JP6389975B1

JP6389975B1 - フローセンサ及び呼吸機能検査装置

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Publication number: JP6389975B1
Application number: JP2018032514A
Authority: JP
Inventors: 里緒今野; 彰義水野
Original assignee: CHEST M.I.,INCORPORATED
Current assignee: CHEST M.I.,INCORPORATED
Priority date: 2018-02-26
Filing date: 2018-02-26
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2038-02-26
Also published as: JP2019146710A

Abstract

【課題】呼吸機能の測定結果の精度を向上させるフローセンサ及び呼吸機能検査装置を提供すること。
【解決手段】フローセンサは、人間が口で咥える第１筒部と、内部にスクリーンを有するスクリーン収納部と、スクリーン収納部に対して第１筒部とは反対側に位置する第２筒部と、を備え、第２筒部は、内径が最小となる最小内径部と、スクリーン収納部とは反対側の端部である出口端部と、を備え、第２筒部の内径は、最小内径部から出口端部に向かって大きくなっている。
【選択図】図１２

Description

本発明は、フローセンサ及び呼吸機能検査装置に関する。

呼吸器疾患の診断等に用いられる呼吸機能検査装置が知られている。呼吸機能検査装置を用いた測定時には、被験者がマウスピースを咥えて呼吸をする。特許文献１には、呼吸機能検査装置の一例が記載されている。特許文献１に示されるように、差圧を測定する呼吸流量測定用センサ部に差し込まれた呼吸用フィルタユニットを、被験者が咥えて呼吸する。

特開平１１−３３０１５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるような呼吸機能検査装置を用いる場合、測定結果の精度向上には限界があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、呼吸機能の測定結果の精度を向上させるフローセンサ及び呼吸機能検査装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本開示のフローセンサは、人間が口で咥える第１筒部と、内部にスクリーンを有するスクリーン収納部と、前記スクリーン収納部に対して前記第１筒部とは反対側に位置する第２筒部と、を備え、前記第２筒部は、内径が最小となる最小内径部と、前記スクリーン収納部とは反対側の端部である出口端部と、を備え、前記第２筒部の内径は、前記最小内径部から前記出口端部に向かって大きくなっている。

これにより、第２筒部に入る空気の流れが改善される。その結果、フローセンサは、呼吸機能の測定結果の精度を向上させることができる。

上記のフローセンサの望ましい態様として、前記第２筒部は、前記最小内径部から前記出口端部側に延び且つ内径の変化率が一定である第１テーパー部と、前記第１テーパー部と前記出口端部とを繋ぐ第２テーパー部と、を備え、前記第２テーパー部の内径の変化率は、前記第１テーパー部の内径の変化率よりも大きい。

これにより、第２筒部に入る空気の流れがより改善される。フローセンサは、呼吸機能の測定結果の精度をより向上させることができる。

上記のフローセンサの望ましい態様として、前記最小内径部の内径に対する前記出口端部の内径の比は、１．１以上である。

上記のフローセンサの望ましい態様として、前記第１筒部の外周面を貫通する第１孔と前記第２筒部の外周面を貫通する第２孔と、を備え、前記スクリーンに対して直交する方向での前記スクリーンから前記第１孔までの距離、及び前記スクリーンに対して直交する方向での前記スクリーンから前記第２孔までの距離は、３．５ｍｍ以上である。

これにより、被験者が呼吸した時にスクリーンが変形しても、安定的に測定ができる。このため、フローセンサは、呼吸機能の測定結果の精度をより向上させることができる。

上記の目的を達成するため、本開示の呼吸機能検査装置は、上記のフローセンサを備える。

これにより、呼吸機能検査装置は、呼吸機能の測定結果の精度を向上させることができる。呼吸機能検査装置によれば、被験者に対する診断精度が向上する。

本開示のフローセンサ及び呼吸機能検査装置によれば、呼吸機能の測定結果の精度が向上する。

図１は、本実施形態の呼吸機能検査装置の模式図である。図２は、本実施形態の呼吸機能検査装置の背面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。図４は、本実施形態のフローセンサの斜視図である。図５は、本実施形態のフローセンサの斜視図である。図６は、本実施形態のフローセンサの正面図である。図７は、本実施形態のフローセンサの背面図である。図８は、本実施形態のフローセンサの平面図である。図９は、本実施形態のフローセンサの底面図である。図１０は、本実施形態のフローセンサの右側面図である。図１１は、本実施形態のフローセンサの左側面図である。図１２は、図６におけるＢ−Ｂ断面図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

図１は、本実施形態の呼吸機能検査装置の模式図である。図２は、本実施形態の呼吸機能検査装置の背面図である。図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。

本実施形態に係る呼吸機能検査装置１００は、例えば呼吸器疾患の診断等に用いられる。図１に示すように呼吸機能検査装置１００は、本体部１０と、外部チューブ１１と、センサユニット１と、を備える。本体部１０及びセンサユニット１は、外部チューブ１１によって接続される。

本体部１０は、圧力センサ１０１と、コンピュータ１０２と、入力装置１０３と、出力装置１０４と、を含む。圧力センサ１０１は、センサユニット１で検出される差圧に応じた信号を出力する。コンピュータ１０２は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備える。コンピュータ１０２は、圧力センサ１０１から得た信号によって、呼吸器疾患の診断に必要な指標を演算し記憶する。入力装置１０３は、例えば操作キーである。入力装置１０３は、計測項目の選択や被験者情報を入力する際等に使用される。出力装置１０４は、例えばディスプレイ及びプリンタ等である。出力装置１０４は、コンピュータ１０２によって演算された指標等を出力する。医師等は、出力装置１０４が出力する情報に基づいて被験者を診断する。

図２及び図３に示すように、センサユニット１は、ケース３と、ホルダ５と、ストッパー８と、フローセンサ９と、圧力伝達ユニット７と、を備える。

図２に示すように、ケース３は、保持部３１と、把持部３２と、カバー３５と、を備える。図３に示すように、保持部３１は、ホルダ５及び圧力伝達ユニット７を支持する部材である。図３に示すように、保持部３１は、開口３１０を備える。開口３１０は、フローセンサ９の少なくとも一部が貫通できる大きさを有する。把持部３２は、人間の手で把持される部材である。カバー３５は、圧力伝達ユニット７を覆う部材である。カバー３５は、保持部３１に対して回転できる。

ホルダ５は、フローセンサ９を保持する部材である。図３に示すように、ホルダ５は、ケース３の保持部３１に対してスライドできる。ホルダ５は、凹部５１と、開口５４と、突出部５３と、を備える。

凹部５１は、保持部３１の開口３１０に重なるように配置される略円形の窪みである。開口５４は、凹部５１の底面に空けられる略円形の穴である。突出部５３は、ケース３に対するホルダ５の位置によってケース３から突出する。ケース３から突出した突出部５３が押されることによって、ホルダ５がスライドする。

ストッパー８は、ホルダ５を位置決めするための部材である。ストッパー８は、ケース３に対して回転可能である。ストッパー８の外部に突出する部分に外力が加わることによって、ストッパー８が回転する。ストッパー８が回転すると、ホルダ５がスライドできるようになる。

フローセンサ９は、被験者の呼吸流量に比例して差圧を発生させる装置である。フローセンサ９は、ホルダ５に脱着可能である。図３に示すように、フローセンサ９は、第１筒部９１と、第２筒部９２と、スクリーン収納部９３と、スクリーン９５と、第１接続部９８と、第２接続部９９と、を備える。

第１筒部９１は、被験者が口で咥える略円筒状の部材である。第２筒部９２は、略円筒状であって、スクリーン収納部９３を介して第１筒部９１と繋がっている。第２筒部９２は、第１筒部９１に導入される空気を整流するための部材である。スクリーン収納部９３は、第１筒部９１と第２筒部９２との間に位置する。スクリーン収納部９３の外径は、第１筒部９１の外径及び第２筒部９２の外径よりも大きい。フローセンサ９がホルダ５に取り付けられる時、スクリーン収納部９３は、ホルダ５の凹部５１に嵌まる。スクリーン９５は、スクリーン収納部９３の内部に位置する。スクリーン９５は、例えばメッシュ状又は一方向に並べられた複数の板を有するルーバー状であって、気体の流れをある程度遮る。このため、第１筒部９１と第２筒部９２との間に圧力差が生じる。第１接続部９８は、第１筒部９１の外周面に位置する。第１接続部９８は、第１筒部９１から突出する筒状の部材である。第１接続部９８の一端は、第１筒部９１の内部で開口している。第１接続部９８の他端は、第１筒部９１の外部で開口している。第２接続部９９は、第２筒部９２の外周面に位置する。第２接続部９９は、第２筒部９２から突出する筒状の部材である。第２接続部９９の一端は、第２筒部９２の内部で開口している。第２接続部９９の他端は、第２筒部９２の外部で開口している。第１接続部９８及び第２接続部９９は、同じ方向に突出している。

以下の説明において、ＸＹＺ直交座標系が用いられる。Ｙ軸は、フローセンサ９の軸方向（スクリーン９５に対して直交する方向）に平行である。Ｚ軸は、ホルダ５のスライドする方向に平行である。Ｘ軸は、Ｙ軸及びＺ軸の両方に対して垂直である。Ｘ軸に沿う方向はＸ方向と記載され、Ｙ軸に沿う方向はＹ方向と記載され、Ｚ軸に沿う方向はＺ方向と記載される。Ｙ方向のうち、ホルダ５に取り付けられたフローセンサ９の第２筒部９２から第１筒部９１に向かう方向を＋Ｙ方向とする。Ｚ方向のうち、把持部３２に対して保持部３１のある方向を＋Ｚ方向とする。＋Ｚ方向を上とし＋Ｙ方向を向いた場合の右方向を＋Ｘ方向とする。

圧力伝達ユニット７は、フローセンサ９の内部の圧力を図１に示す本体部１０に伝達するための装置である。図３に示すように、圧力伝達ユニット７は、圧力導入部７５と、第１内部チューブ７１と、第２内部チューブ７２と、を備える。

図３に示すように、圧力導入部７５は、ハウジング７５０と、第１プローブ７５１と、第２プローブ７５２と、を備える。ハウジング７５０は、第１プローブ７５１及び第２プローブ７５２を保持する部材である。ハウジング７５０によって、第１プローブ７５１及び第２プローブ７５２が相対的に位置決めされる。ハウジング７５０は、ケース３の保持部３１に取り付けられる。ハウジング７５０は、保持部３１に対して脱着可能である。第１プローブ７５１は、フローセンサ９の第１接続部９８に接続され、第１筒部９１の圧力を検出する。第２プローブ７５２は、フローセンサ９の第２接続部９９に接続され、第２筒部９２の圧力を検出する。

図３に示すように、第１内部チューブ７１は、第１プローブ７５１に接続される。第１内部チューブ７１は、ケース３の内部を通って、図１に示す外部チューブ１１に接続される。第２内部チューブ７２は、第２プローブ７５２に接続される。第２内部チューブ７２は、ケース３の内部を通って、図１に示す外部チューブ１１に接続される。外部チューブ１１は、２つのチューブを内蔵する。第１内部チューブ７１の圧力と第２内部チューブ７２の圧力とを、別々に本体部１０に伝達する。このため、第１プローブ７５１が検出した圧力は、第１内部チューブ７１及び外部チューブ１１を介して本体部１０に入力される。第２プローブ７５２が検出した圧力は、第２内部チューブ７２及び外部チューブ１１を介して本体部１０に入力される。本体部１０は、第１筒部９１の圧力と第２筒部９２の圧力とに基づいてフローセンサ９の差圧を演算する。

図３に示すように、圧力導入部７５、第１内部チューブ７１の一端、及び第２内部チューブ７２の一端は、保持部３１の＋Ｚ方向の端部に位置する。第１プローブ７５１及び第２プローブ７５２は、フローセンサ９に対してフローセンサ９の＋Ｚ方向側に位置する。すなわち、第１プローブ７５１及び第２プローブ７５２は、フローセンサ９に対して把持部３２とは反対側に位置する。また、ホルダ５の孔５５及び爪５６は、フローセンサ９の−Ｚ方向側に位置する。すなわち、孔５５及び爪５６は、フローセンサ９に対して第１プローブ７５１及び第２プローブ７５２とは反対側に位置する。

図４は、本実施形態のフローセンサの斜視図である。図５は、本実施形態のフローセンサの斜視図である。図６は、本実施形態のフローセンサの正面図である。図７は、本実施形態のフローセンサの背面図である。図８は、本実施形態のフローセンサの平面図である。図９は、本実施形態のフローセンサの底面図である。図１０は、本実施形態のフローセンサの右側面図である。図１１は、本実施形態のフローセンサの左側面図である。図１２は、図６におけるＢ−Ｂ断面図である。図１２に示すように、第２筒部９２は、最小内径部９２０と、出口端部９２９と、第１テーパー部９２１と、第２テーパー部９２２と、を備える。

最小内径部９２０は、第２筒部９２のうち内径が最小となる部分である。例えば、本実施形態における最小内径部９２０の内径Ｄ９２０は、２５．７ｍｍである。出口端部９２９は、第２筒部９２のうちスクリーン収納部９３とは反対側の端部である。例えば、本実施形態における出口端部９２９の内径Ｄ９２９は、３０ｍｍである。最小内径部９２０の内径Ｄ９２０に対する出口端部９２９の内径Ｄ９２９の比は、１．１以上であることが望ましい。第２筒部９２のうち最小内径部９２０から出口端部９２９側の部分の内周面は、Ｙ方向から見て円形である。第２筒部９２の内径は、最小内径部９２０から出口端部９２９に向かって大きくなっている。

第１テーパー部９２１は、最小内径部９２０から出口端部９２９側（−Ｙ方向）に延びている。第１テーパー部９２１の内径は、出口端部９２９側に向かって大きくなっている。第１テーパー部９２１の内径の変化率は、一定である。内径の変化率は、任意の位置での内径に対する、当該位置からＹ方向で単位長さだけずれた位置での内径の比である。図１２に示すように、軸Ｐを含む断面において、第１テーパー部９２１の内周面は直線状である。軸Ｐは、スクリーン９５に対して直交し且つスクリーン９５の中心を通る直線である。例えば本実施形態において、図１２の断面で第１テーパー部９２１の内周面が描く直線Ｑが軸Ｐに対してなす角度θは、２°である。

第２テーパー部９２２は、第１テーパー部９２１と出口端部９２９とを繋ぐ。第２テーパー部９２２の内径は、出口端部９２９側に向かって大きくなっている。第２テーパー部９２２の内径の変化率は、Ｙ方向の位置によって異なる。図１２に示すように、軸Ｐを含む断面において、第２テーパー部９２２の内周面は曲線状である。第２テーパー部９２２の内径の変化率は、第１テーパー部９２１の内径の変化率よりも大きい。

本実施形態のフローセンサ９と、比較例のフローセンサと、に対して実験が行われた。比較例のフローセンサでは、第２筒部９２に相当する部分の内径が一定である。被験者の１分間当たりの呼吸回数を６回に設定した第１実験と、被験者の１分間当たりの呼吸回数を１５回に設定した第２実験が行われた。第１実験及び第２実験において、吸気流量がそれぞれ６回ずつ測定された。

比較例のフローセンサに対する第１実験では、吸気流量の６つの値の標準偏差は０．０２であった。本実施形態のフローセンサ９に対する第１実験では、吸気流量の６つの値の標準偏差は０．０１であった。

比較例のフローセンサに対する第２実験では、吸気流量の６つの値の標準偏差は０．０３であった。本実施形態のフローセンサ９に対する第２実験では、吸気流量の６つの値の標準偏差は０．００であった。

上述した実験結果から、本実施形態のフローセンサ９は、比較例のフローセンサに対して測定結果の精度を向上させることがわかる。

図１２に示すように、第１接続部９８は、第１孔９８１を備える。第１孔９８１は、円柱状であって、第１筒部９１の外周面を貫通している。第２接続部９９は、第２孔９９１を備える。第２孔９９１は、円柱状であって、第２筒部９２の外周面を貫通している。Ｙ方向でのスクリーン９５から第１孔９８１の中心までの距離Ｌ１は、３．５ｍｍである。Ｙ方向でのスクリーン９５から第２孔９９１の中心までの距離Ｌ２は、距離Ｌ１と等しく、３．５ｍｍである。なお、距離Ｌ１及び距離Ｌ２は、３．５ｍｍに限定されないが、３．５ｍｍ以上であることが好ましい。

本実施形態のフローセンサ９と、比較例のフローセンサと、に対して実験が行われた。比較例のフローセンサでは、距離Ｌ１及び距離Ｌ２が３．５ｍｍ未満である。実験において、フローセンサ９に所定の空気を流入させた時に本体部１０で出力される電圧値が７回測定された。

比較例のフローセンサに対する実験では、７つの計測値の標準偏差は０．０１７６であった。本実施形態のフローセンサ９に対する実験では、７つの計測値の標準偏差は０．００７８であった。上述した実験結果から、本実施形態のフローセンサ９は、比較例のフローセンサに対して測定結果の精度を向上させることがわかる。

なお、第２筒部９２は、必ずしも第１テーパー部９２１及び第２テーパー部９２２を備えていなくてもよい。例えば、第２筒部９２の内径の変化率は、最小内径部９２０から出口端部９２９に亘って一定であってもよい。また、最小内径部９２０の内径Ｄ９２０、及び出口端部９２９の内径Ｄ９２９は、必ずしも上述した値でなくてもよい。

以上で説明したように、フローセンサ９は、人間が口で咥える第１筒部９１と、内部にスクリーンを有するスクリーン収納部９３と、スクリーン収納部９３に対して第１筒部９１とは反対側に位置する第２筒部９２と、を備える。第２筒部９２は、内径が最小となる最小内径部９２０と、スクリーン収納部９３とは反対側の端部である出口端部９２９と、を備える。第２筒部９２の内径は、最小内径部９２０から出口端部９２９に向かって大きくなっている。

これにより、第２筒部９２に入る空気の流れが改善される。その結果、フローセンサ９は、呼吸機能の測定結果の精度を向上させることができる。

フローセンサ９において、第２筒部９２は、最小内径部９２０から出口端部９２９側に延び且つ内径の変化率が一定である第１テーパー部９２１と、第１テーパー部９２１と出口端部９２９とを繋ぐ第２テーパー部９２２と、を備える。第２テーパー部９２２の内径の変化率は、第１テーパー部９２１の内径の変化率よりも大きい。

これにより、第２筒部９２に入る空気の流れがより改善される。フローセンサ９は、呼吸機能の測定結果の精度をより向上させることができる。

フローセンサ９において、最小内径部９２０の内径Ｄ９２０に対する出口端部９２９の内径Ｄ９２９の比は、１．１以上である。

フローセンサ９は、第１筒部９１の外周面を貫通する第１孔９８１と、第２筒部９２の外周面を貫通する第２孔９９１と、を備える。スクリーン９５に対して直交する方向でのスクリーン９５から第１孔９８１の中心までの距離Ｌ１、及びスクリーン９５に対して直交する方向でのスクリーン９５から第２孔９９１の中心までの距離Ｌ２は、３．５ｍｍ以上である。

これにより、被験者が呼吸した時にスクリーン９５が変形しても、安定的に測定ができる。このため、フローセンサ９は、呼吸機能の測定結果の精度をより向上させることができる。

呼吸機能検査装置１００は、上述したフローセンサ９を備える。

これにより、呼吸機能検査装置１００は、呼吸機能の測定結果の精度を向上させることができる。呼吸機能検査装置１００によれば、被験者に対する診断精度が向上する。

１センサユニット
１０本体部
１００呼吸機能検査装置
１０１圧力センサ
１０２コンピュータ
１０３入力装置
１０４出力装置
１１外部チューブ
３ケース
３１保持部
３１０開口
３２把持部
３５カバー
５ホルダ
５１凹部
５３突出部
５４開口
７圧力伝達ユニット
７１第１内部チューブ
７２第２内部チューブ
７５圧力導入部
７５０ハウジング
７５１第１プローブ
７５２第２プローブ
８ストッパー
９フローセンサ
９１第１筒部
９２第２筒部
９２０最小内径部
９２１第１テーパー部
９２２第２テーパー部
９２９出口端部
９３スクリーン収納部
９５スクリーン
９８第１接続部
９８１第１孔
９９第２接続部
９９１第２孔

Claims

人間が口で咥える第１筒部と、
内部にスクリーンを有するスクリーン収納部と、
前記スクリーン収納部に対して前記第１筒部とは反対側に位置する第２筒部と、
を備え、
前記第２筒部は、内径が最小となる最小内径部と、前記スクリーン収納部とは反対側の端部である出口端部と、を備え、
前記第２筒部の内径は、前記最小内径部から前記出口端部に向かって大きくなっており、
前記第２筒部は、前記最小内径部から前記出口端部側に延び且つ内径の変化率が一定である第１テーパー部と、前記第１テーパー部と前記出口端部とを繋ぐ第２テーパー部と、を備え、
前記第２テーパー部の内径の変化率は、前記第１テーパー部の内径の変化率よりも大きい
フローセンサ。
前記最小内径部の内径に対する前記出口端部の内径の比は、１．１以上である
請求項１に記載のフローセンサ。
前記第１筒部の外周面を貫通する第１孔と
前記第２筒部の外周面を貫通する第２孔と、
を備え、
前記スクリーンに対して直交する方向での前記スクリーンから前記第１孔までの距離、及び前記スクリーンに対して直交する方向での前記スクリーンから前記第２孔までの距離は、３．５ｍｍ以上である
請求項１又は２に記載のフローセンサ。
請求項１から３のいずれか１項に記載のフローセンサを備える呼吸機能検査装置。