(57)【要約】  測定された呼吸にわたって患者のフローボリュームループおよびフローボリュームループのばらつきを表示する方法およびシステムが開示される。方法は、データ獲得デバイス上の患者の生理学的データセットを取得することと、処理デバイス上で生理学的データセットに平滑化および曲線フィッティングアルゴリズムを適用して、複数の時点におけるリアルタイムのボリュームデータおよびフローデータを取得することと、ボリュームデータおよびフローデータに処理デバイス上で視覚化アルゴリズムを適用して、ボリュームデータおよびフローデータに基づいて一連のフローボリュームループを作成することと、ディスプレイデバイス上にフローボリュームループのプロットを出力して、患者の評価または診断を支援することとを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定された呼吸にわたって患者のフローボリュームループおよびフローボリュームループのばらつきを表示する方法であって、
データ獲得デバイス上で患者の生理学的データセットを取得することと、
処理デバイス上で生理学的データセットに平滑化および曲線フィッティングアルゴリズムを適用して、複数の時点においてリアルタイムのボリュームデータおよびフローデータを取得することと、
ボリュームデータおよびフローデータに処理デバイス上で視覚化アルゴリズムを適用して、ボリュームデータおよびフローデータに基づいて一連のフローボリュームループを作成することと、
ディスプレイデバイス上にフローボリュームループのプロットを出力して、患者の評価または診断を支援することと
を含む、方法。
【請求項２】
フローボリュームループを一回換気量および呼吸速度のメトリックとペアにすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
処理デバイス上でマッチングアルゴリズムを適用して、正常なフローボリュームループと、可能性がある病理状態または変えられた生理機能の状態を示すフローボリュームループとを識別することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
処理デバイス上でフローボリュームループを追跡し更新して、治療、活動の変化、運動療法の変化、および治療マニピュレーションのうちの少なくとも１つに対する反応を識別することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
治療、活動の変化、運動療法の変化、および治療マニピュレーションのうちの少なくとも１つの有効性の少なくとも１つのインディケーションをディスプレイデバイス上に表示することをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
データ獲得デバイス、処理デバイス、およびディプレイデバイスが、通信ネットワークによって距離的に離れて結合される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
生理学的データセットが呼吸データセットである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
生理学的データセットが心臓データセットである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
平滑化および曲線フィッティングアルゴリズムが、移動平均アルゴリズム、デジタルフィルタアルゴリズム、および反復型誤差低減学習アルゴリズムを介したフィッティングのうちの１つである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
複数のフローボリュームループが、ディスプレイデバイス上でオーバーレイされる、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
オーバーレイされたループが、代表的なループに統合される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
複数のフローボリュームループが、隣接してグラフ化されて、フローボリュームループ間の差を表示する、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
隣接してグラフ化されたフローボリュームループが、スパイラル構成で表示される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
フローボリュームループが別個の成分にセグメント化され、各成分が個々に解析される、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
自動化された、教師なしアルゴリズムが、マッチングアルゴリズムを介して、関心のあるフローボリュームループを識別する、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
データベースを作成することをさらに含み、フローボリュームループに関係する診断情報が、臨床的に関連する呼吸系関連診断に従って連続的に更新され分類される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
データベースを作成することをさらに含み、フローボリュームループに関係する診断情報が、臨床的に関連する心臓系関連診断に従って連続的に更新され分類される、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
フローボリュームテンプレートを作成して、テンプレートとマッチするかまたはテンプレートから外れる連続的に生成されたフローボリュームループのアルゴリズムによる識別を容易にすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
フローボリュームループが、挿管されていない患者から収集される、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
フローボリュームループが、電気インピーダンスモニタを用いて収集される、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
フローボリュームループが、患者パラメータのために補正された進行中のボリューム測定値とペアにされる、請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
フローボリュームループが、進行中の呼吸速度評価とペアにされる、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
フローボリュームループが、進行中の心拍数評価とペアにされる、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
フローボリュームループが、進行中のボリュームおよび進行中の呼吸速度評価の両方とペアにされる、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
フローボリュームループが、進行中の拍出量と進行中の心拍数評価の両方とペアにされる、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
呼吸速度および／またはボリュームの測定値に基づいて、解析、解釈、および表示のためにフローボリュームループを分類することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２７】
呼吸速度および／またはボリュームの測定値に基づいて、診断、生理機能の変化に対する反応、治療介入に対する反応についてフローボリュームループを解釈することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
１つ以上のフローボリュームループが所定のパラメータの外にある場合、または１つ以上のフローボリュームループが前のフローボリュームループから所定の偏差だけ逸脱する場合、アラーム、アラート、または記録内の注釈のうちの少なくとも１つをトリガすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２９】
測定された呼吸にわたって患者のフローボリュームループおよびフローボリュームループのばらつきを表示するシステムであって、
患者の生理学的データセットを取得するデータ獲得デバイスと、
生理学的データセットに平滑化および曲線フィッティングアルゴリズムを適用して、複数の時点においてリアルタイムのボリュームデータおよびフローデータを取得する処理デバイスであって、
処理デバイスが、ボリュームデータおよびフローデータに視覚化アルゴリズムを適用して、ボリュームデータおよびフローデータに基づいて一連のフローボリュームループを作成する処理デバイスと、
フローボリュームループのプロットを出力して、患者の評価または診断を支援するディスプレイデバイスと
を備える、システム。
【請求項３０】
処理デバイスが、フローボリュームループを一回換気量および呼吸速度のメトリックとペアにする、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
処理デバイスが、マッチングアルゴリズムを適用して、正常なフローボリュームループと、可能性がある病理状態または変えられた生理機能の状態を示すフローボリュームループとを識別する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３２】
処理デバイスが、フローボリュームループを追跡し更新して、治療、活動の変化、運動療法の変化、および治療マニピュレーションのうちの少なくとも１つに対する反応を識別する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３３】
ディスプレイデバイスが、治療、活動の変化、運動療法の変化、および治療マニピュレーションのうちの少なくとも１つの有効性の少なくとも１つのインディケーションを表示する、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】
データ獲得デバイス、処理デバイス、およびディプレイデバイスが、通信ネットワークによって距離的に離れて結合される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３５】
生理学的データセットが、呼吸データセットである、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３６】
生理学的データセットが、心臓データセットである、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３７】
平滑化および曲線フィッティングアルゴリズムが、移動平均アルゴリズム、デジタルフィルタアルゴリズム、および反復型誤差低減学習アルゴリズムを介したフィッティングのうちの１つである、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３８】
複数のフローボリュームループが、ディスプレイデバイス上でオーバーレイされる、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３９】
オーバーレイされたループが、代表的なループに統合される、請求項３８に記載のシステム。
【請求項４０】
複数のフローボリュームループが、隣接してグラフ化されて、フローボリュームループ間の差を表示する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項４１】
隣接してグラフ化されたフローボリュームループが、スパイラル構成で表示される、請求項４０に記載のシステム。
【請求項４２】
フローボリュームループが、別個の成分にセグメント化され、各成分が個々に解析される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項４３】
自動化された、教師なしアルゴリズムが、マッチングアルゴリズムを介して、関心のあるフローボリュームループを識別する、請求項２８に記載のシステム。
【請求項４４】
データベースをさらに備え、フローボリュームループに関係する診断情報が、臨床的に関連する呼吸系関連診断に従って連続的に更新され分類される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項４５】
データベースをさらに備え、フローボリュームループに関係する診断情報が、臨床的に関連する心臓系関連診断に従って連続的に更新され分類される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項４６】
処理デバイスが、フローボリュームテンプレートを作成して、テンプレートとマッチするかまたはテンプレートから外れる連続的に生成されたフローボリュームループのアルゴリズムによる識別を容易にする、請求項２９に記載のシステム。
【請求項４７】
フローボリュームループが、挿管されていない患者から収集される、請求項２９に記載のシステム。
【請求項４８】
データ獲得デバイスが、電気インピーダンスモニタである、請求項２９に記載のシステム。
【請求項４９】
フローボリュームループが、患者パラメータのために補正された進行中のボリューム測定値とペアにされる、請求項２９に記載のシステム。
【請求項５０】
フローボリュームループが、進行中の呼吸速度評価とペアにされる、請求項２９に記載のシステム。
【請求項５１】
フローボリュームループが、進行中の心拍数評価とペアにされる、請求項２９に記載のシステム。
【請求項５２】
フローボリュームループが、進行中のボリュームおよび進行中の呼吸速度評価の両方とペアにされる、請求項２９に記載のシステム。
【請求項５３】
フローボリュームループが、進行中の拍出量および進行中の心拍数評価の両方とペアにされる、請求項２９に記載のシステム。
【請求項５４】
処理デバイスが、呼吸速度および／またはボリュームの測定値に基づいて、解析、解釈、および表示のためにフローボリュームループを分類する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項５５】
処理デバイスが、呼吸速度および／またはボリュームの測定値に基づいて、診断、生理機能の変化に対する反応、治療介入に対する反応についてフローボリュームループを解釈する、請求項２９に記載のシステム。
【請求項５６】
１つ以上のフローボリュームループが所定のパラメータの外にある場合、または１つ以上のフローボリュームループが前のフローボリュームループから所定の偏差だけ逸脱する場合トリガされる、アラーム、アラート、または記録内の注釈のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項２９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の参照
本出願は、引用によりその全体が本明細書に具体的に組み込まれる、同じ名称の２０１７年１２月１５に出願された米国仮出願第６２／５９９，１５３号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、非侵襲性インピーダンスベースの呼吸量監視によって取得される連続的に監視された周期性呼吸フローボリュームループ（ＴＢＦＶＬまたはＦＶＬ）を計算し表示するデバイスおよび方法を対象とする。
【背景技術】
【０００３】
リアルタイムフローボリュームループ監視は、特定の肺疾患の診断、鑑別診断、監視、および治療反応性に有用であるが、挿管されていない一回換気量呼吸の患者におけるその臨床使用は、技術的な困難さゆえに限定されている。
【０００４】
スパイロメトリーは、一回換気量（ＴＶ）、機能残気量（ＦＲＣ）、肺活量（ＬＣ）などの、肺機能状態の様々なパラメータが測定され提示される、肺機能検査の統合された部分である（表１参照）。スパイロメトリーは、挿管されていない患者におけるフローボリュームループ測定用のゴールドスタンダードであるが、周期性呼吸フローボリュームループ（ＴＢＦＶＬまたはＦＶＬ）は、従来のスパイロメトリーが提供することができない有用な情報を提供することができる。スパイロメトリー検査は、通常、覚醒していて、注意を怠らない、協力的な患者を必要とする。スパイロメトリーデータを収集するために必要な措置は、通常、患者または個人についての学習曲線をもち、所与の措置に対するスパイロメトリー検査が＋／−３％以内であることが許容可能と考えられることを必要とする。子供、老人、ならびに、認知機能、吸気筋／呼気筋強度に影響する疾患、および肺疾患（すなわち、せん妄、認知症、ＣＯＰＤ、筋萎縮性側索硬化症など）をもつ人は、良質の結果を達成するために、実質的な訓練、実践、および指導を必要とする。しばしば有用な結果は得られることができない。患者の協力に対する要求、またはかなりの呼吸努力をすることを取り除くことにより、ＴＢＦＶＬ測定は、ベースライン状態下、または運動状態もしくは病状などの変えられた生理機能下で、あるいは薬物の送達または他の療法の前後で呼吸機能を立証するデータを提供する利点も有する。
【０００５】
【表１】
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【０００６】
起きているか眠っている自発呼吸下の患者におけるＴＢＦＶＬの動的な変化を示す兆候が増えることは、正常な患者と拘束性または閉塞性の気道を有する患者の両方にとって臨床上重要である。しかしながら、現場での監視の欠如が、この情報の使用を限定する。
【０００７】
最近、臨床監視に必要な技術的なギャップを埋めるために、ベストベースおよびマスクベースのシステムを含むいくつかの非侵襲的な方法が開発された。ベストベースのシステムであるＦｌｏＲｉｇｈｔは、患者により着用されたフレキシブルコイルにおける磁界の変化を検出することによって胸腹部のボリュームを測定する。この方法は非侵襲的であるが、研究は、それが一回換気量の測定または長期監視に適していないと結論付けている。ＦｌｏＲｉｇｈｔとスパイロメータとの間の比較は、ＦｌｏＲｉｇｈｔが一回換気量を一貫して低く見積もることを示した。ＦｌｏＲｉｇｈｔシステムはまた、長期にわたる測定に影響を与える可能性があるボリューム信号のドリフト補正を繰り返す必要がある。超音波流量計（ＵＳＦＭ）を使用するマスクベースのシステムは、フェースマスクでの標準的なＰＦＴからマウスピースを置き換える。ＵＳＦＭは、ベストベースのボリューム測定よりも正確であり得る気流の超音波ベースの測定を使用する；しかしながら、それは制限がないわけではない。フェースマスクの煩わしさは、一回換気量および分時換気量の抜き取り検査にデバイスを限定し、次には連続的な長期監視を妨げる。フェースマスクはまた、呼吸のパターンおよび深さを変える可能性があるさらなるデッドスペースをも加える。
【０００８】
非侵襲性呼吸監視システムは、ぜんそく、ＣＯＰＤなどを含む肺疾患をもつ患者を監視するために適用されてきた。最大吸入に基づく標準ＦＶＬならびにＴＢＦＶＬの両方において、閉塞性患者、特に重症の閉塞性疾患をもつ患者についてのフローボリュームループにおいて、呼気フローリミテーションが観測され得る（図３Ｃ参照）。患者が周期性呼吸の間に呼気フローリミテーションを有するかどうかを判定するために、スパイロメータとともに呼気陰圧（ｎｅｇａｔｉｖｅ  ｅｘｐｉｒａｔｏｒｙ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）（ＮＥＰ）と呼ばれる技法が適用されている。この技法は、周期性呼吸の呼気相の間に小さい陰圧を加えることによって働き、それが呼気流を増やす。周期性フローリミテーションを有する患者にＮＥＰが加えられると、フローボリュームループは元のＴＢＦＶＬから逸脱するが、呼気曲線は周期性フローリミテーションを有する患者と同じままである。この技法は、マウスピースを付けた患者において行われることしかできず、真空を必要とする。実際的制限および商業用技術的解決策の欠如の結果として、この技法は臨床診療において広く実施されていない。
【０００９】
ＴＢＦＶＬはまた、運動生理学の分野では、健常人において測定されている。訓練されたアスリートを含む数人が運動中にフローリミテーションを呈することが文書に記録されている。しかしながら、これらの測定値は、特殊な機器を有する制御された実験室環境においてすべて収集されている。特に、ノーズクリップおよびマウスピースまたはフェースマスクを使用するスパイロメータは、限られた時間の間に使用されることしかできない。これが、呼吸監視機器を付ける特殊な運動試験に続いて、休憩および回復期間中のアスリートまたは他の個人の連続的な監視を妨げる。
【００１０】
動物は肺機能検査を実行するように訓練することはできないので、ＴＢＦＶＬは獣医学の興味をひいている。人間のアスリートと同様に、競争動物、乗馬スポーツなどにおいて呼吸機能を測定する能力は、動物を治療し、パフォーマンスを最大化するために有用であり得る。再発性気道閉塞を検出するために、競走馬においてＵＳＦＭが使用されてＴＢＦＶＬを測定する。診断、監視、または治療法の効果の評価について、他の獣医学用途は人間医学と同様である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
したがって、リアルタイムに、非侵襲的に、２４時間以上連続して周期性呼吸フローボリュームを監視することができるシステムの必要性がある。呼吸の大きさおよび速度はＴＢＦＶＬにおいて測定されるものに影響するので、これらのパラメータの組込みはいくつかの用途に有用なはずである。ＴＶおよびＲＲならびにＴＢＦＶＬの正確な監視は、データの解釈を支援するはずである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、１つの軸に沿って瞬時呼吸量（Ｖ）がプロットされ、第２の軸に沿って呼吸気流の変化（すなわち、時間に応じた呼吸量の変化、ｄＶ／ｄｔ）がプロットされるグラフ形状で、非侵襲的呼吸量モニタによって取得された呼吸量トレースを収集し表示するためのデバイスおよび方法を提供する際の、現在の戦略および設計に関連付けられる問題および欠点を克服する。このグラフのＴＶ、ＲＲなどの他の生理学的パラメータとのペアリング、および吸気対呼気比は、さらなる情報を提供する。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態および利点は、以下の説明において部分的に記載され、部分的にこの説明から明らかであってよく、または本発明の実践によって知られてよい。
【００１４】
本発明の実施形態は、個人の診療現場もしくは測定値のソースまたは離れた場所を含むユーザが選んだ場所において、彼らに提示され得る数値、プロット、およびトレースを生成し表示するために、データがコンピュータソフトウェアによって収集され解析されてＴＶおよびＲＲのデータを提供することを可能にする。カスタムコンピュータソフトウェアコードは、測定装置の内部または外部に置かれたコンピュータ処理および記憶ユニットに存在することができ、人間の体の好ましいポジショニングにあり得る電極または他のセンサから導出された測定値に対して計算およびコンピュータ演算を行うことができる。測定装置とコンピュータソフトウェアの組合せは、好ましくは、トレース、ＴＢＦＶＬ、および呼吸状態用の数値インデックスの提示を可能にし、数値インデックスおよびプロットの収集全体は、患者を記述する「呼吸プロファイル」または「呼吸シグネチャ」になる。本発明は、その規定された方式で被験者または患者に呼吸させることにより、最大努力のＴＢＦＶＬを生成することもできる。
【００１５】
本発明は、それらが最大努力からか連続的な周期性呼吸監視からかにかかわらず、または診断医によって禁止されたどの呼吸パターンであっても、フローボリュームループ（ＦＶＬ）測定値を提供することができる。本発明は、ＦＶＬが生成され得るすべての形態の呼吸の測定値に適用することができる。
【００１６】
一実施形態では、本発明は、好ましくは、カスタムソフトウェアによって計算された既存のプロファイルおよびシグネチャの拡張および改良のための新しいデータの連続する組込みを可能にして、多くの患者からの呼吸測定値の収集を可能にする。本明細書において要約され詳細に説明されたすべての実施形態に共通する特徴がコンピュータソフトウェアコードの中に存在する。
【００１７】
一実施形態では、本発明は、好ましくは、ソフトウェアによって可能にされた、呼吸監視および絶対量およびフロー情報の並行の収集を可能にする。好ましい実施形態では、これは測定電極の好ましいポジショニングと関連付けられる。
【００１８】
一実施形態では、電極またはセンサのセットからのインピーダンス測定値が記録され、コンピュータ処理ユニットに送信され、患者の呼吸状態を記述するボリュームトレースおよび数値に変換される。好ましい実施形態では、現発明は、時間内のボリュームと流量の両方で瞬時変化の間の関係を示すプロット（すなわち、ＴＢＦＶＬ）、ならびにこれらのプロットから導出された関連する新しい情報をこの情報に提供する。一実施形態では、新しい情報は、好ましくは、ＴＢＦＶＬを使用して計算を行うカスタムソフトウェアプログラムによって生成される。
【００１９】
一実施形態では、ＦＶＬの形状は、ＦＶＬの形状を使用して診断するか、または病気の診断において支援し、生理機能を評価し、療法に対する反応を監視または評価する医師、生理学者、または他のユーザによって解釈される。本発明は、新しい電極を繰り返し適用する短期および長期の監視（数時間から数日から数週間からさらに長い期間）を可能にする。ＴＢＦＶＬの形状データは、拘束性または閉塞性の肺疾患、肺後遺症（ｐｕｌｍｏｎａｒｙ  ｓｅｑｕｅｌａｅ）を伴う心疾患をもつ患者、運動または訓練の効果、および薬もしくはデバイスによって推進される療法、または健康を改善もしくは維持する方法の効果を評価するために使用され得る。好ましい実施形態では、ソフトウェアコードは、ＦＶＬを計算および自動データフィッティングのためのセグメントに分解し、各セグメントは異なる数学関数でフィットされる。一実施形態では、これらの生成されたデータポイントは、データのフィットおよび一貫性について評価され、特徴を記述する数値パラメータにさらに改良されてよい。これらの特徴は、好ましくは、個々の呼吸ごとの呼吸サイクルの局面を識別し、単一の患者について観測された呼吸パターン、または「軌道」の傾向を作成するために、経時的なこれらの同じ特徴の追跡を可能にする。全監視期間の間、呼吸ごとに作成された大量の数値またはメトリックゆえに、単一の患者の場合でも、これらの傾向は、患者の呼吸状態の「プロファイル」を作成するために、コンピュータソフトウェアコードによって集約することができる。
【００２０】
これらのプロファイルは、様々な病的表現および患者の病歴とのそれらの関連付けおよび外観に従って、さらに改良および分類することができる。一実施形態では、ソフトウェアは、分類をプロファイルに分離し、次いで、好ましくは、教師ありアルゴリズムと教師なしアルゴリズムの両方を使用して、プロファイルの分類子を分離する。教師ありアルゴリズムは、好ましくは、統計ツールおよび抽象位相空間への投影を使用してグルーピングを識別するが、教師なし学習アルゴリズムは、好ましくは、追加の専用計算処理ユニットを使用して深層学習機械学習ツールを活用する。原理は、各ＦＶＬが２次元画像である２次元プロットであり、時間においてプロットされた多くのＦＶＬが３次元の「フローボリュームトンネル」（ＦＶＴ）を作成することである（図６−図８参照）。トンネルの長さは、時間軸を変更することによって修正することができるが、１回の呼吸または３回以上の呼吸の平均もしくはオーバーレイに基づくＦＶＬとは異なり、呼吸速度もＦＶＴの特性を変更する特徴である。実施形態はＦＶＴ画像のプロットも生成し、それらは、呼吸状態、病状、または刺激もしくは療法に対する反応を評価するために、臨床医、生理学者、または他のユーザによって使用することができる。カスタマイズされた機械学習ソフトウェアコードを使用して、これらのＦＶＬ画像および２次的な（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）計算ならびにＦＶＴ画像および２次的な計算は、好ましくは、監視された人の呼吸状態を記述するさらなるパラメータになる。この実施形態により、ＦＶＬおよびＦＶＴのプロットの組織化と提示、グラフィックス、数字、および呼吸状態のデータベースとの相関を可能にし、呼吸パターンの変化を測定するか、または正常／異常もしくは健康／病的な呼吸状態を識別するユーザの能力を高める。
【００２１】
一実施形態は、好ましくは、ボリュームおよびフローのトレーシングのリアルタイムグラフィカルディスプレイと、トレーシングに基づくボリュームおよび／または呼吸速度用の絶対値とを組み合わせるディスプレイエンジンにある。コンピュータコードは、好ましくは、呼吸量のトレースを獲得するために使用されるデバイスに含まれる処理ユニット上に存在し、データが獲得されたときの瞬時呼吸量、呼吸速度、および呼吸フローの変化の計算およびプロットを可能にする。ボリューム情報は、同時の瞬時流量とともに、好ましくは、両方共垂直軸にプロットされ、数値インデックスによって示されるように患者の現在の呼吸状態とともにフローボリュームループ（ＦＶＬ）をもたらす。好ましい実施形態では、生体インピーダンス測定値は、ＦＶＬおよびＦＶＴについてのデータ、ならびに計算された呼吸パラメータを提供し、これらの測定値は、好ましくは、被験者の上部胴体上の電極の好ましい設置に起因して正確である。この実施形態では、一緒に、プロセスユニット、電極パッド、ソフトウェア、およびディスプレイが、ユーザに表示するためにこれらの情報ストリームを組み合わせる。表示される情報は、限定はしないが、トレーシングによってプロットされるか、または数値によって提示されるボリューム、フロー、および呼吸状態を含む。提示されたデータは、自発呼吸または自然呼吸の間に吸入されたボリューム（「一回換気量」または「周期性呼吸」）、周期性呼吸の間の所与の時間フレーム内の呼吸の回数（「呼吸速度」）、および周期性呼吸の間の１分間に吸入された空気の総ボリューム（「分時換気量」）などの状態について通知するが、それらに限定されない。周期性呼吸値、ＦＶＬ、ＦＶＴ、およびそれらのパターンは、個人の運動レベル、代謝レベル、薬物治療またはデバイス療法に対する反応、治療マニピュレーション（ｔｈｅｒａｐｅｕｔｉｃ  ｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎ）、特定のアクションプロトコルに対する反応、鬱血性心不全、敗血症、ＣＯＰＤ、嚢胞性線維症、気管支肺異形成症、拘束性肺疾患などの病状に基づいて変化するように決定または記録されてよい。一実施形態では、コンピュータコードは、好ましくは、カスタムアルゴリズムに基づいて曲線フィッティングおよび他の演算によって各ＦＶＬまたはＦＶＴに対して演算するように構成され、ＦＶＬの様々な部分が様々なアルゴリズムおよびモデルによってフィットされ得ることが洞察される。
【００２２】
一実施形態では、測定装置、コンピュータ処理ユニット、およびディスプレイユニットは、すべて物理的に個別の場所に存在し、ローカルおよびインターネットベースの通信ネットワークを介して通信することができる。
【００２３】
本発明の別の好ましい実施形態では、システムは、内部処理ユニットを有する測定装置の外部に置かれた処理ユニットから成り、ユーザに表示するためのビジュアルプロットおよび数値インデックスを生成するように書かれたコンピュータプログラムコードを使用する。外部処理ユニットは、好ましくは、ワイヤレス（たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ−Ｆｉ、近距離無線通信、短波無線、セルラーデータ伝送など）または有線のイーサネット接続によって測定装置に接続される。測定装置は、好ましくは、外部処理ユニットにインピーダンス情報およびボリューム情報を送信し、外部処理ユニットは、第１の実施形態に説明されたプロットおよび数値インデックスを計算し表示するために必要なソフトウェアプログラムを収容する。本発明は、好ましくは、外部に置かれたコンピュータ処理ユニットへの測定データのタイムリーな配信を可能にし、コンピュータ処理ユニットは、好ましくは、表示のために単一の個人からのまたは複数の個人からの測定値を処理するためのコンピュータプログラムを走らせる。ディスプレイは、患者から離れて置かれることができ、２人以上の患者にプロットおよび数値を表示することもできる。
【００２４】
本発明の別の実施形態は、好ましくは、コンピュータ処理ユニットがない場合に働き、本発明の他の実施形態の場合のように、外部に置かれたコンピュータ処理ユニットにボリュームおよびインピーダンスのトレースを送ることができる測定装置を含む。外部に置かれた処理ユニットは、次いで、トレース、プロット、および数値を、測定源、すなわち、患者が安静にする場所における、およびエンドユーザによって指定された監視場所におけるディスプレイモニタを含む、複数の表示場所において、収集し、処理し、提示することができる。
【００２５】
本発明の別の実施形態は、好ましくは、測定装置および（第１および第２の実施形態に説明された）内部コンピュータ処理ユニットが、外部コンピュータ処理およびデータストレージユニット（一緒に「サーバ」と称される）に情報を送るように機能することである。データは、有線もしくはワイヤレスのイーサネットまたは他のワイヤレス方法（たとえば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｗｉ−Ｆｉ、近距離無線通信プロトコル、オーバーセルラーネットワーク上など）によって、あるいはユーザによって提供されるストレージメカニズムによるデータの転送によって送られる。リモートで取り込まれた測定値を収集するサーバは、病院などの医療組織の物理的制御下にあるか、もしくは商業エンティティによるか、またはリモートホスティングおよびコンピューティングサービスを提供するサードパーティベンダ（後者は「クラウドベースのサーバ」と称される）へ契約され得る。生理学的データセットはサーバに送信することができ、そこでサーバにインストールされたカスタムコンピュータ実行可能命令は、データセットを処理し、ユーザへの提示のためのＦＶＬ／ＴＢＦＶＬのグラフィカルデータおよび数値データの表現を生成することができる。（会社によって直接制御されるか、またはクラウドサービスベンダを通して契約された）このサーバシステムは、このように、ボリュームトレースに対して計算動作をおこなって、プロット、呼吸状態を示す数値、ならびに表示およびさらなる解析用のトレースを生成することができる。この実施形態は、好ましくは、ポイントオブケアエリア、（病院または病院システム）内の治療ユニットから複数の患者にわたって、および複数の監視場所にわたって処理および記憶を可能にする。監視場所は、場所が、医療従事者が付き添うポイントオブケアエリアであるか、自宅であるか、または限定はしないが、フィットネスセンタ、ジム、学校、野球場などの非医療場所であるかにかかわらず、本明細書に説明された本発明の物理インスタンスを有するか、または本発明の明白な拡張である場所として定義される。
【００２６】
本発明の一実施形態は、測定された呼吸にわたって患者のフローボリュームループおよびフローボリュームループのばらつきを表示する方法に関する。方法は、データ獲得デバイス上で患者の生理学的データセットを取得することと、複数の時点におけるリアルタイムのボリュームデータおよびフローデータを取得するために、処理デバイス上で生理学的データセットに平滑化および曲線フィッティングアルゴリズムを適用することと、ボリュームデータおよびフローデータに基づいて一連のフローボリュームループを作成するために、ボリュームデータおよびフローデータに処理デバイス上で視覚化アルゴリズムを適用することと、患者の評価または診断を支援するために、ディスプレイデバイス上にフローボリュームループのプロットを出力することとを含む。
【００２７】
好ましくは、方法は、フローボリュームループを一回換気量および呼吸速度のメトリックとペアにすることをさらに含む。好ましくは、方法は、処理デバイス上でマッチングアルゴリズムを適用して、正常なフローボリュームループと、可能性がある病理状態または変えられた生理機能の状態を示すフローボリュームループとを識別することをさらに含む。好ましくは、方法は、処理デバイス上でフローボリュームループを追跡し更新して、治療、活動の変化、運動療法の変化、および治療マニピュレーションのうちの少なくとも１つに対する反応を識別することをさらに含む。好ましくは、方法は、治療、活動の変化、運動療法の変化、および治療マニピュレーションのうちの少なくとも１つの有効性の少なくとも１つのインディケーションをディスプレイデバイス上に表示することをさらに含む。
【００２８】
好ましい実施形態では、データ獲得デバイス、処理デバイス、およびディプレイデバイスは、通信ネットワークによって距離的に離れて結合される。好ましくは、生理学的データセットは、呼吸データセットまたは心臓データセットである。好ましくは、平滑化および曲線フィッティングアルゴリズムは、移動平均アルゴリズム、デジタルフィルタアルゴリズム、および反復型誤差低減学習アルゴリズムを介したフィッティングのうちの１つである。好ましい実施形態では、複数のフローボリュームループがディスプレイデバイス上でオーバーレイされる。好ましくは、オーバーレイされたループは代表的なループに統合される。
【００２９】
複数のフローボリュームループは、好ましくは、隣接してグラフ化されて、フローボリュームループ間の差を表示する。好ましくは、隣接してグラフ化されたフローボリュームループは、スパイラル構成で表示される。好ましい実施形態では、フローボリュームループは別個の成分にセグメント化され、各成分は個々に解析される。好ましくは、自動化された、教師なしアルゴリズムは、マッチングアルゴリズムを介して、関心のあるフローボリュームループを識別する。好ましくは、方法は、データベースを作成することをさらに含み、フローボリュームループに関係する診断情報は、臨床的に関連する呼吸系関連診断に従って連続的に更新され分類される。
【００３０】
好ましくは、方法は、データベースを作成することをさらに含み、フローボリュームループに関係する診断情報は、臨床的に関連する心臓系関連診断に従って連続的に更新され分類される。好ましくは、方法は、フローボリュームテンプレートを作成して、テンプレートとマッチするかまたはテンプレートから外れる連続的に生成されたフローボリュームループのアルゴリズムによる識別を容易にすることをさらに含む。好ましくは、フローボリュームループは、挿管されていない患者から収集される。好ましい実施形態では、フローボリュームループは、電気インピーダンスモニタを用いて収集される。好ましくは、フローボリュームループは、患者パラメータのために補正された進行中のボリューム測定値とペアにされる。フローボリュームループは、好ましくは、進行中の呼吸速度評価とペアにされる。
【００３１】
好ましい実施形態では、フローボリュームループは、進行中の心拍数評価とペアにされる。好ましくは、フローボリュームループは、進行中のボリュームおよび進行中の呼吸速度評価の両方とペアにされる。好ましくは、フローボリュームループは、進行中の拍出量と進行中の心拍数評価の両方とペアにされる。好ましくは、方法は、呼吸速度および／またはボリュームの測定値に基づいて、解析、解釈、および表示するためにフローボリュームループを分類することをさらに含む。好ましくは、方法は、呼吸速度および／またはボリュームの測定値に基づいて、診断、生理機能の変化に対する反応、治療介入に対する反応についてフローボリュームループを解釈することをさらに含む。好ましくは、方法は、１つ以上のフローボリュームループが所定のパラメータの外にある場合、または１つ以上のフローボリュームループが前のフローボリュームループから所定の偏差だけ逸脱する場合、アラーム、アラート、または記録内の注釈のうちの少なくとも１つをトリガすることをさらに含む。
【００３２】
本発明の別の実施形態は、測定された呼吸にわたって患者のフローボリュームループおよびフローボリュームループのばらつきを表示するシステムに関する。システムは、患者の生理学的データセットを取得するデータ獲得デバイスと、生理学的データセットに平滑化および曲線フィッティングアルゴリズムを適用して、複数の時点におけるリアルタイムのボリュームデータおよびフローデータを取得する処理デバイスであって、処理デバイスが、ボリュームデータおよびフローデータに視覚化アルゴリズムを適用して、ボリュームデータおよびフローデータに基づいて一連のフローボリュームループを作成する、処理デバイスと、フローボリュームループのプロットを出力して、患者の評価または診断を支援するディスプレイデバイスとを備える。
【００３３】
好ましい実施形態では、処理デバイスは、フローボリュームループを一回換気量および呼吸速度のメトリックとペアにする。好ましくは、処理デバイスは、マッチングアルゴリズムを適用して、正常なフローボリュームループと、可能性がある病理状態または変えられた生理機能の状態を示すフローボリュームループとを識別する。好ましくは、処理デバイスは、フローボリュームループを追跡し更新して、治療、活動の変化、運動療法の変化、および治療マニピュレーションのうちの少なくとも１つに対する反応を識別する。好ましくは、ディスプレイデバイスは、治療、活動の変化、運動療法の変化、および治療マニピュレーションのうちの少なくとも１つの有効性の少なくとも１つのインディケーションを表示する。好ましい実施形態では、データ獲得デバイス、処理デバイス、およびディプレイデバイスは、通信ネットワークによって距離的に離れて結合される。好ましくは、生理学的データセットは、呼吸データセットまたは心臓データセットである。
【００３４】
好ましくは、平滑化および曲線フィッティングアルゴリズムは、移動平均アルゴリズム、デジタルフィルタアルゴリズム、および反復型誤差低減学習アルゴリズムを介したフィッティングのうちの１つである。好ましい実施形態では、複数のフローボリュームループがディスプレイデバイス上でオーバーレイされる。好ましくは、オーバーレイされたループは代表的なループに統合される。好ましくは、複数のフローボリュームループは、隣接してグラフ化されて、フローボリュームループ間の差を表示する。好ましい実施形態では、隣接してグラフ化されたフローボリュームループは、スパイラル構成で表示される。
【００３５】
好ましい実施形態では、フローボリュームループは別個の成分にセグメント化され、各成分は個々に解析される。好ましい実施形態では、自動化された、教師なしアルゴリズムは、マッチングアルゴリズムを介して、関心のあるフローボリュームループを識別する。システムは、好ましくは、データベースをさらに備え、フローボリュームループに関係する診断情報は、臨床的に関連する呼吸系関連診断に従って連続的に更新され分類される。システムは、好ましくは、データベースをさらに備え、フローボリュームループに関係する診断情報は、臨床的に関連する心臓系関連診断に従って連続的に更新され分類される。
【００３６】
好ましくは、処理デバイスは、フローボリュームテンプレートを作成して、テンプレートとマッチするかまたはテンプレートから外れる連続的に生成されたフローボリュームループのアルゴリズムによる識別を容易にする。好ましくは、フローボリュームループは、挿管されていない患者から収集される。好ましい実施形態では、データ獲得デバイスは電気インピーダンスモニタである。好ましくは、フローボリュームループは、患者パラメータのために補正された進行中のボリューム測定値とペアにされる。好ましくは、フローボリュームループは、進行中の呼吸速度評価とペアにされる。好ましい実施形態では、フローボリュームループは、進行中の心拍数評価とペアにされる。
【００３７】
好ましい実施形態では、フローボリュームループは、進行中のボリュームおよび進行中の呼吸速度評価の両方とペアにされる。好ましくは、フローボリュームループは、進行中の拍出量と進行中の心拍数評価の両方とペアにされる。好ましくは、処理デバイスは、呼吸速度および／またはボリュームの測定値に基づいて、解析、解釈、および表示するためにフローボリュームループを分類する。好ましくは、処理デバイスは、呼吸速度および／またはボリュームの測定値に基づいて、診断、生理機能の変化に対する反応、治療介入に対する反応についてフローボリュームループを解釈する。システムは、好ましくは、１つ以上のフローボリュームループが所定のパラメータの外にある場合、または１つ以上のフローボリュームループが前のフローボリュームループから所定の偏差だけ逸脱する場合トリガされる、アラーム、アラート、または記録内の注釈のうちの少なくとも１つをさらに備える。
【００３８】
本発明の他の実施形態および利点は、以下の説明において部分的に記載され、部分的にこの説明から明らかであり、または本発明の実践によって知られる場合がある。
【００３９】
本発明は、ほんの一例として、添付図面を参照して、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】現発明のコンピューティングデバイス１００の好ましい実施形態の概略図である。
【図２】健常人および病人についての代表的なフローボリュームループの図である。
【図３Ａ】最大換気量（ＭＶＶ）についてのフローボリュームループの図である。
【図３Ｂ】激しい運動についてのフローボリュームループの図である。
【図３Ｃ】閉塞性疾患についてのフローボリュームループの図である。
【図４】正常（左の列）、速い（中央の列）、および遅い（右の列）呼吸トライアルについての代表的なボリューム（上の行）、フロー（中央の行）、およびフローボリュームループ（下の行）の図である。フローボリュームループは、呼吸トライアル中のすべての呼吸ならびに平均吸気（緑）曲線および平均呼気（赤）曲線を表示する。両方の軸は、フローボリュームループの一般的な提示に従って置き換えられることに留意されたい。
【図５】ＲＶＭ（左）および呼吸流量計（右）からの新生児の患者からの代表的なＦＶＬの図である。本明細書に描写されたＦＶＬの視覚化は、ＲＶＭ、呼吸流量計、スパイロメータ、人工呼吸器、ＣＰＡＰ、または呼吸のフローおよびボリュームを測定することが可能な任意の他のデバイスからのデータに適用され得る。
【図６】（Ａ）「トンネル」を作成する、時間に対してプロットされた一回換気量ＦＶＬのシーケンスの図である。このトンネルの形状は、呼吸状態、呼吸パフォーマンス、投薬または他の療法からの呼吸の変化、特定の呼吸刺激に対する反応、日常生活または具体的に指定された活動の間の経時的な呼吸の監視、病気の診断、および治療法の監視の評価において支援するために使用され得る。（Ｂ）各ＦＶＬが呼吸のボリューム（上）およびフロー（中央）の記録からなる図である。ＦＶＬ、ボリューム、フロー、またはそれらの間の時間関係に基づいて様々なパラメータが計算されうる。これらのパラメータは、次いで、グラフ（下）に表示されるか、またはアラームシステムをトリガするために使用されるか、または呼吸器疾患の診断に使用され得る。
【図７】（Ａ）スクリーン上に表示された現在のＦＶＬ（および関連するパラメータ）を有するフロートンネル内に配置されたＦＶＬの表示の図である。（Ｂ）ＦＶＬが範囲外にあったときに強調表示する黄色のセグメントを有する、概略式に表されたフローボリュームトンネルの図である。（Ｃ）呼吸ごとに実際のＦＶＬをトリアージ／ソートすることを助けるためにテンプレートを作成され得る図である。
【図８】（Ａ）ＦＶＬの詳細な例およびそれらがＦＶＬ「トンネル」を形成するためにどのように配置され得るかの図である。（Ｂ）呼吸速度の変化が連続するＦＶＬ間の密度の変化（時間間隔における減少または増大）として描写される図である。（Ｃ）ボリュームの変化がＦＶＬの形状およびサイズの変化として描写される図である。（Ｄ）様々な呼吸状態に対応するＦＶＬトンネルを描写する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本明細書において具現化され広く説明されたように、本明細書の開示は本発明の詳細な実施形態を提供する。しかしながら、開示された実施形態は、様々な代替の形態で具現化され得る本発明の単なる例示である。したがって、具体的な構造および機能の詳細は限定的であるべきとの意図はなく、むしろ、それらが特許請求の範囲のための基礎および本発明を様々に利用するように当業者に教示するための代表的な基礎を提供することを意図している。
【００４２】
図１は、現発明のコンピューティングデバイス１００の好ましい実施形態の概略図を描写する。好ましい実施形態では、コンピューティングデバイス１００は、ストリーミングメディアデバイスである。デバイス１００は、交流（ＡＣ）から直流（ＤＣ）に変換することができる電力コンバータ１０１を含む。好ましくは、電力コンバータ１０１は、６０ヘルツで１２０ボルトを受け入れ、別の標準国際電圧に適合されてよい。アウトレットコネクタは分極されてよく、接地ブレードを含んでよく、国内または国際のアウトレットに適合されてよい。さらに、本明細書に説明されたように、ブレードは熱放散を提供することができる。
【００４３】
電力コンバータ１０１は、ストリーミングメディアデバイス１００の残りの構成要素に電力を供給するために使用される。ストリーミングメディアデバイス１００は、集積回路（すなわち、システムオンチップ（ＳｏＣ））１０２をさらに含む。ＳｏＣは、コンピュータの複数の構成要素または他の電子システムを単一のチップに集積する。それは、デジタル信号、アナログ信号、ミクストシグナル、および無線周波数機能をすべて単一のチップ基板上に収容してよい。ＳｏＣ１０２は、好ましくは、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、ならびに、システムメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１５０、およびフラッシュメモリ１３０を含む様々なシステム構成要素をＳｏＣ１０２に結合するシステムバスを組み込む。システムバスは、様々なバスアーキテクチャのうちの１つを使用する、メモリバスもしくはメモリコントローラ、周辺バス、またはローカルバスを含む、いくつかのタイプのバス構造のうちの１つであってよい。フラッシュメモリ１３０などに記憶された基本入出力（ＢＩＯＳ）は、スタートアップ中などに、コンピューティングデバイス１００内の要素間で情報を転送するのを助ける基本ルーチンを提供することができる。ドライブおよび関連するコンピュータ可読媒体は、コンピューティングデバイス１００のためのコンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、および他のデータの不揮発性ストレージを提供する。基本構成要素は当業者に知られており、適切な変形形態が考察される。
【００４４】
本明細書に説明された例示的な環境はフラッシュメモリを利用するが、磁気カセット、ハードドライブ、デジタル多用途ディスク、カートリッジ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）１４０、ビットストリームを収容するケーブルまたはワイヤレス信号などの、コンピュータによってアクセス可能なデータを記憶することができる他のタイプのコンピュータ可読媒体も、例示的な動作環境内で使用されてよいことが当業者によって諒解される。
【００４５】
コンピューティングデバイス１００は、ネットワーキングデバイス２００をさらに含む。ネットワーキングデバイス１８０および２００は、たとえば、インターネット、１つ以上のローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）、１つ以上のメトロポリタンエリアネットワーク（「ＭＡＮ」）、１つ以上のワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、１つ以上のイントラネットなどに接続することができる。ネットワーキングデバイス２００は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈデバイスおよびワイヤレスイーサネットデバイスを含む、利用可能な複数の接続モジュールを有する、ＳｏＣ設計のネットワーキングデバイスであり得る。好ましくは、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈモジュールは、ワイヤレスＢｌｕｅｔｏｏｔｈデバイス（たとえば、キーボードまたはマウス）に接続することが可能であってよい。好ましくは、ネットワーキングデバイス２００はワイヤレスネットワーキングデバイス（たとえば、Ｗｉ−Ｆｉ）を収容するが、有線ネットワークは通信インターフェース１８０（たとえば、イーサネットおよびＲＪ−４５）に結合することができる。さらに、ネットワーキングデバイス２００は、通信ネットワークを介して（有線リンク、ワイヤレスリンク、またはそれらの組合せによって）リンクされた、ローカルおよびリモートの処理デバイスによってタスクが行われる、分散コンピュータ環境に接続することもできる。分散コンピュータ環境では、プログラムモジュールは、ローカルとリモートの両方のメモリストレージデバイスに置かれることができる。
【００４６】
このシステムの他の例は、ＳｏＣ設計に加えて、出力デバイス１７０によってビデオディスプレイに接続されたコンピューティングデバイス１００を含み、ビデオディスプレイはコンピューティングデバイス１００の外部に位置付けられる。別の実施形態として、コンピューティングデバイス１００は、統合型ディスプレイ（たとえば、タブレットＰＣ）の中に設計されることができる。別の実施形態として、コンピューティングデバイス１００は、ビデオディスプレイなしに動作することができるが、通信インターフェース１８０またはネットワーキングデバイス２００を介して外部に置かれたコンピューティングデバイスに、患者により獲得されたデータを直接送信することができる。
【００４７】
コンピューティングデバイス１００とのユーザ対話を可能にするために、入力受信デバイス１９０がある。入力受信デバイス１９０は、スピーチ用マイクロフォン、ジェスチャまたはグラフィカル入力用のタッチセンサ式スクリーン、キーボード、マウス、モーション入力、ＲＪ−４５、ＵＳＢなどの、いくつかの入力メカニズムから入力を受信することができる。いくつかの例では、マルチモーダルシステムが、ユーザがコンピューティングデバイス１００と通信するために複数のタイプの入力を提供することを可能にする。任意の特定のハードウェア構成で動作する本発明に対する制約は存在せず、したがって、本明細書の基本的な特徴は、改善されたハードウェアまたはファームウェア構成が開発されると、それらと容易に置き換えられてよい。
【００４８】
コンピューティングデバイス１００は、少なくとも１つの出力ポート１７０をさらに含む。出力ポート１７０は、ＴＶ、スピーカ、プロジェクタ、または他のオーディオビジュアルデバイスにコンピューティングデバイス１００を接続する。好ましくは、出力ポート１７０は、ＨＤＭＩポート、光オーディオポート、シリアルポート、ＵＳＢポート、ネットワーキングポート、Ｓビデオポート、同軸ケーブルポート、コンポジットビデオ、コンポジットオーディオ、および／またはＶＧＡポートである。好ましい実施形態では、コンピューティングデバイス１００は、追加の補助構成要素（たとえば、電力管理デバイスまたはデジタルオーディオコンバータ）も含んでよい。
【００４９】
説明を明確にするために、例示的なシステム実施形態は、個々の機能ブロックを備えるものとして提示される。これらのブロックが表す機能は、限定はしないが、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアを含む、共有または専用のいずれかのハードウェアを使用して提供されてよい。たとえば、図１に提示された１つ以上のプロセッサ（プロセッサ１２０）の機能は、単一の共有プロセッサまたは複数のプロセッサによって提供されてよい。（「プロセッサ」という用語の使用は、ソフトウェアを実行することが可能なハードウェアを排他的に参照すると解釈されるべきでない。）例示的な実施形態は、マイクロプロセッサおよび／またはデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、以下で論じられる動作を行うソフトウェアを記憶するための読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ならびに結果を記憶するためのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を備えてよい。超大規模集積（ＶＬＳＩ）ハードウェア実施形態、ならびにＤＳＰ回路と組み合わせるカスタムＶＬＳＩ回路も提供されてよい。
【００５０】
本発明の範囲内の実施形態は、ストレージデバイス１６０を介してそこに記憶されたコンピュータ実行可能命令またはデータ構造を搬送または有するためのコンピュータ可読媒体を含む。そのようなコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータによってアクセスすることができる任意の利用可能な媒体であり得る。限定ではなく、例として、そのようなコンピュータ可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭもしくは他の光ディスクストレージ、磁気ディスクストレージもしくは他の磁気ストレージデバイス、または、所望のプログラムコード手段をコンピュータ実行可能命令もしくはデータ構造の形態で搬送もしくは記憶するために使用することができる任意の他の媒体を含むことができる。ネットワークまたは別の通信接続（有線、ワイヤレス、またはそれらの組合せのいずれでも）上で、情報がコンピュータに転送または提供されるとき、コンピュータは接続をコンピュータ可読媒体として適切にみなす。したがって、任意のそのような接続はコンピュータ可読媒体と適切に呼ばれる。上記の組合せもコンピュータ可読媒体の範囲内に含められるべきである。
【００５１】
コンピュータ実行可能命令は、たとえば、コンピュータ、専用コンピュータ、または専用処理デバイスに、ある特定の機能または機能のグループを行う命令およびデータを含む。コンピュータ実行可能命令は、スタンドアロンまたはネットワーク環境内のコンピュータによって実行されるプログラムモジュールも含む。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを行うか、または特定の抽象データタイプを実装する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、およびデータ構造などを含む。コンピュータ実行可能命令、関連するデータ構造、およびプログラムモジュールは、本明細書に開示された方法のステップを実行するためのプログラムコード手段の例を表す。そのような実行可能命令または関連するデータ構造の特定のシーケンスは、そのようなステップに、説明された機能を実装するための対応する行為（ａｃｔ）の例を表す。
【００５２】
最も重要なことだが、コンピュータ実行可能命令のこれらの態様はモジュール式であり、単一のコンピュータデバイス内で、入力デバイス１９０および出力デバイス１７０によって接続された複数のコンピュータデバイスにわたって、または通信インターフェース１８０および／もしくはネットワーキングデバイス２００によって接続されたコンピュータデバイスにわたって走らせることができる。コンピュータ実行可能命令は、データ送信およびデータ記憶を用いて、それらの間で、またはリモートに、および異なる時間に共有されたデータを有する複数のデバイス上で、並行して働くように適合され得る。これらは、ユーザが選択した目的地において、連続的に監視された周期性呼吸のフローボリュームループを計算し表示するローカルで統合されたデバイス、およびネットワークベースのコンピューティングデバイスのさらなる例であると考えられ得る。ハードウェアモジュールおよびソフトウェアモジュールは、１つのデバイス内で具現化されるか、または距離的に分離されるが、通信ネットワークによって接続されたデバイスにわたって配列され得る。
【００５３】
本発明の好ましい実施形態は、１つの軸に沿って瞬時呼吸量（Ｖ）がプロットされ、第２の軸に沿って呼吸気流の変化（すなわち、時間に応じた呼吸量の変化、ｄＶ／ｄｔ）がプロットされるグラフ形状で、非侵襲的呼吸量モニタによって取得された呼吸量トレースを収集し表示するためのデバイスおよび方法である。このタイプの表現から、より複雑な数学記述子が生成され得る。ＦＶＬは、（たとえば、フローの１次導関数により、またはフローの２次導関数によって決定された変曲点により、または他の関数によりピークを識別することによって）副成分に分離され、限定はしないが、双曲線関数および放物線関数、線形回帰、多項式フィット、ならびにウェーブレット解析を含む、曲線セグメントにフィットする様々な数学関数を使用して解析され得る。関数がいかに良くデータにフィットするかを記述する係数、および生成された方程式パラメータは、ＦＶＬを数学的に記述するさらなる方法になる。これらの数値は、特定の集団から導出された正準の（ｃａｎｏｎｉｃａｌ）典型的なＦＶＬと比較するためのインデックスとして動作するために、他の呼吸パラメータと組み合わせることができる。本発明は呼吸に関して記載されるが、システムおよび方法は、拍出量および心拍出量または心係数を使用して、血流を伴う心臓用のフローボリュームループに適合されてよい。さらに、システムは呼吸に対して圧力ボリュームループを使用することができる。
【００５４】
一実施形態では、呼吸量モニタは、好ましくは、インピーダンスベースの呼吸量モニタ（ＲＶＭ）である。一実施形態では、呼吸量（Ｖ）は、好ましくは、従来のデカルト座標系のｘ軸に沿ってプロットされ、フロー（ｄＶ／ｄｔ）はｙ軸に沿ってプロットされる。別の実施形態では、２つの変数は、好ましくは、極座標系のｒ軸およびセータ軸に沿ってプロットされる。これらのプロットは、データがＲＶＭデバイスによって取り込まれると表示することができ、円形の「レーダースイープ」様のアニメーションでユーザに各フローボリュームループの構造を示す。実施形態は、終了したフローボリュームループのプロットのみを表示するように構成することもできる。
【００５５】
一実施形態では、瞬間的なフロー（ｙ軸）／時間（ｘ軸）のトレーシングは、好ましくは、そうでなければ較正されたスパイロメータとともにしか利用可能でない、吸気および／または呼気の気流異常を示すことができる波形形態の変化を示すために表示される。別の実施形態では、フロー時間波形の形状は、本発明に関連付けられたフロー異常および付随する変化のインディケータとして、吸気相および／または呼気相の勾配の測定値によって特徴付けられる。各実施形態では、グラフまたは数値のこれらの患者固有の測定値は、大きいが代表的な集団から、または同じ患者からであるが医療エンドユーザによって識別されたベースライン標準から導出された測定値と比較されてよい。
【００５６】
一実施形態では、フローボリュームループは、好ましくは、フローとボリュームの両方に対して、患者の予測値の割合として（％ＰｒｅｄまたはＰｒｅｄの％として）正規化され提示される。一実施形態では、これらの予測値は、好ましくは、代表的な被験者の大規模集団から導出される。別の実施形態では、これらの予測値は、「ベースライン」の呼吸状態の間に個々の患者から導出することができる：たとえば、ぜんそく患者では、「ベースライン」のボリュームおよびフローは、ぜんそく発作がない正常な呼吸の期間中に計算されてよく、その結果、ぜんそく発作の間に取得された値は、次いで、これらの「ベースライン」値によって正規化することができる。これらの値は、吸入薬、経口薬、点滴薬の投与、または他の療法の送達に続いて計算することができる。他の病状は、拘束性疾患、貯留した分泌物、肺拡張不全、肺炎、心不全、鬱血性心不全、および閉塞性疾患または拘束性疾患の他の形態を含み得る。投与され得る他の治療および評価された治療効果は、気道リクルート手技、吸引、打診、振動、ベストベースの振動、間欠的陽圧呼吸（ＩＰＰＢ）、人工呼吸器上の患者に対する様々な空気送達戦略またはパターンを含み得る。別の実施形態では、これらの予測値は、年齢、身長、体重、および性別などの擬人化変数（ａｎｔｈｒｏｐｏｍｏｒｐｈｉｃ  ｖａｒｉａｂｌｅ）、または心拍数もしくは血圧などの生理学的変数、横隔膜偏位、血中二酸化炭素レベル、呼気終末二酸化炭素、経皮二酸化炭素、血中酸素レベル、または酸素飽和度の測定値に正規化されてよい。別の実施形態では、複数の患者からの多くのデータストリームは、新しいが依然代表的な被験者からのさらなるデータを識別し組み込むことにより、新しい平均呼吸状態を連続的にサンプルし導出するために、通信モジュールによってプログラマブル要素に送られ得る。この実施形態では、サーバは、処理および記憶サービス（すなわち、「クラウドベースコンピューティング」）のサードパーティプロバイダの直接物理制御下にあるか、またはそれと契約を結んでいる。
【００５７】
好ましい実施形態では、これらのフローボリュームループの画像は、呼吸状態のより進歩した評価を提供するために、具体的な呼吸速度および／または呼吸量の測定値とペアにされる。ＦＶＬの形状の意味は、一回換気量、機能残気量、総肺気量、努力肺活量、努力呼気量、努力呼気流量２５−７５％、最大呼気流量、最大換気量、ゆっくり呼気して測定する肺活量、残留量、予備呼気量などの様々な呼吸量、ならびに、ＶＯ２、ＶＣＯ２、ＰｅｔＣＯ２、ＲＥＲ、ＳａＯ２のような肺機能検査および運動生理学で使用される他のメトリック、またはこれらのメトリックの任意の組合せ、比率、もしくは積で、異なる。ボリュームメトリックの各々は、身長、体重、性別、年齢、人種などを含むパラメータに基づいて所与の患者についての予測ボリュームのコンテキストに入れられるか、あるいは安静時または特定の呼吸措置、治療、活動もしくは運動プログラムの変化、または治療マニピュレーションの後に収集されたベースライン測定値と比較され得る。ＦＶＬの形状を他の呼吸メトリックとペアにすることは、好ましくは、低いボリュームでは明らかでない場合がある、所与の個人についてのより大きいボリュームでの予想変化とともに、曲線の形状をコンテキストに入れる。呼吸メトリックとのＦＶＬのこのペアリングは、好ましくは、呼吸状態、呼吸パフォーマンス、投薬または他の療法からの呼吸の変化、特定の呼吸刺激に対する反応、日常生活または具体的に指定された活動の間の経時的な呼吸の監視、病気の診断、ならびに治療法および治療マニピュレーションの監視に使用される。さらに、ＦＶＬの解析に呼吸速度を含めることは、好ましくは、呼吸評価、診断、および治療法の監視についてのさらなる情報を提供する。ＦＶＬは、（絶対値に基づいて、または患者固有のパラメータ向けに補正されて）以下の：ボリュームメトリック、呼吸速度、治療法に対する反応のいずれかとペアにすることができる。
【００５８】
一実施形態では、別個のフローボリュームループは、好ましくは、（吸気の始まりから呼気の終わりまでの）呼吸ごとに生成される。新しいフローボリュームループは、好ましくは、古いフローボリュームループがスクリーンから消去された後にプロットされる。別の実施形態では、個々の呼吸のフローボリュームループは、好ましくは、開始点（たとえば、呼吸にわたって整列されたｘ−ｙ座標）を有する以前の呼吸からのループの上にプロットされる。一実施形態では、以前の呼吸のループは、好ましくは、いずれかの時点で、製造業者のデフォルトまたはエンドユーザによって定義されたように最大数（たとえば、５、１０、または５０）が見えるように、時間に応じて弱まる。別の実施形態では、個々の呼吸のフローボリュームループは、好ましくは、それらの時間シーケンスに対応する軸の１つ（たとえば、ｘ軸）に沿ってオフセットされる：たとえば、各呼吸のループは、「フローボリュームトンネル」を作成して、以前の呼吸のループの右に１ｍｍプロットされてよい（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。ユーザは、トンネルを通ってスワイプすることによって、トンネルを通ってスクロールすること、ドラッグすること、またはスクリーン上の方向アイコンをプレスすることにより、関心のあるフローボリュームループを選択することができる。新しいフローボリュームループが明確になると、それらは、従来の２次元デカルト座標系でユーザに提示するように回転し、次いで、ユーザがそれらから離れるとき、逆回転し、トンネルスタック内に平らになることができる（図７Ａ参照）。これらのフローボリュームトンネルおよび個々のフローボリュームループの下で、これらのデータから計算された様々な数値が、好ましくは、提示される。これらの数値およびインデックスは、それらのすべてが同時にユーザに提示される必要がないが、自動クラシファイア（ｃｌａｓｓｉｆｉｅｒ）方式に使用されてよく、またはフローボリュームループが分類されたグルーピングを示すことができる。たとえば、呼吸状態は、測定された値のアレイまたはセットによって表すことができ；他のケースでは、カスタムソフトウェアは、分類子プログラムによって決定されたカテゴリを表すインデックスを生成することができる。これらはまた、記憶され、ユーザの解釈とマシンにより計算されたソーティングアルゴリズムとの間の比較を容易にするために、ビューイングの準備をすることができる。
【００５９】
一実施形態では、デカルト座標系にプロットされたフローボリュームループは、（活動で誘発された呼吸の変化、病気の進行、病理学的状態、医薬品反応などの）関心のある所与の呼吸状態についてフローボリュームループの正準表現に対して個々の呼吸を比較するために、２次元画像として扱うことができる（図７Ｃ参照）。比較は、それらを互いの上に描画し、呼吸の平均表現を作成することにより、複数のトレースに容易に拡張することができる。この画像比較は、好ましくは、フローボリュームループの任意の２つの画像間にどれだけ重複が存在するかを採点する相関マップを作成することによって行われ；複数の比較は、可能なすべてのペアにしたグルーピング内の相関係数を計算することによってなされ得る。フローボリュームループは、好ましくは、最大ボリューム変位および最大絶対フローマグニチュードに最初に正規化され、最大フローは呼気または吸気のいずれかの間に観測することができる。これらの正規化されたトレースは、好ましくは、同じ画像次元を有するので、好ましくは、画像として比較され得る形状である。ノイズ低減および感度は、様々なサイズで構築されたカーネルとの畳み込みによる画像平滑化によってさらに制御され得る。好ましくは、画像としてこれらのトレース間に存在する重複が多いほど、相関係数は高く、したがって、２つの形状がより類似する。この実施形態では、好ましくは、任意の２つのフローボリュームループが関心のある個々の呼吸であるか、特定の呼吸状態から導出された表現であるか、または何らかの形態の平均ＦＶＬ表現であるかどうかにかかわらず、それらが比較され得る。
【００６０】
一実施形態では、ＲＶＭからストリームされたデータから生成された各フローボリュームループは、好ましいコンピューティングデバイス１００上で、メモリデバイス１３０、１４０、および１６０内に記憶された呼吸のセット（「テーブル」または「ライブラリ」）と明示的に比較することができる。デバイス上に記憶された呼吸のセットは、様々な呼吸状態用の代表的なグループからの、ＦＶＬの平均化表現およびそれらの関連する数値パラメータ、または複数の個々のＦＶＬおよびそれらのパラメータであってよい。記録されたＦＶＬおよびパラメータを記憶されたＦＶＬおよびパラメータと比較することにより、記録された呼吸ごとに様々な呼吸状態への類似性インデックスが生成され得る。
【００６１】
一実施形態では、患者のＦＶＬおよびパラメータは、ユーザによって決定された「ベースライン」記録の間に同じ患者から生成されたＦＶＬおよびパラメータと比較され得る。この実施形態は、呼吸状態に対する明示的な監視が、活動または運動、治療の進行、病気の進行、病理学的状態、医薬品反応などに起因して変化する状態を変更することを可能にする。これらの状態変化は、数値パラメータまたはＦＶＬのグラフィカル解析によって追跡することができる。
【００６２】
一実施形態では、単一のＦＶＬは、前に収集されたデータセット（「ライブラリ」）内のすべてのＦＶＬと比較され得る。好ましいデバイス（たとえば、コンピューティングデバイス１００の何らかの変形形態）は、サーバにデータを送信して、測定された呼吸データおよび患者データを記憶された呼吸の「ライブラリ」と比較され得る。コンピュータ実行可能命令は、サーバ上で走り、本明細書に説明された呼吸データに対して同じ動作を行うように修正され得る。この実施形態は、好ましくは、複数の場所にある現発明の多くのインスタンスによって測定されたデータの拡張セットを説明し、正常と異常の両方の呼吸状態に整理された呼吸を収容する「ライブラリ」にこれらを組み込む。この実施形態は、好ましくは、限定はしないが、レビュー用にユーザが選択した場所にある、インデックス、ＦＶＬ、トレーシング、およびパラメータを含む結果をユーザが表示することを可能にする。この実施形態は、好ましくは、新しく検証されたデータがサーバに追加されるにつれてライブラリが拡張し続けるので、比較の回数が増大する可能性があることを示す。この実施形態は、好ましくは、サーバに送信されている、ユーザへの表示用のデータの多くの異なるストリームの比較も可能にし、データストリームは、限定はしないが、住宅地、フィットネスセンタ、クリニック、モバイルクリニック、病院、学校などを含む、医療または非医療の施設から調達される。
【００６３】
一実施形態では、ＦＶＬのライブラリは、連続的に解析され、電子医療記録に記憶された症状の提示および患者の人口動態と相関させられてよい。この作業を容易にするために、ＲＶＭデータは、好ましくは、同意する関係者（ｃｏｎｓｅｎｔｉｎｇ  ｐａｒｔｙ）によって提供された非ＲＶＭデータとともにサーバに送信される。コンピュータ命令は、好ましくは、ＦＶＬを記述し、現在の診断が見つからない異常呼吸状態の可能性の確率マップ、すなわち予測手段を作成するために、患者または他のユーザが導出した情報とＦＶＬを相関させるインデックスを生成するように修正される。この予測手段は、治療法の肯定的な診断または効果を再確認することもできる。
【００６４】
一実施形態では、ユーザは、彼ら自身の限界を設定し、ＲＶＭを使用して、限界が超えられた（または達せられることができなかった）ときにアラートをトリガする能力を有してよい。一実施形態では、数値パラメータはしきい値として使用することができ、ユーザは自分自身のパラメータ限界を入れ、ＦＶＬおよびトレーシングがアラートをトリガするために限界以下に留まる必要があるか限界を超える必要があるかを判定することができる。一実施形態では、ユーザは、タッチスクリーンインターフェースを用いて、図７Ｃのように理想的なＦＶＬを描写するテンプレートＦＶＬを操作することができる。ユーザは、ＦＶＬを指定する線を太くすることによって自分が受け入れる値の範囲を設定するために、ＦＶＬのまわりのエリアを指定することができ、個々の呼吸からのＦＶＬが、描写されたＦＶＬテンプレートの範囲から外れるときはいつでもＲＶＭがアラートする。これらの限界は、ユーザがアラートを要求する呼吸状態を定義することができる。
【００６５】
運動パフォーマンスのコンテキストでは、ＦＶＬおよび呼吸メトリックからの合併整理されたデータは、プログラムまたはルーチンを修正するために情報を提供。これらのデータは、単一の数として提示用に簡略化され得る。
【００６６】
一実施形態では、デバイスは、関連する呼吸メトリックの有無にかかわらずＦＶＬもしくは定義された一連のＦＶＬが、前に選択されたパラメータの外にある場合、または関連する呼吸メトリックの有無にかかわらずＦＶＬもしくは一連のＦＶＬが、前に定義された量だけ前のＦＶＬから逸脱する場合、リモートで個人または介護士または他の人にアラームまたはアラートまたは提供された記録内の注釈を与えることができる。アラームまたはアラートは、対処されるまで残る場合があるか、または許容可能なパラメータに戻ると停止する場合がある。
【００６７】
一実施形態では、関心のあるＦＶＬは、識別され、レビュー用にメモリに記憶されてよく、たとえば、ユーザは、何らかの方法でマークされるように、０．８リットルより大きいか、または０．３リットルより小さいなどの一回換気量を有するすべての呼吸を指定することができる。視覚化のいくつかの例は、限定はしないが、個々のＦＶＬがオーバーレイされること、平均ＦＶＬが表示されること、または呼吸が発生したときを示すようにフローボリュームトンネルが着色されることを含む（図７Ｃ参照）。このようにして、ユーザは、それらが発生したとき、発生頻度を評価し、治療のコンテキストにそれらの発生を置くことができる。
【００６８】
一実施形態では、ＦＶＬは、閉塞性睡眠時無呼吸および中枢性無呼吸または筋萎縮性側索硬化症などの神経筋疾患または長期間の換気からの全身衰弱の評価において使用することができる。たとえば、無呼吸症患者の場合、一実施形態は、呼吸速度または無呼吸の中断を呼吸回復のＦＶＬ特性と組み合わせる情報を提供するはずである。弱体化した筋肉組織の特性を有する患者の場合、一実施形態は、弱い筋肉組織に関連付けられたフロー内の減少に関するデータを提供し、改善または劣化を定義することを助けるはずである。これは、閉塞症を克服するための呼吸筋の妥当性、または衰弱した筋肉が十分な呼吸を提供することができる速度を定義するフローパラメータなどの、病気の重要な特徴を定義することを支援することができる。
【００６９】
一実施形態では、フローボリュームループは、評価、診断、治療法に対する反応、ならびに／または病状、呼吸状態、および／もしくは他の臨床状態の予測において使用され得る。一実施形態では、フローボリュームループの形状は、状態（たとえば、ぜんそく、ＣＯＰＤ、ＣＨＦ、嚢胞性線維症、炎症性疾患状態など）の診断または評価において支援するために使用することができる（図２参照）。別の実施形態では、フローボリュームループの吸気部分または呼気部分内の面積または形状または勾配は、治療法の診断もしくは監視を支援するために使用されるか、または上で説明された他のメトリックと組み合わされ得る。別の実施形態では、吸気または呼気の特徴（面積、勾配、時間など）の間の合計、差、積、比（またはそれらの組合せ）は、診断または監視のしきい値を支援するために使用することができる。前の実施形態と同様に、より大規模で代表的な集団から導出されたグラフィカル表現および数値表現は、比較を形成するために選択および表示され得る。
【００７０】
各実施形態では、フローボリュームループおよびトンネルのグラフィカル表現および数値表現は、そのインディケーションを有する大規模で代表的な集団から導出された値およびトレースと比較することができる。具体的な表現は、診断および評価を容易にするために疾患ごとに適応することができる。本明細書の説明は、ＲＶＭを使用して正常および異常な呼吸状態を診断および評価するための好ましい実施形態を説明するが、当業者によるさらなる利用を制限しない。ＦＶＬおよび呼吸メトリックの解析および表示の統合のこれらの技法の使用は、スパイロメータ、人工呼吸器、および呼気気流計などの周期性ＦＶＬを提供する技術とともに使用され得る。周期性ＦＶＬは人工呼吸器に表示されるが、トンネル表現、しきい値限界、傾向および本発明の他の特徴は、驚くべきことに現在利用可能ではない。
【００７１】
一実施形態では、フローボリュームループおよび関連するパラメータは、好ましくは、機械的換気補助なしに自発的に呼吸する患者の能力を明瞭に特徴付ける拘束および閉塞の変化を特徴付けるために、機械的換気の間、抜管の間、および抜管に続いて取り込まれる。
【００７２】
一実施形態では、フローボリュームループおよび関連するパラメータを（完全な重複か「トンネル」形かにかかわらず）順次に監視することは、呼吸パフォーマンスの変化をリアルタイムに監視するために使用され得る。これらの変化は、活動レベル、理学療法、リハビリテーションプログラム、術前準備プログラム、または病気の進行によって誘発されてよい。
【００７３】
一実施形態では、フローボリュームループの形状および関連するパラメータは、オピオイド感受性、オピオイド誘発呼吸抑制、および／またはオピオイド誘発呼吸困難の評価において使用され得る。別の実施形態では、フローボリュームループの形状および関連するパラメータの変化は、鎮静状態（もしくはオピオイド使用）のレベル、オピオイド代謝の速度、および／またはオピオイド拮抗治療（たとえば、ナロキソン）に対する必要性を定量化するために使用され得る。
【００７４】
別の実施形態では、フローボリュームループの形状および関連するパラメータは、ベンゾジアゼピンの効果の評価において使用され得る。別の実施形態では、フローボリュームループの形状の変化は、薬剤、特に、中枢神経系および末梢神経系に対する知られるかまたは疑わしい効果を有する医薬品に対する患者の感度を定量化するために使用され得る。
【００７５】
別の実施形態では、フローボリュームループの形状および関連するパラメータは、ベータ作用薬、ステロイド、テオフィリン、アミノフィリン、アセチルシステイン、塩酸ドキサプラムなどの、呼吸器疾患に使用される医薬品の効果の評価において使用され得る。
【００７６】
一実施形態では、呼吸パフォーマンスの変化は、（たとえば、ぜんそく、ＣＯＰＤ、ＣＨＦ，嚢胞性線維症などにおける）病気の進行を評価するために使用され得る。別の実施形態では、呼吸パフォーマンスの変化は、療法（ＣＰＡＰ、ＢｉＰＡＰ、ハイフローＯ２、気管支拡張剤など）の有効性を評価するために使用され得る。別の実施形態では、呼吸パフォーマンスの変化は、冷気、メタコリン、または作業場に存在する他の産業刺激物などの、気管支収縮作用因子に対するリアクションを評価するために使用され得る。
【００７７】
一実施形態では、睡眠ポリグラフィ検査中にフローボリュームループを監視し、睡眠段階（段階１−４、レム）または睡眠状態（覚醒、ノンレム睡眠、レム）とそれらを関連付けることは、上気道抵抗（ＵＡＲＳ、上気道抵抗症候群）の変化に関連付けられた気流の変化を検出するために使用することができる。一実施形態では、無呼吸または低呼吸の事象に先行するフローボリュームループの形状および関連するパラメータの変化は、好ましくは、呼吸停止の重症度の前兆である。一実施形態では、口蓋垂口蓋咽頭形成術（ＵＰＰＰ）に続くループ変化は、好ましくは、気道開存性後手順における増加を特徴付け、記録する。
【００７８】
一実施形態では、周期性呼吸フローボリュームループは、好ましくは、５０％の呼気量および吸気量における最大呼気フローおよび最大吸気フローを測定し傾向付けることによって特徴付けられる。１．０の最適比率は、好ましくは、正常な閉塞されていない呼吸を示す。比率が１．０を下回ると、それは、呼気フローリミテーションの微少な変化を示すことができる。
【００７９】
一実施形態では、心肺運動負荷試験中の周期性ボリュームループおよび関連するパラメータは、最大限であれ最大下であれ、肺の換気リミテーションを決定するために使用することができる。運動疲労と併せてフローボリュームループの変化は、好ましくは、呼吸リミテーションを決定し、場合によっては、運動不耐性に寄与する筋肉または心臓のリミテーションを排除することを支援する。自発的な運動のフローボリュームループの呼気周縁における凹面の検出は、ＣＯＰＤおよび他の呼吸器疾患を有する患者の動的過膨張および運動リミテーションの評価を助けることができる。一実施形態では、ＲＶＭによるＦＶＬの収集は、好ましくは、マウスピースまたはマスクが必要とされないので、運動中のデータの不便かつ潜在的に不正確な収集に対する要件を未然に防ぐ。データは、より自然な環境であり、実際のトレーニング要件をより反映している屋外のランニングまたは自転車などの運動の一般的な状況において、運動生理学実験室の外部で収集され得る。
【００８０】
一実施形態では、肺のリハビリのための制御された運動状況において収集されたリアルタイムのフローボリュームループおよび関連するパラメータは、運動処方を十分規定するために情報を提供することができるので、患者は、努力し過ぎず、不当な疲労、呼吸困難、および不飽和化を誘発せずに、肯定的な利益を得る運動プログラムを行うことができる。心臓または他のリハビリの場合、日常習慣においてマスクまたはスパイロメータによるデータの収集は困難であり、実践されない。ＲＶＭの使用およびＦＶＬ解析は、好ましくは、換気および代謝の努力に安全なしきい値を提供しながら、運動耐性における進捗の日常の観察を可能にする。一実施形態は、好ましくは、ＦＶＬトンネルを有するデータの提示、ならびに心肺実験室内でのスパイロメトリーまたは呼気気流計測によって収集されたデータを有するデータの統合および提示を提供する。
【００８１】
一実施形態では、周期性フローボリュームループおよび関連するパラメータは、好ましくは、安静時に収集される。好ましい実施形態では、フローボリュームループは、好ましくは、呼吸機能のばらつきを評価するホルターモニタと同様に、日中全体を通して正常な活動中に記録される。これは、ジャーナルエントリ（ｊｏｕｒｎａｌ  ｅｎｔｒｙ）との呼吸パラメータの相関を含んでよい。これらのデータは、ＣＯＰＤまたはＣＨＦなどの進行中の疾患を評価すること、心肺疾患のための療法に対する反応を評価すること、治療規制に対する順守を評価すること、または一般的な手術に対する適合性もしくは肺切除に対する適合性を判断することに使用され得る。ＦＶＬおよび肺疾患データは、心肺系の総合評価のための標準的な心臓ホルター監視と組み合わされ得る。別の実施形態では、最小限十分な呼吸機能は、好ましくは、患者の日常の状況における換気状態および１日の必要量に基づいて、肺切除のために決定される。
【００８２】
好ましい実施形態では、肺機能検査中に実施される（ＡＴＳによって決定された）標準的な、進歩した、および他の検査の間に行われることができない検査と同様の検査は、好ましくは、口の中にスパイロメータを保持し、同時に深く呼吸し鋭く息を吐くことが必要な標準的なスパイロメトリー検査と効果的に協力することができない個人に対して行われる。これは、多くの老人、小児、または乳児の患者において、しばしば困難または不可能である。システムは、好ましくは、口の中のスパイロメータマウスピースまたは顔の上のマスクの存在によって変えられない情報も提供する。
【００８３】
フローボリューム測定値の長期の連続的な使用は、マスクまたはマウスピースに対する要件ゆえに、および密封された患者の呼吸「回路」、すなわち、患者の肺から、マウスピースまたはマスクを伴う彼／彼女の口または鼻へ、および、スパイロメータへのいずれのポイントにも漏洩がないことという要件ゆえに、決して可能ではなかった。ユーザは、従うことができない患者に対するこれらの測定を阻む、漏洩に対して連続的に評価する、または気密シールを積極的に維持する必要がある。これらのスパイロメータの使用は、少しの呼吸または数分の短い監視期間に限定される。ＲＶＭ測定値により、フローボリュームループとともに視覚化することができる生理学的変化は、２４時間、数日、１週間、もしくは１カ月の間、または恒久的に生理学的または心的なストレスと関連付けられ得る。
【００８４】
本発明の他の特徴は、限定はしないが：日常生活の活動のホルター監視と同等の呼吸性、覚醒期間中に重要なアラームをトリガする特定の割合の変化、肉体的または感情的なストレスの期間中の監視、睡眠期間および覚醒期間の結合された特性ならびに２つの間の差を監視すること、予測された４０％未満のＦＶＬを赤、オレンジ、または暗黄色に着色すること、４０−８０のＦＶＬを鮮黄色に着色しアラームすること、３００を超えるＦＶＬを赤、オレンジ、または暗黄色に着色しアラームすること、着色パラメータを異なるように上下に調整すること、吸気を緑に呼気をピンクまたは紫または他の色に着色すること、正常予測値から５０％より多く異なる曲線を着色しアラームすること、患者の正常またはベースラインの曲線から５０％より多く異なる曲線を着色しアラームすること、１ＳＤ外れ値である曲線を遡及的に着色すること、ｘより多く異なる場合、所与の曲線とベースライン曲線との間のエリアを着色しアラームすること、ｘパーセント異なる場合、所与の曲線とベースライン曲線との間のエリアを着色しアラームすること、アルブテロールなどの療法前のｘ個の曲線と療法後のｘ個の曲線の平均の間のエリアを着色すること、ＭＶの割合変化を計算し報告すること、変化が予測された４０％を超えるＭＶをもたらすかどうかを判定し、もたらさない（または８０％の）場合アラームすること、概日リズム、オーバータイムなど、ばらつき、変化、複雑性解析などを含んでよい。
【００８５】
本明細書に説明された本発明の実施形態は、より長い時間期間の間、全員が何らかの方法で呼吸困難を経験しているさらに多くの患者のさらなる呼吸状態を分類する最終的な必要性を容易にする。
【００８６】
好ましくは、フローボリュームループの有意性は：（１）図２に示された状況の場合、診断および鑑別診断を提供する；（２）運動周期性フローボリュームループおよびその臨床的有意性の新しい概念を提供する。以下の情報が取得され得る：（１）呼気フローリミテーションの程度；（２）周期性呼吸の範囲を超えて利用可能な最大呼気／吸気フロー、（３）吸気フロー容量。図３Ａ−図３Ｂ参照。
【００８７】
ＴＢＦＶＬでは、吸気フローリミテーションは睡眠に関連する呼吸障害において一般的である。ＴＢＦＶＬでは、呼気フローリミテーションはぜんそくなどの反応性気道において一般的である。ＴＢＦＶＬでは、中央部分は、睡眠時無呼吸低呼吸症候群により敏感であり、ループの中央への変化はこの症候群の早期インディケーションの可能性がある。プレハビテーション（呼吸器疾患を有する患者）およびリハビリテーション（腹部および胸部の手術を受けたすべての患者、または肺の合併症のリスクがある老人の患者）では
【００８８】
人間の肺に入るかまたはそこから出ていくことができる空気の最大量は、肺活量（ＶＣ）と呼ばれる。ＶＣは、しばしば、閉塞性対拘束性の肺の病状を明らかにするために静的な肺気量として測定される。肺活量が強制的に吐き出されるとき、呼吸措置は強制肺活量（ＦＶＣ）と称される。
【００８９】
ＦＶＣボリューム／時間トレーシングが解析されると、措置は肺に出入りする気流リミテーションを明らかにする。措置がｘ軸＝ボリュームおよびｙ軸＝フローでトレースされると、肺機能措置は、それが様々な肺障害／疾患の特徴であるループの形態で提示するので、フローボリュームループと呼ばれる。
【００９０】
フロー変数は、好ましくは、ボリューム／時間トレーシングから導出される。フロー変数が時間に応じて表示された場合、それは、好ましくは、ボリューム／時間トレーシングによって容易に明らかにされないフローリミテーションのパターンを明らかにする。
【００９１】
ループは、自然換気（周期性呼吸）の間に作成され得る。これらのいわゆる一回換気量のフローボリュームループは、肺機能の変化を明らかにすることもできる。特に、順次にループを監視すること（重複）は、病気の進行、療法に対する反応性、冷気、メタコリン、または作業場に存在する他の産業刺激物などの、気管支収縮作用因子に対するリアクションに続発する、呼吸のリアルタイム変化を監視するのに役立つことができる。
【００９２】
ＦＶＣ措置の間、ループの形状を特徴付けるために使用され得る多くのパラメータがあり、これらのパラメータのほとんどは、患者の予測値の割合（％Ｐｒｅｄ）として提示される。予測値は、正常な被験者の大規模集団から導出される。データを％Ｐｒｅｄとして提示することにより、値は、年齢、身長、体重、および性別などの擬人化変数に正規化される。
【００９３】
一回換気量のフローボリュームループは、通常、周期性呼吸の間にフローパラメータの存在しない大規模データベースと比較することの代わりに、形状の変化によってより多く解析される。そのため、ＵＡＣ、ピーク−ゼロフロ−の吸気および呼気の勾配などの簡単なパラメータを定義する。
【００９４】
システムがボリューム、フローの１次導関数を計算することができる場合、それはフロー／時間として表示され得る。フロー／時間トレーシングは気道反応の微少な変化を判定するのに有用であるが、それがＴＶ  ＦＶループのｙ軸として表すことができる場合、それは、単一の測定値、分時換気量（ＭＶ）、換気量の基本単位に基づいてグラフィックを一意に表示する能力をシステムに与えることができる。
【００９５】
ＲＶＭ信号を使用すると、ループは、好ましくは、挿管されていない患者において使用される他の技術、呼吸性インダクタンスプレチスモグラフィ、またはＲＩＰとは異なって作成される。ＲＩＰ信号は、２つの区画、胸部および腹部の動きに基づき、各々はエラー解析に自由度を与える。本発明は、好ましくは、ボリューム／フロー較正スパイロメータ（流量計、加熱呼気気流計、ボリュームスパイロメータ）の１０％以内の正確さであると検証された単一のパラメータを使用する。
【００９６】
一実施形態では、自発呼吸患者の呼吸量／時間トレーシングの形態は、以下のオピオイド投与を変更することが留意されている。実質的に、形状は、ボリューム／時間トレースにおけるプラトーにより、個人が「息を吐くことを忘れる」ことを示唆する。そのため、これらの被験者用のＴＶ／ＦＶループのレンディション（ｒｅｎｄｉｔｉｏｎ）はユニークな形態を有し、呼吸状態に対するオピオイドの影響を定義し、オピオイド誘発の呼吸抑制を診断し、呼吸抑制を引き起こす他の状態からオピオイド誘発の呼吸抑制を区別し、オピオイド拮抗薬に対する反応または呼吸状態に刺激の効果を立証することができる。
【００９７】
このユニークな形態を有するＦＶループを病院環境の外部で取り込むことは、被験者が彼らの身体の中に薬があるかどうかを判定するために有用であってよく、デトックスプログラムのコンプライアンス、３０、６０、９０日の再入院などに関して臨床判断が行われることを可能にする。好ましくは、ＲＶＭは、協力を必要としないインピーダンス技術を使用して吸気および呼気のフローおよびボリュームを非侵襲的かつ連続的に監視する能力を有する換気モニタとして、ＦＶＬ／呼吸解析用の情報を提供し、長期間にわたって実装することができ、患者にとって便利である。フローボリュームループデータを収集する従来の方法は、意識のある患者に対するマウスピースおよび呼気気流計の使用ならびに患者の努力に依存してきた。呼吸誘導プレチスモグラフィ（ＲＩＰ）技術は、２つの胸ベルトを使用して胸郭の動きの変化を測定する。
【００９８】
例
肺機能検査は、ＣＯＰＤおよびぜんそくなどの長期進行中の肺障害の検出、診断、および監視を助けるために、フローボリュームループ（ＦＶＬ）を利用する。スパイロメトリーは、被験者が強制的に吐くことができる空気の量を測定する強制肺活量（ＦＶＣ）検査を介してＦＶＬを生成するためのゴールドスタンダードである。この検査は、特に小児患者または高齢患者の場合常に可能ではない、患者が覚醒していて、注意を怠らず、協力的であることを必要とする。加えて、周期性呼吸のＦＶＬは、ベースライン状態下の呼吸機能を解析し、呼吸誘導プレチスモグラフィ（ＲＩＰ）バンドを使用して呼吸のリアルタイム変化を監視するために使用されている。周期性呼吸のＦＶＬを監視することは、病気の進行、療法に対する反応性、気管支収縮作用因子に対するリアクション、および運動中の呼吸の変化を監視する１つの方法であるが、技術的な制限に起因して広く利用されてこなかった。非侵襲的呼吸量モニタ（ＲＶＭ）は、ＲＩＰバンドまたはスパイロメータの代わりに、様々な呼吸速度で呼吸する健常ボランティアにおいて連続的な周期性ＦＶＬを測定する際に使用されてよい。
【００９９】
ボリュームトレースを含む連続的な呼吸データは、ボランティア被験者からＲＶＭを使用して収集された。各被験者は、３つの異なる規定された呼吸速度で６回の呼吸トライアルを行った。トライアル１および６では、被験者は普通に呼吸するように指示された。中間の４回のトライアルでは、被験者は、メトロノームによって設定されたように速い（２５ｂｐｍ）呼吸と遅い（５ｂｐｍ）呼吸を繰り返した。ボリュームトレースの１次導関数を取ることによってフロートレースが生成された。呼吸間のばらつきを低減するために、個々の呼吸は、ボリュームおよびフローが「ゼロ」に設定された吸気の開始において整列された。呼吸トライアルごとに、呼吸は等しい時間セグメントに分割され、平均「代表的な」ＦＶＬを生成するために各トライアル内のすべての呼吸にわたって平均された。システムは、様々な呼吸トライアルについてＦＶＬの形状の特性を評価した。
【０１００】
４８人の被験者（１５人の女性／３３人の男性、年齢：４６．１±１４．３歳、ＢＭＩ：２７．６±６．２ｋｇ／ｍ２、平均±ＳＤ）が調査を完了した。正常な、速い、および遅い呼吸トライアルの場合の呼吸速度は、それぞれ、１２．６±０．６ｍｉｎ−１、２４．６±０．１ｍｉｎ−１、および６．９±０．３ｍｉｎ−１（平均±ＳＥＭ）であった。図４は、正常な、速い、および遅い呼吸トライアルの場合の代表的なボリューム（上の行）、フロー（中央の行）、およびＦＶＬ（下の行）を描写する。ＦＶＬは、呼吸トライアル中のすべての呼吸ならびに平均吸気（緑）曲線および平均呼気（赤）曲線を表示する。正常な呼吸トライアル（左の列）の場合、ＦＶＬは、呼気突出部の後半の間に安定したフローを伴う凸形の形状を有する。速い呼吸トライアルの間のＦＶＬは、主軸が急勾配である楕円形である。遅い呼吸プロトコルの間、ＣＯＰＤなどの閉塞性肺疾患をもつ患者において観測される呼気フローリミテーションを示す呼気の最後の近くの凹面の呼気突出部が観測される。
【０１０１】
調査は、健常ボランティアにおいて連続的な周期性ＦＶＬを生成する際の非侵襲的ＲＶＭの能力を立証した。被験者が自分の呼吸速度を変更したときのＦＶＬの独特の形状が観測された。この調査は健常ボランティアとともに行われたが、結果は、ＲＶＭによって生成されたＦＶＬが肺疾患をもつ患者において観測される異常を識別できることを示す。ＲＶＭはスパイロメータに対する必要性を取り除き、ＦＶＬが測定され得る潜在用途を大いに拡張する。
【０１０２】
例：健常ボランティアおよび手術から回復中の患者におけるＴＢＦＶＬの監視
ＩＲＢにより承認された調査の一部として、（１０分間の安静時に呼吸しながら）ＲＶＭおよび呼気気流計を用いて２０人の健常成人ボランティアが同時に監視された。病床で最大４８時間の間ＲＶＭのみを用いて、腹部手術から回復中の別の２０人の患者が監視された。両方のデバイスについて：呼吸速度（ＲＲ）、一回換気量（ＴＶ）、吸気時間（ｔＩ）、呼気時間（ｔＥ）、吸気と呼気の比率（ｔＩ／ｔＥ）、デューティサイクル（ｔＩ／ｔＴｏｔ）、および５０％の一回換気量における吸気フローと呼気フローの比率（ＩＥ５０）を含む、ＴＢＦＶＬおよびメトリックが記録された。基準として呼気気流計を使用するボランティアの場合、ＴＢＦＶＬメトリックのブランド−アルトマン精度が計算された。術後の患者についてＴＢＦＶＬが経時的に視覚化された。
【０１０３】
ブランド−アルトマン解析は、ＲＶＭと呼気気流計との間の差が小さく、それぞれ、９．９％および１．５％の二乗平均平方誤差（ＲＭＳＥ）を有するＴＶおよびＲＲの場合、臨床的に無関係であることを示した。呼吸ごとに測定されたｔＩおよびｔＥについてのＲＭＳＥは、それぞれ、１１．８％および１０．９％であった。比率ｔＩ／ｔＥ、ｔＩ／ｔＴｏｔ、およびＩＥ５０についてのＲＭＳＥは、それぞれ、１５．３％、１０．８％、および１７．０％であった。術後の患者から延長された監視期間にわたってＴＢＦＶＬの変化を視覚的に検出するために、呼吸ごとのＴＢＦＶＬも経時的な３Ｄプロットとして視覚化された。呼吸ごとのボリューム、フロー、最大周期性呼気フロー、および最大周期性呼気フローにおけるボリュームのサンプルトレースも時間に対してプロットされた。
【０１０４】
ＲＶＭは、患者の協力または不便な器具に対する必要性なしで、スパイロメトリーと比べて形態が類似するＴＢＦＶＬを生成した。したがって、ＲＶＭはＴＢＦＶＬを非侵襲的に監視するために使用され、延長された継続時間の間の臨床的に関連する肺メトリックを提供することができる。ＲＶＭによって生成されたＦＶＬおよびメトリックは、臨床または肺機能検査実験室のどちらかにおいて、呼吸の異常を検出し、成人患者と小児患者の両方を診断するために使用され得る。
【０１０５】
本明細書に開示された発明の明細書および実践の考慮から、本発明の他の実施形態および使用が当業者には明らかであろう。複数の実施形態が本明細書に説明されたが、１つの実施形態からの要素は別の実施形態において使用されてよく、いくつかの実施形態は単一の実施形態に結合することができる。すべての出版物、米国および外国の特許および特許出願を含む、本明細書に引用されたすべての参照文献は、引用により具体的かつ完全に組み込まれる。明細書および例は単なる例示的であると考えられ、本発明の真の範囲および趣旨は以下の特許請求の範囲によって示されることが意図される。さらに、「備える」および「含む」という用語は、「から構成される」および「から本質的に構成される」という用語を含む。
【図１】
2021506550.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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