(57)【要約】ベンチレーターから患者を自動的に引き離すための、患者換気システム。本出願は、ベンチレーターから患者を自動的に引き離すための方法を開示し、この方法は、（ａ）患者に対する圧力支持を提供する工程；（ｂ）自発的な患者の呼吸を検出する工程；（ｃ）該患者の自然呼吸数を測定する工程；（ｄ）該患者の分時拍出量を測定する工程；（ｅ）該患者の自然呼吸数を、所定の範囲の呼吸数と比較する工程；（ｆ）該患者の分時拍出量を、所定の一回換気量と比較する工程；ならびに（ｇ）該所定の範囲の呼吸数と比較した該患者の自然呼吸数と、該所定の分時拍出量と比較した該患者の分時拍出量とに応じて、該患者の支持レベルを調整する工程；を包含する。
2004529677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベンチレーターから患者を自動的に引き離すための方法であって、該方法は、以下の工程：
（ａ）患者に対する圧力支持を提供する工程；
（ｂ）自発的な患者の呼吸を検出する工程；
（ｃ）該患者の自然呼吸数を測定する工程；
（ｄ）該患者の分時拍出量を測定する工程；
（ｅ）該患者の自然呼吸数を、所定の範囲の呼吸数と比較する工程；
（ｆ）該患者の分時拍出量を、所定の一回換気量と比較する工程；ならびに
（ｇ）該所定の範囲の呼吸数と比較した該患者の自然呼吸数と、該所定の分時拍出量と比較した該患者の分時拍出量とに応じて、該患者の支持レベルを調整する工程；
を包含する、方法。
【請求項２】
請求項１に記載のベンチレーターから患者を自動的に引き離すための方法であって、該方法は、以下の工程：
（ｈ）（ｉ）前記患者の自然呼吸数が、前記所定の範囲の呼吸数内にあり、かつ
（ｉｉ）前記患者の分時拍出量が、前記所定の分時拍出量を上回る場合に、前記患者の圧力支持レベルを減少させる工程
をさらに包含する、方法。
【請求項３】
請求項１に記載のベンチレーターから患者を自動的に引き離すための方法であって、該方法は、以下の工程：
（ｈ）（ｉ）前記患者の自然呼吸数が、前記所定の範囲の呼吸数外にあり、かつ
（ｉｉ）前記患者の分時拍出量が、前記所定の分時拍出量によって上回られる場合に、前記患者の支持レベルを増加させる工程
をさらに包含する、方法。
【請求項４】
０とＰＥＥＰとの間に圧力支持の量を調整する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記患者の圧力支持レベルが、０．０１％と０．１％との間の割合だけ減少される、方法。
【請求項６】
圧力警告下限を設定する工程をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記患者の自然呼吸数を測定する工程が、患者の自然呼吸数から平均呼吸数およびその時の呼吸数を算出して該患者の呼吸数を得る工程を、さらに包含する、方法。
【請求項８】
ベンチレーターから患者を自動的に引き離すためのベンチレーターシステムであって、以下：
該患者と連通して該患者に圧力支持を提供するための、圧力源と；
自然呼吸数モニターと；
所定の呼吸数範囲についての入力値および所定の分時一回換気量についての入力値を受けるための、入力デバイスと；
分時拍出量流量計と；
該圧力源、該呼吸数モニター、該流量計、および該入力デバイスと電気連通している、データ処理ユニットと；
を備え、該データ処理ユニットは、該呼吸数モニターからの信号から平均呼吸数およびその時の呼吸数を算出して該患者の呼吸数を得、該患者の呼吸数を該所定の呼吸数範囲と比較し、該患者の分時一回換気量を該所定の分時一回換気量と比較し、それに応じて圧力支持を変化するように該圧力源を調整する、ベンチレーターシステム。
【請求項９】
請求項８に記載のベンチレーターシステムであって、前記圧力源は、可撓性気道、加圧ガス源、剛性チャンバ、可撓性チャンバおよびベンチュリ弁を備える、空気システム備える、ベンチレーターシステム。
【請求項１０】
請求項９に記載のベンチレーターシステムであって、高速の空気駆動電気制御比例弁およびデュアルベンチュリシステムをさらに備える、ベンチレーターシステム。
【請求項１１】
請求項８に記載のベンチレーターシステムであって、前記入力デバイスが、ディスプレイコントローラープロセッサと電気連通しているタッチスクリーンである、ベンチレーターシステム。
【請求項１２】
請求項８に記載のベンチレーターシステムであって、前記データ処理ユニットが、換気ユニットプロセッサおよび気道プロセッサと電気連通しているリアルタイムデータプロセッサである、ベンチレーターシステム。
【請求項１３】
ベンチレーターから患者を自動的に引き離すための方法であって、該方法は、以下の工程：
該患者に圧力支持を提供する工程；
該患者の自然呼吸数を決定する工程；
所定の患者の呼吸数範囲についての値および所定の分時拍出量についての値を入力する工程；
該患者の分時拍出量を測定する工程；
該患者の呼吸数を、該所定の呼吸数範囲と比較する工程；
該患者の分時拍出量を、該所定の分時拍出量と比較する工程；および
それに応じて圧力支持を調整する工程；
を包含する、方法。
【請求項１４】
請求項１０に記載の方法であって、平均呼吸数およびその時の呼吸数を算出して前記患者の呼吸数を得る工程をさらに包含する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０９／６６０，８２０（２０００年９月１３日出願）の一部継続出願であり、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０９／６６０，８２０は、現在、米国特許第６，１５８，４３２号として発行されているＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０９／０４５，４６１（１９９８年３月２０日出願）の継続出願であり、Ｕ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０９／０４５，４６１は、現在、米国特許第５，９３１，１６０号として発行されているＵ．Ｓ．Ｓ．Ｎ．０８／５６９，９１９（１９９５年１２月８日出願）の一部継続出願である。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、一般的に、医療用ベンチレーターの分野、またはより詳細には、そのような人工呼吸器の制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
医療用人工呼吸器は、患者の気道に気体を送達し、そしてこの患者が適切な呼吸を維持することが出来ない場合に、しばしば必要とされる。機械的呼吸は、危篤状態の患者の治療において、単一の最も重要な治療的物理療法である。公知のベンチレーターは、代表的に、患者に特徴的な気体の圧力、気体の流れ、および気体の容積を送達および抽出する、呼吸システム、ならびに処置する臨床家へのインターフェースを提供する制御システム（代表的には、ノブ、ダイアル、およびスイッチからなる）を含む。患者の呼吸の最適な補助は、この患者の状態の変化に応じて臨床家により送達される気体の圧力、流量、および容積の調整を必要とする。そのような調整は、非常に所望されるが、この制御システムは、臨床家からの連続的な注意および相互作用を要求するので、公知のベンチレーターを補助することは、難しい。
【０００４】
さらに、ベンチレーターの補助を必要とする患者は、呼気のあいだ、呼吸回路における気道抵抗を克服しなくてはならない。特定の病理学的状態下での肺および胸郭の硬さ（ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）と組み合わされたこの抵抗は、すでに潜在性の疾患の過程によって欠陥を生じてるかもしれない患者の余力に重大な仕事量を課する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（発明の要旨）
本発明は、機械的呼吸から患者を引き離すことに使用するように適合された医療用機械的ベンチレーターデバイスに関する。１つの実施形態において、このデバイスは、患者の分時拍出量、呼吸頻度を測定し、そして患者の自然呼吸を検出する。このデバイスは、患者の分時拍出量および患者の呼吸速度と、臨床家によって入力された予め決定された分時拍出量および呼吸速度とを比較する。圧力補助モードにおいて、この患者の自然呼吸速度が、予め決定された呼吸の範囲内に入った場合、およびこの患者の分時拍出量が、予め決定された分時拍出量を超えた場合、このデバイスは、患者の圧力補助レベルを減少させる。１つの実施形態において、この患者の自然呼吸速度およびこの患者の分時拍出量が、呼吸毎に基づき決定される。本発明の目的のために、内呼吸（ｉｎｔｒａｂｒｅａｔｈ）を、１回の呼吸周期の期間内として規定し、そして相互呼吸（ｉｎｔｅｒｂｒｅａｔｈ）を、少なくとも２回の呼吸の期間内として規定する。
【０００６】
別の実施形態において、本発明は、機械的呼吸から患者を引き離すことに使用するように適合されたベンチレーターシステムに関する。このベンチレーターシステムは、患者の呼吸系と連絡して、この患者に圧力補助を提供する圧力源を備える。このデバイスは、さらに、呼吸頻度のモニター、分時拍出量流量計、入力デバイス、およびデータ処理ユニットを備える。このデータ処理ユニットは、この患者の呼吸頻度およびこの患者の分時拍出量と、臨床家によって入力された呼吸頻度および分時拍出量とを比較する。圧力補助は、このベンチレーターによって内呼吸または相互呼吸に基づき調整される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（発明の詳細な説明）
（１．ベンチレーター制御システム）
本発明は、医療用ベンチレーターにおけるベンチレーター呼吸システムを制御するためのベンチレーター制御システムを特徴とする。この人工呼吸器制御システムは、臨床家に、呼吸周期にわたる患者の気道流量および圧力の完全な制御を提供し、これによりこの臨床家に、その患者のための最適な治療を決定させ得る。この状況における呼気の仕事を減少させるために、陰圧が、患者の呼吸器の呼気回路に適用され得、空気流の抵抗を減少させ得る。
【０００８】
空気流に対する抵抗が、流量の指数関数であるので、陰圧は、空気流および気道に生じる抵抗の増加および減少としての抵抗を補うように調整されなくてはならない。誘導気道に過剰の陰圧が適用された場合、この誘導気道の動的な崩壊が、生じ得、そしてこれは、肺胞気の捕捉を生じ得る。空気流および気道の抵抗に従い適用される陰圧を変化させることは、呼吸の抵抗および仕事が最大である場合に、呼気のピークにわたり適用される最大の補助を可能とする。この適用される陰圧を、より低い空気流速に減少することによって、気道の崩壊は、防がれ得る。
【０００９】
気道の圧力が、臨床的に示されるレベルの呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）を超えて生じる場合、肺は、過圧化されており、従って、呼気周期にわたる効果的な気道の圧力は、正確なアルゴリズムの制御の下で、呼気フェーズにわたり滴定される。特定のＰＥＥＰレベルの臨床的利益は、減少されている。従って、呼気周期にわたる効果的な気道圧力は、０より高くかつＰＥＥＰ未満に維持されなくてはならない。
【００１０】
図１は、本発明の特徴を組み込んだベンチレーター制御システム１０を含むベンチレーターのブロック線図である。このベンチレーター制御システム１０は、ディスプレイコントローラー１２および包理されたコントローラー１４を含む。このディスプレイコントローラー１２は、臨床家１６へのインターフェースを提供し、そして包理されたコントローラー１４は、ベンチレーター１７とのインターフェースを提供し、患者２０に呼吸を提供する。このディスプレイコントローラー１２および包理されたコントローラー１４の各々は、メモリー（示さず）を含み、そして共有メモリインターフェース１５を介して電気的に組み合わせられる。ディスプレイコントローラー１２および包理されたコントローラー１４からのデータは、データベース１３に保存される。
【００１１】
気道２１と連絡された呼気流量計１１、回路抵抗センサー９、および圧力センサー７を含む、センサー監視システム１９は、包理されたコントローラー１４に、気道圧力、流量、および抵抗に関するシグナルを提供する。これらの測定値は、データベース１３に保存される。これらの値はまた、０を超え呼気終末陽圧未満である気道圧力を産生させるために、ベンチレーター１７中に産生されるべき陰圧の量を、包理されたコントローラー１４に算出させるために、使用者によって予め選択された値と比較される。空気システム４１は、ベンチレーター１７内のベンチュリ弁を介して加圧化された気体４５の供給源から送達された気体の流量を調節して、この陰圧を産生する。そのような空気システム４１の１つの実施形態は、本発明の譲受人によって保有される米国特許第５，６６４，５６３号（本明細書中に参考として援用される）に記載される。圧力センサー５１は、このベンチレーター１７内に産生される陰圧の量を測定し、そして包理されたコントローラー１４にこれらのデータを送信する。これらのデータは、データベース１３中に保存され、そしてディスプレイコントローラー１２のディスプレイ２４上に表示される。
【００１２】
最初に、臨床家１６は、このディスプレイコントローラー１２の入力デバイス２６を通してこのシステム１０に標的の値を入力する。各々のこれらの標的の値は、包理されたコントローラー１４によって、人工呼吸ユニット圧力、気道圧力、気道流量、および気道抵抗の対応するその時の値と比較される。その時の圧力値、流量値、および抵抗値と、この臨床家１６によって入力されたこれらの値との間に差異があると決定したとき、この包理されたコントローラー１４は、空気システム４１に対するシグナルを産生し、その結果、この空気システム４１は、ベンチレーター１７によって産生される陰圧の量を変化させる。このベンチレーター１７は、患者２０に装着可能な可撓性管２１と空気で連絡される。この臨床家１６はまた、ディスプレイコントローラー１２の入力デバイス２６上の複数の制御を操作することによって、空気システム４１を直接調整し得る。
【００１３】
この臨床家１６は、ディスプレイコントローラー１２で可撓性気道管２１における所望のレベルの気道抵抗に関する数値データまたは空気システム４１における所望の量の陰圧に関する数値データを入力する。これらの入力された値は、空気システム４１にシグナルを送って、空気システム４１内の呼吸当たりに基づく陰圧の量を、空気システム４１または気道管２１における抵抗がこの臨床家１６によって入力された値と等しくなるまで変化させる。
【００１４】
この空気システム４１は、患者の回路を用いて、患者の気道の気体流量および気体圧力を制御する。この電子機器的な新鮮な気体流量の制御および測定システムは、加熱され、加湿された気体の送達システムを介して、酸素および空気の一定量のブレンドを提供する。高速の、空気的に駆動され、電気的に制御される均整のとれた弁およびデュアルベンチュリシステムは、２方向の流量および圧力制御を提供する（本明細書中に参考として援用される米国特許第５，６６４，５６３号に記載される）。圧力７センサーおよび流量１１センサーは、所望される呼吸パターンのフィードバック制御を提供し、そして安全限界内での操作を実証する。この呼吸システムおよび電気的システムならびに患者の回路は、共通して譲渡された特許出願番号０８／３５２，６５８号（本明細書中に参考として援用される）により詳細に記載される。
【００１５】
ベンチレーター１０の安全性能は、２つの独立したディスプレイコントローラー２２プロセッサおよび組込みコントローラー３０プロセッサの冗長によって増強され、これらのコントローラーは、共有メモリインターフェース１５を介して、互いの性能を頻繁にチェックする。組込みコントローラー１４は、コントローラー自体の状態および患者の状態を、ディスプレイコントローラー１２に連絡する。組込みコントローラー１４は、治療制御構造の非揮発性の記録を維持し、そして連絡が失われた場合に、最後の既知の良好な設定で作動し続ける。ベンチレーター制御システム１０を備える２つのシステムは、警告状態が存在する場合に、聴覚的メッセージおよび視覚的メッセージの両方を発生し、そして警告履歴を維持する。このシステムは、警告および無呼吸（すなわち、検出された呼吸の非存在）の検出の際の強制的な患者の支持を提供する。作動中に、両方のシステムは、バックグラウンド試験を行って、システムの不良を検出する。このベンチレーターは、一連の減少した作動モードを提供して、システムの能力が危うくなる場合に、生命支持を提供する。
【００１６】
より詳細に、図２は、ディスプレイコントローラー１２のブロック図である。ディスプレイコントローラー１２は、プロセッサ２２、ディスプレイ２４および入力デバイス２６を備える。１つの実施形態において、入力デバイス２６は、ディスプレイ２４と組み合わせて使用されるタッチスクリーンである。プロセッサ２２は、臨床家１６からの入力情報を収集し、入力を確認し、入力情報から治療制御構造を作成し、そして組込みコントローラー１４へと得られた構造を送信する。この治療コントロール構造は、類似のデータ構造の階層的配置であり、これらのデータ構造には、１以上のモード制御構造、１以上の呼吸制御構造、１以上のフェーズ制御構造および１以上の周期制御構造が挙げられる。プロセッサ２２により生成および制御されたデータは、データベース１３に保存される。ディスプレイ２４は、患者の履歴を、患者の状態を強調表示する図式的な形式で維持および表示する。１つの実施形態において、このディスプレイ２４は、ＣＲＴである。別の実施形態において、このディスプレイは、フラットパネルディスプレイである。より具体的には、このディスプレイ２４は、現在の呼吸制御パラメータ、警告および不良状態、患者の肺系の現在の状態（気体の圧力、流れおよび容積を含む）を視覚的表示を提供する。１つの実施形態において、タッチスクリーン２６は、ＣＲＴディスプレイ２４の表面を覆い、そして制御設定を変化させるための直接的な高度に順応性のある手段を提供する。
【００１７】
ディスプレイコントローラー１２は、ハードウェア成分およびソフトウェア成分を備える、強力なグラフィックワークステーションである。１つの実施形態において、臨床家は、カラーＣＲＴモニター２４およびタッチスクリーン２６を介して、ディスプレイコントローラー１２と相互作用する。ディスプレイ２４は、独立した電力供給から作動するように改変され、そしてタッチスクリーン電力供給およびコントローラーは、モニター内に構築される。１つの実施形態において、プロセッサ２２は、単一のボードコンピュータ中に備えられ、そしてこのコンピュータはまた、ＲＡＭ、統合型高速グラフィックドライバおよび統合型デュアルポートメモリを備える。ディスプレイコントローラー１２はまた、ハードディスクドライブ２３を備える。
【００１８】
ディスプレイコントローラー１２は、ディスプレイ２４上に説明および決定支持情報を提供し、ベンチレーター１７は、臨床家１６によって指示されない限り、いずれの呼吸制御パラメータをも変化させない。それにもかかわらず、ディスプレイコントローラー１２は、複数のインタラクティブレベル（未経験のユーザーへの制御の単純なテキストメニューから、患者モデルを理解する臨床家への完全な視覚的フィードバックまで）を有する、順応性ユーザーインターフェースを提供し、そしてより積極的かつ効果的に介入し得る。
【００１９】
より詳細に、図３をまた参照して、組込みコントローラー１４のブロック図が示される。１つの実施形態において、組込みコントローラー１４は、システムボード２８、リアルタイムデータプロセッサ３０、ベンチレータープロセッサ３２および気道プロセッサ３１を備える。リアルタイムプロセッサ３０は、センサモニタリングシステム１９からのセンサデータ収集を管理し、測定されたデータを処理し、警告／不良の検出を実行し、そしてベンチレーター１７に制御データを提供する。組込みコントローラー１４は、さらに、臨床家１６により入力されたデータを受け取り、そしてデータベース１３にアクセスする。
【００２０】
気道プロセッサである第一のデータプロセッサ３１は、患者センサモニタリングシステム１９からの、気道の圧力、流れおよび抵抗に関する信号を受け取る。ベンチレーターユニットプロセッサである第二のデータプロセッサ３２は、ベンチレーター空気システム１８と連絡した圧力センサー５１からの信号を受け取る。データプロセッサ３１および３２の両方からの信号は、第三のデータプロセッサであるリアルタイムデータプロセッサ３０に伝達される。このデータプロセッサ３０は、空気システム４１によって発生されるべき陰圧の量を計算して、呼気に対する気道抵抗を変化させる。この計算は、気道の圧力、流れおよび抵抗に関するデータを予め選択された値と比較し、次いで気道抵抗における所望の変化に影響を与えるために必要とされる、ベンチレータユニットの陰圧における変化を計算することによって、行われる。
【００２１】
より詳細に、図４をまた参照して、患者２０からの吸気のためのコンジットである可撓性気道２１と連絡した、ベンチレーター１７のブロック図が示される。空気システム４１は、ベンチュリ弁４７を通じる圧縮気体供給源４５からの気体の流れを調整することによって、剛性チャンバ４３内に生じる陰圧の量を調節する。剛性チャンバ４３内には、可撓性キャニスター４９が存在する。剛性チャンバ３内に生じた陰圧は、可撓性キャニスター４９に伝達され、従って、可撓性キャニスター４９と空気連絡した患者の気道２１へと伝達される。このように、陰圧は、患者の気道２１に適用されて、キャニスター４９を通って医療用ベンチレーター７への患者の呼気を補助する。可撓性キャニスター４９内の圧力は、圧力センサー５１によって測定される。これらのデータは、組込みコントローラー１４に伝達される。
【００２２】
ここでまた、図５を参照して、ベンチレーター制御システム１０の詳細な機能的ブロック図が示される。示されるように、臨床家１６は、制御設定スライダー３４を操作して、１以上の呼吸パラメータを変化または設定する。ディスプレイ２４上の変化警告パネル３６は、臨床家１６に、入力から実行までの処理の情報を与え、臨床家が、この入力情報が適切に処理されていることを確信させる。上記のように、１以上の呼吸パラメータを変化させることは、治療制御構造階層の１以上のデータ構造の変化を導く。図５は、呼吸制御構造のレベルでの変化を生じる呼吸パラメータ変化の例を提供することが注目される。確認処理は、臨床家の入力を確認し（３８）、そしてメモリに保存される呼吸制御構造を生成する（４０）プロセッサ２２を備える。ディスプレイコントローラー１２は、呼吸制御構造を組込みコントローラー１４に伝達し、そして臨床家１６に、変化警告パネル３６を介して、首尾よい伝達を通知する。組込みコントローラー１４は、最初に、ローカルメモリ中に呼吸制御構造を保存する（４４）。組込みコントローラー１４は、呼吸制御構造内の設定を再確認する（４６）。組込みコントローラー１４は、呼吸制御アルゴリズム５０を使用して、確認された呼吸制御構造４８を実行し、そして適切な時間での１以上の制御設定を同時に変化させるための空気システム４１に対して信号を提供する。この処理は、ユーザが、新たな治療を変化または実行することを可能にし、その結果、患者に送達される治療は、実質的に中断されず、そしてこの新規の治療は、次の吸気と同調される。しかし、この処理における任意の工程が完了されない場合、臨床家は、エラーの発生に対して、パネル３６を介して警告を受け、そしてこの処理が終了される。
【００２３】
ベンチレーター制御システム１０は、臨床家１６に対する２つの独立したフィードバック経路を提供し、臨床家の設定変化が、適切に実行されることを確認する。第一に、組込みコントローラー１４は、一連の呼吸モニタリング値を計算し、これらをディスプレイコントローラー１２に送信し、ここで、この値は、所望の設定制御と連続してディスプレイされる（６０）。呼吸モニタリング値は、例えば、設定された呼吸速度、測定された呼吸速度、設定された一回換気量、測定された吸気容積および測定された呼気容積であり得る。ディスプレイコントローラー１２はまた、数的および図式的両方の波形データから、一連の測定値（例えば、ピークの気道圧力、ピークの気道の流れ、およびＰＥＥＰ）をディスプレイする（６０）。第二に、ディスプレイコントローラー１２は、ディスプレイ２４上に連続波形をディスプレイする（５４）。この波形は、センサー１９からの生データから誘導され（５６）、組込みコントローラー１４から戻り、そしてディスプレイ２４に直接通過する。
【００２４】
ベンチレーター制御システム１０の１つの特徴は、このシステムが、患者２０に、補助された呼吸段階を提供するために構成され得ることである。上記のように、患者の自発的呼吸筋肉活動の結果としての、患者による気体吸気の累積容積が、モニタリングされ得る。これを達成するために、センサモニタリングシステム１９は、呼吸の吸気段階の開始時点での、患者２０による気体吸気の流れを測定し、そして流れを統合して、測定容積を提供する。組込みコントローラー１４は、臨床家１６が設定したトリガー容積と測定容積とを比較し、そして測定した累積容積がトリガー容積を超えた場合に、空気システム４１内の複数の制御を調整して、補助された呼吸段階を提供する。組込みコントローラー１４はまた、呼吸周期の段階を示す、測定された患者の流れおよび圧力の信号に従って、トリガー容積を動的に調整し得る。特に、組込みコントローラー１４は、呼吸の期間の間に、臨床家１６によって設定されたトリガー容積を増加させ得、ここで、患者２０の気道での圧力の増加は、空気システム４１の変化によって誘導され得るが、患者の自発的な努力によっては誘導されない。
【００２５】
ベンチレーター制御システムの別の特徴は、能動的吸気努力と胸壁および肺の弾性反発に起因する受動的逆気流との間を識別する、その能力である。本発明のシステムは、患者の自発的吸気努力が補助される場合に、受動的逆気流が補助された呼吸を誤って誘発し得ないように、構成される。これを達成するために、センサモニタリングシステム１９によって提供される圧力および流れのデータが、組込みコントローラー１４によって分析されて、受動的気流と能動的吸気の開始との間を識別する。具体的には、図６および６ａを参照して、臨床家は、呼吸の開始に必要なトリガー容積を設定する。次いで、システム１０は、患者へのベースラインの圧力および流れを決定する。
【００２６】
患者が呼気する場合に、システム１０は、患者の気道の流れおよび患者の気道の圧力の両方をモニタリングする。図６を参照して、気体の流れが患者に流れることが見られ、そして圧力の傾きが正である場合、患者への流れは、空気システムの変化の結果であるとみなされ、そして吸気は誘発されない（図６ａ）。圧力が減少し、そして気体の流れが患者に向かう場合（工程３００）、患者によって吸気される気体の総容積が測定され、そしてトリガー容積と比較される（工程３１０）。
【００２７】
吸入気体の総量がトリガー容積よりも大きく、そしてこの値が２００ｍ秒未満で達成される場合、呼吸は開始される。トリガー容積が達成されず、そして２００ｍ秒より長くかかる場合、吸入気体の容積は、トリガー容積が達成されるまで測定され続ける（工程３２０、３３０）。
【００２８】
ベンチレーター制御システムの別の特徴は、患者２０の肺への、および患者２０の肺からの気体の流れの抵抗を補償する、その能力である。入力デバイス２６を使用して、臨床家１６は、患者の呼吸系の抵抗パラメータを、選択された値に設定し得る。あるいは、ディスプレイコントローラー１２は、センサモニタリングシステム１９によって提供される気体の流れおよび圧力の測定値から、気体の流れの抵抗についての値を計算し得る。気体の流れの抵抗を、以下の等式によって説明する：
気体の流れの抵抗＝（吸気ピーク圧力−終点吸気プラトー圧力）／（ピーク時の吸気の流れ）。
選択または計算された抵抗値は、ディスプレイコントローラー１２によって組込みコントローラー１４に提供される。組込みコントローラー１４は、空気システム４１の１以上の制御を調整して、流れに対する抵抗を補償する。流れに対する抵抗の補償は、呼吸の吸気段階、呼気段階または呼吸後段階のいずれか１以上の間に生じるように選択され得る。さらに、この制御は、呼吸の異なる段階の間の、異なる選択または計算された抵抗を補償するように調整され得る。
【００２９】
（２．ディスプレイコントローラー）
ディスプレイコントローラー１２は、臨床家１６のための知的補助である。ディスプレイコントローラー１２は、理解するために最小の訓練を必要とする様式で、臨床家１６に対して、介入の効果についての情報を迅速に与え、迅速な図式的フィードバックを提供し、そして情報を表示する。
【００３０】
図７を参照して、ディスプレイコントローラー１２によって提供されるディスプレイスクリーン６４の図示が示される。ディスプレイコントローラー１２は、制御および警告の設定のために、ソフトウェアが発生させた波形およびソフトウェアが発生させたアイコンを使用する。接触感応性オン／オフボタン６６の列のボタンは、以下を含む：ベンチレーター制御システムを制御するＰｏｗｅｒボタン；ディスプレイを一時停止させるＦｒｅｅｚｅボタン；種々のモードをディスプレイするＭｏｄｅボタン；患者のプロトコル履歴のデータベースを再生するＨｉｓｔｏｒｙボタン；ベンチレーターに酸素をフラッシュする１００％  Ｏ２ボタン；ＨｅｌｐボタンおよびＳａｖｅボタン；ならびに他の性能をディスプレイするＯｔｈｅｒｓボタン。
【００３１】
スクリーンの左側は、公衆に利用可能なベンチレーター制御のセッティングのリストを含む。頂上部領域は、ベンチレーションの現在のモード６７（例えば、バックアップ）を表示する。現在のモードディスプレイの下の、リスト中の各行は、３つの列を有する、左の列は、現在の設定値である。左の列中のある行がアクティブでない場合、ＯＦＦ表示を表示する。重要な現在の設定値が、強調される。中央の列は、設定の省略したタイトルを示すタッチ感受性ディスプレイである。右の列は、以前の呼吸の間に測定された、設定の実際の値である。実際の値が警告限界を超える場合、超えた値は、赤色になり、大きな警告メッセージが、スクリーン上に表示される。行にタッチすることによって、制御スライダー（示さず）が、スクリーンの右側に現れる。制御スライダーは、臨床家が種々のパラメータ（例えば、警告レベル、制御設定）を変更することを可能にし、そして制御スライダーを以下に詳細に記載する。
【００３２】
ディスプレイスクリーンの中央部は、上部と下部に分けられる（７０、７２）。下部７２は、種々の仮想的な器械を含むことができる。この種々の仮想的な器械としては、さらなるユーザーが定義した波形、トレンドライン（ｔｒｅｎｄｌｉｎｅ）、イベントログ、測定された分平均、および他のオプションが挙げられる。上部７０は、リアルタイムの気道流、および圧力波形（７４、７６）を含む。これらは、灰色の異なる影の上を覆って表示され、呼吸のフェーズを示す。気道流の波形７４は、患者への流れ、すなわち、吸息（正の流れ）、および患者からの流れ、すなわち、呼息（負の流れ）を示す。圧力波形７６は、患者の気道が、吸息の間に周囲より上昇し、そして呼息の間に低下することを示す。波形は、カーソルによって追跡される。カーソルは、ピーク、平均、プラトー、またはマニュアルで設定した位置を追って行くようにプログラムされ得る。波形は、固定された軸に、移動するイレースバー（ｅｒａｓｅ  ｂａｒ）方式において示される。時間軸の解像度は、ユーザーが調整でき、そして時間を秒で表示する。ディスプレイの上書きは、吸息の初めに開始し、その結果、第１の表示される呼吸は、スクリーンの固定された位置で開始する。垂直軸は、表示された波形および設定が明瞭に表示され続けるように、スケールが変更される。
【００３３】
ディスプレイスクリーンの右側７７は、通常、流れ−容量ループ７８、圧力−容量ループ８０および分時拍出量ホイール８２を含む。制御スライダーおよび他のオプションのパネルは、ユーザーが所望する場合、右側をオーバレイし得る。流れ−容量ループ７８は、更新された各呼吸であり、送達された気流のタイミングを示す。ループの縦軸は、気道流波形７４と、共通のレンジおよびアラインメントを共有する。圧力容量ループは、更新された各呼吸であり、肺の状態を示す。このループの縦軸は、圧力波形７６と、共通のレンジおよびアラインメントを共有する。計算された抵抗性およびコンプライアンスもまた表示される。
【００３４】
分時拍出量ホイール８２は、最後の１分間の患者の呼吸の包括的な概要を提供する。分時拍出量ホイールは、呼吸情報の履歴（例えば、分時拍出量、吸息フェーズ、呼息フェーズ、吸息／呼息比、呼吸速度、自発的分時拍出量、一回吸入容量、一回呼息容量、漏洩）のホイールを、単一の統合された円グラフ上に表示し、その結果、臨床家は、容易に最後の１分間の換気を評価し得る。
【００３５】
図８を参照すると、分時拍出量ホイール８４は、１分の換気を、測定された分時拍出量に対応する領域を有する円として示す。測定された分時拍出量は、数値で中心の数として、そしてグラフにおいて標的分時拍出量に対応する面積を有するバックグラウンド円８８の上に描かれる円８６として表される。測定された分時拍出量が、標的分時拍出量と正確に等しい場合、２つの円は、色が混合され、１つの円として表される。測定された容量が、標的容量よりも大きい場合、バックグラウンド円は、にじみ出し、そして目で見ることができる。測定した容量が、標的容量よりも小さい場合、バックグラウンド円の覆われていない部分を見ることができる。
【００３６】
１分の換気が、円９０として描かれ、１度に１つのくさびが描かれ、そして１分間に１度、再度描かれる。時計の表面のように、円９０の各角度は、１秒の６分の１に対応する。各吸息は、送達された容量に対応する面積を有するくさび９２として描かれる。このくさびは、最大分時拍出量にまで伸びる吸息スポーク９４の上に描かれる。各呼息は、呼息容量に対応する面積を有するくさび９６として描かれる。このくさびは、最大分時拍出量にまで伸びる呼息スポーク９８のうえに描かれる。このスポークは、呼吸の規則正しさ、および吸息と呼息との時間比率（Ｉ：Ｅ）を示し、そしてくさびは、周期容量を示す。吸息くさびの半径と呼息くさびの半径との間の差異は、Ｉ：Ｅ比を示す。Ｉ：Ｅ比および呼吸速度はまた、数値的に示される（１００、１０２）。吸息くさびと呼息くさびとの対は、色によってコード化され、自発的な呼吸（患者によって引き起こされ、そして部分的に制御される呼吸）、および強制的な呼吸（ベンチレーターによって引き起こされ、そして制御される呼吸）を示す。色づけされた面積の比は、経過したばかりの１分の間の自発的呼吸と強制的呼吸との比率を示す。
【００３７】
再度図７を参照すると、ディスプレイコントローラーは、表示された波形の臨床家による制御のための方法を提供する。各波形（７４、７６）は、連続して測定され、そして色を変化させ呼吸のフェーズを示すバックグラウンド上に表示される。波形の任意のフェーズ（７４、７６）についての長方形領域２００を、タッチスクリーンのための標的として使用する。臨床家が、波形のフェーズを選択する場合、ディスプレイコントローラーは、臨床家による調整のために利用可能な関連するベンチレーター制御を表示する。
【００３８】
ディスプレイコントローラーは、実際に変動するウィンドウであるカーソル２０１を提供する。より具体的には、１または２ピクセルの幅のウィンドウが、波形（７４、７６）にわたって変動し、それによって、カーソル２０１を生じる。カーソルは、バックグラウンド波形グラフィックスとは独立しているので、線描の最適化、変化する波形値に基づく動的な再ポジショニング、ユーザーインターフェース表示に基づくポジショニングを含む、多数の有利な結果を生じる。
【００３９】
波形（７４、７６）のバックグラウンドは、呼吸フェーズ、タイトル、単位およびスケールの情報を示す、色づけした影を含む。新たな波形サンプルを表示する際にこれらのグラフィックスを再線描することは、一般に、実質的なコンピュータの時間を必要とし、そしてディスプレイコントローラーは、バックグラウンドイメージの複雑さにもかかわらず、この機能を効果的に実行する。このタスクを効果的に実行するために、バックグラウンドイメージが、一度作製される。狭い長方形領域２０２は、これらのイメージから除去され、そして移動している波形の前にペーストされ、新たな波形の前に、以前の波形を消し、バックグラウンドをリフレッシュする。長方形領域２０２の幅は、リフレッシュが見かけ上スムーズであるように、十分に小さく保たれる。現在の波形位置のＸ軸座標は、バックグラウンドイメージの細長い部分を取り除くＸ軸の位置を制御するために使用される。多数の色にコード化されたバックグラウンドイメージは、維持され得（例えば、呼吸フェーズについての、３つのグレーの影）、そして波形の状態に依存して所望の１つから除去されたイメージであり得る。
【００４０】
タッチディスプレイ上の制御ボタンの１つを選択することによって、臨床家１６は、図９に示すように、スクリーンの右側の固定化された位置における制御設定のために、制御スライダー１０６を表示し得る。スライダー１０６の頂上部近傍に位置するスクロールバータイトル１０８は、制御設定の名称を示す。垂直のフルレンジ１０８は、許容された設定限界を示す。中央のスライダーは、現在位置１１０および制御設定のレンジ１１２を示す。上部スライダーおよび下部スライダー（１１４、１１６）は、現在の警告限界設定を示す。許容されるレンジ１１２内、および警告限界（１１４、１１６）内の現在の設定の位置１１０は、臨床家にとって容易に明白である。臨床家は、任意のスライダーを移動して、許容されるレンジの約１％のステップで設定値を変化し得るか、または「Ｅｘａｃｔ」（正確）ボタンを選択して、およそ１０倍正確（すなわち、許容されるレンジの約０．１％）に設定値を変化し得る。所望の値が達成された時、臨床家は、Ａｃｃｅｐｔ  Ｃｈａｎｇｅｓ（変更を受け入れる）ボタンを押し下げパラメータを変化させる。
【００４１】
警告設定は、適切な制御スライダーにおいて、制御設定とつり合わせられる。いくつかの制御設定は、２つの関連する警告を有し、他の制御設定は、１つのみの関連する警告を有するか、または関連する警告を全く有さない。例えば、高吸息圧力警告および低吸息圧力警告の両方が、Ａｉｒｗａｙ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ（気道圧力）制御スライダーにおいて提供される。操作の間に警告限界を超える場合、警告が警告ウィンドウに表示され、そして音声警告がオンになる。警告は、ノンラッチ型である、すなわち、警告の表示は、検出されたレベルがもはや設定限界に反しない場合、オフになる。利用可能な制御設定および制御レンジ、警告設定および警告レンジ、ならびに測定されたパラメータを、以下の表に列挙する：
（制御設定）
周期容量（コンプライアンス補正した）        ５０〜２０００ｍＬ
呼吸速度                                    ２〜１５０  ｂｐｍ
ピーク吸息流（ＢＴＰＳ補正した）            １０〜１２０Ｌ／分
酸素パーセント                              ２１〜１００％
ピーク吸息圧力                              ２〜１２０ｃｍＨ２Ｏ
呼息補助                                    ０〜３０ｃｍＨ２Ｏ／Ｌ／秒
ＰＥＥＰ                                    ０〜２０ｃｍＨ２Ｏ
吸息時間                                    ０．２〜４秒
吸息ポーズ時間                              ０〜１秒
感度（患者の努力のトリガー）                ０〜２５０ｍＬ
流れの減少パーセント（ピークのパーセント）  ５％〜８０％
加湿器温度                                  ３０〜６０℃
気道温度                                    １５〜４０℃
波形形状（臨床家は修正可能である）          カスタム、正方形、
減速、
修正された、細い。
【００４２】
（モニターされ、そして表示されたパラメータ）
一回呼息容量（コンプライアンス補正した）    ５０〜２５００ｍＬ
測定された呼吸速度                          ２〜１５０ｂｐｍ
ピーク吸息流（ＢＴＰＳ補正した）            １０〜１２０Ｌ／分
酸素パーセント                              ２１〜１００％
ピーク吸息圧力                              ０〜１２０ｃｍＨ２Ｏ
ＰＥＥＰ                                    ０〜２０ｃｍＨ２Ｏ
平均気道圧力                                ０〜１２０ｃｍＨ２Ｏ
吸息時間                                    ０．１〜４秒
吸息：呼息比率                              ０．１〜１０．０
分換気−制御された                          ０〜９９Ｌ／分
分換気−自発的                              ０〜９９Ｌ／分
気道温度                                    １５〜４０℃
肺コンプライアンス                        １０〜１５０ｍＬ／ｃｍＨ２Ｏ
気道抵抗性                                  １〜６０ｃｍＨ２Ｏ／Ｌ／秒
リーク                                      ０〜２０Ｌ／分
気道流波形                                  −１２０〜＋１２０Ｌ／分
気道圧力波形                                −２０〜＋６０ｃｍＨ２Ｏ
流れ−容量グラフ、圧力容量グラフ            本文を参照のこと
フレッシュガス流棒グラフ                    本文を参照のこと
分時拍出量ホイール                        本文を参照のこと。
【００４３】
（警告および表示）
高一回呼息容量／低一回呼息容量警告        ５０〜２０００  ｍＬ
高呼吸速度／低呼吸速度警告                ２〜１５０  ｂｐｍ
低酸素フレッシュガス流                        自動、Ｏ２％依存性
低空気フレッシュガス流                        自動、Ｏ２％依存性
低酸素供給圧警告                          ２５ｐｓｉｇ
高気道圧／低気道圧警告                    ２〜１２０ｃｍＨ２Ｏ
高吸息時間／低吸息時間警告                ０．２〜４
高吸息：呼息比率／低吸息：呼息比率警告    ０．１〜４．０
高分時拍出量／低分時拍出量警告        １〜４０Ｌ／分
気道リーク警告                            １〜２０Ｌ／分
患者が接続を断った警告                    自動
無呼吸警告／バックアップ換気              ３０
内部バッテリー通知警告                使用中のバッテリーの残りの％
空気システム故障警告                      自動
警告消音                                  １２０
高酸素／低酸素警告                        １８−１００％Ｏ２。
【００４４】
１つの実施形態において、ディスプレイスクリーン２４は、抵抗性のタッチスクリーンで覆われる。公知のタッチスクリーンインターフェースは、ユーザーがスクリーン上のグラフィックの目的物にタッチすることを必要とするが、この行為は、一般に目的物を覆い隠す。本発明のタッチスクリーンインターフェースは、その形状、サイズ、および位置が、関連するグラフィックの目的物の特徴に基づいて動的にコンピュータ計算される領域を規定する。このインターフェースは、ユーザーによるタッチを、関連するグラフィックの目的物の操作として解釈する。より具体的には、ドラッグする動きは、関連する目的物を動かすか、またはその値または他の属性を変化させる。
【００４５】
再度図９を参照すると、ディスプレイコントローラーは、タッチ感受性ディスプレイ２４上の制御スライダー１０４中に表示された呼吸パラメータ気道圧力１０６の特徴を操作するソフトウェアを含む。臨床家１６が、制御ボタンを選択して、気道圧力について制御スライダー１０６を表示する場合、ディスプレイコントローラー１２は、タッチ感受性ディスプレイ上のタッチゾーンを動的に規定する。より具体的には、タッチゾーンは、制御スライダー内の各スライダー（すなわち、高警告、低警告、位置および許容可能なレンジ）について規定される。各タッチゾーンは、表示されたスライダーよりもわずかに大きい。例示の目的のみであるが、高警告のタッチゾーンは、色にコード化された高警告領域１１４のいずれか側に対して、領域１１８中に拡大し得る。ディスプレイコントローラー１２は、臨床家１６が、タッチゾーン内の任意の位置にタッチした場合に、タッチシグナルを受け取り、そしてタッチシグナルに応答して、高警告スライダー呼吸パラメータのレンジを変化させる。すなわち、ディスプレイコントローラー１２は、臨床家１６が、領域１１８内の位置をタッチし、そして臨床家の指を上方の進路にドラッグすることに応答して、高警告限界を増加する。臨床家の指は、高警告領域を覆い隠さないので、臨床家は、変化させる限界を、その変化が生じる際に実際に見ることができる。
【００４６】
図１０をもまた参照すると、ディスプレイコントローラー１２は、キーボードを必要とすることなく、正確な数値制御を提供するためのソフトウェアを含む。ディスプレイコントローラー１２は、数値テキストフィールドのように見えるウィンドウ１２０を表示するが、小数点に対して右の領域１２４と左の領域１２２とを区別するためのバックグラウンド色を有する。一旦、数値領域１２２、１２４のいずれかをタッチすると、より大きなタッチ感受性領域１２６、１２８の各々が、各数値領域に関連付けられる。臨床家１６が、タッチ感受性領域にタッチし、そして、垂直の進路に動く場合、インターフェースは、表示される値の増加または減少によって、連続する数値のフィードバックを提供する。
【００４７】
（３．組込みコントローラー）
再度図１を参照すると、組込みコントローラーエレクトロニクス１４は、マイクロプロセッサー３１、３２の周囲に配備される。マイクロプロセッサー３２は、換気ユニット１７と電気的に連絡し、マイクロプロセッサー３１は、センサーモニタリングシステム１９と電気的に連絡する。組込みコントローラーは、機能を実行するための、産業において標準的なバスに基づく特定のモジュール、および他の機能を実行するための特注のプリント回路基板に依存する。モジュール、プリント回路基板、換気ユニット圧力プロセッサ３２、および気道プロセッサ３１は、メインのプリント基板２８上にマウントされるか、または接続される。リアルタイムオペレーティングシステムは、測定および制御に必要なアルゴリズムを実行する組込みコントローラーソフトウェアの基礎である。パワーシステムは、ラインパワーを変換し、平均１時間のバッテリーバックアップを提供する。組込みコントローラー１４は、マイクロプロセッサーおよび関連する入力／出力ハードウェアを有し、空気システム４１の閉鎖ループ制御および患者データの獲得に備える。組込みコントローラー１４は、患者の状態およびコントローラー自体の状態を、ディスプレイコントローラー１２に連絡する。組込みコントローラー１４は、ディスプレイコントローラー１２から受けたコマンドおよび設定変化に応答し、そして機器の設定の不揮発性の記録を維持して、ディスプレイコントローラーからの連絡およびラインパワーの両方が存在しない場合の操作を維持する。
【００４８】
組込みコントローラー１４は、２３の異なるアナログ入力シグナルのリアルタイムでのデータ獲得を実行する。アナログ入力シグナルとしては、以下が挙げられる：
１．流れ．．．．．．．．．．酸素、
２．流れ．．．．．．．．．．空気、
３．流れ．．．．．．．．．．第３のガス、
４．流れ．．．．．．．．．．キャニスター、
５．流れ．．．．．．．．．．排気、
６．圧力．．．．．．患者気道、
７．圧力．．．．．．キャニスター、
８．流れ．．．．．．．．．．低排気、
９．温度．．．気道、
１０．温度．．．加湿器、
１１．電圧．．．．．．．バッテリー、
１２．電流．．．．．．．５ボルト、
１３．ＣＯ２．．．．．．．．．．．気道、
１４．電圧．．．．．．．ＥＣＧ、
１５．電圧．．．．．．．ＱＲＳ、
１６．温度．．．患者温度２、
１７．圧力．．．．．．．患者圧力１、
１８．圧力．．．．．．．患者圧力２、
１９．シグナル．．．．．．．．．．ＰＴ３４、
２０．電圧．．．．．．．．Ａｕｘ１、
２１．電圧．．．．．．．．Ａｕｘ２、
２２．電圧．．．．．．．．Ａｕｘ３、
２３．電圧．．．．．．．．Ａｕｘ４。
【００４９】
組込みコントローラー１４はまた、６つのスイッチをモニターする：
１．圧力．．．．．．酸素、
２．圧力．．．．．．空気、
３．圧力．．．．．．第３のガス、
４．圧力．．．．．．安全バルブ、
５．電圧．．．．．．．パワースイッチ、
６．電圧．．．．．．．ＡＣラインなし。
【００５０】
組込みコントローラーは、９つのデジタル出力を制御する：
１．ソレノイド．．．．．．排気流れゼロ、
２．ソレノイド．．．．．．キャニスター流れゼロ、
３．ソレノイド．．．．．．安全バルブ、
４．ソレノイド．．．．．．方向（Ｉ／Ｅ）、
５．ヒーター．．．．．．．．キャニスター、
６．ヒーター．．．．．．．．フレッシュガスチューブおよび加湿器、
７．パワー．．．．．．．．ＣＲＴディスプレイ、
８．警告．．．．．．．．．ビーパー、
９．バッテリー．．．．．．．バックアップ。
組込みコントローラー１４は、４つのデューティサイクルが調節したデジタル出力を制御する：
１．流れバルブ．．．．キャニスター、
２．流れバルブ．．．．空気、
３．流れバルブ．．．．酸素、
４．流れバルブ．．．．第３のガス。
【００５１】
組込みコントローラー１４は、共有されたメモリインターフェース１５を介して、１００Ｋバイト／秒を超えるデータ伝達速度で、ディスプレイコントローラー１２と、連絡する。
【００５２】
（４．データ構造）
この節は、組込みコントローラーにおいて利用され、そしてディスプレイコントローラーと共有されるソフトウェアのアーキテクチャについて記載する。ソフトウェアのアーキテクチャは、治療制御、モード制御、呼吸制御、フェーズ制御、およびサイクル制御のコンセプトの周囲に構築される。データ構造によって駆動される状態マシンは、治療制御、モード制御、呼吸制御、フェーズ制御、サイクル制御、および呼息補助の各々についての制御パラメータを決定する。
【００５３】
図１および１１を参照すると、これらの図は、換気制御システムについてのデータ構造の階層を示す。入力デバイス２６（例えば、ディスプレイコントローラー１２内のタッチ感受性ディスプレイ２４）を使用して、臨床家は、換気制御設定を変化させ、治療制御構造１４０を含む新たな治療を作製し得る。この設定は、ディスプレイコントローラー１２によって確認され、新たな治療制御構造中に配置され、そして組込みコントローラー１４に送られる。組込みコントローラー１４は、新たな治療制御が受け入れられる前に、設定を再度確認し、新たな構造の保全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）をチェックする。また、臨床家１６は、シミュレーターを使用して、新たな治療制御の挙動をシミュレーションし得、そしてデータベース１３に追加することによって、他者に対してこの治療制御を使用させ得る。いずれの場合であっても、臨床家１６は、空気システム４１の制御における組込みコントローラー１４による使用のために、新たな治療制御構造をメモリに送る。治療制御構造１４２（またはモード制御）１４０は、モード制御構造１４２およびモードスイッチングルール１４４の集合として規定される。モード制御構造（または呼吸制御）は、呼吸制御構造１４６および呼吸スイッチングルール１４８の集合として規定される。呼吸制御構造１４６（またはフェーズ制御）は、フェーズ制御構造１５０およびフェーズスイッチングルール１５２の集合として規定される。フェーズ制御構造１５０（またはサイクル制御）は、換気制御設定１５４の集合および波形サンプル１５６の配列として規定される。フェーズの間での移行のための、フェーズの規定および必要条件は、測定可能なシステムの性能と直接的に関係付けられ、そして機械的換気の所望の挙動の刊行された記載に密接に相関する。
【００５４】
より具体的には、治療制御構造１４０は、ますます複雑になる制御構造の、ネスト状の階層である。サイクル（例えば、４ミリ秒の時間の部分）はサイクル制御内に存在し、このサイクル制御はフェーズ制御内に存在し、フェーズ制御は呼吸制御内に存在し、呼吸制御はモード制御内に存在し、モード制御は治療制御内に存在し、治療制御は換気空気システム４１を駆動する臨床的に特定された治療である。各サイクルに１度、換気制御が、ある制御状態から、別の制御状態に移動する。
【００５５】
各サイクルの後、ルールの階層が試験され、そして状態が次のサイクルのために設定されると、新たな治療制御構造１４０が新たな治療制御構造内の換気の最初のモードの最初の呼吸の最初のフェーズの最初のサイクルに分岐を生じ得るか、または、より良好な患者の同調性が達成され得るまで、新たな治療制御構造が数サイクル遅延され得る。治療内において、モード制御構造１４２の集合、および換気の１つのモードから別のモードに、いかにして、そしていつスイッチするのか特定するルールの集合が存在する。従って、治療は、いくつかの異なる換気のモード、および１つの換気モードから別のモードへの移行のためのモードスイッチングルール１４４を規定し得る。
【００５６】
各サイクルの後、ルールの階層が試験され、そして状態が、次のサイクルのために設定される場合、モードスイッチングルール１４４は、治療制御構造１４０内の換気の別のモードの最初の呼吸の最初のフェーズの最初のサイクルに分岐を生じ得る。ある治療内のあるモード内において、呼吸制御構造１４６の集合、および１つの呼吸のタイプから、同一のモード内の別の呼吸のタイプに、いかにして、そしていつスイッチするのか特定する呼吸スイッチングルール１４８の集合が存在する。従って、換気のモードは、いくつかの異なる規定された呼吸のタイプ、および１つの呼吸タイプから別のタイプにいかにして行くのかについて特定したルールを有し得る。
【００５７】
各サイクルの後、ルールの階層が試験され、そして状態が、次のサイクルのために設定される場合、呼吸スイッチングルール１４８は、モード内の別のタイプの呼吸の最初のフェーズの最初のサイクルに分岐を生じ得る。ある治療内のあるモード内のある呼吸内において、フェーズ制御構造１５０の集合、および１つの呼吸のフェーズから、同一呼吸内の別のフェーズに、いかにして、そしていつスイッチするのか特定するフェーズスイッチングルール１５２の集合が存在する。従って、呼吸のタイプは、いくつかの異なる規定されたフェーズ、および１つの呼吸フェーズから別のフェーズにいかにして行くのかについて特定したルールを有し得る。例えば、呼吸は、一般的には、吸息フェーズから、ポーズフェーズへ、呼息補助フェーズへ、ＰＥＥＰフェーズへ、進行するが、これらのフェーズは、より細かい粒状度の制御にさらに分割され得る。
【００５８】
各サイクルの後、ルールの階層が試験され、そして状態が、次のサイクルのために設定される場合、フェーズスイッチングルール１５２は、呼吸タイプ内の次のフェーズの最初のサイクルに分岐を生じ得る。ある治療内のあるモード内のある呼吸内のあるフェーズ内において、換気制御設定構造１５４が存在する。この構造は、特定された波形形状を含むサンプルの配列を含む。各サイクルの間、制御ロジックは、サイクルについて特定された波形サンプルによって、およびそのフェーズについて特異的な換気制御設定１５４の集合によって駆動される。サイクルの時間は、ミリ秒であり、現在は、４ミリ秒に設定される。
【００５９】
サイクルについて全ての換気制御を行った後、ルールの階層が試験され、そして状態が、次のサイクルのために設定される。この設定は、現在のフェーズ、現在の呼吸タイプ、換気の現在のモードおよび現在の治療内の次のサイクルのデフォルトである。しかし、より高度なレベルのルールは、呼吸フェーズ、呼吸タイプ、換気のモードにおける変化を生じ得るか、あるいは全く新たな治療が、臨床家によって特定され得、そして次のサイクルを制御する。
【００６０】
各ベンチレーター制御設定構造１５８は、換気の１つのパラメータを制御するのに必要かつ十分な情報（高警告レベルが存在するか、高警告がアクティブか、制御レベルが存在するか、制御はアクティブか、低警告レベルが存在するか、低警告がアクティブか、レンジレベルが存在するか、レンジはアクティブか、ならびに、いかにして、そしてなぜパラメータが、特定のレンジ内に自動的に調整されるかを規定する、レンジ標的制御構造）を含む。各フェーズ制御構造は、それ自体のベンチレーター制御設定の集合を有するが、実際には、呼吸内のフェーズは、一般に、同一の集合を共有する。
【００６１】
上述のデータ構造によって駆動されるアーキテクチャは、安全性を増強し、そしてプログラマー以外がベンチレーター制御システムの機能を概観し、理解することを許容することによる危険な状態の可能性を減少する。
【００６２】
いくつかの呼吸制御構造は、組込みコントローラーにおいて予め規定されている。これらの呼吸制御構造は、危険（例えば、無呼吸または患者回路接続の切断）が検出された場合に使用される。これらはまた、ディスプレイコントローラー１２と組込みコントローラー１４との間の連絡リンクが失われた場合、患者を補助するために使用される。また、組込みコントローラー１４は、ディスプレイコントローラー１２によって送られる全ての治療制御構造の保全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）をチェックする。要求された変化が無効の場合、組込みコントローラー１４は、最後に知られた有効な治療制御構造を用いて、操作を続ける。有効な治療制御構造が受け取られていない場合、組込みコントローラー１４は、予め規定された呼吸制御構造を使用して、患者の補助を続ける。
【００６３】
図１２は、図１において具体化された呼気補助デバイスによる実施されるアルゴリズムの実施形態のフローチャートである。このアルゴリズムは、臨床家１６が、換気ユニットにおける気道抵抗または陰圧に関する所望の値を入力することにより開始する（工程１）。次いで、これらの値は、処理ユニットにより測定または算出された、換気ユニットにおける気道抵抗または陰圧に関するデータと比較される（工程２）。次いで、これらのデータセットが互いに等しいか否か、または互いの予め決定された範囲内にあるか否かが決定される（工程３）。これらの値が等しいかまたは予め決定された範囲内にある場合、気道流が測定される（工程５）。これらの値が等しくもなく、予め決定された範囲内にもない場合、適用された陰圧が調節され（工程４）、気道流が測定される（工程５）。気道流が測定された後、測定された気道流が、正の数であるか負の数であるかが決定される（工程６）。気道流が正の場合、吸息が生じていることを示し、気道流の新たな測定値が獲得される（工程５）。気道流が負の場合、呼気が生じていることを示し、気道圧が測定される（工程７）。次いで、気道圧がゼロより大きくかつＰＥＥＰより小さいか否かが決定される（工程８）。気道圧がゼロより大きくかつＰＥＥＰより小さい場合、気道抵抗が算出され、換気ユニットにおける圧力が測定される（工程９）。これらの測定および算出が成された後、このサイクルが再び開始する（工程２）。気道圧がゼロより大きくかつＰＥＥＰより小さくない場合、警告が無視されるか否かが決定される（工程１０）。警告が無視される場合、気道流は次の呼吸で測定される（工程５）。警告が無視されない場合、警告がなされる（工程１１）。警告がなされる場合、サイクルは、所望の値の入力により再度開始されなければならない（工程１）。
【００６４】
（５．シミュレーター）
図１を再度参照すると、シミュレーター２１２が、患者の肺系の状態を予測するために備えられており、データベース１３は、実際の患者のプロトコル履歴（ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ  ｐａｔｉｅｎｔ  ｐｒｏｔｏｃｏｌ）およびシミュレートされた患者のプロトコル履歴を保存するために備えられている。シミュレーター２１２は、ディスプレイに電気的に接続されており、それぞれ、コントローラー１２、１４が組み込まれている。シミュレーター２１２は、入力デバイス２６を通して臨床家１６により提供される１セットの呼吸パラメータを使用し、患者の肺系の状態を予測する。このシミュレーター２１２は、呼吸パラメータのセットに応答するベンチレーター空気システム４１に対する調節および調節された空気システム４１に対する患者の肺系の応答をシミュレートする。予測された状態および呼吸パラメータのセットは、ディスプレイスクリーン２４上に表示される（図１３）。
【００６５】
シミュレーター２１２の利点は、臨床家１６が、新しい設定または古い設定で実験できるが、実際の設定は変化せず、患者も影響を受けないことである。臨床家１６がシミュレーション様式の設定の変更を開始する場合、ベンチレーター制御システム１０は、変更の影響を予測し、予測結果をディスプレイ２４に表示する。シミュレーター２１２は、呼吸システムの標準的な２つのパラメータモデルならびに患者の抵抗およびコンプライアンスの最新の算出値を使用し、その影響を予測する。このモデルは、患者の呼吸筋肉からの寄与（すなわち、受動的な吸息および呼気のサイクル）を前提としない。この使用したモデルは：
気道圧＝（送達された容量／肺のコンプライアンス）＋（気道流×気道抵抗）
である。
【００６６】
現在のベンチレーターにおける患者の介入における変更は、代表的に、複数の設定の変更を必要とする。このような設定の変更を実行することは、１つの設定が一度に変更されるような一連の不確定な制御状態により非常に複雑化する。シミュレーター２１２を使用する場合、臨床家１６は、予測される波形が満足のいくものになるまで複数の設定を変更することが可能であり、次いで、全ての変更が同時にアクティブとなる。臨床家１６は、満足でない場合、患者に有害な影響を及ぼさずに、素早く都合よく、制御設定を以前に設定に戻すことが可能である。
【００６７】
臨床家１６はまたシミュレーター２１２を使用して、プログラムされた包括的治療制御構造を選択することにより、換気の様式または様式の順番を選択し得る。この様式の定義に必須のこれらの呼吸パラメータは、色分けされた背景で強調される。他の制御は、アクティブ（ａｃｔｉｖｅ）またはアクティブでない（ｉｎａｃｔｉｖｅ）として列挙される。アクティブな制御の明示的なリストは、この様式の正確な機能を明確に描写し、不一致な定義または不完全な定義により引き起こされる混乱を軽減する。さらに、シミュレーター２１２は、先在するベンチレーターにおける様式の挙動を正確に反復し得る。臨床家１６は、病院のスタッフが使用するための訓練を受けたベンチレーターを正確にシミュレートするための制御のリストに対する調節を行う。シミュレートされた挙動を含む制御のリストは、ベンチレーターに特異的な様式の定義ではなく、患者における種々の様式の効果を伝えるのを補助し得る。
【００６８】
図１３に示されるように、シミュレーター２１２は、２つのパラメータモデルを使用して呼吸の形状を予測し、ディスプレイ２４にそのシミュレーションを表示する間に、多くの他の生理学的様式および予測が可能であり得る。詳細には、シミュレーター２１２は肺容量および機能的な残存収容能における呼吸終末陽圧の影響を予測し得し；これは、血液の酸素レベルおよび二酸化炭素レベルにおけるわずかな容量の影響を予測し得；これは、肺血液流における平均気道圧の影響を予測し得；そして、これは、他の類似の様式を提供し得る。
【００６９】
図１もまた参照すると、データベース１３は、臨床家１６が、介入を管理することおよび患者の状態を追跡するのを補助する。データベース１３は、いくつかの詳細度レベルで利用可能な大量の記憶された患者のデータを生成し、そして異なる患者のデータの比較を可能にする。臨床家１６は、記憶された患者のデータの履歴と現在の設定を比較し、現在の介入が有効であるか否か、および患者が快方に向かっているか否かを知り得る。
【００７０】
データベース１３は、表示制御プロセッサ２２と電気的に接続されており、複数の患者のプロトコルを記憶する。各々の患者のプロトコルは、少なくとも１セットの呼吸パラメータおよび患者データを含む。呼吸パラメータは、１つ以上の治療制御構造として組織化され得る。臨床家１６は、ディスプレイ２４上の接触ゾーンを押すことにより患者のプロトコルを選択する。プロセッサ２２は、選択された患者のプロトコルをメモリに複製する。操作様式において、プロセッサ２２は、組み込まれたコントローラー１４に、選択された患者のプロトコルを用いて空気システム１８の制御を同時に調整するよう指示する。シミュレーション様式において、シミュレーター２１２は、ベンチレーター空気システム４１および得られる患者の肺系の応答に対する調整をシミュレートする。
【００７１】
プロセッサ２２は、エポック（特定の時間または事象の完全な「スナップショット」）として患者のプロトコルを記憶する。プロセッサ２２は、リアルタイムイベントおよびパターン識別を用いて、いつ目的のエポックを記憶するかを決定する。この方法において、臨床家１６は、先験的に、何が重要であり得るのか、「傾向」は何か、またはデータ処理方法を決定する必要がない。全てのデータが記憶されているので、患者の以前の状態の任意の局面を明らかにするために後処理され得る。記憶されたエポックは、データベースにおいて組織化される。エポックに対するアクセスは、時間、事象、または目的の領域により得る。以前のエポックからのデータを重ねるための能力は、患者が快方に向かっているか否か、または介入が期待した通り機能しているか否かに関して臨床家に通知する。
【００７２】
図１４は、ベンチレーター制御システム２１０のシミュレーター特性の詳細な機能的ブロック図である。臨床家は、制御設定スライダー２１６を操作して、ベンチレーター制御設定を変更または設定する。臨床家の入力は、メモリ２１８に保存される。シミュレーター２２０はこの入力を受け取り、そのシミュレーションにおいて使用するためのフェーズ制御構造、呼吸制御構造、様式制御構造、または治療制御構造を生成する。例えば、臨床家１６が、患者の治療を変更するために呼吸制御構造２２２を使用することを決定した場合、選択された呼吸制御構造（治療制御構造内の様式制御構造内に組み込まれている）は、共有メモリインターフェースを通じて（２２４にて）組み込まれたコントローラーに伝達される。組み込まれたコントローラーは、呼吸制御構造２２６内で設定を有効にする。プロセッサは、呼吸制御アルゴリズム２３０において有効化された治療制御構造２２８（呼吸制御構造を含む）を実行し、１つ以上の制御設定を同時に変更するための空気システムに対する信号２３２を提供する。
【００７３】
（７．波形シェーパー）
図１５に示される波形シェーパーは、臨床家が呼吸の１つ以上のフェーズを形作ることを可能にするグラフィカルツールである。立ち上がり時間および形状１３０、プラトー長および形状１３２、立ち下がり時間および形状１３４のような特徴は、臨床家による任意の所望の特徴へと描かれ得る。１つの実施形態において、このフェーズは、波形シェーパーを表示し、指を所望の方向へ描くタッチスクリーンディスプレイ上に動的に作製された種々の活動領域に接触することにより形作られ得る。別の実施形態において、制御ボタンは、その波形に対して特徴を追加するために選択され得る（特に、フェーズ中の平均レベルに関する正弦またはパルス様バリエーション）。波形シェーパーは、ディスプレイコントローラー１２により表示され、その出力は、治療制御構造１４０の周期制御構造において波形サンプル１５６のアレイを満たすために使用される。組み込まれたコントローラー１４と連通された空気システム４１は、この様式において、呼吸の１つ以上のフェーズについて臨床家により「描かれた」任意の波形に従うよう指示され得る。
【００７４】
（８．インターフェースプロトコル）
患者のデータの波形は、データストリームプロトコルにより生成される。データストリームは、センサーにより生成され得る。これは、呼吸パラメータおよび測定された患者のパラメータを使用するシミュレーター２１２、または患者の挙動履歴を示すエポックに記憶されたセンサデータによってベンチレーターが作用する通常の様式である。実際のデータ、シミュレートされたデータ、およびエポックデータを表示するために同一のインターフェースを使用する能力は、ベンチレーター制御システムの重要な特徴である。
【００７５】
（９．統合された制御／データ／警告表示）
図７を参照すると、ディスプレイコントローラー１２のディスプレイスクリーン６４上に表示される患者のデータの波形７４、７６は、設定制御、データ、および警告表示を単一領域において組み合わせる。数およびグラフィックアイコンとデータ波形との関係は、不必要なデータまたはユニットの標識を用いずに数およびアイコンの意味を説明するための関係を提供する。薄線２０１は、ピークフローまたは圧力として現れ；太棒２０４は、ピーク圧設定レベルとして現れ；薄棒２０３は高圧警告設定として現れ；圧力波形上の活動長方形領域２００は、呼気圧レベルを設定するために現れる。所望の設定と実際の設定との間の差、および警告マージンは容易に現れる。これらの表示の単純さは、制御、算出データ、および警告の代表的なリストと対比され得る。ここで、リスト上の各項目は、ＬＡＢＥＬ；ＶＡＬＵＥ：ＵＮＩＴＳフォーマットであり、統合および比較は、臨床家の頭の中で実施されなければならない。
【００７６】
（１０．治療プログラミング）
図１６もまた参照すると、図１６は、ディスプレイコントローラー１２により提供される治療プログラミングスクリーン２０５の例図である。このスクリーンを用いて、臨床家１６は、１つ以上の呼吸パラメータを作製または変更し、患者のための新たな型の治療を処方し得る。なされる変更は、ディスプレイコントローラー１２において作製される治療制御構造における１つ以上のデータ構造レベルで反映される。有効化された後、この新規の治療制御構造は、直後の実施のために組み込まれたコントローラー１４に送られ得るか、または後の使用のために治療処方のリストに記憶され得る。
【００７７】
従って、治療は、簡単なものから複雑なものまで構築され得る。呼吸パラメータは、フェーズを規定するための周期を変更および組み合わせるため；呼吸を規定するフェーズを変更および組み合わせるため；様式を規定するために呼吸を変更および組み合わせるため；および治療プログラムを規定するための様式を変更および組み合わせるために選択および変更される。この選択は、先に記載されたように、治療制御構造における構造の階層において反映される。設定の収集は、換気の様式として大まかに規定された共通の使用において、臨床家により表題が与えられる。様式規定に対する呼吸パラメータの明示的な結びつきと共に、生成プロセスは、治療が患者に影響を及ぼす様式を明確化することを補助する。
【００７８】
１つの実施形態において、治療プログラミングスクリーン２０５は、関連する呼吸パラメータの選択および変更を可能にする。変更される治療処方は、リストから選択され；新規の治療処方は、このリストから同様の処方を選択し、それに新しい表題を与え、そして必要な場合、それを変更することにより作成され得る。選択された治療処方内で様式が選択され；選択された様式内で呼吸が選択され；選択された呼吸内で呼吸パラメータ制御設定が選択され；特異的な、階層性の入れ子にされた呼吸パラメータを識別する系列が選択される。呼吸パラメータの特徴は、オンオフで留められる（ｔｏｇｇｌｅ）か、または２つ以上が選択される場合に生成されるリストから選択される。各々の様式内での各々の呼吸内での各々の呼吸パラメータは、治療処方を完了するようプログラムされなければならない。
【００７９】
図１６を参照すると、制御定義セクション２０７は、以前に記載した制御スライダに隣接して示されている。制御定義セクション２０７は、治療処方のタイトル２０９を備える。この例におけるタイトルは、２つのモードを含み、選択された呼吸パラメータと連結されたモード（Ａ／Ｃ  ｐｃ）が強調表示されている。呼吸パラメータに関する制御セッティングは、範囲フィーチャー（ｒａｎｇｅ  ｆｅａｔｕｒｅ）を使用可能にし得（２１１）、使用可能な場合、その範囲に適切な選択された標的のパネルを提示し、そして使用可能な場合、ベンチレーター制御システムが、制御スライダーにおいて特定された範囲内で制御セッティングを変化することにより範囲標的目標２１３を達成しようと努めることを意味する。制御セッティングは、オンであること（２１５）を必要とされ得、このモード内でのこの呼吸形式内で操作する場合に臨床家によりオフにされ得ないことを意味する。オフであること（１７）が必要とされ得、これは、このモード内のこの呼吸形式内で操作する場合に臨床家によりオンにされ得ないことを意味する。
【００８０】
治療プログラミングスクリーンは、制御セッティングがそのモード内または対のモード内の１つ以上の他の呼吸形式２１９により共有されることを可能にし、その結果、その制御セッティングに対する任意の調整が、このような呼吸の全てに影響を及ぼす。これにより、治療に対して調整を行う臨床家に対して、制御セッティングを、主要な重要度を有するとして強調表示する（２２１）ことを可能にする。これにより、複数の呼吸形式が定義されることを可能にし、そしてどの呼吸形式をそのモード内で使用するかを決定するために試験される規則の選択が提供される。
【００８１】
この実施形態は、多重モードフィーチャーが使用可能にされる場合（２２５）、ベンチレーションモード間の移行を決定する多数のトリガー（２２３）から、臨床家が選択することを可能にする。移行のためのトリガーは、移行の方向によって異なり得る。示された例では、可変圧力サポート（ＶＰＳ）から補助制御（Ａ／Ｃ  ｐｃ）への移行のためのトリガーは、分時拍出量（ＭＶ）であり、一方、補助制御から可変圧力サポートへの移行のためのトリガーは、感度（Ｓｅｎｓｅ、すなわち、患者の努力）である。
【００８２】
特定の実施形態は、２つのモードのプログラミングを可能にするが、臨床家の役目に対するこの新しい能力についての概念上の制限に起因して、別の実施形態は、治療処方を含み、この治療処方は、モード間の移行のための複数のトリガーと共に多くのモードを含む。詳細には、他の処方は、患者の状態変化につれてその患者の処置を自動的に変化させるモードの配列を含み、そして臨床家が容易にその配列を制御することを可能にする。他の処方は、時間を限定したモード（これは、ある期間の間オンになり、次いで前のモードに戻る）、またはモードの組合せを、それらがオンになる前に有効にしておく。治療プログラミングスクリーンは、製造者により予めセッティングされた単純なベンチレーターモードのセットから選択するよりも高い影響力と柔軟性で、臨床家が、その治療を、患者の具体的な必要性およびそれまでに変化した必要性に対して調整することを可能にする。
【００８３】
１１．別の局面において、本発明に従うベンチレーターは、対構成でいくつかのモード制御構造を使用して作動し、この構成は、一次モード制御構造および二次モード制御構造を含む。このような対のモード制御構造としては、圧力サポート−可変圧力制御（Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｕｐｐｏｒｔ−Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）（ＰＳ−ＶＰＣ）、可変圧力サポート−可変圧力制御（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｕｐｐｏｒｔ−Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）（ＶＰＳ−ＶＰＣ）、および連続的気道正圧力−支援制御／圧力制御（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ａｉｒｗａｙ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ−Ａｓｓｉｓｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ／Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）（ＣＰＡＰ−Ａ／Ｃ／ｐｃ）が挙げられる。一次モード制御構造は、自発的に呼吸する患者に対するサポートを提供する。二次モード制御構造は、ベンチレーターが、強制呼吸をしている患者に対して十分なサポートを提供するモード制御構造である。一次モード制御構造と二次モード制御構造との間の切換えのためのモード移行トリガーは、患者の分時拍出量トリガー（Ｍｉｎｕｔｅ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｔｒｉｇｇｅｒ）（ＭＶＴ）である。１つの実施形態において、臨床家は、分時拍出量閾値をセッティングし、これにより、一次モード制御構造または二次モード制御構造のどちらが依然として有効であっても、患者および呼吸パターンを制御することを可能にする。患者がＭＶＴレベルより高い分時拍出量を拍出しようと十分努力する場合、一次（自発的）モード制御構造が、有効になる。自発的な患者の努力がＭＶＴレベルを超えるほど十分でない場合、または自発的な努力がない場合、第２のモード制御構造が有効なままである。
【００８４】
本発明のこの局面の１つの実施形態において、自動圧力サポート（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｕｐｐｏｒｔ）（ＡＰＳ）モードは、ＶＰＣ（二次制御モード構造）と対になった一時モード制御構造である。ＡＰＳは、ベンチレーターからの患者の離脱を自動化し、そして患者の呼吸数の増加により示される患者の呼吸不全に対して保護する。
【００８５】
代表的な臨床セッティングにおいて、漸進的離脱（ｗｉｔｈｄｒａｗａｌ）、すなわち圧力サポートベンチレーションの間の患者の離脱は、所望の患者の安定な呼吸パターンが達成されるまで、臨床家が圧力レベルを滴定することを必要とする。この圧力サポートレベルに対する患者の耐性は、続いてモニタリングされ、そして特定の時間間隔の後、臨床家は、圧力サポートを、手動で（代表的には２〜４ｃｍ  Ｈ２Ｏだけ）減少させる。患者が急速な浅い呼吸を示す場合、その圧力は、臨床家により以前のレベルまで手動で増加される。これには、臨床家により多くの介入を必要とする。
【００８６】
ＡＰＳモードにおいて、ＡＰＳは、ＶＰＣと組み合わせて対のモード構成で使用されて、ベンチレーター離脱プロセスに伴う頻繁な臨床家の介入および長い臨床家の関与の必要性を防ぐ。これは、ベンチレーターからの患者の離脱を自動化する。ＶＰＣにおいて、患者を呼吸させるための操作圧力範囲がセッティングされる。ベンチレーターは、セッティングされた換気容量を送達するために必要な最小圧力を提供するために、圧力を連続的に調節する。呼吸数がセッティングされ、そしてベンチレーターは、強制呼吸を送達して最小呼吸数を維持する。患者は、臨床家によりセッティングされたとおり、最小の努力をすることによりセッティングされた呼吸数より速い呼吸を開始し、そしてベンチレーターは、セッティングされた換気容量を送達するために必要な圧力サポートを提供する。このセッティングされた容量は、患者が十分な努力をする場合に超えられ得る。
【００８７】
ＡＰＳ−ＶＰＣ二重モードにおいて、他の二重モードのように、一次モード制御構造と二次モード制御構造との間の切換えのためのモード移行トリガーは、患者の分時拍出量である。ＭＶＴレベルは、予め決定され、そして臨床家により設定される。患者の分時拍出量がセッティングされたＭＶＴレベルより低い場合、ベンチレーターは、ＶＰＣのままである。患者が、セッティングされたＭＶＴより高い分時拍出量を拍出しようと十分に努力する場合、ＡＰＳモードは、有効になる。患者が自発的に呼吸を停止する場合、２つの事象のうちの少なくとも１つが起こる。分時拍出量がトリガーレベルを下回るか、または呼吸数が警告下限より下になるので無呼吸警告が誘発されるかのいずれかである。いずれかまたは両方が起こる場合、ベンチレーターは、ＶＰＣモードに戻るように誘発される。
【００８８】
本明細書中に記載される、ベンチレーターから患者を離脱させるためのＡＰＳ−ＶＰＣ実施形態において、初期圧力サポートレベルは、ＡＰＳについての初期圧力サポートレベルとして、ＶＰＣモードにおける患者およびベンチレーターの現在のＶＰＣ圧力サポートレベルを帰属することにより決定される。これにより、患者の円滑な移行が確実となり、そしてベンチレーターからの患者の離脱を開始するための臨床家による圧力サポートレベルの決定という当て推量および冗長なプロセスを除去する。ＡＰＳ−ＶＰＣモードにおいて、ＶＰＣモードにおける患者の努力は、初期圧力サポートレベルを決定する。
【００８９】
患者がＶＰＣからＡＰＳへの移行を行った後、圧力サポートレベルは、一定の予め設定した呼吸数まで自動的に減少される。圧力サポートレベルが減少するにつれて、患者は、自然呼吸を開始するように刺激される。１分あたりの呼吸数範囲（Ｒａｔｅ  Ｒａｎｇｅ  ｏｆ  ｂｒｅａｔｈ）は、臨床家によりセッティングされる。患者の自然呼吸数がこの呼吸数範囲内のままである限り、圧力サポートは、一定の速度で自動的に減少する。一実施形態において、自然呼吸数は、呼吸毎ベースで頻繁に測定される。臨床家は、低圧警告レベル（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ａｌａｒｍ  Ｌｅｖｅｌ）（圧力サポートレベルは、このレベルより下に減少され得ない）をセッティングする。その効果は、圧力サポートに対する閉ループ制御を使用する機械的換気の自動的離脱を伴う離脱プロセスの自動化である。
【００９０】
ＡＰＳ−ＶＰＣモードの別の特徴は、浅い呼吸の検出および緩和を含む。患者の自然呼吸数が、セッティングされた呼吸数範囲を超える場合、圧力サポートは、増加される。一旦、自然呼吸数がセッティングされた呼吸数範囲限界まで戻ると、圧力サポートレベルは、減少し始める。さらに、ＡＰＳ−ＶＰＣモードにおいて、圧力サポートの増加は、以下に記載される、患者の呼吸頻度（Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）／呼吸量（Ｔｉｄａｌ  Ｖｏｌｕｍｅ）（ｆ／ＴＶ）比をモニタリングすることにより、高呼吸数および高呼吸量を有する患者において回避される。
【００９１】
ＡＰＳ−ＶＰＣモードにおいて、ＭＶＴレベルは、ベンチレーターがＡＰＳモードとＶＰＣモードとの間で切り替わるために、到達されなければならない。例えば、患者の分時拍出量（ＭＶ）が、ＭＶＴトリガーより低い場合、ベンチレーターは、ＶＰＣのままであり、患者のＭＶがＭＶＴレベルより高い場合、ベンチレーターは、患者が自発的に呼吸する場合にＡＰＳモードに切り換わる。
【００９２】
患者の分時呼吸量をモニタリングすることおよび患者の分時呼吸量に応答することに加えて、ＡＰＳ−ＶＰＣモードは、患者の自然呼吸数がセッティングされた呼吸数範囲の下限を下回る場合に、ＶＰＣモードに戻る。一旦ＶＰＣモードになると、患者は、患者が離脱プロセスを開始するまで再びサポートされる。自動化離脱プロセスの周期的な性質は、患者が離脱を試みる準備ができたときを決定するための患者の努力を可能にし、そして離脱の試みの持続期間を決定する。
【００９３】
図１７を参照して、一般的に、ＡＰＳ−ＶＰＣモードにおける自動化離脱のプロセスは、以下のとおりである。呼吸量制御（Ｔｉｄａｌ  Ｖｏｌｕｍｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）および呼吸数（Ｂｒｅａｔｈｉｎｇ  Ｒａｔｅ）は、ＯＮ位置にセッティングされる。工程４００において、臨床家は、ＰＳ−ＩＮＣＲ（以下に記載される）、ＰＳ−ＤＥＣＲ（以下に記載される）、ｆ／ＴＶ比限界（以下に記載される）、低圧警告レベル（Ｌｏｗ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ａｌａｒｍ  Ｌｅｖｅｌ）、ＭＶＴ、および呼吸数範囲（Ｂｒｅａｔｈ  Ｒａｔｅ  Ｒａｎｇｅ）の値を入力する。患者は、ベンチレーターマシンが制御モードＶＰＣにある間（工程４２０）に呼吸を開始する。ＶＰＣにおける開始圧力サポート（ＰＳ）レベルは、初期圧力レベルである。患者の自然呼吸が検出され（工程４３０）、そして患者の分時拍出量がＭＶＴより高い場合（工程４４０）、ベンチレーターは、ＶＰＣモードからＡＰＳモードに切り換わる（工程４５０）。
【００９４】
ＡＰＳモードは、自動化離脱プロセスの間、浅い呼吸を検出し、そして緩和する。早く浅い呼吸を検出し、そして緩和するために、患者の呼吸数および頻度／呼吸量（ｆ／ＴＶ）比がモニタリングされる。
【００９５】
患者がＡＰＳモードへの移行をした後（工程４５０）、患者が呼吸するにつれて、圧力サポートレベルは、一定パーセント値の圧力（ＰＳ−ＤＥＣＲ）だけ自動的に減少して、患者が呼吸するように刺激する。患者は、以下の２つの基準を満たす限り、ＡＰＳモードのままである：（１）患者の分時拍出量がセッティングされたＭＶＴレベルよりも大きくなければならない（工程４４０）、および（２）患者の自然呼吸数が、セッティングされた呼吸数範囲内になければならない（工程４６０）。これらの２つの基準が満たされる場合、圧力サポートレベルは、一定パーセント値の圧力（ＰＳ−ＤＥＣＲ）だけ自動的に減少される。
【００９６】
ＰＳ−ＤＥＣＲは、ベンチレーター制御パネルにおいて臨床家により最初の工程４００の間にセッティングされる。このＰＳ−ＤＥＣＲは、０．０１％〜０．１％の範囲にわたる呼吸数の％減少分である。一実施形態において、臨床家は、この呼吸数％減少分を０．１にセッティングする。このセッティングにおいて、臨床家によりセッティングされた呼吸数範囲内の全ての自発的な患者の呼吸について、圧力サポートレベルは、呼吸毎ベースで、患者の１回の呼吸あたりの割合の１０分の１減少する。特定の実施形態において、ＰＳ−ＤＥＣＲについての呼吸数は、０．０１％にセッティングされる。呼吸数％減少分が増加すると、圧力サポートが患者から取り除かれる場合の呼吸数が増加する。所定のレベルを下回る圧力サポートの減少は、先に工程４００において臨床家によりセッティングされた低圧警告で制限される。従って、自動離脱プロセスは、ＡＰＳに関する閉ループ制御を使用する、機械的換気の自動離脱によって達成される。
【００９７】
患者の自然呼吸数は、呼吸数がセッティングされた呼吸数範囲（Ｂｒｅａｔｈ  Ｒａｔｅ  Ｒａｎｇｅ）内にあるか否かを決定するために、モニタリングされる（工程４６０）。患者の自発的呼吸数は、（１）最新の２回の呼吸の間の間隔により計算される、現在の呼吸数（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｂｒｅａｔｈ  Ｒａｔｅ）、および（２）２０回の呼吸の平均である、平均呼吸数（Ａｖｅｒａｇｅ  Ｂｒｅａｔｈ  Ｒａｔｅ）のうちの少ない方として測定され、そして呼吸数スライダー制御において臨床家によりセッティングされた呼吸数範囲と比較される（工程４７０）。（１）および（２）により決定された場合の患者の自然呼吸数の少ない方が、セッティングされた呼吸数範囲の下限未満である場合、患者のｆ／ＴＶ比は、先に工程４００において臨床家によりセッティングされたｆ／ＴＶ比限界と比較される（工程４８０）。
【００９８】
頻度／呼吸量比限界（ｆ／ＴＶ  Ｒａｔｉｏ  Ｌｉｍｉｔ）は、患者の高呼吸量を伴う患者の高呼吸数という状況における自動圧力サポートの増加から保護する。ｆ／ＴＶ比限界は、頻度についての呼吸数範囲値の上限および臨床家によりセッティングされた呼吸量警告の下限を使用して自動的に計算される。ｆ／ＴＶ比限界および呼吸量警告下限の両方は、決定され、そして工程４００において臨床家により入力される。ｆ／ＴＶ比限界についての最大の許容値１００である。計算されたｆ／ＴＶ比限界値が１００を超える場合、このｆ／ＴＶ比限界は、デフォルトで自動的に１００になる。ｆ／ＴＶ比限界および患者のｆ／ＴＶ比は、主要なディスプレイスクリーン上に表示される。
【００９９】
その２つの患者の呼吸数（平均呼吸数およびその時の呼吸数）のうちの低い方が、呼吸数範囲を上回る場合、かつ患者のｆ/ＴＶ比が、ｆ／ＴＶ比限界を上回る場合、圧力支持レベルは、ＰＳ−ＩＮＣＲにより増加される（工程４９０）。ＰＳ−ＩＮＣＲを、臨床家によって、コントロールパネル上で工程４００の間に設定する。ＰＳ−ＩＮＣＲは、１％〜２０％の範囲の呼吸数増分％である。１つの実施形態において、臨床家は、呼吸数増分％を５に設定する。この設定において、設定呼吸数範囲を超える患者の呼吸数の５％ごとの増加に対して、圧力支持レベルは、各患者の呼吸について１％増加する。特定の実施形態において、その設定は５％である。この制御値を減少させることは、患者についての圧力レベルが上昇される速度を促進する。平均呼吸数が、設定呼吸数範囲を上回らず、その時の呼吸数が設定呼吸数範囲を上回る場合、圧力レベルに対して調整はしない。その効果は、患者の自然呼吸数の減少を引き起こして呼吸数範囲内になるようにするために、圧力支持を徐々に増加させることである。ｆ／ＴＶ比限界が上回られない場合、圧力支持は減少し始める。
【０１００】
患者の自然呼吸数を、工程５００にてモニターする。自然呼吸数が、設定呼吸数範囲の下限未満である場合、患者は、ＶＰＣモードに戻る（工程４２０）。患者の自然呼吸数が、設定呼吸数範囲にて下限以上である場合、患者を、ＡＰＳにて維持する。
【０１０１】
ＡＰＳ−ＶＰＣ実施形態において、警告設定および制御設定を、適切な制御スライダー中に一致させる。操作の間に警告限界が超えられる場合、警告が、オーディオウィンドウ中に提示され、そしてオーディオ警告がつく。さらなるチャンネル、制御設定、ならびに範囲および警告設定および範囲、ならびに測定されたパラメータを、以下の表に列挙する。他のすべてのコントロールおよびすべての標準的安全性警告は、標準的圧力支持モードと同じである。
【０１０２】
【表１】
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（デフォルト設定）
【０１０３】
【表２】
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＊１分間あたりの呼吸
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】図１は、本発明のベンチレーターの実施形態のブロック線図である。
【図２】図２は、ディスプレイコントローラーの詳細なブロック線図である。
【図３】図３は、包理されたコントローラーの詳細なブロック線図である。
【図４】図４は、ベンチレーターの気体ユニットの詳細なブロック線図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態によって実施されるような、患者に適用された陰圧の調整の実施形態を例示するブロック線図である。
【図６】図６は、本発明のベンチレーターによって用いられる起動（ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ）アルゴリズムの実施形態の擬似コードである。
【図６ａ】図６ａは、患者の換気の開始を決定するための、図６のアルゴリズムを用いた、患者気道の気体流量および患者の気道の圧力の圧力線図および流量線図である。
【図７】図７は、ベンチレーター制御システムがオペレーショナルモードである場合のディスプレイ画面の例示である。
【図８】図８は、分時拍出量周期を示すディスプレイ画面のセクションの例示である。
【図９】図９は、制御スライダーを示すディスプレイ画面のセクションの例示である。
【図１０】図１０は、数値コントローラーを示すディスプレイ画面のセクションの例示である。
【図１１】図１１は、ベンチレーター制御システムによって用いられるデータ構造ヒエラルキーのフローチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態によって実施される呼気補助アルゴリズムのフローチャートの実施形態である。
【図１３】図１３は、このベンチレーター制御システムのシミュレーションモードのディスプレイ画面の例示である。
【図１４】図１４は、このベンチレーター制御システムのシミュレーター部分の機能的ブロック線図である。
【図１５】図１５は、波形シェ−パーを示すディスプレイ画面のセクションの例示である。
【図１６】図１６は、このベンチレーター制御システムのための治療プラグラミング画面の例示である。
【図１７】図１７は、本発明の実施形態に従い、ベンチレーターから患者を自動的に引き離すためのフローチャートである。
【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６ａ】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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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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【国際調査報告】
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