JP2018202195A - 気道内気体流量測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】生体に貼着するＥＣＧ電極を用いることなく、生体の心臓の拍出を表す心拍信号を容易に検出可能な心拍信号検出装置を提供する。【解決手段】波形解析制御部７２により、気体流算出制御部７０から出力された呼吸信号ＳＲからその呼吸信号ＳＲに重畳する生体１０の心臓２６の拍動に同期する周波数成分が抽出され、その拍動を表す心拍信号ＳＨが出力される。その心拍信号ＳＨを用いることにより、生体１０の心臓２６の拍出を表す心拍信号ＳＨを容易に検出することができる。また、実際の心臓２６の心拍出量を反映した心拍信号ＳＨを得るので、心電誘導波形を用いる従来に比較して、心臓２６の拍動の有無を高い信頼性で確認でき、救急救命現場での医療処置が速やかに行なわれ、更に、心拍数ＨＲを変化させるだけでなく心拍出量を変化させる循環器系の薬の臨床的な評価が可能となるという効果も得られる。【選択図】図３
Description
本発明は、生体に貼着した電極を用いることなく、生体の心臓の拍出作動を反映した心拍信号を簡便に検出可能であり、さらに好適には、心臓の生理的機能の評価も可能な心拍信号検出装置に関するものである。
生体の心拍信号は、重要な生体情報である。従来では、生体に貼着した複数個のＥＣＧ電極を通して得られる心電図を心拍信号として検出する心電誘導装置が用いられていた。たとえば、特許文献１および特許文献２に記載された装置がそれである。この心電図は、心電誘導波形或いはＥＣＧ波形とも称されており、それに含まれるＲ波は極めて明瞭なパルス形状を有する特徴があるために検出が容易であり、医療現場における一般的な患者監視に際しては心拍信号の代替えとして比較的信頼性が得られている。
しかしながら、患者が乳幼児である場合には、皮膚が弱く、心電計測を目的として上記ＥＣＧ電極を長時間皮膚に貼りつけることが難しいという問題がある他、心電誘導波形は実際の心臓の容積変化すなわち心拍出量を反映するものではなく、心電誘導波形が発生していると言っても無脈性電気活動のように必ずしも心臓の拍出が行なわれているとは限らないため、状況によっては救急救命現場では心拍信号として信頼性のあるものとして取り扱うことができないという問題があった。また、心電誘導波形を用いるだけでは、心拍数を変化させるだけでなく心拍出量を変化させる循環器系の薬の臨床的な評価が困難であるという問題もあった。
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、生体に貼着するＥＣＧ電極を用いることなく、生体の心臓の拍出作動、好適には拍出量をも反映した心拍信号を容易に検出できる心拍信号検出装置を提供することにある。
本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねるうち、生体の肺に吸気される吸気量およびその肺から排気される呼気量の経時的変化を示す肺の呼吸波形すなわち換気波形を詳細に検討すると、その肺の換気波形には心拍に同期して脈動する脈動成分が重畳されている点、その脈動成分は肺の心臓の容積変化に対応するものである点を見出した。すなわち、肋骨、胸骨、胸椎で囲まれた比較的剛性の高い胸郭とその胸郭の下方開口部を塞ぐ横隔膜とにより隔絶された胸腔内には肺および心臓が収容されており、拍動による心臓の容積変化は、呼吸運動による肺の容積変化よりも小さいけれども、運動周期が短いため、肺の換気波形に明確に重畳されるので、生体の口元ならびに鼻腔を含む気道における気体流量である換気波形を検出すれば、それから心拍信号が抽出されることを見出した。本発明は、斯かる知見に基づいて成されたものである。
すなわち、本発明の要旨とするところは、（ａ）生体の心拍信号を検出する心拍信号検出装置であって、（ｂ）前記生体の気管を通過する呼気および吸気の流量を検出するための気流センサと、（ｃ）前記気流センサからの出力信号に基づいて前記生体の呼吸運動を反映する呼吸信号を出力する気体流算出制御部と、（ｄ）前記気体流算出制御部から出力された呼吸信号からその呼吸信号に重畳する前記生体の心臓の拍動に同期する複数の周波数成分を抽出し、その複数の周波数成分から前記生体の心拍波形を示す心拍信号を出力する波形解析制御部と、（ｅ）前記波形解析制御部により解析された心拍信号の波形に基づいて前記心臓の機能異常、或いは解剖学的異常を評価する心拍信号評価制御部とを、含むことにある。
このようにすれば、波形解析制御部により、前記気体流算出制御部から出力された呼吸信号からその呼吸信号に重畳する前記生体の心臓の拍動に同期する複数の周波数成分が抽出され、その複数の周波数成分から前記生体の心拍波形を表す心拍信号が出力される。このため、その心拍信号を用いることにより、生体に貼着するＥＣＧ電極を用いることなく、生体の心臓の拍出を表す心拍信号を容易に検出することができる。すなわち、皮膚が弱く、心電計測を目的として上記ＥＣＧ電極を長時間皮膚に貼りつけることが難しい乳幼児であっても、容易に心拍信号を得ることができる。また、実際の心臓の容積変化すなわち心拍出量を反映した心拍信号を得ることができるので、心電誘導波形を用いる従来に比較して、心臓の拍動の有無を高い信頼性で確認でき、救急救命現場での医療処置が速やかに行なわれ得るとともに、心拍数を変化させるだけでなく心拍出量を変化させる循環器系の薬の臨床的な評価が可能となるという効果も得られる。また、前記波形解析制御部により解析された心拍信号の波形に基づいて前記心臓の機能異常、或いは解剖学的異常を評価する心拍信号評価制御部を備えるので、心拍信号の波形が得られるだけでなく、その心拍信号の波形に基づいて前記心臓を構成する２房２室の機能異常、或いは解剖学的異常を知ることができる。この心拍信号評価制御部は、たとえば前記波形解析制御部により解析された心拍信号と予め記憶された異常評価パターンとの相関係数を算出し、その相関係数が予め設定された判定値を超えたことに基づいて前記心臓の機能異常、或いは解剖学的異常を評価する。
ここで、好適には、前記気流センサの装着場所は、前記生体の呼気および吸気の気体流を検出できる部位であれば、気管のみならず鼻孔内や生体外などいずれの部位であっても差し支えない。たとえば、前記生体の気管に挿入される気管内挿管チューブが用いられる場合は、その気管内挿管チューブまたはその気管内挿管チューブと人工呼吸器とを接続する接続管のように生体外に設けられる。また、前記生体の鼻および口を覆うように装着されたマスクや経鼻カニューラが用いられる場合には、前記気流センサは、そのマスク又は経鼻カニューラ内またはそのマスク又は経鼻カニューラと人工呼吸器との間の接続管に設けられる。
また、好適には、前記気流センサは、温度に応じて電気抵抗が変化する電気抵抗素子たとえば白金抵抗素子、又は、金抵抗素子などで構成されたヒータ素子を内面に形成した回路基材フィルムを、前記気体が流れる管内にその内壁面に沿い且つその内壁面に対して所定の空隙を隔てて装着し、通電加熱される前記ヒータの電気抵抗がその管内を流れる気体流速に応じて変化することに基づいて前記管内の気体流速を検出するものである。また、好適には、前記ヒータと前記管との間に、前記ヒータから前記管方向に伝わる熱絶縁を図るための空間が形成されている。このように構成されることにより、フレキシブルな材料で構成された管であっても、その管内壁形状に沿い且つその内壁面に対して所定の空隙を隔てて前記ヒータをその管内壁に装着しているために、気体流速を点ではなく線で検出するために、曲がりくねった配管でも流量を計測できるとともに、ヒータと管との間に熱絶縁用の空間が形成されているために、ヒータ自体の熱容量で熱に対する応答性が決まり、その結果、１００ミリ秒以下の高速応答を実現できるようになる。
また、好適には、前記ヒータ素子を４抵抗素子の１つまたは２つとして含むブリッジ回路を有する気体流速計測回路を備え、前記気体流算出制御部は、前記ヒータ素子の抵抗値を反映する気体流速計測回路の出力信号と気体流速または気体流量との間の予め記憶された関係からその気体流速計測回路の出力信号に基づいて気体流速または気体流量を算出する。
また、好適には、前記波形解析制御部は、前記気体流算出制御部から出力された呼吸運動すなわち肺気量全体を反映する呼吸信号から、その呼吸信号に重畳する前記生体の心臓の拍動に由来して脈動する肺気量成分の周波数成分を除去し、前記生体の胸郭および横隔膜由来の肺気量成分を表す換気成分信号を出力する。このようにすれば、前記呼吸信号と前記心拍信号とが同時に得られるので、単一の装置で心機能を反映する呼吸心拍監視が可能となり、時間、場所、人的制約のある救急救命での医療業務を短時間に遂行できる利点がある。
また、好適には、前記波形解析制御部は、前記気体流算出制御部から出力された呼吸信号に重畳する前記生体の心臓の拍動に同期する複数の周波数成分をフーリエ変換により抽出し、その複数の周波数成分から逆フーリエ変換を用いて前記心拍信号を合成するものである。
また、好適には、（ａ）前記気流センサを含み、可撓性シースの先端部における気道内の気体流量を測定するための気道内気体流量測定装置であって、（ｂ）前記可撓性シースに通される気流測定用カテーテルの先端部に一体または別体に設けられた円筒状の第１センサ基材と、（ｃ）前記第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムと、（ｄ）前記第１回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第１ヒータ素子とを有する前記気流センサと、（ｅ）前記流体測定用カテーテル内を通して設けられた操作ワイヤと、（ｆ）先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤから構成されて前記操作ワイヤの先端部に設けられ、前記流体測定用カテーテルの先端から突き出されることで拡径する拡径バスケットとを、含むことにある。このように構成された気道内気体流量測定装置によれば、第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムの外周面に第１ヒータ素子が形成されるとともに、流体測定用カテーテル内を通る操作ワイヤが突き出し操作されることで拡径する拡径バスケットが、第１気流センサを気道内の中央に位置させることから、一端がカテーテルに固定された円筒状のセンサ基材の側面に形成された通気穴と他端の開口との間を測定気体が通される形式の従来に比較して、気道内の流通抵抗が小さくなり、しかも気道内の粘液の滞留や詰まりが発生し難い構造であるので、気体流量が正確かつ容易に測定される。
また、好適には、（ａ）前記気流センサを含み、可撓性シースの先端部における気道内の気体流量を測定するための気道内気体流量測定装置であって、（ｂ）前記流体測定用カテーテル内を通して設けられた操作ワイヤと、（ｃ）先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤから構成されて前記操作ワイヤの先端部に設けられ、前記流体測定用カテーテルの先端から突き出されることで拡径する拡径バスケットと、（ｄ）前記拡径バスケットの先端部に設けられた円柱状或いは円筒状の第２センサ基材と、（ｅ）その第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第２回路基材フィルムと、（ｆ）その第２回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第２ヒータ素子とを有する前記気流センサとを、含むことにある。このように構成された気道内気体流量測定装置によれば、第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第２回路基材フィルムの外周面に第２ヒータ素子が形成されるとともに、流体測定用カテーテル内を通る操作ワイヤが突き出し操作されることで拡径する拡径バスケットが、第２気流センサを気道内の中央に位置させることから、一端がカテーテルに固定された円筒状のセンサ基材の側面に形成された通気穴と他端の開口との間を測定気体が通される形式の従来に比較して、気道内の流通抵抗が小さくなり、しかも気管支内の粘液の滞留や詰まりが発生し難い構造であるので、気体流量が正確かつ容易に測定される。
また、好適には、（ａ）前記気流センサを含み、可撓性シースの先端部における気道内の気体流量を測定するための気道内気体流量測定装置であって、（ｂ）前記気流測定用カテーテルの先端部に一体または別体に設けられた円筒状の第１センサ基材と、（ｃ）前記第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムと、（ｄ）前記第１回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第１ヒータ素子とを有する第１気流センサと、前記流体測定用カテーテル内を通して設けられた操作ワイヤと、（ｅ）先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤから構成されて前記操作ワイヤの先端部に設けられ、前記流体測定用カテーテルの先端から突き出されることで拡径する拡径バスケットと、（ｆ）前記拡径バスケットの先端部に設けられた円柱状或いは円筒状の第２センサ基材と、（ｇ）前記第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第２回路基材フィルムと、（ｈ）前記第２回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第２ヒータ素子とを有する第２気流センサとを、含むことにある。このように構成された気道内気体流量測定装置によれば、第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムの外周面に第１ヒータ素子が形成されるとともに、第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第２回路基材フィルムの外周面に第２ヒータ素子が形成され、流体測定用カテーテル内を通る操作ワイヤが突き出し操作されることで拡径する拡径バスケットが、第１気流センサおよび第２気流センサを気道内の中央に位置させることから、一端がカテーテルに固定された円筒状のセンサ基材の側面に形成された通気穴と他端の開口との間を測定気体が通される形式の従来に比較して、気道内の流通抵抗が小さくなり、しかも気道内の粘液の滞留や詰まりが発生し難い構造であるので、気体流量が正確かつ容易に測定される。また、気道内において、拡径バスケットの両側に第１気流センサおよび第２気流センサが設けられるので、第１ヒータ素子および第２ヒータ素子のうちの気道内で気体の上流側に位置するヒータ素子を用いて気体流量を測定することにより、拡径バスケットによって乱されずかつ上流側のヒータ素子による温度ノイズのない気流を用いて一層正確に気体流量が測定される。
また、好適には、前記可撓性の第１回路基材フィルムは、スペーサを介して前記第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定されることにより、その第１回路基材フィルムのうちの少なくとも前記第１ヒータ素子が形成されている部分と前記第１センサ基材の外周面との間に隙間が形成されている。これにより、第１回路基材フィルムに形成された前記第１ヒータ素子と前記第１センサ基材との間の断熱が高められるので、一層正確に気体流量が測定される。また、第１ヒータ素子自体の熱容量で熱に対する応答性が定まるので、高速応答が得られる。
また、好適には、前記可撓性の第２回路基材フィルムは、スペーサを介して前記第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定されることにより、その第２回路基材フィルムのうちの少なくとも前記第２ヒータ素子が形成されている部分と前記第２センサ基材の外周面との間に隙間が形成されている。これにより、第２回路基材フィルムに形成された前記第２ヒータ素子と前記第２センサ基材との間の断熱が高められるので、一層正確に気体流量が測定される。また、第２ヒータ素子自体の熱容量で熱に対する応答性が定まるので、高速応答が得られる。
また、好適には、前記第１回路基材フィルムには、一対の前記第１ヒータ素子が形成されている。また、それら一対の第１ヒータ素子をそれぞれ含む４抵抗素子から成る一対のブリッジ回路とそれら一対のブリッジ回路の出力信号差に対応する出力信号を出力する差動増幅器とを有する第１気体流速計測回路と、予め記憶された関係からその出力信号に基づいて前記気道内の気体流量を表す第１気体流量信号を算出する第１気体流量算出制御部とが、含まれる。この第１気体流量信号は、１呼吸周期内における気道内の気体の流通方向に拘わらず、１呼吸内の気体流の方向を１つの山および谷で表すので、解りやすい気管支内の気体流の方向を示す情報が得られる。また、気体流量は、流れの上流側に位置する側のヒータ素子を有するブリッジ回路の出力から算出することができる。
また、好適には、前記第２回路基材フィルムには、一対の前記第２ヒータ素子が形成されている。また、それら一対の第２ヒータ素子をそれぞれ含む４抵抗素子から成る一対のブリッジ回路とそれら一対のブリッジ回路の出力信号差に対応する出力信号を出力する差動増幅器とを有する第２気体流速計測回路と、予め記憶された関係からその出力信号に基づいて前記気道内の気体流量を表す第２気体流量信号を算出する第２気体流量算出制御部とが、含まれる。この第２気体流量信号は、１呼吸周期内における気道内の気体の流通方向に拘わらず、１呼吸内の気体流の方向を１つの山および谷で表すので、解りやすい気道内の気体流の方向の情報が得られる。また、気体流量は、流れの上流側に位置する側のヒータ素子を有するブリッジ回路の出力から算出することができる。
また、好適には、（ａ）前記気流センサを含み、可撓性シースの先端部における気道内の気体流量を測定するための気道内気体流量測定装置であって、（ｂ）可撓性シースに通される気流測定用カテーテルの先端部に一体的または別体に設けられた円筒状の第１センサ基材と、（ｃ）その第１センサ基材の先端から出し入れされる操作ワイヤと、（ｄ）先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤから構成されて前記操作ワイヤの先端部に設けられ、前記流体測定用カテーテルの先端から突き出されることで拡径する拡径バスケットと、前記拡径バスケット内において前記操作ワイヤのうち拡径バスケットの長手方向の中央部に位置する部分に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムと、前記第１回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第１ヒータ素子とを有する前記気流センサとを、含む。このようにすれば、気道内の中央に気流センサが位置させられることから、気道内の流通抵抗が小さくなり、しかも気道内の粘液の滞留や詰まりが発生し難い構造であるので、気体流量が正確かつ容易に測定される。特に、気流センサが拡径バスケット内の軸方向の中央および横断面の中央に位置していて、気体流量が一層正確に測定される。
さらに、可撓性シースの先端部における気道内の気体流量を測定するための気道内気体流量測定装置は、生体の心拍信号が検出される呼吸流以外の、たとえば生体の中空臓器内の気流或いは液流等の流体流量或いは流速の検出にも用いることができる。このような他用途への発明態様は、生体の臓器内流体流量測定装置として以下のように構成される。すなわち、第１の発明態様としては、（ａ）可撓性シースの先端部における生体臓器内の流体流量を測定するための生体臓器内流体流量測定装置であって、（ｂ）前記可撓性シースに通される気流測定用カテーテルの先端部に一体または別体に設けられた円筒状の第１センサ基材と、（ｃ）前記第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムと、（ｄ）前記第１回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第１ヒータ素子とを有する気流センサと、（ｅ）前記流体測定用カテーテル内を通して設けられた操作ワイヤと、（ｆ）先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤから構成されて前記操作ワイヤの先端部に設けられ、前記流体測定用カテーテルの先端から突き出されることで拡径する拡径バスケットとを、含むことにある。このように構成された生体臓器内流体流量測定装置によれば、第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムの外周面に第１ヒータ素子が形成されるとともに、流体測定用カテーテル内を通る操作ワイヤが突き出し操作されることで拡径する拡径バスケットが、第１気流センサを気道内の中央に位置させることから、一端がカテーテルに固定された円筒状のセンサ基材の側面に形成された通気穴と他端の開口との間を測定気体が通される形式の従来に比較して、生体の中空臓器内の流通抵抗が小さくなり、しかも生体の中空臓器内の粘液の滞留や詰まりが発生し難い構造であるので、気体流量が正確かつ容易に測定される。
また、第２の発明態様では、（ａ）前記気流センサを含み、可撓性シースの先端部における生体臓器内の流体流量を測定するための生体臓器内流体流量測定装置であって、（ｂ）前記可撓性シース内を通して設けられた操作ワイヤと、（ｃ）先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤから構成されて前記操作ワイヤの先端部に設けられ、前記流体測定用カテーテルの先端から突き出されることで拡径する拡径バスケットと、（ｄ）前記拡径バスケットの先端部に設けられた円柱状或いは円筒状の第２センサ基材と、（ｅ）その第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第２回路基材フィルムと、（ｆ）その第２回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第２ヒータ素子とを有する気流センサとを、含むことにある。このように構成された生体臓器内流体流量測定装置によれば、第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第２回路基材フィルムの外周面に第２ヒータ素子が形成されるとともに、可撓性シース内を通る操作ワイヤが突き出し操作されることで拡径する拡径バスケットが、第２気流センサを気道内の中央に位置させることから、一端がカテーテルに固定された円筒状のセンサ基材の側面に形成された通気穴と他端の開口との間を測定気体が通される形式の従来に比較して、生体の中空臓器内の流通抵抗が小さくなり、しかも生体の中空臓器内の粘液の滞留や詰まりが発生し難い構造であるので、気体流量が正確かつ容易に測定される。
また、第３の発明態様では、（ａ）可撓性シースの先端部における気道内の気体流量を測定するための生体臓器内流体流量測定装置であって、（ｂ）前記可撓性シースの先端部に一体または別体に設けられた円筒状の第１センサ基材と、（ｃ）前記第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムと、（ｄ）前記第１回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第１ヒータ素子とを有する第１気流センサと、前記流体測定用カテーテル内を通して設けられた操作ワイヤと、（ｅ）先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤから構成されて前記操作ワイヤの先端部に設けられ、前記流体測定用カテーテルの先端から突き出されることで拡径する拡径バスケットと、（ｆ）前記拡径バスケットの先端部に設けられた円柱状或いは円筒状の第２センサ基材と、（ｇ）前記第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第２回路基材フィルムと、（ｈ）前記第２回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第２ヒータ素子とを有する第２気流センサとを、含むことにある。このように構成された生体臓器内流体流量測定装置によれば、第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムの外周面に第１ヒータ素子が形成されるとともに、第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第２回路基材フィルムの外周面に第２ヒータ素子が形成され、可撓性シース内を通る操作ワイヤが突き出し操作されることで拡径する拡径バスケットが、第１気流センサおよび第２気流センサを気道内の中央に位置させることから、一端がカテーテルに固定された円筒状のセンサ基材の側面に形成された通気穴と他端の開口との間を測定気体が通される形式の従来に比較して、生体の中空臓器内の流通抵抗が小さくなり、しかも生体の中空臓器内の粘液の滞留や詰まりが発生し難い構造であるので、流体流量が正確かつ容易に測定される。また、生体の中空臓器内において、拡径バスケットの両側に第１気流センサおよび第２気流センサが設けられるので、第１ヒータ素子および第２ヒータ素子のうちの気道内で気体の上流側に位置するヒータ素子を用いて流体流量を測定することにより、拡径バスケットによって乱されずかつ上流側のヒータ素子による温度ノイズのない流体流を用いて一層正確に流体流量が測定される。
また、上記の第１の発明態様又は第３の発明態様において、第４の発明態様では、前記可撓性の第１回路基材フィルムは、スペーサを介して前記第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定されることにより、その第１回路基材フィルムのうちの少なくとも前記第１ヒータ素子が形成されている部分と前記第１センサ基材の外周面との間に隙間が形成されている。これにより、第１回路基材フィルムに形成された前記第１ヒータ素子と前記第１センサ基材との間の断熱が高められるので、一層正確に気体流量が測定される。また、第１ヒータ素子自体の熱容量で熱に対する応答性が定まるので、高速応答が得られる。
また、上記の第２の発明態様又は第３の発明態様において、第５の発明態様では、前記可撓性の第２回路基材フィルムは、スペーサを介して前記第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定されることにより、その第２回路基材フィルムのうちの少なくとも前記第２ヒータ素子が形成されている部分と前記第２センサ基材の外周面との間に隙間が形成されている。これにより、第２回路基材フィルムに形成された前記第２ヒータ素子と前記第２センサ基材との間の断熱が高められるので、一層正確に気体流量が測定される。また、第２ヒータ素子自体の熱容量で熱に対する応答性が定まるので、高速応答が得られる。
また、上記の第１、第３又は第４の発明態様において、第６の発明態様では、前記第１回路基材フィルムには、一対の前記第１ヒータ素子が形成されている。また、それら一対の第１ヒータ素子をそれぞれ含む４抵抗素子から成る一対のブリッジ回路とそれら一対のブリッジ回路の出力信号差に対応する出力信号を出力する差動増幅器とを有する第１気体流速計測回路と、予め記憶された関係からその出力信号に基づいて前記気道内の気体流量を表す第１気体流量信号を算出する第１気体流量算出制御部とが、含まれる。この第１気体流量信号は、１呼吸周期内における気道内の気体の流通方向に拘わらず、１呼吸内の気体流の方向を１つの山および谷で表すので、解りやすい気管支内の気体流の方向を示す情報が得られる。また、気体流量は、流れの上流側に位置する側のヒータ素子を有するブリッジ回路の出力から算出することができる。
また、上記の第２、第３又は第５の発明態様において、第７の発明態様では、前記第２回路基材フィルムには、一対の前記第２ヒータ素子が形成されている。また、それら一対の第２ヒータ素子をそれぞれ含む４抵抗素子から成る一対のブリッジ回路とそれら一対のブリッジ回路の出力信号差に対応する出力信号を出力する差動増幅器とを有する第２気体流速計測回路と、予め記憶された関係からその出力信号に基づいて前記気道内の気体流量を表す第２気体流量信号を算出する第２気体流量算出制御部とが、含まれる。この第２気体流量信号は、１呼吸周期内における気道内の気体の流通方向に拘わらず、１呼吸内の気体流の方向を１つの山および谷で表すので、解りやすい気道内の気体流の方向の情報が得られる。また、気体流量は、流れの上流側に位置する側のヒータ素子を有するブリッジ回路の出力から算出することができる。
また、第８の発明態様では、（ａ）前記気流センサを含み、可撓性シースの先端部における気道内の気体流量を測定するための気道内気体流量測定装置であって、（ｂ）可撓性シースに通される気流測定用カテーテルの先端部に一体的または別体に設けられた円筒状の第１センサ基材と、（ｃ）その第１センサ基材の先端から出し入れされる操作ワイヤと、（ｄ）先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤから構成されて前記操作ワイヤの先端部に設けられ、前記流体測定用カテーテルの先端から突き出されることで拡径する拡径バスケットと、前記拡径バスケット内において前記操作ワイヤのうち拡径バスケットの長手方向の中央部に位置する部分に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムと、前記第１回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第１ヒータ素子とを有する前記気流センサとを、含む。このようにすれば、気道内の中央に気流センサが位置させられることから、気道内の流通抵抗が小さくなり、しかも気道内の粘液の滞留や詰まりが発生し難い構造であるので、気体流量が正確かつ容易に測定される。特に、気流センサが拡径バスケット内の軸方向の中央および横断面の中央に位置していて、気体流量が一層正確に測定される。
以下、本発明の一実施例の心拍信号検出装置を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１および図２に示すように、生体１０において、肋骨１２、胸骨１４、胸椎１６で囲まれた比較的剛性の高い胸郭１８とその胸郭１８の下方開口部を塞ぐ横隔膜２０とにより隔絶された胸腔内には肺２４および心臓２６が収容されており、拍動による心臓２６の容積変化は、呼吸運動による肺２４の容積変化よりも小さいけれども、運動周期が短いため、肺２４の換気波形に明確に重畳されるので、生体１０の気管２８内を通過する気体流速または気体流量である呼吸波形（換気波形）を検出すれば、それから心拍信号が抽出される点に着目した。以下、詳細に説明する。
図３は、本発明の一実施例の心拍信号検出装置３０の構成、および心拍信号検出装置３０に備えられた電子制御装置４０の機能をそれぞれ説明する図である。心拍信号検出装置３０は、生体１０の気管２８内に挿入された気管内挿管チューブ３４に装着された気流センサ３６と、気流センサ３６からの信号に基づいて気流センサ３６を通過する気体流量に対応する計測信号ＳＭを出力する気体流速計測回路３８と、その気体流速計測回路３８から出力された計測信号ＳＭから心臓２６の容積変化を表す心拍信号ＳＨを抽出する電子制御装置４０と、電子制御装置４０による信号処理結果である心拍数、心拍信号ＳＨの波形、呼吸波形、心拍波形の評価等を表示する表示装置７６とを、備えている。
図４は、気流センサ３６の機械的構成の一例を示す斜視図である。気流センサ３６は、図３では気管内挿管チューブ３４の基部に装着されているが、生体１０の気管２８内を通過する気体流量を検出するものであればよいので、気管内挿管チューブ３４の中間部位或いは出口や、その気管内挿管チューブ３４と人工呼吸器４２との間を接続するフレキシブル管や接続アダプタ内に設けられていてもよい。また、図５に示されている生体１０の鼻および口を覆うマスク４４や、そのマスク４４と人工呼吸器４２との間を接続するフレキシブル管や接続アダプタ内に設けられていてもよい。図３および図５において、人工呼吸器４２は必要に応じて接続されるものであり、必ずしも設けられていなくてもよい。
図４の斜視図に示すように、気流センサ３６は、気管内挿管チューブ３４と人工呼吸器４２とに接続可能な２層構造の円管状のケース４６と、その円管状のケース４６内に中心軸線方向に所定間隔を隔てて装着された一対の管状スペーサ４８と、その一対の管状スペーサ４８の内周面に固着されることにより、中心軸線方向の中央部が円管状のケース４６の内壁面に沿い且つその内壁面に対して所定の空隙Ｓを隔てて装着（固定）された、パリレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの電気的絶縁性および可撓性を有する回路基材フィルム５０と、その回路基材フィルム５０の中心軸線方向の内面にホトリソグラフィーにより形成され、温度に応じて電気抵抗が変化する電気抵抗素子たとえば白金抵抗素子又は金抵抗素子で構成された一対のヒータ素子５２ａ、５２ｂとを、備え、通電加熱されるヒータ素子５２ａ、５２ｂの電気抵抗がその管内を流れる気体流量に応じて変化することに基づいて円管状のケース４６内の気体流量を検出するものである。
図６は、気体流速計測回路３８の一構成例であって、定温度型測定回路を示している。図６において、気体流速計測回路３８は、４つの抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびヒータ素子５２ａ（抵抗値Ｒｈｄ）から構成され、第１ブリッジ電源電圧Ｖｓ１が印加される第１ブリッジ回路５６ａと、第１ブリッジ回路５６ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１を第１帰還増幅器５９ａで増幅し、その信号に応じた電流を第１トランジスタ５８ａにて第１ブリッジ回路５６ａに流す第１計測回路６０ａを、備えている。また、気体流速計測回路３８は、４つの抵抗器Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、およびヒータ素子５２ｂ（抵抗値Ｒｈｕ）から構成され、第２ブリッジ電源電圧Ｖｓ２が印加される第２ブリッジ回路５６ｂと、第２ブリッジ回路５６ｂの出力電圧Ｖｏｕｔ２を第２帰還増幅器５９ｂで増幅し、その信号に応じた電流を第２トランジスタ５８ｂにて第２ブリッジ回路５６ｂに流す第２計測回路６０ｂを、備えている。上記出力電圧Ｖｏｕｔ１および出力電圧Ｖｏｕｔ２は気流速度を表している。そして、気体流速計測回路３８は、さらに、第１ブリッジ回路５６ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１および第２ブリッジ回路５６ｂの出力電圧Ｖｏｕｔ２の差電圧を増幅して出力電圧Ｖｏｕｔを出力する差動増幅器６１を備えている。上記抵抗器Ｒ３は、第１ブリッジ回路５６ａの平衡状態を調整する可変抵抗器であり、上記抵抗器Ｒ７は、第２ブリッジ回路５６ｂの平衡状態を調整する可変抵抗器である。
以上のように構成された気体流速計測回路３８において、第１ブリッジ回路５６ａの平衡状態から急に気体流速が増加すると、第１ヒータ素子５２ａの温度が低下してその抵抗値Ｒｈｄが減少するので、第１ブリッジ回路５６ａを当初の平衡状態に戻すように第１帰還増幅器５９ａによって第１ブリッジ電源電圧Ｖｓ１が増加させられ、第１ヒータ素子５２ａの温度が上昇させられ、第１ヒータ素子５２ａの温度が定温度に維持される。同様に、第２ブリッジ回路５６ｂの平衡状態から急に気体流速が増加すると、第２ヒータ素子５２ｂの温度が低下してその抵抗値Ｒｈｕが減少するので、第２ブリッジ回路５６ｂを当初の平衡状態に戻すように帰還増幅器５９ｂによって第２ブリッジ電源電圧Ｖｓ２が増加させられ、第２ヒータ素子５２ｂの温度が上昇させられ、ヒータ素子５２ｂの温度が定温度に維持される。差動増幅器６１から出力される、第１ブリッジ回路５６ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１および第２ブリッジ回路５６ｂの出力電圧Ｖｏｕｔ２の差電圧を表す出力電圧Ｖｏｕｔは、気体流速計測回路３８において、一対のヒータ素子５２ａおよび５２ｂにおける抵抗変化の差分を反映する信号、すなわち、気管２８内の往方向および復方向の気体流の方向を表す波形となる。すなわち、１呼吸周期で１つの山および谷から成る波形として表す気体流の方向を表す信号となる。
気体流量ＦＲ（ｃｃ／ｍｉｎ）は、たとえば図７に示す予め求められた校正曲線すなわち気体流量ＦＲ（ｃｃ／ｍｉｎ）と出力電圧の自乗値との関係から、ヒータ素子５２ａおよび５２ｂを含む第１ブリッジ回路５６ａおよび５６ｂからの出力電圧Ｖｏｕｔ１および出力電圧Ｖｏｕｔ２のうち、ヒータ素子が上流側に位置するブリッジ回路から出力される出力電圧に基づいて算出される。上記出力電圧Ｖｏｕｔ１および出力電圧Ｖｏｕｔ２の一方は、気体流速計測回路３８の出力電圧Ｖｏｕｔの正負に基づいて選択される。気体流速計測回路３８から出力される気体流速ＦＳ（ｃｍ／ｓｅｃ）を表す出力電圧Ｖｏｕｔ１および出力電圧Ｖｏｕｔ２に、予め求めた気流センサ３６内の流通断面積Ｃ（定数）を乗算することで気流センサ３６内を流れる気体流量ＦＲ（ｃｃ／ｍｉｎ）が求められる。なお、図７に示す関係の横軸である気体流量に替えて、気体流速ＦＳ（ｃｍ／ｓｅｃ）が用いられてもよい。
図３に戻って、電子制御装置４０は、予めＲＯＭ或いはＲＡＭに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行する形式の所謂マイクロコンピュータから構成されており、その電子制御装置４０は制御機能手段として機能し、その制御機能手段は、以下の気体流算出制御部７０、波形解析制御部７２、および心拍信号評価制御部７４を備え、信号処理結果である心拍数、心拍信号ＳＨの波形、呼吸波形、心拍波形の評価等を表示装置７６の画面に表示させる。
気体流算出制御部７０は、図７に示される、気流センサ３６内を流れる気体流量ＦＲ（ｃｃ／ｍｉｎ）または気体流速ＦＳ（ｃｍ／ｓｅｃ）と、気体流速計測回路３８の出力電圧Ｖｏｕｔの自乗値Ｖｏｕｔ２との間の予め記憶された関係から、気体流速計測回路３８から出力される出力電圧Ｖｏｕｔ（気体流速信号）に基づいて気体流量ＦＲ（ｃｃ／ｍｉｎ）を算出し、その気体流速ＦＳまたは気体流量ＦＲの変化波形、すなわち呼吸運動を反映する肺気量を表す呼吸信号ＳＲを出力する。図８の呼吸信号ＳＲは、呼吸に同期した気体流量ＦＲの周期的変化すなわち生体の肺２４の呼吸波形を示している。
波形解析制御部７２は、呼吸信号ＳＲが表わす呼吸波形よりも高い基本周波数を有する心拍波形の周波数的特徴に基づいて、心拍波形が重畳する上記呼吸信号ＳＲから心拍波形を示す心拍信号ＳＨを抽出する。波形解析制御部７２は、たとえば、心臓２６の拍動に同期して呼吸信号ＳＲに重畳する心拍信号ＳＨが表す波形の周波数解析をフーリエ変換により実行して、図９に示されるようにその心拍信号ＳＨの周波数スペクトルに現れる心拍信号ＳＨの周波数成分である基本周波数ｆ０、第１高調波ｆ１、第２高調波ｆ２、第３高調波ｆ３を予め求め、図１０に示すように、それら周波数成分から逆フーリエ変換を用いて心拍信号ＳＨを合成する。上記呼吸信号ＳＲに重畳する心拍信号ＳＨは、たとえばＥＣＧ波形をトリガとして採取される。図１０では、このように推定された心拍信号ＳＨと実際に計測された計測波形とが重ねて表示され、両者が良く一致している。なお、図９および図１０の波形はラットから得られたものである。
また、波形解析制御部７２は、気流センサ３６から出力された呼吸信号ＳＲから、その呼吸信号ＳＲに重畳する生体１０の心臓２６の拍動に同期する周波数成分を除去し、すなわち心拍信号ＳＨを除去し、生体１０の胸郭１８および横隔膜２０由来の肺気量成分を表す換気成分信号ＳＲ０を出力する。波形解析制御部７２は、呼吸信号ＳＲをたとえば心拍信号ＳＨを構成する周波数成分より低い周波数を通過させるローパスフィルタ或いはバンドパスフィルタを通過させることにより、図８に示す、呼吸心拍信号ＳＨが重畳しない、生体１０の胸郭１８および横隔膜２０由来の肺気量成分を表す換気成分信号ＳＲ０を出力する。或いは、波形解析制御部７２は、気流センサ３６から出力された呼吸信号ＳＲの周波数スペクトルからそれを構成する周波数成分を抽出し、その周波数成分から逆フーリエ変換により、心拍信号ＳＨが重畳しない、生体１０の胸郭１８および横隔膜２０由来の肺気量成分を表す換気成分信号ＳＲ０を出力する。
心拍信号評価制御部７４は、心拍信号ＳＨの発生周期から生体１０の心拍数ＨＲを算出し、たとえばその心拍数ＨＲが予め設定された基準範囲の上限値或いは下限値から外れた場合に異常判定を行ない、その心拍数ＨＲの異常を表示装置７６の画面から出力させる。また、心拍信号評価制御部７４は、心拍信号ＳＨの振幅値Ａを算出し、たとえばその振幅値Ａが予め設定された基準範囲の上限値或いは下限値から外れた場合に異常判定を行ない、その振幅値Ａの異常を表示装置７６の画面から出力させる。これにより、心拍数を変化させる変時作用を有する循環器系の薬の薬効だけでなく、心拍出量を変化させる変力作用を有する循環器系の薬の薬効を、評価できる。特に、ＥＣＧ（心電図）では不可能であった心拍出量を変化させる変力作用を有する循環器系の薬の薬効を評価できる利点がある。図１１は、ラットから同時に得られた心拍信号ＳＨとＥＣＧとを比較した図である。上段の心拍信号ＳＨのピークの丸付き数字１〜１８と下段のＥＣＧのＲ波の丸付き数字１〜１８とが好適に一致していることが示されている。
また、心拍信号評価制御部７４は、波形解析制御部７２により解析された心拍信号ＳＨに基づいて心臓２６を構成する２房２室の機能異常、或いは解剖学的異常を評価し、異常状態を示す表示を表示装置７６の画面から出力させる。この心拍信号評価制御部７４は、たとえば、波形解析制御部７２により算出された心拍信号ＳＨが表す心拍波形と予め記憶された複数種類の異常評価パターンとの相関係数Ｃを算出し、その相関係数Ｃが予め設定された判定値を超えた異常評価パターンが示す、心臓２６を構成する２房２室の機能異常、或いは解剖学的異常を決定し、且つその異常の程度を評価する。心拍信号ＳＨが示す心拍波形は、心臓２６を構成する２房２室の容量変化の総和を表すものであるので、容積変化のタイミングが異なるその２房２室のいずれかの機能異常や、解剖学的な異常情報を反映しているからである。また、人工呼吸管理下において、特に、呼気終末期に大気圧以上の圧力をかけることで、肺胞虚脱を防止し肺酸素化を改善しようとする呼気終末陽圧（Positive end expiratory pressure ： PEEP）が採用されている場合には、肺胞の圧力はそれに接する心臓２６の容積の拡張を制限し、血行動態に影響を及ぼすことが考えられるが、このような状態を反映する異常評価パターンと心拍信号ＳＨが表す心拍波形との相関係数に基づいて心臓２６の容積の拡張が制限される異常評価が行なわれる。
図１２は、電子制御装置４０の制御作動の要部、すなわち心拍信号検出／評価ルーチンを説明するフローチャートである。気体流算出制御部に対応するステップＳ１（以下、ステップを省略する）では、気体流速計測回路３８の出力電圧Ｖｏｕｔすなわち気流センサ３６を通過する気体流速に対応する計測信号ＳＭが、生体１０の少なくとも１呼吸周期以上の期間において読み込まれる。次に、気体流算出制御部７０に対応するＳ２において、たとえば図７に示される、気流センサ３６内を流れる気体流量ＦＲ（ｃｃ／ｍｉｎ）と、気体流速計測回路３８の出力電圧Ｖｏｕｔの自乗値Ｖｏｕｔ２との間の予め記憶された関係から、気流センサ３６を通る実際の気体流速を反映する気体流速計測回路３８の出力電圧Ｖｏｕｔの自乗値Ｖｏｕｔ２に基づいて気体流量ＦＲが算出されるとともに、その気体流量ＦＲの変化波形すなわち図８の呼吸波形を表す呼吸信号ＳＲが算出される。次いで、波形解析制御部７２に対応するＳ３において、呼吸信号ＳＲよりも高い基本周波数を有する心拍波形の周波数的特徴に基づいて、心拍波形が重畳する上記呼吸信号ＳＲから心拍波形を示す心拍信号ＳＨが抽出される。たとえば、心臓２６の拍動に同期して呼吸信号ＳＲに重畳する心拍信号ＳＨが表す波形の周波数解析をフーリエ変換により実行されて、図９に示されるようにその心拍信号ＳＨの周波数スペクトルに現れる心拍信号ＳＨの周波数成分である基本周波数ｆ０、第１高調波ｆ１、第２高調波ｆ２、第３高調波ｆ３が予め求められ、図１０に示すように、それら周波数成分から逆フーリエ変換を用いて心拍信号ＳＨが合成される。上記呼吸信号ＳＲに重畳する心拍信号ＳＨは、たとえばＥＣＧ波形をトリガとして採取される。図１０では、このように推定された心拍信号ＳＨと実際に計測された計測波形とが重ねて表示されているが、あたかも同一の波形の如く両者が良く一致している。なお、図９および図１０の波形はラットから得られたものである。また、気流センサ３６から出力された呼吸信号ＳＲから、その呼吸信号ＳＲに重畳する生体１０の心臓２６の拍動に同期する周波数成分が除去され、すなわち心拍信号ＳＨが除去され、生体１０の肺２４による容積変化に対応する気体流量ＦＲの変化のみを示す呼吸波形を表す、心拍信号ＳＨが重畳しない生体１０の胸郭１８および横隔膜２０由来の肺気量成分を表す換気成分信号ＳＲ０が算出される。そして、呼吸信号ＳＲをたとえば心拍信号ＳＨを構成する周波数成分より低い周波数を通過させるローパスフィルタ或いはバンドパスフィルタを通過させることにより、図８に示す、呼吸信号ＳＲから心拍信号ＳＨを除去して、心拍信号ＳＨが重畳しない生体１０の胸郭１８および横隔膜２０由来の肺気量成分を表す換気成分信号ＳＲ０が算出される。或いは、気流センサ３６から出力された呼吸信号ＳＲの周波数スペクトルからそれを構成する周波数成分が抽出され、その周波数成分から逆フーリエ変換により、心拍信号ＳＨが重畳しない生体１０の胸郭１８および横隔膜２０由来の肺気量成分を表す換気成分信号ＳＲ０が算出される。
次に、心拍信号評価制御部７４に対応するＳ４では、心拍信号ＳＨの発生周期から生体１０の心拍数ＨＲが算出し、たとえばその心拍数ＨＲが予め設定された基準範囲の上限値或いは下限値から外れた場合に異常判定が行われる。また、心拍信号ＳＨの振幅値Ａが算出され、たとえばその振幅値Ａが予め設定された基準範囲の上限値或いは下限値から外れた場合に心拍出量の異常判定が行なわれる。また、波形解析制御部７２により解析された心拍信号ＳＨに基づいて心臓２６を構成する２房２室の機能異常、或いは解剖学的異常が評価される。たとえば、心拍信号ＳＨが表す心拍波形と予め記憶された複数種類の異常評価パターンとの相関係数Ｃが算出され、その相関係数Ｃが予め設定された判定値を超えた異常評価パターンが示す、心臓２６を構成する２房２室の機能異常、或いは解剖学的異常が決定し、且つその異常の程度が評価される。
そして、Ｓ５では、心拍数ＨＲの異常、振幅値Ａ（心拍出量）の異常、心臓２６を構成する２房２室の機能異常、或いは解剖学的異常が、表示装置７６の画面から出力される。これにより、心拍数を変化させる変時作用を有する循環器系の薬の薬効だけでなく、心拍出量を変化させる変力作用を有する循環器系の薬の薬効を、評価できる。特に、ＥＣＧ（心電図）では不可能であった心拍出量を変化させる変力作用を有する循環器系の薬の薬効を評価できる利点がある。また、人工呼吸管理下において、特に、呼気終末期に大気圧以上の圧力をかけることで、肺胞虚脱を防止し肺酸素化を改善しようとする呼気終末陽圧（Positive end expiratory pressure ： PEEP）が採用されている場合には、肺胞の圧力はそれに接する心臓２６の容積の拡張を制限し、血行動態に影響を及ぼすことが考えられるが、このような状態を反映する異常評価パターンと心拍信号ＳＨが表す心拍波形との相関係数に基づいて心臓２６の容積の拡張が制限される異常評価が行なわれる。
上述のように、本実施例の心拍信号検出装置３０によれば、波形解析制御部７２により、気体流算出制御部７０から出力された呼吸信号ＳＲからその呼吸信号ＳＲに重畳する生体１０の心臓２６の拍動に同期する周波数成分が抽出され、その拍動を表す心拍信号ＳＨが出力される。このため、その心拍信号ＳＨを用いることにより、生体１０に貼着するＥＣＧ電極を用いることなく、生体１０の心臓２６の拍出を表す心拍信号ＳＨを容易に検出することができる。すなわち、皮膚が弱く、心電計測を目的として上記ＥＣＧ電極を長時間皮膚に貼りつけることが難しい乳幼児であっても、容易に心拍信号ＳＨを得ることができる。また、実際の心臓２６の容積変化すなわち心拍出量を反映した心拍信号ＳＨを得ることができるので、心電誘導波形を用いる従来に比較して、心臓２６の拍動の有無を高い信頼性で確認でき、救急救命現場での医療処置が速やかに行なわれ得るとともに、心拍数ＨＲを変化させるだけでなく心拍出量を変化させる循環器系の薬の臨床的な評価が可能となるという効果も得られる。
また、本実施例の心拍信号検出装置３０によれば、気流センサ３６は、温度に応じて電気抵抗が変化する電気抵抗素子たとえば白金抵抗素子又は金抵抗素子で構成されたヒータ素子５２を内面に形成した回路基材フィルム５０を、気体が流れる円管状のケース４６内にその内壁面に沿い且つその内壁面に対して所定の空隙Ｓを隔てて装着し、通電加熱されるヒータ素子５２の電気抵抗がその管内を流れる気体流量に応じて変化することに基づいて円管状のケース４６内の気体流量を検出するものである。このため、フレキシブルな材料で構成された円管状のケース４６であっても、その円管状のケース４６の内壁形状に沿い且つその内壁面に対して所定の空隙Ｓを隔ててヒータ素子５２をその円管状のケース４６の内壁に装着しているために、流量を点ではなく線で検出するために、曲がりくねった配管でも流量を計測できるとともに、ヒータ素子５２と円管状のケース４６との間に熱絶縁用の空間が形成されているために、ヒータ素子５２自体の熱容量で熱に対する応答性が決まり、高速応答を実現できるようになる。
また、本実施例の心拍信号検出装置３０によれば、気流センサ３６は、ヒータ素子５２ａおよび５２ｂを４抵抗素子の１つとして含むブリッジ回路（電橋）５６ａおよび５６ｂを備え、ブリッジ回路５６ａおよび５６ｂの出力電圧Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２を反映する気体流速計測回路３８の出力電圧Ｖｏｕｔの自乗値Ｖｏｕｔ２と気体流量ＦＲとの間の予め記憶された図７の関係から、実際の気体流速計測回路３８の出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて気体流量が検出される。このため、気体流量ＦＲの計測が高精度で行なわれる利点がある。
また、本実施例の心拍信号検出装置３０によれば、波形解析制御部７２は、気体流算出制御部７０から出力された呼吸信号ＳＲからその呼吸信号ＳＲに重畳する生体１０の心臓２６の拍動に同期する周波数成分を除去し、生体１０の胸郭１８および横隔膜２０由来の肺気量成分を表す換気成分信号ＳＲ０が出力される。このため、換気成分信号ＳＲ０と心拍信号ＳＨとが同時に得られるので、時間制限のある救急救命での医療業務を短時間に遂行できる利点がある。
また、本実施例の心拍信号検出装置３０によれば、波形解析制御部７２により解析された心拍信号ＳＨに基づいて心臓２６を構成する２房２室の機能異常、或いは解剖学的異常を評価する心拍信号評価制御部７４が備えられる。このため、心拍信号ＳＨが得られるだけでなく、その心拍信号ＳＨに基づいて心臓２６を構成する２房２室の機能異常、或いは解剖学的異常を知ることができる。
次に、本発明の他の実施例を以下に説明するが、実施例相互に共通する構成については同一の符号を付して説明を省略する。
前述の実施例の気流センサ３６には、一対のヒータ素子５２ａ、５２ｂが設けられていたが、図１３に示すように、１個のヒータ素子が設けられたものであってもよい。この場合は、気体の流通方向が明確ではないが、一応の気体流量の測定が可能である。図１３は、１つのヒータ素子５２ａを有する気流センサ３６を示す斜視図であって、図４に相当する図である。図１４は、ヒータ素子５２ａの温度に対する抵抗値変化率（３０℃の値を１．００としたときの変化率）を示す抵抗変化特性ＴＣＲを示す図である。図１５は、１つのヒータ素子５２ａを有する気流センサ３６を駆動する気体流量計測回路の構成を示す回路図であって、図６に相当する図である。図１５において、気体流速計測回路３８は、４つの抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびヒータ素子５２ａ（抵抗器Ｒｈｄ）から構成され、第１ブリッジ電源電圧Ｖｓ１が印加される第１ブリッジ回路５６ａと、第１ブリッジ回路５６ａの出力電圧Ｖｏｕｔ１を第１帰還増幅器５９ａで増幅し、その信号に応じた電流を第１トランジスタ５８ａにて第１ブリッジ回路５６ａに流す第１計測回路６０ａを、備えている。上記出力電圧Ｖｏｕｔ１は気流速度を表している。上記抵抗器Ｒ３は、第１ブリッジ回路５６ａの平衡状態を調整する可変抵抗器である。
また、図１６は、ヒータ素子５２ａの両側に、抵抗値変化で流量を計測する一対の検出用抵抗素子５３ａ、５３ｂを設けた例を示している。本実施例の気流センサ３６では、ヒータ素子５２ａと検出用抵抗素子５３ａ、５３ｂとを分離しているため、単一のヒータ素子５２ａを有する気流センサ３６に比較して、流量の計測精度を高めることができる。本実施例では、上記検出用抵抗素子５３ａ、５３ｂには、たとえば図６に示す計測回路が接続され、上記ヒータ素子５２ａには、たとえばヒータ素子５２ａを一定温度に加熱する加熱制御回路が接続される。
また、前述の図４に示す一対のヒータ素子５２ａ、５２ｂを有する気流センサ３６は、図１７に示すように一対の温度補償素子６２ａ、６２ｂが設けられたものであってもよい。図１８は、その計測回路６０の一部である第１計測回路５０ａを示している。上記温度補償素子６２ａ、６２ｂは、ヒータ素子５２ａ、５２ｂと比較して１０倍程度以上の電気抵抗値を有していて自己発熱が抑制されている。温度補償素子６２ａ、６２ｂは、ヒータ素子５２ａ、５２ｂと同一基板上で同一条件のスパッタリングにより形成されているため、ヒータ素子５２ａ、５２ｂと同じ抵抗温度特性を備えている。図１９は、温度補償素子６２ａ、６２ｂを用いた場合の流量に対する出力電圧特性を気体温度を変えて求めたものであり、図２０は温度補償素子６２ａ、６２ｂを用いない場合の流量に対する出力電圧特性を気体温度を変えて求めたものである。図２０では、２０℃での出力電圧に比べて３４℃での出力電圧は５０％低下したのに対して、図１９では２％以下の低下となった。
図２１は、気道内気体流量測定装置１１０およびそれに備えられた気流センサ１２６の構成、およびその気道内気体流量測定装置１１０に備えられた電子制御装置１１２の機能をそれぞれ説明する図であって、気道内気体流量測定装置１１０は、気管支鏡１１４と、電子制御装置１１２と、表示出力装置１１６と、気流センサ１２６とを備えている。気流センサ１２６は、実施例１の図４に示すような２ヒータ素子型、実施例２の図１３に示すような１ヒータ素子型、実施例３の図１６に示すような型、実施例４の図１７に示すような一対の温度補償素子付の２ヒータ素子型のいずれであってもよいが、本実施例５では２ヒータ素子型から構成される例を示している。
気管支鏡１１４は、図２２に示すような生体１１８の気道１２０内に挿入される可撓性シース１２２を備えている。図２３に示すように、その可撓性シース１２２内を通してその先端から突き出し操作可能に設けられた気流測定用カテーテル１２４と、その気流測定用カテーテル１２４の先端部に設けられた気流センサ１２６と、その気流測定用カテーテル１２４内を通してその先端から突き出し操作可能に設けられた操作ワイヤ１２８と、その操作ワイヤ１２８の先端部に設けられた拡径バスケット１２９とを用いて気道内の気体流量測定を行なう。図２１に示すように、可撓性シース１２２の先端面には、気流測定用カテーテル１２４を通すための縦通穴１２３の開口の他に、光源１２５およびＣＣＤカメラ１２７が設けられている。
図２４は、可撓性シース１２２から突き出された気流測定用カテーテル１２４の先端部に設けられた気流センサ１２６と、気流測定用カテーテル１２４の先端から突き出された拡径バスケット１２９を拡大して示す斜視図である。本実施例では、気流測定用カテーテル１２４の先端部において、気流センサ１２６の先に拡径バスケット１２９が設けられている。この拡径バスケット１２９は、先端部および後端部が先端チップ１３０および後端チップ１３２によって互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤ１３４を有して気流測定用カテーテル１２４の先端部に固定され、気流測定用カテーテル１２４の内の縦通穴１３６内にあるときにはその縦通穴１３６の内壁により抑えられるが、その縦通穴１３６の開口１３８から外部へ突き出されると弾性ワイヤ１３４の弾性力により拡径するように構成されている。
図２５の（ａ）に示すように、気流測定用カテーテル１２４が可撓性シース１２２の先端面から突き出されて気流センサ１２６が気道１２０内に露出され、図２５の（ｂ）に示すように、操作ワイヤ１２８が気流測定用カテーテル１２４の先端面から突き出され、図２５の（ｃ）に示すように、拡径バスケット１２９が気道１２０内で拡径された測定状態では、気流測定用カテーテル１２４の先端部に設けられ、且つ拡径バスケット１２９の可撓性シース１２２側に連ねられた気流センサ１２６が、気道１２０の中央部に位置決めされるようになっている。
図２６は気流センサ１２６の構成を説明する斜視図であり、図２７は気流センサ１２６の横断面図である。図２６および図２７に示すように、気流センサ１２６は、第１センサ基材として機能する気流測定用カテーテル１２４の先端部において、一対のスペーサ１４０を介して巻回され、たとえばパリレン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂製などの電気的絶縁性および可撓性を有する回路基材フィルム１４２と、その回路基材フィルム１４２の外周面に蒸着された温度可変抵抗性を有する金属薄膜たとえば白金膜又は金膜などからホトエッチングにより形成され、中心軸線方向に所定間隔を隔てて位置する一対のヒータ素子１４４ａ、１４４ｂと、回路基材フィルム１４２の中心軸線方向の端部を気流測定用カテーテル１２４の先端部に固定する一対の環状固定部材１４６ａ、１４６ｂとを、備え、通電加熱される一対のヒータ素子１４４ａ、１４４ｂの電気抵抗が気道１２０内を流れる気体流量に応じて変化することに基づいてその気道１２０内の気体流量を検出する。一対の環状固定部材１４６ａ、１４６ｂは、固着或いは圧着によって回路基材フィルム１４２の中心軸線方向の端部を気流測定用カテーテル１２４の先端部に固定する樹脂部品であって、たとえば接着剤により気流測定用カテーテル１２４の先端部に固着される。また、一対の環状固定部材１４６ａ、１４６ｂが熱収縮樹脂により構成される場合には、加熱収縮により気流測定用カテーテル１２４の先端部に圧着される。
図２７に示すように、上記回路基材フィルム１４２と気流測定用カテーテル１２４の先端部の外周面との間に一対のスペーサ１４０が介在させられることにより、回路基材フィルム１４２のうちの少なくとも一対のヒータ素子１４４ａ、１４４ｂが形成された部分と気流測定用カテーテル１２４の先端部の外周面との間に隙間Ｓが形成され、一対のヒータ素子１４４ａ、１４４ｂが断熱されている。図２８は、気流測定用カテーテル１２４の先端部において一対のスペーサ１４０を介して巻回された回路基材フィルム１４２を展開して示している。図２９は、実験的に気体の流通を開始させたときに得られたたとえばヒータ素子１４４ａ、１４４ｂの抵抗値変化すなわち後述の気体流速計測回路１５０の出力電圧Ｖｏｕｔの変化を示している。この図２９における出力電圧Ｖｏｕｔは、ヒータ素子１４４ａ、１４４ｂの低熱容量および上記隙間Ｓによる断熱作用による高い応答性を示している。
図３０は、気体流速計測回路１５０の一構成例であって、定温度型測定回路を示している。図３０において、気体流速計測回路１５０は、４つの抵抗器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、およびヒータ素子１４４ａ（抵抗値Ｒｈｄ）から構成され、第１ブリッジ電源電圧Ｖｓ１が印加される第１ブリッジ回路１５２と、第１ブリッジ回路１５２の出力電圧Ｖｏｕｔ１を第１帰還増幅器１５６で増幅し、その信号に応じた電流を第１トランジスタ１５４にて第１ブリッジ回路１５２に流す第１計測回路１５８を、備えている。また、気体流速計測回路１５０は、４つの抵抗器Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、およびヒータ素子１４４ｂ（抵抗値Ｒｈｕ）から構成され、第２ブリッジ電源電圧Ｖｓ２が印加される第２ブリッジ回路１６２と、第２ブリッジ回路１６２の出力電圧Ｖｏｕｔ２を第２帰還増幅器１６６で増幅し、その信号に応じた電流を第２トランジスタ１６４にて第２ブリッジ回路１６２に流す第２計測回路１６８を、備えている。そして、気体流速計測回路１５０は、さらに、第１ブリッジ回路１５２の出力電圧Ｖｏｕｔ１および第２ブリッジ回路１６２の出力電圧Ｖｏｕｔ２の差電圧を増幅して出力電圧Ｖｏｕｔを出力する差動増幅器１７０を備えている。上記抵抗器Ｒ３は、第１ブリッジ回路１５２の平衡状態を調整する可変抵抗器であり、上記抵抗器Ｒ７は、第２ブリッジ回路１６２の平衡状態を調整する可変抵抗器である。
以上のように構成された気体流速計測回路１５０において、第１ブリッジ回路１５２の平衡状態から急に気体流速が増加すると、第１ヒータ素子１４４ａの温度が低下してその抵抗値Ｒｈｄが減少するので、第１ブリッジ回路１５２を当初の平衡状態に戻すように帰還増幅器５６によって第１ブリッジ電源電圧Ｖｓ１が増加させられ、第１ヒータ素子１４４ａの温度が上昇させられ、第１ヒータ素子１４４ａの温度が定温度に維持される。同様に、第２ブリッジ回路１６２の平衡状態から急に気体流速が増加すると、第２ヒータ素子１４４ｂの温度が低下してその抵抗値Ｒｈｕが減少するので、第２ブリッジ回路１６２を当初の平衡状態に戻すように帰還増幅器１６６によって第２ブリッジ電源電圧Ｖｓ２が増加させられ、第１ヒータ素子１４４ｂの温度が上昇させられ、ヒータ素子１４４ｂの温度が定温度に維持される。差動増幅器１７０から出力される、第１ブリッジ回路１５２の出力電圧Ｖｏｕｔ１および第２ブリッジ回路１６２の出力電圧Ｖｏｕｔ２の差電圧を表す出力電圧Ｖｏｕｔは、気体流量測定回路１５０は、一対のヒータ素子１４４ａおよび１４４ｂにおける抵抗変化の差分を反映する信号、すなわち、気道１２０内の往方向および復方向の気体流の方向を表す波形となる。すなわち、１呼吸周期で１つの山および谷から成る波形として表す気体流の方向を表す信号となる。
気体流量ＦＲ（ｃｃ／ｍｉｎ）は、たとえば図７に示すものと同様の予め求められた校正曲線すなわち気体流速ＦＳ（ｃｍ／ｓｅｃ）と出力電圧の自乗値との関係から、ヒータ素子１５２ａおよび１５２ｂを含む第１ブリッジ回路１５６ａおよび１５６ｂからの出力電圧Ｖｏｕｔ１および出力電圧Ｖｏｕｔ２のうち、ヒータ素子が上流側に位置するブリッジ回路から出力される出力電圧に基づいて算出される。上記出力電圧Ｖｏｕｔ１および出力電圧Ｖｏｕｔ２の一方は、気体流速計測回路３８の出力電圧Ｖｏｕｔの正負に基づいて選択される。気体流速計測回路３８から出力される気体流速ＦＳ（ｃｍ／ｓｅｃ）を表す出力電圧Ｖｏｕｔ１および出力電圧Ｖｏｕｔ２に、予め求めた気流センサ１２６内の流通断面積Ｃ（定数）を乗算することで気流センサ１２６内を流れる気体流量ＦＲ（ｃｃ／ｍｉｎ）が求められる。なお、図７に示す関係の縦軸である気体流量に替えて、気体流速ＦＳ（ｃｍ／ｓｅｃ）が用いられてもよい。
なお、第１計測回路１５８において、第１ブリッジ回路１５２の出力電圧Ｖｏｕｔ１、第１帰還増幅器１５６の出力電圧（Ｖ）、第１帰還増幅器１５６の出力電流、第１電圧レギュレータ１５４の出力電流のいずれもヒータ素子１４４ａの抵抗値Ｒｈｄの変化を反映しているので、それらのいずれからでも、ヒータ素子１４４ａの抵抗値Ｒｈｄの変化が求められ得る。第２計測回路１６８においても同様である。したがって、第１計測回路１５８、第２計測回路１６８の出力信号は、それらに対応する気体流速を表すものであってもよい。
図３１は、気流センサ１２６および気体流速計測回路１５０を用いて、ラットの呼吸を気流センサ１２６内を通過する気体流量ＦＲ（ｃｃ／ｍｉｎ）として求めた実験例を示している。
図２１に戻って、画像処理回路１７２は、ＣＣＤカメラ１２７を通して得られる画像を電子信号に変換する撮像素子を有し、その撮像素子により電子信号に変換された画像である気道１２０内の画像を電子制御装置１１２へ出力する。電子制御装置１１２は、予めＲＯＭ或いはＲＡＭに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行する形式の所謂マイクロコンピュータから構成されており、その制御機能実現手段としての気体流量算出制御部１７４を備え、信号処理結果である気道１２０内の気体流速、或いは気体流量ＦＲ等を表示出力装置１１６の画面に表示させる。
気体流量算出制御部１７４は、画像処理回路１７２から入力された気道１２０内の画像から、気流センサ１２６の位置に対応する気道１２０の内径を算出する。また、気体流量算出制御部１７４は、たとえば図７に示される、気流センサ１２６内を流れる気体流量ＦＲ（ｃｃ／ｍｉｎ）と第１、第２ブリッジ回路１５２、１６２の出力電圧を反映するパラメータの自乗値たとえば計測回路１５０の出力電圧Ｖｏｕｔの自乗値Ｖｏｕｔ２との間の予め求められた関係を、気道１２０の内径毎に予め記憶し、可撓性シース１２２の先端から撮像された気道１２０の実際の内径からその内径に対応する関係を選択し、選択された関係から、気流センサ１２６の出力信号から気体流速計測回路１５０からの出力電圧Ｖｏｕｔの自乗値Ｖｏｕｔ２に基づいて、気道１２０内の気体流量ＦＲを算出し、その気体流量ＦＲの変化波形を表す気体流量信号、および、気体流量ＦＲを表す数値たとえば平均値、最大値、最小値を、表示出力装置１１６に出力する。図３１は、ラットから採取された上記気体流量信号の波形の一例を示している。
上述のように、本実施例の気道内気体流量測定装置１１０によれば、気流測定用カテーテル１２４の先端部（第１センサ基材）の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の回路基材フィルム（第１回路基材フィルム）１４２の外周面にヒータ素子（第１ヒータ素子）１４４ａ、１４４ｂが形成されるとともに、流体測定用カテーテル１２４内を通る操作ワイヤ１２８が突き出し操作されることで拡径する拡径バスケット１２９が、気流センサ（第１気流センサ）１２６を気道１２０内の中央に位置させることから、一端がカテーテルに固定された円筒状のセンサ基材の側面に形成された通気穴と他端の開口との間を測定気体が通される形式の従来に比較して、気道１２０内の流通抵抗が小さくなり、しかも気道１２０内の粘液の滞留や詰まりが発生し難い構造であるので、気体流量が正確かつ容易に測定される。
また、本実施例の気道内気体流量測定装置１１０によれば、回路基材フィルム（第１回路基材フィルム）１４２は、スペーサ１４０を介して気流測定用カテーテル１２４の先端部（第１センサ基材）の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定されることにより、その回路基材フィルム（第１回路基材フィルム）１４２のうちの少なくともヒータ素子１４４ａ、１４４ｂ（第１ヒータ素子）が形成されている部分と気流測定用カテーテル１２４の先端部（第１センサ基材）の外周面との間に隙間Ｓが形成されている。これにより、回路基材フィルム１４２に形成されたヒータ素子１４４ａ、１４４ｂと気流測定用カテーテル１２４の先端部との間の断熱が高められるので、一層正確に気体流量が測定される。また、ヒータ素子１４４ａ、１４４ｂ自体の熱容量が小さいので、高速応答が得られる。
また、本実施例の気道内気体流量測定装置１１０によれば、回路基材フィルム（第１回路基材フィルム）１４２には、一対のヒータ素子１４４ａ、１４４ｂ（第１ヒータ素子）が形成されている。また、それら一対のヒータ素子１４４ａ、１４４ｂ（第１ヒータ素子）をそれぞれ含む４抵抗素子から成る一対の第１ブリッジ回路１５２、第２ブリッジ回路１６２とそれら一対の第１ブリッジ回路１５２、第２ブリッジ回路１６２の出力信号差に対応する出力信号を出力する差動増幅器１７０とを有する気体流速計測回路（第１気体流速計測回路）１５０と、予め記憶された関係から第１ブリッジ回路１５２および第２ブリッッジ回路１６２の出力信号Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２に基づいて気道１２０内の気体流量を表す気体流量信号（第１気体流量信号）を算出する気体流量算出制御部（第１気体流量算出制御部）１７４とが、含まれる。この気体流量信号は、１呼吸周期内における気道内の気体の流通方向に拘わらず、１呼吸内の気体流の方向を１つの山および谷で表す波形である。すなわち、１呼吸内の気体流量を１つの山および谷で気体流量を表すので、解りやすい気道１２０内の気体流量が得られる。
図３２は、他の実施例の気道内気体流量測定装置１１０に用いられる気流センサ１８２を説明する斜視図であって、図２４に対応する図である。本実施例の気流センサ１８２は、前述の気流センサ１２６と同様に構成されているが、その気流センサ１２６に替えて、拡径バスケット１２９の先端チップ１３０に固定されていて、測定状態では拡径バスケット１２９よりも先端側に位置させられる点、および、拡径バスケット１２９の先端チップ１３０に操作ワイヤ１２８が連結され且つ後端チップ１３２が操作ワイヤ１２８に摺動可能に装着されている点などで、相違している。
先端チップ１３０には、第２センサ基材として機能する気流測定用カテーテル１２４と同径であるが、それとは別体の円柱状基材１８４が連結されており、その円柱状樹脂基材１８４に、気流センサ１２６と同様に構成された気流センサ１８２が設けられている。操作ワイヤ１２８が気流測定用カテーテル１２４に引き込まれている状態では、拡径バスケット１２９が気流測定用カテーテル１２４の縦通穴１３６内に収容され、且つ円柱状基材１８４あるいはそれが固定された先端チップ１３０が気流測定用カテーテル１２４の先端面に略当接させられているが、操作ワイヤ１２８が気流測定用カテーテル１２４の先端面から突き出された測定状態では、図３２に示されるように、拡径バスケット１２９が開かれるとともに、その拡径バスケット１２９の先端側に気流センサ１８２が位置させられる。
本実施例の気流センサ１８２は、前述の実施例の図２１、図３０と同様に、気体流速計測回路１５０に接続されるとともに、その気体流速計測回路１５０からの信号に基づいて電子制御装置１１２内の気体流量算出制御部７４により、気体流量が測定され、表示出力装置１１６に表示されるようになっている。
本実施例の気流センサ１８２によれば、円柱状基材（第２センサ基材）１８４の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の回路基材フィルム（第２回路基材フィルム）１４２の外周面にヒータ素子（第２ヒータ素子）１４４ａ、１４４ｂが形成されるとともに、流体測定用カテーテル１２４内を通る操作ワイヤ１２８が突き出し操作されることで拡径する拡径バスケット１２９が、気流センサ（第２気流センサ）１８２を気道１２０内の中央に位置させることから、一端がカテーテルに固定された円筒状のセンサ基材の側面に形成された通気穴と他端の開口との間を測定気体が通される形式の従来に比較して、気道１２０内の流通抵抗が小さくなり、しかも気道１２０内の粘液の滞留や詰まりが発生し難い構造であるので、気体流量が正確かつ容易に測定される。特に、気流センサ１８２が拡径バスケット１２９の先端側に位置していて、呼気区間では気流センサ１８２が拡径バスケット１２９の上流側に位置するので、呼気区間の気体流量が一層正確に測定される。
また、本実施例の気流センサ１８２によれば、回路基材フィルム（第２回路基材フィルム）１４２は、スペーサ１４０を介して円柱状基材（第２センサ基材）１８４の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定されることにより、その回路基材フィルム（第２回路基材フィルム）１４２のうちの少なくともヒータ素子１４４ａ、１４４ｂ（第２ヒータ素子）が形成されている部分と円柱状基材（第２センサ基材）１８４の外周面との間に隙間Ｓが形成されている。これにより、回路基材フィルム１４２に形成されたヒータ素子１４４ａ、１４４ｂと円柱状基材（第２センサ基材）１８４との間の断熱が高められるので、一層正確に気体流量が測定される。また、ヒータ素子１４４ａ、１４４ｂ自体の熱容量が小さいので、高速応答が得られる。
また、本実施例の気流センサ１８２によれば、回路基材フィルム（第２回路基材フィルム）１４２には、一対のヒータ素子１４４ａ、１４４ｂ（第２ヒータ素子）が形成されている。また、それら一対のヒータ素子１４４ａ、１４４ｂ（第２ヒータ素子）をそれぞれ含む４抵抗素子から成る一対の第１ブリッジ回路１５２、第２ブリッジ回路１６２とそれら一対の第１ブリッジ回路１５２、第２ブリッジ回路１６２の出力信号差に対応する出力信号を出力する差動増幅器１７０とを有する気体流速計測回路（第２気体流速計測回路）１５０と、予め記憶された関係から第１ブリッジ回路１５２および第２ブリッッジ回路１６２の出力信号Ｖｏｕｔ１およびＶｏｕｔ２に基づいて気道１２０内の気体流量を表す気体流量信号（第２気体流量信号）を算出する気体流量算出制御部（第２気体流量算出制御部）１７４とが、備えられる。この気体流量信号は、１呼吸周期内における気道内の気体の流通方向に拘わらず、１呼吸内の気体流量を１つの山および谷で表すので、解りやすい気道１２０内の気体流量が得られる。
図３３は、本発明の他の実施例の気道内気体流量測定装置１８０に用いられる気流センサ１９２を説明する斜視図であって、図２４に対応する図である。本実施例の気流センサ１９２は、実施例５の気流センサ１２６と実施例６の気流センサ１８２とが組合せられることにより構成されている。図３４は、本実施例の気道内気体流量測定装置１８０の構成を説明する図２１に対応する図である。図３４において、第１気体流速計測回路１５０ａおよび第２気体流速計測回路１５０ｂは、気流センサ１２６および気流センサ１８２にそれぞれ接続されるものであって、前述の実施例の気体流速計測回路１５０と同様にそれぞれ構成されている。また、第１気体流量算出制御部１７４ａおよび第２気体流量算出制御部１７４ｂは、前述の実施例の気体流量算出制御部１７４と同様の機能をそれぞれ備えるものである。
本実施例の気道内気体流量測定装置１８０によれば、実施例５の気道内気体流量測定装置１１０と同様の効果が得られる。また、気流センサ１８２が拡径バスケット１２９の先端側に位置していて、呼気区間では気流センサ１８２が拡径バスケット１２９の上流側に位置するので、呼気区間の気体流量が正確に測定される。同時に、気流センサ１２６が拡径バスケット１２９の基端側に位置していて、吸気区間では気流センサ１２６が拡径バスケット１２９の上流側に位置するので、吸気区間の気体流量が正確に測定される。
図３５は、本発明の他の実施例の気道内気体流量測定装置１１０に用いられる気流センサ２０２を説明する斜視図であって、図２４に対応する図である。本実施例の気流センサ２０２は、前述の気流センサ１２６と同様に構成されているが、その気流センサ１２６とは異なり、拡径バスケット１２９の内の長手方向の中央部に位置するように操作ワイヤ１２８により支持されていて、測定状態では拡径バスケット１２９の横断面の中央位置に位置させられる点、および、操作ワイヤ１２８が引き込まれると拡径バスケット１２９および気流センサ２０２が気流測定用カテーテル１２４内に収容されるようになっている点などで、相違している。
本実施例の気流センサ２０２は、前述の実施例の図２１、図３０と同様に、気体流速計測回路１５０に接続されるとともに、その気体流速計測回路１５０からの信号に基づいて電子制御装置１１２内の気体流量算出制御部７４により、気体流量が測定され、表示出力装置１１６に表示されるようになっている。
本実施例の気道内気体流量測定装置１１０は、可撓性シース１２２に通される気流測定用カテーテル１２４の先端部に一体的または別体に設けられた円筒状の気流測定用カテーテル（第１センサ基材）１２４と、その気流測定用カテーテル１２４の先端から出し入れされる操作ワイヤ１２８と、先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤ１３４から構成されて操作ワイヤ１２６の先端部に設けられ、前記流体測定用カテーテル１２４の先端から突き出されることで拡径する拡径バスケット１２９と、拡径バスケット１２９内において操作ワイヤ１２６のうち拡径バスケット１２９の長手方向の中央部に位置する部分に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の回路基材フィルム１４２（第１回路基材フィルム）と、回路基材フィルム１４２の外周面に形成された１または２の第１ヒータ素子とを有する気流センサ２０２とを、備えている。
本実施例の気流センサ２０２によれば、気道１２０内の中央に位置させられることから、気道１２０内の流通抵抗が小さくなり、しかも気道１２０内の粘液の滞留や詰まりが発生し難い構造であるので、気体流量が正確かつ容易に測定される。特に、気流センサ２０２が拡径バスケット１２９内の軸方向の中央および横断面の中央に位置していて、気体流量が一層正確に測定される。
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。
たとえば、前述の実施例では、波形解析制御部７２は、呼吸波形から得られた周波数スペクトル中に含まれる心拍同期波形の周波数成分から心拍信号ＳＨを合成していたが、波形解析制御部７２は、心拍信号ＳＨの基本周波数を含む通過周波数帯を有するバンドパスフィルタを通して呼吸信号ＳＲから心拍信号ＳＨを抽出してもよい。このように抽出された心拍信号ＳＨの波形の精度はそれほど高くないが、たとえば心拍数ＨＲを算出する場合は十分に目的を達成できる。また、心拍信号ＳＨの振幅により心拍出量が推定される。
また、前述の実施例では、気流測定用カテーテル１２４の先端部自体が、気流センサ１２６の第１センサ基材或いは第２センサ基材として機能するものであったが、その気流測定用カテーテル１２４の先端部に長手方向に連結されたり、外周側に被覆した別部材を、気流センサ１２６の第１センサ基材或いは第２センサとして機能させるものであってもよい。要するに、気流センサ１２６のセンサ基材は、可撓性シースに通される気流測定用カテーテルの先端部に一体または別体に設けられたものであってもよい。
また、拡径バスケットと気流センサを連結し、操作ワイヤ１２６の先端部に設けられ、気流センサ２０２で示したように、全体を気流測定用カテーテル１２４の中に収納した状態で気管支鏡の可撓性シース１２２に通し、気流を測定する部位で、気流測定用カテーテル１２４から操作ワイヤ１２６により気流測定用カテーテル１２４の先端より突き出すことで拡径バスケット１２９が拡径するシステムであってもよい。この場合、気流センサ２０２以外の気流センサ１２６、１８２、１９２で実施される。
また、図３０の気体流速計測回路１５０において、気体温度の測定値に対する影響を抑制するために、必要に応じて、温度補償回路が適宜設けられる。
また、実施例１から実施例４に記載の気流センサ３６、実施例５から実施例８に記載のバスケット式の気流センサ１２６、１８２、１９２、２０２は、バルーンカテーテル、スワンガンツカテーテル、点滴装置の輸液管路等に装着されて、尿路内の流速、血管内の流速、輸液の流速を検出するために用いられてもよい。
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々変更が加えられ得るものである。
１０、１１８：生体
２４：肺
２６：心臓
３０：心拍信号検出装置
３６、１２６、１８２、１９２、２０２：気流センサ
３８：気体流速計測回路
４０：電子制御装置
４２：人工呼吸器
５０：回路基材フィルム
５２ａ、５２ｂ：ヒータ素子
５６：ブリッジ回路
７０：気体流算出制御部
７２：波形解析制御部
７４：心拍信号評価制御部
ＦＲ：気体流量
ＳＨ：心拍信号
ＳＲ：呼吸信号
ＳＲ０：換気成分信号
１１０、１８０：気道内気体流量測定装置
１１２：電子制御装置
１１４：気管支鏡
１１６：表示出力装置
１２０：気道
１２２：可撓性シース
１２３：縦通穴
１２４：気流測定用カテーテル（第１センサ基材）
１２５：光源
１２７：ＣＣＤカメラ
１２８：操作ワイヤ
１２９：拡径バスケット
１３０：先端チップ
１３２：後端チップ
１３４：弾性ワイヤ
１３６：縦通穴
１３８：開口
１４０：スペーサ
１４２：回路基材フィルム（第１回路基材フィルム、第２回路基材フィルム）
１４４ａ、１４４ｂ：ヒータ素子（第１ヒータ素子、第２ヒータ素子）
１４６ａ、１４６ｂ：環状固定部材
１５０：気体流速計測回路
１５２：第１ブリッジ回路
１５４：第１電圧レギュレータ
１５６：第１作動増幅器
１５８：第１計測回路
１６２：第２ブリッジ回路
１６４：第２電圧レギュレータ
１６６：第２帰還増幅器
１６８：第２計測回路
１７０：差動増幅器
１７２：画像処理回路
１７４：気体流量算出制御部
１８４：円柱状基材（第２センサ基材）
Ｓ：隙間
２４：肺
２６：心臓
３０：心拍信号検出装置
３６、１２６、１８２、１９２、２０２：気流センサ
３８：気体流速計測回路
４０：電子制御装置
４２：人工呼吸器
５０：回路基材フィルム
５２ａ、５２ｂ：ヒータ素子
５６：ブリッジ回路
７０：気体流算出制御部
７２：波形解析制御部
７４：心拍信号評価制御部
ＦＲ：気体流量
ＳＨ：心拍信号
ＳＲ：呼吸信号
ＳＲ０：換気成分信号
１１０、１８０：気道内気体流量測定装置
１１２：電子制御装置
１１４：気管支鏡
１１６：表示出力装置
１２０：気道
１２２：可撓性シース
１２３：縦通穴
１２４：気流測定用カテーテル（第１センサ基材）
１２５：光源
１２７：ＣＣＤカメラ
１２８：操作ワイヤ
１２９：拡径バスケット
１３０：先端チップ
１３２：後端チップ
１３４：弾性ワイヤ
１３６：縦通穴
１３８：開口
１４０：スペーサ
１４２：回路基材フィルム（第１回路基材フィルム、第２回路基材フィルム）
１４４ａ、１４４ｂ：ヒータ素子（第１ヒータ素子、第２ヒータ素子）
１４６ａ、１４６ｂ：環状固定部材
１５０：気体流速計測回路
１５２：第１ブリッジ回路
１５４：第１電圧レギュレータ
１５６：第１作動増幅器
１５８：第１計測回路
１６２：第２ブリッジ回路
１６４：第２電圧レギュレータ
１６６：第２帰還増幅器
１６８：第２計測回路
１７０：差動増幅器
１７２：画像処理回路
１７４：気体流量算出制御部
１８４：円柱状基材（第２センサ基材）
Ｓ：隙間
Claims (8)
- 可撓性シースの先端部における気道内の気体流量を測定するための気道内気体流量測定装置であって、
前記可撓性シースに通される気流測定用カテーテルの先端部に一体または別体に設けられた円筒状の第１センサ基材と、
前記第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムと、
前記第１回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第１ヒータ素子とを有する気流センサと、
前記気流測定用カテーテル内を通して設けられた操作ワイヤと、
先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤから構成されて前記操作ワイヤの先端部に設けられ、前記気流測定用カテーテルの先端から突き出されることで拡径する拡径バスケットと
を、含むことを特徴とする気道内気体流量測定装置。 - 可撓性シースの先端部における気道内の気体流量を測定するための気道内気体流量測定装置であって、
前記可撓性シースに通される気流測定用カテーテル内を通して設けられた操作ワイヤと、
先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤから構成されて前記操作ワイヤの先端部に設けられ、前記気流測定用カテーテルの先端から突き出されることで拡径する拡径バスケットと、
前記拡径バスケットの先端部に設けられた円柱状或いは円筒状の第２センサ基材と、
前記第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第２回路基材フィルムと、
前記第２回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第２ヒータ素子とを有する気流センサと
を、含むことを特徴とする気道内気体流量測定装置。 - 可撓性シースの先端部における気道内の気体流量を測定するための気道内気体流量測定装置であって、
前記可撓性シースに通される気流測定用カテーテルの先端部に一体または別体に設けられた円筒状の第１センサ基材と、
前記第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムと、
前記第１回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第１ヒータ素子とを有する第１気流センサと、
前記気流測定用カテーテル内を通して設けられた操作ワイヤと、
先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤから構成されて前記操作ワイヤの先端部に設けられ、前記気流測定用カテーテルの先端から突き出されることで拡径する拡径バスケットと、
前記拡径バスケットの先端部に設けられた円柱状或いは円筒状の第２センサ基材と、
前記第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第２回路基材フィルムと、
前記第２回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第２ヒータ素子とを有する第２気流センサと
を、含むことを特徴とする気道内気体流量測定装置。 - 前記可撓性の第１回路基材フィルムは、スペーサを介して前記第１センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定されることにより、前記第１回路基材フィルムのうちの少なくとも前記第１ヒータ素子が形成されている部分と前記第１センサ基材の外周面との間に隙間が形成されている
ことを特徴とする請求項１または３の気道内気体流量測定装置。 - 前記可撓性の第２回路基材フィルムは、スペーサを介して前記第２センサ基材の外周面に円筒状に巻かれた状態で固定されることにより、その第２回路基材フィルムのうちの少なくとも前記第２ヒータ素子が形成されている部分と前記第２センサ基材の外周面との間に隙間が形成されている
ことを特徴とする請求項２または３の気道内気体流量測定装置。 - 前記第１回路基材フィルムには、一対の前記第１ヒータ素子が形成されており、
前記一対の第１ヒータ素子をそれぞれ含む４抵抗素子から成る一対のブリッジ回路と、前記一対のブリッジ回路の出力信号差に対応する出力信号を出力する差動増幅器とを有する第１気体流速計測回路と、
予め記憶された関係からその出力信号に基づいて前記気道内の気体流量を表す第１気体流量信号を算出する第１気体流量算出制御部と
を、含むことを特徴とする請求項１、３または４の気道内気体流量測定装置。 - 前記第２回路基材フィルムには、一対の前記第２ヒータ素子が形成されており、
前記一対の第２ヒータ素子をそれぞれ含む４抵抗素子から成る一対のブリッジ回路と、前記一対のブリッジ回路の出力信号差に対応する出力信号を出力する差動増幅器とを有する第２気体流速計測回路と、
予め記憶された関係からその出力信号に基づいて前記気道内の気体流量を表す第２気体流量信号を算出する第２気体流量算出制御部と
を、含むことを特徴とする請求項２、３または５の気道内気体流量測定装置。 - 可撓性シースの先端部における気道内の気体流量を測定するための気道内気体流量測定装置であって、
前記可撓性シースに通される気流測定用カテーテルの先端部に一体的または別体に設けられた円筒状の第１センサ基材と、
前記第１センサ基材の先端から出し入れされる操作ワイヤと、
先端部および後端部が互いに束ねられた複数本の弾性ワイヤから構成されて前記操作ワイヤの先端部に設けられ、前記気流測定用カテーテルの先端から突き出されることで拡径する拡径バスケットと、
前記拡径バスケット内において前記操作ワイヤのうち前記拡径バスケットの長手方向の中央部に位置する部分に円筒状に巻かれた状態で固定された可撓性の第１回路基材フィルムと、
前記第１回路基材フィルムの外周面に形成された１または２の第１ヒータ素子とを有する気流センサと
を、含むことを特徴とする気道内気体流量測定装置。
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