JPS59166131A - 呼吸計測用回路 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、呼吸を忠芙にしかも安定て計測し、かつ呼吸
認計数の信号と同時に出力し５ろようにした呼吸計測回
路に関−「イ）。

発明の技術的背案 本発明の理解を容易プエらしめるためには、まず呼吸計
測の意義及び呼吸現、ｌ＆の一般的な説明をしておくこ
とが有益であろ５゜ わλｔわ７ｔの体シま、安静にしていて−Ｍ　ｉ”Ｊ　
モしていない状態でも工不ル干−を（１１費している。

わ几われの体内では、ｒｌｒ＋賊の拍動の１こめの力学
的エネルキー、脳や神経の活動のための゛電気エネルキ
ー、新陳代謝ｙｃよる物ｇ合成のための化学二不九千−
１体吉維持の１こめの井工不ルキーなど、いろいろな形
でのエネルキー／ｌ￥＋費／ノー絶え間なく続いている
のである。

しｆこがって、こ２ｔ（（見合うエネルキーが常に補給
さ、ＪｔていＩＬけＪｔば、生命の維揚ができなくなる
。

わオｔわｉｔのエイ、ル干−源はい５ｆ、でもなく食物
にある。しかし、食物だけでう゛よ工率ルキーを発生す
ること′Ｌ工できンよい。食物から吸収さオｔた、たん
ばく質、糖質、脂員といったいわゆる栄養素とよば２ｔ
ろ高分子物買が、泊１１胞の中で呼吸器よって取り込ま
八た酸素による酸化反応により、炭酸カスと水に／′ｆ
、るまで分解されろ過程で、はじめて工率ルキーが放出
さＪｔろのである。細胞はこの工不ル千−を、〕し・筋
細胞であｉｔば収縮冗、脳細胞であ几ば眠気的活動にと
、他のエイ・ルキーに変換（〜て利用しているのである
。したがって、呼吸は生命維持の１こめ不可欠の要素で
ある。

もし何らかのｊ里由で゛、われわれが呼吸できなくなる
と、３〜４分後には仮死状態に陥り、もし何らの処置も
施さ１ｔないで放（ｉ　’、Ｊ　’１ｔ２ｔば、この数
分後にシま絶命してしまう。したかって、呼吸機能の未
熟なｍ生先、機能ｙつ低下している呼吸器疾患や心肺手
術陵の、・Ｊ４者、そのほか呼吸筋や神経を障害されて
いる重症筋無力症、破傷風の患者などではその危、＠、
を知るため、厳重な呼吸監視が必−堤となる、。

一方、呼吸により取り込まオｔプこ酸素のｔよは、体内
で／ｌｊｉ費された工率ルキーに対応１−ｂ０吸気によ
り肺に入り込む空気（・土太気−Ｃあ０、その組成は７
９％の窯素と２１係の酸素から成り、常に一定である。

そこで呼気のカス組成と呼吸で出入りした空気の量がわ
かれは、酸素摂取量からエイ、ルキーの消ｒｋ量かわか
る。

これにより運動や労働、作業の（放（−さ、同一作業の
異った環境下での効率の変化などを＝＋ａへろことがで
きる。

このように呼吸を計測することは・極めて重大１よ意義
があり、しかもその垂・安住は今後益々増大するものと
思われろ。

次に、呼吸を現象面か「）見ると、外界から大気を吸い
込み、酸素を取り込むと同時に体内で発生した炭酸カス
を放出して、呼気として外界へ排出するカス交換である
１、大気は鼻腔→気管→気管支を経て肺胞へと到り、こ
の細胞−（本来のカス交換が行なわれる。肺胞の集合１
本か朋ｊ″″Ｃ″あるが、肺自身にはカスの出し入２ｔ
の１こめの力を発生する能力はない。肺は周１・１ｊを
肋骨で覆わ）ｔた胸郭に収容さ２ｔ、その底部は横隔膜
で支えら２ｔでいろ。各肋骨は通常はやや下方を向いて
おり、各々の間（ま外肋間筋で連結されている。吸気時
には外肋間筋が収縮して谷肋骨な挙上ｌ−で胸郭の容積
を増ｆ。この時横隔膜も同時に収縮して、内臓をド万へ
押しやり、やシまり胸郭°の容積を増す。

肺はｌ　Ｋこのとき発生才ろ陽圧によって、受ｊＥＩＩ
Ｉ的Ｋｌｌりらむにすぎない。呼気の場合は、外肋間筋
と横隔膜が弛緩することにより、肺が圧迫さλ′Ｌろこ
とてなる。

第１図は肺の換気、運動ておける肺気煮斤のレベルを図
式イヒしたものである。以下ｇ　ｔ　：ン」冗従い説明
する。

肺は成人で通常５〜（”＋　Ａの容積をもっているが、
呼吸のときシまこの１部の容４〕目−か使ゎ７’Ｌない
。まず、可能なかぎり外気を呼い込むと、肺の容積（′
１．最大となり、こ１１．を最大吸気レベルとい５（図
参照）。次に、この状態がら可能な限りカスを呼出する
と肺は慣尖上最小の容積となる（最大呼気レベル）が、
肺胞内ｙｃ　’ｔｓまだ若干のカスが残っており、肺全
体で約１．５ｔとなる。これを残気量という。またこの
とき呼出さ７”した全カス量をｊ仲活届：といい、通常
は４を程度である。

さらに平常時の呼吸でシエ、呼気、吸気１ノベルとも最
大レベルとは異なつブこものと１よく）。

通常は呼気レベルでも肺には２．５　を程度のカスが残
っており、こオｔを栽能的残気量とよんでいる。また１
回の呼吸で出入りするカスの量を１回換気世、この１分
間の稙葬値ケ分時換気量とよんでいろ。

このほか、呼吸器系には鼻Ｊ停、気庁、気管支なと、カ
ス交侠に関与できない部分があり、こｌｔ６の容積を孔
腔とよんでいろ（約１５０ｍｅｍｏこの容積以ドの呼吸
では刀ス父換は行なえない。

以上で呼吸計測の一般的な説明を終り、次７こ本Ｉ頭発
明の従来技術、目的について説明才ろ。

１り記の如く、呼吸計測は、有効な治療を施すための直
接的プよ手段からＪムく健康管理、あるいは運動の動態
の計測等広く利用さ２ｔているものであるが、一般にこ
れを正確に竹なうのは容易でシまない。とい５のシエ、
呼吸は１分間′１′Ｃ１２〜２４回という頻度でくり返
さ２ｔており、その周期は２．５〜５秒と長く、作莱に
伴う息詰め、飲食時の燕−ド、咳、くしやみ、あくびな
どその周期をみだす要因も多いかりである。ま１こ、呼
吸レベルは姿勢などで胸郭が変形したり、横隔膜を内臓
で圧迫さ２ｔたすするだけで容易Ｙｃ変動するもので、
１回１回の呼吸から換気量を安定して検出し、分時換気
量を求めることは容易ではない。さらりこ孔腔以下の換
気）ま呼吸とみなさない方が合理的で・あろう。

このよう・；屹呼吸計測はその重装性は認識さｊｔろに
至つ１こものの、こスｔを正確１ＬＡｔ　６４１１する
ことは刷しく、既存の各績呼吸計測器では部分かかる要
、１Ｉｌｉに応えることができなかった。

特に運動中の呼吸量等を＠態的に４’ｅえろ１５１合う
て；・工人カレベルの変動が激（−＜、実用的なものは
皆無といってよかった。

本発明（・まこうした事情Ｙｃ翅みｌＡ発さｉｔｆこも
ので、呼吸量等を示すは号を直流成分まで４めで処理す
ることにより、前記従来のｉｉ測酷の欠陥を−（希する
ことを図ったものである。

発明の概要 本発明疋係る呼吸計６１１１回路は、入力信号の最大（
直を保持てゐためのピークホールド回路、同じく最小値
を保持するためあピークホールド回路、これらの出力と
入力信号の差をとイ）１こめの引算器、それぞれの差情
号／）’、一定値に達し１こか否かを比較判定する比較
器、及びそれそ７ｔの比＠器の出力の立−ヒがりでピー
クホールド回路をリセットする１こめの波形整形回路か
ら成る。

ま１こ本発明の通好なろ実施態様は、更に引詩−器の出
力の最大値を保持するためのピークホールド回路を含む
。

実施例の説明 以下図示芙施例に基−′）き本発明を詳説す、５０第２
図は本発明の一実施例ソ）ブロック図である。入力信号
は侠気量又はこ才ｔと等Ｔｌｌ１ｌな信号、具体的７こ
は電気インピータンス法、スノ々イロメータ法等の容イ
責計イ則の方式、又は刀ス気流計等の流量信号を積分し
て得らｉｔ乙容紬信号等を用いる。

なおこの入力１Ｍ号は公却０）　Ｔ　−トセロ回路（被
測定時と関係ないゆるやかな変動を１収り除くための回
路で、測定環境の変化に起因−１−ろ）を通すＶ）か好
ましい。

入力信号は、そ２ｔぞ、ｔｌ、該人力信号の最大値、最
小値を保持するピークホールド回路１，２に供給されろ
。ここに最大１直、最小１直と（′！；、、呼吸の吸気
、排気に伴う一周期ＩＣ３６ける直付いう。ただし、後
述の如く、孔腔以下９〕換気に伴う変動に（ま応動（−
ない。

各ピークホールド回路１，２の出力（１ｉ１１　ＩＣは
引算器０，６がそ、ｌｔそλを接続さ１．ｌｔ、入力信
号との差をとる。１こだＬ２ビーク値を減算１−ろ］７
ジ合の極性は逆となる。

引算器５，６の出力信号は比較器ｌ、ｄに供給さオｔ、
基準電圧■ｒｅｆ　　と比較判別されろ。

基準電圧は後述の如く測定すべき換気のレベルを設定す
るもので、可変の屯圧源９かｌ−）供給されろ。

比Ｊ咬器１，８の出力側にシま、一般ンこは波形整形回
路が、図示実施例ケこおいて：′ｉ、微分器１υ、１１
が接に売さ几、出力パルスの＼７−ちにがりを検出し、
その信号を前記ピークホールド回路２，１のリセット入
力端に供給−４−６４１にだし最大Ｉ直を保持するピー
クホールド回路１ては、最小値を保持′１″るピークホ
ールド回路２の出力を減算、比較、微分したリセット信
号か供給さ几、最小値を保持するピークホールド回路２
のリセット信号はこの逆となる。

図７４’＜実施例では、更に引算器５．６の出力（１ｔ
ｌｌ　ｒｃピークホールド回路３，４を接続する。

このリセット４宮号はｉＩｆ記呟分器ｉｏ、ｉｔかも、
；Ｃ７′Ｌぞれ供給されろ。

夫際の４１１］定でシま比較器７，８又はピークホール
ド回路３．４の出力を観４１１［、）Ｊラントすイ）。

次に上記の如く構成された図示実施例回路の動作を以下
に説明する。

第：３図の［Ａ’１〜［Ｋ、］は第２図＆：’）　Ａ　
−Ｋ点の波形を示したものである。本装置の入力は呼吸
計１１１１で得られろ換気量又は七几紀等１曲な信号で
ある（　［Ａ］　）。

いま時刻ｔ。で本装置が動作を開始したとする。ｔｏ以
前ではピークホールド回路１乃４の出力ｌマすべてセロ
である（　［１３）　、　［ｏｌ　。

［ＧＪ、　［Ｄ　）。ｔｏで入力［ＩＡ］が増加してい
くと、ピークホールド回路１の出力［Ｂ］はこれに追従
して増加する。したがって、この両者の差であろ引算器
５の出力Ｃ（ｌは一ピロのままである。さて次冗時刻ｔ
１　で入力信号が増加から減少へと反転したとしよう。

ピークボールド回路１の出力［Ｂ、］は入人力信号Ａ〕
の最大値を保持して一定となる。したかって、ピークホ
ールド回路１の出力がら人力信号を引くように接続さ几
た引Ｓ器５の出力ＣＣＩは、入力信号が最大値から離オ
ｔろ冗っれて増Ｉ）Ｄ　−４−る。さて、この信号が基
準電圧源で設定さ２ｔた低圧■、。ｆ　を超えろと、比
較器７の出力〔Ｅａが反転する（時刻ｔ２　）。この出
刃の立上りは微分器で微分されパルス出力［Ｆ）となり
、ピークホールド回路２および３の出力［０，Ｄ〕をそ
のときの各々の久方信号ｙｃ等しくなるようリセットす
る。これによりピークホールド回路２の出力［ＧＪは入
カ信号ＣＡ］カ絨少しでいろ間、そオｔに追従して減少
する。

し１こがってこの間の引算器６の出力ＣＪＯはセロのま
まである。

さて時刻ｔ３で入力信号が町び増加に転じたとする。ピ
ークホールド回路２の出力〔ＧＪば、入力信号の最小値
を保持し続げろ。したかって入力信号かりこの保持値を
引くように接続さ７ｔた引算器６の出力［Ｈ］は増加し
は−しめろ。そしてこの値がやはりｖｒｅｆ　　を超え
ろと、今度は比較器８０出力［、Ｄが反転し、その立上
りの微分パルス［Ｋ］により、ピークホールド回路１〔
Ｂ〕および４シ■〕の出カケその時の入力信号に等しく
なるようにリセットする。

以後人力信号が増、減をくり返Ｎ−たぴて上述の過程τ
くり返す。ここで［Ｃ］、［Ｈ］の振巾は常に入力信号
〔Ａ〕の直前の最大値あるいは最小値からの隔りであり
、こオｔがｖｒｅｆ　　以上になると反転するＣＥ］　
、　ＧＪコ（ま、”ｒｅｆ　　なん腔に対応（−た電圧
に設定することてより、入力信号である換気量が、有効
な呼吸とみなしうろことを示しているといえる。（−ブ
こかつて［Ｅａ又は〔Ｊ〕を計数することで、〔Ａ〕の
ｄあるいはｂのよづに孔腔以下の換気ｘ′ｉ［Ｈｌのａ
または［Ｃ］のｂなどのように検出しないため、真冗有
効な呼吸商数計ｉａ＋が行ないうろ。

また、［Ｃ〕、　［）Ｉ］が最大および最小・低からの
入力信号の隔りであることは、ｔＩｃ〕の振［１〕の最
大値Ｖａ　　は、人力信号がＪ＆太１ｊｒｉから最大ど
れだけ離れたかを示すもので、人力信号の増加を呼気、
減少を吸気とｆ６と、こオｔは１回の呼吸で吸入しまた
カスの量となる。＋：　装４１ヱではＣＣ］の最大値を
ピークホールド回路３で保持し、［Ｊ、１により有効な
吸気かり呼気への反転を検出した後に計測できるよ’）
　ｉｃ　Ｌである［Ｄ］、また同じ理由でｒ［の最大１
１σＶ、は呼気カスに対応し、やはり［Ｅｌて有効＋ｖ
ｑ吸又転を検出した後に、ピークホールド回路４の出力
〔■〕を測定することにより得られろ。

本装置の入力で呼気吸気の極性は印章でビ−クホールト
回路３，４の出カン適宜選択することで呼気、ノフス量
のいずＪｔもか得１’＋ｉする。

よＴこ入力σ）極１牛を固定す１ｔば、　ｉ役７こ行な
わＪｔろ呼気カス蛍の計４４１］のみであれば、ピーク
ホールド回路３または４の５ら１方；・ま省略できろ。

発ｌｌ！）ｌＣノ）効果 以上４【発明の構成、作用を詳説１．たが、その横：ノ
ｙ、作用から次のような特有の効果を奏すること′がで
きる。

即ち本発明回路で・は、人カレベルニｎ・かわリフエ＜
、その最大ｉ直又１工最／」ソ′直からのレベルの隔り
を引算器の出力側１で得て、こ２ｔ−と孔腔に対応ｆ６
基県屯）玉Ｖｒｅｆ　　と比車父判定才ろこと瓦より、
孔腔以下の換気端にシロ答−づ一＾ことなく、真シて有
効な呼：技回数をカウント１−ろことができる。また引
算器σ〕出カケこおけろピーク値を保持すること罠より
、吸気又ｋｌ：呼気の量を安定して計１１１１すること
かできる、１

【図面の簡単な説明】

第１図は肺気量等のレベルを図式ｆヒしブこ説明図、第
２図は本発明の一実施例を不才回路構成のフロック図、
第３図は第２図’ｆｃ　：Ｆ６け４）各部の波形を示す
図である。 １．２，３．４　　　ピークホールド回路５．６・−・
−・・引算器 ７．８　、・　−・　比較器 ９・・・・　・・・・　・　基準電圧 １０　、１１−−・　−波形整形回路

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　換気量又はこ才ｔと等１曲な信号を示す入力信号に
   応動して該入力信号の最大値を保持するピークホールド
   回路（１）と、該入力信号の最小値を保持するピークホ
   ールド回路（２）と、該入力信号と前記各ピークホール
   ド回路（１）、（２）の出力信号との差ケとる引算器（
   ｂ）’、（ｔｉ）と、該引算器（９）、（６）の各出力
   信号を所定の基準電比（９）と比較判定する比較回路 （’／　）　、＜　８　）と、該比較回路の出力信号波
   形を整形し附記ピークホールド回路 （１）、（２）をそれぞれリセット１−る波形整形回路
   （１０）、（１１）とから成ろ１１Ｙ吸ｄ１−測用回路
   。 ２　特ａ′１−請求の１ｉｎ囲第囲板１載の呼吸計測用
   回路に於いて、 該回路は、更に、目ｊＪ記少なくとも１つの引算器（５
   ）の出カッ宮−号に応動して該出力信号の最大値を保持
   するピークホール８回路（３）を有し、前記波形整７杉
   回ｉ（省（１Ｕ）は、該ピークホールド回路（Ｏ）　　
   −をリセット１−ろことを特徴と才ろ回路。