(57)【要約】  【課題】脈波信号に基づいて適切に呼吸機能の状態を推定可能な呼吸機能検査装置を提供する。  【解決手段】ボリューム信号及び脈波信号に基づいて胸腔内圧を推定し、胸腔内圧の変動量に対するボリュームの変動量を把握可能な胸腔内圧／ボリューム曲線をディスプレイに表示することにより、胸腔内圧の値に応じた肺コンプライアンスを把握可能となる。そして、ボリューム信号及び脈波信号の第１モニタリング処理において、モニタリングしているボリュームが、モニタリングしている脈波に基づいて推定した胸腔内圧との関係で異常値と判定された場合には、ディスプレイやスピーカにより異常報知を行う。【選択図】図６
2016163659.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼気期間及び吸気期間を含む期間の呼吸容量を計測する呼吸計測手段と、
脈波を計測する脈波計測手段と、
前記脈波計測手段により計測された脈波に基づいて胸腔内圧を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された胸腔内圧と前記呼吸計測手段により計測された呼吸容量との関係を表示する表示手段と、を備えることを特徴とする呼吸機能検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の呼吸機能検査装置であって、
前記表示手段は、前記胸腔内圧と前記呼吸容量との関係を示す関係曲線を表示することを特徴とする呼吸機能検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の呼吸機能検査装置であって、
前記表示手段は、前記胸腔内圧に応じた肺コンプライアンスを把握可能な関係曲線を表示することを特徴とする呼吸機能検査装置。
【請求項４】
請求項１〜３から選択されるいずれかに記載の呼吸機能検査装置であって、
前記呼吸計測手段による呼吸容量のモニタリング及び前記脈波計測手段による脈波のモニタリングを実行しているときに、
前記胸腔内圧と前記呼吸容量との関係が異常と判定される場合に報知を行う報知手段をさらに備えることを特徴とする呼吸機能検査装置。
【請求項５】
請求項１〜３から選択されるいずれかに記載の呼吸機能検査装置であって、
前記脈波計測手段による脈波のモニタリングを実行しているときに、
前記胸腔内圧が異常と判定される場合に報知を行う報知手段をさらに備えることを特徴とする呼吸機能検査装置。
【請求項６】
請求項１〜３から選択されるいずれかに記載の呼吸機能検査装置であって、
前記呼吸計測手段による呼吸流量のモニタリングを実行可能であり、
前記呼吸計測手段による呼吸流量のモニタリング及び前記脈波計測手段による脈波のモニタリングを実行しているときに、
前記胸腔内圧と前記呼吸流量との関係が異常と判定される場合に報知を行う報知手段をさらに備えることを特徴とする呼吸機能検査装置。
【請求項７】
呼気期間及び吸気期間を含む期間の呼吸容量を計測する第１装置と、
脈波を計測する脈波計測手段と、
前記脈波計測手段により計測された脈波に基づいて胸腔内圧を推定する推定手段と、
前記推定手段により推定された胸腔内圧と前記第１装置により取得された呼吸容量との関係を表示する表示手段と、を備える第２装置と、
からなることを特徴とする呼吸機能検査システム。
【請求項８】
請求項７に記載の呼吸機能検査システムであって、
前記第２装置は、
前記脈波計測手段による脈波のモニタリングを実行しているときに、前記胸腔内圧が異常と判定される場合に報知を行う報知手段をさらに備えることを特徴とする呼吸機能検査システム。
【請求項９】
請求項７に記載の呼吸機能検査システムであって、
前記第２装置は、
前記第１装置と通信可能であり、
前記第１装置による呼吸容量のモニタリング及び前記脈波計測手段による脈波のモニタリングを実行しているときに、前記胸腔内圧と前記呼吸容量との関係が異常と判定される場合に報知を行う報知手段をさらに備えることを特徴とする呼吸機能検査システム。
【請求項１０】
請求項７に記載の呼吸機能検査システムであって、
前記第１装置は呼吸流量のモニタリングを実行可能であり、
前記第２装置は、
前記第１装置と通信可能であり、
前記第１装置による呼吸流量のモニタリング及び前記脈波計測手段による脈波のモニタリングを実行しているときに、前記胸腔内圧と前記呼吸流量との関係が異常と判定される場合に報知を行う報知手段をさらに備えることを特徴とする呼吸機能検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼吸機能を検査可能な呼吸機能検査装置及び呼吸機能検査システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、特許文献１に示されるように、被験者の異なる吸気量と、脈波信号から推定した胸腔内圧とに基づいて肺コンプライアンスを推定する呼吸機能検査装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２６４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に示されるような従来技術では、被験者の呼気まで勘案して適切に肺コンプライアンスの推定がなされていないという課題が存在する。本発明は、このような背景のもとになされたものであり、その目的は、脈波信号に基づいて適切に呼吸機能の状態を推定可能な呼吸機能検査装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決すべく以下の手段を採った。なお後述する発明を実施するための最良の形態の説明及び図面で使用した符号を参考のために括弧書きで付記するが、本発明の構成要素は該付記したものには限定されない。
【０００６】
手段１は、呼気期間及び吸気期間を含む期間の呼吸容量を計測する呼吸計測手段（フローセンサ５０及び圧力センサ１１等）と、脈波を計測する脈波計測手段（脈波プローブ６０及び脈波モジュール６１）と、前記脈波計測手段により計測された脈波に基づいて胸腔内圧を推定する推定手段（Ｓ１１０〜Ｓ１２０の処理を実行するＣＰＵ１４）と、前記推定手段により推定された胸腔内圧と前記呼吸計測手段により計測された呼吸容量との関係（Ｓ１２１で作成される胸腔内圧／ボリューム曲線又は推定胸腔内圧／ボリューム曲線）を表示する表示手段（ディスプレイ１８）と、を備えることを特徴とする呼吸機能検査装置（スパイロメータ１００）である。
【０００７】
また、手段２は、手段１の呼吸機能検査装置（スパイロメータ１００）であって、前記表示手段（ディスプレイ１８）は、前記胸腔内圧と前記呼吸容量との関係を示す関係曲線（胸腔内圧に応じたボリュームを把握可能な胸腔内圧／ボリューム曲線）を表示することを特徴とする。
【０００８】
また、手段３は、手段２の呼吸機能検査装置（スパイロメータ１００）であって、前記表示手段（ディスプレイ１８）は、前記胸腔内圧に応じた肺コンプライアンスを把握可能な関係曲線（胸腔内圧の変動量に応じたボリュームの変動量を把握可能な胸腔内圧／ボリューム曲線）を表示することを特徴とする。
【０００９】
また、手段４は、手段１〜３から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置（スパイロメータ１００）であって、前記呼吸計測手段による呼吸容量のモニタリング及び前記脈波計測手段による脈波のモニタリングを実行しているときに、前記胸腔内圧と前記呼吸容量との関係が異常と判定される場合に報知を行う報知手段（第１モニタリング処理において、モニタリング中のボリュームが、胸腔内圧／ボリューム曲線におけるＳ２１１で特定した胸腔内圧との関係で異常値である場合に報知を行うディスプレイ１８及びスピーカ２０）をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
また、手段５は、手段１〜３から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置（フロー及びボリュームのモニタリングを実行しない構成のスパイロメータ１００）であって、前記脈波計測手段による脈波のモニタリングを実行しているときに、前記胸腔内圧が異常と判定される場合に報知を行う報知手段（脈波信号に基づいて推定した胸腔内圧が、安静時胸腔内圧の範囲から外れているか否かを判定し、外れている場合には異常報知を行うディスプレイ１８及びスピーカ２０）をさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
また、手段６は、手段１〜３から選択されるいずれかの呼吸機能検査装置（フロー及びボリュームのモニタリングを実行可能なスパイロメータ１００）であって、前記呼吸計測手段による呼吸流量（フロー信号）のモニタリングを実行可能であり、前記呼吸計測手段による呼吸流量のモニタリング及び前記脈波計測手段による脈波のモニタリングを実行しているときに、前記胸腔内圧と前記呼吸流量との関係が異常と判定される場合（第２モニタリング処理において、推定した胸腔内圧÷モニタリング中のフローが異常値である場合に報知を行うディスプレイ１８及びスピーカ２０）に報知を行う報知手段をさらに備えることを特徴とする呼吸機能検査装置。
【００１２】
また、手段７は、呼気期間及び吸気期間を含む期間の呼吸容量を計測する第１装置（フローセンサ５０及び圧力センサ１１等を備えるスパイロメータ１００’）と、脈波を計測する脈波計測手段（脈波プローブ６０及び脈波モジュール）と、前記脈波計測手段により計測された脈波に基づいて胸腔内圧を推定する推定手段（ＣＰＵ及びＲＡＭ等）と、前記推定手段により推定された胸腔内圧と前記第１装置により取得された呼吸容量との関係を表示する表示手段（胸腔内圧／ボリューム曲線を表示可能なディスプレイ）と、を備える第２装置（脈波計測装置１１０）と、からなることを特徴とする呼吸機能検査システム（２００）である。
【００１３】
また、手段８は、手段７の呼吸機能検査システムであって、前記第２装置（フロー及びボリュームのモニタリングを実行しない脈波計測装置１１０）は、前記脈波計測手段による脈波のモニタリングを実行しているときに、前記胸腔内圧が異常と判定される場合に報知を行う報知手段（脈波信号に基づいて推定した胸腔内圧が、安静時胸腔内圧の範囲から外れているか否かを判定し、外れている場合には異常報知を行うディスプレイ及びスピーカ）をさらに備えることを特徴とする呼吸機能検査システムである。
【００１４】
また、手段９は、手段７の呼吸機能検査システムであって、前記第２装置は、前記第１装置と通信可能であり（スパイロメータ１００’と通信可能であることによりボリュームのモニタリングを実行可能であり）、前記第１装置による呼吸容量のモニタリング及び前記脈波計測手段による脈波のモニタリングを実行しているときに、前記胸腔内圧と前記呼吸容量との関係が異常と判定される場合に報知を行う報知手段（モニタリング中のボリュームが、胸腔内圧／ボリューム曲線における推定した胸腔内圧との関係で異常値である場合に報知を行うディスプレイ及びスピーカ）をさらに備えることを特徴とする呼吸機能検査システムである。
【００１５】
また、手段１０は、手段７の呼吸機能検査システムであって、前記第１装置は呼吸流量（フロー信号）のモニタリングを実行可能であり、前記第２装置は、前記第１装置と通信可能であり（スパイロメータ１００’と通信可能であることによりフローのモニタリングを実行可能であり）、前記第１装置による呼吸流量のモニタリング及び前記脈波計測手段による脈波のモニタリングを実行しているときに、前記胸腔内圧と前記呼吸流量との関係が異常と判定される場合に報知を行う報知手段（胸腔内圧をモニタリング中のフローで割った呼吸抵抗が異常値である場合に報知を行うディスプレイ及びスピーカ）をさらに備えることを特徴とする呼吸機能検査システムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、脈波信号に基づいて適切に呼吸機能の状態を推定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１はスパイロメータの一例を示す機能ブロック図である。
【図２】図２はスパイロメータが備えるフローセンサの一例を示す図である。
【図３】図３はスパイロメータのＣＰＵで実行される基準データ作成処理の一例を示す図である。
【図４】図４はボリューム信号及び脈波信号の一例を示す図である。
【図５】図５は胸腔内圧の推定方法を示す説明図である。
【図６】図６は胸腔内圧／ボリューム曲線の一例を示す図である。
【図７】図７はスパイロメータのＣＰＵで実行される第１モニタリング処理の一例を示す図である。
【図８】図８はスパイロメータのＣＰＵで実行される第２モニタリング処理の一例を示す図である。
【図９】図９はスパイロメータの外観の一例を示す説明図である。
【図１０】図１０は呼吸機能検査システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る呼吸機能検査装置の一例であるスパイロメータ１００に関して、図面を参照して説明する。なお、以下の説明においては、呼吸流量を「フロー」と称し、呼吸容量を「ボリューム」と称する場合がある。
【００１９】
［１．スパイロメータ１００の構成］
図１に示すように、スパイロメータ１００は、本体部１０、並びに、フローセンサ５０及び脈波プローブ６０等からなる。本体部１０は、操作キー１７、ディスプレイ１８、スピーカ２０、プリンタ２１、圧力センサ１１、脈波モジュール６１、Ａ／Ｄ変換器１２、ＣＰＵ１４、ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１５、及びＲＳ２３２Ｃコネクタ１６等を備えている。本体部１０及びフローセンサ５０は差圧チューブ３０によって接続されている。
【００２０】
フローセンサ５０は、本体部１０に着脱自在に搭載されており、呼吸流量に比例した差圧を発生させるものである。図２に示すようにフローセンサ５０は、図示しないフィルタやマウスピースを接続するための接続口５２を備えている。被検者が接続口５２に接続されたマウスピースを介して呼吸を行うことにより、フローセンサ５０内に差圧が生じ、この差圧が２本のチューブから構成される差圧チューブ３０を介して本体部１０内の圧力センサ１１に伝達される。
【００２１】
操作キー１７は、計測項目の選択や被験者情報（年齢や身長等）の入力の際等に使用される。例えば０〜９の１０個の数値キーや、計測項目を選択するための方向キー等からなる。またディスプレイ１８に出力されるデータをプリントアウトする際に操作する印刷キーも含まれる。フローセンサ５０は、図１及び図２に示すように本体外部に設けられており、２本のチューブからなる差圧チューブ３０の一端が接続され、他端が本体部１０の差圧チューブ接続口（図示せず）に接続されている。被検者がこのフローセンサ５０を把持した状態で、接続口５２に接続されたマウスピースを口に含み、呼吸を行うことで呼吸流量の計測が実行され、計測された呼吸流量が積分されることによって肺活量等の呼吸容量が計測される。
【００２２】
圧力センサ１１は、検出される差圧に比例したアナログ信号を出力するものである。本例では、半導体の差圧センサであり、チューブ接続口間の差圧を検出するための差圧検出部と、該差圧検出部により検出される差圧に比例した電圧を出力するための出力端子を備える。Ａ／Ｄ変換器１２は、アナログ電子信号をディジタル信号に変換するためのものである。本例では、半導体のＡ／Ｄコンバータであり、圧力センサ１１の出力端子から出力されるアナログ信号を、後述するＣＰＵ１４において処理可能なディジタル信号に変換して、ディジタル出力端子から出力する。
【００２３】
脈波プローブ６０は、被測定者の指先に装着されるトランスデューサであり、発光素子と受光素子（センサ）から構成されている。一例としては、発光素子からは特定波長の光が発せられ、受光素子では、指先で反射した光の反射光量を測定して電気信号として出力する構成である。例えば、発光素子として、中心波長が５２０〜５５０ｎｍの発光ダイオードを用いることができる。脈波プローブ６０は、本体部１０の図示しない脈波コネクタに接続される。脈波モジュール６１は、脈波プローブ６０から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を備えており、発光素子から発生された光の光量に対しての反射光量に基づいて脈波信号を生成し、電気信号として出力する。このようにして非侵襲で測定される脈波信号はＣＰＵ１４によりＲＡＭ１５に記憶され、ディスプレイ１８に表示可能となっている。なお、ＣＰＵ１４は、脈波モジュール６１から出力される拍動のある脈波信号により脈拍数等を計数可能である。
【００２４】
ＣＰＵ１４は、ＲＯＭ１３に記憶されている計測プログラムをＲＡＭ１５を作業領域として実行することにより、接続される各構成要素の動作を制御して、あるいは各構成要素からの信号を受信して各種の処理を行うものである。本例では、Ａ／Ｄ変換器１２からの出力であり前記差圧に比例した値を示すディジタル信号に基づいて、呼気流速や吸気流速といった呼吸流量を算出する処理を行う。この算出は、予め記憶している差圧と呼吸流量との間の関係式に基づいて行う。即ちディジタル信号から差圧を特定し、該特定した差圧を関係式に入力して呼吸流量を算出する。また、本例ではこの呼吸流量（フロー）の積分を行うことによって呼吸容量（ボリューム）が算出される。このようにして計測されたフロー信号及びボリューム信号、並びに脈波信号は、ＲＡＭ１５に蓄積され、計測が終了するとＲＡＭ１５に蓄積された計測データがＲＯＭ１３に記憶される。ＲＯＭ１３に記憶された計測データは、図４等に示されるように、ディスプレイ１８に表示可能である。
【００２５】
不揮発性のメモリであるＲＯＭ１３は、上記のように計測データを記憶する他、呼吸機能用の計測プログラムも記憶している。またＲＯＭ１３には、ガイド用の音声データも記憶されており、この音声データはスピーカ２０によって再生される。ディスプレイ１８はＬＣＤのディスプレイであり、本体部１０の上面に設けられ、ＣＰＵ１４からＬＣＤドライバ回路（図示せず）を介して出力制御が行われることで所定のデータを画面に出力するものである。プリンタ２１は例えばサーマル式のプリンタであって、ＣＰＵ１４からサーマルヘッドのドライバを介して印字制御が行われることで所定のデータを視認可能に紙上に出力するものであり、例えばディスプレイ１８に表示されているデータの印刷を行う。スピーカ２０は音声ガイドによって被検者に呼気や吸気を促すための音声出力手段であり、予めＲＯＭ１３に記憶されている音声データに基づいた音声が出力される。
【００２６】
ＲＳ２３２Ｃコネクタ１６は、例えばＰＣ等のスパイロメータ外部の装置と、ＲＳ２３２Ｃ用のケーブルを介してデータを送受するための端子である。なお、本例では外部ＰＣとのインターフェイスをＲＳ２３２Ｃコネクタとしているが、これに限らず他のインターフェイスであってもよい。
【００２７】
フローセンサ５０について図２を用いて詳述する。フローセンサ５０の筐体となるフローセンサケース５１の側面には、フィルタやマウスピースを接続するための接続口５２が設けられている。フローセンサケース５１の下部にはフローセンサケース５１を把持するためのハンドル５６が設けられている。
【００２８】
このフローセンサケース５１内の流管５３内には呼吸抵抗を生ずる抵抗体としてスクリーン５５が配置されている。このスクリーン５５はメッシュ状物であって、気体の流れを遮るように配置されており、この流管５３内に気体の流れが生じるとスクリーン５５の前後に差圧が発生する。このスクリーン５５の前後の圧力は、該スクリーン５５の前後に配される圧力ポート、及び該圧力ポートの各々と接続される差圧チューブ３０を介して、本体の差圧チューブ接続口（図示せず）に伝達される構成となっている。即ち差圧チューブ３０を構成する２本のチューブのうち一方がスクリーン前方（接続口５２側）の圧力を当該チューブと接続される一方のチューブ接続口に伝達し、他方がスクリーン後方の圧力を当該チューブと接続される他方のチューブ接続口に伝達する。本体部５０側ではこれら２つのチューブ接続口間の差圧を検出することにより、流管５３内を流れる気体の流速、即ち呼吸流量を計測することができる。この呼吸流量は、呼吸流速とも呼ばれる。なお、この方式のフローセンサは、いわゆる差圧式と呼ばれるものであり、広く使用されている。
【００２９】
なお、フローセンサ５０に代えて、鼻孔からの呼吸による呼吸容量の変動も補足すべく、鼻孔及び口を覆うフェイスマスクを使用するようにしても良い。また、フェイスマスクを使用することにより、長時間にわたる被験者の呼吸モニタリングが容易となる。
【００３０】
［２．基準データ作成処理］
次に、スパイロメータ１００（ＣＰＵ１４等）により実行される基準データ作成処理について、図３を用いて説明する。まず初期画面では、ディスプレイ１８に「基準データ作成」等の各種計測に対応したアイコンが表示されている。操作キー１７によって「基準データ作成」を選択すると、基準データ作成プログラムが起動して、呼吸流量及び呼吸容量の計測、並びに脈波の計測を可能な状態となる。
【００３１】
この状態で、被検者がフローセンサ５を把持して、フローセンサ５に設けられたマウスピースを口に含み、脈波プローブ６０を指（又は腕等の脈波を計測可能な箇所）に装着した状態で、医師や検査技師の指示に従い呼吸（呼気及び吸気）を行うと、呼吸計測手段（フローセンサ５０、差圧チューブ３０、圧力センサ１１、Ａ／Ｄ変換器１２、ＣＰＵ１４等）により呼吸流量（フロー）が計測され、さらに該呼吸流量の積分値として呼吸容量（ボリューム）が計測される（図３のＳ１０１）。ここで計測された呼吸流量および呼吸容量の時系列データは、ＲＡＭ１５に蓄積され、例えば、図４（ａ）に示すように、横軸（Ｘ軸）を時間とし、縦軸（Ｙ軸）を呼吸容量としたボリューム曲線や、横軸（Ｘ軸）を呼吸流量とし、縦軸（Ｙ軸）を呼吸容量としたフローボリューム曲線が、ディスプレイ１８に表示される。フローボリューム曲線は同一時点における呼吸容量と呼吸流量との関係を示す曲線である。そして、ボリュームが増加する吸気期間及びボリュームが減少する呼気期間を含む期間において計測されたボリューム曲線に基づいて、一回換気量や肺活量（ＶＣ）を算出可能である。
【００３２】
また、上記呼吸容量と共に、脈波計測手段（脈波プローブ６０、脈波モジュール６１、ＣＰＵ１４等）により脈波が計測される（図３のＳ１０１）。ここで計測された脈波の時系列データは、ＲＡＭ１５に蓄積され、例えば、図４（ｂ）に示すように、横軸（Ｘ軸）を時間とし、縦軸（Ｙ軸）を脈波の振幅とした脈波信号が、ディスプレイ１８に表示される。図４（ｂ）は、脈波の信号出力（電圧）の時間的な変化を示したものであり、縦軸は基準値（０）からの脈波の出力の大きさ［Ｖ］を示している。なお、呼吸容量および脈波信号のいずれの時系列データも、各計測データが計測時刻と対応付けて記憶されているため、ある特定の時刻における呼吸容量と脈波信号との対応関係を把握可能となっている。
【００３３】
次いで、ＣＰＵ１４は、取得した脈波信号をフィルタリング処理（Ｓ１１０）。このフィルタリング処理では、脈波信号の中から、脈波に反映されている胸腔内圧信号を抽出するために、外乱光ノイズなどによる３Ｈｚ以上のノイズと、体動に起因する（胸腔信号より低周波数の）０．１Ｈｚ以下の信号をカットする。次いで、ＣＰＵ１４は、脈波の１周期毎に脈波信号のピークを特定する（Ｓ１１１）。例えば、脈波信号の時間微分値が正から負に転換する時刻（脈波信号が増加から減少に転ずる時刻）を特定して、その時刻における計測データを、当該周期における脈波のピークとして特定する。
【００３４】
次いで、ＣＰＵ１４は、Ｓ１１１で特定した各ピークを結んで、図５（ａ）に実線で示す第１包絡線を作成する（Ｓ１１２）。次いで、ＣＰＵ１４は、第１包絡線のピークを特定し、第１包絡線の各ピークを結んで、図５（ａ）に点線で示す第２包絡線を作成する（Ｓ１１３）。次いで、図５（ｂ）に示すように、第１包絡線と第２包絡線の差分をとり、この差分を相対胸腔内圧信号とする（Ｓ１１４）。このような方法によって相対胸腔内圧を推定する方法自体は公知の技術であり、前述した特許文献１に開示されている。
【００３５】
次いで、ＣＰＵ１４は、図５（ｃ）に示すように、相対値としての相対胸腔内圧信号を絶対値に変換するキャリブレーションを実行する（Ｓ１２０）。キャリブレーションとは、相対値である相対胸腔内圧信号と実測値である口腔内圧信号の振幅を合致させための換算係数を算出することにより、胸腔内圧の絶対値を算出することである。相対胸腔内圧と口腔内圧とは対応していることにより、相対胸腔内圧信号の大きさと口腔内圧信号の大きさに基づいて、相対胸腔内圧を絶対値に換算可能である。なお、このキャリブレーションに際しては、相対胸腔内圧信号の振幅を、平均脈波振幅で割る正規化を行うことにより、脈波プローブ６０の押し付け圧力等の変化の影響を除外するようにしている。このキャリブレーションに関しても公知の技術であり、前述した特許文献１に開示されている。
【００３６】
キャリブレーションにおいて必要となる口腔内圧信号は、例えば、ＣＰＡＰ（Continuous Positive Airway Pressure）用のマスク（所謂ネーザルマスク）等を用いて口腔内圧を実測することにより得られる。脈波の測定対象となる被験者について測定された口腔内圧信号をＲＯＭ１３に記憶させ、あるいは、通信コネクタ（例えばＲＳ２３２Ｃコネクタ１６）を介して通信可能に接続された口腔内圧測定装置から取得して、キャリブレーションの際に、その口腔内圧信号を用いてキャリブレーションを実行するようにする。
【００３７】
なお、口腔内圧信号は、胸腔内圧を推定する被験者の状態と同じ呼吸状態で測定するようにすると良い。例えば、安静呼吸状態における胸腔内圧を推定する場合には、安静呼吸状態における口腔内圧信号をキャリブレーションに用い、肺活量測定時（すなわち最大呼気位及び最大吸気位までの呼吸を要する場合）には、肺活量測定と同じ呼吸状態における口腔内圧信号をキャリブレーションに用いるようにすると良い。
【００３８】
このキャリブレーションによって、胸腔内圧の相対値と絶対値とが対応付けされるため、以降の処理においては、相対胸腔内圧を計測（推定）することにより、胸腔内圧の絶対値の推定が可能となる。次いで、ＣＰＵ１４は、絶対値としての胸腔内圧と呼吸容量との関係を示す胸腔内圧／ボリューム曲線を作成する（Ｓ１２１）。作成した胸腔内圧／ボリューム曲線は、ディスプレイ１８に表示可能である。図６には、被験者に、最大吸気位から呼出させて最大呼気位に達するように呼吸を行わせた場合（例えば、最大吸気位と最大呼気位との容量の差分である肺活量の計測を行った場合）の胸腔内圧／ボリューム曲線を示している。
【００３９】
横軸を胸腔内圧ΔＰ（ｃｍＨ２Ｏ）とし、縦軸を肺活量ＶＣ（％）（この例では０％を最大呼気位とし、１００％を最大吸気位とする）としたときの、胸腔内圧／ボリューム曲線は、図６に示すように、ΔＰの変化に応じてその傾きも変化する。
【００４０】
ここで、肺コンプライアンスとは、胸腔内圧の変化量に対してのボリュームの変化量であり、胸腔内圧の変化量に対するボリュームの変化量が大きければ肺の柔軟性が高く、胸腔内圧の変化量に対するボリュームの変化量が小さければ肺の柔軟性が低いと判断できるものである。そして、肺コンプライアンスは、胸腔内圧の値（範囲）に応じて異なるものであるから、図６に示すように、ΔＰが０ｃｍＨ２Ｏ未満及びΔＰが０ｃｍＨ２Ｏ以上の両方を含む胸腔内圧の範囲における呼吸容量を実測して、実測値に基づいて肺コンプライアンスを推定することが好ましい。さらに、図６に示すように、胸腔内圧／ボリューム曲線によって、胸腔内圧の値に応じて異なる肺コンプライアンス（傾きＶＣ／ΔＰ）を把握可能とすることが好ましい。
【００４１】
図６のような胸腔内圧／ボリューム曲線を表示することにより、胸腔内圧の値に応じた肺コンプライアンスを把握可能となり、呼吸機能を適切に推定できる。なお、図６の例では、縦軸の０％を最大呼気位とし、１００％を最大吸気位とした場合のボリュームの推移を表示しているが、縦軸を肺活量の実測値に代えて、実測されたボリュームの変化を表示するようにしても良い。また、ΔＰが０ｃｍＨ２Ｏのときに実測されたボリュームに基づいて予備呼気量（ＥＲＶ）を算出して表示するようにしても良い。
【００４２】
図６は、被験者に最大吸気位から最大呼気位までの呼出を行わせた場合（肺活量の測定を行う場合）の曲線であるが、この肺活量測定時の曲線に代えて、又は、肺活量測定時の曲線と共に、被験者に安静呼吸を行わせた場合の胸腔内圧／ボリューム曲線を作成するようにしても良い。
【００４３】
［３．第１モニタリング処理］
上記基準データ作成処理において取得した胸腔内圧／ボリューム曲線を用いることにより、図７に示すように、被験者の脈波をモニタリングして呼吸困難度を把握することが可能となる。ここで、第１モニタリング処理として、脈波のモニタリングと並行して、スパイロメータ１００を用いたボリュームのモニタリングを実行するものとする。ボリュームのモニタリングを行う場合には、フローセンサ５０に代えてフェイスマスクを使用することもできる。
【００４４】
第１モニタリング処理においては、ＣＰＵ１４は、ボリューム信号及び脈波信号を取得する（Ｓ２００）。次いで、取得した脈波信号を対象として前述したＳ１１０〜Ｓ１１４の相対胸腔内圧信号取得処理を実行する（Ｓ２１０）。次いで、前述したキャリブレーションによって胸腔内圧信号の相対値と絶対値とが対応付けられていることに基づいて、相対胸腔内圧から胸腔内圧を特定する（Ｓ２１１）。
【００４５】
次いで、ＣＰＵ１４は、モニタリング中のボリュームが、胸腔内圧／ボリューム曲線におけるＳ２１１で特定した胸腔内圧との関係で異常値であるか否かを判定する（Ｓ２１２）。具体的には、モニタリング中のボリュームが、胸腔内圧／ボリューム曲線におけるＳ２１１で特定した胸腔内圧に対応するボリュームと乖離しているか否かを判定するものであり、Ｓ２００で測定されたボリュームと、胸腔内圧／ボリューム曲線における推定した胸腔内圧に対応したボリュームとの差分が所定の閾値以上である場合には（Ｓ２１２でＹｅｓ）、ディスプレイ１８にその旨を表示したり、あるいはスピーカ２０から警告音を発することにより、異常報知を行う（Ｓ２１３）。そして、ボリューム信号及び脈波信号の取得を継続する（Ｓ２００）。Ｓ２１３の異常報知は所定時間継続される。
【００４６】
一方、モニタリング中のボリュームが、胸腔内圧／ボリューム曲線におけるＳ２１１で特定した胸腔内圧との関係で正常値である場合（Ｓ２１２でＮｏ）、即ち、Ｓ２００で測定されたボリュームと、胸腔内圧／ボリューム曲線における推定した胸腔内圧に対応したボリュームとの差分が所定の閾値未満である場合には、ボリューム信号及び脈波信号の取得を継続する（Ｓ２００）。
【００４７】
ここで、実測されたボリュームが、推定された胸腔内圧に対応するボリュームと乖離している場合には、肺コンプライアンスが低下している可能性が考えられるため、被験者が危険な状態にあるとして異常報知を行うことで、急性増悪等に対して適切な措置をとることが可能となる。例えば、被験者の呼吸が正常な状態（呼吸困難性に問題が無い状態）において、胸腔内圧／ボリューム曲線の胸腔内圧に応じたボリュームの範囲（「正常範囲」とする）を予め記憶しておくようにしておき、モニタリング中のボリュームが、推定された胸腔内圧に対しての正常範囲を外れた場合に報知を実行すると良い。
【００４８】
また、脈波信号に基づいて、予め被験者の安静呼吸状態における心拍数の範囲を安静時心拍数として記憶すると共に、胸腔内圧／ボリューム曲線において、安静呼吸状態における胸腔内圧に応じたボリュームの範囲を安静時ボリュームとして記憶するようにすると良い。
【００４９】
そして、モニタリングされたボリュームが、モニタリングされた脈波に基づいて推定された胸腔内圧に対する安静時ボリュームの範囲を外れた場合において、安静時ボリュームの範囲を外れたタイミングよりも後のタイミングで、心拍数が安静時心拍数の範囲を外れた場合には、呼吸器系の要因により被験者が安静状態を維持できなくなったものと推定できるため、呼吸機能に異常が生じた旨を報知するようにすると良い。一方、安静時ボリュームの範囲を外れたタイミングよりも前のタイミングで、心拍数が安静時心拍数の範囲を外れた場合には、循環器系の要因により被験者が安静状態を維持できなくなったものと推定できるため、循環機能に異常が生じた旨を報知するようにすると良い。
【００５０】
また、モニタリングされた心拍数が安静時心拍数の範囲を外れた場合において、心拍数が安静時心拍数の範囲を外れたタイミングよりも後のタイミングで、ボリュームが安静時ボリュームの範囲を外れた場合には、循環器系の要因により被験者が安静状態を維持できなくなったものと推定できるため、循環機能に異常が生じた旨を報知するようにすると良い。一方、心拍数が安静時心拍数の範囲を外れたタイミングよりも前のタイミングで、ボリュームが安静時ボリュームの範囲を外れた場合には、呼吸器系の要因により被験者が安静状態を維持できなくなったものと推定できるため、呼吸機能に異常が生じた旨を報知するようにすると良い。
【００５１】
（３−１．フロー及びボリュームのモニタリングを実行しない構成）
なお、基準データ作成処理を実行した後においては、フロー信号やボリューム信号のモニタリングを実行することなく、脈波信号のモニタリングのみを実行する構成としても良い。この場合、Ｓ２００に相当する処理では、フロー信号やボリューム信号のモニタリングを行わずに、脈波信号のモニタリングのみを実行し、Ｓ２１２に相当する処理では、推定した胸腔内圧が異常値であるか否かを判定するようにすると良い。
【００５２】
具体的には、予め、胸腔内圧／ボリューム曲線において、安静呼吸状態のボリューム変動に応じた胸腔内圧の範囲を安静時胸腔内圧として記憶するようにしておき、Ｓ２１２に相当する処理において、脈波信号に基づいて推定した胸腔内圧が、安静時胸腔内圧の範囲から外れているか否かを判定し、外れている場合には異常報知を行うようにすると良い。
【００５３】
（３−２．キャリブレーションを実行しない構成）
また、基準データ作成処理において、キャリブレーションを実行することなく、即ち口腔内圧の実測（絶対値としての胸腔内圧の推定）を要することなく、脈波信号に基づいて推定された相対胸腔内圧に基づいて呼吸機能の判定を行うようにしても良い。具体的には、Ｓ１２０の処理を実行することなく、Ｓ１２１に相当する処理において、Ｓ１１４で求めた相対胸腔内圧とボリュームとの関係を示す相対胸腔内圧／ボリューム曲線を作成する。例えば、相対胸腔内圧／ボリューム曲線は、図６の横軸の胸腔内圧が、相対胸腔内圧に置き換えられたものである。
【００５４】
そして、第１モニタリング処理におけるＳ２１１に相当する処理を実行することなく、Ｓ２１２に相当する処理において、モニタリング中のボリュームが、推定した相対胸腔内圧との関係で異常値であるか否かを判定して（例えば、Ｓ２００で測定されたボリュームと、相対胸腔内圧／ボリューム曲線における推定した相対胸腔内圧に対応したボリュームとの差分が所定の閾値以上であるか否かを判定して）、異常値である場合には（所定の閾値以上である場合には）異常報知を行うようにすると良い。
【００５５】
被験者が幼児である場合等には、口腔内圧センサを用いた実測が困難なケースも存在する。このようなケースにおいては、上記のように、推定された相対胸腔内圧と実測されているボリュームに基づいて呼吸機能を判定するようにすると良い。
【００５６】
［４．第２モニタリング処理］
前述した第１モニタリング処理と並行して、又は、第１モニタリング処理を実行することなく、図８に示す第２モニタリング処理を実行可能である。第２モニタリング処理においては、上記基準データ作成処理において取得した相対胸腔内圧と絶対値である胸腔内圧との対応関係に基づいて、被験者の脈波をモニタリングして呼吸困難度を把握することが可能となる。ここで、第２モニタリング処理として、脈波のモニタリングと並行して、スパイロメータ１００を用いたフローのモニタリングを実行するものとする。フローのモニタリングを行う場合にも、フローセンサ５０に代えてフェイスマスクを使用することもできる。
【００５７】
第２モニタリング処理においては、ＣＰＵ１４は、フロー信号及び脈波信号を取得する（Ｓ２０１）。次いで、取得した脈波信号を対象として前述したＳ１１０〜Ｓ１１４の相対胸腔内圧信号取得処理を実行する（Ｓ２１０）。次いで、前述したキャリブレーションによって胸腔内圧信号の相対値と絶対値とが対応付けられていることに基づいて、相対胸腔内圧から胸腔内圧を特定する（Ｓ２１１）。
【００５８】
次いで、ＣＰＵ１４は、Ｓ２１１で特定した胸腔内圧を、モニタリングしたフローで割った呼吸抵抗を算出し、算出した呼吸抵抗が異常値であるか否かを判定する（Ｓ２２０）。例えば、呼吸抵抗が急性増悪時の値の範囲内に入っているか否かを判定する。そして、呼吸抵抗が異常値である場合には（Ｓ２２０でＹｅｓ）、ディスプレイ１８にその旨を表示したり、あるいはスピーカ２０から警告音を発することにより、異常報知を行う（Ｓ２１３）。そして、フロー信号及び脈波信号の取得を継続する（Ｓ２０１）。Ｓ２１３の異常報知は所定時間継続される。一方、算出した呼吸抵抗が正常値である場合には（Ｓ２２０でＮｏ）、フロー信号及び脈波信号の取得を継続する（Ｓ２０１）。
【００５９】
ここで、モニタリングの対象となっている被験者が喘息患者のケースでは、算出された呼吸抵抗が異常値である場合に、急性増悪となっている可能性が存在する。被験者が危険な状態にあるとして異常報知を行うことで、急性増悪等に対して適切な措置をとることが可能となる。
【００６０】
また、脈波信号に基づいて、予め被験者の安静呼吸状態における心拍数の範囲を安静時心拍数として記憶すると共に、呼吸抵抗の範囲を安静時呼吸抵抗として記憶するようにすると良い。
【００６１】
（４−１．キャリブレーションを実行しない構成）
また、基準データ作成処理において、キャリブレーションを実行することなく、即ち口腔内圧の実測（胸腔内圧の推定）を要することなく、脈波信号に基づいて推定された相対胸腔内圧に基づいて呼吸機能の判定を行うようにしても良い。具体的には、Ｓ１２０の処理を実行することなく、Ｓ１２１に相当する処理において、Ｓ１１４で求めた相対胸腔内圧とボリュームとの関係を示す相対胸腔内圧／ボリューム曲線を作成する。例えば、相対胸腔内圧／ボリューム曲線は、図６の横軸の胸腔内圧が、相対胸腔内圧に置き換えられたものである。
【００６２】
そして、第２モニタリング処理におけるＳ２１１に相当する処理を実行することなく、Ｓ２２０に相当する処理において、推定した相対胸腔内圧をモニタリング中のフローで割った指標値が異常値であるか否かを判定して、異常値である場合には（所定の閾値以上である場合には）異常報知を行うようにすると良い。
【００６３】
被験者が幼児である場合等には、口腔内圧センサを用いた実測が困難なケースも存在する。このようなケースにおいては、上記のように、推定された相対胸腔内圧と実測されているフローに基づいて呼吸抵抗に関連した指標値を算出して、呼吸機能を判定するようにすると良い。
【００６４】
このように、フローを計測するフロー計測手段と、胸腔内圧を推定する胸腔内圧推定手段とを備えるスパイロメータによって、簡易的に喘息の症状の度合いを監視することが可能となる（図９の外観図を参照）。例えば、モニタリングされているフロー及び推定した胸腔内圧（又は相対胸腔内圧）に基づいて算出した呼吸抵抗が低範囲内であれば、ディスプレイ１８に「正常」と表示し、呼吸抵抗が中範囲内であれば「注意」と表示し、呼吸抵抗が高範囲内であれば「危険」と表示する。
【００６５】
而して、呼吸抵抗の値に応じた報知を実行することにより適切な措置をとることができる。例えば、「注意」と表示されている場合には、被験者を安静な状態とし、「危険」と表示されている場合には、病院に連れて行くといった措置をとることができる。
【００６６】
なお、図９の例では、差圧を検出するためのフローセンサ５０と本体部１０とが、差圧チューブ３０によって接続されているが、差圧検出部（フローセンサ）が本体内部に設けられており、本体部からマウスピースまでを呼吸チューブによって接続する構成としても良い。これによれば、本体部に接続される部品数を減少させて装置の携帯性を向上させることが可能となる。また、本体部に関しても、ディスプレイ１８に代えてディスプレイ１８よりも小型のＬＥＤ装置を設け、ＬＥＤ装置の発光色によって呼吸状態を報知することで、本体部も小型化させてより携帯性を向上させることができる。例えば、呼吸抵抗が低範囲内であれば、ＬＥＤ装置を青色で発光させ、呼吸抵抗が中範囲内であれば黄色で発光させ、呼吸抵抗が高範囲内であれば赤色で発光させるようにすると良い。
【００６７】
［５．呼吸機能検査システム］
図１０は、呼吸機能検査システム２００の構成を示す説明図である。呼吸機能検査システム２００はスパイロメータ１００’と、脈波計測装置１１０から構成される。スパイロメータ１００’は、前述したスパイロメータ１００と異なり、脈波の計測機能を備えていない。脈波計測装置１１０は、前述した脈波プローブ６０と脈波処理装置７０とにより構成される。脈波処理装置７０は、前述したスパイロメータ１００と同様に、脈波モジュールを備えると共に、脈波信号を処理するためのＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の制御部を備えている。また、脈波処理装置７０は、スパイロメータ１００’と通信を行うための入出力ポートとしてＲＳ２３２Ｃコネクタを備え、さらに、表示手段や報知手段としてのディスプレイ及び報知手段としてのスピーカを備えるものである。
【００６８】
ここで、脈波処理装置７０は、スパイロメータ１００’の本体部１０’に設けられたＲＳ２３２Ｃコネクタ１６と通信ケーブルで接続されることにより、スパイロメータ１００’により計測されたボリューム信号を取得（受信）可能となっている。そして、脈波信号処理装置７０は、受信したボリューム信号と自らが計測した脈波信号に基づいて基準データ作成処理と同様の処理を実行し、胸腔内圧／ボリューム曲線を作成し、ディスプレイに表示する。
【００６９】
また、脈波処理装置７０では、脈波信号のモニタリングを実行可能なものであるが、単体ではフロー信号及びボリューム信号のモニタリングを実行することができない。そのため、前述したように、「フロー及びボリュームのモニタリングを実行しない構成」に示した例と同様に、Ｓ２１２に相当する処理において、脈波信号に基づいて推定した胸腔内圧が、安静時胸腔内圧の範囲から外れているか否かを判定し、外れている場合には異常報知を行うようにすると良い。
【００７０】
なお、脈波処理装置７０が継続的にスパイロメータ１００’からボリューム信号を取得（受信）するようにしておき、スパイロメータ１００’がモニタリングしているボリューム信号と、自らがモニタリングしている脈波信号とに基づいて、第１モニタリング処理におけるＳ２１２の処理と同様に、モニタリング中のボリュームが、胸腔内圧／ボリューム曲線における推定した胸腔内圧との関係で異常値であるか否かを判定し、異常値である場合には異常報知を行うようにしても良い。
【００７１】
また、脈波処理装置７０が継続的にスパイロメータ１００’からフロー信号を取得（受信）するようにしておき、スパイロメータ１００’がモニタリングしているフロー信号と、自らがモニタリングしている脈波信号とに基づいて、第２モニタリング処理におけるＳ２２０の処理と同様に、推定した胸腔内圧÷モニタリング中のフローにより呼吸抵抗を算出し、算出した呼吸抵抗値が異常値であるか否かを判定し、異常値である場合には異常報知を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００７２】
１１…圧力センサ
１３…ＲＯＭ
１４…ＣＰＵ
１８…ディスプレイ
５０…フローセンサ
６０…脈波プローブ
６１…脈波モジュール
１００…スパイロメータ
１００’…スパイロメータ
１１０…脈波計測装置
２００…呼吸機能検査システム
【図１】
2016163659.tif 000003
【図２】
2016163659.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016163659.tif 000006
【図５】
2016163659.tif 000007
【図６】
2016163659.tif 000008
【図７】
2016163659.tif 000009
【図８】
2016163659.tif 000010
【図９】
2016163659.tif 000011
【図１０】
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