JPH06503977A - 麻酔システム内の混合ガスに含まれる少なくとも１成分の濃度を制御する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 麻酔システム内の混合ガスに含まれる少なくともｌ成分の濃度を制御する方法と 装置 本発明は、麻酔システム内の混合ガスに含まれる少なくともｌ成分の濃度を制御 する装置、それも吸入ブランチと、前記成分を供給する配量ユニットと、この供 給を制御する制御ユニットを有する形式の装置に関するものである。

この種の装置は、たとえば、混合ガスとして患者に投与される麻酔薬の濃度を制 御するため、吸入式麻酔の場合に用いることができる。

本発明は、また、麻酔システム内の混合ガスに含まれる少なくともｌ成分の濃度 を制御する方法に関するものである。

麻酔薬の分野では、麻酔薬が次第に精製度が高くなり、このため高価になる傾向 がある。したがって、麻酔薬の消費量を低減化することが望ましくなってきた。

麻酔薬消費量を減らす一つの方策は、全再吸入または一部再吸入が行なわれる麻 酔システムを使用することである。システムからガスが逃がされることのない全 再吸入式の場合、患者は、事実上、同じガスを全麻酔時間にわたって吸入するこ とになる。患者が吐き出す２酸化炭素はＣＯ２吸収装置により除去され、酸素と 麻酔薬とが目標レベルに濃度を維持される。一部再吸入式の場合は、患者の吐き 出す混合ガスの一部だけが再吸入され、その代りに一定量の新しい混合ガスが追 加される。余剰ガスは吐出の間に排出される。麻酔薬の消費量を最低限に抑えよ うとすれば、全再吸入式システムが、選択しつる最良のシステムである。

現在、再吸入式麻酔システムでの麻酔薬濃度の制祁は、手動式に行なわれること が多い。麻酔システムに組付けられ、麻酔薬濃度を測定する計器を、麻酔医が視 認するようにされている場合もある。

また、コンピュータにより自動的に麻酔薬の濃度を制御することも知られている 。

ＷＯ３８１０６９０４には、患者に投与される混合ガスの成分濃度を制御する装 置が開示されている。この装置には、吸入分岐路と吐出分岐路とを有する再吸入 用サークルシステムから成る患者用回路が備えられている。

混合ガス成分の濃度を測定するガス濃度計は、患者に近い吸入分岐路内に備えら れ、コンピュータに接続されている。ガス濃度計と目標値トランスジューサがら の信号を受けて、吸入分岐路内の、患者から離れた位置に配置されたガス投与ユ ニットをコンピュータが制御し、ガス成分を目標濃度にする。したがって、これ はフィードバック制御である。

しかしながら、手動式、コンピュータ制御式いずれの操作の場合も、麻酔薬濃度 を目標レベルに迅速かっ擺めて正確に調節することは困難である。

その理由は、とりわけ、呼吸装置に供給されるガス流中の麻酔薬濃度と、患者が 吸入する混合ガス中の麻酔薬濃度との間には、かなりの差があるからである。

したがって、本発明の目的は、自動式かつ極めて正確に、しかも僅かな時間遅れ で、麻酔システム内の混合ガスの成分濃度を目標値に調節可能な装置を提供する ことにある。

この目的は、本明細書の冒頭に述べた型式の装置、それも投与ユニットが混合ガ ス成分を吸入分岐路内の、ガス濃度計の後方箇所に供給するようにされ、かつま た制御ユニットが前記成分の供給を、ガス濃度計による測定濃度と吸入分岐路内 の混合ガス流量との関数として制御するようにされていることを特徴とする装置 により達成された。

この装置は、混合ガスの１成分の濃度を正確かつ迅速に制御することができる。

これは、コンピュータが、吸入分岐路内の混合ガス流量と、投与箇所前方での当 該成分の濃度とを記憶しているため、目標濃度の維持に要する供給成分流量を決 定できるからである。したがって、この制御方式はフィードフォワード制御であ る。

吸入分岐路内の流量が未知の場合は、たとえば吸入分岐路内に配置した流量計に より測定するのがよい。

配量ユニットは、吸入分岐路内で流量計の下流に配置しておき、混合ガス流量が 投与箇所の前方で流量計により測定されるようにするのが好ましい。

投与箇所と濃度計とは、互いに接近位置にあるのが好ましい。これら２つの構成 要素の間の麻酔システム容積は、２１を超えないようにするのがよく、好ましく は２ｏｏｍｌ以下にするのがよい。２つの構成要素を接近配置することにより、 高速装置が得られる。この装置は、再吸入される混合ガス成分濃度の変動を補償 することができるので、目標吸入濃度が維持される。

流量計、ガス濃度計、投与ユニットは単一のユニットとして構成するのか好まし い。そうすることにより麻酔システムへの組付けが簡単になる。この単一のユニ ットは患者から離れたところに組付けておき、患者から出る痰、湿気、その他の 影響を受けないようするのがよい。

本発明による濃度制御装置には、投与箇所の下流で成分濃度を測定する付加的な ガス濃度計を備えるようにしてもよい。このガス濃度計は、モニタ機能を有する ようにし、吸入分岐路内の混合ガス成分の目標濃度と獲得濃度との差が大きくな りすぎないよう防止するか、または制御を精密にするためフィードバック回路の 一部をなすようにする。

前記装置は、また、全再吸入式または一部再吸入式の麻酔システムはもちろんの こと、開放麻酔システムにも採用可能である。しかし、最大の利点（よ再吸入シ ステムによって得られる。加えて、この装置は自発呼吸、制御呼吸いずれかの装 置を存する麻酔システムに使用可能である。

本発明は、また、添付請求の範囲に記載の独特の特徴を存する、制御を実施する 方法に関するものである。

以下で、本発明を複数の好適実施例及び添付図面につき、より詳細に説明する。

第１図は再吸入式麻酔システム内での本発明による制御装置の位置を略示した図 、 第２図は本発明を示す基本図、 第３図は本発明を示す基本図で、供給された新しい混合ガスの流量か測定される 様子を示した図である。

第１図に略示した再吸入式麻酔システム１は、吸入分岐路２、吐出分岐路３、患 者用部材４．１対のベローズ５から成っている。吸入分岐路２内にはＣＯを吸収 器６と、麻酔システム内を循環する混合ガスの一成分、たとえば麻酔薬の濃度を 制御する装置７とが組付けられて（・る。また、新しいガスを供給する装置（図 示せず）も。

備えられている。

麻酔システム内の混合ガスは矢印方向に流れる。混合ガス流は、吸入分岐路２と 吐出分岐路３とては一方方向に流れ、患者用部材４と１対のベローズ５への吸入 ・吐出両分岐路の接続部とては両方向に流れる。

第２図は本発明による制御装置の基本図である。この装置は、吸入分岐路２（図 にはその一部のみが示されている）内の混合ガス中の麻酔薬濃度を測定するよう にされた第１のガス濃度計８と、吸入分岐路２内の混合ガス流量を測定するよう にされた流量計９と、吸入分岐路２内の投与箇所３０に麻酔薬を供給する投与ユ ニッｈｌＯと、混合ガス中の麻酔薬の濃度を測定するようにされた付加濃度計１ １と、吸入される混合ガス中の麻酔薬の目標濃度を設定するのに役立つ目標値ト ランスジューサ１３と、濃度計８、流量計９、濃度計１１、目標値トランスジュ ーサ１３からの入力信号を受取り、制御信号を計算し投与ユニットＩＯへ伝える ようにされた制御ユニット１２とを有している。

濃度計８と流量計９とは、投入箇所３０の上流に配置されている。換言すれば、 投入箇所３０よりも患者から遠い位置に配置されている。濃度計８と流量計９と は、それぞれ麻酔薬濃度と再吸入ガス流量を測定する。濃度計８と流量計９との 相対位置は、重要ではない。

第２図に示した装置は次のように操作される。麻酔医が、目標値トランスジュー サ１３により吸入ガス中の麻酔薬目標濃度を設定する。トランスジューサ１３は 、その意味での入力信号を制御ユニット１２へ送る。制御ユニット１２は、濃度 計８と流量計９とから入力信号を受取り、投与ユニット１０により吸入分岐路へ 供給される必要のある麻酔薬の流量を、次式により決定することができる Ｖ、＝Ｖ、・（Ｃ，−Ｃ，）／　（１００−Ｃ，）・・・（１１この式において 、■、は吸入分岐路へ供給されるべき麻酔薬の流量、■、は吸入分岐路内の再吸 入混合ガスの流量、Ｃ，は吸入分岐路内の麻酔薬の目標濃度％、ｃ７は再吸入さ れる混合ガス中の麻酔薬濃度である。

この簡単な制御アルゴリズムは、通気パターンまたは再吸収度の変化に自動的に 順応する。加えて、このアルゴリズムは、麻酔薬の目標濃度が変化された場合に も、迅速に応答する。

濃度計８と投与箇所３０とは、互いに接近配置しておくのが好ましい。吸入分岐 路内の両者間の容量は２１を超えないのがよく、好ましくは２０〇−以下にする 。これにより麻酔薬は、濃度の対応測定が行なわれた流れに供給される。

付加的な濃度計１１は、本発明の装置の機能にとって重要なものではない。この 濃度計１１は、投与箇所３゜の下流に配置され、麻酔薬の獲得濃度の測定に用い られる。この濃度計１１は麻酔薬の目標濃度と獲得濃度との差が高い値になり過 ぎないように防止する安全装置として役立っている。また、この濃度計は、フィ ードフォーワード制御を精密にするためフィードバック方法に用いてもよい。

また、次の点も指摘しておくべきであろう。すなわち、吸気分岐路内の混合ガス 流量が既知である場合には、流量計９は不要であり、流量値を入力信号の形式で 制御ユニット１２へ送れば十分であるという点である。

第３図は、従来型式のロータメータから０２およびＮ２０／空気を供給する入口 １４を除いて、第２図に対応している。０２とＮ２０／空気との流量を測定する ようにされた流量計１５か入口１４に取付けられている。

使用中、麻酔医は手動式にロータメータを介して０２とＮ、０／空気との流量を 調節する。制御ユニｙ　ｈ　Ｉ　２は、供給の要ある麻酔薬流量Ｖ、を、次式に 従って決定する Ｖ、＝Ｖ、・　（Ｃ，−Ｃ，）／　（１００−Ｃ，）　＋■、。１　・Ｃ，／　 （ｔｏｏ−ＣＩ）・・・（２）この式において、■、。、は流量計１５が測定し た流量である。

流量計の目盛りは、たとえば酸素濃度に応じて変更できるので、濃度計（図示せ ず）は、入口１４または吸入分岐路２に配置して、酸素濃度を測定し、制御ユニ ット！２へ信号を送るようにするのが好ましい。

入口１４は、濃度計８は流量計９との下流に配置するのが好ましい。これは次の 理由による。すなわち、呼気段階では、吸入分岐路２内に再吸入ガス流は実質的 に存在しない。しかし、ロータメータからの流れか入口１４を介して吸入分岐路 ２内へ入る。ロータメータからのこの流れが濃度計８の前方に供給されれば、こ の濃度計の測定する麻酔薬濃度は、濃度計の後方に供給されるより変動の度合が 著しくなろう。濃度計は、かなり緩速なので、変化のゆっくりした信号を測定す るようにするのがよい。

酸素とＮ２０／空気の供給も自動式に行なわれるようにする。その場合、麻酔医 は、目標値トランスジューサ１３を介して酸素又はＮ、Ｏ又は窒素ガスの目標濃 度を設定する。これらいずれかの物質の吸入分岐路内での濃度の制御は、麻酔薬 ＃度の制御と関連して先述した形式で行なわれる。濃度計８が、これらの物質の 濃度を測定できるようにする必要があることは言うまでもない。

輿・ 第２図に示した装置は試験肺に接続された麻酔システム内でテストされた。用い られた濃度計８．１１は市販の麻酔ガス計であり、流量計９としては、差圧トラ ンスジューサに接続された空気式タコグラフを用いた。また、用いた制御ユニッ ト１２は、アナログ式の入力部と出力部とを介して濃度計８．１１、流量計９、 投与ユニット１０のそれぞれに接続されたコンピュータである。麻酔医がイソフ ルレーン（麻酔薬）の目標濃度を選定した。

供給を要するイソフルレーン流量は、既述の式（１）を用いて決定した。イソフ ルレーンは、約４０％の空気と酸素を含む高濃度混合ガスとして投与された。供 給量は、制御ユニット１２内でｆｌＪＷＩアルゴリズムにより決定されたイソフ ルレーン流量に比例する頻度に等しい短い（０゜Ｉｓ）パルスで高濃度のイソフ ルレーンを供給することで加減した。その結果の吸入イソフルレーン濃度はガス 濃度計１１により測定した。混合用容積が、投与箇所３０と付加濃度計１１との 間に設けられ、余り小さくはないイソフルレーンガスのパルスの補償を行なうよ うにされている。

本発明による装置は、基本特徴が「麻酔」誌４５巻ｐ、８５５〜ｐ、８５８．１ ９９０年刊に掲載の、大部分が閉じられた閉システムに接続された。

イソフルレーンに加えて極少量の他のガスを麻酔システムに供給し、システムを 出来るだけ閉システムに維持した。システムは６Ｉ！／ｍｉｎの通風機により操 作した。

このテストは、また、通風機により操作される開システムでも行なわれた。イソ フルレーンの目標濃度は、両テストとも１％に設定し、獲得濃度は、両テストと も３０Ｓ以内で目標濃度の±０．１％以内であった。１時間にわたるテストにお いて、消費されたイソフルレーンが、開システムでは３０ｇ１事実上の閉システ ムでは５ｇ以下であった。

別のテストでは、イソフルレーンの目標濃度を０．５％〜２．０％の範囲内で変 化させた。結果濃度は目標濃度と一致した。

同じ優秀な成績が動物実験でも得ることができた。

結論として言えることは、本発明により、簡単な形式で麻酔薬量の制御が可能と なり、それによって吸入ガス中の目標濃度が得られるということである。この制 御は再吸入量とは無関係に行なわれる。再吸入量は連続的に測定され、制御ユニ ットにより補償される。制御システムは構造が簡単であるから、技術面の安全性 も十分である。全装置を、単一のユニットとして麻酔システムの吸入ブランチ内 に組付けて、麻酔用トロリに定置組付けできるので、安全性にも役立つ。使用中 、麻酔医は、麻酔薬の目標吸入濃度を、場合により酸素のそれをも、表示器を見 ることで、可能な最も簡単な仕方で制御システムから情報を得ることができる。

本発明は、麻酔システム内のあらゆるガス成分、すなわち麻酔薬同様、酸素や空 気／窒素ガスの制御に適用できる。したがって、本発明は、吸入ガス中の麻酔薬 濃度を引下げるさいにも利用できる。この引下げは、他のガス成分濃度を増すこ とにより行なわれる。

ＦＩＧ、３ 国際調査報告 ｌｌ１１ｗ＊ａｌｌい、、Ａ７龜−、，１２０／ＳＥ　９１１００９０４国際調 査報告 ＰＣＴ／ＳＥ　９１１００９０４

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．吸入分岐路（２）を有する麻酔システム（１）内の混合ガスの少なくとも１ 成分の濃度を制御する装置であって、前記成分を供給する投与ユニット（１０） と、この供給を制御する制御ユニット（１２，１３）とを有する形式のものにお いて、投与ユニット（１０）が、前記吸入分岐路内に配置されたガス濃度計（８ ）の後方に位置する投与箇所（３０）で吸入分岐路（２）に前記成分を供給する ようにされており、かつまた、制御ユニット（１２，１３）が、ガス濃度計（８ ）による測定濃度と、吸入分岐路（２）内の混合ガス流量との関数として前記成 分の供給を制御するようにされたことを特徴とする、麻酔システム内の混合ガス の少なくとも１成分の濃度を制御する装置。
2. ２．吸入分岐路（２）内の混合ガス流量を測定する流量計（９）によって特徴づ けられる請求項１に記載された装置。
3. ３．流量計（９）が吸入分岐路（２）内に備えられていることを特徴とする請求 項２に記載された装置。
4. ４．投与箇所（３０）が流量計（９）の下流に配置されていることを特徴とする 請求項２または３に記載された装置。
5. ５．ガス濃度計（８）と投与箇所（３０）との間の吸入分岐路（２）容積が２ｌ 以下、好ましくは２００ｍｌ以下であることを特徴とする請求項１から４までの 、いずれか１項に記載された装置。
6. ６．ガス濃度計（８）と、流量計（９）と、投与ユニット（１０）が、吸入分岐 路（２）内に組付け可能の単ーユニット（７）として配置されていることを特徴 とする請求項１から５までのいずれか１項に記載された装置。
7. ７．吸入分岐路（２）内の混合ガスに含まれている前記成分の濃度を測定するよ うにされ、かつ吸入分岐路（２）内の投与箇所（３０）の下流に配置された付加 濃度計（１１）を特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載された装 置。
8. ８．前記成分が麻酔薬であって、入口（１４）が、新しい混合ガスを供給するよ うにされ、吸入分岐路（２）内にガス濃度計（８）の下流に配置されており、前 記制御ユニット（１２，１３）が、麻酔薬の供給制御時に、吸入分岐路（２）に より供給される新しい混合ガス流量を計算に入れることを特徴とする請求項１か ら７までのいずれか１項に記載された装置。
9. ９．麻酔システム内の混合ガスに含まれる少なくとも１成分の濃度を制御する方 法であって、混合ガス中の前記成分の濃度が、混合ガスに前記成分の供給される 箇所の上流で測定され、かつまた前記成分が、この成分の測定濃度と混合ガスの 流量とによって決められる流量で供給されることを特徴とする、麻酔システム内 の混合ガスに含まれる少なくとも１成分の濃度を制御する方法。
10. １０．前記成分を供給する際の流量が、次式、すなわちＶｖ＝Ｖ１・（Ｃ１−Ｃ ｒ）／（１００−Ｃ１）により決定され、この式において、Ｖｖは前記成分が供 給されるさいの流量、Ｖ１は混合ガス流量、Ｃｉは混合ガスに含まれる前記成分 の目標濃度％、Ｃｒは前記成分の測定濃度％であることを特徴とする請求項９に 記載された方法。