者口元で、ＣＯ２／Ｏ２／Ｎ２Ｏ／ＡＡなどの呼吸ガス濃度を毎呼吸連続モニタできる、メインストリーム型のガスセンサモジュールが臨床実用に耐えるものとなったことによって、一回換気量と呼吸ガス濃度のデータを同じ時間軸で一体的に扱うことができるようになった。
【００２９】
図３は、本発明の実施形態に係る、１呼吸における呼吸ガス中のＣＯ２の濃度−換気量ループと、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ２反比例曲線を、濃度ＦをＸ軸、換気量ＶをＹ軸としたＸ−Ｙ座標上に示した図である。
【００３０】
図３のＣＯ２濃度−換気量ループ上の矢印で示したように、通常、吸気中にはＣＯ２は含まれないので、吸気時にはＣＯ２濃度−換気量ループはＹ軸上を立ち上って、図中の吸気量ＶＩ（＝呼気量ＶＥ）を表す点に達する。大気中には約２１％のＯ２が含まれるが、吸気時に気道から肺へ入ったＯ２ガスは、肺胞からその毛細血管の血液へ移動する。この移動を摂取と呼ぶ。他方、組織で発生したＣＯ２は静脈血に溶け込んで心臓にもどり、肺動脈を通って肺胞の毛細血管で、酸素と入れ替わる形で肺胞へ移動する。この移動を排泄と呼ぶ。ＶＩ（＝ＶＥ）点で吸気から呼気に変わると、ＣＯ２の排泄が始まり、図３のＣＯ２濃度−換気量ループ上の矢印で示したように、呼気中ＣＯ２濃度Ｆは徐々に増加して、図中の呼気終末ＣＯ２濃度を表すＦＥＴＣＯ２の点に達して１回の呼吸を終了する。このＣＯ２濃度−換気量ループで囲まれる面積を計算すると、ＣＯ２排泄量ＶＣＯ２を求めることができる。
【００３１】
ここまで、吸気量ＶＩ＝呼気量ＶＥとして説明した。しかし、患者に接続される気管チューブやマスクにリークが存在する場合や、一呼吸あたりにすると数ミリリットルと僅かではあるが、通常酸素摂取量ＶＯ２の方が二酸化炭素排泄量ＶＣＯ２より多い等の理由によって、ＶＩ＞ＶＥとなることがある。その場合、図３のＣＯ２濃度−換気量ループの下部は（ＶＩ−ＶＥ）だけ、ＶＣＯ２の面積計算から除外され、合わせて他の関係式も調整されなければならない。
【００３２】
図３に示したＦ×Ｖ＝ＶＣＯ２となるＦ−Ｖ反比例曲線上の１点と、Ｘ−Ｙ座標軸の原点を結ぶ直線を対角線とする長方形はすべて同じ面積ＶＣＯ２を有する。以下、Ｘ−Ｙ座標軸に描いたＣＯ２濃度−換気量ループとＦ−Ｖ反比例曲線を用いて、ＥＡＳＴ（Ｅｑｕａｌ  Ａｒｅａ  Ｓｔｅｐ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）法により、混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、ＶＤ（死腔量）、ＶＡ（肺胞換気量）、ＦＡＣＯ２（肺胞気ＣＯ２濃度）を求める方法について図４を参照して説明する。
【００３３】
Ｃ．ＢｏｈｒはＢｏｈｒ式として知られる（３）の関係式を提案した（Ｃ．Ｂｏｈｒ，”Ｕｅｂｅｒ  ｄｉｅ  ｌｕｎｇａｔｍｕｎｇ”，Ｓｋａｎｄ  Ａｒｃｈ  Ｐｈｙｓｉｏｌ，ｖｏｌ．２２，ｐｐ．２３６−２３８，１８９１参照）。
ＶＥ×ＦＥＣＯ２＝（ＶＥ−ＶＤ）×ＦＡＣＯ２               （３）
（式中、ＶＥは一回呼気量を、ＦＥＣＯ２は混合呼気ＣＯ２濃度を、ＶＤは死腔量を、ＦＡＣＯ２は肺胞気ＣＯ２濃度を表す）。
ここで、ＶＥ−ＶＤは肺胞換気量ＶＡを表し、ＶＡは均質な肺胞気ＣＯ２濃度ＦＡＣＯ２で満たされた理想肺胞気空間を意味する。
【００３４】
ＦＡＣＯ２を求めるために、まず１呼吸のＣＯ２濃度−換気量ループからＶＣＯ２（ＣＯ２排泄量）を計算する（図４の丸囲み数字１）。
【００３５】
次に、Ｖ＝ＶＥの直線とＦ−Ｖ反比例曲線Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ２との交点を求めると、この交点においては（１’）式が成り立つので、
ＶＥ×ＦＥＣＯ２＝ＶＣＯ２、ＦＥＣＯ２＝ＶＣＯ２／ＶＥ   （１’）
交点のＸ座標はＦＥＣＯ２（混合呼気ＣＯ２濃度）となる（図４の丸囲み数字２）。
【００３６】
次に、Ｘ＝ＦＥＣＯ２の直線と、ＣＯ２濃度−換気量ループとの交点（図４の丸囲み数字３）を求めると、この交点のＹ座標はＶＡ（肺胞換気量）を表し、従って、ＶＥ＝ＶＡ＋ＶＤの関係からＶＥ（一回呼気量）をＶＡ（肺胞換気量）とＶＤ（死腔量）とに別けることができる。
【００３７】
次に、Ｙ＝ＶＡの直線と、Ｆ−Ｖ反比例曲線Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ２との交点を求めると、この交点においては（２’）式が成り立つので、
ＶＡ×ＦＡＣＯ２＝ＶＣＯ２、ＦＡＣＯ２＝ＶＣＯ２／ＶＡ      （２’）
交点のＸ座標はＦＡＣＯ２（肺胞気ＣＯ２濃度）となる（図３の丸囲み数字４）。
【００３８】
本発明の実施形態においては、制御装置３は、所定の時間連続して、１呼吸毎のＣＯ２ガスの混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、肺胞気濃度ＦＡＣＯ２を、ＣＯ２濃度−換気量ループ及び面積ＶＣＯ２の長方形、Ｆ×Ｖ＝ＶＣＯ２となる反比例曲線とともに同一の前記Ｘ−Ｙ座標に表示し、さらにＣＯ２ガスの排泄量ＶＣＯ２、混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、及び肺胞気濃度ＦＡＣＯ２の数値表を経時変化が一目でわかるような構成で作成して、液晶ディスプレイ等の表示装置３４の所定の領域に表示する。
【００３９】
表示装置３４には、連続する２呼吸分又は数呼吸分を繰り返し表示してもよい。また、Ｘ−Ｙ座標にはＣＯ２濃度−換気量ループのみを表示して、呼吸機能の変化を視覚的に捉えられるようにし、ＣＯ２ガスの排泄量ＶＣＯ２、混合呼気濃度ＦＥＣＯ２、肺胞換気量ＶＡ、死腔量ＶＤ、及び肺胞気濃度ＦＡＣＯ２の正確な数値は、Ｘ−Ｙ座標と同一画面に表示した数値表から読み取るようにしてもよい。各呼吸毎の個々の数値から、例えば一分間の複数呼吸分について、平均値、標準偏差等を求める統計的演算処理を行い、数値表に個々の数値とともに表示することも臨床上有用である。
【００４０】
本発明の実施形態では、呼吸ガス中のＣＯ２のモニタシステムの制御方法及びモニタシステムについて説明してきたが、吸入式麻酔の呼吸ガスに含まれる、二酸化炭素ＣＯ２、揮発性麻酔ガスＡＡ、酸素Ｏ２、亜酸化窒素Ｎ２Ｏ等のいずれのガスにも本発明を適用することができる。
【００４１】
図５は、濃度Ｆが０．５のＯ２を含む吸入ガスを供給した場合の、Ｏ２に関するＥＡＳＴ法の適用を示した図である。
【００４２】
ＣＯ２の（１）、（２）、（３）式を、Ｏ２に置き換えると、それぞれに対応して下記の（４）、（５）、（６）式が得られる。
ＶＥ×（ＦＩＯ２−ＦＥＯ２）＝ＶＯ２、書き換えると
ＦＥＯ２＝ＦＩＯ２−ＶＯ２／ＶＥ                                 （４）
ＶＡ×（ＦＩＯ２−ＦＡＯ２）＝ＶＯ２、書き換えると
ＦＡＯ２＝ＦＩＯ２−ＶＯ２／ＶＡ                                 （５）
ＶＥ×（ＦＩＯ２−ＦＥＯ２）＝ＶＡ×（ＦＩＯ２−ＦＡＯ２）     （６）
（式中、ＶＥは一回呼気量を、ＶＯ２は酸素摂取量を、ＦＥＯ２は混合呼気Ｏ２濃度を、ＶＤは死腔量を、ＶＡは肺胞換気量を、ＦＡＯ２は肺胞気Ｏ２濃度を表す）。
【００４３】
ＣＯ２の場合と同様に、Ｘ−Ｙ座標上にＯ２濃度−換気量ループを描いて、その面積から酸素摂取量ＶＯ２を計算し、同じＸ−Ｙ座標上に（ＦＩＯ２−Ｆ）×Ｖ＝ＶＯ２となるＦ−Ｖ反比例曲線を描き、次いで、（４）、（５）、（６）式を用い、上記ＣＯ２に関して実施したのと同様のＥＡＳＴ法の手順を実施することにより、ＦＥＯ２、ＶＤ、ＶＡ、ＦＡＯ２を求めて、Ｏ２濃度−換気量ループ及びＦ−Ｖ反比例曲線を描いたＸ−Ｙ座標、並びに数値表を、毎呼吸、表示装置３４に表示することができる。
【００４４】
呼吸ガスに含まれる、二酸化炭素ＣＯ２、揮発性麻酔ガスＡＡ、酸素Ｏ２、亜酸化窒素Ｎ２Ｏ等の、１呼吸毎の各成分ガスの濃度−換気量ループ及びＦ−Ｖ反比例曲線を、同一Ｘ−Ｙ座標上に所定の時間又は連続する複数回呼吸にわたって描き、対応する数値表とともに表示装置３４に表示すると、被験者の状態の微妙な変化を視覚的にかつ数値的に同時に認知することができ、臨床的有用性は大きい。
【００４５】
本発明を、揮発性麻酔ガスＡＡ、亜酸化窒素Ｎ２Ｏ等の麻酔ガスの吸入に適用すると、それぞれのガスの摂取量または排泄量ＶＡＡ、ＶＮ２Ｏ、混合呼気濃度ＦＥＡＡ、ＦＥＮ２Ｏ、肺胞気濃度ＦＡＡＡ、ＦＡＮ２Ｏを毎呼吸モニタリングすることが可能となる。従来、麻酔深度の指標としては、呼気終末濃度ＦＥＴＡＡ、ＦＥＴＮ２Ｏが用いられてきたが、より信頼性の高い指標、つまり血中濃度により近い指標を手に入れることができるようになる。
【００４６】
本発明の実施形態から、以下のことが明らかとなった。
（イ）本発明は、ＶＣＯ２、ＦＥＣＯ２、ＶＤ、ＶＡ、ＦＡＣＯ２などの無侵襲連続モニタリングを可能とするものであり、臨床的有用性は大きい。
（ロ）この技術は二酸化炭素に止まらず、酸素、揮発性麻酔ガス、亜酸化窒素等の測定可能な他の呼吸ガスへも展開できる。特に、ＣＯ２と同様な分析がＯ２にも応用されることの、臨床的な意義は極めて大きい。
（ハ）麻酔ガス摂取の分析に応用されると、より信頼性の高い麻酔深度の指標を得ることができる。
（ニ）これらの技術は術中の呼吸管理にとどまらず、幅広く呼吸分析一般に応用可能である。
【００４７】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが、当業者には明らかである。また、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４８】
１                   循環式呼吸回路
２                   ガス供給装置
３                   制御装置
１１                 吸気弁
１２                 コネクタ
１３                 フローセンサ
１４                 呼吸ガスセンサ
１５                 呼気弁
１６                 ＣＯ２吸収剤キャニスタ
１７                 ベンチレータ
３１                 記憶装置
３２                 演算装置
３３                 入力装置
３４                 表示装置
３５                 インタフェース（Ｉ／Ｆ）
３６                 フローセンサ回路
３７                 呼吸ガスセンサ駆動回路
１００               モニタシステム
【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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