JP4308678B2 - 酸素供給装置 - Google Patents
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- Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
Description
本発明は酸素供給装置に係わり、特に慢性呼吸不全患者などのための在宅医療用の酸素供給装置に関するものである。
慢性呼吸不全患者など(以下単に患者という)に在宅酸素吸入療法が広く行なわれるようになっている。これに使用される酸素供給装置として空気中の酸素を選択性酸素透過膜により分離濃縮する膜式酸素濃縮装置や、圧力変動吸着法(以下PSA法という)による酸素濃縮装置が使用されている。これらの患者は慢性の呼吸障害により、通常の呼吸では動脈血中に取込まれる酸素の量が不足するので、医師の処方により、前記の各種の酸素供給源を使用し呼吸空気中に酸素補給をするものである。
これらの他に酸素供給源には、液体酸素を用いるものや、圧力容器に酸素ガスが高圧で封入されているものなどがあり、各々の患者の病態や酸素供給装置の支援体勢により、医師が適当な酸素供給源を選定して、酸素吸入療法に使用するよう指導している。
患者の動脈血酸素濃度は、動脈血に含まれる酸素ガス分圧、すなわち動脈血酸素分圧(PaO2)を計り、これで言う場合が多い。動脈血酸素分圧(PaO2)は、病状判断のひとつの指標になっている。例えば、1ヶ月以上動脈血酸素分圧(PaO2)が60mmHg未満の状態が続くことを慢性呼吸不全と呼んでいる。
慢性呼吸不全患者に対しては、動脈血酸素分圧(PaO2)が60mmHg以上で保たれるように酸素吸入を行わせる酸素吸入療法が行なわれている。動脈血酸素分圧(PaO2)及び動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の測定には、通常、動脈からの侵襲的採血が必要であり、連続的測定や度重なる測定には問題がある。
これに代わり、指先にセンサーを取り付けて非侵襲的に動脈血酸素飽和度(SpO2)を測定する動脈血酸素飽和度測定装置(パルスオキシメーター)がある。これで測定した動脈血酸素飽和度(SpO2)と動脈血酸素分圧(PaO2)との間には強い相関関係があることが知られている。
慢性呼吸不全患者に対しては、動脈血酸素分圧(PaO2)が60mmHg以上で保たれるように酸素吸入を行わせる酸素吸入療法が行なわれている。動脈血酸素分圧(PaO2)及び動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の測定には、通常、動脈からの侵襲的採血が必要であり、連続的測定や度重なる測定には問題がある。
これに代わり、指先にセンサーを取り付けて非侵襲的に動脈血酸素飽和度(SpO2)を測定する動脈血酸素飽和度測定装置(パルスオキシメーター)がある。これで測定した動脈血酸素飽和度(SpO2)と動脈血酸素分圧(PaO2)との間には強い相関関係があることが知られている。
このため、臨床的には、動脈血酸素分圧(PaO2)を60mmHg以上に保つようにする代わりに、動脈血酸素飽和度(SpO2)が90%以上になるように、酸素の吸入量を処方する。
同じく非侵襲的に皮膚にセンサー(電極)を取り付けて、経皮酸素分圧(PtcO2)や経皮二酸化炭素分圧(PtcCO2)が測定できる装置が公知である。この経皮酸素分圧(PtcO2)と動脈血酸素分圧(PaO2)との間や、経皮二酸化炭素分圧(PtcCO2)と動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)との間には強い相関関係があることが知られている。
このように、動脈血酸素濃度や動脈血二酸化炭素濃度を測定するのには色々な方法があるが、測定方法が異なっても、それらの測定値と動脈血酸素分圧(PaO2)や動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)との間には相関関係があるため、それらの測定値を制御部の処理手段で変換演算して動脈血酸素分圧(PaO2 )や動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )とみなしている。
呼吸不全の病状による病名例は、肺気腫、気管支拡張症、肺線維症、肺結核後遺症、塵肺、肺癌などがある。医師は、これらの患者ひとりひとりの複雑な合併症も含めた病状を診断し、通常状態における酸素の吸入量を決定して処方している。
同じく非侵襲的に皮膚にセンサー(電極)を取り付けて、経皮酸素分圧(PtcO2)や経皮二酸化炭素分圧(PtcCO2)が測定できる装置が公知である。この経皮酸素分圧(PtcO2)と動脈血酸素分圧(PaO2)との間や、経皮二酸化炭素分圧(PtcCO2)と動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)との間には強い相関関係があることが知られている。
このように、動脈血酸素濃度や動脈血二酸化炭素濃度を測定するのには色々な方法があるが、測定方法が異なっても、それらの測定値と動脈血酸素分圧(PaO2)や動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)との間には相関関係があるため、それらの測定値を制御部の処理手段で変換演算して動脈血酸素分圧(PaO2 )や動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )とみなしている。
呼吸不全の病状による病名例は、肺気腫、気管支拡張症、肺線維症、肺結核後遺症、塵肺、肺癌などがある。医師は、これらの患者ひとりひとりの複雑な合併症も含めた病状を診断し、通常状態における酸素の吸入量を決定して処方している。
しかし、これらの病状を有する患者は、行動の変化に伴う運動量により、その病状に変化が生じることが多い。例えば、徒歩、排便、入浴、その他、体を動かす度合いにより、当該患者の動脈血酸素分圧(PaO2 )が大きく変わる。
このように、動脈血酸素分圧(PaO 2 )は、安静時と労作時とで違いが出るが、その他にも、ストレスの有無など、患者の心理状態によっても変わる。患者の動脈血酸素分圧(PaO2 )が低下して低酸素状態になると息苦しく重篤な状態をきたすことがある。
一般的に、労作時には酸素の必要量が増加して患者が息苦しくなるので、医療用の酸素供給装置を使用する際に経験的に酸素の吸入量を増加している。
医師は、これら労作時の動脈血酸素分圧(PaO2 )の変化に対する全てをカバーする万能の処方を患者に指示するわけにはいかないので酸素吸入療法の指導の難しい点があった。
特許文献1(特開平6-197968号公報)には、患者の動脈血酸素飽和度を測定しながら酸素吸入量を自動的に制御する酸素供給装置が開示されている。
特開平6-197968号公報
一般的に、労作時には酸素の必要量が増加して患者が息苦しくなるので、医療用の酸素供給装置を使用する際に経験的に酸素の吸入量を増加している。
医師は、これら労作時の動脈血酸素分圧(PaO2 )の変化に対する全てをカバーする万能の処方を患者に指示するわけにはいかないので酸素吸入療法の指導の難しい点があった。
特許文献1(特開平6-197968号公報)には、患者の動脈血酸素飽和度を測定しながら酸素吸入量を自動的に制御する酸素供給装置が開示されている。
しかし、慢性呼吸不全患者であっても病種によっては、酸素の吸入量を増大させると血中に含まれる二酸化炭素の量が増加して(動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)が高くなる) 、病状が悪化する場合があるので、動脈血酸素分圧(PaO2)のみで酸素の吸入量を決定するのは問題を生ずる。
上記の場合のように動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )が高い患者に対して酸素を供給する場合、二酸化炭素の貯留に注意が必要である。
慢性呼吸不全患者のうち、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)が45mmHg以下で、かつ動脈血酸素分圧(PaO2)が60mmHg未満を1型慢性呼吸不全患者といい、また動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )が45mmHg以上で、動脈血酸素分圧(PaO 2 )が60mmHg未満を2型慢性呼吸不全患者といって分類している。2型慢性呼吸不全の具体的な病名には、慢性閉塞性肺疾患、肺結核後遺症などがある。これらの患者に供給する酸素の流量が増加すると二酸化炭素が蓄積し、医学的に危険になることがあり、医師の処方でも注意が必要になる。
慢性呼吸不全患者のうち、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)が45mmHg以下で、かつ動脈血酸素分圧(PaO2)が60mmHg未満を1型慢性呼吸不全患者といい、また動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )が45mmHg以上で、動脈血酸素分圧(PaO 2 )が60mmHg未満を2型慢性呼吸不全患者といって分類している。2型慢性呼吸不全の具体的な病名には、慢性閉塞性肺疾患、肺結核後遺症などがある。これらの患者に供給する酸素の流量が増加すると二酸化炭素が蓄積し、医学的に危険になることがあり、医師の処方でも注意が必要になる。
本発明の目的は、かかる患者の各種行動や状況において、必要な量の酸素を、生体情報(動脈血酸素分圧(PaO2)と動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2))を考慮して安全に供給する酸素供給装置を提供することにある。
上記課題は、酸素供給源から送られる酸素を、ガス供給手段を介して患者に供給する酸素供給装置において、患者の動脈血酸素濃度及び動脈血二酸化炭素濃度の両方を測定する測定手段と、測定手段によって測定された動脈血酸素濃度及び動脈血二酸化炭素濃度に演算処理を行う処理手段を有する制御部と、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を変更する流量変更手段とを備え、測定手段によって測定された動脈血酸素濃度及び動脈血二酸化炭素濃度の両方に基づいて制御部が流量変更手段を制御することにより、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を増減することを特徴とする酸素供給装置を提供することによって解決される。
呼吸数や換気量の制御を司る延髄の呼吸中枢刺激因子は、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)であるが、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )は、動脈血二酸化炭素濃度を経皮的に血中ガス濃度測定部で測定することにより求めることができる。
また、2型慢性呼吸不全患者は、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)が常に高いので呼吸中枢の働きが低下しており、その生体代償作用として末梢化学受容体の一つである頚動脈小体が低酸素状態を検知し、呼吸を促進させる。この末梢化学受容体を刺激する因子は動脈血酸素分圧(PaO2)であるが、動脈血酸素分圧(PaO 2 )は、例えば指爪からの動脈血酸素飽和度(SpO 2 )を測定することにより求めることができる。
測定手段によって測定された動脈血二酸化炭素濃度及び動脈血酸素飽和度は、処理手段によって動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )及び動脈血酸素分圧(PaO2 )に変換演算して使用する。これらを酸素供給装置の制御部に入力して、制御部内の処理手段、例えばマイクロプロセッサーによって演算して二酸化炭素の貯留のない最適な酸素の流量を計算し、その計算結果に従って流量変更手段を制御することで、酸素の流量を瞬時に変化させることができるようにする。
また、2型慢性呼吸不全患者は、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)が常に高いので呼吸中枢の働きが低下しており、その生体代償作用として末梢化学受容体の一つである頚動脈小体が低酸素状態を検知し、呼吸を促進させる。この末梢化学受容体を刺激する因子は動脈血酸素分圧(PaO2)であるが、動脈血酸素分圧(PaO 2 )は、例えば指爪からの動脈血酸素飽和度(SpO 2 )を測定することにより求めることができる。
測定手段によって測定された動脈血二酸化炭素濃度及び動脈血酸素飽和度は、処理手段によって動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )及び動脈血酸素分圧(PaO2 )に変換演算して使用する。これらを酸素供給装置の制御部に入力して、制御部内の処理手段、例えばマイクロプロセッサーによって演算して二酸化炭素の貯留のない最適な酸素の流量を計算し、その計算結果に従って流量変更手段を制御することで、酸素の流量を瞬時に変化させることができるようにする。
このとき、制御部は、動脈血酸素分圧(PaO
2
)及び動脈血二酸化炭素分圧(PaCO
2
)の両方に基いて流量変更手段を制御するのであれば特に限定されないが、動脈血酸素分圧(PaO
2
）の現在値(PaO
2
N)と、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO
2
)の累積増加量(動脈血二酸化炭素分圧(PaCO
2
)の現在値(PaCO
2
N)と初期値(PaCO
2
base)との差(PaCO
2
N-PaCO
2
base))と、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO
2
)の一定時間あたりの増加量 (PaCO
2
U)とに基づいて、制御部が流量変更手段を制御すると好ましい。
具体的には、
[1] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量が限界最大値(PaCO 2 Max)を超えた場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を減少し、
[2] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量が限界最大値(PaCO 2 Max)以下であり、かつ動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)が最大値(PaCO 2 Umax)を超える場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を維持し、
[3] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量が限界最大値(PaCO 2 Max)以下であり、かつ動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)が最大値(PaCO 2 Umax)以下であり、かつ動脈血酸素分圧(PaO 2 ）の現在値(PaO 2 N)が目標値(PaO 2 set)を超える場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を維持又は減少し、
[4] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量が限界最大値(PaCO 2 Max)以下であり、かつ動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)が最大値(PaCO 2 Umax)以下であり、かつ動脈血酸素分圧(PaO 2 ）の現在値(PaO 2 N)が目標値(PaO 2 set)以下である場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を増加する、
ように制御すると好ましい。
具体的には、
[1] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量が限界最大値(PaCO 2 Max)を超えた場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を減少し、
[2] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量が限界最大値(PaCO 2 Max)以下であり、かつ動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)が最大値(PaCO 2 Umax)を超える場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を維持し、
[3] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量が限界最大値(PaCO 2 Max)以下であり、かつ動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)が最大値(PaCO 2 Umax)以下であり、かつ動脈血酸素分圧(PaO 2 ）の現在値(PaO 2 N)が目標値(PaO 2 set)を超える場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を維持又は減少し、
[4] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量が限界最大値(PaCO 2 Max)以下であり、かつ動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)が最大値(PaCO 2 Umax)以下であり、かつ動脈血酸素分圧(PaO 2 ）の現在値(PaO 2 N)が目標値(PaO 2 set)以下である場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を増加する、
ように制御すると好ましい。
今までの症例から、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)がある値よりも高い状態が続くとCO2ナルコーシスを生じる危険性が高いことが知られているが、この値を増加量 (PaCO 2 U)の最大値(PaCO 2 Umax)に設定し、増加速度(PaCO 2 U)が最大値(PaCO 2 Umax)を超えないようにすることができる。
このとき、前記[1]では、 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO
2
)の累積増加量が限界最大値(PaCO
2
Max)を超えた場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量が減少されるとともに警報が発せられるようにすると好ましい。
また、前記[1]では、 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量が限界最大値(PaCO 2 Max)を超えた場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量が減少されるとともに動脈血酸素濃度及び動脈血二酸化炭素濃度を測定する時間間隔が短く変更されるようにすることも好ましい。
さらに、前記[2]では、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量が限界最大値(PaCO 2 Max)以下であり、かつ動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)が最大値(PaCO 2 Umax)を超える場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を維持されるとともに警報が発せられる
ようにすることも好ましい。
また、前記[1]では、 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量が限界最大値(PaCO 2 Max)を超えた場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量が減少されるとともに動脈血酸素濃度及び動脈血二酸化炭素濃度を測定する時間間隔が短く変更されるようにすることも好ましい。
さらに、前記[2]では、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量が限界最大値(PaCO 2 Max)以下であり、かつ動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)が最大値(PaCO 2 Umax)を超える場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を維持されるとともに警報が発せられる
ようにすることも好ましい。
本発明によれば、慢性呼吸不全患者に代表される患者などについて適正な酸素の流量を自動的に導き出すことができ、患者に安全に酸素を供給することができる。これにより医師は患者にさまざまな行動パターンを行なわせ、その結果より適正な酸素の流量の処方をする手助けの装置として使用できる。
正常者に濃度100％の酸素を大量に吸入させても動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )は増加しない。通常、二酸化炭素が血液中に蓄積すると延髄にある呼吸中枢の働きにより呼吸数の増加、息苦しさを感じる、循環系では心拍数の増加、血圧の上昇が生じる。この結果呼吸数の増加と血流の増加により動脈血中の二酸化炭素が呼気中に排出されて動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )が低下し回復する。
動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )が上昇すると、初期には発汗増多、振戦、頭蓋内圧亢進による頭痛が生じる。動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )がこのように高くなると、血中の酸性度が高くなり延髄に作用して色々な意識障害が出てくる。すなわち動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )が80mmHg以上になると自発呼吸減弱、見当識障害が認められるようになり、100mmHg以上で昏迷、120mmHgで昏睡になる。非常に急速に動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )が上昇すると、これよりも低い値でも意識障害が出現する。
動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )が上昇すると、初期には発汗増多、振戦、頭蓋内圧亢進による頭痛が生じる。動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )がこのように高くなると、血中の酸性度が高くなり延髄に作用して色々な意識障害が出てくる。すなわち動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )が80mmHg以上になると自発呼吸減弱、見当識障害が認められるようになり、100mmHg以上で昏迷、120mmHgで昏睡になる。非常に急速に動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )が上昇すると、これよりも低い値でも意識障害が出現する。
しかし、慢性的に肺胞低換気が存在する慢性閉塞性肺疾患患者や、肺結核後遺症などの慢性呼吸器疾患や、呼吸筋力が低下した神経筋疾患の患者は、安静時の室内気で既に動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)が上昇している。これら2型慢性呼吸不全患者は、延髄にある呼吸中枢の二酸化炭素に対する反応性が低下している。しかし、これに対する生体の代償作用があり、末梢化学酸素受容体の頚動脈小体における低酸素刺激で呼吸を促進している。従ってこれらの患者に、不用意な高濃度酸素投与を行なうと急速な動脈血酸素分圧(PaO 2 )の増大が生じ、前記生体の代償作用の低酸素刺激による換気促進がなくなるため、低換気状態に陥り、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )が上昇するCO2ナルコーシスを生じ生命に危険がでてくる。
2型慢性呼吸不全患者は、生体の代償作用によりpHは正常に近いため、意識清明を保つことができているが、高濃度酸素投与による急激な動脈血酸素分圧(PaO2 )の上昇に伴って動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )が上昇し、上記状況により血液のpHは低下する(酸性度は高くなる)。
このように2型慢性呼吸不全患者への酸素供給には注意が必要であり、さらに覚醒時と睡眠時では呼吸調節に違いがある。
このように2型慢性呼吸不全患者への酸素供給には注意が必要であり、さらに覚醒時と睡眠時では呼吸調節に違いがある。
覚醒時には、大脳皮質による行動調節が働き、意識的に換気を促進できる。すなわち、覚醒時に息苦しいと自ら呼吸を促進できる。一方、睡眠中には、行動調節が低下するため、意識的に呼吸促進ができなくなる。したがって、睡眠中に酸素を吸入する場合、二酸化炭素の蓄積が生じやすく覚醒時より注意が必要であり、本発明が有効となる。
また、患者への酸素の供給は、手術などで多く使用される外気との関係を閉塞してガスを循環させる閉塞循環型と、呼吸回路を外気に開放して用いる開放型とがあるが、在宅酸素吸入療法では開放型が使われる。閉塞循環型では、PSA法により濃縮された酸素を使用する場合、閉回路でガスを循環して使用するため、呼気中に含まれる二酸化炭素の処理(吸収などによる除去)を行う際に、ガス中に含まれるアルゴンの累積排除処理が必要となり、外気に開放して呼気を捨てる開放型と大きく異なる。本発明の実施例ではこの開放型に適用した酸素供給である。
図1は、本発明の一実施例に係る酸素供給装置の構成を模式的に示した系統図である。以下、これを参照して説明するが、本発明は、この実施例に限定されるものではない。
配管によって、酸素供給源10と流量変更手段1とを接続し、さらに流量測定手段2を経由して酸素出口3に接続する。この酸素出口3に、患者が吸入する酸素を供給するためのカニューラ(ガス供給手段5)の接続部4を差し込み装着する。流量変更手段1には、制御部16から信号が送られ、制御部16によって患者に供給する酸素の流量が変更制御できる構成となっている。制御部16は、CPU(処理手段)とメモリ(記憶手段)を持っている。流量変更手段1には、電気信号により酸素の供給流量が制御できるマスフローコントローラが使用できるし、別な例として複数の径の異なるオリフィスを制御部16の信号で切り替えることにより、患者に供給する酸素の流量を変更するオリフィス切替式流量変更器を採用することもできる。
制御部16には、血中ガス濃度測定部(測定手段23)からの信号と、入力手段24からの信号が入力され、表示部25に信号線が接続している。入力手段24としては、キーボードやダイヤル、又はバーコードリーダのようなコード読み取り器を使用できるが、この実施例ではテンキーとモード選択スイッチで構成している。表示部25としては、液晶表示器、LEDなどを使用することができる。
表示部25には、モード表示、各種設定入力値、計測値、酸素の流量、警報などが表示される。なお警報の表示には警報レベルとともに、患者に危険回避行動の指示を含めて表示する事がよい。例えば、警報音と共に「大きい呼吸をして下さい」、「すぐ医療機関にご連絡ください」などを表示する。
測定手段23には、センサー22、21が接続され、これらセンサー21、22は患者に接続される。患者へのセンサー21、22の接続は、電極を貼り付けることなどにより行なう。
測定手段23は、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)と動脈血酸素分圧(PaO2)とを皮膚を経由して非侵襲的に測定できる経皮酸素・二酸化炭素分圧測定装置であり、これにより経皮二酸化炭素分圧(PtcCO2 )と経皮酸素分圧(PtcO2 )とを測定することができる。これらは動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )や動脈血酸素分圧(PaO2 )と大変強い相関関係を有することが知られており、この値を制御部16内で換算演算し、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )や動脈血酸素分圧(PaO2 )として使用する。尚、パルスオキシメータによる動脈血酸素飽和度(SpO2)も動脈血酸素分圧(PaO2 )と相関関係があり、換算演算することにより、動脈血酸素分圧(PaO2 )として使用できることは先に述べたとおりである。
表示部25には、モード表示、各種設定入力値、計測値、酸素の流量、警報などが表示される。なお警報の表示には警報レベルとともに、患者に危険回避行動の指示を含めて表示する事がよい。例えば、警報音と共に「大きい呼吸をして下さい」、「すぐ医療機関にご連絡ください」などを表示する。
測定手段23には、センサー22、21が接続され、これらセンサー21、22は患者に接続される。患者へのセンサー21、22の接続は、電極を貼り付けることなどにより行なう。
測定手段23は、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)と動脈血酸素分圧(PaO2)とを皮膚を経由して非侵襲的に測定できる経皮酸素・二酸化炭素分圧測定装置であり、これにより経皮二酸化炭素分圧(PtcCO2 )と経皮酸素分圧(PtcO2 )とを測定することができる。これらは動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )や動脈血酸素分圧(PaO2 )と大変強い相関関係を有することが知られており、この値を制御部16内で換算演算し、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )や動脈血酸素分圧(PaO2 )として使用する。尚、パルスオキシメータによる動脈血酸素飽和度(SpO2)も動脈血酸素分圧(PaO2 )と相関関係があり、換算演算することにより、動脈血酸素分圧(PaO2 )として使用できることは先に述べたとおりである。
図1に示すように、センサー(電極を含む)を患者の、例えば上腕の皮膚に接続する。なお1つのセンサーで動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)と動脈血酸素分圧(PaO2)との両方を測定できるものを用いてもよいし、2つのセンサーでそれぞれ別々に測定してもよい。図1は、動脈血二酸化炭素分圧用センサー22と、動脈血酸素分圧用センサー21とをそれぞれ用いる例である。尚、本発明の酸素供給装置においては、センサーの如何にかかわらず、測定手段23から動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の値と、及び動脈血酸素分圧(PaO2)の値とを生体情報として得て、制御部16に入力して処理するのがよい。
これらの値を酸素供給装置の制御部16に入力してその内部のCPU(処理手段)で演算処理し、酸素供給源10から患者に供給する酸素の流量を制御する。即ち、測定した患者の動脈血酸素分圧(PaO2)と動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の値を用い、動脈血酸素分圧(PaO2 )の値が目標酸素分圧値(60mmHg)に近づくように、少量の基準流量から一定速度で酸素の流量を増加させる(動脈血酸素分圧(PaO2)を供給する酸素の流量の増加制御因子として用いる)。
また、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)と、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量 (PaCO 2 N-PaCO 2 base)とに注目し、これらの値が最大値(PaCO2Umax)と限界最大値(PaCO2Max)とに対してどんな値をとるかを監視しながら患者に供給する酸素の流量を抑制する。
これにより二酸化炭素の貯留しない最適な酸素の流量を決定する開放式における酸素供給装置を提供できる。 そのアルゴリズムの一例を図2に示す。
また、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)と、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量 (PaCO 2 N-PaCO 2 base)とに注目し、これらの値が最大値(PaCO2Umax)と限界最大値(PaCO2Max)とに対してどんな値をとるかを監視しながら患者に供給する酸素の流量を抑制する。
これにより二酸化炭素の貯留しない最適な酸素の流量を決定する開放式における酸素供給装置を提供できる。 そのアルゴリズムの一例を図2に示す。
図2を参照しながら、酸素供給装置の動作について説明する。
電源を入れると、まず準備段階に入り、初期設定(ステップ200)を行なう。初期設定(ステップ200)では、目標値(PaO2set)と限界最大値(PaCO2Max)と最大値(PaCO2Umax)と時間(T)とを設定する。尚、以前の値と同じで、変更する必要のないものは省略できる。センサーを患者にセットし、動脈血酸素濃度と動脈血二酸化炭素濃度の測定準備を行なう。セットがされていないときには警報を表示して操作をうながす。
次に、ステップ201に進み、動脈血二酸化炭素濃度を測定してその測定値を動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )に変換演算し、その初期値(PaCO2base)を保存する。
続いて、一定時間(T)が経過したかタイマーでチェックし(ステップ202)、過ぎていなければタイマーカウントを継続し(ステップ214)、前回と同じ流量で酸素を供給し(ステップ219とステップ210)、一定時間(T)が経過していれば、動脈血酸素濃度と動脈血二酸化炭素濃度とを測定してこれらの測定値を動脈血酸素分圧(PaO 2 ) と動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )とに変換演算し、これらの現在値(PaO 2 N)と現在値(PaCO2N)を制御部16内のメモリーに記憶する。また、このときの現在値(PaCO 2 N)と前回の現在値(PaCO2N)との差を求めて動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量(PaCO2U)とする(ステップ203)。
タイマーをリセットして経過時間を新たに数え直す(ステップ204)。
動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量(動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の現行値(PaCO2N)と初期値(PaCO2base)との差(PaCO 2 N-PaCO 2 base))が限界最大値(PaCO2Max)以下かチェックし(ステップ205)、小さければ、炭酸ガスの蓄積が限界最大値以下である。
続いて、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量(PaCO2U)が最大値(PaCO2Umax)以下かチェックし(ステップ206)、以下であれば一定時間内の炭酸ガス増加量が増加最大値を越えていないことがわかる。
電源を入れると、まず準備段階に入り、初期設定(ステップ200)を行なう。初期設定(ステップ200)では、目標値(PaO2set)と限界最大値(PaCO2Max)と最大値(PaCO2Umax)と時間(T)とを設定する。尚、以前の値と同じで、変更する必要のないものは省略できる。センサーを患者にセットし、動脈血酸素濃度と動脈血二酸化炭素濃度の測定準備を行なう。セットがされていないときには警報を表示して操作をうながす。
次に、ステップ201に進み、動脈血二酸化炭素濃度を測定してその測定値を動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )に変換演算し、その初期値(PaCO2base)を保存する。
続いて、一定時間(T)が経過したかタイマーでチェックし(ステップ202)、過ぎていなければタイマーカウントを継続し(ステップ214)、前回と同じ流量で酸素を供給し(ステップ219とステップ210)、一定時間(T)が経過していれば、動脈血酸素濃度と動脈血二酸化炭素濃度とを測定してこれらの測定値を動脈血酸素分圧(PaO 2 ) と動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )とに変換演算し、これらの現在値(PaO 2 N)と現在値(PaCO2N)を制御部16内のメモリーに記憶する。また、このときの現在値(PaCO 2 N)と前回の現在値(PaCO2N)との差を求めて動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量(PaCO2U)とする(ステップ203)。
タイマーをリセットして経過時間を新たに数え直す(ステップ204)。
動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量(動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の現行値(PaCO2N)と初期値(PaCO2base)との差(PaCO 2 N-PaCO 2 base))が限界最大値(PaCO2Max)以下かチェックし(ステップ205)、小さければ、炭酸ガスの蓄積が限界最大値以下である。
続いて、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量(PaCO2U)が最大値(PaCO2Umax)以下かチェックし(ステップ206)、以下であれば一定時間内の炭酸ガス増加量が増加最大値を越えていないことがわかる。
続いて、現在値(PaO2N)が目標値(PaO2set(実施例では60mmHg))に達したかチェックし(ステップ207)、以下であれば、初回かどうか調べて(ステップ208)、初回であれば基準流量(供給し始めの決められた低い酸素量：初期セットする)を設定し(ステップ209)、初回でなければ前回の供給の流量に増加単位流量を加えて(ステップ218)、その値を流量変更手段1に制御部16から指示する(ステップ210)。
ステップ205の判定において、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量 (PaCO 2 N-PaCO 2 base)が限界最大値(PaCO2Max)以上であれば炭酸ガスの蓄積でナルコーシスを生じる危険な状態にあると考えられるため、音を発生させて警報2を表示し(ステップ211)、患者の覚醒を促すとともに、供給する酸素の流量を前回流量よりも増加単位流量のK倍だけ少なくして供給し(ステップ212)、動脈血酸素分圧(PaO2 )の増加を抑えることにより間接的に動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )の増加を抑えてナルコーシスを回避する。ただし、急激な低減は危険であるため、Kの値は臨床経験から慎重に決定する。さらに、かかる危険な状態は一定時間(T)を短縮して注意深く状態の変化を観察しながら行う(ステップ213)。
ステップ(206)の段階で、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)が最大値(PaCO2Umax)以上であれば炭酸ガスの上昇が多くなり始めたので、警報1を発生するとともに(ステップ215)、供給する酸素の流量の増加を抑え、前回流量と同じ値に設定し(ステップ219)、酸素供給を行って様子をみる(ステップ210)。ステップ210の後は、ステップ202に戻りこれを繰り返す。
ステップ205の判定において、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量 (PaCO 2 N-PaCO 2 base)が限界最大値(PaCO2Max)以上であれば炭酸ガスの蓄積でナルコーシスを生じる危険な状態にあると考えられるため、音を発生させて警報2を表示し(ステップ211)、患者の覚醒を促すとともに、供給する酸素の流量を前回流量よりも増加単位流量のK倍だけ少なくして供給し(ステップ212)、動脈血酸素分圧(PaO2 )の増加を抑えることにより間接的に動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )の増加を抑えてナルコーシスを回避する。ただし、急激な低減は危険であるため、Kの値は臨床経験から慎重に決定する。さらに、かかる危険な状態は一定時間(T)を短縮して注意深く状態の変化を観察しながら行う(ステップ213)。
ステップ(206)の段階で、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)が最大値(PaCO2Umax)以上であれば炭酸ガスの上昇が多くなり始めたので、警報1を発生するとともに(ステップ215)、供給する酸素の流量の増加を抑え、前回流量と同じ値に設定し(ステップ219)、酸素供給を行って様子をみる(ステップ210)。ステップ210の後は、ステップ202に戻りこれを繰り返す。
供給する酸素の流量を段々と増加していき、ステップ207の段階で現在値(PaO2N)が目標値(PaO2set)になると、ステップ216に進み、現在値(PaO 2 N)が目標値(PaO 2 set)に1を加えた値よりも大きくなってないかチェックし、なってないときは、前回と同じ流量を指示し(ステップ219)、酸素供給を行う(ステップ210)。ここで、安定供給期に入る。現在値(PaO 2 N)が目標値(PaO 2 set)に1を加えた値以上になると前回流量より増加単位流量分減じた値を指示し(ステップ217)、酸素供給を行う(ステップ210)。
具体的には、動脈血酸素分圧(PaO2)が目標酸素分圧値(60mmHg)未満のとき、酸素の流量を基準流量の0.5リッター/分から増加単位流量である0.1リッター/分ずつ増加し、一定時間(T=2分)が経過した後に測定手段23により動脈血二酸化炭素濃度と動脈血酸素濃度を測定し、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 U)の一定時間あたりの増加量 (PaCO2U)が最大値 (PaCO 2 Umax(実施例では5mmHg))以下なら動脈血酸素分圧(PaO2N)が目標酸素分圧値(60mmHg)以上になるまで酸素の流量を増加していき、目標酸素分圧値(60mmHg)になったところで酸素の流量の増加を止める。そして現在値(PaO2N)が目標酸素分圧値より高い値(61mmHg)になると酸素の流量を増加単位流量分削減して供給する。
尚、現在値(PaO2N)が目標酸素分圧値(60mmHg)以上である状態が一定の時間(T2)継続した後に、増加単位流量分削減し生体反応を見ながら酸素の流量を制御する方法をとることもできる。このようにして酸素の流量を必要最小限の値とする。
これらの動作は以下の動作と並行して行われる。
尚、現在値(PaO2N)が目標酸素分圧値(60mmHg)以上である状態が一定の時間(T2)継続した後に、増加単位流量分削減し生体反応を見ながら酸素の流量を制御する方法をとることもできる。このようにして酸素の流量を必要最小限の値とする。
これらの動作は以下の動作と並行して行われる。
動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間(T)での増加量(PaCO2U)が最大値(PaCO2Umax(例えば5mmHg))を超えた場合には酸素の流量の増加を止める。また、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量(PaCO 2 N-PaCO 2 base)が限界最大値(PaCO2Max)を越えた場合には、警報を出すとともに酸素の流量を一定量ずつ低減していく。例えば、その削減量は、増加単位流量のK(係数)倍の量とする。Kの値は2としているが今後臨床的に最適値が変わる可能性もある。
2型慢性呼吸不全患者は、覚醒時には動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)が高くなり、息苦しいと大脳皮質による行動調節が働き、意識的に呼吸促進を行い、悪化への移行を止める事ができるが、睡眠中に酸素を吸入していると、この機能が働かないため動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の上昇による危険な状態に陥ることがある。本発明を用いれば、この危険性を無くすることができる。更に、安全のため、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量(PaCO 2 N-PaCO 2 base)が限界最大値(PaCO2Umax)を超えたときや、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量(PaCO 2 U)が最大値(PaCO2UMax)を超えたとき、警報音を発することにより患者を睡眠から覚醒させ、意識的に自発呼吸を行わせるようにしている。
2型慢性呼吸不全患者は、覚醒時には動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)が高くなり、息苦しいと大脳皮質による行動調節が働き、意識的に呼吸促進を行い、悪化への移行を止める事ができるが、睡眠中に酸素を吸入していると、この機能が働かないため動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の上昇による危険な状態に陥ることがある。本発明を用いれば、この危険性を無くすることができる。更に、安全のため、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量(PaCO 2 N-PaCO 2 base)が限界最大値(PaCO2Umax)を超えたときや、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量(PaCO 2 U)が最大値(PaCO2UMax)を超えたとき、警報音を発することにより患者を睡眠から覚醒させ、意識的に自発呼吸を行わせるようにしている。
本実施例では、供給する酸素の基準流量を0.5リッター/分とし、増加単位流量を0.1リッター/分としたが、今後治験や患者個々により変更を要する可能性がある場合には、入力手段24より変更することができる。
患者に供給する酸素の流量を増減しても、患者に吸入され、生体反応により所定の動脈血酸素分圧(PaO2 )や動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )の増減があり、測定手段23で検出するまでに時間の遅れがある。本実施例では、この時間(T)を2分とした。この待ち時間(T)と動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO2U)の最大値(PaCO2Umax)や、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量(PaCO 2 N-PaCO 2 base)の限界最大値(PaCO2Max)は、個々の患者により異なる可能性があるので、入力手段24で設定変更ができるようにしている。表示部25には患者の測定した動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )や、動脈血酸素分圧(PaO 2 )や、酸素の流量や、警報が表示される。尚、入力モード時は入力値が表示される。医師はこの表示値を用いて患者への処方の参考に用いる事ができる。
患者に供給する酸素の流量を増減しても、患者に吸入され、生体反応により所定の動脈血酸素分圧(PaO2 )や動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2 )の増減があり、測定手段23で検出するまでに時間の遅れがある。本実施例では、この時間(T)を2分とした。この待ち時間(T)と動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO2U)の最大値(PaCO2Umax)や、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量(PaCO 2 N-PaCO 2 base)の限界最大値(PaCO2Max)は、個々の患者により異なる可能性があるので、入力手段24で設定変更ができるようにしている。表示部25には患者の測定した動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )や、動脈血酸素分圧(PaO 2 )や、酸素の流量や、警報が表示される。尚、入力モード時は入力値が表示される。医師はこの表示値を用いて患者への処方の参考に用いる事ができる。
1 流量変更手段
2 流量測定手段
3 酸素出口
4 酸素接続口
5 カニューラ(ガス供給手段)
6 患者
10 酸素供給源
16 制御部
21 動脈血酸素分圧用センサー（センサー）
22 動脈血二酸化炭素分圧用センサー（センサー）
23 血中ガス濃度測定部(測定手段)
24 入力手段
25 表示部
2 流量測定手段
3 酸素出口
4 酸素接続口
5 カニューラ(ガス供給手段)
6 患者
10 酸素供給源
16 制御部
21 動脈血酸素分圧用センサー（センサー）
22 動脈血二酸化炭素分圧用センサー（センサー）
23 血中ガス濃度測定部(測定手段)
24 入力手段
25 表示部
Claims (5)
- 酸素供給源から送られる酸素を、ガス供給手段を介して患者に供給する酸素供給装置において、
患者の動脈血酸素濃度及び動脈血二酸化炭素濃度の両方を測定する測定手段と、測定手段によって測定された動脈血酸素濃度及び動脈血二酸化炭素濃度を動脈血酸素分圧(PaO 2 ）及び動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )に変換演算する処理手段を有する制御部と、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を変更する流量変更手段とを備え、
動脈血酸素分圧(PaO 2 ）の現在値(PaO 2 N)と、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の現在値(PaCO 2 N)と初期値(PaCO 2 base)との差(PaCO 2 N-PaCO 2 base)で表される動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の累積増加量と、動脈血二酸化炭素分圧(PaCO 2 )の一定時間あたりの増加量 (PaCO 2 U)とに基づいて、制御部が流量変更手段を制御することにより、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を増減することを特徴とする酸素供給装置。 - [1] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の累積増加量が限界最大値(PaCO2Max)を超えた場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を減少し、
[2] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の累積増加量が限界最大値(PaCO2Max)以下であり、かつ動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の一定時間あたりの増加量 (PaCO2U)が最大値(PaCO2Umax)を超える場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を維持し、
[3] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の累積増加量が限界最大値(PaCO2Max)以下であり、かつ動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の一定時間あたりの増加量 (PaCO2U)が最大値(PaCO2Umax)以下であり、かつ動脈血酸素分圧(PaO2）の現在値(PaO2N)が目標値(PaO2set)を超える場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を維持又は減少し、
[4] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の累積増加量が限界最大値(PaCO2Max)以下であり、かつ動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の一定時間あたりの増加量 (PaCO2U)が最大値(PaCO2Umax)以下であり、かつ動脈血酸素分圧(PaO2）の現在値(PaO2N)が目標値(PaO2set)以下である場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を増加する、
請求項１記載の酸素供給装置。 - [1] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の累積増加量が限界最大値(PaCO2Max)を超えた場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量が減少されるとともに警報が発せられる
請求項２記載の酸素供給装置。 - [1] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の累積増加量が限界最大値(PaCO2Max)を超えた場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量が減少されるとともに動脈血酸素濃度及び動脈血二酸化炭素濃度を測定する時間間隔が短く変更される
請求項２又は３記載の酸素供給装置。 - [2] 動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の累積増加量が限界最大値(PaCO2Max)以下であり、かつ動脈血二酸化炭素分圧(PaCO2)の一定時間あたりの増加量 (PaCO2U)が最大値(PaCO2Umax)を超える場合には、酸素供給源から患者に供給される酸素の流量を維持されるとともに警報が発せられる
請求項２〜４いずれか記載の酸素供給装置。
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