JP2004154175A - 健康維持管理のための総合的呼吸機能検査方法および装置 - Google Patents
健康維持管理のための総合的呼吸機能検査方法および装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】複数の気相系呼吸機能の検査を、少ない測定回数で被験者の呼出努力負担、測定時間を軽減し、多くの正確な情報を得ること。
【解決手段】安静呼吸中の指先部へのパルスオキシメータの装着による酸素飽和度ＳａＯ２の計測を行う。既知濃度ＦＩ（ＣＯ）の一酸化炭素と、既知濃度ＦＩ（Ｈｅ）のヘリウムとを含む空気をテストガスとして用い、最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に吸入する吸入動作と、これに続く１０秒間の呼吸停止と、その後、最大呼出による最大呼気位ＲＶまでの呼出動作とをこの順序で行う。呼出動作時の流量を計測してメモリにストアしておき、換気機能の指標である％ＦＶＣ、ＦＥＶ１％（１秒率）、ＲＡＴ（係数勾配指数）を算出し、ガス交換機能の指標であるＤＬＣＯ、ＤＬＣＯ／ＶＡを算出し、代謝代替機能の指標Ｐ′ＣＯ（２２）およびガス輸送機能の指標ＳＰｏ２を算出する。その後、総合呼吸機能容積Ａ、健康度Ｂ、呼吸機能危険度Ｃを算出する。
【選択図】 図１
【解決手段】安静呼吸中の指先部へのパルスオキシメータの装着による酸素飽和度ＳａＯ２の計測を行う。既知濃度ＦＩ（ＣＯ）の一酸化炭素と、既知濃度ＦＩ（Ｈｅ）のヘリウムとを含む空気をテストガスとして用い、最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に吸入する吸入動作と、これに続く１０秒間の呼吸停止と、その後、最大呼出による最大呼気位ＲＶまでの呼出動作とをこの順序で行う。呼出動作時の流量を計測してメモリにストアしておき、換気機能の指標である％ＦＶＣ、ＦＥＶ１％（１秒率）、ＲＡＴ（係数勾配指数）を算出し、ガス交換機能の指標であるＤＬＣＯ、ＤＬＣＯ／ＶＡを算出し、代謝代替機能の指標Ｐ′ＣＯ（２２）およびガス輸送機能の指標ＳＰｏ２を算出する。その後、総合呼吸機能容積Ａ、健康度Ｂ、呼吸機能危険度Ｃを算出する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、公衆衛生の分野における健康維持管理のための気相系呼吸機能検査方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生活習慣の評価と管理を中心とした健康維持管理を進めるには、呼吸機能検査の各種の指標を算出し、これによって、たとえば健康青年期を基準値としたときの呼吸機能の維持のされ方、あるいは呼吸機能の低下による健康レベルの程度を知ることができる。この気相系呼吸機能は、換気機能、ガス交換機能、ガス輸送機能、代謝代替機能が挙げられる。
【０００３】
先行技術では、換気機能の検査測定、ガス交換機能、ガス輸送機能の各検査測定は、個別的に行われている（特許文献１，２）。たとえば、呼出後半の呼出努力が不充分ならば測定が繰返され、換気機能の検査測定で３回程度以上繰返し、またガス交換機能の検査測定を、たとえば３回程度繰返し、こうして各機能の検査測定値の正確な値を求める。各測定回数毎に被験者は、たとえば立位で、できるだけ多く吸気し、マウスピースを口にくわえた状態で、できるだけ早く呼気を排出する。したがって老人、病人を含めた全ての被験者に対して、被験者の呼出努力の負担を軽減することが望まれている。また測定時間の短縮も望まれている。すなわち換気機能の検査のために少なくとも１回の測定を行わなければならず、またガス交換機能の検査のために少なくとも１回の測定を行わなければならず、一般には、換気機能のために３回程度以上の測定を行う。ガス交換機能のために２〜３回程度の測定を繰返し、合計５〜６回ないしは１０回程度の測定を行って正確な測定値を得ている。したがって被験者の負担が非常に大きい。このことは、老人および病人などにおいて、特に呼出努力の負担の軽減が望まれている。また、ガス輸送の検査測定も別途に行われるため、ＩＤ（識別）データの入力、被験者に対する測定説明、ならびに計測のための時間がさらに必要となり、測定時間が延長することとなる。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２７８６８０７号公報
【特許文献２】
特許第２７８６８０８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、４種類の気相系呼吸機能の検査を、一連の１回の測定で行って、被験者の呼出努力の負担を軽減して、短時間に完了することができるようにした、健康維持管理のための気相系呼吸機能検査方法および装置を提供することである。
【０００６】
したがって、気相系呼吸機能検査実施に際して、諸種ＩＤデータ入力時の安静呼吸の際にＳＰＯ２の計測を行い、計測データを電気信号にてコンピュータに入力する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、呼吸機能計測状態で、安静呼吸中に、
パルスオキシメータを用いて、
被験者の光透過性のよい指先部に、光を照射して、その透過光の拍動成分を求め、これに基づいてＳａＯ２（動脈血酸素飽和度）を計測し、
ＳａＯ２を表わす電気信号を、健康維持管理のための総合的呼吸機能検査方法に組込まれている解析用コンピュータに与えることを特徴とする検査方法である。
【０００８】
また本発明は、被験者が行う最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に吸入する吸入動作と、
これに続くｔ秒間の呼吸停止と、
その後、最大呼出による最大呼気位ＲＶまでの呼出動作との一連の１回呼吸動作を利用して、
気相系呼吸機能の評価データを収集するに際し、
既知濃度ＦＩ（ＣＯ）の一酸化炭素と、既知濃度ＦＩ（Ｈｅ）のヘリウムとを含む空気を、テストガスとして使用し、
吸入時にテストガスの吸入分量ＶＩを計測し、
吸気から終了すれば、ｔ秒間呼吸を停止し、
その後、分析用呼出ガスを収集するとともに、呼気の最大流量気量曲線の下行脚をメモリに記憶し、
その採取ガス中の一酸化炭素の濃度ＦＥ（ＣＯ）と、
ヘリウムの濃度ＦＥ（Ｈｅ）とを計測し、
一連の１回の呼吸動作によって、少なくとも換気機能と、ガス交換機能と酸素消費の要求度とを表わす指標を算出することを特徴とする健康維持管理のための総合的呼吸機能検査方法である。
【０００９】
また本発明は、被験者が行う最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に吸入する吸入動作と、
これに続くｔ秒間の呼吸停止と、
その後、最大呼出による最大呼気位ＲＶまでの呼出動作との一連の１回呼吸動作を利用して、
気相系呼吸機能の評価データを収集するに際して使用される健康維持管理のための総合的呼吸機能検査装置であって、
既知濃度ＦＩ（ＣＯ）の一酸化炭素と、既知濃度ＦＩ（Ｈｅ）のヘリウムとを含む空気を、テストガスとして、被験者のマウスピースに供給するガス供給源と、
マウスピースに流れる流量を計測する流量計と、
流量計の出力を時間経過に伴ってストアするメモリと、
分析用呼出ガスを収集するサンプリングバッグと、
サンプリングバッグの採取ガス中の一酸化炭素の濃度ＦＥ（ＣＯ）と、ヘリウムの濃度ＦＥ（Ｈｅ）とを計測する分析計と、
メモリのストア内容と分析計の出力とを用いて演算し、少なくとも換気機能とガス交換機能と酸素消費要求度とを表わす指標を算出する処理回路とを含むことを特徴とする健康維持管理のための総合的呼吸機能検査装置である。
【００１０】
本発明は、一連の１回の呼吸機能検査において、４種類の呼吸機能、すなわち換気機能、ガス交換機能、ガス輸送機能、代謝機能の各指標の計測・算出を行い、被験者の呼出努力の負担の軽減を図るとともに、検査に必要な時間の短縮化を図り、健康増進の維持管理指導を行うことを可能にする。
【００１１】
本発明に従えば、テストガスを用い、少なくとも１回の、少ない測定回数で気相系呼吸機能の検査を行って指標を算出することができる。これによって被験者の呼出努力の負担を軽減することができ、測定時間を短縮することができる。
【００１２】
換気機能の検査のためには、従来では、前述の吸入動作および呼出動作を行い、呼吸のためのガスは、空気である。これに対してガス交換機能の検査では、従来では前述の吸入動作、呼吸停止および呼出動作をこの順序で行い、一酸化炭素およびヘリウムが混合されたテストガスを用いる。
【００１３】
換気機能の検査のための吸入動作と呼出動作は、ガス交換機能の検査のための吸入動作と呼出動作とにそれぞれ類似する。ガス交換機能検査における呼吸停止の時間ｔは、１０秒間と規定され、たとえば１０．３秒間である。しかもガス交換機能の検査のために用いられるテストガスに混合される一酸化炭素の濃度ＦＩ（ＣＯ）は０．３％と規定され、たとえば０．２９８％であり、ヘリウムの濃度ＦＩ（Ｈｅ）は１０％と規定され、たとえば９．９９７％である。このようなテストガスに混合されている一酸化炭素およびヘリウムの割合は小さいので、テストガスは、換気機能の検査のために用いられる空気の組成に類似した組成を有する。したがって本発明では、ガス交換機能のためのテストガスを用い、被験者が吸入動作、呼吸停止および呼出動作を行い、この呼出動作は、最大呼気位ＲＶまで行うことによって、そのガス交換機能の検査を行うことができるのはもちろん、換気機能の検査も、無視できる程度のわずかな誤差の範囲内で、換気機能検査の諸指標を得ることができる。
【００１４】
本件発明者の実験によれば、前述の呼吸停止を行うことなく吸入動作と呼出動作とを空気を用いて行うことによって得られた正確な従来からの換気機能の検査結果に比べて、本発明によって得られた換気機能検査結果は、数％の誤差を含み、実用上、問題がないことが確認された。こうして本発明によれば、少ない測定回数で、たとえば２〜３回の測定回数で、少なくとも換気機能とガス交換機能の検査を終了することができるという、画期的な優れた効果が達成される。
【００１５】
また本発明は、換気機能指標は、％ＦＶＣ（努力肺活量比）、ＦＥＶ１％（１秒率）、最大流量気量曲線に基づく諸指標またはＲＡＴ（係数勾配指数）であり、
ガス交換指標は、
ＤＬＣＯ（肺ＣＯ拡散能力）、
ＤＬＣＯ／ＶＡ、
Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ、
Ｐ′ＣＯ（２２）、
Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）、
Ｐ′ＣＯ（２２）、または
Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）であることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、処理回路は、代謝代替機能とガス輸送機能とを表わす指標ＳａＯ２（動脈血酸素飽和度）をさらに算出することを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、代謝代替機能の指標は、Ｐ′ＣＯ（２２）であり、
ガス輸送機能の指標は、ＳＰＯ２（指先酸素飽和度）であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前述の健康維持管理のための総合的呼吸機能検査装置によって得られる６つの指標（％ＦＶＣ、ＦＥＶ１％、ＲＡＴ、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）、ＳＰＯ２、Ｐ′ＣＯ（２２））を用いて、メモリに予めストアされている呼吸機能基準値（青年期の一般人の前記６つの各指標の平均値と標準偏差）とともに、前記６つの各指標の偏差値ｗ１〜ｗ６を算出し、
前述の指標％ＦＶＣをＸ１で表し、その指標％ＦＶＣの平均値をＸ１−で表し、
指標ＦＥＶ１％をＹ１で表し、その指標ＦＥＶ１％の平均値をＹ１−で表し、
指標ＲＡＴをＺ１で表し、その指標ＲＡＴの平均値をＺ１−で表し、
指標Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）をＸ２で表し、その指標Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）の平均値をＸ２−で表し、
指標ＳＰＯ２をＹ２で表し、その指標ＳＰＯ２の平均値をＹ２−で表し、
指標Ｐ′ＣＯ（２２）をＺ２で表し、その指標Ｐ′ＣＯ（２２）の平均値をＺ２−で表し、
各標準偏差をσＸ１，σＸ２，σＹ１，σＹ２，σＺ１，σＺ２でそれぞれ表し、
各偏差値をｗ１〜ｗ６でそれぞれ表すとき、
ｗ１ ＝ （Ｘ１−Ｘ１−）・１００／σＸ１＋１００
ｗ２ ＝ （Ｘ２−Ｘ２−）・１００／σＸ２＋１００
ｗ３ ＝ （Ｙ１−Ｙ１−）・１００／σＹ１＋１００
ｗ４ ＝ （Ｙ２−Ｙ２−）・１００／σＹ２＋１００
ｗ５ ＝ （Ｚ１−Ｚ１−）・１００／σＺ１＋１００
ｗ６ ＝ （Ｚ２−Ｚ２−）・１００／σＺ２＋１００
８つのブロックの呼吸機能の容積の総和（すなわち総合呼吸機能容積）Ａを算出し、
Ａ ＝ ｗ１・ｗ３・ｗ５＋ｗ２・ｗ３・ｗ５
＋ｗ１・ｗ４・ｗ５＋ｗ２・ｗ４・ｗ５
＋ｗ１・ｗ３・ｗ６＋ｗ２・ｗ３・ｗ６
＋ｗ１・ｗ２・ｗ６＋ｗ２・ｗ４・ｗ６
その後、健康度Ｂ、呼吸機能危険度Ｃを算出し、
Ｂ（％） ＝ Ａ・１００／２００３
ここで２００３は、青年期の一般人の総合呼吸機能容積を表す、
Ｃ（％） ＝ １００−Ｂ
こうして算出した前記総合呼吸機能容積Ａと健康度Ｂと呼吸機能危険度Ｃとを用いて、生活習慣改善のための処方を表示出力して、
健康維持管理を効果的、効率的に進めることを可能にする健康維持管理の方法である。
【００１９】
換気機能の指標としては、ＦＶ（最大流量気流量曲線）解析およびＶＴ（最大努力性呼出曲線）解析を通して得られる％ＦＶＣ、ＦＥＶ１％（１秒率）が挙げられる。さらにピークフロー値から最大呼気位までの最大流量気量関係から、ＲＡＴ（係数勾配指数）、ｄＶ／ｄＦが算出される。その結果、ＦＥＶ１％、ＲＡＴのダイアグラムを、表示手段の２次元表示面に描画することができる。換気機能は、素因変化（気道過敏性）、形態的変化（気道および肺胞）、過膨張、末梢気道閉塞等の健康管理上の問題点に関連がある。
【００２０】
ガス交換機能の指標としては、ＤＬＣＯ、ＤＬＣＯ／ＶＡ（ＤＬＣＯを測定時の肺気量ＶＡで割った値ＤＬＣＯ／ＶＡは、Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙの指標として用いられ、肺胞の破壊の程度を反映して低下する値であり、慢性肺気腫の診断に用いられる）、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）等が挙げられる。ダッシュ記号は、後述のテストガスのようなＨｅによる希釈空気ガスを用いたときの測定値を示す。ガス交換機能は、総合ガス交換能力を表し、代謝代替機能の指標であるＰＣＯあるいはＰＣＯ（２２）は末梢組織における酸素消費要求度と関連がある。
【００２１】
代謝機能の指標としては、Ｖ′Ｏ２（酸素消費摂取量（毎分））、Ｖ′ＣＯ２（二酸化炭素産生量（毎分））、Ｒ（ガス交換比＝Ｖ′ＣＯ２／Ｖ′Ｏ２）、ＡＴ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）、さらに運動消費エネルギー（Ｅ１）および１日消費推定エネルギー（Ｅ２）等が挙げられる。代謝代替機能ＰＣＯ（２２）（ＣＯ分圧、２２は後述のように標準体重基準化された値を示す）は酸素消費量、運動（活動）消費エネルギーと関連がある。
【００２２】
ガス輸送機能の指標としては、ＳＰＯ２が挙げられる。ガス輸送機能は、末梢組織へのＯ２の輸送性と関連がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の健康維持管理のための気相系呼吸機能の検査方法を説明するための図である。図１の横軸は時間を表わし、図１の縦軸は気量（単位ｍＬ）である。被験者は、１回の検査測定で、図１の参照符ａ〜ｄ３に対応した動作を行う。このような少なくとも１回の検査測定によって、換気機能、ガス交換機能、代謝代替機能、ガス輸送機能などの気相系呼吸機能の検査を行って、各検査の指標を算出することができる。
【００２４】
図２は、被験者の最大流量気量曲線を示す図である。この図２に示される曲線には、前述の図１に示されるグラフの対応する参照符ａ〜ｄ３が示される。図２の横軸は気量（単位Ｌ、リットル）であり、縦軸は流量（単位Ｌ／ｓｅｃ）である。Ｌはリットルを表わす。この最大流量気量曲線（ＦＶ曲線と略称することがある）を用いて換気機能の指標を算出することができる。
【００２５】
図３は、本発明の実施の一形態の健康維持管理のための気相系呼吸機能検査装置の全体の電気的構成を示すブロック図である。被験者の換気機能およびガス交換機能の同時的な、したがって同一検査体系での測定を行うために、被験者は口に管であるマウスピース２１をくわえる。混合ガス源４０からは第１切換え弁４１に混合ガスであるテストガスを供給する。前記テストガスは、０．３％ＣＯ、１０％Ｈｅ、２０％Ｏ２および７０％Ｎ２の４者混合ガスである。第１切換え弁４１には呼気の流量を計測する流量計２２が接続され、その流量計２２の出力は処理回路２３に与えられ、流量と気量とが時間経過に伴ってサンプリングされて読取られる。流量計２２からの呼気は、管路４２から第２切換え弁４３に導かれ、この第２切換え弁４３は、管路４２からの呼気を管路４４から大気放散し、または管路４５を経て可撓性のあるサンプリングバッグ３９に導く。バッグ３９内の呼気のＣＯ濃度は、ＣＯ濃度検出手段４６によって検出され、またＨｅの濃度はＨｅ濃度検出手段４７によって検出され、それらの各濃度検出手段４６，４７の出力は処理回路２３に与えられる。被験者の上述の気相系呼吸機能検査とほぼ同時に、ＳＰＯ２の測定手段３１によって代謝代替機能とガス輸送機能とを表す指標ＳａＯ２およびＳＰＯ２を検査して測定し、その測定結果を、マイクロコンピュータによって実現される処理回路２３に与え、これらの測定結果、およびその他の測定結果は全て、メモリ２４にストアされる。処理回路２３は、このメモリ２４のストア内容を読出して前述および後述の演算処理を行い、検査を行う。サンプリングバッグ３９のガスは、酸素濃度を検出するＯ２センサによって検出され、その測定結果は、処理回路２３に与えられる。
【００２６】
図４は、図３に示される処理回路２３の動作を説明するためのフローチャートである。ステップｓ１からステップｓ２に移り、第１切換え弁４１を第１位置４１ａから第２位置４１ｂに切換え、被験者は管２１を口にくわえた状態で、図１および図２の参照符ａでは、通常の呼吸をしている。次に、参照符ｂから参照符ｃで示されるように、混合ガス源４０からの混合ガスを最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に吸入して吸入動作を行う。この位置で、吸気の始めから正確に１０秒間の呼吸停止努力をさせる。次に、ステップｓ３において第１切換え弁４１を第１位置４１ａに切換え、このとき第２切換え弁４３は第１位置４３ａとしておき、図１および図２の参照符ｄ１〜ｄ３で示されるように、急速に最大呼出させて呼出動作を行い、最大呼気位ＲＶに至らせる。このときステップｓ４では、流量計２２によって計測される呼気の流量の時間経過を測定し、メモリ２４にストアする。
【００２７】
ステップｓ５において呼気の最初から７５０ｍＬを測定し、その７５０ｍＬ分の呼気は、第２切換え弁４３の第１位置４３ａから管路４４を経て大気放散される。次のステップｓ６では、第２切換え弁４３を第２位置４３ｂに切換え、ステップｓ７では、残りの呼気ガスをバッグ３９に管路４５を経て１０００ｍＬを貯留し、そのときにおいてもまたステップｓ８では、流量計２２の計測値を時間経過に伴って測定してメモリ２４にストアしておく。ステップｓ９では、ステップｓ７において１０００ｍＬの計測後に、第１位置４３ａに切換えて、最大呼気位ＲＶまで、残りの呼気を大気放散させ、このときにおいてもまた流量計２２の計測値は処理回路２３からメモリ２４にストアされる。こうして気量と流量とが対応づけられてメモリ２４にストアされることになる。
【００２８】
処理回路２３には、陰極線管または液晶表示素子などを用いた目視表示手段２５が接続され、その表示面２６には、前述の表示図面などを表示することができる。また記録紙２７に、既に測定してある最大流量気量曲線が描かれているときには、その記録紙２７を、光学的に読取る読取手段２８に供給してその記録紙２７に記録されている流量気量曲線を読取り、メモリ２４にストアすることもまた可能である。
【００２９】
処理回路２３は、ステップｓ１０でメモリ２４にストアされている最大流量気量曲線の下行脚１０１（図２のｄ２，ｄ３）のピーク位置である最大吸気位ＴＬＣを検出し、そのときの最大流量ＰＥＦＲおよびそのときの気量Ｖ１を求める。ステップｓ１１では、最大流量気量曲線の気量に関して、相対気量Ｒを求める。このようにして相対気量Ｒと、それに対応する流量との組合わせを求めた後、ステップｓ１２において、求められた相対気量と流量とから、後述の式１の２次式のあてはめを行う。
【００３０】
ステップｓ１３では、下行脚にあてはめられた２次式の１次項の係数ａ１と２次項の係数ａ２とを演算した結果の値を採用して、係数勾配指数ＲＡＴを求める。
【００３１】
次のステップｓ１４に従って、１秒率ＦＥＶ１．０％を計算する。ステップｓ１１で相対気量Ｒの代りに絶対気量が選択されることもでき、このときには、２次式変数ｘは、絶対気量となる。
【００３２】
再び図２の最大流量気量曲線を参照して、流量は、初期の短時間に急速に増大し、流量最大値ＰＥＦＲに達し、その後は比較的緩やかに最大呼気位の残気量点ＲＶまで低下する。この流量最大値ＰＥＦＲから点ＲＶまでの範囲が、下行脚と呼ばれ、被験者の気道の状態によって曲線１０１が変化する。
【００３３】
この図２において、ＦＶ曲線の下行脚を示す曲線１０１は次式１を用いて２次曲線に近似することができる。
ｙ ＝ ａ０＋ａ１・ｘ＋ａ２・ｘ２ …（１）
【００３４】
式１において、ｙは流量であり、ｘは相対気量Ｒであり、ａ０は定数である。式１中の定数項ａ０、１次項の係数ａ１、２次項の係数ａ２をそれぞれ計算する。
【００３５】
ａ１，ａ２を求める演算を以下に略述する。処理回路２３は、メモリ２４にストアされている最大流量気量曲線の下行脚のピーク位置を検出し、そのときの最大流量ＰＥＦＲおよびそのときの気量Ｖ１（図２参照）を求める。流量気量曲線の気量に関して、相対気量または絶対気量のいずれかの選択をする。相対気量Ｒは、式２で示される。
Ｒ ＝ ＶＣＸ／ＶＣ１ …（２）
【００３６】
ここでＶＣ１は、図８において下行脚のピーク時の気量Ｖ１から最大呼気位ＲＶの気量ＶＣまでの気量であり、
ＶＣ１ ＝ ＶＣ−Ｖ１ …（２ａ）
【００３７】
ＶＣＸは、それらのＰＥＦＲ位とＲＶ位との間におけるＲＶ位からさかのぼる気量を示す。したがって前述の相対気量Ｒは、下行脚のピーク時の気量ＶＣ１を１．０とし、ＲＶ位を零としたときの気量の度合いを表している。このような相対気量を採用することによって、多数の被験者相互間の下行脚の評価を相対的に行うことができる。絶対気量というのは、各被験者固有の気量であって、絶対気量に基づく演算をすることによって、各被験者毎の評価を行うことができる。
【００３８】
このようにして相対気量Ｒと、それに対応する流量との組合わせを求めた後、求められた相対気量と流量とから、式１の２次式のあてはめを行う。下行脚にあてはめられた２次式の１次項の係数ａ１と２次項の係数ａ２とを演算した結果の値を採用する。
【００３９】
次に、係数勾配指数（ＲＡＴ）を算出する。前記のように式１の１次項係数ａ１と２次項係数ａ２を計算し、２次元座標軸にａ１を縦軸、ａ２を横軸として表せば図５のようになる。図５は、処理回路２３によって、ａ１，ａ２に基づいてＲＡＴを算出する原理を説明するための図である。原点Ｏと点Ｐ（ａ２，ａ１）とを結ぶ直線ＯＰが横軸（ａ２軸）となす角をθとすれば
θ ＝ ｔａｎ−１（ａ１／ａ２） …（３）
となる。θを度で表し、ａ１とａ２の正負によって異なる次の式で表されたものを係数勾配指数（ＲＡＴ）とする。
【００４０】
ＲＡＴ ＝ θ°／１８０° （ａ１＞０，ａ２＞０：第Ｉ象限）…（４）
ＲＡＴ ＝ １＋（θ°／１８０°） （ａ１＞０，ａ２＜０：第ＩＩ象限）…（５）
ＲＡＴ ＝ −（１−θ°／１８０°） （ａ１＜０，ａ２＜０：第ＩＩＩ象限）…（６）
ＲＡＴ ＝ θ°／１８０° （ａ１＜０，ａ２＞０：第ＩＶ象限）…（７）
【００４１】
１秒率ＦＥＶ１．０％は、できるだけ多くを吸気し、これをできるだけ速やかに呼気として排出したときの最初の１秒間の呼気量（ＦＥＶ１．０と略すこともある）と全呼気量（努力肺活量）（ＦＶＣと略すこともある）との比（百分率）で表示される。
【００４２】
ＦＥＶ１．０，ＲＡＴは、メモリ２４のストア内容に基づいて、以下に述べるようにして算出する。流量計２２による呼気１０ｍＬ毎の出力が得られ、その気量と時計による経過した時間とは前述のようにメモリ２４にストアされ、これらの値から、１０ｍＬ毎の流量を計算し、この気量と流量との値は、メモリ２４にストアされる。処理回路２３によって、１秒経過したかどうかを判断し、１秒が経過しておれば、その時までの気量を１秒量として計算し、メモリ２４に記憶する。流量が零になったかどうかを判断し、流量が零になっておれば気量が最大呼気位ＲＶの残量となったと判断し、全呼気量（努力肺活量）を計算し、でメモリ２４に記憶する。流量が零にならなければ、流量が零になるまで、前述の流量計算の動作と、流量と気量のメモリ２４へのストアとを繰返す。
【００４３】
メモリ２４に記憶されている流量と気量とからＦＶ曲線を求め、これを記録紙２７上に記録する。ＦＶ曲線を前述の２次曲線で近似させ、第１次項と第２次項との係数を求め、さらにＲＡＴを求め、これをメモリ２４に記憶する。記憶されている１秒量と努力肺活量とからＦＥＶ１％を求める。このＦＥＶ１％とＲＡＴとをグラフ化し、これを記録紙２７上に記録する。こうして一連の操作を終了する。
【００４４】
換気機能の評価並びに管理に関して、本発明に従うライフスタイル管理のためのＦＥＶ１％、ＲＡＴの相関関係の利用について、さらに説明する。気導閉塞性、気道過敏性の評価に有用であり、被験者の病変管理を可能にする。さらに、縦軸ＦＥＶ１％および横軸ＲＡＴを基準にして、ゾーン化する。右斜め上向きの１次直線ラインの右上方領域とＲＡＴ≧０．２以上から成るゾーンをゾーンＡと定義する。このゾーンにある被験者は健康状態にある。ＦＥＶ１％８０以上、ＲＡＴ≧０のゾーンの内ゾーンＡを除外した部分をゾーンＢと定義する。このゾーンにある被験者は、ライフスタイルの変更をした方がよい。ＦＥＶ１％７０以上８０以下、かつＲＡＴ≧０のゾーンとＦＥＶ１％７０以上、ＲＡＴ≦０のゾーンを併せ部分をゾーンＣと定義する。このゾーンにある被験者は、疾病のスクリーニングが必要である。ＦＥＶ１％５５以上７０以下のゾーンをゾーンＤ１と定義する。このゾーンにある被験者は疾病の管理を要する。ＦＥＶ１％４０以上５５以下のゾーン，ＦＥＶ１％４０以下のゾーンをゾーンＤ２，Ｄ３とそれぞれ定義する。このゾーンにある被験者は入院、通院を要するし、救急処置が必要な場合もある。このようにライフスタイル管理を含めた換気能力評価ができる。
【００４５】
次いで、本発明に従うライフスタイル管理による健康管理のための換気機能、ガス交換機能（能力とも呼ぶ）の総合評価について説明する。前述の換気機能の評価はＲＡＴとＦＥＶ（換気機能）との関係からライフスタイル管理を目指したものであるが、それにガス交換機能（Ｐ′ＣＯ、Ｄ′ＬＣＯ、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ、Ｐ′ＣＯ（２２）、Ｄ′ＬＣＯ（２２）、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）、ＳＰｏ２）をパラメータとして加え３次元的に評価すると、呼吸機能検査指標と健康管理がより論理的に関連づけられる。
【００４６】
肺のガス交換機能の指標としてのＣＯ肺拡散能力Ｄ′ＬＣＯと、そのときのＨｅの稀釈からＶ′Ａとを求めて、値Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａを演算して求めるための手法を説明する。
【００４７】
ＣＯ肺拡散能力Ｄ′ＬＣＯの測定方法は、１回呼吸（ｓｉｎｇｌｅ ｂｒｅａｔｈ）法が採用され、これは、息こらえ（ｂｒｅａｔｈ ｈｏｌｄｉｎｇ）法とも言われている。被験者は、前述のように最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に混合ガスであるテストガスを吸入し、この位置で吸気の始めから正確に１０秒間の呼吸停止をさせる。その後、急速に最大呼出させて最大呼気位ＲＶに至らせ、このとき最初の７５０ｍＬを捨てて、残りの１０００ｍＬの呼気ガスをサンプルバッグ３９に集めてガス分析を行う。
【００４８】
ＣＯは肺でとられるので肺胞内呼出ＣＯ濃度ＦＡＣＯは時間ｔとともに減少するが、Ｈｅは肺でとられないので時間によって変わらない。肺胞内呼出Ｈｅ濃度をＦＡＨｅとすると、時間ｔ＝０におけるＦＡＣＯ（０）は
ＦＡＣＯ（０） ＝ ＦＩＣＯ・ＦＡＨｅ／ＦＩＩＨｅ …（８）
として求められる。定義より
ＤＬＣＯ ＝ Ｖ″ＣＯ／ＰＡＣＯ …（９）
である。Ｖ″ＣＯはＶＣＯの１階微分である。この式に
Ｖ″ＣＯ ＝ −ｄＶＣＯ（ｔ）／ｄｔ
ＰＡＣＯ ＝ ＰＡＣＯ（ｔ） …（１０）
を代入すると
ｄＶＣＯ（ｔ）／ｄｔ ＝ −ＤＬＣＯ・ＰＡＣＯ（ｔ） …（１１）
となる。ここで、ＶＡ（ｔ）を肺胞気量（ＳＴＰＤ、予め測定しておいたもの）とするとき、
ＶＣＯ（ｔ） ＝ ＦＡＣＯ（ｔ）・ＶＡ（ｔ） …（１２）
であるから、
ｄＶＣＯ（ｔ）／ｄｔ ＝ ＦＡＣＯ（ｔ）・ｄＶＡ（ｔ）／ｄｔ＋ＶＡ（ｔ）・ｄＦＡＣＯ（ｔ）／ｄｔ …（１３）
であり、
ＶＡ（ｔ） ＝ 一定 …（１４）
なら、
ｄＶＡ（ｔ）／ｄｔ ＝ ０ …（１５）
であるから
ｄＶＣＯ（ｔ）／ｄｔ ＝ ＶＡ・ｄＦＡＣＯ（ｔ）／ｄｔ …（１６）
また
ＰＡＣＯ（ｔ） ＝ （ＰＢ−４７）ＦＡＣＯ（ｔ） …（１７）
この２つを上式に代入すると
【００４９】
【数１】
【００５０】
これがＫｒｏｇｈの式である。呼吸停止時間ｔを秒にすると、
【数２】
【００５１】
ＦＡＣＯ（０）に上式（１０）を代入すると、
【数３】
【００５２】
ＶＡの単位はｍｌ（０℃、１気圧、水蒸気なしの標準状態ＳＴＰＤ）で、呼吸停止時間ｔ＝１０秒として、ＤＬＣＯ（ｍｌ・ｍｉｎ−１・ｔｏｒｒ−１）を計算で求めることができる。ＰＢは、大気圧である。
【００５３】
ＤＬＣＯは式１９で計算されるが、ＶＡの求め方に２通りある。第１の求め方は、ＤＬＣＯ測定時の吸入気量（ＶＩ）に予め測定しておいた残気量（ＲＶ）を加えて、肺胞気量（ＶＡ ）を求める。通常ＲＶ位からＴＬＣ位までの吸入であるので、ＶＩ は吸気肺活量に、ＶＡ は全肺気量（ＴＬＣ）にほぼ等しい値となる。第２の求め方は本発明において算出する求め方であり、ＤＬＣＯ の測定時のＨｅの稀釈から次式でＶＡ を測定する方法である。この場合には通常のＶＡと区別するために、Ｖ′Ａで表す。′（ダッシュ記号）は、テストガスのようなＨｅの希釈による値を示す。
ＦＩＨｅ（ＶＩ＋ＶＤ） ＝ ＦＡ Ｈｅ・Ｖ′Ａ …（２１）
の関係が成立する。これより、
Ｖ′Ａ ＝ ＦＩＨｅ（ＶＩ＋ＶＤ）／ＦＡＨｅ …（２２）
となる。この場合ＶＩに比べるとＶＤはきわめて小さいので、
ＶＩ＋ＶＤ ≒ ＶＩ …（２３）
とみなすことができる。
Ｖ′Ａ ＝ ＶＩ・ＦＩＨｅ／ＦＡＨｅ …（２４）
でＶ′Ａを求める。Ｖ′を式２０のＶＡに代入した場合Ｄ′ＬＣＯとして、通常のＤＬＣＯと区別する。
【００５４】
一酸化炭素較差ＣＯ分圧Ｐ′ＣＯおよびＰ′ｃｏ（２２）が次式２５，２６で示される。
【数４】
Ｐ′ＣＯ（２２） ＝ （Ｐ′ｃｏ／ＢＭＩ）×２２ …（２６）
【００５５】
前式中、ＢＭＩはＢｏｄｙ Ｍａｓｓ Ｉｎｄｅｘの略で肥満度を表し、体重（ｋｇ）／身長（ｍ）２で算出される指標である。添え字（２２）は、この標準体重基準化された値を示す。ＢＭＩ＝２２．０は、健康的な適正体重であることを示す。
【００５６】
したがってＰ′ｃｏ （２２）は標準体重基準化Ｐ′ｃｏとも呼ばれる。同様にＤ′ＬＣＯ，Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａも次式２７，２８に従い、標準体重基準化することができる。
Ｄ′ＬＣＯ（２２） ＝ （Ｄ′ＬＣＯ／ＢＭＩ）×２２ …（２７）
Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２） ＝ （Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ／ＢＭＩ）×２２ …（２８）
Ｄ′ＬＣＯ（２２），Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）は夫々標準体重基準化Ｄ′ＬＣＯ（２２），Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）とも呼ばれる。
【００５７】
式２５は、肺胞におけるガス交換状態の推移を表し、単位時間当りの一酸化炭素の分圧差で、単位はｍＴｏｒｒ／ｓｅｃである。式２５の第１項（０．３０／ＦＩＣＯ）は、吸気ガス中の一酸化炭素濃度ＦＩＣＯを０．３０（％）に補正する項である。第２項（ＰＢ−４７）は、肺中における全乾ガスの圧力である。ここに４７は、体温３７℃における飽和水蒸気圧（単位Ｔｏｒｒ）である。第３項の前半｛ＦＩＣＯ×ＦＡＨｅ／ＦＩＨｅ｝は、初期（ｔ＝０）における肺中の一酸化炭素の濃度であり、ＦＡＣＯは、終期における肺中の一酸化炭素の濃度である。これらに（ＰＢ−４７）を掛けたものが肺中の初期と終期との一酸化炭素の分圧である。第４項の分子１０は、圧力をＴｏｒｒからｍＴｏｒｒ（ミリトール）にするために１０００倍し、ガス濃度が％表示であるので１００で割ったもの、すなわち１０００／１００＝１０である。
【００５８】
前述のように、式２６は標準体重に基準化した単位時間当たりの一酸化炭素の分圧差で単位はｍＴｏｒｒ／ｓｅｃである。
【００５９】
式２６の第１項は単位ＢＭＩ当たりのＰ′ｃｏで身長（ｍ）と体重（ｋｇ）で補正して、他と比較できる利点を有する。
【００６０】
ステップｓ１５では、Ｄ′ＬＣＯ，Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ，Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ，Ｐ′ＣＯ（２２），Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）等パラメータの演算を行い、ステップｓ１６では、３次元表示を行う。このようにして、図４のステップを用いて時系列的な換気機能とガス交換機能とを測定することによって、３次元の表示を行うことができる。このような３次元表示は、表示手段２５によって達成される。
【００６１】
ＦＥＶ１％−ＲＡＴの表示と同様にＤ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ，Ｐ′ＣＯ（２２），Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）をステップｓ１５でメモリに記憶しておけば、随意にそれぞれをＺ軸とする３次元表示グラフが得られる。これは、たとえばファンクションキーを押すことにより、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ→Ｐ′ＣＯ（２２）→Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）とサイクルするように設定する。
【００６２】
本発明の好ましい実施の形態によれば、図４のステップｓ１６で各種パラメータを３次元表示する前にＦＥＶ１％とＲＡＴをまず２次元表示して、前述のように被験者の属するゾーンを同定する。ゾーンにより、３次元表示の際のＺ軸パラメータとしてＤ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ，Ｐ′ＣＯ（２２），およびＤ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）の群の中から最も最適なガス交換機能指標を選び、ステップｓ１６で３次元表示を実施する。
【００６３】
したがって、ステップｓ１５で２次元表示の結果から特定のパラメータのみを演算するような構成とすることができるし、またすべてのパラメータを計算後、メモリ２４にストアし、所望のＺ軸パラメータのみを取出し、３次元表示を完成するような構成とすることができる。いずれにしろ被験者の所属する健康グループにより、所望のＺ軸パラメータ（ガス交換機能指標）を選択できる。
【００６４】
本発明の実施のさらに他の形態では、前述の健康維持管理のための呼吸機能検査装置によって得られる６つの指標（％ＦＶＣ、ＦＥＶ１％、ＲＡＴ、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）、ＳＰＯ２、Ｐ′ＣＯ（２２））を用いて、メモリに予めストアされている呼吸機能基準値（青年期の一般人の前記６つの各指標の平均値と標準偏差）とともに、前記６つの各指標の偏差値ｗ１〜ｗ６を算出し、前述の指標％ＦＶＣをＸ１で表し、その指標％ＦＶＣの平均値をＸ１−で表し、指標ＦＥＶ１％をＹ１で表し、その指標ＦＥＶ１％の平均値をＹ１−で表し、指標ＲＡＴをＺ１で表し、その指標ＲＡＴの平均値をＺ１−で表し、指標Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）をＸ２で表し、その指標Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）の平均値をＸ２−で表し、指標ＳＰＯ２をＹ２で表し、その指標ＳＰＯ２の平均値をＹ２−で表し、指標Ｐ′ＣＯ（２２）をＺ２で表し、その指標Ｐ′ＣＯ（２２）の平均値をＺ２−で表し、各標準偏差をσＸ１，σＸ２，σＹ１，σＹ２，σＺ１，σＺ２でそれぞれ表し、各偏差値をｗ１〜ｗ６でそれぞれ表すとき、
ｗ１ ＝ （Ｘ１−Ｘ１−）・１００／σＸ１＋１００
ｗ２ ＝ （Ｘ２−Ｘ２−）・１００／σＸ２＋１００
ｗ３ ＝ （Ｙ１−Ｙ１−）・１００／σＹ１＋１００
ｗ４ ＝ （Ｙ２−Ｙ２−）・１００／σＹ２＋１００
ｗ５ ＝ （Ｚ１−Ｚ１−）・１００／σＺ１＋１００
ｗ６ ＝ （Ｚ２−Ｚ２−）・１００／σＺ２＋１００
【００６５】
図６の各軸Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２によって仕切られた８つのブロックの呼吸機能の容積の総和（すなわち総合呼吸機能容積）Ａを算出し、
Ａ ＝ ｗ１・ｗ３・ｗ５＋ｗ２・ｗ３・ｗ５
＋ｗ１・ｗ４・ｗ５＋ｗ２・ｗ４・ｗ５
＋ｗ１・ｗ３・ｗ６＋ｗ２・ｗ３・ｗ６
＋ｗ１・ｗ２・ｗ６＋ｗ２・ｗ４・ｗ６
【００６６】
その後、健康度Ｂ、呼吸機能危険度Ｃを算出し、
Ｂ（％） ＝ Ａ・１００／２００３
ここで２００３は、青年期の一般人の総合呼吸機能容積を表す、
Ｃ（％） ＝ １００−Ｂ
【００６７】
こうして算出した前記総合呼吸機能容積Ａと健康度Ｂと呼吸機能危険度Ｃとを用いて、生活習慣改善のための処方を表示出力して、健康維持管理を効果的、効率的に進めることを可能にする健康維持管理の方法が実現される。図６はこの健康維持管理の方法のために用いられる３次元直交座標系を示す。
【００６８】
また本発明は、流量気量曲線の下行脚の波形を、
最大吸気位ＴＬＣから最大呼出するときの呼出途中で呼出努力の不充分のための流量気量（ＦＶ）曲線の一部分と、
安静吸気から最大呼出するときの流量気量（ＧＶ）曲線の一部分とから、合成する流量気量曲線より換気機能の参考値を算出することにより、被験者の呼出負担の軽減、測定時間の軽減を図ることを特徴とする。
【００６９】
ＦＶ曲線は被験者が最大吸気し、できるだけ努力して速く呼出するのをスパイロメータで測定することにより求められる。しかしながら、被験者が最大呼気位（息をすべて吐き出す）まで一気に呼気できない場合がしばしばある。これは、被験者が呼気の中途で咳をしたりして一時的に呼気を停止すれば起こる。また、被験者が老人または病人である時、呼気を継続できないこともある。このような場合、ＦＶ曲線の下行脚が曲線の終点近くで急激に減衰（降下）し、曲線を使って正確にＦＶ解析を行うことを不可能ならしめる。ここで「下行脚」とは、流量最大位（ＰＥＦＲ）から流量が０になるまで、ＦＶ曲線が下降する領域を指す。
【００７０】
本発明は、ＦＶ曲線が不完全であってもＦＶ波形を合成し、参考値としてＦＶ波形解析を行うに適する波形を得るために、被験者の呼気データに基づいてＦＶ曲線の不完全な部分を補完し、参考ＦＶ波形を合成する。
【００７１】
こうして、最大吸気から最大呼出する時の流量気量（ＦＶ）曲線の一部分と、安静吸気から最大呼出する時の流量気量（ＧＶ）曲線の一部分とから波形を合成することを特徴とするＦＶ波形解析のためのＦＶ波形の合成方法が提供される。好ましくは、前記ＦＶ曲線の一部分がＦＶ曲線上、最大吸気位から流量の急速減衰領域でのＦＶ、ＧＶ両曲線の交差点Ｘまでを表し、そして前記ＧＶ曲線の一部分が交差点Ｘから最大呼気位Ｙまでを表す。
【００７２】
さらに本発明によれば、（ａ）被験者の呼気データに基づいて最大吸気から最大呼出するときの流量気量（ＦＶ）曲線と、安静吸気から最大呼出するときの流量気量（ＧＶ）曲線とを求め、
（ｂ）流量を縦軸、気量を横軸としてＦＶ曲線、ＧＶ曲線を２次元座標上に表示し、
（ｃ）ＦＶ曲線の急速減衰領域でのＧＶ曲線との交差点Ｘを定め、
（ｄ）ＦＶ曲線の最大吸気位から流量最大位を経由して前記交差点Ｘまでの第１曲線部分を描き、
（ｅ）ＧＶ曲線上、前記交差点ＸからＧＶ曲線の最大呼気位Ｙまでの第２曲線部分を描き、そして
（ｆ）前記第１曲線部分と第２曲線部分をつなぐ、前記（ａ）〜（ｆ）のステップから成る。好ましくは、ステップ（ｄ），（ｅ），および（ｆ）をステップ（ｂ）の２次元座標と異なる２次元座標上で行う。
【００７３】
「ＦＶ波形解析」とは、ＦＶ波形に基づいて（１）ｄＶ／ｄＦ指標を求める、（２）ＦＶ曲線を２次式に近似する、（３）２次式の近似で充分でなければ、多次式に近似すること等を指す。
【００７４】
合成される合成ＦＶ曲線は実測曲線（実測値）でないので、あくまで参考値として従来のＦＶ波形解析等を補完するものであり、「合成ＦＶ曲線とその解析による参考値」としての本発明の意義が理解されるべきである。
【００７５】
まず、被験者の呼気のＦＶ曲線を求め、２次元座標上に表示する。呼気測定中、呼気が咳、息切れ等何らかの理由で跡切れたＦＶ曲線を模式的に図８に示す。図９は、このような場合の実測例である。両図８，９中、ＦＶは最大吸気から最大呼出するときの流量気量曲線で、ＧＶは安静呼気から最大呼出する時の流量気量曲線を表す。図８，９から明らかなように、ＦＶ曲線は下行脚の下流域、すなわち終点近傍で急激に減衰（降下）する。図９中、この領域でのＦＶ曲線とＧＶ曲線の交差点をＸ（図８中、点８）で表し、ＧＶ曲線の終点、すなわち最大呼気位をＹ（図８中、点１０）で表す。ＦＶ曲線は、Ｘ−Ｙの域において不完全（欠落）であるので、このＦＶ曲線から正確な波形解析を行うことは不可能である。
【００７６】
したがって、Ｘ−Ｙ域のＧＶ曲線を部分的にＦＶ曲線につなぎ、波形（曲線）を合成すると、正常なＦＶ曲線（図７に例示）に近い曲線ができあがる。具体的にはＦＶ曲線の始点（０位）から、最大流量位（ＦＶ曲線の頂点）を経て、前記交差点ＸまでＦＶ曲線を描画（トレース）し、ＸからＹまでの部分ＧＶ曲線を描画して、疑似ＦＶ曲線を完成する。
【００７７】
本発明に従うと、正常なＧＶ曲線があれば、被験者のＦＶ曲線が図８，９に示すように不完全であっても、ＦＶ解析に必要なＦＶ波形を合成できる。本発明の合成法は、適当な表示手段（画面）上、ＦＶ曲線を２次元座標表示し、さらに重ねて同一画面上にＧＶ曲線を表示し、前記のように波形合成の後、残存する不要な波形（たとえばＧＶ曲線の立上り部分、あるいはＦＶ曲線のＸ以降の落下部分）を消去して画面上、必要なＦＶ合成波形のみを表示することができる。
【００７８】
また、ＦＶ曲線、ＧＶ曲線の表示画面と異なる画面上、新たにメモリに保存したＦＶ、ＧＶ曲線データからＦＶ波形を合成して表示してもよい。
【００７９】
それらの画面上、ｄＶ／ｄＦ指標等を演算の上、共に表示することも可能である。図１０は、そのような一連のＦＶ波形合成を行った結果の一例を表す。
【００８０】
図１０には、後述のように２次式に近似した２次曲線（１３）も併せて表示してある。本発明に従うＦＶ波形の合成方法は、以下の実施例に詳述する装置によって達成することができる。
【００８１】
以下実施例でもって本発明をより具体的に説明する。前述の図２において、被験者の呼気のＦＶ曲線を求めるためのスパイロメータなどの電気的構成が示される。肺機能が検査されるべき被験者は、たとえば立位で、できるだけ多く吸気し、鼻をおさえ口に管２１をくわえて、できるだけ早く呼気を流量計２２に供給する。マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路２３は、流量計２２の出力に応答し、その流量と気量とを時間の経過に伴って演算して記憶し、その結果を陰極線管または液晶表示素子などを用いた目視表示手段２５に表示するとともに必要があれば記録紙２７に記録する。
【００８２】
処理回路２３は、流量計２２から送られるデータの代わりに、予め記録紙２７に描かれた流量気量曲線を、デジタイザなどの読取装置２８で読取り数値化されたデータを取込むことも可能である。流量は、たとえば気量１０ｍｌ毎に、それに要する時間が計測され、流量の計算が行われる。
【００８３】
図７は、上記のようにして求められたＦＶ曲線の模式的な例であり、流量Ｆ（ｌ／秒）を縦軸に、気量Ｖ（ｌ）を横軸にとる。流量は、初期の短時間に急速に増大し、流量最大値ＰＥＦＲに達し、その後は比較的緩やかに最大呼気位の残気量点Ｂ（ＲＶ）まで低下する。この流量最大値ＰＥＦＲから点Ｂまでの範囲が下行脚と呼ばれ、被験者の気道の状態によって曲線１〜曲線４のように変化する。たとえば、曲線４を描く被験者は、鼻アレルギー患者であることが多い。
【００８４】
本発明に係るＦＶ波形解析のためのＦＶ波形の合成方法について、図８の別な模式的ＦＶ曲線を用いて詳しく説明する。
【００８５】
曲線１は、図７と同様、最大吸気から最大呼出するときのＦＶ曲線（ここでＦＶとも略す）を表す。曲線５は安静吸気（通常の状態）から最大呼出するときのＧＶ曲線（ここでＧＶとも略す）を表す。曲線１と曲線５の交差点６，７間では、流量はＧＶ＞ＦＶであり、交差点６，７において、ＦＶとＧＶが流量において、ほぼ等しい。曲線１上の点８は、呼気が中断され、流量が急速に低下する点を示す。被験者が息切れを起こしたり、咳込むときなどに該当する。終点９は最大呼気位の残気量を表し、点１０は安静呼気位の残気量を表すＧＶの終点で、横軸上ＦＶの終点９より後方にある。
【００８６】
したがって、何らかの理由でＦＶが図８に示すように中断され、滑らかな曲線を描かないとき、ＧＶがあれば、被験者に再度の呼気を強いることなく、ＦＶ波形を合成できる。すなわち、曲線１のＰＥＦＲ位１１より点７までの間はＦＶをトレースし、点７から点８の間はＦＶ，ＧＶのいずれかをトレースし、そして点８から点１０の間はＧＶをトレースする。
【００８７】
これら一連の作業は、図８のようなチャート上、ＦＶおよびＧＶを各々表示し、マニアルでトレースし、理想的な合成ＦＶ曲線を描き出すこともできるが、個別に測定したＦＶおよびＧＶのためのデータをメモリ２４に記憶し、それらを処理回路２３で再度演算した後、合成したＦＶ曲線を画面または記録紙等の目視表示手段２５に表示することが都合がよい。また既に記録紙に描かれた一方の曲線を読取装置２８で読取り、メモリ２４にある他方の曲線のデータと合成し、同様に合成ＦＶ曲線を得ることも考えられる。
【００８８】
本発明に従うＦＶ波形合成方法の利点は、安静呼吸からのＧＶ曲線が得られておれば、最大呼吸からＦＶ曲線を得るための流量、気量、測定中、測定が中断失敗しても、合成ＦＶ曲線が描けるところにある。ＦＶ曲線を得るために、測定をわざわざ繰返すことなく、ＦＶより被験者が容易に得られるＧＶからＦＶ曲線が合成できる。従って、最大呼出測定の回数を少なくすることができ、老人、病人の負担を軽減する。また必ずしも呼出を、最後まで行う必要がなく、測定時間の短縮も望める。
【００８９】
実測したＦＶ，ＧＶ曲線の一例を図９に示す。図９中、ＸはＦＶの急速減衰領域でのＧＶとの交差点で、図８の点８に対応する。ＹはＧＶの終点、最大呼気位を表し、図８の点１０に対応する。この例では、図８の場合と全く同様にＦＶに、ＸにおいてＧＶを繋げば、合成ＦＶ曲線を得ることができる。
【００９０】
さらに、合成したＦＶ曲線を基にしてｄＶ（気量）／ｄＦ（流量）指標を演算、プロットすると、たとえば図９に示すように、ｄＶ／ｄＦ分布曲線１２を得る。図９は、ｄＶ／ｄＦ曲線１２、実測ＦＶ曲線１、近似した２次曲線１３（後述）を表す。図９，１０に表示されている曲線例は、本件発明者による実測データに由来する。
【００９１】
前記のように、ＦＶ波形の合成、さらに解析を行い、各種パラメータ（たとえばｄＶ／ｄＦ）を算出し、肺機能を評価、機能不全の要因の同定を通して、究極的には、ライフスタイルを含めた健康管理が可能となる。
【００９２】
前述の実施の各形態における時間経過に伴う測定結果は、処理回路２３によってメモリ２４に一旦、ストアされ、このメモリ２４にストアされた測定結果のデータを、処理回路２３によって演算して、前述の健康維持管理のための各機能の検査のための演算処理が実行される。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも一連の１回の検査測定によって、４種の気相系呼吸機能（換気機能、ガス交換、ガス輸送、代謝機能）の検査指標を算出することができる。これによって被験者の検査測定回数を減少して検査時の努力負担を軽減し、測定時間を大幅に短縮することができる。したがって、このことは特に中高年の呼吸機能低下者、老人および病人にとって好ましいことである。
【００９４】
測定回数が少なくてすむので、各測定回毎の測定結果を目視表示または記録紙への印字などに必要な出力時間を短縮することもできる。また本発明によれば、総測定回数を６〜１０回より２〜３回に減少することができるので、健康維持管理されるべき被験者の人数を大幅に増加することができ、先行技術の、たとえば約３倍に増加することができ、検査の作業効率が向上し、このことは検診機関にとって好ましいことである。このように健康維持管理が行われるべき被験者の数を大幅に増加することができる。さらに、そのうちの多くのリスク・グループの対象者に、本件発明による検査機器に基づくデータに基づいて健康増進の維持管理指導を推進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の健康維持管理のための気相系呼吸機能の検査方法を説明するための図である。
【図２】被験者の最大流量気量曲線を示す図である。
【図３】本発明の実施の一形態の健康維持管理のための気相系呼吸機能検査装置の全体の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示される処理回路２３の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】図３に示される処理回路２３より、ＲＡＴを算出する図である。
【図６】本発明の健康維持管理の方法のために用いられる３次元直交座標系を示す。
【図７】被験者の呼気のＦＶ曲線を模式的に示す図である。
【図８】本発明に従い、ＦＶ曲線を合成する模式図である。
【図９】ＦＶ，ＧＶ両曲線の一例を示す図である。
【図１０】本発明に従いＦＶ波形の解析、合成を行った一例を表示した図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、公衆衛生の分野における健康維持管理のための気相系呼吸機能検査方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
生活習慣の評価と管理を中心とした健康維持管理を進めるには、呼吸機能検査の各種の指標を算出し、これによって、たとえば健康青年期を基準値としたときの呼吸機能の維持のされ方、あるいは呼吸機能の低下による健康レベルの程度を知ることができる。この気相系呼吸機能は、換気機能、ガス交換機能、ガス輸送機能、代謝代替機能が挙げられる。
【０００３】
先行技術では、換気機能の検査測定、ガス交換機能、ガス輸送機能の各検査測定は、個別的に行われている（特許文献１，２）。たとえば、呼出後半の呼出努力が不充分ならば測定が繰返され、換気機能の検査測定で３回程度以上繰返し、またガス交換機能の検査測定を、たとえば３回程度繰返し、こうして各機能の検査測定値の正確な値を求める。各測定回数毎に被験者は、たとえば立位で、できるだけ多く吸気し、マウスピースを口にくわえた状態で、できるだけ早く呼気を排出する。したがって老人、病人を含めた全ての被験者に対して、被験者の呼出努力の負担を軽減することが望まれている。また測定時間の短縮も望まれている。すなわち換気機能の検査のために少なくとも１回の測定を行わなければならず、またガス交換機能の検査のために少なくとも１回の測定を行わなければならず、一般には、換気機能のために３回程度以上の測定を行う。ガス交換機能のために２〜３回程度の測定を繰返し、合計５〜６回ないしは１０回程度の測定を行って正確な測定値を得ている。したがって被験者の負担が非常に大きい。このことは、老人および病人などにおいて、特に呼出努力の負担の軽減が望まれている。また、ガス輸送の検査測定も別途に行われるため、ＩＤ（識別）データの入力、被験者に対する測定説明、ならびに計測のための時間がさらに必要となり、測定時間が延長することとなる。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２７８６８０７号公報
【特許文献２】
特許第２７８６８０８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、４種類の気相系呼吸機能の検査を、一連の１回の測定で行って、被験者の呼出努力の負担を軽減して、短時間に完了することができるようにした、健康維持管理のための気相系呼吸機能検査方法および装置を提供することである。
【０００６】
したがって、気相系呼吸機能検査実施に際して、諸種ＩＤデータ入力時の安静呼吸の際にＳＰＯ２の計測を行い、計測データを電気信号にてコンピュータに入力する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、呼吸機能計測状態で、安静呼吸中に、
パルスオキシメータを用いて、
被験者の光透過性のよい指先部に、光を照射して、その透過光の拍動成分を求め、これに基づいてＳａＯ２（動脈血酸素飽和度）を計測し、
ＳａＯ２を表わす電気信号を、健康維持管理のための総合的呼吸機能検査方法に組込まれている解析用コンピュータに与えることを特徴とする検査方法である。
【０００８】
また本発明は、被験者が行う最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に吸入する吸入動作と、
これに続くｔ秒間の呼吸停止と、
その後、最大呼出による最大呼気位ＲＶまでの呼出動作との一連の１回呼吸動作を利用して、
気相系呼吸機能の評価データを収集するに際し、
既知濃度ＦＩ（ＣＯ）の一酸化炭素と、既知濃度ＦＩ（Ｈｅ）のヘリウムとを含む空気を、テストガスとして使用し、
吸入時にテストガスの吸入分量ＶＩを計測し、
吸気から終了すれば、ｔ秒間呼吸を停止し、
その後、分析用呼出ガスを収集するとともに、呼気の最大流量気量曲線の下行脚をメモリに記憶し、
その採取ガス中の一酸化炭素の濃度ＦＥ（ＣＯ）と、
ヘリウムの濃度ＦＥ（Ｈｅ）とを計測し、
一連の１回の呼吸動作によって、少なくとも換気機能と、ガス交換機能と酸素消費の要求度とを表わす指標を算出することを特徴とする健康維持管理のための総合的呼吸機能検査方法である。
【０００９】
また本発明は、被験者が行う最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に吸入する吸入動作と、
これに続くｔ秒間の呼吸停止と、
その後、最大呼出による最大呼気位ＲＶまでの呼出動作との一連の１回呼吸動作を利用して、
気相系呼吸機能の評価データを収集するに際して使用される健康維持管理のための総合的呼吸機能検査装置であって、
既知濃度ＦＩ（ＣＯ）の一酸化炭素と、既知濃度ＦＩ（Ｈｅ）のヘリウムとを含む空気を、テストガスとして、被験者のマウスピースに供給するガス供給源と、
マウスピースに流れる流量を計測する流量計と、
流量計の出力を時間経過に伴ってストアするメモリと、
分析用呼出ガスを収集するサンプリングバッグと、
サンプリングバッグの採取ガス中の一酸化炭素の濃度ＦＥ（ＣＯ）と、ヘリウムの濃度ＦＥ（Ｈｅ）とを計測する分析計と、
メモリのストア内容と分析計の出力とを用いて演算し、少なくとも換気機能とガス交換機能と酸素消費要求度とを表わす指標を算出する処理回路とを含むことを特徴とする健康維持管理のための総合的呼吸機能検査装置である。
【００１０】
本発明は、一連の１回の呼吸機能検査において、４種類の呼吸機能、すなわち換気機能、ガス交換機能、ガス輸送機能、代謝機能の各指標の計測・算出を行い、被験者の呼出努力の負担の軽減を図るとともに、検査に必要な時間の短縮化を図り、健康増進の維持管理指導を行うことを可能にする。
【００１１】
本発明に従えば、テストガスを用い、少なくとも１回の、少ない測定回数で気相系呼吸機能の検査を行って指標を算出することができる。これによって被験者の呼出努力の負担を軽減することができ、測定時間を短縮することができる。
【００１２】
換気機能の検査のためには、従来では、前述の吸入動作および呼出動作を行い、呼吸のためのガスは、空気である。これに対してガス交換機能の検査では、従来では前述の吸入動作、呼吸停止および呼出動作をこの順序で行い、一酸化炭素およびヘリウムが混合されたテストガスを用いる。
【００１３】
換気機能の検査のための吸入動作と呼出動作は、ガス交換機能の検査のための吸入動作と呼出動作とにそれぞれ類似する。ガス交換機能検査における呼吸停止の時間ｔは、１０秒間と規定され、たとえば１０．３秒間である。しかもガス交換機能の検査のために用いられるテストガスに混合される一酸化炭素の濃度ＦＩ（ＣＯ）は０．３％と規定され、たとえば０．２９８％であり、ヘリウムの濃度ＦＩ（Ｈｅ）は１０％と規定され、たとえば９．９９７％である。このようなテストガスに混合されている一酸化炭素およびヘリウムの割合は小さいので、テストガスは、換気機能の検査のために用いられる空気の組成に類似した組成を有する。したがって本発明では、ガス交換機能のためのテストガスを用い、被験者が吸入動作、呼吸停止および呼出動作を行い、この呼出動作は、最大呼気位ＲＶまで行うことによって、そのガス交換機能の検査を行うことができるのはもちろん、換気機能の検査も、無視できる程度のわずかな誤差の範囲内で、換気機能検査の諸指標を得ることができる。
【００１４】
本件発明者の実験によれば、前述の呼吸停止を行うことなく吸入動作と呼出動作とを空気を用いて行うことによって得られた正確な従来からの換気機能の検査結果に比べて、本発明によって得られた換気機能検査結果は、数％の誤差を含み、実用上、問題がないことが確認された。こうして本発明によれば、少ない測定回数で、たとえば２〜３回の測定回数で、少なくとも換気機能とガス交換機能の検査を終了することができるという、画期的な優れた効果が達成される。
【００１５】
また本発明は、換気機能指標は、％ＦＶＣ（努力肺活量比）、ＦＥＶ１％（１秒率）、最大流量気量曲線に基づく諸指標またはＲＡＴ（係数勾配指数）であり、
ガス交換指標は、
ＤＬＣＯ（肺ＣＯ拡散能力）、
ＤＬＣＯ／ＶＡ、
Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ、
Ｐ′ＣＯ（２２）、
Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）、
Ｐ′ＣＯ（２２）、または
Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）であることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、処理回路は、代謝代替機能とガス輸送機能とを表わす指標ＳａＯ２（動脈血酸素飽和度）をさらに算出することを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、代謝代替機能の指標は、Ｐ′ＣＯ（２２）であり、
ガス輸送機能の指標は、ＳＰＯ２（指先酸素飽和度）であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、前述の健康維持管理のための総合的呼吸機能検査装置によって得られる６つの指標（％ＦＶＣ、ＦＥＶ１％、ＲＡＴ、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）、ＳＰＯ２、Ｐ′ＣＯ（２２））を用いて、メモリに予めストアされている呼吸機能基準値（青年期の一般人の前記６つの各指標の平均値と標準偏差）とともに、前記６つの各指標の偏差値ｗ１〜ｗ６を算出し、
前述の指標％ＦＶＣをＸ１で表し、その指標％ＦＶＣの平均値をＸ１−で表し、
指標ＦＥＶ１％をＹ１で表し、その指標ＦＥＶ１％の平均値をＹ１−で表し、
指標ＲＡＴをＺ１で表し、その指標ＲＡＴの平均値をＺ１−で表し、
指標Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）をＸ２で表し、その指標Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）の平均値をＸ２−で表し、
指標ＳＰＯ２をＹ２で表し、その指標ＳＰＯ２の平均値をＹ２−で表し、
指標Ｐ′ＣＯ（２２）をＺ２で表し、その指標Ｐ′ＣＯ（２２）の平均値をＺ２−で表し、
各標準偏差をσＸ１，σＸ２，σＹ１，σＹ２，σＺ１，σＺ２でそれぞれ表し、
各偏差値をｗ１〜ｗ６でそれぞれ表すとき、
ｗ１ ＝ （Ｘ１−Ｘ１−）・１００／σＸ１＋１００
ｗ２ ＝ （Ｘ２−Ｘ２−）・１００／σＸ２＋１００
ｗ３ ＝ （Ｙ１−Ｙ１−）・１００／σＹ１＋１００
ｗ４ ＝ （Ｙ２−Ｙ２−）・１００／σＹ２＋１００
ｗ５ ＝ （Ｚ１−Ｚ１−）・１００／σＺ１＋１００
ｗ６ ＝ （Ｚ２−Ｚ２−）・１００／σＺ２＋１００
８つのブロックの呼吸機能の容積の総和（すなわち総合呼吸機能容積）Ａを算出し、
Ａ ＝ ｗ１・ｗ３・ｗ５＋ｗ２・ｗ３・ｗ５
＋ｗ１・ｗ４・ｗ５＋ｗ２・ｗ４・ｗ５
＋ｗ１・ｗ３・ｗ６＋ｗ２・ｗ３・ｗ６
＋ｗ１・ｗ２・ｗ６＋ｗ２・ｗ４・ｗ６
その後、健康度Ｂ、呼吸機能危険度Ｃを算出し、
Ｂ（％） ＝ Ａ・１００／２００３
ここで２００３は、青年期の一般人の総合呼吸機能容積を表す、
Ｃ（％） ＝ １００−Ｂ
こうして算出した前記総合呼吸機能容積Ａと健康度Ｂと呼吸機能危険度Ｃとを用いて、生活習慣改善のための処方を表示出力して、
健康維持管理を効果的、効率的に進めることを可能にする健康維持管理の方法である。
【００１９】
換気機能の指標としては、ＦＶ（最大流量気流量曲線）解析およびＶＴ（最大努力性呼出曲線）解析を通して得られる％ＦＶＣ、ＦＥＶ１％（１秒率）が挙げられる。さらにピークフロー値から最大呼気位までの最大流量気量関係から、ＲＡＴ（係数勾配指数）、ｄＶ／ｄＦが算出される。その結果、ＦＥＶ１％、ＲＡＴのダイアグラムを、表示手段の２次元表示面に描画することができる。換気機能は、素因変化（気道過敏性）、形態的変化（気道および肺胞）、過膨張、末梢気道閉塞等の健康管理上の問題点に関連がある。
【００２０】
ガス交換機能の指標としては、ＤＬＣＯ、ＤＬＣＯ／ＶＡ（ＤＬＣＯを測定時の肺気量ＶＡで割った値ＤＬＣＯ／ＶＡは、Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙの指標として用いられ、肺胞の破壊の程度を反映して低下する値であり、慢性肺気腫の診断に用いられる）、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）等が挙げられる。ダッシュ記号は、後述のテストガスのようなＨｅによる希釈空気ガスを用いたときの測定値を示す。ガス交換機能は、総合ガス交換能力を表し、代謝代替機能の指標であるＰＣＯあるいはＰＣＯ（２２）は末梢組織における酸素消費要求度と関連がある。
【００２１】
代謝機能の指標としては、Ｖ′Ｏ２（酸素消費摂取量（毎分））、Ｖ′ＣＯ２（二酸化炭素産生量（毎分））、Ｒ（ガス交換比＝Ｖ′ＣＯ２／Ｖ′Ｏ２）、ＡＴ（Ａｎａｅｒｏｂｉｃ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）、さらに運動消費エネルギー（Ｅ１）および１日消費推定エネルギー（Ｅ２）等が挙げられる。代謝代替機能ＰＣＯ（２２）（ＣＯ分圧、２２は後述のように標準体重基準化された値を示す）は酸素消費量、運動（活動）消費エネルギーと関連がある。
【００２２】
ガス輸送機能の指標としては、ＳＰＯ２が挙げられる。ガス輸送機能は、末梢組織へのＯ２の輸送性と関連がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の健康維持管理のための気相系呼吸機能の検査方法を説明するための図である。図１の横軸は時間を表わし、図１の縦軸は気量（単位ｍＬ）である。被験者は、１回の検査測定で、図１の参照符ａ〜ｄ３に対応した動作を行う。このような少なくとも１回の検査測定によって、換気機能、ガス交換機能、代謝代替機能、ガス輸送機能などの気相系呼吸機能の検査を行って、各検査の指標を算出することができる。
【００２４】
図２は、被験者の最大流量気量曲線を示す図である。この図２に示される曲線には、前述の図１に示されるグラフの対応する参照符ａ〜ｄ３が示される。図２の横軸は気量（単位Ｌ、リットル）であり、縦軸は流量（単位Ｌ／ｓｅｃ）である。Ｌはリットルを表わす。この最大流量気量曲線（ＦＶ曲線と略称することがある）を用いて換気機能の指標を算出することができる。
【００２５】
図３は、本発明の実施の一形態の健康維持管理のための気相系呼吸機能検査装置の全体の電気的構成を示すブロック図である。被験者の換気機能およびガス交換機能の同時的な、したがって同一検査体系での測定を行うために、被験者は口に管であるマウスピース２１をくわえる。混合ガス源４０からは第１切換え弁４１に混合ガスであるテストガスを供給する。前記テストガスは、０．３％ＣＯ、１０％Ｈｅ、２０％Ｏ２および７０％Ｎ２の４者混合ガスである。第１切換え弁４１には呼気の流量を計測する流量計２２が接続され、その流量計２２の出力は処理回路２３に与えられ、流量と気量とが時間経過に伴ってサンプリングされて読取られる。流量計２２からの呼気は、管路４２から第２切換え弁４３に導かれ、この第２切換え弁４３は、管路４２からの呼気を管路４４から大気放散し、または管路４５を経て可撓性のあるサンプリングバッグ３９に導く。バッグ３９内の呼気のＣＯ濃度は、ＣＯ濃度検出手段４６によって検出され、またＨｅの濃度はＨｅ濃度検出手段４７によって検出され、それらの各濃度検出手段４６，４７の出力は処理回路２３に与えられる。被験者の上述の気相系呼吸機能検査とほぼ同時に、ＳＰＯ２の測定手段３１によって代謝代替機能とガス輸送機能とを表す指標ＳａＯ２およびＳＰＯ２を検査して測定し、その測定結果を、マイクロコンピュータによって実現される処理回路２３に与え、これらの測定結果、およびその他の測定結果は全て、メモリ２４にストアされる。処理回路２３は、このメモリ２４のストア内容を読出して前述および後述の演算処理を行い、検査を行う。サンプリングバッグ３９のガスは、酸素濃度を検出するＯ２センサによって検出され、その測定結果は、処理回路２３に与えられる。
【００２６】
図４は、図３に示される処理回路２３の動作を説明するためのフローチャートである。ステップｓ１からステップｓ２に移り、第１切換え弁４１を第１位置４１ａから第２位置４１ｂに切換え、被験者は管２１を口にくわえた状態で、図１および図２の参照符ａでは、通常の呼吸をしている。次に、参照符ｂから参照符ｃで示されるように、混合ガス源４０からの混合ガスを最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に吸入して吸入動作を行う。この位置で、吸気の始めから正確に１０秒間の呼吸停止努力をさせる。次に、ステップｓ３において第１切換え弁４１を第１位置４１ａに切換え、このとき第２切換え弁４３は第１位置４３ａとしておき、図１および図２の参照符ｄ１〜ｄ３で示されるように、急速に最大呼出させて呼出動作を行い、最大呼気位ＲＶに至らせる。このときステップｓ４では、流量計２２によって計測される呼気の流量の時間経過を測定し、メモリ２４にストアする。
【００２７】
ステップｓ５において呼気の最初から７５０ｍＬを測定し、その７５０ｍＬ分の呼気は、第２切換え弁４３の第１位置４３ａから管路４４を経て大気放散される。次のステップｓ６では、第２切換え弁４３を第２位置４３ｂに切換え、ステップｓ７では、残りの呼気ガスをバッグ３９に管路４５を経て１０００ｍＬを貯留し、そのときにおいてもまたステップｓ８では、流量計２２の計測値を時間経過に伴って測定してメモリ２４にストアしておく。ステップｓ９では、ステップｓ７において１０００ｍＬの計測後に、第１位置４３ａに切換えて、最大呼気位ＲＶまで、残りの呼気を大気放散させ、このときにおいてもまた流量計２２の計測値は処理回路２３からメモリ２４にストアされる。こうして気量と流量とが対応づけられてメモリ２４にストアされることになる。
【００２８】
処理回路２３には、陰極線管または液晶表示素子などを用いた目視表示手段２５が接続され、その表示面２６には、前述の表示図面などを表示することができる。また記録紙２７に、既に測定してある最大流量気量曲線が描かれているときには、その記録紙２７を、光学的に読取る読取手段２８に供給してその記録紙２７に記録されている流量気量曲線を読取り、メモリ２４にストアすることもまた可能である。
【００２９】
処理回路２３は、ステップｓ１０でメモリ２４にストアされている最大流量気量曲線の下行脚１０１（図２のｄ２，ｄ３）のピーク位置である最大吸気位ＴＬＣを検出し、そのときの最大流量ＰＥＦＲおよびそのときの気量Ｖ１を求める。ステップｓ１１では、最大流量気量曲線の気量に関して、相対気量Ｒを求める。このようにして相対気量Ｒと、それに対応する流量との組合わせを求めた後、ステップｓ１２において、求められた相対気量と流量とから、後述の式１の２次式のあてはめを行う。
【００３０】
ステップｓ１３では、下行脚にあてはめられた２次式の１次項の係数ａ１と２次項の係数ａ２とを演算した結果の値を採用して、係数勾配指数ＲＡＴを求める。
【００３１】
次のステップｓ１４に従って、１秒率ＦＥＶ１．０％を計算する。ステップｓ１１で相対気量Ｒの代りに絶対気量が選択されることもでき、このときには、２次式変数ｘは、絶対気量となる。
【００３２】
再び図２の最大流量気量曲線を参照して、流量は、初期の短時間に急速に増大し、流量最大値ＰＥＦＲに達し、その後は比較的緩やかに最大呼気位の残気量点ＲＶまで低下する。この流量最大値ＰＥＦＲから点ＲＶまでの範囲が、下行脚と呼ばれ、被験者の気道の状態によって曲線１０１が変化する。
【００３３】
この図２において、ＦＶ曲線の下行脚を示す曲線１０１は次式１を用いて２次曲線に近似することができる。
ｙ ＝ ａ０＋ａ１・ｘ＋ａ２・ｘ２ …（１）
【００３４】
式１において、ｙは流量であり、ｘは相対気量Ｒであり、ａ０は定数である。式１中の定数項ａ０、１次項の係数ａ１、２次項の係数ａ２をそれぞれ計算する。
【００３５】
ａ１，ａ２を求める演算を以下に略述する。処理回路２３は、メモリ２４にストアされている最大流量気量曲線の下行脚のピーク位置を検出し、そのときの最大流量ＰＥＦＲおよびそのときの気量Ｖ１（図２参照）を求める。流量気量曲線の気量に関して、相対気量または絶対気量のいずれかの選択をする。相対気量Ｒは、式２で示される。
Ｒ ＝ ＶＣＸ／ＶＣ１ …（２）
【００３６】
ここでＶＣ１は、図８において下行脚のピーク時の気量Ｖ１から最大呼気位ＲＶの気量ＶＣまでの気量であり、
ＶＣ１ ＝ ＶＣ−Ｖ１ …（２ａ）
【００３７】
ＶＣＸは、それらのＰＥＦＲ位とＲＶ位との間におけるＲＶ位からさかのぼる気量を示す。したがって前述の相対気量Ｒは、下行脚のピーク時の気量ＶＣ１を１．０とし、ＲＶ位を零としたときの気量の度合いを表している。このような相対気量を採用することによって、多数の被験者相互間の下行脚の評価を相対的に行うことができる。絶対気量というのは、各被験者固有の気量であって、絶対気量に基づく演算をすることによって、各被験者毎の評価を行うことができる。
【００３８】
このようにして相対気量Ｒと、それに対応する流量との組合わせを求めた後、求められた相対気量と流量とから、式１の２次式のあてはめを行う。下行脚にあてはめられた２次式の１次項の係数ａ１と２次項の係数ａ２とを演算した結果の値を採用する。
【００３９】
次に、係数勾配指数（ＲＡＴ）を算出する。前記のように式１の１次項係数ａ１と２次項係数ａ２を計算し、２次元座標軸にａ１を縦軸、ａ２を横軸として表せば図５のようになる。図５は、処理回路２３によって、ａ１，ａ２に基づいてＲＡＴを算出する原理を説明するための図である。原点Ｏと点Ｐ（ａ２，ａ１）とを結ぶ直線ＯＰが横軸（ａ２軸）となす角をθとすれば
θ ＝ ｔａｎ−１（ａ１／ａ２） …（３）
となる。θを度で表し、ａ１とａ２の正負によって異なる次の式で表されたものを係数勾配指数（ＲＡＴ）とする。
【００４０】
ＲＡＴ ＝ θ°／１８０° （ａ１＞０，ａ２＞０：第Ｉ象限）…（４）
ＲＡＴ ＝ １＋（θ°／１８０°） （ａ１＞０，ａ２＜０：第ＩＩ象限）…（５）
ＲＡＴ ＝ −（１−θ°／１８０°） （ａ１＜０，ａ２＜０：第ＩＩＩ象限）…（６）
ＲＡＴ ＝ θ°／１８０° （ａ１＜０，ａ２＞０：第ＩＶ象限）…（７）
【００４１】
１秒率ＦＥＶ１．０％は、できるだけ多くを吸気し、これをできるだけ速やかに呼気として排出したときの最初の１秒間の呼気量（ＦＥＶ１．０と略すこともある）と全呼気量（努力肺活量）（ＦＶＣと略すこともある）との比（百分率）で表示される。
【００４２】
ＦＥＶ１．０，ＲＡＴは、メモリ２４のストア内容に基づいて、以下に述べるようにして算出する。流量計２２による呼気１０ｍＬ毎の出力が得られ、その気量と時計による経過した時間とは前述のようにメモリ２４にストアされ、これらの値から、１０ｍＬ毎の流量を計算し、この気量と流量との値は、メモリ２４にストアされる。処理回路２３によって、１秒経過したかどうかを判断し、１秒が経過しておれば、その時までの気量を１秒量として計算し、メモリ２４に記憶する。流量が零になったかどうかを判断し、流量が零になっておれば気量が最大呼気位ＲＶの残量となったと判断し、全呼気量（努力肺活量）を計算し、でメモリ２４に記憶する。流量が零にならなければ、流量が零になるまで、前述の流量計算の動作と、流量と気量のメモリ２４へのストアとを繰返す。
【００４３】
メモリ２４に記憶されている流量と気量とからＦＶ曲線を求め、これを記録紙２７上に記録する。ＦＶ曲線を前述の２次曲線で近似させ、第１次項と第２次項との係数を求め、さらにＲＡＴを求め、これをメモリ２４に記憶する。記憶されている１秒量と努力肺活量とからＦＥＶ１％を求める。このＦＥＶ１％とＲＡＴとをグラフ化し、これを記録紙２７上に記録する。こうして一連の操作を終了する。
【００４４】
換気機能の評価並びに管理に関して、本発明に従うライフスタイル管理のためのＦＥＶ１％、ＲＡＴの相関関係の利用について、さらに説明する。気導閉塞性、気道過敏性の評価に有用であり、被験者の病変管理を可能にする。さらに、縦軸ＦＥＶ１％および横軸ＲＡＴを基準にして、ゾーン化する。右斜め上向きの１次直線ラインの右上方領域とＲＡＴ≧０．２以上から成るゾーンをゾーンＡと定義する。このゾーンにある被験者は健康状態にある。ＦＥＶ１％８０以上、ＲＡＴ≧０のゾーンの内ゾーンＡを除外した部分をゾーンＢと定義する。このゾーンにある被験者は、ライフスタイルの変更をした方がよい。ＦＥＶ１％７０以上８０以下、かつＲＡＴ≧０のゾーンとＦＥＶ１％７０以上、ＲＡＴ≦０のゾーンを併せ部分をゾーンＣと定義する。このゾーンにある被験者は、疾病のスクリーニングが必要である。ＦＥＶ１％５５以上７０以下のゾーンをゾーンＤ１と定義する。このゾーンにある被験者は疾病の管理を要する。ＦＥＶ１％４０以上５５以下のゾーン，ＦＥＶ１％４０以下のゾーンをゾーンＤ２，Ｄ３とそれぞれ定義する。このゾーンにある被験者は入院、通院を要するし、救急処置が必要な場合もある。このようにライフスタイル管理を含めた換気能力評価ができる。
【００４５】
次いで、本発明に従うライフスタイル管理による健康管理のための換気機能、ガス交換機能（能力とも呼ぶ）の総合評価について説明する。前述の換気機能の評価はＲＡＴとＦＥＶ（換気機能）との関係からライフスタイル管理を目指したものであるが、それにガス交換機能（Ｐ′ＣＯ、Ｄ′ＬＣＯ、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ、Ｐ′ＣＯ（２２）、Ｄ′ＬＣＯ（２２）、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）、ＳＰｏ２）をパラメータとして加え３次元的に評価すると、呼吸機能検査指標と健康管理がより論理的に関連づけられる。
【００４６】
肺のガス交換機能の指標としてのＣＯ肺拡散能力Ｄ′ＬＣＯと、そのときのＨｅの稀釈からＶ′Ａとを求めて、値Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａを演算して求めるための手法を説明する。
【００４７】
ＣＯ肺拡散能力Ｄ′ＬＣＯの測定方法は、１回呼吸（ｓｉｎｇｌｅ ｂｒｅａｔｈ）法が採用され、これは、息こらえ（ｂｒｅａｔｈ ｈｏｌｄｉｎｇ）法とも言われている。被験者は、前述のように最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に混合ガスであるテストガスを吸入し、この位置で吸気の始めから正確に１０秒間の呼吸停止をさせる。その後、急速に最大呼出させて最大呼気位ＲＶに至らせ、このとき最初の７５０ｍＬを捨てて、残りの１０００ｍＬの呼気ガスをサンプルバッグ３９に集めてガス分析を行う。
【００４８】
ＣＯは肺でとられるので肺胞内呼出ＣＯ濃度ＦＡＣＯは時間ｔとともに減少するが、Ｈｅは肺でとられないので時間によって変わらない。肺胞内呼出Ｈｅ濃度をＦＡＨｅとすると、時間ｔ＝０におけるＦＡＣＯ（０）は
ＦＡＣＯ（０） ＝ ＦＩＣＯ・ＦＡＨｅ／ＦＩＩＨｅ …（８）
として求められる。定義より
ＤＬＣＯ ＝ Ｖ″ＣＯ／ＰＡＣＯ …（９）
である。Ｖ″ＣＯはＶＣＯの１階微分である。この式に
Ｖ″ＣＯ ＝ −ｄＶＣＯ（ｔ）／ｄｔ
ＰＡＣＯ ＝ ＰＡＣＯ（ｔ） …（１０）
を代入すると
ｄＶＣＯ（ｔ）／ｄｔ ＝ −ＤＬＣＯ・ＰＡＣＯ（ｔ） …（１１）
となる。ここで、ＶＡ（ｔ）を肺胞気量（ＳＴＰＤ、予め測定しておいたもの）とするとき、
ＶＣＯ（ｔ） ＝ ＦＡＣＯ（ｔ）・ＶＡ（ｔ） …（１２）
であるから、
ｄＶＣＯ（ｔ）／ｄｔ ＝ ＦＡＣＯ（ｔ）・ｄＶＡ（ｔ）／ｄｔ＋ＶＡ（ｔ）・ｄＦＡＣＯ（ｔ）／ｄｔ …（１３）
であり、
ＶＡ（ｔ） ＝ 一定 …（１４）
なら、
ｄＶＡ（ｔ）／ｄｔ ＝ ０ …（１５）
であるから
ｄＶＣＯ（ｔ）／ｄｔ ＝ ＶＡ・ｄＦＡＣＯ（ｔ）／ｄｔ …（１６）
また
ＰＡＣＯ（ｔ） ＝ （ＰＢ−４７）ＦＡＣＯ（ｔ） …（１７）
この２つを上式に代入すると
【００４９】
【数１】
これがＫｒｏｇｈの式である。呼吸停止時間ｔを秒にすると、
【数２】
ＦＡＣＯ（０）に上式（１０）を代入すると、
【数３】
ＶＡの単位はｍｌ（０℃、１気圧、水蒸気なしの標準状態ＳＴＰＤ）で、呼吸停止時間ｔ＝１０秒として、ＤＬＣＯ（ｍｌ・ｍｉｎ−１・ｔｏｒｒ−１）を計算で求めることができる。ＰＢは、大気圧である。
【００５３】
ＤＬＣＯは式１９で計算されるが、ＶＡの求め方に２通りある。第１の求め方は、ＤＬＣＯ測定時の吸入気量（ＶＩ）に予め測定しておいた残気量（ＲＶ）を加えて、肺胞気量（ＶＡ ）を求める。通常ＲＶ位からＴＬＣ位までの吸入であるので、ＶＩ は吸気肺活量に、ＶＡ は全肺気量（ＴＬＣ）にほぼ等しい値となる。第２の求め方は本発明において算出する求め方であり、ＤＬＣＯ の測定時のＨｅの稀釈から次式でＶＡ を測定する方法である。この場合には通常のＶＡと区別するために、Ｖ′Ａで表す。′（ダッシュ記号）は、テストガスのようなＨｅの希釈による値を示す。
ＦＩＨｅ（ＶＩ＋ＶＤ） ＝ ＦＡ Ｈｅ・Ｖ′Ａ …（２１）
の関係が成立する。これより、
Ｖ′Ａ ＝ ＦＩＨｅ（ＶＩ＋ＶＤ）／ＦＡＨｅ …（２２）
となる。この場合ＶＩに比べるとＶＤはきわめて小さいので、
ＶＩ＋ＶＤ ≒ ＶＩ …（２３）
とみなすことができる。
Ｖ′Ａ ＝ ＶＩ・ＦＩＨｅ／ＦＡＨｅ …（２４）
でＶ′Ａを求める。Ｖ′を式２０のＶＡに代入した場合Ｄ′ＬＣＯとして、通常のＤＬＣＯと区別する。
【００５４】
一酸化炭素較差ＣＯ分圧Ｐ′ＣＯおよびＰ′ｃｏ（２２）が次式２５，２６で示される。
【数４】
【００５５】
前式中、ＢＭＩはＢｏｄｙ Ｍａｓｓ Ｉｎｄｅｘの略で肥満度を表し、体重（ｋｇ）／身長（ｍ）２で算出される指標である。添え字（２２）は、この標準体重基準化された値を示す。ＢＭＩ＝２２．０は、健康的な適正体重であることを示す。
【００５６】
したがってＰ′ｃｏ （２２）は標準体重基準化Ｐ′ｃｏとも呼ばれる。同様にＤ′ＬＣＯ，Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａも次式２７，２８に従い、標準体重基準化することができる。
Ｄ′ＬＣＯ（２２） ＝ （Ｄ′ＬＣＯ／ＢＭＩ）×２２ …（２７）
Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２） ＝ （Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ／ＢＭＩ）×２２ …（２８）
Ｄ′ＬＣＯ（２２），Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）は夫々標準体重基準化Ｄ′ＬＣＯ（２２），Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）とも呼ばれる。
【００５７】
式２５は、肺胞におけるガス交換状態の推移を表し、単位時間当りの一酸化炭素の分圧差で、単位はｍＴｏｒｒ／ｓｅｃである。式２５の第１項（０．３０／ＦＩＣＯ）は、吸気ガス中の一酸化炭素濃度ＦＩＣＯを０．３０（％）に補正する項である。第２項（ＰＢ−４７）は、肺中における全乾ガスの圧力である。ここに４７は、体温３７℃における飽和水蒸気圧（単位Ｔｏｒｒ）である。第３項の前半｛ＦＩＣＯ×ＦＡＨｅ／ＦＩＨｅ｝は、初期（ｔ＝０）における肺中の一酸化炭素の濃度であり、ＦＡＣＯは、終期における肺中の一酸化炭素の濃度である。これらに（ＰＢ−４７）を掛けたものが肺中の初期と終期との一酸化炭素の分圧である。第４項の分子１０は、圧力をＴｏｒｒからｍＴｏｒｒ（ミリトール）にするために１０００倍し、ガス濃度が％表示であるので１００で割ったもの、すなわち１０００／１００＝１０である。
【００５８】
前述のように、式２６は標準体重に基準化した単位時間当たりの一酸化炭素の分圧差で単位はｍＴｏｒｒ／ｓｅｃである。
【００５９】
式２６の第１項は単位ＢＭＩ当たりのＰ′ｃｏで身長（ｍ）と体重（ｋｇ）で補正して、他と比較できる利点を有する。
【００６０】
ステップｓ１５では、Ｄ′ＬＣＯ，Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ，Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ，Ｐ′ＣＯ（２２），Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）等パラメータの演算を行い、ステップｓ１６では、３次元表示を行う。このようにして、図４のステップを用いて時系列的な換気機能とガス交換機能とを測定することによって、３次元の表示を行うことができる。このような３次元表示は、表示手段２５によって達成される。
【００６１】
ＦＥＶ１％−ＲＡＴの表示と同様にＤ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ，Ｐ′ＣＯ（２２），Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）をステップｓ１５でメモリに記憶しておけば、随意にそれぞれをＺ軸とする３次元表示グラフが得られる。これは、たとえばファンクションキーを押すことにより、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ→Ｐ′ＣＯ（２２）→Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）とサイクルするように設定する。
【００６２】
本発明の好ましい実施の形態によれば、図４のステップｓ１６で各種パラメータを３次元表示する前にＦＥＶ１％とＲＡＴをまず２次元表示して、前述のように被験者の属するゾーンを同定する。ゾーンにより、３次元表示の際のＺ軸パラメータとしてＤ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ，Ｐ′ＣＯ（２２），およびＤ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）の群の中から最も最適なガス交換機能指標を選び、ステップｓ１６で３次元表示を実施する。
【００６３】
したがって、ステップｓ１５で２次元表示の結果から特定のパラメータのみを演算するような構成とすることができるし、またすべてのパラメータを計算後、メモリ２４にストアし、所望のＺ軸パラメータのみを取出し、３次元表示を完成するような構成とすることができる。いずれにしろ被験者の所属する健康グループにより、所望のＺ軸パラメータ（ガス交換機能指標）を選択できる。
【００６４】
本発明の実施のさらに他の形態では、前述の健康維持管理のための呼吸機能検査装置によって得られる６つの指標（％ＦＶＣ、ＦＥＶ１％、ＲＡＴ、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）、ＳＰＯ２、Ｐ′ＣＯ（２２））を用いて、メモリに予めストアされている呼吸機能基準値（青年期の一般人の前記６つの各指標の平均値と標準偏差）とともに、前記６つの各指標の偏差値ｗ１〜ｗ６を算出し、前述の指標％ＦＶＣをＸ１で表し、その指標％ＦＶＣの平均値をＸ１−で表し、指標ＦＥＶ１％をＹ１で表し、その指標ＦＥＶ１％の平均値をＹ１−で表し、指標ＲＡＴをＺ１で表し、その指標ＲＡＴの平均値をＺ１−で表し、指標Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）をＸ２で表し、その指標Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）の平均値をＸ２−で表し、指標ＳＰＯ２をＹ２で表し、その指標ＳＰＯ２の平均値をＹ２−で表し、指標Ｐ′ＣＯ（２２）をＺ２で表し、その指標Ｐ′ＣＯ（２２）の平均値をＺ２−で表し、各標準偏差をσＸ１，σＸ２，σＹ１，σＹ２，σＺ１，σＺ２でそれぞれ表し、各偏差値をｗ１〜ｗ６でそれぞれ表すとき、
ｗ１ ＝ （Ｘ１−Ｘ１−）・１００／σＸ１＋１００
ｗ２ ＝ （Ｘ２−Ｘ２−）・１００／σＸ２＋１００
ｗ３ ＝ （Ｙ１−Ｙ１−）・１００／σＹ１＋１００
ｗ４ ＝ （Ｙ２−Ｙ２−）・１００／σＹ２＋１００
ｗ５ ＝ （Ｚ１−Ｚ１−）・１００／σＺ１＋１００
ｗ６ ＝ （Ｚ２−Ｚ２−）・１００／σＺ２＋１００
【００６５】
図６の各軸Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２によって仕切られた８つのブロックの呼吸機能の容積の総和（すなわち総合呼吸機能容積）Ａを算出し、
Ａ ＝ ｗ１・ｗ３・ｗ５＋ｗ２・ｗ３・ｗ５
＋ｗ１・ｗ４・ｗ５＋ｗ２・ｗ４・ｗ５
＋ｗ１・ｗ３・ｗ６＋ｗ２・ｗ３・ｗ６
＋ｗ１・ｗ２・ｗ６＋ｗ２・ｗ４・ｗ６
【００６６】
その後、健康度Ｂ、呼吸機能危険度Ｃを算出し、
Ｂ（％） ＝ Ａ・１００／２００３
ここで２００３は、青年期の一般人の総合呼吸機能容積を表す、
Ｃ（％） ＝ １００−Ｂ
【００６７】
こうして算出した前記総合呼吸機能容積Ａと健康度Ｂと呼吸機能危険度Ｃとを用いて、生活習慣改善のための処方を表示出力して、健康維持管理を効果的、効率的に進めることを可能にする健康維持管理の方法が実現される。図６はこの健康維持管理の方法のために用いられる３次元直交座標系を示す。
【００６８】
また本発明は、流量気量曲線の下行脚の波形を、
最大吸気位ＴＬＣから最大呼出するときの呼出途中で呼出努力の不充分のための流量気量（ＦＶ）曲線の一部分と、
安静吸気から最大呼出するときの流量気量（ＧＶ）曲線の一部分とから、合成する流量気量曲線より換気機能の参考値を算出することにより、被験者の呼出負担の軽減、測定時間の軽減を図ることを特徴とする。
【００６９】
ＦＶ曲線は被験者が最大吸気し、できるだけ努力して速く呼出するのをスパイロメータで測定することにより求められる。しかしながら、被験者が最大呼気位（息をすべて吐き出す）まで一気に呼気できない場合がしばしばある。これは、被験者が呼気の中途で咳をしたりして一時的に呼気を停止すれば起こる。また、被験者が老人または病人である時、呼気を継続できないこともある。このような場合、ＦＶ曲線の下行脚が曲線の終点近くで急激に減衰（降下）し、曲線を使って正確にＦＶ解析を行うことを不可能ならしめる。ここで「下行脚」とは、流量最大位（ＰＥＦＲ）から流量が０になるまで、ＦＶ曲線が下降する領域を指す。
【００７０】
本発明は、ＦＶ曲線が不完全であってもＦＶ波形を合成し、参考値としてＦＶ波形解析を行うに適する波形を得るために、被験者の呼気データに基づいてＦＶ曲線の不完全な部分を補完し、参考ＦＶ波形を合成する。
【００７１】
こうして、最大吸気から最大呼出する時の流量気量（ＦＶ）曲線の一部分と、安静吸気から最大呼出する時の流量気量（ＧＶ）曲線の一部分とから波形を合成することを特徴とするＦＶ波形解析のためのＦＶ波形の合成方法が提供される。好ましくは、前記ＦＶ曲線の一部分がＦＶ曲線上、最大吸気位から流量の急速減衰領域でのＦＶ、ＧＶ両曲線の交差点Ｘまでを表し、そして前記ＧＶ曲線の一部分が交差点Ｘから最大呼気位Ｙまでを表す。
【００７２】
さらに本発明によれば、（ａ）被験者の呼気データに基づいて最大吸気から最大呼出するときの流量気量（ＦＶ）曲線と、安静吸気から最大呼出するときの流量気量（ＧＶ）曲線とを求め、
（ｂ）流量を縦軸、気量を横軸としてＦＶ曲線、ＧＶ曲線を２次元座標上に表示し、
（ｃ）ＦＶ曲線の急速減衰領域でのＧＶ曲線との交差点Ｘを定め、
（ｄ）ＦＶ曲線の最大吸気位から流量最大位を経由して前記交差点Ｘまでの第１曲線部分を描き、
（ｅ）ＧＶ曲線上、前記交差点ＸからＧＶ曲線の最大呼気位Ｙまでの第２曲線部分を描き、そして
（ｆ）前記第１曲線部分と第２曲線部分をつなぐ、前記（ａ）〜（ｆ）のステップから成る。好ましくは、ステップ（ｄ），（ｅ），および（ｆ）をステップ（ｂ）の２次元座標と異なる２次元座標上で行う。
【００７３】
「ＦＶ波形解析」とは、ＦＶ波形に基づいて（１）ｄＶ／ｄＦ指標を求める、（２）ＦＶ曲線を２次式に近似する、（３）２次式の近似で充分でなければ、多次式に近似すること等を指す。
【００７４】
合成される合成ＦＶ曲線は実測曲線（実測値）でないので、あくまで参考値として従来のＦＶ波形解析等を補完するものであり、「合成ＦＶ曲線とその解析による参考値」としての本発明の意義が理解されるべきである。
【００７５】
まず、被験者の呼気のＦＶ曲線を求め、２次元座標上に表示する。呼気測定中、呼気が咳、息切れ等何らかの理由で跡切れたＦＶ曲線を模式的に図８に示す。図９は、このような場合の実測例である。両図８，９中、ＦＶは最大吸気から最大呼出するときの流量気量曲線で、ＧＶは安静呼気から最大呼出する時の流量気量曲線を表す。図８，９から明らかなように、ＦＶ曲線は下行脚の下流域、すなわち終点近傍で急激に減衰（降下）する。図９中、この領域でのＦＶ曲線とＧＶ曲線の交差点をＸ（図８中、点８）で表し、ＧＶ曲線の終点、すなわち最大呼気位をＹ（図８中、点１０）で表す。ＦＶ曲線は、Ｘ−Ｙの域において不完全（欠落）であるので、このＦＶ曲線から正確な波形解析を行うことは不可能である。
【００７６】
したがって、Ｘ−Ｙ域のＧＶ曲線を部分的にＦＶ曲線につなぎ、波形（曲線）を合成すると、正常なＦＶ曲線（図７に例示）に近い曲線ができあがる。具体的にはＦＶ曲線の始点（０位）から、最大流量位（ＦＶ曲線の頂点）を経て、前記交差点ＸまでＦＶ曲線を描画（トレース）し、ＸからＹまでの部分ＧＶ曲線を描画して、疑似ＦＶ曲線を完成する。
【００７７】
本発明に従うと、正常なＧＶ曲線があれば、被験者のＦＶ曲線が図８，９に示すように不完全であっても、ＦＶ解析に必要なＦＶ波形を合成できる。本発明の合成法は、適当な表示手段（画面）上、ＦＶ曲線を２次元座標表示し、さらに重ねて同一画面上にＧＶ曲線を表示し、前記のように波形合成の後、残存する不要な波形（たとえばＧＶ曲線の立上り部分、あるいはＦＶ曲線のＸ以降の落下部分）を消去して画面上、必要なＦＶ合成波形のみを表示することができる。
【００７８】
また、ＦＶ曲線、ＧＶ曲線の表示画面と異なる画面上、新たにメモリに保存したＦＶ、ＧＶ曲線データからＦＶ波形を合成して表示してもよい。
【００７９】
それらの画面上、ｄＶ／ｄＦ指標等を演算の上、共に表示することも可能である。図１０は、そのような一連のＦＶ波形合成を行った結果の一例を表す。
【００８０】
図１０には、後述のように２次式に近似した２次曲線（１３）も併せて表示してある。本発明に従うＦＶ波形の合成方法は、以下の実施例に詳述する装置によって達成することができる。
【００８１】
以下実施例でもって本発明をより具体的に説明する。前述の図２において、被験者の呼気のＦＶ曲線を求めるためのスパイロメータなどの電気的構成が示される。肺機能が検査されるべき被験者は、たとえば立位で、できるだけ多く吸気し、鼻をおさえ口に管２１をくわえて、できるだけ早く呼気を流量計２２に供給する。マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路２３は、流量計２２の出力に応答し、その流量と気量とを時間の経過に伴って演算して記憶し、その結果を陰極線管または液晶表示素子などを用いた目視表示手段２５に表示するとともに必要があれば記録紙２７に記録する。
【００８２】
処理回路２３は、流量計２２から送られるデータの代わりに、予め記録紙２７に描かれた流量気量曲線を、デジタイザなどの読取装置２８で読取り数値化されたデータを取込むことも可能である。流量は、たとえば気量１０ｍｌ毎に、それに要する時間が計測され、流量の計算が行われる。
【００８３】
図７は、上記のようにして求められたＦＶ曲線の模式的な例であり、流量Ｆ（ｌ／秒）を縦軸に、気量Ｖ（ｌ）を横軸にとる。流量は、初期の短時間に急速に増大し、流量最大値ＰＥＦＲに達し、その後は比較的緩やかに最大呼気位の残気量点Ｂ（ＲＶ）まで低下する。この流量最大値ＰＥＦＲから点Ｂまでの範囲が下行脚と呼ばれ、被験者の気道の状態によって曲線１〜曲線４のように変化する。たとえば、曲線４を描く被験者は、鼻アレルギー患者であることが多い。
【００８４】
本発明に係るＦＶ波形解析のためのＦＶ波形の合成方法について、図８の別な模式的ＦＶ曲線を用いて詳しく説明する。
【００８５】
曲線１は、図７と同様、最大吸気から最大呼出するときのＦＶ曲線（ここでＦＶとも略す）を表す。曲線５は安静吸気（通常の状態）から最大呼出するときのＧＶ曲線（ここでＧＶとも略す）を表す。曲線１と曲線５の交差点６，７間では、流量はＧＶ＞ＦＶであり、交差点６，７において、ＦＶとＧＶが流量において、ほぼ等しい。曲線１上の点８は、呼気が中断され、流量が急速に低下する点を示す。被験者が息切れを起こしたり、咳込むときなどに該当する。終点９は最大呼気位の残気量を表し、点１０は安静呼気位の残気量を表すＧＶの終点で、横軸上ＦＶの終点９より後方にある。
【００８６】
したがって、何らかの理由でＦＶが図８に示すように中断され、滑らかな曲線を描かないとき、ＧＶがあれば、被験者に再度の呼気を強いることなく、ＦＶ波形を合成できる。すなわち、曲線１のＰＥＦＲ位１１より点７までの間はＦＶをトレースし、点７から点８の間はＦＶ，ＧＶのいずれかをトレースし、そして点８から点１０の間はＧＶをトレースする。
【００８７】
これら一連の作業は、図８のようなチャート上、ＦＶおよびＧＶを各々表示し、マニアルでトレースし、理想的な合成ＦＶ曲線を描き出すこともできるが、個別に測定したＦＶおよびＧＶのためのデータをメモリ２４に記憶し、それらを処理回路２３で再度演算した後、合成したＦＶ曲線を画面または記録紙等の目視表示手段２５に表示することが都合がよい。また既に記録紙に描かれた一方の曲線を読取装置２８で読取り、メモリ２４にある他方の曲線のデータと合成し、同様に合成ＦＶ曲線を得ることも考えられる。
【００８８】
本発明に従うＦＶ波形合成方法の利点は、安静呼吸からのＧＶ曲線が得られておれば、最大呼吸からＦＶ曲線を得るための流量、気量、測定中、測定が中断失敗しても、合成ＦＶ曲線が描けるところにある。ＦＶ曲線を得るために、測定をわざわざ繰返すことなく、ＦＶより被験者が容易に得られるＧＶからＦＶ曲線が合成できる。従って、最大呼出測定の回数を少なくすることができ、老人、病人の負担を軽減する。また必ずしも呼出を、最後まで行う必要がなく、測定時間の短縮も望める。
【００８９】
実測したＦＶ，ＧＶ曲線の一例を図９に示す。図９中、ＸはＦＶの急速減衰領域でのＧＶとの交差点で、図８の点８に対応する。ＹはＧＶの終点、最大呼気位を表し、図８の点１０に対応する。この例では、図８の場合と全く同様にＦＶに、ＸにおいてＧＶを繋げば、合成ＦＶ曲線を得ることができる。
【００９０】
さらに、合成したＦＶ曲線を基にしてｄＶ（気量）／ｄＦ（流量）指標を演算、プロットすると、たとえば図９に示すように、ｄＶ／ｄＦ分布曲線１２を得る。図９は、ｄＶ／ｄＦ曲線１２、実測ＦＶ曲線１、近似した２次曲線１３（後述）を表す。図９，１０に表示されている曲線例は、本件発明者による実測データに由来する。
【００９１】
前記のように、ＦＶ波形の合成、さらに解析を行い、各種パラメータ（たとえばｄＶ／ｄＦ）を算出し、肺機能を評価、機能不全の要因の同定を通して、究極的には、ライフスタイルを含めた健康管理が可能となる。
【００９２】
前述の実施の各形態における時間経過に伴う測定結果は、処理回路２３によってメモリ２４に一旦、ストアされ、このメモリ２４にストアされた測定結果のデータを、処理回路２３によって演算して、前述の健康維持管理のための各機能の検査のための演算処理が実行される。
【００９３】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも一連の１回の検査測定によって、４種の気相系呼吸機能（換気機能、ガス交換、ガス輸送、代謝機能）の検査指標を算出することができる。これによって被験者の検査測定回数を減少して検査時の努力負担を軽減し、測定時間を大幅に短縮することができる。したがって、このことは特に中高年の呼吸機能低下者、老人および病人にとって好ましいことである。
【００９４】
測定回数が少なくてすむので、各測定回毎の測定結果を目視表示または記録紙への印字などに必要な出力時間を短縮することもできる。また本発明によれば、総測定回数を６〜１０回より２〜３回に減少することができるので、健康維持管理されるべき被験者の人数を大幅に増加することができ、先行技術の、たとえば約３倍に増加することができ、検査の作業効率が向上し、このことは検診機関にとって好ましいことである。このように健康維持管理が行われるべき被験者の数を大幅に増加することができる。さらに、そのうちの多くのリスク・グループの対象者に、本件発明による検査機器に基づくデータに基づいて健康増進の維持管理指導を推進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の健康維持管理のための気相系呼吸機能の検査方法を説明するための図である。
【図２】被験者の最大流量気量曲線を示す図である。
【図３】本発明の実施の一形態の健康維持管理のための気相系呼吸機能検査装置の全体の電気的構成を示すブロック図である。
【図４】図３に示される処理回路２３の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】図３に示される処理回路２３より、ＲＡＴを算出する図である。
【図６】本発明の健康維持管理の方法のために用いられる３次元直交座標系を示す。
【図７】被験者の呼気のＦＶ曲線を模式的に示す図である。
【図８】本発明に従い、ＦＶ曲線を合成する模式図である。
【図９】ＦＶ，ＧＶ両曲線の一例を示す図である。
【図１０】本発明に従いＦＶ波形の解析、合成を行った一例を表示した図である。
Claims (8)
- 呼吸機能計測状態で、安静呼吸中に、
パルスオキシメータを用いて、
被験者の光透過性のよい指先部に、光を照射して、その透過光の拍動成分を求め、これに基づいてＳａＯ２（動脈血酸素飽和度）を計測し、
ＳａＯ２を表わす電気信号を、健康維持管理のための総合的呼吸機能検査方法に組込まれている解析用コンピュータに与えることを特徴とする検査方法。 - 被験者が行う最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に吸入する吸入動作と、
これに続くｔ秒間の呼吸停止と、
その後、最大呼出による最大呼気位ＲＶまでの呼出動作との一連の１回呼吸動作を利用して、
気相系呼吸機能の評価データを収集するに際し、
既知濃度ＦＩ（ＣＯ）の一酸化炭素と、既知濃度ＦＩ（Ｈｅ）のヘリウムとを含む空気を、テストガスとして使用し、
吸入時にテストガスの吸入分量ＶＩを計測し、
吸気から終了すれば、ｔ秒間呼吸を停止し、
その後、分析用呼出ガスを収集するとともに、呼気の最大流量気量曲線の下行脚をメモリに記憶し、
その採取ガス中の一酸化炭素の濃度ＦＥ（ＣＯ）と、
ヘリウムの濃度ＦＥ（Ｈｅ）とを計測し、
一連の１回の呼吸動作によって、少なくとも換気機能と、ガス交換機能と酸素消費の要求度とを表わす指標を算出することを特徴とする健康維持管理のための総合的呼吸機能検査方法。 - 被験者が行う最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に吸入する吸入動作と、
これに続くｔ秒間の呼吸停止と、
その後、最大呼出による最大呼気位ＲＶまでの呼出動作との一連の１回呼吸動作を利用して、
気相系呼吸機能の評価データを収集するに際して使用される健康維持管理のための総合的呼吸機能検査装置であって、
既知濃度ＦＩ（ＣＯ）の一酸化炭素と、既知濃度ＦＩ（Ｈｅ）のヘリウムとを含む空気を、テストガスとして、被験者のマウスピースに供給するガス供給源と、
マウスピースに流れる流量を計測する流量計と、
流量計の出力を時間経過に伴ってストアするメモリと、
分析用呼出ガスを収集するサンプリングバッグと、
サンプリングバッグの採取ガス中の一酸化炭素の濃度ＦＥ（ＣＯ）と、ヘリウムの濃度ＦＥ（Ｈｅ）とを計測する分析計と、
メモリのストア内容と分析計の出力とを用いて演算し、少なくとも換気機能とガス交換機能と酸素消費要求度とを表わす指標を算出する処理回路とを含むことを特徴とする健康維持管理のための総合的呼吸機能検査装置。 - 換気機能指標は、％ＦＶＣ（努力肺活量比）、ＦＥＶ１％（１秒率）、最大流量気量曲線に基づく諸指標またはＲＡＴ（係数勾配指数）であり、
ガス交換指標は、
ＤＬＣＯ（肺ＣＯ拡散能力）、
ＤＬＣＯ／ＶＡ、
Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ、
Ｐ′ＣＯ（２２）、
Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）、
Ｐ′ＣＯ（２２）、または
Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）であることを特徴とする請求項３記載の健康維持管理のための総合的呼吸機能検査装置。 - 処理回路は、代謝代替機能とガス輸送機能とを表わす指標ＳａＯ２（動脈血酸素飽和度）をさらに算出することを特徴とする請求項３または４記載の健康維持管理のための総合的呼吸機能検査装置。
- 代謝代替機能の指標は、Ｐ′ＣＯ（２２）であり、
ガス輸送機能の指標は、ＳＰＯ２（指先酸素飽和度）であることを特徴とする請求項５記載の健康維持管理のための総合的呼吸機能検査装置。 - 請求項６の健康維持管理のための総合的呼吸機能検査装置によって得られる６つの指標（％ＦＶＣ、ＦＥＶ１％、ＲＡＴ、Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）、ＳＰＯ２、Ｐ′ＣＯ（２２））を用いて、メモリに予めストアされている呼吸機能基準値（青年期の一般人の前記６つの各指標の平均値と標準偏差）とともに、前記６つの各指標の偏差値ｗ１〜ｗ６を算出し、
前述の指標％ＦＶＣをＸ１で表し、その指標％ＦＶＣの平均値をＸ１−で表し、
指標ＦＥＶ１％をＹ１で表し、その指標ＦＥＶ１％の平均値をＹ１−で表し、
指標ＲＡＴをＺ１で表し、その指標ＲＡＴの平均値をＺ１−で表し、
指標Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）をＸ２で表し、その指標Ｄ′ＬＣＯ／Ｖ′Ａ（２２）の平均値をＸ２−で表し、
指標ＳＰＯ２をＹ２で表し、その指標ＳＰＯ２の平均値をＹ２−で表し、
指標Ｐ′ＣＯ（２２）をＺ２で表し、その指標Ｐ′ＣＯ（２２）の平均値をＺ２−で表し、
各標準偏差をσＸ１，σＸ２，σＹ１，σＹ２，σＺ１，σＺ２でそれぞれ表し、
各偏差値をｗ１〜ｗ６でそれぞれ表すとき、
ｗ１ ＝ （Ｘ１−Ｘ１−）・１００／σＸ１＋１００
ｗ２ ＝ （Ｘ２−Ｘ２−）・１００／σＸ２＋１００
ｗ３ ＝ （Ｙ１−Ｙ１−）・１００／σＹ１＋１００
ｗ４ ＝ （Ｙ２−Ｙ２−）・１００／σＹ２＋１００
ｗ５ ＝ （Ｚ１−Ｚ１−）・１００／σＺ１＋１００
ｗ６ ＝ （Ｚ２−Ｚ２−）・１００／σＺ２＋１００
８つのブロックの呼吸機能の容積の総和（すなわち総合呼吸機能容積）Ａを算出し、
Ａ ＝ ｗ１・ｗ３・ｗ５＋ｗ２・ｗ３・ｗ５
＋ｗ１・ｗ４・ｗ５＋ｗ２・ｗ４・ｗ５
＋ｗ１・ｗ３・ｗ６＋ｗ２・ｗ３・ｗ６
＋ｗ１・ｗ２・ｗ６＋ｗ２・ｗ４・ｗ６
その後、健康度Ｂ、呼吸機能危険度Ｃを算出し、
Ｂ（％） ＝ Ａ・１００／２００３
ここで２００３は、青年期の一般人の総合呼吸機能容積を表す、
Ｃ（％） ＝ １００−Ｂ
こうして算出した前記総合呼吸機能容積Ａと健康度Ｂと呼吸機能危険度Ｃとを用いて、生活習慣改善のための処方を表示出力して、
健康維持管理を効果的、効率的に進めることを可能にする健康維持管理の方法。 - 流量気量曲線の下行脚の波形を、
最大吸気位ＴＬＣから最大呼出するときの呼出途中で呼出努力の不充分のための流量気量（ＦＶ）曲線の一部分と、
安静吸気から最大呼出するときの流量気量（ＧＶ）曲線の一部分とから、合成する流量気量曲線より換気機能の参考値を算出することにより、被験者の呼出負担の軽減、測定時間の軽減を図ることを特徴とする請求項２記載の健康維持管理のための総合的呼吸機能検査方法。
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