(57)【要約】横隔神経を電気的に刺激するシステムおよび方法が提示され、それによって、該刺激は、刺激された呼吸の吸気部分に関連付けられる呼吸の仕事およびパワーの測定によって観察されるような横隔膜の筋肉活性化をもたらす。一実施形態において、ＰＥＰＮＳシステムとの使用のためのリード線システムは、第１のリード線を備え、第１のリード線は、筐体を有し、筐体は、線形配列で間隔を置かれている少なくとも２つ以上のペーシング電極と、識別抵抗器とを含み、ペーシング電極および識別抵抗器の各々は、ＰＥＰＮＳシステムのコントローラと別個に電気通信している。
2018538075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＥＰＮＳシステムとの使用のためのリード線システムであって、前記リード線システムは、第１のリード線を備え、前記第１のリード線は、筐体を有し、前記筐体は、線形配列で間隔を置かれている少なくとも２つ以上のペーシング電極と、識別抵抗器とを含み、前記ペーシング電極および識別抵抗器の各々は、前記ＰＥＰＮＳシステムのコントローラと別個に電気通信している、システム。
【請求項２】
第２のリード線をさらに備えている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記コントローラは、電気パルス発生器を備え、各電極は、電気パルス発生器と電気通信している、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、ＣＰＵとＧＵＩとを備え、
前記ＣＰＵは、各電極、各識別抵抗器、および前記パルス発生器と電気通信し、前記ＣＰＵは、前記第１のリード線および前記第２のリード線に送信される電気パルスの特性を制御し、
前記ＧＵＩは、前記ＣＰＵと電子通信している、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
人工呼吸器との使用のための医療デバイスであって、両方とも、患者に結合されており、前記医療デバイスは、
前記患者の頸部における少なくとも１つの横隔神経に近接して位置付けられている皮下電極対と、
あるパルス繰り返し率で電気刺激を前記電極対に送達する刺激装置／コントローラであって、前記電気刺激は、前記患者の横隔膜を少なくとも部分的に活性化するために十分な電流および波形を有している、刺激装置／コントローラと、
前記患者に結合され、かつ前記人工呼吸器に結合されている計装ワイであって、前記計装ワイは、ワイ流量測定値およびワイ圧力測定値を前記刺激装置／コントローラに提供し、
前記刺激装置／コントローラは、いくつかの呼吸のうちの１つを選択することにより単一の選択された呼吸を定義し、
前記刺激装置／コントローラは、吸気誘起事象に応答して、吸気事象の開始時に刺激を開始し、前記事象は、前記計装ワイにおける事前設定された特定の流量に対応し、
前記刺激装置／コントローラは、終末吸気誘起事象によって誘起される吸気事象の終了時に刺激を終了し、前記事象は、前記計装ワイにおける特定の流量に対応し、
前記吸気事象誘起と前記終末吸気事象誘起とは、前記単一の選択された呼吸の吸気相内の前記刺激のための持続時間を一緒に定義する、計装ワイと
前記計装ワイに結合されているパワー／仕事測定デバイスと
を備え、
前記パワー／仕事測定デバイスは、前記ワイにおける予測される圧力と前記ワイにおける測定された圧力とを比較し、前記予測される圧力が前記計装ワイにおける前記測定された圧力と異なる場合にのみ仕事を示すことによって、前記単一の選択された呼吸の前記吸気相の全体を通して瞬間仕事を測定する、医療デバイス。
【請求項６】
前記吸気誘起事象は、患者開始型事象である、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記終末吸気誘起事象は、患者開始型事象である、請求項５に記載のデバイス。
【請求項８】
前記吸気誘起事象は、人工呼吸器開始型事象である、請求項５に記載のデバイス。
【請求項９】
前記終末吸気誘起事象は、工呼吸器開始型事象である、請求項５に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記単一の選択された呼吸の前記持続時間中に送達される刺激のレベルを提示するインジケータをさらに含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記単一の選択された呼吸の前記持続時間中に送達される刺激のレベルに対する測定された総パワーおよび総仕事を提示するインジケータをさらに含む、請求項５に記載のデバイス。
【請求項１２】
吸気中に患者の横隔膜の運動を誘発するために横隔膜を刺激する方法であって、前記方法は、
ａ．患者の単一の選択された呼吸中に設定されたレベルで前記横隔神経を刺激することと、
ｂ．患者の選択された呼吸の吸気呼吸周期に対して前記患者によって及ぼされる横隔膜仕事の測定値を取得することと、
ｃ．横隔膜仕事の実際の値が前記患者によって及ぼされる横隔膜仕事の所望の値の選択された範囲外である場合、刺激信号を修正することと、
ステップａ−ｃを繰り返すことと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、下記仮出願に対する優先権を主張する：米国仮出願第６２／２６７，０９５号（２０１５年１２月１４日出願、名称「Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｌｕｎｇ  Ｄｉａｐｈｒａｇｍ」）、米国仮出願第６２／３６２，２５０号（２０１６年７月１４日出願、名称「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ｌｅａｄ  Ｓｙｓｔｅｍ」）、米国仮出願第６２／３５９，９７２号（２０１６年７月８日出願、名称「Ｄｅｖｉｃｅ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｄｉａｐｈｒａｇｍ  Ａｔｒｏｐｈｙ」）、米国仮出願第６２／３４２，３４５号（２０１６年５月２７日出願、名称「Ｐｈｒｅｎｉｃ  Ｎｅｒｖｅ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｉａｐｈｒａｇｍａｔｉｃ  Ｐａｃｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」）、米国仮出願第６２／３１６，８７９号（２０１６年４月１日出願、名称「Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｎｅｒｖｅ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｏｒ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ」）、米国仮出願第６２／３０４，５０９号（２０１６年３月７日出願、名称「Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｎｇ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｎｅｒｖｅｓ」）、米国仮出願第６２／２７６，３８７号（２０１６年１月８日出願、名称「Ｓｕｂｃｕｔａｎｅｏｕｓ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｌｕｎｇ  Ｄｉａｐｈｒａｇｍ」）、および米国仮出願第６２／３８７，２６２号（２０１５年１２月２３日出願、名称「Ｔｅｍｐｏｒａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｌｕｎｇ  Ｄｉａｐｈｒａｇｍ」）。上記仮出願の各々の全内容は、参照により本明細書に引用される。
【０００２】
（発明の分野）
本開示の実施形態は、人工呼吸器誘発性横隔膜機能不全の効果を軽減するために、人工呼吸を受けている患者に非侵襲性経皮および皮下電気刺激を提供するための医療デバイス、システム、ならびにそれらの使用方法を対象とする。実施形態は、患者が人工呼吸を受けている間、患者の横隔神経それによって横隔膜を制御し、活性化し、別様にそれと相互作用するためのデバイスを含む。
【背景技術】
【０００３】
人工呼吸（ＭＶ）が、十分な肺胞換気量を維持することの支援を要求する患者においてガス交換を維持するために臨床的に使用される。ＭＶの一般的な適応は、呼吸不全、心不全、手術等を含む。ＭＶは、呼吸不全に罹患している患者のための救命介入であることができるが、長期的なＭＶは、人工呼吸器誘発性横隔膜機能不全（ＶＩＤＤ）と称される、横隔膜萎縮および収縮機能不全を助長し得る。人工呼吸器を付けている長期間は、ＶＩＤＤをもたらし、それによって、医療費を増加させ、患者罹患率および死亡率を大いに増加させ得る。研究は、ＭＶを受けている１８〜２４時間が実験動物およびヒトの両方でＶＩＤＤを発現させるために十分であることを明らかにしている。
【０００４】
ＩＣＵ集団の３６％を表す、２１０万人の患者が、毎年米国で人工呼吸器を付けている。毎年米国で人工呼吸器を付けている患者を管理する推定年間費用は、全ての病院費用の１２％を表す、２７０億ドルである。挿管されたＩＣＵ集団の約６０％が抜管および離脱を予定されていることが分かっている。残念ながら、ＩＣＵで侵襲性換気療法を受けている患者のほぼ４５％は、離脱が困難であり、人工呼吸器へのある形態の依存性を発現させる。これは、多くの場合、多くが長期の離脱期間に遭遇するため、典型的には、元の病状に要求されるものを超えて患者ＩＣＵ／ＣＣＵ入院を延長させる必要性につながる。米国内の年間基準で長期の急性人工呼吸を要求する患者の予想される数は、２０２０年までに６００，０００人を上回る患者になるまで増大することが予期され、これらの患者を管理する全体的費用は、６４０億ドルを超える。
【０００５】
動物モデルは、人工呼吸器を付けているときに横隔膜を働かせ続けるようにあるレベルの刺激を維持することが、萎縮を予防または低減させるために十分であることを示している。残念ながら、換気の開始から、自発的に、もしくは支援モードで患者に呼吸をさせることは、鎮静および／または疾患状態のレベルに起因して、必ずしも可能ではない。
【０００６】
これらの場合において、横隔神経ペーシングは、患者によって及ぼされる努力のレベルを制御するために、また、患者が人工呼吸に依存するようになり、その筋肉を強化するためにペーシングの訓練体制を要求する場合においても、実行可能な代替手段である。動物における横隔神経ペーシングも、横隔膜萎縮を予防することが示されている。呼吸する能力を失った脊椎損傷に罹患している患者において横隔神経をペース調整することは、横隔膜が何年も使用されていない場合に、６ヶ月の訓練期間にわたって萎縮の影響を逆転させることが示されている。これは、概して、病状を修正するのではなく、予防するためにより良好である。換気体制の早期に刺激を開始することは、抜管までの時間を短縮することに最も絶大な影響を及ぼす可能性が最も高いであろう。
【０００７】
現在、すでに記述された長期換気の潜在的副作用のうちのいくつかを回避するために、機械的陽圧換気の代替手段として慢性的に人工呼吸器を付けている患者において横隔神経を電気的に刺激する方法が存在する。ごく最近では、中枢性睡眠時無呼吸事象が、無呼吸の開始時に埋め込み横隔神経ペーシングの使用を用いて低減させられている。横隔神経ペーシングも、経静脈電気刺激の使用を用いて達成されている。脳幹（Ｃ３、Ｃ４、およびＣ５）から下降する中枢性呼吸駆動の非存在または低減に起因する恒久的呼吸不全がある患者は、現在、埋め込み電極を使用して横隔神経を電気的に刺激することによって、横隔膜筋をペース調整するために、市販のペーシング製品を使用している。これらの埋め込み刺激デバイスは、その全てが侵襲性手術を要求する、ある形態の横隔神経カフまたは横隔膜電極を使用する。横隔膜萎縮を予防すること、または人工呼吸器から患者を離脱させることを行うためのそのような技法の実現可能性は、恒久的に埋め込まれた横隔神経ペーシング電極に関連付けられる費用および危険性によって限定され、ＶＩＤＤ患者のための実行可能な代替手段ではない。
【０００８】
横隔膜筋ペーシング、横隔神経ペーシング、ならびに複合肋間および片側性横隔膜ペーシング技法が、換気の慢性設定において人工呼吸器からの呼吸駆動を伴わずに患者を離脱させ、感染症、無気肺、および呼吸不全を低減させるために、現在使用されている。離脱するように、またはＶＩＤＤが発生することを防止するように、ＩＣＵまたは術後もしくは類似設定において患者に容易に接続されることができる短期ペーシング代替手段の必要性が存在する。
【０００９】
本明細書に説明される実施形態は、恒久的または外科的埋め込みを必要とすることなく容易に採用される、電気リード線構成要素を含む横隔膜刺激システムを提供することによって、この必要性を満たそうと努める。システムは、患者の呼吸における努力のレベルを測定する。刺激のレベルは、その努力測定値のレベルとともに漸増させられる。総合すると、これらの実施形態は、適度の患者運動に適応し、外科またはＩＣＵ回復設定の状況内でうまく機能することができる、低侵襲システムを提供する。
【００１０】
本開示の実施形態は、適切に利用されたとき、ＭＶを受けている患者の横隔膜に刺激を提供することによって、ＶＩＤＤの発生を低減させ、それによって、ＭＶから遷移する場合／ときに改善した患者転帰を提供し、医療費の削減を提供する、システムおよびその使用方法を提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書に開示されるシステムの実施形態は、集合的に経皮的電気横隔神経刺激（ＰＥＰＮＳ）システムと称され得る。ＰＥＰＮＳシステムの実施形態は、ＶＩＤＤの発生を防止することを補助するように、および人工呼吸器から患者を離脱させるように、横隔神経の電気刺激を介して刺激および／またはペーシングを患者の横隔膜に提供するための医療デバイスと、これらのデバイスを使用する方法との両方を含む。ＰＥＰＮＳシステムは、本開示の全体を通して刺激装置／コントローラ（Ｓ／Ｃ）と呼ばれるパルス発生器コンソール（または刺激装置）、横隔神経を刺激するためにコンソールに接続されるリード線電極、および、患者から吸気および呼気を検出し、人工呼吸器空気圧回路ワイ（ｗｙｅ）において圧力を測定するために使用されるワイ流量および圧力センサを含む。
【００１２】
使用時、ワイ流量および圧力センサが供給され、人工呼吸器と患者との間に挿入される。ワイは、流量および圧力情報をコンソールに提供する。コンソール上またはそれに隣接するグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）が、刺激装置との医師または技術者の相互作用を可能にするために使用される。一般に、医師は、電気パルスパラメータを設定し、ＧＵＩ上で測定を観察するであろう。
【００１３】
システムのリード線は、ケーブルによって刺激装置コンソールに接続される複数の刺激電極の２つの組を含む。リード線は、患者の頸部の中に皮下に挿入され、横隔神経に隣接して位置付けられる。刺激装置は、次いで、電気パルスを横隔神経に提供し、したがって、横隔膜を刺激するために、手術している医師または技術者によって活性化される。電気パルスは、神経に隣接する最適化された位置にあるリード線に沿って、これらの電極によって横隔神経に送達される。
【００１４】
患者が完全人工呼吸器依存状態から遷移されると、システムは、離脱期間を短縮し、患者特有の情報を医師に提供して、人工呼吸器を外す患者の準備の急速かつ正確な査定を可能にするであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
以下で識別される図面のいくつかの図の全体を通して、参照番号は、同じ構造を示す。
【図１Ａ】図１ａは、患者および人工呼吸器とともに使用時に示されるＰＥＰＮＳシステムの実施形態の概略図である。
【図１Ｂ】図１ｂは、初期横隔神経場所で使用される挿入針の実施形態の図である。
【図２Ａ】図２ａは、図１ａに示されるＰＥＰＮＳシステムのリード線システム構成要素の４電極（極）リード線の一実施形態の概略図である。
【図２Ｂ】図２ｂは、図１ａおよび２ａで見られるリード線システムの実施形態とＣ／Ｓとの間の電気的関係を示す概略ブロック図である。
【図２Ｃ】図２ｃは、仕事を印加された刺激と比較するチャートである。
【図３】図３は、追加の生体構造がそれに対するリード線の適切な位置付けに対して解離された、図１に示される患者の頸部の接近解剖学的断面図である。
【図４】図４は、横隔神経本体への個々の電極の近接性を描写する図３に示されるリード線の詳細であるが概略的な図である。
【図５】図５は、横隔神経への第１のリード線の相対位置のより完全な解剖学的詳細が図示された、図３−４に示される画像の詳細図である。
【図６】図６は、図５に示される患者生体構造の同一の図であるが、リード線を再配置する可能性が描写されている。
【図７】図７−１０は、図１ａに示される患者の頸部の中へリード線を挿入する方法を描写する。
【図８】図７−１０は、図１ａに示される患者の頸部の中へリード線を挿入する方法を描写する。
【図９】図７−１０は、図１ａに示される患者の頸部の中へリード線を挿入する方法を描写する。
【図１０】図７−１０は、図１ａに示される患者の頸部の中へリード線を挿入する方法を描写する。
【図１１】図１１は、人工呼吸器および図１ａに示されるＰＥＰＮＳシステムの流量制御体制に関連付けられる波形を描写する一連の図式パネルである。
【図１２】図１２は、人工呼吸器および図１ａに示されるＰＥＰＮＳシステムの圧力制御体制に関連付けられる波形を描写する一連の図式パネルである。
【図１３】図１３は、図１ａに示されるＰＥＰＮＳシステムとともに使用時に圧補助換気を用いた流量制御体制における同期的間欠的強制換気（ＳＩＭＶ）モードに関連付けられる波形を描写する一連の図式パネルである。
【図１４】図１４は、図１ａに示されるＰＥＰＮＳシステムとともに使用され得るような圧補助換気を用いた圧力制御体制における（ＳＩＭＶ）モードに関連付けられる波形を描写する一連の図式パネルである。
【図１５】図１５は、図１ａに示されるＰＥＰＮＳシステムとともに使用され得るような圧補助換気を用いた双レベル人工呼吸器モダリティに関連付けられる波形を描写する一連の図式パネルである。
【図１６】図１６は、図１ａに示されるＰＥＰＮＳシステムとともに使用時に人工呼吸器の圧制御従量式換気に関連付けられる波形を描写する一連の図式パネルである。
【図１７Ａ】図１７Ａは、呼吸波形および２つの異なる技法を使用する仕事の測定を描写する。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、図１７Ａに記載される２つの異なる技法の間の計算された差異を示す表である。
【図１８】図１８は、鎮静状態のブタの周期的刺激中に測定された波形の形態の動物データの表現である。
【図１９Ａ】図１９Ａ−１９Ｃは、刺激装置／コントローラのグラフィックユーザインターフェースへの入力パラメータを反映する表である。
【図１９Ｂ】図１９Ａ−１９Ｃは、刺激装置／コントローラのグラフィックユーザインターフェースへの入力パラメータを反映する表である。
【図１９Ｃ】図１９Ａ−１９Ｃは、刺激装置／コントローラのグラフィックユーザインターフェースへの入力パラメータを反映する表である。
【図２０Ａ】図２０Ａ、図２０Ａ−１、および図２０Ａ−２は、アラーム条件の表である。
【図２０Ａ−１】図２０Ａ、図２０Ａ−１、および図２０Ａ−２は、アラーム条件の表である。
【図２０Ａ−２】図２０Ａ、図２０Ａ−１、および図２０Ａ−２は、アラーム条件の表である。
【図２０Ｂ】図２０Ｂは、アラーム条件の表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１ａでは、ＰＥＰＮＳシステム１０の実施形態が、典型的使用環境で示されている。示されるように、ＰＥＰＮＳシステム１０は、オペレーティングコンソールまたは刺激装置／コントローラ１２を含み、それは、計装ワイ（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅｄ  ｗｙｅ）センサ１４および電気刺激リード線アセンブリ１６と通信する。
【００１７】
患者２２の横隔膜２０を刺激するために、リード線システム１６は、患者２２の頸部１８において経皮的に適切に位置付けられなければならない。リード線システムからの電流は、横隔神経を電気的に刺激する。患者を監視し、刺激のレベルが所望される様式で患者の横隔膜２０を動かすために実際に十分であることを決定するために、計装ワイセンサ１４が、人工呼吸器３０（ＭＶ）の呼吸回路管類２６の中に設置され、測定が、Ｓ／Ｃ１２によって実施される。
【００１８】
計装ワイセンサは、ワイ２４の中の流量および圧力を両方とも測定するために、ＭＶ管回路２６に空気圧で接続される。ワイ流量および圧力を測定するためのセンサを位置付けるためのいくつかの代替的方法がある。ワイセンサ１４は、刺激装置／コントローラ１２に電気的に結合される。刺激装置／コントローラ１２は、プロセッサまたはＣＰＵ３１と、リード線ケーブル３４を介してリード線システム１６に送達される電気出力を供給する統合パルス発生器３２とを有する。
【００１９】
ワイセンサ１４およびリード線システム１６から受信されるデータ、ならびにパルス発生器３２の出力パラメータが、刺激装置／コントローラ１２のディスプレイまたはグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）３３上で表示される。ＧＵＩ３３は、モニタ等の別個のユニットもしくはデバイスであり得るか、または刺激装置／コントローラ１２の専用構成要素であり得る。それは、情報を入力するためのタッチスクリーンおよび種々の情報をユーザに表示するための高解像度ディスプレイの両方を有する可能性が高いであろう。
【００２０】
ここで上記のようなリード線システム１６に関し、リード線システム１６は、少なくとも４つの電極を伴う遠位端と、Ｓ／Ｃへの接続のための端子の組を有する近位端とを有する一体リード線本体を備えている。図２ａに示される実施形態では、リード線３６は、リード線本体３５内に含まれる少なくとも４つの電極３８（ａ−ｄ）を有する多極リード線である。各電極は、リード線ケーブル３４（図１ａ参照）を介して、刺激装置／コントローラ１２（図１ａ参照）と通信する。各リード線３６（ａ−ｂ）に複数の電極（または極）３８を提供することによって、リード線が挿入された後、または、その後、患者の頸部運動もしくは再配置（患者は褥瘡を予防するようにＩＣＵ内で日常的に位置を変えている）に起因して再配置された後、常に、少なくとも１対の電極が横隔神経４２の近くに位置し、かつそれを横断する（これは、今後、図３−６に示される様式で神経を横断すると称されるであろう）であろうことを確実にする。神経４２を横断してリード線３６を設置することによって、一対の刺激極３８が、挿入後にリード線３６のさらなる物理的操作を要求することなく、必要である場合に神経４２を再捕捉するように選択されることができ、それによって、感染症の可能性を低減させ、デバイス有用性を改良する。別の言い方をすれば、リード線３６に沿った電極３８の間隔は、４つの極のうちの任意のものが通電されることを可能にすることによって、リード線３６と横隔神経４２との間の電気通信が維持されることを確実にする。４つの極が、電子機器の費用および複雑性を最小化することに基づいて選定されたが、この設計は、５、６、７個等の極とも同様に連動するであろう。したがって、たとえリード線３６の位置が患者の動きまたは他の因子の結果としてシフトしたとしても、４つの極３８のうちの２つは、常に、刺激が発生することを可能にするために横隔神経４２に十分に近接するであろう。横隔神経を励起するリード線の刺激能力を最適化するであろうリード線、表面積、電極の間の距離、およびリード線直径の任意の組み合わせが、想定されることができる。
【００２１】
単一対の電極部位が横隔神経に最も近くなるであろうこと、神経を最も良好に刺激するその一対の部位が、各事例において実験的に見出されるであろうことが予期される。単極刺激体制および双極刺激体制の両方が、治療的使用のために利用可能なアノードおよびカソード刺激の両方とともに想定される。単相性および二相性刺激が想定されるが、単一対の適切に設置された電極の極からの二相性刺激が最適な刺激であり、最適な刺激および最小限の神経損傷をもたらすであろうことが予期される。３０μＣ／（ｃｍ２相）を上回る電荷密度が、神経および組織損傷を引き起こすことが示されており、ソフトウェアおよびハードウェア保護機構が、この限界が超えられないことを確実にするために想定される。
【００２２】
いくつかの異なるリード線および刺激デバイスが取り付けられ得る場合、リード線３６は、Ｓ／Ｃへのリード線を識別するために、５％以下まで正確な特定の抵抗器値（選択抵抗器）を与えられる。使用される選択抵抗器が正確であるほど、区別されることができるリード線の数が多くなる。例を挙げる目的のために、１％正確抵抗器が使用されるであろう。そのような抵抗器は、市販されており、非常に低コストである。抵抗器は、利用可能な電極の数、電極表面積の観点から、取り付けられたリード線タイプを識別するために使用され、かつ、抵抗器は、リード線表面積に基づいて電荷密度を限定するために、ソフトウェアおよびハードウェアによって使用され得る。これは、ソフトウェアおよびハードウェアが、取り付けられた電極のための電荷密度が超えられず、ユーザエラーの可能性を最小化したことを確実にすることを可能にする。
【００２３】
図２ａに示されるように、抵抗器３９は、リード線３６の中に埋め込まれ得、接続後に読み取られることができる。同様に、抵抗器は、場所情報をＳ／Ｃに提供するために、リード線内の各電極に関連付けられ得るか、またはリード線内の各電極対に関連付けられ得る。取り付けられたリード線タイプを定義する抵抗を測定するために別個の一対のコネクタ端子を使用することの利益は、抵抗が、流体または身体組織の浸漬によって生成される任意のエラーから独立して測定され得ることである。各抵抗器値は、値が結果として生じた測定正確度の観点から重複せず、取り付けられたプローブを決定するために使用されるように、他のリード線で使用される全ての他の抵抗器の値に対して区別可能でなければならない。測定範囲の観点からの２つの異なる抵抗器値の間の重複は、リード線間の区別に混乱を引き起こすであろう。取り付けられたリード線タイプを読み違えることに関する潜在的問題を回避するために、測定正確度は、２つの最も近い抵抗器値の上限範囲と下限範囲との間の差異よりも有意に小さくなければならない。この差異は、大きくあるべきであるか、または測定正確度が、高くなければならない。
【００２４】
図２ｂは、選択抵抗器３９が活性である電極を決定するために使用され得る方法を示す。この例では、Ｖｃｃは、抵抗器分割器Ｒ１とＲ２とを通して降下し、Ｒ１およびＲ２の接合点においてＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）５０によって測定される。この例は、例証目的のためのみに挙げられ、実際には、ＥＳＤ保護および限流抵抗器が、使用中の刺激装置への損傷を防止するために使用されるであろう。例えば、Ｒ２は、リード線内に埋め込まれ得、Ｒ１は、内在化され得る。
【００２５】
１％正確抵抗器の場合、要求されるＥＳＤ保護とともに抵抗器分割器を使用して、システムは、リード線認識エラーのいかなる可能性も伴わずに、電極の１０個の異なる構成に容易に適応し、１０ビット以上のＡＤＣ（１０２４ビット）を用いて、取り付けられた電極を正確に識別し得る。Ｒ２＝１０Ｋであり、Ｒ１が１Ｋ〜５００Ｋの範囲を有し、入力電圧のＶｃｃが５ボルトであると仮定すると、範囲は、０．５〜３．０ボルトの間で極めて線形であろう。Ｒ１およびＲ２の実際の抵抗値は、実際のシステム要件に基づいて最適化されることができる。許容電圧降下分散を伴うルックアップテーブルが、取り付けられたリード線タイプを決定するために使用され得る。電圧がｘとｙとの間である場合、プローブｚが取り付けられている。
【００２６】
電圧分散は、供給電圧変動、抵抗器変動、電気雑音、ＡＤＣエラー等の関数である。最悪状況エラー推定の当業者は、最悪状況分析を使用して、または供給電圧を独立して測定し、このエラーを考慮して、これらの潜在的変動を容易に考慮することができる。
【００２７】
４つ以上のコンパレータ回路（区別されるように要求される回路の数を上回るもの）と併せて抵抗器を使用する他の方法も、接続されたリード線を表すように高くまたは低くなるであろうデジタル出力を生成するために使用され得るが、これは、あまり融通性がなく、より多くの費用がかかる。リード線内の埋め込まれたＲＦ  ＩＤタグを使用すること等の他のアプローチも可能であるが、これらは、典型的には、はるかに多くの費用がかかり、近接性問題を受け、切り替わるリード線の検出を加え、この検出を行うことは、さらなる問題を含む。Ｉ２Ｃインターフェースを使用するシリアルメモリデバイスも使用され得、シリアル番号が関連パラメータと一緒に取り付けられた特定のリード線を表し、新しいリード線が製品ポートフォリオに追加される場合にソフトウェアを更新する必要性を排除する。そのようなシステムは、有益であるが、ＥＳＤ保護の要件を伴って複雑である。抵抗器アプローチの利益は、活性構成要素をリード線に追加するための要件なしに、新しいプローブがロバストで安価に追加され、システムによって区別され得ることである。
【００２８】
別のアプローチは、各８ビットの１２８ワードとして組織化されるシリアル電気的消去可能プログラマブル読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）等のシリアルメモリデバイスを使用することであろう。各ＥＥＰＲＯＭは、それ自身の一意の識別番号を伴ってプログラムされ得、電極表面積および電極の数等の許容設定限界または製品特定の特徴を伴ってプログラムされ得る。ＥＥＰＲＯＭは、現在の設定を記憶するためにも使用され得る。したがって、新しい刺激装置がリード線に接続された場合、またはリード線が既存の刺激装置上で切り替えられた場合、刺激装置デバイスは、ＥＥＰＲＯＭ内のデータを読み取った後、リード線が変更されたことを自動的に認識し、刺激装置／コントローラ１２内にあり、ＣＰＵ３１によってアクセス可能であるルックアップテーブル等の形態等で記憶されたこれらのデータに従って、送達される刺激のパラメータを更新するであろう。別個の抵抗器値が、左右の刺激リード線を区別するために使用され得、どのコネクタがどのリード線に取り付けられているかをユーザが把握する要件を排除する。これは、ＩＣＵにおいて特に問題であり、初期設定および断絶後にリード線を辿る必要性を排除することは、ユーザ誤用の可能性を低減させるであろう。パラメータの組を特定のリード線に帰属させることは、設定後にのみ行われるであろう。設定後、規定抵抗に属するパラメータの組は、測定される特定の抵抗に従うであろう。そのような抵抗の使用はまた、提供するソフトウェア内の機能を定義するために使用されることもできる。例えば、設定中にのみ使用される特定のリード線は、設定リード線が使用されており、治療機能がこのリード線に対しては無効にされるであろうことを表す、測定された抵抗の認識に基づいて機能性を最小化するために使用されることができる。
【００２９】
上記の説明に基づいて、システム１０は、確立された値によって決定されるようにパルス発生器３２を介して電気パルスを送信することによって、機能し、その確立された値は、肺機能に関連付けられる筋肉組織（横隔膜２０の片側または両側）を活性化するために十分な様式で患者２２の横隔神経を刺激するよう、システムによって決定されるか、またはユーザによって（リード線ケーブル３４を介して）リード線３６へのＣＰＵ３１に入力されることを理解されたい。刺激のレベルは、刺激装置／コントローラ１２、ＣＰＵ３１等によって決定されるような電流、電流密度、電荷密度、および電圧の観点から、限られた刺激波形の値内で発生するであろう。図２ｃでは、場所における電極カプレット１−２は、場所３５で見られる電極カプレット２−１よりも多くの患者による仕事を提供する。これは、略正確であり、あるレベルの比例が、リード線に供給される電流レベルとともに出現する。場所３９および３１で見られる通りである。
【００３０】
刺激が、左右の横隔神経の両方に対するものであり、したがって、両側性または片側性であり得る一方で、横隔膜への刺激の結果として生じた効果も、両側性または片側性であり得る。
【００３１】
いくつかの実施形態では、刺激体制の目的は、筋肉組織への訓練効果を引き起こすために十分な筋肉の活性化を引き起こすことである。最大より低いレベルにおける筋肉訓練は、治療的有益性を提供し、そうでなければ可能であるよりも迅速に人工呼吸から患者を離脱させることを補助すると考えられる。任意の所与の刺激のレベルの有効性は、その呼吸機能が人工呼吸によって部分的または完全に取って代わられた鎮静状態の患者において観察される患者仕事によって決定されるであろう。
【００３２】
所望の訓練効果を誘発するために要求される筋肉活性化のレベルは、正常な健康患者における横隔膜および肺の全体的運動のために要求されるレベルを下回り得る。患者が異常な呼吸機構を有するとき、要求される仕事は、健康な個人よりもその患者のために有意に高くあり得る。この理由により、医学的判断が、治療のために好適な仕事またはパワーの支出を標的にするために要求されるであろう。医師は、健康な正常患者に対して予期されるパワーの範囲内である名目的な仕事または呼吸仕事（ＷＯＢ）値を標的にするであろうことが予期される。この仕事またはパワーレベルは、参照点であり、刺激のレベルを漸増させるために使用されるであろう。仕事の標的レベルが臨床医によって決定されると、刺激装置が、最大許容電流振幅、刺激の周波数等に対して臨床医によって設定される境界内で、測定される仕事のフィードバックループに基づく所望される仕事のレベルに基づいて、刺激のレベルを自動的に増加させ得ることも可能である。
【００３３】
電気刺激の周期性は、広い範囲にわたって変動し得、自然換気と同期して送達され得る。
【００３４】
しかしながら、任意のそのような刺激が発生し得る前に、患者２２の横隔神経（右および／または左）が、最初に場所を特定され、アクセスされなければならない。
【００３５】
ここで、リード線３６の挿入が種々の技法によって達成され得ることに関し、１つの例が、図７−１０で描写される一連の画像に示されている。
【００３６】
リード線挿入前、患者２２は、挿管されて鎮静状態であるか、または人工呼吸を要求することの推定に起因して、すでにこの状態である可能性が高い。患者は、頭部を反対側に向けて仰臥位である（横たわっている）。
【００３７】
横隔神経の識別／場所特定は、図７に示される様式等で、輪状軟骨の高さで、かつほぼＣ５椎骨の高さにおける胸鎖乳突筋（ＳＣＭ）の境界の外側で、ハンドヘルド刺激装置４４および超音波プローブを使用して行われる。患者は、最初に、リード線挿入のための好適性を決定するために査定される。超音波は、患者生体構造がリード線設置に好適であることを決定するために使用され、ハンドヘルド刺激装置は、横隔神経が機能的であり、横隔膜を刺激することが可能であることを決定するために使用される。患者が治療のために好適としてアクセスされると、リード線挿入部位が識別され、それの周囲のエリアが清潔にされ、滅菌される。小切開４６が、外科用メスまたは他の切断器具を用いて指定アクセス部位に加えられる。
【００３８】
超音波誘導を用いて、図１ｂに示されるＰａｊｕｎｋ（登録商標）  Ｔｏｕｈｙ針等のカニューレ４８が、初期切開部位の中に挿入される。Ｔｏｕｈｙ針は、絶縁シャフトを伴う単極針であり、先端４９のみが導電性であり、刺激装置／コントローラ１２と通信する。これは、先端４９における局所的神経刺激を可能にする。針４８は、延長リード線５１を介して刺激装置１２に取り付けられる。図７に示される第２の電極５３は、患者の皮膚に接続され、かつ、電気刺激のための帰還路を作成するために延長リード線に接続される。この延長リード線５１は、設定針４８が取り付けられていること、針挿入プロセスが進行中であることを識別する抵抗器を含む。ユーザは、ここで、刺激装置／コントローラ１２を介して針４８を刺激する能力を与えられる。単極針４８のための延長リード線５１の固有の抵抗を認識する、刺激装置内のソフトウェア（示されていないが、図１ａに示されるＣＰＵ３１の構成要素と見なされるべきである）は、以下でさらに詳細に議論されるペーシング機能と異なる、神経発見プログラムに切り替える。
【００３９】
針４８が皮膚挿入部位を越えて前進させられると、針は、前斜角筋（ＡＳＭ）の筋肉線維と平行に、胸鎖乳突筋（ＳＣＭ）（図３に示される）の下に前進させられ、針４８の先端は、横隔神経４２のすぐ遠位にある。刺激が、横隔膜のしゃっくりのような動作を引き起こし、それらが超音波誘導下で正しい神経を識別したことをオペレータに知らせるために使用されることができる。この刺激は、吸気と呼気とを区別するための流量センサを利用して吸気周期中に行われるように限定されることができ、それによって、横隔膜収縮は、人工呼吸器の呼吸相と同期する。これは、人工呼吸器における自動誘起を防止し、気圧外傷および自動ＰＥＥＰの可能性を最小化する。
【００４０】
任意の時間に、付随する、例えば、（刺激による対応する腕の動きによって示されるような）上腕刺激が観察される場合、カニューレ４８が約１ｃｍ尾側に再配置されることに留意されたい。刺激プロセスは、次いで、付随する刺激を伴わない対応する横隔膜の動きが示されるまで、新しい場所で繰り返される。
【００４１】
信号捕捉が達成されると、針は、図７−８に示される様式等で、超音波誘導下で横隔神経４２を横断するように前進させられる。多極リード線３６が、図８に示される様式等で単極針４８に挿入される。リード線先端３７（図２ａ参照）の位置は、超音波によって観察され、カニューレ４８の先端４９の遠位に位置付けられる。リード線３６が（図３−４に示されるように）適切に位置付けられると、カニューレ４８は、図１０に示される様式で患者２２から除去される。多極針／リード線３６は、両端が単極針４８を通り抜け、針の除去を促進するように設計される。スタイレットが、針の中への挿入中にリード線を強化するために使用され得る。
【００４２】
リード線筐体３５は、快適性を最大化するために可撓性であり得、リード線３６の軸は、横隔神経４２の本体の軸とのある角度を形成するであろう。直交整列（その例が図８に示されている）および実質的に平行な整列（その例が図９に示されている）の両方が、想定され、夾角は、約９０度〜０度まで変動する。
【００４３】
次に、リード線３６がハンドヘルド刺激装置４４に接続され、横隔膜の動きが検証される。図２ａで概説されるように、試験の６つの可能な組み合わせがある。オペレータは、刺激装置／コントローラ１２によって提供されるデフォルト刺激パラメータを使用する。刺激が、オペレータの要求時、人工呼吸器の吸気周期と同期して送達されるであろう。オペレータは、いくつかの呼吸にわたって種々の組み合わせを試験することによって、刺激極の組み合わせを迅速に調べ得る。これは、オペレータのために容易な最良の一対の区別を行う棒グラフ形態と同様に、所与の電極対のための仕事の観点から図式的にオペレータに示され得る。刺激装置によって誘発される仕事のレベルは、いくつかの呼吸にわたって平均され得る。刺激パラメータは、横隔膜の動きが見られない、または測定されない場合に増加させられ得る。刺激パラメータが調節されると、これは、オペレータが差異を見ることを可能にする、特定の一対のための棒グラフに棒を追加することによって、図式的に示され得る。以下に説明されるＷＯＢの測定は、刺激のための最適な一対の極を見出すために重要である。動きが電気刺激中、患者ＷＯＢの観点から検証されることができない場合、この手技は終了される。
【００４４】
しかしながら、このプロセスが成功し、横隔膜の動きが確認されると仮定して、このプロセスは、反対側で繰り返され、それによって、右側および左側横隔神経の両方にリード線３６を埋め込む。
【００４５】
より侵襲性の外科的技法または埋め込みデバイスが引き起こし得る任意の不慮の血管神経肺損傷をこの技法が回避するという点で、上記のプロセスが顕著な利益を提供することが、当業者によって認識されるはずである。
【００４６】
加えて、リード線３６は、患者２２が再配置された場合に挿入経路に沿って自由に移動する。そのような移動が臨床医によって開始されるであろうため、臨床医が位置変化後に（以下でさらに詳細に議論される）呼吸の仕事の低減を認識する場合、最適な刺激対への調節が行われることができる。さらに、上で述べたように、各リード線３６内で複数の極を使用するための主要な目的は、患者の任意の再配置前および後に、少なくとも１つの電極対が横隔神経を依然として横断するであろうことを確実にする。
【００４７】
（リード線に関するシステム動作説明）
リード線構造、および患者の横隔神経の場所を特定し、それにアクセスするための技法が十分に説明されたので、電極選択方法の動作に転じる。リード線挿入は、図３−６に示される様式等で、リード線本体の軸が横隔神経の神経束を横断して位置することをもたらす。一対の電極は、横隔神経４２の最も近くに位置し、刺激装置／コントローラ１２は、選択された呼吸中の電極の連続対（電極３８ａ−ｅのうちの２つ）を刺激する一方で、ワイセンサ１４における圧力履歴から測定されるようなその呼吸によって生成される仕事またはパワーを見ることによって、その一対を見出す。一般に、最小の刺激電流のための最大仕事は、最良の電極対に対応するであろう。このプロセスは、自動的に、またはユーザ医師／技術者（図示せず）によって指図されて起こり得る。各刺激対のための仕事またはパワーのレベルは、いくつかの呼吸にわたって査定され、他の極対によって及ぼされるものと比較され得る。一対の極の所与のレベルの刺激に対して測定される最大呼吸力が、次いで、最適な一対を表すであろう。リード線３６は、しっかりと定着させられないので、移動することができ、最良の電極対は、時間または患者の再配置とともに変化し得る。最適な一対を検索するこのプロセスは、オペレータによる要求時に開始され得るか、または特定のレベルを下回る患者仕事のレベルに基づいて自動的に開始され得る。例えば、図５および６で描写されるリード線位置の変化を参照されたい。図５では、挿入時のリード線が、患者位置変化に起因して横隔神経に対して移動しているか、または正しく整列させられていないこともあるが、リード線刺激極３６およびシステム１０を選択することの融通性が与えられていると、臨床医は、リード線刺激極を容易に調節し得る。最適な極のこの変化は、図６に図示されており、最適な極が１から２、から、０から１に変化する。
【００４８】
刺激最適化は、同様に、横隔膜の誘発された応答の代理として、呼吸の仕事またはパワーを比較するであろう。刺激は、ＧＵＩ３３上で入力パラメータによって定義される境界内の任意のパラメータ組において起こり得る。一般に、臨床ユーザは、呼吸に対して測定される仕事またはパワーを最大化するこれらの限界内の刺激パラメータを探すであろう。
【００４９】
ＧＵＩ３３は、先験的に設定される詳細なパラメータおよび刺激された呼吸の仕事／パワーの表示とともに、刺激レベルのための１つの制御を有するであろうことが予測される。ユーザは、刺激された呼吸の所与の観察された仕事／パワーのための刺激を設定することにおいて医学的判断を行うであろう。
【００５０】
（ワイに関するシステム動作説明）
図１ａに関連して説明されるように、刺激装置／コントローラ１２内のパルス発生器３２は、電気刺激をリード線３６上の全ての利用可能な電極から選択される少なくとも２つの電極または一対の電極（電極３８ａ−ｅのうちの２つ）に送達する。双極刺激のために、電極対のうちの一方は、カソードであり、他方の電極は、アノードである。この双極刺激は、一実施形態である。遠隔の中立電極を用いた単極刺激も、本発明の範囲内で考慮されることを理解されたい。電気刺激は、最低でも、刺激呼吸の間の呼吸の調節可能数、繰り返し率、電流振幅、パルス幅、およびパルス列波形を有するであろう。これらのパラメータの値は、両方のペーシングリード線に対して別個に、刺激装置／コントローラ１２のＧＵＩインターフェース３３との相互作用を通してユーザによって設定され得る。これらの電気パラメータは、ある範囲にわたって変動し得、多くまたは殆どが以下に記載されるように自動的に設定されるであろうことが予期される。システム動作のために要求される他の入力パラメータは、患者肺コンプライアンスおよび患者肺抵抗である。これらは、人工呼吸器によって、または刺激装置を使用して測定され、ＧＵＩインターフェース３３を介してユーザによって入力されることができる。図１９は、ＧＵＩのためにパラメータを示す表であり、９００と標識された組は、ユーザによって設定されるであろう入力パラメータ（図１ａでは１３）であろう。図１９で９０２と標識されたパラメータ空間は、インターフェース３３画面上に表示されることが予期される。パラメータ９０４が、ユーザによって入力されるであろうとともに、これらは、仕事およびパワー測定プロセスのために要求される。これらは、典型的には、現代の人工呼吸器によって測定され、そこから入力され得る。これらの値は、患者の知識および患者の健康状態から推定されることもできる。
【００５１】
動作時、刺激装置／コントローラ１２は、計装ワイ（ワイセンサ）１４から刺激装置／コントローラ１２までセンサケーブル２８を介して通信されるワイ圧力およびワイ流量に基づいて、患者呼吸を数えるであろう。刺激装置／コントローラは、一つ一つの呼吸と相互作用するように設定されることができるが、通常、一連の呼吸から単一の呼吸（以降では選択された呼吸と称される）を設定するであろう。単純な比が使用され、種々の図では、２つのうちの１つ（１：２）および多くのうちの１つの比（１：Ｎ）の両方が、選択基準のために示されている。選択基準は、以降または後続の呼吸が人工呼吸器で制御され、先行または前の呼吸が人工呼吸器で制御されるであろうという両方を意味する。直接先行呼吸が、以降では前の呼吸と称される一方で、刺激される選択された呼吸後の直接後続呼吸は、後継または後続の呼吸と呼ばれる。これら２つの呼吸タイプのうちのいずれか１つを参照するとき、「コンパニオン呼吸」という用語が使用される。図１８で提示される動物データは、１：３刺激体制を示し、この動物実験は、１：２〜１：８の比がヒト患者のための実行可能な治療範囲を包含し得ることを示唆する。
【００５２】
ヒト呼吸は、ワイを通した患者の中への正の流量によって特徴付けられる吸気相と、患者がちょうど吸気した量を吐き出すと、ワイ流量が０を下回り、負になるときに開始する呼気相とを有する。この終末吸気事象は、呼吸周期の流出部分を開始する。動作時、刺激装置は、流量が所定のレベルを超えるときに吸気相から始まる電気刺激を送達し、流量が所定のレベルを下回るときに呼気相の開始時に刺激を終了させ、この刺激は、選択された呼吸中のみに起こるであろう。刺激が各吸気に対して連続的ではないので、典型的には、前の人工呼吸器呼吸および後続の呼吸があろう。呼吸の選択は、単純な比である。すなわち、選択された呼吸は、任意の恣意的値に対して１回おきの呼吸（１：２）から、例えば、２０回の呼吸毎に１回の選択された呼吸（１：２０）まで起こり得る。１：４ほどの比が、ＶＩＤＤのための適切な治療を提供するであろうが、しかしながら、これは、臨床実践に基づいて選択される必要があろうことが予期される。
【００５３】
仕事およびパワー測定は、呼吸運動方程式に基づいて行われる。仕事またはパワーの定性的指示のためには不必要であるが、測定を一様な標準に変換することが最良であり、呼吸で消費される患者仕事レベルまたはパワーは、呼吸仕事（ＷＯＢ）として報告される。この慣例は、単位等を変換する必要性を低減させる。ＷＯＢを計算するために使用される運動方程式は、換気の自発モードである換気の比例支援換気（ＰＡＶ）モードで、提案されるレベルのサポートに基づいて標的圧力レベルを設定するために使用される同じ方程式である。人工呼吸器は、患者のコンプライアンスおよび抵抗を査定するために使用され得る。何故なら、それが呼吸機構操作が開始されることができるときを決定付け、結果として生じたコンプライアンスおよび抵抗測定値が、患者のＷＯＢを決定するために使用されるであろうからである。ユーザは、人工呼吸器が測定したコンプライアンスおよび抵抗測定を手動で人工呼吸器からＰＥＰＮＳコンソールに転送する必要があろう。呼吸機構を周期的に実施する必要があろうが、ＰＡＶと異なり、逸脱の可能性が存在しない。理論上、患者が強制呼吸中に自発的吸気努力を行わない場合、またはＰＥＰＮＳシステムが横隔膜を電気的に刺激しない場合、ＷＯＢは、０ジュール／Ｌとなるはずである。仕事は、通常、ジュールで測定されるが、体積で除算することは、仕事のレベルが単位体積に対して正規化されることを可能にする。運動方程式は、ワイ圧力を正確に予測するはずであり、測定されたワイ圧力が予測されるワイ圧力に合致するとき、患者努力がなく、したがって、ＷＯＢがないことを示す。横隔膜が刺激されるときに、差異が予測および測定されたワイに生じ、これらは、横隔膜努力に起因するであろう。
【００５４】
このアプローチの利益は、ＷＯＢが安静時の呼吸中に正常な健康患者が及ぼす仕事のレベルに関連して査定されることができるである。正常なＷＯＢは、文献では、健康な小児、青少年、および若年成人で０．３〜０．５Ｊ／Ｌであることが報告されている。肺抵抗およびコンプライアンスを増加させる、ある疾患状態は、患者が呼吸に及ぼす必要がある仕事のレベルを劇的に増加させ、従って、圧力時間積（ＰＴＰ）の低減等の疑似ＷＯＢ測定上で仕事のレベルにバイアスをかけることは、病気の患者が、安静時の健康な患者よりも有意に高いレベルで働いていることを意味し得る。仕事の代理としてＰＴＰを使用することは、患者仕事を大いに過大評価または過小評価し、極めて不適切な刺激レベルをもたらし得るので、臨床設定では実行可能ではない。これは、（横隔膜の労作に対する）ＰＥＰＮＳシステムの目的ではなく、査定し、これが起こることを防止する方法が開示される。臨床医がＷＯＢの既知の測定に基づいて刺激レベルを調節することを可能にすることは、医師が刺激査定に基づいて努力のレベルを漸増させることを可能にする。フィードバックは、この所望のレベルのＷＯＢを設定するために存在せず、これは、刺激デバイスに知られていないであろう無数の入力、疾患状態、年齢、体重、温度、心拍数、呼気終末炭酸ガス濃度、代謝率等に基づく医師の決定である。レベルが臨床医によって設定されると、フィードバックが所望のレベルを維持するために使用され得る。このＷＯＢ測定の使用は、基礎的呼吸機構および導入されている仕事のレベルを理解することなく、刺激レベルを盲目的に設定するときに起こり得る過剰刺激に起因する、横隔膜疲労を誘発する可能性を最小化することに役立つであろう。横隔膜運動を調べることは、重量を持ち上げる機械を見るようなものである。重量の加速度または速度を把握することは、機械が行っている仕事の量の概念を与えない。重量の知識が要求され、これは、患者のコンプライアンスおよび抵抗を把握することに匹敵する。
【００５５】
呼吸の運動方程式は、電気的に刺激された呼吸において患者ＷＯＢを推定するために使用されるであろう。電気刺激を伴わない呼吸では、Ｐｍｕｓが０ｃｍＨ２Ｏであろうため、ＷＯＢは、０Ｊ／Ｌとなるはずである。
【００５６】
呼吸器系の運動方程式によると、
Ｐｖｅｎｔ＋Ｐｍｕｓ＝エラスタンス×体積＋抵抗×流量
エラスタンスは、膨張または圧縮力の除去時、その元の寸法に向かって跳ね返る中空器官の傾向の尺度である。それは、コンプライアンスの逆数である。抵抗または気道抵抗は、摩擦の力によって引き起こされる流動に対する抵抗である。それは、空気流速に対する駆動圧力の比として定義される。
【００５７】
エラスタンスは、ｃｍＨ２Ｏ／リットル、リットル単位の体積、ｃｍＨ２Ｏ／Ｌｐｍ単位の抵抗、およびＬｐｍ単位の流量で測定される。Ｐｖｅｎｔは、人工呼吸器によって及ぼされる圧力であり、Ｐｍｕｓは、横隔膜筋によって及ぼされる圧力であり、両方ともｃｍＨ２Ｏで測定される。
【００５８】
方程式は、以下を示すように再配置されることができる。
【００５９】
Ｐｖｅｎｔ＋Ｐｍｕｓ＝エラスタンス×体積＋抵抗×流量＋ＰＥＥＰ
Ｐｍｕｓ＝エラスタンス×体積＋抵抗×流量＋ＰＥＥＰ−Ｐｖｅｎｔ
ここで、Ｐｖｅｎｔ＝Ｐｗｙｅ
仕事＝圧力×体積
【００６０】
【数１】
2018538075.tif 000003
【００６１】
ここで、ｄＶは、体積の変化率であり、Ｖｔは、吸気の１回換気量である。これはた、以下のように表されることもできる。
【００６２】
【数２】
2018538075.tif 000004
【００６３】
ここで、Ｑは、瞬間流量であり、ｔ０およびｔ１は、吸気の開始および終了である。
【００６４】
ＷＯＢ＝仕事／リットル＝仕事／Ｖｔ  （ジュール／リットル）
殆どのＩＣＵ人工呼吸器は、静的および動的コンプライアンスならびに抵抗等の呼吸機構性質を測定することが可能である。ＷＯＢは、電気刺激が生成している努力のレベルの理解を獲得するために主に使用されるであろうから、測定のわずかな誤差は、比例支援換気等の換気のモードに必要とされるコンプライアンスおよび抵抗測定のために必要とされる正確度要件と異なり、重大ではないであろう。使用時、医師ユーザは、ＧＵＩに測定または推定された肺コンプライアンスおよび肺抵抗尺度を入力するであろう。ワイにおけるセンサ、ワイ流量および圧力を用いて、患者の呼吸機構を査定することも可能である。現在、簡単にするために、これらの測定は、独立して行われるであろうが、ＰＥＰＮＳシステムは、換気中にこれらの測定を行うことが可能である。
【００６５】
流量センサおよびワイ圧力センサは、Ｐｖｅｎｔ（Ｐｗｙｅ）ならびにワイにおける流量、Ｑｗｙｅを直接測定するために使用されることができる。体積蓄積は、吸気の開始時に始まり、吸気の終了時に停止する呼吸進行とともにＱｗｙｅを積分することによって、計算され得る。
【００６６】
オペレータは、ＧＵＩを介してコンプライアンスおよび抵抗の値を刺激デバイスに入力し、それらが有意に変化すると見なされたときに、これらの値を更新することができる。刺激デバイスは、人工呼吸器と直接通信し、このデータ入力の必要性を排除し、人工呼吸器から直接値を入手することも可能であろう。
【００６７】
仕事の計算のこの方法の利益は、以前の呼吸または呼吸タイプに対してのデータが要求されないことである。以前の呼吸タイプから独立した測定が要求され、以前および現在の呼吸の知識は要求されない。対照的に、ＷＯＢの疑似測定としてのＰＴＰは、同一の呼吸タイプが刺激された呼吸と刺激されていない呼吸との間で比較される場合のみに機能するであろう。
【００６８】
図１１を参照すると、同一の時系列１０８とともに波形の組が示されている。流量チャネル１００が、圧力チャネル１０２の瞬間信号とともに示されている。圧力および流量測定は両方とも、ワイ１４における値を反映し、これらは、刺激装置／コントローラに報告され、説明において以降で参照されるワイ圧力測定およびワイ流量測定を形成する。図では、パルス発生器３２からリード線システム１１６に供給される電気刺激を示す波形パネル１０４も見られる。計算された値１２２は、波形１０６として示され、それは、図では仕事と標識されるが、以降で詳細に解説されるように、それは、観察された仕事と患者によってシステムの中へ送達されたパワーとの両方を反映する。
【００６９】
図１１では、概して、１１０と指定される選択および刺激された呼吸は、１１４における流量の急速な上昇によって示される吸気相とともに時間Ｔ＝１において始まる。これは、一定の流量によって表される流量制御呼吸であり、結果として生じる圧力は、患者のコンプライアンス、抵抗、および横隔膜努力の関数である。この吸気流量は、図中の１１６において刺激の送達を開始する。患者の呼気が１１８において始まるとき、刺激は、点１２０において終了する。事象１１４から事象１１８までの吸気持続時間中、ワイの中の圧力は、ワイの中の予測およびモデル化された圧力と比較される。この圧力差は、Ｐｍｕｓと呼ばれ、それは、患者の筋肉によって行われる仕事の圧力成分を反映する。Ｐｍｕｓは、他のパラメータとともに、チャネル１０６の中で仕事／パワー波形１２２と見なされる仕事およびパワーの値を計算するために使用される。基本的に、波形エンベロープは、行われる瞬間仕事であり、波形１２２によって境界される面積は、患者２２によって消費されるパワーである。
【００７０】
以前また前の呼吸１１２を参照すると、流量制御モードで別の人工呼吸器呼吸が見られる。時間Ｔ＝０では、呼吸が開始し、患者は、感染点１２４において記号で表される流量の急速な送達を受ける。圧力上昇は、人工呼吸器によって設定され、傾斜１２６として図に表される。これが刺激された呼吸ではないので、Ｓｔｉｍ信号チャネルは空であり、Ｐｍｕｓの予測される値とワイにおける測定された値とが同じであるので、それらはプラスマイナスゼロであり、仕事／パワー式の中のこの項がゼロであり、仕事値は、ゼロに計算され、いかなる仕事も仕事チャネル１０６に示されない。
【００７１】
図１２は、図１１と同一の形式に従うが、明確にするために、タイミング同期線は示されていない。この呼吸シーケンスでは、前の呼吸２００の後、選択された刺激された呼吸２０２が続く。圧力制御された呼吸２００は、停滞状態２０８までの急速な加圧とともに時間Ｔ＝０において始まる。これは、流量チャネル２０６では、事象２１０における流量の急速な上昇と対応する。時間Ｔ＝１では、人工呼吸器は、その吸気時間要件を満たしており、吸気相が終了し、呼気相が始まるにつれて、圧力が降下し、流量が負になる。強制呼吸周期が満了した後、人工呼吸器は、別の強制呼吸を送達し、ワイ２４において検出される吸気流量は、コンソールに刺激列２１２として見られる刺激をオンにさせる。この圧力制御された呼吸では、圧力レベルも、同一の圧力レベルに設定され、呼吸２００および２０２は両方とも、呼吸２００に対してＴ＝０の直後、呼吸２０２ではＴ＝３の直後に事前設定された圧力に達している。第２の強制呼吸２０２中、刺激は、図中の高さ２１４を２１６と比較することによって見られるように、肺の中への流量を増加させた患者の仕事を引き起こす。圧力は、これらが圧力制御された呼吸であるので、合間に一定のままである。圧力時間積（ＰＴＰ）方法がＷＯＢを決定する方法として使用された場合、測定される仕事に差異はないであろうが、刺激の効果が、結果として生じた流量の間の差異に見られ得る。従来のＰＴＰ代理が、患者仕事の明白な増加に盲目的である一方で、本発明の開示される方法は、波形２１８における仕事の正確な尺度を示す。この点は、図上の時間Ｔ＝０に対応する場所２２０における仕事波形がないことによって、図上で示される。
【００７２】
図１３は、流量制御体制におけるより複雑な同期的間欠的強制換気（ＳＩＭＶ）モードとの関連で本発明の動作を示す。ＳＩＭＶは、遷移モードとして使用され、臨床医は、１分あたりの呼吸の最小数を設定することができ、患者によって行われる追加呼吸が、自発呼吸を送達させるであろう。自発呼吸の最も一般的な形態は、患者によって開始および終了の両方が行われる圧補助換気である。強制呼吸は、人工呼吸器開始型または患者開始型であり得る。図では、４つの呼吸３００、３０２、３０４、および３０６がある。第１の呼吸３００は、人工呼吸器によって開始され、図１１の１１２に類似する流量制御呼吸を示す。それは、自発呼吸である第２の呼吸３０２に先行する。この例では、呼吸３０２は、選択された呼吸であり、従って、それは、刺激リード線の刺激を引き起こし、コンソールが送達されようとしている呼吸のタイプの知識を有していないであろうため、ＷＯＢ測定が呼吸タイプおよび先行呼吸タイプの任意の知識から独立していることが重要である。これも、患者開始型呼吸であり、この場合、自発呼吸である。吸気は、刺激チャネル３１４内で刺激３１８を開始する、流量チャネル３１０内の変曲点３０８において開始する。ワイ１４からの圧力測定は、測定されたワイ圧力と予測されるワイ圧力との間の差異の関数として、呼吸３０２における患者の仕事およびパワーの存在ならびに値を計算するために使用される、Ｐｗｙｅ測定としてとられる。ＳＩＭＶモダリティによると、次の呼吸３０４は、我々の例では選択された呼吸ではないので強制呼吸となり、それは、刺激されず、それは、呼吸３００に類似するであろう。チャネル内の線破断によって示される、ある遅延後、別の強制呼吸がこの例で起こり、それは、選択された呼吸、したがって、刺激された呼吸である。この呼吸では、変曲点３２０における機械開始型流量事象が、刺激チャネル３１４内で刺激３２２を開始する。再度、仕事およびパワー測定が行われ、仕事チャネル３１６内の波形３２４によって見られるように表示される。
【００７３】
選択された呼吸３０２ならびに３０６へのそれらのタイミング関係、すなわち、呼吸３０４が呼吸３０２の後続および選択された呼吸３０６の前の呼吸の両方であることを除いて、前の呼吸３００および後続の呼吸３０４は、本質的に同じであることに留意することが重要である。この理由により、選択されていない前の呼吸または後続の呼吸は、「コンパニオン呼吸」と呼ばれる。
【００７４】
図１３はまた、場所３２６におけるコンパニオン呼吸３００の測定された仕事および場所３２８におけるコンパニオン呼吸３０４の仕事を示さない。一方で、選択された刺激された呼吸は、それぞれ、３２４および３３０における仕事チャネル内の患者仕事を示す。選択された呼吸３０２の刺激の持続時間３３２が、患者によって開始および終了される一方で、選択された呼吸３０６は、人工呼吸器３０によって開始および終了の両方を行われ、仕事波形３２４を仕事波形３３０と比較して見られるように、仕事の異なる波形をもたらす。この図は、システムのＳＩＭＶ歓喜モダリティとの適合性を示す。
【００７５】
図１４は、強制として圧力制御および自発モードとして圧補助換気（ＰＳＶ）を用いた、より複雑な同期的間欠的強制換気（ＳＩＭＶ）との関連で本発明の動作を示す。図では、４つの呼吸４００、４０２、４０４、および４０６がある。呼吸４００は、強制呼吸であり、呼吸４０２は、ＰＳＶにおける自発呼吸であり、これは、選択された刺激呼吸である。図では、流量開始型刺激は、４０８において始まり、４１０において終了する。刺激の持続時間は、患者駆動型であり、かつ患者開始型吸気相の結果であり、刺激の停止は、点４１２において患者開始型呼気によって誘起される。ある時間後、第２の選択された呼吸が起こり、これは、４１４における刺激の開祖および場所４１６において人工呼吸器によって決定される刺激の終了を伴う、機械開始型強制呼吸である。この場合、これは、ＰＣＶ強制呼吸４０４によって先行された。再度、刺激されたもののみが、それぞれ、選択された呼吸４０２および４０６の場所４１８ならびに４２０における実際の仕事測定を示す。この例では、システムは、圧力時間積測定が稼働しないであろう、圧力制御および圧力支援モダリティと統合される。
【００７６】
図１５は、双レベル人工呼吸器治療モダリティにおけるシステムの動作を示す。このモードでは、２つの呼気圧力後のＰＥＥＰ高およびＰＥＥＰ低値が、人工呼吸器３０上で設定される。これらは、圧力が数十ｃｍＨ２Ｏ離れ得る。図には、６つの呼吸が、示されている。呼吸を選択するために、２つの中の１つの比（１：２）を使用する。呼吸５００、呼吸５０４、および呼吸５０８が、選択された刺激された呼吸である。前または後続であるが、コンパニオン呼吸５０２および５０８が、人工呼吸器３０によって駆動される。システムが、選択された呼吸５００、５０４、および５０８に対して、それぞれ、場所５１２、５１４、および５１６において仕事尺度を与えていることに留意されたい。これらの選択および刺激された呼吸の間の圧力ならびに流量は、圧力チャネル５２０および流量チャネル５２２内の対応する波形によって表されるように、劇的に変動することも留意されたい。Ｐｍｕｓまたは予測されたワイ圧力と測定されたワイ圧力との間の差異に依拠する、仕事ならびにパワー方法を使用して、仕事は、合理的な方法で計算され、大きく異なる圧力および流量トレースが適応される。仕事の代替的な圧力および時間積推定は、仕事およびパワーの確実かつ正確な尺度を提供することができず、ワイにおける圧力は、積分され、先行ワイ圧力から除算される。図１１から図１５の前の人工呼吸器モダリティから分かり得るように、吸気時間および呼吸タイプは、呼吸の間で有意に変動し得る。たとえ呼吸が同一のタイプであっても、２つの呼吸の比較に基づく仕事の任意の推定は、図６の波形によって例示される、生じ得る多くの状況では実行不可能であることが、概して真実である。
【００７７】
図１６は、圧力限界６０８および流量限界６１０の両方が、人工呼吸器３０との相互作用によるモードのために設定される、圧力調整体積換気モダリティで動作するシステムを示す。この図は、１：２選択比を示し、呼吸６００および６０４が刺激を受け取り、コンパニオン呼吸６０２が、人工呼吸器によって制御される。この圧力調整および体積調整モードは、６１０として示される限界に急速に達する呼吸６０２の吸気事象６１２で見られるように、圧力および流量の両方を制限する。同様に、短い時間後に、参照番号６１４によって示される圧力限界に達する。このモードでさえ、仕事およびパワー測定は、選択された呼吸６００ならびに選択された呼吸６０４に対して、それぞれ、６１８および６１６で見られる。再度、機械呼吸６０２が限界条件で動作しているときでさえも、機械呼吸６０２の仕事は報告されていない。
【００７８】
（仕事／パワー測定）
図１７Ａおよび図１７Ｂは、一緒に考慮されるべきである。図１７Ａは、体積制御モードで、次いで、圧力制御モードで動作する患者回路管類を介して人工呼吸器に結合された患者のコンピュータモデルによって生成された一連の呼吸の略図である。圧力チャネル７４６の中で見られる番号付けされた呼吸７００、７０４、７０８、７１２、７１６、７２０、７２４、７２８、７３２、７３６、７４０は全て選択された刺激された呼吸であり、選択基準は１：２である。残りのコンパニオン呼吸は、人工呼吸器によって駆動される前または後続の呼吸である。流量チャネル７４８内の呼吸群７４２は、全て体積制御された呼吸ＶＣＶであり、流量チャネル７４８内の残りの群７４４は、全て圧力制御された呼吸である。
【００７９】
患者コンプライアンスおよび抵抗は、それぞれ、１００ｍｌ／ｃｍＨ２Ｏおよび５ｃｍＨ２Ｏ／Ｌｐｓであるようにモデル化された。患者回路管類コンプライアンスは、２．５ｍｌ／ｃｍＨ２Ｏに設定された。
【００８０】
チャネル７５０は、各呼吸の圧力時間積を表す。呼吸、例えば、呼吸７４０の圧力時間積７５４を、前の呼吸、例えば、呼吸７３８の圧力時間積７５６と比較することが従来的である。表では、呼吸７４０において、圧力時間積差は、−１０である。従来の実践では、この値は、呼吸７４０の仕事において求められるであろう。しかしながら、これは、刺激された呼吸であり、患者仕事は、負ではないことが分かっている。以前に説明されたプロセスを使用する仕事チャネル７５２で、仕事７５６は、行われる実際の患者仕事を反映する正の値として示される。この図は、２つの呼吸の圧力時間積を使用することの不十分さを示す。図１８は、鎮静状態のブタから得られた実際のデータを示す。ブタは、自然呼吸駆動を完全に抑制するように強い鎮静剤を投与された。ブタは、別様に健康かつ正常で、複雑な疾患状態を提示しなかった。数時間の間に、横隔膜がより弱くなったことが観察された。１：３で、選択された呼吸比が選択され、ブタは、健康な正常呼吸仕事を反映するレベルで刺激された。対照と比較して、測定された呼吸仕事（図示せず）は、選択された呼吸８０２のための刺激８００によって反映される刺激プロトコルにおいて呼吸の間で一貫した。１：３選択基準で周期的に繰り返され、横隔膜機能を向上させ、促した。研究者らに、これは、１：２を上回る選択比が有益であり、最適条件が臨床実践のために見出され得ることを示唆する。実験では、加速度計が、横隔膜上に設置され、波形複合体８０４および８０６は、刺激のために選択されるパラメータにおける捕捉ならびに有効刺激を反映する。
【００８１】
図１９Ａ、１９Ｂ、および１９Ｃは、ＧＵＩのための入力パラメータを示す表である。
【００８２】
グループ９００等のある設定が、ユーザによって直接設定され得る一方で、グループ９０４は、手動で入力される必要があろう。グループ９０２は、ユーザに提示される、予期される波形データを表す。
【００８３】
（治療に関連付けられる危険性）
治療に関連付けられるいくつかの危険性がある。図２０Ａおよび図２０Ｂは、関連付けられるアラーム条件とともに表形式でこれらの危険性を提示する。これらの危険性は、ユーザ誤用に、またはシステム内の故障状態に起因し得る。例えば、電気刺激は、患者回路内に水があり、患者が連続的に吸入しているとＰＥＰＮＳシステムに思い込ませる場合、過度に長い期間にわたって起こり得る。水は、差分流量センサ圧力ラインのうちの１つをオフセットし、連続流のように見えるものをもたらし得る。そのような問題は、ワイが断絶され、断絶が起こったことを人工呼吸器が検出するまで人工呼吸器が流量を送達し続ける場合にも起こり得る。回路内の水も、高い呼吸数をもたらす自己誘起も引き起こし得る。回路内の水は、吸入中と同様に空気流が前方に移動し、水の波が逆転すると逆転し、呼気をシミュレートすることをもたらすスロッシング運動を引き起こし得る。この運動は、人工呼吸器によって患者努力として誤解され、人工呼吸器が誤って吸気を誘起することをもたらし得る。ユーザはまた、患者の吸引中にワイにおいて流量センサおよびワイセンサを接続することを忘れ得、ＰＥＰＮＳシステムがワイセンサがもはやワイに接続されていないので、電気刺激を送達しないことをもたらす。患者の呼吸機構が変化する場合、患者が、医師によって所望されるレベル外に自分の仕事のレベルを増加させるであろう可能性、または自分の仕事のレベルを低減させるであろう可能性が存在する。アラームは、ペーシングデバイスでは、過電流に起因するリード線インピーダンスおよびデバイス故障のためにすでに存在している。換気と併せて刺激を提供することは、ユーザの注意を誤った条件に向けるための追加の安全対策のための要件を作成する。ユーザの注意をこれらのアラーム条件に向けさせ、誤った電気刺激を防止する必要性が存在する。図２０Ａ（継続と見なされるＡ、Ａ１、およびＡ２）ならびに図２０Ｂに示される以下のアラームが、そのような条件を防止するたに実装されている。以降の表題が、表に示されている。
【００８４】
アラーム名：ユーザに表示されるアラームの名称。
【００８５】
検出基準：アラーム条件を検出するために使用される基準。
【００８６】
説明：アラーム条件が検出されたとき、ユーザが行うように指示されることの説明。
【００８７】
アラーム反応：アラームに対するＰＥＰＮＳシステム反応。アラームの報知時、ＰＥＰＮＳシステムは、電気出力への駆動が無効にされる安全状態になり得るか、またはこのデバイスは、動作を継続し得る。選定される反応は、患者への残存危険性の関数である。
【００８８】
アラームを有効／無効にする：ユーザは、アラーム条件が人工呼吸器上で複製される場合に、デバイスの一部として特定のアラームを有効／無効にする能力を有する。例えば、殆どの人工呼吸器は、無呼吸アラームを有し、このアラームは、人工呼吸器がそのようなアラームを有していない場合にのみ呼び出される必要があろう。複製アラームは、ユーザの不満を引き起こし、従って、これらのアラームを無効にする能力を与えることは、デバイスの有用性を大いに改良するであろう。
【００８９】
名称／ユニット：この区分は、アラームが設定されるユニットを説明する。
【００９０】
範囲：この区分は、アラーム設定の範囲を説明する。
【００９１】
患者努力において変化を検出する能力をユーザに与えることは、ユーザが刺激の損失または患者呼吸機構の変化を検出することを可能にする。患者の呼吸機構が疾患の進行の結果として治療の開始後に悪化し得る危険性が存在し、ユーザにこれらの条件を警告し、刺激中に及ぼすように要求されている努力のレベルを患者に使い過ぎさせないことは、デバイス有用性を大いに改良し、患者でデバイスを使用することの危険性を減少させるであろう。患者が治療中に再配置される場合、刺激は、もはや効果的ではなくなり得る。ユーザにこの影響を警告することは、治療の継続を確実にし、デバイスをより使用可能にするであろう。ＩＣＵは、複雑な環境であり、故障状態の検出を不要にすることは、有用性のために不可欠である。そのような故障状態を検出することは、正しい測定および検出方法が行われる場合のみ可能である。誤検出アラームが検出されるように検出を過度に敏感にしないことも重要である。
【００９２】
（定義）
呼吸の分野では、用語または専門語の使用に完全な一様性がない。これは、特に、製造業者が企業特有の専門語の観点から動作を説明する換気モードに当てはまる。本開示を明確にするために、以下の用語は、本書を解釈することにおいて割り当てられた意味を与えられるべきである。
【００９３】
呼吸仕事−本開示では、呼吸ガスを吸入するために消費されるエネルギーに関する。それは、通常、単位体積あたりの仕事、例えば、ジュール／リットルとして、またはジュール／分等の仕事率（パワー）として表される。殆どの文献では、この用語は、単一の呼吸に関する。殆どの文献では、これは、いくつかの呼吸にわたって測定される。
【００９４】
仕事−それは、通常、仕事ジュールとして表されるか、または単位体積あたりの仕事、例えば、ジュール／リットルとしても表され得る。
【００９５】
パワー−ジュール／分等の仕事率として定義される。
【００９６】
呼吸の運動方程式は、肺のコンプライアンスおよび抵抗力によって及ぼされる圧力を表すために使用される。
【００９７】
選択された呼吸。刺激装置コントローラは、刺激すべき呼吸を選択することによって介入し、これは、１回おきの呼吸の１：２の単純な比から約２０回の呼吸のうちの１回（１：２０）までを選択することによって行われる。
【００９８】
前の呼吸は、選択された呼吸の直前の呼吸である。
【００９９】
後続の呼吸は、選択された呼吸の直後の呼吸である。
【０１００】
コンパニオン呼吸。選択された呼吸の視点から、前の呼吸および後続の呼吸の両方は、コンパニオン呼吸として定義される。本質的に、全ての選択されていない呼吸は、コンパニオン呼吸であり、直後および直前呼吸は、特有の名称を与えられる。
【０１０１】
圧力制御モダリティ−人工呼吸単独のモード、および人工呼吸の他のモード内の変数である。圧力制御は、人工呼吸中に加えられる圧力を調整するために使用される。圧力制御換気中、制御パラメータは、圧力であり、流量は、規定圧力に達するように調節される。
【０１０２】
流量制御モダリティ−体積制御換気で使用される。方形波または下降傾斜等の種々の流量制御モードが、使用され得る。体積制御換気中、制御パラメータは、流量であり、圧力は、結果として生じたパラメータである。
【０１０３】
ＳＩＭＶ−同期間欠的人工呼吸（ＳＩＭＶ）は、患者が吸気する努力を行っている場合、人工呼吸器呼吸が患者吸気努力と同期されるＩＭＶの変形例である。呼吸モードは、最も頻繁に、自発呼吸モードと対にされた強制呼吸モードである。
【０１０４】
ＳＩＭＶ（体積制御、ＰＳＶ）−このＳＩＭＶの場合、換気の強制または支援モードは、圧補助換気の自発モードを伴う体積制御呼吸である。
【０１０５】
ＳＩＭＶ（圧力制御、ＰＳＶ）−このＳＩＭＶの場合、換気の強制または支援モードは、圧補助換気の自発モードを伴う圧力制御呼吸である。
【０１０６】
双レベル換気−一般的に、商標名ＢｉＰＡＰおよびＢＩＰＡＰと称される、双レベル気道陽圧（ＢＰＡＰ）は、気道陽圧の２つの異なる印加レベル間の時間循環または流量循環変化を使用する非侵襲性機械的圧補助換気の形態である。
【０１０７】
ＰＥＥＰ−呼気終末陽圧（ＰＥＥＰ）は、呼気の終了時に存在する大気圧（体外の圧力）を上回る肺内の圧力（肺胞圧）である。
【０１０８】
強制呼吸−タイミングまたはサイズのいずれかが人工呼吸器によって制御される呼吸であり、機械が呼吸を開始する（すなわち、誘起する）、または終了させる（すなわち、循環させる）。
【０１０９】
自発呼吸−人工呼吸中、タイミングおよびサイズが両方とも患者によって制御される呼吸である（すなわち、呼吸は、患者によって開始（誘起）され、かつ終了（循環）させられる）。
【０１１０】
ＰＲＶＣ（圧力調節圧体積制御）は、圧力制御換気と体積制御換気とを組み合わせた換気の制御されたモードである。事前設定された１回換気量が、ＶＣと同様に設定された速度で送達されるが、それは、可能な限り最低の圧力を用いて送達される。
【０１１１】
上記の開示は、包括的ではなく例証的であることを意図している。本説明は、多くの変形例および代替物を当業者に示唆するであろう。全てのこれらの代替物および変形例は、「〜を備えている」という用語が、「〜を含むが、それに限定されない」を意味する、請求項の範囲内に含まれることを意図している。当業者は、本明細書に説明される特定の実施形態の他の均等物を認識し得、その均等物はまた、以下の番号付けされた段落によって、ならびに以下の請求項に包含されることも意図している。
【０１１２】
段落１．ＰＥＰＮＳシステムとの使用のためのリード線システムは、以下の要素、すなわち、筐体を有する第１のリード線であって、筐体は、線形配列で間隔を置かれている少なくとも２つ以上のペーシング電極を含む、第１のリード線と、識別抵抗器とを備えている。ペーシング電極および識別抵抗器の各々は、ＰＥＰＮＳシステムのコントローラと別個に電気通信する。
【０１１３】
段落２．第２のリード線をさらに備えている、段落１に記載のシステム。
【０１１４】
段落３．コントローラは、電気パルス発生器を備えている、段落２に記載のシステム。各電極は、電気パルス発生器と電気通信する。
【０１１５】
段落４．コントローラは、ＣＰＵとＧＵＩとを備えている、段落３に記載のシステム。ＣＰＵは、各電極、各識別抵抗器、およびパルス発生器と電気通信する。ＣＰＵは、第１のリード線および第２のリード線に送信される電気パルスの特性を制御する。ＧＵＩは、ＣＰＵと電子通信する。
【０１１６】
段落５．人工呼吸器との使用のための医療デバイスであって、デバイスおよび人工呼吸器の両方は、患者に結合され、医療デバイスは、リード線上に位置する多重極電極組を備えている。リード線は、患者の頸部における少なくとも１つの横隔神経に近接して皮下に位置付けられる。刺激装置／コントローラは、多重極電極組から１つの電極対を選択し、選択された電極対を定義し、パルス繰り返し率、電流振幅、パルス幅、パルス波形、刺激パルス列波形を設定する入力電気パラメータの組に従って、電気刺激を電極組のうちの選択された電極対に送達するために、リード線に接続される。入力電気パラメータは、患者の横隔膜を少なくとも部分的に活性化するために十分である。計装ワイは、患者に結合され、かつ人工呼吸器に結合され、ワイ流量測定値およびワイ圧力測定値を刺激装置／コントローラに提供する。刺激装置／コントローラは、単一の選択された呼吸を定義するために、いくつかの呼吸のうちの１つを選択する。刺激装置／コントローラは、ワイ流量測定によって誘起される吸気事象の開始に対応する時間に、単一の選択された呼吸において電気刺激を開始する。刺激装置／コントローラは、ワイ流量測定によって誘起される吸気事象の終了に対応する時間に、単一の選択された呼吸において電気刺激を終了させる。選択された呼吸の吸気事象の開始および選択された呼吸の吸気事象の終了は、単一の選択された呼吸周期の吸気相内の電気刺激のための持続時間を一緒に定義する。刺激装置／コントローラ内にあり、計装ワイに結合されるパワー／仕事測定デバイスは、測定されたワイ流量値およびワイ圧力値を受信し、計装ワイ測定の組を定義する。パワー／仕事測定デバイスは、持続時間にわたってワイの中の圧力曲線を予測するために、患者の肺コンプライアンスの尺度および肺抵抗の尺度とともに、ワイ測定を使用する。パワー／仕事測定デバイスは、実際のワイ圧力曲線を予測されるワイ圧力曲線と比較し、Ｐｍｕｓ値を定義する、予測されるワイ圧力と実際の測定されたワイ圧力との間の差異を形成する。パワー／仕事測定デバイスは、仕事／パワー曲線を定義する、単一の選択された呼吸の選択された吸気相の呼吸仕事曲線を計算するために、患者の肺コンプライアンスの尺度および肺抵抗の尺度とともに、Ｐｍｕｓ値を使用する。仕事／パワー曲線は、瞬間仕事と、人工呼吸器によって行われる仕事への寄与には関係なく、選択された呼吸の吸気持続時間中に患者によって消費される総パワーを表す、関連付けられる時間ベースのパワー測定とを表す。
【０１１７】
段落６．人工呼吸器との使用のための医療デバイスであって、デバイスおよび人工呼吸器は両方とも、患者に結合され、医療デバイスは、患者の頸部における少なくとも１つの横隔神経に近接して位置付けられている皮下電極対を備えている。刺激装置／コントローラは、患者の横隔膜を少なくとも部分的に活性化するために十分な電流および波形を用いて、パルス繰り返し率で電気刺激を電極対に送達する。計装ワイは、患者に結合され、かつ人工呼吸器に結合され、ワイ流量測定値およびワイ圧力測定値を刺激装置／コントローラに提供する。刺激装置／コントローラは、いくつかの呼吸のうちの１つを選択し、選択された呼吸を定義する。刺激装置／コントローラは、吸気誘起事象に応答して、吸気事象の開始時に刺激を開始し、事象は、計装ワイにおける事前設定された特定の流量に対応する。刺激装置／コントローラは、終末吸気誘起事象によって誘起される、完結した吸気事象の終了時に刺激を終了し、事象は、計装ワイにおける特定の流量に対応する。吸気事象誘起および終末吸気事象誘起は、単一の選択された呼吸の吸気相内の刺激のための持続時間を一緒に定義する。計装ワイに結合されるパワー／仕事測定デバイスは、ワイにおける予測される圧力およびワイにおける測定された圧力を比較し、予測される圧力が計装ワイにおける測定された圧力と異なる場合にのみ仕事を示すことによって、単一の呼吸の吸気相の全体を通して瞬間仕事を測定する。
【０１１８】
段落７．吸気誘起は、患者開始型事象である、段落６に記載のデバイス。
【０１１９】
段落８．終末吸気誘起は、患者開始型事象である、段落６に記載のデバイス。
【０１２０】
段落９．吸気誘起は、人工呼吸器開始型事象である、段落６に記載のデバイス。
【０１２１】
段落１０．終末吸気誘起は、人工呼吸器開始型事象である、段落６に記載のデバイス。
【０１２２】
段落１１．呼吸の吸気相中に送達される刺激のレベルを提示するインジケータをさらに含む、段落６に記載のデバイス。
【０１２３】
段落１２．呼吸の吸気相中に送達される刺激のレベルに対する測定された総パワーおよび総仕事を提示するインジケータをさらに含む、段落６に記載のデバイス。
【０１２４】
段落１３．人工呼吸器との使用のための医療デバイスシステムであって、システムおよび人工呼吸器は両方とも、患者に結合され、医療デバイスシステムは、圧力制御モードで動作可能な人工呼吸器を備えている。一時的電極対は、患者の頸部における少なくとも１つの横隔神経に近接して、皮下に位置付けられる。刺激装置／コントローラは、繰り返し率、電流振幅、パルス幅、パルス波形、刺激パルス列波形を設定する入力電気パラメータの組に従って、電極組のうちの電極対に接続され、入力電気パラメータは、患者の横隔膜を少なくとも部分的に活性化するために十分である。刺激装置／コントローラは、パワー／仕事測定デバイスを含む。計装ワイは、患者に結合され、ワイ流量測定値およびワイ圧力測定値を刺激装置／コントローラ内のパワー／仕事測定デバイスに提供する。刺激装置／コントローラは、いくつかの呼吸のうちの１つを選択し、選択された呼吸を定義する。選択された呼吸の後、後続の呼吸が続き、後続の呼吸を定義する。刺激装置／コントローラは、ワイ流量測定によって誘起される吸気事象に対応する選択された呼吸の開始時に電気刺激を開始する。刺激装置／コントローラは、ワイ流量測定によって誘起される吸気事象の終了時に電気刺激を終了させる。選択された呼吸の開始吸気事象および選択された呼吸の終了吸気事象はともに、単一の選択された呼吸の吸気相内の刺激持続時間を設定する。刺激装置／コントローラ内にあり、計装ワイに結合されるパワー／仕事測定デバイスは、ワイ圧力および流量測定を受信し、刺激された呼吸中に仕事の正の値を表示する。人工呼吸器は、圧力制御された後続の呼吸を開始する。人工呼吸器は、特徴的な圧力制御プロファイルを有する、圧力制御された後続の呼吸持続時間を定義する、後続の圧力制御呼吸を終了させる。パワー／仕事測定デバイスは、後続の圧力制御呼吸中に仕事のゼロ値を決定する。
【０１２５】
段落１４．人工呼吸器との使用のための医療デバイスシステムであって、両方とも、患者に結合されており、医療デバイスシステムは、体積制御モードで動作可能な人工呼吸器を備えている。一時的電極対は、患者の頸部における少なくとも１つの横隔神経に近接して、皮下に位置付けられる。刺激装置／コントローラは、繰り返し率、電流振幅、パルス幅、パルス波形、刺激パルス列波形を設定する入力電気パラメータの組に従って、電極組のうちの電極対に接続される。入力電気パラメータは、患者の横隔膜を少なくとも部分的に活性化するために十分である。刺激装置／コントローラは、パワー／仕事測定デバイスを含む。患者に結合される計装ワイは、ワイ流量測定値およびワイ圧力測定値を刺激装置／コントローラ内のパワー／仕事測定デバイスに提供する。刺激装置／コントローラは、いくつかの呼吸のうちの１つを選択し、選択された呼吸を定義する。選択された呼吸の後、後続の次の呼吸が続き、順次呼吸を定義する。刺激装置／コントローラは、ワイ流量測定によって誘起される吸気事象に対応する選択された呼吸の開始時に電気刺激を開始する。刺激装置／コントローラは、ワイ流量測定によって誘起される吸気事象の終了時に電気刺激を終了させる。選択された呼吸の開始吸気事象および選択された呼吸の終了吸気事象は、単一の選択された呼吸周期の吸気相内の電気刺激のための持続時間を一緒に設定する。刺激装置／コントローラ内にあり、計装ワイに結合されるパワー／仕事測定デバイスは、ワイ圧力測定を受信し、刺激された呼吸中に仕事の正の値を表示する。人工呼吸器は、体積制御呼吸を開始する。パワー／仕事測定デバイスは、ワイ圧力測定を使用し、体積制御呼吸中に仕事のゼロ値を表示する。
【０１２６】
段落１５．吸気中に横隔膜の運動を誘発するために横隔膜を刺激する方法は、以下のステップ、すなわち、
ａ．患者の選択された呼吸中に設定されたレベルで横隔神経を刺激するステップと、
ｂ．患者の選択された呼吸の吸気呼吸周期に患者によって及ぼされる横隔膜仕事の測定値を取得するステップと、
ｃ．横隔膜仕事の実際の値が横隔膜仕事の所望の値の選択された範囲外である場合、刺激信号を修正するステップと、
ステップａ−ｃを繰り返すステップと
を含む。
【０１２７】
段落１６．両方とも患者に結合される、人工呼吸器との使用のための医療デバイス。医療デバイスは、リード線上に位置する多重極電極組を備え、リード線は、患者の頸部における少なくとも１つの横隔神経に近接して皮下に位置付けられる。刺激装置／コントローラは、選択された電極対を定義する、多重極電極組から１つの電極対を選択し、パルス繰り返し率、電流振幅、パルス幅、パルス波形、刺激パルス列波形を設定する入力電気パラメータの組に従って、電気刺激を電極組のうちの選択された電極対に送達するために、リード線に接続される。入力電気パラメータは、患者の横隔膜を少なくとも部分的に活性化するために十分である。計装ワイは、患者に結合され、かつ人工呼吸器に結合され、ワイ流量測定値およびワイ圧力測定値を刺激装置／コントローラに提供する。刺激装置／コントローラは、単一のいくつかの呼吸のうちの１つを選択し、選択された呼吸を定義する。刺激装置／コントローラは、ワイ流量測定によって誘起される吸気事象に対応する選択された呼吸の開始時に電気刺激を開始する。刺激装置／コントローラは、ワイ流量測定によって誘起される吸気事象の終了時に電気刺激を終了させる。選択された呼吸の開始吸気事象および選択された呼吸の終了吸気事象はともに、単一の選択された呼吸周期の吸気相内の電気刺激のための持続時間を設定する。刺激装置／コントローラ内にあり、計装ワイに結合されるパワー／仕事測定デバイスは、測定されたワイ流量値およびワイ圧力値を受信し、計装ワイ測定の組を定義する。パワー／仕事測定デバイスは、予測されるワイ圧力曲線を定義する、選択された呼吸の選択された吸気相の圧力曲線を予測するために、患者の肺コンプライアンスの尺度および肺抵抗の尺度とともに、ワイ測定を使用する。パワー／仕事測定デバイスは、実際のワイ圧力曲線を予測されるワイ圧力曲線と比較し、Ｐｍｕｓ値を定義する、予測されるワイ圧力と実際の測定されたワイ圧力との間の差異を形成する。パワー／仕事測定デバイスは、仕事／パワー曲線を定義する、単一の選択された呼吸の選択された吸気相の呼吸仕事曲線を計算するために、患者の肺コンプライアンスの尺度および肺抵抗の尺度とともに、Ｐｍｕｓ値を使用する。仕事／パワー曲線は、瞬間仕事と、人工呼吸器によって行われる仕事への寄与には関係なく、選択された呼吸の吸気持続時間中に患者によって消費される総パワーを表す、関連付けられる時間ベースのパワー測定とを表す。
【０１２８】
段落１７．両方とも患者に結合される、人工呼吸器との使用のための医療デバイス。医療デバイスは、患者の頸部における少なくとも１つの横隔神経に近接して位置付けられている皮下電極対を備えている。刺激装置／コントローラは、患者の横隔膜を少なくとも部分的に活性化するために十分な電流および波形を用いて、パルス繰り返し率で電気刺激を選択された電極対に送達する。患者に結合される計装ワイは、ワイ流量測定値およびワイ圧力測定値を刺激装置／コントローラに提供する。刺激装置／コントローラは、いくつかの呼吸のうちの１つを選択し、選択された呼吸を定義する。刺激装置／コントローラは、ワイにおける流量によって誘起される患者開始型吸気事象の開始時に刺激を開始する。刺激装置／コントローラは、ワイにおける流量によって誘起される患者完結型吸気事象の終了時に刺激を終了する。患者開始型吸気事象および患者完結型吸気事象は、それによって、単一の選択された患者開始型呼吸周期の吸気相内の刺激のための持続時間を設定する。計装ワイに結合されるパワー／仕事測定デバイスは、ワイにおける予測される圧力およびワイにおける測定された圧力を比較し、予測される圧力がワイの中の測定された圧力と異なる場合にのみ仕事を示すことによって、単一の呼吸の吸気相の全体を通して瞬間仕事を測定する。インジケータは、呼吸の吸気相中に送達される刺激のレベルを提示する。インジケータは、呼吸の吸気相中に送達される刺激のレベルに対する測定された総パワーおよび総仕事を提示する。
【０１２９】
段落１８．両方とも患者に結合される、人工呼吸器との使用のための医療デバイス。医療デバイスは、患者の頸部における少なくとも１つの横隔神経に近接して位置付けられている皮下電極対を備えている。刺激装置／コントローラは、患者の横隔膜を少なくとも部分的に活性化するために十分なパルス繰り返し率、電流、および波形で、電気刺激を選択された電極対に送達する。患者に結合される計装ワイは、ワイ流量測定値およびワイ圧力測定値を刺激装置／コントローラに提供する。刺激装置／コントローラは、いくつかの呼吸のうちの１つを選択し、選択された呼吸を定義する。刺激装置／コントローラは、ワイにおける流量によって誘起される患者開始型吸気事象の開始時に刺激を開始する。刺激装置／コントローラは、ワイにおける流量によって誘起される人工呼吸器完結型吸気事象の終了時に刺激を終了する。患者開始型吸気事象および人工呼吸器完結型吸気事象は、それによって、単一の選択された患者開始型呼吸周期の吸気相内の刺激のための持続時間を設定する。計装ワイに結合されるパワー／仕事測定デバイスは、ワイにおける予測される圧力およびワイにおける測定された圧力を比較し、予測される圧力がワイの中の測定された圧力と異なる場合にのみ仕事を示すことによって、単一の呼吸の吸気相の全体を通して瞬間仕事を測定する。インジケータは、呼吸の吸気相中に送達される刺激のレベルを提示する。インジケータは、呼吸の吸気相中に送達される刺激のレベルに対する測定された総パワーおよび総仕事を提示する。
【０１３０】
段落１９．両方とも患者に結合される、人工呼吸器との使用のための医療デバイス。医療デバイスは、患者の頸部における少なくとも１つの横隔神経に近接して位置付けられている皮下電極対を備えている。刺激装置／コントローラは、患者の横隔膜を少なくとも部分的に活性化するために十分な電圧、電流、および波形を用いて、パルス繰り返し率で電気刺激を選択された電極対に送達する。患者に結合される計装ワイは、ワイ流量測定値およびワイ圧力測定値を刺激装置／コントローラに提供する。刺激装置／コントローラは、いくつかの呼吸のうちの１つを選択し、選択された呼吸を定義する。Ｓ／Ｃは、ワイにおける流量によって誘起される、人工呼吸器開始型吸気事象の開始時に刺激を開始する。刺激装置／コントローラは、ワイにおける流量によって誘起される人工呼吸器完結型吸気事象の終了時に刺激を終了する。患者開始型吸気事象および患者完結型吸気事象は、それによって、単一の選択された患者開始型呼吸周期の吸気相内の刺激のための持続時間を設定する。計装ワイに結合されるパワー／仕事測定デバイスは、ワイにおける予測される圧力およびワイにおける測定された圧力を比較し、測定された圧力がワイの中の予測される圧力を超える場合のみ仕事を示すことによって、単一の呼吸の吸気相の全体を通して瞬間仕事を測定する。インジケータは、呼吸の吸気相中に送達される刺激のレベルを提示する。インジケータは、呼吸の吸気相中に送達される刺激のレベルに対する測定された総パワーおよび総仕事を提示する。
【０１３１】
段落２０．両方とも患者に結合される、人工呼吸器との使用のための医療デバイス。医療デバイスは、患者の頸部における少なくとも１つの横隔神経に近接して位置付けられている皮下電極対を備えている。刺激装置／コントローラは、患者の横隔膜を少なくとも部分的に活性化するために十分なパルス繰り返し率、電流、および波形で、電気刺激を選択された電極対に送達する。患者に結合される計装ワイは、ワイ流量測定値およびワイ圧力測定値を刺激装置／コントローラに提供する。刺激装置／コントローラは、いくつかの呼吸のうちの１つを選択し、選択された呼吸を定義する。刺激装置／コントローラは、ワイにおける流量によって誘起される、人工呼吸器開始型吸気事象の開始時に刺激を開始する。刺激装置／コントローラは、ワイにおける流量によって誘起される患者完結型吸気事象の終了時に刺激を終了する。人工呼吸器開始型吸気事象および患者完結型吸気事象は、それによって、単一の選択された患者開始型呼吸周期の吸気相内の刺激のための持続時間を設定する。計装ワイに結合されるパワー／仕事測定デバイスは、ワイにおける予測される圧力およびワイにおける測定された圧力を比較し、予測される圧力がワイの中の測定された圧力と異なる場合にのみ仕事を示すことによって、単一の呼吸の吸気相の全体を通して瞬間仕事を測定する。インジケータは、呼吸の吸気相中に送達される刺激のレベルを提示する。インジケータは、呼吸の吸気相中に送達される刺激のレベルに対する測定された総パワーおよび総仕事を提示する。
【０１３２】
段落２１．呼吸の吸気相中に送達される刺激のレベルを提示するディスプレイをさらに備えている、段落９に記載の医療デバイス。ディスプレイは、呼吸の吸気相中に送達される刺激のレベルに対する測定された総パワーおよび総仕事を提示する。
【０１３３】
段落２２．両方とも患者に結合される、人工呼吸器との使用のための医療デバイス。医療デバイスシステムは、圧力制御および体積制御モードの両方で動作可能な人工呼吸器を備えている。一時的電極対は、患者の頸部における少なくとも１つの横隔神経に近接して、皮下に位置付けられる。刺激装置／コントローラは、繰り返し率、電流振幅、パルス幅、パルス波形、刺激パルス列波形を設定する入力電気パラメータの組に従って、電極組のうちの電極対に接続され、入力電気パラメータは、患者の横隔膜を少なくとも部分的に活性化するために十分であり、刺激装置／コントローラは、パワー／仕事測定デバイスを含む。患者に結合される計装ワイは、ワイ流量測定値およびワイ圧力測定値を刺激装置／コントローラ内のパワー／仕事測定デバイスに提供する。刺激装置／コントローラは、いくつかの呼吸のうちの１つを選択し、選択された呼吸を定義する。選択された呼吸の後、後続の次の呼吸が続き、順次呼吸を定義する。刺激装置／コントローラは、ワイ流量測定によって誘起される吸気事象に対応する選択された呼吸の開始時に電気刺激を開始する。刺激装置／コントローラは、ワイ流量測定によって誘起される吸気事象の終了時に電気刺激を終了させる。選択された呼吸の開始吸気事象および選択された呼吸の終了吸気事象は、単一の選択された呼吸周期の吸気相内の電気刺激のための持続時間を一緒に設定する。刺激装置／コントローラ内にあり、計装ワイに結合されるパワー／仕事測定デバイスは、ワイ圧力測定および流量測定を受信し、刺激された呼吸中に仕事の正の値を表示する。人工呼吸器は、体積制御呼吸を開始する。人工呼吸器は、ワイにおいて圧力制御呼吸を終了させる。開始および終了は、特徴的な圧力プロファイルを有する持続時間を形成する。パワー／仕事測定デバイスは、ワイ圧力測定を使用し、刺激されていない圧力制御呼吸中に仕事のゼロ値を表示する。
【０１３４】
段落２３．両方とも患者に結合される、人工呼吸器との使用のための医療デバイス。医療デバイスシステムは、圧力制御および体積制御モードの両方で動作可能な人工呼吸器を備えている。一時的電極対は、患者の頸部における少なくとも１つの横隔神経に近接して、皮下に位置付けられる。刺激装置／コントローラは、繰り返し率、電流振幅、パルス幅、パルス波形、刺激パルス列波形を設定する入力電気パラメータの組に従って、電極組のうちの電極対に接続され、入力電気パラメータは、患者の横隔膜を少なくとも部分的に活性化するために十分であり、刺激装置／コントローラは、パワー／仕事測定デバイスを含む。患者に結合される計装ワイは、ワイ流量測定値およびワイ圧力測定値を刺激装置／コントローラ内のパワー／仕事測定デバイスに提供する。刺激装置／コントローラは、いくつかの呼吸のうちの１つを選択し、選択された呼吸を定義する。選択された呼吸の後、後続の次の呼吸が続き、順次呼吸を定義する。刺激装置／コントローラは、ワイ流量測定によって誘起される吸気事象に対応する選択された呼吸の開始時に電気刺激を開始する。刺激装置／コントローラは、ワイ流量測定によって誘起される吸気事象の終了時に電気刺激を終了させる。選択された呼吸の開始吸気事象および選択された呼吸の終了吸気事象は、単一の選択された呼吸周期の吸気相内の電気刺激のための持続時間を一緒に設定する。刺激装置／コントローラ内にあり、計装ワイに結合されるパワー／仕事測定デバイスは、ワイ圧力測定を受信し、刺激された呼吸中に仕事の正の値を表示する。人工呼吸器は、体積制御呼吸を開始する。パワー／仕事測定デバイスは、ワイ圧力測定を使用し、刺激されていない体積制御呼吸中に仕事のゼロ値を表示する。
【０１３５】
段落２４．吸気中に横隔膜の運動を誘発するために横隔膜を刺激する方法は、以下のステップ、すなわち、
ａ．  患者の選択された呼吸の吸気呼吸周期に及ぼされる仕事の測定値を取得するステップと、
ｂ．  横隔膜の収縮中の仕事のレベルの所望の値を設定し、電極が患者の横隔神経を採用し、横隔膜を収縮させるように、刺激信号を患者の皮下組織内に位置付けられる電極に伝送するステップと、
ｃ．  刺激信号を伝送した後、横隔膜によって生成される実際の仕事を決定するステップと、
ｄ．  ワイ流量、圧力、および患者抵抗ならびにコンプライアンスの関数として、横隔膜仕事のレベルの実際の値が所望の値の選択された範囲内である場合に、以降の選択された呼吸のための刺激信号値を維持するステップ、
または横隔膜仕事の実際の値が横隔膜仕事の所望の値の選択された範囲外である場合、刺激信号を修正するステップと、
ステップａ−ｄを繰り返すステップと
を含む。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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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７】
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【図８】
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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１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ａ−１】
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【図２０Ａ−２】
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【図２０Ｂ】
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【国際調査報告】
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