JPH01199122A - 臨床用ガス流量計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は臨床用ガス流量計測装置に関し、特に、パル
ス・ワイヤ流体流モニター装置または潮量モニター装置
に関する。

ニューモタコメータまたは風速計は呼吸ガスの瞬間流量
を測定する機械である。臨床環境では、これら器械は強
制呼息流量、最大中位呼息流量およびピーク流量を測定
するのでよく使用される（例えば、ｌ　ＥＥＥ・トラン
ス・ＢＭＥ、２７゜１０、における、プラント、Ｄ−１
とウエブスタ、Ｊ−Ｇの“呼吸流の超音波測定”参照）
。その器械が直接測定できるのは流量のみであるが、絶
対量変化は流量を積分して得られる。流量と容量とを組
合せることによって、“流れ容量ループも得られ、これ
は医者が気腫や喘息等肺および診断疾病に関する情報を
得る際きわめて有益である（例えば、プラントおよびウ
エブスタのロコ・ジット；ポロ・Ｗ、　Ｍの“ニューモ
タコグラフィ”、アクタ・アネス・スカンド、サブルメ
ントＸ１．１７１−１７８；ブス・Ｃ１他の“パルス超
音波エア流量計の設計と構造、ＩＥＥＥトランス、ＢＭ
Ｅ、３３．８；ハイアット、Ｒ，ＥおよびブラックＬ、
　　Ｆの“流量曲線”　：カレント・バースペクチブ０
呼息病のアメリカンレビュー、１０７参照）。

新生児をモニタするには、一般に、ダイナミック範囲が
０〜１００ｍ１／ｓ、デッドスペースが１．８ｍｌ以下
、および周波数応答が５０Ｈ２以上が適切とされている
。多（の適用において、流れ方向（すなわち、吸入また
は呼気）を知ることも必要である。これを知らせること
ができない器械もあり、それらには吸入と呼気とを識別
する一方弁が取り付けられている。ニューモタコグラフ
には種々の形式のものがあり、夫々利点と欠点があり、
臨床環境でもっとも普通に使用されているのは、クライ
ンのニューモタフグラフ、ライトの呼吸計および熱線風
速計である。

クラインのニューモタコグラフはガス流路に載置した狭
管束を有する。ガスがこれら管を通過すると、そこに、
流量に線状に関係する圧力降下が生ずる。この圧力降下
は流量単位で直接読取るよう校正された差圧変換器によ
り測定される。主な欠点は、流量と線状となる圧力降下
との関係で流れが層状でなければならないことが必要な
ことである。その結果、毎分１４リツトルまでの流量を
受入れるにはフローヘッドには８つの異なるサイズがあ
る。長期間使用するとセンサは、フローパターンに従っ
て精度を変える粘液が詰まる。クラインのニューモタコ
グラフの他の欠点はその粘度依存性である（例えば、プ
ラントおよびウェブスタのロコΦジット；ハイアットお
よびブラックのロコ・ジット；サリバン他の“ニューマ
タコグラフ：理論と臨床応用”、呼吸管理、２９．７を
参照）。

ライトの呼吸計は、回転速度が流量に関係するタービン
を呼吸路において流れを測定する。これは機械的慣性と
摩擦による誤差を生ずる（例えば、プラントおよびウエ
ブスタのロコ・シフト参照）。

熱線風速計は、物質に流れる冷気の通過によりその物質
の温度を流量による量だけ下げようとする原理にもとづ
いている（例えば、サリバン他のロコ・ジット参照）。

この原理にもとすく機械は肺内の空気温度をはるかにこ
える定温、例えば５０℃に加熱された塩タングステン線
を使用する。

呼吸気は線に流れ、高流量では、線温を一定に保つため
さらに電気エネルギが必要である。このエネルギは流量
と線状に関係しないで、特に、周囲温度、ガス速度およ
び比熱率と錯関係にある。上記欠点を抑制するには路線
状化を必要とする。これら線状化は普通、唯一の流量で
効果がある。さらにまた、これらセンサは本質的に一方
向性で測量を測定するには非実用的である。このような
センサにたいする考えうる変型は一方弁を使用して２方
向性とすることである。これは機械的装置で周波応答を
減する。

本発明は、少なくとも２本のパルスワイヤおよび少なく
とも２本のセンサ・ワイヤと、前記ワイヤは流体の流れ
に固定されており、熱をパルスワイヤに供給する手段と
、センサワイヤに達した熱パルスを検出、モニタする手
段と、連続パルス間の間隔を測定する手段と、センサワ
イヤでパルス開始とパルス検出間の間隔をｎ１定する手
段とを備える臨床用ガス流量計測装置に関する。

本発明の利点として、ガス組成と周囲温度とは独立であ
る；移動部品がないので応答時間が早い一流量の動的範
囲が広い；呼吸路にたいする抵抗が低い；きわめて軽く
コンパクトでデッドスペースが小さい等である。

特に、本発明は、２本の送信ワイヤ１０．１１とガス流
に垂直な同一面における２本の受信ワイヤとを備え、送
信ワイヤは受信ワイヤ対の両側にあり、各送信ワイヤは
その受信ワイヤの上流でかつ等間隔にされ、両者共ガス
流に平行な面にあることを特徴とする臨床用ガス流量計
測装置を提供する。

以下、本発明を図面について説明する。

添付図面第１図には、センサーヘッドからの情報を処理
するのに必要な回路の詳細が例示されている。また第２
図において、センサーヘッド１は２本の送信ワイヤ１０
．１１と、センサーワイヤ１２と、基準ワイヤ１３と、
受信ワイヤとを備える。例えば、７５μｓのパルスがパ
ルス発生器２により送信ワイヤ１０と１１に加えられる
。これらワイヤの周囲に熱シリンダが形成される。呼吸
サイクルにより左または右のいずれかに搬送される。

流れが第２図に示す方向にあると、１０は送信ワイヤで
、１２は受信ワイヤで、１３は基準ワイヤである。ワイ
ヤ１２と１３はホイーストンブリッジの２つのアームを
形成する。受信ワイヤは（送信ワイヤの直前に設けられ
るので）基準ワイヤ１３よりも高温となるので、その抵
抗はかなりの割合で変化する。他の方向で、ワイヤの役
割は変換されるので受信パルスは反転する（第３図参照
）。

受信ワイヤと基準ワイヤは気流に垂直な同一面にあるの
で、その抵抗は、ガスの内部温度が変化すれば同量だけ
変化する。これによりブリッジ出力は上記パラメータと
は別になる。

好ましくは、平滑板を流れ方向に平行して受信ワイヤ間
に設けて、受信ワイヤが、流れがさらに層状となる平滑
板の境界層にあるようにする。この実施例では、流れが
層状である範囲が増大される。一般にセンサーのいずれ
かの端部にメツシュがあり、接続管の形状とは別のセン
サーの内側にフローパターンを作り、これにより流れは
さらに均一となる。

送信パルスが開始されると、送信ワイヤは約５００℃の
温度になる。きわめて温潤な条件で、ワイヤが低温（す
なわち、パルスは送られていない）のとき、水は送信ワ
イヤに凝縮する。送信パルスが送られていると、水滴は
破壊しゃすくなり、金属部分をとり去り、ついに送信ワ
イヤを破壊させる。一般に、直流が各送信ワイヤに流れ
その温度を約７０℃に保って、送信ワイヤに水滴が形成
されないようにしている。さらに一般にセンサー全体を
約４５℃に加熱して水がセンサーの内側に凝縮したり、
フローパターンが変化しないようにしている。

好ましくは校正電位差計をセンサーに組入れて流量を両
方向に校正する。

送受信ワイヤはきわめて緊張させ高流量にたいする応答
を保持しなければなない。ワイヤの設置課題を容易にす
るため、ワイヤの一端はなるべくばねに固定しワイヤを
緊張させておくのに役立たせる。後でワイヤにグルーを
付して移動しないようにしておく。

器械自身は、出力が２本の受信ワイヤ間の温度差に比例
する差動増幅器を含む。この増幅器の出力は比較器に送
る。抵抗上昇の直前の基準レベルは呼吸ガスの温度に依
存し呼吸両ガス間に大きい温度差があるので、センサー
ワイヤの抵抗上昇を測定する比較器を前記基準レベルに
設定することが重要である。受信パルスが予想される直
前に、ベースラインがサンプル・ホールド回路によりサ
ンプルされ比較回路に現われ、これはマイクロコンピュ
ータ制御の一面である。比較器は受信信号をこの基準レ
ベルと連続的に比較し、受信パルスが正域値以上または
負域値以下の場合には、比較器は、パルスが正または負
の方向に達したとし、フライト時間に影響を及ぼすタイ
マーｔ２を停止する。

もう１つの回路５はインターフェース・エレクトロニク
スと連動する。

第５図はセンサーワイヤにおけるパルスワイヤ信号と対
応する検出信号とをグラフで示す。いずれかのパルスワ
イヤからのセンサーワイヤの電磁誘導により、受信信号
は不用誘発信号Ａと、センサーワイヤに達する熱パルス
より生ずる信号Ｂとにより構成される。タイミング装置
が２つあり、一方の装置７は送られる連続パルス間の実
時間ｔ１を測定し、他方の装置６はパルス送りとセンサ
ーワイヤにおけるパルスの検出間の時間ｔ２を測定する
。第５図のように、次のサンプルが開始される前に行わ
れる一連の計算、取扱いおよび表示ルーチンをさせる遅
延時間ｔ３がある。従って、サンプル上１間の時間はフ
ライト時間に等しい可変値で、ここでフライト時間は、
プログラミング時間ｔ３の量に加え、センサーワイヤに
達する電気的に発生した熱パルスのための時間、すなわ
ち、ｔ２である。そのため、体積流を評価する唯一の正
確な方法は、連続サンプルの開始間の時間ｔ１にわたり
サンプルで得られた流ｆｆｉ　（１／１２）を適用する
ことである。

一般に結果はつぎの詳細を示す表示装置９に表示される
； 流量−１／　ｔ　２　Ｘ定数、サンプル当り流れ体積−
ｔ　　ｘｉ／１２Ｘ定数、（最後の方向変化、前のイン
ストローク、アウトストローク体積以来の）蓄積体積、
潮流−インストロークとアウトストロークの平均、呼吸
速度、微小体積。

第４図に示すように、本器械は洩れ、すなわち、給気と
呼息の量差を評価するのに使用される。

洩れはつぎのように評価される。各呼吸中流量が定常値
に達するように、ベンチレータを毎分約１０呼吸する低
呼吸速度に設定する。漏れがなければ、流れ波形は第６
図に示すものに近づく。漏れがあると、フローパターン
は第７図に示すように変化する。０点で、肺内とベンチ
レータの圧力は等しく、肺内への流れはＯに落ち、０　
は吸気時中の洩れ流量である。同じことが呼息中にも云
え、すなわち、Ｑ　は呼息中の洩れ流量である（ＰＦＦ
Ｐが適用されなければＱ　はＯに落ちる。）洩れ流量が
全吸気、呼息サイクル中に変化しないとすると（これは
低呼吸速度で数パーセント内で真実である）、吸気中の
体積洩れはＬ吸気の体積洩れはＬ呼息−Ｑ　＊呼息時間
として計算される。アルベオラ測量（真測量）はアルベ
オラ測量１−測定吸気体積一り吸気または、アルベオラ
測量２−測定呼息体積＋Ｌ呼息として計算される。上記
２つの値の平均をとれば誤差が少なくなる。従って アルベオラ測量■（アルベオラ測量１＋アルベオラ潮量
２）／２、さらに、 １−各呼吸中の洩れ体積はＬ吸気＋Ｌ呼息である。

２−（Ｌ吸気＋Ｌ呼息）＊呼吸速度は微小洩れに等しい
。

ガス流が方向を変える地点で、計算流量に不調が生ずる
ことがある。これは、ガスの流れ方向の変化により高温
シリンダに２回目にガスを受信ワイヤに戻すためである
。その効果はきわめて短かい記録フライト時間またはき
わめて高い流量である。上記問題に対処するため、ソフ
トウェアで脱不調算法が実施される。ソフトウェアは３
つのサンプル（サンプル１讃現サンプル、サンプル２−
前サンプル、サンプル３−前サンプルの前のサンプル）
を連続的に保持する。サンプル２のサイズがサンプル１
また３よりも有意に大きく、流れが逆地点にありまたは
その方向を逆にしたばかりの場合には、サンプル２は流
れの方向によりサンプル３または１と交換される。

【図面の簡単な説明】

第１図は情報処理工程の電子回路図、第２図は第１図の
センサーヘッドの平面図、第３図は送受信ワイヤにおけ
る信号のグラフ図、第４図は本装置に生ずる洩れを示す
図、第５図はパルスワイヤおよびセンサーワイヤにおけ
る信号対時間を示すグラフ、第６図は洩れのない典型的
流れ波形を示す図、第７図は洩れのある典型的な流れ波
形を示す図である。 １・・・センサーヘッド、２・・・パルス発生器、５・
・・回路、６．７・・・タイミング装置、９・・・表示
装置。 図面の浄ＩＦ（内容に変更なし） Ｆｉｇ、２ Ｆｉｇ、７ 手続補正書 昭和６３年１１月　９日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２本の送信ワイヤ（１０、１１）とガス流に対し垂
   直な同一平面における２本の受信ワイヤ（１２、１３）
   とを備え、送信ワイヤは受信ワイヤ対の両側に設けられ
   、各送信ワイヤはその受信ワイヤの上流でかつ等間隔と
   され、共にガス流に平行な平面にあることを特徴とする
   臨床用ガス流量計測装置。 ２、ガス流に平行な平面における受信ワイヤ間に平滑板
   を位置させた特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ３、送信ワイヤに直流加熱手段を備える特許請求の範囲
   第１項または第２項に記載の装置。 ４、送受信ワイヤはセンサー手段に位置決めされて、加
   熱手段を備える特許請求の範囲第１項ないし第３項のい
   ずれかに記載の装置。 ５、送受信ワイヤはばね手段を備える特許請求の範囲第
   １項ないし第４項のいずれかに記載の装置。 ６、受信熱パルスの予想到着直前のベースライン温度差
   をサンプルする手段を設けた特許請求の範囲第１項ない
   し第５項のいずれかに記載の装置。 ７、吸気または呼息サイクルが開始して洩れを評価する
   直前の流量をサンプルする手段を設けた特許請求の範囲
   第１項ないし第６項のいずれかに記載の装置。