JP4169964B2 - 呼吸装置の適応性トリガの方法及び呼吸装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念部による呼吸装置の適応可能なトリガのための方法に関する。
【０００２】
本発明は、請求項７の上位概念部による呼吸装置にも関する。
【０００３】
【従来の技術】
本願で言う「トリガ」とは、あらゆる呼吸相、すなわち吸気相及び呼気相の開始に関する。これは、「トリガは吸気相の開始にのみ関する」という言葉によって通常理解されるものよりも広い意味である。
【０００４】
本願で言う「呼吸装置」とは、呼吸ガスを患者に提供する全ての公知の装置に関する。これは、特にベンチレータ、レスピレータ、麻酔器、蘇生装置を含む。
【０００５】
従来の呼吸装置は、ガスパラメータ流量及び圧力に基づくトリガ機能を有する。
【０００６】
フロートリガシステムは、欧州特許出願公告第０４５９６４７号明細書より公知であり、この明細書は、所定の流量のガスが患者に供給される呼吸ベンチレータを開示している。流量の変化が測定され、流量の変化がしきい値（トリガレベル）を超過した場合に呼吸支持がトリガされる。
【０００７】
プレッシャートリガシステムは米国特許第４０５０４５８号明細書より公知である。この場合、圧力が測定され、微分された圧力信号のサインの変化に関して分析される。変化が生じた場合、補助吸気相を開始することができる。自然に生じる圧力変化による自己トリガを回避するために、所定の圧力降下の存在は、吸気相のトリガのための付加的な要求であることができる。
【０００８】
これらのシステムは通常満足に動作するが、自発吸気努力の実際の開始（脳の呼吸中枢において生じる）からトリガが実際に生じるまでに遅れが生じる。この遅れは２００ｍｓ以上となるおそれがある。これの一部は、神経信号の伝達時間と呼吸筋肉の反応時間とによるものであり、呼吸筋肉は、圧及び流量の変化が生じる前に機能し始めなければならない。しかしながら、遅れの主要な部分は、トリガレベルが、自己トリガ（すなわち装置は、患者による努力がない場合に吸気相を開始するためにトリガされる）のいかなる危険性をも回避するために十分に高く設定されていることによる。したがって、吸入の効果がトリガ必要条件に達して吸気相が開始するまでに時間がかかる。
【０００９】
この遅れは、フロー及びプレッシャートリガシステムの変化、例えば容積トリガシステムに対しても存在する。
【００１０】
遅れの一部を回避又は低減するための１つの努力は米国特許第５３７３８４２号明細書に開示されており、この場合、プレッシャートリガシステムは、所要のトリガ圧レベルを変化させるために、バイアス流における流量測定を利用する。
【００１１】
より短い応答時間でより安定したトリガシステムであるが、多少の遅れが依然として生じる。
【００１２】
別の記載されたトリガシステムは、他のパラメータを使用しており、このパラメータは、例えば、欧州特許出願公告第０３２４２７５号明細書に開示されているような、胸を横切ったインピーダンス、国際公開第００／００２４５号パンフレットに開示されているような神経信号、及び国際公開第９９／４３３７４号パンフレットに開示されているような筋肉（筋電）信号である。
【００１３】
これらのうち最初のものは、本質的に、流量／圧関連トリガパラメータと同じ遅れを有している。なぜならば、インピーダンスは、肺が筋肉活動によって変化し始めるまで変化しないからである。この場合、また、他のインピーダンス源からの自己トリガを回避するためにしきい値が設定されなければならない。
【００１４】
後者の２つは遅れが少ないが、全ての状況において理想的であるわけではない。例えば筋肉検出は、通常、横隔膜における筋電信号に関する。しかしながら、国際公開第９９／４３３７４号パンフレットが述べているように、吸入は、他の筋肉グループによって開始することができる。呼吸に関する全ての筋肉における活動を測定することは現実的ではない。この問題の解決策は、国際公開第９９／４３３７４号パンフレットにおいて提案されており、すなわち、並行して動作する別個のフロー又はプレッシャートリガシステムを有すること、及び早いもの順トリガ動作を使用することである。遅れは、フロー／プレッシャートリガシステムに対して（筋肉トリガに対しても）依然として生じる。
【００１５】
興奮性細胞信号（神経及び筋肉）に基づきトリガする全てのシステムは、トリガのための十分に高いしきい値が設定されない限り自己トリガの危険性がある。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記トリガ方法を改良する方法を達成することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、従来のトリガシステムに対して、改良されたトリガ特徴を有する呼吸装置を達成することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
第１の目的は、冒頭に開示された方法が、請求項１の特徴部に開示された方法ステップを有することにより達成される。
【００１９】
有利な改良及び実施例が、請求項１に係る従属請求項より明らかである。
【００２０】
本発明によるトリガ方法は、本質的に、流量及び／又は圧を利用する従来のトリガ方法に基づく。改良は、フロー及び／又はプレッシャートリガ方法のためのトリガ必要条件を適応させるために、呼吸に関する興奮性細胞信号を利用することである。
【００２１】
興奮性細胞は、人間の場合２つのグループ、すなわち神経細胞と筋肉細胞とに分類される。つまり、呼吸に関連した興奮性細胞は、呼吸動作に携わる全ての神経及び筋肉を含む。
【００２２】
フロー及び／又はプレッシャートリガ方法に関するトリガ必要条件を適応させる１つの有利な方法は、興奮性細胞信号に基づきトリガレベルを調節することである。興奮性細胞信号は、開始する呼吸を示すので、自己トリガの危険性は実際にはあまり重要ではなく、したがって、トリガレベルは、純粋なフロー及び／又はプレッシャートリガ方法において可能であるよりも著しく高い感度を有するように設定することができる。
【００２３】
フロー及びプレッシャートリガ方法に関するトリガ必要条件を適応させる別の有利な方法は、トリガが可能にされるウインドウを調節又は形成することである。この場合、一定の高い感度を、トリガレベルのために設定することができる。興奮性細胞信号が指示して初めて、トリガが許容され、吸気相（又は呼気相）を開始する。
【００２４】
これらの２つの方法の組み合わせももちろん可能である。例えば、興奮性細胞信号の所定のレベル（トリガのためのこのような信号のみを使用する公知のシステムのためのトリガしきい値よりも低くてよい）は、トリガが生じることができるウインドウを開く。信号レベルが増大するに従い（吸気が考慮されているならば）流量及び／又は圧力トリガレベルは、より高い感度に向かって変更される。これにより、より高い感度を使用することができ、さらに、信号妨害による自己トリガの危険性を最小限にすることができる。
【００２５】
記載された従来技術は、主として吸気相のトリガに関する。しかしながら、本発明による方法は、吸気相に限定されない。本発明による方法は、呼気相をトリガするためにも利用可能である。
【００２６】
呼気相トリガは、しばしば、実際の呼吸中の測定された最大圧／流量レベルに基づく。吸気サイクルを終了することは、例えば、測定された流量が最大流量のあるパーセンテージよりも低下した場合に行うことができる。本発明による方法においては、このパーセンテージは、興奮性細胞信号を利用することによって適応させることができる１つの特定のトリガ必要条件である。
【００２７】
全ての患者タイプをカバーするために、本発明は、さらに、トリガ必要条件の別の適応を適用することによって改良することができる。１つのこのような別の適応は、前記米国特許第５３７３８４２号明細書に開示された公知の流量依存圧力トリガシステムの使用であることができる。
【００２８】
圧力依存流量制御も、興奮性細胞信号に基づき行われる適応に加えて利用可能である。特に、極めて小さく正確な圧力センサの開発における進歩を考慮すると、今や、肺内で圧力測定を行うことは現実的となった。したがって、圧力測定は、より信頼性よくかつ利用可能となった。
【００２９】
呼吸装置に関する目的は、冒頭に開示された呼吸装置が、請求項７の特徴部に開示された特徴を有することにより達成された。
【００３０】
有利な改良及び具体化は、請求項７に係る従属請求項より明らかである。
【００３１】
この場合、呼吸装置は、本質的に、従来技術の装置に基づき、この装置は、次いで、興奮性細胞信号を検出するための興奮性細胞信号検出器に装着又は接続されており、さらに、方法に関して上に開示したものに対応する所要の計算及び適応を行うように装備又は修正されている。
【００３２】
本質的に、興奮性細胞信号を検出するための（及びこの信号から呼吸に関連した情報を抜き出し／変換し／計算するための）あらゆる公知の従来の装置を、本発明による呼吸装置に接続して使用することができる。特に、吸入の開始を決定するために興奮性細胞信号情報を使用するあらゆる公知の装置を、本発明の呼吸装置に接続して使用することができる。
【００３３】
以下に、本発明の方法及び装置を図面を参照にさらに詳しく説明する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明による呼吸装置２が図１に示されている。呼吸装置２は、この実施例においては、呼吸ガスを患者に供給したり、呼吸ガスを患者４から除去したりするために患者４に接続されたベンチレータユニット６から成っている。接続はこの場合、気管内チューブ、気管切開チューブ、フェースマスク等を介して患者に接続することができる慣用のチューブ系８を用いて示されている。
【００３５】
患者には、興奮性細胞信号検出器、この実施例においては、食道横隔膜筋電計測法検出器１０、も接続されている。興奮性細胞信号検出器は、カテーテルリード１２を介して患者４に接続されており、コミュニケーションリンク１４を介して、呼吸装置の他の部分とコミュニケーションすることができる。
【００３６】
呼吸装置の別の実施例が図３に示されている。この場合、呼吸装置１６は、同じケーシング内に全ての部材を有している。呼吸装置２のように、慣用のチューブ系６が呼吸装置１６を患者４に接続させている。
【００３７】
この第２実施例においては、興奮性細胞信号検出器は、横隔膜導出信号検出器１６Ａである。横隔膜導出信号検出器１６Ａは、センサライン１８によって示したように患者４の横隔膜神経に接続されている。
【００３８】
呼吸装置２（又は１６）のより詳細な実施例が図２に示されている。実施例２と実施例１６とで異なる部材は破線で示されている。図２に示した詳細な実施例は、本発明の方法に関する呼吸装置の動作の理解に関連したエレメントのみを示している。
【００３９】
ニューマチックユニット２０は、第１の弁ユニット２２Ａ及び第２の弁ユニット２２Ｂによって、患者（図示せず）への及び患者からのガス流を調整する。呼吸ガスを形成するために混合されたガスは、第１のガス入口２４Ａ及び第２のガス入口２４Ｂを介して供給される。ガスは、第１の弁ユニット２０Ａにおいて調和させられかつ混合される。別のガスを呼吸ガスに混合したい場合には、付加的なガス入口を設けることができる。呼吸ガスは、吸気チューブ２６を介して患者へ供給され、呼気チューブ２８を介して患者から導出される。第２の弁ユニット２０Ｂは、患者からの呼吸ガスの流出を制御する。排出部３０はガスを排出する。
【００４０】
ニューマチックユニット２０は制御ユニット３２によって制御される。この場合、呼吸相のトリガに関する制御ユニット３２の動作のみが論じられる。支持呼吸のための特定の流量及び圧力を提供するためのニューマチックユニット２０の実際の制御は、従来のシステムにおいてよく知られている。
【００４１】
センサ３４は圧力を測定する。圧力信号は、第１の呼吸表示信号（例えば患者の肺内の圧力）を決定するために第１の決定ユニットによって使用される。
【００４２】
第１の呼吸表示信号は、トリガレベルとの比較のためにコンパレータ３８へ伝送される。基本的に、コンパレータ３８は、回路（ハードウェアにおいて形成されるならば）又はプログラミング（ソフトウェハにおいて形成されるならば）から成ることができ、コンパレータは、第１の呼吸表示信号を、呼気相時には吸気トリガレベルと比較し、吸気相時には呼気トリガレベルと比較することができる。例として、以下は吸気トリガレベルとの比較に関する。
【００４３】
従来の圧力トリガ装置においては、コンパレータ３８に入力された第１の呼吸表示信号は、最終的に吸気トリガレベルに到達する。これに基づき、信号発生器４０はトリガ信号を発生し、このトリガ信号は、制御ユニット３２において別の制御手段４２によって利用され、ニューマチックユニット２０における第１の弁ユニット２０Ａを制御することによって吸気相を開始する。
【００４４】
同様に、第２の弁ユニット２０Ｂを、呼気相を開始するために制御することができる。
【００４５】
本発明によれば、トリガ必要条件は、興奮性細胞信号の検出から引き出される第２の呼吸表示信号によって適応される。興奮性細胞、すなわち神経又は筋肉は、筋電信号を発生し、この筋電信号を、情報を引き出すために検出及び処理することができる。この例では、呼吸に関する情報が関心事である。したがって、呼吸に携わる神経及び／又は筋肉からの信号が検出されるべきである。
【００４６】
呼吸に携わる筋肉は、基本的に、吸気時における横隔膜と、斜角筋と、外部肋間筋と、呼気時における腹筋と、内部肋間筋とである。これらのうち、横隔膜が最も重要であるため、筋肉信号を検出するに当たり最大の関心が寄せられる。従来技術の議論に関連して開示したように、食道カテーテル４４を使用して横隔膜筋電信号を検出することが知られており、前記食道カテーテルには、信号を検出するために複数のセンサ４６が設けられている。第２の決定ユニット４８において、第２の呼吸表示信号を形成するために、信号は、あらゆる公知の方法でフィルタをかけられ、増幅され又は処理されることができる。
【００４７】
第２の呼吸表示信号は適応ユニット５０へ伝送される。適応ユニット５０はコンパレータ３８に接続されている。トリガレベル（オペレータによって設定されるか、呼吸装置の種々異なる用途に対して固定されている）は、適応ユニット５０を介してコンパレータ３８にリンクされている。
【００４８】
適応ユニット５０はトリガ必要条件を適応させ、呼吸相のより確実で、敏感でかつ安定したトリガを達成する。
【００４９】
トリガ必要条件を適応させる１つの方法は、第２の呼吸表示信号に応じてトリガレベルを調節することである。吸気トリガのために、このことは（この実施例においては）トリガレベル自体が患者内の実際圧力（第１の呼吸表示信号）に近付けられることを意味する。したがって、コンパレータ３８及び信号発生器４０は、従来のプレッシャートリガシステムを用いて可能であるよりも早期に、患者からの吸気努力に応答する。
【００５０】
トリガ必要条件を適応させる別の方法は、圧力トリガにおける高い感度を維持することである（すなわちトリガレベルは実際圧力に近い）。自己トリガを回避するために適応は、第２の呼吸表示信号が低すぎる限りトリガを抑制することにある。第２の呼吸表示信号が所定のレベルに達すると、圧力に基づくトリガが可能にされる。この方法により、オペレータがトリガ必要条件を設定する必要がない。
【００５１】
トリガ必要条件を適応させる第３の方法は、前記２つの方法を組み合わせることである。つまり、トリガは、第２の呼吸表示信号の第１レベルにおいて可能にされ、次いでトリガレベルは第１の呼吸表示信号の値に向かって変化させられることができる。
【００５２】
同様のことが、神経信号に関連し可能である。横隔膜神経は、呼吸に携わる神経の一例である。この神経に沿った信号をセンサ５４（破線で示されている）によって検出することができる。信号処理は、筋肉信号の場合に行われたものとは多少異なるが、神経信号から、呼吸に関する情報を引き出す公知の方法が存在する。
【００５３】
本発明による呼吸装置の別の詳細な実施例が図４に示されている。図２におけるエレメントと同一であることができるエレメントは、同一の参照符号を有する。
【００５４】
この実施例においては、ニューマチックユニット５６はガス発生器５８、例えば圧縮機又はファンを有している。ガス発生器５８は、入口６０を介して空気を取り入れ、制御ユニット６４からの制御信号に従って、呼吸チューブ６２への呼吸ガス流を調整する。呼吸チューブ６２を、例えば、呼気のための別個の出口を備えた呼吸マスクを介して患者に接続することができる。
【００５５】
圧力計３４は圧力を測定し、圧力信号を制御ユニット６４に伝送する。制御ユニットにおいて、ソフトウェアプログラムが圧力信号を受け取り、圧力信号を処理し、圧力信号をトリガレベルと比較する。つまり、圧力は第１の呼吸表示信号である。食道カテーテル４４には複数のセンサ４６が、食道に導入された後に、横隔膜からの信号を検出するために設けられている。これらの信号は決定ユニット４８へ伝送され、決定ユニット４８は第２の呼吸表示信号を決定する。第２の呼吸表示信号は、適応ユニット７０へ伝送され、トリガ必要条件を適応させるために使用される。適応は、図２に関連して前述した方法のいずれかによって行うことができる。トリガレベルは、数字５２を介して入力される。
【００５６】
さらにトリガ必要条件を適応させることを目的として、呼吸チューブ６２におけるガス流を測定するために流量計６６が使用される。流量信号は、第３の呼吸表示信号を決定するために決定ユニットへ伝送される。第３の呼吸表示信号は、トリガ必要条件の別の適応又は組み合わされた適応のために、適応ユニット７０へ送られる。
【００５７】
組み合わされた適応を行う１つの方法は、トリガを可能にするために第２の呼吸表示信号を使用し、圧トリガレベルの感度を増大させるために第３の呼吸表示信号を使用することである。
【００５８】
別の方法は、トリガレベルを変更するために第２の呼吸表示信号と第３の呼吸表示信号とを組み合わせることである。
【００５９】
２つの組合せももちろん可能である。
【００６０】
示された実施例の組合せが可能である。例えば、図２に示したニューマチックユニット２０を、図４に示したニューマチックユニット５６と交換することができ、またその逆も可能である（個々の制御ユニット３２，６４における適当な変更で）。
【００６１】
別の修正は、従来技術のエレメントを、本願に示した実施例に付加するか、組み合わせるか、変更することによって行うこともできる。例えば、ニューマチックユニットは、基本的に、呼吸装置において利用可能なあらゆる公知のニューマチックユニットであることができる。同じことがチューブ系にも当てはまる。例えば、麻酔用エレメントは実施例には示されていないが、もちろん同様に使用することができる。
【００６２】
食道カテーテルを介して横隔膜筋電信号を測定する必要はない。これらの信号を得る別の手段を使用することもできる。同様に、他の呼吸筋からの筋電信号を同様に使用することができる。
【００６３】
もちろん同じことが神経信号にも当てはまり、神経信号は横隔膜神経から得る必要はない。
【００６４】
本発明の基本的な発明的概念は、興奮性細胞信号を使用することにより、呼吸相のためのトリガ必要条件を修正する又は適応させることであり、方法として又は呼吸装置において実施される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による呼吸装置の第１実施例を示す図である。
【図２】本発明による呼吸装置の一部のエレメントをより詳細に示す図である。
【図３】本発明による呼吸装置の第２実施例を示す図である。
【図４】本発明による呼吸装置の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
２ 呼吸装置、 ４ 患者、 ６ ベンチレータユニット、 ８ チューブ系、 １０ 筋電図検出器、 １２ カテーテルリード、 １６ 呼吸装置、 １８ センサライン、 ２０ ニューマチックユニット、 ２２Ａ 第１の弁ユニット、 ２２Ｂ 第２の弁ユニット、 ２８ 呼気チューブ、 ３０ 排出部、３２ 制御ユニット、 ３４ センサ、 ３８ コンパレータ、 ４０ 信号発生器、 ４２ 制御手段、 ４４ 食道カテーテル、 ４６ センサ、 ４８第２の決定ユニット、 ５０ 適応ユニット、 ５４ センサ、 ５６ ニューマチックユニット、 ５８ ガス発生器、 ６０ 入口、 ６２ 呼吸チューブ、 ６４ 制御ユニット、 ６６ 流量計、 ７０ 適応ユニット

Claims (5)

1. 呼吸装置（２；１６）において、
   患者（４）に接続可能なチューブ系（８）と、
   チューブ系（８）における呼吸ガス流を調節するための手段から成るニューマチックユニット（２０；５６）と、
   流量計（６６）と圧力計（３４）との少なくとも１つから成るセンサシステムと、
   前記ニューマチックユニット（２０；５６）を制御するための制御ユニット（３２；６４）とが設けられており、該制御ユニットが、センサシステム（３４，６６）によって測定された少なくとも１つのパラメータに基づき第１の呼吸表示信号を決定するための第１の決定ユニット（３６）と、第１の呼吸表示信号をトリガ必要条件と比較するためのコンパレータ（３８）と、前記第１の呼吸表示信号及びトリガ必要条件に基づき呼吸相のトリガを制御するためのトリガ信号を発生するための信号発生器（４０）とを有しており、
   呼吸に関連した興奮性細胞信号を検出するための興奮性細胞信号検出器（４４，４６，５４）が設けられており、
   該興奮性細胞信号検出器（４４，４６，５４）によって検出された興奮性細胞信号に基づき第２の呼吸表示信号を決定するための第２の決定ユニット（４８）が設けられており、
   前記第２の呼吸表示信号に基づきトリガ必要条件を適応させるための適応ユニット（５０；７０）が設けられている形式のものにおいて、
   トリガ必要条件が、呼吸相のトリガが、興奮性細胞信号に基づく前記第２の呼吸表示信号に依存して確立されたウインドウ内で可能にされるように適応される
   ことを特徴とする、呼吸装置。
2. 呼吸相の自然変化が開始していることを第２の呼吸表示信号が表示した場合にトリガが可能にされるように、適応ユニット（５０；７０）がトリガ必要条件を適応させるようになっている、請求項１記載の呼吸装置。
3. 前記興奮性細胞信号検出器が、神経信号センサ（５４）である、請求項１又は２記載の呼吸装置。
4. 前記興奮性細胞信号検出器が、筋肉信号センサ（４４，４６）である、請求項１から３までのいずれか１項記載の呼吸装置。
5. 前記筋肉信号センサが、検出電極（４６）の配列を有する食道カテーテル（４４）を含む、請求項４記載の呼吸装置。

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