(57)【要約】呼吸管の一部分の上方に位置する身体表面の１つの領域における合計音響エネルギを決定するステップを含む呼吸管の一部分における空気流を決定する方法に関する。その空気流は、ある時間インターバル中にその呼吸管の部分中を流れた空気の体積を決定するためにその時間インターバルにわたって積分される。肺活量測定で行われるように、体積の関数としての流量のグラフが表示されて解析されることができる。本発明はまた、この方法を行うシステム100を提供する。【選択図】図１
2007522839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼吸管の一部分の上方に位置する身体表面の領域内の合計音響エネルギを決定するステップを含むその呼吸管の部分中の空気流を決定する方法。
【請求項２】
合計音響エネルギは、
（ａ）ｉ＝１乃至Ｎとして身体表面の領域における予め定められた位置ｘiに配置されたＮ個のトランスデューサから信号Ｐ（ｘi，ｔ）を獲得し、
（ｂ）信号Ｐ（ｘi，ｔ）の少なくとも１つに関する計算においてその領域内の複数の位置ｘにおいて１以上の時間インターバルｔi乃至ｔi+1にわたる平均音響エネルギ〜Ｐ（ｘ，ｔi，ｔi+1）を決定し、
（ｃ）各時間インターバルの期間中のその領域における空気流を得るためにｘに関して関数〜Ｐ（ｘ，ｔi，ｔi+1）を積分して、
【数１】
2007522839.tif 000017
を得るステップを含むプロセスにおいて決定される請求項１記載の方法。
【請求項３】
さらに、１からｍまでの各ｋに対してｔ0からｔkまでにその領域中を流れた空気の合計体積を得るために時間に関して関数：
【数２】
2007522839.tif 000018
を積分して、
【数３】
2007522839.tif 000019
を得るステップを含んでいる請求項２記載の方法。
【請求項４】
さらに、流量：
【数４】
2007522839.tif 000020
のプロットを体積の関数：
【数５】
2007522839.tif 000021
として表示装置上に表示するステップを含んでいる請求項３記載の方法。
【請求項５】
領域は単一の肺または肺の葉である請求項１記載の方法。
【請求項６】
さらに、音響エネルギの対数を計算するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項７】
呼吸管の一部分の上方に位置する身体表面の領域内の合計音響エネルギを決定するように構成されたプロセッサを備えているその呼吸管の一部分中における空気流を決定するシステム。
【請求項８】
合計音響エネルギは、
（ａ）ｉ＝１乃至Ｎとして身体表面の領域内の予め定められた位置ｘiに配置されたＮ個のトランスデューサから信号Ｐ（ｘi，ｔ）を獲得し、
（ｂ）信号Ｐ（ｘi，ｔ）の少なくとも１つに関する計算においてその領域内の複数の位置ｘにおいて１以上の時間インターバルｔi乃至ｔi+1にわたる平均音響エネルギ〜Ｐ（ｘ，ｔi，ｔi+1）を決定し、
（ｃ）各時間インターバルの期間中のその領域中の空気流を得るためにｘに関して関数〜Ｐ（ｘ，ｔi，ｔi+1）を積分して、
【数６】
2007522839.tif 000022
を得るステップを含むプロセスにおいて決定される請求項７記載のシステム。
【請求項９】
プロセッサはさらに、１からｍまでの各ｋに対してｔ0からｔkまでにその領域中を流れた空気の合計体積を得るために時間に関して関数：
【数７】
2007522839.tif 000023
を積分して、
【数８】
2007522839.tif 000024
を得るように構成されている請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
さらに、表示装置を備え、また、プロセッサはさらに、流量：
【数９】
2007522839.tif 000025
のプロットを体積の関数：
【数１０】
2007522839.tif 000026
として表示装置上に表示するように構成されている請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
領域は単一の肺または肺の葉である請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
プロセッサはさらに、音響エネルギの対数を計算するように構成されている請求項７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、医療機器および方法に関し、とくに、呼吸管機能を解析する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
肺活量測定は、呼吸サイクルにわたって肺の中に吸い込まれた空気の合計体積の測定を含む呼吸機能の一般的なテストである。肺活量測定テストは通常、呼吸サイクルの吸気フェーズ中に呼吸器系の中に吸い込まれた空気の流量を測定する空気流メータに結合された管を通じて被験者に空気を吸い込ませることにより行われる。この吸気フェーズの終了時に、被験者は管を通して息を吐き出し、呼気フェーズ中に吐き出された空気の流量が測定される。その後、空気流を時間の関数として示す曲線が生成される。この曲線は、胸郭内の気管閉塞を評価するために使用されるその被験者の１以上の呼吸パラメータを得るために解析される。肺の総容量から開始された最大努力呼気肺活量操作中に行われたテストでは、たとえば、いわゆる“１秒で強制的に吐き出された呼気の体積”（ＦＥＶ1）が得られる。ＦＥＶ1は、呼吸機能の１つの明確に特徴付けられたテストであり、病的な状態および正常状態において有用な情報を提供する。慢性で閉塞性の肺の病気では、ＦＥＶ1のレベルはその閉塞物の重大さを採点するために使用される。
【０００３】
被験者の身体表面上の複数の位置で呼吸管の音を記録するために複数のマイクロホンをその被験者の胸部または背中に取付けることが知られている。たとえば、２００３年１月９日に公開されて公開番号US2003-0139679を有する米国特許出願第 10/338,742号には、被験者の背中または胸部に固定された複数のマイクロホンにより検出された呼吸管の音を解析する方法が開示されている。記録された音響信号はｔ1からｔ2までの時間インターバルにわたる身体表面上の複数の位置ｘにおける平均音響エネルギ〜Ｐ（ｘ，ｔ1，ｔ2）を決定するために処理される。なお、明細書において平均音響エネルギは〜Ｐ（ｘ，ｔ1，ｔ2）で表され、これは以下のように定義されている：
【数１１】
2007522839.tif 000003
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、人の背中または胸部の領域上における、あるいはｔ1からｔ2までの時間インターバル期間中の平均音響エネルギがこの時間インターバル中のその領域の下に位置する呼吸管の部分における空気流と相関されることができるという発見に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はその第１の特徴において、人の呼吸管の少なくとも一部分における空気流を計算する方法を提供する。その呼吸管の部分は、たとえば、左側または右側の肺、あるいは片方の肺内の単一の葉であってもよい。本発明のこの特徴によると、被験者のその呼吸管の部分を覆う背中または胸部上に複数のマイクロホンが固定され、ｔ0からｔ1までの時間インターバルにわたってその領域からの呼吸管の音が記録される。このサブインターバル期間中の平均音響エネルギがこの領域内の複数の位置ｘで決定される。その後、これらの位置ｘにわたって合計された合計平均音響エネルギは、呼吸管のその部分における空気流と相関される。合計平均音響エネルギと空気流との相関は、たとえば、前に決定された較正曲線を使用することにより行われてもよい。この明細書で好ましい実施形態において、合計音響エネルギの対数と等しい空気流が計算される。その後、呼吸サイクルの呼気フェーズ中、このプロセスが繰返されることができる。
【０００６】
本発明の方法により得られた各サブインターバル中の空気流は、呼吸サイクルにわたる時間の関数としての空気流のグラフの形態で表示されることができる。本発明は、呼吸管特性の領域内評価を可能にする。
【０００７】
本発明により得られた吸気フェーズ期間中の時間の関数としての肺中の空気流は、時間ｔ0からｔまでにその気管中に流れた空気の合計体積を生成するためにこの時間ｔ0からｔまで積分されてもよい。時間ｔにおける空気流は、吸気に対する肺活量測定曲線を生成するために時間ｔ0からｔまでに気管中に流れた空気の合計体積の関数としてプロットされることができる。その後、呼吸サイクルの呼気フェーズに対してこのプロセスが繰返されることができる。
【０００８】
したがって、本発明はその第１の特徴において、呼吸管の一部分の上方に位置する身体表面の１つの領域内の合計音響エネルギを決定するステップを含むその呼吸管の部分における空気流を決定する方法を提供する。
【０００９】
本発明はその第２の特徴において、呼吸管の一部分の上方に位置する身体表面の１つの領域内の合計音響エネルギを決定するように構成されたプロセッサを備えたその呼吸管の一部分における空気流を決定するシステムを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を理解し、それが実際にはどのようにして行われるかを認識するために、以下、添付図面を参照して非制限的な例により好ましい１実施形態を説明する。  
図１には、呼吸器系の１つの領域内の呼吸管の空気流を解析するための本発明の１実施形態によるシステムが符号100で全体的に示されている。複数のＮ個の音響トランスデューサ105はそのなかの４個が示されており、人110の胸部または背中の平坦な領域に適用される。トランスデューサ105は、たとえば、接着剤、吸引力または固定ストラップの使用等の技術的に知られている任意の手段によって被験者に取付けられることができる。各トランスデューサ105は、そのトランスデューサに到達した圧力波を示すアナログ電圧信号115を生成する。ｔ0からｔmまでの時間インターバルにわたって音響信号115を得るためにこのシステム100が使用される。このアナログ信号115は、マルチチャンネルアナログデジタル変換装置120によりデジタル化される。デジタルデータ信号Ｐ（ｘi，ｔ）125は、時間ｔにおけるｉ番目のトランスデューサ（ｉ＝１乃至Ｎ）の位置ｘiにおける圧力波を表している。データ信号125はメモリ130に入力される。このメモリ130中に入力されたデータは、データ信号125を処理するように構成されたプロセッサ135によりアクセスされる。信号125は、たとえば、人が動いたために生じた振動等の、呼吸音の範囲外の周波数を有する成分をフィルタ処理することにより雑音を除去されることができる。各信号125はまた、関心を払われている範囲内の信号中の成分だけが解析されるようにバンドパスフィルタで処理されてもよい。
【００１１】
人110の個人的詳細のような検査に関する関連情報を入力するために、コンピュータキーボード140またはマウス145のような入力装置が使用される。入力装置140はまた、時間インターバルｔ0乃至ｔmをサブインターバルｔ0，ｔ1，ｔ2，…ｔmに細分したものを入力するために使用されてもよい。その代りに、プロセッサ135によって時間ｔ2…ｔm-1が自動的に決定されてもよい。このプロセッサ135は、１以上の信号Ｐ（ｘi，ｔ）に関する計算においてｔiからｔi+1までの各時間サブインターバルにわたる平均音響エネルギ〜Ｐ（ｘ，ｔi，ｔi+1）をその領域内の複数の位置ｘで決定し、このときｉ＝０乃至ｍ-１である。
【００１２】
平均音響エネルギはメモリ130中に記憶され、また、それは医師による診断のためにＣＲＴスクリーンのような表示装置150上に表示されてもよい。
【００１３】
プロセッサ135はまた、ｔiからｔi+1までのインターバル中における呼吸管の領域内の合計音響エネルギを得るためにｘに関して関数〜Ｐ（ｘ，ｔi，ｔi+1）を積分するように、すなわち、
【数１２】
2007522839.tif 000004
【００１４】
を計算するように構成されている。その後、その領域中への空気流量（吸気フェーズ中の）またはその領域からの空気流量（呼気フェーズ中の）をこの計算された音響エネルギから決定するために、前に得られた較正曲線がプロセッサにより使用される。人110のような、類似した特徴（性別、身長、体重および年齢）を有する被験者に関して前に得られた較正曲線が使用されることが好ましい。プロセッサはまた、１からｍまでの各ｋに対してｔ0からｔkまでに気管中を流れた空気の合計体積を得るために時間に関して関数：
【数１３】
2007522839.tif 000005
【００１５】
を積分して、
【数１４】
2007522839.tif 000006
【００１６】
を得るようにように構成されている。
【００１７】
プロセッサはまた、ｔiからｔi+1までのインターバル中の流量：
【数１５】
2007522839.tif 000007
【００１８】
のプロットである肺活量曲線を同じ時間インターバル中の体積の関数：
【数１６】
2007522839.tif 000008
【００１９】
として表示装置上に表示するように構成されている。
【００２０】
プロセッサ135はまたその肺活量測定曲線を、メモリ中に記憶され、身体領域中の種々の病気を示すことが知られている標準的な肺活量測定曲線関数と比較することにより自動鑑別診断を行うことができる。
【００２１】
図２は、本発明の方法を１実施形態にしたがって行うためのフローチャート図を示している。ステップ200において、信号Ｐ（ｘi，ｔ）は、ｉ＝１乃至Ｎとして人の胸部または背中上の領域Ｒ内の予め定められた位置ｘiに配置されたＮ個のトランスデューサから得られる。ステップ205において、プロセッサ135は、信号Ｐ（ｘi，ｔ）の少なくとも１つに関する計算において、ｉ＝０乃至ｍ-１として領域Ｒ内の複数の位置ｘiにおける時間ｔiからｔi+1までの各サブインターバルに対する平均音響エネルギ〜Ｐ（ｘ，ｔi，ｔi+1）を決定する。
【００２２】
ステップ210において、プロセッサは時間ｔiからｔi+1までのインターバル期間中の気管における音響エネルギを得るためにｘに関して関数〜Ｐ（ｘ，ｔi，ｔi+1）を積分して、
【数１７】
2007522839.tif 000009
【００２３】
を得る。ステップ212において、プロセッサは較正曲線から気管のその領域Ｒ中の空気の流量を得る。ステップ215において、プロセッサは、１からｍまでの各ｋに対して時間ｔ0からｔkまでにその領域Ｒ中に流入し、あるいはその領域Ｒから流出する空気の合計体積を得るために時間に関して関数：
【数１８】
2007522839.tif 000010
【００２４】
または空気流量を積分して、
【数１９】
2007522839.tif 000011
【００２５】
を得る。ステップ220において、プロセッサは、空気流量：
【数２０】
2007522839.tif 000012
【００２６】
のプロットである肺活量曲線を空気の体積の関数：
【数２１】
2007522839.tif 000013
【００２７】
として表示装置上に表示する。
【００２８】
本発明によるシステムは、適切にプログラムされたコンピュータであってもよいことが認識されるであろう。同様に、本発明は、本発明の方法を実行しているコンピュータにより読出し可能なコンピュータプログラムを予想している。本発明はさらに、本発明の方法を実行するマシンによって実効可能な命令のプログラムを確実に組入れたマシン読取り可能なメモリを想定している。
【００２９】
例
人の各肺を覆う背中に複数の２０個の音響トランスデューサが適用された。各トランスデューサは、呼吸サイクルにわたってトランスデューサに到達した圧力波を示すアナログ電圧信号を生成した。このアナログ信号は、マルチチャンネルアナログデジタル変換装置によってデジタル化された。デジタルデータ信号Ｐ（ｘi，ｔ）は、時間ｔにおけるｉ番目のトランスデューサの位置ｘiにおける圧力波を表している。そのデータ信号は、呼吸音の範囲外の周波数を有する成分をフィルタ処理して除去することにより雑音を除去された。
【００３０】
呼吸サイクルは０．１秒のサブインターバルに分割され、それらサブインターバルは、呼吸サイクルの吸気または呼気のいずれかのフェーズに属するものとして分類された。平均音響エネルギ〜Ｐ（ｘ，ｔi，ｔi+1）は、信号Ｐ（ｘi，ｔ）から各肺の上方の複数の位置ｘにおいて各サブインターバル［ｔi，ｔi+1］にわたって計算された。
【００３１】
各肺に対して、時間ｔiからｔi+1までのインターバル中にその肺の中の合計空気流を得るために関数〜Ｐ（ｘ，ｔi，ｔi+1）がｘに関して積分されて、
【数２２】
2007522839.tif 000014
【００３２】
が得られた。その後、フェーズの開始から可変時間ｔkまでの吸気および呼気の各フェーズ期間中に各肺中に流入し、あるいは各肺から流出した空気の合計体積と相関されることのできる関数を得るためにこの積分：
【数２３】
2007522839.tif 000015
【００３３】
は時間に関して積分されて、
【数２４】
2007522839.tif 000016
【００３４】
が得られた。肺活量曲線を得るために、これらの積分値の対数が呼吸サイクル中の時間の関数として計算されてプロットされた。図３にはその結果が示されている。図３のａは両方の肺に対する肺活量曲線を示している。呼吸サイクルの呼気フェーズに対応した曲線の部分は水平軸の上方にプロットされている。呼吸サイクルの呼気フェーズに対応した曲線の部分は水平軸の下方にプロットされている。垂直軸における体積値は、機械的な肺活量計から得られた人の肺活量データを使用することにより相関されてもよい。図３のｂは右側の肺に対する肺活量曲線を示している。この垂直軸における体積値は、両方の肺に関して機械的な肺活量計から得られた人の肺活量データを使用することにより相関されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】呼吸管の空気流を解析する本発明の１実施形態によるシステムの概略図。
【図２】本発明の１実施形態にしたがって本発明の方法を行うためのフローチャート。
【図３】人の両方の肺に対する肺活量曲線および右側の肺に対する肺活量曲線をそれぞれ示すグラフ。
【図１】
2007522839.tif 000027
【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年9月20日(2006.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
が得られた。肺活量曲線を得るために、これらの積分値の対数が呼吸サイクル中の時間の関数として計算されてプロットされた。図３にはその結果が示されている。図３の（ａ）は両方の肺に対する肺活量曲線を示している。呼吸サイクルの呼気フェーズに対応した曲線の部分は水平軸の上方にプロットされている。呼吸サイクルの吸気フェーズに対応した曲線の部分は水平軸の下方にプロットされている。垂直軸における体積値は、機械的な肺活量計から得られた人の肺活量データを使用することにより相関されてもよい。図３の  （ｂ）は右側の肺に対する肺活量曲線を示している。この垂直軸における体積値は、両方の肺に関して機械的な肺活量計から得られた人の肺活量データを使用することにより相関されることができる。
【国際調査報告】
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2007522839.tif 000031