JP4968647B2 - 呼気情報収集用アダプタおよび生体情報処理システム - Google Patents

Description

この発明は、一人の被検者について同時に、鼻孔呼気と口呼気とから二酸化炭素濃度を測定すると共に、鼻孔呼気からエアフロープレッシャを測定可能とするための呼気情報収集用アダプタと、この呼気情報収集用アダプタを用いて構成した生体情報処理システムに関するものである。

近年、各種交通機関における安全性の観点から、運転者の健康、特に睡眠に関する診断がなされるようになってきた。すなわち、睡眠時無呼吸症候群（ＳＡＳ）の診断が行われることも多い。睡眠時無呼吸症候群の診断のためには、いろいろなパラメータと一緒に鼻カニューラを用いてエアフロープレッシャ（airflow pressure）を測定して呼吸を検出することが基本であるが、近年、呼気の二酸化炭素濃度を測定して、呼吸の検出だけでなく、呼吸中枢の働きや二酸化炭素の体内への蓄積の程度を調べるようになってきた。

そこで、従来においては、呼気の二酸化炭素濃度測定において、両方の鼻腔に挿入される鼻腔チューブと口腔からの呼気を収集するチューブとを結合させて、この結合点からサイドストリーム方式の呼気炭酸ガスモニタにより呼気吸気のガスをサンプリングするように構成されたものが特許文献１に記載されている。また、小型二酸化炭素センサを鼻下に設け、両方の鼻孔からの呼気と口からの呼気を上記センサへ導く構成の装置が特許文献２に開示されている。

しかしながら、これらの方法では呼気の二酸化炭素濃度の測定は可能であるが、エアフロープレッシャの測定を同時に行うことは不可能である。また、鼻呼吸あるいは口呼吸の呼気の二酸化炭素濃度測定が可能であるが、鼻または口のどちらかの呼吸であるかを識別することができない。

上記以外には、エアフロープレッシャと二酸化炭素の双方を測定するものが特許文献３に開示されている。この装置は、ネーザルカニューラを隔壁により左右に分離し、一方で二酸化炭素を測定し、他方でエアフロープレッシャを測定するものである。しかしながら、この特許文献３の装置にあっては、左右の鼻孔から呼気を取り出して別々に使用するものであるから、一方の鼻が詰まった場合には、一方の情報のみが得られる状態となり、必ずしも目的とする測定が行えないものである。

上記以外に、鼻呼気を収集するチューブを二酸化炭素収集用チューブとは別に用意して左右の鼻孔に挿入する手法も考えられるが、特に子供などの被検者にとって２種類のチューブを挿入することは負担が大きく、この点からの改善が求められている。

特開平１１−２６７２２３号公報 特開２００４−３２１７２１号公報 米国特許出願公開第２００５／０２８４４８４号明細書

本発明は上記のような現状に鑑みてなされたもので、その目的は、鼻呼気および口呼気による二酸化炭素の測定と、エアフロープレッシャの測定を同時に小型の構成で行うことができ、被検者の負担を大きくすることのない呼気情報収集用アダプタを提供することである。また、患者が鼻呼吸しているか口呼吸しているかを識別可能とすることである。また、この呼気情報収集用アダプタを用いて構成した生体情報処理システムを提供することを目的とする。

本発明に係る呼気情報収集用アダプタは、二酸化炭素センサに接続され、二酸化炭素センサが二酸化炭素を検出可能とする室を備えたエアウェイケースと、両鼻孔に挿入され、この両鼻孔からの呼気を前記エアウェイケースへ導くネーザルチューブと、口からの呼気を受ける位置へ配置され、この口からの呼気を前記エアウェイケースへ導くマウスガイドと、前記ネーザルチューブに結合し、両鼻孔からの呼気の一部を分岐させる分岐チューブを備え、圧力センサへ上記分岐した呼気による圧力を導く圧取出部とを具備することを特徴とする。

本発明に係る呼気情報収集用アダプタでは、前記圧取出部が、ネーザルチューブの基部において、各ネーザルチューブの穴方向と交差する方向から結合する分岐チューブと、鼻呼気を前記分岐チューブ方向とエアウェイケース方向とに分岐させる壁部とにより構成されることを特徴とする。

本発明に係る呼気情報収集用アダプタは、前記圧取出部が前記ネーザルチューブに結合する位置において、前記ネーザルチューブ内には鼻呼気による圧力を分岐チューブ側へ導く流方向制御部材が設けられていることを特徴とする。

本発明に係る呼気情報収集用アダプタでは、前記分岐チューブは、二本であり、それぞれが対応する鼻孔に挿入されるネーザルチューブに結合していることを特徴とする。

本発明に係る呼気情報収集用アダプタでは、前記分岐チューブは、一本であり、両鼻孔に挿入されるネーザルチューブが一本とされた位置またはその位置より下流側に結合していることを特徴とする。

本発明に係る生体情報処理システムは、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の呼気情報収集用アダプタと、呼気情報収集用アダプタに接続された二酸化炭素センサと、前記圧取出部に接続された圧力センサと、前記二酸化炭素センサおよび前記圧力センサに接続され、これらのセンサが取り出した信号に基づき被検者の呼気に関する二酸化炭素濃度情報と、被検者のエアフロープレッシャ情報とを得て出力する処理手段とを具備することを特徴とする。

本発明に係る呼気情報収集用アダプタは、両鼻孔からの呼気を上記エアウェイケースへ導くネーザルチューブに結合し、両鼻孔からの呼気の一部を分岐させる分岐チューブを備え、圧力センサへ上記分岐した呼気による圧力を導く圧取出部を具備するので、分岐チューブと圧取出部の構成が増えるだけであり、鼻呼気および口呼気による二酸化炭素の測定と、エアフロープレッシャの測定を同時に小型の構成で行うことができる。また、両鼻孔には、ネーザルチューブのみが挿入されるだけで済み、被検者の負担が大きくなることはない。

本発明に係る呼気情報収集用アダプタでは、圧取出部が、ネーザルチューブの基部において、各ネーザルチューブの穴方向と交差する方向から結合する分岐チューブと、鼻呼気を前記分岐チューブ方向とエアウェイケース方向とに分岐させる壁部とにより構成されているので、ネーザルチューブ内の鼻呼気による圧力が分岐チューブへ到るようになり、鼻呼気および口呼気による二酸化炭素の測定と、エアフロープレッシャの測定を同時に小型の構成で行うことが可能である。また、分岐チューブが各ネーザルチューブに結合しているので、一方の鼻、一方のネーザルチューブまたは一本の分岐チューブが詰まったとしてもエアフロープレッシャを適切に測定することができる。

本発明に係る呼気情報収集用アダプタでは、ネーザルチューブ内には鼻呼気により発生する圧力を分岐チューブ側へ導く流方向制御部材が設けられているので、ネーザルチューブ内の鼻呼気が分岐チューブ側へ導かれて、エアフロープレッシャを適切に測定可能となる。

本発明に係る呼気情報収集用アダプタでは、分岐チューブは、二本であり、それぞれが対応する鼻孔に挿入されるネーザルチューブに結合しているので、一方の鼻、一方のネーザルチューブまたは一本の分岐チューブが詰まったとしてもエアフロープレッシャを適切に測定することができる。

本発明に係る呼気情報収集用アダプタでは、分岐チューブは、一本であり、両鼻孔に挿入されるネーザルチューブが一本とされた位置またはその位置より下流側に結合しているので、一方の鼻または一方のネーザルチューブが詰まったとしてもエアフロープレッシャを適切に測定することができる。

本発明に係る生体情報処理システムは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の呼気情報収集用アダプタと、呼気情報収集用アダプタに接続された二酸化炭素センサと、前記圧取出部に接続された圧力センサと、前記二酸化炭素センサおよび前記圧力センサに接続され、これらのセンサが取り出した信号に基づき被検者の呼気に関する二酸化炭素濃度情報と、被検者のエアフロープレッシャ情報とを得て出力する処理手段とを具備するので、呼気の二酸化炭素濃度情報とエアフロープレッシャ情報とを同時に適切に測定可能である。

以下添付図面を参照して、本発明に係る呼気情報収集用アダプタおよびそれを用いた生体情報処理システムの実施例を説明する。各図において同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。

＜実施例１＞
図１、図２には第１の実施例に係る呼気情報収集用アダプタが示されている。この呼気情報収集用アダプタは、ほぼ立方体状のエアウェイケース１１に、ネーザルチューブ１２と、発光素子１３ａと受光素子１３ｂとから構成される二酸化炭素センサ１３と、圧取出部を構成する圧カニューラ１４と、マウスガイド１５とを主要な構成要素としている。

エアウェイケース１１は、使用状態における天井部の前方部分には、口からの呼気２１を逃がす貫通孔１６が穿設されている。また、エアウェイケース１１における貫通孔１６の後方には、ネーザルチューブ１２の基部１７が嵌合され、鼻孔８１からの呼気２２はエアウェイケース１１の室１８へ導入される。ネーザルチューブ１２は、シリコーンゴムなどの柔軟性樹脂により構成され、基部１７は硬質の樹脂により構成されている。ネーザルチューブ１２は、二本であり両鼻孔８１に挿入される。この二本のネーザルチューブ１２は、基部１７において一体化されている。

エアウェイケース１１の一方の側部には発光素子１３ａが結合され、他方の側部には受光素子１３ｂが結合されている。発光素子１３ａの光射出面および受光素子１３ｂの受光面である測定窓１９は、エアウェイケース１１の室１８を挟んで対向配置されている。発光素子１３ａと受光素子１３ｂにはリード線２３ａ、２３ｂが接続され、測定装置までのびている。

エアウェイケース１１の使用状態における底面部の前方部分からマウスガイド１５が垂下されている。エアウェイケース１１の使用状態における底面部において、マウスガイド１５の取り付け位置よりも口８２側は、開口部２４であり、口８２からの呼気２１は開口部２４を介してエアウェイケース１１の室１８へ導入され、貫通孔１６へ抜ける。マウスガイド１５は、塩化ビニルなどの柔軟性樹脂により構成されており、周縁部２７は内側へカールされており、口８２からの呼気２１を逃し難く構成されている。

ネーザルチューブ１２、１２には、二本の分岐チューブ３１が結合されており、両鼻孔８１からの呼気の一部を分岐させている。分岐チューブ３１、３１は圧力センサへ上記分岐した呼気による圧力を導く圧カニューラ１４に結合されている。圧カニューラ１４の両サイドには、例えば塩化ビニル製のチューブ３４が取り付けられ、圧力センサへ呼気による圧力を導くように構成されている。

分岐チューブ３１の先端３３は、図２に示されるようにネーザルチューブ１２の内部へ鼻孔８１に向けて突出しており、先端３３に開口を有し、分岐呼気による圧力２８を分岐チューブ３１側へ導く流方向制御部材として機能する。

以上の通りに構成され、二酸化炭素センサ１３が結合された呼気情報収集用アダプタについて、図１および図２に示されるように、被検者の両鼻孔８１へネーザルチューブ１２を挿入し、また、マウスガイド１５を口８２へ位置付け、必要に応じて粘着テープなどで所要箇所を顔面に固定する。この状態では、口８２からの呼気２１は、図２に示すように、開口部２４を介してエアウェイケース１１の室１８へ導入され、貫通孔１６へ抜ける。また、鼻孔８１からの呼気２２はネーザルチューブ１２からエアウェイケース１１の室１８へ導入され、開口部２４或いは貫通孔１６から抜ける。

上記の呼気２１、２２に含まれる二酸化炭素が、発光素子１３ａから発せられた赤外線を受光素子１３ｂにより受光する赤外線の光強度を変化させ、二酸化炭素濃度に応じた信号が取り出され、リード線２３ｂを介して測定装置へ至る。

また、鼻孔８１からの呼気２２の一部はネーザルチューブ１２内に突出した分岐チューブ３１の先端３３により流方向制御されて分岐チューブ３１を伝達する分岐呼気による圧力２８となり、圧カニューラ１４からチューブ３４、３４を介して圧力センサへ伝わる。

このように本実施例に係る呼気情報収集用アダプタを用いることによって、鼻孔８１からの呼気２２と口８２からの呼気２１により二酸化炭素濃度が測定可能であると共に、分岐チューブ３１と圧カニューラ１４による経路を伝達される圧力（分岐呼気による圧力２８）によりエアフロープレッシャを測定して両鼻孔８１を介した呼吸を捕らえることができる。口呼吸の場合は分岐チューブ３１の先端３３が流れ方向に対して反対の方向に開口しているため、口呼吸時にはエアフロープレッシャを捕らえない。このため、従来識別が困難であった鼻呼吸あるいは口呼吸の識別を行うことができ、睡眠時無呼吸症候群などの診断を正確に行うことが可能となる。

＜実施例２＞
図３、図４には、第２の実施例に係る呼気情報収集用アダプタが示されている。この呼気情報収集用アダプタは、圧チューブ６０が圧取出部を構成し、圧チューブ６０の先端側が分岐チューブ６１（圧チューブ６０と同一でよい）となっている。分岐チューブ６１の先端はネーザルチューブ１２が一本とされた基部１７より下流側（呼気流の流れの下流側）において結合しており、結合部分におけるネーザルチューブ１２の内部には、ほぼ管中央からＬ字状に折り曲げられた流方向制御部材７１が設けられ、流方向制御部材７１の一端側が分岐チューブ６１の内壁と貼着している。圧チューブ６０により呼気による圧力を圧力センサへ導くように構成されている。

上記以外の構成は第１の実施例と同じ構成である。これにより図４に示されるように、鼻孔８１からの呼気２２の一部により発生する圧力はネーザルチューブ１２内に突出した流方向制御部材７１により流方向制御されて分岐チューブ６１を伝達する圧力２８となり、圧チューブ６０から圧力センサへ至る。本実施例に係る呼気情報収集用アダプタを用いることによっても、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。

<変形例＞
図５には、変形例に係る呼気情報収集用アダプタが示されている。この呼気情報収集用アダプタは、第２の実施例に係る呼気情報収集用アダプタにおいて、マウスガイド１５Ａの形状を、舌片状にしたものであり、口８２の中央部から呼気を採取するもので、口８２全体を覆うよりも患者が息苦しさを感じる場合などを考慮して用いることができる。第１の実施例に係る呼気情報収集用アダプタについても同様な構成を採用することができる。

図６に、上記呼気情報収集用アダプタを用いて構成した生体情報処理システムの構成図を示す。このシステムは、被検者９０の口および鼻部分に、二酸化炭素センサ１３が組み込まれた呼気情報収集用アダプタ１０を取り付ける。圧力センサ４０には、チューブ３４、３４（６０）を介して分岐呼気による圧力２８が伝達される。圧力センサ４０の検出信号および二酸化炭素センサ１３の検出信号は、処理手段を構成する処理装置１００へ送られる。

処理装置１００は、圧力センサ４０の検出信号および二酸化炭素センサ１３の検出信号に基づき、エアフロープレッシャ情報と二酸化炭素濃度情報を例えばディジタル化および数値化して、時系列にグラフとして出力する。この出力により、被検者９０のエアフロープレッシャと二酸化炭素濃度の変化が一目瞭然であり、従来識別が困難であった鼻呼吸あるいは口呼吸の識別を行うことができ、睡眠時無呼吸症候群の診断を正確に行うことが可能となる。

＜実施例３＞
図７、図８には、第３の実施例に係る呼気情報収集用アダプタが示されている。この呼気情報収集用アダプタも図６に示した生体情報処理システムに適用できるものである。この実施例では、ネーザルチューブ１２の基部１７Ａにおいて、ネーザルチューブ１２にほぼ直交し、使用状態の左右側へ突出する円筒状のスリーブ７５が形成されている。このスリーブ７５は、両鼻孔８１からの呼気の一部を分岐させる分岐チューブを構成する。スリーブ７５には、チューブ３４が嵌合され、チューブ３４は圧力センサに接続されている。

ネーザルチューブ１２を介して鼻孔から排出される鼻呼気が進む正面は、壁部７８となっている。この壁部７８は、分岐チューブを構成するスリーブ７５の内壁の一部に連続しており、ネーザルチューブ１２を介して鼻孔から排出される鼻呼気が突き当る位置に配置されている。該壁部７８は、分岐チューブを構成するスリーブ７５方向とエアウェイケース１１方向とに鼻呼気を分岐させ、分岐された呼気による圧力をスリーブ７５方向へ導く機能を有している。この実施例における分岐チューブを構成するスリーブ７５と、壁部７８とは、圧取出部を構成している。即ち、圧取出部は、ネーザルチューブ１２に結合し、両鼻孔８１からの呼気の一部を分岐させ、分岐された呼気による圧力を導く分岐チューブを備え、圧力センサへ上記分岐した呼気による圧力２８が伝達されている。図７における左右のスリーブ７５の中間に位置する流路７７はエアウェイケース１１の室１８と連絡している。エアウェイケース１１に貫通孔１６が穿設されている構成及びその他の構成は、第１、第２の実施例と同様である。

以上の通りに構成された呼気情報収集用アダプタにおいては、ネーザルチューブ１２を介して鼻孔８１から排出される鼻呼気２２は壁部７８に当ってスリーブ７５方向とエアウェイケース１１方向とに分岐させられる。鼻孔８１からの呼気２２による圧力の一部は、スリーブ７５側へ分岐されてチューブ３４を通って圧力センサへ到る圧力２８となる。本実施例に係る呼気情報収集用アダプタによっても、第１の実施例及び第２の実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、上記本実施例の呼気情報収集用アダプタにおいては、スリーブ７５は、ネーザルチューブ１２にほぼ直交し、使用状態の左右側へ突出するものであったが、これに限定されない。即ち、両鼻孔８１に挿入された各ネーザルチューブ１２の穴方向に交差する方向からスリーブ７５、７５が結合すれば良く、チューブ３４を結合した場合に、顔面側にチューブ３４が延びたり、チューブ３４の引き回しが困難になったりしなければ、本実施例を構成することができる。また、本呼気情報収集用アダプタについても、図５に示した変形例と同様な構成を採用することができる。

＜変形例＞
図９、図１０には、第３の実施例に係る呼気情報収集用アダプタの変形例が示されている。この呼気情報収集用アダプタも、図６に示した生体情報処理システムに適用できるものである。この呼気情報収集用アダプタは、図７、図８に示した第３の実施例に係る呼気情報収集用アダプタと基本的に同一の構成を有する。

即ち、ネーザルチューブ１２を介して鼻孔８１から排出される鼻呼気が進む正面は、壁部７８となっており、この壁部７８が、分岐チューブを構成するスリーブ７５の内壁の一部に連続しており、ネーザルチューブ１２を介して鼻孔８１から排出される鼻呼気が突き当る位置に配置されている。このため、鼻呼気は鼻孔８１から排出されて壁部７８に突き当り、分岐チューブを構成するスリーブ７５の方向とエアウェイケース１１の方向とに分岐する。この分岐により、鼻呼気による圧力はスリーブ７５の方向へ伝達してゆく。

上記構成に加えて、壁部７８にはネーザルチューブ１２の穴中央位置１２ｃへ向かって延びる流方向制御部材７６が形成されている。その他の構成は、第３の実施例と同様である。この呼気情報収集用アダプタにおいては、鼻孔８１から排出される呼気２２は、壁部７８に突き当ったときに流方向制御部材７６により流方向制御され、確実にスリーブ７５側へ分岐されて、チューブ３４を通って圧力センサへ到る圧力２８を得ることができる。本呼気情報収集用アダプタによっても、第１の実施例及び第２の実施例と同様の効果を得ることができる。

なお、流方向制御部材７６は、各ネーザルチューブ１２における穴内へ延びていても良く、また、各ネーザルチューブ１２における穴の終端部付近内から壁部７８側へ延びるように設けられていても良い。流方向制御部材７６の位置及び大きさや高さは所望する分岐呼気による圧力２８の分岐量に応じて適宜決定される。また、本呼気情報収集用アダプタについても、図５に示した変形例と同様な構成を採用することができる。

本発明に係る呼気情報収集用アダプタの第１の実施例を被検者に取り付けた状態を示す斜視図。 図１に示した呼気情報収集用アダプタの第１の実施例を被検者の鼻筋に沿って断面にした断面図。 本発明に係る呼気情報収集用アダプタの第２の実施例を被検者に取り付けた状態を示す斜視図。 図３に示した呼気情報収集用アダプタの第２の実施例を被検者の鼻筋に沿って断面にした断面図。 本発明に係る呼気情報収集用アダプタの変形例を被検者に取り付けた状態を示す斜視図。 本発明に係る呼気情報収集用アダプタの実施例を用いて構成した生体情報処理システムの構成図。 本発明に係る呼気情報収集用アダプタの第３の実施例を被検者に取り付けた状態を示す一部断面図。 図７に示した呼気情報収集用アダプタの第３の実施例を被検者の鼻筋に沿って断面にした断面図。 本発明に係る呼気情報収集用アダプタの第３の実施例の変形例を被検者に取り付けた状態を示す一部断面図。 図９に示した呼気情報収集用アダプタの第３の実施例の変形例を被検者の鼻筋に沿って断面にした断面図。

符号の説明

１０ 呼気情報収集用アダプタ
１１ エアウェイケース
１２ ネーザルチューブ
１３ 二酸化炭素センサ
１４ 圧カニューラ
１５、１５Ａ マウスガイド
１６ 貫通孔
１７、１７Ａ 基部
１８ 室
１９ 測定窓
４０ 圧力センサ
３１、６１ 分岐チューブ
６０ 圧チューブ
７１、７６ 流方向制御部材
７５ スリーブ
７７ 流路
７８ 壁部
８１ 鼻孔
８２ 口
９０ 被検者
１００ 処理装置

Claims (6)

1. 二酸化炭素センサに接続され、二酸化炭素センサが二酸化炭素を検出可能とする室を備えたエアウェイケースと、
   両鼻孔に挿入され、この両鼻孔からの呼気を前記エアウェイケースへ導くネーザルチューブと、
   口からの呼気を受ける位置へ配置され、この口からの呼気を前記エアウェイケースへ導くマウスガイドと、
   前記ネーザルチューブに結合し、両鼻孔からの呼気の一部を分岐させる分岐チューブを備え、圧力センサへ上記分岐した呼気による圧力を導く圧取出部と
   を具備することを特徴とする呼気情報収集用アダプタ。
2. 前記圧取出部は、
   ネーザルチューブの基部において、各ネーザルチューブの穴方向と交差する方向から結合する分岐チューブと、
   鼻呼気を前記分岐チューブ方向とエアウェイケース方向とに分岐させる壁部と
   により構成されることを特徴とする請求項１に記載の呼気情報収集用アダプタ。
3. 前記圧取出部が前記ネーザルチューブに結合する位置において、前記ネーザルチューブ内には鼻呼気による圧力を分岐チューブ側へ導く流方向制御部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の呼気情報収集用アダプタ。
4. 前記分岐チューブは、二本であり、それぞれが対応する鼻孔に挿入されるネーザルチューブに結合していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の呼気情報収集用アダプタ。
5. 前記分岐チューブは、一本であり、両鼻孔に挿入されるネーザルチューブが一本とされた位置またはその位置より下流側に結合していることを特徴とする請求項１または３に記載の呼気情報収集用アダプタ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の呼気情報収集用アダプタと、
   呼気情報収集用アダプタに接続された二酸化炭素センサと、
   前記圧取出部に接続された圧力センサと、
   前記二酸化炭素センサおよび前記圧力センサに接続され、これらのセンサが取り出した信号に基づき被検者の呼気に関する二酸化炭素濃度情報と、被検者のエアフロープレッシャ情報とを得て出力する処理手段と
   を具備することを特徴とする生体情報処理システム。

Images