JP6782482B2 - Gas sampling device for breath gas analysis - Google Patents
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Description
本発明は呼気ガス分析におけるサンプルガスの採取装置に関するものである。 The present invention relates to a sample gas sampling device in breath gas analysis.
呼気ガス分析は、被験者が呼吸する際に排出し吸収される呼吸気中の測定対象ガスのガス濃度やガス量等を分析するものであり、呼吸気において採取されるサンプルガスは、生体機能の評価や各種疾患の診断、治療効果の評価等に用いられ、例えば、呼吸代謝に関する指標を求める測定や、肺の洗い出し検査等をおこなう肺機能検査、ピロリ菌の存在を検査するピロリ菌検査等、各種の測定・検査に用いられる。
手法は、ガス交換（酸素消費量、二酸化炭素生産量）と基礎代謝との関係から、炭水化物酸化及び脂質酸化のその都度の基質酸化速度が、呼吸時に接種した酸素の所定量と、それに続いて吐き出した二酸化炭素の比較量として求める方法がある。一般的に間接熱量測定法として知られている方法である。
The exhaled gas analysis analyzes the gas concentration and amount of the measurement target gas in the respiratory air that is discharged and absorbed when the subject breathes, and the sample gas collected in the respiratory air is a biological function. It is used for evaluation, diagnosis of various diseases, evaluation of therapeutic effect, etc. For example, measurement for index related to respiratory metabolism, lung function test for washing out the lungs, Pyrroli bacterium test for the presence of Pyrroli bacteria, etc. Used for various measurements and inspections.
The method is based on the relationship between gas exchange (oxygen consumption, carbon dioxide production) and basal metabolism, and the substrate oxidation rate for each carbohydrate oxidation and lipid oxidation is a predetermined amount of oxygen infused during respiration, followed by it. There is a method to obtain it as a comparative amount of exhaled carbon dioxide. This is a method generally known as an indirect calorimetry method.
また、サンプルガスを用いた検査は、被験者のカロリー消費量及び基礎代謝量を求めるために肉体的な負荷が掛けられている間に身体に生じるエネルギー代謝を測定するために利用されている。客観的に被験者の動作中であってもカロリー消費量を求めることができることから、心臓病等の心疾患を持つ被験者の心肺系の仕事率を推量しながらリハビリをすることも可能となる。
一方、呼気終末時に得られる二酸化炭素濃度、つまり呼気終末炭酸ガス濃度は、血液中の二酸化炭素と相関するため、当該ガス濃度を測定することで、過換気障害、気道閉塞、肺閉塞、ＣＯＰＤ、低換気などの診断にも用いることができる。
このように、健康の維持管理においては、ガス交換や酸素消費を含む呼吸機能からみた健康の維持管理についても、これら測定・検査は有用である。
近年、水素ガスが腸内細菌の活動を示す指標として着目され、健康・生活習慣との関係が明らかになっておきており、ガス種類の選択性に優れた熱電式水素センサ素子を用いて直接呼気中の水素ガス濃度を測定できる呼気水素検知器などが開発されている。
また、肺がんの早期発見のあらたな手段として、肺がん患者のがん切除手術前後の呼気ガス成分を統計学的に分析し、呼気中の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）から複数の肺がんマーカー物質の組み合わせが発見され、これら複数のマーカー物質の濃度から、肺がん患者と健常者とを高精度で識別できる検査装置の開発が進められている。
呼吸気を用いたガス分析方法では、被験者から自然に吸引排出される呼吸気を測定することができ、わざわざ血液を採血等して血中の二酸化炭素量等の濃度測定をする必要はなく、簡便で安全な被験者に負担をかけない非侵襲な測定であることに利点がある。
ただし、いずれも呼吸気中に含まれるガス濃度が非常に微量となるガス種の濃度測定をしなければならず、ガス濃度の高精度化が必須の技術となる。
In addition, a test using sample gas is used to measure the energy metabolism that occurs in the body while a physical load is applied to determine the calorie consumption and basal metabolism of the subject. Since the calorie consumption can be objectively obtained even during the movement of the subject, it is possible to perform rehabilitation while estimating the work rate of the cardiopulmonary system of the subject having a heart disease such as heart disease.
On the other hand, the carbon dioxide concentration obtained at the end of exhalation, that is, the concentration of carbon dioxide at the end of exhalation, correlates with carbon dioxide in the blood. Therefore, by measuring the gas concentration, hyperventilation disorder, airway obstruction, lung obstruction, COPD, It can also be used for diagnosis of hypoventilation.
As described above, in the maintenance of health, these measurements and tests are also useful for the maintenance of health from the viewpoint of respiratory function including gas exchange and oxygen consumption.
In recent years, hydrogen gas has attracted attention as an index showing the activity of intestinal bacteria, and its relationship with health and lifestyle has been clarified. Directly using a thermoelectric hydrogen sensor element with excellent gas type selectivity. An exhaled hydrogen detector that can measure the hydrogen gas concentration in exhaled breath has been developed.
In addition, as a new means for early detection of lung cancer, we statistically analyze the exhaled gas components of lung cancer patients before and after cancer resection, and combine multiple lung cancer marker substances from volatile organic compounds (VOC) in the exhaled breath. Has been discovered, and the development of an inspection device that can distinguish lung cancer patients from healthy subjects with high accuracy based on the concentrations of these multiple marker substances is underway.
In the gas analysis method using respiration, it is possible to measure the respiration that is naturally sucked and discharged from the subject, and there is no need to bother to collect blood and measure the concentration of carbon dioxide in the blood. It has the advantage of being a simple, safe, non-invasive measurement that does not burden the subject.
However, in each case, it is necessary to measure the concentration of gas species in which the concentration of gas contained in the respiratory air is extremely small, and it is an indispensable technique to improve the accuracy of the gas concentration.
従来から、サンプルガスを採取する際は、呼吸気を測定する流量センサで計測した呼気カーブを用いて、採取に必要なタイミングを計って通過するガスの一部を採取し、その少ないガス量の中から必要とする微量ガス種のガス濃度を測定する装置、又は、代謝測定においては、継続して呼吸するタイミングに合わせて断続的にガス採取及びガス濃度測定をし、呼気カーブと対比させて各種評価を行うなどして必要なガスを抽出して評価する装置は存在している。
しかし、タイミングを計って採取されたガスであっても不必要な他のガス、例えば、被験者自身の測定する目的以外ガスも当然に含まれており、ガス濃度測定においては、依然精度の高いガス濃度計が必須であった。
また、直前に検査した他の被験者の残留ガスとのコンタミネーション等も生じることから、ガス濃度測定自体の精度にも限界があった。
そこで、被験者の呼吸気中の目的とするガスのみが抽出できる機能を有する装置の開発が要望されていた。
Conventionally, when collecting sample gas, a part of the passing gas is collected at the timing required for collection by using the exhalation curve measured by the flow sensor that measures respiration, and the amount of gas is small. In the device for measuring the gas concentration of the trace gas type required from the inside, or in the metabolism measurement, gas sampling and gas concentration measurement are performed intermittently according to the timing of continuous breathing, and compared with the exhaled breath curve. There are devices that extract and evaluate the necessary gas by performing various evaluations.
However, even if the gas is collected at the right timing, other unnecessary gas, for example, a gas other than the purpose of the subject's own measurement is naturally included, and the gas is still highly accurate in the gas concentration measurement. A densitometer was essential.
In addition, there is a limit to the accuracy of the gas concentration measurement itself because contamination with the residual gas of other subjects examined immediately before occurs.
Therefore, there has been a demand for the development of a device having a function of extracting only the target gas in the breathing air of the subject.
特許文献１では、これを改善するため、流量センサで排出量を計量し、死腔量つまりサンプリング回路中の余分なガスが排出された段階で、サンプリング回路を移動し切換えて分析する技術が開示されている。
図３に特許文献１で開示されたサンプリング回路のブロック図の一例を示す。
図３のブロック図は、流量センサ９、呼気排出経路２、呼気吸引経路３、呼吸測定経路４、吸引路１２、秤量弁路１４、吸引ポンプ１５、検出器１８からなる。
流量センサ９から得られたデータにより死腔量相当が排出されたと判断した後、秤量弁路１４に収まったサンプルガスは、秤量弁路１４がスライドすることで、別経路の呼気測定経路に移動され検出器１８によってガス分析される。
当該機能により、死腔量相当を取り除きサンプルガスが抽出することができ、精度の良いガス分析ができるとされている。
しかし、当該機能であっても、死腔部分のガスが除去されているだけであり、サンプルガスに含まれる測定対象ガス量は微量のままであって、ガス濃度測定で必要とされる精度は依然変わらず、また、直前に測定を行った被験者の呼吸気とのコンタミネーションの防止は不十分であり、検出・採取回路中の残留ガスや、呼気経路中に付着した微量な残留ガス等の除去はできておらず、以前としてコンタミネーションの影響は大きいままであった。
In order to improve this, Patent Document 1 discloses a technique in which an emission amount is measured by a flow sensor, and when the dead space amount, that is, excess gas in the sampling circuit is discharged, the sampling circuit is moved and switched for analysis. Has been done.
FIG. 3 shows an example of a block diagram of the sampling circuit disclosed in Patent Document 1.
The block diagram of FIG. 3 includes a flow sensor 9, an exhalation discharge path 2, an exhalation suction path 3, a respiration measurement path 4, a suction path 12, a weighing valve path 14, a suction pump 15, and a detector 18.
After determining that the amount equivalent to the dead space has been discharged from the data obtained from the flow sensor 9, the sample gas contained in the weighing valve passage 14 moves to the breath measurement path of another route by sliding the weighing valve passage 14. The gas is analyzed by the detector 18.
It is said that this function can remove the amount of dead space and extract sample gas, enabling accurate gas analysis.
However, even with this function, the gas in the dead space is only removed, and the amount of gas to be measured contained in the sample gas remains very small, and the accuracy required for gas concentration measurement is It is still the same, and the prevention of contamination with the respiratory air of the subject whose measurement was performed immediately before is insufficient, and the residual gas in the detection / sampling circuit and the trace amount of residual gas adhering to the exhalation path, etc. It was not removed, and the effects of contamination remained large as before.
本発明の目的は、呼気ガス分析するにあたり、これまで微量であったサンプルガスのガス濃度を濃縮してガス濃度測定精度の向上を図ると共に、他の被験者の残留ガスとのコンタミネーションを防ぐガス採取装置を提供することにある。 An object of the present invention is a gas that concentrates the gas concentration of a sample gas, which has been a trace amount so far, to improve the accuracy of measuring the gas concentration and prevent contamination with residual gas of another subject in the analysis of exhaled gas. To provide a sampling device.
そこで、請求項１に記載のガス採取装置では、被験者の呼吸気の流量を測定するセンサ部と、前記センサ部から流量に関する信号を受け取り、呼吸気に関する各種データを算出する制御部と、前記被験者の呼気サンプルの一部をサンプルガスとして採取し脱着可能とするガス採取部と、前記ガス採取部に吸引導入するサンプリング回路部と、前記サンプリング回路部と前記ガス採取部を通じて呼気サンプルを吸引する主ポンプ部と、を備えるガス採取装置において、前記サンプリング回路部と前記呼気ガス採取部との間に設けたサブポンプ部と、前記呼気ガス採取部と並列に設けたバイパス部と、前記呼気ガス採取部とバイパス部を切換え可能とする分岐部と、前記呼気ガス採取部にかかるガス圧を測定するガス圧測定部と、前記呼吸気に関する各種データに応じて、前記分岐部、前記主ポンプ部、前記サブポンプ部のうちいずれか一つ又はこれらの組合せによってガス採取を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記サブポンプにより、前記サンプルガスを複数回、同一の前記ガス採取部へ圧入することを特徴とする。 Therefore, in the gas sampling device according to claim 1, a sensor unit that measures the flow rate of the breathing air of the subject, a control unit that receives signals related to the flow rate from the sensor unit and calculates various data related to the breathing air, and the subject. A gas sampling unit that collects a part of the exhaled breath sample as a sample gas and makes it removable, a sampling circuit unit that sucks and introduces into the gas sampling unit, and a main unit that sucks the exhaled sample through the sampling circuit unit and the gas sampling unit. In a gas sampling device including a pump section, a sub pump section provided between the sampling circuit section and the breath gas sampling section, a bypass section provided in parallel with the breath gas sampling section, and the breath gas sampling section. The branching part, the main pumping part, and the branching part, the gas pressure measuring part for measuring the gas pressure applied to the exhaled gas sampling part, and the branching part, the main pump part, and the above according to various data related to the breathing air. A control unit that controls gas sampling by any one of the sub-pump units or a combination thereof is provided , and the control unit presses the sample gas into the same gas sampling unit a plurality of times by the sub-pump. It is a feature.
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のガス採取装置において、
呼吸気に関する各種データのうち、呼気終末時点に同期させて、分岐部、主ポンプ部、サブポンプ部のうちいずれか一つ又はこれらの組合せを制御する制御部、
を備えたことを特徴とする。
In the invention according to claim 2, in the gas sampling apparatus according to claim 1,
Of the various data related to respiratory air, a control unit that controls any one of the branch unit, main pump unit, sub-pump unit, or a combination thereof in synchronization with the end of exhalation.
It is characterized by being equipped with.
請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載のガス採取装置において、
呼気ガス採取部と並列に設けた吸気ガス採取部と、
サンプリング回路部と吸気ガス採取部との間に設けたサブポンプ部と、
前記吸気ガス採取部、バイパス部及び前記呼気ガス採取部を切換え可能とする分岐部と、
前記吸気ガス採取部にかかるガス圧を測定するガス圧測定部と、
前記呼吸気に関する各種データに応じて、前記分岐部、主ポンプ部、前記サブポンプ部のうちいずれか一つ又はこれらの組合せによってガス採取を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする。
In the invention according to claim 3, in the gas sampling apparatus according to claim 1 or 2.
An inspiratory gas sampling unit provided in parallel with the exhaled gas sampling unit,
A sub-pump section provided between the sampling circuit section and the intake gas sampling section,
A branch portion that enables switching between the intake gas sampling unit, the bypass unit, and the exhaled gas sampling unit,
A gas pressure measuring unit that measures the gas pressure applied to the intake gas sampling unit,
A control unit that controls gas sampling by any one of the branch unit, the main pump unit, the sub pump unit, or a combination thereof according to various data related to the respiratory air.
It is characterized by being equipped with.
請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のガス採取装置において、
呼吸気に関する各種データのうち、吸気終末時点に同期させて、分岐部、主ポンプ部、サブポンプ部のうちいずれか一つ又はこれらの組合せを制御する制御部、
を備えたことを特徴とする。
In the invention according to claim 4, in the gas sampling apparatus according to claim 3,
Of various data related to respiratory air, a control unit that controls any one of the branch unit, the main pump unit, the sub pump unit, or a combination thereof in synchronization with the end point of inspiration.
It is characterized by being equipped with.
本発明によれば、呼気ガス分析するにあたり、これまで微量であったサンプルガスの測定対象のガス種を濃縮してガス採取することが可能となるため、測定対象ガス種が容易に測定でき、ガス濃度測定精度の向上を図ることができる。また、他の被験者の残留ガスとのコンタミネーションを極力防ぐことができるようにもなる。 According to the present invention, in the breath gas analysis, it is possible to concentrate the gas type to be measured of the sample gas, which has been a trace amount, and collect the gas. Therefore, the gas type to be measured can be easily measured. It is possible to improve the accuracy of gas concentration measurement. In addition, contamination with residual gas of other subjects can be prevented as much as possible.
本発明のガス採取装置では、被験者Ｍの呼吸気をサンプルガスとしてガス採取部１に採取する際、被験者Ｍの呼吸気の流量を、呼吸流量計センサ１２で計測することで得られた呼吸気に関する各種データに応じて、分岐部Ａ４、分岐部Ｂ５、サブポンプ部である排出ポンプ２、主ポンプ部である吸引ポンプ３を制御部６によって切換えられ、測定対象となるサンプルガスはサンプリング回路８を通じてガス採取部１に採取され、非測定対象のサンプルガスはサンプリング回路８を通じてバイパス部７を通じて排出されることで、測定対象となるサンプルガスのみが選別され抽出される。さらに、排出ポンプ２によって、サンプルガスがガス採取部１に圧入されることで、サンプルガスが濃縮され、ガス採取部１が脱着できることで、濃縮されたサンプルガスは持ち運び可能となり、また、ガス採取部１は被験者Ｍごとに常に新しいものに交換可能となる。 In the gas sampling device of the present invention, when the breathing air of the subject M is collected as a sample gas in the gas sampling unit 1, the breathing air of the subject M is measured by the respiratory flow meter sensor 12. The branch section A4, the branch section B5, the discharge pump 2 which is the sub pump section, and the suction pump 3 which is the main pump section are switched by the control section 6 according to various data related to the above, and the sample gas to be measured is passed through the sampling circuit 8. The sample gas collected by the gas sampling unit 1 and not to be measured is discharged through the bypass unit 7 through the sampling circuit 8, so that only the sample gas to be measured is selected and extracted. Further, the exhaust pump 2 presses the sample gas into the gas sampling unit 1, so that the sample gas is concentrated, and the gas sampling unit 1 can be detached, so that the concentrated sample gas can be carried and gas sampling is performed. Part 1 can always be replaced with a new one for each subject M.
これら機能により、これまで微量であったサンプルガスの測定対象のガス種を濃縮してガス採取することができ、容易に持ち運び可能となり、他のガス測定機においても評価可能となることから、様々な測定対象ガス種を容易に測定できるようになり、ガス濃度測定精度の向上も図ることができる。また、他の被験者の残留ガスとのコンタミネーションを防ぐことができるようにもなる。 With these functions, it is possible to concentrate the gas type to be measured of the sample gas, which has been a very small amount, and collect the gas, which makes it easy to carry and can be evaluated by other gas measuring machines. It becomes possible to easily measure the gas type to be measured, and it is possible to improve the accuracy of gas concentration measurement. In addition, it becomes possible to prevent contamination with residual gas of other subjects.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明のガス採取装置の一実施例である、呼気ガスのサンプルガスを採取するガス採取装置のブロック図を示すものである。
図２は、本発明のガス採取装置の一実施例である、吸気ガスのサンプルガスを採取するガス採取機構を呼気ガスのサンプルガスを採取するガス採取装置に加えたブロック図を示すものである。
FIG. 1 shows a block diagram of a gas sampling device that samples a sample gas of exhaled gas, which is an embodiment of the gas sampling device of the present invention.
FIG. 2 shows a block diagram in which a gas sampling mechanism for collecting a sample gas of inspiratory gas, which is an embodiment of the gas sampling device of the present invention, is added to a gas sampling device for collecting a sample gas of exhaled gas. ..
本発明に係るガス採取装置の一実施例についてその構造を図１、図２に基づき説明する。
（１）構成・動作について
本発明に係るガス採取装置は、図１のブロック図において、呼気サンプルバッグ１、呼気排出ポンプ部２、吸引ポンプ部３、分岐部Ａ４、分岐部Ｂ５、制御部６、バイパス部７、サンプリング回路部８、呼気バッグ脱着部９、１０、センサ部１１、呼吸流量センサ部１２、流量センサ信号線１３を有している。ここで、呼気バッグ脱着部９、１０は、ガス圧測定部９、１０が含まれている。
An embodiment of the gas sampling device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
(1) Configuration / Operation In the block diagram of FIG. 1, the gas sampling device according to the present invention has an exhalation sample bag 1, an exhalation discharge pump unit 2, a suction pump unit 3, a branch unit A4, a branch unit B5, and a control unit 6. , A bypass unit 7, a sampling circuit unit 8, an exhalation bag attachment / detachment unit 9, 10, a sensor unit 11, a respiratory flow sensor unit 12, and a flow sensor signal line 13. Here, the breath bag attachment / detachment units 9 and 10 include gas pressure measuring units 9 and 10.
被験者Ｍは、センサ部１１を通じて呼吸気を排出吸入することで呼吸気流量センサ１２において、流量に関するデータが電気信号として検出され流量センサ信号線１３を通じて制御部６へ送られる。制御部６に送られたデータに応じて流量を始めとし、呼吸気に関する指標が算出され、呼吸気に関する呼気フローカーブも算出される。 By discharging and inhaling the respiratory air through the sensor unit 11, the subject M detects the data related to the flow rate as an electric signal in the respiratory air flow rate sensor 12 and sends it to the control unit 6 through the flow rate sensor signal line 13. In accordance with the data sent to the control unit 6, an index related to respiratory air is calculated, including the flow rate, and an expiratory flow curve related to respiratory air is also calculated.
呼気サンプルバッグ１は、呼気バッグ脱着部９、１０によってサンプリング経路中に設置される。サンプルバック１の材質や形状には特段に注意を払う必要はないが、用途に応じて材質や形状等を使い分けるのが良い。
例えば、精度を要する場合は、不要なガスが混入しないよう、柔軟な高分子エラストマー、ゴム材や高分子樹脂材のシート材を２枚合わせて袋状にするが、シート材を密着さて内部に気体が入らないようにした一枚のシート状態のものを製作し、呼気バッグ脱着部９、１０に装着後、内部にサンプルガスが封入された際に初めて膨らむような構造にしておく。
また、長期保存する必要がある場合や、ガス分析ができる場所まで距離が離れている場合、固定形状のガラスや高分子樹脂の容器などを使用したサンプルバッグ１で構成させることもできる。
The breath sample bag 1 is installed in the sampling path by the breath bag attachment / detachment portions 9 and 10. It is not necessary to pay special attention to the material and shape of the sample back 1, but it is better to use the material and shape properly according to the application.
For example, when precision is required, two sheets of flexible polymer elastomer, rubber material or polymer resin material are put together to form a bag so that unnecessary gas does not get mixed in, but the sheet materials are closely attached to the inside. A single sheet that does not allow gas to enter is manufactured, and after being attached to the exhalation bag attachment / detachment portions 9 and 10, the structure is such that it swells only when the sample gas is sealed inside.
Further, when it is necessary to store the bag for a long period of time, or when the distance is far from the place where gas analysis can be performed, the sample bag 1 using a fixed-shaped glass or polymer resin container can be used.
サンプリング回路部８は、分岐部Ａ４によって、サンプルバッグ１及びバイパス部７に接続され、吸引ポンプ部３によって回路内が負圧に制御されることで、センサ部１１のガスの一部がサンプリング回路部８を通じてガス採取回路内に導入される。導入されたガスは、呼気フローカーブに応じて制御部６で制御された吸引ポンプ３と分岐部Ａ４、Ｂ５によってバイパス部７、サンプルバッグ１に振り分けられる。 The sampling circuit section 8 is connected to the sample bag 1 and the bypass section 7 by the branch section A4, and the inside of the circuit is controlled to a negative pressure by the suction pump section 3, so that a part of the gas in the sensor section 11 is sampled. It is introduced into the gas sampling circuit through the part 8. The introduced gas is distributed to the bypass unit 7 and the sample bag 1 by the suction pump 3 controlled by the control unit 6 and the branch units A4 and B5 according to the exhalation flow curve.
前記例で挙げた密着状態で製作されたシート状のサンプルバッグ１の場合、サンプルバッグ１の呼気バック脱着部１０の側は当初より密閉状態にしておき、脱着部１０から取り外し、他のガス分析機等の測定機に取り付ける際に、初めて開封できるようにしておくと、より不要ガスの混入を防ぐことができる。かかる場合、サンプルバック１内のガス分析を行うガス分析機のガス導入部にもサンプルバッグ１が脱着できるように事前に専用アダプタなどを設けておく必要がある。 In the case of the sheet-shaped sample bag 1 manufactured in the close contact state described in the above example, the side of the exhaled bag detachable portion 10 of the sample bag 1 is kept in a sealed state from the beginning, removed from the detachable portion 10, and other gas analysis is performed. If it can be opened for the first time when it is attached to a measuring machine such as a machine, it is possible to further prevent unnecessary gas from entering. In such a case, it is necessary to provide a dedicated adapter or the like in advance so that the sample bag 1 can be attached to and detached from the gas introduction portion of the gas analyzer that performs gas analysis in the sample bag 1.
測定対象ガスは、サンプルバッグ１に振り分けられ封入されるが、当該サンプルバッグ１が測定対象ガスで満たされてしまった場合でも、さらに、排出ポンプ２の排気側にサンプルバッグ１を接続しているためサンプルガスをサンプルバッグ１にさらに押し込み封入することができる。
この際、サンプルバッグ１に加圧されながら圧入されるため、サンプルバッグ１の収容能力に応じて、サンプルバッグ１内のガスは濃縮された状態で封入されることとなる。
なお、サンプルバッグ１の前のサンプリング経路に不要ガスが僅かながら存在していることが考えられるため、バイパス部７を通じてサンプリング回路部８や分岐部Ａ４に存在する気体を事前に排出しておく必要がある。
さらに、不要ガスを混入したくない場合は、排気ポンプ２と、図に記載は無いが排気ポンプ２の排気側にもさらに分岐部を設けて回路内部ガスを強制排気させる方法も可能である。
また、各部の陽圧、負圧が適正に動作しているか確認できるよう、吸気バッグ脱着部９、１０には市販の圧力センサや圧力計を設けて、動作を制御部６で確認できるようにしておくと良い。
また、分岐部Ａ４、Ｂ５については、電磁弁及び分岐管等を用いて制御部６の信号に応じてバイパス部７と呼気ガス採取部１に振り分けることができるよう必要な分岐切換機構を構成させておく。
また、バッグ脱着部９、１０については、エアカップリング等の汎用のカプラーを使用した配管構造を設けても良い。
なお、サンプルバッグ１を封入する際は、サンプルバッグ１内は陽圧に加圧された状態にあるので、採取後の外来の不要ガスの混入はほぼ無いと考えることができ、サンプルバッグ１の脱着部９側の口をφ１程度の高空気抵抗の細管径にしておくと、サンプルバッグ１を取り外し後に通常の汎用の蓋で封止することもできる。または、サンプルバッグ１の両端をチューブ状に伸ばしておき、チューブを座屈若しくは縛ることでより不要なガスの混入は避けられる。また、当初よりサンプルバッグ１の脱着部９の側に逆止弁を設けておいても良い。
The gas to be measured is distributed and sealed in the sample bag 1, but even if the sample bag 1 is filled with the gas to be measured, the sample bag 1 is further connected to the exhaust side of the exhaust pump 2. Therefore, the sample gas can be further pushed into the sample bag 1 and sealed.
At this time, since the sample bag 1 is press-fitted while being pressurized, the gas in the sample bag 1 is sealed in a concentrated state according to the capacity of the sample bag 1.
Since it is possible that a small amount of unnecessary gas is present in the sampling path in front of the sample bag 1, it is necessary to discharge the gas existing in the sampling circuit section 8 and the branch section A4 through the bypass section 7 in advance. There is.
Further, when it is not desired to mix unnecessary gas, it is also possible to provide an exhaust pump 2 and a branch portion on the exhaust side of the exhaust pump 2 (not shown in the drawing) to forcibly exhaust the gas inside the circuit.
In addition, commercially available pressure sensors and pressure gauges are provided in the intake bag attachment / detachment units 9 and 10 so that the operation can be confirmed by the control unit 6 so that it can be confirmed whether the positive pressure and the negative pressure of each part are operating properly. It is good to keep it.
Further, regarding the branch portions A4 and B5, a necessary branch switching mechanism is configured so that the branch portions A4 and B5 can be distributed to the bypass unit 7 and the exhaled gas sampling unit 1 according to the signal of the control unit 6 by using a solenoid valve and a branch pipe. Keep it.
Further, the bag attachment / detachment portions 9 and 10 may be provided with a piping structure using a general-purpose coupler such as an air coupling.
When the sample bag 1 is enclosed, since the inside of the sample bag 1 is in a state of being pressurized to a positive pressure, it can be considered that there is almost no contamination of foreign unnecessary gas after collection. If the opening on the detachable portion 9 side has a small tube diameter of about φ1 and a high air resistance, the sample bag 1 can be removed and then sealed with a normal general-purpose lid. Alternatively, both ends of the sample bag 1 are stretched into a tube shape, and the tube is buckled or tied to prevent more unnecessary gas from being mixed. Further, a check valve may be provided on the side of the detachable portion 9 of the sample bag 1 from the beginning.
一方、柔軟なサンプルバック１に代えて、ボトルやチャンバー形状を利用した固定形状容器のサンプルバッグ１を利用する場合は、サンプルバッグ１の両端を分岐部Ａ４と分岐部Ｂ５に接続し、吸引ポンプ部３を通じて内部に充満しているガスを外部に排出する必要がある。
かかる場合は、呼吸流量センサ部１２を使い、ある程度死腔量及び測定対象となるガスがサンプルバッグ１内に充填された段階で、分岐部Ｂ５を閉じ、その後、排出ポンプ部２によってサンプルガスをサンプルバッグ１内に封入する。
On the other hand, when using the sample bag 1 of a fixed shape container using a bottle or a chamber shape instead of the flexible sample bag 1, both ends of the sample bag 1 are connected to the branch portion A4 and the branch portion B5, and a suction pump is used. It is necessary to discharge the gas filled inside through the part 3 to the outside.
In such a case, the respiratory flow rate sensor unit 12 is used to close the branch portion B5 when the dead space amount and the gas to be measured are filled in the sample bag 1 to some extent, and then the sample gas is discharged by the discharge pump unit 2. Enclose in sample bag 1.
以上に一例を挙げたが、このようなガス採取機構を用いることによって、例えば、呼気フローカーブから求められた、呼気終末時にサンプルバッグ１に測定対象ガスを採取し排出ポンプ２でサンプルバッグ１に圧入することにより、複数回のガス濃度を一つのサンプルバッグ１に濃縮することができる。これにより、これまで微量であったサンプルガスの測定対象のガス種を濃縮してガス採取することが可能となり、呼気終末時の酸素、二酸化炭素、その他水素ガスなどの揮発性有機化合物などの測定対象ガス種が容易に測定でき、ガス濃度測定精度の向上を図ることができる。
また、サンプルバッグ１を被験者毎に交換することが可能になることから、他の被験者の残留ガスとのコンタミネーションを防ぐことができるようにもなる。
Although an example has been given above, by using such a gas sampling mechanism, for example, the gas to be measured is sampled in the sample bag 1 at the end of exhalation, which is obtained from the expiratory flow curve, and the exhaust pump 2 is used in the sample bag 1. By press-fitting, the gas concentration can be concentrated in one sample bag 1 a plurality of times. This makes it possible to concentrate the gas species to be measured in the sample gas, which was a trace amount so far, and collect the gas, and measure oxygen, carbon dioxide, and other volatile organic compounds such as hydrogen gas at the end of exhalation. The target gas type can be easily measured, and the gas concentration measurement accuracy can be improved.
Further, since the sample bag 1 can be exchanged for each subject, contamination with the residual gas of another subject can be prevented.
図２は、本発明のガス採取装置の一実施例で呼気ガスのサンプルガスを採取するガス採取機構に併せて吸気ガスのサンプルガスを採取するガス採取機構を加えたものであり、
分岐部Ａ４と分岐部Ｂ５にさらに吸気バッグ脱着部２２、２３を設け、吸気サンプルバッグ２１を接続できるようにし、さらにサンプルバッグ２１の前に吸気排出ポンプ部２４を設けた。
動作は、図１の呼気ガス採取機構とほぼ同じであるが、呼吸気センサ部１２から得られた吸気信号に同期させて、分岐部Ａ４の回路が吸気サンプルバッグ２１側に開き、吸気排気ポンプ部２４によって、吸気サンプルバック２１に圧入される。
その他のガス採取機構、及び動作原理自体は、図１の呼気ガス採取機構と同様である。
FIG. 2 shows an embodiment of the gas sampling device of the present invention in which a gas sampling mechanism for sampling a sample gas of an inspiratory gas is added in addition to a gas sampling mechanism for sampling a sample gas of an exhaled gas.
Intake bag attachment / detachment portions 22 and 23 are further provided in the branch portion A4 and the branch portion B5 so that the intake sample bag 21 can be connected, and an intake discharge pump portion 24 is further provided in front of the sample bag 21.
The operation is almost the same as the exhaled gas sampling mechanism of FIG. 1, but the circuit of the branch portion A4 opens to the intake sample bag 21 side in synchronization with the intake signal obtained from the breathing air sensor unit 12, and the intake / exhaust pump. The unit 24 press-fits into the intake sample back 21.
The other gas sampling mechanism and the operating principle itself are the same as those of the exhaled gas sampling mechanism of FIG.
当該機構を用いることによって、吸気ガスについてもサンプルバッグ２１にサンプルガスが濃縮されたガスとして採取され、呼気サンプルバッグ１内の呼気ガスと吸気サンプルバッグ１内の吸気ガスとの差分を取ることで、周囲環境に含まれるガスの影響を排除することができ、より精度の良いガス濃度測定が可能になる。 By using this mechanism, the inspiratory gas is also collected as a gas in which the sample gas is concentrated in the sample bag 21, and the difference between the exhaled gas in the expiratory sample bag 1 and the inspiratory gas in the inspiratory sample bag 1 is taken. , The influence of gas contained in the surrounding environment can be eliminated, and more accurate gas concentration measurement becomes possible.
１： 呼気サンプルバッグ、呼気ガス採取部
２： 呼気排出ポンプ部、呼気サブポンプ部
３： 吸引ポンプ部、主ポンプ部
４： 分岐部Ａ
５： 分岐部Ｂ
６： 制御部
７： バイパス部
８： サンプリング回路部
９、１０：呼気バッグ脱着部、ガス圧測定部
１１： センサ部
１２： 呼吸流量センサ部
１３： 流量センサ信号線
２１： 吸気サンプルバッグ、吸気ガス採取部
２２、２３：吸気バッグ脱着部、ガス圧測定部
２４： 吸気排出ポンプ部、吸気サブポンプ部
Ｍ： 被験者
1: Exhaled sample bag, exhaled gas sampling unit 2: Expiratory discharge pump unit, exhaled sub-pump unit 3: Suction pump unit, main pump unit 4: Branch part A
5: Branch B
6: Control unit 7: Bypass unit 8: Sampling circuit unit 9, 10: Exhalation bag attachment / detachment unit, gas pressure measurement unit 11: Sensor unit 12: Respiratory flow sensor unit 13: Flow sensor signal line 21: Inspiratory sample bag, inspiratory gas Collection section 22, 23: Intake bag attachment / detachment section, gas pressure measurement section 24: Intake / exhaust pump section, intake sub-pump section M: Subject
Claims (4)
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のガス採取装置。 Of the various data related to respiratory air, a control unit that controls any one of the branch unit, main pump unit, sub-pump unit, or a combination thereof in synchronization with the end of exhalation.
The gas sampling apparatus according to claim 1, further comprising.
サンプリング回路部と吸気ガス採取部との間に設けたサブポンプ部と、
前記吸気ガス採取部、バイパス部及び前記呼気ガス採取部を切換え可能とする分岐部と、
前記吸気ガス採取部にかかるガス圧を測定するガス圧測定部と、
前記呼吸気に関する各種データに応じて、前記分岐部、主ポンプ部、前記サブポンプ部のうちいずれか一つ又はこれらの組合せによってガス採取を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガス採取装置。 An inspiratory gas sampling unit provided in parallel with the exhaled gas sampling unit,
A sub-pump section provided between the sampling circuit section and the intake gas sampling section,
A branch portion that enables switching between the intake gas sampling unit, the bypass unit, and the exhaled gas sampling unit,
A gas pressure measuring unit that measures the gas pressure applied to the intake gas sampling unit,
A control unit that controls gas sampling by any one of the branch unit, the main pump unit, the sub pump unit, or a combination thereof according to various data related to the respiratory air.
The gas sampling apparatus according to claim 1 or 2, wherein the gas sampling device is provided.
を備えたことを特徴とする請求項３に記載のガス採取装置。 Of various data related to respiratory air, a control unit that controls any one of the branch unit, the main pump unit, the sub pump unit, or a combination thereof in synchronization with the end point of inspiration.
The gas sampling apparatus according to claim 3, further comprising.
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