JP6203750B2

JP6203750B2 - 呼気中の成分を測定する方法及び装置

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Publication number: JP6203750B2
Application number: JP2014548738A
Authority: JP
Inventors: ペータースタルクジョンソン、ハンス
Original assignee: エアロクラインエービー
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2017-09-27
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Description

本発明は、概して、呼気中の濃度を測定する装置及び方法に関する。

吸入される周囲空気は、平均して約７８％の窒素、２１％の酸素、０．９６％のアルゴン、及び、０．０４％の二酸化炭素、ヘリウム、水、及び他の気体を含有する。呼気には、吸入したときよりも約４％〜５％多い二酸化炭素、及び４％〜５％少ない酸素が含まれる。さらに、呼気には、約５％の水蒸気、及び数ｐｐｍ（parts per million）の水素、一酸化炭素、アンモニア、アセトン、メタノール、エタノール、及び一酸化窒素（ＮＯ：nitric oxide）が含まれる。

呼気に含まれる多くの成分は、肺細胞及び呼吸器官により生成され、又は変化を受けるので、測定した呼気含有物は、個人の生理学的情報を明らかにすることができる。生理学的情報は、例えば病理学的状態又は特定の治療の効果を診断するのに用いられる。ＮＯは、炎症の指標として使用可能である成分の実例である。

血管内部表面上の内皮細胞、神経細胞、及び炎症細胞は、身体内でＮＯを生成する。呼吸器系では、肺胞細胞、呼吸器官上皮、又は肺若しくは呼吸器官の気道と接触した別の種類の細胞は、内因性のＮＯを生成する。前記ＮＯは、呼吸器及び／又は肺内の空気中に分泌され、吐き出された空気中で測定可能である。

肺及び呼吸器内の内因性ＮＯの生成を評価すれば、肺及び呼吸器の状態及び／又は機能を測定することができる。身体の他の場所で生成されるＮＯは、血液のヘモグロビンと速やかに結合し、その後分解されるので、吐き出された空気中で測定されるＮＯは、身体内の他の臓器に由来する可能性はほとんどない。

ＮＯは、呼吸経路全体にわたり、すなわち口腔内、副鼻腔内、鼻腔内、喉頭の先の気管内、気管支内、及び肺の「自由空間」内、並びに肺内部の血液で満たされた部分に沿って、内因的に形成される。診断の目的は、肺及び／又は呼吸器官の状態と関連するので、口、鼻、咽喉、及び気管支の容積内で生成されるＮＯは、それほど重要ではなく、無視すべきであることが有利である。口、鼻、咽喉、及び気管支の容積は、「死腔」として公知であり、また体格、年齢、性別、及び呼吸補助術、例えば気管切開術又は挿管術を使用した可能性に応じて、ある程度の偏りが生ずる可能性はあるものの、典型的には体重１ｋｇ当たり約２ｍｌである。

「死腔」の容積は無視すべきであるので、診断上の見地から、呼息の最後の部分又は分割部分からＮＯ測定用のサンプルを採集することに重要な利点が存在する。最後の部分を採集すべきであるので、サンプルを採集する前に、適切な要因で「死腔」の容積を上回る体積を装置に流通させることにより、開始段階のものは破棄される。さらに、吐き出されたＮＯが定常レベルに到達するように、患者の呼息流を連続流に落ち着かせることができることが有利である。以下で検討されるこの状況は、呼息の「プラトー」として公知である。

以下のパラグラフは、American Thoracic Society (ATS) / European Respiratory Society (ERS) Recommendations for Standardized Procedures for the Online and Offline Measurement of Exhaled Lower Respiratory Nitric Oxide and Nasal Nitric Oxide、2005年に由来し、これは参照により本明細書に組み込まれる。

オンライン法とは、呼気物がＮＯアナライザーにより連続的にサンプリングされ、時間又は吐き出された体積に対して得られたＮＯプロファイルが、他の呼息変数（例えば、気道流速及び／又は圧力）と共に捕捉され、リアルタイムに表示される呼息を指す。こうすれば、試験アドミニストレーターが、呼息をモニタリングすることが可能となり、必要とされる流速及び圧力パラメータへの適合、及びＮＯプラトーのしかるべき実現が保証される。吐き出し段階では、下部呼吸器官の吐き出されたＮＯについて、再現性のある、標準化された測定を保証する際に２つの因子が重要である：（１）鼻腔内ＮＯの除外、及び（２）呼息流速の標準化。下部呼吸器官と比較して鼻腔内ＮＯレベルが高いことを考慮すれば、鼻腔内ＮＯを除外することは重要である。前記鼻腔内ＮＯは、後鼻咽頭を経由して口腔内の呼息性の空気に進入し得る。呼息の圧力又は流速のバイオフィードバックにより、口蓋帆咽頭が閉鎖すると、ほとんどの対象は、所望の目標値からほとんど変化しない低流速を維持することができる。一般的に、ＮＯプラトー発生の期間中、平均呼息流速が０．０５Ｌ／秒（１０％）であり、また呼息期間中の任意の時期に、瞬間流速が０．０４５Ｌ／秒以上、且つ０．０５５Ｌ／秒を上回らなければ、呼息は適切とみなされる。上記数値内に保つことが不可能な場合でも、結果は、なおも記録すべきであり、またこの流速基準を実現することができなかったことを記録に記載すべきである。呼息の期間は、１２歳未満の小児の場合、少なくとも４秒、及び１２歳を超える小児及び成人の場合、６秒と十分でなければならない。これは、呼息流速が０．０５Ｌ／秒のとき、成人の場合少なくとも０．３Ｌの吐き出された体積に対応し、気道コンパートメントのウォッシュアウトが可能となり、しかるべきプラトーを実現する。一般的に、患者は、最大１０秒間、苦労せずに吐き出すことができるが、これは安定なＮＯプラトーを実現するのに必要となり得る。ＮＯのプラトー濃度は、呼息プロファイルの３秒間（０．１５Ｌ）のウィンドウにおいて評価すべきである。プラトーは下記のガイドラインにより規定され、Ａ−Ｂの絶対値が１０％未満とすべく、呼息濃度プロファイル内の最初の３秒間のウィンドウを規定するように、２つの点Ａ及びＢを選択すべきである。プラトー濃度、ＦｅＮＯは、次に前記３秒間のウィンドウにおける平均濃度で規定される。

ＡＴＳ／ＥＲＳの要件を満たすために、オンラインＮＯ測定期間中に合計０．１５Ｌを採集及び分析しなければならず、また成人の場合、測定の対象となる０．１５Ｌを収集するのに、少なくとも合計０．３Ｌを用いる必要がある、すなわち０．１５Ｌは廃棄する必要がある。

Ｐｅｒｓｓｏｎらの米国特許第６０３８９１３号は、第１のチャンバ内で、患者（及び器具）の「死腔」に由来する最初の呼息体積を採集及び分離し、その後測定用のサンプルが、少なくとも必要とされる０．１５Ｌの体積を有する異なるチャンバ内で採集される装置について開示する。したがって、装置は、ＡＴＳによって必要とされているように、プラトー領域から分析用として少なくとも０．１５Ｌのサンプルを取り出す。

J.H.Green、「An introduction to human physiology」、第3版、1966年、Oxford University Press、London、第5章「Respiration」で、呼息期間中に、第２のバルーンを閉じた状態で、まず最初のバルーンを「死腔」に由来する空気及び肺胞の空気の部分で充填し、その後、前記最初のバルーンへの流れを閉鎖して、肺胞の空気を含む吐き出し段階の残りの吐き出された空気を第２のバルーンに採集することの可能性についても、（特に図９９で）開示する。この場合、酸素及び二酸化炭素を決定する。これらのバルーン両方に充填する際には、患者は、かなりの抵抗又は背圧に抗して呼吸する。さらに、当該バルーンでは、吐き出された体積を決定する終点が明瞭とならない。

上記先行技術の装置の２つの実例では、サンプルを採集するのに０．１５Ｌのチャンバが必要とされるが、それは、実質的な設計限界として考慮しなければならない装置のサイズの下限となる。

米国特許第６０３８９１３号

American Thoracic Society (ATS) / European Respiratory Society (ERS) Recommendations for Standardized Procedures for the Online and Offline Measurement of Exhaled Lower Respiratory Nitric Oxide and Nasal Nitric Oxide、2005年 J.H.Green、「An introduction to human physiology」、第3版、1966年、Oxford University Press、London、第5章「Respiration」

本明細書における実施例の目的は、添付の特許請求の範囲に規定する構成及び方法を用いて、上記で概説した問題や短所の少なくとも一部について対処することにある。

呼気中の成分を測定する装置を提供する。当該装置は、呼気を取り入れる入口と、バッファ・チャンバと、前記入口と流体連通し、呼気の第１の分割部分を前記バッファ・チャンバに導入するように適合された第１の流体導管を備える。前記バッファ・チャンバは、前記第１の流体導管から取り入れた呼気の第１の部分を廃棄する出口を備える。この第１の部分は、呼気の死腔容積に対応し得る。前記バッファ・チャンバは、前記第１の流体導管から取り入れた呼気の第２の部分をバッファするように構成されている。当該第２の部分は、呼息の「プラトー」に対応し得る。当該装置は、前記入口と流体連通し、呼気の第２の分割部分を廃棄せしめるように適合された第２の流体導管、及び前記バッファ・チャンバにバッファされた呼気中の成分を測定するセンサをさらに備える。呼気の一部分を廃棄することにより、より少量のサンプルが測定可能であり、装置の構造をより小さくすることができる。

装置及びセンサは、１つの実施例によれば、呼気中の成分としてＮＯ含有量を測定するように適合されるが、他の考え得る実施例では、当該センサは、呼気の他の成分、例えば二酸化炭素（ＣＯ_２：carbon dioxide）、一酸化炭素（ＣＯ：carbon monoxide）、アンモニア（ＮＨ_３：ammonia）、アセトン（（ＣＨ_３）_２ＣＯ：acetone）、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ：methanol）、又はエタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ：ethanol）等の濃度を決定するように適合されたセンサである。

装置の１つの実施例によれば、第１の流体導管は、前記第１の流体導管内の流れ方向に対して垂直の第１の流れ断面積を有し、及び第２の流体導管は、前記第２の流体導管内の流れ方向に対して垂直の第２の流れ断面積を有する。第２の流れ断面積は、第１の流れ断面積より大きく、これは、廃棄される分割部分は、測定するために採集される分割部分より大きいことを意味する。第１の流れ断面積は、第２の流れ断面積の０．５倍の面積、第２の流れ断面積の０．４倍の面積、第２の流れ断面積の０．３倍の面積、第２の流れ断面積の０．２倍の面積、及び第２の流れ断面積の０．１倍の面積のうちの少なくとも１つに該当し得る。

装置の１つの実施例によれば、バッファ・チャンバは、バッファ導管を備え、この場合出口は、入口又は第１の流体導管に対してバッファ導管の遠位部分に配置されている。

装置の１つの実施例によれば、バッファ導管は、バッファ導管の長さの１／５未満、バッファ導管の長さの１／１０未満、バッファ導管の長さの１／２０未満、バッファ導管の長さの１／５０未満、バッファ導管の長さの１／７０未満、又はバッファ導管の長さの１／１００未満の長さを有する、バッファ導管内の流れ方向に対して垂直の断面寸法を有する。引き延ばされたバッファ導管によって引き延ばされたバッファ・チャンバにより、バッファ・チャンバ内に採集された呼気サンプルは最小の希釈で交換される。

装置の１つの実施例によれば、バッファ導管は、バッファ・チャンバ、したがって測定装置の外法寸法をコンパクトに保ちつつ流路を延長させる目的で、蛇行した又は少なくとも１つのＳ字形状の迷路を備える。少なくとも１つの蛇行又はＳ字形状を有する流体導管の隅部は、丸められた内部隅部を有し得る。

装置の１つの実施例によれば、装置は、第１の流体導管を第２の流体導管から分離するように適合された分岐壁をさらに備える。分岐壁は、第１と第２の断面積の間の関係が、第１及び第２の流体導管それぞれに流入する流体の量を変化させるために変更可能なように調整可能であり得る。別の実施例によれば、装置は、第１及び第２の流体導管それぞれに流入する流体の量を変化させるために、置き換え可能な調整部材を備える。分岐壁の調整及び／又は調整部材の置き換えを可能にすることにより、測定装置は、異なる容積の呼吸器官を有する個人に適用可能であり、したがって患者の呼吸器官の同一の関連領域に当たる呼気を常に測定可能である。

装置の１つの実施例によれば、バッファ・チャンバは、第１のチェック・バルブをさらに備え、第１のチェック・バルブは、好ましくは出口に置かれ、吸入期間中に、流体が、バッファ・チャンバ内に進入するのを阻止するようになっていたる。

装置の１つの実施例によれば、装置は、吸入期間中に、流体が第２の流体導管に進入するのを阻止するように、第２の流体導管内に置かれた第２のチェック・バルブをさらに備える。

１つの実施例によれば、装置は、流体流中のＮＯ量を感知するセンサを備える。本明細書で開示するバッファ・チャンバを用いることにより、装置は非常に小型に作製可能である。

１つの実施例によれば、装置は、呼気をバッファ・チャンバからセンサにポンプ搬送するように適合されたポンプをさらに備える。

１つの実施例によれば、当該センサは、呼気期間よりも長時間の呼気への曝露を必要とする、応答時間が長いセンサである。かかるセンサの実例として、電気化学センサが挙げられる。当該センサは、５秒を超える又は５〜１５秒の範囲の応答時間を有し得る。

呼気中の成分の濃度を測定する方法をさらに提供する。当該方法は、
− 呼気を取り入れるステップと、
− 呼気の第１の分割部分を、第１の流体導管を通じてバッファ・チャンバに導入するステップと、
− 呼気の第２の分割部分を、第２の流体導管を通じて廃棄せしめるステップと、
− 前記バッファ・チャンバから、前記第１の流体導管から取り入れた呼気の第１の分割部分の第１の部分を廃棄するステップと、
− 前記バッファ・チャンバ内において、前記第１の流体導管から取り入れた呼気の第１の分割部分の第２の部分をバッファするステップと、
− 前記バッファ・チャンバ内にバッファされた呼気中の成分の濃度を測定するステップと
を含む。

方法は、好ましくは本明細書で開示するような装置内で実施され、成分はＮＯであり得る。

１つの実施例によれば、方法は、第１及び第２の流体導管それぞれへの流体の流れを調整するステップを含む。流体流を調整することにより、例えば、患者が好適な全３秒間の呼息を完了できない場合、又は呼吸器官の特定の領域が特別な重要性を有する場合に必要とされる異なるタイム・フェーズの呼息が選択可能である。

１つの実施例によれば、ＮＯを測定する装置は、調整部材をさらに備え、また流体の流れを調整するステップは、調整部材を調整するステップ又は調整部材を置き換えるステップを含む。調整部材は、例えば分岐壁であり得、また調整部材を調整するステップは、分岐壁を調整するステップを含み得る。

本解決策のさらなる可能な特徴及び長所は、下記の詳細な説明から明らかとなる。

添付図面を参照しながら、実例としていくつかの可能な実施例をここに記載する。

死腔部分及び分析の対象となる分割部分を示す呼気のグラフである。廃棄されることとなる呼気の分割部分を示す呼気のグラフである。１つの実施例による装置を図式的に示す図である。別の実施例による装置を図式的に示す図である。さらに別の実施例による装置を図式的に示す図である。

診断上の目的で呼気を測定するために、医療装置で使用するバッファ・チャンバを備える装置を提供する。当該装置は、患者が吐き出す息を取り入れるように適合された入口を備える。流量調整ユニットは、バッファ・チャンバ内に一定の流量を確保する目的で、入口からバッファ・チャンバに通じる流体連通導管に沿って提供され得る。流体連通導管は、呼気の流れを分析対象となる第１の流れと廃棄されることとなる第２の流れに分離する分岐をさらに備える。分岐によって流れの一部分を連続的に廃棄することにより、より少ない体積の気体サンプルが採集される。採集する気体サンプルの体積が小さいほど、小型で、エネルギー消費が少ない測定装置の構造が可能になる。

バッファするとは、一時的に保管されることとして理解され得、またバッファ・チャンバとは、一時的な保管に適するチャンバとして理解され得る。

分析用に採集された呼気の分割部分は、バッファ・チャンバのＳ字形状の流体通路に導入され、引き延ばされた空気の分割部分を生み出すが、この分割部分は空気の当該特定分割部分の成分を測定するセンサ上に流体連通可能である。引き延ばされた空気の分割部分を生み出すことにより、バッファ・チャンバ内の内容物は、希釈（すなわち古い呼気又は周囲空気と測定の対象となる呼気との混合）ができる限り少ない状態で迅速に交換される。

バッファ・チャンバを備える装置は、気道の炎症を診断するオンライン測定装置の一部として構成され、１つの実施例によれば、呼息の期間よりも長時間の呼気への曝露を必要とする、応答時間が長いセンサを備えるが、同装置は、時間延長されたセンサ上の流れを生み出すために、吐き出された空気のバッファを必要とする。かかるセンサの実例として、電気化学センサが挙げられる。

以下では、バッファ・チャンバの例示的実施例について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。バッファ・チャンバを用いて、呼気のＮＯ含有量を測定するように適合される測定装置についても、装置の応用の実例として説明する。しかし、装置は、呼気を測定する任意の種類のセンサ、例えば二酸化炭素（ＣＯ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）、アンモニア（ＮＨ_３）、アセトン（（ＣＨ_３）_２ＣＯ）、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）、又はエタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）を測定するための装置等と組み合わせて使用可能であると理解すべきである。記載する図は説明目的に限定され、本発明の範囲を決して制限するものではないと認識される。任意の実施例又は実施例の一部、並びに任意の方法又は方法の一部は、どのようにも組み合わせ可能であることに留意されたい。本明細書のすべての実例は、一般的説明の一部として認識すべきであり、したがって一般論としてどのようにも組み合わせ可能である。特定のユニットの機能が保たれる限り、熟練者が実際の導管の他の場所でこれらの機能を実行するのは自由であるが、測定装置のユニットは、論理的意味合いにおけるノード又は機能的ユニットを単に説明するに過ぎないことに留意されたい。

図１は、時間（ｔ）における呼気の流れのグラフを示す。患者の肺及び／又は呼吸器官の状態と関連する診断を下すために、ＮＯが測定の対象となる実施例では、口、鼻、咽喉、及び気管支の容積内で生成されるＮＯは、あまり重要ではなく、無視すべきであることが有利である。この容積は、「死腔」として公知であり、またグラフ中の影付きの部分１１で表わされる。気道のあまり重要でない領域とは別に、死腔を廃棄する際には、入口導管及び測定装置のフロー・レギュレータ中に存在する周囲空気の体積にもさらに注意を払う。この体積は、典型的には呼息の２〜８秒（ｔ＝０〜ｔ＝１）に該当する。さらに、呼息の第１の部分を廃棄し、第２の後続する部分について分析を実施する長所として、患者に由来する呼息流を、連続流に落ち着かせることができ、連続流は、より安定したレベルの吐き出されたＮＯを生み出し、呼息の「プラトー」として公知の状況であるということが挙げられる。

呼気の死腔部分１１の後の、関心領域１２に該当する第２の部分について説明する。測定の対象となる息の第２の部分は、呼息の残存期間中に採集される。ＡＴＳ／ＥＲＳガイドラインによれば、ＮＯのプラトー濃度は、呼息プロファイルの３秒間のウィンドウにおいて評価すべきである。成人の場合、これは、分析対象となる０．１５Ｌを集めるのに、少なくとも０．３Ｌを用いる必要がある、すなわち少なくとも０．１５Ｌを廃棄する必要があることを意味する。部分１１は、時間ｔ＝１〜ｔ＝２の期間中に採集される、分析の対象となる少なくとも０．１５Ｌに該当する。

図２は、本明細書で開示する実施例によるバッファ・チャンバを備える装置で採集された異なる体積の呼気を示すグラフである。ｔ＝０〜ｔ＝１に該当する呼気の部分である第１の部分２１、２４は、図１によれば、測定の対象となるサンプルの採集前に廃棄される、死腔に由来する空気に該当する。時間ｔ＝１からｔ＝２まで採集されたサンプル分割部分２２及び２３は、バッファ・チャンバの入口（図３〜図５を参照しながらさらに開示する）によって、廃棄されることとなる第１の部分２２と、バッファ・チャンバ内で採集され、その後分析されることとなる第２の部分２３に分割される。呼気の流れから分割部分２１及び２２を連続的に分離することにより、呼気を表す分割部分２３及び２４は、小さい体積を有し得る。さらに、呼気を表す分割部分のうち第１の部分２４を廃棄し、分析用として第２の部分２３のみをバッファすることにより、分析の対象となる第１の分割部分の部分２３は、患者の気道の全重要領域になおも該当しつつ、かなり小さい体積を有し得る。分離した分割部分２４、分析用の２３は、呼吸ガス全体を１００％としたときＸ％として表され、Ｘ％は、１つの実施例によれば、呼気の総体積の１／３であり得る。しかし、他の実施例によれば、分離した分割部分２４、分析用の２３は、呼気全体の多くても９０％、８０％、６０％、４０％、若しくは２０％、又は、少なくとも１％、２％、４％、若しくは１０％であり得る。

したがって、本明細書で開示する装置によれば、呼気のＸ％に対応する第１の分割部分２３及び２４は、バッファ・チャンバに導かれる。バッファ・チャンバ内では、呼気の第１の分割部分の第１の部分２４は廃棄され、また呼気の第１の分割部分の第２の部分２３は、分析用としてバッファされる。呼気の第２の分割部分２１及び２２は廃棄される。

図３は、実施例によるバッファ・チャンバ３１を有する装置を示し、この場合、当該装置は、患者が吐き出す息からなる流入物Ｉを取り入れるように適合された入口３２を備える。入口は、分析の対象となる呼気の第１の分割部分Ｉ’と、廃棄されることとなる呼気Ｉの第２の分割部分Ｉ’’に分離するように適合された分岐３９に向かって呼気Ｉを搬送する流体導管を備える。分岐３９は、流体導管３９を第１の流体導管３４ａと第２の流体導管３４ｂに分割する。第２の流体導管３４ｂは、廃棄されることとなる呼気の第２の分割部分Ｉ’’を誘導する。図３に開示する実施例によれば、呼気の第２の分割部分Ｉ’’は、呼気Ｉ全体のうち過半数、例えば２／３の分割部分である。第２の流体導管３４ｂにより誘導された第２の分割部分Ｉ’’は、チェック・バルブ３５ｂを経由してさらに周囲空気へと廃棄される。吐き出された空気の第１の分割部分Ｉ’は、分岐３９により分離され、第１の流体導管３４ａにより、バッファ・チャンバ３１を構成する導管内に誘導される。バッファ・チャンバ３１を構成する導管は、採集された息をバッファするＳ字形状の管腔３０を生み出す。バッファ・チャンバから、呼気の第１の分割部分の第１の部分は、出口３７を通じて廃棄され、呼気の第１の分割部分の第２の部分は、Ｓ字形状の管腔内に分析用としてバッファされる。Ｓ字形状の管腔３０は、引き延ばされた空気の分割部分を生み出し、同分割部分は、空気の当該特定分割部分のＮＯ含有量を測定するセンサ上に流体連通可能である。引き延ばされた空気分割部分を生み出すことにより、バッファ・チャンバ３１内の内容物は、希釈（すなわち古い呼気又は周囲空気と測定の対象となる呼気との混合）ができる限り少ない状態で迅速に交換される。

Ｓ字形状の管腔３０の端部には、採集されたサンプルをバッファ・チャンバ３１からセンサに導入する流体導管３６が置かれる。採集された息は、本実施例によれば、ポンプ、例えば膜ポンプ等によってセンサ上にポンプ搬送される（図５を参照して記載する）。バッファ・チャンバ３１のＳ字形状の管腔３０からの他方の出口３７は、第１の分割部分Ｉ’の死腔部分に対応する呼気の第１の部分を、チェック・バルブ３５ａを通じてさらに周囲空気へと廃棄するための出口３７である。２つのチェック・バルブ３５ａ、３５ｂの目的は、周囲空気が、装置の流体導管／バッファ・チャンバ３１に侵入し、サンプルを希釈及び／又は汚染しないようにすることである。さらに、チェック・バルブ３５ａ、３５ｂは、ＮＯ−スクラバ（図５を参照してさらに開示する）を通じて空気の吸入を可能にするが、これは、吐き出されたＮＯが周囲空気ではなく患者の気道に由来することを保証する。周囲空気は、例えば大型車両からの排ガス、又は病院環境中に存在し得る残留麻酔ガス等により汚染されているおそれがある。

断面Ａ−Ａは、第１の流体導管３４ａ内の流れ方向に対して垂直の、第１の流れ断面積Ａ_１を有する第１の流体導管３４ａ、及び第１の流れ断面積Ａ_１より大きな、第２の流体導管３４ｂ内の流れ方向に対して垂直の、第２の流れ断面積Ａ_２を有する第２の流体導管３４ｂを示す。いくつかの実施例によれば、第１の流れ断面積Ａ_１は、第２の流れ断面積Ａ_２の面積の０．５、０．３、０．２、又は０．１倍である。断面Ａ−Ａは、第１の流体導管３４ａの長さの１／５、１／１０、１／２０、１／５０、又は１／１００未満の長さを有する、第１の流体導管３４ａ内の流れ方向に対して垂直の断面距離ｄ１を有する第１の流体導管３４ａをさらに示す。第１の流体導管は、最小の希釈でバッファ・チャンバ中に存在する空気の交換を可能にするために、引き延ばされたＳ字形状の管腔３０が生み出されるように、バッファ・チャンバ３１を構成する。

図３に記載する流体流Ｉ’の第１の分割部分は、図２で総流量のＸ％として示した測定用の関連する流体流を表す。したがって、図２に由来する第１及び第２の部分２４及び２３は、流体流Ｉ’の第１の分割部分を表し、そのうち部分２４は、第１のチェック・バルブ３５ａを通じて廃棄される死腔サンプルである。流体流Ｉ’’の第２の分割部分は、図２では、呼気全体のＸ％〜１００％の分割部分を構成する部分２１及び２２で占められる。流体流Ｉ’’の第２の分割部分は、第２のチェック・バルブ３５ｂを通じて連続的に廃棄されることとなる。

したがって、装置の稼働中、呼気は入口３２において取り込まれる。呼気の第１の分割部分Ｉ’は、第１の流体導管３４ａを通じてバッファ・チャンバ３１に導入される。呼気の第２の分割部分（Ｉ’’）は、第２の流体導管３４ｂを通じて廃棄せしめられる。バッファ・チャンバから、第１の流体導管から取り込まれた呼気の第１の分割部分Ｉ’の第１の部分は、出口３７を通じて廃棄され、また第１の流体導管から取り込まれた呼気の第１の分割部分Ｉ’の第２の部分は、分析用としてバッファ・チャンバ内にバッファされる。

図４は、図３を参照して記載する実施例と非常に類似したバッファ・チャンバの実施例を示すが、但しＳ字形状の管腔３０は、丸められた内部隅部３８を有するという点で異なり、このような隅部は、古いサンプル用の息及び／又は周囲空気が、バッファ・チャンバ３１のＳ字形状の管腔３０の隅部でトラップされるというリスクを低減し、測定をより正確にせしめるので、バッファ・チャンバ３１内でのサンプル用の息の交換をさらに改善する。さらに、図４は分岐壁３９’を示し、これは第１の流体導管３４ａを第２の流体導管３４ｂから分離するように適合され、第１の流体導管３４ａ及び第２の流体導管３４ｂそれぞれに流れ込む流体の量を変化させるために、第１の断面積３４ａと第２の断面積３４ｂの間の関係が変更可能なように調整可能である。分岐壁３９’の調整を可能にすることにより、例えば、患者が好適な全３秒間の呼息を完了できない場合、又は呼吸器官の特定の領域が特別な重要性を有する場合に必要とされる異なるタイム・フェーズの呼息が選択可能である。

図５は、図４を参照して開示した装置を含むシステムの概観を示す。システムの概観は、患者が吐き出し及び吸入を行うこととなる入口６４を備える。測定プロセスの第１ステップは、吸入された周囲空気の質が制御可能であるように、患者が入口６４を通じて吸入することである。図５に示す実施例によれば、全ＮＯ濃度が患者の気道に由来することを確実にするために、吸入された空気はＮＯ_ｘを周囲空気から除去するスクラバ６６により純化される。スクラバ６６は、例えば過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４：potassium permanganate）又は適するグレードの顆粒状の炭素と組み合わせた過マンガン酸カリウムを含む。チェック・バルブ６７は、すべての呼気が測定装置に導入されるように、空気が吸入段階の期間中、もっぱらスクラバ６６を通過することを保証する。呼気Ｉの流入物は、患者の気道の関心領域に該当する連続流が実現されるように、呼気の流量を標準化するように適合された流量調整ユニット６５を通過する。流量調整ユニット６５の後で、呼気Ｉの流れは、図３及び図４を参照して行った説明に基づき誘導される。

バッファされた呼気は、バッファ・チャンバ３１からセンサ６３に至る流体導管３６に沿って置かれるポンプ６１によって、バッファ・チャンバ３１からポンプ搬送される。ポンプは、例えば吸入及び／又は吐き出し段階の期間中に、ポンプ経由で逆流して、バッファ・チャンバ内のサンプル用の息を汚染することがないことを確実にする膜ポンプであり得る。センサ６３は、本実施例によれば、比較的反応が低速の電気化学センサであり、バッファ・チャンバ３１及びポンプ６１が必要となる。ポンプは、センサ６３が息のＮＯ含有物に反応するのに十分な時間を有するような速度で、採集されたサンプル用の息をセンサ上に流し、したがってＮＯ含有量として表示される気道内の炎症を正確に感知することができる。

図５は、分岐壁の代替的実施例をさらに示し、この場合の分岐壁は、開口部７１、７２を含む調整部材７０を備え、開口部のサイズは、第１の流体通路３４ａ及び第２の流体通路３４ｂそれぞれに流入する流れを決定する。第１の開口部７２は、流体流を第１の流体連通路３４ａに導入するように適合され、第２の開口部７１の断面積の０．８、０．５、０．３、０．２、又は０．１倍の大きさの断面積を有し得る。調整部材７０は、第１及び第２の開口部７２、７１のサイズ間の関係が異なる調整部材７０と置き換え可能であり得る。開口部７１、７２のサイズ調整を可能にすることにより、例えば、患者が好適な全３秒間の呼息を完了できない場合、又は呼吸器官の特定の領域が特別な重要性を有する場合に必要とされる異なるタイム・フェーズの呼息が選択可能である。

任意の実施例又は実施例の一部、並びに任意の方法又は方法の一部は、どのようにも組み合わせ可能であることに留意されたい。本明細書のすべての実例は、一般的説明の一部として認識すべきであり、したがって一般論としてどのようにも組み合わせ可能である。特定のユニットの機能が保たれる限り、熟練者が実際の導管の他の場所でこれらの機能を実行するのは自由であるが、測定装置のユニットは、論理的意味合いにおけるノード又は機能的ユニットを単に説明するに過ぎないことに留意されたい。

Claims

呼気中の成分を測定する装置であって、前記装置は、
呼気を取り入れる入口（３２）と、
バッファ・チャンバ（３１）と、
前記入口と流体連通し、呼気の第１の分割部分（Ｉ’）を前記バッファ・チャンバに導入するように適合された第１の流体導管（３４ａ）であって、前記バッファ・チャンバが、前記第１の流体導管から取り入れた呼気の第１の部分を廃棄する出口（３７）を備え、前記バッファ・チャンバが、前記第１の流体導管から取り入れた呼気の第２の部分をバッファするように構成されている、前記第１の流体導管と、
前記入口と流体連通し、呼気の第２の分割部分（Ｉ’’）を廃棄せしめるように適合された第２の流体導管（３４ｂ）と、
前記入口を前記第１の流体導管及び前記第２の流体導管から分離する分岐壁であって、前記分岐壁は、前記第１の流体導管の中へ流体流を提供するように構成された第１の開口部、及び、前記第２の流体導管の中へ流体流を提供するように構成された第２の開口部を含み、前記第１の開口部は、前記第２の開口部よりも小さくなっている、分岐壁と、
前記バッファ・チャンバ内にバッファされた呼気中の成分を測定するためのセンサ（６３）と
を備える、装置。
前記第１の流体導管が、前記第１の流体導管内の流れ方向に対して垂直の第１の流れ断面積（Ａ_１）を有し、及び前記第２の流体導管が、前記第２の流体導管内の流れ方向に対して垂直の第２の流れ断面積（Ａ_２）を有し、及び前記第２の流れ断面積が、前記第１の流れ断面積よりも大きい、請求項１に記載の装置。
前記第１の流れ断面積が、前記第２の流れ断面積の０．５倍の面積、及び前記第２の流れ断面積の０．３倍の面積のうちの少なくとも１つに該当する、請求項２に記載の装置。
前記バッファ・チャンバが、バッファ導管を備え、及び前記出口が、前記入口又は前記第１の流体導管に対して前記バッファ導管の遠位部分に配置されている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の装置。
前記バッファ導管が、前記バッファ導管の長さの１／５、前記バッファ導管の長さの１／１０、前記バッファ導管の長さの１／２０、前記バッファ導管の長さの１／５０、前記バッファ導管の長さの１／７０、又は前記バッファ導管の長さの１／１００未満の長さを有する、前記バッファ導管内の流れ方向に対して垂直の断面寸法（ｄ_１）を有する、請求項４に記載の装置。
前記バッファ・チャンバが、少なくとも１つの蛇行又はＳ字形状を有するバッファ導管を備える、請求項４又は５に記載の装置。
少なくとも１つの蛇行又はＳ字形状を有する前記バッファ導管の隅部が、丸められた内部隅部を有する、請求項６に記載の装置。
前記バッファ・チャンバが、第１のチェック・バルブ（３５ａ）をさらに備え、前記第１のチェック・バルブ（３５ａ）は、好ましくは前記出口（３７）に置かれ、吸入期間中に、流体が、前記バッファ・チャンバ内に進入するのを阻止するようになっている、請求項１から７までのいずれか一項に記載の装置。
吸入期間中に、流体が、前記第２の流体導管内に進入するのを阻止するように、前記第２の流体導管内に置かれた第２のチェック・バルブ（３５ｂ）をさらに備える、請求項１から８までのいずれか一項に記載の装置。
呼気を前記バッファ・チャンバから前記センサにポンプ搬送するように適合されたポンプ（６１）をさらに備える、請求項１から９までのいずれか一項に記載の装置。
呼気中の前記成分が、ＮＯの量である、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の装置。
前記センサが、電気化学センサである、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の装置。
前記センサが、５秒を超える又は５〜１５秒の範囲の応答時間を有するセンサである、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の装置。
呼気中の成分の濃度を測定する方法であって、前記方法は、
入口において呼気を取り入れるステップと、
前記入口を第１の流体導管及び第２の流体導管から分離する分岐壁において、前記呼気を第１の分割部分及び第２の分割部分に分割するステップであって、前記分岐壁は、前記第１の流体導管の中へ流体流を提供するように構成された第１の開口部、及び、前記第２の流体導管の中へ流体流を提供するように構成された第２の開口部を含み、前記第１の開口部は、前記第２の開口部よりも小さくなっている、ステップと、
呼気の前記第１の分割部分（Ｉ’）を、前記第１の流体導管を通じてバッファ・チャンバに導入するステップと、
呼気の前記第２の分割部分（Ｉ’’）を、前記第２の流体導管を通じて廃棄せしめるステップと、
前記バッファ・チャンバから、前記第１の流体導管から取り入れた呼気の前記第１の分割部分（Ｉ’）の第１の部分を廃棄するステップと、
前記バッファ・チャンバ内において、前記第１の流体導管から取り入れた呼気の前記第１の分割部分（Ｉ’）の第２の部分をバッファするステップと、
前記バッファ・チャンバ内にバッファされた呼気中の成分の濃度を測定するステップと
を含む、呼気中の成分の濃度を測定する方法。
前記分岐壁は、置き換え可能である、請求項１４に記載の方法。
前記第１の開口部は、前記第２の開口部の断面積の０．８倍〜０．１倍の大きさの断面積を有している、請求項１４に記載の方法。
前記第１の開口部は、前記第２の開口部の断面積の０．５倍〜０．１倍の大きさの断面積を有している、請求項１４に記載の方法。