JP6364594B2 - 呼気検査システム - Google Patents
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Description
すなわち、動脈血中の二酸化炭素濃度を測定する方法は、COPDの診断を正確に行うことができる反面、動脈から血液を採取する必要があるため、広く一般に普及しにくいという欠点がある。また、スパイロメータを用いる方法は、肺活量の測定値が正常な範囲を外れていた場合に、肺疾患の可能性の一つとしてCOPDを予想するものにすぎず、COPDの正確な診断には適さないという欠点がある。また、エアウェイアダプタとカプノメータを用いる方法は、患者の気管に口から喉頭を通して挿管チューブを挿入し、この挿管チューブにエアウェイアダプタを装着して行う方法であるため、挿管チューブを挿入する患者(たとえば、人工呼吸器を装着する必要がある患者など)にしか適用できないうえ、COPDの正確な診断には適さないという欠点がある。
本発明の第1の態様は、
呼気検査装置と、
前記呼気検査装置に通信可能に接続される装置本体と、
を備える呼気検査システムであって、
前記呼気検査装置は、
被検者の呼吸気を流すための流路を有する流路形成部材と、
前記流路に赤外線を出射する発光部、および、前記発光部が出射した赤外線を受光する受光部を有するガスセンサと、
前記流路に連通する状態で前記流路形成部材に接続されるマウスピースと、
を備え、
前記装置本体は、
前記ガスセンサから出力される電気信号を基に、被検者の呼気に含まれる二酸化炭素濃度を計測する計測部と、
被検者がN回(Nは2以上の整数)呼吸する期間に得られる前記計測部の計測結果から前記二酸化炭素濃度の最大値を抽出する抽出部と、
前記抽出部で抽出した前記二酸化炭素濃度の最大値を表示するための表示部と、
を備える
呼気検査システムである。
(第2の態様)
本発明の第2の態様は、
前記抽出部は、
呼吸回数をカウントするカウント部と、
前記カウント部のカウント結果を基に、各回の一呼吸あたりの二酸化炭素濃度の最大値を検知する検知部と、
前記カウント部でカウントした回数が前記N回に達した場合に、各回の呼吸で前記検知部が検知した二酸化炭素濃度の最大値を比較することにより、前記N回の呼吸回数期間における二酸化炭素濃度の最大値を検出する検出部と、
を備え、
前記表示部には、前記検出部が検出した前記二酸化炭素濃度の最大値を表示する
上記第1の態様に記載の呼気検査システムである。
(第3の態様)
本発明の第3の態様は、
前記Nは、3以上10以下である
上記第1または第2の態様に記載の呼気検査システムである。
本発明の実施形態においては、次の順序で説明を行う。
1.呼気検査システムの構成
2.呼気検査装置の構成
3.呼気検査装置の組み立て
4.装置本体の構成
5.呼気検査装置の使用方法
6.実施形態の効果
7.変形例等
図1は本発明の実施形態に係る呼気検査システムの概略構成図である。
図示した呼気検査システム100は、大きくは、呼気検査装置1と、装置本体51と、を備えた構成になっている。呼気検査装置1は、呼気検査に際して被検者が取り扱うものであり、装置本体51は、呼気検査に際して検者(医師、看護師など)が取り扱うものである。呼気検査装置1と装置本体51とは、互いに通信可能に接続されている。本実施形態においては、一例として、呼気検査装置1と装置本体51をケーブルによって接続するものとする。
図2は本発明の実施形態に係る呼気検査装置の側面図であり、図3は同平面図である。また、図4(A)は図3に示す呼気検査装置を左方向から見た図であり、同図(B)は右方向から見た図である。また、図5は本発明の実施形態に係る呼気検査装置の分解斜視図である。
ケース2は、Z方向で一方と他方に分割可能な半割構造になっている。ケース2は、一対のケース半体2a,2bによって構成されている。一対のケース半体2a,2bのうち、一方のケース半体2aはケース2の上半分を形成し、他方のケース半体2bはケース2の下半分を形成するものである。以下に、ケース半体2a,2bの構成についてはさらに詳しく説明する。
ケース半体2aは、樹脂、金属などで構成することができるが、コスト等を考慮すると、好ましくは樹脂、より好ましくはABS樹脂で構成するとよい。ABS樹脂は、成形性、表面の美観、耐衝撃性などに優れるため、ケース2の材料として好ましい。
エアウェイ部材3は、X方向で一方と他方に分割可能な半割構造になっている。エアウェイ部材3は、一対のエアウェイ半体3a,3bによって構成されている。一対のエアウェイ半体3a,3bのうち、一方のエアウェイ半体3aはエアウェイ部材3の右半分を形成し、他方のエアウェイ半体3bはエアウェイ部材3の左半分を形成するものである。以下に、エアウェイ半体3a,3bの構成についてさらに詳しく説明する。
ガスセンサ4は、赤外線を出射(発光)する発光部4aと、その赤外線を受光する受光部4bと、を用いて構成されている。本実施形態では、エアウェイ部材3にガスセンサ4を搭載することにより、エアウェイ部材3とガスセンサ4を一体に構成している。ここで記述する「一体に構成」とは、エアウェイ部材3とガスセンサ4とが物理的な結合手段(ネジ締結、接着など)を利用して互いに固定されていて、全体として一つにまとまっている構成をいう。したがって、たとえば特開2012−159386号公報、特開2014−160080号公報に記載されているように、流路形成部材とガスセンサとが着脱(分離)可能な別体で構成された態様は、上述した「一体に構成」の概念に含まない。
発光部4aは、第1のセンサ基板28aに実装され、受光部4bは、第2のセンサ基板28bに実装されている。発光部4aと受光部4bは、エアウェイ部材3の流路30を間に挟んで対向する状態に配置される。そして、発光部4aは、流路30に向かって赤外線を出射し、受光部4bは、流路30を通して赤外線を受光する。
マウスピース5は、筒状の部材で構成されている。マウスピース5は、長さ方向(Y方向)の両端部をそれぞれ開口したストロー形状に形成されている。ここで記述する「ストロー形状」とは、中心軸が真っ直ぐ(直線上)に延びる円筒形をいう。マウスピース5の手前と奥側には、それぞれ開口5a,5bが形成されている。マウスピース5の手前側の端部は内向きに丸みをつけたすぼみ部5cとなっており、このすぼみ部5cによる開口径の縮小分だけ手前側の開口5aが奥側の開口5bよりも小径になっている。このようにマウスピース5の端部にすぼみ部5cを設けることにより、マウスピース5の開口5a側を被検者が口にくわえるときに、すぼみ部5cの丸みによって口当たりが柔らかくなる。また、マウスピース5をくわえて被検者が呼吸するときに、唾液がマウスピース5内に侵入しにくくなる。マウスピース5は、金属製、樹脂製、紙製のいずれであってもよい。
ケーブル6は、呼気検査装置1と装置本体51とを電気的に接続するためのケーブルである。ケーブル6の長さは、必要に応じて適切な長さに設定される。ケーブル6は、たとえば、図示しないリード線等を内蔵し、このリード線等を用いて、第1のセンサ基板28aと第2のセンサ基板28bに電気的に接続される。ケーブル6は、装置本体51から呼気検査装置1にガスセンサ4を駆動するための電力を供給したり、装置本体51と呼気検査装置1との間でガスセンサ4の駆動を制御する制御信号の受け渡しをしたり、ガスセンサ4で検出した結果を電気信号として出力したりするために用いられる。
呼気検査装置1は、たとえば以下のように組み立てられる。
まず、一対のエアウェイ半体3a,3bを互いに組み付ける。その際、一方のエアウェイ半体3aには第1のセンサ基板28aを搭載し、他方のエアウェイ半体3bには第2のセンサ基板28bを搭載する。また、第1のセンサ基板28aには予め発光部4aを実装しておき、第2のセンサ基板28bには予め受光部4bを実装しておく。第1のセンサ基板28aは、図示しないネジを用いてエアウェイ半体3aに固定される。具体的には、第1のセンサ基板28aに4つの取付用孔が設けられ、各々の取付用孔を通して4つのスタッド26aにそれぞれネジをねじ込むことにより、第1のセンサ基板28aがエアウェイ半体3aに固定される。これと同様に、第2のセンサ基板28bは、図示しないネジを用いてエアウェイ半体3bに固定される。その際、発光部4aはエアウェイ半体3aの支持枠25aに収容され、受光部4bはエアウェイ半体3bの支持枠25bに収容される。
2a,2bを相互に組み付ける。この場合、ケース半体2a,2bの結合は、係止部14
aの爪部15aと被係止部14bの孔部15bとの嵌合によりなされる。ただし、これに
限らず、ネジ止め等で両者を結合(固定)してもよい。また、一対のケース半体2a,2
bを用いて構成されるケース2の分割方向と、一対のエアウェイ半体3a,3bを用いて
構成されるエアウェイ部材3の分割方向とは、互いに異なる方向となる。具体的には、流
路30の中心軸回りにおいて、互いに90度位相がずれた関係になる。すなわち、流路3
0の長さ方向(Y方向)と直交する方向において、エアウェイ部材3の分割方向はX方向
となり、ケース2の分割方向はZ方向となる。
図12は本発明の実施形態に係る装置本体の構成例を示す概略図である。
図示した装置本体51は、計測部52と、カウント部53と、検知部54と、検出部55と、メモリ56と、表示部57と、平均化処理部58と、モード切り替え部59と、を備えた構成になっている。このうち、カウント部53、検知部54および検出部55は、抽出部60を構成するものである。抽出部60は、被検者がN回(Nは2以上の整数)呼吸する期間に得られる計測部52の計測結果から二酸化炭素濃度の最大値を抽出するものである。二酸化炭素濃度の最大値を抽出する条件の一つであるNの値は、好ましくは3以上10以下、より好ましくは4以上8以下、さらに好ましくは5以上7以下である。本実施形態では、特に好ましい例として、N=6に設定されている場合について説明する。
計測部52は、ガスセンサ4から出力される電気信号を基に、被検者の呼気に含まれる二酸化炭素濃度(EtCo2)を計測するものである。この計測部52においては、たとえば、ガスセンサ4から出力される電気信号に対して所定のアルゴリズムに基づく信号処理を施すことにより、その電気信号を、呼気中の二酸化炭素濃度を示す数値(単位:mmHg)に変換する。計測部52で計測された二酸化炭素濃度の値は、メモリ56に記憶される。
カウント部53は、呼吸回数をカウントするものである。このカウント部53においては、ガスセンサ4から出力される電気信号の経時的なレベル変化を示す波形、または、計測部52で計測される二酸化炭素濃度(EtCo2)の経時的な変化を示す波形(以下、「二酸化炭素濃度の出力波形」ともいう。)を用いて、呼吸回数をカウントする。本実施形態では、一例として、二酸化炭素濃度の出力波形を用いて、呼吸回数をカウントするものとする。その場合、1回の呼吸期間(以下、「一呼吸期間」ともいう。)内には、息を吐き出す期間と息を吸い込む期間があり、それぞれの期間に応じて二酸化炭素濃度の出力波形が変化する。このため、カウント部53は、この出力波形の変化に基づいて呼吸回数をカウントする。
検知部54は、カウント部53のカウント結果を基に、各回の一呼吸あたりの二酸化炭素濃度の最大値を検知するものである。この検知部54では、一呼吸期間ごとに山形に現れる二酸化炭素濃度の出力波形のなかで最も二酸化炭素濃度が高いピーク値を、一呼吸あたりの二酸化炭素濃度の最大値として検知する。各回の呼吸期間に計測部52が計測する二酸化炭素濃度の値はメモリ56に記憶されるため、検知部54は、カウント部53が呼吸回数を1回カウントアップするたびに、一呼吸期間内に計測部52が計測した二酸化炭素濃度の最大値を検知する。このため、一呼吸あたりの二酸化炭素濃度の最大値は、一呼吸期間内での二酸化炭素濃度の最大値と読み替えることができる。また、検知部54は、各回の一呼吸あたりの二酸化炭素濃度の最大値を検知すると、その都度、検出した二酸化炭素濃度の最大値をメモリ56に記憶する。これにより、一呼吸期間ごとの二酸化炭素濃度の最大値が順次、メモリ56に記憶される。
検出部55は、カウント部53でカウントした回数がN回(本形態例では6回)に達した場合に、各回の呼吸で検知部54が検知した二酸化炭素濃度の最大値を比較することにより、N回の呼吸回数期間における二酸化炭素濃度の最大値を検出するものである。この検出部55においては、N=6に設定されている場合、カウント部53でカウントした呼吸回数が6回になった後、この6回の呼吸回数に応じてメモリ56に記憶されている6つの二酸化炭素濃度の最大値の大小関係を比較し、その中で最も大きな値をもつ二酸化炭素濃度の最大値を検出する。
表示部57は、呼気検査の測定状況や測定結果を表示するためのものである。このうち、測定結果には、抽出部60で抽出した二酸化炭素濃度の最大値が含まれる。また、測定結果には、好ましくは二酸化炭素濃度の出力波形が含まれる。抽出部60で抽出した二酸化炭素濃度の最大値は、呼気検査の測定結果に常に含めて表示してもよいし、後述するモード切り替え部59による処理モードの切り替えによって表示してもよい。本実施形態では、上述したカウント部53、検知部54および検出部55によって抽出部60が構成されていることから、表示部57には、検出部55が検出した二酸化炭素濃度の最大値が表示されることになる。表示部57は、たとえば液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ等を用いて構成することができる。
平均化処理部58は、検知部54で検知した二酸化炭素濃度の最大値を平均化処理するものである。本実施形態においては、一例として、移動平均法を適用するものとする。そうした場合、平均化処理部58は、カウント部53でカウントする呼吸回数が1回増えるごとに、それまでに検知部54が検知した二酸化炭素濃度の最大値を移動平均法によって平均化する。たとえば、カウント部53でカウントした呼吸回数が5回となった時点では、それまでに検知部54が検知した5つの二酸化炭素濃度の最大値を平均化する。この平均化処理は、カウント部53でカウントした呼吸回数がN回(本形態例では6回)となった段階で終えてもよいし、N回を超えて継続してもよい。
モード切り替え部59は、装置本体51の処理モードを切り替えるものである。装置本体51の処理モードには、少なくとも2つの処理モードが含まれる。一つは、抽出部60で抽出した二酸化炭素濃度の最大値を表示部57に表示するように動作する第1の処理モードであり、もう一つは、平均化処理部58で平均化処理した二酸化炭素濃度の最大値を表示部57に表示するように動作する第2の処理モードである。いずれの処理モードで装置本体51が動作する場合でも、表示部57には、計測部52が計測した二酸化炭素濃度の出力波形を表示することが好ましい。
続いて、本実施形態に係る呼気検査装置1の使用方法について説明する。
まず、呼気検査を受ける被検者の手に、マウスピース5付きの呼気検査装置1を持たせる。次に、マウスピース5の開口5a側を被検者の口にくわえてもらう。次に、被検者に自然に呼吸してもらい、その状況でガスセンサ4を用いた呼気検査を行う。この呼気検査では、被検者の呼気に含まれる二酸化炭素濃度(EtCO2)を測定する。二酸化炭素濃度の測定には、たとえば、波長が3.75μm以上4.25μm以下の中赤外線を出射する発光部4aを用いるとよい。
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。
2…ケース
3…エアウェイ部材(流路形成部材)
4…ガスセンサ
5…マウスピース
51…装置本体
52…計測部
53…カウント部
54…検知部
55…検出部
57…表示部
60…抽出部
100…呼気検査システム
Claims (4)
- 呼気検査装置と、
前記呼気検査装置に通信可能に接続される装置本体と、
を備え、
被検者が慢性閉塞性肺疾患の患者か否かを評価するために用いられる呼気検査システムであって、
前記呼気検査装置は、
被検者の呼吸気を流すための流路を有する流路形成部材と、
前記流路に赤外線を出射する発光部、および、前記発光部が出射した赤外線を受光する
受光部を有するガスセンサと、
前記流路に連通する状態で前記流路形成部材に接続されるマウスピースと、
を備え、
前記装置本体は、
前記ガスセンサから出力される電気信号を基に、被検者の呼気に含まれる二酸化炭素濃
度を計測する計測部と、
被検者がN回(Nは5以上7以下の整数)呼吸する期間に得られる前記計測部の計測結果から前記二酸化炭素濃度の最大値を抽出する抽出部と、
前記抽出部で抽出した前記二酸化炭素濃度の最大値を表示するための表示部と、
を備え、
前記抽出部は、各回の一呼吸あたりの二酸化炭素濃度の最大値を検知する検知部を含み
、
前記装置本体は、前記検知部で検知した二酸化炭素濃度の最大値を平均化処理する平均
化処理部と、
前記装置本体の処理モードを、前記抽出部が抽出した二酸化炭素濃度の最大値を前記表
示部に表示するように動作する第1の処理モード、および、前記平均化処理部で平均化処
理した二酸化炭素濃度の最大値を前記表示部に表示するように動作する第2の処理モード
のうちいずれかに設定するように切り替えるモード切り替え部と、をさらに備える
呼気検査システム。 - 前記装置本体の処理モードが前記第2の処理モードに設定されている場合、各回の一呼
吸あたりの二酸化炭素濃度の最大値を前記検知部が検知するたびに、それまでに前記検知
部が検知した二酸化炭素濃度の最大値を前記平均化処理部で平均化し、その結果を前記表
示部に表示する
請求項1に記載の呼気検査システム。 - 前記装置本体の処理モードが前記第2の処理モードに設定されている場合、前記表示部に表示される二酸化炭素濃度の最大値が、被検者の呼吸回数の増加に応じてリアルタイムに更新される
請求項1または2に記載の呼気検査システム。 - 前記流路形成部材または前記流路形成部材を収容するケースに、前記ガスセンサを搭載することにより、前記流路形成部材と前記ガスセンサとを一体に構成するとともに、
前記マウスピースは前記流路形成部材に対して着脱可能に構成される
請求項1〜3のいずれかに記載の呼気検査システム。
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