JP4206436B2 - 呼吸耐力予備指数測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
【０００２】
本発明は呼吸不全の患者に対して、機械的換気補助を開始または停止を決定する際に、換気力学的に呼吸筋の潜在的な耐力の程度を示す診断に有用な指数を得る装置に関する。
【従来の技術】
【０００３】
呼吸不全に陥っている患者に対して、人工呼吸治療即ち機械的換気補助を与える必要があるか、または現在換気補助を受けている患者でその治療を停止して良いかの判断は、従来主として血液ガス、呼気ガスの分析結果を客観指標とし、担当医師の医学的、経験的な高度の判断に基づいて行われている。
換気補助の開始または中断を判断するに当たって、血液ガスの酸素分圧及び炭酸ガス分圧が正常か否かは、確かに現在のガス交換の結果を示しているのだから一つの有力な判断材料である。
しかし、血液ガスの状態が正常でも、換気補助を受けている患者では、自らの呼吸筋が仕事をしてその状態を確保できている事を必ずしも意味せず、酸素吸入や換気補助によって保たれている可能性が大である。
また現在換気補助を受けていない患者においても全身的な問題で体内では呼吸筋への栄養の補給とガス交換が十分でなく時間の経過とともに呼吸筋の疲労が蓄積されてカタストロフィに向かいつつある可能性もあり、予防的換気補助が望ましい場合がある。いずれの場合も血液ガスの状態だけでなく、これから呼吸筋が機械的な補助なくして、呼吸動作を体の換気需要に応じて継続できるかを知る事が重要である。即ち呼吸筋の耐力予備がどの程度があるかに係わる。
呼吸筋の耐力予備を確実に把握するパラメータとしてＢｅｌｌｅｍａｒｅ＆Ｇｒａｓｓｉｎｏは、下記の式に示すＴｅｎｓｉｏｎ Ｔｉｍｅ Ｉｎｄｅｘ（ＴＴｄｉ）を提案した。（Ｂｅｌｌｅｍｏｒｅ Ｆ．，Ｇｒａｓｓｉｎｏ Ａ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ Ｔｉｍｉｎｇ ｏｆ Ｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｎ ＨｕｍａｎＤｉａｐｈｒａｇｍ Ｆａｔｉｇｕｅ．Ｊ．ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓｉｏｌ．：Ｒｅｓｐｉｒａｔ．Ｅｎｖｉｒｏｎ．Ｅｘｅｒｃｉｓｅ Ｐｈｙｓｉｏｌ．５３（５）：１１９０−１１９５ １９８２）
ＴＴｄｉ＝［吸気時間（Ｔｉ）÷全呼吸時間（Ｔｔｏｔ）］×［平均経横隔膜圧（ｍｅａｎＰｄｉ）÷最大経横隔膜圧（Ｐｄｉｍａｘ）］
即ち彼らによると、４５分以上自発呼吸を持続できた健常者被験者群におけるＴＴｄｉの値は０．１５を下回っているとした。以後ＴＴｄｉは呼吸筋の耐力予備を示す指標としての評価を得て、高度の治療を行う集中治療設備ではルーチンでの測定も行われているといわれる（この方法を以下原法という）。
しかしこのＴＴｄｉ値を得るには、安静呼吸時の吸気時間及び呼吸回数に加えて、胃内圧及び食道内圧を測定するための２本の圧測定バルーンを体内に挿入しておきその差圧から求められる経横隔膜圧（Ｐｄｉ）の安静呼吸時平均値及び口を閉塞しての最大値即ち最大経横隔膜圧を求めなければならない。さらに、この測定は高価な測定器と長時間を要し、圧測定のバルーンの挿入は患者にとって侵襲度が高く負担が重く、再現性の良い測定値が得られるためには熟練を要して、とても広く臨床現場で利用できる診断法ではない。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はＴＴｄｉの基本概念を踏襲してかつ臨床の現場で無侵襲に比較的に容易に短時間で呼吸筋の呼吸耐力予備を示す指数の測定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
原法であるＴＴｄｉの意味するところは以下の様に説明される。
ＴＴｄｉはＴｉ／Ｔｔｏｔという比とｍｅａｎＰｄｉ／Ｐｄｉｍａｘの比の積である。
Ｔｉ／Ｔｔｏｔは安静呼吸で呼吸筋が動作しなければならない時間率である。
この比が小さいという事は呼吸筋に収縮後に復活再生する時間が多く与えられ、蓄積疲労の可能性が低いといえる。
ｍｅａｎＰｄｉ／Ｐｄｉｍａｘの比は呼吸筋が出せる最大の収縮力に対する安静呼吸で実際に行使しなければならない収縮力であり、この比率が小さいほど呼吸筋は予備のエネルギを保存できる。即ち消耗した栄養の補給、老廃物の排泄を行い復活再生するのに十分な余裕がある事になる。
ＴＴｄｉを構成する２つの比はいずれもより小さい方が呼吸筋の耐力予備が大きい事を意味し、これら２つの比の積をもって呼吸筋の耐力の予備を示す指標としたものである。
本発明ではＴｉ／Ｔｔｏｔについては通常の呼吸の測定技術で、呼吸流量信号が吸気時と呼気時では符号が異なるのでそれぞれの時間を計る事で容易に無侵襲で得られる吸気時間をＴｉ及び吸気時間＋呼気時間をＴｔｏｔとしてそのまま利用する。
本発明では侵襲性が高く再現性に問題のあるｍｅａｎＰｄｉ／Ｐｄｉｍａｘの代わりに、測定負担が小さく再現性の良いパラメータとして、安静呼吸を測定して得られる自発呼吸の呼気換気量と努力性呼吸の呼気換気量の比を使って新しい呼吸筋の耐力予備の指数を得る事を考案した。
安静呼吸の呼吸のパターンは安定しているが、より信頼度の高い自発呼吸の呼気換気量を得るためには、複数の継続する変動の少ない安静呼吸の呼気換気量を平均して得られる平均呼気換気量（ｍｅａｎＶｅ、図２乃至６においてはＴＶまたはＴＶＥ）を計算に用いる。
ｍｅａｎＰｄｉもＰｄｉｍａｘも圧力即ち筋肉が収縮して発生する筋力即ちテンションを表すが、このテンションが仕事を行う事により吸気が行われ、その結果が換気量と考えられる。安静呼吸時と努力性最大呼吸時の換気量の比は同一の呼吸器系に異なるテンションが加わって実現している換気量の比と考えられる。またいずれの呼吸においても負荷となる呼吸器系の力学的条件はほぼ同一と見るとテンションの比と等価な意味を持つと考えられる。
さらに考察すると、得られる換気量比は発生するテンションの比以上の意味を持つものと考えられる。
即ち、安静な自発呼吸の換気量が呼吸筋のテンションが、その換気量を吸入するための収縮持続時間の間に行った呼吸仕事の結果の集積量であると同様に、努力性の呼吸時においてもその呼気換気量は発生させた最大のテンションでの呼吸仕事の結果の集積量であり、その比は呼吸筋が行った仕事の量的比である事から耐久力予備を示すより総合的な評価の意味を持つといえる。
一方その意味では原法でいうテンションの比であるｍｅａｎＰｄｉ／Ｐｄｉｍａｘの比は問題がある。即ち原法から明らかなように、この比の分子の数字は実際に呼吸筋が仕事をしているときのテンションである一方分母のテンションは仕事をしていない状態で最大値でありその比の持つ意味は単純ではないといえよう。また分子のテンションには実験的に被験者が持続している方形波状の値を用い、一方分母は瞬間的最大値を用いていると思われ吸気している時間全体を積分的に評価した数字ではない事も呼吸耐力予備を表すには不足する点がある。
よって本発明で得られる指数は従来のＴＴｄｉより無侵襲で測定が容易であるのみならず感度の点でも優れた呼吸力予備指数を与える。
また本発明による測定では、上記で明らかなように測定する量は呼吸流量のみであり測定装置は比較的簡単に構成できる点は利点となる。
なお本発明は、原法から明らかなように呼吸筋の吸気時の活動を評価する方法であり、換気量で置き換える場合に吸気での値を使用すべきと考えられるが、この発明では、測定上の利点及び実際に肺胞換気に寄与した量として意味から吸気の結果としての呼気換気量を使用した。
【０００６】
図１は本発明による呼吸筋の耐力予備を示す指数を求める装置の実施例の構成図を示す。
気管内挿管されている患者（１）では挿管チューブ（３）に、もし患者（１）が挿管されていない場合マスク（２）を介して流量センサ（４）を接続する。
流量センサ（４）としては、いろいろな測定原理による製品が利用できるが、流路に抵抗体を設けてその通過時の圧力降下の差圧を計る圧力トランスデューサ（５）で測定し、必要に応じて信号の線形化補正して流量を得るいわゆるオリフィスセンサを実施例では用いる。
他の方式の流量センサも利用可能であるが、オリフィスセンサは一般的に安価で使い捨てが可能で、軽量であり臨床的に有利であるために利用する。
差圧を圧力トランスデューサ（５）で測定してコンピュータを内蔵する制御部（６）に入力する。制御部（６）は流量センサ（４）の特性に基づいて差圧信号を補正して流量信号を得る。同時に流量信号をソフトウエア処理で積分してボリューム信号を得て、また呼吸毎の呼気換気量が計量できるようにする。
制御部（６）には測定の指示や患者ＩＤ入力のためのキーボード（７）、呼吸波形のモニタと結果の表示のための表示装置（８）及び必要により結果を印刷するためのプリンタ（９）が接続されている。
図２は本発明による呼吸筋耐力予備を示す指数を得るまでの作業の流れのフローチャートを示す。
患者（１）の呼吸ガスの通路に流量センサ（４）を挿入した後しばらくはその負荷に馴らして安定した安静呼吸波形が得られるのを待つ。
呼吸流量信号は連続して表示され記憶されており、連続した安定な呼吸波形の複数個を測定者が制御部（６）にキーボード（７）から指定すると、その一群の呼吸波形からそれぞれ平均の吸気時間（Ｔｉ）、呼気時間（Ｔｅ）及び自発呼吸の呼気換気量が確定し記憶される。
次に患者（１）は最大の吸気呼気を行うように指示され努力してもらう。このときの最大の呼気換気量を努力性呼吸の呼気換気量として確定し制御部（６）に記憶する。この量は従来の肺活量（ＶＣ）と同じ意味を持つ。測定は複数回のデータから最大値を求めるのが望ましいが、呼吸困難度が高い患者（１）では１回の測定で済まさざるを得ない。それもできない場合、その患者（１）で最新の同種データを用いて後の計算を行っても結果には一定の意味があるものと考える。
また重症度の高い患者（１）では全く最大呼気換気量の測定が不可能な場合がある。しかしこのような患者（１）では当然換気補助の必要は明白であり、この発明の方法の有用性を損なうものではない。
挿管された患者（１）でも特に最大呼気換気量を患者（１）の協力を得て再現性のある測定を行う事はかなり困難であるが、Ｋａｃｍａｒｅｋらは吸気のみ閉塞できる一方向弁を気道に挿入して約２０秒吸気努力を患者にさせて負の最大吸気圧（ＭＩＰ）を測定した後の最初の吸気を呼出した呼気量を再現性の良い最大換気量（ＶＣ）に等価な数字としており、この方法は本発明でも利用できる。（Ｋａｃｍａｒｅｋ ＲＭほか；Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｖｅｎｔｉｌａｔｏｒｙ Ｒｅｓｅｒｖｅ ｉｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ Ｖｅｎｔｉｌａｔｅｄ Ｐａｔｉｅｎｔｓ：Ａ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ Ｒｅｓｐｉｒ．Ｃａｒｅ１９９１；３６：１０８５−１０９２）
以上により得られる吸気時間（Ｔｉ）、吸気時間＋呼気時間（Ｔｔｏｔ）、自発呼吸の呼気換気量（ｍｅａｎＶｅ、図２乃至６においてはＴＶまたはＴＶＥ）及び努力性呼吸の呼気換気量（Ｖｅｍａｘ、図２乃至６においてはＶＣまたはＶＣｍａｘ）から下記の式により
呼吸耐力予備指数＝［吸気時間／（吸気時間＋呼気時間）］×［自発呼吸の呼気換気量／努力性呼吸の呼気換気量］
呼吸耐力予備を示す指数を得て表示装置（８）に示す。この指数はその構成からＴｉ／Ｔｔｏｔを上回らない十分１より小さい小数となる。なお健常者及び疾病者におけるこの指数の測定例を図４に示す。
表示装置（８）では図３に示すようなグラフ平面をあらかじめ用意しておく。即ち
［吸気時間／（吸気時間＋呼気時間）］
及び
［自発呼吸の呼気換気量／努力性呼吸の呼気換気量］
をｙとｘの２軸とした２次元平面に等しい呼吸耐力予備指数を表す曲線を１本以上描いてこの平面領域を分割して、呼吸耐力予備の程度により要呼吸補助領域と不要領域または境界領域が明らかになるようにする。
実測より得られる呼吸耐力予備指数を図３で示すこの平面状に制御部（６）によってプロットする事により患者（１）の現状が明確に理解しやすく示される。
図５は、実施例で得られた図４に示す健常者及び呼吸疾患の患者の実測データをそれぞれ２つの点（白丸及び黒丸）でプロットして示した。健常者及び疾患患者のデータは明確にこの平面上での位置が分離されており、健常者の指数は０．０５以下に分布している。一方病的な場合の指数は０．１を超え０．２以上に分布する。このように、現在測定した指数が２次元の平面で区別される幾つかの領域のどこに位置するかにより、明確に要治療や治療の終了の判断ができる。
次に個々の患者（１）についてこの指数の測定結果を上記の解析システムに時系列的に記憶しておき、この指数群を表示装置（８）の上記と同様の２次元平面を背景として時系列で見やすい速度でできれば曲線でつないで打点する。図６に模式的に示すようにこの打点の移動の様子を観察するとその患者（１）の治療効果、病状の推移が動的に理解できその後の治療計画や説明に有効である。
【０００７】
以上のようにこの測定は小規模の装置を使って無侵襲的でかつ比較的容易に短時間に実施でき、得られる指数は呼吸疾患を持つ患者（１）の呼吸耐力予備の状態を判りやすく表し治療計画の設定に有効である。
必要な装置は可搬型で済み、必要な信号は流量のみであるから、簡単な測定プロトコルを設定しておけば、在宅呼吸療法を受けている患者の宅内での往診での測定のみならず電話回線等を使って遠隔測定も十分可能となり、その結果の診断治療方針の決定に判りやすく再現性の良い数字を提供できてその効果が大である。また動的表示は医師が患者に病状や治療効果を説明するときに有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明による呼吸耐力予備指数を測定する装置の構成図
【図２】この発明による呼吸耐力予備指数を測定するときの作業の流れ図
【図３】呼吸耐力予備指数を表示する背景グラフ画面
【図４】健常者及び呼吸疾患患者の実測データ例
【図５】図４に挙げた実測データの表示画面上のプロットグラフ
【図６】呼吸耐力予備指数を長期間にわたり測定した結果の時系列データを動的表現する様子の模式図
【符号の説明】
【０００９】
１は患者、２はマスク、３は挿管チューブ、４は流量センサ、５は圧力トランスデューサ、６は制御部、７はキーボード、８は表示装置、９はプリンタ

Claims (2)

1. 患者（１）の呼吸ガスを口元に取り付けるマスク（２）または挿管チューブ（３）を介して流量センサ（４）を通過させて呼吸流量を測定する手段、呼吸流量信号を受信して解析して患者（１）が安静に呼吸しているときの自発呼吸の呼気換気量、吸気時間及び呼気時間をそれぞれ求め、次に患者（１）が努力をして得られる最大の努力性呼吸の呼気換気量を求める事ができる手段及び
   呼吸耐力予備指数＝［吸気時間／（吸気時間＋呼気時間）］×［自発呼吸の呼気換気量／努力性呼吸の呼気換気量］
   を算出する手段を有する呼吸耐力予備指数測定装置。
2. 請求項１で得られる呼吸耐力予備指数を、［吸気時間／（吸気時間＋呼気時間）］と［自発呼吸の呼気換気量／努力性呼吸の呼気換気量］を２軸とする２次元のグラフ平面を表す表示装置（８）にプロットできる手段と、該指数を個々の患者（１）について長期間にわたり時系列順に蓄積する手段、及び該２次元グラフ平面表示上で逐次呼出して隣接点を線で結びつつ動的に描出する手段を有する呼吸耐力予備指数測定装置。

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