JPH03503498A - 呼吸状態診断とそのための装置 - 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】 本発明は呼吸状態の診断とそのための装置とに関する。

本発明は特に気管支炎の代替診断法とは異なり、かつ特に子供に係わる喘息の診 断のために主として今日まで考案され、かつ開発されてきた。従来の研究（１９ ７８年７月２９日号の英国医学会誌；　Ｂｒｔｉｓｋ　ｍｅｄｉｃａｌ。

Ｊｏｓｒｎａｌの３３１−３３２頁）では、子供の喘息の検出は不可能であって 、かつ診断が遅れる可能性があり、４才以下の特に就学前の児童においては気管 支炎と代りに診断されるのがその遅れの最も一般的な原因であることが示されて いる。この結果治療法が欠除したつ、抗生物質を不必要に使用することになる。

抗生物質が喘息に適しているのは稀れであり、その結果、高共鳴性気道に連がる 気管支をさらに痛める可能性がある。

従来のように聴診器を用いたり、さらに鍛近のピーク呼吸流＠ＰＦＲ，を測定す る器具を用いてもこの状態を満足に解明できない。例えば就学児童の場合、単純 な気管支炎は何らかの程度の気管支の筋肉のけいれんを必らずしも示すことな（ ＰＦＲの低下をもたらし、関連の機能障害の信号を出す可能性があり、就学前児 童の場合は反応が欠除して正確にＰＦＲをモニタすることができない。

呼吸音を示す電気信号を出力する変換器を用い、かつそのような信号を、対象の 機能障害の特性に関して分析する計器を用いることを含む方法により呼吸状態の 診断を向上させつると称する種々の提案がなされてきた。しかしながらこれらの 提案は定期的な診療上の効用を示す結果？もたらしていない。

本発明の目的はこの全体的な状況を改良することであり、この目的に対して、前 記の最後に述べた形態の方法に追従するが、吸気／呼気サイクルの少なくとも一 位相の開信号が効果的に連綬して提供され、信号分析が少な（とも約５　ＫＨ， までの範囲での周波数成分と、その成分の相対的強度とを示すスペクトルの形態 で行われる。

信号の提供と分析の組合せは１本発明の展開中１日常の診療のための効用に対し て過当な程度まで対応する結果を提供する上で必要なものであることが判明した 。同時に、この判明は同様の目的を有する従来技術の提案が何故に実際には満足 ｔものでなρ１つだかを示している。

例えは便乗技術による提案は、Ｉ３Ｉ！壁に対して変換器を各種の要領で適用し 、その結果呼吸音が約２　ＫＨｚまで減衰したつ、変換器からの信号が音圧レベ ルに応答して提供され音の周波数のスペクトルを示さず、信号の分析がｍ−のみ の呼吸音を示した。

本発明によれば、呼気音は呼気中の方が吸気中より一般的により顕著であるため 信号は呼気位相の間に有効に提供されることが好ましい。さらに、前記音は、呼 気が対象の信号特性を高める傾向があるので１強制的な呼気から発生する音であ ることが好ましい。

また、変換器は、身体の組Ｗ＆を通して音が伝達されることによっても著しい音 の減衰が無い程度まで呼吸音に対して効果的に直接応答するよう口の近くで適用 されることが好ましい。

本発明の前記の好適な局面のために、変換器は所定の形態のマウスピースに適当 に位置する。このマウスピースは、変換器を適正に位置させやすくすることは明 らかである。また、マウスピースを用いると、患者間、かつ同じ患者についても 別々の時点間の１診断状態を標準化させやすくすることができ１％に強制呼気の 場合は然りである。

信号分析は可視表示を提供することが好ましく、かつこれは時間と周波数とが２ 次元のプロットにおける各座標として作用すると共に１周波数成分の強度が、ａ 度。

色、あるいはディスプレイ中の別の座標として効果的に作用するような変化量な どの形で嵌わされるものであると仙台がよい。可視的な濃度の変動として強度が 表示される場合のように、ノイズに対して著しいレベルを示す所定の限界値を上 廻ったときのみ成分を表示することが適当である。

本発明を診断法に関してこのように重点的に述べてきたが本発明はこの方法を実 施する装置も同等に企図している。

いずれにしても、添付図面を参照し５例として提供した以下の詳記説明により本 発明を完全に理解することができる。

第１図は本発明により実施され、初期開発中に採用された装置の実施例を示す概 略図、および第２図から第９図までは第１図に示す装置を用いることにより得ら れた種々ディスプレイのプロットをそれぞれ示す図である。

第１図に示す装置はマウスピースｌＯと、テープレコーダ１２０入力側に接続可 能のマイクロフォン１１とを含む。テープレコーダの出力はアナログ−デジタル 変換器１３を介して％　１５で指示する記録プログラムにより制御されたコンピ ュータ１４の記憶装置へ供給される。

コンピュータに記憶されたデータの方は、１６で指示する分析プログラムにより 制御されてペンレコーダの形態のＸ−Ｙプロッタ１７へ供給される。

マウスピースは、ピーク呼気流緻計で使用されているような使い捨ての形態であ って、マイクロフォンはマウスピースからの呼気の近くであるが、その機上で： 求ない位置で使用する手侍ち型のものである。それ以上の開発としては１分離可 能の使い捨てマウスピースと共に使用するためにチューブ状計器の側壁において 小型のマイクロフォンあるいはその他の適当な電気音響変換器を組み入れること であり、前記計器は過当に掃除することができるようにされている。そのような 開発を変換器１１αを通して第１図に示す。

開発はまた専用のマイクロプロセッサ、あるいはより経済的には、マイクロフォ ンの出力を直接扱うための専用のノットウェアを備えた適当な市販されているパ ンコンを使用することな含んでもよい。

いずれにしても、−Ｑイクロフオンの出力は分析を含むコンピュータ処理のため にデジタル形態に変換され１分析はデータを時間ドメインから周波数ドメインへ 変換する高速フーリエ変換を伴う。特に、前記変換は、複数の近接間隔の一連の 瞬間の各々において、００−５ＫＨの範囲で複数の同様に近接間隔の一連の周波 数の各々におけるマイクロフォン出力の強度を示す信号を提供する。最後の信号 は、ノイズを示す所定のしきい値を上廻る程度までは、ペンレコーダに供給され て所謂Ｚプロットを提供する。このプロットはペーパーに沿って記憶された態様 で延びる複数のトレースな含み、トレースはペーパーを横切って順次隔置され、 Ｘ座像として秒単位の時間を示し、トレースはまたペーパな横切って順次隔置さ れＹ座像としてＫＨｇ単位の周波数ｆ１に：示し、各トレースは周波数成分の反 合に比例した振幅の横方向振動を含むことによって２座標として可視しつる濃度 変化を発生させる。

初期開発においては、前記の分析とプロットとは、強制呼気を含み、１．９５レ コードの呼吸時間に対して７２のトレースにより提供された。

第２図は通常の成人男子（４０才）についての前述のようなプロットを示す。意 義ある特性はプロットの全体の周波数範囲にわたって十分分配された比較的高ス ペクトルエネルギ帯が存在することであることが判る。これらの帯はプロットの 発生後水平方向の境界線を追加することにより識別され５時間軸の下方の別の矢 印の線が。

前記帯の発生した間の約０．５５の時間を示し、この時間は実際にはピーク呼気 時間を示す。前記帯は実際には振動の単純な器官モードの気管支ツリーの自然の 音響周波数に対応するよう計算され、前記帯は一連の呼気において常に繰り返さ れるものと判明した。

第３図から第５因までは、喘息を患った成人女子（３８才）に対する同様のプロ ットを示す。これらのプロットは、それぞれ、投薬の無い場合、エアゾールスプ レーを弁して気管支ツリー（「ｓａｌｂｓｇａｔｎｏＬＪ　）投与ｆｆ１２０分 。

およびそのような投薬の定常使用を行って２ケ月後の状況における呼気に関する ものである。

これらのプロットにおいて重ｇ１な特性は、第２図と比較して第３図においてス ペクトルエネルギ帯の顕著な低減？示しており、ＩＫＢｇと２．５ｆ＃ｇの近傍 において単に２つの帯が発生しており、これらの帯は強度の高いものである。第 ４因においては、これらの２つＱ％Ｆは強度は低減しているが、繰り返されてお ９１丁度４ＫＨｚの下方で別の帯が発生している。第５図においてはプロットは まだ第２図のそれと対比しうる。

これまで、これらのプロットの比較から得られる興味ある点は１周波数に関して スペクトルエネルギが上方ヘシフトすることに、喘息の状態の向上が関連してい ることである。このことは、喘息は高周波数のぜいぜいいう音を発生させるとい う一般に受は入れられている見解と対照的である力ξしかし実際に周波数シフト はダウンしている。このような理解は低周波数において息の音の強度が増大する ことから来ていることが判る。

また第３図から第５図までに示すプロットも繰返されるものであることが判明し ている。

第６図と第７図とは、第３図と第４図とに示すものに匹敵する状況下における喘 息の女子児童（９才）に対するプロットを示し、低周波数から高周波数へスペク トルエネルギが同様にシフトしている。これらのプロットも繰返される。弱い呼 気に対しても対応しうるようにするためにレコーダのゲインを増すことが過当で あることが判明したが、これは前記帯の相対的な性質に影響を与えないことに注 目すべきである。

残りの第８図と第９図とは、これも第３図と第４図のそれに対応する状況におい て、喘息と気管支炎を併発している成人男子（５８才）に対するプロットを示す 。患者の状態の中の喘息に係わる成分に影響な与えるが、気管支炎に係わる成分 に関する気管障害を反転させることのできない気管支拡張と密接に関係している 前述のプロットに対して類似性も相違性も有していることが判る。

このように、気管支拡張は第８図と比較して第９図においてスペクトル強度を低 減させているが、いずれの場合も１周波数範囲にわたって、高エネルギの分離し た帯を簡単に認めろことができない。

第２図から第９図までにより示された全体的な結果としては、喘息が存在してい ないか検出する上で、さらに喘息を気管支と区別する上で診断の援助が可能とな ることの明日な根拠を示している。

前述の説明においては、本発明を特に装置に関しては種々の態様で実施してよい ことが明らかにされた。第１図に示す装置は、息の音の特性と呼吸状態との間の 相関関係についての根拠をな″ｆ概念を過去におけるよりもさらに詳しく検討で きる柔軟性を提供するように選択したものである。その結果、そのような相関関 係が得られ、定常使用に適した装置を現在判明していることを基健に開発するこ とができ、そのような装置は専用装置とされその結果使用が簡素化され、かつ便 利さが倍加している。

そのような開発のある局面を示してきたが、他の可能性としては例えは、　、９ １！者による複数個の作動をディスプレイが考慮に入れる平均化機能の装備とか 、分析のための周波数範囲を広げるとかを含む。

符表平３−５０３４９８　（４） 特表平３−５０３４９８　（５） 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．喘息や気管支炎を含む呼吸器障害の診断において有用なデータを提供する方 法において、呼気／吸気サイクルの少なくとも１位相を通して延ひる呼吸の間効 果的に連続して患者からの呼吸音を示す電気信号を発生させ、その信号をスペク トル分析して少なくとも５ＫＨｚまでの範囲のその周波数取分と該成分の相対強 度を示すことを含むことを特徴とするデータを提供する方法。
2. ２．請求の範囲第１項に記載の方法において、前記信号が呼吸サイクルの呼気位 相の間発生することを特徴とするデータを提供する方法。
3. ３．請求の範囲第２項に記載の方法において、前記呼気位相が強制呼気であるこ とを特徴とするデータを提供する方法。
4. ４．請求の範囲第１項、第２項または第３項に記載の方法において、前記信号が 口の近傍において前記の音を検出することにより発生することを特徴とするチー タを提供する方法。
5. ５．請求の範囲第４項に記載の方法において、前記信号が、患者がそれを介して 呼吸するチューブ状器具に設けられたマイクロフォンあるいはその他の電気音響 変換器により発生することを特徴とするデータを提供する方法。
6. ６．請求の範囲第５項に記載の方法において、前記器具は患者が手持ちし、かつ 患者のための分離可能のマウスピースを含むことを特徴とするデータを提供する 方法。
7. ７．請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１項に記載の方法において、前 記分析により示される周波数成分が、そり座標がそれぞれ前記成分の周波数と発 生時間とをそれぞれ示す２次元の可視デイスプレイにおいて表示され、前記成分 の相対強度が前記デイスプレイにおけるカラー、コントラストあるいはその他の パラメータの変動により表示されることを特徴とするデータを提供する方法。
8. ８．請求の範囲第１項から第７項までのいずれか１項に記載の方法において、前 記信号が患者の一連の呼吸サイクルに対して繰返し発生され、かつ前記信号ある いはその成分か分析の前のあるいは分析に続く前記サイクルにおいて平均化され ることを特徴とするデータを提供する方法。
9. ９．請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１項に記載の方法を実施する装 置。
10. １０．それを通して患者か呼吸するチューブ状器具と、前記器具に設けられ且つ 呼気／吸気サイクルの少なくとも１つの位相を通して呼吸の間効果的に速続した 態様で前記患者からの呼吸音を示す電気信号を発生するように作動可能である変 換器を含む手段と、前記の発生手段に接続され、かつ少なくとも５ＫＨｚまでの 範囲における前記信号の周波数成分および該成分の相対強度を示すように前記信 号のスペクトル分析を行うように作動可能である手段と、 前記分析手段に接続されかつ前記成分の可視デイスプレイであつて、その座標が それぞれ周波数と時間とを示し、別のパラメータが前記強度を示すよう可変であ る二次元アレイの形態であるデイスプレイを提供するように作動可能である手段 とを含むことを特徴とする呼吸診断装置。