(57)【要約】【課題】呼吸の不整に起因する血流の乱れを抑制して、胸腔内圧の測定結果の信頼性を向上させる。【解決手段】脈波信号取得部１２は、被験者の脈波信号を取得する。呼吸補助制御部１１は、被験者の体外から非侵襲的な方法により人工的に呼吸を補助する人工呼吸器を制御して、脈波信号取得部１２により脈波が取得される期間において所定の規則的な呼吸動作による呼吸を補助する。制御部１４は、呼吸補助制御部１１による呼吸の補助が行われている条件下において脈波信号取得部１２により取得された脈波信号を解析して胸腔内圧の時系列波形を表す胸腔内圧信号を推定する。【選択図】  図１
2019162315.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者の脈波信号を取得するように構成された脈波信号取得部（１２）と、
前記被験者の体外から非侵襲的な方法により人工的に呼吸を補助する人工呼吸器を制御して、前記脈波信号取得部により脈波が取得される期間において所定の規則的な呼吸動作による呼吸を補助するように構成された呼吸補助制御部（１１）と、
前記呼吸補助制御部による呼吸の補助が行われている条件下において前記脈波信号取得部により取得された脈波信号を解析して胸腔内圧の時系列波形を表す胸腔内圧信号を推定するように構成された解析部（１４）と、
を備える検査装置。
【請求項２】
前記脈波信号取得部により脈波信号が取得されるのと同時期における前記被験者の呼吸動作の時系列波形を表す呼吸信号を取得するように構成された呼吸信号取得部（１３）と、
前記呼吸補助制御部によって制御された呼吸動作の時系列波形を表す制御呼吸信号と、前記呼吸信号取得部により取得された呼吸信号との整合性を判断することにより、計測結果の信頼性を判定するように構成された判定部（１４）と、
前記判定部により判定された信頼性に応じて、前記胸腔内圧信号の推定結果の出力に関する扱いを区別するように構成された制御部（１４）と、
を更に備える請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記制御呼吸信号と前記呼吸信号との相互相関係数を算出し、算出された相互相関係数に応じて前記信頼性を判定するように構成されている、
請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記制御呼吸信号及び前記呼吸信号それぞれについて、周波数解析を用いてピーク周波数を導出し、前記制御呼吸信号のピーク周波数と、前記呼吸信号のピーク周波数との一致性に応じて前記信頼性を判定するように構成されている、
請求項２又は請求項３に記載の検査装置。
【請求項５】
予行計測として、前記呼吸補助制御部による呼吸の補助と、前記脈波信号取得部による前記脈波信号の取得と、前記呼吸信号取得部による前記呼吸信号の取得と、前記判定部による信頼性の判定とを行い、
前記予行計測における信頼性の判定結果が所定の要件を満たしたことを条件に、本計測として、前記呼吸補助制御部による呼吸の補助と、前記脈波信号取得部による前記脈波信号の取得と、前記呼吸信号取得部による前記呼吸信号の取得と、前記判定部による信頼性の判定と、前記解析部による前記解析部による前記胸腔内圧信号の推定とを行い、
前記制御部は、前記本計測において前記判定部により判定された信頼性に応じて、前記胸腔内圧信号の推定結果を出力するように構成されている、
請求項２ないし請求項４の何れか１項に記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、被験者から観測された脈波信号から胸腔内圧を推定する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
呼吸に伴う胸腔内圧の変化量は、呼吸器疾患の診断や呼吸機能の評価に有効な指標となる。例えば、呼吸機能の評価には、肺の柔軟性を表す肺コンプライアンスが用いられるが、この肺コンプライアンスの測定には胸腔内圧の測定が必要となる。
【０００３】
かつて、胸腔内圧の測定は、被験者の食道内にバルーンカテーテルを挿入する等、被験者に大変な負担がかかるものであったため、容易ではなかった。しかしながら、近年、非侵襲的な手段により被験者に苦痛を与えることなく、胸腔内圧を測定する方法が提案されている。例えば、特許文献１には、被験者の手足等に装着される脈波センサにより計測された脈波信号から胸腔内圧を推定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５５２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のような胸腔内圧の推定方法では、被験者の手足等の末梢部における血流変化量を脈波信号として取得する。しかしながら、交感神経の活動や筋緊張等といった呼吸動作以外の要因で末梢部にて血流の乱れが生じた場合、脈波から推定される胸腔内圧の精度が低下するおそれがある。したがって、被験者がリラックスした状態で、呼吸を一定の強さ及び周期で行うことが肝要である。
【０００６】
しかしながら、呼吸器疾患を有する患者においては、胸郭や横隔膜の可動性が低下しており、リラックスした状態で規則的な呼吸をすることが困難となる場合がある。そのような場合、胸腔内圧の測定中において交感神経の活動や筋緊張が増大し、末梢部における血流が乱れてしまうおそれがある。また、小児や高齢者においては、呼吸を一定の強さ及び周期で安定的に行うことも難しい場合がある。特許文献１に記載の技術は、検出された体動を考慮して胸腔内圧の補正を行うように構成されているが、呼吸の不整に起因する血流の乱れについては考慮されていない。
【０００７】
本開示は、上述の問題を解決するためになされたものである。本開示は、呼吸の不整に起因する血流の乱れを抑制して、胸腔内圧の測定結果の信頼性を向上させるための技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様に係る検査装置は、脈波信号取得部（１２）と、呼吸補助制御部（１１）と、解析部（１４）とを備える。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。
【０００９】
脈波信号取得部は、被験者の脈波信号を取得するように構成されている。呼吸補助制御部は、被験者の体外から非侵襲的な方法により人工的に呼吸を補助する人工呼吸器を制御して、脈波信号取得部により脈波が取得される期間において所定の規則的な呼吸動作による呼吸を補助するように構成されている。解析部は、呼吸補助制御部による呼吸の補助が行われている条件下において脈波信号取得部により取得された脈波信号を解析して胸腔内圧の時系列波形を表す胸腔内圧信号を推定するように構成されている。
【００１０】
本開示に係る検査装置によれば、非侵襲的な人工呼吸器を用いて被験者の規則的な呼吸を補助した条件下で計測された脈波信号に基づいて、被験者の胸腔内圧を推定することができる。それにより、呼吸器疾患等の影響による呼吸の不整に起因する末梢部の血流の乱れを抑制して、胸腔内圧の計測結果の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】呼吸機能検査システムの概要を表すブロック図である。
【図２】検査時における被験者への機器の装着状況を表す図である。
【図３】脈波センサの概要を表す図である。
【図４】メイン処理の手順を表すフローチャートである。
【図５】信頼性判定処理の手順を表すフローチャートである。
【図６】解析処理の手順を表すフローチャートである。
【図７】胸腔内圧の推定方法の概要を表す図である。
【図８】呼吸補助の有無による検査結果の差異を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の例示的な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本開示は下記の実施形態に限定されるものではなく様々な態様にて実施することが可能である。
［呼吸機能検査システムの構成の説明］
呼吸機能検査システム１の構成について、図１を参照しながら説明する。呼吸機能検査システム１は、被験者の末梢部から観測された脈波信号に基づいて胸腔内圧を推定し、推定された胸腔内圧に基づいて呼吸機能を検査して、その検査結果を報知するように構成されたシステムである。
【００１３】
図１に例示されるとおり、呼吸機能検査システム１は、呼吸機能検査装置５と、この呼吸機能検査装置５に接続される各部を含んで構成されている。呼吸機能検査装置５が、本開示における検査装置に相当する。呼吸機能検査装置５には、呼吸駆動部２、脈波センサ３、流量センサ４、及び報知装置６が接続される。
【００１４】
呼吸駆動部２は、被験者の体外から非侵襲的な方法により人工呼吸を行う体外式人工呼吸器を駆動する装置である。本実施形態では、陽陰圧体外式人工呼吸器を用いることを想定している。具体的には、図２に例示されるように、ベッドに仰向けで横たわる被験者の胸郭と上腹部とを胴鎧２１で覆い、呼吸駆動部２が胴鎧２１の内部に陰圧及び陽圧の二相の圧をかけることで、被験者による吸気と呼気を補助する。
【００１５】
脈波センサ３は、図２に例示されるように、被験者の指先等の末梢部に取付けて用いられ、周知の光電脈波法により脈波信号を検出する光電式脈波センサである。脈波センサ３の具体的な構成について、図３を参照しながら説明する。図３に例示されるとおり、脈波センサ３は、被験者の指に装着される筐体３１と、筐体３１内に設けられた発光素子３２及び受光素子３４とを備える。
【００１６】
各発光素子３２は、特定の波長の光を照射する周知の発光素子（例えば、発光ダイオード：ＬＥＤ）である。発光素子３２は、例えば、生体への透過深度が比較的大きい、波長９００ｎｍ前後の近赤外光を照射する周知の赤外線ＬＥＤが用いられる。受光素子３４は、発光素子３２から照射され被験者の指の中を通ってきた光を受光し、その光の強度を検出するセンサ（例えば、フォトダイオード：ＰＤ）である。
【００１７】
発光素子３２は、筐体３１が装着された指を挟んで受光素子３４と対向する位置に配置される。すなわち、発光素子３２及び受光素子３４は、被験者の指を透過した透過光を検出して脈波を検出する透過型の光電式脈波センサを形成している。
【００１８】
発光素子３２から照射された近赤外光は、指の中を透過して受光素子３４に入射する。その過程において、発光素子３２から照射された光の一部は、指の中を通る毛細血管を流れる血液に吸収され、残りの光は散乱を繰返し、その一部が受光素子３４に入射する。このとき、血液の脈動により毛細血管の血流量が波動的に変化するので、血液に吸収される光の量も波動的に変化し、受光素子３４で検出される受光量が変化する。受光素子３４は、発光素子３２からの受光量に応じた電圧信号を、センサ出力として呼吸機能検査装置５に出力する。
【００１９】
図１のブロック図の説明に戻る。流量センサ４は、呼吸により被験者の口又は鼻から流出入する単位時間当たりの空気量（すなわち、呼吸流量）を計測するためのセンサである。流量センサ４としては、例えば、差圧式や熱線式等の仕組みにより呼吸流量を検知する周知の流量センサを用いることができる。流量センサ４は、検知された呼吸流量に応じた電気信号を、センサ出力として呼吸機能検査装置５に出力する。
【００２０】
呼吸機能検査装置５は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、補助記憶装置、及び入出力インタフェース等を中心に構成された情報処理装置である。呼吸機能検査装置５は、脈波センサ３、及び流量センサ４からの入力信号に基づいて、胸腔内圧の推定に基づく呼吸機能の検査や、報知装置６の制御を行う。呼吸機能検査装置５の機能は、ＣＰＵがＲＯＭや半導体メモリ等の実体的な記憶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。
【００２１】
呼吸機能検査装置５は、機能の構成要素として、呼吸補助制御部１１、脈波信号取得部１２、呼吸信号取得部１３、及び制御部１４を備える。なお、呼吸機能検査装置５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を論理回路やアナログ回路等を組合せたハードウェアを用いて実現してもよい。
【００２２】
呼吸補助制御部１１は、与えられた呼吸動作の設定に従って呼吸駆動部２を駆動させることにより、被験者の規則的な呼吸を補助する。脈波信号取得部１２は、脈波センサ３から血管の脈動の時系列波形を表す脈波信号を取得する。呼吸信号取得部１３は、流量センサ４からのセンサ出力に基づき、呼吸動作の時系列波形を表す呼吸信号を取得する。具体的には、呼吸信号取得部１３は、流量センサ４から呼吸流量を表すセンサ出力を取得し、その呼吸流量を積算することにより、呼吸動作により吸入されている空気量（すなわち、吸気量）の時間的推移を表す信号波形である吸気量信号を、呼吸信号として導出する。
【００２３】
制御部１４は、脈波信号取得部１２により取得された脈波信号を解析することにより、胸腔内圧の時系列波形を表す胸腔内圧信号を導出する。また、制御部１４は、呼吸信号取得部１３により取得された呼吸信号と胸腔内圧信号とに基づいて、呼吸機能を検査する。また、制御部１４は、呼吸駆動部２の作動圧の時系列波形を表す制御呼吸信号、及び呼吸信号取得部１３により取得された呼吸信号等の整合性に基づき、測定結果の信頼性を判定する。制御部１４が、本開示における解析部、判定部及び制御部に相当する。
【００２４】
胸腔内圧は、呼吸の動作によって変動する。ただし、脈波信号から推定された胸腔内圧信号には、末梢部での微小な血流の乱れが反映され得るため、本来の呼吸動作と異なる波形を示す可能性がある。特に、呼吸器疾患を有する患者や小児及び高齢者においては、リラックスした状態での安定した呼吸をすることが困難となる場合がある。そのような場合、胸腔内圧の測定中において交感神経の活動や筋緊張が増大し、末梢部における血流が乱れてしまうおそれがある。そこで、呼吸機能検査装置５は、呼吸駆動部２を制御することにより一定の強さ及び周期による規則的な呼吸を補助することにより、末梢部における血流の乱れを抑制し、胸腔内圧の推測結果の精度の向上を図る。
【００２５】
報知装置６は、呼吸機能検査装置５によって得られた呼吸機能の検査結果及びその信頼性に関する情報を報知するための装置である。報知装置６は、例えば、液晶ディスプレイ等の表示装置や、スピーカ等を備えている。
【００２６】
［メイン処理の説明］
呼吸機能検査装置５の制御部１４が実行するメイン処理の手順について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。このメイン処理は、図２に例示されるとおり、被験者の所定の位置に脈波センサ３、流量センサ４、並びに呼吸駆動部２及び胴鎧２１が装着され、人工呼吸器による呼吸の補助と、脈波及び呼吸流量の計測とを同時に実行可能な状態で実行されることを前提とする。
【００２７】
Ｓ１００では、制御部１４は、呼吸駆動部２の動作に関する設定を行う。具体的には、制御部１４は、被験者に対して行う人工呼吸に関する呼吸周期、吸気時間・呼気時間比（ＩＥ比）、及び陽圧・陰圧を設定する。それらの設定内容は、予め用意された設定値を被験者の状態に応じて自動的に適用してもよいし、医師の判断に基づく設定値を手動で入力してもよい。
【００２８】
Ｓ１０２では、制御部１４は、呼吸補助制御部１１、脈波信号取得部１２、及び呼吸信号取得部１３による予行計測を開始する。予行計測は、胸腔内圧を実際の推定する本計測の事前段階として行う予備的な計測である。
【００２９】
具体的には、呼吸補助制御部１１が、Ｓ１００において設定された動作設定に従って、被験者に対する呼吸の補助を行う。その際、呼吸補助制御部１１は、呼吸駆動部２側の作動圧を設定値まで瞬時に合わせずに、設定値まで徐々に近づけることで被験者の負担にならない安全かつ自然な態様で呼吸を誘導する。また、呼吸補助制御部１１は、健康な状態での自発呼吸に関する所与の実データに基づき、滑らかな圧力変化となるように呼吸駆動部２を制御する。
【００３０】
また、呼吸補助制御部１１による呼吸の補助が行われている状態において、脈波信号取得部１２及び呼吸信号取得部１３が、所定の制御周期（例えば、１／１００秒周期）で繰返し脈波のデータと呼吸流量のデータとを取得する。
【００３１】
具体的には、脈波信号取得部１２は、脈波センサ３の発光素子３２からパルス光を１回照射し、その照射に対応して受光素子３４から出力されるセンサ出力を取得する。脈波信号取得部１２は、取得されたセンサ出力をデジタル信号に変換して、脈波の時系列としてメモリに蓄積する。また、呼吸信号取得部１３は、流量センサ４からのセンサ出力（すなわち、呼吸流量）を取得する。呼吸信号取得部１３は、取得されたセンサ出力をデジタル信号に変換して、呼吸流量の時系列としてメモリに蓄積する。
【００３２】
脈波信号取得部１２及び呼吸信号取得部１３によるデータの取得が一定時間繰返されることで、脈波信号の時系列波形と、当該脈波信号と同時期に観測された呼吸流量の時系列波形とが取得される。また、呼吸信号取得部１３は、呼吸流量の時系列波形を積分することで、呼吸信号を導出する。
【００３３】
Ｓ１０４では、制御部１４は、Ｓ１０２において開始された予備計測において一定期間に取得された脈波信号及び呼吸信号の計測結果について信頼性を判定する、信頼性判定処理を実行する。具体的には、制御部１４は、呼吸駆動部２の作動圧の時系列波形を表す制御呼吸信号と、呼吸信号取得部１３により取得された呼吸信号との整合性等に基づき、測定結果の信頼性を判定する。制御呼吸信号と呼吸信号とが整合しない場合、人工呼吸器による呼吸動作と被験者の実際の呼吸動作とが一致していないため、計測が行われている状態に何らかの不具合が生じている可能性がある。そこで、制御呼吸信号と呼吸信号との整合性に基づいて信頼性を判定することで、不適切な状態で検査が行われることを抑制できる。なお、信頼性判定処理の詳細な手順については後述する。
【００３４】
Ｓ１０６では、制御部１４は、Ｓ１０４における信頼性判定処理において「信頼性あり」と判定されたか否かを判定する。「信頼性なし」と判定された場合（Ｓ１０６：ＮＯ）、制御部１４は処理をＳ１０４に戻し、次の一定期間に取得された計測結果について信頼性判定処理を実行する。一方、「信頼性あり」と判定された場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、制御部１４は処理をＳ１０８に移す。
【００３５】
Ｓ１０８では、制御部１４は、本計測による脈波信号及び呼吸信号の取得を開始する。本計測では、予行計測と同様に、呼吸補助制御部１１による呼吸の補助が行われている状態において、脈波信号取得部１２及び呼吸信号取得部１３が、所定の制御周期で繰返し脈波のデータと呼吸流量のデータとを取得する。制御部１４は、本計測において取得されたデータを所定のメモリに記録する。
【００３６】
Ｓ１１０では、制御部１４は、本計測を開始してから所定の計測期間（例えば、１分間）が満了したか否かを判定する。計測期間が満了していない場合（Ｓ１１０：ＮＯ）、制御部１４は処理をＳ１１０に戻し、計測期間が満了するまで本計測を継続する。一方、計測期間が満了した場合（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、制御部１４は処理をＳ１１２に移す。
【００３７】
Ｓ１１２では、制御部１４は、呼吸駆動部２、脈波センサ３及び流量センサ４の動作を停止し、本計測及びデータの記録を終了する。Ｓ１１４では、制御部１４は、本計測の計測期間において取得された脈波信号及び呼吸信号の計測結果について信頼性判定処理を実行する。なお、信頼性判定処理の詳細な手順については後述する。
【００３８】
Ｓ１１６では、制御部１４は、Ｓ１１４における信頼性判定処理において「信頼性あり」と判定されたか否かを判定する。「信頼性あり」と判定された場合（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、制御部１４は処理をＳ１１８に移す。Ｓ１１８では、制御部１４は、本計測において取得された脈波信号について解析処理を実行する。この解析処理は、胸腔内圧の時系列波形を表す胸腔内圧信号を導出すると共に肺コンプライアンスを導出する処理である。この解析処理の詳細な手順については後述する。
【００３９】
Ｓ１２０では、制御部１４は、Ｓ１１８の解析処理において導出された肺コンプライアンスや胸腔内圧信号を表す画像情報や音声情報を含む測定結果を、報知装置６に出力する。一方、Ｓ１１６では、信頼性判定処理において「信頼性なし」と判定された場合（Ｓ１１６：ＮＯ）、制御部１４は処理をＳ１２２に移す。Ｓ１２２では、制御部１４は、呼吸機能の検査結果や胸腔内圧信号を表す測定結果を出力せず、再測定を促す旨のメッセージを含む画像情報や音声情報を報知装置６に出力する。
【００４０】
［信頼性判定処理の説明］
呼吸機能検査装置５の制御部１４が実行する信頼性判定処理の手順について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。この信頼性判定処理は、図４に例示されるメイン処理のＳ１０４及びＳ１１４において実行される処理である。
【００４１】
Ｓ２００では、制御部１４は、脈波信号及び呼吸信号の計測期間と同時期における呼吸駆動部２の制御呼吸信号のピークの強度と周期を導出する。Ｓ２０２では、制御部１４は、Ｓ２００で導出された制御呼吸信号の強度及び周期が、正常な動作の範囲を表す所定の基準範囲内であるか否かを判定する。制御呼吸信号の強度及び周期が基準範囲内である場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、制御部１４は処理をＳ２０４に移す。一方、制御呼吸信号の強度及び周期が基準範囲内に入っていない場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、制御部１４は処理をＳ２１８に移す。
【００４２】
Ｓ２０２で肯定判定をした場合に進むＳ２０４では、制御部１４は、呼吸信号取得部１３により取得された呼吸信号のピークの強度と周期を導出する。Ｓ２０６では、制御部１４は、Ｓ２００で導出された制御呼吸信号の強度及び周期と、Ｓ２０４で導出された呼吸信号のピークの強度と周期とが整合するか否かを判定する。制御呼吸信号の強度及び周期と呼吸信号の強度及び周期とが整合する場合（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、制御部１４は処理をＳ２０８に移す。一方、制御呼吸信号の強度及び周期と呼吸信号の強度及び周期とが整合しない場合（Ｓ２０６：ＮＯ）、制御部１４は処理をＳ２１８に移す。
【００４３】
Ｓ２０６で肯定判定をした場合に進むＳ２０８では、制御部１４は、制御呼吸信号と呼吸信号との相互相関係数を算出する。Ｓ２１０では、制御部１４は、Ｓ２０８において算出された相互相関係数が予め定められた基準値より大きく、かつ制御呼吸信号と呼吸信号との位相差が予め定められた基準値未満であるか否かを判定する。相互相関係数が基準値より大きく、かつ位相差が基準値未満である場合（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、制御部１４はＳ２１２に進む。一方、相互相関係数が基準値以下、又は位相差が基準値上である場合（Ｓ２１０：ＮＯ）、制御部１４はＳ２１８に進む。
【００４４】
Ｓ２１０で肯定判定をした場合に進むＳ２１２では、制御部１４は、呼吸信号と脈波信号との相互相関係数を算出する。Ｓ２１４では、制御部１４は、Ｓ２１２において算出された相互相関係数が予め定められた基準値より大きく、かつ呼吸信号と脈波信号との位相差が予め定められた基準値未満であるか否かを判定する。相互相関係数が基準値より大きく、かつ位相差が基準値未満である場合（Ｓ２１４：ＹＥＳ）、制御部１４はＳ２１６に進む。一方、相互相関係数が基準値以下、又は位相差が基準値上である場合（Ｓ２１４：ＮＯ）、制御部１４はＳ２１８に進む。
【００４５】
Ｓ２１４で肯定判定をした場合に進むＳ２１６では、制御部１４は、脈波信号及び呼吸信号の計測結果について「信頼性あり」と決定する。一方、Ｓ２０２、Ｓ２０６、Ｓ２１０、及びＳ２１４の何れかにおいて否定判定がなされた場合に進むＳ２１８では、制御部１４は、脈波信号及び呼吸信号の計測結果について「信頼性なし」と決定する。
【００４６】
［解析処理の説明］
呼吸機能検査装置５の制御部１４が実行する解析処理の手順について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。この解析処理は、図４に例示されるメイン処理のＳ１１８において実行される処理である。
【００４７】
Ｓ３００では、制御部１４は、本測定の計測期間において取得された脈波信号のデータを読込む。Ｓ３０２では、制御部１４は、Ｓ３００において読込まれた脈波信号のデータに対してデジタルフィルタ処理を施す。このデジタルフィルタ処理は、脈波に反映されている胸腔内圧信号を抽出するために、脈波信号に対して、外乱光ノイズ等に起因する３Ｈｚ以上の周波数成分と、体動等に起因する０．１Ｈｚ以下の周波数成分とをカットする処理である。
【００４８】
Ｓ３０４では、制御部１４は、Ｓ３０２におけるデジタルフィルタ処理により得られた脈波信号から第１包絡線を作成する。具体的には、制御部１４は、脈波信号の波形から１拍ごとの脈波のピークを求める。そして、１拍動ごとの脈波のピークを順に結んで、図７の太線で例示されるような第１包絡線を作成する。Ｓ３０６では、制御部１４は、Ｓ３０４において作成された第１包絡線から第２包絡線を作成する。具体的には、制御部１４は、第１包絡線の波形のピークを求める。そして、第１包絡線のピークを順に結んで、図７の細線で例示されるような第２包絡線を作成する。
【００４９】
Ｓ３０８では、制御部１４は、Ｓ３０４及びＳ３０６において作成された第１包絡線及び第２包絡線から、胸腔内圧信号を導出する。具体的には、制御部１４は、第１包絡線と第２包絡線との差分を算出し、この差分を胸腔内圧信号とする。なお、脈波信号の包絡線から胸腔内圧を推定する原理については、特許文献１に記載の胸腔内圧の推定方法と同様である。
【００５０】
Ｓ３１０では、制御部１４は、キャリブレーション（すなわち、校正）により、胸腔内圧信号の絶対値を算出する。胸腔内圧信号に対してキャリブレーションを行う方法については、例えば、特開２０１４−２２６４２２号公報に開示されているので、ここでは簡単に説明する。上述のＳ３０８では、脈波信号の第１包絡線と第２包絡線との差を胸腔内圧信号として算出したが、この胸腔内圧信号は相対変化量であるので、胸腔内圧信号の絶対値を別途導出する。具体的には、胸腔内圧信号の相対変化がどの程度の圧力変化に相当するのかを換算するための換算係数を用いて、胸腔内圧信号の絶対値を導出する。
【００５１】
Ｓ３１２では、制御部１４は、キャリブレーションされた胸腔内圧信号と吸気量信号とに基づいて呼吸機能の状態を判断する。なお、本実施形態では、検査対象となる呼吸機能の一例として、肺の膨らみ易さを表す肺コンプライアンスを推定することを想定している。なお、胸腔内圧と吸気量に基づいて肺コンプライアンスを推定する方法については、例えば、特開２０１４−２２６４２２号公報に開示されているので、ここでは簡単に説明する。
【００５２】
同じ被験者において、呼吸における異なる吸気量とその吸気量に対応した胸腔内圧との関係が、一次関数（ｙ＝ａｘ＋ｂ）で表されることが知られている。ここで、ｙは吸気量Ｖであり、ｘは胸腔内圧Ｐである。そして、このような１次式において、その傾きａ、すなわちΔ（Ｖ／Ｐ）は、肺のふくらみ易さ、すなわち肺コンプライアンスを示すことが知られている。
【００５３】
そこで、制御部１４は、吸気量信号で表される異なる複数の吸気量Ｖと、その各吸気量に対応する胸腔内圧Ｐとから、一次関数の傾きに相当するΔ（Ｖ／Ｐ）を肺コンプライアンスとして算出する。
【００５４】
［効果］
実施形態の呼吸機能検査装置５によれば、以下の効果を奏する。
非侵襲的な人工呼吸器を用いて被験者の規則的な呼吸を補助した条件下で計測された脈波信号に基づいて、被験者の胸腔内圧を推定することができる。それにより、被験者の呼吸の不整に起因する末梢部の血流の乱れを抑制して、胸腔内圧の計測結果の信頼性を向上させることができる。上記効果の具体的な事例について、図８を参照しながら説明する。
【００５５】
図８の事例において、左欄は、呼吸器疾患を持つ被験者に対して、呼吸駆動部２による呼吸の補助が行われた状況下において、胸腔内圧を推定した結果を表すグラフである。左欄の上から、制御呼吸信号、呼吸信号、脈波信号、及び胸腔内圧信号のグラフを示す。また、右欄は、呼吸器疾患を持つ被験者に対して、呼吸駆動部２による呼吸の補助を行わない状況下において、胸腔内圧を推定した結果を表すグラフである。右欄の上から、制御呼吸信号、呼吸信号、脈波信号、及び胸腔内圧信号のグラフを示す。
【００５６】
図８の事例で示されるとおり、呼吸の補助がある場合において、脈波信号及び胸腔内圧信号の波形が、呼吸の補助が無い場合と比較して大きく安定していることが分かる。したがって、呼吸機能検査装置５により被験者の規則的な呼吸を補助した条件下で呼吸機能を検査することにより、検査結果の向上を実現できる。
【００５７】
また、呼吸駆動部２の動作圧を示す制御呼吸信号と、被験者の呼吸から計測された実際の呼吸信号との整合性を判定することで、脈波信号及び呼吸信号の計測結果の信頼性を評価し、その評価結果に応じて呼吸機能の検査結果の出力態様を区別することができる。また、脈波信号及び呼吸信号との整合性については、信号の強度及び周期や、相互相関関数等の複数の指標に基づいて判定することができる。また、それらの指標以外にも、波形のピークから特定される呼吸数及びピーク周期、周波数解析により特定されるピーク周波数等の複数の指標に基づいて整合性を判定することができる。
【００５８】
［特許請求の範囲に記載の構成との対応］
実施形態の各構成と、特許請求の範囲に記載の構成との対応は次のとおりである。
制御部１４が実行する解析処理（図６参照）が、解析部としての処理に相当する。制御部１４が実行する信頼性判定処理（図５参照）が、判定部としての処理に相当する。制御部１４が実行するＳ１１６〜Ｓ１２２の処理が、制御部としての処理に相当する。
【００５９】
［変形例］
上述の実施形態では、図５に例示される信頼性判定処理において、制御呼吸信号と呼吸信号との整合性を判定する指標として、信号の強度及び周期や、相互相関係数、位相差を用いる事例について説明した。それらの指標以外に、例えば、周波数解析を指標として用いてもよい。具体的には、制御呼吸信号及び呼吸信号それぞれについて周波数解析を行い、それぞれのピーク周波数を特定する。そして、周波数解析により特定された、制御呼吸信号のピーク周波数と呼吸信号のピーク周波数とが一致するか否かに応じて、両者の整合性を判定する。
【００６０】
あるいは、図５に例示される信頼性判定処理は、信号の強度及び周期、相互相関係数、並びに位相差を指標にして信頼性を判定する構成であるが、これらの指標のうち少なくとも一部を省略してもよい。
【００６１】
上述の実施形態では、非侵襲的な人工呼吸の手法として、被験者の胸郭と上腹部とを覆う胴鎧２１内に空気圧をかけることにより呼吸を補助する事例について説明した。そのような事例に限らず、例えば、被験者の胸部や腹部に電極を貼付け、電気刺激により被験者の横隔膜を収縮させ、吸気を補助する構成であってもよい。あるいは、被験者の腹部に締め付け圧を制御可能なベルトを巻き付け、ベルトの巻き付け圧の制御により吸気を補助する構成であってもよい。
【００６２】
また、呼吸補助制御部１１が、被験者の自発呼吸に同調するように呼吸駆動部２の作動圧を制御する構成であってもよい。また、胴鎧２１をベッド側に配置し、被験者がうつ伏せに横たわる状態で呼吸を補助する構成であってもよい。そのようにすることで、被験者の背中側を開放することにより呼吸を楽にできることが考えられる。
【００６３】
上述の実施形態では、脈波センサ３として近赤外光を用いる透過型の光電式脈波センサを適用した事例について説明した。これに限らず、例えば、波長５２０ｎｍ前後の緑色光を照射する光源を用いる反射型脈波センサや、波長６６０ｎｍ前後の赤色光を照射する光源を用いる透過型脈波センサ等の、他の検出方式の脈波センサを用いてもよい。
【００６４】
上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記各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、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の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。
【００６５】
上述した呼吸機能検査装置５を構成要件とするシステム、呼吸機能検査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実体的な記録媒体、検査方法等の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】
【００６６】
１…呼吸機能検査システム、２…呼吸駆動部、３…脈波センサ、４…流量センサ、５…呼吸機能検査装置、６…報知装置、１１…呼吸補助制御部、１２…脈波信号取得部、１３…呼吸信号取得部、２１…胴鎧、３１…筐体、３２…発光素子（赤外線ＬＥＤ）、３４…受光素子。
【図１】
2019162315.tif 000003
【図２】
2019162315.tif 000004
【図３】
2019162315.tif 000005
【図４】
2019162315.tif 000006
【図５】
2019162315.tif 000007
【図６】
2019162315.tif 000008
【図７】
2019162315.tif 000009
【図８】
2019162315.tif 000010