JP2740234B2 - 肺機能テスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、肺機能テスタに関し、より詳しくは、異な
った呼吸パターンにおいて肺へ吸入され並びに肺から排
出される空気を測定する肺活量計に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ 肺機能テスタにおいて、呼吸流を測定するために、種
々のタイプの技術が用いられてきた。そのような技術の
１つは、管内の抵抗体を横切って流れる空気によって生
成される圧力差を測定することによって、空気の流れと
体積を決定する。医学的な評価のために、1,000から１
までの範囲にあり、12ミリリットル／秒（ml/sec）から
１秒当たり12リットル（l/sec）の範囲にある空気流の
体積を測定することができる装置が所望される。例え
ば、抵抗体素子として開口を用いた肺機能テスタにおい
て、抵抗体の圧力差に対する空気流は、２乗則の関係を
有する。それ故、比較的大きな範囲にわたって圧力を測
定することが必要である。さらに、医学的評価において
は、アメリカン・ソラシック・ソサエティ（アメリカ胸
部医学学会:ATS）標準に従って、肺機能テスタが３％の
オーダーの高い正確さを有することが必要である。従っ
て、医療器具は、比較的大きな圧力範囲にわたって測定
することができるのみならず、正確な測定を提供するこ
とが必要である。

既存の肺機能テスタはしばしば較正された状態からは
ずれ、すなわち、それらの“ゼロレベル”がシフトし、
その結果、不正確な測定となる。圧力トランスジューサ
が圧力変化を検出するために用いられる１つの特別なタ
イプの肺機能テスタにおいては、ゼロ圧力入力（以下、
“ゼロ”又は“ゼロレベル”という。）におけるトラン
スジューサの出力電圧の安定性が最も重要な性能の特性
になる。なぜならば、長期間又は短期間のドリフトのい
ずれかが逆に、測定器具の動作と正確さに影響を与える
からである。このことは、特に、トランスジューサの製
造者のゼロのドリフトの仕様が典型的に、当該肺機能テ
スタが用いられるときに生成される最大の圧力の1/3に
近付く場合に顕著である。従って、全体で３％の体積及
び流量の測定の正確さを実行するために、ゼロレベルに
対して綿密な注意を払うことが重要である。

［課題を解決するための手段及び作用］ 本発明によれば、テスタの使用中において、テスタを
動的に較正するための手段を備えた肺機能テスタが提供
される。この肺機能テスタは、マウスピースと、２個の
端部を有し一端部が上記マウスピースに連結され他端部
がトランスジューサ手段に連結される導管手段と、上記
導管手段を流れる空気の流量を示す導管手段における圧
力を検出し圧力量を示す出力信号を生成するトランスジ
ューサ手段とを備える。上記導管手段に連結され上記ト
ランスジューサ手段に大気を通気させるためのバルブ手
段が提供される。上記圧力が流量対時間特性のカーブの
ある選択された部分においてある選択されたレベル未満
に低下することを検出し、上記バルブ手段が開かれたと
き正確な圧力の読み取りを得るために十分な時間間隔の
間上記バルブ手段を開き、上記バルブ手段が開かれたと
き上記トランスジューサの出力信号が表すゼロレベルデ
ータを記憶し、上記ゼロレベルデータを用いて上記トラ
ンスジューサ出力の次回の圧力の読み取りを較正するた
めの動的較正手段が提供される。

再びゼロ調整することは、“流れの終了”を決定する
ために特に必要である。この“流れの終了”が生じる時
間における点は、１つの計算されたパラメータFEF_25-75
において、臨界的である。もし再びゼロ調整が行われれ
ず、もしくはゼロ調整がなされても当該ゼロレベルが操
作中において少しシフトしたならば、誤った“流れの終
了”が検出される可能性がある。

この装置の大きさは比較的小さく、ベッドからベッド
に容易に運搬することができるようにポータブルであ
る。

この装置は、強制肺活量モード（以下、FVCモードと
いう。）、休息通気モード（以下、RVモードとい
う。）、最大随意通気モード（以下、MVVモードとい
う。）、負性吸気力モード（以下、NIFモードとい
う。）を含む種々の測定モードを有する。収集されたデ
ータを記憶するための記憶手段が提供される。例えば、
FVCモードにおいて、最大15FVC操作から得られるデータ
を、後に読み出すために、記憶することができる。

［実施例］ 第１図において、本発明による肺機能テスタは、LCD
ディスプレイ12と複数のスイッチ14を有するハウジング
10を備える。このハウジング10は、ディスプレイ12と、
スイッチ14と、圧力トランスジューサ（第１図において
図示せず。）とに連結される電気回路に収容している。
導管18の一端に連結するための導管ジャック16が提供さ
れ、上記導管18の他端はマウスピース20に連結される。
このハウジング10は、交流電力変圧器24から直流9V乃至
12Vを入力するためのパワージャック22を有する。ハウ
ジング10の背面（図示せず。）には、５個の1.2VのAAA
電池を挿入するための電池ソケットが備えられている。

第２図（Ａ）において、マウスピース20は、それぞれ
例えばポリスチレンであるプラスチック材料にてなる上
流部23と下流部25を備え、それらはそれぞれ環状フラン
ジ26,28を備える。組み立て中において、モデル番号HD
７−21でテツコ・インコーポレーテッド（Tetko,In
c.）によって製造されたポリエステル・モノフィラメン
トの織物にてなる抵抗ダイアフラム30が、上記上流部23
と下流部25の間に置かれ、このとき上記上流部23と下流
部25が接着剤又は超音波接着によって連結され、これに
よって当該織物30が所定の場所に保持される。管32は、
３方バルブ38と連結するための導管又はホース36を受け
るためのポート34を画成する。バルブ38は、圧力トラン
スジューサ40に連結されるとともに、ソレノイド42によ
って制御されてトランスジューサ40を導管36に連結する
か、又は通気ポート44に連結するかを切り換える。

マウスピース20は、従来と同様に、その端部46におい
て約1.25インチの直径を有する。なぜならば、患者が患
者の唇をすぼめる必要なしに、患者の口にこの端部46を
ぴったりとはめ込むことができるようにするためであ
る。このマウスピース20の断面領域は図示されたように
広くされ、織物30の位置において約2.0インチの直径を
有する。

マウスピース20の配置及び特別な織物30の仕様は、織
物30の抵抗によって生じる該織物30の両側の差の圧力
が、空気の流れを大いに妨げず、もしくは過度の背圧を
生じさせないように、選択される。マウスピース20の端
部に吸入し及び／又は該端部から排出されることによっ
て生じるトランスジューサ40における圧力は、興味ある
流れの範囲内において予測可能であってかつ繰り返し可
能である。このマウスピース20をまたテスト中において
各患者毎に交換してもよい。

さらに記述されるように、当該測定装置は、流量が例
えば250cc/秒以下のオーダーのように比較的低いことを
検出し、そのとき、ソレノイド42に対して３方バルブ38
がポート44を介してトランスジューサ40と大気を連結す
るように切り換えさせる。そのとき、トランスジューサ
40の出力の３個のサンプルの平均が、ゼロレベルのサン
プルとして記憶される。なぜならば、それは大気圧とゼ
ロの流量に対応するからである。トランスジューサ40が
ポート44を介して大気と通気する全体の時間は、例えば
0.1秒又はそれ以下のオーダーのように比較的短く、ゼ
ロの読み取りの間の時間は、例えば少なくとも１秒又は
それ以上のように比較的長い。

強制肺活量（FVC）モードにおける時間に対する流量
のカーブが第２図（Ｂ）に示され、流量が250cc/秒未満
に低下した後にゼロレベルのサンプルが収集される。休
息通気（RV）モード、又は最大随意通気（MVV）モード
のような他のモードにおいて、流量の停止が検出される
とき（すなわち、吸気と排気の中間が検出されると
き）、ゼロレベルのサンプルは流量の最小点において収
集される。較正の目的のためのゼロレベルのサンプルを
収集するために小さい流量の周期を用いることは、体積
の測定における誤差を最小化する。

ゼロレベルのサンプルはまた、各テストの始めに収集
され、該ゼロレベルが使用不可能な範囲にドリフトしな
いことを確実にするためのチェックが実行される。サン
プラーの５秒間の周期が、トランスジューサ40がウオー
ミングアップを終了するとともに、該回路において過度
の電気雑音が生じないことを確実にする測定の一貫性の
ためにチェックされる。該バルブ38は、このとき動作状
態にされたままであり、これによってトランスジューサ
40がマウスピース20における動きによって生じる潜在的
な誤った圧力よりはむしろ周囲の空気圧にさらされるこ
とを確実にしている。最新のゼロレベルのサンプルの値
はメモリにおいて記憶され、較正されたトランスジュー
サの読み取り値に到達させるために次回の圧力の測定の
サンプルから減算される値となる。

後述するように、トランスジューサ40の出力は、増幅
器50によって増幅された後、加算器52を介して電圧／周
波数変換（以下、V/F変換という。）器58に入力され、
該V/F変換器58によって100Hzから約330KHzの周波数を有
するパルス列に変換される。この周波数はトランスジュ
ーサ40における圧力、すなわち流量に正比例し、このと
き最新のゼロレベル値を減算することによって較正され
る。次いで、V/F変換器58から出力されるパルスは２つ
のサンプリング技術（後述するように、FVCモードのた
めの体積サンプリングとFVCモード以外のモードのため
の時間サンプリング）のうちの１つを用いて処理され
る。このサンプル値は実際に、時間サンプリングにおけ
る単位時間当たりの体積と、体積サンプリングにおける
単位体積当たりの時間に正比例する。次いで、該サンプ
ルは記憶され、上記選択されたモードにおいて興味ある
パラメータを計算するために用いられる。次いで、その
結果は記憶された後、ディスプレイのために利用可能と
なる。

FVCモードの場合においては、最大15組のテスト結果
を選択的に記憶することができる。さらに、アメリカン
・ソラシック・ソサエティ（前述）によって記述された
“最良の値”の組がテスト結果の組から決定され表示さ
せることができる。さらに、（患者の身長、年令、性
別、及び人種に従って）予測された値を、２個の共通に
受容される値の組（ヌドソン（Knudson）又はITS）、並
びに任意の１つのテストに対して又は“最良の値”の組
に対して表示され予測されたパーセントに従って計算す
ることができる。トランスジューサ40の出力のアナログ
電圧をV/F変換器58を用いて周波数信号に変換し、次い
で、V/F変換器58から出力されるパルスを計数すること
によって、アナログ／デジタル変換がハードウエア装置
を用いて実行される。アナログ／デジタル変換（以下、
A/D変換という。）を行うこのV/F変換の方法は、標準12
ビットのCMOSA/D変換器によって行うことが好ましい。
なぜならば、かなり低コストであり、回路基板上で少な
いピン接続（V/F変換器のために８ピン、A/D変換器のた
めに24ピン）であり、より良好な雑音除去特性を有する
からである。雑音除去のファクタは重要である。なぜな
らば、手に保持している間測定器具の物理的な動きから
生じる雑音を生じさせる圧力トランスジューサの高い動
作感度による雑音、並びにトランスジューサ40とマウス
ピース20を連結する導管又は管によって生じる（オーバ
ーシュート及び減衰振動からの）圧力波形の“リンギン
グ”のためである。この積分型A/D変換装置は、標準の
連続近似型よりもより良好な雑音除去特性を有する。な
ぜならば、変換の過程において、多くの雑音がピークと
して現れ、谷では現れないためである。変換時間は、小
さなピーク及び谷を平均化するのに十分に長いが、重要
な小さな変動の検出を逸しないようにするためには長く
はない。体積サンプリングは積分型A/D変換器によって
のみ可能であり、特に連続近似の方法における呼吸測定
のために有利である。なぜならば、流量が減少するにつ
れて測定の分解能が増大するからである。ソフトウエア
による積分は誤差を丸める傾向があり、計算における精
度が高くなると低速及び／又は高価であり、雑音スパイ
クが現れる時においてサンプルし、これによって誤差を
増大させる可能性がある。

第３図は、本発明による肺機能テスタの簡単化された
ブロック図である。このテスタは、トランスジューサ40
に連結されたマウスピース20を備えている。トランスジ
ューサ40は、マウスピース20における流量に比例する圧
力変化を検出する。トランスジューサ40の出力は増幅器
50に供給され、該増幅器50の出力は加算器52に供給され
る。加算器52はまた、好ましい実施例では1.2Vのオーダ
ーである基準電圧源54から基準信号を受信する。加算器
52はまた、デジタル／アナログ変換（以下、D/A変換と
いう。）器56から、後述するようにトランスジューサ40
のゼロ調整を行うのに必要な特別な較正に依存する、0V
から−1.2Vまでのオーダーであるベースライン（ゼロフ
ロー）オフセット信号を受信する。加算器52は、V/F変
換器58に出力される電圧信号を生成し、該V/F変換器58
は約０から300−330KHzの範囲であり、該V/F変換器58に
入力される振幅電圧に比例する周波数信号を出力する。
V/F変換器58の出力はマイクロプロセッサ60の適当な入
力に出力され、該マイクロプロセッサ60は後述するよう
に２つのサンプリング方法（“時間”又は“体積”）の
１つを用いてV/F変換器58の出力をサンプルする。該サ
ンプルは、入力スイッチ14によって選択されるときテス
トされる特定の肺機能に依存する種々のパラメータを計
算する際の後の使用のために、メモリ62に記憶される。
次いで、マイクロプロセッサ60は、テストされる特定の
肺機能に対する１個又はそれ以上のパラメータを計算す
る。

マイクロプロセッサ60を制御するためのプログラム
は、メモリ62のEPROMメモリ部において記憶され、当該
プログラムのソース・コードのリストが、当該明細書の
最後に添付される。メモリ62のRAM部はテストされる特
定の肺機能によって決定されるサンプリング方法を用い
てV/F変換器58から出力されるサンプルを記憶する。

本発明による肺機能テスタは、強制肺活量（FVC）モ
ード、負性吸気力（NIF）モード、最大随意通気（MVV）
モード、及び休息通気（RV）モードの、４つの異なるテ
ストモードを提供する。

FVCモードにおいて、患者はまず最大の肺活量で空気
を吸入した後、提供されたマウスピース20を介してでき
るだけハードにかつ速く吐き出す。V/F変換器58からの
出力をサンプリングするマイクロプロセッサ60のサンプ
リング技術は、“体積”サンプリングである。この技術
に従って、マイクロプロセッサ60は、最もサンプリング
間隔が狭いマイクロ秒（0.001秒）に対して10ミリリッ
トルの体積を達成するために必要な時間を計時し、該時
間値がサンプルとしてRAMメモリに記憶される。V/F変換
出力の最大値は約330KHzであり、ゼロレベルは約16.5KH
zに設定される。これらの値は、（0.4％の体積の正確さ
で）10ミリリットルに等しい256V/Fパルスに帰着する。
この変換速度は、12リットル／秒における775マイクロ
秒から０リットル／秒（０レベル）における15ミリ秒ま
で変化する。体積サンプリングにおける変換の分解能
は、12リットル／秒における９ビット（0.2％）から、
約150ミリリットル／秒未満の流量における14ビット
（0.006％）まで変化する。14ビットの最大限度は、選
択された水晶振動子の許容誤差に起因し、またおよそ回
路の雑音レベルに位置する。

該装置は、流量が非常に小さい場合において正確なテ
ストの始まり及びテストの終了の正確な決定に依存する
FVC測定に対して理想的な、小さな流量において高い分
解能を提供する。さらに、FVCプロセス中において出会
うほとんどの流量は、変換時間がより長い場合（より長
い変換時間はより良い雑音除去を意味する。）と同様
に、測定の分解能が11乃至14ビットである場合におい
て、より低い範囲にある。

記憶されたサンプルから次のパラメータが計算され
る。

１）リットルで表された強制肺活量（FVC）、 ２）リットルで表された１秒後の強制排出体積（FE
V₁）、 ３）パーセントで表されたFEV₁/FVC比、 ４）リットル／秒で表されたピーク流量、 ５）リットル／秒で表された強制排出流量 25％−75％
（FEF_25-75又はMMFR）、 ６）FVCのパーセントで表された推定された体積（VOL
_extr％）。

シーケンスにおいて、“SEQ"ボタンを押下することに
よって、テストのパラメータがディスプレイ上に表示さ
れるであろう。該テスタは、FVCモードが終了し、又は
電源がオフにされるまで、上記テスト値の組（全体で15
組）のすべてを保持するであろう。

RV、NIF、及びMVVモードにおいて、マイクロプロセッ
サ60は、“時間”サンプリングのプロセスに従ってサン
プルし、ここで、V/F変換器58から出力されるパルス数
が0.010秒の時間間隔で計数され、該値がサンプルとし
てRAMメモリにおいて記憶される。時間サンプリング中
において、分解能は、約11ビットの流量の範囲にわたっ
て一定のままである。

RVモードにおいて、患者は本発明によって提供された
マウスピース20に対して通常の呼吸を行う。測定は、１
分の後に正確に開始される。次いで、マイクロプロセッ
サ60は記憶されたデータサンプルから、１）呼吸数／分
で表された呼吸率、２）体積／呼吸で表された干満の体
積、及び３）体積／分で表された分体積の各パラメータ
を計算するであろう。３つのすべてのパラメータは、最
後の４呼吸の平均と同様に、呼吸毎に基礎をおいて、表
示される。

NIFモードにおいては、患者が一端が密封された特別
なアダプタを介してできるだけハードに吸気する。これ
によって、該アダプタの内側に負の圧力を生じさせる。
次いで、マイクロプロセッサ60は、記憶されたデータサ
ンプルに従って、１）（−cm H₂O）の単位で表された
最大の負の圧力、及び２）32エレメントのバーグラフの
形式で表された負の圧力のグラフィック・ディスプレイ
の各パラメータを計算して表示する。

MVVモードにおいては、患者が15秒の間、できるだけ
ハードでかつ速く呼吸を行う。次いで、マイクロプロセ
ッサ60は、記憶されたデータサンプルから、１）リット
ル／秒で表された流量、及び２）体積／呼吸で表された
体積の各パラメータを計算するであろう。

第４図（Ａ）及び第４図（Ｂ）は本発明による第３図
の電気回路の詳細を示す回路図である。

第４図（Ａ）において、左上側のすみには、５個のニ
ッケルカドニウムAAA電池を接続するためのジャックを
備えた電源インターフェースが図示されている。電池充
電回路がまた、IC Q1及びQ2、ダイオードD1,D2,D3,D4
及びD5、並びに抵抗R5によって提供されている。5Vの電
圧レギュレータがIC Q3によって提供され、該レギュレ
ータの入力はV_Rである。この回路はまた、IC U1によっ
て提供されるオン／オフラッチに接続され、該オン／オ
フラッチはさらに、図示されたオンスイッチ及びオフス
イッチに接続される。

マイクロプロセッサIC U2が図示されたように接続さ
れて提供される。該マイクロプロセッサは、行と列の瞬
時接触型スイッチ14（従来と同様に、モード選択スイッ
チRV,FVC,NIF,及びMVV;動作START,STOPスイッチ、CLEAR
スイッチ、RECALLスイッチ、PRED（予測値）スイッチ、
アップ矢印スイッチ、ダウン矢印スイッチ、並びにENTE
Rスイッチ）に接続される。これらのスイッチは、操作
者が種々の測定及び機械の動作モード等を選択すること
を可能にしている。マイクロプロセッサは、図示された
出力ラッチU3及び32KバイトEPROM ICチップ U4に接続
される。RAMメモリは8K×８ビットメモリデバイスであ
るICチップU7によって提供される。またマイクロプロセ
ッサ、EPROM、及びRAMには、該デバイスによって測定さ
れた動作パラメータを表示するためのLCDモジュールが
接続される。アドレスデコーダIC U5は、（以下のよう
に識別されるべき）RAM、D/A変換器及びLCDディスプレ
イモジュールのためのアドレスを復号化する。さらに、
マイクロプロセッサU2には、図示された適当なインター
フェース回路を介してソレノイドバルブS1が接続され
る。

第４図（Ｂ）と同様に第４図（Ａ）において、種々の
接続点が、どのIC及びピンに特定のラインが接続される
べきかを識別するために図示されている。さらに、回路
素子の特定の値（仕様）及びモデル番号が第１表に示さ
れている。

第４図（Ｂ）において、圧力トランスジューサU14は
正電圧供給レギュレータQ6と負電圧源−Vsに接続され
る。該トランスジューサの正と負の出力は、計測用増幅
器U13に接続され、該増幅器U13は、約30の利得（Ｇ＝3
0）を提供する。該トランスジューサの下側に、正電圧
供給レギュレータQ5と負電圧供給レギュレータU15が図
示されている。計測用増幅器U13は、抵抗R15を介して加
算器U12Aに接続される出力を有する。また該加算器U12A
の入力には、抵抗R9を介してダイオードD8の正極側に提
供される基準電圧源が接続されるとともに、D/A変換器U
8のための出力増幅器U12Bを介して、並びに、モードがN
IFモード又は非NIFモード（すなわち、FVC、RV又はMVV
モード）のいずれかであるかに依存して値が変化する出
力抵抗回路を介して、D/A変換器U8の出力が接続され
る。

D/A変換器U8はマイクロプロセッサU4からオフセット
“ゼロレベル”を生成するために用いられる８ビットバ
イトを受信する。これは、後述するように装置の動的較
正のために用いられる。８ビットバイトが0000 0000で
あるとき、D/A変換器U8の出力電圧は0Vであり、1111 1
111であるとき、出力電圧は−1.2Vである。D/A変換器U8
の出力はICチップU12Bに提供され、該ICチップU12Bの出
力は−1.2Vから0Vの範囲内のアナログ信号を提供する。
このとき、U12Bの出力において現れる“ゼロレベル”オ
フセット値は、ダイオードD8の正極側及びトランスジュ
ーサからのゼロ圧力電圧における1.2Vの基準電圧を、一
部分について又は全体についてオフセットするために用
いられる。従って、加算器U12Aは３個の各加算を行う抵
抗を介して入力される下記の３個の入力を加算する。す
なわち、この３個の入力は、（１）抵抗R15を介して入
力されるトランスジューサの出力、（２）ダイオードD8
の正極側から抵抗R9を介して入力されるV_REF電圧、並び
に（３）非NIFモードにおいて抵抗R10のみを介して、並
びに、NIFモードにおいて抵抗R10とR11が並列接続され
た回路を介して入力されるU12Bの出力における較正信号
である。

NIFモードが選択されたとき、マイクロプロセッサ
は、端子13と14をともに接続しかつ端子９と10をともに
接続するように各スイッチを閉じるスイッチングデバイ
スであるU11に、適当な信号を出力する。これらのスイ
ッチが閉じられたとき、U12に出力される較正信号のた
めの加算を行う抵抗が、抵抗R10とR11が並列接続される
ことによって提供される。該スイッチがまたスイッチン
グデバイスU11のピン９と10を接続するとき、加算器U12
Aのための帰還ループは、非NIFモードのための１個の抵
抗VR3の代わりに、VR2と並列に接続された抵抗VR3に置
き換わる。従って、スイッチングデバイスU11は、非NIF
モードにおいて約300である計測用増幅器U13と加算器U1
2Aとの間の全体の利得を提供するように、加算器U12Aの
利得に変化をもたらす。（U13の利得Ｇ＝30であり、U12
の利得Ｇ＝10である。）NIFモードにおいて、U12Aは、U
13及びU12に対して約30の全体の利得を提供するために
約１の利得を有する。

加算器U12Aの出力はV/F変換器に提供され、該V/F変換
器は、入力ピン４において現れるアナログ電圧の振幅に
依存しかつ比例する０から300−330KHzの間の周波数を
有するパルス列の形式の出力信号を提供する。従って、
その出力において現れるパルス列の周波数は圧力トラン
スジューサU14によって検出される圧力に正比例し、な
お、該検出される圧力は、マウスピースを介して流れる
空気の流量の予測可能な関数である。V/F変換器の出力
は、マイクロプロセッサの入力に供給され、このとき、
マイクロプロセッサは、ここで記述された時間サンプリ
ング又は体積サンプリングのいずれかを用いて該パルス
を計数し又は計時し、該サンプルを記憶する。

本発明の特有の態様は、動的な較正を実行する能力に
ある。測定モードの１つにおける動作中において、マイ
クロプロセッサは、EPROMに記憶された制御プログラム
に従って、V/F変換器U9の出力において現れるトランス
ジューサの出力が選択されたレベル未満に低下すること
を検出する。このことが生じたとき、第２図（Ｂ）に図
示したように、0.1秒未満の短い時間周期の間、３方バ
ルブを、トランスジューサがマウスピースに連結される
位置からトランスジューサが大気に連結される位置に切
り換えるように、ソレノイドバルブS1にエネルギーを与
える。次いで、プログラムは、メモリにトランスジュー
サのゼロレベルを表す最新の数値データを記憶する。こ
のようにして、短時間の測定中において生じる可能性が
あり、かつピエゾ抵抗の技術を用いたときの避けられな
い結果（これは、ウオーミングアップ、温度のドリフ
ト、センサチップの機械的な接着、並びにシリコンセン
サチップにおける電気的及び機械的の両方のヒステリシ
ス効果に起因する。）であるゼロドリフトの周期中にお
いて、測定の正確さが保持される。較正サンプリング周
期中においてメモリに記憶された“ゼロレベル”の値
は、D/A変換器U8の入力に提供されるデジタル値であ
る。

第５図（Ａ）乃至第５図（Ｌ）を参照して当該明細書
の最後に添付されたソースプログラムリストのフローチ
ャートについて以下に説明する。

第５図（Ａ）において、“ON"スイッチを押下するこ
とによってシステムが起動された後、ディスプレイはオ
ンメッセージのサインを表示し、FVC、MVV、RV又はNIF
の４つのモードスイッチ、もしくはPRED（予測値）スイ
ッチ、又はRECALLスイッチのいずれのスイッチが押下さ
れたか否かを決定する。もしそうであれば、プログラム
は、押下されたスイッチに対応する各モジュールに移
る。もしそうでなければ、プログラムはこれらの６個の
スイッチが押下されるまで待機する。第５図（Ｂ）乃至
第５図（Ｇ）はそれぞれ、第５図（Ａ）において図示さ
れた６個の各モジュールのフローチャートである。

第５図（Ｂ）の較正モジュールにおいて、プログラム
は該装置が起動されてから任意のモードが実行されたか
否かを決定する。もし任意のモードが実行されていたな
らば、該較正モードを選択することができない。もしそ
うでなければ、較正を２個の特別なスイッチを同時に押
下することによって実行することができ、該較正がモジ
ュールCALIB.MOD.を用いて実行される。このモジュール
において、D/A変換器がチェックされ、他の内部回路の
テストとともに、NIFモード及び非NIFモードのための圧
力較正を実行することができる。次いでこのモジュール
は終了する。

第５図（Ｃ）において、FVCモードは数個のモジュー
ルを含む。FVCモードを実行するためのモジュールであ
るFVC.MODモジュールにおいて、FVCMEAモジュールとFVC
ALCモジュールがコールされ、これらのモジュールのす
べての結果が記憶されかつ表示され、特定の患者に対す
る最良の結果（best effort）が計算される。FVCMEAモ
ジュールがFVC.MODモジュールによってコールされると
き、FVCMEAモジュールは、FVC波形の実際の測定を実行
し、FVCALCによって用いるためのA/Dサンプルを記憶す
る。FVCALCはFVCMEAモジュールによって記憶されたデー
タのサンプルから６個のパラメータを計算する。この６
個のパラメータは上述されている。PREDすなわち予測モ
ジュールは、操作者によって入力された、当該患者に対
応する性別、年令、身長及び人種を用いて、２つの選択
可能であって広く受容できるデータベースの１つに従っ
て、予測された値を表示する。このようにして、患者の
テストの実際の結果を目標値と比較することができる。
もし“Best"が押下されるならば、FVCモードに入って以
来実行されたすべてのテストに対する最良の値が表示さ
れる。“最大”値は、アメリカン・ソラシック・ソサエ
ティの勧告に従って選択される。該プログラムは、他の
モードが選択されるまで、FVCモードにおいて依然とど
まる。

第５図（Ｄ）の休息通気モードにおいて、モジュール
はSTOPスイッチが押下されるまで（ステップ＃12）、又
は１分が経過するまで（ステップ＃13）、得られたデー
タについて測定（ステップ＃11）を実行する。当該モジ
ュールは、他のモードが選択されたとき、終了する。

第５図（Ｅ）のNIFモードにおいて、モジュールは他
のモードが選択されるまで、無制限にこのモードのため
の測定を実行し、他のモードが選択されたとき当該モジ
ュールが終了する。

第５図（Ｆ）のMVVモードにおいて、モジュールは、S
TARTスイッチの押下時に測定（ステップ＃21）を実行
し、STOPスイッチが押下されるか（ステップ＃22）、又
は15秒が経過するか（ステップ＃23）のいずれかまで当
該測定を継続させる。他のモードが選択されたとき当該
モジュールは終了する。

第５図（Ｇ）の予測モジュールにおいて、もしこのモ
ジュールがFVCモード以外の他のモードから入ったと
き、当該モジュールは、もし患者データが入力されてい
るならば当該患者データを表示し、もし所望されるなら
ばこのデータに変化することを可能にするであろう。と
って代わって、該モジュールは、もし患者データが入力
されていないならば該患者データを入力することをユー
ザに対して促すであろう。もしこのモードがFVCモード
以外のモードから入ったならば、予測値は表示されない
であろう。このモードがFVCモードから入ったときの
み、予測値が表示されるであろう。

第５図（Ｈ）乃至第５図（Ｌ）は、上述されたすべて
のモードによって一般に用いられる種々のユーティリテ
ィ・ソフトウエア・モジュールのフローチャートであ
る。

第５図（Ｈ）の自動ゼロ（ATZ）モジュールにおい
て、該モジュールはまず、ソレノイドバルブを開き、す
なわち大気に通気孔を与えた後、電池電圧レベルが低い
か否かを決定するためのチェックを行い（ステップ＃3
1）、もしそうであれば、適当なメッセージが表示され
る（ステップ＃32）。ゼロレベルは、上述された方法で
調整され（ステップ＃34）、かつ時間サンプリングによ
ってモニタされる（ステップ＃35）。次いで、電気的な
雑音及びゼロレベルのドリフトがチェックされ（ステッ
プ＃36）、もし計数値が、特定された時間量以内のある
量以上に変化し又はドリフトしたならば（ステップ＃37
においてYES）、該ゼロレベルが、決定された特定の時
間量の間、再びモニタされる。計数値のドリフトがある
レベル未満であると決定されたならば（ステップ＃37に
おいてNO）、このときこの最終のレベルが次回の較正の
ために用いられる値として記憶される（ステップ＃3
8）。このATZモジュールは、それ自身自動ゼロ調整ルー
チンを有するCALIBモジュール以外のすべてのモードに
よって用いられる。

第５図（Ｉ）のLCDドライバモジュールにおいて、モ
ジュールは、RAMメモリにおけるキャラクタ、バー、及
び値を表示し、LCDモジュールのすべて又は一部をクリ
アする。このモジュールは、すべてのモードによって用
いることができる。

第５図（Ｊ）のスイッチモジュールにおいて、まずあ
る列のスイッチをイネーブルした後特定の行を見つけ出
すことによってスイッチの閉じた状態をチェックするス
イッチチェックルーチンが提供される。該モジュールは
また、電池電圧が低いことをチェックする。このモジュ
ールは、識別され選択されたスイッチを用いてコールさ
れたモジュールにリターンする。

第５図（Ｋ）−ａ乃至ｃにおいて、16ビットと16ビッ
トの乗算と、32ビットと16ビットの除算と、16ビットの
２進数からアスキーで符号化された10進数への変換を含
む基本的な演算アッセンブリ・ランゲージ・ルーチンが
提供される。

最後に、第５図（Ｌ）−ａ乃至ｃにおいて、割込みモ
ジュールが、すべてのA/D変換サンプリングを制御し、
自動ゼロ調整中において較正中メッセージを発生し、休
息通気（RV）モード、並びにMVVモードのための実時間
クロックを表示する。

上述したように、マイクロプロセッサのためのプログ
ラムのソースコードリストは、当該明細書の最後に添付
される。

好ましい実施例について示しかつ記述したが、多くの
変形例を本発明の概念の範囲からはずれることなく、考
えることができることが理解される。本発明は上述の特
許請求の範囲によってのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、マウスピース、導管、並びに、回路及び他の
素子のためのハウジングを備える、本発明の一実施例で
ある肺機能テスタの斜視図、 第２図（Ａ）は、第１図の肺機能テスタにおけるマウス
ピース及び導管の縦断面図、並びに該肺機能テスタのバ
ルブ機構及びトランスジューサのブロック図、 第２図（Ｂ）は、第１図の肺機能テスタのFVCモードに
おける時間に対する流量を示すグラフ、 第３図は、第１図の肺機能テスタの電気回路のブロック
図、 第４図（Ａ）及び第４図（Ｂ）は第３図の電気回路の詳
細を示す回路図、 第５図（Ａ）乃至第５図（Ｌ）は、第１図の肺機能テス
タの制御プログラムを示すフローチャートである。 12……LCDディスプレイ、 14……スイッチ、 18,36……導管、 20……マウスピース、 38……３方バルブ、 40……トランスジューサ、 42……ソレノイド、 44……ポート、 50……増幅器、 52……加算器、 54……基準電圧源、 56……A/D変換器、 58……V/F変換器、 60……マイクロプロセッサ、 62……メモリ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−242834（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−130093（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−139790（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−159357（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−18194（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−23936（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】マウスピースと、 ２個の端部を有し１端部が上記マウスピースに連結され
   た導管手段と、 上記導管手段の他端部に連結され上記導管手段における
   圧力を検出し圧力量を示す出力信号を生成するためのト
   ランスジューサ手段と、上記圧力は上記導管手段におけ
   る空気流量を示し、 上記導管手段に一線で連結され上記トランスジューサに
   大気を通気するためのバルブ手段と、 流量対時間特性のカーブのある選択された部分において
   上記圧力がある選択されたレベル未満に低下したことを
   検出し、上記バルブ手段が開かれたとき正確な圧力の読
   み取りを得るために十分な時間間隔の間上記バルブ手段
   を開き、上記バルブ手段が開かれたとき上記トランスジ
   ューサの出力信号を表すゼロレベルデータを記憶し、上
   記ゼロレベルデータを用いて上記トランスジューサの出
   力の次回の圧力の読み取りを較正するための動的較正手
   段とを備えたことを特徴とする肺機能テスタ。
2. 【請求項２】上記トランスジューサ手段は、電圧振幅が
   圧力量に比例するアナログ電圧信号を生成することを特
   徴とする請求項１記載の肺機能テスタ。
3. 【請求項３】上記動的較正手段は、上記トランスジュー
   サの出力信号と上記ゼロレベルデータに比例するアナロ
   グ電圧信号を有する較正信号を受信し、上記トランスジ
   ューサの出力信号から上記較正信号電圧を減算し、上記
   較正された圧力の読み取りに比例する電圧を有する出力
   信号を生成するための加算デバイスを備えたことを特徴
   とする請求項２記載の肺機能テスタ。
4. 【請求項４】上記動的較正手段は上記較正された圧力の
   読み取りに比例する電圧を有する電圧信号を出力し、上
   記出力信号電圧を、上記アナログトランスジューサ信号
   の電圧に一般に比例するパルス周波数を有する周波数信
   号に変換するための手段をさらに備えたことを特徴とす
   る請求項１記載の肺機能テスタ。
5. 【請求項５】上記周波数信号におけるパルスを計数する
   ための手段をさらに備え、上記パルス計数値が上記導管
   手段を介して流れる空気流の体積に比例することを特徴
   とする請求項４記載の肺機能テスタ。
6. 【請求項６】上記計数するための手段は、ある選択され
   た時間間隔でパルスを計数することを特徴とする請求項
   ５記載の肺機能テスタ。
7. 【請求項７】上記計数するための手段は、ある選択され
   た計数値の合計を得るための時間を計時することを特徴
   とする請求項５記載の肺機能テスタ。
8. 【請求項８】マウスピースと、 ２個の端部を有し１端部が上記マウスピースに連結され
   た導管手段と、 上記導管手段の他端部に連結され上記導管手段における
   圧力を検出し上記導管手段における空気流量を示す出力
   信号を生成するためのトランスジューサ手段と、 上記トランスジューサ出力信号から連続する時間周期の
   間上記空気流量を表すデータを抽出するための手段と、 上記空気流量データを記憶するための手段と、 強制肺活量、負性吸気力、最大随意通気、及び休息通気
   のモードの中から動作モードを選択するための手段と、 上記記憶されたデータに基づいて上記各モードにおける
   少なくとも１つのパラメータを計算するための制御手段
   と、 上記パラメータの計算結果を表示するための手段とを備
   えたことを特徴とする肺機能テスタ。
9. 【請求項９】ある動作モードの動作中において、上記空
   気流量がある選択されたレベル未満であるとき、上記ト
   ランスジューサ手段を較正するための動的較正手段をさ
   らに備えたことを特徴とする請求項８記載の肺機能テス
   タ。