定常流機構と圧リリーフ機構の威力によって、新生児より成人まで対応可能である。1981年10月に発売を開始されたE-100では呼気弁ボディーは外付けされていた。1987年1月にはE-100Aに改良され、呼気弁ユニットは本体下面に収納された。Instruments)で委託生産されていた日本仕様であったが、NMI社の生産合理化に伴い1991年3月にE-100i(internationalの意)の改良版に統合された。cycle)を廃止し、モードセレクターを付加して、操作体系が単純化された。1997年6月にはE-100sになり、機械式マノメーターがLEDによるデジタルバーグラフ表示に変更され、、圧トリガー機構も電子式に変更された。呼気弁制御系も改良されレスポンスが改善された。A/CMV(無呼吸バックアップ機能)、AS(圧アラームレベル自動調節機構)が追加された。解説1)制御機構の概説E-100シリーズはバージョンによってニューマティック回路が微妙に変更されている。電気制御機構は時代とともに大幅な変更がなされている。E-100iまでは、マイクロプロッセッサーはタイミング制御だけを担当し、その仕事は吸気バルブの電磁弁(ソレノイド)を1つ駆動するだけであった。演算、アラーム機構、バーグラフ表示機能も担当するようになった。E-100Mではさらに、アラームレベルやトリガーレベルを自動調節したり、無呼吸バックアップを制御する仕事も担当するようになった。2)機械的機構の特徴リザーブバッグ+定常流と一方向弁を巧みに使い、吸気相・呼気相に関係なく吸気要求に応えれるディマンド機構がE-100を多機能ならしめている最大の特徴である。圧リリーフ弁により圧リリーフ・圧プラトー換気ができる。E-100sになって、オプションにタービン式の換気量計(Voyager)が用意されて、呼気換気量は計測できるようになった。4)吸気バルブ電磁弁(パイロット弁)の出力ガスがニューマティック弁(メインフロー弁と連続流切替弁)を駆動する。これは消費電力低減と信頼性を高める為である。5)呼気バルブ一般的なバルーン弁である。E-100i以前のモデルでは、吸気回路からの駆動圧とPEEPレギュレーターの圧をニューマティック式に加重する回路で駆動していたが、E-100sでは呼気弁の反応性を早めるために、呼気弁ソレノイドを設け、吸気回路圧とPEEPレギュレーター圧を強制的に切り替えている。PEEPレギュレーターや呼気弁設計も改善された。結果として、駆動圧の切り替えが速くなり、ベース圧がより安定し、呼気抵抗が低減した。機械式のブレンダーでO2/Airを混合し酸素濃度を調整した後、MPUの信号でマスターソレノイドを開閉し、それが吸気バルブを開閉して吸気ガスを発生する。マニュアルボタンを押すとシステムガスが直接吸気バルブに加わりバルブを開く。したがってE-100iまでは、電源異常時や機器異常時であってもマニュアル換気は可能であった。E-100sでは呼気弁も電磁弁で制御しているので、制御ボードが機能していなければマニュアル換気はできない。フローコントロール(吸気流量調整)はメカニカル弁による。このつまみには同軸上にポテンシオメーターが付いているのでつまみの位置が電気信号としてとらえられている。吸気出力にメカニカル方式のプレッシャーリリーフ弁が内臓されているので圧プラトー換気も併用できる。3)定常流機構(SPONTV1,SPONTV2)IMVやSIMV、CPAPの自発呼吸や、強制換気中でも患者の吸気要求が設定吸気ガス流量を超えた場合は一方向弁や非常用空気吸入弁を経由して定常流機構よりのリザーブバッグ内のガスや外気を吸う事ができる。Flowという自発呼吸用のガスも用意された。これは自発呼吸に対してトリガーの度に強制換気と同じように吸気弁が開き吸気ガスが供給される。呼気弁はPEEP/CPAP圧で閉じているだけなので、それ以上の圧になれば呼気弁でリリーフされる。吸気ガス流量の不足分は定常流機構より吸うことができる。この機能は自発呼吸の吸気時に気道内圧が低下する問題を低減する。呼気相ではSPONTV1やSPONTV2連続流が一方向弁より呼吸回路に流れ、リンス流として患者回路内のガスを新鮮なガスで更新する。SPONTV1は内部の定常流機構で8LPM固定である。SPONTV1連続流は左側面のスイッチでOFFにできる。SPONTV2は外付けされたフローメータで流量を調節する。0-15LPMの範囲で設定できる。気道内圧を吸気アウトレットか近位気道内圧チューブで感知するかの切替用のソレノイドも追加された。モニターチューブを使用する方が感度がよい。venturi"機構はE-100i以降は存在しない。venturi"効果でリザーブバッグ内のガスを伴って増量される。そのため実際の吸気ガス流量は設定値より大きくなる。患者回路内圧が上昇するにしたがい吸気ガス流量は設定値まで低下する。cycleでは、吸気ガス流量増量機構はモードソレノイドでバイパスされるのでメインフローがそのまま吸気ガスになる。5)呼気弁E-100iでは呼気時にはPEEP調整弁で調節した圧を呼気弁出力としているが、吸気時には吸気ガス圧が一方向弁15を経て呼気弁駆動圧に加重して呼気弁を閉じる。21"が設けられている。E-100s以降では吸気ソレノイド弁を追加し、呼気弁にかかる圧(PEEPレギュレーターで調整した圧と吸気圧)を瞬時に切り替える。PEEP/CPAPレギュレーターも供給圧の変動を受けにくいものに変更された。Gate式圧トリガー方式を採用していた。これは気道内圧計の針の動きを光センサーで捉える機械的な機構によりトリガーを検出していた。トリガーレベルのつまみを動かすと、気道内圧計内部に設けられた光センサーがトリガーレベル表示矢印とともに連動して動く。E-100sでは近位圧モニターチューブを追加し、圧トランスデューサーを使用した電子式に変更された。結果として、PEEP/CPAPの設定を変えてもトリガー感度が影響を受けなくなった。感度や応答性も改善され、トリガーまでの仕事量が低減した。Flowが作動しているときはAutoCycleを生じないようにベース気道内圧が安定するまで(最大1.5秒)トリガーしないようにトリガーロックしている。2)A/C通常のタイムサイクルの量換気であるが、最大吸気時間は5秒である。圧リリーフバルブを用いてピーク圧をカットした圧プラトー換気もできる。定常流を付加すればIMVになる。3)SIMVE-100i以前はSIMVサイクルの呼気相終末25%がトリガーウィンドーになっている固定時間方式であったが、E-100s以降は100%に変更されたので可変時間方式になった。6.操作体系(図;E-100Mの操作パネル図)(図;E-100Mの操作パネル写真)吸気流量"FLOW"と吸気時間"INSP.TIME"の積で一回換気量を設定する。E-100s以降ではこの積が数値表示されるようになったので、自分で計算する必要がない。次に、呼吸数や酸素濃度のつまみとモード"MODE"のつまみを設定すれば使用できる。VALVE"のつまみを調節する。最後にトリガーレベルやアラームレベルを設定する。E-100sではプリセットボタンによりこれらの設定を瞬時におこなうことができる。E-100MではASを用いてアラームレベルを、ATCを用いてトリガーレベルを自動設定することができる。1)IMV/SIMVA/Cでも呼気相では定常流+リザーブバッグのガスを自由に吸うことができる。そのため単に呼吸数の設定を下げるだけでIMVになる。SIMVモードでも定常流を多くするか、トリガー感度を低く設定すればIMVになる。VALVE"を効かすと圧プラトー換気になる。control)の換気でなくなる。3)定常流SPONTV18LPM)で不足すれば、さらにミキサー横の流量計より定常流SPONTV2を追加できる。Controlの略で、最適なトリガー感度を自動設定する機能である。セルフトリガーを感知する度に、0.14cmH2Oづつ感度が低くなるよう、トリガー感度が自動的に変更される(最大限-2cmH2Oまで)。A/CやSIMVモードで15秒間(SPONTモードでは32秒間)、患者のトリガーを検出できない場合には逆に0.28cmH2Oづつ感度が高くなる。最高感度は表の値が上限になる。ちなみに以下の条件を満たした場合にセルフトリガーと認識される。I:E>3:1(3)機械の内部処理で決定されたトリガーレベル(絶対値)が最新のベースライン圧より高く、しかも最新のベースライン圧が前回実測したベースライン圧の2cmH2O以内にある場合(ちなみにベースライン圧の定義であるが、これは本来、設定PEEP/CPAPレベルに等しくなるはずである。トリガー性能を安定させるために、一般的には実測PEEP/CPAPレベルをベースライン圧としている)。ベースライン圧を決定する過程に問題があり、セルフトリガーを起こす状態に陥ってしまっている状態。(4)小児、成人においてベースライン圧が0.06秒以上安定しない場合(5)100mSあたり0.28cmH2Oに満たない圧の低下でトリガーを惹起していた場合。Alarm)ASボタンを押すと高圧アラームと低圧アラームレベルを自動調節してくれる。過去2回の強制換気時のピーク気道内圧に基づいて自動設定される。成人では高圧アラーム値は吸気圧に+15cmH2Oの値が入る。新生児/小児では+5cmH2Oの値が入る。最小値はそれぞれ25cmH2Oと15cmH2Oである。6)ネブライザー8LPMのネブライザー出力が用意されている。ネブライザーをオンにすると8LPMの分だけ吸気ガス流量が増加する。E-100sではその分が設定換気量計算値にも反映される。7)バッテリー駆動オプション扱いであったバッテリーは、E-100s以降では標準装備になった。フル充電で約6〜8時間作動できる。8)注意事項E-100i以前の機器ではFLOWの目盛り単位がL/sec.なので(E-100s以降はLPMに変更されている)、他の人工呼吸器に多用されているLPMの数値と混同しない事。ないつまみやスイッチの設定を少し変えるだけで、換気様式が大きく変わる。これがこの機械の多才さであるが、僅かな設定ミスや勘違いが、大きなミスになる。最低気道内圧のアラームが装備されている。E-100iまでは、気道内圧計の針の動きを光センサーで検出していた。これもトリガー機構と同様の構造で、1つのつまみで両者を連動させて設定する機構であった。Buttonで自動設定することもできるようになった。両者を独立して設定することも可能になった。30秒)間超えないとアラームが鳴る。LONG)吸気時間の設定がCMVサイクル時間の50%を超えた場合は強制的に50%で吸気が終了する。したがってI:E比は逆転しない。(3)機器作動異常8.ディスプレー機能E-100iまでは、アラームでランプが点灯する他は、気道内圧計以外の表示はなかったが、E-100sになり設定換気量と気道内圧が数値表示できるようになった。E-100A、E-100iでは使っていなかった近位圧モニターチューブをE-100sでは使用する。10.日常のメンテナンス1)呼吸回路、呼気弁(図;呼気弁の分解図:ダイアフラムバルーンをスクリューでキャップに固定し、さらにキャップを呼気弁ボディーにねじ込んで固定する)呼気弁は患者毎に滅菌する。同じ患者であっても最低限として週に2回は洗浄滅菌する。ネブライザーを使用時には留意する。組み立て前には、充分に乾燥させる。2)リザーブバッグ消耗部品ではないが、たとえ定常流を使わない場合でもレザーバーバッグはこの機械の重要機能部品なので、常に点検する。11.定期点検3,000時間の使用もしくは最低限として年に1回程度は定期点検を受ける。12,000時間でオーバーホールをする。12.欠点1)一回換気量を設定するのに計算が必要である。トリガーの応答性が悪い。これらはE-100s以降で改善された。E-100i以前ではアラームレベルやトリガーレベルをうまく調整できない不具合もあったが、これもE-100Mになりさらに改良された。2)PSVができないのは現在の人工呼吸器として物足りないが、それを言うのは酷かもしれない。3)これは欠点ではなく長所であるが、日本語マニュアルのできがとても良い。内容の充実度や正確さ、日本語訳の適切さ、わかりやすさ、が特筆ものである。英文マニュアル以上の完成度がある。一般的に輸入機器の日本語のマニュアルは、直訳・誤訳した日本語が羅列されてるだけの意味不明なとんでもないものが多い。したことは意外にも一流の製品でもよく見られる。セルフトリガーを認識する機能がより洗練されていれば、セルフトリガーを認識した時点でそのトリガーを無効にすれば良いはず。トリガー感度を変更して次のトリガーを誤動作させないようにするよりは効果的にセルフトリガーを防げるはず。した機能はフィルタリングアルゴリズムと呼ばれていて、Dragerなどで実用化されている。このクラスの機器にこうした機能を要求するのは酷かもしれない。e500Wave1.特徴(図;e500の外見写真)e500は2002年4月に販売開始されたNMIシリーズの最高機種である。250LPMにも達する最大吸気ガス流量や迅速なレスポンス、FlexCycleと呼ばれるPSV吸気終了認識条件の自動調節機能などが特徴である。e-200では新生児に対応するためにバイアス流を定常流として用いるという裏技が使われていたので、PTVは未対応であった。e500では、ガス制御技術の精度向上により乳幼児(一回換気量20ml〜)のPTV対応が可能となった。呼気弁もサーボ制御に改良された。PCVやPRVCができる、グラッフィクディスプレーで換気モニターができる、など現代の人工呼吸器にとって必須の機能がシンプル、高機能、コンパクトにまとめられている。16MHzが使われている。80486DX、100MHz、DOSシステムが使用されている。e500ではハードウェアの改良もさることながら、E-200で先鞭をつけたソフトウェア上のフロー制御技術の改良も追求されている。スロープ/ライズ調節における予想フィードバックコントロール(圧換気における立ち上げ速度自動調節機構)、FlexCycle(PSVの吸気終了認識条件の自動調節)、自動リーク補正機能(PEEP/CPAP圧を安定させるためにバイアス流を自動調節する)、などが例である。1)機械的機構の特徴E-200では吸気サーボバルブは1つであったが、e500では酸素、エアーのそれぞれに独立したサーボバルブを使用している。結果としてレスポンスと高いピーク流量を得ることが可能になった。呼気弁もサーボ制御するようになり安定したPEEP/CPAP圧を得て呼気仕事量を低減させている。吸気側は熱線式、呼気側は差圧式である。4)吸気バルブ酸素・エアーが独立したサーボバルブである。5)呼気バルブサーボバルブで調整された制御用ガスが呼気弁ブロック内のダイアフラムを駆動する仕組みである。Valve)で流量制御とブレンド比の制御が行われる。E-200ではこのバルブは1つであったが、酸素とエアに独立して装備することでより高流量のピークに対応することが可能になった。これらのガスは超音波の伝播速度の差異で流量を計測する超音波トランジット式のフロートランスデューサーで流量を計測している。これは流体の中を伝わる音波の伝搬時間が流体の速度によって変化する性質を利用したもので、2つの超音波発信源間の伝搬時間の差が流体の流量になる。2)呼気ガス呼気ガスはフィルターを通過した後、熱交換機で加温されて差圧式のフロートランスデューサーで流量計測される。その後に呼気弁を経由して大気に解放される。以前の人工呼吸器では呼気弁のあとにフロートランスデューサーを付けていることが多かったが、最近の機器では呼気弁の前に装着していることが多い。これは呼気弁のサーボループで流量抵抗による圧勾配を吸収するためである。VALVEで圧力が調整された呼気弁駆動ガスで制御されている。この部位の圧もモニターされている。電源OFF時の安全策として近位圧モニターチューブより6-10LPMのパージ流が提供されている。ちなみに電源ON時には0.05LPM以下である。安全のため近位圧は2つの圧トランスデューサーが装備されている。片ガスになったときのためにクロスオーバーソレノイドが用意されていて、どちらかのガスが遮断されても機器の制御ガスが確保できるようになっている。一般論として高性能機ほどサーボバルブをうまく使ってニューマティック回路が単純化されているが、e500も例に漏れず単純である。圧トリガー(-0.1-5.0cmH2O)もしくはフロートリガー(小児0.1-2.0LPM、成人0.6-2.0LPM)を選択できる。2)A/CMV通常A/Cと表記されるモードで、圧換気もしくは量換気を選択できる。3)SIMV可変時間方式と呼ばれる方式が使われている。アメリカ製の人工呼吸器に一般的に採用されているのと同じ方式である。4)SPONT以前の人工呼吸器では自発呼吸モードの意味でCPAPの表記が使われていて誤解を招く表現になっていたが、最近では正しくSPONTの表現が用いられている。このモードはCPAPもしくはPSVを用いた自発呼吸を意味する。iでPRVC/VSと表記されるモードと同じ意味である。SIMVモードでは強制換気がVTPCで自発呼吸はVTPSで与えられる。SPONTモードではVTPSで換気される。このモード選択時には、初回換気は圧リミットの40%もしくはPEEP/CPAP圧+5cmH2Oのいずれか高い方の圧になる。換気圧は、圧リミットの40%もしくはPEEP/CPAP圧+5cmH2Oのいずれか高い方から圧リミットの範囲で自動調整される。一回換気量が設定値になるように肺のコンプライアンスより計算した値で換気される。換気毎の変化量は+/-6cmH2Oに制限される。Metのアラームが警報される。6)PSサイクルオフ基準FlexCycle(図;PSVの自動制御説明図)PSVにおける吸気終了認識条件(サイクルオフ基準)を自動調節する機能をFlexCycleと命名している。手動でも調節可能でピークフローの5-55%の範囲で設定可能である。自動調節は吸気終末期における圧の上昇と呼吸時定数の2つの要素で自動調整される。患者の肺は人工呼吸器の負荷としてみた場合、抵抗と弾性で表現できるが、これらを呼吸時定数と呼ぶ。FlexCycleの詳細は不明であるが、従来のNMI社の制御手法から類推すると呼吸時定数に対応した数値が決められており、その数値がサイクルオフ基準に用いられていると考えられる。吸気終末の圧上昇つまりオーバーシュートが起こってもPSVは強制的に終了される。PSV開始後0.2秒までは+6cmH2Oの圧上昇でサイクルオフするが、それ以降は0.5秒まで経時的基準値が低下し、0.5秒以降は+3cmH2Oになる。(図;自動サイクルオフ説明を参照)。自動調節では小児で5-15%、成人で10-55%の値が選択される。PSVは最長で成人2秒、小児で1.2秒に制限される。7)スロープ/ライズ制御1-19の値で選択できる。1-19の値そのものには絶対的な意味はなく、相対的な程度を表す指標である。詳細はE-200の学習型予測制御の章を参照。フィードバックサーボ制御の時定数やゲインを自動調節する機構であると思われる。GDM(グラフィックモニター)が装着されていれば自動/手動を選択できる。装着されていないときは自動で調節される。電源ON後、患者回路のリークテストを行う。ME室でチェックされていれば、このテストをパスしても良い。次に患者カテゴリーを選択する。次にモードを選択する。その後必要なせっていこうもくが点灯するので、各項目のノブをまわしてパラメーターを調整する。2)プリセットモードを移行する前にあらかじめ、そのモードに適した値を入力しておく機能である。プリセットボタンを押したあと、希望のモードや設定を入力する。現在のモードインジケーターは点灯したままで、新しいモードは点滅表示される。パラメーターを操作しても現在行われている換気はそのまま維持される。最後にプリセットをもう一度押すか、何も設定しなければ5秒でプリセット状態が解除される。新しいモードを選択するとプリセット内容が設定に反映される。ちなみにこのボタンを押しながら電源を投入するとユーザーセットアップ(初期設定画面)に入ることができる。3)ネブライザーネブライザー機能はない4)バッテリー駆動バッテリーでは約1.5時間作動できる。低分時換気量アラームが作動すると自動的にバックアップ換気に移行する。低分時換気量アラームレベルの+10%を超えると自動的に解除される。モードがA/C、SIMVの場合には換気回数が設定値の1.5倍になる。(最低15回、最高100回)その他のパラメーターはパネル設定が適応される。SPONTモードでは15cmH2OのPCVで換気される。成人ならTi=1.0秒、RR=12回、小児ではTi=0.6秒、RR=20回の設定がセットされている。無呼吸バックアップはないが低分時換気量でバックアップ換気に入る。ピーク圧、プラトー圧、平均圧、ベース圧、を数値表示できる。気道内圧を液晶バーグラフで表示する。