JPH1048206A

JPH1048206A - 呼気採取分析装置

Info

Publication number: JPH1048206A
Application number: JP21665396A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Sato; 勝彦佐藤
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 1996-07-30
Filing date: 1996-07-30
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】呼気分析を高い精度で行うことを課題とす
る。【解決手段】呼気が吹込まれる呼気採取管１と、呼気
の分析を行う呼気分析部２と、呼気採取管１から呼気分
析部２へ呼気を導入する呼気導入機構３と、呼気の吹き
込まれた状態を検出する呼気センサ４と、この呼気セン
サ４に基づき呼気導入機構３を制御する制御部５とを備
え、呼気導入機構３が、呼気採取管１の下流側に配設さ
れた計量管３１と，この計量管３１に呼気を引き込む吸
引ポンプ３２と，計量管３１内の呼気を呼気分析部２に
送出させる送出手段３３と，これら各構成の接続を切り
換え接続する接続切り換え手段３４とを有し、制御部５
が、呼気センサ４により呼気採取管１の状態変化が検出
されている間，継続して吸引ポンプ３２を駆動する連続
呼気採取制御機能５１を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、呼気採取分析装置
に係り、特に、厳密に呼気の採取及び分析を行う呼気採
取分析装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例を図７に示す。この従来例は、特
開平７−２８４４８８号公報等に記載されており、呼気
取込部５１と、呼気取込部５１からの呼気を補集すると
共に逃がし口５２Ａを備えたシリンジ５２と、このシリ
ンジ５２を強制的に駆動させる駆動手段５３と、シリン
ジ５２の逃がし口５２Ａから漏れる余剰の呼気流量を検
出する流量計５４と、シリンジ５２から排出された採取
呼気を下流側の分析部５５に送り込む流動付勢手段５６
と、採取呼気の分析を行う分析部５５と、各部の動作制
御を行う制御部５７と、動作入力を行う操作部５８と、
分析結果の表示を行う表示部５９とから構成される呼気
採取分析装置５０を示している。また、符号６０は、呼
気取込部５１とシリンジ５２と分析部５５へ向かう配管
とを接続すると共に制御部５７の動作信号によりこれら
を任意の組み合わせで連通させる三方電磁弁を示してい
る。

【０００３】かかる構成により、呼気の採取及び分析を
行う場合には、操作部５８により動作の開始が入力さ
れ、これにより制御部５７では、三方電磁弁６０を呼気
取込部５１とシリンジ５２との接続状態に切り換え、駆
動手段５３の駆動を開始する。かかる場合、この駆動手
段５３は、シリンジ５２に備えられたピストンに後退移
動を付勢し、シリンジ５２内に一定量（５０ｍｌ）の呼
気を吸入させる。

【０００４】一方、駆動手段５３の駆動と同時に被験者
は、シリンジ５２による吸入に併せて呼気取込部５１か
ら呼気の吹き込みを行う。このとき、余剰の呼気は、シ
リンジ５２の逃がし口５２Ａから逃がされ、この逃がさ
れた呼気の流量が流量計５４により検出されると共に制
御部５７に出力される。

【０００５】そして、検出される流量が０になると、被
験者の吹き込みが終了したものと見なされて、三方電磁
弁６０は、シリンジ５２と分析部５５へ向かう配管との
接続状態に切り換えられ、駆動手段５３による吸入とは
逆方向のピストンの移動が開始され、シリンジ５２内に
採取された呼気が流動付勢手段５６に送られる。

【０００６】この流動付勢手段５６では、キャリアガス
を使用して分析部５５に呼気を送り込み、この分析部５
５による分析結果が制御部５７に出力され、制御部５７
では表示部５９によってその表示を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】被験者の口から吐き出
される呼気において、吐き出し始めの部分については、
気管部分の呼気が含まれている。一方、呼気分析を行う
に当たっては、採取される呼気が肺の奥深くから吐出さ
れる呼気、即ち、呼気成分濃度が一定化されたいわゆる
終末呼気と呼ばれる呼気に基づいて行われることが望ま
しい。即ち、より高精度且つ信頼性の高い結果を得るた
めには、この終末呼気により呼気分析を行うことが不可
欠である。

【０００８】しかしながら、上記従来例にあっては、シ
リンジに一旦呼気を貯留すると共にシリンジの容積にに
より限定された一定量の吸引を行う構成であるため、過
剰量の吹き込みが行われた場合には、逃がし口から余剰
の呼気を逃がすようになっている。

【０００９】かかる場合、初期の呼気と終末呼気とがシ
リンジ内で混合され、或いは逃がし口から終末呼気が余
剰の呼気として排出される恐れがあり、採取される呼気
中の終末呼気の割合が少なくなる可能性があった。この
ため、この従来の呼気採取分析装置によって行われる分
析の精度が低くなる可能性を有していた。

【００１０】また、この従来例では、ピストンの往動条
件によってはシリンジ内に前回被験者の呼気が残留し易
く、このため、他人の呼気の混入が生じ、さらに呼気分
析の精度を下げる可能性があった。

【００１１】

【発明の目的】本発明は、上記従来例の有する不都合を
改善し、より分析精度の高い呼気採取分析装置を提供す
ることを、その目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、呼気が吹込まれる呼気採取管と、この呼気採取管に
吹込まれた呼気の分析を行う呼気分析部と、呼気採取管
に吹込まれた呼気を呼気分析部へ導入する呼気導入機構
と、吹込まれた呼気による呼気採取管の状態変化を検出
する呼気センサと、この呼気センサの検出情報に基づき
呼気導入機構の動作を制御する制御部とを備えている。

【００１３】そして、呼気導入機構が、呼気採取管の下
流側に配設された計量管と，この計量管に呼気を引き込
む吸引ポンプと，この計量管内に引き込まれた呼気を呼
気分析部に送出させる送出手段と，この計量管の両端部
を所定の各構成に切り換えて接続する接続切り換え手段
とを有すると共に、制御部が、呼気センサにより呼気採
取管の状態変化が検出されている間，継続して吸引ポン
プを駆動する連続呼気採取制御機能を備えている、とい
う構成を採っている。

【００１４】かかる構成において、動作開始の初期に
は、接続切り換え手段により、計量管の一端部が呼気採
取管の下流側と接続され，同時に他端部が吸引ポンプと
接続されている。この状態で、呼気採取管内に呼気が吹
き込まれると、これにより生じる呼気採取管内の状態変
化（例えば、吹き込まれる呼気の流動，内部圧力の上昇
又は内部温度の上昇等）が呼気センサにより検出され
る。このような状態変化は、呼気の吹き込みにより一時
的に生じるものであり、呼気の吹き込みが終わると初期
の状態に戻るようになっている。

【００１５】そして、呼気センサによりこの一時的変化
が検出されると、制御部の連続呼気採取制御機能では、
吸引ポンプの駆動を開始する。この吸引ポンプの駆動に
より、呼気採取管内の呼気は、計量管を通過して吸引ポ
ンプ側に流動する。

【００１６】被験者による呼気の吹き込みが終わると、
呼気採取管内の一時的な状態変化が初期の状態に戻り、
呼気センサによるこの初期状態の検出により連続呼気採
取制御機能は、吸引ポンプの駆動を制止する。このと
き、呼気の吹き込みの終了から吸引ポンプの駆動の停止
までが短時間で行われ、吐き出された呼気は、呼気採取
管及び計量管内部に残留する。

【００１７】吸引ポンプが制止されると、制御部によ
り、接続切り換え手段の動作制御が行われ、計量管の一
端部が送出手段に接続され，他端部が呼気分析部に接続
される。そして、送出手段に付勢されて計量管内の採取
呼気が呼気分析部に送出される。これにより採取された
呼気の分析が行われて一連の動作が終了する。

【００１８】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明と同様の構成を有すると共に、呼気センサを，呼気
採取管内の圧力を検出する圧力センサとし、制御部の連
続呼気採取制御機能が、この圧力センサにより呼気採取
管内で大気圧より高圧状態が検出されている間，継続し
て呼気導入機構を駆動する動作制御を行う、という構成
を採っている。

【００１９】この構成では、呼気採取管に呼気が吹き込
まれると圧力センサによって当該呼気採取管内の圧力上
昇が検出される。連続呼気採取制御機能は、この検出圧
力の上昇により吸引ポンプの駆動を開始し，検出圧力の
低下により吸引ポンプの駆動を終了する動作制御を行
う。その他の動作については、請求項１記載の発明と同
様に行われる。

【００２０】請求項３記載の発明では、請求項１又は２
記載の発明と同様の構成を有すると共に、呼気採取管
が、呼気取込口と，計量管側へ案内する採取出口と，外
部大気中に開放された放出出口とを備えた三叉構造とな
っている、という構成を採っている。

【００２１】上記の構成では、被験者により呼気採取管
に呼気の吹き込みが行われると、呼気の一部は採取出口
を介して計量管側に案内され、残りの一部は放出出口を
介して装置外部の大気中に排出される。そして、その他
の動作については、請求項１又は２記載の発明と同様に
行われる。

【００２２】請求項４記載の発明では、請求項１，２又
は３記載の発明と同様の構成を有すると共に、呼気採取
管内に吹き込まれる呼気の流量を検出する流量センサを
備えている。そして、制御部が、この流量センサの検出
に基づく吹き込まれた呼気の総流量が所定量に満たない
場合に呼気導入機構の動作を制止する不完全採取防止制
御機能を備える、という構成を採っている。

【００２３】上記の構成では、被験者により呼気採取管
に呼気の吹き込みが行われると、連続呼気採取制御機能
により吸引ポンプの駆動が開始され、呼気採取管内の呼
気が、計量管を介して吸引ポンプ側へ流動する。これと
同時に、呼気採取管に吹き込まれた呼気の流量が流量セ
ンサにより検出され、その積算流量が一定の量，即ち，
通常一般の被験者が吐出する呼気の量を大幅に下回る場
合、不完全採取防止制御機能により、呼気の吐出が正常
に行われなかったものとみなされ、呼気導入機構の動作
が制止され、呼気の分析動作を取りやめる動作制御が行
われる。

【００２４】また、流量センサによって充分量の呼気の
検出が行われた場合には、請求項１，２又は３記載の発
明と同様の動作が行われる。

【００２５】請求項５記載の発明では、請求項１，２，
３又は４記載の発明と同様の構成を有すると共に、呼気
採取管の呼気取込側端部に、マスク状のマウスピースを
装備する。そして、このマウスピースが、外気取込口と
呼気採取管側への呼気吐出口とを備えると共に、これら
外気取込口及び呼気吐出口の双方に逆流を防止する逆止
弁を装備する、という構成を採っている。

【００２６】上記の構成では、マウスピースを被験者の
口及び鼻に当て、通常状態の呼吸を行うことにより呼気
の採取が行われる。即ち、被験者の吸い込み時には，外
気取込口側の逆止弁を介して外部から空気が供給される
と共に呼気吐出口側の逆止弁により呼気採取管内の空気
の逆流が防止され、被験者の吐出時には，外気取込口側
の逆止弁により外気取込口側から呼気の漏出が防止され
ると共に呼気吐出口側の逆止弁を介して呼気採取管に呼
気が供給される。その他の動作については、請求項１，
２，３又は４記載の発明と同様に行われる。

【００２７】これらの構成により前述した目的を達成し
ようとするものである。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用してなる実施
形態を図１乃至図４に基づいて説明する。

【００２９】本実施形態における呼気採取分析装置１０
の全体構成を図１に示す。この呼気採取分析装置１０
は、例えば医療分野における臨床検査用の呼気分析や患
者の病態の監視，産業分野における作業環境の測定や室
内環境の測定，警察分野における飲酒運転取締まりや麻
薬取締まり，消防分野における火災原因調査，健康産業
分野における健康管理等，種々の分野に使用できるよう
になっている。

【００３０】呼気採取分析装置１０は、呼気が吹込まれ
る呼気採取管１と、この呼気採取管１に吹込まれた呼気
の分析を行う呼気分析部２と、呼気採取管１に吹込まれ
た呼気を呼気分析部２へ導入する呼気導入機構３と、吹
込まれた呼気による呼気採取管１の内部圧力上昇を検出
する圧力センサ４と、この圧力センサ４の検出情報に基
づき呼気導入機構３の動作を制御する制御部５とから主
に構成されている。

【００３１】以下、各部を詳説すると、まず呼気採取管
１は、円筒状の呼気取込口１ａと，球状の呼気貯留部１
ｂと，内径が先端部へ向けて徐々に小さくなるようにテ
ーパが形成され放出出口１ｃと，呼気貯留部１ｂに形成
され，後述する計量管３１側に呼気を供給する採取出口
１ｄとから構成されており、呼気排出部１ｃの端部は外
部大気中に向けて開口している。この呼気採取管１は、
外径は直線状であるが、実質状は、呼気貯留部１ｂを中
心として、呼気取込口１ａと放出出口１ｃ採取出口１ｄ
の三方に広がる三叉状に形成されている。

【００３２】また、この呼気採取管１は、吐出力が弱い
被験者でも容易に吐出が行えるように、呼気取込口１ａ
の内径を８〜２０［ｍｍ］、全長をおよそ３０［ｃｍ］
に設定し、その素材としてはガラス，又は内部をテフロ
ン加工したステンレスを採用している。かかる構造によ
り、被検者Ｈから呼気採取管１へ吐出された呼気は、呼
気取込口１ａを通り呼気貯留部１ｂにその一部が貯留さ
れると共に、放出出口１ｃを介して外部へ排出されるた
め、被検者Ｈにより呼気採取管１へ吐出された呼気は、
次の被検者の呼気吐出動作により呼気採取管１の外部へ
容易に排出され、呼気採取管１に対するパージは不要と
なっている。

【００３３】さらに、この呼気採取管１は、呼気取込口
１ａと放出出口１ｃの各端部が外部に露出した状態で採
取管加熱部１２に内包されており、この採取管加熱部１
２により呼気の採取時には、呼気採取管１はおよそ６０
［゜Ｃ］に維持され、これにより呼気中の水分が結露し
て呼気採取管１の内部に付着することを防止している。

【００３４】呼気採取管１の呼気取込口１ａにおける採
取管加熱部１２から露出している部分には、マウスピー
ス１１が着脱自在で装備されている。このマウスピース
１１は、高圧蒸気滅菌が施された円筒状の樹脂性のチュ
ーブであり、被験者Ｈはこのマウスピース１１を介して
呼気採取管１に口を当てるようになっている。衛生面を
考慮して被験者毎の使い捨てとなっている。

【００３５】呼気採取管１の呼気貯留部１ｂの内壁には
加圧センサ４が装備されている。この加圧センサ４によ
り、呼気採取時の呼気採取管１内の圧力の上昇が検出さ
れ、検出信号が出力される。この加圧センサ４は、呼気
圧力（一般に０．０２［ｋｇ／ｃｍ²］）を検出し得る
感度を備えており、圧力センサアンプ４１と接続されて
いる。この圧力センサアンプ４１により圧力センサ４か
らの検出信号が増幅されて制御部５に出力される。

【００３６】また、呼気採取管１の放出出口１ｃの下流
側端部近傍の内壁には、呼気採取時の呼気流量を検出す
る流量センサ１３が装備されている。この流量センサ１
３は、正確には、被験者Ｈが吐出する呼気流量から計量
管３１側に吸引される流量が減じられた流量を検出する
が、減じられる流量は時間当たり一定量であるので正確
な流量を算出するのは容易であるため実質上は被験者Ｈ
の呼気流量を検出することと同一である。

【００３７】この流量センサ１３は流量積算部１４に接
続されており、流量センサ１３から出力される単位時間
当たりの流量に基づいた検出信号から、この流量積算部
１４は、流量センサ１３を通過した呼気の総流量を算出
し、その算出信号を制御部５に出力する。

【００３８】呼気採取管１の採取出口１ｄには、呼気導
入機構３に連絡する連絡管１５の一端部が接続されてい
る。この連絡管１５は、内部を溶融シリカ等により不活
性化処理を施された金属性のパイプであり、その他端部
は呼気導入機構３に接続されている。また、この連絡管
１５の外側は、連絡管加熱部１６が配設されており、外
面を全体的に加熱自在としている。この連絡管加熱部１
６によって、呼気採取時における呼気の水分の結露を防
止し且つ呼気成分が付着することを防止している。この
連絡管加熱部１６と前述した呼気採取管加熱部１２と
は、いずれも加熱部コントローラ１７により、装置作動
時に常時約６０［゜Ｃ］で加熱を行うように制御され
る。

【００３９】前述した呼気導入機構３は、予め設定され
た内部容積を有する計量管３１と，この計量管３１に呼
気を引き込む吸引ポンプ３２と，この計量管３１内に引
き込まれた呼気を呼気分析部２に送出させる送出手段３
３と，この計量管３１の両端部を所定の各構成に切り換
えて接続する接続切り換え手段３４とから構成されてい
る。上述した連絡管１５の他端部は、接続切り換え手段
３４に接続されている。

【００４０】ここで上述した計量管３１は、内部を溶融
シリカ等により不活性化処理を施された金属性のパイプ
であり、その内部容積は約１［ｍｌ］に設定されてい
る。そして、その両端部は、後述する接続切り換え手段
３４の八つある接続ポートの内の二つにそれぞれ接続さ
れている。

【００４１】吸引ポンプ３２は、渦巻ポンプ等の一般的
なポンプであり、吸引側から流体を吸引し、排気側から
吸引した流体を排気する。この吸引ポンプ３２の時間当
たりの吸引量（吸引速度）は予め設定され、駆動時には
一定の吸引速度で吸引を行う。

【００４２】送出手段３３は、キャリアガスボンベと流
量調整バルブ（何れも図示略）とを備え、一定流量且つ
一定圧力でキャリアガスを供給するキャリアガス供給機
構である。この送出手段３３は、二つの流量調整バルブ
を備え、同時に二箇所にキャリアガスを供給することが
可能である。

【００４３】接続切り換え手段３４は、八つの接続ポー
トＰ１〜Ｐ８を有すると共に、接続ポートＰ１とＰ２，
接続ポートＰ３とＰ４，接続ポートＰ５とＰ６及び接続
ポートＰ７とＰ８をそれぞれ連通させる状態（以下、こ
れをポジションＡとする：図４（Ａ）参照）と、接続ポ
ートＰ８とＰ１，接続ポートＰ２とＰ３，接続ポートＰ
４とＰ５及び接続ポートＰ６とＰ７をそれぞれ連通させ
る状態（以下、これをポジションＢとする：図４（Ｂ）
参照）とを切り換え自在な八方バルブである。この切り
換え動作は、接続切り換え手段３４に併設され，制御部
５の動作信号に基づいて作動するアクチュエータ３４Ａ
により付勢される。

【００４４】接続切り換え手段３４の接続ポートＰ１に
は連絡用配管３２Ａを介して吸引ポンプ３２の吸引側が
接続され、接続ポートＰ２及びＰ７には計量管３１の一
端部と他端部とがそれぞれが接続され、接続ポートＰ３
及びＰ５にはそれぞれ連絡用配管３３Ａ，３３Ｂを介し
て送出手段３３が接続され、接続ポートＰ４は外部大気
に排気自在に開放され、接続ポートＰ６には連絡用配管
２Ａを介して呼気分析部２に接続され、接続ポートＰ８
には前述した連絡管１５の他端部が接続されている。

【００４５】この接続切り換え手段３４により、ポジシ
ョンＡの状態で、連絡管１５から計量管３１を介して吸
引ポンプ３２までが連絡され、また、ポジションＢの状
態で、送出手段３３から計量管３１を介して呼気分析部
２までが連絡される。

【００４６】なお、各連絡用配管３２Ａ，３３Ａ，３３
Ｂ，２Ａは、呼気中の水分及び呼気成分が付着しないよ
うに内部を溶融シリカ等により不活性化処理を施された
金属性のパイプを使用しても良い。

【００４７】また、上述した呼気導入機構３の各構成及
び各連絡用配管３２Ａ，３３Ａ，３３Ｂ，２Ａを収納
し，且つ呼気中の水分が結露しないように一定温度（例
えば６０［゜Ｃ］）に保持する恒温槽を備える構成とし
ても良い。

【００４８】次に、呼気分析部２について説明する。こ
の呼気分析部２は、呼気が供給されると、この呼気中の
特定成分について抽出・分析を行うものであり、呼気が
収容され特定成分の抽出を行う分離用カラムと、特定成
分の濃度等を検出し，検出信号を出力する検出器とから
構成されている。

【００４９】この呼気分析部２にはデータ処理部２１が
併設されており、検出器の検出信号に基づいて演算し、
制御部５に検出信号を出力する。また、このデータ処理
部２１は、分析結果を表示する表示手段を備えており、
同時に、この表示手段により後述する制御部５の不完全
採取防止制御機能５２に基づく検出エラーの表示を行う
表示も行われる。

【００５０】次に、制御部５について図１及び図２に基
づいて説明する。制御部５は、予め所定のシーケンス制
御プログラムが入力されたシーケンサ（図示略）を備え
ており、これにより、吸引ポンプ３２，アクチュエータ
３４Ａ及び加熱コントローラ１７の動作制御を行ってい
る。

【００５１】即ち、この制御部５は、連続呼気採取制御
機能５１を有しており、これによって、圧力センサ４に
より呼気採取管１内の圧力上昇が検出され、これに基づ
く検出信号が圧力センサアンプ４１を介して入力される
と、この圧力上昇が検出されている間，継続して吸引ポ
ンプ３２を駆動状態とする動作制御が行われる。

【００５２】また、この制御部５は、不完全採取防止制
御機能５２を有しており、これにより、流量センサ１３
の検出流量に基づいて算出された積算流量を流量積算部
１４から入力され、この積算流量が所定の流量（例えば
１００［ｍｌ］）に満たない場合には、アクチュエータ
３４Ａによる接続切り換え手段３４のバルブの切り換え
を行わず，即ちこれにより呼気分析部２による当該呼気
の分析を行わず、データ処理部２１による検出エラー表
示を行った後に動作を終了する動作制御が行われる。

【００５３】以下、上述した各構成からなる呼気採取分
析装置１０の動作を図１，図３及び図４に基づいて説明
する。図３は、呼気採取分析装置１０の動作を示すフロ
ーチャートであり、図４は、接続切り換え手段３４のポ
ジションＡとポジションＢの各状態を示している。

【００５４】まず、呼気分析開始に先だって、呼気採取
管加熱部１２及び連絡間加熱部１６をそれぞれ６０［゜
Ｃ］の昇温状態とし、また、接続切り換え手段３４をポ
ジションＡの状態にセットする。即ち、連絡管１５は計
量管３１の一端部と接続され、計量管３１の他端部は吸
引ポンプ３２に接続されている。また、送出手段３３の
一方が接続ポートＰ３から接続ポートＰ４を介して大気
中にキャリアガスを排気すると共に、他方が呼気分析部
２に接続されてキャリアガスの供給を行っている。

【００５５】そして、被験者Ｈは、マウスピース１１を
介して呼気採取管１に呼気を吐出する。これにより、圧
力センサ４では呼気採取管１内の圧力の上昇を検出し、
圧力センサアンプ４１を介して制御部５に圧力上昇にか
かる検出信号を出力する。また、同時に、流量センサ１
３では、呼気採取管１内を流通する呼気の流量を検出
し、これに応じた検出信号を流量積算部１４に出力す
る。これにより、流量積算部１４では、呼気流量を積算
する演算を開始する（ステップＳ１）。

【００５６】制御部５では、呼気採取管１内の圧力上昇
にかかる検出信号を入力されて、連続呼気採取制御機能
５１により吸引ポンプ３２の駆動を開始する（ステップ
Ｓ２）。これにより、呼気採取管１では、呼気の一部が
放出出口１ｃから大気中に排気されると共に吸引ポンプ
３２の吸引力により採取出口１ｄ側にも呼気が供給さ
れ、連絡管１５を介して計量管３１まで供給される（図
４（Ａ）の状態）。また、同時に吸引ポンプ３２の駆動
中においては、呼気は流動状態にあり、随時、吸引ポン
プ３２の排気側から呼気が排出される。

【００５７】さらに、制御部５では、連続呼気採取制御
機能５１に従って、圧力センサ４からの検出信号に基づ
く検出圧力が大気圧又はこれに近い圧力にまで下降して
いないか判断し（ステップＳ３）、検出圧力が大気圧よ
りも高い状態を維持している場合には、継続して吸引ポ
ンプ３を駆動させる動作制御が行われる。また、検出圧
力が大気圧又はこれに近い圧力となった場合には、吸引
ポンプ３２の駆動を制止する（ステップＳ４）。この吸
引ポンプ３２の制止により、呼気の流動が止まり、計量
管３１内に呼気が保持される。

【００５８】吸引ポンプ３２の停止後、流量積算部１４
によって吸引ポンプ３２の駆動継続時における積算流量
に基づく算出信号が制御部５に出力され、この積算流量
が所定量（例えば１００［ｍｌ］とする）以上かが判断
される（ステップＳ５）。

【００５９】この積算流量が所定量に満たない場合に
は、制御部５の不完全採取防止制御機能５２に従い、何
らかの理由で被験者Ｈが通常の吐出を行わなかったもの
とみなし、データ処理部２１による検出エラー表示を行
うと共にアクチュエータ３４Ａ及び送出手段の駆動を行
わないで検出動作を終了する（ステップＳ６）。かかる
場合、計量管３１，連絡管１５及び呼気採取管１等の内
部に残留する採取呼気は、次の被験者Ｈの呼気採取の際
に、新たな吐出呼気により呼気採取管１内から放出出口
１ｃを介して押し出され、また、連絡管１５及び計量管
３１から吸引ポンプ３２の駆動により当該吸引ポンプ３
２側に吸引されると共に大気中に排気される。

【００６０】また、積算流量が所定量以上の場合には、
アクチュエータ３４Ａが駆動され、接続切り換え手段３
４はポジションＢの状態に切り換えられる（ステップＳ
７：図４（Ｂ）の状態）。即ち、計量管３１の一方の端
部が送出手段３３に接続され，他方の端部が呼気分析部
２に接続される。これにより、送出手段３３からのキャ
リアガスに付勢されて、計量管３１内に保持されていた
採取呼気が呼気分析部２に押し流される。そして、この
採取呼気は、呼気分析部２により特定成分の抽出及び分
析が行われ（ステップＳ８）、これに基づいて、データ
処理部２１で演算処理が行われると共に検出結果に基づ
いた表示，例えば「特定成分が○○パーセント検出され
た」等の表示が行われる（ステップＳ９）。

【００６１】これにより一連の動作が終了する。このと
き、連続して新たな被験者Ｈの呼気分析が行われる場合
には、予め制御部５によって、アクチュエータ３４Ａを
駆動させて接続切り換え手段３４をポジションＡの状態
に戻す動作制御が行われる。また、同時にマウスピース
１１が新たなものと交換される。

【００６２】そして、この接続状態で新たな被験者Ｈが
呼気の吐出を行うことによって、呼気採取管１の内部に
残留した前回採取された呼気は、放出出口１ｃから新た
な呼気によって押し出され、また、連絡管１５内に残留
した呼気は、吸引ポンプ３２の駆動が開始されることに
よって、計量管３１を介して外部大気中に吸い出され
る。

【００６３】以上のようにして本実施形態は呼気分析が
行われる。

【００６４】上記従来例では、連続呼気採取制御機能５
１を備えているため、呼気採取管１内に呼気が吐出され
ている間，継続して吸引ポンプ３２の駆動が行われ、吐
出の終了と共に吸引ポンプ３２の駆動が制止されるた
め、呼気成分が一定ではない吐出開始時の呼気は、呼気
採取管１及び計量管３１を通過して吸引ポンプ３２から
排出され、いわゆる終末呼気のみが計量管３１内に保持
される。

【００６５】このため、この終末呼気による呼気分析を
行うことにより、従来と比較してより信頼性及び精度の
高い呼気分析を行うことが可能である。

【００６６】また、連続して新たな被験者Ｈによる呼気
分析が行われる場合には、呼気採取管１から吸引ポンプ
３２までの経路内に残留する前回採取された呼気は、吸
引ポンプ３２の駆動により当該駆動の初期段階で全て吸
引，排気され、呼気の混合を引き起こすことが有効に防
止される。このため、より信頼性の高い呼気分析を行う
ことが可能である。

【００６７】さらに、本実施形態では、圧力センサ４に
よって呼気の吐出状態を検出している。この圧力センサ
４は、その感度及び形状等の種類が多岐に及ぶため、装
着位置を選ばず、その装着が容易であると共に、呼気分
析の多種の検出対象に対応することが自在である。ま
た、外気温度変化等の外的要因の影響を受け難く、装置
の生産性，汎用性及び信頼性の向上を図ることが可能で
ある。

【００６８】また、呼気採取管１が外部大気中に開放さ
れた放出出口１ｃを有する三叉構造であるため、連続し
て新たな被験者Ｈによる呼気分析が行われる場合に、呼
気採取管１内に残留する前回被験者の呼気が，新たな呼
気により放出出口１ｃから容易に押し出され排出される
ため、有効に呼気の混合が防止され、より信頼性の高い
呼気分析を行うことが可能である。

【００６９】また、本実施形態では、制御部５に不完全
採取防止制御機能５２を備えているため、一定量の呼気
が吐出されない場合には呼気分析を行わなず、被験者Ｈ
が何らかの原因により正常な呼吸を行わなかった場合に
も有効に対応し、かかる不完全な呼吸に基づいて呼気分
析を行ってしまう事態を回避し、より装置の信頼性を向
上することが可能である。

【００７０】具体的には、警察分野における飲酒運転取
締まりや麻薬取締まりの場合に、被験者が呼気を吐出し
た動作を装った場合でも、これを検出不良と判断し、検
査を欺くことを防止することができる、等の効果を有し
ている。

【００７１】また、この機能により、外的要因による
（例えば、呼気採取管内に風等により空気が侵入した場
合）誤作動を有効に防止することが可能である。

【００７２】ここで、マウスピース１１の変形例を、図
５及び図６に基づいて説明する。図５に示されるマスク
状のマウスピース１１１は、被験者Ｈの口及び鼻孔を覆
うマスク状部材１１２と、Ｔ字状で内部が中空であると
共にその一端がマスク状部材１１２に接続され，残りの
各端部が外気取込口１１４及び呼気吐出口１１５となる
Ｔ字管１１３と、これらの外気取込口１１４及び呼気吐
出口１１５近傍に装備された逆止弁１１６，１１７とか
ら構成されている。

【００７３】上記のマスク状部材１１２は、可撓性を有
し、高圧蒸気滅菌が可能な素材，例えばプラスチック等
から形成され，Ｔ字管１１３から着脱が自在となってお
り，衛生面を考慮して一回の使用毎に使い捨てられるよ
うになっている。

【００７４】上記の外気取込口１１４は、外部大気中に
開放されており、この外気取込口１１４を塞ぐようにし
て逆止弁１１６が装備されている。この逆止弁１１６
は、マスク状部材１１２内部の圧力低下によって開か
れ、逆に圧力が上昇した場合には開かない。

【００７５】一方、呼気吐出口１１５は、呼気採取管１
の呼気取込口１ａに接続が自在となっており、この呼気
吐出口１１５を塞ぐようにして逆止弁１１７が装備され
ている。この逆止弁１１７は、マスク状部材１１２内部
の圧力上昇によって開かれ、逆に圧力が低下した場合に
は開かない。

【００７６】上記マウスピース１１１では、呼気検出の
際に、マスク状部材１１２を被験者の口及び鼻孔に当
て、通常状態の呼吸を行うことにより呼気の採取が行わ
れる。即ち、被験者の吸い込み時には，外気取込口１１
４側の逆止弁１１６を介して外部から空気が供給される
と共に呼気吐出口１１５側の逆止弁１１７により呼気採
取管１内の空気の逆流が防止され（図６（Ａ）の状
態）、被験者Ｈの吐出時には，外気取込口１１４側の逆
止弁１１６により外気取込口１１４側から呼気の漏出が
防止されると共に呼気吐出口１１５側の逆止弁１１７を
介して呼気採取管１に呼気が供給される（図６（Ｂ）の
状態）。

【００７７】かかるマウスピース１１１によれば、被験
者は、意識的に当該マウスピースに呼気を吐出する必要
がなく，通常と変わらぬ呼吸をすることにより、呼気の
採取が行われる。このため、意識不明者や幼児等を対象
とした呼気分析を行うことが可能となる。

【００７８】なお、意識不明者や幼児等を対象とした呼
気分析を行う場合には、不完全採取防止制御機能５２に
おける予め設定された所定呼気量は少な目とすることが
望ましい。

【００７９】また、上述した各逆止弁１１６，１１７
は、それぞれマスク状部材１１２の内部と外部との圧力
差を検知してそれぞれ上記と同方向に開閉する機械式，
或いは電気式の逆止弁を装備しても良い。

【００８０】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、連続呼気採取
制御機能により、呼気採取管内に呼気が吐出されている
間，継続して吸引ポンプの駆動が行われ、吐出の終了と
共に吸引ポンプの駆動が制止されるため、呼気成分が一
定ではない吐出開始時の呼気は、呼気採取管及び計量管
を通過して吸引ポンプから排出され、いわゆる終末呼気
のみが計量管内に保持される。

【００８１】このため、この終末呼気による呼気分析を
行うことにより、従来と比較してより信頼性及び精度の
高い呼気分析を行うことが可能である。

【００８２】また、連続して新たな被験者による呼気分
析が行われる場合には、呼気採取管から吸引ポンプまで
の経路内に残留する前回採取された呼気は、吸引ポンプ
の駆動により当該駆動の初期段階で全て吸引，排気さ
れ、呼気の混合を引き起こすことが有効に防止される。
このため、より信頼性の高い呼気分析を行うことが可能
である。

【００８３】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
発明と同様の効果を有すると共に、呼気センサとして圧
力センサを使用している。当該圧力センサは、その感度
及び形状等の種類が多岐に及ぶため、装着位置を選ば
ず、その装着が容易であると共に、呼気分析の多種の検
出対象に対応することが自在である。また、外気温度変
化等の外的要因の影響を受け難く、装置の生産性，汎用
性及び信頼性の向上を図ることが可能である。

【００８４】請求項３記載の発明では、請求項１又は２
記載の発明と同様の効果を有すると共に、呼気採取管が
外部大気中に開放された放出出口を有する三叉構造であ
るため、連続して新たな被験者による呼気分析が行われ
る場合に、呼気採取管内に残留する前回被験者の呼気
が，新たな呼気により放出出口から容易に押し出され排
出されるため、有効に呼気の混合が防止される、より信
頼性の高い呼気分析を行うことが可能である。

【００８５】請求項４記載の発明では、請求項１，２又
は３記載の発明と同様の効果を有すると共に、流量セン
サを設け、不完全採取防止制御機能により、一定量の呼
気が吐出されない場合には呼気分析を行わない構成であ
るため、被験者が何らかの原因により正常な呼吸を行わ
なかった場合にも有効に対応し、かかる不完全な呼吸に
基づいて呼気分析を行ってしまう事態を回避し、より装
置の信頼性を向上することが可能である。

【００８６】また、この機能により、外的要因による
（例えば、呼気採取管内に風等により空気が侵入した場
合）誤作動を有効に防止することが可能である。

【００８７】請求項５記載の発明では、請求項１，２，
３又は４記載の発明と同様の効果を有すると共に、外気
取込口及び呼気吐出口の双方に逆止弁を備えたマウスピ
ースを装備することにより、被験者は、意識的に当該マ
ウスピースに呼気を吐出する必要がなく，通常と変わら
ぬ呼吸をすることにより、呼気の採取が行われる。この
ため、意識不明者や幼児等を対象とした呼気分析を行う
ことが可能となる。

【００８８】本発明によって、以上のように従来にない
優れた呼気採取分析装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した実施形態における呼気採取分
析装置の構成を示すブロック図である。

【図２】上記実施形態の制御系を示すブロック図であ
る。

【図３】上記実施形態の動作を示すフローチャートであ
る。

【図４】上記実施形態の接続切り換え手段の接続状態を
示す説明図であり、図４（Ａ）はポジションＡとする呼
気の採取時を示し、図４（Ｂ）はポジションＢとする採
取呼気の分析時を示している。

【図５】他のマウスピースの使用状態を示す説明図であ
る。

【図６】上記マウスピースの動作状態を示す説明図であ
り、図６（Ａ）は吸い込み動作を示し、図６（Ｂ）は吐
出時を示している。

【図７】従来例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１呼気採取管２呼気分析部３呼気導入機構４圧力センサ５制御部１０呼気採取分析装置１３流量センサ３１計量管３２吸引ポンプ３３キャリアガス供給機構（送出手段）３４接続切り換え手段５１連続呼気採取制御機能５２不完全採取防止制御機能１１１マウスピース

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】呼気が吹込まれる呼気採取管と、この呼
気採取管に吹込まれた呼気の分析を行う呼気分析部と、
前記呼気採取管に吹込まれた呼気を前記呼気分析部へ導
入する呼気導入機構と、前記吹込まれた呼気による前記
呼気採取管の状態変化を検出する呼気センサと、この呼
気センサの検出情報に基づき前記呼気導入機構の動作を
制御する制御部とを備え、前記呼気導入機構が、前記呼気採取管の下流側に配設さ
れた計量管と，この計量管に呼気を引き込む吸引ポンプ
と，この計量管内に引き込まれた呼気を前記呼気分析部
に送出させる送出手段と，この計量管の両端部を所定の
前記各構成に切り換え接続する接続切り換え手段とを有
し、前記制御部が、前記呼気センサにより前記呼気採取管の
状態変化が検出されている間，継続して前記吸引ポンプ
を駆動する連続呼気採取制御機能を備えていることを特
徴とした呼気採取分析装置。
【請求項２】前記呼気センサを，前記呼気採取管内の
圧力を検出する圧力センサとすると共に、前記制御部の連続呼気採取制御機能が、前記圧力センサ
により前記呼気採取管内で大気圧より高圧状態が検出さ
れている間，継続して前記吸引ポンプを駆動する動作制
御を行うことを特徴とする請求項１記載の呼気採取分析
装置。
【請求項３】前記呼気採取管が、呼気取込口と，前記
計量管側へ案内する採取出口と，外部大気中に開放され
た放出出口とを備える三叉構造であることを特徴とする
請求項１又は２記載の呼気採取分析装置。
【請求項４】前記呼気採取管内に吹き込まれる前記呼
気の流量を検出する流量センサを備えると共に、前記制御部が、前記流量センサの検出に基づく前記吹き
込まれた呼気の総流量が所定量に満たない場合に前記呼
気導入機構の動作を制止する不完全採取防止制御機能を
備えていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の
呼気採取分析装置。
【請求項５】前記呼気採取管の呼気取込側端部に、マ
スク状のマウスピースを装備し、このマウスピースが、外気取込口と前記呼気採取管側へ
の呼気吐出口とを備えると共に、これら外気取込口及び
呼気吐出口の双方に逆流を防止する逆止弁を装備したこ
とを特徴とする請求項１，２，３又は４記載の呼気採取
分析装置。