(57)【要約】【課題】  検出感度及び応答速度の速さに優れるとともに安定した呼気分析を行なうことができ、更に装置の小型化を達成できる呼気センシング装置を提供する。【解決手段】  内部に呼気中の特定ガス成分を検出するための第１ガスセンサ４８を備える筐体１８と、呼気導入口３０を有する呼気導入部２８と、呼気排出口２７を有する第３呼気排出部２６と、呼気導入部２８と第１ガスセンサ４８との間に設けられる第１の選択透過膜６０と、第１ガスセンサ４８と第３呼気排出部２６との間に設けられる第２の選択透過膜６８と、第３呼気排出部２６に設けられ、第１センサ室７２の内圧が予め調整される押出し力を超えたときに、第１センサ室７２内部から呼気を流出させる逆止弁７８と、呼気導入室７０に設けられ、呼気導入室７０の内圧が予め調整される押出し力を超えたときに、呼気導入室７０内部から呼気を流出させる逆止弁７６とを備えるようにする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に呼気中の特定ガス成分を検出するためのセンサを備える筐体と、
前記筐体内部に呼気を導入するための呼気導入口を有する呼気導入部と、
前記筐体内部から呼気を排出するための呼気排出口を有する呼気排出部と、
前記呼気導入部と前記センサとの間に設けられ、前記呼気導入部から導入される呼気中の特定ガス成分を優先的に通過させる第１の選択透過膜と、
前記センサと前記呼気排出部との間に設けられ、前記第１の選択透過膜を通過した呼気を優先的に通過させる第２の選択透過膜と、
前記呼気排出部に設けられ、前記筐体内部にガスが流入するのを阻止し、かつ、前記第２の選択透過膜と前記呼気排出部との間であるセンサ室の内圧が予め定められる第１の圧力を超えたときに、前記センサ室内部から呼気を流出させる第１の逆止弁と、
前記呼気導入部と前記第１の選択透過膜との間である呼気導入室に設けられ、前記呼気導入室内部にガスが流入するのを阻止し、かつ、前記呼気導入室の内圧が予め定められる第２の圧力を超えたときに、前記呼気導入室内部から呼気を流出させる第２の逆止弁とを備えることを特徴とする呼気センシング装置。
【請求項２】
前記第２の圧力の大きさは、前記第１の圧力の大きさよりも大きくなるように定められることを特徴とする請求項１に記載の呼気センシング装置。
【請求項３】
前記呼気導入部は、
前記呼気導入口から導入される呼気を前記筐体内部へと流通するための流路を形成する呼気導入路と、
前記呼気導入路の中央部から分岐して、前記呼気導入口から導入される呼気を装置外部へと排出するための流路を形成する死腔排出路と、
前記分岐する部分に設けられ、呼気導入路と死腔排出路とを切替える切替手段と、
前記呼気導入口と前記分岐する部分との間に設けられ、導入される呼気の流量を測定する流量測定手段とを備え、
前記制御手段は、前記流量測定手段の測定結果に基づいて、前記切替手段の動作を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の呼気センシング装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記流量測定手段の測定結果に基づいて算出される呼気導入量が１５０ｍＬ〜２００ｍＬに達したと判定したときに、前記死腔排出路から前記呼気導入路へと切替わるように前記切替手段の動作を制御することを特徴とする請求項３に記載の呼気センシング装置。
【請求項５】
前記流量測定手段は、カーボンナノチューブからなるセンサであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の呼気センシング装置。
【請求項６】
前記流量測定手段は、前記センサによる呼気中の特定ガス成分の検出を妨害する妨害成分を選択的に吸着する物質によって表面修飾されたカーボンナノチューブからなるセンサであって、
前記制御手段は、前記流量測定手段の検出結果に基づいて、前記センサにより検出される値の補正を行なうことを特徴とする請求項３〜請求項５のいずれか１つに記載の呼気センシング装置。
【請求項７】
呼気導入量の状態を表示するための表示部を更に備え、
前記制御手段は、前記流量測定手段の測定結果に基づいて算出される呼気導入量に基づいて、前記表示部の表示動作を制御することを特徴とする請求項３〜請求項６のいずれか１つに記載の呼気センシング装置。
【請求項８】
前記表示部は、複数の点灯手段を含み
前記制御手段は、前記流量測定手段の測定結果に基づいて算出される呼気導入量の増加に伴って、前記複数の点灯手段が順次点灯するように前記表示部の表示動作を制御することを特徴とする請求項７に記載の呼気センシング装置。
【請求項９】
前記呼気導入口は、伸縮及び湾曲自在な蛇腹構造を有するマウスピースを着脱可能に構成され、
前記マウスピースは、略円筒状のカバー部と、前記カバー部の長軸方向に間隔をあけて設けられる複数の骨組部とを含み、
前記骨組部には、呼気中の特定物質を除去するためのフィルタが設けられることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の呼気センシング装置。
【請求項１０】
前記呼気導入室には、前記呼気導入部から導入されて第１の選択透過膜を透過しない呼気の流通方向を第１の選択透過膜に向かう方向に変更する反射手段が更に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の呼気センシング装置。
【請求項１１】
大気中の特定ガス成分を検出するための補正用センサを更に備え、
前記制御手段は、前記補正用センサの検出結果に基づいて、前記センサにより検出される値の補正を行なうことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか１つに記載の呼気センシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼気分析を行なうための呼気センシング装置に関し、特に、検出感度及び応答速度の速さに優れるとともに安定した呼気分析を行なうことができる呼気センシング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
わが国は高齢化及び少子化が進んでおり、近い将来に国民の３人に１人が６５歳以上になるという超高齢化社会の到来が予測されている。このような状況下において急務とされているのが、国民医療費の抑制である。このため、予防医療の充実が注目されている。予防医療が充実することで病気になる人が減少すれば、医療費を軽減させることができるからである。
【０００３】
予防医療を充実させるためには、身近な機器で測定した健康情報を活用して健康管理を行なうことができるシステムが必要である。手軽に個人の健康状態を把握するための指標として、血液、尿、汗、唾液及び呼気等の生体試料がある。このような生体試料中には、血液における血糖値のように、疾病又はその兆候に起因して数値が変化する物質（以下「マーカ」と記す。）が複数含まれている。したがって、マーカの変化量を分析することによって個人の健康状態を把握できる可能性が高く、マーカの分析を常時行なうことで、健康管理及び疾病の早期発見が可能になる。上述の生体試料の中でも、呼気は、複数種のマーカを含む点、迅速かつ簡便にサンプリング及び分析ができる点、及び、分析対象がガス状であり非侵襲で測定できるため肉体的なダメージが小さい点等の理由から、分析に最適な生体試料であると言える。
【０００４】
非特許文献１には疾病と呼気中のマーカとの関係が示されている。テーブル１にこの一部を引用する。なお、テーブル１中の酸化ストレスとは、体内に余剰な活性酸素群が生じた場合に起こり得る疾病であり、脂質、タンパク質、酵素又はＤＮＡ（Ｄｅｏｘｙｒｉｂｏ  Ｎｕｃｌｅｉｃ  Ａｃｉｄ）に損傷を与え、老化、並びに、癌及び生活習慣病等の病気の誘因となるものである。
【０００５】
（テーブル１）
【表１】
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【０００６】
呼気中のマーカを分析するための呼気センシング装置として、例えば、特許文献１には、呼出息に含まれる少なくとも１種のガス状成分に対して選択的に応答するように設計された、カーボンナノチューブ等からなるナノ構造体センサを具備するナノ電子カプノメータアダプタが提案されている。このような呼気センシング装置においては、呼気中のマーカを正確に分析するために呼気センシング装置に対して導入される呼気量を正確に制御する必要がある。例えば、特許文献２には、呼気採取管中の呼気の流量を流量センサにより捕捉し、流量センサからの出力に基づいて算出された呼気の総量が所定量を超えたときに呼気の吐出状態を表示部に表示することで、被験者に対して呼気の吐出の程度を判り易くし、確実に一定量の呼気を採取できる呼気採取分析装置について開示されている。また特許文献３には、マウスピースから吹き込んだ呼気を呼気排出経路の出口側に設けた流量センサで計量しながら排出し、排出量が死腔容量を超えた段階で秤量バルブの秤量弁路を呼気排出経路から切り離して呼気測定経路に組み込むことにより、呼気サンプルから死腔部分の呼気を排除する分析装置について開示されている。
【０００７】
また、これらの呼気センシング装置においては、呼気を吹き込む際に使用されるマウスピースの改良も行なわれている。例えば、特許文献４には、厚紙で形成された円筒体を母線に平行な２つの折れ線で押しつぶした形状に形成することで、保管に要するスペースを小さくした呼吸機能検査用マウスピースについて開示されている。
【特許文献１】特表２００７−５１５２２７号公報
【特許文献２】特開平８−３１３４０８号公報
【特許文献３】特開平１０−１８６号公報
【特許文献４】特開平８−２８５８４３号公報
【非特許文献１】ウェンチン・ツァオら、「呼気分析：臨床診断及び曝露評価の可能性」、クリニカル・ケミストリ、第５２巻：５、ｐ．８００−ｐ．８１１、２００６年（Ｗｅｎｑｉｎｇ  Ｃａｏ  ｅｔ  ａｌ．、“Ｂｒｅａｔｈ  Ａｎａｌｙｓｉｓ：Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｆｏｒ  Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ  ａｎｄ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ”、Ｃｌｉｎｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ、ｖｏｌ．５２：５、ｐ．８００−ｐ．８１１、２００６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されるナノ電子カプノメータアダプタは、呼気が拡散によってナノ構造体センサに接近する構成であるため、ナノ構造体センサの応答速度が遅く、充分な応答が得られないという問題がある。更に、呼気の吐出の強さの違いによって応答の強度がばらついてしまうという問題がある。特許文献２に開示される呼気採取分析装置では、呼気サンプルからの死腔部分の呼気の除去が行なわれていないため、呼気中のマーカの分析（以下「呼気分析」と記す。）が不正確になるおそれがある。特許文献３に開示される分析装置は、呼気サンプルから死腔部分の呼気を除去するために呼気排出経路と呼気測定経路とが別の経路になるように構成されるため、装置が大型化してしまうという問題がある。またこれらの装置において、特許文献４に開示されるマウスピースを使用した場合には、呼気とともに、呼気分析を妨害するおそれのある水分及び埃等の異物も装置内に導入されてしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出感度及び応答速度の速さに優れるとともに安定した呼気分析を行なうことができ、更に装置の小型化を達成できる呼気センシング装置を提供することである。また本発明の他の目的は、呼気分析を妨害するおそれのある物質を除去可能な呼気センシング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の局面に係る呼気センシング装置は、内部に呼気中の特定ガス成分を検出するためのセンサを備える筐体と、筐体内部に呼気を導入するための呼気導入口を有する呼気導入部と、筐体内部から呼気を排出するための呼気排出口を有する呼気排出部と、呼気導入部とセンサとの間に設けられ、呼気導入部から導入される呼気中の特定ガス成分を優先的に通過させる第１の選択透過膜と、センサと呼気排出部との間に設けられ、第１の選択透過膜を通過した呼気を優先的に通過させる第２の選択透過膜と、呼気排出部に設けられ、筐体内部にガスが流入するのを阻止し、かつ、第２の選択透過膜と呼気排出部との間であるセンサ室の内圧が予め定められる第１の圧力を超えたときに、センサ室内部から呼気を流出させる第１の逆止弁と、呼気導入部と第１の選択透過膜との間である呼気導入室に設けられ、呼気導入室内部にガスが流入するのを阻止し、かつ、呼気導入室の内圧が予め定められる第２の圧力を超えたときに、呼気導入室内部から呼気を流出させる第２の逆止弁とを備える。
【００１１】
このように、呼気中の特定ガス成分を優先的に通過させる第１の選択透過膜が設けられるので、カラム等を使用する従来の装置と比較して装置の小型化が達成できる。また、第１の選択透過膜を通過した呼気を優先的に通過させる第２の選択透過膜が設けられるので、第１の選択透過膜から第２の選択透過膜へと向かう呼気の流れを効率よく生じさせることができる。また、センサ室の内圧が予め定められる第１の圧力を超えたときに、第１の逆止弁がセンサ室内部から呼気を流出させるので、呼気の流れをより一層効率よく生じさせることができる。更に、呼気導入室の内圧が予め定められる第２の圧力を超えたときに、第２の逆止弁が呼気導入室内部から呼気を流出させるので、呼気の流速が一定になるように制御することができる。したがって、呼気センシング装置の検出感度を高め、応答速度を速くすることができるとともに、呼気の吐出の強さの違いに影響されることなく安定して呼気分析を行なうことができる。
【００１２】
好ましくは、第２の圧力の大きさは、第１の圧力の大きさよりも大きくなるように定められる。このように、第１の圧力及び第２の圧力が定められることによって、呼気の流れをより一層効率よく生じさせることができるとともに、呼気の流速をより一層安定して制御することができる。したがって、呼気センシング装置の検出感度を更に高め、応答速度を更に速くすることができるとともに、呼気の吐出の強さの違いに影響されることなくより一層安定して呼気分析を行なうことができる。
【００１３】
より好ましくは、呼気導入部は、呼気導入口から導入される呼気を筐体内部へと流通するための流路を形成する呼気導入路と、呼気導入路の中央部から分岐して、呼気導入口から導入される呼気を装置外部へと排出するための流路を形成する死腔排出路と、呼気導入路と死腔排出路とが分岐する部分に設けられ、呼気導入路と死腔排出路とを切替える切替手段と、呼気導入口と上述の分岐する部分との間に設けられ、導入される呼気の流量を測定する流量測定手段とを備える。そして、制御手段は、流量測定手段の測定結果に基づいて、切替手段の動作を制御する。これにより、死腔部分の呼気を確実に除去することができ、正確な呼気分析が可能になる。また、呼気排出経路と呼気測定経路とを別に設ける必要がなくなるので、従来のものと比較して装置の単純化及び小型化を達成できる。
【００１４】
更に好ましくは、制御手段は、流量測定手段の測定結果に基づいて算出される呼気導入量が１５０ｍＬ〜２００ｍＬに達したと判定したときに、死腔排出路から呼気導入路へと切替わるように切替手段の動作を制御する。これにより、死腔部分の呼気をより一層確実に除去することができ、より一層正確な呼気分析が可能になる。
【００１５】
更に好ましくは、流量測定手段は、カーボンナノチューブからなるセンサである。これにより、チタン酸バリウム又は酸化チタン等の金属酸化物半導体からなるセンサ等の他のセンサを使用する場合と比較して、より一層装置の小型化を達成できる。また、例えば、にんにく臭又は口臭等を発生する匂い物質等の、呼気分析を妨害するような成分を選択的に吸着する物質によって表面修飾することにより、呼気の流量を測定するとともに、上述の成分の検出が可能になり、これらの成分の混入に対する対策を施すことが可能になるので、より一層正確な呼気分析が可能になる。
【００１６】
更に好ましくは、流量測定手段は、センサによる呼気中の特定ガス成分の検出を妨害する妨害成分を選択的に吸着する物質によって表面修飾されたカーボンナノチューブからなるセンサであって、制御手段は、流量測定手段の検出結果に基づいて、センサにより検出される値の補正を行なう。これにより、呼気中に含まれる、妨害成分の影響を排除することができるので、より信頼性の高い呼気分析を行なうことができる。
【００１７】
更に好ましくは、呼気センシング装置は、呼気導入量の状態を表示するための表示部を更に備え、制御手段は、流量測定手段の測定結果に基づいて算出される呼気導入量に基づいて、表示部の表示動作を制御する。これにより、被験者は、自己の呼気導入量の状態を確認しながら呼気を吐出することができるので、正確に呼気のサンプリングを行なうことができ、呼気分析に必要な呼気量を容易に確保できるようになる。したがって、呼気分析の精度がより一層向上するので、より信頼性の高い呼気分析を行なうことができる。また、呼気サンプリングの失敗が減り、再測定の回数を減らすことができるので、呼気分析に要する手間及び時間を省くことができる。
【００１８】
更に好ましくは、表示部は複数の点灯手段を含み、制御手段は、流量測定手段の測定結果に基づいて算出される呼気導入量の増加に伴って、複数の点灯手段が順次点灯するように表示部の表示動作を制御する。これにより、被験者は自己の呼気導入量の状態をより一層容易に確認できるので、呼気分析の精度が更に向上し、より一層信頼性の高い呼気分析を行なうことができる。
【００１９】
更に好ましくは、呼気導入口は、伸縮及び湾曲自在な蛇腹構造を有するマウスピースを着脱可能に構成され、マウスピースは、略円筒状のカバー部と、カバー部の長軸方向に間隔をあけて設けられる複数の骨組部とを含み、骨組部には、呼気中の特定物質を除去するためのフィルタが設けられる。このように、呼気導入口に着脱されるマウスピースが複数の骨組部を含む蛇腹構造を有するので、被験者は、呼気分析を行なう際に、マウスピースの長さを被験者にとって最適な長さに容易に調整でき、更に、マウスピースを湾曲させることでマウスピースの先端部の位置を被験者にとって最適な位置に容易に調整することができる。したがって、呼気の導入を容易に行なうことができる。また、コンパクトな状態で保管できるので、保管に要する場所を小さくできる。更に、フィルタを必要に応じて複数設けることができるので、呼気に含まれる特定物質、例えば呼気分析を妨害するおそれのある水分及び埃等の物質を容易に除去できるようになり、呼気センシング装置に対する負担を軽減でき、より信頼性の高い呼気分析を行なうことができる。
【００２０】
更に好ましくは、呼気導入室には、呼気導入部から導入されて第１の選択透過膜を透過しない呼気の流通方向を第１の選択透過膜に向かう方向に変更する反射手段が更に設けられる。これにより、センサへ向かう呼気の流れをより一層効率良く生じさせることができるので、呼気分析の検出感度をより高め、応答速度をより速くすることができる。また第１の選択透過膜における呼気中の特定ガス成分の透過をより効率良く行なわせることができる。
【００２１】
更に好ましくは、呼気センシング装置は、大気中の特定ガス成分を検出するための補正用センサを更に備え、制御手段は、補正用センサの検出結果に基づいて、センサにより検出される値の補正を行なう。これにより、呼気中に含まれる、血液との成分交換に寄与していない吸入された大気である吸気の影響を排除することができるので、より信頼性の高い呼気分析を行なうことができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の呼気センシング装置によれば、呼気中の特定ガス成分を優先的に通過させる第１の選択透過膜が設けられるので、カラム等を使用する従来の装置と比較して装置の小型化が達成できる。また、第１の選択透過膜を通過した呼気を優先的に通過させる第２の選択透過膜が設けられるので、第１の選択透過膜から第２の選択透過膜へと向かう呼気の流れを効率よく生じさせることができる。また、センサ室の内圧が予め定められる第１の圧力を超えたときに、第１の逆止弁がセンサ室内部から呼気を流出させるので、呼気の流れをより一層効率よく生じさせることができる。更に、呼気導入室の内圧が予め定められる第２の圧力を超えたときに、第２の逆止弁が呼気導入室内部から呼気を流出させるので、呼気の流速が一定になるように制御することができる。したがって、呼気センシング装置の検出感度を高め、応答速度を速くすることができるとともに、呼気の吐出の強さの違いに影響されることなく安定して呼気分析を行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。以下の説明及び図面においては、同一の部品には同一の参照符号及び名称を付してある。それらの機能も同様である。したがって、それらについての詳細な説明をその都度繰返すことはしない。
【００２４】
［第１の実施の形態］
−構成−
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る呼気センシング装置１０の斜視図であり、図２は、呼気センシング装置１０の内部構成を示す水平断面図である。図１を参照して、呼気センシング装置１０は、上下方向の長さが左右方向の長さより短い略直方体形状の筐体１８と、筐体１８の右側面に設けられ、筐体１８内部に呼気を導入するための呼気導入口３０を有する呼気導入部２８と、筐体１８の右側面において呼気導入部２８の上方に設けられる表示部２０と、筐体１８の左側面、正面及び背面にそれぞれ設けられ、筐体１８内部から呼気を排出するための呼気排出口２３，２５，２７をそれぞれ有する第１呼気排出部２２、第２呼気排出部２４及び第３呼気排出部２６と、筐体１８上部に設けられ、表示部２０の表示動作及び後述する切替弁６４の切替動作等の各処理を実行するための制御部３２と、筐体１８の上面に設けられ、呼気センシング装置１０による呼気分析を開始させるための測定開始ボタン３４と、測定開始ボタン３４近傍に設けられ、後述する第１ガスセンサ４８及び第２ガスセンサ５０を再生させるための再生ボタン３６と、筐体１８の上面において制御部３２の上方に設けられる表示画面２１とを含む。
【００２５】
図２を参照して、筐体１８は、例えば、プラスチック又はアクリル樹脂等からなる内部空間を有する、幅３０ｍｍ〜３００ｍｍ、奥行き３０ｍｍ〜３００ｍｍ、及び、高さ３０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度の大きさの容器状部材であり、その内部は、中央部に第１開口部５６及び第２開口部５８をそれぞれ有する板状部材である第１仕切部材５２及び第２仕切部材５４によって、中央部に位置する呼気導入室７０と、呼気導入室７０に対して第３呼気排出部２６側に位置する第１センサ室７２と、呼気導入室７０に対して第２呼気排出部２４側に位置する第２センサ室７４とに仕切られる。すなわち、第１仕切部材５２は第１センサ室７２と呼気導入室７０との間に設けられ、第２仕切部材５４は呼気導入室７０と第２センサ室７４との間に設けられる。
【００２６】
図３は、第１仕切部材５２の部分拡大図（円５３で囲む部分）である。図３（ａ）は、第１仕切部材５２を呼気センシング装置１０の背面側から透視して見たときの図であり、図３（ｂ）は、水平断面図である。図３を参照して、第１仕切部材５２は、選択透過膜６０を挟む２枚の板状部材５２ａ，５２ｂからなる。板状部材５２ａは第１センサ室７２側に設けられ、板状部材５２ｂは呼気導入室７０側に設けられる。２枚の板状部材５２ａ，５２ｂは２層構造を有し、選択透過膜６０を挟む面側に位置する層は、例えば、シリコーンゴム等の各種ゴム等からなる。選択透過膜６０を挟む面とは反対側の面側に位置する層は、例えば、アクリル樹脂等の各種硬質高分子樹脂等からなる。このように、選択透過膜６０を挟む面側に位置する層を、比較的軟らかい材質の材料からなるようにすることで、選択透過膜６０を安定して固定することができる。第２仕切部材５４は、第１仕切部材５２と同一の構成であり、選択透過膜６２を挟む２枚の板状部材５４ａ，５４ｂからなる。板状部材５４ａは呼気導入室７０側に設けられ、板状部材５４ｂは第２センサ室７４側に設けられる。選択透過膜６０，６２の構成材料としては、後述するガスセンサ素子８０によって検出される呼気中の特定ガス成分を優先的に透過させる材料等の、ガスセンサ素子８０の特定ガス成分に対する検出感度及び検出精度を向上させ得る材料から適宜選択される。テーブル２に選択透過膜を構成する各構成材料に対応する優先透過ガスとその適用分野について、テーブル３に各選択透過膜の構成材料におけるガス透過係数について、テーブル４に各種ゴム及び各種プラスチックの気体透過性について、テーブル５にジメチルシリコーンからなるシリコーンゴムの気体透過性について示す。
【００２７】
（テーブル２）
【表２】
2010025716.tif 000004
【００２８】
（テーブル３）
【表３】
2010025716.tif 000005
【００２９】
（テーブル４）
【表４】
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【００３０】
（テーブル５）
【表５】
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【００３１】
テーブル２〜テーブル５を参照して、例えば、所望の特定ガス成分が水素（Ｈ２）ガスである場合には、選択透過膜６０，６２は、ポリスルホン／シリコーンゴム共重合体、ポリスルホン、ポリイミド、セルロースアセテート又はポリ４−メチルペンテン等の高分子材料、若しくはパラジウム等の水素（Ｈ２）ガスを吸着する金属を含有する材料等からなる膜であることが好ましく、これらの中でも、より優れた水素（Ｈ２）ガス選択透過性を有する点から、ポリイミドからなる膜であることが特に好ましい。また、所望の特定ガス成分が有機蒸気である場合には、ポリイミド又はシリコーンゴムからなる膜であることが好ましく、これらの中でも、より優れた有機蒸気選択透過性を有する点からシリコーンゴムからなる膜であることが特に好ましい。ここで、有機蒸気とは、一般的には炭化水素系、アルコール系又はケトン系等の揮発性有機化合物の蒸気のことであり、具体的には、メタン、エタン、ペンタン又はアセトン等の蒸気のことである。選択透過膜６０，６２の厚みとしては、適度な機械的強度を有し、かつ呼気中の所望の特定ガス成分の透過を阻害しない程度であれば特に限定されないが、５μｍ〜５０μｍであることが好ましい。
【００３２】
本実施の形態では、選択透過膜６０には、水分を除去し、かつ呼気中のマーカである一酸化窒素（ＮＯ）を優先的に透過可能な疎水性の膜（例えば、ＮＯ-ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ（商品名、Ｗｏｒｌｄ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製））を使用し、選択透過膜６２には、呼気中のマーカであるアセトンを優先的に透過可能なポリイミドからなる膜を使用する。
【００３３】
第１センサ室７２には、呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）の濃度を選択的に測定するための第１ガスセンサ４８が、そのセンサ面が第１開口部５６に臨み、かつ第１センサ室７２の内部空間に露出するようにセンサ基板４０に支持されて設けられる。また第２センサ室７４には、呼気中のアセトンの濃度を選択的に測定するための第２ガスセンサ５０が、そのセンサ面が第２開口部５８に臨み、かつ第２センサ室７４の内部空間に露出するようにセンサ基板４２に支持されて設けられる。また、センサ基板４０と第１ガスセンサ４８との間、及び、センサ基板４２と第２ガスセンサ５０との間には、ヒータ４１，４３がそれぞれ設けられる。ヒータ４１，４３は、制御部３２と電気的に接続され、制御部３２から入力される加熱制御信号に従って、第１ガスセンサ４８及び第２ガスセンサ５０を加熱する。ヒータ４１，４３としては、当該分野において一般的に使用されるものであれば特に限定されないが、例えば、白金（Ｐｔ）薄膜又は白金（Ｐｔ）板等からなるものを使用できる。
【００３４】
第１ガスセンサ４８及び第２ガスセンサ５０はいずれも、後述する、呼気中の特定ガス成分を選択的に吸着する物質９４により表面修飾されたカーボンナノ構造体８８の集合体からなるセンシング部８２を含むガスセンサ素子８０を含む。カーボンナノ構造体８８は、カーボンナノチューブ（以下「ＣＮＴ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏ  Ｔｕｂｅ）」と記す。）、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン及びフラーレンからなるグループから選択される炭素系導電性材料からなることが好ましく、更にはＣＮＴからなることが好ましい。このようなグループから選択されるカーボンナノ構造体８８は、その形状がナノオーダーの微細構造であることから、応答性に優れかつ検出下限が非常に低く、ｐｐｂオーダの微量の特定ガス成分の検出が可能である。これらの中でも、ＣＮＴからなるカーボンナノ構造体８８は上述の効果を特に発現しやすい。
【００３５】
図４は、ガスセンサ素子８０の構成の一例を概略して示す図であり、図５は、センシング部８２における表面修飾の様子を模式的に示す図である。図４を参照して、ガスセンサ素子８０は、呼気中の特定ガス成分を選択的に吸着する物質９４により表面修飾されたカーボンナノ構造体８８の集合体からなるセンシング部８２と、センシング部８２の両端に配置される電極８４及び電極８６とを含む。図５を参照して、センシング部８２は、例えばＣＮＴからなるカーボンナノ構造体８８と、カーボンナノ構造体８８表面に固定された、呼気中の特定ガス成分を選択的に吸着する物質９４とを含む。ここでは、物質９４として、一酸化窒素（ＮＯ）を選択的に吸着する金属フタロシアニンの分子構造を図示したが、特にこれに限定されるものではない。本実施の形態では、第１ガスセンサ４８のセンシング部８２として、一酸化窒素（ＮＯ）及び水分を選択的に吸着するコバルトフタロシアニン（以下「ＣｏＰｃ」と記す。）により表面修飾されたものを使用し、第２ガスセンサ５０のセンシング部８２として、アセトンを選択的に吸着するマンガンフタロシアニン（以下「ＭｎＰｃ」と記す。）により表面修飾されたものを使用する。本実施の形態では、選択透過膜６０によって水分が除去されるので、第１ガスセンサ４８のセンシング部８２は、一酸化窒素（ＮＯ）のみを選択的に検出することができる。
【００３６】
カーボンナノ構造体８８の表面に何らかの化学物質が付着すると、電子移動が起こり起電力が発生する。言い換えれば、カーボンナノ構造体８８の２点間に電位差又は電気抵抗の変化が生じる。この電気抵抗の変化を検出すれば、化学物質の検出（センシング）が可能となる。また、ある特定ガス成分を選択的に吸着する物質９４によりカーボンナノ構造体８８の表面を修飾すると、上述の電気抵抗の変化は、表面に修飾された物質９４の挙動に連動するようになるので、特定ガス成分のみを検出できるガスセンサ素子８０を得ることができる。
【００３７】
例えば、ＭｎＰｃによりカーボンナノ構造体８８の表面を修飾すると、呼気中のアセトンがＭｎＰｃに吸着される。その結果、前述のようにカーボンナノ構造体８８の電気抵抗が変化する。この変化量は、カーボンナノ構造体８８表面に吸着したアセトンの量に応じて変わる。したがって、センシング部８２に電流を通したときの抵抗値の変化を測定することにより、呼気中のアセトンの濃度を検出することができる。
【００３８】
図６は、第１ガスセンサ４８及び第２ガスセンサ５０の双方に設けられる、ガスセンサ素子８０の抵抗変化を測定するための測定回路１００の構成を示す図である。図６を参照して、測定回路１００は、定電圧源１３０と、定電圧源１３０の両端子間に直列に接続されるガスセンサ素子８０及び負荷抵抗１３４と、ガスセンサ素子８０及び負荷抵抗１３４間の接点に接続された入力を持ち、この接点の電位変化を増幅するための増幅器１３６とを含む。呼気中の特定ガス成分の検出時、すなわち呼気分析時には、この電位変化を測定するために、増幅器１３６の他方の端子に、後述する制御部３２のＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器（図示せず。）が接続される。図４に示すガスセンサ素子８０の電極８４は、定電圧源１３０のプラス端子に、電極８６は負荷抵抗１３４及び増幅器１３６にそれぞれ接続される。負荷抵抗１３４の抵抗値は既知である。ガスセンサ素子８０及び負荷抵抗１３４間の接点の電位変化を測定することにより、ガスセンサ素子８０の電気抵抗の変化を知ることができ、これにより、ガスセンサ素子８０に吸着した特定ガス成分の濃度を知ることができる。
【００３９】
呼気導入部２８は、呼気導入室７０内部と呼気センシング装置１０外部とを連通する。呼気導入部２８は、先端部に位置する呼気導入口３０から導入される呼気を呼気導入室７０内部へと流通するための矢符Ａに示す流路を形成する呼気導入路４４と、呼気導入口３０から導入される呼気を呼気センシング装置１０外部へと排出するための矢符Ｂに示す流路を形成する死腔排出路４６とを含むＴ字型のパイプ状部材からなる。すなわち、死腔排出路４６は、その長軸が呼気導入路４４の長軸と直交するように、呼気導入路４４の中央部から分岐するように形成される。呼気導入部２８としては、当該分野において一般的に使用されるものであれば特に限定されないが、内径１０ｍｍ〜３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ〜１５０ｍｍの呼気導入路４４と、内径１０ｍｍ〜３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ〜１００ｍｍの死腔排出路４６とを有するＴ字型パイプ状部材であることが好ましい。呼気導入部２８は、ユーザが手作業で、呼気センシング装置１０本体を持運ぶことを可能にする取っ手としての機能も有する。呼気導入路４４と死腔排出路４６とが分岐する部分（以下、「分岐部分」と記す。）には、切替弁６４が設けられる。切替弁６４は、制御部３２と電気的に接続され、後述する流量センサ６６による呼気流量の測定結果に基づいて制御部３２から入力される切替制御信号に従って、導入された呼気が呼気導入路４４又は死腔排出路４６を流通するように呼気導入路４４と死腔排出路４６とを切替える。切替弁６４としては、当該分野で一般的に使用される可動式のものであれば特に制限されず電磁式切替弁等を使用できる。
【００４０】
呼気導入部２８の内部において、呼気導入口３０と分岐部分との間には、流量センサ６６が、そのセンサ面が呼気導入部２８の内部空間に露出するように装着される。流量センサ６６は、導入される呼気の流量を測定できるものであれば特に限定されず、カーボンナノ構造体８８の集合体からなるセンサ、羽根車式センサ、電磁式センサ、カルマン式センサ又は超音波式センサ等を使用できる。これらの中でも、カーボンナノ構造体８８の集合体からなるセンサであることが好ましく、更にはＣＮＴの集合体からなるセンサであることが好ましい。これにより、チタン酸バリウム又は酸化チタン等の金属酸化物半導体からなるセンサ等の他のセンサを使用する場合と比較して、より一層装置の小型化を達成できる。また、例えば、にんにく臭又は口臭等を発生する匂い物質等の、呼気分析を妨害するような成分（以下「妨害成分」と記す。）を選択的に吸着する物質によって表面修飾することにより、呼気の流量を測定するとともに、呼気中に含まれる妨害成分の検出が可能になる。したがって、これらの妨害成分の混入に対する、例えば、第１ガスセンサ４８及び第２ガスセンサ５０の再生処理を行なう、又は、後述する再測定点灯部１４２を点灯させて被験者に対して再測定を促す等の対策を施すことが可能になるので、より正確な呼気分析を実現できる。流量センサ６６は制御部３２と電気的に接続され、呼気流量の測定結果を出力値として、制御部３２に対して出力する。
【００４１】
このように、呼気導入路４４及び死腔排出路４６を含む呼気導入部２８において、呼気導入路４４及び死腔排出路４６の分岐部分には切替弁６４が設けられ、呼気導入口３０と分岐部分との間には流量センサ６６が設けられる。そして、切替弁６４は、流量センサ６６による呼気流量の測定結果に基づいて制御部３２から入力される切替制御信号に従って、呼気導入路４４と死腔排出路４６とを切替える。これにより、死腔部分の呼気を確実に除去することができる。また、呼気排出経路と呼気測定経路とを別に設ける必要がなくなるので、従来のものと比較して装置の単純化及び小型化を達成できる。ここで、死腔とは、気道空間、すなわち上気道部分のことである。死腔部分の呼気は、肺から排出される呼気とともに、血液との成分交換に寄与していない吸入された大気（以下「吸気」と記す場合がある。）が混合されているので、正確な呼気分析を行なうための試料として好ましくない。したがって、正確な呼気分析を行なうために、死腔部分の呼気を除く必要がある。なお、一般的な成人男性及び成人女性は、一回の呼吸で５００ｍＬ程度の呼気を吐出し、このうち死腔部分の呼気の容量は１５０ｍＬ〜２００ｍＬ程度である。したがって、制御部３２により、流量センサ６６の測定結果に基づいて算出される呼気導入量が１５０ｍＬ〜２００ｍＬに達したと判定されたときに、切替弁６４による死腔排出路４６から呼気導入路４４への切替動作が行なわれることが好ましい。これにより、死腔部分の呼気をより一層確実に除去することができ、より一層正確な呼気分析が可能になる。
【００４２】
呼気導入部２８が筐体１８と連通する部分近傍には、筐体１８内部に呼気が流入するのを許容し、かつ筐体１８内部から呼気が流出するのを阻止する逆止弁７５が設けられる。逆止弁７５としては、当該分野において一般的に使用されるものであれば特に限定されず、例えば、弁体がプラスチック等の薄板からなるもの、又は、略平板状の逆止弁等を使用できる。略平板状の逆止弁としては、例えば、市販品（商品名：ＡＰ６１シリーズ、東横化学株式会社製）等を使用できる。逆止弁７５は、ばね又は自重等による押付け力によって弁体を弁座に押しつけることで筐体１８内部から呼気が流出するのを阻止する。そして、被験者により導入された呼気により上述の押付け力を上回る圧力が弁体に対して加わった際に、筐体１８内部に呼気が流入するのを許容する。
【００４３】
表示部２０は、制御部３２と電気的に接続され、流量センサ６６の測定結果に基づいて算出される呼気導入量に基づいて制御部３２から入力される表示制御信号に従って、呼気導入量の状態を表示するための表示装置である。表示部２０の表示方式としては、被験者が自己の呼気導入量の状態を確認できる方式であれば特に限定されるものではなく、バーグラフ表示等の目盛り式表示又はデジタル表示等を使用できる。このように、表示部２０が設けられることによって、被験者は自己の呼気導入量の状態を確認しながら呼気を吐出することができるので、正確に呼気のサンプリングを行なうことができ、呼気分析に必要な呼気量を容易に確保できるようになる。したがって、呼気分析の精度がより一層向上するので、より信頼性の高い呼気分析を行なうことができる。また、呼気サンプリングの失敗が減り、再測定の回数を減らすことができるので、呼気分析に要する手間及び時間を省くことができる。
【００４４】
図７は、表示部２０における表示の一例を示す図である。図７を参照して、表示部２０は、制御部３２から入力される表示制御信号に従って個別に点灯する５つの点灯部１４０Ａ〜１４０Ｅと、「再測定」と表示された部分を点灯する再測定点灯部１４２とを含む。点灯部１４０Ａ〜１４０Ｅ及び再測定点灯部１４２は、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等からなる。点灯部１４０Ａ〜１４０Ｅは、この順に表示面積が大きくなるように並んで配置され、これらの表示面積は、呼気導入量にそれぞれ対応する大きさとなるように構成される。点灯部１４０Ａ〜１４０Ｅは、流量センサ６６の測定結果に基づいて算出される呼気導入量に基づいて制御部３２から入力される表示制御信号に従って、呼気導入量の増加に伴ってこの順に順次点灯し、呼気導入量が呼気分析に必要な予め定める所定量に達したときに、全ての点灯部１４０Ａ〜１４０Ｅが点灯するように構成される。これにより、被験者は自己の呼気導入量の状態をより一層容易に確認できるので、呼気分析の精度が更に向上し、より一層信頼性の高い呼気分析を行なうことができる。
【００４５】
呼気導入部２８の呼気導入口３０は、使い捨てのマウスピース１５０を着脱可能に構成される。図８は、マウスピース１５０の構成を示す図であり、図８（Ａ）は、伸長状態のマウスピース１５０を示す図であり、図８（Ｂ）は、短縮状態のマウスピース１５０を示す図であり、図８（Ｃ）は伸長状態のマウスピース１５０を長軸方向に切断したときの断面図である。図８（Ａ）及び図８（Ｂ）を参照して、マウスピース１５０は、山部と谷部とを交互に繰返し、折り畳み可能に構成される蛇腹構造を有し、カバー部１５２と、骨組部１５４とを含む。カバー部１５２は、ポリオレフィン等の高分子材料、紙又はプラスチック等からなる略円筒状部材である。骨組部１５４は、鋼等の金属又はプラスチック等からなるリング状部材であり、カバー部１５２の長軸方向に間隔をあけて複数個設けられ、マウスピース１５０を補強する。マウスピース１５０の先端部１５６、すなわち被験者が口でくわえる部分は、被験者が口でくわえ易く、かつ呼気がもれにくい形状及び大きさに形成されることが好ましい。先端部１５６の好ましい形状としては、例えば、楕円筒形状又はリコーダの歌口のような形状等がある。先端部１５６の好ましい大きさとしては、特に限定されず適宜設定されればよいが、本実施の形態においては、先端部１５６以外の骨組部１５４ａとして、直径が呼気導入口３０と同程度の大きさである直径１５ｍｍのリング状部材を使用し、先端部１５６における骨組部１５４ｂとして、直径が骨組部１５４ａの直径よりも小さくなるように形成される直径１０ｍｍのリング状部材を使用する。マウスピース１５０の先端部１５６に対して反対側の他端部１５８は、呼気導入口３０から外れにくい形状に形成されることが好ましい。他端部１５８の形状としては、特に限定されず適宜設定されればよいが、本実施の形態においては、内部に爪状の突起部が形成されるようにカバー部１５２に２つの凹部１６０が設けられ、呼気導入部２８の呼気導入口３０には、凹部１６０を引掛けるための爪状の引掛部（図示せず）が設けられる。マウスピース１５０の内壁は、呼気中の水分等に対して耐性を有するように、フッ素樹脂又はシリコン樹脂等による防水処理が施されることが好ましい。また先端部１５６の外壁は、被験者が口で加えた際に不快感を得ることのないようにラミネート加工等の表面処理が施されることが好ましい。
【００４６】
図８（Ａ）及び図８（Ｂ）を参照して、マウスピース１５０の長軸方向に対して圧縮力Ｐ１が印加されると、各骨組部１５４間のカバー部１５２が屈曲して谷部を形成し、皿状に積層された短縮状態となる。この短縮状態において、マウスピース１５０の長軸方向に対して引っ張り力Ｐ２が印加されると、各骨組部１５４間のカバー部１５２が延伸され、元の伸長状態に戻る。このように、マウスピース１５０は、その長軸方向に印加される圧縮力Ｐ１又は引っ張り力Ｐ２によって伸縮自在であり、かつ湾曲可能な蛇腹構造を有し、呼気分析を行なう場合には伸長状態にして使用し、保管する場合には短縮状態にして保管する。
【００４７】
図８（Ｃ）を参照して、少なくとも１つの骨組部１５４には、そのリング孔の部分を覆うように、フィルタ１６２が接着剤等により接着されて設けられる。ここで、フィルタ１６２は、呼気に含まれる、呼気分析に不要な物質等を除去するための膜であり、例えば、不織布、不織布に触媒体、多孔質材料、吸湿剤又は吸着材等を担持させたもの、若しくは、選択透過膜等を使用できる。不織布としては、呼気中の水分及び埃等を濾過可能なものであれば特に限定されないが、レーヨン、コットン又はポリプロピレン等からなるメルトブロー若しくはスパンレース等を使用できる。不織布に担持させる触媒体としては、例えば、一酸化炭素（ＣＯ）除去用の白金等の貴金属からなるナノ微粒子等を使用できる。多孔質材料としては、例えば、活性炭等を使用できる。吸湿剤としては、例えば、塩化カルシウム等を使用できる。吸着材としては、例えば、シリカゲル等を使用できる。選択透過膜としては、呼気中の妨害成分等を除去可能なものであれば特に限定されないが、シリコーンゴム等からなる膜を使用できる。なお、フィルタ１６２として選択透過膜を使用する場合には、被験者が口でくわえる部分であるマウスピース１５０の先端部１５６とフィルタ１６２との間のカバー部１５２に、選択透過膜１６２を通過できないガス成分を排出するための通気孔を設ける、若しくは、先端部１５６とフィルタ１６２との間のカバー部１５２の一部が、選択透過膜１６２を透過できないガス成分を透過可能な膜からなる構成とすることが好ましい。このような構成にすることにより、選択透過膜１６２を通過できない呼気分析に不要なガス成分を効率よく排出することができるので、呼気の導入をより一層効率よく行なうことができる。上述の通気孔の大きさとしては、選択透過膜１６２の種類、使用枚数及び厚み等に応じて、マウスピース１５０の先端部１５６とフィルタ１６２との間における圧力損失が好ましい値となるように適宜設定されればよい。本実施の形態では、１つの骨組部１５４ａにフィルタとして不織布を設けたが、呼気の流通が阻害されない程度であればこの設置数に限定されず、複数の、好ましくは１つ〜３つの骨組部１５４に様々な作用を有するフィルタを組合せて設けることができる。
【００４８】
このように、マウスピース１５０は、伸縮及び湾曲自在な蛇腹構造を形成する、略円筒状のカバー部１５２と、カバー部１５２の長軸方向に間隔をあけて設けられる複数の骨組部１５４とを含み、骨組部１５４には、呼気中の特定物質を除去するためのフィルタ１６２が設けられる。このように、マウスピース１５０は、複数の骨組部１５４を含む蛇腹構造を有するので、被験者は、呼気分析を行なう場合には、マウスピース１５０の長さを被験者にとって最適な長さに容易に調整でき、更に、マウスピース１５０を湾曲させることで先端部１５６の位置を被験者にとって最適な位置に容易に調整することができる。したがって、呼気の導入を容易に行なうことができるようになる。また、コンパクトな状態で保管できるようになるので、保管に要する場所を小さくすることができる。更に、フィルタ１６２を必要に応じて複数設けることができるので、呼気に含まれる特定物質、例えば呼気分析を妨害するおそれのある水分及び埃等の物質を容易に除去できるようになり、呼気センシング装置１０に対する負担を軽減でき、より信頼性の高い呼気分析を行なうことができる。
【００４９】
また、マウスピース１５０は、上述のような比較的安価な材料から構成されるので、使い捨て可能である。これによって、フィルタの掃除等に要する手間及び時間を省くことでき、かつ衛生面に優れるマウスピース１５０を提供することができる。
【００５０】
第１呼気排出部２２は、呼気導入室７０内部と筐体１８外部とを連通し、第２呼気排出部２４は、第２センサ室７４内部と筐体１８外部とを連通し、第３呼気排出部２６は、第１センサ室７２内部と筐体１８外部とを連通する。第１呼気排出部２２としては、当該分野において一般的に使用されるものであれば特に限定されないが内径１０ｍｍ〜３０ｍｍ、長さ１０ｍｍ〜５０ｍｍのパイプ状部材を使用することができる。第２呼気排出部２４及び第３呼気排出部２６には、第１センサ室７２及び第２センサ室７４が類似の構成を有するように同一の部材が使用されることが好ましい。第２呼気排出部２４及び第３呼気排出部２６としては、当該分野において一般的に使用されるものであれば特に限定されないが、内径１０ｍｍ〜３０ｍｍ、長さ１０ｍｍ〜５０ｍｍのパイプ状部材を使用することができる。
【００５１】
第１呼気排出部２２には、呼気導入室７０の内圧が予め定められる圧力を超えたときに、自動的に呼気導入室７０内部から筐体１８外部へと呼気を流出させる逆止弁７６が設けられる。逆止弁７６は、筐体１８内部から呼気が流出するのを許容し、かつ筐体１８内部へガスが流入するのを阻止する。逆止弁７６としては、当該分野において一般的に使用されるものであれば特に限定されず、例えば、弁体がプラスチック等の薄板からなるもの、又は、略平板状の逆止弁等を使用できる。略平板状の逆止弁としては、例えば、市販品（商品名：ＡＰ６１シリーズ、東横化学株式会社製）等を使用できる。逆止弁７６は、ばね又は自重等による押付け力によって弁体を弁座に押しつけることで筐体１８内部へガスが流入するのを阻止する。そして、呼気導入室７０の内圧により上述の押付け力を上回る圧力が加わった際に、筐体１８内部から呼気が流出するのを許容する。逆止弁７６は、呼気導入室７０内部の呼気による内圧を制御して、必要以上の呼気が第１センサ室７２及び第２センサ室７４に流入することを防ぐ。
【００５２】
第２呼気排出部２４には、第２センサ室７４の内圧が予め定められる圧力を超えたときに、自動的に第２センサ室７４内部から筐体１８外部へと呼気を流出させる逆止弁７７が設けられる。第３呼気排出部２６には、第１センサ室７２の内圧が予め定められる圧力を超えたときに、自動的に第１センサ室７２内部から筐体１８外部へと呼気を流出させる逆止弁７８が設けられる。逆止弁７７及び逆止弁７８は、筐体１８内部から呼気が流出するのを許容し、かつ筐体１８内部へガスが流入するのを阻止する。逆止弁７７及び逆止弁７８は、第１センサ室７２及び第２センサ室７４が類似の構成を有するように同一の部材が使用されることが好ましい。逆止弁７７及び逆止弁７８としては、当該分野において一般的に使用されるものであれば特に限定されず、例えば、弁体がプラスチック等の薄板からなるもの、又は、略平板状の逆止弁等を使用できる。略平板状の逆止弁としては、例えば、市販品（商品名：ＡＰ６１シリーズ、東横化学株式会社製）等を使用できる。逆止弁７７及び逆止弁７８は、ばね又は自重等による押付け力によって弁体を弁座に押しつけることで筐体１８内部へガスが流入するのを阻止する。そして、第２センサ室７４の内圧又は第１センサ室７２の内圧により上述の押付け力を上回る圧力が加わった際に、筐体１８内部から呼気が流出するのを許容する。
【００５３】
逆止弁７６における押付け力は、逆止弁７７及び逆止弁７８における押付け力よりも大きくなるように設定される。したがって、筐体１８内部を流通する呼気によって筐体１８内部に内圧が生じ、第２センサ室７４の内圧及び第１センサ室７２の内圧が逆止弁７７及び逆止弁７８における押付け力を超えると、逆止弁７７及び逆止弁７８が開く。その後、筐体１８内部において内圧が更に上昇して、呼気導入室７０の内圧が逆止弁７６における押付け力を超えると、逆止弁７６が開く。
【００５４】
このように、押付け力が設定されることによって、呼気の流れをより一層効率よく生じさせることができるとともに、呼気の流速をより一層安定して制御することができる。したがって、呼気センシング装置１０の検出感度を更に高め、応答速度を更に速くすることができるとともに、呼気の吐出の強さの違いに影響されることなくより一層安定して呼気分析を行なうことができる。
【００５５】
筐体１８の背面部における第１センサ室７２側の面には、第１呼気排出部２２と連通する部分を塞ぐように、選択透過膜６８が設けられ、筐体１８の正面部における第２センサ室７４側の面には、第２呼気排出部２４と連通する部分を塞ぐように選択透過膜６９が設けられる。選択透過膜６８，６９の構成材料としては、選択透過膜６０又は選択透過膜６２を透過した呼気中のガス成分を優先的に透過させ、かつ大気中の各成分を透過させにくい材料から適宜選択される。選択透過膜６８，６９の厚みとしては、適度な機械的強度を有する程度であれば特に限定されないが、５μｍ〜５０μｍであることが好ましい。
【００５６】
本実施の形態では、選択透過膜６８には、選択透過膜６０と同様の膜である、水分を除去し、かつ呼気中のマーカである一酸化窒素（ＮＯ）を優先的に透過可能な疎水性の膜（例えば、ＮＯ-ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  ｍｅｍｂｒａｎｅ（商品名、Ｗｏｒｌｄ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製））を使用し、選択透過膜６９には、選択透過膜６２と同様の膜である、呼気中のマーカであるアセトンを優先的に透過可能なポリイミドからなる膜を使用する。
【００５７】
呼気導入室７０において、呼気導入部２８と第１呼気排出部２２との間であって、第１開口部５６及び第２開口部５８よりも第１呼気排出部２２側には、一対の反射板３８ａ，３８ｂが設けられる。反射板３８ａは、その反射面が第１開口部５６を向くように配置され、反射板３８ｂはその反射面が第２開口部５８を向くように配置される。これらの反射板３８ａ，３８ｂは、呼気導入部２８から呼気導入室７０内部に導入され、第１開口部５６及び第２開口部５８を通過せず第１呼気排出部２２側に流通する呼気を、第１開口部５６及び第２開口部５８に向けて反射させることで呼気の流通方向を第１開口部５６及び第２開口部５８に向かう方向に変更する。このように、反射板３８ａ，３８ｂが設けられることによって、第１ガスセンサ４８及び第２ガスセンサ５０へ向かう呼気の流れをより一層効率良く生じさせることができるので、呼気分析の検出感度をより高め、応答速度をより速くすることができる。また選択透過膜６０，６２における呼気中の特定ガス成分の透過をより効率良く行なわせることができる。
【００５８】
制御部３２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を備えるマイクロコンピュータ又はマイクロプロセッサ等によって実現される処理回路と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）を含む記憶部と、Ａ／Ｄ変換器と、主電源と（以上いずれも図示せず。）を含む。記憶部には、流量センサ６６からの測定結果、並びに、表示部２０の表示動作及び切替弁６４の切替動作等の各種処理を実行するための各種プログラム等が記憶される。Ａ／Ｄ変換器は、第１ガスセンサ４８又は第２ガスセンサ５０によりアナログ信号として出力される電位変化をデジタル化してデジタル信号に変換し、変換したデジタル信号を処理回路に対して出力する。主電源は処理回路だけでなく、呼気センシング装置１０の各構成部に対しても電力を供給する。処理回路は、記憶部に記憶される、測定結果等の各種データ若しくは各種プログラムを読出して各種判定を行ない、判定結果に応じて該当する呼気センシング装置１０内部の各構成部に制御信号を送信して、各構成部の動作制御を行なう。例えば、処理回路は、流量センサ６６による測定結果に基づいて呼気導入量を算出し、算出した呼気導入量が予め定める所定量に達したか否かを判定し、判定結果に応じて、切替弁６４に対して切替制御信号を送信し、呼気の流路を切替える。なお、呼気導入量は、時間と呼気流量センサ６６の抵抗変化とのプロファイル差等から算出される。また、処理回路は、所定のプログラムを実行して、Ａ／Ｄ変換器から入力されるデジタル信号に基づいて呼気中の特定ガス成分の濃度を算出し、その算出結果を表示画面２１に表示させるために、表示画面２１に対して表示制御信号を出力する。
【００５９】
測定開始ボタン３４及び再生ボタン３６は、被験者等の利用者により押下されて操作されることで、制御部３２に対してそれぞれの指示、すなわち呼気分析開始指示、又は、第１ガスセンサ４８及び第２ガスセンサ５０の再生処理開始指示に応じた制御信号を出力する。
【００６０】
表示画面２１は、制御部３２と電気的に接続され、制御部３２から入力される表示制御信号に従って、呼気中の特定ガス成分の濃度等を、例えば折れ線グラフ表示等によって表示するための表示装置である。表示画面２１としては、当該分野において一般的に使用されるものであれば特に限定されず、液晶表示装置等を使用できる。
【００６１】
−動作−
図１〜図６を参照して、本実施の形態に係る呼気センシング装置１０は以下のように動作する。通常、被験者等の利用者は、最初に第１ガスセンサ４８及び第２ガスセンサ５０の再生処理を行ない、次いで、呼気分析を行なう。
【００６２】
すなわち、まず、被験者等により再生ボタン３６が操作されると、制御部３２は、ヒータ４１，４３に一定時間電流を流して加熱し、第１ガスセンサ４８及び第２ガスセンサ５０のセンシング部８２に吸着したガス成分を脱離させる。
【００６３】
次いで、被験者等により測定開始ボタン３４が操作されると、定電圧源１３０により、ガスセンサ素子８０と負荷抵抗１３４とを直列接続したものの両端に一定電圧がかけられるとともに、切替弁６４により、呼気導入部２８に導入される呼気が死腔排出路４６を流通する状態にされる。そして、被験者により呼気導入口３０にマウスピース１５０が設置され、設置されたマウスピース１５０から呼気が導入されると、流量センサ６６は、死腔排出路４６を流通する呼気の流量を測定して、その測定結果を出力値として制御部３２に対して出力する。制御部３２の処理回路は、流量センサ６６からの入力値を積算した積算流量を呼気導入量として算出し、算出した呼気導入量が、死腔部分の呼気の容量に相当する、例えば２００ｍｌに達したか否かを判定する。そして、算出した呼気導入量が２００ｍＬに達したと判定すると、切替弁６４に対して切替制御信号を出力し、導入された呼気の流路が呼気導入路４４を流通するように切替弁６４を切替える。一方、制御部３２の処理回路によって、導入された呼気の流量が２００ｍｌに達していないと判定された場合には、切替制御信号は送信されず、導入された呼気が死腔排出路４６を流通する状態のままで維持される。
【００６４】
切替弁６４が切替えられて、導入された呼気が呼気導入路４４を流通するようになると、制御部３２は、算出した呼気導入量に応じて表示部２０に対して表示制御信号を出力し、対応する表示部２０の点灯部１４０Ａ〜１４０Ｅを表示させる。すなわち、呼気導入量の増加に伴って点灯部１４０Ａ〜１４０Ｅをこの順に点灯させていき、呼気導入量が呼気分析に必要な予め定める所定量、例えば５００ｍＬに達したときに、全ての点灯部１４０Ａ〜１４０Ｅが点灯するように表示させる。被験者が全ての点灯部１４０Ａ〜１４０Ｅが点灯したことを確認し、呼気の導入を停止すると、流量センサ６６からの入力値が「０」になる。制御部３２は、常時流量センサ６６からの入力値が「０」であるか否かを判定しており、流量センサ６６からの入力値が「０」であると判定すると、表示部２０に対して表示終了信号を出力し、全ての点灯部１４０Ａ〜１４０Ｅを消灯させる。なお、制御部３２は、例えば被験者が呼気導入時に途中で呼気の吐出を止めること等によって、全ての点灯部１４０Ａ〜１４０Ｅが点灯する前に、流量センサ６６からの入力値が「０」であると判定した場合には、表示部２０に対して再測定を指示する表示制御信号を出力し、再測定点灯部１４２を点灯させる。また、制御部３２は、例えば、マウスピースの破損等によって呼気が正常に導入されず呼気導入量の増加を検出できない場合、又は、呼気導入量が流量センサ６６の検知可能範囲量を大きく外れる場合等においても、表示部２０に対して再測定を指示する表示制御信号を出力し、再測定点灯部１４２を点灯させる。
【００６５】
呼気導入部２８において呼気導入路４４を流通した呼気は呼気導入室７０に導入され、その一部は第１開口部５６及び第２開口部５８を通過して第１センサ室７２及び第２センサ室７４に直接流入する。このとき、選択透過膜６０の存在により、呼気中の特定ガス成分のうち、水分が除去されるとともに一酸化窒素（ＮＯ）が優先的に第１センサ室７２に導入される。同様に、選択透過膜６２の存在により、呼気中の特定ガス成分のうち、アセトンが優先的に第２センサ室７４に導入される。
【００６６】
第１センサ室７２に優先的に導入された呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）は、第１ガスセンサ４８のセンシング部８２に選択的に吸着され、その結果、ガスセンサ素子８０の電極８４，８６間の電気抵抗が増加する。その変化は、増幅器１３６の出力電圧の変化として制御部３２のＡ／Ｄ変換器に対して出力される。同様に、第２センサ室７４に優先的に導入された呼気中のアセトンは、第２ガスセンサ５０のセンシング部８２に選択的に吸着され、その結果、ガスセンサ素子８０の電極８４，８６間の電気抵抗が増加する。その変化は、増幅器１３６の出力電圧の変化として制御部３２のＡ／Ｄ変換器に対して出力される。Ａ／Ｄ変換器は、入力された電位変化をデジタル信号に変換して制御部３２の処理回路に対して出力し、処理回路は、入力されたデジタル信号に基づいて呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）又はアセトンの濃度を算出して、その算出結果を表示画面２１に表示させる。このように出力電圧変化を知ることによって、呼気中の特定ガス成分の濃度を確認することができる。
【００６７】
第１ガスセンサ４８のセンシング部８２により一酸化窒素（ＮＯ）が吸着された呼気は、選択透過膜６８を優先的に通過して、第３呼気排出部２６の呼気排出口２７から呼気センシング装置１０外部に排出される。同様に、第２ガスセンサ５０のセンシング部８２によりアセトンが吸着された呼気は、選択透過膜６９を優先的に透過して、第２呼気排出部２４の呼気排出口２５から呼気センシング装置１０外部に排出され、呼気分析が終了する。
【００６８】
上述のようにして、筐体１８内部には、呼気導入部２８から導入された呼気が、選択透過膜６０、第１ガスセンサ４８、選択透過膜６８、第４呼気排出部２６の順に流通する流路と、選択透過膜６２、第２ガスセンサ５０、選択透過膜６９、第３呼気排出部２４の順に流通する流路との２つの流路が形成される。
【００６９】
第１ガスセンサ４８及び第２ガスセンサ５０の検出感度を高め、応答速度を速くするには、呼気が２つの流路を円滑に流通するように呼気の流れを生じさせる必要がある。また、呼気は、被験者等による呼気の吐出の強さによって生じる呼気導入室７０の内圧を利用して選択透過膜６０，６２を通過するが、呼気分析を呼気の吐出の強さの違いに影響されることなく安定して行なうために、呼気の流れの速度（以下「流速」と記す。）を制御する必要がある。本実施の形態では、以下のようにして、呼気の流れを形成し、その流速を制御している。
【００７０】
すなわち、呼気導入開始時には、逆止弁７６，７７，７８は閉じた状態にある。被験者により筐体１８内部に呼気が導入されると、筐体１８内部に内圧が生じる。そして、第２センサ室７４の内圧及び第１センサ室７２の内圧が、ばねの強さ等によって予め調整される押付け力である、例えば、大気圧の１．１倍の圧力を超えると、逆止弁７７，７８は自動的に開き、第２センサ室７４内部及び第１センサ室７２内部から筐体１８外部へと呼気を流出させる。そして、筐体１８内部の内圧が更に上昇して、呼気導入室７０の内圧が、ばねの強さ等によって予め調整される押付け力である、例えば、大気圧の１．２倍の圧力を超えると、逆止弁７６は自動的に開き、呼気導入室７０内の呼気を筐体１８外部へと流出させることで、必要以上の呼気が第１センサ室７２及び第２センサ室７４に流入することを防ぐ。
【００７１】
このように、第２センサ室７４の内圧及び第１センサ室７２の内圧が予め調整される押付け力を超えたときに、逆止弁７７，７８が自動的に開いて第２センサ室７４内部及び第１センサ室７２内部から呼気を流出させるので、呼気の流れを効率よく生じさせることができる。更に、呼気導入室７０の内圧が予め調整される押付け力を超えたときに、逆止弁７６が自動的に開いて呼気導入室７０内部から呼気を流出させるので、呼気の流速が一定になるように制御することができる。したがって、呼気センシング装置１０の検出感度を高め、応答速度を速くすることができるとともに、呼気の吐出の強さの違いに影響されることなく安定して呼気分析を行なうことができる。
【００７２】
なお、第１センサ室７２及び第２センサ室７４に流入せず、第１呼気排出部２２側に流通する呼気の一部は、反射板３８ａ，２８ｂにより反射されて、その流通方向を第１開口部５６及び第２開口部５８に向かう方向に変更される。
【００７３】
［第２の実施形態］
−構成−
図９は、本発明の第２の実施の形態に係る呼気センシング装置２００を示す斜視図であり、図１０は、呼気センシング装置２００の内部構成を示す水平断面図である。図９及び図１０を参照して、呼気センシング装置２００は、第２センサ室７４及び第２呼気排出部２４が設けられず、これに伴って、第２仕切部材５４、選択透過膜６２、第２ガスセンサ５０、ヒータ４３、センサ基板４２、選択透過膜６９及び逆止弁７７を有しない点、並びに、補正用ガスセンサ２０２、ヒータ２０４及びセンサ基板２０６を有する点以外は、呼気センシング装置１０と同一の構成である。呼気センシング装置２００において、呼気センシング装置１０と同一の機能を有する構成部には同一の参照符号及び名称を付し、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００７４】
呼気センシング装置２００において、筐体１８の正面には、大気中の一酸化窒素（ＮＯ）の濃度を測定するための補正用ガスセンサ２０２が、そのセンサ面が呼気センシング装置２００外部に露出するように、センサ基板２０６に支持されて設けられる。また、センサ基板２０６と補正用ガスセンサ２０２との間には、ヒータ２０４が設けられる。ヒータ２０４は、制御部３２と電気的に接続され、制御部３２から入力される加熱制御信号に従って、補正用ガスセンサ２０２を加熱する。ヒータ２０４には、ヒータ４１に用いられるものと同様のものを使用できる。
【００７５】
補正用ガスセンサ２０２には、第１ガスセンサ４８に用いられるものと同一のものを使用する。すなわち、補正用ガスセンサ２０２のセンシング部８２として、水分及び一酸化窒素（ＮＯ）を選択的に吸着するＣｏＰｃにより表面修飾されたものを使用する。補正用ガスセンサ２０２は、制御部３２と電気的に接続され、測定結果を出力値として、制御部３２に対して出力する。制御部３２は、補正用ガスセンサ２０２の測定結果に基づいてＡ／Ｄ変換器から入力されるデジタル信号を補正する。
【００７６】
呼気センシング装置２００では、第１ガスセンサ４８によって呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）の濃度が選択的に検出される。しかし、この検出結果は、呼気中に含まれる、血液との成分交換に寄与していない吸気の影響を受けたものである。したがって、より信頼性の高い呼気分析を行なうためには、この吸気の影響を排除する必要がある。呼気センシング装置２００では、補正用ガスセンサ２０２によって吸気に相当する装置外部の大気中の一酸化窒素（ＮＯ）の濃度を検出し、その検出結果に基づいて、第１ガスセンサ４８の検出値の補正を行なう。第１ガスセンサ４８の検出値に対する補正方法としては、当該分野において一般的に使用される方法であれば特に限定されないが、第１ガスセンサ４８の検出値から補正用ガスセンサ２０２の検出値を差し引く方法等がある。
【００７７】
このように、呼気センシング装置２００は、大気中の一酸化窒素（ＮＯ）を選択的に検出するための補正用ガスセンサ２０２を更に備え、制御部３２は、補正用ガスセンサ２０２の検出結果に基づいて、第１ガスセンサ４８により検出される値の補正を行なうので、呼気中に含まれる吸気の影響を排除することができ、より信頼性の高い呼気分析を行なうことができる。
【００７８】
−動作−
図９及び図１０を参照して、本実施の形態に係る呼気センシング装置２００は以下のように動作する。なお、呼気が呼気導入部２８を流通して呼気導入室７０に導入されるまでの動作、表示部２０における表示動作、及び、反射板３８ａ，３８ｂの動作は、第１の実施の形態に係る呼気センシング装置１０の動作と同様であるので、説明を省略する。
【００７９】
通常、被験者等の利用者は、最初に第１ガスセンサ４８及び補正用ガスセンサ２０２の再生処理を行ない、次いで、呼気分析を行なう。すなわち、まず、被験者等により再生ボタン３６が操作されると、制御部３２は、ヒータ４１及びヒータ２０４に一定時間電流を流して加熱し、第１ガスセンサ４８及び補正用ガスセンサ２０２のセンシング部８２に吸着したガス成分を脱離させる。
【００８０】
呼気導入部２８において呼気導入路４４を流通した呼気は呼気導入室７０に導入され、その一部は第１開口部５６を通過して第１センサ室７２に直接流入する。このとき、選択透過膜６０の存在により、呼気中の特定ガス成分のうち、水分が除去されるとともに一酸化窒素（ＮＯ）が優先的に第１センサ室７２に導入される。第１センサ室７２に優先的に導入された呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）は、第１ガスセンサ４８のセンシング部８２に選択的に吸着され、その結果、ガスセンサ素子８０の電極８４，８６間の電気抵抗が増加する。その変化は、増幅器１３６の出力電圧の変化として制御部３２のＡ／Ｄ変換器に対して出力される。同時に、大気中の一酸化窒素（ＮＯ）は、補正用ガスセンサ２０２のセンシング部８２に選択的に吸着され、その結果、ガスセンサ素子８０の電極８４，８６間の電気抵抗が増加する。その変化は、増幅器１３６の出力電圧の変化として制御部３２のＡ／Ｄ変換器に対して出力される。Ａ／Ｄ変換器は、入力された電位変化をデジタル信号に変換して制御部３２の処理回路に対して出力し、処理回路は、入力されたデジタル信号に基づいて呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）の濃度を算出する。このとき、処理回路は、補正用ガスセンサ２０２の検出値に基づいて、第１ガスセンサ４８の検出値の補正を行なう。すなわち、第１ガスセンサ４８に接続されるＡ／Ｄ変換器から入力されたデジタル信号から算出される呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）の濃度の値から、補正用ガスセンサ２０２に接続されるＡ／Ｄ変換器から入力されたデジタル信号から算出される大気中の一酸化窒素（ＮＯ）の濃度の値を差し引くことで、呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）の濃度の補正を行う。処理回路は、補正後の算出結果を、表示画面２１に表示させる。このように出力電圧変化を知ることによって、呼気中の特定ガス成分の濃度を確認することができる。
【００８１】
第１ガスセンサ４８のセンシング部８２により一酸化窒素（ＮＯ）が吸着された呼気は、選択透過膜６８を優先的に通過して、第３呼気排出部２６の呼気排出口２７から呼気センシング装置２００外部に排出され、呼気分析が終了する。
【００８２】
上述のようにして、筐体１８内部には、呼気導入部２８から導入された呼気が、選択透過膜６０、第１ガスセンサ４８、選択透過膜６８、第４呼気排出部２６の順に流通する流路が形成される。第１ガスセンサ４８の検出感度を高め、応答速度を速くするには、呼気が上述の流路を円滑に流通するように呼気の流れを生じさせる必要がある。また、呼気は、被験者等による呼気の吐出の強さによって生じる呼気導入室７０の内圧を利用して選択透過膜６０を通過するが、呼気分析を呼気の吐出の強さの違いに影響されることなく安定して行なうために、流速を制御する必要がある。本実施の形態では、以下のようにして、呼気の流れを形成し、その流速を制御している。
【００８３】
すなわち、呼気導入開始時には、逆止弁７６，７８は閉じた状態にある。被験者により筐体１８内部に呼気が導入されると、筐体１８内部に内圧が生じる。そして、第１センサ室７２の内圧が、ばねの強さ等によって予め調整される押付け力である、例えば、大気圧の１．１倍の圧力を超えると、逆止弁７８は自動的に開き、第１センサ室７２から筐体１８外部へと呼気を流出させる。そして、筐体１８内部の内圧が更に上昇して、呼気導入室７０の内圧が、ばねの強さ等によって予め調整される押付け力である、例えば、大気圧の１．２倍の圧力を超えると、逆止弁７６は自動的に開き、呼気導入室７０内の呼気を筐体１８外部へと流出させることで、必要以上の呼気が第１センサ室７２に流入することを防ぐ。
【００８４】
このように、第１センサ室７２の内圧が予め調整される押付け力を超えたときに、逆止弁７８が自動的に開いて第１センサ室７２内部から呼気を流出させるので、呼気の流れを効率よく生じさせることができる。更に、呼気導入室７０の内圧が予め調整される押付け力を超えたときに、逆止弁７６が自動的に開いて呼気を呼気導入室７０内部から流出させるので、呼気の流速が一定になるように制御することができる。したがって、呼気センシング装置２００の検出感度を高め、応答速度を速くすることができるとともに、呼気の吐出の強さの違いに影響されることなく安定して呼気分析を行なうことができる。
【００８５】
〈作用・効果〉
上述の実施の形態によれば、呼気センシング装置１０，２００は、内部に呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）を検出するための第１ガスセンサ４８を備える筐体１８と、筐体１８内部に呼気を導入するための呼気導入口３０を有する呼気導入部２８と、筐体１８内部から呼気を排出するための呼気排出口２７を有する第３呼気排出部２６と、呼気導入部２８と第１ガスセンサ４８との間に設けられ、呼気導入部２８から導入される呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）を優先的に通過させる選択透過膜６０と、第１ガスセンサ４８と第３呼気排出部２６との間に設けられ、選択透過膜６０を通過した呼気を優先的に通過させる選択透過膜６８と、第３呼気排出部２６に設けられ、筐体１８内部にガスが流入するのを阻止し、かつ選択透過膜６０と第３呼気排出部２６との間である第１センサ室７２の内圧が、ばねの強さ等によって予め調整される押出し力を超えたときに、第１センサ室７２内部から呼気を自動的に流出させる逆止弁７８と、呼気導入部２８と選択透過膜６０との間である呼気導入室７０に設けられ、呼気導入室７０内部にガスが流入するのを阻止し、かつ、呼気導入室７０の内圧がばねの強さ等によって予め調整される押出し力を超えたときに、呼気導入室７０内部から呼気を自動的に流出させる逆止弁７６とを備える。
【００８６】
このように、呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）を優先的に通過させる選択透過膜６０が設けられるので、カラム等を使用する従来の装置と比較して装置の小型化を達成できる。また、選択透過膜６０を通過した呼気を優先的に通過させる選択透過膜６８が設けられるので、選択透過膜６０から選択透過膜６８へと向かう呼気の流れを効率よく生じさせることができる。また、第１センサ室７２の内圧が予め調整される押出し力を超えたときに、逆止弁７８が自動的に第１センサ室７２内部から呼気を流出させるので、呼気の流れをより一層効率よく生じさせることができる。更に、呼気導入室７０の内圧が予め調整される押出し力を超えたときに、逆止弁７６が自動的に呼気導入室７０内部から呼気を流出させるので、呼気の流速が一定になるように制御することができる。したがって、呼気センシング装置１０，２００の検出感度を高め、応答速度を速くすることができるとともに、呼気の吐出の強さの違いに影響されることなく安定して呼気分析を行なうことができる。なお、ここでは、第１及び第２の実施の形態に共通な第１センサ室７２の構成についてのみ述べているが、第１の実施の形態における第２センサ室７４においても、上述と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
上記実施の形態では、呼気導入部２８の呼気導入口３０にはマウスピース１５０が装着されたが、本発明はそのような実施の形態には限定されず、例えば、以下に示すマウスピース１７０が装着されてもよい。図１１は、マウスピース１７０の構成を示す断面図である。図１１（Ａ）は、保管時におけるマウスピース１７０の状態を示す図であり、図１１（Ｂ）及び図１１（Ｃ）は、使用時におけるマウスピース１７０の状態を示す図である。図１１（Ａ）及び図１１（Ｃ）を参照して、マウスピース１７０は、本体１７２と、装着部１７４と、上蓋１７６とを含む。本体１７２は、他端部１５８に凹部１６０が設けられない点、及び、他端部１５８が装着部１７４に装着される点以外は、マウスピース１５０と同一の構成である。マウスピース１７０において、マウスピース１５０と同一の機能を有する構成部には同一の参照符号及び名称を付し、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００８８】
装着部１７４は、先端部１７８が呼気導入口３０に装着可能に構成される略円筒状部材であり、先端部１７８に対して反対側の他端部１８０は、本体１７２の他端部１５８を装着可能な形状に形成される。先端部１７８の形状としては、呼気導入口３０から外れにくい形状であることが好ましい。装着部１７４の構成材料としては、当該分野で一般的に使用されるものであれば特に限定されないが、プラスチック等を使用できる。他端部１８０には本体の他端部１５８が接着剤等により接着される。上蓋１７６は、他端部１８０の先端に接着剤等により接着される。上蓋１７６としては、当該分野において一般的に使用されるものであれば特に限定されないが、アルミニウムからなる膜等を使用できる。
【００８９】
マウスピース１７０は、呼気分析を行なう場合には伸長状態にして使用し、保管する場合には短縮状態にして使用する。すなわち、保管時には上蓋が装着された短縮状態であり（図１１（Ａ）参照）、使用時には、まず上蓋１７６を取外した後に（図１１（Ｂ）参照）、先端部１５６を引っ張る等して伸長状態にして使用する。
【００９０】
このように、マウスピース１７０は、上蓋１７６を有する構成であるので、保管時に内部に埃及び水等の呼気分析を妨害するおそれのある物質等が侵入して汚染されてしまうことを防ぐことができる。また、マウスピース１７０において、使用時に本体１７２の先端部１５６を引っ張る手間を省くために、骨組部１５４として、リング状部材の代わりにばね部材を使用してもよい。この場合においても上蓋１７６を有する構成であることにより、保管時に短縮状態のまま保管することが可能になる。
【００９１】
また上記実施の形態では、表示部２０を呼気導入部２８の上方に設けたが、本発明はそのような実施の形態には限定されず、被験者が呼気導入時に表示部２０の表示内容を確認しやすい位置に設けられればよい。
【００９２】
また上記実施の形態では、呼気導入部２８としてＴ字型のパイプ状部材を使用したが、本発明はそのような実施の形態には限定されず、例えば、Ｙ字型のパイプ状部材等の分岐部分を有する他の形状の部材を使用してもよい。
【００９３】
また上記実施の形態では、呼気の流路を変更する反射手段として反射板３８を使用したが、本発明はそのような実施の形態には限定されず、例えば、平板状の部材を使用してもよい。
【００９４】
また上記実施の形態では、切替弁６４は、制御部３２から入力される切替制御信号に従って切替えられる構成であったが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、切替弁６４として手動式切替弁を使用し、被験者が、流量センサ６６の測定結果に基づいて、例えば表示部２０等に表示される自己の呼気導入量の状態を確認しながら切替のタイミングを判断し、手動により呼気導入路４４と死腔排出路４６とを切替える構成であってもよい。
【００９５】
また上記実施の形態では、第１開口部５６及び第２開口部５８はそれぞれ１つの貫通孔であったが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。図１２は、第１仕切部材５２の他の一例を示す部分拡大図（円５３で囲む部分）である。図１２（ａ）は、第１仕切部材５２を呼気センシング装置１０の背面側から透視して見たときの図であり、図１２（ｂ）は、水平断面図である。図１２を参照して、第１仕切部材５２は、板状部材５２ａの構成が異なる以外は上記実施の形態と同一の構成である。板状部材５２ａにおける選択透過膜６０を挟む面とは反対側の面側に位置する層において、第１開口部５６に相当する部分は、開口径が１ｍｍ〜５ｍｍの細孔２１０が設けられるメッシュ状に形成される。第２仕切部材５４は、第１仕切部材５２と同一の構成であり、板状部材５４ｂにおける選択透過膜６２を挟む面とは反対側の面側に位置する層において、第２開口部５８に相当する部分は、開口径が１ｍｍ〜５ｍｍの細孔２１０が設けられるメッシュ状に形成される。このように、第１開口部５６内部及び第２開口部５８内部がメッシュ状に形成されることによって、呼気導入時に選択透過膜６０，６２が第１センサ室７２側又は第２センサ７４室側に膨れることを防ぐことができる。
【００９６】
また上記実施の形態では、逆止弁７５，７６，７７，７８は、自動的に開閉動作が制御される構成であったが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、呼気導入室７０の内部に呼気導入室７０の内圧を測定するための、例えば半導体圧力センサ等の圧力センサが設けられ、逆止弁７５，７６，７７，７８は、上述の圧力センサの検知結果に基づいて制御部３２から入力される開閉制御信号に従って、その開閉動作が制御される構成であってもよい。
【００９７】
また上記実施の形態では、流量センサ６６は、呼気流量の測定のみを行なうセンサであったが、本発明はそのような実施の形態に限定されない。例えば、呼気流量の測定とともに、呼気中の妨害成分を選択的に検出し、この検出結果に基づいて、第１ガスセンサ４８及び第２ガスセンサ５０により検出される値の補正を行なう補正センサとしての機能を有していてもよい。この場合、流量センサ６６は、妨害成分を選択的に吸着する物質によって表面修飾されたカーボンナノ構造体８８であることが好ましく、更には、妨害成分を選択的に吸着する物質によって表面修飾されたＣＮＴからなるセンサであることが好ましい。これにより、呼気中に含まれる、妨害成分の影響を排除することができるので、より信頼性の高い呼気分析を行なうことができる。
【００９８】
また上記第１の実施の形態では、第１ガスセンサ４８及び第２ガスセンサ５０は、呼気中の異なるマーカを検出する構成であったが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、第１ガスセンサ４８において呼気中のマーカを検出し、第２ガスセンサ５０において、マーカの検出に影響を与える可能性のある呼気中の妨害成分を検出し、第２ガスセンサ５０の検出値に基づいて、第１ガスセンサ４８の検出値の補正を行なう構成としてもよい。
【００９９】
上記第２の実施の形態では、大気中の一酸化窒素（ＮＯ）を検出する補正用ガスセンサ２０２の検出値に基づいて、呼気中の一酸化窒素（ＮＯ）を選択的に検出する第１ガスセンサ４８の検出値の補正を行なったが、本発明はそのような実施の形態には限定されない。
【０１００】
例えば、補正用ガスセンサ２０２によって、センサに対する通電開始に伴って少しずつ電圧値が上昇又は減少する現象の結果生じる抵抗変化を検出し、得られた検出値に基づいて第１ガスセンサ４８の検出値の補正を行なう構成であってもよい。このように補正することによって、ガスセンサを窒素ガス（Ｎ２）及び酸素ガス（Ｏ２）等の、ガスセンサと反応しにくいガス雰囲気下に設置した場合においても生じるベースラインのずれを補正することができるので、より一層正確な呼気分析を行うことができる。また、埃及び気温変化等による影響もなくすことができる。
【０１０１】
今回開示された実施の形態は単に例示であって、この発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。この発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る呼気センシング装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る呼気センシング装置の内部構成を示す水平断面図である。
【図３】第１仕切部材の部分拡大図である。
【図４】ガスセンサ素子の構成の一例を概略して示す図である。
【図５】センシング部における表面修飾の様子を模式的に示す図である。
【図６】第１ガスセンサ及び第２ガスセンサの双方に設けられる、ガスセンサ素子の抵抗変化を測定するための測定回路の構成を示す図である。
【図７】表示部における表示の一例を示す図である。
【図８】マウスピースの構成を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る呼気センシング装置を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る呼気センシング装置の内部構成を示す水平断面図である。
【図１１】マウスピースの構成を示す断面図である。
【図１２】第１仕切部材の他の一例を示す部分拡大図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１０，２００  呼気センシング装置
１８  筐体
２０  表示部
２１  表示画面
２２  第１呼気排出部
２３，２５，２７  呼気排出口
２４  第２呼気排出部
２６  第３呼気排出部
２８  呼気導入部
３０  呼気導入口
３２  制御部
３４  測定開始ボタン
３６  再生ボタン
３８  反射板
４０，４２，２０６  センサ基板
４１，４３，２０４  ヒータ
４４  呼気導入路
４６  死腔排出路
４８  第１ガスセンサ
５０  第２ガスセンサ
５２  第１仕切部材
５４  第２仕切部材
５６  第１開口部
５８  第２開口部
６０，６２，６８，６９  選択透過膜
６４  切替弁
６６  流量センサ
７０  呼気導入室
７２  第１センサ室
７４  第２センサ室
７５，７６，７７，７８  逆止弁
８０  ガスセンサ素子
８２  センシング部
８４，８６  電極
８８  カーボンナノ構造体
９４  物質
１００  測定回路
１３０  定電圧源
１３４  負荷抵抗
１３６  増幅器
１４０  点灯部
１４２  再測定点灯部
１５０，１７０  マウスピース
１５２  カバー部
１５４  骨組部
１５６  先端部
１５８  他端部
１６０  凹部
１７０  マウスピース
１７２  本体
１７４  装着部
１７６  上蓋
２０２  補正用ガスセンサ
２１０  細孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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