(57)【要約】管体１１の内部には、呼吸流量に応じて物理変化を生ずる可動部材１３が配置されており、管体１１と、ホルダ部とは着脱可能に構成されている。管体１１を口に当てて呼吸を開始すると、呼吸流量に応じて可動部材１３が撓む。そして、管体１１の外部に配置されたＣＣＤエリアセンサにより、管体１１を通して可動部材１３の画像データが取得され、撓み量が検出される。使用中の可動部材１３の撓み量に対応する流量データに基づいて、呼吸流量が算出される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる管体と、前記管体の内部に前記流体の流れの一部又は全部を遮断する方向に配置され、前記流体の流量に応じて物理変化を生ずる可動部材と、前記管体の外部に配置され、前記可動部材の物理変化量を非接触に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記可動部材の物理変化量に基づいて、前記流体の流量を算出する算出手段と、  を備えたことを特徴とする流量測定装置。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の流量測定装置において、前記可動部材を含む管体と、前記検出手段とは着脱可能に構成されていることを特徴とする流量測定装置。
【請求項３】
請求の範囲第１項に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、前記可動部材を透過又は反射した電磁波を検出することにより前記可動部材の物理変化量を検出することを特徴とする流量測定装置。
【請求項４】
請求の範囲第３項に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、ＣＣＤエリアセンサ、ＣＣＤラインセンサ、ＣＭＯＳエリアセンサ又はＣＭＯＳラインセンサであることを特徴とする流量測定装置。
【請求項５】
請求の範囲第１項に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、前記可動部材に対して音波を発し、前記可動部材を透過又は反射した音波を検出することにより前記可動部材の物理変化量を検出することを特徴とする流量測定装置。
【請求項６】
請求の範囲第５項に記載の流量測定装置において、前記音波は、超音波であることを特徴とする流量測定装置。
【請求項７】
請求の範囲第１項に記載の流量測定装置において、前記可動部材は、弾性体で構成されるか、又は弾性体と連結されていることを特徴とする流量測定装置。
【請求項８】
請求の範囲第１項に記載の流量測定装置において、前記可動部材の一端は、前記管体の内壁又はそれに連続する部位に固定されていることを特徴とする流量測定装置。
【請求項９】
請求の範囲第１項に記載の流量測定装置において、前記可動部材と、前記可動部材を含む管体とは、同類の樹脂素材で構成されていることを特徴とする流量測定装置。
【請求項１０】
請求の範囲第１項に記載の流量測定装置において、前記管体の内壁は、前記可動部材の物理変化による前記可動部材の端部の動きの軌跡に沿うように構成されていることを特徴とする流量測定装置。
【請求項１１】
請求の範囲第１項に記載の流量測定装置において、複数の可動部材が備えられ、前記複数の可動部材のそれぞれについて予め計測された物理変化量に対応する流量データを記憶する記憶手段を備え、
前記算出手段は、使用中の可動部材の物理変化量に対応する流量データに基づいて、前記流体の流量を算出することを特徴とする流量測定装置。
【請求項１２】
請求の範囲第１１項に記載の流量測定装置において、前記管体には前記複数の可動部材を個別的に識別するための識別情報が付されており、前記識別情報に基づいて前記可動部材の物理変化量に対応する流量データを特定するデータ特定手段を備えたことを特徴とする流量測定装置。
【請求項１３】
請求の範囲第１項に記載の流量測定装置において、前記算出手段は、前記管体の軸方向における流体の双方向の流れに対する流量を算出することを特徴とする流量測定装置。
【請求項１４】
請求の範囲第１項に記載の流量測定装置において、前記流体は少なくとも呼気と吸気の一つであることを特徴とする流量測定装置。
【請求項１５】
請求の範囲第１項に記載の流量測定装置において、前記管体の内部の前記可動部材の前後にフィルタを備えたことを特徴とする流量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が流れる流路における流体の流量を測定する流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
呼吸器疾患の検査には、ＣＴ（Computed Tomography）、Ｘ線撮影等を含む画像診断や血液検査と並んで、肺機能検査が重要な位置を占める。肺機能検査は、肺気腫、気管支喘息、気管支拡張症等、慢性の呼吸器疾患の場合には必ずといっていいほど行われる検査である。近年、ＣＯＰＤ（Chronic Obstructive Pulmonary Disease：慢性閉塞性肺疾患）が非常に注目されており、潜在患者数は数百万人とも言われているが、この疾患の検査でも肺機能検査は非常に重要である。その他、トレーニングジム等のメディカル・チェックにおいても、肺活量、１回換気量、１秒率、残気量等の測定が行われている。これらの検査に用いられるのが呼吸流量の測定装置である。【０００３】
呼吸流量測定装置としては、非分散赤外線分析法（ＮＤＩＲ法）により二酸化炭素濃度を測定する方式、熱線を用いる方式等がある。また、気体が流通する通路中の層流抵抗体の前後の差圧に基づいて流量を測定するニューモタコセンサも用いられている（例えば、特許文献１参照）。また、流路途中に設けられ呼気又は吸気を渦流とする一対の偏向部材の間に回転体を設け、この回転体が渦流によって回転する回転速度と回転方向に基づいて、呼吸流量及び流速を計測する呼吸流量・流速計測装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。    【０００４】
しかしながら、上記従来技術における流量測定装置は、装置構成が複雑であるため、高価な場合が多かった。【０００５】
一般に、生体から発せられる呼気には生体内に存在するウイルス等の微生物が含まれることが多く、空気感染性の疾患を保有する人が呼吸流量測定装置を用いた場合、呼気が通過する流路には感染源となる菌が存在するおそれがあった。このため、一度使用した測定装置のうち呼気が通過した部分は消毒を行うか、廃棄して新しい部材に取り替えて使用することが望ましい。しかし、測定の都度、消毒を行うことは非常に煩雑であるばかりでなく、消毒薬の消費及び廃棄に伴う経費も必要となる。一方、測定の都度、使用した部材を廃棄して新しい部材で測定する、いわゆるディスポーザブルにするためには、測定装置を安価に構成する必要があった。呼吸流量を測定するためのセンサや計測のための高価な部材が呼気の経路に使用された場合には、これを毎回廃棄するにはコストが高くなるという不都合があった。【０００６】
特許文献１に記載のように、通路中の層流抵抗体の前後の差圧を検出する流量計は、比較的安価に構成することが可能であるが、流体の流路中に圧力センサを備える必要があった。そのため、流体の主流路をディスポーザブルにした場合でも、圧力センサを備えた部分の流路については交換せずに使用することとなり、毒性や感染性のある流体を測定する場合には問題があった。
【特許文献１】特開平７−８３７１３号公報
【特許文献２】特開２０００−２９８０４３号公報
【発明の開示】
【０００７】
本発明は上記の従来技術における問題点に鑑みてなされたものであって、装置構成を単純化し、安価な流量測定装置を提供するとともに、安全性を確保することを課題とする。
【０００８】
上記目的を達成するための、本発明の一つの態様は、流体が流れる管体と、前記管体の内部に前記流体の流れの一部又は全部を遮断する方向に配置され、前記流体の流量に応じて物理変化を生ずる可動部材と、前記管体の外部に配置され、前記可動部材の物理変化量を非接触に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記可動部材の物理変化量に基づいて、前記流体の流量を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする流量測定装置にある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態における呼吸流量測定装置１００の概略構成図である。
【図２】（ａ）は、管体１１を軸方向に切断した縦断面図である。（ｂ）は、管体１１を径方向に切断した縦断面図である。
【図３】管体１１及びホルダ部１２を軸方向に切断した横断面図である。
【図４】ＰＣ２０の構成を示すブロック図である。
【図５】呼吸流量測定装置１００により実行される呼吸流量測定処理を示すフローチャートである。
【図６】（ａ）は、第２の実施の形態の呼吸流量測定装置における管体１１ａを軸方向に切断した縦断面図である。（ｂ）は、管体１１ａを径方向に切断した縦断面図である。
【図７】管体１１ｄ，１１ｅにフィルタ１５ａを取り付ける他の方法を示す図である。
【図８】（ａ）は、第３の実施の形態の呼吸流量測定装置における管体１１ｂを軸方向に切断した縦断面図である。（ｂ）は、呼吸が行われる際の管体１１ｂの断面図である。
【図９】第４の実施の形態の呼吸流量測定装置における管体１１ｃを軸方向に切断した縦断面図である。
【図１０】呼吸流量測定装置１００において測定した呼吸流量の測定結果を示すグラフである。
【図１１】呼吸流量測定装置１００において測定した呼吸流量の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１０】
１００  呼吸流量測定装置
１０  測定部
１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ  管体
１２  ホルダ部
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ  可動部材
１４  ＣＣＤエリアセンサ
１５  フィルタ
１６  軸
１７  スプリング
１８  スプリング
２０  ＰＣ
２１  ＣＰＵ
２２  操作部
２３  表示部
２４  データ入力部
２５  バーコード入力部
２６  ＲＯＭ
２７  ＲＡＭ
２８  記憶部
３０  バーコード読取手段
４０  バーコード
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の上記目的は、以下の構成によって達成される。
（１）流体が流れる管体と、前記管体の内部に前記流体の流れの一部又は全部を遮断する方向に配置され、前記流体の流量に応じて物理変化を生ずる可動部材と、前記管体の外部に配置され、前記可動部材の物理変化量を非接触に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記可動部材の物理変化量に基づいて、前記流体の流量を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする流量測定装置。
（２）項１に記載の流量測定装置において、前記可動部材を含む管体と、前記検出手段とは着脱可能に構成されていることを特徴とする流量測定装置。
（３）項１又は２に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、前記可動部材を透過又は反射した電磁波を検出することにより前記可動部材の物理変化量を検出することを特徴とする流量測定装置。
（４）項３に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、ＣＣＤエリアセンサ、ＣＣＤラインセンサ、ＣＭＯＳエリアセンサ又はＣＭＯＳラインセンサであることを特徴とする流量測定装置。
（５）項１又は２に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、前記可動部材に対して音波を発し、前記可動部材を透過又は反射した音波を検出することにより前記可動部材の物理変化量を検出することを特徴とする流量測定装置。
（６）項５に記載の流量測定装置において、前記音波は、超音波であることを特徴とする流量測定装置。
（７）項１〜６のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記可動部材は、弾性体で構成されるか、又は弾性体と連結されていることを特徴とする流量測定装置。
（８）項１〜７のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記可動部材の一端は、前記管体の内壁又はそれに連続する部位に固定されていることを特徴とする流量測定装置。
（９）項１〜８のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記可動部材と、前記可動部材を含む管体とは、同類の樹脂素材で構成されていることを特徴とする流量測定装置。
（１０）項１〜９のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記管体の内壁は、前記可動部材の物理変化による前記可動部材の端部の動きの軌跡に沿うように構成されていることを特徴とする流量測定装置。
（１１）項１〜１０のいずれか一項に記載の流量測定装置において、複数の可動部材が備えられ、前記複数の可動部材のそれぞれについて予め計測された物理変化量に対応する流量データを記憶する記憶手段を備え、前記算出手段は、使用中の可動部材の物理変化量に対応する流量データに基づいて、前記流体の流量を算出することを特徴とする流量測定装置。
（１２）項１１に記載の流量測定装置において、前記管体には前記複数の可動部材を個別的に識別するための識別情報が付されており、前記識別情報に基づいて前記可動部材の物理変化量に対応する流量データを特定するデータ特定手段を備えたことを特徴とする流量測定装置。
（１３）項１〜１２のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記算出手段は、前記管体の軸方向における流体の双方向の流れに対する流量を算出することを特徴とする流量測定装置。
（１４）項１〜１３のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記流体は呼気及び／又は吸気であることを特徴とする流量測定装置。
（１５）項１〜１４のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記管体の内部の前記可動部材の前後にフィルタを備えたことを特徴とする流量測定装置。【００１２】
次に、上記課題を解決する手段について詳しく説明する。【００１３】
上記課題を解決するために、項１に記載の装置は、流量測定装置において、流体が流れる管体と、前記管体の内部に前記流体の流れの一部又は全部を遮断する方向に配置され、前記流体の流量に応じて物理変化を生ずる可動部材と、前記管体の外部に配置され、前記可動部材の物理変化量を非接触に検出する検出手段と、前記検出手段により検出された前記可動部材の物理変化量に基づいて、前記流体の流量を算出する算出手段と、を備えたことを特徴とする。【００１４】
項２に記載の装置は、項１に記載の流量測定装置において、前記可動部材を含む管体と、前記検出手段とは着脱可能に構成されていることを特徴とする。【００１５】
項３に記載の装置は、項１又は２に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、前記可動部材を透過又は反射した電磁波を検出することにより前記可動部材の物理変化量を検出することを特徴とする。【００１６】
項４に記載の装置は、項３に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、ＣＣＤエリアセンサ、ＣＣＤラインセンサ、ＣＭＯＳエリアセンサ又はＣＭＯＳラインセンサであることを特徴とする。【００１７】
項５に記載の装置は、項１又は２に記載の流量測定装置において、前記検出手段は、前記可動部材に対して音波を発し、前記可動部材を透過又は反射した音波を検出することにより前記可動部材の物理変化量を検出することを特徴とする。【００１８】
項６に記載の装置は、項５に記載の流量測定装置において、前記音波は、超音波であることを特徴とする。【００１９】
項７に記載の装置は、項１〜６のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記可動部材は、弾性体で構成されるか、又は弾性体と連結されていることを特徴とする。【００２０】
項８に記載の装置は、項１〜７のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記可動部材の一端は、前記管体の内壁又はそれに連続する部位に固定されていることを特徴とする。【００２１】
項９に記載の装置は、項１〜８のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記可動部材と、前記可動部材を含む管体とは、同類の樹脂素材で構成されていることを特徴とする。【００２２】
項１０に記載の装置は、項１〜９のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記管体の内壁は、前記可動部材の物理変化による前記可動部材の端部の動きの軌跡に沿うように構成されていることを特徴とする。【００２３】
項１１に記載の装置は、項１〜１０のいずれか一項に記載の流量測定装置において、複数の可動部材が備えられ、前記複数の可動部材のそれぞれについて予め計測された物理変化量に対応する流量データを記憶する記憶手段を備え、前記算出手段は、使用中の可動部材の物理変化量に対応する流量データに基づいて、前記流体の流量を算出することを特徴とする。【００２４】
項１２に記載の装置は、項１１に記載の流量測定装置において、前記管体には前記複数の可動部材を個別的に識別するための識別情報が付されており、前記識別情報に基づいて前記可動部材の物理変化量に対応する流量データを特定するデータ特定手段を備えたことを特徴とする。【００２５】
項１３に記載の装置は、項１〜１２のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記算出手段は、前記管体の軸方向における流体の双方向の流れに対する流量を算出することを特徴とする。【００２６】
項１４に記載の装置は、項１〜１３のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記流体は呼気及び／又は吸気であることを特徴とする。【００２７】
項１５に記載の装置は、項１〜１４のいずれか一項に記載の流量測定装置において、前記管体の内部の前記可動部材の前後にフィルタを備えたことを特徴とする。【００２８】
次に本発明の効果について述べる。【００２９】
項１に記載の装置によれば、管体の内部に流体の流れの一部又は全部を遮断する方向に配置され、流体の流量に応じて物理変化を生ずる可動部材の物理変化量を、管体の外部に配置された検出手段により非接触に検出し、検出された可動部材の物理変化量に基づいて流体の流量を算出するので、装置構成が単純になり、安価な流量測定装置を提供することができる。また、検出手段が管体の外部に配置されているので、流量測定装置の使用毎に管体を消毒又は交換することが容易になり、毒性や感染性のある流体を扱う場合に安全性を確保することができる。【００３０】
項２に記載の装置によれば、可動部材を含む管体と、検出手段とが着脱可能に構成されているので、管体を簡単に交換することができ、毒性や感染性のある流体を扱う場合に安全性を確保することができる。【００３１】
項３に記載の装置によれば、可動部材を透過又は反射した電磁波を検出することにより可動部材の物理変化量を検出することができる。【００３２】
項４に記載の装置によれば、ＣＣＤエリアセンサ、ＣＣＤラインセンサ、ＣＭＯＳエリアセンサ又はＣＭＯＳラインセンサを用いて可動部材の物理変化量を検出することができる。【００３３】
項５に記載の装置によれば、可動部材に対して音波を発し、可動部材を透過又は反射した音波を検出することにより可動部材の物理変化量を検出することができる。【００３４】
項６に記載の装置によれば、超音波を検出することにより可動部材の物理変化量を検出することができる。【００３５】
項７に記載の装置によれば、可動部材は、弾性体で構成されるか、又は弾性体と連結されているので、流体の流量に応じて物理変化を生ずることができる。【００３６】
項８に記載の装置によれば、可動部材の一端は、管体の内壁又はそれに連続する部位に固定されているので、可動部材の一端を支点として物理変化を生ずることができる。【００３７】
項９に記載の装置によれば、可動部材と、可動部材を含む管体とは、同類の樹脂素材で構成されているので、使用後の処理が容易になる。【００３８】
項１０に記載の装置によれば、管体の内壁は、可動部材の物理変化による可動部材の端部の動きの軌跡に沿うように構成されているので、流量が多くなった場合に流量に対する可動部材の物理変化量が小さくなることを防ぐことができる。【００３９】
項１１に記載の装置によれば、複数の可動部材のそれぞれについて予め計測された物理変化量に対応する流量データを記憶手段に記憶させておき、使用中の可動部材の物理変化量に対応する流量データに基づいて流体の流量を算出するので、各可動部材に合わせて流量を算出することができる。【００４０】
項１２に記載の装置によれば、管体には複数の可動部材を個別的に識別するための識別情報が付されており、識別情報に基づいて可動部材の物理変化量に対応する流量データを特定するので、データの入力間違いを防ぎ、各可動部材に合わせて流量を算出することができる。【００４１】
項１３に記載の装置によれば、管体の軸方向における流体の双方向の流れに対する流量を算出するので、装置構成が単純になり、安価な流量測定装置を提供することができる。【００４２】
項１４に記載の装置によれば、呼気及び／又は吸気の流量を測定する流量測定装置の装置構成が単純になり、安価な流量測定装置を提供するとともに、安全性を確保することができる。【００４３】
項１５に記載の装置によれば、管体の内部の可動部材の前後にフィルタを備えることにより、流体中の塵等の浮遊物を遮るとともに、流体の局所的な流れを排除することができる。
［第１の実施の形態］
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。ただし、図示例に限定されるものではない。【００４４】
図１に、第１の実施の形態における呼吸流量測定装置１００の概略構成を示す。呼吸流量測定装置１００は、測定部１０と、ＰＣ（Personal Computer：パーソナルコンピュータ）２０と、バーコード読取手段３０と、から構成される。【００４５】
測定部１０は、管体１１及びホルダ部１２を備える。管体１１は、筒状の透明な樹脂で構成され、呼吸気が流れる流路を形成している。また、管体１１と、ホルダ部１２とは着脱可能に構成されている。ホルダ部１２とＰＣ２０とは、直接又はネットワークを介して接続されている。【００４６】
また、管体１１には、後述する可動部材１３を個別的に識別するための識別情報としてのバーコード４０が貼付されている。【００４７】
図２（ａ）は、管体１１を軸方向に切断した縦断面図であり、図２（ｂ）は、管体１１を径方向に切断した縦断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、管体１１の内部には、呼吸気の流れの一部を遮断する方向に可動部材１３が配置されており、可動部材１３の一端は管体１１の内壁に固定されている。可動部材１３は、可撓性を有する樹脂等の弾性体から構成されており、呼吸気の流量に応じて撓む。変形の度合いは可動部材１３の弾性力、変形による流路の開口度、気流の流れの変化等により決められる。弾性力は可動部材１３の厚みや形状、素材材質等により決まる。ただし、気流がある流量である場合には、それに対応する撓み量が一定であるように設定することが可能である。また、可動部材１３と、管体１１とは、同類の樹脂素材で構成されることが望ましい。ここで、同類とは、リサイクルマークとして同じマークを用いることができるものをいう。【００４８】
例えば、呼気の流量を測定する場合には、管体１１に呼気を吹き込むことにより、図２（ａ）の矢印ａ方向の空気の流れが生じる。この流れにより、可動部材１３が矢印ｂ方向に撓む。吸気の流量を測定する場合には、管体１１から吸気を吸い込むことにより、図２（ａ）の矢印ｃ方向の空気の流れが生じる。この流れにより、可動部材１３が矢印ｄ方向に撓む。この可動部材１３の物理変化量、すなわち撓み量を検出することにより、呼吸流量の測定が可能となる。なお、本発明において、物理変化とは、物体の形状の変形だけでなく、物体の移動又は回転等の変位も含むこととする。【００４９】
図３は、管体１１及びホルダ部１２を軸方向に切断した横断面図である。図３に示すように、ホルダ部１２には、透明な管体１１を通して可動部材１３を撮像するためのＣＣＤエリアセンサ１４が設けられている。ＣＣＤエリアセンサ１４は、可動部材１３の撓み量を光学的に検出する。【００５０】
図４に、ＰＣ２０の構成を示すブロック図を示す。図４に示すように、ＰＣ２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、操作部２２、表示部２３、データ入力部２４、バーコード入力部２５、ＲＯＭ（Read Only Memory）２６、ＲＡＭ（Random Access Memory）２７、記憶部２８を備える。ＰＣ２０は、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants：携帯端末）であってもよい。【００５１】
ＣＰＵ２１は、操作部２２から入力される各種指示に従って、ＲＯＭ２６に記憶されている各種プログラムの中から指定されたプログラムをＲＡＭ２７のワークエリアに展開し、上記プログラムとの協働によって各種処理を実行し、その処理結果をＲＡＭ２７の所定の領域に格納する。【００５２】
具体的には、ＣＰＵ２１は、バーコード読取手段３０により読み取られたバーコード情報に基づいて、記憶部２８に記憶されている可動部材１３の撓み量に対応する流量データを特定する。【００５３】
また、ＣＰＵ２１は、ＣＣＤエリアセンサ１４から出力される画像データを画像解析することにより得られた可動部材１３の撓み量に基づいて、呼吸気の流量を算出する。この時、ＣＰＵ２１は、バーコード情報に基づいて特定された可動部材１３の撓み量に対応する流量データに基づいて、呼吸気の流量を算出する。なお、呼気と吸気とでは可動部材１３の変位方向が逆であるため、管体１１の軸方向における双方向の流れに対する流量を算出することが可能である。【００５４】
操作部２２は、数字やアルファベット入力キー、各種キーを備えたキーボード及びマウス等のポインティングデバイスである。操作部２２は、キーボードのキーの押下による押下信号やマウスの操作による操作信号をＣＰＵ２１へ出力する。【００５５】
表示部２３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等を備えて構成され、操作手順や処理結果等を表示する。【００５６】
データ入力部２４は、ＣＣＤエリアセンサ１４から出力された画像データをＣＰＵ２１に出力する。【００５７】
バーコード入力部２５は、バーコード読取手段３０により管体１１に貼付されているバーコードから読み取られたバーコード情報をＣＰＵ２１に出力する。【００５８】
ＲＯＭ２６は、不揮発性の半導体メモリで構成される。ＲＯＭ２６は、ＣＰＵ２１により実行される各種プログラムやデータ等を記憶している。【００５９】
ＲＡＭ２７は、書き換え可能な半導体素子で構成される。ＲＡＭ２７は、データが一時的に保存される記憶媒体であり、ＣＰＵ２１が実行するためのプログラムを展開するためのプログラムエリア、操作部２２から入力されるデータやＣＰＵ２１による各種処理結果等を保存するためのデータエリア等が形成される。【００６０】
記憶部２８は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）を備えて構成され、複数の可動部材１３のそれぞれについて予め計測された各可動部材１３の撓み量に対応する流量データ、各可動部材１３に対応するバーコード情報等を記憶している。各可動部材１３の撓み量に対応する流量データは、予め計測された流量データを操作部２２又は計測器から直接入力し、記憶部２８に記憶させておく。【００６１】
バーコード読取手段３０は、管体１１に貼付されているバーコード４０（図１参照）からバーコード情報を読み取る。【００６２】
次に、第１の実施の形態における呼吸流量測定装置１００の動作について説明する。【００６３】
なお、動作説明の前提として、フローチャートに記述されている処理を実現するためのプログラムは、ＣＰＵ２１が読み取り可能なプログラムコードの形態でＲＯＭ２６に格納されており、ＣＰＵ２１は、当該プログラムコードに従った動作を逐次実行する。【００６４】
図５は、呼吸流量測定装置１００により実行される呼吸流量測定処理を示すフローチャートである。【００６５】
まず、バーコード読取手段３０により管体１１に貼付されているバーコード４０からバーコード情報が読み取られる（ステップＳ１）。バーコード情報は、記憶部２８に記憶される。【００６６】
次に、読み取られたバーコード情報に基づいて、記憶部２８に記憶されている流量データの中から、使用中の可動部材１３の撓み量に対応する流量データが特定される（ステップＳ２）。【００６７】
使用者が測定部１０を手に持ち、管体１１を口に当てて呼吸を開始すると、呼吸流量に応じて可動部材１３が撓む。ＣＣＤエリアセンサ１４により、管体１１を通して可動部材１３の画像データが取得され、撓み量が検出される（ステップＳ３）。そして、使用中の可動部材１３の撓み量に対応する流量データに基づいて、呼吸流量が算出される（ステップＳ４）。【００６８】
ここで、呼吸流量の測定が継続される場合には（ステップＳ５；ＹＥＳ）、ステップＳ３に戻る。呼吸流量の測定が継続されない場合には（ステップＳ５；ＮＯ）、表示部２３に呼吸流量の測定結果が表示される（ステップＳ６）。【００６９】
以上で、呼吸流量測定処理が終了する。【００７０】
第１の実施の形態によれば、管体１１の内部に呼吸気の流れの一部を遮断する方向に配置され、呼吸気の流量に応じて撓む可動部材１３の撓み量を、管体１１の外部に配置されたＣＣＤエリアセンサ１４により非接触に検出し、検出された可動部材１３の撓み量に基づいて呼吸気の流量を算出するので、装置構成が単純になり、安価な流量測定装置を提供することができる。また、ＣＣＤエリアセンサ１４が管体１１の外部に配置されているので、呼吸流量測定装置１００の使用毎に管体１１を消毒又は交換することが容易になり、毒性や感染性のある流体を扱う場合に安全性を確保することができる。【００７１】
また、可動部材１３を含む管体１１と、ホルダ部１２とが着脱可能に構成されているので、管体１１を簡単に交換することができ、感染性疾患の患者がいる場合にも使用者間の感染を防止し、安全性を確保することができる。【００７２】
また、可動部材１３と、可動部材１３を含む管体１１とを、同類の樹脂素材で構成することにより、使用後の処理が容易になる。呼吸流量測定装置１００は、呼吸流量を測定する際に用いるため、測定毎に可動部材１３を含む管体１１を交換することが望ましいが、交換後に管体１１を廃棄する際の扱いが容易になる。【００７３】
また、複数の可動部材１３のそれぞれについて予め計測された撓み量に対応する流量データを記憶部２８に記憶させておき、使用中の可動部材１３の撓み量に対応する流量データに基づいて呼吸気の流量を算出するので、各可動部材１３に合わせて流量を算出することができる。各管体１１に各可動部材１３を個別的に識別するためのバーコードを貼付することにより、バーコード情報に基づいて可動部材１３の撓み量に対応する流量データを特定することができるので、データの入力間違いを防ぐことができる。さらに、流量データに基づいて種々の演算処理を行い、各種のパラメータを算出したり、測定して得られた呼吸流量をデータベースに保存したりしてもよい。
［第２の実施の形態］
次に、本発明を適用した第２の実施の形態について説明する。【００７４】
第２の実施の形態における呼吸流量測定装置は、第１の実施の形態の管体１１及び可動部材１３に代えて、管体１１ａ及び可動部材１３ａを用いる構成としたものである。その他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図示及び説明を省略する。以下、第２の実施の形態に特徴的な構成について説明する。【００７５】
図６（ａ）は、第２の実施の形態の呼吸流量測定装置における管体１１ａを軸方向に切断した縦断面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＸ−Ｘ線で管体１１ａを径方向に切断した縦断面図である。第１の実施の形態では、管体１１の内部において可動部材１３の上部が固定されていたが、第２の実施の形態では、管体１１ａの内部において可動部材１３ａの下部が固定されている。また、図６（ｂ）に示すように、管体１１ａを径方向に切断した断面及び可動部材１３ａは四角形状を有する。【００７６】
また、図６（ａ）に示すように、管体１１ａの内壁は、可動部材１３ａの上部先端の動きの軌跡Ｌに沿うように、すなわち、可動部材１３ａの変形に伴う流路断面積の変化が小さくなるように構成されている。流路を形成する管体１１ａの断面積が一定の場合、呼吸流量が少ないときにはよいが、呼吸流量が多くなると、可動部材１３ａの変形により、急速に流路断面積が大きくなるため、可動部材１３ａにかかる力が小さくなり、流量に対する可動部材１３ａの撓み量が小さくなってしまう。【００７７】
例えば、図６（ａ）に示すように、呼吸が行われていない状態では、可動部材１３ａの上部と管体１１ａの内壁との間隔はｈ１であるが、流路を形成する管体１１ａの断面積が一定の場合には、可動部材１３ａが撓んだ状態では、可動部材１３ａの上部と管体１１ａの内壁との間隔はｈ２になる。可動部材１３ａが撓んだ状態での可動部材１３ａの上部と管体１１ａの内壁との間隔をｈ３にし、可動部材１３ａの変形に伴う流路断面積の変化を抑えることにより、可動部材１３ａの撓み量を精度良く計測することが可能となり、幅広い流量に対応することができる。【００７８】
また、図６（ａ）に示すように、管体１１ａの内部の可動部材１３ａの前後にはフィルタ１５が設けられている。気流に偏りがあると、可動部材１３ａに働く力に不均一さが生じ、流量に対する可動部材１３ａの動きにバラツキが生じる原因となるため、気流の局所的な流れを排除するために、整流の役目を果たすフィルタ１５を設けることが好ましい。また、空気中の浮遊物を体内に取り込まないためにも、フィルタ１５は有用である。フィルタ１５としては、面に微細孔を多数有するものを用いることができる。具体的には、樹脂フィルム等に穴を設けてもよいし、不織布等を用いることも好ましい。不織布は、塵等を含まず、安価でフィルタ効果が高く、特に好ましい。【００７９】
可動部材１３ａの撓み量をＣＣＤエリアセンサ１４により検出する方法、及び撓み量に基づいて呼吸流量を算出する方法については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。【００８０】
第２の実施の形態によれば、管体１１ａの内壁は、可動部材１３ａの変形による可動部材１３ａの端部の動きの軌跡Ｌに沿うように構成されているので、流量が多くなった場合に流量に対する可動部材１３ａの撓み量が小さくなることを防ぐことができる。【００８１】
また、管体１１ａの内部の可動部材１３ａの前後にフィルタ１５を備えることにより、気流中の塵等の浮遊物を遮るとともに、気流の局所的な流れを排除することができる。【００８２】
なお、図７に示すように、管体１１ｄと、管体１１ｄより１回り小さい管体１１ｅとの間に、フィルタ１５ａを挟み込むようにしてもよい。これにより、可動部材１３ｄを含む管体１１ｄを流れる呼吸気中の塵等を遮るとともに、気流の局所的な流れを排除することができる。
［第３の実施の形態］
次に、本発明を適用した第３の実施の形態について説明する。【００８３】
第３の実施の形態における呼吸流量測定装置は、第１の実施の形態の管体１１及び可動部材１３に代えて、管体１１ｂ及び可動部材１３ｂを用いる構成としたものである。その他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、同一の構成部分については同一の符号を付し、図示及び説明を省略する。以下、第３の実施の形態に特徴的な構成について説明する。【００８４】
図８（ａ）は、第３の実施の形態の呼吸流量測定装置における管体１１ｂを軸方向に切断した縦断面図である。図８（ａ）に示すように、球状の可動部材１３ｂは、その中心を通る穴に通された軸１６に沿って移動可能となっている。また、可動部材１３ｂは、弾性体としてのスプリング１７と連結されており、スプリング１７によって位置が決められている。【００８５】
呼吸が行われる際には、図８（ｂ）に示すように、管体１１ｂの内部で可動部材１３ｂが移動する。使用者が空気を吐き出す場合と、吸い込む場合とでは、管体１１ｂ内での空気の流れる方向が異なるため、可動部材１３ｂの移動方向により、管体１１ｂの軸方向における呼吸気の双方向の流れに対する流量の測定を行うことができる。【００８６】
ＰＣ２０の記憶部２８には、複数の可動部材１３ｂのそれぞれについて予め計測された可動部材１３ｂの変位量に対応する流量データ、各可動部材１３ｂに対応するバーコード情報等が記憶されている。【００８７】
可動部材１３ｂの変位量をＣＣＤエリアセンサ１４により検出する方法、及び変位量に基づいて呼吸流量を算出する方法については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。【００８８】
第３の実施の形態によれば、管体１１ｂの内部に配置され呼吸気の流量に応じて移動する可動部材１３ｂの変位量を、管体１１ｂの外部に配置されたＣＣＤエリアセンサ１４により検出し、検出された可動部材の変位量に基づいて呼吸気の流量を算出するので、装置構成が単純になり、安価な流量測定装置を提供することができる。また、可動部材１３ｂを含む管体１１ｂと、ホルダ部１２とが着脱可能に構成されているので、管体１１ｂを簡単に交換することができ、感染性疾患の患者がいる場合にも使用者間の感染を防止し、安全性を確保することができる。
［第４の実施の形態］
次に、本発明を適用した第４の実施の形態について説明する。【００８９】
第４の実施の形態における呼吸流量測定装置は、第１の実施の形態の管体１１及び可動部材１３に代えて、管体１１ｃ及び可動部材１３ｃを用いる構成としたものである。その他の構成は第１の実施の形態と同様であるので、同一の構成部分については同一の符号を付し、図示及び説明を省略する。以下、第４の実施の形態に特徴的な構成について説明する。【００９０】
図９は、第４の実施の形態の呼吸流量測定装置における管体１１ｃを軸方向に切断した縦断面図である。ここで、管体１１ｃの径方向の断面及び可動部材１３ｃは四角形状を有するものとする。図９に示すように、可動部材１３ｃは、その一端がスプリング１８に連結されており、管体１１ｃの内部に配置されている。可動部材１３ｃは、剛体からなり、呼吸流量に応じてスプリング１８を支点として回転可能である。したがって、可動部材１３ｃの変位を検出することにより、呼吸流量を算出することができる。【００９１】
図９において、可動部材１３ｃの長さをｒ、呼吸が行われていない状態での可動部材１３ｃの上部と管体１１ｃの内壁との間隔をｐ、可動部材１３ｃが角度θだけ傾いた場合の可動部材１３ｃの上部と管体１１ｃの内壁との間隔をｑとすると、ｑは下記式（１）で求められる。ｑ＝ｐ＋ｒ（１−cosθ）      （１）
式（１）で示されるように、可動部材１３ｃが傾く角度θが大きくなるにつれて、可動部材１３ｃの上部と管体１１ｃの内壁との間隔ｑが大きくなっていく。このように、流路を規制しない場合には、流速が増すにつれて可動部材１３ｃが流路を拡大する方向に変位し、可動部材１３ｃに働く応力は小さくなる。そのため、流路が拡大すると、流速が増加しても可動部材１３ｃに働く応力は小さくなり、可動部材１３ｃの変位の検出精度が悪くなってしまう。したがって、大きい流量も測定する必要がある場合には、管体１１ｃの内壁を可動部材１３ｃの変位による可動部材１３ｃの端部の動きの軌跡に沿うように、すなわち、流路の拡大を抑えるように設計すればよい。【００９２】
ＰＣ２０の記憶部２８には、複数の可動部材１３ｃのそれぞれについて予め計測された可動部材１３ｃの変位量に対応する流量データ、各可動部材１３ｃに対応するバーコード情報等が記憶されている。【００９３】
可動部材１３ｃの変位量をＣＣＤエリアセンサ１４により検出する方法、及び変位量に基づいて呼吸流量を算出する方法については、第１の実施の形態と同様であるため、説明を省略する。【００９４】
第４の実施の形態によれば、管体１１ｃの内部に配置され呼吸気の流量に応じて変位する可動部材１３ｃの変位量を、管体１１ｃの外部に配置されたＣＣＤエリアセンサ１４により検出し、検出された可動部材の変位量に基づいて呼吸気の流量を算出するので、装置構成が単純になり、安価な流量測定装置を提供することができる。また、可動部材１３ｃを含む管体１１ｃと、ホルダ部１２とが着脱可能に構成されているので、管体１１ｃを簡単に交換することができ、感染性疾患の患者がいる場合にも使用者間の感染を防止し、安全性を確保することができる。【００９５】
なお、上記各実施の形態における記述は、本発明に係る好適な流量測定装置の例であり、これに限定されるものではない。各部の細部構成及び細部動作に関しても本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。【００９６】
上記各実施の形態においては、管体の内部に配置された可動部材の物理変化量を、管体の外部からＣＣＤエリアセンサによって検出する例を説明したが、可動部材を透過、反射、吸収、散乱若しくは屈折した光、又は、透過、反射、吸収、散乱若しくは屈折しなかった光をＣＣＤエリアセンサ、ＣＣＤラインセンサ、ＣＭＯＳエリアセンサ、ＣＭＯＳラインセンサ、フォトマル（Photomultiplier：光電子増倍管）によって検出することとしてもよい。光学的に可動部材の物理変化量を検出する方法は装置構成として比較的安価に構成することができるので好ましい。可動部材の一部又は全体の画像を取得する方法を用いてもよいが、レーザ光等を照射して、反射する光の位置により可動部材の変位を検出する方法や、白色光を照射し、プリズムの原理で分光される光の波長を計測すること等によって変位を検出する方法を用いてもよい。【００９７】
また、電場や磁場の強さを測定する等、光以外の電磁波を検出することにより可動部材の物理変化量を検出することとしてもよい。流量測定装置が電磁波を発する発生源を備えていてもよいが、外光のように電磁波の発生源が流量測定装置外にある場合には、その必要はない。【００９８】
また、可動部材に対して音波を発し、可動部材を透過又は反射した音波を検出することにより可動部材の物理変化量を検出することとしてもよい。音波は、可聴領域の音に限らず、超音波であってもよい。【００９９】
また、上記各実施の形態では、透明な管体を用いることとしたが、管体は、可動部材の物理変化量を検出するために用いる電磁波又は音波を透過可能であればよい。【０１００】
また、可動部材の物理変化量を検出するための電磁波又は音波をパルス的に発生させることによって、時間分解能に対する検出精度を向上させることができる。例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いて可動部材の物理変化量を検出する際に、可動部材が動くことにより取得したデータがぶれてしまい、可動部材の物理変化量を検出しにくい場合には、短い時間間隔のパルス光を用いることにより、可動部材の物理変化量を精度良く検出することができる。【０１０１】
また、上記各実施の形態においては、呼吸気の流量を測定する装置について説明したが、測定対象となる流体は、他の流体であってもよい。可動部材を含む管体が装置の他の部分に対して着脱可能であるので、毒性や感染性のある流体を扱う場合に安全性を確保することができる。【０１０２】
また、上記各実施の形態においては、識別情報としてバーコードを用いた例について説明したが、その他の識別情報を用いることとしてもよい。【０１０３】
また、本発明における可動部材の素材や弾性率は、測定する流体の性質や測定する流量範囲により任意に選択することができる。呼吸流量を測定する場合は、呼気中に水分が含まれるため、水分により膨潤しない材質が好ましい。例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル等の樹脂や金属板バネが好ましく用いられる。【０１０４】
本発明の測定において、可動部材の断面積と流路の断面積の関係は測定可能範囲とその精度に影響を与える。目的に応じて任意に調整することが可能である。呼吸流量測定の場合、日本ＪＩＳ規格（Ｔ１１７０−１９８７）では測定可能範囲は０．３Ｌ〜１２．０Ｌとされている。この測定に適する流路は、断面積として４ｃｍ2〜１００ｃｍ2で、好ましくは５ｃｍ2〜２５ｃｍ2である。可動部材は、例えばＰＥＴを用いた場合には厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの弾性体が好ましく、より好ましくは０．２ｍｍ〜０．４ｍｍである。
＜実験例＞
図１０及び図１１に、第１の実施の形態に示した呼吸流量測定装置１００において測定した呼吸流量の測定結果を示す。可動部材１３をＣＣＤエリアセンサ１４により撮像して得られた画像データを画像解析することにより可動部材１３の撓み量を検出し、検出結果に基づいて流量を算出した結果Ｆを実線で示す。また、比較のために、従来使用されているスパイロメータを用いて同時に測定した流量の測定結果Ｇを破線で示す。図１０及び図１１において、横軸は時間（msec）、縦軸は流量（L/min）である。【０１０５】
呼吸流量測定装置１００における流量の測定結果Ｆと、従来のスパイロメータにおける流量の測定結果Ｇとを比較したところ、重相関関数で９７％の相関があった。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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2006062007.tif 000014
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