呼吸を制御するための方法および装置
【課題】呼吸を制御するための方法および装置の提供。
【解決手段】本発明は、患者（１０１）の呼吸を制御する方法およびシステム（１００）に関する。患者の呼吸を制御するシステムは、呼吸コンジット（１２０）を含む。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器（１０２）に連結されるように構成され、さらに圧搾空気発生装置（１３０）に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器と圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置を含む。呼吸コンジットは、少なくとも２つのボリュームを含み、１つのボリューム（１１１）は、第１気流制御装置（１０８、１３１）と第２気流制御装置（１１２、１３３）との間に位置し、別のボリューム（１１３）は、第２気流制御装置と第３気流制御装置（１１４、１３５）との間に位置する。
【解決手段】本発明は、患者（１０１）の呼吸を制御する方法およびシステム（１００）に関する。患者の呼吸を制御するシステムは、呼吸コンジット（１２０）を含む。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器（１０２）に連結されるように構成され、さらに圧搾空気発生装置（１３０）に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器と圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置を含む。呼吸コンジットは、少なくとも２つのボリュームを含み、１つのボリューム（１１１）は、第１気流制御装置（１０８、１３１）と第２気流制御装置（１１２、１３３）との間に位置し、別のボリューム（１１３）は、第２気流制御装置と第３気流制御装置（１１４、１３５）との間に位置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、２００６年４月１７日に出願された、米国特許出願第１１／４０５，９４８号の利益を主張し、さらには、２００７年４月１７日に出願された、一部継続出願である米国特許出願第１１／４０５，９４８号の利益を主張し、両出願は参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、呼吸障害の治療に関する。より具体的には、本発明は、患者の動脈血に溶解した二酸化炭素（「ＣＯ２」）の特定レベルを維持することにより、患者の呼吸を制御するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
睡眠呼吸障害（「ＳＤＢ」；ｓｌｅｅｐ−ｄｉｓｏｒｄｅｒ ｂｒｅａｔｈｉｇ）は、睡眠中に呼吸困難をもたらすすべての症候群を含む。それらは、閉塞型睡眠時無呼吸（「ＯＳＡ」；ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｓｌｅｅｐ ａｐｎｅａ）、混合型睡眠時無呼吸（「ＭＳＡ」；ｍｉｘｅｄ ｓｌｅｅｐ ａｐｎｅａ）、中枢性睡眠時無呼吸（「ＣＳＡ」；ｃｅｎｔｒａｌ ｓｌｅｅｐ ａｐｎｅａ）、チェーンストークス呼吸（「ＣＳＲ」；Ｃｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ）等を含む。一部形態のＳＤＢは、米国人口の約３〜５％で発症する。
【０００４】
肥満または異常に狭い上気道等の解剖学的問題が幾つかのＳＤＢの原因となる場合があるが、ＣＯ２および酸素（「Ｏ２」）等の血液ガスのレベル制御における神経学的困難が、疾患の重要な寄与因子としてますます認められるようになっている。これは特に、全ＳＤＢの２０％を占める「中枢性」症候群、ＭＳＡ、ＣＳＡ、およびＣＳＲに関して当てはまる。血液ガスを制御する神経システムの変化は、不安定な呼吸パターンを生じることが多く、睡眠からの覚醒をもたらす。これらの変化は、血圧の深刻な急上昇を伴い、ストレスホルモンを放出することにより、多くの臓器系に長期的な損傷をもたらし得る。さらに、一部のＳＤＢ症候群は、全体血液ガスレベルの異常が関与する。例えば、動脈血中に溶解したＣＯ２レベルが低いことが多く、臨床的な問題を示す。そのため、ＳＤＢを治療する場合は、血液ガスの正常な制御を回復することにより、呼吸を安定させ、適切な血液ガスレベルを確立する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、患者の呼吸を制御するシステムに関する。本システムは、呼吸コンジット（ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｃｏｎｄｕｉｔ）を含む。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、さらに圧搾空気発生装置に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器と圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置を含む。呼吸コンジットは、少なくとも２つのボリュームを含み、１つのボリュームは第１気流制御装置と第２気流制御装置との間に位置し、別のボリュームは第２気流制御装置と第３気流制御装置との間に位置する。第２気流制御装置は、さらに複数の開口を含むように構成された気流制御コンジットからの空気の排出を制御するように構成される。
【０００６】
一部実施形態において、本発明は、患者への二酸化炭素の流れを制御する方法に関する。本方法は、上述のシステムを使用し、患者の血液中の二酸化炭素レベルを制御するステップを含む。制御は、少なくとも１つの気流制御装置を通る気流を測定するステップと、測定気流中の二酸化炭素濃度を検出するステップと、二酸化炭素濃度の検出に基づいて、少なくとも１つの別の気流制御装置を通る気流を調整するステップと、二酸化炭素濃度の検出および少なくとも１つの気流制御装置を通る気流の調整に基づいて、ボリュームのサイズを調整するステップと、を含む。
【０００７】
一部実施形態において、本発明は、患者のインターフェース機器に連結されるように構成された呼吸コンジットを含む。呼吸コンジットは、圧搾給気装置に連結されるように構成され、圧搾給気装置は、別端において患者に空気を供給する。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に隣接する第１弁を含み、呼吸プロセス中にガスの漏出を制御するように構成された第１開口と、呼吸プロセス中に呼吸コンジット内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すように構成された第２弁と、第１弁と第２弁を接続し、呼吸プロセス中に患者へのガスの供給を制御するように構成された第１ボリュームコネクタと、呼吸プロセス中にガスの漏出を制御するように構成された第３開口を含む第３弁と、第２弁および第３弁を接続し、第２ボリューム内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すことができるように構成された第２ボリュームコネクタと、第２弁および給気装置を接続する第３コネクタと、を含む。
【０００８】
一部代替実施形態において、本発明は、患者の呼吸を制御する方法に関する。少なくとも１つのボリュームコネクタ内に配置された少なくとも１つの開口から空気を引き出すように構成された少なくとも１つの弁を含む呼吸コンジットを用いる給気装置に連結された患者インターフェース機器を使用し、空気が患者に供給される。弁およびボリュームコネクタは、呼吸コンジットの長さに沿って位置する。本方法は、患者によるガスの産生レートを判断するステップと、制御可能な開口のそれぞれにおけるガスの流速および濃度を測定するステップと、その測定に基づいて複数の開口を通る流速を調整するステップと、前記判断および測定のうちの少なくとも１つに基づいて複数のボリュームコネクタのサイズを調整するステップと、を含む。患者に供給される空気は、給気装置により供給された空気と患者により生成されたガスとの混合物を含む。
【０００９】
さらに別の代替実施形態において、本発明は、患者の呼吸を制御する方法に関する。患者インターフェース機器と圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置と、少なくとも２つのボリュームとを含む呼吸コンジットを用いる給気装置に連結された患者インターフェース機器を使用し、空気を患者に供給する。少なくとも１つのボリュームは、少なくとも１つの気流制御装置を使用し、ボリューム内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すことができるように構成される。本方法は、第２気流制御装置から流出する空気中の平均ガス濃度を判断するステップと、平均ガス濃度を事前設定したガス濃度の設定点と比較するステップと、平均濃度と事前設定した濃度の設定点との差を計算するステップと、算出される差が実質的になくなるまで第１気流制御装置を通る気流を調整することにより患者の呼吸を制御するステップと、を含む。
【００１０】
さらに別の代替実施形態において、本発明は、患者の呼吸を制御するシステムに関する。本システムは、呼吸コンジットを含む。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、さらに圧搾空気発生装置に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器と圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つのボリュームを含む。呼吸コンジットは、少なくとも２つの気流制御装置を含み、少なくとも１つの気流制御装置は、呼吸コンジット内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すように構成される。
【００１１】
本発明のさらなる特徴および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および操作について、添付の図面を参照して以下に詳述する。
本発明は、例えば、以下を提供する：
（項目１）
患者の呼吸を制御する方法であって、呼吸コンジットを用いて給気装置に連結された患者インターフェース機器を用いることによって、上記患者に空気が供給され、上記呼吸コンジットは、複数の制御可能な開口と、上記呼吸コンジットの長さに沿って配置されたボリュームコネクタとを含み、
上記患者により生成されるガスの産生レートを判断するステップと、
上記複数の制御可能な開口のそれぞれにおけるガスの流速および濃度を測定するステップと、
上記測定に基づいて、上記複数の制御可能な開口のサイズを調整するステップと、
上記判断および上記測定のうちの少なくとも１つに基づいて、上記複数のボリュームコネクタのサイズを調整するステップと
を含み、上記患者に供給される空気は、上記給気装置により供給された空気と、上記患者により生成されたガスとの混合物を含む、方法。
（項目２）
患者の動脈血におけるガス圧の増加を判断するステップをさらに含み、上記判断は、
呼気終末ガス監視、経皮ガス監視、および動脈血ガス分析から成る群から選択される時間ベースの監視を用いて、上記患者の上記動脈血に含まれる上記ガス圧を測定するステップと、
上記測定に基づいて上記患者の動脈血における上記ガス圧の望ましい変化を計算するステップと
を含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記ガスは二酸化炭素である、項目１に記載の方法。
（項目４）
上記複数の制御可能な開口および上記複数のボリュームコネクタのサイズを修正するステップをさらに含み、上記修正は、
上記複数の制御可能な開口および上記複数のボリュームコネクタのそれぞれから漏出する上記ガスの量を監視するステップと、
上記複数の制御可能な開口のそれぞれにおけるガスの流速および濃度を測定するステップと、
上記判断および上記測定のうちの少なくとも１つに基づいて、上記複数のボリュームコネクタのサイズを調整するステップと
を含み、上記患者に供給されるガスは、上記給気装置により供給されたガスと、呼吸中に上記患者により産生されたガスとの混合物である、項目１に記載の方法。
（項目５）
上記修正は、上記患者の呼吸気道の虚脱の結果として行われる、項目４に記載の方法。
（項目６）
上記患者の呼吸気道が虚脱状態でなくなるまで、呼吸中に上記患者に供給される空気圧を調整するステップをさらに含む、項目５に記載の方法。
（項目７）
上記計算は、年齢、性別、体重、除脂肪体重率、および上記患者の動脈血における上記ガスの分圧から成る群から選択される少なくとも１つの特徴を使用し、上記患者により産生される上記ガス量を推定するステップをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目８）
上記計算は、上記患者の正常な呼吸を事前にシミュレーションし、上記複数の制御可能な開口および複数のボリュームコネクタのサイズを判断するステップをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
上記複数の制御可能な開口のうちの１つを通る空気の流速は、上記複数の制御可能な開口のうちの少なくとも１つの別の開口を通る流速に基づく、項目１に記載の方法。
（項目１０）
上記判断は、呼吸中に上記複数の制御可能な開口のそれぞれから漏出するガスの最小量、最大量、および平均量を計算するステップと、
上記計算に基づいて、上記複数の制御可能な開口のうちの少なくとも１つのサイズ、および上記ボリュームコネクタのうちの少なくとも１つのサイズを調整するステップと
をさらに含む、項目９に記載の方法。
（項目１１）
少なくとも第１の空気制御可能な開口および少なくとも第２の制御可能な開口を通るガスの流速は、上記患者による上記ガスの予想産生レート、上記患者の予想呼吸レート、上記患者の呼吸の予想深度、および上記患者の呼気に含まれる上記ガスの予想濃度に基づいて計算される、項目１に記載の方法。
（項目１２）
上記複数の制御可能な開口から漏出し得るガスの量、および上記複数のボリュームコネクタに含まれるガスの量に基づいて、上記患者の呼気のうち患者が再呼吸する量を連続的に調整する、項目１に記載の方法。
（項目１３）
呼吸中の患者に対する二酸化炭素の流れを制御する装置であって、
患者インターフェース機器に連結される二酸化炭素混合装置であって、
上記二酸化炭素混合装置は、圧搾給気装置に連結されるように構成され、
上記二酸化炭素混合装置は、複数のデッドスペースと互いに接続される複数の換気オリフィスを含み、上記複数の換気オリフィスは、上記患者への二酸化炭素の供給、および上記複数のデッドスペースにおける二酸化炭素量を制御する、
二酸化炭素混合装置と、
上記複数の換気オリフィスのそれぞれを通る気流を測定する手段と、
上記測定気流における二酸化炭素濃度を検出する手段と、
上記二酸化炭素濃度の上記検出に基づいて、上記複数の換気オリフィスのそれぞれを通る気流を調整する手段と、
上記二酸化炭素濃度の上記検出、および上記複数の換気オリフィスのそれぞれを通る上記気流の上記調整に基づいて、上記複数のデッドスペースのサイズを調整する手段と
を含む、装置。
（項目１４）
患者に配置された患者インターフェースに連結された給気装置を用いることによって、呼吸中の患者に対する二酸化炭素の流れを制御する方法であって、上記患者インターフェースは、二酸化炭素混合装置に連結され、上記二酸化炭素混合装置は、上記給気装置に連結され、上記二酸化炭素混合装置は、複数のデッドスペースと互いに接続される複数の換気オリフィスを含み、上記複数の換気オリフィスは、上記患者に対する二酸化炭素の供給および上記複数のデッドスペースにおける二酸化炭素の量を制御し、
上記複数の換気オリフィスのそれぞれを通る気流を測定するステップと、
上記測定気流における二酸化炭素の濃度を検出するステップと、
上記二酸化炭素濃度の上記検出に基づいて、上記複数の換気オリフィスのそれぞれを通る気流を調整するステップと、
上記二酸化炭素濃度の上記検出および上記複数の換気オリフィスのそれぞれを通る上記気流の上記調整に基づいて、上記複数のデッドスペースのサイズを調整するステップと
を含む、方法。
（項目１５）
上記サイズ調整ステップは、
【化１】
と
【化２】
との間の関係に基づいて、上記複数のデッドスペースおよび上記複数の換気オリフィスのサイズを調整するステップをさらに含み、
【化３】
は患者による１分間の二酸化炭素排出レートであり、
【化４】
は患者による１分間の総換気レートであり、
【化５】
と
【化６】
との間の上記関係を表す曲線は、少なくとも２つの不連続を含み、
上記不連続は、
少なくとも第１換気オリフィスを上記二酸化炭素混合装置に配置することにより生じる低換気トラバースセグメントの長さと、
少なくとも第１デッドスペースを上記二酸化炭素混合装置に配置することにより生じる第１呼吸プラトーセグメントの長さと、
少なくとも第２換気オリフィスを上記二酸化炭素混合装置に配置することにより生じる正常呼吸トラバースセグメントの長さと、
少なくとも第２デッドスペースを上記二酸化炭素混合装置に配置することにより生じる第２呼吸プラトーセグメントの長さと、
少なくとも第３換気オリフィスを上記二酸化炭素混合装置に配置することにより生じる過換気トラバースセグメントの長さと
を用いて判断される、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
上記低換気トラバースセグメントは、呼吸間隔中に上記患者が呼吸した空気量と上記呼吸間隔中に上記患者が排出した二酸化炭素量との間の関係により定義された傾斜を有する、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
上記正常呼吸トラバースセグメントにおいて、追加量の二酸化炭素が、上記二酸化炭素混合装置の少なくとも第２換気オリフィスから漏出し、上記追加量は少なくとも第１換気オリフィスから漏出する二酸化炭素量に基づいて判断される、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
上記過換気トラバースセグメントにおいて、追加量の二酸化炭素が、上記二酸化炭素混合装置の少なくとも第３換気オリフィスから漏出し、上記追加量は少なくとも第１および第２換気オリフィスから漏出する二酸化炭素量に基づいて判断される、項目１５に記載の方法。
（項目１９）
上記サイズ調整ステップに基づいて、二酸化炭素の目標平均動脈中濃度を判断するステップをさらに含む、項目１４に記載の方法。
（項目２０）
上記サイズ調整ステップは自動である、項目１４に記載の方法。
（項目２１）
上記サイズ調整ステップは手動である、項目１４に記載の方法。
（項目２２）
呼吸コンジットを用いることによって、患者の呼吸を制御する方法であって、上記呼吸コンジットは、患者インターフェース機器および圧搾空気発生装置に連結されるように構成され、上記コンジットは、上記患者インターフェース機器と上記圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置と、少なくとも２つのボリュームとを含み、第１ボリュームは、第１気流装置と第２気流装置との間に位置し、第２ボリュームは、上記第２気流装置と第３気流装置との間に位置し、上記方法は、
ガスを上記コンジットに受け取るステップであって、上記ガスは患者の呼気に由来するステップと、
上記少なくとも２つの気流制御装置からのガス漏出を可能にするステップと
を含み、上記受け取られたガスの一部は、上記第１気流制御装置から漏出し、上記受け取られたガスの別の部分は、上記第１ボリュームを通って上記第２気流制御装置に移動し、
上記受け取られたガスの別の部分の一部は、上記第２気流制御装置から漏出し、上記受け取られたガスの別の部分の別の一部は、上記第２ボリュームを通って上記第３気流制御装置に移動し、
上記受け取られたガスの別の部分の別の一部は上記第３気流制御装置から漏出する、方法。
（項目２３）
患者の呼吸を制御する方法であって、
低換気中の患者の換気レートの関数として、上記患者によるガスの排出レートを判断するステップであって、上記判断は、上記排出されたガスが最大濃度に到達するまで行われる、ステップと、
上記判断に基づいて、上記患者のガス排出レートを事前設定したレベルに維持するステップと、
上記患者による上記ガスの予想排出レートに基づいて、上記患者の換気レートの関数として、上記患者によるガスの排出レートを安定させるステップであって、上記ガスが最大濃度に到達するまで上記安定化が行われる、ステップと、
上記患者の過換気中に上記患者によるガスの排出を抑制するステップと、
上記患者の過換気中に上記患者によるガスの排出を増加させて患者の呼吸を制御するステップと
を含む、方法。
（項目２４）
患者の呼吸を制御する方法であって、呼吸コンジットを用いて給気装置に連結された患者インターフェース機器を用いることによって、上記患者に空気が供給され、上記呼吸コンジットは、少なくとも１つのボリュームコネクタ内に配置される少なくとも１つの開口から空気を引き出すように構成された少なくとも１つの弁を含み、上記弁および上記ボリュームコネクタは、上記呼吸コンジットの長さに沿って位置し、
上記患者によるガスの産生レートを判断するステップと、
制御可能な開口のそれぞれにおけるガスの流速および濃度を測定するステップと、
上記測定に基づいて、上記複数の開口を通る流速を調整するステップと、
上記判断および上記測定の少なくとも１つに基づいて、上記複数のボリュームコネクタのサイズを調整するステップと
を含み、患者に供給される空気は、上記給気装置により供給された空気と患者により生成されたガスとの混合物を含む、方法。
（項目２５）
患者の動脈血におけるガス圧の増加を判断するステップをさらに含み、上記判断は、
呼気終末ガス監視、経皮ガス監視、および動脈血ガス分析から成る群から選択される時間ベースの監視を使用し、患者の動脈血における上記ガス圧を測定するステップと、
上記測定に基づいて、患者の動脈血における上記ガス圧の望ましい変化を計算するステップと
をさらに含む、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
上記複数の開口および上記複数のボリュームコネクタを通る気流を調整するステップをさらに含み、上記調整は、
上記複数の開口および上記複数のボリュームコネクタのそれぞれから流出する上記ガスの量を監視するステップと、
上記複数の開口のそれぞれにおけるガスの流速および濃度を測定するステップと、
上記判断および上記測定の少なくとも１つに基づいて、上記複数のボリュームコネクタのサイズを調整するステップと
をさらに含み、患者に供給されるガスは、給気装置により供給されるガスと呼吸中に患者により産生されるガスとの混合物である、項目２４に記載の方法。
（項目２７）
上記計算は、年齢、性別、体重、除脂肪体重率、および患者の動脈血における上記ガスの部分圧から成る群から選択される少なくとも１つの特性を使用し、患者が産生する上記ガス量を推定するステップをさらに含む、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
上記計算は、上記患者の正常な呼吸の事前のシミュレーションを用い、上記複数の開口および複数のボリュームコネクタのサイズを判断するステップをさらに含む、項目２７に記載の方法。
（項目２９）
上記複数の開口のうちの１つを通るガスの流速は、上記複数の開口のうちの少なくとも１つの別の開口を通る流速に基づく、項目２４に記載の方法。
（項目３０）
上記判断は、
一定期間に上記複数の開口のそれぞれから流出するガスの量を計算するステップと、
上記計算に基づいて、上記複数の開口の少なくとも１つのサイズ、および上記ボリュームコネクタの少なくとも１つのサイズを調整するステップと
をさらに含む、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
少なくとも第１空気開口および少なくとも第２開口を通るガスの流速は、上記患者による上記ガスの予想産生レート、上記患者の予想呼吸レート、上記患者による呼吸の予想深度、および上記患者の呼気に含まれる上記ガスの予想濃度に基づいて計算される、項目２４に記載の方法。
（項目３２）
上記複数の開口から漏出し得るガスの量および上記複数のボリュームコネクタに含まれるガスの量に基づいて、上記患者の呼気のうち上記患者が再呼吸する量を連続的に調整する、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
患者の呼吸を制御する方法であって、呼吸コンジットを用いて給気装置に連結された患者インターフェースを用いることによって、上記患者に空気が供給され、上記呼吸コンジットは、患者インターフェース機器と圧搾空気発生装置の間に位置する少なくとも２つの気流制御装置と、少なくとも２つのボリュームとを含み、少なくとも１つのボリュームは、上記気流制御装置の少なくとも１つを使用してボリューム内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すことができるように構成され、
第２気流制御装置から漏出する空気中の平均ガス濃度を判断するステップと、
平均ガス濃度を事前設定したガス濃度の設定点と比較するステップと、
平均濃度と事前設定した濃度の設定点との差を計算するステップと、
計算された差が実質的になくなるまで上記第１気流制御装置を通る気流を調整することにより、患者の呼吸を制御するステップと
を含む、方法。
（項目３４）
少なくとも１つの気流制御装置を通って流れるガスの濃度を判断するステップと、
上記少なくとも１つの気流制御装置を通って流れる気流の濃度に基づいて、少なくとも別の気流制御装置を通る気流を調整するステップと
をさらに含む、項目３３に記載の方法。
（項目３５）
上記少なくとも１つの気流制御装置を通って流れるガスの濃度が、上記事前設定した設定点を超えるかどうかを判断するステップと、
少なくとも別の気流制御装置を通る気流を増加させるステップと
をさらに含む、項目３４に記載の方法。
（項目３６）
上記少なくとも１つの気流制御装置を通って流れるガスの濃度が、上記事前設定した設定点を下回るかどうかを判断するステップと、
少なくとも別の気流制御装置を通る気流を減少させるステップと、
をさらに含む、項目３４に記載の方法。
（項目３７）
上記事前設定した設定点を患者に対して計算する、項目３３に記載の方法。
（項目３８）
少なくとも１つの気流制御装置を通って流れるガスの濃度を定期的に監視するステップと、
少なくとも別の気流装置を通る上記気流中の呼気終末ＣＯ２濃度の値を計算するステップであって、患者の動脈血中の上記ＣＯ２の部分圧の推定値を表すステップと、
上記呼気終末ＣＯ２値を許容し得る呼気終末ＣＯ２値の事前設定した範囲と比較するステップと、
上記比較に基づいて、上記少なくとも１つの気流制御装置を通る気流の濃度に関して上記事前設定した設定点を調整するステップと、
をさらに含む、項目３３に記載の方法。
（項目３９）
上記計算された呼気終末ＣＯ２値が、許容し得る呼気終末ＣＯ２値の範囲より低いかどうかを判断するステップと、
上記少なくとも１つの気流制御装置を通って流れるガスの濃度の事前設定した設定点の値を増加させるステップと
をさらに含む、項目３８に記載の方法。
（項目４０）
計算された呼気終末ＣＯ２値が、許容し得る呼気終末ＣＯ２値の範囲より高いかどうかを判断するステップと、
上記少なくとも１つの気流制御装置を通って流れるガスの濃度の事前設定した設定点の値を減少させるステップと
をさらに含む、項目３８に記載の方法。
（項目４１）
上記患者が特定の睡眠段階にあるかどうかを判断するステップと、
特定の睡眠段階に基づいて少なくとも１つのパラメータを調整するステップと
をさらに含む、項目３３に記載の方法。
（項目４２）
患者の呼吸を制御するシステムであって、
呼吸コンジットを含み、
上記呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に連結されるように構成され、
上記呼吸コンジットは、さらに圧搾空気発生装置に連結されるように構成され、
上記呼吸コンジットは、上記患者インターフェース機器と上記圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置を含み、
上記呼吸コンジットは、少なくとも２つのボリュームを含み、１つのボリュームは第１気流制御装置と第２気流制御装置の間に位置し、別のボリュームは第２気流制御装置と第３気流制御装置との間に位置する、システム。
（項目４３）
上記ボリュームは、患者の呼気の少なくとも一部を蓄積するように構成されたデッドスペースボリュームの一部である、項目４２に記載のシステム。
（項目４４）
上記患者インターフェース機器は、鼻マスク、口マスク、口腔顔面マスク、鼻カニューレ装置、口腔内装置、および気管内チューブから成る群から選択される、項目４２に記載のシステム。
（項目４５）
上記患者インターフェース機器は、上記呼気コンジットと上記患者の呼吸気道との間に実質的に密閉した接続を形成するように構成される、項目４４に記載のシステム。
（項目４６）
上記呼吸コンジットは、患者の気道への気流を制御するように構成された上記患者インターフェース機器に実質的に隣接する補助気流制御装置を含む、項目４２に記載のシステム。
（項目４７）
上記補助気流制御装置は、上記患者により制御される、項目４５に記載のシステム。
（項目４８）
上記呼吸コンジットは、上記圧搾空気発生装置が故障した場合に、空気へのアクセスを形成し、上記呼吸コンジットをバイパスするように構成された窒息防止弁であって、上記患者インターフェース機器に実質的に隣接する窒息防止弁を含む、項目４２に記載のシステム。
（項目４９）
上記気流制御装置は、上記患者の生理的変数の少なくとも１つに基づいて、上記気流制御装置を通るガスの上記流速を調整するように構成される、項目４２に記載のシステム。
（項目５０）
上記気流制御装置および上記ボリュームは、
上記呼吸コンジットからのガス排出レートと、
上記患者の血液中の上記ガス濃度と
を制御するように構成される、項目４２に記載のシステム。
（項目５１）
上記気流制御装置および上記ボリュームは、上記呼吸コンジットから容易に排出される上記ガス量の範囲を、上記患者による上記ガスの産生範囲に等しくするように構成される、項目５０に記載のシステム。
（項目５２）
上記ガスは二酸化炭素である、項目４２に記載のシステム。
（項目５３）
上記第１気流制御装置は、上記患者が一度に産生する上記ガス量より少ないか、または等しい上記ガス量の漏出を可能にするように構成される、項目４２に記載のシステム。
（項目５４）
上記第２気流制御装置は、
上記第１気流制御装置から漏出し得る上記ガス量、および上記患者が一度に産生するガスの最大総量に基づく上記ガス量の漏出を可能にするように構成される、項目５３に記載のシステム。
（項目５５）
上記第３気流制御装置は、上記第１および第２気流制御装置から漏出可能な上記空気量に基づく空気を排出し、上記ガスの超過量を患者が再呼吸しないように構成される、項目５４に記載のシステム。
（項目５６）
上記呼吸コンジットは、上記患者インターフェース機器に回転可能に連結されるように構成される、項目４２に記載のシステム。
（項目５７）
上記呼吸コンジットは、上記呼吸コンジットへの損傷を防ぐように構成された保護カバーを含む、項目４２に記載のシステム。
（項目５８）
上記呼吸コンジットに連結されるように構成され、患者の呼吸中に凝縮を収集するようさらに構成されたコレクタをさらに含む、項目４２に記載のシステム。
（項目５９）
項目４２に記載のシステムを使用し、患者の血液中の二酸化炭素レベルを制御するステップを含む、患者の呼吸を安定させる方法。
（項目６０）
項目４２に記載のシステムを使用し、患者の血液中の酸素レベルを制御するステップを含む、患者の呼吸を安定させる方法。
（項目６１）
患者の呼吸を制御するシステムであって、
患者インターフェース機器に連結するように構成された呼吸コンジットを含み、
上記呼吸コンジットは、圧搾給気装置に連結されるように構成され、上記圧搾給気装置は患者に空気を供給し、
上記呼吸コンジットは、
上記患者インターフェース機器に実質的に隣接する第１弁であって、上記第１弁はガスの漏出を制御するように構成された第１開口を含む、第１弁と、
ガスの漏出を制御するように構成された第２開口を含む第２弁と、
上記第１弁および上記第２弁に連結される第１ボリュームコネクタであって、上記第１ボリュームコネクタは、上記圧搾給気装置により供給される上記空気と上記患者により生成される上記ガスの混合物を含むように構成され、
空気の漏出を制御するように構成された第３固定開口を含む第３弁と、
上記第２弁および上記第３弁に連結された第２ボリュームコネクタであって、上記第２ボリュームコネクタは、上記圧搾給気装置により供給される上記空気と上記患者により生成される上記ガスの混合物を含むように構成され、
上記第３弁および上記給気装置に連結される第３コネクタと
を含む、システム。
（項目６２）
上記患者インターフェース機器は、上記患者の呼吸気道および上記呼吸コンジットに対して実質的に密閉した接続を形成するように構成される、項目６１に記載のシステム。
（項目６３）
上記患者インターフェース機器は、上記患者インターフェース機器からの空気の漏出を制御するように構成される第１開口を含む、項目６１に記載のシステム。
（項目６４）
上記第２ボリュームコネクタに含まれるガスの量は、一回の呼吸で患者が排出する上記ガスの量から第１ボリュームコネクタに蓄積されたガスの量を差し引いた量と実質的に等しい、項目６１に記載のシステム。
（項目６５）
上記第１弁から漏出し得るガス量は、上記第１弁から漏出し得る空気量、上記第１コネクタに含まれる空気量および上記ガスの量、上記第２弁から漏出し得る空気量および上記ガスの量、および上記第２コネクタに含まれる空気量および上記ガスの量により判断される、項目６１に記載のシステム。
（項目６６）
上記第２弁から漏出し得るガス量は、上記第１弁から漏出し得る空気量、上記第１コネクタのボリューム、上記第２弁から漏出し得る空気量、および上記第２コネクタに含まれる空気量および上記ガスの量により判断される、項目６１に記載のシステム。
（項目６７）
上記第３弁から漏出し得る空気量は、上記第１および第２弁から漏出し得る上記空気の総量、および上記圧搾給気装置により供給される空気、および上記呼吸コンジットから上記ガスの余剰量を排出するように構成される空気量により判断される、項目６１に記載のシステム。
（項目６８）
上記第１弁から漏出しないガス量の少なくとも一部を上記患者が再呼吸する、項目６１に記載のシステム。
（項目６９）
上記第２弁から漏出しないガス量の少なくとも一部を上記患者が再呼吸する、項目６１に記載のシステム。
（項目７０）
上記第１ボリュームコネクタに蓄積された上記ガス量と上記第２ボリュームコネクタに蓄積された上記ガス量との合計を超えるガス量の少なくとも一部は、上記第３弁を通じて上記呼吸コンジットから完全に排出される、項目６１に記載のシステム。
（項目７１）
上記呼吸コンジットは、上記患者インターフェース機器に実質的に隣接する補助気流制御装置を含む、項目６１に記載のシステム。
（項目７２）
上記呼吸コンジットは、上記患者の気道への気流を制御するように構成された窒息防止弁を含む、項目６１に記載のシステム。
（項目７３）
項目６１に記載のシステムを使用し、上記患者の血液中の二酸化炭素レベルを制御するステップを含む、患者の呼吸を安定させる方法。
（項目７４）
項目６１に記載のシステムを使用し、上記患者の血液中の酸素レベルを増加させるステップを含む、患者の呼吸を安定させる方法。
（項目７５）
患者の呼吸を制御するシステムであって、
上記患者のインターフェース機器に連結されるように構成された呼吸コンジットを含み、
上記呼吸コンジットは圧搾給気装置に連結されるように構成され、上記圧搾給気装置は、別端において患者に空気を供給し、
上記呼吸コンジットは、
上記患者インターフェース機器に隣接し、呼吸プロセス中に上記ガスの排出を制御するように構成された第１開口を含む第１弁と、
上記呼吸プロセス中にガスの排出を制御するように構成された第２開口を含む第２弁と、
上記第１弁と上記第２弁を接続し、上記呼吸プロセス中に患者へのガスの供給を制御するように構成された第１ボリュームコネクタと、
上記呼吸プロセス中にガスの排出を制御するように構成された第３開口を含む第３弁と、
上記第２弁と上記第３弁を接続し、上記第１ボリュームコネクタへのガスの供給を制御するように構成された第２ボリュームコネクタと、
上記第２弁と上記給気装置を接続する第３コネクタと
を含む、システム。
（項目７６）
上記患者インターフェース機器は、上記呼吸コンジットと患者の呼吸気道との間に実質的に密閉した接続を形成するように構成される、項目７５に記載のシステム。
（項目７７）
上記患者インターフェース機器は、上記患者インターフェース機器からの空気の漏出を制御するように構成された第１開口を含む、項目７５に記載のシステム。
（項目７８）
項目７５に記載のシステムを使用し、上記患者の血液中の二酸化炭素レベルを制御するステップを含む、患者の呼吸を安定させる方法。
（項目７９）
項目７５に記載のシステムを使用し、患者の血液中の酸素レベルを増加させるステップを含む、患者の呼吸を安定させる方法。
（項目８０）
患者の呼吸を制御するシステムであって、
呼吸コンジットを含み、
上記呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に連結されるように構成され、
上記呼吸コンジットは、さらに圧搾空気発生装置に連結されるように構成され、
上記呼吸コンジットは、上記患者インターフェース機器と上記圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置を含み、
上記呼吸コンジットは、少なくとも２つのボリュームを含み、１つのボリュームは第１気流制御装置と第２気流制御装置との間に位置し、別のボリュームは第２気流制御装置と第３気流制御装置との間に位置し、
上記第２気流制御装置は、複数の開口を含むようさらに構成される気流制御コンジットから空気の排出を制御するように構成される、システム。
（項目８１）
上記気流制御コンジットは、上記別のボリューム内に少なくとも一部が配置されるように構成される、項目８０に記載のシステム。
（項目８２）
上記気流制御コンジットは、上記複数開口のそれぞれ１つを通る気流を調整するように構成された制御弁を含む、項目８０に記載のシステム。
（項目８３）
患者への二酸化炭素の流れを制御する方法であって、項目８０に記載のシステムを使用し、患者の血液中の二酸化炭素レベルを制御するステップを含み、
上記制御は、
上記気流制御装置のうちの少なくとも１つを通る気流を測定するステップと、
測定した気流中の二酸化炭素濃度を検出するステップと、
上記二酸化炭素濃度の上記検出に基づいて、少なくとも１つの別の上記気流制御装置を通る気流を調整するステップと、
上記二酸化炭素の濃度の上記検出、および上記気流制御装置の少なくとも１つを通る上記気流の上記調整に基づいて、上記ボリュームのサイズを調整するステップと
を含む、方法。
（項目８４）
上記サイズ調整ステップは、
【化７】
と
【化８】
との間の関係に基づいて、上記ボリュームのサイズおよび上記気流制御装置の少なくとも１つを通る上記気流を調整するステップをさらに含み、
【化９】
は患者による１分間の二酸化炭素排出レートであり、
【化１０】
は患者による１分間の総換気レートである、項目８３に記載のシステム。
（項目８５）
【化１１】
と
【化１２】
との間の上記関係を表す曲線は、少なくとも２つの不連続を含み、
上記不連続は、
上記第１気流制御装置を上記システムに配置することにより生じる低換気トラバースセグメントの長さと、
上記ボリュームを上記システムに配置することにより生じる第１呼吸プラトーセグメントの長さと、
上記複数の開口を上記第２気流制御装置に配置することにより生じる少なくとも１つの正常呼吸トラバースセグメントの長さと、
上記別のボリュームを上記システムに配置することにより生じる第２呼吸プラトーセグメントの長さと、
上記第３気流制御装置を上記システムに配置することにより生じる過換気トラバースセグメントの長さと
を用いて判断される、項目８４に記載のシステム。
（項目８６）
上記低換気トラバースセグメントは、呼吸間隔中に上記患者が呼吸した空気量と上記呼吸間隔中に上記患者が排出した二酸化炭素量との間の関係により定義された傾斜を有する、項目８５に記載のシステム。
（項目８７）
上記正常呼吸トラバースセグメントにおいて、追加量の二酸化炭素は、上記第２気流制御装置の上記複数開口のうちの少なくとも１つから漏出し、上記追加量は、上記第１気流制御装置から漏出する二酸化炭素量に基づいて判断される、項目８５に記載のシステム。
（項目８８）
上記過換気トラバースセグメントにおいて、追加量の二酸化炭素は、上記第３気流制御装置から流出し、上記追加量は、少なくとも上記第１および第２気流制御装置から漏出する二酸化炭素量に基づいて判断される、項目８５に記載のシステム。
（項目８９）
上記制御は、上記サイズ調整ステップに基づいて、二酸化炭素の目標平均動脈中濃度を判断するステップをさらに含む、項目８４に記載のシステム。
（項目９０）
上記サイズ調整ステップは自動である、項目８４に記載のシステム。
（項目９１）
上記サイズ調整ステップは手動である、項目８４に記載のシステム。
（項目９２）
上記ボリュームは、上記患者の呼気の少なくとも一部を蓄積するように構成された一部デッドスペースボリュームである、項目８０に記載のシステム。
（項目９３）
上記患者インターフェース機器は、鼻マスク、口マスク、口腔顔面マスク、鼻カニューレ装置、口腔内装置、および気管内チューブから成る群から選択される、項目８０に記載のシステム。
（項目９４）
上記患者インターフェース機器は、上記呼吸コンジットと患者の呼吸気道との間に実質的に密閉された接続を形成するように構成される、項目９３に記載のシステム。
（項目９５）
上記呼吸コンジットは、患者の気道への気流を制御するように構成された上記患者インターフェース機器に実質的に隣接する補助気流制御装置を含む、項目８０に記載のシステム。
（項目９６）
上記補助気流制御装置は、患者により制御される、項目９５に記載のシステム。
（項目９７）
上記呼吸コンジットは、上記圧搾空気発生装置が故障した場合に、空気へのアクセスを形成し、上記呼吸コンジットをバイパスするように構成された窒息防止弁であって、上記患者インターフェース機器に実質的に隣接する窒息防止弁を含む、項目８０に記載のシステム。
（項目９８）
上記気流制御装置は、上記患者の少なくとも１つの生理的変数に基づいて、上記気流制御装置を通る上記ガスの流速を調整するように構成される、項目８０に記載のシステム。
（項目９９）
上記気流制御装置および上記ボリュームは、
上記呼吸コンジットからのガス排出レートと、
上記患者の血液に含まれる上記ガスの濃度と
を制御するように構成される、項目８０に記載のシステム。
（項目１００）
上記気流制御装置および上記ボリュームは、上記呼吸コンジットから容易に排出される上記ガス量の範囲を患者による上記ガスの産生範囲に等しくできるように構成される、項目９９に記載のシステム。
（項目１０１）
上記ガスは二酸化炭素である、項目８０に記載のシステム。
（項目１０２）
上記第１気流制御装置は、上記患者により産生される上記ガス量より少ない、または等しい上記ガス量が一度に漏出し得るように構成される、項目８０に記載のシステム。
（項目１０３）
上記第２気流制御装置は、
上記第１気流制御装置から漏出し得るガス量と、
上記患者が一度に産生できるガスの最大総量と、
に基づく上記ガス量が漏出し得るように構成される、項目１０２に記載のシステム。
（項目１０４）
上記第３気流制御装置は、上記第１および第２気流制御装置から漏出し得る上記空気量に基づく空気を漏出し、上記患者が上記ガスの余剰分を再呼吸しないように構成される、項目１０２に記載のシステム。
（項目１０５）
上記呼吸コンジットは、上記患者インターフェース機器に回転可能に連結されるように構成される、項目８０に記載のシステム。
（項目１０６）
上記呼吸コンジットは、上記呼吸コンジットへの損傷を防ぐように構成された保護カバーを含む、項目８０に記載のシステム。
（項目１０７）
上記呼吸コンジットに連結されるように構成されたコレクタであって、上記患者の呼吸中に凝縮を収集するようさらに構成されたコレクタをさらに含む、項目８０に記載のシステム。
（項目１０８）
患者の呼吸を制御するシステムであって、
患者のインターフェース機器に連結されるように構成された呼吸コンジットを含み、
上記呼吸コンジットは、圧搾給気装置に連結されるように構成され、上記圧搾給気装置は別端において患者に空気を供給し、
上記呼吸コンジットは、
上記患者インターフェース機器に隣接し、上記呼吸プロセス中に上記ガスの流出を制御するように構成された第１開口を含む第１弁と、
上記呼吸プロセス中に上記呼吸コンジット内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すように構成された第２弁と、
上記第１弁と上記第２弁とを接続し、上記呼吸プロセス中に患者へのガスの供給を制御するように構成された第１ボリュームコネクタと、
上記呼吸プロセス中にガスの流出を制御するように構成された第３開口を含む第３弁と、
上記第２弁と上記第３弁を接続し、上記第２ボリューム内の上記少なくとも１つの位置から空気を引き出すように構成される第２ボリュームコネクタと、
上記第２弁と上記給気装置を接続する第３コネクタと
を含む、システム。
（項目１０９）
患者の呼吸を制御するシステムであって、
呼吸コンジットを含み、
上記呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に連結されるように構成され、
上記呼吸コンジットは、さらに圧搾空気発生装置に連結されるように構成され、
上記呼吸コンジットは、上記患者インターフェース機器と上記圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つのボリュームを含み、
上記呼吸コンジットは、少なくとも２つの気流制御装置を含み、上記少なくとも１つの気流制御装置は、上記呼吸コンジット内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すように構成される、システム。
本発明は、患者の呼吸を制御するシステムに関する。本システムは、呼吸コンジット（ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｃｏｎｄｕｉｔ）を含む。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、さらに圧搾空気発生装置に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器と圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置を含む。呼吸コンジットは、少なくとも２つのボリュームを含み、１つのボリュームは第１気流制御装置と第２気流制御装置との間に位置し、別のボリュームは第２気流制御装置と第３気流制御装置との間に位置する。第２気流制御装置は、さらに複数の開口を含むように構成された気流制御コンジットからの空気の排出を制御するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明に従う、患者の呼吸を制御する典型的なシステムを示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明に従う、患者の呼吸を制御する典型的なシステムを示す別の図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明に従う、患者の呼吸を制御する方法およびシステムを使用した典型的な臨床機器のセットアップを示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１Ａ〜２Ａに示される呼吸コンジットの一部を示す図である。
【図３】図３は、本発明に従う、患者の呼吸を制御するシステムおよび方法を使用した場合の、換気（例えば、１分間に患者が呼吸した空気の総量）と患者によるＣＯ２排出との関係を、患者の一晩のＣＯ２産生レートを表すトレースとともに示す典型的なグラフ表示である。
【図４】図４は、患者の一晩の典型的なＣＯ２排出のグラフ表示である。
【図５】図５は、患者の呼吸を制御する従来の方法およびシステムを使用した場合の、患者の１回呼吸における呼吸の深さ（例えば、１回換気量）とＣＯ２排出との関係を示すグラフ表示である。
【図６】図６は、本発明に従う、８回の典型的な呼吸にわたって患者の呼吸を制御する装置から漏出するＣＯ２率のグラフ表示である。
【図７】図７は、正常な呼吸とチェーンストーク呼吸との比較を示すグラフ表示である。
【図８】図８は、本発明に従う、患者の呼吸を制御する典型的な方法を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明に従って、患者の呼吸を制御する方法の代替実施形態を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、呼吸を制御する従来の方法およびシステムを使用した場合の患者の一晩の心拍および血液酸素飽和度を示す一連のトレースである。
【図１１】図１１は、従来の圧搾空気供給装置を単独で使用した場合の患者の一晩の心拍および血液酸素飽和度を示す一連のトレースである。
【図１２】図１２は、本発明に従う、一晩の心拍および血液酸素飽和度を示す一連のトレースである。
【図１３】図１３〜１５は、従来の呼吸システムにおけるデッドスペースの獲得を示す一連のトレースである。
【図１４】図１３〜１５は、従来の呼吸システムにおけるデッドスペースの獲得を示す一連のトレースである。
【図１５】図１３〜１５は、従来の呼吸システムにおけるデッドスペースの獲得を示す一連のトレースである。
【図１６Ａ】図１６Ａ〜Ｂは、本発明に従う、患者の呼吸を制御する代替システムを示す。少なくとも１つの気流制御装置は複数の開口を含む。
【図１６Ｂ】図１６Ａ〜Ｂは、本発明に従う、患者の呼吸を制御する代替システムを示す。少なくとも１つの気流制御装置は複数の開口を含む。
【図１７】図１７は、患者の１回呼吸における呼吸の深さ（例えば、１回換気量）とＣＯ２排出との関係を示すグラフ表示である。
【図１８】図１８は、図１６に示される本発明の実施形態に従って、患者の呼吸の深さとＣＯ２排出との関係を示すグラフ表示である。
【図１９】図１９は、図１６に示される本発明の実施形態に従って、患者の呼吸の深さとＣＯ２排出との関係を示す別のグラフ表示である。
【図２０】図２０は、本発明に従う患者の呼吸を制御する方法を示す典型的なフローチャートである。
【図２１Ａ】図２１Ａ〜２１Ｂは、本発明に従う典型的な窒息防止弁を示す。
【図２１Ｂ】図２１Ａ〜２１Ｂは、本発明に従う典型的な窒息防止弁を示す。
【図２２】図２２は、本発明に従う患者の呼吸を制御するシステムの別の典型的実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、添付の図面を参照して説明される。図面において、同様の参照番号は、同一または機能的に類似する要素を示す。さらに、参照番号の左端の桁は、その参照番号が最初に現れる図面を示す。
【００１４】
２つの血液ガス、二酸化炭素（「ＣＯ２」）および酸素（「Ｏ２」）のうち、睡眠中の呼吸の神経制御に関する問題は、Ｏ２よりもＣＯ２の制御に関連する。ＣＯ２は血液に溶解し、重炭酸イオンとともに血液ｐＨを決定する。過剰なＣＯ２は血液を酸性にする一方、ＣＯ２の不足は血液をアルカリ性にする。タンパク質は機能するために安定したｐＨを必要とするため、約７．４の血液ｐＨを産生する狭い範囲内でＣＯ２レベルを制御する必要がある。これは、肺を経由するＣＯ２の排出を、細胞代謝の生成物である内因性ＣＯ２の産生と厳密に一致させることにより達成される。
【００１５】
図７は、正常な呼吸およびチェーンストーク呼吸のプロットを対応する血中ＣＯ２レベルのプロットに沿って示す。プロット７１０により示されるように、正常な呼吸において、患者の呼吸努力は安定している。これは、プロット７１２に示される安定した動脈血中のＣＯ２レベルに対応する。動脈血に溶解したＣＯ２の典型的な正常部分圧は４０ｍｍＨｇであり、Ｏ２圧は約１０５ｍｍＨｇである。チェーンストーク呼吸において、増減プロット７１４に示されるように、呼吸努力は不安定である。対応するプロット７１６は、チェーンストーク呼吸中の関連する可変血中ＣＯ２レベルを示す。
【００１６】
高感度で細微に調整されたシステムは、患者の血管系および脳内に配置される多くのセンサまたは化学受容器（ｃｈｅｍｏｒｅｃｅｐｔｏｒ）を介して血中ＣＯ２レベルを検出する。これらセンサからの神経信号は、脳の呼吸制御中枢により処理され、適切な呼吸パターン指令を横隔膜、胸部および呼吸気道の筋肉を含む呼吸筋に送る。本システムの目的は、呼吸レート（呼吸の深さおよび頻度）を変えることにより、ＣＯ２の排出をＣＯ２の産生と一致させることである。健康なヒトにおいて、このシステムは正確であり安定している。ＣＯ２の産生における変化に素早く対応し、血中ＣＯ２レベルを狭い範囲内で維持することができる。体内の多くのホメオスタシス機構と同様に、血液ガスの制御は、閉ループ負のフィードバック制御系により達成される。
【００１７】
血中ＣＯ２レベルを制御するシステムが故障した場合、安定したＣＯ２レベルを維持する能力が失われる可能性がある。このシステムは、「オーバーシュート」と「アンダーシュート」の振動パターンにおける血中ＣＯ２を「追跡」することにより、特徴的な増減呼吸パターンを生じる。ＣＳＲは、不規則な呼吸パターンに関連する典型的な症候群であり、心不全の場合に一般的である。図７は、正常な呼吸が動脈血中の安定したＣＯ２レベルを伴うが、ＣＳＲは不安定なＣＯ２レベルのため振動する呼吸パターンを呈することを示す。
【００１８】
血液ガスの不十分な制御に関連する増減呼吸ドライブ（ｗａｘｉｎｇ／ｗａｎｉｎｇ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｄｒｉｖｅ）は、気道を開いた状態で維持する筋肉の制御にも適用するため、呼吸ドライブの減退期中の周期的気道虚脱は、これらの症候群の特徴である場合が多い。実際に、少なくとも断続的な気道虚脱に関連しない純粋な増減気道パターンは比較的まれであり、ＭＳＡは呼吸の不安定性の優性発現である場合がある。ＭＳＡは、低下した呼吸努力に関連する極めて規則的で予測可能なパターンの閉塞性イベントとして現れる場合があるが、視覚的に認識可能なパターンを持たない異なる種類のイベント（例えば、閉塞性無呼吸、中枢性無呼吸、呼吸低下）のカオス的混合として現れる場合もある。
【００１９】
数十年にわたり、呼吸の安定性に必要な状態を数学的に説明することが可能であった。この解析フレームワークは、閉ループ負のフィードバック制御系の安定性を予測するための典型的なプロセス制御理論で使用される解析フレームワークと同一のものである。これらのシステムは、正しく調整されると、非常に複雑で高感度のプロセスを安定に制御できるが、特定分野の問題は、不安定性および振動制御をもたらし、プロセスが無駄になるか、または悪化することが知られる。一般に、これらの問題は、制御ループの過敏性または「閉ループゲイン」およびタイミングの問題により生じ、プロセス結果を測定し、適切な是正措置を取るまでに過剰な時間遅延が起こる。これらは、不安定な睡眠時呼吸の患者が呈する問題と同一のものである。
【００２０】
呼吸の化学的制御における不安定性の根底にある原因は、通常、血液ガスセンサ、すなわち末梢化学受容器の１つの過剰なゲインまたは敏感性であることは十分に知られている。末梢化学受容器は、頸動脈内に配置され、酸素およびＣＯ２含有量を調べるため直接動脈血を採取する。化学受容器は、動脈血中のＣＯ２含有量の代わりとなる血中Ｈ＋イオン濃度を短期間感知する。感知異常が起きると、脳の呼吸中枢に信号を送る。この信号は、血液ガス、特にＣＯ２の変化を過大評価する傾向にある。異常感知の原因は不明であるが、心不全等の様々な疾患によく見られる。現行の医療技術を用いて上述の異常感知を是正することは困難である。さらに、血液循環に関する問題は、血液ガスの変化が報告されるまでの時間遅延を延長するため、患者の呼吸制御ループの不安定性の問題が加わる。
【００２１】
不安定な呼吸を生じる呼吸制御フィードバックループにおける高い閉ループゲインは、一般に過敏なＣＯ２センサまたは血液循環障害のいずれかに起因することを考慮し、多数の治療方針が試行されているが、既存の治療法の大部分には様々な欠点がある。
【００２２】
睡眠時の呼吸安定性を取り戻すための現行の治療方法には以下の問題がある。
１．複雑である。
２．費用がかかる。
３．閉ループ呼吸制御ゲインの一側面は減少するが、その他の側面は増加するため効率的でない。さらに、安定した状態を確実に回復できない場合がある。
４．患者が低炭酸状態にある場合、睡眠時に維持すべき標的血中ＣＯ２範囲を医師が判断できない。
５．呼吸に使用可能な酸素量を削減するため、正常レベルの血液酸素を回復するために追加の酸素補給を必要とする。
６．長い閉塞性無呼吸イベントの後等の異常状況下において、急速にＣＯ２を排出できない。
７．不安定な呼吸パターンに対して１回呼吸ベースで速やかに応答できず、多呼吸パターン認識アルゴリズムに依存する。
８．治療の経過中に、単一の固定推定呼吸要件に依存し、呼吸要件の変化に適応するように構成されていない。
９．高価な電子装置に依存する。
【００２３】
また現行の方法は、患者の換気レート（ｒａｔｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｔｉｅｎｔ）とＣＯ２排出レート（ｒａｔｅ ｏｆ ＣＯ２ ｅｘｃｒｅｔｉｏｎ）との関係を非線形様式でモデル化することができない。モデル化は、大部分の状況においてＣＯ２の排出を定義された範囲内に維持することにより呼吸の「クランピング」を可能にする複数の個別のステップを含む。
【００２４】
本明細書に記載されるように、患者の血中ＣＯ２を特定レベルに維持することにより、患者の呼吸を制御する一方、血液の酸素化を維持または改善できるシステムおよび方法は、これらの問題に対する解決策を提供する。
【００２５】
また本発明は、「デッドスペース（ｄｅａｄｓｐａｃｅ）ゲイン」を実質的に排除する方法を提供する。これは、一部の従来の呼吸装置に存在する問題である。
【００２６】
不安定な呼吸パターンは、過換気および低換気または無呼吸を互いに含む。過換気中にはＣＯ２の急速な「噴出」があり、動脈血ＣＯ２を急激に低下させることで、動脈血が末梢化学受容器に達し、脳が血中ＣＯ２レベルの異常低下を検出すると、低換気または無呼吸期が開始する。低換気中にはＣＯ２が急速に蓄積し、過換気期が再開する。このパターンは無限に反復し得る。
【００２７】
理想では、過換気中に肺の効率が低下し、ＣＯ２の噴出を抑えるはずである。これを行う方法の１つは、患者に高いパーセンテージでＣＯ２を含む吸気を吸入させることであり、これによって肺におけるガス交換を妨げ、過剰なＣＯ２の排出を呈するようになる。同様に、低換気中は肺の効率が最大になり、ＣＯ２の蓄積を制限する。そのため、低換気中に吸入されたＣＯ２は最適にはゼロである。過換気中は患者にＣＯ２濃度の高い吸気を供給し、低換気中は供給しないことにより安定化影響を及ぼす能力に関して、任意の設計を特徴付けることができる。
【００２８】
残念ながら従来のデッドスペースシステムは、これと反対に作用する傾向がある。１回換気量（ｔｉｄａｌ ｖｏｌｕｍｅ）が増加するにつれて、吸気中のＣＯ２濃度が減少するため、実際に不安定性が促進される。図１３〜１５は、正常な呼吸において、近位の単一デッドスペース設計と遠位の単一デッドスペース設計のデッドスペースゲインがいずれも高いことを示す。単一の近位デッドスペースシステムは、密閉された患者インターフェースと、オリフィスを通る気流が単一のデッドスペースボリュームを超えるすべての排出ガスを流し出すために十分な大きさで構成された単一オリフィスとの間に単一デッドスペースボリュームを挟入する。次にそのような装置は、典型的な呼吸コンジットを介して給気装置にさらに接続される。単一の遠位デッドスペースシステムは、実質的に患者のインターフェース上またはその付近にある単一オリフィスと、給気装置との連結として作用するデッドスペース全体を含む単一コンジットとで構成される。単一オリフィスは、装置から排出されるガスの特定最大量を可能にし、任意の追加の排出ガスを実質的に再呼吸するように構成される。高いデッドスペースゲインは、斜線領域における関数の急な正の傾斜で示される。斜線領域は、装置使用中の正常な呼吸範囲を表す。
【００２９】
本発明のさらなる特徴および利点については、本発明の様々な実施形態の構造および操作とともに、添付の図面を参照して以下に詳述する。本発明は、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されない。そのような実施形態は、本明細書において単なる例示目的で提示される。追加の実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて、関連技術に精通する者には明らかとなるであろう。
【００３０】
本発明は本明細書において特定のアプリケーションの例示的実施形態を参照して説明されるが、本発明はそれに限定されない。本明細書で提供される教示を入手できる当業者は、その範囲内における追加の修正、アプリケーション、および実施形態、また本発明が極めて有用となる追加の分野を認識するであろう。
【００３１】
（血液ガスレベルの規制）
本明細書は、患者の呼吸を制御する方法およびシステムについて説明する。本方法およびシステムは、複数のデッドスペースボリュームと弁との組み合わせを使用し、患者の血中ＣＯ２レベルを制御することにより、患者の呼吸を制御する。治療システムの装置は、換気レート（例えば、毎分総換気量、
【００３２】
【化１３】
とＣＯ２排出レート
【００３３】
【化１４】
との関係を制御しながら、非線形の断続様式でこの関係を広範囲にモデル化できる（図３および以下の説明を参照）。このシステムにより、医師は、治療中に維持すべき動脈血中ＣＯ２レベルを定義するとともに、過換気と低換気に関する強力な制限を設けることができる。特定の状況下で、本発明は、酸素補給を用いずに血液の酸素化を増加できる。
【００３４】
本システムは、固定（精密に定義された）サイズまたは可変サイズの複数の個別のデッドスペースボリュームと複数の換気オリフィスとの相互作用を提供する。ここで、ボリュームとオリフィスは、特定のパターンで組織化できる。そのような相互作用は、事前設定した圧力に設定される持続的気道陽圧（「ＣＰＡＰ」；Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ａｉｒｗａｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）マシン等の換気補助装置を併用した場合の患者の換気レートとＣＯ２排出量との関係を示す広範囲のスペクトルを定義する可能性を提供する。代替実施形態においては、換気補助装置は使用されず、患者が呼吸する単純な装置を使用して同様の効果が得られる。
【００３５】
患者インターフェース機器（例えば、密閉されたＣＰＡＰマスク）とＣＰＡＰマシン（または任意のその他の給気装置）との間に配置される呼吸コンジットは円筒形である。換気オリフィスは、コンジットに沿って配置し、患者が排出したＣＯ２を流出させる。換気オリフィス間にあるコンジットの長さは、個別のデッドスペースまたは準デッドスペースボリュームを示す。ＣＯ２を含む空気が患者の肺から呼吸コンジットに排出されると、ＣＰＡＰマシンにより生成された圧力がそのような空気に含まれるＣＯ２の少なくとも一部を様々なオリフィスから特定パターンで流し出す。そのパターンは、患者の呼吸、または１回換気量（Ｖｒ）のボリュームと呼吸の頻度、あるいは呼吸レートに依存する。各呼吸は、呼気間隔と吸気間隔を含む。呼気間隔が終了すると吸気間隔が始まり、患者はコンジット内に残るＣＯ２の大部分またはすべてを再呼吸する。各デッドスペースのボリュームおよび各換気オリフィスのサイズに応じて、換気レートとＣＯ２排出レートとの関係を示す曲線は、任意の数の変曲点を有し、それぞれ傾斜および長さの異なる直線または曲線セグメント（図３を参照）を定義する。
【００３６】
上述のシステムは、患者の呼吸（例えば、換気）とＣＯ２の排出との関係を広範囲にモデル化できる。従来のコンピュータシミュレーション技術を使用して、オリフィスのサイズ、ボリューム、および／またはそれらの構成を特定し、呼吸制御フィードバックループを安定した動作に戻す関係を確立する。眠りに入るまでの間は、睡眠中に見られると予想されるレベルよりＣＯ２の産生が高い場合があるため、補助換気弁を装着することにより、患者は、快適にベッドで安静するまで装置を通る気流を増加させることができる。
【００３７】
図１Ａおよび１Ｂは、患者１０１の呼吸を制御する典型的なシステム１００を示す。図１Ａを参照すると、システム１００は、マスクとヘッドギアのアセンブリ１０２、また圧搾給気装置あるいはＣＰＡＰ装置１３０に連結されるように構成された呼吸コンジットまたは混合装置１２０を含む。マスクとヘッドギアのアセンブリ１０２は、複数のストラップ１０３とマスク１０４を含む。複数のストラップ１０３は、マスク１０４を患者１０１の顔面に固定し、マスクと患者の呼吸気道（例えば、鼻または口）との間を実質的に密閉接続する。密閉されたインターフェースまたは接続は、空気またはガスが、患者の顔面とマスクとの間に生じ得る開口から制御不能に漏出することを防ぐ。図１Ａの典型的な実施形態において、１つまたは複数のストラップ１０３は、患者の頭の上部から底部にかけて配置される。当業者には明らかなように、マスク１０４を患者１０１に固定するその他の方法も本明細書に包含される。圧搾および／または非圧搾ガス物質（空気、ガス等を含む）生成装置、例えばＣＰＡＰ装置１３０を治療用呼吸システムと併用できる。
【００３８】
マスク１０４は、密閉された低侵襲性口腔顔面換気マスクである。例えば、マスク１０４は、ＲｅｓＭｅｄ Ｃｏｒｐ．（Ｐｏｗａｙ，ＣＡ）製の調節可能なＶＥＬＣＲＯ（Ｒ）ストラップヘッドギア付きＭｉｒａｇｅ ＮＶフルフェースマスクであってもよい。フルフェースマスクを使用し、鼻と口を覆うことができる。この設計は口からの漏出を排除し、口および／または鼻から呼吸する患者に対する治療を可能にする。当業者には明らかなように、例えば鼻マスク、口マスク、口腔顔面マスク、鼻カニューレ、口腔内装置、気管内チューブ、または任意のその他の装置等のその他のタイプのマスクを使用できる。
【００３９】
マスク１０４は、マスク弁１０５を含む。マスク弁１０５は、オリフィス１３６を含み、マスク１０４上の既存のルアポートの１つに結合する雌ルアフィッティングであってもよい。オリフィス１３６は、ドリル、穿刺、または任意のその他の方法で開けることができる。マスク弁１０５は、オリフィス１３６を通じて、患者が排出したガス（例えば、ＣＯ２）を漏出できる。代替として、マスク１０４はマスク弁１０５を含まない。代わりに、第１弁１０８を混合装置１２０上で実質的にマスク１０４に隣接するよう配置する。一例において、オリフィス１３６は固定サイズである。この設計により、時間単位あたりに特定量の空気をマスク弁１０５から漏出させることができる。別の例において、オリフィス１３６は可変サイズであり、マスク弁１０５からの漏出を可能とするよう意図された空気の量に応じて変えることができる。一例において、オリフィス１３６は、マスクがＣＰＡＰマシン１３０により特定の圧力で加圧される場合に、毎分０．５〜６リットルの気流を可能にする。この圧力は、患者のＣＰＡＰ圧力規定（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）に等しくてもよい。
【００４０】
図１Ａを再度参照し、混合装置１２０は、第１弁１０８、第１ボリューム１１１、第２弁１１２、第２ボリューム１１３、第３弁１１４、およびコネクタボリューム１１５を含む。第１弁１０８はオリフィス１３１を含む。第２弁１１２はオリフィス１３３を含む。第３弁１１４はオリフィス１３５を含む。関連技術分野において通常の技術を有する者には明らかなように、マスク弁１０５は第１弁１０８であってもよい。マスク弁１０５は、マスク１０４を含んでも含まなくてもよい。また第１弁１０８は、フィッティング１３９ではなくマスク１０４上に配置することもできる。
【００４１】
図１Ａに示されるように、フィッティング１３９は第１弁１０８を組み込む。フィッティング１３９は、マスク１０４および第１ボリューム１１１に連結される。第２弁１１２は、第１ボリューム１１１および第２ボリューム１１３に連結される。第３弁１１４は、第２ボリューム１１３およびコネクタボリューム１１５に連結される。コネクタボリューム１１５は、圧搾空気／ガス生成装置１３０に連結される。
【００４２】
フィッティング１３９は、フィッティング１２２および１２４をさらに含み、それらを通じてマスク１０４および第１ボリューム１１１にそれぞれ連結される。フィッティング１２２、１２４は、２２ｍｍ外径（「ｏ．ｄ．」；ｏｕｔｅｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ）の標準型フィッティングであってもよい。フィッティング１３９に対する適切な接続を可能にするため、第１ボリューム１１１は、標準２２ｍｍ内径（「ｉ．ｄ．」；ｉｎｎｅｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ）の呼吸ホースであってもよい。
【００４３】
さらに、フィッティング１２２および１２４はスイベル型であってもよく、フィッティング１３９を回転させて混合装置１２０の様々な位置および配向に対応し、実質的に漏出を防ぐ接続を提供できる。そうでなければ、フィッティング１３９は直線フィッティングまたは屈曲フィッティングであってもよく、例えば２つの２２ｍｍ ｏ．ｄ．の端を有し、９０度屈曲したフィッティングであってもよい。第１弁１０８は、患者のＣＰＡＰ圧力規定に等しい所定圧力でＣＰＡＰマシン１３０によりシステム１００が加圧されると、１分間に０．５〜６リットルの気流を提供する。フィッティング１２６、１２８（第２弁１１２を第１ボリューム１１１および第２ボリューム１１３にそれぞれ連結する）、およびフィッティング１３２、１３４（第３弁１１４を第２ボリューム１１３およびコネクタボリューム１１５にそれぞれ連結する）は、フィッティング１２２、１２４に類似してもよい。
【００４４】
第１ボリューム１１１は、標準的な２２ｍｍ ｉ．ｄ．の呼吸ホースであってもよく、患者の動脈血ＣＯ２の望ましい増加に応じて、１００〜４００ｍｌの内部体積を有してもよい。ホースは、ＣＰＡＰマシンで使用されるようなゴム製のカフを有する従来のホースであってもよく、波型の使い捨て呼吸ホース、またはマスク１０４をフィッティング１２６に接続するために適した任意のその他のホースであってもよい。
【００４５】
上述のように、第２弁１１２は、固定サイズであってもよいオリフィス１３３を組み込む直線状のコネクタを含む。代替として、オリフィス１３３は可変サイズである。このコネクタはプラスチックであってもよく、第１ボリューム１１１と第２ボリューム１１３の接続に適した２２ｍｍ ｏ．ｄ．の端を有する。さらにオリフィス１３３は、表面（例えば、ベッド）に横たわることにより閉塞されないようにコネクタに配置される。第２弁１１２を含むフィッティングに溝を形成し、任意の閉塞を防ぐことができる。オリフィス１３３は、患者のＣＰＡＰ圧力規定に等しい所定圧力でＣＰＡＰマシン１３０により加圧されると、１分間に３〜８リットルの気流を可能にする。
【００４６】
第２ボリューム１１３は、第１ボリューム１１１と実質的に同一タイプである。第２ボリューム１１３の総体積は１００〜４００ｍｌである。
【００４７】
第３弁１１４は、オリフィス１３５を組み込み、可変であっても固定であってもよい。第３弁１１４は、図１Ａに示されるように直線状のコネクタであってもよい。コネクタは、プラスチックであってもよく、第１ボリューム１１３とコネクタボリューム１１５の接続に適した２２ｍｍ ｏ．ｄ．の端を有する。オリフィス１３５は、表面（例えば、ベッド）に横たわることにより閉塞されないように混合装置１２０内に配置される。第３弁１１４を含むフィッティングに溝を形成し、任意の閉塞を防ぐことができる。オリフィス１３５は、患者のＣＰＡＰ圧力規定に等しい所定圧力でＣＰＡＰマシン１３０により加圧されると、１分間に１５〜３０リットルの気流を可能にする。
【００４８】
コネクタボリューム１１５は、第１ボリューム１１１および第２ボリューム１１３と実質的に同一のタイプであってもよい。コネクタボリューム１１５の長さは、患者１０１に対するＣＰＡＰマシン１３０の配置に対応するように設定できる。
【００４９】
オリフィス１３１（または代替で１３６）、１３３、および１３５はそれぞれ、圧搾給気装置１３０が特定の圧力で作動する場合に、特定の速度で空気を漏出できるように構成される。各オリフィスを通る気流のガス濃度に応じて、ガスが各オリフィスを通って特定の速度で漏出する。オリフィスは固定、可変サイズであってもよく、または固定および可変サイズのオリフィスの組み合わせを使用できる。当業者には明らかなように、必要に応じて、様々な位置および／または数の固定および可変オリフィスを使用できる。これにより、固定サイズのオリフィスの場合は、事前設定した量の空気およびガスを（そのような空気中のガス濃度に応じて）オリフィスから漏出することができ、または可変サイズのオリフィスの場合は、可変量のガスをオリフィスから漏出できる。さらに可変オリフィスの場合は、そのサイズを手動または動的に制御できる。オリフィスのサイズを手動で制御する場合は、患者、医師、または第３者がオリフィスのサイズを制御し、よってオリフィスから漏出し得るガス量を制御できる。オリフィスのサイズを自動制御する場合は、患者が排出したガス量、特定の各オリフィスから漏出するガス量、ボリュームコネクタ１１１および１１３に含まれるガス量、患者の身体的パラメータ（例えば、血圧、体重、年齢等）および／またはその他の要素に基づいて、そのサイズを自動調整することができる。
【００５０】
オリフィス１３１、１３３、１３５および３つのボリューム１１１、１１３、１１５のサイズは、睡眠時に直接測定される患者の最高および最低
【００５１】
【化１５】
（１分間のＣＯ２産生レート（ｍｌ））の推定値に基づくアルゴリズムを使用して事前に決定できる。代替として、患者の最高および最低
【００５２】
【化１６】
推定値は、患者の体重または任意のその他の生理学的または人口統計学的変数、またはそれら変数の組み合わせに由来してもよい。ボリュームおよびオリフィスのサイズは、診療所、病院、研究所、またはＣＯ２監視装置を備えた任意のその他の施設において、睡眠ポリグラフ検査中に調整される。この調整に基づいて、オリフィスおよびボリュームの最終的な組み合わせが決定される。この組み合わせは、睡眠時に生じることが予想される１分間のＣＯ２産生の最小推定値に等しい
【００５３】
【化１７】
以下で第１呼吸プラトー（ｐｌａｔｅａｕ）（図３、セグメント３０８を参照）を確立し、睡眠時に生じることが予想される１分間の最大推定ＣＯ２産生値に等しい
【００５４】
【化１８】
以上で第２呼吸プラトー（図３、セグメント３１０を参照）を確立する。
【００５５】
呼吸コンジット１２０は、マスク１０４およびＣＰＡＰ装置１３０に回転可能に連結される。この配置により、コンジット１２０は、睡眠中の患者の寝返りに併せて回転できる。当業者には明らかなように、回転可能な接続は、システム１００の作動中に任意の漏れを防ぐように密閉できる。
【００５６】
図１Ｂを参照すると、コンジット１２０は、窒息防止弁（ａｎｔｉ−ａｓｐｈｙｘｉａｔｉｏｎ ｖａｌｖｅ）１１８、および呼吸時に患者を補助する任意の数の補助弁１１６を含む。図１Ｂの例において、窒息防止弁１１８および補助弁１１６は、フィッティング１３９に配置される。
【００５７】
補助弁１１６は、開いている場合、混合装置１２０を通じて、混合装置１２０から排出ＣＯ２を大量に流し出すために十分な気流を提供する。一例において、患者１０１は補助弁１１６を作動し、快適に安静するまでＣＯ２を流し出すことができる。補助弁１１６は、患者１０１が手動で閉じるか、または特定の期間が経過した後に自動で閉じることができる。
【００５８】
窒息防止弁１１８は、ＣＰＡＰマシン１３０の作動圧が事前設定した値を下回る（例えば、ＣＰＡＰマシン１３０が適切な圧力を提供できない）場合に開く。後者が起こった場合は、窒息防止弁１１８が開き、患者１０１は弁１１８を通じて環境大気を呼吸できる。したがって、弁１１８は、ＣＰＡＰマシン１３０の故障時に患者の窒息を防ぐ。
【００５９】
さらに、混合装置１２０は、患者の息から水分を収集する水分凝縮収集装置を含む。これにより、混合装置１２０内の不要な水分の蓄積を防ぐことができる。
【００６０】
例えば、体重１００ｋｇ、ＣＰＡＰ規定１５ｃｍＨ２Ｏの男性患者は、以下の構成のオリフィスおよびボリュームが必要であると判断される。
【００６１】
【表１】
図２Ａは、患者の睡眠ポリグラフおよび／または滴定検査の典型的なセットアップ２００を示す。セットアップ２００は、ＣＯ２モニタ２０４、計算装置２０６、ニードル弁制御を有する可変領域流量計２０２（ａ、ｂ、ｃ）、ＣＰＡＰマシン２１２、切り替え可能なマニホールド２０８、チューブ２１０（ａ、ｂ、ｃ）、コンジット２１８、および口腔顔面マスク２１４を含む。
【００６２】
マスク２１４は、図１Ａおよび１Ｂに示される１０４に類似する。ＣＰＡＰマシン２１２は、ＣＰＡＰマシン１３０に類似する。またコンジット２１８は、混合装置１２０に類似する。コンジット２１８は、マスク２１４とＣＰＡＰマシン２１２を接続する。またコンジット２１８は、チューブ２１０（ａ，ｂ，ｃ）に接続される。コンジット２１８は、第１ボリューム２１１、第２ボリューム２１３、およびコネクタボリューム２１５を含み、これらはボリューム１１１、１１３、および１１５にそれぞれ類似する。チューブ２１０ａは、オリフィス１３１（図２Ａに図示せず）を流量計２０２ａに接続する。チューブ２１０ｂは、オリフィス１３３（図２Ａに図示せず）を流量計２０２ｂに接続する。チューブ２１０ｃは、オリフィス１３５（図２Ａに図示せず）を流量計２０２ｃに接続する。チューブ２１０（ａ，ｂ，ｃ）は、内径３／８インチのＴｙｇｏｎチューブであってもよい。チューブ２１０（ａ，ｂ，ｃ）は、糊またはセメントで接着されるか、あるいはその他の方法でオリフィス１３１、１３３、１３５および流量計２０２（ａ，ｂ，ｃ）にそれぞれしっかりと固定される。
【００６３】
さらに、コンジット２１８は、ボリューム２１３および２１５内に配置される可動ピストンまたはシリンダ（図２Ｂに示す）を使用し、ボリューム２１３および２１５を変えるように構成される。シリンダは、ｏ−リングクランプ（図２Ｂに示す）を使用して密閉できる。図２Ｂは、コンジットの内部２３４に配置されるシリンダ／ピストン２３６を有するコンジット２１８の一部を示す。シリンダ／ピストン２３６は、両方向矢印Ａで示されるように、前後に移動できる。この移動により、デッドスペースボリューム２３２が増減する。シリンダ／ピストン２３６は、ｏ−リングクランプ２３８で固定される。このシリンダ／ピストン２３６は、ボリューム２１１、２１３、および２１５のいずれか、またはすべてに配置できる。またボリュームは、目盛り付きの計り（図２Ａ、２Ｂに図示せず）を含み、デッドスペースボリューム２３２を特定の値に調整できる。
【００６４】
図２Ａを再度参照すると、流量計２０２（ａ，ｂ，ｃ）の外側を切り替え可能なマニホールド２０８に連結することにより、可変流量計２０２（ａ，ｂ，ｃ）の組み合わせのうちのいずれか１つから流れる空気中のＣＯ２含有量をモニタ２０４で測定できる。モニタ２０４は、データを収集する計算装置２０６に接続される。データを使用し、図１Ａ、１Ｂおよび３〜９に関して記載されるように、各流量計２０２を通る空気の流速およびボリュームのサイズを調整する。
【００６５】
（患者の治療方法および滴定）
最初に、患者の一晩の睡眠中ＣＯ２排出プロフィールを判断する。このプロフィールは、診断の夜間睡眠ポリグラフ検査中に患者が産生した総ＣＯ２量を測定することにより判断する。そのようなプロフィールは、睡眠中のＣＯ２産生の最高、最低、および平均レベルに関する情報を含む。患者に装置を試験的にフィッティングする前に（図１Ａ〜２を参照）、その他の患者の生理的データに沿って収集されたデータおよび望ましい治療結果を使用し、シミュレーションモデルを生成する。これは、治療中に使用されるボリュームおよびオリフィスの構成に関する最善の推定を提供する。その後の睡眠ポリグラフ滴定検査において、装置を患者に装着し、初期ＣＰＡＰ圧を選択して、事前設定した空気の流速において各オリフィスを通るＣＯ２の実際の流れを測定する。各オリフィスを通るＣＯ２またはそこから漏出するＣＯ２の流れは、患者のＣＯ２排出プロフィールとの意図された関係に応じて望ましい値と等しくなるように、オリフィスのサイズを（手動または自動で）調整する。またボリュームのサイズも（手動または自動で）調整する。これは、患者の平均動脈血ＣＯ２量が望ましいレベルから逸脱しているか否かによる。サイズの調整は、知られたサイズのボリュームホースと物理的に置き換えることにより行うことができる。代替として、シリンダ／ピストンの配置（図２Ｂに示す）を各ボリュームに挿入し、得られたデータおよび望ましい値に基づいて、手動または自動でボリュームの内部スペースを増減できる。ＣＰＡＰの開始圧を変更する必要がある場合は、測定および調整の手順を反復し、特定の望ましい結果に戻す。
【００６６】
滴定検査の最後に、ＣＰＡＰ圧、ボリューム、および各オリフィスを通る気流の最終構成を記録する。特注のコンジット／混合装置（図１Ａ〜２Ｂに示される）は、これらの明細に従って製造し、患者用に提供できる。当業者には明らかなように、様々な構成のオリフィスおよびボリュームが可能である。
【００６７】
装置および治療システムは、各患者に対して個別に調整される。最初に、患者を適切な睡眠診断施設に紹介する。施設において、医師は患者の考えられる呼吸の不安定性評価を指示する。上述のように、通常の夜間睡眠ポリグラフ検査に特定の修正および強化を任意で行う。これらの修正は、呼気終末ＣＯ２の監視および較正鼻圧測定を追加で含んでもよい。代替として、鼻圧の代わりに、別の極めて正確な手段を使用し、例えば気流センサ付きの呼吸マスクを着用して、患者の鼻および口を通る気流を判断できる。呼吸グラフ（ＣＯ２）の波形（図６を参照）および気流信号を一晩記録し、睡眠ポリグラフ記録システムに保存する。検査の結果として、リアルタイムまたは検査後プロセスにおいて、呼気終末ＣＯ２モニタにより測定されたオリフィスを通る空気の気流の速度と気流メータの合計に空気中のＣＯ２パーセンテージを掛けることにより、患者の１分間のＣＯ２量
【００６８】
【化１９】
対時間、すなわち、睡眠時のＣＯ２排出レートを得る。患者のＣＯ２排出プロフィールは、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ）製のＤＡＳＹｌａｂ等、多数の市販の分析パッケージを使用して判断する。
【００６９】
それを解読する医師は、一晩の
【００７０】
【化２０】
の変化を調べ、予想される
【００７１】
【化２１】
の最低、平均、および最高目標値を決定し、装置を構成する。また医師は、呼気終末ＣＯ２の波形自体を調べ、動脈血ＣＯ２の変化を評価し、夜の間に目標平均動脈血ＣＯ２レベルに達するために、患者が全体的ＣＯ２補助をどの程度必要とするかを判断する。次に、医師は、本発明を使用した滴定検査に患者を紹介する。
【００７２】
滴定検査の前に、睡眠ポリグラフ技師は、患者に関する特定の統計学的および身体的情報を取得し、開始構成を確立する。例えば、年齢、性別、体重、動脈血ＣＯ２レベル、推定ＣＰＡＰ規定、および呼気終末ＣＯ２の実際値と目標値を収集する。次にこの情報を使用し、オリフィスおよびボリュームの可能な最適構成を推定する。患者の年齢、性別および体重を使用し、少なくとも複数の患者の検査に基づいて、睡眠時
【００７３】
【化２２】
の可能な最低、平均、および最高値を得る。次に、
【００７４】
【化２３】
の値を使用してオリフィスの目標流速を設定し、圧力下で各オリフィスを通る流速に基づいて、オリフィスのサイズを判断する。望ましい目標呼気終末ＣＯ２に基づいて、第１デッドスペースボリューム１１１のサイズを推定する。最後に、第３オリフィス１１５の最小サイズを推定する。これにより、過剰なＣＯ２を流し出すことができる。
【００７５】
検査が完了した後、図１に示されるように、システム１００に類似した自宅用装置を患者に提供してもよい。代替として、本発明のシステムを使用した診療所での治療を予定してもよい。装置は、以下の典型的な機能を実施できる。
（ｉ）各換気オリフィス１３１、１３３、１３５を個別に通る気流を測定する（例えばコンピュータ等の入出力装置に連結された可変領域流量計または電子流量計として、従来のゲージを使用し、気流を測定できる）。
（ｉｉ）各オリフィス１３１、１３３、１３５から派生する気流中のＣＯ２含有量を検出し、例えばコンピュータ等の入出力装置に収集した含有量データを転送する。
（ｉｉｉ）弁を使用し（弁は手動または自動で操作できる）、各オリフィス１３１、１３３、１３５を通る（またはそこから漏出する）気流を調整する。
（ｉｖ）様々な長さのホースを着脱することにより、２つのデッドスペースボリュームのサイズを調整する（代替として、可変ボリューム装置を組み込むことにより、ホースを変えずにデッドスペースボリュームを変えることができる。また可変ボリューム装置をｏ−リングで密閉されたシリンダに入れ子にし、スライドして出し入れできるようにする）。（ｖ）各オリフィスを通るＣＯ２の流速を計算および表示する（この機能は、ＤＡＳＹＬａｂ等のソフトウェア上で実行する適切なデータ取得周辺装置を有する任意の計算装置で行い、ＣＯ２と気流データチャンネルを獲得できる。また適切なディスプレイを使用することにより、医師がボリュームを調整しながら各オリフィスを通るＣＯ２の流れを観察できるようにする）。
【００７６】
図８および９は、上述の説明に従い、図１Ａ〜２Ｂに示されるシステムを使用し、患者の呼吸を制御する典型的な方法８００および９００をそれぞれ示す。図８を参照すると、方法８００はステップ８０２から始まる。ステップ８０２において、患者が生成するＣＯ２の量が判断される（患者による１分間のＣＯ２の最高、最低および平均産生値を測定する）。次に、処理はステップ８０３に進む。ここで、一晩の呼気終末ＣＯ２のトレースを調べ、治療中の平均動脈血ＣＯ２の望ましい増加の程度を判断する。ステップ８０４において、任意の既存の閉塞性無呼吸を治療できる可能性の高い最適ＣＰＡＰ圧を判断する。次に、ステップ８０５および８０６において、ステップ８０２〜８０４で収集されたデータを使用し、システム１００の予備構成を決定する。システムを構成するため、様々な仮定におけるシステム性能のコンピュータシミュレーションを使用できる。代替として、患者の生理的および／または統計学的データに加え、ステップ８０２および８０４で収集されたデータの関数であるオリフィスおよびボリュームに対して実験的に決定された値を使用してもよい。ステップ８０６において、複数の制御可能な開口のそれぞれにおけるガスの流速および濃度を測定する。ステップ８０７において、患者の動脈血ＣＯ２レベルを測定する。次に、ステップ８０８〜８０９において、オリフィスのサイズ、ボリューム、および任意でＣＰＡＰ圧を調整する。特定のオリフィス構成、ボリュームおよびＣＰＡＰ圧に達するまで、ステップ８０８〜８０９を反復してもよい。
【００７７】
図９を参照すると、方法９００はステップ９０２から始まる。複数の換気オリフィス１３１、１３３、１３５のそれぞれを流れる気流を測定する。ステップ９０４において、ステップ９０２で測定された気流のＣＯ２含有量を判断する。次にステップ９０６の方法に進む。ステップ９０６において、ステップ９０４で行った検出に基づいて、複数の換気オリフィスのそれぞれを通る気流を調整する。ステップ９０８において、ステップ９０４の検出、およびステップ９０６で行った複数換気オリフィスの調整に基づいてデッドスペースボリュームのサイズを調整する。
【００７８】
当業者には明らかなように、上述の方法は、研究室設定、病院、診療所、患者の自宅、または任意のその他の施設において適用できる。
【００７９】
図３は、複数のデッドスペースボリューム１１１、１１３、１１５と複数のオリフィス１３１、１３３、１３５との関係３００を示す。これにより、様々な換気レート
【００８０】
【化２４】
に関する患者のＣＯ２排出レート
【００８１】
【化２５】
を広範囲でモデル化できる。実施形態において、本発明は、図３の傾斜に様々な変化をもたらす２つのデッドスペースボリューム１１１および１１３と、３つの換気オリフィス１３１、１３３、１３５を含む。
【００８２】
図３において、曲線３０２は、患者の一晩のＣＯ２排出プロフィールを表す。これをプロットに重ねて、患者の予想されるＣＯ２排出レートの範囲を示す。図４を参照し、プロットの水平軸は時間を分で表し、垂直軸は１分間の患者のＣＯ２産生レートをミリリットル／分（ｍｌ／分）で示す。図３を再度参照し、水平軸は本発明のシステムを使用した場合の患者の換気レート
【００８３】
【化２６】
をｍｌ／分で示し、垂直軸は患者のＣＯ２排出レート
【００８４】
【化２７】
をｍｌ／分で示す。これら２つの量の典型的な関係は、本発明のシステムを使用しない場合、以下のように定義される。
【００８５】
【化２８】
式中、
【００８６】
【化２９】
は生理的および人工的に追加されたデッドスペースのボリュームの合計に呼吸頻度を掛けた値に等しい。
【００８７】
【化３０】
は、各呼吸で吸入および排出された空気の総量に呼吸頻度を掛けた値に等しい。ＦＡＣＯ２は、動脈血に溶解したＣＯ２の部分圧を環境大気圧で割った値であり、ＦＩＣＯ２は、患者により吸入された空気中のＣＯ２濃度である。方程式（１）に記載の関数は、ゼロで水平軸と交差する直線により表される。
【００８８】
図３を再度参照し、曲線３２０は、本発明に従う
【００８９】
【化３１】
と
【００９０】
【化３２】
との関係を説明し、低換気トラバースセグメント３０４、第１呼吸プラトーセグメント３０６、正常呼吸トラバースセグメント３０８、第２呼吸プラトーセグメント３１０、および過換気トラバースセグメント３１２を含む。各セグメントは、デッドスペースボリュームおよび呼吸コンジットに配置されたオリフィスの数およびサイズ、またデッドスペースボリュームおよびオリフィスを通るＣＯ２の流量により定義される特定の傾斜および長さを有する。したがって、セグメントの数は、コンジットにおけるデッドスペースボリュームおよびオリフィスの数とともに変化する。
【００９１】
図３に示されるように、低換気トラバースセグメント３０４は、第１オリフィスを呼吸コンジットに配置することにより生じる。このセグメントの傾斜は、飽和点に達するまで、方程式（１）に記載の呼吸とＣＯ２排出との正常な関係を示す。第１オリフィスを通るＣＯ２の最大流速に対応する飽和点は、セグメント３０４とセグメント３０６の接合として表される。
【００９２】
この低換気トラバースは、患者が低換気である間の換気とＣＯ２排出の関係を説明する。推定される最小睡眠レベルを下回る
【００９３】
【化３３】
の値において、
【００９４】
【化３４】
と
【００９５】
【化３５】
の関係は、正常な生理学的関係から実質的に変化しない。不安定な呼吸症候群において安定性を損なう要因の１つは、低換気期に血中ＣＯ２が急速に蓄積することである。制御ループの実施に特有の時間遅延に起因して、これが起こった場合のオーバーシュートは避けられず、蓄積によって、急速に血中ＣＯ２レベルが実質的に正常値を上回る。本明細書に記載のシステムは、任意のＣＯ２蓄積を実質的に最小化し、十分な換気を提供して、オリフィスを通じて低換気時のすべての呼気ＣＯ２を速やかに排出する。患者の呼吸パラメータと同様に、第１オリフィスのサイズは、その他のオリフィスおよびデッドスペースボリュームの構成とともに、
【００９６】
【化３６】
と
【００９７】
【化３７】
の関係が正常値から逸脱し始める値を判断する。第１オリフィスは、曲線３２０におけるこの最初の変曲点を予想される最小睡眠
【００９８】
【化３８】
またはその直下に配置するに足る大きさである（図３を参照）。
【００９９】
第１呼吸プラトーセグメント３０６は、第１デッドスペースボリュームを呼吸コンジットに配置する効果を表す。第１オリフィスが飽和点に達すると、排出されたＣＯ２を第１デッドスペースボリュームおよび第２オリフィスを越えて押し出すことによって、そのような増加が第１デッドスペースボリュームを超えるまで、患者の換気がどれだけ増加しても問題はない。そのため、この点に到達するまで、換気の増加が任意の追加ＣＯ２排出を生じることはない。第１デッドスペースを超える換気レートおよび第２オリフィスから流れるＣＯ２は、セグメント３０６とセグメント３０８との接合点において定義される。
【０１００】
この呼吸プラトーは、曲線において最初の変曲点を超える高い呼吸が事実上
【０１０１】
【化３９】
の増加を生じないゾーンを含む。このセグメントは、実質的にゼロに近い傾斜を有する。この呼吸プラトーの存在は、第１デッドスペースボリュームが、典型的な呼吸期間に第１オリフィスから排出され得るガスの体積より大きいという事実に起因する。残りのＣＯ２量は再吸入される。第１デッドスペースボリューム内の任意の追加ＣＯ２量は、排出されるＣＯ２レベルの増加を生じない。不安定な呼吸サイクルは、気道が進行的に狭まることから始まることが多く、結果的に
【０１０２】
【化４０】
が減少する。
【０１０３】
【化４１】
の減少は
【０１０４】
【化４２】
の比例減少を伴う場合に、不安定性がさらに進行する可能性がある。これは、血中ＣＯ２の蓄積を急速に生じ、脳がこの蓄積に対応する前に「オーバーシュート」をもたらす。第１呼吸プラトーの存在は、
【０１０５】
【化４３】
が著しく減少した場合に、ＣＯ２の排出を安定レベルで維持することにより、脳が換気の減少に応答する時間があるため、急速なＣＯ２の蓄積および著しい「オーバーシュート」を回避できる。低換気または無換気期間から回復する際に、第１呼吸プラトーは、ＣＯ２の排出が換気の増加に比例して増加することを防ぐ。同様に、これは「アンダーシュート」の可能性をもたらす過剰なＣＯ２噴出の障害となる。
【０１０６】
また第１呼吸プラトーセグメント３０６により、医師は睡眠中の患者の平均動脈血ＣＯ２レベルを特定できる。罹患患者は、一般に少なくともわずかに低呼吸状態（例えば、正常な動脈血中ＣＯ２より低い）であり、そうした睡眠時ＣＯ２レベルを正常に近い値に再設定することが望ましい。第１呼吸プラトーセグメント３０６の長さは、治療中の血液ＣＯ２を決定する。さらに、セグメント３０６は混合装置に第１デッドスペースボリュームが存在する結果として生成されるため、第１デッドスペースボリュームのサイズを増加させると、血中ＣＯ２レベルが上昇する。そのような任意のボリュームの増加による血中ＣＯ２レベルの上昇量は、患者から収集したデータに基づいて計算できる。
【０１０７】
正常呼吸トラバースセグメント３０８は、呼吸コンジットにおける第２オリフィスの配置を表す。このオリフィスが飽和する（すなわち、オリフィスからの気流におけるＣＯ２の濃度が最大値に達する点）まで、換気レート
【０１０８】
【化４４】
の増加がＣＯ２排出レート
【０１０９】
【化４５】
の増加を生じる。第２オリフィスの飽和点は、セグメント３０８と３１０との接合点において定義される。
【０１１０】
さらに、セグメント３０８は、予想される睡眠時
【０１１１】
【化４６】
の範囲における
【０１１２】
【化４７】
と
【０１１３】
【化４８】
との関係を示す。セグメント３０８は、低換気トラバースセグメント３０４よりも実質的に傾斜の緩い直線である。この関係の傾斜は、所定の時間における患者の実際のＣＯ２産生レートを通過するため、呼吸が安定した状態を確立する。傾斜は、呼吸制御フィードバックループにおける閉ループゲインを説明する関係の変数である。制御のゲインは、不安定な呼吸症候群において過剰になるため、ＣＯ２産生と排出が一致する点（すなわち、正常呼吸（ｅｕｃａｐｎｉａ））の側近でセグメント３０８の傾斜を減少させることにより、呼吸を安定化させる。
【０１１４】
正常呼吸トラバースセグメント３０８の傾斜は、例えば、第１および第２デッドスペースボリューム、第１および第２換気オリフィスのサイズ等、複数の変数により決定される。セグメント３０８の傾斜は、使用されるデッドスペースボリュームが大きくなる程浅くなり、第１および第２オリフィスの飽和点が近づく。トラバースされた
【０１１５】
【化４９】
の範囲は、第２オリフィス１３３のサイズによっても決定される。患者の睡眠時
【０１１６】
【化５０】
を測定することにより、第１呼吸プラトーセグメント３０６を最高の適切な
【０１１７】
【化５１】
に設定することができ、正常呼吸トラバースセグメント３０８の長さをできる限り短くする。これがセグメント３０８の傾斜を浅くする。
【０１１８】
第２呼吸プラトーセグメント３１０は、第１呼吸プラトーセグメント３０６に類似するが、セグメント３１０は、呼吸コンジットにおける第２デッドスペースボリュームの配置を表す。得られる効果は、セグメント３０６に関して上述の効果と同様である。第２デッドスペースボリュームの飽和点は、セグメント３１０および３１２の接合点において定義される。
【０１１９】
第２呼吸プラトーセグメント３１０は、予想される睡眠時
【０１２０】
【化５２】
の最高値上に配置され、第１呼吸プラトーセグメント３０６と同様に機能する。またそれはほぼ傾斜ゼロの直線セグメントであり、
【０１２１】
【化５３】
の変化が
【０１２２】
【化５４】
の変化をほとんど、またはまったく生じないゾーンを構成する。第２呼吸プラトーセグメント３１０の長さは、第２デッドスペースにより決定される。急激な換気の増加は
【０１２３】
【化５５】
をほとんど、またはまったく増加させないため、過換気時のＣＯ２排出を抑制する。
【０１２４】
第１および第２呼吸プラトーセグメント３０６、３１０は、強力な「換気クランプ」を提供する。
【０１２５】
【化５６】
は２つのプラトー３０６、３１０により決定されるゾーン外で変化する可能性があるが、それは、極めて強力な刺激、例えば長い閉塞性無呼吸後の急激なＣＯ２排出の必要性等に応じて起こる。
【０１２６】
過換気トラバースセグメント３１２は、呼吸コンジットにおける第３オリフィスの「漏出」弁の配置を示す。第３オリフィスは、その他２つのオリフィスよりも大きい。そのため、第１および第２オリフィスとデッドスペースボリュームの飽和後にＣＯ２が漏出するようになる。当業者には明らかなように、オリフィスおよびデッドスペースボリュームのその他の構成も可能であるため、異なるグラフ表示を生じる。
【０１２７】
過換気トラバースセグメント３１２は、予想より高い率でＣＯ２を排出する必要があるイベント、例えば、長い閉塞性呼吸イベントの後等において、安全な予防措置として機能する。そのような排出は、そのような
【０１２８】
【化５７】
レベルを得るために必要な正常換気レートの２倍以上の激しい呼吸を生じる。過換気トラバースがない場合、一部の状況下で少なくとも一時的な呼吸アシドーシスを発症するリスクがある。過換気トラバースは、オリフィス１３１および１３３より大きい場合がある第３オリフィス１３５により形成される。オリフィス１３５のサイズは、ＣＰＡＰマシン１３０が治療中に遭遇する可能性のある最大流速で圧力を維持する能力によって決定される。実施形態において、オリフィス１３５は、ＣＰＡＰマシンを酷使することなく、可能な限り大きく形成される。
【０１２９】
図６は、一連の８回の呼吸において、システムのすべてのオリフィスから出る気流中のＣＯ２濃度のトレース６００を示す。このトレースにおいて、システムは適切に調整され、特徴的な「ヒップ」６１２が波形で現れる。このヒップの存在は、すべての排出ＣＯ２が、呼吸サイクルにおける点において、第２デッドスペースから排除されることにより、第２オリフィスを通るＣＯ２の流れがすべて停止することに起因する。多くのＣＯ２は第１デッドスペースに残り、実際に第１オリフィスは、さらに長い期間飽和状態を維持するため、ＣＯ２の流れは、第１デッドスペースが完全に排気されるまで短期間ヒップのレベルに維持される。ヒップの欠如は第１オリフィスが大きすぎることを示し、第２ヒップの発現は、第１および第２オリフィスがいずれも小さすぎることを示す。したがって、システムは、この波形の形態論を参照して調整可能であってもよい。
【０１３０】
図１０〜１１は、患者の一晩の心拍（図の各上部）および血中酸素飽和レベル（図の各下部）のトレースを示す。鋭いスパイクを含む心拍トレースのセグメントは、呼吸異常に起因する頻繁な覚醒（ａｒｏｕｓａｌ）のため、不安定または分裂した睡眠を示す。頻繁なスパイクを含まない心拍トレースのセグメントは、安眠または集合型睡眠を示す。図１０および１１は、従来の呼吸制御方法およびシステムを使用した場合に、一晩罹患患者が実際に集合型睡眠を得ることはほとんどなく、あったとしても短期間であることを示す。
【０１３１】
図１２は、図１Ａ〜９で説明されたシステムおよび方法を使用した場合の心拍および血中酸素飽和のトレースを示す。この装置は、頻繁な覚醒を実質的に解決し、静穏な集合型睡眠を長期間可能にした。この結果症状が改善され、これは心拍トレースにおけるスパイクの存在が著しく減少したこと、および酸素のトレースが事実上固定されたことから分かる。さらに、本明細書に記載のシステムは、患者の血中酸素飽和を図１０とほぼ同レベルに高め、ここで毎分３リットルの酸素供給を行った。図１２に示される酸素レベルは、酸素供給を行わず、本システムのみを使用して達成された。これらのデータは、治療システムが、呼吸異常により生じる覚醒を有効かつ確実に排除しながら非常に好ましい血中酸素レベルを維持することを示す。これは、罹患患者に著しい症状の緩和をもたらす。
【０１３２】
典型的な場合において、本発明は、環境大気の自由な呼吸と比較して、患者の酸素ヘモグロビン飽和を２〜２．５％改善する。酸素ヘモグロビン飽和曲線はその高端で水平となるが、これはかん流組織において使用可能な酸素の重要な増加を示す。さらに本発明は、多くの医療設定において、酸素供給の必要性を排除する可能性がある。また酸素化を高めることにより、本発明は、大部分の周期的呼吸症候群をもたらす末梢化学受容器の敏感性を低下させることができる。
【０１３３】
本発明は、第１オリフィスが、患者が産生している全ＣＯ２の排出を可能にするには不十分なレベルで飽和するように構成されるため、呼吸の深さ、よって全体換気レートを強制的に増加させる。患者は、第１デッドスペースボリュームを通じてＣＯ２を押し出すために十分な深さで呼吸することにより、少なくとも第２オリフィスを通ってＣＯ２が装置から出る。患者の吸気間隔が開始するまでに、様々なデッドスペースボリューム内に排出されたガスが空気と置き換えられ、それによって、吸い込まれた空気の酸素濃度は環境大気よりわずかに低い。これら２つの事項を考慮して、呼吸の増加は、吸気の酸素含有量（ＦＩＯ２）のわずかな減少を相殺し、肺の酸素輸送を促進する。従来の単一近位デッドスペースは、換気の増加に密接に一致する、またはそれを超えるＦＩＯ２の減少を生じるため、頻繁な酸素補給を必要とする。これは、デッドスペースが呼気で充満し、吸入が開始するまで充満したままとなるためである。従来の単一遠位デッドスペースは、正常な呼吸に対して、換気を増加させることもＦＩＯ２を減少させることもないため、酸素の飽和は変化しない。
【０１３４】
図１Ａ〜１２に関して記載されるように、本発明は以下の領域において使用できる。
１．一酸化炭素中毒からの回復。本発明のシステムおよび方法は、ＣＯのクリアランス率を従来の使用可能な方法（例えば、酸素提供）に比べ３〜５倍加速する。
２．出産時低炭酸症の回避。分娩中の女性の過換気は極めて一般的であり、ＣＯ２の急激な低下により、実質的に胎児への酸素供給が遮断される。低ＣＯ２または低炭酸症は、多くの方法で酸素の輸送を阻害する。本発明は、分娩中の胎児への酸素の流れを改善する。３．高山病／登山からの回復。ＣＰＡＰマシンを使用しない本発明のシステムおよび方法は、この状態からの速やかな回復を可能にする。
４．ベンチレータ依存からの回復。患者のベンチレータ依存から離脱（ｗｅａｎ）させることは困難であることが多く、救命救急の設定では死亡の原因となる。本発明は、患者の呼吸を刺激し、酸素化を増加させることにより、患者の速やかな回復を可能にする。
５．麻酔からの回復。これはベンチレータ依存からの回復と同様である。
６．特定の慢性肺疾患における酸素補給の使用を未然に防ぐ。慢性の閉塞性肺疾患は非常に一般的であり、高額の酸素治療を必要とする。しかし、本発明を用いた場合は、そのような酸素治療が不要となる。
７．当業者には明らかなように、本発明のシステムおよび方法のその他の使用も可能である。
【０１３５】
図１Ａおよび１Ｂを再度参照し、本発明の一部代替実施形態において、第２オリフィス１３３は、図１６Ａ〜Ｂに示されるように、気流制御コンジット１６０１と置き換えられる。気流制御コンジット１６０１は、複数の開口１６０５を含むオリフィスチューブ１６０３をさらに含む。チューブ１６０３は、オリフィスチューブ１６０３を弁１６０９と連結する弁チューブ１６０７にさらに連結される。当業者には明らかなように、オリフィスチューブ１６０３は、弁１６０９に直接連結されるように構成できる。
【０１３６】
図１６Ａに示されるように、オリフィスチューブ１６０３（図１６Ｂは閉口のオリフィスチューブを示す）は、第２ボリューム１１３内に配置される。さらに、弁チューブ１６０７は、第２ボリューム１１３内に一部配置されてもよい。第２ボリューム１１３は、出口ポート１６１３を含むように構成できる。弁チューブ１６０７は、出口ポート１６１３から突出する。一部実施形態において、出口ポート１６１３は、弁チューブ１６０７と第２ボリューム１１３を含むチューブとの間に密閉した接続を形成するように構成される。そのような密閉した接続は、出口ポート１６１３を通る空気および／またはガスの漏出を防ぐ。当業者には明らかなように、オリフィスチューブ１６０３は、第１ボリューム１１１および第２ボリューム１１３内に配置されるように構成できる。代替として、オリフィスチューブ１６０３は、第１ボリューム１１１内にのみ配置されるように構成できる。さらに当業者には明らかなように、コンジット１２０におけるその他の弁／オリフィスは、コンジット１６０１に類似した気流制御コンジットと置き換えることができる。
【０１３７】
気流コンジット１６０１は、第２ボリューム１１３内に永久に固定できる。代替として、気流コンジット１６０１を第２ボリューム１１３内にスライド可能に配置し、気流をさらに制御できる。一部実施形態において、オリフィスチューブ１６０３を第２ボリューム１１３内でスライドおよび／または移動できる。当業者には明らかなように、そのような気流コンジットは、図１Ａおよび１Ｂに示されるシステムにおいて、任意のオリフィス、および／または任意のボリューム内に配置できる。
【０１３８】
複数の開口１６０５は、オリフィスチューブ１６０３全体に配置されるように構成される。図１６に示されるように、開口１６０５は、端１６１２に向かって、弁チューブ１６０７が接続される端１６１４から離れて配置される。端１６１４は、密閉されるように構成することにより、オリフィスチューブ１６０３と弁チューブ１６０７との間に密閉接続を形成できる。端１６１２は開口端であってもよく、そこを通ってオリフィスチューブ１６０３に空気が流れるように構成できる。
【０１３９】
当業者には明らかなように、開口１６０５は、オリフィスチューブ１６０３全体に均等な間隔で配置できる。代替として、開口１６０５は、チューブ１６０３上に散在して配置できる。開口は、調整可能または制御可能となるように構成できる。これは、システム１００が作動状態にある間に開口のサイズを調整できることを意味する。代替として、開口のサイズを固定してもよい。望ましい構成に応じて、開口１６０５のサイズは、等しいか、または開口ごとに異なってもよい。
【０１４０】
弁１６０９は、ボリューム１１３からの空気の排出を制御する。弁１６０９が開いている場合、矢印で示されるように、空気は複数の開口１６０５を通じて押し出されている。次に、空気はオリフィスチューブ１６０３を通って弁チューブ１６０７に移動し、弁チューブ１６０７上の出口ポート１６１６から出る。弁１６０９が閉じている場合、空気はボリューム１１３から押し出されていない。
【０１４１】
当業者には明らかなように、ボリューム１１３からの空気の排出レートは、開口１６０５のサイズに依存する。さらに、排出レートは、弁１６０９に設置されてもよい吸引装置の種類に依存する場合がある。弁１６０９は、開閉位置を有するように構成された任意の従来の弁であってもよい。開いた位置において、弁１６０９は空気をオリフィス１６０３から押し出される、および／または弁チューブ１６０７を通って出口ポート１６１６に移動するようにすることができ、閉じた位置において、弁１６０９は、弁チューブ１６０７を通じた任意の空気の排出を防ぐ。
【０１４２】
図１Ａおよび１Ｂに示される実施形態に関して上記のように、オリフィスとボリューム／デッドスペースとの間には特別な関係がある。その関係に従って、デッドスペースは、１回の呼吸でオリフィスを通じて排出され得る空気よりも多い体積を含む。これは、ひざ１７０１および「トラバース（ｔｒａｖｅｒｓｅ）」セグメント１７０３と「プラトー（ｐｌａｔｅａｕ）」セグメント１７０５を有する曲線１７００により示される。図１７に示されるように、「ひざ（ｋｎｅｅ）」１７０１は、トラバースセグメントとプラトーセグメントとの間の切断点として現れる。
【０１４３】
患者が正常または健康に呼吸する場合、その肺におけるＣＯ２のレベルは、約５．５％〜６％に維持される。安静時（例えば、睡眠）に、健康なヒトの呼吸は減少する。そのような個人は深く呼吸し、必要に応じた量の空気を肺に取り込むことができる。そのため、上記のように適切なＣＯ２レベルは、患者の呼吸系、免疫系、神経系、および代謝の調節因子の１つとして機能するため、健全な呼吸に重要である。また上記のように、多くの患者は、すなわち肺からＣＯ２を「噴出」させる潜在的な過換気の一種を患う。過呼吸は、患者の血液中のＣＯ２レベルを同様に低下させる。過呼吸は、呼吸量を削減し、患者の呼吸を正常化することにより治療できる。また患者の呼吸を正常化することは、呼吸を健常にし、免疫系を強化し、神経系を静め、エネルギー代謝の効率を高める。一方、過剰なＣＯ２は問題を生じる。そのため、患者の血液において適切なＣＯ２レベルを維持する必要がある。
【０１４４】
前述のとおり、各呼吸は、患者の１回換気量の関数として、ＣＯ２の排出レートをプロットすることにより表すことができる（図１７を参照）。各呼吸は固有の形状を有するため、「ひざ」１７０１は、図１７に示されるほど鋭角に現れない。図１８に示されるように、「ひざ」は、特定の呼吸に応じて「なだらか（ｓｏｆｔｅｒ）」で丸く現れる場合がある。第２オリフィスが図１６に示される実施形態で置き換えられる場合、「ひざ」はさらに「なだらか」になる。
【０１４５】
また上記のように、トラバースセグメント１７０３の傾斜は、患者の呼吸の安定性、すなわち、患者が夜中に正常に呼吸する能力を判断する。患者固有の身体的、生理的特徴および要因のため、トラバースセグメント１７０３の傾斜は単調でない場合がある。実際に、トラバースセグメント１７０３の傾斜は、図１８に示されるように、トラバースセグメント全体で減少する。トラバースセグメント１７０３の傾斜は、図１〜１５に関して上記のとおり、オリフィスとデッドスペース／ボリュームとの複雑な関係に基づく。そのため、ボリュームの１つの内部に、複数のオリフィスを含むチューブを（例えば、図１６の実施形態において示されるように、第２オリフィスを通じて）配置することにより、システムを値の範囲に沿って調整してトラバースセグメントの傾斜をさらに制御することができ、患者に固有の安定した呼吸値の範囲を最適に反映する傾斜を実現できる。これは、優れた患者の呼吸安定性が得られることを意味する。
【０１４６】
図３を再度参照すると、優れた呼吸安定性を得るために、「正常呼吸トラバース」の傾斜を調整してもよい。各患者は特定の傾斜の減少を必要とし、その値は患者ごとに異なる。傾斜が減少しすぎると、患者に臨床的問題が現れる場合がある。臨床的問題の一例は、傾斜の減少量が必要以上に多い場合、図１Ａおよび１Ｂに示されるシステムが、正常に機能するために過剰な追加呼吸量を要求する場合があることである。臨床的問題の別の例は、傾斜の減少量が必要以上に多い場合、患者の一晩のＣＯ２産生の変化が、血中ＣＯ２含有量に大きな変化をもたらす場合があることである。
【０１４７】
図１６に示される実施形態は、この問題を解決する。図１９は、第２オリフィスが気流制御コンジット１６０１と置き換えられる場合に得られるような正常呼吸トラバースの様々な傾斜を示す。上記のように、制御コンジット１６０１におけるオリフィスのサイズと、オリフィス間のスペースは、各患者に対して特異的に選択できる。別の代替策は、単一の第２オリフィス／第２デッドスペースの組み合わせの代わりに、多数の小さいオリフィス／デッドスペースの組み合わせをカスケードすることである。これは、第２デッドスペースをその長さに沿って複数の場所に穿孔することにより行うことができる。
【０１４８】
このシステムの操作は、各開口１６０５の出力の合計で形成されるトラバースセグメントの傾斜がほぼ単調であり、複数のオリフィスを含むチューブからの空気の放出を制御する弁１６０３により調整できるようにする。チューブを通る気流が高いほど、トラバースの傾斜が急になり、その逆も同様である。患者の滴定は、基本的な安定が得られるまで傾斜を下げることにより達成できる。滴定が確立されれば、それ以上傾斜を下げる必要はない。そのため、弁１６０３を調整することにより、システムが患者に提供する基本的な呼吸の安定が確立される。したがって、システムの利点は、最小の必要用量で優れた正確性と有効性を提供し、副作用が少ないことである。
【０１４９】
図２０は、本発明の実施形態に従って、患者の血中ＣＯ２濃度を調整する典型的な方法２０００を示す。一部実施形態において、ＣＯ２モニタを第２弁（図１６に図示せず）に組み込み、出口ポート１６１６から出る気流の平均ＣＯ２濃度を評価できる（ステップ２００２を参照）。次に、ステップ２００４に示されるように、一定期間のＣＯ２濃度を平均化する。この時間の設定は任意の時間の間隔であってよい（例えば、１分間）。この平均濃度と、出口ポート１６１６を通る気流中のＣＯ２濃度の事前設定した設定点とを比較する（ステップ２００６を参照）。この値は、特定の患者およびその患者の特性に依存する。一部実施形態において、設定点をＣＯ２モニタにプログラム化してもよい。２つの値の比較に基づいて、ステップ２００８に示されるように誤差を計算する。一部実施形態において、比例積分微分（ＰＩＤ）制御ループ等の従来の制御アルゴリズムを使用し、誤差の大きさおよび方向を判断する。ＰＩＤ制御ループは、様々な制御システムにおいて使用される従来のフィードバックループである。誤差に基づいて、第１オリフィスを通る気流を制御する弁を調整する。弁の調整は、計算された誤差が実質的になくなるまで行う。例えば、測定平均ＣＯ２濃度が事前設定した設定点値を超える場合は、第１オリフィスを通る気流を増加させる（ステップ２０１２を参照）。測定平均ＣＯ２濃度が事前設定した設定点を下回る場合は、第１オリフィスを通る気流を削減する（ステップ２０１４を参照）。これにより、患者の現行のＣＯ２産生に対する適切な「クランプ」の設定を維持する。
【０１５０】
患者のＣＯ２産生は一晩の間に変化し、患者の血中ＣＯ２濃度も変化する。一部実施形態において、ソレノイド弁（図示せず）を使用して、組込ＣＯ２モニタを第２オリフィスの監視およびサンプリングから第１オリフィスの監視およびサンプリングに切り替えてもよい。そのような切り替えは、事前設定した期間が経過した後に行うことができる。またそれは、自動または手動で行うことができる。第１オリフィス中のＣＯ２濃度のピーク値は、呼気終末ＣＯ２値と実質的に同様であるか、または密接に関連し、患者の血中ＣＯ２濃度を示す。この値は、患者に設定された正常値より低く測定される場合は、事前設定した設定点値を上げることができる。正常値より高い値で測定される場合は、事前設定した設定点値を下げることができる。そのため、患者の血中ＣＯ２濃度の絶対値を、正常な生理学的範囲内で良好に維持できる。当業者には明らかなように、上述の調整は手動または自動で、定期的または事前設定した期間に行うことができる。一部実施形態において、特定の睡眠段階（例えば、ＲＥＭ睡眠）のＣＯ２の事前設定した設定点値を上げ、第２オリフィス（または図１６に示す一連のオリフィス）を通る気流を上昇させることにより、システム変数を制御して患者の呼吸を安定させてもよい。一部実施形態において、呼気終末ＣＯ２の値を様々な期間において決定できる（例えば、その期間は、各患者の必要に応じて本発明のシステムにプログラム化できる）。そのような呼気終末ＣＯ２の決定に基づいて、事前設定した設定点値を適宜調整できる。その他の実施形態において、呼気終末ＣＯ２値を反復的に決定し、そのような反復に基づいて、事前設定した設定点を調整できる。これにより、患者の血中ＣＯ２レベルを正確に追跡し、優れた呼吸安定性を提供することが可能になる。
【０１５１】
一部実施形態において、第２気流制御装置を通って流れるガスの濃度を定期的に監視する。その監視に基づいて、第１気流装置を通って流れるガスにおけるＣＯ２の呼気終末濃度の値を計算する。これは、患者の動脈血中ＣＯ２の部分圧の推定値を示す。呼気終末ＣＯ２値を許容し得る呼気終末ＣＯ２値の事前設定した範囲と比較する。次に、第２気流制御装置を通って流れるガス濃度の事前設定した設定点を調整する。
【０１５２】
一部実施形態において、図１〜２０に示されるシステムは、図２１Ａ〜Ｂに示されるように、窒息防止弁２１００を利用するように構成されてもよい。上記のように、窒息防止弁２１００は、空気生成装置が故障した場合に患者の呼吸を可能にする。そのような故障の場合は、弁２１００が開き、患者が正常に呼吸できるようにする。弁２１００は、システムを通じて患者が睡眠中に自由に呼吸できるようプログラム化されるように構成できる。
【０１５３】
空気生成装置が故障した場合、弁２１００が開き、患者インターフェース機器（すなわち、患者のマスク）を通じて約３０ｌｐｍ（リットル／分）の気流を可能にするように構成される。弁２１００は、無圧、非活性状態で開くように構成できる。空気生成装置が適切に接続され、空気生成装置の圧力がオンの場合、弁は閉じるように構成される。
【０１５４】
図２１Ａおよび２１Ｂを参照すると、弁２１００は、図１Ａおよび１Ｂに示される気流コンジットの吸気ポート２１０４と排気ポート２１０６の間に連結された弁チャンバ２１０２を含む。図２１Ａは弁２１００の側面図であり、図２１Ｂは弁２１００の３次元図である。弁チャンバは、トッププレート２１１２にさらに連結される。弁チャンバ２１０２は、弁カップ２１０８をさらに含む。弁カップ２１０８は、激しい呼吸時にベルヌーイ流が弁を閉じないように構成される。弁カップ２１０８は、アンブレラ弁２１１０にさらに連結される。アンブレラ弁２１１０は、トッププレート２１１２内に配置されるように構成される。トッププレート２１１２は、弁２１００の上部２１１４に連結されるように構成される。上部２１１４は、ソレノイド本体２１１６およびソレノイドプランジャ２１１８を同封するように構成される。ソレノイドプランジャ２１１８は、さらにバネカップ２１２０と相互作用し、弁２１００を開閉する。バネカップ２１２０は、機械的伸縮バネ２１２２にも連結される。
【０１５５】
実施形態において、チャンバ２１０２の内部体積は約６０ｍｌである。トッププレート２１１２は、約３０ｌｐｍの速度で患者の換気を可能にするように構成される。ソレノイド本体２１１６とソレノイドプランジャ２１１８の組み合わせは、活性化されて弁を開閉できるように構成される。弁２１００の開閉は、ソレノイドプランジャ２１１８に力を伝達するバネ２１２０を使用して達成される。
【０１５６】
弁２１００は、弁が開く、または閉じる圧力の閾値（例えば、最大値および最小値）を有するように構成できる。ソレノイド本体２１１６およびソレノイドプランジャ２１１８は、空気生成装置の圧力が最小閾値を下回り始めた場合、および最大閾値を超えた場合に起動するようにさらに構成できる。ソレノイド本体２１１６とプランジャ２１１８が一旦起動されると、弁２１００は閉じる。一部実施形態において、弁２１００が閉じると、圧力は最大閾値を下回り、ソレノイド構成要素は再起動されない。そのため弁は閉じたままになる。ソレノイド構成要素は、圧力が最小閾値を下回るか、または最大閾値を超えると再起動する。一部実施形態において、最小閾値は２ｃｍＨ２Ｏと定義され、最大閾値は６ｃｍＨ２Ｏと定義される。これらの閾値は調整可能である。
【０１５７】
図２２は、本発明に従う患者の呼吸を制御するシステム２２００の別の実施形態を示す。システム２２００は、マスク２２０８、第１デッドスペース２２０４、第２デッドスペース２２０４、第１オリフィス２２１２、気流制御コンジット２２２０、第３オリフィス２２１８、ＣＰＡＰマシン２２１０、接続セットアップパネル２２０２を含む。システム２２００内の様々な構成要素は、気道接続（図２２において太線で表示）および／または電子／電気接続（図２２において法線で表示）を使用して接続される。
【０１５８】
図１Ａおよび１Ｂの実施形態と同様に、マスク２２０８は、第１デッドスペース２２０４に連結されるように構成される。第１デッドスペース２２０４は、マスク２２０８と気流制御コンジット２２２０との間に配置されるように構成される。第２デッドスペース２２０６は、気流制御コンジット２２２０と第３オリフィス２２１８との間に連結および配置されるように構成される。ＣＰＡＰマシン２２１０は、接続コンジット２２４４を介して第３オリフィスに連結されるように構成される。図２２に示されるように、デッドスペース２２０４、２２０６は密閉されたボリュームであり、デッドスペースから直接延長する気流制御コンジット２２２０とともに連結できる。一部実施形態において、ホース２２４６は、デッドスペース２２０４および２２０６を通るように構成される。ホース２２４６は、２２ｍｍ内径（Ｉ．Ｄ．）のホースであってもよい。当業者には明らかなように、ホースはその他のＩ．Ｄ．値を有してもよい。第２デッドスペース２２０６の内側に配置されるホース２２４６は、気流制御コンジット２２２０チューブに適応するように構成される。気流制御コンジット２２２０は、図１６Ａ〜Ｂに関して上述のとおりである。
【０１５９】
図２２に示されるように、接続セットアップパネル２２０２は、ユーザインターフェース２２４０、圧力センサ２２３２、ＡＡ（窒息防止）弁２２３０、ソレノイド弁２２２８、ＣＯ２センサ２２２４、ポンプ２２２６、圧力センサ２２５２、および電子装置２２１６をさらに含む。一部実施形態において、システム２２００は、システム全体の気流の乱れを抑制するように構成された空気だめ２２５４を含んでもよい。典型的な空気だめ２２５４の体積は１０ｍｌに設定できるが、当業者には明らかなように、システム２２００のパラメータに従って変えることができる。空気だめ２２５４は、圧力センサ２２５２に連結されるように構成される。そのような空気だめ２２５４の例は、「ＯＥＭ Ｃｏｍｐａｃｔ ＣＯ２ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ａｎａｌｙｚｅｒ，ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＡＴＩＯＮ ＧＵＩＤＥ ｆｏｒ ｔｈｅ ＯＥＭ ＣＡＰＮＯＧＲＡＰＨＹ ＭＯＤＵＬＥ」、ＣＡＲＤＩＯＰＵＬＭＯＮＡＲＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ，ＩＮＣに記載されている。接続セットアップパネル２２０２およびシステム２２００上の構成要素は、電源２２１４を使用して起動される。電子装置２２１６は、第１デッドスペース２２０４およびＣＯ２センサ２２２４に設置された圧力センサ２２３２により、接続２２７１を介して供給された情報を処理するように構成される。圧力センサ２２３２は、第１デッドスペース２２０４内部の空気圧を判断するように構成される。空気圧の任意の変化が電子装置２２１６に送信され、そのような変化に基づいて、電子装置２２１６は接続２２７３を使用してＡＡ弁２２３０を起動できる。これは、電子装置がＡＡ弁２２３０の開閉を制御するように構成されることを意味する。ＡＡ弁２２３０は、図２１に関して上述のとおりである。ＡＡ弁２２３０は、気道接続２２３４を介して環境大気に放出することにより、患者の自由な呼吸を可能にするか、またはＣＰＡＰマシン２２１０が故障した場合に機能するように構成される。当業者には明らかなように、接続２２７１および２２７３は、電気／電子接続または電子装置２２１６に情報を供給するために使用できるその他の同様の接続である。
【０１６０】
また電子装置２２１６は、３元ソレノイド弁２２２８から情報を受信する。弁２２２８は、気道接続２２７５を介して気流制御コンジット２２２０に連結されるように構成され、ＣＯ２測定値を受信し、その情報をＣＯ２センサ２２２４に供給した後、同情報を電子装置２２１６に送信する。そのような情報は、図２０に関して上述のように、ＣＯ２濃度の調整を可能にする。またＣＯ２センサ２２２４、圧力センサ２２５２、および電子装置２２１６は、情報を横隔膜ポンプ２２２６に（気道接続２２７７を介して）情報を供給することにより、気道接続２２３６を使用したＣＯ２濃度のサンプリングを可能にする。
【０１６１】
電子装置は、第１オリフィス２２１２に配置された弁も制御する。第１オリフィス２２１２における弁は、図１６Ａ〜２０に関して上述のように、気流制御コンジット２２２０におけるＣＯ２濃度の測定値に基づいて（気道接続を介して）環境大気２２４２に放出するように構成される。上記のように、第１オリフィス２２１２における弁は、気流制御コンジット２２２０において測定されたＣＯ２濃度が高い場合に開くように構成される。濃度が低い場合は弁の流れが減少する、および／または弁が閉じる。
【０１６２】
一部実施形態において、システム２２００は、マスク２２０８（気道接続２２７９を経由）および／またはコンジット２２４６、デッドスペースボリューム２２０４、２２０６またはシステムにおける任意のその他の構成要素からの水分（および任意のその他の望ましくない要素）を収集するための排水アタッチメント２２３８も含む。図２２に示されるように、排水アタッチメント２２３８は、マスク２２０８と第１オリフィス２２１２との間に連結されるように構成される。
【０１６３】
本発明の一部実施形態において、第１オリフィス２２１２は、流速０〜１０ｌｐｍを可能にするように構成される。気流コンジット２２２０は、１０ｃｍＨ２Ｏの圧力で流速５ｌｐｍを可能にするように構成される。気流コンジットからの流速は、図１６Ａ〜２０に関して上述されるとおり患者に依存する。第３オリフィスは、流速２０ｌｐｍを可能にするように構成される。第１デッドスペース２２０４は、体積が３００ｍｌとなるように構成される。第２デッドスペースは、体積が４００ｍｌとなるように構成される。当業者には明らかなように、気流の体積および速度は患者に特異的であり、上記の量は非限定的な例示目的で示される。当業者によりさらに理解されるように、システム２２００のその他の構成も可能である。
【０１６４】
本明細書は、本発明の方法、回路、および構成要素の典型的な実施形態について説明した。別掲のとおり、これらの実施形態の例は、単に例示の目的で説明されており、限定を意図しない。その他の実施形態も可能であり、本発明に包含される。そのような実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて、関連技術に精通する者には明らかとなるであろう。したがって、本発明の幅および範囲は、上述の典型的な実施形態のいずれによっても制限されないが、以下の請求項およびそれらに相当するもののみに従って定義される。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、２００６年４月１７日に出願された、米国特許出願第１１／４０５，９４８号の利益を主張し、さらには、２００７年４月１７日に出願された、一部継続出願である米国特許出願第１１／４０５，９４８号の利益を主張し、両出願は参照により本明細書中に援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、呼吸障害の治療に関する。より具体的には、本発明は、患者の動脈血に溶解した二酸化炭素（「ＣＯ２」）の特定レベルを維持することにより、患者の呼吸を制御するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
睡眠呼吸障害（「ＳＤＢ」；ｓｌｅｅｐ−ｄｉｓｏｒｄｅｒ ｂｒｅａｔｈｉｇ）は、睡眠中に呼吸困難をもたらすすべての症候群を含む。それらは、閉塞型睡眠時無呼吸（「ＯＳＡ」；ｏｂｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｓｌｅｅｐ ａｐｎｅａ）、混合型睡眠時無呼吸（「ＭＳＡ」；ｍｉｘｅｄ ｓｌｅｅｐ ａｐｎｅａ）、中枢性睡眠時無呼吸（「ＣＳＡ」；ｃｅｎｔｒａｌ ｓｌｅｅｐ ａｐｎｅａ）、チェーンストークス呼吸（「ＣＳＲ」；Ｃｈｅｙｎｅ−Ｓｔｏｋｅｓ ｒｅｓｐｉｒａｔｉｏｎ）等を含む。一部形態のＳＤＢは、米国人口の約３〜５％で発症する。
【０００４】
肥満または異常に狭い上気道等の解剖学的問題が幾つかのＳＤＢの原因となる場合があるが、ＣＯ２および酸素（「Ｏ２」）等の血液ガスのレベル制御における神経学的困難が、疾患の重要な寄与因子としてますます認められるようになっている。これは特に、全ＳＤＢの２０％を占める「中枢性」症候群、ＭＳＡ、ＣＳＡ、およびＣＳＲに関して当てはまる。血液ガスを制御する神経システムの変化は、不安定な呼吸パターンを生じることが多く、睡眠からの覚醒をもたらす。これらの変化は、血圧の深刻な急上昇を伴い、ストレスホルモンを放出することにより、多くの臓器系に長期的な損傷をもたらし得る。さらに、一部のＳＤＢ症候群は、全体血液ガスレベルの異常が関与する。例えば、動脈血中に溶解したＣＯ２レベルが低いことが多く、臨床的な問題を示す。そのため、ＳＤＢを治療する場合は、血液ガスの正常な制御を回復することにより、呼吸を安定させ、適切な血液ガスレベルを確立する必要がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、患者の呼吸を制御するシステムに関する。本システムは、呼吸コンジット（ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｃｏｎｄｕｉｔ）を含む。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、さらに圧搾空気発生装置に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器と圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置を含む。呼吸コンジットは、少なくとも２つのボリュームを含み、１つのボリュームは第１気流制御装置と第２気流制御装置との間に位置し、別のボリュームは第２気流制御装置と第３気流制御装置との間に位置する。第２気流制御装置は、さらに複数の開口を含むように構成された気流制御コンジットからの空気の排出を制御するように構成される。
【０００６】
一部実施形態において、本発明は、患者への二酸化炭素の流れを制御する方法に関する。本方法は、上述のシステムを使用し、患者の血液中の二酸化炭素レベルを制御するステップを含む。制御は、少なくとも１つの気流制御装置を通る気流を測定するステップと、測定気流中の二酸化炭素濃度を検出するステップと、二酸化炭素濃度の検出に基づいて、少なくとも１つの別の気流制御装置を通る気流を調整するステップと、二酸化炭素濃度の検出および少なくとも１つの気流制御装置を通る気流の調整に基づいて、ボリュームのサイズを調整するステップと、を含む。
【０００７】
一部実施形態において、本発明は、患者のインターフェース機器に連結されるように構成された呼吸コンジットを含む。呼吸コンジットは、圧搾給気装置に連結されるように構成され、圧搾給気装置は、別端において患者に空気を供給する。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に隣接する第１弁を含み、呼吸プロセス中にガスの漏出を制御するように構成された第１開口と、呼吸プロセス中に呼吸コンジット内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すように構成された第２弁と、第１弁と第２弁を接続し、呼吸プロセス中に患者へのガスの供給を制御するように構成された第１ボリュームコネクタと、呼吸プロセス中にガスの漏出を制御するように構成された第３開口を含む第３弁と、第２弁および第３弁を接続し、第２ボリューム内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すことができるように構成された第２ボリュームコネクタと、第２弁および給気装置を接続する第３コネクタと、を含む。
【０００８】
一部代替実施形態において、本発明は、患者の呼吸を制御する方法に関する。少なくとも１つのボリュームコネクタ内に配置された少なくとも１つの開口から空気を引き出すように構成された少なくとも１つの弁を含む呼吸コンジットを用いる給気装置に連結された患者インターフェース機器を使用し、空気が患者に供給される。弁およびボリュームコネクタは、呼吸コンジットの長さに沿って位置する。本方法は、患者によるガスの産生レートを判断するステップと、制御可能な開口のそれぞれにおけるガスの流速および濃度を測定するステップと、その測定に基づいて複数の開口を通る流速を調整するステップと、前記判断および測定のうちの少なくとも１つに基づいて複数のボリュームコネクタのサイズを調整するステップと、を含む。患者に供給される空気は、給気装置により供給された空気と患者により生成されたガスとの混合物を含む。
【０００９】
さらに別の代替実施形態において、本発明は、患者の呼吸を制御する方法に関する。患者インターフェース機器と圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置と、少なくとも２つのボリュームとを含む呼吸コンジットを用いる給気装置に連結された患者インターフェース機器を使用し、空気を患者に供給する。少なくとも１つのボリュームは、少なくとも１つの気流制御装置を使用し、ボリューム内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すことができるように構成される。本方法は、第２気流制御装置から流出する空気中の平均ガス濃度を判断するステップと、平均ガス濃度を事前設定したガス濃度の設定点と比較するステップと、平均濃度と事前設定した濃度の設定点との差を計算するステップと、算出される差が実質的になくなるまで第１気流制御装置を通る気流を調整することにより患者の呼吸を制御するステップと、を含む。
【００１０】
さらに別の代替実施形態において、本発明は、患者の呼吸を制御するシステムに関する。本システムは、呼吸コンジットを含む。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、さらに圧搾空気発生装置に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器と圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つのボリュームを含む。呼吸コンジットは、少なくとも２つの気流制御装置を含み、少なくとも１つの気流制御装置は、呼吸コンジット内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すように構成される。
【００１１】
本発明のさらなる特徴および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および操作について、添付の図面を参照して以下に詳述する。
本発明は、例えば、以下を提供する：
（項目１）
患者の呼吸を制御する方法であって、呼吸コンジットを用いて給気装置に連結された患者インターフェース機器を用いることによって、上記患者に空気が供給され、上記呼吸コンジットは、複数の制御可能な開口と、上記呼吸コンジットの長さに沿って配置されたボリュームコネクタとを含み、
上記患者により生成されるガスの産生レートを判断するステップと、
上記複数の制御可能な開口のそれぞれにおけるガスの流速および濃度を測定するステップと、
上記測定に基づいて、上記複数の制御可能な開口のサイズを調整するステップと、
上記判断および上記測定のうちの少なくとも１つに基づいて、上記複数のボリュームコネクタのサイズを調整するステップと
を含み、上記患者に供給される空気は、上記給気装置により供給された空気と、上記患者により生成されたガスとの混合物を含む、方法。
（項目２）
患者の動脈血におけるガス圧の増加を判断するステップをさらに含み、上記判断は、
呼気終末ガス監視、経皮ガス監視、および動脈血ガス分析から成る群から選択される時間ベースの監視を用いて、上記患者の上記動脈血に含まれる上記ガス圧を測定するステップと、
上記測定に基づいて上記患者の動脈血における上記ガス圧の望ましい変化を計算するステップと
を含む、項目１に記載の方法。
（項目３）
上記ガスは二酸化炭素である、項目１に記載の方法。
（項目４）
上記複数の制御可能な開口および上記複数のボリュームコネクタのサイズを修正するステップをさらに含み、上記修正は、
上記複数の制御可能な開口および上記複数のボリュームコネクタのそれぞれから漏出する上記ガスの量を監視するステップと、
上記複数の制御可能な開口のそれぞれにおけるガスの流速および濃度を測定するステップと、
上記判断および上記測定のうちの少なくとも１つに基づいて、上記複数のボリュームコネクタのサイズを調整するステップと
を含み、上記患者に供給されるガスは、上記給気装置により供給されたガスと、呼吸中に上記患者により産生されたガスとの混合物である、項目１に記載の方法。
（項目５）
上記修正は、上記患者の呼吸気道の虚脱の結果として行われる、項目４に記載の方法。
（項目６）
上記患者の呼吸気道が虚脱状態でなくなるまで、呼吸中に上記患者に供給される空気圧を調整するステップをさらに含む、項目５に記載の方法。
（項目７）
上記計算は、年齢、性別、体重、除脂肪体重率、および上記患者の動脈血における上記ガスの分圧から成る群から選択される少なくとも１つの特徴を使用し、上記患者により産生される上記ガス量を推定するステップをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目８）
上記計算は、上記患者の正常な呼吸を事前にシミュレーションし、上記複数の制御可能な開口および複数のボリュームコネクタのサイズを判断するステップをさらに含む、項目１に記載の方法。
（項目９）
上記複数の制御可能な開口のうちの１つを通る空気の流速は、上記複数の制御可能な開口のうちの少なくとも１つの別の開口を通る流速に基づく、項目１に記載の方法。
（項目１０）
上記判断は、呼吸中に上記複数の制御可能な開口のそれぞれから漏出するガスの最小量、最大量、および平均量を計算するステップと、
上記計算に基づいて、上記複数の制御可能な開口のうちの少なくとも１つのサイズ、および上記ボリュームコネクタのうちの少なくとも１つのサイズを調整するステップと
をさらに含む、項目９に記載の方法。
（項目１１）
少なくとも第１の空気制御可能な開口および少なくとも第２の制御可能な開口を通るガスの流速は、上記患者による上記ガスの予想産生レート、上記患者の予想呼吸レート、上記患者の呼吸の予想深度、および上記患者の呼気に含まれる上記ガスの予想濃度に基づいて計算される、項目１に記載の方法。
（項目１２）
上記複数の制御可能な開口から漏出し得るガスの量、および上記複数のボリュームコネクタに含まれるガスの量に基づいて、上記患者の呼気のうち患者が再呼吸する量を連続的に調整する、項目１に記載の方法。
（項目１３）
呼吸中の患者に対する二酸化炭素の流れを制御する装置であって、
患者インターフェース機器に連結される二酸化炭素混合装置であって、
上記二酸化炭素混合装置は、圧搾給気装置に連結されるように構成され、
上記二酸化炭素混合装置は、複数のデッドスペースと互いに接続される複数の換気オリフィスを含み、上記複数の換気オリフィスは、上記患者への二酸化炭素の供給、および上記複数のデッドスペースにおける二酸化炭素量を制御する、
二酸化炭素混合装置と、
上記複数の換気オリフィスのそれぞれを通る気流を測定する手段と、
上記測定気流における二酸化炭素濃度を検出する手段と、
上記二酸化炭素濃度の上記検出に基づいて、上記複数の換気オリフィスのそれぞれを通る気流を調整する手段と、
上記二酸化炭素濃度の上記検出、および上記複数の換気オリフィスのそれぞれを通る上記気流の上記調整に基づいて、上記複数のデッドスペースのサイズを調整する手段と
を含む、装置。
（項目１４）
患者に配置された患者インターフェースに連結された給気装置を用いることによって、呼吸中の患者に対する二酸化炭素の流れを制御する方法であって、上記患者インターフェースは、二酸化炭素混合装置に連結され、上記二酸化炭素混合装置は、上記給気装置に連結され、上記二酸化炭素混合装置は、複数のデッドスペースと互いに接続される複数の換気オリフィスを含み、上記複数の換気オリフィスは、上記患者に対する二酸化炭素の供給および上記複数のデッドスペースにおける二酸化炭素の量を制御し、
上記複数の換気オリフィスのそれぞれを通る気流を測定するステップと、
上記測定気流における二酸化炭素の濃度を検出するステップと、
上記二酸化炭素濃度の上記検出に基づいて、上記複数の換気オリフィスのそれぞれを通る気流を調整するステップと、
上記二酸化炭素濃度の上記検出および上記複数の換気オリフィスのそれぞれを通る上記気流の上記調整に基づいて、上記複数のデッドスペースのサイズを調整するステップと
を含む、方法。
（項目１５）
上記サイズ調整ステップは、
【化１】
と
【化２】
との間の関係に基づいて、上記複数のデッドスペースおよび上記複数の換気オリフィスのサイズを調整するステップをさらに含み、
【化３】
は患者による１分間の二酸化炭素排出レートであり、
【化４】
は患者による１分間の総換気レートであり、
【化５】
と
【化６】
との間の上記関係を表す曲線は、少なくとも２つの不連続を含み、
上記不連続は、
少なくとも第１換気オリフィスを上記二酸化炭素混合装置に配置することにより生じる低換気トラバースセグメントの長さと、
少なくとも第１デッドスペースを上記二酸化炭素混合装置に配置することにより生じる第１呼吸プラトーセグメントの長さと、
少なくとも第２換気オリフィスを上記二酸化炭素混合装置に配置することにより生じる正常呼吸トラバースセグメントの長さと、
少なくとも第２デッドスペースを上記二酸化炭素混合装置に配置することにより生じる第２呼吸プラトーセグメントの長さと、
少なくとも第３換気オリフィスを上記二酸化炭素混合装置に配置することにより生じる過換気トラバースセグメントの長さと
を用いて判断される、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
上記低換気トラバースセグメントは、呼吸間隔中に上記患者が呼吸した空気量と上記呼吸間隔中に上記患者が排出した二酸化炭素量との間の関係により定義された傾斜を有する、項目１５に記載の方法。
（項目１７）
上記正常呼吸トラバースセグメントにおいて、追加量の二酸化炭素が、上記二酸化炭素混合装置の少なくとも第２換気オリフィスから漏出し、上記追加量は少なくとも第１換気オリフィスから漏出する二酸化炭素量に基づいて判断される、項目１５に記載の方法。
（項目１８）
上記過換気トラバースセグメントにおいて、追加量の二酸化炭素が、上記二酸化炭素混合装置の少なくとも第３換気オリフィスから漏出し、上記追加量は少なくとも第１および第２換気オリフィスから漏出する二酸化炭素量に基づいて判断される、項目１５に記載の方法。
（項目１９）
上記サイズ調整ステップに基づいて、二酸化炭素の目標平均動脈中濃度を判断するステップをさらに含む、項目１４に記載の方法。
（項目２０）
上記サイズ調整ステップは自動である、項目１４に記載の方法。
（項目２１）
上記サイズ調整ステップは手動である、項目１４に記載の方法。
（項目２２）
呼吸コンジットを用いることによって、患者の呼吸を制御する方法であって、上記呼吸コンジットは、患者インターフェース機器および圧搾空気発生装置に連結されるように構成され、上記コンジットは、上記患者インターフェース機器と上記圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置と、少なくとも２つのボリュームとを含み、第１ボリュームは、第１気流装置と第２気流装置との間に位置し、第２ボリュームは、上記第２気流装置と第３気流装置との間に位置し、上記方法は、
ガスを上記コンジットに受け取るステップであって、上記ガスは患者の呼気に由来するステップと、
上記少なくとも２つの気流制御装置からのガス漏出を可能にするステップと
を含み、上記受け取られたガスの一部は、上記第１気流制御装置から漏出し、上記受け取られたガスの別の部分は、上記第１ボリュームを通って上記第２気流制御装置に移動し、
上記受け取られたガスの別の部分の一部は、上記第２気流制御装置から漏出し、上記受け取られたガスの別の部分の別の一部は、上記第２ボリュームを通って上記第３気流制御装置に移動し、
上記受け取られたガスの別の部分の別の一部は上記第３気流制御装置から漏出する、方法。
（項目２３）
患者の呼吸を制御する方法であって、
低換気中の患者の換気レートの関数として、上記患者によるガスの排出レートを判断するステップであって、上記判断は、上記排出されたガスが最大濃度に到達するまで行われる、ステップと、
上記判断に基づいて、上記患者のガス排出レートを事前設定したレベルに維持するステップと、
上記患者による上記ガスの予想排出レートに基づいて、上記患者の換気レートの関数として、上記患者によるガスの排出レートを安定させるステップであって、上記ガスが最大濃度に到達するまで上記安定化が行われる、ステップと、
上記患者の過換気中に上記患者によるガスの排出を抑制するステップと、
上記患者の過換気中に上記患者によるガスの排出を増加させて患者の呼吸を制御するステップと
を含む、方法。
（項目２４）
患者の呼吸を制御する方法であって、呼吸コンジットを用いて給気装置に連結された患者インターフェース機器を用いることによって、上記患者に空気が供給され、上記呼吸コンジットは、少なくとも１つのボリュームコネクタ内に配置される少なくとも１つの開口から空気を引き出すように構成された少なくとも１つの弁を含み、上記弁および上記ボリュームコネクタは、上記呼吸コンジットの長さに沿って位置し、
上記患者によるガスの産生レートを判断するステップと、
制御可能な開口のそれぞれにおけるガスの流速および濃度を測定するステップと、
上記測定に基づいて、上記複数の開口を通る流速を調整するステップと、
上記判断および上記測定の少なくとも１つに基づいて、上記複数のボリュームコネクタのサイズを調整するステップと
を含み、患者に供給される空気は、上記給気装置により供給された空気と患者により生成されたガスとの混合物を含む、方法。
（項目２５）
患者の動脈血におけるガス圧の増加を判断するステップをさらに含み、上記判断は、
呼気終末ガス監視、経皮ガス監視、および動脈血ガス分析から成る群から選択される時間ベースの監視を使用し、患者の動脈血における上記ガス圧を測定するステップと、
上記測定に基づいて、患者の動脈血における上記ガス圧の望ましい変化を計算するステップと
をさらに含む、項目２４に記載の方法。
（項目２６）
上記複数の開口および上記複数のボリュームコネクタを通る気流を調整するステップをさらに含み、上記調整は、
上記複数の開口および上記複数のボリュームコネクタのそれぞれから流出する上記ガスの量を監視するステップと、
上記複数の開口のそれぞれにおけるガスの流速および濃度を測定するステップと、
上記判断および上記測定の少なくとも１つに基づいて、上記複数のボリュームコネクタのサイズを調整するステップと
をさらに含み、患者に供給されるガスは、給気装置により供給されるガスと呼吸中に患者により産生されるガスとの混合物である、項目２４に記載の方法。
（項目２７）
上記計算は、年齢、性別、体重、除脂肪体重率、および患者の動脈血における上記ガスの部分圧から成る群から選択される少なくとも１つの特性を使用し、患者が産生する上記ガス量を推定するステップをさらに含む、項目２６に記載の方法。
（項目２８）
上記計算は、上記患者の正常な呼吸の事前のシミュレーションを用い、上記複数の開口および複数のボリュームコネクタのサイズを判断するステップをさらに含む、項目２７に記載の方法。
（項目２９）
上記複数の開口のうちの１つを通るガスの流速は、上記複数の開口のうちの少なくとも１つの別の開口を通る流速に基づく、項目２４に記載の方法。
（項目３０）
上記判断は、
一定期間に上記複数の開口のそれぞれから流出するガスの量を計算するステップと、
上記計算に基づいて、上記複数の開口の少なくとも１つのサイズ、および上記ボリュームコネクタの少なくとも１つのサイズを調整するステップと
をさらに含む、項目２９に記載の方法。
（項目３１）
少なくとも第１空気開口および少なくとも第２開口を通るガスの流速は、上記患者による上記ガスの予想産生レート、上記患者の予想呼吸レート、上記患者による呼吸の予想深度、および上記患者の呼気に含まれる上記ガスの予想濃度に基づいて計算される、項目２４に記載の方法。
（項目３２）
上記複数の開口から漏出し得るガスの量および上記複数のボリュームコネクタに含まれるガスの量に基づいて、上記患者の呼気のうち上記患者が再呼吸する量を連続的に調整する、項目３１に記載の方法。
（項目３３）
患者の呼吸を制御する方法であって、呼吸コンジットを用いて給気装置に連結された患者インターフェースを用いることによって、上記患者に空気が供給され、上記呼吸コンジットは、患者インターフェース機器と圧搾空気発生装置の間に位置する少なくとも２つの気流制御装置と、少なくとも２つのボリュームとを含み、少なくとも１つのボリュームは、上記気流制御装置の少なくとも１つを使用してボリューム内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すことができるように構成され、
第２気流制御装置から漏出する空気中の平均ガス濃度を判断するステップと、
平均ガス濃度を事前設定したガス濃度の設定点と比較するステップと、
平均濃度と事前設定した濃度の設定点との差を計算するステップと、
計算された差が実質的になくなるまで上記第１気流制御装置を通る気流を調整することにより、患者の呼吸を制御するステップと
を含む、方法。
（項目３４）
少なくとも１つの気流制御装置を通って流れるガスの濃度を判断するステップと、
上記少なくとも１つの気流制御装置を通って流れる気流の濃度に基づいて、少なくとも別の気流制御装置を通る気流を調整するステップと
をさらに含む、項目３３に記載の方法。
（項目３５）
上記少なくとも１つの気流制御装置を通って流れるガスの濃度が、上記事前設定した設定点を超えるかどうかを判断するステップと、
少なくとも別の気流制御装置を通る気流を増加させるステップと
をさらに含む、項目３４に記載の方法。
（項目３６）
上記少なくとも１つの気流制御装置を通って流れるガスの濃度が、上記事前設定した設定点を下回るかどうかを判断するステップと、
少なくとも別の気流制御装置を通る気流を減少させるステップと、
をさらに含む、項目３４に記載の方法。
（項目３７）
上記事前設定した設定点を患者に対して計算する、項目３３に記載の方法。
（項目３８）
少なくとも１つの気流制御装置を通って流れるガスの濃度を定期的に監視するステップと、
少なくとも別の気流装置を通る上記気流中の呼気終末ＣＯ２濃度の値を計算するステップであって、患者の動脈血中の上記ＣＯ２の部分圧の推定値を表すステップと、
上記呼気終末ＣＯ２値を許容し得る呼気終末ＣＯ２値の事前設定した範囲と比較するステップと、
上記比較に基づいて、上記少なくとも１つの気流制御装置を通る気流の濃度に関して上記事前設定した設定点を調整するステップと、
をさらに含む、項目３３に記載の方法。
（項目３９）
上記計算された呼気終末ＣＯ２値が、許容し得る呼気終末ＣＯ２値の範囲より低いかどうかを判断するステップと、
上記少なくとも１つの気流制御装置を通って流れるガスの濃度の事前設定した設定点の値を増加させるステップと
をさらに含む、項目３８に記載の方法。
（項目４０）
計算された呼気終末ＣＯ２値が、許容し得る呼気終末ＣＯ２値の範囲より高いかどうかを判断するステップと、
上記少なくとも１つの気流制御装置を通って流れるガスの濃度の事前設定した設定点の値を減少させるステップと
をさらに含む、項目３８に記載の方法。
（項目４１）
上記患者が特定の睡眠段階にあるかどうかを判断するステップと、
特定の睡眠段階に基づいて少なくとも１つのパラメータを調整するステップと
をさらに含む、項目３３に記載の方法。
（項目４２）
患者の呼吸を制御するシステムであって、
呼吸コンジットを含み、
上記呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に連結されるように構成され、
上記呼吸コンジットは、さらに圧搾空気発生装置に連結されるように構成され、
上記呼吸コンジットは、上記患者インターフェース機器と上記圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置を含み、
上記呼吸コンジットは、少なくとも２つのボリュームを含み、１つのボリュームは第１気流制御装置と第２気流制御装置の間に位置し、別のボリュームは第２気流制御装置と第３気流制御装置との間に位置する、システム。
（項目４３）
上記ボリュームは、患者の呼気の少なくとも一部を蓄積するように構成されたデッドスペースボリュームの一部である、項目４２に記載のシステム。
（項目４４）
上記患者インターフェース機器は、鼻マスク、口マスク、口腔顔面マスク、鼻カニューレ装置、口腔内装置、および気管内チューブから成る群から選択される、項目４２に記載のシステム。
（項目４５）
上記患者インターフェース機器は、上記呼気コンジットと上記患者の呼吸気道との間に実質的に密閉した接続を形成するように構成される、項目４４に記載のシステム。
（項目４６）
上記呼吸コンジットは、患者の気道への気流を制御するように構成された上記患者インターフェース機器に実質的に隣接する補助気流制御装置を含む、項目４２に記載のシステム。
（項目４７）
上記補助気流制御装置は、上記患者により制御される、項目４５に記載のシステム。
（項目４８）
上記呼吸コンジットは、上記圧搾空気発生装置が故障した場合に、空気へのアクセスを形成し、上記呼吸コンジットをバイパスするように構成された窒息防止弁であって、上記患者インターフェース機器に実質的に隣接する窒息防止弁を含む、項目４２に記載のシステム。
（項目４９）
上記気流制御装置は、上記患者の生理的変数の少なくとも１つに基づいて、上記気流制御装置を通るガスの上記流速を調整するように構成される、項目４２に記載のシステム。
（項目５０）
上記気流制御装置および上記ボリュームは、
上記呼吸コンジットからのガス排出レートと、
上記患者の血液中の上記ガス濃度と
を制御するように構成される、項目４２に記載のシステム。
（項目５１）
上記気流制御装置および上記ボリュームは、上記呼吸コンジットから容易に排出される上記ガス量の範囲を、上記患者による上記ガスの産生範囲に等しくするように構成される、項目５０に記載のシステム。
（項目５２）
上記ガスは二酸化炭素である、項目４２に記載のシステム。
（項目５３）
上記第１気流制御装置は、上記患者が一度に産生する上記ガス量より少ないか、または等しい上記ガス量の漏出を可能にするように構成される、項目４２に記載のシステム。
（項目５４）
上記第２気流制御装置は、
上記第１気流制御装置から漏出し得る上記ガス量、および上記患者が一度に産生するガスの最大総量に基づく上記ガス量の漏出を可能にするように構成される、項目５３に記載のシステム。
（項目５５）
上記第３気流制御装置は、上記第１および第２気流制御装置から漏出可能な上記空気量に基づく空気を排出し、上記ガスの超過量を患者が再呼吸しないように構成される、項目５４に記載のシステム。
（項目５６）
上記呼吸コンジットは、上記患者インターフェース機器に回転可能に連結されるように構成される、項目４２に記載のシステム。
（項目５７）
上記呼吸コンジットは、上記呼吸コンジットへの損傷を防ぐように構成された保護カバーを含む、項目４２に記載のシステム。
（項目５８）
上記呼吸コンジットに連結されるように構成され、患者の呼吸中に凝縮を収集するようさらに構成されたコレクタをさらに含む、項目４２に記載のシステム。
（項目５９）
項目４２に記載のシステムを使用し、患者の血液中の二酸化炭素レベルを制御するステップを含む、患者の呼吸を安定させる方法。
（項目６０）
項目４２に記載のシステムを使用し、患者の血液中の酸素レベルを制御するステップを含む、患者の呼吸を安定させる方法。
（項目６１）
患者の呼吸を制御するシステムであって、
患者インターフェース機器に連結するように構成された呼吸コンジットを含み、
上記呼吸コンジットは、圧搾給気装置に連結されるように構成され、上記圧搾給気装置は患者に空気を供給し、
上記呼吸コンジットは、
上記患者インターフェース機器に実質的に隣接する第１弁であって、上記第１弁はガスの漏出を制御するように構成された第１開口を含む、第１弁と、
ガスの漏出を制御するように構成された第２開口を含む第２弁と、
上記第１弁および上記第２弁に連結される第１ボリュームコネクタであって、上記第１ボリュームコネクタは、上記圧搾給気装置により供給される上記空気と上記患者により生成される上記ガスの混合物を含むように構成され、
空気の漏出を制御するように構成された第３固定開口を含む第３弁と、
上記第２弁および上記第３弁に連結された第２ボリュームコネクタであって、上記第２ボリュームコネクタは、上記圧搾給気装置により供給される上記空気と上記患者により生成される上記ガスの混合物を含むように構成され、
上記第３弁および上記給気装置に連結される第３コネクタと
を含む、システム。
（項目６２）
上記患者インターフェース機器は、上記患者の呼吸気道および上記呼吸コンジットに対して実質的に密閉した接続を形成するように構成される、項目６１に記載のシステム。
（項目６３）
上記患者インターフェース機器は、上記患者インターフェース機器からの空気の漏出を制御するように構成される第１開口を含む、項目６１に記載のシステム。
（項目６４）
上記第２ボリュームコネクタに含まれるガスの量は、一回の呼吸で患者が排出する上記ガスの量から第１ボリュームコネクタに蓄積されたガスの量を差し引いた量と実質的に等しい、項目６１に記載のシステム。
（項目６５）
上記第１弁から漏出し得るガス量は、上記第１弁から漏出し得る空気量、上記第１コネクタに含まれる空気量および上記ガスの量、上記第２弁から漏出し得る空気量および上記ガスの量、および上記第２コネクタに含まれる空気量および上記ガスの量により判断される、項目６１に記載のシステム。
（項目６６）
上記第２弁から漏出し得るガス量は、上記第１弁から漏出し得る空気量、上記第１コネクタのボリューム、上記第２弁から漏出し得る空気量、および上記第２コネクタに含まれる空気量および上記ガスの量により判断される、項目６１に記載のシステム。
（項目６７）
上記第３弁から漏出し得る空気量は、上記第１および第２弁から漏出し得る上記空気の総量、および上記圧搾給気装置により供給される空気、および上記呼吸コンジットから上記ガスの余剰量を排出するように構成される空気量により判断される、項目６１に記載のシステム。
（項目６８）
上記第１弁から漏出しないガス量の少なくとも一部を上記患者が再呼吸する、項目６１に記載のシステム。
（項目６９）
上記第２弁から漏出しないガス量の少なくとも一部を上記患者が再呼吸する、項目６１に記載のシステム。
（項目７０）
上記第１ボリュームコネクタに蓄積された上記ガス量と上記第２ボリュームコネクタに蓄積された上記ガス量との合計を超えるガス量の少なくとも一部は、上記第３弁を通じて上記呼吸コンジットから完全に排出される、項目６１に記載のシステム。
（項目７１）
上記呼吸コンジットは、上記患者インターフェース機器に実質的に隣接する補助気流制御装置を含む、項目６１に記載のシステム。
（項目７２）
上記呼吸コンジットは、上記患者の気道への気流を制御するように構成された窒息防止弁を含む、項目６１に記載のシステム。
（項目７３）
項目６１に記載のシステムを使用し、上記患者の血液中の二酸化炭素レベルを制御するステップを含む、患者の呼吸を安定させる方法。
（項目７４）
項目６１に記載のシステムを使用し、上記患者の血液中の酸素レベルを増加させるステップを含む、患者の呼吸を安定させる方法。
（項目７５）
患者の呼吸を制御するシステムであって、
上記患者のインターフェース機器に連結されるように構成された呼吸コンジットを含み、
上記呼吸コンジットは圧搾給気装置に連結されるように構成され、上記圧搾給気装置は、別端において患者に空気を供給し、
上記呼吸コンジットは、
上記患者インターフェース機器に隣接し、呼吸プロセス中に上記ガスの排出を制御するように構成された第１開口を含む第１弁と、
上記呼吸プロセス中にガスの排出を制御するように構成された第２開口を含む第２弁と、
上記第１弁と上記第２弁を接続し、上記呼吸プロセス中に患者へのガスの供給を制御するように構成された第１ボリュームコネクタと、
上記呼吸プロセス中にガスの排出を制御するように構成された第３開口を含む第３弁と、
上記第２弁と上記第３弁を接続し、上記第１ボリュームコネクタへのガスの供給を制御するように構成された第２ボリュームコネクタと、
上記第２弁と上記給気装置を接続する第３コネクタと
を含む、システム。
（項目７６）
上記患者インターフェース機器は、上記呼吸コンジットと患者の呼吸気道との間に実質的に密閉した接続を形成するように構成される、項目７５に記載のシステム。
（項目７７）
上記患者インターフェース機器は、上記患者インターフェース機器からの空気の漏出を制御するように構成された第１開口を含む、項目７５に記載のシステム。
（項目７８）
項目７５に記載のシステムを使用し、上記患者の血液中の二酸化炭素レベルを制御するステップを含む、患者の呼吸を安定させる方法。
（項目７９）
項目７５に記載のシステムを使用し、患者の血液中の酸素レベルを増加させるステップを含む、患者の呼吸を安定させる方法。
（項目８０）
患者の呼吸を制御するシステムであって、
呼吸コンジットを含み、
上記呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に連結されるように構成され、
上記呼吸コンジットは、さらに圧搾空気発生装置に連結されるように構成され、
上記呼吸コンジットは、上記患者インターフェース機器と上記圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置を含み、
上記呼吸コンジットは、少なくとも２つのボリュームを含み、１つのボリュームは第１気流制御装置と第２気流制御装置との間に位置し、別のボリュームは第２気流制御装置と第３気流制御装置との間に位置し、
上記第２気流制御装置は、複数の開口を含むようさらに構成される気流制御コンジットから空気の排出を制御するように構成される、システム。
（項目８１）
上記気流制御コンジットは、上記別のボリューム内に少なくとも一部が配置されるように構成される、項目８０に記載のシステム。
（項目８２）
上記気流制御コンジットは、上記複数開口のそれぞれ１つを通る気流を調整するように構成された制御弁を含む、項目８０に記載のシステム。
（項目８３）
患者への二酸化炭素の流れを制御する方法であって、項目８０に記載のシステムを使用し、患者の血液中の二酸化炭素レベルを制御するステップを含み、
上記制御は、
上記気流制御装置のうちの少なくとも１つを通る気流を測定するステップと、
測定した気流中の二酸化炭素濃度を検出するステップと、
上記二酸化炭素濃度の上記検出に基づいて、少なくとも１つの別の上記気流制御装置を通る気流を調整するステップと、
上記二酸化炭素の濃度の上記検出、および上記気流制御装置の少なくとも１つを通る上記気流の上記調整に基づいて、上記ボリュームのサイズを調整するステップと
を含む、方法。
（項目８４）
上記サイズ調整ステップは、
【化７】
と
【化８】
との間の関係に基づいて、上記ボリュームのサイズおよび上記気流制御装置の少なくとも１つを通る上記気流を調整するステップをさらに含み、
【化９】
は患者による１分間の二酸化炭素排出レートであり、
【化１０】
は患者による１分間の総換気レートである、項目８３に記載のシステム。
（項目８５）
【化１１】
と
【化１２】
との間の上記関係を表す曲線は、少なくとも２つの不連続を含み、
上記不連続は、
上記第１気流制御装置を上記システムに配置することにより生じる低換気トラバースセグメントの長さと、
上記ボリュームを上記システムに配置することにより生じる第１呼吸プラトーセグメントの長さと、
上記複数の開口を上記第２気流制御装置に配置することにより生じる少なくとも１つの正常呼吸トラバースセグメントの長さと、
上記別のボリュームを上記システムに配置することにより生じる第２呼吸プラトーセグメントの長さと、
上記第３気流制御装置を上記システムに配置することにより生じる過換気トラバースセグメントの長さと
を用いて判断される、項目８４に記載のシステム。
（項目８６）
上記低換気トラバースセグメントは、呼吸間隔中に上記患者が呼吸した空気量と上記呼吸間隔中に上記患者が排出した二酸化炭素量との間の関係により定義された傾斜を有する、項目８５に記載のシステム。
（項目８７）
上記正常呼吸トラバースセグメントにおいて、追加量の二酸化炭素は、上記第２気流制御装置の上記複数開口のうちの少なくとも１つから漏出し、上記追加量は、上記第１気流制御装置から漏出する二酸化炭素量に基づいて判断される、項目８５に記載のシステム。
（項目８８）
上記過換気トラバースセグメントにおいて、追加量の二酸化炭素は、上記第３気流制御装置から流出し、上記追加量は、少なくとも上記第１および第２気流制御装置から漏出する二酸化炭素量に基づいて判断される、項目８５に記載のシステム。
（項目８９）
上記制御は、上記サイズ調整ステップに基づいて、二酸化炭素の目標平均動脈中濃度を判断するステップをさらに含む、項目８４に記載のシステム。
（項目９０）
上記サイズ調整ステップは自動である、項目８４に記載のシステム。
（項目９１）
上記サイズ調整ステップは手動である、項目８４に記載のシステム。
（項目９２）
上記ボリュームは、上記患者の呼気の少なくとも一部を蓄積するように構成された一部デッドスペースボリュームである、項目８０に記載のシステム。
（項目９３）
上記患者インターフェース機器は、鼻マスク、口マスク、口腔顔面マスク、鼻カニューレ装置、口腔内装置、および気管内チューブから成る群から選択される、項目８０に記載のシステム。
（項目９４）
上記患者インターフェース機器は、上記呼吸コンジットと患者の呼吸気道との間に実質的に密閉された接続を形成するように構成される、項目９３に記載のシステム。
（項目９５）
上記呼吸コンジットは、患者の気道への気流を制御するように構成された上記患者インターフェース機器に実質的に隣接する補助気流制御装置を含む、項目８０に記載のシステム。
（項目９６）
上記補助気流制御装置は、患者により制御される、項目９５に記載のシステム。
（項目９７）
上記呼吸コンジットは、上記圧搾空気発生装置が故障した場合に、空気へのアクセスを形成し、上記呼吸コンジットをバイパスするように構成された窒息防止弁であって、上記患者インターフェース機器に実質的に隣接する窒息防止弁を含む、項目８０に記載のシステム。
（項目９８）
上記気流制御装置は、上記患者の少なくとも１つの生理的変数に基づいて、上記気流制御装置を通る上記ガスの流速を調整するように構成される、項目８０に記載のシステム。
（項目９９）
上記気流制御装置および上記ボリュームは、
上記呼吸コンジットからのガス排出レートと、
上記患者の血液に含まれる上記ガスの濃度と
を制御するように構成される、項目８０に記載のシステム。
（項目１００）
上記気流制御装置および上記ボリュームは、上記呼吸コンジットから容易に排出される上記ガス量の範囲を患者による上記ガスの産生範囲に等しくできるように構成される、項目９９に記載のシステム。
（項目１０１）
上記ガスは二酸化炭素である、項目８０に記載のシステム。
（項目１０２）
上記第１気流制御装置は、上記患者により産生される上記ガス量より少ない、または等しい上記ガス量が一度に漏出し得るように構成される、項目８０に記載のシステム。
（項目１０３）
上記第２気流制御装置は、
上記第１気流制御装置から漏出し得るガス量と、
上記患者が一度に産生できるガスの最大総量と、
に基づく上記ガス量が漏出し得るように構成される、項目１０２に記載のシステム。
（項目１０４）
上記第３気流制御装置は、上記第１および第２気流制御装置から漏出し得る上記空気量に基づく空気を漏出し、上記患者が上記ガスの余剰分を再呼吸しないように構成される、項目１０２に記載のシステム。
（項目１０５）
上記呼吸コンジットは、上記患者インターフェース機器に回転可能に連結されるように構成される、項目８０に記載のシステム。
（項目１０６）
上記呼吸コンジットは、上記呼吸コンジットへの損傷を防ぐように構成された保護カバーを含む、項目８０に記載のシステム。
（項目１０７）
上記呼吸コンジットに連結されるように構成されたコレクタであって、上記患者の呼吸中に凝縮を収集するようさらに構成されたコレクタをさらに含む、項目８０に記載のシステム。
（項目１０８）
患者の呼吸を制御するシステムであって、
患者のインターフェース機器に連結されるように構成された呼吸コンジットを含み、
上記呼吸コンジットは、圧搾給気装置に連結されるように構成され、上記圧搾給気装置は別端において患者に空気を供給し、
上記呼吸コンジットは、
上記患者インターフェース機器に隣接し、上記呼吸プロセス中に上記ガスの流出を制御するように構成された第１開口を含む第１弁と、
上記呼吸プロセス中に上記呼吸コンジット内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すように構成された第２弁と、
上記第１弁と上記第２弁とを接続し、上記呼吸プロセス中に患者へのガスの供給を制御するように構成された第１ボリュームコネクタと、
上記呼吸プロセス中にガスの流出を制御するように構成された第３開口を含む第３弁と、
上記第２弁と上記第３弁を接続し、上記第２ボリューム内の上記少なくとも１つの位置から空気を引き出すように構成される第２ボリュームコネクタと、
上記第２弁と上記給気装置を接続する第３コネクタと
を含む、システム。
（項目１０９）
患者の呼吸を制御するシステムであって、
呼吸コンジットを含み、
上記呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に連結されるように構成され、
上記呼吸コンジットは、さらに圧搾空気発生装置に連結されるように構成され、
上記呼吸コンジットは、上記患者インターフェース機器と上記圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つのボリュームを含み、
上記呼吸コンジットは、少なくとも２つの気流制御装置を含み、上記少なくとも１つの気流制御装置は、上記呼吸コンジット内の少なくとも１つの位置から空気を引き出すように構成される、システム。
本発明は、患者の呼吸を制御するシステムに関する。本システムは、呼吸コンジット（ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｃｏｎｄｕｉｔ）を含む。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、さらに圧搾空気発生装置に連結されるように構成される。呼吸コンジットは、患者インターフェース機器と圧搾空気発生装置との間に位置する少なくとも２つの気流制御装置を含む。呼吸コンジットは、少なくとも２つのボリュームを含み、１つのボリュームは第１気流制御装置と第２気流制御装置との間に位置し、別のボリュームは第２気流制御装置と第３気流制御装置との間に位置する。第２気流制御装置は、さらに複数の開口を含むように構成された気流制御コンジットからの空気の排出を制御するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明に従う、患者の呼吸を制御する典型的なシステムを示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、本発明に従う、患者の呼吸を制御する典型的なシステムを示す別の図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明に従う、患者の呼吸を制御する方法およびシステムを使用した典型的な臨床機器のセットアップを示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１Ａ〜２Ａに示される呼吸コンジットの一部を示す図である。
【図３】図３は、本発明に従う、患者の呼吸を制御するシステムおよび方法を使用した場合の、換気（例えば、１分間に患者が呼吸した空気の総量）と患者によるＣＯ２排出との関係を、患者の一晩のＣＯ２産生レートを表すトレースとともに示す典型的なグラフ表示である。
【図４】図４は、患者の一晩の典型的なＣＯ２排出のグラフ表示である。
【図５】図５は、患者の呼吸を制御する従来の方法およびシステムを使用した場合の、患者の１回呼吸における呼吸の深さ（例えば、１回換気量）とＣＯ２排出との関係を示すグラフ表示である。
【図６】図６は、本発明に従う、８回の典型的な呼吸にわたって患者の呼吸を制御する装置から漏出するＣＯ２率のグラフ表示である。
【図７】図７は、正常な呼吸とチェーンストーク呼吸との比較を示すグラフ表示である。
【図８】図８は、本発明に従う、患者の呼吸を制御する典型的な方法を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明に従って、患者の呼吸を制御する方法の代替実施形態を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、呼吸を制御する従来の方法およびシステムを使用した場合の患者の一晩の心拍および血液酸素飽和度を示す一連のトレースである。
【図１１】図１１は、従来の圧搾空気供給装置を単独で使用した場合の患者の一晩の心拍および血液酸素飽和度を示す一連のトレースである。
【図１２】図１２は、本発明に従う、一晩の心拍および血液酸素飽和度を示す一連のトレースである。
【図１３】図１３〜１５は、従来の呼吸システムにおけるデッドスペースの獲得を示す一連のトレースである。
【図１４】図１３〜１５は、従来の呼吸システムにおけるデッドスペースの獲得を示す一連のトレースである。
【図１５】図１３〜１５は、従来の呼吸システムにおけるデッドスペースの獲得を示す一連のトレースである。
【図１６Ａ】図１６Ａ〜Ｂは、本発明に従う、患者の呼吸を制御する代替システムを示す。少なくとも１つの気流制御装置は複数の開口を含む。
【図１６Ｂ】図１６Ａ〜Ｂは、本発明に従う、患者の呼吸を制御する代替システムを示す。少なくとも１つの気流制御装置は複数の開口を含む。
【図１７】図１７は、患者の１回呼吸における呼吸の深さ（例えば、１回換気量）とＣＯ２排出との関係を示すグラフ表示である。
【図１８】図１８は、図１６に示される本発明の実施形態に従って、患者の呼吸の深さとＣＯ２排出との関係を示すグラフ表示である。
【図１９】図１９は、図１６に示される本発明の実施形態に従って、患者の呼吸の深さとＣＯ２排出との関係を示す別のグラフ表示である。
【図２０】図２０は、本発明に従う患者の呼吸を制御する方法を示す典型的なフローチャートである。
【図２１Ａ】図２１Ａ〜２１Ｂは、本発明に従う典型的な窒息防止弁を示す。
【図２１Ｂ】図２１Ａ〜２１Ｂは、本発明に従う典型的な窒息防止弁を示す。
【図２２】図２２は、本発明に従う患者の呼吸を制御するシステムの別の典型的実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、添付の図面を参照して説明される。図面において、同様の参照番号は、同一または機能的に類似する要素を示す。さらに、参照番号の左端の桁は、その参照番号が最初に現れる図面を示す。
【００１４】
２つの血液ガス、二酸化炭素（「ＣＯ２」）および酸素（「Ｏ２」）のうち、睡眠中の呼吸の神経制御に関する問題は、Ｏ２よりもＣＯ２の制御に関連する。ＣＯ２は血液に溶解し、重炭酸イオンとともに血液ｐＨを決定する。過剰なＣＯ２は血液を酸性にする一方、ＣＯ２の不足は血液をアルカリ性にする。タンパク質は機能するために安定したｐＨを必要とするため、約７．４の血液ｐＨを産生する狭い範囲内でＣＯ２レベルを制御する必要がある。これは、肺を経由するＣＯ２の排出を、細胞代謝の生成物である内因性ＣＯ２の産生と厳密に一致させることにより達成される。
【００１５】
図７は、正常な呼吸およびチェーンストーク呼吸のプロットを対応する血中ＣＯ２レベルのプロットに沿って示す。プロット７１０により示されるように、正常な呼吸において、患者の呼吸努力は安定している。これは、プロット７１２に示される安定した動脈血中のＣＯ２レベルに対応する。動脈血に溶解したＣＯ２の典型的な正常部分圧は４０ｍｍＨｇであり、Ｏ２圧は約１０５ｍｍＨｇである。チェーンストーク呼吸において、増減プロット７１４に示されるように、呼吸努力は不安定である。対応するプロット７１６は、チェーンストーク呼吸中の関連する可変血中ＣＯ２レベルを示す。
【００１６】
高感度で細微に調整されたシステムは、患者の血管系および脳内に配置される多くのセンサまたは化学受容器（ｃｈｅｍｏｒｅｃｅｐｔｏｒ）を介して血中ＣＯ２レベルを検出する。これらセンサからの神経信号は、脳の呼吸制御中枢により処理され、適切な呼吸パターン指令を横隔膜、胸部および呼吸気道の筋肉を含む呼吸筋に送る。本システムの目的は、呼吸レート（呼吸の深さおよび頻度）を変えることにより、ＣＯ２の排出をＣＯ２の産生と一致させることである。健康なヒトにおいて、このシステムは正確であり安定している。ＣＯ２の産生における変化に素早く対応し、血中ＣＯ２レベルを狭い範囲内で維持することができる。体内の多くのホメオスタシス機構と同様に、血液ガスの制御は、閉ループ負のフィードバック制御系により達成される。
【００１７】
血中ＣＯ２レベルを制御するシステムが故障した場合、安定したＣＯ２レベルを維持する能力が失われる可能性がある。このシステムは、「オーバーシュート」と「アンダーシュート」の振動パターンにおける血中ＣＯ２を「追跡」することにより、特徴的な増減呼吸パターンを生じる。ＣＳＲは、不規則な呼吸パターンに関連する典型的な症候群であり、心不全の場合に一般的である。図７は、正常な呼吸が動脈血中の安定したＣＯ２レベルを伴うが、ＣＳＲは不安定なＣＯ２レベルのため振動する呼吸パターンを呈することを示す。
【００１８】
血液ガスの不十分な制御に関連する増減呼吸ドライブ（ｗａｘｉｎｇ／ｗａｎｉｎｇ ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ ｄｒｉｖｅ）は、気道を開いた状態で維持する筋肉の制御にも適用するため、呼吸ドライブの減退期中の周期的気道虚脱は、これらの症候群の特徴である場合が多い。実際に、少なくとも断続的な気道虚脱に関連しない純粋な増減気道パターンは比較的まれであり、ＭＳＡは呼吸の不安定性の優性発現である場合がある。ＭＳＡは、低下した呼吸努力に関連する極めて規則的で予測可能なパターンの閉塞性イベントとして現れる場合があるが、視覚的に認識可能なパターンを持たない異なる種類のイベント（例えば、閉塞性無呼吸、中枢性無呼吸、呼吸低下）のカオス的混合として現れる場合もある。
【００１９】
数十年にわたり、呼吸の安定性に必要な状態を数学的に説明することが可能であった。この解析フレームワークは、閉ループ負のフィードバック制御系の安定性を予測するための典型的なプロセス制御理論で使用される解析フレームワークと同一のものである。これらのシステムは、正しく調整されると、非常に複雑で高感度のプロセスを安定に制御できるが、特定分野の問題は、不安定性および振動制御をもたらし、プロセスが無駄になるか、または悪化することが知られる。一般に、これらの問題は、制御ループの過敏性または「閉ループゲイン」およびタイミングの問題により生じ、プロセス結果を測定し、適切な是正措置を取るまでに過剰な時間遅延が起こる。これらは、不安定な睡眠時呼吸の患者が呈する問題と同一のものである。
【００２０】
呼吸の化学的制御における不安定性の根底にある原因は、通常、血液ガスセンサ、すなわち末梢化学受容器の１つの過剰なゲインまたは敏感性であることは十分に知られている。末梢化学受容器は、頸動脈内に配置され、酸素およびＣＯ２含有量を調べるため直接動脈血を採取する。化学受容器は、動脈血中のＣＯ２含有量の代わりとなる血中Ｈ＋イオン濃度を短期間感知する。感知異常が起きると、脳の呼吸中枢に信号を送る。この信号は、血液ガス、特にＣＯ２の変化を過大評価する傾向にある。異常感知の原因は不明であるが、心不全等の様々な疾患によく見られる。現行の医療技術を用いて上述の異常感知を是正することは困難である。さらに、血液循環に関する問題は、血液ガスの変化が報告されるまでの時間遅延を延長するため、患者の呼吸制御ループの不安定性の問題が加わる。
【００２１】
不安定な呼吸を生じる呼吸制御フィードバックループにおける高い閉ループゲインは、一般に過敏なＣＯ２センサまたは血液循環障害のいずれかに起因することを考慮し、多数の治療方針が試行されているが、既存の治療法の大部分には様々な欠点がある。
【００２２】
睡眠時の呼吸安定性を取り戻すための現行の治療方法には以下の問題がある。
１．複雑である。
２．費用がかかる。
３．閉ループ呼吸制御ゲインの一側面は減少するが、その他の側面は増加するため効率的でない。さらに、安定した状態を確実に回復できない場合がある。
４．患者が低炭酸状態にある場合、睡眠時に維持すべき標的血中ＣＯ２範囲を医師が判断できない。
５．呼吸に使用可能な酸素量を削減するため、正常レベルの血液酸素を回復するために追加の酸素補給を必要とする。
６．長い閉塞性無呼吸イベントの後等の異常状況下において、急速にＣＯ２を排出できない。
７．不安定な呼吸パターンに対して１回呼吸ベースで速やかに応答できず、多呼吸パターン認識アルゴリズムに依存する。
８．治療の経過中に、単一の固定推定呼吸要件に依存し、呼吸要件の変化に適応するように構成されていない。
９．高価な電子装置に依存する。
【００２３】
また現行の方法は、患者の換気レート（ｒａｔｅ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｔｉｅｎｔ）とＣＯ２排出レート（ｒａｔｅ ｏｆ ＣＯ２ ｅｘｃｒｅｔｉｏｎ）との関係を非線形様式でモデル化することができない。モデル化は、大部分の状況においてＣＯ２の排出を定義された範囲内に維持することにより呼吸の「クランピング」を可能にする複数の個別のステップを含む。
【００２４】
本明細書に記載されるように、患者の血中ＣＯ２を特定レベルに維持することにより、患者の呼吸を制御する一方、血液の酸素化を維持または改善できるシステムおよび方法は、これらの問題に対する解決策を提供する。
【００２５】
また本発明は、「デッドスペース（ｄｅａｄｓｐａｃｅ）ゲイン」を実質的に排除する方法を提供する。これは、一部の従来の呼吸装置に存在する問題である。
【００２６】
不安定な呼吸パターンは、過換気および低換気または無呼吸を互いに含む。過換気中にはＣＯ２の急速な「噴出」があり、動脈血ＣＯ２を急激に低下させることで、動脈血が末梢化学受容器に達し、脳が血中ＣＯ２レベルの異常低下を検出すると、低換気または無呼吸期が開始する。低換気中にはＣＯ２が急速に蓄積し、過換気期が再開する。このパターンは無限に反復し得る。
【００２７】
理想では、過換気中に肺の効率が低下し、ＣＯ２の噴出を抑えるはずである。これを行う方法の１つは、患者に高いパーセンテージでＣＯ２を含む吸気を吸入させることであり、これによって肺におけるガス交換を妨げ、過剰なＣＯ２の排出を呈するようになる。同様に、低換気中は肺の効率が最大になり、ＣＯ２の蓄積を制限する。そのため、低換気中に吸入されたＣＯ２は最適にはゼロである。過換気中は患者にＣＯ２濃度の高い吸気を供給し、低換気中は供給しないことにより安定化影響を及ぼす能力に関して、任意の設計を特徴付けることができる。
【００２８】
残念ながら従来のデッドスペースシステムは、これと反対に作用する傾向がある。１回換気量（ｔｉｄａｌ ｖｏｌｕｍｅ）が増加するにつれて、吸気中のＣＯ２濃度が減少するため、実際に不安定性が促進される。図１３〜１５は、正常な呼吸において、近位の単一デッドスペース設計と遠位の単一デッドスペース設計のデッドスペースゲインがいずれも高いことを示す。単一の近位デッドスペースシステムは、密閉された患者インターフェースと、オリフィスを通る気流が単一のデッドスペースボリュームを超えるすべての排出ガスを流し出すために十分な大きさで構成された単一オリフィスとの間に単一デッドスペースボリュームを挟入する。次にそのような装置は、典型的な呼吸コンジットを介して給気装置にさらに接続される。単一の遠位デッドスペースシステムは、実質的に患者のインターフェース上またはその付近にある単一オリフィスと、給気装置との連結として作用するデッドスペース全体を含む単一コンジットとで構成される。単一オリフィスは、装置から排出されるガスの特定最大量を可能にし、任意の追加の排出ガスを実質的に再呼吸するように構成される。高いデッドスペースゲインは、斜線領域における関数の急な正の傾斜で示される。斜線領域は、装置使用中の正常な呼吸範囲を表す。
【００２９】
本発明のさらなる特徴および利点については、本発明の様々な実施形態の構造および操作とともに、添付の図面を参照して以下に詳述する。本発明は、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されない。そのような実施形態は、本明細書において単なる例示目的で提示される。追加の実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて、関連技術に精通する者には明らかとなるであろう。
【００３０】
本発明は本明細書において特定のアプリケーションの例示的実施形態を参照して説明されるが、本発明はそれに限定されない。本明細書で提供される教示を入手できる当業者は、その範囲内における追加の修正、アプリケーション、および実施形態、また本発明が極めて有用となる追加の分野を認識するであろう。
【００３１】
（血液ガスレベルの規制）
本明細書は、患者の呼吸を制御する方法およびシステムについて説明する。本方法およびシステムは、複数のデッドスペースボリュームと弁との組み合わせを使用し、患者の血中ＣＯ２レベルを制御することにより、患者の呼吸を制御する。治療システムの装置は、換気レート（例えば、毎分総換気量、
【００３２】
【化１３】
とＣＯ２排出レート
【００３３】
【化１４】
との関係を制御しながら、非線形の断続様式でこの関係を広範囲にモデル化できる（図３および以下の説明を参照）。このシステムにより、医師は、治療中に維持すべき動脈血中ＣＯ２レベルを定義するとともに、過換気と低換気に関する強力な制限を設けることができる。特定の状況下で、本発明は、酸素補給を用いずに血液の酸素化を増加できる。
【００３４】
本システムは、固定（精密に定義された）サイズまたは可変サイズの複数の個別のデッドスペースボリュームと複数の換気オリフィスとの相互作用を提供する。ここで、ボリュームとオリフィスは、特定のパターンで組織化できる。そのような相互作用は、事前設定した圧力に設定される持続的気道陽圧（「ＣＰＡＰ」；Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ａｉｒｗａｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ）マシン等の換気補助装置を併用した場合の患者の換気レートとＣＯ２排出量との関係を示す広範囲のスペクトルを定義する可能性を提供する。代替実施形態においては、換気補助装置は使用されず、患者が呼吸する単純な装置を使用して同様の効果が得られる。
【００３５】
患者インターフェース機器（例えば、密閉されたＣＰＡＰマスク）とＣＰＡＰマシン（または任意のその他の給気装置）との間に配置される呼吸コンジットは円筒形である。換気オリフィスは、コンジットに沿って配置し、患者が排出したＣＯ２を流出させる。換気オリフィス間にあるコンジットの長さは、個別のデッドスペースまたは準デッドスペースボリュームを示す。ＣＯ２を含む空気が患者の肺から呼吸コンジットに排出されると、ＣＰＡＰマシンにより生成された圧力がそのような空気に含まれるＣＯ２の少なくとも一部を様々なオリフィスから特定パターンで流し出す。そのパターンは、患者の呼吸、または１回換気量（Ｖｒ）のボリュームと呼吸の頻度、あるいは呼吸レートに依存する。各呼吸は、呼気間隔と吸気間隔を含む。呼気間隔が終了すると吸気間隔が始まり、患者はコンジット内に残るＣＯ２の大部分またはすべてを再呼吸する。各デッドスペースのボリュームおよび各換気オリフィスのサイズに応じて、換気レートとＣＯ２排出レートとの関係を示す曲線は、任意の数の変曲点を有し、それぞれ傾斜および長さの異なる直線または曲線セグメント（図３を参照）を定義する。
【００３６】
上述のシステムは、患者の呼吸（例えば、換気）とＣＯ２の排出との関係を広範囲にモデル化できる。従来のコンピュータシミュレーション技術を使用して、オリフィスのサイズ、ボリューム、および／またはそれらの構成を特定し、呼吸制御フィードバックループを安定した動作に戻す関係を確立する。眠りに入るまでの間は、睡眠中に見られると予想されるレベルよりＣＯ２の産生が高い場合があるため、補助換気弁を装着することにより、患者は、快適にベッドで安静するまで装置を通る気流を増加させることができる。
【００３７】
図１Ａおよび１Ｂは、患者１０１の呼吸を制御する典型的なシステム１００を示す。図１Ａを参照すると、システム１００は、マスクとヘッドギアのアセンブリ１０２、また圧搾給気装置あるいはＣＰＡＰ装置１３０に連結されるように構成された呼吸コンジットまたは混合装置１２０を含む。マスクとヘッドギアのアセンブリ１０２は、複数のストラップ１０３とマスク１０４を含む。複数のストラップ１０３は、マスク１０４を患者１０１の顔面に固定し、マスクと患者の呼吸気道（例えば、鼻または口）との間を実質的に密閉接続する。密閉されたインターフェースまたは接続は、空気またはガスが、患者の顔面とマスクとの間に生じ得る開口から制御不能に漏出することを防ぐ。図１Ａの典型的な実施形態において、１つまたは複数のストラップ１０３は、患者の頭の上部から底部にかけて配置される。当業者には明らかなように、マスク１０４を患者１０１に固定するその他の方法も本明細書に包含される。圧搾および／または非圧搾ガス物質（空気、ガス等を含む）生成装置、例えばＣＰＡＰ装置１３０を治療用呼吸システムと併用できる。
【００３８】
マスク１０４は、密閉された低侵襲性口腔顔面換気マスクである。例えば、マスク１０４は、ＲｅｓＭｅｄ Ｃｏｒｐ．（Ｐｏｗａｙ，ＣＡ）製の調節可能なＶＥＬＣＲＯ（Ｒ）ストラップヘッドギア付きＭｉｒａｇｅ ＮＶフルフェースマスクであってもよい。フルフェースマスクを使用し、鼻と口を覆うことができる。この設計は口からの漏出を排除し、口および／または鼻から呼吸する患者に対する治療を可能にする。当業者には明らかなように、例えば鼻マスク、口マスク、口腔顔面マスク、鼻カニューレ、口腔内装置、気管内チューブ、または任意のその他の装置等のその他のタイプのマスクを使用できる。
【００３９】
マスク１０４は、マスク弁１０５を含む。マスク弁１０５は、オリフィス１３６を含み、マスク１０４上の既存のルアポートの１つに結合する雌ルアフィッティングであってもよい。オリフィス１３６は、ドリル、穿刺、または任意のその他の方法で開けることができる。マスク弁１０５は、オリフィス１３６を通じて、患者が排出したガス（例えば、ＣＯ２）を漏出できる。代替として、マスク１０４はマスク弁１０５を含まない。代わりに、第１弁１０８を混合装置１２０上で実質的にマスク１０４に隣接するよう配置する。一例において、オリフィス１３６は固定サイズである。この設計により、時間単位あたりに特定量の空気をマスク弁１０５から漏出させることができる。別の例において、オリフィス１３６は可変サイズであり、マスク弁１０５からの漏出を可能とするよう意図された空気の量に応じて変えることができる。一例において、オリフィス１３６は、マスクがＣＰＡＰマシン１３０により特定の圧力で加圧される場合に、毎分０．５〜６リットルの気流を可能にする。この圧力は、患者のＣＰＡＰ圧力規定（ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ）に等しくてもよい。
【００４０】
図１Ａを再度参照し、混合装置１２０は、第１弁１０８、第１ボリューム１１１、第２弁１１２、第２ボリューム１１３、第３弁１１４、およびコネクタボリューム１１５を含む。第１弁１０８はオリフィス１３１を含む。第２弁１１２はオリフィス１３３を含む。第３弁１１４はオリフィス１３５を含む。関連技術分野において通常の技術を有する者には明らかなように、マスク弁１０５は第１弁１０８であってもよい。マスク弁１０５は、マスク１０４を含んでも含まなくてもよい。また第１弁１０８は、フィッティング１３９ではなくマスク１０４上に配置することもできる。
【００４１】
図１Ａに示されるように、フィッティング１３９は第１弁１０８を組み込む。フィッティング１３９は、マスク１０４および第１ボリューム１１１に連結される。第２弁１１２は、第１ボリューム１１１および第２ボリューム１１３に連結される。第３弁１１４は、第２ボリューム１１３およびコネクタボリューム１１５に連結される。コネクタボリューム１１５は、圧搾空気／ガス生成装置１３０に連結される。
【００４２】
フィッティング１３９は、フィッティング１２２および１２４をさらに含み、それらを通じてマスク１０４および第１ボリューム１１１にそれぞれ連結される。フィッティング１２２、１２４は、２２ｍｍ外径（「ｏ．ｄ．」；ｏｕｔｅｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ）の標準型フィッティングであってもよい。フィッティング１３９に対する適切な接続を可能にするため、第１ボリューム１１１は、標準２２ｍｍ内径（「ｉ．ｄ．」；ｉｎｎｅｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ）の呼吸ホースであってもよい。
【００４３】
さらに、フィッティング１２２および１２４はスイベル型であってもよく、フィッティング１３９を回転させて混合装置１２０の様々な位置および配向に対応し、実質的に漏出を防ぐ接続を提供できる。そうでなければ、フィッティング１３９は直線フィッティングまたは屈曲フィッティングであってもよく、例えば２つの２２ｍｍ ｏ．ｄ．の端を有し、９０度屈曲したフィッティングであってもよい。第１弁１０８は、患者のＣＰＡＰ圧力規定に等しい所定圧力でＣＰＡＰマシン１３０によりシステム１００が加圧されると、１分間に０．５〜６リットルの気流を提供する。フィッティング１２６、１２８（第２弁１１２を第１ボリューム１１１および第２ボリューム１１３にそれぞれ連結する）、およびフィッティング１３２、１３４（第３弁１１４を第２ボリューム１１３およびコネクタボリューム１１５にそれぞれ連結する）は、フィッティング１２２、１２４に類似してもよい。
【００４４】
第１ボリューム１１１は、標準的な２２ｍｍ ｉ．ｄ．の呼吸ホースであってもよく、患者の動脈血ＣＯ２の望ましい増加に応じて、１００〜４００ｍｌの内部体積を有してもよい。ホースは、ＣＰＡＰマシンで使用されるようなゴム製のカフを有する従来のホースであってもよく、波型の使い捨て呼吸ホース、またはマスク１０４をフィッティング１２６に接続するために適した任意のその他のホースであってもよい。
【００４５】
上述のように、第２弁１１２は、固定サイズであってもよいオリフィス１３３を組み込む直線状のコネクタを含む。代替として、オリフィス１３３は可変サイズである。このコネクタはプラスチックであってもよく、第１ボリューム１１１と第２ボリューム１１３の接続に適した２２ｍｍ ｏ．ｄ．の端を有する。さらにオリフィス１３３は、表面（例えば、ベッド）に横たわることにより閉塞されないようにコネクタに配置される。第２弁１１２を含むフィッティングに溝を形成し、任意の閉塞を防ぐことができる。オリフィス１３３は、患者のＣＰＡＰ圧力規定に等しい所定圧力でＣＰＡＰマシン１３０により加圧されると、１分間に３〜８リットルの気流を可能にする。
【００４６】
第２ボリューム１１３は、第１ボリューム１１１と実質的に同一タイプである。第２ボリューム１１３の総体積は１００〜４００ｍｌである。
【００４７】
第３弁１１４は、オリフィス１３５を組み込み、可変であっても固定であってもよい。第３弁１１４は、図１Ａに示されるように直線状のコネクタであってもよい。コネクタは、プラスチックであってもよく、第１ボリューム１１３とコネクタボリューム１１５の接続に適した２２ｍｍ ｏ．ｄ．の端を有する。オリフィス１３５は、表面（例えば、ベッド）に横たわることにより閉塞されないように混合装置１２０内に配置される。第３弁１１４を含むフィッティングに溝を形成し、任意の閉塞を防ぐことができる。オリフィス１３５は、患者のＣＰＡＰ圧力規定に等しい所定圧力でＣＰＡＰマシン１３０により加圧されると、１分間に１５〜３０リットルの気流を可能にする。
【００４８】
コネクタボリューム１１５は、第１ボリューム１１１および第２ボリューム１１３と実質的に同一のタイプであってもよい。コネクタボリューム１１５の長さは、患者１０１に対するＣＰＡＰマシン１３０の配置に対応するように設定できる。
【００４９】
オリフィス１３１（または代替で１３６）、１３３、および１３５はそれぞれ、圧搾給気装置１３０が特定の圧力で作動する場合に、特定の速度で空気を漏出できるように構成される。各オリフィスを通る気流のガス濃度に応じて、ガスが各オリフィスを通って特定の速度で漏出する。オリフィスは固定、可変サイズであってもよく、または固定および可変サイズのオリフィスの組み合わせを使用できる。当業者には明らかなように、必要に応じて、様々な位置および／または数の固定および可変オリフィスを使用できる。これにより、固定サイズのオリフィスの場合は、事前設定した量の空気およびガスを（そのような空気中のガス濃度に応じて）オリフィスから漏出することができ、または可変サイズのオリフィスの場合は、可変量のガスをオリフィスから漏出できる。さらに可変オリフィスの場合は、そのサイズを手動または動的に制御できる。オリフィスのサイズを手動で制御する場合は、患者、医師、または第３者がオリフィスのサイズを制御し、よってオリフィスから漏出し得るガス量を制御できる。オリフィスのサイズを自動制御する場合は、患者が排出したガス量、特定の各オリフィスから漏出するガス量、ボリュームコネクタ１１１および１１３に含まれるガス量、患者の身体的パラメータ（例えば、血圧、体重、年齢等）および／またはその他の要素に基づいて、そのサイズを自動調整することができる。
【００５０】
オリフィス１３１、１３３、１３５および３つのボリューム１１１、１１３、１１５のサイズは、睡眠時に直接測定される患者の最高および最低
【００５１】
【化１５】
（１分間のＣＯ２産生レート（ｍｌ））の推定値に基づくアルゴリズムを使用して事前に決定できる。代替として、患者の最高および最低
【００５２】
【化１６】
推定値は、患者の体重または任意のその他の生理学的または人口統計学的変数、またはそれら変数の組み合わせに由来してもよい。ボリュームおよびオリフィスのサイズは、診療所、病院、研究所、またはＣＯ２監視装置を備えた任意のその他の施設において、睡眠ポリグラフ検査中に調整される。この調整に基づいて、オリフィスおよびボリュームの最終的な組み合わせが決定される。この組み合わせは、睡眠時に生じることが予想される１分間のＣＯ２産生の最小推定値に等しい
【００５３】
【化１７】
以下で第１呼吸プラトー（ｐｌａｔｅａｕ）（図３、セグメント３０８を参照）を確立し、睡眠時に生じることが予想される１分間の最大推定ＣＯ２産生値に等しい
【００５４】
【化１８】
以上で第２呼吸プラトー（図３、セグメント３１０を参照）を確立する。
【００５５】
呼吸コンジット１２０は、マスク１０４およびＣＰＡＰ装置１３０に回転可能に連結される。この配置により、コンジット１２０は、睡眠中の患者の寝返りに併せて回転できる。当業者には明らかなように、回転可能な接続は、システム１００の作動中に任意の漏れを防ぐように密閉できる。
【００５６】
図１Ｂを参照すると、コンジット１２０は、窒息防止弁（ａｎｔｉ−ａｓｐｈｙｘｉａｔｉｏｎ ｖａｌｖｅ）１１８、および呼吸時に患者を補助する任意の数の補助弁１１６を含む。図１Ｂの例において、窒息防止弁１１８および補助弁１１６は、フィッティング１３９に配置される。
【００５７】
補助弁１１６は、開いている場合、混合装置１２０を通じて、混合装置１２０から排出ＣＯ２を大量に流し出すために十分な気流を提供する。一例において、患者１０１は補助弁１１６を作動し、快適に安静するまでＣＯ２を流し出すことができる。補助弁１１６は、患者１０１が手動で閉じるか、または特定の期間が経過した後に自動で閉じることができる。
【００５８】
窒息防止弁１１８は、ＣＰＡＰマシン１３０の作動圧が事前設定した値を下回る（例えば、ＣＰＡＰマシン１３０が適切な圧力を提供できない）場合に開く。後者が起こった場合は、窒息防止弁１１８が開き、患者１０１は弁１１８を通じて環境大気を呼吸できる。したがって、弁１１８は、ＣＰＡＰマシン１３０の故障時に患者の窒息を防ぐ。
【００５９】
さらに、混合装置１２０は、患者の息から水分を収集する水分凝縮収集装置を含む。これにより、混合装置１２０内の不要な水分の蓄積を防ぐことができる。
【００６０】
例えば、体重１００ｋｇ、ＣＰＡＰ規定１５ｃｍＨ２Ｏの男性患者は、以下の構成のオリフィスおよびボリュームが必要であると判断される。
【００６１】
【表１】
図２Ａは、患者の睡眠ポリグラフおよび／または滴定検査の典型的なセットアップ２００を示す。セットアップ２００は、ＣＯ２モニタ２０４、計算装置２０６、ニードル弁制御を有する可変領域流量計２０２（ａ、ｂ、ｃ）、ＣＰＡＰマシン２１２、切り替え可能なマニホールド２０８、チューブ２１０（ａ、ｂ、ｃ）、コンジット２１８、および口腔顔面マスク２１４を含む。
【００６２】
マスク２１４は、図１Ａおよび１Ｂに示される１０４に類似する。ＣＰＡＰマシン２１２は、ＣＰＡＰマシン１３０に類似する。またコンジット２１８は、混合装置１２０に類似する。コンジット２１８は、マスク２１４とＣＰＡＰマシン２１２を接続する。またコンジット２１８は、チューブ２１０（ａ，ｂ，ｃ）に接続される。コンジット２１８は、第１ボリューム２１１、第２ボリューム２１３、およびコネクタボリューム２１５を含み、これらはボリューム１１１、１１３、および１１５にそれぞれ類似する。チューブ２１０ａは、オリフィス１３１（図２Ａに図示せず）を流量計２０２ａに接続する。チューブ２１０ｂは、オリフィス１３３（図２Ａに図示せず）を流量計２０２ｂに接続する。チューブ２１０ｃは、オリフィス１３５（図２Ａに図示せず）を流量計２０２ｃに接続する。チューブ２１０（ａ，ｂ，ｃ）は、内径３／８インチのＴｙｇｏｎチューブであってもよい。チューブ２１０（ａ，ｂ，ｃ）は、糊またはセメントで接着されるか、あるいはその他の方法でオリフィス１３１、１３３、１３５および流量計２０２（ａ，ｂ，ｃ）にそれぞれしっかりと固定される。
【００６３】
さらに、コンジット２１８は、ボリューム２１３および２１５内に配置される可動ピストンまたはシリンダ（図２Ｂに示す）を使用し、ボリューム２１３および２１５を変えるように構成される。シリンダは、ｏ−リングクランプ（図２Ｂに示す）を使用して密閉できる。図２Ｂは、コンジットの内部２３４に配置されるシリンダ／ピストン２３６を有するコンジット２１８の一部を示す。シリンダ／ピストン２３６は、両方向矢印Ａで示されるように、前後に移動できる。この移動により、デッドスペースボリューム２３２が増減する。シリンダ／ピストン２３６は、ｏ−リングクランプ２３８で固定される。このシリンダ／ピストン２３６は、ボリューム２１１、２１３、および２１５のいずれか、またはすべてに配置できる。またボリュームは、目盛り付きの計り（図２Ａ、２Ｂに図示せず）を含み、デッドスペースボリューム２３２を特定の値に調整できる。
【００６４】
図２Ａを再度参照すると、流量計２０２（ａ，ｂ，ｃ）の外側を切り替え可能なマニホールド２０８に連結することにより、可変流量計２０２（ａ，ｂ，ｃ）の組み合わせのうちのいずれか１つから流れる空気中のＣＯ２含有量をモニタ２０４で測定できる。モニタ２０４は、データを収集する計算装置２０６に接続される。データを使用し、図１Ａ、１Ｂおよび３〜９に関して記載されるように、各流量計２０２を通る空気の流速およびボリュームのサイズを調整する。
【００６５】
（患者の治療方法および滴定）
最初に、患者の一晩の睡眠中ＣＯ２排出プロフィールを判断する。このプロフィールは、診断の夜間睡眠ポリグラフ検査中に患者が産生した総ＣＯ２量を測定することにより判断する。そのようなプロフィールは、睡眠中のＣＯ２産生の最高、最低、および平均レベルに関する情報を含む。患者に装置を試験的にフィッティングする前に（図１Ａ〜２を参照）、その他の患者の生理的データに沿って収集されたデータおよび望ましい治療結果を使用し、シミュレーションモデルを生成する。これは、治療中に使用されるボリュームおよびオリフィスの構成に関する最善の推定を提供する。その後の睡眠ポリグラフ滴定検査において、装置を患者に装着し、初期ＣＰＡＰ圧を選択して、事前設定した空気の流速において各オリフィスを通るＣＯ２の実際の流れを測定する。各オリフィスを通るＣＯ２またはそこから漏出するＣＯ２の流れは、患者のＣＯ２排出プロフィールとの意図された関係に応じて望ましい値と等しくなるように、オリフィスのサイズを（手動または自動で）調整する。またボリュームのサイズも（手動または自動で）調整する。これは、患者の平均動脈血ＣＯ２量が望ましいレベルから逸脱しているか否かによる。サイズの調整は、知られたサイズのボリュームホースと物理的に置き換えることにより行うことができる。代替として、シリンダ／ピストンの配置（図２Ｂに示す）を各ボリュームに挿入し、得られたデータおよび望ましい値に基づいて、手動または自動でボリュームの内部スペースを増減できる。ＣＰＡＰの開始圧を変更する必要がある場合は、測定および調整の手順を反復し、特定の望ましい結果に戻す。
【００６６】
滴定検査の最後に、ＣＰＡＰ圧、ボリューム、および各オリフィスを通る気流の最終構成を記録する。特注のコンジット／混合装置（図１Ａ〜２Ｂに示される）は、これらの明細に従って製造し、患者用に提供できる。当業者には明らかなように、様々な構成のオリフィスおよびボリュームが可能である。
【００６７】
装置および治療システムは、各患者に対して個別に調整される。最初に、患者を適切な睡眠診断施設に紹介する。施設において、医師は患者の考えられる呼吸の不安定性評価を指示する。上述のように、通常の夜間睡眠ポリグラフ検査に特定の修正および強化を任意で行う。これらの修正は、呼気終末ＣＯ２の監視および較正鼻圧測定を追加で含んでもよい。代替として、鼻圧の代わりに、別の極めて正確な手段を使用し、例えば気流センサ付きの呼吸マスクを着用して、患者の鼻および口を通る気流を判断できる。呼吸グラフ（ＣＯ２）の波形（図６を参照）および気流信号を一晩記録し、睡眠ポリグラフ記録システムに保存する。検査の結果として、リアルタイムまたは検査後プロセスにおいて、呼気終末ＣＯ２モニタにより測定されたオリフィスを通る空気の気流の速度と気流メータの合計に空気中のＣＯ２パーセンテージを掛けることにより、患者の１分間のＣＯ２量
【００６８】
【化１９】
対時間、すなわち、睡眠時のＣＯ２排出レートを得る。患者のＣＯ２排出プロフィールは、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ａｕｓｔｉｎ，Ｔｅｘａｓ）製のＤＡＳＹｌａｂ等、多数の市販の分析パッケージを使用して判断する。
【００６９】
それを解読する医師は、一晩の
【００７０】
【化２０】
の変化を調べ、予想される
【００７１】
【化２１】
の最低、平均、および最高目標値を決定し、装置を構成する。また医師は、呼気終末ＣＯ２の波形自体を調べ、動脈血ＣＯ２の変化を評価し、夜の間に目標平均動脈血ＣＯ２レベルに達するために、患者が全体的ＣＯ２補助をどの程度必要とするかを判断する。次に、医師は、本発明を使用した滴定検査に患者を紹介する。
【００７２】
滴定検査の前に、睡眠ポリグラフ技師は、患者に関する特定の統計学的および身体的情報を取得し、開始構成を確立する。例えば、年齢、性別、体重、動脈血ＣＯ２レベル、推定ＣＰＡＰ規定、および呼気終末ＣＯ２の実際値と目標値を収集する。次にこの情報を使用し、オリフィスおよびボリュームの可能な最適構成を推定する。患者の年齢、性別および体重を使用し、少なくとも複数の患者の検査に基づいて、睡眠時
【００７３】
【化２２】
の可能な最低、平均、および最高値を得る。次に、
【００７４】
【化２３】
の値を使用してオリフィスの目標流速を設定し、圧力下で各オリフィスを通る流速に基づいて、オリフィスのサイズを判断する。望ましい目標呼気終末ＣＯ２に基づいて、第１デッドスペースボリューム１１１のサイズを推定する。最後に、第３オリフィス１１５の最小サイズを推定する。これにより、過剰なＣＯ２を流し出すことができる。
【００７５】
検査が完了した後、図１に示されるように、システム１００に類似した自宅用装置を患者に提供してもよい。代替として、本発明のシステムを使用した診療所での治療を予定してもよい。装置は、以下の典型的な機能を実施できる。
（ｉ）各換気オリフィス１３１、１３３、１３５を個別に通る気流を測定する（例えばコンピュータ等の入出力装置に連結された可変領域流量計または電子流量計として、従来のゲージを使用し、気流を測定できる）。
（ｉｉ）各オリフィス１３１、１３３、１３５から派生する気流中のＣＯ２含有量を検出し、例えばコンピュータ等の入出力装置に収集した含有量データを転送する。
（ｉｉｉ）弁を使用し（弁は手動または自動で操作できる）、各オリフィス１３１、１３３、１３５を通る（またはそこから漏出する）気流を調整する。
（ｉｖ）様々な長さのホースを着脱することにより、２つのデッドスペースボリュームのサイズを調整する（代替として、可変ボリューム装置を組み込むことにより、ホースを変えずにデッドスペースボリュームを変えることができる。また可変ボリューム装置をｏ−リングで密閉されたシリンダに入れ子にし、スライドして出し入れできるようにする）。（ｖ）各オリフィスを通るＣＯ２の流速を計算および表示する（この機能は、ＤＡＳＹＬａｂ等のソフトウェア上で実行する適切なデータ取得周辺装置を有する任意の計算装置で行い、ＣＯ２と気流データチャンネルを獲得できる。また適切なディスプレイを使用することにより、医師がボリュームを調整しながら各オリフィスを通るＣＯ２の流れを観察できるようにする）。
【００７６】
図８および９は、上述の説明に従い、図１Ａ〜２Ｂに示されるシステムを使用し、患者の呼吸を制御する典型的な方法８００および９００をそれぞれ示す。図８を参照すると、方法８００はステップ８０２から始まる。ステップ８０２において、患者が生成するＣＯ２の量が判断される（患者による１分間のＣＯ２の最高、最低および平均産生値を測定する）。次に、処理はステップ８０３に進む。ここで、一晩の呼気終末ＣＯ２のトレースを調べ、治療中の平均動脈血ＣＯ２の望ましい増加の程度を判断する。ステップ８０４において、任意の既存の閉塞性無呼吸を治療できる可能性の高い最適ＣＰＡＰ圧を判断する。次に、ステップ８０５および８０６において、ステップ８０２〜８０４で収集されたデータを使用し、システム１００の予備構成を決定する。システムを構成するため、様々な仮定におけるシステム性能のコンピュータシミュレーションを使用できる。代替として、患者の生理的および／または統計学的データに加え、ステップ８０２および８０４で収集されたデータの関数であるオリフィスおよびボリュームに対して実験的に決定された値を使用してもよい。ステップ８０６において、複数の制御可能な開口のそれぞれにおけるガスの流速および濃度を測定する。ステップ８０７において、患者の動脈血ＣＯ２レベルを測定する。次に、ステップ８０８〜８０９において、オリフィスのサイズ、ボリューム、および任意でＣＰＡＰ圧を調整する。特定のオリフィス構成、ボリュームおよびＣＰＡＰ圧に達するまで、ステップ８０８〜８０９を反復してもよい。
【００７７】
図９を参照すると、方法９００はステップ９０２から始まる。複数の換気オリフィス１３１、１３３、１３５のそれぞれを流れる気流を測定する。ステップ９０４において、ステップ９０２で測定された気流のＣＯ２含有量を判断する。次にステップ９０６の方法に進む。ステップ９０６において、ステップ９０４で行った検出に基づいて、複数の換気オリフィスのそれぞれを通る気流を調整する。ステップ９０８において、ステップ９０４の検出、およびステップ９０６で行った複数換気オリフィスの調整に基づいてデッドスペースボリュームのサイズを調整する。
【００７８】
当業者には明らかなように、上述の方法は、研究室設定、病院、診療所、患者の自宅、または任意のその他の施設において適用できる。
【００７９】
図３は、複数のデッドスペースボリューム１１１、１１３、１１５と複数のオリフィス１３１、１３３、１３５との関係３００を示す。これにより、様々な換気レート
【００８０】
【化２４】
に関する患者のＣＯ２排出レート
【００８１】
【化２５】
を広範囲でモデル化できる。実施形態において、本発明は、図３の傾斜に様々な変化をもたらす２つのデッドスペースボリューム１１１および１１３と、３つの換気オリフィス１３１、１３３、１３５を含む。
【００８２】
図３において、曲線３０２は、患者の一晩のＣＯ２排出プロフィールを表す。これをプロットに重ねて、患者の予想されるＣＯ２排出レートの範囲を示す。図４を参照し、プロットの水平軸は時間を分で表し、垂直軸は１分間の患者のＣＯ２産生レートをミリリットル／分（ｍｌ／分）で示す。図３を再度参照し、水平軸は本発明のシステムを使用した場合の患者の換気レート
【００８３】
【化２６】
をｍｌ／分で示し、垂直軸は患者のＣＯ２排出レート
【００８４】
【化２７】
をｍｌ／分で示す。これら２つの量の典型的な関係は、本発明のシステムを使用しない場合、以下のように定義される。
【００８５】
【化２８】
式中、
【００８６】
【化２９】
は生理的および人工的に追加されたデッドスペースのボリュームの合計に呼吸頻度を掛けた値に等しい。
【００８７】
【化３０】
は、各呼吸で吸入および排出された空気の総量に呼吸頻度を掛けた値に等しい。ＦＡＣＯ２は、動脈血に溶解したＣＯ２の部分圧を環境大気圧で割った値であり、ＦＩＣＯ２は、患者により吸入された空気中のＣＯ２濃度である。方程式（１）に記載の関数は、ゼロで水平軸と交差する直線により表される。
【００８８】
図３を再度参照し、曲線３２０は、本発明に従う
【００８９】
【化３１】
と
【００９０】
【化３２】
との関係を説明し、低換気トラバースセグメント３０４、第１呼吸プラトーセグメント３０６、正常呼吸トラバースセグメント３０８、第２呼吸プラトーセグメント３１０、および過換気トラバースセグメント３１２を含む。各セグメントは、デッドスペースボリュームおよび呼吸コンジットに配置されたオリフィスの数およびサイズ、またデッドスペースボリュームおよびオリフィスを通るＣＯ２の流量により定義される特定の傾斜および長さを有する。したがって、セグメントの数は、コンジットにおけるデッドスペースボリュームおよびオリフィスの数とともに変化する。
【００９１】
図３に示されるように、低換気トラバースセグメント３０４は、第１オリフィスを呼吸コンジットに配置することにより生じる。このセグメントの傾斜は、飽和点に達するまで、方程式（１）に記載の呼吸とＣＯ２排出との正常な関係を示す。第１オリフィスを通るＣＯ２の最大流速に対応する飽和点は、セグメント３０４とセグメント３０６の接合として表される。
【００９２】
この低換気トラバースは、患者が低換気である間の換気とＣＯ２排出の関係を説明する。推定される最小睡眠レベルを下回る
【００９３】
【化３３】
の値において、
【００９４】
【化３４】
と
【００９５】
【化３５】
の関係は、正常な生理学的関係から実質的に変化しない。不安定な呼吸症候群において安定性を損なう要因の１つは、低換気期に血中ＣＯ２が急速に蓄積することである。制御ループの実施に特有の時間遅延に起因して、これが起こった場合のオーバーシュートは避けられず、蓄積によって、急速に血中ＣＯ２レベルが実質的に正常値を上回る。本明細書に記載のシステムは、任意のＣＯ２蓄積を実質的に最小化し、十分な換気を提供して、オリフィスを通じて低換気時のすべての呼気ＣＯ２を速やかに排出する。患者の呼吸パラメータと同様に、第１オリフィスのサイズは、その他のオリフィスおよびデッドスペースボリュームの構成とともに、
【００９６】
【化３６】
と
【００９７】
【化３７】
の関係が正常値から逸脱し始める値を判断する。第１オリフィスは、曲線３２０におけるこの最初の変曲点を予想される最小睡眠
【００９８】
【化３８】
またはその直下に配置するに足る大きさである（図３を参照）。
【００９９】
第１呼吸プラトーセグメント３０６は、第１デッドスペースボリュームを呼吸コンジットに配置する効果を表す。第１オリフィスが飽和点に達すると、排出されたＣＯ２を第１デッドスペースボリュームおよび第２オリフィスを越えて押し出すことによって、そのような増加が第１デッドスペースボリュームを超えるまで、患者の換気がどれだけ増加しても問題はない。そのため、この点に到達するまで、換気の増加が任意の追加ＣＯ２排出を生じることはない。第１デッドスペースを超える換気レートおよび第２オリフィスから流れるＣＯ２は、セグメント３０６とセグメント３０８との接合点において定義される。
【０１００】
この呼吸プラトーは、曲線において最初の変曲点を超える高い呼吸が事実上
【０１０１】
【化３９】
の増加を生じないゾーンを含む。このセグメントは、実質的にゼロに近い傾斜を有する。この呼吸プラトーの存在は、第１デッドスペースボリュームが、典型的な呼吸期間に第１オリフィスから排出され得るガスの体積より大きいという事実に起因する。残りのＣＯ２量は再吸入される。第１デッドスペースボリューム内の任意の追加ＣＯ２量は、排出されるＣＯ２レベルの増加を生じない。不安定な呼吸サイクルは、気道が進行的に狭まることから始まることが多く、結果的に
【０１０２】
【化４０】
が減少する。
【０１０３】
【化４１】
の減少は
【０１０４】
【化４２】
の比例減少を伴う場合に、不安定性がさらに進行する可能性がある。これは、血中ＣＯ２の蓄積を急速に生じ、脳がこの蓄積に対応する前に「オーバーシュート」をもたらす。第１呼吸プラトーの存在は、
【０１０５】
【化４３】
が著しく減少した場合に、ＣＯ２の排出を安定レベルで維持することにより、脳が換気の減少に応答する時間があるため、急速なＣＯ２の蓄積および著しい「オーバーシュート」を回避できる。低換気または無換気期間から回復する際に、第１呼吸プラトーは、ＣＯ２の排出が換気の増加に比例して増加することを防ぐ。同様に、これは「アンダーシュート」の可能性をもたらす過剰なＣＯ２噴出の障害となる。
【０１０６】
また第１呼吸プラトーセグメント３０６により、医師は睡眠中の患者の平均動脈血ＣＯ２レベルを特定できる。罹患患者は、一般に少なくともわずかに低呼吸状態（例えば、正常な動脈血中ＣＯ２より低い）であり、そうした睡眠時ＣＯ２レベルを正常に近い値に再設定することが望ましい。第１呼吸プラトーセグメント３０６の長さは、治療中の血液ＣＯ２を決定する。さらに、セグメント３０６は混合装置に第１デッドスペースボリュームが存在する結果として生成されるため、第１デッドスペースボリュームのサイズを増加させると、血中ＣＯ２レベルが上昇する。そのような任意のボリュームの増加による血中ＣＯ２レベルの上昇量は、患者から収集したデータに基づいて計算できる。
【０１０７】
正常呼吸トラバースセグメント３０８は、呼吸コンジットにおける第２オリフィスの配置を表す。このオリフィスが飽和する（すなわち、オリフィスからの気流におけるＣＯ２の濃度が最大値に達する点）まで、換気レート
【０１０８】
【化４４】
の増加がＣＯ２排出レート
【０１０９】
【化４５】
の増加を生じる。第２オリフィスの飽和点は、セグメント３０８と３１０との接合点において定義される。
【０１１０】
さらに、セグメント３０８は、予想される睡眠時
【０１１１】
【化４６】
の範囲における
【０１１２】
【化４７】
と
【０１１３】
【化４８】
との関係を示す。セグメント３０８は、低換気トラバースセグメント３０４よりも実質的に傾斜の緩い直線である。この関係の傾斜は、所定の時間における患者の実際のＣＯ２産生レートを通過するため、呼吸が安定した状態を確立する。傾斜は、呼吸制御フィードバックループにおける閉ループゲインを説明する関係の変数である。制御のゲインは、不安定な呼吸症候群において過剰になるため、ＣＯ２産生と排出が一致する点（すなわち、正常呼吸（ｅｕｃａｐｎｉａ））の側近でセグメント３０８の傾斜を減少させることにより、呼吸を安定化させる。
【０１１４】
正常呼吸トラバースセグメント３０８の傾斜は、例えば、第１および第２デッドスペースボリューム、第１および第２換気オリフィスのサイズ等、複数の変数により決定される。セグメント３０８の傾斜は、使用されるデッドスペースボリュームが大きくなる程浅くなり、第１および第２オリフィスの飽和点が近づく。トラバースされた
【０１１５】
【化４９】
の範囲は、第２オリフィス１３３のサイズによっても決定される。患者の睡眠時
【０１１６】
【化５０】
を測定することにより、第１呼吸プラトーセグメント３０６を最高の適切な
【０１１７】
【化５１】
に設定することができ、正常呼吸トラバースセグメント３０８の長さをできる限り短くする。これがセグメント３０８の傾斜を浅くする。
【０１１８】
第２呼吸プラトーセグメント３１０は、第１呼吸プラトーセグメント３０６に類似するが、セグメント３１０は、呼吸コンジットにおける第２デッドスペースボリュームの配置を表す。得られる効果は、セグメント３０６に関して上述の効果と同様である。第２デッドスペースボリュームの飽和点は、セグメント３１０および３１２の接合点において定義される。
【０１１９】
第２呼吸プラトーセグメント３１０は、予想される睡眠時
【０１２０】
【化５２】
の最高値上に配置され、第１呼吸プラトーセグメント３０６と同様に機能する。またそれはほぼ傾斜ゼロの直線セグメントであり、
【０１２１】
【化５３】
の変化が
【０１２２】
【化５４】
の変化をほとんど、またはまったく生じないゾーンを構成する。第２呼吸プラトーセグメント３１０の長さは、第２デッドスペースにより決定される。急激な換気の増加は
【０１２３】
【化５５】
をほとんど、またはまったく増加させないため、過換気時のＣＯ２排出を抑制する。
【０１２４】
第１および第２呼吸プラトーセグメント３０６、３１０は、強力な「換気クランプ」を提供する。
【０１２５】
【化５６】
は２つのプラトー３０６、３１０により決定されるゾーン外で変化する可能性があるが、それは、極めて強力な刺激、例えば長い閉塞性無呼吸後の急激なＣＯ２排出の必要性等に応じて起こる。
【０１２６】
過換気トラバースセグメント３１２は、呼吸コンジットにおける第３オリフィスの「漏出」弁の配置を示す。第３オリフィスは、その他２つのオリフィスよりも大きい。そのため、第１および第２オリフィスとデッドスペースボリュームの飽和後にＣＯ２が漏出するようになる。当業者には明らかなように、オリフィスおよびデッドスペースボリュームのその他の構成も可能であるため、異なるグラフ表示を生じる。
【０１２７】
過換気トラバースセグメント３１２は、予想より高い率でＣＯ２を排出する必要があるイベント、例えば、長い閉塞性呼吸イベントの後等において、安全な予防措置として機能する。そのような排出は、そのような
【０１２８】
【化５７】
レベルを得るために必要な正常換気レートの２倍以上の激しい呼吸を生じる。過換気トラバースがない場合、一部の状況下で少なくとも一時的な呼吸アシドーシスを発症するリスクがある。過換気トラバースは、オリフィス１３１および１３３より大きい場合がある第３オリフィス１３５により形成される。オリフィス１３５のサイズは、ＣＰＡＰマシン１３０が治療中に遭遇する可能性のある最大流速で圧力を維持する能力によって決定される。実施形態において、オリフィス１３５は、ＣＰＡＰマシンを酷使することなく、可能な限り大きく形成される。
【０１２９】
図６は、一連の８回の呼吸において、システムのすべてのオリフィスから出る気流中のＣＯ２濃度のトレース６００を示す。このトレースにおいて、システムは適切に調整され、特徴的な「ヒップ」６１２が波形で現れる。このヒップの存在は、すべての排出ＣＯ２が、呼吸サイクルにおける点において、第２デッドスペースから排除されることにより、第２オリフィスを通るＣＯ２の流れがすべて停止することに起因する。多くのＣＯ２は第１デッドスペースに残り、実際に第１オリフィスは、さらに長い期間飽和状態を維持するため、ＣＯ２の流れは、第１デッドスペースが完全に排気されるまで短期間ヒップのレベルに維持される。ヒップの欠如は第１オリフィスが大きすぎることを示し、第２ヒップの発現は、第１および第２オリフィスがいずれも小さすぎることを示す。したがって、システムは、この波形の形態論を参照して調整可能であってもよい。
【０１３０】
図１０〜１１は、患者の一晩の心拍（図の各上部）および血中酸素飽和レベル（図の各下部）のトレースを示す。鋭いスパイクを含む心拍トレースのセグメントは、呼吸異常に起因する頻繁な覚醒（ａｒｏｕｓａｌ）のため、不安定または分裂した睡眠を示す。頻繁なスパイクを含まない心拍トレースのセグメントは、安眠または集合型睡眠を示す。図１０および１１は、従来の呼吸制御方法およびシステムを使用した場合に、一晩罹患患者が実際に集合型睡眠を得ることはほとんどなく、あったとしても短期間であることを示す。
【０１３１】
図１２は、図１Ａ〜９で説明されたシステムおよび方法を使用した場合の心拍および血中酸素飽和のトレースを示す。この装置は、頻繁な覚醒を実質的に解決し、静穏な集合型睡眠を長期間可能にした。この結果症状が改善され、これは心拍トレースにおけるスパイクの存在が著しく減少したこと、および酸素のトレースが事実上固定されたことから分かる。さらに、本明細書に記載のシステムは、患者の血中酸素飽和を図１０とほぼ同レベルに高め、ここで毎分３リットルの酸素供給を行った。図１２に示される酸素レベルは、酸素供給を行わず、本システムのみを使用して達成された。これらのデータは、治療システムが、呼吸異常により生じる覚醒を有効かつ確実に排除しながら非常に好ましい血中酸素レベルを維持することを示す。これは、罹患患者に著しい症状の緩和をもたらす。
【０１３２】
典型的な場合において、本発明は、環境大気の自由な呼吸と比較して、患者の酸素ヘモグロビン飽和を２〜２．５％改善する。酸素ヘモグロビン飽和曲線はその高端で水平となるが、これはかん流組織において使用可能な酸素の重要な増加を示す。さらに本発明は、多くの医療設定において、酸素供給の必要性を排除する可能性がある。また酸素化を高めることにより、本発明は、大部分の周期的呼吸症候群をもたらす末梢化学受容器の敏感性を低下させることができる。
【０１３３】
本発明は、第１オリフィスが、患者が産生している全ＣＯ２の排出を可能にするには不十分なレベルで飽和するように構成されるため、呼吸の深さ、よって全体換気レートを強制的に増加させる。患者は、第１デッドスペースボリュームを通じてＣＯ２を押し出すために十分な深さで呼吸することにより、少なくとも第２オリフィスを通ってＣＯ２が装置から出る。患者の吸気間隔が開始するまでに、様々なデッドスペースボリューム内に排出されたガスが空気と置き換えられ、それによって、吸い込まれた空気の酸素濃度は環境大気よりわずかに低い。これら２つの事項を考慮して、呼吸の増加は、吸気の酸素含有量（ＦＩＯ２）のわずかな減少を相殺し、肺の酸素輸送を促進する。従来の単一近位デッドスペースは、換気の増加に密接に一致する、またはそれを超えるＦＩＯ２の減少を生じるため、頻繁な酸素補給を必要とする。これは、デッドスペースが呼気で充満し、吸入が開始するまで充満したままとなるためである。従来の単一遠位デッドスペースは、正常な呼吸に対して、換気を増加させることもＦＩＯ２を減少させることもないため、酸素の飽和は変化しない。
【０１３４】
図１Ａ〜１２に関して記載されるように、本発明は以下の領域において使用できる。
１．一酸化炭素中毒からの回復。本発明のシステムおよび方法は、ＣＯのクリアランス率を従来の使用可能な方法（例えば、酸素提供）に比べ３〜５倍加速する。
２．出産時低炭酸症の回避。分娩中の女性の過換気は極めて一般的であり、ＣＯ２の急激な低下により、実質的に胎児への酸素供給が遮断される。低ＣＯ２または低炭酸症は、多くの方法で酸素の輸送を阻害する。本発明は、分娩中の胎児への酸素の流れを改善する。３．高山病／登山からの回復。ＣＰＡＰマシンを使用しない本発明のシステムおよび方法は、この状態からの速やかな回復を可能にする。
４．ベンチレータ依存からの回復。患者のベンチレータ依存から離脱（ｗｅａｎ）させることは困難であることが多く、救命救急の設定では死亡の原因となる。本発明は、患者の呼吸を刺激し、酸素化を増加させることにより、患者の速やかな回復を可能にする。
５．麻酔からの回復。これはベンチレータ依存からの回復と同様である。
６．特定の慢性肺疾患における酸素補給の使用を未然に防ぐ。慢性の閉塞性肺疾患は非常に一般的であり、高額の酸素治療を必要とする。しかし、本発明を用いた場合は、そのような酸素治療が不要となる。
７．当業者には明らかなように、本発明のシステムおよび方法のその他の使用も可能である。
【０１３５】
図１Ａおよび１Ｂを再度参照し、本発明の一部代替実施形態において、第２オリフィス１３３は、図１６Ａ〜Ｂに示されるように、気流制御コンジット１６０１と置き換えられる。気流制御コンジット１６０１は、複数の開口１６０５を含むオリフィスチューブ１６０３をさらに含む。チューブ１６０３は、オリフィスチューブ１６０３を弁１６０９と連結する弁チューブ１６０７にさらに連結される。当業者には明らかなように、オリフィスチューブ１６０３は、弁１６０９に直接連結されるように構成できる。
【０１３６】
図１６Ａに示されるように、オリフィスチューブ１６０３（図１６Ｂは閉口のオリフィスチューブを示す）は、第２ボリューム１１３内に配置される。さらに、弁チューブ１６０７は、第２ボリューム１１３内に一部配置されてもよい。第２ボリューム１１３は、出口ポート１６１３を含むように構成できる。弁チューブ１６０７は、出口ポート１６１３から突出する。一部実施形態において、出口ポート１６１３は、弁チューブ１６０７と第２ボリューム１１３を含むチューブとの間に密閉した接続を形成するように構成される。そのような密閉した接続は、出口ポート１６１３を通る空気および／またはガスの漏出を防ぐ。当業者には明らかなように、オリフィスチューブ１６０３は、第１ボリューム１１１および第２ボリューム１１３内に配置されるように構成できる。代替として、オリフィスチューブ１６０３は、第１ボリューム１１１内にのみ配置されるように構成できる。さらに当業者には明らかなように、コンジット１２０におけるその他の弁／オリフィスは、コンジット１６０１に類似した気流制御コンジットと置き換えることができる。
【０１３７】
気流コンジット１６０１は、第２ボリューム１１３内に永久に固定できる。代替として、気流コンジット１６０１を第２ボリューム１１３内にスライド可能に配置し、気流をさらに制御できる。一部実施形態において、オリフィスチューブ１６０３を第２ボリューム１１３内でスライドおよび／または移動できる。当業者には明らかなように、そのような気流コンジットは、図１Ａおよび１Ｂに示されるシステムにおいて、任意のオリフィス、および／または任意のボリューム内に配置できる。
【０１３８】
複数の開口１６０５は、オリフィスチューブ１６０３全体に配置されるように構成される。図１６に示されるように、開口１６０５は、端１６１２に向かって、弁チューブ１６０７が接続される端１６１４から離れて配置される。端１６１４は、密閉されるように構成することにより、オリフィスチューブ１６０３と弁チューブ１６０７との間に密閉接続を形成できる。端１６１２は開口端であってもよく、そこを通ってオリフィスチューブ１６０３に空気が流れるように構成できる。
【０１３９】
当業者には明らかなように、開口１６０５は、オリフィスチューブ１６０３全体に均等な間隔で配置できる。代替として、開口１６０５は、チューブ１６０３上に散在して配置できる。開口は、調整可能または制御可能となるように構成できる。これは、システム１００が作動状態にある間に開口のサイズを調整できることを意味する。代替として、開口のサイズを固定してもよい。望ましい構成に応じて、開口１６０５のサイズは、等しいか、または開口ごとに異なってもよい。
【０１４０】
弁１６０９は、ボリューム１１３からの空気の排出を制御する。弁１６０９が開いている場合、矢印で示されるように、空気は複数の開口１６０５を通じて押し出されている。次に、空気はオリフィスチューブ１６０３を通って弁チューブ１６０７に移動し、弁チューブ１６０７上の出口ポート１６１６から出る。弁１６０９が閉じている場合、空気はボリューム１１３から押し出されていない。
【０１４１】
当業者には明らかなように、ボリューム１１３からの空気の排出レートは、開口１６０５のサイズに依存する。さらに、排出レートは、弁１６０９に設置されてもよい吸引装置の種類に依存する場合がある。弁１６０９は、開閉位置を有するように構成された任意の従来の弁であってもよい。開いた位置において、弁１６０９は空気をオリフィス１６０３から押し出される、および／または弁チューブ１６０７を通って出口ポート１６１６に移動するようにすることができ、閉じた位置において、弁１６０９は、弁チューブ１６０７を通じた任意の空気の排出を防ぐ。
【０１４２】
図１Ａおよび１Ｂに示される実施形態に関して上記のように、オリフィスとボリューム／デッドスペースとの間には特別な関係がある。その関係に従って、デッドスペースは、１回の呼吸でオリフィスを通じて排出され得る空気よりも多い体積を含む。これは、ひざ１７０１および「トラバース（ｔｒａｖｅｒｓｅ）」セグメント１７０３と「プラトー（ｐｌａｔｅａｕ）」セグメント１７０５を有する曲線１７００により示される。図１７に示されるように、「ひざ（ｋｎｅｅ）」１７０１は、トラバースセグメントとプラトーセグメントとの間の切断点として現れる。
【０１４３】
患者が正常または健康に呼吸する場合、その肺におけるＣＯ２のレベルは、約５．５％〜６％に維持される。安静時（例えば、睡眠）に、健康なヒトの呼吸は減少する。そのような個人は深く呼吸し、必要に応じた量の空気を肺に取り込むことができる。そのため、上記のように適切なＣＯ２レベルは、患者の呼吸系、免疫系、神経系、および代謝の調節因子の１つとして機能するため、健全な呼吸に重要である。また上記のように、多くの患者は、すなわち肺からＣＯ２を「噴出」させる潜在的な過換気の一種を患う。過呼吸は、患者の血液中のＣＯ２レベルを同様に低下させる。過呼吸は、呼吸量を削減し、患者の呼吸を正常化することにより治療できる。また患者の呼吸を正常化することは、呼吸を健常にし、免疫系を強化し、神経系を静め、エネルギー代謝の効率を高める。一方、過剰なＣＯ２は問題を生じる。そのため、患者の血液において適切なＣＯ２レベルを維持する必要がある。
【０１４４】
前述のとおり、各呼吸は、患者の１回換気量の関数として、ＣＯ２の排出レートをプロットすることにより表すことができる（図１７を参照）。各呼吸は固有の形状を有するため、「ひざ」１７０１は、図１７に示されるほど鋭角に現れない。図１８に示されるように、「ひざ」は、特定の呼吸に応じて「なだらか（ｓｏｆｔｅｒ）」で丸く現れる場合がある。第２オリフィスが図１６に示される実施形態で置き換えられる場合、「ひざ」はさらに「なだらか」になる。
【０１４５】
また上記のように、トラバースセグメント１７０３の傾斜は、患者の呼吸の安定性、すなわち、患者が夜中に正常に呼吸する能力を判断する。患者固有の身体的、生理的特徴および要因のため、トラバースセグメント１７０３の傾斜は単調でない場合がある。実際に、トラバースセグメント１７０３の傾斜は、図１８に示されるように、トラバースセグメント全体で減少する。トラバースセグメント１７０３の傾斜は、図１〜１５に関して上記のとおり、オリフィスとデッドスペース／ボリュームとの複雑な関係に基づく。そのため、ボリュームの１つの内部に、複数のオリフィスを含むチューブを（例えば、図１６の実施形態において示されるように、第２オリフィスを通じて）配置することにより、システムを値の範囲に沿って調整してトラバースセグメントの傾斜をさらに制御することができ、患者に固有の安定した呼吸値の範囲を最適に反映する傾斜を実現できる。これは、優れた患者の呼吸安定性が得られることを意味する。
【０１４６】
図３を再度参照すると、優れた呼吸安定性を得るために、「正常呼吸トラバース」の傾斜を調整してもよい。各患者は特定の傾斜の減少を必要とし、その値は患者ごとに異なる。傾斜が減少しすぎると、患者に臨床的問題が現れる場合がある。臨床的問題の一例は、傾斜の減少量が必要以上に多い場合、図１Ａおよび１Ｂに示されるシステムが、正常に機能するために過剰な追加呼吸量を要求する場合があることである。臨床的問題の別の例は、傾斜の減少量が必要以上に多い場合、患者の一晩のＣＯ２産生の変化が、血中ＣＯ２含有量に大きな変化をもたらす場合があることである。
【０１４７】
図１６に示される実施形態は、この問題を解決する。図１９は、第２オリフィスが気流制御コンジット１６０１と置き換えられる場合に得られるような正常呼吸トラバースの様々な傾斜を示す。上記のように、制御コンジット１６０１におけるオリフィスのサイズと、オリフィス間のスペースは、各患者に対して特異的に選択できる。別の代替策は、単一の第２オリフィス／第２デッドスペースの組み合わせの代わりに、多数の小さいオリフィス／デッドスペースの組み合わせをカスケードすることである。これは、第２デッドスペースをその長さに沿って複数の場所に穿孔することにより行うことができる。
【０１４８】
このシステムの操作は、各開口１６０５の出力の合計で形成されるトラバースセグメントの傾斜がほぼ単調であり、複数のオリフィスを含むチューブからの空気の放出を制御する弁１６０３により調整できるようにする。チューブを通る気流が高いほど、トラバースの傾斜が急になり、その逆も同様である。患者の滴定は、基本的な安定が得られるまで傾斜を下げることにより達成できる。滴定が確立されれば、それ以上傾斜を下げる必要はない。そのため、弁１６０３を調整することにより、システムが患者に提供する基本的な呼吸の安定が確立される。したがって、システムの利点は、最小の必要用量で優れた正確性と有効性を提供し、副作用が少ないことである。
【０１４９】
図２０は、本発明の実施形態に従って、患者の血中ＣＯ２濃度を調整する典型的な方法２０００を示す。一部実施形態において、ＣＯ２モニタを第２弁（図１６に図示せず）に組み込み、出口ポート１６１６から出る気流の平均ＣＯ２濃度を評価できる（ステップ２００２を参照）。次に、ステップ２００４に示されるように、一定期間のＣＯ２濃度を平均化する。この時間の設定は任意の時間の間隔であってよい（例えば、１分間）。この平均濃度と、出口ポート１６１６を通る気流中のＣＯ２濃度の事前設定した設定点とを比較する（ステップ２００６を参照）。この値は、特定の患者およびその患者の特性に依存する。一部実施形態において、設定点をＣＯ２モニタにプログラム化してもよい。２つの値の比較に基づいて、ステップ２００８に示されるように誤差を計算する。一部実施形態において、比例積分微分（ＰＩＤ）制御ループ等の従来の制御アルゴリズムを使用し、誤差の大きさおよび方向を判断する。ＰＩＤ制御ループは、様々な制御システムにおいて使用される従来のフィードバックループである。誤差に基づいて、第１オリフィスを通る気流を制御する弁を調整する。弁の調整は、計算された誤差が実質的になくなるまで行う。例えば、測定平均ＣＯ２濃度が事前設定した設定点値を超える場合は、第１オリフィスを通る気流を増加させる（ステップ２０１２を参照）。測定平均ＣＯ２濃度が事前設定した設定点を下回る場合は、第１オリフィスを通る気流を削減する（ステップ２０１４を参照）。これにより、患者の現行のＣＯ２産生に対する適切な「クランプ」の設定を維持する。
【０１５０】
患者のＣＯ２産生は一晩の間に変化し、患者の血中ＣＯ２濃度も変化する。一部実施形態において、ソレノイド弁（図示せず）を使用して、組込ＣＯ２モニタを第２オリフィスの監視およびサンプリングから第１オリフィスの監視およびサンプリングに切り替えてもよい。そのような切り替えは、事前設定した期間が経過した後に行うことができる。またそれは、自動または手動で行うことができる。第１オリフィス中のＣＯ２濃度のピーク値は、呼気終末ＣＯ２値と実質的に同様であるか、または密接に関連し、患者の血中ＣＯ２濃度を示す。この値は、患者に設定された正常値より低く測定される場合は、事前設定した設定点値を上げることができる。正常値より高い値で測定される場合は、事前設定した設定点値を下げることができる。そのため、患者の血中ＣＯ２濃度の絶対値を、正常な生理学的範囲内で良好に維持できる。当業者には明らかなように、上述の調整は手動または自動で、定期的または事前設定した期間に行うことができる。一部実施形態において、特定の睡眠段階（例えば、ＲＥＭ睡眠）のＣＯ２の事前設定した設定点値を上げ、第２オリフィス（または図１６に示す一連のオリフィス）を通る気流を上昇させることにより、システム変数を制御して患者の呼吸を安定させてもよい。一部実施形態において、呼気終末ＣＯ２の値を様々な期間において決定できる（例えば、その期間は、各患者の必要に応じて本発明のシステムにプログラム化できる）。そのような呼気終末ＣＯ２の決定に基づいて、事前設定した設定点値を適宜調整できる。その他の実施形態において、呼気終末ＣＯ２値を反復的に決定し、そのような反復に基づいて、事前設定した設定点を調整できる。これにより、患者の血中ＣＯ２レベルを正確に追跡し、優れた呼吸安定性を提供することが可能になる。
【０１５１】
一部実施形態において、第２気流制御装置を通って流れるガスの濃度を定期的に監視する。その監視に基づいて、第１気流装置を通って流れるガスにおけるＣＯ２の呼気終末濃度の値を計算する。これは、患者の動脈血中ＣＯ２の部分圧の推定値を示す。呼気終末ＣＯ２値を許容し得る呼気終末ＣＯ２値の事前設定した範囲と比較する。次に、第２気流制御装置を通って流れるガス濃度の事前設定した設定点を調整する。
【０１５２】
一部実施形態において、図１〜２０に示されるシステムは、図２１Ａ〜Ｂに示されるように、窒息防止弁２１００を利用するように構成されてもよい。上記のように、窒息防止弁２１００は、空気生成装置が故障した場合に患者の呼吸を可能にする。そのような故障の場合は、弁２１００が開き、患者が正常に呼吸できるようにする。弁２１００は、システムを通じて患者が睡眠中に自由に呼吸できるようプログラム化されるように構成できる。
【０１５３】
空気生成装置が故障した場合、弁２１００が開き、患者インターフェース機器（すなわち、患者のマスク）を通じて約３０ｌｐｍ（リットル／分）の気流を可能にするように構成される。弁２１００は、無圧、非活性状態で開くように構成できる。空気生成装置が適切に接続され、空気生成装置の圧力がオンの場合、弁は閉じるように構成される。
【０１５４】
図２１Ａおよび２１Ｂを参照すると、弁２１００は、図１Ａおよび１Ｂに示される気流コンジットの吸気ポート２１０４と排気ポート２１０６の間に連結された弁チャンバ２１０２を含む。図２１Ａは弁２１００の側面図であり、図２１Ｂは弁２１００の３次元図である。弁チャンバは、トッププレート２１１２にさらに連結される。弁チャンバ２１０２は、弁カップ２１０８をさらに含む。弁カップ２１０８は、激しい呼吸時にベルヌーイ流が弁を閉じないように構成される。弁カップ２１０８は、アンブレラ弁２１１０にさらに連結される。アンブレラ弁２１１０は、トッププレート２１１２内に配置されるように構成される。トッププレート２１１２は、弁２１００の上部２１１４に連結されるように構成される。上部２１１４は、ソレノイド本体２１１６およびソレノイドプランジャ２１１８を同封するように構成される。ソレノイドプランジャ２１１８は、さらにバネカップ２１２０と相互作用し、弁２１００を開閉する。バネカップ２１２０は、機械的伸縮バネ２１２２にも連結される。
【０１５５】
実施形態において、チャンバ２１０２の内部体積は約６０ｍｌである。トッププレート２１１２は、約３０ｌｐｍの速度で患者の換気を可能にするように構成される。ソレノイド本体２１１６とソレノイドプランジャ２１１８の組み合わせは、活性化されて弁を開閉できるように構成される。弁２１００の開閉は、ソレノイドプランジャ２１１８に力を伝達するバネ２１２０を使用して達成される。
【０１５６】
弁２１００は、弁が開く、または閉じる圧力の閾値（例えば、最大値および最小値）を有するように構成できる。ソレノイド本体２１１６およびソレノイドプランジャ２１１８は、空気生成装置の圧力が最小閾値を下回り始めた場合、および最大閾値を超えた場合に起動するようにさらに構成できる。ソレノイド本体２１１６とプランジャ２１１８が一旦起動されると、弁２１００は閉じる。一部実施形態において、弁２１００が閉じると、圧力は最大閾値を下回り、ソレノイド構成要素は再起動されない。そのため弁は閉じたままになる。ソレノイド構成要素は、圧力が最小閾値を下回るか、または最大閾値を超えると再起動する。一部実施形態において、最小閾値は２ｃｍＨ２Ｏと定義され、最大閾値は６ｃｍＨ２Ｏと定義される。これらの閾値は調整可能である。
【０１５７】
図２２は、本発明に従う患者の呼吸を制御するシステム２２００の別の実施形態を示す。システム２２００は、マスク２２０８、第１デッドスペース２２０４、第２デッドスペース２２０４、第１オリフィス２２１２、気流制御コンジット２２２０、第３オリフィス２２１８、ＣＰＡＰマシン２２１０、接続セットアップパネル２２０２を含む。システム２２００内の様々な構成要素は、気道接続（図２２において太線で表示）および／または電子／電気接続（図２２において法線で表示）を使用して接続される。
【０１５８】
図１Ａおよび１Ｂの実施形態と同様に、マスク２２０８は、第１デッドスペース２２０４に連結されるように構成される。第１デッドスペース２２０４は、マスク２２０８と気流制御コンジット２２２０との間に配置されるように構成される。第２デッドスペース２２０６は、気流制御コンジット２２２０と第３オリフィス２２１８との間に連結および配置されるように構成される。ＣＰＡＰマシン２２１０は、接続コンジット２２４４を介して第３オリフィスに連結されるように構成される。図２２に示されるように、デッドスペース２２０４、２２０６は密閉されたボリュームであり、デッドスペースから直接延長する気流制御コンジット２２２０とともに連結できる。一部実施形態において、ホース２２４６は、デッドスペース２２０４および２２０６を通るように構成される。ホース２２４６は、２２ｍｍ内径（Ｉ．Ｄ．）のホースであってもよい。当業者には明らかなように、ホースはその他のＩ．Ｄ．値を有してもよい。第２デッドスペース２２０６の内側に配置されるホース２２４６は、気流制御コンジット２２２０チューブに適応するように構成される。気流制御コンジット２２２０は、図１６Ａ〜Ｂに関して上述のとおりである。
【０１５９】
図２２に示されるように、接続セットアップパネル２２０２は、ユーザインターフェース２２４０、圧力センサ２２３２、ＡＡ（窒息防止）弁２２３０、ソレノイド弁２２２８、ＣＯ２センサ２２２４、ポンプ２２２６、圧力センサ２２５２、および電子装置２２１６をさらに含む。一部実施形態において、システム２２００は、システム全体の気流の乱れを抑制するように構成された空気だめ２２５４を含んでもよい。典型的な空気だめ２２５４の体積は１０ｍｌに設定できるが、当業者には明らかなように、システム２２００のパラメータに従って変えることができる。空気だめ２２５４は、圧力センサ２２５２に連結されるように構成される。そのような空気だめ２２５４の例は、「ＯＥＭ Ｃｏｍｐａｃｔ ＣＯ２ Ｗａｖｅｆｏｒｍ Ａｎａｌｙｚｅｒ，ＩＭＰＬＥＭＥＮＴＡＴＩＯＮ ＧＵＩＤＥ ｆｏｒ ｔｈｅ ＯＥＭ ＣＡＰＮＯＧＲＡＰＨＹ ＭＯＤＵＬＥ」、ＣＡＲＤＩＯＰＵＬＭＯＮＡＲＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ，ＩＮＣに記載されている。接続セットアップパネル２２０２およびシステム２２００上の構成要素は、電源２２１４を使用して起動される。電子装置２２１６は、第１デッドスペース２２０４およびＣＯ２センサ２２２４に設置された圧力センサ２２３２により、接続２２７１を介して供給された情報を処理するように構成される。圧力センサ２２３２は、第１デッドスペース２２０４内部の空気圧を判断するように構成される。空気圧の任意の変化が電子装置２２１６に送信され、そのような変化に基づいて、電子装置２２１６は接続２２７３を使用してＡＡ弁２２３０を起動できる。これは、電子装置がＡＡ弁２２３０の開閉を制御するように構成されることを意味する。ＡＡ弁２２３０は、図２１に関して上述のとおりである。ＡＡ弁２２３０は、気道接続２２３４を介して環境大気に放出することにより、患者の自由な呼吸を可能にするか、またはＣＰＡＰマシン２２１０が故障した場合に機能するように構成される。当業者には明らかなように、接続２２７１および２２７３は、電気／電子接続または電子装置２２１６に情報を供給するために使用できるその他の同様の接続である。
【０１６０】
また電子装置２２１６は、３元ソレノイド弁２２２８から情報を受信する。弁２２２８は、気道接続２２７５を介して気流制御コンジット２２２０に連結されるように構成され、ＣＯ２測定値を受信し、その情報をＣＯ２センサ２２２４に供給した後、同情報を電子装置２２１６に送信する。そのような情報は、図２０に関して上述のように、ＣＯ２濃度の調整を可能にする。またＣＯ２センサ２２２４、圧力センサ２２５２、および電子装置２２１６は、情報を横隔膜ポンプ２２２６に（気道接続２２７７を介して）情報を供給することにより、気道接続２２３６を使用したＣＯ２濃度のサンプリングを可能にする。
【０１６１】
電子装置は、第１オリフィス２２１２に配置された弁も制御する。第１オリフィス２２１２における弁は、図１６Ａ〜２０に関して上述のように、気流制御コンジット２２２０におけるＣＯ２濃度の測定値に基づいて（気道接続を介して）環境大気２２４２に放出するように構成される。上記のように、第１オリフィス２２１２における弁は、気流制御コンジット２２２０において測定されたＣＯ２濃度が高い場合に開くように構成される。濃度が低い場合は弁の流れが減少する、および／または弁が閉じる。
【０１６２】
一部実施形態において、システム２２００は、マスク２２０８（気道接続２２７９を経由）および／またはコンジット２２４６、デッドスペースボリューム２２０４、２２０６またはシステムにおける任意のその他の構成要素からの水分（および任意のその他の望ましくない要素）を収集するための排水アタッチメント２２３８も含む。図２２に示されるように、排水アタッチメント２２３８は、マスク２２０８と第１オリフィス２２１２との間に連結されるように構成される。
【０１６３】
本発明の一部実施形態において、第１オリフィス２２１２は、流速０〜１０ｌｐｍを可能にするように構成される。気流コンジット２２２０は、１０ｃｍＨ２Ｏの圧力で流速５ｌｐｍを可能にするように構成される。気流コンジットからの流速は、図１６Ａ〜２０に関して上述されるとおり患者に依存する。第３オリフィスは、流速２０ｌｐｍを可能にするように構成される。第１デッドスペース２２０４は、体積が３００ｍｌとなるように構成される。第２デッドスペースは、体積が４００ｍｌとなるように構成される。当業者には明らかなように、気流の体積および速度は患者に特異的であり、上記の量は非限定的な例示目的で示される。当業者によりさらに理解されるように、システム２２００のその他の構成も可能である。
【０１６４】
本明細書は、本発明の方法、回路、および構成要素の典型的な実施形態について説明した。別掲のとおり、これらの実施形態の例は、単に例示の目的で説明されており、限定を意図しない。その他の実施形態も可能であり、本発明に包含される。そのような実施形態は、本明細書に含まれる教示に基づいて、関連技術に精通する者には明らかとなるであろう。したがって、本発明の幅および範囲は、上述の典型的な実施形態のいずれによっても制限されないが、以下の請求項およびそれらに相当するもののみに従って定義される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本願明細書に記載された発明。
【請求項１】
本願明細書に記載された発明。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２】
【公開番号】特開２０１３−６６７７３（Ｐ２０１３−６６７７３Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１３−９２０（Ｐ２０１３−９２０）
【出願日】平成２５年１月８日（２０１３．１．８）
【分割の表示】特願２００９−５０６５５７（Ｐ２００９−５０６５５７）の分割
【原出願日】平成１９年４月１７日（２００７．４．１７）
【出願人】（５１２１６９７５２）ザ ペリオディック ブリージング ファウンデーション， エルエルシー (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−９２０（Ｐ２０１３−９２０）
【出願日】平成２５年１月８日（２０１３．１．８）
【分割の表示】特願２００９−５０６５５７（Ｐ２００９−５０６５５７）の分割
【原出願日】平成１９年４月１７日（２００７．４．１７）
【出願人】（５１２１６９７５２）ザ ペリオディック ブリージング ファウンデーション， エルエルシー (1)
【Ｆターム（参考）】
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