JP6942176B2 - 呼気測定装置 - Google Patents
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Description
呼気を保持するチャンバと、
基準ガスを生成する基準ガス生成器と、
前記チャンバ内に保持された呼気および前記基準ガス中の特定ガスのそれぞれの濃度を測定する測定器と、
を備え、
前記基準ガス生成器は、
給気口および排気口と、前記給気口および前記排気口を接続する通気経路とを有するケースと、
前記ケース内の前記通気経路において、前記給気口側および前記排気口側にそれぞれ第1開口および第2開口を有し、前記通気経路に配置され、前記特定ガスを吸着する第1フィルタと、
第3開口および第4開口を有し、前記第4開口が前記ケースの前記給気口に接続された供給管と、
を含み、前記供給管の第3開口から前記第1フィルタの第1開口までの距離は、前記第1フィルタの前記第1開口と前記第2開口との間の距離よりも長い、呼気測定装置。
前記供給管の前記第3開口と前記第4開口との間の距離は、前記第1フィルタの前記第1開口と前記第2開口との間の距離よりも長い、項目1に記載の呼気測定装置。
前記供給管の前記第3開口と前記第4開口との間の距離は50mm以上である、項目1に記載の呼気測定装置。
前記供給管の前記第3開口と前記第4開口との間の距離は100mm以上である、項目1に記載の呼気測定装置。
前記供給管の流路の断面は、前記第1フィルタの第1開口と前記第2開口とを結ぶ直線に垂直な断面よりも小さい、項目1に記載の呼気測定装置。
前記供給管の内径は5mm以下である、項目1に記載の呼気測定装置。
前記供給管は、樹脂によって構成されている、項目1に記載の呼気測定装置。
前記樹脂はフッ素樹脂である、項目7に記載の呼気測定装置。
前記基準ガス生成器は前記ケース内の前記給気口と前記第1開口との間に配置された逆止弁を有する、項目1に記載の呼気測定装置。
ポンプを含み、前記チャンバに保持された前記呼気および前記基準ガス生成器が生成した前記基準ガスを選択的に前記測定器へ移送するガス移送器と、
前記ガス移送器の動作を制御する制御回路と、
を備えた、項目1に記載の呼気測定装置。
呼気および吸気が通過する開口と、
吸入孔を有し、前記開口と前記吸入孔とを接続する吸気経路と、
前記吸気経路中に位置し、特定ガスを吸着する第2フィルタと、
排出孔を有し、前記開口と前記排出孔とを接続する呼気経路と、
を含む呼気生成ユニットをさらに備え、
前記排出孔から送出される呼気が前記チャンバに導入される、項目10に記載の呼気測定装置。
前記チャンバと、前記基準ガス生成器と、前記測定器と、前記ガス移送器と、前記制御回路とを収納する主筐体をさらに備え、
前記呼気生成ユニットは、前記主筐体に取り付けられている、項目11に記載の呼気測定装置。
被検者が把持可能な副筐体を含むハンドル部をさらに備え、
前記呼気生成ユニットは前記副筐体に収納されている、項目11に記載の呼気測定装置。
前記呼気が導入される導入口を有し、前記チャンバと接続される導入経路と、
前記導入経路を流れる呼気の流量を調節する流量調節器と、
前記導入経路の圧力を測定する圧力センサと、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記圧力センサの出力に基づき、前記流量調節器を制御する、項目10に記載の呼気測定装置。
前記ガス移送器は、前記チャンバと接続された第1経路および前記ポンプと接続された第2経路を切り替えて、前記ポンプと接続された第3経路に接続する切替器と、
前記第3経路を流れる前記呼気または前記基準ガスの流量を測定する流量検出器と
をさらに含み、
前記制御回路は、前記切替器を制御し、前記流量検出器の出力に基づき前記ポンプを制御する項目10に記載の呼気測定装置。
図2は、本体4の制御ブロック図である。図2において、太い矢印は、ガスが移動する流路および移動方向を模式的に示している。図3は、本体4の内部を示す斜視図である。本体4の各構成要素は、主筐体41に収納されている。本体4は、圧力センサ6と、流量調節器7と、チャンバ8と、測定器12と、入力装置13と、表示装置14と、電源スイッチ15と、メモリ16と、基準ガス生成器17と、切替器9、流量検出器10およびポンプ11を含むガス移送器18と、制御回路(制御装置)50とを備える。
ハンドル部2は、被検者の呼気を生成する呼気生成ユニットである。本実施形態では、呼気生成ユニットは、ハンドル部2として本体4とは別の筐体に収納されている。図4は、ハンドル部2の一例の模式的な断面を示す。ハンドル部2は、副筐体31と、吸気経路32と、呼気経路33と第2フィルタ34とを含む。副筐体31は、例えば、被検者が把持可能な外形を有している。具体的には、副筐体31は、例えば、片方の手のひらで握ることができる略円筒状の外形を有し、円筒状の副筐体31の一端に、吸入孔36および排出孔37が設けられている。また、円筒状の副筐体31の他端には、被検者の吸気および呼気が通過する開口5が設けられている。吸気経路32は、開口5と吸入孔36とを接続しており、吸気経路32中に第2フィルタ34が配置されている。呼気経路33は、開口5と排出孔37とを接続している。吸気経路32および呼気経路33は、例えば、副筐体31を構成する部材等によって区画されている。
チャンバ8はハンドル部2によって生成した呼気を一時的に保持する空間を有する。ハンドルチューブ3から本体4へ導入された呼気は、被検者が吐き出す呼気の圧力によって、導入経路51を介してチャンバ8へ移送される。チャンバ8の空間は特定ガスの濃度を測定するのに十分な容積を有している。チャンバ8、ハンドル部2、ハンドルチューブ3、導入経路51は測定前には、外部の環境と同じ空気で満たされている。このため、チャンバ8は排出口を有し、被検者が一定時間息を吐き続けることによって、まずこれらの部分を満たしていた空気がチャンバ8の排出口から排出され、その後、呼気でチャンバ8が満たされる。
呼気を生成する際、被検者が息を吐きだす強さ(圧力)及び流量によって、呼気中の特定ガスの濃度が変わり得る。できるだけ一定の条件で測定を行うためには、ある一定範囲の圧力と流量で呼気を生成するように、呼気の流量を調整する構造がチャンバ8につながる導入経路51に設けられていることが好ましい。このために、本実施形態では、本体4は、流量調節器7と圧力センサ6とを含み、導入経路51の圧力を圧力センサ6で検出し、検出結果に基づき流量調節器7が導入経路51を流れる呼気の流量を調節する。
圧力センサ6は導入経路51の圧力を検出する。圧力センサには種々のタイプの圧力センサを用いることができる。また、圧力センサ6が検出する導入経路51の圧力は、本体4に呼気が導入される導入口と流量調節器7との間に位置するポート51bと流量調節器7とチャンバ8との間に位置するポート51cの2か所であってもよいし、本体4に呼気が導入される導入口と流量調節器7との間に位置するポート51bの1か所だけであってもよい。
基準ガス生成器17は、基準ガスを生成する。基準ガスは、被検者が吸い込む吸気と同様の環境の空気であることが好ましい。これにより、測定すべき特定ガス以外の条件をできるだけ揃えることが可能となり、特定ガス以外の条件による測定への影響をできるだけ低減することができる。より具体的には、基準ガス生成器17は、測定時の呼気測定装置1の周囲の環境から取得され、特定ガスが除去された空気を基準ガスとして生成し得ることが好ましい。
ガス移送器18は、チャンバ8に保持された呼気および基準ガス生成器が生成した基準ガスを選択的に測定器12へ移送する。本実施形態では、ガス移送器18は、切替器9と、流量検出器10と、ポンプ11とを含む。
測定器12は、呼気に含まれる特定ガスを検出する。本実施形態では上述したように特定ガスは一酸化窒素である。なお、ここで「特定」とは、呼気に含まれる種々の元素、分子のうち、一部を選択的に検出し得ることを意味し、特定の1種のみを検出しなくてもよい。例えば、測定器12は、一酸化窒素を検出し、呼気に大量に含まれる窒素、酸素、水、二酸化炭素に対して実質的に感度がゼロといえる程度に低い感度を有していればよい。例えば、測定器12は、呼気にはほとんど含まれない一酸化窒素以外の分子を検出可能であったとしても、呼気にその分子が実質的に含まれていなければよい。
次に図2および図9を参照しながら呼気測定装置の動作を説明する。図9は呼気測定装置の動作を説明するフローチャートである。測定は、呼気を生成し、チャンバ8へ呼気を一時的に貯留する工程(S1〜S8)とチャンバ8に保持された呼気中の特定ガスの濃度を測定する工程(S9〜S14)とに大別できる。
まず被検者または操作者が、呼気測定装置1の電源スイッチ15をONにし、入力装置13から測定を開始するボタンを押下し、測定を開始する。入力装置13による入力によって測定を開始する代わりに、検出し、被検者が呼気を生成することによる圧力の変化を圧力センサ6が検出し、測定を開始してもよい。以下、制御回路50が図9に示すフローチャートの手順に従い、呼気測定装置1の各構成要素を制御する。測定開始時にはチャンバ8から呼気がポンプ11側へ移動しないように、ガス移送器18の第1経路54に設けられた弁56は閉じている。
制御回路50は、ガス移送器18のポンプ11を駆動し、チャンバ8の呼気を測定器12へ移送する(S9)。このとき、流量検出器10を用いて流量を検出し、検出結果に基づき、所定の流量となるように、ポンプ11を制御することによって、測定器12に導入する呼気の流量を調整する。制御回路50は、一定時間、ポンプ11を駆動する。これにより測定器12は、ポンプによって移送されて来る呼気中の一酸化窒素の流量を検出する(S10)。
本開示の呼気測定装置には種々の改変が可能である。例えば、基準ガス生成器の供給管29には折り曲げが可能であり本体4の空間に配置しやすいという観点では樹脂製の供給管が適している。しかし、予め本体4における供給管29の配置を設計できるのであれば、硬い樹脂チューブ、金属チューブ、または、樹脂成形品を重ね合わせた管などを用いて、供給管を形成してもよい。なお、供給管を鉄や銅などの金属で構成すると、金属製の管体部分から供給管内に透過しようとする気体を遮断できる。また、これら硬い材質を用いた供給管を採用する場合には、基準ガス生成器17のケース19と、供給管29とを一体として形成した構成であってもよい。
2 ハンドル部
3 ハンドルチューブ
4 本体
5 開口
6 圧力センサ
7 流量調節器
8 チャンバ
9 切替器
10 流量検出器
11 ポンプ
12 測定器
13 入力装置
14 表示装置
15 電源スイッチ
16 メモリ
17 基準ガス生成器
18 ガス移送器
19 ケース
20 給気口
21 排気口
22 通気経路
23 第1フィルタ
23a 第1開口
24 パッキン
24a 第1開口
25 パッキン
25a 第2開口
26 吸着剤
27 逆止弁
28 取付部
29 供給管
29a 第3開口
29b 第4開口
31 副筐体
32 吸気経路
33 吸気経路
34 第2フィルタ
34a 開口
34b 吸着剤
34c 開口
35A、35B ワンウエイバルブ
36 吸入孔
37 排出孔
41 主筐体
41a 外気孔
50 制御回路
51 導入経路
51a 調整孔
51b ポート
51c ポート
52 調整弁
52a テーパー部
53 駆動装置
54 第1経路
55 第2経路
56 弁
57 弁
58 駆動装置
59 第3経路
60 熱式流量検出器
61 周囲温度センサ
62 上流側温度センサ
63 ヒータ
64 下流側温度センサ
65 基板
65r 凹部
Claims (15)
- 呼気を保持するチャンバと、
基準ガスを生成する基準ガス生成器と、
前記チャンバ内に保持された呼気および前記基準ガス中の特定ガスのそれぞれの濃度を測定する測定器と、
を備え、
前記基準ガス生成器は、
給気口および排気口と、前記給気口および前記排気口を接続する通気経路とを有するケースと、
前記ケース内の前記通気経路において、前記給気口側および前記排気口側にそれぞれ第1開口および第2開口を有し、前記通気経路に配置され、前記特定ガスを吸着する第1フィルタと、
第3開口および第4開口を有し、前記第4開口が前記ケースの前記給気口に接続された供給管と、
を含み、前記供給管の第3開口から前記第1フィルタの第1開口までの距離は、前記第1フィルタの前記第1開口と前記第2開口との間の距離よりも長い、呼気測定装置。 - 前記供給管の前記第3開口と前記第4開口との間の距離は、前記第1フィルタの前記第1開口と前記第2開口との間の距離よりも長い、請求項1に記載の呼気測定装置。
- 前記供給管の前記第3開口と前記第4開口との間の距離は50mm以上である、請求項1に記載の呼気測定装置。
- 前記供給管の前記第3開口と前記第4開口との間の距離は100mm以上である、請求項1に記載の呼気測定装置。
- 前記供給管の流路の断面は、前記第1フィルタの第1開口と前記第2開口とを結ぶ直線に垂直な断面よりも小さい、請求項1に記載の呼気測定装置。
- 前記供給管の内径は5mm以下である、請求項1に記載の呼気測定装置。
- 前記供給管は、樹脂によって構成されている、請求項1に記載の呼気測定装置。
- 前記樹脂はフッ素樹脂である、請求項7に記載の呼気測定装置。
- 前記基準ガス生成器は前記ケース内の前記給気口と前記第1開口との間に配置された逆止弁を有する、請求項1に記載の呼気測定装置。
- ポンプを含み、前記チャンバに保持された前記呼気および前記基準ガス生成器が生成した前記基準ガスを選択的に前記測定器へ移送するガス移送器と、
前記ガス移送器の動作を制御する制御回路と、
を備えた、請求項1に記載の呼気測定装置。 - 呼気および吸気が通過する開口と、
吸入孔を有し、前記開口と前記吸入孔とを接続する吸気経路と、
前記吸気経路中に位置し、特定ガスを吸着する第2フィルタと、
排出孔を有し、前記開口と前記排出孔とを接続する呼気経路と、
を含む呼気生成ユニットをさらに備え、
前記排出孔から送出される呼気が前記チャンバに導入される、請求項10に記載の呼気測定装置。 - 前記チャンバと、前記基準ガス生成器と、前記測定器と、前記ガス移送器と、前記制御回路とを収納する主筐体をさらに備え、
前記呼気生成ユニットは、前記主筐体に取り付けられている、請求項11に記載の呼気測定装置。 - 被検者が把持可能な副筐体を含むハンドル部をさらに備え、
前記呼気生成ユニットは前記副筐体に収納されている、請求項11に記載の呼気測定装置。 - 前記呼気が導入される導入口を有し、前記チャンバと接続される導入経路と、
前記導入経路を流れる呼気の流量を調節する流量調節器と、
前記導入経路の圧力を測定する圧力センサと、
をさらに備え、
前記制御回路は、前記圧力センサの出力に基づき、前記流量調節器を制御する、請求項10に記載の呼気測定装置。 - 前記ガス移送器は、前記チャンバと接続された第1経路および前記ポンプと接続された第2経路を切り替えて、前記ポンプと接続された第3経路に接続する切替器と、
前記第3経路を流れる前記呼気または前記基準ガスの流量を測定する流量検出器と
をさらに含み、
前記制御回路は、前記切替器を制御し、前記流量検出器の出力に基づき前記ポンプを制御する請求項10に記載の呼気測定装置。
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