(57)【要約】【課題】呼吸をする動物を被験者として、特に自我のしっかりしていない被験者であっても、自然な状態で閉塞性肺疾患や拘束性肺疾患などの診断を行うために呼吸機能を測定することができる呼吸機能測定装置及びプログラムを提供すること。【解決手段】呼吸をする動物の胸部の動き及び腹部の動きを測定する３次元測定手段と、呼気の腹部の体積減少速度が最大となる時刻Ｔ1を測定する第１測定手段と、前記呼気の胸部の体積減少速度が最大となる時刻Ｔ2を測定する第２測定手段と、Ｔ2−Ｔ1に相当する値Ｔdeを演算して出力する呼吸時間差出力手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼吸をする動物の胸部の動き及び腹部の動きを測定する３次元測定手段と、
呼気の腹部の体積減少速度が最大となる時刻Ｔ1を測定する第１測定手段と、
前記呼気の胸部の体積減少速度が最大となる時刻Ｔ2を測定する第２測定手段と、
Ｔ2−Ｔ1に相当する値Ｔdeを演算して出力する呼吸時間差出力手段と
を備えることを特徴とする呼吸機能測定装置。
【請求項２】
前記呼吸時間差出力手段は、複数の呼気についてＴdeを演算し、その平均値に相当する値Ａv（Ｔde）を演算して出力することを特徴とする請求項１記載の呼吸機能測定装置。
【請求項３】
呼吸をする動物の胸部の動き及び腹部の動きを測定する３次元測定手段と、
吸気の腹部の体積増加速度が最大となる時刻Ｔ3を測定する第３測定手段と、
前記吸気の胸部の体積増加速度が最大となる時刻Ｔ4を測定する第４測定手段と、
Ｔ4−Ｔ3に相当する値Ｔdiを演算して出力する呼吸時間差出力手段と
を備えることを特徴とする呼吸機能測定装置。
【請求項４】
前記呼吸時間差出力手段は、複数の吸気についてＴdiを演算し、その平均値に相当する値Ａv（Ｔdi）を演算して出力することを特徴とする請求項３記載の呼吸機能測定装置。
【請求項５】
呼吸をする動物の体動を測定する３次元測定手段と、
呼吸の吸気時間Ｔiを測定する第５測定手段と、
前記呼吸の呼気時間Ｔeを測定する第６測定手段と、
Ｔi／Ｔeに相当する値Ｒを演算して出力する呼吸比出力手段と
を備えることを特徴とする呼吸機能測定装置。
【請求項６】
前記呼吸比出力手段は、複数の呼吸についてＲを測定し、その平均値に相当する値Ａv（Ｒ）を演算して出力することを特徴とする請求項５記載の呼吸機能測定装置。
【請求項７】
呼吸をする動物の体動を測定する３次元測定手段と、
分時換気量に相当する値を出力する分時換気量出力手段と
を備えることを特徴とする呼吸機能測定装置。
【請求項８】
コンピュータを、
請求項１乃至７いずれかに記載の呼吸機能測定装置
として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、閉塞性肺疾患や拘束性肺疾患などの診断を行うために呼吸機能を測定する呼吸機能測定装置であり、呼吸をする動物（この明細書においてヒトを含む。）を被験者として、特に自我のしっかりしていない被験者であっても、自然な状態で呼吸機能を測定することができる呼吸機能測定装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の呼吸機能測定装置としてはスパイロメトリがもっぱら使用されてきたが、この検査ではノーズクリップをした状態でマウスピースをくわえ、患者に最大限の呼吸努力を要求する必要がある。したがって、小児、高齢者、及び呼吸不全患者などでは施行が困難であり、検査技師の熟練度により結果に大きな差が出ることも指摘されてきた。また、呼吸機能の基本的指標を自然な状態で検査することもできなかった。
【０００３】
また、被験者に照明パターンを照射して、これと異なる角度から撮影する３次元測定装置を用いて、被験者の呼吸に応じて照明パターンが移動することを利用して、被験者の呼吸波形を取得するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
さらに、上記３次元測定装置を用いて、胸部と腹部のそれぞれの呼吸の波形パターンを取得するものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−１７５５８２号公報
【特許文献２】特開２００５−２４６０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、これらの３次元測定装置を用いて呼吸波形を取得するものは、緊急性を要するような呼吸異常を検出することを目途とするものであって、呼吸器系の疾患を診断できるような呼吸器の機能を精密に測定するものではなく、呼吸器系疾患の診断に応用することは考慮されていなかった
本発明は、上記問題点に鑑み、呼吸をする動物を被験者として、特に自我のしっかりしていない被験者であっても、自然な状態で閉塞性肺疾患や拘束性肺疾患などの診断を行うために呼吸機能を測定することができる呼吸機能測定装置及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の呼吸機能測定装置は、呼吸をする動物の胸部の動き及び腹部の動きを測定する３次元測定手段と、呼気の腹部の体積減少速度が最大となる時刻Ｔ1を測定する第１測定手段と、前記呼気の胸部の体積減少速度が最大となる時刻Ｔ2を測定する第２測定手段と、Ｔ2−Ｔ1に相当する値Ｔdeを演算して出力する呼吸時間差出力手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、前記呼吸時間差出力手段は、複数の呼気についてＴdeを演算し、その平均値に相当する値Ａv（Ｔde）を演算して出力することで、安定的な指標とすることができる。
【０００８】
また、本発明の呼吸機能測定装置は、呼吸をする動物の胸部の動き及び腹部の動きを測定する３次元測定手段と、吸気の腹部の体積増加速度が最大となる時刻Ｔ3を測定する第３測定手段と、前記吸気の胸部の体積増加速度が最大となる時刻Ｔ4を測定する第４測定手段と、Ｔ4−Ｔ3に相当する値Ｔdiを演算して出力する呼吸時間差出力手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、前記呼吸時間差出力手段は、複数の吸気についてＴdiを演算し、その平均値に相当する値Ａv（Ｔdi）を演算して出力することで、安定的な指標とすることができる。
【００１０】
また、本発明の呼吸機能測定装置は、呼吸をする動物の体動を測定する３次元測定手段と、呼吸の吸気時間Ｔiを測定する第５測定手段と、前記呼吸の呼気時間Ｔeを測定する第６測定手段と、Ｔi／Ｔeに相当する値Ｒを演算して出力する呼吸比出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記呼吸比出力手段は、複数の呼吸についてＲを測定し、その平均値に相当する値Ａv（Ｒ）を演算して出力することで、安定的な指標とすることができる。
【００１２】
また、本発明の呼吸機能測定装置は、呼吸をする動物の体動を測定する３次元測定手段と、分時換気量に相当する値を出力する分時換気量出力手段とを備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、コンピュータを、上記呼吸機能測定装置として機能させるためのプログラムである。
【発明の効果】
【００１４】
閉塞性換気障害を有する患者数は慢性閉塞性肺疾患と気管支喘息だけでも、乳幼児から高齢者に至るあらゆる年齢層にわたり、国内で１０００万人以上にのぼると考えられている。その診断はもっぱら強制呼気によるスパイロメトリに依存してきた。このため、診断されずに慢性かつ不可逆的肺機能低下をきたしてしまった症例が非常に多いと考えられている。本発明によれば、患者、医療従事者の双方に負担がなく、大規模な呼吸器機能のスクリーニングが可能となり、肺機能低下症例の検出、経過観察、及び治療効果判定が極めて容易になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１による呼吸機能測定装置の構成概要を示す図である。呼吸機能測定装置１０は、本体と照明パターン投光手段１及び撮像手段５からなる。まず、照明パターン投光手段１から、就寝者の体２または寝具３に対して照明パターン４が投光される。投光する光の波長を赤外線とすることで就寝者に監視されていることが意識させずに済むので好ましい。この体２または寝具３に対して投光された照明パターン４は、撮像手段５により、連続的に画像として撮像される。撮像手段５は投光した光の波長である例えば赤外線を撮像することができるものである。撮像手段５により取得された画像から、体２又は体２の動きに伴う寝具３の撮像手段５の光軸方向の動きによりこれと光軸が異なる照明パターンの撮像面内の移動が起こり、この照明パターンの移動に対応する波形を呼吸の波形として取得する。換気量（肺に出入りする空気の量）を求める場合には、類似の体格の人によってスパイロメトリと本発明呼吸機能測定装置の両方で同時に測定をした結果から、取得された呼吸波形（すなわち、体表面の上下動波形）の大きさ（すなわち、振幅）を較正すればよい。
【００１７】
図２は、実施例１の発明の原理を説明するグラフである。これは、縦軸を呼吸の波形を微分した任意目盛りの呼吸の速度とし、横軸を任意目盛りの時間とした、呼吸の速度の波形を示している。左側は、ＣＯＰＤ（慢性閉塞性肺疾患chronic obstructive pulmonary disease）の患者の例の呼吸の速度の上から、全体の波形、胸部波形、及び腹部波形である。右側は、対照（control）として健常者の例の呼吸の速度の同じく上から、全体の波形、胸部波形、及び腹部波形である。胸部波形は、撮影した胸部の画像から得られる波形である。腹部波形は、撮影した腹部の画像から得られる波形である。全体の波形は、胸部波形と腹部波形とを合成した、すなわち、両者を平均化した波形である。
【００１８】
胸部波形と腹部波形にかけて太実線で示した＋ピーク、すなわち、吸気のピーク、すなわち、吸気の速度最大の時刻についてはＣＯＰＤにおいてもcontrolにおいても、胸部と腹部とで同時刻である。これに対して、胸部波形と腹部波形にかけて太破線で示した−ピーク、すなわち、呼気のピーク、すなわち、呼気の最大速度の時刻についてcontrolにおいては胸部と腹部とで同時刻であるが、ＣＯＰＤにおいては腹部に対して胸部が遅れている。したがって、（呼気の胸部の体積減少速度が最大となる時刻Ｔ2−呼気の腹部の体積減少速度が最大となる時刻Ｔ1）を演算して出力することにより、閉塞性肺疾患を診断することができると考えられる。
【００１９】
図３は、安静換気時の呼気の最大体積減少時刻の腹部に対する胸部の遅延のＣＯＰＤ患者と健常者とを比較した図である。ここで、縦軸は遅延時間（秒）を表す。ＣＯＰＤのサンプル数１２名の平均値は０．７２秒であり、controlのサンプル数１０名の平均値は０．０８３秒であり、Ｐ値、Ｐ＝０．０１３であって有意差がある。
【００２０】
図４は、安静換気時の呼気の最大体積減少時刻の腹部に対する胸部の遅延の吸入薬使用前後を比較した図である。ここで、縦軸は遅延時間（秒）を表す。ＣＯＰＤ患者１２名で、気管支拡張薬（tiotropium）吸入前後（６〜１２週）での、呼気の最大体積減少時刻が腹部に対して胸部の遅れる時間は、使用前（左側）：平均０．７２秒、使用後（右側）：平均０．４６秒、Ｐ値、Ｐ＝０．０３６であり、気管支拡張薬吸入による遅延時間の短縮が有意差をもって認められた。
【００２１】
以上より、（Ｔ2−Ｔ1）が、閉塞性肺疾患を診断するための一指標として有意義であることが明らかである。
【００２２】
また、このアナロジーから、拘束性肺疾患については、（吸気の胸部の体積最大速度が最大となる時刻Ｔ4−吸気の腹部の体積最大速度が最大となる時刻Ｔ3）を診断のための指標とすることができる。
【００２３】
これらの時刻については、複数の呼吸についての平均をとることにより安定的な指標とすることができることは言うまでもない。
【００２４】
これらの指標により、患者、医療従事者の双方に負担がなく、大規模な呼吸器機能のスクリーニングが可能となり、肺機能低下症例の検出、経過観察、及び治療効果判定が極めて容易になる。
【実施例２】
【００２５】
図５は、実施例２の発明の原理を説明するグラフである。グラフは実施例１と同じものである。実施例２では、呼吸時間の内の呼気時間と吸気時間の比に着目する。グラフは呼吸の速度の波形を示すので、波形の＋の時間が吸気時間を、−の時間が呼気時間を示すことになる。全体の波形の横軸に、吸気時間を太実線で、呼気時間を太破線で示した。ＣＯＰＤはcontrolと比較して呼気時間の割合が長いことが分かる。したがって、（吸気時間／呼気時間）を演算して出力することにより、閉塞性肺疾患を診断することができると考えられる。
【００２６】
図６は、安静呼吸時の吸気時間／呼気時間のＣＯＰＤ患者と健常者とを比較した図である。ここで、縦軸は、吸気時間／呼気時間を表す。ＣＯＰＤのサンプル数１２名の平均値は０．６４であり、controlのサンプル数１０名の平均値は０．８５であり、Ｐ値、Ｐ＝０．００１３であって有意差がある。
【００２７】
図７は、安静換気時の吸気時間／呼気時間の吸入薬使用前後を比較した図である。ここで、縦軸は吸気時間／呼気時間を表す。ＣＯＰＤ患者１２名で、気管支拡張薬（tiotropium）吸入前後（６〜１２週）での、吸気時間／呼気時間は、使用前（左側）：平均０．６４、使用後（右側）：平均０．７０、Ｐ値、Ｐ＝０．１０６であり、気管支拡張薬吸入による吸気時間／呼気時間の明らかな増加を認めた。
【００２８】
以上より、吸気時間／呼気時間が、閉塞性肺疾患を診断するための一指標として有意義であることが明らかである。
【００２９】
この吸気時間／呼気時間については、複数の呼吸についての平均をとることにより安定的な指標とすることができることは言うまでもない。
【００３０】
この指標により、患者、医療従事者の双方に負担がなく、大規模な呼吸器機能のスクリーニングが可能となり、肺機能低下症例の検出、経過観察、及び治療効果判定が極めて容易になる。
【実施例３】
【００３１】
図８は、安静呼吸時の分時換気量のＣＯＰＤ患者と健常者とを比較した図である。ここで、縦軸は、分時換気量（ｍｌ）を表す。分時換気量は１分間の換気量である。ＣＯＰＤのサンプル数１２名の平均値は７７５０ｍｌであり、controlのサンプル数１０名の平均値は５５３０ｍｌであり、Ｐ値、Ｐ＝０．０２９であって有意差がある。したがって、分時換気量を演算して出力することにより、閉塞性肺疾患を診断することができると考えられる。分時換気量は、一回換気量×呼吸数（回／分）を算出することにより求めることができる。一回換気量は、上述のように、スパイロメトリによる測定によって、呼吸波形の大きさを較正することによって求めることができる。
【００３２】
図９は、安静換気時の分時換気量の吸入薬使用前後を比較した図である。ここで、縦軸は分時換気量（ｍｌ）を表す。ＣＯＰＤ患者１２名で、気管支拡張薬（tiotropium）吸入前後（６〜１２週）での、分時換気量は、使用前（左側）：平均７７５０ｍｌ、使用後（右側）：平均６８３０ｍｌ、Ｐ値、Ｐ＝０．０９７であり、気管支拡張薬吸入による分時換気量の明らかな減少を認めた。
【００３３】
以上より、分時換気量が、閉塞性肺疾患を診断するための一指標として有意義であることが明らかである。
【００３４】
この指標により、患者、医療従事者の双方に負担がなく、大規模な呼吸器機能のスクリーニングが可能となり、肺機能低下症例の検出、経過観察、及び治療効果判定が極めて容易になる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。
【００３６】
本発明の呼吸機能測定装置は、コンピュータを本呼吸機能測定装置として機能させるためのプログラムでも実現される。このプログラムは、コンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されていてもよい。
【００３７】
このプログラムを記録した記録媒体は、図１に示される呼吸機能測定装置１０のＲＯＭそのものであってもよいし、また、外部記憶装置としてＣＤ−ＲＯＭドライブ等のプログラム読取装置が設けられ、そこに記録媒体を挿入することで読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭ等であってもよい。
【００３８】
また、上記記録媒体は、磁気テープ、カセットテープ、フレキシブルディスク、ハードディスク、ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ等、又は半導体メモリであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１による呼吸機能測定装置の構成概要を示す図である。
【図２】実施例１の発明の原理を説明するグラフである。
【図３】安静換気時の呼気の最大体積減少時刻の腹部に対する胸部の遅延のＣＯＰＤ患者と健常者とを比較した図である。
【図４】安静換気時の呼気の最大体積減少時刻の腹部に対する胸部の遅延の吸入薬使用前後を比較した図である。
【図５】実施例２の発明の原理を説明するグラフである。
【図６】安静呼吸時の吸気時間／呼気時間のＣＯＰＤ患者と健常者とを比較した図である。
【図７】安静換気時の吸気時間／呼気時間の吸入薬使用前後を比較した図である。
【図８】安静呼吸時の分時換気量のＣＯＰＤ患者と健常者とを比較した図である。
【図９】安静換気時の分時換気量の吸入薬使用前後を比較した図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  照明パターン投光手段
２  体
３  寝具
４  照明パターン
５  撮像手段
１０  呼吸機能測定装置
【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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