(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検鳥の胸壁に貼着された磁石の距離変化に応じた磁場の変化を磁場センサによって計測し、前記磁場の変化による磁束密度の変化を求め、被検鳥の骨格筋の振動によって呼吸を計測することを特徴とする鳥類の呼吸計測法。
【請求項２】
前記磁石を介した対向方向に配した一対の磁場センサによって前記磁場の変化を計測することを特徴とする請求項１に記載の鳥類の呼吸計測法。
【請求項３】
前記磁束密度の変化をアナログ電圧に変換して得られた時間領域データを周波数領域データに変換し、更に、前記周波数領域データを時間領域データに変換することを特徴とする請求項１又は２に記載の鳥類の呼吸計測法。
【請求項４】
前記時間領域データを周波数領域データに変換することが高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって行われ、前記周波数領域データを時間領域データに変換することが高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）によって行われることを特徴とする請求項３に記載の鳥類の呼吸計測法。
【請求項５】
被検鳥に貼着された磁石の距離変化に応じた磁場の変化を計測する磁場センサと、計測された磁束の変化によって磁束密度の変化を求めて被検鳥の骨格筋の振動による距離変化を算出する演算手段とを備えたことを特徴とする鳥類の呼吸計測装置。
【請求項６】
前記磁石を介した対向方向に配した一対の磁場センサによって前記磁場の変化を計測することを特徴とする請求項５に記載の鳥類の呼吸計測装置。
【請求項７】
前記演算手段が、磁束密度の変化をアナログ電圧に変換して得られた時間領域データを周波数領域データに変換し、更に、前記周波数領域データを時間領域データに変換する変換手段を含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の鳥類の呼吸計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鳥インフルエンザ感染個体を早期に選別することが可能な鳥類の呼吸計測法及び計測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
羽毛に覆われた鳥類の「脈拍」「呼吸」「体温」「血圧」等のバイタルサインを体外から非侵襲で（即ち、生体を傷つけることなく）計測することは容易ではない。具体的に説明すると、哺乳類では主に横隔膜で呼吸の気流圧を生み出している。外肋間筋の肋骨を引上げて胸郭を広げる吸気運動と、外肋間筋の内側にある内肋間筋の肋骨を下げて胸郭を狭める運動とによる呼吸運動を行わなくても、横隔膜による呼吸運動だけでも呼吸が可能である。
【０００３】
これに対して、同じ脊椎動物でも島類はふいご（鞴）の様な気嚢で肺への気流を確保し、気嚢の圧変化はそれを覆う骨格筋が支配している。そのため骨格筋では収縮と弛緩が拮抗する筋群間で目まぐるしく繰り返されている。この機械的な制御のためにはバイアスとなる緊張が骨格筋には不可欠であり、この点が哺乳類の横隔膜呼吸と大きく異なっている。
【０００４】
ところで、鳥インフルエンザの本来の宿主は、鶏やウズラ等の家禽ではなく、カモやガン等の水禽が主である。例えば、低病原性インフルエンザウイルスは肺ではなく、腸でゆっくり繁殖することが判っており、その潜在的な保有率は３０％にも達している。一方、家禽では腸から肺に急速に展開して発症する。低病原性であっても呼吸器症状を来すものと推測されており、低病原性であっても、万が一、突然変異が誘発され、高病原性になると個体を死に至らしめる虞があることは言うまでもない。
【０００５】
本発明者は観察システムを提案している（例えば、特許文献１参照）。これは多数の渡り鳥の各々に取付けられた多数の送信機が渡り鳥の三軸加速度計測結果である三軸加速度データと取付けられた送信機本体の識別情報とを含む電波を送信し、この電波を受信手段で受信して情報処理手段で三軸加速度データと識別情報とを処理管理するものである。
【０００６】
これにより、渡り鳥の渡りを実時間に近い状態で観察することができ、更に、異常のある鳥を他の鳥と区別して観察することができる。具体的な小型電子モジュールとしては、三軸加速度センサ、胸壁インピーダンス、気道内圧を計測する機器を備えたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−１８０２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、もし鳥類が病的な状態に陥ると気嚢圧差、つまり骨格筋の収縮力（振幅・周波数）が抵下することが判っており、本発明は呼吸に関わる骨格筋の緊張を非侵襲で計測・分析する手法を確立し、呼吸状態変化の早期スクリーニングに役立たせることが可能となる。その中には鳥インフルエンザ感染個体が含まれることは言うまでも無い。
【０００９】
本発明は、鳥インフルエンザ感染等で衰弱した個体を素早くスクリーニングすることが可能な鳥類の呼吸計測法及び計測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載された発明に係る鳥類の呼吸計測法は、被検鳥の胸壁に貼着された磁石の距離変化に応じた磁場の変化を磁場センサによって計測し、前記磁場の変化による磁束密度の変化を求め、被検鳥の骨格筋の振動によって呼吸を計測することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２に記載された発明に係る鳥類の呼吸計測法は、請求項１に記載の磁石を介した対向方向に配した一対の磁場センサによって前記磁場の変化を計測することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に記載された発明に係る鳥類の呼吸計測法は、請求項１又は２に記載の磁束密度の変化をアナログ電圧に変換して得られた時間領域データを周波数領域データに変換し、更に、前記周波数領域データを時間領域データに変換することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４に記載された発明に係る鳥類の呼吸計測法は、請求項３に記載の時間領域データを周波数領域データに変換することが高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって行われ、前記周波数領域データを時間領域データに変換することが高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）によって行われることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項５に記載された発明に係る鳥類の呼吸計測装置は、被検鳥に貼着された磁石の距離変化に応じた磁場の変化を計測する磁場センサと、計測された磁束の変化によって磁束密度の変化を求めて被検鳥の骨格筋の振動による距離変化を算出する演算手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項６に記載された発明に係る鳥類の呼吸計測装置は、請求項５に記載の磁石を介した対向方向に配した一対の磁場センサによって前記磁場の変化を計測することを特徴とするものである。
【００１６】
請求項７に記載された発明に係る鳥類の呼吸計測装置は、請求項５又は６に記載の演算手段が、磁束密度の変化をアナログ電圧に変換して得られた時間領域データを周波数領域データに変換し、更に、前記周波数領域データを時間領域データに変換する変換手段を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、鳥インフルエンザ感染等で衰弱した個体を素早くスクリーニングすることが可能な鳥類の呼吸計測法及び計測装置を得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実験例１における心電図・筋電図の計測結果を示す説明図である。
【図２】実験例２における胸郭の三軸加速度の計測結果を示す説明図である。
【図３】鳥類の胸郭の距離計測時の磁石の設置部位を示す説明図である。
【図４】本発明の鳥類の呼吸計測法を用いた計測装置の概要を示す説明図である。
【図５】図４の計測装置の横断面図である。
【図６】実験例３における胸郭の距離の計測結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明においては、被検鳥の胸壁に貼着された磁石の距離変化に応じた磁場の変化を磁場センサによって計測し、前記磁場の変化による磁束密度の変化を求め、被検鳥の骨格筋の振動によって呼吸を計測するため、鳥インフルエンザ感染等で衰弱した個体を素早くスクリーニングすることが可能となる。
【００２０】
詳しく説明すると、本発明による被検鳥の呼吸の原理は次の通りである。先ず、磁界の強さＨと磁束密度Ｂとの関係は、ヒステリシスの解離が小さな空気や真空など非磁性体ではほぼ比例関係にある。即ち、真空中や空気中では磁束密度Ｂ［Ｔ］と磁場の強さＨ［Ａ／ｍ］の関係は
Ｂ＝μＨ  
である。ｒを距離とすると、
Ｂ＝（１／４π）（ｍ／ｒ２）
となる。
【００２１】
そこで、被検鳥の胸壁に磁石を貼着し、この磁石の距離変化に応じた磁場の変化を計測する磁場センサで、被検鳥の磁石の振動によって変化した磁束密度の変化を計測した。勿諭、磁力のヒステリシスがあるため、行きと帰りの位置で若干の磁場誤差が生じるが、その誤差は許容できる範囲であると判断した。これにより磁束密度の変化により２方向の各々の距離を求めて、他の心電図・筋電図等のデータと比較したところ、筋肉の収縮は、磁石と磁場センサとで計測可能であることが判り、本発明に至った。
【００２２】
本発明の被検鳥の胸壁に貼着された磁石としては、被検鳥の胸壁に貼着される程度の小型のものであればよい。磁力は強ければ磁石と磁場センサとの距離が比較的大きくても、より容易に磁場センサで磁束密度の変化が計測されるため、強いものが好ましいが、あまりにも強すぎると不用意に金属片を吸引する等の弊害があるため、貼着された磁石の微小な距離変化に応じた磁場の変化を磁場センサが計測可能な強さであればよい。磁石としてはフェライト磁石、ネオジム磁石等の永久磁石を始め、計測時のみに通電して磁石とする電磁石も使用することができる。
【００２３】
本発明の磁場センサとしては、被検鳥に貼着された磁石の微小な距離変化に応じた磁場の変化を計測可能なものであればよい。好ましい磁場センサとしては磁界をアナログ電圧に変換可能なホール効果センサが挙げられる。
【００２４】
また、本発明の好ましい磁場センサとしては、１つでなく、磁石を介した対向方向に一対で配することにより、被検鳥に貼着された磁石の微小な距離変化を良好に計測することが可能となる。
【００２５】
本発明の磁場センサは、被検鳥に貼着された磁石の近傍に配されればよく、被検鳥に背負わせた小型電子モジュール計測装置に取り付けても良いが、養鶏場等での衰弱した個体を多数のニワトリから素早くスクリーニングするためには、個々のニワトリに背負わせるのではなく、養鶏場内に設置したスクリーニング用の計測装置を設置し、その計測装置に磁石を貼付したニワトリを１羽ずつ案内して計測する方が安価となる。
【００２６】
本発明の計測装置としては、被検鳥に貼着された磁石の距離変化に応じた磁場の変化を計測する磁場センサと、計測された磁束の変化によって磁束密度の変化を求めて被検鳥の骨格筋の振動による距離変化を算出する演算手段とを備える。より具体的なスクリーニング用の計測装置としては、一羽の被検鳥が通過可能又は収容可能な大きさの空間に磁場センサを１つの磁場センサ又は対向する壁面に一対の磁場センサを配して、計測するものであればよい。
【００２７】
本発明では、被検鳥の骨格筋の振動によって微細に動く磁石と、一対の磁場センサとの距離の変化を磁束密度の変化として計測し、被検鳥の骨格筋の振動による距離変化を算出して被検鳥の呼吸を計測する。具体的には、磁束密度の変化をアナログ電圧に変換して得られた時間領域データを周波数領域データに変換し、更に、周波数領域データを時間領域データに変換することにより、骨格筋の振動を検証することにより、被検鳥の呼吸を計測する。
【００２８】
本発明の演算手段としては、好ましくは、磁束密度の変化をアナログ電圧に変換して得られた時間領域データを周波数領域データに変換し、更に、前記周波数領域データを時間領域データに変換する変換手段を含む。
【００２９】
より詳しい変換手段としては、例えば、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって時間領域データを周波数領域データに変換し、更に、高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）によって変換された周波数領域データを時間領域データに再度変換することが行われる。また、独立成分解析法(Independent Component Analysis:ICA)を用いることも可能である。
【００３０】
これにより、被検鳥の骨格筋の振動以外のノイズ成分が相殺され、骨格筋の振動が明確になり、鳥インフルエンザ感染等で衰弱した個体を素早くスクリーニングすることが可能となる。
【実施例】
【００３１】
図１は実験例１における心電図・筋電図の計測結果を示す説明図である。図２は実験例２における胸郭の三軸加速度の計測結果を示す説明図である。図３は鳥類の胸郭の距離計測時の磁石の設置部位を示す説明図である。図４は本発明の鳥類の呼吸計測法を用いた計測装置の概要を示す説明図である。図５は図４の計測装置の横断面図である。図６は実験例３における胸郭の距離の計測結果を示す説明図である。以下の実験例では日本産キジ（メス７２０ｇ）を被検鳥として、飛翔時の状態、骨格筋の影響を最小限に抑えるために実験室で吸入麻酔下、立ち止まっている状態でのデータを採取した。
【００３２】
実験例１  飛翔時の心電図・筋電図の計測
被検鳥としてのキジに超小型７チャンネルの小型電子モジュール計測装置を背負わせ網の張ったテニスコートで放し、飛翔時のデータを採取した。超小型７チャンネルの小型電子モジュール計測装置は、心筋電図を計測する新筋電図センサと、被検鳥の胸壁に縫い付けたピエゾ・フィルムの圧電変化を計測する圧電センサと、被検鳥の胸壁に貼着した磁石の磁場変化を計測する磁場センサとを備える。
【００３３】
また、総重量が２７ｇであり、アナログ・デジタル変換標本化が秒ｌ０００であり、量子化が１４ビット、ＦＦＴ施行する場合５１２個、０．５１２秒を１単位として評価している。尚、呼吸のタイミングを得るため嘴に空圧センサ（ＦＫＳ１１１富士セラミックス）を咥えさせ、テープで固定した。
【００３４】
結果を図１に示す。図１のａ図は飛翔直後の心電図と筋電図を示す線図であり、ｂ図はａ図の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）結果を示す線図である。ｃ図は胸壁に縫い付けたピエゾ・フィルムによる圧電変化を示す線図であり、ｄ図はｃ図の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）結果を示す線図である。ｅ図は胸壁磁場の受信結果を示す線図であり、ｆ図はｅ図の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）結果を示す線図である。
【００３５】
図１のａ図、ｃ図、ｅ図は３つとも同時刻で、ｂ図、ｄ図、ｆ図に示す通り、各々が４２０Ｈｚの筋電図に同期していることが判った。ｃ図のピエゾ・フィルムでは、呼吸変動の振幅があまりにも大きいので、相対的に筋成分４２０Ｈｚが低く描かれているが、これはＦＦＴの数理的な特性によるものであると考えられた。
【００３６】
これらの結果より、鳥類の呼吸に伴う筋電図は、胸壁の心電図誘導に混じって電気的に計測され、心電図については、電極を入れずとも筋肉の収縮変化は、ピエゾ・フィルム（外力）、磁石で計測可能であることが判った。
【００３７】
実験例２  麻酔下での胸郭の三軸加速度計測
将来、三軸加速度計を背負わせた無線端末に実装する場合には、三軸加速度計は腹盤と胸壁との合成波とある。従って、前もってそれぞれの基本波を把握する必要があることを考慮して、胸壁、および腹壁に３軸加速度計を置き、胸壁、腹壁での加速度を計測した。具体的には震動体に回転加速度が加わる。このため、コリオリ力が発生する原理を応用した加速度センサ（ＥＮＣＯ３ＲＣ/Ｄ）三個を直交させて配列し、胸壁・腹壁ニケ所にそれぞれ固定した。胸・腹の同時記録は体動を抑えるためイソフルラン吸入麻酔下で体を横にして計測した。
【００３８】
結果を図２に示す。ａ図に示す通り、吸入麻酔下の被検鳥を横に寝かせ、胸壁と腹壁に置いた三軸加速度計でも骨格筋の動きに伴う振動が得られることが確認された。ｂ図に示す気道内圧と、ｃ図に示す心電図電極から得られる電位を振幅同期検波して得られるインピーダンス変化と、ｄ図に示すＦIＲフィルタ（遮断周波数２０Ｈｚ）後の心電図については、相互に相関があった。詳しくは、三軸加速度計の大きな振幅は、吸気の直前、呼気の後に変動して、呼吸に同期しており相関があることが確認された。
【００３９】
実験例３  立ち止まっている状態の胸郭の距離計測
立ち止まっている状態の胸郭の距離計測として、スクリーニング用の計測装置を想定して検証した。距離計測の原理は次の通りである。磁界の強さＨと磁束密度Ｂとの関係は、ヒステリシスの解離が小さな空気や真空など非磁性体ではほぼ比例関係にある。
【００４０】
即ち、真空中や空気中では磁束密度Ｂ［Ｔ］と磁場の強さＨ［Ａ／ｍ］の関係は、
Ｂ＝μＨ  
である。ｒを距離とすると、
Ｂ＝（１／４π）（ｍ／ｒ２）
となる。
【００４１】
そこで図３に示した通り、被検鳥３０の胸壁にフェライト磁石３２を貼着する。この被検鳥３０を図４及び図５に示す計測装置４０内に一定時間保持させて磁束密度の変化を求める。計測装置４０は対向する壁に１対の磁場センサ４２を配し、磁束密度の変化を計測した。
【００４２】
具体的には、スクリーニング用の計測装置４０の１対の磁場センサ４２はホールセンサ（Al324LUA Allegro）を使い磁界をアナログ電圧に置き換えた。計測された磁束密度の変化を増幅器で増幅し、ＣＰＵによって、アナログ−デジタル変換を行い、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）及び高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）を行ってメモリに保存する。尚、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）及び高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）に代えて独立成分解析法(Independent Component Analysis:ICA)やFastICA法を行って被検鳥の骨格筋の振動以外のノイズ成分を相殺してもよい。これにより、磁場の変化を電位で記録することにより距離が求められた。
【００４３】
一方、確認のためピエゾ・フィルムを第６肋骨と第７肋骨との間の肋間の走行方向に対して直角に絹糸で縫い付け、筋電図を計測した。このピエゾ・フィルムは圧電効果を有するプラスチックＰＶＤＦ(Polyvinylidene fluoride)で作られており、電極部の大きさは１０×５ｍｍである。ピエゾ・フィルムセンサは、圧電効果を有するプラスチックPVDF（PolyVinylidene DiFluoride）からつくられた、 加工性が良く、大面積で薄膜化が容易な圧電素子である。
【００４４】
図６のａ図に示す通り、磁場センサ２１で得られたアナログ信号を増幅した。ｂ図に示す通り、これをデジタル変換した後に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して周波数領域データとした。ｂ図の破線で示された高い周波数領域（200−500Ｈｚ）を高速フーリエ逆変換（ＩＦＦＴ）したのがｃ図である。ｄ図はピエゾ・フィルムで計測した筋電図である。
【００４５】
ｃ図とｄ図とから判る通り、ｃ図の集合体（バースト）の波形は．心電図で同時に得られる筋電図成分のバースト周波数８０Ｈｚと一致しており、距離（筋肉の取縮）と心電図・筋肉の筋電図波形と電気的な相関があることを示唆された。
【００４６】
以上の通り、磁場の振幅（距雌と相関）にほ筋電図に相関する収縮が周波数成分に認められ、加速度計による計測でも筋肉の収縮する周波数成分が観察された。これら実験結果より、近い将来渡り鳥であるハクチョウに搭載予定のバケット無線端末に三軸加速度計を実装すれば、体外からの骨格筋の収縮を記録でき、体調の悪い個体を疑ったり、あるいは呼吸の不調を疑う個体をスクリーニングできる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
磁石と磁場センサとの簡単な構成でニワトリ等の鳥類の骨格筋の振動から鳥類の呼吸が判るため、衰弱した個体を素早くスクリーニングすることができ、鳥インフルエンザが感染した個体が発症して他の鳥に感染する前に素早くスクリーニングすることができる。
【符号の説明】
【００４８】
３０…被検鳥、
３２…磁石、
４０…計測装置、
４２…磁場センサ、
【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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