HFOのガス交換に対する 工学的なアプローチ “代表取締役社長”　を追記 株式会社メトラン 代表取締役社長　中根　伸一

トピックス HFOの波形形状によるガス交換への影響 HFOパラメータの演算アルゴリズムによる数値の変化 弊社の開発ポリシーとその理由

HFOの様々な機種

HFOのパラメータ 平均気道内圧（MAP) 振動周波数(Frequency) アンプリチュード ベースフロー

HFOのプロトコール 大前提 → 機種が変わってもHFOのパラメータは一緒 例： HFO MAP = CMV MAP + 2cmH2O Stroke Volume (Amplitude) = 15 Frequency = 15Hz SI圧 = MAP圧 + 5cmH2O Base Flow = 10LPM 　　　機種が変わってもプロトコールは一緒 　　　（機種に依存しない）　　　　　 Have you had the experience where you changed HFO machines and the patient condition changed? Maybe because derecruitement during ventilator change? More likely, even though the parameters stayed the same, the actual ventilation of the patient changed due to the difference in HFO. 大前提　→　機種が変わってもHFOのパラメータは一緒

HFOは全て同じではない HFOの機種の違いを理解した上で使用して欲しい HFOの波形形状によって同じMAP設定でも肺胞内のMAPに 3〜4cmH2Oの違いが生じる場合がある 同じHFOの波形でも呼吸器のMAPの計算方法によって数値 が数cmH2O変わる 同じHFOアンプリチュードでも波形形状によってHFO換気量 が100％以上変わる場合がある 　　。。。 For neonates, latest machines have the ability to control MAP and amplitude down to 0.1 ~ 0.2, but differences in machiens can cause these huge differences in gas exchange. Need to be careful. My purpose isn’t to say one is better than the other, but to educate you on the effects HFOの機種の違いを理解した上で使用して欲しい

平均気道内圧(MAP) MAPの定義： HFOの圧力振動の平均値 計算方法1： 最大値と最低値の平均 計算方法2： 上部と下部の面積が等しくなる値 If it’s a sine wave then both give the same result

HFO呼吸器の様々な波形

MAP 20 計算方法1: MAP=12.5cmH2O 5 20 計算方法2: MAP=8cmH2O 5 If you had two ventilators with this same waveform but had different calculations, if you set the MAP the same in each one, the actual ventilation of the patient would differ by 4.5cmH2O. Compare Drager and Infant Star from previous slide 20 計算方法2: MAP=8cmH2O 5

I:E比の影響 MAPの計算方法が一緒でも、同じMAP設定でもHFOの波形によって肺胞内のMAPに違いが生じる → HFOは抵抗に弱いため、高周波は肺内まで伝わりにくい 低周波は伝わりやすい

I:E比の影響 1:3の場合

I:E比の影響 1:1の場合

MAP 同じMAP設定でも、呼吸器による計算方法が違えば実際の MAPが違う。 場合によって数cmH2Oの違いがある。 同じMAPの計算方法であっても、HFOの波形形状によって肺 胞内のMAPは違う 同じ設定であっても、呼吸器の様々な計算方法と波形形状に より、実際のガス交換は違う 問題： メーカはHFOの波形形状や、計算方法の情報を開示する義務はない 波形形状も、表示されているのと実際の波形は違う

アンプリチュードと換気量 一般的認識： アンプリチュードが高いほどパワーがある アンプリチュードが上昇すればそれに比例して換気量も上昇する アンプリチュードが一緒であれば他のHFO機種でも換気量は一緒

アンプリチュードと換気量 アンプリチュード この場合、アンプリチュード、MAP、周波数は一緒 →　換気量は半分

周波数特性 当社では、モデル肺を用いてHFOの周波数と胸の振動の実 験を行なった

周波数特性 肺の物理的共鳴周波数により、振動がなくなったり倍増していた 予測では、換気量が同じであれば周波数を変えても肺の物理 的振動幅は変わらない しかし、ある周波数では振動が全くなくなった 外部モニターでアンプリチュードと換気量を確認した上、予想どお りの値であった ある周波数では予想以上の振動があった 肺の物理的共鳴周波数により、振動がなくなったり倍増していた

周波数特性 HFOの概念に “Lung Protective Ventilation” がある。 最低限の換気量で必要換気をする 肺への負担を最低限にして換気するのが理想？ 肺の振動が停止する周波数の換気の場合でも、換気量と圧変動はあるので、肺内の圧変動が最大値であると思える。 コンプライアンスが非常に悪い状態と一緒 すなわち、肺の振動量が一番多い周波数で換気するのが理想？ 　　→コンプライアンスが非常に良い状態で換気 HFOの波形が正弦波でない場合は、複数の周波数が含まれているので、ガス交換に影響するのではないか？

ベースフローと振動発生源の位置の関係 Problem is that expiratory gas enters the piston path and doesn’t get flushed out – CO2 rebreathing

ベースフローと振動発生源の位置の関係 Pros – generally fresh gas so less need for 滅菌 Cons – CO2 rebreathing Affects humidification

ベースフローと振動発生源の位置の関係 Pros – Better for CO2 Cons – affected by washout

当社のHFO開発の理念 HFOの振動源はピストン 正弦波にもっとも近い波形ができる HFOの振動源の位置は呼気側 MAPの計算方法に問わず正しいMAPが出せる 精密なMAP制御が可能 モニターのMAPと肺胞内のMAPの一致 周波数特性的には一つの周波数しか含まれていないので、適正周 波数のターゲットができる 設定によってHFOの波形は変わらないので、アンプリチュードと換気 量のリニアリティーがある HFOの振動源の位置は呼気側 CO2再呼吸の低減のために Don’t know if there are benefits clinically but we made these decisions from an engineering point of view

HFOのパラメータ定義・演算アルゴリズムの統一化の国際的活動 CMV呼吸器とは違い、HFO呼吸器の国際規格はない HFOのパラメータの定義・規格はない 画面波形のフィルタリング方法 HFOパラメータの計算方法 HFOの波形形状等 上記の要素は臨床面でガス交換・肺保護等に影響するが、メーカ には情報の開示義務がない 現在日本主導で、ISO/IECでHFO呼吸器の国際個別規格の作成中 HFOは日本人から生まれ、臨床水準は世界トップクラスなので日本が 世界をリードするべき案件

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