JPH08173404A

JPH08173404A - Ｆｖ波形解析のためのｆｖ波形の合成方法

Info

Publication number: JPH08173404A
Application number: JP6317274A
Authority: JP
Inventors: Tadamichi Meguro; 忠道目黒
Original assignee: Kinki University
Current assignee: Kinki University
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1994-12-20
Publication date: 1996-07-09
Anticipated expiration: 2019-05-17
Also published as: JP3527302B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】ＧＶ曲線を利用して、ＦＶ曲線を合成し、ＦＶ
波形解析に供する。【構成】ＦＶ曲線の一部分（最大吸気位から交差点Ｘま
で）と、ＧＶ曲線の一部分（Ｘから最大呼気位Ｙまで）
とからＦＶ波形を合成する。【効果】ＧＶ曲線でＦＶ曲線の波形を補完できるので、
被験者のデータが正常なＦＶ曲線を描ける程、完全でな
くとも、ＦＶ波形解析に必要なＦＶ波形が得られる。Ｆ
Ｖ波形の解析は肺の換気機能の評価、肺疾患の補助診断
等に有用であり、ＦＶ波形の合成によるＦＶ波形解析は
参考値ではあるがは健康管理、公衆衛生上極めて重要な
意味を持つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、公衆衛生の分野に属す
る。さらに、詳しくは、本発明は肺の換気機能の評価の
分野に属し、参考値としてＦＶ波形解析を行うためのＦ
Ｖ波形の合成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】肺の換気（ガス交換を含む）機能を客観
的に評価するために、被験者の呼気の最大流量気量曲線
（ＭＥＦＶ曲線、または単にＦＶ曲線と略する）を解析
することは従来から行われている。これはＦＶ曲線を２
次曲線にあてはめ、曲線の型や２次式の係数から導かれ
る各種指標（パラメータ）を用いて評価する。

【０００３】ＦＶ曲線は被験者が最大吸気し、できるだ
け努力して速く呼出するのをスパイロメータで測定する
ことにより求められる。しかしながら、被験者が最大呼
気位（息をすべて吐き出す）まで一気に呼気できない場
合がしばしばある。これは、被験者が呼気の中途で咳を
したりして一時的に呼気を停止すれば起こる。また、被
験者が老人または病人である時、呼気を継続できないこ
ともある。このような場合、ＦＶ曲線の下行脚が曲線の
終点近くで急激に減衰（降下）し、曲線を使って正確に
ＦＶ解析を行うことを不可能ならしめる。ここで「下行
脚」とは、流量最大位（ＰＥＦＲ）から流量が０になる
まで、ＦＶ曲線が下降する領域を指す。

【０００４】従来、被験者に再度、一連の最大吸気、呼
気動作を強いる他に完全なＦＶ曲線を得る方法はなかっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の問題
点に鑑みてなされたものであり、ＦＶ曲線が不完全であ
ってもＦＶ波形を合成し、参考値としてＦＶ波形解析を
行うに適する波形を得る方法を提急することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、被験者の呼気
データに基づいてＦＶ曲線の不完全な部分を補完し、参
考ＦＶ波形を合成することを要旨とする。本発明によれ
ば、最大吸気から最大呼出する時の流量気量（ＦＶ）曲
線の一部分と、安静吸気から最大呼出する時の流量気量
（ＧＶ）曲線の一部分とから波形を合成することを特徴
とするＦＶ波形解析のためのＦＶ波形の合成方法が提供
される。本発明において、前記波形がＦＶ曲線の下行脚
であることを特徴とする。本発明において、好ましく
は、前記ＦＶ曲線の一部分がＦＶ曲線上、最大吸気位か
ら流量の急速減衰領域でのＦＶ、ＧＶ両曲線の交差点Ｘ
までを表し、そして前記ＧＶ曲線の一部分が交差点Ｘか
ら最大呼気位Ｙまでを表すことを特徴とする。さらに本
発明によれば、（ａ）被験者の呼気データに基づいて最
大吸気から最大呼出するときの流量気量（ＦＶ）曲線
と、安静吸気から最大呼出するときの流量気量（ＧＶ）
曲線とを求め、（ｂ）流量を縦軸、気量を横軸としてＦ
Ｖ曲線、ＧＶ曲線を２次元座標上に表示し、（ｃ）ＦＶ
曲線の急速減衰領域でのＧＶ曲線との交差点Ｘを定め、
（ｄ）ＦＶ曲線の最大吸気位から流量最大位を経由して
前記交差点Ｘまでの第１曲線部分を描き、（ｅ）ＧＶ曲
線上、前記交差点ＸからＧＶ曲線の最大呼気位Ｙまでの
第２曲線部分を描き、そして（ｆ）前記第１曲線部分と
第２曲線部分をつなぐ、前記（ａ）〜（ｆ）のステップ
から成ることを特徴とするＦＶ波形解析のためのＦＶ波
形の合成方法が提供される。本発明において、好ましく
は、ステップ（ｄ），（ｅ），および（ｆ）をステップ
（ｂ）の２次元座標と異なる２次元座標上で行うことを
特徴とする。

【０００７】

【作用】本明細書中、「ＦＶ波形解析」とは、ＦＶ波形
に基づいて（１）ｄＶ／ｄＦ指標を求める、（２）ＦＶ
曲線を２次式に近似する、（３）２次式の近似で充分で
なければ、多次式に近似すること等を指す。

【０００８】本発明に従って合成される合成ＦＶ曲線は
実測曲線（実測値）でないので、あくまで参考値として
従来のＦＶ波形解析等を補完するものであり、「合成Ｆ
Ｖ曲線とその解析による参考値」としての本発明の意義
が理解されるべきである。

【０００９】本発明に従えば、まず、被験者の呼気のＦ
Ｖ曲線を求め、２次元座標上に表示する。呼気測定中、
呼気が咳、息切れ等何らかの理由で跡切れたＦＶ曲線を
模式的に図４に示す。図５は、このような場合の実測例
である。両図中、ＦＶは最大吸気から最大呼出するとき
の流量気量曲線で、ＧＶは安静呼気から最大呼出する時
の流量気量曲線を表す。図から明らかなように、ＦＶ曲
線は下行脚の下流域、すなわち終点近傍で急激に減衰
（降下）する。図５中、この領域でのＦＶ曲線とＧＶ曲
線の交差点をＸ（図４中、点８）で表し、ＧＶ曲線の終
点、すなわち最大呼気位をＹ（図４中、点１０）で表
す。ＦＶ曲線は、Ｘ−Ｙの域において不完全（欠落）で
あるので、このＦＶ曲線から正確な波形解析を行うこと
は不可能である。

【００１０】したがって、Ｘ−Ｙ域のＧＶ曲線を部分的
にＦＶ曲線につなぎ、波形（曲線）を合成すると、正常
なＦＶ曲線（図３に例示）に近い曲線ができあがる。具
体的にはＦＶ曲線の始点（０位）から、最大流量位（Ｆ
Ｖ曲線の頂点）を経て、前記交差点ＸまでＦＶ曲線を描
画（トレース）し、ＸからＹまでの部分ＧＶ曲線を描画
して、疑似ＦＶ曲線を完成する。

【００１１】本発明に従うと、正常なＧＶ曲線があれ
ば、被験者のＦＶ曲線が図４，５に示すように不完全で
あっても、ＦＶ解析に必要なＦＶ波形を合成できる。本
発明の合成法は、適当な表示手段（画面）上、ＦＶ曲線
を２次元座標表示し、さらに重ねて同一画面上にＧＶ曲
線を表示し、前記のように波形合成の後、残存する不要
な波形（たとえばＧＶ曲線の立上り部分、あるいはＦＶ
曲線のＸ以降の落下部分）を消去して画面上、必要なＦ
Ｖ合成波形のみを表示することができる。

【００１２】また、ＦＶ曲線、ＧＶ曲線の表示画面と異
なる画面上、新たにメモリに保存したＦＶ、ＧＶ曲線デ
ータからＦＶ波形を合成して表示してもよい。

【００１３】それらの画面上、ｄＶ／ｄＦ指標等を演算
の上、共に表示することも可能である。図６は、そのよ
うな一連のＦＶ波形合成を行った結果の一例を表す。

【００１４】図６には、後述のように２次式に近似した
２次曲線（１３）も併せて表示してある。本発明に従う
ＦＶ波形の合成方法は、以下の実施例に詳述する装置に
よって達成することができる。

【００１５】

【実施例】以下実施例でもって本発明をより具体的に説
明する。

【００１６】１．ＦＶ波形の合成図１は、被験者の呼気のＦＶ曲線を求めるためのスパイ
ロメータなどの電気的構成を示すブロック図である。肺
機能が検査されるべき被験者は、たとえば立位で、でき
るだけ多く吸気し、鼻をおさえ口に管２１をくわえて、
できるだけ早く呼気を流量計２２に供給する。マイクロ
コンピュータなどによって実現される処理回路２３は、
流量計２２の出力に応答し、その流量と気量とを時間の
経過に伴って演算して記憶し、その結果を陰極線管また
は液晶表示素子などを用いた目視表示手段２５に表示す
るとともに必要があれば記録紙２７に記録する。

【００１７】一方、処理回路２３は、流量計２２から送
られるデータの代わりに、予め記録紙２７に描かれた流
量気量曲線を、デジタイザなどの読取装置２８で読取り
数値化されたデータを取込むことも可能である。流量
は、たとえば気量１０ｍｌ毎に、それに要する時間が計
測され、流量の計算が行われる。

【００１８】図２は、図１に示される処理回路２３の動
作を説明するためのフローチャートである。ステップｍ
１からステップｍ２に移り、流量計２２によって測定さ
れた流量の時間経過を測定し、次のステップｍ３におい
て気量と流量とを対応付けてメモリ２４にストアする。
ステップｍ４で流量、気量をグラフ化し、ステップｍ５
でこれらを記録紙２７上に記録する。ステップｍ６で前
記一連の操作を終了する。

【００１９】図３は、上記のようにして求められたＦＶ
曲線の模式的な例であり、流量Ｆ（ｌ／秒）を縦軸に、
気量Ｖ（ｌ）を横軸にとる。流量は、初期の短時間に急
速に増大し、流量最大値ＰＥＦＲに達し、その後は比較
的緩やかに最大呼気位の残気量点Ｂ（ＲＶ）まで低下す
る。この流量最大値ＰＥＦＲから点Ｂまでの範囲が下行
脚と呼ばれ、被験者の気道の状態によって曲線１〜曲線
４のように変化する。たとえば、曲線４を描く被験者
は、鼻アレルギー患者であることが多い。

【００２０】本発明に係るＦＶ波形解析のためのＦＶ波
形の合成方法について、図４の別な模式的ＦＶ曲線を用
いて詳しく説明する。

【００２１】曲線１は、図３と同様、最大吸気から最大
呼出するときのＦＶ曲線（ここでＦＶとも略す）を表
す。曲線５は安静吸気（通常の状態）から最大呼出する
ときのＦＶ曲線（ここでＧＶとも略す）を表す。曲線１
と曲線５の交差点６，７間では、流量はＧＶ＞ＦＶであ
り、交差点６，７において、ＦＶとＧＶが流量におい
て、ほぼ等しい。曲線１上の点８は、呼気が中断され、
流量が急速に低下する点を示す。被験者が息切れを起こ
したり、咳込むときなどに該当する。終点９は最大呼気
位の残気量を表し、点１０は安静呼気位の残気量を表す
ＧＶの終点で、横軸上ＦＶの終点９より後方にある。

【００２２】したがって、何らかの理由でＦＶが図４に
示すように中断され、滑らかな曲線を描かないとき、Ｇ
Ｖがあれば、被験者に再度の呼気を強いることなく、Ｆ
Ｖ波形を合成できる。すなわち、曲線１のＰＥＦＲ位１
１より点７までの間はＦＶをトレースし、点７から点８
の間はＦＶ，ＧＶのいずれかをトレースし、そして点８
から点１０の間はＧＶをトレースする。

【００２３】これら一連の作業は、図４のようなチャー
ト上、ＦＶおよびＧＶを各々表示し、マニアルでトレー
スし、理想的な合成ＦＶ曲線を描き出すこともできる
が、個別に測定したＦＶおよびＧＶのためのデータをメ
モリ２４に記憶し、それらを処理回路２３で再度演算し
た後、合成したＦＶ曲線を画面または記録紙等の目視表
示手段２５に表示することが都合がよい。また既に記録
紙に描かれた一方の曲線を読取装置２８で読取り、メモ
リ２４にある他方の曲線のデータと合成し、同様に合成
ＦＶ曲線を得ることも考えられる。

【００２４】本発明に従うＦＶ波形合成方法の利点は、
安静呼吸からのＧＶ曲線が得られておれば、最大呼吸か
らＦＶ曲線を得るための流量、気量、測定中、測定が中
断失敗しても、合成ＦＶ曲線が描けるところにある。Ｆ
Ｖ曲線を得るために、測定をわざわざ繰返すことなく、
ＦＶより被験者が容易に得られるＧＶからＦＶ曲線が合
成できる。従って、最大呼出測定の回数を少なくするこ
とができ、老人、病人の負担を軽減する。また必ずしも
呼出を、最後まで行う必要がなく、測定時間の短縮も望
める。

【００２５】実測したＦＶ，ＧＶ曲線の一例を図５に示
す。図中、ＸはＦＶの急速減衰領域でのＧＶとの交差点
で、図４の点８に対応する。ＹはＧＶの終点、最大呼気
位を表し、図４の点１０に対応する。この例では、図４
の場合と全く同様にＦＶに、ＸにおいてＧＶを繋げば、
合成ＦＶ曲線を得ることができる。

【００２６】さらに、合成したＦＶ曲線を基にしてｄＶ
（気量）／ｄＦ（流量）指標を演算、プロットすると、
たとえば図６に示すように、ｄＶ／ｄＦ分布曲線１２を
得る。図６は、ｄＶ／ｄＦ曲線１２、実測ＦＶ曲線１、
近似した２次曲線１３（後述）を表す。図５，６に表示
されている曲線例は、それぞれ表１、表２に示す実測デ
ータに由来する。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】前記のように、ＦＶ波形の合成、さらに解
析を行い、各種パラメータ（たとえばｄＶ／ｄＦ）を算
出し、肺機能を評価、機能不全の要因の同定を通して、
究極的には、ライフスタイルを含めた健康管理が可能と
なる。以下に２，３の実施態様を挙げてこの概念に基づ
く本発明の実施について説明する。

【００３０】２．ＦＶ波形の２次曲線への近似図３において、ＦＶ曲線の下行脚を示す曲線１〜４は次
式１を用いて２次曲線に近似することができる。

【００３１】ｙ＝ａ０＋ａ１・Ｘ＋ａ２・ｘ² …（１）式１において、ｙは流量であり、ｘは相対気量Ｒであ
り、ａ０は定数である。式中の定数項ａ０、１次項の係
数ａ１，２次項の係数ａ２をそれぞれ計算し、ａ１を縦
軸、ａ２を横軸としてプロットすれば、図７のようにな
る。図中、ライン１４，１５は下記のデータ（表３）に
基づくものである。ライン１６は気管支喘息発作時の直
線を示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】ａ１，ａ２を求める演算を図８に従い、以
下に略述する。図８は図１に示される処理回路２３を係
数決定に応用する場合の動作を説明するためのフローチ
ャートである。ステップｎ１からステップｎ２に移り、
流量計２２によって測定された流量の時間経過を測定
し、次のステップｎ３において気量と流量とを対応付け
てメモリ２４にストアする。処理回路２３はメモリ２４
にストアされている流量気量曲線の下行脚のピーク位置
を検出し、そのときの最大流量ＰＥＦＲおよびそのとき
の気量Ｖ１（図３参照）を求める。ステップｎ５では、
流量気量曲線の気量に関して、相対気量または絶対気量
のいずれかの選択をする。相対気量Ｒは、式２で示され
る。

【００３４】Ｒ＝ＶＣＸ／ＶＣ１ …（２）ここでＶＣ１は、図３において下行脚のピーク時の気量
Ｖ１から最大呼気位（ＲＶ位）までの気量であり、ＶＣ１＝ＶＣ−Ｖ１ …（３）ＶＣＸは、それらの点Ａ（ＰＥＦＲ位），Ｂ（ＲＶ位）
間におけるＲＶ位からさかのぼる気量を示す。したがっ
て前述の相対気量は、下行脚のピーク時の気量ＶＣ１を
１．０とし、ＲＶ位を零としたときの気量の度合いを表
している。このような相対気量を採用することによっ
て、多数の被験者相互間の下行脚の評価を相対的に行う
ことができる。絶対気量というのは、各被験者固有の気
量であって、絶対気量に基づく演算をすることによっ
て、各被験者毎の評価を行うことができる。

【００３５】このようにして相対気量Ｒと、それに対応
する流量との組合わせを求めた後、ステップｎ６におい
て、求められた相対気量と流量とから、式１の２次式の
あてはめを行う。

【００３６】ステップｎ７では、下行脚にあてはめられ
た２次式の１次項の係数ａ１と２次項の係数ａ２とを演
算した結果の値を採用して、次のステップｎ８では、図
７に示される表示面上の座標位置＋（ａ２，ａ１）を表
示する。こうしてステップｎ９では一連の動作を終了す
る。なお、ステップｎ５で絶対気量が選択されたときに
は、式１のｘは、絶対気量となる。

【００３７】このようにして求めた被験者の２次式曲線
を実測のＦＶ曲線と図６中で対比してある。図中、ライ
ン１３が計算された２次式曲線を示し、曲線１が実測曲
線である。

【００３８】なお、１０次式まで高次の回帰式を求めて
下行脚にあてはめることが可能であるが、２次回帰式で
あてはめても、たとえば６次回帰式であてはめても、近
似度にほとんど差がないので、実務上、簡便な２次式で
近似することが好ましい。

【００３９】３．Ｒ _ATの算出次に、係数勾配指数（Ｒ_AT）を算出する。前記のように
式１の１次項係数ａ１と２次項係数ａ２を計算し、２次
元座標軸にａ１を縦軸、ａ２を横軸として表せば図９の
ようになる。原点Ｏ点Ｐ（ａ２，ａ１）を結ぶ直線ＯＰ
が横軸（ａ２軸）となす角をθとすれば θ＝ｔａｎ^-1（ａ１／ａ２） …（４）となる。θを度で表し、ａ１とａ２の正負によって異な
る次の式で表されたものを係数勾配指数（Ｒ_AT）とす
る。

【００４０】Ｒ_AT＝θ°／１８０° （ａ１＞０，ａ２＞０：第Ｉ象限） …（５）Ｒ_AT＝１＋（θ°／１８０°）（ａ１＞０，ａ２＜０：第ＩＩ象限） …（６）Ｒ_AT＝−（１−θ°／１８０°）（ａ１＜０，ａ２＜０：第ＩＩＩ象限） …（７）Ｒ_AT＝θ°／１８０° （ａ１＜０，ａ２＞０：第ＩＶ象限） …（８）１秒率ＦＥＶ_1.0％（ＦＥＶとも略する）は、できるだ
け多くを呼気し、これをできるだけ速やかに呼気として
排出したときの最初の１秒間の呼気量と全呼気量（努力
肺活量）との比（百分率）で表示されるので、図１で説
明したスパイロメータによって求めることができる。パ
イロメーターからのデータに基づいて、ＦＥＶ，Ｒ_ATを
求める演算を図１０に従い、以下に略述する。

【００４１】図１０は、図１に示されるＦＥＶ，Ｒ_ATに
関する処理回路２３の動作を説明するためのフローチャ
ートである。ステップｐ１でスタートすると、処理回路
２３内の時計がスタートし、同時に流量計２２から呼気
１０ｍｌ毎に信号が送られてくる。ステップｐ２で気量
と時間とから１０ｍｌ毎の流量を計算し、ステップｐ３
で気量と流量とをメモリ２４に記憶する。ステップｐ４
で１秒経過したかどうかを判断し、１秒が経過しておれ
ば、ステップｐ５でその時までの気量を１秒量として計
算し、ステップｐ６でメモリ２４に記憶する。ステップ
ｐ９で流量が０になったかどうかを判断し、流量が０に
なっておれば気量が最大呼気位の残量となったと判断
し、ステップｐ１０で全呼気量（努力肺活量）を計算
し、ステップｐ１１でメモリ２４に記憶する。ステップ
ｐ９で流量が０にならなければ流量が０になるまでステ
ップｐ７とステップｐ８とを繰返す。ステップｐ１２で
メモリ２４に記憶されている流量と気量とからＦＶ曲線
を求め、ステップｐ１３でこれを記録紙２７上に記録す
る。ステップｐ１４でＦＶ曲線を２次曲線で近似させ、
第１次項と第２次項との係数を求め、さらにＲ_ATを求
め、ステップｐ１５でこれをメモリ２４に記憶する。ス
テップｐ１６で記憶されている１秒量と努力肺活量とか
らＦＥＶを求める。ステップｐ１７でこのＦＥＶとＲ_AT
とをグラフ化し、ステップｐ１８でこれを記録紙２７上
に記録する。ステップｐ１９で一連の操作を終了する。
なお、目視表示手段２５には、画面を２分して、一方に
ＦＶ曲線が、他方にはＦＥＶとＲ_ATとの関係を示すグラ
フが表示され、切換スイッチにより、いずれか一方を拡
大表示もできる。

【００４２】４．ＦＥＶとＲ _ATとの相関関係こうして求められたＦＥＶとＲ_ATとを縦軸、横軸として
表示したものが、図１１である。この図では、ＦＥＶと
して努力肺活量の代わりに予測肺活量ＶＣ_Pを用いてあ
るので、ＦＥＶ（ＶＣ_P）として表す。ここで予測肺活
量とは実測肺活量とは異なり、被験者の年令、身長から
予測した肺活量である。図１１中、ライン１７は非喫煙
者で健康な被験者のものを示し、ライン１８，１９は非
喫煙者で気導閉塞を起こしやすい被験者のものを示す。
特に、ライン１８は、上気道を主体に閉塞を起こしやす
いタイプのものである。一般に、各ラインは左下がりで
左下に行くに従って、気道閉塞性の病変が悪化する傾向
を示す。さらに、曲線ＳＡは健康人（すなわち、気道変
化を起こしにくい人）が喫煙をした場合に該当し、曲線
ＳＢは、気道閉塞を起こしやすい人が喫煙をした場合に
該当する。

【００４３】第２象眼下方（図１１左下）の領域は病変
が進行しており、入院して治療が必要な状態である。

【００４４】図１１に表されるＲ_ATとＦＥＶ（ＶＣ_p）
の関係をプロットするのに使用したデータの一例を表４
に示す。

【００４５】

【表４】

【００４６】縦軸としてＦＥＶ（ＶＣ_p）の代わりにＦ
ＥＶ（ｇ）（努力肺活量）を採用し、またはＦＥＶ
（ｔ）（吸気肺活量）を採用すると、両者ともに図１２
のようになる。図中、ライン２０，２１および２２は図
１１においてライン１７，１８，１９にそれぞれ対応す
る。したがってライン２０は非喫煙者で健康な被験者の
ものを表す。図１２に表されるＲ_ATとＦＥＶ（ｇ）また
はＦＥＶ（ｔ）との関係をプロットするのに使用したデ
ータの例を表５に示す。

【００４７】

【表５】

【００４８】図１０において、１秒量としてＦＥＶ
（ｇ），ＦＥＶ（ｔ），ＦＥＶ（ＶＣｐ）とすべて計算
し、ステップｌ６でメモリに記憶しておけば、随意に各
々のＦＥＶ，Ｒ_ATグラフを得られる。これはたとえばフ
ァンクションキーを押すことにより、ＦＥＶ（ｇ）→Ｆ
ＥＶ（ｔ）→ＦＥＶ（ＶＣｐ）とサイクルするように設
定できる。したがって、所望の１秒率（ＦＥＶ）とＲ_AT
の関係がグラフ表示でき、詳細な評価、解析が可能であ
る。

【００４９】５．換気能力の評価本発明に従うライフスタイル管理のためのＦＥＶ，Ｒ_AT
の相関関係の利用について、さらに説明する。

【００５０】前述のように、本発明の構成に従って、Ｆ
ＥＶ（たとえばＦＥＶ（ｇ））とＲ_ATとの関係を再度グ
ラフ表示する。図１３参照。これ自身は、前述のように
気導閉塞性、気道過敏性の評価に有用であり、被験者の
病変管理を可能にする。

【００５１】さらに、ＦＥＶおよびＲ_ATを基準にして、
ゾーン化する。ライン２０の右上方領域とＲ_AT≧０．２
以上から成るゾーンをゾーンＡと定義する。このゾーン
にある被験者は健康状態にある。ＦＥＶ８０以上、Ｒ_AT
≧０のゾーンの内ゾーンＡを除外した部分をゾーンＢと
定義する。このゾーンにある被験者は、ライフスタイル
の変更をした方がよい。ＦＥＶ７０以上８０以下、かつ
Ｒ_AT≧０のゾーンとＦＥＶ７０以上、Ｒ_AT≦０のゾーン
を併せ部分をゾーンＣと定義する。このゾーンにある被
験者は、疾病のスクリーニングが必要である。ＦＥＶ５
５以上７０以下のゾーンをゾーンＤ₁と定義する。この
ゾーンにある被験者は疾病の管理を要する。ＦＥＶ４０
以上５５以下のゾーン，ＦＥＶ４０以下のゾーンを夫々
をゾーンＤ₂，Ｄ₃と定義する。このゾーンにある被験者
は入院、通院を要するし、救急処置が必要な場合もあ
る。このようにライフスタイル管理を含めた換気能力評
価ができる。

【００５２】６．換気能力・ガス交換機能の総合的評価次いで、本発明に従うライフスタイル管理による健康管
理のための換気能力、ガス交換機能（能力とも呼ぶ）の
総合評価について説明する。

【００５３】前記の実施態様はＲ_ATとＦＥＶ（換気能
力）との関係からライフスタイル管理を目指したもので
あるが、それにガス交換能力（Ｐ′_co，Ｄ′_LCO，Ｄ′
_LCO／Ｖ′_A，Ｐ′_co(22)，Ｄ′_Lco(22)，Ｄ′_LCO／Ｖ′
_A(22)，ＳＰＯ₂）をパラメータとして加え３次元的に評
価すると、呼吸機能検査指標と健康管理がより論理的に
関連づけられる。

【００５４】図１４は、肺のガス交換機能の指標として
のＣＯ肺拡散能力Ｄ′_LCOまたはＤ_LCOと、そのときの肺
胞気量Ｖ_AまたはＨｅの稀釈からＶ_A′とを求めて、値
Ｄ′_LCO／Ｖ_A′またはＤ_LCO／Ｖ_Aを演算して求めるため
の手法を説明するための図である。

【００５５】ＣＯ肺拡散能力Ｄ′_LCOまたはＤ_LCOの測定
方法は、１回呼吸（single breath）法が採用され、こ
れは、息こらえ（breath holding）法ともいわれてい
る。被験者は、最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣま
で一挙に混合ガスを吸入し、この位置で吸気の始めから
正確に１０秒間の呼吸停止をさせる。その後、急速に最
大呼出させ、最初の７５０ｍＬを捨てて、残りの呼気ガ
スをサンプルバッグ３９（次の図１５参照）に集めてガ
ス分析を行う。前記混合ガスは、０．３％ＣＯ、１０％
Ｈｅ、２０％Ｏ₂および７０％Ｎ₂の４者混合ガスであ
る。

【００５６】ＣＯは肺でとられるのでＦ_ACOは時間とと
もに減少するが、Ｈｅは肺でとられないので時間によっ
て変わらない。呼出Ｈｅ濃度をＦ_AHeとすると、ｔ＝０
におけるＦ_ACO（０）はＦ_ACO（０）＝Ｆ_ICO・Ｆ_AHe／Ｆ_IHe …（９）として求められる。定義よりＤ_LCO＝Ｖ″_CO／Ｐ_ACO …（10）である。Ｖ″_COはＶ_COの１階微分である。この式にＶ″_CO＝−ｄＶ_CO（ｔ）／ｄｔＰ_ACO＝Ｐ_ACO（ｔ） …（11）を代入するとｄＶ_CO（ｔ）／ｄｔ＝−Ｄ_LCO・Ｐ_ACO（ｔ） …（12）となる。ここで、Ｖ_CO（ｔ）＝Ｆ_ACO（ｔ）・Ｖ_A（ｔ） …（13）であるから、ｄＶ_CO(ｔ)／ｄｔ＝Ｆ_ACO(ｔ)・ｄＶ_A(ｔ)／ｄｔ＋Ｖ_A(ｔ)・ｄＦ_ACO(ｔ)／ｄｔ …（14）であり、Ｖ_A（ｔ）＝一定 …（15）なら、ｄＶ_A（ｔ）／ｄｔ＝０ …（16）であるからｄＶ_CO（ｔ）／ｄｔ＝Ｖ_A・ｄＦ_ACO（ｔ）／ｄｔ …（17）またＰ_ACO（ｔ）＝（Ｐ_B−４７）Ｆ_ACO（ｔ） …（18）この２つを上式に代入すると

【００５７】

【数１】

【００５８】これがＫｒｏｇｈの式である。ｔを秒にす
ると、

【００５９】

【数２】

【００６０】ＦＡＣＯ（０）に上式９を代入すると、

【００６１】

【数３】

【００６２】Ｖ_Aの単位はｍｌＳＴＰＤで、ｔ＝１０秒
として、Ｄ_LCO（ｍｌ・ｍｉｎ^-1・ｔｏｒｒ^-1）を計算
で求めることができる。

【００６３】Ｄ_LCOは式２１で計算されるが、Ｖ_Aの求め
方に２通りある。第１の求め方は、Ｄ_LCO測定時の吸入
気量（Ｖ_I）に予め測定しておいた残気量（ＲＶ）を加
えて、肺胞気量（Ｖ_A）を求める。通常ＲＶ位からＴＬ
Ｃ位までの吸入なのでＶ_Iは吸気肺活量に、Ｖ_Aは全肺気
量（ＴＬＣ）にほぼ等しい値となる。第２の求め方は、
Ｄ_LCOの測定時のＨｅの稀釈から次式でＶ_Aを測定する方
法がある。この場合には通常のＶ_Aと区別するために、
Ｖ_A′で表すのが一般的である。

【００６４】Ｆ_IHe（Ｖ_I−Ｖ_D）＝Ｆ_AHe・Ｖ_A′ …（22）の関係が成立する。これより、Ｖ_A′＝Ｆ_IHe（Ｖ_I−Ｖ_D）／Ｆ_AHe …（23）となる。この場合Ｖ_Iに比べるとＶ_Dはきわめて小さいの
で、Ｖ_I−Ｖ_D≒Ｖ_I …（24）とすることができる。

【００６５】Ｖ_A′＝Ｖ_I・Ｆ_IHe／Ｆ_AHe …（25）でＶ_A′を求める。Ｖ′を式２１のＶ_Aに代入した場合
Ｄ′_LCOとして、通常のＤ_LCOと区別する。

【００６６】一酸化炭素較差ＣＯ分圧Ｐ′_COおよびＰ′
_co(22)が次式２６，２７で示される。

【００６７】

【数４】

【００６８】Ｐ′_CO(22)＝（Ｐ′_co／ＢＭＩ）×２２ …（27）前式中、ＢＭＩはＢｏｄｙＭａｓｓＩｎｄｅｘの略
で肥満度を表し、体重（ｋｇ）／身長（ｍ）²で算出さ
れる指標である。

【００６９】したがってＰ′ｃｏ₍₂₂₎は標準体重基準化
Ｐ′ｃｏとも呼ばれる。

【００７０】同様にＤ′_LCO，Ｄ′_LCO／Ｖ_Aも次式２
８，２９に従い、標準体重基準化することができる。

【００７１】Ｄ′_LCO(22)＝（Ｄ′_LCO／ＢＭＩ）×２２ …（28）Ｄ′_LCO／Ｖ′_A(22)＝（Ｄ′_LCO／Ｖ′_A／ＢＭＩ）×２２ …（29）Ｄ′_LCO(22)，Ｄ′_LCO／Ｖ′_A(22)は夫々標準体重基準
化Ｄ′_LCO(22)，Ｄ′_LCO／Ｖ′_A(22)とも呼ばれる。

【００７２】式２６、肺胞におけるガス交換状態の推移
を表し、単位時間当りの一酸化炭素の分圧差で、単位は
ｍＴｏｒｒ／ｓｅｃである。式２６の第１項（０．３０
／Ｆ_ICO）は、吸気ガス中の一酸化炭素濃度を０．３０
（％）に補正する項である。第２項（Ｐ_B−４７）は、
肺中における全乾ガスの圧力である。第３項の前半｛Ｆ
_ICO×Ｆ_AHe／Ｆ_IHe｝は、初期（ｔ＝０）における肺中
の一酸化炭素の濃度であり、Ｆ_ACOは、終期における肺
中の一酸化炭素の濃度である。これらに（Ｐ_B−４７）
を掛けたものが肺中の初期と終期との一酸化炭素の分圧
である。第４項の分子１０は、圧力をＴｏｒｒからｍＴ
ｏｒｒ（ミリトール）にするために１０００倍し、ガス
濃度が％表示であるので１００で割ったもの、すなわち
１０００／１００＝１０である。

【００７３】前述のように、式２７は標準体重に基準化
した単位時間当たりの一酸化炭素の分圧差で単位はｍＴ
ＯＲＲ／ｓｅｃである。

【００７４】式２７の第１項は単位ＢＭＩ当たりのＰ′
ｃｏで身長（ｍ）と体重（ｋｇ）で補正して、他と比較
できる利点を有する。

【００７５】図１５は、本発明の一実施態様の全体の系
統図である。被験者の換気能力およびガス交換機能の同
時的な、したがって同一検査体系での測定を行うため
に、被験者は口に管２１をくわえる。混合ガス源４０か
らは第１切換え弁４１に前記混合ガスを供給する。第１
切換え弁４１には呼気の流量を計測する流量計２２が接
続され、その流量計２２の出力は処理回路２３に与えら
れ、流量と気量とが時間経過に伴ってサンプリングされ
て読取られる。流量計２２からの呼気は、管路４２から
第２切換え弁４３に導かれ、この第２切換え弁４３は、
管路４２からの呼気を管路４４から大気放散し、または
管路４５を経て可撓性のあるサンプリングバッグ３９に
導く。バッグ３９内の呼気のＣＯ濃度は、ＣＯ濃度検出
手段４６によって検出され、またＨｅの濃度はＨｅ濃度
検出手段４７によって検出され、それらの各濃度検出手
段４６，４７の出力は処理回路２３に与えられる。

【００７６】図１６は、図１５に示される処理回路２３
の動作を説明するためのフローチャートである。ステッ
プｏ１からステップｏ２に移り、第１切換え弁４１を第
１位置４１ａから第２位置４１ｂに切換え、被験者は管
２１を口にくわえた状態で混合ガス源４０からの混合ガ
スを最大呼気位ＲＶから最大吸気位ＴＬＣまで一挙に吸
入し、この位置で吸気の始めから正確に１０秒間の呼吸
停止をさせる。次に、ステップｏ３において第１切換え
弁４１を第１位置４１ａに切換え、このとき第２切換え
弁４３は第１位置４３ａとしておき、急速に最大呼出さ
せる。このときステップｏ４では、流量計２２による呼
気の流量の時間経過を測定し、メモリ２４にストアす
る。ステップｏ５において呼気の最初から７５０ｍＬを
測定し、その７５０ｍＬ分の呼気は、第２切換え弁４３
の第１位置４３ａから管路４４を経て大気放散される。
次のステップｏ６では、第２切換え弁４３を第２位置４
３ｂに切換え、ステップｏ７では、残りの呼気ガスをバ
ッグ３９に管路４５を経て１０００ｍＬを貯留し、その
ときにおいてもまたステップｏ８では、流量計２２の計
測値を時間経過に伴って測定してメモリ２４にストアし
ておく。ステップｏ９では、ステップｏ７において１０
００ｍＬの計測後に、第１位置４３ａに切換えて、残り
の呼気を大気放散させ、このときにおいてもまた流量計
２２の計測値は処理回路２３からメモリ２４にストアさ
れる。こうして気量と流量とが対応づけてメモリ２４に
ストアされることになる。

【００７７】処理回路２３には陰極線管または液晶表示
素子などを用いた目視表示手段２５が備えられ、その表
示面２６には、前述の表示図面などを表示することがで
きる。また記録紙２７に、既に測定してある流量気量曲
線が描かれているときには、その記録紙２７を、光学的
に読取る読取手段２８に供給してその記録紙２７に記録
されている流量気量曲線を読取り、メモリ２４にストア
することもまた可能である。

【００７８】処理回路２３は、ステップｏ１０でメモリ
２４にストアされている流量気量曲線の下行脚のピーク
位置を検出し、そのときの最大流量ＰＥＦＲおよびその
ときの気量Ｖ１を求める。ステップｏ１１では、流量気
量曲線の気量に関して、相対気量または絶対気量のいず
れかの選択をする。

【００７９】このようにして相対気量Ｒと、それに対応
する流量との組合わせを求めた後、ステップｏ１２にお
いて、求められた相対気量と流量とから、２次式のあて
はめを行う。

【００８０】ステップｏ１３では、下行脚にあてはめら
れた２次式の１次項の係数ａ１と２次項の係数ａ２とを
演算した結果の値を採用して、係数勾配指数Ｒ_ATを求め
る。次のステップｏ１４に従って、１秒率ＦＥＶを計算
する。ステップｏ１１で絶対気量が選択されたときに
は、２次式変数ｘは、絶対気量となる。

【００８１】ステップｏ１５では、Ｄ′_LCO，Ｄ′_LCO／
Ｖ′_A，Ｄ′_LCO(22)，Ｄ′_LCO／Ｖ′_A(22)，Ｐ′_CO，
Ｐ′_CO（２２）等パラメータの演算を行い、ステップｏ
１６では、図１７に示されるような３次元表示を行う。
このようにして、図１６のステップを用いて時系列的な
換気能力とガス交換機能とを測定することによって、図
１７に示されるように、３次元の表示を行うことができ
る。このような図１７に示される３次元表示は、表示手
段２５によって達成される。

【００８２】測定されたＳＰＯ₂をステップｏ１５で入
力し、この値もステップｏ１６で３次元表示することが
できる。

【００８３】ＦＥＶ−Ｒ_ATの表示と同様にＰ′_CO，Ｐ′
ｃｏ₍₂₂₎，ＳＰＯ₂，Ｄ′_LCO，Ｄ′_LCO(22)，Ｄ′_LCO／
Ｖ′_A，Ｄ′_LCO／Ｖ′_A(22)をステップｏ１５でメモリ
に記憶しておけば、随意にそれぞれをＺ軸とする３次元
表示グラフが得られる。これは、たとえばファンクショ
ンキーを押すことにより、Ｐ′_CO→Ｐ′_CO(22)→Ｄ′
_LCO→Ｄ′_LCO(22)→Ｄ′_LCO／Ｖ_A→Ｄ′_LCO／Ｖ′_A(22)
→ＳＰＯ₂とサイクルするように設定する。

【００８４】本発明の好ましい実施態様によれば、図１
６のステップｏ１６で各種パラメータを３次元表示する
前にＦＥＶとＲ_ATをまず２次元表示して、前記のように
被験者の属するゾーンを同定する。ゾーンにより、３次
元表示の際のＺ軸パラメータとしてＰ′_CO，Ｐ′
_CO(22)，Ｄ′_LCO，Ｄ′_LCO(22)，Ｄ′_LCO／Ｖ′_A，Ｄ′
_LCO／Ｖ′_A(22)，ＳＰＯ₂の群の中から最も最適なガス
交換能力指標を選び、ステップｏ１６で３次元表示を実
施する。

【００８５】したがって、ステップｏ１５で２次元表示
の結果から特定のパラメータのみを演算するような構成
とすることができるし、またすべてのパラメータを計算
後、メモリ２４にストアし、所望のＺ軸パラメータのみ
を取出し、３次元表示を完成するような構成とすること
ができる。いずれにしろ被験者の所属する健康グループ
により、所望のＺ軸パラメータ（ガス交換能力）を選択
できる。こうして総合的なライフスタイル管理が可能と
なる。

【００８６】以上、本発明の装置あるいは方法を実施例
を用いて説明したが、本発明の範囲は開示した具体例に
限定されない。

【００８７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＧＶ曲線
でＦＶ曲線の波形を補完できるので、被験者のデータが
正常なＦＶ曲線を描ける程、完全でなくとも、ＦＶ波形
解析に必要なＦＶ波形が得られる。最大呼出測定の回数
が１〜２回程度でよく、被験者に頻繁な測定を強いるこ
とがないので、病人、老人等の負担が軽減される。また
健康者でも、最大吸気の後、最後まで最大呼出のできて
いない場合でも評価できるため、測定時間の短縮も期待
でき、検査能力の向上にも結びつく。ＦＶ波形の解析は
肺の換気機能の評価、肺疾患の補助診断等に有用であ
り、ＦＶ波形の合成によるＦＶ波形解析は参考値ではあ
るがは健康管理、公衆衛生上極めて重要な意味を持つ。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＦＶ曲線を得るための装置の電気的な構成を示
すブロック図である。

【図２】図１に示す処理回路２３を作動させＦＶ曲線を
表示するときのフローチャートである。

【図３】被験者の呼気のＦＶ曲線を模式的に示す図であ
る。

【図４】本発明に従い、ＦＶ曲線を合成する模式図であ
る。

【図５】ＦＶ，ＧＶ両曲線の一例を示す図である。

【図６】本発明に従いＦＶ波形の解析、合成を行った一
例を表示した図である。

【図７】本発明に従う２次回帰式の係数相関図（ａ１，
ａ２）を示す図である。

【図８】本発明に従って、処理回路２３を作動させａ
１，ａ２を演算、表示するときのフローチャートであ
る。

【図９】本発明に従う２次曲線の１次項の係数ａ１と２
次項の係数ａ２と係数勾配指数Ｒ_ATの関係を表す図であ
る。

【図１０】本発明に従って、処理回路２３を作動させａ
１，ａ２，Ｒ_ATを演算、表示するときのフローチャート
である。

【図１１】本発明に従つて、ＦＥＶ（ＶＣｐ）とＲ_ATＴ
の関係を示す一例を表示した図である。

【図１２】本発明に従ってＦＥＶ（ｇ）またはＦＥＶ
（ｔ）とＲ_ATの関係を表す一例を表示した図である。

【図１３】本発明に従って、ＦＥＶ／（ｇ）とＲ_ATの相
関関係図をゾーン化して表示した図である。

【図１４】本発明に従って、１回呼吸法を説明するため
の模式図である。

【図１５】本発明の一実施態様の装置の全体の構成を示
す系統図である。

【図１６】本発明に従って、処理回路２３を作動させ、
Ｒ_AT，ＦＥＶ，Ｄ′_LCO／Ｖ′_A，Ｐ′_CO，Ｐ′_CO(22)，
Ｄ′_LCO，Ｄ′_LCO(22)，Ｄ′_LCO／Ｖ′_A(22)，を演算、
ＳＰＯ₂を入力してさらに３次元表示するときのフロー
チャートである。

【図１７】本発明に従って、換気能力とガス交換機能を
３次元表示した図である。

【符号の説明】

２１管２２流量系統２３処理回路２４メモリ２５表示手段２６表示面２７記録紙２８読取装置４０混合ガス源４１第１切換手段４３第２切換手段４６ＣＯ濃度検出手段４７Ｈｅ濃度検出手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】最大吸気から最大呼出する時の流量気量
（ＦＶ）曲線の一部分と、安静吸気から最大呼出する時
の流量気量（ＧＶ）曲線の一部分とから波形を合成する
ことを特徴とするＦＶ波形解析のためのＦＶ波形の合成
方法。
【請求項２】前記波形が流量気量曲線の下行脚である
請求項１記載の方法。
【請求項３】ＦＶ曲線の一部分がＦＶ曲線上、最大吸
気位から流量の急速減衰領域でのＦＶ，ＧＶ両曲線の交
差点Ｘまでを表わし、そしてＧＶ曲線の一部分が交差点
Ｘから最大呼気位Ｙまでを表す請求項１記載の方法。
【請求項４】（ａ）被験者の呼気データに基づいて最
大吸気から最大呼出するときの流量気量（ＦＶ）曲線
と、安静吸気から最大呼出するときの流量気量（ＧＶ）
曲線とを求め、（ｂ）流量を縦軸、気量を横軸としてＦＶ曲線、ＧＶ曲
線を２次元座標上に表示し、（ｃ）ＦＶ曲線の急速減衰領域でのＧＶ曲線との交差点
Ｘを定め、（ｄ）ＦＶ曲線の最大吸気位から流量最大位を経由して
前記交差点Ｘまでの第１曲線部分を描き、（ｅ）ＧＶ曲線上、前記交差点ＸからＧＶ曲線の最大呼
気位Ｙまでの第２曲線部分を描き、そして（ｆ）第１曲
線部分と第２曲線部分をつなぐ、前記（ａ）〜（ｆ）のステップから成ることを特徴とす
るＦＶ波形解析のためのＦＶ波形の合成方法。
【請求項５】ステップ（ｄ），（ｅ），および（ｆ）
をステップ（ｂ）の２次元座標と異なる２次元座標上で
行う請求項４記載の方法。