JPH10186A - 呼気中の特定ガス成分を分析する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被験者が排出する呼気を、臨床検査にける検
体として用いる場合において、大気の混入が予想される
死腔（気道空間）部分の呼気を確実に排除するととも
に、定量性を高めるために呼気サンプルの秤量を精度よ
く確実に行なえる構造簡単な呼気中の特定ガス成分分析
装置を提供する。 【解決手段】 被験者が、マウスピースから吹き込んだ
呼気を計量しながら自然に排出する呼気排出経路と、秤
量した呼気サンプルを非選択性のガスセンサで分析する
呼気測定経路及び演算処理装置から構成される。比較的
多量の呼気サンプルは、両経路に共通して組み込まれて
いる秤量バルブの秤量弁路により秤量分取される。この
秤量弁路の切替えは、呼気排出管に設けた流量センサ
が、死腔部分の呼気を排出したことを検知した時点で行
なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、呼気を検体とする
臨床検査方法及び装置の改良に係わり、被験者の呼気サ
ンプル中に含まれる微量のガス成分濃度を、非選択性で
比較的多量の試料を必要とする検出器を用いて測定する
場合において、被験者の呼出する呼気から死腔の部分を
確実に排除するととともに呼気サンプルを簡単、確実且
つ正確に採取して分析に供するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】呼気は、人（或いは動物）が生命を維持
している限り連続して間欠的に放出されるものである。
しかも、肺胞毛細血管を流れる混合静脈血中の微量の揮
発成分がガス交換により呼気中に移動するため、揮発成
分に関しては呼気と血液の間には相関があると推察され
る。また、血液分析では困難な揮発成分の分別測定も可
能であるし血液と異なり非侵襲であるので、呼気は臨床
生化学検査の検体として理想的なものであると言える。

【０００３】しかし、従来、呼気は臨床生化学検査の検
体としては全くと言っていいほど使用されていない。こ
れは、一つには呼気が臨床生化学検査の検体などになる
はずが無いと言う先入観が関係者にあること、二つめに
は呼気中の検出対象ガスが極低濃度（ppb 単位精々ppm
単位）であり、そのため、微量成分の濃縮装置と大型の
高感度ガス検出装置との組合せによって初めて測定可能
になるものであることによる。従って、測定は特殊な機
器や用具を熟練者が操作する実験室のみで行なわれ、臨
床検査報告例は僅かしかない。

【０００４】しかも、呼気は容器に採取しておいても保
管や輸送に場所を取るし、ガス成分の中には不安定なも
のもあるので、血液と異なり分析センターなどに輸送し
て大型装置で分析を行なうことは容易にはできない。従
って、呼気を検体とする臨床生化学検査は必然的にフェ
ース対フェースとなり、ベッドサイド検査や救急車内で
のプレホスピタル検査、診療時のスクリーニング検査、
更には患者の状態監視（連続モニター）など、測定者
（分析者）と被検者（患者）とが対面して測定する場合
に限って有効に用いられると思われる。

【０００５】従って、上述したように一部の実験室規模
で行われている濃縮装置と大型高感度ガス検出装置を組
み合わせた装置では実際上役に立たず、小型で可搬性が
あり、高感度でありながら操作が簡便で、安全性や測定
迅速性も優れた検査装置が要求される。勿論、データの
信頼性や経済性も要求される。更に、呼気中の水分が容
器の壁に結露して微量のガス成分を溶解吸着させること
も考えられるので、被検者（患者）から直接呼気を検査
装置に吸引して測定に供するタイプのものが好ましい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような観点から、
本発明者らは検体として呼気を使用する臨床検査技術の
確立に向けて鋭意研究を重ね、検出器に高感度なＰＩＤ
（Photo Ionization Detector ：光イオン化検出器）を
用いた呼気分析装置を開発した（特開平５−１６０３４
１）。

【０００７】しかしこの装置は、呼気をポンプで強制的
に吸引して系外に排出する構成を採っている。従って、
呼気の呼出が少ないか止まっている間も吸引されるの
で、呼気サンプルには大気成分が混入するおそれがあっ
た。また、死腔部分の除去はポンプの回転時間で管理し
ているので、同様の理由により死腔部分の呼気が呼気サ
ンプルに混入するおそれもあった。更に、呼気を系外に
排出する途中において２箇所に三方電磁バルブを設け、
その間をサンプル計量部としている。ところが、光イオ
ン化検出器は微量の呼気サンプルしか必要としないため
呼気排出管は細くならざるを得ず、そのため死腔部分の
呼気を排除するために時間がかかるなどの難点があっ
た。

【０００８】尚、死腔とは気道空間（Dead space）のこ
とであり、この部分の呼気は、肺胞気からの“呼気”と
吸入された“大気”が混ざったもので、正しい呼気試料
（肺胞気試料）として扱うことはできない。死腔容量
は、大人で約１５０〜２００ｍｌとされ、最初の吹込部
分（初期呼気）は試料として取り扱ってはならず、捨て
る必要がある。つまり呼気試料は、これを除いた終末呼
気でなければ、信頼性が得られない。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の観点
から、死腔部分の呼気が確実に排除され、しかも大量に
排出される呼気から比較的多量の呼気サンプルの秤量採
取が精度よく確実に行え、且つ構造が簡単で低コスト化
できる呼気中の特定ガス成分を分析する方法及び装置の
開発を目指して鋭意研究をした結果、本発明を完成させ
たものである。以下、本発明を詳細に説明する。

【００１０】本発明の分析装置は、検体として人の呼気
を採用し、被験者が吹き込んだ呼気中の微量化学物質を
分離測定して臨床生化学的な各種情報を得るものであ
る。

【００１１】本発明の分析装置（呼気中の特定ガス成分
分析装置）は、大きく分けて、マウスピースから吹き込
んだ呼気を自然に排出する呼気排出経路と、秤量した呼
気サンプルを分析する呼気測定経路及び演算処理装置か
ら構成される。呼気排出経路は、内壁加温機能を備え先
端にマウスピースが装着される呼気採取管と、秤量バル
ブの秤量弁路及び流量センサを組み込んだ呼気排出管か
ら構成される。また、呼気測定経路は、キャリアガス供
給部と秤量バルブの秤量弁路、カラム、検出器、及びこ
れらを連結する管路から構成される。ここに秤量バルブ
は、両経路に共通して組み込まれており、その秤量弁路
が両経路に交互に切り換えられるようになっている。
尚、秤量バルブ、呼気排出管、カラム、検出器及びこれ
らを連結する管路は恒温槽内に収納されている。検出器
としては、非選択性で比較的多量の試料を必要とする、
換言すれば感度が低い金属酸化物半導体センサや接触燃
焼式センサ等が用いられる。また演算処理装置は、流量
センサの監視と秤量弁路の切替え、検量線の記憶と特定
ガス成分の濃度の算出や記憶等を行なう。

【００１２】次に呼気測定経路の呼気採取管は、その内
面が体温と同じかそれより高め、例えば３６〜１００
℃、より好ましくは４０〜５０℃程度になるように加温
しておくことが望ましい。これは、呼気採取管の内壁に
呼気中の水分が凝縮して付着し、ここにガス成分が溶解
吸着されるのを防止するためである。加温するために、
呼気採取管の周囲や内部に発熱体を配置するか又はそれ
自体が発熱性を有する素材でチューブを構成し、その外
周を断熱材で被覆した構造にするとよい。また、調温機
構を組み込んでもよい。尚、呼気採取管の内径は細過ぎ
ると呼気の吹込に抵抗感が生じるし、太過ぎると内部で
乱流が生じて死腔部分の呼気が終末呼気に混ざったり秤
量弁路が短くなり過ぎる。従って、呼気採取管の内径は
４〜２０ｍｍφ程度、より好ましくは６〜１０ｍｍφに
するとよい。また外径は、保温材等により内径よりも３
〜１０ｍｍ程度大きくなる。呼気採取管に取り付けるマ
ウスピースは、ディスポ（使い捨て）タイプのものにす
ると、衛生的である。

【００１３】呼気排出管は、呼気採取管とほぼ同じ内径
で秤量バルブを介して呼気採取管に連結されており、そ
の内部に流量センサを組み込んでいる。流量センサは、
自然呼出される呼気量を測定するもので、呼気量が直接
計れるものでも、呼気の流出速度が測定されるものでも
よい。後者の場合、呼気排出管の断面積から、呼気量が
求められる。

【００１４】秤量バルブは、呼気排出経路と呼気測定経
路に交互に切り換えられる秤量弁路を備えており、この
秤量弁路によって呼気サンプルが分取される。秤量弁路
の切替えは、スライド式や回転式など各種の形式の駆動
形式により行なわれる。秤量弁路の内径は呼気採取管の
内径と同じ程度が好ましいが、呼気サンプルの容量（0.
５〜１０ｍｌ）によっては幾分細く或いは太くしてもよ
い。ちなみに、秤量弁路の内径が６ｍｍの場合、長さを
１7.７ｍｍにすると内容量が約0.５ｍｌになる。ただ、
この内径で内容量を１０ｍｌにするには３５ｃｍもの長
い弁路が必要になるので、容量が大きい場合には内径を
大きくするとか、バルブ外部に秤量弁路に連なる試料ル
ープを設けるとよい。尚、秤量弁路を呼気排出経路から
呼気測定経路に切り換えると、呼気採取管と呼気排出管
の連結が絶たれて呼気の吹込ができなくなり、被検者に
ショックを与える。これを避けるためには、秤量弁路が
呼気測定経路に切り替わった時点で、元の秤量弁路の位
置に同様なバイパスを設けておくとよい。

【００１５】一方、呼気測定経路は、キャリアガス供給
部と秤量バルブの秤量弁路、カラム、検出器、及びこれ
らを連結する管路から構成される。キャリアガス供給部
は、呼気サンプルを分離カラムに送り込むキャリアガス
を送出するもので、供給源としては本検査装置の携帯性
から考えて小型ガスボンベが好ましい。但し、本検査装
置を一定の箇所に据えつけて使用するような場合には、
大型のガスボンベも使用可能である。キャリアガスとし
て安価な清浄空気やチッソガスを使用できるが、ヘリウ
ムその他通常用いられるガスはいずれも使用できる。清
浄空気の場合、ガスボンベに詰めずに、雰囲気空気を圧
縮ポンプで供給するようにしてもよい。但し、雰囲気中
の微量のガス成分の影響を排除するために、吸着材等を
組み込んだエアフィルターで清浄化する必要がある。

【００１６】本発明で用いる検出器は、金属酸化物半導
体センサや接触燃焼式センサ等のガスセンサである。こ
れらのガスセンサは、感度が幾分低いために比較的多量
の試料を必要とする。試料量は、呼気中のガス成分の種
類や濃度、ガスセンサの種類によもよるが、0.５〜１０
ｍｌ程度あればよい。また、これらのガスセンサは非選
択性であるため、カラムで分別すれば、種々の呼気ガス
成分、例えば水素、アセトン、メタン等の低級飽和炭化
水素、エチルアルコール、アセトアルデヒドなどが測定
できる。カラムは呼気サンプル量が比較的多いため、通
常パックドカラムが使用されるが、サンプル量やガス成
分によってはキャピラリーカラムも使用できる。カラム
で複数の呼気ガス成分が分別できれば、複数の検出対象
ガスの測定も可能である。尚、分離カラムも含めて、秤
量バルブ、呼気排出管、検出器、これらの連結管路は、
呼気中の水分の凝縮を防止するために恒温槽内に収納し
て呼気採取管と同様３６〜１００℃より好ましくは４０
〜５０℃程度に保温するとよい。

【００１７】演算処理装置の主要部はマイクロコンピュ
ータであり、検出器から出力される測定信号を受け入れ
て演算処理し、予め記憶させている検量線から検出対象
ガス成分の濃度を算出し、臨床検査データとして記憶す
る。また、流量センサの監視と秤量弁路の切替え、更に
は表示装置（ディスプレイ）や記録装置（プリンター）
などの出力装置に信号を出力したり、キーボードからの
入力信号を受け入れるなど装置全体の作動プログラムを
管理する。

【００１８】次に、分析装置の感度較正（キャリブレー
ション）について説明する。本発明の分析装置は、ガス
体を測定対象にするため、測定値は恒温槽に収納されて
いてもなお他の変動因子に左右されることがある。即
ち、カラムや検出器の経時変化や検出器の動作のバラツ
キ等、種々な要因によって測定値が真の値から振れるこ
とがある。そのため、毎日の測定開始時や適時に感度調
整を行なうことが望ましい。このうち零点調整は、呼気
測定経路にキャリアガスを供給して行なう。一方感度調
整は、測定対象のガス成分を所定濃度含む高純度窒素ガ
ス（標準ガス）を用いて行なう。即ち、秤量バルブの秤
量弁路を標準ガス供給部に連なる標準ガス供給経路に組
み込んで秤量弁路に濃度既知の標準ガスを吸引充填した
のち、秤量弁路を標準ガス供給経路から切り離して呼気
測定経路に組み込みんで標準ガス濃度を測定し、分析値
の較正を行なうものである。標準ガスは、低高２種類の
濃度のものを用いて３点補正をおこなってもよい。その
ため、秤量バルブはその秤量弁路が呼気排出経路と呼気
測定経路及び標準ガス供給経路に相互切り換えられるよ
うになっており、その切り換えは演算処理装置の指示で
行なう。標準ガスを、呼気排出経路に吹き込むこともで
きるが、標準ガスを大量に消費する難点がある。

【００１９】以上の構成による本発明の検査装置を使用
するに当たっては、まず呼気採取管に装着したマウス
ピースを口にくわえ、測定可能状態を確認のうえ或いは
測定開始ボタンを押して、被検者が呼気を呼出する。
呼気は、呼気排出管を通って系外に排出されるが、ほぼ
死腔容量（約１５０〜２００ｍｌ）に該当する量以上の
呼気が排出された段階で、秤量バルブの秤量弁路が呼気
排出経路から呼気測定経路に切り換えられる。秤量弁
路内の呼気サンプルは、キャリアガスとともにカラムに
送り込まれて特定ガス成分を分離し、検出器で特定ガス
成分が検出される。検出器の出力は演算処理装置で演
算処理され、ここで、予め記憶させている検量線から検
出対象の特定ガス成分の濃度を算出し、臨床検査データ
として記憶し或いは出力装置に信号を出力する。１回の
測定は、検出対象ガスの種類にもよるが数分で完了し、
呼気中の単独或いは複数の特定ガス成分の濃度が迅速且
つ正確に測定できる。分析装置のキャリブレーション
は、秤量バルブの秤量弁路を呼気測定経路に組み込んで
キャリアガスを流し、その時の測定値を零点とする。ま
た、秤量バルブの秤量弁路を標準ガス供給経路に組み込
んで濃度既知の標準ガスを分取し、その時の測定値を標
準ガスの濃度に較正する。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、本発明を図面に示す好適な
実施例に基づいて更に詳細に説明する。但し、本発明は
図示のものに何ら限定されるものではない。図１は、本
発明に係る呼気中の特定ガス成分の分析装置１のブロッ
ク図の一例を示す。この分析装置１は、呼気排出経路２
と呼気測定経路３、演算処理装置４、及び入出力装置等
から構成される。呼気排出経路２と呼気測定経路３の大
部分は、恒温槽５内に収納されている。また、図２は秤
量バルブを含む呼気排出経路の一例を部分的に示す模式
図、図３は秤量バルブを含む呼気排出経路の他の例を部
分的に示す模式図である。

【００２１】呼気排出経路２は、内壁加温機能を備え先
端にマウスピースホルダー６が固設された呼気採取管７
と、秤量バルブ８の秤量弁路９及び流量センサ１０を組
み込んだ呼気排出管１１から構成される。符号１２は、
ディスポタイプのマウスピースである。呼気採取管７
は、内径が３〜８mm程度長さが１ｍ前後のテフロン管の
外周にヒータと保温材を被せたもので、その内部を加温
して呼気中の水分の付着を防止する。加温は、コントロ
ーラで３６〜１００℃の任意の温度例えば５０℃に調節
して行なう。

【００２２】秤量バルブ８は、秤量弁路９がスライドし
て呼気排出経路２と呼気測定経路３に交互に切り換えら
れるようになっている。呼気サンプルの量によっては、
バルブの外部に試料ループを設けてもよい。秤量弁路の
内径は、呼気採取管の内径と同様４〜２０mm程度にする
が、呼気サンプルの容量によっては幾分細く或いは太く
してもよい。秤量弁路の内径を５ｍｍ、長さ５０ｍｍに
すると、約１ｍｌの呼気サンプルが採取できる。尚、秤
量バルブ８はスライド式に限らず、回転式その他秤量弁
路９が自在に切り換えられるものであれば何れも使用で
きる。

【００２３】呼気排出管１１は、呼気採取管７とほぼ同
じ内径で秤量バルブを介して呼気採取管に連結されてお
り、その内部に流量センサ１０を組み込んでいる。この
流量センサ１０により、呼気が１５０〜２００ｍｌ程度
排出されたことが検知されると、上記呼気排出経路２と
呼気測定経路３の切り換えが行なわれる。これは、被検
者の死腔部分の呼気の除去のためであるが、直前に測定
した他の被検者の呼気とのコンタミネーションを防ぐ意
味もある。

【００２４】尚、人の１呼吸は大人で約１リットル程度
であるので、秤量弁路を突然切り換えると、図２に示す
ように、呼気採取管と呼気排出管の連結が絶たれて呼気
の吹込ができなくなり、被検者にショックを与える可能
性がある。尚、図２（ａ）は呼気排出時の状態、図２
（ｂ）は呼気測定時の状態を示す。この問題を避けるた
めに、例えば図３に示すように秤量弁路９が呼気測定経
路３に切り替わった時点で、元の秤量弁路の位置にくる
バイパス弁路１３を設けておくとよい。図３（ａ）は呼
気排出時の状態、図３（ｂ）は呼気測定時の状態を示
す。或いは、呼気の排出抵抗が大きくなった時点（図２
（ｂ））で、呼出を止めるように被検者に指示しておく
ようにしてもよい。

【００２５】次に呼気測定経路３は、キャリアガス供給
部１４と秤量バルブ８の秤量弁路９、カラム１５、検出
器１６、及びこれらを連結する管路１７、１８から構成
される。キャリアガス供給部１４は、呼気サンプルを分
離カラムに送り込むキャリアガスを送出するもので、清
浄空気などを入れた小型のガスボンベ１９とキャリアガ
ス送出管２０からなり、キャリアガス送出管は電磁バル
ブ２１に連なっている。秤量弁路９は、呼気排出経路２
と共通である。

【００２６】検出器１６は、金属酸化物半導体センサや
接触燃焼式センサなど、測定を必要とする呼気中の微量
成分、例えば水素、アセトン、メタンなどの測定ができ
る汎用性ガスセンサを用いる。そのため、呼気サンプル
をカラム（パックドカラム、キャピラリーカラム）で分
離して検出器１６に供給する。尚、カラム１４も含め
て、秤量バルブ８、呼気排出管１１、検出器１６、これ
らの連結管路１７、１８は、呼気中の水分の凝縮を防止
するために恒温槽５内に収納して４０〜５０℃程度に保
温する。

【００２７】標準ガス供給経路２２は、分析装置の感度
較正のためのもので、図１、図２に示すように、標準ガ
ス供給部２３と秤量バルブ８の秤量弁路９及び該秤量弁
路９に標準ガスを吸引分取する吸引ポンプ２４からな
る。標準ガス供給部２３は、標準ガスボンベ２５と標準
ガス送出管２６からなり、標準ガス送出管２６は電磁バ
ルブ２７に連なっている。即ち、秤量バルブ８はその秤
量弁路９が呼気排出経路２と呼気測定経路３及び標準ガ
ス供給経路２２に相互切り換えられるようになってい
る。この切り換えは演算処理装置の指示により行なわれ
る。

【００２８】演算処理装置４の主要部はマイクロコンピ
ュータ４１であり、検出器１６から出力される測定信号
を受け入れて演算処理し、予め記憶させている検量線か
ら検出対象ガス成分の濃度を算出し、臨床検査データと
して記憶する。また、流量センサ１０の監視と秤量弁路
９の切替え、キャリアガス送出用の電磁バルブ２１の開
閉を指示する。更に、表示装置（ディスプレイ）２８、
や記録装置（プリンター）２９などの出力装置に信号を
出力したり、キーボード３０からの入力信号を受け入れ
るなど装置全体の作動プログラムを管理する。

【００２９】次に、図２に基づいて本発明装置の分取動
作について説明する。まず測定可能状態（スタンバイ状
態）を確認のうえ、被検者にマウスピースをくわえさ
せ、呼気Ｂを呼出させる。呼気のうち死腔部分の容量に
該当する量の呼気が排出（呼出）される（図２（ａ）の
状態）と、秤量バルブ８の秤量弁路９が呼気排出経路２
から呼気測定経路３に切り換えられて呼気サンプルＳの
秤量が行なわれる。秤量弁路内の呼気サンプルＳは、キ
ャリアガスＣとともにカラム１５に送り込まれ、各成分
ガスの保持時間の違いにより分離分画されて順次検出器
１６に至り、必要なガス成分の検出が行なわれる（図２
（ｂ）の状態）。検出器１６からの出力は演算処理装置
４で演算処理され、ここで、予め記憶させている検量線
から検出対象の特定ガス成分の濃度を測定する。測定
は、呼気の呼出開始後後、５分程度で終了する。分析装
置の感度較正は、図２（ｃ）に示すように、秤量バルブ
８の秤量弁路９を標準ガス供給経路２２に組み込み、標
準ガスＳｔを秤量弁路９に吸引充填させる。ついで、秤
量弁路９を呼気測定経路３に切り換えて、測定を行なう
（図２（ｄ）の状態）。

【００３０】但し、図２の構成の場合、呼気の排出は秤
量弁路９が切り換えられた時点でできなくなる。そこ
で、図３に示すように秤量弁路９が呼気測定経路３に切
り替わった時点で、元の秤量弁路の位置にくるバイパス
弁路１３を秤量バルブ８に設けておくとよい。尚、図３
（ａ）は呼気排出時の状態、図３（ｂ）は呼気測定時の
状態を示す。但し、説明を簡単にするために、標準ガス
供給経路は省略した。また、図２（ｃ）、（ｄ）に該当
する図も省略した。

【００３１】次に図４は、呼気サンプル中の水素ガス濃
度を、検出器として金属酸化物半導体センサ（フィガロ
製、ＴＧＳ−８１３）、キャリアガスとして清浄空気
（２０ｍｌ／分）を用いて分析した結果を示す。この呼
気分析は、被検者（男性、４５才）にラクチュロース水
溶液（ラクチュロース１2.５ｇ：水４００ｍｌ）を摂取
させ、摂取直後から１４時間にわたって３０分毎に呼気
中の水素濃度（ppm ）を測定した結果を示す（実線グラ
フ）。ラクチュロースは、高アンモニア血症の治療内服
薬であり、腸管で細菌との反応過程において、水素ガス
を発生する。従って、呼気中の水素ガス濃度が高いと言
うことは、ラクチュロースが腸内細菌叢で分解し、最終
産物としての酢酸が産生され、効能が出たと言う指標と
なりうる。尚、図中点線グラフは、同じ被検者に日を違
えて庶糖溶液（庶糖６０ｇ：水２００ｍｌ）を摂取させ
（同時に、ベーコン、卵、紅茶を摂取）、摂取直後から
１４時間にわたって３０分毎に呼気中の水素濃度を測定
した結果を示す。この場合、呼気中の水素ガス濃度には
変動は殆ど見られない。尚、正常人の呼気中の水素ガス
濃度は、１０ppm 程度である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、マウス
ピースから吹き込んだ呼気を呼気排出経路の出口側に設
けた流量センサで計量しながら排出し、排出量が死腔容
量を越えた段階で、秤量バルブの秤量弁路を呼気排出経
路から切り離して呼気測定経路に組み込むことにより呼
気サンプルを採取し、測定対象の微量な呼気ガス成分を
カラムで分離してガスセンサで検出して濃度測定するも
のである。従って、以下のような特徴を有する。 １）測定操作は、スタンバイの状態でマウスピースから
呼気を自然に呼出させるだけであるので、慣れない被検
者でも誤作動無しで測定できる。また、施術者に特別な
教育訓練を施す必要は無いし特別な操作担当者も不要と
なり、新しい検査としてルーチン化されても医療従事者
の負担にならない。しかも、短時間に測定結果が判明
し、そのデータが自動記録されるので診療にすぐ対応で
きる。 ２）呼気は、死腔容量を越えた段階で自動的にサンプリ
ングされるので、呼気サンプルから死腔部分が確実に排
除され、精確な分析が可能となる。 ３）秤量バルブの秤量弁路を呼気排出経路から呼気測定
経路に切り換えるだけでサンプリングが行なわれるの
で、機構が簡便であるとともに、呼気サンプルの分取が
正確且つ確実に行え、精確な分析が可能となる。 ４）標準ガス供給経路を組み込むことにより、分析装置
のキャリブレーションが正確且つ確実に行なえる。 ５）呼気採取管の内壁を加温しておくので、呼気中の微
量成分の損失が無く、精度の良い測定値が再現性よく得
られる。 ６）装置が小型化するため、ベッドサイド機器として、
また救急車などの車載機器として、場所を選ばず使用で
きる。更に、測定結果は迅速（数分程度）に判明し且つ
記録されるので即時に診療データとして活用できるな
ど、実地診療上での応用範囲を広げるものである。 ７）装置は部品構成が簡単であるので、低価格で製作で
きる。また消耗品としてはカラムの充填剤程度であるの
で、測定コストは極めて安価となる。 ８）尚、呼気は無侵襲的な検体であり、被検者に肉体
的、精神的苦痛や恐怖感、圧迫感を与えない。また、血
液による感染も危惧する必要がなくなる。そのため、負
荷試験などの繰り返し測定や治療中のモニターなどの連
続観察において、被検者の負担が完全に解消する。しか
も、即時に検査結果が得られるため、必然的に病気の早
期発見ができる。 ９）呼気は、血液に比べて遥かに手軽且つ迅速に測定結
果が得られるし、尿や唾液、汗などの非観血無侵襲臨床
検査方法に比べて正確な情報が多いため、臨床報告例が
急速に増加する可能性がある。その結果、いままで不明
であったある特定ガスの測定が新たな疾病の診断などに
役立ち、また、現時点では予測できない未知の現象が解
明されるなど、医学上に大きな貢献をなすと思われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る呼気中の特定ガス成分の分析装置
の一例を示す、ブロック図である。

【図２】秤量バルブを含む呼気排出経路の一例を部分的
に示す模式図で、（ａ）は呼気排出時の状態、（ｂ）は
呼気測定時の状態を示す。また（ｃ）は、標準ガス吸引
時の状態、（ｂ）は呼気測定時の状態を示す。

【図３】秤量バルブを含む呼気排出経路の他の例を部分
的に示す模式図で、（ａ）は呼気排出時の状態、（ｂ）
は呼気測定時の状態を示す。

【図４】摂取物の差異による、呼気中水素ガスレベルの
変動を示すグラフである。

【符号の説明】

１ 呼気中の特定ガス成分分析装置 １２ マウ
スピース ２ 呼気排出経路 １４ キャ
リアガス供給部 ３ 呼気測定経路 １５ カラ
ム ４ 演算処理装置 １６ 検出
器 ７ 呼気採取管 ２２ 標準
ガス供給経路 ８ 秤量バルブ Ｂ 呼気 ９ 秤量弁路 Ｓ 呼気
サンプル １０ 流量センサ Ｃ キ
ャリアガス １１ 呼気排出管 Ｓｔ 標
準ガス

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検者が呼出する呼気を体温或いはそれ
   以上の温度に加温した状態で秤量し、該秤量した呼気サ
   ンプルをキャリアガスとともに検出器に供給して呼気サ
   ンプル中の特定ガス成分の濃度を測定する場合におい
   て、マウスピースから吹き込んだ呼気を、呼気排出経路
   の出口側に設けた流量センサで計量しながら排出し、排
   出量が死腔容量を越えた段階で、呼気排出経路の一部を
   なす秤量バルブの秤量弁路を呼気排出経路から切り離し
   てキャリアガス供給部に連なる呼気測定経路に組み込む
   とともに、秤量弁路内の呼気サンプルをキャリアガスと
   ともにカラムに送り込んで特定ガス成分を分離し、次い
   で非選択性で多量の試料を必要とする検出器で特定ガス
   成分を検出し、その信号を演算処理部で演算処理して予
   め記憶させている検量線から特定ガス成分の濃度を算出
   し、臨床検査データとして記憶し或いは出力装置に信号
   を出力することを特徴とする、呼気中の特定ガス成分を
   分析する方法。
2. 【請求項２】 必要に応じて、秤量バルブの秤量弁路を
   標準ガス供給部に連なる標準ガス供給経路に組み込んで
   秤量弁路に濃度既知の標準ガスを吸引充填したのち、秤
   量弁路を標準ガス供給経路から切り離して呼気測定経路
   に組み込んで標準ガス濃度を測定してキャリブレーショ
   ンを行なうものである請求項１記載の呼気中の特定ガス
   成分を分析する方法。
3. 【請求項３】 死腔容量は、１５０〜２００ｍｌである
   請求項１記載の呼気中の特定ガス成分を分析する方法。
4. 【請求項４】 呼気サンプルの容量は、0.５〜１０ｍｌ
   である請求項１記載の呼気中の特定ガス成分を分析する
   方法。
5. 【請求項５】 マウスピースから吹き込んだ呼気を自
   然に排出する呼気排出経路と、秤量した呼気サンプルを
   分析する呼気測定経路及び演算処理装置を含むものであ
   って、呼気排出経路は、内壁加温機能を備え先端にマウ
   スピースが装着される呼気採取管と、秤量バルブの秤量
   弁路及び流量センサを組み込んだ呼気排出管から構成さ
   れ、呼気測定経路は、キャリアガス供給部と秤量バルブ
   の秤量弁路、カラム、検出器、及びこれらを連結する管
   路から構成され、秤量バルブはその秤量弁路が呼気排出
   経路と呼気測定経路に交互に切り換えられるようになっ
   ており、且つ秤量バルブ、排出管、カラム、検出器及び
   これらを連結する管路は恒温槽内に収納されるととも
   に、演算処理装置で流量センサの監視と秤量弁路の切替
   え、検量線の記憶と特定ガス成分の濃度の算出や記憶等
   を行なうことを特徴とする呼気中の特定ガス成分分析装
   置。
6. 【請求項６】 秤量バルブはその秤量弁路が呼気排出経
   路と呼気測定経路及び標準ガス供給経路に相互切り換え
   られるようになっており、標準ガス供給経路は、標準ガ
   ス供給部と秤量バルブの秤量弁路及び該秤量弁路に標準
   ガスを吸引する吸引装置から構成されるものである請求
   項５記載の呼気中の特定ガス成分分析装置。
7. 【請求項７】 秤量バルブは、スライド式或いは回転式
   のものであり、秤量弁路は、バルブの外部に設けた試料
   ループを含むものである請求項５記載の呼気中の特定ガ
   ス成分分析装置。
8. 【請求項８】 検出器は、金属酸化物半導体センサ或い
   は接触燃焼式センサである請求項５記載の呼気中の特定
   ガス成分分析装置。