(57)【要約】呼吸分析装置（２０）は、使い捨てのフローモジュール（３０）と、使い捨てでない電子機器モジュール（３２）とを備えている。人工呼吸装置システムは、呼吸ガスの供給源と、呼吸ガスを患者に導くための呼吸装置ラインと、フローモジュールが挿入され且つ呼吸装置ラインと直列に配置されるフローモジュールホルダと、フローモジュールに接続される電子機器モジュールと、を備えている。フローモジュール（３０）と電子機器モジュール（３２）の組み合わせは、間接カロリーメータの機能を果たし、患者の代謝率を決定することができる。決定された患者の代謝率を使って、挿管中の患者の栄養補給を制御する。他の呼吸パラメータ、即ちピークフロー、１回の呼吸量、呼吸終期濃度及び呼吸商などを本システムによって求めることができる。本システムは、心拍出量を求める非侵襲的方法を提供する。
2004537328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
患者用の人工呼吸装置システムにおいて、
呼吸ガスの供給器と、
前記呼吸ガスを前記患者に導くための導管と、
前記導管内に配置されたフローモジュールホルダーと、
呼吸ガス分析装置と、を備えており、前記呼吸ガス分析装置は、
前記導管内のフローモジュールホルダ内に配置されるフローモジュールであって、そのフローモジュールの流路内を呼吸ガスが流れるようになっており、流量センサーが備えられているフローモジュールと、
前記フローモジュールに接続されるようになっており、前記流路を流れるガスの容積を計算するようになっている電子機器モジュールと、を備えていることを特徴とする人工呼吸装置システム。
【請求項２】
前記呼吸ガスの供給器は、機械式の人工呼吸装置であることを特徴とする請求項１に記載の人工呼吸装置システム。
【請求項３】
前記流量センサーは、前記流路を通る流量に相関付けられた信号を提供するように作動する一対の超音波トランスデューサを備えていることを特徴とする請求項１に記載の人工呼吸装置システム。
【請求項４】
前記フローモジュールは、呼吸ガス成分の瞬時濃度に相関付けられた信号を提供するように作動する、呼吸ガス成分に敏感に反応する、ガス成分センサーを、更に含んでいることを特徴とする請求項１に記載の人工呼吸装置システム。
【請求項５】
前記電子機器モジュールは、患者の代謝率を計算できるようになっていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
機械式の人工呼吸装置に繋がれた人が呼吸するガス、即ち導管を通過するガス、を分析するための方法において、
前記導管内にホルダを設ける段階と、
ホルダ内にフローモジュールを挿入して、前記人の呼吸したガスがフローモジュールを通過するようにする段階と、
前記電子機器モジュールを前記フローモジュールに接続して、前記フローモジュールと電子機器モジュールの組合せが、流れの測定値を提供するよう作動するようにする段階と、を備えていることを特徴とする分析方法。
【請求項７】
前記フローモジュールと電子機器モジュールの組合せは、前記人の代謝率測定値を提供するよう作動可能であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
患者が呼吸したガスを分析するための、フローモジュールと電子機器モジュールとを備えている呼吸分析装置において、
前記フローモジュールは、
呼吸されたガス用の導管内に配置され、流路を取り囲み、患者の呼吸したガスが前記流路を通ってガス流を形成するようにしているハウジングと、
前記流路内のインラインフローセンサーと、
前記流路を通るガス流に露出しているガス成分センサーと、を備えており、
前記電子機器モジュールは、
ハウジングと、
前記フローモジュールのガス流センサーとガス成分センサーから信号を受信して、流れの容積の測定値を提供するようになっている、ハウジング内の電子回路と、を備えており、前記分析装置は、更に、前記フローモジュールと前記電子機器モジュールの間の通信リンクを備えていることを特徴とする呼吸分析装置。
【請求項９】
前記フローモジュールのハウジングは、前記電子機器モジュールに、可逆的に取り付けられるようになっていることを特徴とする呼吸分析装置。
【請求項１０】
前記ガス成分センサーは、酸素に敏感に反応し、前記流れの容積の測定値は、前記フローモジュールを通って流れる酸素の容積であることを特徴とする請求項８に記載の呼吸分析装置。
【請求項１１】
患者の心拍出量を測定する方法において、
吸入導管、呼気導管、呼吸導管、及び弁を備えた人工呼吸装置システムを設ける段階であって、前記弁は、ガスが前記吸入導管から前記呼吸導管に流れることを許容し、更にガスが前記呼吸導管から前記呼気導管に流れることを許容し、ガスが前記呼気導管から前記呼吸導管に入るのを阻止する第１の状態と、ガスが前記呼気導管から前記呼吸導管に流れることを許容し、患者が前記人工呼吸装置システムに繋がれている場合に患者が呼気した二酸化炭素の一部を再度呼吸する期間を設けるようにした第２の状態とを有している、人工呼吸装置システムを設ける段階と、
前記呼吸導管内にフローモジュールを設ける段階と、
前記フローモジュールと協働して前記フローモジュールを通る二酸化炭素の流れを測定するように作動する電子機器モジュールを設ける段階と、
患者を、弁が前記第１の状態にある前記人工呼吸装置システムに繋ぐ段階と、
患者の呼吸終期の二酸化炭素濃度と二酸化炭素生成量を測定する段階と、
前記弁を前記第２の状態に調節する段階と、
患者による部分再呼吸の期間の結果による、呼吸終期二酸化炭素濃度と二酸化炭素生成量の変化を測定して、これにより心拍出量を求めるようにする段階と、を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１２】
人工呼吸装置に繋がれた人に静脈内栄養補給を提供するためのシステムにおいて、
フローモジュールを受け入れるようになっているホルダを有する人工呼吸装置システムと、
使い捨てではない電子機器モジュールと、使い捨てのフローモジュールとを備えており、前記フローモジュールは、流路を取り囲み、人工呼吸装置システムのホルダ内に配置され、人の呼吸したガスが前記流路を通過するようになっている間接カロリーメータと、
静脈内摂取栄養の源と、前記栄養を患者に送り出すための送出管と、前記静脈内摂取栄養を、前記源から前記送出管に沿って、制御されたポンプ速度で汲み上げるようになっているポンプと、を備えている静脈内栄養補給装置と、
前記間接カロリーメータにより提供されたデータに従って人に対する栄養の制御されたポンプ速度を変更するための、前記間接カロリーメータと前記輸液ポンプの間の通信リンクと、を備えていることを特徴とするシステム。
【請求項１３】
前記通信リンクはケーブルであることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記通信リンクは無線通信リンクであることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記間接カロリーメータは、呼吸流を求めるよう作動する一対の超音波トランスデューサを備えていることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記間接カロリーメータは、呼吸されたガスの酸素濃度を求めるために、蛍光酸素センサーを有していることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１７】
呼吸被験者の気管内ガス流を監視するための呼吸分析装置において、
前記被験者の気管内に装着できるようになっているフローモジュールと、
前記フローモジュールと共に配置される一対の超音波トランスデューサと、
前記フローモジュールを人工呼吸装置システムに接続する管と、
前記被験者の体の外に配置され、前記フローモジュールから受信するデータを分析することができるようになっている電子機器モジュールと、
データを前記フローモジュールから前記電子機器モジュールに送信するための通信リンクと、を備えていることを特徴とする呼吸分析装置。
【請求項１８】
前記通信リンクはワイヤであることを特徴とする請求項１７に記載の分析装置。
【請求項１９】
前記通信リンクは無線リンクであることを特徴とする請求項１７に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、健康管理分野における間接カロリーメータの使用に関し、特に人工呼吸装置と共に用いる場合の間接カロリーメータに関する。
【０００２】
【従来技術】
Ｂｉｒｋｈｏｅｌｚｅｒ他の米国特許第５，９８９，１８８号は、身体のエネルギーバランスを定めるために間接カロリーメータを使用することについて記述している。しかしながら、人工呼吸装置に頼る患者に対してどのように実現させるかについては一切記述していない。
【０００３】
Ａｃｏｒｎの米国特許第５，７０５，７３５号は、間接カロリーメータを使用している患者に関する栄養要件を定めるための方法について記述している。しかしながら、記載されているシステムは、ガス流量を求めるのに差圧センサーを使用している。流管による制限があるため、医療用としては数々の問題点が発生する。このシステムは、呼吸分析のためにガスサンプリングを利用しているが、本特許出願人の発明では、流路内のガスの分析を利用して、ガス組成の分析が効果的且つ速やかに行えるようになっている。
【０００４】
Ｈａｒｎｏｎｃｏｕｒｔの米国特許第５，６４７，３７０号は、超音波スパイロメータについて記述している。この出願では、トランスデューサは、流管軸に対して斜角を成している。Ｈａｒｎｏｎｃｏｕｒｔ他の米国特許第５，６４５，０７１号は、超音波方式を使用して混合気のモル質量を求めるための方法について記述している。Ｈａｒｎｏｎｃｏｕｒｔ他の米国特許第５，５０３，１５１号は、呼吸ガスを分析するのに超音波トランスデューサを使用することについて記述している。これらスパイロメータを機械式人工呼吸装置システムに使用することについては、記述されていない。
【０００５】
Ｍａｕｌｔの米国特許第５，１７９，９５８号は、呼吸商と安静代謝率を求めることのできる間接カロリーメータについて記述している。しかしながら、この装置は、挿管された患者に使用するのに最適化されてはいない。二酸化炭素洗浄装置を使用しているため、呼吸分析装置が重く大きくなっている。
【０００６】
Ｌｙｎｃｈの米国特許第５，２８５，７９４号は、呼吸ガス監視装置について記述しているが、この装置はガス混合室を使っており、流量並びにガス成分濃度をリアルタイムで測定することはできない。
【０００７】
新陳代謝監視用として酸素及び二酸化炭素センサーを使用することについて記述している他の特許としては、Ｇｏｕｌｄｉｎｇに与えられた米国特許第５，０７２，７３７号、Ｃａｓｐａｒｉｅ他に与えられた米国特許第５，０６９，２２０号、Ｈｏｗａｒｄに与えられた米国特許第５，０６０，６５６号、Ｍｅｒｉｌａｉｎｅｎに与えられた米国特許第４，８５６，５３１号、Ｃｕｔｌｅｒに与えられた米国特許第４，６１９，２６９号並びに同第４，５７２，２０８号、及びＲａｅｍｅｒ他に与えられた米国特許第４，２３３，８４２号が挙げられる。
【０００８】
米国特許第４，９１７，１０８号、同第５，０３８，７９２号、同第５，１７８，１５５号、同第５，１７９，９５８号、及び同第５，８３６，３００号、全ては本特許出願の共同発明者であるＭａｕｌｔに対して与えられた特許であるが、これら特許を参考文献としてここに援用する。これら特許は、間接熱量測定法によって新陳代謝及び関連呼吸パラーメータを測定するためのシステムを開示している。これらの器具は、通常、使用者の息の吸入と呼気の両方を器具に通して、発生する瞬間流量信号を積算して合計総容積流量を求める流量計を採用している。実施例の中には、使用者が生成した呼気ガスは、流量計に通す前に二酸化炭素洗浄装置に通すので、吸入容量と呼気容量の差は、基本的には肺が消費した酸素の測定に当たるというものもある。別の実施例では、使用者によって呼気された二酸化炭素の濃度は、呼気容量をカプノメータに通して、その信号を呼気流容量の量と積算することにより求められる。次に、酸素消費量は、吸入酸素量と呼気酸素量の差として計算し、標準条件に対して補正することができる。
【０００９】
最近では、Ｊａｍｅｓ Ｒ． Ｍａｕｌｔ， Ｍ．Ｄ．他により、改良された間接カロリーメータが発明され、より詳しくは米国特許出願第０９／６３０，３９８号に記載されているが、その内容をここに参考文献として援用する。改良型カロリーメータは、超音波検出装置を蛍光酸素センサーと組み合わせて構成されている。この改良型カロリーメータは、挿管されている患者に対して、又は機械式呼吸装置又は人工呼吸装置に何らかの形態で繋がれている他の患者に対して、使用できるようになっている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
身体の酸素消費は、安静代謝率（ＲＭＲ）に関係がある。火傷患者のようなある種のトラウマ犠牲者では、安静代謝率は数百パーセントに増大する。更に、身体の栄養要件も代謝率によって決まる。ＲＭＲが高いと、身体に必要なエネルギーを追加して供給するために筋肉燃焼が進行することから、身体の筋肉消耗につながることもある。よって、患者を最適な形で回復させるために、その栄養要件を知ることが重要である。
【００１１】
更に、患者の正しい呼吸状態を知るには、血中の二酸化炭素と酸素のレベルを知ることが必要である。動脈血中の二酸化炭素レベル及び酸素レベルは、呼気された息の中の呼吸終期ガス成分濃度を使って求めることができる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、人工呼吸装置システム又は他の呼吸支援システムに使用する改良型呼吸分析装置を提供する。患者用の改良型呼吸装置システムは、呼吸ガスを提供する呼吸装置と、呼吸ガスを患者に運搬するための管（又は、ライン又は導管）と、管内に配置されたフローモジュールホルダ（スロット、ホルダ、クリップなど）を備えており、フローモジュールは、呼吸ガスがフローモジュールの流路を通過するようにホルダ内に配置されており、更に、電子機器モジュールが、フローモジュールに接続され、プロセッサを有する電子回路を保有しており、流路を通過する呼吸ガスの流量を計算するように設計されている。ある好適な実施例では、酸素消費量と代謝率が電子機器モジュールによって計算される。
【００１３】
本発明の目的は、挿管患者の代謝率を求めることのできる改良型システムを提供することにある。
【００１４】
本発明の別の目的は、人工呼吸装置に頼る患者の呼吸制御の改良を目指したシステム提供することにある。
【００１５】
本発明の目的は、人工呼吸装置又は他の呼吸支援手段に頼る患者用の改良された呼吸分析を提供することにある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、人工呼吸装置システムを示す。本システムは、人工呼吸装置１０、吸入管１２、弁装置１４、弁継手１６、戻り管１８、呼吸分析装置２０、及び患者２４に接続されている患者挿管器２２を備えている。従来の呼吸器システムでは、呼吸分析装置２０は、Ａｃｏｒｎが米国特許第５，７０５，７３５号に記述しているようにニューモタコグラフである。本発明の実施例では、米国特許出願第０９／６３０，３９８号に記述されている改良型間接カロリーメータが、図１に示すシステムのような人工呼吸装置システム内で、改良された呼吸分析装置として使用できるようになっている。なお、本発明は、当技術で知られている他の人工呼吸装置システムに適合させることもできる。
【００１７】
図１に示すように、人工呼吸装置１０は、患者の吸入時には、吸入管１２を通り弁１４に至る吸入ガスの源を提供する。弁１４は、吸入ガスが、弁継手１６を通過し、呼吸分析装置２０と挿管器２２を通って患者２４に達するようにしている。挿管器は患者の口の中又は気管内に配置される。呼気の間、呼気ガスは、挿管器２２、呼吸分析装置２０、及び弁継手１６を通り抜けて弁１４に到る。弁１４は、呼気ガスが戻り管１８を通り、人工呼吸装置１０に戻るようにしている。弁装置は、通常、Ｔ字形又はＹ字形をしており、部分的には、呼気された二酸化炭素が再度吸い込まれるのを最小に抑えるために、呼気ガスが吸入管１２に入り込むのを防止するように作用する。
【００１８】
好適な実施例では、呼吸分析装置２０は、患者の口に接近して且つ患者の身体の外側に配置される。後述する別の実施例では、改良型呼吸分析装置の構成要素は患者体内の、例えば気管などの呼吸管内に配置される。
【００１９】
図１に戻るが、吸入管１２は、吸入ガスを患者に差し向けるための入口導管（即ち吸入導管）を形成している。継手１６と挿管器２２は、吸入エア流及び呼気エア流の両方が通過する呼吸導管を形成している。フローモジュールは、呼吸導管に挿入され、吸入ガスと呼気ガスの双方がフローモジュールを通過するようになっているのが望ましい。戻り管１８は、呼気ガス用の戻り導管（即ち呼気導管）を形成している。弁１４は、吸入ガスが吸入導管から呼吸導管に流れるようにし、更に、呼気ガスが呼吸導管から呼気導管に流れるようにしている。呼気ガスは、大気中にも排気される。図１の構成では、呼吸ガスはフローモジュール内を双方向に（吸入ガスと呼気ガスは反対方向に）流れる。人工呼吸装置１０は、呼吸ガス供給源として働く。一部を再呼吸する場合及び心拍出量を調べる場合には、弁はある程度のガスを呼気導管から呼吸導管に戻すような形になるが、これについては心拍出量測定に関連して後で論じることにする。
【００２０】
図２は、全体を符号２０で示す改良型呼吸分析装置の断面図であり、この改良型呼吸分析装置２０は、２つの部分、即ちフローモジュール３０と電子機器モジュール３２から構成されている。断面図で示されたモジュール３０と３２は、フローモジュール内を流れる呼吸ガスを分析する際には、互いに一体に組み付けられ、フローモジュールの滅菌又は使い捨ての際には、互いに取り外しできるようになっている。ある好適な実施例では、フローモジュール３０は、呼吸分析装置２０の使い捨て部品であるが、電子機器モジュール３２は、呼吸分析装置２０の使い捨て部品ではない。図２は、フローモジュール３０が、弁１４と挿管器（又は呼吸継手）２２の間に、継手３６とカラー３８を使って接続されているところを示している。患者に対するフローモジュールの配置を最適にするために、弁継手を弁１４と分析装置２０の間に加えるのが良い。
【００２１】
フローモジュール３０は、流路４０を囲むハウジング３４を有している。継手３６とカラー３８は、流路４０内のガスと弁１４及び挿管器２２内のガスとの間の流体連結を提供している。呼吸ガスはフローモジュール３０を通過するが、フローモジュール３０は別の患者が人工呼吸装置につながれる場合には取り替えられ、また挿管状態の同一患者についても間隔をおいて取り替えられる。フローモジュールは、第１の超音波トランスデューサ５０及び第２の超音波トランスデューサ５２と、酸素センサーフィルム５４と、二酸化炭素センサーフィルム５６を有している。超音波トランスデューサ５０、５２は、ハウジング３４に取り付けられ、流路４０に沿って流れるガスと超音波連結を形成し流量センサーを提供する。ガスセンサーフィルム５４、５６は、流路４０と流体連通している要素を有しており、流路４０内を流れるガスの成分分析が行えるようになっている。フローモジュールの実施例については、後に更に詳しく説明する。全体を符号３２で示す電子機器モジュールは、呼吸分析装置の再利用部を形成している。電子機器モジュール３２は、ハウジング５８と、第１トランスデューサインターフェース６０と、第２トランスデューサインターフェース６２を備えている。電子機器モジュール３２は、流量及びガス成分の測定及び分析に必要となる電子回路を保有していることが望ましいが、これに関しては親出願第０９／６３０，３９８号で論じられており、後に更に詳しく説明する。電子機器モジュール３２のハウジングは、トランスデューサ（５０、５２）とトランスデューサインターフェース（６０、６２）の間に電気的接続が形成されるように、都合のよい取り付け具を使ってモジュール３０に取り外し可能に取り付けられるようになっている。取り付け具として、クリップ、螺子、磁石帯、フック・ループ型取り付け具（ベルクロ）が挙げられる。２つのモジュールのハウジングは、電子機器モジュール３２のハウジングがフローモジュール３０のハウジングの機械式ガイドに嵌り込む様に（又はその逆に）形成されているのが望ましい。
【００２２】
図２は、継手３６とカラー３８とを使うことによって、フローモジュールが呼吸ガス導管の２つのセクションの間に支持されている状態を示している。従って、継手とカラーは、フローモジュールホルダを形成している。このホルダは呼吸ラインと直列であり、ラインに沿って流れるガスはホルダ内に配置されたフローモジュールを通過する。他の実施例では、フローモジュールホルダは、弁及び挿管器のような呼吸導管の２つのセクションを繋ぐ機械的なブリッジを備え、このブリッジは、フローモジュールが挿入されるスロット又は他の機械的構造を有しており、その結果、フローモジュールの流路が呼吸ガス導管の一部になっている。フローモジュールがホルダから脱落しないように、ロック機構を設けるのがよい。他の実施例では、２つのセクション間の機械的なブリッジを形成するのに、使い捨てではない電子機器モジュールを使用しており、フローモジュールが挿入されると、電子機器モジュールとの間に電気的接続が成形され、流路と呼吸導管の各セクションとの間には流体接続が形成されるようになっている。
【００２３】
図２は、また、電子機器モジュールのハウジングに取り付けられた酸素センサーモジュール８２と二酸化炭素センサーモジュール８４を示している。電子機器モジュールがフローモジュールに接続されると、センサーモジュールは、蛍光センサーフィルム５４、５６を使って、フローモジュール流路内のガス成分濃度を検出する。ポート６４及び６６により、センサーモジュール及び蛍光センサーフィルムの相互作用を可能にしている。好適な実施例では、センサーモジュールは、放射源（発光ダイオードなど）と、基準光検知器と、センサー光検知器を含んでいる。両ポートは透明なウインドウを有する窪みである。センサーモジュール内の発光ダイオードからの放射は、蛍光フィルムの感知領域及び基準領域を照射する。感知領域は、ガス成分濃度との相関をもった輝度、周波数、又は減衰時間を有する蛍光放射を作り出す。基準領域は、例えば不通気性フィルムを使って、ガス成分濃度の影響から隔絶されている。センサー及び基準光検知器はそれぞれ、蛍光フィルムの感知領域及び基準領域からの放射を検出する。信号の分析については、親出願で完全に説明しているが、ガスセンサーについては、更に、後に論じる。他の実施例では、ガスセンサーはフローモジュール内に入っている。フローモジュールが廃棄される際、センサー類は、再使用のために取り出されて殺菌される。
【００２４】
他の実施例では、トランスデューサ５０及び５２への接続は、１つのソケットと、電子機器モジュール上に設けられ且つソケットに対応するプラグとに割り当てられる。その場合、電子機器モジュールは、ケーブルによって接続される。別の実施例では、トランスデューサインタフェース６０及び６２の代わりに、超音波トランスデューサが電子機器モジュール内に配置され、トランスデューサ５０及び５２の代わりに、耐病原体超音波透過ウインドウがフローモジュール内で使用されている。
【００２５】
図３は、改良型呼吸分析装置の設計を３次元コンピュータレンダリングの形態で示している。この斜視図は、センサーと電子機器の主要部分を組み込んだ使い捨てでない部分を符号５７で示しており、ケーブル継手５９は使い捨てセクション５８への接続部により支持され、この使い捨てセクション５８は患者と呼吸ポンプの間の呼吸ラインに支持されている。
【００２６】
図４は、図２の符号３０で示されるフローモジュールの実施例を更に詳しく示している。フローモジュール３０のハウジング３４は、流路４０を囲んでいる。流路は入口部Ａ、第１の横方向オフセット部Ｂ、中央部Ｃ、第２の横方向オフセット部Ｄ、及び出口部Ｅを有している。入口及び出口部という用語は、吸入時のガス流の方向に関係する。便宜上、吸入に関する流路について説明する（呼気時、流れ方向は逆になる）。
【００２７】
流路４０は直線ではなく、横方向オフセット（即ち傾斜）フローセクションＢとＤがあるので、流路中央部ＣはセクションＡとＥに直接つながった場合の経路と空間的にずれている。この設計の目的は、トランスデューサ５０と５２の間に流された超音波パルスを使って、流路の中央部分Ｃに沿って流れるガスの超音波流れ分析を行えるようにすることである。この構成では、超音波パルスの経路は流路セクションＣに直接沿っている。これは、例えば米国特許第５，５０３，１５１号及び５，６４５，０７１号に示すように、超音波パルス伝播が気流方向に対して斜めの方向となる、Ｈａｒｎｏｎｃｏｕｒｔが述べている構成に対する改良点である。パルス方向と気流方向とが平行でない場合、超音波データに角度補正を行う必要があり、超音波技術の鋭敏さが低減する。
【００２８】
ガスセンサーフィルム５４と５６は、ガス成分濃度が求められるように、流路４０側に配置される。流量とガス濃度の値から成分ガス容量をより正確に積算するためには、濃度は、両超音波トランスデューサ間の中間点に近い点で求めるのが望ましい。しかしながら、ガスセンサーフィルムは、都合がよければ流路内の別の場所に配置してもよい。センサーフィルムについては、後に、更に詳しく説明する。
【００２９】
米国特許出願第０９／６３０，３９８号に論じているように、超音波トランスデューサを使って流速を求め、ガス成分濃度測定値と積算することにより、流量が求められる。吸入ガス及び呼気ガスのモル量は、超音波パルス通過時間測定値を使って求められるが、詳しくはＭａｕｌｔに与えられた国際特許出願第ＷＯ００／７４９８号に説明されている。従って、ガス濃度センサーは、コストを下げる目的で、実施形態によっては省略することもできる。最近では、国際特許出願第ＷＯ００／１１７３０及びＷＯ００／７２６３１号に論じられているように、低コストの精密機械加工の超音波トランスデューサが、カリフォルニア州サンリアンドロのＳｅｎｓａｎｔ社のようなメーカーから入手可能となっており、上記２特許出願を参考文献としてここに援用する。低コストトランスデューサは、使い捨てフローモジュール３０に使用するのが望ましい。増幅された即ち処理済のトランスデューサ信号は電子機器モジュールに送信される。
【００３０】
全体を符号３２で示す電子機器モジュールを、図５に最も分かり易く示しているが、このモジュールは、呼吸分析装置の再利用部分を形成している。モジュール３２は、ハウジング５８、ハウジング内に配置された回路基板７２、フローモジュールのトランスデューサ５０と通信できるようにする第１のトランスデューサインターフェース６０及びトランスデューサ継手７４、トランスデューサ５２と通信できるようにする第２トランスデューサインターフェース６２及び継手７６、を備えている。超音波パルストランジットデータからガスの流れを求めるために電子回路が設けられている。モジュール３２は、例えば米国特許出願第０９／６３０，３９８号に記述されているように、プロセッサ７８、ＡＳＩＣ８０、及びタイマー、メモリ及びディスプレイ装置のようなセンサーからの信号を処理できるようになっている他の回路構成を含む、流量とガス成分組成を測定し分析するのに必要な電子回路構成を保有しているのが望ましい。電子機器モジュールはまた、センサーフィルム分析装置８２と８４、及びセンサー分析回路構成８６も保有している。電子機器モジュール３２は、センサーからの信号を処理して、容積流量とガス成分濃度に関するデータを提供する。データは、インターフェース装置８８とケーブル９０を使って別の機器に転送される。
【００３１】
他の実施例では、電子機器モジュール３２は、独立した装置、即ち流管を挟む装置であってもよいし、又は人工呼吸装置１０の電子回路に組み込まれていてもよいし、或いは患者の近傍の他の医療機器に組み込まれていてもよい。ガス流速の超音波分析を可能にし、且つ電子機器モジュールに包含するのに適した回路については、Ｄｅｌｓｉｎｇに与えられた米国特許出願第５，２１４，９６６号に記述されており、参考文献としてここに援用する。別の実施例では、呼気ガスの流量と二酸化炭素濃度を測定できるようになっている呼吸分析装置は、戻り管に沿う都合のよい位置（図１の要素１８）又は人工呼吸装置自体の内部に配置されている。
【００３２】
電子機器モジュールは、超音波フローセンサー、ガス分析センサー、及びフローモジュールに含まれている他のセンサー、例えば湿度センサー、圧力センサー及び温度センサーなどからデータを受け取る。精密機械加工の超音波トランスデューサは、精密機械加工の、温度、圧力及び湿度感知要素を含むように設計される。収集されたデータの処理は、親特許出願第０９，６３０，３９８号に記述されているように行われるのが望ましい。
【００３３】
而して、フローモジュールと電子機器モジュールが一体的に合わせられると、電子機器モジュールは超音波トランスデューサとガスセンサーから信号を受信する。これらの信号を分析するために必要な電子回路構成については親特許出願で論じている。電子回路は、超音波パルスが２つの超音波トランスデューサの間の流路に沿って通過する時間から流量を求める。ガス濃度は、蛍光フィルムから、基準レベル蛍光に対する感知レベル蛍光の比を使って求められる。流量とガス濃度は、瞬時にして、即ち呼吸時間よりもはるかに速い数ミリ秒程度で効果的に求められる。この様に、流量及びガス成分濃度のリアルタイム測定は、効果的に瞬時スケールで実施される。次に、電子機器モジュール内のプロセッサは、流量値をガス成分濃度値と積算して、吸入ガス量と呼気ガス量を求める。息の方向、開始及び終了は、親特許出願に記述したとおりに求められる。より一般的に言えば、瞬時と言う用語は、流量又は濃度感知に関しては、容積流量を計算する時間よりもずっと短い時間（１０分の１以下）を指す。蛍光ガス成分濃度センサー及び超音波フローセンサーは、呼吸分析の用途に関しては効果的に瞬時である。流路内で流量を直接測定できるようにする、１対の超音波トランスデューサのようなインライン流量計を使用することが望ましい。
【００３４】
フローモジュールと電子機器モジュールの組合せは呼吸分析装置を形成し、好適な実施例では、呼吸分析装置は、親特許出願に全体を記述しているように、間接カロリーメータの機能を有している。吸入された息と呼気された息の流量及び酸素濃度測定の計測値を組み合わせることによって、酸素消費量を測定することができ、従って代謝率を求めることができる。呼吸商は、想定してもよいし、二酸化炭素センサーを使って直接的に求めても、親特許出願の方法を使って求めてもよいし、或いは患者が受け取っている食物の栄養バランスから推定することもできる。間接カロリーメータにより求められた代謝率は、液晶表示装置などの表示装置又はフローモジュールのハウジング上に表示されるか、或いは人工呼吸装置又は給送機器など別の電子機器に転送され表示される。別の実施例では、フローモジュールからデータを受信できるようになっている持ち運び可能な計算装置、例えばＰＤＡ（携帯情報端末）にデータログ用のカードを設けたものを電子機器モジュールとして使用してもよい。
【００３５】
他の実施例では、フローモジュール内のセンサーとトランスデューサは、プラグ、ソケット、ブルートゥース無線送信機、ＩＲ送信機など、電子機器モジュールにデータを送信できるようにするインターフェースモジュールに接続されている。
【００３６】
他の実施例では、センサー及びトランスデューサドライブ及び検出回路の幾つか又は全部が、フローモジュール内に含まれている。電子機器モジュールは、データの組合せ、補正、及び分析をするためのプロセッサと、超音波データ分析用のＡＳＩＣを含んでいるのが望ましい。フローモジュールは、電池又は電力入力などの電源装置を保有し、フローモジュール内のセンサーへの電力は電子機器モジュールへの接続部を介して供給されるのが望ましい。ガス成分センサーはアナログ対デジタル変換回路を保有し、電子機器モジュールへデジタル信号又は濃度依存周波数信号を提供する。更に別の実施例では、フローモジュールは、無線リンクを使って電子機器モジュールと通信する。フローモジュールはここで、モジュール自体の電源装置と、トランスデューサ及びセンサーから電子機器モジュールへデータ信号を送信することができる程度の回路構成を保有している。
【００３７】
人工呼吸装置に適用する場合には、処理電子機器は人の顔から離して配置するのが好ましい。これにより、人を圧迫する流管の重みが低減され、センサーから熱源を離すことになるので、センサーの精度が改善される。これを実現するに当たり、フローモジュールと電子機器モジュールは、ケーブル接続により、又はブルーツゥースプロトコルが使用できるような無線通信リンクにより、接続される。
【００３８】
フローモジュールの更に別の実施例について以下説明する。
【００３９】
米国特許出願第０９／６３０，３９８号に記載の間接カロリーメータの好適な実施例の同軸フロージオメトリ（ガス交換監視装置即ちＧＥＭ）は、人工呼吸装置システムでの使用に供することができる。流れ抵抗は、呼吸問題を有する患者に問題を起こさないよう十分低くなくてはならず、従って、流路の直径は、米国特許出願第０９／６３０，３９８号の説明にあるものより大きくなるであろう。しかしながら、流路の直径を大きくすることは流量測定の精度を下げることになりかねず、無効空間が増えることにもつながる。米国特許出願第０９／６３０，３９８号に記載されているガス交換監視装置（ＧＥＭ）の研究から、同軸ジオメトリは正確な結果を与えることがわかっている。
【００４０】
図６Ａは、同軸フロージオメトリを有するフローモジュール（断面図示）の別の好適な実施例を示している。全体を１２０で示す同軸流管モジュールは、ハウジング１２２有し、このハウジング１２２は、第１室１２４により形成される流路と、中央流路１２６と、第２室１２８を包囲している。好適な実施例では概ね円形の流管１３０は、中央流路１２６を囲んでいる。第１室１２４と第２室１２８は、流管１３０を取り囲むドーナツ形状部分を有している。超音波トランスデューサ１４０と１４２は、流管１３０により形成される流路１２６に沿って超音波パルスを交信するように取り付けられている。室１２４と１２８は仕切り１３２によって分離されている。
【００４１】
吸入エアの場合には、吸入エアは弁１４から室１２４に入り、流管１３０を取り囲む室部分に流れ込む。吸入エアは次に、例えば矢印Ａで示すように、中央流路１２６に入る。エアは、次に、例えば矢印Ｂが示すように、中央流路１２６を通過して第２室１２８に入り込む。超音波トランスデューサ１４０と１４２とを使って、中央流路１２６に沿う流量を測定する。酸素センサー１３４は、主流路内を流れるガス内の酸素濃度を測定する。酸素センサーは、他の位置、例えば第１室１２４又は第２室１２８に配置してもよい。
【００４２】
ワイヤで酸素センサーと超音波トランスデューサをインターフェース継手につなぎ、このインターフェース継手には、電子モジュール、ケーブル（例えば電子機器モジュールへのリード線）又は無線送信器（例えば電子機器モジュールとの通信用）が差し込まれる。
【００４３】
図６Ｂは、フローモジュールのハウジング１２２に取り付けられた、取り外し可能な電子機器モジュールの端面図を示している。電子機器モジュールは、ハウジング１４６を有し、その延長部分１４８に超音波トランスデューサインターフェース１５０があって、フローモジュールの超音波トランスデューサ１４２への接続部を形成している。フローモジュールと電子機器モジュールの他端には、取り外し可能な電子機器モジュールのトランスデューサインターフェースと超音波トランスデューサ１４０との間に同様な接続部が形成されている。
【００４４】
図７は、図６の設計に少し変更を加えたフローモジュールの実施例を示している。この実施例では、中央流路の方向は、継手３６とカラー３８を通る呼気エアの流れる方向に対して実質的に垂直である。
【００４５】
全体を１７０で示すフローモジュールの実施例は、ハウジング１７２を有し、このハウジング１７２は、第１室１７４により形成された流路、中央流路１７６及び第２室１７８を包囲する。中央流路は、流管１８０により形成されるが、これは概ね円形であることが望ましい。超音波トランスデューサ１８２と１８４とは、中央流路１７６に沿った超音波パルス伝播を介して交信するように配置されている。酸素センサーは、第２室１７８に設けられ、フローモジュールを流れるガス流内の酸素濃度を瞬時に測定するようになっている。室隔離板１８８は、第１室１７４と第２室１７８とを分離している。
【００４６】
図８には、図６に示す設計の別の変更例であるフローモジュールの更に別の実施例を示している。断面を符号２００で図示している本フローモジュールは、ハウジング２０２を有し、このハウジング２０２は、人工呼吸装置側の室２０４と、流管２１０により形成される中央流路２０６と、患者側の室２０８とを包囲する。超音波トランスデューサ２１２と２１４は、流路２０６に沿う超音波パルスの伝達時間を測定するように配置されている。トランスデューサ２１２はトランスデューササポート２１６上に取り付けられ、トランスデューサ２１４はトランスデューササポート２１８上に取り付けられている。両トランスデューササポートは、ハウジング２０２に対して１つ又は複数の支柱２２０で支持されており、これを断面の平面上にはないので点線で図示している。酸素センサー２２２は、流管２１０の内側表面上に配置するのが望ましい。室隔離板２２４は、２つの室２０４と２０８を分離しており、ハウジング２００内のほぼ中央に流管２１０を支持している。ハウジング２００に取り付けられた、電気ソケット形状のインターフェースモジュール２２６によって、電子機器モジュールへ接続できるようになっている。
【００４７】
超音波トランスデューサへの電気的接続は、１つ又は複数の支柱を介して形成される。酸素センサー２２２への電気的又は光学的アクセスは、室隔離板２２４の中を通して行われる。支柱２２０は、実質的にデバイス内のガス流を妨げず、且つ室２０４と２０８を分離していない。支柱２２０は、ハウジング２００の長手方向軸に垂直に示されているが、ハウジングに対して適度な角度と取り付け点で取り付けることができる。別の実施例では、酸素センサーは、電気的又は光学的アクセスを容易にするため、ハウジング２０２の内側表面上に配置されている。
【００４８】
フローモジュールの他に可能な実施例について、以下説明する。
【００４９】
図９は、全体を符号２４０で示すフローモジュールを示しており、これは中央流路２４４を取り囲むハウジング２４２を有している。ハウジングの内側表面内に、超音波トランスデューサ２５０及び２５２と中央流路とを連結している窪み２４６と２４８が形成される。酸素センサー２５４は、中央流路に沿ったガス流に対して露出するように取り付けられている。超音波トランスデューサと酸素センサーは、２５８のようなワイヤを使ってインターフェースユニット２５６に接続されている。酸素センサーは、インターフェースユニットと光学的に接続されていてもよい。
【００５０】
超音波トランスデューサは、流路２０４に対して傾斜した経路に沿って交信する。このような構成内で流量と容積の測定に超音波を使用することについては、米国特許第５，６４７，３７０号、５，６４５，０７１号、５，５０３，１５１号、及び５，４１９，３２６号にＨａｒｎｏｎｃｏｕｒｔが説明しており、その全てを参考文献としてここに援用する。バクテリア耐性フィルムをこのようなトランスデューサに使用することについては、米国特許第６，０５８，７８６号の中でＷａｌｌｅｎ他により説明されており、参考文献としてここに援用する。
【００５１】
好適な実施例では、電子機器モジュールは、インターフェースユニット２５６を使ってフローモジュールに接続されている。他の実施例では、フローモジュール２４０にケーブルを接続して、トランスデューサへ電力を供給し、フローモジュールと電子機器モジュール間でデータ転送ができるようになっているが、これは自立装置であってもよい。別の実施例では、電子機器モジュールは、フローモジュールと無線通信している。この場合、フローモジュールはバッテリのような独立したパワー源を保有しているのが望ましい。
【００５２】
図１０は、全体を２７０で表すフローモジュールを示しているが、このフローモジュールは、流路２７４を取り囲むハウジング２７２を有している。ハウジングは概ね円筒形である。超音波トランスデューサ２７６と２７８は、流路２７４内に直接配置され、それぞれ２８０及び２８２のような１つ又は複数の支柱により支持され、流路インピーダンスを最小にするような設計になっている。酸素センサー２８４は、ハウジングの内面上に配置されている。２８６のようなワイヤが、トランスデューサとセンサーをインターフェースユニット２８８に接続しており、このインターフェースユニットに、電子機器モジュール又は通信モジュールを接続できるようになている。
【００５３】
精密機械加工の超音波トランスデューサは、使い捨てフローモジュールに使用できる程に安い。複数のトランスデューサが、流路内の様々な位置に支持され、流速プロファイルを測定し、容積流量がより正確に求められるようになっている。この場合、トランスデューサは、流速プロファイルを乱さない程度に十分小さいことが望ましい。流管断面に亘る流れの分布は、従来の技法を使って測定流量の関数としてモデル化し、モデル結果を使用して流量データの精度を改善することができる。インターフェースユニット２８８は、トランスデューサ、センサー、外部装置の間に電気的インターフェースを形成する。ケーブルを電子機器モジュールに接続することができる。
【００５４】
好適な実施例では、フローモジュールは、１つ又は複数のガスセンサーを保有しており、フローモジュールの流路を通過するガスの濃度を求めるようにしている。代謝率を測定する場合は、酸素又は二酸化炭素を感知する１つ又は複数のガスセンサーを使用することが望ましい。しかしながら、酸素濃度（又は二酸化炭素産出）は、Ｍａｕｌｔの国際特許出願第ＷＯ００／７４９８に論じられているように、超音波測定だけでも求めることができ、当該出願を参考文献としてここに援用する。
【００５５】
好適な実施例では、使用されている１つ又は複数のガスセンサーは、Ｃｏｌｖｉｎ他により米国特許第５，９１７，６０５号、同５，９１０，６６１号、同５，８９４，３５１号、及び同５，５１７，３１３号、並びに国際特許出願ＷＯ０９８／５２０２４号、ＷＯ９８／５２０２３号、ＷＯ９９／４６６００号、及びＷＯ００／１３００３号の中で説明されているような、蛍光センサーであり、当該特許及び出願の内容全てを参考文献としてここに援用する。しかしながら、他のセンサーを使用してもよい。一例を挙げると、例えば、米国特許第５，５７０，６９７号及び同第６，０９１，５０４号に記載されているように、レーザーベースのセンサーを使用することもでき、当該特許を参考文献としてここに援用する。ラマン散乱ベースのセンサー、ＩＲ吸収又は放出ベースのセンサー、米国特許第４，９９５，２５６号に記載されているようなジルコニア検出器、光音響センサー、及び精密機械加工センサーを含む、他のセンサー技術を使用してもよい。
【００５６】
図１１は、外部酸素センサーを取り付けることのできるフローモジュールの部分断面図である。フローモジュール３００は、図示のように最上面に酸素センサー３０６を取り付けることができるようになっている凹み３０４を有する概ね円筒形の本体３０２を有している。酸素センサーは、酸素透過フィルム３０８により流路３１０から分離されている。酸素センサーは、流路３１０内の酸素濃度変化に瞬時に効果的に応答する。ここに、瞬時というのは、ミリ秒尺度のように、呼吸時間よりもずっと短い時間尺度のことである。ケーブル３１２を使って、センサーから電子処理モジュールまでデータを転送する。酸素センサーは、フローモジュールから取り外して、フローモジュールの廃棄や滅菌ができるようになっているのが望ましい。
【００５７】
図１２は、ハウジング３２２を有し、ハウジング３２２の内面上に酸素感知蛍光コーティング３２４が施されたフローモジュール３２０の一部を示している。透明部材３２６は、蛍光要素３２４を外部放出源及び検出器から分離している。この例では、蛍光コーティングへ励起放射を送るために光ファイバ３３０を使用し、コーティングからの蛍光放射はこのファイバに沿って戻る。電子機器モジュール３３２は、励起放射源と蛍光放射検出器を保有している。電子機器モジュールは、フローモジュールのハウジングに取り外し可能に取り付けてもよく、ファイバを長くしていくらか距離を離して設けてもよい。フローモジュールのハウジングは、透明であって、蛍光フィルムに光学的に連結でき、如何なる診断的呼吸成分の比色形検出器でも読み取ることができるようになっている。本例では、ファイバを取り外すと、フローモジュールを廃棄できるようになっている。蛍光薬品を、ファイバの端部のフィルムに、又はファイバの端部内に含んでいてもよい。その場合、酸素感知薬品が流路３２８に露出するように、ファイバをハウジング３２２の穴にはめ込むことになるが、別の患者に使用する際にはファイバを取り外して使い捨てする。
【００５８】
図１３は酸素センサー分析モジュール３４０を示しており、本モジュールは、ハウジング３４２、電子回路３４４、励起放射源３４６、感知通路光検知器３４８、基準通路光検知器３５０、外部接続３５２を有している。酸素センサー分析モジュールは、フローモジュール３５８のハウジング３５６（部分図示）の凹み３５４内に配置されている。ハウジング３５６の内面上には、感知通路蛍光フィルム３６０と基準通路蛍光フィルム３６２が設置されている。感知通路フィルム３６０の表面は流路３６６を通過する呼吸ガスに露出しているが、一方基準通路フィルム３６２は酸素不透過フィルム３６４により酸素の影響から保護されている。透明な導波フィルム３６８は、酸素センサー分析モジュールと蛍光フィルムとの間の光学連結を許容する。フローモジュールの酸素センサーは、信号をガス流内の酸素成分に相関づけるための電子回路を保有しているのが望ましい。酸素濃度の判定は、校正係数の適用も含めて、電子機器モジュールを使って行うのが望ましい。酸素検出器は、アナログ対デジタル変換器を備え、電子機器モジュールにデジタル信号を供給する。
【００５９】
酸素センサー分析モジュールは、管本体の内面上に配置された蛍光要素から分離することができる。このような構造とする目的は、蛍光要素を流管と共に廃棄できるようにしながら、酸素センサーの電子部の再利用を可能にすることである。本モジュールは、フローモジュールを滅菌又は使い捨てする前に取り外す。これは、使い捨て要素を安価なものとしているので好都合であり、本発明の人工呼吸装置システムの費用を下げる重要な態様である。
【００６０】
励起放射源３４６は、青色発光ダイオードであることが望ましく、光学的検出器（光検知器）３４８と３５０は、それぞれ、酸素感知蛍光要素３６０と酸素不感知蛍光要素３６２からの蛍光放射を受けるように配置される。ケーブル３５２は、先の実施例のインターフェースモジュールを使用して、外部電子機器モジュールへ接続できるようにしている。蛍光酸素センサー信号の分析に必要な電子回路については、親特許出願第０９／６３０，３９８号に記述されている。
【００６１】
他の実施例では、酸素センサーは、分析モジュール、透明フィルム、及び蛍光フィルムを備えた単独装置であり、流管の壁の穴に両面使用可能に押し込まれる。蛍光フィルムは、時間経過と共に劣化する場合には周期的に取り替える。
【００６２】
酸素センサーは、患者による酸素消費を測定する場合は、超音波フローモジュールと組み合わせることが望ましい。要素の冷却比に基づく流量計、及び障害物前後の圧力降下に基づく流量計（Ｒｏｄｄｅｒが米国特許第５，３１３，９５５号に記載しているようなもの、当該特許は参考文献としてここに援用する）のような他のフロー判定方法を使ってもよい。
【００６３】
他の実施例では、酸素検知器に加え、又は酸素検知器の代わりに、二酸化炭素検知器が使用されている。二酸化炭素センサーは、二酸化炭素濃度の高速応答チャージする薬品を使用するのが望ましい。二酸化炭素センサー技術は、蛍光フィルム、ＩＲ検出、ラマン検出、及び他の分光学技術を含んでいる。精密機械加工センサーを使用することもでき、その場合は発振周波数が表面吸収二酸化炭素により変わる。
【００６４】
他のガスを感知するガスセンサーを備えていることにも利点がある。例えば、呼吸を改善するために、患者に一酸化窒素を投与することが時々ある。一酸化窒素センサーを流量測定に連結して使用することにより、患者に投与された一酸化窒素の量を求めることができる。呼気ガスは、患者の状態の診断用として有用に検出されるガス成分を含有している。例えば、一酸化窒素が呼気されていれば、気道膨張を表している場合がある。この場合には、定性的一酸化窒素表示、例えば比色形を使用してもよい。フローモジュールのハウジングは透明であるか、又はウインドウを備え、比色形センサーが観察できるようになっている。異常代謝を示す呼気成分を検出するのも有効である。例えば、アセトン等のケトン、アセトアルデヒド等のアルデヒド、アセト酢酸及び３−ヒドロキシ酪酸等の酸成分は低血糖又は無効血糖を表すことがある。この場合、食事又はインシュリンの投与が至急必要である。本願に参考文献として援用する、ウエダに与えられた米国特許第５４２５３７４に論じられているように、呼気にアンモニアが含まれていれば、肝不全を表していることがある。本発明のフローモジュールは、呼吸成分を分析するために、サンプリング方式を採用しているものなど他の装置と組み合わせることができる。これら及びこの他のガス検出方法は、本願に参考文献として援用する、同時係属米国仮出願第６０／２２８，３８８号（２０００年８月２８日出願）に更に詳しく説明されている。
【００６５】
図１４は、概ね円筒形の本体４０２を有するフローモジュール４００の断面図である。このフローモジュールは、図９に示したものと類似しており、主要流路４０８に対して傾斜した経路に沿って超音波パルスを送受信する超音波トランスデューサ４０４と４０６を有している。流路４０８を形成しているハウジング４０２の内面は、耐病原体ライナー４１０で裏打ちされている。ライナー材料は、超音波放射を著しく減衰させないものが望ましく、ライナーの断面形状は、流路の断面形状に一致しているのがよい。ライナー４１０は、分子ガスを通すので、酸素センサー４１２と二酸化炭素センサー４１４は、流路を通過する呼吸ガスの成分変化に反応する。凹み４１６と４１８にはエアが充填されているが、別の実施例ではゲルが充填されているので、トランスデューサと流路の間の超音波連結が増す。センサーとトランスデューサは、４２２のようなワイヤを使ってインターフェースモジュール４２０に接続されている。インターフェースモジュールは、電子機器モジュール、ケーブル、又は無線通信モジュールが接続されるソケットであるのが望ましい。病原体耐性ライナー要素４１０は、超音波トランスデューサとガスセンサーを、管内を通るガスの流による汚染から保護している。このライナーは、別の患者に使用する際には取り外して交換できる。
【００６６】
別の実施例では、ライナー４１０に、上述の方法と同じような様式で酸素センサー分析モジュール及び電子機器モジュールと組み合わせて使用される蛍光ガス感知要素が設けられている。
【００６７】
米国特許出願第０９／６３０，３９８号に記載されている機能に加えて、ピーク流量、１回呼吸量、呼吸周波数、ＦＥＶ１など、他の呼吸パラメータを計算してもよい。これらのパラメータは、呼吸機能を監視し、問題を診断する際に有用である。更に詳しい説明は、同時係属米国仮出願第６０／２３６，８２９号（２０００年９月２９日出願）に記載されており、参考文献としてここに援用する。求められるフローパラメータは、米国特許第５，７０５，７３５号中（７欄２４行から８欄４行）にＡｃｏｒｎによりリスト表示されており、参考文献としてここに援用する。呼吸パラメータは、参考文献としてここに援用する、米国特許第６，０９９，４８１号中にＤａｎｉｅｌ他により説明されている方法を使って求めることができる。呼吸パラメータ、呼吸商、安静代謝率又は安静エネルギー消費、流れ／容積曲線、及び他の表形式又は図形式データは、電子機器モジュールのハウジング上の表示装置に示される。電子機器モジュールの機能が他の医療用機器、例えば人工呼吸装置、静脈内栄養摂取装置制御、ＥＫＧ監視装置、酸素濃度計などに組み込まれている場合には、当該装置の表示装置を利用することができる。呼吸分析装置センサーは、肺機能、肺機構、呼吸作用、ＦＲＧ、及び一酸化窒素（吸入及び／又は呼気）のような、追加の情報も提供する。この情報は、ケーブル又は他の手段を介して、機械的な人工呼吸装置に連絡され、これにより人工呼吸装置の設定は、肺の状態に合わせて最適に調整される。代わりに、カロリーメータは、経腸又は腸管外輸液ポンプと通信して、カロリーメータにより求められた測定栄養要求に従って栄養サポートを調整することもできる。これについては以下に更に詳しく説明する。
【００６８】
流量とガス濃度の積算により、吸入ガス容量と呼気ガス容量が与えられる。呼気された酸素量を吸入された酸素量から引くと酸素消費量ＶＯ２が求められる。二酸化炭素検出器を使うと、ＶＣＯ２も求められる。パラメータは、二酸化炭素検出器を使わなくとも、例えば呼吸商を想定することにより求めてもよい。
【００６９】
個人の食餌が分かっている場合には、例えば電子食餌記録を使って、又は患者に対する制御された食品成分を処理することにより、呼吸商を、測定時に当の個人が消費するはずの栄養から計算してもよい。摂取された食餌の時間と性質に基づいて呼吸商の計算ができるように、身体生理学のモデルを開発してもよい。
【００７０】
身体の代謝率は、ここに参考文献として援用する、Ａｃｏｒｎに与えられた米国特許第５，７０５，７３５号、Ｍａｕｌｔに与えられた米国特許第６，１３５，１０７号及び同５，８３６，３００号に記載されているように、ウェーア方程式を使って求めることができる。窒素代謝レベルは、尿の分析により求めることができるが、そうでなければこの係数は比較的小さいので推定値を使ってもよい。求められた安静代謝率を使って患者の食物摂取を制御することもできる。患者が栄養的にバランスの取れた食物成分を消費しているのであれば、投与が必要な食物量は代謝率を使って求めることができる。患者が静脈摂取中である場合は、輸液ポンプは電子機器モジュールによって制御することができる。輸液ポンプは、間接カロリーメータにより提供された代謝率データに応答する電子機器制御装置を備えている。
【００７１】
別の実施例では、輸液ポンプに、電子機器モジュールの機能を備えた電子制御システムが装備されている。この制御システムは、フローモジュールのセンサー及び／又はトランスデューサからの信号を分析して、人工呼吸装置を装着している患者の代謝率を計算し、輸液ポンプモーターの速度を代謝率の関数として制御する電子回路を保有している。
【００７２】
図１５は、フローモジュール４５０からのセンサーデータを電子機器モジュール４５２により分析し、求められた代謝率を使って静脈内栄養摂取システム４５４を制御するシステムを示している。電子機器モジュールは、更に、患者の血液中の酸素量を判定する酸素濃度計からデータを受信する。酸素濃度計は、患者の指に装着され、電子機器モジュールに配線されている。血液酸化及び二酸化炭素量は、呼気ガスの呼吸終期の酸素及び二酸化炭素量から求められる。データは、患者への酸素補給を制御するために人工呼吸装置に送られる。
【００７３】
図１６は、本発明と共に使用することのできる静脈内栄養摂取システムの例を示している。栄養ポンプ４７０は、栄養補給パイプ４７４に沿って、栄養補給装置４７２から栄養液（流動食）を吸引する。電子機器モジュール（図１５の４５２）から受信した患者の代謝率に関するデータに基づいて、栄養ポンプ（即ち輸液ポンプ）４７０は、栄養液を、給送管４７８に沿い送給針８０を通して患者に補給する。針は患者の皮下の静脈に挿入される。ポンプ４７０は、好適作動範囲を有し、医療的介入が無ければこの範囲を超えて作動しないようになっていることが望ましい。表示装置４８２は、経静脈栄養投与、並びにおそらくは改良された呼吸分析装置により求められた患者の代謝率を表示するように、ポンプのハウジング上に設けられる。患者の代謝率が所定の範囲を外れると、警報装置４８０が鳴りながら点滅する。
【００７４】
歩行中又は移動中の患者、即ち他の個人の新陳代謝は、ヘルメットベースのカロリーメータシステムを使って監視することができる。図１７は、フェースマスク５０２を通して呼吸している人を示している。フローモジュール５００は、フェースマスクと流体連通している。酸素は手押し車５０６に搭載されたボンベ５０４から供給されている。酸素圧は調整器５０８により制御され、酸素は、管５１０を通ってフローモジュール５００に流れる。フローモジュールはケーブル５１４によって、ヘルメット５１２内に収められた電子機器モジュールにつながっている。別の好適な実施例では、流管は、電気機器モジュールと無線通信するので、ケーブル５１４は不要である。電子機器モジュールは、ヘルメットにクリップ留めしてもよい。呼気エアは、好ましくはフローモジュール通過後に、大気中に排気される。弁システムを使用して吸入ガスと呼気ガスの流れを制御し、呼気ガスを大気中に向けるようにしてもよい。マウスピースは、ヘルメットで支持してもよいし、ゴムバンドを個人の頭部に回して保持してもよい。
【００７５】
ヘルメットベースのシステムは、他の人工呼吸システムで、又は例えば健康な人の高地での呼吸を支援するなど、バックパックでガスボンベを背負った場合にも使用できる。ヘルメットベースのシステムは、個人の呼吸ガスの代謝率を求めるために使用することもできる。好都合なこととして、熱を放散する電子機器をセンサー及びトランスデューサから離すことができる点、及びマスク又はマウスピースにより支えられるフローモジュールの重量を軽くできる点が挙げられる。
【００７６】
本発明の改良型呼吸分析装置は、心拍出量を求めるために使用することもできる。図１８に、呼気ガス用のリザーバを有する変形人工呼吸器システムを示す。この変形システムは、人工呼吸装置５５０、吸入管５５２、弁装置５５４、フローモジュール５５６、患者挿管器５５８、呼気ガスリザーバ５６０、戻り管５６２及び電子機器モジュール５６４を備え、電子機器モジュール５６４は、ケーブル５６６によりフローモジュールに、ケーブル５６８により人工呼吸装置に接続されている。通常の呼吸では、弁５５４は、人工呼吸装置により供給されたガスだけが患者に供給されるようにしている。呼気の間、呼気ガスは、弁５５４を通ってリザーバ５６０そして戻り管５６２に流れる。患者の心拍出量は、米国特許第６，１３５，１０７号にＭａｕｌｔが記述している方法により求めることができ、当該特許をここに参考文献として援用する。弁装置５５４は、リザーバ５６０に溜められた呼気ガスを患者が再度呼吸できるように改造されている。フローモジュールは、流路と、流路を流れる流量を測定するために配置された一対の超音波トランスデューサと、カプノメータ（二酸化炭素センサー）とを備えている。フローモジュールは、流量と呼吸ガス中の二酸化炭素濃度に相関付けられたデータを保有している信号を電子機器モジュールへ提供する。患者が吐き出した二酸化炭素の一部を再度吸い込むことにより起きる動脈血中の二酸化炭素（炭酸塩）の変化は、呼気された息の終期の二酸化炭素レベルを使って監視される。電子機器モジュール内のプロセッサを使って流量データを二酸化炭素濃度データと積算し、総吸入二酸化炭素量と総呼気二酸化炭素量、及び呼気終期の二酸化炭素濃度（終期濃度）を求める。これらの値は、米国特許第６，１３５，１０７号の方法に基づく電子機器モジュール上で作動しているアルゴリズムを使って心拍出量に変換されるが、心拍出量は、二酸化炭素生成の変化を終期二酸化炭素濃度の変化で割ることにより求められる。弁５５４は、テスト終了後は通常の形態に戻されるが、これには凡そ３０秒ほど要する。
【００７７】
リザーバ５６０に溜められたガスは、ガス容量の大きい場合には有益な分光法などの技法を用いて、一酸化窒素及び代謝異常の標示となる手がかり成分を求めて分析される。
【００７８】
患者が挿管されている場合は、フローモジュールは挿管点の近くに置かれることが望ましい。患者に挿管されていない場合は、マウスピース又はマスクが装着されるか、或いはフローモジュールを患者の口腔内に配置できる形状にしてもよい。口腔に配置するには、概ね円筒形の形状が適している。
【００７９】
呼吸分析装置をフローモジュールと電子機器モジュールに分離すると、フローモジュールを患者の気管内に配置できるようになり、無効空間を減らして測定の精度を上げることができる。この実施例では、フローモジュールは、流路内の流量を求めるために１対の精密機械加工の超音波トランスデューサを配した円筒形であるのが望ましい。身体の呼吸当量が確定している場合、身体の酸素消費と代謝率は、流量からだけでも求められる。代わりに、酸素消費は、Ｍａｕｌｔへの国際特許出願第ＷＯ００／７４９８号に記載されているように、超音波トランスデューサを使って流量とガス密度の判定から求めることができ、当該出願を参考文献としてここに援用する。
【００８０】
図１９は、患者の気管内に装着されたフローモジュール６００を示しており、流路６０４を取り囲む概ね円筒形のハウジング６０２と、流路に沿う方向成分を有する方向に沿って超音波パルスを送受信するために配置された一対の超音波トランスデューサ６０６、６０８を有している。柔軟性のある管６１０は、患者の気管から穴を通って（又は口を通って）出て、弁装置６１２に接続されている。人工呼吸装置からのガスは、吸入導管６１４に沿って送られ、呼吸で吐き出されたガスは呼気導管６１６を通る。ケーブル６１８は、フローモジュール内のトランスデューサを電子機器モジュール６２０内の適した駆動及び分析回路に接続している。超音波トランスデューサは、危険でない電圧で作動するようになっている精密機械加工装置であるのが望ましい。呼気導管内のカプノメータ６２２は、二酸化炭素呼気量を独立して測定する。要素６２６２は、トランスデューサの支えである。
【００８１】
別の実施例では、体内のガス流の超音波分析は、体外の放射源を利用して、体内のトランスデューサ電磁励起により行われる。例えば、フローモジュール内のインダクタは、電力をトランスデューサへ供給するのに使用され、外部放射源から電力供給を受けている。気管モジュールは、呼吸被験者の口を通して押し込まれ、柔軟性のある管とワイヤが口から出てくる。フローモジュールと電子機器モジュールは、無線通信リンクを使って通信するようにしてもよい。
【００８２】
図２０と２１は、電子機器モジュール７００が、フローモジュールと流路の各種形状因子で使用される実施例を示している。図２０では、電子機器モジュール７００は、マウスピース７０４と流体接続されたフローモジュール７０２とインターフェースを形成している。この構成は、ガス交換監視装置（ＧＥＭ）の代わりの実施例である。図２１は、フローモジュール７０８と電気的及び機械的インターフェースを形成している電子機器モジュール７０６を示しているが、これがフェースマスク７１０に接続されることになる。
【００８３】
以上、間接カロリーメータを、マウスピーム又は気管内チューブを強制型人工呼吸装置に接続する人工呼吸装置ライン内に使い捨て流管を取り外し可能に挿入できるようになっている機械的な人工呼吸装置と共に用いることについて説明してきた。流量計及びガスセンサー装置並びに付帯電子機器を内蔵している、カロリーメータの使い捨てでない部分は、物理的方法によって強制型人工呼吸装置に取り付けられるようにして、人工呼吸装置に挿入される場合に使い捨て部分と係合するか、又は使い捨て部分上に支持されるようにして、この使い捨て部分を呼吸装置により支えるようにしてもよい。使い捨て部分には、蛍光酸素冷却センサーの一部を形成する蛍光コーティングを組み入れてもよい。
【００８４】
当業者には、本発明のこの他の実施形態が自明であろう。ここに示した事例及び実施例は限定的なものではない。本発明は、特許請求の範囲に述べる事柄によって定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
人工呼吸装置システムの概略図を示す。
【図２】
改良型呼吸分析装置の概略図を示す。
【図３】
改良型呼吸分析装置の設計を示す。
【図４】
フローモジュールの実施例を示す。
【図５】
電子機器モジュールの実施例を示す。
【図６Ａ】
同軸フロージオメトリを有するフローモジュールの実施例を示す。
【図６Ｂ】
電子機器モジュールに結合された同軸フローモジュールを示す。
【図７】
同軸フロージオメトリを有する別のフローモジュールの実施例を示す。
【図８】
同軸フロージオメトリを有する別のフローモジュールの実施例を示す。
【図９】
傾斜形状の超音波トランスデューサを有するフローモジュールを示す。
【図１０】
フロー内に超音波トランスデューサを有するフローモジュールを示す。
【図１１】
酸素センサーを収容できるようになっているフローモジュールを示す。
【図１２】
酸素感知用の光ファイバを収容できるようになっているフローモジュールを示す。
【図１３】
流路に接している蛍光コーティングが施された酸素センサーを示している。
【図１４】
フローチューブ用の病原体耐性ライナーを示す。
【図１５】
患者送給の自動制御を備えたシステムの実施例の線図である。
【図１６】
患者送給の自動制御を備えたシステムの実施例の線図である。
【図１７】
ヘルメット搭載型電子機器モジュールを備えた呼吸分析器システムを示す。
【図１８】
心拍出量を求めるためのシステムを示す。
【図１９】
気管フローモジュールを示す。
【図２０】
電子機器モジュールを使用した別の実施例を示す。
【図２１】
電子機器モジュールを使用した別の実施例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図６Ａ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004537328.tif 000068
【国際調査報告】
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2004537328.tif 000070