(57)【要約】  酸素化装置を出る動脈血の酸素の分圧を決定するための血液ガス分析方法（１００）が提供され、酸素化装置は、静脈血を酸素化ガスにさらすことによって動脈血を生成し、過剰な酸素化ガスを排気ガスとして放出する。方法（１００）は、排気ガス中の酸素の分圧の推定値を決定するステップ（１４０）と、酸素化装置内の血液酸素摂取を決定するステップ（１５０）と、血液酸素摂取値を使用して推定値を調整することによって動脈血中の酸素の分圧を決定するステップ（１６０）とを含む。臨床現場で使用されて、方法（１００）は、動脈血中の酸素の分圧のより正確な出力を提供することを可能にし、これは酸素化装置の動作を容易にする。
2018508284.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素化装置を出る動脈血の酸素の分圧を決定するための血液ガス分析方法であって、
前記酸素化装置は、静脈血を酸素化ガスからの酸素にさらすことによって動脈血を生成し、過剰な酸素化ガスを排気ガスとして通過させることを可能にするように構成されたタイプのものであり、
前記方法は、
１つまたは複数のガス値を決定するステップであって、前記ガス値は、前記排気ガス中の酸素の前記分圧の推定値を含む、ステップと、
１つまたは複数の血液値を決定するステップであって、前記血液値は、前記酸素化装置内で前記血液によって摂取される酸素の量を示す血液酸素摂取値を含む、ステップと、
前記血液酸素摂取値を使用して前記推定値を調整することによって前記動脈血内の酸素の前記分圧の出力を生成するステップ
とを含む、方法。
【請求項２】
前記血液酸素摂取値が、
前記動脈血の動脈酸素飽和度を決定すること、
前記静脈血の静脈酸素飽和度を決定すること、および
前記動脈酸素飽和度と前記静脈酸素飽和度との差の関数として前記血液酸素摂取値を計算すること
によって導出される、請求項１に記載の血液ガス分析方法。
【請求項３】
前記血液酸素摂取値および／または前記動脈血中の酸素の前記分圧の前記出力が、前記酸素化装置を通過する前記血液の（ａ）流量、（ｂ）温度、および／または（ｃ）ヘモグロビン濃度のうちの１つまたは複数に応じた関数として計算される、請求項２に記載の血液ガス分析方法。
【請求項４】
前記排気ガス中の酸素の前記分圧の前記推定値を決定するステップが、前記排気ガス中の酸素の前記分圧の測定値を得ること、および前記測定値を前記推定値として使用することを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の血液ガス分析方法。
【請求項５】
前記排気ガス中の酸素の前記分圧の前記推定値を決定するステップが、
複数のガス値を決定するステップであって、前記ガス値は、前記排気ガス中の酸素の量と、前記酸素化装置を離れる排気ガスの量とを含む、ステップと、
前記排気ガス中の酸素の分画を前記排気ガス中の酸素の量と排気ガスの量の比として決定するステップと、
前記排気ガス中の酸素の前記分画から前記排気ガス中の酸素の前記分圧の前記推定値を導出するステップ
とを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の血液ガス分析方法。
【請求項６】
前記排気ガス中の酸素の量を決定するステップが、
前記酸素化装置に入る酸素の量を示す入口ガス値を決定するステップと、
前記血液酸素摂取値を、前記酸素化装置を通過する前記血液の流量およびヘモグロビン濃度の関数として決定するステップと、
前記排気ガス中の酸素の量を、前記入口ガス値と前記血液酸素摂取値との差に基づいて決定するステップ
とを含む、請求項５に記載の血液ガス分析方法。
【請求項７】
前記酸素化装置を離れる排気ガスの量を決定するステップが、
流量制御酸素化システムを使用して、前記排気ガスの流量を設定し、前記流量制御酸素化システムによって制御される流量パラメータから排気ガスの量を導出することを含む、請求項５または請求項６に記載の血液ガス分析方法。
【請求項８】
前記酸素化装置を離れる排気ガスの量は、１つまたは複数のガス値の関数として計算され、前記ガス値は、前記酸素化ガスの総量、前記酸素化ガス中の酸素の量もしくは分画、前記酸素化ガス中の二酸化炭素の量もしくは分画、および前記排気ガス中の二酸化炭素の量もしくは分画のうちの１つまたは複数を含む、請求項５から７のいずれか一項に記載の血液ガス分析方法。
【請求項９】
前記酸素化装置を離れる排気ガスの量は、１つまたは複数の血液値の関数として計算され、前記血液値は、前記酸素化装置に入るか、および／または前記酸素化装置を出る、血液の流量、温度、圧力、ヘモグロビン濃度、または酸素飽和度のうちの１つまたは複数を含む、請求項５から８のいずれか一項に記載の血液ガス分析方法。
【請求項１０】
前記動脈血中の酸素の前記分圧の前記出力に応答して酸素化パラメータを調節することを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の血液ガス分析方法。
【請求項１１】
酸素化装置の酸素化効率を特徴付ける方法であって、前記方法は、請求項１から１０のいずれか一項に記載のステップを含み、
１つまたは複数の血液試料を用意し、各血液試料を前記酸素化装置内で酸素化するステップと、
各試料について前記血液値を決定するステップと、
各試料について前記ガス値を決定するステップと、
各試料について試料特有の出力として、前記動脈血中の酸素の前記分圧の前記出力を決定するステップと、
各試料について、前記動脈血中の酸素の前記分圧の試料特有の参照値を決定するステップと、
各試料について、前記試料特有の出力と前記試料特有の参照値との差を示すオフセット値を計算するステップと、
１つまたは複数のオフセット値に基づいて１つまたは複数の係数を生成することにより、前記酸素化装置の前記酸素化効率を表すステップ
とを含む方法。
【請求項１２】
各血液試料は、異なる酸素化条件下で酸素化され、前記酸素化条件は、前記酸素化装置を通る血液流量、血液温度、圧力、ヘモグロビン濃度、入口ガス流量、入口ガス酸素の分画、入口ガス二酸化炭素の分画、前記酸素化装置に入る前記血液の酸素飽和度、またはそれらの組合せのうちの１つまたは複数を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記係数は、前記異なる酸素化条件のうちの１つもしくは複数の関数として、および／または前記酸素化装置を離れる前記血液試料の前記酸素飽和度の関数として生成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記係数は、回帰分析を使用して決定される、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の血液ガス分析方法。
【請求項１５】
酸素化装置を出る動脈血の酸素の分圧を決定するための血液ガス分析装置であって、
前記酸素化装置は、静脈血を酸素化ガスからの酸素にさらすことによって動脈血を生成し、過剰な酸素化ガスを排気ガスとして通過させることを可能にするように構成されたタイプのものであり、
１つまたは複数のガス値を決定するように構成された１つまたは複数のセンサであって、前記ガス値は、前記排気ガス中の酸素の前記分圧の推定値として適した値を含む、センサと、
１つまたは複数の血液値を決定するように構成された１つまたは複数のセンサであって、前記血液値は血液酸素摂取値を含み、前記血液酸素摂取値は、前記酸素化装置内で前記血液によって摂取される酸素の量を示す値である、センサと、
コントローラであって、
入力として前記１つまたは複数のガス値および前記１つまたは複数の血液値を受け取り、
前記血液酸素摂取値を使用して前記推定値を調整することによって、前記入力から、前記動脈血中の酸素の前記分圧を計算し、
前記動脈血中の酸素の前記分圧の出力を生成するように構成される、コントローラ
とを備える、装置。
【請求項１６】
前記血液値が、前記酸素化装置に入る前記血液の静脈酸素飽和度と、前記酸素化装置を離れる前記血液の動脈酸素飽和度とを含み、前記血液酸素摂取が、前記動脈酸素飽和度と前記静脈酸素飽和度との差として計算される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記ガス値が、前記酸素化ガスの流量、前記酸素化ガス中の酸素の量または分画、前記酸素化ガス中の二酸化炭素の量または分画、前記排気ガス中の二酸化炭素の量または分画、および／または前記排気ガス中の酸素の分圧のうちの１つまたは複数を含む、請求項１５または請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記血液値が、前記酸素化装置を通過する前記血液の流量、温度、圧力、および／またはヘモグロビン濃度を含む、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記コントローラは、排気ガスの総量を入力として受け取り、流量制御酸素化システムからの排気ガス流パラメータなどの外部パラメータに基づいて前記コントローラが入力を処理することを可能にするように構成される、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記コントローラが、請求項１から１０のいずれか一項に記載のステップを実施するように構成される、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
請求項１１から１４のいずれか一項に従って決定された前記係数を入力として受け取り、記憶するように構成され、
前記動脈血の前記酸素分圧の、係数によって調整された出力を、前記出力および前記係数の関数として生成するように構成される、
請求項１５から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記動脈血中の酸素の前記分圧の前記出力に基づいて酸素化パラメータの調整を行うようにさらに構成される、請求項１５から２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記コントローラが、プロセッサと、請求項１から１４のいずれか一項に記載のステップを実施するために前記プロセッサによって実装されるソフトウェア命令とを備える、請求項１５から２２のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、血液ガス分析に関する。より詳細には、本発明は、血液酸素化を示す値を決定するための装置および方法に関する。特に、本発明は、血液中の酸素の分圧の決定に関する。
【背景技術】
【０００２】
いくつかの医療手順は、患者の心臓または肺を止めて保つことを必要とする。これは、外科医が心臓手術など外科的手順を実施するために必要となり得る。心臓が血液を循環させることができないか、または肺が血液を再酸素化することも二酸化炭素を除去することもできない間、心肺機械が生命維持のために使用され、患者への酸素の供給を維持するために体外酸素化を提供する。
【０００３】
ごく最近では、肺塞栓症を引き起こすことによって肺機能に影響を及ぼすウィルス感染（Ｈ１Ｎ１など）の管理のために、体外酸素化が試されている。そのような感染症を患う患者は、肺の治療およびドレナージを容易にするために、また患者の免疫系統にウィルス感染を打ち負かす機会が与えられている間、肺が安静状態にあり回復することを可能にするために、数週間の領域で長期換気を必要とすることがある（典型的には２０日間であるが、重症の場合には、換気は、数ヶ月間、たとえば最大１８０日間、必要とされることがある）。
【０００４】
酸素および二酸化炭素の分圧、ｐＯ２およびｐＣＯ２は、生理的活動を示し、したがって、体外酸素化管理にとって重要なものである。本出願人によるＰＣＴ出願公開ＷＯ２０１２ ０６６２８０は、とりわけ換気機械を出入りする二酸化炭素ＣＯ２の量の関数としてｐＯ２および／またはｐＣＯ２を決定するための方法および装置を開示している。
【０００５】
本発明は、血液ガスの分圧を監視するための選択肢のレパートリを増やそうとするものである。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、請求項１によって定義されるように、動脈血の酸素の分圧を決定するための血液ガス分析方法が開示される。
【０００７】
この方法は、静脈血を酸素化ガスからの酸素にさらすことによって動脈血を生成し、過剰な酸素化ガスを排気ガスとして通過させることを可能にするように構成されたタイプの酸素化装置に適している。
【０００８】
この方法は、１つまたは複数のガス値を決定するステップであって、ガス値は、排気ガス中の酸素の分圧の推定値を含む、ステップと、１つまたは複数の血液値を決定するステップであって、血液値は、酸素化装置内で血液によって摂取される酸素の量を示す血液酸素摂取値を含む、ステップと、血液酸素摂取値を使用して推定値を調整することによって動脈血内の酸素の分圧の出力を生成するステップとを含む。
【０００９】
血液の酸素分圧を決定するための多数の既存の方法は、血液と物理的に接触するセンサを必要とする。既存のｐＯ２センサの一例は、周知のＣｌａｒｋ電極であり、これは、酸素分子が電極表面と相互作用することを可能にするために、試料（たとえば、血液）との物理的な接触を必要とする。
【００１０】
血液は血漿中に溶解した酸素の濃度に応じて色または吸収特性を変化させないため血液中に溶解した酸素が非接触センサにとって良好なコントラストを示さないので、接触測定が使用される。これは、血液の赤色度が変化したとき光学的なコントラストをもたらす、ヘモグロビンに結合した酸素とは異なる。
【００１１】
いくつかの市販のシステムは、血液中の酸素の分圧を決定するために光学センサを使用するが、これらは、造影剤に結合した酸素に応じたコントラストをもたらすことが可能な外部の造影剤を注入することを必要とする。
【００１２】
本発明者は、動脈血中の酸素の分圧の良好な推定値は、最初に排気ガス中の酸素の分圧の初期推定値を決定し、酸素化装置を通る血液による酸素摂取に基づいて初期推定値を調整することによって得ることができることを理解した。血液酸素摂取は、光学センサで決定することができる。本明細書では、光学センサは、光放射が血液との物理的な接触を必要としないので非接触センサと見なされる。
【００１３】
これは、血液中の酸素の分圧を、接触するセンサ（Ｃｌａｒｋ電極など）を必要とすることなしに、また外部の造影剤を血液内に注入することなしに決定することを可能にする。
【００１４】
血液酸素摂取の影響は、低酸素化率時、たとえば低酸素含有量の酸素化ガスが使用されるとき、または酸素化ガスが低い流量で供給されるとき、より顕著になる。したがって、血液酸素摂取を補償することによって達成される出力の精度の改善の効果は、酸素化率が低いほど強くなる。しかし、臨床現場では、何が「低い」酸素化率を構成するかについて厳密な限界を定義しなければならないことは非実際的である。本方法は、酸素化率とは独立して使用することができ、したがって酸素化装置動作を容易にする助けとなる。
【００１５】
酸素化装置の動作は、外科チームのメンバなど操作者に、彼らが体外換気の途中で判断できるように出力を提供することによって容易にすることができる。出力は、下記でより詳細に述べるように、リアルタイム測定値として連続的に生成および提供することができる。動作は、酸素化管理を自動化することによって容易にすることができる。たとえば、動脈血中の酸素の分圧の出力を使用し、酸素化パラメータを制御することができる。この出力を使用し、酸素化パラメータの閉ループ制御を実施することができる。
【００１６】
第１の態様の実施形態が、請求項１に従属する請求項に定義されている。
【００１７】
第１の態様の実施形態では、血液酸素摂取値が、動脈血の動脈酸素飽和度を決定し、静脈血の静脈酸素飽和度を決定し、動脈酸素飽和度と静脈酸素飽和度との差の関数として血液酸素摂取値を計算することによって導出される。
【００１８】
酸素飽和度は、光学センサによって測定することができる。（酸素化装置に入る）静脈血の、および（酸素化装置を離れる）動脈血の酸素飽和度を血液ラインを通って測定することを可能にするセンサシステムが存在する。これは、酸素化前酸素飽和度および酸素化後酸素飽和度を非接触センサで測定することを可能にする。さらに、そのようなセンサは、既存の機器に装着し、既存の血液ラインを置き換える必要を回避することができる。
【００１９】
動脈酸素飽和度と静脈飽和度を共に酸素分圧を計算するための基礎として使用することは、これらの値は十分な精度をもたらさないと考えられていたため、今まで調査されなかった。
【００２０】
第１の態様の実施形態では、血液酸素摂取値および／または動脈血中の酸素の分圧の出力は、酸素化装置を通過する血液の流量、温度、および／またはヘモグロビン濃度のうちの１つまたは複数に応じた関数として計算される。
【００２１】
異なるタイプの酸素化装置の酸素化効率は、異なることがある。したがって、より高い精度は、酸素化装置を通過する血液の流量、温度、またはヘモグロビン濃度の影響を考慮することによって達成することができる。
【００２２】
第１の態様の実施形態では、排気ガス中の酸素の分圧の推定値を決定するステップは、排気ガス中の酸素の分圧の測定値を得ること、および測定値を推定値として使用することを含む。
【００２３】
本発明者は、酸素分圧の初期推定値を得るためのいくつかの選択肢を調査した。驚くべきことに、酸素化装置での排気ガスの直接測定が、好適に正確な初期推定値を提供する。そのような測定値は、任意の好適な場所、たとえば酸素化装置の排気ポートでとることができる。
【００２４】
第１の態様の実施形態では、排気ガス中の酸素の分圧の推定値を決定するステップは、複数のガス値を決定するステップであって、ガス値は、排気ガス中の酸素の量と、酸素化装置を離れる排気ガスの量とを含む、ステップと、排気ガス中の酸素の分画を排気ガス中の酸素の量と排気ガスの量の比として決定するステップと、排気ガス中の酸素の分画から排気ガス中の酸素の分圧の推定値を導出するステップとを含む。
【００２５】
酸素分圧の初期推定値を得るための別の選択肢は、全排気ガスに対する排気ガス中の酸素の量を決定することである。排気ガス中の酸素の量は、下記で述べるように、間接的に推定することができる。
【００２６】
第１の態様の実施形態では、排気ガス中の酸素の量を決定するステップは、酸素化装置に入る酸素の量を示す入口ガス値を決定するステップと、血液酸素摂取値を酸素化装置を通過する血液の流量およびヘモグロビン濃度の関数として決定するステップと、排気ガス中の酸素の量を入口ガス値と血液酸素摂取値との差に基づいて決定するステップとを含む。
【００２７】
これは、排気ガス中の酸素の量を間接的に、すなわち酸素化装置排気ポートでの直接測定を必要とすることなしに決定する方法を提供する。下記で述べる理由で、酸素化装置排気ポートを通過するガスの量は、酸素化装置内のガス−血液界面を離れるガスの量を示さないことがある。したがって、排気ガス中の酸素の量を間接的に決定することは、酸素の分圧のより正確な推定への方法を提供する。
【００２８】
第１の態様の実施形態では、酸素化装置を離れる排気ガスの量を決定するステップは、流量制御酸素化システムを使用し、排気ガスの流量を設定し、流量制御酸素化システムによって制御される流量パラメータから排気ガスの量を導出することを含む。
【００２９】
酸素化装置排気ポートを通るガスの総量は、酸素化装置内でガス−血液界面を離れる排気ガスの量に必ずしも対応しないことがある。排気ガスの総量を間接的に決定することは、酸素の分圧のより正確な推定への方法を提供する。
【００３０】
第１の態様の実施形態では、酸素化装置を離れる排気ガスの量は、１つまたは複数のガス値の関数として計算され、ガス値は、酸素化ガスの総量、酸素化ガス中の酸素の量もしくは分画、酸素化ガス中の二酸化炭素の量もしくは分画、および排気ガス中の二酸化炭素の量もしくは分画のうちの１つまたは複数を含む。
【００３１】
第１の態様の実施形態では、酸素化装置を離れる排気ガスの量は、１つまたは複数の血液値の関数として計算され、血液値は、酸素化装置に入る、および／または酸素化装置を出る血液の流量、温度、圧力、ヘモグロビン濃度、または酸素飽和度のうちの１つまたは複数を含む。
【００３２】
酸素化装置排気ポートを通るガスの総量は、酸素化装置に入るガス、および酸素化装置内で血液によって摂取され放出されるガスの関数として計算されてもよい。これは、排気ガスの総量を間接的に決定することによって酸素の分圧のより正確な推定への別の方法を提供する。
【００３３】
本発明の第２の態様によれば、請求項１１によって定義されるように、酸素化装置の酸素化効率を特徴付ける方法が提供される。
【００３４】
第２の態様による方法は、第１の態様のステップと、１つまたは複数の血液試料を用意し、各血液試料を酸素化装置内で酸素化するステップと、各試料について血液値を決定するステップ、各試料についてガス値を決定するステップと、各試料について試料特有の出力として、動脈血中の酸素の分圧の出力を決定するステップと、各試料について、動脈血中の酸素の分圧の試料特有の参照値を決定するステップと、各試料について、試料特有の出力と試料特有の参照値との差を示すオフセット値を計算するステップと、酸素化装置の酸素化効率を表すために、１つまたは複数のオフセット値に基づいて１つまたは複数の係数を生成するステップとを含む。
【００３５】
第２の態様の実施形態が、請求項１０に従属する請求項に定義されている。
【００３６】
１つまたは複数の係数は、酸素化装置の酸素化効率を表すための数学的モデルの一部であってもよい。
【００３７】
血液中の酸素の分圧の出力の精度は、所与の酸素化装置タイプの性能または動作条件を考慮することによって高めることができる。本発明者は、酸素化装置モデルの血液酸素化性能または酸素化効率を、事前に決定することができる係数によって特徴付けることができることを理解した。これは、複数の酸素化装置モデルのための係数を後で使用するために記憶する機会をももたらす。
【００３８】
第２の態様の実施形態では、各血液試料は、異なる酸素化条件下で酸素化され、酸素化条件は、酸素化装置を通る血液流量、血液温度、圧力、ヘモグロビン濃度、入口ガス流量、入口ガス酸素の分画、入口ガス二酸化炭素の分画、酸素化装置に入る血液の酸素飽和度、またはそれらの組合せのうちの１つまたは複数を含む。
【００３９】
第２の態様の実施形態では、係数は、異なる酸素化条件のうちの１つもしくは複数の関数として、および／または酸素化装置を離れる血液試料の酸素飽和度の関数として生成される。
【００４０】
第２の態様の実施形態では、係数は、回帰分析を使用して決定される。
【００４１】
本発明者は、酸素化装置効率の好適に正確な特徴付けは、非線形回帰など回帰分析を使用することによって確立することができることを理解した。実施形態では、１つまたは複数の係数を決定するためにＬｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔアルゴリズムが使用される。
【００４２】
本発明の第３の態様によれば、請求項１５によって定義されるように、動脈血の酸素の分圧を決定するための血液ガス分析装置が提供される。
【００４３】
この装置は、静脈血を酸素化ガスからの酸素にさらすことによって動脈血を生成し、過剰な酸素化ガスを排気ガスとして通過させることを可能にするように構成されたタイプの酸素化装置と共に使用するのに適している。
【００４４】
この装置は、１つまたは複数のガス値を決定するように構成された１つまたは複数のセンサであって、ガス値は、排気ガス中の酸素の分圧の推定値として適した値を含む、センサと、１つまたは複数の血液値を決定するように構成された１つまたは複数のセンサであって、血液値は血液酸素摂取値を含み、血液酸素摂取値は、酸素化装置内で血液によって摂取される酸素の量を示す値である、センサと、コントローラとを備える。コントローラは、入力として１つまたは複数のガス値および１つまたは複数の血液値を受け取り、入力から、血液酸素摂取値を使用して推定値を調整することによって、動脈血中の酸素の分圧を計算し、動脈血中の酸素の分圧の出力を生成するように構成される。
【００４５】
第３の態様の実施形態が、請求項１４に従属する請求項に定義されている。
【００４６】
第３の態様の実施形態では、センサは、酸素化装置に入る血液の静脈酸素飽和度と、酸素化装置を離れる血液の動脈酸素飽和度とを含む１つまたは複数の血液値を測定することが可能である。そのような実施形態では、血液酸素摂取は、動脈酸素飽和度と静脈酸素飽和度との差として計算することができる。
【００４７】
第３の態様の実施形態では、センサは、酸素化ガスの流量、酸素化ガス中の酸素の量または分画、酸素化ガス中の二酸化炭素の量または分画、排気ガス中の二酸化炭素の量または分画、および／または排気ガス中の酸素の分圧のうちの１つまたは複数を含む１つまたは複数のガス値を測定することが可能である。
【００４８】
第３の態様の実施形態では、センサは、酸素化装置を通過する血液の流量、温度、圧力、および／またはヘモグロビン濃度を含む１つまたは複数の血液値を測定することが可能である。
【００４９】
第３の態様の実施形態では、コントローラは、排気ガスの総量を入力として受け取り、流量制御酸素化システムからの排気ガス流パラメータなど外部パラメータに基づいてコントローラが入力を処理することを可能にするように構成される。
【００５０】
コントローラは、第１または第２の態様の任意のステップを実施するように構成され得る。
【００５１】
第３の態様の実施形態では、この装置は、本発明の第２の態様に従って決定された１つまたは複数の係数を入力として受け取り、記憶するように構成され、この装置は、動脈血の酸素分圧の、係数によって調整された出力を、その出力および１つまたは複数の係数の関数として生成するように構成される。
【００５２】
コントローラは、プロセッサと、第１の態様および／または第２の態様の任意の実施形態において定義されたステップを実施するためにプロセッサによって実装されるソフトウェア命令とを備えることができる。
【００５３】
次に、本発明の例示的な実施形態について図を参照して述べる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、本発明の実施形態による方法ステップの例示的なシーケンスのステップの図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態を理解するための本明細書に記載の例示的な換気システムの構成要素の概略的なレイアウトの図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態を理解するための本明細書に記載の例示的な換気システムの酸素化装置の図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態を理解するための本明細書に記載の、図３の酸素化装置のための概略的な流れ分析の図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態を理解するための本明細書に記載の、換気システムと共に使用するためのガスブレンダの図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
背景として、酸素化装置は、酸素化ガスおよび静脈血を受け取り、酸素化ガスにさらすことによって血液を再酸素化し、酸素化された血液を動脈血として提供するように構成されたデバイスである。未使用の酸素化ガスは、排気ガスとして放出され、排気ガスは、血液によって渡された任意のガスをも搬送することになる。
【００５６】
本明細書では、酸素化ガスは、酸素化装置に関して「入口ガス」と呼ばれる。文献によっては、同じ酸素化ガスが異なるように（たとえば、ガス源に関して「出口ガス」と）呼ばれることがあることに留意されたい。本明細書では、出口ガスまたは排気ガスは、酸素化装置を離れるガスを示す。
【００５７】
（出願の理論および原理）
（血液酸素摂取を介したｐＯ２の決定）
酸素化ガス（酸素を含むガス成分の混合物）は、入口ガス流量ＧＩで酸素の分画ｆｉＯ２および二酸化炭素の分画ｆｉＣＯ２と共に酸素化装置に供給される。
【００５８】
酸素化装置では、入口ガスからの酸素Ｏ２が血液によって摂取される。残りのガスは、排気ガスとして排気ポート（下記で述べるように換気ポートもあるので、原理上排気ポート）を通って、排気ガス流量ＧＥで酸素化装置を離れる。排気ガスＧＥ中の酸素ＧＥＯ２の分画ｆｅＯ２の知識があることが望ましいことになる。なぜなら、これは排気ガス中の酸素Ｏ２の分圧ｐＯ２ＧＥおよび大気（周囲）圧Ｐａｔｍに直接関係するからである。
【００５９】
ｐＯ２ＧＥ＝ｆｅＯ２×Ｐａｔｍ          （１）
ｆｅＯ２＝ＧＥＯ２／ＧＥ              （２）
同等の考慮すべき点が、排気ガスＧＥ中の二酸化炭素ＣＯ２の分圧ｐＣＯ２ＧＥに当てはまる。
【００６０】
ｐＣＯ２ＧＥ＝ｆｅＣＯ２×Ｐａｔｍ      （３）
ｆｅＣＯ２＝ＧＥＣＯ２／ＧＥ          （４）
流量ＧＥ、ＧＥＯ２、およびＧＥＣＯ２は、日々の言葉で「量」と呼ばれることがあるが、従来、Ｌ／ｍｉｎで測定される。分画ｆｅＯ２および分画ｆｅＣＯ２は、百分率として与えられる。
【００６１】
分圧ｐＯ２ＧＥは、排気ガスＧＥに対する（排気ガスＧＥ中の酸素Ｏ２の）量ＧＥＯ２の割合を決定することによって計算することができることになる。
【００６２】
しかし、酸素化装置ハウジングの排気ポートにて測定される排気ガス流量ＧＥは、酸素化装置内のガス−血液界面（ガス−血液界面は、典型的には中空繊維の形態で提供される）を出る全ガスに直接関係するものではない。なぜなら、酸素化装置は気密でないからである。安全上の理由で、酸素化装置ハウジングは、排気ポートが遮断された場合に圧力増大を防止する換気ポートを備える。そのような圧力増大は、たとえば、生命を脅かす気体の血栓に通じる可能性がある。したがって、排気ガス流量ＧＥは、酸素化装置排気ポートにて測定される場合、換気ポートを通るガス流によって影響を受けることがあり、必ずしも酸素化装置内のガス−血液界面から渡される全排気ガスを正確に示さないことになる。
【００６３】
本発明者は、排気ガスＧＥ中の酸素Ｏ２の分画ｆｅＯ２を、（ａ）入口ガス酸素ＧＩＯ２として酸素化装置に供給される酸素と、（ｂ）酸素化装置内で血液によって摂取される酸素との差として決定することが可能であることを理解した。酸素化装置内で摂取される酸素は、（酸素富化状態で酸素化装置を出る）動脈血中の酸素の量ＢＥＯ２と、（酸素減少状態で酸素化装置に入る）静脈血ＢＩＯ２との差として表すことができる。
【００６４】
したがって、排気ガスＧＥ中の酸素Ｏ２の量ＧＥＯ２は、酸素化装置に供給される酸素ＧＩＯ２の量と血液によって摂取される酸素の量（ＢＥＯ２−ＢＩＯ２）との差によって表される。
【００６５】
ＧＥＯ２＝ＧＩＯ２−（ＢＥＯ２−ＢＩＯ２）          （５）
次に、値ＧＩＯ２および（ＢＥＯ２−ＢＩＯ２）について順に検討する。
【００６６】
（酸素供給ＧＩＯ２）
酸素Ｏ２の入口ガス流量ＧＩＯ２および二酸化炭素ＣＯ２の入口ガス流量ＧＩＣＯ２は、それぞれ全入口ガス流量ＧＩの分画ｆｉＯ２または分画ｆｉＣＯ２である。大気圧に対する酸素の分画ｆｉＯ２および二酸化炭素の分画ｆｉＣＯ２は、酸素または二酸化炭素の分圧、それぞれｐＯ２ＧＩおよびｐＣＯ２ＧＩを決定する。
【００６７】
ＧＩＯ２＝ＧＩ×ｆｉＯ２              （６）
ｆｉＯ２＝ｐＯ２ＧＩ／Ｐａｔｍ          （７）
ＧＩＣＯ２＝ＧＩ×ｆｉＣＯ２          （８）
ｆｉＣＯ２＝ｐＣＯ２ＧＩ／Ｐａｔｍ      （９）
式６から式９の右側の因子は、以下のように測定することができる。
【００６８】
ＧＩは、圧力降下技法によって測定することができる（流れが多いほど圧力降下が高い）。例示的な例を提供するために、入口ガス流量は、質量流量計または任意の他の好適な方法、たとえば、ベンチュリ管またはオリフィス板を使用して測定することができる。流量の単位は、通常、Ｌ／ｍｉｎ（１分＝６０秒）であるが、他の単位が使用されてもよいことを理解されたい。
【００６９】
入口ガス中の二酸化炭素の分圧ｐＣＯ２ＧＩは、入口ガス中の二酸化炭素ＣＯ２の分圧ｐＣＯ２ＧＩを示す出力をもたらす光学（非接触）センサで測定することができる。ｆｉＣＯ２は、式９に従って計算される。ｆｉＣＯ２は、無次元であり、典型的には、百分率として与えられる。
【００７０】
入口ガス中の酸素の分圧ｐＯ２ＧＩは、ガルバニ電池式酸素センサで測定することができる。ガルバニ電池式酸素センサは、入口ガス中の酸素の分圧に比例し、その結果、酸素濃度にもガス圧力にも比例する電圧を作り出す。この酸素センサは、既知のＯ２の分画を有する較正ガスで較正することができる。たとえば、それぞれが外部で確認されている酸素含有量を有する２つの較正ガスについて読取り値を得ることができる。第１の較正ガスは、２１％（ｖ／ｖ、空気中）の酸素の分画を有してもよい。第２の較正ガスは、１００％の酸素（すなわち、実際的な目的では、純酸素）を有してもよい。この酸素センサは、第１の較正ガスの第１のＯ２センサ読取り値をとることができる。この酸素センサは、第２の較正ガスの第２のＯ２センサ読取り値をとることができる。周囲ガス圧力Ｐａｔｍもまた測定することができ、その結果、センサを較正するときそれを考慮することができる。したがって、動作時には、センサ読取り値は、既知の酸素含有量値に関係付けることができ、また、周囲ガス圧力をも考慮することができる。ＦｉＯ２は百分率の値である。
【００７１】
Ｐａｔｍは、たとえば、一体化されたセンサからの直接測定を介して得ることができ、および／または入力パラメータとして提供されてもよい。たとえば、Ｐａｔｍは、酸素化装置の入口にて、または出口にて測定することができる。典型的なＰａｔｍ値は、１０１３ｍｂａｒ（１ａｔｍ）の領域内にある。
【００７２】
全入口ガス流ＧＩ、入口ガス酸素の分画ｆｉＯ２、入口ガス二酸化炭素の分画ｆｉＣＯ２を測定するためのセンサがセンサユニット内に設けられてもよい。これらのセンサは、単一のセンサユニット内に一体化されてもよい。好都合なことには、センサユニットは、酸素化ガス入口にて酸素化装置内に設置することができる。この目的のために好適な、例示的な測定システムは、英国グロスター、ＧＬ２  ９ＱＬのＳｐｅｃｔｒｕｍ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｌｔｄ（本出願人）から入手可能な診断モニタのＳｐｅｃｔｒｕｍ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍ（商標）レンジを含む。また、センサユニットは、大気圧Ｐａｔｍを測定するためのセンサを含んでもよい。
【００７３】
（血液酸素摂取（ＢＥＯ２−ＢＩＯ２））
酸素化装置内への酸素の供給ＧＩＯ２が、たとえば、低いｆｉＯ２分画および／または低い入口ガス流量ＧＩ（「スウィープ」として知られる）により、比較的低い条件では、患者による酸素の使用は、ガスの酸素含有量を著しく低下させるほど大きいものとなり得る。したがって、ＧＥＯ２を推定するためのアルゴリズムが、酸素供給が低いシナリオを含む広範な臨床シナリオに適用可能となることを確実にするために、ＢＥＯ２−ＢＩＯ２項により、患者による酸素消費を補償することが必要である。
【００７４】
酸素化装置では、酸素化ガスと血液の間の酸素Ｏ２の交換は、酸素分圧ｐＯ２、すなわち酸素化ガス中の酸素分圧、および血液中の分圧ｐＯ２ＢＬＯＯＤに依存する。すなわち、より高い酸素分圧は、より多くの酸素を血液中に溶解させ、血液酸素分圧を増大させる。他の影響がない場合、分圧は、時間の経過につれて平衡に達することになる。血液の注目すべき特性は、酸素はヘモグロビンによって結合されることになることである。ヘモグロビン結合酸素と血液酸素分圧との関係は複雑であり、ヘモグロビンの酸素結合特性は、温度、圧力、血液ｐＨなど様々な要因に依存するが、これらの要因は、話を簡単にするために本説明では省略する。単純なものとして、酸素分子は、ヘモグロビンに結合した後、もはや血液酸素分圧に直接貢献しないと仮定することができる。したがって、血液中の酸素の総量は、血液酸素分圧ｐＯ２ＢＬＯＯＤを決定する血漿中に溶解された酸素と、ｐＯ２ＢＬＯＯＤに貢献しないヘモグロビンに結合した酸素とを含む。ヘモグロビンは非常に効率的に酸素と結合し、生理的ヘモグロビン濃度では、ヘモグロビン結合酸素の量は、血漿溶解酸素を著しく超える。
【００７５】
動脈血ＢＥＯ２および静脈血ＢＩＯ２を決定するために、血漿中に直接溶解することによって入口ガスから取り上げられる酸素は、ヘモグロビンに結合したものに比べて無視できると仮定することができる。本発明者は、単純なものとして、入口ガス中の酸素は、ヘモグロビンに結合することによってのみ減少すると仮定することができることを理解した。同様に、酸素化装置内のヘモグロビン結合血液酸素の増大は、入口ガス酸素の消費に対応すると仮定することができる。
【００７６】
所与の体積の血液内のヘモグロビンに結合した酸素の量は、酸素結合部位の数、したがって、血液の体積当たりのヘモグロビン分子の数および酸素結合部位の酸素飽和度のレベルに依存する。したがって、静脈血ＢＩ中の酸素Ｏ２の量ＢＩＯ２および動脈血ＢＥ中の酸素Ｏ２の量ＢＥＯ２は、以下のように表すことができる。
【００７７】
ＢＩＯ２＝Ｈｂ×０．１５５１×Ｑ×４×ＳｖＯ２／１００          （１０）
ＢＥＯ２＝Ｈｂ×０．１５５１×Ｑ×４×ＳａＯ２／１００          （１１）
血液流Ｑ、動脈酸素飽和度ＳａＯ２、静脈酸素飽和度ＳｖＯ２、およびヘモグロビン濃度Ｈｂの値は、非接触測定（例は以下で述べる）によって得ることができる。従来、ＢＩＯ２、ＢＥＯ２、およびＱは、Ｌ／ｍｉｎ（１分＝６０秒）、Ｈｂは、ｇ／ｄｌ（１ｄｌ＝０．１Ｌ）、ＳａＯ２およびＳｖＯ２は、パーセントで与えられる。余談として、１モルのヘモグロビンは、６４，４５８ｇの重量である。１ｇのヘモグロビンは、０．０１５５１モルを構成し、０．１５５１の倍数により、ｇ／ｄｌをｍｍｏｌ／Ｌに変換することができる。式１０および式１１では、４倍が、ヘモグロビンの各分子に結合することができる酸素分子の数を反映する。
【００７８】
血液流Ｑは、任意の好適な手段、たとえばドップラ流量計によって、または蠕動ローラポンプのポジティブディスプレイスメントを決定することによって測定することができる。流量Ｑの単位は、通常、Ｌ／ｍｉｎである。
【００７９】
酸素飽和度ＳＯ２（動脈酸素飽和度ＳａＯ２および静脈酸素飽和度ＳｖＯ２）およびヘモグロビン濃度Ｈｂは、酸素化装置の好適な位置に配置可能な非接触光学測定方法によって測定することができる。例示的な光学測定は、ＬＥＤおよび多波長光センサを使用し、血液吸収特性を決定する（血液の赤色度がヘモグロビン酸素化状態に応じて変化する）。飽和度の単位は、無次元であり、典型的には、パーセントで与えられる。ヘモグロビン濃度は、従来、ｇ／ｄｌで与えられる。
【００８０】
流量Ｑ、ヘモグロビン濃度Ｈｂ、ならびに両動脈酸素飽和度および静脈酸素飽和度を測定することが可能な例示的な測定システムは、英国グロスター、ＧＬ２  ９ＱＬのＳｐｅｃｔｒｕｍ  Ｍｅｄｉｃａｌ  Ｌｔｄ（本出願人）から入手可能な診断モニタのＳｐｅｃｔｒｕｍ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍ（商標）レンジである。
【００８１】
非接触センサを使用し、Ｑ、Ｈｂ、ＳａＯ２、およびＳｖＯ２を測定するとき、式１０および式１１を介して、血液に接触することなしにＢＩＯ２およびＢＥＯ２を決定することが可能である。これは、Ｃｌａｒｋタイプの電極など接触電極を使用することよりも有利である。たとえば従来のＣｌａｒｋタイプの電極が使用前の較正用の参照センサとして使用されることになる場合でさえ、数量Ｑ、Ｈｂ、ＳａＯ２、およびＳｖＯ２の連続測定中、これにより血液センサを直接血液に接触させなければならないことが回避される。当然ながら、式１０および式１１は、非接触センサに限定されず、任意の好適なセンサを使用し、これらの数量を測定することができる。
【００８２】
さらに、関連の時間スケール中、（酸素化装置に入る）静脈血の、および（酸素化装置を離れる）動脈血のヘモグロビンの量は、安定したままであり、血液流量Ｑも同様であると仮定することができる。したがって、血液酸素摂取（ＢＥＯ２−ＢＩＯ２）は、式１２によって表すことができる。
【００８３】
（ＢＥＯ２−ＢＩＯ２）＝Ｈｂ×０．１５５１×Ｑ×４×（ＳａＯ２−ＳｖＯ２）／１００        （１２）
これは、単一の場所での血液流Ｑおよび／またはヘモグロビン濃度Ｈｂについてセンサを使用して値ＢＥＯ２およびＢＩＯ２決定することを可能にする。誤解を避けるために、酸素飽和度測定には、動脈酸素飽和度ＳａＯ２のために１つ、静脈酸素飽和度ＳｖＯ２のために１つの２つのセンサが使用される。
【００８４】
（排気ガス中の酸素の量ＧＥＯ２を分画ｆｅＯ２に関連付ける）
式５を介して、排気ガス中の酸素Ｏ２の量ＧＥＯ２を、排気ガスセンサなしで決定することができる。次いで、式２および式４を解くために、排気ガス流ＧＥの知識が必要とされる。
【００８５】
（排気ガス流ＧＥの直接決定）
本明細書の後の方で、酸素化装置の主排気ポートからの流量ＧＥを制御することを可能にする非従来型の灌流システム設計についての説明が続く。これは、灌流システムの制御パラメータからＧＥを決定する方法を提供する。
【００８６】
（排気ガス流ＧＥの間接的な決定）
しかし、従来の酸素化装置の場合、排気ガス流量を制御することは可能でない。上記のように、酸素化装置は閉じたシステムでないため、従来の酸素化装置の排気ポートにて測定される排気ガス流ＧＥは、酸素化装置内のガス−血液界面を出る排気ガスの量を正確に示さない。排気ガス流量ＧＥを直接決定するための代替形態が、本説明の以下の部分で提供される。
【００８７】
酸素化装置から移送される排気ガスＧＥは、Ｏ２、ＣＯ２、およびＮ２からなると仮定する。水Ｈ２Ｏの量は、無視できると仮定する。同様に、貴ガスおよび一般的なフッ化麻酔薬など実質的に不溶性のガスの量は、無視できる、またはｐＯ２予測のための窒素項Ｎ２と共に含まれるものと仮定する。
【００８８】
ＧＥ＝ＧＥＯ２＋ＧＥＣＯ２＋ＧＥＮ２          （１３）
ＧＥＯ２は、式（５）を介して決定される。
【００８９】
ＧＥＣＯ２：式４によれば、排気ガス中の二酸化炭素の量ＧＥＣＯ２は、二酸化炭素の分画ｆｉＣＯ２および排気ガスＧＥの量に依存する。しかし、下記の式１７から式１９に示されるように、全排気ガス流ＧＥ中の二酸化炭素ＣＯ２の分画ｆｅＣＯ２を直接測定することで、ＧＥの推定値を決定する目的は満たされることになる。ｆｅＣＯ２センサは、酸素化装置の排気ポートにおけるスタンドアロンセンサとすることができる。
【００９０】
ＧＥＮ２：Ｎ２の量、および任意の不活性または大部分が不溶性のガスの量は、酸素化中、一定したままである、すなわち、Ｎ２は血液によって摂取されることも渡されることもないと仮定する。
【００９１】
ＧＥＮ２＝ＧＩＮ２          （１４）
ＧＩＮ２を決定するために、ガス混合物ＧＩはＯ２、ＣＯ２、およびＮ２だけからなり、一方、水Ｈ２Ｏの量および貴ガスの量は無視できる、および／またはＧＩＮ２項と共に含まれるとみなすことができると仮定する。
【００９２】
ＧＩ＝ＧＩＯ２＋ＧＩＣＯ２＋ＧＩＮ２          （１５）
式１５の右側の項を式６および式８で置き換えることにより、窒素Ｎ２の流量ＧＩＮ２は、以下のように表すことができる。
【００９３】
ＧＩＮ２＝ＧＩ×［１−（ｆｉＯ２＋ｆｉＣＯ２）］          （１６）
式１６の右側の項、ＧＩ、ｆｉＯ２、およびｆｉＣＯ２は、上記のように酸素化装置の入口にてセンサによって測定することができ、入口ガスＧＩ中の窒素Ｎ２の量ＧＩＮ２または出口ガスＧＥ中の量ＧＥＮ２を別々に測定する必要を回避する。
【００９４】
したがって、出口ガス流ＧＥの十分に代表的な推定値を、式５（ＧＥＯ２の場合）、式４（ＧＥＣＯ２の場合）、ならびに式１４および式１６（ＧＥＮ２の場合）を使用して式１３の右側の項を置き換えることによって決定することができる。
【００９５】
ＧＥ＝ＧＥＯ２＋ＧＩＮ２＋（ｆｅＣＯ２×ＧＥ）                        （１７）
したがって、ＧＥ−（ｆｅＣＯ２×ＧＥ）＝（ＧＥＯ２＋ＧＩＮ２）        （１８）
したがって、ＧＥ＝（ＧＥＯ２＋ＧＩＮ２）／（１−ｆｅＣＯ２）          （１９）
排気ガス中の二酸化炭素の分画ｆｉＣＯ２は、主酸素化装置排気ポートからの直接センサ測定によって正確に決定されると仮定することができる。
【００９６】
式１９を介してＧＥの推定を決定したので、排気ガス中の酸素の分圧ｐＯ２ＧＥは、式１および式２を介して得ることができる。
【００９７】
（ｐＯ２ＧＥの精度をさらに高める）
背景により、単位Ｌ／ｍｉｎの入口流量は、理想的なガス条件、したがって、標準温度および圧力（ＳＴＡＰ）で１モルのガスが２２．４１Ｌと結合すると仮定することによって、ｍｍｏｌ／ｍｉｎに変換することができる。システムは、測定されたガス圧力を調整するように構成されてもよい。実際には、周囲空気が２０℃の温度を有すると仮定することによって、十分な精度を達成することができる。あるいは、周囲温度をセンサによって測定してもよく、Ｌ／ｍｉｎをｍｍｏｌ／ｍｉｎに変換するとき温度を考慮することができる。
【００９８】
血液温度は、血液酸素の分圧ｐＯ２ＢＬＯＯＤに影響を及ぼす。血液温度ＴＢＬＯＯＤに相関される線形オフセット、温度項ｏｆｆｓｅｔＴＥＭＰを適用することによって温度の影響を補償することが可能であることが、本発明者によって見出されている。
【００９９】
ｏｆｆｓｅｔＴＥＭＰ＝２×（３７−ＴＢＬＯＯＤ）          （２０）
血液温度ＴＢＬＯＯＤは、酸素化装置を出入りする血液の、摂氏の温度である。血液温度は、任意の好適な温度計によって測定することができる。温度計は、好適な場所に配置することができる。
【０１００】
酸素摂取ＢＥＯ２−ＢＩＯ２を前述のようにして計算するとき、酸素化装置の効率について単純化の仮定をする。この単純化の仮定は、酸素化に使用可能な交換面積、血液流量（流速が遅いほど、平衡に達するために時間がかかる）、および動脈血の所望の酸素化に対する静脈血の酸素負荷（差が大きいほど、より多くの酸素が酸素化装置の膜を横断する必要がある）を含む要因によって酸素飽和度が影響を受けることを無視する。これは、血液流量Ｑおよび飽和度の差（動脈酸素飽和度レベルＳａＯ２−静脈酸素飽和度レベルＳｖＯ２）の非線形の影響をもたらす。この影響は、酸素化装置のタイプに依存し、酸素化装置項ｏｆｆｓｅｔＯＸＹＧＥＮＡＴＯＲによって表すことができる。
【０１０１】
ｏｆｆｓｅｔＯＸＹＧＥＮＡＴＯＲ＝Ａ×Ｑ＋Ｂ×（ＳａＯ２−ＳｖＯ２）＋Ｃ×（Ｑ×（ＳａＯ２−ＳｖＯ２））        （２１）
酸素化装置項ｏｆｆｓｅｔＯＸＹＧＥＮＡＴＯＲは、血液酸素摂取（ＳａＯ２−ＳｖＯ２）を定義する項を含むので、酸素化装置項は、酸素化装置内の血液によって摂取される酸素の量を示す血液酸素摂取値を構成する。
【０１０２】
式２１内の係数Ａ、Ｂ、およびＣは、テスト値と、所与の酸素化装置のタイプについて得られる実験データとの最良適合によって決定される。例示的な例を提供するために、市販のＭｅｄｔｒｏｎｉｃ  Ｆｕｓｉｏｎ酸素化装置およびＴｅｒｕｍｏ  ＲＸ２５酸素化装置に対する式１８のための係数は、以下の領域にあり得る。
【０１０３】
Ａ＝−４．１１９２３７９          （２２）
Ｂ＝１．４８０７９４４            （２３）
Ｃ＝−１．５３３０６７９          （２４）
これらの係数は、酸素化装置のタイプと、酸素化装置の膜の表面積および／または効率とに依存する。実際には、これらの係数は、所与の酸素化装置モデルについて、計算されるｐＯ２ＢＬＯＯＤと、たとえば従来の血液ガス分析器を使用して参照法によって測定されるｐＯ２ＢＬＯＯＤとの差を確立することによって得られる。この差は、それぞれが異なる条件下で酸素化される複数の血液試料について確立される。酸素化条件は、血液流量、温度、入口ガス流量、入口ガス酸素濃度、および／または静脈血酸素化飽和度によって異なることがある。血液試料の数は、酸素化装置の典型的な使用中に予想される値、および臨床現場で予想されない値を含めて、各条件について広範な値を網羅するように選ばれる。次いで、係数Ａ、Ｂ、およびＣは、適切な方法を使用して、ｐＯ２ＢＬＯＯＤについて参照値（血液ガス分析器の値）と計算値との差が最小化されるように調整される。たとえば、式２２から式２４の例示的な係数Ａ、Ｂ、Ｃは、（Ｌｅｖｅｎｂｅｒｇ−Ｍａｒｑｕａｒｄｔアルゴリズムを使用して）最小二乗適合法を使用して記述的モデルが準備された４０の試料から測定された値に基づいて決定された。式２１は、例示のために提供されており、他の適合法が使用されてもよい。たとえば、本例は、３つの係数Ａ、Ｂ、およびＣを使用しているが、酸素化装置項ｏｆｆｓｅｔＯＸＹＧＥＮＡＴＯＲを表すためにどの数学的モデルが使用されるかに応じて、異なる数の係数が適切なものになり得る。これらの係数は、製造またはセットアップ中にオフラインで決定することができる。これは、必要とされる場合、特定の酸素化装置について、数学的モデルを最適化することを可能にする。これらの係数は、たとえばソフトウェア更新として、既存の機器に対するレトロフィットの形態で調整されてもよい。これらの係数は、セットアップページ上で入力することができることが企図されている。セットアップページは、許可された人だけがアクセス可能なものとすることができる。
【０１０４】
酸素分圧のより正確な推定値ｐＯ２ＥＳＴが、温度項ｏｆｆｓｅｔＴＥＭＰおよび／または酸素化装置項ｏｆｆｓｅｔＯＸＹＧＥＮＡＴＯＲを、式１を介して決定される分圧ｐＯ２ＧＥに適用することによって得られる。
【０１０５】
ｐＯ２ＥＳＴ＝ｐＯ２ＧＥ＋ｏｆｆｓｅｔＴＥＭＰ＋ｏｆｆｓｅｔＯＸＹＧＥＮＡＴＯＲ    （２５）
したがって、酸素分圧のより正確な推定値ｐＯ２ＥＳＴは、動脈血中の酸素の分圧の出力、すなわち、排気ガス中の酸素の分圧の推定値（ｐＯ２ＧＥによって構成される推定値）に基づいて、また血液酸素摂取値（酸素化装置内で摂取される酸素の量を示す項ｏｆｆｓｅｔＯＸＹＧＥＮＡＴＯＲによって構成される血液酸素摂取値）に基づいて式２５によって生成される本発明の出力と理解することができる。
【０１０６】
使用時には、臨床現場の様々なパラメータが、推定値ｐＯ２ＥＳＴと、酸素化装置を離れる動脈血の実際の分圧ｐＯ２ＢＬＯＯＤとの間で動作オフセットを引き起こすことがある。この動作オフセットは、推定の精度をさらに改善するために、較正または同期ステップによって考慮することができる。
【０１０７】
同期は、血液ガス分析器を使用して分圧ｐＯ２ＢＧＡを測定し、その値を推定値ｐＯ２ＥＳＴに比較し、同期オフセットｏｆｆｓｅｔＳＹＮＣを計算することを含む。
【０１０８】
ｏｆｆｓｅｔＳＹＮＣ＝ｐＯ２ＢＧＡ−ｐＯ２ＥＳＴ          （２６）
換気手順中、血液試料が患者から日常的に得られ、ｐＯ２またはｐＣＯ２を含めて、それらの血液パラメータが、通常、いくつかの血液分析物を測定する血液ガス分析器で測定される。換気手順中、２、３、またはそれ以上の血液試料が患者から採取され、外部で（たとえば、血液ガス分析器内で）分析されることは、珍しいことではない。
【０１０９】
血液試料が日常の分析のために採取される時間は、サンプリングイベントとして登録することができ、試料を、サンプリングイベント中に推定される推定分圧ｐＯ２ＥＳＴと共に登録する。血液分析からの値が使用可能になった後（これは数分かかることがある）、これらを推定値に関係付けることができる。たとえば、血液分析値ｐＯ２ＢＧＡをサンプリングイベント時に決定されるｐＯ２ＥＳＴのための値と相関し、式２６を介して同期オフセットを得るようにプロセッサを構成することができる。同期オフセットは、より正確な読取り値を提供するために、すべての将来の値に適用することができる。また、同期オフセットを遡及的に、すなわち、以前の時点で決定および記録されたｐＯ２ＥＳＴの値に適用することも可能であろう。
【０１１０】
式２６を洗練するために、サンプリングイベント中に計算される分圧推定値ｐＯ２ＥＳＴＳＡＭＰＬＥについての試料値ｐＯ２ＢＧＡＳＡＭＰＬＥから、同期オフセットｏｆｆｓｅｔＳＹＮＣＳＡＭＰＬＥが決定される。
【０１１１】
ｏｆｆｓｅｔＳＹＮＣＳＡＭＰＬＥ＝ｐＯ２ＢＧＡＳＡＭＰＬＥ−ｐＯ２ＥＳＴＳＡＭＰＬＥ        （２７）
次いで、式２７を介して決定されたオフセットを後続のｐＯ２推定値ｐＯ２ＥＳＴＣＵＲＲＥＮＴに適用することによって、後続の血液酸素分圧値ｐＯ２ＢＬＯＯＤＣＵＲＲＥＮＴが計算される。
【０１１２】
ｐＯ２ＢＬＯＯＤＣＵＲＲＥＮＴ＝ｐＯ２ＥＳＴＣＵＲＲＥＮＴ＋ｏｆｆｓｅｔＳＹＮＣＳＡＭＰＬＥ  （２８）
同期値を得るためには、日常の血液ガス分析または同等の分析を実施しなければならないことがあるにしても、式２８を介して得られる血液酸素分圧推定は、血液試料分析より頻繁に実施することができる。すなわち、結果を連続的に、または予め定義された間隔で、たとえば毎秒、提供することができる。
【０１１３】
新しい血液試料が血液ガス分析のために採取されるときはいつでも、同期を繰り返すことができる。すなわち、式２７を介して同期オフセット値ｏｆｆｓｅｔＳＹＮＣＳＡＭＰＬＥを更新するために、サンプリングイベントを登録することができ、次いで、その同期オフセット値は、その後、式２８を介して適用される。
【０１１４】
（直接測定によるｐＯ２の決定）
上述のアルゴリズムを使用して式５を介してｐＯ２ＢＬＯＯＤを決定する代替として、本発明者は、血液酸素分圧ｐＯ２ＢＬＯＯＤを排気ガス酸素分圧ｐＯ２ＧＥに直接関係付けることができることを発見した。
【０１１５】
ｐＯ２ＧＥを直接測定することは、入口ガス特性（ＧＩ、ｆｉＯ２、ｆｉＣＯ２）または他の（非Ｏ２）排気ガス特性（ｆｅＣＯ２など）の知識を必要としない。しかし、ｐＯ２ＧＥは、直接測定される場合、酸素化装置の換気ポートまたは補助ポートを通過するガスの量によって影響を受け、したがって、入口ガス中の未消費の酸素に、酸素化装置内のガス−血液界面を出る時点で直接関係すると仮定することができない。余談として、市販のｐＯ２センサは、１大気圧（１ａｔｍ＝１０１３ｍｂａｒ）を参照して読取り値がとられるという仮定に基づいて、ｐＯ２ＧＥの値を百分率として提供することができる。
【０１１６】
血液温度ＴＢＬＯＯＤ、血液流Ｑ、ならびに動脈血飽和度ＳａＯ２および静脈血飽和度ＳｖＯ２を測定することが可能なセンサシステムを使用して、上記の式２０および式２１に同等の調整項を計算し、血液酸素分圧のための推定分圧ｐＯ２ＥＳＴを提供することができる。
【０１１７】
ｏｆｆｓｅｔＴＥＭＰ＝２×（３７−ＴＢＬＯＯＤ）          （２９）
ｏｆｆｓｅｔＯＸＹＧＥＮＡＴＯＲ＝Ａ×Ｑ＋Ｂ×（ＳａＯ２−ＳｖＯ２）＋Ｃ×（Ｑ×（ＳａＯ２−ＳｖＯ２））    （３０）
ｐＯ２ＥＳＴ＝ｐＯ２ＧＥ＋ｏｆｆｓｅｔＴＥＭＰ＋ｏｆｆｓｅｔＯＸＹＧＥＮＡＴＯＲ  （３１）
係数Ａ、Ｂ、およびＣは、前述のように決定可能である。具体的には、酸素化装置項ｏｆｆｓｅｔＯＸＹＧＥＮＡＴＯＲは、血液酸素摂取を定義する項（ＳａＯ２−ＳｖＯ２）を含むので、酸素化装置項は、酸素化装置内の血液によって摂取される酸素の量を示す血液酸素摂取値を構成する。同様に、ｐＯ２ＥＳＴは、動脈血中の酸素の分圧の出力、すなわち、排気ガス中の酸素の分圧の推定値（ｐＯ２ＧＥによって構成される推定値）に基づいて、また血液酸素摂取値（酸素化装置内で摂取される酸素の量を示す項ｏｆｆｓｅｔＯＸＹＧＥＮＡＴＯＲによって構成される血液酸素摂取値）に基づいて式３１によって生成される本発明の出力と理解することができる。
【０１１８】
本発明の一態様は、式１〜式１９に必要とされる入力値を測定することによって、および式１〜式１９を処理するように構成されたプロセッサによって、または排気ガス中の酸素分圧ｐＯ２ＧＥの直接測定によって、排気ガス中の酸素の分圧ｐＯ２ＧＥの推定値を連続的に決定するように構成されているセンサシステムを含む。実際には、このシステムは、定義された間隔で、たとえば毎秒、値を記録することができる。
【０１１９】
このシステムは、式２５または式３１に従って推定分圧ｐＯ２ＥＳＴを計算するために、温度項ｏｆｆｓｅｔＴＥＭＰおよび／または酸素化装置項ｏｆｆｓｅｔＯＸＹＧＥＮＡＴＯＲを適用するように構成されてもよい。
【０１２０】
同期のために、センサシステムは、サンプリングイベントを登録するように構成されてもよい。サンプリングイベントは、血液試料が採取され、血液サンプリング時に決定されるｐＯ２推定値を血液試料に関連付けることができるとき発生する。臨床現場では、血液試料値が使用可能になるまで数分かかることがある。この時の間、センサシステムは、ｐＯ２推定値の決定を継続することができる。血液分析からの値が使用可能になった後で、それらをセンサシステムに入力することができる。センサシステムは、血液分析値を、サンプリングイベント中に決定されるｐＯ２推定値と相関するように構成される。これは、血液値と、決定されることになる推定値との間で偏差があればそれを可能にし、同期値をセンサ値に適用することができる。次いで、同期値を、センサシステムによって決定される将来のｐＯ２推定値に適用することが可能である。
【０１２１】
このようにして、多数の血液試料を採取および分析することが実際的でないとしても、多数の読取り値をもたらすことができる。ｐＯ２推定値は、連続的に、または定義された間隔で決定することができる。
【０１２２】
適切な場合はいつでも、同期オフセットを更新するために、たとえば、介入中に採取された血液試料の数に従って、複数のサンプリングイベントを登録することができる。
【０１２３】
同期オフセットを適用することにより、血液接触なしに得ることができる酸素分圧ｐＯ２ＧＥから導出される推定値に基づいて、動脈酸素分圧ｐＯ２ＢＬＯＯＤをより正確に決定することができる。
【０１２４】
（温度の考慮すべき点）
多数の血液分析物の読取り値が温度に依存するため、ｐＯ２およびｐＣＯ２の血液ガス値は、典型的には、標準化された温度で得られる。大多数の血液ガス分析器は、標準化された温度として血液試料温度を３７℃に設定する。
【０１２５】
しかし、また分圧ｐＯ２およびｐＣＯ２は温度依存である。酸素化装置内で循環する血液が血液ガス分析器内の温度制御された試料とは異なる温度を有する場合がしばしばである。たとえば、患者の体温および血液は、手術中、３７℃より著しく低く冷却されることがあるが、血液ガス分析器は、血液を日常的に３７℃に加温することができる。対照的に、酸素化装置からセンサによって得られる値は、患者の温度に近くなる。血液温度間の差は考慮する必要がある。
【０１２６】
温度調整された値ｐＯ２ＡＤＪまたはｐＣＯ２ＡＤＪをそれぞれ得るための好適な温度調整は、既知の式を使用して得ることができる。
【０１２７】
【数１】
2018508284.tif 000003
ｐＣＯ２ＡＤＪ＝ｐＣＯ２ＢＬＯＯＤ１０（０．０１９）＊（ｔ−３７）          （３３）
式３２は、Ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ  ＡＭＬ−３によって使用されている公式に対応し、式３３は、Ｃｏｒｎｉｎｇ  Ｍｏｄｅｌｓ  １７８、１７０、１６８、および１５８によって使用されている公式に対応し、共にＥｄｗａｒｄ  Ｒ．  Ａｓｈｗｏｏｄによって、Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  Ｖｏｌ  ２９  Ｎｏ  １１、１８７７頁（１９９３）において報告されている。
【０１２８】
（例示的な手順）
図１を見ると、上記の原理による方法１００のステップのシーケンスが示されている。ステップ１１０では、酸素化装置を通じて酸素化するために血液が提供される。ステップ１２０では、１つまたは複数のガス値を決定するのに適したセンサシステムが提供される。ステップ１３０では、１つまたは複数の血液値を決定するのに適したセンサシステムが提供される。ステップ１４０では、１つまたは複数のガス値が決定され、ガス値は、酸素化装置の排気ガス中の酸素の分圧の推定値を含む。ステップ１５０では、１つまたは複数の血液値が決定され、血液値は、酸素化装置内の血液によって摂取される酸素の量を示す血液酸素摂取値を含む。ステップ１６０では、排気ガス中の酸素の分圧の推定値を調整するために、血液酸素摂取値を使用することによって、出力が生成される。
【０１２９】
方法１００のいくつか、またはすべてのステップが、上記のアルゴリズムの１つまたは複数を実施するために実施されてもよい。
【０１３０】
ステップ１５０は、酸素化装置に入る血液の静脈酸素飽和度を測定すること、酸素化装置を離れる血液の動脈酸素飽和度を測定すること、および動脈酸素飽和度と静脈酸素飽和度との差の関数として血液酸素摂取値を計算することを含むことができる。
【０１３１】
ステップ１５０は、酸素化装置を通過する血液の流量、温度、および／またはヘモグロビン濃度を測定することを含むことができる。ステップ１５０は、血液酸素摂取値を、流量、温度、および／またはヘモグロビン濃度の関数として計算することを含むことができる。ステップ１６０は、出力を流量、温度、および／またはヘモグロビン濃度の関数として計算することを含むことができる。
【０１３２】
ステップ１４０は、排気ガス中の酸素の分圧の測定値を得ること、および測定値を推定値として使用することを含むことができる。
【０１３３】
ステップ１４０は、酸素化装置を離れる排気ガス中の酸素の量および排気ガスの量を決定すること、排気ガス中の酸素の分画を排気ガス中の酸素の量と排気ガスの量の比として決定すること、および排気ガス中の酸素の分画から排気ガス中の酸素の分圧の推定値を導出することを含むことができる。
【０１３４】
ステップ１４０は、酸素化装置に入る酸素の量を示す入口ガス値を決定することをさらに含むことができる。ステップ１６０は、排気ガス中の酸素の量を入口ガス値と血液酸素摂取値との差に基づいて決定することを含むことができる。
【０１３５】
ステップ１４０は、酸素化ガスの総量、酸素化ガス中の酸素の量もしくは分画、酸素化ガス中の二酸化炭素の量もしくは分画、および排気ガス中の二酸化炭素の量もしくは分画のうちの１つまたは複数を測定することを含むことができる。
【０１３６】
図１には、酸素化装置の酸素化効率を特徴付ける方法２００が含まれている。方法２００は、複数の血液試料について方法１００のステップを使用する。
【０１３７】
ステップ１７０では、動脈血中の酸素の分圧の参照値が、従来の血液ガス分析器内で血液を測定することによってなど、参照法を使用して得られる。
【０１３８】
ステップ１８０では、ステップ１６０において生成された出力と、ステップ１７０において測定された参照値との差を表すために、オフセット値が計算される。オフセット値は、出力を調整するために使用することができる。
【０１３９】
ステップ１９０では、酸素化装置の酸素化効率を表すモデルのための１つまたは複数の係数が、複数のオフセット値に基づいて計算される。
【０１４０】
ステップ２１０では、血液試料または血液体積が、酸素化装置内での酸素化のために提供され、ステップ１１０からステップ１６０のための条件の１つまたは複数は、ステップ１１０からステップ１６０が繰り返される前に変更される。
【０１４１】
（流量制御酸素化装置）
上記のアルゴリズムは、補助／換気ポートを通過するガスまたは周囲空気の量／割合が未知の数量として扱われ、その結果、排気ガスの量ＧＥおよびその成分が、酸素化装置内のガス−血液界面を出る排気ガスの量に直接関係付けることができないという意味で従来型である酸素化装置に当てはまる。
【０１４２】
いくつかの実施形態を理解するために、本明細書には、酸素化装置内への酸素化ガスおよび／または酸素化装置から排気ガスの流量をガス流パラメータの制御によって決定することができる非従来型の酸素化システムが記載されている。本明細書では、そのような非従来型の酸素化システムは、「流量制御」酸素化システムと呼ばれることがある。本明細書に開示されている流量制御酸素化システムは、本出願人の同時係属の英国特許出願ＧＢ１４２１４９８．５に記載されている。
【０１４３】
本発明の実施形態は、流量制御酸素化システム内に組み込まれても、それを利用してもよい。その場合、主酸素化装置排気ポートからの排気ガスの流量ＧＥを、血液または酸素化ガスパラメータを決定する際に考慮することができる。たとえば、上記の式１９によりＧＥを決定する代わりに、ＧＥの推定値を流量制御パラメータから導出することが可能になり得る。
【０１４４】
１つの動作モードでは、流量制御酸素化システムは、ガス−血液界面を離れるガスの分画だけを吸い上げる流量を適用することを可能にすることができる。排気ガスの残りの量は、排気ポートを介して酸素化装置を離れることになる。その場合、酸素化装置排気ポートを通る排気ガスの分画の組成は、排気ポートを介して引き込まれる周囲空気によって希釈されないので、酸素化装置内のガス−血液界面を離れるガスの組成に密接に対応することになる。これは、排気ガス中の酸素の分画ｆｅＯ２など排気ガスの成分の分画をより正確に測定することを可能にすることになる。この動作モードは、未使用の酸素化ガスが酸素化装置から漏れる心配がない場合、たとえば、麻酔なしの体外換気中に適切なものとなり得る。
【０１４５】
１つの動作モードでは、流量制御酸素化システムは、酸素化装置内のガス−血液界面を離れる排気ガスのすべて、また換気ポートを介して酸素化装置ハウジング内に引き込まれる周囲空気を吸い上げるのに十分高い流量を可能にすることができる。その場合、酸素化装置排気ポートを通る排気ガスの組成は、周囲空気を含む。この動作モードは、酸素化装置からの未使用の酸素化ガス（たとえば、未使用の麻酔薬を含む）の通過が関心事である場合に適切なものとなり得る。この動作モードは、酸素化装置内への酸素化ガスの流量が低い場合、十分に正確な測定を達成するためにも必要となり得る。周囲空気の組成の知識、および酸素化装置に入る酸素化ガスの流量の知識があれば、ガス−血液界面直後の酸素濃度を決定することができる。
【０１４６】
異なる動作モードを介して決定される値、たとえば排気ガス成分の分画、または排気ガスの量が、上記のアルゴリズムを解くために使用されてもよい。
【０１４７】
特に、本発明者は、本明細書に記載の様々な方法を補完的に使用することができることを企図する。たとえば、流量制御酸素化装置では、排気ガスの流量ＧＥは、上記の式１９を介しても、流量制御パラメータからの導出を介しても決定することができる。
【０１４８】
（流量制御酸素化システムの構成要素概要）
図２は、本発明の実施形態と共に使用するための流量制御換気システムのシステム構成要素の概要を提供する。背景として、酸素化装置は、酸素化ガスおよび静脈血を受け取り、酸素化ガスにさらすことによって血液を再酸素化し、酸素化された血液を動脈血として提供するように構成されたデバイスである。未使用の酸素化ガスは、排気ガスとして放出され、排気ガスは、血液によって渡された任意のガスをも搬送することになる。簡単に言えば、肺（血液）バイパスループがガス（酸素）ラインと交差する。肺バイパスループは、血液が酸素化され患者に戻るように、患者から血液を循環させる。ガスラインは、血液酸素化のための酸素化ガスを提供する。
【０１４９】
（肺バイパスループ（血液））
患者（図２には図示せず）からの静脈血は、矢印１２によって示される方向で、リザーバ１０に向かって、静脈ラインＶを介して循環される。静脈血は、リザーバ１０から、ポンプ１３によって矢印１４によって示される方向で酸素化装置２０に向かって汲み上げられる。酸素化装置２０では、血液が酸素化される。血液は、酸素化装置２０を離れ、動脈血として、動脈ラインＡを介して、矢印１６によって示される方向で患者に向かって供給される。酸素化装置２０を出る再酸素化された血液の流量を測定するために、流量センサ１８が設けられている。酸素化装置２０を出る再酸素化された血液の温度を測定するために、温度センサ２２が設けられている。送水ライン２１が、予め定義された温度を維持するために酸素化装置２０を水槽に接続する。
【０１５０】
（酸素化ガスライン）
ガスサーキュレータ３５は、酸素化ガスを準備するためのブレンダ３０を備える。本明細書に記載の特定の実施形態では、ブレンダは、排気ガスを除去するための真空サブシステム４０をも備える。しかし、従来の酸素化ガスブレンドシステムは、真空サブシステムを備えていない。
【０１５１】
所定の純度の窒素（Ｎ２）および酸素（Ｏ２）などガスが、病院供給ライン３２からブレンダ３０に供給される。約７９％の窒素および２１％の酸素の組成を有する圧縮空気が供給されることもある。病院供給のガスは、微量の二酸化炭素および／または貴ガスを含むことがある。病院幹線は、低圧源または真空源をも提供する。病院供給は、所定の組成の酸素化ガス、または所定の純度にある酸素をも含むことがあり、これらは、供給ライン５７を介してブレンダ３０に供給され得る。
【０１５２】
ブレンダ３０では、ガスが、酸素化装置２０に供給されることになる組成に混合され、矢印３４によって示される方向で供給ライン２４を介して供給される。酸素化装置２０では、静脈血のヘモグロビン分子が酸素を摂取し、二酸化炭素を放出することになる。酸素化装置２０では、廃物の麻酔ガスなど他のガスが酸素化装置から放出されることも、酸素化装置内で摂取されないこともある。酸素化装置２０内で放出される、または酸素化装置２０を通過するガス、および入口ガスから摂取されないガス成分は、廃ガスまたは排気ガスとして収集され、排気ライン２６を介して、矢印３６の方向で酸素化装置２０を離れ、移送される。排気ライン２６を介したガス流は、真空によって支援される。本明細書に記載の実施形態では、真空は、ガスサーキュレータ３５の一部である真空サブシステム４０を介して供給される。従来、酸素化装置は、病院真空ポートに直接接続される。
【０１５３】
（構成要素の動作）
次に、酸素化装置２０、ブレンダ３０、および真空サブシステム４０の動作について、図３、図４、および図５を参照してより詳細に述べる。
【０１５４】
（酸素化装置２０）
ＣＯ２を担持する静脈血は、図３および図４に詳細に示されているように、静脈ラインＶを介して（方向１４で）酸素化装置２０に入る。静脈血は、本明細書では記号ＢＩによって示される状態で、酸素化装置２０に入る。具体的には、この血液は、単位時間当たりある量の酸素ＢＩＯ２と、ある量の二酸化炭素ＢＩＣＯ２とを移送する。
【０１５５】
図３は、酸素化装置２０内の血液による酸素の摂取を示す。静脈血は、酸素化装置２０内で、ライン１５に沿って移送され、ライン２５に沿って移送されるガス混合物、ブレンダ３０からの入口ガスＧＩにさらされる。ガス混合物ＧＩは、より高い酸素分圧と、血液より低い二酸化炭素分圧とを有し、ヘモグロビンにＣＯ２を放出させ、Ｏ２を摂取させる。図３は並流交換を概略的に示すが、酸素化装置は、実際には対向流交換を使用する。
【０１５６】
図４は、流れ図を示す。酸素化装置２０では、矢印４２によって示されるように、ＣＯ２が血液からガスストリーム内に放出される。血液ストリームは、矢印４４によって示される反応においてＯ２を摂取する。廃物の麻酔ガスなど他の成分は、血液によって摂取されなくてもよく、矢印４６によって示される排気ガスストリームに入る、またはその中に残る。酸素化された血液は、動脈血と呼ばれる。
【０１５７】
酸素化装置２０は、気密ユニットではない。酸素化装置２０は、フェイルセーフ対策として１つまたは複数の２次（すなわち、換気）排気ポート２７を備えることがあり、排気ライン２６が遮断された場合に酸素化装置２０内の圧力増大を回避する。２次排気ポート２７は空気またはガスの通過を可能にするので、排気ライン２６にて酸素化装置２０を離れる排気ガスの量ＧＥは、酸素化装置２０内のガス−血液界面のすぐ下流の点２９における排気ガスの量と同一であると仮定することはできない。
【０１５８】
したがって、真空によって誘発される流れが排気ライン２６を介して適用されるとき、またはその場合、これは酸素化装置２０からの排気ガスＧＥだけでなく、２次排気ポート２７を介した周囲空気４８をも引き込む。例示的な例を提供するために、供給ライン２４を介して酸素化装置２０内に供給されるガス混合物２Ｌごとに、排気ガス２．１Ｌが排気ライン２６を通って引き込まれることがある。
【０１５９】
周囲空気４８を酸素化装置２０内に引き込ませる流量の差は、廃物の麻酔ガス４６が排気ライン２６を介して確実に除去されるようにするために使用することもできる。したがって、廃物の麻酔ガス４６は、矢印４９によって示されるように、酸素化装置２０から、麻酔ガスがスタッフに影響を及ぼす可能性がある手術室内に滲出することが防止される。
【０１６０】
動脈血は、状態ＢＥにおいて酸素化装置２０を離れる。動脈血ＢＥＯ２の酸素の量は、動脈酸素飽和度ＳａＯ２に関係し、また血液内のヘモグロビン濃度に依存する。
【０１６１】
転移４２からのＣＯ２など血液から放出される成分または酸素化装置２０内で摂取されなかった廃物の麻酔ガスを担持する排気ガスＧＥは、排気ライン２６を介して、ガスサーキュレータ３５の真空サブシステム４０に向かって引かれる。
【０１６２】
（ブレンダ３０）
図５では、ブレンダ３０がガスサーキュレータ３５の一部として拡大して示されている。入口３２を介して供給されるガス成分は、混合され、酸素化装置２０のための供給ガスを提供する。病院供給のガス３２は、所定の特性の酸素化ガスに混合されてから、これが所定の流量で、供給ライン２４を介して酸素化装置２０に供給される。ブレンダは、麻酔薬を酸素化ガス内に供給するために、麻酔気化器など麻酔供給を備えることができる。
【０１６３】
（真空サブシステム４０）
真空は、流れ勾配を生み出し、ガス流を支援するために使用することができる。本明細書に記載のシステムでは、真空圧力勾配は、真空サブシステム４０によって制御され、それが単一の真空供給から、たとえば病院から供給される。
【０１６４】
排気ライン２６内の流れ勾配は、矢印３６によって示されており、排気ガスを酸素化装置２０から引き上げる。
【０１６５】
これを一例で示すと、供給ガスＧＩが２Ｌ／ｍｉｎの流量で酸素化装置２０に供給され得る。真空サブシステムは、２．１Ｌ／ｍｉｎの流量で排気ガスを引き込むように設定され得る。したがって、血液酸素化プロセスによる影響がないとして、０．１Ｌ／ｍｉｎ（０．１Ｌ／ｍｉｎ＝２．１Ｌ／ｍｉｎ排気ガス−２．０Ｌ／ｍｉｎ入口ガス）の周囲空気が酸素化装置を介して引き込まれたと仮定することができる。
【０１６６】
ガスサーキュレータ３５内のブレンダ３０と真空サブシステム４０の組合せは、センサの一体化、ならびに酸素化ガスおよび排気ガスの測定特性（たとえば、流量、圧力、温度、組成、酸素の分画、二酸化炭素の分画、およびそれらの組合せ）の評価を容易にする。
【０１６７】
本明細書では、ガス供給３２、５７が病院によって提供されるものとして記載されているが、これは典型的な環境についての例示的なものである。ガス供給は、別のソースによって提供されてもよい。要件に従って、任意の数およびタイプの供給ガスを使用することができる。
【図１】
2018508284.tif 000004
【図２】
2018508284.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
2018508284.tif 000009
2018508284.tif 000010
2018508284.tif 000011
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