肺のコンプライアンス推定装置および推定方法、推定装置を備える人工呼吸器
【課題】 肺のコンプライアンスを精度よく求めることができる肺のコンプライアンス推定装置および推定方法を提供する。
【解決手段】 支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０と、予め推定される気道抵抗Ｒとを乗算して、支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０（＝Ｒ・Ｑａｗ０）を演算する。またオカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２から、演算した支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０を減算して、圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）を演算する。この圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）に基づいて、患者の肺のコンプライアンスとして演算する。患者の吸気動作が開始された直後では、患者の呼吸努力を表わす自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい。このように自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい状態での検出結果を用いることで、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができる。
【解決手段】 支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０と、予め推定される気道抵抗Ｒとを乗算して、支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０（＝Ｒ・Ｑａｗ０）を演算する。またオカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２から、演算した支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０を減算して、圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）を演算する。この圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）に基づいて、患者の肺のコンプライアンスとして演算する。患者の吸気動作が開始された直後では、患者の呼吸努力を表わす自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい。このように自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい状態での検出結果を用いることで、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肺の弾性を表わすコンプライアンスを推定するコンプライアンス推定装置および推定装置を備える人工呼吸器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来技術の肺のコンプライアンス推定方法を説明するためのシミュレーション結果を示すグラフである。従来技術として、患者の肺のコンプライアンスを推定する場合、人工呼吸器を用い、患者の吸気終末において呼気弁を閉じて呼吸回路を閉塞することで、肺のコンプライアンスＣを推定する技術がある。
【０００３】
人工呼吸器は、患者の気道に供給される支援ガスの気道流量Ｑｒが予め定める吸気トリガ設定値を超えた時点を、吸気トリガ時点Ｔ１０として判断して、吸気トリガ時点Ｔ１０から吸気支援動作を開始する。また人工呼吸器は、患者の気道に供給される支援ガスの気道流量Ｑｒが予め定める呼気トリガ設定値未満となった時点を、呼気トリガ時点Ｔ１１として判断して、呼気トリガ時点Ｔ１１で吸気支援動作を終了する。
【０００４】
従来技術では、肺のコンプライアンスを推定する場合、吸気トリガ時点Ｔ１０における気道圧力Ｐａｗ１０と、肺の換気量Ｖｔ１０とを検出する。また呼気トリガ時点Ｔ１１から吸気管路を塞ぎ、呼気トリガ時点Ｔ１１から約３００ｍｓｅｃ経過したオカルジョン末期時点Ｔ１２における気道圧力Ｐａｗ１２と、肺の換気量Ｖｔ１２とを検出する。そして以下の（ａ）式に示す近似式によって肺のコンプライアンスＣを推定している。
Ｃ＝（Ｖｔ１２−Ｖｔ１０）／（Ｐａｗ１２−Ｐａｗ１０） …（ａ）
【０００５】
ここで、Ｃは、肺のコンプライアンスを示す。またＶｔ１２は、オカルジョン末期時点Ｔ１２での肺の換気量を示し、Ｖｔ１０は、吸気トリガ時点Ｔ１０での肺の換気量を示す。またＰａｗ１２は、オカルジョン末期時点Ｔ１２での気道圧力を示し、Ｐａｗ１０は、吸気トリガ時点Ｔ１０での気道圧力を示す。（ａ）式は、吸気トリガ時点Ｔ１０とオカルジョン末期時点Ｔ１２とで、患者の吸気努力に対応する自発呼吸圧力Ｐｍｕｓが発生しておらず、気道圧Ｐａｗと肺内圧Ｐａｌｖとが一致している状態を仮定した場合に方程式が成り立つ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術では、吸気トリガ時点Ｔ１０では、患者が吸気動作を開始する吸気開始時点Ｔ０から遅れることがある。この場合、呼気トリガ時点Ｔ１０では、自発呼吸圧力Ｐｍｕｓが発生するのに対して、オカルジョン末期時点Ｔ１２では自発呼吸圧力Ｐｍｕｓが発生していない。したがって自発呼吸圧力Ｐｍｕｓの影響で、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができないという問題がある。
【０００７】
図９に示すシミュレーション結果では、自発呼吸圧力Ｐｍｕｓが発生していない吸気開始時点Ｔ０と、オカルジョン末期時点Ｔ１２とで求められる肺のコンプライアンスＣは、（Ｖｔ１２−Ｖｔ０）／（Ｐａｌｖ１２−Ｐａｌｖ０）＝（３５０−９０）／（６．８−２．０）＝５４．２ミリリットル／（ｃｍＨ２Ｏ）である。これに対して、従来技術に従って、吸気トリガ時点Ｔ１０と、オカルジョン末期時点Ｔ１２とで求められる肺のコンプライアンスＣは、（Ｖｔ１２−Ｖｔ１０）／（Ｐａｗ１２−Ｐａｗ１０）＝（３５０−８０）／（６．６−０）＝４０．９ミリリットル／（ｃｍＨ２Ｏ）である。
【０００８】
このように吸気トリガ時点Ｔ１０と、オカルジョン末期時点Ｔ１２とでの気道圧力Ｐａｗを用いて、推定される肺のコンプライアンスＣは、自発呼吸圧力Ｐｍｕｓの影響によって、実際の肺のコンプライアンスＣに対してずれが生じてしまう。図９のシミュレーション結果では、推定されるコンプライアンスは、実際のコンプライアンスに対して約１３ミリリットル／（ｃｍＨ２Ｏ）も小さい。言換えると推定されるコンプライアンスは、実際のコンプライアンスの７７％であって、実際のコンプライアンスに対するずれが大きい。
【０００９】
また肺の状態は、動的過膨張（Dynamic Hyperinflation）となる場合がある。動的過膨張とは、吸気開始時点Ｔ０において、気道圧よりも肺内の圧力が高い状態、すなわち肺に残圧が存在する。この場合、吸気開始時点Ｔ０では、肺から脱出する方向に支援ガスが気道を流れる。患者の単位時間あたりの呼吸数が多く、かつ気道圧力ＲおよびコンプライアンスＣが大きい状態では、動的過膨張となりやすい。
【００１０】
肺の状態が動的過膨張となる場合では、患者が吸気動作を開始する時点Ｔ０で、肺内の圧力Ｐａｌｖが気道圧力Ｐａｗよりも高い場合がある。この場合、呼気トリガ時点Ｔ１０における気道圧力Ｐａｗ１０よりも肺内圧Ｐａｌｖ１０が大きくなりやすい。肺内圧Ｐａｌｖ１０が気道圧力Ｐａｗ１０よりも大きくなることを原因として、コンプライアンスを精度よく推定することができないという問題がある。
【００１１】
図１０は、患者の一分あたりの呼吸数変化に対する推定されるコンプライアンスの変化を示すシミュレーション結果を示す図である。図１０には、縦軸に推定されるコンプライアンスを示し、横軸に一分あたりの呼吸数を横軸に示す。図１０に示すように、患者の一分あたりの呼吸数が増加するにつれて、推定されるコンプライアンスは、実際のコンプライアンスよりも小さくなる。このように従来技術では、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができないという問題がある。
【００１２】
したがって本発明の目的は、肺のコンプライアンスを精度よく求めることができる肺のコンプライアンス推定装置および推定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、自発呼吸動作を行う患者に対して、人工呼吸器を用いて患者の肺のコンプライアンスを推定するコンプライアンス推定装置であって、
患者の吸気動作の開始と同時に人工呼吸器が吸気支援動作を開始する支援開始時点Ｔ０と、人工呼吸器が吸気支援動作を終了する支援終了時点Ｔ１とを検出する支援状態検出手段と、
支援終了時点Ｔ０から、予め定めるオカルジョン期間ＷＯが経過するまで、患者から吐出される呼気を排出するための呼気管路を塞ぐ閉塞手段と、
患者の気道を流れる支援ガスの気道流量を検出する流量検出手段と、
患者の気道を流れる支援ガスの気道圧力を検出する気道圧力検出手段と、
患者の肺のコンプライアンスを推定する推定手段とを含み、
推定手段は、各検出手段から検出結果を取得し、
支援開始時点Ｔ０から、前記オカルジョン期間Ｗｏの末期に設定されるオカルジョン末期時点Ｔ２までに、患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を演算し、
支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０と、予め推定される気道抵抗Ｒとを乗算して、支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０（＝Ｒ・Ｑａｗ０）を演算し、
前記オカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２から、演算した支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０を減算して、圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）を演算し、
前記患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を、前記圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）で除算した値（（Ｖｔ２−Ｖｔ０）／（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０））を患者の肺のコンプライアンスとして演算することを特徴とするコンプライアンス推定装置である。
【００１４】
本発明に従えば、患者の吸気動作が開始された直後では、患者の呼吸努力を表わす自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい。このように自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい状態での検出結果を用いることで、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができる。さらに支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０に基づいて、支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０を求める。これによって支援開始時点Ｔ０の気道圧力Ｐａｗ０を用いる場合に比べて、肺内に残圧が存在する場合であっても、肺のコンプライアンスを精度よく求めることができる。
【００１５】
また本発明は、前記演算手段での演算過程で用いられる気道抵抗Ｒは、患者の状態に応じて推定される気道抵抗Ｒであることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、患者の状態に応じて推定される気道抵抗値Ｒを用いることで、患者の状態に応じた肺のコンプライアンスを推定することができる。
【００１７】
また本発明は、前記演算手段での演算過程で用いられる気道抵抗値Ｒは、
人工呼吸器による吸気支援を始めてから、患者の吸気動作回数が予め定められる規定回数以下となる規定呼吸回数期間では、予め固定される気道抵抗値Ｒを用い、
人工呼吸器による吸気支援を始めてから前記規定呼吸回数期間を超えると、患者の状態に応じて推定される気道抵抗Ｒを用いることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、規定呼吸回数期間では、固定した気道抵抗が用いられ、推定した気道抵抗Ｒをコンプライアンス推定のために用いることがない。したがって人工呼吸器による支援開始当初において、推定される気道抵抗Ｒがばらつく場合であっても、推定される肺のコンプライアンスに、推定される気道抵抗のばらつきが影響することを防ぐことができる。
【００１９】
また本発明は、自発呼吸動作を行う患者に対して、吸気管路を介して酸素を含む支援ガスを患者の気道に供給する人工呼吸器のガス供給サーボ機構を制御する制御装置であって、
前記コンプライアンス推定装置によって推定される患者の肺のコンプライアンスに基づいて、ガス供給サーボ機構を制御する制御装置である。
【００２０】
本発明に従えば、上述した肺のコンプライアンス推定装置で推定した肺のコンプライアンスを用いて、ガス供給サーボ機構を制御することによって、コンプライアンスの推定精度の向上によって、ガス供給サーボ機構の制御を好適に行うことができる。
【００２１】
また本発明は、自発呼吸動作を行う患者に対して、吸気管路を介して酸素を含む支援ガスを患者の気道に供給するガス供給サーボ機構を制御する制御装置であって、
前記コンプライアンス推定装置によって推定される患者の肺のコンプライアンス値が入力される入力手段と、
基準となる患者の肺のコンプライアンス値が記憶される記憶手段と、
コンプライアンス推定装置によって推定される患者の肺のコンプライアンス値と、記憶手段によって記憶される患者の肺のコンプライアンス値とのいずれを用いるかを選択する選択手段と、
選択手段によって選択される患者の肺のコンプライアンス値に基づいて、ガス供給サーボ機構を制御する制御手段とを含むことを特徴とするガス供給サーボ機構の制御装置である。
【００２２】
本発明に従えば、選択手段によって、推定される肺のコンプライアンス値を用いるか、予め定められる肺のコンプライアンス値を用いるかを選択することができ、利便性を向上することができる。
【００２３】
また本発明は、自発呼吸動作を行う患者に対して、人工呼吸器を用いて患者の肺のコンプライアンスを推定するコンプライアンス推定方法であって、
患者の吸気動作と同時に人工呼吸器が吸気支援動作を開始する支援時点Ｔ０を検出する支援開始時点検出工程と、
支援開始時点Ｔ０で、患者の気道を流れる支援ガスの気道流量Ｑａｗ０を検出するとともに、気道流量Ｑａｗの積算を開始する流量検出工程と、
患者の呼吸筋が吸気動作を終了する支援終了時点Ｔ１を検出する支援終了時点検出工程と、
支援終了時点Ｔ１から、予め定めるオカルジョン期間ＷＯが経過するまで、呼気管路を塞ぐ閉塞工程と、
気道流量Ｑａｗの積算を終了し、支援開始時点Ｔ１から、前記オカルジョン期間Ｗｏの末期に設定されるオカルジョン末期時点Ｔ２までに、患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を演算する体積演算工程と、
前記オカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２を検出する気道圧力検出工程と、
気道圧力検出工程によって検出されるオカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２から、支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０と予め定められる気道抵抗Ｒとを乗算した演算肺圧力Ｐａｌｖ０（＝Ｒ・Ｑａｗ０）を減算して、圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）とし、前記体積演算工程で演算した支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を、前記圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）で除算した値（（Ｖｔ２−Ｖｔ０）／（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０））を患者の肺のコンプライアンスとして演算する推定工程と、
推定結果を出力する出力工程とを含むことを特徴とするコンプライアンス推定方法である。
【００２４】
本発明に従えば、自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい状態での検出結果を用いることで、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができる。さらに支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０に基づいて、支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０を求める。これによって支援開始時点Ｔ０の気道圧力Ｐａｗ０を用いる場合に比べて、肺内に残圧が存在する場合であっても、肺のコンプライアンスを精度よく求めることができる。
【００２５】
また本発明は、前記推定方法をコンピュータに実行させるプログラムである。
本発明に従えば、本発明を実行するためのプログラムを、コンピュータに実行させる。この場合、コンピュータによって出力される肺のコンプライアンスについて、推定精度を高くすることができる。
【００２６】
また本発明は、前記プログラムを記憶するコンピュータ読取可能な記憶媒体である。
本発明に従えば、記憶媒体に記憶される、本発明を実行するためのプログラムを、コンピュータが読取って実行する。この場合、コンピュータによって出力される肺のコンプライアンスについて、推定精度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１記載の本発明によれば、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができる。肺のコンプライアンスを精度よく推定することで、患者の状態を精度よく把握することができ、肺のコンプライアンスに応じた対応を行わせることができる。たとえば精度よく推定した肺のコンプライアンスに基づいて、患者の吸気支援を行わせることで、吸気支援時の患者の負担を低減することができる。
【００２８】
請求項２記載の本発明によれば、患者の状態に応じて推定した気道抵抗値Ｒを用いて肺のコンプライアンスを求めることで、刻々と変化する患者の状態ごとに、肺のコンプライアンスＣを求めることができる。
【００２９】
請求項３記載の本発明によれば、規定呼吸回数期間と、規定呼吸回数期間が経過した後とで、コンプライアンスを求めるために用いる気道抵抗Ｒを使い分ける。これによって推定される肺のコンプライアンスが、支援開始当初での推定気道抵抗のばらつきの影響を防いで、推定される肺のコンプライアンスの変動を抑えることができる。
【００３０】
請求項４記載の本発明によれば、精度よく推定される肺のコンプライアンスに基づいて、人工呼吸器を制御する。したがってガス供給サーボ機構の制御を精度よく行うことができ、吸気支援動作に対する患者の負担を減らすことができる。
【００３１】
請求項５記載の本発明によれば、選択手段によって、患者の状態に応じて、推定される肺のコンプライアンス値を用いるか、予め定められる肺のコンプライアンス値を用いるかを選択することで利便性を向上することができる。
【００３２】
請求項６記載の本発明によれば、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができる。肺のコンプライアンスを精度よく推定することで、患者の状態を精度よく把握することができ、肺のコンプライアンスに応じた対応を行わせることができる。たとえば精度よく推定した肺のコンプライアンスに基づいて、患者の吸気支援を行わせることで、吸気支援時の患者の負担を低減することができる。
【００３３】
請求項７記載の本発明によれば、上述した方法を実現するためのプログラムを、コンピュータに実行させることで、精度のよい肺のコンプライアンスを出力することができる。
【００３４】
請求項８記載の本発明によれば、記憶媒体に記憶されるプログラムを、コンピュータに実行させることで、精度のよい肺のコンプライアンスを出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１は、本発明の第１実施形態であるコンプライアンス推定装置が組み込まれる人工呼吸器１７を示すブロック図である。本発明の第１実施形態である人工呼吸器１７は、患者の肺のコンプライアンスＣを推定する推定機能を有する。すなわち人工呼吸器１７は、コンプライアンス推定装置を兼用する。
【００３６】
人工呼吸器１７は、人工呼吸器本体１７ａと、制御装置本体３３とを含む。人工呼吸器本体１７ａは、装着部材２４と、ポンプ２２と、ポンプ用アクチュエータ３１と、呼気弁２７と、吸気管路２５と、呼気管路２６と、呼気弁用アクチュエータ３２とを含む。本実施の形態では、ポンプ２２とポンプ用アクチュエータ３１とを含んで、吐出される支援ガスの圧力が調整可能なガス供給機構２０が構成される。
【００３７】
装着部材２４は、患者の気道に気体を供給するために患者に装着され、患者の気道に連通する装着孔が形成される。吸気管路２５は、ポンプ２２と装着部材２４とを接続する管路であり、ポンプ２２から供給された気体を患者の気道に導く。呼気管路２６は、装着部材２４と装置外部の排出場所とを接続する管路であり、患者の気道から流出した気体を装置外部の排出場所に導く。ポンプ２２は、ポンプ用アクチュエータ３１によって駆動されることで、酸素を含む支援ガスを吸気管路２５に供給する。呼気弁２７は、呼気弁用アクチュエータ３２によって弁体が変位駆動されることで、呼気管路３２を開閉する。
【００３８】
また人工呼吸器１７は、気道流量検出手段５０と、気道圧力検出手段６０とを有する。気道流量検出手段５０は、吸気管路２５および呼気管路２６を流れる支援ガスの流量を検出する。気道圧力検出手段６１は、吸気管路２５および呼気管路２６を流れる支援ガスの圧力をそれぞれ検出する。
【００３９】
たとえば吸気管路２５を患者の肺に向けて流れる支援ガスの流量Ｑｉを、呼気管路２６を患者の肺から脱出する方向に向けて流れる支援ガスの流量Ｑｅで除算した値（Ｑｉ−Ｑｅ）を気道流量Ｑａｗと称する。また患者の吸気期間では、呼気管路２６内の支援ガスの圧力を気道圧力Ｐａｗとし、患者の呼気期間では、吸気管路２６内の支援ガスの圧力を気道圧力Ｐａｗとする。各検出手段５０，６１は、検出結果を示す信号を制御装置本体３３に与える。
【００４０】
制御装置本体３３は、コンピュータを含んで構成される。制御装置本体３３は、インターフェース１０１と、演算部１０２と、記憶部１０３と、記憶部１０４とを含む。インターフェース１０１は、流量検出手段５０および気道圧力検出手段６１からの信号が入力されて、その信号を演算部１０２に与える。記憶部１０４は、制御装置本体３３が実行すべきプログラムが記憶され、演算部１０２が記憶部１０４に記憶されるプログラムを読み出して実行することによって、人工呼吸器本体１７ａを制御するための動作を行う。また制御装置本体３３は、患者の呼吸状態を検出する患者呼吸状態監視機能と、患者の気道抵抗ＲおよびコンプライアンスＲを推定する推定機能とを有する。
【００４１】
また人工呼吸器１７は、入力手段３９と、出力手段４０と、ポンプ用サーボアンプ４８と、呼気弁用サーボアンプ４７とを含む。入力手段３９は、医師またはガス供給機構２０を管理する管理者などからの患者の状態を示す状態値、たとえば患者の気道抵抗ＲおよびエラスタンスＥが入力される。また入力手段３９は、吸気支援を行うための制御パラメータ値、たとえば呼吸支援するための増幅ゲインなどが入力される。入力手段３９は、入力された情報を示す信号を制御装置本体３３に与える。
【００４２】
出力手段４０は、制御装置本体３３から信号が与えられて、患者の状態、吸気支援状態などを出力する。本実施の形態では、出力手段４０は、ディスプレイ等によって実現される。出力手段４０は、制御装置本体３３によって推定される自発呼吸圧力＾Ｐｍｕｓ、気道圧力、肺のコンプライアンスなどを報知する報知手段となる。出力手段４０は、制御装置本体３３から受ける表示指令信号に基づいて、推定自発呼吸圧力＾Ｐｍｕｓなどの時間的変化を示す波形を表示画面に表示する。
【００４３】
制御装置本体３３は、各検出手段５０，６１から与えられる信号に基づいて、ポンプから吐出される支援ガスの支援圧力と、呼気弁２７の開閉状態とを演算し、演算結果を指令信号として出力する。制御装置本体３３は、第１の指令信号としてポンプから吐出される支援ガスの支援圧力を示す信号をポンプ用サーボアンプ４８に与える。ポンプ用サーボアンプ４８は、制御装置本体３３から与えられる第１の指令信号に従って、ポンプから吐出される支援ガスの圧力が支援圧力となるように、ポンプ用アクチュエータ３１を駆動する。
【００４４】
制御装置本体３３は、第２の指令信号として呼気弁３２の開閉状態を示す信号を呼気弁用サーボアンプ３２に与える。呼気弁用サーボアンプ３２は、制御装置本体３３から与えられる第２の指令信号に従って、ポンプから吐出される支援ガスの圧力が支援圧力となるように、ポンプ用アクチュエータ３１を駆動する。各サーボアンプ４７，４８は、制御装置本体３３に含まれてもよい。各サーボアンプ４７，４８は、増幅回路によって実現される。
【００４５】
制御装置本体３３は、患者の呼吸状態が吸気状態であると判断すると、呼気弁２７を閉状態にして呼気管路２６を塞ぐ指令を示す信号を呼気弁用サーボアンプ４７に与える。また随時支援圧力を演算し、演算した支援圧力を示す信号をポンプ用サーボアンプ４８に与える。これによって予め定める支援圧力の支援ガスを、吸気管路２５、患者の気道を介して肺内に供給することができる。たとえば流量検出手段５０によって検出される気道流量Ｑａｗに基づいて、ポンプから吐出される支援ガスの圧力を、比例支援換気法（
Proportional Assist Ventilation、略称ＰＡＶ法）にしたがって制御する。
【００４６】
また制御装置本体３３は、患者の呼吸状態が呼気状態であると判断すると、呼気弁２７を開状態にして呼気管路２６を開く指令を示す信号を呼気弁用サーボアンプ４７に与える。また随時支援圧力を演算し、演算した支援圧力を示す信号をポンプ用サーボアンプ４８に与える。これによって管路２５，２６の圧力が予め定める規定値、たとえば吸気終末陽圧（Positive End-Expiratory Pressure、略称、ＰＥＥＰ圧）以上に維持する。
【００４７】
制御装置本体３３は、呼吸状態を検出する機能を有する。制御装置本体３３は、流量検出手段５０および圧力検出手段６１の検出結果に基づいて、患者の呼吸状態のうち、患者が吸気動作を開始する吸気開始時点と、患者が吸気動作を終了する吸気終了時点とを判断することができる。制御装置本体３３は、たとえば国際特許出願ＷＯ ２００４／００２５６１ Ａ２に開示される技術を用いることによって、吸気開始時点および吸気終了時点とを判断可能である。
【００４８】
制御装置本体３３は、気道流量Ｑａｗの時間変化を微分した微分値が、予め定めるしきい値よりも増加した時点を、患者の吸気開始時点として判断する。これによって気道流量Ｑａｗがゼロ以下、すなわち肺から排出される方向に流れていた場合であっても、患者の吸気開始時点を検出することができる。また制御装置本体３３は、患者の肺に向かう方向に流れる気道流量Ｑａｗが、予め定める吸気終了しきい値未満となる時点を、患者の吸気終了時点として判断する。たとえば最大気道流量の１０％が吸気終了しきい値として設定される。
【００４９】
本実施の制御装置本体３３は、患者の吸気動作の開始を判断すると同時に吸気支援動作を開始する。また患者の吸気動作の終了を判断すると同時に吸気支援動作を終了する。したがって患者の吸気動作開始時点と、人工呼吸器の支援動作開始時点Ｔ０とがほぼ一致する。また患者の吸気動作終了時点と、人工呼吸器の支援動作開始時点Ｔ１とがほぼ一致する。
【００５０】
図２は、人工呼吸器１７の肺のコンプライアンス推定機能を実現する構成を示すブロック図である。人工呼吸器１７は、コンプライアンス推定装置として、支援状態検出手段３００と、閉塞手段３０１と、気道抵抗記憶手段３０２と、気道抵抗推定手段３０３と、選択手段３０４と、コンプライアンス推定手段３０５と、前記流量検出手段５０と、前記圧力検出手段６１とを含む。演算部１０２は、記憶部１０３に記憶されるプログラムを実行することによって、上述した支援状態検出手段３００、閉塞手段３０１、気道抵抗推定手段３０３およびコンプライアンス推定手段３０５の機能を実現することができる。
【００５１】
支援状態検出手段３００は、患者の吸気開始時点を人工呼吸器の支援開始時点Ｔ０として判断する。また支援状態検出手段３００は、患者の吸気終了時点を人工呼吸器の支援終了時点Ｔ１として検出する。支援状態検出手段３００は、検出した検出結果を示す信号を、コンプライアンス推定手段３０５および閉塞手段３０１に与える。
【００５２】
閉塞手段３０１は、支援状態検出手段３００から支援終了時点Ｔ１を示す信号が与えられる。閉塞手段３０１は、支援状態検出手段３００の信号に応答して支援終了時点Ｔ１を判断すると、呼気弁２７を閉状態とする指令信号を呼気弁用サーボアンプ４７に与える。また閉塞手段３０１は、支援終了時点Ｔ１を判断すると、ポンプの駆動を停止する指令信号をポンプ用サーボアンプ４８に与える。このようにして閉塞手段３０１は、ポンプ２２の駆動を停止して呼気管路２６を塞ぐ。この状態から時間が経過することによって、肺内圧Ｐａｌｖと気道圧力Ｐａｗとが平衡する平衡状態に近づく。たとえば、閉塞手段３０１が呼気管路２６を閉塞してから、約２５０〜３００ｍｓｅｃ経過すると、肺内圧Ｐａｌｖと気道圧力Ｐａｗとが平衡状態となった近似することができる。閉塞手段３０１は、呼気管路２６を閉塞後、予め定めるオカルジョン期間が経過すると、呼気管路２６の閉塞を解除して、呼気管路２６を開放する。
【００５３】
気道抵抗記憶手段３０２は、医師または管理者等によって入力手段３９から入力される患者の気道抵抗値を記憶する。気道抵抗推定手段３０３は、予め定められる気道抵抗推定プログラムを実行することで、気道抵抗Ｒを推定する。選択手段３０４は、気道抵抗記憶手段３０２と、気道抵抗推定手段３０３とのいずれをコンプライアンスＣの推定に用いるかを示す選択情報を記憶する。コンプライアンス推定手段３０５は、流量検出手段５０、圧力検出手段６１および呼吸状態検出手段３００から与えられる検出結果を示す信号に基づいて、患者のコンプライアンスを推定する。
【００５４】
コンプライアンス推定手段３０５は、以下の演算式に従って、患者のコンプライアンスを推定する。
Ｃ＝（（Ｖｔ２−Ｖｔ０）／（Ｐａｗ２−Ｒ・Ｑａｗ０）） …（１）
【００５５】
ここで、Ｃは、推定演算される患者のコンプライアンスを示す。（Ｖｔ２−Ｖｔ１）は、支援開始時点Ｔ１から、オカルジョン末期時点Ｔ２までに、患者の肺内へ流れた支援ガスの体積を示す。オカルジョン末期時点Ｔ２は、オカルジョン期間Ｗｏの末期に設定される時点である。たとえばオカルジョン期間Ｗｏが２６０ｍｓｅｃに設定される場合、オカルジョン末期時点Ｔ２は、支援終了時点Ｔ１から２５０ｍｓｅｃ経過した時点に設定される。またＰａｗ２は、オカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力を示す。またＲは、予め求められる患者の気道抵抗である。この気道抵抗は、気道抵抗記憶手段３０２に記憶される気道抵抗または気道抵抗推定手段３０３で推定される気道抵抗のいずれかである。またＱａｗ０は、支援開始時点Ｔ１の気道流量を示す。
【００５６】
図３は、本発明のコンプライアンス推定方法を説明するためのシミュレーション結果を示すグラフである。図３（１）は、シミュレーションによって示される肺内圧Ｐａｌｖの時間変化を示す。図３（２）は、肺内に供給された支援ガスの換気量Ｖｔの時間変化を示す。図３（３）は、気道圧力Ｐａｗの時間変化を示す。図３（４）は、気道流量Ｑａｗの時間変化を示す。コンプライアンス推定手段３０５のコンプライアンス推定手順を示すフローチャートである。
【００５７】
まずステップｓ０で、人工呼吸器による患者の吸気支援が開始されるとともに、コンプライアンスの推定指令が入力手段から入力されると、ステップｓ１に進む。ステップｓ１では、コンプライアンス推定手段３０５は、支援状態検出手段３００から与えられる支援開始時点Ｔ０を示す信号に応答して、支援開始時点Ｔ０を判断するとステップｓ２に進む。
【００５８】
ステップｓ２では、コンプライアンス推定手段３０５は、流量検出手段５０によって検出される支援開始時点Ｔ０での気道流量Ｑａｗ０を取得するとともに、気道流量Ｑａｗの積分を開始し、ステップｓ３に進む。ステップｓ３では、支援状態検出手段３００から与えられる支援終了時点Ｔ１を示す信号に基づいて、オカルジョン末期時点Ｔ２を判断するとステップｓ４に進む。
【００５９】
ステップｓ４では、コンプライアンス推定手段３０５は、流量検出手段５０によって取得した気道流量Ｑａｗの積分を終了する。この積分値は、支援開始時点Ｔ１からオカルジョン末期時点Ｔ２までに、患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）となる。またコンプライアンス推定手段３０５は、圧力検出手段６１によって気道圧力Ｐａｗ２を取得する。このようにして肺内の支援ガスの体積変化、気道圧力Ｐａｗ２を演算すると、ステップｓ５に進む。
【００６０】
ステップｓ５では、コンプライアンス推定手段３０５は、上述した（１）式に従って、コンプライアンスを演算し、演算が完了すると、ステップｓ６に進む。ステップｓ６では、ステップｓ５で演算した肺のコンプライアンスを演算結果として出力し、ステップｓ１に戻る。このようにして患者が吸気動作を開始する毎に、ステップｓ１〜ｓ６を繰返す。
【００６１】
コンプライアンス推定手段３０５は、ステップｓ１〜ｓ６の動作を行っている間に、予め定める終了条件が満たされたことを判断すると、コンプライアンスの推定動作を終了する。たとえば入力手段３９によって終了指令が与えられるなどして、予め定める終了条件を満たしていることを判断すると、制御動作を終了する。
【００６２】
図３に示すシミュレーション結果は、図９に示すシミュレーション結果と同じパラメータを用いた。本実施の形態に従って推定される肺のコンプライアンスＣは、（Ｖｔ１２−Ｖｔ０）／（Ｐａｗ２−Ｒ・Ｑａｗ０）＝（３５０−９０）／（６．６−０．０２・９０）＝５４．１ミリリットル／（ｃｍＨ２Ｏ）である。推定されるコンプライアンスは、実際のコンプライアンスに対して約０．１ミリリットル／（ｃｍＨ２Ｏ）小さいだけでほとんど同じである。言換えると推定されるコンプライアンスは、実際のコンプライアンスの９９％以上であって、実際のコンプライアンスに対するずれがきわめて小さい。このように本実施の形態に従えば、精度のよいコンプライアンスを推定することができる。
【００６３】
以上のように本実施の形態によれば、患者の吸気動作を開始した直後では、患者の呼吸努力を表わす自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい。人工呼吸器の支援開始時点Ｔ０は、患者の吸気開始時点とほぼ同時であるので、支援開始時点Ｔ０は、自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい。このように自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい時点Ｔ０での検出結果を用いることで、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができる。
【００６４】
さらに支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０と気道抵抗Ｒとを乗算して、支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０を求める。これによって支援開始時点Ｔ０の気道圧力Ｐａｗ０を、肺内圧Ｐａｌｖ０として近似する場合に比べて、肺内に残圧が存在する状態にも対応することができ、肺のコンプライアンスを精度よく求めることができる。したがって図１０に示すように、患者の呼吸回数が増加した場合であっても、推定したコンプライアンスが、実際のコンプライアンスに対してずれることを抑えることができる。
【００６５】
また推定されるコンプライアンスは、原理的には、患者の吸気動作毎に求めることができる。コンプライアンス推定手段３０５は、複数回の吸気動作での推定結果の平均値をコンプライアンスの推定値とすることで、より信頼性を向上することができる。またコンプライアンス推定手段３０５は、１回の吸気動作で推定された推定結果が、過去の推定結果（ｎ回平均、標準偏差）および予め定められる許容正常範囲値と比較して、正常でないと判断すると、その推定結果を推定エラーとして採用しないようにしてもよい。また正常な推定結果として判断されると、最新の推定結果として移動平均を計算するｎ回分の推定結果に算入してもよい。本実施の形態では、推定結果の平均値を求めるための回数ｎは、２０が用いられる。またコンプライアンスＣを推定するためのオカルジョンの発生は、吸気動作毎に行わなくてもよい。たとえば乱数を用いて、予め定められる吸気動作間隔のうち吸気動作が、毎回ランダムに設定されるＬ番目ごとにオカルジョンを発生して、推定動作を行ってもよい。たとえば吸気動作間隔は、一例として７〜数十回の吸気動作が行われる間隔に設定される。これによって吸気動作毎にオカルジョンを発生する場合に比べて、患者の負担を低減することができる。
【００６６】
またコンプライアンス推定手段３０５は、気道抵抗推定手段３０２によって推定される気道抵抗Ｒを用いてコンプライアンスを求めることによって、患者の状態に応じて推定される気道抵抗値Ｒを用いることで、患者の状態に応じた肺のコンプライアンスを推定することができる。またコンプライアンス推定手段３０５は、気道抵抗記憶手段３０１に記憶される気道抵抗Ｒを用いることで、気道抵抗推定手段３０２によって推定される気道抵抗Ｒが不安定な場合に、推定される肺のコンプライアンスに、推定される気道抵抗のばらつきが影響することを防ぐことができる。
【００６７】
また選択手段３０４は、気道抵抗推定手段３０２と気道抵抗記憶手段３０１とのいずれの気道抵抗を用いるかを示す選択情報が記憶される。選択情報は、入力手段３９によって医師などが変更可能に設定される。これによって患者の状態等に応じて、管理者がコンプライアンスを求めるための気道抵抗を選択することができ、利便性を向上することができる。また気道抵抗記憶手段３０１に記憶される気道抵抗は、患者の状態に関わらず一定の固定値であって、入力手段３９から大きさが入力されてもよい。
【００６８】
図５は、本発明の第２実施形態であるコンプライアンス推定手段３０５のコンプライアンス推定手順を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態は、コンプライアンス推定手段３０５の推定手順が一部異なる以外は、第１実施形態である人工呼吸器と同様の構成を有する。したがって同様の構成については説明を省略する。
【００６９】
第２実施形態では、ステップａ０で、人工呼吸器による患者の吸気支援が開始されるとともに、コンプライアンスの推定指令が入力手段から入力されると、ステップａ１に進む。ステップａ１では、予め定めるオカルジョン発生条件を満たすかどうか判断する。たとえば予め定める吸気回数間隔のうちで、ランダムに選択されるＬ番目の吸気回数であると判断すると、オカルジョン発生条件を満たすと判断する。オカルジョン発生条件を満たすと、ステップａ２に進み、そうでないとステップａ１を繰返す。ステップａ２〜ステップａ５は、図４に示すステップｓ１〜ｓ４と同様の動作を行い、ステップａ６に進む。
【００７０】
ステップａ６では、人工呼吸器による吸気支援を始めてから、患者の吸気動作回数が予め定められる規定回数以下か否かを判断する。または有効に推定された気道抵抗の数が、規定数以下であるか否かを判断する。本実施の形態では、規定数は、１０に設定される。コンプライアンス推定手段３０５は、患者の吸気動作回数または推定された気道抵抗の数が、規定数以下であると判断すると、ステップａ７に進む。ステップａ７では、コンプライアンス推定手段３０５は、上述した（１）式に従うとともに、気道抵抗記憶手段３０２に記憶されて、患者の状態にかかわらず予め固定される固定気道抵抗Ｒを用いて、コンプライアンスを演算し、演算が完了すると、ステップａ８に進む。ステップａ８では、演算した肺のコンプライアンスを演算結果として出力し、ステップａ１に戻る。
【００７１】
またステップａ６において、コンプライアンス推定手段３０５は、患者の吸気動作回数または推定された気道抵抗の数が、規定数を超えると判断すると、ステップａ９に進む。ステップａ９では、コンプライアンス推定手段３０５は、上述した（１）式に従うとともに、気道抵抗推定手段３０３によって推定される推定気道抵抗Ｒを用いて、コンプライアンスを演算し、演算が完了すると、ステップａ８に進む。ステップａ８では、演算した肺のコンプライアンスを演算結果として出力し、ステップａ１に戻る。
【００７２】
本実施形態に従えば、規定呼吸回数期間では、固定した気道抵抗が用いられ、推定した気道抵抗Ｒをコンプライアンス推定のために用いることがない。したがって人工呼吸器による支援開始当初において、推定される気道抵抗Ｒがばらつく場合であっても、推定される肺のコンプライアンスに、推定される気道抵抗のばらつきが影響することを防ぐことができる。したがって推定される肺のコンプライアンスの変動を抑えることができる。
【００７３】
また規定呼吸回数期間を超えると、推定される気道抵抗を、初期期間に比べて整定させることができる。これによって規定呼吸回数を超えると、患者の状態に応じて推定される気道抵抗Ｒを用いて、コンプライアンスを演算でき、推定されるコンプライアンスの推定精度を向上することができる。
【００７４】
また推定される気道抵抗は、複数回の推定結果の平均値を気道抵抗の推定値とすることで、より信頼性を向上することができる。また１回の推定動作で推定された推定結果が、過去の推定結果（ｎ回平均、標準偏差）および予め定められる許容正常範囲値と比較して、正常でないと判断すると、その推定結果を推定エラーとして採用しないようにしてもよい。また正常な推定結果として判断されると、最新の推定結果として移動平均を計算するｎ回分の推定結果に算入してもよい。これによって呼吸回数が、規定呼吸回数期間を超える場合に、推定される気道抵抗の信頼性を高めることができる。
【００７５】
図６は、気道抵抗Ｒを推定するための原理を示すグラフである。図６（１）は、気道圧力Ｐａｗの時間変化を示す図である。図６（２）は、気道流量Ｑａｗの時間変化を示す図である。気道抵抗推定手段３０３は、患者の吸気期間中に、人工呼吸器の吐出圧力指令を与えて、意図的に擾乱信号を印加する。そして気道圧力が擾乱する間における気道圧力、気道流量および換気量の少なくとも１つの変化データに基づいて、気道抵抗Ｒを検出する。
【００７６】
たとえば気道抵抗推定手段３０３は、人工呼吸器によって供給する支援ガスの圧力を微小変化させ、そのときの微小変化させた圧力変動値ΔＰａｗと、圧力変動によって生じた支援ガスの流量変動ΔＱａｗとを各検出手段５０，６１から取得する。次に取得した圧力変動値ΔＰと、流量変動ΔＱａｗとに基づいて、気道抵抗Ｒを推定演算する。たとえばΔＰａｗ／ΔＱａｗを求める。このような気道抵抗推定方法は、既存の技術を用いることができる。たとえば特表平１１−５０２７５５に開示される技術を用いて、気道抵抗Ｒを推定してもよい。
【００７７】
図７は、支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔを求めるための原理を示すグラフである。図７（１）は、気道流量Ｑａｗの時間変化を示すグラフであり、図７（２）は、気道流量Ｑａｗの時間変化を微分した微分値Ｑａｗ ｄｔの時間変化を示すグラフである。
【００７８】
患者が吸気動作を開始する場合、支援ガスの流量の時間変化である微分値Ｑａｗ ｄｔが、予め定める吸気開始しきい値Ｘ１を超えて増加する。このことは、支援ガスが肺に向かう方向に流れている場合および支援ガスが肺から排出される方向に流れている場合のどちらの場合にも生じる現象である。
【００７９】
本実施形態では、支援状態検出手段３００は、支援ガスの流量Ｑａｗの微分値Ｑａｗ ｄｔの時間変化に基づいて、支援ガスの流量Ｑａｗの微分値Ｑａｗ ｄｔが吸気開始しきい値Ｘ１を超えた時点を、支援開始時点Ｔとして検出する。これによって支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔに、支援ガスが肺から排出される方向に流れている場合であっても、支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔを判断することができる。また気道流量Ｑａｗのほか、（＾Ｒ・Ｑａｗ＋＾Ｅ・∫Ｑａｗ）で表わされる自発呼吸推定値の時間変化量である微分値に基づいて、支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔを求めてもよい。また国際特許出願（ＷＯ ２００４／００２５６１ Ａ２）に開示される技術を用いてもよい。また同様にして、支援ガスの流量の時間変化または自発呼吸推定値を微分した微分値が予め定める吸気終了しきい値Ｘ２よりも低下した時点を、支援終了時点Ｔｏｆｆｓｅｔとして検出することができる。また患者が咳およびクシャミなどの外乱に起因する気道流量Ｑａｗの微分値変化を、支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔの検出判断から除くためのマスク３００が設定される。これによって精度よく支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔを判断することができる。
【００８０】
また気道流量に基づいて求めるほか、患者の吸気開始時に変化する変化状態を検出する検出手段を用いて、支援状態検出手段３００を実現してもよい。たとえば圧力検出手段または横隔膜の動きを検出する位置センサを、カテーテルを用いて肺内に進入させて、肺内の圧力を直接求めることによって、患者の支援開始時点を求めてもよい。このように肺内に進入可能な検出手段を用いて支援状態検出手段３００を実現してもよい。
【００８１】
図８は、人工呼吸器１７と患者２とを含む全体の系を示すブロック線図である。本実施の形態では、人工呼吸器は吸気支援法としてＰＡＶ法を行う。具体的には、人工呼吸器は、次の（２）式によって目標圧力値Ｐｉｎを決定している。
Ｐｉｎ＝＝Ａ・＾Ｐｍｕｓ＝Ａ（＾Ｒ・Ｑａｗ＋＾Ｅ・∫Ｑａｗ） …（２）
【００８２】
ここでＰｉｎは、ガス供給機構から気道に向けて吐出する支援ガスの目標圧力値を示し、Ａは増幅ゲインを示す。また＾Ｐｍｕｓは、推定される自発呼吸圧力を示す。また＾Ｒは推定される患者の気道抵抗を示し、＾Ｅは推定される患者の肺のエラスタンスを示す。Ｑａｗは気道流量を示す。また∫Ｑａｗは、吸気支援開始時点Ｔ０から肺内に供給される支援ガスの体積を示す。肺のエラスタンスＥは、コンプライアンスＣの逆数である。上述したコンプライアンス推定手段３０５によって、精度よくコンプライアンスＣおよび気道抵抗Ｒを求めることができ、増幅ゲインＡを適切に設定することで、自発呼吸圧力Ｐｍｕｓ、すなわち患者の呼吸努力に比例した力で、吸気支援動作を行うことができる。また人工呼吸機の安定性を向上することができる。またコンプライアンス推定手段３０５によって順次推定される推定結果の平均値を自動的に上述した演算式のエラスタンスに代入するようにしてもよい。
【００８３】
また人工呼吸器は、（２）式以外の演算式に基づいて、目標圧力Ｐｉｎを決定してもよい。たとえば人工呼吸器が、制御系の構成としてオブザーバを有していてもよい。この場合、オブザーバは、患者の呼吸器官を含む系をモデル化した呼吸器官モデルを用いて、目標圧力Ｐｉｎがポンプ用サーボアンプに与えられた場合に気道流量を推定流量＾Ｑａｗとして演算する。人工呼吸器は、オブザーバによって推定される推定流量＾Ｑａｗと、検出手段によって検出される気道流量Ｑａｗとの偏差ΔＱａｗに基づいて、目標圧力Ｐｉｎを演算する。オブザーバに設定される呼吸器官モデルに、コンプライアンス推定手段によって推定された肺のコンプライアンスを用いることで、オブザーバの推定精度を向上することができ、制御性能を改善することができる。これによって人工呼吸機の安定性を向上することができる。
【００８４】
また本発明のさらに他の実施の形態として、コンプライアンス推定装置を兼ねる人工呼吸器は、コンプライアンス記憶手段と、選択手段とを含む。コンプライアンス記憶手段は、患者の肺のコンプライアンス値が記憶される。また選択手段は、記憶手段によって記憶される肺のコンプライアンス値とのいずれを用いるかを選択する選択情報が記憶される。選択手段に記憶される選択情報を、管理者などが選択可能となる。これによって人工呼吸器における吸気支援動作において、患者の状態に応じて推定されるコンプライアンスを用いるか、患者の状態にかかわらずに固定されるコンプライアンスを用いるのかを、医師などが選択することができ、利便性を向上することができる。また図５に示すように、コンプライアンス推定値が予め定めるしきい値よりも少ない場合は、固定値となるコンプライアンスを用い、推定値がしきい値よりも多い場合は、推定されるコンプライアンスを用いるように演算部のプログラムを設定してもよい。
【００８５】
上述した本発明の実施形態は、本発明の例示に過ぎず発明の範囲内で構成を変更することができる。たとえば本実施形態は、人工呼吸器がコンプライアンス推定装置を兼ねるとしたが、コンプライアンス推定装置は、人工呼吸器と別体に形成されていてもよい。また本実施の形態では、人工呼吸器は、ＰＡＶ法に従って吸気支援を行うとしたが、これに限定されず、ＰＡＶ法以外の他の吸気支援法に従って吸気支援を行ってもよい。また本発明は、コンプライアンス推定装置に関し、人工呼吸機の構造については特に限定されない。また本実施の形態で開示した、患者の吸気開始動作を検出する検出手段および患者の気道抵抗を検出する検出手段については、適宜公知の技術を用いることができる。また本発明は、支援開始時点Ｔ０に肺内圧Ｐａｌｖ０が気道圧Ｐａｗよりも高くなる場合に有効であるが、そうでない場合も適用可能である。
【００８６】
また本発明では、コンプライアンス推定装置および推定方法のほか、推定方法をコンピュータに実行させるプログラムおよび、そのプログラムを記憶するコンピュータ読取可能な記憶媒体も本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施形態であるコンプライアンス推定装置が組み込まれる人工呼吸器１７を示すブロック図である。
【図２】人工呼吸器１７の肺のコンプライアンス推定機能を実現する構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のコンプライアンス推定方法を説明するためのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】コンプライアンス推定手段３０５のコンプライアンス推定手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態であるコンプライアンス推定手段３０５のコンプライアンス推定手順を示すフローチャートである。
【図６】気道抵抗Ｒを推定するための原理を示すグラフである。
【図７】支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔを求めるための原理を示すグラフである。
【図８】人工呼吸器１７と患者２とを含む全体の系を示すブロック線図である。
【図９】従来技術の肺のコンプライアンス推定方法を説明するためのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】患者の一分あたりの呼吸数変化に対する推定されるコンプライアンスの変化を示すシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１７ 人工呼吸器
５０ 流量検出手段
６１ 圧力検出手段
３００ 支援状態検出手段
３０１ 閉塞手段
３０２ 気道抵抗記憶手段
３０３ 気道抵抗推定手段
３０４ 選択手段
３０５ コンプライアンス推定手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、肺の弾性を表わすコンプライアンスを推定するコンプライアンス推定装置および推定装置を備える人工呼吸器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来技術の肺のコンプライアンス推定方法を説明するためのシミュレーション結果を示すグラフである。従来技術として、患者の肺のコンプライアンスを推定する場合、人工呼吸器を用い、患者の吸気終末において呼気弁を閉じて呼吸回路を閉塞することで、肺のコンプライアンスＣを推定する技術がある。
【０００３】
人工呼吸器は、患者の気道に供給される支援ガスの気道流量Ｑｒが予め定める吸気トリガ設定値を超えた時点を、吸気トリガ時点Ｔ１０として判断して、吸気トリガ時点Ｔ１０から吸気支援動作を開始する。また人工呼吸器は、患者の気道に供給される支援ガスの気道流量Ｑｒが予め定める呼気トリガ設定値未満となった時点を、呼気トリガ時点Ｔ１１として判断して、呼気トリガ時点Ｔ１１で吸気支援動作を終了する。
【０００４】
従来技術では、肺のコンプライアンスを推定する場合、吸気トリガ時点Ｔ１０における気道圧力Ｐａｗ１０と、肺の換気量Ｖｔ１０とを検出する。また呼気トリガ時点Ｔ１１から吸気管路を塞ぎ、呼気トリガ時点Ｔ１１から約３００ｍｓｅｃ経過したオカルジョン末期時点Ｔ１２における気道圧力Ｐａｗ１２と、肺の換気量Ｖｔ１２とを検出する。そして以下の（ａ）式に示す近似式によって肺のコンプライアンスＣを推定している。
Ｃ＝（Ｖｔ１２−Ｖｔ１０）／（Ｐａｗ１２−Ｐａｗ１０） …（ａ）
【０００５】
ここで、Ｃは、肺のコンプライアンスを示す。またＶｔ１２は、オカルジョン末期時点Ｔ１２での肺の換気量を示し、Ｖｔ１０は、吸気トリガ時点Ｔ１０での肺の換気量を示す。またＰａｗ１２は、オカルジョン末期時点Ｔ１２での気道圧力を示し、Ｐａｗ１０は、吸気トリガ時点Ｔ１０での気道圧力を示す。（ａ）式は、吸気トリガ時点Ｔ１０とオカルジョン末期時点Ｔ１２とで、患者の吸気努力に対応する自発呼吸圧力Ｐｍｕｓが発生しておらず、気道圧Ｐａｗと肺内圧Ｐａｌｖとが一致している状態を仮定した場合に方程式が成り立つ。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術では、吸気トリガ時点Ｔ１０では、患者が吸気動作を開始する吸気開始時点Ｔ０から遅れることがある。この場合、呼気トリガ時点Ｔ１０では、自発呼吸圧力Ｐｍｕｓが発生するのに対して、オカルジョン末期時点Ｔ１２では自発呼吸圧力Ｐｍｕｓが発生していない。したがって自発呼吸圧力Ｐｍｕｓの影響で、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができないという問題がある。
【０００７】
図９に示すシミュレーション結果では、自発呼吸圧力Ｐｍｕｓが発生していない吸気開始時点Ｔ０と、オカルジョン末期時点Ｔ１２とで求められる肺のコンプライアンスＣは、（Ｖｔ１２−Ｖｔ０）／（Ｐａｌｖ１２−Ｐａｌｖ０）＝（３５０−９０）／（６．８−２．０）＝５４．２ミリリットル／（ｃｍＨ２Ｏ）である。これに対して、従来技術に従って、吸気トリガ時点Ｔ１０と、オカルジョン末期時点Ｔ１２とで求められる肺のコンプライアンスＣは、（Ｖｔ１２−Ｖｔ１０）／（Ｐａｗ１２−Ｐａｗ１０）＝（３５０−８０）／（６．６−０）＝４０．９ミリリットル／（ｃｍＨ２Ｏ）である。
【０００８】
このように吸気トリガ時点Ｔ１０と、オカルジョン末期時点Ｔ１２とでの気道圧力Ｐａｗを用いて、推定される肺のコンプライアンスＣは、自発呼吸圧力Ｐｍｕｓの影響によって、実際の肺のコンプライアンスＣに対してずれが生じてしまう。図９のシミュレーション結果では、推定されるコンプライアンスは、実際のコンプライアンスに対して約１３ミリリットル／（ｃｍＨ２Ｏ）も小さい。言換えると推定されるコンプライアンスは、実際のコンプライアンスの７７％であって、実際のコンプライアンスに対するずれが大きい。
【０００９】
また肺の状態は、動的過膨張（Dynamic Hyperinflation）となる場合がある。動的過膨張とは、吸気開始時点Ｔ０において、気道圧よりも肺内の圧力が高い状態、すなわち肺に残圧が存在する。この場合、吸気開始時点Ｔ０では、肺から脱出する方向に支援ガスが気道を流れる。患者の単位時間あたりの呼吸数が多く、かつ気道圧力ＲおよびコンプライアンスＣが大きい状態では、動的過膨張となりやすい。
【００１０】
肺の状態が動的過膨張となる場合では、患者が吸気動作を開始する時点Ｔ０で、肺内の圧力Ｐａｌｖが気道圧力Ｐａｗよりも高い場合がある。この場合、呼気トリガ時点Ｔ１０における気道圧力Ｐａｗ１０よりも肺内圧Ｐａｌｖ１０が大きくなりやすい。肺内圧Ｐａｌｖ１０が気道圧力Ｐａｗ１０よりも大きくなることを原因として、コンプライアンスを精度よく推定することができないという問題がある。
【００１１】
図１０は、患者の一分あたりの呼吸数変化に対する推定されるコンプライアンスの変化を示すシミュレーション結果を示す図である。図１０には、縦軸に推定されるコンプライアンスを示し、横軸に一分あたりの呼吸数を横軸に示す。図１０に示すように、患者の一分あたりの呼吸数が増加するにつれて、推定されるコンプライアンスは、実際のコンプライアンスよりも小さくなる。このように従来技術では、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができないという問題がある。
【００１２】
したがって本発明の目的は、肺のコンプライアンスを精度よく求めることができる肺のコンプライアンス推定装置および推定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、自発呼吸動作を行う患者に対して、人工呼吸器を用いて患者の肺のコンプライアンスを推定するコンプライアンス推定装置であって、
患者の吸気動作の開始と同時に人工呼吸器が吸気支援動作を開始する支援開始時点Ｔ０と、人工呼吸器が吸気支援動作を終了する支援終了時点Ｔ１とを検出する支援状態検出手段と、
支援終了時点Ｔ０から、予め定めるオカルジョン期間ＷＯが経過するまで、患者から吐出される呼気を排出するための呼気管路を塞ぐ閉塞手段と、
患者の気道を流れる支援ガスの気道流量を検出する流量検出手段と、
患者の気道を流れる支援ガスの気道圧力を検出する気道圧力検出手段と、
患者の肺のコンプライアンスを推定する推定手段とを含み、
推定手段は、各検出手段から検出結果を取得し、
支援開始時点Ｔ０から、前記オカルジョン期間Ｗｏの末期に設定されるオカルジョン末期時点Ｔ２までに、患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を演算し、
支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０と、予め推定される気道抵抗Ｒとを乗算して、支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０（＝Ｒ・Ｑａｗ０）を演算し、
前記オカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２から、演算した支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０を減算して、圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）を演算し、
前記患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を、前記圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）で除算した値（（Ｖｔ２−Ｖｔ０）／（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０））を患者の肺のコンプライアンスとして演算することを特徴とするコンプライアンス推定装置である。
【００１４】
本発明に従えば、患者の吸気動作が開始された直後では、患者の呼吸努力を表わす自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい。このように自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい状態での検出結果を用いることで、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができる。さらに支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０に基づいて、支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０を求める。これによって支援開始時点Ｔ０の気道圧力Ｐａｗ０を用いる場合に比べて、肺内に残圧が存在する場合であっても、肺のコンプライアンスを精度よく求めることができる。
【００１５】
また本発明は、前記演算手段での演算過程で用いられる気道抵抗Ｒは、患者の状態に応じて推定される気道抵抗Ｒであることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、患者の状態に応じて推定される気道抵抗値Ｒを用いることで、患者の状態に応じた肺のコンプライアンスを推定することができる。
【００１７】
また本発明は、前記演算手段での演算過程で用いられる気道抵抗値Ｒは、
人工呼吸器による吸気支援を始めてから、患者の吸気動作回数が予め定められる規定回数以下となる規定呼吸回数期間では、予め固定される気道抵抗値Ｒを用い、
人工呼吸器による吸気支援を始めてから前記規定呼吸回数期間を超えると、患者の状態に応じて推定される気道抵抗Ｒを用いることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、規定呼吸回数期間では、固定した気道抵抗が用いられ、推定した気道抵抗Ｒをコンプライアンス推定のために用いることがない。したがって人工呼吸器による支援開始当初において、推定される気道抵抗Ｒがばらつく場合であっても、推定される肺のコンプライアンスに、推定される気道抵抗のばらつきが影響することを防ぐことができる。
【００１９】
また本発明は、自発呼吸動作を行う患者に対して、吸気管路を介して酸素を含む支援ガスを患者の気道に供給する人工呼吸器のガス供給サーボ機構を制御する制御装置であって、
前記コンプライアンス推定装置によって推定される患者の肺のコンプライアンスに基づいて、ガス供給サーボ機構を制御する制御装置である。
【００２０】
本発明に従えば、上述した肺のコンプライアンス推定装置で推定した肺のコンプライアンスを用いて、ガス供給サーボ機構を制御することによって、コンプライアンスの推定精度の向上によって、ガス供給サーボ機構の制御を好適に行うことができる。
【００２１】
また本発明は、自発呼吸動作を行う患者に対して、吸気管路を介して酸素を含む支援ガスを患者の気道に供給するガス供給サーボ機構を制御する制御装置であって、
前記コンプライアンス推定装置によって推定される患者の肺のコンプライアンス値が入力される入力手段と、
基準となる患者の肺のコンプライアンス値が記憶される記憶手段と、
コンプライアンス推定装置によって推定される患者の肺のコンプライアンス値と、記憶手段によって記憶される患者の肺のコンプライアンス値とのいずれを用いるかを選択する選択手段と、
選択手段によって選択される患者の肺のコンプライアンス値に基づいて、ガス供給サーボ機構を制御する制御手段とを含むことを特徴とするガス供給サーボ機構の制御装置である。
【００２２】
本発明に従えば、選択手段によって、推定される肺のコンプライアンス値を用いるか、予め定められる肺のコンプライアンス値を用いるかを選択することができ、利便性を向上することができる。
【００２３】
また本発明は、自発呼吸動作を行う患者に対して、人工呼吸器を用いて患者の肺のコンプライアンスを推定するコンプライアンス推定方法であって、
患者の吸気動作と同時に人工呼吸器が吸気支援動作を開始する支援時点Ｔ０を検出する支援開始時点検出工程と、
支援開始時点Ｔ０で、患者の気道を流れる支援ガスの気道流量Ｑａｗ０を検出するとともに、気道流量Ｑａｗの積算を開始する流量検出工程と、
患者の呼吸筋が吸気動作を終了する支援終了時点Ｔ１を検出する支援終了時点検出工程と、
支援終了時点Ｔ１から、予め定めるオカルジョン期間ＷＯが経過するまで、呼気管路を塞ぐ閉塞工程と、
気道流量Ｑａｗの積算を終了し、支援開始時点Ｔ１から、前記オカルジョン期間Ｗｏの末期に設定されるオカルジョン末期時点Ｔ２までに、患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を演算する体積演算工程と、
前記オカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２を検出する気道圧力検出工程と、
気道圧力検出工程によって検出されるオカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２から、支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０と予め定められる気道抵抗Ｒとを乗算した演算肺圧力Ｐａｌｖ０（＝Ｒ・Ｑａｗ０）を減算して、圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）とし、前記体積演算工程で演算した支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を、前記圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）で除算した値（（Ｖｔ２−Ｖｔ０）／（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０））を患者の肺のコンプライアンスとして演算する推定工程と、
推定結果を出力する出力工程とを含むことを特徴とするコンプライアンス推定方法である。
【００２４】
本発明に従えば、自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい状態での検出結果を用いることで、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができる。さらに支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０に基づいて、支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０を求める。これによって支援開始時点Ｔ０の気道圧力Ｐａｗ０を用いる場合に比べて、肺内に残圧が存在する場合であっても、肺のコンプライアンスを精度よく求めることができる。
【００２５】
また本発明は、前記推定方法をコンピュータに実行させるプログラムである。
本発明に従えば、本発明を実行するためのプログラムを、コンピュータに実行させる。この場合、コンピュータによって出力される肺のコンプライアンスについて、推定精度を高くすることができる。
【００２６】
また本発明は、前記プログラムを記憶するコンピュータ読取可能な記憶媒体である。
本発明に従えば、記憶媒体に記憶される、本発明を実行するためのプログラムを、コンピュータが読取って実行する。この場合、コンピュータによって出力される肺のコンプライアンスについて、推定精度を高くすることができる。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１記載の本発明によれば、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができる。肺のコンプライアンスを精度よく推定することで、患者の状態を精度よく把握することができ、肺のコンプライアンスに応じた対応を行わせることができる。たとえば精度よく推定した肺のコンプライアンスに基づいて、患者の吸気支援を行わせることで、吸気支援時の患者の負担を低減することができる。
【００２８】
請求項２記載の本発明によれば、患者の状態に応じて推定した気道抵抗値Ｒを用いて肺のコンプライアンスを求めることで、刻々と変化する患者の状態ごとに、肺のコンプライアンスＣを求めることができる。
【００２９】
請求項３記載の本発明によれば、規定呼吸回数期間と、規定呼吸回数期間が経過した後とで、コンプライアンスを求めるために用いる気道抵抗Ｒを使い分ける。これによって推定される肺のコンプライアンスが、支援開始当初での推定気道抵抗のばらつきの影響を防いで、推定される肺のコンプライアンスの変動を抑えることができる。
【００３０】
請求項４記載の本発明によれば、精度よく推定される肺のコンプライアンスに基づいて、人工呼吸器を制御する。したがってガス供給サーボ機構の制御を精度よく行うことができ、吸気支援動作に対する患者の負担を減らすことができる。
【００３１】
請求項５記載の本発明によれば、選択手段によって、患者の状態に応じて、推定される肺のコンプライアンス値を用いるか、予め定められる肺のコンプライアンス値を用いるかを選択することで利便性を向上することができる。
【００３２】
請求項６記載の本発明によれば、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができる。肺のコンプライアンスを精度よく推定することで、患者の状態を精度よく把握することができ、肺のコンプライアンスに応じた対応を行わせることができる。たとえば精度よく推定した肺のコンプライアンスに基づいて、患者の吸気支援を行わせることで、吸気支援時の患者の負担を低減することができる。
【００３３】
請求項７記載の本発明によれば、上述した方法を実現するためのプログラムを、コンピュータに実行させることで、精度のよい肺のコンプライアンスを出力することができる。
【００３４】
請求項８記載の本発明によれば、記憶媒体に記憶されるプログラムを、コンピュータに実行させることで、精度のよい肺のコンプライアンスを出力することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
図１は、本発明の第１実施形態であるコンプライアンス推定装置が組み込まれる人工呼吸器１７を示すブロック図である。本発明の第１実施形態である人工呼吸器１７は、患者の肺のコンプライアンスＣを推定する推定機能を有する。すなわち人工呼吸器１７は、コンプライアンス推定装置を兼用する。
【００３６】
人工呼吸器１７は、人工呼吸器本体１７ａと、制御装置本体３３とを含む。人工呼吸器本体１７ａは、装着部材２４と、ポンプ２２と、ポンプ用アクチュエータ３１と、呼気弁２７と、吸気管路２５と、呼気管路２６と、呼気弁用アクチュエータ３２とを含む。本実施の形態では、ポンプ２２とポンプ用アクチュエータ３１とを含んで、吐出される支援ガスの圧力が調整可能なガス供給機構２０が構成される。
【００３７】
装着部材２４は、患者の気道に気体を供給するために患者に装着され、患者の気道に連通する装着孔が形成される。吸気管路２５は、ポンプ２２と装着部材２４とを接続する管路であり、ポンプ２２から供給された気体を患者の気道に導く。呼気管路２６は、装着部材２４と装置外部の排出場所とを接続する管路であり、患者の気道から流出した気体を装置外部の排出場所に導く。ポンプ２２は、ポンプ用アクチュエータ３１によって駆動されることで、酸素を含む支援ガスを吸気管路２５に供給する。呼気弁２７は、呼気弁用アクチュエータ３２によって弁体が変位駆動されることで、呼気管路３２を開閉する。
【００３８】
また人工呼吸器１７は、気道流量検出手段５０と、気道圧力検出手段６０とを有する。気道流量検出手段５０は、吸気管路２５および呼気管路２６を流れる支援ガスの流量を検出する。気道圧力検出手段６１は、吸気管路２５および呼気管路２６を流れる支援ガスの圧力をそれぞれ検出する。
【００３９】
たとえば吸気管路２５を患者の肺に向けて流れる支援ガスの流量Ｑｉを、呼気管路２６を患者の肺から脱出する方向に向けて流れる支援ガスの流量Ｑｅで除算した値（Ｑｉ−Ｑｅ）を気道流量Ｑａｗと称する。また患者の吸気期間では、呼気管路２６内の支援ガスの圧力を気道圧力Ｐａｗとし、患者の呼気期間では、吸気管路２６内の支援ガスの圧力を気道圧力Ｐａｗとする。各検出手段５０，６１は、検出結果を示す信号を制御装置本体３３に与える。
【００４０】
制御装置本体３３は、コンピュータを含んで構成される。制御装置本体３３は、インターフェース１０１と、演算部１０２と、記憶部１０３と、記憶部１０４とを含む。インターフェース１０１は、流量検出手段５０および気道圧力検出手段６１からの信号が入力されて、その信号を演算部１０２に与える。記憶部１０４は、制御装置本体３３が実行すべきプログラムが記憶され、演算部１０２が記憶部１０４に記憶されるプログラムを読み出して実行することによって、人工呼吸器本体１７ａを制御するための動作を行う。また制御装置本体３３は、患者の呼吸状態を検出する患者呼吸状態監視機能と、患者の気道抵抗ＲおよびコンプライアンスＲを推定する推定機能とを有する。
【００４１】
また人工呼吸器１７は、入力手段３９と、出力手段４０と、ポンプ用サーボアンプ４８と、呼気弁用サーボアンプ４７とを含む。入力手段３９は、医師またはガス供給機構２０を管理する管理者などからの患者の状態を示す状態値、たとえば患者の気道抵抗ＲおよびエラスタンスＥが入力される。また入力手段３９は、吸気支援を行うための制御パラメータ値、たとえば呼吸支援するための増幅ゲインなどが入力される。入力手段３９は、入力された情報を示す信号を制御装置本体３３に与える。
【００４２】
出力手段４０は、制御装置本体３３から信号が与えられて、患者の状態、吸気支援状態などを出力する。本実施の形態では、出力手段４０は、ディスプレイ等によって実現される。出力手段４０は、制御装置本体３３によって推定される自発呼吸圧力＾Ｐｍｕｓ、気道圧力、肺のコンプライアンスなどを報知する報知手段となる。出力手段４０は、制御装置本体３３から受ける表示指令信号に基づいて、推定自発呼吸圧力＾Ｐｍｕｓなどの時間的変化を示す波形を表示画面に表示する。
【００４３】
制御装置本体３３は、各検出手段５０，６１から与えられる信号に基づいて、ポンプから吐出される支援ガスの支援圧力と、呼気弁２７の開閉状態とを演算し、演算結果を指令信号として出力する。制御装置本体３３は、第１の指令信号としてポンプから吐出される支援ガスの支援圧力を示す信号をポンプ用サーボアンプ４８に与える。ポンプ用サーボアンプ４８は、制御装置本体３３から与えられる第１の指令信号に従って、ポンプから吐出される支援ガスの圧力が支援圧力となるように、ポンプ用アクチュエータ３１を駆動する。
【００４４】
制御装置本体３３は、第２の指令信号として呼気弁３２の開閉状態を示す信号を呼気弁用サーボアンプ３２に与える。呼気弁用サーボアンプ３２は、制御装置本体３３から与えられる第２の指令信号に従って、ポンプから吐出される支援ガスの圧力が支援圧力となるように、ポンプ用アクチュエータ３１を駆動する。各サーボアンプ４７，４８は、制御装置本体３３に含まれてもよい。各サーボアンプ４７，４８は、増幅回路によって実現される。
【００４５】
制御装置本体３３は、患者の呼吸状態が吸気状態であると判断すると、呼気弁２７を閉状態にして呼気管路２６を塞ぐ指令を示す信号を呼気弁用サーボアンプ４７に与える。また随時支援圧力を演算し、演算した支援圧力を示す信号をポンプ用サーボアンプ４８に与える。これによって予め定める支援圧力の支援ガスを、吸気管路２５、患者の気道を介して肺内に供給することができる。たとえば流量検出手段５０によって検出される気道流量Ｑａｗに基づいて、ポンプから吐出される支援ガスの圧力を、比例支援換気法（
Proportional Assist Ventilation、略称ＰＡＶ法）にしたがって制御する。
【００４６】
また制御装置本体３３は、患者の呼吸状態が呼気状態であると判断すると、呼気弁２７を開状態にして呼気管路２６を開く指令を示す信号を呼気弁用サーボアンプ４７に与える。また随時支援圧力を演算し、演算した支援圧力を示す信号をポンプ用サーボアンプ４８に与える。これによって管路２５，２６の圧力が予め定める規定値、たとえば吸気終末陽圧（Positive End-Expiratory Pressure、略称、ＰＥＥＰ圧）以上に維持する。
【００４７】
制御装置本体３３は、呼吸状態を検出する機能を有する。制御装置本体３３は、流量検出手段５０および圧力検出手段６１の検出結果に基づいて、患者の呼吸状態のうち、患者が吸気動作を開始する吸気開始時点と、患者が吸気動作を終了する吸気終了時点とを判断することができる。制御装置本体３３は、たとえば国際特許出願ＷＯ ２００４／００２５６１ Ａ２に開示される技術を用いることによって、吸気開始時点および吸気終了時点とを判断可能である。
【００４８】
制御装置本体３３は、気道流量Ｑａｗの時間変化を微分した微分値が、予め定めるしきい値よりも増加した時点を、患者の吸気開始時点として判断する。これによって気道流量Ｑａｗがゼロ以下、すなわち肺から排出される方向に流れていた場合であっても、患者の吸気開始時点を検出することができる。また制御装置本体３３は、患者の肺に向かう方向に流れる気道流量Ｑａｗが、予め定める吸気終了しきい値未満となる時点を、患者の吸気終了時点として判断する。たとえば最大気道流量の１０％が吸気終了しきい値として設定される。
【００４９】
本実施の制御装置本体３３は、患者の吸気動作の開始を判断すると同時に吸気支援動作を開始する。また患者の吸気動作の終了を判断すると同時に吸気支援動作を終了する。したがって患者の吸気動作開始時点と、人工呼吸器の支援動作開始時点Ｔ０とがほぼ一致する。また患者の吸気動作終了時点と、人工呼吸器の支援動作開始時点Ｔ１とがほぼ一致する。
【００５０】
図２は、人工呼吸器１７の肺のコンプライアンス推定機能を実現する構成を示すブロック図である。人工呼吸器１７は、コンプライアンス推定装置として、支援状態検出手段３００と、閉塞手段３０１と、気道抵抗記憶手段３０２と、気道抵抗推定手段３０３と、選択手段３０４と、コンプライアンス推定手段３０５と、前記流量検出手段５０と、前記圧力検出手段６１とを含む。演算部１０２は、記憶部１０３に記憶されるプログラムを実行することによって、上述した支援状態検出手段３００、閉塞手段３０１、気道抵抗推定手段３０３およびコンプライアンス推定手段３０５の機能を実現することができる。
【００５１】
支援状態検出手段３００は、患者の吸気開始時点を人工呼吸器の支援開始時点Ｔ０として判断する。また支援状態検出手段３００は、患者の吸気終了時点を人工呼吸器の支援終了時点Ｔ１として検出する。支援状態検出手段３００は、検出した検出結果を示す信号を、コンプライアンス推定手段３０５および閉塞手段３０１に与える。
【００５２】
閉塞手段３０１は、支援状態検出手段３００から支援終了時点Ｔ１を示す信号が与えられる。閉塞手段３０１は、支援状態検出手段３００の信号に応答して支援終了時点Ｔ１を判断すると、呼気弁２７を閉状態とする指令信号を呼気弁用サーボアンプ４７に与える。また閉塞手段３０１は、支援終了時点Ｔ１を判断すると、ポンプの駆動を停止する指令信号をポンプ用サーボアンプ４８に与える。このようにして閉塞手段３０１は、ポンプ２２の駆動を停止して呼気管路２６を塞ぐ。この状態から時間が経過することによって、肺内圧Ｐａｌｖと気道圧力Ｐａｗとが平衡する平衡状態に近づく。たとえば、閉塞手段３０１が呼気管路２６を閉塞してから、約２５０〜３００ｍｓｅｃ経過すると、肺内圧Ｐａｌｖと気道圧力Ｐａｗとが平衡状態となった近似することができる。閉塞手段３０１は、呼気管路２６を閉塞後、予め定めるオカルジョン期間が経過すると、呼気管路２６の閉塞を解除して、呼気管路２６を開放する。
【００５３】
気道抵抗記憶手段３０２は、医師または管理者等によって入力手段３９から入力される患者の気道抵抗値を記憶する。気道抵抗推定手段３０３は、予め定められる気道抵抗推定プログラムを実行することで、気道抵抗Ｒを推定する。選択手段３０４は、気道抵抗記憶手段３０２と、気道抵抗推定手段３０３とのいずれをコンプライアンスＣの推定に用いるかを示す選択情報を記憶する。コンプライアンス推定手段３０５は、流量検出手段５０、圧力検出手段６１および呼吸状態検出手段３００から与えられる検出結果を示す信号に基づいて、患者のコンプライアンスを推定する。
【００５４】
コンプライアンス推定手段３０５は、以下の演算式に従って、患者のコンプライアンスを推定する。
Ｃ＝（（Ｖｔ２−Ｖｔ０）／（Ｐａｗ２−Ｒ・Ｑａｗ０）） …（１）
【００５５】
ここで、Ｃは、推定演算される患者のコンプライアンスを示す。（Ｖｔ２−Ｖｔ１）は、支援開始時点Ｔ１から、オカルジョン末期時点Ｔ２までに、患者の肺内へ流れた支援ガスの体積を示す。オカルジョン末期時点Ｔ２は、オカルジョン期間Ｗｏの末期に設定される時点である。たとえばオカルジョン期間Ｗｏが２６０ｍｓｅｃに設定される場合、オカルジョン末期時点Ｔ２は、支援終了時点Ｔ１から２５０ｍｓｅｃ経過した時点に設定される。またＰａｗ２は、オカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力を示す。またＲは、予め求められる患者の気道抵抗である。この気道抵抗は、気道抵抗記憶手段３０２に記憶される気道抵抗または気道抵抗推定手段３０３で推定される気道抵抗のいずれかである。またＱａｗ０は、支援開始時点Ｔ１の気道流量を示す。
【００５６】
図３は、本発明のコンプライアンス推定方法を説明するためのシミュレーション結果を示すグラフである。図３（１）は、シミュレーションによって示される肺内圧Ｐａｌｖの時間変化を示す。図３（２）は、肺内に供給された支援ガスの換気量Ｖｔの時間変化を示す。図３（３）は、気道圧力Ｐａｗの時間変化を示す。図３（４）は、気道流量Ｑａｗの時間変化を示す。コンプライアンス推定手段３０５のコンプライアンス推定手順を示すフローチャートである。
【００５７】
まずステップｓ０で、人工呼吸器による患者の吸気支援が開始されるとともに、コンプライアンスの推定指令が入力手段から入力されると、ステップｓ１に進む。ステップｓ１では、コンプライアンス推定手段３０５は、支援状態検出手段３００から与えられる支援開始時点Ｔ０を示す信号に応答して、支援開始時点Ｔ０を判断するとステップｓ２に進む。
【００５８】
ステップｓ２では、コンプライアンス推定手段３０５は、流量検出手段５０によって検出される支援開始時点Ｔ０での気道流量Ｑａｗ０を取得するとともに、気道流量Ｑａｗの積分を開始し、ステップｓ３に進む。ステップｓ３では、支援状態検出手段３００から与えられる支援終了時点Ｔ１を示す信号に基づいて、オカルジョン末期時点Ｔ２を判断するとステップｓ４に進む。
【００５９】
ステップｓ４では、コンプライアンス推定手段３０５は、流量検出手段５０によって取得した気道流量Ｑａｗの積分を終了する。この積分値は、支援開始時点Ｔ１からオカルジョン末期時点Ｔ２までに、患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）となる。またコンプライアンス推定手段３０５は、圧力検出手段６１によって気道圧力Ｐａｗ２を取得する。このようにして肺内の支援ガスの体積変化、気道圧力Ｐａｗ２を演算すると、ステップｓ５に進む。
【００６０】
ステップｓ５では、コンプライアンス推定手段３０５は、上述した（１）式に従って、コンプライアンスを演算し、演算が完了すると、ステップｓ６に進む。ステップｓ６では、ステップｓ５で演算した肺のコンプライアンスを演算結果として出力し、ステップｓ１に戻る。このようにして患者が吸気動作を開始する毎に、ステップｓ１〜ｓ６を繰返す。
【００６１】
コンプライアンス推定手段３０５は、ステップｓ１〜ｓ６の動作を行っている間に、予め定める終了条件が満たされたことを判断すると、コンプライアンスの推定動作を終了する。たとえば入力手段３９によって終了指令が与えられるなどして、予め定める終了条件を満たしていることを判断すると、制御動作を終了する。
【００６２】
図３に示すシミュレーション結果は、図９に示すシミュレーション結果と同じパラメータを用いた。本実施の形態に従って推定される肺のコンプライアンスＣは、（Ｖｔ１２−Ｖｔ０）／（Ｐａｗ２−Ｒ・Ｑａｗ０）＝（３５０−９０）／（６．６−０．０２・９０）＝５４．１ミリリットル／（ｃｍＨ２Ｏ）である。推定されるコンプライアンスは、実際のコンプライアンスに対して約０．１ミリリットル／（ｃｍＨ２Ｏ）小さいだけでほとんど同じである。言換えると推定されるコンプライアンスは、実際のコンプライアンスの９９％以上であって、実際のコンプライアンスに対するずれがきわめて小さい。このように本実施の形態に従えば、精度のよいコンプライアンスを推定することができる。
【００６３】
以上のように本実施の形態によれば、患者の吸気動作を開始した直後では、患者の呼吸努力を表わす自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい。人工呼吸器の支援開始時点Ｔ０は、患者の吸気開始時点とほぼ同時であるので、支援開始時点Ｔ０は、自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい。このように自発呼吸圧力Ｐｍｕｓがきわめて小さい時点Ｔ０での検出結果を用いることで、肺のコンプライアンスを精度よく推定することができる。
【００６４】
さらに支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０と気道抵抗Ｒとを乗算して、支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０を求める。これによって支援開始時点Ｔ０の気道圧力Ｐａｗ０を、肺内圧Ｐａｌｖ０として近似する場合に比べて、肺内に残圧が存在する状態にも対応することができ、肺のコンプライアンスを精度よく求めることができる。したがって図１０に示すように、患者の呼吸回数が増加した場合であっても、推定したコンプライアンスが、実際のコンプライアンスに対してずれることを抑えることができる。
【００６５】
また推定されるコンプライアンスは、原理的には、患者の吸気動作毎に求めることができる。コンプライアンス推定手段３０５は、複数回の吸気動作での推定結果の平均値をコンプライアンスの推定値とすることで、より信頼性を向上することができる。またコンプライアンス推定手段３０５は、１回の吸気動作で推定された推定結果が、過去の推定結果（ｎ回平均、標準偏差）および予め定められる許容正常範囲値と比較して、正常でないと判断すると、その推定結果を推定エラーとして採用しないようにしてもよい。また正常な推定結果として判断されると、最新の推定結果として移動平均を計算するｎ回分の推定結果に算入してもよい。本実施の形態では、推定結果の平均値を求めるための回数ｎは、２０が用いられる。またコンプライアンスＣを推定するためのオカルジョンの発生は、吸気動作毎に行わなくてもよい。たとえば乱数を用いて、予め定められる吸気動作間隔のうち吸気動作が、毎回ランダムに設定されるＬ番目ごとにオカルジョンを発生して、推定動作を行ってもよい。たとえば吸気動作間隔は、一例として７〜数十回の吸気動作が行われる間隔に設定される。これによって吸気動作毎にオカルジョンを発生する場合に比べて、患者の負担を低減することができる。
【００６６】
またコンプライアンス推定手段３０５は、気道抵抗推定手段３０２によって推定される気道抵抗Ｒを用いてコンプライアンスを求めることによって、患者の状態に応じて推定される気道抵抗値Ｒを用いることで、患者の状態に応じた肺のコンプライアンスを推定することができる。またコンプライアンス推定手段３０５は、気道抵抗記憶手段３０１に記憶される気道抵抗Ｒを用いることで、気道抵抗推定手段３０２によって推定される気道抵抗Ｒが不安定な場合に、推定される肺のコンプライアンスに、推定される気道抵抗のばらつきが影響することを防ぐことができる。
【００６７】
また選択手段３０４は、気道抵抗推定手段３０２と気道抵抗記憶手段３０１とのいずれの気道抵抗を用いるかを示す選択情報が記憶される。選択情報は、入力手段３９によって医師などが変更可能に設定される。これによって患者の状態等に応じて、管理者がコンプライアンスを求めるための気道抵抗を選択することができ、利便性を向上することができる。また気道抵抗記憶手段３０１に記憶される気道抵抗は、患者の状態に関わらず一定の固定値であって、入力手段３９から大きさが入力されてもよい。
【００６８】
図５は、本発明の第２実施形態であるコンプライアンス推定手段３０５のコンプライアンス推定手順を示すフローチャートである。本発明の第２実施形態は、コンプライアンス推定手段３０５の推定手順が一部異なる以外は、第１実施形態である人工呼吸器と同様の構成を有する。したがって同様の構成については説明を省略する。
【００６９】
第２実施形態では、ステップａ０で、人工呼吸器による患者の吸気支援が開始されるとともに、コンプライアンスの推定指令が入力手段から入力されると、ステップａ１に進む。ステップａ１では、予め定めるオカルジョン発生条件を満たすかどうか判断する。たとえば予め定める吸気回数間隔のうちで、ランダムに選択されるＬ番目の吸気回数であると判断すると、オカルジョン発生条件を満たすと判断する。オカルジョン発生条件を満たすと、ステップａ２に進み、そうでないとステップａ１を繰返す。ステップａ２〜ステップａ５は、図４に示すステップｓ１〜ｓ４と同様の動作を行い、ステップａ６に進む。
【００７０】
ステップａ６では、人工呼吸器による吸気支援を始めてから、患者の吸気動作回数が予め定められる規定回数以下か否かを判断する。または有効に推定された気道抵抗の数が、規定数以下であるか否かを判断する。本実施の形態では、規定数は、１０に設定される。コンプライアンス推定手段３０５は、患者の吸気動作回数または推定された気道抵抗の数が、規定数以下であると判断すると、ステップａ７に進む。ステップａ７では、コンプライアンス推定手段３０５は、上述した（１）式に従うとともに、気道抵抗記憶手段３０２に記憶されて、患者の状態にかかわらず予め固定される固定気道抵抗Ｒを用いて、コンプライアンスを演算し、演算が完了すると、ステップａ８に進む。ステップａ８では、演算した肺のコンプライアンスを演算結果として出力し、ステップａ１に戻る。
【００７１】
またステップａ６において、コンプライアンス推定手段３０５は、患者の吸気動作回数または推定された気道抵抗の数が、規定数を超えると判断すると、ステップａ９に進む。ステップａ９では、コンプライアンス推定手段３０５は、上述した（１）式に従うとともに、気道抵抗推定手段３０３によって推定される推定気道抵抗Ｒを用いて、コンプライアンスを演算し、演算が完了すると、ステップａ８に進む。ステップａ８では、演算した肺のコンプライアンスを演算結果として出力し、ステップａ１に戻る。
【００７２】
本実施形態に従えば、規定呼吸回数期間では、固定した気道抵抗が用いられ、推定した気道抵抗Ｒをコンプライアンス推定のために用いることがない。したがって人工呼吸器による支援開始当初において、推定される気道抵抗Ｒがばらつく場合であっても、推定される肺のコンプライアンスに、推定される気道抵抗のばらつきが影響することを防ぐことができる。したがって推定される肺のコンプライアンスの変動を抑えることができる。
【００７３】
また規定呼吸回数期間を超えると、推定される気道抵抗を、初期期間に比べて整定させることができる。これによって規定呼吸回数を超えると、患者の状態に応じて推定される気道抵抗Ｒを用いて、コンプライアンスを演算でき、推定されるコンプライアンスの推定精度を向上することができる。
【００７４】
また推定される気道抵抗は、複数回の推定結果の平均値を気道抵抗の推定値とすることで、より信頼性を向上することができる。また１回の推定動作で推定された推定結果が、過去の推定結果（ｎ回平均、標準偏差）および予め定められる許容正常範囲値と比較して、正常でないと判断すると、その推定結果を推定エラーとして採用しないようにしてもよい。また正常な推定結果として判断されると、最新の推定結果として移動平均を計算するｎ回分の推定結果に算入してもよい。これによって呼吸回数が、規定呼吸回数期間を超える場合に、推定される気道抵抗の信頼性を高めることができる。
【００７５】
図６は、気道抵抗Ｒを推定するための原理を示すグラフである。図６（１）は、気道圧力Ｐａｗの時間変化を示す図である。図６（２）は、気道流量Ｑａｗの時間変化を示す図である。気道抵抗推定手段３０３は、患者の吸気期間中に、人工呼吸器の吐出圧力指令を与えて、意図的に擾乱信号を印加する。そして気道圧力が擾乱する間における気道圧力、気道流量および換気量の少なくとも１つの変化データに基づいて、気道抵抗Ｒを検出する。
【００７６】
たとえば気道抵抗推定手段３０３は、人工呼吸器によって供給する支援ガスの圧力を微小変化させ、そのときの微小変化させた圧力変動値ΔＰａｗと、圧力変動によって生じた支援ガスの流量変動ΔＱａｗとを各検出手段５０，６１から取得する。次に取得した圧力変動値ΔＰと、流量変動ΔＱａｗとに基づいて、気道抵抗Ｒを推定演算する。たとえばΔＰａｗ／ΔＱａｗを求める。このような気道抵抗推定方法は、既存の技術を用いることができる。たとえば特表平１１−５０２７５５に開示される技術を用いて、気道抵抗Ｒを推定してもよい。
【００７７】
図７は、支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔを求めるための原理を示すグラフである。図７（１）は、気道流量Ｑａｗの時間変化を示すグラフであり、図７（２）は、気道流量Ｑａｗの時間変化を微分した微分値Ｑａｗ ｄｔの時間変化を示すグラフである。
【００７８】
患者が吸気動作を開始する場合、支援ガスの流量の時間変化である微分値Ｑａｗ ｄｔが、予め定める吸気開始しきい値Ｘ１を超えて増加する。このことは、支援ガスが肺に向かう方向に流れている場合および支援ガスが肺から排出される方向に流れている場合のどちらの場合にも生じる現象である。
【００７９】
本実施形態では、支援状態検出手段３００は、支援ガスの流量Ｑａｗの微分値Ｑａｗ ｄｔの時間変化に基づいて、支援ガスの流量Ｑａｗの微分値Ｑａｗ ｄｔが吸気開始しきい値Ｘ１を超えた時点を、支援開始時点Ｔとして検出する。これによって支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔに、支援ガスが肺から排出される方向に流れている場合であっても、支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔを判断することができる。また気道流量Ｑａｗのほか、（＾Ｒ・Ｑａｗ＋＾Ｅ・∫Ｑａｗ）で表わされる自発呼吸推定値の時間変化量である微分値に基づいて、支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔを求めてもよい。また国際特許出願（ＷＯ ２００４／００２５６１ Ａ２）に開示される技術を用いてもよい。また同様にして、支援ガスの流量の時間変化または自発呼吸推定値を微分した微分値が予め定める吸気終了しきい値Ｘ２よりも低下した時点を、支援終了時点Ｔｏｆｆｓｅｔとして検出することができる。また患者が咳およびクシャミなどの外乱に起因する気道流量Ｑａｗの微分値変化を、支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔの検出判断から除くためのマスク３００が設定される。これによって精度よく支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔを判断することができる。
【００８０】
また気道流量に基づいて求めるほか、患者の吸気開始時に変化する変化状態を検出する検出手段を用いて、支援状態検出手段３００を実現してもよい。たとえば圧力検出手段または横隔膜の動きを検出する位置センサを、カテーテルを用いて肺内に進入させて、肺内の圧力を直接求めることによって、患者の支援開始時点を求めてもよい。このように肺内に進入可能な検出手段を用いて支援状態検出手段３００を実現してもよい。
【００８１】
図８は、人工呼吸器１７と患者２とを含む全体の系を示すブロック線図である。本実施の形態では、人工呼吸器は吸気支援法としてＰＡＶ法を行う。具体的には、人工呼吸器は、次の（２）式によって目標圧力値Ｐｉｎを決定している。
Ｐｉｎ＝＝Ａ・＾Ｐｍｕｓ＝Ａ（＾Ｒ・Ｑａｗ＋＾Ｅ・∫Ｑａｗ） …（２）
【００８２】
ここでＰｉｎは、ガス供給機構から気道に向けて吐出する支援ガスの目標圧力値を示し、Ａは増幅ゲインを示す。また＾Ｐｍｕｓは、推定される自発呼吸圧力を示す。また＾Ｒは推定される患者の気道抵抗を示し、＾Ｅは推定される患者の肺のエラスタンスを示す。Ｑａｗは気道流量を示す。また∫Ｑａｗは、吸気支援開始時点Ｔ０から肺内に供給される支援ガスの体積を示す。肺のエラスタンスＥは、コンプライアンスＣの逆数である。上述したコンプライアンス推定手段３０５によって、精度よくコンプライアンスＣおよび気道抵抗Ｒを求めることができ、増幅ゲインＡを適切に設定することで、自発呼吸圧力Ｐｍｕｓ、すなわち患者の呼吸努力に比例した力で、吸気支援動作を行うことができる。また人工呼吸機の安定性を向上することができる。またコンプライアンス推定手段３０５によって順次推定される推定結果の平均値を自動的に上述した演算式のエラスタンスに代入するようにしてもよい。
【００８３】
また人工呼吸器は、（２）式以外の演算式に基づいて、目標圧力Ｐｉｎを決定してもよい。たとえば人工呼吸器が、制御系の構成としてオブザーバを有していてもよい。この場合、オブザーバは、患者の呼吸器官を含む系をモデル化した呼吸器官モデルを用いて、目標圧力Ｐｉｎがポンプ用サーボアンプに与えられた場合に気道流量を推定流量＾Ｑａｗとして演算する。人工呼吸器は、オブザーバによって推定される推定流量＾Ｑａｗと、検出手段によって検出される気道流量Ｑａｗとの偏差ΔＱａｗに基づいて、目標圧力Ｐｉｎを演算する。オブザーバに設定される呼吸器官モデルに、コンプライアンス推定手段によって推定された肺のコンプライアンスを用いることで、オブザーバの推定精度を向上することができ、制御性能を改善することができる。これによって人工呼吸機の安定性を向上することができる。
【００８４】
また本発明のさらに他の実施の形態として、コンプライアンス推定装置を兼ねる人工呼吸器は、コンプライアンス記憶手段と、選択手段とを含む。コンプライアンス記憶手段は、患者の肺のコンプライアンス値が記憶される。また選択手段は、記憶手段によって記憶される肺のコンプライアンス値とのいずれを用いるかを選択する選択情報が記憶される。選択手段に記憶される選択情報を、管理者などが選択可能となる。これによって人工呼吸器における吸気支援動作において、患者の状態に応じて推定されるコンプライアンスを用いるか、患者の状態にかかわらずに固定されるコンプライアンスを用いるのかを、医師などが選択することができ、利便性を向上することができる。また図５に示すように、コンプライアンス推定値が予め定めるしきい値よりも少ない場合は、固定値となるコンプライアンスを用い、推定値がしきい値よりも多い場合は、推定されるコンプライアンスを用いるように演算部のプログラムを設定してもよい。
【００８５】
上述した本発明の実施形態は、本発明の例示に過ぎず発明の範囲内で構成を変更することができる。たとえば本実施形態は、人工呼吸器がコンプライアンス推定装置を兼ねるとしたが、コンプライアンス推定装置は、人工呼吸器と別体に形成されていてもよい。また本実施の形態では、人工呼吸器は、ＰＡＶ法に従って吸気支援を行うとしたが、これに限定されず、ＰＡＶ法以外の他の吸気支援法に従って吸気支援を行ってもよい。また本発明は、コンプライアンス推定装置に関し、人工呼吸機の構造については特に限定されない。また本実施の形態で開示した、患者の吸気開始動作を検出する検出手段および患者の気道抵抗を検出する検出手段については、適宜公知の技術を用いることができる。また本発明は、支援開始時点Ｔ０に肺内圧Ｐａｌｖ０が気道圧Ｐａｗよりも高くなる場合に有効であるが、そうでない場合も適用可能である。
【００８６】
また本発明では、コンプライアンス推定装置および推定方法のほか、推定方法をコンピュータに実行させるプログラムおよび、そのプログラムを記憶するコンピュータ読取可能な記憶媒体も本発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施形態であるコンプライアンス推定装置が組み込まれる人工呼吸器１７を示すブロック図である。
【図２】人工呼吸器１７の肺のコンプライアンス推定機能を実現する構成を示すブロック図である。
【図３】本発明のコンプライアンス推定方法を説明するためのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図４】コンプライアンス推定手段３０５のコンプライアンス推定手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態であるコンプライアンス推定手段３０５のコンプライアンス推定手順を示すフローチャートである。
【図６】気道抵抗Ｒを推定するための原理を示すグラフである。
【図７】支援開始時点Ｔｏｎｓｅｔを求めるための原理を示すグラフである。
【図８】人工呼吸器１７と患者２とを含む全体の系を示すブロック線図である。
【図９】従来技術の肺のコンプライアンス推定方法を説明するためのシミュレーション結果を示すグラフである。
【図１０】患者の一分あたりの呼吸数変化に対する推定されるコンプライアンスの変化を示すシミュレーション結果を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１７ 人工呼吸器
５０ 流量検出手段
６１ 圧力検出手段
３００ 支援状態検出手段
３０１ 閉塞手段
３０２ 気道抵抗記憶手段
３０３ 気道抵抗推定手段
３０４ 選択手段
３０５ コンプライアンス推定手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自発呼吸動作を行う患者に対して、人工呼吸器を用いて患者の肺のコンプライアンスを推定するコンプライアンス推定装置であって、
患者の吸気動作の開始と同時に人工呼吸器が吸気支援動作を開始する支援開始時点Ｔ０と、人工呼吸器が吸気支援動作を終了する支援終了時点Ｔ１とを検出する支援状態検出手段と、
支援終了時点Ｔ０から、予め定めるオカルジョン期間ＷＯが経過するまで、患者から吐出される呼気を排出するための呼気管路を塞ぐ閉塞手段と、
患者の気道を流れる支援ガスの気道流量を検出する流量検出手段と、
患者の気道を流れる支援ガスの気道圧力を検出する気道圧力検出手段と、
患者の肺のコンプライアンスを推定する推定手段とを含み、
推定手段は、各検出手段から検出結果を取得し、
支援開始時点Ｔ０から、前記オカルジョン期間Ｗｏの末期に設定されるオカルジョン末期時点Ｔ２までに、患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を演算し、
支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０と、予め推定される気道抵抗Ｒとを乗算して、支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０（＝Ｒ・Ｑａｗ０）を演算し、
前記オカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２から、演算した支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０を減算して、圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）を演算し、
前記患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を、前記圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）で除算した値（（Ｖｔ２−Ｖｔ０）／（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０））を患者の肺のコンプライアンスとして演算することを特徴とするコンプライアンス推定装置。
【請求項２】
前記演算手段での演算過程で用いられる気道抵抗Ｒは、患者の状態に応じて推定される気道抵抗Ｒであることを特徴とする請求項１記載のコンプライアンス推定装置。
【請求項３】
前記演算手段での演算過程で用いられる気道抵抗値Ｒは、
人工呼吸器による吸気支援を始めてから、患者の吸気動作回数が予め定められる規定回数以下となる規定呼吸回数期間では、予め固定される気道抵抗値Ｒを用い、
人工呼吸器による吸気支援を始めてから前記規定呼吸回数期間を超えると、患者の状態に応じて推定される気道抵抗Ｒを用いることを特徴とする請求項１記載のコンプライアンス推定装置。
【請求項４】
自発呼吸動作を行う患者に対して、吸気管路を介して酸素を含む支援ガスを患者の気道に供給する人工呼吸器のガス供給サーボ機構を制御する制御装置であって、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のコンプライアンス推定装置によって推定される患者の肺のコンプライアンスに基づいて、ガス供給サーボ機構を制御する制御装置。
【請求項５】
自発呼吸動作を行う患者に対して、吸気管路を介して酸素を含む支援ガスを患者の気道に供給するガス供給サーボ機構を制御する制御装置であって、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のコンプライアンス推定装置によって推定される患者の肺のコンプライアンス値が入力される入力手段と、
基準となる患者の肺のコンプライアンス値が記憶される記憶手段と、
コンプライアンス推定装置によって推定される患者の肺のコンプライアンス値と、記憶手段によって記憶される患者の肺のコンプライアンス値とのいずれを用いるかを選択する選択手段と、
選択手段によって選択される患者の肺のコンプライアンス値に基づいて、ガス供給サーボ機構を制御する制御手段とを含むことを特徴とするガス供給サーボ機構の制御装置。
【請求項６】
自発呼吸動作を行う患者に対して、人工呼吸器を用いて患者の肺のコンプライアンスを推定するコンプライアンス推定方法であって、
患者の吸気動作と同時に人工呼吸器が吸気支援動作を開始する支援時点Ｔ０を検出する支援開始時点検出工程と、
支援開始時点Ｔ０で、患者の気道を流れる支援ガスの気道流量Ｑａｗ０を検出するとともに、気道流量Ｑａｗの積算を開始する流量検出工程と、
患者の呼吸筋が吸気動作を終了する支援終了時点Ｔ１を検出する支援終了時点検出工程と、
支援終了時点Ｔ１から、予め定めるオカルジョン期間ＷＯが経過するまで、呼気管路を塞ぐ閉塞工程と、
気道流量Ｑａｗの積算を終了し、支援開始時点Ｔ１から、前記オカルジョン期間Ｗｏの末期に設定されるオカルジョン末期時点Ｔ２までに、患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を演算する体積演算工程と、
前記オカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２を検出する気道圧力検出工程と、
気道圧力検出工程によって検出されるオカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２から、支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０と予め定められる気道抵抗Ｒとを乗算した演算肺圧力Ｐａｌｖ０（＝Ｒ・Ｑａｗ０）を減算して、圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）とし、前記体積演算工程で演算した支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を、前記圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）で除算した値（（Ｖｔ２−Ｖｔ０）／（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０））を患者の肺のコンプライアンスとして演算する推定工程と、
推定結果を出力する出力工程とを含むことを特徴とするコンプライアンス推定方法。
【請求項７】
請求項６記載の推定方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項８】
請求項７記載のプログラムを記憶するコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【請求項１】
自発呼吸動作を行う患者に対して、人工呼吸器を用いて患者の肺のコンプライアンスを推定するコンプライアンス推定装置であって、
患者の吸気動作の開始と同時に人工呼吸器が吸気支援動作を開始する支援開始時点Ｔ０と、人工呼吸器が吸気支援動作を終了する支援終了時点Ｔ１とを検出する支援状態検出手段と、
支援終了時点Ｔ０から、予め定めるオカルジョン期間ＷＯが経過するまで、患者から吐出される呼気を排出するための呼気管路を塞ぐ閉塞手段と、
患者の気道を流れる支援ガスの気道流量を検出する流量検出手段と、
患者の気道を流れる支援ガスの気道圧力を検出する気道圧力検出手段と、
患者の肺のコンプライアンスを推定する推定手段とを含み、
推定手段は、各検出手段から検出結果を取得し、
支援開始時点Ｔ０から、前記オカルジョン期間Ｗｏの末期に設定されるオカルジョン末期時点Ｔ２までに、患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を演算し、
支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０と、予め推定される気道抵抗Ｒとを乗算して、支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０（＝Ｒ・Ｑａｗ０）を演算し、
前記オカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２から、演算した支援開始時点Ｔ０の肺内圧Ｐａｌｖ０を減算して、圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）を演算し、
前記患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を、前記圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）で除算した値（（Ｖｔ２−Ｖｔ０）／（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０））を患者の肺のコンプライアンスとして演算することを特徴とするコンプライアンス推定装置。
【請求項２】
前記演算手段での演算過程で用いられる気道抵抗Ｒは、患者の状態に応じて推定される気道抵抗Ｒであることを特徴とする請求項１記載のコンプライアンス推定装置。
【請求項３】
前記演算手段での演算過程で用いられる気道抵抗値Ｒは、
人工呼吸器による吸気支援を始めてから、患者の吸気動作回数が予め定められる規定回数以下となる規定呼吸回数期間では、予め固定される気道抵抗値Ｒを用い、
人工呼吸器による吸気支援を始めてから前記規定呼吸回数期間を超えると、患者の状態に応じて推定される気道抵抗Ｒを用いることを特徴とする請求項１記載のコンプライアンス推定装置。
【請求項４】
自発呼吸動作を行う患者に対して、吸気管路を介して酸素を含む支援ガスを患者の気道に供給する人工呼吸器のガス供給サーボ機構を制御する制御装置であって、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のコンプライアンス推定装置によって推定される患者の肺のコンプライアンスに基づいて、ガス供給サーボ機構を制御する制御装置。
【請求項５】
自発呼吸動作を行う患者に対して、吸気管路を介して酸素を含む支援ガスを患者の気道に供給するガス供給サーボ機構を制御する制御装置であって、
請求項１〜３のいずれか１つに記載のコンプライアンス推定装置によって推定される患者の肺のコンプライアンス値が入力される入力手段と、
基準となる患者の肺のコンプライアンス値が記憶される記憶手段と、
コンプライアンス推定装置によって推定される患者の肺のコンプライアンス値と、記憶手段によって記憶される患者の肺のコンプライアンス値とのいずれを用いるかを選択する選択手段と、
選択手段によって選択される患者の肺のコンプライアンス値に基づいて、ガス供給サーボ機構を制御する制御手段とを含むことを特徴とするガス供給サーボ機構の制御装置。
【請求項６】
自発呼吸動作を行う患者に対して、人工呼吸器を用いて患者の肺のコンプライアンスを推定するコンプライアンス推定方法であって、
患者の吸気動作と同時に人工呼吸器が吸気支援動作を開始する支援時点Ｔ０を検出する支援開始時点検出工程と、
支援開始時点Ｔ０で、患者の気道を流れる支援ガスの気道流量Ｑａｗ０を検出するとともに、気道流量Ｑａｗの積算を開始する流量検出工程と、
患者の呼吸筋が吸気動作を終了する支援終了時点Ｔ１を検出する支援終了時点検出工程と、
支援終了時点Ｔ１から、予め定めるオカルジョン期間ＷＯが経過するまで、呼気管路を塞ぐ閉塞工程と、
気道流量Ｑａｗの積算を終了し、支援開始時点Ｔ１から、前記オカルジョン期間Ｗｏの末期に設定されるオカルジョン末期時点Ｔ２までに、患者の肺内へ流れた支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を演算する体積演算工程と、
前記オカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２を検出する気道圧力検出工程と、
気道圧力検出工程によって検出されるオカルジョン末期時点Ｔ２の気道圧力Ｐａｗ２から、支援開始時点Ｔ０の気道流量Ｑａｗ０と予め定められる気道抵抗Ｒとを乗算した演算肺圧力Ｐａｌｖ０（＝Ｒ・Ｑａｗ０）を減算して、圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）とし、前記体積演算工程で演算した支援ガスの体積（Ｖｔ２−Ｖｔ０）を、前記圧力偏差（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０）で除算した値（（Ｖｔ２−Ｖｔ０）／（Ｐａｗ２−Ｐａｌｖ０））を患者の肺のコンプライアンスとして演算する推定工程と、
推定結果を出力する出力工程とを含むことを特徴とするコンプライアンス推定方法。
【請求項７】
請求項６記載の推定方法をコンピュータに実行させるプログラム。
【請求項８】
請求項７記載のプログラムを記憶するコンピュータ読取可能な記憶媒体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−４３６（Ｐ２００８−４３６Ａ）
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１７３９７５（Ｐ２００６−１７３９７５）
【出願日】平成１８年６月２３日（２００６．６．２３）
【出願人】（３９００１０３４２）エア・ウォーター防災株式会社 (56)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月１０日（２００８．１．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月２３日（２００６．６．２３）
【出願人】（３９００１０３４２）エア・ウォーター防災株式会社 (56)
【Ｆターム（参考）】
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