(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に、周囲圧力よりも高く、少なくとも相に倣った圧力レベルで呼吸可能なガスを投与する際に圧力変動を調整するために、人間の呼吸活動に関する測定信号の信号処理検討を実行する装置であって、
呼吸気流を示す前記測定信号の前記信号処理検討によって、閉塞性呼吸障害と中枢性呼吸障害との区別を可能にする評価結果を生成し、
吸気時間および呼気時間を連続呼吸に関して検出し、
前記吸気時間と前記呼気時間との比を検出し、
切迫した呼吸障害またはすでに存在する呼吸障害が閉塞性および／または中枢性であるかどうかに関する情報を与える評価信号が、前記比の時間変化を検討することによって生成されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記吸気時間の前記呼気時間に対する前記比が、前記閉塞性呼吸障害又は前記中枢性呼吸障害とを表すのに用いられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記呼気時間に対する前記吸気時間の前記比の持続時間の変化は、上気道の切迫した閉塞の指標を表すことを特徴とする請求項１又は請求項２までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項４】
呼吸障害相が切迫しているかどうかに関する情報を与える評価結果が、呼吸の相の転換の領域における前記呼吸気流の導関数、特に一次導関数の特性の連続的に生じる変化の比較評価によって生成されることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
既存のまたは切迫した乱れがある相に関する評価結果が、呼吸周期の、または前記呼吸周期内の導関数の特性、特に前記呼吸の相の転換の領域における前記呼吸気流の前記一次導関数の特性の、連続的に生じる変化の比較検討から導き出されることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
吸気周期の微分の検討から、前記吸気周期の開始および／または前記吸気周期の終了が導かれることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
吸気周期の微分の検討によって前記吸気周期中の曲線形状が導かれることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
各呼吸の相の平均勾配は、簡素化して例えば前記各呼吸の相の持続時間の１０％以上に及ぶ間隔で、計算されることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
吸気周期の平均勾配が、包括的に前記吸気周期にわたるある時間帯内で計算されることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
特に呼吸活動の性質および構成に関する傾向分析が行われることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記傾向分析は、好ましくは以下に示す信号評価結果、すなわち、
前記吸気周期中の最大ピークフロー、
呼吸量、
前記吸気時間、
測定された流量曲線の二次導関数についても実施されることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記信号処理検討は、呼気周期の開始または前記呼気周期の終了それぞれの微分の検討に基づいて行われることを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記微分は、簡素化して例えば前記呼気周期の前記開始および最大呼気流量後の１０％の間隔にわたって計算されるか、または包括的に前記呼気周期にわたって計算されることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
評価手順は、
前記呼気周期中の最大ピークフロー、
前記呼吸量および／または前記呼気時間および／または前記呼気周期中の測定された前記流量曲線の前記二次導関数についても実行されることを特徴とする請求項１２又は請求項１３までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記二次導関数は曲率であることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記評価手順に基づいて、上気道の性質および構成に関する情報を提供する評価結果が生成されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記曲線形状の構成の検討は、
極大値および極小値の数、
前記極大値および前記極小値の振幅、
前記極大値および前記極小値の前記振幅の大きさのシーケンス、
前記極大値および前記極小値のシーケンスの周波数の分析を含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１８】
前記信号処理が、さらにスペクトルの検討といびき信号の振幅に関する検討とを含むことを特徴とする請求項１から請求項１７までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
傾向分析は、次のパラメータ、すなわち、
吸気時間、
呼気時間、
呼吸持続時間、
呼吸周波数、
吸気周期中の呼吸量、
呼気周期中の呼吸量、
呼吸流量の第１の微分および第２の微分、
極大値および極小値の振幅、
極大値および極小値の周波数、
変曲点、
最大吸気流量および最大呼気流量のうちの２つの間の比の変動の検討に基づくことを特徴とする請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記評価手順に基づいて、
特に中枢性無呼吸と閉塞性無呼吸とを区別するための上気道の性質、
前記上気道の弾性特性、
閉塞の場所、
睡眠時無呼吸の重症度、およびＰｃｒｉｔ値に関する情報を与える評価結果がもたらされることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項２１】
前記弾性特性は回復モジュール又は弾性モジュールであることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
呼吸ガスを送出する送出デバイス、
呼吸気流に関する点を示す信号を生成する測定デバイス、
呼吸ガス圧を所定の基準圧力に調節する調節デバイス、
前記基準圧力をプリセットする圧力プリセットデバイスを備え、
呼吸周期特有の基準となる特徴の変動に基づくように構成され、
既存のまたは切迫した呼吸障害が閉塞性であるか中枢性であるか、または閉塞性か中枢性である既存のまたは切迫した呼吸障害の程度を示す評価結果をもたらし、前記基準圧力が前記評価結果を考慮して決定されるように構成される信号処理デバイスを特徴とする周囲圧力よりも高く少なくとも相に倣った圧力レベルで前記呼吸ガスを患者に供給し、
吸気時間および呼気時間を連続呼吸に関して検出し、
前記吸気時間と前記呼気時間との比を検出し、
切迫した呼吸障害またはすでに存在する呼吸障害が閉塞性および／または中枢性であるかどうかに関する情報を与える評価信号が、前記比の時間変化を検討することによって生成されることを特徴とする装置。
【請求項２３】
前記送出デバイスと呼吸マスクとの間に延びる呼吸ガスラインと、呼吸マスクデバイスとを含むことを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
信号処理デバイスであって、前記信号処理デバイスは呼吸周期特有の基準となる特徴の変動に基づいて構成され、一連の測定が閉塞性または中枢性の呼吸障害として分類されるべきシーケンスを含むか否かということと、または前記一連の測定の程度とを示す評価結果を生成する前記信号処理デバイスを含み、
患者の呼吸の時間に関するパターンに関して示す情報の項目を含む一連の測定データを評価し、
吸気時間および呼気時間を連続呼吸に関して検出し、
前記吸気時間と前記呼気時間との比を検出し、
切迫した呼吸障害またはすでに存在する呼吸障害が閉塞性および／または中枢性であるかどうかに関する情報を与える評価信号が、前記比の時間変化を検討することによって生成されることを特徴とする評価装置。
【請求項２５】
前記一連の測定は少なくとも部分ごとに可視化され、推定される呼吸の乱れの前記シーケンスは、閉塞性または中枢性のシーケンスとして区別可能に強調されることを特徴とする請求項２４に記載の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、呼吸可能なガスを周囲圧力よりも高く、少なくとも相に倣った圧力レベルで投与する際に、圧力変動を調整するために、また包括的に、睡眠関連呼吸障害を診断および／または治療するために、呼吸活動、例えば呼吸気流に関する測定信号の信号処理検討を実行する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
睡眠関連呼吸障害を治療するためには、患者に呼吸ガス、特に周囲空気を、周囲圧力レベルよりも高く少なくとも相に倣った圧力レベルで供給することが知られている。高い圧力レベルで呼吸ガスを投与することにより、上気道の領域において圧縮空気圧によるスプリントを実施することが可能になり、それにより、生理学的に適合性の高い方法で当該気道領域のいかなる閉塞もなくすことが可能になる。
【０００３】
呼吸ガス圧が、できる限り低く、かつ閉塞の防止または閉塞の制限に十分なだけの圧力に設定されていれば、高い圧力レベルでの呼吸ガスの供給の特に優れた適合性が得られる。ＣＰＡＰ装置に組み込まれた電子圧力調節デバイスによって、瞬間的な呼吸気流の信号処理検討の評価結果を考慮して、瞬間的に要求される呼吸ガス圧の設定を実施することが知られている。瞬間的な呼吸気流は、特に体積流量センサ、例えば測定オリフィスによって検出することができる。
【０００４】
自動圧力マッチングを行うＣＰＡＰ装置の場合、電子圧力調節デバイスは、必要な呼吸ガス圧が適切な確実性レベルで供給されるように構成されるものの、圧力変化の変動がごくわずかであるため患者の睡眠パターンが呼吸ガス圧の変化による著しい悪影響を受けることはない。特に、比較的高い呼吸ガス圧レベルが一時的に設定される場合には悪影響が生じる可能性はある。
【０００５】
本発明の目的は、呼吸活動に関することを表す信号の、高い確率で正確な電子評価を行うことができ、それにより、その評価に基づいて患者の生理学的状態を正確に判定することができ、かつ／または呼吸ガス供給、特に呼吸ガス圧を、瞬間的な生理学的要求とより一層一致させることができる方法を提供することである。
【発明の開示】
【０００６】
本発明によれば、呼吸気流を示す測定信号の信号処理検討において、閉塞性呼吸障害と中枢性呼吸障害との区別を可能にする検討結果が得られるという点で、上記の目的が達成される。
【０００７】
このように、瞬間的な呼吸気流の検出に関連して、傾向の分析を実施することが可能であり、この傾向の分析によって、特に圧力調節特性を調整することを伴う、瞬間的なまたは切迫した呼吸障害をなくすかまたは防止するのに最も適した措置を講じることができるという点で効果がある。
【０００８】
本発明の特に好ましいある実施形態によれば、信号処理検討は、これを用いて得られる連続した呼吸の吸気時間および呼気時間を検出することで行われる。吸気時間と呼気時間との比を割り出すことと、これらの比の時間変動を検討することによって、切迫した呼吸障害またはすでに存在する呼吸障害が、閉塞性および/または中枢性であるかどうかに関する傾向を認識することが可能である。
【０００９】
特に上記の措置と組み合わせて、または上記の措置の代わりに、呼吸の相の転換の領域における呼吸気流の導関数、特に一次導関数の特性の連続的に生じる変化の比較検討から、既存のまたは切迫した障害相に関する情報を得ることも可能である。
【００１０】
吸気時間Ｉｘの呼気時間Ｅｘに対する比を用いて、呼吸障害を表すことができる。特に、呼気時間に対する吸気時間の持続時間の変動の傾向により、上気道の切迫した閉塞の兆候が示される。さらに、傾向分析手順において吸気時間Ｉｘの呼気時間Ｅｘに対する比を検討することは、閉塞性無呼吸を中枢性無呼吸と区別するのに役立つ。
【００１１】
呼吸気流の「流量曲線」の正確な測定が特に有利である。
【００１２】
吸気の呼気に対する比は、デューティサイクルと呼ばれ、上気道の呼吸流の乱れを評価するための情報担体となる。流量制限が実際に起きた場合、吸気時間は見かけ上増加する。これに対して、経鼻的に測定された上気道の抵抗は変化しない。毎分呼吸量が一定であると仮定すると、体積流量と、吸気持続時間と、呼吸持続時間との間の関係を推定することが可能である。（毎分呼吸量は、体積流量に吸気時間を乗じて呼吸持続時間で割ったものと等しい。）
特に、上記の措置と組み合わせて、または同様に上記の措置の代わりに、呼吸周期の、または呼吸周期内の導関数の特性の、特に呼吸の相の転換の領域における呼吸気流の一次導関数の特性の、連続的に生じる変化の比較検討から、既存のまたは切迫した障害相に関する情報を得ることも可能である。
【００１３】
その微分の検討によって、吸気周期の開始および／または吸気周期の終了が導き出され、また吸気周期中の曲線形状が導き出される。
【００１４】
ある平均勾配は、簡潔化して例えば各呼吸相の持続時間の１０％以上に及ぶ間隔で、計算される。
【００１５】
ある勾配（例えば、相の転換における最大勾配）は、包括的に吸気周期にわたるある時間帯で計算される。
【００１６】
特に呼吸運動の性質および構成に関する傾向分析は、好ましくは以下に示す信号評価結果、すなわち、
吸気周期中の最大ピークフロー、
呼吸量、
吸気時間、および測定された流量曲線の二次導関数についても実施される。
【００１７】
本発明のさらなる態様によれば、信号処理検討は、呼気周期の開始時または呼気周期の終了時それぞれの微分の検討に基づいて行われる。微分は、簡素化して例えば呼気周期の開始時および最大呼気流量後の１０％の間隔にわたって計算されるか、または包括的に呼気周期にわたって計算される。評価は、呼気周期中の最大ピークフロー、呼吸量および／または呼気時間および／または呼気周期中に測定された流量曲線の二次導関数（曲率）を含めて、本明細書中で上述したのと同様に行われる点で効果がある。この評価手順によって、上気道の性質および構成に関する情報を得ることも可能になる。
【００１８】
吸気周期中の呼吸流量曲線の平坦化する部分は、スターリングの抵抗のモデルに従って流量制限であると解釈することができる。例えば、吸気周期の開始後１０％から吸気周期の終了前１０％までの間隔における吸気周期中の曲線形状の形を検討することにより、上気道の弾性特性に関する情報を提供できる点で有利である。このようにして、Ｐｃｒｉｔ値（上気道が閉鎖する圧力）に関する結論を導き出すことも可能である。
【００１９】
この信号処理手順は、特に、極大値および極小値の数、極大値および極小値の振幅、極大値および極小値の振幅の大きさのシーケンス、ならびに極大値および極小値のシーケンスに関連する周波数の分析を包含するという点で効果がある。
【００２０】
本発明のさらなる態様によれば、本発明による信号処理手順は、スペクトルの検討と、いびき信号の振幅に関する検討とを含み、またこれらの検討に基づいて、上気道の弾性特性の性質およびおそらくは上気道の閉鎖の性質および場所に関する情報を提供することが望ましい。
【００２１】
特定の一態様によれば、信号処理評価およびそれに基づいた傾向分析は、後述する少なくとも２つのパラメータの検討の組み合わせに基づいて行われる。傾向分析は、好ましくは以下のパラメータ、すなわち、
吸気時間、
呼気時間、
呼吸持続時間および呼吸周波数、
吸気周期中の呼吸量、
呼気周期中の呼吸量、
呼吸流量の第１の微分および第２の微分、
極大値および極小値の振幅、
極大値および極小値の周波数、
変曲点、
最大吸気流量および最大呼気流量を組み合わせて検討する場合にこれらのパラメータの比の変動の検討に基づく。
【００２２】
上記のパラメータの信号処理検討により、以下のこと、すなわち、
特に中枢性無呼吸と閉塞性無呼吸とを区別するための上気道の性質、
上気道の弾性特性（回復モジュール、弾性モジュール）、
閉塞の場所、
睡眠時無呼吸の重症度、
Ｐｃｒｉｔ値に関する情報を得ることができる。
【００２３】
さらなる詳細および特徴は、図面を参照した本明細書の以下の説明から明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図１は、連続呼吸周期の吸気持続時間の呼気持続時間に対する比の解明に基づいた信号処理検討を説明する、呼吸気流チャートの一部を示す。
【００２５】
吸気時間Ｉｘの呼気時間Ｅｘに対する比と、特に連続呼吸周期に関するその比の変動は、呼吸障害の発生に関する点を示す情報を表す。特に、呼気時間に対する吸気時間の持続時間の変化の傾向により、上気道の切迫した閉塞の指標を得ることができる。さらに、傾向分析において吸気時間Ｉｘの呼気時間Ｅｘに対する比を検討することは、閉塞性無呼吸を中枢性無呼吸と区別するのに役立つ。できる限り正確に呼吸気流を測定することと、それに関連して流量曲線を描写できることとは効果がある。
【００２６】
吸気対呼気の比は、デューティサイクルと呼ばれ、上気道の呼吸流の乱れを評価するための情報担体となる。流量制限が実際に起きた場合、吸気時間は見かけ上増加する。これに対して、経鼻的に測定された上気道の抵抗は変化しない。
【００２７】
毎分呼吸量が一定であると仮定した場合、体積流量と、吸気持続時間と、呼吸持続時間との間の関係を推定することが可能である。（毎分呼吸量は、体積流量に吸気時間を乗じて呼吸持続時間で割ったものと等しい。）
図２は、連続吸気周期の曲線形状特徴の変化の検討に基づいた信号処理検討を説明する、呼吸気流チャートの一部を示す。図２のチャートは、吸気周期の開始時および吸気周期の終了時それぞれの呼吸気流の一次導関数によって確認される平均勾配を示す。その平均勾配は、簡素化して例えば１０％の間隔にわたり計算されるか、または包括的に吸気周期にわたって計算される。考慮に入れることができるさらなる曲線形状特徴は、特に、呼吸気流の極値（吸気周期中のピークフロー）および／または呼吸量および／または吸気時間および／または検出された流量曲線の二次導関数である。これらの曲線形状特徴の評価、特にそれらの変化の検討により、呼吸活動の性質および構成、すなわち、患者の瞬間的な生理学的状態または間もなく現れる生理学的状態に関する情報を得ることができる。
【００２８】
図３は、連続呼気周期の曲線形状特徴の変化の検討に基づいた信号処理検討を説明する、呼吸気流チャートの一部を示し、この信号処理検討は、特に、簡素化して例えば呼気周期の開始時および最大呼気流量後の１０％の間隔にわたって算出されるか、または包括的に呼気周期にわたって算出される呼気周期の開始時または呼気周期の終了時それぞれの微分の評価の形態である。
【００２９】
図２に関して記載したのと同様に、この場合も、考慮に入れることができるさらなる曲線形状特徴は、特に、呼吸気流の極値（呼気周期中のピークフロー）および／または呼吸量および／または呼気時間および／または検出された流量曲線の二次導関数である。これらの曲線形状特徴の評価、特にそれらの変化の検討により、呼吸活動の性質および構成、すなわち、患者の瞬間的な生理学的状態または間もなく現れる生理学的状態に関する情報を得ることができる。
【００３０】
図４は、複数の連続吸気周期の複数の間隔の曲線形状の特徴の評価に基づいた信号処理検討手順を説明する、呼吸気流チャートの一部を示す。
【００３１】
吸気周期中の呼吸流量曲線の平坦化する部分は、流量制限として（スターリングの抵抗のモデルに従って）解釈することができる。例えば、吸気周期の開始後１０％から吸気周期の終了前１０％までの間隔における吸気周期中の曲線形状のパターンを検討することにより、例えば上気道の弾性特性に関する情報が与えられる。
【００３２】
この分析により、Ｐｃｒｉｔ値（上気道が閉鎖する圧力）に関する結論を導き出すことも可能である。
【００３３】
傾向分析手順を実行する際には、特に以下の評価中間結果、すなわち、
極大値および極小値の数、
極大値および極小値の振幅、
極大値および極小値の振幅の大きさのシーケンス、
一連の極大値および極小値の周波数、
吸気周期中のある間隔の曲線形状、
間隔の長さを考慮に入れることが有利である。
【００３４】
スペクトルの検討およびいびき信号の振幅に関する検討はさらに、上気道の弾性特性の性質に関する情報、および上気道の閉鎖の場所および性質に関する情報を提供することができる。
【００３５】
本発明は、本明細書で上述した使用例に限定されない。本発明は、特に、適切に構成された信号処理デバイスを用いることによって、ＣＰＡＰ装置において呼吸ガス圧を制御するとともに圧力規定を適合させるのに用いることができる。本発明は、一連の測定データの時間変位評価に関して用いることもでき、その状況において、閉塞性または中枢性の呼吸障害相を可視化することを可能にする。本発明は、一般的に患者の睡眠時呼吸を調査するための呼吸流量計とともに用いることもでき、その場合、閉塞性のいかなる障害が、必ずしも高圧の呼吸ガス供給によって直接的に同時に排除されなければならない、という事はない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】連続呼吸周期の吸気持続時間の呼気持続時間に対する比の解明に基づいた信号処理検討を説明する、呼吸気流チャートの一部を示す。
【図２】連続吸気周期の曲線形状特徴の変化の検討に基づいた信号処理検討を説明する、呼吸気流チャートの一部を示す。
【図３】連続呼気周期の曲線形状特徴の変化の検討に基づいた信号処理検討を説明する、呼吸気流チャートの一部を示す。
【図４】連続吸気周期の間隔内の曲線形状特徴の評価に基づいた信号処理検討を説明する、呼吸気流チャートの一部を示す。
【図１】
0004478027.tif 000002
【図２】
0004478027.tif 000003
【図３】
0004478027.tif 000004
【図４】
0004478027.tif 000005