KR20210049153A - 호흡 모니터링 장치 - Google Patents

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유타 모리시타
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데이진 화-마 가부시키가이샤
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Abstract

산소 공급 장치의 실질적인 사용 시간을 계측하여, 출력을 행하는 호흡 모니터링 장치. 호흡 모니터링 장치 (4) 는, 고 산소 농도 가스를 송출하는 산소 공급 장치 (1) 와 함께 사용되는 호흡 모니터링 장치 (4) 로서, 호기 흡기에 기초하는, 압력, 유량, 및, 기체 온도 중 적어도 하나의 호흡에 관련되는 정보의 변화를 검지하는 검지부 (6) 와, 호흡에 관련되는 정보의 변화에 기초하여, 호흡수의 산출을 행하는 산출부 (725) 와, 호흡수에 기초하여, 호흡의 유무, 및, 산소 공급 장치의 사용자 유를 판정하는 판정부 (726) 와, 판정부의 판정 결과에 기초하여, 산소 공급 장치의 사용자의 유로 판정되어 있는 기간을 계측하는 계측부 (727) 와, 기간의 누적 측정 결과를 출력하는 출력부 (728) 를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

호흡 모니터링 장치
본 개시는 산소 공급 장치와 조합하여 사용되고, 산소 공급 장치의 실질적인 사용 시간을 계측하여, 출력, 송신, 표시 또는 기록을 행하는 호흡 모니터링 장치에 관한 것이다.
종래, 천식, 폐색성 만성 폐질환 등의 호흡기 질환 환자에 대한 하나로서 산소 요법이 행해졌다. 이것은, 실내 공기보다 높은 농도의 산소를 환자에게 투여시키는 요법이다. 최근에는, 환자 QOL (QOL : Quality of Life) 향상을 목적으로, 산소 요법을 자택이나 시설 등에서 행하는 재택 산소 요법 (HOT : Home Oxygen Therapy) 이 주류로 되어 있고, 산소 공급원으로서 산소 농축 장치가 주로 사용되고 있다.
산소 요법은 의사에 의한 진단에 따라서 산소 유량, 흡입 시간이 처방되고, 지시받은 조건하에서의 실시가 요구되고 있다. 산소 요법의 실시가 지시대로 행해지고 있는 것을 모니터링할 필요가 있다.
산소 공급 장치에 내장 가능한, 환자의 호흡수를 취득하는 방법으로서, 특허문헌 1 과 같이, 산소 농축 장치와 환자가 장착하고 있는 캐뉼라까지의 사이에 호흡 계측용의 미차압 센서를 장착하여 산소 흡입 중의 환자 호흡압을 계측하고, 그것을 기록 매체에 기록하거나, 통신 데이터로서 송신하는 방법이 있다.
또, 특허문헌 2, 4 에는, 호흡 패턴으로부터 호흡수 등을 산출할 수 있는 것이 개시되어 있지만, 구체적인 방법에 대해서는 기술되어 있지 않다.
특허문헌 3 에는, 압력 파형이 하강에서 상승으로 전환된 타이밍을 기억해 놓고, 그 간격으로 호흡수를 카운트하는 방법이나, 압력의 진폭으로부터 소정의 검출 레벨률을 곱하여 그 임계치를 초과했을 때에만 호흡으로 판정하는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 5 에는, FFT (FFT : Fast Fourier Transform) 처리나 TDS 처리에 의해서 호흡수를 산출하는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 6 에는, 산소 농축 장치 자체의 압력 변동을 미리 계측하여, 기억해 놓고, 검출된 압력 파형으로부터 빼는 방법이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 평6-190045호 일본 공개특허공보 2001-286566호 일본 공개특허공보 평7-96035호 일본 공개특허공보 2015-85191호 일본 공표특허공보 2011-518016호 국제 공개 2018-180392호
환자의 호흡 모니터링을 위해서, 계산된 호흡 데이터를 그대로 보내는 방법은, 예를 들어 100 밀리세컨드 (ms) 마다 측정한 파형 데이터를 그대로 송신하게 되어 데이터량이 방대해지고, 해석에 시간을 요하는 경우가 있다.
산소 공급 장치는 통상적으로 연장 튜브를 갖는다. 연장 튜브는 15 ∼ 20 m 정도까지이면, 유량 및 산소 농도에 대한 영향은 없다고 되어 있다. 재택 산소 요법 중, 환자는 언제나 조용히 생활할 수 있다고만은 할 수 없다. 환자의 보행 등에 의해서, 고 산소 농도 가스를 환자에게 전달하는 배관부가 흔들리는 것과 같은 경우 등에는, 계산된 호흡 데이터를 그대로 보내는 방법은, 호흡을 검지할 수 없어, 실제의 흡입 시간보다 짧은 시간을 흡입 시간으로서 카운트한다. 계산된 호흡 데이터를 그대로 보내는 방법은, 환자에게 처방된 흡입 시간을 채우지 않은 내용을 기록하거나 하여, 실질적인 사용 시간을 카운트하지 않는 경우가 있다.
호흡 모니터링 장치의 목적은, 상기 서술한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 산소 공급 장치의 실질적인 사용 시간을 계측하고, 출력을 행하는 것을 가능하게 하는 것에 있다.
실시형태의 일 측면에 관련된 호흡 모니터링 장치는, 고 산소 농도 가스를 송출하는 산소 공급 장치와 함께 사용되는 호흡 모니터링 장치로서, 호기 흡기에 기초하는, 압력, 유량, 및, 기체 온도 중 적어도 하나의 호흡에 관련되는 정보의 변화를 검지하는 검지부와, 호흡에 관련되는 정보의 변화에 기초하여, 호흡수의 산출을 행하는 산출부와, 호흡수에 기초하여, 호흡의 유무, 및, 산소 공급 장치의 사용자 유 (有) 를 판정하는 판정부와, 판정부의 판정 결과에 기초하여, 산소 공급 장치의 사용자의 유로 판정되어 있는 기간을 계측하는 계측부와, 기간의 누적 측정 결과를 출력하는 출력부를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 실시형태의 일 측면에 관련된 호흡 모니터링 장치는, 판정부가, 상기 호흡수가 0 인 경우 또는 산출 불능인 경우 이외에는 산소 공급 장치의 사용자 유로 판정하고, 상기 호흡수가 소정 범위 내인 것으로 산출된 경우에 호흡 유로 판정하는 것이 바람직하다.
또한, 실시형태의 일 측면에 관련된 모니터링 장치는, 소정 범위가 8 ∼ 50 bpm 인 것이 바람직하다.
또한, 실시형태의 일 측면에 관련된 호흡 모니터링 장치는, 산소 공급 장치의 운전 시간, 및, 기간의 누적 측정 결과를 동일 화면 내에 표시 가능한 표시부를 추가로 갖는 것이 바람직하다.
또한, 실시형태의 일 측면에 관련된 호흡 모니터링 장치는, 산소 공급 장치가 산소 농축 장치인 것이 바람직하다.
또한, 실시형태의 일 측면에 관련된 호흡 모니터링 장치는, 검지부가, 호기 흡기에 기초하는 압력의 변화를 검지하고, 산출부는, 압력의 변화에 기초하여 호흡수의 산출을 행하는 것이 바람직하다.
또한, 실시형태의 일 측면에 관련된 호흡 모니터링 장치는, 산출부가, 호기 흡기에 기초하는 압력의 변화로부터 호기 흡기에 의하지 않은 압력 변동 성분이 제거된 데이터를 사용하여 호흡수의 산출을 행하는 것이 바람직하다.
추가로, 실시형태의 일 측면에 관련된 호흡 모니터링 장치는, 산출부가, 호기 흡기에 기초하는 압력의 변화에 기초하여 산소 공급 장치의 동작에 기초하는 압력 변동 성분을 추정하고, 호기 흡기에 기초하는 압력의 변화로부터 압력 변동 성분이 제거된 데이터를 사용하여 호흡수의 산출을 행하는 것이 바람직하다.
본 실시형태에 의하면, 산소 공급 장치의 실질적인 사용 시간을 계측하여, 출력을 행하는 호흡 모니터링 장치를 제공하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 목적 및 효과는, 특히 청구항에서 지적되는 구성 요소 및 조합을 사용함으로써 인식되며, 또한 얻어질 것이다. 전술한 일반적인 설명 및 후술할 상세한 설명의 양방은, 예시 목표 및 설명적인 것으로서 특허청구범위에 기재되어 있는 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
도 1 은, PSA 식 산소 농축 장치의 개략 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2 는, 호흡 모니터링 장치의 일례를 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 3 은, 마이크로 컴퓨터부의 일례를 나타내는 블록도이다.
도 4 는, 연속류 5 LPM, 연장 튜브를 20 m 추가한 조건에 있어서의, 환자 호흡 정보를 포함한 압 데이터를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 연속류 5 LPM, 연장 튜브를 20 m 추가한 조건에 있어서의, 연산부에 의해서 추출한 PSA 압 데이터를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 연속류 5 LPM, 연장 튜브를 20 m 추가한 조건에 있어서의, 차분 처리 후의 환자 호흡 정보를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 환자 호흡에 의한 압력 변동과 PSA 압을 포함한 압력 데이터로부터, 환자 호흡 정보와 PSA 압을 분리하는 원리를 나타낸 개념도이다.
도 8 은, 차분 처리 후의 환자 호흡 정보로부터, 자기 상관 계수를 구한 결과를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 환자 호흡 정보 데이터를 추출하는 처리의 일례를 나타내는 플로 차트도이다.
도 10 은, 환자 호흡 정보 데이터에 기초하여, 호흡수를 추정하는 처리의 일례를 나타내는 플로 차트도이다.
도 11 은, 호흡 정보 데이터에 기초하는, 호흡 모니터링 처리의 일례를 나타내는 플로 차트도이다.
도 12 는, 호흡 모니터링 표시 화면의 일례를 나타내는 도면이다.
이하, 본 개시의 일 측면에 관련된 호흡 모니터링 장치에 대해서, 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 본 개시의 기술적 범위는 그것들의 실시형태에 한정되지 않고, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등물에 미치는 점에 유의하기 바란다. 또한, 아래의 설명 및 도면에 있어서, 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
[PSA 식 산소 농축 장치]
본 실시형태에 관련된 호흡 모니터링 장치와 함께 사용되는 산소 공급 장치의 일례인 압력 변동 흡착식 (PSA 식 : Pressure Swing Adsorption) 의 산소 농축 장치 (이하,「PSA 식 산소 농축 장치」라고 한다.) 를 설명한다.
산소 농축 장치란, 공기 중에 존재하는 약 21 ％ 의 산소를 농축하여 배출하는 장치이다. 산소 농축 장치의 상당수는 압력 변동 흡착식 (이하, PSA 식 : Pressure Swing Adsorption) 이 일반적으로 사용된다.
산소 농축 장치로는, PSA 식과 VPSA 식 (Vacuum Pressure Swing Adsorption) 이 있다. PSA 식은 탈착 공정을 대기압까지 감압하는 압력 변동 흡착법이고, VPSA 식은 흡착제의 재생 효율을 높이기 위해서 컴프레서를 사용하여 흡착통을 진공압까지 감압하는 압력 변동 흡착법이다. 본 실시형태에서는, PSA 식 산소 농축 장치를 예로 들어 설명하지만, VPSA 식 산소 농축 장치여도 된다. 또, 다른 방식의 산소 농축 장치여도 된다.
도 1 은, PSA 식 산소 농축 장치의 개략 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
PSA 식 산소 농축 장치 (1) 는, PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 외부로부터 공기 (A) 를 받아들여 농축 산소 가스를 생성하는 산소 생성부 (11) 를 갖는다.
PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 외부로부터 산소 생성부 (11) 로 받아들여진 공기 (A) 는, 컴프레서 (111) 에서 압축되고, 제 1 전환 밸브 (112) 를 개재하여 흡착통 (113) 으로 보내진다. 제 1 전환 밸브 (112) 는, 복수의 흡착통 (113) 중의 어느 것과 컴프레서 (111) 를 연통함으로써 흡착통 (113) 에 압축 공기를 송입함과 함께, 그 밖의 흡착통을 대기에 개방한다.
흡착통 (113) 에는 질소 가스를 선택적으로 흡착하는 흡착제가 충전되어 있다. 흡착통 (113) 을 통과한 압축 공기는 질소 가스 농도가 저하되고, 농축 산소 가스가 된다. 농축 산소 가스는 제 2 전환 밸브 (114) 를 개재하여 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 에 저장된다. 제 2 전환 밸브 (114) 는 복수의 흡착통 (113) 중의 어느 것과 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 를 연통 또는 차단한다.
산소 생성부 (11) 는, 제 1 전환 밸브 (112) 에 의해서 컴프레서 (111) 와 복수의 흡착통 (113) 중의 어느 것을 연통시킴과 함께, 제 2 전환 밸브 (114) 에 의해서 그 컴프레서 (111) 와 연통된 흡착통 (113) 과 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 를 연통시킨다. 따라서, 컴프레서 (111) 와 복수의 흡착통 (113) 중의 어느 것과 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 가 연통되고, 생성된 농축 산소 가스가 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 에 공급된다. 한편, 컴프레서 (111) 와 연통되지 않은 흡착통 (113) 은, 제 2 전환 밸브 (114) 에 의해서 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 로부터 차단된 상태에서, 제 1 전환 밸브 (112) 를 개재하여 대기 개방된다. 이로써, 흡착통 (113) 내가 감압되고, 흡착제에 흡착된 질소 가스를 PSA 식 산소 농축 장치 (1) 외부로 방출한다.
제 1 전환 밸브 (112) 및 제 2 전환 밸브 (114) 의 개폐는, 예를 들어, 도시 생략한 호흡 모니터링 장치 내의 마이크로 컴퓨터부에 의해서 제어된다. 마이크로 컴퓨터부는 흡착통 (113) 내의 가압과 감압을 전환하는 타이밍을 취득하는 것이 가능하다. 호흡 모니터링 장치는, 산소 농축 장치 (1) 의 내부에 설치되어 있어도 되고, 산소 농축 장치 (1) 와는 별체로 산소 농축 장치 (1) 의 외부에 설치되어 있어도 된다.
다른 예로서, 산소 농축 장치 (1) 는, 제 1 및 제 2 전환 밸브의 개폐 처리를 포함하는 산소 농축 처리를 제어하는 산소 농축 제어부를 가져도 된다. 마이크로 컴퓨터부는 산소 농축 제어부로부터 흡착통 (113) 내의 가압과 감압을 전환하는 타이밍을 취득할 수 있다.
PSA 식 산소 농축 장치 (1) 는, 상기 서술한 기본 구성 이외에 복수의 흡착통 (113) 중의 어느 2 이상의 흡착통을 접속해도 된다. PSA 식 산소 농축 장치 (1) 는, 각각의 흡착통의 압력을 균일화하는 균압 공정이나, 생성된 산소 농축 가스의 일부를, 복수의 흡착통 (113) 중의 어느 것으로 환류하는 퍼지 공정 등의 부가적인 공정을 갖고 있어도 된다.
통상적으로 흡착통 (113) 에 압축 공기가 보내진 후에는, 제 1 전환 밸브 (112) 에 의해서 그 컴프레서 (111) 와 차단된 상태가 되어 대기 해방된다. 반대로, 대기 해방되어 있던 흡착통 (113) 은, 제 1 전환 밸브 (112) 에 의해서 그 컴프레서 (111) 에 연결되어, 산소 압축의 과정으로 이행한다. 이와 같이, 제 1 전환 밸브 (112) 에 의해서 복수의 흡착통 (113) 이 교대로 압축과 대기 해방을 반복함으로써, 연속적으로 농축 산소 가스를 공급할 수 있다.
농축 산소 생성에 수반하는 흡착통 (113) 내부의 압력 변화는 매우 크기 때문에, 흡착통 (113) 의 전환에 수반하여, 흡착통 (113) 하류의 산소 가스 유로 중의 압력에는 주기적인 압력 변동이 발생된다. 농축 산소 버퍼 탱크 (115) 에 저장된 농축 산소 가스는 압력 조절 밸브 (116) 에 의해서 그 압력 변동이 감쇠되도록 조정된다.
산소 생성부 (11) 에서 압력 조정된 농축 산소 가스는, 컨트롤 밸브 (121) 와 유량계 (122) 로 이루어지는 산소 유량 제어부 (12) 에서 산소 유량이 제어되고, 가습기 (101) 를 개재하여 산소 공급구 (13) 로부터 산소 농축 장치 외로 공급된다. 또한, 산소 유량 제어부 (12) 에 있어서 컨트롤 밸브 (121) 와 유량계 (122) 는 어느 것이 유로의 상류에 구비되어 있어도 되고, 또 산소 유량 제어부 (12) 에는 그 밖의 구성이 포함되어 있어도 상관없다.
PSA 식 산소 농축 장치는, 유량계 (122) 와 컨트롤 밸브 (121) 대신에, 유량을 전환하기 위한 전환식의 고정 오리피스를 가져도 된다. PSA 식 산소 농축 장치 (1) 는, 유량계 (122) 로서 로터 미터 등과 같이 눈으로 볼 수 있는 유량계를 사용함과 함께 컨트롤 밸브 (121) 대신에 수동식의 유량 조정 밸브를 사용하여 수동 조작에 의해서 유량을 조정하는 방식을 이용해도 되고, 그 밖의 유량 조정 방법을 이용해도 된다. PSA 식 산소 농축 장치는, 가습기 (101) 를 구비하지 않는 구성으로 할 수도 있다.
[호흡 모니터링 장치]
본 실시형태에 관련된 호흡 모니터링 장치의 개략 구성의 일례를 설명한다.
도 2 는, 본 발명에 관련된 호흡 모니터링 장치의 개략 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
PSA 식 산소 농축 장치 (1) 에서 생성된 산소는, PSA 식 산소 농축 장치 (1) 에 접속된 배관 (2), 배관 (2) 에 접속된 비강 캐뉼라 (3) 를 경유하여, 사용자인 환자의 비강에 공급된다. 한편, 환자는 산소 흡입 중에도 항상 호흡을 하고 있어, 환자의 호흡에 의해서 발생되는 압 변화가 비강 캐뉼라 (3) 나 배관 (2), PSA 식 산소 농축 장치 (1) 쪽으로 전파된다.
본 실시형태에 있어서는, 사용자인 환자의 PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 사용 상태를 모니터링할 수 있도록, 산소 공급 경로가 되는 배관 (2) 에 호흡 모니터링 장치 (4) 를 접속한다. 또한, 배관은 가습기 (101) (PSA 식 산소 농축 장치 (1) 가 가습기 (101) 를 구비하지 않는 경우에는 산소 유량 제어부 (12)) 와 비강 캐뉼라 (3) 사이의 배관을 모두 포함한 것을 가리키고, 호흡 모니터링 장치 (4) 는 배관의 어느 위치에 접속되어 있어도 된다.
따라서, 호흡 모니터링 장치 (4) 의 일부 내지 전부는, PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 내부에 설치되어 있어도 되고, 외부에 설치되어 있어도 된다.
본원 발명자들이 예의 검토를 행한 결과, 압력 조절 밸브 (116) 에 의해서 압력 변동을 감쇠한 후여도, 호흡 모니터링 장치 (4) 에 부가되는 압력 변동에는 농축 산소 가스 생성시의 가감압에 수반하는 압력 변동이 포함되는 것이 명확해졌다. 이 농축 산소 가스 생성시에 발생되는 압력 변동의 진폭은 호흡 압력의 진폭에 비해서 크고, 또 호흡 압력의 진폭도 산소 유로를 통과하는 것에 의한 압손으로 저하되기 때문에, 호흡 모니터링 장치 (4) 에서 계측되는 압력으로부터 직접 환자의 호흡 압력 파형을 계측하는 것은 곤란하다.
본 실시형태에서는, 호흡 모니터링 장치 (4) 는, 압력 센서 (6) 에 접속되는, 환자의 호흡수를 산출하는 처리를 행하는 마이크로 컴퓨터부 (7) 를 갖는다. 압력 센서 (6) 는 바람직하게는 미차압 센서이다. 또한 마이크로 컴퓨터부 (7) 는, 산출된 호흡수에 기초하여, 호흡의 유무, PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 사용자의 유로 판정되어 있는 기간을 계측하여, 출력하는 처리를 행한다. 또, 마이크로 컴퓨터부 (7) 는, PSA 식 산소 농축 장치 (1) 에 접속된다.
호흡 모니터링 장치 (4) 는, 마이크로 컴퓨터부 (7) 에 접속된, 호흡수, 호흡의 유무, PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 사용자의 유로 판정되어 있는 기간을 표시하는, 예를 들어 액정 디스플레이인 표시부 (8) 를 갖는다.
또한, 바람직하게는, 호흡 모니터링 장치 (4) 는, 마이크로 컴퓨터부 (7) 에 접속된, 호흡수, 호흡의 유무, PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 사용자의 유로 판정되어 있는 기간의 정보를 외부에 송신하는 송신부 (9) 를 갖는다. 송신부 (9) 는, 예를 들어, WiFi, 블루투스 (등록상표), 그 밖의 무선 통신 모듈이다.
또, 바람직하게는, 호흡 모니터링 장치 (4) 는, 마이크로 컴퓨터부 (7) 에 접속되고, 호흡수, 호흡의 유무, PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 사용자의 유로 판정되어 있는 기간을 외부 기억 매체에 기억시키는 외부 기억부 (10) 를 갖는다. 외부 기억부 (10) 는, 예를 들어, 외부 부착 하드 디스크, 플래시 메모리 R/W 유닛, DVD 드라이브이다.
표시부 (8), 송신부 (9), 및 외부 기억부 (10) 는, 각각 마이크로 컴퓨터부 (7) 에 접속되고, 마이크로 컴퓨터부 (7) 에 의해서 제어된다.
본 실시형태에 있어서는, 호흡 모니터링 장치 (4) 는, 배관 내의 압력을 검지하여 출력하는 검지부로서, 예를 들어, 압력 센서 (6), 바람직하게는 미차압 센서 (6) 와, 검지부에 전기적으로 접속되는 마이크로 컴퓨터부 (7) 를 갖는다. 호흡 모니터링 장치 (4) 는, 미차압 센서 (6) 에 접속되는 용적부와, 배관과 용적부 사이를 접속하는 오리피스 (5) 로 구성되는 압력 평활화부를 가져도 된다. 압력 평활화부를 형성하는 이유는 아래와 같다.
환자의 호흡압은 통상적으로 ±10 ∼ 100 ㎩ 정도이기 때문에, 호흡 모니터링 장치 (4) 에서 호흡압을 취득하기 위해서는 미차압 센서 (6) 는 레인지 ±100 ㎩ 정도의 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 산소 농축 장치로부터 산소가 공급되고 있는 상황에서는, 산소 공급에 의한 공급압이 항상 발생되고 있고, 예를 들어, 산소 공급에 의한 공급압은 1 LPM (litter per minute : 리터/분) 에서도 300 ㎩ 정도 존재한다. 그 때문에 미차압 센서 (6) 의 타단을 대기 해방한 상태에서, 상기 서술한 바와 같이 미차압 센서 (6) 의 일단을 산소 공급 경로에 접속하면, 미차압 센서 (6) 의 측정 레인지를 오버해 버린다. 그 때문에, 오리피스 (5) 경유 후의 압을 미차압 센서 (6) 의 타단에 인가함으로써, 환자의 호흡 정보를 포함한 압을 미차압 센서 (6) 의 측정 레인지 범위 내에서 취득하는 것이 바람직하다.
미차압 센서 (6) 의 타단에는 미차압 센서 (6) 의 측정 레인지를 오버하지 않을 정도의 압력이 인가되어 있으면 되고, 그 방법은 본 실시형태의 예에 한정되지 않는다. 미차압 센서 (6) 의 측정 레인지가 산소 공급에 의한 공급압보다 크며, 또한 환자의 호흡에 수반하는 압력 변동을 검출할 수 있는 레벨의 분해능이 있으면, 미차압 센서 (6) 의 타단은 대기 해방이어도 되고, 또 미차압 센서 대신에 게이지압이나 절대압을 측정하는 압력 센서를 사용해도 된다.
호흡에 수반하는 압력 변화는, 배관에 흐르는 산소 농축 가스의 미소한 유량 변동으로서 나타나기 때문에, 압력 센서 (6) 대신에 유량 센서를 사용해도 된다. 압력 센서 (6) 및/또는 유량 센서는, 배관 (2) 내의 환자의 호흡 정보를 포함한 배관 내의 관내 압력 및/또는 관내 기체 유량을 검지하여, 압력 데이터 및/또는 관내 기체 유량 데이터를 출력하는 검지부가 된다.
[마이크로 컴퓨터부]
도 3 은, 마이크로 컴퓨터부 (7) 의 구성 블록의 일례를 나타내는 도면이다.
압력 센서, 바람직하게는 미차압 센서 (6) 에는 연산부 (722) 및 추정부 (723) 를 갖는 마이크로 컴퓨터부 (7) 가 접속되어 있다. 연산부 (722) 및 추정부 (723) 는, 검지부인 미차압 센서 (6) 에서 검지된 환자의 호흡 정보를 포함한 배관 내의 관내 압력 데이터 및 또는 관내 기체 유량 데이터를 받아, 후술하는 처리를 실행함으로써 환자의 호흡 정보를 취득한다.
마이크로 컴퓨터부 (7) 는, 산소 농축 장치의 산소 생성 기능이나 표시·사용자 인터페이스 기능 등을 처리하는 처리부와 동일한 마이크로컴퓨터여도 되고, 분리되어 있어도 된다. 분리되어 있는 경우에는, 산소 생성 기능을 처리하는 마이크로컴퓨터로부터, PSA 의 주기 T 의 교체 타이밍을 입수하여, 연산에 이용한다.
마이크로 컴퓨터부 (7) 는, 기억부 (71) 와 처리부 (72) 를 갖는다. 기억부 (71) 는, 1 또는 복수의 반도체 메모리에 의해서 구성된다. 예를 들어, RAM 이나, 플래시 메모리, EPROM, EEPROM 등의 불휘발성 메모리 중 적어도 하나를 갖는다. 기억부 (71) 는, 처리부 (72) 에 의한 처리에 사용되는 드라이버 프로그램, 오퍼레이팅 시스템 프로그램, 애플리케이션 프로그램, 데이터 등을 기억한다.
예를 들어, 기억부 (71) 는, 드라이버 프로그램으로서, 검지부인 미차압 센서 (6) 등을 제어하는 디바이스 드라이버 프로그램을 기억한다. 컴퓨터 프로그램은, 예를 들어, CD-ROM, DVD-ROM 등의 컴퓨터 판독 가능한 가반형 기록 매체로부터, 공지된 셋업 프로그램 등을 사용하여 기억부 (71) 에 인스톨되어도 된다. 또, 프로그램 서버 등으로부터 다운로드하여 인스톨해도 된다.
또한, 기억부 (71) 는, 소정의 처리에 관련된 일시적인 데이터를 일시적으로 기억해도 된다. 기억부 (71) 는, 호흡수의 추정에 이용하기 위한 임계치 (711), 변동치 데이터 파일 (712), 누적 측정 결과 데이터 파일 (713), 운전 데이터 파일 (714), 모니터링 표시용 화상 (715), 그 밖의 각종 임계치 등을 기억한다.
처리부 (72) 는, 1 또는 복수 개의 프로세서 및 그 주변 회로를 구비한다. 처리부 (72) 는, 호흡 모니터링 장치 (4) 의 전체적 동작을 통괄적으로 제어하는 것으로서, 예를 들어, MCU (Micro Control Unit) 이다.
처리부 (72) 는, 기억부 (71) 에 기억되어 있는 프로그램 (오퍼레이팅 시스템 프로그램, 드라이버 프로그램, 애플리케이션 프로그램 등) 에 기초하여 처리를 실행한다. 또, 처리부 (72) 는, 복수의 프로그램 (애플리케이션 프로그램 등) 을 병렬로 실행해도 된다. 처리부 (72) 는, 검지 데이터 취득부 (721), 연산부 (722), 추정부 (723), 호흡수 출력부 (724), 산출부 (725), 판정부 (726), 계측부 (727), 출력부 (728), 표시 제어부 (729), 운전 데이터 취득부 (730) 를 갖는다.
처리부 (72) 가 갖는 이들 각 부는, 독립된 집적 회로, 회로 모듈, 마이크로 프로세서, 또는 펌웨어로서 마이크로 컴퓨터부 (7) 에 실장되어도 된다.
[실시형태에서 행해지는 연산 처리의 원리]
도 2 에 나타내는 구성을 사용하여 비강 캐뉼라 (3) 로부터 환자 호흡 모델의 호흡압을 인가하고, 호흡 정보를 취득한 데이터를 사용하여, 본 실시형태에서 실시되는 처리의 원리에 대해서 설명한다.
연속류 5 LPM, 호흡 모니터링 장치 (4) 의 하류측으로 연장 튜브를 20 m 접속했을 때에 취득한 데이터군을 도 4, 도 5, 도 6 에 나타낸다. 연속류란, 농축 산소 가스 공급 방식의 하나로서, 연속적으로 일정 유량의 농축 산소 가스를 공급하는 방식이다.
도 4 는, 연속류 5 LPM, 연장 튜브를 20 m 접속했을 때의 환자의 호흡 정보와 PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 PSA 압 데이터를 포함한 압 데이터를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 연속류 5 LPM, 연장 튜브를 20 m 접속했을 때의 환자 호흡이 없는 경우, 혹은 호흡 성분을 제거한 후의 PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 PSA 압 데이터를 나타내는 도면이다.
PSA 식 산소 농축 장치에 의한 PSA 압이란, 상기 서술한 PSA 식 산소 농축 장치 (1) 에 의해서 산소를 생성할 때에 발생되는 PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 흡착통 주기에 수반하는 주기적인 압 변화이다. 따라서, PSA 압의 파형의 주기는 PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 흡착통 전환 주기와 일치한다.
도 6 은, 도 4 의 성분 내지 도 5 의 성분을 소프트웨어에 의해 차분 처리를 한 결과를 나타내는 도면이다. 차분 처리란, 임의 시각에 있어서의 양 데이터의 차를 계산하는 처리이다. 차분 처리에 의해서, PSA 압 성분을 제거하고, 환자 호흡 모델의 호흡압을 검출할 수 있다. 이와 같이, 소프트에 의한 차분 처리를 행함으로써, 호흡 모니터링 장치 (4) 는, PSA 식 산소 농축 장치 (1) 로부터 비강 캐뉼라와 연장 튜브 20 m 를 개재하여 산소를 연속적으로 5 LPM 흡입하고 있는 상황하에서도 환자의 호흡 정보가 취득 가능하다.
PSA 압 성분 등의 변동치 데이터를 제거하여, 환자 호흡 정보 데이터를 추출할 때에는, 특허문헌 6 에 기재되는, 산소 농축 장치 자체의 압력 변동을 미리 계측하여, 기억해 놓고, 검출된 압력 파형으로부터 빼는 방법에 따라도 되고, 아래에 상세히 서술하는 바와 같이, 리얼타임으로 계측한 것을 빼는 방법에 따라도 된다.
PSA 식 산소 농축 장치가, 적어도 총 운전 시간의 일부의 기간, 단일한 주기 T 에서 가압·감압을 전환하는 경우, 연산부 (722) 는, 어느 시간 t 에 있어서의 압력은 유량치 Y(t) 와, Y(t) 및 Y(t-T), Y(t-2T),···, Y(t-nT) (n 은 미리 결정된 임의의 정수) 를 평균화 처리한 값 X(t) 의 차분을 산출하여 호흡 정보를 추출한다. PSA 압 성분이 제거된 원래의 호흡 파형을 잘 재현할 수 있다.
도 7 은, 상기 연산 처리의 개념도이다. (Ⅰ) 은 호흡 파형, (Ⅱ) 는 PSA 파형의 모델 파형이다. T 는 PSA 파형의 주기이고, 이것은 흡착통의 전환 주기와 일치한다. (Ⅲ) 은, (Ⅰ) 과 (Ⅱ) 를 가산한 파형이고, 배관부에서 측정되는 압력에 상당한다. (Ⅳ) 는, (Ⅲ) 을 주기 T 마다 분할하여 중첩한 것이다. 호흡의 주기와 PSA 의 주기가 완전히 일치하지 않는 한, 주기 T 로 절취한 파형에서는 호흡 파형은 랜덤하게 나타난다. (Ⅴ) 는 (Ⅳ) 에서 중첩한 파형을 평균화 처리한 것이다. 즉, 측정되는 압력 데이터 및/또는 기체 유량 데이터 (Ⅲ) 에 기초하여, PSA 식 산소 농축 장치의 동작에 의해서 발생되는 산소 농축 가스의 주기적인 압력 변화 및/또는 유량 변화를 나타내는 변동치 데이터 X(t) 가, 중첩하여 평균함으로써 추정된다 (Ⅴ).
일례에서는, T 를 1 주기로 하여 5 주기분의 단순 이동 평균을 취한다. (Ⅵ) 은 (Ⅲ) 의 파형의 마지막 T 부분에서 (Ⅴ) 를 뺀 파형이다. 원래의 호흡 파형 (Ⅰ) 이 높은 정밀도로 재현되어 있는 것을 알 수 있다. T 의 선택 방식은, 복수의 흡착통 중 1 개의 흡착통이 컴프레서와 연통되어 있는 상태가 시작되고 나서, 다른 흡착통이 컴프레서와 연통되는 상태로 전환될 때까지의 시간을 T 로 해도 된다. T 의 선택 방식은, 1 개의 흡착통이 컴프레서와 연통되는 상태가 시작되고 나서, 다른 흡착통이 컴프레서와 연통되는 상태를 거쳐, 다시 최초의 흡착통이 컴프레서에 연통되는 상태로 전환될 때까지를 T 로 해도 된다. 나아가서는, T 의 선택 방식은 각각의 전환 시간의 배수를 T 로 해도 된다.
또, 산소 농축 가스의 주기적인 압력 변화 및/또는 유량 변화로 추정되는, 중첩되어 평균된 변동치 데이터 X(t) 를 나타내는 (Ⅴ) 의 계산을 하는 데에 있어서, 상기에서는 5 주기분의 이동 평균을 취했지만, 평균 방식은 다른 방법이어도 된다. 일반적으로는, (Ⅴ) 의 스텝에서 계산하는 평균치 X(t) 는 아래의 수식으로 나타낸다. 또한, 본원 전체를 통해서, i 는 허수를 나타내는 것이 아니고, 단순히 정변수 i 를 나타내는 것으로 한다.
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단, X(t) 는 시간 t 에 있어서의 평균화 처리 후의 값이고, Y(t) 는 시간 t 에 있어서의 압력의 실측치이다. 또, ai 는 가중 평균에 있어서의 가중의 계수이고 임의의 실수를 선택할 수 있다. n 은 평균을 취하는 Y 의 개수를 나타낸다. 예를 들어 n ＝ 4 로 하고, a0 ∼ a4 를 1 로 하면, 도 6 의 계산과 동일해진다. 또, ai ＝ e-bi (b 는 임의의 양의 실수) 로 하고, n ＝ ∞ 로 하면 지수 평활 평균으로 할 수 있다.
실제의 계산에서는 무한대를 취급하기가 어렵기 때문에, X(t) 는 X(t) ＝ (1 - e-b)Y(t) ＋ e-bX(t - T) 등과 같이 축차적으로 계산에 의해서 점근치를 얻는다. n 및 ai 를 적절히 선택함으로써, FIR (Finite Impulse Response) 필터와 같은, 보다 수렴이 빠른 평균화 처리도 가능하다.
식 (1) 은 언뜻 보았을 때, 단순히 Y(t) 의 시간 평균을 수치 계산적으로 구하는 식으로 보인다. 통상적인 시간 평균에서는 T 로서 Y(t) 의 변동 주기에 대해서 충분히 작은 값을 선택하는 것에 비해서, 본 실시형태에서는 T 로서 PSA 프로세스의 흡탈착 주기를 기본으로 선택하는 것이 중요하다. 이것은, 단순히 측정치 Y(t) 를 시간적으로 평균화 처리하는 것이 아니라, 주기 T 에 걸치는 Y(t) 의 파형을 하나의 단위로서, T 의 정수배의 시간만큼 거슬러 올라간 파형의 평균치를 취하는 것을 의미한다. 파형의 평균치를 취함으로써, T 의 간격으로 주기적으로 나타나는 특성을 갖는 PSA 압을 높은 정밀도로 추정하는 것이 가능해진다.
본 예는 호흡수 계측 방법으로서, 압력을 측정하는 방법을 나타냈지만, 실제로는 압력의 변동에 수반하여, 배관을 흐르는 유량도 변화하기 때문에, 압력 대신 유량을 측정하는 방법도 사용할 수 있다. 또, 장치의 운전 조건이나 환경 조건에 따라서 압력치와 유량치를 조합하거나, 혹은 전환하여 측정하는 방법도 이용할 수 있다.
연산 처리에 의해서 취득한 호흡 정보는, 압력이나 유량 등의 호흡의 리얼 타임의 정보를 파형으로서 나타낸, 말하자면 생 (生) 데이터이다. 이 데이터를 그대로 기록하거나, 혹은 송신해도 되지만, 데이터량이 방대해지는 데다가, 해석에도 시간이 걸린다. 그 때문에, 호흡 모니터링 장치 (4) 내부에서, 호흡수 데이터를 자동적으로 산출한 다음, 기록 및/또는 송신하는 것이 바람직하다.
예시한 바와 같이, 검출할 수 있는 호흡 파형은, 기류에 의한 압력 변동이나 캐뉼라의 흔들림 등에 수반되는 노이즈 성분이 많다. 압력이 하강에서 상승으로 전환되는 타이밍을 산출하는 피크 검출이나, 임계치 이상의 값이 된 타이밍을 검출하는 방법에서는, 적절히 호흡 주기, 호흡수를 산출할 수 없다.
예를 들어, 도 6 에 있어서는, 카운트해야 할 호흡 파형은, 도면 중에 a1, a2, a3 으로 나타나는 피크 및 그 직후에 나타나는 골로서 나타나 있고, 그 이외의 부분은 노이즈 성분이다. 압력이 상승에서 하강으로 전환되는 타이밍으로서 이 피크를 검출하려고 해도, 도면 중의 b 부분을 검출해 버릴 가능성이 높다.
[호흡수 추정 처리]
어느 일정한 임계치 이상을 피크로서 판단하는 방법이어도, 임계치를 X 로서 설정한 경우에는, a2 와 같은 낮은 피크를 검출할 수 없게 될 가능성이 있고, Y 로 설정한 경우에는, 노이즈 성분 b 를 피크로서 검출해 버릴 가능성이 있다. 여기에서는 3 호흡분 정도밖에 파형을 나타내고 있지 않지만, 실제의 파형에서는 여기에서 나타낸 이상으로 피크나 노이즈 성분의 높이가 제각각일 가능성이 있어, 피크를 확실하게 파악하여, 노이즈를 확실하게 제거할 수 있는 임계치의 설정은 매우 곤란하다.
발명자는 예의 검토한 결과, 상기한 방법이 아니라, 원래의 파형과, 그곳으로부터 시간 Δt 만큼 이동시킨 파형의 자기 상관 계수를 구하고, Δt 를 변화시켜 자기 상관 계수가 피크가 되는 Δt 를 구함으로써, 호흡수를 높은 검출력으로 검출할 수 있는 것을 알아내었다. 발명자는 환자 호흡 정보로부터 소정 시간당 호흡수를 추정하는 호흡수 추정 방법을 알아내었다.
자기 상관 계수 R 은, 아래와 같은 계산식으로 산출 가능하다.
Figure pct00002
여기서, Δt 는 시간의 이동량, t0 은 데이터의 취득 간격, n 은 1 회의 자기 상관 계수의 계산에 사용하는 데이터수, f(t) 는 시각 t 에 있어서의 호흡 정보 데이터의 값으로서, 이 계산에서는 t0 의 간격으로 n 개 취득한다. μ, σ 는, f(t) 의 평균치 및 표준 편차이지만, 실제의 계산상에서는 취득된 n 개의 f(t) 의 값의 평균, 표준 편차를 사용해도 된다. 또, 본 실시형태의 자기 상관 계수의 산출 방법은 일례이고, 다른 자기 상관 계수의 산출 방법이어도 된다.
또한, 본 실시형태에서 산출하는 자기 상관 계수 R 에는, 정규화 계수
Figure pct00003
를 곱함으로써, 값을 -1.0 ∼ ＋ 1.0 의 범위로 규정하고 있다.
정규화 계수를 곱한 상기 식을 이용하여, 도 6 에서 나타낸 산출한 파형과, 시간 Δt 만큼 시간축을 따라서 원파형을 이동시킨 파형의 자기 상관 계수의 계산 결과를 Δt 에 대해서 플롯하여 작성한 그래프가 도 8 이다. 자기 상관 계수는 Δt ＝ 0 부터, t0 씩 증가시킬 때마다 계산하고, Δt ＝ 0 은 원파형끼리의 상관이 되기 때문에 1 이 된다. 그 후, 높은 상관을 갖는 점으로서 점 P1 및 점 P2 가 구해진다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 생 (生) 의 호흡 정보 데이터에서는 임계치나 피크 검출에 의해서 호흡 주기를 판단하기 어려웠던 파형이, 자기 상관 계수를 구함으로써 용이하게 호흡 주기를 구할 수 있는 것을 알 수 있다.
자기 상관 계수의 계산에 사용하는 f(t) 의 데이터 구간은 산출해야 할 호흡 주기의 범위로부터 정해진다. 발명자가 예의 검토한 결과, f(t) 의 데이터 구간은 산출해야 할 최저의 호흡 주기에 대해서 2 배 이상이 필요한 것을 알 수 있었다. 일반적인 성인의 호흡수는 1 분간에 12 ∼ 20 회 정도이고, 이것은 호흡 주기 3 ∼ 5 초 정도에 상당한다. f(t) 의 데이터 구간은 5 초 × 2 ＝ 10 초는 필요한 것을 알 수 있었다.
자기 상관 계수의 피크를 판정하기 위한 자기 상관 계수의 임계치로는, 적어도 0.3 이상, 바람직하게는 0.3 이상 0.7 이하 사이로 설정할 필요가 있다는 것이 판명되었다. 그 이하의 임계치에서는 노이즈나 베이스 라인의 흐트러짐 등에 의한 우발적인 자기 상관치의 상승을 피크로 잘못 판정할 가능성이 증가하고, 그 이상의 임계치에서는 호흡 주기에 의한 자기 상관치의 상승을 놓칠 가능성이 높은 것을 알 수 있었다.
호흡수는 자기 상관 계수가 일정한 값 이상 또한 피크값을 취했을 때의 Δt 의 값의 호흡 간격의 역수에 의해서 산출된다. 도 8 에서 최초의 피크의 점 P1 에 있어서의 Δt 가 호흡 간격이 되고, 1 분간을 호흡 간격으로 나누면 1 분당 호흡수가 된다. 1 분당 호흡수 (bpm) 는, 아래의 식으로 유도된다.
1 분당 호흡수 (bpm) ＝ 60 초 ÷ Δt
호흡 파형에 따라서는, 도 8 과 같이 일정한 값 이상의 피크가 복수 점 존재하는 경우도 있지만, 우측의 피크 P2 는 Δt 를 복수 호흡분 이동시켰을 때에 나타나는 배 주기의 피크이다. 호흡수의 추정에서는 호흡의 기본 주기에 해당한다고 추측되는, 가장 왼쪽, 즉 Δt 가 가장 작은 피크 P1 을 사용해야 한다.
본 실시형태에 나타낸 계산에 의해서, 산소 농축 장치 (1) 에 접속된 호흡 모니터링 장치 (4) 에서 취득된 호흡 파형으로부터, 호흡수의 정보가 자동적으로 높은 정밀도로 산출된다.
도 9 는, 환자 호흡 정보 데이터를 추출하는 처리의 일례를 나타내는 플로 차트도이다.
도 9 에 나타내는 환자 호흡 정보 데이터를 추출하는 처리는, 기억부 (71) 에 미리 기억된 컴퓨터 프로그램에 따라서 마이크로 컴퓨터부 (7) 에서 실행된다. 검지 데이터 취득부 (721) 는, 검지부인 압력 센서 (6) 로부터, 압력 데이터 Y(t) 를 취득한다 (ST101). 연산부 (722) 는, Y(t) 의 n 주기분의 평균치 X(t) 를 산출한다 (ST102). 연산부 (722) 는, Y(t) 와 X(t) 의 차분을 취함으로써 환자 호흡 정보 데이터 f(t) 를 추출한다 (ST103). 미리 계측 기억된 PSA 압력 변동을 사용하는 경우에는, 연산부 (722) 는, ST102 의 처리를 행하지 않고, ST101 의 처리 후, ST103 으로서 Y(t) 와 미리 계측 기억한 PSA 압력 변동의 차분을 취함으로써 환자 호흡 정보 데이터 f(t) 를 추출한다.
호흡 모니터링 장치 (4) 가 가동 중에, 호흡수를 추정하는 처리는 반복하여 행해지고, 예를 들어 압력 Y(t) 의 측정 데이터가 t0 의 간격으로 n 개 취득될 때마다, 환자 호흡 정보 데이터 f(t) 가 추출되고, 갱신된다. 환자 호흡 정보 데이터 f(t) 는 소정의 간격으로 추출되고, 갱신되어도 된다.
도 10 은, 환자 호흡 정보 데이터에 기초하여, 호흡수를 추정하는 처리의 일례를 나타내는 플로 차트도이다.
도 10 에 나타내는 호흡수를 추정하는 처리는, 기억부 (71) 에 미리 기억된 컴퓨터 프로그램에 따라서 마이크로 컴퓨터부 (7) 에서 실행된다. 추정부 (723) 는, 환자 호흡 정보 데이터 f(t) 의 평균치 μ 와 표준 편차 σ 를 산출한다 (ST201). 먼저, 호흡수의 유무 판정을 행하기 위해서, 후술하는 바와 같이, 추정부 (723) 는, 표준 편차 σ 의 제곱수인 분산 σ2 가 소정의 임계치 THD 이상인지의 여부를 판단한다 (ST202). 분산 σ2 가 임계치 THD 미만일 때에는 (ST202 : 아니오), 호흡수 출력부 (724) 는, 계산 불능이었던 취지를 출력하여 (ST213), 처리를 종료한다. 분산 σ2 가 임계치 THD 이상일 때에는 (ST202 : 예), 추정부 (723) 는 시간의 이동량으로서 시간 Δt 를 제로 (0) 로 설정한다 (ST203).
추정부 (723) 는, 시간 Δt 에 데이터의 취득 간격 t0 을 인크리먼트한다 (ST204). 추정부 (723) 는, 환자 호흡 정보 데이터 f(t) 의 시간 Δt 에 있어서의 자기 상관 계수 R(Δt) 를 산출한다 (ST205). 추정부 (723) 는, 산출된 자기 상관 계수 R(Δt) 를 기억부 (71) 에 기록한다 (ST206). 추정부 (723) 는, 시간 Δt 가 nt0 에 도달했는지를 판단한다 (ST207). 시간 Δt 가 nt0 에 도달하지 않았을 때에는 ST203 으로 돌아오고, 추정부 (723) 는 처리를 반복한다 (ST207 : 아니오).
시간 Δt 가 nt0 에 도달했을 때에는 (ST207 : 예), 추정부 (723) 는 기억부 (71) 에 기억되어 있는 자기 상관 계수 R(Δt) 를 판독한다 (ST208). 추정부 (723) 는, 판독된 자기 상관 계수 R(Δt) 를 비교하여, 최대가 되는 자기 상관 계수 R(Δt) 가, 즉 피크가 되는 자기 상관 계수 R(Δt) 가 있는지의 여부를 판단한다 (ST209). 구체적으로는, Max(R(Δt)) 가 소정의 임계치 THC 이상인지의 여부가 판단된다.
최대가 되는 자기 상관 계수 Max(R(Δt)) 가 소정의 임계치 THC 이상일 때 (ST209 : 예), 추정부 (723) 는 최대가 되는 자기 상관 계수 Max(R(Δt)) 의 시간 Δt 를 호흡 간격으로 설정한다 (ST210). 또한, 추정부 (723) 는, 호흡 간격 Δt 로부터 호흡수를 추정한다 (ST211). 호흡수 출력부 (724) 는 호흡수 신호를 출력하고 (ST212), 처리는 종료된다. 예를 들어, 호흡수 신호가 입력된 표시부 (8) 는 호흡수를 표시한다.
최대가 되는 자기 상관 계수 Max(R(Δt)) 가 소정의 임계치 THC 미만일 때에는 (ST209 : 아니오), 호흡수 출력부 (724) 는 계산 불능이었던 취지를 출력하고 (ST213), 처리를 종료한다. 호흡 모니터링 장치 (4) 가 가동 중에, 호흡수를 추정하는 처리는 반복하여 행해지고, 호흡 모니터링 장치 (4) 는 호흡수를 갱신하여, 표시부 (8) 에 표시할 수 있다. 표시부 (8) 에 대한 표시는, 소정의 간격으로 행해져도 된다.
호기 흡기에 기초하는, 예를 들어 압력에 관련되는 정보의 변화를 나타내는 환자 호흡 정보 데이터 f(t) 는, 호흡 이외의 작은 노이즈밖에 들어 있지 않을 경우, 우연히 일정 주기로 자기 상관 계수가 높아져 버리는 경우가 있다. 그래서, 환자 호흡 정보 데이터 f(t) 의 분산에 의한 판정을 부가함으로써, 호흡이 들어 있을지도 모른다고 판단할 수 있는 레벨의 크기의 파가 없을 때에는, 산출부 (725) 는 호흡수를 산정하지 않도록 하여 보다 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 호흡의 유무의 판정은, 환자 호흡 정보 데이터 f(t) 의 분산에 의한 판정을 예시했지만, 다른 판정 방법을 사용해도 된다.
호흡 정보 데이터 f(t) 의 분산 σ2 는 다음 식으로 계산된다.
Figure pct00004
여기서, n 은 1 회의 자기 상관 계수의 계산에 사용하는 데이터수, f(t) 는 시각 t 에 있어서의 호흡 정보 데이터의 값이고, μ, σ2 는, f(t) 의 평균치 및 분산이다.
일례로서, PSA 식 산소 농축 장치의 경우의 분산 판정의 임계치는,
호흡수 8 미만의 경우 : σ2 ≥ 18 (㎩2)
호흡수 8 ∼ 10 의 경우 : σ2 ≥ 18 (㎩2)
호흡수 11 이상의 경우 : σ2 ≥ 7 (㎩2)
이지만, 사용하는 산소 공급 장치에 의해서 값이 상이할 가능성이 있다. 호흡수 등의 파라미터에 따라서 편차가 있기 때문에, 분산 판정의 임계치는, 사용하는 산소 공급 장치에 따라서 적절히 설정할 필요가 있다.
일례로서, 호흡수 8 미만인 경우의 호흡 정보 데이터 f(t) 의 분산 σ2 의 제 1 임계치 THD1 은 THD1 ＝ 18, 호흡수 8 ∼ 10 인 경우의 호흡 정보 데이터 f(t) 의 분산 σ2 의 제 2 임계치 THD2 는 THD2 ＝ 18, 호흡수 11 이상인 경우의 호흡 정보 데이터 f(t) 의 분산 σ2 의 제 3 임계치 THD3 은 THD3 ＝ 7 로 한다. 호흡 정보 데이터 f(t) 가 분산 σ2 의 임계치 이상일 경우, 호흡의 유무의 판정이 행해진다.
상기 서술한 호흡수의 추정에 더하여, 산소 공급 장치 (1) 의 실질적인 사용 시간이 계측되고, 계측된 시간과 처방된 흡입 시간을 비교할 수 있다면 치료에 유익하다. 그래서, 호흡 모니터링 장치 (4) 는, 아래의 호흡 모니터링 처리를 행한다.
[호흡 모니터링 처리]
호흡 정보 데이터 f(t) 로부터 추정한 호흡수가 호흡으로서 적정한 범위 (예를 들어, 8 ∼ 50 bpm) 였을 경우, 호흡 모니터링 장치 (4) 는, 호흡 유 및 산소 공급 장치 (1) 의 사용 유로 판정한다. 호흡수가 0, 또는 산출 불능이었을 경우, 호흡 모니터링 장치 (4) 는 호흡 무 (無) 및 산소 공급 장치 (1) 의 사용 무로 판정한다. 호흡수가 0 이외이고, 호흡으로서 적정한 범위 (예를 들어, 8 bpm 미만, 또는 50 bpm 보다 많음) 에 없을 경우, 호흡 모니터링 장치 (4) 는, 호흡 무이고 산소 공급 장치 (1) 의 사용 유로 판정한다.
산소 공급 장치 (1) 의 사용 유로 판정되었을 때의 계측 시간이 추정 흡입 시간이 된다. 결과적으로, 호흡 유로 판정되었을 때의 계측 시간뿐만 아니라, 산소 공급 장치 (1) 의 사용 유로 판정되었을 때의 계측 시간이 편입되어짐으로써, 누적된 추정 흡입 시간은, 산소 공급 장치 (1) 의 실질적인 사용 시간이 된다.
표 1 은, 상기 서술한 호흡수 판정 처리를 나타내는 표이다.
Figure pct00005
도 11 은, 호흡 정보 데이터에 기초하는, 호흡 모니터링 처리의 일례를 나타내는 플로 차트도이다.
도 11 에 나타내는 호흡 모니터링 처리는, 기억부 (71) 에 미리 기억된 컴퓨터 프로그램에 따라서 마이크로 컴퓨터부 (7) 에서 행해진다. 또한, 호흡 모니터링 처리는, 일정 기간마다 (예를 들어, 15 초마다) 1 회 행하고, 기간 경과 후에 갱신된다.
산출부 (725) 는, 호흡 정보 데이터 f(t) 의 분산 σ2 와 자기 상관 계수 R(Δt) 를 기억부로부터 판독한다 (ST301). 판정부 (726) 는, 자기 상관 계수 R(Δt) 의 최대치가 소정의 임계치 THC 이상인지의 여부를 판정한다 (ST302). 판정부 (726) 는, 소정의 임계치 THC 미만일 때에는 (ST302 : 아니오), 호흡 무이며 또한 산소 공급 장치의 사용자 무로 판정하고 (ST303), 처리를 종료한다.
소정의 임계치 THC 이상일 때에는 (ST302 : 예), 산출부 (725) 는, 자기 상관 계수 R(Δt) 의 최대치가 되는 시간 Δt 를 호흡 간격으로 하고, 1 분당 호흡수 B (bpm) ＝ 60 초 ÷ Δt 로 하여 추정한다 (ST304).
다음으로, 판정부 (726) 는, 호흡수 B 가 8 미만인지의 여부를 판정한다 (ST305). 호흡수 B 가 8 미만이었을 때에는 (ST305 : 예), 판정부 (726) 는, 분산 σ2 가 제 1 임계치 THD1 이상인지의 여부를 판정한다 (ST306).
분산 σ2 가 제 1 임계치 THD1 미만일 때에는 (ST306 : 아니오), 판정부 (726) 는, 호흡 무, 사용자 무로 판정하고 (ST307), 처리를 종료한다. 분산 σ2 가 제 1 임계치 THD1 이상일 때에는 (ST306 : 예), 판정부 (726) 는, 호흡 무, 사용자 유로 판정한다 (ST308). 계측부 (727) 는, 산소 공급 장치 (1) 의 사용자 유로 판정되어 있는 기간을 계측한다 (ST309). 예를 들어, 계측 기간은 소정의 모니터링 기간이다. 출력부 (728) 는, 계측된 기간을 가산한 누적 측정 결과를 출력하고 (ST310), 처리를 종료한다.
호흡수 B 가 8 이상일 때에는 (ST305 : 아니오), 추가로, 판정부 (726) 는, 호흡수 B 가 11 미만인지의 여부를 판정한다 (ST311). 호흡수가 11 미만일 때에는 (ST311 : 예), 판정부 (726) 는, 분산 σ2 가 제 2 임계치 THD2 이상인지의 여부를 판정한다 (ST312).
분산 σ2 가 제 2 임계치 THD2 미만일 때에는 (ST312 : 아니오), 판정부 (726) 는, 호흡 무, 사용자 무로 판정하고 (ST313), 처리를 종료한다. 분산 σ2 가 제 2 임계치 THD2 이상일 때에는 (ST312 : 예), 판정부 (726) 는, 호흡 유, 사용자 유로 판정한다 (ST314). 계측부 (727) 는, 산소 공급 장치 (1) 의 사용자 유로 판정되어 있는 기간을 계측한다 (ST315). 출력부 (728) 는, 계측된 기간을 가산한 누적 측정 결과를 출력하고 (ST310), 처리를 종료한다.
호흡수 B 가 11 이상일 때에는 (ST311 : 아니오), 추가로 판정부 (726) 는, 분산 σ2 가 제 3 임계치 THD3 이상인지의 여부를 판정한다 (ST316).
분산 σ2 가 제 3 임계치 THD3 미만일 때에는 (ST316 : 아니오), 판정부 (726) 는, 호흡 무, 사용자 무로 판정하고 (ST317), 처리를 종료한다. 분산 σ2 가 제 3 임계치 THD3 이상일 때에는 (ST316 : 예), 추가로 판정부 (726) 는, 호흡수 B 가 50 이하인지의 여부를 판정한다 (ST318). 호흡수 B 가 50 이하였을 때에는 (ST318 : 예), 판정부 (726) 는, 호흡 유, 사용자 유로 판정한다 (ST319). 계측부 (727) 는, 산소 공급 장치 (1) 의 사용자 유로 판정되어 있는 기간을 계측한다 (ST320). 출력부 (728) 는, 계측된 기간을 가산한 누적 측정 결과를 출력하고 (ST310), 처리를 종료한다.
호흡수 B 가 50 을 초과할 때에는 (ST318 : 아니오), 판정부 (726) 는, 호흡 무, 사용자 유로 판정한다 (ST321). 계측부 (727) 는, 산소 공급 장치 (1) 의 사용자 유로 판정되어 있는 기간을 계측한다 (ST322). 출력부 (728) 는, 계측된 기간을 가산한 누적 측정 결과를 출력하고 (ST310), 처리를 종료한다.
본 실시예에서는, 호흡 모니터링 처리는, 일정 기간마다 (예를 들어, 15 초마다) 1 회 행했는데, 예를 들어, 호흡 모니터링 결과에 관련하여 계측 기간을 변동시켜도 된다.
표시부 (8) 는, 출력부 (728) 로부터 출력된 누적 측정 결과에 기초하여, 누적 측정 결과를 표시할 수 있다. 또한, 호흡수를 표시해도 된다.
송신부 (9) 는, 출력부 (728) 로부터 출력된 누적 측정 결과를 외부에 송신할 수 있다. 또한, 호흡수를 송신해도 된다. 외부에 대한 송신처는, 예를 들어, 서버, 휴대 정보 단말, 또는 서버 및 휴대 정보 단말의 양방이다. 출력부 (728) 로부터 출력된 누적 측정 결과를 기억부 (71) 에 일시적으로 기억시켜 놓고, 예를 들어, 일정한 간격, 또는 임의의 타이밍에 외부에 송신해도 된다.
외부 기억부 (10) 는, 출력부 (728) 로부터 출력된 누적 측정 결과를 기억 매체, 예를 들어, SD 카드에 기억시킬 수 있다. 외부 기억부 (10) 는, 호흡수를 기억해도 된다. 기억 매체에 기억된 누적 측정 결과를, 예를 들어, 일정한 간격, 또는 임의의 타이밍에 외부에 송신해도 된다.
출력부 (728) 로부터 출력된 누적 측정 결과의 이용은, 이상의 예에 한정되지 않고 여러 가지 실시형태에서의 이용이 가능하다.
본 실시형태에서는, 호흡 모니터링 장치 (4) 와 함께 사용되는 산소 공급 장치 (1) 로서, PSA 식 산소 농축 장치를 예로 설명했지만, 다른 예로서, 호흡 모니터링 장치 (4) 와 함께 사용되는 산소 공급 장치로는, 산소 봄베, 액체 산소, 산소 농축 장치여도 된다.
본 실시형태에 관련된 호흡 모니터링 장치 (4) 에 의하면, 산소 공급 장치와 조합하여, 산소 공급 장치의 실질적인 흡입 시간을 계측하고, 출력, 송신, 표시 또는 기록을 행할 수 있다.
[모니터링 표시]
호흡 모니터링 장치 (4) 는, 호흡 모니터링 처리에 의해서, 산소 공급 장치와 조합하여, 산소 공급 장치의 실질적인 흡입 시간인 추정 흡입 시간, 즉 누적 측정 결과의 시간을 표시부 (8) 에 의해서 표시할 수 있다. 산소 공급 장치의 운전 시간과 추정 흡입 시간과 동시에 표시부 (8) 에 표시함으로써, 산소 공급 장치의 운전 관리자는, 처방에 따른 산소 요법의 실시가 행해지고 있는지의 여부를 모니터링할 수 있어, 산소 공급 장치의 환자에 대한 적정 사용이 도모된다.
도 12 는, 호흡 모니터링 표시 화면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 12 에 나타내는 호흡 모니터링 표시 화면 (120) 의 표시는, 기억부 (71) 에 미리 기억된 컴퓨터 프로그램에 따라서 마이크로 컴퓨터부 (7) 의 표시 제어부 (729) 가 표시부 (8) 를 제어함으로써 행해진다. 호흡 모니터링 표시 화면 (120) 의 상단 1201 에는, 산소 공급 장치가 가동하고 있는 시간인 운전 시간이, 전날의 운전 시간 1202 와 주의 운전 시간 1203 으로서 표시된다. 하단 1204 에는, 산소 공급 장치의 실질적인 흡입 시간인 추정 흡입 시간이, 전날의 추정 흡입 시간 1205 과 주의 추정 흡입 시간 1206 으로서 표시된다.
표시 제어부 (729) 는, 기억부 (71) 에 기억된 모니터링 표시용 화상 (715) 을 사용하여 백그라운드 화상을 표시하도록 표시부 (8) 를 제어한다.
산소 공급 장치인 PSA 식 산소 농축 장치 (1) 의 운전 시간의 데이터는, 마이크로 컴퓨터부 (7) 의 운전 데이터 취득부 (730) 에 의해서 PSA 식 산소 농축 장치 (1) 로부터 취득되고, 기억부 (71) 에 운전 데이터 파일 (714) 로서 기억되어 있다. 표시 제어부 (729) 는, 운전 데이터 파일 (714) 을 사용하여 전날의 운전 시간 1202 와 주의 운전 시간 1203 을 표시하도록 표시부 (8) 를 제어한다.
호흡 모니터링 처리에 의해서 구해진 누적 측정 결과는, 기억부 (71) 에 누적 측정 결과 데이터 파일 (713) 로서 기억되어 있다. 표시 제어부 (729) 는, 누적 측정 결과 데이터 파일 (713) 을 사용하여, 전날의 추정 흡입 시간 1205 와 주의 추정 흡입 시간 1206 을 표시하도록 표시부 (8) 를 제어한다.
도 12 에 나타내는 호흡 모니터링 표시 화면 (120) 은 일례로서, 호흡 모니터링 장치 (4) 는, 예를 들어, 전날의 운전 시간과 추정 흡입 시간을, 오늘의 운전 시간과 추정 흡입 시간 대신에 표시해도 된다. 호흡 모니터링 장치 (4) 는, 운전 시간과 추정 흡입 시간 외에, 예를 들어 마이크로 컴퓨터부 (7) 의 입력부를 사용하여, 기억부 (71) 에 기억된 처방된 흡입 시간을 표시부 (8) 에 동시에 표시시켜도 된다. 처방된 흡입 시간을 추정 흡입 시간과 동시에 표시시킴으로써, 산소 공급 장치의 운전 관리자는 처방된 흡입 시간과의 비교를 용이하게 할 수 있다.
산업상 이용가능성
당업자는 본 발명의 정신 및 범위에서 벗어나지 않고, 여러 가지 변경, 치환, 및 수정을 이것에 더할 수 있음을 이해하기 바란다.
1 : PSA 식 산소 농축 장치
2 : 배관
3 : 캐뉼라
4 : 호흡 모니터링 장치
5 : 오리피스
6 : 압력 센서
7 : 마이크로 컴퓨터부
71 : 기억부
713 : 누적 측정 결과 데이터 파일
714 : 운전 데이터 파일
715 : 모니터링 표시용 화상
72 : 처리부
721 : 검지 데이터 취득부
722 : 연산부
723 : 추정부
724 : 호흡수 출력부
725 : 산출부
726 : 판정부
727 : 계측부
728 : 출력부
729 : 표시 제어부
730 : 운전 데이터 취득부
8 : 표시부
9 : 송신부
10 : 외부 기억부

Claims (8)

  1. 고 산소 농도 가스를 송출하는 산소 공급 장치와 함께 사용되는 호흡 모니터링 장치로서,
    호기 흡기에 기초하는, 압력, 유량, 및, 기체 온도 중 적어도 하나의 호흡에 관련되는 정보의 변화를 검지하는 검지부와,
    상기 호흡에 관련되는 정보의 변화에 기초하여, 호흡수의 산출을 행하는 산출부와,
    상기 호흡수에 기초하여, 호흡의 유무, 및, 상기 산소 공급 장치의 사용자 유를 판정하는 판정부와,
    상기 판정부의 판정 결과에 기초하여, 산소 공급 장치의 사용자의 유로 판정되어 있는 기간을 계측하는 계측부와,
    상기 기간의 누적 측정 결과를 출력하는 출력부를 갖는 것을 특징으로 하는 호흡 모니터링 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 판정부는, 상기 호흡수가 0 인 경우 또는 산출 불능인 경우 이외에는 산소 공급 장치의 사용자 유로 판정하고, 상기 호흡수가 소정 범위 내인 것으로 산출된 경우에 호흡 유로 판정하는, 호흡 모니터링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소정 범위는 8 ∼ 50 bpm 인, 호흡 모니터링 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소 공급 장치의 운전 시간, 및, 상기 기간의 누적 측정 결과를 동일 화면 내에 표시 가능한 표시부를 추가로 갖는, 호흡 모니터링 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소 공급 장치는 산소 농축 장치인, 호흡 모니터링 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 검지부는, 호기 흡기에 기초하는 압력의 변화를 검지하고,
    상기 산출부는, 상기 압력의 변화에 기초하여 상기 호흡수의 산출을 행하는, 호흡 모니터링 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 호기 흡기에 기초하는 압력의 변화로부터 호기 흡기에 의하지 않은 압력 변동 성분이 제거된 데이터를 사용하여 상기 호흡수의 산출을 행하는, 호흡 모니터링 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 산출부는, 상기 호기 흡기에 기초하는 압력의 변화에 기초하여 상기 산소 공급 장치의 동작에 기초하는 압력 변동 성분을 추정하고, 상기 호기 흡기에 기초하는 압력의 변화로부터 상기 압력 변동 성분이 제거된 데이터를 사용하여 상기 호흡수의 산출을 행하는, 호흡 모니터링 장치.
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