近代医療用人工呼吸器のフ ローセンサーソリューション

執筆者：Andreas Alt（セールスディレクター・メディカルマーケット）

麻酔モニタリング、集中治療手術中、および臨床環境や外来環境で気流を継続に測定することで、心肺および呼吸回路の動作を評価するための重要情報を収集できますが、これは現代医学に不可欠になっています。最初に「鉄の肺」を使用してから90年を経た現在では、私たちは機械式「エアポンプ」を使って患者に呼吸ガスを供給する機械式換気装置を扱っています。この換気技術により、陽圧を掛けて患者の肺に空気を送ります。人工呼吸器に組み込むインテリジェント機能を増加していくことで、肺機能や患者の呼吸の変化に自動的に適応できるようになります。そのため、最新の圧力制御または容量制御の換気は、今まで以上に患者志向になっています。デバイスインテリジェンスが向上したおかげで、必要な換気モードの種類がますます少なくなり、医療用人工呼吸器の操作は全体的に簡単になっています。上記に関する興味深い例を挙げると、過去には侵襲的換気の患者の自発呼吸は機械的換気を促進するために鎮静によって抑制されていましたが、今日では、自発換気の利点が理解されており、可能な限り長期間にわたってそれを維持することを目標としており、多くの場合、それがより良い結果につながります。

人工呼吸器療法

非侵襲的換気とは、マスクまたは鼻腔カニューレを使用して行われる人工呼吸器療法を指します。これは、マスク換気またはNIV/NPPV（非侵襲的換気または非侵襲的陽圧換気）と呼ばれることがよくあります。侵襲的換気では、気管内チューブまたは気管カニューレを患者の気管に挿入し、肺に空気を供給します。非侵襲的換気と侵襲的換気のどちらにもメリットがあり、補完的に使用されます。非侵襲的換気は、臨床現場で挿管前または抜管後に実施されることが多いです。NIV療法のもう1つの典型的なアプリケーションは在宅ケア環境で、これは医療専門家が監視を継続する必要なく患者に換気サポートを提供できます。多くの場合、非侵襲的換気オプションを備えた集中治療用の洗練された人工呼吸器と、亜急性治療および在宅医療環境で使用するためのそれほど複雑でない非侵襲的人工呼吸器とで区別されています。

加湿器の使用

吸入される空気に水分が含まれていると、単に患者が快適に感じる以上の利点があるため、湿度というのは軽視できないファクターです。非侵襲的換気は上気道を迂回せず、吸入空気の加湿は自然に発生しますが、特に口から呼吸する患者には加湿装置を使用するのが一般的です。十分に加湿、加温された空気は、分泌物の排出と非侵襲的換気療法の耐性の両方を改善するため、人工呼吸器療法の成功に大きく貢献します。

人工呼吸器療法 – トレンド

病院の現在のトレンドを見ると、非侵襲的換気がより頻繁に使用されており、かつてないほど多くの症状に使用されていることが分かります。慢性閉塞性肺疾患の患者は、集中治療室で非侵襲的換気で治療された患者集団の大部分を占めます。たとえば、急性呼吸不全の場合、集中治療室は治療の第一線として非侵襲的換気を今まで以上に使用しており、感染性合併症、離乳期間、ICU滞在期間、挿管率、およびコストの削減につなげています。また、在宅医療環境では、COPD、肺線維症、嚢胞性線維症などの肺疾患に対する非侵襲的な長期換気の使用が増加しています。

呼吸ガスの流量と患者に出入りする呼吸ガスの量を正確に測定することが、すべての人工呼吸器に該当する重要な問題となっています。最高の感度と精度を備えた測定を行うことで、前述の、そして現在普及している患者志向の換気が可能になり、これは患者の病態生理学をよりよく反映できます。たとえば、圧力、質量流量、体積流量を継続監視することで、肺活量の低下など、患者の状態の変化を観察できます。図1は、一般的な気流/センサー位置を備えた人工呼吸器の概略構造を示しています。

技術的な課題

呼吸回路は複雑であり、使用されるチューブ、加湿器、フィルター、アダプターの種類も異なるため、組成に違いがあります。このことが原因で漏れや欠陥が生じることがよくあります。そのため、吸気流量（I; inspiratory flow rate）は、実際に患者に到達する流量と大きく異なる場合があります。同じことは呼気流量（E; expiratory flow rate）にも当てはまります。気流の測定は、気温、湿度、呼吸ガスの組成の絶え間ない変化、および喀痰、病原体、血液によるホースや呼気/近位センサーが汚染することでも妨げられます。過去には、技術的制約から人工呼吸器内で吸気流量（I）と呼気流量（E）の測定が行われていました。実際に換気された値とは大幅に異なることがあった粗い流量値が、そこからさらに複雑かつ不正確なことも多かった補正アルゴリズムを使用して、可能な限り修正されていました。この技術的課題に対処するために、呼吸流量が患者のできるだけ近くで測定されるようになりました（近位測定など）。

近位センサーによる流量測定の利点

新生児学に端を発し、患者の気流、体積、および圧力の測定に最適な測定位置は、可能な限り患者に近い、つまり近位（P; proximally）であることが認められています。この方法により、患者は可能な限り正確な一度の換気量で換気することができ、上記の換気回路構成の影響はほぼ完全になくなります。特に、非常に小さな流量を正確に測定することが重要な新生児および小児アプリケーションでは、近位流量測定が標準になっています。近位流量測定の他の利点は、人工呼吸器がさらに高速に応答できる呼吸信号の即時検出と、漏れを検出できることです。特に漏れの影響を減らすために、近位センサーは、容積制御と圧力制御の両方の換気に役立ち、監視とトリガーの問題の原因を減らすのに有用です。

センサー技術を最先端に保つ

人工呼吸器は継続的に開発されており、常に利用可能なセンサー技術が採用されています。人工呼吸器の初期に使用されていた回転計から、オリフィスまたは熱線風速計上の差圧センサーを使用した流量測定に至るまで、センサー測定技術は大幅に進化し、増え続ける換気装置要件に対応しています。熱線風速計の次世代として開発されたのがSensirion CMOSens®です。この技術はすべてのセンシリオンマスフローセンサーと微差圧センサーで使用されています。CMOSens®技術を活用することで、センシリオンは微小電子機械システム（MEMS; micro-electro-mechanical system）テクノロジーをベースに、その対応範囲が拡大し続けるフローセンサーを開発しました。これにより、最新の人工呼吸器センサーの要件がすべて満たされます。

• 正確で瞬時のファン制御と吸気気流モニタリングのための吸気センサーソリューション（I）
• 患者が吐き出す空気と吸気換気空気のバランスをとるための呼気センサーソリューション（E）
• 患者の直接吸気および呼気を最高精度で測定するための近位センサーソリューション（P）

特に近位測定の場合、センシリオン製センサーの対応範囲は、使い捨ておよび再利用可能なセンサーソリューションで、成人と新生児の両方の換気アプリケーションをカバーします。呼気センサーと近位センサーの両方で、湿気のある空気や汚染の可能性のある空気を患者が吸うことを踏まえると、交換またはクリーニングは不可欠です。このため、すべての再利用可能なフローセンサーソリューションは、洗浄からオートクレーブまでのさまざまな方法（135°C、> 2 bar圧力、相対湿度100%）を使用して洗浄できます。