JP2008154655A - 呼吸機能測定装置及びプログラム - Google Patents

呼吸機能測定装置及びプログラム Download PDF

Info

Publication number
JP2008154655A
JP2008154655A JP2006344008A JP2006344008A JP2008154655A JP 2008154655 A JP2008154655 A JP 2008154655A JP 2006344008 A JP2006344008 A JP 2006344008A JP 2006344008 A JP2006344008 A JP 2006344008A JP 2008154655 A JP2008154655 A JP 2008154655A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
measuring
time
value
respiratory
respiratory function
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006344008A
Other languages
English (en)
Inventor
Chikako Tsujimura
周子 辻村
Hidetoshi Nakamura
秀俊 仲村
Akitoshi Ishizaka
彰敏 石坂
Isao Sato
勲 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keio University
Original Assignee
Keio University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Keio University filed Critical Keio University
Priority to JP2006344008A priority Critical patent/JP2008154655A/ja
Publication of JP2008154655A publication Critical patent/JP2008154655A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs

Abstract

【課題】呼吸をする動物を被験者として、特に自我のしっかりしていない被験者であっても、自然な状態で閉塞性肺疾患や拘束性肺疾患などの診断を行うために呼吸機能を測定することができる呼吸機能測定装置及びプログラムを提供すること。
【解決手段】呼吸をする動物の胸部の動き及び腹部の動きを測定する3次元測定手段と、呼気の腹部の体積減少速度が最大となる時刻T1を測定する第1測定手段と、前記呼気の胸部の体積減少速度が最大となる時刻T2を測定する第2測定手段と、T2−T1に相当する値Tdeを演算して出力する呼吸時間差出力手段とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、閉塞性肺疾患や拘束性肺疾患などの診断を行うために呼吸機能を測定する呼吸機能測定装置であり、呼吸をする動物(この明細書においてヒトを含む。)を被験者として、特に自我のしっかりしていない被験者であっても、自然な状態で呼吸機能を測定することができる呼吸機能測定装置及びプログラムに関する。
従来の呼吸機能測定装置としてはスパイロメトリがもっぱら使用されてきたが、この検査ではノーズクリップをした状態でマウスピースをくわえ、患者に最大限の呼吸努力を要求する必要がある。したがって、小児、高齢者、及び呼吸不全患者などでは施行が困難であり、検査技師の熟練度により結果に大きな差が出ることも指摘されてきた。また、呼吸機能の基本的指標を自然な状態で検査することもできなかった。
また、被験者に照明パターンを照射して、これと異なる角度から撮影する3次元測定装置を用いて、被験者の呼吸に応じて照明パターンが移動することを利用して、被験者の呼吸波形を取得するものがある(例えば、特許文献1参照。)。
さらに、上記3次元測定装置を用いて、胸部と腹部のそれぞれの呼吸の波形パターンを取得するものがある(例えば、特許文献2参照。)。
特開2002−175582号公報 特開2005−246033号公報
しかし、これらの3次元測定装置を用いて呼吸波形を取得するものは、緊急性を要するような呼吸異常を検出することを目途とするものであって、呼吸器系の疾患を診断できるような呼吸器の機能を精密に測定するものではなく、呼吸器系疾患の診断に応用することは考慮されていなかった
本発明は、上記問題点に鑑み、呼吸をする動物を被験者として、特に自我のしっかりしていない被験者であっても、自然な状態で閉塞性肺疾患や拘束性肺疾患などの診断を行うために呼吸機能を測定することができる呼吸機能測定装置及びプログラムを提供することを目的とする。
本発明の呼吸機能測定装置は、呼吸をする動物の胸部の動き及び腹部の動きを測定する3次元測定手段と、呼気の腹部の体積減少速度が最大となる時刻T1を測定する第1測定手段と、前記呼気の胸部の体積減少速度が最大となる時刻T2を測定する第2測定手段と、T2−T1に相当する値Tdeを演算して出力する呼吸時間差出力手段とを備えることを特徴とする。
また、前記呼吸時間差出力手段は、複数の呼気についてTdeを演算し、その平均値に相当する値Av(Tde)を演算して出力することで、安定的な指標とすることができる。
また、本発明の呼吸機能測定装置は、呼吸をする動物の胸部の動き及び腹部の動きを測定する3次元測定手段と、吸気の腹部の体積増加速度が最大となる時刻T3を測定する第3測定手段と、前記吸気の胸部の体積増加速度が最大となる時刻T4を測定する第4測定手段と、T4−T3に相当する値Tdiを演算して出力する呼吸時間差出力手段とを備えることを特徴とする。
また、前記呼吸時間差出力手段は、複数の吸気についてTdiを演算し、その平均値に相当する値Av(Tdi)を演算して出力することで、安定的な指標とすることができる。
また、本発明の呼吸機能測定装置は、呼吸をする動物の体動を測定する3次元測定手段と、呼吸の吸気時間Tiを測定する第5測定手段と、前記呼吸の呼気時間Teを測定する第6測定手段と、Ti/Teに相当する値Rを演算して出力する呼吸比出力手段とを備えることを特徴とする。
また、前記呼吸比出力手段は、複数の呼吸についてRを測定し、その平均値に相当する値Av(R)を演算して出力することで、安定的な指標とすることができる。
また、本発明の呼吸機能測定装置は、呼吸をする動物の体動を測定する3次元測定手段と、分時換気量に相当する値を出力する分時換気量出力手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、コンピュータを、上記呼吸機能測定装置として機能させるためのプログラムである。
閉塞性換気障害を有する患者数は慢性閉塞性肺疾患と気管支喘息だけでも、乳幼児から高齢者に至るあらゆる年齢層にわたり、国内で1000万人以上にのぼると考えられている。その診断はもっぱら強制呼気によるスパイロメトリに依存してきた。このため、診断されずに慢性かつ不可逆的肺機能低下をきたしてしまった症例が非常に多いと考えられている。本発明によれば、患者、医療従事者の双方に負担がなく、大規模な呼吸器機能のスクリーニングが可能となり、肺機能低下症例の検出、経過観察、及び治療効果判定が極めて容易になる。
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の実施例1による呼吸機能測定装置の構成概要を示す図である。呼吸機能測定装置10は、本体と照明パターン投光手段1及び撮像手段5からなる。まず、照明パターン投光手段1から、就寝者の体2または寝具3に対して照明パターン4が投光される。投光する光の波長を赤外線とすることで就寝者に監視されていることが意識させずに済むので好ましい。この体2または寝具3に対して投光された照明パターン4は、撮像手段5により、連続的に画像として撮像される。撮像手段5は投光した光の波長である例えば赤外線を撮像することができるものである。撮像手段5により取得された画像から、体2又は体2の動きに伴う寝具3の撮像手段5の光軸方向の動きによりこれと光軸が異なる照明パターンの撮像面内の移動が起こり、この照明パターンの移動に対応する波形を呼吸の波形として取得する。換気量(肺に出入りする空気の量)を求める場合には、類似の体格の人によってスパイロメトリと本発明呼吸機能測定装置の両方で同時に測定をした結果から、取得された呼吸波形(すなわち、体表面の上下動波形)の大きさ(すなわち、振幅)を較正すればよい。
図2は、実施例1の発明の原理を説明するグラフである。これは、縦軸を呼吸の波形を微分した任意目盛りの呼吸の速度とし、横軸を任意目盛りの時間とした、呼吸の速度の波形を示している。左側は、COPD(慢性閉塞性肺疾患chronic obstructive pulmonary disease)の患者の例の呼吸の速度の上から、全体の波形、胸部波形、及び腹部波形である。右側は、対照(control)として健常者の例の呼吸の速度の同じく上から、全体の波形、胸部波形、及び腹部波形である。胸部波形は、撮影した胸部の画像から得られる波形である。腹部波形は、撮影した腹部の画像から得られる波形である。全体の波形は、胸部波形と腹部波形とを合成した、すなわち、両者を平均化した波形である。
胸部波形と腹部波形にかけて太実線で示した+ピーク、すなわち、吸気のピーク、すなわち、吸気の速度最大の時刻についてはCOPDにおいてもcontrolにおいても、胸部と腹部とで同時刻である。これに対して、胸部波形と腹部波形にかけて太破線で示した−ピーク、すなわち、呼気のピーク、すなわち、呼気の最大速度の時刻についてcontrolにおいては胸部と腹部とで同時刻であるが、COPDにおいては腹部に対して胸部が遅れている。したがって、(呼気の胸部の体積減少速度が最大となる時刻T2−呼気の腹部の体積減少速度が最大となる時刻T1)を演算して出力することにより、閉塞性肺疾患を診断することができると考えられる。
図3は、安静換気時の呼気の最大体積減少時刻の腹部に対する胸部の遅延のCOPD患者と健常者とを比較した図である。ここで、縦軸は遅延時間(秒)を表す。COPDのサンプル数12名の平均値は0.72秒であり、controlのサンプル数10名の平均値は0.083秒であり、P値、P=0.013であって有意差がある。
図4は、安静換気時の呼気の最大体積減少時刻の腹部に対する胸部の遅延の吸入薬使用前後を比較した図である。ここで、縦軸は遅延時間(秒)を表す。COPD患者12名で、気管支拡張薬(tiotropium)吸入前後(6〜12週)での、呼気の最大体積減少時刻が腹部に対して胸部の遅れる時間は、使用前(左側):平均0.72秒、使用後(右側):平均0.46秒、P値、P=0.036であり、気管支拡張薬吸入による遅延時間の短縮が有意差をもって認められた。
以上より、(T2−T1)が、閉塞性肺疾患を診断するための一指標として有意義であることが明らかである。
また、このアナロジーから、拘束性肺疾患については、(吸気の胸部の体積最大速度が最大となる時刻T4−吸気の腹部の体積最大速度が最大となる時刻T3)を診断のための指標とすることができる。
これらの時刻については、複数の呼吸についての平均をとることにより安定的な指標とすることができることは言うまでもない。
これらの指標により、患者、医療従事者の双方に負担がなく、大規模な呼吸器機能のスクリーニングが可能となり、肺機能低下症例の検出、経過観察、及び治療効果判定が極めて容易になる。
図5は、実施例2の発明の原理を説明するグラフである。グラフは実施例1と同じものである。実施例2では、呼吸時間の内の呼気時間と吸気時間の比に着目する。グラフは呼吸の速度の波形を示すので、波形の+の時間が吸気時間を、−の時間が呼気時間を示すことになる。全体の波形の横軸に、吸気時間を太実線で、呼気時間を太破線で示した。COPDはcontrolと比較して呼気時間の割合が長いことが分かる。したがって、(吸気時間/呼気時間)を演算して出力することにより、閉塞性肺疾患を診断することができると考えられる。
図6は、安静呼吸時の吸気時間/呼気時間のCOPD患者と健常者とを比較した図である。ここで、縦軸は、吸気時間/呼気時間を表す。COPDのサンプル数12名の平均値は0.64であり、controlのサンプル数10名の平均値は0.85であり、P値、P=0.0013であって有意差がある。
図7は、安静換気時の吸気時間/呼気時間の吸入薬使用前後を比較した図である。ここで、縦軸は吸気時間/呼気時間を表す。COPD患者12名で、気管支拡張薬(tiotropium)吸入前後(6〜12週)での、吸気時間/呼気時間は、使用前(左側):平均0.64、使用後(右側):平均0.70、P値、P=0.106であり、気管支拡張薬吸入による吸気時間/呼気時間の明らかな増加を認めた。
以上より、吸気時間/呼気時間が、閉塞性肺疾患を診断するための一指標として有意義であることが明らかである。
この吸気時間/呼気時間については、複数の呼吸についての平均をとることにより安定的な指標とすることができることは言うまでもない。
この指標により、患者、医療従事者の双方に負担がなく、大規模な呼吸器機能のスクリーニングが可能となり、肺機能低下症例の検出、経過観察、及び治療効果判定が極めて容易になる。
図8は、安静呼吸時の分時換気量のCOPD患者と健常者とを比較した図である。ここで、縦軸は、分時換気量(ml)を表す。分時換気量は1分間の換気量である。COPDのサンプル数12名の平均値は7750mlであり、controlのサンプル数10名の平均値は5530mlであり、P値、P=0.029であって有意差がある。したがって、分時換気量を演算して出力することにより、閉塞性肺疾患を診断することができると考えられる。分時換気量は、一回換気量×呼吸数(回/分)を算出することにより求めることができる。一回換気量は、上述のように、スパイロメトリによる測定によって、呼吸波形の大きさを較正することによって求めることができる。
図9は、安静換気時の分時換気量の吸入薬使用前後を比較した図である。ここで、縦軸は分時換気量(ml)を表す。COPD患者12名で、気管支拡張薬(tiotropium)吸入前後(6〜12週)での、分時換気量は、使用前(左側):平均7750ml、使用後(右側):平均6830ml、P値、P=0.097であり、気管支拡張薬吸入による分時換気量の明らかな減少を認めた。
以上より、分時換気量が、閉塞性肺疾患を診断するための一指標として有意義であることが明らかである。
この指標により、患者、医療従事者の双方に負担がなく、大規模な呼吸器機能のスクリーニングが可能となり、肺機能低下症例の検出、経過観察、及び治療効果判定が極めて容易になる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
本発明の呼吸機能測定装置は、コンピュータを本呼吸機能測定装置として機能させるためのプログラムでも実現される。このプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されていてもよい。
このプログラムを記録した記録媒体は、図1に示される呼吸機能測定装置10のROMそのものであってもよいし、また、外部記憶装置としてCD−ROMドライブ等のプログラム読取装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することで読み取り可能なCD−ROM等であってもよい。
また、上記記録媒体は、磁気テープ、カセットテープ、フレキシブルディスク、ハードディスク、MO/MD/DVD等、又は半導体メモリであってもよい。
実施例1による呼吸機能測定装置の構成概要を示す図である。 実施例1の発明の原理を説明するグラフである。 安静換気時の呼気の最大体積減少時刻の腹部に対する胸部の遅延のCOPD患者と健常者とを比較した図である。 安静換気時の呼気の最大体積減少時刻の腹部に対する胸部の遅延の吸入薬使用前後を比較した図である。 実施例2の発明の原理を説明するグラフである。 安静呼吸時の吸気時間/呼気時間のCOPD患者と健常者とを比較した図である。 安静換気時の吸気時間/呼気時間の吸入薬使用前後を比較した図である。 安静呼吸時の分時換気量のCOPD患者と健常者とを比較した図である。 安静換気時の分時換気量の吸入薬使用前後を比較した図である。
符号の説明
1 照明パターン投光手段
2 体
3 寝具
4 照明パターン
5 撮像手段
10 呼吸機能測定装置

Claims (8)

  1. 呼吸をする動物の胸部の動き及び腹部の動きを測定する3次元測定手段と、
    呼気の腹部の体積減少速度が最大となる時刻T1を測定する第1測定手段と、
    前記呼気の胸部の体積減少速度が最大となる時刻T2を測定する第2測定手段と、
    T2−T1に相当する値Tdeを演算して出力する呼吸時間差出力手段と
    を備えることを特徴とする呼吸機能測定装置。
  2. 前記呼吸時間差出力手段は、複数の呼気についてTdeを演算し、その平均値に相当する値Av(Tde)を演算して出力することを特徴とする請求項1記載の呼吸機能測定装置。
  3. 呼吸をする動物の胸部の動き及び腹部の動きを測定する3次元測定手段と、
    吸気の腹部の体積増加速度が最大となる時刻T3を測定する第3測定手段と、
    前記吸気の胸部の体積増加速度が最大となる時刻T4を測定する第4測定手段と、
    T4−T3に相当する値Tdiを演算して出力する呼吸時間差出力手段と
    を備えることを特徴とする呼吸機能測定装置。
  4. 前記呼吸時間差出力手段は、複数の吸気についてTdiを演算し、その平均値に相当する値Av(Tdi)を演算して出力することを特徴とする請求項3記載の呼吸機能測定装置。
  5. 呼吸をする動物の体動を測定する3次元測定手段と、
    呼吸の吸気時間Tiを測定する第5測定手段と、
    前記呼吸の呼気時間Teを測定する第6測定手段と、
    Ti/Teに相当する値Rを演算して出力する呼吸比出力手段と
    を備えることを特徴とする呼吸機能測定装置。
  6. 前記呼吸比出力手段は、複数の呼吸についてRを測定し、その平均値に相当する値Av(R)を演算して出力することを特徴とする請求項5記載の呼吸機能測定装置。
  7. 呼吸をする動物の体動を測定する3次元測定手段と、
    分時換気量に相当する値を出力する分時換気量出力手段と
    を備えることを特徴とする呼吸機能測定装置。
  8. コンピュータを、
    請求項1乃至7いずれかに記載の呼吸機能測定装置
    として機能させるためのプログラム。
JP2006344008A 2006-12-21 2006-12-21 呼吸機能測定装置及びプログラム Pending JP2008154655A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006344008A JP2008154655A (ja) 2006-12-21 2006-12-21 呼吸機能測定装置及びプログラム

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006344008A JP2008154655A (ja) 2006-12-21 2006-12-21 呼吸機能測定装置及びプログラム
US12/002,767 US20080243019A1 (en) 2006-12-21 2007-12-19 Respiratory function measuring equipment and storage medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008154655A true JP2008154655A (ja) 2008-07-10

Family

ID=39656213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006344008A Pending JP2008154655A (ja) 2006-12-21 2006-12-21 呼吸機能測定装置及びプログラム

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20080243019A1 (ja)
JP (1) JP2008154655A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011093221A1 (ja) * 2010-02-01 2011-08-04 コニカミノルタエムジー株式会社 動態画像処理システム及びプログラム
JP2013524919A (ja) * 2010-04-21 2013-06-20 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 呼吸運動検出装置
JP2016509939A (ja) * 2013-03-15 2016-04-04 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKonink 画像データから呼吸ボリューム信号を決定する装置及び方法
CN114403847A (zh) * 2021-12-17 2022-04-29 中南民族大学 基于腹部和肺部数据相关性的呼吸状态检测方法及系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005003367A (ja) * 2003-06-09 2005-01-06 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 三次元形状測定装置
JP2006516413A (ja) * 2002-12-13 2006-07-06 インターキュア リミティド 生体リズム的活動の有益な変更のための装置及び方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6790183B2 (en) * 1998-10-14 2004-09-14 Raymond L. H. Murphy Method and apparatus for displaying body sounds and performing diagnosis based on body sound analysis
US6980679B2 (en) * 1998-10-23 2005-12-27 Varian Medical System Technologies, Inc. Method and system for monitoring breathing activity of a subject
US6723055B2 (en) * 1999-04-23 2004-04-20 Trustees Of Tufts College System for measuring respiratory function
JP3477166B2 (ja) * 2000-12-07 2003-12-10 学校法人慶應義塾 監視装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006516413A (ja) * 2002-12-13 2006-07-06 インターキュア リミティド 生体リズム的活動の有益な変更のための装置及び方法
JP2005003367A (ja) * 2003-06-09 2005-01-06 Sumitomo Osaka Cement Co Ltd 三次元形状測定装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011093221A1 (ja) * 2010-02-01 2011-08-04 コニカミノルタエムジー株式会社 動態画像処理システム及びプログラム
JP2013524919A (ja) * 2010-04-21 2013-06-20 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 呼吸運動検出装置
JP2016509939A (ja) * 2013-03-15 2016-04-04 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKonink 画像データから呼吸ボリューム信号を決定する装置及び方法
CN114403847A (zh) * 2021-12-17 2022-04-29 中南民族大学 基于腹部和肺部数据相关性的呼吸状态检测方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20080243019A1 (en) 2008-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9370634B2 (en) Monitoring positive end expiratory pressure with photoplethysmography
Thompson et al. Capnographic waveforms in the mechanically ventilated patient
Folke et al. Critical review of non-invasive respiratory monitoring in medical care
Klug et al. Measurement of the specific airway resistance by plethysmography in young children accompanied by an adult
JP2019500084A (ja) 生理的パラメータを監視するための装置および方法
US8790274B2 (en) Non-invasive method for measuring changes in body position and respiration
Ostadabbas et al. A vision-based respiration monitoring system for passive airway resistance estimation
JP2018502678A (ja) 生理学的パラメータを監視する装置及び方法
TW201544075A (zh) 呼吸氣流偵測裝置、方法及其應用
Poole et al. Respiratory inductance plethysmography in healthy infants: a comparison of three calibration methods
JP2008154655A (ja) 呼吸機能測定装置及びプログラム
Seddon et al. Do tidal expiratory flow patterns reflect lung mechanics in infants?
Koo et al. Change in end-expiratory lung volume during sleep in patients at risk for obstructive sleep apnea
JP6098529B2 (ja) 呼吸機能検査システム、呼吸機能検査システム用の呼吸経路
Ghezzi et al. Feasibility of structured light plethysmography for the evaluation of lung function in preschool children with asthma.
JP2000217802A (ja) 検体の胸郭内の空気の流れの測定法およびその装置
Fekr et al. Design of an e-health respiration and body posture monitoring system and its application for rib cage and abdomen synchrony analysis
Sumbul et al. Measuring of diaphragm movements by using iMEMS acceleration sensor
Voter et al. Pulmonary function testing in childhood asthma
Hill et al. Touchless respiratory monitor preliminary data and results
Djupesland et al. Nasal airway dimensions and lung function in awake, healthy neonates
JP2017516567A (ja) 抜管失敗を評価するための方法、システムおよびソフトウェア
Jeong et al. Measurement of respiration rate and depth through difference in temperature between skin surface and nostril by using thermal image
Booker Vital lung function
Sivieri et al. Pulmonary mechanics measurements by respiratory inductive plethysmography and esophageal manometry: methodology for infants on non-invasive respiratory support

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20091110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111109

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111110

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111226

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20120523