JPH10187A - 呼気中の特定ガス成分の分析方法及び装置 - 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、死
腔容量の呼気が排出されたことを検知して呼気排出経路
の途中から微量の呼気サンプルを吸引分取する呼気吸引
経路と、秤量した呼気サンプルを非選択性の小型高感度
の検出器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。微量の呼気サンプルは、呼気吸引経路と呼
気測定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。

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
小型高感度な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
とともに微量の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
床研究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、
更には患者状態の監視（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微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の分析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
の分析装置）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、該呼気排
出経路の途中から呼気サンプルを秤量分取する呼気吸引
経路と、秤量分取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、流量センサを組み込んだ呼気排出管か
ら構成される。呼気吸引経路は、呼気排出経路の途中に
連結された秤量バルブの秤量弁路と該秤量弁路に呼気サ
ンプルを吸引する吸引装置から構成される。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、呼気吸引経路と呼気測
定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、呼
気排出管、秤量バルブ、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、微量のガス成分を紫外線或いは放射線の照射により
イオン化させてイオン化量に応じて測定信号を出力する
小型高感度のもの、具体的には、光イオン化検出器（Ｐ
ＩＤ）、イオン移動度スペクトル検出器（ＩＭＳ）、電
子捕獲型イオン検出器（ＥＣＤ）、水素炎イオン化検出
器（ＦＩＤ）、或いは炎光光度検出器（ＦＰＤ）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】呼気吸引経路は、呼気排出経路の途中に連
結された秤量バルブの秤量弁路と該秤量弁路に呼気サン
プルを吸引する吸引装置から構成される。呼気排出経路
と秤量バルブの秤量弁路の連結は、秤量弁路を直接呼気
排出経路中に開口させてもよいし、吸引路を呼気排出経
路の途中から分岐しこの吸引路を秤量弁路に連結しても
よい。秤量バルブは、呼気吸引経路と呼気測定経路に共
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おり、この秤量弁路によ
って呼気サンプルが秤量分取される。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。一方、呼気サンプルの吸引は吸引ポンプ
やシリンジなどの吸引装置により行なわれる。もっと
も、この吸引は計量するなど正確に行なう必要はなく、
ただ秤量弁路に呼気サンプルを充填させるだけでよい。
従って、秤量弁路の容量を考慮してその容量以上に吸引
すれば、秤量弁路によって、自動的に正確な呼気サンプ
ルの秤量分取が行なわれる。必要量の吸引が終われば、
吸引装置を停止させる。呼気サンプルの容量は、１０〜
１０００μｌ、より好ましくは１００〜６００μｌであ
るので、秤量弁路の内側寸法はこれに合わせて決定す
る。例えば、秤量弁路の内径が３ｍｍの場合、長さを２
０ｍｍにすると内容量が約１４０μｌになる。秤量弁路
を長くしたい場合、試料ループを外部に付加してもよ
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、ＰＩＤ（Photo
Ionization Detector ：光イオン化検出器）やＩＭＳ
（Ion Mobility Spectrometer ：イオン移動度スペクト
ル検出器）、ＥＣＤ（Electron Capture Detector ：電
子捕獲型イオン検出器）、ＦＩＤ（Flame Ionization D
etector ：水素イオン型検出器）、或いはＦＰＤ（Flam
e Photometric Detector：炎光光度検出器）のように、
呼気中の検出対象ガス成分に光や放射線等を照射してイ
オン化させ、イオン化量に応じて測定信号を出力するタ
イプのものが用いられる。これらの検出器は、小型で極
て高感度なため少量の試料ですむ。この内特に、ＰＩＤ
は放射線を用いないし水素ガスの燃焼も伴わないので、
最も好ましいものである。また、これらは何れも非選択
性であるため、カラムで分別すれば、種々の呼気ガス成
分、例えばケトン体（主としてアセトン）、メタンやエ
タン、ペンタン等の低級炭化水素、アンモニア、メチル
メルカプタン、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微量であるため、通常キャピラ
リーカラムが好ましいが、サンプル量によってはパック
ドカラムも使用される。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吸引経路と呼気
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んだり、呼
気吸引経路の吸引路から吸引させることも出来る。た
だ、前者では標準ガスを大量に消費するし、後者では分
岐部分に三方コックを取付けるなど構成や操作が複雑に
なる難点がある。

【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をうえ或いは
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）に該当する量の呼気
が排出された段階で、呼気排出経路の途中から呼気吸引
経路の一部をなす秤量バルブの秤量弁路に呼気サンプル
を吸引分取する。続いて該秤量弁路を呼気吸引経路か
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。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。尚、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
呼気吸引経路３、呼気測定経路４、演算処理装置５、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
吸引経路３及び呼気測定経路４の大部分は、恒温槽６内
に収納されている。また、図２は秤量バルブを含む呼気
吸引経路の一例を示す模式図である。図３は、秤量バル
ブを含む呼気吸引経路の他の例を示す模式図である。

【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７が固設された呼気採取管８
と流量センサ９を組み込んだ呼気排出管１０から構成さ
れる。符号１１は、マウスピースである。呼気採取管８
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】呼気排出管１０は、呼気採取管８とほぼ同
じ内径で呼気採取管に連結されており、その内部に流量
センサ９を組み込んでいる。この流量センサ９により、
呼気が１５０〜２００ｍｌ程度排出されたことが検知さ
れると、後述する呼気の吸引が行なわれる。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。

【００２３】呼気吸引経路３は、呼気排出経路２の途
中、好ましくは恒温叢の外部にある呼気採取管８の末端
と流量センサ９の中間あたりの箇所から吸引路１２を分
岐し、この吸引路１２に秤量バルブ１３の秤量弁路１４
と該秤量弁路１４に呼気サンプルを吸引分取する吸引ポ
ンプ１５を連結する。吸引装置として、シリンジを用い
てもよい。この吸引は、秤量弁路に呼気サンプルを吸引
充填させるだけでよいので、吸引量の正確な制御等は不
要である。そして、必要量の吸引が終われば吸引装置は
停止させる。一方、呼気の排出はこの吸引とは無関係で
あるので、最後までそのまま行なって差し支え無い。

【００２４】秤量バルブ１３は、秤量弁路１４がスライ
ドして呼気吸引経路３と呼気測定経路４に交互に切り換
えられるようになっている。この秤量弁路によって呼気
サンプルが秤量分取される。秤量弁路の内側寸法は、呼
気サンプルの容量によって決まる。秤量弁路の内径を４
ｍｍ、長さ２０ｍｍにすると、約２５０μｌの呼気サン
プルが採取できる。尚、秤量バルブ１３はスライド式に
限らず、回転式その他秤量弁路１４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。

【００２５】次に呼気測定経路４は、キャリアガス供給
部１６と秤量バルブ１３の秤量弁路１４、カラム１７、
検出器１８、及びこれらを連結する管路１９、２０から
構成される。キャリアガス供給部１６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、清浄空気を入れた小型の空気ボンベ２１とキャリア
ガス送出管２２からなり、キャリアガス送出管は電磁バ
ルブ２３に連なっている。秤量弁路１４は、呼気吸引経
路３と共通である。

【００２６】検出器１８は、ＰＩＤ（光イオン化検出
器）やＩＭＳ（イオン移動度スペクトル検出器）、ＥＣ
Ｄ（電子捕獲型イオン検出器）、ＦＩＤ（水素炎イオン
化検出器）、或いはＦＰＤ（炎光光度検出器）など、呼
気中の検出対象ガス成分に光や放射線等を照射してイオ
ン化させ、イオン化量に応じて測定信号を出力するタイ
プのものが用いられる。これらの検出器は、何れも小型
で極て高感度であるが、なかでもＰＩＤが最も好まし
い。但し、これらの検出器は非選択性であるため、呼気
サンプルをカラム（キャピラリーカラム、パックドカラ
ム）で分離して検出器１８に供給する。

【００２７】標準ガス供給経路２４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２５と秤量バルブ１３の秤量弁路１４及び該秤
量弁路１４に標準ガスを吸引分取する吸引ポンプ２６か
らなる。この吸引ポンプ２６は、呼気吸引経路３におけ
る吸引ポンプ１５と兼用してもよい。標準ガス供給部２
５は、標準ガスボンベ２７と標準ガス送出管２８からな
り、標準ガス送出管２８は電磁バルブ２９に連なってい
る。即ち、秤量バルブ１３はその秤量弁路１４が呼気吸
引経路３と呼気測定経路４及び標準ガス供給経路２４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】標準ガス供給経路２４については、図３に
示すように標準ガス送出管２８を呼気吸引経路３の吸引
路１２に連結し、呼気吸引経路３を利用して標準ガスの
秤量を行なうようにしてもよい。符号３０は、三方弁で
ある。

【００２９】演算処理装置５の主要部はマイクロコンピ
ュータ５１であり、検出器１８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９の監視と秤量弁路１
４の切替え、電磁バルブ２３、２９の開閉を指示する。
更に、表示装置（ディスプレイ）３１、や記録装置（プ
リンター）３２などの出力装置に信号を出力したり、キ
ーボード３３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。

【００３０】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）されると、呼気排出経
路の途中から呼気吸引経路の一部をなす秤量バルブの秤
量弁路に呼気サンプルＳを吸引分取する（図２（ａ）の
状態）。その間、被検者は最後まで呼気を呼出する。秤
量弁路が呼気測定経路に切り換えられ、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１７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１８に至り、必要なガス成分の検出
が行なわれる。検出器から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測定する。測定は、呼気の
呼出後、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１３の秤量弁路１
４を標準ガス供給経路に組み込み、標準ガスＳｔを秤量
弁路１４に吸引充填させる。ついで、秤量弁路１４を呼
気測定経路に切り換えて、測定を行なう（図２（ｄ）の
状態）。

【００３１】標準ガス供給経路の構成が異なる本発明装
置の分取動作について、図３により説明する。この装置
では、標準ガス送出管２８を三方弁３０を介して吸引路
１２に連結したもので、図３（ａ）は呼気の吸引状態を
示す。同じ状態で三方弁３０を切り換えることにより、
標準ガスの吸引ができる。また、図３（ｂ）は、秤量弁
路１４を呼気測定経路に切り換えらた状態を示す。

【００３２】図４は、成人男子３人の３日間の絶食（Fa
sting ）行動に於ける延べ１０１回測定での呼気中のア
セトン濃度（ppm ）と、血中ケトン体濃度（アセト酢酸
＋３−ＯＨＢＡ：μｍｏｌ／ｌ）との関係を示すグラフ
である。図から判るように、両者は優れた相関を示す
（Ｒ＝0.９７０）。尚、呼気は図１に示す装置で３1.４
μｌの呼気サンプルを分取し、ＰＩＤを検出器とし清浄
空気（２０ｍｌ／分）をキャリアガスに用いて分析し
た。また血中ケトン体濃度は、酵素法（ケトレックス／
ＫＥＴＯ３４０：三和化学研究所製）により測定した。

【００３３】

【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、呼気排出経路の途中から呼気吸引経
路の一部をなす秤量バルブの秤量弁路に呼気サンプルを
吸引分取し、次いで秤量弁路を呼気測定経路に組み込
み、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）呼気吸引経路を呼気排出経路の途中に連結すること
により、検出器が要求する微量の呼気サンプルを大量に
排出される呼気中から死腔部分を除いた状態で容易に分
取できる。 ４）秤量バルブの秤量弁路を呼気吸引経路から呼気測定
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。 ５）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。 ６）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。 ７）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）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。 ８）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。 ９）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。 10）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
検査方法に比べてより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測定が新たな疾病の診断や同
定などに役立つなど、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吸引経路の一例を部分的
に示す模式図で、（ａ）は呼気吸引時の状態、（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、（ｄ）は標準ガス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）は呼気吸引時の状態、（ｂ）
は呼気測定時の状態を示す。

【図４】呼気中のアセトン濃度（ppm ）と、血中ケトン
体濃度（アセト酢酸＋３−ＯＨＢＡ：μｍｏｌ／ｌ）と
の関係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の分析装置 １６ キ
ャリアガス供給部 ２ 呼気排出経路 １７ カ
ラム ３ 呼気吸引経路 １８ 検
出器 ４ 呼気測定経路 ２４ 標
準ガス供給経路 ５ 演算処理装置 ２５ 標
準ガス供給部 ８ 呼気採取管 ２６ 吸
引ポンプ ９ 流量センサ Ｂ 呼
気 １０ 呼気排出管 Ｓ
呼気サンプル １１ マウスピース Ｃ
キャリアガス １２ 吸引路 Ｓｔ
標準ガス １３ 秤量バルブ １４ 秤量弁路 １５ 吸引ポンプ

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ー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途中か
   ら呼気吸引経路の一部をなす秤量バルブの秤量弁路に呼
   気サンプルを吸引分取し、続いて該秤量弁路を呼気吸引
   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、次いで該分離した微量のガス成分を紫外線
   或いは放射線の照射によりイオン化させてイオン化量に
   応じて測定信号を出力する小型高感度の検出器で検出す
   るとともに、該測定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の
   分析方法。
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
   成分の分析方法。
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の分析方法。
4. 【請求項４】 呼気サンプルの容量は、１０〜１０００
   μｌである請求項１記載の呼気中の特定ガス成分の分析
   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、該呼気排出経路から呼気サ
   ンプルを秤量分取する呼気吸引経路と、秤量分取した呼
   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流量セ
   ンサを組み込んだ呼気排出管から構成され、呼気吸引経
   路は、呼気排出経路の途中に連結された秤量バルブの秤
   量弁路と該秤量弁路に呼気サンプルを吸引する吸引装置
   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
   が呼気吸引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、且つ排出管、秤量バルブ、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
   分の分析装置。
6. 【請求項６】 秤量バルブはその秤量弁路が呼気吸引経
   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の分析装置。
7. 【請求項７】 吸引装置は、呼気吸引経路と標準ガス供
   給経路で兼用されるものである請求項６記載の呼気中の
   特定ガス成分の分析装置。
8. 【請求項８】 検出器は、光イオン化検出器（ＰＩ
   Ｄ）、イオン移動度スペクトル検出器（ＩＭＳ）、電子
   捕獲型イオン検出器（ＥＣＤ）、水素炎イオン化検出器
   （ＦＩＤ）、或いは炎光光度検出器（ＦＰＤ）である請
   求項５記載の呼気中の特定ガス成分の分析装置。