JP6727625B1 - 呼気検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検者の呼気に含まれる所定ガス分子の濃度測定にあたり、呼気の圧力および流量を一定範囲に維持することができる呼気検査装置を提供する。【解決手段】被検者の呼気が注入される注入口と、前記注入口に注入された呼気の圧力が所定圧力範囲内に属するように調整するための圧力調整ノズル２０と、前記圧力調整ノズル２０で圧力が調整された呼気を一定流量で後段に流す定流量吸引ポンプ５０と、前記定流量吸引ポンプ５０によって後段に流れてくる呼気に含まれる所定ガス分子の濃度を検出するガス濃度センサ６０と、前記ガス濃度センサ６０による検出結果に関する情報を出力する出力部７１と、を備えて、呼気検査装置１を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、呼気に含まれる所定ガス分子の濃度を検出可能な呼気検査装置に関する。

近年、医療の現場では、被検者の呼気に含まれる所定ガス分子の一種である一酸化窒素（ＮＯ）について、その濃度のモニタリングが行われることがある。呼気中のＮＯ濃度は、喘息状態等の身体異常を診断するための生体指標の一つとなるからである。具体的には、例えば、喘息患者は気道の炎症により気道上皮で大量のＮＯが産生されることから、呼気中のＮＯ濃度を検出することで、被検者の気道の炎症レベルを診断することが可能となる。

呼気中のＮＯ濃度の検出は、ＮＯモニタと呼ばれる呼気検査装置を用いて行われる。呼気検査装置としては、例えば、呼気の分析装置を通るガスサンプルの流量を、一つまたは二つのポンプによって制御するように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−３７００５号公報

ところで、ＮＯ濃度の検出結果は、ガスサンプルとなる呼気の圧力および流量に大きな影響を受ける。例えば、被検者の軟口蓋が開く程度に呼気の圧力が低くなると、呼気に鼻腔からの空気が流入してしまい、その影響がＮＯ濃度の検出結果にも及ぶため、その検出結果が気道の炎症レベルの診断に適さないものとなってしまう。また、ＮＯ濃度の検出には一定時間を要することが一般的であるため、例えば、呼気の流量が変動すると、時間当たりのＮＯ分子数量が変化してしまい、その影響がＮＯ濃度の検出結果にも及んでしまうおそれがある。つまり、ＮＯ濃度について有効な検出結果を得るためには、その検出中において、被検者の呼気の圧力および流量を一定に維持することが要求される。

その一方で、呼気の圧力および流量の大きさは、被検者による呼気の吐出態様に依存する。不特定多数の者が被検者となり得ることを踏まえると、一定の圧力および流量で呼気を吐出するように被検者に求めることは、現実的ではない。そのため、被検者の呼気中のＮＯ濃度の検出に際しては、呼気検査装置の側において、その被検者の呼気の圧力および流量を一定に維持するための構成を備えていることが望ましい。

しかしながら、従来構成の呼気検査装置では、呼気の圧力および流量の両方について、これらを一定に維持することが必ずしも容易ではない。例えば、特許文献１に開示された構成の装置では、ポンプを利用して流量を制御することが可能であっても、圧力については必ずしも適切に制御できるとは限らず、また圧力変動が流量制御に悪影響を及ぼしてしまうおそれもある。

本発明は、被検者の呼気に含まれる所定ガス分子の濃度検出にあたり、呼気の圧力および流量を一定範囲に維持することができる呼気検査装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために案出されたもので、
被検者の呼気が注入される注入口と、
前記注入口に注入された呼気の圧力が所定圧力範囲内に属するように調整するための圧力調整ノズルと、
前記圧力調整ノズルで圧力が調整された呼気を一定流量で後段に流す定流量吸引ポンプと、
前記定流量吸引ポンプによって後段に流れてくる呼気に含まれる所定ガス分子の濃度を検出するガス濃度センサと、
前記ガス濃度センサによる検出結果に関する情報を出力する出力部と、
を備える呼気検査装置である。

本発明によれば、被検者の呼気に含まれる所定ガス分子の濃度検出にあたり、呼気の圧力および流量を一定範囲に維持することができる。

本発明の一実施形態に係る呼気検査装置の概略構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る呼気検査装置における圧力調整ノズルの処理機能を例示する説明図であり、（ａ）は圧力調整ノズルでの呼気の流れの例を示す図、（ｂ）は圧力調整ノズルでの圧力変動の例を示す図である。

以下、図面に基づき本発明に係る呼気検査装置について説明する。

＜１．呼気検査装置の構成例＞
本実施形態で例に挙げて説明する呼気検査装置は、被検者の呼気に含まれる所定ガス分子の濃度を検出するように構成されたものである。さらに詳しくは、所定ガス分子の濃度として、喘息状態等の身体異常を診断するための生体指標の一つとなるＮＯの濃度を検出し、その検出結果を出力するように構成されたものである。
以下、呼気検査装置の構成例について説明する。

図１は、本実施形態に係る呼気検査装置の概略構成例を示すブロック図である。
図示した呼気検査装置１は、マウスピース１０と、圧力調整ノズル２０と、圧力センサ３０と、フィルタ４０と、定流量吸引ポンプ５０と、ガス濃度センサ６０と、表示部７１と、操作部７２と、制御部８０と、を備えて構成されている。

マウスピース１０は、被検者の呼気を採取するためのもので、被検者が口にくわえる筒状に形成されており、その筒端に被検者の呼気が注入される注入口（ただし不図示）を有して構成されている。マウスピース１０は、金属製、樹脂製、紙製のいずれであってもよいが、詳細を後述する圧力調整ノズル２０に対して着脱可能なディスポーザブル（使い捨て品）とすることが好ましく、その場合はコスト等の観点から樹脂製または紙製とするのがよい。本実施形態においては、製造の容易性やコスト等の観点から、例えば、ポリプロピレン等の樹脂材料の一体成型によって構成されている。

圧力調整ノズル２０は、マウスピース１０の注入口に注入された呼気を受け取って、その呼気の圧力が所定圧力範囲内に属するように調整するためのものである。所定圧力範囲については、詳細を後述する。
所定圧力範囲に調整するために、圧力調整ノズル２０は、注入口に注入された呼気を受け取って一時的に滞留させるバッファ空間と、その呼気の圧力が所定圧力範囲の上限値を超えないように調整するために当該呼気の一部をバッファ空間外に排気する固定排気穴２１と、を有して構成されている。固定排気穴２１は、予め設定された穴径で形成されているが、その穴径ついては詳細を後述する。
また、圧力調整ノズル２０におけるバッファ空間には、そのバッファ空間内の呼気の圧力が所定圧力範囲の下限値を下回らないように調整するために当該呼気の圧力を検出する圧力センサ３０が接続されている。

圧力センサ３０は、圧力調整ノズル２０におけるバッファ空間内の呼気の圧力を検出するものである。呼気の圧力を検出すると、圧力センサ３０は、その検出結果を電気信号によって制御部８０へ通知するように構成されている。このような圧力センサ３０としては、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を利用した小型ピエゾ抵抗式圧力センサを用いることが考えられるが、これに限定されることはなく、他の公知技術を利用して圧力検出を行う圧力センサを用いても構わない。

フィルタ４０は、圧力調整ノズル２０と定流量吸引ポンプ５０とを結ぶ呼気の流路上（すなわち、定流量吸引ポンプ５０よりも上流側）に配され、その流路を流れる呼気に含まれる水蒸気（水分）を除去するためのものである。このようなフィルタ４０としては、公知技術を利用して構成されたものを用いればよい。

定流量吸引ポンプ５０は、圧力調整ノズル２０で所定圧力範囲内に圧力が調整された呼気を、一定流量で、後段（具体的にはガス濃度センサ６０の側）に流すものである。一定流量の具体例については、詳細を後述する。
このような定流量吸引ポンプ５０としては、例えば、ダイヤフラム駆動方式の小型ローリングポンプを用いることが考えられる。その場合に、定流量吸引ポンプ５０は、呼気の圧力が所定圧力範囲内で変動しても、その影響によらずに一定流量で呼気を後段に流し得るようにすべく、ダイヤフラムを駆動する駆動モータの回転数制御により流量可変に対応するように構成されていることが好ましい。本実施形態において、定流量吸引ポンプ５０は、例えば、パルス幅変調（pulse width modulation、以下「ＰＷＭ」と略す。）制御による駆動モータの回転数制御に対応しているものとする。また、ＰＷＭ制御は、制御部８０からの電気信号（パルス信号）によって管理されるものとする。
なお、本実施形態では、定流量吸引ポンプ５０がダイヤフラム駆動方式の小型ローリングポンプである場合を例に挙げるが、必ずしもこれに限定されることはなく、一定流量での呼気の流れに対応するもの、さらに好ましくは圧力変動の影響を排除するための流量可変制御に対応し得るものであれば、他の公知技術を利用したポンプを用いても構わない。

ガス濃度センサ６０は、定流量吸引ポンプ５０によって後段に流れてくる呼気に含まれる所定ガス分子の濃度を検出するものである。さらに具体的には、所定ガス分子の濃度として、喘息状態等の身体異常を診断するための生体指標の一つとなるＮＯの濃度を検出するものである。ＮＯの濃度を検出すると、ガス濃度センサ６０は、その検出結果を電気信号によって制御部８０へ通知するように構成されている。このようなガス濃度センサ６０としては、例えば、電気化学式のＮＯセンサを用いることが考えられるが、これに限定されることはなく、他の公知技術を利用して濃度検出を行うガスセンサを用いても構わない。

表示部７１は、必要に応じて被検者または呼気検査装置１の操作者（例えば医療従事者）に対する情報を画面表示によって出力するものである。表示部７１が出力する情報には、例えば、呼気検査装置１の状態（例えば電源投入の有無等）に関する情報、圧力センサ３０による検出結果に関する情報、ガス濃度センサ６０による検出結果に関する情報等が含まれる。つまり、表示部７１は、これらの情報を出力する出力部の一例として機能するものである。このような表示部７１は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（electro luminescence）ディスプレイ等を用いて構成することができる。

操作部７２は、主として呼気検査装置１の操作者が操作するためのものである。操作部７２としては、例えば、各種の操作ボタン等を用いて構成することが考えられるが、タッチパネル等のように表示部７１と一体で構成されたものであってもよい。

制御部８０は、呼気検査装置１における処理動作を制御するもので、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の組み合わせからなるハードウエア資源を備えて構成されたものである。つまり、制御部８０は、マイクロコンピュータとしてのハードウエア資源を備えて構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、そのプログラム（ソフトウエア）とハードウエア資源とが協働して、呼気検査装置１の処理動作を制御するようになっている。

また、制御部８０は、ＣＰＵがプログラムを実行することにより、少なくとも出力制御部８１、圧力制御部８２および流量制御部８３として機能するようになっている。

出力制御部８１は、表示部７１での出力内容を制御する機能である。具体的には、出力制御部８１は、例えば、ガス濃度センサ６０による検出結果に関する情報を表示部７１に出力させるとともに、その際に当該出力に必要となる表示画像を形成することで表示部７１での表示出力を制御するようになっている。また、出力制御部８１は、例えば、圧力センサ３０による検出結果に関する情報を表示部７１に出力させるとともに、その際に当該出力に必要となる表示画像を形成することで表示部７１での表示出力を制御するようになっている。

圧力制御部８２は、マウスピース１０の注入口に注入された呼気の圧力を管理するための機能である。具体的には、圧力制御部８２には、例えば、所定圧力値に相当する第１閾値と、その第１閾値よりも低圧の圧力値に相当する第２閾値とが、それぞれ予め設定されている。そして、圧力センサ３０による検出結果が第１閾値を下回ると、圧力制御部８２は、表示部７１にアラーム情報を出力させるようになっている。表示部７１に出力させるアラーム情報は、圧力センサ３０による検出結果に関する情報の一例であり、その出力に必要となる表示画像が出力制御部８１によって形成される。また、圧力センサ３０による検出結果が第２閾値を下回ると、その圧力では高精度の濃度検出が行えないおそれがあるので、圧力制御部８２は、ガス濃度センサ６０による検出を停止させるようになっている。

流量制御部８３は、定流量吸引ポンプ５０が流す呼気の流量を管理するための機能である。具体的には、流量制御部８３は、例えば、圧力センサ３０による検出結果から認識可能な圧力調整ノズル２０での呼気の圧力変動に応じて、定流量吸引ポンプ５０の駆動モータの回転数を制御して、その定流量吸引ポンプ５０が流す呼気の流量を一定流量に維持するようになっている。なお、本実施形態において、流量制御部８３は、定流量吸引ポンプ５０の駆動モータの回転数を、例えば、ＰＷＭ制御によって行うものとする。

＜２．呼気検査装置の処理動作例＞
次に、上述した構成の呼気検査装置１における処理動作例について説明する。ここでは、呼気検査装置１における処理動作例として、呼気検査装置１を用いて被検者の呼気中のＮＯ濃度を検出する場合の処理動作を例に挙げる。

（呼気注入）
呼気検査装置１を用いて被検者の呼気中のＮＯ濃度を検出する場合には、先ず、操作部７２での所定操作により、呼気検査装置１を起動して、定流量吸引ポンプ５０が動作している状態にする。そして、起動状態の呼気検査装置１におけるマウスピース１０を被検者の口にくわえさせて、その状態で被検者に呼気を吐き出させることで、マウスピース１０の注入口に被検者の呼気を注入させる。これにより、被検者が吐く呼気は、マウスピース１０を介して、圧力調整ノズル２０のバッファ空間に流れ込むことになる。このとき、被検者が吐く呼気は、例えば、流量ＬがＬ＝５０ｍｌ／ｓｅｃ程度、圧力ＰがＰ＝５〜２０ｃｍＨ２Ｏ（水中センチメートル）程度である。

（圧力調整）
被検者の呼気が流れ込むと、圧力調整ノズル２０は、その呼気の圧力が所定圧力範囲内に属するようにする。具体的には、圧力調整ノズル２０において、呼気の圧力が所定圧力範囲の上限値を超えないように調整する処理を行う。また、圧力センサ３０および制御部８０の圧力制御部８２を利用しつつ、圧力調整ノズル２０において、呼気の圧力が所定圧力範囲の下限値を下回らないように調整する処理を行う。

以下、呼気の圧力を調整する処理について、上限値調整と下限値調整に分けて順に説明する。
図２は、本実施形態に係る呼気検査装置における圧力調整ノズルの処理機能を例示する説明図である。

（上限値調整）
圧力調整ノズル２０には、定流量吸引ポンプ５０との間を結ぶ流路が接続されているとともに、予め設定された穴径で形成された固定排気穴２１が設けられている。そのため、圧力調整ノズル２０では、図２（ａ）に示すように、マウスピース１０からの呼気ＥＸ１がバッファ空間に流れ込むと、そのうちの一部の呼気ＥＸ２が定流量吸引ポンプ５０による吸引動作に応じて流路を通じて定流量吸引ポンプ５０の側へ送られるとともに、そのうちの他部の呼気ＥＸ３が固定排気穴２１を通じてバッファ空間外に排気される。これにより、定流量吸引ポンプ５０の側へ送られる呼気ＥＸ２は、一定の圧力（すなわち、所定圧力範囲の上限値）を超えないように調整されるとともに、その流量についても一定の圧力を超えないように調整されることになる。

このとき、定流量吸引ポンプ５０の側へ送られる呼気ＥＸ２と、外部に排気される呼気ＥＸ３とについて、それぞれの圧力割合および流量割合は、固定排気穴２１の穴径に依存する。固定排気穴２１の穴径は、以下に説明するように設定されているものとする。

例えば、マウスピース１０からの呼気ＥＸ１の流量をＬ、その圧力をＰ、固定排気穴２１の穴面積をＳ、呼気の流動抵抗係数（固定値）をρ、定流量吸引ポンプ５０による呼気の吸引流量をＬｐとすると、以下に示す（１）式の関係が成り立つ。

呼気流量Ｌ＝呼気圧Ｐ×（穴面積Ｓ／流動抵抗係数ρ）＋吸引流量Ｌｐ・・・（１）

（１）式の両辺を時間微分すると、以下に示す（２）式のようになる。

ｄＬ／ｄｔ＝Ｓ／ρ×ｄＰ／ｄｔ＋０・・・（２）

（２）式によれば、穴面積Ｓが大きくなると、呼気圧Ｐの変動により発生する呼気の流速変動が大きくなることがわかる。つまり、ガス濃度センサ６０による濃度検出の結果を安定させるためには、呼気の流速変動を抑制する必要があることから、固定排気穴２１の穴面積Ｓを小さくするほうが有利であるといえる。

ここで、上述した（１）式を変形すると、以下に示す（３）式のようになる。

穴面積Ｓ＝流動抵抗係数ρ×（呼気流量Ｌ−吸引流量Ｌｐ）／呼気圧Ｐ・・・（３）

（３）式によれば、定流量吸引ポンプ５０による吸引流量Ｌｐを差し引くことで、当該吸引流量Ｌｐを導入しない場合に比べて、固定排気穴２１の穴面積Ｓを小さくできることがわかる。つまり、定流量吸引ポンプ５０の後段に定流量吸引ポンプ５０を配置することで、当該定流量吸引ポンプ５０がない場合に比べると、固定排気穴２１の穴面積Ｓを小さくすることができる。このことは、固定排気穴２１の穴面積Ｓを一意に決定する当該固定排気穴２１の穴径が、定流量吸引ポンプ５０による吸引流量Ｌｐの設定値を踏まえた上で、その設定値に基づいて設定され得ることを意味しているといえる。

以上のことを踏まえつつ、本実施形態において、固定排気穴２１の穴径は、例えば、マウスピース１０からの呼気ＥＸ１の流量を「１」とした場合に、固定排気穴２１から排気される呼気ＥＸ３の流量が「１／３〜２／３程度」となるように、その大きさを設定することが考えられる。このように設定されていれば、マウスピース１０からの呼気ＥＸ１の一部が呼気ＥＸ３として固定排気穴２１から排気されるので、定流量吸引ポンプ５０の側へ送られる呼気ＥＸ２は、その圧力が所定圧力範囲の上限値を超えないように調整されることになる。また、呼気ＥＸ２については、マウスピース１０からの呼気ＥＸ１の圧力、流量に対する依存関係の大きさを低減できるようになる。

具体的には、図２（ｂ）に示すように、例えば、マウスピース１０からの呼気ＥＸ１の圧力が予め設定された所定圧力範囲の上限値Ｐ１を超える場合があっても、呼気ＥＸ１の一部が呼気ＥＸ３として固定排気穴２１から排気されるので、定流量吸引ポンプ５０の側へ送られる呼気ＥＸ２については、上限値Ｐ１を超える分が削減されて（図中ハッチング部参照）、その圧力が所定圧力範囲内に属するように調整されることになる。

所定圧力範囲の上限値Ｐ１は、定流量吸引ポンプ５０が流量可変を行う際に当該定流量吸引ポンプ５０で対応可能な調整範囲の上限値に応じて規定されるものとする。つまり、呼気ＥＸ２の圧力変動が定流量吸引ポンプ５０での流量可変制御に影響を及ぼし得ることから、流量制御部８３からの指示に従って定流量吸引ポンプ５０が流量可変を行う際に当該定流量吸引ポンプ５０で対応可能な調整範囲の上限値内に収まるように（すなわち、呼気ＥＸ２の圧力変動等が定流量吸引ポンプ５０での対応可能調整範囲から外れないように）、呼気ＥＸ２の圧力変動の上限値Ｐ１が規定される。このことからも、固定排気穴２１の穴径は、定流量吸引ポンプ５０による流量設定値を踏まえた上で、その設定値に基づいて設定され得るといえる。

以上のように、圧力調整ノズル２０では、呼気ＥＸ１の一部を呼気ＥＸ３として排気する固定排気穴２１を有することで、マウスピース１０の注入口から注入された呼気ＥＸ１が呼気ＥＸ２として定流量吸引ポンプ５０の側へ送られる際には、その呼気ＥＸ２の圧力が所定圧力範囲の上限値Ｐ１を超えないように調整される。なお、所定圧力範囲の上限値Ｐ１の一具体例としては、定流量吸引ポンプ５０の仕様等によっても変わり得るが、呼気ＥＸ１の圧力ＰがＰ＝５〜２０ｃｍＨ２Ｏ程度であるのに対して、例えば、Ｐ１＝１７〜２０ｃｍＨ２Ｏ程度とすることが考えられる。

なお、上限値Ｐ１に関する調整のために圧力調整ノズル２０に設けられた固定排気穴２１は、逆止弁としての機能を有して構成されたものであってもよい。固定排気穴２１が逆止弁としての機能を有していれば、圧力調整ノズル２０内への外気の逆流が生じてしまうことがない。そのため、圧力調整ノズル２０での圧力調整が確実かつ的確なものとなる。また、外気に含まれる雑菌等の侵入も防げるので、衛生面でも非常に好ましいものとなる。

（下限値調整）
また、被検者の呼気が流れ込む圧力調整ノズル２０には、バッファ空間内の呼気の圧力を検出する圧力センサ３０が接続されている。圧力センサ３０は、呼気ＥＸ１が圧力調整ノズル２０のバッファ空間に流れ込むと、そのバッファ空間内の呼気の圧力を検出して、その検出結果を制御部８０へ通知する。なお、圧力センサ３０による圧力検出は、呼気検査装置１でのＮＯ濃度検出が終了するまで、例えば所定周期毎に継続して行うものとする。

圧力センサ３０による検出結果を受け取ると、制御部８０では、その都度、受け取った検出結果を圧力制御部８２が第１閾値または第２閾値と対比する。具体的には、圧力制御部８２は、先ず、圧力センサ３０による検出結果を第１閾値と対比して、その検出結果が第１閾値を下回るか否かを判断する。そして、圧力センサ３０による検出結果が第１閾値を下回る場合には、続いて、その検出結果を第２閾値と対比して、その検出結果が第２閾値を下回るか否かを判断する。

第１閾値は、圧力調整ノズル２０にて調整する所定圧力範囲の下限値に相当する値に設定されているものとする。したがって、圧力制御部８２は、第１閾値との対比により、圧力センサ３０による検出結果が所定圧力範囲の下限値を下回るか否かを判断することになる。

この判断の結果、圧力センサ３０による検出結果が所定圧力範囲の下限値を下回っていなければ、圧力制御部８２は、そのまま圧力センサ３０による圧力検出を継続して行わせる。
一方、圧力センサ３０による検出結果が所定圧力範囲の下限値を下回ると判断した場合、圧力制御部８２は、その旨のアラーム情報を出力するように、出力制御部８１に依頼する。そして、出力制御部８１は、圧力制御部８２からの依頼を受けて、アラーム情報の出力に必要となる表示画像を形成し、その表示画像を表示部７１に出力させる。なお、アラーム情報を出力する表示画像の具体的な態様については、被検者が認識し得るものであれば、特に限定されるものではない。
これにより、呼気を吐出している被検者に対して、アラーム情報の出力により呼気の圧力が弱いことを認識させ、呼気の吐出力を強めるように注意喚起を促すことができる。その結果として、被検者が呼気の吐出力を強めれば、マウスピース１０からの呼気ＥＸ１の圧力が上昇するので、これに伴って、定流量吸引ポンプ５０の側へ送られる呼気ＥＸ２は、その圧力が所定圧力範囲の下限値を下回らないように調整されることになる。

具体的には、図２（ｂ）に示すように、例えば、マウスピース１０からの呼気ＥＸ１の圧力が予め設定された所定圧力範囲の下限値Ｐ２を下回る場合には、そのことを検出する圧力センサ３０での検出結果に基づいて圧力制御部８２がアラーム情報の出力を表示部７１に行わせるので、これに応じて被検者が呼気の吐出力を強めることで、定流量吸引ポンプ５０の側へ送られる呼気ＥＸ２について、下限値Ｐ２を下回る分が圧力増大されて（図中網点部参照）、その圧力が所定圧力範囲内に属するように調整されることになる。

所定圧力範囲の下限値Ｐ２は、被検者の軟口蓋が開かない程度の圧力値に規定されるものとする。つまり、例えば、被検者の軟口蓋が開いてしまうと、呼気に鼻腔からの空気が流入してしまい、適切なＮＯ濃度検出が行えないおそれが生じてしまうため、このような事態が生じない程度の圧力値に下限値Ｐ２が規定される。なお、軟口蓋が開かない程度の圧力値は、一般に、５〜１５ｃｍＨ２Ｏ程度である。

また、所定圧力範囲の下限値Ｐ２は、定流量吸引ポンプ５０が流量可変を行う際に当該定流量吸引ポンプ５０で対応可能な調整範囲の下限値に応じて規定されるものとする。つまり、呼気ＥＸ２の圧力変動が定流量吸引ポンプ５０での流量可変制御に影響を及ぼし得ることから、流量制御部８３からの指示に従って定流量吸引ポンプ５０が流量可変を行う際に当該定流量吸引ポンプ５０で対応可能な調整範囲の下限値内に収まるように（すなわち、呼気ＥＸ２の圧力変動等が定流量吸引ポンプ５０での対応可能調整範囲から外れないように）、呼気ＥＸ２の圧力変動の下限値Ｐ２が規定される。

さらに、所定圧力範囲の下限値Ｐ２（すなわち、第１閾値の設定値）は、ガス濃度センサ６０におけるＮＯ濃度の検出性能についても考慮して規定されていることが好ましい。具体的には、ガス濃度センサ６０においてＮＯ濃度の検出を適切に行える圧力範囲を下回らないように、下限値Ｐ２が規定されていることが考えられる。

以上のように、圧力調整ノズル２０では、圧力センサ３０での検出結果および圧力制御部８２による制御処理を利用することで、マウスピース１０の注入口から注入された呼気ＥＸ１が呼気ＥＸ２として定流量吸引ポンプ５０の側へ送られる際には、その呼気ＥＸ２の圧力が所定圧力範囲の下限値Ｐ２を下回らないように調整される。なお、所定圧力範囲の下限値Ｐ２の一具体例としては、定流量吸引ポンプ５０の仕様等によっても変わり得るが、呼気ＥＸ１の圧力ＰがＰ＝５〜２０ｃｍＨ２Ｏ程度であるのに対して、例えば、Ｐ２＝６〜８ｃｍＨ２Ｏ程度とすることが考えられる。

また、圧力制御部８２は、圧力センサ３０による検出結果が所定圧力範囲の下限値を下回ると判断した場合、上述したアラーム情報の出力制御を行うことに加え、その検出結果を第２閾値と対比して、その検出結果が第２閾値を下回るか否かを判断する。

第２閾値は、上述した第１閾値よりも低圧の圧力値に相当するもので、ガス濃度センサ６０におけるＮＯ濃度の検出に支障が生じ得る程度の低圧値に設定されているものとする。したがって、圧力制御部８２は、第２閾値との対比により、ガス濃度センサ６０におけるＮＯ濃度の検出に支障が生じ得るか否かを判断することになる。第２閾値の一具体例としては、ガス濃度センサ６０の仕様等によっても変わり得るが、呼気ＥＸ１の圧力ＰがＰ＝５〜２０ｃｍＨ２Ｏ程度であるのに対して、例えば、第２閾値＝５〜６ｃｍＨ２Ｏ程度とすることが考えられる。

この判断の結果、圧力センサ３０による検出結果が第２閾値を下回る場合、ガス濃度センサ６０でのＮＯ濃度の検出を適切に行えないおそれがあることから、圧力制御部８２は、ガス濃度センサ６０によるＮＯ濃度の検出を停止させる。これにより、ガス濃度センサ６０が不正確なＮＯ濃度検出を行ってしまうことを未然に回避することができる。

（水分除去）
圧力調整ノズル２０で所定圧力範囲内に圧力が調整された呼気ＥＸ２は、定流量吸引ポンプ５０の側へ送られる過程でフィルタ４０を通過する。そのため、呼気ＥＸ２は、定流量吸引ポンプ５０に到達するときには、水蒸気（水分）が除去された状態となる。このように、定流量吸引ポンプ５０の上流側でフィルタ４０が水分除去を行なえば、呼気ＥＸ２に含まれる水分が定流量吸引ポンプ５０の動作に悪影響を及ぼしてしまうことを未然に回避することができる。

（流量調整）
フィルタ４０で水分除去された呼気ＥＸ２は、定流量吸引ポンプ５０の吸引動作によって、ガス濃度センサ６０の側に送られる。このとき、定流量吸引ポンプ５０は、呼気ＥＸ２を一定流量で後段（すなわち、ガス濃度センサ６０の側）に流すように吸引動作を行う。つまり、呼気ＥＸ２は、定流量吸引ポンプ５０で一定流量に調整された状態で、ガス濃度センサ６０の側に送られることになる。

呼気ＥＸ２を一定流量に調整するのは、以下の理由による。ガス濃度センサ６０でのＮＯ濃度検出には、所定期間（例えば、２０〜３０秒程度）を要することが一般的である。そのため、ＮＯ濃度検出を高精度に行うためには、所定期間が経過するまでの間、ＮＯ濃度の検出対象となる呼気ＥＸ２を、流量変動がなく、かつ、必要十分な流量で、ガス濃度センサ６０に供給することを要する。このことから、定流量吸引ポンプ５０は、一定流量に調整するように吸引動作を行いつつ、呼気ＥＸ２をガス濃度センサ６０の側に流すのである。

定流量吸引ポンプ５０による一定流量は、ガス濃度センサ６０でのＮＯ濃度検出に必要十分な流量となるように設定されるものとする。一定流量の一具体例としては、ガス濃度センサ６０の仕様等によっても変わり得るが、呼気ＥＸ１の流量ＬがＬ＝５０ｍｌ／ｓｅｃ程度であるのに対して、例えば、１５〜３０ｍｌ／ｓｅｃ程度のうちのいずれかの値とすることが考えられる。

ところで、定流量吸引ポンプ５０での流量調整は、その定流量吸引ポンプ５０に流れ込む呼気圧力の影響を受け得る。そのため、本実施形態において、定流量吸引ポンプ５０は、ダイヤフラムを駆動する駆動モータの回転数制御により流量可変に対応するように構成されている。これにより、定流量吸引ポンプ５０に流れ込む呼気圧力が変動しても、その影響によらずに、定流量吸引ポンプ５０が呼気ＥＸ２を一定流量で後段に流せるようになっている。

具体的には、定流量吸引ポンプ５０での流量調整にあたり、制御部８０において、流量制御部８３が圧力センサ３０による圧力検出結果を監視している。そして、流量制御部８３は、圧力センサでの検出結果である圧力値を基に、制御部８０に設定されているテーブルであって圧力値とパルス幅の対応関係を規定したテーブルを参照しつつ、定流量吸引ポンプ５０の駆動モータに印加するパルス幅を可変させる。これにより、定流量吸引ポンプ５０では、流れ込む呼気圧力が変動しても、後段に流す呼気ＥＸ２の流量に変動が生じることなく、その流量を一定に維持することができるようになる。

特に、本実施形態においては、定流量吸引ポンプ５０での流量調整に先立って、圧力調整ノズル２０での圧力調整が行われている。つまり、定流量吸引ポンプ５０に流れ込む呼気ＥＸ２は、圧力が所定圧力範囲内に属するように、その圧力が調整されている。したがって、定流量吸引ポンプ５０での流量調整にあたり、呼気ＥＸ２の圧力変動が定流量吸引ポンプ５０での対応可能調整範囲から外れてしまうことがないので、その定流量吸引ポンプ５０において、ガス濃度センサ６０の側に流す呼気ＥＸ２の流量を、確実に一定流量に維持することができる。

しかも、本実施形態において、流量制御部８３は、一定流量に維持するための駆動制御を、定流量吸引ポンプ５０の駆動モータに印加するパルス幅を可変させるＰＷＭ制御によって行う。ＰＷＭ制御は、負荷変動に対する応答性能を高められる。したがって、ＰＷＭ制御による駆動制御（すなわち、駆動モータの回転数制御）を行なえば、優れた応答性が得られるので、ガス濃度センサ６０の側に流す呼気ＥＸ２の流量を一定流量に維持する上で非常に有用なものとなる。

（ＮＯ濃度検出）
定流量吸引ポンプ５０が流量調整を行いつつ呼気ＥＸ２を後段に流すと、ガス濃度センサ６０には、ＮＯ濃度の検出対象となる呼気ＥＸ２が、一定流量で（すなわち、流量変動のない状態で）送られてくる。定流量吸引ポンプ５０からの呼気ＥＸ２を受け取ると、ガス濃度センサ６０は、その呼気に含まれるＮＯ濃度の検出を行う。ＮＯ濃度の検出手法については、公知技術を利用したものであればよく、ここでの説明を省略する。

ＮＯ濃度の検出にあたり、ガス濃度センサ６０には、圧力調整ノズル２０での圧力調整を経た後の呼気ＥＸ２が流れてくる。そのため、ＮＯ濃度の検出対象となる呼気ＥＸ２には、被検者の鼻腔からの空気が流入してしまうことがない。これにより、ガス濃度センサ６０でのＮＯ濃度検出の適切化が図れ、その検出結果が被検者の気道の炎症レベルの診断に適したものとなる。

また、ＮＯ濃度の検出にあたり、ガス濃度センサ６０には、定流量吸引ポンプ５０による流量調整を経た後の呼気ＥＸ２が流れてくる。そのため、ＮＯ濃度の検出対象となる呼気ＥＸ２は、ＮＯ濃度検出中の流量変動が抑制されたものとなる。これにより、ガス濃度センサ６０でのＮＯ濃度検出の適切化が図れ、その検出結果が高精度で、かつ、信頼性が高いものとなる。

呼気ＥＸ２に含まれるＮＯ濃度の検出を行うと、ガス濃度センサ６０は、その検出結果を制御部８０に通知する。そして、制御部８０では、ガス濃度センサ６０から受け取った検出結果の出力に必要となる表示画像を形成し、その表示画像を表示部７１に出力させる。これにより、表示部７１は、ガス濃度センサ６０による検出結果に関する情報を表示出力することになる。

表示部７１が表示出力を行うと、その表示出力内容を視認する呼気検査装置１の操作者（例えば医療従事者）は、被検者の呼気中のＮＯ濃度を把握して、喘息状態等の身体異常の有無を診断することができるようになる。

また、表示部７１が表示出力を行うと、呼気検査装置１は、装置起動からの上述した一連の処理動作を終了する。ただし、一連の処理動作を行っている間、圧力センサ３０は圧力調整ノズル２０のバッファ空間内の呼気の圧力を検出しており、制御部８０はその圧力センサ３０による検出結果を監視している。そして、圧力センサ３０による検出結果が第１閾値を下回り、さらに第２閾値をも下回った場合には、制御部８０では、圧力制御部８２がガス濃度センサ６０によるＮＯ濃度検出を停止させる。したがって、被検者による呼気が低圧すぎてＮＯ濃度検出を適切に行えないおそれがある場合には、ガス濃度センサ６０によるＮＯ濃度検出が自動的に停止させることになるので、ガス濃度センサ６０が不正確なＮＯ濃度検出を行ってしまうことを未然に回避することができる。

＜３．本実施形態の効果＞
本実施形態によれば、以下に述べる一つまたは複数の効果を奏する。

（ａ）本実施形態では、被検者の呼気の圧力が所定圧力範囲内に属するように圧力調整ノズル２０が圧力調整を行い、圧力調整がされた呼気を一定流量で後段に流すように定流量吸引ポンプ５０が流量調整を行い、定流量吸引ポンプ５０によって後段に流れてくる呼気に含まれるＮＯ濃度をガス濃度センサ６０が検出するように、呼気検査装置１が構成されている。したがって、かかる呼気検査装置１を用いれば、被検者の呼気中のＮＯ濃度検出にあたり、呼気の圧力および流量の両方について適切に制御することができる。
例えば、ガス濃度センサ６０でのＮＯ濃度検出に要する所定期間（例えば、２０〜３０秒程度）が経過するまでの間、呼気を一定の圧力および流量で安定させるように被検者に要求することは現実的ではない。ただし、その場合であっても、本実施形態で説明したように、呼気検査装置１の側において圧力調整ノズル２０での圧力調整を経ることで、例えば被検者の鼻腔からの空気が呼気ＥＸ２に流入するといったことがなくなるので、ガス濃度センサ６０でのＮＯ濃度検出の適切化が図れ、その検出結果が被検者の気道の炎症レベルの診断に適したものとなる。また、呼気検査装置１の側において定流量吸引ポンプ５０による流量調整を経ることで、ＮＯ濃度検出中における呼気ＥＸ２の流量変動が抑制されるので、ガス濃度センサ６０でのＮＯ濃度検出の適切化が図れ、その検出結果が高精度で、かつ、信頼性が高いものとなる。
しかも、本実施形態においては、定流量吸引ポンプ５０での流量調整に先立って、圧力調整ノズル２０での圧力調整が行われる。つまり、被検者による呼気ＥＸ１の圧力変動および流量変動の影響を圧力調整ノズル２０で極力排除した後に、定流量吸引ポンプ５０による流量調整を行うようになっている。したがって、ガス濃度センサ６０の側に流す呼気ＥＸ２について、その流量を確実に一定流量に維持することができる。このことは、呼気ＥＸ２の圧力についても同様である。つまり、本実施形態においては、ＮＯ濃度検出の対象となる呼気ＥＸ２の圧力および流量を一定に維持することができ、これによりガス濃度センサ６０によるＮＯ濃度検出の適切化が図れるようになる。
以上のように、本実施形態で説明した呼気検査装置１を用いれば、被検者の呼気中のＮＯ濃度検出にあたり、被検者による呼気の吐出態様の影響を排除しつつ当該呼気の圧力および流量を適切に一定範囲に維持することができ、これにより高精度で、かつ、信頼性が高いＮＯ濃度の検出結果を得ることができる。

ちなみに、上述した本実施形態による効果は、圧力調整ノズル２０での圧力調整と定流量吸引ポンプ５０による流量調整との組み合わせによって得られるもので、当該圧力調整と当該流量調整とのいずれか一方のみでは実現が困難である。
例えば、呼気に対する圧力調整のみでは、ガス濃度センサに流れる呼気の流量変動を抑制できないため、そのガス濃度センサでのＮＯ濃度検出に悪影響が及ぶおそれがある。
また、例えば、呼気に対する流量調整のみでは、圧力については必ずしも適切に制御できるとは限らず、また圧力変動が流量制御に悪影響を及ぼしてしまうおそれもある。このことは、特許文献１に開示された構成の装置を利用して流量を制御する場合が相当する。
これらに対して、本実施形態で説明した呼気検査装置１では、圧力調整ノズル２０での圧力調整と定流量吸引ポンプ５０による流量調整とを組み合わせ、しかも当該流量調整に先立って当該圧力調整を行うようにすることで、上述した効果が得られるのである。

（ｂ）本実施形態では、ガス濃度センサ６０が、被検者の呼気に含まれる所定ガス分子の濃度として、ＮＯ濃度の検出を行う。したがって、ガス濃度センサ６０によるＮＯ濃度の検出結果を把握することで、例えば、被検者の気道の炎症レベルを診断することが可能となる。つまり、喘息状態等の身体異常の有無を診断する上で非常に好適なものとなり、医療の現場で用いて非常に有用である。

（ｃ）本実施形態では、圧力調整ノズル２０が有する固定排気穴２１を利用して、当該圧力調整ノズル２０での圧力調整を行う。したがって、マウスピース１０からの呼気が所定圧力範囲の上限値Ｐ１を超えないようにするのにあたり、その圧力調整を固定排気穴２１という非常に簡素な構成によって行うことができる。

（ｄ）特に、本実施形態では、定流量吸引ポンプ５０が吸引動作を行う際の一定流量に基づいて、固定排気穴２１の穴径が設定されている。したがって、固定排気穴２１という非常に簡素な構成であっても、確実かつ適切に圧力調整ノズル２０での圧力調整を行うことができる。

（ｅ）本実施形態では、圧力センサ３０での検出結果に基づいて、圧力調整ノズル２０での圧力調整を行う。したがって、圧力調整ノズル２０での圧力調整にあたり、マウスピース１０からの呼気が所定圧力範囲の下限値Ｐ２を下回らないようにすることができる。しかも、その際に、表示部７１でのアラーム情報の出力を利用して被検者に注意喚起を促すので、被検者が容易に状況を把握することができ、その結果として被検者にとって使い易いものとなる。

（ｆ）特に、本実施形態では、圧力センサ３０による検出結果が第１閾値を下回ると表示部７１にアラーム情報を出力させ、当該検出結果が第２閾値を下回るとガス濃度センサ６０による検出を停止させる。このように、二段階の閾値を用意しておくことで、呼気が所定圧力範囲の下限値Ｐ２を下回らないように圧力調整を行いつつ、ガス濃度センサ６０でのＮＯ濃度の検出を適切に行えない程度に呼気の圧力が低下した場合には、ガス濃度センサ６０が不正確なＮＯ濃度検出を行ってしまうことを未然に回避することができる。

（ｇ）本実施形態では、定流量吸引ポンプ５０が駆動モータの回転数制御により流量可変に対応するようになっているので、定流量吸引ポンプ５０に流れ込む呼気圧力が変動しても、その影響によらずに、後段に流す呼気の流量を一定に維持することができる。したがって、ガス濃度センサ６０には一定流量に維持された（すなわち、流量変動が抑制された）呼気が流れてくることになり、高精度で、かつ、信頼性が高いＮＯ濃度の検出結果を得る上で非常に有用なものとなる。

（ｈ）特に、本実施形態では、呼気を一定流量に維持するための定流量吸引ポンプ５０の駆動制御をＰＷＭ制御によって行うので、優れた応答性が得ることができ、ガス濃度センサ６０の側に流す呼気を一定流量に維持する上で非常に有用なものとなる。

（ｉ）本実施形態では、定流量吸引ポンプ５０の上流側でフィルタ４０が水蒸気（水分）を除去するので、呼気に含まれる水分が定流量吸引ポンプ５０の動作に悪影響を及ぼしてしまうことを未然に回避することができる。

＜４．変形例等＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

上述の実施形態では、ガス濃度センサ６０による検出結果に関する情報等を表示部７１で出力する場合（すなわち、表示部７１が情報出力を行う出力部の一例である場合）について説明したが、本発明がこれに限定されることはない。例えば、情報出力を行う出力部は、有線または無線の通信回線を介して、当該通信回線上の外部装置に情報を出力するように構成されたものであってもよい。

また、上述の実施形態では、ガス濃度センサ６０でＮＯ濃度を検出する場合について説明したが、本発明がこれに限定されることはなく、他の種類の所定ガス分子の濃度を検出する場合であっても、全く同様に本発明を適用することが可能である。

１…呼気検査装置、１０…マウスピース、２０…圧力調整ノズル、２１…固定排気穴、３０…圧力センサ、４０…フィルタ、５０…定流量吸引ポンプ、６０…ガス濃度センサ、７１…表示部、７２…操作部、８０…制御部、８１…出力制御部、８２…圧力制御部、８３…流量制御部

Claims (8)

1. 被検者の呼気が注入される注入口を有するマウスピースと、
   前記マウスピースの前記注入口に注入された呼気の圧力が所定圧力範囲内に属するように調整するための圧力調整ノズルと、
   前記圧力調整ノズルで圧力が調整された呼気を一定流量で後段に流す定流量吸引ポンプと、
   前記定流量吸引ポンプによって後段に流れてくる呼気に含まれる所定ガス分子の濃度を検出するガス濃度センサと、
   前記ガス濃度センサによる検出結果に関する情報を出力する出力部と、
   を備え、
   前記圧力調整ノズルは、予め設定された穴径で形成された固定排気穴を有しており、前記注入口に注入された呼気のうちの一部を前記定流量吸引ポンプの側へ送るとともに、当該呼気のうちの他部を前記固定排気穴から排気することで、前記定流量吸引ポンプの側へ送る呼気の圧力が前記所定圧力範囲の上限値を超えないように調整する
   呼気検査装置。
2. 前記所定ガス分子が一酸化窒素である
   請求項１に記載の呼気検査装置。
3. 前記固定排気穴は、前記一定流量に基づいて設定された穴径で形成されている
   請求項１または２に記載の呼気検査装置。
4. 前記固定排気穴の穴径は、前記マウスピースからの呼気の流量を１とした場合に、前記固定排気穴から排気される呼気の流量が１／３〜２／３となるように、その大きさが設定されている
   請求項１から３のいずれか１項に記載の呼気検査装置。
5. 前記圧力調整ノズルは、前記注入口に注入された呼気の圧力が前記所定圧力範囲の下限値を下回らないように調整するために当該呼気の圧力を検出する圧力センサと接続されており、
   前記出力部は、前記圧力センサによる検出結果に関する情報を出力するように構成されている
   請求項１から４のいずれか１項に記載の呼気検査装置。
6. 前記圧力センサによる検出結果が所定の第１閾値を下回ると前記出力部にアラーム情報を出力させ、当該検出結果が所定の第２閾値を下回ると前記ガス濃度センサによる検出を停止させるように構成された圧力制御部
   を備える請求項５に記載の呼気検査装置。
7. 前記定流量吸引ポンプは、駆動モータの回転数制御により流量可変に対応するように構成されており、
   前記圧力調整ノズルでの圧力変動に応じて前記駆動モータの回転数を制御して前記一定流量を維持するように構成された流量制御部を備える
   請求項１から６のいずれか１項に記載の呼気検査装置。
8. 前記定流量吸引ポンプおよび前記流量制御部は、パルス幅変調制御による前記駆動モータの回転数制御を行うように構成されている
   請求項７に記載の呼気検査装置。

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