JP2994187B2 - 呼吸数測定装置、呼吸用気体供給装置及び呼吸モニタリングシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、呼吸器疾患患者等に呼
吸用気体を供給する開放型の供給手段と共に用いられ得
る呼吸数測定装置、その機能部を備えた呼吸用気体供給
装置、さらにはかかる供給装置を通信制御装置を介して
中央情報手段装置を結んで、患者の呼吸状態についての
モニタリング等を行うシステムを提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、呼吸器疾患の患者に対して酸素ボ
ンベから供給する酸素療法が行われており、最近では空
気中の酸素を分離濃縮して酸素濃縮気体を得るための酸
素濃縮器が開発され、それを用いた酸素療法が次第に普
及するようになってきている。

【０００３】かかる酸素濃縮器としては、例えば酸素を
選択的に吸着し得る吸着剤を酸素濃縮機能部として用い
た吸着型酸素濃縮器や、酸素選択透過性膜を酸素濃縮機
能部として用いた膜型酸素濃縮器がある。

【０００４】なお、酸素療法が用いられる他の酸素供給
方式として、液体酸素から適当に制御された速度で蒸発
した酸素を患者に供給する方法も知られている。

【０００５】酸素濃縮器は、病院において使用するのみ
ならず、在宅医療用に家庭においても使用される場合が
次第に多くなってきている。なおこれらの酸素濃縮器
は、病院や家庭において個々に配置され、別々に運転状
況の把握及びその管理がなされている。

【０００６】これらの呼吸用気体装置は、患者（使用
者）の生命を維持するための装置であって、患者の呼吸
状態に適応した条件下での呼吸用気体の供給が求められ
る。なお、呼吸器疾患患者の自発呼吸の補助として、鼻
カニューラ等の開放型の供給手段を介して酸素が供給さ
れる場合が多い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、まず鼻カニ
ューラ等を用いて呼吸器疾患患者に酸素濃縮気体等の呼
吸用気体を供給する酸素療法において、呼吸用気体を供
給しながら患者の呼吸状態を容易に測定し得る呼吸測定
器を提供することを目的としている。それと共に本発明
は、かかる呼吸測定器の機能を備えた酸素濃縮気体供給
装置や、在宅の酸素療法に用いられる数多くの酸素濃縮
気体供給装置の遠隔モニタリングシステムを提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【発明の構成】本発明者は、かかる目的達成のために鋭
意研究した結果、開放型の呼吸用気体供給手段の導管の
途中に接続されたりして、呼吸の圧力変動から精度よく
呼吸数を測定し得る方式を見い出し、本発明に到達した
ものである。

【０００９】即ち本発明は、（１）、呼気吸気に基づく
圧力変化を検知する圧力変動検知手段と該検知手段の検
知情報に基づいて呼吸数を求めるための情報処理手段を
有した呼吸数測定装置であって、該情報処理手段が、該
検知手段による呼吸波形なる検知情報を、数値化する手
段と数値化された呼吸波形からドリフト成分を除いて基
準化呼吸波形を求める基準化手段とを含む情報前処理手
段と、該情報前処理手段により得られた整形呼吸波形の
最大値または最小値を求めさらに該最大値又は最小値に
所定の検出レベル率を乗じて検出値を求めて該整形呼吸
波形が該検出値になった時点を呼吸数としてカウントす
る呼吸数カウント手段を具備したものである呼吸数測定
装置を提供するものである。

【００１０】かかる本発明には、（２）、該情報前処理
手段が、該基準化呼吸波形からノイズ成分を除いて整形
呼吸波形を得るための波形平滑化手段を具備したもので
ある呼吸数測定装置が含まれる。さらにかかる本発明に
は、（３）該呼吸数カウント手段が、所定のノイズレベ
ル範囲では呼吸数としてカウントしないようにするため
のノイズ排除手段を具備したものである呼吸数測定装置
が含まれる。

【００１１】また本発明には、（４）、該圧力変動検知
手段が、呼吸用気体の発生手段と呼吸用気体の開放型供
給手段を連結する呼吸用気体供給用導管手段の途中にお
いて、ダイヤフラムの一方側の空間が該気体供給用導管
手段に連通し、該ダイヤフラムの他方側の空間が直列に
配されたタンク手段と通路絞り手段を介して該気体供給
用導管手段に連通するように供給されたダイヤフラム式
圧力変動検知手段である前記（１）の呼吸数測定装置が
含まれる。

【００１２】また本発明は、（５）、呼吸用気体の発生
手段と、一端が該発生手段に連通し他端が該呼吸用気体
の開放型供給手段に連通した呼吸用気体供給用導管手段
と、前記（４）記載の呼吸数測定装置を具備した呼吸用
気体供給装置を提供するものである。

【００１３】さらに本発明は、（６）、（ｉ）呼吸数を
送信するための第一通信手段をさらに具備した前記
（５）記載の呼吸用気体供給装置と、（ii）該呼吸用気
体供給装置から送信される該デジタル情報を受信するた
めの第二通信手段と、第二通信手段から受信された該デ
ジタル情報を記憶するための記憶手段と、必要に応じて
電話回線を用いてデジタル情報をモデム送信するための
第三通信手段と、必要に応じて第三通信手段を介し、記
憶された該デジタル情報を送信する通信制御手段とを具
備した通信制御装置と、（iii ）該通信制御装置から送
信される該デジタル情報をモデム受信する第四通信手段
を具備した中央情報処理装置とを有したことを特徴とす
る呼吸モニタリングシステムを提供するものである。

【００１４】以下、本発明について必要に応じて図面を
用いながらさらに詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の呼吸数測定装置の具体例
を模式的に示したものである。即ち、図１は、鼻カニュ
ーラのような呼吸に基づく圧力変動が伝わり得る導管手
段１０１に、電磁式開閉弁手段１０３が接続され、さら
にダイヤフラム式の圧力変動検知手段１０６が具備され
ている。このダイヤフラム式圧力変動検知手段１０６
は、そのダイヤフラムの一方側空間が直接開閉弁手段１
０３に接続されており、ダイヤフラムの他方側空間がタ
ンク手段１０５及び通路絞り手段１０４を介して開閉弁
手段１０３に接続されている。

【００１６】かかる圧力変動検知手段１０６による呼吸
波形なる検知情報は、数値化するための手段と、その数
値化された呼吸波形からドリフト成分を除いて基準化呼
吸波形を求める基準化手段と、基準化呼吸波形からノイ
ズ成分を除いて整形呼吸波形を得るための波形平滑化手
段とを含む情報前処理手段としての波形整形手段１０７
に送られる。

【００１７】波形整形手段１０７より呼吸数カウント手
段であるＣＰＵ１０２に送られたパルス信号（Ｆ）なる
整形呼吸波形は、ＣＰＵ１０２において、最大値（呼吸
時の最大ピーク値）又は最小値（吸気時の最小値）が検
出され、さらにその値に所定の検出レベル値を乗じた検
出値が求められて、その検出値に相当する値に整形呼吸
波形の値がなった時点が１呼吸としてカウントされる。
尚、図１中の１０８は、検出レベル値等の外部設定手段
を表わす。

【００１８】計測（カウント）した呼吸数は、呼吸表示
機構（７セグメントＬＥＤ）１０９により数値として表
示するようにしてもよい。又、呼吸数を１カウントする
毎にブザー１１０によりブザー音を発生させたり、表示
ランプ（ＬＥＤ１ケ）１１１を短時間（例えば１秒間）
点灯させることにより、呼吸数測定者に呼吸数の測定が
行われたことを知らせるようにしてもよい。

【００１９】又、１カウント毎にパルス信号（電圧パル
ス）を検出パルスとして発生させ記録計（図示せず）で
記録することにより、記録として保存できるし同時に呼
吸の周期を記録から読み取ることも可能になる。さらに
ＣＰＵ１０２より呼吸信号の変化をＤ／Ａ変換回路１１
２を通してアナログ信号（アナログ信号２）として、出
力し記録計（図示せず）に記録することも可能である。
さらに波形整形手段１０７の出力信号をＦ／Ｖ変換回路
１１３を通してパルス周波数の変化を電圧信号の変化
（アナログ信号１）として出力することもできる。

【００２０】さらに、アナログ２に、パルス出力（検出
パルス）をＣＰＵ１０２内にて、加算して出力すると呼
吸圧力変化の内１呼吸としてカウントしたポイントを記
録した電圧波形の上に明確に表示することができる。測
定者は記録した波形より、呼吸の周期、呼吸波形のパタ
ーン、呼吸信号の強弱等、さまざまな情報を読み取るこ
とが、可能となる。

【００２１】呼吸数測定のアルゴリズムの具体例を以下
に示す。即ち図１に示す如く、波形整形手段１０７より
ＣＰＵ１０２に送られたパルス信号（Ｆ）は、「信号の
前処理」を施されたのた後「呼吸の検出」に用いられ
る。

【００２２】信号の前処理の目的は、センサー信号のド
リフト成分をキャンセルすることを、今一つはノイズ成
分をキャンセルすることにある。かかる情報の前処理手
段の具体的態様のフローチャートを図２に示す。

【００２３】図２における数値化とは、センサーからの
信号はパルス信号であり、そのパルス数を一定の周期
（時間）ごとに呼吸圧力信号に比例した数値に置換する
ことである。例えば周期１００ｍｓにて、センサーに加
わる圧力が０の場合４００ｋパルス／秒とすると１００
ｍｓ当りのパルスカウント数は４０，０００パルスとな
る。

【００２４】この様に呼吸圧力信号を数値化した後、波
形整形手段１０７内のコンピューター手段で演算し以下
の処理を行う。まずセンサー信号の「ドリフト成分をキ
ャセルする」ために図３に示す零点基準値を、以下に示
す平滑化計算式（Ｉ）により求める。 平滑化計算式；Ｐ_t ＝Ｐ_t-1 ×（１−Ｒａｔｅ）＋Ｒ_t ×Ｒａｔｅ ……（Ｉ）

【００２５】この平滑化計算式（Ｉ）において、Ｐ_t は
零点基準値のデータを、Ｒ_t は生データ（センサーから
の信号を数値化したもの）を、Ｒａｔｅは時定数より以
下の式で求める所定の基準値平滑化係数を示す。

【００２６】Ｒａｔｅ＝（１／ｔ）×Ｔ ｔ：時定数（ｓｅｃ） Ｔ：サンプリング周期（ｓｅｃ）

【００２７】ここではセンサー信号のドリフト成分を求
めることが目的である。センサー信号のドリフトは使用
環境の温度湿度や長期間使用による信号（パルス数）の
ずれにより発生するものであるから、基準値平滑化係数
は非常に小さい値（例えば時定数１００ｓｅｃ、演算周
期１００ｍｓの場合０．０１）を選ぶことによりゆるや
かな零点基準値を求める。種々の条件下で鋭意研究した
結果、ここでの所定のＲａｔｅ（基準値平滑化係数）と
しては演算周期が１００ｍｓの場合に０．０１〜０．０
２程度、時定数で５０〜１００ｓｅｃが最適となる結論
に達した。

【００２８】次に、図２における減算について説明す
る。ここでは、センサーからの信号（パルス数）値から
ノイズ成分をキャンセルし、呼吸信号のごとく零を中心
とした基準化呼吸波形に変換する計算を行う。その計算
式としては、Ｒｔ2 ＝Ｒｔ1 −Ｐｔ1 が好ましい。ここ
でＲｔ1 はセンサーからの生データを数値化したデータ
であり、Ｐｔ1 はセンサーのドリフト成分を示す零点基
準値である。又、Ｒｔ2は減算により求められた値であ
り、センサー信号は吸気圧力（負圧）によりパルス数は
上昇するので、減算結果は正（＋）の値となり、呼気圧
力（正圧）においては、パルス数は下降し減算結果は、
負（−）の値となる。

【００２９】次にさらに検出精度を高めるために具備す
ることが好ましいものとして、図２におけるノイズ成分
のキャンセルを目的とした平滑化演算手段について説明
する。演算式は、前述の基準化平滑化計算式（１）と同
様のものを使用するが所定のＲａｔｅ（波形平滑化係
数）は大きい数値（例 演算周期１００ｍｓの場合０．
３〜０．５、時定数で２．０〜３．３ｓｅｃ）を使用す
る。ノイズ成分は、呼吸圧力の変化に比べて速さ変化を
示すものであり、そのノイズ信号を呼吸数としてミスカ
ウントすることを防止するためであり、過小なＲａｔｅ
（波形平滑化係数）を使用すると測定しようとする呼吸
信号の変化までも減小させてしまうこととなる。種々の
条件下で鋭意研究した結果、ここでのＲａｔｅ（波形平
滑化係数）として０．３〜０．４の範囲、特に０．３５
程度が最適であるとの結論に達した。 この様にＲａｔ
ｅ（波形平滑化係数）を所定の範囲に設定することによ
って、例えば後述する図６に示す如く吸気時のピークが
ノイズ成分によってあたかも複数個あるような場合で
も、図６の波線に示すように適正なピーク検出が可能に
なる。

【００３０】次に呼吸数をカウントするための呼吸数カ
ウント手段におけるアルゴリズムについて図４及び図５
により説明する。前述の前処理された呼吸圧力信号をコ
ンピュータの演算の所定周期（１００ｍｓ）ごとにチェ
ックし、差圧に関する圧力信号の最低値（パルス数の最
高値、図５中のａ）を記憶する。この方法（アルゴリズ
ム）では、図４に示すごとく圧力下降中は、最低値を記
録し、圧力下降が継続中は周期ごとに最低値の記録が更
新される。即ちやがて圧力下降から圧力上昇に変った時
のデータをａとして記憶する。

【００３１】次に、圧力信号の上昇（パルス数の下降）
を周期（１００ｍｓ）ごとにチェックし、やがて図５の
ごとくａ信号に検出レベル率を乗じた検出値ｂになると
呼吸数カウントに＋１を加える。この検出レベル率につ
いて種々の条件下で鋭意研究した結果、０．８〜０．９
５程度が妥当であることを見い出した。

【００３２】次に圧力信号が零レベル以下（パルス数が
負の値）になると吸気サイクルの終了を検知したと判断
し、図４のごとく再度圧力下降を待つ。この様な動作繰
返し１分間当りの呼吸数を測定する。

【００３３】この様に検出レベル率の適正な設定や、吸
気信号が零レベル以下（パルス数が負の値）にならない
と次の呼吸数カウントを行わないと言った条件を適正に
設定した場合には、前述の「ノイズ成分のキャンセルを
目的とした平滑化演算」の効果であるミスカウント防止
をさらに確実にし、後述の図６のごとく複雑な吸気期間
の信号においても正確な呼吸数の測定を可能になる。

【００３４】上記は、吸気期間中の信号波形に含まれる
ノイズ成分によるミスカウント防止について述べたが、
次に圧力信号が零近傍に有る場合のミスカウント防止に
ついて説明する。この方式は図６の差圧が０の基準値近
傍のノイズレベル中に示すごとく、例えば圧力信号が基
準値（±０の値）より負圧側（吸気側）にノイズレベル
として扱う所定の範囲を設定して、そのノイズレベル範
囲内に圧力信号が有るか否かの判定手段と、その範囲内
に有る場合は呼吸数測定用の信号として扱わない（呼吸
数測定を行わない）ようにする処理手段を設けることに
より、「呼吸信号が無い場合」に、鼻カニューラ等の導
管手段ゆれによる圧力信号の乱れや酸素供給装置が発生
する圧力信号の乱れを呼吸数としてミスカウントするこ
とを防止するものである。

【００３５】所定のノイズレベルの選定については、選
抜レベルを種々用意して鋭意研究した結果、−０．５mm
Ｈ₂ Ｏ程度に設定することにより、ミスカウントは発生
せずしないことを見出した。また吸気信号が非常に弱い
人の場合でも−１mmＨ₂ Ｏ以下の信号が検出されたこと
から、このノイズレベルの範囲の下限を−１〜−０．５
mmＨ₂ Ｏ内に選定すれば良いと判断できた。

【００３６】１分間当りの呼吸数の表示については、１
分間カウントした値をそのまま表示する手段を具備した
場合他に、例えば３０秒間のカウント値を１分間当りに
て換算する手段をＣＰＵに具備してもよく、あるいは、
吸気検出時間の間隔を測定して、１分間当りの呼吸数を
求める手段を具備せしめることも可能である。

【００３７】上記説明は、吸気圧力のピークを検知する
方式を採用した場合について述べたが、呼気圧力のピー
クを検知する方式を採用した場合も同様に考えられる。
また、本発明における圧力変動検知手段としては、図１
に示されるダイヤフラム式圧力変動検知手段の他、例え
ば半導体圧力センサー、ベロー式圧力センサー等呼吸に
基づく圧力変化が検知できるものであればいかなるもの
であってもよい。

【００３８】図７は、本発明の呼吸用気体供給装置の具
体例を模式的に示したものである。即ち、図１は、呼吸
用気体の発生手段としての圧力変動吸着型酸素濃縮器１
と、呼吸用気体の開放型供給手段としての鼻カニューラ
３と、それらを連結する導管手段２とからなる呼吸用気
体供給装置であって、その導管手段２の途中に、ダイヤ
フラム式圧力変動検知手段６が、そのダイヤフラムの一
方側の空間が通路絞り手段としての細管（例えば内径
２．０mm、長さ４ｍ、又は内径０．３mm、長さ５０mm）
及びタンク手段としてのタンク５（例えば内容積２０〜
３０cm³ ）を介して導管手段２に連通しており、ダイヤ
フラムの他方側空間も導管手段に連通した状態でダイヤ
フラム式圧力変動検知手段６が具備されたものを示して
いる。なお、開閉弁４０は、導管手段内の圧力変動を検
知する際にのみ開くようにしたものであり、それによっ
て導管手段内の気体に含まれる水分が圧力変動検知手段
６に到達しにくいようにすることができる。

【００３９】また図７において発振回路７は、ダイヤフ
ラム式圧力変動検知器が受ける吸気と呼気により変化す
る差圧信号を電気パルスに変換する手段である。ダイヤ
フラム式圧力変動検知手段は、ダイヤフラムが圧力変動
を受けて変動すると、静電容量が変化するよう構成され
ており（静電容量式差圧検知センサーとなっており）、
該静電容量（Ｃ）と電気抵抗（Ｒ）を組合せた公知のＣ
Ｒ形発振回路により電気パルスを発生する。従って、該
電気パルスのパルス数はダイヤフラム式圧力変動検知手
段に加わる圧力変動により変化する。態様例として、本
発明の実施例では、吸気信号（負圧信号）により、電気
パルス数は増加し、呼気信号（正圧信号）により電気パ
ルス数は減少するよう構成されている。

【００４０】図７において、情報前処理手段としての波
形整形回路３１は発信回路７で発生させた電気パルスを
ＣＰＵ（マイクロコンピュータ）３２で認識しやすくす
るため、前記の図２の如き整形呼吸波形を得るために用
いられる波形整形回路である。呼吸数カウント手段とし
てのＣＰＵ３２では、電気パルスをカウントし（例えば
０．１秒毎）該カウントした数値を前記の図４の如きア
ルゴリズムによって１分間当りの呼吸数（ＢＰＭ）を求
めることができる。

【００４１】本発明におけるダイヤフラム式圧力変動検
知手段の態様例として、差圧を受けて変位するダイヤフ
ラムに連動する移動電極と、これに対向して配置した固
定電極との間の静電容量が、ダイヤフラムに作用する圧
力の差に応じて変化することを検出するようにしたダイ
ヤフラム式圧力検出器であって、ダイヤフラムに表面を
導電性物質で処理した高分子フイルムを用い、その導電
性物質を移動電極としたものがあげられる（特開昭６４
―２１３３０号公報参照）。

【００４２】かかる検知手段のさらに好ましい態様例と
して、ダイヤフラムを高分子フイルムに導電層を積層し
た導電性フイルムとし、その導電層を移動電極とすると
共に、固定電極も導電性フイルムとしたことを特徴とし
たものがあげられる（特開平１―２７４０２７号公報参
照）。

【００４３】図８は、このような本発明のダイヤフラム
式圧力変動検知手段の具体例の側断面図を模式的に示し
たものである。

【００４４】図において１０が圧により変位するダイヤ
フラムであり、１１がこれに対向配置された固定電極で
あり、ダイヤフラム１０が有機高分子フイルム１０ａ上
に金属薄膜、金属酸化物薄膜等よりなる導電層１０ｂを
形成した導電性フイルムよりなる。なお、固定電極もま
た支持板１２上において有機高分子フイルム１１ａ上に
金属薄膜、金属酸化物薄膜等よりなる導電層１１ｂを形
成することが望ましい。ダイヤフラム１０の他方の側に
は作動空間を設定する所定厚みの規則枠１３を介して、
ダイヤフラム１０の最大変位を規制する規制側板１４が
配置されている。そして、固定電極１１、ダイヤフラム
１０、規制枠１３、規制側板１４はこの順で必要個所に
シール材（図示省略）を介在させて支持板１２上に載置
し、各要素の４隅に設けたボルト穴に挿通したボルト
（図示省略）により締付け、図８に示すように組み立て
られる。

【００４５】なお、この組み立てに際しては、固定電極
１１は支持板１２上に自然状態で載置し、その上に中間
枠を配置してもよい。この状態においては、固定電極１
１はカール等によるしわのため部分的に支持板１２上に
密着した状態となっており、その高い部分は中間枠の上
面より突き出ている。次いでこの上にダイヤフラム１
０、規制枠１３、規制側板１４を載置して締付け組み立
てる。するとダイヤフラム１０は固定電極１１のしわの
高い部分で押圧されて若干張力が付与された状態で固定
される。従って固定電極１１とダイヤフラム１０との間
には固定電極１１とダイヤフラム１０とが一部接触した
ギャップが形成される。そしてこのギャップにより温湿
度変化に対して特性の安定した呼気検出器が実現され
た。

【００４６】ところで、上記ギャップの変化を静電容量
変化として安定して検出するため各要素は以下のように
構成されている。

【００４７】ダイヤフラム１０は移動電極となる、導電
層１０ｂが規制枠１３側になるように配置すると共に、
規制枠１３のダイヤフラム１０側には金属薄層１３ａを
形成し、導電層１０ｂの外部へ取り出し端子としてい
る。なお、規制枠１３の厚みはダイヤフラム１０に高差
圧が付与された時もダイヤフラム１０が破壊されず、か
つ、通常の作動範囲では障害とならない厚みとする必要
がある。本例では略１mmとしたが、測定圧に応じて選定
すべきである。

【００４８】また、固定電極１１は導電層がダイヤフラ
ム１０側となるように配置すると共に、中間枠をその固
定電極１１側に金属薄膜を形成したものとして固定電極
１１の外部への取り出し端子としてもよい。

【００４９】更に、規制側板１４、支持板１２の外面側
には夫々金属薄膜を積層し、これを接地することにより
外部電位変化等の測定への影響を防止するようにしてあ
る。

【００５０】一方、固定電極１１及び規制側板１４には
夫々貫通孔を設けると共に、固定電極１１に対面する支
持板１２の内面には中心の圧導入口から固定電極１１の
各貫通孔、更にはこの貫通孔間に圧を伝える流路を図示
の如く車輪状にパターン化して形成した金属薄膜を積層
し、ダイヤフラム１０の応答性の向上を計ってある。こ
れは、ダイヤフラム１０及び固定電極の規制側板１４、
支持板１２への密着を防止し、速応性を確保する点で有
効である。

【００５１】なお、移動電極のダイヤフラム１０と固定
電極１１の間の静電容量変化は、取り出し端子に周知の
静電容量測定回路を接続することにより測定できる。

【００５２】以上の構成において、移動電極なるダイヤ
フラム１０を５０μｍ厚のポリエチレンテレフタレート
（ＰＥＴ）フイルム１０ａ上にＮｉを蒸着（１０ｂ）し
たニッケル蒸着導電性フイルムとし、固定電極１１を７
５μｍ厚のＰＥＴフイルム上にインジュウム・錫酸化物
（ＩＴＯ）を形成した透明導電性フイルムとし、中間枠
１２に８５μｍの銅張ポリイミドフイルムからなるフレ
キシブルプリント回路基板を、規制枠１３に１mm厚の銅
張プリント回路基板を、規制側板１４と支持板１２に同
じく銅張プリント回路基板を用い、ダイヤフラム１０の
受圧部を半径４cmの円形としたものがあげられる。

【００５３】なお、図８における１５は差圧信号の片側
圧力信号を伝えるための密閉室を形成するための規制板
を表わし、１６は差圧信号の片側の信号を伝えるための
密閉室を形成するための規制枠を表わし、１７は図１又
は図４の導管４１に接続されて流体圧力＋呼吸圧力変動
の信号を導くための接続口を、１８は図１又は図４の導
管４２に接続されて流体圧力（絞りとタンクを経由して
伝えられる圧力）の信号を導くための接続口を、１９は
ダイヤフラムが形成する静電容量と電気抵抗を組合せて
電気パルスを発生させる発振回路を表わす。

【００５４】図８の構成における静電容量の測定は、次
式で求められる。

【００５５】

【数１】 （但し、Ｃは静電容量、εはＰＥＴ及び空気の誘電率、
Ｓは電極の面積、ｄは電極間の距離を表わす。）

【００５６】その静電容量から、次式により発振周波数
に変換され得る。

【００５７】Ｆ＝Ｋ／Ｃ （但し、Ｆが発振周波数（パルス／秒）であり、Ｋはゲ
インを表わす。）

【００５８】図９は本発明におけるダイヤフラム式圧力
変動検知手段の今一つの具体例の側断面図を模式的に示
したものである。即ち図９は、図８に示すダイヤフラム
式圧力変動検知手段と図１に示す絞り手段としての細管
４及びタンク手段としてのタンク５を一体化し実用的
な、小型形状に改良したものである。

【００５９】図８においては絞り手段４とタンク手段５
の間、及びダイヤフラム式圧力変動検知手段６とのおの
おのの間を、導管手段で接続して構成しているか、図９
の改良型においては、図８における４，５，６を一体化
してタンク手段４３を形成するための室構成部材４５と
細管４４を採用することにより、図８における各々４，
５，６の間を接続する導管手段を不要としたものであ
る。接続口４６は図７における開閉弁４０に接続され
る。この様な構造にすることによって、呼吸信号検出手
段は小型になり、収納スペースを少くすることに成功し
た。又導圧管手段は不要となったので、接続部は少くな
り従って接続部からの圧力信号洩れは発生せず、性能は
安定化される。

【００６０】図１０は、図９のダイヤフラム式圧力変動
検知手段を、図７で示される呼吸用気体（酸素濃縮気
体）供給装置に組み込んだものを前記図２及び図４に示
されるアルゴリズムで運転した場合の呼吸数の測定結果
を、前記したようなアナログ信号１及びアナログ信号２
の経時変化として、各々（ｂ）、（ｃ）に表示したもの
である。尚図１０中の（ａ）は、差圧を直接マノメータ
を用いて測定した場合の圧力の経時変化を表わしたもの
であり、（ｄ）は胸郭の動きより呼吸数を測定する装置
レスピー（商標）による測定結果を表わしたものであ
る。この様に、本発明の装置による測定結果（ｂ）、
（ｃ）特に（ｃ）の測定結果が、他の方法による測定結
果と同等に粘度よく得られていることがわかる。尚、マ
ノメータやレスピーを用いた装置では、操作性や価格の
点で実用的でない等の問題点がある。

【００６１】本発明の呼吸用気体供給システムは、
（ｉ）前記したような呼吸用気体供給装置に第一通信手
段を具備したものと、（ii）その装置から送信されるデ
ジタル情報を受信するための第二通信手段と、その情報
を記憶するための記憶手段と、必要に応じて電話回線を
用いてモデム送信する第三通信手段と、その通信制御手
段とを具備した通信制御装置と、（iii ）その通信制御
装置から送信されるデジタル情報をモデム受信する第四
通信手段を具備した中央情報処理装置を有したことを特
徴とするものである。

【００６２】図１１は、本発明の呼吸用気体供給システ
ムの好ましい具体例について、そのシステムの構成と情
報の流れを示したものである。図１１において、各患者
宅において使用されている呼吸用気体供給装置２１の運
転状態や使用状況などに関する情報即ちモニタリングデ
ータは、その装置２１における通信回路かＲＳ２３２Ｃ
ケーブル等のケーブル手段２２を介して通信制御装置２
３における通信回路に常時取り込まれ、処理される。通
信制御装置２３で処理されたデータは、一定周期で公衆
電話回線２４を介して中央情報処理装置へ送信される。
各患者宅から中央情報処理装置２５に送信されたデータ
は、通信処理専用コンピュータによって処理され、デー
タベースにそのデータを記録する。なお、この通信処理
専用コンピュータにおいて、フロッピーディスクに例え
ば１日分などの新定期間分のデータをまとめて格納さ
れ、必要に応じてそのフロッピーディスクからデータを
読み取って、データ処理専用コンピュータを用いてデー
タベースにそのデータを記録するようにすることが望ま
しい。このようにすることによって、中央情報処理装置
２５のデータベースに蓄積されたデータは、装置の運転
状態や患者の使用状況等の把握を可能にし多角的な運用
が容易にできるようになる。

【００６３】図１１における呼吸用気体供給装置２１
は、呼吸用気体発生手段として特開昭６２―１４０６１
９号に開示されたような通常用いられる圧力変動吸着型
酸素濃縮機能部２６を含み、そこからの酸素濃縮気体で
ある呼吸用気体の供給手段として鼻カニューラ２７を含
む。またかかる酸素濃縮機能部２６には、その運転状態
や患者の使用状況に関する情報を定量的に把握する情報
収集機能部として、吸着床等における半導体センサーを
用いた圧力センサー、使用に供する気体についての濃度
センサー、使用に供する気体の流量設定器における設定
値の認識手段等を含んだ情報収集系が含まれる。ここで
得られたアナログ情報は、圧力変動検知手段で得られた
情報と共に、必要に応じてＡ／Ｄ変換器によってデジタ
ル情報に変換され、ＳＩＯ（シリアル入出力装置）を介
して、それらのデータを出力するための通信回路に送ら
れ、ＲＳ―２３２Ｃ通信ポート２８からシリアル伝送さ
れる。すなわち情報処理系により、得られたデータは、
直接あるいはＡ／Ｄ変換後に、ＣＰＵに処理され、ＳＩ
Ｏ（シリアル入出力装置）を介して、通信回路に送ら
れ、ＲＳ―２３２Ｃ通信ポートから、シリアル伝送され
る。

【００６４】図１１における通信制御装置２３では、呼
吸用気体供給装置からシリアル送信されたデジタル情報
がＲＳ―２３２Ｃ通信ポート２９を介して通信回路に受
信され、ＳＩＯを具備したＣＰＵ（中央処理装置）を経
て記憶手段（ＲＯＭやＲＡＭ）を備えたメモリに記憶さ
れる。すなわちＲＳ―２３２Ｃ通信ポートを介して通信
回路に受信され、ＳＩＯを具備したＣＩＰＵを経て、記
憶手段（ＲＯＭやＲＡＭ）を備えたメモリに記憶され
る。また同装置２３に具備されたカレンダーＩＣも用い
ながらＣＰＵでデジタル情報が所定の編集処理され、そ
の処理された情報がモデムを用いて伝送される。

【００６５】図１１に示す中央情報処理装置２５は、第
四通信手段であるモデムに加えて、情報処理コンピュー
タとして、通信処理部とデータ処理部の２台のコンピュ
ータより構成されている。通信処理部は、各患者宅から
送られてくる周期通信に加え、緊急の警報通信に備える
ため、２４時間の運転体制をとることが容易になる。な
お、無停電電源装置により電源をバックアップするなど
万一の状態にも備えていることが望ましい。データ処理
部では、記録されたデータに基づいて、呼吸用気体供給
装置の履歴管理や患者使用状況に関する情報の処理を行
ってもよい。

【００６６】かかる中央情報処理装置２５と通信制御装
置２３との間の通信は、電話回線２４によることが望ま
しく、特に公衆電話回線を用いることが実用上便利であ
る。公衆電話回線を用いた場合には、通信制御装置とし
て、送信先の電話番号や送信スケジュール等を記憶する
記憶手段を具備し、更に電話回線との接続手段を供え、
それに接続された電話器から利用されていない時におい
てのみ送信できるようにするための送信コントロール手
段を具備したネットワーク制御機能を備えたものが実用
上有利に用いられる。

【００６７】

【発明の効果】本発明の呼吸測定装置によれば、呼吸補
助用の気体を連続的に供給した状態のままで、精度よく
呼吸数の呼吸の測定が容易にできる優れた効果が得られ
る。

【００６８】本発明の呼吸用気体供給装置は、呼吸数測
定機能部も備えるので、使用者の呼吸の状態が精度よく
把握できる優れた効果を奏する。

【００６９】本発明の呼吸用気体供給システムによれ
ば、遠隔監視により患者の呼吸の状況を把握して治療に
フィードバックすることが可能になり、また、患者や医
師にオンライン監視という安心感を与えるという優れた
効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の呼吸数測定装置の好ましい具体例の模
式図。

【図２】本発明の呼吸数測定の情報前処理手段における
アルゴリズムの例示。

【図３】本発明の呼吸数測定の情報前処理手段における
ドリフト成分除去の例示。

【図４】本発明の呼吸数カウント手段におけるアルゴリ
ズムの例示。

【図５】本発明の呼吸数カウント手段における呼吸数カ
ウントの例示。

【図６】本発明の呼吸数カウント手段におけるノイズ排
除の例示。

【図７】本発明の呼吸用気体供給装置の好ましい具体例
の概略図。

【図８】本発明の呼吸測定器等におけるダイヤフラム式
圧力変動検知手段の具体例の概略断面図。

【図９】本発明の呼吸測定器におけるダイヤフラム式圧
力変動検知手段の好ましい具体例の概略断面図。

【図１０】本発明の呼吸測定装置による測定結果等の例
示。

【図１１】本発明の呼吸用気体供給システムの好ましい
具体例の概略図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) A61M 16/00 370 A61B 5/08

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 呼気吸気に基づく圧力変化を検知する圧
   力変動検知手段と該検知手段の検知情報に基づいて呼吸
   数を求めるための情報処理手段を有した呼吸数測定装置
   であって、該情報処理手段が、該検知手段による呼吸波
   形なる検知情報を数値化する手段と数値化された呼吸波
   形からドリフト成分を除いて基準化呼吸波形を求める基
   準化手段とを含む情報前処理手段と、該情報前処理手段
   により得られた整形呼吸波形の最大値または最小値を求
   めさらに該最大値又は最小値に所定の検出レベル率を乗
   じて検出値を求めて該整形呼吸波形が該検出値になった
   時点を呼吸数としてカウントする呼吸数カウント手段を
   具備したものである呼吸数測定装置。
2. 【請求項２】 該情報前処理手段が、該基準化呼吸波形
   からノイズ成分を除いて整形呼吸波形を得るための波形
   平滑化手段を具備したものである請求項１の呼吸数測定
   装置。
3. 【請求項３】 該呼吸数カウント手段が、所定のノイズ
   レベル範囲では呼吸数としてカウントしないようにする
   ためのノイズ排除手段を具備したものである請求項１の
   呼吸数測定装置。
4. 【請求項４】 該圧力変動検知手段が、呼吸用気体の発
   生手段と呼吸用気体の開放型供給手段を連結する呼吸用
   気体供給用導管手段の途中において、ダイヤフラムの一
   方側の空間が該気体供給用導管手段に連通し、該ダイヤ
   フラムの他方側の空間が直列に配されたタンク手段と通
   路絞り手段を介して該気体供給用導管手段に連通するよ
   うに供給されたダイヤフラム式圧力変動検知手段である
   請求項１の呼吸数測定装置。
5. 【請求項５】 呼吸用気体の発生手段と、一端が該発生
   手段に連通し他端が該呼吸用気体の開放型供給手段に連
   通した呼吸用気体供給用導管手段と、請求項４の呼吸数
   測定装置を具備した呼吸用気体供給装置。
6. 【請求項６】 （ｉ）呼吸数を送信するための第一通信
   手段をさらに具備した請求項５の呼吸用気体供給装置
   と、（ii）該呼吸用気体供給装置から送信される該デジ
   タル情報を受信するための第二通信手段と、第二通信手
   段から受信された該デジタル情報を記憶するための記憶
   手段と、必要に応じて電話回線を用いてデジタル情報を
   モデム送信するための第三通信手段と、必要に応じて第
   三通信手段を介し、記憶された該デジタル情報を送信す
   る通信制御手段とを具備した通信制御装置と、（iii ）
   該通信制御装置から送信される該デジタル情報をモデム
   受信する第四通信手段を具備した中央情報処理装置とを
   有したことを特徴とする呼吸モニタリングシステム。