WO2006062007A1

WO2006062007A1 - 流量測定装置

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Publication number: WO2006062007A1
Application number: PCT/JP2005/021865
Authority: WO
Inventors: Yasunori Wada
Original assignee: Konica Minolta Medical & Graphic, Inc.
Priority date: 2004-12-09
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2006-06-15
Also published as: CN101072981A; JPWO2006062007A1; US20080119756A1; EP1821076A1

Abstract

管体１１の内部には、呼吸流量に応じて物理変化を生ずる可動部材１３が配置されており、管体１１と、ホルダ部とは着脱可能に構成されている。管体１１を口に当てて呼吸を開始すると、呼吸流量に応じて可動部材１３が撓む。そして、管体１１の外部に配置されたＣＣＤエリアセンサにより、管体１１を通して可動部材１３の画像データが取得され、撓み量が検出される。使用中の可動部材１３の撓み量に対応する流量データに基づいて、呼吸流量が算出される。

Description

明細書

流量測定装置

技術分野

[0001] 本発明は、流体が流れる流路における流体の流量を測定する流量測定装置に関する。

背景技術

[0002] 呼吸器疾患の検査には、 CT (Computed Tomography)、 X線撮影等を含む画像診断や血液検査と並んで、肺機能検査が重要な位置を占める。肺機能検査は、肺気腫、気管支喘息、気管支拡張症等、慢性の呼吸器疾患の場合には必ずといっていいほど行われる検査である。近年、 COPD (Chronic Obstructive Pulmonary Disease ：慢性閉塞性肺疾患)が非常に注目されており、潜在患者数は数百万人とも言われているが、この疾患の検査でも肺機能検査は非常に重要である。その他、トレーニングジム等のメディカル ·チェックにおいても、肺活量、 1回換気量、 1秒率、残気量等の測定が行われている。これらの検査に用いられるのが呼吸流量の測定装置である。

[0003] 呼吸流量測定装置としては、非分散赤外線分析法 (NDIR法)により二酸化炭素濃度を測定する方式、熱線を用いる方式等がある。また、気体が流通する通路中の層流抵抗体の前後の差圧に基づ、て流量を測定する-ユーモタコセンサも用いられている（例えば、特許文献 1参照)。また、流路途中に設けられ呼気又は吸気を渦流とする一対の偏向部材の間に回転体を設け、この回転体が渦流によって回転する回転速度と回転方向に基づいて、呼吸流量及び流速を計測する呼吸流量 ·流速計測装置が提案されている (例えば、特許文献 2参照)。

[0004] しかしながら、上記従来技術における流量測定装置は、装置構成が複雑であるため、高価な場合が多力つた。

[0005] 一般に、生体から発せられる呼気には生体内に存在するウィルス等の微生物が含まれることが多ぐ空気感染性の疾患を保有する人が呼吸流量測定装置を用いた場合、呼気が通過する流路には感染源となる菌が存在するおそれがあった。このため、一度使用した測定装置のうち呼気が通過した部分は消毒を行うか、廃棄して新しい部材に取り替えて使用することが望ましい。しかし、測定の都度、消毒を行うことは非常に煩雑であるば力りでなぐ消毒薬の消費及び廃棄に伴う経費も必要となる。一方、測定の都度、使用した部材を廃棄して新しい部材で測定する、いわゆるデイスポーザブルにするためには、測定装置を安価に構成する必要があった。呼吸流量を測定するためのセンサや計測のための高価な部材が呼気の経路に使用された場合には、これを毎回廃棄するにはコストが高くなるという不都合があった。

[0006] 特許文献 1に記載のように、通路中の層流抵抗体の前後の差圧を検出する流量計は、比較的安価に構成することが可能である力流体の流路中に圧力センサを備える必要があった。そのため、流体の主流路をデイスポーザブルにした場合でも、圧力センサを備えた部分の流路については交換せずに使用することとなり、毒性や感染性のある流体を測定する場合には問題があった。

特許文献 1 :特開平 7— 83713号公報

特許文献 2：特開 2000 - 298043号公報

発明の開示

[0007] 本発明は上記の従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、装置構成を単純化し、安価な流量測定装置を提供するとともに、安全性を確保することを課題とする。

[0008] 上記目的を達成するための、本発明の一つの態様は、流体が流れる管体と、前記管体の内部に前記流体の流れの一部又は全部を遮断する方向に配置され、前記流体の流量に応じて物理変化を生ずる可動部材と、前記管体の外部に配置され、前記可動部材の物理変化量を非接触に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記可動部材の物理変化量に基づいて、前記流体の流量を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする流量測定装置にある。

図面の簡単な説明

[0009]

[図 1]本発明の第 1の実施の形態における呼吸流量測定装置 100の概略構成図である。

[図 2] (a)は、管体 11を軸方向に切断した縦断面図である。（b)は、管体 11を径方向に切断した縦断面図である。

[図 3]管体 11及びホルダ部 12を軸方向に切断した横断面図である。

[図 4]PC20の構成を示すブロック図である。

[図 5]呼吸流量測定装置 100により実行される呼吸流量測定処理を示すフローチヤートである。

圆 6] (a)は、第 2の実施の形態の呼吸流量測定装置における管体 11aを軸方向に切断した縦断面図である。（b)は、管体 11aを径方向に切断した縦断面図である。

[図 7]管体 l id, l ieにフィルタ 15aを取り付ける他の方法を示す図である。

圆 8] (a)は、第 3の実施の形態の呼吸流量測定装置における管体 l ibを軸方向に切断した縦断面図である。（b)は、呼吸が行われる際の管体 l ibの断面図である。

[図 9]第 4の実施の形態の呼吸流量測定装置における管体 11cを軸方向に切断した縦断面図である。

[図 10]呼吸流量測定装置 100において測定した呼吸流量の測定結果を示すグラフである。

[図 11]呼吸流量測定装置 100において測定した呼吸流量の測定結果を示すグラフである。

符号の説明

100 呼吸流量測定装置

10 測定部

11, 11a, l ib, 11c 管体

12 ホノレダ咅

13, 13a, 13b, 13c 可動咅附

14 CCDエリアセンサ

15 フイノレタ

16 軸

17 スプリング

18 スプリング

20 PC 21 CPU

22 操作部

23 表示部

24 データ入力部

25 バーコード入力部

26 ROM

27 RAM

28 記憶部

30 バーコード読取手段

40 バーコード

発明を実施するための最良の形態

本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。

(1)流体が流れる管体と、前記管体の内部に前記流体の流れの一部又は全部を遮断する方向に配置され、前記流体の流量に応じて物理変化を生ずる可動部材と、前記管体の外部に配置され、前記可動部材の物理変化量を非接触に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記可動部材の物理変化量に基づいて、前記流体の流量を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする流量測定装置。

(2)項 1に記載の流量測定装置において、前記可動部材を含む管体と、前記検出手段とは着脱可能に構成されていることを特徴とする流量測定装置。

(3)項 1又は 2に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、前記可動部材を透過又は反射した電磁波を検出することにより前記可動部材の物理変化量を検出することを特徴とする流量測定装置。

(4)項 3に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、 CCDエリアセンサ、 CC Dラインセンサ、 CMOSエリアセンサ又は CMOSラインセンサであることを特徴とする流量測定装置。

(5)項 1又は 2に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、前記可動部材に対して音波を発し、前記可動部材を透過又は反射した音波を検出することにより前記可動部材の物理変化量を検出することを特徴とする流量測定装置。 (6)項 5に記載の流量測定装置において、前記音波は、超音波であることを特徴とする流量測定装置。

(7)項 1〜6のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記可動部材は、弹性体で構成されるか、又は弾性体と連結されてヽることを特徴とする流量測定装置。

(8)項 1〜7のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記可動部材のー端は、前記管体の内壁又はそれに連続する部位に固定されていることを特徴とする流量測定装置。

(9)項 1〜8のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記可動部材と、前記可動部材を含む管体とは、同類の榭脂素材で構成されてヽることを特徴とする流量測定装置。

(10)項 1〜9のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記管体の内壁は、前記可動部材の物理変化による前記可動部材の端部の動きの軌跡に沿うように構成されて！/ゝることを特徴とする流量測定装置。

(11)項 1〜： L0のいずれか一項に記載の流量測定装置において、複数の可動部材が備えられ、前記複数の可動部材のそれぞれにつ!、て予め計測された物理変化量に対応する流量データを記憶する記憶手段を備え、前記算出手段は、使用中の可動部材の物理変化量に対応する流量データに基づいて、前記流体の流量を算出することを特徴とする流量測定装置。

(12)項 11に記載の流量測定装置において、前記管体には前記複数の可動部材を個別的に識別するための識別情報が付されており、前記識別情報に基づいて前記可動部材の物理変化量に対応する流量データを特定するデータ特定手段を備えたことを特徴とする流量測定装置。

( 13)項 1〜 12の、ずれか一項に記載の流量測定装置にお、て、前記算出手段は、前記管体の軸方向における流体の双方向の流れに対する流量を算出することを特徴とする流量測定装置。

(14)項 1〜13のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記流体は呼気及び Z又は吸気であることを特徴とする流量測定装置。

(15)項 1〜14のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記管体の内部の前記可動部材の前後にフィルタを備えたことを特徴とする流量測定装置。

[0012] 次に、上記課題を解決する手段について詳しく説明する。

[0013] 上記課題を解決するために、項 1に記載の装置は、流量測定装置において、流体が流れる管体と、前記管体の内部に前記流体の流れの一部又は全部を遮断する方向に配置され、前記流体の流量に応じて物理変化を生ずる可動部材と、前記管体の外部に配置され、前記可動部材の物理変化量を非接触に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記可動部材の物理変化量に基づいて、前記流体の流量を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする。

[0014] 項 2に記載の装置は、項 1に記載の流量測定装置において、前記可動部材を含む管体と、前記検出手段とは着脱可能に構成されていることを特徴とする。

[0015] 項 3に記載の装置は、項 1又は 2に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、前記可動部材を透過又は反射した電磁波を検出することにより前記可動部材の物理変化量を検出することを特徴とする。

[0016] 項 4に記載の装置は、項 3に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、 CC Dエリアセンサ、 CCDラインセンサ、 CMOSエリアセンサ又は CMOSラインセンサであることを特徴とする。

[0017] 項 5に記載の装置は、項 1又は 2に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、前記可動部材に対して音波を発し、前記可動部材を透過又は反射した音波を検出することにより前記可動部材の物理変化量を検出することを特徴とする。

[0018] 項 6に記載の装置は、項 5に記載の流量測定装置において、前記音波は、超音波であることを特徴とする。

[0019] 項 7に記載の装置は、項 1〜6のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記可動部材は、弾性体で構成されるか、又は弾性体と連結されていることを特徴とする。

[0020] 項 8に記載の装置は、項 1〜7のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記可動部材の一端は、前記管体の内壁又はそれに連続する部位に固定されていることを特徴とする。

[0021] 項 9に記載の装置は、項 1〜8のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記可動部材と、前記可動部材を含む管体とは、同類の榭脂素材で構成されていることを特徴とする。

[0022] 項 10に記載の装置は、項 1〜9のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記管体の内壁は、前記可動部材の物理変化による前記可動部材の端部の動きの軌跡に沿うように構成されて、ることを特徴とする。

[0023] 項 11に記載の装置は、項 1〜10のいずれか一項に記載の流量測定装置において、複数の可動部材が備えられ、前記複数の可動部材のそれぞれについて予め計測された物理変化量に対応する流量データを記憶する記憶手段を備え、前記算出手段は、使用中の可動部材の物理変化量に対応する流量データに基づいて、前記流体の流量を算出することを特徴とする。

[0024] 項 12に記載の装置は、項 11に記載の流量測定装置において、前記管体には前記複数の可動部材を個別的に識別するための識別情報が付されており、前記識別情報に基づいて前記可動部材の物理変化量に対応する流量データを特定するデータ特定手段を備えたことを特徴とする。

[0025] 項 13に記載の装置は、項 1〜12のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記算出手段は、前記管体の軸方向における流体の双方向の流れに対する流量を算出することを特徴とする。

[0026] 項 14に記載の装置は、項 1〜13のいずれか一項に記載の流量測定装置において

、前記流体は呼気及び Z又は吸気であることを特徴とする。

[0027] 項 15に記載の装置は、項 1〜14のいずれか一項に記載の流量測定装置において

、前記管体の内部の前記可動部材の前後にフィルタを備えたことを特徴とする。

[0028] 次に本発明の効果について述べる。

[0029] 項 1に記載の装置によれば、管体の内部に流体の流れの一部又は全部を遮断する方向に配置され、流体の流量に応じて物理変化を生ずる可動部材の物理変化量を、管体の外部に配置された検出手段により非接触に検出し、検出された可動部材の物理変化量に基づいて流体の流量を算出するので、装置構成が単純になり、安価な流量測定装置を提供することができる。また、検出手段が管体の外部に配置されているので、流量測定装置の使用毎に管体を消毒又は交換することが容易になり、毒性や感染性のある流体を扱う場合に安全性を確保することができる。

[0030] 項 2に記載の装置によれば、可動部材を含む管体と、検出手段とが着脱可能に構成されているので、管体を簡単に交換することができ、毒性や感染性のある流体を扱う場合に安全性を確保することができる。

[0031] 項 3に記載の装置によれば、可動部材を透過又は反射した電磁波を検出することにより可動部材の物理変化量を検出することができる。

[0032] 項 4に記載の装置によれば、 CCDエリアセンサ、 CCDラインセンサ、 CMOSエリアセンサ又は CMOSラインセンサを用いて可動部材の物理変化量を検出することができる。

[0033] 項 5に記載の装置によれば、可動部材に対して音波を発し、可動部材を透過又は反射した音波を検出することにより可動部材の物理変化量を検出することができる。

[0034] 項 6に記載の装置によれば、超音波を検出することにより可動部材の物理変化量を検出することができる。

[0035] 項 7に記載の装置によれば、可動部材は、弾性体で構成されるか、又は弾性体と連結されて!、るので、流体の流量に応じて物理変化を生ずることができる。

[0036] 項 8に記載の装置によれば、可動部材の一端は、管体の内壁又はそれに連続する部位に固定されているので、可動部材の一端を支点として物理変化を生ずることができる。

[0037] 項 9に記載の装置によれば、可動部材と、可動部材を含む管体とは、同類の榭脂素材で構成されて、るので、使用後の処理が容易になる。

[0038] 項 10に記載の装置によれば、管体の内壁は、可動部材の物理変化による可動部材の端部の動きの軌跡に沿うように構成されているので、流量が多くなつた場合に流量に対する可動部材の物理変化量が小さくなることを防ぐことができる。

[0039] 項 11に記載の装置によれば、複数の可動部材のそれぞれについて予め計測された物理変化量に対応する流量データを記憶手段に記憶させておき、使用中の可動部材の物理変化量に対応する流量データに基づいて流体の流量を算出するので、各可動部材に合わせて流量を算出することができる。

[0040] 項 12に記載の装置によれば、管体には複数の可動部材を個別的に識別するための識別情報が付されており、識別情報に基づいて可動部材の物理変化量に対応する流量データを特定するので、データの入力間違いを防ぎ、各可動部材に合わせて流量を算出することができる。

[0041] 項 13に記載の装置によれば、管体の軸方向における流体の双方向の流れに対する流量を算出するので、装置構成が単純になり、安価な流量測定装置を提供することがでさる。

[0042] 項 14に記載の装置によれば、呼気及び Z又は吸気の流量を測定する流量測定装置の装置構成が単純になり、安価な流量測定装置を提供するとともに、安全性を確保することができる。

[0043] 項 15に記載の装置によれば、管体の内部の可動部材の前後にフィルタを備えることにより、流体中の塵等の浮遊物を遮るとともに、流体の局所的な流れを排除することがでさる。

[第 1の実施の形態]

以下、図面を参照して、本発明の第 1の実施の形態を説明する。ただし、図示例に限定されるものではない。

[0044] 図 1に、第 1の実施の形態における呼吸流量測定装置 100の概略構成を示す。呼吸流量測定装置 100は、測定部 10と、 PC (Personal Computer:パーソナルコンビュータ） 20と、バーコード読取手段 30と、から構成される。

[0045] 測定部 10は、管体 11及びホルダ部 12を備える。管体 11は、筒状の透明な榭脂で構成され、呼吸気が流れる流路を形成している。また、管体 11と、ホルダ部 12とは着脱可能に構成されている。ホルダ部 12と PC20とは、直接又はネットワークを介して接続されている。

[0046] また、管体 11には、後述する可動部材 13を個別的に識別するための識別情報としてのバーコード 40が貼付されて!、る。

[0047] 図 2 (a)は、管体 11を軸方向に切断した縦断面図であり、図 2 (b)は、管体 11を径方向に切断した縦断面図である。図 2 (a)及び (b)に示すように、管体 11の内部には、呼吸気の流れの一部を遮断する方向に可動部材 13が配置されており、可動部材 1 3の一端は管体 11の内壁に固定されている。可動部材 13は、可撓性を有する榭脂等の弾性体力構成されており、呼吸気の流量に応じて橈む。変形の度合いは可動部材 13の弾性力、変形による流路の開口度、気流の流れの変化等により決められる。弾性力は可動部材 13の厚みや形状、素材材質等により決まる。ただし、気流がある流量である場合には、それに対応する橈み量が一定であるように設定することが可能である。また、可動部材 13と、管体 11とは、同類の榭脂素材で構成されることが望ましい。ここで、同類とは、リサイクルマークとして同じマークを用いることができるものをいう。

[0048] 例えば、呼気の流量を測定する場合には、管体 11に呼気を吹き込むことにより、図 2 (a)の矢印 a方向の空気の流れが生じる。この流れにより、可動部材 13が矢印 b方向に橈む。吸気の流量を測定する場合には、管体 11から吸気を吸い込むことにより、図 2 (a)の矢印 c方向の空気の流れが生じる。この流れにより、可動部材 13が矢印 d 方向に橈む。この可動部材 13の物理変化量、すなわち橈み量を検出することにより、呼吸流量の測定が可能となる。なお、本発明において、物理変化とは、物体の形状の変形だけでなぐ物体の移動又は回転等の変位も含むこととする。

[0049] 図 3は、管体 11及びホルダ部 12を軸方向に切断した横断面図である。図 3に示すように、ホルダ部 12には、透明な管体 11を通して可動部材 13を撮像するための CC Dエリアセンサ 14が設けられている。 CCDエリアセンサ 14は、可動部材 13の橈み量を光学的に検出する。

[0050] 図 4に、 PC20の構成を示すブロック図を示す。図 4に示すように、 PC20は、 CPU ( Central Processing Unit) 21、操作部 22、表示部 23、データ入力部 24、バーコード入力部 25、 ROM (Read Only Memory) 26、 RAM (Random Access Memory) 27、記憶部 28を備える。 PC20は、 PDA (Personal Digital Assistants :携帯端末）であってもよい。

[0051] CPU21は、操作部 22から入力される各種指示に従って、 ROM26に記憶されている各種プログラムの中から指定されたプログラムを RAM27のワークエリアに展開し、上記プログラムとの協働によって各種処理を実行し、その処理結果を RAM27の所定の領域に格納する。

[0052] 具体的には、 CPU21は、バーコード読取手段 30により読み取られたバーコード情報に基づいて、記憶部 28に記憶されている可動部材 13の橈み量に対応する流量データを特定する。

[0053] また、 CPU21は、 CCDエリアセンサ 14から出力される画像データを画像解析することにより得られた可動部材 13の橈み量に基づいて、呼吸気の流量を算出する。この時、 CPU21は、バーコード情報に基づいて特定された可動部材 13の橈み量に対応する流量データに基づいて、呼吸気の流量を算出する。なお、呼気と吸気とでは可動部材 13の変位方向が逆であるため、管体 11の軸方向における双方向の流れに対する流量を算出することが可能である。

[0054] 操作部 22は、数字やアルファベット入力キー、各種キーを備えたキーボード及びマウス等のポインティングデバイスである。操作部 22は、キーボードのキーの押下による押下信号やマウスの操作による操作信号を CPU21へ出力する。

[0055] 表示部 23は、 LCD (Liquid Crystal Display)、 CRT (Cathode Ray Tube)等を備えて構成され、操作手順や処理結果等を表示する。

[0056] データ入力部 24は、 CCDエリアセンサ 14から出力された画像データを CPU21に出力する。

[0057] バーコード入力部 25は、バーコード読取手段 30により管体 11に貼付されているバ一コードから読み取られたバーコード情報を CPU21に出力する。

[0058] ROM26は、不揮発性の半導体メモリで構成される。 ROM26は、 CPU21により実行される各種プログラムやデータ等を記憶して、る。

[0059] RAM27は、書き換え可能な半導体素子で構成される。 RAM27は、データが一時的に保存される記憶媒体であり、 CPU21が実行するためのプログラムを展開するためのプログラムエリア、操作部 22から入力されるデータや CPU21による各種処理結果等を保存するためのデータエリア等が形成される。

[0060] 記憶部 28は、 HDD (Hard Disk Drive)を備えて構成され、複数の可動部材 13のそれぞれについて予め計測された各可動部材 13の橈み量に対応する流量データ、各可動部材 13に対応するバーコード情報等を記憶している。各可動部材 13の橈み量に対応する流量データは、予め計測された流量データを操作部 22又は計測器から直接入力し、記憶部 28に記憶させておく。 [0061] バーコード読取手段 30は、管体 11に貼付されているバーコード 40 (図 1参照）からバーコード情報を読み取る。

[0062] 次に、第 1の実施の形態における呼吸流量測定装置 100の動作について説明する

[0063] なお、動作説明の前提として、フローチャートに記述されている処理を実現するためのプログラムは、 CPU21が読み取り可能なプログラムコードの形態で ROM26に格納されており、 CPU21は、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。

[0064] 図 5は、呼吸流量測定装置 100により実行される呼吸流量測定処理を示すフローチャートである。

[0065] まず、バーコード読取手段 30により管体 11に貼付されて、るバーコード 40からバ一コード情報が読み取られる (ステップ Sl)。バーコード情報は、記憶部 28に記憶される。

[0066] 次に、読み取られたバーコード情報に基づいて、記憶部 28に記憶されている流量データの中から、使用中の可動部材 13の橈み量に対応する流量データが特定される（ステップ S 2)。

[0067] 使用者が測定部 10を手に持ち、管体 11を口に当てて呼吸を開始すると、呼吸流量に応じて可動部材 13が橈む。 CCDエリアセンサ 14により、管体 11を通して可動部材 13の画像データが取得され、橈み量が検出される (ステップ S3)。そして、使用中の可動部材 13の橈み量に対応する流量データに基づいて、呼吸流量が算出される（ステップ S4)。

[0068] ここで、呼吸流量の測定が継続される場合には (ステップ S5； YES)、ステップ S3に戻る。呼吸流量の測定が継続されない場合には (ステップ S5 ; NO)、表示部 23に呼吸流量の測定結果が表示される (ステップ S6)。

[0069] 以上で、呼吸流量測定処理が終了する。

[0070] 第 1の実施の形態によれば、管体 11の内部に呼吸気の流れの一部を遮断する方向に配置され、呼吸気の流量に応じて橈む可動部材 13の橈み量を、管体 11の外部に配置された CCDエリアセンサ 14により非接触に検出し、検出された可動部材 13の橈み量に基づいて呼吸気の流量を算出するので、装置構成が単純になり、安価な流量測定装置を提供することができる。また、 CCDエリアセンサ 14が管体 11の外部に配置されているので、呼吸流量測定装置 100の使用毎に管体 11を消毒又は交換することが容易になり、毒性や感染性のある流体を扱う場合に安全性を確保することができる。

[0071] また、可動部材 13を含む管体 11と、ホルダ部 12とが着脱可能に構成されているので、管体 11を簡単に交換することができ、感染性疾患の患者がいる場合にも使用者間の感染を防止し、安全性を確保することができる。

[0072] また、可動部材 13と、可動部材 13を含む管体 11とを、同類の榭脂素材で構成することにより、使用後の処理が容易になる。呼吸流量測定装置 100は、呼吸流量を測定する際に用いるため、測定毎に可動部材 13を含む管体 11を交換することが望ましいが、交換後に管体 11を廃棄する際の扱、が容易になる。

[0073] また、複数の可動部材 13のそれぞれについて予め計測された橈み量に対応する流量データを記憶部 28に記憶させておき、使用中の可動部材 13の橈み量に対応する流量データに基づ、て呼吸気の流量を算出するので、各可動部材 13に合わせて流量を算出することができる。各管体 11に各可動部材 13を個別的に識別するためのバーコードを貼付することにより、バーコード情報に基づいて可動部材 13の橈み量に対応する流量データを特定することができるので、データの入力間違いを防ぐことができる。さらに、流量データに基づいて種々の演算処理を行い、各種のパラメータを算出したり、測定して得られた呼吸流量をデータベースに保存したりしてもよい

[第 2の実施の形態]

次に、本発明を適用した第 2の実施の形態について説明する。

[0074] 第 2の実施の形態における呼吸流量測定装置は、第 1の実施の形態の管体 11及び可動部材 13に代えて、管体 11a及び可動部材 13aを用いる構成としたものである

。その他の構成は第 1の実施の形態と同様であるので、図示及び説明を省略する。以下、第 2の実施の形態に特徴的な構成について説明する。

[0075] 図 6 (a)は、第 2の実施の形態の呼吸流量測定装置における管体 11aを軸方向に切断した縦断面図であり、図 6 (b)は、図 6 (a)の X— X線で管体 11aを径方向に切断した縦断面図である。第 1の実施の形態では、管体 11の内部において可動部材 13 の上部が固定されていた力第 2の実施の形態では、管体 11aの内部において可動部材 13aの下部が固定されている。また、図 6 (b)に示すように、管体 11aを径方向に切断した断面及び可動部材 13aは四角形状を有する。

[0076] また、図 6 (a)に示すように、管体 11aの内壁は、可動部材 13aの上部先端の動きの軌跡 Lに沿うように、すなわち、可動部材 13aの変形に伴う流路断面積の変化が小さくなるように構成されている。流路を形成する管体 11aの断面積が一定の場合、呼吸流量が少ないときにはよいが、呼吸流量が多くなると、可動部材 13aの変形により、急速に流路断面積が大きくなるため、可動部材 13aにかかる力が小さくなり、流量に対する可動部材 13aの橈み量が小さくなつてしまう。

[0077] 例えば、図 6 (a)に示すように、呼吸が行われていない状態では、可動部材 13aの上部と管体 11aの内壁との間隔は hiである力流路を形成する管体 11aの断面積が一定の場合には、可動部材 13aが橈んだ状態では、可動部材 13aの上部と管体 11a の内壁との間隔は h2になる。可動部材 13aが橈んだ状態での可動部材 13aの上部と管体 11aの内壁との間隔を h3にし、可動部材 13aの変形に伴う流路断面積の変化を抑えることにより、可動部材 13aの橈み量を精度良く計測することが可能となり、幅広、流量に対応することができる。

[0078] また、図 6 (a)に示すように、管体 11aの内部の可動部材 13aの前後にはフィルタ 1 5が設けられている。気流に偏りがあると、可動部材 13aに働く力に不均一さが生じ、流量に対する可動部材 13aの動きにバラツキが生じる原因となるため、気流の局所的な流れを排除するために、整流の役目を果たすフィルタ 15を設けることが好ましい。また、空気中の浮遊物を体内に取り込まないためにも、フィルタ 15は有用である。フィルタ 15としては、面に微細孔を多数有するものを用いることができる。具体的には、榭脂フィルム等に穴を設けてもよいし、不織布等を用いることも好ましい。不織布は、塵等を含まず、安価でフィルタ効果が高ぐ特に好ましい。

[0079] 可動部材 13aの橈み量を CCDエリアセンサ 14により検出する方法、及び橈み量に基づいて呼吸流量を算出する方法については、第 1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。 [0080] 第 2の実施の形態によれば、管体 11aの内壁は、可動部材 13aの変形による可動部材 13aの端部の動きの軌跡 Lに沿うように構成されているので、流量が多くなつた場合に流量に対する可動部材 13aの橈み量が小さくなることを防ぐことができる。

[0081] また、管体 11aの内部の可動部材 13aの前後にフィルタ 15を備えることにより、気流中の塵等の浮遊物を遮るとともに、気流の局所的な流れを排除することができる。

[0082] なお、図 7に示すように、管体 l idと、管体 l idより 1回り小さい管体 l ieとの間に、フィルタ 15aを挟み込むようにしてもよい。これ〖こより、可動部材 13dを含む管体 l id を流れる呼吸気中の塵等を遮るとともに、気流の局所的な流れを排除することができる。

[第 3の実施の形態]

次に、本発明を適用した第 3の実施の形態について説明する。

[0083] 第 3の実施の形態における呼吸流量測定装置は、第 1の実施の形態の管体 11及び可動部材 13に代えて、管体 l ib及び可動部材 13bを用いる構成としたものである。その他の構成は第 1の実施の形態と同様であるので、同一の構成部分については同一の符号を付し、図示及び説明を省略する。以下、第 3の実施の形態に特徴的な構成について説明する。

[0084] 図 8 (a)は、第 3の実施の形態の呼吸流量測定装置における管体 l ibを軸方向に切断した縦断面図である。図 8 (a)に示すように、球状の可動部材 13bは、その中心を通る穴に通された軸 16に沿って移動可能となっている。また、可動部材 13bは、弹性体としてのスプリング 17と連結されており、スプリング 17によって位置が決められている。

[0085] 呼吸が行われる際には、図 8 (b)に示すように、管体 l ibの内部で可動部材 13bが移動する。使用者が空気を吐き出す場合と、吸い込む場合とでは、管体 l ib内での空気の流れる方向が異なるため、可動部材 13bの移動方向により、管体 l ibの軸方向における呼吸気の双方向の流れに対する流量の測定を行うことができる。

[0086] PC20の記憶部 28には、複数の可動部材 13bのそれぞれについて予め計測された可動部材 13bの変位量に対応する流量データ、各可動部材 13bに対応するバーコード情報等が記憶されている。 [0087] 可動部材 13bの変位量を CCDエリアセンサ 14により検出する方法、及び変位量に基づいて呼吸流量を算出する方法については、第 1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

[0088] 第 3の実施の形態によれば、管体 l ibの内部に配置され呼吸気の流量に応じて移動する可動部材 13bの変位量を、管体 l ibの外部に配置された CCDエリアセンサ 1 4により検出し、検出された可動部材の変位量に基づいて呼吸気の流量を算出するので、装置構成が単純になり、安価な流量測定装置を提供することができる。また、可動部材 13bを含む管体 l ibと、ホルダ部 12とが着脱可能に構成されているので、管体 1 lbを簡単に交換することができ、感染性疾患の患者力 Sいる場合にも使用者間の感染を防止し、安全性を確保することができる。

[第 4の実施の形態]

次に、本発明を適用した第 4の実施の形態について説明する。

[0089] 第 4の実施の形態における呼吸流量測定装置は、第 1の実施の形態の管体 11及び可動部材 13に代えて、管体 11c及び可動部材 13cを用いる構成としたものである。その他の構成は第 1の実施の形態と同様であるので、同一の構成部分については同一の符号を付し、図示及び説明を省略する。以下、第 4の実施の形態に特徴的な構成について説明する。

[0090] 図 9は、第 4の実施の形態の呼吸流量測定装置における管体 11cを軸方向に切断した縦断面図である。ここで、管体 11cの径方向の断面及び可動部材 13cは四角形状を有するものとする。図 9に示すように、可動部材 13cは、その一端がスプリング 18 に連結されており、管体 11cの内部に配置されている。可動部材 13cは、剛体からなり、呼吸流量に応じてスプリング 18を支点として回転可能である。したがって、可動部材 13cの変位を検出することにより、呼吸流量を算出することができる。

[0091] 図 9において、可動部材 13cの長さを!:、呼吸が行われていない状態での可動部材 13cの上部と管体 11cの内壁との間隔を p、可動部材 13cが角度 Θだけ傾いた場合の可動部材 13cの上部と管体 11cの内壁との間隔を qとすると、 qは下記式（1)で求められる。 q = p +r (l— cos 0 ) (1)

式（1)で示されるように、可動部材 13cが傾く角度 Θが大きくなるにつれて、可動部材 13cの上部と管体 l ieの内壁との間隔 qが大きくなつていく。このように、流路を規制しない場合には、流速が増すにつれて可動部材 13cが流路を拡大する方向に変位し、可動部材 13cに働く応力は小さくなる。そのため、流路が拡大すると、流速が増加しても可動部材 13cに働く応力は小さくなり、可動部材 13cの変位の検出精度が悪くなつてしまう。したがって、大きい流量も測定する必要がある場合には、管体 11 cの内壁を可動部材 13cの変位による可動部材 13cの端部の動きの軌跡に沿うように、すなわち、流路の拡大を抑えるように設計すればよい。

[0092] PC20の記憶部 28には、複数の可動部材 13cのそれぞれについて予め計測された可動部材 13cの変位量に対応する流量データ、各可動部材 13cに対応するバーコード情報等が記憶されている。

[0093] 可動部材 13cの変位量を CCDエリアセンサ 14により検出する方法、及び変位量に基づいて呼吸流量を算出する方法については、第 1の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。

[0094] 第 4の実施の形態によれば、管体 11cの内部に配置され呼吸気の流量に応じて変位する可動部材 13cの変位量を、管体 11cの外部に配置された CCDエリアセンサ 1 4により検出し、検出された可動部材の変位量に基づいて呼吸気の流量を算出するので、装置構成が単純になり、安価な流量測定装置を提供することができる。また、可動部材 13cを含む管体 11cと、ホルダ部 12とが着脱可能に構成されているので、管体 11cを簡単に交換することができ、感染性疾患の患者力 ^、る場合にも使用者間の感染を防止し、安全性を確保することができる。

[0095] なお、上記各実施の形態における記述は、本発明に係る好適な流量測定装置の例であり、これに限定されるものではない。各部の細部構成及び細部動作に関しても本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。

[0096] 上記各実施の形態においては、管体の内部に配置された可動部材の物理変化量を、管体の外部力も CCDエリアセンサによって検出する例を説明したが、可動部材を透過、反射、吸収、散乱若しくは屈折した光、又は、透過、反射、吸収、散乱若しくは屈折しなかった光を CCDエリアセンサ、 CCDラインセンサ、 CMOSエリアセンサ、 CMOSラインセンサ、フォトマル（Photomultiplier:光電子増倍管）によって検出することとしてもよい。光学的に可動部材の物理変化量を検出する方法は装置構成として比較的安価に構成することができるので好ま、。可動部材の一部又は全体の画像を取得する方法を用いてもよいが、レーザ光等を照射して、反射する光の位置により可動部材の変位を検出する方法や、白色光を照射し、プリズムの原理で分光される光の波長を計測すること等によって変位を検出する方法を用いてもよい。

[0097] また、電場や磁場の強さを測定する等、光以外の電磁波を検出することにより可動部材の物理変化量を検出することとしてもよい。流量測定装置が電磁波を発する発生源を備えて、てもよ、が、外光のように電磁波の発生源が流量測定装置外にある場合には、その必要はない。

[0098] また、可動部材に対して音波を発し、可動部材を透過又は反射した音波を検出することにより可動部材の物理変化量を検出することとしてもよい。音波は、可聴領域の音に限らず、超音波であってもよい。

[0099] また、上記各実施の形態では、透明な管体を用いることとしたが、管体は、可動部材の物理変化量を検出するために用いる電磁波又は音波を透過可能であればよい

[0100] また、可動部材の物理変化量を検出するための電磁波又は音波をパルス的に発生させることによって、時間分解能に対する検出精度を向上させることができる。例えば、 CCDや CMOS等を用いて可動部材の物理変化量を検出する際に、可動部材が動くことにより取得したデータがぶれてしまい、可動部材の物理変化量を検出しにくい場合には、短い時間間隔のパルス光を用いることにより、可動部材の物理変化量を精度良く検出することができる。

[0101] また、上記各実施の形態においては、呼吸気の流量を測定する装置について説明したが、測定対象となる流体は、他の流体であってもよい。可動部材を含む管体が装置の他の部分に対して着脱可能であるので、毒性や感染性のある流体を扱う場合に安全性を確保することができる。

[0102] また、上記各実施の形態においては、識別情報としてバーコードを用いた例について説明したが、その他の識別情報を用いることとしてもよい。

[0103] また、本発明における可動部材の素材や弾性率は、測定する流体の性質や測定する流量範囲により任意に選択することができる。呼吸流量を測定する場合は、呼気中に水分が含まれるため、水分により膨潤しない材質が好ましい。例えば、 PET (ポリエチレンテレフタレート）やポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル等の榭脂ゃ金属板パネが好ましく用いられる。

[0104] 本発明の測定において、可動部材の断面積と流路の断面積の関係は測定可能範囲とその精度に影響を与える。目的に応じて任意に調整することが可能である。呼吸流量測定の場合、日本 JIS規格 (T1170— 1987)では測定可能範囲は 0. 3L〜12 . OLとされている。この測定に適する流路は、断面積として 4cm2〜： LOOcm2で、好ましくは 5cm2〜25cm2である。可動部材は、例えば PETを用いた場合には厚さ 0. 1 mm〜0. 5mmの弾性体が好ましぐより好ましくは 0. 2mm〜0. 4mmである。

<実験例>

図 10及び図 11に、第 1の実施の形態に示した呼吸流量測定装置 100において測定した呼吸流量の測定結果を示す。可動部材 13を CCDエリアセンサ 14により撮像して得られた画像データを画像解析することにより可動部材 13の橈み量を検出し、検出結果に基づいて流量を算出した結果 Fを実線で示す。また、比較のために、従来使用されているスパイ口メータを用いて同時に測定した流量の測定結果 Gを破線で示す。図 10及び図 11において、横軸は時間（msec)、縦軸は流量 (L/min)である

[0105] 呼吸流量測定装置 100における流量の測定結果 Fと、従来のスパイ口メータにおける流量の測定結果 Gとを比較したところ、重相関関数で 97%の相関があった。

Claims

請求の範囲

[1] 流体が流れる管体と、前記管体の内部に前記流体の流れの一部又は全部を遮断する方向に配置され、前記流体の流量に応じて物理変化を生ずる可動部材と、前記管体の外部に配置され、前記可動部材の物理変化量を非接触に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記可動部材の物理変化量に基づいて、前記流体の流量を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする流量測定装置。

[2] 請求の範囲第 1項に記載の流量測定装置において、前記可動部材を含む管体と、前記検出手段とは着脱可能に構成されていることを特徴とする流量測定装置。

[3] 請求の範囲第 1項に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、前記可動部材を透過又は反射した電磁波を検出することにより前記可動部材の物理変化量を検出することを特徴とする流量測定装置。

[4] 請求の範囲第 3項に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、 CCDエリァセンサ、 CCDラインセンサ、 CMOSエリアセンサ又は CMOSラインセンサであることを特徴とする流量測定装置。

[5] 請求の範囲第 1項に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、前記可動部材に対して音波を発し、前記可動部材を透過又は反射した音波を検出することにより前記可動部材の物理変化量を検出することを特徴とする流量測定装置。

[6] 請求の範囲第 5項に記載の流量測定装置において、前記音波は、超音波であることを特徴とする流量測定装置。

[7] 請求の範囲第 1項に記載の流量測定装置において、前記可動部材は、弾性体で構成されるか、又は弾性体と連結されてヽることを特徴とする流量測定装置。

[8] 請求の範囲第 1項に記載の流量測定装置において、前記可動部材の一端は、前記管体の内壁又はそれに連続する部位に固定されていることを特徴とする流量測定装置。

[9] 請求の範囲第 1項に記載の流量測定装置において、前記可動部材と、前記可動部材を含む管体とは、同類の榭脂素材で構成されてヽることを特徴とする流量測定装置。

[10] 請求の範囲第 1項に記載の流量測定装置において、前記管体の内壁は、前記可動部材の物理変化による前記可動部材の端部の動きの軌跡に沿うように構成されて Vヽることを特徴とする流量測定装置。

[11] 請求の範囲第 1項に記載の流量測定装置において、複数の可動部材が備えられ、前記複数の可動部材のそれぞれについて予め計測された物理変化量に対応する流量データを記憶する記憶手段を備え、

前記算出手段は、使用中の可動部材の物理変化量に対応する流量データに基づいて、前記流体の流量を算出することを特徴とする流量測定装置。

[12] 請求の範囲第 11項に記載の流量測定装置において、前記管体には前記複数の可動部材を個別的に識別するための識別情報が付されており、前記識別情報に基づいて前記可動部材の物理変化量に対応する流量データを特定するデータ特定手段を備えたことを特徴とする流量測定装置。

[13] 請求の範囲第 1項に記載の流量測定装置において、前記算出手段は、前記管体の軸方向における流体の双方向の流れに対する流量を算出することを特徴とする流量測定装置。

[14] 請求の範囲第 1項に記載の流量測定装置において、前記流体は少なくとも呼気と吸気の一つであることを特徴とする流量測定装置。

[15] 請求の範囲第 1項に記載の流量測定装置において、前記管体の内部の前記可動部材の前後にフィルタを備えたことを特徴とする流量測定装置。