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特許6963819吸入酸素分配を自動的に制御するための装置の作動方法、装置およびシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6963819
(24)【登録日】2021年10月20日
(45)【発行日】2021年11月10日
(54)【発明の名称】吸入酸素分配を自動的に制御するための装置の作動方法、装置およびシステム
(51)【国際特許分類】
A61M 16/00 20060101AFI20211028BHJP
A61M 16/10 20060101ALI20211028BHJP
【ＦＩ】
A61M16/00 305B
A61M16/00 305A
A61M16/00 310
A61M16/00 370
A61M16/10 Z
【請求項の数】18
【全頁数】49
(21)【出願番号】特願2018-524468(P2018-524468)
(86)(22)【出願日】2016年11月10日
(65)【公表番号】特表2019-500927(P2019-500927A)
(43)【公表日】2019年1月17日
(86)【国際出願番号】AU2016051077
(87)【国際公開番号】WO2017079798
(87)【国際公開日】20170518
【審査請求日】2019年11月5日
(31)【優先権主張番号】2015904621
(32)【優先日】2015年11月10日
(33)【優先権主張国】AU
(73)【特許権者】
【識別番号】515039683
【氏名又は名称】ユニバーシティ・オブ・タスマニア
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＡＳＭＡＮＩＡ
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ゲール，ティモシー ジョン
(72)【発明者】
【氏名】ダーガビル，ピーター アンダーソン
【審査官】
段 吉享
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２００５／０１０９３４０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開平０６−１０５９１２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ａ６１Ｍ １６／００
Ａ６１Ｍ １６／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
吸入酸素分配を自動的に制御するための装置の作動方法であって、前記装置は、入力ユニット、コントローラ、および出力ユニットを有し、当該方法は、
患者に対する時間が異なる複数の入力酸素飽和値（入力ＳｐＯ２値）を表す信号を前記入力ユニットが受信する工程と、
前記入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて、前記コントローラが制御値を生成する工程と、
前記制御値および基準吸入酸素濃度値（ｒＦｉＯ２値）に基づいて、前記コントローラが、前記出力ユニットから出力される出力吸入酸素濃度値（出力ＦｉＯ２値）を生成する工程と、
を備え、
前記制御値は、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、即時利得係数に基づいて、前記コントローラが生成する即時制御値と、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、累積利得係数に基づいて、前記コントローラが生成する累積制御値と、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、予測利得係数に基づいて、前記コントローラが生成する予測制御値と、
を有し、
前記コントローラは、前記ｒＦｉＯ２値にさらに基づいて、前記即時制御値を決定し、
前記コントローラは、動脈酸素分圧（ＰａＯ２）とＳｐＯ２との間の予め定められた非線形関係に基づいて、非線形重み付け補償を前記累積制御値に適用する、ことを特徴とする方法。
患者に対する時間が異なる複数の入力酸素飽和値（入力ＳｐＯ２値）を表す信号を前記入力ユニットが受信する工程と、
前記入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて、前記コントローラが制御値を生成する工程と、
前記制御値および基準吸入酸素濃度値（ｒＦｉＯ２値）に基づいて、前記コントローラが、前記出力ユニットから出力される出力吸入酸素濃度値（出力ＦｉＯ２値）を生成する工程と、
を備え、
前記制御値は、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、即時利得係数に基づいて、前記コントローラが生成する即時制御値と、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、累積利得係数に基づいて、前記コントローラが生成する累積制御値と、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、予測利得係数に基づいて、前記コントローラが生成する予測制御値と、
を有し、
前記コントローラは、前記ｒＦｉＯ２値にさらに基づいて、前記即時制御値を決定し、
前記コントローラは、動脈酸素分圧（ＰａＯ２）とＳｐＯ２との間の予め定められた非線形関係に基づいて、非線形重み付け補償を前記累積制御値に適用する、ことを特徴とする方法。
【請求項2】
前記即時制御値は、エラー値に前記即時利得係数をかけ算することにより生成され、前記エラー値は、前記入力ＳｐＯ２値と前記目標ＳｐＯ２値との差に関連し、
前記累積制御値は、エラー値の和または積分に、前記累積利得係数をかけ算することにより生成され、
前記予測制御値は、前記エラー値の差または微分係数に、前記予測利得係数をかけ算することにより生成される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記累積制御値は、エラー値の和または積分に、前記累積利得係数をかけ算することにより生成され、
前記予測制御値は、前記エラー値の差または微分係数に、前記予測利得係数をかけ算することにより生成される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記目標ＳｐＯ２値は、ユーザーが予め選択した目標ＳｐＯ２範囲内にあり、
カレントの入力ＳｐＯ２値が前記目標ＳｐＯ２範囲内にあるとき、前記コントローラが、前記即時制御値にアッテネータを適用し、前記アッテネータは、前記カレントの入力ＳｐＯ２値および前記目標ＳｐＯ２範囲の中間点に基づいて、前記コントローラによって生成される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
カレントの入力ＳｐＯ２値が前記目標ＳｐＯ２範囲内にあるとき、前記コントローラが、前記即時制御値にアッテネータを適用し、前記アッテネータは、前記カレントの入力ＳｐＯ２値および前記目標ＳｐＯ２範囲の中間点に基づいて、前記コントローラによって生成される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項4】
カレントの入力ＳｐＯ２値が前記目標ＳｐＯ２値より低いとき、前記カレントの入力ＳｐＯ２値と前記目標ＳｐＯ２値との間の差に関連するエラー値は、ユーザーが選択した最大エラー値において上限規定される、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項5】
ユーザーが選択した最大制御値において前記制御値を上限規定するよう前記累積制御値を修正する工程をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項6】
前記出力ＦｉＯ２値の各々は、対応する前記制御値および対応する前記ｒＦｉＯ２値の和である、ことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記累積制御値を制御する工程は、
（ｉ）カレントの前記出力ＦｉＯ２値が室内気レベルにあり、かつ、（ｉｉ）カレントの前記入力ＳｐＯ２値が前記目標ＳｐＯ２値を超えているときに、前記累積制御値の増加を制限する工程を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
（ｉ）カレントの前記出力ＦｉＯ２値が室内気レベルにあり、かつ、（ｉｉ）カレントの前記入力ＳｐＯ２値が前記目標ＳｐＯ２値を超えているときに、前記累積制御値の増加を制限する工程を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項8】
前記入力ＳｐＯ２値が、ＳｐＯ２勾配決定期間の間に、選択されたＳｐＯ２閾値を超えた場合、前記予測制御値はヌルとなる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項9】
前記入力ＳｐＯ２値、および、ｒＦｉＯ２評価時間間隔にわたるそれぞれの前記出力ＦｉＯ２値に基づいて、前記コントローラがｒＦｉＯ２評価結果を生成する工程と、
前記ｒＦｉＯ２評価結果に基づいて、前記コントローラが前記ｒＦｉＯ２値を修正する工程と
をさらに備える請求項１に記載の方法。
前記ｒＦｉＯ２評価結果に基づいて、前記コントローラが前記ｒＦｉＯ２値を修正する工程と
をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項10】
階層検証法における複数の検証レベルのひとつに、前記カレントの入力ＳｐＯ２値を分類することにより、カレントの入力ＳｐＯ２値に基づいて、前記コントローラがＳｐＯ２検証結果を生成する工程と、
前記ＳｐＯ２検証結果に基づいて、前記コントローラが前記出力ＦｉＯ２値を決定する工程と
をさらに備える請求項１に記載の方法。
前記ＳｐＯ２検証結果に基づいて、前記コントローラが前記出力ＦｉＯ２値を決定する工程と
をさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項11】
前記即時利得係数は初期値を有し、前記初期値は、
（ｉ）−２と−０．２との間の選択値、または
（ｉｉ）−１
であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
（ｉ）−２と−０．２との間の選択値、または
（ｉｉ）−１
であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項12】
前記累積利得係数は初期値を有し、前記初期値は、
（ｉ）−０．２５と−０．００５との間の選択値、または
（ｉｉ）−０．０１２５
であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
（ｉ）−０．２５と−０．００５との間の選択値、または
（ｉｉ）−０．０１２５
であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項13】
前記予測利得係数は初期値を有し、前記初期値は、
（ｉ）−２と−０．２５との間の選択値、または
（ｉｉ）−１
であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
（ｉ）−２と−０．２５との間の選択値、または
（ｉｉ）−１
であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項14】
パフォーマンス評価結果に基づいて、前記コントローラが前記即時利得係数を修正する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項15】
前記コントローラは、
前記パフォーマンス分析時間間隔内の前記入力ＳｐＯ２値が低酸素症の範囲内にあるところの低酸素症時間間隔、および、
前記パフォーマンス分析時間間隔内の前記入力ＳｐＯ２値が酸素過剰症の範囲内にあるところの酸素過剰症時間間隔、の少なくともひとつに基づいて、前記パフォーマンス評価結果を生成する、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
前記パフォーマンス分析時間間隔内の前記入力ＳｐＯ２値が低酸素症の範囲内にあるところの低酸素症時間間隔、および、
前記パフォーマンス分析時間間隔内の前記入力ＳｐＯ２値が酸素過剰症の範囲内にあるところの酸素過剰症時間間隔、の少なくともひとつに基づいて、前記パフォーマンス評価結果を生成する、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項16】
前記目標ＳｐＯ２値は、ユーザーが予め選択した目標ＳｐＯ２範囲内にあり、
前記コントローラは、
前記パフォーマンス分析時間間隔内の前記入力ＳｐＯ２値が前記目標ＳｐＯ２範囲内にあるところの目標時間間隔、および、
前記パフォーマンス分析時間間隔内の前記入力ＳｐＯ２値が前記目標ＳｐＯ２範囲内にあるか、または、室内気において前記目標ＳｐＯ２範囲を超えるところのエウポキシア時間間隔、の少なくともひとつに基づいて、前記パフォーマンス評価結果を生成する、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
前記コントローラは、
前記パフォーマンス分析時間間隔内の前記入力ＳｐＯ２値が前記目標ＳｐＯ２範囲内にあるところの目標時間間隔、および、
前記パフォーマンス分析時間間隔内の前記入力ＳｐＯ２値が前記目標ＳｐＯ２範囲内にあるか、または、室内気において前記目標ＳｐＯ２範囲を超えるところのエウポキシア時間間隔、の少なくともひとつに基づいて、前記パフォーマンス評価結果を生成する、ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項17】
吸入酸素分配を自動的に制御するための装置であって、
患者に対する時間が異なる複数の入力酸素飽和値（入力ＳｐＯ２値）を表す信号を受信する入力ユニットと、
受信した前記入力ＳｐＯ２値を記録するメモリと、
前記入力ＳｐＯ２値に基づいて出力吸入酸素濃度値（出力ＦｉＯ２値）を決定するコントローラと、
決定された前記出力ＦｉＯ２値を出力する出力ユニットと、
を備え、
前記コントローラは、
前記入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて制御値を生成し、
前記制御値および基準吸入酸素濃度値（ｒＦｉＯ２値）に基づいて前記出力ＦｉＯ２値を生成し、
前記制御値は、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、即時利得係数に基づいて生成された即時制御値と、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、累積利得係数に基づいて生成された累積制御値と、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、予測利得係数に基づいて生成された予測制御値
を有し、
前記即時制御値は、前記ｒＦｉＯ２値にさらに基づいて決定され、
動脈酸素分圧（ＰａＯ２）とＳｐＯ２との間の予め定められた非線形関係に基づいて、非線形重み付け補償が前記累積制御値に適用される、ことを特徴とする装置。
患者に対する時間が異なる複数の入力酸素飽和値（入力ＳｐＯ２値）を表す信号を受信する入力ユニットと、
受信した前記入力ＳｐＯ２値を記録するメモリと、
前記入力ＳｐＯ２値に基づいて出力吸入酸素濃度値（出力ＦｉＯ２値）を決定するコントローラと、
決定された前記出力ＦｉＯ２値を出力する出力ユニットと、
を備え、
前記コントローラは、
前記入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて制御値を生成し、
前記制御値および基準吸入酸素濃度値（ｒＦｉＯ２値）に基づいて前記出力ＦｉＯ２値を生成し、
前記制御値は、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、即時利得係数に基づいて生成された即時制御値と、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、累積利得係数に基づいて生成された累積制御値と、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、予測利得係数に基づいて生成された予測制御値
を有し、
前記即時制御値は、前記ｒＦｉＯ２値にさらに基づいて決定され、
動脈酸素分圧（ＰａＯ２）とＳｐＯ２との間の予め定められた非線形関係に基づいて、非線形重み付け補償が前記累積制御値に適用される、ことを特徴とする装置。
【請求項18】
吸入酸素分配を自動的に制御するためのシステムであって、
ひとつ以上の酸素飽和度モニタリングデバイス、および、ひとつ以上の吸入酸素制御デバイスと、
制御デバイスと、
前記ひとつ以上の酸素飽和度モニタリングデバイスと前記制御デバイスとの間の通信、および、前記ひとつ以上の吸入酸素制御デバイスと前記制御デバイスとの間の通信を可能にするネットワークと
を備え、
前記制御デバイスは、
前記ネットワークを通じて、前記ひとつ以上の酸素飽和度モニタリングデバイスの各々から、患者に対する時間が異なる複数の入力酸素飽和値（入力ＳｐＯ２値）を表す信号を受信し、
前記入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて制御値を生成し、
前記制御値および基準吸入酸素濃度値（ｒＦｉＯ２値）に基づいて、出力吸入酸素濃度値（出力ＦｉＯ２値）を生成し、
前記ネットワークを通じて、対応する吸入酸素制御デバイスへ、決定された前記出力ＦｉＯ２値を送信することにより吸入酸素分配を制御し、
前記制御値は、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、即時利得係数に基づいて生成された即時制御値と、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、累積利得係数に基づいて生成された累積制御値と、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、予測利得係数に基づいて生成された予測制御値と
を有し、
前記即時制御値は、前記ｒＦｉＯ２値にさらに基づいて決定され、
動脈酸素分圧（ＰａＯ２）とＳｐＯ２との間の予め定められた所定の非線形関係に基づいて、非線形重み付け補償が前記累積制御値に適用される、ことを特徴とするシステム。
ひとつ以上の酸素飽和度モニタリングデバイス、および、ひとつ以上の吸入酸素制御デバイスと、
制御デバイスと、
前記ひとつ以上の酸素飽和度モニタリングデバイスと前記制御デバイスとの間の通信、および、前記ひとつ以上の吸入酸素制御デバイスと前記制御デバイスとの間の通信を可能にするネットワークと
を備え、
前記制御デバイスは、
前記ネットワークを通じて、前記ひとつ以上の酸素飽和度モニタリングデバイスの各々から、患者に対する時間が異なる複数の入力酸素飽和値（入力ＳｐＯ２値）を表す信号を受信し、
前記入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて制御値を生成し、
前記制御値および基準吸入酸素濃度値（ｒＦｉＯ２値）に基づいて、出力吸入酸素濃度値（出力ＦｉＯ２値）を生成し、
前記ネットワークを通じて、対応する吸入酸素制御デバイスへ、決定された前記出力ＦｉＯ２値を送信することにより吸入酸素分配を制御し、
前記制御値は、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、即時利得係数に基づいて生成された即時制御値と、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、累積利得係数に基づいて生成された累積制御値と、
前記入力ＳｐＯ２値、前記目標ＳｐＯ２値、および、予測利得係数に基づいて生成された予測制御値と
を有し、
前記即時制御値は、前記ｒＦｉＯ２値にさらに基づいて決定され、
動脈酸素分圧（ＰａＯ２）とＳｐＯ２との間の予め定められた所定の非線形関係に基づいて、非線形重み付け補償が前記累積制御値に適用される、ことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願発明は、概して、吸入酸素分配を自動的に制御するための方法、装置およびシステムに関する。例えば、目標範囲に酸素濃度を維持するように、吸入酸素濃度を自動的に制御するための方法、装置およびシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
酸素補給療法は、慢性および急性患者療法の両方でさまざまな目的で使用可能である。例えば、呼吸器疾患を有する新生児の治療において中心的な役割を果たす。早産児に対する研究結果によれば、慢性低酸素症と死亡率の増加との間には関係性がある。また、過剰な酸素分配は、特に未熟児の網膜症において、逆効果となることが観測された。したがって、酸素の過剰を防止するために、許容可能な範囲に酸素濃度（ＳｐＯ２）を維持するべく、吸入酸素の割合（ＦｉＯ２）を連続して調節する必要がある。ＦｉＯ２の変化に対するＳｐＯ２の応答は、システム利得と呼ばれ、ここでシステムとは患者である。
【0003】
現在、早産児に対する酸素分配のバランスを左右するのは、大部分、ベッドサイドの医療者の手の中にある。その者は、酸素濃度をＳｐＯ２目標範囲に維持するように、ＦｉＯ２を手動で調節する。残念なことに、ＦｉＯ２のこの手動制御は、不正確であり、幼児は、目標範囲外のＳｐＯ２でかなり長時間過ごすことになる。
【0004】
ＦｉＯ２の自動調節は、手動制御より目標範囲により長く留まることを可能にし、医原性酸素過剰症および深刻な低酸素症の比率をかなり減少させることができる。しかし、肺機能不全を有する早産児に酸素の自動分配を適用する際に重要な課題が存在する。第１の課題は、ＳｐＯ２目標範囲内で効果を改善すること、および、低酸素症および酸素過剰症の時間および発現を避けることである。酸素分配の自動制御の第２の課題は、酸素供給の主な決定要因が早産児により千差万別で混ざり、ＦｉＯ２の変化に対して基本的に異なる応答に寄与し、したがって、所与のＳｐＯ２摂動への均一かつ不変の応答を有する自動コントローラは、すべての個人のニーズに答えることは不可能である。第３の課題は、システム利得が時間を通じて変化することである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来技術に関連するひとつ以上の欠点または制限を解決または改善するか、少なくとも有益な代替案を提供することが所望される。
【0006】
本明細書における任意の先行文献（またはそこから導出される情報）または、周知技術への参照は、従来文献（またはそこから導出される情報）または周知技術が、本明細書が関連する技術分野における共通の一般的知識の一部を形成すると認めるか、または、提案すると取るべきではない。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本願発明のひとつの態様に従い、吸入酸素分配を自動的に制御するための方法が与えられる。当該方法は、患者に対する複数の入力酸素濃度（ＳｐＯ２）値を表す信号を受信する工程と、
入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて制御値を生成する工程と、
制御値および基準吸入酸素濃度（ｒＦｉＯ２）に基づいて、出力吸入酸素濃度（ＦｉＯ２）値を生成する工程と、
を有し、
制御値は、
入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、即時利得係数に基づいて生成された即時制御値、
入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、累積利得係数に基づいて生成された累積制御値、
入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、予測利得係数に基づいて生成された予測制御値、
を有し、
即時制御値は、ｒＦｉＯ２値に基づいて決定され、
動脈酸素の分圧（ＰａＯ２）とＳｐＯ２との間で予め定められた非線形関係に基づいて、非線形重み付け補償が累積制御値に対して適用される。
【0008】
本願発明の他に態様に従い、吸入酸素分配を自動的に制御するための装置が与えられる。当該装置は、患者に対する複数の入力酸素飽和度（ＳｐＯ２）値を表す信号を受信する入力ユニットと、
受信した入力ＳｐＯ２値を記録するためのメモリと、
入力ＳｐＯ２値に基づいて出力酸素濃度（ＦｉＯ２）値を決定するためのコントローラと、
決定された出力ＦｉＯ２値を出力するための出力ユニットと、
を有し、
コントローラは、
入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて、制御値を生成し、
制御値、および、基準吸入酸素濃度（ｒＦｉＯ２）値に基づいて出力吸入酸素濃度（ＦｉＯ２）を生成し、
制御値は、
入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、即時利得係数に基づいて生成された即時制御値、
入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、累積利得係数に基づいて生成された累積制御値、
入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、予測利得係数に基づいて生成された予測制御値、
を有し、
即時制御値は、ｒＦｉＯ２値に基づいて決定され、
非線形重み付け補償が、動脈酸素の分圧（ＰａＯ２）とＳｐＯ２との間で予め定められた非線形関係に基づいて、累積制御値に対して適用される。
【0009】
本願発明の他の態様に従って、吸入酸素分配を自動的に制御するためのシステムが与えられる。当該システムは、ひとつ以上の酸素飽和度モニタリングデバイス、および、ひとつ以上の吸入酸素制御デバイスと、
制御デバイスと、
ひとつ以上の酸素飽和度モニタリングデバイスと制御デバイスとの間の通信、および、ひとつ以上の吸入酸素制御デバイスと制御デバイスとの間の通信を可能にするネットワークと、
を有し、
制御デバイスは、
ネットワークを通じて、ひとつ以上の酸素飽和度モニタリングデバイスの各々から患者に対する複数の入力酸素飽和（ＳｐＯ２）値を表す信号を受信し、
入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて制御値を生成し、
制御値および基準吸入酸素濃度（ｒＦｉＯ２）値に基づいて、出力吸入酸素濃度（ＦｉＯ２）値を生成し、
ネットワークを通じて、対応する吸入酸素制御デバイスへ、決定された出力ＦｉＯ２値を送信する、
ことにより、吸入酸素分配を制御し、
制御値は、
入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、即時利得係数に基づいて生成された即時制御値、
入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、累積利得係数に基づいて生成された累積制御値、
入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、予測利得係数に基づいて生成された予測制御値、
を有し、
即時制御値は、ｒＦｉＯ２値に基づいて決定され、
非線形重み付け補償が、動脈酸素の分圧（ＰａＯ２）とＳｐＯ２との間で予め定められた非線形関係に基づいて、累積制御値に対して適用される。
【0010】
本願発明の他の態様に従い、吸入酸素分配を自動的に制御するための方法が与えられる。当該方法は、患者に対する複数の入力酸素飽和（ＳｐＯ２）値を表す信号を受信する工程と、
入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて、制御値を生成する工程と、
制御値および基準吸入酸素濃度（ｒＦｉＯ２）値に基づいて、出力吸入酸素濃度（ＦｉＯ２）値を生成する工程と、
を有し、
制御値は、
入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、即時利得係数に基づいて生成された即時制御値、
入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、累積利得係数に基づいて生成された累積制御値、
入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、予測利得係数に基づいて生成された予測制御値、
を有する。
【0011】
本願発明のいくつかの実施形態が、添付する図面を参照して以下で例示的に説明される。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
ここで説明される吸入酸素分配システム１００は、患者（例えば、人間の幼児）に対する吸入酸素分配を自動的に制御する方法を実行するものである。
【0014】
説明されるシステム（および方法）は、既存のシステムおよび方法に比べひとつ以上の利点を与える。第１に、説明されるシステムは、所望のＳｐＯ２範囲を効率的に目標として、酸素の過剰吸入を避ける。第２に、説明されるシステムは、例えばＶ／Ｑ比の変化および肺内のシャントによるＳｐＯ２逸脱に迅速に応答することできる。第３に、説明されるシステムは、ＰａＯ２−ＳｐＯ２関係内の非線形性を補償する（ここで、ＰａＯ２は、動脈中酸素の分圧を意味し、例えば、ＰａＯ２は、Ｓ字形曲線の線形部分におけるＳｐＯ２の各１％のステップ変化に対して、１〜２ｍｍＨｇだけ変化するが、漸近線の方向へさらに向かって２０ｍｍＨｇ以上だけ変化する。）第４に、説明されるシステムは、ＦｉＯ２調節に対する個人の変更可能なＳｐＯ２応答を補償するべく異なる個人に対して、ＦｉＯ２−ＳｐＯ２曲線のシフト（ここで、右側シフトは、減少する換気−かん流（Ｖ／Ｑ）比に対応する）およびシャント（肺の内部に酸素が加えられない状態での、人体にポンピングされる血液の割合または比）の異なる個人の混合に対応して、異なるように応答することができる。第５に、説明されるシステムは、パフォーマンス計測に基づいてその利得を調節することができる。
【0015】
図１に示すように、システム１００は、制御装置１０、オキシメータ２０、および、呼吸サポートデバイス３０を有する。
【0016】
制御装置１１は、吸入酸素分配を自動的に制御するように構成されている。
【0017】
オキシメータ２０は、患者４０の動脈酸素飽和（ＳｐＯ２）値を測定し、制御装置１０にＳｐＯ２値を表す出力信号を送信する。オキシメータ２０の出力信号により表されるＳｐＯ２値は、制御装置１０の観点から入力ＳｐＯ２値とも呼ばれる。
【0018】
オキシメータ２０は、アナログまたはデジタルデータ出力を有する。
【0019】
オキシメータ２０からの入力ＳｐＯ２値に基づいて、制御装置１０は、出力吸入酸素濃度（ＦｉＯ２）値を決定し、決定された出力ＦｉＯ２値を表すＦｉＯ２信号を出力する。
【0020】
制御装置１０からの出力ＦｉＯ２信号は、呼吸サポートデバイス３０に送信される。呼吸サポートデバイス３０は、ＦｉＯ２入力に応答することができるシステムである。すなわち、呼吸サポートシステムは、ＦｉＯ２の所望の値を受信しかつ実行することができる。呼吸サポートデバイス３０は、空気酸素混合機、機械的人工呼吸器、持続的気道陽圧（ＣＰＡＰ）ドライバー、または、大流量鼻カニューラサポートまたは小流量酸素分配用のフロージェネレータの形式であってよい。
【0021】
呼吸サポートデバイス３０は、混合ガス（決定されたＦｉＯ２を有するわずかに吸入された酸素）を患者４０に分配する。吸入酸素分配システム１００は、さらに、補助患者モニタリングシステム５０、および、呼吸回路モニタリングシステム６０を有する。
【0022】
補助患者モニタリングシステム５０は、患者４０を監視し、患者の状態を表す信号を出力する。補助患者モニタリングシステム５０は、心肺モニターまたは呼吸モニターの形式の監視デバイスを含む。
【0023】
呼吸回路モニタリングシステム６０は、呼吸サポートデバイス３０の出力、すなわち、患者に分配されるべき吸収酸素の割合を監視する。それは、モニタリング結果を表す信号を出力する。呼吸回路モニタリングシステム６０は、酸素アナライザーおよび付加的に圧力トランスデューサーの形式のデバイスを有する。
【0024】
補助患者モニタリングシステム５０および呼吸回路モニタリングシステム６０からの出力は、制御装置１０に送信される。制御装置１０は、補助患者モニタリングシステム５０および呼吸回路モニタリングシステム６０から送信された信号および入力ＳｐＯ２に基づいて出力ＦｉＯ２値を決定する。
【0025】
図２に示すように、制御装置１０は、スタンドアロンのデバイスである。制御装置１０は、入力ＳｐＯ２値に基づいて出力ＦｉＯ２値を決定するコントローラ１１と、入力ＳｐＯ２値を表す信号を受信し、かつ、決定された出力ＦｉＯ２値を表す信号を出力する入力／出力インターフェース１２を有する。入力／出力インターフェース１２は、補助患者モニタリングシステム５０および／または呼吸回路モニタリングシステム６０からの入力も受信する。
【0026】
コントローラ１１は、ここで説明する方法の各工程を実行するひとつ以上のデジタルマイクロコントローラまたはマイクロプロセッサを含む、電子制御装置の形式である。コントローラ１１は、方法の各ステップを実行するように構成されたひとつ以上の特定用途向け集積回路および／またはフィールドプログラマブルゲートアレイを有する。
【0027】
制御装置１０は、受信した入力ＳｐＯ２値を記録するメモリ１３をさらに有する。メモリ１３は、ここで説明する方法のステップを定義する機械読み取り可能インストラクションを格納し、方法のひとつ以上のステップを実行するべく、コントローラ１１によって読み出されかつ実行される。
【0028】
制御装置１０はまた、ユーザ（例えば、ベッドサイドの介護者）にさまざまな情報を示すユーザインターフェースを表示し、ユーザインターフェースを通じてユーザによって入力されたインストラクションを受信するユーザインターフェースディスプレイ１４を有する。受信したユーザ入力は、コントローラ１１へ送信される。
【0029】
制御装置１０は、データ収集デバイス（ＤＡＱ）１５を有し、それは、システム１００の他のコンポーネントから送信された信号／データを収集する。
【0030】
オキシメータ２０は、パルスオキシメータ２１を有する。パルスオキシメータ２１は、患者４０のＳｐＯ２を測定し、制御装置１０へＳｐＯ２値を表す出力信号を送信する。パルスオキシメータ２１はさらに、（１）スプリアスのＳｐＯ２値と潜在的に関連する小さい値を有する酸素測定波形の拍動性のメトリックであるかん流指数、（２）ＳｐＯ２プレチスモグラフ波形（Ｐｌｅｔｈ）を測定する。かん流指数を表す出力信号、および、ＳｐＯ２プレチスモグラフ波形を表す出力信号は、パルスオキシメータ２１から制御装置１０へ送信される。パルスオキシメータ２１は、さらに、ＳｐＯ２プレチスモグラフ波形から導出された心拍数（ＨＲＰｌｅｔｈ）を測定し、それを制御装置１０へ送信する。
【0031】
呼吸サポートデバイス３０は空気酸素混合機３１を有する。決定された出力ＦｉＯ２値を表す信号は、制御装置１０から空気酸素混合機３１にカスタム設置されたサーボモーター３２に方向付けられ、それにより、環状ギア機構を介して、混合機ＦｉＯ２選択ダイヤルの自動回転が可能となる。サーボモーター３２およびギアシステムは、十分なトルクおよび精度を有し、ＦｉＯ２への微小な調節（例えば、最小値±０．５％）を正確かつ繰り返し行うことができる。サーボモーター３２は、混合機ダイヤルが手動で回せるように低いホールドトルクを有してもよい。この手動の介入は、ポジションセンサーによって検出され、ＦｉＯ２がもはや自動制御されない手動モードへの切り替えを生じさせる。
【0032】
ＦｉＯ２の自動制御の最初において、サーボモーターキャリブレーションがチェックされ、必要に応じて変更される。サーボモーターキャリブレーションは、必要ならば長期使用中に周期的にチェックおよび／または変更可能である。
【0033】
制御装置１０は、ＦｉＯ２セレクタダイヤルの位置（サーボＦｉＯ２）のサーボモーター３２からのフィードバック信号を使って、出力ＦｉＯ２値の変更がサーボモーター３２によって正しく実行されたことを確認する。
【0034】
図２に示すように、補助患者モニタリングシステム５０は、呼吸モニター５１および心肺モニター５２を含む。呼吸モニター５１は、患者４０の呼吸を監視し、かつ、患者４０の呼吸速度を表す信号を出力する。心肺モニター５２は、患者４０の心電図（ＥＣＧ）を監視し、心電図モニタリングから導出された心拍数（ＨＲｅｃｇ）を表す信号を出力する。呼吸モニター５１および心肺モニター５２からの出力は、制御装置１０へ送信される。
【0035】
呼吸回路モニタリングシステム６０は、酸素アナライザー６１および圧力トランスデューサー６２を含む。酸素アナライザー６１は、空気酸素混合機３１の出力、すなわち、患者４０に分配されるべき混合ガスを監視し、測定ＦｉＯ２を表す信号を制御装置１０へ出力する。圧力トランスデューサー６２は、ＣＰＡＰ回路の吸入リム内の圧力を変換し、ＣＰＡＰ回路圧力を表す信号を制御装置１０へ出力する。
【0036】
制御装置１０から送られた出力ＦｉＯ２値の変化が自動空気酸素混合機３１によって正しく実行されたことの確認は、酸素アナライザー６１を使った、空気酸素混合機３１からの出力ＦｉＯ２の測定に基づいている。酸素アナライザー６１からの情報（測定ＦｉＯ２）は、アナログ信号からデジタル化され、さらに選択されたフロー時間遅延（それは、５秒か、他の適当な値であってよく、システムセットアップの時間に選択または決定される）だけオフセットされて、ガスフローの時間、および、混合機の下流平衡を補償する。
【0037】
オキシメータ２０、補助患者モニタリングシステム５０および吸入酸素モニタリングシステム６０からのこれらの入力信号に基づいて、制御システム１０は出力ＦｉＯ２値を決定する。
【0038】
オキシメータ２０、補助患者モニタリングシステム５０および呼吸回路モニタリングシステム６０からの入力ＳｐＯ２以外の入力は、付加的入力と呼ばれる。上述したように、付加的入力は、測定ＦｉＯ２、ＣＰＡＰ回路圧力、呼吸速度、かん流指数、プレチスモグラフ波形、ＨＲＰｌｅｔｈおよびＨＲｅｃｇを含む。
【0039】
制御装置１０は、音声および／または視覚アラームをトリガーするために、コントローラ１１により制御されるアラームユニットをさらに有する。例えば、サーボＦｉＯ２または測定ＦｉＯ２のいずれかの出力ＦｉＯ２値からの逸脱が許容限界を超えた場合（それぞれ、１および２％）、アラームがトリガーされる。ひとつの例において、それぞれ５および１０％の逸脱の発生に対して、高レベルアラームおよび手動モードへの切り替えが実行される。
【0040】
また、代替的に、制御装置１０は、スタンドアロンデバイスではなく、他のデバイスにマウントされるか一体化されてもよい。例えば、制御装置１０は、オキシメータ２０内に一体化されてよく、または、呼吸サポートデバイス３０内に一体化されてもよい。
【0041】
以下で詳細に説明するように、コントローラ１１は、早産児に対する自動酸素制御用に適応されかつ構成されたフィードバック形式のコアコンポーネントを有する。フィードバックコントローラは、入力制御信号、および、フィードバックコントローラ内の内部制御値（項とも呼ばれる）に基づいて、出力制御信号を生成するための機械的、デジタルおよび／または電子的回路を有する。内部制御値は、（ａ）入力の現在値に基づいて出力を調節する即時制御値、
（ｂ）入力の先行または過去の値に基づいて出力を調節する累積制御値、
（ｃ）入力の予測未来値に基づいて出力を調節する予測制御値、
の合計を含む。
【0042】
吸入酸素分配を自動的に制御する方法は、（ａ）患者に対する複数の入力酸素飽和（ＳｐＯ２）値を表す信号を受信する工程と、
（ｂ）入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて制御値を生成する工程と、
（ｃ）制御値および基準吸入酸素濃度（ｒＦｉＯ２）値に基づいて、出力吸入酸素濃度（ＦｉＯ２）値を生成する工程と
を有する。
【0043】
制御値は、現在の入力ＳｐＯ２値と目標ＳｐＯ２値との比較に関連する即時制御値を含む。即時制御値は、入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、即時利得係数に基づいて生成される。
【0044】
制御値はさらに、入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値との間の累積関係に基づいて生成された累積制御値を含む。入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値との間の累積関係は、入力ＳｐＯ２値と目標ＳｐＯ２値との間の差の累積であってよい。累積制御値は、入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて生成され、累積利得係数により調節されてよい。
【0045】
制御値はさらに、入力ＳｐＯ２値と目標ＳｐＯ２値との間の予測関係に基づいて生成される予測制御値を含む。予測関係は、入力ＳｐＯ２値と目標ＳｐＯ２値との間の差の時間微分であってよい。予測制御値は、入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、予測利得係数に基づいて生成される。
【0046】
フィードバックコントローラは、即時制御値、累積制御値、予測制御値およびｒＦｉＯ２値に基づいて制御値を生成し、かつ、出力ＦｉＯ２値を決定する。
【0047】
フィードバックコントローラにおいて、エラーは、セットポイントからのプロセス信号の逸脱として定義される。フィードバックコントローラは、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラであってよい。
【0048】
ＰＩＤフィードバックコントローラは、多くの方法によって強化される。肺機能不全の深刻さの測定は、現在の酸素要求の自動評価によって周期的に得られる。即時制御値の強化は、肺機能不全の深刻さ、目標範囲内でのエラー減衰、および、低酸素症の間のエラー上限規定に基づく変調を含む。累積制御値の強化は、被積分関数の大きさ上限規定、非線形ＰａＯ２−ＳｐＯ２関係の補償、および、室内気中の被積分関数増加の制限を含む。
【0049】
ＰＩＤコントローラに対して、各瞬間の操作された信号出力の値は、エラー、その積分およびその微分に比例しており、各ケースで異なる乗算係数、すなわち、即時利得係数、累積利得係数、および、予測利得係数（Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄとそれぞれ呼ぶ）を有する。ＰＩＤフォードバックコントローラに対して、即時制御値は、比例項とも呼ばれ、累積制御値は積分項とも呼ばれ、予測制御値は微分項とも呼ばれる。それら３つは、ＰＩＤ項と呼ばれる。
【0050】
ここで説明する吸入酸素分配を自動的に制御するための方法において、即時制御値は、カレントの入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２との間の差に関連したエラー値に、即時利得係数を乗算することにより生成される。エラー値は、エラー（ｅ）、すなわち、カレントの入力ＳｐＯ２値と目標ＳｐＯ２値との間の差を決定することにより、生成される。代替的に、エラー値は、カレントの入力ＳｐＯ２値を目標のＳｐＯ２値と比較する他の適当な数学的方法によって生成されてもよい。
【0051】
ＰＩＤコントローラに対して、ＳｐＯ２の入力値（有効信号と仮定して）と、選択した目標範囲の中間点（例えば、目標範囲だ９１〜９５％であれば、中間点は９３％）との間の数値差がエラー（ｅ）として使用されてよい。
【0052】
また、累積制御値は、入力ＳｐＯ２値と目標ＳｐＯ２値との間の差の累積に、累積利得係数を乗算することにより生成される。例えば、累積制御値は、エラー値の合計に、デジタル信号用の累積利得係数を乗算することにより生成されるか、エラー値の積分にアナログ信号用の累積利得係数を乗算することにより生成される。代替的に、累積制御値は、入力ＳｐＯ２値と目標ＳｐＯ２値との間の累積関係を生じさせる他の適当な数学的方法によって生成されてもよい。
【0053】
ＰＩＤコントローラに対して、被積分関数（∫ｅｄτ）は、すべてのエラー（以下で説明される制限を受ける）の合計または積分である。ＰＩＤ制御内の積分項は、一定の状態エラーを克服する利点に役立つ。
【0054】
また、予測制御値は、連続エラー値（デジタル信号に対して）の間の時分割された差、または、エラー値（すなわち、入力ＳｐＯ２値と目標ＳｐＯ２値との間の差）の微分係数（アナログ信号に対して）に、予測利得係数を乗算することにより生成される。代替的に、予測制御値は、入力ＳｐＯ２値と目標ＳｐＯ２値との間の予測関係を生じさせる他の適当な数学的方法によって生成されてもよい。
【0055】
ＰＩＤコントローラに対して、微分係数（ｄｅ／ｄｔ）は、先行の５秒間にわたる直線回帰によるＳｐＯ２勾配であり、ＰＩＤ制御において、未来エラーの予測をもたらす。
【0056】
例えば、ＰＩＤ項の各々の合計は、ΔＦｉＯ２として表される（以下の方程式（１）で示す）。
【0057】
上述したように、出力ＦｉＯ２値（患者に分配されるべきＦｉＯ２）は、制御値、および、基準吸入酸素濃度（ｒＦｉＯ２）値に基づいて決定される。
【0058】
ある実施形態において、出力ＳｐＯ２値は、以下の方程式（２）で示すような、対応する制御値および対応するｒＦｉＯ２値の合計である。
【0059】
例えば、ＦｉＯ２は、ΔＦｉＯ２およびｒＦｉＯ２の合計である（以下の方程式（２）で示す）。さらに、ＦｉＯ２は、±０．５％に丸められ、かつ、２１と１００％の間の値に強制される。すなわち、２１％未満の任意の値は、２１％まで切り上げられ、１００％を超える任意の値は、１００％まで切り下げられる。【数1】
【数2】
【0060】
ｒＦｉＯ２値は、カレントのベースラインの酸素要求を表し、それは患者の肺機能不全の深刻さを示す。それは、予測値または値の範囲であるか、ユーザ入力によって選択されてもよい。例えば、ｒＦｉＯ２値は、２１％と６０％との間の数、または、１００％までの任意の他の適当な数として予め定められる。ｒＦｉＯ２値は、以下で詳細に説明するように、初期値を有し、時間にわたって周期的に修正される。決定を繰り返すための時間間隔は固定されるか（例えば、３０分から２時間の任意の間隔）、または、代替的に決められていない。こうして、呼吸器機能不全を有する患者に発生するベース酸素要求の徐々の変化を検出し、対応することが可能になる。
【0061】
ある実施形態において、即時利得係数は、−２と−０．２の間として選択された初期値、例えば、−１を有する。
【0062】
ある実施形態において、累積利得係数は、−０．２５と−０．００５との間として選択された初期値、例えば、−０．０１２５を有する。
【0063】
ある実施形態において、予測利得係数は、−２と−０．２５との間として選択された初期値、例えば、−１を有する。
【0064】
Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄの各々の値は、予め定められた基準値または値範囲に基づいて決定される。例えば、Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄは、基準値、または、早産児からのデータを使ったシミュレーション研究から導出された値の範囲に基づいて決定される。係数の各々の値は、負であってもよく、それは、ＰＩＤ項が協力してエラーを訂正するように作用することを意味する。係数値の例示的範囲は、Ｋｐが−２から−０．２、Ｋｉが−０．２５から−０．００５、Ｋｄが−２から−０．２５であり、例えば、Ｋｐが−１、Ｋｉが−０．０１２５、Ｋｄが−１である。以下で詳細に説明するように、Ｋｐの固定値は、肺機能不全の深刻さに応じて修正されてよく、自動制御中の自己調節プロセスを通じてさらに改善される、例えば、３０から６０分毎（または、例えば１０分以上かつ１２０分以下の適当な評価に対して十分な他の適当な時間間隔）に１回修正される。
【0065】
ある実施形態において、即時制御値が修正されてよい。
【0066】
ある実施形態において、方法は、目標ＳｐＯ２範囲に基づいて、目標ＳｐＯ２値を決定する工程をさらに有し、
カレントの入力ＳｐＯ２値が目標ＳｐＯ２範囲内にあるとき、アッテネータが即時利得係数に適応され、
アッテネータは、カレントの入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２範囲の中間点に基づいて生成される。
【0067】
アッテネータは、カレントの入力ＳｐＯ２値と目標ＳｐＯ２範囲の中間点との間の差に比例する比の乗数である。
【0068】
また、カレントの入力ＳｐＯ２値が目標のＳｐＯ２値より小さいときには、カレントの入力ＳｐＯ２値と目標ＳｐＯ２値との間の差に関連するエラー値が、選択された最大差において上限規定される。
【0069】
ＰＩＤ制御に対して、比例項の決定は、入力ＳｐＯ２値が目標のＳｐＯ２範囲内に存在する場合に修正される。
【0070】
システム１００は、目標範囲の中間点を目標とし、この値からの任意の逸脱をエラー（ｅ）として定義する。目標範囲内のいずれかのＳｐＯ２値が許容されるという認識において、目標範囲の中間点からの逸脱に関連するエラーは、中間点からの距離に比例する比乗数Ｋｐｆｍによって減少される（目標範囲減衰）。例えば、中間点（例えば、９１〜９５％）から±２のスパンを有する目標範囲に対して、｜ｅ｜＝１に対する０．２５の比乗数ＫｐｆｍがＫｐに適用され、｜ｅ｜＝２に対する０．５の比乗数Ｋｐｆｍが適用される。
【0071】
また、ＳｐＯ２モニタリングの相対的不正確さが８０％以下の値で与えられると、負のエラーが、例えば比例項の決定に対して１５％に、上限規定される。
【0072】
ある実施形態において、累積制御値が修正されてよい。
【0073】
ある実施形態において、動脈酸素の分圧（ＰａＯ２）とＳｐＯ２との間の非線形な予め定められた関係に基づいて、非線形重み付け補償が累積制御値に適用されてもよい。
【0074】
さらに、累積制御値は、制御値を選択した最大制御値に上限規定するように修正されてよい。
【0075】
ＰＩＤ制御に対して、積分項が修正されてもよい。
【0076】
絶え間ない低酸素症の場合、積分項はＦｉＯ２を益々増分するという認識において、ＰＩＤコントローラから出力される最大ΔＦｉＯ２をユーザによって設定された値（それは、±３０〜４０％であり、すなわち、ｒＦｉＯ２より３０〜４０％上または下）に制限するよう被積分関数の大きさに制限が設定される。オーバーシュートとしての低酸素症イベントに続く、酸素過剰症（すなわち、補助酸素時の目標範囲を超えたＳｐＯ２）において、高いＳｐＯ２値でのエラーは、許容値からのＰａＯ２の逸脱と同様に比例しない（すなわち、非線形なＰａＯ２−ＳｐＯ２関係）。このため、被積分関数が負のまま（すなわち、ΔＦｉＯ２を増加させる傾向）である限り、エラー乗数は、関連するΔＰａＯ２値に比例する正のエラーに適用される。ひとつの実施形態において、被積分関数は負のままである間、訂正されたエラーは、各反復により被積分関数に付加される。エラー乗数を表１に示す。
【0077】
【表1】
【0078】
エラー乗数は、急速に増加する負の被積分関数をゼロに戻す効果を有し、したがって、オーバーシュートを軽減する。
【0079】
また、ある実施形態において、累積制御値を生成することは、（ｉ）カレントの出力ＦｉＯ２値が室内気レベルであり、かつ、（ｉｉ）カレントの入力ＳｐＯ２値が目標ＳｐＯ２値を超えるときに、累積制御値の増加を制限することを含む。
【0080】
被積分関数が正である場合（すなわち、ΔＦｉＯ２が減少する傾向）、ＦｉＯ２のセットが室内気（２１％）を超えたままである間にのみ、さらに正のエラーが被積分関数に付加される。室内気（すなわち、ＦｉＯ２＝２１％）の場合、目標範囲を超えるＳｐＯ２の連続値は、絶え間のない酸素過剰症を表すとはもはや考えられず、正のエラーは被積分関数に付加されない。すなわち、これらの正のエラー値はヌルまたはゼロとなる。これは、次の低酸素症の発現に対する積分項から適切な応答を遅延させる正の被積分関数の確立を避けることができる。
【0081】
ある実施形態において、予測制御値が修正されてよい。
【0082】
ある実施形態において、すべての負のＳｐＯ２勾配決定期間の間に、入力ＳｐＯ２値が選択されたＳｐＯ２閾値より上だった場合に、予測制御値は、ヌルとなる。
【0083】
ＰＩＤ制御に対して、微分項が修正されてよい。例えば、微分項は、酸素過剰症の間に修正されてよい。
【0084】
ある実施形態において、最近の５個のＳｐＯ２値の全てがセットポイントを超えた場合に（酸素過剰症）、負のＳｐＯ２勾配がヌルとなる。したがって微分項によるΔＦｉＯ２の圧力上昇は、酸素過剰症において回避される。
【0085】
図３は、以下の説明するような修正を含む、比例項、積分項、および微分項を生成するコントローラ１１によって実行されるプロセス３００を示す。
【0087】
次に、ステップＳ３０４において、比例項が以下のステップを使って修正される。
【0088】
（ａ）エラーの値に基づいて、比乗数Ｋｐｆｍの値を以下のように選択する。もし、｜ｅ｜≦１（すなわち、エラーが目標範囲の２５％より小さいかまたは等しく、したがって、入力ＳｐＯ２値が目標範囲内にあり、かつ、目標ＳｐＯ２値の近く）であれば、Ｋｐｆｍ＝０．２５、
他に、もし、｜ｅ｜≦２（すなわち、エラーが目標範囲の２５％より大きいが、目標範囲の５０％より小さいか等しく、したがって、入力ＳｐＯ２値は目標ＳｐＯ２値に近くはないが、目標範囲内にある）であれば、Ｋｐｆｍ＝０．５、
その他（すなわち、エラーが目標範囲の５０％より大きく、したがって、入力ＳｐＯ２値が目標範囲の外側にある）の場合には、Ｋｐｆｍ＝１。
【0089】
（ｂ）ＣＰＡＰ回路圧力および呼吸速度に基づいてＫｐｆｍを以下のように調節する。もし、ＣＰＡＰ回路圧力＝低であれば、Ｋｐｆｍ＝２＊Ｋｐｆｍ（すなわち、回路圧力の減少が２倍のＫｐｆｍを導く）、
他に、もし、呼吸停止期間が５から１５秒であれば、３０秒間、Ｋｐｆｍ＝２＊Ｋｐｆｍ（すなわち、呼吸停止が、３０秒間、２倍のＫｐｆｍを生じさせる）。
【0090】
（ｃ）低酸素症の間に、比例項エラー上限規定を以下のように適応する。もし、ｅ＞−１．５％（すなわち、患者が低酸素症）であれば、比例項エラーｅｐ＝−１５％（すなわち、比例項エラーを上限規定する）、
その他は、ｅｐ＝ｅ
【0091】
（ｄ）比例項を以下のように計算する。比例項＝Ｐ（ｔ）＝Ｋｐｆｍ＊Ｋｐ＊ｅｐ
【0092】
比例項の修正の後、ロジックは、ステップＳ３０６に移行し、以下のステップを使って積分項を修正する。
【0093】
（ａ）血中酸素レベルとＳｐＯ２の高い値との間の周知の関係（セベリングハウス方程式によって記述されるものを含む）を使って予め定めることが可能な非線形の予め定められた関係に基づいて、非線形補償乗数（Ｋｓ）を以下のように決定する。もし、先行の積分項Ｉ（ｔ−１）＜０（すなわち、比積分関数が負のまま）で、かつ、ｅ＞０（すなわち、ＳｐＯ２が目標範囲を超える）場合で、
もし、ＳｐＯ２＝９２ならば、Ｋｓ＝１．２、
他にもし、ＳｐＯ２＝９３ならば、Ｋｓ＝１．４、
他にもし、ＳｐＯ２＝９４ならば、Ｋｓ＝１．７、
他にもし、ＳｐＯ２＝９５ならば、Ｋｓ＝２．２、
他にもし、ＳｐＯ２＝９６ならば、Ｋｓ＝２．９、
他にもし、ＳｐＯ２＝９７ならば、Ｋｓ＝４．４、
他にもし、ＳｐＯ２＝９８ならば、Ｋｓ＝７．９、
他にもし、ＳｐＯ２＝９９ならば、Ｋｓ＝２０．１、
他にもし、ＳｐＯ２＝１００ならば、Ｋｓ＝５０、
その他は、Ｋｓ＝１（すなわち、非線形補償乗数を、関連ΔＰａＯ２値に比例する正のエラーに適用する）
【0094】
（ｂ）室内気中の被積分関数の増加を以下のように制限する。もし、ＦｉＯ２＝２１％（すなわち、室内気）かつｅ＞０であれば、ｄＩ＝０（すなわち、正のエラーは被積分関数に付加されない）
その他は、ｄＩ＝Ｋｉ＊Ｋｓ＊ｅ
【0095】
（ｃ）積分項を以下のように決定する。積分項＝Ｉ（ｔ）＝Ｉ（ｔ−１）＋ｄＩ
【0096】
（ｄ）被積分関数の大きさを以下のように上限規定する。もし｜Ｉ（ｔ）｜＞｜ΔＦｉＯ２の最大値／Ｋｉ｜であれば、Ｉ（ｔ）＝（符号）＊（ΔＦｉＯ２の最大値／Ｋｉ）（すなわち、選択したΔＦｉＯ２値に基づいて積分項の値を上限規定）
【0097】
積分項の修正の後、微分項が以下のステップを使ってステップＳ３０８で修正される。
【0098】
（ａ）微分項を以下のように評価する。微分項＝Ｄ（ｔ）＝Ｋｄ＊ｄｅ／ｄｔ、ここで、ｄｅ／ｄｔは５秒間にわたる直線回帰により決定される。
（ｂ）負の勾配および酸素過剰症に対して、以下のようにヌルとする。
もし、ｄｅ／ｄｔ＜０、（ＳｐＯ２（ｔ）＞目標ＳｐＯ２）、（ＳｐＯ２（ｔ−１）＞目標ＳｐＯ２）（ＳｐＯ２（ｔ−２）＞目標ＳｐＯ２）、（ＳｐＯ２（ｔ−３）＞目標ＳｐＯ２）、かつ、（ＳｐＯ２（ｔ−４）＞目標ＳｐＯ２）であれば、（すなわち、最近の５個のＳｐＯ２値の全てがセットポイントを超えている）
Ｄ（ｔ）＝０（すなわち、負のＳｐＯ２勾配はヌルとなる）
【0099】
また、制御値は、ｒＦｉＯ２値にさらに基づいて生成されてよい。
【0100】
ある実施形態において、即時制御値（比例項）は、ｒＦｉＯ２値にさらに基づいて決定される。
【0101】
即時制御値（比例項）は、ｒＦｉＯ２値から決定された修正値により修正される。修正値は、ｒＦｉＯ２との単調な関係を使って、すなわち、単調関数に基づいて決定される。例えば、Ｋｐは予め定められた初期基準値から、または、そのカレント値から、ｒＦｉＯ２値から決定された値だけ修正される。この修正値は、例えば、カレントのｒＦｉＯ２により示されるような肺機能不全の深刻さに比例するスケーリングファクタにより、ｒＦｉＯ２を増加させるために即時制御値の有効値を増加させる、例えば、Ｋｐの固定値は、対応する範囲の２１％から６０％のｒＦｉＯ２に対して、０．５から１．５の範囲のファクタだけ乗算される。（例えば、２１％のｒＦｉＯ２に対して、スケーリングファクタは０．５であり、４０％のｒＦｉＯ２に対して、スケーリングファクタは１．０であり、ｒＦｉＯ２が２１％から６０％に変化するのに比例してスケーリングファクタは０．５から１．５まで線形的に変化する）。代替的に、スケーリングファクタは、即時制御値を修正する同等の修正値として実行されてもよい。この方法でのＫｐの付加は、利得と肺機能不全の深刻さとの間の反比例関係を補償する。
【0102】
また、方法は、パフォーマンス分析時間間隔の間に、複数の入力ＳｐＯ２値を表す信号を受信する工程と、
パフォーマンス分析時間間隔の間に受信した入力ＳｐＯ２値に基づいてパフォーマンス評価結果を生成する工程と、
パフォーマンス評価結果に基づいて、制御値を生成する工程
をさらに有する。
【0103】
また、即時利得係数は、パフォーマンス評価結果に基づいて修正される。
【0104】
ある実施形態において、Ｋｐの値は、吸入酸素分配の自動制御中に繰り返し修正される。吸入酸素分配の自動制御のパフォーマンスの分析は、パフォーマンス分析時間間隔にわたって受信された入力ＳｐＯ２値に基づいて、周期的に実行され、パフォーマンス評価結果を生成し、Ｋｐの値は、パフォーマンス評価結果に基づいて修正される。
【0105】
ある実施形態において、パフォーマンス評価結果は、パフォーマンス分析時間間隔内の入力ＳｐＯ２値が低酸素症の範囲にある低酸素時間間隔、パフォーマンス分析時間間隔内の入力ＳｐＯ２値が酸素過剰症の範囲にある酸素過剰時間間隔の少なくともひとつに基づいて生成される。
【0106】
また、ある実施形態において、パフォーマンス評価結果は、低酸素時間間隔に対する酸素過剰時間間隔の比に基づいて生成される。
【0107】
さらに、ある実施形態において、方法は、目標ＳｐＯ２範囲に基づいて目標ＳｐＯ２値を決定する工程をさらに有し、
パフォーマンス評価結果は、
パフォーマンス分析時間間隔内の入力ＳｐＯ２値が目標ＳｐＯ２範囲内にある目標時間間隔、および
パフォーマンス分析時間間隔内の入力ＳｐＯ２値がエウポキシア(eupoxia)範囲にあるエウポキシア時間間隔であり、エウポキシア範囲は、入力ＳｐＯ２値が目標ＳｐＯ２範囲内または室内気において目標ＳｐＯ２範囲を超える範囲である、ところのエウポキシア時間間隔の少なくともひとつに基づいて生成される。
【0108】
パフォーマンス時間間隔は、固定された時間間隔であり、例えば、ユーザによって予め定められるか、設定される。パフォーマンス分析時間間隔は、６０分であってよく、分析の前の最近６０分内で記録されたＳｐＯ２データに基づいて分析が実行される。代替的に、パフォーマンス分析時間間隔は、分析結果、または、ユーザにより入力されたインストラクションに基づいて、可変時間間隔であってよい（例えば、３０分と２時間の間の任意の時間間隔）。
【0109】
分析は、一定間隔で実行される。例えば、分析は、３０分ごとに一回実行される。分析は、連続的に実行されてもよく、または、ある時間間隔、例えば、２時間までの任意の適当な時間間隔の後に一回実行されてもよい。分析の頻度は、ユーザにより設定されてもよい。
【0110】
分析は、低酸素症（ＳｐＯ２＜８５％）で始まり、その分解能を超えるある時間間隔（２と１０分の間の任意の選択された適当な時間間隔）で続く、時間ウインドウ内のすべてのイベントに対する応答に基づいている。
【0111】
低酸素症（８０〜８４％のＳｐＯ２）および深刻な低酸素症（８０％未満のＳｐＯ２）の合計時間、ならびに、酸素を受け取ったときの酸素過剰症（９７−９８％）へのＳｐＯ２オーバーシュートおよび深刻な酸素過剰症（９９−１００％）の時間間隔が、以下の図４を参照して説明されるように計量される。
【0112】
これらのデータから、重みづけされたパフォーマンス係数が、低酸素症の時間に対する酸素過剰症の時間の比として導出され、その値は、１未満および１以上であり、それぞれ、アンダーパワーのＫｐおよびオーバーパワーのＫｐを示す。Ｋｐのカレント値は、この分析の結果として３０分ごとに±１０％まで変更される。
【0113】
また、ＳｐＯ２が目標範囲内にあり、かつ、エウポキシア範囲（ＳｐＯ２が目標範囲または室内気において目標範囲を超える）にあった時間の比、ならびに、酸素における低酸素症および酸素過剰症の発生率が計算される。
【0114】
ある実施形態において、パフォーマンス評価結果が、コントローラ出力がエウポキシア割合の最小要求を実質的に下回ることを含め、ユーザによって調節され、５０から８０％の範囲に設定されるある条件と一致していない場合には、アラームがトリガーされる。
【0115】
図４は、以下で説明するパフォーマンス評価結果に基づいてＫｐを修正するコントローラ１１により実行されるプロセス４００を示す。
【0116】
図４に示すように、プロセス４００は、ステップＳ４０２において、自動制御の発生または先行パフォーマンス分析から３０分が経過したか否かを判定する。
【0117】
判定結果がいいえの場合、プロセス４００は終了する。もし、３０分が経過したと判定された場合には、プロセス４００は、ステップＳ４０４に移動し、以下のステップを使って、先行の６０分の時間ウインドウにわたる制御のパフォーマンスに基づいて、パフォーマンス分析を実行する。
【0118】
（ａ）エウポキシア、低酸素症および酸素過剰症の範囲での時間の割合を計算する。ｔｓｅｖｅｒｅ ｈｙｐｏｘｉａ： ＳｐＯ２＜８０％
ｔｈｙｐｏｘｉａ： ８０％≦ＳｐＯ２≦８４％
ｔｅｕｐｏｘｉａ： 目標範囲またはそれを超えるＳｐＯ２、ＦｉＯ２＝２１％
ｔｈｙｐｅｒｏｘｉａ： 酸素を受け取ったとき、９７％≦ＳｐＯ２≦９９％
ｔｓｅｖｅｒｅ ｈｙｐｅｒｏｘｉａ： 酸素を受け取ったとき、９９％≦ＳｐＯ２
（すなわち、低酸素症、深刻な低酸素症、酸素過剰症、深刻な酸素過剰症およびエウポキシアの合計時間を計量化する）
【0119】
（ｂ）重みづけされたパフォーマンス係数を以下のように計算する。Ｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ＝（ｔｓｅｖｅｒｅ ｈｙｐｅｒｏｘｉａ＋ｔｈｙｐｅｒｏｘｉａ）／（ｔｈｙｐｏｘｉａ＋ｔｓｅｖｅｒｅ ｈｙｐｏｘｉａ）
（すなわち、深刻な低酸素症を含む低酸素症の時間に対する深刻な酸素過剰症を含む酸素過剰症の時間の比、それぞれ力不足および力過剰なＫｐを示す。）
【0120】
（ｃ）新規なＫｐを以下のように計算する。もし、Ｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ≦０．７なら、Ｋｐ＝Ｋｐ＊１．１
もし、０．７＜Ｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ≦０．８５なら、Ｋｐ＝Ｋｐ＊１．０５
もし、１．１５≦Ｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ≦１．３なら、Ｋｐ＝Ｋｐ＊０．９５
もし、１．３≦Ｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅなら、Ｋｐ＝Ｋｐ＊０．９
（すなわち、時間の比率に基づいてＫｐの値を変更する）
【0121】
（ｄ）エウポキシア時間を以下のように計算する。エウポキシア時間＝（ｔｅｕｐｏｘｉａ×１００）／ｔｔｏｔａｌ
（すなわち、ＳｐＯ２がエウポキシア範囲内にあった時間の割合）
もし、エウポキシア時間＜目標に接近した目標範囲であれば、目標範囲接近＝真実、とアラームする。（すなわち、自動制御が最小要求を下回った場合にアラームがトリガーされる）
【0122】
また、吸入酸素分配を自動的に制御するための方法は、（ａ）ｒＦｉＯ２評価時間間隔にわたる入力ＳｐＯ２値、および、それぞれの出力ＦｉＯ２値に基づいて、ｒＦｉＯ２評価結果を生成する工程と、
ｒＦｉＯ２評価結果に基づいてｒＦｉＯ２値を修正する工程をさらに有する。
【0123】
ｒＦｉＯ２値は、初期値を有し、時間にわたって繰り返し修正される。
【0124】
ある実施形態において、分析は定期的に実行される。例えば、分析は、３０分毎に一回実行され、それは、評価時間頻度と呼ばれる。分析は、３０分と２時間との間の任意の適当な時間である時間間隔の後に一回実行される。評価時間頻度において、固定されたＶ／Ｑ比および可変シャントが酸素供給のかく乱を生じさせたと仮定して、シフトする時間ウインドウ（評価時間間隔）内でセットのＦｉＯ２とＳｐＯ２との間の関係の分析が実行される。時間ウインドウは、６０分であり、または、任意の適当な時間間隔である（３０分から２時間で任意に選択される）。Ｖ／Ｑの値は、例えばＶ／Ｑ比を計算する周知の方法および式を使って導出され、それからｒＦｉＯ２値は、酸素供給に対するその影響を克服するために修正される。これは、ｒＦｉＯ２の新しい値となり、それは、先行の値の±１０％内に強制される。したがってｒＦｉＯ２の急激な変更は避けられる。
【0125】
図５は、コントローラ１１によって実行されるｒＦｉＯ２値を修正するプロセス５００を示す。
【0126】
図５に示すように、プロセス５００は、ステップＳ５０２において、自動制御が開始されたか、または、最新の時間基準ＦｉＯ２（ｒＦｉＯ２）が更新されてから３０分経過したかを判定する。
【0127】
判定の結果がいいえであれば、プロセス５００は終了する。自動制御が開始されたか、または最後の時間基準ＦｉＯ２（ｒＦｉＯ２）が更新されてから３０分経過したと判定された場合には、プロセス５００は、ステップＳ５０４に移動し、ｒＦｉＯ２値を以下のステップを使って更新する。
【0128】
（ａ）スライドウインドウ分析ＦｉＯ２およびＳｐＯ２のスライドウインドウ分析を６０分実行し、Ｖ／Ｑ比を取得し、Ｖ／Ｑ比からｒＦｉＯ２を取得する。
【0129】
（ｂ）ｒＦｉＯ２を、以下のように、先行値の±１０％以内に強制する。もし、（ｒＦｉＯ２−先行ｒＦｉＯ２）／（先行ｒＦｉＯ２）＞０．１ならば、
ｒＦｉＯ２＝先行ｒＦｉＯ２＋（符号）（ｒＦｉＯ２−先行ｒＦｉＯ２）＊０．１＊先行ｒＦｉＯ２
（すなわち、先行値の±１０％以内に強制された新しいｒＦｉＯ２値を決定する。したがて、ｒＦｉＯ２の急激な変更は避けられる）
【0130】
（ｃ）自動制御の開始時に、ＦｉＯ２のカレントの値またはユーザにより入力された値を、ｒＦｉＯ２値の初期値として使用する。
【0131】
また、吸入酸素分配を自動的に制御するための方法は、（ａ）カレントの入力ＳｐＯ２値を階層検証法において複数の検証レベルのひとつに分類することにより、カレントの入力ＳｐＯ２値に基づいてＳｐＯ２検証結果を生成する工程と、
（ｂ）ＳｐＯ２検証結果に基づいて、出力ＦｉＯ２値を決定する工程と
をさらに有する。
【0132】
以下の階層検証レベルが採用される。（ａ）レベルＩ：ＳｐＯ２入力が第１条件に一致すれば、ＳｐＯ２入力の不在に対応する。
（ｂ）レベルＩＩ：ＳｐＯ２入力が第２条件に一致すれば、ＳｐＯ２入力が疑わしいことに対応する。
（ｃ）レベルＩＩＩ：ＳｐＯ２入力が第３条件に一致すれば、ＳｐＯ２入力が無効であることに対応する。
【0133】
また、ある実施形態において、方法は、ＳｐＯ２プレチスモグラフ波形から導出される心拍数を表す信号、
心電図モニタリングから導出される心拍数を表す信号、および
かん流指数を表す信号
の少なくともひとつを受信する工程をさらに有し、
カレントの入力ＳｐＯ２値の検証は、
ＳｐＯ２プレチスモグラフ波形から導出される受信した心拍数、および
心電図モニタリングから導出される受信した心拍数、
受信したかん流指数
の少なくともひとつに基づいて判定される。
【0134】
ＳｐＯ２信号の検証に対して、以下の付随的な入力のいくつかまたはすべてが、デジタル信号として供給される。（ａ）ＳｐＯ２プレチスモグラフ波形から導出される心拍数（ＨＲｐｌｅｔｈ）
（ｂ）心電図モニタリングから導出される心拍数（ＨＲｅｃｇ）
（ｃ）偽のＳｐＯ２値に潜在的に関連する低い値を有する、オキシメトリ波形拍動性のメトリックであるかん流指数
【0135】
自動制御の開始において、およびその後の約２４時間（かん流チェック時間間隔）、最適なかん流を表すかん流指数値が、プレチスモグラフ波形が安定しかつ信号が強いときに、記録される。かん流チェック時間間隔は、６時間から２日の任意に選択された時間間隔を含む、任意の適当な時間間隔であってよい。
【0136】
図６は、コントローラ１１によって実行される、かん流指数値を決定するためのプロセス６００を示す。
【0137】
図６に示すように、プロセス６００は、ステップＳ６０２において、自動制御が開始されたかまたは最新のかん流指数を観測してから２４時間経過したかを判定する。判定結果がいいえであれば、プロセス６００は終了する。もし、自動制御が開始されたか、または、２４時間経過したと判定された場合、処置６００は、ステップＳ６０４に移行し、新規な最適かん流指数値、例えば、直近２４時間の間の９５番目の点を入力する。
【0138】
プレチスモグラフ波形、直近の１０秒間（または、５秒から２０秒の任意の選択された時間間隔を含む、任意の適当な時間間隔）にわたって記録されたプレチスモグラフ波形は、アナログ−デジタル変換器によりデジタル化されるアナログ信号として入力される。デジタルおよびアナログ信号は、データ取得デバイスを使って取得されてよい。
【0139】
波形分析は、パルスオキシメータからのプレチスモグラフ信号を分析することにより、ＳｐＯ２を検証し、有効プレチスモグラフ信号から予想される特性に一致することを確認する。評価方法は、信号の統計的特性の解析（例えば、平均および分散）、古典的な信号処理技術（例えば、自己相関）、論理アルゴリズム（ファジーロジックを含む）および、パターン認識技術（神経ネットワークを含む）の各々、または、組み合わせを含む。
【0140】
例えば、ＳｐＯ２プレチスモグラフ分析を実行するための例示的プロセスは以下のステップを含む。（ａ）個々の患者から有効代表値プレチスモグラフトラッキングを周期的に取得する工程、
（ｂ）２つの軸線方向に、カレントの入力ＳｐＯ２プレチスモグラフ信号を規格化する工程であって、その結果、振幅を通じて周期およびピークが代表プレチスモグラフトラッキングに対応する、工程、および
（ｃ）複数の直線回帰によって２つの信号を、代表ＳｐＯ２プレチスモグラフ波形からカレントの信号の逸脱の指標を与える平均二乗誤差と比較する工程。
【0141】
代替的に、２つの信号は、例えば、線形判別分析または人工神経ネットワークのようなパターン認識を含む他の方法によって比較されてもよい。これらの方法を使用して、監視されたＳｐＯ２信号が有効または無効として分類するのに使用されるように、有効または無効として分類されたＳｐＯ２を有するプレチスモグラフ波形の記録の記録前データベースは、パターン認識のトレーニングおよび検証のために使用される。
【0142】
これらの付加的入力とともに、以下の階層検証法が採用される。（ａ）レベルＩ：ＳｐＯ２値がゼロまたは数値ではない場合
（ｂ）レベルＩＩ：両方の軸線方向への規格化の後、波形が一般的なプレチスモグラフ波形と一致しない場合
（ｃ）レベルＩＩＩ：
ｉ．かん流指数が最適値の３０％未満（または、他の適当な値、例えば、１０％と５０％との間の任意の値）であり、かつ、波形が疑わしいか、
ｉｉ．ＨＲＰｌｅｔｈ−ＨＲｅｃｇの絶対値が３０ｂｍｐ（または、他の適当な値、例えば、２０ｂｐｍと５０ｂｐｍの間の任意の値）より大きく、かつ、波形が疑わしいか、または
ｉｉｉ．ＳｐＯ２に急落（例えば、５秒間で１５％を超えるか、または、ＳｐＯ２の突然かつ深い落下を表す他の適当な値、ここで、しばしばＳｐＯ２の突然の落下は読み取りが疑わしいので、落下はある時間間隔の間、例えば、５秒間続く必要がある）が存在し、かつ、疑わしい波形、心拍数の食い違いまたはかん流指数の食い違いのいずれかを伴う（疑わしい低酸素症を示唆している）場合。
【0143】
図７は、コントローラ１１により実行される階層検証プロセス７００の例を示す。
【0144】
図７に示すように、ステップＳ７０２において、入力ＳｐＯ２値がゼロまたは非数値であるか否かが判定される。もし、はいであれば、フラグのレベル１が真として設定され（ステップＳ７０４）、プロセス７００が終了する。
【0145】
もし入力ＳｐＯ２値がゼロまたは非数値でなければ、フラグのレベル１が偽として設定され（ステップＳ７０６）かつ、ステップＳ７０８において入力ＳｐＯ２信号がプレチスモグラフ波形との一致がテストされる。両方の軸線方向への規格化の後に、入力ＳｐＯ２信号の波形が一般的なプレチスモグラフ波形と一致しないと判定されれば、フラグのレベル２が真として設定され（ステップＳ７１２）、すなわち、ＳｐＯ２入力が疑わしいことになる。入力ＳｐＯ２信号の波形が一般的なプレチスモグラフ波形と一致すれば、フラグのレベル２は偽として設定される。
【0146】
次に、ロジックは、ステップＳ７１４に移行し、かん流指数が最適値の３０％未満であるか否かが判定され、かん流指数が最適値の３０％未満であればフラグのＰＩ不一致が真として設定され（ステップＳ７１６）、または、そうでなければフラグのＰＩ不一致が偽として設定される（ステップＳ７１８）。
【0147】
次に、ステップＳ７２４で、ＨＲＰｌｅｔｈ−ＨＲｅｃｇの絶対値が３０ｂｍｐを超えるか否かを判定（ステップＳ７２０）するためのテストが実行される。もし、はいならば、フラグのＨＲ不一致が真として設定され（ステップＳ７２２）、もしいいえならば、フラグのＨＲ不一致が偽として設定される（ステップＳ７２４）。
【0148】
また、ステップＳ７２６において、レベルＩＩＩ条件を満足するか否かが判定される。例えば、以下のロジックを使って、ＳｐＯ２値が無効であるか否かが判定される。（ＰＩ不一致およびレベル２）または（ＨＲ不一致およびレベル２）または（（ＳｐＯ２が５秒間で１５％を超えて減少）かつ（レベル２またはＰＩ不一致またはＨＲ不一致））
【0149】
もし結果が正であれば、レベルＩＩＩフラグが真として設定される（ステップＳ７２８）。すなわち、ＳｐＯ２入力は無効である。もし、結果が正でなければ、レベルＩＩＩフラグが偽として設定される（ステップＳ７３０）。
【0150】
ある実施形態において、入力ＳｐＯ２値が無効（例えば、ミッシングまたは無効の信号のイベント）として判定されたとき、ＦｉＯ２はカレント値における出力ＳｐＯ２値、すなわち、以前に記録されたＦｉＯ２値を保持するように設定される。持続するミッシングまたは無効の信号のイベントにおいて、以下に説明するアラームのトリガーを超えて、出力ＦｉＯ２値がｒＦｉＯ２の方向へ向けられる。
【0151】
図８は、コントローラ１１によって実行される、ＳｐＯ２の有効性に基づいて出力ＦｉＯ２値を判定するためのプロセス８００を示す。
【0152】
図８に示すように、ステップＳ８０２においてテストが実行され、入力ＳｐＯ２値がミッシングまたは無効であるか否かが判定される。もし、入力ＳｐＯ２値がミッシングまたは無効と判定されれば、出力ＦｉＯ２値はステップＳ８０６において先行の出力ＦｉＯ２値と同じに設定される。もし、ステップＳ８０２において、入力ＳｐＯ２値がミッシングまたは無効ではないと判定されれば、ロジックはステップＳ８０４に移行し、そこで、出力ＦｉＯ２値が、例えば以下のステップを使って、入力ＳｐＯ２値に基づいて決定される。（ａ）ΔＦｉＯ２を計算 ΔＦｉＯ２＝Ｐ（ｔ）＋Ｉ（ｔ）＋Ｄ（ｔ）
（ｂ）出力ＦｉＯ２値を計算 ＦｉＯ２＝ΔＦｉＯ２＋ｒＦｉＯ２
（ｃ）もし、無呼吸が１５秒を超えた場合、無呼吸中断を超えて３０秒間、５％だけ出力ＦｉＯ２値を変更する
（ｄ）出力ＦｉＯ２値を±０．５％に丸める
（ｅ）ＦｉＯ２＜２１％ならば、出力ＦｉＯ２値＝２１％とし、ＦｉＯ２＞１００％ならば、出力ＦｉＯ２値＝１００％とする
【0153】
ある実施形態において、ＳｐＯ２がある時間間隔の間（例えば、低いＳｐＯ２を有する赤ちゃんからの信号を連続的にミッシングすることを防止する３０秒、または他の任意の適当な時間間隔）に無効だったと判定されたとき、アラーム（例えば、音声および／または視覚アラーム）が作動される。例えば、オキシメータプローブおよび接続をチェックするためのエラーメッセージとともにアラームが作動されるとき、アラームは音声アラームであり、アラームの音量は、数分ごと（例えば、２分）に増加する。
【0154】
ある実施形態において、有効ＳｐＯ２が検出されるとすぐに、アラームが停止され、即時制御値、累積制御値、予測制御値、および、基準吸入酸素濃度に基づいた出力ＦｉＯ２値の決定が再開される。
【0155】
また、吸入酸素分配を自動的に制御する方法は、（ａ）呼吸速度を表す信号を受信する工程、
（ｂ）呼吸速度にさらに基づいて、即時制御値を生成する工程
をさらに有する。
【0156】
ある実施形態において、呼吸速度は、呼吸モニターにリンクした腹部カプセルにより記録され、そこから検出された自発的呼吸毎のデジタルパルスがアナログ−デジタル変換器を介して自動コントローラへ導かれる。
【0157】
呼吸停止の発現（例えば、５から１５秒の呼吸中断、または、同様な低酸素症イベントを予測するのに十分な任意の適当な時間間隔の呼吸中断）および、無呼吸（例えば、１５秒より長いか、または、同様の低酸素症を予測するのに十分な任意の適当な時間間隔より長い）が識別される。
【0158】
Ｋｐの値は、この付加的な入力に基づいて修正される。
【0159】
例えば、呼吸パルスは、呼吸の中断を超えるある時間間隔（例えば、３０秒、または、任意の適当な時間間隔）の間に２倍のＫｐを生じさせる。この調節を通じて、自動コントローラは、低酸素イベントが発生しても、それに対してより感度良く応答する。もし呼吸停止が明らかな無呼吸まで続けば、ＦｉＯ２は、基礎的なＫｐ値に比例して、２から８％一時的に増加される。
【0160】
加えて、吸入酸素分配を自動的に制御する方法は、（ａ）回路圧力を表す信号を受信する工程、
（ｂ）回路圧力にさらに基づいて、即時制御値を決定する工程
をさらに有する。
【0161】
持続的気道陽圧（ＣＰＡＰ）呼吸サポートを受ける幼児に対して、ＣＰＡＰ回路の吸入リム内の圧力が変換され、デジタル信号として入力される。
【0162】
例えば、回路圧力の、プラトー値のある割合（例えば、２０％と５０％との間の任意の選択した値を含む）より下のレベルまでの低下は、２倍のＫｐ値を導き、３０秒後に、回路圧力の減少を表すアラームのトリガーを導く。回路圧力の完全な損失（＜１ｃｍＨ２Ｏ、すなわち、本質的に圧力の分配が存在しない）は、回路圧力の損失を表すより高いレベルのアラームをトリガーする。
【0163】
ある実施形態において、方法は、手動のオアーバーライド入力を受信する工程と、
制御値に代わって手動のオーバーライド入力に基づいて、出力ＦｉＯ２値を決定する工程と
をさらに有する。
【0164】
また、制御装置１０は、自動制御モードおよび手動制御モードを有してよい。自動制御モードは、あるユーザ入力（すなわち、手動オーバーライド入力）のもとで手動制御に切り替えられ、所望により後に自動モードに復帰される。
【0165】
例えば、ユーザ（例えば、ベッドサイドのスタッフ）は、制御装置１０を手動モードに切り換えることができ、その結果、コントローラ１１は、出力ＦｉＯ２値を変更せず、酸素供給は完全に手動制御下に置かれる。
【0166】
手動制御モードは、ユーザインターフェースディスプレイ１４に表示されるユーザインターフェースにおける手動オーバーライド入力を通じて選択される。それは、ＦｉＯ２２内の変更を生成するコントローラの機能の一時的な停止（例えば、３０秒間）、または、非選択状態となるまでの連続的な手動操作のいずれかであってよい。
【0167】
手動制御モードは、自動空気酸素混合機上でＦｉＯ２選択ダイヤルを回転することにより、すなわち、自動制御に対する停止（例えば、３０秒または任意の選択された適当な時間間隔の停止）をトリガーする手動オーバーライド入力を与えることにより、選択されてもよい。
【0168】
停止の後の第１の反復において、すなわち、手動制御モードからの復帰において、被積分関数は、その後再開される自動制御により、出力ＦｉＯ２値がサーボＦｉＯ２のカレント値（すなわち、ユーザ選択した）と等しく設定されるように調節される。
【0169】
図９は、コントローラ１１によって実行される、手動制御モードと自動制御モードとの間を切り替えるためのプロセス９００を示す。
【0170】
図９に示すように、最初に、ステップＳ９０２において、サーボＦｉＯ２入力が手動で変更されたか否か、すなわち、手動オーバーライド入力を受信したか否かを判定するためのテストが実行される。もしはいであれば、手動オーバーラードモードが、ステップＳ９０４で開始される。もし、サーボＦｉＯ２入力が手動で変更されなかったならば、ロジックは、ステップＳ９０６に移行し、手動モード制限時間が時間切れしたか否かが判定される。もし、手動モード制限時間が時間切れしたら、制御装置１０は、ステップＳ９０８において、自動制御モードに復帰するように設定される。もし、手動モード制限時間が時間切れしていなければ、プロセス９００は終了する。
【0171】
また、ひとつ以上のアラームが、自動制御中にある条件の下でトリガーされる。
【0172】
例えば、アラーム（例えば、音声および／または視覚アラーム）は、制御装置１０内に含まれてよく、急速に上昇するＦｉＯ２、ΔＦｉＯ２の最大値への到達、３０秒を超えるＳｐＯ２信号のミッシングまたは無効、２分を超える長期の無呼吸または回路圧力の損失、およびシステム誤動作をベッドサイドのスタッフに警告する。これらのアラームは、ＮＩＣＵにおいて標準的なベッドサイドモニター内のアラームセットに、付加、一体化、または置換されてよい。
【0173】
図１０は、コントローラ１１によって実行される、さまざまな上述した信号をモニターすることに基づいてアラームを制御するプロセス１０００を示す。
【0174】
図１０に示すように、ステップＳ１００２において、以下のステップを使って、アラームを作動させるプロセスが実行される。（ａ）もし、ミッシング信号＝真、であれば、アラームは、ミッシング信号アラームを作動させる。
（ｂ）もし、低酸素症＝真、であれば、アラームは低酸素症アラームを作動させる。
（ｃ）もし、回路圧力低下＝真、であれば、アラームは回路圧力低下アラームを作動させる。
（ｄ）もし、回路圧力損失＝真、であれば、アラームは回路圧力損失アラームを作動させる。
（ｅ）もし、サーボＦｉＯ２不一致＝真、であれば、アラームは、サーボＦｉＯ２不一致アラームを作動させる。
（ｆ）もし、サーボＦｉＯ２エラー＝真、であれば、アラームは、サーボＦｉＯ２エラーアラームを作動させる。
（ｇ）もし、測定ＦｉＯ２不一致＝真、であれば、アラームは、測定ＦｉＯ２不一致アラームを作動させる。
（ｈ）もし、測定ＦｉＯ２エラー＝真、であれば、アラームは、測定ＦｉＯ２エラーアラームを作動させる。
（ｉ）もし、目標範囲接近＝真、であれば、アラームは、目標範囲接近アラームを作動させる。
【0175】
次に、プロセス１０００はステップＳ１００４に移行し、アラームは以下のステップを使ってリセットされる。（ａ）もし、アラーム（ミッシング信号）＝偽、であれば、ミッシング信号アラームが解除される。
（ｂ）もし、アラーム（低酸素症）＝偽、であれば、低酸素症アラームが解除される。
（ｃ）もし、アラーム（回路圧力低下）＝偽、であれば、回路圧力低下アラームが解除される。
（ｄ）もし、アラーム（回路圧力損失）＝偽、であれば、回路圧力損失アラームが解除される。
（ｅ）もし、アラーム（サーボＦｉＯ２不一致）＝偽、であれば、サーボＦｉＯ２アラームが解除される。
（ｆ）もし、アラーム（サーボＦｉＯ２エラー）＝偽、であれば、サーボＦｉＯ２ハイアラームが解除される。
（ｇ）もし、アラーム（測定ＦｉＯ２不一致）＝偽、であれば、測定ＦｉＯ２アラームが解除される。
（ｈ）もし、アラーム（測定ＦｉＯ２エラー）＝偽、であれば、測定ＦｉＯ２ハイアラームが解除される。
（ｉ）もし、アラーム（目標範囲接近）＝偽、であれば、目標範囲接近アラームが解除される。
【0176】
ステップＳ１００４が完了した後、プロセス１０００は終了する。
【0177】
また、上述したように、制御装置１０は、ユーザインターフェースディスプレイを有してよく、それは、ユーザ（例えば、ベッドサイドの介護者）に対してさまざまな情報を示し、かつ、ユーザインターフェースに基づいてユーザによって入力されたインストラクションを受信するユーザインターフェースを表示する。受信したユーザ入力は、その後、コントローラ１１に送信される。
【0178】
ユーザインターフェースディスプレイ１４に表示されるユーザインターフェース２００の一つの例が、図１１に示される。ユーザインターフェース２００は、以下を含む。（ａ）最近の入力ＳｐＯ２値および最近の出力ＦｉＯ２値を表示する数値ＳｐＯ２／ＦｉＯ２表示領域Ａ０１、
（ｂ）入力ＳｐＯ２値および出力ＦｉＯ２値の傾向を図形的に表示するグラフィカルＳｐＯ２／ＦｉＯ２表示領域Ａ０２、
（ｃ）ＳｐＯ２信号を生成するのに使用されるオキシメータのタイプを選択するユーザのための、オキシメータタイプ選択領域Ａ０３、
（ｄ）リアルタイムで、目標ＳｐＯ２を表示し、ユーザが変更できるようにするためのＳｐＯ２目標範囲設定領域Ａ０４、
（ｅ）リアルタイムでΔＦｉＯ２の値を示し、ユーザがその制限を変更できるようにするための最大Δ設定領域Ａ０５、
（ｆ）それを押すことで、制御装置１０が、自動制御モードと手動制御モードとの間を切り替えることが可能な、手動制御モードボタンＢ０６、
（ｇ）それを押すことで、制御装置１０がオンまたはオフするオン／オフボタンＢ０７、
（ｈ）ある条件下で視覚アラーム情報を表示することを含む、制御装置１０の動作状態を表示する状態表示領域Ａ０８、
（ｉ）ｒＦｉＯ２の最も直近の値を表示する基準ＦｉＯ２表示領域Ａ０９、
（ｊ）エウポキシアにおける時間の割合を表示するエウポキシア時間表示領域Ａ１０、
（ｋ）例えば、光インジケータにより、サーボＦｉＯ２または測定ＦｉＯ２が出力ＦｉＯ２値と一致するか否かを示す、ＦｉＯ２フィードバック表示領域Ａ１１、
（ｌ）例えば、光インジケータにより、入力ＳｐＯ２値が有効であるか否かを示す、有効ＳｐＯ２表示領域Ａ１２、
（ｍ）例えば、光インジケータにより、呼吸速度および呼吸回路圧力を表す信号が制御装置１０内に入力されたか否かをそれぞれ示す、付加的入力表示領域Ａ１３およびＡ１４
【0179】
ある実施形態に従うコントローラ１１によって実行される吸入酸素分配を自動的に制御するための方法の一般的制御プロセスが、図１２のフローチャートに示される。
【0180】
図１２に示すように、制御プロセスが開始されたとき、制御装置１０への入力はステップＳ１２０２で処理される。
【0181】
図１３は、ステップＳ１２０２における入力を処理する例示的ステップＳ１３００を示す。入力は、入力ユニットから読み取られ（ステップＳ１３０２）、その後検証される（ステップＳ１３０４）。入力の検証の後に、手動オーバーライド評価が実行される（ステップＳ１３０６）。
【0182】
ステップＳ１３０２における入力を読み取る例示的ステップが図１４に示される。図１４に示すように、ステップＳ１４０２において、患者に対する複数の入力酸素飽和度（ＳｐＯ２）値を表す信号を含む入力信号が受信される。入力信号は、ＳｐＯ２、ＨＲｐｌｅｔｈ、呼吸速度、ＣＰＡＰ回路圧力、サーボＦｉＯ２、測定ＦｉＯ２、最大ΔＦｉＯ２、目標ＳｐＯ２、目標範囲接近目標を含む。
【0183】
ステップＳ１３０４における入力の検証の例示的ステップが、図１５に示される。最初に、入力境界の検証がステップＳ１５０２において実行され、その後、ステップＳ１５０４においてかん流指数状態が更新される。その後、ＳｐＯ２の階層検証がステップＳ１５０６において実行される。また、ステップＳ１５０８において、ＳｐＯ２の階層検証の結果に基づいて、および、サーボＦｉＯ２または測定ＦｉＯ２が許容限界を超えてＦｉＯ２セットから逸脱するか否かに基づいて、アラームがトリガーされる。
【0184】
ステップＳ１５０８においてアラームを動作させるために、以下のステップを使用する。
【0185】
（ａ）ＳｐＯ２信号が３０秒を超える間、レベル１またはレベル３であれば、ミッシング信号＝真、のアラームを作動させる。もし、ＳｐＯ２信号が２分を超える間、レベル１またはレベル３であれば、ミッシング信号のアラームの音量を増加させ、オキシメータプローブおよび接続をチェックするようエラーメッセージを表示する。
【0186】
（ｂ）もし、｜（設定ＦｉＯ２−サーボＦｉＯ２）／（設定ＦｉＯ２）｜＞１％、であれば、サーボＦｉＯ２不一致＝真、であるとしてアラームを作動させる。もし、｜（設定ＦｉＯ２−サーボＦｉＯ２）／（設定ＦｉＯ２）｜＞５％、であれば、サーボＦｉＯ２エラー＝真、であり、かつ、手動モード＝真、であるとしてアラームを作動させる。
【0187】
（ｃ）もし、｜（設定ＦｉＯ２−測定ＦｉＯ２）／（設定ＦｉＯ２）｜＞２％、であれば、測定ＦｉＯ２不一致＝真、であるとしてアラームを作動させる。もし、｜（設定ＦｉＯ２−測定ＦｉＯ２）／（設定ＦｉＯ２）｜＞１０％、であれば、測定ＦｉＯ２エラー＝真、かつ、手動モード＝真、であるとしてアラームを作動させる。
【0188】
さらに、図１６は、ステップＳ１５０２における入力境界の検証の例示的ステップを示す。
【0189】
図１６に示すように、まず、有効入力境界がステップＳ１６０２で設定される。例えば、ＩＢ（１）−ＩＢ（９）に対する有効入力境界は、以下のように設定される。ＩＢ（１） ＳｐＯ２： ０≦ＳｐＯ２≦１００％
ＩＢ（２） ＨＲｐｌｅｔｈ： ０≦ＨＲｐｌｅｔｈ≦３００ｂｐｍ
ＩＢ（３） かん流指数： ０≦かん流指数≦１０
ＩＢ（４） プレチスモグラフ波形： ０≦プレチスモグラフ波形≦５Ｖ
ＩＢ（５） ＨＲｅｃｇ： ０≦ＨＲｅｃｇ≦３００ｂｐｍ
ＩＢ（６） 呼吸速度： ０≦呼吸速度≦１５０／分
ＩＢ（７） ＣＰＡＰ回路圧力： ０≦ＣＰＡＰ回路圧力≦２０ｃｍＨ２Ｏ
ＩＢ（８） サーボＦｉＯ２： ２１％≦サーボＦｉＯ２≦１００％
ＩＢ（９） 測定ＦｉＯ２： ２１％≦測定ＦｉＯ２≦１００％
【0190】
次に、ステップＳ１６０４、Ｓ１６０８、Ｓ１６１６のループを通じて、各ＩＢ（ｉ）の入力値が有効入力値境界の外側にあるか否かの判定が為される。もし無ければ、ループは、次のＩＢ（ｉ）を判定するべく進む。もしあれば、ロジックはステップＳ１６１０に移行し、そこで、直近のＩＢ（ｉ）の有効値がカレントのＩＢ（ｉ）の代わりに使用される。ステップＳ１６１０の後、延長タイムアウトが発生したか否かの判定するテストがステップＳ１６１２で実行される。もしはいなら、ステップＳ１６１４において、入力タイムアウトフラグＩＴＯ（ｉ）が設定され、ロジックは、ステップＳ１６１６に進み、次のＩＢ（ｉ）を処理するか、入力境界評価を終了する。
【0191】
すべてのＩＢ（ｉ）が検証されたとき、ロジックはステップＳ１６１８に移行し、例えば、以下のステップを使って、ＣＰＡＰ回路圧力のカレントの値に基づいてアラームを作動すべきか否かが判定される。
【0192】
ａ．回路圧力が範囲内にあることの検証もし、ＣＰＡＰ回路圧力がプラトー値の５０％未満であれば、ＣＰＡＰ回路圧力＝低、（すなわち、もし回路圧力がプラトー値の５０％未満であれば、回路圧力が低いと判定する）
もし、ＣＰＡＰ回路圧力が１ｃｍＨ２Ｏ未満であれば、ＣＰＡＰ回路圧力＝損失、（すなわち、もし、回路圧力がプラトー値の１ｃｍＨ２Ｏより低ければ、回路圧力は完全に損失したと判定）
【0193】
ｂ．ＣＰＡＰ回路圧力アラームの作動もし、ＣＰＡＰ回路圧力が３０秒を超えて低ければ、回路圧力低下のアラームを作動させる。（すなわち、３０秒以上の間、回路圧力が５０％以下であった場合、アラームをトリガーする。）
【0194】
ステップＳ１５０４において、かん流指数状態を更新することは、上述した図６に示すプロセスを採用する。
【0195】
ステップＳ１５０６において、ＳｐＯ２の階層検証は、上述した図７に示すプロセスを採用する。
【0196】
ステップＳ１３０６において、手動オーバーライド評価は、上述した図９に示すプロセスを採用する。
【0197】
ステップＳ１２０２において、入力を処理した後、ステップＳ１２０４において自動制御が実行され、入力ＳｐＯ２値に基づいてＦｉＯ２値が決定される。
【0199】
ステップＳ１７０２における周期的付加処理の例示的ステップは、図１８のフローチャートに示されている。図１８に示すように、周期的付加処理は、ステップＳ１８０２において基準ＦｉＯ２を更新し、かつ、ステップＳ１８０４においてパフォーマンス分析を更新することを含む。それらは、上述した図５および図４に示す例示的プロセスをそれぞれ採用する。
【0200】
ステップＳ１７０２における周期的付加処理の後、ＰＩＤ項がステップＳ１７０４で生成される。上述した図３に示すような例示的プロセスがステップＳ１７０４により採用されてもよい。
【0201】
ステップＳ１７０６において、出力ＦｉＯ２値が、ＰＩＤ項、ｒＦｉＯ２値および入力ＳｐＯ２値の有効性に基づいて決定される。上述した図８に示すような例示的プロセスが、ステップＳ１７０６において出力ＦｉＯ２値を決定するために採用される。
【0202】
ステップＳ１７０８において、デバイスが手動モードに切り換えられたか否かが検出される。もし、デバイスが手動モードに切り換えられたことが検出されると、出力ＦｉＯ２値は、ユーザ（ベッドサイドのスタッフ）によって選択されたＦｉＯ２値と等しくなるように設定される。
【0203】
ステップＳ１７１０において、制御プロセスは、ひとつ以上のアラームがトリガーされる必要があるか否かを判定し、それに従いアラームを制御する。上述した図１０に示す例示的プロセスが、ステップＳ１７１０によって採用される。
【0204】
図１２において、ステップＳ１２０４の後、決定されたＦｉＯ２値は、出力として設定され、ステップＳ１２０５において出力ユニットへ送信される。例えば、制御プロセスは、受信した入力ＳｐＯ２および更新した出力を含むデータを表示して、ディスプレイを更新し、更新データを反映させる（ステップＳ１２０８）。
【0205】
ディスプレイの更新の後、制御プロセスは、既存の自動制御を指示するユーザ入力が検出されたか否かを検出する（ステップＳ１２１０）。もし、検出されなければ、制御プロセスは、ステップ１２０２に進み、再び、ステップＳ１２０２からＳ１２１０を繰り返す。もし既存の自動制御を指示するユーザ入力が検出されたら、制御処理は終了する。
【0206】
また、上述したある実施形態において吸入酸素分配を自動的に制御するための方法が制御装置１０により実行されるが、当該方法は、ソフトウエア、ハードウエア、ファームウエア、ソフトウエア、ハードウエア、および／またはファームウエアの組みあわせ、および／または、他のメカニズムの形式で実行されてもよい。例えば、当該方法は、例えば、コーディングツールを使って生成される機械読み取り可能コードにおいて、コンピュータまたはマイクロコンピュータを実行するステップにより実行されてもよい。ソフトウエアは、制御装置、オキシメータ、または、呼吸サポートデバイスと一体化されるか、それにインストールされてよい。ここで説明する信号は、電子信号であり、格納値は、電子的にアクセス可能な不揮発性ストレージ内に格納される。
【0207】
ここで説明するのは、吸入酸素分配を自動的に制御するための装置である。
【0208】
当該装置は、患者に対する複数の入力酸素飽和（ＳｐＯ２）値を表す信号を受信する入力ユニット、受信した入力ＳｐＯ２値を記録するメモリ、入力ＳｐＯ２値に基づいて出力吸入酸素濃度（ＦｉＯ２）値を決定するコントローラ、および、決定された出力ＦｉＯ２値を出力する出力ユニットを有する。
【0209】
コントローラは、入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて制御値を生成、制御値および基準吸入酸素濃度（ｒＦｉＯ２）値に基づいて出力ＦｉＯ２値を生成する。上述したように、制御値は、入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および即時利得係数に基づいて生成された即時制御値、入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、累積利得係数に基づいて生成される累積制御値、入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および予測利得係数に基づいて生成される予測制御値を含み、即時利得係数は、ｒＦｉＯ２値に基づいて決定され、動脈酸素分圧（ＰａＯ２）とＳｐＯ２との間の所定の非線形関係に基づいて非線形重み付け補償が累積制御値に適用される。
【0210】
例えば、装置は、図２に示すような制御装置１０の構成を有する。
【0211】
ここで説明されるシステムは、吸入酸素分配を自動的に制御するためのシステムである。当該システムは、ひとつ以上の酸素飽和度モニタリングデバイス、および、ひとつ以上の吸入酸素制御デバイス、制御デバイス、および、ひとつ以上の酸素飽和度モニタリングデバイスと制御デバイスとの間で通信、および、ひとつ以上の吸入酸素制御デバイスと制御デバイスとの間の通信を可能にするネットワークを有する。
【0212】
制御デバイスは、ネットワークを通じて、ひとつ以上の酸素飽和度モニタリングデバイスの各々から患者に対する複数の入力酸素飽和（ＳｐＯ２）値を表す信号を受信し、入力ＳｐＯ２値および目標ＳｐＯ２値に基づいて制御値を生成し、制御値および基準吸入酸素濃度（ｒＦｉＯ２）値に基づいて出力吸入酸素飽和（ＦｉＯ２）値を生成し、決定された出力ＦｉＯ２値をネットワークを通じて対応する吸入酸素制御デバイスに送信することにより、吸入酸素分配を制御する。上述したように、制御値は、入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および即時利得係数に基づいて生成された即時制御値、入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、累積利得係数に基づいて生成された累積制御値、および、入力ＳｐＯ２値、目標ＳｐＯ２値、および、予測利得係数に基づいて生成された予測制御値を含み、即時利得係数は、ｒＦｉＯ２値に基づいて決定され、動脈酸素の分圧（ＰａＯ２）およびＳｐＯ２との間の予め定められた非線形関係に基づいて、非線形重み付け補償が累積制御値に適用される。
【0213】
このようにして、制御デバイスは、ネットワークに接続された酸素飽和モニタリングデバイスおよび吸入酸素制御デバイスのひとつ以上のペアとともにネットワーク内で使用される。これにより、遠隔サイトにおける、パフォーマンスのリアルタイムの自動制御が可能となり、大規模なデータ収集が可能にある。中央制御装置はまた、制御プロセスの調節または修正を単純化する。
【実施例】
【0214】
以下に説明するのは、吸入酸素分配を自動的に制御する方法に関連する例示的実験、および、対応する実験結果である。
【0215】
＜第１の実施例＞（方法）
第１の例において、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラが、（ｉ）非線形ＳｐＯ２−ＰａＯ２関係を補償し、（ｉｉ）肺機能不全の深刻さに適応し、（ｉｉｉ）目標範囲内にエラーを減衰させることにより、強化される。
【0216】
酸素制御方法は、処理プラットフォーム（ラップトップコンピュータ）、デバイス入力および出力、サーボ制御空気酸素混合機、および、コンピュータスクリーン上に表示されるユーザインターフェースからなるスタンドアロン装置で実施された。制御インストラクションは、グラフィカル・プログラミング言語（Ａｕｓｔｉｎによる、ＬａｂＶＩＥＷ２０１０、Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ、ＵＳＡ）で記述され、機械読み取り可能なインストラクションとしてラップトップコンピュータ内にアップロードされた。
【0217】
インストラクションは、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラを与えた。ＰＩＤ制御に対して、エラーは、セットポイントからの処理信号の逸脱として定義される。各瞬間での操作された信号出力の値は、エラー、その積分、およびその微分に比例し、それぞれの場合に異なる乗数係数を有する（Ｋｐ、Ｋｉ、Ｋｄ）。この場合、エラー（ｅ）はＳｐＯ２の入力値（有効信号と仮定して）と選択した目標範囲の中間点（例えば、目標範囲９１〜９５％で中間点９３％）との間の数値差であった。被積分関数（∫ｅｄτ）は、すべてのエラーの和（以下に示す制限を受ける）であり、ＰＩＤ制御内の積分項は、一定の状態エラーを克服する利点に役立つ。微分係数（ｄｅ／ｄｔ）は、先行する５秒間にわたって直線回帰によるＳｐＯ２勾配であり、ＰＩＤ制御は未来のエラーの予測を与える。反復の各々においてプロセスの出力は、ＰＩＤ項の各々の和であるΔＦｉＯ２であった（方程式４）。分配されるべきＦｉＯ２（設定ＦｉＯ２）は、ΔＦｉＯ２と基準ＦｉＯ２値（ｒＦｉＯ２）の和であり、カレントのベースライン酸素要求をあらわす（方程式５）。設定ＦｉＯ２２、±０．５％に丸められ、２１と１００％の間の値に強制される。【数4】
【数5】
【0218】
ＰｉＤ制御プロセスは、各秒で繰り返すループ内にあり、ＦｉＯ２変更は、必要により１秒で為される。Ｋｐ、ＫｉおよびＫｄに対する値の範囲は、広汎なシミュレーション研究から導出された。本例で使用されたＫｐ、ＫｉおよびＫｄの値は、Ｋｐが−１、Ｋｉが−０，０１２５、Ｋｄが−１であった。Ｋｐの値は、−０．５と−１との間の範囲内で、肺機能不全の深刻さに応じて適応された（以下を参照）。
【0219】
ＰＩＤコントローラの修正は、制御されたシステムのある特異体質を収容するように適応される。目標範囲内のＳｐＯ２値に関連するエラーは、目標範囲の中間点からの距離に比例する比乗数を適用することにより減少した（目標範囲減衰）。また、８０％以下の値でＳｐＯ２モニタリングの相対的不正確が与えられれば、負のエラーは１３％に上限規定された。これらのエラー調節は、比例項の計算にのみ適応された。
【0220】
積分項の取り扱いに対してある修正が実行された。長期の低酸素症のイベントにおいて、積分項が徐々にＦｉＯ２を増分するという認識において、その大きさは、最大ΔＦｉＯ２をｒＦｉＯ２の４０％上まで制限するべく、上限規定された。酸素過剰症（酸素供給時において目標範囲を超えたＳｐＯ２）において、それは、オーバーシュートとして低酸素症に続き、高ＳｐＯ２値におけるエラーは、許容値からのＰａＯ２の同様の逸脱と比例しない（図１９）。
【0221】
これを克服するために、セバリングハウス補償が採用され、それにより、酸素過剰の間、積分項が正（すなわち、ΔＦｉＯ２を増加させる傾向）である限り、入力される正のエラーにエラー乗数が適応された（以下の表２を参照）。積分項の決定において、積分項がゼロに減少するまで、正のＳｐＯ２エラーにエラー乗数が適応された。エラー乗数の値は、セバリングハウス方程式から導出された。室内気において、目標範囲を超えるＳｐＯ２の連続値が絶え間ない酸素過剰症を表すとはもはや考えられないとき、積分項は変更されなかった。
【0222】
【表2】
【0223】
微分項計算は、酸素過剰症においても修正され、その結果、最近の５つのＳｐＯ２値のすべてがセットポイントを超えた場合には、負のＳｐＯ２勾配がヌル（すなわち、０に等しい）とされた。したがって微分項によるΔＦｉＯ２の上方の圧力は、酸素過剰症において回避された。
【0224】
カレントのｒＦｉＯ２に比例するスケーリングファクタを適用することにより肺機能不全の深刻さに応じてＫｐが修正される、付加的アプローチが調査された。Ｋｐ修正は、２１％から４０％の対応範囲内のｒＦｉＯ２に対して、０．５から１．０の範囲のファクタを、Ｋｐの現在値に乗算することにより実行された。このようなＫｐの適用は、この割合において観測された肺機能不全の深刻さと利得との間に逆比例関係を認識する。
【0225】
制御プロセスへのプライマリ入力ＳｐＯ２は、アナログまたはデジタル出力を有する任意のオキシメータから供給される。臨床前テストに対して、ＳｐＯ２は、早産児における酸素供給のシミュレーションから導出された。制御プロセスからの出力は、空気酸素混合機および人工呼吸器を含む、所望の値のＦｉＯ２を受信しかつ実行する任意のデバイスに送信される。臨床前テストに対して、出力ＦｉＯ２は、酸素供給シミュレータにリンクされた。
【0226】
（臨床前テスト）３つの強化特徴の寄与が調査された。ａ）セバリングハウス補償、ｂ）Ｋｐ適用、および、ｃ）目標範囲減衰、を有するＰＩＤ制御のすべての順列のパフォーマンスが酸素供給のシミュレーションを使って評価された。持続的気道陽圧において１６人の早産児の各々からＦｉＯ２およびＳｐＯ２の１Ｈｚ記録（２４時間）が換気／かん流比およびシャントに対する連続値に変換された。オリジナル記録のＳｐＯ２平均時間は２から４秒であり、データ抽象化およびシミュレーションの間に平均化されなかった。Ｖ／Ｑおよびシャントの連続は、自動化された酸素コントローラ内のテストの下でコントローラにリンクされ、ＳｐＯ２の一連のユニーク値が生成された。ＳｐＯ２目標範囲は、９１〜９５％に設定された。積分項以外（すなわち、比例微分、ＰＤ）のコントローラの機能、および、ＦｉＯ２調節後に３０秒ロックアウトを有する完全強化されたコントローラの機能もまた試験された。後者の分析に対して、ＰＩＤ係数の複数の順列が、パフォーマンスを最適化するために試された。
【0227】
シミュレーション中に生成された１６個のＳｐＯ２シーケンスの各々に対して、以下の酸素供給状態における時間の割合が計算された。すなわち、目標範囲のＳｐＯ２、エウポキシア（目標範囲、または、室内気の場合の目標範囲を超えるＳｐＯ２）、ＳｐＯ２＜８０％、ＳｐＯ２＜８５％、目標範囲の上または下、９６％を超える酸素中、９８％を超える酸素中。長期の低酸素症（ＳｐＯ２＜８５％）および酸素過剰症（酸素が９６％を超えるＳｐＯ２）の発現の頻度が識別され、ＳｐＯ２オーバーシュートの頻度と同様に、ＳｐＯ２＜８５％の低酸素症イベントに続く２分間にわたって少なくとも６０秒間目標範囲の上のＳｐＯ２読み取りとして定義される。ＳｐＯ２不安定性は、ＳｐＯ２係数の変化（ＣＶ）、頻度、および、目標範囲外の発現の平均間隔を使って評価された。これらのデータは、ＳｐＯ２オーバーシュート以外に対して、メジアンおよび四分位範囲（ＩＱＲ）として要約され、ここで、データは、プールされかつ各制御プロセスに対してひとつの値として表現される。制御パフォーマンスは、フリードマンのノンパラメトリック反復測定（ＡＮＯＶＡとダンのポストホックテスト）を使ってメジアンの比較により評価された。単純化のために、比較は、次の集合に限定された。ａ）ひとつの強化ファクタを有するか有しないＰＩＤ（セバリングハウス補償／Ｋｐ適応／目標範囲減衰）、ｂ）ひとつの強化ファクタの減算を有するか有しない強化ＰＩＤ、ｃ）３０秒ロックアウト／ＰＤとＰＩＤ／強化ＰＩＤ／ＰＩＤとの比較。オリジナル記録からの手動制御によるＳｐＯ２目標に関連するサマリーデータもまた生成されたが、与えられた異なるＳｐＯ２ターゲット範囲（８８〜９２％）に対して統計的比較はされなかった。
【0228】
（結果）シミュレーションで使った記録は、３０．５週のメジアン妊娠期間（ＩＱＲ２７．５〜３１週）で生まれ、出生体重１３２０（９１０〜１８６０）グラム、および、生後２（０〜５．３）日の１６人の早産児から取ったものである。幼児は、かなりの程度のＳｐＯ２不安定性を有し、４時間ごとに、３．１（１．６〜９．９）回発現の頻度で、低酸素症（ＳｐＯ２＜８０）の症状が発現した。記録の時間において、ＣＰＡＰ圧力レベルは、７．０（６．５〜８．０）ｃｍＨ２Ｏであり、ベースラインＦｉＯ２範囲は、０．２１〜０．６１であった。ミッシングＳｐＯ２データの除去の後、記録は２２（２０から２６）時間の間のものであった。
【0229】
シミュレーションテストにおいて、ＰＩＤコントローラの異なる成分の相補関数が明確であった。ＰＩＤコントローラへのＫｐ適用および目標範囲減衰の別々の付加は、エウポキシア時間を改善したが、一方セバリングハウス補償は酸素過剰症の発現を減少させた（表３および４参照）。全体的に、３つの強化のすべてを有するＰＩＤコントローラのパフォーマンスが他の組みあわせに対して優れていた。目標範囲減衰がない場合、エウポキシア時間は、完全に強化されたＰＩＤに対するよりも長い傾向があった（表３参照）。低酸素症および酸素過剰症の発現は、Ｋｐ適応なしで、最も効果的に消去された（表４参照）。強化されたコントローラからのセバリングハウス補償の除去は低酸素症を最小化したが、酸素過剰症のより多くの時間、および、より多くの発現を周期的に導いた（表３および４参照）。強化コントローラは、すべての点において、各ＦｉＯ２変化の後の３０秒のロックアウト期間を有するコントローラよりも良く、ＰＤコントローラよりもかなり良かった（表３および４参照）。
【0230】
ＳｐＯ２記録の安定性はまた、強化特徴の異なる順列によりかなり変化した（表５参照）。記録中のＳｐＯ２ＣＶ値は全体的に個々の例に見られる不安定性を反映した（例えば、強化コントローラからＫｐ適応が除去された状態で）。ＳｐＯ２ＣＶは、強化コントローラ（およびいくつかの他の組みあわせ）により最小化され、これらの状況下において比較的安定であることを示唆している。３０秒のロックアウトを有するＰＩＤおよびＰＤコントロールの両方は、目標範囲の上下の発現がより長く続いて、ＳｐＯ２安定性を減少させた（表５参照）。
【0231】
ＰＩＤコントローラへの各強化特徴の別々の付加は、利益を示した。強化コントローラは、より少ない強化を有するＰＩＤコントローラより、所望のＳｐＯ２範囲において最適な時間の組みあわせおよび低酸素症および酸素過剰症の回避を伴って、全体的に良いパフォーマンスを示した。このコントローラは、３０秒のロックアウトを有するものより良いパフォーマンスを有し、ＰＤコントロールよりかなり良いパフォーマンスを有した。
【0232】
強化ＰＩＤコントローラは、必要ならば一秒間に一回までＦｉＯ２を調節しながら、ＳｐＯ２逸脱に対して早急に応答することができた。低酸素症または酸素過剰症イベントに対する初期応答は、酸素正常状態となるまで積分項により決定されるより緩和されたＦｉＯ２調節を伴って、大部分、比例項および微分項のドメインであった。
【0233】
少なくともシミュレーションにおいて、強化ＰＩＤコントローラは、長期の低酸素症および酸素過剰症の発現を緩和するのに非常に効果的であった。ＰＩＤコントローラに対するセバリングハウス補償の付加は、酸素過剰症イベント（オーバーシュートを含む）を克服するのに役だった。強化コントローラからそれを除去することはその再発を生じさせた。
【0234】
まとめると、酸素供給シミュレーションを使った上記臨床前テストにおいて、強化コントローラは、所望のＳｐＯ２範囲を目標としかつ、酸素供給過剰を避けるのに非常に効果的であった。
【0235】
【表3】
【0236】
【表4】
【0237】
【表5】
【0238】
＜第２の実施例＞（方法）
第２の実施例において、実施例１の強化ＰＩＤコントローラが酸素制御デバイス内に組み込まれ、臨床評価によってテストされた。
【0239】
図２０に示すように、自動酸素制御方法を組み込むデバイスは、ラップトップコンピュータ、自動空気酸素混合機、およびアナログ−デジタル（ＡＤ）コンバータを組み込むデータ入出力デバイス（ＵＳＢ−６００８、National Instruments, Austin, USA）から成るスタンドアロン装置であった。コントローラは、標準的な心肺モニター（Drager Infinity, Drager Medical Systems Inc, Notting Hill, Australia）から、ＳｐＯ２（マシモオキシメトリプローブ, Masimo Corp, Irvine, California）、心電図信号から決定される心拍数（ＨＲｅｃｇ）、および、プレチスモグラフ心拍数（ＨＲｐｌｅｔｈ）を含むデジタル入力を受信した。ＳｐＯ２平均は、すぐに（２〜４秒）設定された。ＦｉＯ２は、呼吸回路（Teledyne）の近位リム内のセンサーを介して測定され、ＡＤコンバータを介してデバイスに入力された。コントローラから導出されたＦｉＯ２の所望の値は空気酸素混合機（Bird Ultrablender, Carefusion, Seven Hills, NSW）にカスタムマウントされたサーボモーター（model HS-322HD, Hitec RCD USA, Poway, USA）に方向付けられた。それにより、環状ギア機構を通じて混合機のＦｉＯ２選択ダイヤルの自動回転が可能になる。サーボモーターおよびギアシステムは、ＦｉＯ２に対して小さい調節（最小値±０．５％）を正確かつ繰り返し行うことが可能な十分なトルクおよび精度を有した。サーボモーターは、混合機のダイヤルが手動で回すことが可能であるように、低い保持トルクを有する。この手動介入は、ポジションセンサーによって検出され、ＦｉＯ２がもはや自動制御の下にはない（以下を参照）ところの手動モードへの切り替えを生じさせた。各研究の最初において、サーボモーターキャリブレーションがチェックされ、必要なら変更された。
【0240】
自動制御方法は、早産児の自動酸素制御に対してＰＩＤ制御を適切に適用するべく、比例項、積分項、および微分項の決定における強化を有するＰＩＤ制御プロセスから成る。比例項の強化は、肺機能不全の深刻さ、目標範囲内の間のエラー減衰、および低酸素症の間のエラー上限規定に基づく変調を含む。積分項の強化は、被積分関数の大きさの上限規定、ＰａＯ２−ＳｐＯ２の非線形関係の補償、および、室内気における被積分関数増加の制限を含む。
【0241】
ＰＩＤ制御プロセスは、１秒ごとに１回以内のループを繰り返した。したがって当該方法は、早産児においてごく頻繁な、酸素供給の急激な変化を検出し応答するように設計された。ＰＩＤ係数の値の範囲は、すべての係数に対して異なる値の複数の順列が試験されるように、早産児からのデータを使った広範囲なシミュレーション研究から導出された。実施例で使用されたＫｐ、Ｋｉ、およびＫｄの値は、Ｋｐが−１、Ｋｉが−０．０１２５、およびＫｄが−１であった。Ｋｐの値は、−０．５と−１との間の範囲内で、肺機能不全の深刻さに応じて適応された。
【0242】
非数値ＳｐＯ２値は、ミッシングとして取り扱われ、その場合、ＨＲｅｃｇおよびＨＲｐｌｅｔｈの値が３０ｂｐｍを超えて異なるところのＳｐＯ２であった。ミッシングＳｐＯ２値のイベントにおいて、ＦｉＯ２は、カレント値に保持された。コントローラの全機能は、有効信号が回復した後に直ちに再開された。
【0243】
自動制御の間に、ベッドサイドのスタッフは、混合機のＦｉＯ２ダイヤルを手動で回転することにより制御デバイスをオーバーライドすることができた。これは、設定ＦｉＯ２とサーボモーター内のポジションセンサーによって検出されるＦｉＯ２値との間の不一致の検出を通じて手動オーバーライドを信号化する。手動オーバーライドになると、ＦｉＯ２に対する最後の手動変更の３０秒後に、自動制御はユーザが選択したＦｉＯ２で再開した。デバイスは、もし必要であれば、ベッドサイドのスタッフからのインストラクションのリサーチタームによって手動制御モードにロック可能であった。
【0244】
（臨床試験）研究は、ロイヤル・ホバート病院の新生児および小児科集中治療室において実行された。装置は、毎年、妊娠期間が３２週未満の約７０人の早産児を治療しており、この患者グループに対して可能であればいつでも持続的気道陽圧（ＣＰＡＰ）および高流量鼻カヌラ（ＨＦＮＣ）を含む非侵襲的呼吸サポートを使う精神を有する。酸素療法の滴定に対するＳｐＯ２目標範囲は、以前の８８〜９２％から、９０〜９４％に更新された。
【0245】
妊娠期間が３７週未満でかつ生後４月未満の早産児は、もし研究期間の開始時に非侵襲的呼吸サポート（ＣＰＡＰまたはＨＦＮＣ）を受け、かつ、補助酸素を受け取っていれば、研究に適していた。重大な不安定性または先天性異常（動脈管開存症以外の心奇形を含む）を有する幼児は除外された。
【0246】
これは、自動酸素制御の４時間の予測介入研究であった。それは、合計で８時間（自動制御の前後の４時間）の標準的な手動制御の２つの隣接期間と比較された。持ち越し効果を避けるために、研究期間の間に１５分間のインターバルが存在した。研究者は、自動制御期間中に居合わせたが、臨床システムの誤作動が生じなければベッドサイドの医療スタッフと干渉しなかった。自動制御の期間中、介護者は、混合機のダイヤルを回すことにより、制御デバイス出力を、研究で使用されるカスタマイズされた空気酸素混合機にオーバーライドすることができた。手動制御の記録中に、ベッドサイドの介護者は、標準的なＳｐＯ２目標範囲（９０〜９４％）を有するＳｐＯ２目標への通常のアプローチを使うように指示された。以前の研究に基づいて、手動制御によって、この範囲の上限が優先的に目標にされた。自動制御がＳｐＯ２範囲の中間点を目標とすることが与えられれば、自動制御中に目標範囲は９１〜９５％に設定され、手動および自動ＳｐＯ２ヒストグラムがオーバーラップすることが予測される。手動および自動研究期間の両方に対して、アラーム設定は下限値が８９％で上限値が９６％で同一であった。
【0247】
研究の前に、オキシメトリプローブは、導管の後の位置に配置され、医療的必要性または継続的なＳｐＯ２信号の低下が生じなければ、３つの研究期間の間に移動されなかった。可能であればデータ記録時間以外となるように、ケア時間がスケジュールされた。自動制御に対して、基準ＦｉＯ２（ｒＦｉＯ２）の一定値が、直近の基本的補助酸素要求に基づいて、各幼児に選択された。
【0248】
妊娠期間、出生体重、研究時の呼吸サポートのレベルおよび臨床状態の詳細を含む、関連する人口統計および臨床データが幼児ごとに記録された。ＳｐＯ２およびＦｉＯ２は、手動および自動制御の両方の間に１Ｈｚで記録された。これらの記録の分析により、ＳｐＯ２係数の変化、目標範囲の外にある発現の数および平均時間間隔を評価することで、各幼児のＳｐＯ２不安定性が評価可能となった。また、以下の酸素供給状態の各々の時間の割合が確認された。目標範囲のＳｐＯ２、エウポキシア（目標範囲のＳｐＯ２、または、室内気において目標範囲より上のＳｐＯ２）、アラーム範囲（８９〜９６％）のＳｐＯ２、および、８０％未満のＳｐＯ２、酸素が８０〜８４％、８５〜８８％、９７〜９８％、および、９８％超過。これらの値を計算するために、ミッシングＳｐＯ２信号の時間間隔中のデータの除外後の時間に分母は使用可能であった。低酸素症および酸素過剰症の長期の発現の頻度が、ＳｐＯ２オーバーヘッドの頻度として識別され、ＳｐＯ２＜８５％である低酸素症のイベントに続く２分間にわたって、少なくとも６０秒間、目標範囲の上のＳｐＯ２読み取りとして定義された。手動および自動記録の間のＦｉＯ２調節の回数が、それぞれの場合の平均酸素露出（平均ＦｉＯ２）として決定された。
【0249】
データは他に記載がなれば、メジアンおよび四分位範囲（ＩＱＲ）として表現された。比較は、ウィルコクスンマッチペアテストを使って、自動制御時間と手動性制御時間との間に実行された。これらの分析のために、手動制御時間からの分析データはプールされるが、付加的に、幼児ごとに、最適な手動制御時間（すなわち、エウポキシアにおいて時間の最大の割合を有する２時間以上の手動記録間隔）がコンパレータとしても使用された。一次結果は、エウポキシアにおける時間の割合であった。研究用に選択されたサンプルサイズは、コントローラのパフォーマンスの最初の医療経験を増やし、かつ、十分な数の対象者の安全性を増加させるための必要性に主に基づいていた。４５人の幼児の以前の研究において、我々は、酸素が３０±１５％（平均±ＳＤ）であるべき場合、目標範囲内の時間の割合を発見した。本研究における対となる自動制御値と手動制御値との間の差に対して類似の標準的逸脱を仮定すると、２０人の幼児のサンプルにより、８０％のパワーおよび０．０５のαエラーを有する手動時間と自動時間との間のエウポキシア時間における１０％の差の検出が可能となった。
【0250】
（結果）研究は、２０１５年５月から１２月に実施された。参加した幼児（ｎ＝２０）は、妊娠期間のメジアンが２７．５週（ＩＱＲ ２６〜３０週）で、かつ、出生体重が１１３０（９４０〜１４００）グラムであった。２０人の幼児のうち１５人（７５％）が男児であった。幼児は、生後８．０（１．８〜３．４）日で研究され、訂正された妊娠年齢は３１（２９〜３３）月経後週で、赤ちゃんの体重は１４００（１１２０から１９６０）グラムであった。ＣＰＡＰについて研究された幼児（ｎ＝１３）に対して、記録の開始時の圧力レベルは６（５〜８）ｃｍＨ２Ｏであった。ＨＦＮＣについて研究された幼児（ｎ＝７）に対して、開始流量は６（５．５〜６．５）Ｌ／ｍｉｎであった。すべてのケースにおいて、看護師と患者の比率は１：２であった。
【0251】
手動制御の２つの隣接期間からのデータは、１８人の幼児から入手可能であり、自動制御直後の挿管の必要およびデータロギングの失敗が第２の手動制御データ記録（ひとつのケースごと）の利用不可能の理由であった。ミッシング信号の割合は、第１手動、自動、および第２手動記録のそれぞれにおいて、２．９（０．５〜５．４）％、１．７（０．７〜３．４）％。および、１．５（０．８〜７．１）％であり、分析用に使用可能な時間は３．８（３．７〜４．０）、３．８（３．７〜３．９）および４．０（３．８〜４．０）時間残された。
【0252】
図２１Ａおよび図２１Ｂは、手動および自動制御中の同じ幼児からの２時間の記録を示す。それは、以下のＳｐＯ２（実線、Ｙ軸：％飽和度）およびＦｉＯ２（破線、Ｙ軸：％酸素）のサンプル記録を含む。（Ａ）幼児５は、２７週の妊娠期間で生まれ、生後４０日で研究され、高流量鼻カヌラ（６Ｌ／ｍｉｎ）で、手動制御で、エウポキシア時間５９％（図２１Ａ参照）
（Ｂ）幼児５は、自動制御でエウポキシア時間７９％、全体を通じて２９％に設定されたｒＦｉＯ２で自動制御された状態でエウポキシア時間８２％（図２１Ｂ参照）
【0253】
図２１Ａおよび図２１Ｂは、ＦｉＯ２の手動制御中（図２１Ａ）および自動制御中（図２１Ｂ）の、ＳｐＯ２の典型的な変動性を明らかにしている。それは、自動制御中（図２１Ｂ）にはさほど顕著ではなかった。図２１Ａおよび図２１Ｂに示す例示的データは、コントローラによって作成されたＦｉＯ２の急速な応答、および、目標範囲（灰色の帯で示す）での時間の増加を示す。
【0254】
図２２において、黒棒は手動制御、白棒は自動制御を示し、Ｔは目標範囲内のＳｐＯ２を示し、目標範囲は手動制御に対して９０〜９４％であり、自動制御に対して９１〜９５％である。プールされたＳｐＯ２データの周波数ヒストグラムは、自動制御により、目標範囲内の時間の割合の実質的な増加を示し、低酸素症および酸素過剰症の両方の値が手動制御に比べ下に示されている。手動制御中のＳｐＯ２目標プロファイルは、目標範囲の上端において曲線のピークを有するように見える。対照的に、期待した通り、自動制御は選定した目標範囲の中間点（すなわち、ＳｐＯ２：９３％）を目標にした。補助酸素を受け取ったとき、プールされたデータ内のメジアンＳｐＯ２は、手動および自動制御の両方に対して９３％であった。
【0255】
酸素供給は、自動制御中、目標範囲を下回りかつ８０％を下回るわずかなＳｐＯ２逸脱を有し、手動制御に比べ目標範囲の外側のすべての発現がより短い時間間隔である状態で、かなりより安定していた。ＳｐＯ２係数の変動もまたかなり異なっていた（手動制御では３．８（３．２〜４．７）％、自動制御では２．３（１．８〜３．０％、Ｐ＜０．０００１））。
【0256】
手動制御時間と比較すると、自動制御は、目標およびエウポキシア範囲において、それぞれ２３％および２５％のより多くの時間を生じさせた（表６参照）。アラーム範囲（８９〜９６％）内に費やす時間もまたより多かった。自動制御は、酸素供給の両極においてかなりの時間を減少させ、ＳｐＯ２＜８０％の低酸素症およびＳｐＯ２＞９８％の酸素過剰症を実質的に消滅させた。低酸素症および酸素過剰症のより短い範囲の所要時間もまた減少された。
【0257】
これらの発見は、低酸素症および医源性の酸素過剰症の長期的発現の分析に映し出された。その両方は手動制御中に適度な頻度で発生するが（表７参照）、自動制御中には明らかにまれであった。いずれの自動制御記録においても、オーバーシュートの発現は識別されなかった。
【0258】
図２３において、最適な手動制御時間に対するエウポキシアの時間の個人の値が自動制御と比較され、水平棒はメジアンであり、エウポキシアは目標範囲のＳｐＯ２、または、室内気で目標範囲を超えるＳｐＯ２である。最適な２つの手動制御時間に対して測定されたとき、自動制御の明白な利益が存在し、最適な手動制御および自動制御に対して、エウポキシア範囲の時間がそれぞれ６０（５０〜７２）％および８１（７６〜９０）％であった（Ｐ＜０．０００１）。また、自動制御は、各個人の研究において、より良いＳｐＯ２目標に関連し、２．２から５５％のエウポキシア時間範囲において相対的な改善が見られた（図２３参照）。
【0259】
手動制御時間中、少なくとも１％のＦｉＯ２調節がベッドサイドのスタッフにより一時間ごとに２．３（１．３から３．４）回為された。自動制御中、０．５％のＦｉＯ２最小変化が、サーボモーターによって周期的（全体として毎分９．９変更）に作動され、毎時６４（４９〜９８）の頻度で、少なくとも１％の測定ＦｉＯ２への変更が発生した。自動制御の再、２０個の記録のすべてにおいて、全部で１８回の手動調節が実行され（毎時０．２４回調節）、手動調節の比から９０％だけの減少が手動制御中に観測された（毎時２．３回）。自動制御中の個々の患者の手動調節の最大数は、４時間の記録で４回だった（すなわち、毎時１回）。顕著なシステム機能障害は発生しなかった。
【0260】
酸素要求のメジアン値（平均ＦｉＯ２）は、第１手動、自動、および、第２手動記録のそれぞれに対して、２７（２５〜３０）％、２７（２５〜３０）％、および２６（２４〜３１）％であった。酸素要求は、自動といずれかの手動記録との間で差はなかった（Ｐ＞０．０５、ウィルコクスンマッチペアテスト）。
【0261】
要するに、強化ＰＩＤコントローラは、ＳｐＯ２目標において所望のＳｐＯ２範囲内で２５％以上、日常的な手動制御より効果的であった。極端な酸素供給は大幅に回避され、長期的な低酸素症および酸素過剰症は、実質的に消滅した。効果的な酸素制御が、吸入酸素調節の手動フラクションがほとんどなく、酸素への同様の露出で達成された。
【0262】
【表6】
【0263】
【表7】
【0264】
添付した図面を参照して説明したように、本願発明の態様から離れることなく、多くの修正が可能であることは当業者の知るところである。
【0265】
関連出願本願は、ここに参考文献として組み込む、２０１５年１１月１０日に出願したオーストラリア国仮特許出願第２０１５９０４６２１号の優先権を主張する。