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WO2018179195A1 - 硫化物ガス濃度測定装置及び硫化物ガス濃度測定方法 - Google Patents

硫化物ガス濃度測定装置及び硫化物ガス濃度測定方法 Download PDF

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WO2018179195A1
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sulfide gas
pressure
subject
port
concentration
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純平 斎藤
和総 東出
健 河本
泰道 山本
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JMS Inc
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/497—Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath

Definitions

  • the present invention relates to a sulfide gas concentration measuring device and a sulfide gas concentration measuring method, and in particular, a sulfide gas concentration measuring device and a sulfide gas concentration measuring method suitable for measuring the concentration of a sulfide gas contained in exhaled breath. About.
  • sulfide gas eg, hydrogen sulfide
  • COPD chronic obstructive pulmonary disease
  • sulfide gas can also be generated in organs other than the lung, for example, organs such as the nasal cavity and stomach. Therefore, it is useful in diagnosis of lung diseases to suppress the mixing of sulfide gas generated in tissues other than the lungs into exhaled breath.
  • the concentration of sulfide gas contained in exhaled breath it is desirable to suppress the loss of sulfide gas contained in the obtained exhaled breath.
  • the concentration of sulfide gas contained in exhaled breath is not so high.
  • the concentration of sulfide gas in exhaled air decreases with time due to adsorption and decomposition. This means that information useful for the diagnosis of lung disease is lost.
  • An apparatus for detecting the concentration of hydrogen sulfide in the exhaled breath is disclosed in, for example, Japanese Translation of PCT International Publication No. 2014-522773, Japanese Patent Publication No. 2015-526732, and Japanese Patent Publication No. 2015-526733.
  • an object of the present invention is to suppress the sulfide gas generated in tissues other than the lung in the measurement of the concentration of the sulfide gas in the breath, the concentration of the sulfide gas due to factors other than the pathological condition of the lung disease It is to realize at least one of suppression of fluctuations in the above and suppression of loss of sulfide gas from the acquired exhalation.
  • a sulfide gas concentration measuring device is attached to a subject, and an exhalation collection device into which the exhalation of the subject is introduced, a pressure regulator including an inlet port to which the exhalation collection device is connected, and an outlet port of the pressure regulator A pressure sensor configured to measure the pressure at the inlet port of the pressure regulator and to allow the subject to perceive the measured pressure. And a measuring instrument.
  • a method for measuring a sulfide gas concentration includes a step of attaching a breath collection device connected to an inlet port of a pressure regulator to a subject, measuring a pressure of the inlet port of the pressure regulator, and measuring the measured pressure. Injecting the exhalation of the subject into the inlet port of the pressure regulator via the exhalation sampling device, introducing the exhalation of the subject exhaled from the outlet port of the pressure regulator into the sulfide gas sensor, Measuring the concentration of sulfide gas contained in the exhaled breath of the subject using a gas sensor.
  • the present invention in the measurement of the concentration of sulfide gas in exhaled breath, suppression of mixing of sulfide gas generated in tissues other than the lungs into exhaled breath, variation in the concentration of sulfide gas due to factors other than the pathological condition of lung disease And at least one of suppression of the loss of sulfide gas from the acquired exhalation can be realized.
  • FIG. 1 it is a block diagram which shows the structure of the sulfide gas density
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a sulfide gas concentration measuring apparatus 10 according to an embodiment.
  • the sulfide gas concentration measuring device 10 includes a main unit 1, a mouthpiece 2, and a pressure gauge 3.
  • the sulfide gas concentration measuring device 10 is configured to measure the concentration of sulfide gas (eg, hydrogen sulfide) in the breath of a subject.
  • the mouthpiece 2 is attached to the subject and used as an exhalation collection tool for taking the exhalation of the subject into the sulfide gas concentration measuring device 10.
  • a mask may be used instead of the mouthpiece 2.
  • the main unit 1 has a housing 1a, in which a pressure regulator 4, a sulfide gas sensor 5, a three-way valve 6, and a pump 7 are accommodated.
  • the pressure regulator 4 has an inlet port 4a and an outlet port 4b.
  • the inlet port 4a is connected to the mouthpiece 2 via the exhalation line 2a.
  • the exhaled breath of the subject introduced into the mouthpiece 2 is supplied to the inlet port 4 a of the pressure regulator 4.
  • the pressure regulator 4 is configured to exhale the subject's exhalation received at the inlet port 4a from the outlet port 4b at a predetermined set pressure.
  • the pressure regulator 4 is configured such that the pressure (secondary pressure) at the outlet port 4b can be adjusted to the set pressure if the pressure (primary pressure) at the inlet port 4a is sufficiently large. Note that such an operation is common as an operation of a pressure regulator.
  • the outlet port 4 b of the pressure regulator 4 is connected to the sulfide gas sensor 5.
  • the pressure regulator 4 further has a pressure measurement port 4c.
  • the pressure measurement port 4c communicates with the inlet port 4a, and the pressure of the pressure measurement port 4c is the same as the pressure of the inlet port 4a.
  • the pressure measurement port 4c is connected to the pressure gauge 3 via the pressure measurement line 3a.
  • the pressure gauge 3 connected to the pressure measurement port 4 c is used as a pressure measurement device that measures the pressure of the inlet port 4 a of the pressure regulator 4.
  • the sulfide gas sensor 5 receives the breath of the subject from the outlet port 4b of the pressure regulator 4, and measures the concentration of the sulfide gas contained in the breath of the subject.
  • a constant potential electric field type sensor may be used as the sulfide gas sensor 5.
  • light absorption is used to allow identification of the type of sulfide gas (eg, to enable discrimination between hydrogen sulfide and other sulfide gases (eg, sulfur dioxide)).
  • An optical gas sensor that performs gas detection may be used.
  • the three-way valve 6 is configured as a switching valve having one inlet port and two outlet ports.
  • the inlet port of the three-way valve 6 is connected to the outlet port of the sulfide gas sensor 5.
  • One outlet port of the three-way valve 6 is connected to the external outlet port 11, and the other outlet port is connected to the pump 7.
  • the external outlet port 11 is open to the atmosphere.
  • the three-way valve 6 connects the outlet port of the sulfide gas sensor 5 to either the pump 7 or the external outlet port 11 by operation.
  • the pump 7 has an inlet port connected to the outlet port of the three-way valve 6 and an outlet port connected to the external outlet port 12.
  • the external outlet port 12 is open to the atmosphere.
  • the pump 7 is used in calibration of the sulfide gas sensor 5.
  • the pressure gauge 3 is connected to the pressure measurement port 4c communicating with the inlet port 4a, and the pressure at the inlet port 4a of the pressure regulator 4 is measured by the pressure gauge 3, but the pressure gauge 3 and the inlet The connection with the port 4a can be variously changed.
  • the pressure gauge 3 may be connected to the exhalation line 2a.
  • the sulfide gas concentration measuring device 10 of this embodiment is used for measuring the concentration of a sulfide gas (for example, hydrogen sulfide) contained in exhaled breath.
  • a sulfide gas for example, hydrogen sulfide
  • the concentration of sulfide gas contained in exhaled breath is useful information for diagnosis of lung diseases such as asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD).
  • COPD chronic obstructive pulmonary disease
  • the sulfide gas concentration measuring apparatus 10 of the embodiment measures the concentration of sulfide gas contained in the breath of a subject by a technique suitable for diagnosing lung diseases.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually showing a method of using the sulfide gas concentration measuring device 10 when measuring the concentration of sulfide gas contained in the exhalation of a subject
  • FIG. 3 measures the concentration of sulfide gas. It is a block diagram which shows operation
  • the outlet port of the sulfide gas sensor 5 is connected to the external outlet port 11 by the three-way valve 6.
  • the pump 7 does not need to be operated.
  • the subject 20 When the subject 20 blows into the mouthpiece 2, the subject 20 perceives the pressure measured by the pressure gauge 3 so that the pressure indicated by the pressure gauge 3 becomes a specific target pressure (for example, 1.5 kPa).
  • the subject 20 is requested to inhale exhaled air while adjusting or within a specific target pressure range (for example, a specific pressure range centered on 1.5 kPa).
  • a specific target pressure range for example, a specific pressure range centered on 1.5 kPa.
  • the display 3b of the pressure gauge 3 is shown to the subject 20, and exhalation is blown into the mouthpiece 2 while adjusting so that the pressure indicated by the pressure gauge 3 becomes the target pressure or the target pressure range. You may ask for it.
  • the pressure measured by the pressure gauge 3 is the pressure at the inlet port 4a of the pressure regulator 4, the pressure at the inlet port 4a is adjusted to at least the target pressure or the target pressure range by such an operation. Become.
  • the target pressure or target pressure range is determined so that the pressure regulator 4 is sufficient to adjust the pressure at the outlet port 4b to a predetermined set pressure.
  • the exhaled breath of the subject 20 blown into the mouthpiece 2 is introduced into the inlet port 4a of the pressure regulator 4, further reduced to the set pressure, discharged from the outlet port 4b, and further from the outlet port 4b of the pressure regulator 4 It is introduced into the inlet port of the sulfide gas sensor 5 at a set pressure set in the regulator 4. If the pressure at the inlet port 4a is sufficiently high, the pressure regulator 4 can maintain the pressure at the outlet port 4b at a predetermined set pressure.
  • the sulfide gas sensor 5 receives the breath of the subject 20 from the outlet port 4b of the pressure regulator 4, and measures the concentration of the sulfide gas contained in the breath. Exhaled air whose concentration of sulfide gas has been measured is discharged from the outlet port of the sulfide gas sensor 5 and further discharged to the outside through the three-way valve 6 and the external outlet port 11.
  • the operation of requesting the mouthpiece 2 to breathe while allowing the subject 20 to perceive the pressure measured by the pressure gauge 3 is effective for suppressing the mixing of sulfide gas generated in tissues other than the lungs into the breath. It is.
  • the path connecting the trachea of the lung and the mouth is open to communicate with the nasal cavity and stomach.
  • sulfide gas generated in the nasal cavity and stomach can be mixed into exhaled breath.
  • exhalation can be introduced into the mouthpiece 2 while closing the opening leading to the nasal cavity and stomach.
  • the subject 20 In order to keep the pressure measured by the pressure gauge 3 at a somewhat high pressure, the subject 20 needs to apply a certain amount of force in order to exhale exhaled air.
  • subject 20 applies a certain amount of force to exhale exhaled air
  • the opening to the nasal cavity and stomach existing in the path connecting the trachea of the lung and the mouth is closed in the body of subject 20.
  • mixing of the sulfide gas generated in tissues other than the lungs into the exhaled breath can be suppressed.
  • the configuration of the sulfide gas concentration measuring apparatus 10 of the present embodiment that measures the pressure at the inlet port 4a of the pressure regulator 4 with the pressure gauge 3 is used to exhale sulfide gas generated in tissues other than the lungs by the above operation. It is suitable for suppressing the mixing of.
  • the operation that asks the subject 20 to perceive the pressure measured by the pressure gauge 3 while inhaling the mouthpiece 2 suppresses fluctuations in the flow rate at which the subject 20 exhales and is useful for diagnosing lung diseases. It is also effective for obtaining useful information.
  • the concentration of the sulfide gas contained in the exhalation depends on the flow rate at which the subject 20 exhales the exhalation.
  • the concentration of the sulfide gas contained in the exhalation of the subject 20 is determined with sufficient accuracy for diagnosis of lung disease in-situ. Can be measured.
  • the gas to be detected flows into the sulfide gas sensor 5 at a constant flow rate.
  • the pressure of the outlet port 4 b that is, the pressure of the inlet port of the sulfide gas sensor 5 is kept substantially constant by the action of the pressure regulator 4.
  • Subject's exhalation flows at the flow rate. Therefore, according to the configuration of the present embodiment, the concentration of sulfide gas contained in the exhalation of the subject 20 can be measured on the spot with sufficient accuracy for diagnosing lung disease.
  • the ability to measure the concentration of sulfide gas contained in the exhalation of the subject 20 on the spot is effective for suppressing the loss of sulfide gas from the acquired exhalation.
  • the concentration of sulfide gas in exhaled air decreases with time due to adsorption and decomposition. For example, in a system in which exhaled air is blown into a bag and the concentration of sulfide gas contained in the exhaled gas accumulated in the bag is measured, the sulfide gas is adsorbed by the bag and the concentration of the sulfide gas decreases. This means that useful information for diagnosing lung disease is lost, which is undesirable.
  • the sulfide gas concentration measuring apparatus 10 of this embodiment can measure the concentration of sulfide gas on the spot, and can suppress the loss of sulfide gas from the acquired exhaled breath.
  • the pressure measured by the pressure gauge 3 may be perceived by the subject 20 through vision, or may be perceived by the subject 20 through hearing (for example, by generating a sound corresponding to the pressure).
  • the indicator 3 b of the pressure gauge 3 may be shown to the subject 20.
  • the indicator 3b is a display element 3c (for example, an indicator) visually indicating the measured pressure, a marking 3d indicating the target pressure, and / or an indicator 3e indicating the target pressure range. You may have.
  • the display element 3c and the signs 3d and 3e are both configured to be visually perceivable. In this case, even if the subject 20 is requested to breathe into the mouthpiece 2 while adjusting the position of the display element 3c to the position of the sign 3d indicating the target pressure or the mark 3e indicating the target pressure range. Good.
  • the pump 7 is used for calibration and cleaning of the sulfide gas sensor 5.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the operation of the sulfide gas concentration measuring apparatus 10 of the present embodiment when the sulfide gas sensor 5 is calibrated.
  • the three-way valve 6 is set to connect the outlet port of the sulfide gas sensor 5 to the pump 7. Furthermore, the inlet port of the sulfide gas sensor 5 is disconnected from the outlet port 4b of the pressure regulator 4 and connected to a gas source (not shown) that supplies calibration gas.
  • the pump 7 When performing calibration, the pump 7 is operated so as to suck gas at a constant flow rate, and a calibration gas containing sulfide gas at a known concentration is introduced into the inlet port of the sulfide gas sensor 5. Since the pump 7 connected to the outlet port of the sulfide gas sensor 5 operates to suck the gas at a constant flow rate, as a result, the sulfide gas is introduced into the sulfide gas sensor 5 at a constant flow rate. In this state, the sulfide gas sensor 5 measures the concentration of the sulfide gas contained in the calibration gas. The sulfide gas sensor 5 is calibrated using the concentration of the sulfide gas measured for the calibration gas.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an operation of the sulfide gas concentration measuring apparatus 10 of the present embodiment when the sulfide gas sensor 5 is cleaned. Even when the sulfide gas sensor 5 is cleaned, the three-way valve 6 is set to connect the outlet port of the sulfide gas sensor 5 to the pump 7.
  • the cleaning gas When cleaning is performed, the cleaning gas is introduced into the mouthpiece 2 while the pump 7 is operated. As a result, the cleaning gas is introduced into the inlet port of the sulfide gas sensor 5 through the exhalation line 2a and the pressure regulator 4. Since the pump 7 is operating, the cleaning gas that has cleaned the inside of the sulfide gas sensor 5 is sucked by the pump 7 from the outlet port of the sulfide gas sensor 5 and discharged from the external outlet port 12. By such an operation, the route from the mouthpiece 2 to the inlet port of the sulfide gas sensor 5 and the inside of the sulfide gas sensor 5 can be cleaned.
  • the sulfide gas concentration measuring device 10 may be configured to automatically clean the sulfide gas sensor 5 after measuring the concentration of the sulfide gas in the exhaled breath.
  • FIG. 6 is a block diagram showing the configuration of the sulfide gas concentration measuring apparatus 10 configured as described above.
  • a pressure regulator 14 is provided instead of the pressure regulator 4 of FIG. 1, and an external connection port 13 and a sequencer 15 are further provided in the main unit 1.
  • the sequencer 15 is used as a control device that monitors the pressure measured by the pressure gauge 3 and controls the sulfide gas sensor 5, the three-way valve 6, the pump 7, and the pressure regulator 14.
  • the pressure regulator 14 includes a gas introduction port 4d in addition to the inlet port 4a, the outlet port 4b, and the pressure measurement port 4c.
  • the gas introduction port 4 d is connected to the external connection port 13.
  • the external connection port 13 is connected to a cleaning gas source (not shown) that supplies cleaning gas.
  • the sulfide gas concentration measuring apparatus 10 having the configuration shown in FIG. 6 operates as follows.
  • the sequencer 15 When starting the measurement of exhalation, the sequencer 15 outputs an optical or acoustic output that urges the subject to inhale exhalation into the mouthpiece 2.
  • the sequencer 15 sets the three-way valve 6 to connect the output port of the sulfide gas sensor 5 to the external output port 11, and closes the gas introduction port 4d of the pressure regulator 14.
  • the sequencer 15 stops the operation of the pump 7.
  • the sequencer 15 controls the sulfide gas sensor 5 to measure the concentration of the sulfide gas contained in the expiration. .
  • the sequencer 15 When the measurement of the concentration of the sulfide gas contained in the exhalation is completed, the sequencer 15 performs an operation for cleaning the sulfide gas sensor 5.
  • the sequencer 15 sets the pressure regulator 14 so that the gas introduction port 4d communicates with the outlet port 4b. Thereby, the external connection port 13 connected to the cleaning gas source communicates with the inlet port of the sulfide gas sensor 5. Further, the sequencer 15 sets the three-way valve 6 so as to connect the output port of the sulfide gas sensor 5 to the pump 7 and further operates the pump 7.
  • the cleaning gas is introduced into the sulfide gas sensor 5 from the external connection port 13 via the pressure regulator 14. Thereby, the inside of the sulfide gas sensor 5 and the line connected to the inlet port of the sulfide gas sensor 5 can be cleaned.
  • a three-way valve (switching valve) controlled by the sequencer 15 may be provided in a line connecting the pressure regulator 14 and the sulfide gas sensor 5 instead of the pressure regulator 14 having the gas introduction port 4d.
  • the three-way valve connects the input port of the sulfide gas sensor 5 to either the outlet port 4 b of the pressure regulator 14 or the external connection port 13 under the control of the sequencer 15.
  • the three-way valve connects the input port of the sulfide gas sensor 5 to the outlet port 4 b of the pressure regulator 14.
  • the three-way valve connects the input port of the sulfide gas sensor 5 to the external connection port 13 connected to the cleaning gas source.

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Abstract

硫化物ガス濃度測定装置が、被験者に装着され、被験者の呼気が導入される呼気採取具と、呼気採取具が接続された入口ポートを備える圧力レギュレータと、圧力レギュレータの出口ポートに接続され、出口ポートから出力される呼気における硫化物ガスの濃度を測定する硫化物ガスセンサと、圧力測定器とを具備する。圧力測定器は、圧力レギュレータの入口ポートにおける圧力を測定し、測定した圧力を被験者に知覚させるように構成されている。

Description

硫化物ガス濃度測定装置及び硫化物ガス濃度測定方法
　本発明は、硫化物ガス濃度測定装置及び硫化物ガス濃度測定方法に関し、特に、呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定するために好適な硫化物ガス濃度測定装置及び硫化物ガス濃度測定方法に関する。
　近年、呼気に含まれる硫化物ガス（例えば、硫化水素）の濃度が、肺疾患、例えば、喘息や慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）の診断のために有用な情報であることが判明してきている。例えば、J. Zhang et al. Correlation between levels of exhaled hydrogen sulfide and airway inflammatory phenotype in patients with chronic persistent asthma. Respirology. 28 August 2014; 19: 1165-1169.は、慢性喘息の患者の呼気中の硫化水素と、気道の慢性炎症との関係について議論している。また、J. Zhang et al. Exhaled Hydrogen Sulfide Predicts Airway Inflammation Phenotype in COPD. Respiratory Care. 29 January 2015; 60(2): 251-258.は、気道の炎症のマーカーとしての呼気中の硫化水素の役割、及び ＣＯＰＤの重症度との関係について議論している。更に、S. Yun et al. Exhaled hydrogen sulfide in patients with chronic obstructive pulmonary disease and its correlation with exhaled nitric oxide. Chinese Medical Journal 2013; 126 (17): 3240-3244. も、呼気中の硫化水素とＣＯＰＤとの関係について議論している。
　このような背景から、呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を正確に測定するための技術が求められている。発明者の検討によれば、呼気に含まれる硫化物ガスの濃度の測定においては、下記の点に考慮すべきである。
　まず、呼気に含まれる硫化物ガスの濃度の測定においては、肺以外の組織において発生した硫化物ガスの呼気への混入を抑制することが望ましい。肺疾患を適正に診断するためには、肺における硫化物ガスの発生についての情報を得ることが重要である。その一方で、発明者の知見によれば、硫化物ガスは、肺以外の器官、例えば、鼻腔や胃等の器官においても発生し得る。よって、肺以外の組織において発生した硫化物ガスが呼気に混入することを抑制することは、肺疾患の診断において有用である。
　また、肺疾患の病態以外の要因による硫化物ガスの濃度の変動を抑制しながら呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定することが望ましい。発明者の知見によれば、呼気に含まれる硫化物ガスの濃度は、肺疾患の病態のみならず、呼気を吐き出す流量にも依存する。このため、被験者が呼気を吐き出す流量の変動を抑制しながら呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定することが望ましい。
　加えて、呼気に含まれる硫化物ガスの濃度の測定においては、取得した呼気に含まれる硫化物ガスの損失を抑制することが望ましい。呼気に含まれる硫化物ガスの濃度はそれほど高くない。その一方で、呼気における硫化物ガスの濃度は、吸着や分解によって時間経過と共に減少する。これは、肺疾患の診断のために有用な情報が失われることを意味する。
　呼気の硫化物ガスの濃度の測定においては、これら３つの要望の少なくとも１つが満たされることが望ましい。
　なお、呼気における硫化水素の濃度を検出する装置は、例えば、特表２０１４－５２２９７３号公報、特表２０１５－５２６７３２号公報、特表２０１５－５２６７３３号公報に開示されている。
特表２０１４－５２２９７３号公報 特表２０１５－５２６７３２号公報 特表２０１５－５２６７３３号公報
J. Zhang et al. Correlation between levels of exhaled hydrogen sulfide and airway inflammatory phenotype in patients with chronic persistent asthma. Respirology. 28 August 2014; 19: 1165-1169. J. Zhang et al. Exhaled Hydrogen Sulfide Predicts Airway Inflammation Phenotype in COPD. Respiratory Care. 29 January 2015; 60(2): 251-258. S. Yun et al. Exhaled hydrogen sulfide in patients with chronic obstructive pulmonary disease and its correlation with exhaled nitric oxide. Chinese Medical Journal 2013; 126 (17): 3240-3244.
　したがって、本発明の目的は、呼気の硫化物ガスの濃度の測定において、肺以外の組織において発生した硫化物ガスの呼気への混入の抑制、肺疾患の病態以外の要因による硫化物ガスの濃度の変動の抑制、及び、取得した呼気からの硫化物ガスの損失の抑制のうちの少なくとも一を実現することにある。本発明の他の目的及び新規な特徴は、以下の開示から当業者には理解されるであろう。
　一実施形態では、硫化物ガス濃度測定装置が、被験者に装着され、被験者の呼気が導入される呼気採取具と、呼気採取具が接続された入口ポートを備える圧力レギュレータと、圧力レギュレータの出口ポートに接続され、出口ポートから出力される呼気における硫化物ガスの濃度を測定する硫化物ガスセンサと、圧力レギュレータの入口ポートにおける圧力を測定し、測定した圧力を被験者に知覚させるように構成された圧力測定器とを具備する。
　他の実施形態では、硫化物ガス濃度測定方法が、圧力レギュレータの入口ポートに接続された呼気採取具を被験者に装着するステップと、圧力レギュレータの入口ポートの圧力を測定し、測定した圧力を被験者に知覚させながら、被験者の呼気を、呼気採取具を介して圧力レギュレータの入口ポートに導入するステップと、圧力レギュレータの出口ポートから吐き出される被験者の呼気を硫化物ガスセンサに導入するステップと、硫化物ガスセンサによって被験者の呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定するステップとを具備する。
　本発明によれば、呼気の硫化物ガスの濃度の測定において、肺以外の組織において発生した硫化物ガスの呼気への混入の抑制、肺疾患の病態以外の要因による硫化物ガスの濃度の変動の抑制、及び、取得した呼気からの硫化物ガスの損失の抑制のうちの少なくとも一を実現することができる。
一実施形態における硫化物ガス濃度測定装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態の硫化物ガス濃度測定装置の使用方法を概念的に示す図である。 呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定する際における本実施形態の硫化物ガス濃度測定装置の動作を示すブロック図である。 硫化物ガスセンサの校正を行う際における本実施形態の硫化物ガス測定装置の動作を示すブロック図である。 硫化物ガスセンサの洗浄を行う際における本実施形態の硫化物ガス測定装置の動作を示すブロック図である。 本実施形態において、呼気における硫化物ガスの濃度の測定の後、硫化物ガスセンサの洗浄を自動的に行うように構成された硫化物ガス濃度測定装置の構成を示すブロック図である。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の硫化物ガス濃度測定装置及び硫化物ガス濃度測定方法の実施形態を説明する。
　図１は、一実施形態における硫化物ガス濃度測定装置１０の構成を示すブロック図である。硫化物ガス濃度測定装置１０は、メインユニット１と、マウスピース２と、圧力計３とを備えている。以下に詳細に説明するように、硫化物ガス濃度測定装置１０は、被験者の呼気の硫化物ガス（例えば、硫化水素）の濃度を測定するように構成されている。このとき、マウスピース２は、被験者に装着され、被験者の呼気を硫化物ガス濃度測定装置１０に取り入れるための呼気採取具として用いられる。なお、マウスピース２の代わりに、マスクを用いてもよい。
　メインユニット１は、筐体１ａを有しており、筐体１ａには、圧力レギュレータ４と、硫化物ガスセンサ５と、三方弁６と、ポンプ７とが収容されている。
　圧力レギュレータ４は、入口ポート４ａと、出口ポート４ｂとを有している。入口ポート４ａは、呼気ライン２ａを介してマウスピース２に接続されている。マウスピース２に導入された被験者の呼気は、圧力レギュレータ４の入口ポート４ａに供給される。圧力レギュレータ４は、入口ポート４ａで受け取った被験者の呼気を所定の設定圧力で出口ポート４ｂから吐き出すように構成されている。圧力レギュレータ４は、入口ポート４ａにおける圧力（一次圧）が十分に大きければ、出口ポート４ｂの圧力（二次圧）を該設定圧力に調節することができるように構成される。このような動作は、圧力レギュレータの動作として一般的であることに留意されたい。圧力レギュレータ４の出口ポート４ｂは硫化物ガスセンサ５に接続されている。
　本実施形態では、圧力レギュレータ４が、更に、圧力測定ポート４ｃを有している。圧力測定ポート４ｃは、入口ポート４ａに連通しており、圧力測定ポート４ｃの圧力は入口ポート４ａの圧力と同一である。本実施形態では、圧力測定ポート４ｃは、圧力測定ライン３ａを介して圧力計３に接続されている。本実施形態では、圧力測定ポート４ｃに接続された圧力計３が、圧力レギュレータ４の入口ポート４ａの圧力を測定する圧力測定器として用いられる。
　硫化物ガスセンサ５は、圧力レギュレータ４の出口ポート４ｂから被験者の呼気を受け取り、被験者の呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定する。一実施形態では、硫化物ガスセンサ５としては、定電位電界式センサが用いられ得る。他の実施形態では、硫化物ガスの種類を特定可能にするために（例えば、硫化水素と他の硫化物ガス（例えば、二酸化硫黄）の識別を可能にするために）、光吸収を用いてガス検出を行う光学式ガスセンサを用いてもよい。
　三方弁６は、１つの入口ポートと２つの出口ポートを有する切替弁として構成されている。三方弁６の入口ポートは、硫化物ガスセンサ５の出口ポートに接続されている。また、三方弁６の一方の出口ポートは、外部出口ポート１１に接続され、他方の出口ポートはポンプ７に接続されている。外部出口ポート１１は、大気に開放されている。三方弁６は、操作により、硫化物ガスセンサ５の出口ポートを、ポンプ７又は外部出口ポート１１のいずれかに接続する。
　ポンプ７は、その入口ポートが三方弁６の出口ポートに接続され、出口ポートが外部出口ポート１２に接続されている。外部出口ポート１２は、大気に開放されている。後述のように、ポンプ７は、硫化物ガスセンサ５の校正において用いられる。
　なお、本実施形態では、入口ポート４ａと連通する圧力測定ポート４ｃに圧力計３が接続され、圧力計３によって圧力レギュレータ４の入口ポート４ａの圧力が測定されているが、圧力計３と入口ポート４ａとの接続は、様々に変更可能である。例えば、圧力計３が、呼気ライン２ａに接続されてもよい。
　続いて、本実施形態の硫化物ガス濃度測定装置１０の動作について説明する。
　本実施形態の硫化物ガス濃度測定装置１０は、呼気に含まれる硫化物ガス（例えば、硫化水素）の濃度を測定するために用いられる。上述のように、呼気に含まれる硫化物ガスの濃度は、肺疾患、例えば、喘息や慢性閉塞性肺疾患（ＣＯＰＤ）の診断のために有用な情報であり、以下に述べられるように、本実施形態の硫化物ガス濃度測定装置１０は、肺疾患の診断に適した手法によって被験者の呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定する。
　図２は、被験者の呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定するときの硫化物ガス濃度測定装置１０の使用方法を概念的に示す図であり、図３は、硫化物ガスの濃度を測定するときの硫化物ガス濃度測定装置１０の動作を示すブロック図である。被験者の呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定する場合、三方弁６により、硫化物ガスセンサ５の出口ポートが外部出口ポート１１に接続される。ポンプ７は、動作させる必要はない。
　図２に図示されているように、ある被験者２０の呼気の硫化物ガスの濃度を測定する場合、被験者２０にマウスピース２を装着してもらい、被験者２０に呼気をマウスピース２に吹き込むように求める。
　被験者２０が呼気をマウスピース２に吹き込む際、圧力計３によって測定された圧力を被験者２０に知覚させ、圧力計３が示す圧力が、特定の目標圧力（例えば、１.５ｋＰａ）になるように調節しながら、又は、特定の目標圧力範囲（例えば、１．５ｋＰａを中心とする特定の圧力範囲）になるように呼気を吹き込むように被験者２０に求める。例えば、圧力計３の表示器３ｂを被験者２０に見せ、圧力計３が示す圧力が目標圧力になるように、又は、目標圧力範囲になるように調節しながらマウスピース２に呼気を吹き込むように求めてもよい。圧力計３によって測定される圧力は圧力レギュレータ４の入口ポート４ａの圧力であるから、このような操作により、入口ポート４ａの圧力は、目標圧力又は目標圧力範囲の少なくとも近傍に調節されることになる。目標圧力又は目標圧力範囲は、圧力レギュレータ４が出口ポート４ｂの圧力を所定の設定圧力に調節するために十分であるように決められる。
　マウスピース２に吹き込まれた被験者２０の呼気は、圧力レギュレータ４の入口ポート４ａに導入され、更に、設定圧力に減圧されて出口ポート４ｂから吐き出され、更に、圧力レギュレータ４の出口ポート４ｂから圧力レギュレータ４に設定された設定圧力で硫化物ガスセンサ５の入口ポートに導入される。入口ポート４ａの圧力が十分に高ければ、圧力レギュレータ４は、出口ポート４ｂの圧力を所定の設定圧力に保つことができる。硫化物ガスセンサ５は、圧力レギュレータ４の出口ポート４ｂから被験者２０の呼気を受け入れ、呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定する。硫化物ガスの濃度が測定された呼気は、硫化物ガスセンサ５の出口ポートから排出され、更に、三方弁６及び外部出口ポート１１を介して外部に排出される。
　圧力計３によって測定された圧力を被験者２０に知覚させながら、マウスピース２に呼気を吹き込むように求める操作は、肺以外の組織において発生した硫化物ガスの呼気への混入を抑制するために有効である。肺の気管と口とを結ぶ経路は、通常の状態では、鼻腔や胃に通じるように開口している。この状態では、鼻腔や胃で発生した硫化物ガスが呼気に混入し得る。しかしながら、圧力計３によって測定された圧力を、目標圧力又は目標圧力範囲に保つように被験者２０に求めることで、鼻腔や胃に通じる開口を閉じながら呼気をマウスピース２に導入することができる。圧力計３によって測定された圧力をある程度高い圧力に保つためには、被験者２０は、呼気を吐き出すためにある程度の力を加える必要がある。被験者２０が呼気を吐き出すためにある程度の力を加えると、被験者２０の体内では、肺の気管と口とを結ぶ経路に存在する鼻腔や胃に通じる開口が閉じる。これにより、肺以外の組織において発生した硫化物ガスの呼気への混入を抑制することができる。圧力レギュレータ４の入口ポート４ａの圧力を圧力計３で測定する本実施形態の硫化物ガス濃度測定装置１０の構成は、上記のような操作により肺以外の組織において発生した硫化物ガスの呼気への混入を抑制するために好適である。
　圧力計３によって測定された圧力を被験者２０に知覚させながら、マウスピース２に呼気を吹き込むように求める操作は、被験者２０が呼気を吐き出す流量の変動を抑制し、肺疾患の診断のために有用な情報を得るためにも有効である。上記のように、呼気に含まれる硫化物ガスの濃度は、被験者２０が呼気を吐き出す流量に依存する。圧力計３が示す圧力が特定圧力になるように調節しながら呼気を吐き出すように被験者２０に求めながら硫化物ガスの濃度を測定することで、呼気を吐き出す流量の変動の影響を抑制することができる。圧力レギュレータ４の入口ポート４ａの圧力を圧力計３で測定する本実施形態の硫化物ガス濃度測定装置１０の構成は、呼気を吐き出す流量の変動の影響を抑制するために好適である。
　加えて、本実施形態の硫化物ガス濃度測定装置１０では、その場で（in-situ）、被験者２０の呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を、肺疾患の診断のために十分な精度で測定することができる。硫化物ガスセンサ５による硫化物ガスの濃度の検知の精度を向上するためには、検知対象のガスが一定の流量で硫化物ガスセンサ５に流入してくることが望ましい。ここで、本実施形態では、圧力レギュレータ４の作用により、出口ポート４ｂの圧力、即ち、硫化物ガスセンサ５の入口ポートの圧力がほぼ一定に保たれるので、硫化物ガスセンサ５には概ね一定の流量で被験者の呼気が流れ込む。よって、本実施形態の構成によれば、その場で、肺疾患の診断のために十分な精度で被験者２０の呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定することができる。
　その場で被験者２０の呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定可能であることは、取得した呼気からの硫化物ガスの損失を抑制するために有効である。上述のように、呼気における硫化物ガスの濃度は、吸着や分解によって時間経過と共に減少する。例えば、呼気をバッグに吹き込み、バッグに蓄積された呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定するシステムでは、硫化物ガスがバッグに吸着され、硫化物ガスの濃度が低下する。これは、肺疾患の診断のために有用な情報が失われることを意味し、好ましくない。本実施形態の硫化物ガス濃度測定装置１０は、その場で硫化物ガスの濃度の測定を行うことを可能であり、取得した呼気からの硫化物ガスの損失を抑制することができる。
　圧力計３によって測定された圧力を被験者２０に知覚させるためには、様々な手法が用いられ得る。圧力計３によって測定された圧力を、視覚を通じて被験者２０に知覚させてもよいし、聴覚を通じて（例えば、圧力に応じた音を発生して）被験者２０に知覚させてもよい。一実施形態では、圧力計３の表示器３ｂを被験者２０に見せてもよい。この場合、表示器３ｂが、測定した圧力を視覚的に示す表示要素３ｃ（例えば、指針（indicator））と、目標圧力を示す標示（marking）３ｄ、及び／又は、目標圧力範囲を示す標示３ｅとを有していてもよい。ここで、表示要素３ｃ及び標示３ｄ、３ｅは、いずれも、視覚的に知覚可能であるように構成される。この場合、表示要素３ｃの位置が、目標圧力を示す標示３ｄ又は目標圧力範囲を示す標示３ｅの位置に合うように調節しながら、呼気をマウスピース２に吹き込むように、被験者２０に求めてもよい。
　ポンプ７は、硫化物ガスセンサ５の校正や洗浄に用いられる。
　図４は、硫化物ガスセンサ５の校正を行う場合における、本実施形態の硫化物ガス濃度測定装置１０の動作を示すブロック図である。硫化物ガスセンサ５の校正を行う場合、三方弁６が、硫化物ガスセンサ５の出口ポートをポンプ７に接続するように設定される。更に、硫化物ガスセンサ５の入口ポートが、圧力レギュレータ４の出口ポート４ｂから切り離され、校正ガスを供給するガス源（図示されない）に接続される。
　校正を行う場合、ポンプ７が一定流量でガスを吸引するように動作され、更に、既知の濃度で硫化物ガスを含んでいる校正ガスが硫化物ガスセンサ５の入口ポートに導入される。硫化物ガスセンサ５の出口ポートに接続されたポンプ７は、一定流量でガスを吸引するように動作しているので、結果として、硫化物ガスは、一定流量で硫化物ガスセンサ５に導入される。この状態で、硫化物ガスセンサ５は、校正ガスに含まれる硫化物ガスの濃度を測定する。校正ガスについて測定された硫化物ガスの濃度を用いて硫化物ガスセンサ５が校正される。
　図５は、硫化物ガスセンサ５の洗浄を行う場合における、本実施形態の硫化物ガス濃度測定装置１０の動作を示すブロック図である。硫化物ガスセンサ５の洗浄を行う場合も、三方弁６が、硫化物ガスセンサ５の出口ポートをポンプ７に接続するように設定される。
　洗浄を行う場合、ポンプ７を動作させた状況で、洗浄ガスがマウスピース２に導入される。これにより、洗浄ガスが、呼気ライン２ａ、圧力レギュレータ４を介して硫化物ガスセンサ５の入口ポートに導入される。ポンプ７が動作しているので、硫化物ガスセンサ５の内部を洗浄した洗浄ガスは、硫化物ガスセンサ５の出口ポートからポンプ７によって吸引され、外部出口ポート１２から排出される。このような操作により、マウスピース２から硫化物ガスセンサ５の入口ポートに到達する経路、及び、硫化物ガスセンサ５の内部を洗浄することができる。
　硫化物ガス濃度測定装置１０は、呼気における硫化物ガスの濃度の測定の後、硫化物ガスセンサ５の洗浄を自動的に行うように構成されてもよい。図６は、このように構成された硫化物ガス濃度測定装置１０の構成を示すブロック図である。図６の構成では、図１の圧力レギュレータ４の代わりに、圧力レギュレータ１４が設けられ、更に、メインユニット１に、外部接続ポート１３とシーケンサ１５とが設けられる。シーケンサ１５は、圧力計３が測定する圧力をモニタすると共に、硫化物ガスセンサ５、三方弁６、ポンプ７及び圧力レギュレータ１４を制御する制御装置として用いられる。
　圧力レギュレータ１４は、入口ポート４ａ、出口ポート４ｂ、圧力測定ポート４ｃに加え、ガス導入ポート４ｄを備えている。ガス導入ポート４ｄは、外部接続ポート１３に接続されている。外部接続ポート１３は、洗浄ガスを供給する洗浄ガス源（図示されない）に接続される。
　図６の構成の硫化物ガス濃度測定装置１０は、下記のように動作する。呼気の測定を開始する場合、シーケンサ１５は、被験者にマウスピース２に呼気を吹き込むように催す光学的又は音響的出力を出力する。このとき、シーケンサ１５は、硫化物ガスセンサ５の出力ポートを外部出力ポート１１に接続するように三方弁６を設定し、圧力レギュレータ１４のガス導入ポート４ｄを閉鎖する。このとき、シーケンサ１５は、ポンプ７の動作を停止する。圧力計３によって測定された圧力から、被験者がマウスピース２に呼気を吹き込んだことを検出すると、シーケンサ１５は、硫化物ガスセンサ５を呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定するように制御する。
　呼気に含まれる硫化物ガスの濃度の測定を終了すると、シーケンサ１５は、硫化物ガスセンサ５の洗浄のための動作を行う。シーケンサ１５は、圧力レギュレータ１４を、ガス導入ポート４ｄが出口ポート４ｂに連通するように設定する。これにより、洗浄ガス源に接続された外部接続ポート１３が硫化物ガスセンサ５の入口ポートに連通する。更に、シーケンサ１５は、硫化物ガスセンサ５の出力ポートをポンプ７に接続するように三方弁６を設定し、更にポンプ７を動作させる。これにより、洗浄ガスが、外部接続ポート１３から圧力レギュレータ１４を介して硫化物ガスセンサ５に導入される。これにより、硫化物ガスセンサ５の内部、及び、硫化物ガスセンサ５の入口ポートに接続されているラインを洗浄することができる。
　なお、圧力レギュレータ１４がガス導入ポート４ｄを備える代わりに、圧力レギュレータ１４と硫化物ガスセンサ５とを接続するラインに、シーケンサ１５によって制御される三方弁（切替弁）が設けられてもよい。この場合、該三方弁は、硫化物ガスセンサ５の入力ポートを、シーケンサ１５による制御の下、圧力レギュレータ１４の出口ポート４ｂと外部接続ポート１３のいずれかに接続する。呼気の硫化物ガスの濃度を測定する場合、該三方弁は、硫化物ガスセンサ５の入力ポートを圧力レギュレータ１４の出口ポート４ｂに接続する。一方、硫化物ガスセンサ５の洗浄を行う場合、該三方弁は、硫化物ガスセンサ５の入力ポートを、洗浄ガス源に接続された外部接続ポート１３に接続する。
　以上には、本発明の硫化物ガス濃度測定装置の実施形態が具体的に開示されているが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものと解釈してはならない。本発明は、様々な変更とともに実施され得ることは、当業者には自明的であろう。
１　　：メインユニット
１ａ　：筐体
２　　：マウスピース
２ａ　：呼気ライン
３　　：圧力計
３ａ　：圧力測定ライン
３ｂ　：表示器
３ｃ　：表示要素
３ｄ、３e　：標示
４　　：圧力レギュレータ
４ａ　：入口ポート
４ｂ　：出口ポート
４ｃ　：圧力測定ポート
４ｄ　：ガス導入ポート
５　　：硫化物ガスセンサ
６　　：三方弁
７　　：ポンプ
１０　：硫化物ガス濃度測定装置
１１、１２：外部出口ポート
１３　：外部接続ポート
１４　：圧力レギュレータ
１５　：シーケンサ
２０　：被験者

Claims (6)

  1. 　被験者に装着され、前記被験者の呼気が導入される呼気採取具と、
    　前記呼気採取具から前記呼気を受け取る入口ポートを備える圧力レギュレータと、
    　前記圧力レギュレータの出口ポートに接続され、前記出口ポートから吐き出される前記呼気における硫化物ガスの濃度を測定する硫化物ガスセンサと、
    　前記圧力レギュレータの前記入口ポートにおける圧力を測定し、測定した前記圧力を前記被験者に知覚させるように構成された圧力測定器
    とを具備する
    　硫化物ガス濃度測定装置。
  2. 　請求項１に記載の硫化物ガス濃度測定装置であって、
    　前記圧力測定器が、表示器を備えており、
    　前記表示器が、
    　　測定された前記圧力を視覚的に示す表示要素と、
    　　目標圧力又は目標圧力範囲を視覚的に示す標示
    とを備えている
    　硫化物ガス濃度測定装置。
  3. 　請求項１又は２に記載の硫化物ガス濃度測定装置であって、
    　大気に解放されている外部出口ポートと、
    　ポンプと、
    　前記硫化物ガスセンサの前記呼気が排出される出口ポートを、前記外部出口ポートと前記ポンプのいずれかに選択的に接続するように構成された切替弁と、
    とを具備する
    　硫化物ガス濃度測定装置。
  4. 　請求項３に記載の硫化物ガス濃度測定装置であって、
    　更に、
    　洗浄ガスを供給する洗浄ガス源に接続されており、且つ、前記硫化物ガスセンサの前記呼気が導入される入口ポートに接続可能に設けられた外部接続ポートと、
    　前記硫化物ガスセンサと前記ポンプと前記切替弁とを制御すると共に、前記外部接続ポートと前記硫化物ガスセンサの入口ポートとの接続を制御する制御装置
    とを具備し、
    　前記制御装置は、前記呼気における硫化物ガスの濃度を測定する場合、前記外部接続ポートを前記硫化物ガスセンサの入口ポートから切り離し、前記硫化物ガスセンサの出口ポートを前記外部出口ポートに接続するように前記切替弁を設定し、前記ポンプを停止した状態で、前記硫化物ガスセンサに前記呼気における硫化物ガスの濃度を測定させ、
    　前記制御装置は、前記呼気における硫化物ガスの濃度の測定が終了した後、前記外部接続ポートを前記硫化物ガスセンサの入口ポートに接続し、前記硫化物ガスセンサの出口ポートを前記ポンプに接続するように前記切替弁を設定した状態で前記ポンプを動作させる
    　硫化物ガス濃度測定装置。
  5. 　圧力レギュレータの入口ポートに接続された呼気採取具を被験者に装着するステップと、
    　前記圧力レギュレータの前記入口ポートの圧力を測定し、測定した前記圧力を前記被験者に知覚させながら、前記被験者の呼気を、前記呼気採取具を介して前記圧力レギュレータの前記入口ポートに導入するステップと、
    　前記圧力レギュレータの出口ポートから吐き出される前記被験者の呼気を硫化物ガスセンサに導入するステップと、
    　前記硫化物ガスセンサによって前記被験者の呼気に含まれる硫化物ガスの濃度を測定するステップ
    とを具備する
    　硫化物ガス濃度測定方法。
  6. 　請求項５に記載の硫化物ガス濃度測定方法であって、
    　前記入口ポートの前記圧力が、表示器を有する圧力測定機によって測定され、
    　前記表示器が、
    　　測定された前記圧力を視覚的に示す表示要素と、
    　　目標圧力又は目標圧力範囲を視覚的に示す標示
    とを備えている
    　硫化物ガス濃度測定方法。
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