(57)【要約】【課題】  心拍出量を非侵襲的に測定する装置及び方法を提供する。【解決手段】  患者の気道と接触するエアウェイ管路（５２）と、前記エアウェイ管路と接続される吸息管路（５４）と、前記エアウェイ管路と接続される呼息管路（５６）とを備えた患者の心拍出量を非侵襲的に決定するための装置であって、前記呼息管路が、前記患者からの呼気ガスの一定量を選択的に排出する排気線（１０６）と、呼気ガスの一定量を前記排気線を通じて放出させるための、前記排気線に接続された選択的に調節可能な弁（１０８）とを備えるように構成される装置。本発明の方法は、以前行われていたような呼吸終期のＣＯ２値よりも肺胞のＣＯ２値に基づいて心拍出量を概算する新規な手段（４６）を提供する。心拍出量を算出するためのプログラムについても開示される。【選択図】      図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者の気道と接触するエアウェイ管路と、
前記エアウェイ管路と接続される吸息管路と、
前記エアウェイ管路と接続される呼息管路と
を備えた患者の心拍出量を非侵襲的に決定するための装置であって、
前記呼息管路が、
前記患者からの呼気ガスの一定量を選択的に排出する排気線と、
呼気ガスの一定量を前記排気線を通じて放出させるための、前記排気線に接続された選択的に調節可能な弁と
を備えるように構成される装置。
【請求項２】
ガスを放出する排気口と、前記呼気ガスを受け取るため排気口に接続された伸展性を有する容器とを更に備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
患者にガスを供給するための、前記エアウェイ管路と連通する換気源を更に備える請求項１に記載の装置。
【請求項４】
患者の気道と接触するエアウェイ管路と、
前記エアウェイ管路と連通するガス供給源と、
ガス吸入の目的でガスを患者の肺へと直接搬送するために、前記ガス供給源から前記患者の肺まで延び、且つ前記エアウェイ管路と縦一列に並んで配置されるガス吸入管路と、
ガスを前記エアウェイ管路に供給するために前記エアウェイ管路に接続される換気源と、
前記換気源と前記エアウェイ管路との間に連結される吸息管路と、
前記換気源と前記エアウェイ管路との間に連結される呼息管路と
を備えた患者の心拍出量を非侵襲的に決定するための装置であって、
前記ガス吸入管路とエアウェイ管路とが、間欠的死腔を備えるような大きさに作られ且つ配置され、該間欠的死腔から患者は呼気ガスを再呼吸することができる装置。
【請求項５】
患者の肺のガス排出量を測定する換気装置を与える工程であって、
前記装置は、患者の気道と接触するエアウェイ管路、前記エアウェイ管路と接続される吸息チューブ、前記エアウェイ管路と接続される呼息チューブ、及び前記エアウェイ管路と接続される死腔を有する工程と、
患者の気道を通って空気が出入りできるよう患者の気道に前記エアウェイ管路を接続する工程と、
患者の通常の呼吸を開始する工程と、
基準となるガス濃度及びガス体積排出量を確立するために選択された換気期間にガス体積及び呼吸終期のガス濃度を測定する工程と、
呼吸終期のガス濃度を算出し、一吸息期間及び一呼息期間にわたるガス濃度を算出する工程と、
呼息中のガス濃度を算出し、解剖学的死腔を算出する工程と、
肺胞の死腔を計上するために一吸息期間及び一呼息期間にわたるガス濃度の値を決定し直す工程と、
並行死腔を調節するためにガス濃度を決定し直す工程と、
患者の再呼吸のために、呼気ガスを患者から前記死腔へ振り向けて換気を変化させる工程と、  
再呼吸の間のガス体積の変化及びガス濃度の変化を測定する工程と、
前記通常の呼吸を繰り返して、前記ガス体積および呼吸終期のガス濃度を測定し、呼吸終期のガス濃度、吸息及び呼息中のガス濃度、並びに吸息中のガス濃度の前記値を計算し
直す工程と、
並行死腔を計上するため前記ガス濃度を決定し直す工程と、
前記基準のガス濃度とガス排出量との間の差を、再呼吸後のガス濃度及びガス排出量の検出された変化に関して計算する工程と
を含む心拍出量を非侵襲的に測定する方法。
【請求項６】
前記換気装置の前記死腔が体積調節可能である請求項５記載の方法において、
前記標準の呼吸を繰り返す前にガス体積当たりの選択されたガス濃度の値から検知される変動に応答して前記換気装置の前記体積調節可能な死腔を調節する工程
を更に含む方法。
【請求項７】
前記測定されるガスが前記患者の前記肺から排出されるＣＯ２である請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記体積調節可能な死腔を調節する工程が、
呼気ガス体積の前記基準値の２０％よりも小さい呼気ガス体積の検知値に応答して、前記死腔の体積を拡張させる工程
を含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記体積調節可能な死腔を調節する工程が、
分圧が３ｍｍＨｇよりも小さい前記肺胞ガス濃度の値の検知された変化に応答して、前記死腔の体積を拡張させる工程
を含む請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記体積調節可能な死腔を調節する工程が、
前記基準の呼気ガス体積の８０％よりも大きい検知値に応答して前死腔の体積を減小させる工程
を含む請求項７記載の方法。
【請求項１１】
前記体積調節可能な死腔を調節する工程が、
前記再呼吸された呼気ガスの一部を前記死腔から排出する工程
を含む請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は患者の心拍出量を決定するための非侵襲的手段に関し、特に、患者の心拍出量を決定するための部分的再呼吸システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
患者の心拍出量を決定又は監視することは、多くの医療処置において重要である。カテーテルを特定の動脈の位置に挿入して( 例えば大腿動脈、頚静脈など) 、患者の心拍出量を決定するため血液の温度及び血圧を監視するという、カテーテルを用いた技術が当該技術分野において一般に知られ、利用されている。このような技術によって道理に適った正確な結果を得ることができるが、この手法は侵襲的な性質をしているため、病気や死につながる可能性が高い。
【０００３】
心拍出量のアドルフ・フィック（Adolph Fick ）の測定法は、１８７０年に初めて提唱されたが、その日以来、心拍出量を決定する他の全ての手段を評価する基準としての役割を果たし続けている。ＣＯ２について書かれた周知のフィックの方程式は、
【０００４】
【数１】
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【０００５】
である。ここでＱは心拍出量、ＶＣＯ２は肺によって排出されたＣＯ２量、ＣａＣＯ２、ＣｖＣＯ２はそれぞれ、静脈及び静脈のＣＯ２濃度である。動脈及び静脈のＣＯ２濃度を決定するには動脈血及び混合静脈血を試料として採取しなければならないため、特にフィックの方程式は心拍出量を計算する侵襲的な方法（すなわちカテーテル法）を仮定している。
【０００６】
しかしながら、フィックの方程式に具体化された原理をなお利用しながら心拍出量を決定するために、非侵襲的手段が利用できることがこれまで示されてきた。つまり、動脈ＣＯ２濃度を推定するのに呼気（吐き出された）ＣＯ２（「ｐＣＯ２」）のレベルを監視することができ、ｐＣＯ２の観察される変化を評価して心拍出量を推定するために、様々な形式のフィックの方程式を適用することができる。非侵襲的手法で心拍出量を決定するためにフィックの方程式を利用する方法の一つでは、フィックの方程式の「標準の」換気イベント（event ）を、呼気ＣＯ２値の変化及び排出されたＣＯ２量の変化を引き起こす急な換気の変化と比較する必要がある。有効な換気に急な変化を与えるために一般に実行される手段は、換気された患者に、特定量の、予め吐き出した空気（呼気）を再呼吸させることである。この手法は一般に、「再呼吸」と呼ばれている。
【０００７】
従来の再呼吸法では、動脈ＣＯ２を概算するために呼吸終期のＣＯ２の分圧が利用されており、同時に肺は静脈ＣＯ２を測定する圧力計の役割を果たす。このような再呼吸法は、心拍出量を測定するための満足のいく手段であるとは証明されていなかった。なぜなら、患者は必要な結果を得るために、閉じた体積へまたは閉じた体積から直接息をする必要があるからである。しかしながら、鎮静させた又は意識のない患者を、バッグの中に息を吸い込んだり吐き出したりするよう能動的に参加させるのは、普通不可能である。ＰＶＣＯ２は摂動（perturbation）の期間中変化しないと仮定することにより、フィックの方程式を、静脈ＰＣＯ２（ＰＶＣＯ２）を直接計算しなくても済むように更に修正できること
が何人かの研究者の研究によって明らかとなった。その仮定は部分的再呼吸方法を使用することによって形成された（非特許文献１参照）。
【０００８】
公知の部分的再呼吸法は、１）非侵襲的である、２）一般に容認されたフィックの原理を計算に利用する、３）容易に自動化できる、４）患者の協力を必要としない、５）一般に監視される臨床上のシグナルから心拍出量を算出できる、という理由から侵襲的測定法よりも有利である。しかしながら、公知の部分的再呼吸方法には重大な不利益もある。特に、公知の方法は、１）挿管していない患者や自発的に呼吸できる患者に関する精度が低い、２）断続的な測定しかできない（通常、約４０分毎) 、３）動脈ＣＯ２レベルの増加はわずかに観察されるが一般に言って臨床上取るに足らない増加である、４）短絡された血流（つまり、ガス交換に関与しない血液）の測定は許容されない。さらに、部分的再呼吸法に使用される公知の装置は、標準的な構成をしており、患者の大きさまたは患者の容量の違いが補正されない。また、多くの装置には、使い捨ての構成要素として使用するには装置が高価になりすぎる三方向弁のような高価な要素が使用される。
【０００９】
したがって、１）従来のシステムの課題を克服し、２）より良好かつ連続的に測定でき、３）一回使用の、すなわち使い捨ての製品として製造するのに適した装置を作ることができるよう高価な装置を必要としない部分的再呼吸法を利用した、心拍出量を測定する手段を与えることは有益であろう。患者の様々な大きさ及び容量を補正するために即座に調節できる部分的再呼吸装置を与えても、有益であろう。更に、当該技術分野において現在使用されているような呼吸終期のＣＯ２よりも肺胞のＣＯ２排出量に基づく新しい心拍出量の計算法を与えることも有益であろう。
【非特許文献１】チャペック等(Capek et al.)、"Noninvasive Measurement of Cardiac Output Using Partial CO2 Rebreathing" ，IEEE Transactions On Biomedical Engineering 、第３５巻、第９号、１９８８年９月、６５３−６６１ページ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、患者の心拍出量を非侵襲的に決定するための装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、患者の気道と接触するエアウェイ管路と、前記エアウェイ管路と接続される吸息管路と、前記エアウェイ管路と接続される呼息管路とを備えた患者の心拍出量を非侵襲的に決定するための装置であって、前記呼息管路が、前記患者からの呼気ガスの一定量を選択的に排出する排気線と、呼気ガスの一定量を前記排気線を通じて放出させるための、前記排気線に接続された選択的に調節可能な弁とを備えるように構成される装置を要旨とする。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、ガスを放出する排気口と、前記呼気ガスを受け取るため排気口に接続された伸展性を有する容器とを更に備えることを要旨とする。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の装置において、患者にガスを供給するための、前記エアウェイ管路と連通する換気源を更に備えることを要旨とする。
請求項４に記載の発明は、患者の気道と接触するエアウェイ管路と、前記エアウェイ管路と連通するガス供給源と、ガス吸入の目的でガスを患者の肺へと直接搬送するために、前記ガス供給源から前記患者の肺まで延び、且つ前記エアウェイ管路と縦一列に並んで配置されるガス吸入管路と、ガスを前記エアウェイ管路に供給するために前記エアウェイ管路に接続される換気源と、前記換気源と前記エアウェイ管路との間に連結される吸息管路
と、前記換気源と前記エアウェイ管路との間に連結される呼息管路とを備えた患者の心拍出量を非侵襲的に決定するための装置であって、前記ガス吸入管路とエアウェイ管路とが、間欠的死腔を備えるような大きさに作られ且つ配置され、該間欠的死腔から患者は呼気ガスを再呼吸することを要旨とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、患者の肺のガス排出量を測定する換気装置を与える工程であって、前記装置は、患者の気道と接触するエアウェイ管路、前記エアウェイ管路と接続される吸息チューブ、前記エアウェイ管路と接続される呼息チューブ、及び前記エアウェイ管路と接続される死腔を有する工程と、患者の気道を通って空気が出入りできるよう患者の気道に前記エアウェイ管路を接続する工程と、患者の通常の呼吸を開始する工程と、基準となるガス濃度及びガス体積排出量を確立するために選択された換気期間にガス体積及び呼吸終期のガス濃度を測定する工程と、呼吸終期のガス濃度を算出し、一吸息期間及び一呼息期間にわたるガス濃度を算出する工程と、呼息中のガス濃度を算出し、解剖学的死腔を算出する工程と、肺胞の死腔を計上するために一吸息期間及び一呼息期間にわたるガス濃度の値を決定し直す工程と、並行死腔を調節するためにガス濃度を決定し直す工程と、患者の再呼吸のために、呼気ガスを患者から前記死腔へ振り向けて換気を変化させる工程と、再呼吸の間のガス体積の変化及びガス濃度の変化を測定する工程と、前記通常の呼吸を繰り返して、前記ガス体積および呼吸終期のガス濃度を測定し、呼吸終期のガス濃度、吸息及び呼息中のガス濃度、並びに吸息中のガス濃度の前記値を計算し直す工程と、並行死腔を計上するため前記ガス濃度を決定し直す工程と、前記基準のガス濃度とガス排出量との間の差を、再呼吸後のガス濃度及びガス排出量の検出された変化に関して計算する工程とを含む心拍出量を非侵襲的に測定することを要旨とする。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記換気装置の前記死腔が体積調節可能である請求項５記載の方法において、前記標準の呼吸を繰り返す前にガス体積当たりの選択されたガス濃度の値から検知される変動に応答して前記換気装置の前記体積調節可能な死腔を調節する工程を更に含むことを要旨とする。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の方法において、前記測定されるガスが前記患者の前記肺から排出されるＣＯ２であることを要旨とする。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の方法において、前記体積調節可能な死腔を調節する工程が、呼気ガス体積の前記基準値の２０％よりも小さい呼気ガス体積の検知値に応答して、前記死腔の体積を拡張させる工程を含むことを要旨とする。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、請求項７に記載の方法において、前記体積調節可能な死腔を調節する工程が、分圧が３ｍｍＨｇよりも小さい前記肺胞ガス濃度の値の検知された変化に応答して、前記死腔の体積を拡張させる工程を含むことを要旨とする。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、請求項７に記載の方法において、前記体積調節可能な死腔を調節する工程が、前記基準の呼気ガス体積の８０％よりも大きい検知値に応答して前死腔の体積を減小させる工程を含むことを要旨とする。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、請求項７に記載の方法において、前記体積調節可能な死腔を調節する工程が、前記再呼吸された呼気ガスの一部を前記死腔から排出する工程を含むことを要旨とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明によれば、修正されたフィック方程式を用いて心拍出量を測定する装置及び方法が提供され、この装置及び方法において、患者によって再呼吸されるべき呼気の量を増減するために、該装置に設けられた死腔の量を調節することができ、それによって気道の圧
力を変えずに換気を減小させることができる。本発明の装置及び方法は装置を患者のいかなる大きさ又は容量にも合うように該装置を調節できる調節要素も提供する。また、本発明の装置は、大いに費用が少なくて済む構成要素を使用し、それによって装置を使い捨てにすることができる。
【００２１】
本発明の装置及び方法では、ｐＣＯ２流量の変化及び濃度の変化を計算して心拍出量を算出するために、修正されたフィック方程式を適用する。ＣＯ２について書かれた伝統的なフィックの方程式は、
【００２２】
【数２】
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【００２３】
である。ここでＱは心拍出量( 肺毛細管血流量すなわち「ＰＣＢＦ」に関する再呼吸法を利用して計算された場合) 、ＶＣＯ２は肺からのＣＯ２の排出量、ＣａＣＯ２、ＣｖＣＯ２はそれぞれ、静脈及び静脈のＣＯ２濃度である。別の人の先行する研究において、心拍出量は、呼吸終期ＣＯ２によって推定できるように、換気を急に変化させる結果として起こるｐＣＯ２の変化を計算することにより、算出できるということが示されている。これは、以下のようなフィックの方程式の微分形式を適用することによって遂行することができる。
【００２４】
【数３】
2005152001.tif 000005
【００２５】
ここでＣａは動脈のＣＯ２濃度、Ｃｖは静脈のＣＯ２濃度を示し、下付文字１及び２はそれぞれ、換気の変化前の測定値及び換気の変化中の測定値に対する参照符号である。それゆえ、このフィックの方程式の微分形式は以下のように書き直すことができる。
【００２６】
【数４】
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【００２７】
ここでΔＶＣＯ２は換気の変化に応じたＣＯ２生成量の変化、ΔＣａＣＯ２は換気の変化に応じた動脈ＣＯ２濃度の変化、ΔｅｔＣＯ２は呼吸終期ＣＯ２濃度の変化、ｓはＣＯ２解離曲線の傾きである。前述の微分方程式は、チャペック等（Capek, et al. ）によって彼らの前述の研究において示されたように、再呼吸の間、測定できるほどの静脈ＣＯ２濃度の変化は起こらないことを想定している。また、当該技術分野においてよく知られるように、解離曲線は、分圧の測定に基づいてＣＯ２濃度を決定するために使用される。
【００２８】
以前の部分的再呼吸法では、有効な肺胞の換気を減小させるために、一般に追加的な５０−２５０ｍｌ容量の空気の通り道を備えた死腔が、換気回路に配設されていた。本発明では、異なる大きさの患者の必要に合うＣＯ２生成量及び呼吸終期ＣＯ２の正確な変化を決定するのに必要な換気の変化を与えるための調節可能な死腔が、換気装置に設けられる。換気装置の一実施形態において、選択的に調節可能な死腔が与えられ、患者は該死腔を通じて呼吸する。したがって、装置の調節可能な死腔によって、死腔を容易に調節し、小さい成人から大きい成人まで患者の任意の大きさ又は容積にも適応させることができる。結果として、気道の圧力を変化させずに有効な換気量を減小させることができる、患者の大きさに合わせた再呼吸可能なガス体積が患者に与えられる。気道の圧力及び胸部内圧は本発明の再呼吸法に影響されないので、心拍出量は再呼吸によって有意に影響されることはない。別の方法において、呼気ガスを選択的に換気システムから大気へ、又は吸息の間に閉じられた容器手段へと漏出させることによって、死腔を有効に減小させることができる。
【００２９】
本発明の換気装置は、患者に接触して配置される管状部分と、吸息管路及び呼息管路とを有する。一般的な形態において、吸息管路及び呼息管路は、換気装置ユニットと患者との間に連結され得る。しかしながら、代わりに、換気装置ユニット（すなわち患者の呼吸を援助するために機械的に操作される搬送可能なガス供給源）を換気装置に備えて使用しなくてもよく、吸い込まれる及び吐き出される息は単に大気から取られるか、大気へと排出される。例えば呼吸マスクのような、換気装置ユニットに関して又は患者の換気において一般的に使用される他の従来の装置を本発明の換気装置と共に使用してもよい。
【００３０】
ガス流量を測定する電気呼吸流量計及びＣＯ２濃度を測定するカプノグラフが換気装置の吸息部分及び呼息部分と、患者の肺との間の管状部分に近接して配置される。呼吸流量計及びカプノグラムはガス濃度の変化及びガス流量の変化を検出するための検出装置の役割を果たし、該検出装置によって得られた測定値を実時間で記憶及び算出するように設計されたソフトウェアを有するコンピュータと電気的に連通されている。他の形式の検出装置を使用してもよい。調節可能な死腔手段が換気装置の呼息部分と接続された状態に配置されるが、換気装置の吸息部分と連結されてもよい。一実施形態において、調節可能な死腔手段は手で調節することができる。代わりに、患者の大きさ又は容量に応じて及び換気の変化に応じて死腔の体積を自動的に調節するために、電気機械的手段をコンピュータと調節可能な死腔手段との間に、連結してもよい。
【００３１】
別の実施形態において、微分フィック方程式を用いて肺のＣＯ２変化を計算するのに必要な換気の変化を与えるために、気管ガス吸入装置が使用される。気管ガス吸入（「ＴＧＩ」）は一般に、肺の肺胞空間の死腔にガスを送り（flush ）、吸入手段を通じて注入された新鮮なガスで死腔を置き換えるために使用される。つまり、新鮮なガスは、肺胞の換気を改善するために及び／又は換気圧力の必要量を最小にするために、中央の気道に導入される。ＴＧＩ装置は換気装置システムと連結され、呼吸チューブが患者の肺に入った時に新鮮なガスを呼吸チューブへと導入する手段を有する。このＴＧＩ装置は、ＴＧＩの間に基準のＶＣＯ２及びｅｔＣＯ２の測定値を決定するために、本発明の方法に使用することができる。ＴＧＩシステムが停止されると、患者の気管及びＴＧＩ装置の気管内チューブによって死腔が形成され、本発明にしたがって算出されるＣＯ２の変化を測定することができる。更に、ＴＧＩ装置のカテーテルは、死腔の体積を更に調節するために患者の気管内で可変に配置することができる。
【００３２】
本発明の装置において設けられた死腔によって、ＶＣＯ２は急降下するが、このＶＣＯ２はその後、肺のガスの機能的残気量が肺胞ＣＯ２レベルの増加と平衡になるにつれて、わずかにゆっくりと増加する。死腔を追加した後で、肺胞死腔及び心拍出量に依存してｅ
ｔＣＯ２の変化がよりゆっくり起こるが、その後新しいレベルに安定する。死腔を導入（すなわち再呼吸）する直前に「標準の」又は基準の呼吸エピソードが選択された期間の間行われ、ＶＣＯ２及びｅｔＣＯ２の値が「標準の」呼吸イベントの間になされた測定値に基づいて決定される。これらの値は、微分フィック方程式においてＶＣＯ２１及びＣａＣＯ２１に代用される。ＶＣＯ２及びｅｔＣＯ２の値は、部分的再呼吸の間に死腔を導入した後に約３０秒間取られた測定値からも決定することができ、この値は微分フィック方程式の第２の値（下付文字２の値）を与える。部分的再呼吸が起こる期間及び標準の呼吸が起こる期間は患者の個別の大きさ及び肺容量によって決定され得る。その上、再呼吸と次の通常の呼吸との間の期間を、特定の患者の大きさ及び呼吸容量に依存して患者間で変化させることができる。したがって、呼吸のための３０秒間の期間は単に平均時間であり、長くも短くもすることができる。
【００３３】
本発明では、心拍出量を決定するのに、従来技術において実施されていたように呼吸終期のＣＯ２濃度に基づくよりも、むしろ肺胞ＣＯ２濃度を算出する。ＣＯ２の測定値から得られる分圧の値は、当該技術分野において公知の解離方程式を用いて血液中のガス含量の値に変換される。したがって、心拍出量をより正確に決定することができる。加えて、心拍出量の正確さは、呼息の最後に肺に残るガスの体積として定義される肺の機能的残気量に入るＣＯ２の流れを計上（account for ）するためにＶＣＯ２の値を補正することによって増大する。経験的データに基づく数値決定が、心拍出量を決定するソフトウェアプログラムによって処理される。
【００３４】
本発明の換気装置では、当該技術分野において今まで使われていたシステムと比較して、費用はかからないが正確な監視システムを使用する。本発明の方法によって、異なる大きさの患者に適応させるために装置を自動調節することができ、又、適度な回復期間と首尾一貫した監視が提供される。更に、本発明の装置及び方法は挿管しておらず反応のある患者と同様、無反応で挿管された患者にも等しく使用することができる。
（図示例の詳細な説明）
図面には、発明を実施するためのベストモードと現時点で考えられるものを示す。
【００３５】
比較のため、図１には、疾患の間、外科的処置の間、又は外科的処置からの回復の間、呼吸に援助が必要な患者に関して一般に使用される、従来の換気システムを概略的に示す。従来の換気システム１０は挿管法によって気管に挿入される管状部分１２を有する。管状部分１２の末端部１４はＹ字部分１６に嵌合され、Ｙ字部分１６は吸息ホース１８及び呼息ホース２０に連結される。吸息ホース１８及び呼息ホース２０はどちらも、空気を吸息ホースに搬送する換気装置（図示しない）に接続される。一方向弁２２が吸息ホースに設けられ、吐き出されたガス（呼気ガス）が弁２２を超えて吸息ホース１８に入ってくるのを防止する。呼息ホース２０にある同様な一方向弁２４は、吸い込んだガスが呼息ホース２０の中へ移動するのを制限する。呼気は受動的に呼息ホース２０の中に入る。
【００３６】
図２に示されるように、一般に知られている再呼吸換気回路３０では、管状部分３２が挿管法によって患者の気管に挿入され、ガスが換気装置（図示しない）から吸息ホース３４を経て供給される。該吸息ホース３４はＹ字部分３６によって、呼息ホース３８と連結される。ホース４０の追加的長さ部分が、管状部分３２とＹ字部分３６との間に設けられ、呼気ガスを受け取る死腔としての機能を果たす。Ｙ字部分３６とホース４０の追加的長さ部分へ通じる開口部との間に一般に配置される三方向弁４２は、ガスの流れを選択的に方向づけるため、間欠的に作動するよう形成される。つまり、第１の配置において、弁４２は吸い込んだガスが管状部分３２に入るのを許容すると同時に、該ガスがホース４０の追加的長さ部分へと移動するのを防止する。第２の配置において、弁４２は吐き出されたガスが呼息ホース３８へ入るのを許容すると同時に、該ガスがホース４０の追加的長さ部分へと移動するのを防止する。第３の配置において、三方向弁４２は、吐き出された空気
をホース４０の追加的長さ部分に入るように振り向け、患者が次の息でその吐き出された空気を再呼吸できるようにし、それによって効果的な換気の変化を起こすことができる。
【００３７】
図２の従来技術のシステムでは、この換気の変化によって引き起こされたＶＣＯ２及び呼吸終期ＣＯ２の変化を、心拍出量を算出するために使用することができる。ホース４０の追加的長さ部分と管状部分３２との間において、検出装置及び／又は監視装置を再呼吸換気回路３０に取り付けてもよい。検出装置及び／又は監視装置には、例えばＣＯ２濃度を検出する手段４４や、吸息及び呼息の間の流量パラメータを検出する手段４６が含まれ得る。このような検出装置及び／又は監視装置は一般に、データ記録及び表示装置（図示しない）に接続される。従来技術のシステムを使用する際に遭遇する問題の一つに、ホース４０の追加的長さ部分によって与えられる死腔が固定されており、調節できないことがある。結果として、小さい成人が再呼吸するために回路に与えられる死腔の量は、大きい成人が再呼吸するのに利用できる死腔の量と同じであり、死腔が固定されたシステムから得られる、大きさの異なる患者に関するＣＯ２値の変化では、心拍出量の評価が不十分になる可能性がある。さらに、このシステムの三方向弁４０は高価であり、換気装置にかかる費用が大幅に増大する。
【００３８】
図３は心拍出量を検出又は監視するために使用される公知の換気装置に改良を加えた、本発明の換気装置を示す。本発明の換気装置５０は、患者の肺と連通するように配置された管状のエアウェイ５２（通気器具）を有する。本発明の換気装置５０は、従来技術においてなされるのと同様、挿管法によって気管と連通するように配置することができるが、本発明の換気装置５０は患者の気管に直接挿入する必要がない。また、患者の鼻又は口に装着する呼吸マスクを使用してもよい。このように、本発明は、換気の補助を必要とする意識のない患者や非協力的な患者に使用することができ、意識のある患者と同等な効力で使用することができる。当該換気装置５０は吸息ホース５４及び呼息ホース５６も有し、これらは各々大気へと通気されてもよいし、又は吸息ホース５４を通じて患者に送られるガスを提供する換気装置（図示しない）と接続されてもよい。吸息ガス５４と呼息ホース５６とはＹ字部分５８によって接合される。
【００３９】
Ｙ字部分５８は、患者から吐き出されたガスを受け取る死腔を提供する、管又はホース６０の追加的長さ部分とつながる。しかしながら、ホースの追加的長さ６０は選択的に拡張できるように形成され、患者の大きさ又は肺容量、若しくは呼吸量の増減や呼吸数の変化のような他の換気のパラメータに合うように、死腔の体積を容易に調節することができるようになっている。図３の略図によって示唆されるように、死腔の選択的拡張は、例えばホース６０の追加的長さ部分に、単に長軸６４に沿って拡張可能部分６２を引いたり押したりするだけで長くしたり短くしたりすることができる波形を付けた一本のホースから形成された拡張可能部分６２を備えるように構成することによって達成され得る。波形を付けたホースは再び調節されるまで、配置された長さを保つ。死腔の体積を調節可能に拡張する他の適切な手段を利用することができ、ホース６０の長さを伸ばすことは、手段の一つにすぎない。息を吸い込んだ時に吸息ガスを強制的に死腔７０に入れるようにするために、三方向弁６８をホース６０の追加的長さ部分に接続することができる。三方向弁６８は、通常の呼吸を行っている間に呼気ガスが死腔７０に進入するのを選択的に防止するよう構成することもできるし、あるいは、呼気ガスを再呼吸の間に死腔７０の方向へ向けて、患者が呼気ガスを死腔７０から再呼吸せざるを得ないように構成することもできる。
【００４０】
流量計７２、すなわち呼吸流量訃は、管状エアウェイ５２及びホース６０の追加的長さ部分の間において、換気装置５０に取り付けられる。流量計７２は換気装置５０の中を通るガス流量を検出する。ＣＯ２センサ７４、すなわちカプノグラフも又、エアウェイ５２とホースの追加的長さ６０との間において、換気装置５０に取り付けられる。ＣＯ２センサ７４は換気の変化によって生じるＣＯ２の変化を検出し、そこから得られるデータが心
拍出量の算出に使用される。ＣＯ２センサ７４は「エアウェイ上の」センサ、わきを流れる試料を試験のために回収するタイプの試料標本抽出センサ、又はどのような他の適切なセンサであってもよい。流量計７２及びＣＯ２センサ７４は両方とも、流量計７２及びＣＯ２センサ７４から得られたデータを記憶及び解析し、該データから患者の心拍出量の推定値を計算するようにプログラムされたコンピュータ７６に接続される。
【００４１】
本明細書において上述したように、心拍出量を概算するために、フィックの微分方程式では、患者に起こる肺でのガス濃度の変化と、排出量の変化とを必要とする。患者によって予め吐き出された再呼吸のガスでは、患者によって吸い込まれるＣＯ２量が増加するので、通常の換気の間の標準的なＣＯ２レベルと比較して、有効な換気の変化の間に増加したＣＯ２レベルを評価することができる。本発明の換気装置によって、再呼吸の際に必要な死腔を、選択的に調節する能力が提供され、前もって吐き出された呼気から患者によって再呼吸されるガス（ＣＯ２）量を増加させることができる。本発明の換気装置では、患者の大きさや容量に従って、及び換気パラメータに応答して、自動的に換気回路を調節することもできる。つまり、ｅｔＣＯ２の検出された変化が３ｍｍＨｇよりも小さかったり、又はＶＣＯ２の変化がＶＣＯ２の０．２倍よりも小さい場合、死腔の体積は２０パーセント増加されるべきである。
【００４２】
図４に示されるように、本発明の装置５０の別の実施形態において、費用のかからない二方向弁７８を備えるようにホース６０の追加的長さ部分を構成し、死腔７０の入口８２と出口８４との間に流量絞り弁８０を配設することによって、三方向弁を使用する費用を削除することができる。したがって、二方向弁７８が閉じられた場合、換気装置へのガス及び換気装置からのガスは流量絞り弁８０を通って患者へ向けられるだろう。再呼吸の間、吐き出された空気が流量絞り弁８０に遭遇して死腔７０を通ってより抵抗の小さい進路を辿るよう、二方向弁７８は開放される。したがって、心拍出量の変化を算出するのに必要な死腔を提供するため、拡張可能部分６２において死腔７０を調節することができる。
【００４３】
図５（ａ）−（ｃ）に示すような、本発明の換気装置５０のまた別の実施形態では、短絡線８４が吸息ホース５４と呼息ホース５６との間に配設され、回路に選択的な大きさに形成される死腔７０が提供される。図５（ａ）−（ｃ）に示した実施形態の構造によって、吸息ホース５４及び呼息ホース５６は死腔の一部としても機能する。短絡線８４上に配置された二方向短絡弁８６は、短絡弁８６が開放されているか閉鎖されているか依存して、吸い込まれた及び吐き出されたガスの流れを選択的に方向づける。したがって、換気装置５０が通常のすなわち基準の呼吸用に形成される場合、図５（ａ）に示されるように、呼気（斜線で示す）は呼息ホースヘ入る。通常の呼吸の間、短絡弁８６は閉鎖される。換気装置５０が再呼吸用に形成される場合、図５（ｂ）に示されるように、短絡弁８６は開放され、呼気ガスは吸息ホース５４の一部、並びに呼息ホース５６及び短絡線８４の全部を充填し、これらはすべて死腔７０の役割を果たす。
【００４４】
図５（ａ）−（ｃ）に示された実施形態の死腔７０は、図６に示されるように、短絡線８４とＹ字部分５８との間に拡張可能部分９０を配置した吸息ホース５４を構成し、かつ短絡線８４とＹ字部分５８との間に拡張可能部分９２を配置した呼息ホース５６を構成することによって、調節可能に拡張できるようにすることができる。このように、死腔７０は患者の大きさ及び容量に従って、又は操作条件に応じて、Ｙ字部分５８から延びる吸息ホース５４及び呼息ホース５６の拡張可能部分を増加させることによって、選択的に調節することができる。調節可能に拡張することができる適当な手段であれば、いかなる手段を使用してもよい。とはいえ、図６によって示唆されるように、拡張可能部分９０、９２は、全長を容易に拡張又は収縮することができる波形を付けたプラスチック材料から形成することができ、該プラスチック材料は位置を変化させるまで調節された長さを保つ。図６の実施形態では、使い勝手が良く使い捨て可能であるが故に特に好適な実施形態とされ
る、特に簡単で費用のかからない構造が提供される。
【００４５】
本発明の換気装置５０のさらに別の実施形態において、図７に示されるように、複数の短絡線８４、９４、９６を吸息ホース５４と呼息ホース５６との間に配設し、短絡線８４、９４、９６の各々が二方向弁８６、９８、１００を備えるように構成することによって、利用できる死腔７０の量を選択的に調節することができる。操作の際、患者の大きさ又は容量によって決定される死腔７０の必要量は、呼気ガスの換気装置５０の中での移動を可能にする任意の適切な数の短絡線８４、９４、９６を使用することによって、選択的に設けることができる。例えば、平均的な大きさ又は平均的な肺容量の患者を仮定すると、潜在的な死腔７０として第１の短絡線８４と第２の短絡線９４とを使用することが適切であろう。したがって、この患者が再呼吸において息を吐き出すと、第１の短絡線８４及び第２の短絡線９４に付随する短絡弁８６、９８は開かれ、呼気ガス及び再呼吸可能なガスによって、呼息ホース５６、第２の短絡線９４とＹ字部分５８との間における吸息ホース５４、並びに第１の短絡線８４及び第２の短絡線９４が充填される。身体が大きいか又は肺容量が大きい患者に関しては、再呼吸のために十分な死腔７０を設ける際に、第３の短絡線９６を更に使用する必要があり得る。特に、短絡弁８６、９８、１００の各々は、コンピュータ７６（図７には図示していない）と電気機械的に連通してもよく、この場合、コンピュータは、肺流量計から判断して、例えば、追加の死腔７０が必要であることを決定し、十分な追加の死腔７０を提供するために短絡弁８６、９８、１００のうちの一つ以上を開放させることができる。別の実施形態において、図７に示される換気装置５０は、図６に示されるように選択的に拡張可能な部分９０を加えることによって変形してもよい。
【００４６】
先に図で例示して説明した本発明のいくつかの代替の実施形態において、死腔の量すなわち体積は、例えば長さを拡張する手段を与えるなど死腔の体積を調節する手段を与えることによって、選択的に調節することができた。しかしながら、フリックの微分方程式に必要とされるように、呼吸のうちの吸息期の間、吐き出されたガスのうちの一部をシステムから漏出させることによって、換気を変化させることも同様に適切である。したがって、図８（ａ）に示されるように、本発明の換気装置５０は、換気装置５０の呼息ホース５６に接続された排気線１０６を備えるように構成することができる。排気線１０６は、該排気線１０６に接続された簡易弁１０８のようなガス放出構造を備えるように構成してもよい。簡易弁１０８が開くと、呼気ガスは排気線１０６を通って移動することができる。排気線１０６の端部に配置されたオリフィス１１０によって、呼気ガスの一部を大気へ放出することができる。
【００４７】
再呼吸の間に、いつ、どれくらいの量の吐き出されたガスを換気装置５０から漏出させるべきかは、流れの状態、ＣＯ２の状態、及び／又は患者のサイズや肺容量に応じて、コンピュータ（図８には図示していない）によって決定することができる。弁１０８は、コンピュータと電気機械的に連通されるが、換気又は患者の諸条件にしたがって選択的に作動させることができる。患者に麻酔がかけられていたり、そうでなければ大気へ排出するには望ましくないガスを患者が吐き出したりしている所では、図８（ｂ）に示される拡張可能なバッグのような伸展性を有する容器１１２を、排気線１０６に取り付けて、換気回路から漏出する呼気ガスを受け取るようにしてもよい。
【００４８】
図９は、患者の心拍出量を決定する際に必要な死腔を提供する、気管ガス注入（ＴＧＩ）装置１２０の使用法を示す略図である。ＴＧＩ装置は一般に、肺胞の換気を改善するために中央の気道に新鮮なガスを注入する必要のある病気の患者を換気するのに使用される。ＴＧＩ装置は、連続的又は位相性の（例えば吸入の間だけの）ガス注入を行うように形成することができる。ＴＧＩ装置はガス、又は酸素／ガスの混合気を、呼吸毎に肺に供給する。図９に示されるように、ＴＧＩ装置は、挿管法によって患者の気管１２４に挿入さ
れた気管内チューブ１２２を備える。カテーテル１２６は気管内チューブ１２２を通って患者の肺へちょうど竜骨の上まで延びる。ガス又は酸素／ガス混合気は、ガス供給源１２８から供給され、ガス管１３０を通ってカテーテル１２６内へと向けられる。流量計１３２は肺に導入すべきガスの最適量を決定するのを援助することができる。
【００４９】
アダプター継手１３４は、先に述べた種類の換気回路１３６をＴＧＩ装置１２０に接続するために使用することができる。つまり、吸息ホース５４及び呼息ホース５６がそこから延びるＹ字部分５８を備えた換気回路１３６は、流量計（図示しない）に取付可能な流量計線７２と、再呼吸イベントの間に得られるデータを収集するＣＯ２センサ７４とを備えるように構成される。例示したＴＧＩ装置１２０において、気管内チューブ１２２は、上述した換気回路１３６に加えて、再呼吸に必要な死腔７０を提供する。しかしながら、死腔としての機能を果たすには、ＴＧＩ装置（すなわちガス供給源１２８及び流量計１３２）は停止させるか、減力させるか、又は動作不能にしなければならない。それによって呼気は気管内チューブ１２２を充填し、Ｙ字部分５８に進入することができるようになる。ＴＧＩ装置１２０が停止されている時、気管内チューブ１２２及び換気回路１３６は死腔の役割をする。ＴＧＩ装置の形態によって提供される死腔の体積は、カテーテル１２６を患者の気管内に配置する深さを変化させることによって、必要に応じて更に増減させることができる。
【００５０】
流量計７２及びＣＯ２センサ７４が接続されたコンピュータは、流量計７２及びＣＯ２センサ７４によって収集されたデータを受け取り、そのデータを解析して心拍出量の推定値を計算するようにプログラムされている。データを解析し、心拍出量を推定するためにソフトウェアプログラムによって必要とされるパラメータについては以下に述べる。
【００５１】
任意の患者に関する心拍出量の計算は、本発明の換気装置に取り付けられたＣＯ２センサ及び流量計から得られた収集データに基づく。流量モニター及びＣＯ２センサから出された生の流量信号及びＣＯ２信号は、アーチファクトを除外するためにフィルター処理され、その流量信号、ＣＯ２信号、及び圧力信号が、ソフトウェアプログラムのバッファー内に記憶される。流量信号が所定の閾値（例えば１５リットル／分）を交差すると、バッファーは最新の零交差を見つけるために検索される。この零交差は、新しい呼吸の開始部分とみなされる。最終の零交差及び所定の閾値の交差（すなわち新しい零交差）以後にバッファーに記憶されたデータ全体が、一呼吸周期として確認される。呼吸周期毎に、その呼吸期のパラメータが以下のように算出される。
１）  ｅｔＣＯ２: 呼息期の体積の最後の５％の間の平均ＣＯ２濃度を呼吸終期ＣＯ２（ｅｔＣＯ２）とする。
２）  ＶＣＯ２：流量（ミリリットル）に全呼吸にわたるＣＯ２濃度を掛けた全体がＶＣＯ２である。
３）  吸息ＣＯ２：これは吸い込まれたＣＯ２の濃度である。ＣＯ２の濃度に息を吸い込む間の空気流の体積（すなわち負の流量）を掛けた全体である。
４）  気道死腔：ＣＯ２濃度が例えばｅｔＣＯ２の０．５倍に選択された閾値の設定を交差した時の吐き出された体積（ミリリットル）として決定される。
【００５２】
ＶＣＯ２及びｅｔＣＯ２の初期値は、三点中央値フィルターを用いてフィルター処理される。ｅｔＣＯ２及びＶＣＯ２のシグナルは０．５Ｈｚにおいて補間され、繰り返し標本を採取して作成した直線である。
【００５３】
肺胞の死腔を計上するためにＶＣＯ２値は補正される。つまり、ＶＣＯ２の補正によって、肺の機能的残気量（ＦＲＣ）、言い換えれば、呼吸の最後に肺に残るガス体積、のような肺に備えられている部分へのＣＯ２の流れが補正される。肺胞の死腔は図１０により明瞭に示される。図１０は、患者の肺１５０の略図を示す。肺１５０は一般に、気管１５
２、気管支１５４、及び肺胞１５６を備える。気管１５２及び気管支１５４は一般に、解剖学的死腔又は連続的死腔として知られる死腔を備え、該死腔は矢印ＡとＢとの間に示される部位に存在する。肺１５０の中には、血液で潅流される肺胞１５６と（すなわち血液に酸素を送り込むために血流と接触している）、潅流されない肺胞とが存在する。潅流される肺胞及び潅流されない肺胞１５６はどちらも、換気はなされ得る。
【００５４】
潅流される肺胞１６０及び潅流されない肺胞１６２が図１０に示される。潅流される肺胞１６０は、肺胞１６０を囲む微細な毛細血管１６４を通って流れる血液、肺胞１６０に向かって流れる静脈血１６６、及び肺胞１６０から矢印１７０の方向に流れ去る動脈血１６８と接触する。肺胞１６０、１８０において、機能的残気量（ＦＲＣ）１７２として知られているガスの体積が、呼息後肺胞に残る。呼息するとガスが排出される（すなわち換気される）肺胞１６０の一部１７２は、肺胞ＣＯ２（ＰＡＣＯ２）を代表している。潅流されない肺胞１６２では、ＦＲＣ１７６は呼吸の間に排出されないガスを含み、肺胞１６２の換気部分１７８は、換気はされるが潅流されないガス又はＣＯ２を含む空間を形成する。潅流されない肺胞１６２に存在する換気部分１７８は並行死腔（ＰＤＳ）を有する。並行死腔（ＰＤＳ）は潅流される肺胞と並行に換気されるためそのように呼ばれる。
【００５５】
本発明において、ソフトウェアプログラムは、患者の肺の機能的残気量及び存在する死腔を補正するか又は計上する。この補正は、ＦＲＣ×呼吸終期の濃度の変化に等しいか、又は、
ＶＣＯ２＝ＶＣＯ２＋ＦＲＣ×ΔｅｔＣＯ２／Ｐｂａｒ
で表される。ここで「Ｐｂａｒ」は気圧である。ＦＲＣは次の方程式を用いて死腔の体積によって推定されるように、体重の関数として概算される。
【００５６】
ＦＲＣ＝ＦＲＣ係数×エアウェイ死腔＋オフセット値
（FRC=FRC-factor×airway deadspace＋an off-set value）
ここで、ＦＲＣ係数は、実験的に決定された値又は当該技術分野において公知のデータに基づいた値であり、オフセット値は呼吸マスクの分を補正するために加えられたか、又は死腔に回路を加えることによってＦＲＣと死腔との関係を容認できないほどにゆがめた他の装置の分を補正するために加えられた一定の定数である。気道死腔は、ＣＯ２が選択された閾値を超える（例えば０．５ｅｔＣＯ２）時の体積である。すべての方程式において、乾燥したガスが想定されている。
【００５７】
並行死腔（図１０を参照）に対しても補正がなされる。並行死腔のＣＯ２濃度は、混合吸息ＣＯ２＋気道死腔×前回の呼吸終期のＣＯ２濃度の低域通過フィルター処理形式として算出される。平均ＣＯ２ＰＤＳは、etＣＯ２×エアウェイ死腔＋吸息ＣＯ２／一回換気量（呼吸量）である。ゆえに、並行死腔すなわち潅流されない空間における、呼吸毎の濃度の推定値は、
CO2PDS(n)=[FRC/(FRC+Vt)]×CO2PDS(n-1)+([ViCO2+deadspace ×etCO2(n-1)]/ Vt)  ×[Vt /( Vt +FRC)]  
となる。ここで、Ｖｔは一回換気量( 呼吸量) 、ＰＤＳは並行死腔( すなわち、換気はされるが血流によって潅流されない肺の空間) 、etＣＯ２は吐き出された息の最後における、すなわち「呼吸終期の」ＣＯ２濃度、「死腔」は空気が肺胞へ到達するために通過しなければならない気管及び気管支の体積であって、ガス交換が起こらない体積（「連続的死腔」としても定義される。図１０を参照されたい）  、及び、（ｎ−１）は前回の呼吸を示す。
【００５８】
肺胞のＣＯ２分圧（「ＰＡＣＯ２」）は、呼吸終期ＣＯ２及び並行死腔のＣＯ２から算出される。したがって、もし
ｅｔＣＯ２＝ｒ×ＰＡＣＯ２＋（１−ｒ）ＰＤＳＣＯ２
ならば、
ＰＡＣＯ２＝［ｅｔＣＯ２−（１−ｒ）ＰＤＳＣＯ２］／ｒ
である。
ここで、ｒは、潅流された肺胞換気量を全肺胞換気量で割った割合、すなわち（ＶＡ−ＶＰＤＳ）／ＶＡより計算される潅流比である。この潅流比ｒは約０．９２と推定される。潅流比は、動脈血を直接解析することによっても推定することができる。
【００５９】
次に、ＰＡＣＯ２シグナルは以下の方程式を用いてＣＯ２含量に変換される。
ＣＣＯ２＝（６．９５７×Ｈｂ＋９４．８６４）×ｌｎ（１＋０．１９３３（ＰＣＯ２））
ここで、ＣＣＯ２はＣＯ２濃度、Ｈｂはヘモグロビン濃度である。いくつかの例では、ヘモグロビン数は容易に得られ、上の方程式に使用される。ヘモグロビン（Ｈｂ）濃度が利用できない場合、１１．０という値がソフトウェアプログラムに使用される。
【００６０】
本明細書において「開始前ＣＯ２及び開始前ＶＣＯ２(before ＣＯ２and beforeＶＣＯ２) 」とも呼ばれる、ｅｔＣＯ２及びＶＣＯ２の基準値は、通常の呼吸の間存在する値であり、再呼吸の開始前２７秒から０秒の間の全試料の平均として算出される。一旦再呼吸が始まると、本明細書において同様に「最中ＶＣＯ２(during ＶＣＯ２) 」とも呼ばれる、再呼吸の最中のＶＣＯ２値が、再呼吸の２５秒から３０秒の間の平均ＶＣＯ２として算出される。再呼吸中のＣＣＯ２の計算値は、安定な肺胞ＣＯ２濃度（ＣＣＯ２）を予測する回帰線を使用することによって決定される。信号が安定する（すなわち不変となる）ＣＣＯ２を予測するために、ＣＣＯ２を呼吸毎の濃度変化に対してプロットする。この線は回帰推定され、ＣＣＯ２と零ΔＣＣＯ２との交差が予測された安定点となる。
【００６１】
次に心拍出量は以下のように計算される。
CO2=[b efore VCO2-during VCO2]/[during CCO2-before CCO2] 
ソフトウェアプログラムの演算論理を図１１の流れ図に簡単に示す。コンピュータは、呼息の終わりを検出するようプログラムされる（２００）  。この呼息の終結点においてコンピュータはＣＯ２センサ及び流量計からデータを収集し、ＣＯ２、ＶＣＯ２、吸息ＣＯ２、及び気道死腔値を計算する( ２０２) 。次にプログラムは先に示した方程式にしたがって、２０４において、ＦＲＣを計算する。また、プログラムは先に述べた方程式にしたがって、２０６において、ＶＣＯ２値を補正する。２１０において、３０秒間隔（３０秒は単に平均時間であって、患者の大きさに合わせて高く又は低く調節してもよい）で、ＣＯ２値及びＶＣＯ２値は計算し直され、呼息が終わり得る可変な時間ではなく、一定時間に基づくそれらの平均値が与えられる。
【００６２】
次に、プログラムは上述の方程式を用いて、並行死腔における推定ｐＣＯ２を計算し（２１２）、肺胞の推定ｐＣＯ２を計算する（２１４）。この時点で、再呼吸が開始され（２１６）、死腔が導入される。再び、コンピュータは当該装置のＣＯ２センサ及び流量モニターからデータを収集し、死腔の導入によって引き起こされたＶＣＯ２の変化及び肺胞ＣＯ２の変化を計算する（２１８）。算出されたＶＣＯ２の変化が基準ＶＣＯ２の２０パーセント（２０％）よりも小さい場合や肺胞ＣＯ２の分圧の変化が３ｍｍＨｇよりも小さい場合（２２０）、オペレーターは、当該装置の調節可能な死腔の拡張可能な体積を増大させることにより部分的再呼吸による死腔を増加させるよう通知される（２２２）。基準値は取り消され（２２４）、矢印２２６で示したように、計算し直される。しかしながら、再呼吸の間のＶＣＯ２の変化が基準値の８０％よりも大きい場合には、オペレーターは、調節可能な死腔の体積を減小させることにより当該装置の調節可能な死腔を減小するよう通知される（２３０）。基準値は取り消され（２３２）、矢印２３４で示したように計算し直される。特に、コンピュータは、オペレーターに、調整可能な死腔に必要な変化を行うよう通知することができ、又、別の実施形態では、コンピューターは調節可能な死腔
に接続された機械的手段に信号を送って調節可能な死腔の体積を自動的に増減することができる。
【００６３】
調節可能な死腔を適切に調節し、基準ＣＯ２、ＶＣＯ２、吸息ＣＯ２、及び気道死腔の値を計算し直すと、肺胞の分圧（ｅｔＣＯ２）がソフトウェアプログラムによってＣＯ２含量に変換され、再呼吸における死腔の導入によって引き起こされたＣＯ２含量の変化が計算される（２３６）。これらの値から、先に述べた方程式にしたがって、心拍出量が算出される（２３８）。
【００６４】
データ収集の時間に関する参照箇所は、再呼吸が３０秒であることを想定している。しかしながら、再呼吸期間の実際の長さは患者の大きさ、肺容量、及び前回の呼吸周期から決定される心拍出量に依存する。プログラムは、再呼吸装置内の弁の短絡弁の操作も制御する。このような弁は患者の大きさ、容量、及び／又は心拍出量によって決定されるタイマー弁に基づいて開放される。
【００６５】
本発明の換気装置は、患者の心拍出量を決定するための新しくより正確な手段を提供する。しかしながら、本発明に関する構造及び電子的な能力は特定の用途の要求に見合うように修正することができる。したがって、例示した実施形態の特定の詳細に関する本明細書における参照は、例として用いており、本発明を制限することは意図していない。以下の請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明の例示した実施形態に対して、多くの追加、削除、及び修正を行えることが当業者には明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】患者の呼吸を援助するのに使用される従来の換気システムの略図。
【図２】従来技術の再呼吸システムの略図。
【図３】調節可能に拡張できる死腔を示す本発明の換気装置の第１実施形態の略図。
【図４】再呼吸回路が漏出弁を備えるように構成された本発明の別の実施形態の略図。
【図５】（ａ）−（ｃ）は、換気回路の吸息部及び呼息部が連結され且つ閉鎖可能な二方向弁を備えた、本発明のさらに別の実施形態の略図。
【図６】図５に示した実施形態と同様ではあるが吸息部及び呼息部を調節可能に拡張できる、別の実施形態の略図。
【図７】一連の弁が吸息部及び呼息部の長さに沿って配設され、患者の大きさ及び／又は容量に応じて選択可能な体積の死腔を与えることができる、本発明の別の実施形態の略図。
【図８】（ａ）及び（ｂ）は、大気への通気孔及び類似の伸展性を有する容器への孔の両方に漏出弁が配設された、本発明の別の実施形態の略図。
【図９】必要な換気の変化を死腔に与えるために使用することができる本発明の気管ガス注入装置の略図。
【図１０】患者の肺の並行死腔、肺胞死腔、及び連続的死腔の概念を示すヒトの肺の略図。
【図１１】通常の呼吸の測定値及び部分的再呼吸の測定値から心拍出量を算出するためにソフトウェアプログラムで行われる計算について簡単に述べた流れ図。
【符号の説明】
【００６７】
５０…換気装置、５２…エアウェイ、５４…吸息ホース、５６…呼息ホース、７０…死腔、１０６…排気線、１０８…弁、１１２…容器、１２８…ガス供給源、１３０…ガス管、１５０…肺。
【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６】
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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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【図１１】
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