(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の呼吸流量及び呼吸容量を測定する呼吸機能検査装置であって、
被験者の呼気が通過する呼気経路と、被験者の吸気が通過する吸気経路とが形成され、
前記呼気経路に陽圧負荷をかけることにより前記吸気経路よりも気流抵抗を大きくした抑制状態と、該呼気経路に該陽圧負荷をかけない非抑制状態と、を切り替え可能であり、
被験者に最大呼気及び最大吸気を促すことなく前記抑制状態で測定された呼吸流量及び呼吸容量と、被験者に最大呼気及び最大吸気を促すことなく前記非抑制状態で測定された呼吸流量及び呼吸容量と、を比較可能な態様で表示する表示手段を備えることを特徴とする呼吸機能検査装置。
【請求項２】
被験者の呼吸流量及び呼吸容量を測定する呼吸機能検査装置であって、
被験者の呼気が通過する呼気経路と、被験者の吸気が通過する吸気経路とが形成され、
前記呼気経路に第１陽圧負荷をかけることにより前記吸気経路よりも気流抵抗を大きくした第１抑制状態と、該呼気経路に該第１陽圧負荷とは異なる第２陽圧負荷をかけることにより前記吸気経路よりも気流抵抗を大きくした第２抑制状態と、を切り替え可能であり、
被験者に最大呼気及び最大吸気を促すことなく前記第１抑制状態で測定された呼吸流量及び呼吸容量と、被験者に最大呼気及び最大吸気を促すことなく前記第２抑制状態で測定された呼吸流量及び呼吸容量と、を比較可能な態様で表示する表示手段を備えることを特徴とする呼吸機能検査装置。
【請求項３】
請求項１に記載した呼吸機能検査装置であって、
被験者の呼気及び吸気がいずれも通過する共通の呼吸通過経路を有し、該呼吸通過経路に設けられた抵抗体の前後の圧力を本体部に伝達するためのフローセンサと、
前記フローセンサから伝達された圧力に基づいて被験者の呼吸流量及び呼吸容量を測定する本体部と、から構成され、
前記呼吸通過経路の一端側に前記呼気経路及び前記吸気経路が接続されることを特徴とする呼吸機能検査装置。
【請求項４】
請求項２に記載した呼吸機能検査装置であって、
被験者の呼気及び吸気がいずれも通過する共通の呼吸通過経路を有し、該呼吸通過経路に設けられた抵抗体の前後の圧力を本体部に伝達するためのフローセンサと、
前記フローセンサから伝達された圧力に基づいて被験者の呼吸流量及び呼吸容量を測定する本体部と、から構成され、
前記呼吸通過経路の一端側に前記呼気経路及び前記吸気経路が接続されることを特徴とする呼吸機能検査装置。
【請求項５】
請求項３に記載した呼吸機能検査装置であって、
前記フローセンサ並びに前記呼気経路及び前記吸気経路よりも被験者側には、被験者の呼気及び吸気がいずれも通過する共通経路が設けられ、
前記共通経路には口腔内圧を測定するための口腔内圧測定部が接続され、
前記表示手段は、被験者に最大呼気及び最大吸気を促すことなく前記抑制状態で測定された口腔内圧と、被験者に最大呼気及び最大吸気を促すことなく前記非抑制状態で測定された口腔内圧と、を比較可能な態様で表示することを特徴とする呼吸機能検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被験者の呼吸流量及び呼吸容量を測定する呼吸機能検査装置に関する。特に被験者が最大呼気及び最大吸気を行うことなく呼吸機能の検査を行うことが可能な呼吸機能検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１に示すように、被験者にゆっくりとした呼吸で最大呼気及び最大吸気を行わせて「肺活量」を測定する呼吸機能検査装置が提案されている。吸気肺活量は、これ以上息を吐き出すことができない状態の最大呼気位から、次に息を吸い続けてこれ以上吸うことができない状態の最大吸気位までの容量の差分であり、呼気肺活量は、最大吸気位から、次に息を吐き続けてこれ以上吐くことができない状態の最大呼気位までの容量の差分である。通常は、数回行った検査結果の中で、吸気肺活量又は呼気肺活量に関係なく最も大きな検査結果を肺活量とする。また「努力性肺活量」は、最大吸気位から一気に呼出させて最大呼気位に達したときの容量の差分である。さらにこのとき最初の１秒間に呼出された容量が「１秒量」として定義される。この１秒量は慢性閉塞性肺疾患（Chronic Obstructive Pulmonary Disease（以下「ＣＯＰＤ」と称する））の検査に用いられる重要な項目である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２９１０１号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】株式会社メディカル・サイエンス・インターナショナル「肺機能検査」第２１頁，図１−１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている呼吸機能検査装置は、被験者に最大呼気及び最大吸気を行うよう促す音声ガイド機能を備えているので、被験者に確実に最大呼気及び最大吸気を行わせて、信頼性の高い肺活量、１秒量の測定を行うことができる。しかしながら、このような呼吸機能の検査において、最大呼気及び最大吸気を強いることが被験者にとって大きな負担となっている事実がある。特に高齢者や幼児に対して確実に最大呼気・最大吸気を行わせることは容易ではなく、また、重度のＣＯＰＤ患者が最大呼気・最大吸気を行うには多大な苦痛を伴う。さらに健常者であっても、最大呼気・最大吸気には相応の努力を要するため、ＣＯＰＤ等の呼吸器疾患の予防のための検査を阻害する要因ともなっていた。
【０００６】
一方、非特許文献１に示すように安静呼吸時の呼吸流量及び呼吸容量の変化量を測定することによって呼吸機能の検査を行う方法も提案されている。この方法はNegative Expiratory Pressure（以下「ＮＥＰ」と称する）法と呼ばれ、わずかな呼気陰圧（通常−５ｃｍＨ２０）を安静呼気時に口元で負荷する方法である。即ち、呼出気流の駆動圧を５ｃｍＨ２Ｏ増加させたときに、健常者であれば呼吸流量及び呼吸容量の変化量が大きくなり、ＣＯＰＤ患者は呼吸流量及び呼吸容量の変化量が少なくなるという特性に基づいて呼吸機能を検査する方法である。このＮＥＰ法の問題点は、呼気陰圧、即ち呼気を促すような圧力の負荷するときの圧力変化を急峻にさせなければならず、設備が大規模になってしまうことにある。
【０００７】
本発明は、このような背景のもとになされたものであり、その目的は、被験者に最大呼気及び最大吸気を行わせることなく、且つ簡易な装置で呼吸機能の検査を行うことができる呼吸機能検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
［ＣＯＰＤ患者の呼吸特徴］
ＣＯＰＤ患者は、気道（肺の中の空気が通る道）に気流閉塞を起こす部位（呼吸を妨げる抵抗）があるので、呼吸困難が起こりやすくなる。この気流閉塞は、吸気より呼気に影響を及ぼす場合が多い。この傾向はＣＯＰＤの症状が重症になるほど顕著になり、階段上りや歩行にも支障がでる。
【０００９】
このようにＣＯＰＤ患者は潜在的な呼気抵抗が大きいことになる。本発明者は、この点に着目し、意図的な負荷抵抗、即ち呼気を抑制する抵抗を負荷した状態で呼吸流量及び呼吸容量を測定することを試みた。健常者であれば、潜在的な呼気抵抗が小さいため負荷抵抗による呼吸流量及び呼吸容量への影響が大きく、ＣＯＰＤ患者であれば、潜在的な呼気抵抗が大きいため負荷抵抗による呼吸流量及び呼吸容量への影響が比較的小さいという事象に基づいて、上記課題を解決すべく以下の手段を採った。なお後述する発明を実施するための最良の形態の説明及び図面で使用した符号を参考のために括弧書きで付記するが、本発明の構成要素は該付記したものには限定されない。
【００１０】
本発明１に係る呼吸機能検査装置は、
被験者の呼吸流量及び呼吸容量を測定する呼吸機能検査装置であって、
被験者の呼気が通過する呼気経路と、被験者の吸気が通過する吸気経路とが形成され、
前記呼気経路に陽圧負荷をかけることにより前記吸気経路よりも気流抵抗を大きくした抑制状態と、該呼気経路に該陽圧負荷をかけない非抑制状態と、を切り替え可能であり、
被験者に最大呼気及び最大吸気を促すことなく前記抑制状態で測定された呼吸流量及び呼吸容量と、被験者に最大呼気及び最大吸気を促すことなく前記非抑制状態で測定された呼吸流量及び呼吸容量と、を比較可能な態様で表示する表示手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明２に係る呼吸機能検査装置は、
被験者の呼吸流量及び呼吸容量を測定する呼吸機能検査装置であって、
被験者の呼気が通過する呼気経路と、被験者の吸気が通過する吸気経路とが形成され、
前記呼気経路に第１陽圧負荷をかけることにより前記吸気経路よりも気流抵抗を大きくした第１抑制状態と、該呼気経路に該第１陽圧負荷とは異なる第２陽圧負荷をかけることにより前記吸気経路よりも気流抵抗を大きくした第２抑制状態と、を切り替え可能であり、
被験者に最大呼気及び最大吸気を促すことなく前記第１抑制状態で測定された呼吸流量及び呼吸容量と、被験者に最大呼気及び最大吸気を促すことなく前記第２抑制状態で測定された呼吸流量及び呼吸容量と、を比較可能な態様で表示する表示手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明３に係る呼吸機能検査装置は、
本発明１の呼吸機能検査装置であって、
被験者の呼気及び吸気がいずれも通過する共通の呼吸通過経路を有し、該呼吸通過経路に設けられた抵抗体の前後の圧力を本体部に伝達するためのフローセンサと、
前記フローセンサから伝達された圧力に基づいて被験者の呼吸流量及び呼吸容量を測定する本体部と、から構成され、
前記呼吸通過経路の一端側に前記呼気経路及び前記吸気経路が接続されることを特徴とする。
【００１３】
本発明４に係る呼吸機能検査装置は、
本発明２の呼吸機能検査装置であって、
被験者の呼気及び吸気がいずれも通過する共通の呼吸通過経路を有し、該呼吸通過経路に設けられた抵抗体の前後の圧力を本体部に伝達するためのフローセンサと、
前記フローセンサから伝達された圧力に基づいて被験者の呼吸流量及び呼吸容量を測定する本体部と、から構成され、
前記呼吸通過経路の一端側に前記呼気経路及び前記吸気経路が接続されることを特徴とする。
【００１４】
本発明５に係る呼吸機能検査装置は、
本発明３の呼吸機能検査装置であって、
前記フローセンサ並びに前記呼気経路及び前記吸気経路よりも被験者側には、被験者の呼気及び吸気がいずれも通過する共通経路が設けられ、
前記共通経路には口腔内圧を測定するための口腔内圧測定部が接続され、
前記表示手段は、被験者に最大呼気及び最大吸気を促すことなく前記抑制状態で測定された口腔内圧と、被験者に最大呼気及び最大吸気を促すことなく前記非抑制状態で測定された口腔内圧と、を比較可能な態様で表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明では呼気に抵抗を意図的に負荷するようにしている。このようにすることで、被験者が最大呼気及び最大吸気を行うことなく、呼吸努力を要しない状態、例えば安静呼吸状態で呼吸機能を検査することができる。この際、大規模な設備は不要であり、簡易な装置で呼吸機能の検査を行うことができる。健常者であれば、無負荷時には潜在的な呼気抵抗が小さいため、有負荷時において呼吸流量及び呼吸容量は負荷抵抗の影響を受けやすく、例えばフロー・ボリューム曲線が構成する弧の径が無負荷時と比較して明らかに小さくなるという特徴がある。一方、ＣＯＰＤ患者は、潜在的な呼気抵抗が大きいので、意図的な負荷抵抗、即ち呼吸を抑制する抵抗が負荷されても、この負荷抵抗が所定値以下であれば、通常、呼吸流量及び呼吸容量はその影響を受け難く、例えばフロー・ボリューム曲線が構成する弧の径は無負荷時と比較して大きく変化しない特徴がある。これらの特徴に基づいて、被験者の呼吸機能を診断することができる。
【００２０】
さらに、ＣＯＰＤ患者が有する潜在的な呼気抵抗に応じて、この負荷抵抗が所定値を超えたときには、ＣＯＰＤ患者の呼吸流量及び呼吸容量に影響を及ぼす。この事象に基づいて、負荷抵抗を増減させて、その増減に伴う呼吸流量及び呼吸容量の変動を見ることでＣＯＰＤの進行度を測ることも可能である。例えば負荷抵抗が比較的小さい段階でフロー・ボリューム曲線が構成する弧の径が無負荷時より小さくなれば軽症、負荷抵抗が大きくなった段階でもフロー・ボリューム曲線が構成する弧の径が無負荷時とほぼ同等であれば重症というように、ＣＯＰＤの症状を診断することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は第１実施形態に係る呼吸機能検査装置の機能ブロック図である。
【図２】図２は第１実施形態に係る呼吸機能検査装置のフローセンサ並びに呼吸経路、ニードル弁、フィルタ、及びマウスピースの接続態様を示す図である。
【図３】図３は第１実施形態に係る呼吸機能検査装置のフローセンサ並びに呼吸経路、ニードル弁、フィルタ、及びマウスピースの他の接続態様を示す図である。
【図４】図４はニードル弁の回転数毎の流量と差圧の関係を示すグラフである。
【図５】図５はニードル弁の回転数と各被験者のパーセント１秒量の関係を示すグラフである。
【図６】図６は第２実施形態に係る呼吸機能検査装置の機能ブロック図である。
【図７】図７は第２実施形態に係る呼吸機能検査装置のフローセンサ並びに呼気経路、吸気経路、負荷抵抗、及び二方向弁アセンブリの接続態様を示す図である。
【図８】図８は第２実施形態に係る呼吸機能検査装置の抵抗体の斜視図である。
【図９】図９は第２実施形態に係る呼吸機能検査装置のディスプレイに表示される無負荷時フロー・ボリューム曲線及び有負荷時フロー・ボリューム曲線の一例（健常者の例）を示す図である。
【図１０】図１０は第２実施形態に係る呼吸機能検査装置のディスプレイに表示される無負荷時口腔内圧力推移及び有負荷時口腔内圧力推移の一例（健常者の例）を示す図である。
【図１１】図１１は第２実施形態に係る呼吸機能検査装置のディスプレイに表示される無負荷時のフロー・ボリューム曲線及び有負荷時フロー・ボリューム曲線の他の例（ＣＯＰＤ患者の例）を示す図である。
【図１２】図１２は第２実施形態に係る呼吸機能検査装置のディスプレイに表示される無負荷時口腔内圧力推移及び有負荷時口腔内圧力推移の他の例（ＣＯＰＤ患者の例）を示す図である。
【図１３】図１３は第３実施形態に係る呼吸機能検査装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の具体的態様として、以下に示す第１実施形態に係る呼吸機能検査装置、第２実施形態に係る呼吸機能検査装置、及び第３実施形態に係る呼吸機能検査装置を例示するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００２３】
［１.第１実施形態に係る呼吸機能検査装置］
まず図１〜図５を用いて第１実施形態に係る呼吸機能検査装置について説明する。図１に示すように本例における呼吸機能検査装置１は、本体部１５及びフローセンサ５、並びにフローセンサ５に接続される呼吸経路６０及びニードル弁７０等からなる。本体部１５は、電源スイッチ３、操作キー４、ディスプレイ７、スピーカ２０、プリンタ８、圧力センサ１０、Ａ／Ｄ変換器１１、ＣＰＵ１２、ＥＥＰＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、及びＲＳ２３２Ｃコネクタ９等を備えている。本体部１５及びフローセンサ５は差圧チューブ１６によって接続されており、これらの外観は、例えば特許文献１に示される呼吸機能検査装置と同様である。
【００２４】
フローセンサ５は、本体部１５に着脱自在に搭載されており、呼吸流量に比例した差圧を発生させるものである。フローセンサ５は、フィルタ５１及びマウスピース５０を接続するための接続口１７を備えている。図２に示すように、被検者が接続口１７にニードル弁７０、フィルタ５１、及びマウスピース５０を接続し、マウスピースを介して呼吸を行うことにより、フローセンサ５内に差圧が生じ、この差圧が２本のチューブから構成される差圧チューブ１６を介して本体部１５内の圧力センサ１０に伝達される。
【００２５】
電源スイッチ３は、ＤＣ電圧を本体内部の各電機部品に供給するためのスイッチであり、これをＯＮとすることで、電源基板においてＡＣ電圧から変換されたＤＣ電圧が本体内部の各電気部品に供給される。この際、各電気部品の駆動電圧に応じた電圧値にするためにＤＣ／ＤＣコンバータを介している。
【００２６】
操作キー４は、測定項目の選択や測定期間の設定の際等に使用される。例えば０〜９の１０個の数値キーや、測定項目を選択するための方向キー等からなる。またディスプレイ７に出力されるデータをプリントアウトする際に操作する印刷キーも含まれる。フローセンサ５は、図１に示すように本体外部に設けられており、２本のチューブからなる差圧チューブ１６の一端が接続され、他端が本体部１５の差圧チューブ接続口（図示せず）に接続されている。被検者がこのフローセンサ５を把持した状態で、接続口１７に接続されたマウスピースを口に含み、呼吸を行うことで後述するように各種の計測が行われる。
【００２７】
圧力センサ１０は、検出される差圧に比例したアナログ信号を出力するものである。本例では、半導体の差圧センサであり、チューブ接続口間の差圧を検出するための差圧検出部と、該差圧検出部により検出される差圧に比例した電圧を出力するための出力端子を備える。なお、本例ではアナログ信号として電圧を出力しているが、これに限らず、アナログ信号として検出された差圧に比例する電流を出力しても良い。
【００２８】
Ａ／Ｄ変換器１１は、アナログ電子信号をディジタル信号に変換するためのものである。本例では、半導体のＡ／Ｄコンバータであり、圧力センサ１０の出力端子から出力されるアナログ信号を、後述するＣＰＵ１２において処理可能なディジタル信号に変換して、ディジタル出力端子から出力する。
【００２９】
ＣＰＵ１２は、ＥＥＰＲＯＭ１３に記憶されている測定用プログラムをＲＡＭ１４を作業領域として実行することにより、接続される各構成要素の動作を制御して、あるいは各構成要素からの信号を受信して各種の処理を行うものである。本例では、Ａ／Ｄ変換器１１からの出力であり前記差圧に比例した値を示すディジタル信号に基づいて呼吸流量を算出する処理を行う。この算出は、予め記憶している差圧と呼吸流量との間の関係式に基づいて行う。即ちディジタル信号から差圧を特定し、該特定した差圧を関係式に入力して呼吸流量を算出する。また、本例ではこの呼吸流量の積分を行うことによって呼吸容量が算出される。ここで測定されたデータはＲＡＭ１４に蓄積され、測定が終了するとＲＡＭ１４に蓄積されたデータがＥＥＰＲＯＭ１３に記憶される。
【００３０】
不揮発性のメモリであるＥＥＰＲＯＭ１３は、上記のように測定データを記憶する他、呼吸流量及び呼吸容量測定用プログラム等の呼吸機能測定用プログラムも記憶している。このＥＥＰＲＯＭ１３には、ガイド用の音声データも記憶されており、この音声データはスピーカ２０によって再生される。ディスプレイ７はＬＣＤのディスプレイであり、本体部１５の上面に設けられ、ＣＰＵ１２からＬＣＤドライバ回路（図示せず）を介して出力制御が行われることで所定のデータを画面に出力するものである。プリンタ８は例えばサーマル式のプリンタであって、ＣＰＵ１２からサーマルヘッドのドライバを介して印字制御が行われることで所定のデータを視認可能に紙上に出力するものであり、例えばディスプレイ７に表示されているデータの印刷を行う。スピーカ２０は音声ガイドによって被検者に呼気や吸気を促すための音声出力手段であり、予めＥＥＰＲＯＭ１３に記憶されている音声データに基づいた音声が出力される。
【００３１】
ＲＳ２３２Ｃコネクタ９は、呼吸機能検査装置１の外部の情報端末と、ＲＳ２３２Ｃ用のケーブルを介してデータを送受するための端子である。例えば、測定データを外部のＰＣに送信する際に、当該ＲＳ２３２Ｃコネクタ９とＰＣ側のＲＳ２３２ＣコネクタとをＲＳ２３２Ｃ用のケーブルで接続して、操作キー４で所定の操作を行うことにより測定データをＰＣに送信する。なお、本例では外部ＰＣとのインターフェイスをＲＳ２３２Ｃコネクタとしているが、これに限らずＵＳＢコネクタ等の他のインターフェイスであってもよい。
【００３２】
フローセンサ５の周辺について図２を用いて詳述する。フローセンサ５は筐体となるフローセンサケース５ａによって覆われており、このフローセンサケース５ａの側面にはフローセンサ５にフィルタ等を接続するための接続口１７が設けられている。従来型の呼吸機能検査装置においては、この接続口１７にフィルタ５１の一端を接続し、そのフィルタ５１の他端にマウスピース５０を接続する。しかし本実施形態においては、図２に示すように、接続口１７に呼吸経路６０を介してニードル弁７０の一端を接続し、このニードル弁７０の他端（被験者側）に呼吸経路６０を介してフィルタ５１及びマウスピース５０を接続している。なおフローセンサケース５ａの下部にはフローセンサケース５ａを把持するためのハンドル５ｂが設けられている。被検者がこのハンドル５ｂを把持した状態で、フローセンサ５の接続口１７にニードル弁７０及びフィルタ５１を介して取り付けられたマウスピース５０を口に含み、呼吸を行うことで呼吸流量及び呼吸容量の測定が行われる。
【００３３】
ここで図２の例では、接続口１７に呼吸経路６０を介してニードル弁７０を接続しているが、これに限らず、ニードル弁７０等の抵抗は図３に示すように、フローセンサ５の呼気出口側（被験者と反対側）に接続しても良い。呼気はフローセンサ５の呼気出口側から抜ける構成となっているため、呼気出口側に抵抗を接続することで呼気経路に抵抗を配置したことになる。これによりフローセンサ５とニードル弁７０等の抵抗がしっかりと固定され、フローセンサ周りの構成をコンパクト化することができる。被験者にとってもハンドル５ｂを把持して測定を行いやすいというメリットがある。さらに図３の例では、接続口１７には呼吸経路６０を介してフィルタ５１が接続されているが、呼吸経路６０を介さずに接続口１７とフィルタ５１を直結するようにしても良い。これにより、フローセンサ周りの構成をさらにコンパクト化することができる。
【００３４】
このフローセンサ５の流管内には抵抗体が配置されている。この抵抗体は、例えば膜状の抵抗体が流管内の気体の流れを遮るように配置されており、この流管内に気体の流れが生じると抵抗体の前後に差圧が発生する。この抵抗体の前後の圧力は、該抵抗体の前後に配される圧力ポート、及び該圧力ポートの各々と接続される差圧チューブ１６を介して、本体の差圧チューブ接続口（図示せず）に伝達される構成となっている。即ち差圧チューブ１６を構成する２本のチューブのうち一方が抵抗体前の圧力を当該チューブと接続される一方のチューブ接続口に伝達し、他方が抵抗体後の圧力を当該チューブと接続される他方のチューブ接続口に伝達する。本体部１５側ではこれら２つのチューブ接続口間の差圧を検出することにより、流管内を流れる気体の流量、即ち呼吸流量を計測することができる。この呼吸流量は、呼吸流速とも呼ばれる。なお、この方式のフローセンサは、いわゆる差圧式と呼ばれるものであり、広く使用されている。
【００３５】
図１及び図２（図３）に示すように、本実施形態においては、フローセンサ５にニードル弁７０が接続される。このニードル弁７０は、その回転数によって流量を制御することが可能なものであり、所謂スピードコントローラと称されるものである。本例では、ＳＭＣ株式会社の「ＡＳ６００」を使用した。このニードル弁７０は、図２に示すようにフィルタ５１と接続口１７の間を結ぶ呼吸経路６０の中間に配置されており、被験者がマウスピース５０を口に含んだ状態で呼気を行ったときは、呼気が呼吸経路６０及びスピードコントローラを通過し、吸気を行ったときは、吸気は呼吸経路６０及びスピードコントローラを通過する。即ち、本実施形態において呼気経路と吸気経路は同一である。呼吸経路６０に配置されたニードル弁７０の回転数を制御することで、被験者に所定の負荷抵抗を負荷することが可能である。
【００３６】
図４は、ニードル弁の回転数が「０」，「７」，「９」，「１０」，「１１」，「１１．５」，「１２」であるときの各々について、流量とニードル弁の前後に生じる差圧の関係をしたグラフである。ニードル弁の回転数が多い程、同一流量でニードル弁の前後に生じる差圧は大きくなる。従って、負荷抵抗を大きくするにはニードル弁の回転数を増加させ、小さくするにはニードル弁の回転数を減少させれば良い。また、ニードル弁の回転数が「０」のときには、流量によらず差圧が殆ど０であるから、負荷抵抗も０とすることができる。即ち、ニードル弁の回転数制御によって抵抗を負荷するか否かを適宜設定可能であり、また、負荷抵抗の増減を適宜調整可能である。
【００３７】
図５に示すように、被験者Ｐ０１〜Ｐ０７、Ｐ１０、及びＰ１１の合計９名に対して、本実施形態の呼吸機能検査装置１を使用してパーセント１秒量（％ＦＥＶ１）の測定を行った。ここでパーセント１秒量とは予測１秒量に対する実際に測定された１秒量の割合である。予測１秒量とは、被験者の性別、年齢、及び身長から算出される１秒量の予測値である。操作キー４によって被験者の性別、年齢、及び身長を入力して、１秒量の測定を行うことによってパーセント１秒量が算出される。ここで、ニードル弁の回転数を「０．０」，「７．０」，「８．０」，「９．０」，「１０．０」，「１０．５」，「１１．０」，「１１．５」，「１２．０」，「１２．３」，「１２．５」としたときの各々についてパーセント１秒量（％ＦＥＶ１）を測定した。
【００３８】
図５に示す実験結果において、被験者Ｐ０１〜Ｐ０７は呼吸器疾患を有しない健常者である。Ｐ１０は喘息患者であり、Ｐ１１はＣＯＰＤ患者である。健常者は回転数が比較的低い段階（概ね９前後）で％ＦＥＶ１が下降するが、呼吸器に疾患を持つ被験者Ｐ１０、Ｐ１１は回転数が１２以上になるまで％ＦＥＶ１が下降していない。これは、意図的に負荷された負荷抵抗によって健常者はその影響を受けやすく、ＣＯＰＤ患者等の呼吸機能に疾患を有する者はその影響を受けにくいことを示している。また、本実験によって、ＣＯＰＤ患者は回転数１２を超えるまで呼気時において通常よりも負荷抵抗が大きい感覚（呼気が困難になる感覚）を抱いていないことも確認された。これは、ＣＯＰＤ患者が有している潜在的な呼気抵抗が大きく、負荷抵抗が小さい段階では呼吸流量への影響が少ないことを示す結果である。但し、この負荷抵抗が所定値以上となり、ＣＯＰＤ患者の潜在的な呼気抵抗を上回るようになると、回転数が１２を超えて％ＦＥＶ１が低下したように、呼吸流量への影響が大きくなると考えられる。
【００３９】
本実施形態では％ＦＥＶ１を測定したが、ＣＯＰＤ患者が潜在的に有する呼気抵抗は、最大呼気時及び最大吸気時に限らず安静呼吸時にも存在しているものである。従って、本実施形態に係る呼吸機能検査装置１によって、呼吸努力を要しない状態、例えば安静呼吸時の呼吸流量及び呼吸容量を測定することで、呼吸機能の検査を行うことができる。例えば、被験者に安静呼吸を行わせている状態で、ニードル弁の回転数を０として無負荷時フロー・ボリューム曲線を取得し、次いでニードル弁の回転数を１１として有負荷時フロー・ボリューム曲線を取得する。このとき無負荷時フロー・ボリューム曲線と有負荷時フロー・ボリューム曲線とを比較して、両者の違い（例えば曲線が構成する弧の径の大小）が大きければ健常者、小さければＣＯＰＤのおそれありと診断することが可能である。さらに、例えば回転数１１で無負荷時と有負荷時のフロー・ボリューム曲線に明確な違いが出たため比較的軽症、回転数１２．５となっても無負荷時と有負荷時のフロー・ボリューム曲線に明確な違いが出ないため重症というように、負荷抵抗を調整することで、ＣＯＰＤの症状の判断にも役立てることができる。
【００４０】
［２.第２実施形態に係る呼吸機能検査装置］
次に図６〜図１２を用いて第２実施形態に係る呼吸機能検査装置について説明する。本実施形態に係る呼吸機能検査装置１は、図６に示すように、本体部１５及びフローセンサ５、並びにローセンサ５に接続される呼気経路６１、抵抗体７１、一方弁８１、吸気経路６２、及び一方弁８２等からなる。本体部１５及びフローセンサ５の機能は第１実施形態の呼吸機能検査装置と同様であるため、説明を省略する。本実施形態では、図６に示すようにフローセンサ５とフィルタ５１の間の呼吸経路が、呼気経路６１と吸気経路６２に分岐されている。呼気経路６１には、呼気方向、即ち被験者側からフローセンサ側へのみ空気を通過させる方向弁８１が設けられている。吸気経路６２には、吸気方向、即ちフローセンサ側から被験者側へのみ空気を通過させる方向弁８２が設けられている。従って、被験者が呼気を行ったときには、その呼気は呼気経路６１のみを通過し、吸気を行ったときには、その吸気は吸気経路６２のみを通過する。
【００４１】
本実施形態では、呼気経路６１に抵抗体７１を配置しており、これによって被験者に負荷抵抗を提供する。一方、吸気経路６２には吸気を阻害する抵抗が配置されていないため、被験者は吸気の際には抵抗を感じることはなく、スムーズに安静吸気を行うことができる。さらに本実施形態では、被験者の口腔内圧を測定するための口腔内圧測定部９０が、フィルタと分岐点（呼気経路６１と吸気経路６２の分岐点）の中間に接続されている。
【００４２】
図７は第２実施形態に係る呼吸機能検査装置のフローセンサ５に接続される各部品の接続態様を示す図である。フローセンサ５の接続口１７には、呼気経路６１と吸気経路６２とを分岐するためのＴ字状の分岐部材８５が接続される。分岐部材８５の支部は接続口１７に接続され、２つの分岐部のうち一方（呼気側分岐部）は呼気経路６１の一端、他方（吸気側分岐部）は吸気経路６２の一端に接続され、各々呼気経路、吸気経路の一部を構成している。
【００４３】
一方、フィルタ５１は図７に示すように、二方向弁アセンブリ８０を構成する分岐部材８３の支部に接続される。この二方向弁アセンブリ８０は、呼気経路６１と吸気経路６２を分岐するためのＴ字状の分岐部材８３と、その管内に設けられた一方弁８１及び８２からなる。分岐部材８３の支部は、フィルタ５１に接続される。分岐部材８３の２つの分岐部のうち一方（呼気側分岐部）は呼気経路６１の他端、他方（吸気側分岐部）は吸気経路６２の他端に接続され、各々呼気経路、吸気経路の一部を構成している。呼気経路６１に接続される呼気側分岐部の管内には一方弁８１が設けられ、呼気方向（マウスピース５０からフローセンサ５へ向かう方向）にのみ空気を流すようにしている。一方、吸気経路６２に接続される吸気側分岐部の管内には一方弁８２が設けられ、吸気方向（フローセンサ５からマウスピース５０へ向かう方向）にのみ空気を流すようにしている。このように、分岐部材８３と、その管内に設けられた一方弁８１及び８２からなる二方向弁アセンブリ８０として、例えばハンス・ルドルフ社（米国）の「T-Shape2700/112079」  を使用することができる。
【００４４】
本実施形態においては、図７に示すように呼気経路６１に抵抗体７１を設けている。抵抗体７１は、呼気経路の一部を構成する筒状の筐体の管内に、図８に示す円板状物７１ａを設けたものである。この円板状物７１ａの中央には貫通孔が設けられており、ここを呼気が通過するようになっている。この貫通孔は呼気経路の径よりも小さいため、呼気の通過に伴って抵抗が生じる。なお、本実施形態においては、図６及び図７に示すように、分岐部材８３に、支部の内圧（＝被験者の口腔内圧）を測定するための口腔内圧測定部９０を接続している。
【００４５】
被験者がマウスピース５０から呼気を行うと、呼気はフィルター５１及び分岐部材８３の支部及び呼気側分岐部を通過した後、一方弁８１を通過し、円板状物７１ａの孔を通過し、呼気経路６１を通過し、さらに分岐部材８５の呼気側分岐部及び支部を通過してフローセンサ５に到達する。一方、被験者がマウスピース５０から吸気を行うと、吸気はフローセンサ５から分岐部材８５の支部及び吸気側分岐部を通過した後、吸気経路６２を通過し、一方弁８２を通過し、さらに分岐部材８３の吸気側分岐部及び支部を通過して、フィルター５１及びマウスピース５０に到達する。従って、被験者が呼気を行うときにのみ抵抗が負荷され、吸気を行うときには抵抗は生じないため、マウスピース５０を口に含んだ状態で呼吸をスムーズに行うことができる。
【００４６】
ここで抵抗体７１は呼気経路６１から着脱可能であり、抵抗体７１を負荷しないときには抵抗体７１を呼気経路６１から取り外して、呼気経路６１を分岐部材８３の呼気側分岐部に直結して測定を行えば良い。抵抗体７１を負荷するときには、図７に示すように抵抗体７１の一端を分岐部材８３の呼気側分岐部に接続し、他端を呼気経路６１に接続して測定を行えば良い。このようにして、抵抗体７１を負荷するか否かを適宜設定可能である。また、図８に示した円板状物７１ａの孔の径を大きくすれば抵抗が減少し、小さくすると抵抗が増大する。このようにして孔の径が異なる複数の抵抗体７１を用意しておき、適宜交換することで負荷抵抗の増減を調整することも可能である。
【００４７】
本実施形態の呼吸機能検査装置１を用いて、呼吸器系に疾患を有しない健常者のフロー・ボリューム曲線を取得した。まず最初に、抵抗体７１を呼吸機能検査装置１から取り外した状態で被験者に呼吸努力を行わない通常の呼吸（本例では安静呼吸）を行わせて無負荷時フロー・ボリューム曲線を取得し、次に、抵抗体７１を呼吸機能検査装置１に接続した状態で被験者に呼吸努力を行わない通常の呼吸（本例では安静呼吸）を行わせて有負荷時フロー・ボリューム曲線を取得した。そして図９に示すように、これらのフロー・ボリューム曲線を左右に並べてディスプレイ７に表示させた。ディスプレイ左部分には無負荷時フロー・ボリューム曲線が表示され、ディスプレイ右部分には有負荷時フロー・ボリューム曲線が表示されている。無負荷時は、曲線が構成する弧の径が大きいが、有負荷時は、曲線が構成する弧の径が明かに小さくなっている。従って、呼吸流量及び呼吸容量が負荷抵抗の影響を大きく受けていることになる。この結果は、被験者の呼吸機能が正常であることを示唆している。
【００４８】
図１０には、口腔内圧力測定部９０によって呼出時における口腔内圧力を測定した結果を示す。左のグラフが無負荷時の口腔内圧力の時間変動であり、右のグラフが有負荷時の口腔内圧力の時間変動をあらわしている。有負荷時における口腔内圧力のピーク値は有負荷時の数倍に増加しており、口腔内圧力に関しては負荷抵抗の影響を受けていることは明白である。
【００４９】
次に、疑似ＣＯＰＤ患者を対象として健常者と同様の検査を行った。疑似ＣＯＰＤ患者とは、図７に示した分岐部材８３の支部とフィルタ５１との間に図８に示したものと同様の抵抗体を別途接続し、この状態で健常者がマウスピース５０から呼吸を行うようにしたものである。即ち、このとき接続した抵抗体の抵抗をＣＯＰＤ患者が潜在的に有する呼気抵抗とみなしており、ＣＯＰＤ患者が呼吸を行っている状況を擬似的に作り出した。健常者の呼気経路に分岐部材８３の支部とフィルタ５１との間に介在させた人工的な呼気抵抗を含めることによって、ＣＯＰＤ患者が呼吸を行っているときと同じ状況を作り出した。
【００５０】
まず、抵抗体７１を呼吸機能検査装置１から取り外した状態で被験者に呼吸努力を行わない通常の呼吸（本例では安静呼吸）を行わせて無負荷時フロー・ボリューム曲線を取得し、次に、抵抗体７１を呼吸機能検査装置１に接続した状態で被験者に呼吸努力を行わない通常の呼吸（本例では安静呼吸）を行わせて有負荷時フロー・ボリューム曲線を取得した。そして図１１に示すように、これらのフロー・ボリューム曲線を左右に並べてディスプレイ７に表示させた。ディスプレイ左部分には無負荷時フロー・ボリューム曲線が表示され、ディスプレイ右部分には有負荷時フロー・ボリューム曲線が表示されている。無負荷時と有負荷時において、曲線が構成する弧の大きさに明確な違いは確認されない。従って、被験者の呼吸流量及び呼吸容量は、負荷抵抗の影響をさほど受けていないことになる。この結果は、被験者がＣＯＰＤである可能性が高いことを示している。
【００５１】
図１２には、口腔内圧力測定手段９０によって呼出時における口腔内圧力を測定した結果を示す。口腔内圧力は、実際の口腔内部で測定されるものではなく、あくまで分岐部材８３の支部において測定されているため、この場合にもＣＯＰＤ患者が呼吸を行っているときと同じ状況である。左のグラフが無負荷時の口腔内圧力の時間変動であり、右のグラフが有負荷時の口腔内圧力の時間変動をあらわしている。
【００５２】
ここで本例では、被験者の無負荷時フロー・ボリューム曲線及び有負荷時フロー・ボリューム曲線をディスプレイ７に表示するようにしているが、無負荷時の呼吸流量の時間変動である無負荷時フローと、有負荷時の呼吸流量の時間変動である有負荷時フローを比較可能に表示するようにしても良い。また、ディスプレイ７に無負荷時の呼吸流量と有負荷時の呼吸流量との比を表示するようにしても良い。両者の比は数値として提示されるため定量的な比較、診察が可能となり、ＣＯＰＤの判断に役立てることができる。同様に、無負荷時の呼吸容量の時間変動である無負荷時ボリュームと、有負荷時の呼吸流量の時間変動である有負荷時ボリュームを比較可能に表示するようにしても良い。また、ディスプレイ７に無負荷時の呼吸容量と有負荷時の呼吸容量との比を表示するようにしても良い。
【００５３】
また、本例では、被験者の無負荷時における口腔内圧の時間変動及び有負荷時における口腔内圧の時間変動をディスプレイ７に表示するようにしているが、無負荷時における口腔内圧と有負荷時における口腔内圧との比を表示するようにしても良い。両者の比は数値として提示されるため定量的な比較、診察が可能となり、ＣＯＰＤの判断に役立てることができる。特に、口腔内圧の比と、前述した呼吸流量の比の両者の傾向を分析することによって、ＣＯＰＤの判断を信頼性の高いものにすることが可能である。
【００５４】
［３.第３実施形態に係る呼吸機能検査装置］
最後に図１３を用いて第３実施形態に係る呼吸機能検査装置について説明する。本実施形態に係る呼吸機能検査装置１は、図１３に示すように、第２実施形態における呼吸機能検査装置の抵抗体７１を、第１実施形態に係るニードル弁７０と同様のニードル弁７０’に置き換えて構成したものである。これにより、負荷抵抗を負荷するか否かをニードル弁の回転数を０にするか否かによって容易に設定可能であり、また、負荷抵抗の増減を回転数を制御することによって容易に調整可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１…呼吸機能検査装置
５…フローセンサ
７…ディスプレイ
１５…本体部
６０…呼吸経路
６１…呼気経路
６２…吸気経路
７０…ニードル弁
７１…抵抗体
８１…一方弁
８２…一方弁
【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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【図１３】
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