JPH07501253A - 新生児用換気装置 - Google Patents

新生児用換気装置

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JPH07501253A
JPH07501253A JP5509934A JP50993493A JPH07501253A JP H07501253 A JPH07501253 A JP H07501253A JP 5509934 A JP5509934 A JP 5509934A JP 50993493 A JP50993493 A JP 50993493A JP H07501253 A JPH07501253 A JP H07501253A
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モクリッジ,ジェフリー,ニコラス,アンソニー
モーリイ,コリン,ジョン
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ケンブリッジ・ライフ・システムズ・リミテッド
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 新生児用換気装置 技術分野 本発明は、幼児の呼吸を助ける換気装置に関し、特に、本明細書では、主に(多 分独占的に)新生児、特に早産児の呼吸を助けるために使用するので、新生児用 換気装置と呼ぶ。
背景技術 毎年生まれる新生児の中で比較的少数の新生児は、彼等の肺が未熟であるため人 工的な換気を必要とする。従って彼等には換気装置によって被制御条件下で呼吸 用ガスが供給される。殆どの既存換気装置は新生児自身の呼吸パターンに無関係 に指揮する医者の設定する事前設定の速度、タイミングおよび圧力で呼吸用ガス を新生児へ供給する。自発的に呼吸する新生児は少なくともある時にはその換気 装置と異なる速度で呼吸する場合があり、従って、新生児はしばしば換気装置と 戦わなければならない。残念ながら、換気されている早産児の約1/4は脳出血 または気胸症にかかっている。これまでの研究によると、被換気新生児における 気胸の高発生率は、換気装置の膨張に対する新生児の活発な吐息のためと考えら れている。
既存型の換気装置に伴う問題の結果として、いわゆる[トリガJ換気装置が換気 装置のタイミングを新生児の自発呼吸タイミングに整合させるべく開発された、 換気装置の膨張は自発吸息によってトリガされる構成になっている。換気を達成 するために、センサを使用して新生児の吸息開始を検出し、検出により得られた 信号を換気装置へ送って換気装置による機械的呼吸を開始させる。成人および高 齢の子供達の換気装置は長年に渡ってトリガの原理を使用してきたが、その技術 を幼児、特に早産児に用いた場合、完全な同期換気ができないという問題を伴う 。
その理由は、換気装置(患者側の回路を含む)のセンサの応答時間、信号処理。
必要な信号しきい値レベルの獲得および電子および機械的応答時間に起因する遅 れかシステムにあるためである。別のシステムおよび型式のセンサは種々の度合 いの遅れを受けるが、これらは換気装置の膨張開始を自発呼吸の開始と正確に一 致させることができないことを意味する。さらに、換気時間の長さは臨床医によ って設定されるので、換気装置か一旦動作を開始すると、機械的膨張はその設定 時間長に渡って続く。一般に、臨床医は個々の新生児に必要な換気時間長を知る 手段をもっていないから、機械的および自発的膨張の終端(即ち、吐息の開始) を一致させることかできない。これは、新生児は息切れをするが、換気装置は依 然として新生児を膨張させるという状態をもたらす、これは極めて危険な状態で ある。さらに、新生児が呼吸を止め、泣き叫び、のたうち、咳き込み、或いは呼 吸をしない動きをしても、トリが換気装置は適切に応答しないという問題がある 。
本発明は、それぞれの自発呼吸時に換気装置のトリガに頼らないで、新生児の全 呼吸パターンを分析して新生児が同期できる可変速度で換気装置を連続的に運転 させる自発呼吸パターンに整合した換気方法を提供することによって既存換気装 置の問題点の解決を意図する。
発明の開示 本発明により、換気サイクルのパラメーターは使用中に幼児用呼吸ガスの流量を 制御する弁の動作を制御する第1の制御信号電圧を発生する手段によって調節す ることかでき、呼吸ガスを幼児に該換気サイクルで弁を介して供給する換気装置 ; 使用中の該換気装置に連結される幼児の自然呼吸サイクルを監視または推測して 、連続呼吸信号を発生する手段; 使用中の前記換気装置の換気サイクルを監視または推測して、換気サイクルの周 期を表わす信号を発生する手段; 前記連続呼吸信号を受け、幼児の自然呼吸サイクルにおける第1の選択点を反復 検出または推測して、該自然呼吸サイクルにおける第2の選択点に対する前記第 1の選択点の時間的関係を決定し、所定サイクル数の呼吸について前記時間的関 係の平均または中間値を選んで、それに対応する第2の制御信号電圧を発生する 制御手段: 前記換気装置および制御手段へ連結され、前記第2の制御信号電圧を受けるよう に配置され、該第2の制御信号電圧を換気装置へ選択的に送って弁の動作を制御 するリレ一手段、および 前記制御手段も換気サイクルの周期を表わす信号を受け、該換気サイクルの周期 か所定の限度内にあるか否かを反復決定し、所定の限度内にない場合にはリレ一 手段を動作させて前記第1の制御信号電圧に前記第2の制御信号電圧の代わりに 弁の動作を制御させる構成を有することを特徴とする幼児の呼吸を助ける換気装 置が提供される。
本発明は、幼児の呼吸を助ける換気装置を使用中に連結する幼児の自然呼吸サイ クルを監視または推測して、連続呼吸信号を発生する手段:使用中に前記換気装 置の換気サイクルを監視または推測して、換気サイクルの周期を表わす信号を発 生する手段: 前記連続呼吸信号を受け取り、幼児の自然呼吸サイクルにおける第1の選択点を 反復検出または推測して該自然呼吸サイクルにおける第2の選択点に対する前記 第1の選択点の時間的関係を決定し、所定サイクル数の呼吸について前記時間的 関係の平均または中間値を選んで、それに対応する第2の制御信号電圧を発生す る制御手段; 前記換気装置および制御手段へ連結され、前記第2の制御信号電圧を受けるよう に配置され、該第2の制御信号電圧を換気装置へ選択的に送って弁の動作を制御 するリレ一手段:および 前記制御手段も換気サイクルの周期を表わす信号を受け、該換気サイクルの周期 か所定の限度内にあるか否かを反復決定し、所定の限度内にない場合にはリレ一 手段を動作させて前記第1の制御信号電圧に前記第2の制御信号電圧の代わりに 弁の動作を制御させる構成を有することから成り、前記換気装置が呼吸ガスを幼 児に換気サイクルで弁を介して供給し、該換気サイクルのパラメーターは使用中 に幼児用呼吸ガスの流量を制御する前記弁の動作を制御する第1の制御信号電圧 を発生する手段によって調節することができることを特徴とする、幼児の呼吸を 助ける換気装置を制御する換気装置制御装置も含む。
本発明の装置は、換気サイクルの吸息および吐息のタイミングおよび長さかそれ ぞれの制御信号電圧によって別々に制御することかできる換気装置を含むまたは 使用して、その制御手段が複数の第2の制御信号電圧を発生してこれらパラメー ターのいくつかを制御することが望ましい。
呼吸サイクルにおける第2の選択点は、第1の選択点を検出する制御手段内で使 用される手段と同一の手段によって反復して検出または推測される。
幼児の自然呼吸サイクルを監視する手段は、使用中に幼児の腹(さらに詳しくは 幼児の敵状突起)に配置することによって呼吸のみによる移動を検出して、適当 な信号を制御手段へ送る従来型の非侵入式呼吸センサから成る。
換気装置の換気サイクルを監視する手段かいずれの場合にも換気装置内に含まれ て、換気サイクルの周期か臨床医によって換気装置に設定できる限度外にあると きに警報を出す作用をする。
原型装置における制御手段は、内部配置のインターフェースカードおよびリレー およびレート警報切替装置(R,A、 S、 U、 )を含む外部配置インター フェースボックスを有するパーソナルコンピュータから成る。そして、そのリレ ーは従来の換気装置に取り付けるか、これは必要ならば専用処理回路に代えるこ とができる。パーソナルコンピュータを使用する利点は、新事実および変化を容 易に組み込めること、および結果を自動的に紙にプリントアウトするのではなく て、他のソフトウェアを使用して腹部に設けた換気センサから受けたデータを分 析のために少なくとも一時的に記憶できることである。
本発明の利点は、既存換気装置を太き(改変しないで、リレーを接続するだけで よいことである。これは換気装置またはコンピュータによって従来通り提供され る信号か換気サイクルを決めるか否かを決定するためのものであって、換気装置 に警報機能を設けるために通常提供される換気サイクルを検出することに依存す る。
吸息の開始は幼児の自然呼吸サイクルにおける選択点として選び、第2の選択点 は吐息の開始であることか望ましい。これら2つの値の間の間隔は各呼吸サイク ルに対して記録され中間または別の平均値はサイクル数の選択後に選んで換気サ イクルを自然呼吸サイクルに近づけるための制御に使用する。その結果、幼児の 呼吸はセンサからのフィードバックおよび換気装置の調整によって換気装置とフ ェーズか実質的に同期となる。
リレーは、予め決めた限度を外れた呼吸パターンか事前設定パラメーター(例え ば、幼児が非常に速くまたは極めて遅い呼吸う始める場合)で換気装置の動作を 継続させることを保証するために設けられる。そしてリレーはその不履行および 故障モードも換気装置から信号を発生し、換気装置の弁を制御して幼児の人工的 換気を維持するように配置される。幼児か呼吸を全く停止した場合、本装置は換 気装置によって現行のレートで換気を提供し続け、警報も出す。
通常の如く、センサを設ける、例えば、光センサを換気装置の気道圧力マノメー タに配置して、患者との脱接続および換気装置の誤動作のような通常の警報用に 使用される。マノメータにおける光センサは換気装置の各膨張に対して2つのパ ルスを与える。光センサは患者の気道圧力か実際にあるレベル以上に上昇したと きだけパルスを出すので、実際の換気の尺度であるという利点を有する。本発明 の装置において、センサからの信号は2つの回路、即ち、レートが上限を越えな いことをチェックする回路と、レートか下限以下でないことをチェックする回路 によって同時に監視される。通常の操作の下で、換気装置のタイミングは換気装 置の前パネルの吸息および吐息ノブに接続された電位差計を介して制御され、そ の出力電圧は多重化されて換気装置の主制御盤に接続するA/D変換器へ送られ 、一般に吐息弁である換気弁を開閉する時を決定する。即ち、幼児への供給より むしろ幼児からの戻りを制御する。
本発明の装置によって換気装置を制御するために、二極リレースイッチを使用す ることか望ましい。このリレースイッチはとちらのセットの電圧が、即ち、換気 装置フロントパネルの設定からの電圧かまたは制御装置によって発生された電圧 か換気装置内A/D変換器へ送られるかを決める。
特に、本発明の利点は、吸息および吐息フェーズの実際の接続期間ではなくて、 一般に換気動作の開始のみを制御するトリガ・システムに固有の遅れがなく、幼 児の自然呼吸サイクルと共に変わる方法で換気装置のタイミングを制御できるこ とである。
本発明による装置の一実施例を添付図面を参照して以下に記載する。
図面の簡単な説明 第1図は本発明による換気装置のブロック略図:第2図はレートの警報切替装f f1(RASU)のブロック図:第3図はRASUの操作の工程系統図:第4図 は換気サイクル期間の限度の構成を示す図:第6図〜第8図は幼児に見られる4 つの異なる呼吸状態に対する表示データのスクリーン・ダンプである。
発明を実施するための最良の形態 本実施例の新生児用換気装置(試作品)は、従来のセラチリスト(Sechri st)の幼児換気装置(IV−100B型)10を含み、この装置にリレー11 0および該換気装置を作動する信号を制御するレート警報スイッチングユニット (R,A。
S、U、 )を内蔵するインターフェースボックス11が接続される。インター フェースボックス11は、この試作品では、新生児から受けた信号を適当に処理 するパーソナルコンピュータへ接続される。
使用中の供給空気および酸素13.14は必要に応じて調整できる混合および圧 力調整弁15を通り、流量計16および加湿器(または湿度調節器)17を経て 、マニホルド18(一般に「患者コネクタ」と呼ばれる)へ供給される。マニホ ルド18は開閉か換気装置lOによって制御される吐息弁19へ連結される。
マニホルド18から換気パイプ20は新生児の肺へ至る。マニホルド18では圧 力タッピングが提供され、管路2Iかマニホルド18からマノメータ22へ通じ ている。マノメータ22には後述の光センサが設けられている。マニホルド18 とその関連前機構か従来の閉塞T型片換気回路部を形成する。
新生児の敵状突起へ従来の呼吸センサ24か取り付けられる。呼吸センサ24は 、本換気装置に新生児の自然または自発的呼吸サイクルのタイミングを決定させ るために信号をコンピュータ12へ送るべく使用される。
換気装置lOのマノメータ22は実際に生じる換気サイクルを視覚表示する。
マノメータ22のダイヤルはマニホルド内の圧力を示す移動針を備え、その圧力 かマニホルド18から圧力ライン21によってマノメータ22へ供給される。マ ノメータ22の光センサ23はマノメータの針の移動を監視して、信号をタイマ を含む回路に送って、換気装置10に与えられる連続的呼吸間の時間を測ってそ れと事前設定上限と比較する。可視および可聴警報装置(図示せず)が従来の方 法で適当に誘発される。換気装置IOは、換気サイクルの吸息および吐息相のタ イミング(時間)を調節する制御装置101,102も含む。そして、制御装置 101および+02は電圧を中央処理装置(CPU)へ接続するマルチプレクサ へ供給する電位差計を作動させる。中央処理装置は呼思弁I9の開閉をディジタ ル−アナログ変換器を介して制御する。吐息弁19の閉鎖は呼吸するガスを圧力 下で新生児へ供給させ、吐息弁19の開口は新生児からの空気を吐出させる。呼 吸の吸息および吐息フェーズのタイミングの制御の外に、換気装置lOは同様の 制御装置を備えて、吸息および吐息相中の圧力の極値を決定する。
上記の換気装置は従来のものであり、本発明の装置は、換気装置lOかある状況 下で正常に作動し続けられるように設計されている。しかしながら、従来の換気 装置は新生児の呼吸の状態変化に適応できないから、インターフェースボックス 11にリレー110を設けてタイマ制御装置101,102の電位差計によって 設定された電圧の中央処理装置への供給を制御する。リレー110は電位差計の 発生した信号またはコンピュータ12内に発生したその池の信号をパスする。
コンピュータ12により提供される信号(電圧)は、幼児の敵状突起に装着した 腹腔呼吸センサ24の提供する信号の結果としてコンピュータ内に生して、幼児 の連続的呼吸サイクルの表示をする(第5図および第8図参照)。適当なソフト ウェアによって、連続的呼吸サイクルの吸息および吐息フェーズのタイミングを 測定し、一定の期間(本試作品では呼吸数100)に渡って2つのフェーズの時 間を記憶し、それぞれの運転の中間値を決定することかできる。この決定に際し て、コンピュータ12は適当な電圧を順次リレー+10へ送って、中央処理装置 を介して吐息弁I9の開閉を制御して、換気装置のサイクルと幼児の連続的呼吸 との密接な整合を与える。別の装置においては、パーソナルコンピュータ12を 専用マイクロ処理装置回路に代えることができる。
本装置の一体構成要素は、換気装置によって提供される換気を監視する適当なハ ードウェア(および/またはソフトウェア)、即ち、換気装置によって与えられ る呼吸の速度、その決定に必要な信号を送る光センサ23である。この信号を患 者との接続遮断や換気装置の故障のような通常のアラームに使用する方法は既に 記載されているか、そのセンサは幼児の気道圧力か実際にあるレベル以上に上昇 したときだけパルスを提供するから、幼児の換気を正確に監視するために使用す ることかできる。光センサ23からの信号は単安定フリップ−フロップ+14を 介してR,A、S、 U、111内の一対の回路112,113へ送られる。回 路112および113は、それぞれ速度が上限を越えないこと、および最小限以 下でないことをチェックするために、それぞれ最大レートおよび最小レートの検 出をする。しかしながら、別の場合には、最大および最小レートの代わりに吸息 期間と吐息期間を別々に検出することが望ましい。
レート限度の構成を第4図に示す。第3図はR,A、 S、 U、の操作を工程 系統図によって示す。最大または最小限度を越えると、換気装置の制御信号がそ の中央処理装置へ戻されて適当なアラームか開始される。しかし、いずれの限度 も越えない場合には、換気装置はコンピュータの制御下で動作を続ける。リレー は最大および最小レートのいずれかを越える場合に最大および最小レート検出回 路112.113からの信号を受けるフリップ−フロップ115の出力信号によ って適当に作動される。制御が換気装置へ切換えられた後の適当な時間にコンピ ュータ制御が再びできるように、手動リセットが提供される。リレーおよびR, A。
S、 U、は、全ての故障が換気装置に事前のレートで幼児の換気を継続させる フェールセーフになるように設計される。
第5図〜第8図はそれぞれ一定の期間に渡って換気装置の信号および自発的呼吸 サイクル120,121を示し、吸息はグラフ上で負勾配そして吐息は正勾配で 示す。吸息および吐息の始まりは短い鉛直交差線122.123によって示す。
これらの点はコンピュータ12のソフトウェア動作内に提供される予め決めたア ルゴリズムに従って決定される。
第5図は幼児の呼吸と非同期の規則的換気装置の圧力信号を示す。第6図は換気 装置の信号と幼児の自発的呼吸を示す信号間のtitの同期性を示す。
l lの同期性を提供する外に、コンピュータは第7図および第8図に示したト レースによって示したように物の同期期間、例えば、1:2またはl:3を設定 することができる。
自発的呼吸のトレース121上の吐息および吸息の開始点を決定するために、コ ンピュータまたはソフトウェア論理内の有限状態の機械を利用してセンサ24か ら受けたデータの上下しきい値を認識する。1つの呼吸内の狭い間隔の2重最大 点または同じく擬似最小点、外部要因等による人為結果のようないくつかの条件 を考慮する必要かある。それらは全てソフトウェア内で達成される。
外部電源の必要性を回避するために、本換気装置によって安全のためにインター フェースボックス11を作動さす電力を提供するのか望ましい。
Figure 1 3S−最大 S40bprn Figure 4 国際調査報告 PCT/GO92102181PCT/GB 92102181 フロントページの続き (72)発明者 モーリイ、コリン、ジョン英国、ケンブリッジ シービー25 イーエツチ、グレート シェルフオード、ハイストリート 23

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.換気サイクルのパラメーターは使用中に幼児用呼吸ガスの流量を制御する弁 の動作を制御する第1の制御信号電圧を発生する手段によって調節することがで き、呼吸ガスを幼児に該換気サイクルで弁(19)を介して供給する換気装置( 10); 使用中の該換気装置に連結される幼児の自然呼吸サイクルを監視または推測して 、連続呼吸信号を発生する手段(12,24);使用中の前記換気装置の換気サ イクルを監視または推測して、換気サイクルの周期を表わす信号を発生する手段 (11);前記連続呼吸信号を受け、幼児の自然呼吸サイクルにおける第1の選 択点を反復検出または推測して、該自然呼吸サイクルにおける第2の選択点に対 する前記第1の選択点の時間的関係を決定し、所定サイクル数の呼吸について前 記時間的関係の平均または中間値を選んで、それに対応する第2の制御信号電圧 を発生する制御手段(12,111); 前記換気装置および制御手段へ連結され、前記第2の制御信号電圧を受けるよう に配置され、該第2の制御信号電圧を換気装置へ選択的に送って弁(19)の動 作を制御するリレー手段(110);および前記制御手段(111)も換気サイ クルの周期を表わす信号を受け、該換気サイクルの周期が所定の限度内にあるか 否かを反復決定し、所定の限度内にない場合にはリレー手段(110)を動作さ せて前記第1の制御信号電圧に前記第2の制御信号電圧の代わりに弁(19)の 動作を制御させる構成を有することを特徴とする幼児の呼吸を助ける換気装置。 2.幼児の呼吸を助ける換気装置が使用中に接続される幼児の自然呼吸サイクル を監視または推測して、連続呼吸信号を発生する手段(12,24);使用中に 前記換気装置の換気サイクルを監視または推測して、換気サイクルの周期を表わ す信号を発生する手段(11);前記連続呼吸信号を受け取り、幼児の自然呼吸 サイクルにおける第1の選択点を反復検出または推測して該自然呼吸サイクルに おける第2の選択点に対する前記第1の選択点の時間的関係を決定し、所定サイ クル数の呼吸について前記時間的関係の平均または中間値を選んで、それに対応 する第2の制御信号電圧を発生する制御手段(12,111); 前記換気装置および制御手段へ連結され、前記第2の制御信号電圧を受けるよう に配置され、該第2の制御信号電圧を換気装置へ選択的に送って弁(19)の動 作を制御するリレー手段(110);および前記制御手段(111)も換気サイ クルの周期を表わす信号を受け、該換気サイクルの周期が所定の限度内にあるか 否かを反復決定し、所定の限度内にない場合にはリレー手段(110)を動作さ せて前記第1の制御信号電圧に前記第2の制御信号電圧の代わりに弁(19)の 動作を制御させる構成を有することから成り、前記換気装置が呼吸ガスを幼児に 換気サイクルで弁を介して供給し、該換気サイクルのパラメーターは使用中に幼 児用呼吸ガスの流量を制御する前記弁の動作を制御する第1の制御信号電圧を発 生する手段によって調節することができることを特徴とする、幼児の呼吸を助け る換気装置を制御する換気装置制御装置。 3.さらに、換気サイクルの吸息および呼息のタイミングおよび長さが、それぞ れの制御信号電圧によって別々に制御することができる換気装置(10)を含み 、前記制御手段が複数の第2の制御信号電圧を発生してこれらパラメーターのい くつかを制御することを特徴とする請求の範囲第1項または第2項記載の装置。 4.呼吸サイクルにおける第2の選択点が、第1の選択点を検出する制御手段内 で使用される手段と同一の手段によって反復して検出または推測されることを特 徴とする請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか1項に記載の装置。 5.幼児の自然呼吸サイクルを監視する手段(24)が、使用時に幼児の腹に配 置することによって呼吸のみによる移動を検出して、適当な信号を制御手段へ送 る構成の非侵入式呼吸センサから成ることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第 4項のいずれか1項に記載の装置。 6.換気装置の換気サイクルを監視する手段(11)が、換気サイクルの周期が 臨床医によって換気装置に設定できる限度外にある場合に警報を出す作用をする ことを特徴とする請求の範囲第1項乃至第5項のいずれか1項に記載の装置。 7.制御手段(12)が、内部配置のインターフェースカードおよび使用時に従 来の換気装置に装着されるリレー(110)とレート警報切替装置(R.A.S .U.)を含む外部配置のインターフェースボックス(11)を有するパーソナ ルコンピュータから成ることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第6項のいずれ か1項に記載の装置。 8.専用の処理回路を設けて警報およびリレー機能を提供することを特徴とする 請求の範囲第1項乃至第6項のいずれか1項に記載の装置。 9.幼児の自然呼吸サイクルにおける選択点として吸息の開始を選ぶ手段(12 )、第2の選択点として呼息の開始を選ぶ手段を含み、これら2つの値の間の間 隔が各呼吸サイクルに対して記録され、そして中間値が選ばれた数のサイクル後 本装置によって選ばれて、換気サイクルを自然呼吸サイクルに近づける制御に使 用されることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第8項のいずれか1項に記載の 装置。 10.リレー(110)は、その不覆行およびその故障モードも換気装置から信 号を発生するように配置され、換気装置弁を制御して幼児の人工的換気を維持す ることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第9項のいずれか1項に記載の装置。 11.換気装置の気道圧力マノメータに配置された光センサ(23)を含み、該 光センサが換気装置の各膨張に対して2つのパルスを提供し、該センサからの信 号が2つの回路により同時に監視され、該2つの回路の1つの回路(112)が 速度が上限を越えないことをチェックし、他方の回路(113)が速度が下限を 越えないことをチェックすることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第10項の いずれか1項に記載の装置。 12.換気装置を制御するために、二極リレースイッチ(110)を使用し、そ のリレーが、どちらのセットの電圧が、即ち、換気装置フロントパネルの設定か らの電圧かまたは制御装置によって発生された電圧が換気装置内のA/D変換器 へ提供されるかを決めることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第11項のいず れか1項に記載の装置。
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