JP2001523338A - 最終呼気ガスの変動を判別するための装置、呼吸代謝の変動を判別する方法、及び前記装置の使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、一定量の最終呼気ガスの受容装置と、受容された最終呼気ガス量を判定し、測定信号を送出し、さらに表示及び／又は保存するための少なくとも一台の測定装置と、少なくとも一台の測定装置の信号を受信し、処理するための評価装置とを備えた、最終呼気ガス混合体の中に含まれる少なくとも一種類のガスの分圧を判定するための装置に関する。本発明は、さらに、ヒト又は動物の身体の呼吸代謝における変動を監視する方法と、呼吸機能の判定におけるその使用とに関する。

Description

【発明の詳細な説明】 最終呼気ガスの変動を判別するための装置、呼吸代謝の変動を判別する方法、 及び前記装置の使用 技術分野 本発明は最終呼気ガス混合体の中に含まれる少なくとも一種類のガスの分圧を 判定するための装置、動物又は人間の呼吸代謝の変動を監視するための方法及び その使用方法に関する。 背景技術 最終呼気ガス混合体の中に含まれる異なったガスの分圧は、身体のエネルギー のバランス（呼吸商）と同様に、例えば、ホルモンの変動，喘息，嚢胞性線維症 などのような呼吸代謝を妨げる異常など、身体のさまざまな機能によって変わる 。さまざまな代謝の異常や薬品の乱用などでは呼気ガスの中からある程度の代謝 生成物を検出することができる（糖尿病，飲酒）。従って、激しい運動中の前述 の変動は身体能力（フィットネス）を反映する。 特に、最終呼気ガス混合体−すなわち、最後に吐いたガス量が肺胞内の部分ガ ス圧の構成を反映する。すなわち、それ自体が体のさまざまな機能によって変わ るのである。 これまで、例えば麻酔学などにおいて、実際の部分ガス圧の測定を行う複雑な 装置が知られており、実際の最終呼気ガス圧を測定してきた。測定した値は単に 一時の関心として知るだけに過ぎず、その値をある一定期間の間保存したり、処 理することは不可能であった。さらにこれまで知られてきた機器は複雑であり、 外科医術の必要性のためには適していても、個人的な使用には向かなかった。 最終呼気ガス、特に最終呼気ガスとその評価を監視することによって、手術室 や集中治療室の外でも身体の機能や代謝を監視することができるということを偶 然にも発見した。 この装置は、特に呼吸機能を監視するのに使用することができる。これは、特 に、血液中のガス構成の変動に伴う身体の異常／状態、例えば、喘息、肺気腫、 酸素治療、陸上選手のフィットネス状態、慢性無呼吸やいびきを含む睡眠時無呼 吸症候群、及び気管支炎などを監視するのに使用できるということがわかる。 さらに、バルビツール酸誘導体、黄体ホルモン及びそれらの派生物、さらに麻 酔剤や鎮痛剤などのような呼吸中枢に影響のある薬剤を用いた治療やその作用を 監視することもできる。宇宙飛行士，潜水夫などのように、密閉された室内、例 えば潜水艦やケーソンなどの中にいる人の監視も可能である。 従って、とりわけ、ガス交換が損なわれた場合即ち慢性又は急性呼吸障害に、 酸素治療，ホルモン治療，あるいは他の薬剤による治療様式などの治療の監視や 任意調整を判断することができる。 最終呼気量（肺気腫商）中に含まれるＣＯ₂/Ｏ₂の比率を使ってダイエットの 進行状況や身体の能力（フィットネス）など、例えば陸上選手や身体のリハビリ テーションにおいて代謝の状態を監視することができる。 特に関心があるのは、血中のｐＣＯ₂を判定することによる気腫の監視である 。ドゥリングのプフルーゲール誌、２５０（１９４８）ｐ．３７〜ｐ．４６「月 経サイクルにおける呼吸と体温のリズム変動について」及びドゥリング，Ｇ．Ｋ ．の「呼吸と体温のリズムの変動について」、アーク・ジネコール誌１８２（１ ８５３）、ｐ．７４６〜ｐ．７５８、及びドゥリング，Ｇ．Ｋ．，Ｈ．Ｈ．ルー シューク，Ｂ．オハヴァットの「呼吸に対する性ホルモンの影響についての試験 」プフルーゲール誌、２５２（１９５０）、ｐ．２１６〜ｐ．２３０以来、女性 の月経サイクルにおけるｐＣＯ₂の変動は、プロゲステロンの影響に反映すると いうことが知られている。特に顕著な最終呼気のｐＣＯ₂の降下は排卵の３〜４ 日前に始まる。最終呼気のｐＣＯ₂は、血中で上昇するプロゲステロンのレベル の影響を 受け、排卵の数日前に下がり始め、月経サイクルの黄体期の間は高い状態を維持 し、妊娠中には過呼吸をもたらす。 この医学的現象に基づいた機器の開発は、今まで行われたことがない。 基礎体温の測定値や生化学的色素反応によって黄体化ホルモン（ＬＨ）の判定 を評価する、いわゆる「周期計算機(Zykluscomputer)」と呼ばれるものを含む排 卵検出のための装置は、これまで正確ではなく、あるいは排卵が非常に近いとい う情報が得られるだけで、避妊法や気腫に使用することができなかった。 さらに、基礎体温測定値は、身体的活動，熱，薬剤，睡眠不足，飛行機旅行に よる時差などのような「環境」によって容易に、そして強い影響を受けるため、 測定値が役に立たないことがあり、排卵の正確な予測に使用することはできない 。従って、周知の装置はあまりに不正確であるという欠点を有し、評価された身 体の機能のデータは患者の生活環境によって大きく変わりうるため、測定値は信 頼できなかった。さらに、プロゲステロンの変動、すなわち、危険な妊娠の期間 （例えば喘息患者など）に影響を与えるｐＣＯ₂を監視することにより、妊娠を 危険にさらす恐れのあるプロゲステロンの減少を示すことができ、さらに任意的 に対策を講じることができるという点で、興味深いものがある。 しかし、最終呼気ガスの中に含まれる他のガスの測定も、特に測定値を容易に 得ることができ、研究室において時間のかかる検出反応を行う必要がないため、 興味深い。 本発明の目的は、最終呼気ガス量の中に含まれるガスの分圧を判定／評価する ための装置を提供する事にある。 本発明によると、問題点は、最終呼気ガスを測定するための装置によって解決 され、この装置は： 一回量の最終呼気ガスを受容するための受容装置と、このようにして受容した 最終呼気ガスの値から少なくとも一種類のガスを判別し、測定信号を生成する測 定装置と； あらかじめ決められた時間間隔だけ測定した信号を保存し、さらに処理するた めのプロセッサユニットとを備えている。 まず、このプロセッサユニットは、適当な測定信号すなわち、値がより安定し ている吐き出しの最後の信号や任意で最終呼気値などを選択し、この選択した測 定値を、測定日，測定時間，患者個人についての任意の個々のデータとともにメ モリーの中に保存し、さらに任意で、保存した値と比較して前記信号を処理する 。保存した値を任意でプリンタ上で編集し、周知の従来の搬送可能なデータキャ リヤ上に、あるいは遠隔問い合わせによって編集保存することもできる。また、 この装置に個々に選択された測定値の処理機能、例えば、測定値表と比較して、 保存値からの偏差があらかじめ決められたしきい値より大きい場合には表示する というような機能を設けることもできる。また、時間の経過に従って値の変動を 監視し、そこから得た結果の値のみを編集することもできる。 この装置は寸法が小さく、バッテリにより電力を任意で供給でき、監視される 個体のいる場所とは異なった場所でも使用できるよう、可搬式であるのが好まし い。 もちろん、この装置はいくつかのガス圧を測定したほうがよい場合には、いく つかの部分ガス圧を同時に、あるいは順次測定するように構成することもできる 。このためには、適所に位置する、異なる波数の異なるガス吸収バンドを測定し 、酸素には市販の酸素センサといった、それぞれ個々のガスに適した測定方法を 評価又は使用すればよい。 発明を実施するための最良の形態 医療用測定装置が光学式測定装置であると、光学式判定は高速であり、電気信 号に変換しやすいため、有利である。 ＣＯ₂のような極性ガスの測定に関しては、測定装置として、判定するガス（ 単数又は複数）の吸収バンドの、他のガスを吸収しないあらかじめ決められた領 域を測定し、周知の方法でガス量の中のガスの濃度を判定する赤外線測定装置を 用いるのが特に好ましい。本発明は、赤外線分光測定−ラマン分光法，導電性測 定などに限定しておらず、通常のガスセンサを使って、ガス混合体の中に含まれ る一種類のガスを判定することもできる。 過去の記録の評価に関しても、あらかじめ決められた時間間隔中に測定した値 を記憶装置に保存し、任意で、編集装置によって読み込むことができれば有利で ある。 典型的には、この装置は編集装置としてのプリンタと、読み込み可能な表示装 置及び又はコンピュータで読み込み可能なメモリチップを有しているため、値を 視覚と同時に読み込むことも、値の過去の記録を後に評価したり読み込んだりす ることも可能である。 他のホルモンにおける変動の周期の監視又は判定に特別適用する場合には、測 定値の変動の過去の記録を測定データ（時間、大気圧など）とともに保存して編 集することによって複雑な定常試験を行なう必要がなくなる。従って、例えば周 期日数などのような、より長い時間間隔に渡る異なったテストで比較することも 可能である。さらに、患者が複雑な試験を永久的に受けることなく、例えば、危 険妊娠の進行の常時監視が可能となる。本発明の装置は、ガラス器具内の受精や 他の生殖補助処置の予備治療の監視に適している。 この目的を達成するため、この装置は最終呼気ガスのｐＣＯ₂のみを測定する ことができる。測定装置の中のあらかじめ決められた最終呼気ガス量の赤外線吸 収によってｐＣＯ₂を判定し、これらの値を個々の基礎データと比較するか、あ るいはある一定の時間間隔中の相対的変動のみを監視するのが好ましい。 ガスの量、したがってガス量の中の吸収分子の数は、温度によって変化するた め、測定セルを温度調整するのが有効である。そうでない場合、測定セルの中の センサによって測定したセンサ測定温度値によって測定値を補正することにより 、複雑な温度調整を避けることができ、これは、高温変動に適用する場合、特に 有効である。 測定時間中に大気圧を測定するための測定装置を設け、その測定値によって測 定の結果を大気圧に対して修正するのが好ましい。これにより、圧力の変化によ って歪められた測定値を得ることを防止できる。装置自体は、２ビーム測光器な どのような、周知の設計でよい。 本発明の装置の特に好ましい用途は、排卵の予測である。このような目的のた め、周期データを、任意で温度のような他の測定データとともに保存するための 記憶装置を設けており、それにより表示度数が得られる。測定したデータは、あ らかじめ決められた時間間隔中の前に測定した値と比較して大きな偏差が起きて いるか否かを判断する。これにより、事前に約３日前に排卵の予測が可能である 。例えば、監視される個体の身体の行動、一日のうちの時間などに大きく依存す る体温の測定より、避妊又は受精に対してずっと正確な方法である。 影響を受けやすく、正確性に欠ける通常基礎体温を使用する周知の周期計算機 (Zykluscomputer)と比較すると、本発明による装置は睡眠不足や身体の活動など のような事象に関係なく、迅速かつ正確に判定できるという利点を有している。 この装置のもう一つの好ましい適用方法は、妊娠の監視である。通常の妊娠で は、ｐＣＯ₂の低下が典型的症状として現れ、それが上昇すると、重大な異常が 起きている兆候となる。 肺胞の状態を唯一正確に示す最終呼気ガスを得るための装置を設けてもよい。 患者に息を完全に吐かせ、呼気の最後の時間間隔で取った測定値のみを評価する 。従って、特に装置は個体に風船などのような障害物に対して息を吐き出させ、 最も高いｐＣＯ₂測定値をこの最終呼気ｐＣＯ₂を表す値とする。この値は、測定 値 を記録及び評価するための、それに応じてプログラム化された処理装置によって 周知の方法で判定し、呼吸ごとに最も高いｐＣＯ₂のみを保存／表示するように してもよい。 排卵の予測、すなわち、プロゲステロンの予測を最終呼気ｐＣＯ₂に基づいて 行う方法は：一回量の呼気ガスを採取する過程と；最終呼気ガスのガス量中のＣ Ｏ₂バンドの赤外線吸収を判定し、よってその中に含まれるｐＣＯ₂を判定し、大 気圧や温度に対し、その結果を修正する過程と、測定した値をメモリー、プリン タ、表示装置などの編集装置において編集する過程とからなる。 測定装置間の吸収又は凝結によってはきだしたガスから水蒸気を取り除き、測 定セルの窓の上の凝結による測定値の歪みを阻止するのが効果的である。 他の分野、例えば、呼吸機能やフィットネスの監視などに使用する場合、ｐＣ Ｏ₂とＰＯ₂を測定してその比率を求める必要がある。この比率は、保存したり、 編集したり、あるいは任意で同じ個体のあらかじめ決められた比率や装置にすで に保存してある基礎データと比較し、あらかじめ決められたしきい値を超えると 、信号が生成されるようにすることができる。 この信号により、個人又はそのトレーナー（装置を身体トレーニングに使用す る場合）は、身体が再び正常な範囲で働くように個人の行動を変更することがで きる。また、信号は治療手段を制御するために使用することもできる。 次に、本発明について、周期監視に使用する本発明のある実施例の概略を示し た添付の図面に基づきより詳しく説明する。ただし、本発明がそれに限られてい るということを意味するものではない。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の実施例の概略を示したものである。 図２は、周期の過去の記録に基づきｐＣＯ₂の依存性を表すグラフである。 図１について説明する。本発明による周期計算機(Zykluscomputer)としての好 ましい実施例において、本発明による装置は赤外線照射源を含み、その照射は、 ガス測定セルを通って伝達される。この測定セルの中に呼気ガスを吹き込む。こ のガスは、任意で周知の方法を用いて乾燥され、測定に使用する窓への凝結を防 いでいる。測定セルから伝達された照射は光学フィルタによってろ波され、測定 するガスの吸収バンドへ進む。この場合、ＣＯ₂とＣＯ₂の赤外線吸収バンドのあ らかじめ決められた領域への照射は、赤外線センサへ向けられる。センサの信号 は周知の方法で増幅され、個体の周期データとともに保存されるか、さらに処理 されるか、あるいは、単に表示装置上で編集される。装置は、その中に含まれる プロセッサによって吐き出された容量のみのｐＣＯ₂値を保存できるようにし、 それがあまり変化しなければ、最終呼気ｐＣＯ₂値を求めることができるように 構成されているのが好ましい。温度測定による周知赤外線センサを用いた実施例 では、温度の影響は演算によって補正される。一方、測定セル自体を特定の気候 に適応できるようにすることもできる。ガスの測定値を大気圧に対して補正する のである。 この装置は、小型で可搬式であり、使用者が容易に運搬できるのが好ましい。 図２は、周期計算機(Zykluscomputer)による生理的な基礎を表している。すな わちＣＯ₂分圧は、通常得られる値、すなわち、黄体化ホルモン（ＬＨ）と、エ ストラジオール（Ｅ２）と基礎体温のピークの３〜４日前にすでにかなり降下し ており、よって、次の排卵を非常に単純に、より改良して、そして特に、より早 い時期に検知できる。 その他の実施例及び改善については、請求の範囲により当業者にとっては明ら かであろうが、保護の範囲は、説明の目的でのみ示した例によって制限されるも のではない。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１１年７月１３日（１９９９．７．１３） 【補正内容】 請求の範囲 １．一定量の最終呼気ガスを受容するための受容装置と； 受容した最終呼気ガス量の中の少なくとも一種類のガスを判定し、信号を生成 するための、少なくとも一台の測定装置と； 少なくとも一台の測定装置の信号を保存し、評価して、薬物学的治療と同様、 運動中の身体のフィットネス，ホルモン値の変動を判定し、酸素治療を監視する ための装置とを備えた、 最終呼気ガスの混合体の中に含まれる少なくとも一種類のガスの分圧を判定す るための装置の使用。 ２．ホルモンの変動の判定がヒトにおいて行われる、請求の範囲１に記 載の使用。 ３．ホルモンの変動の判定が月経の周期、特に排卵の時期の監視である 、請求の範囲２に記載の使用。 ４．一回量の最終呼気ガス混合体を採集する過程と； この量に含まれる一種類もしくはそれ以上のガスの量を判定する過程と； このようにして求めた値を、任意で時間データと個人のデータとともに記録す る過程と； 前記値を参照値の表と比較する過程と； 比較により、保存し、また、任意でさらに処理及び／又は編集できる信号を生 成する過程とを含む、 薬学的治療と同様、動物とヒトのホルモンの変動と、運動中の身体のフィットネ スを監視し、酸素療法を監視する方法。 ５．判定されるガスがＣＯ₂及び／又はＯ₂である、請求の範囲４に記載 の方法。 ６．最終呼気ガス混合体の中に含まれる少なくとも一種類のガス量が光 学的に判定される、請求の範囲４又は５に記載の方法。 ７．一定量の最終呼気ガスを受容するための受容装置と； 最終呼気ガス量の中に含まれる少なくとも一種類のガスを判定し、信号を生成 するための少なくとも一台の測定装置と； 少なくとも一台の測定装置によつて生成された信号を記録し、処理するために保 存し、評価するための装置であって、測定値が、監視される個体の個人的なデー タとともに保存されることを特徴とするものとを備えた、 請求の範囲１から４の一つに記載の使用のための、ガスの最終呼気混合体に含ま れる少なくとも一種類のガスの分圧を判定するための装置。 ８．光学的測定装置、特に、ＣＯ₂の赤外線吸収を判定するための赤外 線測定装置を含み、赤外線測定装置の信号がデータ，時間又は患者の名前などの ような時間データとともにメモリーに保存される、請求の範囲７に記載の装置。 ９．個別化された保存データをプログラムによってすでに保存されてい るデータと比較し、あらかじめ決められた値からの偏差を検出すると、信号を発 生する、請求の範囲８に記載の装置。 １０．酸素センサを含む、請求の範囲７から９のいずれかに記載の装置。 １１．最終呼気ガスから水を吸収するための装置を含む、請求の範囲７か ら１０のいずれかに記載の装置。 １２．独自のエネルギー源を備え、可搬式である、請求の範囲７から１１ のいずれかに記載の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ， ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，Ｎ Ｚ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 リヒト，ペーター ドイツ連邦共和国 Ｄ―91088 ブーベン ロイス ドムファフストラッセ 25

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．一定量の最終呼気ガスを受容するための受容装置と； 最終呼気ガス量の中の少なくとも一種類のガスを判定し、信号を生成する少なく とも一台の測定装置と； 少なくとも一台の測定装置の信号を表示及び／又は保存し、評価するための装置 とを備えた、 最終呼気ガスの混合体に含まれる少なくとも一種類の部分ガス圧を判定するため の装置。 ２．少なくとも一台の測定装置が光学測定装置である、請求の範囲１に 記載の装置。 ３．少なくとも一台の測定装置が赤外線測定装置である、請求の範囲２ に記載の装置。 ４．測定値が監視される個体のそれぞれのデータとともに保存される、 請求の範囲１に記載の装置。 ５．ｐＣＯ₂のようなガスの分圧の測定が、最終呼気ガスの、測定装置 のあらかじめ決められた波長領域におけるあらかじめ決められたガス量による赤 外線吸収によって行われる、前記請求の範囲のいずれかに記載の装置。 ６．最終呼気ガスから水を吸収する装置を含む、前記請求の範囲のいず れかに記載の装置。 ７．ＣＯ₂の赤外線吸収を測定する赤外線測定装置を含み、赤外線測定 装置の信号をデータ、時間又は患者の名前などのような時間データとともに保存 できることを特徴とする、請求の範囲６に記載の装置。 ８．保存された個別化された測定データをプログラムによってすでに保 存されているデータと比較でき、その偏差があらかじめ決められた値より大きい ことが分かると信号を生成する、請求の範囲７に記載の装置。 ９．酸素センサを含む、前記請求の範囲のいずれかに記載の装置。 １０．最終呼気ガス量は、最後に吐き出されたガス量である、前記請求の 範囲のいずれかに記載の装置。 １１．呼吸機能を監視するための装置、もしくは排卵を判定するための装 置、もしくは肺機能を監視するための装置である、前記請求の範囲のいずれかに 記載の装置。 １２．独自の電源を含み、可搬式である、前記請求の範囲のいずれかに記 載の装置。 １３．一定量の最終呼気ガス量を採集する過程と； ガス混合体に含まれている一種類もしくはそれ以上のガスの量を測定する過程 と； このようにして得た値を、任意で、時間と個々のデータとともに記録する過程 と； 値を値の表と比較する過程と； 比較過程により、保存し、また、任意で処理及び／又は編集できる信号を生成 する過程とを含む、 ヒト又は動物の身体の呼吸代謝における変動を監視する方法。 １４．測定するガスはＣＯ₂又はＯ₂である、請求の範囲１３に記載の方法 。 １５．最終呼気ガス混合体の中に含まれる少なくとも一種類のガスの量を 光学的に判定する、請求の範囲１３又は１４に記載の方法。 １６．呼吸機能を判定し、酸素治療法、身体運動におけるフィットネスを 監視するための、請求の範囲１から１２の一つに記載の装置の使用。 １７．最終呼気ガスの中に含まれるｐＣＯ₂の判定により排卵を判定する ための、請求の範囲１から１２までの一つに記載の装置の使用。