(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも笑気ガスと酸素ガスと揮発性麻酔剤を混合して供給する麻酔器本体と、
該麻酔器本体から供給される、前記笑気ガスと酸素ガスと揮発性麻酔剤を含んだ新鮮ガスを、患者の呼気から炭酸ガスを吸収除去した後の循環気に混入し、該循環気と前記新鮮ガスとを混合して吸気として患者に送る麻酔循環回路とを備え、該麻酔循環回路から麻酔ガスを含んだ吸気を患者に送って該患者に麻酔を施す麻酔装置において、
前記麻酔循環回路中の呼気流路及び吸気流路中にそれぞれミキシングチャンバ−を設け、
それら各ミキシングチャンバ−に、酸素センサ−、炭酸ガスセンサ−、麻酔ガスセンサ−を設け、
前記呼気流路と吸気流路を患者に接続する呼吸回路中に流量センサ−を設け、
前記酸素センサ−、炭酸ガスセンサ−、麻酔ガスセンサ−及び流量センサにそれぞれ電気的に接続され、酸素センサ、炭酸ガスセンサ及び流量センサの検出値から、麻酔中の患者の各呼吸毎の酸素摂取量、炭酸ガス排出量を演算するとともに、麻酔ガスセンサ及び流量センサの検出値から麻酔ガス出納バランスを演算する演算部を設け、
前記麻酔循環回路に、麻酔ガス分析装置に接続されるガスサンプリングコネクタを設け、
前記麻酔ガス分析装置と前記演算部にそれぞれ電気的に接続され、前記演算部で演算された麻酔ガス出納バランスの演算値を積算して前記患者における麻酔剤の体内蓄積量を算出する患者シミュレータを設けたことを特徴とする麻酔装置。
【請求項２】
請求項１記載の麻酔装置において、
前記患者シミュレータは、前記患者における麻酔剤の体内蓄積量を算出するとともに、それら麻酔剤の体内蓄積量が、患者の身体の複数に分かれたコンパートメントにどのように分布しているかを算出する構成とされていることを特徴とする麻酔装置。
【請求項３】
請求項２記載の麻酔装置において、
前記患者シミュレータに接続され、該患者シミュレータで算出された、麻酔剤が患者の身体の複数に分かれたコンパートメントにどのように分布して蓄積されているかを表示する表示部を設けたことを特徴とする麻酔装置。
【請求項４】
請求項２または３記載の麻酔装置において、
前記患者シミュレータには、該患者シミュレータで算出された値と実測された値との差を基に、麻酔剤が前記患者の身体の複数に分かれたコンパートメントにどのように分布して蓄積されているかを算出する算出式を修正する修正プログラムが組み込まれていることを特徴とする麻酔装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人または動物に対して吸入麻酔をかけるための麻酔装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在手術が安全に行われるようになったのは、麻酔技術の進歩に負うところが大きい。しかし、ほぼ完成されたように思われがちな麻酔装置は、いまだ大きな問題を抱えている。
【０００３】
現在、わが国の麻酔方法は、半閉鎖麻酔（高流量麻酔）が主流であって、麻酔ガス供給手段である麻酔器本体から麻酔循環回路に供給される毎分５〜８リットルの新鮮麻酔ガスは、そのほとんどが患者に摂取されることなく、麻酔循環回路の外部に捨てられていた。近年は、この捨てられた麻酔ガスを手術室から排除するのを目的とした吸引システムが普及しているので、手術室において手術スタッフが麻酔ガスを吸ってしまうという危険性はなくなったが、吸引された余剰麻酔ガスは大気中に排出されるので、麻酔ガスとして含まれている笑気ガスや、フロン系の麻酔ガス（ハロタン、イソフルラン等）がオゾン層を破壊したり、地球温暖化の原因になるという新しい問題が指摘されている。
【０００４】
この問題を緩和する有力な方法として、麻酔器本体から供給される新鮮ガスの流量を、毎分２リットル以下に下げる、いわゆる低流量麻酔が紹介されている。しかしながら、従来の麻酔装置において、この低流量麻酔を採用しようとしても、新鮮ガスの成分と麻酔循環回路内の成分とに差が生じ、患者に適切な換気条件と麻酔深度の維持を図るための操作が、半閉鎖麻酔を行う場合に比べて非常に煩雑となり、実際には採用できにくいという事情があった。
【０００５】
そこで、本発明者等は、低流量麻酔を実現するには、患者の代謝を直接モニタすることが必須であると判断し、麻酔循環回路中の呼気流路及び吸気流路にそれぞれ設けたミキシングチャンバ−に、酸素センサ−、炭酸ガスセンサ−、麻酔ガスセンサ−をそれぞれ設けるとともに、前記呼気流路と吸気流路を患者に接続する呼吸回路中に流量センサ−を設け、酸素センサ−、炭酸ガスセンサ−及び流量センサ−の検出値から、麻酔中の患者の各呼吸ごとの酸素摂取量、炭酸ガス排出量を演算するとともに、麻酔ガスセンサ−及び流量センサ−の検出値から、麻酔剤出納バランスを演算し、それらの演算値を基に、前記麻酔器本体から前記麻酔循環回路に供給する新鮮ガスの量、成分比及び人工呼吸器の換気量を決定して患者に麻酔を施すことが重要であることを発見し、特願平１１−２８０６８７号として特許出願した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許出願した発明では、酸素、炭酸ガスおよび麻酔ガスが患者の体内に摂取される量、あるいは排出される量を把握できるため、患者の状態を的確に判断することができ、低流量麻酔を従来よりも安全かつ容易に施行できるようになった。
しかし、以下の点において問題があり、改良の余地が残されている。
すなわち、上記特許出願した発明では、代謝モニタ−より得られるデ−タ−が、あくまでもその時点での摂取量あるいは排出量を示すのみであり、酸素や炭酸ガスと異なり、体内に蓄積することになる麻酔剤については、その時点で患者の体内にどれだけの麻酔剤が蓄積しているか、あるいは供給する麻酔剤の濃度をどのように変化させると、何分後には体内の蓄積量がどう変化するかということは、全く判断できないという問題が残っていた。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ある時点で患者の体内にどれだけの麻酔剤が蓄積しているか、あるいは供給する麻酔剤の濃度をどのように変化させると、何分後には体内の蓄積量がどう変化するかが容易に推定できる麻酔装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項1にかかる麻酔装置は、少なくとも笑気ガスと酸素ガスと揮発性麻酔剤を混合して供給する麻酔器本体と、
該麻酔器本体から供給される、前記笑気ガスと酸素ガスと揮発性麻酔剤を含んだ新鮮ガスを、患者の呼気から炭酸ガスを吸収除去した後の循環気に混入し、該循環気と前記新鮮ガスとを混合して吸気として患者に送る麻酔循環回路とを備え、該麻酔循環回路から麻酔ガスを含んだ吸気を患者に送って該患者に麻酔を施す麻酔装置において、
前記麻酔循環回路中の呼気流路及び吸気流路中にそれぞれミキシングチャンバ−を設け、
それら各ミキシングチャンバ−に、酸素センサ−、炭酸ガスセンサ−、麻酔ガスセンサ−を設け、
前記呼気流路と吸気流路を患者に接続する呼吸回路中に流量センサ−を設け、
前記酸素センサ−、炭酸ガスセンサ−、麻酔ガスセンサ−及び流量センサにそれぞれ電気的に接続され、酸素センサ、炭酸ガスセンサ及び流量センサの検出値から、麻酔中の患者の各呼吸毎の酸素摂取量、炭酸ガス排出量を演算するとともに、麻酔ガスセンサ及び流量センサの検出値から麻酔ガス出納バランスを演算する演算部を設け、
前記麻酔循環回路に、麻酔ガス分析装置に接続されるガスサンプリングコネクタを設け、
前記麻酔ガス分析装置と前記演算部にそれぞれ電気的に接続され、前記演算部で演算された麻酔ガス出納バランスの演算値を積算して前記患者における麻酔剤の体内蓄積量を算出する患者シミュレータを設けたことを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の麻酔装置は、請求項１記載の麻酔装置において、前記患者シミュレータは、前記患者における麻酔剤の体内蓄積量を算出するとともに、それら麻酔剤の体内蓄積量が、患者の身体の複数に分かれたコンパートメントにどのように分布しているかを算出する構成とされていることを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の麻酔装置は、請求項２記載の麻酔装置において、
前記患者シミュレータに接続され、該患者シミュレータで算出された、麻酔剤が患者の身体の複数に分かれたコンパートメントにどのように分布して蓄積されているかを表示する表示部を設けたことを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の麻酔装置は、請求項２または３記載の麻酔装置において、
前記患者シミュレータには、該患者シミュレータで算出された値と実測された値との差を基に、麻酔剤が前記患者の身体の複数に分かれたコンパートメントにどのように分布して蓄積されているかを算出する算出式を修正する修正プログラムが組み込まれていることを特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、患者シミュレータによって、演算部で演算された麻酔ガス出納バランスの演算値を積算して患者における麻酔剤の体内蓄積量を算出し得るから、ある時点で患者の体内にどれだけの麻酔剤が蓄積しているかを容易に知ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態を示す麻酔装置全体の構成図である。
この図に示すように、麻酔装置１は、少なくとも笑気ガスと酸素ガスと揮発性麻酔剤を混合して供給する麻酔器本体２と、該麻酔器本体２から供給される、笑気ガスと酸素ガスと揮発性麻酔剤を含んだ新鮮ガスを、患者Ａの呼気から炭酸ガスを吸収除去した後の循環気に混入し、該混入気と前記新鮮ガスとを混合したものを吸気として患者Aに送る麻酔循環回路３に大きく分けられる。
【００１４】
麻酔器本体２は、酸素ガス、笑気ガスおよび空気を供給するガス供給部１０と、ガス供給部１０から供給されるガスの流量を制御・測定する流量計１１と、前記ガス中に揮発性麻酔剤を気化した状態で供給する気化器１２とを備える。なお、気化器１２は、必ずしも麻酔器本体２に備える必要はなく、麻酔循環回路３内に備えてもよい。
【００１５】
前記ガス供給部１０は外部から供給される酸素ガス、笑気ガス、空気の圧力調整を行うとともに、そのときの圧力を表示するものである。なお、酸素ガスの供給が不十分なときには、笑気ガスの供給を自動的に停止できるようになっている。
前記流量計１１は、従来から用いられているロータメータ式流量計を用いても良いが、精度の良い計測が可能である点から、マスフローメータによる電子流量計を用いるのが好ましい。また、その中でも低流量麻酔に対応できるよう、毎分２リットル以下の流量範囲で高精度に計測できるものが、より好ましい。
【００１６】
前記気化器１２は、揮発性麻酔剤である、ハロタン、エンフルラン、イソフルラン、セボフルラン、及び近年注目されているデスフルラン等を、所定の濃度となるように微量注入ポンプにて気化室に送り、ここで気化した揮発性麻酔剤を、前記ガス供給部１０から送られてくる麻酔ガスと混合させるものである。
なお、麻酔器本体２には、ここでは、圧力センサ−１３、演算部１４、及び表示部１５を備えるが、これらについては、後で詳しく説明する。
【００１７】
麻酔循環回路３は、前記麻酔器本体２から供給される、揮発性麻酔剤を含んだ新鮮ガス（麻酔ガス）を患者Ａの呼気から炭酸ガスを吸収除去した後の循環気に混入し、該混入気と前記新鮮ガスとを混合したものを吸気として患者Ａに送るものである。
麻酔循環回路３は、患者Ａへ供給する吸気が流れ込む吸気流路２１と、患者Ａからの呼気が流れ込む呼気流路２２と、それら吸気流路２１及び呼気流路２２と患者Ａを接続する呼吸回路２３からなる。呼吸回路２３は、同軸状の二重管構造のものを使用しても良い。
【００１８】
前記吸気流路２１には、吸気弁２５及びミキシングチャンバ−２６が患者Ａに遠い方から患者Ａに近付く方へ順に設けられ、吸気流路２１の患者Ａと接続される側の反対側の端部は、前記麻酔器本体２から麻酔ガスを供給される流路２ａと合流するとともに前記呼気流路２２の端部に接続される。
【００１９】
ミキシングチャンバ−２６は、従来みられたような流路中のガスを全てチャンバ−内に混入させてガスの濃度を平均化するものではなく、特公平２−１６１４８号公報に開示されているように、流路内を流れる呼吸気の総流量とたえず一定の比率で変化する少量の分流をバイパス流路を介してチャンバ−内に混入させて、濃度を平均化させるものである。これにより、ガス濃度を平均化する機能を失うことなく、小型化が図れ、ひいては装置全体のコンパクト化を無理なく図れるものである。なお、後述する呼気側のミキシングチャンバ−２８も同様な構造のものを用いている。
【００２０】
吸気弁２５は、炭酸ガス吸収キャニスタ−３２からミキシングチャンバ−２６側へのガスの流れは許容するもののその逆の流れは規制するものである。
前記呼気流路２２には、ミキシングチャンバ−２８、呼気弁２９、リリーフ弁３０、バッグ３１及び炭酸ガス吸収キャニスタ−３２が、及び麻酔剤吸収キャニスタ−３３が患者Ａから離れる方向へ順に設けられていて、炭酸ガス吸収キャニスタ−３２には麻酔剤吸収キャニスタ−３３が並設されており、必要なときに切り換えられるようになっている。
【００２１】
呼気弁２９は、ミキシングチャンバ−２８からバッグ３１側へのガスの流れは許容するもののその逆の流れは規制するものである。
リリーフ弁３０は、呼気流路２２の圧力が所定圧以上になるときに、流路２２内の圧力を開放しそれ以上圧力が上がるのを規制するものである。
バッグ３１は患者Ａへ吸気を送り込むための圧縮可能な袋状のものであり、患者Ａへ送る吸気の供給量に応じて種々の大きさのものが用意されていて適宜交換可能となっている。
【００２２】
炭酸ガス吸収キャニスタ−３２は、患者Ａの呼気から炭酸ガスを吸収除去するものであり、内部には、ソーダライムなどの炭酸ガス吸収剤が充填されている。なお、低流量麻酔の場合には、炭酸ガス吸収量が多くなるので、容量の大きなものが利用される。
麻酔剤吸収キャニスタ−３３は、患者Ａの呼気から過剰な麻酔剤を吸収除去するものであり、これにより、万一、麻酔が深くなり過ぎた場合にも、急激にその濃度を下げられるものである。
【００２３】
また、バッグ３１の呼気流路２２との接続部分には３方弁３５が設けられ、この３方弁３５によって、呼気流路２２をバッグ３１と人工呼吸器３６の何れかに切換接続できるようになっている。
人工呼吸器３６は、容量を制御対象とした容量リミット式と、圧力を制御対象とした圧力リミット式の何れも選択できるようになっている。また、人工呼吸器３６には、余剰ガスを排出するための排出口（図示せず）が設けられている。
【００２４】
呼吸回路２３には、流量センサ−３７が設けられている。
流量センサ−３７は、呼気流路２２及び吸気流路２１の流速を測定するものであり、その検出値を積分することにより換気量が決定される。なお、流量センサ−３７は、呼気流路２２あるいは吸気流路２１のそれぞれに設けることもできるが、双方向の流量を測定できる流量センサを使用すれば、この実施の形態のように、一つの流量センサーで測定が可能となる。
また、呼吸回路２３には前記圧力センサ−１３が接続され、呼気及び吸気の圧力も測定できるようになっている。これにより、正確に換気量を決定するときの圧力補正が可能となる。
【００２５】
また、前記吸気側及び呼気側ミキシングチャンバ−２６、２８には、酸素センサ−４１ａ、４１ｂ、炭酸ガスセンサ−４２ａ、４２ｂ、麻酔ガスセンサ−４３ａ、４３ｂがそれぞれ設けられている。これら各センサ−は、前記麻酔器本体２に設けられた演算部１４に電気的に接続されている。演算部１４では、これらセンサ−からの検出値並びに流量センサ−３７からの検出値を基に、麻酔中の患者Ａの各呼吸毎の酸素摂取量、炭酸ガス排出量を演算するとともに、麻酔ガスセンサ−４３ａ、４３ｂの検出値及び流量センサ−３７からの検出値を基に、麻酔ガス出納バランスを演算する。そして、それらの演算値は、演算部１４に接続されている表示部１５によって表示されるようになっている。
なお、酸素センサ−４１ａ、４１ｂ、炭酸ガスセンサ−４２ａ、４２ｂ、麻酔ガスセンサ−４３ａ、４３ｂは、必ずしもミキシングチャンバー２６、２８内に設ける必要はなく、例えば、他の箇所に置き、ミキシングチャンバー２６、２８よりガスを連続的にサンプリングして測定することもできる。
【００２６】
酸素センサ−４１ａ、４１ｂには、ガルパニ法や、ポヲロブラフィ法等があるが、レスポンスが速いという観点から、パラマグネティック方式のものを用いるのが好ましい。
炭酸ガスセンサ−４２ａ、４２ｂには、小型であるという観点から、赤外線吸収式のものよりも高分子複合膜式のものを用いるのが好ましい。
【００２７】
ここで、上記麻酔装置を用いた麻酔方法について説明すると、麻酔器本体２のガス供給部１０には、外部から酸素ガス、笑気ガス及び空気が供給され、ここで圧力が調整される。麻酔ガスは流量計１１でその流量が測定され、予め設定された値になっているか否か判定される。流量計で測定された所定流量の麻酔ガスは、気化器１２にて揮発性麻酔剤を混入され、流路２ａを通して麻酔循環回路３に供給される。
麻酔循環回路３では、バック３１あるいは人工呼吸器３６によって一定流量の循環気が所定圧で患者Ａ側に供給される。
【００２８】
具体的には、バック３１あるいは人工呼吸器３６から供給される循環気は、炭酸ガスキャニスター３２にてそこに含まれる炭酸ガスが吸収除去され、また、同時に、必要に応じ麻酔剤吸収キャニスター３３によって過剰な麻酔剤が吸収除去される。その後、循環気には前記麻酔器本体２から供給される揮発性麻酔剤を含む麻酔ガスが混入され、吸気流路２１を通じて吸気弁２５及びミキシングチャンバー２６を通じて、呼吸回路２３に至り、そこから吸気の形で患者Ａに供給される。
また、患者Ａから吐き出される呼気は、呼吸回路２３から呼気流路２２に至り、ミキシングチャンバー２８、呼気弁２９を経て再びバック３１あるいは人工呼吸器３６へ戻される。
以上が一連の循環気の流れであって、これが繰り返し連続的に流れる。
【００２９】
上記の麻酔装置の呼気あるいは吸気の流れの中で、吸気流路２１及び呼気流路２２中に介装されたそれぞれミキシングチャンバー２６、２８に設けた酸素センサ４１ａ、４１ｂ及び炭酸ガスセンサ４２ａ、４２ｂの検出値、並びに、呼吸回路２３に設けた流量センサ３７の検出値を基に、演算部１４にて麻酔中の患者Ａの各呼吸毎の酸素摂取量、炭酸ガス排出量が演算される。例えば、酸素摂取量を求めるには、吸気側の酸素センサ４１ａの検出値と呼気側の酸素センサ４１ｂの検出値との差（濃度差）を求め、それに流量センサ３７の検出値から得られる換気量を乗じることによって、容易に求めることができる。なお、換気量は圧力センサ１３からの検出値に基づいて圧力補正がなされる。炭酸ガス排出量についても同様な手法によって求めることができる。
【００３０】
そして、このようにして求めた患者Ａの代謝の状態を示す指標である、各呼吸毎の酸素摂取量、炭酸ガス排出量は、表示部１５にて逐一表示される。
また、患者Ａの代謝の状態を表す諸特性の一つとして呼吸商ＲＱがある。これは、炭酸ガス排出量と酸素摂取量との比を言うが、この呼吸商ＲＱは、細胞内で燃焼されるものの種類（代謝される基質）によって変化する。例えば、グルコースの呼吸商は１．０であり、脂質の呼吸商は約０．７であり、蛋白質の呼吸商は約０．８である。この呼吸商も演算部１４にて演算し、表示部１５によって表示する。呼吸商の変化によっても換気需要量が変化することが知られており、この点で、呼吸商を表示するのは意味があるからである。
また、呼気流路及び吸気流路中のミキシングチャンバー２６、２８に設けた麻酔ガスセンサ４３ａ、４３ｂの検出値の差に、流量センサ３７の検出値から得られる換気量を乗じることによって、麻酔ガス出納バランスを求めることができる。この麻酔ガスの出納バランス値は前記演算部１４で演算され、各呼吸毎に表示部１５にて表示される。
【００３１】
一方、前記呼吸回路２３には、できるだけ患者Ａと近い位置にガスサンプリングコネクタ５１が設けられている。ガスサンプリングコネクタ５１は、麻酔ガス分析装置５２に接続され、麻酔ガス分析装置５２に内蔵された吸引ポンプにより、呼吸回路２３中のガスは絶えずサンプリングされている。麻酔ガス分析装置５２は、笑気ガスおよび揮発性麻酔剤であるハロタン、エンフルラン、イソフルラン、およびセボフルラン等の濃度を測定するものであり、通常は赤外線吸収原理を応用したものが使用される。測定を終わったサンプリングガスは、麻酔循環回路の適当なところ、例えば、呼気流路２２のミキシングチャンバ−２８と呼気弁２９との間に戻される。
【００３２】
麻酔ガス分析装置５２により連続的に測定されている麻酔ガス濃度デ−タは演算部１４に送られ、患者シミュレ−タ５３において、麻酔剤の体内分布状態が計算され、さらに脳内麻酔剤濃度(麻酔深度)の予測を行う。
つまり、患者シミュレータ５３は、患者Ａにおける麻酔剤の体内蓄積量を算出するとともに、それら麻酔剤の体内蓄積量が、患者Ａの身体の複数に分かれたコンパートメントにどのように分布しているかを算出し得るようになっている。
また、患者シミュレータ５３には前記表示部１５が電気的に接続され、この表示部１５によって患者シミュレータ５３で算出された、麻酔剤が患者の身体の複数に分かれたコンパートメントにどのように分布して蓄積されているかを表示し得るようになっている。
【００３３】
さらに、患者シミュレータ５３には、該患者シミュレータ５３で算出された値と実測された値との差を基に、麻酔剤が前記患者の身体の複数に分かれたコンパートメントにどのように分布して蓄積されているかを算出する算出式を修正する修正プログラムが組み込まれている。
【００３４】
ここで、患者シミュレ−タ５３の機能を詳細に説明する。
患者シミュレ−タ５３は、身体をコンパ−トメントモデルとして考えることによって、構築される。分かりやすくするために、図２のように、身体を一つのコンパ−トメントと考えてみる。
【００３５】
肺胞換気量をＶAとし、肺において気相と身体のコンパ−トメントは完全な分圧平衡に達するものとする。
すなわち、任意の時刻ｔにおいて、肺胞のガス分圧ＰA（ｔ）は身体のガス分圧Ｐｂ（ｔ）と等しいので、次の式が成り立つ。
ＰA（ｔ）＝Ｐｂ（ｔ）
【００３６】
また、任意の時刻ｔにおいて、ガス相の濃度ＦA（ｔ）と身体の相の濃度Ｆｂ（ｔ）との間には、
ＦA（ｔ）／Ｆｂ（ｔ）＝λ
という関係が成立する。
λは、その物質の溶解度を示す指標の一つであり、分配係数といわれる。
【００３７】
容積Ｖの身体の相の濃度Ｆｂ（ｔ）は、吸気濃度をＦIとすると、次のような微分方程式であらわされる。
Ｖ｛ｄＦｂ（ｔ）／ｄｔ｝＝｛ＦI−ＦA（ｔ）｝ＶＡ
これを解くと、次のような解が得られる。
ＦA（ｔ）／ＦI＝1−exp [−ｔ・ＶA／（λ・Ｖ）]
【００３８】
以上は、患者シミュレ−タ−の原理を判りやすく説明するためのものであり、実際には、身体は、少なくとも次のように、４つのコンパ−トメントに分けて考える必要がある。
▲１▼ 主臓器コンパ−トメント
▲２▼ 骨・腱コンパ−トメント
▲３▼ 筋肉コンパ−トメント
▲４▼  脂肪コンパ−トメント
【００３９】
図３において、吸入麻酔剤は、麻酔器本体２から麻酔循環回路３に入り、換気によって肺５５に移動し、ここで摂取されて動脈血に入り、血液によって４つのコンパ−トメントに分配される。
【００４０】
主臓器コンパ−トメント５６は、脳、心臓、肝臓、腎臓等の実質臓器であり、容積は小さいが、血流が多く、まず初めに麻酔剤が蓄積する部分である。
骨・腱コンパ−トメント５７は、容積も血流も小さく、あまり重要ではない。
筋肉コンパ−トメント５８は、容積が大きいが血流はあまり豊かでないので、麻酔剤の蓄積はかなり遅い。
脂肪コンパ−トメント５９は、容積が大きいが血流は乏しく、溶解度λは高いので麻酔剤の蓄積は極めて遅い。
【００４１】
４つのコンパ−トメントモデルにおいて、次のように定義する。
総血液量（心拍出量）：Ｑ
主臓器コンパ−トメントへ流れる血流量：Ｑvrg
骨・腱コンパ−トメントへ流れる血流量：Ｑvpg
筋肉コンパ−トメントへ流れる血流量：Ｑmg
脂肪コンパ−トメントへ流れる血流量：Ｑfg
主臓器コンパ−トメント容積：Ｖvrg
骨・腱コンパ−トメント容積：Ｖvpg
筋肉コンパ−トメント容積：Ｖmg
脂肪コンパ−トメント容積：Ｖfg
血液分配係数：λblood
主臓器コンパ−トメント分配係数：λvrg
骨・腱コンパ−トメント分配係数：λvpg
筋肉コンパ−トメント分配係数：λmg
脂肪コンパ−トメント分配係数：λfg
【００４２】
図３において、肺の部分のコンパ−トメントモデル解析は、前述の身体を一つのコンパ−トメントと見た場合と同じに考えればよい。この場合、容積Ｖは総血流量Ｑと考えられるので、次のような解が得られる。
ＦA（ｔ）／ＦI＝1−exp [−ｔ・ＶA／（λblood・Ｑ）]
【００４３】
次に、主臓器コンパ−トメントを考えると、ＶAは、この場合Ｑvrgと見なせるので、次のような式が導き出される。
Ｆblood（ｔ）／ＦA（ｔ）＝1−exp [−ｔ・Ｑvrg／（λvrg・Vvrg）]
【００４４】
なお、血液中の濃度Ｆblood（ｔ）と主臓器コンパ−トメント中の濃度Ｆvrg（ｔ）との間には、
Ｆblood（ｔ）／Ｆvrg（ｔ）＝λveg
という関係があるので、上記の二つの式により、主臓器コンパ−トメント５６中の濃度Ｆvrgを求めることができるわけである。後述するように、麻酔の深度は脳内麻酔剤濃度を指標とするが、脳は主臓器の代表的なものとされるので、主臓器コンパ−トメント５６の麻酔剤濃度Ｆvrgが麻酔深度を表すものとする。一方、麻酔の維持時においては、終末呼気中の麻酔剤濃度が、ほぼ脳内麻酔剤濃度を示すことが医学的に確認されているので、患者シミュレ−タ−により、終末呼気中の麻酔剤濃度が予測できることになる。
【００４５】
骨・腱コンパ−トメント５７、筋肉コンパ−トメント５８、脂肪コンパ−トメント５９についても同様の式が得られ、それぞれのコンパ−トメントの濃度Ｆvpg、Ｆmg、Ｆfgを求めることができる。
【００４６】
前述したように本麻酔装置においては、代謝モニタ−が内蔵されている。すなわち、麻酔循環回路中３の吸気流路２１及び呼気流路２２にそれぞれ設けたミキシングチャンバ−２６、２８に、麻酔ガスセンサ−４３ａ、４３ｂをそれぞれ設けるとともに、前記吸気流路２１と呼気流路２２を患者に接続する呼吸回路２１中に流量センサ−３７を設け、麻酔ガスセンサ−４３ａ、４３ｂ及び流量センサ−３７の検出値から、麻酔剤出納バランスを演算している。
【００４７】
麻酔剤が体内で分解される量は極めて微量であるので無視することが可能であり、麻酔開始時よりこの出納バランスデ−タを積分していけば、体内蓄積量の総和が分かる。また、患者シミュレ−タ−により、4つのコンパ−トメントに分配される比率が分かるので、それぞれのコンパ−トメントごとの麻酔剤蓄積量を求めることができる。
【００４８】
総血流量Ｑが各コンパ−トメントに対してどのように分配されるかは、次のように表される。
0003946952.tif 000002
ここでｋver、ｋvpg、ｋmg、ｋfgは血流の分配係数であり、生理学の教科書より平均的な数値は得られるが、患者により異なるし、同じ患者であっても、そのときの状況によって異なる。
【００４９】
Ｖvrg、Ｖvpg、Ｖmg、Ｖfgは各コンパ−トメントの容積であるが、正確な値を知るのは難しく、年齢、性別、身長、体重、体脂肪率等のデ−タ−より推測するしかない。
【００５０】
例えば、代表的な例として、次のような数値が発表されている。
【表１】
0003946952.tif 000003
【００５１】
λblood、λvrg、λvpg、λmg、λfgは、例えば文献より次のように仮定することができる。
【表２】
0003946952.tif 000004
【００５２】
以上のように、ｋ、Ｖ、λを仮定してやれば、患者シミュレ−タ−により、各コンパ−トメントにおける麻酔剤蓄積量を、時々刻々に予測することが可能となる。
麻酔は、導入時、維持時、覚醒時に分けて考える。
導入時は、麻酔剤の脳内濃度レベルを目標値まで上昇させていく段階であり、導入を早めるために、通常は目標濃度以上の吸気ガスを投与することが行われる。
維持時は、脳内の麻酔剤濃度を、目標値に維持する段階であり、麻酔剤の蓄積が遅い筋肉や脂肪組織には、麻酔剤は溶け込みを続けている。
覚醒時は、吸入麻酔剤の供給をゼロにして換気を行い、脳内の麻酔剤濃度を下げるとともに、身体の中から麻酔剤を洗い出す段階である。
【００５３】
導入時の操作を具体的に説明する。
まず、患者シミュレ−タ−には、麻酔を施行する患者に関する次のような情報を初期入力する。
「年齢」、「性別」、「身長」、「体重」、「体脂肪率」
【００５４】
これらの情報より、各コンパ−トメントの容積、血流分配係数、及び心拍出量が予測される。使用する麻酔剤の分配係数は、標準的な値を入力する。心拍出量については、標準的な値か、あるいは別の手段により実測値が得られれば、その値を入力する。
換気により麻酔剤の投与が開始されると、次の測定デ−タ−、つまり「吸気麻酔剤濃度」、「呼気麻酔剤濃度」、「終末呼気中麻酔剤濃度」、「一回換気量」、「呼吸回数」が演算部を介して、患者シミュレ−タ−５３に送られる
【００５５】
心拍出量のデ−タ−も必要であるが、現在の技術では、麻酔中に非侵襲的に心拍出量を連続的に測定することは難しいので、初期入力値をそのまま使用するものとする。
【００５６】
麻酔の深度は何によって判断したらよいかというのは難しい問題であるが、現在最も一般的に認められている脳内麻酔剤濃度を指標とする。脳は主臓器の代表的なものとされるので、主臓器コンパ−トメントの麻酔剤濃度が麻酔深度を表すものとする。麻酔の維持時においては、終末呼気中麻酔剤濃度は、ほぼ脳内麻酔剤濃度を示すといわれている。
【００５７】
患者シミュレ−タ−により計算された終末呼気中麻酔剤濃度と、実測された終末呼気中麻酔剤濃度とは、必ずしも一致することはない。これは、主として患者シミュレ−タ−に設定されている  ｋ、Ｖ、λの値が、実際の患者の値と異なるために、差ができると考えられる。そこで、患者シミュレ−タ−に、ｋ、Ｖ、λの値をどのように修正したら、予測値と実測値とが一致するかを判断させ、ｋ、Ｖ、λの値を変化させてみて、それにより新たに計算された予測値と実測値との差を再度確認し、予測値と実測値とが次第に一致していくようなプログラムを持たせ、この同じ動作を何度も繰り返すことにする。これにより、患者シミュレ−タ−は、いわゆる自動学習を行い、次第により信頼性の高い患者シミュレ−タ−に変化していく。すなわち、この患者シミュレ−タ−は、初めは平均的な値を入力された教科書的シミュレ−タ−であるが、シミュレ−ションを行っている間に自動学習し、次第に、そのとき実際に麻酔をかけられている患者のシミュレ−タ−に変化していくことになる。
【００５８】
上記の修正プログラムの一例を示す。
終末呼気中麻酔剤濃度の予測値と実測値が異なる場合、まず初めには血流の分配係数ｋver、ｋvpg、ｋmg、ｋfgを変更してみる。主臓器コンパ−トメントへ流れる血流の分配係数ｋverを±１０％以内の範囲で変更し、それを相殺する方向でｋverの変化量の１／２ずつ変更する。例えば、ｋverを＋６％変更したとすると、ｋvpgとｋmgは−３％ずつ変更することになる。ｋfgは、影響が少ないので変更しない。この変更を行ってから5分間経過を観察し、終末呼気中麻酔剤濃度の予測値と実測値が依然として異なる場合は、筋肉コンパ−トメント容積Ｖmgを±１０％以内の範囲で変更し、ＶvrgとＶvpgとＶfgを1：2：2の比率で、Ｖmgの変化量を相殺する方向に変更する。例えば、Ｖmgを＋５％変更したとすると、ＶvrgとＶvpgとＶfgとはそれぞれ−１％、−２％、−２％変更することになる。この変更を行ってから5分間経過を観察し、終末呼気中麻酔剤濃度の予測値と実測値が依然として異なる場合は、再び血流の分配係数の変更に戻り、以下同じ動作を繰り返す。
【００５９】
この自動学習が、麻酔の導入時に、あるいは維持時の初期に完了することができれば、それ以後の麻酔維持には、適正な濃度の麻酔剤を供給することができる。従来は、主として過去の経験や勘により決定していたので、予想外に浅い麻酔であり、患者の意識が残っていたり、あるいは必要以上に深い麻酔をかけていたりしたことがあったが、本発明の麻酔装置においては、より適正な麻酔深度を維持することが可能であり、特に低流量麻酔においては、その効果は大きい。
【００６０】
本発明による患者シミュレ−タ−の最大の効果は、覚醒時に発揮される。手術が進み、手術終了時が予測される段階になったとき、患者を適正に麻酔から覚ましていくために必要な、新鮮ガス流量、分時換気量、麻酔剤濃度等の設定値が、患者シミュレ−タ−により示される。麻酔医は、このガイドラインに従って設定値を変えていけばよいことになり、この操作を自動的に行わせることも可能である。これは、飛行機の自動着陸システムに類似しているということが言える。
【００６１】
以上の説明のように、本発明により、患者の体内のどの部分にどれだけの麻酔剤が蓄積しているか、あるいは供給する麻酔剤の濃度をどのように変化させると、何分後には体内の蓄積量がどう変化するかということを予測することができる。その結果を分かりやすく知らせる方法として、表示部１５によって図４のような画面表示を行わせることが可能である。
【００６２】
即ち、身体の各コンパ−トメントを図示し、麻酔剤の蓄積量を色の濃淡変化で表示する。図４においては、肺６０ａと心臓６０ｂのほかに、主臓器として肝臓６０ｃと脳６０ｄを示し、さらに筋肉６１、脂肪６２、骨６３が図示されている。麻酔装置１を代表して、内蔵されている人工呼吸器のベロ−ズ６４を表示し、実際の人工呼吸器の動きに合わせて、ベロ−ズ６４は変化する。同様に、肺６０ａや心臓６０ｂ、および血液の流れも、動画技術を用いて、動きとして表示されるようにする。これはあくまでも１例を示しただけであり、他にもいろいろ方法が考えられる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、ある時点で患者の体内にどれだけの麻酔剤が蓄積しているか、あるいは供給する麻酔剤の濃度をどのように変化させると、何分後には体内の蓄積量がどう変化するかが容易に推定できる。
特に、患者シミュレータに、該患者シミュレータで算出された値と実測された値との差を基に、麻酔剤が患者の身体の複数に分かれたコンパートメントにどのように分布して蓄積されているかを算出する算出式を修正する修正プログラムを組み込むものでは、より高精度で、患者の体内の麻酔剤の蓄積状況を表示でき、また、何分か後における麻酔剤の蓄積量の変化するを推定することができ、この結果、低流量麻酔がより安全に実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態を示す麻酔装置の全体を示す構成図である。
【図２】  患者シミュレータの内容と説明する図である。
【図３】  患者シミュレータの内容と説明する図である。
【図４】  表示部の例を示す図である。
【符号の説明】
１  麻酔装置
２  麻酔器本体
３  麻酔循環回路
１０  ガス供給部
１１  流量計
１２  気化器
１４  演算部
１５  表示部
２１  吸気流路
２２  呼気流路
２６  ミキシングチャンバ−
２８  ミキシングチャンバ−
３７  流量センサ−
４１ａ、４１ｂ  酸素センサ−
４２ａ、４２ｂ  炭酸ガスセンサ−
４３ａ、４３ｂ  麻酔ガスセンサ−
５１  ガスサンプリングコネクタ
５２  麻酔ガス分析装置
５３  患者シミュレータ
【図１】
0003946952.tif 000005
【図２】
0003946952.tif 000006
【図３】
0003946952.tif 000007
【図４】
0003946952.tif 000008