JP2017176828A - 呼吸機能検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被験者に所定の周期で呼吸を行わせた後の呼吸機能測定からなる肺気量分画検査を実施可能な呼吸機能検査装置を提供する。【解決手段】被験者に行わせる呼吸周期として異なる複数の基準周期を設定し、被験者の呼吸周期を基準周期に誘導するための誘導報知を実行し、当該基準周期に対応した呼吸機能検査の完了後に次の基準周期での誘導報知に移行する。実行されている誘導報知の基準周期と誘導報知中に計測される被験者の呼吸周期が合致しているか否かを判定し、合致していないと判定された場合は所定の報知を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、被験者の呼吸機能を検査する呼吸機能検査装置に関する。

慢性閉塞性肺疾患（Chronic Obstructive Pulmonary Disease（以下「ＣＯＰＤ」と称する））は気流閉塞により呼出後に肺に残る空気の量（以下「残気量」と称する）が増加する疾患である。また、運動等の動作によって呼吸が速くなって呼気時間が短縮されると、残気量は更に増加する。この現象は動的肺過膨張と呼ばれている。残気量が増加すると、呼出が不十分なまま次の吸気を行うことになるため、吸気量が減少して呼吸困難を引き起こすこととなる。動的肺過膨張の状態は、被験者になんらかの運動動作を行わせた直後、または安静状態よりも速い呼吸を行わせた直後に最大吸気量（Inspiratory Capacity（以下「ＩＣ」と称する））等を測定することで確認できる。

例えば、非特許文献１に示されるように、メトロノームの動作に合わせて被験者に安静状態よりも速い呼吸（以下、過呼吸と称する）を３０秒間行わせ、次いでその直後にＩＣ測定を行う手法が提案されている。この場合、過呼吸時の換気測定及びＩＣ測定が合わさって１つの肺気量分画検査となる。被験者に行わせる過呼吸速度を変更する際は、医師、看護師、又は検査技師（以下、検査実施者と称する）が、各肺気量分画検査の終了後にメトロノームの設定を変更し、その後、次の肺気量分画検査、即ち過呼吸時の換気測定及びＩＣ測定が行われる。

"Effects of bronchodilators on dynamic hyperinflation following hyperventilation in patients with COPD", "Asian Pacific Society of Respirology (2007) 12，93-99"

上記のような従来の検査方法では、被験者に所定の周期で呼吸を行わせるために、ＩＣ測定用の呼吸機能検査装置とは別にメトロノームを準備した上で、そのメトロノームに所定の動作周期を設定しなければならず、検査実施者にとっては不便であった。

本発明は、このような背景のもとになされたものであり、その目的は、被験者に所定の周期で呼吸を行わせることが可能な呼吸機能検査装置を提供することにある。

上記課題を解決すべく以下の手段を採った。なお後述する発明を実施するための最良の形態の説明及び図面で使用した符号を参考のために括弧書きで付記するが、本発明の構成要素は該付記したものには限定されない。

手段１は、被験者の呼吸機能を検査する呼吸機能検査装置（スパイロメータ１００）であって、基準周期を設定可能な設定手段（ＣＰＵ１４、操作キー１７、ディスプレイ１８）と、被験者の呼吸周期を前記設定手段により設定された基準周期（第１呼吸：ＲＲ１、第２呼吸：ＲＲ２、第３呼吸：ＲＲ３）に誘導するための誘導報知を実行する誘導報知手段（ディスプレイ１８、スピーカ２０、報知ランプ２１）と、を含むことを特徴とする。

また、手段２は、手段１の呼吸機能検査装置であって、
前記設定手段は、異なる複数の基準周期（ＲＲ１〜ＲＲ３）を設定可能であると共に、基準周期毎に誘導報知を行う順序（第１呼吸〜第３呼吸）を設定可能であり、前記誘導報知手段は、前記設定手段により設定された基準周期及び順序に基づいて誘導報知を実行することを特徴とする。

また、手段３は、手段２の呼吸機能検査装置であって、
前記誘導報知手段は、所定の基準周期の誘導報知が終了した後、所定の操作（操作キー１７の操作）に基づいて次の基準周期の誘導報知に移行する（第１測定が終了していれば移行操作に応じてＲＲ２に対応した誘導報知を実行し、第２測定が終了していれば移行操作に応じてＲＲ３に対応した誘導報知を実行する）ことを特徴とする。

また、手段４は、手段２の呼吸機能検査装置であって、
前記誘導報知手段は、所定の基準周期の誘導報知が終了した後、当該基準周期に対応した検査の完了に基づいて次の基準周期の誘導報知に移行する（ＲＲ１に対応した第１測定が終了すると自動的にＲＲ２に対応した誘導報知を実行し、ＲＲ２に対応した第２測定が終了すると自動的にＲＲ３に対応した誘導報知を実行する）ことを特徴とする。

また、手段５は、手段２の呼吸機能検査装置であって、
前記誘導報知手段が、前記設定手段により設定された基準周期及び順序に基づいて誘導報知を実行しているときに、設定されていた基準周期を変更操作に基づいて変更可能である（第１測定終了後にＲＲ２を変更可能であり、第２測定終了後にＲＲ３を変更可能である）ことを特徴とする。

また、手段６は、手段２の呼吸機能検査装置であって、
基準周期毎（ＲＲ１〜ＲＲ３）の検査結果（第１測定〜第３測定の各結果）を比較可能に表示する検査結果表示手段（ディスプレイ１８）を含むことを特徴とする。

また、手段７は、手段６の呼吸機能検査装置であって、
前記検査結果表示手段（ディスプレイ１８）は、基準周期毎（ＲＲ１〜ＲＲ３）に、誘導報知の終了後において検査された最大吸気位（第１〜第３最大吸気位）及び最大呼気位（第１〜第３最大呼気位）の少なくとも一方に基づく検査結果（最大吸気量ＩＣ１〜ＩＣ３、予備呼気量ＥＲＶ１〜ＥＲＶ３、肺活量ＶＣ１〜ＶＣ３、努力性肺活量ＦＶＣ１〜ＦＶＣ３）を表示することを特徴とする。

また、手段８は、手段６又は７の呼吸機能検査装置であって、
前記検査結果表示手段（ディスプレイ１８）は、基準周期毎（ＲＲ１〜ＲＲ３）に、誘導報知の終了後において検査された努力性肺活量（第１呼吸後に計測された努力性肺活量ＦＶＣ１、第２呼吸後に計測された努力性肺活量ＦＶＣ２、第３呼吸後に計測された努力性肺活量ＦＶＣ３）に基づく検査結果を表示することを特徴とする。

また、手段９は、手段６〜８から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
前記検査結果表示手段（ディスプレイ１８）は、基準周期毎（ＲＲ１〜ＲＲ３）に、誘導報知の終了後において検査された予備呼気量（第１呼吸後に計測された予備呼気量ＥＲＶ１、第２呼吸後に計測された予備呼気量ＥＲＶ２、第３呼吸後に計測された予備呼気量ＥＲＶ３）に基づく検査結果を表示することを特徴とする。

また、手段１０は、手段６〜９から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
前記検査結果表示手段（ディスプレイ１８）は、基準周期毎（ＲＲ１〜ＲＲ３）に、誘導報知期間中又は誘導報知終了後における呼気位（第１〜第３呼気位）及び吸気位（第１〜第３吸気位）の少なくとも一方の上昇を把握可能な態様で表示することを特徴とする。

また、手段１１は、手段１〜１０から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
被験者の呼吸周期を計測する呼吸周期計測手段（フローセンサ５０、圧力センサ１１）と、前記呼吸周期計測手段により計測される呼吸周期が、実行されている誘導報知の基準周期（ＲＲ１〜ＲＲ３）と合致しているか否かを判定する周期判定手段（ＣＰＵ１４）と、を含み、前記周期判定手段により合致していないと判定された場合に所定の報知を行う（計測されたＲＲと設定したＲＲとの間に５以上のずれが生じれば、ディスプレイ１８やスピーカ２０によって、実際の呼吸周期が誘導目標の呼吸周期から乖離していることを報知する）ことを特徴とする。

また、手段１２は、手段１１の呼吸機能検査装置であって、
前記呼吸周期判定手段（ＣＰＵ１４）により合致していないと判定された場合に検査を中止する（設定したＲＲと計測されたＲＲとの間に１０以上のずれが生じれば、自動的に検査を中止する）ことを特徴とする。

また、手段１３は、手段１〜１２から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
前記誘導報知は、呼気を行うべき期間及び吸気を行うべき期間を被験者に示す（ディスプレイ１８に表示されるキャラクタの画像によって呼気を行うべき期間及び吸気を行うべき期間をガイドすると共に、スピーカ２０から出力される効果音によって呼気から吸気に切り換えタイミング及び吸気から呼気に切り換えるタイミングをガイドする）ものであることを特徴とする。

また、手段１４は、手段１３の呼吸機能検査装置であって、
前記誘導報知における呼気を行うべき期間及び吸気を行うべき期間を設定可能である（例えば、キャラクタが示す吸気時間と呼気時間の長さの比を、１：２に設定可能である）ことを特徴とする。

また、手段１５は、手段１〜１４から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
第１発光装置（呼気ランプ２４）及び第２発光装置（吸気ランプ２２）を含み、
前記誘導報知が行われていない期間において、被験者の呼気が検出されているときに前記第１発光装置（呼気ランプ２４）を発光させ、被験者の吸気が検出されているときに前記第２発光装置（吸気ランプ２２）を発光させ、前記誘導報知において、設定された基準周期（ＲＲ１〜ＲＲ３）に基づいて呼気を促すときに前記第１発光装置（呼気ランプ２４）を発光させ、設定された基準周期に基づいて吸気を促すときに前記第２発光装置（吸気ランプ２２）を発光させることを特徴とする。

また、手段１６は、手段１５の呼吸機能検査装置であって、
第３発光装置（プラトーランプ２３）を含み、
前記誘導報知が行われていない期間において、被験者の呼吸終末が検出されているときに前記第３発光装置（プラトーランプ２３）を発光させ、
被験者の呼吸周期を計測する呼吸周期計測手段（圧力センサ１１）と、
前記呼吸周期計測手段により計測される呼吸周期が、実行されている誘導報知の基準周期と合致しているか否かを判定する周期判定手段（ＣＰＵ１４）と、をさらに含み、
前記呼吸周期判定手段（ＣＰＵ１４）により合致していないと判定された場合（計測されたＲＲと設定したＲＲとの間に５以上のずれが生じた場合）に、前記第３発光装置（プラトーランプ２３）を発光させることを特徴とする。

また、手段１７は、手段１〜１６から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
呼吸経路（フローセンサ５０）に設けられた抵抗体（スクリーン５５）の前後の差圧に基づいて呼吸流量を検査可能な差圧式の呼吸機能検査装置であり、
第１圧力ポート（４０）と第２圧力ポート（４１）との差圧を検出するための圧力センサ（圧力センサ１１）と、
前記圧力センサの出力値に基づいてゼロ点調整（本来差圧がゼロとなるべき状態における圧力センサ１１の出力値（又は出力値に基づいて算出される計測差圧）を記憶する処理）を実行するゼロ点調整手段（ＣＰＵ１４）と、を含むことを特徴とする。

また、手段１８は、手段１７の呼吸機能検査装置であって、
前記抵抗体（スクリーン５５）の呼吸口側（接続口５２側）に位置する前部から前記第１圧力ポート（４０）に圧力を伝達可能な第１経路（差圧チューブ３０）と、前記抵抗体（スクリーン５５）の呼吸口側（接続口５２側）とは反対側の後部から前記第２圧力ポート（４１）に圧力を伝達可能な第２経路（差圧チューブ３１）と、が少なくとも設けられ、
前記第１圧力ポートと前記前部とを圧力的に接続し且つ前記第１圧力ポートと前記第２圧力ポートとを圧力的に遮断した（スクリーン５５前方側の圧力は第１圧力ポート４０に伝達するがスクリーン５５後方側の圧力は第１圧力ポート４０に伝達しない）検査可能状態と、前記第１圧力ポートと前記前部とを圧力的に遮断し且つ前記第１圧力ポートと前記第２圧力ポートとを圧力的に接続した（スクリーン５５前方側の圧力は第１圧力ポート４０に伝達せずスクリーン５５後方側の圧力（大気圧）が第１圧力ポート４０及び第２圧力ポート４１に伝達する）調整状態と、に制御可能であり、
前記ゼロ点調整手段は、前記調整状態における前記圧力センサ（圧力センサ１１）の出力値に基づいてゼロ点調整を実行することを特徴とする。

また、手段１９は、手段１８の呼吸機能検査装置であって、
前記第２経路（差圧チューブ３１）から前記第１経路（差圧チューブ３０）に圧力を伝達可能な第３経路（チューブ３４）が設けられ、
制御弁（バルブＶ１及びバルブＶ２、又は三方弁）の動作に基づいて前記第１経路を開状態とし前記第３経路を閉状態とすることにより前記検査可能状態に制御し、前記第１経路を閉状態とし前記第３経路を開状態とすることにより前記調整状態とすることを特徴とする。

また、手段２０は、手段１９の呼吸機能検査装置であって、
前記第１経路（差圧チューブ３０）の、前記第３経路（チューブ３４）との接続部よりも抵抗体（スクリーン５５）側には第１制御弁（バルブＶ１）が設けられ、前記第３経路（チューブ３４）には第２制御弁（バルブＶ２）が設けられ、
前記第１制御弁（バルブＶ１）を開状態とする一方で前記第２制御弁（バルブＶ２）は閉状態とすることにより前記検査可能状態に制御し、前記第１制御弁（バルブＶ１）を閉状態とする一方で前記第２制御弁（バルブＶ２）は開状態とすることにより前記調整状態に制御することを特徴とする。

また、手段２１は、手段１７〜２０から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、基準周期毎（ＲＲ１〜ＲＲ３）に前記ゼロ点調整を実行可能である（ＲＲ１、ＲＲ２、ＲＲ３と、誘導する呼吸周期が変化する毎にゼロ点調整を実行可能である）ことを特徴とする。

また、手段２２は、手段１〜２１から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、時間肺活量に関する検査結果（％ＦＥＶ１．０、及び％ＦＥＶ１．０に応じたＣＯＰＤ病期分類）と、最大吸気量又は予備呼気量に関する検査結果（ＩＣ０に対してのＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３の減少率、あるいは、ＥＲＶ０に対してのＥＲＶ１、ＥＲＶ２、ＥＲＶ３の増加率等）との関係を表示することを特徴とする。

また、手段２３は、手段１〜２２から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
ＣＯＰＤの病期分類（I期〜IV期）と、最大吸気量又は予備呼気量に関する検査結果（ＩＣ０に対してのＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３の減少率、あるいは、ＥＲＶ０に対してのＥＲＶ１、ＥＲＶ２、ＥＲＶ３の増加率等）の関係を表示することを特徴とする。

また、手段２４は、手段２３の呼吸機能検査装置であって、
最大吸気量又は予備呼気量（ＩＣ０に対してのＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３の減少率、あるいは、ＥＲＶ０に対してのＥＲＶ１、ＥＲＶ２、ＥＲＶ３の増加率等）に基づいてＣＯＰＤの病期分類（I期〜IV期）を判定する病期分類判定手段（ＣＰＵ１４）を含むことを特徴とする。

本発明によれば、被験者に所定の周期で呼吸を行わせることが可能になる。

図１はスパイロメータの一例を示す機能ブロック図である。 図２はスパイロメータの本体部の一例を示す外観斜視図である。 図３はスパイロメータが備えるフローセンサの一例を示す図である。 図４は呼吸容量の時間推移の一例を示す図である。 図５は連続測定時の呼吸容量の時間推移の一例を示す図である。 図６は誘導すべき呼吸周期を設定する画面の一例を示す図である。 図７は測定呼吸周期を設定呼吸周期に誘導するための表示情報の一例を示す図である。 図８は連続測定時の報知の一例を示すフローチャートである。 図９は最大吸気量ＩＣの減少率の一例を示す図である。 図１０は過呼吸時の呼気位の上昇率の一例を示す図である。 図１１は最大吸気量ＩＣの減少率と％ＦＥＶ１．０及びＣＯＰＤ病期分類との関係を示す図である。 図１２はＣＯＰＤにおけるI期〜IV期の各病期分類に該当する被験者に関しての、最大吸気量ＩＣの平均減少率を示す図である。

以下、本発明に係る呼吸機能検査装置の一例であるスパイロメータ１００に関して、図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、呼吸流量を「フロー」と称し、呼吸容量を「ボリューム」と称する場合がある。

［１−１．スパイロメータ１００の構成］
図１はスパイロメータ１００の一例を示す機能ブロック図であり、図２はスパイロメータ１００の本体部１０の一例を示す外観斜視図である。また、図３はスパイロメータ１００が備えるフローセンサ５０及び圧力センサ１１の一例を示す図である。

図１及び図２に示すように、スパイロメータ１００は、本体部１０、並びに、フローセンサ５０等からなる。本体部１０は、操作キー１７、ディスプレイ１８、プリンタ１９、スピーカ２０、報知ランプ２１、圧力センサ１１、Ａ／Ｄ変換器１２、ＣＰＵ１４、ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１５、及びＲＳ２３２Ｃコネクタ１６等を備えている。

図３に示すフローセンサ５０は、本体部１０に着脱自在に設けられており、差圧チューブ３０及び差圧チューブ３１の一端が接続されている。差圧チューブ３０及び差圧チューブ３１の他端は、本体部１０に設けられた圧力センサ１１の第１圧力ポート４０及び第２圧力ポート４１にそれぞれ接続される。フローセンサ５０の構成の詳細については後述する。

操作キー１７には、測定項目の設定画面や測定条件の入力画面等の表示、測定の開始及び測定の終了等、予め設定された機能が割り当てられており、検査実施者が各キーを押し下げることによって該当する機能が実行される。操作キー１７には、ディスプレイ１８に出力されるデータをプリントアウトする際に操作する印刷キーも含まれる。また、測定項目の設定及び測定条件の入力、並びに、年齢、身長等の被験者情報の入力等を行うための、図示しない０〜９の１０個の数値キーや方向キー等を備える。なお、ディスプレイ１８を、タッチパネル式のディスプレイにより構成して、ディスプレイ上の操作によって、測定項目の設定及び測定条件の入力、並びに、被験者情報の入力等を可能としても良い。

図２に示すように、報知ランプ２１は、吸気ランプ２２、プラトーランプ２３、及び呼気ランプ２４から構成される。後述するように、呼吸周期の誘導が行われていない期間においては、被験者が吸気中には吸気ランプ２２が発光し、呼気中には呼気ランプ２４が発光する。プラトーランプ２３は、フローが減少して所定の閾値以下となっている状態（ボリュームの変化がゼロ近くになっている状態）で発光することにより、吸気終末の報知（吸気ランプ２２発光中のプラトーランプ２３の発光）及び呼気終末の報知（呼気ランプ２４発光中のプラトーランプ２３の発光）が行われる。なお、以下の説明では、本体部１０に備えられた報知ランプ２１の発光によって報知を行うとしているが、報知ランプ２１を模した画像をディスプレイ１８に表示し、吸気ランプ２２、プラトーランプ２３、及び呼気ランプ２４に該当する画像が発光又は点滅するように構成してもよい。

フローセンサ５０は、呼吸流量に対応した差圧を発生させるものである。図３に示すようにフローセンサ５０は、図示しないフィルタやマウスピースを接続するための接続口５２を備えている。被験者がこのフローセンサ５０のハンドル５６を把持した状態で、接続口５２に接続されたマウスピースを介して呼吸を行うことにより、フローセンサ５０内に差圧が生じ、この差圧が差圧チューブ３０及び差圧チューブ３１を介して本体部１０内の圧力センサ１１に伝達される。これによって呼吸流量の計測が実行され、計測された呼吸流量が積分されることによって肺活量等の呼吸容量が計測される。

圧力センサ１１は、検出される差圧に対応したアナログ信号を出力するものである。本例では、半導体の差圧センサであり、差圧チューブ３０及び３１によって伝達される差圧を検出するための差圧検出部と、該差圧検出部により検出される差圧に対応した電圧を出力するための出力端子を備える。

Ａ／Ｄ変換器１２は、アナログ信号をディジタル信号に変換するためのものである。本例では、半導体のＡ／Ｄコンバータであり、圧力センサ１１の出力端子から出力されるアナログ信号を、後述するＣＰＵ１４において処理可能なディジタル信号に変換して、ディジタル出力端子から出力する。

ＣＰＵ１４は、ＲＯＭ１３に記憶されている計測プログラムをＲＡＭ１５を作業領域として実行することにより、接続される各構成要素の動作を制御して、あるいは各構成要素からの信号を受信して各種の処理を行うものである。本例では、Ａ／Ｄ変換器１２からの出力であり前記差圧に対応した値を示すディジタル信号に基づいて、呼気流速や吸気流速といった呼吸流量を算出する処理を行う。この算出処理は、予め記憶している差圧と呼吸流量との間の関係式に基づいて行う。即ちディジタル信号から差圧を特定し、該特定した差圧を関係式に入力して呼吸流量を算出する。また、本例ではこの呼吸流量（フロー）の積分を行うことによって呼吸容量（ボリューム）が算出される。このようにして計測されたフロー信号及びボリューム信号は、ＲＡＭ１５に蓄積され、計測が終了するとＲＡＭ１５に蓄積された計測データがＲＯＭ１３に記憶される。ＲＯＭ１３に記憶された計測データは、ディスプレイ１８に表示可能である。

不揮発性のメモリであるＲＯＭ１３は、上記のように計測データを記憶する他、呼吸機能用の計測プログラムも記憶している。またＲＯＭ１３には、ガイド用の音声データも記憶されており、この音声データはスピーカ２０によって再生される。ディスプレイ１８はＬＣＤのディスプレイであり、本体部１０の上面に設けられ、ＣＰＵ１４からＬＣＤドライバ回路（図示せず）を介して出力制御が行われることで所定のデータを画面に出力するものである。プリンタ１９は例えばサーマル式のプリンタであって、ＣＰＵ１４からサーマルヘッドのドライバを介して印字制御が行われることで所定のデータを視認可能に紙上に出力するものであり、例えばディスプレイ１８に表示されているデータの印刷を行う。スピーカ２０は音声ガイドによって被験者に呼気や吸気を促すための音声出力手段であり、予めＲＯＭ１３に記憶されている音声データに基づいた音声が出力される。

ＲＳ２３２Ｃコネクタ１６は、例えばＰＣ等のスパイロメータ外部の装置と、ＲＳ２３２Ｃ用のケーブルを介してデータを送受するための端子である。なお、本例では外部ＰＣとのインターフェイスをＲＳ２３２Ｃコネクタとしているが、これに限らず他のインターフェイスであってもよい。

［１−２．フローセンサ５０の構成］
フローセンサ５０について図３を用いて詳述する。フローセンサ５０の筐体となるフローセンサケース５１の側面には、フィルタやマウスピースを接続するための接続口５２が設けられている。フローセンサケース５１の下部にはフローセンサケース５１を把持するためのハンドル５６が設けられている。

このフローセンサケース５１内の流管５３内には呼吸抵抗を生ずる抵抗体としてスクリーン５５が配置されている。このスクリーン５５はメッシュ状物であって、気体の流れを制限するように配置されており、この流管５３内に気体の流れが生じるとスクリーン５５の前後に差圧が発生する。このスクリーン５５の前後の圧力は、該スクリーン５５の前後に配される圧力ポートの各々と接続される差圧チューブ３０及び差圧チューブ３１を介して、圧力センサ１１の第１圧力ポート４０及び第２圧力ポート４１に伝達される構成となっている。即ち、差圧チューブ３０がスクリーン５５の前方（接続口５２側）の圧力を圧力センサの第１圧力ポート４０に伝達し、差圧チューブ３１がスクリーン５５の後方の圧力を圧力センサの第２圧力ポート４１に伝達する。

なお、図３に示す差圧チューブ３０、３１は、図２に示す差圧チューブ接続口３２、３３よりも本体外部側（フローセンサ５０側）のチューブと、差圧チューブ接続口３２、３３よりも本体内部側（圧力センサ１１側）のチューブとが、差圧チューブ接続口３２、３３を介して接続されることにより構成されるものである。図２に示す差圧チューブ接続口３２、３３は、図３に示すバルブＶ１よりも上流側（流管５３側）に位置している。

本体部１０の圧力センサ１１は、圧力センサの第１圧力ポート４０及び第２圧力ポート４１に伝達される圧力差を検出することにより、流管５３内を流れる気体の流速、即ち呼吸流量を計測することができる。この呼吸流量は、呼吸流速とも呼ばれる。なお、この方式のフローセンサは、いわゆる差圧式と呼ばれるものであり、本例においては、スクリーン５５がメッシュ状物であることから可動部が無いため安価で故障しにくいという特徴を有している。なお、流管５３内に配置する抵抗体は、可動部を有するものであっても良い。例えば、流管内に柔軟な弁を配置して、フローに応じて弁の形状が変化することにより、弁の前後にフローに応じた差圧を生じさせるものであっても良い。

［１−３．ゼロ点調整］
呼吸機能検査装置の校正として、圧力センサ１１に生じる電気的変化や温度及び湿度の変化等に起因する測定誤差を解消するために行われるゼロ点調整がある。ゼロ点調整とは、圧力センサ１１の第１圧力ポート４０及び第２圧力ポート４１に伝達される圧力に差が無い（差圧がゼロとなる）状態としたときの、圧力センサ１１の出力値（あるいは出力値に基づいて算出される計測差圧）を呼吸流量のゼロ点として規定する処理であり、通常１回の測定毎に行われる。従来の呼吸機能検査装置においてゼロ点調整を行う際は、被験者がマウスピースを外すことによって呼吸機能検査装置内に流出入する吐気及び吸気を遮断して、差圧がゼロの状態とする必要がある。即ち、ゼロ点調整を行っている間は次の検査を開始することができないため、肺気量分画検査を中断を挟まずに連続して実施することは不可能となる。

例えば、従来の呼吸機能検査において肺活量等を３回連続して検査する場合は、少なくとも、１回目の検査開始前、１回目の検査終了後から２回目の検査開始前までの間、及び２回目の検査終了後から３回目の検査開始前までの間にそれぞれゼロ点調整が必要となる。具体的には、従来の呼吸機能検査装置において肺活量等を３回連続して検査する場合の流れは以下のようになる。まず、検査実施者が検査装置を操作してゼロ点調整を行った後、被験者がマウスピースを装着して１回目の検査が行われる。１回目の検査終了後に被験者はマウスピースを外し、検査実施者が検査装置を操作してゼロ点調整を行う。次いで、被験者がマウスピースを装着して２回目の検査が行われる。２回目の検査終了後に被験者はマウスピースを外し、検査実施者が検査装置を操作してゼロ点調整を行う。次いで、被験者がマウスピースを装着して３回目の検査が行われる。

これに対して、本実施形態のスパイロメータ１００は、以下に説明するバルブＶ１及びＶ２を含む機構を有し、該機構を制御することにより、検査を中断せずに呼吸流量のゼロ点調整行うことが可能な構成となっている。バルブＶ１及びＶ２は、いずれも二方向の電磁弁によって構成される。

図３に示すように、差圧チューブ３０にはバルブＶ１が設けられている。バルブＶ１を「開」とすることで、スクリーン５５の前方（接続口５２側）と第１圧力ポート４０が圧力的に接続され、スクリーン５５の前方（接続口５２側）の圧力が第１圧力ポート４０に伝達される。バルブＶ１を「閉」とすることで、スクリーン５５の前方（接続口５２側）と第１圧力ポート４０が圧力的に遮断され、スクリーン５５の前方（接続口５２側）の圧力は第１圧力ポート４０に伝達されない。

また、差圧チューブ３０におけるバルブＶ１と第１圧力ポート４０との間には、差圧チューブ３０と差圧チューブ３１を連結するチューブ３４が設けられており、更にチューブ３４にはバルブＶ２が設けられている。バルブＶ２を「開」とすることにより、差圧チューブ３０及び３１は圧力的に接続され、バルブＶ２を「閉」とすることにより、差圧チューブ３０及び３１は圧力的に遮断される。

通常の呼吸機能検査時には、バルブＶ１は「開」、バルブＶ２は「閉」に設定される検査可能状態とする。それによって、流管５３内における、スクリーン５５の前方側（接続口５２側）の圧力は、差圧チューブ３０によって圧力センサ１１の第１圧力ポート４０に伝達され、スクリーン５５の後方側（大気開放側）の圧力は、差圧チューブ３１によって圧力センサ１１の第２圧力ポート４１に伝達される。

スパイロメータ１００においてゼロ点調整を行う際には、バルブＶ１は「閉」、バルブＶ２は「開」に設定される調整状態とする。それによって、流管５３内の、スクリーン５５の前方側は第１圧力ポート４０と圧力的に遮断され、スクリーン５５の後方側は差圧チューブ３１及び差圧チューブ３０の両方を介して圧力センサ１１の第２圧力ポート４１及び第１圧力ポート４０と圧力的に接続される。即ち、被験者がマウスピースをくわえて呼吸を行っている状態においても、差圧チューブ３０及び差圧チューブ３１を介して圧力センサ１１の第１圧力ポート４０及び第２圧力ポート４１に伝達される圧力に差が生じない状態とすることができる。そのため、被験者がマウスピースを外すことなく、ゼロ点調整を行うことが可能となっている。

バルブＶ１およびバルブＶ２の開閉、並びにゼロ点調整処理の実行は、ＣＰＵ１４から出力される信号によって制御される。具体的には、例えば、肺活量等の一回の測定が開始される前のタイミングで、自動的にゼロ点調整が実行され、ゼロ点調整の終了後に検査が開始される。あるいは、一回の測定が終了した後のタイミングで、自動的にゼロ点調整が実行され、ゼロ点調整の終了後、次の検査が開始される。なお、検査実施者が所定の操作キー１７（例えば、ゼロ点調整を実行させるための専用のキー、あるいは、検査を開始させるための開始キーや、検査を終了させるための終了キー等）を操作したことに応じて、ゼロ点調整処理を実行するようにしてもよい。

流管５３において、スクリーン５５の前方開口側（接続口５２側）には、被験者のマウスピースが接続されるのに対して、スクリーン５５の後方開口側（接続口５２と反対側）は、大気に開放されている。そのため、流管５３内において、スクリーン５５の後方側は、スクリーン５５の前方側よりもゼロ点調整時の被験者の呼吸による影響を受けにくい。従って、ゼロ点調整時に差圧チューブ３１及び差圧チューブ３０を介して差圧センサ１１の第１圧力ポート４０及び第２圧力ポート４１に伝達される圧力は、スクリーン５５の前方側（接続口５２側）の圧力ではなく、上記の例で説明したように、スクリーン５５の後方側の圧力とする方が好ましい。

なお、図３及び上記の説明では、二方弁であるバルブＶ１及びＶ２の２つを組み合わせた機構及びその制御について説明したが、バルブＶ１及びＶ２の代わりに三方弁（三岐弁）を１つ設けて、同様の機能を実現するようにしてもよい。この三方弁に関しては、前述したＶ１及びＶ２が一体化された機能を有するものであっても良く、スクリーン５５の前方側から第１圧力ポート４０への圧力の伝達を許容する一方、差圧チューブ３１から差圧チューブ３０への圧力の伝達を遮断する検査可能状態（例えば、三方弁の駆動弁が差圧チューブ３０におけるチューブ３４との接続口を塞いだ状態）と、スクリーン５５の前方側から第１圧力ポート４０への圧力の伝達を遮断する一方、差圧チューブ３１から差圧チューブ３０への圧力の伝達を許容する調整状態（例えば、三方弁の駆動弁が差圧チューブ３０におけるチューブ３４との接続口よりも上流側（スクリーン５５の前方側）を塞いだ状態）と、を切り換えることが可能であれば良い。

なお、図３に示した形態では、調整状態においてスクリーン５５の後方側（大気開放側）の圧力を第１圧力ポート４０に伝達するためのチューブ３４が設けられているが、このようなチューブ３４を設けない構成としても良い。例えば、差圧チューブ３０に開放孔（大気側と差圧チューブ３０内とを圧力的に接続するための孔）を形成しておき、差圧チューブ３０における開放孔を閉鎖すると共にスクリーン５５の前方側から第１圧力ポート４０への圧力の伝達を許容する第１接続状態と、開放孔を開放すると共に開放孔の上流側（スクリーン５５の前方側）を閉鎖することにより第１圧力ポート４０を開放孔を通じて大気側と圧力的に接続する第１開放状態と、に切り換え可能な構成とする。

同様に、差圧チューブ３１に開放孔（大気側と差圧チューブ３１内とを圧力的に接続するための孔）を形成しておき、差圧チューブ３１における開放孔を閉鎖すると共にスクリーン５５の後方側から第２圧力ポート４１への圧力の伝達を許容する第２接続状態と、開放孔を開放すると共に開放孔の上流側（スクリーン５５の後方側）を閉鎖することにより第２圧力ポート４１を開放孔を通じて大気側と圧力的に接続する第２開放状態と、に切り換え可能な構成とする。このようにチューブ３４を設けない構成では、差圧チューブ３０及び３１を、それぞれ第１接続状態及び第２接続状態とすることにより検査可能状態に制御可能であり、それぞれ第１開放状態及び第２開放状態とすることにより調整状態に制御可能である。

［２−１．ボリューム信号］
次に、スパイロメータ１００（ＣＰＵ１４等）により測定される呼吸容量の測定手順と、呼吸機能検査の測定内容等について、図４を用いて説明する。被験者がフローセンサ５０を把持して、フローセンサ５０の接続口５２に装着された図示しないマウスピースを口に含んだ状態で、呼吸（呼気及び吸気）を行うと、呼吸計測手段（フローセンサ５０、差圧チューブ３０及び３１、圧力センサ１１、Ａ／Ｄ変換器１２、ＣＰＵ１４等）により呼吸流量（フロー）が計測され、さらに該呼吸流量の積分値として呼吸容量（ボリューム）が計測される。ここで計測された呼吸流量の時系列データは、ＲＡＭ１５に蓄積され、例えば、図４に示すように、横軸（Ｘ軸）を時間とし、縦軸（Ｙ軸）を呼吸容量とした曲線（以下、ボリューム曲線と称する）が、ディスプレイ１８に表示される。

図４は、最大吸気量（ＩＣ）及び肺活量（ＶＣ）測定を行ったときの呼吸容量の時間推移の一例である。一般的に、これらの呼吸機能検査では、まず被験者に所定時間の安静呼吸を行わせ、安静時換気測定を行った後に、本検査としてＩＣ及びＶＣ測定が行われる。さらに、本検査において、肺活量（ＶＣ）と最大吸気量（ＩＣ）との差分により、予備呼気量（ＥＲＶ）を算出するようにしても良い。また、肺活量（ＶＣ）に代えて、最大吸気位からの一気の呼出を行わせることによって努力性肺活量（ＦＶＣ）を測定するようにしても良い。

安静時換気測定においては安静吸気位と安静呼気位が測定され、次いで、本検査において最大吸気位と最大呼気位が測定される。ここで、安静吸気位とは安静呼吸時において息を吸い込んだ状態のボリュームであり、安静呼気位とは安静呼吸時において息を吐いた状態のボリュームである。また、最大吸気位とはできるだけ息を吸い込んだ状態のボリュームであり、最大呼気位とはできるだけ息を吐き切った状態におけるボリュームである。

各吸気位及び各呼気位の特定はＣＰＵ１４によって行われる。最大吸気位及び最大呼気位の特定の方法としては、例えば、ボリューム信号の時間微分値が正から負に転換する時刻（ボリューム信号が増加から減少に転ずる時刻）を特定して、その時刻における計測データを当該呼吸周期における吸気のピークとして特定する。同様に、ボリューム信号の時間微分値が負から正に転換する時刻を特定して、当該呼吸周期における呼気のピークとして特定する。

また、最大吸気位及び最大呼気位の特定は、呼吸流量（フロー）が所定値以下であるか否かを判定することで行ってもよい。これは、人が最大限の努力で最大呼気又は最大吸気を行う場合には、最大呼気点又は最大吸気点において、呼吸流量がほぼ零になるという特性を利用する方法である。即ち、被験者が最大呼気を行う場合には、徐々に吐き出す息の流量が低下して最大呼気位でほぼ零となり、最大吸気を行う場合には、徐々に吸い込む息の流量が低下して最大吸気位でほぼ零となる。そのため呼吸流量の絶対値が零近くに定めた所定値以下となった場合や、呼吸流量の時間積分値（ボリューム）の変化が零近くに定めた所定値以下となった場合には、最大限の努力で呼気又は吸気を行ったと判定することができる。

［２−２．連続検査］
次に、本実施形態のスパイロメータ１００による連続検査について、図５〜図８を用いて説明する。以下に説明する連続検査は、特に動的肺過膨張の検査手段として有効であるが、本発明はこれに限定されるものではない。スパイロメータ１００の機能は図１〜図４で説明したものと同様であるため、重複する部分については説明を省略する。

なお、呼吸速度を示す表記として、以下の説明においては、毎分当たりの呼吸回数、即ち呼吸周期を、ＲＲ（Respiratory Rate）と称する。例えば、ＲＲ＝２０とは毎分当たり２０回（呼吸１回あたり３秒）、ＲＲ＝３０とは毎分当たり３０回（呼吸１回あたり２秒）、ＲＲ＝４０とは毎分当たり４０回（呼吸１回あたり１．５秒）の呼吸速度を示す。

図５は、以下に説明する連続検査時の呼吸容量の時間推移の一例である。横軸（Ｘ軸）を時間とし、縦軸（Ｙ軸）を呼吸容量としたボリューム曲線は、検査中に随時ディスプレイ１８に表示され、検査終了後にプリンタ１９によって印刷することが可能である。また、検査終了後に測定データはＲＡＭ１５に記憶される。図６は、誘導すべき呼吸周期を設定するための画面の一例である。図７は、被験者の呼吸周期を、設定された呼吸周期に誘導するための表示情報の一例である。図８は、連続検査時にスピーカ２０から出力される音声及び報知ランプ２１による光による報知処理及びＣＰＵ１４が行う処理の一例を説明するためのフローチャートである。

本実施形態における連続検査は、基礎検査、本検査１、本検査２、及び本検査３から構成され、図５に示すように、基礎検査、本検査１、本検査２、本検査３の順に、中断を挟むこと無く連続して行われる。基礎検査は、安静換気測定とそれに続く基礎測定から構成される。本検査１〜３は、それぞれ第１〜第３呼吸時の換気測定とそれに続く第１〜第３測定から構成される。第１〜第３呼吸は、それぞれ所定の呼吸周期で所定時間、被験者に行わせる過呼吸である。本実施形態においては、呼吸周期は、第１呼吸ではＲＲ１＝２０、第２呼吸ではＲＲ２＝３０、第３呼吸ではＲＲ３＝４０に設定し、第１〜第３呼吸の呼吸時間はそれぞれ３０秒間に設定する。以下、連続検査について、図５〜図８を用いて時系列に沿って説明する。

まず、検査実施者は操作キー１７を操作して、被験者のＩＤ番号、性別、年齢、身長及び体重等の被験者情報を入力する。入力された情報は、ＣＰＵ１４を介してＲＯＭ１３に記憶される。被験者情報は、予めＲＯＭ１３に記憶された性別や年齢毎の呼吸機能の標準値データと被験者の測定値データとを比較参照するために使用される。

次に、検査実施者は操作キー１７、図示しない０〜９の１０個の数値キー及び方向キーを操作して、これから行う呼吸機能検査の検査内容の設定を行う。具体的には、連続検査の内容として、検査項目（ＩＣ、ＶＣ等）、基礎検査の測定項目（安静換気測定とそれに続く基礎測定の項目）、本検査の測定項目（第１〜第３呼吸時の換気測定とそれに続く第１〜第３測定の項目）、本検査の実施回数（この場合は３回）、本検査の実施回数（この場合は第１〜第３呼吸時）に応じた各ＲＲ設定値（ＲＲ１＝２０、ＲＲ２＝３０、ＲＲ３＝４０）及び各呼吸時間（この場合は全て３０秒間）等を入力する。このようにして、誘導目標となる呼吸周期を各々設定すると共に、各呼吸周期に誘導する順序（この場合は、最初がＲＲ１＝２０、２番目がＲＲ２＝３０、最後がＲＲ３＝４０の順序となる）を設定する。

ここで、測定項目とは、安静吸気位、安静呼気位、最大吸気位及び最大呼気位等である。検査実施者が検査項目（ＩＣ、ＶＣ、ＥＲＶ等）を入力又はメニューから選択することで、各検査に必要な測定項目が自動的に選択されるように予め設定しておき、入力作業を簡略化してもよい。入力された情報は、ＣＰＵ１４を介してＲＡＭ１５に記憶され、これらの設定情報に基づいて、ＣＰＵ１４は連続検査の測定及び報知を制御する。

また、本検査の実施回数が操作キー１７によって入力されることにより、図６に示すように、設定された実施回数に応じた呼吸周期の設定画面がディスプレイ１８に表示される。本例では、本検査の実施回数として３が設定されたため、３回の本検査各々に対応した呼吸周期（ＲＲ１〜ＲＲ３）を設定画面に入力することになる。

本例では、１回目の本検査において、呼吸周期を２０回／分に誘導しようとしているため、ＲＲ１＝２０と入力している。この場合には、１回の呼吸周期が３．０秒となる。また、１呼吸周期における吸気と呼気の時間比を１：２と設定しているため、吸気をする期間が１．０秒、呼気をする期間が２．０秒なるように被験者を誘導する。また、２回目の本検査において、呼吸周期を３０回／分に誘導しようとしているため、ＲＲ２＝３０と入力している。この場合には、１回の呼吸周期が２．０秒となる。また、１呼吸周期における吸気と呼気の時間比を１：２と設定しているため、吸気をする期間が０．７秒、呼気をする期間が１．３秒なるように被験者を誘導する。さらに、３回目の本検査において、呼吸周期を４０回／分に誘導しようとしているため、ＲＲ３＝４０と入力している。この場合には、１回の呼吸周期が１．５秒となる。また、１呼吸周期における吸気と呼気の時間比を１：２と設定しているため、吸気をする期間が０．５秒、呼気をする期間が１．０秒なるように被験者を誘導する。

このように、本検査の進行に伴い、段階的にＲＲが増加してゆく（呼吸周期が短くなってゆく）ように設定するものとする。なお、吸気期間と呼気期間の時間比は、本例のように１：２に限らず、例えば１：３等の他の時間比に設定しても良く、本検査毎に異なる時間比に設定しても良い。

図７は、被験者の呼吸周期を、設定した周期に誘導するためにディスプレイ１８に表示される画像の一例である。本例では、画面に表示されるキャラクタが旗を振る動作を行うことにより、吸気と呼気を交互に促す態様となっている。ここで、図７に示すように、キャラクタにより吸気が促される期間と、呼気が促される期間は、図６において設定された呼吸周期及び吸気と呼気との時間比に基づいて決定されている。また、キャラクタが吸気を促す態様となっている期間は、笛の音を模した第１の効果音（比較的高い周波数の効果音とする）がスピーカ２０から出力されるようになっている。そして、キャラクタが呼気を促す態様となっている期間は、笛の音を模した第２の効果音（比較的低い周波数の効果音とする）がスピーカ２０から出力されるようになっている。

これにより、被験者が、キャラクタの吸気誘導及び第１の効果音に合わせて吸気を行い、キャラクタの呼気誘導及び第２の効果音に合わせて呼気を行うことにより（これに伴い、第１の効果音（高い周波数）と第２の効果音（低い周波数）の切り換えタイミングに合わせて、吸気と呼気が切り換えられることにより）、被験者の実際の呼吸周期が、設定されている呼吸周期に誘導され（近づいてゆき）、また、被験者の吸気と呼気の時間比も、設定されている時間比に誘導される（近づいてゆく）ことになる。

次いで、図８に示す連続測定のフローに関して説明する。被験者がマウスピースを口にくわえて呼吸を行うと、スパイロメータ１００は、信号の入力、即ち被験者の呼吸開始を圧力センサ１１からの出力によって検出する（Ｓ１０ ： 図５のＡ点）。ＣＰＵ１４は連続検査の測定及び報知の制御を開始し、スピーカ２０から「楽な呼吸をして下さい」という音声が出力され、基礎検査が開始される（Ｓ２０） 。

（基礎検査）
基礎検査では、まず所定時間（例えば３０秒間）の安静呼吸中に安静換気測定が行われて、安静呼気位、安静吸気位、呼気時間、吸気時間等が測定され、測定データはＲＡＭ１５に蓄積される。以下、各呼気位及び吸気位の測定においては、呼気時間及び吸気時間も同時に測定され、測定データは随時ＣＰＵ１４で処理され、ＲＡＭ１５に蓄積されるものとする。

安静換気測定に続いて、基礎測定として最大吸気位及び最大呼気位の測定が行われる。スパイロメータ１００は、スピーカ２０から「胸一杯息を吸ってー」という音声を出力し、被験者にできるだけ息を吸い込むように促す。ＣＰＵ１４はボリューム信号の時間微分値が正から負に転換する時刻を特定して、その時刻における計測データを最大吸気位として特定する。続いて、「最後まで吐いてー」という音声を出力し、被験者に吸い込んだ息をできるだけ吐き出すように促す（Ｓ３０）。ＣＰＵ１４はボリューム信号の時間微分値が負から正に転換する時刻を特定して、最大呼気位として特定し、基礎測定が終了する。

基礎測定終了後、ＣＰＵ１４は、安静呼気位と最大吸気位の差分から、安静呼吸後の最大吸気量ＩＣ０を算出する（Ｓ４０）。更に、最大吸気位と最大呼気位の差分から安静呼吸後の肺活量ＶＣ０を算出するようにしてもよく、肺活量と最大吸気位の差分から安静呼吸後の予備呼気量ＥＲＶ０を算出するようにしても良い。

Ｓ２０及びＳ３０においては、前述したディスプレイ１８に表示される画像や音声による呼吸の誘導だけでなく、図２に示した報知ランプ２１の発光による誘導も併せて行われる。報知ランプ２１は、吸気ランプ２２、プラトーランプ２３及び呼気ランプ２４から構成され、被験者が吸気中には吸気ランプ２２が発光し、呼気中には呼気ランプ２４が発光する。プラトーランプ２３は、呼気流量が所定値以下であるとき（又は、呼吸流量の時間積分値（ボリューム）の変化が所定値以下であるとき）に発光する。

具体的には、被験者が安静呼吸を行うと、吸気中には吸気ランプ２２が発光し、呼気中には呼気ランプ２４が発光する（Ｓ２０）。続いて最大吸気を行うと、吸気ランプ２２が発光し、吸気流量が所定値以下になると（又は、呼吸流量の時間積分値（ボリューム）の変化が所定値以下になると）、更にプラトーランプ２３が発光する。被験者は吸気ランプ２２及びプラトーランプ２３の両方が発光していることを確認して最大呼気に移行する。被験者が最大呼出を行うと、呼気ランプ２４が発光し、呼気流量が所定値以下になると（又は、呼吸流量の時間積分値（ボリューム）の変化が所定値以下になると）、更にプラトーランプ２３が発光する。被験者は呼気ランプ２４及びプラトーランプ２３の両方が発光していることを確認して呼出を終了する（Ｓ３０）。

また、上記の説明では、プラトーランプ２３は、呼気流量または吸気流量が所定値以下であるとき（又は、呼吸流量の時間積分値（ボリューム）の変化が所定値以下であるとき）に発光するとしたが、ＣＰＵ１４が、ボリューム信号の時間微分値が所定値以下であることに基づいて最大呼気位及び最大吸気位を特定した後、発光信号コマンドを出力することで、プラトーランプ２３を発光させるようにしてもよい。

以上説明したように、基礎検査は、被験者に安静呼吸を所定時間行わせ、安静換気測定として安静呼気位及び安静吸気位の測定を行った後に、基礎測定として最大吸気位及び最大呼気位の測定を行うものであり、通常の肺活量測定と同様の検査である。基礎検査で得られた測定データは、続いて行われる本検査１〜３の基準となるデータとして利用される。

（本検査１）
続いて、中断を挟まずに連続して本検査１が行われる。本検査１は、被験者に第１呼吸としてＲＲ１＝２０の呼吸周期で３０秒間の呼吸を行わせ、第１呼吸換気測定として第１呼気位の測定を行う（Ｓ５０：図５のＢ点からＣ点）。続いて第１測定として第１最大吸気位及び第１最大呼気位の測定を行う（Ｓ６０：図５のＣ点からＤ点）。第１呼気位及び第１最大呼気位の差分から第１呼吸後の最大吸気量ＩＣ１が算出される（Ｓ７０）。更に、第１最大吸気位と第１最大呼気位の差分から第１呼吸後の肺活量ＶＣ１を算出し、第１呼吸後の肺活量と第１最大吸気位の差分から第１呼吸後の予備呼気量ＥＲＶ０を算出するようにしても良い。

以下、本検査１についてＳ５０から時系列に沿って詳述する。安静呼吸後の肺活量ＶＣ０の算出（Ｓ４０）に次いで、スパイロメータ１００は、スピーカ２０から「ランプの点滅に合わせて、３０秒間、呼吸をして下さい」という音声を出力し、吸気ランプ２２及び呼気ランプ２４を交互に発光させて、被験者にＲＲ１＝２０の呼吸周期で呼吸を繰り返すように促す（Ｓ５０ ： 図５のＢ点）。ここで、ＲＲ１＝２０の場合には、１回あたりの呼吸の長さが３秒であることに基づいて、設定された吸気と呼気の時間比率（例えば１：２）に基づいて吸気ランプ２２及び呼気ランプ２４を、交互に発光させる。本例では、吸気ランプ２２の発光時間が１．０秒、呼気ランプ２４の発光時間が２．０秒となる。

被験者は、ディスプレイ１８に表示されるキャラクタの画像と共に、交互に発光する吸気ランプ２２及び呼気ランプ２４を目視しながら、吸気ランプ２２が発光したときに息を吸い込み、呼気ランプ２４が発光したときに息を吐き出す動作を所定時間（この場合は３０秒間）繰り返して行う。また、この際、スピーカ２０から出力される効果音のタイミングに合わせて呼吸を行うようにする。

第１呼吸中の３０秒間は、第１呼吸換気測定として、安静呼吸時の安静呼気位に対応する第１呼気位、安静呼吸時の安静吸気位に対応する第１吸気位が各呼吸毎に測定され、測定データはＲＡＭ１５に蓄積される。

（呼吸周期エラー報知）
第１呼吸（Ｓ５０）の実施中、ＣＰＵ１４は、呼吸流量（フロー）に基づいて計算される被験者の呼吸周期（測定したＲＲ）と、設定したＲＲ（この場合はＲＲ１＝２０）を比較し、所定値以上のずれ（例えば５以上のずれ）を検出した場合は、スピーカ２０からの音声出力によって呼吸周期エラー報知を行う。上記のずれが所定値以上大きくなった場合（例えば１０以上のずれが生じた場合）、又は上記のずれが所定の呼吸回数（例えば３回）以上継続した場合は、自動的に検査を中止し、その旨を報知するように設定する。このようにすることにより、第１呼吸が設定した呼吸周期で適切に行われた場合のみ、次の第１測定が行われることとなり、本検査１で得られる測定データの信頼性が向上する。なお、呼吸流量（フロー）に基づいて計算される呼吸１回あたりの時間と、設定したＲＲ１に応じた１回の呼吸時間（３秒）とを比較するようにしても良い。

また、呼吸周期エラー報知に複数の段階を設けてもよい。その場合は、第一段階として、上記のずれが所定値に近づいた際に被験者が呼吸周期を調整するように促す報知を行うようにする。そして報知に従って被験者が呼吸周期の調整を行い、所定の時間内または呼吸回数内に再び所定の呼吸周期に戻った際はエラーを解除するように設定する。第２段階として、更にずれが大きくなった場合や所定の時間内または呼吸回数内に所定の呼吸周期に戻らない場合は、自動的に検査を中止し、その旨を報知するように設定する。このようにすることにより、被験者の負担となる検査のやり直しをできるだけ回避することができる。

また、以上の説明では、音声出力によって呼吸周期エラー報知を行うとしたが、報知ランプ２１の発光、ディスプレイ１８への文字メッセージの表示としてもよく、またはこれらを組み合わせた報知を行うようにしてもよい。報知ランプ２１を使用する場合は、第１呼吸中は使用しないプラトーランプ２３を点滅させたり、通常時とは異なる色で発光させたりする等の方法でエラー報知を行うように設定すればよい。

また、ＣＰＵ１４が、測定されている呼吸周期と、設定されている呼吸周期との間に、所定値以上のずれ（例えば１０以上のずれ）を検出した場合には、被験者が、設定されている呼吸周期（誘導目標となっている呼吸周期）で呼吸をすることが困難であることも考えられる。このような場合に、ＣＰＵ１４は、呼吸周期エラー報知を実行すると共に、図６に示した呼吸周期の設定画面を再度表示して、現在誘導目標となっている呼吸周期（例えば、ＲＲ１の値）を変更するように促しても良い。

検査実施者は、現在目標としている呼吸周期よりも負担が少ないように（呼吸速度が遅くて済むように）、図６に示す設定画面に目標とする呼吸周期を改めて入力する。ＣＰＵ１４は、変更後の呼吸周期を誘導目標として、改めてキャラクタの画像、報知ランプ２１、及びスピーカ２０から出力する効果音等によって、被験者の呼吸を誘導する。このように、被験者が誘導目標となっている呼吸周期で呼吸を行うことが困難であると判定される場合には、測定の途中で、誘導目標とする呼吸周期を変更するようにしても良い。

（第１呼気位の特定方法）
次に、第１呼気位の特定方法について説明する。図５に示すように、第１呼吸時のボリューム曲線は安静呼吸時のように平行とならず、時系列に沿って徐々に上昇する。即ち、第１呼気位及び第１吸気位は、第１呼吸の開始時点から終了時点まで徐々に上方向へ移動する。この第１呼気位及び第１吸気位の上昇は、被験者に安静呼吸よりも速い呼吸を行わせることによって動的肺過膨張による呼出不足が顕著に現れるために生じる現象である。

最大吸気位ＩＣ１を算出するためには、上記の現象を考慮して第１呼気位を特定する必要がある。そのため、図５においては、第１呼吸の最後の１回の呼気位を第１呼気位としてＩＣ１の算出に使用している。第１呼吸の最後の１回の呼気位が不安定となる場合は、最後から２回目の呼気位を使用する。または、第１呼吸の最後の数回（例えば３回）の呼気位の平均値を第１呼気位としてＩＣ１の算出に使用するように設定する。

第１呼吸の終了後、続けて第１測定に移行する（Ｓ６０：図５のＣ点）。第１測定時のディスプレイ１８及びスピーカ２０、並びに報知ランプ２１による報知態様は、基礎測定時と同様であるため説明を省略する。

スパイロメータ１００は、スピーカ２０から「胸一杯息を吸ってー」という音声を出力し、被験者にできるだけ息を吸い込むように促す。基礎測定時と同様に、ＣＰＵ１４は第１最大吸気位を特定する。続いて、「最後まで吐いてー」という音声を出力し、被験者に吸い込んだ息をできるだけ吐き出すように促す（Ｓ６０）。基礎測定時と同様に、ＣＰＵ１４は第１最大呼気位を特定し、本検査１が終了する。なお、図５において、第１呼吸の最後の１回が終了した後、第１最大吸気を行うまでの間に、ボリューム曲線がやや呼気側に下がっている箇所があるが、これは、「これから胸一杯息を吸う」ことを意識した被験者が条件反射的にやや大きい呼気を行う反応の結果であるため、測定データとしては無視される。

次いで、ＣＰＵ１４は、特定した第１呼気位と第１測定によって測定された第１最大吸気位の差分を、第１呼吸後の最大吸気量ＩＣ１として算出する（Ｓ７０）。

Ｓ７０に続いて、ＣＰＵ１４は、全検査が終了したかどうかを判定する。本実施例では、連続検査開始前に検査実施者によって「本検査の実施回数は３回」と設定されたので、ＣＰＵ１４は検査が全て終了していないと判断し（Ｓ８０：Ｎｏ）、Ｓ５０に戻って本検査２に移行する。この際、検査項目名ＩＣ１はＩＣ２に更新される。

（本検査２）
続いて、中断を挟まずに連続して本検査２が行われる。ＲＲの設定値は、ＲＲ１＝２０からＲＲ２＝３０に変更される。ＲＲの設定値に応じた処理以外は本検査１と同様のため、共通する部分については説明を省略する。

本検査２においては、被験者に第２呼吸としてＲＲ２＝３０の速さで３０秒間の呼吸を行わせ、第２呼吸換気測定として第２呼気位の測定を行う（Ｓ５０：図５のＤ点からＥ点）。続いて第２測定として第２最大吸気位及び第２最大呼気位の測定を行う（Ｓ６０：図５のＥ点からＦ点）。続いて、第２呼気位及び第２最大呼気位の差分から第２呼吸後の最大吸気量ＩＣ２が算出される（Ｓ７０）。Ｓ７０に続いて、ＣＰＵ１４は、設定された検査が全て終了していないと判断し（Ｓ８０：Ｎｏ）、本検査３に移行する。この際、検査項目名ＩＣ２はＩＣ３に更新される。

（本検査３）
続いて、中断を挟まずに連続して本検査３が行われる。ＲＲの設定値は、ＲＲ２＝３０からＲＲ３＝４０に変更される。ＲＲの設定値に応じた処理以外は本検査１及び本検査２と同様のため、共通する部分については説明を省略する。

本検査３においては、被験者に第３呼吸としてＲＲ２＝４０の速さで３０秒間の呼吸を行わせ、第３呼気位の測定を行う（Ｓ５０：図５のＦ点からＧ点）。続いて第３測定として第３最大吸気位及び第３最大呼気位の測定を行う（Ｓ６０：図５のＧ点からＨ点）。続いて、第３呼気位及び第３最大呼気位の差分からＩＣ３が算出される（Ｓ７０）。ＣＰＵ１４は、３回の本検査が終了したことで、予め設定された検査が全て終了したと判断し（Ｓ８０：Ｙｅｓ）、スピーカ２０から「検査を終了します」という音声を出力して、被験者に検査終了を報知する（Ｓ９０）。

（連続検査時の過呼吸時間の変更）
以上説明したように、被験者に行わせる過呼吸速度は、基礎検査開始前にスパイロメータ１００に第１呼吸〜第３呼吸の呼吸周期ＲＲ１〜ＲＲ３として設定され、検査中は各設定値に対応した報知が行われる。そのため、基礎検査、本検査１、本検査２、及び本検査３は、過呼吸速度の設定変更のために途中で中断することなく、連続して実施することが可能である。

（連続検査時のゼロ点調整）
図３において説明したように、スパイロメータ１００におけるゼロ点調整は、ＣＰＵ１４が図３に示したバルブＶ１及びバルブＶ２の開閉を制御することにより、被験者がマウスピースをくわえたままの状態で行うことが可能である。即ち、被験者はマウスピースを介して呼吸を開始した時点（Ｓ１０：図５のＡ点）から全検査の終了（Ｓ９０：図５のＨ点）に至るまで、マウスピースを外す必要は無い。そのため、基礎検査、本検査１、本検査２、及び本検査３は、ゼロ点調整のために途中で中断することなく、連続して実施することが可能である。

図５の連続検査におけるゼロ点調整はＣＰＵ１４の制御によって行われ、その実施タイミングは、被験者の呼吸信号検出時（図５のＡ点）、本検査１開始前（図５のＢ点）、本検査２開始前（図５のＤ点）、及び、本検査３開始前（図５のＦ点）である。具体的には、本検査１開始前とは基礎測定の最大呼気位測定後から第１呼吸開始までの期間を、本検査２開始前とは第１測定の第１最大呼気位測定後から第２呼吸開始までの期間を、本検査３開始前とは第２測定の第２最大呼気位測定後から第３呼吸開始までの期間、を示している。また、必要に応じて、第１〜第３測定前（図５のＣ点、Ｅ点、及びＧ点）において更に実施するようにしてもよい。

Ｓ３０又はＳ６０において、ＣＰＵ１４は、各最大呼気位の測定終了を検出した後に、続けてバルブＶ１及びＶ２を制御してゼロ点調整を行う。ゼロ点調整に要する時間は約２秒程度であるため、被験者は最大呼気を行った次の呼吸から、報知に従って第１〜第３呼吸を開始することができる（Ｓ５０）。なお、本検査１−３に対応したゼロ点調整は、いずれも自動的に実行されるようになっているが、これに限らず、操作キー１７の操作に応じて実行されるようにしても良い。

以上説明したように、過呼吸の周期については、第１呼吸はＲＲ１＝２０、第２呼吸はＲＲ２＝３０、第３呼吸はＲＲ３＝４０に設定し、最大吸気位及び最大呼気位測定前の被験者の呼吸が徐々に速くなるように誘導している。

図５では、各検査における最大吸気量ＩＣを、ＩＣ０（基礎検査）、ＩＣ１（本検査１）、ＩＣ２（本検査２）、ＩＣ３（本検査３）とし、肺活量ＶＣをＶＣ０（基礎検査）、ＶＣ１（本検査１）、ＶＣ２（本検査２）、ＶＣ３（本検査３）として、それぞれのボリュームを両端矢印付き実線で示している。ここで、ＩＣの値は、ＩＣ０、ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３の順に小さくなっている。これは被験者に各ＩＣ測定前に第１〜３呼吸を行わせることによって顕在化する現象であり、被験者の動的肺過膨張の程度が大きいほどＩＣの減少度合いは大きくなる。

また、図５において、各検査における予備呼気量ＥＲＶを、ＥＲＶ０（基礎検査）、ＥＲＶ１（本検査１）、ＥＲＶ２（本検査２）、ＥＲＶ３（本検査３）として示すと共に、ＥＲＶ０を基準（１００％）としたときの、ＥＲＶ１、ＥＲＶ２、ＥＲＶ３の大きさを、それぞれ風船の画像により示すようにしている。これにより、検査実施者は、本検査を重ねる毎に、被験者の肺に残留するガスが増加する（被験者が徐々に息を吐ききれなくなる）様子を把握し易くなる。

なお、各検査において、肺活量（ＶＣ）に代えて、努力性肺活量（ＦＶＣ）を測定するようにしても良い。即ち、基礎検査、及び、本検査１〜３において、被験者に最大吸気位からの一気の呼出を行わせることにより、ＦＶＣ０（基礎検査）、ＦＶＣ１（本検査１）、ＦＶＣ２（本検査２）、ＦＶＣ３（本検査３）を測定しても良い。

なお、上記の説明では、連続検査の開始前に検査実施者が検査内容の設定を行い、連続検査開始後はＣＰＵ１４の制御によって自動的に連続検査が進行するとして説明したが、これに限定されるものではなく、検査実施者の操作キー１７の操作によって連続検査を行うようにしてもよい。具体的には、第１〜３呼吸の開始、基礎測定及び第１〜第３測定の開始に関しては、検査実施者が操作キー１７に割り当てられた開始キーを押すことによって開始させるようにする。または、第１〜３呼吸の終了、基礎測定及び第１〜第３測定の終了に関しては、検査実施者が操作キー１７に割り当てられた終了キーを押すことによって終了させるようにする。

また、連続検査開始前に設定した各呼吸周期及び順序は、各本検査前に設定画面（図６）を表示させて、検査実施者の操作キー１７の操作によって変更できるようにしてもよい。また、連続検査開始前には各呼吸周期及び順序を設定することなく連続検査を開始するようにして、各本検査前に設定画面（図６）を表示させて、検査実施者の操作キー１７の操作によって当該本検査における呼吸周期を設定するようにしても良い。

また、ＣＰＵ１４が、設定操作によらず予め定められた各呼吸周期及び順序（初期設定）に基づいて連続検査を開始し、検査実施者が必要に応じて設定画面（図６）を表示させて、操作キー１７を操作することによって各呼吸周期及び順序を任意に変更可能としてもよい。このように、連続検査の開始後に誘導目標となる呼吸周期の設定又は変更を可能とすることにより、被験者の状態を考慮した測定が可能となる。

（作用及び効果）
以上説明したように、ＣＯＰＤ疾患を持つ被験者の動的肺過膨張の状態を詳細に調査するためには、過呼吸時の換気測定及びそれに続く最大吸気位測定から成る肺気量分画検査を、過呼吸速度を変化させて連続して行う手法が効果的である。しかしながら、非特許文献１に示されるような従来技術では、１回の肺気量分画検査の終了後、次に被験者に行わせる過呼吸速度に合わせてメトロノームの周期設定を変更する必要がある。検査実施者がメトロノームの設定変更を行っている間は、次の検査を開始することができないため、上記のような肺気量分画検査を連続して実施することができない。

具体的には、従来の呼吸機能検査装置を使用した場合は、本検査１、及び本検査２の後に、メトロノームの設定及びゼロ点調整のために検査は中断される。被験者の呼吸は中断中の時間の経過と共に徐々に安静呼吸に近づき、中断時間が長くなると完全に安静呼吸に戻ってしまう。中断時間はメトロノームの設定及びゼロ点調整に要する時間に依存し、これらは検査実施者の作業習熟度にも依存するため、一旦検査を中断した後に検査を再開するまでの時間は一定とならない。そのため、検査再開時の被験者の呼吸状態（安静呼吸からの乖離度）も一定とならず、結果として検査によって得られる測定データの信頼度は低くなってしまう。

これに対して、本実施形態のスパイロメータ１００では、メトロノームの設定が不要であり、且つゼロ点調整のために検査を中断する必要も無いため、上記のような従来の呼吸検査装置を使用する際の問題は回避され、信頼度の高い測定データを得ることが可能である。

また、上記のような肺気量分画検査においては、被験者に所定の周期で過呼吸を行わせた後に最大吸気を行わせる必要があるため、通常の呼吸機能検査に比べて、被験者に要求される呼吸動作の手順は増加する。しかしながら、従来の呼吸機能検査装置には、上記の肺気量分画検査を誘導するための報知機能、並びに、上記の肺気量分画検査を連続して行うように促す報知機能が備わっていないため、被験者が手順通りの呼吸動作を行うことが困難である。

また、従来の呼吸機能検査装置を使用する場合、検査実施者は、被験者がメトロノームの動作に合わせて過呼吸を行っているかどうかの確認、過呼吸時間の計測、ゼロ点調整、並びに被験者への測定時の声掛けによる誘導を同時に行う必要があるため、通常の呼吸機能検査に比べて作業負担が増大してしまう。

これに対して、本実施形態のスパイロメータ１００では、検査中の音声及びランプの発光による報知によって、被験者は容易に検査手順通りの呼吸動作を行うことが可能となる。同時に、検査実施者はメトロノームの設定、ゼロ点調整、及び被験者への詳細な声掛けによる呼吸動作の誘導を行う必要がなくなるため、作業負担が大幅に軽減される。

（ＩＣ減少率）
図９は、図５に示した連続検査の結果得られた測定データを用いて、ＩＣ０〜ＩＣ３の減少度合いを被験者Ａ〜Ｃ毎にグラフ化した例である。縦軸（Ｙ軸）は、ＩＣ０を基準（０％）としたＩＣ減少率である。被験者のＣＯＰＤ症状の程度は、被験者Ａでは軽度、被験者Ｂは中度、被験者Ｃは重度となっている。なお、図８及び下記の説明では、ＩＣ０を基準としたＩＣの減少率を算出しているが、基準は検査実施者が適切に設定すればよく、例えばＩＣ１を基準としたＩＣの減少率を指標として用いてもよい。

図９に示すように、ＩＣ０を基準とした減少率は、ＣＯＰＤ症状の程度に対応して、被験者Ａ、Ｂ、Ｃの順に大きくなっている。症状が重度の被験者Ｃの場合は、ＩＣ３はＩＣ０に比べて約６０％減少している。これに対して、症状が中度の被験者Ｂの場合、ＩＣ３はＩＣ０に比べて約２０％の減少であり、症状が軽度の被験者Ａの場合は１０％以下の減少に留まっている。

また、図９において被験者Ｃ’として示した点線は、被験者Ｃに投薬等の治療を行った後に、同じ連続検査を実施した結果である。ＩＣ３はＩＣ０に比べて約４０％減少となり、治療前に比べて症状が改善していることがわかる。

なお、図９及び後述する図１０のグラフに関しては、測定項目に関するＸ軸及び測定結果に関するＹ軸に加えて、時間軸であるＺ軸を更に設けた三次元グラフとして、各被験者の測定結果曲線が時系列でどのように変化しているかを容易に把握できるようにしても良い。これにより、特定の被験者の測定結果曲線が、治療や投薬の前後でどのように変化したのかを把握することが容易となる。

（過呼吸中の呼気位上昇率）
図５に示した連続検査の結果得られる測定データから、ＩＣ以外の指標を用いて被験者動的肺過膨張の度合いを分析することも可能である。図１０は、その一例として、第１〜第３呼吸中の呼気位の上昇率を算出し、動的肺過膨張の指標としてグラフ化したものである。図１０の縦軸（Ｙ軸）は、第１〜第３呼吸の最初の各１回と最後の各１回の呼吸における呼気位の上昇率である。ＣＯＰＤ症状の程度は、図９と同様に、被験者Ａでは軽度、被験者Ｂは中度、被験者Ｃは重度となっている。

図１０に示すように、第１〜第３呼吸中の呼気位の上昇率は、ＣＯＰＤ症状の重い被験者ほど大きくなっている。症状が重度の被験者Ｃの場合は、第１呼吸の１回目と最後の１回の呼吸において呼気位が約２０％上昇し、第３呼吸の最初の１回の呼吸と最後の１回の呼吸においては呼気位が５０％以上上昇している。これに対して、症状が中度の被験者Ｂの場合、第３呼吸中の呼気位の上昇率は約２５％であり、症状の軽い被験者Ａの場合、第３呼吸中の呼気位の上昇率は約１０％となっている。

（過呼吸中のボリューム曲線の傾き）
また、図５に示した第１〜第３呼吸時のボリューム曲線の傾き度合いを、動的肺過膨張の指標として用いることも可能である。例えば、第１〜第３呼吸中の各呼吸の呼気位からなるデータを直線近似や曲線近似、あるいは対数近似することで、第１〜第３呼吸時のボリューム曲線の傾き度合いを指標化する。また、指標化する際に、呼気位の代わりに吸気位や振幅の中心値を抽出してもよく、またこれらの組み合わせを用いてもよい。スパイロメータ１００を使用した連続検査を実施することにより、このように動的肺過膨張の度合いを数値化して定量的に分析することが可能となる。

また、以上説明した以外のデータを指標として用いることも可能である。例えば、安静呼吸時の１回換気量（安静呼気位と安静吸気位の差分）と、第１〜第３呼吸時の１回換気量（第１〜第３呼気位と第１〜第３吸気位の差分）を指標とし、比較することも可能である。

また、以上説明した基礎検査及び第１〜３検査においては、最大吸気位、最大呼気位の順に測定を行うとしたが、これは最大呼気位、最大吸気位の順で行ってもよい。または最大呼気位、最大吸気位、最大呼気位の順で行ってもよい。または、最大吸気量ＩＣの算出に必要な最大吸気位の測定のみを行い、最大呼気位の測定を行わないようにしてもよい。

また、以上説明した基礎検査及び第１〜３検査においては、通常の肺活量測定に相当する最大吸気位及び最大呼気位の測定を実施しているが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば前述した努力性肺活量の測定を行ってもよい。その場合は、被験者に対して、最大吸気位からできるだけ速く最大呼気位まで息を吐き出す動作を促す報知を行うように設定すればよい。

（１秒量（ＦＥＶ１．０）と最大吸気量（ＩＣ）との関係）
ＣＯＰＤの診断においては、被験者の１秒量（ＦＥＶ１．０）に基づいて病期分類が判定されるようになっている。１秒量（ＦＥＶ１．０）とは、努力性肺活量（ＦＶＣ）を測定する際に、最初の１秒間で吐き出せる息の量である。また、１秒率（ＦＥＶ１．０％）とは、努力性肺活量（ＦＶＣ）に対しての１秒量（ＦＥＶ１．０）の割合である。１秒率（ＦＥＶ１．０％）の値が７０％未満のとき、ＣＯＰＤと診断される。さらに、性別、年齢、身長から求めた１秒量の標準値に対する測定された１秒量（ＦＥＶ１．０）の割合である対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）の値によってＣＯＰＤの病期分類が診断される。

図１１には、各被験者について、安静呼吸後に努力性肺活量（ＦＶＣ）の測定を行うことにより得られた対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）と、別途、前述した図５に示した方法に基づいてＩＣ０、ＩＣ１、ＩＣ２、及びＩＣ３を測定して得られたＩＣの減少率との関係を示している。

図１１に示すように、対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）の値が８０％以上の場合には、ＣＯＰＤ病期分類のI期（軽度の気流閉塞）と診断される。対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）の値が５０％以上８０％未満の場合には、ＣＯＰＤ病期分類のII期（中等度の気流閉塞）と診断される。対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）の値が３０％以上５０％未満の場合には、ＣＯＰＤ病期分類のIII期（高度の気流閉塞）と診断される。対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）の値が３０％未満の場合には、ＣＯＰＤ病期分類のIV期（極めて高度の気流閉塞）と診断される。

図１１（ａ）は、横軸（Ｘ軸）をＩＣ０に対してのＩＣ１の減少率［（ＩＣ１−ＩＣ０）×１００／ＩＣ０］とし、縦軸（Ｙ軸）を対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）としたときの両者の関係を示している。このときのＸとＹとの近似直線を求めた結果、Ｙ＝０．４５４６Ｘ＋６３．８２９であり、決定係数Ｒ^２は０．１１５３となっている。

図１１（ｂ）は、横軸（Ｘ軸）をＩＣ０に対してのＩＣ２の減少率［（ＩＣ２−ＩＣ０）×１００／ＩＣ０］とし、縦軸（Ｙ軸）を対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）としたときの両者の関係を示している。このときのＸとＹとの近似直線を求めた結果、Ｙ＝０．７００６Ｘ＋７２．５３２であり、決定係数Ｒ^２は０．３２４５となっている。

図１１（ｃ）は、横軸（Ｘ軸）をＩＣ０に対してのＩＣ３の減少率［（ＩＣ３−ＩＣ０）×１００／ＩＣ０］とし、縦軸（Ｙ軸）を対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）としたときの両者の関係を示している。このときのＸとＹとの近似直線を求めた結果、Ｙ＝０．７２５８Ｘ＋７７．０５であり、決定係数Ｒ^２は０．４２６１となっている。

図１１（ａ）〜（ｃ）に示すように、安静呼吸後に測定されたＩＣ０を基準としたＩＣ（ＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３）の減少率と、ＣＯＰＤ病期分類に用いられる対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）との関係は、本検査の増加（図５に示す本検査１〜３）に伴い過呼吸速度が早くなる（呼吸周期が短くなる）ことに応じて、徐々に高い相関を示すようになっている。従って、ＩＣ０を基準とした場合のＩＣの減少率を、ＣＯＰＤの診断に用いることも可能となる。例えば、ＩＣ０を基準としたときのＩＣ３の減少率［（ＩＣ３−ＩＣ０）×１００／ＩＣ０］が−６０％であることに基づいて、ＣＯＰＤ病期分類では重症のIII期（高度の気流閉塞）又はIV期（極めて高度の気流閉塞）の可能性が高いことを推定することができる。努力性肺活量（ＦＶＣ）の測定では、最大吸気位から努力して一気に呼出を行わなければならないことから被験者の負担が大きいが、これを行わずともＣＯＰＤの病期分類をある程度推定することが可能となる。

一方で、図１１（ｃ）に示すように、ＣＯＰＤの病期分類ではI期に該当する被験者であっても、ＩＣ３の減少率が−４０％近かったりするケースや、ＣＯＰＤの病期分類ではII期に該当する被験者であっても、ＩＣ３の減少率が−６０％近かったりするケースも存在する。これらのケースに該当する被験者は、診断された病期分類が比較的軽症であるにもかかわらず、日常生活においては重症患者と同等の苦しさを感じているともいえる。そして、日常生活では、最大吸気位から努力して一気の呼出を行うケースがほぼ存在しないため、時間肺活量である１秒量（ＦＥＶ１．０）よりも、呼吸速度の変化に伴う最大吸気量（ＩＣ）の減少度を示す指標の方が、ＱＯＬ（Quolity of life）の観点からは、より実態に即した指標であるともいえる。

従って、ＣＯＰＤ疾患を持つ被験者の動的肺過膨張の状態を詳細に調査するためには、時間肺活量（１秒量あるいは、２秒量〜５秒量等）に関連した検査のみならず、過呼吸時の換気測定及びそれに続く最大吸気位測定から成る肺気量分画検査を、過呼吸速度を変化させて連続して行う手法が効果的である。

図１２は、ＣＯＰＤの各病期分類（I期〜IV期）に該当する被験者に関しての、ＩＣの平均減少率を示すグラフである。本例では、ＩＣ０に対してのＩＣ１の減少率［（ＩＣ１−ＩＣ０）×１００／ＩＣ０］が、I期の被験者の場合には平均で−０．０４、II期の被験者の場合には平均で−１１．０６、III期の被験者の場合には平均で−１６．０９、IV期の被験者の場合には平均で−１７．６５となっている。そして、ＩＣ０に対してのＩＣ２の減少率［（ＩＣ２−ＩＣ０）×１００／ＩＣ０］が、I期の被験者の場合には平均で−４．３７、II期の被験者の場合には平均で−１７．４６、III期の被験者の場合には平均で−２９．５８、IV期の被験者の場合には平均で−３１．８０となっている。そして、ＩＣ０に対してのＩＣ３の減少率［（ＩＣ３−ＩＣ０）×１００／ＩＣ０］が、I期の被験者の場合には平均で−４．６５、II期の被験者の場合には平均で−２３．３２、III期の被験者の場合には平均で−３６．３３、IV期の被験者の場合には平均で−４０．９６となっている。

ここで、本実施形態のスパイロメータ１００においては、ＣＰＵ１４が、被験者の１秒量（ＦＥＶ１．０）を測定して対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）を算出し、当該被験者がＣＯＰＤであるか否かを判定可能であると共に、ＣＯＰＤの場合には何れの病期分類（I期〜IV期）に属するかの判定が可能となっている。そして、これらの判定結果をディスプレイ１８に表示させることが可能となっている。さらに、ＣＰＵ１４は、ＣＯＰＤにおける各病期分類に属する被験者に関してのＩＣの平均減少率を算出して、図１２に示すように、各病期分類毎のＩＣの平均減少率をグラフとして表示させることも可能である。

ＣＯＰＤの各病期分類に属する被験者毎にＩＣの減少率を算出した結果、ＩＣ０に対してのＩＣ３の減少率［（ＩＣ３−ＩＣ０）×１００／ＩＣ０］に関しては、図１２の右側に示す集計値となった。まず、I期の被験者に関しては、サンプル数２０に対して最大が２８．７５であり、最少が−３０．６２となった（平均値は−４．６５）。さらに正規分布に基づく標準偏差σは１８．１３であり、平均値＋１σは１３．４８、平均値−１σは−２２．７８となった。この結果に基づくと、ＣＰＵ１４は、ＩＣ０に対してのＩＣ３の減少率が０未満であり−２２．７８以上の場合にはI期の可能性が高いと判定して、その旨をディスプレイ１８に表示することが可能である。

また、II期の被験者に関しては、サンプル数７０に対して最大が２２．１７であり、最少が−５７．５２となった（平均値は−２３．３２）。さらに正規分布に基づく標準偏差σは１５．２６であり、平均値＋１σは−８．０６、平均値−１σは−３８．５７となった。この結果に基づくと、ＣＰＵ１４は、ＩＣ０に対してのＩＣ３の減少率が−８．０６以下であり−３８．５７以上の場合にはII期の可能性が高いと判定して、その旨をディスプレイ１８に表示させることが可能である。

また、III期の被験者に関しては、サンプル数３２に対して最大が−９．０２であり、最少が−５９．２２となった（平均値は−３６．３３）。さらに正規分布に基づく標準偏差σは１２．４７であり、平均値＋１σは−２３．８６、平均値−１σは−４８．８１となった。この結果に基づくと、ＣＰＵ１４は、ＩＣ０に対してのＩＣ３の減少率が−２３．８６以下であり−４８．８１以上の場合にはIII期の可能性が高いと判定して、その旨をディスプレイ１８に表示させることが可能である。

また、IV期の被験者に関しては、サンプル数１４に対して最大が−２０．８７であり、最少が−６６．３６となった（平均値は−４０．９６）。さらに正規分布に基づく標準偏差σは１３．２４であり、平均値＋１σは−２７．７２、平均値−１σは−５４．２０となった。この結果に基づくと、ＣＰＵ１４は、ＩＣ０に対してのＩＣ３の減少率が−２７．７２以下であり−５４．２０以上の場合にはIV期の可能性が高いと判定して、その旨をディスプレイ１８に表示させることが可能である。

また、ＣＯＰＤの病期分類に関して他の判定方式を採用しても良い。例えば、ＣＰＵ１４は、図１２に示すグラフに基づいて、ＩＣ０に対してのＩＣ（ＩＣ１〜ＩＣ３のいずれかであり特にＩＣ３が好ましい）の減少率が、０未満でありI期の平均値（ＩＣ３の場合は−４．６５）以上である場合にはI期の可能性が高いと判定し、I期の平均値（ＩＣ３の場合は−４．６５）未満でありII期の平均値（ＩＣ３の場合は−２３．３２）以上である場合にはII期の可能性が高いと判定し、II期の平均値（ＩＣ３の場合は−２３．３２）未満でありIII期の平均値（ＩＣ３の場合は−３６．３３）以上である場合にはIII期の可能性が高いと判定し、III期の平均値（ＩＣ３の場合は−３６．３３）未満である場合にはIV期の可能性が高いと判定しても良い。

このように、最大吸気量ＩＣの検査結果に基づいてＣＯＰＤの病期分類を判定し、判定結果をディスプレイ１８に表示することが可能である。これら図１２に示した結果によれば、過呼吸時の換気測定及びそれに続く最大吸気位測定から成る肺気量分画検査を、過呼吸速度を変化させて連続して行ったときの測定結果（ＩＣ１〜ＩＣ３、ＥＲＶ１〜ＥＲＶ３）に基づいて、ＣＯＰＤの病期分類を判定することが可能となる。

図１１の例では、安静呼吸後に測定したＩＣ０を基準とした場合のＩＣ（ＩＣ１，ＩＣ２，ＩＣ３）の減少率と、対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）との関係を示しているが、これに限らず、安静呼吸後に測定したＥＲＶ０を基準とした場合のＥＲＶ（ＥＲＶ１、ＥＲＶ２，ＥＲＶ３）の増加率と、対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）との関係を示すようにしても良い。具体的には、（ａ）横軸（Ｘ軸）をＥＲＶ０に対してのＥＲＶ１の増加率［（ＥＲＶ１−ＥＲＶ０）×１００／ＥＲＶ０］とし、縦軸（Ｙ軸）を対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）としたときの両者の関係を示すグラフを作成すると共に、ＸとＹとの近似直線を求める。同様に、（ｂ）横軸（Ｘ軸）をＥＲＶ０に対してのＥＲＶ２の増加率［（ＥＲＶ２−ＥＲＶ０）×１００／ＥＲＶ０］とし、縦軸（Ｙ軸）を対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）としたときの両者の関係を示すグラフを作成すると共に、ＸとＹとの近似直線を求める。さらに、（ｃ）横軸（Ｘ軸）をＥＲＶ０に対してのＥＲＶ３の増加率［（ＥＲＶ３−ＥＲＶ０）×１００／ＥＲＶ０］とし、縦軸（Ｙ軸）を対標準１秒量（％ＦＥＶ１．０）としたときの両者の関係を示すグラフを作成すると共に、ＸとＹとの近似直線を求める。

また、図１２の例では、各病期分類（I期〜IV期）に関するＩＣの減少率をディスプレイ１８に表示するようにしたが、各病期分類（I期〜IV期）に関する予備呼気量ＥＲＶの増加率をディスプレイ１８に表示するようにしても良い。具体的には、病期分類（I期〜IV期）毎に、ＥＲＶ０に対してのＥＲＶ１の増加率［（ＥＲＶ１−ＥＲＶ０）×１００／ＥＲＶ０］の平均値、ＥＲＶ０に対してのＥＲＶ２の増加率［（ＥＲＶ２−ＥＲＶ０）×１００／ＥＲＶ０］の平均値、ＥＲＶ０に対してのＥＲＶ３の増加率［（ＥＲＶ３−ＥＲＶ０）×１００／ＥＲＶ０］の平均値、を算出する。そして、ＩＣの場合と同様に、病期分類（I期〜IV期）毎にＥＲＶの増加率に関するグラフを作成し、ディスプレイ１８に表示する。また、ＩＣの場合と同様に、測定されたＥＲＶの増加率に基づいてＣＯＰＤの病期分類を判定して、判定結果をディスプレイ１８に表示しても良い。

上記の説明では、過呼吸速度は、第１呼吸はＲＲ１＝２０、第２呼吸はＲＲ２＝３０、第３呼吸はＲＲ３＝４０に設定し、それぞれ３０秒間呼吸させるとして説明したが、各ＲＲの設定値及び呼吸時間はこれらに限られるものではない。安静時のＲＲは、被験者の年齢やＣＯＰＤ症状の程度によって異なるため、それらを勘案して検査実施者が調整すればよい。例えば症状の軽い被験者の場合は、更に本検査４としてＲＲ４＝５０で３０秒間呼吸後のＩＣ検査を行うようにする。逆に症状の重い被験者の場合は、本検査３を行わず、本検査２までで検査終了とする。または、ＲＲ１＝２０、ＲＲ２＝２５、ＲＲ３＝３０というように、ＲＲの増加分を減らして調整する。また、過呼吸時間を３０秒よりも短く、又は長く設定する等の調整を行うようにすればよい。

なお、上記の説明では、ディスプレイ１８に表示される情報、スピーカ２０から出力される音声、及び報知ランプ２１の発光という各手段によって被験者の呼吸周期を、目標とする周期に誘導するようにしたが、これらの手段のうちのいずれか１つ又は２つを使用するようにしてもよい。また、第１〜第３呼吸中に、各第１〜第３呼吸の残り時間や残り呼吸回数をカウントダウンする文字情報をディスプレイ１８に表示しても良い。

１０…本体部
１１…圧力センサ
１３…ＲＯＭ
１４…ＣＰＵ
１５…ＲＡＭ
１７…操作キー
１８…ディスプレイ
２０…スピーカ
２１…報知ランプ
５０…フローセンサ
１００…スパイロメータ

Claims (24)

1. 被験者の呼吸機能を検査する呼吸機能検査装置であって、
   基準周期を設定可能な設定手段と、
   被験者の呼吸周期を前記設定手段により設定された基準周期に誘導するための誘導報知を実行する誘導報知手段と、
   を含む呼吸機能検査装置。
2. 請求項１の呼吸機能検査装置であって、
   前記設定手段は、異なる複数の基準周期を設定可能であると共に、基準周期毎に誘導報知を行う順序を設定可能であり、
   前記誘導報知手段は、前記設定手段により設定された基準周期及び順序に基づいて誘導報知を実行する呼吸機能検査装置。
3. 請求項２の呼吸機能検査装置であって、
   前記誘導報知手段は、所定の基準周期の誘導報知が終了した後、所定の操作に基づいて次の基準周期の誘導報知に移行する呼吸機能検査装置。
4. 請求項２の呼吸機能検査装置であって、
   前記誘導報知手段は、所定の基準周期の誘導報知が終了した後、当該基準周期に対応した検査の完了に基づいて次の基準周期の誘導報知に移行する呼吸機能検査装置。
5. 請求項２の呼吸機能検査装置であって、
   前記誘導報知手段が、前記設定手段により設定された基準周期及び順序に基づいて誘導報知を実行しているときに、設定されていた基準周期を変更操作に基づいて変更可能である呼吸機能検査装置。
6. 請求項２の呼吸機能検査装置であって、
   基準周期毎の検査結果を比較可能に表示する検査結果表示手段を含む呼吸機能検査装置。
7. 請求項６の呼吸機能検査装置であって、
   前記検査結果表示手段は、基準周期毎に、誘導報知の終了後において検査された最大吸気位及び最大呼気位の少なくとも一方に基づく検査結果を表示する呼吸機能検査装置。
8. 請求項６又は７の呼吸機能検査装置であって、
   前記検査結果表示手段は、基準周期毎に、誘導報知の終了後において検査された努力性肺活量に基づく検査結果を表示する呼吸機能検査装置。
9. 請求項６〜８から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
   前記検査結果表示手段は、基準周期毎に、誘導報知の終了後において検査された予備呼気量に基づく検査結果を表示する呼吸機能検査装置。
10. 請求項６〜９から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
    前記検査結果表示手段は、基準周期毎に、誘導報知期間中又は誘導報知終了後における呼気位及び吸気位の少なくとも一方の上昇を把握可能な態様で表示する呼吸機能検査装置。
11. 請求項１〜１０から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
    被験者の呼吸周期を計測する呼吸周期計測手段と、
    前記呼吸周期計測手段により計測される呼吸周期が、実行されている誘導報知の基準周期と合致しているか否かを判定する周期判定手段と、を含み、
    前記周期判定手段により合致していないと判定された場合に所定の報知を行う呼吸機能検査装置。
12. 請求項１１の呼吸機能検査装置であって、
    前記周期判定手段により合致していないと判定された場合に検査を中止する呼吸機能検査装置。
13. 請求項１〜１２から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
    前記誘導報知は、呼気を行うべき期間及び吸気を行うべき期間を被験者に示すものである呼吸機能検査装置。
14. 請求項１３の呼吸機能検査装置であって、
    前記誘導報知における呼気を行うべき期間及び吸気を行うべき期間を設定可能である呼吸機能検査装置。
15. 請求項１〜１４から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
    第１発光装置及び第２発光装置を含み、
    前記誘導報知が行われていない期間において、被験者の呼気が検出されているときに前記第１発光装置を発光させ、被験者の吸気が検出されているときに前記第２発光装置を発光させ、
    前記誘導報知において、設定された基準周期に基づいて呼気を促すときに前記第１発光装置を発光させ、設定された基準周期に基づいて吸気を促すときに前記第２発光装置を発光させる呼吸機能検査装置。
16. 請求項１５の呼吸機能検査装置であって、
    第３発光装置を含み、
    前記誘導報知が行われていない期間において、被験者の呼吸終末が検出されているときに前記第３発光装置を発光させ、
    被験者の呼吸周期を計測する呼吸周期計測手段と、
    前記呼吸周期計測手段により計測される呼吸周期が、実行されている誘導報知の基準周期と合致しているか否かを判定する周期判定手段と、をさらに含み、
    前記呼吸周期判定手段により合致していないと判定された場合に、前記第３発光装置を発光させる呼吸機能検査装置。
17. 請求項１〜１６から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置は、
    呼吸経路に設けられた抵抗体の前後の差圧に基づいて呼吸流量を検査可能な差圧式の呼吸機能検査装置であり、
    第１圧力ポートと第２圧力ポートとの差圧を検出するための圧力センサと、
    前記圧力センサの出力値に基づいてゼロ点調整を実行するゼロ点調整手段と、を含む呼吸機能検査装置。
18. 請求項１７の呼吸機能検査装置であって、
    前記抵抗体の呼吸口側に位置する前部から前記第１圧力ポートに圧力を伝達可能な第１経路と、前記抵抗体の呼吸口側とは反対側の後部から前記第２圧力ポートに圧力を伝達可能な第２経路と、が少なくとも設けられ、
    前記第１圧力ポートと前記前部とを圧力的に接続し且つ前記第１圧力ポートと前記第２圧力ポートとを圧力的に遮断した検査可能状態と、前記第１圧力ポートと前記前部とを圧力的に遮断し且つ前記第１圧力ポートと前記第２圧力ポートとを圧力的に接続した調整状態と、に制御可能であり、
    前記ゼロ点調整手段は、前記調整状態における前記圧力センサの出力値に基づいてゼロ点調整を実行する呼吸機能検査装置。
19. 請求項１８の呼吸機能検査装置であって、
    前記第２経路から前記第１経路に圧力を伝達可能な第３経路が設けられ、
    制御弁の動作に基づいて前記第１経路を開状態とし前記第３経路を閉状態とすることにより前記検査可能状態に制御し、前記第１経路を閉状態とし前記第３経路を開状態とすることにより前記調整状態とする呼吸機能検査装置。
20. 請求項１９の呼吸機能検査装置であって、
    前記第１経路の、前記第３経路との接続部よりも抵抗体側には第１制御弁が設けられ、前記第３経路には第２制御弁が設けられ、
    前記第１制御弁を開状態とする一方で前記第２制御弁は閉状態とすることにより前記検査可能状態に制御し、前記第１制御弁を閉状態とする一方で前記第２制御弁は開状態とすることにより前記調整状態に制御する呼吸機能検査装置。
21. 請求項１７〜２０から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
    基準周期毎に前記ゼロ点調整を実行可能である呼吸機能検査装置。
22. 請求項１〜２１から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
    時間肺活量に関する検査結果と、最大吸気量又は予備呼気量に関する検査結果の関係を表示する呼吸機能検査装置。
23. 請求項１〜２２から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置であって、
    ＣＯＰＤの病期分類と、最大吸気量又は予備呼気量に関する検査結果の関係を表示する呼吸機能検査装置。
24. 請求項２３の呼吸機能検査装置であって、
    最大吸気量又は予備呼気量に基づいてＣＯＰＤの病期分類を判定する病期分類判定手段を含む呼吸機能検査装置。