JP2016002104A - ガス測定システム、ガス測定装置、及びガス測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】患者位置に応じた正確な非接触ガス測定を行うことができるガス測定システム、ガス測定装置、及びガス測定方法を提供する。
【解決手段】ガス測定システム１は、位置設定手段１２とガス測定手段１３を備える。位置設定手段１２は、患者の位置を検出し、当該位置に応じて測定範囲を定める。ガス測定手段１３は、位置設定手段１２が定めた測定範囲のガス濃度を、患者に非接触で測定する（例えば赤外線の検出度合いによってガス濃度を測定する。）。
【選択図】図２

Description

本発明はガス測定システム、ガス測定装置、及びガス測定方法に関する。

患者の呼吸の有無を確認する場合、（１）呼気ＣＯ２の測定、（２）インピーダンス胸郭運動や呼吸振動音をマイクで捉える、（３）聴診や目視を行う、等の手法を用いていた。特に医療機器を用いた呼吸確認として「（１）呼気ＣＯ２の測定」が広く行われている。呼気ＣＯ２をはじめとするガス測定を行う場合、主に対象ガスの存在エリア（例えば患者の口周辺）にセンサやチューブを配置する手法が用いられていた。

このようにセンサやチューブを患者に装着する場合、患者の体動やセンサ外れといった事象によって安定したガス測定が困難であった。

これに対し、例えば特許文献１は、生体ガスに関する技術ではないものの、非接触でガス漏れを検出する技術を開示している。

特公平０７−０１１４６４号公報

"技術情報：赤外線吸収式ＣＯ２センサの原理"、[平成２６年５月２７日検索]、インターネット<URL: http://www.nihonkohden.co.jp/iryo/techinfo/co2sensor/genri.html>

上述のように患者にセンサやチューブを取り付けてガス測定を行う場合、体動等によって満足な測定が行えない恐れがあった。そのため、患者にセンサ等を直接取り付けずに生体に関するガスを測定できることが好ましい。ここで非接触での生体に関するガス測定を行う場合、患者の位置を把握した上で生体ガスを測定することが必要である。これにより、患者の状態を正確に管理できる。例えば病室内に複数の患者がいる場合や、呼吸管理の重要性が高い患者の呼気ＣＯ２濃度の測定については、ガス測定を行う範囲を適切に設定することが必要である。

なお特許文献１には、ガス測定を行うエリアの設定についての何らの示唆、教示が存在しない。

そこで本発明は上述の背景を鑑みてなされたものであり、患者位置に応じた正確な非接触ガス測定を行うことができるガス測定システム、ガス測定装置、及びガス測定方法を提供することを主たる目的とする。

本発明にかかるガス測定システムの一態様は、
患者の位置を検出し、当該位置に応じて測定範囲を定める位置設定手段と、
前記測定範囲のガス濃度を前記患者に非接触で測定するガス測定手段と、
を備える、ものである。

本発明にかかるガス測定装置の一態様は、
患者の位置を検出し、当該位置に応じて測定範囲を定める位置設定手段と、
前記測定範囲のガス濃度を前記患者に非接触で測定するガス測定手段と、
を備える、ものである。

本発明にかかるガス測定方法の一態様は、
患者の位置を検出し、当該位置に応じて測定範囲を定める位置設定ステップと、
前記測定範囲のガス濃度を前記患者に非接触で測定するガス測定ステップと、
を備える、ものである。

本発明では、患者位置を基に測定範囲（好適には患者の口元）を定め、当該測定範囲のガス濃度（例えば呼気ＣＯ２濃度）を患者に非接触で測定している。このように患者に関する測定範囲を定めてからガス測定を行うため、患者状態が正確に反映されたガス測定を行うことができる。

本発明は、患者位置に応じて正確な非接触ガス測定を行うことができるガス測定システム、ガス測定装置、及びガス測定方法を提供することができる。

実施の形態１にかかるガス測定システム１が使用される使用環境（病室）を示す概念図である。 実施の形態１にかかるガス測定システム１の構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかるガス測定システム１の動作を示す概念図である。 実施の形態１にかかるガス測定手段１３が送信するガス濃度測定データを示す図である。 実施の形態１にかかる出力手段１５による出力表示画面の一例を示す図である。 実施の形態２にかかるガス測定システム１の構成を示すブロック図である。

＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。はじめに、本実施の形態にかかるガス測定システム１が使用される使用環境例について図１を参照して説明する。図１は、ガス測定システム１が使用される病院内の病室を示す概念図である。図１の例では、複数の患者が病室に収容されている。ここで、当該病室内には後述するガス検出装置１０が備えられている。なお、実施の形態２で後述するようにガス検出装置１０が複数設置されている構成であってもよい。ガス検出装置１０は、各患者の呼気ＣＯ２をはじめとする生体ガスを測定する。ガス検出装置１０やガス検出システム１の詳細は、図２を参照して後述する。

各患者には、口元に呼気ＣＯ２用のセンサやチューブは取り付けられていない。以下では説明の明確化のため、各患者は重症系の患者であり、ベッドからあまり動かないことを想定する。

図２は、本実施の形態にかかるガス測定システム１の構成を示すブロック図である。ガス測定システム１は、ガス測定装置１０とセントラルモニタ２０を有する。

ガス測定装置１０は、患者から出力されるガスを測定する装置である。またガス測定装置１０は、患者の生体から出力されるガスのみならず、人工麻酔器等から出力される麻酔ガスを測定するものであってもよい。すなわちガス測定装置１０は、生体関連ガス（患者の生体から出力されるガス、または患者の生体に取り込まれるガス、の少なくとも一方）を患者と非接触で測定する。以下の説明においてガス測定装置１０は、患者の呼気ＣＯ２（呼気二酸化炭素）のガス濃度を患者と非接触で測定するものとする。

ガス測定装置１０は、赤外線光源１１、位置設定手段１２、及びガス測定手段１３を備える。なおガス測定装置１０は、上述の構成（赤外線光源１１、位置設定手段１２、及びガス測定手段１３）を制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）や記憶手段（例えばハードディスク）等も適宜備えている。

赤外線光源１１は、赤外線を空間内に放射する。赤外線光源１１は、例えばランプ状の形態であり、赤外線を放射するものであればよい。

位置設定手段１２は、空間内から患者の位置を検出し、当該位置に応じて測定範囲を設定する。ここで患者の位置とは、患者の人体全体に加え、患者の口や鼻など特定部位の位置も含む概念である。以下、詳細な処理例を説明する。

例えば位置設定手段１２は、赤外線検出器１４を備え、患者人体から放射される赤外線を分析する。位置設定手段１２は、分析により得られた患者人体の位置から患者の口周辺の一定領域をガス濃度の測定範囲として特定する。例えば位置設定手段１２は、患者のシルエットから頭の位置を特定し、頭の位置に応じて口周辺をガス濃度の測定範囲として設定すればよい。なお位置設定手段１２は、ガス測定の目的に応じて口周辺だけではなく、口と鼻を含む領域を測定範囲として設定してもよく、その他の領域（例えば患者の体表全体）を測定範囲として設定してもよい。位置設定手段１２は、設定した測定範囲をガス測定手段１３に通知する。

ガス測定手段１３には、位置設定手段１２から測定範囲の情報（好適には患者の口元と推定される範囲の情報）が供給される。ガス測定手段１３は、当該測定範囲のガス濃度を患者に非接触の手法で測定する。ガス測定手段１３は、例えばガス濃度を赤外線検出器１４を用いて検出する。赤外線検出器１４は、内部に特定波長のみを透過するフィルタ（バンドパスフィルタ）を有する。ここで特定波長は、呼気ＣＯ２測定時には概ね４．３μｍである。二酸化炭素には、波長が４．３μｍの赤外線を吸収するという性質がある。この吸収度合いは、ＣＯ２分圧に比例するという性質が知られている（非特許文献１）。

そのため、ＣＯ２が少ないときには波長約４．３μｍの赤外線が多く透過し、ＣＯ２が多いときには波長約４．３μｍの赤外線の透過量が少なくなる。ガス測定手段１３は、この性質を利用して位置設定手段１２から供給された測定範囲のＣＯ２のガス濃度を測定する。これによりガス測定手段１３は、患者の呼気ＣＯ２濃度の推定値を得ることができる。ガス測定手段１３は、測定ガスデータ（測定した患者の呼気ＣＯ２濃度のデータ）をセントラルモニタ２０に通信手段（図示せず）を介して通知する。

上述の性質（特定の波長の赤外線のみを吸収する）は、ＣＯ２のみに成立するものではなく、麻酔ガス（揮発性麻酔薬）やＮ２Ｏガスなど様々なガスが持つ特性である。例えば麻酔ガスは、波長が約８μｍの赤外線を吸収するという性質を有している。

上述したように位置設定手段１２及びガス測定手段１３は、赤外線を測定し、当該測定結果から位置の特定やガス濃度の測定を行っている。そのため図１に示すように、ガス測定装置１０は、赤外線検出器１４を備えていることが好ましい。これにより、検出機構が１つに集約され、装置の簡素化を図ることができる。

なお上述の赤外線検出器１４は、特定波長のみが透過するフィルタを内部に備えるものとして説明したが、必ずしもこれに限られない。例えば赤外線光源１１が特定波長（呼気ＣＯ２の場合には４．３μｍ）の赤外線のみを出力する構成であってもよい。この構成であっても赤外線検出器１４は、患者の呼気ＣＯ２濃度を測定することができる。しかしながら、赤外線光源１１が特定波長の赤外線を出力する構成の場合、外乱光の影響によって呼気ＣＯ２濃度の検出精度が悪化する可能性がある。そのため、赤外線検出器１４が特定波長のみを透過するフィルタを有する構成の方が好ましい。

なお患者の位置検出は、赤外線検出で行うことが好ましいものの、カメラ撮像により取得した画像を解析して患者位置を検出することも勿論可能である。しかしながら、赤外線を用いた位置検出は、部屋が暗い場合であっても正確に患者の位置を特定できるために好ましい。

図３を参照して、位置設定手段１２による位置設定処理、及びガス測定手段１３による呼気ＣＯ２測定の具体例を更に説明する。図３は、図１に示す病室を真上から見た場合の模式図である。図３では、ベッドや壁の位置を一点鎖線で示し、患者の体を実線で示し、患者の口周辺を点線で示している。

位置設定手段１２は、例えば赤外線イメージセンサのように動作して患者位置を検出する。なお位置設定手段１２は、赤外線イメージセンサのみならず、複数の受光素子から構成されて患者位置を検出するものであってもよい。本例では位置設定手段１２は、４人の患者の位置（図中の実線部分）を検出する。そして位置設定手段１２は、この患者位置を基に患者の口周辺の領域を測定範囲として設定する。図３の例では、位置設定手段１２は４つの測定範囲（図中点線部分）を設定している。

なお位置設定手段１２は患者の口元周辺を随時検出して測定範囲を更新し、ガス測定手段１３は更新された測定範囲に従ってＣＯ２濃度の測定を行うことが望ましい。すなわち位置設定手段１２は患者の位置を追尾するように検出し、ガス測定手段１３は追尾により特定された測定範囲に従ってガス濃度を測定することが好ましい。これによりガス測定手段１３は、患者の位置が体動によってずれたような場合であっても正確に患者の呼気ＣＯ２を測定することができる。

ガス測定手段１３は、この測定範囲内におけるＣＯ２濃度を測定する。本例ではガス測定手段１３は、４人の患者の口元のＣＯ２を測定する。ガス測定手段１３は、測定した呼気ＣＯ２をセントラルモニタ２０に通知する。ここでガス測定手段１３は、患者を識別できるような情報と共に呼気ＣＯ２濃度をセントラルモニタ２０に通知する。この通知方法の一例を、図４を参照して説明する。

図４（Ａ）は、ガス測定手段１３が通信手段（図示せず）を介してセントラルモニタ２０に送信する測定ガスデータを模式的に示したものである。図４（Ａ）の例では、ガス測定手段１３は、４人の患者の識別情報と各患者の呼気ＣＯ２濃度を関連付けて送信している。ここで識別情報は、病室の番号と病室内での位置情報を組み合わせた構成である。なお識別情報は、セントラルモニタ２０が患者を特定できるものであればどのようなものであってもよい。

再び図２を参照してセントラルモニタ２０の構成について説明する。セントラルモニタ２０は、異常検出手段２１、及び出力手段２２を備える。なおセントラルモニタ２０は、図示しないもののＣＰＵ（Central Processing Unit）や通信手段、記憶手段（ハードディスク）等の一般的なコンピュータ装置の構成も適宜備えている。

セントラルモニタ２０内の記憶手段（図示せず）は、管理対象となる各患者の情報（年齢、既往症等）と、測定データを合わせて管理する。ここで測定データとは、上述のガス測定装置１０が送信する呼気ＣＯ２濃度に加え、各患者から取得した心電図、体温、血圧等の各種のデータが含まれる。

はじめに異常状態検出手段２１は、図４（Ｂ）に示すような患者配置情報を参照して、ガス測定手段１３から送信された呼気ＣＯ２濃度の各情報がどの患者の情報であるかを特定する。例えばガス測定手段１３は、部屋番号１０２のベッド位置１から測定された呼気ＣＯ２濃度のデータが患者Ａのものであると特定する。

次に異常検出手段２１は、ガス測定手段１３から受信した呼気ＣＯ２濃度を基に異常状態となっている患者を検出する。異常検出手段２１による呼吸異常の検出処理は、一般的な生体情報モニタで用いられている処理と同等であればよい。異常検出手段２１は、異常状態を検出した場合、異常状態となっている患者の情報や異常状態の種類（過剰呼吸、無呼吸等）を出力手段２２に通知する。

出力手段２２は、一般的なセントラルモニタ２０と同様に図５に示すような表示画面を表示する。ここで出力手段２２は、各種センサから取得した測定データに加えて、ガス測定装置１０から送信された呼気ＣＯ２濃度の情報を表示する。呼気ＣＯ２濃度の情報は、図５に示すように圧値や波形で示すことが望ましい。

出力手段２２は、異常検出手段２１から呼吸状態の異常が通知された場合、当該異常となった患者に関する表示を変更するなどして異常状態を報知する。例えば出力手段２２は、呼吸異常となっている患者の表示画面の色を変える、点滅させる、音声出力する等してユーザ（主に看護師や医師）に報知を行う。また出力手段２２は、通信手段を介して、異常状態となった患者の近くにあるナースコール等の通信装置、ベッドサイドモニタ、担当医師等の携帯端末等が鳴動するように制御を行ってもよい。すなわち出力手段２２は、患者の異常状態を任意の手法で報知するように動作するものであれば良い。

なお異常状態検出手段２１は、図４（Ｂ）に示すような患者配置情報を用いず、患者を区別することなく誰か一人でも呼吸異常の状態になった場合に、異常状態を出力手段２２に通知することも理論上は可能である。しかしながら、この場合にはどの患者の呼吸状態が異常となっているかを判別できないため、上述の構成の方がより好ましい。

続いて本実施の形態にかかるガス測定システム１の効果について説明する。上述のようにガス測定装置１０は、患者位置を基に測定範囲（例えば患者の口元の領域）を定め、当該測定範囲のガス濃度（上記の例では呼気ＣＯ２濃度）を患者に非接触で測定している。このように患者に関する測定範囲を定めてからガス測定を行うため、ガス測定装置１０は患者位置に応じた正確なガス測定を行うことができる。換言するとガス測定装置１０は、各患者の生体ガスに関する情報を正確に取得することができる。

またガス測定装置１０は、測定範囲の検出時に複数の患者の存在（配置位置）も把握できる。そのためガス測定装置１０は、複数の患者が入院している病室内等であっても、各患者のガス濃度を正確に測定することができる。複数の患者がいる場合であっても、各患者のガス濃度を測定するため、人数の増減にも容易に対応でき、測定人数を限定しない。

異常検出手段２１は、ガス測定装置１０が測定したガス濃度を基に患者の呼吸状態が異常となっていないかを判定する。これにより異常検出手段２１は、接触型で患者の呼気ＣＯ２を測定している場合と同様に、患者の呼吸状態の管理を行うことができる。呼吸異常を検出した場合に出力手段２２が任意の方法で医師や看護師に報知することにより、医師や看護師は即座に患者の呼吸異常に対応することができる。

また図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように患者位置と患者を関連付けて管理している場合、セントラルモニタ２０はどの患者が呼吸異常となっているかを適切に報知できる。これにより医師や看護師は、呼吸が異常状態となっている患者を即座に把握したうえで対処を行うことができる。

ガス測定装置１０内における患者位置検出とガス測定処理は、同一の赤外線検出器１４を用いて行うことが望ましい。赤外線検出器１４の共有により、装置の小型化を図ることができる。また赤外線検出器１４によって患者位置検出を行う場合、赤外線検出器１４は部屋の暗さ等に関わらず正確に患者位置を検出することができる。

＜実施の形態２＞
実施の形態２にかかるガス測定システム１は、複数のガス測定装置１０がシステム内に存在していることを特徴とする。実施の形態２にかかるガス測定システム１について、実施の形態１と異なる点を以下に説明する。なお、実施の形態１と同一名称及び同一符号を付した処理手段（処理装置）は、特に説明しない場合には実施の形態１と同等の処理を行うものとする。

図６は、本実施の形態にかかるガス測定システム１の構成を示すブロック図である。図示するようにガス測定システム１は、複数のガス測定装置１０（１０−１、１０−２）を有している。ガス測定装置１０−１及び１０−２は、独立して測定範囲を設定した後に呼気ＣＯ２濃度の測定を行う。測定範囲の設定処理や呼気ＣＯ２濃度の測定は、実施の形態１と同等であればよい。

ガス測定装置１０−１は、測定した各患者の呼気ＣＯ２濃度を実施の形態１と同様の手法でセントラルモニタ２０に送信する。同様にガス測定装置１０−２は、測定した各患者の呼気ＣＯ２濃度を実施の形態１と同様の手法でセントラルモニタ２０に送信する。すなわちセントラルモニタ２０は、各ガス測定装置１０から送信された各患者の呼気ＣＯ２濃度を受信する。

異常検出手段２１は、ガス測定装置１０−１及び１０−２から受信した各患者の呼気ＣＯ２濃度を基に、各患者の最終的な呼気ＣＯ２濃度を設定する。異常検出手段２１は、例えば各患者について呼気ＣＯ２濃度が最も高いデータを選択する。その後に異常検出手段２１は、選択した呼気ＣＯ２濃度のデータを用いて一般的な呼吸異常の検出処理を行う。例えば遮蔽物によりガス測定装置１０−１が患者Ａの呼気ＣＯ２濃度を十分に測定できなかった場合、異常検出手段２１はガス測定装置１０−２から送信された患者Ａの呼気ＣＯ２濃度を選択して患者Ａの呼吸異常の判定を行う。

なお異常検出手段２１は、複数のガス測定装置１０による呼気ＣＯ２濃度を基に最終的な呼気ＣＯ２濃度を設定して処理するものであればよい。例えば２つのガス測定装置１０が各患者の呼気ＣＯ２濃度を正確に測定できている場合（各ガス測定装置１０で測定した呼気ＣＯ２濃度の差があまり無い場合）、両呼気ＣＯ２濃度の平均を最終的な呼気ＣＯ２濃度として扱ってもよい。

出力手段２２は、異常検出手段２１と同様に複数のガス測定装置１０が測定した各患者の呼気ＣＯ２濃度を基に、各患者の最終的な呼気ＣＯ２濃度を設定し、設定した最終的な呼気ＣＯ２濃度を表示画面等に表示する。また出力手段２２は、異常検出手段２１が異常状態を検出した場合に報知を行う。

なお図６では、ガス測定システム１は２つのガス測定装置１０（１０−１、１０−２）を有するものとしたが、３つ以上のガス測定装置１０を有する構成であってもよい。

続いて本実施の形態にかかるガス測定システム１の効果について説明する。病室内に遮蔽物が存在するような場合、位置設定手段１２による測定範囲の設定やガス測定手段１３によるガス測定処理の精度が悪くなってしまう恐れがある。

これに対し、本実施の形態にかかるガス測定システム１は、複数のガス測定装置１０（図６の例ではガス測定装置１０−１及び１０−２）を有する構成である。そしてガス測定システム１は、複数のガス測定装置１０（１０−１、１０−２）から得られた呼気ＣＯ２濃度を基に最終的な各患者の呼気ＣＯ２濃度を設定している。例えばガス測定システム１は、呼気ＣＯ２濃度を満足に測定できなかったデータを除外する。これにより、ガス測定システム１は、あるガス測定装置１０から見て患者が物陰に隠れてしまったような場合であっても正確に呼気ＣＯ２濃度の把握を行うことができる。なお実施の形態２の構成は、呼気ＣＯ２のみならず他のガスのガス濃度測定にも応用可能である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

上述したが位置設定手段１２は、赤外線を用いた測定範囲の設定のみならず、他の手法を用いて測定範囲を設定してもよい。例えば位置設定手段１２は、病室内を撮像手段（カメラ等）を用いて撮像し、撮像により得られた画像を画像解析して患者位置や患者の口元の位置を特定してもよい。また位置設定手段１２は、患者の頭等に予め取り付けられたマーカーを検出する機能を有し、当該マーカー位置を基に測定範囲を設定するような構成であってもよい。

また図２や図６に示す構成はあくまでもガス測定システム１の一例である。例えばガス測定装置１０がセントラルモニタ２０の機能（すなわち異常検出手段２１や出力手段２２の機能）を有するものであってもよい。すなわちガス測定システム１の機能を一つの装置で実現するような構成であってもよい。

またセントラルモニタ２０に代わり、各患者に装着されているベッドサイドモニタが異常検出手段２１や出力手段２２の機能を持つ構成であってもよい。この場合、患者を識別するような情報を送受信することなく、簡素な構成で患者の呼吸管理を行えばよい。

１ ガス測定システム
１０（１０−１、１０−２） ガス測定装置
１１ 赤外線光源
１２ 位置設定手段
１３ ガス測定手段
１４ 赤外線検出器
２０ セントラルモニタ
２１ 異常検出手段
２２ 出力手段

Claims (9)

1. 患者の位置を検出し、当該位置に応じて測定範囲を定める位置設定手段と、
   前記測定範囲のガス濃度を前記患者に非接触で測定するガス測定手段と、
   を備えるガス測定システム。
2. 前記ガス測定手段が測定したガス濃度を基に異常状態を検出する異常検出手段と、
   前記異常検出手段が異常状態を検出した場合に報知を行う出力手段と、を更に有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のガス測定システム。
3. 前記異常検出手段は、予め設定された患者配置情報に基づいて、異常状態となった患者を特定し、
   前記出力手段は、前記異常検出手段が特定した患者に応じた報知を行う、
   ことを特徴とする請求項２に記載のガス測定システム。
4. 前記ガス検出手段は、赤外線検出器を有し、当該赤外線検出器の特定周波数の赤外線の吸収度合に応じてガス濃度の測定を行う、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス測定システム。
5. 前記患者位置設定手段は、前記赤外線検出器を用いて前記患者の位置を検出する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のガス測定システム。
6. 前記患者位置設定手段は、一度検出した前記患者の位置を追尾して前記測定範囲を更新し、
   前記ガス測定手段は、前記患者位置設定手段が更新した前記測定範囲のガス濃度の測定を行う、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガス測定システム。
7. 前記ガス測定システムは、複数の前記患者位置設定手段と複数の前記ガス測定手段を有し、複数の前記ガス測定手段のガス濃度の測定データを基に最終的なガス濃度の測定データを設定する、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガス測定システム。
8. 患者の位置を検出し、当該位置に応じて測定範囲を定める位置設定手段と、
   前記測定範囲のガス濃度を前記患者に非接触で測定するガス測定手段と、
   を備えるガス測定装置。
9. 患者の位置を検出し、当該位置に応じて測定範囲を定める位置設定ステップと、
   前記測定範囲のガス濃度を前記患者に非接触で測定するガス測定ステップと、
   を備えるガス測定方法。

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