(57)【要約】【課題】肺コンプライアンスを精度よく測定できる肺コンプライアンス測定装置を提供すること。【解決手段】肺コンプライアンス測定装置１は、被験者の脈波信号を取得する脈波信号取得ユニット７と、前記脈波信号に基づき胸腔内圧を算出する胸腔内圧算出ユニット９と、前記被験者の吸気量を取得する吸気量取得ユニット１１と、肺コンプライアンス算出ユニット１３と、を備える。肺コンプライアンス算出ユニットは、胸腔内圧を表すＸ軸及び吸気量を表すＹ軸により規定される座標系において、前記胸腔内圧算出ユニットが算出した胸腔内圧及び前記吸気量取得ユニットが取得した吸気量を表す座標点と、原点とを通る線の傾きを肺コンプライアンスとして算出する。【選択図】 図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の脈波信号を取得する脈波信号取得ユニット（７）と、
前記脈波信号に基づき胸腔内圧を算出する胸腔内圧算出ユニット（９）と、
前記被験者の吸気量を取得する吸気量取得ユニット（１１）と、
胸腔内圧を表すＸ軸及び吸気量を表すＹ軸により規定される座標系において、前記胸腔内圧算出ユニットが算出した胸腔内圧及び前記吸気量取得ユニットが取得した吸気量を表す座標点と、原点とを通る線の傾きを肺コンプライアンスとして算出する肺コンプライアンス算出ユニット（１３）と、
を備える肺コンプライアンス測定装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の肺コンプライアンス測定装置であって、
肺コンプライアンス算出ユニットは、前記線として、複数の前記座標点に基づく近似線を用いるように構成され、
前記近似線に対する複数の前記座標点の分散の程度を算出する分散算出ユニット（１５）と、
前記分散の程度が予め設定された閾値を超える場合、前記近似線を用いた前記肺コンプライアンスの算出を中止する中止ユニット（１７）と、
をさらに備える肺コンプライアンス測定装置。
【請求項３】
請求項２に記載の肺コンプライアンス測定装置であって、
前記分散の程度が予め設定された閾値を超える場合、その場合に特有の報知を行う報知ユニット（１９）をさらに備える肺コンプライアンス測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の肺コンプライアンス測定装置であって、
前記被験者が吸気を行っているとき、そのときまでの累積の吸気量と、予め設定された目標吸気量とを表示する表示ユニット（２１）をさらに備える肺コンプライアンス測定装置。
【請求項５】
請求項４に記載の肺コンプライアンス測定装置であって、
前記目標吸気量は、安静呼吸のときの吸気量である肺コンプライアンス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は肺コンプライアンス測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
肺疾患のスクリーニングや治療効果の確認には、肺の柔軟性を表す肺コンプライアンスが有用な指標と言われている。特許文献１に、肺コンプライアンスの測定方法が開示されている。この測定方法では、２以上の異なる吸気量において、ぞれぞれ、脈波信号に基づき胸腔内圧を推定する。次に、吸気量をＹ座標とし、胸腔内圧をＸ座標とする座標点を２以上設定する。次に、Ｘ−Ｙ座標系において、２以上の座標点を通る近似線を求め、その近似線の傾きを肺コンプライアンスとする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２６４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の肺コンプライアンスの測定方法では、脈波信号に基づき胸腔内圧を推定する。脈波信号には、被験者の体動、血圧変化等が影響を与える。脈波信号から精度よく胸腔内圧を推定するためには、脈波信号に対する体動、血圧変化等による影響を抑制する必要がある。
【０００５】
特許文献１に記載の肺コンプライアンスの測定方法では、２以上の吸気量において、それぞれ、脈波信号を取得する必要がある。そのため、測定時間が長く、被験者の苦痛が大きい。その結果、体動、血圧変化等が脈波信号に影響し、肺コンプライアンスの測定精度が低下してしまう。本開示は、肺コンプライアンスを精度よく測定できる肺コンプライアンス測定装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の肺コンプライアンス測定装置（１）は、被験者の脈波信号を取得する脈波信号取得ユニット（７）と、前記脈波信号に基づき胸腔内圧を算出する胸腔内圧算出ユニット（９）と、前記被験者の吸気量を取得する吸気量取得ユニット（１１）と、胸腔内圧を表すＸ軸及び吸気量を表すＹ軸により規定される座標系において、前記胸腔内圧算出ユニットが算出した胸腔内圧及び前記吸気量取得ユニットが取得した吸気量を表す座標点と、原点とを通る線の傾きを肺コンプライアンスとして算出する肺コンプライアンス算出ユニット（１３）と、を備える。
【０００７】
本開示の肺コンプライアンス測定装置によれば、肺コンプライアンスを精度よく測定することができる。
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】肺コンプライアンス測定装置１の構成を表すブロック図である。
【図２】肺コンプライアンス測定装置１の機能的構成を表すブロック図である。
【図３】肺コンプライアンス測定装置１が実行する処理を表すフローチャートである。
【図４】入力フォーマット３５の構成を表す説明図である。
【図５】目標吸気量３７と累積吸気量３９との表示態様を表す説明図である。
【図６】肺コンプライアンス測定装置１が実行する胸腔内圧算出処理を表すフローチャートである。
【図７】脈波のピークＰ１を表す説明図である。
【図８】ピークＰ１、ピークＰ２、第１包絡線４１、及び第２包絡線４３を表す説明図である
【図９】キャリブレーションに用いる装置を表す説明図である。
【図１０】座標点Ｚ及び線５９を表す説明図であって、線５９に対する複数の座標点Ｚの分散の程度が小さい場合を表す説明図である。
【図１１】座標点Ｚ及び線５９を表す説明図であって、線５９に対する複数の座標点Ｚの分散の程度が大きい場合を表す説明図である。
【図１２】目標吸気量３７と累積吸気量３９との表示態様を表す説明図である。
【図１３】バッグ６１及びマウスピース６３の構成を表す説明図である。
【図１４】肺コンプライアンス測定装置１を使用して測定した肺コンプライアンスを表すグラフである。
【図１５】従来の方法で測定した肺コンプライアンスを表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１実施形態＞
１．肺コンプライアンス測定装置１の構成
肺コンプライアンス測定装置１の構成を図１、図２に基づき説明する。肺コンプライアンス測定装置１は、ＣＰＵ３と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ５とする）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。肺コンプライアンス測定装置１の各種機能は、ＣＰＵ３が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ５が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムが実行されることで、プログラムに対応する方法が実行される。なお、肺コンプライアンス測定装置１を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。
【００１０】
肺コンプライアンス測定装置１は、ＣＰＵ３がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、図２に示すように、脈波信号取得ユニット７と、胸腔内圧算出ユニット９と、吸気信号取得ユニット１０と、吸気量取得ユニット１１と、肺コンプライアンス算出ユニット１３と、分散算出ユニット１５と、中止ユニット１７と、報知ユニット１９と、表示ユニット２１と、出力ユニット２３と、を備える。肺コンプライアンス測定装置１を構成するこれらの要素を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の要素について、一つあるいは複数のハードウェアを用いて実現してもよい。例えば、上記機能がハードウェアである電子回路によって実現される場合、その電子回路は多数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路、あるいはこれらの組合せによって実現してもよい。
【００１１】
図１に示すように、肺コンプライアンス測定装置１と、流量センサ２５と、脈波センサ２７と、入力装置２９と、ディスプレイ３１とは、肺コンプライアンス測定システム３３を構成する。
【００１２】
流量センサ２５は、被験者の吸気流量を測定し、その吸気流量を表す信号（以下では吸気流量信号とする）を肺コンプライアンス測定装置１に出力する。吸気流量とは、単位時間当たりの吸気量を意味する。流量センサ２５としては、例えば、差圧式や熱線式等の周知の流量センサが挙げられる。流量センサ２５は、被験者の呼吸によって空気の流れが生じる場所に設置される。
【００１３】
脈波センサ２７は、周知の発光素子及び受光素子を備えた光学式のセンサである。発光素子として、例えばＬＥＤが挙げられる。受光素子として、例えばＰＤが挙げられる。脈波センサ２７は、発光素子を用いて被験者の指先に光を照射し、その反射光を受光素子で受光する。脈波センサ２７は、被験者の脈波に起因する反射光の経時的な変動に基づき、脈波を検出し、その脈波を表す信号（以下では脈波信号とする）を肺コンプライアンス測定装置１に出力する。
【００１４】
入力装置２９は、ユーザの入力操作を受け付け、入力内容を表す信号を肺コンプライアンス測定装置１に出力する。入力装置２９としては、例えば、タッチパネル、キーボード、押しボタン等が挙げられる。
【００１５】
ディスプレイ３１は、肺コンプライアンス測定装置１から送られる信号に応じて画像を表示する。ディスプレイ３１として、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等が挙げられる。
【００１６】
２．肺コンプライアンス測定装置１が実行する処理
肺コンプライアンス測定装置１が実行する処理を図３〜図１１に基づき説明する。この処理は、入力装置２９に対し、肺コンプライアンスの測定を指示する入力があったときに実行される。
【００１７】
図３のステップ１では、表示ユニット２１が、ディスプレイ３１に、図４に示す入力フォーマット３５を表示する。入力フォーマット３５は、被験者の性別、年齢、身長、及び疾患（以下ではこれらをまとめて被験者データとする）の入力を促す表示である。性別、年齢、身長、及び疾患は、後述する目標吸気量に影響する事項である。なお、ユーザは、入力フォーマット３５の表示に応じて、入力装置２９を用いて、被験者データを入力する。ユーザは、被験者自身であってもよいし、被験者とは別の者であってもよい。
【００１８】
ステップ２では、表示ユニット２１が、入力された被験者データを取得する。
ステップ３では、表示ユニット２１が、前記ステップ２で取得した被験者データに基づき、目標吸気量を算出する。目標吸気量は、被験者の安静呼吸における吸気量である。吸気量とは、１回の吸気における累積の吸気量を意味する。表示ユニット２１は、被験者データと目標吸気量との関係を規定するマップを予め備えている。表示ユニット２１は、前記ステップ２で取得した被験者データをこのマップに入力することで、目標吸気量を算出する。
【００１９】
ステップ４では  吸気信号取得ユニット１０が、流量センサ２５から継続的に吸気流量信号を取得する。また、それと並行して、脈波信号取得ユニット７が、脈波センサ２７から継続的に脈波信号を取得する。吸気流量信号及び脈波信号の取得は、被験者における複数の呼吸サイクルの間継続して行われる。呼吸サイクルとは、吸気の開始時点から、次回の吸気の開始時点までの期間を意味する。
【００２０】
また、本ステップ４では、図５に示すように、表示ユニット２１が、前記ステップ３で算出した目標吸気量３７と、累積吸気量３９とをディスプレイ３１に重ねて表示する。累積吸気量３９は、呼吸サイクルの開始時点ｔから表示のときまでの累積の吸気量から、累積の呼気量を差し引いた値である。累積吸気量３９は、吸気流量信号が表す吸気流量を積分して得られる値である。
【００２１】
なお、被験者は、目標吸気量３７と、累積吸気量３９とを見ながら、累積吸気量３９の極大値が目標吸気量３７と一致するように、自らの呼吸を制御する。
図３に戻り、ステップ５では、吸気量取得ユニット１１が、前記ステップ４で取得した吸気流量信号に基づき、吸気量を取得する。吸気量とは、１つの呼吸サイクル全体における累積の吸気量である。吸気量取得ユニット１１は、それぞれの呼吸サイクルにおいて、吸気流量信号が表す吸気流量を累積することで、呼吸量を算出する。前記ステップ４において、吸気流量信号は、複数の呼吸サイクルの間継続して取得されているので、吸気量取得ユニット１１は、複数の呼吸サイクルのそれぞれについて、吸気量を算出する。
【００２２】
ステップ６では、胸腔内圧算出ユニット９が、前記ステップ４で取得した脈波信号に基づき、胸腔内圧を算出する。胸腔内圧算出ユニット９は、１つの呼吸サイクルごとに胸腔内圧を算出する。前記ステップ４において、脈波信号は、複数の呼吸サイクルの間継続して取得されているので、胸腔内圧算出ユニット９は、複数の呼吸サイクルのそれぞれについて、胸腔内圧を算出する。
【００２３】
胸腔内圧の算出方法は、特開２００２−３５５２２７号公報、及び特開２０１４−２２６４２２号公報等に開示されている方法と同様である。以下では、胸腔内圧の算出方法における概略を説明する。図６のステップ２１では、前記ステップ４で取得した脈波信号に対し、デジタルフィルタ処理を行う。デジタルフィルタ処理とは、脈波信号において、外乱光ノイズ等に起因する３Ｈｚ以上のノイズと、体動に起因する０．１Ｈｚ以下の信号とをカットする処理である。
【００２４】
ステップ２２では、図７に示す様に、脈波信号を構成するそれぞれの脈波のピークＰ１を求める。図７における横軸は時間であり、縦軸は脈波信号の出力の大きさである。
ステップ２３では、図８に示すように、前記ステップ２２で求めた各ピークＰ１を結んで、第１包絡線４１を作成する。
【００２５】
ステップ２４では、公知の体動の判定方法により、被験者の体動があったか否かを判定する。体動がある場合にはステップ２５に進み、体動がない場合にはステップ２６に進む。
【００２６】
ステップ２５では、前記ステップ２３にて作成した第１包絡線４１から体動の影響を除去するために、公知の包絡線の補正方法にて、体動の終了後における第１包絡線４１を補正する。なお、図８に示す範囲４４は、体動が出現した範囲である。
【００２７】
ステップ２６では、図８に示すように、前記ステップ２３にて得られた第１包絡線４１、又は、前記ステップ２５にて補正を行った後の第１包絡線４１のピークＰ２を求める。
ステップ２７では、図８に示すように、各ピークＰ２を結んで、第２包絡線４３を作成する。
【００２８】
ステップ２８では、第１包絡線４１と第２包絡線４３との差分をとる。そして、１つの呼吸サイクルにおいて、差分の絶対値が最大である部分における差分を、胸腔内圧信号とする。
【００２９】
ステップ２９では、前記ステップ２８で求めた胸腔内圧信号に、予め設定された係数Ｋを乗算して胸腔内圧を算出する。係数Ｋは、以下のキャリブレーションにより、予め算出しておいた値である。
【００３０】
キャリブレーションを行うとき、図９に示すように、被験者４５にノーズクリップ４７を取り付け、マウスピース４９をくわえさせる。マウスピース４９には、一方弁５１、５３、抵抗５５、ポンプ５７等が接続している。また、被験者４５に脈波センサ２７を取り付ける。
【００３１】
この状態で、上記の方法で胸腔内圧信号を求める。また、マウスピース４９内の圧力を求める。マウスピース４９内の圧力は、胸腔内圧に等しいと仮定する。マウスピース４９内の圧力を、胸腔内圧信号の値で除することで、係数Ｋを算出する。
【００３２】
図３に戻り、ステップ７では、肺コンプライアンス算出ユニット１３が、図１０に示すように、胸腔内圧を表すＸ軸及び吸気量を表すＹ軸により規定される座標系において、前記ステップ６で算出した胸腔内圧及び前記ステップ５で算出した吸気量を表す座標点Ｚを決定する。
【００３３】
１つの座標点Ｚを構成する胸腔内圧及び吸気量は、同一の呼吸サイクルにおいて算出されたものである。胸腔内圧及び吸気量は、複数の呼吸サイクルのそれぞれについて算出されているので、座標点Ｚは複数存在する。
【００３４】
ステップ８では、肺コンプライアンス算出ユニット１３が、図１０、図１１に示すように、前記ステップ７で決定した座標点Ｚと、原点Ａとを通る線５９を算出する。線５９は、複数の座標点Ｚに基づき算出された近似線であって、ＸとＹとの一次式を表す線である。図１０、図１１に示すように、線５９は、個々の座標点Ｚの一部又は全部の上を必ずしも通らなくてもよい。
【００３５】
ステップ９では、分散算出ユニット１５が、線５９に対する複数の座標点Ｚの分散の程度を算出する。分散の程度とは、線５９に対する座標点Ｚのばらつき具合を表す指標である。
【００３６】
ステップ１０では、前記ステップ９で算出した分散の程度が予め設定された閾値を越えるか否かを分散算出ユニット１５が判断する。分散の程度が閾値以下である場合はステップ１１に進み、分散の程度が閾値を超える場合はステップ１３に進む。なお、分散の程度が小さく、本ステップで否定判断される場合の例を図１０に示し、分散の程度が大きく、本ステップで肯定判断される場合の例を図１１に示す。
【００３７】
ステップ１１では、肺コンプライアンス算出ユニット１３が、前記ステップ８で算出した線５９の傾きを算出し、その傾きを肺コンプライアンスとする。図１０、図１１に示すように、線５９上での胸腔内圧の変化量をΔＰとし、線５９上での吸気量の変化量をΔＶとしたとき、傾きは、ΔＶ／ΔＰにより表される値である。
【００３８】
ステップ１２では、出力ユニット２３が、前記ステップ１１で算出した肺コンプライアンスをディスプレイ３１に出力する。ディスプレイ３１は肺コンプライアンスを表示する。
【００３９】
一方、前記ステップ１０で肯定判断された場合はステップ１３に進む。ステップ１３では、中止ユニット１７が、肺コンプライアンスの算出を中止する。また、報知ユニット１９が、ディスプレイ３１を用いて、再測定を促す表示を行う。再測定を促す表示は、特有の報知に対応する。
【００４０】
３．肺コンプライアンス測定装置１が奏する効果
肺コンプライアンス測定装置１は以下の効果を奏する。
（１Ａ）肺コンプライアンス測定装置１は、肺コンプライアンスを一層精度よく測定することができる。その理由は以下のように推定できる。肺コンプライアンス測定装置１を用いれば、必ずしも、２以上の異なる吸気量においてそれぞれ脈波信号を取得する必要がない。そのため、測定時間が短く、被験者の苦痛が小さい。その結果、被験者の体動、血圧変化等が脈波信号に影響しにくく、肺コンプライアンスの測定精度が高くなる。
【００４１】
肺コンプライアンス測定装置１を用いれば肺コンプライアンスを精度よく測定できることを、以下の試験により確認した。肺コンプライアンス測定装置１を用いて、健常群の被験者と、拘束性肺疾患群の被験者とのそれぞれについて、肺コンプライアンスを測定した。なお、健常群の被験者の肺コンプライアンスは、拘束性肺疾患群の被験者の肺コンプライアンスよりも大きい。測定結果を図１４に示す。また、比較例として、特開２０１４−２２６４２２号公報に記載されている方法で、同じ被験者について肺コンプライアンスを測定した。測定結果を図１５に示す。
【００４２】
図１４に示すように、肺コンプライアンス測定装置１を使用した場合、健常群と、拘束性肺疾患群との差が明確に現れた。それに比べて、図１５に示すように、特開２０１４−２２６４２２号公報に記載されている方法では、健常群と、拘束性肺疾患群との有意差が認められなかった。この試験結果から、肺コンプライアンス測定装置１が、肺コンプライアンスを一層精度よく測定できることが確認できた。
【００４３】
（１Ｂ）肺コンプライアンス測定装置１は、肺コンプライアンスの算出に、複数の座標点Ｚに基づく近似線である線５９を用いる。そして、線５９に対する複数の座標点Ｚの分散の程度が予め設定された閾値を超える場合、肺コンプライアンスの算出を中止する。そのため、信頼性が低い肺コンプライアンスを算出してしまうことを抑制できる。
【００４４】
（１Ｃ）肺コンプライアンス測定装置１は、線５９に対する複数の座標点Ｚの分散の程度が予め設定された閾値を超える場合、再測定を促す表示を行う。そのため、ユーザは、測定の状況を理解し、再測定を行うことができる。
【００４５】
（１Ｄ）肺コンプライアンス測定装置１は、被験者が吸気を行っているとき、累積吸気量３９と、目標吸気量３７とを表示する。被験者は、累積吸気量３９と目標吸気量３７とを見比べて、呼吸量を制御することができる。そのため、前記ステップ５で算出する吸気量を、容易に、目標吸気量３７に近い値とすることができる。その結果、肺コンプライアンスを一層精度よく測定することができる。
【００４６】
（１Ｅ）目標吸気量３７は、安静呼吸のときの吸気量である。そのため、被験者の身体的負担が少ない。また、被験者の体動、血圧変化等が生じにくいので、それらが脈波信号に影響して肺コンプライアンスの測定精度が低下してしまうことを抑制できる。
＜他の実施形態＞
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００４７】
（１）前記ステップ４において目標吸気量３７と累積吸気量３９とを表示する形態は他の形態であってもよい。例えば、図１２に示すように、高さによって累積吸気量３９を表す柱状の表示物と、一定の高さに表示された目標吸気量３７とを表示する形態であってもよい。
【００４８】
（２）前記ステップ４において、図１３に示すバッグ６１とマウスピース６３とを用いて吸気量を適切な値に制御してもよい。被験者４５はマウスピース６３をくわえる。バッグ６１はマウスピース６３の先端に取り付けられている。被験者の吸気量は、バッグ６１の容量に限定される。その結果、吸気量を容易に制御することができる。
【００４９】
（３）前記ステップ７で決定する座標点Ｚは１のみであってもよい。その場合、線５９は、１つの座標点Ｚと原点Ａとを通る直線となる。
（４）目標吸気量は一定の値であってもよい。また、目標吸気量はユーザが設定する値であってもよい。
【００５０】
（５）前記ステップ１０で肯定判断した場合も、肺コンプライアンスを測定してもよい。
（６）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００５１】
（７）上述した肺コンプライアンス測定装置の他、当該肺コンプライアンス測定装置を構成要素とするシステム、当該肺コンプライアンス測定装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、肺コンプライアンス測定方法等、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【００５２】
１…肺コンプライアンス測定装置、７…脈波信号取得ユニット、９…胸腔内圧算出ユニット、１０…吸気流量信号取得ユニット、１１…吸気量取得ユニット、１３…肺コンプライアンス算出ユニット、２５…流量センサ、２７…脈波センサ
【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】
2018057600.tif 000012
【図１１】
2018057600.tif 000013
【図１２】
2018057600.tif 000014
【図１３】
2018057600.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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