JPS61264218A - 酸素吸収力測定装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は人間によって吸収される酸素の量すなわち酸
素吸収力の測定に陶けられた装置に関する。

（従来技術） 簡単かつ信頼性の高い方法によって人間の酸素吸収力を
測定するという要求が、多くの種々の医療関係やその他
の関連たとえば運動競技の分野および労働分野において
見出されている。これらの測定は、たとえば、病人や健
康な人間たとえば競技者の呼吸系の有効性ないしは効率
を判断するのに、また、特定の労働条件によって作り出
される緊張の程度を判断するのに、利用され得る。人体
によって吸収されかつ燃焼（消費）される酸素の量をカ
ロリーに変換することによって、人間が飢えたりあるい
は食べ過ぎたりするのを防止するために、人間にとって
必要な栄養量を確立することもまた可能である。人間に
よって吸収された酸素の量を信頼性のあるかつ簡単な方
法で測定できること、および人間がまわりの空気から自
発的に呼吸しているかあるいは人間が吸入器に接続され
てそこから半ば強制的に呼吸ガスが供給されているかに
関係なくそのような測定をすることができるということ
、が望まれている。

人間によって吸収された酸素の量を測定するために現在
用いられておりあるいは既に提案されたこれらの装置は
、原理的には、２つの異なるカテゴリに分類される。

（発明が解決しようとする問題点） これらカテゴリの第１のものはオーブンシステムを用い
、そこでは人間に供給されかつ人間によって吸い込まれ
た酸素の量を、そしてまた、その人間によって吐き出さ
れた酸素の量を測定する。

このようなオーブンシステムでは、ガス流の大きさやそ
のそれぞれの酸素含量を測定するのに有効な高価な測゛
定変換器（トランスデユーサ）を必要とするばかりでな
く、満足する程度の精度を達成するのに必要な補正を行
うための複雑なシステムを必要とする。このことにも拘
らず、このオーブンシステムでは、吸い込まれたガスが
約５０％を超える酸素含量をもっているときには、満足
に機能しない。

第２のカテゴリではクローズドシステムを用い、そこで
は、人間は、測定シーケンスの初めにおいては１００％
純粋な酸素ガスを含む閉じ込められた多量のガスから吸
い込みかつそこに吐き出し、その閉じ込められたガス量
の大きさの変化を測定することによって、測定シーケン
スの完了に応答して、吸収された酸素の量が測定される
。本質的に、これら公知のクローズドシステムは酸素吸
収力を連続的に測定するために用いることはできず、ま
た吸入器ないしはその類似のものに接続されなければな
らない人間の酸素吸収力を即座に測定するためには用い
ることができない。この分野では、また、クローズドシ
ステムの変形が知られていて、そこでは閉じ込められた
多量のガスが測定シーケンスの間中純粋な酸素ガスによ
って満たされ、したがってそのガスの酸素含量が一定の
平均レベルに維持される。しかしながら、この種のシス
テムはその応答が極端に遅い。すなわち、その測定プロ
セスが極端に大きな時定数によって妨げられ、そして閉
じ込められたガス量の酸素含量を測定するために高感度
のトランスデユーサを用いなければならず、またガス状
の酸素の閉じ込められた量のガスへの供給を調整するた
めに、高価でかつ複雑な制御装置が必要である。

さらに、アメリカ合衆国特許第２，５９２，６９４号に
は、クローズドシステムの装置が開示されていて、その
装置は人間の呼吸通路に接続されたベローズの形式の閉
じられた可変容量容器を含み、そして人間はその容器か
ら吸い込みかつそこへ吐き出す。呼気ガスから二酸化炭
素（ＣＯ，）を除去するための手段が設けられる。さら
に、その装置は可変容量容器の量をモニタするための手
段や、このモニタ手段によって制御されかつ人間の吸気
および呼気の間一定の平均容器容量を維持するために必
要な量の純粋な酸素ガスをその容器に供給する際に有効
な手段を含み、その容器に供給される酸素の量を測定す
ることによって、人間によって吸収された酸素の量を測
定することができる。この公知の装置は、多数の基本的
な利点を有するが、しかし、可変容量容器の容量をモニ
タするための装置やそのモニタプロセスに応答しての酸
素ガスの供給を制御するための装置は非常に複雑でかつ
不安定なものであった。この装置は、また、吸入器に接
続される必要なくしては満足な程度に自発的な呼吸がで
きない人間の酸素吸収力を測定するためには利用できな
いなど、非常に重大な欠点を有し、この欠点は前述の他
の公知の装置においても同様である。

それゆえに、この発明の主たる目的は、従来のこの種の
装置に比べて、簡単で、信顧性が高く、精度よく、さら
により有効な、酸素吸収力測定装置を提供することであ
る。

この発明の他の目的は、吸入器に接続される必要がある
ような状態の人間の酸素吸収力ないしは吸収を測定する
ために特に有効な、酸素吸収力測定装置を提供すること
である。

（問題点を解決するための手段） この発明は、簡単にいえば、可変容量の閉容器と、この
容器を人間の呼吸のための通路に接続し、それによって
人間が容器から吸い込みあるいは容器に吐き出すことが
できるようにするための接続ラインと、この接続ライン
に組み込まれて二酸化炭素を除去するための手段と、容
器に接続されかつそこへの純粋な酸素ガスの供給を調整
するのに有効な制御可能手段と、容器の容量をモニタす
るための手段とを含み、酸素ガス供給手段は容器の容量
が人間の呼吸サイクルの或る時点において実質的に一定
なままにされるように容量モニタ手段によって制御され
、そして容器に供給される酸素ガスの量を測定するため
の手段を備え、さらに、容器の内部を吸入器に接続する
ための手段を備え、この接続は閉鎖手段を有し、さらに
固定容量を有しかつ容器を取り囲む外部容器を備え、そ
の外部容器の内部が吸入器に接続され得る、酸素吸収力
測定装置である。

（作用） 測定プロセスにおいては、閉鎖手段が閉じられていて、
したがって、人間は接続ラインを通して可変容量容器か
ら吸い込みかつそこへ吐き出す。

このとき、吸気位相では、吸入器が外部容器の内部にガ
スを供給し、したがって可変容量容器が圧縮されて、そ
の可変容量容器内の酸素ガスが人間に向けて押し出され
る。呼気位相では、逆に外部容器内部の圧力が低下され
るので、可変容量容器が拡張されて人間から吐き出され
た呼気が可変容量容器内に入る。接続ラインを通る呼気
または吸気中に含まれる二酸化炭素が二酸化炭素除去手
段によって除去される。酸素ガス供給手段が、容量モニ
タ手段によって制御されて、人間によって吸収されて消
費された酸素の量を補充して、可変容量容器内の容量を
平均的に一定に維持する。この補充された酸素ガスの量
が測定され、それが人間の酸素吸収力として評価される
。このような酸素の補充は、好ましくは、呼気サイクル
の終了毎に行われる。

（発明の効果） この発明によれば、人間が外部容器内の可変容量容器を
通して呼吸するように構成されているので、安定性が良
い。また、外部容器の内部を吸入器に接続すれば、自発
的な呼吸ができないような人間の酸素吸収力をも正確に
測定できる。

もし、呼気位相の終了毎に可変容量容器内に酸素ガスを
補充するようにすれば、安定性や精度も一層向上する。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から
一層明らかとなろう。

（実施例） 第１図において一例として図示されているこの発明に従
った装置の実施例は、可変容量の容器１を含み、この実
施例では、この容器１は、第１の固定壁１ａとその容器
１の容量の変化に一致して動くように構成された第２の
可動壁１ｂとを有する、ベローズの形式のものである。

容器１は吸気ライン２と呼気ライン３とに接続され、こ
れら吸気ライン２および呼気ライン３は共通ライン４に
接続され、この共通ライン４は、適当な従来の方法で、
酸素吸収力が測定されるべき人間の呼吸通路（図示せず
）に接続される。吸気ライン２および呼気ライン３は、
そこに組み込まれたそれぞれの非可逆バルブ５および６
を有し、これらバルブ５および６はガスが一方方向にの
み流れるように、すなわち吸気ライン２を通して患者に
、そして呼気ライン３を通して患者から流れるようにさ
れている。呼気ライン３は、また、そのライン３を通し
て患者によって吐き出されかつ容器１へ通過される呼気
ガスから二酸化炭素を除去するのに有効な吸収装置１９
を含む。

この二酸化炭素吸収器１９はその向けられた目的に適合
する任意の公知の形式のものであってよい。

また、この二酸化炭素吸収器１９は呼気ライン３の代わ
りに吸気ライン２に設けられてもよい。

容器１の内部は、ライン７を通して、その容器１への純
粋な酸素ガスの供給を制御するのに有効な構成に連通さ
れる。この構成は、詳細には図示しないが、適宜の定圧
酸素ガス源８を含み、このガス源８は、制御可能なオン
／オフバルブ９と狭窄部１０とを通して、ライン７にそ
して容器１に連通ずるように配置される。

容器１は、また、シャットオフバルブ１２を含むライン
１１に接続され、このバルブ１２は、概略的に図示され
たＹピース（３方継手）によって、ライン４に接続され
、かつその酸素吸収力が測定されるべき人間に対する呼
吸の補助を与えるために用いられる吸入器２３の吸気お
よび呼気ライン２１および２２に、それぞれ、接続され
る。

可変容量容器ないしベローズ１は固定的な容量の外部容
器１３の中に配置されていて、この外部容器１３の内部
はライン１４に接続され、このライン１４はさらに吸入
器２３の吸気および呼気ライン２１および２２に常に接
続されるような方法で、ライン１１に接続される。

最後に、この発明に従った装置は、また、容器１の容量
をモニタするための手段を含む。図示した実施例の場合
、容器の容量のモニタは、容器ないしベローズの容量の
変化に一致して動くベローズ１の可動壁１ｂの位置ない
し動きをモニタすることによって行われる。図示した実
施例の場合、このモニタ手段は適宜の従来の超音波距離
計１７の助けによって作動する。この超音波距離計１７
は概略的に図示されているだけであるが、これはベロー
ズ１の可動壁ｌｂ上に超音波信号を送信しかつこの可動
壁から反射された超音波信号を受信して、公知の方法に
よってその可動壁１ｂから固定的な点までの距離を測定
する。この超音波距離計１７は、後述のような態様で、
適宜の信号処理回路１８を介して、酸素ガス供給ライン
７のオン／オフバルブ９を制御する。

この装置は以下のような原理的な動作の態様を有し、こ
こではライン４に接続された人間は彼あるいは彼女自身
で自発的な呼吸ができず、したがって呼吸の助けを得る
ために吸入器に接続される必要がある場合を想定する。

その目的のために、ライン１１は第１図を参照して先に
述べたような方法で用いられる吸入器２３に接続される
。

実際の測定プロセスの間、バルブ１２は閉じられたまま
であり、したがってその装置に接続された人間は、吸気
ライン２を通してベローズ１の中に存在するガスから吸
い込み、呼気ライン３を通してベローズ１内に吐き出し
、そして、呼吸する空気に存在する二酸化炭素が二酸化
炭素吸収器１９によって除去される。吸入器２３のそれ
ぞれの吸気および呼気ライン２１および２２が、Ｙピー
ス２０．ライン１１およびライン１４を介して、固定的
な容量の外部容器１３とベローズ１との間のスペースに
連通していることによって、患者は必要な呼吸の補助を
得る。すなわち、吸入器２３によって制御される呼吸サ
イクルの吸気位相の間、その吸入器は、外部容器１３の
内部に、適合する圧力でかつ適合する量のガスを供給し
、そのためにベローズ１が押され、かつライン４に接続
された人間を呼吸させる。吸入器２３によって制御され
る呼吸サイクルの後続する呼気位相では、外部容器１３
内の圧力が低下されかつそこに存在するガスがライン１
４．ライン１１．Ｙピース２０および吸入器２３の呼気
ライン２２を通して導き出され、それによって、ライン
４に接続された人間が排気できるように、ベローズ１が
拡張され得る。このようにして、測定シーケンスの間中
、吸入器に直接接続されていないにも拘らず、その人間
はベローズ１を通して、吸入器２３から必要な呼吸補助
を得ることになる。

人間によって吸収されかつ消費された酸素の量に応じた
量だけ、吐き出されたガスの量が吸い込まれたガスの量
より小さいであろうことは理解されよう。したがって、
もし消費されたガスに代わる補充が行われないならば、
ベローズ１の容量、すなわち可動壁１ｂの位置は、原理
的には、第２図図示のグラフにおける線Ａによって概略
的に図示されるような態様で変化するであろう。なお、
この第２図のグラフは時間Ｔの関数としてのベローズの
量Ｖにおける変化を示していて、ベローズの初期的な容
量がＶ、で示される。＆ｊｌＡによって示されるように
、想定された状況下では、ベローズ１の量は装置に接続
された人間によって行われる吸入および排出に従って変
化するであろうし、人間に゛よって吸収された酸素の結
果として漸減するであろう。

しかしながら、この実施例に従えば、ベローズ１の容量
は超音波距離計１７の助けによってモニタされていて、
この距離計１７はベローズの可動壁１ｂによってとられ
る位置を検出し、信号処理回路１８を介して、ライン７
のバルブ９に影響を与え、そのために酸素ガス源８から
ベローズ１に、人間の酸素吸収力によって消費された酸
素ガスの量に応じた量の純粋な酸素ガスが供給され、そ
のためにベローズの容量は平均して変化しないように維
持される。ライン７を通して供給される酸素ガスの量を
知ることによって、その装置に接続された人間の酸素吸
収力を測定することができる原理的には、この測定は、
超音波距離計１７によって与えられた信号に基づいてベ
ローズの容量の平均値を測定するという態様で信号処理
回路１８を設計することによって行われ、この信号は特
定の瞬時におけるベローズ１の可動壁１ｂの位置を表し
、したがってベローズ１の一時的な容量を表していて、
酸素ガス供給ライン７のバルブ９に必要な調整を加える
ことによってこの平均量を一定に維持する。しかしなが
ら、その装置に接続された人間によって行われる吸入お
よび排気−これは大きな変化と平らでない周波数とを有
するであろうしまた大きさも変化するであろう−の結果
としてベローズ１の量において広い範囲の変化が生じ、
そのような方法は比較的複雑でかつ不正確であり、そし
てこのすべそは長い時間遅延を必要とする。

そのために、この実施例に従って、超音波距離計１７か
らの信号に基づいて、装置に接続された人間の呼吸サイ
クルの各呼気位相の終了すなわちベローズの容量が最大
である時点に応答して、信号処理回路１８がベローズ１
の容量を確立するような態様で構成されることを提案す
る。各呼気位相の終わりのベローズの容量は信号処理回
路１８にストアされているベローズの初期量■、と比較
され、そして呼気位相の終わりのベローズ１の実際の容
量が一定量以上初期量Ｖ、以下に低下すると、バルブ９
が回路１８を通して開かれ、かつ所定の適合された時間
期間の間その開いた状態で保持される。酸素ガス源１８
は一定圧力下にありかつ酸素ガスはその開かれたバルブ
９と前述の狭窄部１０とを通してベローズ１に供給され
るために、信号処理回路１８によってこの方法でバルブ
が開かれるとき毎に、ベローズ１には一定の量の酸素ガ
スが供給される。それゆえに、装置に接続された人間の
呼気位相の終了に応答して、ベローズ１の容量は実質的
に変化しないように維持され、さらに信号処理回路１８
によってバルブが開かれた回数をカウントすることによ
って、ベローズの初期量ｖ３に従って、ベローズ１に供
給された酸素ガスの量を即座に測定することができる。

信号処理回路１８が距離計１７からの信号に基づいて装
置に接続された人間の呼吸サイクルにおける他の任意の
時点におけるベローズ１の容量を確立するように構成さ
れ得る、ということが理解されるであろうが、実用的な
局面からは、呼気が終了した時点がベローズ１の容量を
測定するためにちょうどよく規定されかつ即座に検出で
きる時点となることが見出された。したがって、この発
明に従った装置の図示した好ましい実施例の場合、ベロ
ーズ１の容量は、原理的には、測定シーケンスの間、第
２図の線Ｂによって示される態様で変化する。

それぞれの呼吸において大人の人間によって摂取される
量すなわち酸素吸収力を表す値は５００ｍ１であり、そ
して吸気ガス量と呼気ガス量との間の差は約２９　ｍ　
１２であろう。この実施例のベローズは、したがって、
たとえば、約３１の容量を有する。

精度よく測定するためには、本質的には、全測定シーケ
ンスの間において、ベローズ１内に存在する多量のガス
は一定温度でかつ一定の相対湿度でなければならない、
ということが理解されるであろう。この実施例に従えば
、このことは、実際の測定プロセスを開始する前にバル
ブエ２を開いたままに保持することによって達成され、
ライン４に接続された人間はベローズ１．バルブ１２お
よび吸入器２３に接続されたライン１１を通して、吸入
器からかつ吸入器へ呼吸する。これによって、ベローズ
１内の多量のガスが温度および相対湿度に関して実質的
に平衡状態になる。バルブ１２はその後間じられ、前述
した方法で測定プロセスが実行される。

この発明に従った装置は、自発的に呼吸することができ
、したがって吸入器からの補助を必要としない人間の酸
素吸収力を測定するためにも用いられ得るということが
理解されよう。このような場合、ライン１１は吸入器に
は接続されず、まわりの空気に連通したままにされる。

この測定プロセスは上述したと同じ方法における他の目
的においても行われる。

上述から明らかなように、この発明は記述しかつ図示し
た例示的な実施例に限定されるものではなく、かつ図示
した装置に対して変形ないし修正をすることができ、ま
たこの発明に従った装置の他の実施例が予想され得る。

たとえば、可変容量の容器１は、その容器の容量をモニ
タするための構成やその構成によって制御されて容器へ
酸素ガスを供給するための手段および供給される酸素ガ
スの量を測定するための手段と同じように、種々の異な
る形態のものであってよい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の有利な例示的な実施例を概略的に図
示し、 第２図は第１図に示された装置の動作の態様を説明する
グラフである。 図において、１は可変容量容器ないしベローズ、１ａは
固定壁、１ｂは可動壁、２は吸気ライン、３は呼気ライ
ン、４は共通ライン、５，６は非可逆バルブ、７．１１
．１４はライン、８は酸素ガス源、９はオン／オフバル
ブ、１０は狭窄部、１２はシャフトオフバルブ、１３は
外部容器、１７は超音波距離計、１８は信号処理回路、
１９は二酸化炭素吸収器、２３は吸入器を示す。 特許出願人　　イーコール　　アーベー代理人　弁理士
　山１）義人（ほか１名）第２図 ■ 時膿Ｔ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　吸入器に接続された人間の酸素吸収力を測定するた
   めの装置であって、 可変容量の閉容器（１）と、この容器を前記人間の呼吸
   のための通路に接続し、それによって人間がその容器か
   ら吸い込みあるいはその容器に吐き出すことができるよ
   うにするための接続ライン（２、３）と、前記接続ライ
   ン（２、３）に組み込まれて二酸化炭素を除去するため
   の手段（１９）と、容器に接続されかつそこへの純粋な
   酸素ガスの供給を調整するのに有効な制御可能手段（８
   、９、１０）と、容器（１）の容量をモニタするための
   手段（１７、１８）とを含み、酸素ガス供給手段（８、
   ９、１０）は容器（１）の容量が人間の呼吸サイクルの
   或る時点において実質的に一定なままにされるように前
   記容量モニタ手段（１７、１８）によって制御され、そ
   して容器（１）に供給される酸素ガスの量を測定するた
   めの手段を備える、酸素吸収力測定装置において、 容器（１）の内部を吸入器に接続するための手段（１１
   ）をさらに備え、前記接続は閉鎖手段（１２）を含み、
   さらに固定容量を有しかつ容器（１）を取り囲む外部容
   器（１３）を備え、その外部容器の内部が吸入器に接続
   され得ることを特徴とする、酸素吸収力測定装置。 ２　可変容量容器（１）の容量をモニタするための手段
   （１７）、（１８）は、前記人間の各呼吸サイクルにお
   ける呼気位相の完了に応答して容器の容量を確立し、か
   つ前記容量が実質的に同じなままになるように酸素ガス
   供給手段（８、９、１０）に影響を与えるように構成さ
   れる、特許請求の範囲第１項記載の酸素吸収力測定装置
   。 ３　可変容量容器（１）は固定壁（１ａ）と容器の容量
   の変化に応答して動く可動壁（１ｂ）とを有するベロー
   ズの形式を有し、可変容量容器（１）の容量をモニタす
   るための前記手段は、固定点から可動壁（１ｂ）上に超
   音波信号を送信しかつその可動壁（１ｂ）から反射され
   た超音波信号を受信することによってその可動壁（１ｂ
   ）の位置をモニタする手段（１７）を含む、特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の酸素吸収力測定装置。 ４　酸素ガス供給手段は定圧の酸素ガス源を含み、前記
   酸素ガス源は狭窄部（１０）と制御可能バルブ（９）と
   を介して可変容量容器（１）の内部に接続され、そのバ
   ルブは前記人間の呼吸サイクルにおける前記時点での容
   器（１）の容量が或る値以下に低下するとき毎に開かれ
   かつ或る時間長さの間その開かれた状態を保持するよう
   に、容器（１）の容量をモニタするための手段（１７、
   １８）によって制御され、そして供給される酸素ガスの
   量を測定するための手段はそのバルブ（９）が開かれた
   回数をカウントするための手段を含む、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酸素吸収力測定
   装置。