(57)【要約】【課題】終末呼気における特定ガス成分を高精度に測定可能な終末呼気測定装置を提供すること。【解決手段】終末呼気中の特定ガス成分の濃度を測定する終末呼気測定装置であって、被検者の呼気が流通する流路が形成されている測定セルと、前記流路を流通する呼気中のＣＯ２濃度を測定するＣＯ２濃度測定器と、前記流路を流通する呼気中の前記特定ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定器と、前記呼気中のＣＯ２濃度が閾値以上で推移している間における前記ガス濃度測定器の測定値から、前記終末呼気中の特定ガス成分の濃度を求める測定部と、を有する終末呼気測定装置。【選択図】図１
2017161263.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
終末呼気中の特定ガス成分の濃度を測定する終末呼気測定装置であって、
被検者の呼気が流通する流路が形成されている測定セルと、
前記流路を流通する呼気中のＣＯ２濃度を測定するＣＯ２濃度測定器と、
前記流路を流通する呼気中の前記特定ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定器と、
前記呼気中のＣＯ２濃度が閾値以上で推移している間における前記ガス濃度測定器の測定値から、前記終末呼気中の特定ガス成分の濃度を求める測定部と、を有する
ことを特徴とする終末呼気測定装置。
【請求項２】
前記測定部は、前記呼気中のＣＯ２濃度が前記閾値以上で第１所定時間推移し、前記第１所定時間の経過後に第２所定時間以内にゼロに変化した場合に、前記第１所定時間における前記特定ガス成分の濃度の最大値を、前記終末呼気中の特定ガス成分の濃度とする
ことを特徴とする請求項１に記載の終末呼気測定装置。
【請求項３】
前記測定部は、前記呼気中のＣＯ２濃度が前記閾値以上となっている間に前記特定ガス成分の濃度が所定範囲内で推移して所定時間以上経過した場合に、前記所定範囲内で推移した前記特定ガス成分の濃度の最大値を、前記終末呼気中の特定ガス成分の濃度とする
ことを特徴とする請求項１に記載の終末呼気測定装置。
【請求項４】
前記ガス濃度測定器は、半導体式ガスセンサである
ことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の終末呼気測定装置。
【請求項５】
前記ガス濃度測定器は、
前記特定ガス成分を吸着する吸着層と、
前記特定ガス成分を感知するガス感知層と、
前記ガス感知層を加熱するヒータ層を有するガス検知部と、
前記ヒータ送を駆動する駆動部と、を備え、
前記ガス感知層において前記特定ガス成分が反応して変化する前記ガス感知層の抵抗値に基づいて前記特定ガス成分の濃度を算出する
ことを特徴とする請求項４に記載の終末呼気測定装置。
【請求項６】
終末呼気中の特定ガス成分の濃度を測定する終末呼気測定方法であって、
測定セルの流路を流通する呼気中のＣＯ２濃度を測定するＣＯ２濃度測定ステップと、
前記流路を流通する呼気中の前記特定ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定ステップと、
前記呼気中のＣＯ２濃度が閾値以上で推移している間における前記特定ガス成分の濃度から、前記終末呼気中の特定ガス成分の濃度を求める測定ステップと、を有する
ことを特徴とする終末呼気測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、終末呼気測定装置及び終末呼気測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人や動物の体内では、呼吸により肺胞で大気中の酸素と血中の二酸化炭素とのガス交換が行われる。また、肺胞毛細血管を流れる静脈血中に含まれている成分が、微量ではあるがガス交換により呼気中に移動して体外に排出される。
【０００３】
そこで、被検者から吐き出される呼気を臨床生化学検査の検体として用いることが検討されている。呼気は、血液と異なり非侵襲で容易に採取可能であるため、臨床検査の検体として理想的である。
【０００４】
しかし、呼気において検査対象となる特定ガス成分の濃度は極めて希薄である。また、被検者から吐き出される呼気のうち最初の部分は、ガス交換に利用されずに体外に排出される死腔呼気である。したがって、呼気を検体として用いる場合には、死腔呼気を排除し、肺胞においてガス交換に利用された終末呼気を採取して特定ガス成分の測定を行うことが必要となる。
【０００５】
そこで、マウスピースから吹き込まれる呼気を、呼気排出経路の出口側に設けられている流量センサで計量しながら外部に排出し、排出量が死腔容量を超えた段階で呼気排出経路の途中から呼気サンプルを吸引分取することで、終末呼気を採取する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
また、呼気が吹き込まれてから所定の時間が経過した時に、呼気の排出経路を第１排出路から分析部が設けられている第２排出路に切り替えることで、終末呼気を採取して分析する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−７７４６７号公報
【特許文献２】特開２０１５−３８４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、被検者によって死腔の容量や吹き込まれる呼気の流量が異なるため、呼気の流量や呼気が吹き込まれてからの時間に基づいて呼気を採取すると、採取した呼気に死腔呼気が多く含まれて終末呼気が希釈されてしまう場合がある。このため、特定ガス成分の測定精度が低下する可能性がある。
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたものであって、終末呼気における特定ガス成分を高精度に測定可能な終末呼気測定装置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】
【００１０】
本発明の一態様によれば、終末呼気中の特定ガス成分の濃度を測定する終末呼気測定装置であって、被検者の呼気が流通する流路が形成されている測定セルと、前記流路を流通する呼気中のＣＯ２濃度を測定するＣＯ２濃度測定器と、前記流路を流通する呼気中の前記特定ガス成分の濃度を測定するガス濃度測定器と、前記呼気中のＣＯ２濃度が閾値以上で推移している間における前記ガス濃度測定器の測定値から、前記終末呼気中の特定ガス成分の濃度を求める測定部と、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば終末呼気における特定ガス成分を高精度に測定可能な終末呼気測定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態における終末呼気測定装置の概略構成を例示する図である。
【図２】第１の実施形態における制御装置の機能構成を例示する図である。
【図３】第１の実施形態におけるガスセンサを例示する断面図である。
【図４】第１の実施形態における終末呼気測定処理のフローチャートを例示する図である。
【図５】二酸化炭素濃度及びアセトン濃度の測定結果を例示する図である。
【図６】第２の実施形態における終末呼気測定装置の概略構成を例示する図である。
【図７】第２の実施形態における制御装置の機能構成を例示する図である。
【図８】第２の実施形態における終末呼気測定処理のフローチャートを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
【００１４】
[第１の実施形態]
＜終末呼気測定装置＞
図１は、第１の実施形態における終末呼気測定装置１１の概略構成を例示する図である。本実施形態における終末呼気測定装置１１は、被検者２００から吐き出される終末呼気における特定ガス成分の濃度を測定する。
【００１５】
図１に示されるように、終末呼気測定装置１１は、測定セル１０１、制御装置１５０、電源１６０、表示装置１７０を有する。
【００１６】
測定セル１０１には、被検者２００から吐き出される呼気が流通する流路１１１、マウスピース１０２、ＣＯ２濃度測定器１２１、ガス濃度測定器としてのガスセンサ１２３が設けられている。
【００１７】
マウスピース１０２は、流路１１１の端部に設けられ、被検者２００から吐き出される呼気を流路１１１に導く。被検者２００がマウスピース１０２から流路１１１に吐き出した呼気は、流路１１１のマウスピース１０２とは反対側に向かって、図１に示す矢印方向に流れる。
【００１８】
ＣＯ２濃度測定器１２１は、例えばＮＤＩＲ（Non Dispersive Infrared Gas Anaryzer）であり、大気中又は流路１１１を流通する呼気中のＣＯ２濃度を測定する。なお、ＣＯ２濃度測定器１２１は、流路１１１におけるＣＯ２濃度を測定可能であれば、測定方式は限定されない。
【００１９】
ＣＯ２濃度測定器１２１から測定セル１０１に通じる経路には、経路切替部１２５が設けられている。経路切替部１２５は、例えば電磁弁であり、ＣＯ２濃度測定器１２１に通じる経路を、測定セル１０１の外部の大気に通じる経路又は測定セル１０１の流路１１１に通じる経路に切り替える。
【００２０】
ガスセンサ１２３は、流路１１１において呼気中の特定ガス成分の濃度を測定する。ガスセンサ１２３が濃度測定を行う特定ガス成分は、例えば、一酸化炭素、一酸化窒素、水素、アルコール類、メタン等の炭化水素、アルデヒド、アセトン、イソプレン、アンモニア等である。
【００２１】
制御装置１５０は、ＣＯ２濃度測定器１２１、ガスセンサ１２３、及び経路切替部１２５に接続され、各部の動作を制御する。また、制御装置１５０は、表示部に各種情報を表示させるように表示装置１７０を制御する。
【００２２】
電源１６０は、制御装置１５０、表示装置１７０等の各部に電源を供給する。
【００２３】
表示装置１７０は、例えば液晶ディスプレイ等であり、制御装置１５０に制御されて各種情報を表示する。表示装置１７０は、例えば、ガスセンサ１２３によって測定された終末呼気における特定ガス成分の濃度測定結果を表示する。
【００２４】
なお、終末呼気測定装置１１の構成は、本実施形態において例示される構成に限られない。例えば、測定セル１０１におけるＣＯ２濃度測定器１２１、ガスセンサ１２３等の配置は、本実施形態とは異なってもよい。また、被検者２００から吐き出される呼気が流通する流路１１１には、呼気を除湿するためのフィルタ等が設けられてもよい。
【００２５】
＜制御装置の機能構成＞
次に、制御装置１５０の機能について説明する。図２は、第１の実施形態における制御装置１５０の機能構成を例示する図である。
【００２６】
図２に示されるように、制御装置１５０は、測定部１５１、駆動部１５２、濃度算出部１５３、測定値記憶部１５４、表示制御部１５５を有する。制御装置１５０は、例えば、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等を有し、ＣＰＵがＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭと協働して実行することで各部の機能が実現される。また、各機能ブロックは複数の回路により実現されてもよい。
【００２７】
測定部１５１は、ＣＯ２濃度測定器１２１から呼気中又は大気中のＣＯ２濃度測定値を取得する。測定部１５１は、経路切替部１２５を制御し、ＣＯ２濃度測定器１２１の測定対象を大気又は呼気に切り替える。測定部１５１は、駆動部１５２を制御してガスセンサ１２３を駆動させ、濃度算出部１５３によって算出される終末呼気における特定ガス成分の濃度を取得する。また、測定部１５１は、流路１１１を流通する呼気中のＣＯ２濃度、終末呼気における特定ガス成分の濃度等を表示制御部１５５に送信し、表示装置１７０に表示させる。
【００２８】
駆動部１５２は、終末呼気における特定ガス成分の濃度測定を実行する際にガスセンサ１２３を駆動させる。濃度算出部１５３は、終末呼気における特定ガス成分の濃度を算出し、測定部１５１に送信する。
【００２９】
測定値記憶部１５４は、ＣＯ２濃度測定器１２１によって測定されたＣＯ２濃度及びガスセンサ１２３によって測定された特定ガス成分の濃度を記憶する。
【００３０】
表示制御部１５５は、表示装置１７０の表示部１７１を制御し、測定部１５１から送信されるＣＯ２濃度や、終末呼気における特定ガス成分の濃度等を表示させる。
【００３１】
＜ガスセンサ＞
次に、ガスセンサ１２３の構成について説明する。本実施形態におけるガスセンサ１２３は、半導体式ガスセンサであり、吸着した特定ガス成分との間で生じる反応により変化するガス感知層の抵抗値に基づいて特定ガス成分の濃度が求められる。
【００３２】
図３は、第１の実施形態におけるガスセンサ１２３を例示する断面図である。
【００３３】
図３に示されるように、ガスセンサ１２３は、シリコン基板２、熱絶縁層３、ヒータ層４、電気絶縁層５、ガス検出部６を有する。なお、図３では、各層の形状や膜厚等が説明のために拡大又は縮小して示されている。
【００３４】
シリコン基板２は、ガス検出部６が形成される部分に、図３において上下に貫通する貫通孔２ａが形成されている。
【００３５】
熱絶縁層３は、貫通孔２ａの上方開口部を塞いでダイヤフラム構造となるようにシリコン基板２の上面に形成されている。熱絶縁層３は、シリコン基板２側から順に、熱酸化ＳｉＯ２層３ａ、ＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層３ｂ、ＣＶＤ−ＳｉＯ２層３ｃが積層された三層構造となっている。
【００３６】
熱酸化ＳｉＯ２層３ａは、熱容量が小さく、ヒータ層４からシリコン基板２に伝わる熱量を低減する。また、熱酸化ＳｉＯ２層３ａは、プラズマエッチングに対する耐性が高い。このため、プラズマエッチングによりシリコン基板２に貫通孔２ａを寸法精度良く形成できる。
【００３７】
ＣＶＤ−Ｓｉ３Ｎ４層３ｂは、熱酸化ＳｉＯ２層３ａのシリコン基板２とは反対側に積層されている。ＣＶＤ−ＳｉＯ２層３ｃは、ヒータ層４との密着性を向上させ、電気的絶縁性を確保するために形成される。
【００３８】
ヒータ層４は、例えば薄膜状のＰｔ−Ｗ膜であり、熱絶縁層３の上面に形成されている。ヒータ層４は、図３には不図示の配線層が側端部に形成されており、配線層を介して制御装置１５０に接続されている。
【００３９】
電気絶縁層５は、熱絶縁層３及びヒータ層４を覆うように形成されている。電気絶縁層５は、例えばＳｉＯ２のスパッタ層であり、ヒータ層４とガス検出部６との間を電気的に絶縁する。
【００４０】
ガス検出部６は、感知層電極７、ガス感知層８、吸着層１０を有する。
【００４１】
感知層電極７は、電気絶縁層５の上面に形成され、制御装置１５０に接続されている。感知層電極７は、例えばＰｔ膜やＡｕ膜である。
【００４２】
ガス感知層８は、少なくとも一部が感知層電極７に重なるように、電気絶縁層５の上面に形成されている。ガス感知層８は、例えばＳｎＯ２層である。なお、ガス感知層８は、Ｉｎ２Ｏ３、ＷＯ３、ＺｎＯ、ＴｉＯ２等の金属酸化物を主成分として形成されてもよい。
【００４３】
吸着層１０は、ガス感知層８の表面全体を被覆するように形成されている。もしくは、吸着層１０は、ガス感知層８と同一の大きさで、ガス感知層８の上面に積層するように形成されてもよい。吸着層１０は、例えば、多数の多孔質材料（多孔質粒子）が堆積した多孔質層であり、多孔質材料の間にバインダ樹脂が介在してもよい。吸着層１０は、例えば、Ａｌ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎｉ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２のうち少なくとも１つの金属酸化物を主成分として形成される。吸着層１０は、例えば、平均細孔径、平均粒子径、比表面積、極性、膜厚、材料等を変えることで、測定する特定ガス成分の種類に応じて吸着性を制御して特定ガス成分の測定精度を高めることができる。
【００４４】
なお、ガスセンサ１２３の構成は、本実施形態において例示した構成に限られるものではない。例えば、ガス感知層８と吸着層１０との間に、吸着層１０に吸着した特定ガス成分を拡散させる拡散層が設けられてもよい。拡散層は、例えば、多数の多孔質材料（多孔質粒子）が堆積した多孔質層であり、多孔質材料の間にバインダ樹脂が介在してもよい。このような拡散層によれば、例えば、平均細孔径、平均粒子径、比表面積、極性、膜厚、材料等を変えることで、測定する特定ガス成分の種類に応じて拡散性を制御して特定ガス成分の測定精度を高めることができる。
【００４５】
また、ガス感知層８の表面（ガス感知層８と吸着層１０との間）に、酸素供給層が形成されてもよい。酸素供給層を形成してガス感知層８の表面に酸素を供給することで、ガス感知層８と特定ガス成分との間の反応感度を向上させることができる。酸素供給層は、例えばドーパントを含む金属酸化物層であり、金属担持された触媒層としてガス感知層８の表面に形成される。
【００４６】
＜特定ガス成分の濃度測定＞
次に、実施形態におけるガスセンサ１２３を用いた特定ガス成分の濃度測定原理について説明する。
【００４７】
まず、ガスセンサ１２３の周囲に存在する特定ガス成分が、吸着層１０に吸着して濃縮される。ここで、特定ガス成分の吸着層１０への吸着はヒータ層４の駆動停止中に起こり、吸着した特定ガス成分が吸着層１０に濃縮された状態で保持される。
【００４８】
次に、制御装置１５０の駆動部１５２によってヒータ層４が駆動され、吸着層１０が加熱される。ヒータ層４により加熱されることで、吸着層１０に吸着して保持されている特定ガス成分が短時間のうちに熱脱離を起こす。吸着層１０から熱脱離した特定ガス成分は、ガス感知層８の表面に吸着する。
【００４９】
特定ガス成分がガス感知層８に吸着すると、特定ガス成分とガス感知層８の表面の酸素との間で反応が生じ、ガス感知層８の抵抗値が変化する。ここで、制御装置１５０の濃度算出部１５３は、例えば感知層電極７に印加した電圧及びガス感知層８における電流検出値から、ガス感知層８の抵抗値を求める。また、濃度算出部１５３は、予めメモリ等に記憶されているガス感知層８の抵抗値と特定ガス成分の濃度との関係に基づいて、特定ガス成分の濃度を求める。
【００５０】
本実施形態におけるガスセンサ１２３では、駆動部１５２がヒータ層４を間欠駆動させることで、特定ガス成分を吸着層１０に吸着・濃縮させた後に、短時間で特定ガス成分を熱脱離・拡散させることができる。したがって、微量ガスの濃度を高めて検出感度を向上させることができるため、終末呼気に含まれている微量の特定ガス成分の濃度を高精度に測定できる。また、本実施形態におけるガスセンサ１２３は、特定ガス成分の吸着・濃縮と、特定ガス成分の熱脱離・拡散とを瞬時に切り替え可能であり応答性が向上されている。
【００５１】
なお、本実施形態における終末呼気測定装置１１では、ガス濃度測定器として上記したガスセンサ１２３が設けられているが、終末呼気における特定ガス成分の濃度を測定可能であれば、異なる構成又は方式のセンサ等が設けられてもよい。
【００５２】
＜終末呼気測定処理＞
次に、終末呼気測定装置１１における終末呼気測定処理について説明する。図４は、第１の実施形態における終末呼気測定処理のフローチャートを例示する図である。
【００５３】
本実施形態における終末呼気測定処理では、まずステップＳ１０１にて、ＣＯ２濃度測定器１２１の校正が行われる。ＣＯ２濃度測定器１２１の校正は、ＣＯ２濃度測定器１２１による大気中のＣＯ２濃度の測定値がゼロとなるように調整することにより行われる。測定部１５１は、経路切替部１２５を制御して経路を切り替え、校正中はＣＯ２濃度測定器１２１に大気中のＣＯ２濃度を測定させ、校正後は測定セル１０１の流路１１１のＣＯ２濃度を測定させる。
【００５４】
次にステップＳ１０２にて、終末呼気測定が開始される。被検者２００は、例えば終末呼気測定装置１１に設けられている測定開始ボタンを押下した後、マウスピース１０２から測定セル１０１の流路１１１に呼気を吐き出す。
【００５５】
終末呼気の測定が開始されると、ステップＳ１０３にて、ＣＯ２濃度測定器１２１が呼気中のＣＯ２濃度を測定する。また、ステップＳ１０４にて、ガスセンサ１２３が呼気中の特定ガス成分の濃度を測定する。特定ガス濃度の測定は、制御装置１５０の駆動部１５２がガスセンサ１２３のヒータ層４を駆動させ、濃度算出部１５３がガス感知層８の抵抗値の変化に基づいて特定ガス成分の濃度を算出することにより実行される。
【００５６】
ＣＯ２濃度測定器１２１によるＣＯ２濃度の測定及びガスセンサ１２３による特定ガス成分濃度の測定は、終末呼気測定終了（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）まで所定の周期（例えば１００ｍｓｅｃ）で実行される。ＣＯ２濃度測定器１２１によって測定されたＣＯ２濃度及びガスセンサ１２３によって測定された特定ガス成分の濃度は、測定値記憶部１５４に測定時間と共に記憶される。
【００５７】
被検者２００は、測定セル１０１に呼気を吐き出した後、例えば、終末呼気測定装置１１に設けられている測定終了ボタンを押下することで、終末呼気測定装置における測定を終了する。
【００５８】
なお、測定セル１０１の流路１１１に流量計を設け、流量計によって計測される呼気の流量に基づいて、終末呼気の測定開始及び測定終了を判定してもよい。例えば、流量計によって計測された呼気の流量が所定値以上の場合に、終末呼気測定を開始して呼気中のＣＯ２濃度測定及び特定ガス成分濃度の測定を行い、呼気の流量が所定値未満になった時に終末呼気測定を終了してもよい。
【００５９】
次にステップＳ１０６にて、測定部１５１が、測定値記憶部１５４に記憶されているＣＯ２濃度測定結果が特定ガス成分の濃度測定条件を満足しているか否かを判定する。
【００６０】
ここで、肺胞におけるガス交換に利用されない死腔呼気は、ガス交換されていないためＣＯ２濃度が低い。また、肺胞におけるガス交換に利用された終末呼気は、ガス交換されたことによりＣＯ２濃度が高くなる。したがって、呼気におけるＣＯ２濃度の変化に基づいて、被検者２００から吐き出されている呼気が死腔呼気か終末呼気かを判定できる。
【００６１】
本実施形態では、呼気中のＣＯ２濃度測定値が、閾値（４％）以上で推移して第１所定時間（２秒）が経過した後に第２所定時間（０．５秒）以内にゼロとなった場合に、特定ガス成分の濃度測定条件を満足していると判定する。
【００６２】
図５は、ＣＯ２濃度及び特定ガス成分としてアセトンの濃度を測定した結果を例示する図である。
【００６３】
図５に示される測定結果では、ＣＯ２濃度が測定開始から上昇して約３秒経過後に４％を超えている。また、ＣＯ２濃度が４％を超えた後にほぼ一定となって約２秒経過した後に、被検者２００の呼気が吸気に切り替わったことによって、ＣＯ２濃度が急激に低下して４％以上から約０．５秒以内にゼロとなっている。
【００６４】
このように、ＣＯ２濃度が閾値を超えてほぼ一定となった状態が第１所定時間以上継続した後に急激にゼロに変化した場合に、ＣＯ２濃度が低下する直前の呼気を終末呼気と判定する。なお、上記したＣＯ２濃度の閾値や各所定時間は、本実施形態において例示した値に限られるものではなく、適宜設定可能である。例えば、呼気が長く続かない被検者や肺機能が落ちている被検者は、上記したＣＯ２濃度の閾値や各所定時間の条件を満たすことが難しいため、このような場合には適宜設定を変更する。
【００６５】
ＣＯ２濃度測定結果が特定ガス成分の濃度測定条件を満足した場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０７にて、測定部１５１が、測定値記憶部１５４から特定ガス成分の濃度測定値を取得する。本実施形態では、測定部１５１は、上記したようにＣＯ２濃度が閾値以上で推移している間における特定ガス成分の濃度の最大値を取得する。図５に示される測定結果では、測定部１５１は、例えばＣＯ２濃度が４％以上となっている約３．１秒から約５．５秒までの間におけるアセトン濃度の最大値０．５３ｐｐｂを、終末呼気中の特定ガス成分の濃度として取得する。
【００６６】
なお、測定部１５１は、ＣＯ２濃度が閾値以上からゼロに変化する直前の特定ガス成分の濃度測定値や、ＣＯ２濃度が閾値以上からゼロに変化する直前の複数の測定結果の平均値を、特定ガス成分の濃度として取得してもよい。
【００６７】
次にステップＳ１０８にて、測定部１５１が表示制御部１５５に取得した特定ガス成分の濃度を送信し、表示装置１７０の表示部１７１に特定ガス成分の濃度を表示させる。
【００６８】
また、ＣＯ２濃度測定結果が特定ガス成分の濃度測定条件を満足しなかった場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）には、ステップＳ１０９にて、測定部１５１が表示制御部１５５によって表示装置１７０の表示部１７１に測定エラーとなったことを表示させる。
【００６９】
例えば、ＣＯ２濃度が閾値を超えなかった場合や、ＣＯ２濃度が閾値を超えても第１所定時間以上継続しなかった場合等には、測定エラーとして特定ガス成分の濃度測定結果を表示せずに処理を終了する。
【００７０】
第１の実施形態における終末呼気測定装置１１は、上記した終末呼気測定処理により、被検者２００から吐き出される終末呼気に含まれる特定ガス成分の濃度を測定する。
【００７１】
以上で説明したように、第１の実施形態における終末呼気測定装置１１は、被検者２００の呼気中のＣＯ２濃度が上記した特定ガス濃度測定条件を満足した場合に、終末呼気が吐き出されたと判定し、終末呼気における特定ガス成分の濃度を取得する。したがって、被検者２００の死腔呼気における特定ガス成分の濃度を誤って検出することがなく、終末呼気における特定ガス成分の濃度を高精度に測定することが可能になっている。
【００７２】
[第２の実施形態]
次に、第２の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、既に説明した実施形態と同一構成部分についての説明は省略する。
【００７３】
＜終末呼気測定装置＞
図６は、第２の実施形態における終末呼気測定装置１２の概略構成を例示する図である。本実施形態における終末呼気測定装置１２は、被検者２００から吐き出される終末呼気中の特定ガス成分の濃度を測定する。
【００７４】
図６に示されるように、終末呼気測定装置１２は、測定セル１０１、制御装置１５０、電源１６０、表示装置１７０を有する。
【００７５】
測定セル１０１は、内部に第１流路１１１及び第２流路１１２を有する。第１流路１１１と第２流路１１２とは、隔壁により互いに隔てられている。第１流路１１１は、被検者２００から吐き出される呼気が流通する。第２流路１１２は、測定セル１０１の外部に通じる開口を有し、測定セル１０１の周囲の大気が流通する。
【００７６】
第１流路１１１には、マウスピース１０２、ＣＯ２濃度測定器１２１、ガス濃度測定器としてのガスセンサ１２３、流量計１２４、第１開閉部１３１、第２開閉部１３２が設けられている。第２流路１１２には、大気中ＣＯ２濃度測定器１２２が設けられている。
【００７７】
マウスピース１０２は、第１流路１１１の端部に設けられ、被検者２００から吐き出される呼気を第１流路１１１に導く。被検者２００によってマウスピース１０２から第１流路１１１に吐き出された呼気は、第１流路１１１のマウスピース１０２とは反対側に向かって、図６に示す矢印方向に流れる。
【００７８】
ＣＯ２濃度測定器１２１は、第１流路１１１に設けられ、第１流路１１１を流れる呼気中のＣＯ２濃度を測定する。
【００７９】
大気中ＣＯ２濃度測定器１２２は、例えばＮＤＩＲであり、測定セル１０１の外部に開放されている第２流路１１２を流通する大気中のＣＯ２濃度を測定する。なお、大気中ＣＯ２濃度測定器１２２は、第２流路１１２におけるＣＯ２濃度を測定可能であれば、測定方式は限定されない。ただし、ＣＯ２濃度測定器１２１によるＣＯ２濃度測定結果との比較等を行うために、大気中ＣＯ２濃度測定器１２２の測定方式は、ＣＯ２濃度測定器１２１と同じ測定方式であることが好ましい。
【００８０】
ガスセンサ１２３は、第１流路１１１において終末呼気中の特定ガス成分の濃度を測定する。
【００８１】
流量計１２４は、第１流路１１１を流れる呼気の流量を計測する。流量計１２４は、第１流路１１１を流れる呼気の流量を計測可能であれば、計測方式は限定されない。
【００８２】
第１開閉部１３１及び第２開閉部１３２は、例えば開閉するシャッタであり、それぞれ制御装置１５０から送信される開閉信号に応じて第１流路１１１を開閉する。第１開閉部１３１は、呼気の流通方向においてガスセンサ１２３の上流側に設けられている。また、第２開閉部１３２は、呼気の流通方向においてガスセンサ１２３の下流側に設けられている。第１開閉部１３１及び第２開閉部１３２は、それぞれ開閉することでガスセンサ１２３を含む測定領域における呼気の流通を開放又は遮断する。
【００８３】
なお、第１開閉部１３１及び第２開閉部１３２は、第１流路１１１における呼気の流通を開放又は遮断可能であれば、シャッタに限られるものではない。第１開閉部１３１及び第２開閉部１３２は、例えば制御装置１５０から送信される開閉信号に応じて開閉する電磁弁等であってもよい。
【００８４】
制御装置１５０は、ＣＯ２濃度測定器１２１、大気中ＣＯ２濃度測定器１２２、ガスセンサ１２３、流量計１２４、第１開閉部１３１、及び第２開閉部１３２に接続され、各部の動作を制御する。また、制御装置１５０は、表示部に各種情報を表示させるように表示装置１７０を制御する。
【００８５】
電源１６０は、制御装置１５０、表示装置１７０等の各部に電源を供給する。表示装置１７０は、例えば液晶ディスプレイ等であり、制御装置１５０に制御されて各種情報を表示する。
【００８６】
なお、終末呼気測定装置１２の構成は、本実施形態において例示される構成に限られない。例えば、測定セル１０１におけるＣＯ２濃度測定器１２１、ガスセンサ１２３、流量計１２４等の配置は、本実施形態とは異なってもよい。また、被検者２００から吐き出される呼気が流通する第１流路１１１には、呼気を除湿するためのフィルタ等が設けられてもよい。
【００８７】
＜制御装置の機能構成＞
次に、制御装置１５０の機能について説明する。図７は、第２の実施形態における制御装置１５０の機能構成を例示する図である。
【００８８】
図７に示されるように、制御装置１５０は、測定部１５１、駆動部１５２、濃度算出部１５３、測定値記憶部１５４、表示制御部１５５を有する。
【００８９】
測定部１５１は、ＣＯ２濃度測定器１２１、大気中ＣＯ２濃度測定器１２２、及び流量計１２４から測定値を取得する。また、測定部１５１は、ＣＯ２濃度測定器１２１によって測定される呼気中のＣＯ２濃度に基づいて、開閉信号を送信して第１開閉部１３１及び第２開閉部１３２を開閉させる。
【００９０】
測定部１５１は、駆動部１５２を制御してガスセンサ１２３を駆動させ、濃度算出部１５３によって算出される終末呼気における特定ガス成分の濃度を取得する。また、測定部１５１は、第１流路１１１におけるＣＯ２濃度、終末呼気における特定ガス成分の濃度等を表示制御部１５５に送信し、表示装置１７０に表示させる。
【００９１】
駆動部１５２は、終末呼気における特定ガス成分の濃度測定を実行する際にガスセンサ１２３を駆動させる。濃度算出部１５３は、終末呼気における特定ガス成分の濃度を算出し、測定部１５１に送信する。
【００９２】
測定値記憶部１５４は、ＣＯ２濃度測定器１２１によって測定されたＣＯ２濃度及びガスセンサ１２３によって測定された特定ガス成分の濃度を記憶する。
【００９３】
表示制御部１５５は、表示装置１７０の表示部１７１を制御し、測定部１５１から送信されるＣＯ２濃度や、終末呼気における特定ガス成分の濃度等を表示させる。
【００９４】
＜終末呼気測定処理＞
次に、終末呼気測定装置１２における終末呼気測定処理について説明する。図８は、実施形態における終末呼気測定処理のフローチャートを例示する図である。
【００９５】
本実施形態における終末呼気測定処理では、まずステップＳ２０１にて、ＣＯ２濃度測定器１２１が第１流路１１１においてＣＯ２濃度を測定する。また、ステップＳ２０２にて、大気中ＣＯ２濃度測定器１２２が第２流路１１２において大気中のＣＯ２濃度を測定する。第２流路１１２は測定セル１０１の外部に開放されているため、大気中ＣＯ２濃度測定器１２２によるＣＯ２濃度測定結果は、終末呼気測定装置１２の使用環境における大気中のＣＯ２濃度を示す。
【００９６】
次にステップＳ２０３にて、測定部１５１が、測定開始条件を満足しているか否かを判定する。測定部１５１は、例えば、ＣＯ２濃度測定器１２１及び大気中ＣＯ２濃度測定器１２２による各測定値の差分が所定値未満である場合に、測定開始条件を満足していると判定する。
【００９７】
例えば第１流路１１１に前回測定時の呼気が残留している場合には、第１流路１１１におけるＣＯ２濃度が大気中のＣＯ２濃度よりも高くなり、ＣＯ２濃度測定器１２１が被検者２００の呼気に含まれるＣＯ２濃度を精度良く測定できない可能性がある。このため、本実施形態における終末呼気測定処理では、第１流路１１１におけるＣＯ２濃度と第２流路１１２における大気中のＣＯ２濃度との差分が所定値未満になるまで、ステップＳ２０４以降における終末呼気測定は実行されないようになっている。
【００９８】
測定開始条件を満足した場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、終末呼気測定装置１２における測定が可能な状態となり、ステップＳ２０４以降の処理が実行される。ここで、例えば表示装置１７０の表示部１７１に、「マウスピースに呼気を吐き出して下さい」等といった案内が表示されてもよい。被検者２００は、例えば表示部１７１に表示される案内に従って、マウスピース１０２を咥えて呼気を吐き出す。
【００９９】
ステップＳ２０４では、流量計１２４が第１流路１１１を流通する呼気の流量を測定する。次にステップＳ２０５にて、測定部１５１が、流量計１２４により測定された流量と予め設定されている所定値とを比較する。測定された流量が所定値を超えた場合（ステップＳ２０５：ＹＥＳ）には、ステップＳ２０６に進む。
【０１００】
ステップＳ２０６にて、ＣＯ２濃度測定器１２１が第１流路１１１を流通する呼気のＣＯ２濃度を測定する。次にステップＳ２０７にて、測定部１５１が、ＣＯ２濃度測定器１２１によって測定されたＣＯ２濃度と予め設定されている閾値とを比較する。
【０１０１】
本実施形態では、ＣＯ２濃度測定器１２１によって測定されたＣＯ２濃度が４％を超えた場合（ステップＳ２０７：ＹＥＳ）に、被検者２００から吐き出された呼気が終末呼気であると判定されてステップＳ２０８以降の処理が実行される。
【０１０２】
なお、上記したＣＯ２濃度の閾値は、本実施形態において例示した値に限られるものではなく、適宜設定可能である。例えば、呼気が長く続かない被検者や肺機能が落ちている被検者は、上記したＣＯ２濃度の閾値や各所定時間の条件を満たすことが難しいため、このような場合には適宜設定を変更する。
【０１０３】
ステップＳ２０８では、第１開閉部１３１及び第２開閉部１３２が、測定部１５１から送信される開閉信号に応じて第１流路１１１を閉じ、ガスセンサ１２３を含む測定領域における呼気の流通を遮断する。第１開閉部１３１及び第２開閉部１３２により呼気の流通が遮断されることで、ガスセンサ１２３を含む測定領域は、ＣＯ２濃度が閾値を超えた終末呼気で満たされた状態となる。このように測定領域が終末呼気で満たされた状態で、ステップＳ２０９にて、ガスセンサ１２３による終末呼気における特定ガス濃度の測定が行われる。
【０１０４】
次にステップＳ２１０にて、測定部１５１が、ガスセンサ１２３により測定される特定ガス成分の濃度測定結果が一定になったか否かを判定する。測定部１５１は、例えば、測定された特定ガス成分の濃度が所定範囲内で所定時間以上推移した場合に、特定ガス成分の濃度測定結果が一定になったと判定する。また、測定部１５１は、このときの特定ガス成分の濃度の最大値を測定結果として取得する。なお、測定部１５１は、特定ガス成分の濃度測定結果が所定範囲内で推移している間における複数の測定結果の平均値を、特定ガス成分の濃度として取得してもよい。
【０１０５】
特定ガス成分の濃度測定結果が一定になった場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）には、ステップＳ２１１にて、測定部１５１が表示制御部１５５に特定ガス成分の濃度測定結果を送信し、表示装置１７０の表示部１７１に特定ガス成分の濃度を表示させる。
【０１０６】
本実施形態における終末呼気測定装置１２は、上記した終末呼気測定処理により、被検者２００から吐き出される終末呼気に含まれる特定ガス成分の濃度を測定する。
【０１０７】
例えば図５に示されるように被検者２００の呼気に含まれるＣＯ２濃度が測定された場合、ＣＯ２濃度が４％以上で被検者２００の呼気が終末呼気と判定され、特定ガス成分としてのアセトンの濃度測定が実行される。図５に示される測定結果では、ＣＯ２濃度が４％以上で推移している約５秒前後で、アセトン濃度が約０．５３ｐｐｂで一定となっている。測定部１５１は、このようにＣＯ２濃度が４％を超えた状態で、測定値が一定となったアセトン濃度を測定結果として取得する。
【０１０８】
例えば呼気中のＣＯ２濃度に関わらず特定ガス成分の濃度が一定となった場合に被検者２００の呼気が終末呼気であると判定すると、特定ガス成分の濃度を誤検出する可能性がある。このような方法では、例えば図５に示される測定結果のように、約２．５秒前後で死腔呼気において一時的に一定となったアセトン濃度（約０．１９ｐｐｂ）を終末呼気における測定結果としてしまう可能性がある。
【０１０９】
第２の実施形態における終末呼気測定装置１２では、呼気中のＣＯ２濃度が閾値を超えた場合に、被検者２００の呼気が終末呼気であると判定して特定ガス成分の濃度測定が実行される。したがって、上記したように死腔呼気における特定ガス成分の濃度を誤って検出することなく、終末呼気における特定ガス成分の濃度測定を高精度に行うことが可能になっている。
【０１１０】
なお、測定部１５１は、ＣＯ２濃度測定器１２１によって測定されたＣＯ２濃度が閾値を超えている間における特定ガス成分濃度の最大値を測定結果として取得してもよい。
【０１１１】
以上で説明したように、第２の実施形態における終末呼気測定装置１２は、被検者２００の呼気におけるＣＯ２濃度が閾値を超えた場合に、被検者２００の呼気が終末呼気であると判定して特定ガス成分の濃度測定を実行する。したがって、被検者２００の終末呼気における特定ガス成分の濃度を精度良く測定することが可能になっている。
【０１１２】
以上、実施形態に係る終末呼気測定装置及び終末呼気測定方法について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。
【符号の説明】
【０１１３】
８  ガス感知層
１０  吸着層
１１，１２  終末呼気測定装置
１０１  測定セル
１１１，１１２  流路
１２１  ＣＯ２濃度測定器
１２２  大気中ＣＯ２濃度測定器
１２３  ガスセンサ（ガス濃度測定器）
１２４  流量計
１２５  経路切替部
１３１，１３２  開閉部
１５０  制御装置
１５１  測定部
２００  被検者
【図１】
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【図２】
2017161263.tif 000004
【図３】
2017161263.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017161263.tif 000007
【図６】
2017161263.tif 000008
【図７】
2017161263.tif 000009
【図８】
2017161263.tif 000010