生命科学関連特許情報
| タイトル： | 公開特許公報(A)_腸内ガス成分測定装置、放屁検知装置 |
| 出願番号： | 2003178126 |
| 年次： | 2004 |
| IPC分類： | 7,G01N33/497 |
特許情報キャッシュ
植田 秀雄 JP 2004093555 公開特許公報(A) 20040325 2003178126 20030623 腸内ガス成分測定装置、放屁検知装置 植田 秀雄 592140182 永田 久喜 100080724 植田 秀雄 7 G01N33/497 JP G01N33/497 Z 2 1 1994225517 19940825 ＯＬ 8 2G045 2G045AA25 2G045BB03 2G045CB30 2G045FB06 2G045HA06 2G045JA07 【０００１】【産業上の利用分野】本発明は、ヒトの肛門から放散される腸内ガス（屁、Ｆｌａｔｕｓ）に含まれる有臭成分を計測する装置及び放屁検知装置に関する。【０００２】【従来の技術】従来から、臨床検査分野においては尿や血液を対象とする技術は高度に発達しているが、呼気、ゲップ或いは腸内ガス（おなら、屁）等人体から発散される気体試料については、臨床検査分野における利用は全くなされていない。これは、腸内ガス等の取扱が液体試料と異なって極めて面倒であり、また、その重要性が十分に認識されていないことによる。【０００３】もっとも、呼気や腸内ガスについては以前から細々とではあるが基礎的研究が行われており、人体内での各種反応の結果２００種以上の成分がそれぞれに含まれていることが判っている。しかし、現段階においては手軽な検査機器も無く且つ検査方法も確立していないため、単なる学術的な研究の範囲に留まっている。【０００４】ところで、呼気については肺で血液のガス交換が行われるため、呼気は血液の補完的な試料と見ることもできるが、腸内ガスは腸内に棲息するバクテリア（腸内細菌）の産生物を含むため、尿や血液とは異なった人体に関する情報が得られる可能性がある。即ち、臭いものの例えとしてよく用いられる屁（放散された腸内ガス）の臭いの元は、アンモニアや硫化水素、インドール、スカトール等の腐敗ガスであり、これらを産生する細菌（いわゆる悪玉菌）は当然に他の多くの有害不揮発成分も産生しており、これらが腸から吸収されて人体に悪影響を与えることは想像に難くない。最近、これらの悪玉菌が成人病の原因になるとも言われている。もっとも、腸内における菌群は、１００種、１００兆個も存在すると言われるが、その働きは全く多様で、現在でも不明な点が多い。【０００５】【発明が解決しようとする課題】一方、屁は捕らえどころのないものの例えとしても良く用いられるように、その採取は極めて困難である。これは、腸内ガスの放出がコントロール出来ないし、放出されれば直ちに空気中に拡散してしまうことによる。更に、腸内ガス中の有臭成分は微量であるうえ空気で希釈されるので濃度が極めて低く、小型軽量な装置で採取したサンプル中の有臭成分を正確に定量することは困難である。しかも、希釈の程度も把握できず、有臭成分の濃度の正確な測定は殆ど不可能である。【０００６】【課題を解決するための手段】本発明者は、上記問題を解決するために鋭意研究を続けた結果、腸内ガスの主要成分として検知可能なガスが含まれていることに着目して本発明を完成させたものである。即ち、この成分ガスを指標ガスとして採用し、この指標ガスを検知した時点で腸内ガスの放散があったと認識して試料の採取を開始するようにするとともに、指標ガスの濃度から、有臭成分の濃度を推測する技術を開発した。また、腸内ガスの分析に用いる小型・軽量で検出感度の高い腸内ガス成分測定装置を開発した。また、指標ガスを検知した時点で腸内ガスの放散があったと認識することを利用して放屁の事実の検知を行う。【０００７】腸内ガスの成分は、個人差や身体の状態によって変化が大きいが、大まかに窒素２３〜８０％、酸素０．１〜２．３％、炭酸ガス５．１〜２９％、メタン０．１〜２６％、水素０．０６〜４７％程度と言われている。また有臭成分は全体で１％以下であり、アンモニアや硫化水素、インドール、スカトール等の悪玉菌に起因する有臭ガスの他に、善玉菌であるビフィズス菌などが産生する酢酸などが含まれている。【０００８】上記腸内ガスの主要成分の内、指標ガスとしては、炭酸ガス、メタン或いは水素が用いられる。ただ、メタンや水素は含有比にバラツキが大きいため、最も好ましいのは炭酸ガスである。しかも、炭酸ガスは赤外線の吸収が大きいため、赤外線を利用した小型の検知器（濃度計）で容易に検知できるとともに、その濃度を測定することができる。但し、その炭酸ガス濃度は周囲雰囲気ガス（空気で希釈された腸内ガス）についてのものであるが、腸内ガス内に比較的狭い範囲（約５〜３０％）で含まれているため、大凡の希釈率を求めることができる。そしてこの指標ガス、より好ましくは炭酸ガスの濃度を基準として有臭成分の大凡の濃度を演算により求めることができる。更に、菌種（特に悪玉菌）によって、産生される有臭成分が知られているので、有臭成分或いはその成分比等から、菌種の推定が可能になる。【０００９】一方、本発明の腸内ガス成分測定装置は、検体として人（或いは動物）が放散した腸内ガスを採用し、腸内ガス中の微量化学物質を分離測定して臨床生化学的な各種情報を得るものである。【００１０】本発明の腸内ガス成分測定装置は、試料採取部、腸内ガス放散検知部、腸内ガス成分分析部、及び制御・演算処理部から構成される。この内特に分析部に関しては、高感度及び小型化の要請から特殊な構造のものが用いられる。一般に、ガス体の分析にはガスクロマトグラフィーが利用され、測定ガスの種類や分析目的に応じて種々な検出器が用いられている。本発明装置でも、複数項目測定や迅速測定の目的で分離カラム特にキャピラリーを採用する。また検出器としては、ＰＩＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ：光イオン化検出器）やＩＭＳ（Ｉｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ ：イオン移動度スペクトル検出器）或いはＥＣＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃａｐｔｕｒｅ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ：電子捕獲型イオン検出器）のように、腸内ガス中の検出対象ガス成分に光や放射線等を照射してイオン化させ、イオン化量に応じて測定信号を出力するタイプのものが用いられる。【００１１】このタイプの検出器は、ＦＩＤ（Ｆｌａｍｅ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ ：水素イオン化型検出器）やＦＰＤ（Ｆｌａｍｅ Ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：フレーム光度型検出器）のように水素ガスの燃焼を伴わないため安全で小型化でき、且つこれら以上に高感度高精度であるし、キャリアガスに安価な空気や窒素ガスを使用できる利点がある。また、非常に高感度高精度なＡＰＩＭＳ（Ａｔｏｍｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ ：大気圧イオン化質量分析装置）は超大型であり本発明には採用不可能である。その他、定電位電解式ガスセンサのように高感度高精度の検出器もあるが、これは検出対象ガスが一酸化炭素や水素化合物に限定されるなど選択性があり、同様に本発明には利用できないものである。尚、前記した本発明に利用しうる検出器の内、ＰＩＤは放射線を用いないため、最も好ましいものである。【００１２】次に試料採取部は、周囲雰囲気ガス体を腸内ガス放散検知部や腸内ガス成分分析部に供給するもので、チューブ状の試料採取管及び装置内の配管から構成される。試料採取管は、その内面が体温と同じかそれより高め、例えば３６〜１００℃より好ましくは４０〜５０℃程度になるように加温しておくことが望ましい。これは、試料採取管の内壁に呼気中の水分が凝縮して付着し、ここにガス成分が溶解吸着されるのを防止するためである。加温するために、採取チューブの周囲や内部に発熱体を配置するか又はそれ自体が発熱性を有する素材でチューブを構成し、その外周を断熱材で被覆した構造にするとよい。また、調温機構を組み込んでもよい。【００１３】試料採取管は、その先端の吸引口を肛門の近傍、例えば洋便器の便座部分に配置して使用する。或いはベッドで寝ている患者の臀部にテープ等で固定してもよい。【００１４】腸内ガス放散検知部は、周囲雰囲気ガス体を吸引する吸引ポンプとその前方に配置される指標ガス検知器から構成される。吸引ポンプは、メインスイッチ投入後は常時作動するもので、ダイヤフラム式などの空気ポンプが用いられる。ガス検知器は、例えば炭酸ガスの場合非分散型の赤外線濃度計を使用する。そしてこのガス検知器で常時監視しており、炭酸ガス濃度が急増した時点で腸内ガスの放散があったと認識する。と同時にその濃度を測定する。また、腸内ガスの放散があったと認識することを放屁の検知に利用する。【００１５】腸内ガス成分分析部は、試料採取管を通って供給される周囲雰囲気ガス体を吸引する吸引手段とその前方（又は後方或いは並列）に配置されて一定量の周囲雰囲気サンプルを計量するサンプル計量管、該計量管内の周囲雰囲気サンプルをカラムに送り込む送出手段、カラムで分離された周囲雰囲気サンプル中の有臭成分を検出する検出器等から構成される。吸引手段は、ダイヤフラムポンプ等のポンプ或いはシリンジからなり、デッドスペースである配管中の空気を吸引し、放散された腸内ガス成分測定装置の濃度が高いと思われる部分の周囲雰囲気ガス体の一部をサンプル計量管に送り込む働きをする。送出手段は、キャリアガスを供給してサンプル計量管内の周囲雰囲気サンプルをカラムに送り込むもので、キャリアガスは通常空気を用いる。空気は、小型ガスボンベ或いは圧縮ポンプから供給される。圧縮ポンプの場合、装置周囲の空気を吸着層を通して夾雑ガスを除去したものを使用する。【００１６】サンプル計量管の構造は、例えばキャリアガス流路の一部にバルブを２組設けその間をサンプル計量管とする。周囲雰囲気サンプルの量は、検出部の容量にもよるが０．０５〜５ｍｌ程度である。より好ましくは、０．１〜１ｍｌ程度である。尚、サンプル計量管の部分も、これに到る配管部分も、水分付着の防止とサンプルの質量を一定にするために体温以上の恒温状態（例えば試料採取管と同程度）に保っておく必要がある。【００１７】検出部は、検出対象ガス成分を分離するカラムと検出器から構成される。カラムとしては通常キャピラリーカラムが用いられるが、検出対象ガスによってはパックドカラムも使用できる。複数のカラムを並列使用するとか昇温タイプのカラムを用いてもよい。尚、分離カラムは再現性などから一定の恒温状態にする必要があるが、検出対象ガスの分解や変質を防止するためになるべく低い温度例えば室温（２０℃）〜５０℃程度に保温することが望ましい。複数の測定対象ガスの沸点に差がある場合、昇温タイプのカラム或いはダブルカラムを使用するとよい。【００１８】検出器として最も好ましいのは、現在の段階では前述したように光イオン検出器（ＰＩＤ）である。この検出器は、検出ガス成分にそのイオン化ポテンシャルよりも大きなエネルギーを持った光（紫外線）を照射するとイオン化が起きる現象を利用したものである。そして、イオン化量を電極でイオン電流に変換して取り出し、イオン電流の大小で検出対象ガス成分の濃度を判別するものである。他の使用可能な検出器のうちＩＭＳ（イオン移動度スペクトル検出器）は、β線でイオン化された検出対象ガス成分を周期的にシャッターで開閉することで、大気圧の移動層へ導く。ここでイオンは、イオン特性（大きさ、質量、形状）により分別される。即ち、それぞれのイオン特有の移動時間（ｄｒｉｆｔ ｔｉｍｅ）を持つ。予めマイクロプロセッサーに記憶させた標準成分のパターンデータ（アルゴリズム）と比較して、目的成分の同定を行なう。ＥＣＤ（電子捕獲型イオン検出器）もイオン化源はβ線であり、イオン化した検出対象ガス成分を高感度に検出して同定するものである。尚、将来これらと異なるイオン分析技術が開発され、それらが高感度高精度で安全で小型化できるものであれば、同様に利用できる。【００１９】制御・演算処理部の主要部はマイクロコンピュータであり、前記指標ガス検知器からの検知信号を入力した時点で前記吸引手段及び前記送出手段に作動信号を出力するとともに、前記検出器からの測定信号を演算処理して予め記憶させている検量線から有臭成分の濃度や成分比を算出し、該算出結果を記憶したり、或いは或いは表示装置（ディスプレイ）や記録装置（プリンター）などの出力装置に信号を出力するなど装置全体の作動プログラムを管理するものである。【００２０】【実施例】次に、本発明を図面に示す好適な実施例に基づいて更に詳細に説明する。図１は、本発明に係る腸内ガス成分測定装置１のブロック図の一例を示す。この測定装置１は、試料採取部２、腸内ガス放散検知部３、腸内ガス成分分析部４、制御・演算処理部５、出力装置としてのプリンター６等から構成されている。また図２は、本発明腸内ガス成分測定装置の使用状態を示す概略斜視図である。尚、本発明は図示のものに何ら限定されるものではない。【００２１】試料採取部２は、周囲雰囲気ガス体Ｇを吸引する試料採取管２１及びそれに連なる三方分岐ジョイント２２等の配管から構成される。試料採取管２１は、内径が１〜５ｍｍ程度長さが１ｍ前後のプラスチックチューブ（好ましくはテフロン（登録商標）管）の外周にヒータと保温材を被せたもので、その内部を加温して呼気中の水分の付着を防止する。加温は、コントローラで３６〜１００℃の任意の温度例えば５０℃に調節して行なう。【００２２】腸内ガス放散検知部３は、周囲雰囲気ガス体Ｇを吸引する吸引ポンプ３１と、その前方に配置される指標ガス検知器３２から構成される。吸引ポンプ３１は、メインスイッチ投入後は常時作動するもので、ダイヤフラム式ポンプを用いている。本実施例では、指標ガスとして炭酸ガスを用いており、ガス検知器３２は、非分散型の炭酸ガス用赤外線濃度計を使用している。そしてこのガス検知器３２で臀部の周囲雰囲気ガス体Ｇを常時監視しており、炭酸ガス濃度が急増した時点で腸内ガスの放散があったと認識し、その旨の信号を制御・演算処理部５に出力する。以後、吸引ポンプ３１は停止してもよい。尚、急増した炭酸ガス濃度を同時に測定し、その値を制御・演算処理部に記憶させる。【００２３】腸内ガス成分分析部４は、試料採取管２１を通って供給される周囲雰囲気ガス体Ｇを吸引する吸引ポンプ４１と、前方に配置されて一定量の周囲雰囲気サンプルＳを計量するサンプル計量管４２、該計量管内４２の周囲雰囲気サンプルＳをカラム４３に送り込むキャリアガス（空気）を供給する圧縮ポンプ４４、カラム４３で分離された周囲雰囲気サンプル中の有臭成分を検出する検出部４５等から構成される。尚、吸引ポンプ４１は、腸内ガスの放散があった旨の信号を制御・演算処理部５から入力されると直ちに作動を始める。符号４８は、キャリアガスとなる空気を浄化する吸着層である。【００２４】本例におけるサンプル計量管４２は、キャリアガス流路の一部を２組のバルブ４６、４７で区切って構成される。その容量は約０．５ｍｌである。尚、サンプル計量管４２や配管部分の内面も、４０〜５０℃程度に加温する。検出部４５として最も好ましいのは、現在の段階では前述したように光イオン検出器（ＰＩＤ）である。この検出器は、検出ガス成分にそのイオン化ポテンシャルよりも大きなエネルギーを持った光（紫外線）を照射するとイオン化が起きる現象を利用したものである。そして、イオン化量を電極でイオン電流に変換して取り出し、イオン電流の大小で検出対象ガス成分の濃度を判別するものである。他の使用可能な検出器のうちＩＭＳ（イオン移動度スペクトル検出器）は、β線でイオン化された検出対象ガス成分を周期的にシャッターで開閉することで、大気圧の移動層へ導く。ここでイオンは、イオン特性（大きさ、質量、形状）により分別される。即ち、それぞれのイオン特有の移動時間（ｄｒｉｆｔ ｔｉｍｅ）を持つ。予めマイクロプロセッサーに記憶させた標準成分のパターンデータ（アルゴリズム）と比較して、目的成分の同定を行なう。ＥＣＤ（電子捕獲型イオン検出器）もイオン化源はβ線であり、イオン化した検出対象ガス成分を高感度に検出して同定するものである。尚、将来これらと異なるイオン分析技術が開発され、それらが高感度高精度で安全で小型化できるものであれば、同様に利用できる。【００２５】制御・演算処理部５の主要部はマイクロコンピュータ５１であり、前記指標ガス検知器３２からの検知信号を入力した時点で前記吸引ポンプ４１やキャリアガスを供給する圧縮ポンプ４４に作動信号を出力するとともに、前記検出部４５からの測定信号を演算処理して予め記憶させている検量線及び炭酸ガス濃度から有臭成分の濃度を算出し、該算出結果を記憶したり、或いは表示装置６に信号を出力するなど装置全体の作動プログラムを管理する。【００２６】次に、本発明装置の使用方法について説明する。図２はその一例で、トイレ便器７の便座７１の部分に、上記試料採取管２１を配置したものである。この方法は、便意を催した場合に放屁が多いと言う経験則に基づいたものである。被測定者は、まず装置１のメインスイッチを投入する。臀部が便座上にきたことを赤外線センサー等で検知して自動的にメインスインチを投入するようにしてもいよ。すると、吸引ポンプ３１が稼働をはじめ、肛門の周囲雰囲気ガス体Ｇをゆっくり吸引しはじめる。吸引速度は、例えば１リットル／分程度である。その間、指標ガス検知器３２は常時炭酸ガス濃度を測定している。通常、空気中の炭酸ガス濃度はｐｐｍ 単位である。それが、単位時間当たりの変化が急激な増大すると、制御・演算処理部５は腸内ガスの放散（放屁）があったと認識する。と同時に、その濃度を測定記憶しておく。【００２７】すると、制御・演算処理部５からの指令で腸内ガス成分分析部４３の吸引ポンプ４１が作動を始め、周囲雰囲気ガス体Ｇを吸引する。その一部がサンプル計量管４２に取り込まれる。次いで、サンプル計量管４２内部の周囲雰囲気サンプルＳが、キャリアガスによってカラム４３内に送り込まれ、各成分ガスの保持時間の違いにより分離分画されて順次検出器４５内でイオン化され、そのイオン化量が電気信号に変換されて出力される。電気信号は、制御・演算処理部５で演算処理され、予め記憶させてある検量線から、腸内ガス中の検出対象ガス成分の濃度を測定する。【００２８】本発明装置は、上記した便器に取り付ける以外に、例えばベットに寝ている患者の臀部等肛門の近傍に、本発明装置の試料採取管２１の吸入口をバンド等で固定し、就寝中或いは静養中に放散される腸内ガスの分析を行うようにしてもよい。【００２９】【発明の効果】以上説明したように本発明は、ヒト或いは動物の腸内ガスを分析して腸内ガス中に含まれる微量なガス成分濃度を測定する臨床生化学検査装置及び検査方法であって、微量の検出対象ガス成分に紫外線或いは放射線を照射してイオン化させて検出する検出部に、放散された腸内ガスを含む周囲雰囲気ガスサンプルをカラムを介して送り込み、検出対象ガス成分の濃度測定を行なうものである。そして、測定のタイミングとして炭酸ガス等の指標ガスに着目し、指標ガスが検知されると同時にサンプリングを開始するようにしたものである。また、本発明は指標ガスの検知により、放屁の事実があったことを知らせるものである。【００３０】従って、以下のような特徴を有する。（１） いつ体外へ放出されるかわからず、また制御不能に放散される腸内ガスを、タイミングよくサンプリングして分析することができる。（２） 腸内ガスを分析することにより、その中に微量含まれている有臭成分ガスが簡単・確実に分析できる。また、指標ガスの濃度を測定することにより、大まかな希釈率が分かり、それから、有臭成分ガスの大まかな絶対濃度の測定が可能になる。（３） 腸内ガス中の有臭成分を分析することにより、これらを産生する菌種、特に悪玉菌の種類、更にはその量や割合が推定できる。（４） 従って、従来の血液や尿、或いは呼気等から得られる情報以外に、人体特に大腸系統の情報が得られる利点がある。また、腸内ガスの成分は食物や生活態度により大きく影響を受けると言われており、それらについての客観的なデータを得ることができ、食生活の改善や治療の進展状態等をチエックする上で大きな役割を果たす。（５） 一方、血液分析と異なり、患者に苦痛、恐怖感、圧迫感を与えない。そのため、繰り返し測定や連続観察に対する患者の負担が完全に解消する。また、トイレ中で或いは就寝中に自動的にサンプリングが行なえるので、患者に羞恥心を与える心配もない。（６） 水素ガスの燃焼などが不要で、高感度且つ短時間測定ができる検出器を使用しているため、装置の小型化、操作の簡便化、測定の迅速化が図れるし、検査コストが極めて安い。【図面の簡単な説明】【図１】本発明に係る腸内ガス成分測定装置のブロック図の一例である。【図２】本発明腸内ガス成分測定装置の使用状態の一例を示す概略斜視図である。【符号の説明】１ 腸内ガス成分測定装置２ 試料採取部２１ 試料採取管３ 腸内ガス放散検知部３１ 吸引ポンプ３２ 指標ガス検知器４ 腸内ガス成分分析部４１ 吸引ポンプ４２ サンプル計量管４３ カラム４５ 検出部５ 制御・演算処理部５Ｇ 周囲雰囲気ガス体Ｓ 周囲雰囲気サンプル 肛門の近傍に吸引口を配置する試料採取管を含む試料採取部と、周囲雰囲気ガス体を吸引する吸引ポンプとその前方に配置される指標ガス検知器から構成される腸内ガス放散検知部と、周囲雰囲気ガス体を吸引する吸引手段とその前方に配置されて一定量の周囲雰囲気サンプルを採取するサンプル計量管、該計量管内の周囲雰囲気サンプルをカラムに送り込む送出手段、カラムで分離された周囲雰囲気サンプル中の有臭成分を検出する検出器を含む腸内ガス成分分析部と、前記指標ガス検知器からの検知信号を入力した時点で前記吸引手段及び前記送出手段に作動信号を出力するとともに、前記検出器からの測定信号を演算処理して予め記憶させている検量線から有臭成分の濃度や成分比を算出し、該算出結果を記憶し或いは出力装置に信号を出力する演算処理部を含んで構成されることを特徴とする腸内ガス成分の測定装置。 肛門の近傍に吸引口を配置する試料採取管を含む試料採取部と、周囲雰囲気ガス体を吸引する吸引ポンプとその前方に配置される指標ガス検知器から構成されることを特徴とする放屁検知装置。 【課題】患者の放散された腸内ガスを検体とし、腸内ガス中に含まれる複数の有臭成分の濃度を迅速且つ正確に分別測定する。【解決手段】腸内ガスが放散された直後の周囲雰囲気ガス体中の微量成分を正確且つ短時間に分離するために、腸内ガスの主成分中の検知可能なガスを指標ガスとし、この指標ガスを検知した時点で周囲雰囲気ガス体のサンプリングを開始する。一方、サンプル計量管に周囲雰囲気サンプルを分取し、これをカラムで分離し、ＰＩＤ等の検知部で測定する。【選択図】 図１