JP2008212686A - 呼吸分析と動脈血測定による非侵襲的呼吸特性値の予測方法及び表示装置 - Google Patents
呼吸分析と動脈血測定による非侵襲的呼吸特性値の予測方法及び表示装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】呼吸特性値の予測方法が、換気ガスを通過させるノズル手段と、前記ノズルに付着されたガスセンサーを通じて吸気の流量VI、この酸・炭分圧I*と呼気終末ガスの酸・炭分圧ET*などを測定して呼吸気体の基礎変数とする段階と、動脈血の酸・炭分圧a*を測定する段階と、前記測定変数らを入力して酸素と二酸化炭素に関する質量平衡方程式などの数式群をコンピューターによって解析して呼吸器官の重要な生理特性値を獲得する段階とを包含してなる。
【選択図】図6
Description
Y:シャント率
k:呼吸係数
λ:血液と空気に関する係数
FiCO2:大気中の二酸化炭素の分圧比
FiN2:大気中の窒素ガスの分圧比
R:呼吸率
2 吸呼気ガスノズル
3 酸素センサー
4 二酸化炭素センサー
5 換気量センサー
6 初期値の入力部
7 肺臓の呼吸特性値の計算を行うためのマイクロプロセッサー
8 有線または無線の表示モニタ(Display monitor)とプリンター
Claims (63)
- (a)混合静脈の酸素と二酸化炭素の分圧(以下、酸・炭分圧と略記する)と吸気ガスの酸・炭分圧が、それぞれ血液及び気体の境界値として自動演算装置に入力される段階と、
(b)換気−かん流比の設定値VA/Qが前記自動演算装置に入力される段階と、
(c)換気−かん流比式を満足する肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)の推測値が設定されて前記自動演算装置に入力される段階と、
(d)前記境界値、設定値及び推測値らが前記自動演算装置に内蔵された演算ルーチンに適用される段階と、
(e)前記演算ルーチンにおいて呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって、肺胞ガス分圧の更新された推測値(A1*、A2*)が得られる段階と、
(f)前記肺胞ガス分圧の更新された推測値(A1*、A2*)を考慮して、呼吸気体に関連された式から換気−かん流比の推測値VA/Q*が得られる段階と、
(g)前記換気−かん流比の推測値VA/Q*が換気−かん流比の要件を満足するかを判定する段階と、
(h)前記換気−かん流比のVA/Q*に対応する前記肺胞ガスの酸・炭分圧(A1*、A2*)が解として確定される段階と、
を包含してなることを特徴とする呼吸特性値の予測方法。 - 前記(a)段階において、前記混合静脈の酸・炭分圧V*と、前記吸気ガスの酸・炭分圧I*は直接測定された値であるか、または、第3のソースから借用された値であることを特徴とする請求項1に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(e)段階において、前記呼吸気体に関する方程式群は、酸素、二酸化炭素、及び窒素の質量平衡方程式を包含することを特徴とする請求項1に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(g)段階において、前記換気−かん流比の要件は、換気−かん流比の設定値VA/Qと、前記(f)段階で得られた推測値VA/Q*の差が一定の範囲内にあるかを対比して判断することを特徴とする請求項1に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記呼吸特性値の予測方法は、前記換気−かん流比の要件が満足されなければ、前記(c)段階に戻って、改めて設定された肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)に対して前記(d)乃至(g)の段階を反復することを特徴とする請求項4に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(c)段階において、改めて設定される肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)は、一定の規則によって更新される二酸化炭素の分圧A2と、これに連係される換気−かん流比式から得られた酸素分圧の推測値A1*を取ってなる対であることを特徴とする請求項5に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(e)段階から得られる肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1*、A2*)は、前記(c)段階から得られた酸素分圧の推測値A1*と、これを考慮して呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって得られる二酸化炭素分圧A2*の対でなることを特徴とする請求項6に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(c)段階において、改めて設定される肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)は、一定の規則によって更新設定された酸素分圧A1と、この値が考慮されて換気−かん流比式から得られる二酸化炭素分圧A2*を取ってなる対であることを特徴とする請求項5に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(e)段階から得られる肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1*、A2*)は、前記(c)段階から得られた二酸化炭素分圧の推測値A2*と、これを考慮して呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって得られる酸素分圧A1*の対でなることを特徴とする請求項8に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(h)段階における肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1*、A2*)は、前記(b)段階で与えられた換気−かん流比の設定値VA/Q乃至VA/Q*を考慮して、前記(c)乃至(e)段階で得られた解(A1*、A2*)でなることを特徴とする請求項6乃至請求項9の中いずれかに記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記呼吸特性値の予測方法は、前記(h)段階において、前記(b)段階の換気−かん流比の設定値VA/Qに対応する肺胞ガスの酸・炭分圧の解A*を得た後、前記(b)段階に戻って前記換気−かん流比の設定値VA/Qが更新設定されて、前記(c)乃至(h)段階を反復することを特徴とする請求項10に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記呼吸特性値の予測方法は、前記(a)乃至(h)段階を反復して望む全ての換気−かん流比の設定値VA/Qに対応する肺胞ガスの酸・炭分圧A*の分布が得られることを特徴とする請求項11に記載の呼吸特性値の予測方法。
- (a)混合静脈の酸・炭分圧と、吸気ガスの酸・炭分圧が、それぞれ血液と気体の境界値として自動演算装置に入力される段階と、
(b)肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)の設定値が前記自動演算装置に入力される段階と、
(c)前記肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)及び換気−かん流比式から得られる換気−かん流比の設定値VA/Qが前記自動演算装置に入力される段階と、
(d)前記境界値、設定値らが前記自動演算装置に内蔵された演算ルーチンに適用される段階と、
(e)前記演算ルーチンにおいて呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって、新しい肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1*、A2*)が得られる段階と、
(f)前記得られた肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1*、A2*)が使用され、換気−かん流比の式から換気−かん流比の推測値VA/Q*が得られる段階と、
(g)前記換気−かん流比の要件によって前記肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1*、A2*)が適正であるか判定する段階と、
(h)前記換気−かん流比のVA/Qに対応する肺胞ガスの酸・炭分圧が決定される段階と、
を包含することを特徴とする呼吸特性値の予測方法。 - 前記(a)段階において、前記混合静脈の酸・炭分圧V*と前記吸気ガスの酸・炭分圧I*は直接測定された値であるか、または、第3のソースから借用された値であることを特徴とする請求項13に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(e)段階において、前記呼吸気体に関する方程式群は、酸素、二酸化炭素、及び窒素の質量平衡方程式を包含することを特徴とする請求項13に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(g)段階において、前記換気−かん流比の要件は、換気−かん流比の設定値VA/Qと、前記(f)段階から得られる推測値VA/Q*の差が一定の範囲内にあるかを対比して判断することを特徴とする請求項13に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記呼吸特性値の予測方法は、前記換気−かん流比の要件が満足されなければ前記(b)段階に戻って、改めて設定された肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)に対して前記(c)乃至(g)段階を反復することを特徴とする請求項16に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(b)段階において、改めて設定される肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)は、初期値に設定された二酸化炭素の分圧A2と、前記二酸化炭素の分圧を考慮して酸素の質量平衡方程式を解いて得られる酸素分圧A1の対でなることを特徴とする請求項17に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(e)段階から得られる肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1*、A2*)は、前記(b)段階の二酸化炭素分圧の初期値A2と、これを考慮して呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって得られる酸素分圧A1*の組合せでなることを特徴とする請求項18に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(b)段階において、改めて設定される肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)は、初期値に設定された酸素分圧A1と、前記酸素分圧を考慮して二酸化炭素の質量平衡方程式を解いて得られる二酸化炭素分圧A2の対でなることを特徴とする請求項17に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(e)段階から得られる肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1*、A2*)は、前記(b)段階における酸素分圧の初期値A1と、これを考慮して呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって得られる二酸化炭素分圧A2*の組合せでなることを特徴とする請求項20に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(h)段階において、前記換気−かん流比の要件を満足させる肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)は、設定された換気−かん流比の設定値VA/Qに対して、前記呼吸気体に関する方程式を満足する解(A1*、A2*)でなることを特徴とする請求項18乃至請求項21の中いずれかに記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記呼吸特性値の予測方法は、前記肺胞ガスの酸・炭分圧の設定値(A1、A2)または、これに対応する換気−かん流比の設定値VA/Qに対して、肺胞ガスの酸・炭分圧の最終解(A1*、A2*)が得られると、前記(b)段階に戻って前記肺胞ガスの酸・炭分圧A1が更新され、続いて(c)乃至(h)段階が反復されることを特徴とする請求項22に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記呼吸特性値の予測方法は、前記肺胞ガスの酸・炭分圧の設定値(A1、A2)、または、これに対応する換気−かん流比の設定値VA/Qに対して、肺胞ガスの酸・炭分圧の解(A1*、A2*)が得られると、前記(b)段階に戻って前記肺胞ガスの二酸化炭素分圧A2が更新され、続いて前記(c)乃至(h)の段階が反復されることを特徴とする請求項22に記載の呼吸特性値の予測方法。
- (a)血液境界値、気体境界値、血液補助情報値、気体補助情報値及び吸気流量が自動演算装置に入力される段階と、
(b)生理的死腔率Xの初期値が前記自動演算装置に入力される段階と、
(c)前記生理的死腔率Xの初期値を考慮して、肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)の設定値が前記自動演算装置に入力される段階と、
(d)前記境界値、初期値、及び設定値らが前記自動演算装置に内蔵された演算ルーチンに適用される段階と、
(e)前記演算ルーチンからの呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって新しい肺胞ガスの酸・炭分圧の推測値(A1*、A2*)が得られる段階と、
(f)前記肺胞ガスの酸・炭分圧の推測値が、酸・炭分圧の要件を満足すると、酸素シャント率Y1と二酸化炭素シャント率Y2が得られる段階と、
(g)シャント率の要件が満足されると呼吸特性値が決定される段階と、
(h)心拍出量が決定される段階と、
を包含してなることを特徴とする呼吸特性値の予測方法。 - 前記(a)段階において、前記血液境界値は、混合静脈血の酸・炭分圧V*として与えられるか、または、第3のソースから借用されることを特徴とする請求項25に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(a)段階において、前記気体境界値は、吸気の酸・炭分圧I*として酸・炭分圧が全て与えられるか、または、酸素分圧だけが与えられることを特徴とする請求項25に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(a)段階において、前記血液補助情報値は、動脈血の酸・炭分圧a*として、酸・炭分圧が全て与えられるか、または、酸・炭分圧だけが与えられることを特徴とする請求項25に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(a)段階において、前記気体補助情報値は呼気終末ガスの酸・炭分圧ET*として、酸・炭分圧が全て与えられるか、または、二酸化炭素分圧だけが与えられることを特徴とする請求項25に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(a)段階において、前記吸気流量VIは、外部から肺臓に入る空気流量であり、平常呼吸の場合、肺臓から外部に出る呼吸流量VEと同一に策定されることもできることを特徴とする請求項25に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(e)段階において、前記呼吸気体の解析方程式は、酸素、二酸化炭素、及び窒素の質量平衡方程式を包含することを特徴とする請求項25に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記呼吸特性値の予測方法は、前記酸・炭分圧の要件が満足されなければ、前記(c)段階に戻って、更新設定される肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)に対して前記(d)乃至(e)段階を反復することを特徴とする請求項25に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(c)段階において、肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)は反復によって更新設定された酸・炭分圧A1と、死腔率Xを考慮して得られる二酸化炭素分圧A2*でなる分圧対(A1、A2*)であることを特徴とする請求項32に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(e)段階で得られる肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1*、A2*)は、前記(c)段階で得られる肺胞ガスの二酸化炭素分圧A2*と、前記(c)段階で決定された酸・炭分圧(A1、A2*)を考慮して、酸素、二酸化炭素、窒素に関する質量平衡方程式及び気体分圧の和公式でなる呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって得られる酸素分圧の更新推測値A1*の組合せでなることを特徴とする請求項33に記載された呼吸特性値の予測方法。
- 前記(f)段階における酸・炭分圧の要件は、前記(c)段階で更新設定された酸素分圧A1と、呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって得られる酸素分圧A1*の差が一定範囲内にあるかを対比して判断することを特徴とする請求項34に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(c)段階において、新しい肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)は、反復によって更新設定される二酸化炭素分圧A2と、死腔率の初期値Xを考慮して得られる酸素分圧A1*でなる分圧対(A1*、A2)であることを特徴とする請求項32に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(e)段階で得られる肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1*、A2*)は、前記(c)段階で得られた肺胞ガスの酸素分圧A1*と、前記(c)段階で決定された酸・炭分圧(A1*、A2)を考慮して、酸素、二酸化炭素、窒素に関する質量平衡方程式及び気体分圧の和公式でなる呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって得られる二酸化炭素分圧の更新推測値A2*の組合せでなることを特徴とする請求項36に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(f)段階における酸・炭分圧の要件は、前記(c)段階で更新設定された二酸化炭素分圧A2と、呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって得られる二酸化炭素分圧A2*の差が一定範囲内にあるかを対比して判断することを特徴とする請求項37に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(g)段階のシャント率の要件は、酸素のシャント率Y1と、二酸化炭素のシャント率Y2との差が一定範囲内にあるかを対比して判断することを特徴とする請求項25に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記呼吸特性値の予測方法は、前記(g)段階のシャント率の要件を満足しなければ、前記(b)段階に戻って、生理的死腔率Xを更新することを特徴とする請求項25に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(g)段階で決定される呼吸特性値は、肺胞ガスの酸・炭分圧A*、末端毛細管血の酸・炭分圧C*、シャント率Y*、または、生理学的死腔率X*の中いずれか1つであることを特徴とする請求項25に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(h)段階で決定される心拍出量は、測定された吸気空気量VIまたは呼気空気量VE、及び生理的死腔率X*を利用して得られることを特徴とする請求項25に記載の呼吸特性値の予測方法。
- (a)血液境界値、気体境界値、血液補助情報値、気体補助情報値及び吸気流量が自動演算装置に入力される段階と、
(b)シャント率Yの初期値が前記自動演算装置に入力される段階と、
(c)前記シャント率Yの初期値による肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)の設定値が前記自動演算装置に入力される段階と、
(d)前記境界値、初期値、及び設定値などが前記自動演算装置に内蔵された演算ルーチンに適用される段階と、
(e)前記演算ルーチンからの呼吸気体に関する方程式の解析結果によって新しい肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1*、A2*)が得られる段階と、
(f)前記肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1*、A2*)が酸・炭分圧の要件を満足すると、酸素の死腔率X1と二酸化炭素の死腔率X2が得られる段階と、
(g)死腔率の要件が満足されると呼吸特性値が決定される段階と、
(h)心拍出量が決定される段階と、
を包含してなることを特徴とする呼吸特性値の予測方法。 - 前記(a)段階において、前記血液境界値は混合静脈血の酸・炭分圧V*として与えられるか、または、第3のソースから借用されることを特徴とする請求項43に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(a)段階において、前記気体境界値は、吸気の酸・炭分圧I*として酸・炭分圧が全て与えられるか、または、酸素分圧だけが与えられることを特徴とする請求項43に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(a)段階において、前記血液補助情報値は、動脈血の酸・炭分圧a*として酸・炭分圧が全て与えられるか、または、酸素分圧だけが得られることを特徴とする請求項43に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(a)段階において、前記気体補助情報値は、呼気終末ガスの酸・炭分圧ET*として酸・炭分圧が全て与えられるか、または、二酸化炭素分圧だけが与えられることを特徴とする請求項43に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(a)段階において、前記吸気流量VIは、外部から肺臓に入る空気流量であり、肺臓から外部に出る呼気流量VEと同一に策定されることを特徴とする請求項43に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(e)段階において、前記呼吸気体の解析方程式は、酸素、二酸化炭素、及び窒素の質量平衡方程式を包含することを特徴とする請求項43に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記呼吸特性値の予測方法は、前記(f)段階の酸・炭分圧の要件を満足しなければ、前記(c)段階に戻って、更新設定される肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)に対して前記(d)乃至(e)段階を反復することを特徴とする請求項43に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(c)段階において、肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)は、繰り返しによって更新設定される酸素分圧A1と、シャント率の初期値Yを考慮して得られる二酸化炭素分圧A2*でなる分圧対(A1、A2*)であることを特徴とする請求項50に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(e)段階で得られる肺胞ガスの酸・炭分圧の推測値(A1*、A2*)は、前記(c)段階で得られた肺胞ガスの二酸化炭素分圧A2*と、前記(c)段階で決定された酸・炭分圧(A1、A2*)を考慮して、酸素、二酸化炭素、窒素に関する質量平衡方程式及び気体分圧の和公式でなる呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって得られる酸素分圧の更新推測値A1*の組合せでなることを特徴とする請求項50に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(f)段階における酸・炭分圧の要件は、前記酸素分圧A1と、呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって得られる酸素分圧A1*の差が一定範囲内にあるかを対比して判断することを特徴とする請求項52に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(c)段階において、肺胞ガスの酸・炭分圧対(A1、A2)は、繰り返しによって更新設定される二酸化炭素分圧A2と、シャント率の初期値Yを考慮して得られる酸素分圧A1*でなる分圧対(A1*、A2)であることを特徴とする請求項50に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(e)段階で得られる肺胞ガスの酸・炭分圧の推測値(A1*、A2*)は、前記(c)段階で得られた肺胞ガスの酸素分圧A1*と、前記(c)段階で決定された酸・炭分圧(A1*、A2)を考慮して、酸素、二酸化炭素、窒素に関する質量平衡方程式及び気体分圧の和公式でなる呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって得られる二酸化炭素分圧の更新推測値A2*の組合せでなることを特徴とする請求項54に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(f)段階における酸・炭分圧の要件は、前記(c)段階において更新設定された二酸化炭素分圧A2と、呼吸気体に関する方程式群の解析結果によって得られる二酸化炭素分圧A2*の差が一定範囲内にあるかを対比して判断することを特徴とする請求項55に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(g)段階のシャント率の要件は、酸素の死腔率X1と、二酸化炭素の死腔率X2の差が一定範囲内にあるかを対比して判断することを特徴とし、もし前記死腔率の要件を満足しなければ、前記(b)段階に戻って生理的シャント率Yを更新することを特徴とする請求項43に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記呼吸特性値の予測方法は、前記(g)段階の死腔率の要件を満足しなければ、前記(b)段階に戻って生理的シャント率Yを更新することを特徴とする請求項43に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(g)段階で決定される呼吸特性値は、肺胞ガスの酸・炭分圧A*、末端毛細管血の酸・炭分圧C*、シャント率Y*、または生理学的死腔率X*中のいずれか1つであることを特徴とする請求項43に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 前記(h)段階で決定される心拍出量は、測定された吸気空気量VI、または呼気空気量VE、及び生理的死腔率X*を利用して得られることを特徴とする請求項43に記載の呼吸特性値の予測方法。
- 請求項1、請求項13、請求項25、または請求項43の中いずれか1項の呼吸特性値の予測方法によって予測された呼吸特性値が、前記自動演算装置に連結されて視覚的に表示される情報端末機を包含することを特徴とする呼吸特性値の表示装置。
- 前記呼吸特性値の表示装置は、前記情報端末機が前記自動演算装置に有線または無線で連結され携帯を可能にすることができることを特徴とする請求項61に記載の呼吸特性値の表示装置。
- 前記自動演算装置は、コンピュータープロセッサーまたは内蔵チップ(embedded chip)を使用することを特徴とする請求項62に記載の呼吸特性値の表示装置。
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