JP2001500042A - その結果をさらに分析するために、遠隔計測データの伝送と保存可能性とを有して、「ブレス・バイ・ブレス」技術で、個人の代謝パラメータを測定するためのポータブルシステム - Google Patents
その結果をさらに分析するために、遠隔計測データの伝送と保存可能性とを有して、「ブレス・バイ・ブレス」技術で、個人の代謝パラメータを測定するためのポータブルシステムInfo
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Abstract
(57)【要約】
「ブレス・バイ・ブレス」技術で肉体的なアクティビティーの実際の条件の中で、個人、スポーツマン、患者の代謝パラメータを測定するためのポータブルシステムは、重量と寸法とを低減し、テストの間に、分析用のハーネス(2)によって身体に固定されたポータブルユニット(1)と、分析用のマスク(6,7,8)を通して口に取り付けられたタービン流量計(3,4,8)と、心速度モニターべルト(10)と、システムに電気を供給するための再充電可能なバッテリー(11)と、RS232接続(13)によってパソコン(14)に接続され、受信してスクリーン上にリアルタイムで測定値を表示することができる受信ユニット(12)とを備える。ポータブルユニットは、主に、速いCO2アナライザーと、本質的に遅い酸素アナライザーとによって構成され、その出力信号は、「ブレス・バイ・ブレス」技術、マイクロプロセッサー、データ記憶用メモリー、UHF送信機、LCDディスプレイ、及びキーボードに基づいて正確な測定ができる程度に応答時間を短くするために、精巧に加工されている。受信ユニットは、主に、UHFレシーバーモジュールとパソコン接続用のインタフェースとを含む。流量計は、双方向性のタービン(3)と、赤外線遮断技術に基づいて、ブレードの回転と、個人によって肺換気された体積とを検出するオプトエレクトロニクス読取機とによって構成されている。
Description
【発明の詳細な説明】
その結果をさらに分析するために、遠隔計測データの伝送と保存可能性とを有し
て、「ブレス・バイ・ブレス」技術で、個人の代謝パラメータを測定するための
ポータブルシステム
技術分野
本発明は、個人の代謝パラメータを「ブレス・バイ・ブレス」技術で測定し、
さらに分析するために結果を遠隔計測でデータを伝送し、保存するためのポータ
ブルシステムに関する。
発明の背景
今日では、以下のことが知られている。すなわち、個人の代謝応答は、主に、
酸素摂取(VO2)、炭酸ガス生産(VCO2)、呼吸比率(RQ=VCO2/VO2)、呼吸(VE)、及び
心速度(HR)のパラメータが測定可能な据付タイプの装置を用いて、通常、研究
室内で、分析されている。
これらの設備によって、エルゴメータ(サイクル又はトレッドミル等)を用い
て、個人が肉体的なアクティビティーを行なう運動テストを実行することができ
る。
前述した方法の主な制限は、例えば、スキー、テニス、毎日の仕事、又は車椅
子の運転のようなアクティビティー(スポーツと非スポーツ)のほとんどは、研
究室の中で正しくシミュレーションされないということに関連している。
数年前まで、代謝テストのためのポータブルシステムは、入手可能でなかった
。
1987年4月21日の米国特許4,658,832号明細書(ブルグノリ)に記載されたデバ
イスは、市場に導入された、制限寸法を有する最初のシステムであった。
しかしながら、近年、据え付けシステムによって用いられた代謝パラメータの
測定技術は、「混合チャンバー」方法から「ブレス・バイ・ブレス」技術に変化
するという進化によって興味が持たれている。
最初のものは、よく知られているように、調和した時間間隔(普通は30秒)で
行われた全呼吸の平均的な結果を与えるが、第2のものが個人の各呼吸に対する
結果を与える。
「ブレス・バイ・ブレス」技術の分析を、以下の刊行物中に詳細に記載してい
る。ビーバー、ワーザーマン、ヒィップ、日本、34(1):128-132頁、1973年:「
オンラインコンピュータ分析と、運動機能テストの、息によって息のグラフィッ
クディスプレイ」。スー、ハンセン、ブレス、ワーザーマン、日本.49(3)、456-4
61頁、1980年:「プログラムできる計算機を用いた、ガス交換の測定と分析」。ワ
ーザーマンほか、1994年:「運動テストの原理と解釈」、第2版。
2つの前述した技術の起源は、技術的な制限に関係がある。酸素摂取(VO2)と
各呼吸に対応する炭酸ガス生産(VCO2)との測定は、200ミリ秒未満の応答時間
を持った、2つのガスアナライザーを使用することが必要である。そのようなア
ナライザーが入手可能でないとき、応答時間の遅いアナライザーによって正確に
検出されるように変動を遅くして、2つのガス(O2とCO2)濃度を平均化するため
に、「混合チャンバー」に呼気を混ぜることができる。
しかしながら、「混合チャンバー」分析には、いくつかの大きな制限事項があ
る。すなわち、処理作業中における突然の変化に続いて起る、代謝機能の急激な
変化を検出することができない。各呼吸に対応するガス交換を分析することがで
きない。しかし、それは、いくつかの呼吸を平均したものに関係する。FetCO2又
はVD/Vtのようないくつかの重要なパラメータを測定することができない。
今日では、実際の条件での代謝パラメータを測定するためのいくつかのポータ
ブルシステムがすでに入手可能であるけれども、それらのいずれもが「ブレス・
バイ・ブレス」技術で測定することができない。
上記の不可能な主たる理由は、応答時間が速い(tr<200msec)とともに、ポー
タブルシステムに不可欠な消費電力が低いという酸素アナライザーが入手可能で
ないからである。
発明の概要
本発明の目的は、「ブレス・バイ・ブレス」技術を用いて、肉体的な機能にあ
まり影響を及ぼすことなく、実際の条件で、個人の代謝パラメータ(酸素摂取、
炭
酸ガス生産、呼吸、及び心速度)をモニタするための、ポータブルシステムを提
供することである。
図面の簡単な説明
本発明に係るシステムは、好ましい実施形態を示した添付図面によって、以下
に詳細に記載される。
図1は、本発明に係るシステムの主な構成要素の軸測投影図と部分拡大図とを
示す。
図2は、電子回路のブロック図を示す。
図3は、信号の数値精密計算処理の前後に、ステップ応答に続いて、酸素セン
サの出力グラフを示す。
詳細な説明
添付した図は、さらに分析するための遠隔計測データの伝送及び保存機能を持
った、個人の代謝パラメータを「ブレス・バイ・ブレス」技術で測定するための
ポータブルシステムを示す。これは、ポータブルユニット1と、流量計3,4,8と、
マスク5,6,7と、バッテリーユニット11と、心臓モニターベルト10と、受信ユニ
ット12とからなっている。
ポータブルユニット1は、テストの間、個人によって移動される。ポータブル
ユニット1は、口の近くに接続されたサンプリングライン9を通って少量の呼気の
息を連続的にサンプリングし、酸素及び炭酸ガスの濃度を測定するために、アナ
ライザー(O2とCO2)にガスを導入するポンプを組み込んでいる分析用のハーネ
ス2に固定されている。タービン流量計3,4,8からくる電気信号が、個人によって
肺換気された空気の体積を測定するために精巧に加工される。検出回路は、心速
度を与えるために、心臓モニターベルト10によって送信された磁気パルスを受信
する。得られた信号の全てが、ポータブルユニットの中に組み込まれたマイクロ
プロセッサーによって、精巧に加工され、受信ユニット12に送られるか、又は、
その後で結果を分析するために、内部の不揮発性メモリーに蓄えられるとともに
、パソコン14に移される。ポータブルユニット1は、重量の釣合いをとるために
ハーネス
の背面に固定された再充電可能なバッテリ−11によって、電気が供給される。
流量計3,4,8は、肺換気された空気がタービン3を通過するようにできており、
その上で回転させる2台のエリコイダルな(elycoidal)コンベアによって構成さ
れている。流量計3,4,8は、その強度が流れに比例し、その回転が息(吸気/呼気
)の方向に比例する。ブレードは、流れに対して平行であるとともに、コンベア
に対して垂直な軸上で自由に回転する。その回転及び強度は、3つの赤外線のダ
イオードエミッタによって放射された光線を遮断することによって測定でき、多
くの受信フォトトランジスターによって受信される。オプトエレクトロニクス読
取機4からくるパルス信号は、ポータブルユニットによって得られ、精巧に加工
される。空体力学を考慮したカバー8は、流量計の正面に固定されている。これ
は、個人がテストの間に動くとき、流量計に入る空気によって呼吸の測定が影響
を受けることを避けるためにある。
マスク5,6,7は、流量計に接続され、抗アレルギー性の材料からできており、
2つの吸息用の弁7を備えている。その役割は、吸息抵抗を低減することであり
、顔面からの汗を除去しやすくすることである。そのマスクは、分析用のヘッド
キャップ6によって、個人に固定される。
ポータブルユニット1に電気を供給するバッテリーユニット11は、重量の釣合
いがとれるように、ハーネス2の背面に固定されている。
心臓モニターべルト10は、心臓によって作り出された電気信号を検出するため
に、個人の皮膚の上に2つの電極を備えており、信号を増幅して、各々の心拍に
対応する磁気パルスにそれらを変換する電子回路を組み込んでいる。ポータブル
ユニット1の無線によつて、これらのパルスを検出することができる。
受信ユニット12は、遠隔計測通信を通してポータブルユニットによって送信さ
れた測定結果を受信する。しかしながら、このデータは、送信されるものの、ポ
ータブルユニットの不揮発性メモリーに保管され、いったんテストが完了するな
らば、パソコン14へ移動される。
システムの主な機能を、図2のブロック図に示している。
個人の呼気のガスは、流量計3,4の出力に接続されたライン9によってサンプリ
ングされる。小型ポンプ15は、ガスのサンプリングを酸素16及び炭酸ガス17のア
ナライザー(空気回路に直列接続)を通過させるために必要な減圧を与える。出
力信号(O2及びCO2)は、数フォーマットに変換され、精巧に加工される。
流量計3,4からくるパルスは、体積の測定値を得るために計数され、パルス幅
が流れ計算のために測定される。パルスが、3つの異なるライン上に分散されて
おり、3対の赤外線のエミッタ/レシーバーに対応し、それらが検出されることに
よって順番を決めているので、個人の息(吸気/呼気)の対(versus)を与える
ことができる。
検出探針18(コイル及び調整回路からなる)は、心速度べルト10によって送ら
れた磁気パルスを検出し、マイクロプロセッサーによって計数され、心速度の計
算をすることができる電気パルスを与える。
システムを普通に使用する間に行なわれる全ての操作手順(校正、構成、テス
ト実行等)は、キーボード19のキーを動かして操作され、接続されているならば
、LCDディスプレイ21によってまたは、RS232を通してパソコン14によって送られ
たコマンドを通して指示されたメッセージを制御して操作される。
テストの測定結果は、不揮発性メモリー(フラッシュメモリ)に蓄えられ、そ
れと同時に、オンボードの送信機20を通して受信ユニット12に伝送される。受信
ユニット12は、オペレーターがテスト状態での個人の代謝反応をリアルタイムに
制御できるようにパソコン14に接続されている。
得られた信号(流れ、O2、CO2、及びHR)から、主な代謝パラメータ(VO2、VC
O2、RQ等)を得るために用いた計算は、文献に記載されたものと同じである。し
かしながら、酸素濃度信号の特別に精巧に加工したものは、本発明の特別なもの
を表す。
前述したように、O2及びCO2アナライザーの応答時間は、「ブレス・バイ・ブ
レス」技術で正しく測定するために、200msec未満でなければならない。赤外線
吸収技術に基づくCO2アナライザ−17は、仕様に合うぐらい十分に速い。
その代わりに、酸素アナライザ−16は、ガルヴァノ式燃料電池であり、約800m
secの固有応答時間を有する。O2濃度信号に基づいて実行された、数を精巧に加
工することによって、動的な応答を「速くする」ことができ、130msec未満の応
答時間が得られる。
図3のグラフは、精巧に加工する前後に、ステップ応答に続く酸素センサ16の
出力信号(突然、部屋空気から校正ガスにサンプリングラインを切りかえること
によって得られた)を示す。上述のプロットから、数を精巧に加工することを加
えた低応答速度の酸素センサの組合せが、移動可能な「ブレス・バイ・ブレス」
技術の代謝システムの要求に完全に合うことが、証明される。
─────────────────────────────────────────────────────
【要約の続き】
用のインタフェースとを含む。流量計は、双方向性のタ
ービン(3)と、赤外線遮断技術に基づいて、ブレード
の回転と、個人によって肺換気された体積とを検出する
オプトエレクトロニクス読取機とによって構成されてい
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.後で分析するために遠隔計測のデータを伝送すること及び保存することを有し て、個人の代謝パラメータを「ブレス・バイ・ブレス」技術によって測定するた めのポータブルシステムであって、 ポータブルユニット(1)は、テストの間、個人によって移動され、口の近く に接続されたサンプリングライン(9)を通して少量の呼気の息を連続的にサン プリングし、酸素及び炭酸ガスの濃度を測定するために、アナライザー(O2とCO2 )にガスを導入するポンブを組み込んでいる分析用のハーネス(2)に固定され ており、タービン流量計(3,4,8)からくる電気信号が、個人によって肺換気さ れた空気の体積を測定するために精巧に加工され、検出回路が、心速度を与える ために、心臓モニターベルト(10)によって送信された磁気パルスを受信し、得 られた信号の全てが、ポータブルユニットの中に組み込まれたマイクロプロセッ サーによって、精巧に加工され、受信ユニット(12)に送られるか、又は、その 後で結果を分析するために、内部の不揮発性メモリーに蓄えられるとともに、パ ソコン(14)に移され、 流量計(3,4,8)は、肺換気された空気が、その上で回転させる2つのエリコイ ダルな(elycoidal)コンベアによって構成されたタービン(3)を通過し、その 強度が流れに比例し、その回転が息(吸気/呼気)の方向に比例するように作ら れており、ブレードは、流れに対して平行であり、且つコンベアに対して垂直な 軸上で自由に回転し、その回転及び強度が、3つの赤外線ダイオードエミッタに よって発せられ、多くの受信フォトトランジスターによって受信される光線を遮 断することによって測定でき、オプトエレクトロニクス読取機(4)からくるパ ルス信号は、ポータブルユニットによって得られるとともに、精巧に加工され、 空体力学を考慮したカバー(8)が、流量計の正面に固定され、テストする間に 個人が移動するとき、呼吸の測定が流量計に入る空気によって影響を受けること を避けるためにあり、 マスク(5,6,7)は、流量計に接続され、抗アレルギー性材料で作られており 、2つの吸息用の弁(7)を備えており、その役割が吸息の抵抗を低減すること、 及 び、顔面からの汗を除去しやすくすることであり、分析用のヘッドキャップ(6 )によって個人に固定され、 ポータブルユニット(1)に電気を供給するバッテリーユニット(11)は、重 量の釣合いがとれるように、装置(2)の背面に固定され、 心臓モニターベルト(10)は、個人の皮膚上で心臓によって作り出された電気 信号を検出する2つの電極と、信号を増幅して各鼓動に対応する磁気パルスに変 換する電子回路とを備え、これらのパルスは、ポータブルユニット(1)の無線 によって検出され、 受信ユニット(12)は、このデータを遠隔計測通信を通してポータブルユニッ トによって送られた測定結果を受信し、このデータが送られるけれども、ポータ ブルユニットの不揮発性メモリーに保管され、テストが完了すると、パソコン( 14)に移されることを特徴とするポータブルシステム。 2.出力信号がマイクロプロセッサーによって数フォーマットに変換され、精巧に 加工される間、O2及びCO2の濃度を連続的に検出する、酸素(16)及び炭酸ガス (17)アナライザーに空気の回路において直列に、ガスサンプルを通過させるた めに必要な減圧が小型化ポンプ(15)によって与えられる間に、個人の呼気のガ スが、流量計(34)の出力に接続されたライン(9)によってサンプリングされ ていることを特徴とする請求項1記載のポータブルシステム。 3.流量計(3,4)からくるパルスが体積測定値を得るために計数され、パルス幅 が流れ計算のために測定されており、パルスが異なる3つのライン上に分散され 、3対の赤外線エミッタ/レシーバーに対応して、それらが検出されることによ って、順番が決定されるので、個人の息(吸気/呼気)の対(versus)を与える ことができることを特徴とする、請求項1記載のポータブルシステム。 4.検出探針(18)は、コイルと調整回路とからなっており、心速度ベルト(10) によって発信された磁気パルスを検出して、マイクロプロセッサーによって計数 され、心速度を計算することができる電気パルスを与えることを特徴とする、請 求項1記載のポータブルシステム。 5.システムを普通に使用する間に行なわれる全ての操作手順(校正、構成、テス ト実行等)は、キーボード(19)のキーを動かして操作され、接続されているな らば、LCDディスプレイ(21)によって、又は、RS232を通してパソコン(14)に よって送られたコマンドを通して指示されたメッセージを制御して操作されるこ とを特徴とする、請求項1記載のポータブルシステム。 6.テストの測定結果が、不揮発性メモリー(フラッシュメモリ)に蓄えられ、そ してその間に、オンボードの送信機(20)によって受信ユニット(12)に送信さ れ、パソコン(14)に接続して、オペレーターがテスト状態にある個人の代謝応 答をリアルタイムに制御することができることを特徴とする、請求項1記載のポ ータブルシステム。 7.酸素濃度信号の精巧な加工が、アナライザーの遅い応答時間に由来しており、 130msec未満の応答時間を得るように動的な応答を速くすることができることを 特徴とする請求項1記載のポータブルシステム。
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