CN101548169B - 集成化样品单元和过滤器以及使用该样品单元和过滤器的系统 - Google Patents

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Abstract

侧流气体采样装置(100)，其基本上不使呼出气体的波形退化。该气体采样装置包括与过滤部(102)集成在一起的样品单元部(104)，该过滤部用于从要监测的呼吸气体中分离不期望有的液体冷凝物。该气体采样装置被配置为通过气体采样线路接收呼出气体，通过疏水纤维元件从呼出气体中过滤不期望有的液体冷凝物，并将经过滤的气体传送到非常接近过滤器的样品室，在这里可以例如通过光学机构或红外感测机构进行测量。然后从样品室排出基本不含液体冷凝物的气体。

Description

集成化样品单元和过滤器以及使用该样品单元和过滤器的系统
优先权声明
根据美国法典35§120/365的规定，本申请主张提交于2006年9月11日的美国专利申请第11/519,041号的权益。
技术领域
本发明通常涉及气体监测系统，并且具体涉及用在侧流气体监测系统中的集成化样品单元和过滤器，这种过滤器用于从要在样品单元中监测的呼吸气体中分离不期望有的液体成分。
背景技术
在医学治疗期间，常常期望监测并分析患者的呼气，以确定呼气的气体成分。例如，监测患者呼气的二氧化碳(CO2)含量常常是所期望的。通常，通过将患者所呼出气体的一部分或样品转移到适合的感测机构和监测系统，来监测患者呼气的二氧化碳(或其他气体)含量。
可以用主流监测系统或侧流监测系统来完成对呼出气体的监测。在主流监测系统中，在耦接到患者气道的患者气路(circuit)或管道中的原处测量患者呼气的气体含量。另一方面，在侧流监测系统中，将气体样品从患者气路通过气体采样线路输送到位于距主患者气路一定距离的感测机构以进行监测。由于患者呼出的气体通常充分饱和了约35℃的水蒸气，因此气体输送的自然结果是在温暖、潮湿的呼出气体中出现的湿气凝结。
对患者呼气的气体成分的准确分析取决于许多因素，包括气体样品的收集，其基本上不含会使分析结果失真的液体冷凝物。随着呼出气体样品在通过气体采样线路输送到侧流监测系统中的感测机构的过程中冷却，包含在样品中的水蒸气会凝结为液体或冷凝物。如果允许液体或冷凝物到达感测机构，则液体或冷凝物会对感测机构的功能造成有害影响，并会导致不准确的监测结果。通过被再次带入随后的呼出气体样品中，在气体采样线路中凝结的液体还会污染随后的这些样品。
除了凝结之外，常常还会出现其他不期望有的液体，例如包含在呼出气体样品中的血液、粘液、药物等。这些液体中的每一种如果出现在要监测的气体样品中，都会产生不能准确反映患者医疗状态的分析结果。
存在许多方式来将不期望有的液体从患者呼出气流中分离出来以保护感测机构。例如，已知在患者与感测机构之间设置湿气收集器(trap)，以在湿气进入感测机构之前将其从呼出气体中分离出来。然而，在不影响要测量的参数的特性(例如要监测的气体波形)的情况下实现所述分离是有难度的。
作为示例，二氧化碳(CO2)有效地仅出现在患者的呼出气体中。因此，在呼出气体样品中的CO2通过气体采样线路输送到感测机构，并根据存在于取得该样品的点处的CO2而波动。当然，CO2水平还随着患者呼吸循环而变化。对这个波动的干扰(即CO2波形保真度的减小)是不期望有的，因为这一干扰会影响CO2测量的准确性以及该波形的图形显示。为此，期望以基本上不降低CO2波形保真度的方式来完成将液体从呼出气体样品中去除。不幸的是，常规湿气收集器基本上常常会干扰波形。
已经采用了各种技术来将不期望有的冷凝物从呼出气流中过滤出来同时试图使所输送的波形不受干扰。此类技术包括：吸收剂、离心过滤器、干燥剂、疏水膜和亲水膜。一种表现出一些成就并沿用已久的应用是使用疏水空心纤维作为流体分离过滤器。然而，由于空心纤维和感测机构之间的接口的物理需求，这一应用仍时常导致波形一定程度的退化。
此外，作为过滤器的疏水空心纤维的突出现有应用提供连接到可重复使用的感测机构的可随意处理的气体样品收集单元。在这一常规过滤器布置中，气体样品收集单元即样品单元在物理上与过滤器有一定距离。经由相对长的导管将经过过滤器的气体输送给样品单元。
本发明者认识到，采集和输送经过滤的气体样品到远程感测机构的常规技术使得在样品单元处测量的CO2波形退化。更具体地说，本发明者认识到，通过定位过滤器元件远离样品单元一定距离并促使经过滤的气体经过相对长的管道从过滤器到样品单元，这一布置例如通过使波形的上升沿和下降沿变钝(dulling)而有效地抑制了CO2波形的保真度。因此，有效地且高效率地从气体样品中分离湿气并且基本上不使在样品处测量的呼出气体的波形退化的气体采样装置可能是有利的。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种气体采样装置，其克服了常规装置的缺陷。根据本发明的一个实施例通过提供气体采样装置来实现这个目标，该气体采样装置基本上不使呼出气体的波形退化，同时从要监测的呼吸气体中分离不期望有的液体冷凝物或其他污染物。
在第一实施例中，本发明的气体采样装置包括具有外壳的过滤部，该外壳具有上游第一端、下游第二端以及从第一端到第二端通过外壳而定义的气流路径。该气体采样装置还包括样品收集部，其包括内部定义有样品室的主体部分。该主体部分选择性地耦接到外壳的下游第二端，从而使得外壳与主体部分定义一整体装置，其中响应于过滤部耦接到样品收集部，样品室与外壳中的气流路径流体连通。该主体部分包括能量传输部，从而使得适于通过该能量传输部监测样品室中的气体的组分。至少一个过滤器元件设置在外壳中。
在另一实施例中，本发明的气体采样装置包括过滤部和样品收集部。该过滤部包括外壳，且该样品收集部包括内部定义有样品室的主体部分。该主体部分耦接到外壳的下游第二端，从而使得外壳与主体部分定义出样品室与外壳中的气流路径流体连通的整体装置。该主体部分包括能量传输部，从而使得适于通过该能量传输部监测样品室中的气体的组分。将疏水构件设置在外壳的至少一部分中。另外，将具有入口的亲水构件设置在外壳的至少一部分中，从而使得经过过滤部的流体在经过疏水构件的至少一部分之前经过亲水构件的至少一部分。
在任一实施例中，基本不含液体冷凝物和污染物的气体经过空心纤维元件并被收集在样品室中，在该样品室中可以例如使用光学感测技术等进行所期望的测量。然后通过形成在样品收集部的第二侧部中的管道排出该气体。以这种方式，基本上防止液体到达样品室。因此，对样品室中的气体进行的测量较不可能由于气体样品中的湿气或其他污染物而失真。
本发明还涉及包括上述气体采样装置实施例的侧流气体监测系统。
通过考虑以下描述及所附权利要求并参考附图，本发明的这些及其他目标、特征和特性，以及操作方法、相关结构元件的功能、各部分组合以及生产成本将变得更明显，所有这些构成本说明书的一部分，其中类似的参考数字指定各个附图中的对应部分。然而，应该清楚地理解，附图仅用于图示说明和描述的目的，并不意欲限定本发明的界限。如说明书和权利要求中所使用的，单数形式的“一”、“一个”、“该(所述)”包括复数指称，除非上下文另外清晰地指出。
附图说明
图1是包括根据本发明的原理的气体采样装置的气体监测系统的示意图；
图2是根据本发明的原理的气体采样装置的第一实施例的剖视图；
图3是图2的气体采样装置的过滤部的出口的第一实施例的侧视图；
图4是本发明的气体采样装置的第二实施例的剖视图；
图5是本发明的气体采样装置的第三实施例的剖视图；
图6是气体采样装置的过滤部的出口的第二实施例的侧视图；
图7是根据本发明的原理的气体采样装置的第三实施例的剖视图；
图8是套管装置的侧视图，该套管装置包括根据本发明的原理的气体采样装置的第四实施例；
图9是气体采样装置的第四实施例的剖视图；以及
图10是用在图8的套管装置中的补充气体适配器的剖视图。
具体实施方式
大体参考附图且首先参考图1，具体地，图示说明了包括根据本发明的过滤装置10的侧流气体监测系统1的示例性实施例。气体监测系统包括耦接到患者气路2的采样线路26，该患者气路进一步连接到患者气道(未显示)，从而将患者气路中的气体的一部分转移到采样线路26内。在所图示说明的实施例中，采样线路被显示为连接到患者气路2，这通常是使用气道适配器实现的。然而，应该理解，采样线路26可以以任何常规方式(例如通过鼻套管)连接到患者气道。
过滤装置10耦接到远离患者气路并靠近气体监测系统(在3处大体指示)的样品线路的一端。本发明预期气体监测系统3是任何常规的侧流气体监测系统，其通常包括辐射发射器5和接收器6，以探测放置为与发射器光学对准的样品单元内的气体组分并利用熟知的辐射吸收技术进行接收。
现在参考图1和图2，将讨论根据本发明的原理的气体采样装置10的第一示例性实施例。气体采样装置10包括过滤部12和样品收集部14。过滤部12包括通常由适当聚合物(诸如PVC)形成的外壳16，该外壳具有第一上游端18和第二下游端20。在这一实施例中，外壳16的形状是圆柱形。然而，本发明预期外壳16可以具有任何适当的形状和长度。
外壳16的第一上游端18包括由内壁22定义的内周界。内壁22被配置为耦接到气体采样线路26的外壁24，通过该气体采样线路可以接收要监测的呼出气体样品。气体采样线路26的外壁24定义出一周界，该周界基本接近由内壁22定义的内周界，从而使得气体采样线路26的外壁24和内壁22以液密和气密方式彼此耦接。这种液密和气密耦接机制对本领域普通技术人员来说是已知的，因此在此将不进一步进行讨论。
样品收集部14包括主体部分28，该主体部分的内部体积的一部分形成样品室30，在该样品室中收集经过滤的呼出气体用于对其进行测量，这将在下面更全面地描述。当前优选样品收集部14是由聚碳酸酯形成的。样品收集部14还包括第一侧部32，该第一侧部的外表面34的一部分以液密和气密方式与过滤部12的第二下游端20耦接。类似于气体采样线路26的外壁24到外壳16的第一上游端18的内壁22的耦接，第一侧部32的外表面34定义一周界，该周界基本上接近外壳16的第二下游端20的内周界，第二下游端20的这一内周界是由其内壁36定义的。因此，外表面34与内壁36通过液密和气密布置相耦接，这对本领域技术人员来说是已知的。
如图2所示，外壳16的第二下游端20的内周界大于第一上游端18的内周界。然而，本领域技术人员将理解并意识到，除了所图示说明的关系，第一端18和第二端20的各自的内周界可以彼此接近，或者第一上游端18的内周界可以超过第二下游端20的内周界。内周界的这一关系取决于所期望的应用，且预期这些变化均处于本发明的范围内。
设置在样品收集部14的第一侧部32的上游区域内的是终止块38。终止块38延伸横跨第一侧部32的内周界，该内周界由第一侧部32的内表面40定义，从而创建液密和气密密封。
样品收集部14还包括第二侧部42，其基本上与第一侧部32在纵向对准。第二侧部42包括由其内表面44定义的内周界，该内周界具有比样品室30的内周界更小的尺度，样品室30的内周界是由其内表面45定义的。在使用中，一旦将呼出的经过滤的气体收集到样品室30中，该气体就经过第二侧部42并被排出样品室30。
设置在外壳16的纤维室47内的是一个或多个疏水纤维元件46。在当前优选的实施例中，纤维元件46是由疏水纤维介质形成的，该疏水纤维介质具有小于或等于5微米的孔隙尺寸。一种适当的示例是聚丙烯。在进一步优选的实施例中，纤维元件46是空心的。在所图示说明的实施例中，纤维元件46折叠回其自身而形成回环，从而使得其所有的开口端48位于外壳16的第二下游端20附近，且环端50位于外壳16的第一上游端1 8附近。另外，纤维元件46设置在外壳16中，从而使得纤维的长度方向轴线基本上与外壳的长度方向轴线对准。
在所图示说明的实施例中，纤维元件46的下游部分(靠近其开口端48)嵌入在终止块38中，从而使得纤维元件的开口端延伸越过终止块并进入样品室30。以这种方式，仅通过纤维元件将气体从外壳16的纤维室47直接传送到样品室，这在下面更全面地描述。
本领域技术人员将理解并意识到，不同于如图2所示折叠回其自身而形成回环，空心纤维元件可以包括封闭的密封端，将这种封闭的密封端定位为靠近外壳16的第一上游端18。以这种方式，仍然仅通过纤维元件46实现从外壳16的纤维室47到样品室30的气体传送，这在下面更全面地描述。预期这种替换处于本发明的范围内。
图3图示说明了设置在终止块38的下游端处的外壳16的出口52。更具体地，图3图示说明了终止块38的下游端和纤维元件46的出口的布置。很明显，纤维元件46的钻孔或开口端48以基本均匀的间隔布置在出口52的周界内。在这一配置中，过滤部12的出口52最优地用经过滤的气体充满并冲刷样品室30的内部体积，这在下面更全面地描述。
在操作中，患者呼出包含诸如水、血液、粘液、药物等液体的气体进入鼻套管(未显示)、气罩(未显示)等。在鼻套管(或其他这类呼吸收集机构)的下游，呼出气体离开主流管道并进入气体采样线路26，从而将至少部分气体引导至侧流气体采样装置10。气体采样线路26形成管道，呼出气体经过该管道进入气体采样装置10的过滤部12。进入过滤部12后，气体仍然包含诸如水、血液、粘液、药物等液体，期望在引导气体至样品室30之前，基本上从气体中过滤掉这些液体。
当呼出气体进入过滤部12时，它们遇到纤维元件46的环端50(或封闭的密封端)。因为纤维元件46是由诸如聚丙烯的疏水材料形成的，所以允许气体从其中经过，但基本上防止液体经过。因此，仅允许基本不含液体冷凝物的气体经过纤维元件46，而基本上防止呼出气体中存在的任何液体进入或经过纤维元件的内部。
因为终止块38横跨样品收集部14的第一侧部的内周界形成气密和液密密封，且在样品收集部14的第一侧部32的外表面34与过滤部12的第二下游端20的内壁36之间也形成液密和气密密封，物质可能从外壳16的纤维室47传送到样品室30的唯一方式是通过纤维元件46。因此，允许基本不含液体冷凝物的气体经过纤维元件并直接进入样品室，而基本上防止呼出气体中存在的任何液体离开气体采样装置10的过滤部12。相反，液体被收集到外壳16的纤维室47内。
基本不含液体冷凝物的气体经过纤维元件46，通过设置在出口52处的开口端48并进入样品室30中，在该样品室中可以例如使用光学感测技术等进行测量。因为纤维元件46的开口端48以基本均匀的间隔布置在出口52的周界内，所以气体以基本均匀的方式进入样品室30。以这种方式，防止气体积累在样品室30的一个区域或另一个区域中，且可以进行更一致和更准确的测量。基本不含液体的气体通过由第二侧部42的内表面44形成的管道排出样品室30。空心纤维元件46的开口端48在出口52的周界内的基本均匀的间隔布置允许样品室30内的经过滤的气体基本均匀地从样品室涌出并进入由第二侧部42的内表面44形成的管道。
以这种方式，基本上防止液体到达样品室30，并且因此，对样品室中的气体进行的测量较不可能由于气体样品中的湿气而失真。进一步地，由于纤维元件46的开口端48直接设置到样品室30内，允许呼出气体样品的波形基本上不受干扰地或未退化地从收集样品的点前进到进行测量的点处。也就是说，从前面的描述可以意识到，本发明提供基本上不干扰呼出气体的波形或使其退化的气体采样装置。此外，该气体采样装置与过滤器集成在一起，以便从要监测的呼吸气体中分离不期望有的液体冷凝物或其他污染物。
现在参考图4，图示说明了并大体由参考数字54表示出本发明的气体采样装置的第二实施例。与图2的气体采样装置10一样，气体采样装置54包括过滤部12′和样品收集部14′。过滤部12′包括通常由适当聚合物(诸如PVC)形成的外壳16′，该外壳具有第一上游端18′和第二下游端20′。外壳16′的第一上游端18′包括由内壁22′定义的内周界，该内壁被配置为耦接到气体采样线路26′的外壁24′，通过该气体采样线路可以接收要监测的呼出气体样品。外壁24′和内壁22′以液密和气密方式彼此耦接。
气体采样装置54的样品收集部14′包括主体部分28′，该主体部分的内部体积的一部分形成样品室30′，在该样品室中收集经过滤的呼出气体用于对其进行测量。当前优选主体部分28′是由聚碳酸酯形成的。样品收集部14′还包括第一侧部32′，该第一侧部的外表面34′的一部分以液密和气密方式与过滤部12′的第二下游端20′耦接。类似于气体采样线路26′的外壁24′到外壳16′的第一上游端18′的内壁22′的耦接，第一侧部32′的外表面34′定义一周界，该周界基本上接近外壳16′的第二下游端20′的内周界，这一内周界是由其内壁36′定义的。因此，第一侧部32′的外表面34′与外壳16′的第二下游端20′的内壁36′以液密和气密布置相耦接。
再次，本领域普通技术人员将理解并意识到，第一上游端18′的内周界可以小于第二下游端20′的内周界，如所显示的，各自的内周界可以彼此接近，或者第一上游端18′的内周界可以大于第二下游端20′的内周界。内周界的这一关系取决于所期望的应用，且预期所有变化均处于本发明的范围内。
设置在样品收集部14′的第一侧部32′的一部分内的是终止块38′，该终止块延伸横跨第一侧部32′的一部分的内周界，该内周界由第一侧部32′的内表面40′定义。以这种方式，在该终止块处创建液密和气密密封。
同时，设置在主体部分28′的第一侧部32′的上游区域内的是气体样品收集室56和管道58。将气体样品收集室56定位在终止块38′的下游，而将管道58定位在气体样品收集室56的下游。气体样品收集室56具有由其内表面60定义的周界，该周界基本上接近终止块38′的周界，而管道58具有由其内表面62定义的周界，该周界小于气体样品收集室56的内周界。以这种方式，将经过滤的气体从外壳16′的纤维室47′传送到气体样品收集室56内，然后进入管道58，且随后进入样品室30′。在下面更全面地描述这一操作。
样品收集部14′还包括第二侧部42′，其与第一侧部32′轴向对准。第二侧部42′包括由其内表面44′定义的内周界，该内周界基本上接近管道58的内周界，管道58的内周界是由其内表面62定义的。如上面参考图2的实施例所描述的，一旦将呼出的经过滤的气体收集到样品室30′中，该气体就经过第二侧部42′并被排出样品室。
与图2的实施例相同，设置在外壳16′的纤维室47′内的是一个或多个基本轴向定向的疏水空心纤维元件46′。在当前优选的实施例中，疏水纤维元件46′是由疏水纤维介质形成的，该疏水纤维介质具有小于或等于5微米的空隙尺寸。一种适当的示例是聚丙烯。疏水纤维元件46′折叠回其自身而形成回环，从而使得其所有的开口端(未显示)位于外壳16′的第二下游端20′附近，且环端50′位于外壳的第一上游端18′附近。纤维元件46′的下游部分(靠近其开口端48′)嵌入在终止块38′中。在这一实施例中，纤维元件46′的开口端48′与终止块38′的下游端在空间上共同(coextensively)终止。然而，应该理解，纤维元件的开口端可以延伸越过终止块并进入气体样品收集室56。以这种方式，仅通过纤维元件46′将气体从外壳16′的纤维室47′传送到气体样品收集室56中。
本领域普通技术人员将再次理解并意识到，不同于如图4所示折叠回其自身而形成回环，纤维元件46′可以包括封闭的密封端，将这种封闭的密封端定位为靠近外壳16′的第一上游端18′。
如上面参考图1和图2所描述的，在操作中，患者的呼出气体进入气体采样装置54的气体采样线路26′和过滤部12′中。当呼出气体进入气体采样装置54的过滤部12′时，气体遇到纤维元件46′的环端50′。纤维元件46′是由疏水材料形成的，从而允许气体从其中经过而基本上防止液体通过。因此，仅允许基本不含液体冷凝物的气体经过纤维元件46′并进入气体样品收集室56内，其中在直接引导气体至样品室30′之前，最初在气体样品收集室处收集这些气体。然后引导气体从气体样品收集室56进入管道58，并随后进入样品室30′，在此可以例如使用光学感测技术等进行测量。如上面参考图1和图2所描述的，将基本不含液体的气体排出样品室30′。
在图4的实施例中，类似于图2的实施例，基本上防止液体到达样品室30′，并且因此，对样品室30′中的气体进行的测量较不可能由于气体样品中的湿气而失真。进一步地，由于过滤部12′与样品室30′之间相对较小的距离，允许呼出气体样品的波形基本上不受干扰地从收集样品的点前进到进行测量的点处。结果，指示样品室中的被监测气体的水平的波形基本不退化(这一退化在常规系统中则可能是事实)，其中过滤元件位于离测量组分水平的样品室有相对长的距离处，且连接有相对长的软管或管道。
现在参考图5，图示说明了并大体由参考数字70表示出本发明的气体采样装置的第三实施例。与图2的气体采样装置10一样，气体采样装置70包括过滤部12″和样品收集部14″。过滤部12″包括通常由适当聚合物(诸如PVC)形成的外壳16″，该外壳具有第一上游端18″和第二端20″。第一上游端18″包括由内壁22″定义的内周界，该内壁被配置为耦接到气体采样线路26″的外壁24″，通过该气体采样线路可以接收要监测的呼出气体样品。外壁24″和内壁22″以液密和气密方式彼此耦接。
样品收集部14″包括主体部分28″，该主体部分的内部体积的一部分形成样品室30″，在该样品室中收集经过滤的呼出气体用于对其进行测量。当前优选主体部分28″是由聚碳酸酯形成的。样品收集部14″还包括第一侧部32″，该第一侧部的内表面72的一部分以液密和气密方式与外壳16″的第二下游端20″耦接。类似于气体采样线路26″的外壁24″到外壳16″的第一上游端18″的内壁22″的耦接，第一侧部32″的内表面72定义一周界，该周界基本上接近外壳16″的第二下游端20″的外周界。因此，第一侧部32″的内表面72与外壳16″的第二下游端20″的外壁以液密和气密布置相耦接。
再次，本领域普通技术人员将理解并意识到，第一上游端18″的内周界可以小于第二下游端20″的内周界，如所显示的，各自的内周界可以彼此接近，或者第一上游端18″的内周界可以大于第二下游端20″的内周界。内周界的这一关系取决于所期望的应用，且预期所有变化均处于本发明的范围内。
在图5所示的实施例中，终止块38″设置在外壳16″的第二下游端20″中，从而在终止块处创建液密和气密密封。在主体部分28″的第一侧部32″的上游区域内定义管道74，以使存在于终止块38″的下游端的气体与样品室30″连通。在所图示说明的示例性实施例中，管道74的直径与外壳16″的下游第二端20″的内侧直径基本相同，该内侧直径对应于纤维室47″的内侧直径。提供纤维室47″和管道74″之间的匹配直径有助于降低经过气体采样装置的流动气体中的干扰或湍流。
与图2和图4的实施例相同，设置在外壳16″的纤维室47″内的是一个或多个基本轴向定向的疏水空心纤维元件46″。在当前优选的实施例中，疏水纤维元件46″是由疏水纤维介质形成的，该疏水纤维介质具有小于或等于5微米的空隙尺寸。一种适当的示例是聚丙烯。疏水纤维元件46″折叠回其自身而形成回环，从而使得其所有的开口端(未显示)位于外壳16″的第二下游端20″附近，且环端50″位于外壳的第一上游端18″附近。纤维元件46″的下游部分嵌入在终止块38″中。
在这一实施例中，纤维元件46″的下游端与终止块38″的下游端在空间上共同终止或终止在该终止块内，从而使得纤维元件46″的下游端不延伸越过该终止块的表面。然而，应该理解，纤维元件的开口端可以延伸越过终止块并进入管道74。以这种方式，经由纤维元件46″将气体从外壳16″的纤维室47″传送到管道74中，并且然后进入样品室30″。
本领域普通技术人员将再次理解并意识到，不同于如图5所示折叠回其自身而形成回环，纤维元件46″可以包括封闭的密封端，将这种封闭的密封端定位为靠近外壳16″的第一上游端18″。
气体采样装置70的操作类似于上面参考图1-4所描述的操作。因此，为了简洁而省略了详细的解释。在图5的实施例中，类似于图2和图4的实施例，基本上防止液体到达样品室30″，并且因此，对样品室30″中的气体进行的测量较不可能由于气体样品中的湿气而失真。进一步地，由于过滤部12″与样品室30″之间相对较小的距离，允许呼出气体样品的波形基本上不受干扰地从收集样品的点前进到进行测量的点处。
本领域技术人员将理解并意识到，在图1-5的每一个实施例中，气体采样装置的不同部分(例如过滤部、样品收集部等)可以形成为分离的部件或者可以整体成形。例如，本发明预期将图5的样品收集部14″和过滤部12″形成为分离的结构，在制造过程中组装这些分离的结构以形成用于气体采样装置的整体装置。进一步地，应该理解，终止块、样品室、纤维元件和终止块的布置以及与终止块和/或样品室相关联的管道可以具有多种配置中的任何一种。预期这些变化落在本发明的范围内，而且并不意欲将本发明限制到所图示说明的特定结构。另外，可以提供与样品室相关联的诸如光学过滤器和窗口等其他元件，而并不偏离本发明的精神和范围。
例如，图6图示说明了终止块80的第二实施例，并显示了与其耦接的纤维元件的开口端82的进一步构型。也就是说图6类似于图3，不同之处在于它显示了终止块和纤维元件的可替代构型。在图6的实施例中，终止块80具有相对矩形的构型，并且将纤维元件的开口端设置成线形阵列。优选地，使该线形阵列相对于样品室对准，从而将纤维元件的开口端设置在一平面内，该平面大体垂直于辐射经过样品室的方向。这一布置在于它展现出直接进入样品室的均匀气壁，以便由气体监测系统测量。
图7图示说明了类似于图5所示装置的气体采样装置90，其包括过滤部12′和样品收集部14′″。在这一实施例中，与图5不同，主体部分28′″中的通道包括由箭头92和94指示的通过样品室30′″的“Z”形路径。样品室30包括开口端，其中窗口设置在每个开口端处，从而使得照射96可以经过样品室。通道的入口部98使过滤部12″的出口与样品室连通。共同待决的美国专利申请第60/416,875号中描述了样品收集部的光学采样部的这一“Z”字形构型，该申请的内容以引用的方式合并于此。应该理解，本发明预期样品收集部和从其中通过的通道的其他构型。
图8和图9图示说明了根据本发明的原理的过滤装置100的第七实施例。过滤装置100包括过滤部102和样品收集部104。过滤部102包括通常由适当聚合物(诸如PVC)形成的外壳106，该外壳具有第一上游端108和第二下游端110。在这一实施例中，外壳106的形状是圆柱形。然而，本发明预期该外壳可以具有任何适当的形状和长度。气体采样线路112耦接到外壳的第一上游端108。
本发明预期过滤部102与样品收集部104可以以永久布置的方式接合，例如相互键合，或者它们可以选择性地接合，从而使得它们可以彼此解离。任何适当的技术均可以用于以可选择的方式将过滤部耦接到样品收集部。例如，可以使用压配合(press-fit)或摩擦配合(friction-fit)。额外的机械元件，诸如搭扣、舌槽、弹簧或其他紧固器件可以用于将过滤部耦接到样品收集部。
在图8-10所图示说明的实施例中，在气体采样装置的过滤部中提供的过滤器包括亲水构件120和疏水构件130，二者均设置在外壳106中。本发明预期亲水构件120是由多孔材料形成的，该多孔材料适于通过毛细作用从经过过滤部的气体中带走湿气。这种材料的示例是纤维材料，其具有范围在大约40％至大约90％的孔隙体积，其中该孔隙体积是多孔材料的空气体积与多孔材料的总体积的比值。示例性纤维材料包括单组分纤维以及纤维混合线，诸如双组分纤维、多组分纤维和功能性纤维。美国专利申请第10/464,443号(公开号2003/0211799)中公开了适用于亲水构件120的纤维材料的示例。这些纤维可以具备吸收剂特性，从而实际创建带有基本液体保持能力的贮存室。所图示说明的亲水构件120是圆柱形的，并且由热熔粘合纤维构建而成。在示例性实施例中，该纤维是由聚酯核和聚酯鞘组成的，且对其进行烧结以形成圆柱形结构。可预期可以增强水保持能力的其他形状的结构。
在示例性实施例中，亲水构件120具有比外壳106的直径稍微大的直径，以确保该亲水构件在外壳中的紧密配合而无明显的压缩。亲水构件的长度和宽度随所期望的带水能力而变化。也就是说，更长和更宽的亲水构件将具有更大的带水能力。然而，更长和更宽的亲水构件也具有与其相关联的更长的上升时间(rise time)。因此，对于0.138英寸的直径，长度的优选范围是大约0.5英寸至2.0英寸。
在所图示说明的示例性实施例中，疏水构件130是一圆盘，该圆盘具有比外壳的直径更大的直径，从而可制作出足够紧密的密封。选择疏水构件的长度，以便当过滤器出口上抽吸形成的压力高达5磅/平方英寸(绝对压力)时防止水经过疏水构件。在一个实施例中，疏水构件130是由多孔塑料(诸如聚乙烯)和在润湿时自密封的添加剂涂料构建成的。本领域已知的材料，诸如纤维素胶，可以用于这一功能。另外，亲水构件102的足够大的孔隙体积不仅允许有效吸收湿气，而且允许气体基本平稳地流过，并因此使气流的湍流效应最小化。
在所图示说明的示例性实施例中，亲水构件120大体从第一端108到疏水构件130所位于的点沿外壳106的内壁呈线形，该点靠近第二端110。然而，应该理解，亲水构件120不必沿外壳的整个长度延伸，不必充满外壳，也不必由单一的整体材料形成。相反，亲水构件120可以由多片材料形成，且亲水构件的每部分或每片不必由相同的材料形成。例如，可以如此形成亲水构件的各部分使得材料的吸收能力沿着外壳的长度变化或沿径向方向变化，或者在更可能采集冷凝物的地方被最大化。
将疏水构件130定位为靠近外壳106的第二端110。疏水构件130具有由其外表面定义的外直径，该外直径可以接近或超过外壳的内直径，从而使得该外表面与外壳的内壁以气密和液密布置紧密耦接，这是本领域普通技术人员所已知的。以这种方式，仅允许经过疏水构件130的气体到达感测机构。在所图示说明的实施例中，疏水构件的上游表面与亲水构件120的下游边缘相接触。
然而，本发明还预期这些构件之间不需要直接接触。相反，在疏水构件和亲水构件之间可以提供间隙。这一间隙可以用作可能在过滤装置中积累的材料的贮存器。可以理解，通常间隙越大，越有可能不利地影响被监测气体的波形。为解决这一关注，本发明也预期在疏水构件与亲水构件之间提供惰性填料材料。
在操作中，呼出气体前进通过外壳100的内部体积，由亲水构件120通过毛细作用从气流中带走湿气并将其锁定离开气流。虽然亲水构件120能够从气流中吸收绝大部分的湿气，一些湿气仍留在气流中。因此，提供疏水构件130作为防御湿气到达感测机构的第二线路。因为疏水构件130是由疏水材料形成的，所以将允许气体从其中经过，但是将基本上防止液体经过疏水构件。相反，仍留在气流中的任何液体将留在亲水构件120内的空间内，并可以由亲水构件的最下游部分吸收，或者利用亲水构件或分离的芯吸(wicking)材料来通过毛细作用将其从疏水构件130中带走。
由于外壳106以气密和液密布置与样品收集部104耦接，气体可以流出外壳的唯一方式是通过疏水构件130。因此，基本不含液体的气体经过疏水构件130，进入要监测的样品收集部。以这种方式，仅允许基本不含液体冷凝物的气体到达感测机构。进一步地，因为亲水构件的足够的孔隙体积和纤维特性，允许呼出气体样品的波形基本不受干扰地从收集样品的点前进到进行感测机构读数的点处。对可能因疏水构件130而受影响的波形的干扰具有最低限度的结果。
现在参考图9和图10，将描述气体采样装置的示例性实施例。气体采样线路112(在前面的实施例中为26、26’、26”)经由患者接口140耦接到用户。在这一实施例中，患者接口140是鼻套管，该鼻套管包括插入到用户鼻孔中的一对空心弹簧142。然而，本发明预期患者接口140可以具有任何配置。靠近患者接口的气体采样112的一部分144成为回环，从而使得它可以从患者的耳部之上经过。
补充气体递送线路150也耦接到患者接口140。这一线路被用于例如递送补充氧气给用户。在这种情况下，患者接口的一个尖头与另一个尖头物理上隔离，从而可以从一个尖头对气体进行采样，而可以通过另一个尖头递送补充气体。在所图示说明的实施例中，提供连接终端152。该连接终端提供至氧气递送软管的连接，例如通过将氧气软管摩擦配合到在连接终端的连接部中定义的空腔154中来实现该连接。在所图示说明的实施例中，在空腔154中提供塞子156，当要将补充气体软管连接到连接终端时，去除该塞子。本发明还预期在连接终端中提供过滤元件(未显示)，以过滤递送给患者的补充气体。气体采样线路112可以固定到连接终端或者可以在连接终端内滑动。
提供套环(collar)160用于配管管理。套环160是固定的，或者可沿线路112和150的长度滑动以保持它们在一起。套环160可以具有任何适当的构型，且可以使用多于一个套环，或者将其完全省略。
尽管基于当前认为是最实际且优选的实施例为说明的目的详细描述了本发明，要理解的是，这种细节仅用于此目的，且本发明不限于所公开的实施例，与此相反，本发明意在覆盖在所附权利要求的精神和范围内的修改及等价布置。例如，要理解的是，本发明预期在可能的程度上，任何实施例的一个或多个特征可以与任何其他实施例的一个或多个特征相组合。

Claims (7)

1.一种气体采样装置(100)，包括：
过滤部(102)，其包括外壳(106)，所述外壳具有上游第一端(108)、下游第二端(110)和从所述第一端到所述第二端通过所述外壳而定义的气流路径；
样品收集部(104)，其包括内部定义有样品室的主体部分，其中，所述主体部分耦接到所述外壳的所述下游第二端，从而使得所述外壳与所述主体部分定义出所述样品室与所述外壳中的所述气流路径流体连通的整体装置，并且其中，所述主体部分包括能量传输部，从而使得适于通过所述能量传输部监测所述样品室中的气体的组分；
疏水构件(130)，其设置在所述外壳的至少一部分中；以及
亲水构件(120)，其设置在所述外壳的至少一部分中，并具有入口，从而使得经过所述过滤部的流体在经过所述疏水构件的至少一部分之前经过所述亲水构件的至少一部分，并且所述亲水构件(120)的直径稍微大于所述外壳(106)的直径，以确保所述亲水构件(120)在所述外壳(106)中的紧密配合而无明显的压缩，其中，所述亲水构件具有范围在大约40％至大约90％的孔隙体积。
2.如权利要求1所述的气体采样装置，其中，所述亲水构件与所述疏水构件相接触。
3.如权利要求1所述的气体采样装置，还包括气体采样线路(112)，所述气体采样线路具有耦接到所述外壳的所述上游第一端的第一端。
4.如权利要求3所述的气体采样装置，还包括患者接口(140)，所述患者接口耦接到所述气体采样线路的第二端。
5.如权利要求4所述的气体采样装置，还包括可操作地耦接到所述患者接口的补充气体递送线路(150)。
6.如权利要求1所述的气体采样装置，还包括管道(44)，所述管道与所述样品室流体连通以允许将气体传送出所述样品室。
7.如权利要求1所述的气体采样装置，其中，所述主体部分包括：
在所述样品室的所述主体部分上游中定义的气体样品收集室(56)，所述气体样品收集室被配置为在其中收集经过滤的气体；以及
在所述样品室的所述主体部分上游和在所述气体样品收集室的下游中定义的管道(58)，所述管道使所述气体样品收集室与所述样品室相连通。
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