WO2001003759A1 - Automatic weaning system for respirator using fuzzy theory control, and recorded medium on which automatic weaning program is recorded - Google Patents

Automatic weaning system for respirator using fuzzy theory control, and recorded medium on which automatic weaning program is recorded Download PDF

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WO2001003759A1
WO2001003759A1 PCT/JP1999/003724 JP9903724W WO0103759A1 WO 2001003759 A1 WO2001003759 A1 WO 2001003759A1 JP 9903724 W JP9903724 W JP 9903724W WO 0103759 A1 WO0103759 A1 WO 0103759A1
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WO
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parameter
fuzzy
ventilator
control
program
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PCT/JP1999/003724
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French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Tadashi Nemoto
Yasuhiko Shimizu
Seiichi Matsunobe
Original Assignee
Tapic International Co., Ltd.
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Publication date
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M16/00Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes
    • A61M16/021Devices for influencing the respiratory system of patients by gas treatment, e.g. mouth-to-mouth respiration; Tracheal tubes operated by electrical means
    • A61M16/022Control means therefor
    • A61M16/024Control means therefor including calculation means, e.g. using a processor

Definitions

  • the present invention relates to a system for performing automatic winning control of a ventilator, and more specifically, to a technique for converting a ventilator into an automatic winning system using fuzzy logic control.
  • a ventilator improves the patient's condition, and attempts to initiate inning are based on the condition of controlled breathing (where the patient's breathing is completely substituted by the ventilator). It means to shift to the state of assisted breathing.
  • assisted breathing There are two types of assisted breathing: pressure support (PS), which assists the inspiratory effort in the patient's breathing, and Synchronized Intermittent Mandatory Vent i laiion (Synchronized Intermittent Mandatory Vent i laiion).
  • PS pressure support
  • Synchronized Intermittent Mandatory Vent i laiion Synchronized Intermittent Mandatory Vent i laiion
  • the SI MV method has been implemented. In other words, if the significance of the above-mentioned “pinning” is more specifically shown, it is the above-mentioned PS method, SIMV method, or a kind of trial-and-error from controlled breathing.
  • the present invention is not a theory of mining, but it seeks out the secrets of the minimum necessary process to execute this process effectively and effectively, and uses a computer to effectively use the ventilator. Automatic control is the aim of the present invention.
  • the present invention seeks to achieve this by introducing fuzzy one theory in order to effectively promote the automation of the winning process in a ventilator, which has not been realized despite the strong needs in the past.
  • fuzzy theory is a concept intended to roughly and quantitatively quantify the concept that humans subjectively express and express in words or codes and to handle it with a computer according to the amount of information. .
  • fuzzy control is a method that uses fuzzy theory to algorithmize control-related activities conventionally performed by humans. By this method, the same control activities as those of a skilled person are to be realized by a computer.
  • the boundary is given by a single numerical value, and the numerical value has no flexibility in the system. For example, when defining temperature, if less than 10 degrees is defined as low (cold), 10 degrees or more and less than 25 degrees is just good, if 25 degrees or more is defined as high (hot), 9.9 degrees Although it is cold, if it rises just 0.1 degrees from there it will be just right and it will be inconsistent with human sensation.
  • Fuzzy theory is a theory aimed at how to treat human senses mathematically by giving flexibility to the boundaries.
  • the index such as cold or hot is called a membership value
  • the membership value of cold is 0.71. And so on.
  • the fuzzy theory consists of a fuzzy set, which is a numerical table for determining this membership value ( ⁇ ° lame), and fuzzy rules that define the relationship between each parameter.
  • the fuzzy set and the fuzzy rule are the basis of the engineering application of fuzzy theory, and are the most reflective of the skills of the program creator. Next, I will explain the fuzzy used in this program with specific examples of each parameter.
  • FIG. 1 is a system block diagram showing an overview of the automatic coining system of the present invention.
  • FIG. 2 is an interrelation diagram showing the hardware-related parts in the system of FIG. 1 in blocks.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the concept of the main part of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a Control variable determination program.
  • FIG. 5 is a diagram showing a fuzzy winning algorithm.
  • FIG. 6 is a diagram showing a fuzzy set for the parameters of HR.
  • FIG. 7 is a diagram showing a fuzzy set of Control values.
  • FIG. 8 is a flowchart of the main program.
  • FIG. 9 is a flowchart of the fuzzy variable determination program.
  • FIG. 10 is a flowchart of the breathing mode control program.
  • FIG. 11 is a flowchart of the PSV change program.
  • FIG. 12 is a flowchart of the SIMV change program.
  • Figure 1 3 is a flowchart of the F i 0 2 change program.
  • FIG. 14 is a flowchart of an interrupt instruction program by an alarm.
  • FIG. 15 is a diagram showing the difference between the setting conditions instructed according to the rules of the present invention in the pressure support and the actual settings made by the doctor. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • whole body vital signs are vital signs.
  • various vital signs in particular, four items of heart rate (HR), tidal volume (TV), respiratory rate (f), and oxygen saturation (S p ⁇ 2 ) Focusing on the eyes, selecting these data and fuzzifying them, and calculating the fuzzy data according to the fuzzy rules, a parameter called Condition (hereinafter, this parameter is abbreviated as Cond) I do.
  • HR heart rate
  • TV tidal volume
  • f respiratory rate
  • S p ⁇ 2 oxygen saturation
  • Fig. 4 shows an overview of the main parts of the control method (algorithm) applied by the Control parameter for the PS method and the SIMV method.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an overview of the automatic coining system of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing an outline of hardware-related parts in the system.
  • FIG. 1 A shows a drive part for a respirator to be subjected to the fuzzy control of the present invention, and B shows a control part according to the present invention.
  • Gas mixer A in order to supply oxygen planned concentration to the patient, is used to mix the oxygen ⁇ 2 and air air.
  • the oxygen ⁇ 2 sensor A 2 is a device for checking whether or not the intake gas mixed by the gas mixer A 1 has an actually expected oxygen concentration. It also has a feedback function to the oxygen concentration controller B1 to keep the oxygen concentration at a set constant value.
  • the gas accumulator A3 stores the gas actually inhaled by the patient once and acts as a kind of tank to stabilize the gas supply.
  • the gas supplied to the patient now gets the driving pressure.
  • Bacteria Fill A4 is used to remove bacteria from the gas supplied to the patient.
  • the flow sensor A5 works in conjunction with the flow control valve A6 to ensure that the gas delivered to the patient is actually the expected amount.
  • This device has a feedback function for the flow valve controller B2.If the supply is excessive, the flow control valve A6 is closed according to the current flow rate through the flow valve controller B2. Open the valve.
  • Humidifier A7 moderately humidifies the gas supplied to the patient.
  • the airway pressure gauge A8 senses the spontaneous breathing of the patient and determines whether the exhalation valve controller B3 controls the exhalation valve A9 normally according to the respiration mode set by the respiration control module B4. Provide information to Moreover, at best, mean airway pressure is used to monitor patient airway injuries, as it is important in preventing them, and is also used to sense air leaks from ventilator circuits. Exhalation valve A 9 closes when the patient is in inspiration and opens when the patient is in exhalation. This ensures that the ventilator provides gas to the patient and does not interfere with the patient's exhalation.
  • the flow sensor A10 measures the patient's tidal volume TV. After this, the patient's exhalation is released to the atmosphere.
  • the information here interlocks with the exhalation valve controller B3 to ensure that the patient's exhalation frequency and tidal volume satisfy the set values.
  • the information here is also used as vital signs used in the program.
  • Expiratory valve A 9 also improves positive respiratory status by applying positive pressure to the patient's expiratory phase during PEEP (positive end-expiratory pressure); Technique or CPAP (Cont in continuous positive airway pressure; continuous positive airway pressure; for patients with spontaneous breathing who are intubated in the airway, improving the respiratory condition by always maintaining positive air pressure in the airway Is also used when applying
  • the end-expiratory pressure set by the breathing mode control module B4 acts on the exhalation valve A9 via the exhalation-valve controller B3 to apply pressure to the patient's end-expiration.
  • This pressure is constantly monitored by an airway pressure gauge A8, and a feedback function is provided to an expiration controller B3.
  • the oxygen saturation S p 0 2 sensor A 11 and the heart rate HR sensor A 12 are not provided in the conventional ordinary ventilator, but are specifically provided to improve the implementation accuracy of the present invention. It is a thing.
  • the oxygen controller B1, the flow valve controller B2, and the intake valve controller B3 are also provided as standard equipment in conventional ventilators.
  • the breathing mode control module B4 is used to select and adjust the breathing mode specified by the input control panel B7 or the breathing mode specified by the fuzzy coining control module B6.
  • the respirator setting conditions given from the fuzzy winning control module B6 of the present invention are input to the information processing means (CPU) for respirator setting in B4, and are actually Control. Therefore, the fuzzy inning control module B6 receives all information from A1 to A12. If an abnormality occurs based on the information, an alarm is issued through the alarm mechanism B9.
  • the information of the airway pressure gauge A8 and the flow sensor A10 indicating the control status required for the ventilator performed by the respiratory control module B4 and the status of the actual operation of the ventilator are fuzzy.
  • the block indicated by the same reference numeral 22 is an information processing part (control computer part) and corresponds to B 4, B 5 and B 6 in FIG. 1, and operates a fuzzy algorithm program and a ventilator setting program. It consists of a CPU, memory, etc.
  • Block indicated by reference numeral 2 3 is a state display monitor portion was equivalent to B 8 of FIG. 1, direct HR, TV, f, S P_ ⁇ 2, P aw (airway pressure), in addition to equal This is a part that displays the state determined by the fuzzy algorithm and the ventilator setting information according to it.
  • the block indicated by reference numeral 24 corresponds to the alarm mechanism, which is marked with the symbol B9 in Fig. 1, and stops the alarm and coining when each vital sign reaches the set alarm condition. , For starting emergency settings Information to the control computer.
  • the block indicated by reference numeral 25 is a part of the ventilator itself, and has a configuration based on a long-term ventilator set for both a computer-controlled metered volume and a Z-compressed pressure having respective pinning modes such as PS and SIMV. . ⁇ ⁇ Equipped with an input / output mechanism (terminal) for the purpose of automating inning.
  • the main program is roughly divided into two parts, the first half and the second half. 3 and 8, the first half of the program portion 4 Tsunoba Ital sign (heart rate HR, tidal volume TV, respiratory rate f, the oxygen saturation S P_ ⁇ 2) was continuously measured, using fuzzy logic, the measured values and the respective change value (d HR, d TV, df , d S P_ ⁇ 2) from the finally to create a single Cont ro l parameter Isseki.
  • This value is a comprehensive assessment of a patient's general condition based on their vital signs and trends. In short, is the patient now in the power of "good” or "bad”? Is a numerical representation of
  • the second half of the program uses the parameters given in the first half of this program and actually changes the settings of the ventilator.
  • Settings can be changed independently for oxygen concentration, SIMV count, and pressure support level.
  • no fuzzy logic is used. From the value given by Control (can take a value from 150 to +50) and the maximum and minimum values of each artificial respirator preset by the physician, the normal steps are taken. Change the settings using the step algorithm.
  • fuzzy theory is not used here.
  • changes to fuzzy rules and fuzzy sets require a certain amount of specialized knowledge, and manuals are used for such changes. You need to work for a relatively long time. However, changing the step-by-step algorithm is easy.
  • the physician needs to change the method of changing settings using Control because of the need to accommodate a particular patient, for example, most of the program changes will be sufficient for this final change.
  • no fuzzy theory is used here so that any doctor can rewrite the program relatively easily.
  • setting change rules can be easily created for any doctor. Other more experienced physicians may want to change the original settings as exemplified in the present invention, but in such a case, if the setting change rules do not have the flexibility, it would be troublesome. Become.
  • Teen can easily rewrite the setting change rules with one hand, and the machine will be useless at all.
  • the main part of the present invention is to apply a fuzzy set and a fuzzy rule to the heart rate HR, the respiratory rate f, the oxygen saturation S p 0 2 and the tidal volume TV, (Condition; state) is to determine a parameter called overnight.
  • This parameter overnight is a parameter representative of only the current state of the patient.
  • Heart rate HR in the same way, respiration number of times f, oxygen saturation S p0 2, tidal volume TV Torre Ndode Isseki, dHR, df, Trend (trend) from d S p0 2, a parameter called Tendency (Tend) Is calculated. This quantifies the change in the vital signs of the patient from past to present.
  • Table 1 shows an example of an assignment table for calculating membership values.
  • Table 2 shows examples of membership values after fuzzification used to determine Cond parameters and Trend parameters, and Table 3 shows examples of fuzzy rules for evaluating Cond (state). ing.
  • This is a numerical value that indicates the overall condition of the patient by judging the current situation of the patient and its changes in a comprehensive manner. This is a paradigm that this Control is given in the first half of the above program (see the flowchart in Fig. 8). See).
  • this Control and the four vital signs (heart rate HR, tidal volume TV, respiratory rate f, oxygen saturation S p ⁇ 2 ), current ventilator settings.
  • the program decides whether or not to change one of the three setting conditions: the inspired oxygen concentration, the pressure support (PS) level, or the SIMV level (number of times). Judge whether to change the degree. Then, based on the judgment, the ventilator is actually changed. Regarding this actual ventilator setting change, check with the physician before changing the setting and change it after obtaining consent, or change it automatically at the discretion of the computer without the doctor's consent. Can be done either with a single switch. In addition, a program has been created so that doctors can always freely change ventilator settings (see the flowchart in Fig. 8).
  • the subroutine program consists of a "fuzzy variable determination program”, a "breathing mode control program”, a "PSV change program”, a "SIMV change program”, a "Fi change program”, and an "alarm interrupt instruction program".
  • the entire program resides in the fuzzy coining control module (B6) shown in Fig. 1, and controls the data control module (B5) that controls data A1 to A12 and the input control panel (B7) for the ventilator. ) And outputs it to the breathing mode control module (B4), and automatically controls the breathing mode via the subroutine program shown in Figs.
  • These data information is constantly output to the monitor (B8) to display the patient's condition—the patient's condition determined by the fuzzy control program and the contents of control to the ventilator.
  • the input data is output from B5 to the alarm module (B9). If it is determined that the state is dangerous, an alarm is displayed and the setting is changed by interrupting the breathing mode module (B4).
  • Subroutine programs have been compiled so that they can be easily executed depending on the condition.
  • the alarm interrupt command program monitors changes in the patient's condition during inning, and when the condition is judged to be critical, stops inning as soon as possible to prevent the patient from becoming dangerous. This is also organized as a subroutine.
  • the program uses a fuzzy rule table and a fuzzy set as described above.
  • the parameters used are heart rate HR, oxygen saturation S p ⁇ 2 , respiration rate f, tidal volume TV, and dHR, dS p ⁇ 2 , df, d TV.
  • Cond one parameter set called Cond is made from the first four parameters, and a parameter set called Tend is determined from the latter four parameters (Trend).
  • Terend the final parameter Control is determined from Cond and Tend.
  • the heart rate HR, the oxygen saturation S p0 2 of arterial blood, respiratory rate f, tidal volume TV, a fuzzy set for, Te ⁇ Tsu in Table 1 prepared in advance membership value (information processing means) Suppose that the decision is made as shown in Fig. 6 (Fig. 6 This is an example).
  • Table 3 is an excerpt from the fuzzy rule book for finding the Cond used in this program. There are five Cond that can be this excerpt for the given four parameter values over time: “best”, “good”, “normal”, “small” and “bad”. There are a total of eight combinations of parameters, and the membership value of Cond obtained from one combination is given as the minimum value of the four parameters that determined that Cond. For example,
  • the determined Cond and Trend are represented by the category one (improvement tendency etc.) and their membership value (0.2et) as described above, and these two factors are used to determine Trend and Cond. Used to determine the Control, as with vital signs.
  • Fig. 3 summarizes the points so far. First, the vital signs of the patient are sensed every 5 seconds, and the average value of the vital signs every 5 seconds for 5 minutes is
  • the value of + 17% indicated by the center of gravity is the result of this Control. This is passed to the ventilator setting program to calculate X. And the ventilator is actually changed, which in turn changes the patient's condition, which is sensed and fed back every 5 seconds.
  • SIMV has been changed from these conditions, resulting in an increase in the number of times.
  • the current SIMV is 10 times, and the upper and lower limits are 25 and 3 times, respectively.
  • the SI MV count is a multiple of a certain integer, but the doctor can freely select what multiple to use.
  • the physician can easily configure the computer to ask the physician for permission to change the settings.
  • the physician is always free to change the ventilator settings. And, of course, changing this setting will take precedence over computer decisions.
  • configuration changes of PS and F I_ ⁇ 2 is also performed.
  • the fourth type of alarm II which has never existed before, is considered to be used independently and can be used as a monitor alarm in various fields as a multiple intelligent alarm mechanism.
  • the alarm in 1 is activated when the value of the patient vital sign monitored every 5 seconds exceeds a preset upper and lower limit.
  • the alarm in 2 works when the patient vital sign value averaged every 5 minutes exceeds a preset upper and lower limit.
  • the alarm in 2 works independently of the alarm in 1, and unlike the alarm in 1, which monitors the instantaneous patient condition, it monitors the condition for a relatively long time.
  • the alarm in (3) is an alarm related to changes in patient vital signs averaged every 5 minutes. Even if the patient's vital signs fall within the upper and lower limits set in (2) and (3), the changes fluctuate greatly. Work when you do. For example, if a patient's heart rate changes from 70 to 120 in 5 minutes, even if 70 and 120 were within the alarm, 50 The increase is judged to be abnormal, and an alarm is issued.
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ is a completely new type of alarm that has never existed before.
  • the final parameter obtained, Control indicates the overall condition of the patient. Evil can be judged. Therefore, this value itself is It can be used as an indicator for the overall patient state, regardless of the condition, and it can be added with an alarm function. There is no alarm of this type, and it is considered that it is possible to take out only this alarm mechanism and apply it to monitoring mechanisms in other medical and engineering fields.
  • the program cancels all trend data once after the oxygen concentration is increased, and restarts the trend data from the beginning.
  • alarm 7 is linked to safety mechanism C
  • 1 to 6 are tied to A and B variously depending on their values.
  • 7 and A and B can be connected.
  • the connection relationship and the alarm setting conditions can be changed relatively easily.
  • each doctor can freely set the emergency setting.
  • FIG. 15 shows the difference (cm H 20 ) between the rule of the present invention and the actual setting in the pressure support on the horizontal axis, and the number of times on the vertical axis. This is
  • the physician is able to achieve a match rate in spite of a rather unfavorable condition for the program, such as making a whirlwind call to promptly change settings, for example.
  • FIG. 8 is a flow chart showing the flow of the main program of the automatic ventilation system for a ventilator using the fuzzy logic control of the present invention
  • FIGS. 9 to 13 are flow charts showing the flow of the subroutine program.
  • the machine changes the settings of the ventilator and guides the patient to the inning.
  • the present invention relates to a ventilator, and does not involve other elements of the inning, such as nutrition and mental care. So, if you are going to ⁇ ⁇ ⁇ inning ’with these elements, this question is correct. However, if the settings are changed, the physician will, in fact, see almost nothing other than these four, at most as much as arterial blood gas analysis or the patient's complexion. The reason we chose these four is that
  • heart rate HR is a program of the first embodiment, tidal volume TV, respiratory rate f, it went all set to change the measurement of four vital signs Oxygen saturation S p 0 2.
  • Table 5 shows an example of the membership value of the second example when the measurement of tidal volume (TV) is omitted from the four vital signs in the first example
  • Table 6 shows an example of the rule book
  • the combination Table 7 shows examples of membership values for.
  • Inning which was thought to be impossible to automate until now, has been algorithmized by judging good or bad respiratory condition based on fuzzy theory from the patient's whole body condition and automated.

Abstract

Weaning for liberation from a respirator is rationally and efficiently carried out without relying on experience and scent. A fuzzy set and fuzzy rules are made in advance based on the fuzzy theory and stored in a computer (control modules B4, B5, B6). According to the fuzzy set and fuzzy rules, and from at least the heart rate (HR), the respiratory rate, the oxygen saturation (SpO2), and/or the measured values (A1 to A12) of the tidal air exchange, the condition parameters and trend parameters thereof are calculated. The control parameter is derived from the center of gravity of the overall control diagram of the control and trend parameters, thereby controlling the respirator.

Description

明 細 書  Specification
ファジー理論制御を用 t た人工呼吸器の自動ゥイニングシステムおよび自動ウイ ニングプログラムを記録した記録媒体 技術分野 Automatic venting system for ventilators using fuzzy logic control and recording media recording automatic winning programs
本発明は、 人工呼吸器を自動ウイニング制御するためのシステムに関するもの であり、 更に具体的に言えば、 ファジー理論制御を用いて人工呼吸器を自動ウイ ニングシステム化する技術に関するものである。 背景技術  The present invention relates to a system for performing automatic winning control of a ventilator, and more specifically, to a technique for converting a ventilator into an automatic winning system using fuzzy logic control. Background art
病院の集中治療室などで管理される患者の多くは、 呼吸障害などを伴っている ことから人工呼吸器を装着して、 その呼吸が管理され治療されることが多い。 このような場合の人工呼吸器装着の最終的な目的は、 人工呼吸器の使用から解 放されて 「ゥイニング」 を得ることである。 ここで 「ゥイニング -Weaning (乳 離れ) 」 とは、 患者が自分自身で呼吸することが出来るようになって、 機械の手 助け、 補助を受ける必要がなくなり、 機械を外す;:とが出来るようになることを 指す。  Most patients managed in hospitals' intensive care units, etc., are often treated with respirators, whose respiration is managed because of respiratory disorders. The ultimate goal of ventilator placement in such cases is to get “pinning” free of ventilator use. Here, "Peaning-Weaning" means that the patient can breathe on his own, no longer needs the assistance and assistance of the machine, and removes the machine; It means to become.
一般に、 人工呼吸器の使用により患者の状態が改善してきて、 ゥイニングの開 始を試みようと言うことは、 調節呼吸の状態 (患者の呼吸が人工呼吸器で完全に 代行されている状態) から補助呼吸の状態に移行させよう、 と言うことを意味す る。後者の補助呼吸法には、患者の呼吸における吸気努力を補助するプレッシャー サポート (P S) 法と、 呼吸の一部を機械で行う間歇的強制呼吸 (Synchronized Intermi ttent Mandatory Vent i laiion) 一般的には S I MV法とが行われている。 つまり、 前述の 「ゥイニング」 の意義を更に具体的に示せば、 調節呼吸から前 述の P S法、 S I MV法、 または一種のトライアル—アンド一エラーである In general, the use of a ventilator improves the patient's condition, and attempts to initiate inning are based on the condition of controlled breathing (where the patient's breathing is completely substituted by the ventilator). It means to shift to the state of assisted breathing. There are two types of assisted breathing: pressure support (PS), which assists the inspiratory effort in the patient's breathing, and Synchronized Intermittent Mandatory Vent i laiion (Synchronized Intermittent Mandatory Vent i laiion). The SI MV method has been implemented. In other words, if the significance of the above-mentioned “pinning” is more specifically shown, it is the above-mentioned PS method, SIMV method, or a kind of trial-and-error from controlled breathing.
〇N—〇F F法などを用いて、 患者の呼吸を徐々に自発呼吸へ移行させ、 機械か ら離脱させる二とを意味する。 〇N-〇FF This means that the patient's breathing is gradually shifted to spontaneous breathing using the F method or the like, and the patient is separated from the machine.
現在のところ、 ゥイニングの標準的方法というものは存在しない。 P S法、 S I MV法、 または ON—〇F F法によるゥイニングを行う場合に、 どのような 段階、過程を踏んで補助の程度を下げて行くかは、患者の病態および医師の技術、 経験など個人的なバイアスがかかって行われているのが現状である。 At present, there is no standard method of inning. When performing the coating using the PS method, SI MV method or ON-FF method, Whether the level of assistance should be reduced step by step or not depends on the patient's condition and the personal bias of the physician's skills and experience.
このため結果的には、 ゥイニングにおいて踏むべき段階、 過程の一般的な理論 式を作ることは極めて困難であるため、 全ての医師が受け入れうる理論は現在の ところ存在していない。  As a result, it is extremely difficult to formulate a general theoretical formula for the steps and processes that need to be taken in innings, and there is currently no theory that can be accepted by all physicians.
しかし、 ゥイニングを自動化したいと言う願望は存在し、 その幾つかの試案が 報告されている。例えば、それらの例が、 1 9 9 2年 Eas t , TDe t a l (発表 Ches t , 101 : 697-71 0 ' 92)、 および 1 9 9 4年 L i n t on D. M e t a l (発表 Ches t , 100: 1096-1099 ' 94)などの論文に見られる。 発明の開示  However, there is a desire to automate inning, and several proposals have been reported. For example, those examples are 1992, East, TDetal (published Chest, 101: 697-71 0'92), and 1994, Lint on D. Metal (published Chest, 100: 1096-1099 '94). Disclosure of the invention
とは言っても、 これらの論文に開示されている自動化手法は、 従来の呼吸生理 学的理論をそのまま制御アルゴリズムに適用しているに過ぎず、 複雑であるばか りでなく実際には、 臨床医が経験または勘に頼ってゥイニングを実行した場合の 実績を越える程には、 うまく行っていない (作動していない) のが、 厳しい現状 である。  Nevertheless, the automated techniques disclosed in these papers simply apply conventional respiratory physiology to control algorithms, and are not only complex, but also clinical. The severe situation is that the physician has not performed well (it has not worked) enough to surpass the results of performing innings based on experience or intuition.
しかも現実的には、 手作業による経験と勘、 そして情熱に頼ったゥイニングの 成否は、 各医師の技量にかかっているのが現状であるので、 このような現状を打 破して問題解決することが急務である。  Moreover, in reality, the success or failure of inning that relies on manual experience and intuition and passion is dependent on the skill of each physician. That is urgent.
ところで、 日常、 呼吸不全患者を診察して得られた経験から分かったことは、 患者の状態がゥイニングに耐えられるものと人工呼吸器装着開始後初期に判断で きた患者は殆どゥイニング可能であったことと、 呼吸モードはそれほど関係ない ということと、 実際ゥイニングできるか否かはどれだけきめ細かく患者を観察し ていたかによること、 である。  By the way, what I learned from daily examination of patients with respiratory insufficiency was that almost all patients who were able to judge that their condition was able to withstand the inning and that they were able to judge early after the start of ventilator use were able to do the inning. And the fact that breathing mode is not so important, and whether you can actually inning or not depends on how closely you observe the patient.
つまり、 医師が漠然とでも、 この患者はゥイニングできるなと判断できたら、 後は患者のべッドサイドに四六時中べったりと付いていて患者とコミュニケ一ト し、 人工呼吸器の設定を少しづつ、 ある時は大胆に変更していけば患者のウイ二 ングは可能であることに気付いた。  In other words, even if the physician decides that the patient can do the painting, even if vaguely, the patient is rubbed around the bedside all the time, communicating with the patient, and setting the ventilator little by little. At one point I realized that if I could change it boldly, the patient would be able to win.
そして、 この時の医師の人工呼吸器設定変更の判断根拠は、 全体的なバイタル サイン (生命徴候) や肺の酸素化能であり、 決して呼吸生理学的な理論を用いて はいないと考えられる。 もしも、 このような判断が正しいのなら、 ゥイニングは 理論でなく、 ただのプロセスと言うことになる。 And the rationale for the doctor's decision to change the ventilator settings at this time is: It is a sign (life sign) and oxygenation capacity of the lungs, and it is thought that it never uses respiratory physiological theory. If this judgment is correct, ゥ inning is not a theory but a process.
本発明はゥイニングに対しての理論ではなく、 このプロセスを上手に効果的に 実行するための、必要最小限度のプロセスを見極めてその秘訣を探り、コンピュー 夕を使って人工呼吸器を効果的に自動制御することが、 本発明の狙いとするとこ ろである。  The present invention is not a theory of mining, but it seeks out the secrets of the minimum necessary process to execute this process effectively and effectively, and uses a computer to effectively use the ventilator. Automatic control is the aim of the present invention.
本発明は、 従来強いニーズが存在したにも拘わらず実現していなかった、 人工 呼吸器におけるウイニング過程の自動化を効果的に進めるため、 ファジ一理論を 導入することによりその実現を図る。  The present invention seeks to achieve this by introducing fuzzy one theory in order to effectively promote the automation of the winning process in a ventilator, which has not been realized despite the strong needs in the past.
ファジー理論の概要は、 人間が主観的に捉え言葉または符号で表現している概 念を、 その情報量に応じて、 大雑把、 大局的に定量化し、 コンピュータで扱うこ とを意図した概念である。  The outline of fuzzy theory is a concept intended to roughly and quantitatively quantify the concept that humans subjectively express and express in words or codes and to handle it with a computer according to the amount of information. .
また、 ファジー制御とは、 ファジー理論を用いて従来人間が行ってきた制御に 関する活動をアルゴリズム化する手法である。 この手法により、 熟練者と同様な 制御活動をコンピュータで実現しょうとするものである。  In addition, fuzzy control is a method that uses fuzzy theory to algorithmize control-related activities conventionally performed by humans. By this method, the same control activities as those of a skilled person are to be realized by a computer.
以下に、 この考え方を例示する。  The following is an example of this concept.
(ファジー理論)  (Fuzzy theory)
一般的に、 ある連続した数値をいくつかのカテゴリーに分ける場合に、 その境 界はある一つの数値で与えられていてその数値は、 その系の中ではフレキシビリ ティは認められない。 例えば温度を定義する場合に、 仮に 1 0度未満を低い (寒 い) 、 1 0度以上 2 5度未満を丁度よい、 2 5度以上を高い (暑い) と定義した 場合、 9 . 9度は寒いのに、 そこから 0 . 1度上昇しただけでいきなり丁度良い となるのでは、 人間の感覚とは食い違うことになる。  In general, when dividing a continuous numerical value into several categories, the boundary is given by a single numerical value, and the numerical value has no flexibility in the system. For example, when defining temperature, if less than 10 degrees is defined as low (cold), 10 degrees or more and less than 25 degrees is just good, if 25 degrees or more is defined as high (hot), 9.9 degrees Although it is cold, if it rises just 0.1 degrees from there it will be just right and it will be inconsistent with human sensation.
この食い違いは、 境界が 1つの数値で与えられ、 フレキシビリティがないため に生じている。 ファジー理論は、 その境界にフレキシビリティを与えることで、 人間の感覚を如何に数学的に取り扱うかを目的とした理論である。  This discrepancy occurs because the boundaries are given by a single number and there is no flexibility. Fuzzy theory is a theory aimed at how to treat human senses mathematically by giving flexibility to the boundaries.
この問題をファジー的に扱うとすれば、 「寒い」 に関して言えば、 今、 議論の ないくらい皆が寒いと思う状態の寒さの度合いを例えば 1 . 0とし、 もう誰もが 寒くないと思う状態を寒さ 0とする。 この状態は温度で表され、 例えば 5度以下 を 1 . 0、 そして 1 5度以上を寒さ 0とし、 その間の温度は寒さ 1 . 0から 0ま での間の連続的に下降する数値で表わす。 この数値の定義する線分は、 直線でも 例えば放物線でも構わないが、 一般的には直線が多いようである。 同様に丁度良 レ 暑いに関しても定義する。 Assuming that this problem is treated fuzzy, when it comes to “cold”, let's say that the degree of cold is 1.0, for example, where everyone thinks it's cold without any discussion. Set the condition that you think is not cold to be 0. This condition is represented by temperature, for example, 1.0 for temperatures below 5 degrees and 0 for cold above 15 degrees, and the temperature in between is expressed as a continuously decreasing number between 1.0 and 0. . The line segment defined by this numerical value may be a straight line or, for example, a parabola, but generally it seems that there are many straight lines. Similarly, it is defined as just hot.
こうすると、 先の 9 . 9度から 1 0度に上昇する場合は、 「寒い」 の指数が一 寸減少し、 「丁度良い」 の指数が少し上昇するという誠に感覚的にわかり易い変 化の仕方を示すことになる。  In this way, when the temperature rises from 9.9 degrees to 10 degrees, the index of "cold" decreases a little, and the index of "just good" increases slightly. Will be shown.
温度という全体集合の中の、 寒い、 暑いなどの部分集合 (グループ) に対する 帰属度として、 この寒い、 暑いなどの指数を、 メンバーシップ値と言い、 「寒い のメンバ一シップ値は 0 . 7 1」 などという具合に表現する。  As a degree of belonging to a subset (group) such as cold or hot in the whole set of temperature, the index such as cold or hot is called a membership value, and the membership value of cold is 0.71. And so on.
ファジー理論はこのメンバーシップ値 ひ λ°ラメ一夕) を決定するための数表で あるファジーセットと、 各パラメ一夕相互の関係を定義するファジールールから 成る。 このファジーセットとフアジ一ルールはファジー理論の工学応用の根幹を なすものであり、 プログラム作成者の技量がもっとも反映される部分である。 次 に、 このプログラムで用いられるファジーに関して、 個々のパラメ一夕絡みで具 体的な例を示して説明する。 図面の簡単な説明  The fuzzy theory consists of a fuzzy set, which is a numerical table for determining this membership value (λ ° lame), and fuzzy rules that define the relationship between each parameter. The fuzzy set and the fuzzy rule are the basis of the engineering application of fuzzy theory, and are the most reflective of the skills of the program creator. Next, I will explain the fuzzy used in this program with specific examples of each parameter. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 本発明の自動ゥイニングシステムの全体像を示すシステム · ブロック 図である。  FIG. 1 is a system block diagram showing an overview of the automatic coining system of the present invention.
図 2は、図 1のシステム中のハ一ドウエア関連部分をブロックにまとめて示す、 相互関連図である。  FIG. 2 is an interrelation diagram showing the hardware-related parts in the system of FIG. 1 in blocks.
図 3は、 本発明の主要部分の概念を示すブロック図である。  FIG. 3 is a block diagram showing the concept of the main part of the present invention.
図 4は、 Cont ro l変数決定プログラムの概略図である。  FIG. 4 is a schematic diagram of a Control variable determination program.
図 5は、 ファジーウイニングァルゴリズムを示す図である。  FIG. 5 is a diagram showing a fuzzy winning algorithm.
図 6は、 H Rのパラメータに対するファジー集合を示す図である。  FIG. 6 is a diagram showing a fuzzy set for the parameters of HR.
図 7は、 Cont ro l値のファジー集合を示す図である。  FIG. 7 is a diagram showing a fuzzy set of Control values.
図 8は、 メインプログラムのフローチャートである。 図 9は、 ファジー変数決定プログラムのフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart of the main program. FIG. 9 is a flowchart of the fuzzy variable determination program.
図 10は、 呼吸モード制御プログラムのフローチャートである。  FIG. 10 is a flowchart of the breathing mode control program.
図 1 1は、 P S V変更プログラムのフローチャートである。  FIG. 11 is a flowchart of the PSV change program.
図 12は、 S I MV変更プログラムのフローチャートである。  FIG. 12 is a flowchart of the SIMV change program.
図 1 3は、 F i 02変更プログラムのフローチャートである。 Figure 1 3 is a flowchart of the F i 0 2 change program.
図 14は、 アラームによる割り込み命令プログラムのフローチャートである。 図 1 5は、 プレッシャーサポートにおける本発明のルールにしたがって指示さ れた設定条件と、 医師が行った実際の設定との差異を示す図である。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 14 is a flowchart of an interrupt instruction program by an alarm. FIG. 15 is a diagram showing the difference between the setting conditions instructed according to the rules of the present invention in the pressure support and the actual settings made by the doctor. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(ファジー制御ゥイニングシステムを持つ人工呼吸器の考え方の概要) ゥイニングを進めるにあたって 「適切な呼吸状態は安定した身体状況に反映さ れる」 というコンセプトを中心に制御を考える。 なぜそのようなコンセプトを中 心に置くのかというと、 従来は患者の呼吸状態の評価として、 血液ガスデータと か気道内圧とかの個々の呼吸パラメ一夕の良悪をその中心として考えていたが、 臨床医が判断するときは実際には、 全身のバイタルサイン (生命徴候) 全体を中 心に考えて行っているという現状を踏まえてのことである。  (Outline of concept of ventilator with fuzzy control ゥ inning system) に あ た っ て In proceeding with inning, consider control based on the concept that "appropriate respiratory condition is reflected in stable physical condition". The reason why such a concept is focused on is that the evaluation of the respiratory condition of a patient has traditionally focused on the goodness and badness of individual respiratory parameters such as blood gas data and airway pressure. In practice, when clinicians make judgments, they take into account the fact that they are focusing on the whole body vital signs.
ここで、 全身のバイタルサイン (生命徴候) とは、 生体反応的な合図を指す。 本発明の第 1実施例においては、 様々なバイタルサインのうち、 特に心拍数 (HR) 、 一回換気量 (TV) 、 呼吸回数 (f) 、 酸素飽和度 (S p〇2)の 4項 目に着目し、 これらのデータを選んでファジー化して、 ファジー化されたデータ を、 ファジールールに従って、 Condition (条件) というパラメ一夕 (以下、 こ のパラメ一夕を Cond と略記する) を計算する。 しかし、 これらの 4項目に限定 すべき必要はなく、他のバイタルサインを取捨選択して用いることも可能である。 またこれに併せて、 HR、 TV、 f 、 S p02の変化傾向 Trend (トレンド) データである、 dHR、 dTV、 d i、 d S p〇2をファジー化し、 同様に Tend (Tendency) と言うパラメ一夕を計算する。 前記と同様に、 他の項目の変化傾向 を求めてもよい。 Here, whole body vital signs are vital signs. In the first embodiment of the present invention, among various vital signs, in particular, four items of heart rate (HR), tidal volume (TV), respiratory rate (f), and oxygen saturation (S p〇 2 ) Focusing on the eyes, selecting these data and fuzzifying them, and calculating the fuzzy data according to the fuzzy rules, a parameter called Condition (hereinafter, this parameter is abbreviated as Cond) I do. However, it is not necessary to limit to these four items, and other vital signs can be selected and used. Also in conjunction with this, HR, a TV, f, S p0 2 of the changing trend Trend (trend) data, say dHR, dTV, di, an d S P_〇 2 fuzzy reduction, as well as the Tend (Tendency) parameters Calculate overnight. Similarly to the above, the change tendency of other items may be obtained.
得られたこれらの 2つのパラメ一夕を、 人工呼吸器の制御決定を行ぅファジ一 ルール、 およびファジーセットに従ってもう一度ファジー化し、 Control という 最終的なパラメ一夕を計算する。 この Controlは現在の患者の全身状態、 および その変化の総括的な 「好い一悪い」 関係を示す。 即ちバイタルサイン全体をファ ジ一理論に基づき評価し、 数値化したものである。 With these two parameters obtained, a decision to control the ventilator is made. Fuzzy again according to the rules and fuzzy set, and calculate the final parameter called Control. This control indicates the current general condition of the patient and the overall "favorable / bad" relationship of the changes. That is, the whole vital sign is evaluated based on fuzzy theory and quantified.
ただし、 この Controlというパラメ一夕を用いて人工呼吸器のモードを変更す るための最終段階の制御方法そのものに関しては、 Control を直接各モードの設 定変更に当てはめるのではなく、 一般のステップ 'バイ 'ステップのァルゴリズ ムを用いる。 このモードの設定変更という最終段階では、 ファジー理論は用いて いない。 更に本発明では S I MV (Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation) 、 PS (Presoure Support) 、 F i〇2 (Fract ion of Inspired 02) の変更は行うが、 必ずしも ON— OF Fによるゥイニングは行わない。 アラーム により、 または医師の判断により、 ON— OF F制御を外すことを選択し得るよ うに、 スィッチ切替え可能にしてもよい。 However, regarding the control method itself at the final stage for changing the mode of the ventilator using this parameter called Control, instead of directly applying Control to the setting change of each mode, the general steps '' Use a bi-step algorithm. No fuzzy logic is used in the final stage of changing the setting of this mode. The present invention further SI MV (Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation) , PS (Presoure Support), change of F I_〇 2 (Fract ion of Inspired 0 2 ) is carried out, but Uiningu is not performed by necessarily ON- OF F. The switch may be made switchable so that the ON-OF control can be removed by an alarm or at the discretion of the physician.
上述のように、 Control パラメ一夕が、 PS法、 S I MV法に関して適用する 制御法 (アルゴリズム) の主要部の概要を、 図 4に示した。  As described above, Fig. 4 shows an overview of the main parts of the control method (algorithm) applied by the Control parameter for the PS method and the SIMV method.
(本発明の自動ゥイニングシステム全体の概要)  (Overview of the entire automatic coining system of the present invention)
本発明の自動ゥイニングシステムの全体像を図 1のブロック図で、 そのシステ ム中のハードウェア関連部分の概要を図 2のブロック図で示す。  FIG. 1 is a block diagram showing an overview of the automatic coining system of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram showing an outline of hardware-related parts in the system.
図 1において、 Aは本発明のファジー制御の対象となる人工呼吸器に対する駆 動部分を、 Bは本発明によるコントロール部分を示す。  In FIG. 1, A shows a drive part for a respirator to be subjected to the fuzzy control of the present invention, and B shows a control part according to the present invention.
ガスミキサ A 1は、 患者に予定濃度の酸素を供給するために、 酸素〇2と空気 airを混合するためのものである。 Gas mixer A 1, in order to supply oxygen planned concentration to the patient, is used to mix the oxygen 〇 2 and air air.
酸素〇2センサ A 2は、 ガスミキサ A 1で混合した吸入ガスが実際に予定され た酸素濃度となっているかどうかを確認する装置である。 これはまた酸素濃度が 設定された一定の値を保つように酸素濃度コントローラ B 1に対するフィード バック機能を有している。 The oxygen 〇 2 sensor A 2 is a device for checking whether or not the intake gas mixed by the gas mixer A 1 has an actually expected oxygen concentration. It also has a feedback function to the oxygen concentration controller B1 to keep the oxygen concentration at a set constant value.
ガスアキュムレータ A 3は、 実際に患者が吸入するガスを一度蓄え、 ガス供給 を安定化させるための一種のタンクとして働く。 患者に供給されるガスはここで 駆動圧を得る。 バクテリアフィル夕 A 4は、 患者に供給するガスからバクテリアを取り除くの に用いる。 The gas accumulator A3 stores the gas actually inhaled by the patient once and acts as a kind of tank to stabilize the gas supply. The gas supplied to the patient now gets the driving pressure. Bacteria Fill A4 is used to remove bacteria from the gas supplied to the patient.
流量センサ A 5は、 流量コントロール弁 A 6と連動して、 患者に供給するガス が実際に予定された量となることを保証している。 この装置は流量弁コント口一 ラ B 2に対してフィードバック機能を有し、 供給過剰の場合は流量弁コントロー ラ B 2を通じ流量コントロール弁 A 6を現行の流量に応じて閉め、 供給不足の際 には弁を開ける。  The flow sensor A5 works in conjunction with the flow control valve A6 to ensure that the gas delivered to the patient is actually the expected amount. This device has a feedback function for the flow valve controller B2.If the supply is excessive, the flow control valve A6 is closed according to the current flow rate through the flow valve controller B2. Open the valve.
加湿器 A 7は、 患者に供給するガスを適度に加湿する。  Humidifier A7 moderately humidifies the gas supplied to the patient.
気道内圧計 A 8は、患者の自発呼吸を感知するほか、呼吸制御モジュール B 4で 設定された呼吸モードに従い、 呼気弁コントローラ B 3が正常に呼気弁 A 9をコ ントロールしているかどうかを判断するための情報を供給する。 更に最高、 平均 気道内圧は患者の気道損傷を予防する上で重要であるため、 これらを監視するの に用いられ、 また人工呼吸器回路からの空気漏れを感知するのにも用いられる。 呼気弁 A 9は、 患者が吸気にあるときは閉じ、 呼気の状態にあるときは開く。 それにより人工呼吸器が確実に患者にガス供給し、 更に患者の呼気を妨げないこ とを保証している。  The airway pressure gauge A8 senses the spontaneous breathing of the patient and determines whether the exhalation valve controller B3 controls the exhalation valve A9 normally according to the respiration mode set by the respiration control module B4. Provide information to Moreover, at best, mean airway pressure is used to monitor patient airway injuries, as it is important in preventing them, and is also used to sense air leaks from ventilator circuits. Exhalation valve A 9 closes when the patient is in inspiration and opens when the patient is in exhalation. This ensures that the ventilator provides gas to the patient and does not interfere with the patient's exhalation.
流量センサ A 1 0は、 患者の一回換気量 T Vを測定する。 この後、 患者呼気は 大気に解放される。 ここでの情報は呼気弁コントローラ B 3と連動し、 患者の呼 吸回数、 一回換気量が設定された値を満たしていることを保証している。 ここで の情報は更にプログラム内で用いられるバイタルサインとしても利用される。 呼気弁 A 9はまた、 患者に P E E P (pos i t ive End-expi rat ory Pressure ;呼 気終末陽圧換気;人工呼吸器装着中の患者の呼気相に陽圧をかけて、 呼吸状態を 改善するテクニック) または C P A P (Cont inuous pos i t ive a i rway pressure ; 持続的気道内陽圧法;気道内挿管患者で自発呼吸をしている者に対し、 気道内を 常に陽圧に保つことで呼吸状態を改善するテクニック) を適用する際にも用いら れる。 呼吸モード制御モジュール B 4で設定された呼気終末圧は呼気弁コント ローラ B 3を介して呼気弁 A 9に作用し患者呼気終末に圧を加える。 またこの圧 は常時気道内圧計 A 8で監視され、 呼気コントローラ B 3に対してフィードバッ ク機能を与えている。 酸素飽和度 S p 0 2センサ A 1 1、 および心拍数 H Rセンサ A 1 2は、 従来の 通常の人工呼吸器には装備されておらず、 本発明の実施精度を向上させるために 特に装備されたものである。 The flow sensor A10 measures the patient's tidal volume TV. After this, the patient's exhalation is released to the atmosphere. The information here interlocks with the exhalation valve controller B3 to ensure that the patient's exhalation frequency and tidal volume satisfy the set values. The information here is also used as vital signs used in the program. Expiratory valve A 9 also improves positive respiratory status by applying positive pressure to the patient's expiratory phase during PEEP (positive end-expiratory pressure); Technique or CPAP (Cont in continuous positive airway pressure; continuous positive airway pressure; for patients with spontaneous breathing who are intubated in the airway, improving the respiratory condition by always maintaining positive air pressure in the airway Is also used when applying The end-expiratory pressure set by the breathing mode control module B4 acts on the exhalation valve A9 via the exhalation-valve controller B3 to apply pressure to the patient's end-expiration. This pressure is constantly monitored by an airway pressure gauge A8, and a feedback function is provided to an expiration controller B3. The oxygen saturation S p 0 2 sensor A 11 and the heart rate HR sensor A 12 are not provided in the conventional ordinary ventilator, but are specifically provided to improve the implementation accuracy of the present invention. It is a thing.
酸素コントローラ B 1、流量弁コントローラ B 2、 吸気弁コントローラ B 3は、 従来の人工呼吸器にも標準装備されているものである。  The oxygen controller B1, the flow valve controller B2, and the intake valve controller B3 are also provided as standard equipment in conventional ventilators.
呼吸モード制御モジュール B 4は、 入力制御パネル B 7が指定した呼吸モード またはファジーゥイニング制御モジュール B 6により指定された呼吸モ一ドを選 択し、調節するために用いられる。本発明であるファジーウイニング制御モジユー ル B 6から与えられた人工呼吸器設定条件は、 B 4内にある人工呼吸器設定のた めの情報処理手段 (C P U) に入力され、 実際に人工呼吸器をコントロールする。 したがってファジーゥイニング制御モジュール B 6は A 1から A 1 2の全ての 情報が入力されることになる。 その情報に基づき異常が起きた場合はアラーム機 構 B 9を通じて警報を出す。 呼吸制御モジュール B 4で行われている人工呼吸器 に要求されるコントロール状況および実際に人工呼吸器が作動している状況を示 す気道内圧計 A 8および流量センサ A 1 0の情報はファジーゥイニング制御モ ジュール B 6のモニタ B 8を通じて視覚化され、 医師の監視を容易にしている。 図 2において参照番号 2 1で示すブロックは、 H R、 T V、 f 、 S p 02を測 定するセンサ部分、例えばセンサプローブとそのデジタル変換装置(図 1の A 2 、 A 5 、 A 8 、 A 1 0 、 A 1 1 A 1 2に相当する) より成る。 The breathing mode control module B4 is used to select and adjust the breathing mode specified by the input control panel B7 or the breathing mode specified by the fuzzy coining control module B6. The respirator setting conditions given from the fuzzy winning control module B6 of the present invention are input to the information processing means (CPU) for respirator setting in B4, and are actually Control. Therefore, the fuzzy inning control module B6 receives all information from A1 to A12. If an abnormality occurs based on the information, an alarm is issued through the alarm mechanism B9. The information of the airway pressure gauge A8 and the flow sensor A10 indicating the control status required for the ventilator performed by the respiratory control module B4 and the status of the actual operation of the ventilator are fuzzy. It is visualized through the monitor B8 of the inning control module B6 and facilitates the doctor's monitoring. Block denoted by reference numeral 2 1 in FIG. 2, HR, TV, f, S p 0 2 the measuring Josuru sensor portion, for example, the sensor probe and the digital converter (A 2 in FIG. 1, A 5, A 8, A10 and A11A12).
同参照番号 2 2で示すブロックは、情報処理部分(制御用のコンピュータ部分) であって図 1の B 4 、 B 5 、 B 6に相当し、 ファジーアルゴリズムプログラム、 人工呼吸器設定プログラムを稼働させるための C P U、 メモリ一等から成る。 参照番号 2 3で示すブロックは、 状態表示モニタ部分であって図 1の B 8に相 当し、 ダイレクトな H R、 T V、 f 、 S p〇2、 P a w (気道内圧) 、 等の他に、 ファジーアルゴリズムが決定した状態とそれに従った人工呼吸器設定情報を表示 する部分である。 The block indicated by the same reference numeral 22 is an information processing part (control computer part) and corresponds to B 4, B 5 and B 6 in FIG. 1, and operates a fuzzy algorithm program and a ventilator setting program. It consists of a CPU, memory, etc. Block indicated by reference numeral 2 3 is a state display monitor portion was equivalent to B 8 of FIG. 1, direct HR, TV, f, S P_〇 2, P aw (airway pressure), in addition to equal This is a part that displays the state determined by the fuzzy algorithm and the ventilator setting information according to it.
参照番号 2 4で示すブロックは、 アラーム機構部分であって図 1の B 9記号が 付された部分に相当し、 各バイタルサインが、 設定されたアラーム条件に達した ときのアラームとゥイニングの中止、 エマ一ジエンシーセッティングの開始等に 関する情報を制御用コンピュータ部分に送る。 The block indicated by reference numeral 24 corresponds to the alarm mechanism, which is marked with the symbol B9 in Fig. 1, and stops the alarm and coining when each vital sign reaches the set alarm condition. , For starting emergency settings Information to the control computer.
参照番号 2 5で示すブロックは、 人工呼吸器そのものの部分であって、 P S、 S I M V等の各ゥイニングモードを有するコンピュータ制御型従量 Z従圧両用の 長期人工呼吸器セットを基本とする構成を有する。 ゥイニングの自動化を目的と する入出力機構 (端子) を備えている。  The block indicated by reference numeral 25 is a part of the ventilator itself, and has a configuration based on a long-term ventilator set for both a computer-controlled metered volume and a Z-compressed pressure having respective pinning modes such as PS and SIMV. .入 出力 Equipped with an input / output mechanism (terminal) for the purpose of automating inning.
(プログラムの概要)  (Outline of the program)
メインプログラムは、 大まかに、 前半のプログラムと後半のプログラムの 2つ の部分に分かれる。 図 3および図 8において、 前半のプログラム部分は 4つのバ イタルサイン (心拍数 H R、 一回換気量 T V、 呼吸回数 f 、 酸素飽和度 S p〇2 ) を連続測定し、 ファジー理論を用い、 その測定値とそれぞれの変化値 (d H R、 d T V、 d f 、 d S p〇2 )とから、 最終的に 1つの Cont ro l パラメ一夕を作成 する。 この値は患者の全身状態をそのバイタルサイン、 トレンド (Trend:傾向) から総括的に評価したものであって、 要するに、 患者は今 「良い状態にある」 の 力、 「悪い状態にある」 のかを数値化したものである。 The main program is roughly divided into two parts, the first half and the second half. 3 and 8, the first half of the program portion 4 Tsunoba Ital sign (heart rate HR, tidal volume TV, respiratory rate f, the oxygen saturation S P_〇 2) was continuously measured, using fuzzy logic, the measured values and the respective change value (d HR, d TV, df , d S P_〇 2) from the finally to create a single Cont ro l parameter Isseki. This value is a comprehensive assessment of a patient's general condition based on their vital signs and trends. In short, is the patient now in the power of "good" or "bad"? Is a numerical representation of
医師が患者の状態を考える時、 医師は個々のバイタルサインの値をあまり重視 せず、 全体の感じからこの患者は 「良い感じだな」 とか 「こりやあかんわ」 とか を考える。 このプログラム前半の部分は医師の考え方を体現したものと言え、 結 果として出て来る数値も 「良い一悪い」 関係を数値化したものと言える。 その意 味において、 非常に医師の考える方法に似たやり方でバイタルサインを処理して いると言える。  When a physician considers a patient's condition, the physician does not place much importance on the values of individual vital signs, and considers this patient as “good feeling” or “stiffness” from the overall feeling. The first half of this program can be said to embody the physician's thinking, and the resulting figures can be said to be quantifications of the “good and bad” relationship. In that sense, it processes vital signs in a way very similar to how doctors think.
後半のプログラム部分は、 このプログラムの前半で与えられたパラメータを用 い、 実際に最終的に人工呼吸器の設定変更を行う部分である。 設定変更は、 酸素 濃度、 S I MV回数、 プレッシャーサポートレベルについて、 独立的に行うこと ができる。 この実施例では、 ファジー理論は用いない。 Cont ro l で与えられた数 値 (一 5 0から + 5 0までの値を取り得る) および医師が予め設定した各人工呼 吸器の設定値の最大値、 最小値から普通のステップ 'バイ ·ステップのアルゴリ ズムで設定変更を行う。  The second half of the program uses the parameters given in the first half of this program and actually changes the settings of the ventilator. Settings can be changed independently for oxygen concentration, SIMV count, and pressure support level. In this embodiment, no fuzzy logic is used. From the value given by Control (can take a value from 150 to +50) and the maximum and minimum values of each artificial respirator preset by the physician, the normal steps are taken. Change the settings using the step algorithm.
ここでファジー理論を用いない理由は、 ファジールール、 ファジーセットの変 更はある程度の専門知識を要し、 その変更にはマニュアルなどをじつくり検討し 比較的長時間取り組む必要がある。 しかしステップ ·バイ ·ステップ方式のアル ゴリズムの変更は容易である。 更に、 もし医師がある特定の患者に対応させるた めなどの必要性から Control を用いた設定変更方式を変える必要が出てきた場合、 殆どのプログラム変更はこの最終部分の変更で十分であるため、 ここにはどの医 師でも比較的容易にプログラムの書き換えが可能なように、 ファジー理論は用い ていない。 The reason why fuzzy theory is not used here is that changes to fuzzy rules and fuzzy sets require a certain amount of specialized knowledge, and manuals are used for such changes. You need to work for a relatively long time. However, changing the step-by-step algorithm is easy. In addition, if the physician needs to change the method of changing settings using Control because of the need to accommodate a particular patient, for example, most of the program changes will be sufficient for this final change. However, no fuzzy theory is used here so that any doctor can rewrite the program relatively easily.
このプログラムの一つの特色は設定変更ルールが簡単にどの医師にも作成でき ることにある。 本発明で例示したようなオリジナルの設定変更を、 他のもっと経 験のある医師は、変更したくなるかも知れないが、 このようなとき、設定変更ルー ルにフレキシビリティがなかったら困ることになる。 誰でも簡単に、 マニュアル 片手に設定変更ルールが書き換えられなくては全く役立たない機械になるからで ある。  One of the features of this program is that setting change rules can be easily created for any doctor. Other more experienced physicians may want to change the original settings as exemplified in the present invention, but in such a case, if the setting change rules do not have the flexibility, it would be troublesome. Become. Anyone can easily rewrite the setting change rules with one hand, and the machine will be useless at all.
(アルゴリズム)  (Algorithm)
本発明の主要部は図 4に示すように、 心拍数 HR、 呼吸回数 f 、 酸素飽和度 S p 02および一回換気量 TVに対して、 ファジーセットとファジールールを適 用して、 Cond (Condition;状態) と呼ばれるパラメ一夕を決定することである。 このパラメ一夕は患者の現在の状況のみの状態を代表するパラメータである。 同 様にして心拍数 HR、 呼吸回数 f 、 酸素飽和度 S p02、 一回換気量 TVのトレ ンドデ一夕、 dHR、 d f 、 d S p02から Trend (傾向) 、 Tendency (Tend) というパラメータを計算する。 これは患者の過去から現在に至るまでの、 パイタ ルサインの変化の良悪を数値化したものである。 As shown in Fig. 4, the main part of the present invention is to apply a fuzzy set and a fuzzy rule to the heart rate HR, the respiratory rate f, the oxygen saturation S p 0 2 and the tidal volume TV, (Condition; state) is to determine a parameter called overnight. This parameter overnight is a parameter representative of only the current state of the patient. Heart rate HR in the same way, respiration number of times f, oxygen saturation S p0 2, tidal volume TV Torre Ndode Isseki, dHR, df, Trend (trend) from d S p0 2, a parameter called Tendency (Tend) Is calculated. This quantifies the change in the vital signs of the patient from past to present.
表 1にメンバーシップ値計算のための割付表の例を示す。表 2に Condパラメ一 夕と Trendパラメ一夕とを決定するのに用いた、 ファジー化後のメンバーシップ 値の例を示し、 表 3に Cond (状態) 評価のためのフアジ一ルール例を示してい る。 さて次に、 この Condパラメータと Trendパラメ一夕にファジーセットおよ びルール (例えば、 組合わせに対する表 4) を適用して、 Control (制御) とい う最終パラメ一夕を計算する。 これは患者の現在の状況と、 その変化を総括的に 判断し、 患者の全体的な状態の良悪を示す数値である。 この Controlが上記のプ ログラム前半で与えられると言うパラメ一夕である (図 8のフローチャート参 照) 。 Table 1 shows an example of an assignment table for calculating membership values. Table 2 shows examples of membership values after fuzzification used to determine Cond parameters and Trend parameters, and Table 3 shows examples of fuzzy rules for evaluating Cond (state). ing. Next, apply the fuzzy set and rules (for example, Table 4 for the combination) to the Cond parameter and the Trend parameter to calculate the final parameter called Control. This is a numerical value that indicates the overall condition of the patient by judging the current situation of the patient and its changes in a comprehensive manner. This is a paradigm that this Control is given in the first half of the above program (see the flowchart in Fig. 8). See).
次に、 プログラム後半部分ではこの Control と 4つのバイタルサイン (心拍数 HR、 一回換気量 TV、 呼吸回数 f 、 酸素飽和度 S p〇2)、 現在の人工呼吸器 の設定条件、 そして前回の設定変更からの経過時間から、 プログラムは 3つの設 定条件、 即ち吸入酸素濃度、 プレッシャーサポート (PS) レベル、 S IMVレ ベル (回数) のいずれかを変更するのか、 しないのか、 するのならどの程度変更 するのかを判断する。 そしてその判断に基づき、 人工呼吸器を実際に変更する。 この実際の人工呼吸器設定変更に関しては、 設定変更前に医師に確認し、 同意が 得られてから変更するか、 または医師の同意なしに、 コンピュータの判断に委せ て自動的に変更するかは、 スィッチ一つでどちらにでもできる。 また医師は当然 ながら常に自由に人工呼吸器設定を変更できるようにプログラムは作成されてい る (図 8のフローチャート参照) 。 Next, in the second half of the program, this Control and the four vital signs (heart rate HR, tidal volume TV, respiratory rate f, oxygen saturation S p〇 2 ), current ventilator settings, Based on the time elapsed since the setting change, the program decides whether or not to change one of the three setting conditions: the inspired oxygen concentration, the pressure support (PS) level, or the SIMV level (number of times). Judge whether to change the degree. Then, based on the judgment, the ventilator is actually changed. Regarding this actual ventilator setting change, check with the physician before changing the setting and change it after obtaining consent, or change it automatically at the discretion of the computer without the doctor's consent. Can be done either with a single switch. In addition, a program has been created so that doctors can always freely change ventilator settings (see the flowchart in Fig. 8).
(ファジー制御プログラムの概要)  (Overview of fuzzy control program)
本発明の自動ゥイニングシステムを制御するプログラムのハードウエア部分と の係わり合いを、 フローチャートを参照して概説する。  The relationship of the program for controlling the automatic coining system of the present invention with the hardware portion will be outlined with reference to flowcharts.
このプログラムは、 全体の流れを示す図 8のメインプログラムの流れと、 その 流れの中のサブルーチンプログラムの流れを示す図 9〜図 14に大別される。 サブルーチンプログラムは 「ファジー変数決定プログラム」 、 「呼吸モード制 御プログラム」 、 「P SV変更プログラム」 「S I MV変更プログラム」 、 「F i 変更プログラム」 、 「アラーム割込命令プログラム」 から成る。 プログラム全体は、 図 1に示すファジーゥイニング制御モジュール (B 6) に 常駐し、 データ A 1〜A 12を統括するデータ制御モジュール (B 5) や、 人工 呼吸器への入力コントロールパネル (B 7) よりの入力を受け、 呼吸モード制御 モジュール (B4) へ出力し、 図 10〜図 13のサブルーチンプログラムを介し て呼吸モードの自動制御を行う。  This program is roughly divided into the flow of the main program in Fig. 8 showing the overall flow, and Figs. 9 to 14 showing the flow of the subroutine program in the flow. The subroutine program consists of a "fuzzy variable determination program", a "breathing mode control program", a "PSV change program", a "SIMV change program", a "Fi change program", and an "alarm interrupt instruction program". The entire program resides in the fuzzy coining control module (B6) shown in Fig. 1, and controls the data control module (B5) that controls data A1 to A12 and the input control panel (B7) for the ventilator. ) And outputs it to the breathing mode control module (B4), and automatically controls the breathing mode via the subroutine program shown in Figs.
これらのデータ情報は、 モニタ (B 8) へ常時出力されて、 患者の状態ゃファ ジー制御プログラムが決定した患者の状態、 人工呼吸器への制御内容が表示され る。 また入力データは B 5からアラームモジュール (B 9) へ出力され、 危険な状 態と判断された場合はアラームを表示すると共に呼吸モードモジュール (B 4) に割り込み介入し、 設定条件を変更する。 These data information is constantly output to the monitor (B8) to display the patient's condition—the patient's condition determined by the fuzzy control program and the contents of control to the ventilator. The input data is output from B5 to the alarm module (B9). If it is determined that the state is dangerous, an alarm is displayed and the setting is changed by interrupting the breathing mode module (B4).
図 9のフアジ変数決定プログラム、 および図 10の呼吸モード制御プログラム は、  The fuzzy variable determination program in FIG. 9 and the breathing mode control program in FIG.
①制御間隔の設定の変更、  ① Change of control interval setting,
②ファジーセットのメンバ一シップ関数の変更、  ② Change of membership function of fuzzy set,
③ファジールールブックの変更、  ③Change of fuzzy rule book,
④呼吸モード制御アルゴリズムの変更  変 更 Change of breathing mode control algorithm
などが病態により容易に実行できるよう、 サブルーチンプログラムとしてまとめ た。 Subroutine programs have been compiled so that they can be easily executed depending on the condition.
アラームによる割込命令プログラムは、 ゥイニング中の患者の状態変化を監視 し、 その状態が危機的なものと判断されたときに、 ゥイニングを速やかに中止し て、 患者が危険とならないよう働く。 これもサブルーチンとしてまとめられてい る。  The alarm interrupt command program monitors changes in the patient's condition during inning, and when the condition is judged to be critical, stops inning as soon as possible to prevent the patient from becoming dangerous. This is also organized as a subroutine.
以上のプログラムにっき具体的に示す数値、 条件は、 いずれも例示であって、 容易に変更可能であり、 常にプログラムの変更、 改良を念頭に置いている。 この プログラムは、 図 8〜図 13のフローチャートでその流れを示し、 関係する人工 呼吸器のブロック図 (図 1) と対応させた。  The numerical values and conditions specifically shown in the above program are only examples and can be easily changed, and always keep in mind the change and improvement of the program. The flow of this program is shown in the flowcharts of Figs. 8 to 13 and corresponded to the block diagram of the related ventilator (Fig. 1).
プログラムは既に述べたように、 ファジールールテーブルおよびファジー集合 を用いる。 用いるパラメータは、 心拍数 HR、 酸素飽和度 S p〇2、 呼吸回数 f 、 一回換気量 TV、 および dHR、 dS p〇2、 d f 、 d TVである。 まず前者 4つ のパラメ一夕から Condと呼ばれる 1つのパラメ一夕を作り、後者の 4つ(Trend) から Tendと呼ばれるパラメ一夕を決定する。 そして Condと Tendから最終パラ メータ Controlを決定する。 The program uses a fuzzy rule table and a fuzzy set as described above. The parameters used are heart rate HR, oxygen saturation S p〇 2 , respiration rate f, tidal volume TV, and dHR, dS p〇 2 , df, d TV. First, one parameter set called Cond is made from the first four parameters, and a parameter set called Tend is determined from the latter four parameters (Trend). Then, the final parameter Control is determined from Cond and Tend.
(Condの決定)  (Cond decision)
まず、 心拍数 HR、 動脈血の酸素飽和度 S p02、 呼吸回数 f 、 一回換気量 TV、 に対するファジー集合を、 予め用意されたメンバーシップ値の表 1に従つ て (情報処理手段が) 図 6のように決定したとする (図 6は、 心拍数 HRに対す る例である) 。 First, the heart rate HR, the oxygen saturation S p0 2 of arterial blood, respiratory rate f, tidal volume TV, a fuzzy set for, Te従Tsu in Table 1 prepared in advance membership value (information processing means) Suppose that the decision is made as shown in Fig. 6 (Fig. 6 This is an example).
図 6において、 今 HR- 1 1 5とすると、 これの与える 「正常」 に対するメン バ一シップ値は、 0. 25であり、 「高」 に対するメンバ一シップ値は 0. 7 5と なる。 同様に表 2のようにそのほかのメンバ一シップ値がそれぞれの値に対して 決定され、 情報処理手段に記憶させておいたとする。  In FIG. 6, assuming that HR-115 is now, the membership value for "normal" given by this is 0.25, and the membership value for "high" is 0.75. Similarly, assume that other membership values are determined for each value as shown in Table 2 and stored in the information processing means.
次に HR、 S p〇2、 f 、 TVに関し表 3に示すようなファジールールを、 予 め用意して情報処理手段に記憶させておく。 Next HR, S P_〇 2, f, the fuzzy rules as shown in Table 3 relates TV, advance and stored in the information processing means to prepare Me pre.
表 3はこのプログラムで用いる Cond を求めるためのファジールールブックか らの抜粋である。 与えられた 4つのパラメ一夕の値に対する、 この抜粋であり得 る Cond は 「最良」 、 「良」 、 「普通」 、 「悪小」 、 「悪」 の 5つがある。 パラ メ一夕の組み合わせは全部で 8通りあり、 そのうち 1つの組み合わせから得られ る Condのメンバ一シップ値はその Condを決定した 4つのパラメータの最小値と して与えられる。 例えば、  Table 3 is an excerpt from the fuzzy rule book for finding the Cond used in this program. There are five Cond that can be this excerpt for the given four parameter values over time: “best”, “good”, “normal”, “small” and “bad”. There are a total of eight combinations of parameters, and the membership value of Cond obtained from one combination is given as the minimum value of the four parameters that determined that Cond. For example,
(HR、 S p〇2、 f 、 TV) = (高、 低、 正常、 正常) = (0. 75、 0. 3、 0. 8、 1. 0) (HR, S P_〇 2, f, TV) = (high, low, normal, normal) = (0.75, 0.3, 0.8, 1.0)
から得られる Condは 「悪小」 であり、 そのメンバ一シップ値は 0. 7 5、 0. 3、 0. 8、 1. 0の最小値である 0. 3となる。 同様に全ての組み合わせに対して メンバーシップ値を求めると表 4のようになる。 The Cond obtained from is "bad" and its membership value is 0.3, which is the minimum of 0.75, 0.3, 0.8, and 1.0. Similarly, Table 4 shows the membership values for all combinations.
取りうる Cond に対して最終的に与えられるメンバーシップ値の値は表 4で与 えられた数値の最大値を取るものとした。例えば、 「悪小」 は表 4、 では、 0. 2、 The membership value finally given to the possible Cond is the maximum value given in Table 4. For example, "bad" is in Table 4, 0.2,
0. 3の 2通りが与えられているが、 このうち最大値の 0. 3を採用する。 ここ で与えられたメンバ一シップ値は、 0.3 is given, of which 0.3 is the maximum value. The membership value given here is
(最良、 良、 普通、悪小、 悪) = (0. 25、 0. 7、 0. 25、 0. 3、 0. 2) のようになる。 このようにして Condが決定された。  (Best, good, normal, bad, bad, bad) = (0.25, 0.7, 0.25, 0.3, 0.2). Cond was determined in this way.
(Trendの決定)  (Trend's decision)
Trend も、 同様に予め用意されたメンバーシップ値およびルールブックに従つ て、 全く同様に決定される。 今ここに、 Trendが下記のように決定されたとする。  Trends are determined in exactly the same way, according to membership values and rule books that are also prepared in advance. Now suppose that the Trend is determined as follows:
(改善傾向、 普遍、 悪化傾向、 崩壊) = (0. 2、 0, 5、 0. 4、 0· 1) (Controlの決定) 以上の過程は、 図 4においては、 4 1においてインプットされた現在の各バイ タルサインとその変化を示すトレンドデータ (42に示される) が 43のように ファジー化されることを意味する。 この際には 44で表されるように各バイタル サインのデータを変換するためのファジーセットが必要となる。 次いで 46のよ うに Condおよび Trend決定のためのフアジ一ルールテーブルを用い 45のよう に実際に Condと Trendが決定される。 (Improvement tendency, universal, worsening tendency, collapse) = (0.2, 0, 5, 0.4, 0 · 1) (Control decision) The above process means that in FIG. 4, trend data (shown at 42) indicating the current vital signs and their changes input at 41 are fuzzy as shown at 43 in FIG. In this case, a fuzzy set for converting the data of each vital sign as shown by 44 is required. Next, as in 46, the Cond and Trend are actually determined as in 45 using the rule table for determining Cond and Trend.
この場合、 決定された Cond と Trend は、 上記の様に各カテゴリ一 (改善傾向 etc.) とそのメンバーシップ値 (0. 2et ) で表されるが、 この 2つが Trend、 Condを決める際にバイタルサインを用いたのと同様に、 Control を決定する際に 用いられる。  In this case, the determined Cond and Trend are represented by the category one (improvement tendency etc.) and their membership value (0.2et) as described above, and these two factors are used to determine Trend and Cond. Used to determine the Control, as with vital signs.
HR= 1 1 5と同様に、 「改善傾向」 =0. 2に対して、 Control 決定のため のファジーセットとファジールールを当てはめて、 Control を決定する (47、 48) 。 例えば以下のように決定される。  As in HR = 1 15, control is determined by applying a fuzzy set and fuzzy rules for control determination to “improvement tendency” = 0.2 (47, 48). For example, it is determined as follows.
(大増加、 増加、 横ばい、 減少) = (0. 4、 0. 6、 0. 3、 0. 2) こうして決定された Controlの値と各バイタルサインは、 49においてモニタ に出力され、 また次のゥイニングモードの制御プログラムへと、 受け渡される。 そして、 Controlのファジー集合が、 図 7のように定義されているとする。 (非ファジー化)  (Large increase, increase, flat, decrease) = (0.4, 0.6, 0.3, 0.2) The control value and each vital sign determined in this way are output to the monitor at 49, and It is passed to the control program of the pinning mode. Then, it is assumed that the fuzzy set of Control is defined as shown in FIG. (Non-fuzzy)
このグラフの各パラメ一夕をそのメンバ一シップ値でカツ卜し、 図 7のように 太線で囲む。 この図形の重心が、 最終パラメ一夕 Controlを非ファジー化した値 である。 この重心を求めるのが、 一連の作業の最終目的である。 この場合、 ♦印 が重心を示し、 重心の示す + 1 7%が Controlの値となる。  Cut each parameter in this graph by its membership value and enclose it in bold lines as shown in Figure 7. The center of gravity of this figure is the value obtained by defuzzifying the final parameter Overnight Control. Finding this center of gravity is the ultimate goal of the series. In this case, ♦ indicates the center of gravity, and the value of Control is + 17% of the center of gravity.
(実際の人工呼吸器の設定の変更)  (Change of actual ventilator settings)
今ここで求められた Comrol の値を、 更に S p 02 、 およびその変化値 d S p〇2、 吸入酸素濃度によりもう一度計算し直す。 再計算した値を Xと呼ぶ ことにする。 The value of Comrol obtained here now, further S p 0 2, and the change value d S P_〇 2, again again calculated by the intake oxygen concentration. Let the recalculated value be called X.
例えば、 Control>0、 かつ S p〇2<92、 d S pO2<0なら、 X = Control X I. 5という具合である。 今ここでは仮に、 X = + 25とする。 この Xを計算 する段階では、 ファジー理論は全く用いられていない。 プログラムは F i〇2、 S I MV、 P Sレベルの設定変更が可能であるが、 実際にどれを変更するかは、 今現在のバイタルサイン、 前回変更した時からの経過時間、 現在の設定条件など により左右される。 For example, if Control> 0, S p〇 2 <92, and d S pO 2 <0, then X = Control X I.5. Now, suppose that X = +25. At this stage of calculating X, no fuzzy theory is used. The program is F i〇 2 , SI MV and PS level settings can be changed, but the actual setting to be changed depends on the current vital sign, the elapsed time since the last change, and the current setting conditions.
さてここまでの事項をまとめたのが図 3であるが、 まず患者のバイタルサイン は 5秒毎にセンシングされ、 この 5秒毎のバイタルサインの 5分間の平均値が、 Fig. 3 summarizes the points so far. First, the vital signs of the patient are sensed every 5 seconds, and the average value of the vital signs every 5 seconds for 5 minutes is
Condおよび Trendを計算するためにファジー化され、 Controlが最終的に与えら れる。 It is fuzzified to calculate Cond and Trend, and Control is finally given.
先ほどの例で言えば、 重心が示す + 1 7 %の値がこの Controlの結果である。 これが人工呼吸器設定プログラムに受け渡され Xを計算する。 そして人工呼吸器 が実際に変更されるのであるが、その結果、 また患者の状態が変化するのであり、 これがまた 5秒毎にセンシングされ、 フィードバックされる。  In the previous example, the value of + 17% indicated by the center of gravity is the result of this Control. This is passed to the ventilator setting program to calculate X. And the ventilator is actually changed, which in turn changes the patient's condition, which is sensed and fed back every 5 seconds.
今ここではこれらの条件から S I MVが変更され、 回数を増やすことになつた とする。 仮に現行の S I MVを 10回とし、 その上限、 下限を各々 25回、 3回 とする。 変更後の S I MVは次の式から与えられる。 n ew S I MV= (上限 値一現行値) XX%+現行値 = (25 - 10) X 0. 25 + 10=13. 75回/分 であるが、 実際に S I MVが小数を取ることはなく、 変更は例えば 4の倍数を取 るなどしてある数字に丸められるのが普通である。  Now, let us say that SIMV has been changed from these conditions, resulting in an increase in the number of times. Suppose the current SIMV is 10 times, and the upper and lower limits are 25 and 3 times, respectively. The S I MV after the change is given by the following equation. n ew SI MV = (upper limit value-current value) XX% + current value = (25-10) X 0.25 + 10 = 13.75 times / min. Instead, the change is usually rounded to a number, for example, taking a multiple of four.
ここでは 4の倍数を取ることとする。 すると 1 3. 75は 12に丸められるべ きであり、 変更後の S I MV= 12となる。 以上が実際のパラメ一夕から設定条 件変更までの道筋である。  Here, a multiple of 4 is assumed. Then, 1.3.75 should be rounded to 12, and the changed SIMV = 12. The above is the route from the actual parameter setting to the setting condition change.
今ここでは 4の倍数に丸められたが、 3の倍数を取るように設定することも可 能であり、 その場合は 1 5回となる。 このようにある整数の倍数を S I MV回数 は取るのであるが、 何の倍数を取るかは医師が自由に選択できる。 また設定変更 を完全に自動化するのが安全と思われない状態の患者に対しては、 医師は設定変 更の許諾確認を医師に求めるようにコンピューターを設定することも容易である。 更に医師は常時、 自由に人工呼吸器設定の変更が可能である。 そしてこの設定変 更は当然ながら、 コンピューターの判断に優先する。 同様に PSと F i〇2の設 定変更も行われる。 Right now, it is rounded to a multiple of four, but it can be set to take a multiple of three, in which case it will be 15 times. In this way, the SI MV count is a multiple of a certain integer, but the doctor can freely select what multiple to use. For patients who do not find it completely safe to completely automate the configuration changes, the physician can easily configure the computer to ask the physician for permission to change the settings. In addition, the physician is always free to change the ventilator settings. And, of course, changing this setting will take precedence over computer decisions. Likewise configuration changes of PS and F I_〇 2 is also performed.
(アラームおよび安全機能) ゥイニングを自動化する際に、 最も大事なことは、 ゥイニングが実際に出来る ということではなく、 患者に悪さをしない、 安全であること、 にあることは論を 待たない。そこで、 このプログラムも数々の安全機構を備えている (図 1 4参照) まず、 アラーム機能に関して言えば、 プログラムランニング中に、 患者は 5秒 毎にバイタルサインをモニタされ、 5分毎にファジー化される。この 5分毎にファ ジ一化される際の値は 5秒毎にモニタされたバイタルサインの 5分間の平均を用 いる。 (Alarm and safety function) 自動 When automating innings, the most important thing is not to be able to actually perform innings, but to be patient, safe and secure. Therefore, this program also has a number of safety mechanisms (see Fig. 14). First, regarding the alarm function, during program running, the patient is monitored for vital signs every 5 seconds and fuzzy every 5 minutes. Is done. The value for fuzzification every 5 minutes uses the 5-minute average of vital signs monitored every 5 seconds.
ここにおいて患者は、  Here the patient
① 5秒毎のバイタルサインの値に関するアラーム、 ① Alarm on vital sign value every 5 seconds,
② 5分毎のバイタルサインの値に関するアラーム、 ② Vital sign value alarm every 5 minutes,
③ 5分毎のバイタルサインの値のトレンドに関するアラーム、  ③ Alarm on trends in vital sign values every 5 minutes,
④ファジー化されて出て来たパラメータ Con t ro lに関するアラーム、  ア ラ ー ム Alarm on the parameter Control that came out fuzzified,
の 4つのアラーム機構に監視される。 特に 4番目のタイプのアラーム④は、 これ までに存在せず、 独立して用い、 マルティプル ·インテリジェント ·アラーム機 構として様々な分野のモニタアラームとして用いることが可能と思われる。 It is monitored by four alarm mechanisms. In particular, the fourth type of alarm II, which has never existed before, is considered to be used independently and can be used as a monitor alarm in various fields as a multiple intelligent alarm mechanism.
①のアラームは、 5秒毎にモニタされた患者バイタルサインの値が予め設定さ れた上限下限を越えた場合に作動する。 ②のアラームは 5分毎に平均された患者 バイタルサインの値が予め設定された上限下限を越えた場合に働く。 この②のァ ラームは、 ①のアラームとは独立に働き、 ①のアラームが瞬間瞬間の患者状態を 監視するのとは異なり、 比較的長時間の状態を監視する。 ③のアラームは、 5分 毎に平均された患者バイタルサインの変化に関するアラームであり、 たとえ患者 のバイタルサインが①、 ②で設定されている上限下限内にあつたとしてもその変 化が大きく変動した際に働く。 例えば、 患者の心拍数が 5分の間に 7 0から 1 2 0に変化した場合には、 たとえ 7 0、 および 1 2 0はアラーム内であつたと しても、 この心拍数の 5 0の増大を異常と判断し、 アラーム警告する。  The alarm in ① is activated when the value of the patient vital sign monitored every 5 seconds exceeds a preset upper and lower limit. The alarm in ② works when the patient vital sign value averaged every 5 minutes exceeds a preset upper and lower limit. The alarm in ② works independently of the alarm in ①, and unlike the alarm in ①, which monitors the instantaneous patient condition, it monitors the condition for a relatively long time. The alarm in (3) is an alarm related to changes in patient vital signs averaged every 5 minutes. Even if the patient's vital signs fall within the upper and lower limits set in (2) and (3), the changes fluctuate greatly. Work when you do. For example, if a patient's heart rate changes from 70 to 120 in 5 minutes, even if 70 and 120 were within the alarm, 50 The increase is judged to be abnormal, and an alarm is issued.
④のアラームはこれまでに存在しない全く新しいタイプのアラームである。 患 者バイタルサインをファジー化した結果、最終的に得られたパラメ一夕、 Con t ro l は患者の全体的な状態の良悪を示すのであるから、 この数値そのもので、 患者状 態の良悪が判断できる。 したがって、 この数値そのものを個々のバイタルサイン にとらわれない総合的な患者状態に対する指標とすることができ、 アラームとし ての機能を付加することが可能である。 このような形式のアラームは現存してお らず、 このアラーム機構のみを取り出し、 他の医療分野、 工学分野などの監視機 構に応用することが可能であると思われる。 ア ラ ー ム is a completely new type of alarm that has never existed before. As a result of fuzzifying the patient's vital signs, the final parameter obtained, Control, indicates the overall condition of the patient. Evil can be judged. Therefore, this value itself is It can be used as an indicator for the overall patient state, regardless of the condition, and it can be added with an alarm function. There is no alarm of this type, and it is considered that it is possible to take out only this alarm mechanism and apply it to monitoring mechanisms in other medical and engineering fields.
このほかのアラームとして、  As another alarm,
⑤プログラムス夕一ト時の最初のバイタルサインに関するアラーム、  ア ラ ー ム Alarm on the first vital sign at the time of the program evening,
⑥酸素濃度を上げた後の状態変化に関するアラーム、  ア ラ ー ム Alarms on status changes after increasing oxygen concentration,
⑦全ての設定変更後のバイタルサイン変化に関するアラーム、 がある。  ア ラ ー ム There is an alarm for vital sign change after all setting changes.
今、 ⑥、 ⑦に関して患者状態が悪くなり、 酸素濃度を上げたと仮定する。 当然 に、 酸素飽和度の上昇が期待されるが、 患者の酸素飽和度上昇は酸素濃度が上昇 したために生じたのか、 全身状態改善による物かの判断が出来ない。 この困難を さけるため、 プログラムでは酸素濃度アップ後は一度全てのトレンドデータを キャンセルし、 最初からトレンドデ一夕を取り直すようにしている。  Now, suppose that the patient's condition became worse for ⑥ and ⑦, and the oxygen concentration was increased. Naturally, an increase in oxygen saturation is expected, but it is not possible to determine whether the increase in oxygen saturation of the patient was caused by an increase in oxygen concentration or due to improvement in general condition. In order to avoid this difficulty, the program cancels all trend data once after the oxygen concentration is increased, and restarts the trend data from the beginning.
しかしながら、 この時もしも酸素飽和度が減少したら、 絶対に異常であると言 える。 したがって、 6番目のアラームは、 特に酸素飽和度が下がった際に働くよ うにしている。 また、 設定変更は常に患者の状態を悪化させる原因となるので、 設定変更後のバイタルサイン変化に関するアラームも不可欠である。  However, if the oxygen saturation decreases at this time, it is absolutely abnormal. Therefore, the sixth alarm works especially when oxygen saturation drops. In addition, alarms about vital sign changes after setting changes are indispensable, since setting changes always cause the patient's condition to deteriorate.
次に安全機構は大きく 3つに分かれる。  Next, the safety mechanism is roughly divided into three.
A. ゥイニングの中止、 エマージェンシーセッティングの開始。 A. ゥ Stop inning and start emergency setting.
B . ゥイニングの中止、 最終の換気設定のまま患者のフォロー。 B. 中止 Stop the inning and follow the patient with the final ventilation setting.
C . 設定変更後のバイタルサイン悪化に対し、 ゥイニング続行、 設定変更前の設 定に自動的にバック。  C. In case of worsening vital sign after setting change, ゥ continue inning, automatically back to the setting before setting change.
アラーム⑦と安全機構 Cが結びつく他は①〜⑥と A、 Bはその値により様々に 結びついている。 もちろん⑦と A、 Bが結びつくこともあり得る。 この結びつき 関係、 アラームの設定条件も、 比較的簡単に変更可能である。 また、 ェマージェ ンシ一セッティングも各医師が自由に設定可能である。  Except that alarm ⑦ is linked to safety mechanism C, ① to ⑥ are tied to A and B variously depending on their values. Of course, ⑦ and A and B can be connected. The connection relationship and the alarm setting conditions can be changed relatively easily. In addition, each doctor can freely set the emergency setting.
(レトロスぺクティブ ·クリニカル · トライアル)  (Retro-Scientific · Clinical · Trial)
クリニカルトライアルを 3人の患者に対して施行した。酸素濃度、プレッシャー サポートではそれぞれ 3 2 4回、 S I MVでは 7 0回の比較を行った。 比較は本 発明者の作ったルール、 他の医師が作ったルール、 に沿ったプログラムから与え られた設定条件のサジエツシヨンから、 実際のそのときの設定条件を差し引きそ れをグラフ化して例示する (図 1 5参照) 。 A clinical trial was performed on three patients. The oxygen concentration and the pressure support were compared 324 times, respectively, and the SI MV was compared 70 times. Compare books The actual setting conditions are subtracted from the setting conditions given by the program along the rules created by the inventor and the rules created by other doctors, and the results are graphed and illustrated (Fig. 15). See).
差がゼロのところ (一致したところ) に非常に高いピークが認められる。 酸素 濃度では 3 0 5回 (9 4 % ) 、 プレッシャーサポートでは 2 4 8回 (7 6 % ) 、 そして S I M Vでは 5 2回 (7 4 % ) が本発明者のルールにしたがって指示され た設定条件と医師が行った実際の設定と一致した。 1 5図に、プレッシャーサポー トにおける本発明のルールと実際の設定との差異 (cm H20)を横軸に、 回数を縦 軸に取って図示する。 これは A very high peak is observed where the difference is zero (coincidence). The setting conditions specified in accordance with the rules of the present inventor were as follows: oxygen concentration: 305 times (94%), pressure support: 248 times (76%), and SIMV: 52 times (74%). And consistent with the actual settings made by the doctor. FIG. 15 shows the difference (cm H 20 ) between the rule of the present invention and the actual setting in the pressure support on the horizontal axis, and the number of times on the vertical axis. this is
1 . 連続的にバイタルサインを測定できない、  1. Cannot continuously measure vital signs,
2 . 医師は全く気まぐれに、 例えば電話をいきなり掛けて設定変更を指示する、 など、 プログラムにとってはどちらかと言えば不利な条件であつたにも拘らず、 達成し得た一致率である。  2. The physician is able to achieve a match rate in spite of a rather unfavorable condition for the program, such as making a whirlwind call to promptly change settings, for example.
(処理の流れを示すフローチャート)  (Flow chart showing the flow of processing)
図 8は、 本発明のファジー理論制御を用いた人工呼吸器の自動ゥイニングシス テムの、 メインプログラムの流れを、 図 9〜図 1 3は同じくサブルーチンプログ ラムの流れを、 それぞれ示すフローチャートである。 プログラムの流れを時系列 的に追跡し得る表現である反面、 説明が繁雑化する恐れがあるので、 前段までの 説明では、 発明の技術的思想を抽象的にコンセプト化し、 簡単な例示で表現した が、 実体は同じであることを承知されたい。  FIG. 8 is a flow chart showing the flow of the main program of the automatic ventilation system for a ventilator using the fuzzy logic control of the present invention, and FIGS. 9 to 13 are flow charts showing the flow of the subroutine program. Although it is an expression that can track the flow of the program in chronological order, the explanation may be complicated.Therefore, in the explanations up to the preceding paragraph, the technical idea of the invention was conceptualized in an abstract manner and expressed by simple examples. However, please be aware that the entities are the same.
(評価)  (Evaluation)
次に基本コンセプトの評価について説明する。 「本当にたつた 4つの、 あれほ ど単純なバイタルサインで設定変更を行ってもいいのか?」 という疑問に関して は、 先にこの機械は人工呼吸器の設定変更を行い、 患者をゥイニングに導くと述 ベた。 つまりこの発明は人工呼吸器に関するものであり、 ゥイニングのそのほか の要素、 例えば栄養、 精神的なケアなどはこの発明は関与していない。 したがつ てこれらの要素を含めてゥイニングというのであれば、 この疑問は正しい。 しか し設定変更であれば、 実際医師はこの 4つ以外には殆ど何も見ることなく、 せい ぜぃ動脈血ガス分析あるいは患者の顔色ぐらいである。 本発明者がこの 4つを選んだ理由は、 Next, evaluation of the basic concept will be described. As to the question, "Can I really change the settings with just four such simple vital signs?" First, the machine changes the settings of the ventilator and guides the patient to the inning. I said. In other words, the present invention relates to a ventilator, and does not involve other elements of the inning, such as nutrition and mental care. So, if you are going to ニ ン グ inning ’with these elements, this question is correct. However, if the settings are changed, the physician will, in fact, see almost nothing other than these four, at most as much as arterial blood gas analysis or the patient's complexion. The reason we chose these four is that
1 . 挿管中の患者に対して、 非侵襲的であること、  1. Non-invasive to the intubated patient;
2 . 連続モニタが可能なこと、  2. Continuous monitoring is possible,
3 . 重要性、 合理性、 解釈に関し説明の必要がないこと、  3. There is no need to explain the significance, rationality or interpretation,
4 . どこの施設でも測定可能なこと、 4. Can be measured at any facility,
5 . 経済的に安価なこと、  5. Economically cheap,
6 . そして重要なこととして、 実際にこの 4つのみで人工呼吸器設定変更が可能 と判断したこと、  6. And it is important to note that it is actually possible to change the ventilator settings with only these four,
以上のようにこの第 1実施例のプログラムでは心拍数 H R、 一回換気量 T V、 呼吸回数 f 、 酸素飽和度 S p 02の 4つのバイタルサインの測定で全ての設定変 更を行った。 Above the heart rate HR is a program of the first embodiment, tidal volume TV, respiratory rate f, it went all set to change the measurement of four vital signs Oxygen saturation S p 0 2.
第 1実施例における 4つのバイタルサインから、 一回換気量 (T V) の測定を 省いた場合の第 2実施例のメンバーシップ値の例を表 5に、 ルールブックの例を 表 6に、 組み合わせに対するメンバーシップ値の例を表 7に示す。  Table 5 shows an example of the membership value of the second example when the measurement of tidal volume (TV) is omitted from the four vital signs in the first example, Table 6 shows an example of the rule book, and the combination Table 7 shows examples of membership values for.
同様に酸素飽和度 S p O 2の測定を省いた第 3実施例のそれぞれの例を表 8〜Table 8 respectively of the third embodiment was omitted likewise measurement of oxygen saturation S p O 2
1 0に示す。 Shown at 10.
図 8〜図 1 3に示すフローチャートにおいて、 上記の省略に従って修正すれば 実施例 1と同様に実施できる。  In the flowcharts shown in FIG. 8 to FIG.
次に、 このプログラムが医師に優る点について説明する。 医師は給料が高いの で 2 4時間働かせることは出来ないが、 プログラムは疲れず、 文句を言わず、 遊 ばない。 医師よりもより頻回に判断を下してきめの細かい設定変更が出来る。 だ からこのプログラムは、 看護婦に近いかも知れない。 このプログラムから期待さ れる応用分野を挙げる。  Next, I will explain the advantages of this program over doctors. Doctors can't work 24 hours due to their high salary, but the program is not tired, complains and doesn't play. You can make more frequent decisions than doctors and make fine-grained setting changes. So this program may be close to a nurse. List the application areas expected from this program.
このプログラムは医学の分野では恐らく初めての自動意志決定プログラムで あって、  This is probably the first automated decision-making program in the medical field,
1 . 多量変数をファジー理論を用い一つのパラメータに繰り込む、  1. Renormalize large variables into one parameter using fuzzy logic.
2 . このパラメ一夕を基に現在の状況から一つのもしくは複数の意志決定を各々 独立に行う、  2. Based on this parameter, make one or more decisions independently from the current situation,
の 2点に特徴がある。 多量変数を患者のバイタルサインとし、 繰り込まれた 1つのパラメータを患者 全身状態の良悪を示すパラメ一夕、 Cont ro l とすれば、 1度に多くのバイタルサ インをモニタし、 Con t ro l というパラメ一夕に繰り込み、 それを用い種々の具体 的な動作を行い、 更にそのパラメ一夕を用いアラームをも行うという、 今までに 無いモニタシステムの作成が可能となる。 There are two features. If a large number of variables are the vital signs of the patient, and one parameter is the parameter that indicates the general condition of the patient, Controll, then many vital signs can be monitored at once, and This makes it possible to create an unprecedented monitor system in which the parameter “l” is used to perform various specific operations using the parameter, and an alarm is also performed using the parameter.
1 . 集中治療室でのモニタ  1. Monitor in intensive care unit
2 . C C Uモニタ  2. CCU monitor
3 . 多くのパラメ一夕の監視が必要な患者 (出産時の妊婦および新生児など) の 予後予測  3. Prognosis of patients who need to monitor many parameters overnight (such as pregnant women and newborns at birth)
(本発明の特徴)  (Features of the present invention)
1 ) 現在までゥイニングは自動化不能と考えられていたものを、 患者の全身状 態からファジー理論により呼吸状態の良一不良を判断してアルゴリズム化し自動 化を図ったこと。  1) Inning, which was thought to be impossible to automate until now, has been algorithmized by judging good or bad respiratory condition based on fuzzy theory from the patient's whole body condition and automated.
2 ) これによつて臨床医の頻回の設定変更の労力を軽減するとともに、 医師の 個人的な力量、 知識等のバイアスのかかった設定方法を客観化し、 ゥイニングに 向けての最適の人工呼吸器設定条件を実行できること。  2) This will reduce the clinician's frequent setting change effort, and also make the biased setting method of the physician's personal ability, knowledge, etc., objective, and optimize artificial respiration for inning. Capability to execute device setting conditions.
3 ) 新しい知見の集積が将来あったときアルゴリズムの変更で機械の能力を容 易にグレードアップできること。  3) When new knowledge is accumulated in the future, the ability of the machine can be easily upgraded by changing the algorithm.
4 ) 多量変数であるバイタルサインをファジー理論を用い、 個々のバイタルサ インにとらわれない、 総括的なモニタシステムを採用したこと。  4) Using a fuzzy logic for vital signs, which are a large number of variables, and adopting a comprehensive monitoring system that is independent of individual vital signs.
などが挙げられる。 産業上の利用可能性 And the like. Industrial applicability
従来は、 ゥイニングの自動化は不能であると考えられていた常識を打破し、 患 者の全身状態からファジー理論により呼吸状態の良一不良を判断してァルゴリズ ム化する技術的思想を具現化したことにより、 自動化を実現したこと。  In the past, it was a breakthrough from the common sense that automation of inning was considered impossible, embodying the technical idea of determining whether the respiratory condition is good or bad by fuzzy theory from the patient's whole body condition and making it algorithmic. Has realized automation.
これによつて、 臨床医の頻回の設定変更の労力を軽減するとともに、 医師の個 人的な力量、 知識等のバイアスのかかった設定方法を客観化し、 ゥイニングに向 けた最適の人工呼吸器設定条件を患者に適用できるようになったこと。 技術の進歩、 または新しい知見の集積が将来あったとき、 例えばアルゴリズム 等のソフトウェアを変更するだけで、 人工呼吸器のハードウェアの能力を容易に グレードアップ出来ること。 メンバーシップ値計算のための割付表の例 As a result, the clinician's frequent setting change effort is reduced, and the biased setting method of the physician's individual competence and knowledge is made objective, and the optimal ventilator for inning Setting conditions can be applied to patients. When technology advances or new knowledge accumulates in the future, the ability of the ventilator hardware to be easily upgraded, for example, by simply changing software such as algorithms. Example assignment table for membership value calculation
Figure imgf000023_0001
ファジ一化後のメンバーシップ値
Figure imgf000023_0002
状態評価のためのルールブックの例
Figure imgf000023_0001
Membership value after fuzzification
Figure imgf000023_0002
Example rulebook for condition evaluation
H R S p02 f T V 状態 H R S p02 f T V 状態 HRS p0 2 f TV state HRS p0 2 f TV state
(Cond) (Cond) 正常 正常 正常 正常 最良 高 正常 正常 正常 良 正常 正常 冋 正常 良 高 正常 高 正常 並;  (Cond) (Cond) Normal Normal Normal Normal Normal Best High Normal Normal Normal Good Good Normal Normal 冋 Normal Good High High Normal High Normal Normal;
曰迎 S 正常 低 正常 正常 並;  Say S normal low normal normal normal;
曰迎 高 低 正常 正常 リ、 正常 低 高 正常 /|ヽ 高 低 高 正常 亜 組み合わせに対するメンバ- 'ンップ値
Figure imgf000024_0001
Say high low normal normal, normal low high normal / | ヽ high low high normal Member value for combination
Figure imgf000024_0001
コンディション評価のためのルールブックの例
Figure imgf000024_0002
Example rulebook for condition evaluation
Figure imgf000024_0002
組み合わせに対するメンバーシップ値 Membership value for combination
Figure imgf000024_0003
Figure imgf000024_0003
[最良、 良、 普通、 悪小、 悪] = [0.25 0.7 0.2 0.25, 0.3] 各バイタルサインのファジ一化後 ―シップ値
Figure imgf000025_0001
[Best, Good, Normal, Bad, Bad, Bad] = [0.25 0.7 0.2 0.25, 0.3] After fuzzification of each vital sign-Ship value
Figure imgf000025_0001
ション評価のためのルールブックの例
Figure imgf000025_0002
Example of rulebook for evaluation of application
Figure imgf000025_0002
[良、 普通、 悪小、 最悪] [0.25 0.4 0.2 0.6 0.2]  [Good, Normal, Bad, Worst] [0.25 0.4 0.2 0.6 0.2]

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 人工呼吸器の動作を、 ファジー理論を用いて制御する自動ゥイニングシステ ムであって、 1. An automatic coining system that controls the operation of the ventilator using fuzzy logic,
前記人工呼吸器に対して指示すべき呼吸パラメ一夕を得るために、 少なくとも 心拍数 (H R ) 、 呼吸回数 ( f ) 、 更に酸素飽和度 (S p 0 2 )および/または 一回換気量 (T V) をそれぞれ測定するためのセンサと、 At least a heart rate (HR), respiratory rate (f), oxygen saturation (S p 0 2 ) and / or tidal volume ( TV)
前記各センサの出力をそれぞれデジタル情報に変換して入力する手段と、 予め記憶されたファジー化手段を制御して前記デジタル情報をそれぞれファ ジ一化すると共に、 前記ファジー化された情報に基づいて、 少なくとも第 1のパ ラメ一夕および第 2のパラメ一夕を導出するための情報処理手段と、  Means for converting the output of each of the sensors into digital information and inputting the information, and controlling fuzzification means stored in advance to fuzzify the digital information, respectively, based on the fuzzified information. An information processing means for deriving at least a first parameter and a second parameter;
前記情報処理手段から得られた第 1のパラメータおよび前記第 2のパラメ一夕 に従って第 3のパラメ一夕を得て、 人工呼吸器に対する制御情報として供給する 手段と、  Means for obtaining a third parameter value in accordance with the first parameter and the second parameter value obtained from the information processing means, and supplying the third parameter value as control information for a ventilator;
時間の経過による変化、 状態の変化または医師の判断に応答して、 先に入力し た情報に対する修正情報を供給しうるフィードバック手段と、  Feedback means capable of providing correction information to the previously entered information in response to a change over time, a change in condition or a judgment of a physician;
を含んでいることを特徴とする、 ファジー理論制御を用いた人工呼吸器の自動 ゥイニングシステム。  An automatic spinning system for a ventilator using fuzzy logic control.
2 . 前記各種の情報、 パラメ一夕の内の所望のものを、 それぞれ  2. Each of the above information and desired parameters
視覚的に表示しうる表示手段を更に含んでいることを特徴とする、 請求の範囲第 1項記載の、 ファジー理論制御を用いた人工呼吸器の自動ゥイニングシステム。2. The automatic ventilation system for a ventilator using fuzzy logic control according to claim 1, further comprising display means capable of visually displaying.
3 . 前記情報処理手段が少なくとも、 前記第 1パラメ一夕および 3. The information processing means includes at least the first parameter and
第 2パラメータのその後の変化傾向に基づいて、 人工呼吸器の制御決定ファジー セットおよびファジールールに従って再ファジー化処理を行うことを特徴とする 請求の範囲第 1項または第 2項記載の、 ファジ一理論制御を用いた人工呼吸器の 自動ゥイニングシステム。 The fuzzy processing device according to claim 1 or 2, wherein a re-fuzzification process is performed according to a fuzzy set and a fuzzy rule for determining a control of the ventilator based on a subsequent change tendency of the second parameter. Automatic ventilation system for ventilators using theoretical control.
4 . 前記情報処理手段に予め記憶させておいたファジーセットおよびファジー ルールに基づいて、 前記センサから得られファジー化された少なくとも心拍数 4. Based on a fuzzy set and a fuzzy rule stored in advance in the information processing means, at least a fuzzified heart rate obtained from the sensor.
(H R ) 、 呼吸回数 ( f ) 、 更に酸素飽和度 (S p〇2)および Zまたは一回換 気量 (T V ) などの各種データから Cond (条件) パラメータを前記情報処理手 段に算出させ、 かつ前記各種データの Trend (傾向) パラメ一夕を算出させ、 再 度ファジ一化することにより前記各種デ一夕の全体的なパラメ一夕である Cont ro l (制御) パラメ一夕を導出し、 人工呼吸器に供給するステップを含むこ とを特徴とする請求の範囲第 1項、 第 2項または第 3項記載の、 ファジー理論制 御を用いた人工呼吸器の自動ゥイニングシステム。 (HR), respiratory rate (f), further oxygen saturation (S P_〇 2) and Z or once conversion The information processing means calculates the Cond (condition) parameter from various data such as volume (TV), and calculates the trend parameter of the various data. Claims 1 and 2 including a step of deriving a control parameter, which is an overall parameter parameter of the various parameters, and supplying the parameter parameter to a ventilator. 4. An automatic ventilation system for a ventilator using fuzzy logic control according to paragraph 3 or 3.
5 . 前記情報処理手段において、 前記各種のパラメ一夕をその個々の変化にとら われることなくファジ一理論を用い全体的に評価し数値化することにより、 患者 の状態悪化早期の徴候をつかむようにしたアラームシステムを備えたことを特徴 とする請求の範囲第 1項、 第 2項、 第 3項または第 4項記載の、 ファジー理論制 御を用いた人工呼吸器の自動ゥイニングシステム。  5. In the information processing means, the various parameters are evaluated by using fuzzy logic theory as a whole, regardless of their individual changes, and are quantified so as to catch early signs of deterioration of the patient's condition. 5. The automatic ventilation system for a ventilator using fuzzy logic control according to claim 1, wherein the alarm system includes an alarm system according to claim 1.
6 . 人工呼吸器による少なくとも呼気、 吸気を制御する自動ゥイニング ·プログ ラムを記録した記録媒体であって、 前記プログラムは、 前記人工呼吸器に対して 指示すべき呼吸パラメ一夕を得るために、 少なくとも心拍数 (H R ) 、 呼吸回数 ( f ) 、 更に酸素飽和度 (S p〇2 )および Zまたは一回換気量 (T V ) をそれ ぞれセンサにより測定して情報処理手段に送り、 前記各センサの出力をそれぞれ ファジー化し、 前記ファジー化された情報に基づいて前記情報処理手段に少なく とも第 1のパラメ一夕および第 2のパラメ一夕を導出させ、 前記情報処理手段か ら導出された第 1のパラメータおよび前記第 2のパラメ一夕に従って第 3のパラ メータを導出して、 これを人工呼吸器に対する制御情報として供給し、 時間の経 過による変化、 状態の変化または医師の判断に応答して、 先に入力した情報に対 する修正情報としてフィードバックするステップを含むことを特徴とする、 人工 呼吸器による少なくとも呼気、 吸気を制御する自動ゥイニングプログラムを記録 した記録媒体。 6. A recording medium recording an automatic coining program for controlling at least expiration and inspiration by a ventilator, wherein the program is configured to obtain respiratory parameters to be instructed to the ventilator, At least the heart rate (HR), respiratory rate (f), and sent to the information processing section measured by further oxygen saturation (S P_〇 2) and Z or tidal volume (TV) and, respectively it sensors, each Fuzzy output of each of the sensors, causing the information processing means to derive at least a first parameter and a second parameter based on the fuzzified information, and deriving from the information processing means. A third parameter is derived in accordance with the first parameter and the second parameter, and is supplied as control information for the ventilator. Recorded an automatic mining program for controlling at least expiration and inspiration by the ventilator, comprising the step of providing feedback as a correction to the previously entered information in response to a change or a physician's judgment. recoding media.
7 . 前記情報処理手段に予め記憶させておいたファジーセットおよびファジー ルールに基づいて、 前記センサから得られファジー化された少なくとも心拍数 (H R ) 、 呼吸回数 ( f ) 、 更に酸素飽和度 (S p 0 2)および/または一回換 気量 (T V) などの各種データから Cond (条件) パラメ一夕を前記情報処理手 段に算出させ、 かつ前記各種データの Trend (傾向) パラメ一夕を算出させ、 再 度ファジ一化することにより前記各種データの全体的なパラメ一夕である Cont ro l (制御) パラメ一夕を導出し、 人工呼吸器に供給するステップを含むこ とを特徴とする請求の範囲第 5項記載の、 自動ゥイニングプログラムを記録した 記録媒体。 7. Based on a fuzzy set and a fuzzy rule stored in advance in the information processing means, at least a heart rate (HR), a respiratory rate (f), and an oxygen saturation (S) obtained from the sensor and fuzzified. From the various data such as p 0 2 ) and / or single air exchange (TV), Cond (condition) parameter is calculated by the information processing means, and the trend parameter of the various data is calculated. Let me calculate A step of deriving a control parameter (control) parameter, which is an overall parameter of the various data by fuzzification, and supplying the parameter to a ventilator. A recording medium for recording an automatic coining program according to item 5.
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