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JP7822010B2 - Respiratory function test simulator - Google Patents
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JP7822010B2 - Respiratory function test simulator - Google Patents

Respiratory function test simulator

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JP7822010B2
JP7822010B2 JP2024134492A JP2024134492A JP7822010B2 JP 7822010 B2 JP7822010 B2 JP 7822010B2 JP 2024134492 A JP2024134492 A JP 2024134492A JP 2024134492 A JP2024134492 A JP 2024134492A JP 7822010 B2 JP7822010 B2 JP 7822010B2
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Description

本発明は、呼吸機能の検査をシミュレーションする呼吸機能検査シミュレータに関する。 The present invention relates to a respiratory function test simulator that simulates respiratory function tests.

従来、肺活量(VC)や努力性肺活量(FVC)等を測定可能なスパイロメータが存在する(例えば、特許文献1、特許文献2、非特許文献1を参照)。その中でも、検査用ガス(例えば、ヘリウム(He))を被検者に供給して、機能的残気量(FRC)等の精密検査を行うことが可能な精密検査装置が存在する(例えば、特許文献2、非特許文献1を参照)。 Conventionally, there are spirometers capable of measuring vital capacity (VC) and forced vital capacity (FVC) (see, for example, Patent Document 1, Patent Document 2, and Non-Patent Document 1). Among these, there are precision testing devices that can supply test gas (e.g., helium (He)) to the subject and perform precision tests such as functional residual capacity (FRC) (see, for example, Patent Document 2 and Non-Patent Document 1).

特開2013-153886号公報JP 2013-153886 A 特開2017-086704号公報JP 2017-086704 A

呼吸機能検査ハンドブック(日本呼吸器学会 肺生理専門委員会)メディカルレビュー社Respiratory Function Test Handbook (Japanese Respiratory Society, Pulmonary Physiology Specialist Committee), Medical Review Co., Ltd.

ここで、スパイロメータによる検査は、所定の検査手順に従って適切なタイミング、適切な強度で被検者に呼気や吸気を行わせることにより、はじめて信頼できる検査結果が得られるものである。そのため、臨床において検査手順及び被検者が行う呼吸が適切であることは極めて重要であり、これらは臨床検査技師国家試験の出題範囲にも含まれている。検査者は、検査項目毎に、必要とされる検査手順と、その検査手順に応じて被検者にどのような呼吸を指示すべきかを習得しておかなければならない。このような実情から、検査者の技術習得は、座学のみならず、実際に使用するスパイロメータを被検者に用いて行うことが好ましいとされている。 Reliable test results can only be obtained with a spirometer by having the subject inhale and exhale at the appropriate timing and with the appropriate intensity according to the prescribed test procedure. Therefore, it is extremely important that the test procedure and the subject's breathing are appropriate in clinical practice, and these are also included in the scope of questions in the National Medical Laboratory Technologist Examination. Testers must master the test procedures required for each test item and how to instruct the subject to breathe in accordance with those procedures. Given this reality, it is considered preferable for testers to acquire skills not only through classroom learning, but also by actually using a spirometer on a subject.

しかしながら、精密検査装置は、圧センサを用いた気流型スパイロメータ(例えば、特許文献1、非特許文献1を参照)と比較して高額であり、医療機関への導入数が比較的少ないことから、実機を用いた技術習得は困難である。さらにいえば、教育機関への精密検査装置の導入は極めて困難であり、学生が精密検査を経験する機会は極めて限られている。仮に、精密検査装置を使用できたとしても、精密検査の技術習得に検査用ガスを使用することで、コスト面での問題がある。 However, precision testing equipment is more expensive than airflow-type spirometers that use pressure sensors (see, for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1), and because the number of medical institutions that have introduced it is relatively small, it is difficult to learn the skills using the actual equipment. Furthermore, it is extremely difficult to introduce precision testing equipment into educational institutions, and opportunities for students to experience precision testing are extremely limited. Even if precision testing equipment were available, there are cost issues associated with using testing gas to learn precision testing skills.

本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、精密検査の技術習得を低コストで可能とすることにある。 The present invention was developed in consideration of the above-mentioned problems, and its purpose is to make it possible to acquire precision testing skills at low cost.

前記課題は以下の手段によって解決される。なお、後述する発明を実施するための形態の説明及び図面で使用した符号等を参考のために括弧書きで付記するが、本発明の構成要素は該付記したものには限定されない。本発明の技術的範囲を逸脱しない範囲内において種々の変更・修正を加えることが可能である。 The above-mentioned problems are solved by the following means. Note that, for reference, the reference numerals used in the description and drawings of the embodiments of the invention described below are added in parentheses, but the components of the present invention are not limited to these. Various changes and modifications can be made without departing from the technical scope of the present invention.

第1手段は、ガス濃度に関する精密検査(FRC検査,CV検査,DLCO検査)のシミュレーションを実行する呼吸機能検査シミュレータ(1)であって、呼吸流量又は呼吸容量(スパイログラム及びスパイログラムに基づくスパイロメトリー等)を測定する測定部(フローセンサ10,CPU53)と、精密検査に対応したガイダンス情報(精密検査に使用されるガスの種類、被検者が行うべき呼吸方法)を出力する出力部(ディスプレイ56,スピーカ58)と、測定部により測定されたデータに基づいて、精密検査に関するシミュレーションデータを生成する生成部(CPU53)と、を備えることを特徴とする。 The first means is a respiratory function test simulator (1) that simulates detailed tests related to gas concentrations (FRC test, CV test, DLCO test), and is characterized by comprising a measurement unit (flow sensor 10, CPU 53) that measures respiratory flow or respiratory volume (such as a spirogram and spirometry based on the spirogram), an output unit (display 56, speaker 58) that outputs guidance information corresponding to the detailed test (type of gas used in the detailed test, breathing method the subject should follow), and a generation unit (CPU 53) that generates simulation data related to the detailed test based on the data measured by the measurement unit.

第2手段は、第1手段において、ガイダンス情報は、精密検査に用いられるガスの情報(FRC検査の場合はHe,CV検査の場合はO,DLCO検査の場合は4種混合ガス)と、精密検査において被検者に指示する呼吸の情報(FRC検査の場合は安静換気、CV検査の場合は最大呼気位までの呼気及び呼気流量を所定範囲に維持すること、DLCO検査の場合は最大吸気位までの吸気及び最大吸気位での息こらえ並びに一気の呼出)と、を含むことを特徴とする。 The second means is characterized in that, in the first means, the guidance information includes information on the gases used in the detailed examination (He in the case of an FRC examination, O2 in the case of a CV examination, and a four-type mixed gas in the case of a DLCO examination), and breathing information to be instructed to the subject in the detailed examination (resting ventilation in the case of an FRC examination, exhalation up to the maximum expiratory position and maintaining the expiratory flow rate within a predetermined range in the case of a CV examination, inhalation up to the maximum inhalation position and breath holding at the maximum inhalation position and exhalation in one go in the case of a DLCO examination).

第3手段は、第1手段において、生成部は、測定部により測定されたデータ(実測データ)と、精密検査に対応した所定値(被検者のデータに基づいて基準値予測式により算出された基準値)とに基づいて、ガス濃度曲線を生成する、ことを特徴とする。 The third means is characterized in that, in the first means, the generation unit generates a gas concentration curve based on data measured by the measurement unit (actual measurement data) and predetermined values corresponding to the detailed examination (reference values calculated using a reference value prediction formula based on the subject's data).

第4手段は、第3手段において、生成部は、測定部により測定されたデータ(実測データ)と、精密検査に対応した予測式に基づいて算出される第1所定値(被検者のデータに基づいて基準値予測式により算出された基準値)とに基づいて、第1ガス濃度曲線を生成可能であり、測定部により測定されたデータ(実測データ)と、精密検査に対応した、第1所定値とは異なる第2所定値(例えば、基準値に所定係数をかけた設定値)とに基づいて、第1ガス濃度曲線と良好度が異なる第2ガス濃度曲線を生成する、ことを特徴とする。 The fourth means is characterized in that, in the third means, the generation unit is capable of generating a first gas concentration curve based on data measured by the measurement unit (actual measurement data) and a first predetermined value calculated based on a prediction formula corresponding to the detailed examination (a reference value calculated using a reference value prediction formula based on the subject's data), and generates a second gas concentration curve having a degree of suitability different from that of the first gas concentration curve based on data measured by the measurement unit (actual measurement data) and a second predetermined value corresponding to the detailed examination that is different from the first predetermined value (for example, a set value obtained by multiplying the reference value by a predetermined coefficient).

第5手段は、第1手段から第4手段の何れかの手段において、精密検査は、機能的残気量検査(FRC)であり、ガイダンス情報は、Heの使用を通知する情報と、安静換気を行うことを指示する情報と、を含み、生成部は、He濃度を示すガス濃度曲線を生成する、ことを特徴とする。 The fifth means is any one of the first to fourth means, characterized in that the detailed examination is a functional residual capacity test (FRC), the guidance information includes information notifying the use of He and information instructing quiet ventilation, and the generation unit generates a gas concentration curve indicating the He concentration.

第6手段は、第1手段から第4手段の何れかの手段において、精密検査は、クロージングボリューム検査(CV)であり、ガイダンス情報は、Oの使用を通知する情報と、最大呼気位までの呼気を行うことを指示する情報と、呼気流量を所定範囲に維持することを指示する情報と、を含み、生成部は、N濃度を示すガス濃度曲線を生成する、ことを特徴とする。 The sixth means is any one of the first to fourth means, wherein the detailed examination is a closing volume test (CV), the guidance information includes information notifying the use of O2 , information instructing exhalation up to the maximum expiratory level, and information instructing maintenance of the expiratory flow rate within a predetermined range, and the generation unit generates a gas concentration curve indicating the N2 concentration.

第7手段は、第1手段から第4手段の何れかの手段において、精密検査は、肺機能拡散検査(DLCO)であり、ガイダンス情報は、CO、He、O2、を含む4種混合ガスの使用を通知する情報と、最大吸気位までの吸気を行うことを指示する情報と、最大吸気位において所定期間息を止めることを指示する情報と、一気の呼出を指示する情報と、を含み、生成部は、CO濃度を示すガス濃度曲線を生成する、ことを特徴とする。 The seventh means is any one of the first to fourth means, wherein the detailed examination is a pulmonary diffusion test (DLCO), the guidance information includes information notifying the use of a four-type mixed gas containing CO, He, O2 , and N2 , information instructing the subject to inhale up to the maximum inspiratory position, information instructing the subject to hold their breath for a predetermined period at the maximum inspiratory position, and information instructing the subject to exhale in one breath, and the generation unit generates a gas concentration curve indicating the CO concentration.

第8手段は、ガス濃度に関する精密検査(FRC検査,CV検査,DLCO検査)のシミュレーションを実行する呼吸機能検査シミュレータ(1)によって実行されるプログラムであって、呼吸流量又は呼吸容量(スパイログラム及びスパイログラムに基づくスパイロメトリー等)を測定部(フローセンサ10,CPU53)により測定することと、精密検査に対応したガイダンス情報(精密検査に使用されるガスの種類、被検者が行うべき呼吸方法)を出力部(ディスプレイ56,スピーカ58)により出力することと、測定部により測定されたデータに基づいて、精密検査に関するシミュレーションデータを生成部(CPU53)によって生成することと、が実行されることを特徴とする。 The eighth means is a program executed by a respiratory function test simulator (1) that simulates detailed tests related to gas concentrations (FRC test, CV test, DLCO test), and is characterized by measuring respiratory flow or respiratory volume (spirogram, spirometry based on the spirogram, etc.) using a measurement unit (flow sensor 10, CPU 53), outputting guidance information corresponding to the detailed test (type of gas used in the detailed test, breathing method the subject should follow) using an output unit (display 56, speaker 58), and generating simulation data related to the detailed test using a generation unit (CPU 53) based on the data measured by the measurement unit.

本発明によれば、精密検査の技術習得が低コストで可能となる。 This invention makes it possible to acquire precision testing skills at low cost.

本実施形態に係る呼吸機能検査シミュレータの一例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a respiratory function test simulator according to the present embodiment. スパイロメトリーと精密検査項目との比較例を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a comparison example between spirometry and detailed examination items. FRC検査におけるHe濃度曲線の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a He concentration curve in an FRC test. FRC検査のシミュレーション手順の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of a simulation procedure for an FRC inspection. He濃度の計算例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of calculation of He concentration. FRC検査のシミュレーション結果の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a simulation result of an FRC inspection. CV検査におけるN濃度曲線の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of an N2 concentration curve in a CV test. CV検査のシミュレーション手順の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of a simulation procedure for a CV inspection. ダミーデータの波形の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a waveform of dummy data. DLCO検査におけるボリューム曲線の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a volume curve in a DLCO test. DLCO検査のシミュレーション手順の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an example of a simulation procedure for a DLCO inspection. DLCO検査におけるCO濃度曲線の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a CO concentration curve in a DLCO test. 精密検査に関するアンケート結果の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the results of a questionnaire regarding detailed examinations. 濃度曲線の生成方法の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a method for generating an N2 concentration curve. 濃度曲線の生成方法の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a method for generating an N2 concentration curve.

以下、添付図面を参照して実施形態を詳細に説明する。 The following describes the embodiments in detail with reference to the attached drawings.

[呼吸機能検査シミュレータの測定機能]
図1は、本実施形態に係る呼吸機能検査シミュレータ1を示す説明図である。本実施形態では、フローセンサ式のスパイロメータを呼吸機能検査シミュレータ1としている。そのため、検査用ガスを被検者に供給する機能(及びガス濃度を測定するためのセンサ)は有していないが、少なくともスパイログラム(時間-気流曲線)を測定可能であり、VCやFVC、1秒量(FEV)、1秒率(FEV/FVC)が得られる。
[Measurement function of the respiratory function test simulator]
1 is an explanatory diagram showing a respiratory function test simulator 1 according to this embodiment. In this embodiment, a flow sensor type spirometer is used as the respiratory function test simulator 1. Therefore, although it does not have the function of supplying test gas to the subject (nor a sensor for measuring gas concentration), it is at least capable of measuring a spirogram (time-airflow curve), and can obtain VC, FVC, forced expiratory volume in 1 second (FEV 1 ), and fractional expiratory volume in 1 second (FEV 1 /FVC).

呼吸機能検査シミュレータ1は、呼吸機能検査用フローセンサ(以下、「フローセンサ」という。)10を備えている。フローセンサ10は、被検者の口に装着されて被検者の吸気流量及び呼気流量を測定するための流量検出部である。フローセンサ10によって検出される情報(信号)は、流量と1対1の関係(線形関係)を有する圧力差信号(抵抗体14の前後における差圧信号)である。この差圧信号は本体50に取り込まれ、この差圧信号に基づいて対応する流量信号に変換されることになる。 The respiratory function test simulator 1 is equipped with a respiratory function test flow sensor (hereinafter referred to as "flow sensor") 10. The flow sensor 10 is a flow detection unit that is attached to the subject's mouth and measures the subject's inspiratory flow rate and expiratory flow rate. The information (signal) detected by the flow sensor 10 is a pressure differential signal (differential pressure signal before and after resistor 14) that has a one-to-one relationship (linear relationship) with the flow rate. This differential pressure signal is input into the main body 50 and converted into a corresponding flow rate signal based on this differential pressure signal.

フローセンサ10は、呼気及び吸気について圧力降下を発生させる抵抗体14と、抵抗体14の被検者側の圧力(静圧)を検出する第1圧力検出ポート5aと、抵抗体14の被検者と反対側の圧力(静圧)を検出する第2圧力検出ポート5bと、を具備して構成される。抵抗体14は、呼気及び吸気が抵抗体14を通過する際に、抵抗体14の前後に圧力差(差圧)を発生させるものである。 The flow sensor 10 is composed of a resistor 14 that generates a pressure drop for inhalation and exhalation, a first pressure detection port 5a that detects the pressure (static pressure) on the subject side of the resistor 14, and a second pressure detection port 5b that detects the pressure (static pressure) on the opposite side of the resistor 14 from the subject. The resistor 14 generates a pressure difference (differential pressure) between the front and rear of the resistor 14 as the exhalation and inhalation air passes through it.

本体50は、第1圧力検出ポート5aで検知された圧力を差圧センサ51に伝搬する第1圧力伝搬チューブ51aと、第2圧力検出ポート5bで検知された圧力を差圧センサ51に伝搬する第2圧力伝搬チューブ51bと、抵抗体14の前後における差圧を対応する電気信号に変換する差圧センサ51と、差圧センサ51が出力する電気信号(アナログ信号)を所定のディジタル信号に変換するA/D変換器52と、測定プログラムを実行し、変換されたディジタル信号を基に呼気及び吸気の流量等を算出するCPU53と、A/D変換器52が出力する差圧センサ51の出力信号に係るディジタル信号を一時的に保存するRAM54と、流量と差圧センサ51の出力電圧との較正式(関係式)を含む測定プログラムや測定データ等を保存するROM55と、操作用のアイコンや、測定データ等を表示するディスプレイ56と、CPU53からのディジタル信号に対応するアナログ電圧を生成するD/A変換器57と、操作ガイダンス等を音声により出力するスピーカ58とを備える。 The main body 50 includes a first pressure transmission tube 51a that transmits the pressure detected at the first pressure detection port 5a to the differential pressure sensor 51, a second pressure transmission tube 51b that transmits the pressure detected at the second pressure detection port 5b to the differential pressure sensor 51, a differential pressure sensor 51 that converts the differential pressure across the resistor 14 into a corresponding electrical signal, an A/D converter 52 that converts the electrical signal (analog signal) output by the differential pressure sensor 51 into a predetermined digital signal, and a digital signal processing unit 53 that executes a measurement program and calculates the pressure of inhalation and exhalation based on the converted digital signal. It is equipped with a CPU 53 that calculates the flow rate, etc.; a RAM 54 that temporarily stores a digital signal related to the output signal of the differential pressure sensor 51 output by the A/D converter 52; a ROM 55 that stores measurement programs and measurement data, including a calibration formula (relationship formula) between the flow rate and the output voltage of the differential pressure sensor 51; a display 56 that displays operation icons and measurement data, etc.; a D/A converter 57 that generates an analog voltage corresponding to the digital signal from the CPU 53; and a speaker 58 that outputs operation guidance, etc. by voice.

ROM55に保存された流量及び容量等の測定データは、ディスプレイ56のコントローラ56aに送信される。コントローラ56aは、CPU53からの制御信号に基づいてLCDドライバー56bを駆動してディスプレイ56にスパイログラム等の測定データ等を表示させる。ディスプレイ56は、複数のタッチセンサ(図示せず)を備え、検査者の操作によって、測定プログラムの開始及び終了、測定用パラメータの入力(選択を含む)等が行われる。 Measurement data such as flow rate and volume stored in ROM 55 is sent to the controller 56a of the display 56. The controller 56a drives the LCD driver 56b based on control signals from the CPU 53, causing the display 56 to display measurement data such as spirograms. The display 56 is equipped with multiple touch sensors (not shown), and the examiner can operate them to start and end measurement programs, input (including selection) measurement parameters, and so on.

[呼吸機能検査シミュレータのシミュレーション機能]
本実施形態の呼吸機能検査シミュレータ1は、上述したようにスパイログラムを測定可能であるとともに、通常は精密検査装置(特許文献2,非特許文献1)により行われる検査のシミュレーションが可能となっている。精密検査のシミュレーションプログラムは、ROM55に記憶されており、検査者の操作に基づいてCPU53によって実行される。
[Simulation function of the respiratory function test simulator]
The respiratory function test simulator 1 of this embodiment is capable of measuring a spirogram as described above, and is also capable of simulating tests that are normally performed using precision testing devices (Patent Document 2, Non-Patent Document 1). A simulation program for the precision test is stored in the ROM 55, and is executed by the CPU 53 based on the operation of the examiner.

図2は、スパイログラムから取得可能な検査項目であるスパイロメトリーと、被検者にガスを供給して行われる精密検査の検査項目との違いを説明する図である。スパイロメトリーは、例えばフローセンサ式のスパイロメータ(特許文献1を参照)により測定可能であり、閉塞性呼吸障害及び拘束性呼吸障害のスクリーニング等を目的としている。スパイロメトリーには、VC、FVC、1秒量、1秒率の他、フローボリューム曲線も含まれる。被検者が吸入する気体は室内空気であるため、装置は小型化、軽量化することができ、各検査項目はフローセンサにより検出される気流に基づいて測定される。 Figure 2 explains the difference between spirometry, a test item that can be obtained from a spirogram, and the test items of a detailed examination performed by supplying gas to the subject. Spirometry can be measured using, for example, a flow sensor-type spirometer (see Patent Document 1), and is intended for screening for obstructive respiratory disorders and restrictive respiratory disorders. Spirometry includes VC, FVC, forced expiratory volume in one second, and fractionalized rate in one second, as well as flow-volume curves. Because the gas inhaled by the subject is room air, the device can be made small and lightweight, and each test item is measured based on the airflow detected by the flow sensor.

一方、精密検査項目は、例えば特許文献2、非特許文献1に示されるように、被検者の呼吸に応じてシリンダ内のベルが移動することにより、シリンダ内に供給された検査用ガスを被検者に吸入させることが可能な気量型スパイロメータ(ローリングシール型スパイロメータとも称される)により測定可能であり、肺気量分画、換気不均等分布、及びガス交換障害の評価等を目的としている。なお、気量型スパイロメータによってもスパイロメトリーを測定可能である。精密検査項目には、機能的残気量(FRC)、クロージングボリューム(CV)、肺拡散機能(DLCO)等が含まれる。FRCは、He混合ガスを被検者に吸入させて行われ、He濃度はHeセンサにより測定される。CVは、100%Oを被検者に吸入させて行われ、残気量に対応したN濃度はNセンサにより測定される。DLCOは、4種混合ガス(He,CO,O,N)を被検者に吸入させて行われ、He濃度はHeセンサにより測定され、CO濃度はCOセンサより測定される。 On the other hand, detailed examination items can be measured using a volumetric spirometer (also called a rolling seal spirometer), which allows the subject to inhale test gas supplied into a cylinder by moving a bell inside the cylinder in response to the subject's breathing, as shown in Patent Document 2 and Non-Patent Document 1. The purpose of the detailed examination is to evaluate lung volume fraction, ventilation maldistribution, and gas exchange disorders. Spirometry can also be measured using a volumetric spirometer. Detailed examination items include functional residual capacity (FRC), closing volume (CV), and pulmonary diffusion capacity (DLCO). FRC is performed by having the subject inhale a He-mixed gas, and the He concentration is measured using a He sensor. CV is performed by having the subject inhale 100% O2 , and the N2 concentration corresponding to the residual volume is measured using an N2 sensor. DLCO is performed by having a subject inhale a four-gas mixture (He, CO, O 2 , N 2 ), with the He concentration being measured by a He sensor and the CO concentration being measured by a CO sensor.

図2に示されるように、精密検査項目は、フローセンサ式のスパイロメータでは測定することができない項目である。そのため、本来であれば、気量型スパイロメータを使用して技術習得を行わなければならないが、本実施形態では、以下に示すように、フローセンサ式のスパイロメータに、精密検査のシミュレーション機能を持たせることで、気量型スパイロメータを使用することなく精密検査の技術習得を可能としている。 As shown in Figure 2, detailed examination items cannot be measured using a flow sensor type spirometer. Therefore, technical skills would normally have to be acquired using an air volume type spirometer. However, in this embodiment, as shown below, the flow sensor type spirometer is equipped with a detailed examination simulation function, making it possible to acquire detailed examination skills without using an air volume type spirometer.

本実施形態では、精密検査のシミュレーションに関して、単に予め設定した擬似データを表示するのではなく、被検者から取得された実際のスパイログラムに基づいてシミュレーションデータを生成することにより、臨床現場における被検者を対象とした実際のデータの振る舞いに近いシミュレーションデータを提示することが可能である。これにより、検査技術の習得を効率的に行うことができるようにしている。 In this embodiment, in simulating a detailed examination, rather than simply displaying pre-set pseudo data, simulation data is generated based on actual spirograms obtained from subjects, making it possible to present simulation data that closely resembles the behavior of actual data from subjects in clinical settings. This allows for efficient learning of examination techniques.

以下の式は、本実施形態におけるガス濃度の計算方法の一例を示す式である。
Y=aX+b …(式1)
The following formula shows an example of a method for calculating the gas concentration in this embodiment.
Y=aX+b...(Formula 1)

Yは測定値であり、Xはガス濃度、aは係数、bは切片である。このように、測定値とガス濃度との関係式が定められている場合、測定値として、被検者の実データ(年齢、性別、身長等)に基づく基準値予測式によって得られる予測値(基準値といってもよい)を使用することで、ガス濃度を逆算し、逆算したガス濃度と、実際に測定されたスパイログラムとに基づいて、ガス濃度の変化曲線を生成して表示することが可能となる。なお、(式1)の例では、測定値とガス濃度の関係が一次関数として規定されているが、これに限らず、二次関数や対数関数等の他の関数で規定してもよい。 Y is the measured value, X is the gas concentration, a is the coefficient, and b is the intercept. In this way, when an equation relating the measured value and the gas concentration is defined, the predicted value (which can also be called the reference value) obtained by the reference value prediction equation based on the subject's actual data (age, sex, height, etc.) is used as the measured value, and the gas concentration can be back-calculated. A gas concentration change curve can be generated and displayed based on the back-calculated gas concentration and the actually measured spirogram. Note that in the example of (Equation 1), the relationship between the measured value and the gas concentration is defined as a linear function, but it is not limited to this and can also be defined as another function such as a quadratic function or a logarithmic function.

(FRC検査のシミュレーション)
FRC検査の原理は、既知濃度の指示ガスを含んだ既知容積の回路と肺を連絡して反復呼吸させ、両者の空間内のガスを十分に混合させれば指示ガスの濃度変化からFRCを算出できるというものである。指示ガスとしては肺で吸収されないヘリウム(He)が用いられることが多い。被検者が安静呼気位でHe濃度が平衡に達するまで再呼吸を行うことに対応して、図3に示すように、He濃度曲線は、ピークから安静換気が行われる毎に徐々に低下してゆき、平衡濃度に収束する。FRC検査のシミュレーションでは、このHe濃度曲線を再現する。
(FRC inspection simulation)
The principle of FRC testing is that the lungs are connected to a circuit of known volume containing a known concentration of an indicator gas, and the subject is instructed to breathe repeatedly. By thoroughly mixing the gases in both spaces, FRC can be calculated from the change in the concentration of the indicator gas. Helium (He), which is not absorbed by the lungs, is often used as the indicator gas. As the subject rebreathes at a quiet expiration position until the He concentration reaches equilibrium, the He concentration curve gradually decreases from its peak with each quiet ventilation, converging to the equilibrium concentration, as shown in Figure 3. This He concentration curve is reproduced in the FRC test simulation.

図4は、FRC検査のシミュレーションに対応したフローチャートである。検査者が、ディスプレイ56に表示された、FRCの検査シミュレーションを実行させるオブジェクトを選択することにより、CPU53がシミュレーションプログラムを実行し、FRC検査シミュレーションが実行される。ディスプレイ56には、FRCの検査用ガスであるO・He混合ガスを用意するように促すメッセージが表示される(S110)。また、検査ガスをシリンダに充填してFRCの測定準備を行うための『準備開始』ボタンが表示される(S120)。検査者は、これらの情報により、FRCの測定に使用される検査ガスの種類を把握することができる。 4 is a flowchart corresponding to the FRC inspection simulation. When the inspector selects an object displayed on the display 56 that will execute the FRC inspection simulation, the CPU 53 executes the simulation program and the FRC inspection simulation is performed. The display 56 displays a message prompting the inspector to prepare an O2 /He mixed gas, which is the FRC inspection gas (S110). Also, a "Start Preparation" button is displayed for filling the cylinder with the inspection gas and preparing for FRC measurement (S120). From this information, the inspector can understand the type of inspection gas to be used in FRC measurement.

検査者が、『準備開始』ボタンを操作することにより、『呼吸回路換気中』及び『ガス注入中』のメッセージがディスプレイ56に表示される(S130)。前述したように、呼吸機能検査シミュレータ1は、フローセンサ式のスパイロメータであるため、ガス供給機能を有しておらず、これらの表示は擬似的なものであるが、検査者は測定開始に先立って、シリンダに検査ガスが充填される過程を把握することができる。なお、スピーカ58から、シリンダに検査用ガスが充填される擬似音を出力することにより、より実際の検査環境に近づけてもよい。 When the examiner operates the "Start preparation" button, the messages "Breathing circuit ventilation in progress" and "Gas injection in progress" are displayed on the display 56 (S130). As mentioned above, the respiratory function test simulator 1 is a flow sensor-type spirometer and does not have a gas supply function, so these displays are simulated. However, the examiner can understand the process of the test gas being filled into the cylinder prior to the start of measurement. It is also possible to more closely resemble a real test environment by outputting a simulated sound of the test gas being filled into the cylinder from the speaker 58.

検査者が、『呼吸回路換気中』及び『ガス注入中』のメッセージの表示終了後(ガス注入の完了後)に、ディスプレイ56に表示された『測定開始』ボタンを操作することにより(S140)、呼吸機能検査シミュレータ1が備えるフローセンサ10によって被検者の実際のスパイログラムが測定されて、ディスプレイ56に表示される(S150)。さらに、ディスプレイ56には、『安静換気をしてください。』のメッセージが表示される(S160)。これにより、検査者は、FRCの検査において安静換気によって被検者に検査ガスを吸入させる過程を把握することができる。 After the messages "Breathing circuit ventilation in progress" and "Gas injection in progress" have finished being displayed (after gas injection is complete), the examiner operates the "Start measurement" button displayed on the display 56 (S140), and the flow sensor 10 provided in the respiratory function test simulator 1 measures the subject's actual spirogram and displays it on the display 56 (S150). Furthermore, the display 56 displays the message "Please perform quiet ventilation" (S160). This allows the examiner to understand the process of having the subject inhale the test gas through quiet ventilation during the FRC test.

次いで、CPU53は、前述したように、被検者の実データ(年齢、性別、身長、体重等)に基づく基準値予測式によってFRC予測値(FRC基準値といってもよい)を算出する。この基準値予測式は、非特許文献1に開示されている式を用いることができる。なお、基準値予測式(FRC、並びに、後述するCV、DLCOの基準値予測式)として、非特許文献1に開示されているものに限らず、他の予測式を用いてもよい。また、基準値予測式で必要となる被検者の実データとして、年齢、性別、身長、体重のみならず、体表面積(BSA)等の他のデータを含めてもよい。 Next, as described above, the CPU 53 calculates the predicted FRC value (which may also be called the FRC reference value) using a reference value prediction formula based on the subject's actual data (age, sex, height, weight, etc.). This reference value prediction formula may use the formula disclosed in Non-Patent Document 1. Note that the reference value prediction formula (reference value prediction formula for FRC, as well as CV and DLCO, described below) is not limited to that disclosed in Non-Patent Document 1, and other prediction formulas may also be used. Furthermore, the subject's actual data required for the reference value prediction formula may include not only age, sex, height, and weight, but also other data such as body surface area (BSA).

以下の式は、He濃度、回路の容量、及びFRCの関係式を示している。
C1(測定開始前の回路内のHe濃度)×(回路の容量)
=C2(平衡後のHe濃度)×(回路の容量+FRC) …(式2)
The following equation shows the relationship between the He concentration, the circuit capacitance, and the FRC.
C1 (He concentration in the circuit before measurement starts) × (circuit capacity)
= C2 (He concentration after equilibrium) × (circuit capacity + FRC) ... (Equation 2)

本実施形態では、測定開始前の回路内のHe濃度は11%として、算出したFRC予測値を(式2)のFRCとして、He濃度を計算している。図5(a)の例では、測定開始前(He吸入前)における回路の容量をFRC死腔量として示しており、FRC死腔量は10.50Lである。また、測定開始前の回路内のHe量は11%×10.50L=1.155Lである。一方、予測式に基づいて計算された被検者のFRCは3.38Lであり、被検者は測定開始前の段階でHeを吸入していないため、肺内のHe濃度は0%であり、肺内のHe量は0.0Lである。このとき回路内のHe量と肺内のHe量の合計は1.155Lである。 In this embodiment, the He concentration in the circuit before measurement begins is assumed to be 11%, and the calculated predicted FRC value is used as the FRC in (Equation 2) to calculate the He concentration. In the example of Figure 5(a), the circuit volume before measurement begins (before He inhalation) is shown as the FRC dead space volume, which is 10.50 L. The amount of He in the circuit before measurement begins is 11% x 10.50 L = 1.155 L. Meanwhile, the subject's FRC calculated based on the prediction equation is 3.38 L, and because the subject did not inhale He before measurement began, the He concentration in the lungs is 0%, and the amount of He in the lungs is 0.0 L. In this case, the sum of the amount of He in the circuit and the amount of He in the lungs is 1.155 L.

図5(b)に示すように、被検者が吸気をすると、FRC死腔量からTV(この場合は1回換気量のうちの吸気量相当であるTVI)相当が減算され、FRCにはTV(この場合はTVI)相当が加算される。この例では、0.50Lが吸入されたことにより、肺内には0.50L×0.11%=0.055Lが取り込まれ、He濃度は0%から1.42%に変化し、回路内のHe量は10.00L×11%=1.10Lとなっている。 As shown in Figure 5(b), when the subject inhales, the TV (in this case, TVI, which is equivalent to the inhaled volume of the tidal volume) is subtracted from the FRC dead space volume, and the TV (in this case, TVI) is added to the FRC. In this example, 0.50 L is inhaled, resulting in 0.50 L x 0.11% = 0.055 L being taken into the lungs, the He concentration changing from 0% to 1.42%, and the amount of He in the circuit becoming 10.00 L x 11% = 1.10 L.

次いで、図5(c)に示すように、被検者が呼気をすると、FRC+TVからTV(この場合は1回換気量のうちの呼気量相当であるTVE)相当が減算され、減算後のFRC死腔量にはTV(この場合はTVE)相当が加算される。この例では、0.50Lが呼出されたことにより、He量として0.50L×1.42%=0.0071Lが回路内に戻され、回路内のHe量は1.1071Lとなり、回路内のHe量は10.54%となる。 Next, as shown in Figure 5(c), when the subject exhales, the amount equivalent to TV (in this case, TVE, which is equivalent to the exhaled volume of the tidal volume) is subtracted from FRC + TV, and the amount equivalent to TV (in this case, TVE) is added to the FRC dead space volume after the subtraction. In this example, 0.50 L is exhaled, and 0.50 L x 1.42% = 0.0071 L of He is returned to the circuit, bringing the amount of He in the circuit to 1.1071 L, or 10.54%.

図6に示すように、被検者の実際の呼気及び吸気に合わせて図5(b)及び図5(c)のガス濃度計算が繰り返されることにより、ディスプレイ56に表示されているHe濃度が徐々に低下して、最終的には安定した(He濃度の低下速度が所定の範囲内となった)平衡状態となる。本例では、図5(d)に示すように、回路内、肺内のHe濃度が8.33%となったときに、He濃度が安定しており、このとき回路内のHe量と肺内のHe量の合計は1.155Lのままである。このように、検査者は、FRC検査のシミュレーションにおいて、被検者の安静換気の繰り返しによってHe濃度がどのように推移するのかを把握することができる(図6を参照)。 As shown in Figure 6, by repeating the gas concentration calculations in Figures 5(b) and 5(c) in accordance with the subject's actual exhalation and inhalation, the He concentration displayed on display 56 gradually decreases and eventually reaches a stable equilibrium state (the rate of decrease in He concentration falls within a predetermined range). In this example, as shown in Figure 5(d), the He concentration stabilizes when the He concentration in the circuit and lungs reaches 8.33%, and the total amount of He in the circuit and lungs remains at 1.155 L. In this way, the examiner can understand how the He concentration changes as the subject repeats quiet ventilation in a simulated FRC test (see Figure 6).

図4に戻り、CPU53は、被検者の安静換気に応じて再計算されているHe濃度が安定している場合(S190でYES)、ディスプレイ56に『He濃度が安定』と表示することにより、FRC検査が終了することを報知する(S191)。そして、検査結果(例えば、計算したFRC予測値及びFRC検査で取得可能な他の検査結果)をディスプレイ56に表示して(S200)、FRC検査のシミュレーションを終了する。 Returning to FIG. 4, if the He concentration recalculated in accordance with the subject's quiet ventilation is stable (YES in S190), the CPU 53 displays "He concentration is stable" on the display 56 to notify the user that the FRC test is ending (S191). Then, the CPU 53 displays the test results (e.g., the calculated predicted FRC value and other test results obtainable from the FRC test) on the display 56 (S200), and ends the simulation of the FRC test.

一方、CPU53は、後述するように、基準値予測式による予測値(基準値)と異なるFRC値の設定(良好ではない設定)が行われたことにより、所定期間待機してもHe濃度が安定しない場合(S190でNO)、FRC検査を終了させるための『測定終了』ボタンをディスプレイ56に表示する(S192)。検査者が『測定終了』ボタンを操作したことに基づいて、検査結果(設定されたFRC値であってもよく、FRCを適切に測定できなかったという結果であってもよい)をディスプレイ56に表示して(S200)、FRC検査のシミュレーションを終了する。 On the other hand, as described below, if the He concentration does not stabilize even after waiting for a predetermined period of time due to an FRC value being set (an unsatisfactory setting) that differs from the value predicted by the reference value prediction formula (reference value) (NO in S190), the CPU 53 displays an "End Measurement" button on the display 56 to end the FRC test (S192). Based on the examiner's operation of the "End Measurement" button, the test result (which may be the set FRC value or a result indicating that the FRC could not be measured appropriately) is displayed on the display 56 (S200), and the FRC test simulation ends.

なお、FRC検査のシミュレーションにおいてHe濃度が安定しないまま測定が終了する場合のように、精密検査項目を適切に測定できなかった場合には、その項目を適切に測定できなかったことをディスプレイ56やスピーカ58によってガイダンスし、さらに、そのことを電子カルテ等にコメントとして記入するように(そのまま記録無しとはしないように)ガイダンスしてもよい。これにより、検査者は、イレギュラーな結果で測定が終了した場合の対処を理解することができる。 In addition, if a detailed examination item cannot be measured properly, such as when the measurement ends before the He concentration stabilizes in an FRC examination simulation, guidance that the item could not be measured properly may be provided via the display 56 or speaker 58, and further guidance may be provided to record this as a comment in the electronic medical record, etc. (rather than leaving it unrecorded). This allows the examiner to understand what to do if the measurement ends with an irregular result.

図6の例では、He濃度がスムーズに低下して平衡状態となっており、スパイログラムにより示されるTVも一定の振幅で安定している。本実施形態では、FRCとして予測値を用いることにより、安静換気の繰り返しにより、He濃度がスムーズに低下して安定化する状態を再現することができる。 In the example of Figure 6, the He concentration decreases smoothly and reaches a state of equilibrium, and the TV shown by the spirogram is stable at a constant amplitude. In this embodiment, by using a predicted value as the FRC, it is possible to reproduce a state in which the He concentration decreases smoothly and stabilizes through repeated quiet ventilation.

一方で、閉塞が強い場合には、He濃度がある程度までは低下してゆくが、そこから安定化するまでの時間が長くかかる場合がある。本実施形態では、前述したように、FRC予測値を用いているが、FRC予測値とは異なるFRC値(例えば、FRC予測値に係数として1.2を乗じたFRC設定値)を設定することにより、閉塞が強い場合のHe濃度を再現することができる。このように、検査者に対して、FRC検査における良好例と、良好ではない例の両方を経験させることができる。 On the other hand, if the obstruction is severe, the He concentration will decrease to a certain extent, but it may take a long time for it to stabilize from there. In this embodiment, as mentioned above, the predicted FRC value is used, but by setting an FRC value different from the predicted FRC value (for example, an FRC set value obtained by multiplying the predicted FRC value by 1.2 as a coefficient), it is possible to reproduce the He concentration when the obstruction is severe. In this way, the examiner can experience both good and bad examples of FRC testing.

(CV検査のシミュレーション)
CV検査は、指標となるガスを肺から洗い出すことにより吸気の不均等分布を検出する呼吸機能検査であり、通常用いられる指標ガスは窒素(N)である。図7は、CV検査におけるN濃度曲線の詳細を示す説明図である。CV検査におけるN濃度曲線は単一呼出曲線であり、第1相から第4相に分かれている。第1相は100%Oのみの死腔気、第2相は死腔気と肺胞気の混合気、第3相は肺胞気、第4相はCVを表す。第3相は平坦な曲線を呈し、肺胞プラトーと呼ばれる。この相には、心拍動に一致した拍動波が認められる。色々な箇所からの肺胞気が一定の割合で呼気に寄与する場合、肺胞プラトーが形成される。第4相では、最大呼気位レベルにかけてN濃度が急激に上昇する。第4相での肺気量(呼気量)がCVである。
(CV inspection simulation)
CV testing is a respiratory function test that detects uneven distribution of inspired air by washing out an indicator gas from the lungs. The indicator gas typically used is nitrogen ( N2 ). Figure 7 shows the details of the N2 concentration curve in a CV test. The N2 concentration curve in a CV test is a single-exhalation curve divided into phases 1 to 4. Phase 1 represents dead space air containing 100% O2 only, phase 2 represents a mixture of dead space air and alveolar air, phase 3 represents alveolar air, and phase 4 represents CV. Phase 3 exhibits a flat curve and is called the alveolar plateau. Pulsatile waves consistent with cardiac beats are observed in this phase. When alveolar air from various locations contributes to exhalation at a constant rate, the alveolar plateau is formed. In phase 4, the N2 concentration rises rapidly toward the maximum expiratory level. The lung volume (expiratory volume) in phase 4 is the CV.

図8は、CV検査のシミュレーションに対応したフローチャートである。検査者が、ディスプレイ56に表示された、CVの検査シミュレーションを実行させるオブジェクトを選択することにより、CPU53がシミュレーションプログラムを実行し、CV検査シミュレーションが実行される。ディスプレイ56には、吸入用ガスであるOを用意するように促すメッセージが表示される(S210)。また、吸入用のガスをシリンダに充填してCVの測定準備を行うための『準備開始』ボタンが表示される(S220)。検査者は、これらの情報により、CVの測定に使用されるガスの種類を把握することができる。 8 is a flowchart corresponding to the simulation of a CV test. When the examiner selects an object displayed on the display 56 that will execute the CV test simulation, the CPU 53 executes the simulation program and the CV test simulation is performed. A message prompting the examiner to prepare O2 , which is the inhalation gas, is displayed on the display 56 (S210). Also, a "Start Preparation" button is displayed to fill the cylinder with the inhalation gas and prepare for CV measurement (S220). From this information, the examiner can understand the type of gas used in CV measurement.

検査者が、『準備開始』ボタンを操作することにより、『呼吸回路換気中』及び『ガス注入中』のメッセージがディスプレイ56に表示される(S230)。検査者が、『呼吸回路換気中』及び『ガス注入中』のメッセージの表示終了後(ガス注入の完了後)に、ディスプレイ56に表示された『測定開始』ボタンを操作することにより(S240)、呼吸機能検査シミュレータ1が備えるフローセンサ10によって被検者の実際のスパイログラムが測定されて、ディスプレイ56に表示される(S250)。さらに、ディスプレイ56には、『安静換気をしてください。』のメッセージが表示される(S260)。 When the examiner operates the "Start preparation" button, the messages "Respiratory circuit ventilation in progress" and "Gas injection in progress" are displayed on the display 56 (S230). After the messages "Respiratory circuit ventilation in progress" and "Gas injection in progress" have finished being displayed (after gas injection is complete), the examiner operates the "Start measurement" button displayed on the display 56 (S240), and the subject's actual spirogram is measured by the flow sensor 10 provided in the respiratory function test simulator 1 and displayed on the display 56 (S250). In addition, the message "Please perform quiet ventilation" is displayed on the display 56 (S260).

次いで、CPU53は、前述したように、被検者の実データ(年齢、性別等)に基づく基準値予測式によってCV予測値(CV基準値といってもよい)を算出する。この基準値予測式は、非特許文献1に開示されている式を用いることができる。次いで、CPU53は、図9に示される、予め用意しておいたN濃度曲線のダミーデータを、VC実測値(例えば、CV検査シミュレーションに先だって実行されたVC検査の値)、または、被検者のデータに基づいて基準値予測式により算出されたVC予測値に対応させて、呼気量方向に伸縮させる計算を行う。 Next, as described above, the CPU 53 calculates a predicted CV value (which may also be called a CV reference value) using a reference value prediction formula based on the actual data of the subject (age, sex, etc.). This reference value prediction formula may be the formula disclosed in Non-Patent Document 1. Next, the CPU 53 performs a calculation to stretch or contract the dummy data of the N2 concentration curve prepared in advance, shown in Figure 9, in the direction of the expiratory volume, corresponding to the actual VC value (for example, the value of a VC test performed prior to the CV test simulation) or the predicted VC value calculated using the reference value prediction formula based on the subject's data.

ここで、第4相部分に関しては、CV予測値に応じて呼気量方向に伸縮させる計算を行い、その伸縮分は第3相部分の伸縮によって吸収する。なお、ダミーデータで想定されていた呼気量と、実測されたVCまたはVC予測値が合致している場合には、ダミーデータの伸縮は必要ない。また、ダミーデータで想定されていたCVと、CV予測値が合致している場合には、第4相部分の伸縮は必要ない。 Here, for the fourth phase, a calculation is performed to expand or contract the data in the direction of the expiratory volume according to the predicted CV value, and this expansion or contraction is absorbed by expanding or contracting the third phase. Note that if the expiratory volume assumed in the dummy data matches the actually measured VC or predicted VC value, there is no need to expand or contract the dummy data. Also, if the CV assumed in the dummy data matches the predicted CV value, there is no need to expand or contract the fourth phase.

なお、被検者のデータ(年齢、性別、身長等)別に、それぞれ標準的なダミーデータを用意しておき(ROM55に記憶しておき)、実際の被検者のデータ(年齢、性別、身長等)に応じたダミーデータを選択して、それを伸縮させるようにしてもよい。このようにして、必要に応じて伸縮されたダミーデータを、N濃度曲線として仮設定しておく(S270)。また、VCに応じた複数のダミーデータ(例えば、VC=2.5L,3.5L,4.5L,5.5Lの4つ)を用意しておき、実際の被検者のVCに近いダミーデータを選択して、それを伸縮させるようにしてもよい。 Alternatively, standard dummy data may be prepared (stored in ROM 55) for each subject's data (age, gender, height, etc.), and dummy data corresponding to the actual subject's data (age, gender, height, etc.) may be selected and expanded/contracted. In this manner, the expanded/contracted dummy data is temporarily set as the N2 concentration curve (S270). Alternatively, multiple dummy data corresponding to VC (e.g., four values of VC = 2.5 L, 3.5 L, 4.5 L, and 5.5 L) may be prepared, and dummy data closest to the actual subject's VC may be selected and expanded/contracted.

なお、複数のベース波形(例えば、CV1,CV2,CV3,CV4,CV5の5つ)から1つが選択され、実測される呼気量に応じて、選択されたベース波形を呼気量方向に伸縮させるようにしてもよい。例えば、測定毎に、複数のベース波形から所定の順番(例えば、CV1→CV2→CV3→CV4→CV5の順番)に従って1つが選択されるようにしてもよく、乱数に基づいて1つが選択されるようにしてもよい。 In addition, one may be selected from multiple base waveforms (e.g., five: CV1, CV2, CV3, CV4, and CV5), and the selected base waveform may be expanded or contracted in the direction of the expiratory volume according to the actually measured expiratory volume. For example, for each measurement, one may be selected from multiple base waveforms in a predetermined order (e.g., CV1 → CV2 → CV3 → CV4 → CV5), or one may be selected based on a random number.

そして、『ゆっくりと吐けなくなるまで吐いてください』という、最大呼気位までの呼気を促すメッセージをディスプレイ56に表示させる(S280)。次いで、『ゆっくりと吸えなくなるまで胸いっぱいに吸ってください』という、最大吸気位までの吸気を促すメッセージをディスプレイ56に表示させる(S290)。このメッセージは被検者に酸素の吸入を促すメッセージである。 Then, a message encouraging the subject to exhale up to the maximum expiratory level, "Please exhale slowly until you can no longer exhale," is displayed on the display 56 (S280). Next, a message encouraging the subject to inhale up to the maximum inhalation level, "Please inhale slowly and fully until you can no longer exhale," is displayed on the display 56 (S290). This message encourages the subject to inhale oxygen.

次いで、CPU53は、『ゆっくりと吐けなくなるまで吐いてください。』という、最大呼気位までの呼気を促すメッセージをディスプレイ56に表示させる(S300)。そして、フローセンサにより実測されたフローをディスプレイ56に表示させるとともに、『呼気速度を0.3~0.5L/sの範囲に維持してください。』という、呼気速度を所定範囲に維持するように指示するメッセージをディスプレイ56に表示させる(S310)。 Next, the CPU 53 causes the display 56 to display a message encouraging the user to exhale to the maximum expiratory level, saying, "Exhale slowly until you can no longer exhale" (S300). The CPU 53 then causes the display 56 to display the flow actually measured by the flow sensor, and also causes the display 56 to display a message instructing the user to maintain the exhalation rate within a predetermined range, saying, "Maintain the exhalation rate in the range of 0.3 to 0.5 L/s" (S310).

また、CPU53は、CV検査シミュレーションにおいて実測されているスパイログラムに基づく呼気量の増加に応じてN濃度曲線を生成する(S320)。N濃度曲線の生成は、仮設定されている非表示のN濃度曲線を、測定中の呼気量に合わせてトレースする(呼気量に対応した箇所のN濃度を表示させる)ことにより行われる。これにより、N濃度がリアルタイムで変化しているように見える。なお、例えば、第3相に関しては、測定中の呼気流(フローセンサにより計測されているフロー)が所定値未満(例えば、0.2L/s未満)となったタイミングで第3相を終了させ(仮設定されているダミーデータの第3相部分を伸縮させ)、第4相を開始させる(仮設定されているダミーデータの第4相部分を伸縮させて、そのトレースを開始する)ようにしてもよい。 The CPU 53 also generates an N2 concentration curve in response to an increase in the exhaled air volume based on the spirogram actually measured in the CV test simulation (S320). The N2 concentration curve is generated by tracing a provisionally set, non-displayed N2 concentration curve in accordance with the exhaled air volume being measured (displaying the N2 concentration at a point corresponding to the exhaled air volume). This makes it appear as if the N2 concentration is changing in real time. For example, with regard to the third phase, the third phase may be terminated (the provisionally set third phase portion of the dummy data may be extended or shortened) and the fourth phase may be initiated (the provisionally set fourth phase portion of the dummy data may be extended or shortened and tracing may be initiated) when the exhaled air flow (flow measured by the flow sensor) being measured falls below a predetermined value (e.g., less than 0.2 L/s).

そして、CPU53は、最大呼気位までの呼出が終了した後の吸気を検出したことに基づいて(S330)、N濃度曲線の生成を終了して、検査結果(例えば、計算したCV予測値及びCV検査で取得可能な他の検査結果)をディスプレイ56に表示して(S340)、CV検査のシミュレーションを終了する。 Then, based on the detection of inhalation after the end of exhalation up to the maximum expiratory level (S330), the CPU 53 ends the generation of the N2 concentration curve, displays the test results (for example, the calculated CV predicted value and other test results that can be obtained in the CV test) on the display 56 (S340), and ends the simulation of the CV test.

本実施形態では、前述したように、N濃度曲線の仮設定にCV予測値を用いているが、CV予測値とは異なるCV値(例えば、CV予測値に係数として1.2を乗じたCV設定値)を設定することにより、第4相のCVを増大させることができ、閉塞が強い場合のN濃度を再現することができる。このように、検査者に対して、CV検査における良好例と、良好ではない例の両方を経験させることができる。 In this embodiment, as described above, the CV predicted value is used to provisionally set the N2 concentration curve, but by setting a CV value different from the CV predicted value (for example, a CV set value obtained by multiplying the CV predicted value by 1.2 as a coefficient), the CV of the fourth phase can be increased and the N2 concentration in the case of severe obstruction can be reproduced. In this way, the examiner can experience both good and bad cases in CV examinations.

(DLCO検査のシミュレーション)
図10は、DLCO検査におけるボリューム曲線の詳細を示す説明図である。DLCO検査では、被検者にCO、He、O2、を含む4種混合ガス(例えば、0.3%、10%、21%、68.7%の割合)を最大呼気位(RVレベル)から一気に吸入させ、10秒間の息こらえののち、死腔の影響の多いはじめの750mLを捨てて0.5~1Lの肺胞気を採取して解析する。吸入気のCO濃度(FICO)に対する呼出肺胞気のCO濃度(FACO)、吸入気のHe濃度(FIHe)に対する呼出肺胞気のHe濃度(FAHe)を測定して、両者を対比する。
(Simulation of DLCO inspection)
Figure 10 is an explanatory diagram showing details of the volume curve in a DLCO test. In the DLCO test, the subject inhales a four-component gas mixture containing CO, He, O2 , and N2 (e.g., 0.3%, 10%, 21%, and 68.7%) from the maximum expiratory level (RV level). After holding their breath for 10 seconds, the first 750 mL, which is affected by dead space, is discarded, and 0.5 to 1 L of alveolar air is collected and analyzed. The CO concentration in exhaled alveolar air (FACO) relative to the CO concentration in inhaled air (FICO) and the He concentration in exhaled alveolar air (FAHe) relative to the He concentration in inhaled air (FIHe) are measured and compared.

本実施形態では、以下に示す方法によってHe濃度曲線、CO濃度曲線をそれぞれ生成する。概要を(1)~(9)に示す。
(1)DLCOは、予測値(基準値)とする。(2)VI(DLCO測定中の吸気肺活量)は、測定中に取得した実測データを用いる。DLCO検査におけるVIは、4種混合ガスを最大呼気位(RVレベル)から一気に吸入したときの吸入気量であるといえる。(3)VA(標準状態(STPD)の肺胞気量)は、VIとRV(残気量)から求める。(4)RV(残気量)は、予測値(基準値)とする。(5)FIHe(吸入気のHe濃度)は当初のHe濃度設定値とする。(6)FICO(吸入気のCO濃度)は当初のCO濃度設定値とする。(7)FAHe(呼出肺胞気のHe濃度)は、VAからVA’計算式により逆算して求める。(8)FACO(呼出肺胞気のCO濃度)は、DLCO計算式より逆算して求める。そして、(9)逆算して求めたFAHe、FACOに収束するようガス分布濃度を以下の(式3-1)及び(式3-2)に基づいて変化させ表示する。
濃度曲線は、FIとFAとの差分濃度に(1-EXP(-経過時刻÷時定数))を乗じて、FIから減算することにより得られる。すなわち、
現在Heガス濃度=FIHe-(FIHe-FAHe)×(1-EXP(-経過時刻÷He時定数))…(式3-1)
現在COガス濃度=FICO-(FICO-FACO)×(1-EXP(-経過時刻÷CO時定数))…(式3-2)
と表される。
In this embodiment, the He concentration curve and the CO concentration curve are generated by the following methods, which are outlined in (1) to (9).
(1) DLCO is a predicted value (reference value). (2) VI (inspiratory vital volume during DLCO measurement) uses actual measurement data obtained during measurement. VI in DLCO testing can be said to be the inhaled volume when a four-component gas mixture is inhaled in one go from the maximum expiratory level (RV level). (3) VA (alveolar volume under standard conditions (STPD)) is calculated from VI and RV (residual volume). (4) RV (residual volume) is a predicted value (reference value). (5) FIHe (He concentration in inhaled gas) is the initial He concentration setting. (6) FICO (CO concentration in inhaled gas) is the initial CO concentration setting. (7) FAHe (He concentration in exhaled alveolar gas) is calculated by back-calculating from VA using the VA' formula. (8) FACO (CO concentration in exhaled alveolar gas) is calculated by back-calculating from the DLCO formula. (9) The gas distribution concentration is changed and displayed based on the following (Equation 3-1) and (Equation 3-2) so that it converges to the calculated FAHe and FACO.
The concentration curve is obtained by multiplying the difference concentration between FI and FA by (1-EXP (-elapsed time/time constant)) and subtracting the result from FI. That is,
Current He gas concentration=FIHe−(FIHe−FAHe)×(1−EXP(−elapsed time÷He time constant)) (Equation 3-1)
Current CO gas concentration = FICO - (FICO - FACO) x (1 - EXP (- elapsed time ÷ CO time constant)) (Equation 3-2)
It is expressed as:

以下に、DLCO計算式を示す。
DLCO=[VA×1000×60/((PB-47)×BHT)]×ln(FACO(0)/FACO) …(式4)
ここで、BHTは呼吸停止時間であり、固定値(10.0秒)である。なお、BHTは、10.0秒に限らず他の時間であってもよい。また、PBは大気圧(固定値(760Torr)または手動設定値)である。また、減算する47は、37℃での飽和水蒸気分圧である。FACO(0)は、CO吸入直後の肺胞気CO濃度である。
ここで、
FACO(0)=(FAHe/FIHe)×FICO …(式4-1)
VA(BTPS)=(VI+RV) …(式4-2)
VA’(BTPS)=(VI×(FIHe/FAHe)-VD) …(式4-3)
が成立している。
The DLCO calculation formula is shown below.
DLCO=[VA×1000×60/((PB-47)×BHT)]×ln(FACO(0)/FACO)...(Formula 4)
Here, BHT is the breath-hold time and is a fixed value (10.0 seconds). Note that BHT is not limited to 10.0 seconds and may be other times. PB is atmospheric pressure (a fixed value (760 Torr) or a manually set value). The value 47 to be subtracted is the saturated water vapor partial pressure at 37°C. FACO(0) is the alveolar CO concentration immediately after CO inhalation.
where:
FACO(0)=(FAHe/FIHe)×FICO...(Formula 4-1)
VA(BTPS)=(VI+RV)...(Formula 4-2)
VA'(BTPS)=(VI×(FIHe/FAHe)-VD)...(Formula 4-3)
is established.

DLCO計算式(式4)より既知のパラメータを使い、FAHe濃度、FACO濃度を逆算する。測定中に得たVIと、RV(残気量)予測値から、以下のようにVA(標準状態(STPD)の肺胞気量)を求める。
VA=(VI+RV) …(式4-4)
さらに、VA=VA’としてVA’式からFAHeを逆算する。
FAHe=FIHe×(VA’/VI) …(式4-5)
求めたFAHeを使いFACO(0)を求める。
FACO(0)=(FAHe/FIHe)×FICO …(式4-6)
Using known parameters from the DLCO calculation formula (Equation 4), the FAHe concentration and FACO concentration are back-calculated. VA (standard state (STPD) alveolar volume) is calculated from the VI obtained during measurement and the predicted RV (residual volume) value as follows:
VA=(VI+RV)...(Formula 4-4)
Furthermore, VA=VA' is set, and FAHe is calculated backward from the VA' formula.
FAHe=FIHe×(VA'/VI)...(Formula 4-5)
The obtained FAHe is used to obtain FACO(0).
FACO(0)=(FAHe/FIHe)×FICO...(Formula 4-6)

DLCO予測値とBHTを使いFACOを逆算する。
D1=(VA×1000×60)/((PB-47)×BHT) …(式4-7)
D2=exp(DLCO/D1) …(式4-8)
FACO=FACO(0)/D2 …(式4-9)
The FACO is back-calculated using the DLCO prediction and BHT.
D1=(VA×1000×60)/((PB-47)×BHT)…(Formula 4-7)
D2=exp(DLCO/D1)...(Formula 4-8)
FACO=FACO(0)/D2...(Formula 4-9)

図11は、DLCO検査のシミュレーションに対応したフローチャートである。例えば、検査者が、ディスプレイ56に表示された、DLCOの検査シミュレーションを実行させるオブジェクトを選択することにより、CPU53がシミュレーションプログラムを実行し、DLCO検査シミュレーションが実行される。ディスプレイ56には、4種混合ガスを用意するように促すメッセージが表示される(S410)。また、吸入用のガスをシリンダに充填してCVの測定準備を行うための『準備開始』ボタンが表示される(S420)。検査者は、これらの情報により、DLCOの測定に使用されるガスの種類を把握することができる。 Figure 11 is a flowchart corresponding to the DLCO test simulation. For example, when the examiner selects an object displayed on the display 56 that will execute a DLCO test simulation, the CPU 53 executes the simulation program and the DLCO test simulation is performed. A message prompting the examiner to prepare a four-type mixed gas is displayed on the display 56 (S410). In addition, a "Start Preparation" button is displayed to fill the cylinder with inhalation gas and prepare for CV measurement (S420). From this information, the examiner can understand the type of gas to be used in DLCO measurement.

検査者が、『準備開始』ボタンを操作することにより、『呼吸回路換気中』及び『ガス注入中』のメッセージがディスプレイ56に表示される(S430)。検査者が、『呼吸回路換気中』及び『ガス注入中』のメッセージの表示終了後(ガス注入の完了後)に、ディスプレイ56に表示された『測定開始』ボタンを操作することにより(S440)、呼吸機能検査シミュレータ1が備えるフローセンサ10によって被検者の実際のスパイログラムが測定されて、ディスプレイ56に表示される(S450)。さらに、ディスプレイ56には、『安静換気をしてください。』のメッセージが表示される(S460)。 When the examiner operates the "Start preparation" button, the messages "Respiratory circuit ventilation in progress" and "Gas injection in progress" are displayed on the display 56 (S430). After the messages "Respiratory circuit ventilation in progress" and "Gas injection in progress" have finished being displayed (after gas injection is complete), the examiner operates the "Start measurement" button displayed on the display 56 (S440), and the subject's actual spirogram is measured by the flow sensor 10 provided in the respiratory function test simulator 1 and displayed on the display 56 (S450). In addition, the message "Please perform quiet ventilation" is displayed on the display 56 (S460).

次いで、CPU53は、『ゆっくり吐けなくなるまで吐いてください』という、最大呼気位までの呼気を促すメッセージをディスプレイ56に表示させる(S490)。次いで、『一気に吸ってください』という、最大吸気位までの吸気を促すメッセージをディスプレイ56に表示させる(S500)。このメッセージは被検者に4種混合ガスの吸入を促すメッセージである。次いで、CPU53は、『それ以上吸えなくなったら10秒間息を止めてください。』という、設定された息こらえ時間、息をとめるように指示するメッセージをディスプレイ56に表示させる(S510)。 Next, the CPU 53 causes the display 56 to display a message encouraging the subject to exhale slowly to the maximum expiratory level, saying, "Exhale slowly until you can no longer exhale," (S490). Next, the CPU 53 causes the display 56 to display a message encouraging the subject to inhale quickly to the maximum inhalation level, saying, "Inhale quickly," (S500). This message encourages the subject to inhale the four-component gas mixture. Next, the CPU 53 causes the display 56 to display a message instructing the subject to hold their breath for the set breath-holding time, saying, "If you can no longer inhale, hold your breath for 10 seconds," (S510).

次いで、CPU53は、前述したように、被検者のデータに対応したDLCOの予測値を予測式に基づいて計算する。なお、予測値は基準値といってもよい。予測式に関しては、例えば、日本呼吸器学会により定められている計算式を用いる。そして、計算したDLCO予測値とVI実測値に基づいて、前述した式によりHe濃度曲線、CO濃度曲線を計算して生成する(S520)。ここで、図12に示すように、フローセンサにより測定される吸気フローが変化しない息こらえ時間に対応するHe濃度曲線、CO濃度曲線として、FIHe(ボンベガス濃度設定値)、FICO(ボンベガス濃度設定値)の値を使用し、息こらえ後の呼出期間に対応するHe濃度曲線、CO濃度曲線として、上記のようにして算出されたFAHe、FACOを使用する。なお、図12の例では、He濃度とCO濃度の相対的な変化を把握できるように、それぞれの濃度を正規化している。被検者が息をとめている期間は、He濃度としてFIHeを表示し、CO濃度としてFICOを表示する。 Next, as described above, the CPU 53 calculates a predicted DLCO value corresponding to the subject's data based on a prediction formula. The predicted value may also be referred to as a reference value. The prediction formula may be, for example, that established by the Japanese Respiratory Society. Then, based on the calculated DLCO predicted value and the actual VI measurement value, the CPU 53 calculates and generates a He concentration curve and a CO concentration curve using the aforementioned formula (S520). As shown in Figure 12, the values of FIHe (cylinder gas concentration set value) and FICO (cylinder gas concentration set value) are used as the He concentration curve and CO concentration curve corresponding to the breath-holding period during which the inspiratory flow measured by the flow sensor does not change. The values of FAHe and FACO calculated as described above are used as the He concentration curve and CO concentration curve corresponding to the exhalation period after breath-holding. In the example shown in Figure 12, the respective concentrations are normalized so that the relative changes in He and CO concentrations can be understood. During the period during which the subject is holding their breath, FIHe is displayed as the He concentration, and FICO is displayed as the CO concentration.

次いで、CPU53は、『一気に吐いてください。』という、一気の呼出を指示するメッセージをディスプレイ56に表示させる(S530)。これに伴い、He濃度としてFAHe、CO濃度としてFACOを表示する。そして、CPU53は、呼気フローが所定値未満まで低下したことに基づいて(S540)、検査結果(例えば、計算したDLCO予測値及びDLCO検査で取得可能な他の検査結果)をディスプレイ56に表示して(S550)、DLCO検査のシミュレーションを終了する。 The CPU 53 then displays on the display 56 a message instructing the user to exhale in one go, saying, "Please exhale all at once" (S530). Accordingly, FAHe is displayed as the He concentration, and FACO is displayed as the CO concentration. Then, based on the fact that the expiratory flow has fallen below a predetermined value (S540), the CPU 53 displays the test results (e.g., the calculated DLCO predicted value and other test results obtainable in the DLCO test) on the display 56 (S550), and ends the DLCO test simulation.

なお、上記の実施形態では、息こらえ時間において、He濃度曲線としてFIHe、CO濃度曲線としてFICOを表示させたうえで、呼出後において、He濃度曲線としてFAHe、CO濃度曲線としてFACOを表示させるようにしている(あたかもフローに対応してリアルタイムで曲線が描写されているように見せている)が、このような形態に限らず、息こらえ時間中はHe濃度曲線、CO濃度曲線を表示させず、呼出後に所定時間を経てから(例えば1~数秒後に)、FIHe及びFAHeを含むHe濃度曲線と、FICO及びFACOを含むCO濃度曲線を表示させてもよい。これは、DLCOを実測する場合に、呼出によるサンプルガスが分析回路(He濃度センサ、CO濃度センサ)に送られ、はじめの750mLを捨てて解析が完了してからガス濃度曲線が表示されることに対応させたものである。 In the above embodiment, FIHe is displayed as the He concentration curve and FICO as the CO concentration curve during the breath-holding period, and then FAHe is displayed as the He concentration curve and FACO as the CO concentration curve after exhalation (making it appear as if the curves are being drawn in real time in response to the flow). However, this is not limiting. Alternatively, the He concentration curve and CO concentration curve may not be displayed during the breath-holding period, and after a predetermined time has passed after exhalation (e.g., one to several seconds), the He concentration curve including FIHe and FAHe and the CO concentration curve including FICO and FACO may be displayed. This corresponds to the fact that when measuring DLCO, sample gas from exhalation is sent to the analysis circuit (He concentration sensor, CO concentration sensor), and the first 750 mL is discarded and the gas concentration curves are displayed only after the analysis is completed.

本実施形態では、前述したように、CO濃度曲線の生成にDLCO予測値を用いているが、DLCO予測値とは異なるDLCO値(例えば、DLCO予測値に係数として0.8を乗じたDLCO設定値)を設定することにより、ガス交換機能が低下している場合のCO濃度を再現することができる。このように、検査者に対して、DLCO検査における良好例と、良好ではない例の両方を経験させることができる。 In this embodiment, as described above, the predicted DLCO value is used to generate the CO concentration curve, but by setting a DLCO value different from the predicted DLCO value (for example, a set DLCO value obtained by multiplying the predicted DLCO value by 0.8 as a coefficient), it is possible to reproduce the CO concentration when gas exchange function is impaired. In this way, the examiner can experience both good and bad examples of DLCO testing.

以上に示したように、本実施形態によれば、被検者への検査ガス供給機能及びガス濃度検出機能が必要となる精密検査の検査技術を習得させるために、実際に検査ガスを使用する必要がなく、低コストで検査技術を習得させることが可能となる。 As described above, this embodiment allows participants to acquire testing techniques for detailed tests that require the ability to supply test gas to subjects and detect gas concentrations, without the need to actually use test gas, making it possible to acquire testing techniques at low cost.

また、本実施形態のシミュレーション機能は、精密検査の検査項目(例えば、FRC,CV,DLCO)の検査手順をガイダンスする機能を有することにより、各検査項目についてどのような手順で検査を行わなければならないかを習得させることができる。また、検査に使用されるガスの種類や、検査手順に即して被検者が行うべき呼吸方法をガイダンスすることにより、各検査項目について、どのようなガスを用意しておくべきか、どのような呼吸を被検者にさせなければならないかを習得させることができる。 The simulation function of this embodiment also has the ability to provide guidance on the test procedures for detailed examination items (e.g., FRC, CV, DLCO), allowing users to learn the procedure that must be followed for each test item. Furthermore, by providing guidance on the type of gas used in the test and the breathing method that the subject should follow in accordance with the test procedure, users can learn what gases should be prepared and how the subject should breathe for each test item.

また、本実施形態のシミュレーション機能は、精密検査においてガス濃度曲線のシミュレーションを、実際に測定されている呼吸流量または呼吸容量(スパイログラム)に基づいて行っていることから、実際の検査環境に近いデータを検査者に提示することが可能であり、単に定められている疑似データを提示する場合と比較してリアリティを持たせて学習効果を高めることができる。例えば、トレーニング用だからといって被検者に不適切な呼吸を行わせてしまうと、適切なガス濃度曲線が得られないことから、検査者は被検者に正確な呼吸を行わせることの重要性を認識できる。 In addition, the simulation function of this embodiment simulates gas concentration curves during detailed examinations based on the respiratory flow rate or respiratory volume (spirogram) that is actually measured, making it possible to present data that is closer to the actual examination environment to the examiner, which provides a more realistic experience and improves learning effectiveness compared to simply presenting predetermined pseudo data. For example, if the examinee is made to breathe inappropriately just for training purposes, an appropriate gas concentration curve will not be obtained, so the examiner can recognize the importance of having the examinee breathe accurately.

さらに、本実施形態では、良好な検査結果のシミュレーションと、良好ではない検査結果のシミュレーションを実行することが可能であるため、臨床現場における多様な検査結果に慣れさせることができる。 Furthermore, this embodiment makes it possible to simulate both good and bad test results, allowing users to become familiar with the diverse test results that occur in clinical settings.

図13は、FRC、CV、DLCOのそれぞれの検査シミュレーション(トレーニング)を経て、検査者の意識がどのように変化したのかを示している。いずれの精密検査項目についても、検査シミュレーションが実行される前には、その精密検査が簡単ではないという意識を持つ検査者が多かったが、検査シミュレーションが実行された後は、検査手順と被検者に指示すべき呼吸方法を経験したこと、また、実測データに基づくガス濃度曲線を提示したことにより、その精密検査が予想よりも簡単であったという意識を持つ検査者が増加している。このように、精密検査が難しいという意識が解消されることで、臨床の現場で混乱することなく精密検査装置を使用して正確に精密検査を実行することができる。 Figure 13 shows how the attitudes of the examiners changed after undergoing the test simulations (training) for FRC, CV, and DLCO. For each detailed test item, many examiners felt that the test was not easy before the test simulation was performed. However, after the test simulation was performed, an increasing number of examiners felt that the detailed test was easier than expected, thanks to having experienced the test procedure and the breathing method that should be instructed to the examinee, and being presented with a gas concentration curve based on actual measurement data. In this way, by eliminating the perception that the detailed test is difficult, the detailed test can be performed accurately using the detailed testing equipment without confusion in the clinical setting.

なお、一例として新型コロナウイルス感染症(COVID-19)の流行下における医療体制のひっ迫状況に見られたように、仮に高度な医療装置が相当数導入されたとしても、適切にそれを運用できる検査者が不足してしまうと、ひっ迫状況が一向に改善されない事態となる。このような観点からも、精密検査装置が導入されていない段階であっても、精密検査の技術習得についてはある程度進めておくことが望ましい。本実施形態の呼吸機能検査シミュレータは、このような問題の解決にも寄与するものである。 As an example, as seen in the strained medical system during the COVID-19 pandemic, even if a significant number of advanced medical devices are introduced, if there is a shortage of examiners who can operate them properly, the strained situation will not improve at all. From this perspective, it is desirable to make some progress in acquiring precision testing skills even before precision testing equipment is introduced. The respiratory function testing simulator of this embodiment also contributes to solving such problems.

(他の形態)
上記の実施形態では、呼吸機能検査シミュレータが、フローセンサ式のスパイロメータである例について説明したが、これに限らず、呼吸機能検査シミュレータは、検査ガス供給機能及びガス濃度検出機能を有する精密検査装置(気量型スパイロメータ(ローリングシール型スパイロメータ))であってよい。例えば、精密検査装置を、(1)検査ガス供給機能によって実際に被検者にガスを供給してガス濃度検出機能によってガス濃度を検出する実測モードと、(2)被検者にガスを供給することなくガス濃度も検出しないシミュレーションモードの何れかに制御可能であり、(2)シミュレーションモードにおいて、上記実施形態のシミュレーションプログラムが実行されてもよい。このような形態であっても、実際の検査ガスは使用しないことから、精密検査の技術習得が低コストで可能となる。
(Other forms)
In the above embodiment, an example was described in which the respiratory function test simulator was a flow sensor-type spirometer. However, the respiratory function test simulator is not limited to this, and may be a precision testing device (air volume spirometer (rolling seal spirometer)) having a test gas supply function and a gas concentration detection function. For example, the precision testing device may be controlled to either (1) an actual measurement mode in which gas is actually supplied to the subject using the test gas supply function and the gas concentration is detected using the gas concentration detection function, or (2) a simulation mode in which no gas is supplied to the subject and no gas concentration is detected, and the simulation program of the above embodiment may be executed in (2) the simulation mode. Even in this configuration, since no actual test gas is used, it is possible to acquire precision testing techniques at low cost.

上記の実施形態では、呼吸機能検査シミュレータが、He濃度、N濃度、CO濃度をシミュレーションする例について説明したが、これに限らず、呼吸機能検査シミュレータは、呼気中のNO(一酸化窒素)をシミュレーションするものであってもよい。例えば、VCやFVC、1秒量や1秒率等のスパイロメトリー項目の値が低いほど、呼気中のNO濃度が高くなるという関係式に基づいて、呼気中のNO濃度曲線をシミュレーションしてもよい。 In the above embodiment, an example has been described in which the respiratory function test simulator simulates He concentration, N2 concentration, and CO concentration, but the respiratory function test simulator is not limited to this, and may also simulate NO (nitric oxide) in exhaled breath. For example, the respiratory function test simulator may simulate an NO concentration curve in exhaled breath based on a relational expression that the lower the values of spirometry items such as VC, FVC, forced expiratory volume in one second, and forced expiratory volume in one second, the higher the NO concentration in exhaled breath.

上記の実施形態では、呼吸機能検査シミュレータにより実測可能なパラメータが、フローセンサによって取得可能な呼吸流量又は呼吸容量であり、シミュレーションの対象となるパラメータが、ガス濃度である例について説明したが、このような形態に限らず、呼吸機能検査シミュレータにより実測可能なパラメータは、呼吸流量や呼吸容量とは異なるパラメータであってもよく、シミュレーションの対象となるパラメータは、ガス濃度とは異なるパラメータであってもよい。例えば、睡眠中の被検者の胸腹部をビデオカメラによって撮像して、撮像した胸腹部の実画像に基づく特徴量と、睡眠時無呼吸検査(PSG)における、呼吸数や動脈血酸素飽和度(SpO)等との関係式に基づいて、呼吸数や動脈血酸素飽和度(SpO)をシミュレーションしてもよい。これにより、被検者側にPSG装置の実機を設置することなく、遠隔でPSG検査を行うシミュレーションが可能となる。 In the above embodiment, an example has been described in which the parameters measurable by the respiratory function test simulator are respiratory flow rate or respiratory volume obtainable by a flow sensor, and the parameters to be simulated are gas concentrations. However, the present invention is not limited to this configuration. The parameters measurable by the respiratory function test simulator may be parameters other than respiratory flow rate or respiratory volume, and the parameters to be simulated may be parameters other than gas concentrations. For example, the chest and abdomen of a sleeping subject may be imaged with a video camera, and the respiratory rate and arterial oxygen saturation (SpO2) may be simulated based on a relationship between feature values based on the actual image of the chest and abdomen and the respiratory rate, arterial oxygen saturation ( SpO2 ), etc., in a sleep apnea test ( PSG ). This makes it possible to simulate a PSG test remotely without installing an actual PSG device on the subject's side.

上記の実施形態では、ガス希釈法による機能的残気量におけるHe濃度をシミュレーションする例について説明したが、このような形態に限らず、ボディプレチスモ(ボディボックスとも称される)を用いた機能的残気量検査(体プレチスモグラフ法)における口腔内圧をシミュレーションしてもよい。また、ボディプレチスモを用いた気道抵抗をシミュレーションしてもよい。これにより、高額で大型のボディプレチスモを実際に導入することなく、ボディプレチスモを使用する検査項目についての検査技術を習得することが可能となる。 In the above embodiment, an example was described in which the He concentration at functional residual capacity was simulated using the gas dilution method, but the present invention is not limited to this. It is also possible to simulate intraoral pressure in a functional residual capacity test (body plethysmography) using a body plethysmograph (also called a body box). It is also possible to simulate airway resistance using a body plethysmograph. This makes it possible to acquire testing techniques for test items that use a body plethysmograph, without actually purchasing an expensive and large body plethysmograph.

上記の実施形態では、N濃度曲線の生成は、仮設定されている非表示のN濃度曲線を、測定中の呼気量に合わせてトレースする方法を示したが、図14及び図15に示すように、TLC(全肺気量)の予測値と、TLCの計算式から算出した平均呼気N濃度に基づいて、上記仮設定されるN濃度曲線を構成してもよい。 In the above embodiment, the N2 concentration curve is generated by tracing a provisionally set, non-displayed N2 concentration curve in accordance with the exhaled air volume being measured. However, as shown in FIGS. 14 and 15, the provisionally set N2 concentration curve may be configured based on a predicted value of TLC (total lung capacity) and an average exhaled N2 concentration calculated from the TLC calculation formula.

以下に、TLC計算式を示す。
TLC=[(VI×FAN)-(Vd×FA’N)]÷(FAN-FEN)…(式5)
ここで、
VI:吸気量
Vd:死腔量(解剖学的死腔量+機械的死腔量)
FAN:肺胞気N濃度(80%)
FA’N:呼気N濃度(死腔による希釈を補正)
FEN:平均呼気N濃度
とする。
The TLC calculation formula is shown below.
TLC=[(VI×FAN 2 )−(Vd×FA′N 2 )]÷(FAN 2 −FEN 2 )…(Formula 5)
where:
VI: Inhalation volume Vd: Dead space volume (anatomical dead space volume + mechanical dead space volume)
FAN 2 : Alveolar air N2 concentration (80%)
FA'N2 : Exhaled N2 concentration (corrected for dilution due to dead space)
FEN 2 : average exhaled N 2 concentration.

式(5)より、(Vd×FA’N)は、N濃度曲線をリアルタイムに提示するシミュレーションにおいて、視覚的には大きな影響を与えないため省略可能である。その場合に、
(FAN-FEN)=(VI×FAN)÷TLC …(式5-1)
FEN=FAN-((VI×FAN)÷TLC) …(式5-2)
が成立する。
From equation (5), (Vd×FA′N 2 ) can be omitted because it does not have a significant visual impact in a simulation that displays the N 2 concentration curve in real time.
(FAN 2 - FEN 2 ) = (VI x FAN 2 ) ÷ TLC... (Formula 5-1)
FEN 2 = FAN 2 - ((VI×FAN 2 )÷TLC) ... (Formula 5-2)
holds true.

そして、図14(a)に示すように、(式5-2)によって算出した平均呼気N濃度に基づいて、N濃度曲線を構成する。この段階のN濃度曲線は、算出した平均呼気N濃度に対応した一定値を示している。次いで、図14(b)に示すように、ΔN予測値に基づいて第3相の傾きを算出して、算出した傾きに応じた第3相部分を、図14(a)の一定値の部分に追加することで、第3相以降のN濃度が上昇する形態とする。ここで、第3相以降の部分の追加に応じて、平均呼気N濃度が計算値より上昇せずに計算値に維持されるように、N濃度曲線全体をN濃度方向に調整する(例えば、N濃度が低下する方向に移動させる)。さらに、図14(c)に示すように、第4相部分を、第3相部分に追加することで、第4相のN濃度が、呼気終末に対応して急激に上昇する形態とする。なお、CV/VC予測値及びCV予測値に基づいて、第4相の出現点(開始点)を設定してもよい。追加される第4相の波形は、第3相の傾きに対して、N濃度が一定割合で増加する波形としてもよい。 Then, as shown in FIG. 14(a), an N2 concentration curve is constructed based on the average exhaled N2 concentration calculated using Equation 5-2. The N2 concentration curve at this stage shows a constant value corresponding to the calculated average exhaled N2 concentration. Next, as shown in FIG. 14(b), the slope of the third phase is calculated based on the predicted ΔN2 value, and a third phase portion corresponding to the calculated slope is added to the constant value portion of FIG. 14(a), resulting in an increase in the N2 concentration from the third phase onward. Here, as the third phase and subsequent portions are added, the entire N2 concentration curve is adjusted toward the N2 concentration (e.g., moved in the direction of decreasing N2 concentration) so that the average exhaled N2 concentration does not increase above the calculated value but remains at the calculated value. Furthermore, as shown in FIG. 14(c), a fourth phase portion is added to the third phase portion, resulting in a rapid increase in the N2 concentration in the fourth phase corresponding to the end-tidal pressure. The appearance (starting point) of the fourth phase may be set based on the CV/VC predicted value and the CV predicted value. The waveform of the added fourth phase may be a waveform in which the N2 concentration increases at a constant rate with respect to the gradient of the third phase.

次いで、図15(d)に示すように、形成した第3相以降の部分に対して、第1相及び第2相の部分を追加する。追加される第1相及び第2相の波形は、例えば、予め用意していた標準の波形パターンを伸縮させたものである。これにより、仮設定されるN濃度曲線が完成する。 Next, as shown in Figure 15(d), the first and second phases are added to the third and subsequent phases. The added first and second phase waveforms are, for example, stretched or shortened versions of standard waveform patterns prepared in advance. This completes the provisionally set N2 concentration curve.

前述したように、N濃度曲線の生成は、仮設定されている非表示のN濃度曲線を、測定中の呼気量に合わせてトレースする(呼気量に対応した箇所のN濃度を表示させる)ことにより行われる。ここで、図15(e)に示すように、CVのシミュレーション期間中(被検者が実際に呼気を行っている期間中)において、第3相表示中に、60~90bpm(1.0~1.5Hz)の周期でカーディアックオッシレーションを模した波形を表示させてもよい。例えば、カーディアックオッシレーションに相当する各波形の周期や振幅は、所定範囲の乱数を生成して、その中から抽出した乱数に基づいて決定してもよい。検査者は、CV測定においてカーディアックオッシレーションが出現することを経験することができる。 As described above, the N2 concentration curve is generated by tracing a provisionally set, hidden N2 concentration curve in accordance with the exhaled air volume being measured (displaying the N2 concentration at a point corresponding to the exhaled air volume). Here, as shown in FIG. 15( e), during the CV simulation period (the period during which the subject is actually exhaling), a waveform simulating cardiac oscillation with a period of 60 to 90 bpm (1.0 to 1.5 Hz) may be displayed during the third phase display. For example, the period and amplitude of each waveform corresponding to cardiac oscillation may be determined based on random numbers generated within a predetermined range. This allows the examiner to experience the appearance of cardiac oscillation during CV measurement.

1 呼吸機能検査シミュレータ
10 フローセンサ
14 抵抗体
5a 第1圧力検出ポート(圧力検出部)
5b 第2圧力検出ポート(圧力検出部)
50 本体
51 差圧センサ
52 A/D変換器
53 CPU
54 RAM
55 ROM
56 タッチパネル式ディスプレイ
57 D/A変換器
58 スピーカ
1 Respiratory function test simulator 10 Flow sensor 14 Resistor 5a First pressure detection port (pressure detection unit)
5b Second pressure detection port (pressure detection section)
50 Main body 51 Differential pressure sensor 52 A/D converter 53 CPU
54 RAM
55 ROM
56 Touch panel display 57 D/A converter 58 Speaker

Claims (8)

ガス濃度に関する精密検査のシミュレーションを実行する呼吸機能検査シミュレータであって、
呼吸流量又は呼吸容量を測定する測定部と、
前記精密検査に対応したガイダンス情報を出力する出力部と、
前記測定部により測定されたデータに基づいて、前記精密検査に関するシミュレーションデータを生成する生成部と、
を備える呼吸機能検査シミュレータ。
A respiratory function test simulator that performs a simulation of a detailed test regarding gas concentration,
A measurement unit for measuring respiratory flow rate or respiratory volume;
an output unit that outputs guidance information corresponding to the detailed examination;
a generating unit that generates simulation data related to the detailed examination based on the data measured by the measuring unit;
A respiratory function test simulator comprising:
請求項1に記載の呼吸機能検査シミュレータであって、
前記ガイダンス情報は、前記精密検査に用いられるガスの情報と、前記精密検査において被検者に指示する呼吸の情報と、を含む、
呼吸機能検査シミュレータ。
2. The respiratory function test simulator according to claim 1,
The guidance information includes information on a gas used in the detailed examination and information on breathing instructions to be given to the subject during the detailed examination.
Respiratory function test simulator.
請求項1に記載の呼吸機能検査シミュレータであって、
前記生成部は、前記測定部により測定されたデータと、前記精密検査に対応した所定値とに基づいて、ガス濃度曲線を生成する、
呼吸機能検査シミュレータ。
2. The respiratory function test simulator according to claim 1,
the generating unit generates a gas concentration curve based on the data measured by the measuring unit and a predetermined value corresponding to the detailed examination.
Respiratory function test simulator.
請求項3に記載の呼吸機能検査シミュレータであって、
前記生成部は、
前記測定部により測定されたデータと、前記精密検査に対応した予測式に基づいて算出される第1所定値とに基づいて、第1ガス濃度曲線を生成可能であり、
前記測定部により測定されたデータと、前記精密検査に対応した、前記第1所定値とは異なる第2所定値とに基づいて、前記第1ガス濃度曲線と良好度が異なる第2ガス濃度曲線を生成する、
呼吸機能検査シミュレータ。
4. The respiratory function test simulator according to claim 3,
The generation unit
a first gas concentration curve can be generated based on the data measured by the measurement unit and a first predetermined value calculated based on a prediction formula corresponding to the detailed examination;
generating a second gas concentration curve having a degree of suitability different from that of the first gas concentration curve based on the data measured by the measurement unit and a second predetermined value corresponding to the detailed inspection and different from the first predetermined value;
Respiratory function test simulator.
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の呼吸機能検査シミュレータであって、
前記精密検査は、機能的残気量検査(FRC)であり、
前記ガイダンス情報は、Heの使用を通知する情報と、安静換気を行うことを指示する情報と、を含み、
前記生成部は、He濃度を示すガス濃度曲線を生成する、
呼吸機能検査シミュレータ。
The respiratory function test simulator according to any one of claims 1 to 4,
The detailed test is a functional residual capacity test (FRC),
the guidance information includes information notifying the use of He and information instructing the patient to perform quiet ventilation;
The generating unit generates a gas concentration curve indicating a He concentration.
Respiratory function test simulator.
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の呼吸機能検査シミュレータであって、
前記精密検査は、クロージングボリューム検査(CV)であり、
前記ガイダンス情報は、Oの使用を通知する情報と、最大呼気位までの呼気を行うことを指示する情報と、呼気流量を所定範囲に維持することを指示する情報と、を含み、
前記生成部は、N濃度を示すガス濃度曲線を生成する、
呼吸機能検査シミュレータ。
The respiratory function test simulator according to any one of claims 1 to 4,
The detailed examination is a closing volume examination (CV),
the guidance information includes information informing the user of the use of O2 , information instructing the user to exhale up to a maximum expiratory level, and information instructing the user to maintain an expiratory flow rate within a predetermined range;
The generating unit generates a gas concentration curve indicating the N2 concentration.
Respiratory function test simulator.
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の呼吸機能検査シミュレータであって、
前記精密検査は、肺機能拡散検査(DLCO)であり、
前前記ガイダンス情報は、CO、He、O2、を含む4種混合ガスの使用を通知する情報と、最大吸気位までの吸気を行うことを指示する情報と、最大吸気位において所定期間息を止めることを指示する情報と、一気の呼出を指示する情報と、を含み、
前記生成部は、CO濃度を示すガス濃度曲線を生成する、
呼吸機能検査シミュレータ。
The respiratory function test simulator according to any one of claims 1 to 4,
The detailed examination is a pulmonary function diffusion test (DLCO),
the guidance information includes information informing the user of the use of a four-component mixed gas containing CO, He, O2 , and N2 , information instructing the user to inhale up to a maximum inhalation level, information instructing the user to hold their breath for a predetermined period of time at the maximum inhalation level, and information instructing the user to exhale in one breath;
The generating unit generates a gas concentration curve indicating the CO concentration.
Respiratory function test simulator.
ガス濃度に関する精密検査のシミュレーションを実行する呼吸機能検査シミュレータによって実行されるプログラムであって、
呼吸流量又は呼吸容量を測定部により測定することと、
前記精密検査に対応したガイダンス情報を出力部により出力することと、
前記測定部により測定されたデータに基づいて、前記精密検査に関するシミュレーションデータを生成部によって生成することと、が実行されるプログラム。
A program executed by a respiratory function test simulator that executes a simulation of a detailed test regarding gas concentration,
measuring a respiratory flow rate or a respiratory volume with a measuring unit;
outputting guidance information corresponding to the detailed examination by an output unit;
and generating, by a generating unit, simulation data relating to the detailed examination based on the data measured by the measuring unit.
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