(57)【要約】【課題】【解決手段】  対象とする患者またはユーザの呼吸の安定に有効な気体混合物を得るために、最小濃度のＣＯ２が加圧空気に混合される。約２％未満、好ましくは約０．５％〜１．２５％の間のＣＯ２濃度が使用される。気体モジュレータが、気体混合モジュール（２０）、センサ（３６）、および制御プロセッサ（１００）を備えている。気体混合モジュールはＣＯ２を含む複数の気体を混合して気体混合物を生成し、実質的に漏れのない患者のフェイスマスク（４８）に供給する。実際にフェイスマスクに配置されているセンサ（４２）は、フェイスマスク内のＣＯ２濃度を測定する。制御プロセッサは、センサからの信号に基づき、気体混合物中のＣＯ２濃度を制御する。
2006513004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼吸を安定化する装置であって、
二酸化炭素の供給源と、
加圧空気を前記二酸化炭素と混合して、気体混合物を得るアセンブリと、
前記アセンブリに接続され、前記得られた気体混合物を所定の対象による吸入のために供給する患者中枢換気空間モジュール（ＰＣＶＳＭ）と、
を備え、
前記気体混合物の吸入は前記対象の呼吸の安定化を実現する装置。
【請求項２】
請求項１において、前記アセンブリは前記加圧空気を供給する気道陽圧モジュールを含んでいる装置。
【請求項３】
請求項１において、前記ＰＣＶＳＭは保育器、テント、フェイスマスク、および鼻カニューレのいずれかを含んでいる装置。
【請求項４】
請求項１において、前記気体混合物中の二酸化炭素の濃度が２％未満である装置。
【請求項５】
請求項１において、前記気体混合物中の二酸化炭素の濃度が約０．５％〜約１．２５％の間である装置。
【請求項６】
請求項１において、前記二酸化炭素供給源、前記アセンブリ、および前記ＰＣＶＳＭのうちの少なくとも１つはコンピュータ・プロセッサによって制御されて、前記気体混合物中の二酸化炭素の濃度を調節する装置。
【請求項７】
請求項６において、前記コンピュータ・プロセッサは、検出された前記ＰＣＶＳＭ内の二酸化炭素の濃度、検出された対象の状態、および検出されたシステム変化の任意の組み合わせの関数として、前記気体混合物中のＣＯ２の濃度を調節する装置。
【請求項８】
気体混合物を調製して呼吸の安定化を可能にする方法であって、
実質的に低濃度の二酸化炭素を供給するステップと、
加圧空気を前記二酸化炭素と混合して、呼吸の安定化効果を有する気体混合物を生成するステップとを含み、
前記加圧空気により、前記気体混合物中の低濃度の二酸化炭素が対象の呼吸器系に対して安定化効果を有する、呼吸の安定化方法。
【請求項９】
請求項８において、前記混合ステップは気道陽圧を利用することを含む、呼吸の安定化方法。
【請求項１０】
請求項８において、前記混合ステップは、対象患者の装着フェイスマスクを利用することを含む、呼吸の安定化方法。
【請求項１１】
請求項８において、前記供給ステップは、二酸化炭素を２％未満の濃度で使用することを含む、呼吸の安定化方法。
【請求項１２】
請求項８において、前記供給ステップは、二酸化炭素を約０．５％〜約１．２５％の範囲の濃度で使用することを含む、呼吸の安定化方法。
【請求項１３】
請求項８のプロセスによって生成された気体混合物。
【請求項１４】
第１気体の供給源と、
患者中枢換気空間モジュール（ＰＣＶＳＭ）で使用するために、前記第１気体を気体混合物に混合する手段と、
実質的に前記ＰＣＶＳＭに配置され、前記ＰＣＶＳＭ内の前記第１気体の濃度を測定するセンサと、
前記センサからの信号に基づき、前記気体混合物中の前記第１気体の濃度を制御する制御プロセッサと、
を備えている気体モジュレータ。
【請求項１５】
請求項１４において、前記ＰＣＶＳＭは保育器、テント、フェイスマスク、および鼻カニューレのいずれか１つである気体モジュレータ。
【請求項１６】
請求項１４において、前記ＰＣＶＳＭに実質的に漏れがない気体モジュレータ。
【請求項１７】
請求項１４において、前記第１気体はＣＯ２である気体モジュレータ。
【請求項１８】
請求項１７において、加圧空気が前記気体混合物中の第２気体である気体モジュレータ。
【請求項１９】
請求項１８において、さらに、前記加圧空気を供給する気道陽圧モジュール（ＰＡＰ）を備えている気体モジュレータ。
【請求項２０】
請求項１８において、前記気体混合物中のＣＯ２は実質的に低濃度である気体モジュレータ。
【請求項２１】
請求項２０において、ＣＯ２が２％未満の濃度である気体モジュレータ。
【請求項２２】
請求項２０において、ＣＯ２が約０．５％〜約１．２５％の範囲の濃度である気体モジュレータ。
【請求項２３】
請求項１７において、前記制御プロセッサは、前記センサからの信号から患者の終末呼気中のＣＯ２濃度を決定する気体モジュレータ。
【請求項２４】
請求項１７において、前記制御プロセッサは、睡眠呼吸障害（ＳＤＢ）を有すると診断された患者のＣＯ２の濃度を制御する気体モジュレータ。
【請求項２５】
請求項２４において、前記患者はさらにチェーン・ストークス呼吸を有すると診断されている気体モジュレータ。
【請求項２６】
請求項１７において、前記制御プロセッサは、「乳幼児突発性危急事態（ＡＬＴＥ）」を有すると診断された患者のＣＯ２の濃度を制御する気体モジュレータ。
【請求項２７】
請求項１７において、前記制御プロセッサは、未熟児無呼吸発作を有すると診断された患者のＣＯ２の濃度を制御する気体モジュレータ。
【請求項２８】
請求項１４において、前記第１気体の供給源は加圧された供給源であり、
前記気体モジュレータは、さらに、前記加圧供給源から前記混合手段への前記第１気体の流れを調節する制御バルブ・モジュールを備え、
前記制御バルブ・モジュールは前記制御プロセッサからの制御信号に応答する気体モジュレータ。
【請求項２９】
請求項２８において、前記制御バルブ・モジュールはソレノイド・バルブを有する気体モジュレータ。
【請求項３０】
請求項２８において、前記制御バルブ・モジュールは比例バルブを有する気体モジュレータ。
【請求項３１】
請求項２８において、さらに、前記制御バルブ・モジュールと直列に配置された制限開口を有する気体モジュレータ。
【請求項３２】
請求項１４において、前記混合手段は、
（ａ）流入側プレナム、流出側プレナム、および流入側プレナムを流出側プレナムに接続する連通チャネルを有する気体混合モジュール、または
（ｂ）流入側プレナムまたは流出側プレナムを有しない配管または他の容器、
である気体モジュレータ。
【請求項３３】
請求項１４において、さらに、
（ａ）前記混合手段への前記第１気体の流入を視覚的または電気的に表示する流量計、
（ｂ）前記混合手段への前記第１気体の流入を測定し、前記制御プロセッサに信号を提供する流入側流量センサであって、この信号に応答して前記制御プロセッサが気体混合物中の前記第１気体の濃度を制御する流入流量センサ、
（ｃ）前記ＰＣＶＳＭから排気される吐出空気の流れを視覚的または電気的に表示する流量計、および
（ｄ）ＰＣＶＳＭ排気吐出空気の流量を測定し、前記制御プロセッサに信号を提供するＰＣＶＳＭ排気流れセンサであって、この信号に応答して前記制御プロセッサが気体混合物中の前記第１気体の濃度を制御するＰＣＶＳＭ排気流センサ、
の任意の組み合わせを備えている気体モジュレータ。
【請求項３４】
請求項１４において、さらに
前記制御プロセッサからの制御信号に応じて、前記ＰＣＶＳＭから排気される吐出空気の流れを調節する比例バルブを備え、
前記制御プロセッサは、検出されたシステムの変化に応じて前記比例バルブを動的に制御する気体モジュレータ。
【請求項３５】
請求項１４において、さらに
前記ＰＣＶＳＭから排気される吐出空気の流れを調節する手動操作のバルブを備えている気体モジュレータ。
【請求項３６】
請求項１４において、前記制御プロセッサは、サーミスタ、歪みゲージ、皮膚コンダクタンス・モニタ、動脈収縮モニタ、経皮的血液ガス・モニタ、および生理学的信号の任意の組み合わせからの患者の状態情報に応じて、気体混合物中の前記第１気体の濃度を制御する気体モジュレータ。
【請求項３７】
請求項３６において、前記生理学的信号が、ＥＥＧ信号、ＥＫＧ信号、呼吸データ、または終末呼気二酸化炭素信号のいずれかを含んでいる気体モジュレータ。
【請求項３８】
請求項１４において、さらに
前記ＰＣＶＳＭの近傍に取り付けられ、吸入および吐出の呼吸容積を測定して前記制御プロセッサに圧力信号を提供するニューモタコグラフを備え、
前記信号に応答して前記制御プロセッサが気体混合物中の前記第１気体の濃度を制御する気体モジュレータ。
【請求項３９】
請求項１４において、さらに
前記制御プロセッサに接続された表示モニタを備え、
前記制御プロセッサは、ＣＯ２濃度、Ｏ２濃度、制御プロセッサの制御状態、センサ信号、および生理学的信号のうちの少なくとも１つを表示するスクロール式チャートレコーダを前記表示モニタ上に表示する気体モジュレータ。
【請求項４０】
請求項１４において、さらに、前記制御プロセッサへの遠隔操作インタフェースを備えることにより、前記制御プロセッサをリモート・ワークステーションから遠隔制御可能としている気体モジュレータ。
【請求項４１】
請求項４０において、前記遠隔操作インタフェースは、有線または無線のＴＣＰ／ＩＰ接続である気体モジュレータ。
【請求項４２】
請求項１４において、さらに
前記混合手段内の少なくとも前記第１気体の濃度を監視し、前記制御プロセッサに信号を提供する気体サンプリング・センサを備え、
前記制御プロセッサは前記信号に応答して気体混合物中の前記第１気体の濃度を制御する気体モジュレータ。
【請求項４３】
請求項４２において、前記気体サンプリング・センサは、二酸化炭素（ＣＯ２）および酸素（Ｏ２）の濃度を監視する気体モジュレータ。
【請求項４４】
請求項１４において、前記制御プロセッサは、入力データを連続的に受信および分析して、この入力データと以下のパラメータ
第１気体の流量の最大値、
吸入される第１気体の最大値、
動脈血ＣＯ２の最大値、
終末呼気二酸化炭素の最大値、
前記混合手段内の第１気体の最大パーセント、
のうちの少なくとも１つとに基づいて、警報状態を表示し、
前記制御プロセッサは、警報状態が存在しているとき、前記第１気体の供給を停止または減少させる気体モジュレータ。
【請求項４５】
請求項４４において、警報状態が存在しているときに、前記制御プロセッサが警報音を発する気体モジュレータ。
【請求項４６】
請求項１４において、前記気体モジュレータは非臨床環境で使用されるように構成されており、
（ａ）前記第１気体の供給源が、指定された限界値に従って最大流量を制限する寸法の開口を有する容器である、
（ｂ）当該システムはさらに、記録および報告手段を有する、
（ｃ）前記記録および報告手段に、遠方からアクセス可能である、
（ｄ）前記記録および報告手段に、ダイアルアップ接続を介してアクセス可能である、
構成のいずれかを含む気体モジュレータ。
【請求項４７】
呼吸の安定化を可能にする二酸化炭素（ＣＯ２）ベースのシステムであって、
排気口を有しており、ユーザによって使用される実質的に漏れのないマスクと、
前記マスクに加圧空気を送る陽圧（ＰＡＰ）モジュールと、
前記マスクに取り付けられ、ユーザによって吐出されたＣＯ２を蓄えて、ユーザによる蓄えられたＣＯ２の再吸入を可能にするデッドスペース・リザーバと、
実質的に前記マスクに位置し、ユーザの呼吸の関数として動的に変化する前記マスク内の二酸化炭素の濃度を測定するセンサと、
前記センサからの信号を受信するために接続された制御プロセッサと、
を備え、
前記プロセッサが、前記センサからの信号に基づいて前記マスクの排気口を調節して前記マスク内の二酸化炭素レベルを制御することにより、呼吸の安定化を可能にする二酸化炭素のレベルが前記マスク内で維持され、そのレベルの二酸化炭素がユーザによって吸入される、二酸化炭素ベースのシステム。
【請求項４８】
請求項４７において、前記行き止まりデッドスペース・リザーバはある一定長さのホースによって形成されている、二酸化炭素ベースのシステム。
【請求項４９】
請求項４７において、前記デッドスペース・リザーバは約５００ｍｌの気体を蓄える二酸化炭素ベースのシステム。
【請求項５０】
請求項４７において、前記排気口は、前記中央プロセッサによって制御できる比例バルブ、ユーザによって制御できるニードル・バルブ、および可変開口のうちの１つを含む二酸化炭素ベースのシステム。
【請求項５１】
請求項４７において、約２％未満のＣＯ２のレベルが前記マスク内に維持される二酸化炭素ベースのシステム。
【請求項５２】
請求項４７において、約０．５％〜約１．２５％の間のＣＯ２のレベルが前記マスク内に維持される二酸化炭素ベースのシステム。
【請求項５３】
患者についての二酸化炭素（ＣＯ２）を調節する方法であって、
患者によって装着され、（ｉ）排気口と、（ｉｉ）患者の吐出したＣＯ２を患者による再吸入のために蓄えるデッドスペース・リザーバとを有する実質的に漏れのないマスクを設けるステップと、
前記マスクに加圧空気を供給するステップと、
コンピュータ手段を利用し、患者の呼吸の関数として動的に変化する前記マスク内の二酸化炭素の濃度を測定するステップと、
測定された濃度に基づき、患者によって吸入される前記マスク内の二酸化炭素の濃度を制御するステップと、
を含む方法。
【請求項５４】
請求項５３において、前記デッドスペース・リザーバはある一定長さのホースを有する構造である方法。
【請求項５５】
請求項５３において、前記デッドスペース・リザーバは約５００ｍｌの気体を蓄える容積を有する方法。
【請求項５６】
請求項５３において、前記制御ステップは、前記排気口内の比例バルブ、ニードル・バルブ、および可変開口のうちの１つを使用することを含む方法。
【請求項５７】
請求項５３において、前記制御ステップは、二酸化炭素の濃度を呼吸の安定化を可能にするのに充分なだけのレベルに維持することを含む方法。
【請求項５８】
請求項５７において、二酸化炭素の濃度が約２％未満に維持される方法。
【請求項５９】
請求項５７において、二酸化炭素の濃度が約０．５％〜約１．２５％の間に維持される方法。
【請求項６０】
患者中枢換気空間モジュール（ＰＣＶＳＭ）において使用される気体混合物中の第１気体の濃度を調節するコンピュータ・プログラム・プロダクトであって、コンピュータ読取り可能なコードを保持するコンピュータ利用可能な媒体を有しており、
前記コードは、
前記第１気体流れの情報を受信し、
前記気体混合物中の少なくとも前記第１気体の濃度のサンプリング結果を受信し、
患者の吸入および吐出の呼吸における少なくとも前記第１気体について、実質的に前記ＰＣＶＳＭにおいて測定される濃度データを受信し、
前記第１気体の流量、前記第１気体の気体混合物濃度、ならびに患者の吸入および吐出の呼吸における前記第１気体の濃度を分析し、この分析に基づいて、前記気体混合物中の前記第１気体の濃度を調節する、
コンピュータ・プログラム・プロダクト。
【請求項６１】
患者の呼吸の不安定性を治療する方法であって、
有効な最小濃度のＣＯ２を加圧空気と混合して気体混合物を生成するステップと、
前記気体混合物を、患者が吸入するために供給するステップと、
を含む方法。
【請求項６２】
請求項６１において、前記混合のステップは約２％のＣＯ２を使用する方法。
【請求項６３】
請求項６１において、前記混合ステップは約０．５％〜１．２５％の間のＣＯ２を使用する方法。
【請求項６４】
請求項６１において、前記混合のステップは気道陽圧を使用する方法。
【請求項６５】
請求項６１において、前記供給ステップは、患者による安定した呼吸が検出されている間、前記気体混合物の供給を一時的に中断することを含む方法。
【請求項６６】
請求項６１において、前記供給ステップは、呼吸サイクルにおける患者の吐出ＣＯ２レベルの低下が検出されている間実行される方法。
【請求項６７】
請求項６６において、前記供給ステップは、呼吸サイクルに対して比較的短い時間にわたって供給を行なうことを含む方法。
【請求項６８】
請求項６１において、前記混合ステップは、患者によって装着されたマスクのデッドスペース領域において実行され、ＣＯ２の供給源が患者の吐出した呼吸であり、
さらに、前記マスクを通気してＣＯ２濃度を制御するステップ含む方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、２００３年１月２８日出願の米国特許仮出願第６０／４４３，２２７号の優先権を主張するものであり、この仮出願は参照により本明細書に引用したものとする。
【技術分野】
【０００２】
睡眠呼吸障害（ＳＤＢ）の患者は、上気道閉塞および呼吸の調節異常からさまざまな影響を受ける。呼吸の調節異常は、チェーン・ストークス呼吸（例えば、鬱血性心不全における）によって最もよく表れるが、より程度の軽い周期性呼吸は、臨床診療においてしばしば見られる。下記の参考文献［１］を参照されたい。調節異常の影響が大きくなるにつれ、連続または二相性気道陽圧（ｘＰＡＰ）など、上気道の空気圧維持による治療の効果が低下する。下記の参考文献［２］を参照されたい。追加の酸素は、低酸素症が深刻でない場合でも、広く使用される治療用の添加作用物質であるが、周期性呼吸を完全に治療するものではない。下記の参考文献［３］を参照されたい。
【背景技術】
【０００３】
血中の二酸化炭素の恒常性の乱れが周期性呼吸パターンの発生の原因であることが、５０年以上にわたって知られている。また、吸気中のＣＯ２濃度を２〜６％に高めることが、睡眠時の呼吸を顕著かつ迅速に安定させる効果を有していることも知られている（下記の参考文献［４］を参照されたい）。追加のＣＯ２が、過換気（過大呼吸）および低換気よって生じる血中ＣＯ２濃度の変動を抑制し、さらに血中のＣＯ２の平均分圧を高めることによって、呼吸を安定させる。しかし、ＣＯ２を使用することの実用上の困難性は、ｘＰＡＰ技術の発展ともあいまって、ＣＯ２の使用によって睡眠時の呼吸の質を改善する方法の開発における臨床上の関心が失われる結果となっている。ｘＰＡＰ技術を二酸化炭素と共に使用することは、さらに難しい実用上の問題を生じさせる。
【０００４】
ｘＰＡＰによって治療される多くのＳＤＢ患者は残存症状を有する。結果として生じる睡眠の分断が臨床上重要であると考えられる。下記の参考文献［５］を参照されたい。ｘＰＡＰ治療法は、複雑でない閉塞性ＳＤＢの治療にきわめて効果的であることが多いが、より複雑な疾患を有する患者においては、通常は、ｘＰＡＰ治療法は効果を発揮しない。このような患者は、通常明白なまたはわずかな周期性呼吸の徴候を有しており、閉塞性無呼吸、呼吸低下および中枢性無呼吸の混合状態を有することがある。これらの患者は、レム睡眠よりもノンレム睡眠において、より不安定であることが多い。ＰＡＰに酸素を追加したとしても、これらの患者は、全体的に治療が極めて困難である。
【０００５】
周期性呼吸に関して、呼吸調節困難なＳＤＢ患者は主として３つのグループに分けられる。すなわち、１）鬱血性心不全または腎疾患および明白なチェーン・ストークス呼吸を有する患者、２）心臓疾患または腎疾患はないが、明白なチェーン・ストークス呼吸を有する患者、および３）心臓／腎臓疾患の有無にかかわらず、より複雑であるが重症の周期性呼吸（純粋なチェーン・ストークス呼吸ではない）を有する患者である。現在、睡眠専門クリニックで見られる呼吸調節困難なＳＤＢ患者の大部分は、この後者のグループに属する。
【０００６】
下記の参考文献のそれぞれは、参照により本明細書に引用したものとする。
１．Thalhofer S., Dorow P.「睡眠呼吸障害と心不全（Sleep-Breathing Disorders and Heart Failure）」、Sleep Breath ２０００年；４号：１０３〜１１２頁。
２．Teschler H., Dohring J., Wang Y.M., Berthon-Jones M.,「適応圧力支援サーボ・ベンチレーション：心不全におけるチェーン・ストークス呼吸のための新治療法（Adaptive pressure support servo-ventilation：a novel treatment for Cheyne-Stokes respiration in heart failure）」、Am J Respir Crit Care Med  ２００１年；１６４号：６１４〜６１９頁。
３．Krachman S.L., D=Alonzo G.E., Berger T.J., Eisen H.J.,「鬱血性心不全における睡眠時チェーン・ストークス呼吸についての酸素療法の鼻連続的気道陽圧との比較（Comparison of oxygen therapy with nasal continuous positive airway pressure on  Cheyne-Stokes respiration during sleep in congestive heart failure）」、Chest １９９９年；１１６号：１５５０〜１５５７頁。
４．Lorenzi-Filho G., Rankin F., Bies I., Douglas, Bradley T.,「心不全の患者におけるチェーン・ストークス呼吸に対する二酸化炭素および酸素吸入の効果（Effect of inhaled carbon dioxide and oxygen on Cheyne-Stokes respiration in patient with heart failure）」、Am J Respir Crit Care Med １９９９年；１５９号：１４９０〜１４９８頁。
５．Pack A. I., Black J.E., Schwartz J, R., Matheson J. K., 「閉塞型睡眠時無呼吸症候群における昼間の眠気の付加治療としてのモダフィニル（Modafinil as adjunct therapy for daytime sleepiness in obstructive sleep apnea）」、Am J Respir Crit Care Med ２００１年；１６４号：１６７５〜１６８１頁。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
閉塞性換気障害の抑制以外でＳＤＢ患者の呼吸安定性を改善する臨床上の必要性が存在する。効果的な治療が生活の質および認知機能を改善し、ＳＤＢの抑制によって、心不全の患者の生存率を向上させることがますますはっきりしてきている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発明者らは、正確な濃度のＣＯ２および酸素（Ｏ２）を実現できるプロトタイプ装置を設計およびテスト（安全性および効果について）することによって、睡眠時呼吸の安定作用物質として二酸化炭素（ＣＯ２）を使用することを再検討した。このプロトタイプ装置は、既存のｘＰＡＰ設備と組み合わせて動作するように設計されているが、単独で使用することもでき、あるいは他の治療法と共に使用することができる。すなわち、本発明は、（ｉ）実質的に低濃度の二酸化炭素と加圧空気の気体混合物と、（ｉｉ）ターゲット患者が使用（吸入）するために患者中枢換気空間モジュール（ＰＣＶＳＭ）に送られる加圧空気と二酸化炭素の気体混合物を使用して、呼吸を安定化する装置とを提供する。気体混合物中のＣＯ２濃度は２％未満であり、好ましくは約０．５％〜１．２５％の間である。
【０００９】
本発明のプロトタイプおよび第１実施形態は、可動の（選択的に可動の）カートまたは他の適切なハウジングを備えており、そのカートまたはハウジングに、（ｉ）ＣＯ２の供給源と、（ｉｉ）供給源からのＣＯ２および別の酸素濃縮器からのＯ２を受け入れる気体混合室または気体混合モジュールと、（ｉｉｉ）気体混合モジュールの流力側のＣＯ２およびＯ２モニタと、（ｉｖ）適切なソフトウェアおよび表示システムを備え、多機能入力ボックスを介して前記モニタおよびセンサからの信号を受け取り、気体混合モジュールの流入および流出バルブを制御するように接続された制御プロセッサとが取り付けられている。さらに、制御プロセッサにより制御される電気駆動の比例バルブが、ＣＯ２供給源と気体混合モジュールとの間、または気体混合モジュール内において使用されている。
【００１０】
ニードル・バルブで構成される制限開口が、比例バルブと直列に配置され、ＣＯ２の最大流量、したがって濃度の最大値を決める。
【００１１】
本発明の１つの態様によれば、このシステムは、過剰ＣＯ２の監視能力ならびにＯ２の監視を提供する。気体混合室へのＣＯ２の流れは、校正済みの電気駆動比例バルブによって制御され、視覚的に読み取り可能な可変面積式ガラス流量計によって測定される。混合室内の実際のＣＯ２濃度は、ＣＯ２およびＯ２センサの両者を組み込んでいるＤａｔｅｘ／Ｏｈｍｅｄａ社のＣａｐｎｏｍａｃモニタなどの患者モニタによって測定され、患者インタフェースにおける最終的なＣＯ２濃度は、Ｎｉｈｏｎ  Ｋｏｈｄｅｎ社（日本光電工業株式会社）のＴＧ９５１Ｔ型ＣＯ２センサなどの主流ＣＯ２センサを使用して測定される。さらに、このＮｉｈｏｎ  Ｋｏｈｄｅｎ社のセンサは、肺胞内ＣＯ２濃度の最も直接的な測定値であると考えられる終末呼気ＣＯ２の値（ｅｔＣＯ２）を提供する。この複数の追加のセンサの目的は、患者にＣＯ２および酸素を適切な濃度で安全に供給することを保証することにある。
【００１２】
気体濃度の監視は、患者の血中の気体濃度を直接測定するセンサを組み込むことによって、さらに強化される。Ｓｅｎｓｏｒｍｅｄｉｃｓ社のＭｉｃｒｏｇａｓ  ７６５０型などの経皮的モニタが、患者の動脈血中の酸素およびＣＯ２の両者の分圧の測定を可能にする。
【００１３】
部品、すなわちコネクタ、配管、パイプは、ラックの内側または外側にボルト付けできるモジュール式トレイまたはボックスに組み込まれる。Ｄａｔｅｘ／Ｏｈｍｅｄａ社のＣａｐｎｏｍａｃユニットなどの患者モニタ・ユニットは校正され、これらに限定されるわけではないが、ａ）アナログ信号としてはＣＯ２波形およびＯ２波形（０Ｖ〜＋１０Ｖ）、ｂ）デジタル信号としては呼気ＣＯ２、ｅｔＣＯ２、吸気Ｏ２、警報状態、時間、周囲の圧力などの、アナログおよびデジタル波形を提供する。
【００１４】
「常時オフ」の比例バルブは、気体混合室へのＣＯ２供給の流れを制御する、好ましくはステンレス鋼製または真鍮性の比例バルブである。このバルブは、電源からの電源電圧により、および制御プロセッサによって生成される制御電圧、あるいはプロトタイプの実施形態ではＤＡＳＹＬａｂ（ｗｗｗ．ｄａｓｙｌａｂ．ｎｅｔ／ｄａｓｙｌａｂ＿ｅｎｇｌｉｓｈを参照）データ収集システムを実行するコンピュータからの制御電圧によって作動される。
【００１５】
多機能入力ボックスは、好ましくは信号入力カードで構成される信号ボックスである。ＩＯＴｅｃｈ社（ｗｗｗ．ｉｏｔｅｃｈ．ｃｏｍ）によって製造されている一例は、１６のシングルエンド・アナログ入力を有し、そのうちの８つは、ねじコネクタを介して利用できるシングルエンド入力である。
【００１６】
表示用および実験室用に使用されるソフトウェアは、１ＧＢのＳＤＲＡＭと８０ＧＢ以上のハード・ドライブ空間とを有するＰ４コンピュータ上で動作するＤＡＳＹＬａｂ（Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）である。装置を操作するためのスクリーン／ワークシートの基本セットが生成されており、この基本セットのもとで、気体混合モジュールからのデータが監視され、警報が発せられ、ＣＯ２供給バルブが調節され、全セッションが記録される。患者監視スクリーンが、患者への供給端（例えば、フェイスマスク）で検出されたＣＯ２を記録し、その値をリアルタイムでスクリーン上に表示する。
【００１７】
標準的なｘＰＡＰユニットが、標準的な呼吸配管を介して気体混合モジュールの流入側に接続されている。気体混合モジュールの流出側から延びる標準的な呼吸配管が患者まで導かれ、システムと患者との間に、加熱加湿器が随意に置かれる。配管は「Ｙ字」コネクタに接続されており、「Ｙ字」コネクタの他方の分岐のうちの１つが、或る長さの標準呼吸配管すなわち排気配管に取り付けられている。排気配管は、混合モジュールの前面の排気口を介してシステムに戻り、排気吐出速度は、手動操作のニードル・バルブまたはプロセッサ制御の比例バルブなどを備える可変開口によって制御される。「Ｙ字」コネクタの第３の分岐は、Ｎｉｈｏｎ  Ｋｏｈｄｅｎ社センサの検出器モジュールに取り付けられている。Ｎｉｈｏｎ  Ｋｏｈｄｅｎ社センサは、実質的に密封された口鼻用または鼻用ｘＰＡＰマスクに取り付けられている。この構成の目的は、吐出されたＣＯ２がＮｉｈｏｎ  Ｋｏｈｄｅｎ社センサによって測定される前に希釈されることがないようにし、ｅｔＣＯ２の正確な測定を可能にすることにある。
【００１８】
別の実施形態においては、気体混合モジュールの流出側を、保育器、非密封のマスク、テント、または鼻カニューレなど、他の患者中枢換気空間モジュール（ＰＶＣＳＭ）に接続することができる。
【００１９】
オプションで１つまたは複数のニューモタコグラフを、システムを「Ｙ字」継手に接続しているホース、「Ｙ字」金具とＮｉｈｏｎ  Ｋｏｈｄｅｎ社センサの間、または「Ｙ字」継手とシステムの排気口の間など、呼吸回路のさまざまな位置に挿入できる。ニューモタコグラフはそれぞれ、特殊な配管を介して専用の圧力トランスデューサに接続され、圧力トランスデューサの電圧出力はニューモタコグラフを通過する気体の流速に比例する。圧力トランスデューサからの電圧はシステムのコントローラによって読み取られ、記録される。ニューモタコグラフの目的は、混合室を通過する空気流れ、排気吐出速度などのシステム動作パラメータ、および患者の生理学的パラメータ（特に呼吸）のいずれかまたは両者を測定することにある。これらのデータを用いて、システムのさまざまな動作パラメータを制御できる。
【００２０】
したがって、本発明の実施形態によれば、気体モジュレータ、気体レギュレータ、または他の気体供給システムは、気体混合モジュール（広くには、気体混合手段）、センサ、および制御プロセッサを備えている。気体混合モジュールは、二酸化炭素（ＣＯ２）などの第１気体を含む複数の気体を混合して気体混合物を生成し、保育器、テント、フェイスマスク、および鼻カニューレなどの実質的に漏れのない患者中枢換気空間モジュール（ＰＣＶＳＭ）に供給する。実質的にＰＣＶＳＭに位置するセンサが、ＰＣＶＳＭ内の第１気体の濃度を測定する。制御プロセッサは、センサからの信号に基づいて、気体混合物中の第１気体の濃度を制御する。
【００２１】
第１気体は加圧供給源から供給することができ、気体モジュレータはさらに制御バルブ・モジュールを備えることにより、制御プロセッサからの制御信号に応じて加圧供給源から気体混合モジュールへの第１気体の流れを調節できる。制御バルブ・モジュールは、例えば常時オフのソレノイド・バルブであってもよく、あるいは比例バルブであってもよい。制限開口は制御バルブと直列に配置できる。
【００２２】
気体混合モジュールは、流入側プレナム、流出側プレナム、および流入側プレナムを流出側プレナムに接続する流路を有する小さなボックス（混合室）で構成される。これら３つの室は、１つの実施形態においては、Ｔ字形のバッフル板によって形成されている。
【００２３】
気体混合モジュールの流入側の流量計が、気体混合モジュールへの第１気体の流れの視覚的および／または電気的表示を提供する。
【００２４】
同様に、流出側の流量計が、ＰＣＶＳＭから排気される吐出空気の流れの視覚的および／または電気的表示を提供する。さらに、気体モジュレータは、制御プロセッサからの制御信号に応答する比例バルブであって、ＰＣＶＳＭから排気される排気吐出空気の流れを調節する比例バルブを含んでもよい。このようにして、制御プロセッサは、マスクの密封性の物理的変化などの検出されたシステムの変化に応じて、比例バルブを動的に制御できる。あるいは、吐出空気を手動のニードル・バルブによって制御することもできる。加圧空気は、第１気体が混合される第２気体であってよい。気体モジュレータは、加圧空気を生成する気道陽圧（ＰＡＰ）モジュールをさらに備えてもよく、この加圧空気が、配管を介してＰＡＰモジュールから気体混合モジュールに送られる。
【００２５】
制御プロセッサはさらに、サーミスタ、歪みゲージ、ニューモタコグラフならびに例えばＥＥＧおよびＥＫＧ信号を含む生理学的信号の任意の組み合わせから患者の状態情報に応答することもできる。
【００２６】
気体モジュレータはさらに、これらに限られるわけではないが、患者における第１気体を含む１つまたは複数の気体の分圧を測定する経皮的血液ガス・モニタ、ＰＣＶＳＭの近傍に取り付けられて、吸入および吐出される呼吸量を測定する圧力センサ、皮膚の電気伝導度を測定する皮膚伝導度モニタ、および患者の指の小動脈の収縮の状態を監視する動脈収縮モニタのうちのいずれかまたはすべてを備えてもよい。これらの装置のそれぞれは、制御プロセッサに信号を提供し、プロセッサはその情報を用いて気体混合物中の第１気体の濃度を決定および／または制御する。
【００２７】
表示モニタを制御プロセッサに接続することにより、制御プロセッサは、例えば少なくとも第１気体について気体混合モジュールからサンプリングした実際の濃度を示すインジケータを表示できる。例えば、第１インジケータがＣＯ２の濃度を表示する一方で、第２インジケータがＯ２の濃度を表示することができる。さらに、スクロール式チャートレコーダは、これらに限られるわけではないが、ＣＯ２濃度、Ｏ２濃度、制御プロセッサの制御状態、センサ信号、または生理学的信号を含む、対象の少なくとも１つのパラメータの値を表示できる。
【００２８】
気体モジュレータは、１つの実施形態では、制御プロセッサを遠方のワークステーションから遠隔制御できる遠隔操作インタフェースを備えている。遠方のワークステーションとの接続は、例えば無線ＴＣＰ／ＩＰ接続であってよく、あるいは有線であってよく、あるいは他のプロトコルを使用してもよい。
【００２９】
さらに、気体モジュレータは録音および分析モジュールを備えることにより、患者に取り付けた１つまたは複数のマイクロホンからの可聴信号を記録および分析できる。
【００３０】
気体サンプリング・センサは、気体混合モジュール内の第１気体を含む１つまたは複数の気体の濃度を監視する。気体サンプリング・センサは制御プロセッサに信号を提供し、制御プロセッサは、この信号を、気体混合物中の第１気体の濃度を制御するために分析する。例えば、気体は二酸化炭素（ＣＯ２）および酸素（Ｏ２）である。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態においては、流入側流量センサが気体混合モジュールに流れ込む第１気体流れを測定する。流入側流量センサは制御プロセッサに信号を提供し、制御プロセッサはこの信号を分析して、気体混合物中の第１気体の濃度を制御する。
【００３２】
ＰＣＶＳＭ排気センサがＰＣＶＳＭ排気流れを測定する。ＰＣＶＳＭ排気センサは制御プロセッサに信号を提供し、制御プロセッサはこの信号を分析して、気体混合物中の第１気体の濃度を制御する。
【００３３】
圧力トランスデューサに接続された１つまたは複数のニューモタコグラフが、混合室を通過する空気流れ、排気、および患者の呼吸など、呼吸回路のさまざまな部分の空気流れを測定する。圧力トランスデューサからの出力は、空気の流れに比例し、制御プロセッサによって読み取られる。１つの実施形態においては、ニューモタコグラフは混合室内で流入側プレナムと流出側プレナムとの間に配置できる。
【００３４】
１つの実施形態においては、制御プロセッサは、入力データを連続的に受信および分析し、この入力データおよび以下のパラメータ（あるいは、他のパラメータもありうる）の１つまたは複数に基づいて警報状態を表示する。これらのパラメータは、ＣＯ２流れの最大値、混合室内のＣＯ２濃度の最大値、吸入されるＣＯ２の最大値、動脈血ＣＯ２の最大値、および終末呼気ＣＯ２の最大値である。警報状態が存在するとき、ＣＯ２の供給は低減されるか、あるいは中止される。さらに、警報状態が存在するとき、視覚または聴覚による警報を発してもよい。
【００３５】
１つの実施形態においては、ＰＣＶＳＭは、実質的に密封された口鼻用または鼻用ｘＰＡＰマスクで構成されており、このマスクを吐出空気の希釈が無いように設計して、吐出空気中のＣＯ２濃度の正確な測定を可能にしている。
【００３６】
このようにして、制御プロセッサは、実質的にＰＣＶＳＭに位置しているセンサから、終末呼気ＣＯ２濃度（すなわち、患者が吐出しを終える時のＣＯ２濃度）、ならびに患者が吸い込むときの平均のＣＯ２濃度である吸気ＣＯ２濃度を決定できる。ｅｔＣＯ２濃度は、患者の血液のＣＯ２レベルについてのデータを提供する。吸気ＣＯ２濃度は、本発明の装置が供給しているＣＯ２のレベルを示す。
【００３７】
このようにして、制御プロセッサは、睡眠呼吸障害（ＳＤＢ）またはチェーン・ストークス呼吸を有すると診断された患者、「乳幼児突発性危急事態（ＡＬＴＥ）」を有すると診断された患者、および未熟児無呼吸発作を有すると診断された患者を含むさまざまな患者のためにＣＯ２濃度を制御できる。
【００３８】
本発明の気体モジュレータは、１つの実施形態では、制御プロセッサが受け取ったデータ／信号、および制御プロセッサが生成した制御信号の履歴を記録するメモリを備えている。
【００３９】
気体モジュレータは、１つの実施形態では、非臨床の状況における使用を意図している。第１流入気体は、指定された制限値に従って最大流量を決定するサイズの開口を有する容器内に収容できる。この実施形態は、さらに例えばダイアルアップ接続によって遠隔からアクセスできる記録および報告手段を備えることができる。
【００４０】
さらに別の実施形態においては、ＣＯ２は患者自身のＣＯ２をデッドスペース（deadspace）内に蓄えることにより生成される。バルブを調節してデッドスペース内のＣＯ２濃度を調整し、このデッドスペースから患者が呼吸を行なう。この実施形態は、気道陽圧（ＰＡＰ）モジュール、センサ、および制御プロセッサを備える二酸化炭素レギュレータを備えることができる。ＰＡＰモジュールは、患者の装着する実質的に漏れのないマスクに加圧空気を送る。実質的に患者のマスクに位置しているセンサは、患者の呼吸に応じて動的に変化するマスク内の二酸化炭素の濃度を測定する。制御プロセッサはセンサから信号を受け取り、センサからの信号に基づいて、マスクに接続されている排気口を（例えば、比例バルブによって）制御してマスク内の二酸化炭素のレベルを調節する。
【００４１】
以上のように、本発明は、本発明の最も基本的な形態において、従来技術ではこれまで達成できなかった呼吸の安定化をもたらす、ＰＡＰ（加圧空気）と低濃度ＣＯ２（２％未満であり、好ましくは約０．５％〜１．２５％）の混合気体を（治療方法、装置／機械／システム、気体製品および／またはコンピュータ・プログラム製品の形で）提供する。
【００４２】
本発明の以上の目的、特徴および利点、ならびに他の目的、特徴および利点は、添付の図面に示された本発明の好ましい実施形態についての以下のさらに詳細な説明から、明らかになるであろう。添付の図面においては、同一の参照符号は異なる図であっても同じ部品を示す。図面は必ずしも縮尺とおりではなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００４４】
本発明による気道陽圧気体モジュレータ（ＰＡＰＧＡＭ）の実施形態のプロトタイプが、研究用医療装置として製作された。この装置の目的は、二酸化炭素（ＣＯ２）、酸素（Ｏ２）、および可能性としては他の吸入作用物質を、気道陽圧（ＰＡＰ）により治療されている患者に、正確に測定された適用量で供給することにある。
【００４５】
ＰＡＰＧＡＭは、睡眠時無呼吸、周期性呼吸および中枢性無呼吸を含む不安定な呼吸の治療用装置のニーズに適合するように設計されている。何百万もの人々が世界中で、これらの病気に苦しんでおり、かなりの疾病率および死亡率につながっている。
【００４６】
ＣＯ２および酸素の安定化特性は文献に記載されているが、本件出願人によって見出されたＰＡＰと併用して与えられたときの少量（２％未満）での安定化特性は、今までは明白に述べられておらず、あるいは知られていない。正確に測定したＣＯ２と加圧空気とを混合して供給する装置は、臨床用または家庭用のいずれにおいても、これまでのところ利用されていない。
【００４７】
これらの気体の正確な測定は、両方の気体、特にＣＯ２が過剰に与えられた場合に不都合な副作用を生じる可能性があるため、治療において重要である。測定は、要求される範囲全体にわたって行う必要がある。さらに、患者の生理的応答の関数として時間の経過と共に適用量を変化させることにも、臨床上の有用性が存在する。結果として、患者から得られた生理学的データに基づくリアルタイムの閉ループ制御が、本発明のＰＡＰＧＡＭの実施形態の固有の特徴である。
【００４８】
さらに、本件出願人は、ＣＯ２と加圧空気を混合することによって、ＣＯ２の持つ安定化効果を、約０．５％〜約１．２５％といったより安全な（過剰摂取の恐れがはるかに少ない）低濃度で達成できることを発見した。加圧空気を対象のＣＯ２と混合することには、相乗効果がある。本件出願人によるこのような発見以前には、ＣＯ２の使用は、２％未満の濃度の適用量では効果がないと考えられていた。この新規に見出された少量／低濃度ＣＯ２においては、不都合な副作用の回避、安全性の向上、患者の忍容性および論理的利点（例えば、開または閉ループ・システムに使用することができる）を含む多数の利点が存在する。したがって、ＰＡＰを低濃度ＣＯ２（例えば、０．５％〜１．２５％あるいは通常２％未満）と組み合わせる種々の有効なシステムは、好ましい実施形態および代替の実施形態（説明を目的とするものであって、本発明を限定するものではない）について以下に説明する本発明の原理を理解した当業者には自明のことである。
【００４９】
ＰＡＰＧＡＭ流入側
図１は、本発明の１つの実施形態の流入側についての概略図である。
【００５０】
ＣＯ２供給源
ＣＯ２ガスの供給源は、例えばＰＡＰＧＡＭラックの側面に取り付けできる、５ポンドの鋼製容器など、医療用品質のＣＯ２ガスの加圧容器２で構成されている。容器からの圧力は、容器２の出口３に直接取り付けられた二元表示の機械式圧力調節器１５０によって、適切な供給値（約１０〜４０ＰＳＩＧ）に調整される。レバー操作の遮断バルブ１５２が、手動でのＣＯ２供給の遮断を可能にしている。
【００５１】
制御バルブ・モジュール
制御バルブ・モジュール４は、制御信号１０に応じてＣＯ２ガスの流れを調節する。モジュール４は、例えばＰｎｅｕｔｒｏｎｉｃｓ社のＶＳＯ電気駆動比例バルブなどのバルブ６を含んでおり、このバルブは、１２ＶのＤＣ電流１５５および制御プロセッサ１００からの０Ｖ〜１０Ｖの制御信号１０によって駆動される。制御電圧は比例バルブ６の開口の有効寸法を決定し、これによりＣＯ２の流れを決定する。制御電圧が１ボルト未満であるとき、あるいは電流の供給が完全に遮断されたときは、ＣＯ２はバルブ６を通って流れない。バルブ６の入口開口は、医療用品質の適切な長さの配管によって、手動遮断バルブ１５２に接続されている。
【００５２】
好ましい実施形態においては、制御バルブ・モジュール４はポリカーボネート製のボックス内に製作・取付けされることにより、さらに装置のシャーシからの絶縁を可能にしている。
【００５３】
別の実施形態においては、制御バルブ６は「常時オフ」のソレノイド・バルブからなり、制御プロセッサ１００から受け取った制御信号１０に応じてＣＯ２の２値（オン‐オフ）制御を可能にしている。
【００５４】
バルブ６の出口開口は、制御バルブ６を出るＣＯ２の量を測定するタービン式の流量計８に配管で接続されている。流量計８は、流量に比例して変化するアナログ電圧信号１２を出力する。この信号１２は、信号インタフェース１１４（図３）を介して制御プロセッサ１００に電気的に導かれる（図３）。
【００５５】
流入側機械式流量制御装置／表示装置
機械式流量制御装置／表示装置１４は、（ｉ）ＣＯ２流れの視覚的測定を可能にする可変面積式ガラス流量表示装置１５８、および（ｉｉ）比例バルブ６が全開のときのＣＯ２の最大流速を決定する手動操作のニードル・バルブ１５６を有している。本発明の１つの実施形態においては、この制御装置／表示装置１４は、以下で説明する気体混合モジュール２０の流入側に取り付けられている。制御装置／表示装置１４の入口開口は、長さの短い配管１５７を介してバルブ制御モジュール４に接続されている。制御装置／表示装置１４の出口開口は、気体混合モジュール２０の流入側プレナム８２の開口２２に直接導かれている。
【００５６】
気体混合モジュール
気体混合モジュール２０は、医療用気道陽圧装置（ｘＰＡＰ）１８から供給される加圧空気を、バルブ制御モジュール４から送られたＣＯ２ガス、および酸素濃縮器またはボトル入り酸素などの適切な供給源１６から送られた酸素（Ｏ２）と混合する。１つの実施形態においては、気体混合モジュール２０は、内部にＴ字型のバッフル板８０を有する約１０ｃｍ×１０ｃｍ×２０ｃｍのポリカーボネート製のボックスで構成されている。
【００５７】
バッフル板８０は、気体混合モジュール２０内に、互いに接続された３つの空間を生成している。これらの３つの空間は、流入側プレナム８２、連通チャネル８４、および流出側プレナム８６を含む。流入されるすべての気体は、開口２２、２４、２６を介して流入側プレナム８２に導かれる。流通チャネル８４は、流入側プレナム８２を流出側プレナム８６に連通させる。流出側プレナム８６は、気体混合モジュール２０を出る混合ガス（すなわち、気体混合物）が通過する複数の出口（図２を参照）を有する。
【００５８】
プロトタイプでは、気体混合モジュール２０は１９インチ・ラックマウントのアルミニウム製の前面プレートに取り付けられる。前面プレートに、ポリカーボネート製ボックス用の取り付けねじを受け入れる孔を設け、さらに流入側については酸素供給源１６が接続される標準の植物性プラスチック・ニップル継手２４およびｘＰＡＰ１８へのホースを接続するための標準の２２ｍｍのオス継手２６を含む各開口に適した種々の継手を受け入れる孔を空けた。ユニット全体をアセンブリとして、１９インチ前面プレートを通る４本のねじによって、ＰＡＰＧＡＭカート（ハウジング）に取り付けられる。
【００５９】
ＰＡＰＧＡＭ流出側
図２は、本発明の１つの実施形態の流出側についての概略図である。
【００６０】
気体混合モジュール２０の流出側には、３つの流出用の接続手段２８、３０、３２が存在する。プロトタイプにおいては、これらは、ＰＡＰＧＡＭの前面プレートに取り付けられており、気体サンプリング配管を接続するための１／８インチのホースのバーブ管継手２８、圧力トランスデューサ１７０への接続によってチャンバ圧力を測定するための０．５インチ真鍮製ホースのバーブ管継手３２、および呼吸回路７０へのホース接続のための標準の２２ｍｍのオス管継手３０を含む。
【００６１】
気体サンプリング・モニタまたはセンサ３６、例えばＤａｔｅｘ社のＣａｐｎｏｍａｃ気体モニタは、気体サンプリング口２８を通して流出側空間８６内の気体をサンプリングすることにより、気体混合モジュール２０内の酸素およびＣＯ２濃度を常時監視する。気体モニタ３６は、アナログ出力あるいはＲＳ‐２３２インタフェース５６（図３）によって、制御プロセッサ１００にデータを転送する。当然ながら、当業者であれば、他のフォーマットも許容できることを理解できるであろう。
【００６２】
圧力トランスデューサまたはマノメータ１７０が、チャンバ圧力口３２を通して流出側プレナム８６内の気体混合物の圧力を測定する。次いで、圧力データが信号１７２により制御プロセッサ１００に送られ、分析される。
【００６３】
呼吸回路
適切なＣＯ２およびＯ２濃度の加圧空気は、主出力口３０に接続された適切な長さの配管（空気供給ホース）３８を通して、気体混合モジュール２０の流出側プレナム８６から呼吸回路７０に供給される。
【００６４】
マスク４８を含む呼吸回路７０はいくつかの重要な点で典型的なｘＰＡＰ回路と異なる。例えば、マスク４８自体は可能な限り漏れがないように設計されており、正確な終末呼気ＣＯ２濃度の読み取りを実現する。これは、換気口、スイベル継手、およびマスク本体と顔面クッションとの間の接合部を含むさまざまな漏れの発生源を密封することによって、標準的なｘＰＡＰマスクを改良することを必要とする。
【００６５】
さらに、ＣＯ２センサ４２を呼吸回路７０内に直接配置し、例えば、９０°スイベル継手（図示されていない）によってマスク４８の表面に直接取り付けることができる。１つの実施形態においては、このセンサ４２は、Ｎｉｈｏｎ  Ｋｏｈｄｅｎ社（ＮＫ）のＴＧ９５１Ｔ型の主流ＣＯ２センサであり、このセンサは小型かつ軽量であって、患者の呼気（吸入および吐出）内のＣＯ２濃度を約４０Ｈｚのサンプリング速度で測定できる。このＮＫセンサ４２は、赤外分光測定法の原理を利用し、きわめて高い分解能および正確さを実現し、曇りおよび詰まりに対する耐性も高い。ＮＫセンサ４２が、ＲＳ‐２３２シリアル・データ・ストリーム４４を出力し、このデータが制御プロセッサ１００によって受信されて処理される。ＣＯ２センサ４２は、本発明のＰＡＰＧＡＭシステムに対する生理学的応答をリアルタイムで測定する主要な手段である。センサ４２として、カプノグラフなどの他のセンサを使用できる（例えば、Ｎｏｖａｍｅｔｒｉｘ社のＴｉｄａｌ  Ｗａｖｅ  Ｓｐ）。
【００６６】
ＣＯ２センサ４２からのデータは、例えば、９６００ボーのシリアル・データ・ストリームであり、制御プロセッサ１００によって受信される。ＷｉｎＷｅｄｇｅソフトウェア（以下で説明する）がデータ・ストリームを解析し、ＤＤＥホットリンクを介してＤＡＳＹｌａｂに送出する。
【００６７】
最後に、ニューモタコグラフ１６０は、ＮＫセンサ４２に直接取り付けることができる。適切なＣＯ２およびＯ２濃度の加圧空気は、標準的な２２ｍｍメスアダプタを両端に備える可撓性空気供給ホースによってニューモタコグラフ１６０の近位端に供給される。ニューモタコグラフ１６０は、通常はピトー管式の流量計である。他の種類の流量計も適切である。
【００６８】
呼吸回路７０から吐出する空気は、戻り（排気）ホース５０を通して排気される。空気供給ホース３８、吐出空気ホース５０、およびマスク／ＮＫ／ニューモタコグラフ・アセンブリは、３方向の「Ｙ字」アダプタ４０によって接続されている。このように、新鮮な加圧空気の供給と患者との間には一定容量のデッドスペース（deadspace）が存在するが、このデッドスペースは１００ｍｌ未満に保たれる。
【００６９】
排気システム
排気制御システム１８０は、ガラス流量計１６４、比例バルブ５２、電気式タービン・メータ５４、および排気ダクト５５で構成されている。
【００７０】
ガラス流量計１６４は、呼吸回路７０からの吐出空気の視覚的測定を可能にする。吐出空気は、マスク４８からガラス流量計１６４まで排気ホース５０を通して導かれる。
【００７１】
比例バルブ５２は、コンピュータ１００からの制御信号５３に応じ、排気（吐出空気）の流れを制御する。これにより、例えばマスクの密封性が変化した場合に、コンピュータは排気流れを情報処理により動的に調節して、経時変化を補償する。別の実施形態においては、排出される吐出流れは、手動操作のニードル・バルブによって調節される。
【００７２】
マスク吐出空気用センサ５４が、呼吸回路７０からの吐出空気の流れを測定する。このセンサ５４は、機械式流量計１６４を通過した後の吐出空気を測定するタービン流量計であってよい。マスク吐出空気用センサ５４は、分析のために電気信号５８を制御プロセッサ１００に供給して、正確な気体の混合割合を維持する役割を部分的に負っている。
【００７３】
吐出空気は、１つの実施形態においては、カートの背面を通って外部に延びる一定の長さの可撓ホース５５によってユニット１８０から出るようにダクトで導かれる。
【００７４】
制御プロセッサ／信号インタフェース
図３は、制御プロセッサ・システムの概略図である。
【００７５】
信号インタフェース・ユニット
信号インタフェース・ユニット１１４は、本発明のＰＡＰＧＡＭに組み込まれている種々のセンサと制御プロセッサ１００の入力／出力（すなわち、データ収集）回路基板１０２との間の電気的インタフェースを提供する。プロトタイプにおける、信号インタフェース・ユニット１１４は以下の要素で構成されているが、当業者には、必要に応じて、それらを機能的均等物で置き換えできることは理解されるであろう。
１．アルミニウム製１９インチ・ラックマウント前面プレートに取り付けられた鋼製のシャーシ。
２．Ｉｏｔｅｃｈ社のＤＢＫ２０１接続ブロック・ボード２７０。
３．各種類のセンサに適した５‐Ｂ互換の絶縁アナログ信号調整モジュールを挿入するための１６個のスロットを備えている、Ｉｏｔｅｃｈ社のＤＢＫ２０７信号調整ボード２７２。
４．ユニット前面および背面の適切な入力出力コネクタ（例えば、ＤＢ２５、ＤＢ９、ＤＢ３７などの前面パネル・ジャック）へのケーブル接続。
５．標準的な医療用センサ類を接続するための、前面プレートを貫通して取り付けされた９個の１．５ｍｍシールド付きのメスのＤＩＮパネル・ジャック。
６．前面に取り付けられた１＋１／４インチのフォノ・パネル・ジャック。
７．前面に取り付けられた２個の１／８インチのミニ・フォノ・パネル・ジャック。
【００７６】
信号インタフェース・ユニット１１４をさまざまな方式で構成して、デジタルおよびアナログ信号の両方を制御プロセッサ１００との間で交換し、種々のセンサに導くことができる。これらセンサには、制御バルブ６、ＣＯ２流量計８、気体混合モニタ３６、ニューモタコグラフ１６０、録音装置１０８、実験室装置およびセンサ１９０が含まれる。信号インタフェース・ユニット１１４は、サーミスタ、歪みゲージ、またはＥＥＧ信号、ＥＫＧ信号などのきわめて低電圧の生理学的信号を含む実質的にすべての種類のセンサ信号を受け入れるように構成されている。
【００７７】
データ収集カードを備える制御プロセッサ（コンピュータ）
制御プロセッサ１００は、マイクロコンピュータおよびデータ収集カード１０２を備えている。１つの実施形態においては、マイクロコンピュータはＡＭＤ社のＡｔｈｌｏｎ  ＸＰ  １８００＋  ＣＰＵであって、ＶＩＡ社のＫＴ‐２６６チップセットを使用したＡＳＵＳ社のＡ７Ｖ２６６マザーボードに搭載されている。１ＧＢのＥＣ  ＤＤＲ  ＳＤＲＡＭが取り付けられている。このコンピュータは、内部および外部冷却ファンを組み込んだ業務用の鋼製の１９インチの３Ｕハイ・ラックマウント筐体に収納されている。
【００７８】
コンピュータに組み込まれた周辺機器には次のものが含まれる。
・３．５インチ・フロッピーディスク・ドライブ（図示せず）
・８０ＧＢの５インチＡＴＡハードディスク・ドライブ（図示せず）
・ＣＤ／ＲＷドライブ（図示せず）
・サウンドブラスタ・プロ・オーディオ・カード１０６
・１０／１００ｍｂｐｓイーサネット・アダプタ１１０
・Ｌｏｇｉｔｅｃｈ社の無線ＵＳＢマウスおよびキーボード（図示せず）
・ビデオ・アダプタ・カード（図示せず）
・ＩＥＥＥ１３９４（ｆｉｒｅｗｉｒｅ）アダプタ・カード（図示せず）
・ＩＥＥＥ１３９４互換の４０ＧＢリムーバブル・ハード・ドライブ（図示せず）
【００７９】
制御プロセッサ１００には、Ｉｏｔｅｃｈ社のＤａｑＢｏａｒｄ  ２０００ＰＣＩバス・データ収集回路基板１０２が装着されている。ＤａｑＢｏａｒｄ  ２０００は、１６のシングルエンド・アナログ入力信号または８つのバイポーラ・アナログ入力信号を、２００キロヘルツでサンプリングし、１６ビット分解能でデジタル化できる。さらに、２つのアナログ出力信号および４０のデジタルＩ／Ｏライン、ならびにいくつかの追加のカウンタ機能も備えている。Ｄａｑ２０００カードは、リボンケーブル１１５によって、信号インタフェース・ユニット１１４内のＤＢＫ２０１基板２７０に接続されている。
【００８０】
１つの実施形態においては、信号インタフェース・ユニット１１４は、制御プロセッサ１００と一緒に単一ユニットに組み込むことができる。
【００８１】
表示モニタ１１２
１つの実施形態においては、コンピュータ表示装置１１２は、自在モニタ・アーム（図示せず）によってＰＡＰＧＡＭカートに取り付けられたＶｉｅｗｓｏｎｉｃ社製１５インチ平面型ＬＣＤ表示装置である。
【００８２】
ソフトウェア
１つの実施形態においては、制御プロセッサ１００は、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ＸＰ  Ｐｒｏｆｅｓｓｉａｌオペレーティング・システムのもとで動作する。本発明のシステム（ＰＡＰＧＡＭ）の制御を実現する主アプリケーションは、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｕｍｅｎｔｓ社のＤＡＳＹｌａｂのバージョン７．０である。ＤＡＳＹｌａｂは、複雑な監視および制御システムを生成する開発環境および実行時環境全体を提供する。ＤＡＳＹｌａｂ内で、すべての機器の機能を監視できるカスタム「ワークシート」およびスクリーン表示を生成した。
【００８３】
ＤａｑＢｏａｒｄ  ２０００およびＤＢＫ２０７ボード１０２、２７２のための下位レベルおよびＤＡＳＹｌａｂドライバは、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ＸＰでロードされる。
【００８４】
本発明のシステムに接続されているセンサの多くは、アナログ信号によってＩｏｔｅｃｈ社のＤａｑＢｏａｒｄ  ２０００カード１０２と通信するが、いくつかのセンサは、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ＸＰでのＤＤＥ（マイクロソフト・ダイナミック・データ・エクスチェンジ）データ伝送を介してＤＡＳＹｌａｂと通信する。このＤＤＥ転送を実行し、追加のシリアル・データ・ストリームの取り込みのための融通性の高いプラットフォームを生み出すため、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ＸＰの下で動作するＲＳ‐２３２割込みアプリケーションが利用できる。ＴＡＬｔｅｃｈ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＷｉｎＷｅｄｇｅ  Ｐｒｏは、ＤＤＥサーバとして作用するように構成できるシリアル・データ収集プログラムである。ＲＳ‐２３２シリアル・インタフェースを介してＰＡＰＧＡＭと通信するセンサのそれぞれについて、コンピュータ筐体の背面に個々にＤＢ‐９コネクタが設けられ、カスタム・インタフェースが書き込まれている。ＤＡＳＹｌａｂ内で、ＤＤＥクライアントとして作用し、選択されたデータ・フィールドの値についてＷｉｎＷｅｄｇｅ  Ｐｒｏに問い合わせするデータモジュールを構成できる。
【００８５】
さらに、ＰＡＰＧＡＭは、データ収集後評価用ワークステーションとして構成できる。この目的のため、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ＸＰの下で動作するＮａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のＤＩＡｄｅｍが、データの評価および視覚化能力、ならびに高性能な信号処理および数学的操作特性を提供する。
【００８６】
本発明のシステム（ＰＡＰＧＡＭ）は、Ｗｉｎｄｏｗｓ  ＸＰ  Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌのリモート・デスクトップ機能を使用し、無線（あるいは、有線）ＴＣＰ／ＩＰ接続１１０を介して他のワークステーションからリモート制御が可能である。ＬｉｎｋＳｙｓ社のＵＳＢ無線イーサネット受信器／送信器が、この機能を実行する。
【００８７】
ＰＡＰＧＡＭは、１つの実施形態では、マルチトラック・デジタル録音、フィルタ処理の視覚化および再生を提供するＣａｋｅｗａｌｋ社のＳｏｎａｒ  ＩＩなど、高性能のデジタル録音および分析パッケージ１０６も備えている。患者に取り付けられた高感度マイクロホン１０８は信号インタフェース・モジュール１１４および／またはサウンドブラスタ・カードを介して接続され、Ｓｏｎａｒ  ＩＩの下で録音することができる。
【００８８】
ハウジング／筐体
プロトタイプ・モデルおよび業務使用を意図した実施形態においては、例えば幅１９インチ×奥行き１９インチ×高さ３６インチの寸法の鋼製ラックマウント筐体が、ロック可能なキャスタ車輪上に取り付けられる。気体混合モジュール２０および制御プロセッサ１００は、この筐体またはカート内に取り付けられる。
【００８９】
携帯に適する別の実施形態においては、筐体は比較的小型で軽量のユニットで構成できる。
【００９０】
生理学的センサ
制御プロセッサ１００／信号インタフェース１１４は、アナログまたはデジタル信号を出力できる実質的にすべての種類の生理学的センサからの入力を受け付けることができる。例えば、本発明の実施形態は、以下に示す種類の生理学的センサのいくつかまたはすべてを、本発明の全システム（ＰＡＰＧＡＭ）構成の一部として備えることができる。特定のブランド名および型名を挙げるが、基本的に同じ機能を実行する他の製造者による別の型式を代わりに使用できることは、当業者であれば理解できるであろう。
【００９１】
例えば、Ｓｅｎｓｏｒｍｅｄｉｃｓ社の型名Ｍｉｃｒｏｇａｓ  ７６５０の経皮的血液ガス・モニタやＮｏｖａｍｅｔｒｉｘ社の型名ＴＣＯ２Ｍの経皮モニタなどの経皮的血液ガス・モニタ（図示せず）によって、酸素およびＣＯ２の動脈分圧の非侵襲的測定を実現できる。これらは、使い捨て式粘着環状帯によって患者に取り付けられる加熱表面プローブを使用する。このユニットは自己校正機能を有しており、シリアルおよびアナログの両出力のためのデータ・ポートを有している。このユニットは、安全性、診断および滴定目的のために、臨床環境において、本発明のＰＡＰＧＡＭシステムと組み合わせて使用できる。
【００９２】
さらに、本発明の１つの実施形態においては、Ｂｒａｅｂｏｎ社のＵｌｔｉｍａ  Ｐｌｕｓデュアル・チャネル圧力センサ（図示せず）およびＤａｔｅｘ‐Ｏｈｍｅｄａ社のＤ‐Ｌｉｔｅニューモタコグラフ１６０（図２）が、可能な種々の構成において連携して作動し、ＰＡＰＧＡＭに空気流れおよび圧力のデータを提供できる。１つの実施形態においては、ニューモタコグラフ１６０は、患者マスク４８の近傍に取り付けられ、吸入および吐出される呼気の容積データを提供する。Ｂｒａｅｂｏｎ社のユニットは、Ｄ‐Ｌｉｔｅセンサからの圧力データを解釈し、流量および圧力データを表わす２つのアナログ電圧信号１６２を出力する。これらは、前面パネルに位置するミニ・オーディオ・ジャックを介して信号インタフェース・ユニット１１４に導かれる。
【００９３】
動作原理
ＰＡＰＧＡＭのプロトタイプは、周期性呼吸に苦しむ患者のためのｘＰＡＰ治療に関連し、ＣＯ２ガスおよびＯ２ガスの適正な処方を決定する睡眠研究のために使用する目的で設計されたものである。
【００９４】
一般的に、患者には睡眠研究のための測定装置が取り付けられているが、そのような測定装置は、本発明のＰＡＰＧＡＭの能力を考慮すると必ずしも必要ではない。個別に記録できる通常の測定装置に加え、Ｓｅｎｓｏｒｍｅｄｉｃｓ社の経皮ユニット、ＮＫセンサ、およびＤ‐Ｌｉｔｅ／ＢｒａｅｂｏｎセンサなどのＰＡＰＧＡＭセンサを患者に用いることができる。
【００９５】
ひとたび研究が開始されると、臨床医はＣＯ２のパーセンテージで示されるＰＡＰＧＡＭの初期設定点を選択できる。
【００９６】
記録の開始に先立ち、ＰＡＰＧＡＭは臨床医に、
１．最大ＣＯ２流量、
２．最大吸気ＣＯ２（ＮＫセンサ４２によって測定される）、
３．最大動脈ＣＯ２（Ｓｅｎｓｏｒｍｅｄｉｃｓ社のセンサで測定される）、
４．混合室（気体混合モジュール）２０内のＣＯ２の最大濃度などの、
患者についての情報および複数のパラメータについての警報限界を含む複数のデータ項目を入力するように促す。
【００９７】
図４は、サンプル表示画面５００を示している。臨床医は、画面上のボタン２０３を選択する（例えば、クリックする）ことによって、主表示画面５００から記録を開始できる。記録が開始され、他のすべての臨床上の手順が完了すると、臨床医は、ソフトウェア・スライダ２０５を上下に動かしてＣＯ２設定点を調節し、バルブ６のスイッチ（ソフトウェア・ボタン２０１）をオンにすることによってＣＯ２の供給を開始させる。
【００９８】
１２Ｈｚの周波数で、ＤＡＳＹｌａｂは入力データを評価して警報状態の検出を行なう。入力パラメータのいずれかが超過した場合、警報状態がコールされて画面上で表示器２０７が赤色に変化する。警報状態の存在により、警報状態が解除されるまで、制御バルブ６（図１）を閉じるか、またはＣＯ２の流量を低減することができ、あるいは単にオペレータに警報状態の存在を知らせることができる。
【００９９】
２つのソフトウェア・レベル表示器２０９、２１１は、気体混合モジュール２０の流出側プレナム８６から採取した実際のＣＯ２パーセント濃度およびＯ２パーセント濃度をそれぞれ表示し、気体混合物が目標の濃度にあるかどうかについて視覚による確認を可能にする。
【０１００】
スクロール式チャートレコーダ２２１によって、ＣＯ２混合比、Ｏ２混合比、バルブの状態、受信した生理学的信号などを含む対象とする種々のパラメータを表示できる。
【０１０１】
研究が進むに伴い、臨床医は、ＣＯ２投与量の変更を望むことがある。これは、ソフトウェア・スライダ２０５でＣＯ２の設定点を調節し、気体混合比の変化を２０９、２１１により視覚的に監視することにより達成される。別の実施形態においては、投与量不足を含むあらゆる警報状態について担当者に警報を発する、ナース・ステーションにおける音による警報手段を備えることができる。
【０１０２】
最後に、すべてのパラメータは、固有のＤＡＳＹｌａｂフォーマットでファイルに格納される。これらのファイルはさらに、次の研究のために分析および処理することができる。また、これらのファイルを、別のアプリケーションでの表示および分析のため、さまざまなフォーマットで出力できる。
【０１０３】
ＰＡＰＧＡＭの他の実施形態
上述した実施形態は、主として臨床上の研究のツールとして設計されており、したがって、特定の種類の市販製品においては必要としない機能を組み込んでいる。２つのこのような製品の実施形態を以下で説明する。
【０１０４】
臨床用ＰＡＰＧＡＭ
臨床用ＰＡＰＧＡＭの実施形態は、主として臨床環境、特には睡眠研究における使用を目的としている。オペレータによるＣＯ２および空気吐出パラメータの調節を可能にし、現在のプロトタイプと同様に詳細な情報を記録でき、設定されたフォーマットでレポートを出力できる。ユニットは、「カート」形状要素（ハウジング）を有することができ、リモート操作とすることができる。
【０１０５】
家庭用ＰＡＰＧＡＭ
「家庭用」ユニットの実施形態は、患者の自宅など、非臨床環境での使用を目的としている。家庭用ユニットは、ユーザが調節することはできないが、医師の指示に従って在宅医療技師によってプログラムできる。簡単なオン／オフ・スイッチおよびいくつかの状態表示器を有している。ＣＯ２の供給源は、ねじ込み式の容器によってユニット内に直接組み込むことができ、あるいは配管を介して接続することができる。容器そのものは、流量を最大仕様に制限するサイズの開口を備えることができる。家庭用ユニットは、例えばダイアルアップ接続などにより、臨床医によってリモート・アクセスできる簡略化された記録または報告能力を備えることができる。このユニットは、可能な限り小型の形状要素を有することができ、好ましくは患者のｘＰＡＰユニットの下方に納まるベッドサイドの卓上型寸法を有している。
【０１０６】
可変デッドスペース・マスク（Variable Deadspace Mask）
図５は、本発明の可変デッドスペース・マスクの実施形態４００の概略図である。
【０１０７】
本発明のこの実施形態の目的の１つは、ｃＰＡＰ装置から送られる空気のＣＯ２濃度を、追加のＣＯ２を使用することなく目標値まで高めることにある。これは、患者が患者自身のＣＯ２をマスク４０１に取り付けられたリザーバ（デッドスペース）４０３から再度吸入することによって達成される。
【０１０８】
リザーバ４０３は、例えば、約５００ｍｌの容量を有するある一定長さのホース（デッドスペース・ホース）で構成できる。通常は、デッドスペース・ホース／マスクの組み合わせから空気が漏れてはならない。
【０１０９】
患者自身のＣＯ２はこのリザーバ４０３内に蓄えられ、これを患者が再度吸入する。ホース／マスクの組み合わせから吸い込まれるＣＯ２の濃度平均が所望のレベルを超え始めると、例えば導入口４１７における空気が可撓配管４０５内を流れ、可変開口を経てマスク４０１から出るようにすることによって、吸気のＣＯ２の平均濃度が制限される。可変開口は、例えばＣＯ２センサ４０９からのＣＯ２濃度情報４１１を受信するコンピュータ４１３によって駆動される小型の比例バルブ４０７を備えることができる。ＣＯ２センサ４０９は、例えば前記の主流（Ｎｉｈｏｎ  Ｋｏｈｄｅｎ社）ＣＯ２センサと同一種類であってもよい。
【０１１０】
このように、ＣＯ２がデッドスペース４０３から再度吸入されるとき、センサ４０９はＣＯ２を監視する。ＣＯ２濃度が所望の目標値に達すると、バルブ４０７は開き始めて、ＣＯ２濃度が目標値を超えないように維持する。デッドスペース内の酸素が枯渇しないよう、少量のＯ２を、例えば直接マスクに（導入口４１７から）、あるいはｃＰＡＰに最も近いデッドスペース・ホース４０３の側から呼吸回路に導入できる。
【０１１１】
デッドスペース４０３におけるＣＯ２濃度は勾配を有する（マスクで最も高く、ｃＰＡＰとの境界で最も低い）。患者が、デッドスペース４０３内に蓄えられた空気で呼吸をするとき、濃度が変化する。計算アルゴリズムがコンピュータ４１３によって実行されることにより、平均吸気ＣＯ２が決定され、所望のレベルが維持される。
【０１１２】
周期性呼吸の実施形態
患者の周期性呼吸は、ある程度固定された時間成分を有する傾向にある。すなわち、実際の振動周期が、一般に、短い期間において適度に固定された生理学的条件によって決定される。したがって、周期性呼吸の患者はいずれも、明確なサイクルを有する傾向にある。なお、主要な決定要因は、脳が二酸化炭素のレベル変化を検知するのに要する時間の長さである。呼吸の周期は、この時間の約２倍になる傾向にある。鬱血性心疾患の患者の多くにおいては、これが約１分半の無呼吸‐無呼吸周期を発生させる。
【０１１３】
したがって、本発明の実施形態は、ＮＫセンサ４２（図２）を使用して患者が呼吸サイクルにあることを検出し、例えばＣＯ２レベルが低下しているときなどに、適切な時間だけにＣＯ２を供給できる。この効果は、問題の呼吸サイクルを完全に停止させることにある。
【０１１４】
この方法の利点は、気道陽圧状態にない患者、例えば通常の酸素カニューレを使用する、起きているときの鬱血性心疾患患者にＣＯ２を送る能力があることである。サイクルの短い部分の間に、わずか３回または４回の呼吸の吸気においてＣＯ２を注入することによって、周期性呼吸を止めることができる。この場合、ＣＯ２が気道回路に短時間だけ注入されるため、ＣＯ２の濃度は重要でない。
【０１１５】
これは、生理学的閉ループ制御に関しているが、周期性呼吸の数学的手法についての既存の知識に基づいている。例えば、周期性呼吸の数学的手法についての論文であるＦｒａｎｃｉｓらの「慢性心疾患における周期性呼吸についての定量的一般理論およびその臨床的意味（Quantitative general Theory for Periodic Breathing in Chronic Heart Failure and its Clinical Implications ）」、Ｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ、１０２（１８）号、２２１４〜２２２１頁、２０００年１０月３１日を参照されたい。この論文は参照により本明細書に引用したものとする。特に、ＰＢ患者の安定性の回復に有効な診療に関するＦｒａｎｃｉｓの論文のグラフ６Ｂに注目されたい。酸素およびＣＯ２が、最も直接的に安定性を回復することが示されている。
【０１１６】
この実施形態は、気道陽圧を含んでいなくてもよく、ＣＯ２の正確な混合は重要でない場合もある。実際、ＣＯ２の供給は、数回の呼吸の吸気時に一致するように、緩く装着されたフェイスマスクに高濃度のＣＯ２を注入するような、簡単な方法で行ってもよい。
【０１１７】
乳幼児突然死症候群
本発明の発明者らは、乳幼児突然死症候群（ＳＩＤＳ）が、周期性呼吸の1つの形態であるか、あるいは周期性呼吸に関係していると考えており、したがってＰＡＰＧＡＭによって防止できると考えている。一般に、ＳＩＤＳの子供であることが前もって特定されているわけではないため、ＳＩＤＳの子供への直接適用は明らかに非現実的であるが、「乳幼児突発性危急事態（ＡＬＴＥ）」を経験した子供のグループが存在しており、彼らは、呼吸器系が発達し、ＳＩＤＳの危険性が減少する前の数ヵ月にわたる予防手段によって利益を受けることができる。
【０１１８】
さらに、「未熟児無呼吸発作」として公知の症状も、本発明のＰＡＰＧＡＭシステムで治療できる。
【０１１９】
このように、ＰＡＰＧＡＭを新生児に対して用いればこの種の患者に呼吸の安定をもたらすのに有用である。詳細には、ＰＡＰＧＡＭは、保育器、テント、フェイスマスク、鼻カニューレ、または同様の装置など、気道陽圧の有無によらず、患者中枢換気空間モジュール（ＰＣＶＳＭ）に接続できる。テントまたは保育器の場合には、気体を混合用ボックスからではなく、保育器そのものから、あるいは両方からサンプリングできる。
【０１２０】
本発明を好ましい実施形態により図示し、説明してきたが、添付の特許請求項に包含される本発明の範囲から逸脱することなく、形状および細部の各種の変更が可能であることは、当業者であれば理解されるであろう。
【０１２１】
例えば、本件出願人によって発見されたＣＯ２の低い有効濃度の場合には、実施形態によっては、図１の気体混合モジュール２０を使用しなくても、いくつかの他の手段やＰＣＶＳＭサブシステムなどにおいてＰＡＰ（加圧空気）とＣＯ２の適切な混合を得ることができる。
【０１２２】
呼吸の不安定性は、睡眠時無呼吸、腎不全、鬱血性心不全および他の条件など、さまざまな条件によって生じる。本発明をこれらの条件のそれぞれに対して適用可能であることは、以上の説明から理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の一実施形態の流入側の概略図である。
【図２】本発明の一実施形態の流出側の概略図である。
【図３】本発明の一実施形態の制御プロセッサ・システムの概略図である。
【図４】本発明の一実施形態のサンプル表示画面を示す。
【図５】本発明の可変デッドスペース・マスクの実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【０１２４】
２  ＣＯ２容器
４  制御バルブ・モジュール
６  比例バルブ
８  流量計
１４  流量制御装置／表示装置
１６  酸素供給源
２０  気体混合モジュール
１００  コンピュータ（制御プロセッサ）
１５６  ニードルバルブ
１５８  可変面積式ガラス流量表示装置
【図１】
2006513004.tif 000003
【図２】
2006513004.tif 000004
【図３】
2006513004.tif 000005
【図４】
2006513004.tif 000006
【図５】
2006513004.tif 000007
【国際調査報告】
2006513004.tif 000008
2006513004.tif 000009
2006513004.tif 000010
2006513004.tif 000011
2006513004.tif 000012
2006513004.tif 000013