JP2003518402A

JP2003518402A - 特に馬やラクダ等といったような動物のための生物工学的肺活量測定システム

Info

Publication number: JP2003518402A
Application number: JP2001548016A
Authority: JP
Inventors: マティアス・ゲールケ; ラルフ・ヘンカー; クラウス−ペーター・クレチュマー
Original assignee: コルテックスビオフェジークゲーエムベーハー
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2003-06-10
Also published as: EP1229833A1; WO2001047417A1; EP1229833B1

Abstract

(57)【要約】本発明は、動物のための生物工学的肺活量測定システムであって、呼吸ガスマスク（１）と、ガス体積流量を測定するセンサと、呼吸ガス内のＣＯ₂／Ｏ₂濃度を検出する測定ユニット（１７）と、ベースステーション内において測定結果をさらに処理したりするための接続・信号伝達を行う手段と、を具備してなる場合において、体積流量センサハウジング（３）内に、流通チャンバ（１４）が設けられ、流通チャンバ内に、複数の流通チャネル（１５）が形成され、流通チャネルは、複数のスクリーン（１９）によって形成され、スクリーンには、互いにオフセット状態で配置された開口（２０）が形成され、これら開口の中心どうしが、仮想連結ライン上に位置し、仮想連結ラインの両端に、体積流量を決定するための超音波トランスデューサ（２２）が配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、特に馬やラクダ等といったような動物のための生物工学的肺活量測
定システムに関するものであり、請求項１の序部分に記載されているように、漏
斗形状の円筒状または半球状呼吸ガスマスクと、ガス体積流量を測定するための
センサと、このセンサと協働することによって混合チャンバ原理または呼吸繰返
し原理に基づいて呼吸ガス内のＣＯ₂／Ｏ₂濃度を検出するための測定ユニットと
、ベースステーション内において測定結果をさらに処理したり表示したりおよび
／または解析したりし得るための、接続および／または信号伝達を行う手段と、
を具備している。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】

例えば実験室外におけるヒトの運動負荷研究（あるいは、ストレス研究）とい
ったような目的のための、携帯型（持ち運び式）の生物工学的肺活量測定デバイ
スは、ここ数年の間に公知となっている。このような携帯型システムを使用すれ
ば、安静状態と運動負荷状態（あるいは、ストレス状態）との双方に関して、運
動場や作業場内において直接的に解析を行うことができる。遠隔通信ユニットを
使用することにより、リアルタイムでもって、測定したデータをパーソナルコン
ピュータやノートブック型コンピュータへと伝送することができ、データの評価
後において、トレーニング方法や実行方法を適切に制御することができる。この
ようなデバイスは、労働やスポーツやリハビリ医療といった分野において、能力
の医療的診断における新たな応用をもたらした。

【０００３】国際特許出願第９８／５３７３２号というＰＣＴ出願には、遠隔式データ転送
ユニットを有した携帯型の生物工学的肺活量測定システムが開示されている。こ
の文献に開示されている構成を使用すれば、酸素取込量や二酸化炭素生成量とい
ったような個々のパラメータを観測することができ、ヒトにとって自然的な雰囲
気状況下において、呼吸の解析と、心臓リズムの測定と、を組み合わせることが
できる。

【０００４】この公知の知見においては、測定対象に対して取り付けられる携帯型ユニット
は、呼吸用マスクに加えて、呼吸ガス内のＯ₂濃度およびＣＯ₂濃度を測定するた
めのガス分析デバイスを備えている。さらに、心拍数モニターが設けられている
。この心拍数モニターからの出力信号は、携帯型ユニットの一構成要素をなすマ
イクロプロセッサへと伝送される。測定データは、内部メモリ内に格納され、遠
隔伝送手段を介することによって、パーソナルコンピュータシステムに対して接
続されている遠隔レシーバへと伝送される。

【０００５】携帯型生物工学的肺活量測定システム、および、特に、このシステムにおいて
ヒトの場合の体積流量を決定するために使用されている技術は、獣医学的診断と
いう目的に対しては、直接的には適用することができず、また、容易に応用する
こともできない。

【０００６】例えば、１分間に１０〜１４回という範囲の休息レベルから１分間に最大で１
２０〜１５０にもなるという負荷時のレベルへと呼吸数が大幅に変動するような
馬の場合には、結果的に体積流量が大幅に変動し、体積流量がかなり大きなもの
となり得る。さらに、動物から吐出されるガスは、かなり大きな湿度を有してお
り、そのため、体積流量を測定するために使用しているセンサが、湿気の蓄積に
よって損傷を受けてしまったり機能を発揮できなくなってしまうこととなり得る
。そのため、このようなデバイスは、不適切な結果をもたらしたり、あるいは、
不十分な信頼性しかもたらさない。

【０００７】加えて、混合チャンバ原理が使用される場合には、空気循環のために必要とさ
れるポンプが、動物の非常に速い呼吸速度に追従できなくなる、すなわち、不適
当なものとなる。この点において、流量センサとポンプとの間に配置される吸込
ライン内に圧力降下が発生したときには、呼吸速度が速くかつ吸込ラインの長さ
が長いことにより、減少が重大なレベルに到達してしまい、そのため、吐出フェ
ーズの終了時に、周囲空気が吸引されてデータに誤差が生じるというリスクがあ
る。

【０００８】よって、本発明の目的は、特に馬やラクダ等といったような動物のための生物
工学的肺活量測定システムであって、呼吸ガス内のＣＯ₂／Ｏ₂濃度を検出するた
めのセンサおよび測定ユニットと、呼吸ガスの体積流量を測定するための特別の
センサと、を具備し、さらに、測定結果をさらに処理したり表示したりおよび／
または解析したりし得るための、接続および／または信号伝達を行う手段と、を
具備しているような、システムを提供することである。この生物工学的肺活量測
定システムにおいては、特に、呼吸速度が速くかつ流量測定センサとＣＯ₂／Ｏ₂ 濃度検出用センサおよび測定ユニットとの間に長い距離が必要とされているとい
う特別の状況を考慮することによって、流量センサを含む流通系内へと動物に起
因する湿気やゴミが呼吸時に侵入したにしても、あるいは、同様の汚染が吸息時
に周囲から流入したにしても、正確な測定値を確実に得ることができるような手
段を提供することが意図されている。特に、混合チャンバ原理が使用されている
場合には、本発明においては、周囲空気の望ましくない吸入が起こらないことが
保証されるべきであり、また、従来と同じくある程度の慣性を有している空気圧
システムが、負荷時に動物の呼吸速度が上昇した際にも、測定に誤差をもたらさ
ないことが保証されるべきである。

【０００９】よって、生物工学的肺活量測定システムに属する流量センサは、動物が安静時
であっても自然内で移動していてもあるいは運動していても、実際の環境下にお
いて、短時間であってもまた長時間であっても、正確な測定をもたらし得るべき
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

本発明の目的は、請求項１における特徴部分による生物工学的肺活量測定シス
テムによって得られる。従属請求項は、有利な実施形態や、さらなる改良を規定
しており、特に、混合チャンバ原理をベースとした測定における空気圧制御の観
点からのさらなる改良を規定している。

【００１１】したがって、本発明の基本思想は、動物のための生物工学的肺活量測定システ
ムにおいて、呼吸ガスマスク上に、体積流量センサのためのハウジングを着脱可
能に取り付けるための取付手段を設けることである。取付手段は、例えばスナッ
プ取付といったように形状による適合によっておよび／または強制力による適合
によって取り付け得るように構成することができる。これにより、まず最初に、
マスクを、動物に対して簡便に取り付けてシールすることができ、その後のステ
ップにおいて、電気的コネクタまたは空気圧的コネクタを有したセンサハウジン
グを、マスクに対して固定することができる。

【００１２】意図していることは、呼吸ガスマスクを取り外したり交換したりする必要なく
、テスト条件に応じて、体積流量センサハウジングを、迅速にかつ容易に交換可
能とすることである。

【００１３】体積流量センサハウジングは、少なくとも１つの流通チャンバを備え、流通チ
ャンバには、一方においては呼吸ガスマスクの開口と流体連通しかつ他方におい
ては体積流量センサハウジングの周囲壁の開口と流体連通した、開口が形成され
ている。

【００１４】流通チャンバ内には、複数の流通チャネルが形成され、複数の流通チャネルは
、各々が流通方向に沿って配置されかつ互いに平行とされかつ互いに離間して配
置された複数のスクリーンによって形成される。スクリーンには、互いにオフセ
ット状態で配置されているとともに、円形や楕円形といったような所定形状を有
するものとされた開口が形成されている。これら開口の中心どうしは、実質的に
仮想連結ライン上に位置しており、仮想連結ラインは、好ましくは、関連する流
通チャンバ内において傾斜した向きとされる。

【００１５】仮想連結ラインの両端には、体積流量を決定するための超音波トランスデュー
サが配置され、これらトランスデューサからのビームは、実質的に仮想連結ライ
ン上に位置するものとされている。

【００１６】トランスデューサの各々は、送信器および受信器として交互的に機能し得るよ
うに接続される。そのため、妨害因子の影響が低減され、測定誤差を除去するこ
とができる。

【００１７】複数の流通チャネルを形成する複数のスクリーンにより、流通チャネルに沿っ
て流通する呼吸ガスは、一方向においてチャネル化されるすなわち一様化される
。しかしながら、流通チャネルに沿って流通する呼吸ガスは、望ましくない渦が
除去されつつも、乱流のままである。さらに、開口を有したスクリーンは、意図
した態様でもって超音波信号の伝搬に影響を与える。その結果、望ましくない反
射が、低減され除去される。超音波信号の時空間が制御され超音波信号に関する
信号解析が適切に調節されることにより、体積流量値の精度が向上する。このこ
とは、すべての測定に関して望ましいことである。

【００１８】超音波の動作周波数を適切に選択することにより、また、トランスデューサに
対して安定的なゴミ反発性かつ水分反発性の表面コーティング層を設けることに
より、十分に大きな音響エネルギーを生成することができるとともに、トランス
デューサの選択性を確保することができる。これにより、超音波トランスデュー
サに対してもたらされる不可避的な汚れが、小さくなり、測定結果に誤差が生じ
ることがない。例えば、そのようなコーティングは、ポリテトラフルオロエチレ
ンや、部分的に芳香族系のポリアミドや、同様の材料から形成することができる
。超音波トランスデューサの動作周波数は、実質的に３５０〜５００ｋＨｚとい
う範囲とされ、好ましくは、４００〜４５０ｋＨｚという範囲とされる。

【００１９】本発明による呼吸ガスマスクは、呼吸ガス流のすべてが体積流量センサハウジ
ング内の流通チャンバを通って流通し得るよう、動物の頭部に対してシールされ
る。体積流量センサハウジングと呼吸ガスマスクとの間には、付加的なシール手
段またはシール面を設けることもできる。

【００２０】超音波トランスデューサは、体積流量センサハウジングの周囲壁に対して、融
着および／または形状適合される。好ましくは、ここで使用される超音波トラン
スデューサは、小さな寸法のトランスデューサ表面を有し、このトランスデュー
サ表面からのビームは、小さな開口角度を有している。

【００２１】流通チャンバ内のスクリーンは、ガス流通に適した薄い厚さのものとされ、か
つ、大いなる平滑性を有したフラットな表面を有している。スクリーンは、好ま
しくは、ステンレススチール材料から形成され、スクリーンの厚さは、０．１５
〜０．４５ｍｍという範囲とされ、好ましくは、０．２〜０．４ｍｍという範囲
とされる。

【００２２】体積流量センサハウジング内には、信号前処理用電子回路が配置され、この電
子回路は、トランスデューサを駆動するとともに体積流量を測定し、さらに、前
処理によって得られた電気信号であって、より安定的なものとされた電気信号を
、対応電気接続ラインを介して測定ユニットへと伝送し得るものとされる。

【００２３】体積流量センサハウジング上には、測定ユニット内へと呼吸ガスを輸送する目
的で、吸込チューブを接続するための接続ブランチが配置される。接続ブランチ
は、いくぶん離れたところに配置される。

【００２４】体積流量センサハウジング自体は、プラスチックから形成できるとともに、互
いに並置された２つの流通チャンバを備えた実質的に対称な基本形状のものとさ
れる。流通チャンバは、呼吸ガスマスク内における開口の長尺方向に延在し、好
ましくは、動物の鼻孔が位置する領域に位置合わせして配置される。流通チャン
バどうしの間の領域は、信号前処理用電子回路を収容するように構成することが
できる。

【００２５】各流通チャンバ内においては、関連する評価用電子回路からの制御によって、
超音波トランスデューサが各流通チャンバ内の体積流量を測定し得るようにして
、超音波トランスデューサが配置され、これにより、全体積流量が得られるよう
になっている。

【００２６】動物の体に対して付設されるあるいはその動物を担当している担当者の体に対
して付設される、ＣＯ₂センサおよびＯ₂センサを有した測定ユニットは、遠隔通
信モジュールを備えている。一方、離間したところに配置されたベースステーシ
ョンは、データ伝送のためのまたは命令伝送のための一方向性または双方向性経
路を確立し得るよう、遠隔通信ユニットを備えている。

【００２７】遠隔通信を行うことにより、オンライン上でデータを収集することができ、デ
ータを処理して少なくとも部分的にデータを評価することができる。これと同時
に、測定ユニットに対してまたは担当者に対して、制御信号を送信することがで
きる。

【００２８】ベースステーションの遠隔通信ユニットは、さらに、自動周波数選択デバイス
を備えることができる。これにより、周波数バンドの走査後におよび／またはテ
ストデータ伝送操作後に、最適の遠隔通信品質をもたらすと考えられる遠隔通信
周波数を、選択してセットすることができる。

【００２９】測定ユニット内に設けられた、データのバックアップのためのメモリを使用す
ることにより、このメモリ内に、各呼吸ごとの呼吸関連測定値からなる特定書式
とされたデータセットを格納することができる、および／または、選択可能時刻
から開始された選択可能期間内における測定シーケンス全体の中からのすべての
パラメータまたは選択されたパラメータに関しての呼吸関連測定値からなる特定
書式とされたデータセットを格納することができる。

【００３０】測定ユニットをなす各部材に対しては、周囲温度および／または呼吸ガス内の
湿度および／または例えば差圧値といったような付加的な関連物理量を検出する
ためのセンサを付設することができ、これにより、これらセンサによる検出結果
を使用することによって、例えば、呼吸ガスセンサから得られた値を校正したり
補正したりすることができる。

【００３１】本発明のある実施形態においては、測定ユニットは、空気圧制御手段と、混合
チャンバと、を備え、混合チャンバに対しては、この混合チャンバと流体連通可
能であるようにして接続されたＣＯ₂センサおよびＯ₂センサが接続されている。

【００３２】さらに、この実施形態においては、吸込チューブに関するコネクタが設けられ
ているポンプが、設置されている。この場合、吸込チューブは、体積流量センサ
ハウジングへと延在するとともにあるいは体積流量センサハウジング上に配置さ
れたガス接続ブランチへと延在するとともに、空気圧制御手段によって、吐息に
関する流通回路と吸息に関する流通回路との間にわたって切り換えられ得るよう
になっている。

【００３３】測定ユニット内に設けられたポンプは、準連続負荷でもって駆動され、吸息時
には、ポンプは、レストレベルでもってバイパス流通回路を供給し、これにより
、混合チャンバおよび／または吸込チューブ内への周囲空気の流入を防止する。

【００３４】吐息時には、ポンプは、体積流通によって制御され、その結果、ポンプは、混
合チャンバに対して呼吸ガスを供給し、吐息と休息との移行期間においては、空
気圧制御手段によって一時的にもたらされる混合チャンバとポンプ入力側との接
続によって、圧力平衡がもたらされ、これにより、吸込チューブ内への周囲空気
の流入が防止される。

【００３５】ポンプは、吸息時には特定のレストレベル出力とされかつ吐息時には体積流通
によって制御され、よって、連続的に駆動される。その結果、ポンプは、停止待
機状態から加速される必要がない。このことは、動物の場合に起こるような呼吸
速度が速いときであってさえも、データ収集に対して妨害がもたらされることが
ない。

【００３６】測定ユニットは、さらに、表示および駆動制御手段を備えることができ、この
手段によって、データ収集およびデータ評価という特定モードを選択することが
できる。特に、動物の担当者が、測定結果の初期評価を行うことができる。

【００３７】好ましくは遠隔通信ユニットを使用してデータが供給されるベースステーショ
ンは、測定値を処理し解析するための適切な生物工学的肺活量測定用ソフトウェ
アを有した通常のパーソナルコンピュータの形態とすることができる。しかしな
がら、測定ユニットが、測定値の計算機能ユニットや格納機能ユニットや制御機
能ユニットや通信機能ユニットといったような生物工学的肺活量測定システム内
のすべての機能ユニットを備えているまたは収容していることが好ましい。ここ
で意図していることは、例えば動物が自然環境下といったように野外で運動して
いる際であっても、ガス分析を行えることである。

【００３８】吸込チューブを有した適切なケーブル接続を行うことにより、干渉を防止しつ
つ、被試験動物の近くに測定ユニットを、静止状態で配置することができる。

【００３９】流通チャンバまたは流通チャネル内に超音波トランスデューサを配置すること
により、流通ガスと直接接触させることができる。幾何学的配置に基づき、自己
クリーニング効果および自己乾燥効果が得られる。円形開口および／または楕円
形開口を有したスクリーンは、超音波信号の通過を最適化し、妨害に対しての脆
弱さを改良する。特に、流通チャンバ内において起こり得る超音波信号の反射と
いう妨害に関しての脆弱さを改良する。

【００４０】呼吸ガスマスクは、好ましくは、動物の頭部に対して、一体的に構成されたシ
ールカラーによってシールされる。シールカラーは、空気によって膨らまされた
ときには、自分自身の形状を、動物の対応領域の表面形状に対して適合させ、こ
れにより、対応領域を気密的にシールする。よって、マスクの持ち運び性を向上
させ得るとともに、マスク装着時の取扱い性を向上させる。マスク自体は、ハー
ネスによって動物の頭部に対して付加的に固定することができる。

【００４１】上述したように、本発明は、運動負荷時に呼吸速度が速くなるとか呼吸ガス中
の湿気が多いとか体積流量センサの汚れが発生しやすいとかいったような特殊状
況が発生する動物のための、新規な生物工学的肺活量測定システムを提供する。
このシステムは、比較的長期にわたって誤差のない動作を行うことができ、運動
負荷時および安静時といったような極めて異なる状況下においても測定を行うこ
とができる。

【００４２】

【発明の実施の形態】

以下、添付図面を参照しつつ、例示としての実施形態によって、本発明につい
て、より詳細に説明する。

【００４３】例示としての以下の実施形態は、特に馬といったような動物に関する生物工学
的肺活量測定システムに関するものである。

【００４４】呼吸ガスマスク（１）は、動物の頭部の前方部分上に押し込まれ、ハーネス（
２）を使用することによって、その場所に取り付けられる。

【００４５】呼吸ガスマスク（１）は、呼吸ガスの流通のために設けられた穴だけを通して
流通し得るよう、頭部に対して緊密に適合する。

【００４６】呼吸ガスマスク（１）に対しては、取付手段（４）を使用することによって、
体積流量センサハウジング（３）が固定される。

【００４７】適切な接続ブランチを使用することによって、ガス吸込チューブ（５）が、体
積流量センサハウジング（３）の上側領域内に取り付けられている。ガス吸込チ
ューブ（５）は、図１には図示されていない測定ユニットに対して、接続されて
いる。同様にして、体積流量センサハウジング（３）内に配置された信号処理用
電子回路に対して、電気コネクタ（６）が、取り付けられている。吸込チューブ
（５）が体積流量センサハウジング（３）の上部に接続されていることにより、
望ましくない湿気の侵入が防止される。

【００４８】図２は、開口部分をシールするようにして呼吸ガスマスク（１）を固定するた
めの方法を、明瞭に示している。この目的のために、一体型の膨張可能なシール
カラー（７）が、マスク（１）内に配置されている。シールカラー（７）は、バ
ルブ（８）によって制御することにより、圧縮空気によって膨張させることがで
きる。

【００４９】膨張は、特に、市販の空気ポンプ（１０）によって簡便に行われる。

【００５０】図３は、体積流量センサハウジング上に、上述した電気コネクタ（６）と吸込
チューブ（５）とを配置する手法を、より明瞭に示している。図３には、さらに
、ガス導出用およびガス導入用の開口（１１）が、示されている。

【００５１】ガスマスクとこのガスマスクに対して取り付けられた体積流量センサハウジン
グとを具備するシステムを、動物の頭部に対して取り付ける前に、校正チャンバ
やポンプを使用して前もって校正しておくことができることは、本発明の範囲内
である。この場合には、測定時間とテスト時間とを節約することができるととも
に、測定精度を向上させることができる。

【００５２】吸込チューブ（５）のための上記接続ブランチは、図４において特に明瞭に図
示されている。図４には、さらに、複数の流通チャンバ（１４）が図示されてい
る。各流通チャンバ（１４）は、内部にそれぞれ複数の流通チャネル（１５）を
備えている。

【００５３】流通チャンバ（１４）どうしの間に位置した中央領域（１６）においては、信
号前処理用電子回路を配置することができる。

【００５４】この場合、原理的には、図６に示すように、システムは、測定ユニット（１７
）を具備している。この測定ユニット（１７）は、呼吸ガス内のＣＯ₂／Ｏ₂濃度
を決定するための複数のセンサと、対応するメモリと、計算ユニットと、表示部
材と、システムの動作を制御する部材と、を備えている。測定ユニット（１７）
に対しては、バッテリパック（１８）や主電源ラインを使用することによって、
電気エネルギーが供給される。

【００５５】測定ユニット（１７）は、動物の体に取り付けることも、また、その動物を担
当している担当者が携行して動作させることも、できる。吸込チューブの長さと
電気ケーブルの長さとを適切に調節することによって、例えば動物が周回運動を
を行っているといった場合に、測定ユニットを動物の近くに配置することができ
る。

【００５６】図５に示す３つの図は、呼吸ガスマスク（１）に対しての体積流量センサハウ
ジングの取付方法を、明確に示している。図５において、１番上に位置した図は
、底面図であり、中央に位置した図は、側面図であり、１番下に位置した図は、
平面図である。

【００５７】図５における３つの図は、体積流量センサハウジング（３）が、ゴムバンドを
使用することによってマスク（１）に対して押し付けられている（付勢されてい
る）という構成を示している。しかしながら、体積流量センサハウジング（３）
は、スナップ連結によってマスク（１）に対して取り付けることもできる。

【００５８】次に、図７〜図９を参照して、流通チャンバと流通チャネルとを備えた体積流
量センサハウジングの構成原理について、詳細に説明する。

【００５９】体積流量センサハウジング（３）内には、２つの流通チャンバ（１４）が設け
られている。各流通チャンバ（１４）は、複数のスクリーン（１９）によって、
個別の複数の流通チャネル（１５）へとさらに分割されている。

【００６０】複数のスクリーン（１９）は、流通方向に沿う向きとされ、かつ、互いに平行
とされ、かつ、互いにほぼ等間隔でもって離間されて、配置されている。スクリ
ーン（１９）には、開口（２０）（図８および図９）が形成されている。開口（
２０）どうしは、互いに位置がずらされている（オフセットされている）。これ
ら開口（２０）は、例えば円形とすることができる。しかしながら、これに代え
て、楕円形とすることもできる。

【００６１】複数の開口（２０）は、各開口の中心どうしを結ぶ仮想連結ライン（２１）上
に位置している。超音波トランスデューサ（２２）が、この仮想連結ライン（２
１）（図９参照）の両端部に配置されている。超音波トランスデューサ（２２）
からのビームは、実質的に仮想ライン（２１）に沿って延在しており、極めて小
さい射出角（開口角度）を有している、すなわち、選択性の高いウィンドウを有
している。

【００６２】図８に示すように、超音波トランスデューサ（２２）は、表面に対して直交す
るようにしてビームを射出するものとして使用することも、また、表面に対して
角度αでもってビームを射出するものとして使用することも、できる。

【００６３】制御という観点においては、超音波トランスデューサは、送信モードと受信モ
ードとの双方において、周期的にまたは非周期的に、駆動される。その結果、妨
害が著しく低減される。

【００６４】図９に示すように、開口（２０）を有したスクリーン（１９）の厚さは、薄い
ものとされ、好ましくは、０．２〜０．４ｍｍという範囲とされる。スクリーン
自体は、研磨されて表面が平滑化されたステンレススチールから形成することが
できる。そのため、流通抵抗が最小化され、流通損失が最小化される。複数の流
通チャネル（１５）が、開口（２０）付きスクリーン（１９）によって形成され
ているとともに、開口（２０）に関連して超音波トランスデューサ（２２）を特
徴的に配置しているというこの構成は、体積流量の測定において大きな選択性を
保証するとともに、汚染を最小として自己クリーニング効果をもたらす。

【００６５】超音波センサシステムにおける活性トランスデューサ表面は、比較的小さく、
例えば２ｍｍ×２ｍｍである。トランスデューサの動作周波数は、４００〜４５
０ｋＨｚである。目的は、体積流量測定に対して所望の選択性をもたらし得るよ
う、上記動作周波数でもってかつ小さな射出角でもって極めて大きなレベルの音
波エネルギーを放出することである。

【００６６】超音波トランスデューサまたは超音波センサを、流通チャネルの中央から離間
して配置することにより、測定対象をなす体積流量に関する感度を高めることが
できるとともに、妨害に対しての装置の脆弱さを低減することができる。

【００６７】体積流量センサシステムの動作のさらなる改良は、超音波トランスデューサ（
２２）に、ゴミ反発性および水分反発性の表面コーティング層またはインピーダ
ンスマッチングコーティング層を設けることによって、得ることができる。この
コーティング層は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンや同様の材料から構成
することができる。コポリアミド PA 6T/6I をベースとしたガラスファイバ補強
材を約５０重量％含有している射出成型に適した材料を使用することが好ましい
。

【００６８】図８に原理的に示すように、超音波トランスデューサ（２２）は、体積流量セ
ンサハウジングの周囲壁表面に対して、あるいは、周囲壁表面に配置された隔壁
に対して、融着および／または形状適合させることができる。

【００６９】超音波トランスデューサを制御するための電子回路は、好ましくは、領域（１
６）（図７）内に配置された信号前処理サブアセンブリとされる。

【００７０】図面からわかるように、体積流量センサハウジング（３）の形状は、基本的に
対称とされる。これにより、それぞれが対応する複数の流通チャネル（１５）を
有した２つの流通チャンバ（１４）が設けられている。流通チャンバの開口は、
呼吸ガスマスク（１）における開口の長尺方向に配置されており、好ましくは、
動物の鼻孔が位置する領域に位置合わせして配置されている。

【００７１】測定ユニット（１７）内に配置された遠隔通信モジュールに接続されているア
ンテナ（２３）を使用することにより、測定ユニット（１７）は、同様に遠隔通
信ユニットを備えたベースステーションとの間において、データ交換を行うこと
ができる。単一方向または双方向データ交換に加えて、また、この通信経路を介
して、特に測定シーケンスを制御するという目的のために、命令を送信すること
もできる。

【００７２】次に、測定に際して混合チャンバ法が使用される場合の空気圧制御の基本原理
について、図１０を参照して説明する。

【００７３】この場合、測定ユニット（１７）は、Ｏ₂センサ（２５）とＣＯ₂センサ（２６
）とに接続された混合チャンバ（２４）を備えている。

【００７４】混合チャンバ（２４）に対しては、ポンプ（２７）によって呼吸ガスが供給さ
れる。ポンプ（２７）と混合チャンバ（２４）のガス導入口との間には、第１バ
ルブ（２８）（Ｖ１）が配置されている。

【００７５】第１バルブ（２８）の出力側には、接続ピース（２９）が接続されており、こ
の接続ピース（２９）は、ポンプ入力と流体連通しているガス吸込チューブ（５
）に対するコネクタと接続されている。

【００７６】ポンプ（２７）は、連続的に駆動される。そのため、吸息時には、特定のレス
トレベルとされ、吐息時には、体積流通によって制御される。その結果、ポンプ
は、停止状態から加速される必要がない（すなわち、逐一立上げ起動される必要
がない）。このことは、呼吸速度が速いときに、大いなる利点をもたらす。

【００７７】周囲空気が混合チャンバ（２４）内に流入することを防止するために、また、
吸込チューブ（５）内が周囲空気によって充填されることを防止するためにある
いは吸込チューブ（５）内に周囲空気が蓄積することを防止するために、吸息時
には、空気回路（Ｂ）が駆動状態とされる。つまり、回路（Ｂ）においては、分
配用接続ピース（２９）と接続された第１バルブ（２８）を経由して、入力バイ
パスが形成される。

【００７８】吐息時には、回路（Ａ）が駆動状態とされる。

【００７９】吐息と休息との移行期間においては、回路（Ｃ）が、周囲空気によってではな
く先の吐息フェーズ時に吸込チューブ（５）内に流入した吐息ガスによって、吸
込チューブ（５）内において圧力平衡がもたらされることを、確保する。この回
路（Ｃ）は、この圧力平衡時にのみ使用される。回路（Ｃ）を形成するために、
付加的な分配用接続ピース（３０）が、ＣＯ₂センサ（２６）の出力側に設けら
れているとともに、接続ピース（３０）とポンプ入力側との間の接続を確立する
ために、第２バルブ（３１）（Ｖ２）が設けられている。ホース部材（３２）の
長さを特定することによって、圧力平衡フェーズ時に回路（Ｃ）内へと周囲空気
が流入することが確実に防止される。

【００８０】上述した空気圧制御手段は、この手段が設けられていない場合に起こってしま
う欠点を避けることができる。特に、運動負荷時の動物の呼吸速度の速さにポン
プが追従できなくなってしまうという欠点を避けることができる。さらに、体積
流量センサとポンプとの間に配置された吸込チューブにおいては、呼吸速度の速
さおよびチューブ長さによってもたらされる低圧が、測定誤差をもたらさないよ
うに、考慮されている。この点は、従来技術がそのまま適用された場合には吐息
フェーズの終了後に周囲空気が吸い込まれていたこととは、大きく相違する。本
発明においては、周囲空気の吸込を正確に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】体積流量センサハウジングが固定されている呼吸ガスマスクを、
動物に対して取り付けた状態でもって示す図である。

【図２】一体型シールカラーを有した呼吸ガスマスクを示す図である。

【図３】使用待ち状態とされた体積流量センサハウジングを示す図であっ
て、吸込チューブと電気ケーブルとを有している。

【図４】使用待ち状態とされた体積流量センサハウジングを詳細に示す図
であって、隔離された複数のチャンバと、吸込チューブのための接続ピースと、
が示されている。

【図５】マスクに対して固定された状態における体積流量センサハウジン
グを、様々な角度から示す図である。

【図６】測定ユニットと呼吸ガスマスクと体積流量センサハウジングとを
具備してなるシステムの構成を示す図である。

【図７】体積流量センサハウジングの断面図および正面図であって、互い
に隔離された複数の流通チャンバと、チャンバ内に形成された流通チャネルと、
を備えており、さらに、超音波トランスデューサを備えている。

【図８】それぞれ関連する流通チャンバまたは流通チャネル内における超
音波トランスデューサの配置例を示す図である。

【図９】仮想接続ラインとともにスクリーン内における複数の開口を示す
図であって、ハウジング内において仮想接続ラインの両端に超音波トランスデュ
ーサが配置されている。

【図１０】空気圧系統を示す図であって、ポンプと混合チャンバとが設け
られている。

【符号の説明】

１呼吸ガスマスク２ハーネス３体積流量センサハウジング４取付手段５吸込チューブ６電気コネクタ（接続ブランチ）７シールカラー８バルブ１０空気ポンプ１１ガス導出用およびガス導入用の開口１４流通チャンバ１５流通チャネル１６中央領域１７測定ユニット１８バッテリパック１９スクリーン２０開口２１仮想連結ライン２２超音波トランスデューサ２３アンテナ２４混合チャンバ２５Ｏ₂センサ２６ＣＯ₂センサ２７ポンプ２８第１バルブ２９分配用接続ピース３０分配用接続ピース３１第２バルブ３２ホース部材

───────────────────────────────────────────────────── 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，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者クラウス−ペーター・クレチュマードイツ・04347・ライプチヒ・フリッツ− ジーモン−シュトラーセ・19 Ｆターム(参考） 2F035 DA07 DA08 DA20 2G045 AA29 CB23 DB01 DB30 HA06 HA09 JA07 2G052 AA34 AA35 AB02 AB06 AD02 AD42 BA17 CA02 CA04 DA01 HA02 JA04 JA07 4C038 SS04 SS05 ST04 SU01 SU18 SU19 SX01 SX02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】特に馬やラクダ等といったような動物のための生物工学的肺
活量測定システムであって、漏斗形状の円筒状または半球状呼吸ガスマスクと、ガス体積流量を測定するた
めのセンサと、このセンサと協働することによって混合チャンバ原理または呼吸
繰返し原理に基づいて呼吸ガス内のＣＯ₂／Ｏ₂濃度を検出するための測定ユニッ
トと、ベースステーション内において測定結果をさらに処理したり表示したりお
よび／または解析したりし得るための、接続および／または信号伝達を行う手段
と、を具備してなる場合において、前記呼吸ガスマスク上に、体積流量センサハウジングを着脱可能に取り付ける
ための取付手段が設けられ、前記体積流量センサハウジング内に、少なくとも１つの流通チャンバが設けら
れ、該流通チャンバには、一方においては前記呼吸ガスマスクの開口と流体連通し
かつ他方においては前記体積流量センサハウジングの周囲壁の開口と流体連通し
た、ガス導入用またはガス導出用開口が形成され、前記流通チャンバ内には、複数の流通チャネルが形成され、該複数の流通チャネルは、各々が流通方向に沿って配置されかつ互いに平行と
されかつ互いに離間して配置された複数のスクリーンによって形成され、該スクリーンには、互いにオフセット状態で配置されているとともに所定形状
を有するものとされた開口が形成され、これら開口の中心どうしが、実質的に仮想連結ライン上に位置し、該仮想連結ラインの両端に、体積流量を決定するための超音波トランスデュー
サが配置され、これらトランスデューサからのビームが、実質的に前記仮想連結ライン上に位
置するものとされていることを特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項２】請求項１記載の生物工学的肺活量測定システムにおいて、前記スクリーンの前記開口が、円形形状または楕円形形状とされ、前記スクリーンのこのような形状、および、前記オフセット配置により、望ま
しくない音響反射が低減されるようになっていることを特徴とする生物工学的肺
活量測定システム。
【請求項３】請求項１または２記載の生物工学的肺活量測定システムにお
いて、前記呼吸ガスマスクが、呼吸ガス流のすべてが前記体積流量センサハウジング
内の前記流通チャンバを通って流通し得るよう、動物の頭部に対してシールされ
、前記体積流量センサハウジングと前記呼吸ガスマスクとの間には、好ましくは
一体型膨張可能周方向シールカラーといったような、付加的なシール手段または
シール面が形成されていることを特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の生物工学的肺活量測定シス
テムにおいて、前記超音波トランスデューサが、小さな面積の活性トランスデューサ表面を有
し、該活性トランスデューサ表面からのビームが、小さな開口角度を有しているこ
とを特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項５】請求項４記載の生物工学的肺活量測定システムにおいて、前記活性トランスデューサ表面に、ゴミ反発性および水分反発性の表面コーテ
ィングが設けられていることを特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の生物工学的肺活量測定シス
テムにおいて、前記超音波トランスデューサが、前記体積流量センサハウジングの周囲壁の一
部に対してあるいは周囲壁表面に対して、融着および／または形状適合されてい
ることを特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の生物工学的肺活量測定シス
テムにおいて、前記超音波トランスデューサの動作周波数が、３５０〜５００ｋＨｚという範
囲とされ、好ましくは、４００〜４５０ｋＨｚという範囲とされていることを特
徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項８】請求項１〜７のいずれかに記載の生物工学的肺活量測定シス
テムにおいて、前記スクリーンが、ガス流通に適した薄い厚さのものとされ、かつ、大きな渦
を有していない乱流とされた一方向性流通を前記流通チャンバ内に形成し得るよ
うに配置されていることを特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項９】請求項８記載の生物工学的肺活量測定システムにおいて、前記スクリーンの厚さが、０．１５〜０．４５ｍｍという範囲とされているこ
とを特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載の生物工学的肺活量測定シ
ステムにおいて、前記体積流量センサハウジング内に、信号前処理用電子回路が配置され、該電子回路が、前記トランスデューサを駆動するとともに体積流量を測定し、
さらに、前処理によって得られた電気信号を、前記測定ユニットへと伝送し得る
ものであることを特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載の生物工学的肺活量測定
システムにおいて、前記体積流量センサハウジング上に、前記測定ユニット内へと前記呼吸ガスを
輸送するための連結を形成する吸込チューブを接続するための、接続ブランチが
設けられていることを特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれかに記載の生物工学的肺活量測定
システムにおいて、前記体積流量センサハウジングが、２つの前記流通チャンバを備えた実質的に
対称な基本形状のものとされ、前記流通チャンバが、前記呼吸ガスマスク内における開口の長尺方向に延在し
、好ましくは、動物の鼻孔が位置する領域に位置合わせして配置されていること
を特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項１３】請求項１２記載の生物工学的肺活量測定システムにおいて
、前記各流通チャンバ内において、関連する評価用電子回路からの制御によって
、前記超音波トランスデューサが各流通チャンバ内の体積流量を測定し得るよう
にして、前記超音波トランスデューサが配置され、これにより、全体積流量が得られるようになっていることを特徴とする生物工
学的肺活量測定システム。
【請求項１４】請求項１〜１３のいずれかに記載の生物工学的肺活量測定
システムにおいて、前記測定ユニットが、遠隔通信モジュールを備え、前記ベースステーションが、データ伝送のためのまたは命令伝送のための一方
向性または双方向性経路を確立し得るよう、遠隔通信ユニットを備えていること
を特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項１５】請求項１４記載の生物工学的肺活量測定システムにおいて
、前記ベースステーションの前記遠隔通信ユニットが、自動周波数選択デバイス
を備え、周波数バンドの走査後におよび／またはテストデータ伝送操作後に、最適の遠
隔通信品質をもたらし得る遠隔通信周波数を、確立し得るようになっていること
を特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項１６】請求項１〜１５のいずれかに記載の生物工学的肺活量測定
システムにおいて、前記測定ユニット内に、データのバックアップのためのメモリが設けられ、該メモリ内には、各呼吸ごとの呼吸関連測定値からなる特定書式とされたデー
タセットが格納されるおよび／または選択可能時刻から開始された選択可能期間
内における測定シーケンス全体の中からのすべてのパラメータまたは選択された
パラメータに関しての呼吸関連測定値からなる特定書式とされたデータセットが
格納されることを特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項１７】請求項１〜１６のいずれかに記載の生物工学的肺活量測定
システムにおいて、前記測定ユニットが、周囲温度および／または前記呼吸ガス内の湿度および／
または例えば差圧値といったような付加的な関連物理量を検出するためのセンサ
を備え、該センサによる検出結果を使用することによって、前記呼吸ガスセンサから得
られた値を補正することを特徴とする生物工学的肺活量測定システム。
【請求項１８】請求項１〜１７のいずれかに記載の生物工学的肺活量測定
システムにおいて、前記測定ユニットが、動物の体に対して付設することができる、あるいは、そ
の動物を担当している担当者の体に対して付設することができることを特徴とす
る生物工学的肺活量測定システム。
【請求項１９】請求項１１記載の生物工学的肺活量測定システムにおいて
、前記測定ユニットが、空気圧制御手段と、混合チャンバと、を備え、該混合チャンバに対しては、該混合チャンバと流体連通可能であるようにして
接続されたＣＯ₂センサおよびＯ₂センサと、前記吸込チューブに関するコネクタ
が設けられているポンプと、が接続され、前記吸込チューブが、前記体積流量センサハウジングへと延在するとともに、
前記空気圧制御手段によって、吐息に関する流通回路と吸息に関する流通回路と
の間にわたって切り換えられ得るようになっていることを特徴とする生物工学的
肺活量測定システム。
【請求項２０】請求項１９記載の生物工学的肺活量測定システムにおいて
、前記ポンプが、準連続負荷でもって駆動され、吸息時には、前記ポンプは、レストレベルでもって入力流通回路を供給し、こ
れにより、前記混合チャンバおよび／または前記吸込チューブ内への周囲空気の
流入を防止し、吐息時には、前記ポンプは、体積流通によって制御され、その結果、ポンプは
、前記混合チャンバに対して呼吸ガスを供給し、吐息と休息との移行期間においては、前記空気圧制御手段によって一時的にも
たらされる前記混合チャンバと前記ポンプ入力側との接続によって、圧力平衡が
もたらされ、これにより、前記吸込チューブ内への周囲空気の流入が防止される
ことを特徴とする生物工学的肺活量測定システム。