JP6098529B2 - 呼吸機能検査システム、呼吸機能検査システム用の呼吸経路 - Google Patents

Description

本発明は、肺コンプライアンス等の被検者の呼吸機能を検査する技術に関する。

近年、世界中で肺炎、ＣＯＰＤ(慢性閉塞性肺疾患)等の肺疾患が増加の一途を辿っている。肺疾患のスクリーニングや治療効果の確認には、肺の柔軟性を表す肺コンプライアンスが有用な指標と言われており、この肺コンプライアンスの測定には、胸腔内圧の測定が必要となるが、胸腔内圧の測定は困難であり、また、それの代用となる食道内圧の測定も、食道内にバルーンカテーテルあるいは圧力トランスデューサ付カテーテルを挿入しなければならず、患者に与える苦痛が大きいため、容易に行える検査ではない。

この対策として、血圧（観血血圧）を測定するための血圧トランスデューサと、心拍動の周期を測定する心電図電極とを用い、心電図電極から得られる心臓収縮由来の心電図波形信号を利用して、血圧トランスデューサにより検出された血圧波形信号から呼吸機能を示す呼吸機能信号を抽出する技術が提案されている（特許文献１参照）。

また、呼吸経路を通過する被検者の呼気の流量から被検者の呼吸機能を測定する技術も提案されている（特許文献２参照）。

特開２０１０−１４２５９４号公報 特開２０１２−１８７２９２号公報

しかしながら、上述のような技術では、食道内圧の測定の負担は軽減できるものの、侵襲的な検査であったり、肺の柔軟性を直接計測するわけではないので被検者の呼吸機能を精度良く検査することができないという問題があった。

本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、被検者の呼吸機能（圧力流量特性）を検査する技術を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた請求項１に係る呼吸機能検査システムは、被検者の呼吸機能を検査する呼吸機能検査システムであって、被検者の吸気が通過する吸気経路と、前記吸気経路を通過する被検者の吸気の流量を検出する流量センサと、被検者の脈波を検出する脈波センサと、前記流量センサが検出した被検者の吸気の流量と前記脈波センサが検出した被検者の脈波とに基づいて被検者の呼吸機能を検査する呼吸機能検査部と、を備え、前記吸気経路には、被検者が吸気を行うときに吸気を抑制する抵抗である吸気抵抗を負荷する抵抗負荷部が設けられていることを特徴とする。

このように構成された本発明の呼吸機能検査システムによれば、被検者の吸気の流量と被検者の脈波とに基づいて被検者の呼吸機能を検査するので、従来技術のような食道内圧の測定を行わなくても、被検者の呼吸機能（圧力流量特性）を検査することができる。

なお、本発明は、上述の呼吸機能検査システムを構成する呼吸機能検査システム用の呼吸経路としても実現可能である。

本実施形態の呼吸機能検査システムの概要を示す説明図である。 本実施形態の呼吸機能検査システムの概要を示す説明図である。 本実施形態の流路抵抗可変装置の概要を示す説明図である。 本実施形態の流路抵抗可変装置の概要を示す説明図である。 本実施形態の流路抵抗可変装置の概要を示す説明図である。 圧力取得ポートのポート圧（口腔内圧）を利用した脈波による胸腔内圧の推定結果を示す説明図である。 別実施形態の流路抵抗可変装置の概要を示す説明図である。

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
［１．呼吸機能検査システム１の構成の説明］
本実施形態の呼吸機能検査システム１は、被検者が呼吸する際の吸気量のデータと、被検者の脈波から得られた胸腔内圧のデータとに基づいて、被検者の呼吸機能を検査する検査システムである。

具体的には、呼吸機能検査システム１は、図１，２に示すように、被検者の吸気の際のガス流量（吸気流量）を検出する流量センサ（低圧損流量センサ）３と、被検者の脈波を検出する脈波センサ（容積脈波センサ）５と、流量センサ３が検出した被検者の吸気の流量を示す吸気信号と脈波センサ５が検出した被検者の脈波を示す脈波信号とに基づいて被検者の呼吸機能を検査する呼吸機能検査部としての呼吸機能検査装置７と、呼吸機能検査装置７による検査結果を出力する表示部９と、呼吸経路としての呼吸器１１と、を備えている。

［１．１．流量センサ３の構成の説明］
流量センサ３は、呼吸器１１の吸気経路１３ｂを通過する被検者の吸気の流量を検出する。この流量センサ３としては、例えば差圧式や熱線式、超音波式等のガス流量を検知できる周知の流量センサを使用することができる。この流量センサ３からは、呼吸機能検査装置７に対して、吸気流量を示す電気信号（吸気量信号）が出力される。

［１．２．脈波センサ５の構成の説明］
脈波センサ５は、周知の発光素子（ＬＥＤ）や受光素子（ＰＤ）を備えた光学式のセンサであり、例えば被検者の指先に光を照射し、その反射光を利用して脈波（容積脈波）を検出することができる。この脈波センサ５からは、呼吸機能検査装置７に対して、脈波の状態を示す脈波信号が出力される。

［１．３．呼吸機能検査装置７の構成の説明］
呼吸機能検査装置７は、周知のマイクロコンピュータを中心とした電子制御装置であり、流量センサ３からの吸気信号や脈波センサ５からの脈波信号に基づいて、呼吸機能の検査や表示部９の制御を行う。また、呼吸機能検査装置７は、機能的に、吸気信号取得部７ａと、脈波信号取得部７ｂと、吸気量算出部７ｃと、胸腔内圧推定部７ｄと、呼吸機能検知部７ｅと、を備えている。吸気信号取得部７ａでは、流量センサ３からの単位時間当たり吸気量（即ちガス流量）を示す吸気量信号を取得（計測）する。脈波信号取得部７ｂは、脈波センサ５を駆動して、血管の脈動の状態を示す脈波信号を取得する。吸気量算出部７ｃでは、吸気量信号に基づいて、各呼吸の吸気の期間における吸気量を算出する。具体的には、吸気量信号から得られた吸気流量を積算して吸気量を求める。胸腔内圧推定部７ｄでは、脈波信号を解析して胸腔内圧を推定する。呼吸機能検知部７ｅでは、吸気量算出部７ｃによって算出された吸気量と胸腔内圧推定部７ｄによって推定された胸腔内圧とのデータに基づいて、呼吸機能を検査（判断）する。また、呼吸機能検知部７ｅは、後述する圧力取得ポート２１のポート圧（口腔内圧）を利用して脈波による胸腔内圧を推定する。なお、図６は、圧力取得ポート２１のポート圧（口腔内圧）を利用した脈波による胸腔内圧の推定結果を示すグラフである。

［１．４．表示部９の構成の説明］
表示部９は、呼吸機能検査装置７によって得られた呼吸機能の検査結果を報知する装置であり、液晶等のディスプレイやスピーカ等を備えている。

［１．５．呼吸器１１の構成の説明］
次に、本発明が適用された呼吸器１１の構成について説明する。
呼吸器１１は、被検者の呼吸機能を検査するために被検者の呼気および吸気を通過させる機器であり、図３に示すように、呼吸器本体１３と、マウスピース１５と、フィルター１７と、抵抗負荷部としての流路抵抗可変装置１９と、を備えている。

呼吸器本体１３は、筒状に構成され、被検者の呼気および吸気が通過するようになっている。なお、呼吸器本体１３には、上述の流量センサ３が取り付けられている。
マウスピース１５は、被検者がくわえて呼気を呼吸器本体１３に吹き込んだり吸気を吸い込んだりするのに用いられる装置であり、フィルター１７を介して呼吸器本体１３の前端側に取り付けられている。

フィルター１７は、呼吸器１１を通過する被検者の呼気および吸気を清浄する装置であり、呼吸器本体１３とマウスピース１５の間に取り付けられている。なお、フィルター１７の前端部には、被検者の胸腔内圧および口腔内圧を計測するための圧力取得ポート２１が設けられ、呼吸機能検査装置７に接続されている。この圧力取得ポート２１は、流路抵抗可変装置１９の吸気経路１９ｂを流路抵抗切替器１９ｅによって狭めた場合に被検者の胸腔内圧を計測し、一方、吸気経路１９ｂを流路抵抗切替器１９ｅによって広げた場合に被検者の口腔内圧を計測するために利用可能である。なお、圧力取得ポート２１が呼吸器１１に設けられている箇所は、流量センサ３が呼吸器１１に取り付けられている箇所（被検者の吸気流量を検出する箇所）よりも下流側となっている。

流路抵抗可変装置１９は、被検者が吸気を行うときに吸気を抑制する抵抗である吸気抵抗を負荷する装置であり、呼吸器本体１３の後端側に取り付けられている。
また、流路抵抗可変装置１９には、被検者の呼気が通過する呼気経路１９ａと被検者の吸気が通過する吸気経路１９ｂとが形成されており、呼気経路１９ａの前端部と吸気経路１９ｂの前端部が開放されるとともに、呼気経路１９ａの前端部と吸気経路１９ｂの前端部が合流する略Ｙ字形状になっており、呼吸器本体１３へ取り付けられた際には呼吸器本体１３の後端部に接続されている。なお、呼気経路１９ａ内には、チェックバルブ１９ｃが設けられており、このチェックバルブ１９ｃによって、被検者の呼気などが呼気経路１９ａ内を前端側（上流側）から後端側（下流側）へ向けて流れるのが許容される一方、反対方向への気体の流れが阻止される。また、吸気経路１９ｂ内には、前端側にチェックバルブ１９ｄが設けられるとともに、後端側に抵抗負荷部としての流路抵抗切替器１９ｅが設けられている。吸気経路１９ｂ内においては、チェックバルブ１９ｄによって、被検者の吸気などが吸気経路１９ｂ内部を後端側（上流側）から先端側（下流側）へ向けて流れるのが許容される一方、反対方向への気体の流れが阻止される。また、流路抵抗切替器１９ｅは、板状部材１９ｆが吸気経路１９ｂの長手方向に対して直交する軸１９ｇを回転中心として回転可能に構成されており、吸気経路１９ｂ内においては、回転によって板状部材１９ｆの姿勢を変化させることで吸気経路１９ｂを狭めて吸気抵抗を負荷するようになっている。なお、板状部材１９ｆについては、軸１９ｇを回転させるなど手動で回転させるようにしてもよいし、吸気経路１９ｂを狭めた状態か広げた状態の何れか一方に板状部材１９ｆをしておいて、気体の流れを用いて板状部材１９ｆを回転させるようにしてもよい。

［２．呼吸機能検査システム１を用いた呼吸機能の検査の説明］
次に、呼吸機能検査システム１を用いた呼吸機能の検査について説明する。
（１）呼吸機能検査システム１の校正
呼吸機能検査システム１を校正するには、図４に示すように、流路抵抗可変装置１９の吸気経路１９ｂを流路抵抗切替器１９ｅによって狭めることで（第一抵抗負荷状態）、被検者が呼吸を行うときに気道にて呼吸を抑制する抵抗である気道抵抗よりも充分に大きな値の吸気抵抗（１５ｃｍＨ_２Ｏ以上の抵抗）を負荷し、口腔内圧ならびに胸腔内圧(≒食道内圧）が低下した時の脈波に現れる呼吸性変動を測定する。なお、呼気経路１９ａにおいては、被検者が呼気を行うときに呼気を抑制する抵抗である呼気抵抗は気道抵抗よりも小さく保たれている（３ｃｍＨ_２Ｏ以下の抵抗）。この時、呼吸量は少ないので気道抵抗はほぼゼロとなり、口腔内圧≒胸腔内圧となる。そして、口腔内圧と脈波の呼吸性変動量の比から換算係数Ｃを求める。

（２）推定胸腔内圧Ｐおよび呼吸流量Ｖの測定（ＰＶ測定）
次に、被検者の推定胸腔内圧Ｐおよび呼吸流量Ｖの測定を行う際には、図５に示すように、流路抵抗可変装置１９の吸気経路１９ｂを流路抵抗切替器１９ｅによって広げることで（第二抵抗負荷状態）、気道抵抗よりも小さな値の吸気抵抗（３ｃｍＨ_２Ｏ以下の抵抗、本実施形態ではほぼゼロ（開放））を負荷する状態に切り替え、呼吸をした時の呼吸流量Ｖと脈波を測定し、上記（１）の呼吸機能検査システム１の校正時に求めた換算係数Ｃを用いて推定胸腔内圧Ｐを求める（次式参照）。

推定胸腔内圧Ｐ＝脈波の呼吸性変動量×換算係数Ｃ
なお、呼気経路１９ａにおいては、上記（１）の呼吸機能検査システム１の校正時と同様に、被検者が呼気を行うときに呼気を抑制する抵抗である呼気抵抗は気道抵抗よりも小さく保たれている（３ｃｍＨ_２Ｏ以下の抵抗）。

（３）肺コンプライアンス等の算出
上記（２）で求めた推定胸腔内圧Ｐおよび呼吸流量ＶからＰＶ線図を描画し、Ｖ／Ｐの傾き（肺コンプライアンス）、面積等を求める。

（４）評価
呼吸量ならびに呼吸周期を変えてＶ／Ｐ等を求めることで、肺の呼吸周波数、呼吸流量毎の特性（肺コンプライアンス；肺の弾性係数）、仕事量等を評価する。

［３．実施形態の効果］
このように本実施形態の呼吸機能検査システム１によれば、被検者の吸気が通過する呼吸器１１の吸気経路１９ｂ内においては、流路抵抗切替器１９ｅの板状部材１９ｆの姿勢を回転によって変化させることで吸気経路１９ｂを狭めて吸気抵抗を負荷するようになっており、流量センサ３が呼吸器１１の吸気経路１３ｂを通過する被検者の吸気の流量を検出し、脈波センサ５が被検者の脈波を検出し、呼吸機能検査装置７が、流量センサ３からの吸気量信号や脈波センサ５からの脈波信号に基づいて推定した胸腔内圧信号によって呼吸機能の検査を行うので、従来技術のような食道内圧の測定を行わなくても、被検者の呼吸機能を検査することができる。

［４．他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような様々な態様にて実施することが可能である。

（１）上記実施形態では、流路抵抗可変装置１９については、呼気経路１９ａの前端部と吸気経路１９ｂの前端部が合流する略Ｙ字形状になっており、呼吸器本体１３へ取り付けられた際には呼吸器本体１３の後端部に接続されているが、これには限られず、図７に例示するように、呼気経路１１９ａの下端部と吸気経路１１９ｂの前端部が合流する略Ｔ字形状になっており、呼吸器本体１３へ取り付けられた際には呼吸器本体１３の後端部に接続されるように構成された流路抵抗可変装置１１９としてもよい。なお、本実施形態の流路抵抗可変装置１１９においては、呼気経路１１９ａ内にチェックバルブ１１９ｃが設けられており、このチェックバルブ１１９ｃによって、被検者の呼気などが呼気経路１１９ａ内を下端側（上流側）から上端側（下流側）へ向けて流れるのが許容される一方、反対方向への気体の流れが阻止される。また、吸気経路１１９ｂ内には上述の流路抵抗切替器１９ｅと同様の構成を有する流路抵抗切替器１１９ｅが設けられている。この流路抵抗切替器１１９ｅは、板状部材１１９ｆが吸気経路１１９ｂの長手方向に対して直交する軸１１９ｇを回転中心として回転可能に構成されており、吸気経路１１９ｂ内においては、回転によって板状部材１１９ｆの姿勢を変化させることで吸気経路１１９ｂを狭めて吸気抵抗を負荷するようになっている。なお、板状部材１１９ｆについては、軸１１９ｇを回転させるなど手動で回転させるようにしてもよいし、吸気経路１１９ｂを狭めた状態か広げた状態の何れか一方に板状部材１１９ｆをしておいて、気体の流れを用いて板状部材１１９ｆを回転させるようにしてもよい。

（２）上記実施形態では、吸気経路１９ｂ内においては、流路抵抗切替器１９ｅの板状部材１９ｆの姿勢を回転によって変化させることで吸気経路１９ｂを狭めて吸気抵抗を負荷するようになっているが、これには限られず、例えば、吸気経路１９ｂを絞ることで吸気経路１９ｂを狭めて吸気経路１９ｂに吸気抵抗を負荷するようにしてもよいし、吸気経路１９ｂを開閉する弁体を有し、弁体を駆動することで吸気経路１９ｂを狭めて吸気経路１９ｂに吸気抵抗を負荷するようにしてもよい。

１…呼吸機能検査システム、３…流量センサ、５…脈波センサ、７…呼吸機能検査装置、７ａ…吸気信号取得部、７ｂ…脈波信号取得部、７ｃ…吸気量算出部、７ｄ…胸腔内圧推定部、７ｅ…呼吸機能検知部、９…表示部、１１…呼吸器、１３…呼吸器本体、１５…マウスピース、１７…フィルター、１９…流路抵抗可変装置、１９ａ…呼気経路、１９ｂ…吸気経路、１９ｃ，１９ｄ…チェックバルブ、１９ｅ…流路抵抗切替器、１９ｆ…板状部材、１９ｇ…軸、２１…圧力取得ポート、１１９…流路抵抗可変装置、１１９ａ…呼気経路、１１９ｂ…吸気経路、１１９ｃ…チェックバルブ、１１９ｅ…流路抵抗切替器、１１９ｆ…板状部材、１１９ｇ…軸。

Claims (10)

1. 被検者の呼吸機能を検査する呼吸機能検査システム（１）であって、
   被検者の呼気が通過する呼気経路（１９ａ）と被検者の吸気が通過する吸気経路（１９ｂ）とを有する呼吸経路（１１）と、
   前記吸気経路（１９ｂ）を通過する被検者の吸気の流量を検出する流量センサ（３）と、
   被検者の脈波を検出する脈波センサ（５）と、
   前記流量センサ（３）が検出した被検者の吸気の流量と前記脈波センサ（５）が検出した被検者の脈波とに基づいて被検者の呼吸機能を検査する呼吸機能検査部（７）と、を備え、
   前記吸気経路（１９ｂ）には、被検者が吸気を行うときに吸気を抑制する抵抗である吸気抵抗を負荷する抵抗負荷部（１９ｅ）が設けられていること
   を特徴とする呼吸機能検査システム（１）。
2. 請求項１に記載の呼吸機能検査システム（１）において、
   前記抵抗負荷部（１９ｅ）は、前記吸気経路（１９ｂ）を狭めることで前記吸気経路（１９ｂ）に前記吸気抵抗を負荷すること
   を特徴とする呼吸機能検査システム（１）。
3. 請求項２に記載の呼吸機能検査システム（１）において、
   前記抵抗負荷部（１９ｅ）は、前記吸気経路（１９ｂ）を絞ることで前記吸気経路（１９ｂ）を狭めて前記吸気経路（１９ｂ）に前記吸気抵抗を負荷すること
   を特徴とする呼吸機能検査システム（１）。
4. 請求項２に記載の呼吸機能検査システム（１）において、
   前記抵抗負荷部（１９ｅ）は、前記吸気経路（１９ｂ）内でその姿勢を変更可能な板状部材（１９ｆ）を有し、前記板状部材（１９ｆ）の姿勢を変化させることで前記吸気経路（１９ｂ）を狭めて前記吸気経路（１９ｂ）に前記吸気抵抗を負荷すること
   を特徴とする呼吸機能検査システム（１）。
5. 請求項２に記載の呼吸機能検査システム（１）において、
   前記抵抗負荷部（１９ｅ）は、前記吸気経路（１９ｂ）を開閉する弁体（１９ｄ）を有し、前記弁体（１９ｄ）を駆動することで前記吸気経路（１９ｂ）を狭めて前記吸気経路（１９ｂ）に前記吸気抵抗を負荷すること
   を特徴とする呼吸機能検査システム（１）。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の呼吸機能検査システム（１）において、
   前記吸気経路（１９ｂ）においては、前記抵抗負荷部（１９ｅ）が、被検者が呼吸を行うときに気道にて呼吸を抑制する抵抗である気道抵抗よりも充分に大きな値の前記吸気抵抗を負荷する第一抵抗負荷状態と、前記気道抵抗よりも小さな値の前記吸気抵抗を負荷する第二抵抗負荷状態との間で切替が可能であり、
   前記呼気経路（１９ａ）においては、被検者が呼気を行うときに呼気を抑制する抵抗である呼気抵抗は前記気道抵抗よりも小さく保たれていること
   を特徴とする呼吸機能検査システム（１）。
7. 請求項６に記載の呼吸機能検査システム（１）において、
   前記吸気経路（１９ｂ）においては、前記抵抗負荷部（１９ｅ）が、前記第一抵抗負荷状態であるときには前記吸気抵抗として１５ｃｍＨ_２Ｏ以上の抵抗を負荷し、一方、前記第二抵抗負荷状態であるときには前記吸気抵抗として３ｃｍＨ_２Ｏ以下の抵抗を負荷し、
   前記呼気経路（１９ａ）においては、前記呼気抵抗として３ｃｍＨ_２Ｏ以下の抵抗を負荷すること
   を特徴とする呼吸機能検査システム（１）。
8. 請求項６または請求項７に記載の呼吸機能検査システム（１）において、
   前記吸気経路（１９ｂ）には、被検者の胸腔内圧および口腔内圧を計測するための圧力取得ポート（２１）が設けられており、前記圧力取得ポート（２１）は、前記抵抗負荷部（１９ｅ）が前記第一抵抗負荷状態であるときには胸腔内圧を計測するために利用可能であり、前記抵抗負荷部が前記第二抵抗負荷状態であるときには口腔内圧を計測するために利用可能であること
   を特徴とする呼吸機能検査システム（１）。
9. 請求項８に記載の呼吸機能検査システム（１）において、
   前記圧力取得ポート（２１）は、前記吸気経路（１９ｂ）における前記流量センサ（３）が被検者の吸気流量を検出する箇所よりも下流側に設けられていること
   を特徴とする呼吸機能検査システム（１）。
10. 請求項１〜請求項９の何れか１項に記載の呼吸機能検査システム（１）を構成する呼吸機能検査システム用の呼吸経路（１１）。

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