JP2003516213A - 傾斜した織物素材の肺活量計の設計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の空気管アセンブリは、空気管の中空の空間内で第１の管状部（１８）と第２の管状部（２０）の間に配置された平坦な抵抗要素（２２）を備えており、肺活量計との併用を目的としている。この抵抗要素は繊維素材で形成され、空気管内部に傾斜角を設けて配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本願は、1999年11月30日出願の「傾斜形状の織物素材のニューモタック呼吸流
速計設計（Slant Fabric Pneumatach Design）」という名称の米国予備出願番号
第60/168,203号の権益を主張するものであり、同予備出願の内容は出典を明示し
て特に本明細書に援用されている。

【０００２】

【背景技術】

１．発明の属する技術分野 本発明は、肺機能検査（肺活量検査）時に哺乳動物の肺から排出された空気流
と空気量を測定する分野に関するものである。特に、本発明は、肺活量計と併用
するための抵抗要素に向けられているとともに、このような抵抗要素を用いる肺
活量計を目標としている。

【０００３】 ２．関連技術の説明 肺活量計は、例えば人間などの使用者または患者が吐出したり吸入したりした
ガスの体積と流速を測定するために使用される装置である。これらの測定は、肺
活量計の使用者の肺の生理学的研究と性能の診断分析とに重要である。肺疾患ま
たは喘息性疾患を患っている患者を治療するために使用される多様な医学の効果
は、例えば、薬物投与の前後に吐出したガスの体積と流速を監視することにより
分析される。

【０００４】 多年にわたり肺活量計を扱った多数の論文や著述が刊行されている。グレッグ
・ラッペル（Gregg Ruppel）は、シー・ヴィー・モスビー・カンパニー（C. V.
Mosby Company）により1986年に刊行された自著「肺機能試験マニュアル(Manual
of Pulmonary Function Testing）」第４版での147頁から始まる論文中で、多
様な肺試験機具を説明している。154頁から始まる内容で、ラッペルは、多様な
物理的原理を利用して、体積と流れの測定のために積分可能なアナログ出力を生
じる流れ検知装置として呼吸流速計を説明している。ラッペルにより説明された
呼吸流速計と流れセンサーのうちには、圧力降下を生じる空気抵抗要素を備えた
圧力差動型のものがあり、この圧力降下は抵抗要素が配置されている管を通るガ
スまたは空気の流れに比例する。圧力トランスデューサーは、空気の流れと体積
の読取り値を与えるのに好適な機具類により積分可能な電気信号へと圧力読出し
値を変換する。

【０００５】 「肺機能試験ガイドラインと論点（Pulmonary Function Testing Guidelines
and Controversies）」と題するグリュン・アンド・ストラットン・インコーポ
レーティッド社（Grune and Stratton, Inc.）刊、ハーコート（Harcourt）、ブ
レース（Brace）、ジョバノビッチ（Jovanovich）共編、1982年出版の別な刊行
物の91頁から始まる第９章には、アーサー・ドーソン博士（Dr. Arthur Dawson
）著の呼吸流速計描写法（Pneumotachography）と題する論文がある。ドーソン
博士は、流れと圧力差との間の線形関係を維持するために１束の互いに平行な毛
細管から構成された抵抗要素を通って流れる空気が原因で生じる毛細管空気流を
利用するフライシュ呼吸流速計描写法を解説している。ドーソン博士は「呼吸管
理（Respiratory Management）」と題する1987年1月／２月付けの刊行物の46頁
に掲載された「最上級の呼吸流速計描写を実施する方法（How to Make the Most
of Pneumotachography）」と題する別な論文で、フライシュ呼吸流速計では抵
抗要素は1層以上の層の精金属スクリーンから構成されているため、抵抗要素を
通って流れる空気はわずかな圧力勾配を生成し、これは、抵抗の上流側と下流側
の各ポートに接続された高感度マノメータを用いて測定される。

【０００６】 呼吸流速計または流れセンサー、或いは、金属被覆された管の一体管を備えて
毛細管空気流を供与するようにしたマウスピースは、高精度の信頼できる読取り
値を提供することができるように思われるが、１つの問題点は、この性質の抵抗
要素を包含している流れセンサーがコスト高になり得ることである。コストのせ
いで、その性質の抵抗要素を包含する廃棄可能な、すなわち、使い捨て式の流れ
センサーを作成することは経済的に妥当とは言えない。更に、この性質のセンサ
ーは、通例は、反復使用され、従って、或る使用から次の使用までの間に殺菌処
理されねばならない。殺菌処理は、流れセンサーを併用される機器類に対して較
正させる処理に影響を及ぼす可能性があり、よって、周期的な較正のし直しが必
要となることがある。

【０００７】 多数の肺活量計が、非金属製の剛性繊維の抵抗要素が空気管の空気排出管に配
置された状態で構成されているが、これらの装置は、複雑な構成か信頼できない
読取り値か、いずれかを欠陥を被っている。図１Aは先行技術の使い捨て可能な
流れセンサーを例示しており、これは、FS200流れセンサーとしてピューリタン
・ベネット・コーポレーション（Puritan-Bennett Corporation）により販売さ
れており、細長い中空のプラスチック管１０ａと円形の空気入口開口部１１ａと
を一方端に有している。プラスチック管１０ａは部分１２ａで外方向に広がって
、空気排出端においてトランペットのベル形状の様式を呈している。空気排出開
口部は空気抵抗性繊維１３ａで被覆されており、放射方向に延びている圧力ピッ
クオフ開口部またはポート１４ａはプラスチック管１０ａの壁を通って延び、圧
力差信号を電気信号に変換するためのトランスデューサーの取付けを容易にして
いる。繊維１３ａを通る空気流は繊維１３ａの全幅の断面で均一ではなく、空気
流と空気圧の間の非線形関係を生じることがある。

【０００８】 図１Ｂは、商標名「レスピラディン（Respiradyne）」としてチェゼブラウ・
ポンズ（Chasebrough Pond's, Inc.）により販売されている先行技術の装置を例
示している。この装置は細長い中空の管１６ａを備えており、その一方端には円
形の空気入口開口部１７ａが、他方端には同様の円形の空気排出開口部を有して
いる。空気排出開口部１８ａは、位置が反転して次第に収束してゆく円錐または
テントの様式の空気抵抗性繊維２０ａで被覆されている。空気抵抗性繊維２０ａ
の幅を横断する空気流の非均一性は、空気流と空気圧の間に非線形関係を生じる
ことがある。

【０００９】 ビーガンスキ（Bieganski）らに付与された米国特許第4,905,709号は、また別
な肺活量計装置を開示しており、ここでは、抵抗性部材は空気管の密封端付近に
配置されている。図２および図３に例示されているように、この装置は、空気取
入れ口２３ａと、半径方向に延びる圧力ピックオフポート２４ａと、出口端とを
有している中空の細長い管２２ａを備えており、出口端は、基部２６ａと均整の
とれた先細り形状の円錐部２７ａとを有している無孔プラグ２５ａで封止されて
いる。３つの矩形の空気出口開口部３０ａが管２２ａの側壁を貫いて形成されて
いる。開口部３０ａは管２２ａの周辺部を巡って互いに間隔を設けられて、プラ
グ２５ａは開口部３０ａに関連して設置され、テーパ状の円錐部２７ａが実質的
に開口部３０ａの長さにわたって延びるようにしている。従って、管２２ａの空
気出口は、空気流のための均一に分岐する環状の開口部として形成されている。
繊維３１ａの層は開口部を被覆し、管２２ａの端縁部に沿って粘着剤を利用する
ことで、管２２ａに付着されている。この装置は、線形効果を生じるように図る
限り、複雑な構造を取ってしまうことになる。

【００１０】 上記以外の先行技術の肺活量計は、抵抗要素が空気管の、互いに対向する、閉
塞物の無い両端の間に配置された状態で構成されている。空気管の内部に抵抗要
素を特に設置すると、勿論、肺活量計全体の性能に影響を及ぼすことになる。抵
抗要素は、通例は、空気管の２つの互いに対向する両端から厳密な所定距離で、
空気管の内壁に対して垂直な構成、すなわち、直交する構成で設置されている。
典型的な抵抗要素は円板状部材を備えており、その中央を貫通して大きな穴が設
けてある。他の抵抗要素はメッシュ材から形成された円板状部材を備えていても
よく、この場合は、大きな穴は形成されていない。また別な先行技術の装置は、
ガザラ（Gazzara）らに付与された米国特許第5,743,270号に開示されているもの
のような、円板状部材に形成された蝶番付き窓を備えていてもよい。蝶番付き窓
は、空気流速しだいで、多様な程度と度合いに開閉できるようになっている。窓
を備えている先行技術の抵抗要素は低空気流速について幾分効果的であるか、或
いは、高空気流速について幾分効果的であるが、いずれかであるが、高空気流速
と低空気流速の両方について十分に有効な抵抗対圧力の反応を供与しているわけ
ではない。

【００１１】 上述の先行技術の抵抗要素は、線形の抵抗対流速の反応を示さないことが多か
ったし、或いは、複雑かつ嵩高い構造を生じてしまうことが多かった。特に、高
空気流速で（概ね大気圧で）良好な抵抗を示すように構成された抵抗要素は低流
速では適切に性能発揮しないことが多く、他方で、低流速で良好に性能発揮する
よう構成された抵抗要素は高流速では理想的な抵抗を供与しないことが多い。複
雑な抵抗要素は肺活量計の経費を増大させ、かつ／または、肺活量計の信頼性に
負の衝撃を与えることがある。更に、幾分かは線形効果を供与し得る先行技術の
抵抗要素は、同じ患者が抵抗要素を多数回にわたって使用しても一貫した結果を
反復して得ることができないことがある。線形特性を示し、かつ、製造と使用の
両方について経済性に優れ、至便で効果的である肺活量計と肺活量計構成要素を
提供することは有利である。

【００１２】

【発明の概要】

肺活量計で使用するための新規な空気管および抵抗要素と、かかる空気管およ
び抵抗要素を有している肺活量計とが発見された。本発明の空気管および抵抗要
素は使い捨て可能であり、患者による使用後に、これらは肺活量計から除去され
、捨てられる。空気管はほぼ完全に生物分解性である。 本明細書中で使用されているとおり、「生物分解性」という語は、例えば、構
成要素または材料が、通例の埋め立て式ごみ処理地の条件にされされると、わず
か５年で、好ましくはわずか３年のうちに、更にもっと好ましくは、たった１年
のうちに、微生物活動のような自然の生物学的過程により、二酸化炭素、水、メ
タンのような、より環境保護の観点で容認可能な成分に分解可能であることを意
味する。

【００１３】 空気管を生物分解性にすると実質的な利点がある。第一に、空気管が廃棄され
ると、そのような廃棄物が環境に課す負担は、従来のプラスチックまたは金属か
ら作られたような非生物分解性の空気管に比べると低減されている。更に、空気
管は生物分解性なので、廉価で豊富に出回っている（入手し易い）材料から作成
することができる。本発明の抵抗要素は使い捨て可能な繊維またはスクリーンか
ら構成されているのが好ましい。従って、本発明の空気管および抵抗要素は比較
的廉価であり、製造が容易かつ簡単で、高度な製造技術は殆ど必要としないか、
または、全く必要としない。本発明の空気管および抵抗要素は経済効率良く作成
されるので、使用済みの空気管を新しい空気管と置換することは、実質的な経済
的な衝撃もなしに達成することができる。

【００１４】 本発明の空気管を使用している肺活量計は、汚染の危険を低減して、使用者の
肺の性能を経費的に効率良く、信頼できるやり方で、かつ、再生可能なやり方で
測定する。簡単に言うと、本発明の使い捨て可能で、生物分解性の肺活量計の空
気管および抵抗要素は、容認可能な厳密な仕様を得るのに（再生可能な性能を得
るのに）廉価かつ容易に製造され、効果的かつ信頼性高く使用でき、環境保護の
観点で容認可能または安全な対応で効果的に廃棄されて、肺活量計を使用するこ
とで生じる汚染の危険を低減している。

【００１５】 或る広い観点では、本発明は空気管と、空気管を通る空気流の移動の方向に直
交せずに配置された平坦な抵抗要素に向けられおり、本発明の空気管は各々が、
開放取入れ口、これと対向しているのが好ましい開放出口、および、これらの間
の中空の空間を定める管状部から構成されている。管状部は、肺活量計のハウジ
ングに取外し自在に連結されるような寸法と設計になっている。空気管は使い捨
て可能であり、すなわち、肺活量計のハウジングから除去され、或いは、切離さ
れてから捨てることができ、但し、ハウジングは廃棄されない。実質的に管状部
全体が生物分解性であるのが好ましい。開放取入れ口は、肺活量計の使用者の口
に受容されるような寸法と設計になっている。従って、この開放取入れ口と管状
部の開放取入れ口附近の領域とは肺活量計のマウスピースとして作用し、肺活量
計を使用する使用者または患者が開放取入れ口を通して直接的に空気管に息を吐
き入れることができる。本発明の空気管を使用している時には、分離式の、かつ
／または、特殊な構成にされた（比較的高価な）マウスピース／フィルターは全
く必要とならない。各抵抗要素は、空気が抵抗要素を横断して流れると、圧力差
すなわち差を生じるような寸法に設定されており、非線形の流れ対圧力の反応を
示すように設計されている。この反応は実質的にはソフトウエアで線形化される
。抵抗要素は、１秒あたりゼロリットルから１秒あたり15リットルまでの流速の
範囲に亘って、概ね線形の圧力反応を有している。

【００１６】 本発明の別な観点によれば、空気管は、第１管、第２管、カラー管から構成さ
れている。第１管は、近位端、遠位端、第１径を有している。第２管は同様に、
近位端、遠位端、第１径に概ね等しい第２径を有している。抵抗要素は第１管の
近位端および第２管の遠位端に接触しており、空気管を通る空気の移動の方向に
直交しない配向にされた、実質的に平坦な表面を有している。カラー管は、第１
管の近位端と第２管の遠位端の両方の上に適合している。カラー管は、第１径に
概ね等しい内径を有しているとともに、第１径よりも大きい外径を有している。
貫通ポートが第２管に形成されている。貫通ポートは、管状アセンブリにより定
められた中空の空間へと直接開いており、抵抗要素から間隔を設けられている。
貫通ポートは、管状アセンブリの中空の空間と肺活量計の圧力検知アセンブリと
の間を導通状態にする。肺活量計の圧力検知アセンブリは、中空の空間からの圧
力を大気圧と比較する。

【００１７】 本発明の空気管の管状部と抵抗要素とは、生物分解性のある使い捨て可能な材
料から構成されているのが好ましい。この構成の好ましい生物分解性材料として
は、ボール紙、紙、生物分解性ポリマー材などと、これらの混合物がある。或る
特定の有用な実施形態では、管状部は、ボール紙または紙、或いは、これらの混
合物から作成されており、トイレットペーパーが周囲に巻きつけられた管を製造
するために従来から使用されていた方法に類似する方法により製造されるのが、
より好ましい。このような製造方法は、マンドレルまたはこれと同様の実装部の
上にボール紙の管または紙の管を形成してから、この結果として得られた管を所
望の長さに切断する処理を含んでいることが多い。管状部が生物分解性ポリマー
材から作成される場合は、かかる管は従来のポリマー成形技術により形成される
。

【００１８】 抵抗要素は管状部に相対的に設置され、抵抗要素を横断する空気の所与の流速
についての圧力差は、実質的にどの空気管でも同じである。抵抗要素の配向は管
状部の長手方向軸線に垂直ではない。抵抗要素は、抵抗要素を管状部の内壁に粘
着させることにより（例えば、生物分解性粘着剤を用いて）、または、管状部の
２つの別々の分節を、その両者の間の抵抗要素と一緒に接合することにより、管
状部に設置することができる。管状部に抵抗要素を設置するための上記以外の方
法または技術を採用してもよい。同じ肺活量計で使用するように設計された本発
明の空気管の抵抗要素は本質的に同じ構造で同じ構成になっており、そのため、
１つの空気管を別な空気管に置換したことで肺活量計を較正し直したり、別な調
整を加えることは殆ど必要ないか、全く必要ない。

【００１９】 本発明の多くの特性は、このような特性が相互に矛盾するものでなければ、多
様な組合せで利用することができるが、かかる組合せは全て、本発明の範囲に入
る。本発明の上記局面および利点と、上記以外の局面および利点は、特に、同一
部分が同一参照番号を有している添付の図面に関連して理解されれば、以下の詳
細な説明と前掲の特許請求の範囲で明らかとなる。 本発明は、その上記以外の特性と利点と一緒に、添付の例示的図面と関連して
解釈される以下の説明を参照することで最良に理解することができる。

【００２０】

【本発明の好ましい実施の形態の詳細な説明】

図面を特に参照すると、図４、図４Ａ、図４Ｂは、本発明による肺活量計１０
を図示しており、この肺活量計１０は、使い捨て可能な生物分解性の空気管１２
と、ハウジング１４と、制御電子系１６とを備える。肺活量計１０は差圧肺活量
計として広く公知のものであり、一般に、ウオーターソンらに付与された米国特
許第5,137,026号に開示された肺活量計に類似した態様で作動する。

【００２１】 図５および図６を参照しながら空気管１２を説明してゆく。空気管１２は第１
の管状部１８、第２の管状部２０、および、カラー管２１を備えている。空気管
１２は開放取入れ口４６と、開放出口４８とを有している。開放取入れ口４６を
包囲している領域は、人間の口の中に適合するような寸法および設計になってい
る。このマウスピース領域は、口に領域４６を設置してから空気管１２の中空の
空間３０に息を吐出することで、肺活量計１０を使用している患者に使われる。 空気管１２は実質的に生物分解性であるのが好ましいが、抵抗要素は使い捨て
可能であるのが好ましい。管状部１８、２０、２１は、例えば、トイレットペー
パーや同様の製品との併用などを目的として、ボール紙の管が従来技術で作成さ
れる方法と類似した態様で、生物分解性のボール紙、または、重量紙で作成され
る。これらの部分１８、２０、２１は薄い光沢のある層で被膜されるのが好まし
い。

【００２２】 抵抗要素２２は第１の管状部１８と第２の管状部２０の間に嵌合している。抵
抗要素２２は、開放領域の総表面面積に対する割合が比較的高いメッシュで構成
されているのが好ましい。この構造は、例えば、メッシュに使用される糸または
部材の径を減じることにより達成することができる。本発明で具体化されている
ように、抵抗要素２２はポリエステル繊維で構成されており、サーディテク（Sa
aditech）が製造しているPES53／40ポリエステル（食品等級）メッシュで構成さ
れるのがより好ましい。抵抗要素２２の素材は、上記の代用として、ポリエステ
ル、ナイロン、または、スクリーンのいずれであってもよい。本発明の一つの観
点によれば、この素材は水分に対して幾分かは耐水性がなければならない。

【００２３】 特に図５、図５Ａ、図５Ｂを参照すると、第１の管状部１８および第２の管状
部２０は一緒に嵌合する互いに反対の相補型リムを有するように形成されるのが
好ましい。２つのリムは、例えば帯鋸を用いて１本の管を半分に斜め切断すると
いったような方法で第１の管状部材１８および第２の管状部材２０を形成するこ
とにより、形成することができる。本発明の好ましい実施形態では、２つのリム
は、図５Aおよび図５Bに例示されているように、検知レッグ７６から上向きに離
れる方向に角度が付いている。第１の管状部１８および第２の管状部２０の２つ
のリムは、繊維に適合するように、また、繊維を平坦な配向で保持するように形
成されているのが好ましく、この時の配向は、空気管１２の長手方向軸線に直交
しない。この構成によれば、抵抗要素２２は楕円形または長円形の周辺部を備え
ている。

【００２４】 本発明によれば、抵抗要素２２が第１の管状部材１８のリムと第２の管状部材
２０のリムとの間に挟まれている場合には、抵抗要素２２の平面は、管の長手方
向軸線に垂直ではない、または、空気管１２を通る空気流の方向に垂直ではない
角度に配向される。本例で具体化されているように、抵抗要素２２の平面は空気
管１２の長手方向軸線と鋭角を形成し、また、空気管１２の長手方向軸線と約70
°より小さい角度を形成しているのが好ましい。抵抗要素２２の平面は、空気管
１２の長手方向軸線と約50°よりも小さい角度を形成しているのがより好ましい
。本発明の好ましい実施形態では、抵抗要素２２は、空気管１２の長手方向軸線
と約36.5°から約39.5°の角度Ａ１を形成し、空気管１２の長手方向軸線と約38
°の角度を形成するのがより好ましい。

【００２５】 抵抗要素２２がまず、第１の管状部１８に固着されてから、第２の管状部２０
が抵抗要素２２に固着される。変形例として、抵抗要素２２が、まず第２の管状
部２０に固着されてから、第１の管状部１８が抵抗要素２２に固着されてもよい
。本発明の好ましい実施形態では、接着剤（糊）を用いて抵抗要素２２を第１の
管状部１８および第２の管状部２０に固着させる。接着剤（糊）は第１の管状部
１８と第２の管状部２０の両方のリムに付与されるのが好ましく、また、例えば
、ラバーセメントまたは３Ｍ（登録商標）スコッチグリップ（Scotch Grip：登
録商標）4224−NF水分非吸収性充填剤式の接着剤（糊）を含むのが好ましい。

【００２６】 本発明で具体化されているように、第１の管状部１８の外径は第２の管状部２
０の外径に等しく、カラー管２１の内径は、第１の管状部１８および第２の管状
部２０のそれぞれの外径に概ね等しい。カラー管２１は第１の管状部１８と第２
の管状部２０の両方の上に適合するようになっている。粘着剤は第１の管状部１
８と第２の管状部２０の間に抵抗要素２２を固着させるために使用されるのが好
ましいが、第１の管状部１８および第２の管状部２０の上へのカラー管２の密着
摩擦嵌合は、単独でも、修正した実施形態で第１の管状部１８と第２の管状部２
０の間に抵抗要素２２を固着させるのには十分であるかもしれない。

【００２７】 カラー管２１が第１の管状部１８と第２の管状部２０の両方の上に適切に固着
されると、カラー管２１の遠位端２３は第１の管状部１８の遠位端２５と同一平
面になる。更に、ノッチ２７は、カラー管２１の遠位端２３に打ち抜きされた半
円形部を有しているが、第２の管状部のポート２４と整列するのが好ましい。第
２の管状部２０のポート２４は、第２の管状部２０に打ち抜きされた円形部を有
しているのが好ましい。ノッチ２７および／またはポート２４は、３つの部材片
１８、２０、２１の組立て前か組立て後のいずれかに、カラー管２１および／ま
たは第２の管状部２０に形成されればよい。３つの要素１８、２０、２１の組立
て後は、ポート２４は空気管１２の中空の空間３０（図６）の中へと直接開いて
いる。 図６は組立てた状態の空気管１２を例示している。空気管１２は３つの部材片
からなる構成をとるのが本発明では好ましいが、３つの部材片１８、２０、２１
は、例えば１本の管と置換することができ、および／または、抵抗要素２２は楕
円形または長円形のリング（図示せず）に固着されていてもよく、その場合、こ
のリングは上記１本の管の内部に挿入される。

【００２８】 人間の患者が概ね大気圧で空気管１２の端部に息を吹き込むと、抵抗要素２２
を通る空気流を生じるが、この抵抗要素は、通例、１秒あたりゼロリットルと約
16リットルの間の空気流速を包含し得る。抵抗要素２２により供与される抵抗は
、上述のような多様な空気流速のなかでも概ね線形であるのが理想的である。抵
抗要素２２の非線形流れ対圧力の反応は、本発明で具体化されているように、ソ
フトウエアにより実質的に線形化される。 抵抗要素２２の目的は、背圧（吐く息の場合）と、ポート２４を介して読取ら
れる真空（吸う息の場合）とを設けることである。先行技術の直交配置の抵抗要
素は、場合によっては、吐く息の場合に大きすぎる背圧を設けることがある。本
発明に従って抵抗要素２２を傾斜した配向にすると、多孔性の繊維表面をより多
く露出するため、背圧を低減するのに役立つ。

【００２９】 本発明の好ましい実施形態では、空気管１２を通る１秒あたり14リットルの空
気流でわずか約２０８．２８ｍｍ（8.2インチ）の水圧を生成することである。
これは米国胸部学会（ATS）要件である。別な目的は、特定の実施形態で使用さ
れる特定のハードウエアおよびソフトウエアについて特異であるが、圧力トラン
スデューサー８０の内部のヒステリシスの影響を克服するために、１秒あたり10
0ミリリットルの流速で背圧を約０．３０４８ｍｍ（約0.012インチ）までに維持
することである。例えば、他のトランスデューサーはこの問題を提起することが
ないかもしれない。第３の目的は、これもまた特定のトランスデューサーに特有
であるが、１秒あたり−14リットルの空気流速で吸気真空を約２５４ｍｍ（約10
インチ）か、それより低い圧力水頭レベルに制限することである。 一般的には、抵抗要素２２は、１秒あたりゼロリットルから約16リットルの間
の流速については、非常に良好な概ね線形の流速対抵抗の反応を供与する。通例
、不健康な患者は高い流速を生じることが不可能なので、本発明の抵抗要素２２
の１つの重要な要素として、低い流速で供給される抵抗が挙げられる。この同じ
抵抗要素は、高い流速でも良好に機能する。従って、抵抗要素２２は、患者が息
を吐いたり吸ったりするのとは無関係に、多様な流速にわたって良好な抵抗を供
与する。

【００３０】 図４を再度参照するが、空気管１２を使用するのが望ましい時には、空気管は
梱包を解いて、ハウジング１４に連結される。特に、空気管１２はハウジング管
５１に連結される。ハウジング管５１はタブ５２を有しており、これは、空気管
１２のノッチ２７（図５A）の内部に嵌合するようになっている。空気管１２が
ハウジング管５１に設置される前に、ノッチ２７はポート２４（図５A）と整列
させられ、本発明で具体化されているように、ハウジング管５１に挿入される直
前に、使用者により手で整列状態にされる。ノッチ２７がポート２４と整列する
と、ポート２４は、図７に例示されるように、圧力検知レッグ７６と整列する。
特に、圧力検知レッグ７６の吸引カップ形状部７７はポート２４の周囲に付着し
て気密適合する。吸引カップ形状の取り付け部７７はシリコーンゴムまたはビニ
ルから構成されているのが好ましく、ポート２４の周囲に良好に適合するように
されることにより、この界面における空気の漏れを減衰する。その結果、患者が
出した息は圧力検知レッグ７６に導入されることは無く、圧力検知レッグ７６の
汚染が回避される。或る好ましい実施形態では、圧力検知レッグ７６と吸引カッ
プ形状部７７は空気管１２上に接着され、圧力検知レッグ７６は、差圧トランス
デューサー８０に連結された大きい方の径のレッグ内に包み込まれるように嵌合
する。接着剤（糊）の具体例としては、ラバーセメント、または、３Ｍ（登録商
標）スコッチグリップ（Scotch Grip：登録商標）4224−NF水分吸収性または非
吸収性の充填剤式の接着剤（糊）がある。

【００３１】 空気管１２のノッチ２７がハウジング管５１の内部に設置された後では、また
、特に、整列用タブ５２の上に設置された後では、カラー管２１の遠位端２３は
ハウジング管５１の遠位端と同一平面に位置するべきである。この時点で、肺活
量計１０は使用準備が完了する。ここで留意しなければならないのは、空気管１
２はハウジング管５１よりも長く、ハウジング管と適切に連結されると、ハウジ
ング管の一方端を越えて張り出す。比較的長い空気管１２は、肺活量計使用者か
ら吐き出された空気がハウジングと有効接触してハウジングを汚染する危険を低
減する。

【００３２】 図７は、空気管１２が圧力検知レッグ７６に対して適切に配置され、位置決め
された後の、本発明による肺活量計の一般的な動作を例示している。この概略説
明は、肺活量計１０のような、本発明によるどの肺活量計を用いた場合にも当て
はまる。貫通ポート２４（図５Ａ）は圧力検知レッグ７６と導通している。これ
とは別な汚染防止策として、圧力検知レッグ７６はフィルターを装備していても
よいが、これは必須要件ではない。圧力検知レッグ７６は差圧トランスデューサ
ー８０と導通しており、このトランスデューサーは、例えば、商標MPX2020Dとし
てモトローラ（Motorola）から販売されているトランスデューサーであってもよ
い。圧力トランスデューサー８０は１対の出力ワイヤ８２、８４に電気信号を生
成し、この信号は圧力検知レッグ７６と検知された大気圧との間の差圧に比例す
る。この信号は、差動増幅器段８６により増幅され、増幅器出力をディジタル信
号に変換するアナログ−ディジタル変換器８８に送信される。

【００３３】 変換器８８からの出力は、制御エレクトロニクス１６の一部を構成しているマ
イクロプロセッサ９０に送信される。マイクロプロセッサ９０はROM９２に記憶
されたアルゴリズムを利用して、変換器８８からの信号に基づいて幾つかの計算
を実施し、更に、その計算結果である体積や流速などを表示装置に表示するが、
表示装置は具体的には従来型のモニターか液晶表示装置モジュールであればよい
。マイクロプロセッサ９０は電源９１により給電され、スイッチ９６を始動させ
て、マイクロプロセッサ９０により肺活量計１０の動作を開始させることができ
る。各測定期間中の結果はRAM９８に記憶され、将来の参考に供することができ
る。マイクロプロセッサ９０のプログラミングを変更することができるようにす
るために、入出力ポート１００が設けられていてもよい。更に、指令を受けると
同時に、RAM９８に蓄積された結果を入出力ポート１００を介してプリンタまた
はコンピュータにダウンロードすることができるように、マイクロプロセッサ９
０がプログラムされていてもよい。

【００３４】 ウオーターソンらに付与された上述の米国特許第5,137,026号は、その内容が
出典を明示して本明細書に援用されているが、肺活量計の動作に関してまた別な
詳細を提示している。いずれの場合でも、患者が肺活量計１０を用いて或る治療
実施または診断実施を完了した時は、生物分解性の空気管１２はハウジング管か
ら除去され、環境に配慮して安全な態様で廃棄される。図４、図４Ａ、図４Ｂに
示されているように、ハウジング１４は使用者の片手に把持されるような構造に
なっている。例えば、ハウジング１４のシャフト１０２は片手で握るのが簡単に
なるように構成されている。

【００３５】 図４、図４Ａ、図４Ｂに示された実施形態は、手で把持されるハウジング１４
の内部に配置された制御エレクトロニクス１６を備えている。外部コンピュータ
またはプリンタとの通信は、ハウジング１４に搭載した従来型のRJ-1１簡易接続
ジャックのようなジャック１０５を用いて変換器に接続されるケーブル１０６に
より行うことができる。本発明で好ましいのであるが、通信は別な赤外線データ
通信標準化会（IRDA）リンクにより行うことも可能であり、このリンクはハウジ
ング１４と外部コンピュータまたはプリンタとの間で動作可能である。変換器８
８、増幅器段８６、および、圧力トランスデューサー８０は、マイクロプロセッ
サ９０および電源９１からケーブル１０６により給電することができる。変形例
として、ハウジング１４に含まれるエレクトロニクスは、従来型の再充電可能な
ニッケル−カドミウム電池のようなバッテリーパックにより個別に給電され得る
。このようなバッテリーパックが使用される場合、ハウジング１４は、バッテリ
ーパックを充電することができるようにするポートを備えている。

【００３６】 図４、図４Ａ、図４Ｂに例示された実施形態は完全に新規な肺活量計として有
用であり、或いは、空気管１２およびハウジング１４を利用して、既存の肺活量
計を改修することができる。例えば、既存の肺活量計は、常設呼吸管、圧力検知
レッグ、圧力トランスデューサー、増幅器、アナログ−ディジタル変換器を有し
ており、また、制御エレクトロニクス１６に実質的に類似してる態様で機能する
専用の制御システムに接続される。既存の手で把持するユニットを、ハウジング
１４と、このハウジングに連結された構成要素またはハウジング内部に配置され
た構成要素とに置換するだけで、本発明の利点の大半を有している改修型の肺活
量計が製造される。

【００３７】 本発明の具体的な実施形態を例示し、説明してきたが、上記各段落に明示され
た変更例、修正例、代用例のほかにも、本発明の精神および範囲から必ずしも逸
脱せずに、当業者ならば多くのまた別な変更、修正、代用を行うことができると
思われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、先行技術の肺活量計の空気管を例示した図である。

【図２】 図２は、先行技術の肺活量計の空気管を例示した図である。

【図３】 図３は、先行技術の肺活量計の空気管を例示した図である。

【図４】 図４は、本発明の好ましい実施形態による肺活量計の側面図である。

【図４Ａ】 図４Ａは、本発明の好ましい実施形態による肺活量計の正面図である。

【図４Ｂ】 図４Ｂは、本発明の好ましい実施形態による肺活量計の背面図である。

【図５】 図５は、本発明の好ましい実施形態の空気管の分解図である。

【図５Ａ】 図５Ａは、本発明の好ましい実施形態の空気管の組立図である。

【図５Ｂ】 図５Ｂは、本発明の好ましい実施形態の空気管の断面図である。

【図６】 図６は、本発明の好ましい実施形態の空気管の断面図である。

【図７】 図７は、本発明による肺活量計を例示した概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 リクター パトリック エイ アメリカ合衆国 ミネソタ州 55447 ノ ース プリマス トゥウェンティーセブン ス アベニュー 14755 Ｆターム(参考） 2F030 CA04 CC11 CE02 CE22 CF01 4C038 SS05 ST00 SU02 SX01

Claims (40)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 肺活量計で使用するための空気管アセンブリであって、 第１の近位端、第１の遠位端、および、第１の近位端と第２の遠位端の間に延
   びる第１の長手方向軸線を有する第１の管を備えており、前記第１の遠位端は垂
   直平面の範囲に完全には入らない遠位リムを有しており、前記垂直平面は、前記
   第１の長手方向軸線に実質的に直交している平面として定められており、 第２の近位端、第２の遠位端、および、第２の近位端と第２の遠位端の間に延
   びる第２の長手方向軸線を有する第２の管を更に備え、前記第２の近位端は前記
   垂直平面の範囲に完全には入らない近位リムを有しており、 前記第１の管と前記第２の管の両方に接触することにより、前記第１の管を前
   記第２の管に接合する結合部材を更に備える、 ことを特徴とする空気管アセンブリ。
2. 【請求項２】 前記遠位リムは第１平面に位置しており、前記近位リムは第
   ２平面に位置していることを特徴とする、請求項１に記載の空気管。
3. 【請求項３】 前記空気管アセンブリの内部に配置され、前記第１の管およ
   び前記第２の管のうちの少なくとも一方に接触している抵抗要素を更に備えてい
   ることを特徴とする、請求項１に記載の空気管アセンブリ。
4. 【請求項４】 前記抵抗要素は、前記近位リムと前記遠位リムのうち少なく
   とも一方に接触することを特徴とする、請求項３に記載の空気管アセンブリ。
5. 【請求項５】 前記抵抗要素は前記近位リムと前記遠位リムの両方に接触す
   ることを特徴とする、請求項４に記載の空気管アセンブリ。
6. 【請求項６】 前記抵抗要素は前記近位リム全体に接触しており、前記抵抗
   要素は前記遠位リム全体に接触していることを特徴とする、請求項５に記載の空
   気管アセンブリ。
7. 【請求項７】 前記抵抗要素は前記近位リムと前記遠位リムの両方に接着さ
   れていることを特徴とする、請求項６に記載の空気管アセンブリ。
8. 【請求項８】 前記抵抗要素の周辺部は前記近位リムの周辺部に実質的に等
   しく、前記近位リムの周辺部は前記遠位リムの周辺部に実質的に等しく、前記抵
   抗要素は前記近位リムと前記遠位リムの両方に接着されることを特徴とする、請
   求項６に記載の空気管アセンブリ。
9. 【請求項９】 前記抵抗要素はポリエステルのメッシュまたはナイロンのメ
   ッシュで構成されることを特徴とする、請求項８に記載の空気管アセンブリ。
10. 【請求項１０】 前記抵抗要素はPES53／40のメッシュで構成されることを
    特徴とする、請求項８に記載の空気管アセンブリ。
11. 【請求項１１】 前記遠位リムは第１平面に位置しており、前記近位リムは
    第２平面に位置しており、前記第１平面は前記第２平面に実質的に平行であるこ
    とを特徴とする、請求項１に記載の空気管。
12. 【請求項１２】 前記近位リムおよび前記遠位リムに接触している抵抗要素
    を更に備えていることを特徴とする、請求項１１に記載の空気管アセンブリ。
13. 【請求項１３】 前記抵抗要素は、前記近位リムと前記遠位リムの間に挟ま
    れていることを特徴とする、請求項１２に記載の空気管アセンブリ。
14. 【請求項１４】 前記抵抗要素は前記近位リムと前記遠位リムの両方に接着
    されていることを特徴とする、請求項１３に記載の空気管アセンブリ。
15. 【請求項１５】 前記抵抗要素の周辺部は前記近位リムの周辺部に実質的に
    等しく、近位リムの周辺部は前記遠位リムの周辺部に実質的に等しいことを特徴
    とする、請求項１４に記載の空気管アセンブリ。
16. 【請求項１６】 前記抵抗要素はポリエステルのメッシュまたはナイロンの
    メッシュで構成されることを特徴とする、請求項１４に記載の空気管アセンブリ
    。
17. 【請求項１７】 前記抵抗要素はPES53／40のメッシュで構成されることを
    特徴とする、請求項１６に記載の空気管アセンブリ。
18. 【請求項１８】 前記結合部材は、前記第１の遠位端および前記第２の遠位
    端の周囲に適合するようにされた第３の管を備えていることを特徴とする、請求
    項１７に記載の空気管アセンブリ。
19. 【請求項１９】 前記第１の管は、第１の管の壁の一点に配置された圧力ポ
    ートを備えており、前記垂直平面がその点と交差するように定められている場合
    は、第２の点が、前記第１の点とは反対側にあって、前記垂直平面上にも位置し
    ているように定められ、遠位平面は前記第１の点から上向きに離れる方向に傾斜
    しており、その結果、前記第１の点を通り、かつ、前記第１の長手方向軸線に平
    行な方向に沿って測定される前記第１の管の長さが、前記第２の点を通り、かつ
    、前記第１の長手方向軸線に平行な方向に沿って測定される前記第１の管の別な
    長さよりも短くなるように構成されたことを特徴とする、請求項１８に記載の空
    気管アセンブリ。
20. 【請求項２０】 前記第１の管は、前記第１の管の壁の一点に配置された圧
    力ポートを備えており、前記垂直平面がその点と交差するように定められている
    場合は、第２の点が、前記第１の点とは反対側にあって、前記垂直平面上にも位
    置しているように定められ、前記遠位平面は前記第１の点から上向きに離れる方
    向に傾斜しており、その結果、前記第１の点を通り、かつ、前記第１の長手方向
    軸線に平行な方向に沿って測定される前記第１の管の長さが、前記第２の点を通
    り、かつ、前記第１の長手方向軸線に平行な方向に沿って測定される前記第１の
    管の別な長さよりも短くなるように構成されたことを特徴とする、請求項１１に
    記載の空気管アセンブリ。
21. 【請求項２１】 前記遠位平面に実質的に平行である平面上に位置している
    抵抗要素を更に備えていることを特徴とする、請求項２０に記載の空気管アセン
    ブリ。
22. 【請求項２２】 前記抵抗要素はポリエステルのメッシュまたはナイロンの
    メッシュで構成されることを特徴とする、請求項２１に記載の空気管アセンブリ
    。
23. 【請求項２３】 前記抵抗要素はPES53／40のメッシュで構成されることを
    特徴とする、請求項２２に記載の空気管アセンブリ。
24. 【請求項２４】 １秒あたり約14リットルの流速で空気が前記抵抗要素を通
    過させられるたびに、圧力水頭が約２０８．２８ｍｍ（約8.2インチ）の抵抗を
    反復して生じるように抵抗要素が設計されていることを特徴とする、請求項２０
    に記載の空気管アセンブリ。
25. 【請求項２５】 肺活量計で使用するための空気管アセンブリであって、 近位端、遠位端、および、近位端と遠位端の間に延びる管の長手方向軸線を有
    しており、空気管はその内部に実質的に平坦な抵抗要素が配置されており、前記
    実質的に平坦な抵抗要素は、管の長手方向軸線に実質的に直交する平面として定
    められた垂直平面の範囲に完全には入らないことを特徴とする空気管アセンブリ
    。
26. 【請求項２６】 前記抵抗要素は一平面上に在ることを特徴とする、請求項
    ２５に記載の空気管アセンブリ。
27. 【請求項２７】 前記空気管は、空気管の壁の一点に配置された圧力ポート
    を備えており、前記垂直平面がその点と交差するように定められている場合は、
    第２の点が、第１の点とは反対側にあって、垂直平面上にも位置しているように
    定められ、前記平面は第１の点から上向きに離れる方向に傾斜しており、その結
    果、前記第１の点を通り、かつ、管の前記長手方向軸線に平行な方向に沿って測
    定される空気管の長さが、前記第２の点を通り、かつ、管の前記長手方向軸線に
    平行な方向に沿って測定される空気管の別な長さよりも短くなるように構成され
    たことを特徴とする、請求項２６に記載の空気管アセンブリ。
28. 【請求項２８】 前記抵抗要素はポリエステルのメッシュまたはナイロンの
    メッシュで構成されることを特徴とする、請求項２７に記載の空気管アセンブリ
    。
29. 【請求項２９】 前記抵抗要素はPES53／40のメッシュで構成されることを
    特徴とする、請求項２８に記載の空気管アセンブリ。
30. 【請求項３０】 肺活量計の空気管で使用するための抵抗要素であって、 空気管の内部で傾斜角を設けて設置されるような寸法および形状にされた基部
    材を備えており、前記傾斜角は空気管の長手方向軸線に対して直角ではなく、前
    記基部材は空気流に対する抵抗を生じるのに好適な多孔性を有しており、前記抵
    抗要素が空気管の内部に固着されている場合は、空気流に対する抵抗は、概ね大
    気圧下で１秒あたりゼロリットルと約15リットルの間の多様な空気流速にわたっ
    て概ね線形であり、前記抵抗要素は平坦な形状と楕円形または長円形の周辺部と
    を有して、空気管内に傾斜角を設けて抵抗要素を設置するのを容易にしているこ
    とを特徴とする抵抗要素。
31. 【請求項３１】 前記抵抗要素は、前記空気管内部に傾斜角を設けて固着さ
    れている場合は、１秒あたり約14リットルの流速で空気が前記抵抗要素を通過さ
    せられるたびに、圧力水頭が約8.2である抵抗を反復して生じるようになってい
    ることを特徴とする、請求項３０に記載の肺活量計で使用するための抵抗要素。
32. 【請求項３２】 前記抵抗要素は、前記空気管内部に固着されている場合は
    、１秒あたり約100ミリリットルの流速で空気が抵抗要素を通過させられるたび
    に、圧力水頭が約０．３０４８ｍｍ（約0.012インチ）の抵抗を反復して生じる
    ようになっていることを特徴とする、請求項２０、請求項２４、請求項３０、請
    求項３１のいずれか１項に記載の、肺活量計で使用するための抵抗要素。
33. 【請求項３３】 前記抵抗要素は、前記空気管の内部に固着されている場合
    は、１秒あたり約−14リットルの流速で空気が抵抗要素から抜き取られるたびに
    、圧力水頭が約２５４ｍｍ（約10インチ）の抵抗（吸気真空）を反復して生じる
    ようになっていることを特徴とする、請求項３２に記載の、肺活量計で使用する
    ための抵抗要素。
34. 【請求項３４】 前記抵抗要素は、前記空気管の内部に固着されている場合
    は、１秒あたり約−14リットルの流速で空気が抵抗要素から抜き取られるたびに
    、圧力水頭が約２５４ｍｍ（約10インチ）の抵抗（吸気真空）を反復して生じる
    ようになっていることを特徴とする、請求項２０、請求項２４、請求項３０、請
    求項３１のいずれか１項に記載の、肺活量計で使用するための抵抗要素。
35. 【請求項３５】 前記第１平面は管の前記第１の長手方向軸線と約50度より
    も小さい角度を形成していることを特徴とする、請求項１１、請求項１３、請求
    項１７のいずれか１項に記載の空気管。
36. 【請求項３６】 前記第１平面は管の前記第１の長手方向軸線と約38度の角
    度を形成していることを特徴とする、請求項１１、請求項１３、請求項１７のい
    ずれか１項に記載の空気管。
37. 【請求項３７】 前記遠位平面は管の前記第１の長手方向軸線と約50度より
    も小さい角度を形成していることを特徴とする、請求項２１または請求項２３に
    記載の空気管アセンブリ。
38. 【請求項３８】 前記遠位平面は管の前記第１の長手方向軸線と約38度の角
    度を形成していることを特徴とする、請求項２１または請求項２３に記載の空気
    管アセンブリ。
39. 【請求項３９】 前記平面は管の前記長手方向軸線と約50度よりも小さい角
    度を形成していることを特徴とする、請求項２６に記載の空気管アセンブリ。
40. 【請求項４０】 前記平面は管の前記長手方向軸線と約38度の角度を形成し
    ていることを特徴とする、請求項２６に記載の空気管アセンブリ。