DE69828799T2

DE69828799T2 - Isotopengas-analysator

Info

Publication number: DE69828799T2
Application number: DE69828799T
Authority: DE
Inventors: Ilan Ben-Oren; Lewis Colman; Ephraim Carlebach; Boaz Giron; Gershon Levitsky
Original assignee: Oridion BreathID Ltd
Current assignee: EREATHID (2006), JERUSALEM/JERUSALAJIM, IL
Priority date: 1997-09-17
Filing date: 1998-09-17
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2018-09-18
Also published as: US7063667B1; JP2001516875A; EP1217355A3; DE69828799D1; EP1217355A2; AU9279498A; EP1012573A2; EP1211502A3; ATE288075T1; IL121793A; EP1012573B1; IL121793A0; WO1999014576A2; EP1211502A2; WO1999014576A3

Description

Erfindungsgebiet
Diese Erfindung betrifft das Feld an Analysatoren zum Bestimmen des Isotop-Verhältnisses von Gases speziell im exhalierten Atem.
Hintergrund der Erfindung
Ein für gewöhnlich benutztes Verfahren zum Messen des Isotop-Verhältnisses einer gashaltigen Probe ist es, die gashaltige Probe in einer Messzelle mit einem Vergleichsgas (nachstehend auch Referenzgas) zu vergleichen, das unter ähnlichen Bedingungen gemessen wird. Ein solches Verfahren, das als Vergleichskriterien Massen-Spektrometrie-Messungen verwendet, wurde im Kapitel 16 des Buchs mit dem Titel "Tracers in Metabolic Research – Radio-isotopes ans Stable Isotope/Mass Spectrometer Methods" von Robert R. Wolfe, Alan R. Liss Inc., New York (1984) beschrieben. Die Offenbarungen dieser Veröffentlichung und von allen in dieser Beschreibung erwähnten anderen Veröffentlichungen und die Offenbarungen aller in diesen Veröffentlichungen zitierten Schriften werden hierin durch die Bezugnahme eingeschlossen.
Infrarotgasabsorption kann auch als ein Mittel zum Analysieren des Gehalts von gashaltigen Mischungen verwendet werden, da jedes Gas seine eigenen Absorptionsmerkmale hat, die es von anderen Gasen unterscheidet. Die nicht dispersive Lichtabsorption in einem Gas wird durch das gut bekannte Gesetz von Lambert-Beer geregelt, das bestimmt: I = Ioexp{–[c]γd}worin

I: die Stärke des übertragenen Lichts ist,
I_o: die Stärke des Einfallslichts ist,
[c]: die Molkonzentration des Licht-absorbierenden Gases ist,
d: die Weglänge des Lichts im Gas ist, und
γ: der Absorptionskoeffizient je Längeneinheit ist, auch bekannt als Extinktionskoeffizient.

Die Molkonzentration von Gas ist für eine bei einer vorgegebenen Temperatur vorgegebene Gasmenge proportional zu ihrem Teildruck. Es würde daher so aussehen, dass ein einfaches Messen der Lichtübertragung durch eine bekannte Länge des zu analysierenden Gases ausreichen würde, um seinen Teildruck oder seine Konzentration zu bestimmen. Dies ist die Grundlage der als nicht dispersive Infrarot-Spektroskopie bekannten Technik, die ein heutzutage verwendetes primäres Verfahren für die Gasanalyse darstellt. Für diesen Gegenstand ist ein großer Anteil an Referenz-Arbeiten erhältlich. Die isotope Differenzierung wird ein zunehmend wichtiges analytisches Werkzeug, vor allem in den Gebieten wie Atemtests für medizinische Diagnoseversuche. Empfindliche NDIR-Spektrometer, die in der Lage sind, Änderungen in den seltenen Isotop-Konzentrationen zu messen, werden solchermaßen auf dem Gebiet der medizinischen Messmethoden, usw. wichtig.
Das Absorptionsphänomen, das verwendet wird, um diese NDIR-Spektroskopie durchzuführen, ist, wie bekannt, die Absorption der Lichtenergie durch gashaltige Moleküle, die Übergängen zwischen Dreh-Vibrationspegeln unterzogen werden. Die betreffenden Energiepegel setzen diese Übergänge in den Infrarotbereich der Spektren. Als Beispiel werden die Absorptionsspektren von CO₂-Molekülen im Bereich von 4,2 bis 4,45 μm befindlich, und im allgemeinen wurden Schwarzkörper-Infrarotquellen zum Durchführen dieser Messungen verwendet. Diese Spektrometer aus der Schwarzkörperquelle haben Schwierigkeiten bei der Differenzierung zwischen verschiedenen Isotopen von Gasen, da es nur eine äußerst geringe Verschiebung in der absorbierten Wellenlänge gibt, wenn ein Atom in einem Gas von einem chemisch identischen Isotopatom ersetzt wird. Da die Isotop-Differenzierung ein zunehmend wichtiges analytisches Werkzeug wird, besonders in solchen Gebieten wie Atemtests in medizinischen Diagnoseversuchen, werden die empfindlichen NDIR-Spektrometer, die zum Messen der Änderungen in seltenen Isotop-Konzentrationen in der Lage sind, auf dem Gebiet der medizinischen Messmethoden, usw. wichtig.
Um die genaue Wellenlänge der Messung zu bestimmen, benötigt man ein Mittel zum Unterscheiden zwischen den verschiedenen Isotopen der Gasprobe. Wenn ein Schwarzkörper als Strahlungsquelle verwendet wird, ist es erforderlich, irgendeine Form eines komplizierten Schmalbandfilters zu verwenden, der nur jene Bereiche übertragen würde, in denen keine spektrale Überlappung möglich ist. Wegen der innewohnenden kontinuierlichen Natur des Schwarzkörperspektrums – im Gegensatz zur der diskreten Natur des Absorptionsspektrums des isotopen Gasgemischs – macht lediglich die Verwendung von nur diesen restlichen Spektralbereichen dieses Verfahren für die Isotopunterscheidung unempfindlich, weshalb die Verwendung von sehr langen optischen Absorptionswegen benötigt wird, um eine geeignetet Empfindlichkeit zu erreichen. Zusätzlich können Schwarzkörper nicht bei Frequenzen moduliert werden, die nützliche Erfassungsvorteile liefern, und so muss die Modulation, die an ihre Strahlung angelegt werden muss, von einem externen Mittel erfolgen.
Selbst wenn ein Wellenlängen-empfindlicher Detektor – wie beispielsweise ein akusto-optischer Detektor – mit dem Schwarzkörper verwendet wird, um einen schmalen Wellenlängenbereich zu bestimmen, in dem die Absorptionsmessung stattfindet, erzwingt die signifikante Überlappung der verschiedenen isotopen Spektralabsorptionslinien die Verwendung von komplexen Korrektur- und Kompensationsalgorithmen vor, wie beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung Nr. EP-0 584 897-A1 von W. Fabinsky et al. gezeigt wird.
Als eine alternative Technologie wird im US-Patent Nr. 4.755.675 ein Gasanalysator beschrieben, der eine Wellenlängenspezifische Infrarotlampenquelle auf der Grundlage einer Gasgefüllten Entladeröhre verwendet, die die charakteristischen Spektrallinien des die Lampe füllenden Gases ausstrahlt. Durch die Wahl das Füllgases ist es möglich, eine Analyse der Gasgemische durchzuführen, die das für die Lampenfüllung verwendete Gas enthalten. Die Autoren schlagen sogar vor, dass ein IR-Analysator gemäß ihrer Erfindung, der in der Lage ist, von diesen spezifischen IR-Quellen Gebrauch zu machen, in der Lage wäre, die Konzentration von isotopisch ersetzten "Marker"-Molekülen zu identifizieren und zu messen. Jedoch stellt das Patent keine Erklärung darüber zur Verfügung, wie dies in der Praxis durchgeführt werden kann. Diese Lampen wurden erfolgreich in Kapnographie-Anwendungen verwendet. Jedoch sind die Mess- und Anwendungsverfahren, von denen zuvor berichtet wird, für die Verwendung bei Gasisotopmessungen, die eine Empfindlichkeit und Selektivität benötigen, die mindestens eine Größenordnung höher sind als für Kapnographie-Messungen, völlig ungeeignet.
Ein Teil der Komplexität für die Gasisotopanalyse entsteht, weil das Lambert-Beer-Gesetz nur eine Annäherung darstellt. Speziell ist der Absorptionskoeffizient Y überhaupt keine Konstante, sondern von einem weiten Umfang an Umgebungsfaktoren wie beispielsweise dem analysierten Gasdruck und der Temperatur, der Umgebungsfeuchtigkeit, den Spektralmerkmalen, die aus den Betriebsbedingungen der Strahlungsquelle, den Gasträgern im analysierten Gas und kurzfristigen und langfristigen Änderungen in den Spektralmerkmalen der Strahlungsquelle abhängig. Viele der im Stand der Technik beschriebenen NDIR-Spektrometer haben versucht, dieses Problem zu überwinden, indem sie eng geregelte Umgebungsbedingungen, vorbestimmte Korrekturfaktoren oder häufige, komplexe Kalibrierungstechniken, oder eine Kombination von allen dreien, verwendet haben. Einige Beispiele für diese Analysatoren aus dem Stand der Technik schließen den Analysator, der von W. Fabinsky et al. im europäischen Patent EP-0 584 897-A1 beschrieben wird, den von R. Grisar et al. im U.S.-Patent Nr. 5.146.294 beschriebenen und den von Y. Kubo et al. in der PCT-Patentanmeldung Nr. WO 97/14029 beschriebenen ein. Im US-Patent 4.684.805 von Shu-Ti Lee et al. wird für ein "Method and Apparatus for Measurung Stable Isotopes" eine abstimmbare Blei-Salz-Diodenlaserquelle mit einem Gitterspektrophotometer verwendet, um eine Wellenlänge bereitzustellen, die die Absorptionslinien der gewünschten Isotopmoleküle abdeckt. Keine Referenz-Zelle wird in diesem Messverfahren verwendet. Im US-Patent Nr. 5.140.993 von A. R. Opekun und P. D. Klein wird eine Vorrichtung zum Sammeln einer Atemprobe beschrieben. Dieser Atemproben-Sammelbeutel ist operativ, um den von einem Patienten exhalierten Atem einzufangen, bis genug für eine Überführung an das Analysegerät gesammelt wurde. Der Atem wird mithilfe eines Mundstücks in den Beutel gegeben, in den der Patient bläst, und der Atemeintritt wird entweder von einem Rückschlagventil geregelt, das den Gasstrom nur in Richtung des Beutelinneres erlaubt, oder von einem Abstellhahn geregelt, das per Hand vom Patienten selbst oder von einem wartenden Arzthelfer betrieben wird. Für das Betreiben des Rückschlagventils werden keine anderen Kriterien als seine Funktion vorgegeben, den Gasstrom nur in Richtung Beutelinneres zu erlauben; wie für den Abstellhahn. Der Atemproben-Sammelbeutel wirkt solchermaßen als sehr einfache Sammelbehälterform, eine einfache Mittelwert-Erstellung des Atems mit den begrenzten Vorteilen, die dies bietet, durchführend.
Soviel der Anmelder weiß, gibt keines der Geräte aus dem Stand der Technik der Tatsache Bedeutung, dass, wenn andere Teile des Atems als die vom Plateau für die Analyse gesammelt werden, es ernsthafte Schwierigkeiten in Bezug auf die Messgenauigkeit geben kann.
Alle oben beschriebenen Analysatoren aus dem Stand der Technik sehen aus wie komplexe, teure Analysegeräte, die in den meisten Fällen wegen der erforderlichen rigorosen und häufigen Kalibrierungsverfahren auch noch schwer zu betreiben sind. Soviel die Erfinder wissen, gibt es keinen Gasanalysator aus dem Stand der Technik, der genügend empfindlich und selektiv ist, damit er für Tests wie beispielsweise medizinischen Isotop-Atemtests verwendet werden kann, und der dennoch genügend kompakt, strapazierfähig und kostengünstig ist und keine stabile Laborumgebungen benötigt, um für einen weit verbreiteten Gebrauch in der medizinischen Gemeinschaft angenommen werden zu können.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist auf die Bereitstellung eines Geräts für die Analyse des Verhältnisses von Isotopgasen in einem Gemisch gerichtet, das zwei oder mehrere dieser Isotope enthält, und das die Nachteile der Analysatoren aus dem Stand der Technik überwindet und das insbesondere Leistungsstandards eines Analysegeräts in einem kompakten, strapazierfähigen und kostengünstigen Gerät bereitstellt, das außerhalb von der Laborumgebung betrieben wird.
Daher wird in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein NDIR-Spektrometer auf der Grundlage der Verwendung von Wellenlängen-spezifischen Lampenquellen bereitgestellt, dessen Strahlungsspektrum sich aus einer diskreten Schmallinien-Charakteristik des in der Lampe vorhandenen Isotops zusammensetzt, das man mit dem Spektrometer zu messen wünscht. Dies erlaubt eine sehr hohe inhärente Empfindlichkeit, die die Verwendung einer äußerst kompakten Absorptionszelle mit einer sehr kurzen Weglänge erlaubt.
Zusätzlich kann die Quelle eigen-moduliert werden, so das Probleme vermieden werden, die mit externen mechanischen Unterbrechern verknüpft sind. Darüber hinaus gibt es eine insignifikante Quer-Empfindlichkeit zwischen den Isotopen selbst und zwischen den Isotopen und anderen Umgebungsgasen in der Betriebsumgebung wie beispielsweise N₂O, dessen Absorptionsspektrum das von ¹³CO₂ überlappt.
Um ernste Probleme der thermischen Drift in Infrarot-Detektoren, z. B. in PbSe-Detektoren, für gewöhnlich 2% bis 4% ° Celsius, zu überwinden, wird in der vorliegenden Erfindung ein Quererfassungsschema verwendet, wodurch jeder Detektor von mehr als einem Isotop-Absorptionskanal Signale erfasst. Thermische Drifts beeinflussen solchermaßen jeden Kanal gleich. Da die vorliegende Erfindung das Isotop-Verhältnis und nicht die absoluten Absorptionswerte misst, wird jede dieser restlichen Wirkungen der thermischen Drift in der Bedeutung nur zweitrangig. Dieses Quererfassungsschema ist nicht mit Wellenlängen-spezifischen Detektoren wie beispielweise akusto-optischen Detektoren machbar, da jeder Detektor für eine Wellenlänge spezifisch ist und daher nur das Isotop, das man zu erfassen beabsichtigte, erfassen kann.
Um die Empfindlichkeit der Umgebungsänderungen zu reduzieren und einen kompakten, strapazierfähigen und kostengünstigen Aufbau und einen zuverlässigen und einfachen Betrieb mit seltensten geringen Kalibrierungsverfahren zu erlauben, ist der NDIR-Spektrometer mit den Referenz- und Probenkanälen in engem thermischen und physikalischen Kontakt und mit Gasfüllungen mit eng passenden Teildrücken der interessierenden Isotope so aufgebaut und operativ, dass beide auf ähnliche Weise von Änderungen in den Umgebungsbedingungen beeinflusst werden. Der Referenzgas-Kanal folgt daher ganz den physikalischen, elektronischen und umgebungsbedingten Änderungen, die im gesamten System auftreten, und verfolgt Änderungen in der Absorption infolge dieser Faktoren im Probengas genau.
Überdies werden die Zelllänge, Strahlungsquellen und Filter so ausgewählt, dass die Absorptionskurven von ¹²CO₂ und ¹³CO₂ in ihren jeweiligen Kanälen sehr ähnlich sind, so dass Änderungen und Fehler in der Intensität der Quellen in den Messungen der ¹²CO₂- und ¹³CO₂-Konzentration dieselben Fehler erzeugen, die sich daher in der Vehältnismessung auslöschen.
Darüber hinaus ist das Signalerfassungs- und -verarbeitungsschema entwickelt, um, eher als in einer absoluten Messung, die maximale Auflösung und Genauigkeit in einer Verhältnismessung der Isotope zu extrahieren. Das Elektro-optische System ist so, dass, wo immer möglich, Drift-Quellen in den einzelnen parallelen Komponenten beseitigt werden, indem einzelne Komponenten verwendet werden, die operativ sind, um mehrere Funktionen durchzuführen. Dies ist in den verschiedenen Ausführungsformen ersichtlich, worin ein einzelner Detektor mit Signalcodierung verwendet wird, um mehr als einen Kanal zu überwachen, oder eine einzelne Lampe verwendet wird, um die Spektrallinien von mehr als einem Isotop auszusenden.
Die vorliegende Erfindung versucht auch, eine neuartige Zwischenkammeranordnung zum Sammeln und selektiven Behandeln mehrerer zu analysierender Gasproben bereitzustellen, bevor das Gas weiter an die Analysatorkammer selbst geht. Die Zwischenkammer gemäß der vorliegenden Erfindung kann sowohl für MassenSpektrometrie-Gasanalysatoren als auch für solche verwendet werden, denen nicht dispersive Infrarot-Absorptionsspektrometer zugrundeliegen.
Die Zwischenkammer gemäß der vorliegenden Erfindung sammelt selektiv mithilfe ihres Gas-Handhabung-Systems einen Teil der oder alle der mehreren zu analysierenden Gasproben. In der ein fachsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden alle Plateaus der gesammelten Proben verwendet, und auf diese Weise wird nur der exhalierte Atem gesammelt, der eine direkte Korrelation zum Blutgas-Pegel hat. Gemäß fortschrittlicherer Ausführungsformen verwirft das Gas-Handhabung-System einen Teil der gesammelten Proben oder verdünnt die akkumulierte Probe, bis ein vorbestimmter Teildruck des Haupt-Isotopgases erhalten wird. Die akkumulierte Probe wird dann für die Messung an die Analysekammer überführt. Auf diese Weise wird dem Analysator eine Reihe an zu messenden Proben mit der engst möglichen Konzentration des Haupt-Isotopgases zwischen einer Probe und einer anderen Probe bereitgestellt.
Obwohl die Zwischenkammer gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf Analysesysteme für Isotop-Verhältnisse in jedem gashaltigen Gemisch anwendbar sind, wird sie in dieser Patentanmeldung hauptsächlich im Sinne von einer der gebräuchlichsten Anwendungen beschrieben, nämlich der, die in einem Atemtestgerät für die Erfassung des Isotop-Verhältnisses von ¹ ²CO₂ und ¹³CO₂ im Atem eines Patienten verwendet wird. In den fortschrittlichsten Ausführungsformen dieser Anmeldung ist es das Ziel des Zwischenkammersystems, sicherzustellen, dass die ¹²CO₂-Konzentrationen von aufeinanderfolgenden Proben, die von der Zwischenkammer an den Analysator gehen, Konzentrationen haben, die so nahe aneinander wie möglich sind. Dieser Betriebsmodus sorgt für eine Reihe ans Vorteilen, die die Genauigkeit der Isotop-Verhältnis-Messungen erhöhen, und zwar wie folgt:

a) Wenn sich alle Messpunkte im selben Konzentrationsbereich befinden, dann wird die Auswirkung der Änderungen in der Kurve der optischen Übertragung von Gas in der Probenkammer als Funktion seiner Konzentration (hiernach "Absorptionskurve") geringst möglich gehalten.
b) Es gibt weniger Querempfindlichkeit (die Auswirkung der ¹²CO₂-Konzentration auf die ¹³CO₂-Messung).
c) In einigen Messschemen wird ein Referenzgas mit einer konstanten und bekannten ¹²CO₂-Konzentration verwendet. Wenn die Konzentration des gemessenen Gases beinahe wie die des Vergleichsgases ist, wird die Genauigkeit der Messung erhöht, da der Ankerpunkt der Absorptionskurve nah am Messpunkt bestimmt wird.
d) das System wird was die Länge der optischen Absorptionszelle anbelangt optimiert, um die optimale Empfindlichkeit und geringst mögliche Abhängigkeit von der Empfindlichkeit auf die Gaskonzentration zu verleihen.

Das Zwischenkammersystem gemäß der vorliegenden Erfindung hat einige zusätzliche Nebenvorteile, die nicht direkt die für ihre Verwendung verlangte verbesserte Genauigkeit betreffen, nämlich:

e) Es kann eine Nasenkanüle verwendet werden, um ohne Zutun des Patienten, dessen Atem geprüft wird, relativ kleine Mengen des exhalierten Atems zu sammeln.
f) Der Atem von Babys kann ebenfalls geprüft werden, da eine große Anzahl von Atmungen für jeden Messzyklus akkumuliert werden kann.
g) die Zwischenkammer kann verwendet werden, um ein Eigenkalibrierungsverfahren durchzuführen.
h) Wie oben erwähnt, ist die pneumatische Voranpassung der Probe möglich. Diese Voranpassung wird mithilfe einer schnellen Kapnographischen Sonde in der Atem-Sammelleitung dynamisch als Funktion der Zusammensetzung des exhalierten Atems geregelt, um den zeitweilig wechselnden Inhalt einer jeden exhalierten Atemprobe zu bestimmen. Auf diese Weise kann/können jedes Teil oder Teile der Atemwelle für die Akkumulierung in der Zwischenkammer ausgewählt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die iterative Integration aufeinanderfolgender Atemproben durchgeführt, bis die Haupt-Isotop-Konzentration des in der Zwischenkammer akkumulierten Gases einen spezifischen vorbestimmten Pegel, für gewöhnlich in der Größenordnung von 3 bis 4%, hat. Das akkumulierte Gas wird nur dann für die Messung an die Analysekammer überführt, wenn dieser vorbestimmte Pegel erreicht wurde, nachdem eine spezifische Probengasmenge akkumuliert wurde. Das Zwischenkammersystem ist sogar in der Lage, das akkumulierte Gas, wenn nötig, mittels der Verwendung einer geschalteten Gasabsorptionsgeräteinheit in der Probeneinlasslei tung wie beispielsweise eines CO₂-Gasreinigers im Falle der CO₂-Atemtest-Implementierung zu verdünnen. Durch all diese Mittel gewährleistet das Zwischenkammersystem, dass die Haupt-Isotopkonzentrationen der einzelnen überführten Proben bei sehr dicht aneinander liegenden Pegeln gehalten werden, für gewöhnlich besser als ±0,2%.
Die Vorteile dieses Verfahrens gegenüber dem von Grisar et al., wie oben im US-Patent Nr. 5.146.294 erwähnt, sind solchermaßen offensichtlich. Im Verfahren Grisars ist es das Ziel, die höchst mögliche CO₂-Konzentration zu erhalten und sie dann mit einem neutralen Gas herunter-zu-verdünnen. Dieses Verfahren hat eine Reihe von Nachteilen, nämlich: (i) Es ist zeitaufwendig; (ii) es ist sehr komplex; (iii) der Aufbau des Systems ist teuer; (iv) es erlaubt nicht, dass die Konzentration sehr genaue Werte erzielt. In der Zwischenkammer gemäß der vorliegenden Erfindung wird die iterative Integration der Atem im gesamten Sammelvorgang dynamisch durchgeführt und zielt auf eine vorbestimmte Ziel-Konzentration gleich nach dem ersten Atem. Das gesamte Verfahren wird (i) in Echtzeit durchgeführt; (ii) das System setzt sich aus einer einfachen pneumatischen Schaltung ohne irgendeine Verbindung zur externen Gasversorgungen zusammen; (iii) die erhaltenen Ziel-Konzentrations-Pegel sind sehr genau; (iv) das System sammelt einen genau gewählten Teil des Plateaus für die optimale physiologische Korrelation mit dem klinischen Zustand des Patienten.
Darüber hinaus basiert das Grisar-Verfahren auf der Verwendung einer Formel zum Berechnen des Isotop-Verhältnisses, die nur gültig ist, wenn der Teildruck von 12CO2 in der Messzelle und der Referenz-Zelle identisch ist, was die Auswertung der 13CO2-Konzentration vereinfacht. In der vorliegenden Erfindung gibt es keinen Bedarf an dieser exakten Teildruckanpassung. Es bedarf nur einer annähernden Anpassung, und dies nicht, um die Messung selbst genau durchzuführen, sondern um eher die Auswirkung der Ungenauigkeiten in der Umgebung zu vermindern.
Die Verwendung des Zwischenkammersystems in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ermöglicht auch, dass eine Reihe von Eigenkalibrierungsmerkmalen eingeschlossen sind. Als erstes kann die Zwischenkammer selbst gegen die Ergebnisse des vom Gasanalysatoren durchgeführten Isotoptestverhältnisses eigenkalibriert werden. Zusätzlich kann derselbe Selbst-Test ausgedehnt werden, indem eine einzelne Atemprobe hoher Konzentration von einer gesunden Person verwendet und sie mittels Verwendung des Zwischenkammersystems verdünnt wird, um eine Reihe von zusätzlichen Kalibrierungsprüfpunkten zu erhalten. Schließlich kann dieser Selbst-Test gemäß der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage eines kontinuierlichen Hintergrunds an mehreren negativen Proben der gesunden Person sogar an Gasanalysatoren durchgeführt werden, die keine Zwischenkammersysteme einschließen.
Es wird daher in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der einen optischen Absorptionsanalysator zum Analysieren von mindestens einem Isotop in einem Probengas einschließt, wobei der optische Absorptionsanalysator mindestens eine Wellenlängen-stabile Strahlungsquelle einschließt, die für das mindestens eine Isotop spezifisch ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die Wellenlängenstabile Quelle eine Gasentladequelle ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Aasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der Analysator das Verhältnis von mindestens zwei Isotopen im Probengas bestimmt.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die mindestens eine Wellenlängen-stabile Strahlungsquelle mindestens zwei Wellenlängenstabile Strahlungsquellen umfasst, die jeweils für mindestens ein Isotop spezifisch sind.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die mindestens eine Wellenlängen-stabile Strahlungsquelle, die für mindestens ein Isotop spezifisch ist, für zwei Isotope spezifisch ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der einen optischen Absorptionsanalysator zum Analysieren des Verhältnisses von mindestens zwei Isotopen in einem Probengas einschließt, wobei der optische Absorptionsanalysator mindestens eine Wellenlängen-stabile Strahlungsquelle einschließt, die für das mindestens eine Isotop spezifisch ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der einen optischen Absorptionsanalysator zum Analysieren von mindestens einem Isotop in einem Probengas einschließt, wobei der optische Absorptionsanalysator zwei Wellenlängen-stabile Strahlungsquellen einschließt, die jeweils für mindestens ein Isotop spezifisch sind.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der einen optischen Absorptionsanalysator zum Analysieren von mindestens einem Isotop in einem Probengas einschließt, wobei der optische Absorptionsanalysator mindestens eine Wellenlängen-stabile Strahlungsquelle einschließt, die für zwei Isotope spezifisch ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der optische Absorptionsanalysator einen Referenzgas-Kanal einschließt und worin das Probengas unter denselben Bedingungen wie das Vergleichsgas gehalten wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin das Referenzkanalgas eine Probe des Probengases ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin das Referenzkanalgas ein Gemisch ist, dass mindestens ein Isotop bei einem bekannten Druck und einer bekannten Konzentration enthält.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der sektrale Überlappungssbereich verwendet wird, indem der Gasdruck gesenkt wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der mindestens eine erste und eine zweite Entladelampe, die mit einer jeweiligen ersten und zweiten unterschiedlichen Zeitablauf-Charakteristik betrieben werden, wobei mindestens ein Detektor die Ausgaben von der mindestens ersten und zweiten Gasentladelampe bei Vorhandensein des zu analysierenden Gases sieht, und eine Detektionsdifferenzierschaltung einschließt, die eine Ausgabe von dem mindestens einen Detektor empfängt und die Ausgaben, die der ersten und der zweiten Gasentladelampe entsprechen, auf der Grundlage der ersten und zweiten unterschiedlichen Zeitablauf-Charakteristik unterscheidet.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die erste und das zweite unterschiedliche Zeitablauf-Charakteristik erste und zweite Frequenzen darstellen.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die erste und das zweite unterschiedliche Zeitablauf-Charakteristik erste und zweite Phasen darstellen.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der mindestens eine Detektor, der die Ausgaben der mindestens ersten und zweiten Gasentladelampe bei Vorliegen des zu analysierenden Gases sieht, ein einzelner Detektor ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der mindestens eine Detektor, der die Ausgaben der mindestens ersten und zwei ten Gasentladelampe bei Vorliegen des zu analysierenden Gases sieht, zwei Detektoren sind, die jeweils eine der ersten und zweiten Gasentladelampen betrachten.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der mindestens eine Detektor, der die Ausgaben der mindestens ersten und zweiten Gasentladelampe bei Vorliegen des zu analysierenden Gases sieht, zwei Detektoren sind, von denen einer die Absorptionssignalausgaben von der ersten und der zweiten Gasentladelampe und einer die Null-Kalibrierung von der ersten und der zweiten Gasentladelampe sieht.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die Detektionsdifferenzierschaltung eine Ausgabe des mindestens einen Detektors empfängt und die Ausgaben, die der ersten und der zweiten Gasentladelampe entsprechen, auf der Grundlage der ersten und des zweiten unterschiedlichen Zeitablauf-Charakteristik unterscheidet, einen ersten und einen zweiten synchronisierten Signalprozessor wie beispielsweise synchronisierte Verstärker umfasst.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der eine Entladelampe, die mindestens ein erstes und zweites Isotop-markiertes Erregergas enthält, wobei der mindestens eine Detektor eine Ausgabe der Entladelampe bei Vorliegen des zu analysierenden Gases sieht, mindestens erste und zweite Filter, die Teilen des jeweiligen ersten und zweiten Spektrums des mindestens ersten und zweiten Isotop-markierten Erregergases entsprechen, und eine Detektionsdifferenzierschaltung einschließt, die mit dem Detektor zum Unterscheiden der Detektorausgaben, die dem mindestens ersten und zweiten Spektrum entsprechen, zusammenwirkt.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die Detektions differenzierschaltung mindestens ein Lichtventil umfasst, das mindestens eine der Lichtausgaben des ersten und des zweiten Filters in Übereinstimmung mit einer bekannten Zeitablaufsequenz moduliert.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin das mindestens eine Lichtventil, das mindestens eine der Lichtausgaben des mindestens ersten und zweiten Filters in Übereinstimmung mit einer bekannten Zeitablausequenz moduliert, ein Chopper (Zerhacker) ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin das mindestens eine Lichtventil, das mindestens eine der Lichtausgaben des mindestens ersten und zweiten Filters in Übereinstimmung mit einer bekannten Zeitablaufsequenz moduliert, ein räumlicher Lichtmodulator ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin das mindestens eine Lichtventil mit einer jeweiligen ersten und zweiten unterschiedlichen Zeitablauf-Charakteristik betrieben wird und worin die Detektionsdifferenzierschaltung auch einen Detektorausgabediskriminator umfasst, der eine Ausgabe vom Detektor empfängt und die Ausgaben, die dem ersten und dem zweiten Erregergas entsprechen, auf der Grundlage der ersten und zweiten unterschiedlichen Zeitablauf-Charakteristik unterscheidet.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die erste und das zweite unterschiedliche Zeitablauf-Charakteristik erste und zweite Frequenzen darstellen.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die erste und zweite unterschiedliche Zeitablauf-Charakteristik erste und zweite Phasen darstellen.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die Detektionsdifferenzierschaltung einen ersten und zweiten synchronisierten Signalprozessor umfasst.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der eine Entladelampe, die ein erstes und ein zweites Isotop-markiertes Erregergas enthält, einen ersten und einen zweiten Detektor, die jeweils eine Ausgabe der Entladelampe bei Vorliegen des zu analysierenden Gases sehen, und einen ersten und einen zweiten Filter einschließt, die jeweils einem Teil des jeweiligen ersten und zweiten Spektrums des ersten und des zweiten Isotop-markierten Erregergases entsprechen, die zwischen der Entladelampe und dem jeweiligen Detektor (dem ersten oder zweiten) liegen.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt und worin die Filter mindestens ein optischer und ein Gasfilter sind.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der mindestens eine Gasentladelampe, die mindestens ein erstes und ein zweites Isotop-markiertes Erregergas enthält, die überlappende Spektralbereiche haben, die mindestens einige ineinander greifende Spektrallinien einschließen, einen Detektor, der die Ausgaben der mindestens einen Entladelampe bei Vorliegen des zu analysierenden Gases sieht, und einen Gasgehaltindikator einschließt, der eine Ausgabe vom Detektor empfängt und die vom Detektor erfasste Information zu mindestens zweien der mindestens einigen ineinander greifenden Spektrallinien benutzt.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt und worin das zu analysierenden Gas bei einem Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks gehalten wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin Filter verwendet werden, um nicht überlappende Spektralbereiche zu isolieren, die mindestens einige ineinander greifende Spektrallinien einschließen.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der einen optischen Absorptionsanalysator zum Analysieren von mindestens einem Isotop in einem Probengas einschließt, wobei der optische Absorptionsanalysator mindestens eine Wellenlängen-stabile Strahlungsquelle einschließt, die für das mindestens eine Isotop spezifisch ist, einen ein Referenzgas enthaltenden Kanal und ein Osmosemittel einschließt, um in der Probengas- und Referenzgas-Kammer im wesentlichen denselben Teildruck des interessierenden Hauptisotops zu erreichen.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der einen optischen Absorptionsanalysator zum Analysieren von mindestens einem Isotop in einem Probengas einschließt, wobei der optische Absorptionsanalysator mindestens eine Wellenlängen-stabile Strahlungsquelle einschließt, die für das mindestens eine Isotop spezifisch ist, einen ein Referenzgas enthaltenden Kanal und ein Pumpen-Mittel einschließt, um in der Probengas- und Referenzgas-Kammer im Wesentlichen dieselbe Konzentration des interessierenden Hauptisotops zu erreichen.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die Absorption des gemeinsamen Isotops im Referenz- und Probenkanal mithilfe einer Änderung in der Länge von mindestens einem dieser Kanäle im wesentlichen gleich ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin das analysierte Gas exhalierter Atem ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin nur ein ausgewählter Teil des exhalierten Atems für die Analyse verwendet wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin eine Zwischenkammer verwendet wird, um eine Mehrzahl an Atemzügen aus mindestens einem Teil des exhalierten Atems zu sammeln, und ein Pumpen-Mittel zum Weiterreichen in den Analysator verwendet wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die Zwischenkammer ein Mittel hat, um sein Volumen zu reduzieren, damit Inhalte ausgetrieben werden, während ein im Wesentlichen konstanter Druck aufrechterhalten wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der exhalierte Atem mithilfe einer verbindenden Nasenkanüle fortwährend abgetastet wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der exhalierte Atem mithilfe einer Atmungskanüle fortwährend abgetastet wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator nach irgendeinem der vorherigen Ansprüche bereitgestellt, worin die Spektralbereiche des interessierenden Isotops nicht-überlappend sind.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der eine Reihe an Detektoren umfasst, die mindestens einen der Referenz-, Proben- und Null-Referenz-Kanäle überwachen.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gerät bereitgestellt, um gewählte Teile einer Gasprobe dynamisch zu sammeln.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gerät wie oben beschrieben bereitgestellt, worin sich die Gasprobe aus mehreren Proben zusammensetzt.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gerät wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die Gasprobe mindestens eine Atmung einer Person ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gerät wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die gewählten Teile des Atems von klinischer Bedeutung sind.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der aus einem Gerät besteht, um dynamisch gewählte Teile einer Gasprobe zu sammeln.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator bereitgestellt, der aus einem Gerät wie oben beschrieben besteht.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der Gasanalysator ein Massenspektrometer oder ein nicht dispersiver Infrarotspektrometer ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der nicht dispersive Infrarotspektrometer aus mindestens einer Wellenlängenstabilen Strahlungsquelle besteht, die für das mindestens eine Isotop spezifisch ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Isotop-Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die mindestens zwei Proben mit demselben Isotopenverhältnis des Isotopen von Interesse gesammelt werden.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gerät wie oben beschrieben bereitgestellt, das als eine Zwischenkammer wirksam ist, um Gasproben für eine Untersuchung zu akkumulieren.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem bereitgestellt, um für die Analyse mindestens eine Gasprobe zu akkumulieren, das aus einem Gassensor, einem Ventilmittel zum Selektieren von mindestens einem Teil der mindestens einen Gasprobe und einer Kammer zum Akkumulieren des mindestens einen Teils der mindestens einen Gasprobe besteht.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der Gassensor eine Kapnographie-Sonde, eine optische Sonde, eine Drucksonde oder eine Strömungssonde ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, worin das Ventilmittel aus mindestens einem Rückschlagventil besteht.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, worin das Ventilmittel aus mindestens einem elektrisch betätigten Magnetventil besteht.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die Kammer zum Akkumulieren des mindestens einen Teils der mindestens einen Gasprobe starr, flexibel oder teilweise sowohl starr als auch flexibel, ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem nach irgendeinem der Ansprüche 57 bis 66 bereitgestellt, worin mindestens ein Teil des Systems wegwerfbar ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, das auch aus einem Verdünnungsmittel besteht, um die Konzentration der interessierenden Isotope zu reduzieren.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, worin das Verdünnungsmittel aus einem schaltbaren Gasreiniger besteht.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die Taktung des Ventilmittels durch die erforderliche Analyse bestimmt wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die Taktung des Ventilmittels von den Ergebnissen der Analyse bestimmt wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, worin das Atem-Sammeln keinen Eingriff der Person bzw. des Bedienenden benötigt.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, das operativ ist, um eine Gasprobe für die Verwendung als Referenzgas im Gasanalysator zu sammeln.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, worin das Probengas von mindestens der ersten Atmung gesammelt wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der mindestens eine Teil der mindestens einen in der Kammer akkumulierten Gasprobe an einen Gasanalysator überführt wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, worin der mindestens eine Teil der mindestens einen in der Kammer akkumulierten Gasprobe mithilfe eines Sammelbehälters ans einen Gasanalysator überführt wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gasanalysator bereitgestellt, der aus einer Zwischenkammer besteht, und worin der Atemsensor vom Gasanalysator eigen-kalibriert wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gasanalysator bereitgestellt, der aus einer Zwischenkammer besteht und der eigen-kalibriert werden kann, indem mithilfe der Zwischenkammer aus einer einzigen Probe einer Person eine Gruppe an verdünnten Proben mit demselben Isotop-Verhältnis erzeugt und die vom Gasanalysator gemessenen Isotop-Verhältnisse mit dem festgelegten Isotop-Verhältnis der Proben verglichen werden, und indem die Ergebnisse dieses Vergleichs verwendet werden, um den Gasanalysator neu zu kalibrieren.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gasanalysator wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die Proben Atemproben sind.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gasanalysator bereitgestellt, der eigen-kalibriert wird, indem die Ausbreitung im gemessenen Isotop-Verhältnis der Proben von negativen Patienten mit der Ausbreitung in der Konzentration von mindestens einem der Isotope in denselben Proben korreliert wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem zum Sammeln der Vielfalt an Atmungen bereitgestellt.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Gasanalysator bereitgestellt, der aus einer Zwischenkammer besteht, die operativ ist, um Proben des zu analysierenden Gases zu akkumulieren, und worin die Endkonzentration der akkumulierten Proben vom Analysa tor bestimmt wird.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, das in der Lage ist, sogar mit sich zeitweilig ändernden Atem eine vorbestimmte Konzentration und ein vorbestimmtes Volumen zu erreichen.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, das in der Lage ist, um Atem vom Plateau-Bereich der Kohlendioxid-Wellenfront einer Person zu sammeln.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem bereitgestellt, das sich aus einem Rechner-gesteuerten Gas-Handhabung-System zusammensetzt, das aus einem Gassensor, einem ersten Magnetventil, einem zweiten Magnetventil, einem Gasreiniger, einer Pumpe, mindestens einem Sammelbehälter und mindestens einem dritten Magnetventil besteht, wobei das erste Magnetventil Gas in einen der Wege leitet, von denen einer das Gas abführt und der andere es entweder mittels des Gasreinigers an das zweite Magnetventil oder direkt an das zweite Magnetventil führt, wobei die Pumpe das Gas vom zweiten Magnetventil in den mindestens einen Sammelbehälter pumpt und das dritte Magnetventil operativ ist, um das Gas für die Analyse in den mindestens einen Sammelbehälter zu leiten.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Akkumulieren der mindestens einen zu analysierenden Gasprobe bereitgestellt, worin die Endkonzentration der akkumulierten Proben vom Analysator bestimmt wird, und das sich aus den Schritten zum Messen der Gaskonzentration, zum Entscheiden, ob die mindestens eine Probe akkumuliert werden soll, zum Berechnen der Konzentration des akkumulierten Gases und zum Entscheiden – je nach dem ob das akkumulierte Gas eine gewünschte Konzentration und ein gewünschtes Volumen erreicht hat – ob die Probensammlung fortgesetzt wird, zusammensetzt.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Akkumulieren der mindestens einen zu analysierenden Gasprobe bereitgestellt, worin die Endkonzentration der akkumulierten Proben vom Analysator wie oben beschrieben bestimmt wird und worin die mindestens eine zu analysierende Gasprobe mindestens eine Atemprobe ist.
Es wird weiterhin in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Zwischenkammersystem wie oben beschrieben bereitgestellt, worin die mindestens eine Gasprobe für die Analyse mithilfe einer Nasenkanüle oder einer Mund-Atemrohrs gesammelt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird besser in Zusammenhang mit der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden und gewürdigt werden, die in Verbindung mit den Zeichnungen gemacht wird, in denen:
1a eine schematische Ansicht eines NDIR-Spektrometers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, die zwei separate Isotopkanäle jeweils mit ihrer eigenen Lampe, den Absorptionskammern und den Lichtleiter-Null-Kalibrierungskanälen zeigen und mit einem gemeinsamen Detektor für alle Messkanäle zeigt. 1b zeigt dasselbe NDIR-Spektrometer, schließt aber einen Strahl-Homogenisierapparat ein.
2 ist eine isometrische Ansicht des in 1a gezeigten NDIR-Spektrometers, die die zwei getrennten Frequenzmodulierten Isotop-Lichtquellen, die vier Messkanäle und einen einzigen Detektor zeigt.
3 ist eine in Einzelteile aufgelöste Draufsicht des in 2 gezeigten NDIR-Spektrometers, die zeigt, wie die Bestandteile kompakt zusammenpassen.
4 ist eine Querschnittsansicht des NDIR-Spektrometers, die die sechs Messkanäle – die Referenz-, Proben- und Null-Kalibrierungskanäle – für jedes der beiden Isotope zeigt.
5 zeigt ein bevorzugtes Aufbauverfahren für den NDIR-Spektrometer, das extrudierte Röhrenpaare aus rostfreiem Stahl für die Gaskanäle verwendet, die in einem Gußaluminiumaufbau eingebettet sind.
6 ist eine Funktions-Querschnittsansicht des NDIR-Spektrometers, die zeigt, wie die beiden Referenzkanäle und die beiden Probenkanäle jeweils mithilfe von Gasrohren pneumatisch verbunden sind, und den Differentialdruck zwischen ihnen zeigt, und zeigt, wie die ¹³CO₂- und ¹²CO₂-Kammern thermisch verbunden sind.
7 ist eine schematische Darstellung des Verschlusses, der verwendet wird, um abwechselnd die Proben- und Referenzkanäle zu messen.
8 ist eine schematische Ansicht des synchronen Erfassungsschemas, das im in 1 beschriebenen Spektrophotometer verwendet wird, worin jede der Lampenquellen an einer anderen Frequenz moduliert wird und vier synchronisierte Verstärker für die vier separaten Kanäle verwendet werden.
9 zeigt das Taktungsdiagramm und die Signalausgaben für ein alternatives synchrones Erfassungsschema, worin beide Lampen mithilfe von einem oder zwei HF-Erregern an derselben Frequenz moduliert werden und die Phasenunterscheidung verwendet wird, um zwischen den beiden separaten Isotopkanälen zu unterscheiden.
Die 10A und 10E zeigen die Taktungsdiagramme, die erklären, wie die separaten 12C- und 13C-Signale mittels Verwendung des in 9 gezeigten Ein-Lampen-Erregerschemas elektronisch extrahiert werden.
11 ist eine schematische Ansicht eines alternativen NDIR-Spektrometer-Aufbaus, der wie zuvor zwei Lampen, jedoch mit zwei eigenen Detektoren, einen für jeden Kanal, verwendet. Die Signalmodulierung wird in diesem Fall mittels Verwendung eines rotierenden Choppers verwendet, um das Licht zu modulieren.
12 zeigt einen Chopper-Aufbau, der für die Verwendung im in 11 gezeigten NDIR-Spektrometer geeignet ist.
13 ist eine Darstellung der mittels Verwendung des in 12 gezeigten Choppers aus den Referenzproben- und Null-Kalibrierungskanälen erhaltenen drei Signale.
14 zeigt einen anderen NDIR-Spektrometer-Aufbau, worin nur eine Lampe verwendet wird, wobei diese Lampe mit einer Mi schung aus 12C und 13C so aufgeladen wird, dass sie die Spektren beider Isotope ausstrahlt. Zwei Detektoren werden in dieser Ausführungsform verwendet. Interferenzfilter werden verwendet, um zwischen den beiden Isotopkanälen zu unterscheiden.
15 zeigt einen NDIR-Spektrometer, der im Aufbau dem in 14 gleicht, jedoch anstelle der Interferenzfilter Gasfilter verwendet.
16 veranschaulicht einen weiteren NDIR-Spektrometer-Aufbau, der nur eine Lampe und einen Detektor verwendet, worin das Licht mithilfe der Raum-Lichtmodulatoren abwechselnd von jedem der vier Kanäle an den Detektor geschaltet wird.
17 zeigt eine mögliche Anordnung der Raum-Lichtmodulatoren für die Verwendung in der in 16 gezeigten Ausführungsform. Die gezeigten aktiven Elemente sind Flüssigkristalle, die zwischen einem Polarisatorenpaar angeordnet sind.
18 zeigt einen mechanischen Raum-Chopper, der in der in 16 gezeigten NDIR-Spektrometer-Ausführungsform als Alternative zu den elektronischen Raum-Lichtmodulatoren verwendet werden kann. Der gezeigte Chopper-Aufbau ist in der Lage, das von jedem der fünf Signalkanäle, zwei Probenkanäle, zwei Referenzkanäle und einem Null-Kalibrierungskanal austretende Licht bei einer anderen Frequenz zu zerhacken und dadurch in einem einzigen Detektor zwischen ihnen zu unterscheiden.
19 ist eine Darstellung eines Osmosesystems, um zu gewährleisten, dass der Teildruck von CO₂ in der Probenkammer und der Referenzkammer gleich ist.
20A ist eine Darstellung eines Pumpensystems, um zu gewährleisten, dass der Teildruck von CO₂ in der Probenkammer und der Referenzkammer dicht beieinander liegt.
20B zeigt schematisch ein Verfahren zum Ausgleichen der Absorption der Proben- und der Referenzgase durch die Änderung der Kammerlänge.
21 veranschaulicht, wie der Druck im Probensammelbehälter auf einem konstanten Pegel gehalten wird, während das Probengas akkumuliert oder nach dem Testen weitergeführt wird.
22 zeigt einen Graph der Infrarot-Transmission des ¹²CO₂-Gases in die Probenkammer als Funktion ihrer Konzentration.
23 zeigt die Änderung in der Zellempfindlichkeit als eine Funktion der Konzentration für die Analysekammern mit drei verschiedenen Zelllängen.
24 ähnelt der in 22 gezeigten einfachen Absorptionskurve, schließt jedoch ein weiteres Detail ein, um die Probleme darzustellen, die entstehen, wenn die Absorptionsmessungen bei weit auseinanderliegendem Teildruck gemacht werden.
25A zeigt die Absorptionskurve für das Gas in der Referenz-Zelle, die einen festgelegten und bekannten Prozentanteil des Referenzgases enthält.
25B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Bereichs um den Referenzgas-Konzentrationspunkt herum.
26 zeigt eine Absorptionskurvenkorrektur, die als asymmetrische Korrektur bekannt ist.
27 zeigt eine Darstellung einer Atemfolge, wie von einem Patienten exhaliert.
28 zeigt einen Zeit-Ausdruck einer typischen Atemwelle mit ihren Bestandteilen.
29 ist eine schematische Darstellung eines Atemtestsystems, um den Betrieb eines Zwischenkammersystems zu veranschaulichen.
30 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform des Gas-Handhabung-Systems eines Kohlenstoffdioxid-Atemtestsystems auf der Grundlage eines Isotop-Gasanalysators, der ein Zwischenkammersystem einschließt.
31 zeigt das Flussdiagramm für die Software, die das dynamische Probensammelverfahren steuert.
32 bis 34 zeigt verschiedene bevorzugte Ausführungsformen einer Atemeinlassvorrichtung, die mechanische Rückschlagventil-Aufbauten einschließen. 32 zeigt einen mechanischen Rückschlagventil-Aufbau, der einen Behälter mit einem konstanten Volumen einschließt, um eine konstante Abtastfließrate bereitzustellen.
33 zeigt einen mechanischen Rückschlagventil-Aufbau, der dem in 32 gezeigten gleicht, wenn man davon absieht, dass er einen Behälter mit einem veränderlichen Volumen einschließt, um ein System für die Verwendung mit einer verän derlichen Abtastfließrate bereitzustellen.
34 zeigt eine Doppelbehälter-Zwischenkammer-Atemabtastvorrichtung.
35 zeigt eine weitere Zwischenkammer-Atemabtastvorrichtung, die für die Verwendung mit der Nasenkanüle-Atemabtastung geeignet ist und einen Strömungsrichtungssensor wie beispielsweise einen piezoelektrischen Membransensor, Dehnungsmesssenor oder einen ähnlichen Strömungsrichtungssensor verwendet.
36 zeigt eine weitere Zwischenkammer-Atemabtastvorrichtung, die auch für die Verwendung mit der Nasenkanülen-Atemabtastung geeignet ist, die einen Differentialdrucksensor wie beispielsweise einen Thermoanemometer verwendet.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Es wird jetzt auf 1a Bezug genommen, die eine schematische Ansicht des NDIR-Spektrometers des Atemanalysators zeigt, der gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und operativ ist. (Es sollte angemerkt werden, dass in allen Zeichnungen die Symbole ¹²CO₂ und ¹³CO₂ jeweils mit den Symbolen 12C und 13C abgekürzt wurden). Diese Ausführungsform verwendet zwei Lampen und einen Detektor für die Signal- und Referenzkanäle und einen weiteren Detektor zum Stabilisieren der Lampenausgaben, wie unten beschrieben wird. Die ¹³CO₂-Kammern 10, sowohl der Probe als auch der Referenz, sind bedeutend länger als die ¹²CO₂-Kammern 11, um aus dem geringen Volumen von im Probengas vorhandenen ¹³CO₂ ein ausreichendes Absorptionssignal bereitzustellen.
Die IR-Lampen 12 sind Entladelampen, wie im US-Patent 5.300.859 beschrieben. Jede von ihnen wird mit einer im wesentlichen reinen Füllung des Isotopgases, entweder ¹³CO₂ oder ¹²CO₂, gefüllt. Als Ergebnis strahlt jede Lampe ein Strahlungsspektrum im Wesentlichen lediglich des richtigen Isotops aus. Die Lampen 12 werden jeweils mithilfe der Modulierung der HF-Erreger-Stromversorgung für jede Lampe bei einer anderen Frequenz moduliert. Dadurch können die separaten Frequenzkomponenten des kombinierten Signals, das am einzelnen Signaldetektor auftritt, wie unten erläutert werden wird, mithilfe der synchronen Erfassungstechniken getrennt.
Jedoch ist der höchste Pegel einer erhältlichen ¹³CO₂-Anreicherung 99,3%, was bedeutet, dass das ¹³CO₂-Spektrum einen kleinen Prozentanteil an ¹²CO₂-Spektrallinien enthalten wird. Tatsächlich ist die Situation ernster als es die prozentuale Anreicherung impliziert, da die übrigen 7% an ¹³CO₂ aufgrund von Wechselwirkungen in der Gasentladung an ¹³CO₂ mehrmals diesen Pegel an ¹²CO₂-Spektrallinien erzeugen. Da die Proben-Atemanalyse sehr kleine Änderungen im ¹³CO₂/¹²CO₂-Verhältnis erfassen muss und da der Prozentanteil an ¹³CO₂ so viel kleiner ist als der an ¹²CO₂, wird selbst ein kleiner Rest an ¹²CO₂-Linien im Einfallslicht ernsthaft die Genauigkeit der Messung beeinflussen. Aus diesem Grund wird ein mit ¹ ²CO₂ gefüllter Absorptionsfilter in den ¹³CO₂-Kanal gesetzt, um wirkungsvoll alle übrigen ¹²CO₂-Linien in der ¹³CO₂-Quelle zu absorbieren. Als Alternative kann ein optischer Bandpassfilter 13 verwendet werden, um, wie oben erläutert, die störenden Spektrallinien herauszufiltern. Ein anderer möglicher Grund für die Verwendung von Filtern ist es, einen Teil der Emission zu entfernen. Ein Teil der Emission wird so entfernt, dass das durch den 13C-Kanal dringende Licht nicht von 12C absorbiert werden kann, und umgekehrt. Dies begegnet dem Problem der Quer-Empfindlichkeit. Ein anderer Versuch, um diesem Problem zu begegnen, ist es, den Druck zu senken, um die Absorption vom 13C-Licht durch die breite Absorptionslinie von 12C bei Luftdruck zu vermeiden.
Um kurzfristigen Schwankungen in der Lampenintensität nachzugehen, kann es erforderlich sein, die Lichtausgabe von jeder Lampe konstant zu überwachen und den verwendeten Pegel für die Korrektur der gemessenen Absorption in den Probenkanälen zu überwachen. Die Lichtausgabe von jeder Lampe wird daher mithilfe der Lichtleiter 14 abgetastet. Diese Signale werden am Kalibrierungsdetektor 15 gemessen und die Ausgabe als Referenzsignal für die Normierung der Probensignale auf einen konstanten Pegel verwendet. Obwohl beide Leiter an einen Detektor gehen, da das optische Signal an jedem Leiter abhängig von den Modulationsfrequenzen der beiden Lampen an einer unterschiedlichen Frequenz moduliert wird, können die beiden Signale mithilfe der synchronen Standard-Detektion-Techniken getrennt werden. Dieses Verfahren löst das Problem der Lampenintensität-Drift in dieser Ausführungsform, die zwei separate Lampen für jedes Isotop verwendet.
In Fällen, wo eine verbesserte Lichtgleichmäßigkeit vorteilhaft ist, kann ein Strahl-Homogenisierapparat 17 wie beispielsweise ein Leiter, ein Leiterbündel oder ein Kaleidoskop in den optischen Weg gesetzt werden, wie in 1B gezeigt wird.
Der Probendetektor 16 ist vorzugsweise ein PbSe-Infrarot-Detektor, der mithilfe eines thermoelektrischen Einstufen- oder Zweistufen-Kühlers auf zwischen –10°C bis –50°C gekühlt wird. Dies wird getan, um die Empfindlichkeit, Stabilität und Rauschleistung des Detektors an CO₂-Wellenlängen im Bereich von 4,2 bis 4,45 μm zu verbessern. Trotz des Kühlens der Detektoren auf eine festgelegte und niedrige Temperatur, können sie mit der Zeit dennoch eine Drift, sowohl thermisch als auch elektrisch, zeigen. Da jedoch die Messung in Bezug auf die Verhältnisse der Kanäle vorgenommen wird, neigen die Auswirkungen dieser Drifts dazu, komplementär zu sein, und sind in dieser Ausführungsform des Atemprüfsystems nicht eine Hauptquelle für Ungenauigkeiten.
2 zeigt eine isometrische Ansicht des NDIR-Spektrometers. Der kompakte Aufbau dieser Ausführungsform wird aus dieser Zeichnung klar. Die Analysekammern werden in einen Aluminiumblock 21 gebaut. Die ¹³CO₂-Kammern 22, sowohl Probe als auch Referenz, sind, wie oben erläutert, bedeutend länger als die ¹²CO₂-Kammern 23. Die vier Proben- und Referenz-Absorptionskammern für jedes der beiden Isotope sind in der Endplatte 24 des Analysatorblockes sichtbar. Ein dünner Stahlverschluss 25 gleitet an einem dünnen Einschnitt in der Endplatte entlang, um die Messung zwischen dem Referenzkanal und dem Probengaskanal zu schalten. Dies wird abhängig von der angetroffenen Messsituation etwa alle 10 bis 60 Sekunden gemacht. Diese Zeit wird als Kompromiß zwischen dem Bedarf, über eine genügend lange Zeit eine Mittelwert-Erstellung durchzuführen, um ein stabiles und repräsentatives Signal zu erhalten, und dem Bedarf gemacht, um die Referenz- und Probenmessungen zeitlich nah beieinander durchzuführen, so dass sich die Systembedingungen zwischen den Messungen nicht wesentlich ändern. Die Achsen der Isotoplampen 26 und der Absorptionskammern 22, 23 werden so ausgerichtet, dass die Ausgabelichtstrahlen von den vier Kanälen alle mithilfe des Lichtkegels 27 in den einzelnen Detektor 28 geleitet werden.
3 zeigt eine in Einzelteile aufgelöste Querschnittsansicht der Absorptionskammern des in den 1 bis 3 gezeigten Spektrometers. Der Kammerblock 30, die Isotoplampen 31, 32, der Verschluss 33, der Lichtkegel 36 und die Detektorabdeckung 34 werden gezeigt. Der Gaseinlass 35 und -auslass 36 der Probenkammer werden in der Seite des Blocks positioniert, und die Gase werden mittels der inneren Durchgänge, die im Aluminiumblock gebohrt sind, in ihren jeweiligen Kammern geführt.
4 zeigt einen weggeschnittenen Querschnitt der Absorptionskammern des NDIR-Spektrometers, der in 1 bis 3 gezeigt wurde. Die zwei Referenz-Absorptionskammern 41, 42 werden pneumatisch mithilfe einer Röhre 43 miteinander verbunden, so dass die beiden Referenzkanäle bei gleichem Druck dasselbe Gas enthalten. Die Proben-Absorptionskammern 44 und 45 werden auf ähnliche Weise mithilfe der Röhre 46 verbunden. Zusätzlich werden sowohl die ¹³CO₂- als auch die ¹²CO₂-Kanäle des NDIR-Spektrometers mithilfe eines dicken Shunts aus leitfähigem Metall 47 so thermisch zusammengeschnürt, dass die Gase in beiden Isotopkanälen thermisch so eng wie möglich einem Gleichgewichtszustand sind. Dieses Merkmal unterstützt das Erzielen einer guten thermischen Stabilität für das Messsystem. Die Referenz- und Probenkammern können mit einem strömenden Gas oder einer statischen Füllung oder irgendeiner Kombination daraus gefüllt werden. Das Referenzgas kann ein Gasgemisch mit einem bekannten Isotop-Verhältnis, oder falls vorteilhafter, im Falle eines Atemanalysators eine Probe des ersten Atems sein. Der Lichtleiter 48, der die Lampenintensitäten 49 überwacht, wird soangebracht, dass er nicht den Eintritt des Lampenlichts in die Analysekammern stört.
5 zeigt die Materialien und Verfahren des Aufbaus der NDIR-Spektrometer-Absorptionskammern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Materialien wurden ausgewählt, um die Kompaktheit mit einem Aufbau hoher Festigkeit und geringer Kosten bereitzustellen. Die Absorptionskammern sind aus einem extrudierten Abschnitt eines Paars an Röhren 52 aus rostfreiem Stahl aufgebaut. Elektro-gebildete Lichtröhren könnten anstelle der Röhren aus rostfreiem Stahl ebenso verwendet werden. Der gesamte Aufbau mit den Lichtleiter-Monitor-Fasern 54 wird in einem Aufbau 56 leichter Aluminiumform befestigt, der, abgesehen von niedrigen Kosten und geringem Gewicht, auch für eine mechanische Stabilität sorgt.
6 ist eine Vorderansicht der Gaskanäle, die den vor den ¹³CO₂-Gaskanälen befindlichen ¹³CO₂-Filter 62 und den vor den ¹³CO₂-Kanälen befindet ¹²CO₂-Filter 64 zeigt. Diese Filter wirken, um unnötige Emissionsbereiche von der Lampe zu entfernen und um zu verhindern, dass die thermische Hintergrund-Emission den Detektor erreicht. Ein Hochempfindlichkeits-, Differentialdrucksensor 66 wird zwischen den Referenz- und Probenkanälen angeschlossen. Er wird verwendet, um zu gewährleisten, dass der Druck in den Referenz- und Probenkanälen, die jeweils einen Druck haben, der tiefer als der Luftdruck ist, gleichgesetzt wird, wenn es für die Messung vorteilhaft ist. Zusätzlich schließt der Referenzkanal auch einen absoluten Drucksensor ein, um das Erzielen des reduzierten Drucks zu überwachen, der benötigt wird, um eine gute Messempfindlichkeit zu erlangen.
7 veranschaulicht, wie der Verschluss 72 verwendet wird, um den in Gebrauch befindlichen Messkanal zu wählen. Zu Beginn einer jeden Probenmessung befindet sich der Verschluss in der unteren Stellung, wodurch den Lampen erlaubt wird, die Referenzkanäle zu beleuchten und eine Grundlinien-Referenzmessung zu erhalten. Diese Messung ist ein Monitor für im System stattfindende Umgebungsänderungen, Änderungen im Lampenlichtspektrum, Änderungen in den Leitermerkmalen oder in Merkmalen der Detektoren oder Elektronik, die sämtlich relativ konstant sein sollten. Wenn die Referenzmessung eine Änderung zeigt, wird ein Korrekturfaktor verwendet, um die Probenkanal-Lesewerte in Bezug auf die Änderung in den Umgebungsbedingungen zu kompensieren. Nach Abschluss der Referenzmessung wird der Verschluss in die in der Zeichnung gezeigten Stellung nach oben bewegt und die Pro benmessung aus den Probenkanälen vorgenommen. Ist diese Probenmessung einmal genau genug erhalten worden, wird die Probe pneumatisch entfernt, und der Analysator ist bereit, seine nächste Messprobe zu empfangen. Die Kammernausleerung und die Vorbereitung der nächsten Probe werden während der Referenzmessung ausgeführt. Diese wird pro Minute etwa einmal durchgeführt.
8 ist eine schematische Ansicht des elektronischen Verfahrens, wodurch die Signale von vier Absorptionskanälen unterschieden werden können. Die ¹³CO₂-Lampe wird bei einer Frequenz ω1 moduliert, während die ¹²CO₂-Lampe bei der Frequenz ω2 moduliert wird. Jeder Proben/Gas-, Referenz- und Null-Kalibrierungskanal hat jeweils seinen eigenen Detektor 82, 84. Vier synchrone Erfassungskanäle 86, die Vorrichtungen wie beispielsweise synchronisierte Verstärker, Digitalsignalprozessoren, Softwarepakete oder Analog- bzw. Digitalfilter verwenden, werden benötigt, um die vier modulierten Signale von den Proben/Gas-, Referenz- und Null-Kalibrierungskanälen der beiden Isotoplampen zu extrahieren. Die Auslösersignale für jeden dieser synchronisierten Verstärker werden aus Treibersignalen der Lampenquellen-Kodulations-Stromversorgung genommen. Die Modulationsfrequenzen liegen im Bereich von 1 bis 200 Hz, wobei 70 Hz ein typischer Wert ist.
Es ist auch möglich, beide Lampen mit derselben Frequenz zu modulieren, indem entweder ein zwischen die beiden Lampen geschalteter HF-Erreger oder zwei Erreger verwendet werden, die in einer Gegenphase ein- und ausgeschaltet werden, und um die Phaseninformation zu verwenden, damit zwischen den beiden Signalen von jeder Lampe unterschieden wird. Dies wird in 9 dargestellt, die eine kontinuierliche Folge von abwechselnd an jede Lampe angelegten Modulationspulsen 92, und die sich ergebende Folge von alternierenden Signalen 94 am Detektor zeigt. Ein Gerät wie beispielsweise ein impulsgetakteter Integrator (Box-Car Integrator) wird verwendet, um aus jeder Isotoplampe getrennt das Signal zu extrahieren. Das Erfassungsschema hat den Vorteil, dass es weniger empfindlich ist, um in die Erregerausgabe zu treiben, und dass es zwischen den beiden Isotoplampen keine elektronische Quer-Empfindlichkeit gibt, da sie jeweils Zeit- und nicht Frequenz-getrennt sind.
Das Verfahren, wodurch die beiden unterschiedlichen Isotopkanäle elektronisch getrennt werden, wenn sie das in 9 gezeigte Modulationsschema des einzelnen Erregers verwenden, wird in den 10A bis 10E dargestellt. 10A stellt den kontinuierlichen Strom von Rechteckwellenpulsen dar, die wie jeweils in den 10B und 10E gezeigt, abwechselnd an die ¹³CO₂-Lampe oder ¹²CO₂-Lampe geleitet werden. Diese Pulsfolgen werden mit den Ausgabesignalen vom Detektor gefaltet, und die entstehenden Ausgaben sind jeweils eine Folge von ¹³CO₂-Pulsen, wie in 10D gezeigt, oder eine Folge von ¹²CO₂-Pulsen, wie in 10E gezeigt. Die Faltung wird von einem impulsgetakteten Integrator oder einem Phasen-empfindlichen Detektor durchgeführt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in 11 gezeigt. Wie zuvor werden zwei Lampen, eine für jedes Isotop 112, 114, verwendet. Jedes Isotop hat sein eigenes vollständiges Messsystem mit Proben, Referenz- und Kalibrierungskanälen, die, wie zuvor beschrieben, nur mithilfe von mechanischen, thermalen und pneumatischen Verbindungen verbunden werden. Um die Auswirkungen der Detektor-Drift zu reduzieren, wird für alle drei Signale in jedem Isotop-Messkanal ein Detektor verwendet. Damit jeder Detektor zwischen den drei Signalarten unterscheiden kann, die von seiner Lichtquelle empfangen werden, wird ein mechanischer Chopper 116 verwendet. Der Chopper kann entweder mithilfe der Frequenzunterscheidung oder der Phasenunterscheidung zwischen den drei Kanälen unterscheiden. Im ersteren Fall hat der Chopper drei Sätze von Löchern, die jeweils in einer anderen radialen Entfernung zur Mitte gesetzt werden, wobei jeder Satz eine andere Lochanzahl hat. Auf diese Weise werden drei unterschiedliche Frequenzen für die unterschiedlichen räumlichen Bereiche der Quellenlampe definiert, worin diese drei Bereiche den drei verschiedenen Kanälen entsprechen. Wenn die Phasenunterscheidung verwendet wird, hat der Chopper drei Reihen von Schlitzen, dem Standort der drei Kanäle entsprechend und jeweils in einer anderen radialen Entfernung, wobei die Sätzen von Schlitzen in festgelegten Winkel abständen um den Chopper herum angelegt ist. Ein mechanischer Chopper für die Verwendung bei der Phasenunterscheidung wird in 12 gezeigt. In 13 wird das Signal von irgendeinem Isotopkanal, das am Detektor empfangen wird, wenn ein solcher Chopper wird, als Zeitfunktion gezeigt.
Im Vergleich zu Phasenunterscheidung-Choppern gibt es in Bezug zu Frequenzunterscheidung-Choppern eine Reihe von Nachteilen. Das erste Problem liegt darin, dass es es sehr schwierig ist, die Phasen-empfindliche Signalverarbeitung mit einer für die vom vorliegenden System benötigten genügend hohen Selektivität für die Unterscheidung bereitzustellen. Wenn die Selektivität der Phasen-empfindlichen Signalverarbeitung ungenügend ist, wird genug vom Signal der ungewollten Frequenz erfasst, um die Messung ungenau zu machen. Um eine gute Erfassungsgenauigkeit für ¹³CO₂ im Proben-Atem bereitzustellen, ist eine Selektivität von 1:20.000 erforderlich, was schwer zu erfüllen ist.
Darüber hinaus liegt in den Detektoren eine elektronische Quer-Empfindlichkeit-Wirkung vor, die eine nicht lineare Reaktion am oberen und unteren Rand ihres Bereichs haben können. Wenn bei einer Frequenz ein starkes Signal vorliegt, kann es daher den Betriebspunkt des Detektors derart verschieben, dass er sich in Bezug auf ein schwaches Signal einer darauf beaufschlagten unterschieden Frequenz nicht-linear verhält. Dies würde ernsthaft die Messgenauigkeit beeinflussen.
Andererseits gibt es auch einen Nachteil in Bezug auf die Phasenunterscheidung-Chopper. Abweichend von Frequenzunterscheidung-Choppern, in denen alle Kanäle jederzeit übertragen können, wobei alle unterschiedliche Frequenzen haben, kann nur ein Kanal zu irgendeinem Zeitpunkt geöffnet werden. Folglich hat das Phasenunterscheidungsverfahren eine kleinere Nennleistung und daher eine weniger empfindliche Erfassungsfähigkeit.
Beide obigen Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden zwei Lampen, und die Kalibrierungsdetektoren werden, wie oben beschrieben, verwendet, um die Auswirkungen der Quellenlampen-Änderung zu beseitigen.
Die 14 und 15 zeigen bevorzugte Ausführungsformen eines NDIR-Spektrometers, der gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und operativ ist, worin nur eine Lampenquelle verwendet wird. Die Lampe 142 wird mit einer Mischung aus zwei Isotopen – in dieser Ausführungsform ¹³CO und ¹²CO₂ – gefüllt, deren Verhältnis gemessen werden muss. Da nur eine Lampe verwendet wird, finden Änderungen in den Betriebsbedingungen bzw. Umgebungsauswirkungen gleichzeitig in beiden Kanälen statt, was zu stark verminderten Auswirkungen auf die Messgenauigkeit führt. Sowohl in 14 als auch in 15 wird Licht von der Lampenquelle de NDIR-Spektrometers gesammelt und mithilfe einer Eintrittslinse 144 in zwei getrennte Strahlen parallel-gerichtet. Jeder Strahl geht dann durch seine relevante Absorptionskammer und über die Wellenlängen-Filter 146 an die Detektoren. Diese können separate Detektoren oder vorzugsweise Teile eines größer gepixelten Detektors sein, wobei in diesem Fall die Detektor-Drift reduziert wird. In der Ausführungsform aus 14 werden optische Interferenzfilter verwendet, um ungewollte Spektrallinien aus dem Licht in jedem Isotopkanal herauszufiltern, während in 15 Gasfilter 152 verwendet werden. Eine Kombination aus Gas- und optischen Filtern kann verwendet werden. Die Signalmodulation wird mittels Verwendung eines mechanischen Choppers durchgeführt, der entweder im Frequenz- bzw. Phasenunterbrechungsmodus oder mithilfe der Modulierung der Lampe und getrennt der synchronen Erfassung des Signals an jedem Detektor arbeitet, während mithilfe eines Verschlusses zwischen den Referenz- und Probenkanälen geschaltet wird.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in 16 gezeigt. In dieser Ausführungsform wird eine weitere Reduzierung in der Empfindlichkeit des Systems in Bezug auf externe und Umgebungsbedingungen mittels der Verwendung von lediglich einem Detektor 162 für beide Isotopkanäle erzielt -anstatt der beiden in allen vorherigen Ausführungsformen verwendeten. Die Ausführungsform des Ein-Lampen-Ein-Detektors stellt das System mit der besten Umgebungsstabilität in Bezug auf eine Komponenten-Drift dar.
Im allgemeinen können Lichtventile in Gasabsorptionsmessungen verwendet werden, in denen eine Lichtquelle intern moduliert oder nicht schnell genug moduliert werden kann, oder in denen von einem Detektor mehr als ein Kanal gesehen wird, oder in denen die Zahl der überwachten Kanäle größer als die Zahl der Detektoren ist. Insbesondere wird in dieser Anwendung die Unterscheidung zwischen den Signalen von den fünf getrennten Kanälen – zwei Referenz-, zwei Proben- und ein Lampenpegel-Kalibrierungssignal – mithilfe eines räumlichen Lichtmodulators (SLM) 164 erreicht. Ein solcher räumlicher Lichtmodulator kann vorzugsweise eine zwischen Polarisatoren angebrachte Flüssigkristallmatrix oder ein Digital-Spiegel-Vorrichtungs-(DMD)-gepixelter Spiegel wie die von Texas Instruments Inc. aus Houston, Texas, hergestellten oder eine Ablenkungs-Membranvorrichtung wie die von Optron Inc hergestellte, oder eine aktive Ablenkungsvorrichtung wie die von Lucent Technologies Incorparated hergestellte sein. Die Funktion des räumlichen Lichtmodulators ist es, das Licht aus jedem Kanal gemäß einer vorbestimmten Sequenz und Frequenz bei einer anderen Phase oder Frequenz zu modulieren. Diese Sequenz und Frequenz wird an den Phasenempfindlichen Detektor befördert, der verwendet wird, um zwischen den verschiedenen Signalen zu unterscheiden, damit die für jeden Messkanal relevante Signalinformation extrahiert wird. Der SLM kann bei hoher Frequenz betrieben werden, wodurch der Rauschbeitrag an das Signal reduziert wird. Die Verwendung eines SLM vermeidet wirkungsvoll das zuvor erwähnte Problem der beschränkten Selektivität der Phasen-empfindlichen Signalverarbeitung, da sich sehr stark unterscheidende Modulationsfrequenzen mit vernachlässigbaren elektronischen Que-Empfindlichkeiten verwendet werden können.
17 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform eines solchen SLM, der die Transmission-Flüssigkristallelement 172, 173 verwendet. Das Licht aus der Referenz- und Probenkammer für jeden Isotopkanal wird durch einen Polarisator 174 geführt, wo es eine lineare Polarisierungsrichtung erreicht. Wenn ein besonderes Flüssigkristallelement 172 aktiviert wird, wird das durch dieses Element dringende Licht einen Polarisierung erzielen, die um weitere 90° geschaltet wird, so dass das Licht beim Durchgehen durch ein anderes Polarisierungselement 176 abgestellt wird. Auf diese Weise wirkt jedes Flüssigkristall element als schneller elektrisch betriebener Schalter.
Es ist auch möglich, anstelle eines SLM für die räumliche Schaltung der verschiedenen Kanäle in den Detektor einen mechanischen Chopper zu verwenden. 18 ist ein schematisches Beispiel für einen solchen Chopper. Jede Reihe von Löchern 182 befindet sich so in einem Radius von der Mitte, dass jede Reihe genau auf die Stelle 184 von einem der fünf optischen Kanäle fällt, die mit ω1 bis ω5 markiert sind. In 18 werden die optischen Signalkanäle schematisch um der Einfachheit willen in einer geraden Linie gezeigt, wohingegen sie in einer echten Ausführungsform versetzt werden, um in ihre exakte geometrische Stelle im NDIR-Spektrometer zu fallen. Die Frequenzen werden so gewählt, dass es zwischen ihnen keine niederwertigen gemeinsamen Eigenfrequenzen gibt; je weiter die Frequenzen auseinanderliegen, desto besser ist die Unterscheidung. In diesem Fall kann das System aufgebaut sein, um, wie in 12, eine Phasendifferenz zu erzeugen.
19 und 20A zeigen zwei alternative bevorzugte Ausführungsformen, um zu gewährleisten, dass der Teildruck von CO₂ in der Probenkammer und der Referenzkammer etwa übereinstimmt, damit wiederum sichergestellt wird, dass die ¹³CO₂-Absorption genau und in beiden Kammern unter ähnlichen Bedingungen gemessen wird. Die beschriebenen Ausführungsformen sind die einer Atemprüfanalysator-Anwendung, die eine der allgemein gebräuchlichsten Verwendungen der gashaltigen Isotopanalyse von CO₂ ist; jedoch sind die gezeigten Aufbau und Verfahren an jede Isotopgasanalyse anlegbar.
In der in 19 gezeigten Ausführungsform werden die Proben-Atem in einen Behälter 192 exhaliert, der mithilfe einer Membran 194, die für CO₂ durchlässig ist, mit der Probenabsorption-Messkammer verbunden. Die Probenkammer 196 wird anfangs mit einem inerten Hintergrund-Gas wie beispielsweise reinem Stickstoff bei Luftdruck gefüllt. Die Referenzkammer 198 wird entweder mit der ersten Atemprobe oder mit einem vorbestimmten Referenzgasgemisch gefüllt. Das CO₂ aus dem Behälter verteilt sich in die Probenkammer, bis der ¹²CO₂-Teildruck, wie durch die ¹²CO₂-Absorptionsmessung bestimmt, in der Proben- und Gas kammer gleich ist. Wenn dieser Punkt erreicht ist, wird der Membrandurchgang durch Ventilmittel abgedichtet, und die ¹³CO₂-Messung wird genau mit dem Wissen durchgeführt, dass in der Proben- und der Referenzkammer dieselben Bedingungen herrschen.
20A veranschaulicht eine andere bevorzugte Ausführungsform, in der der Teildruck von ¹²CO₂ in der Probenkammer und der Referenzkammer angeglichen werden. Wie in der in 19 gezeigten Ausführungsform werden die Proben-Atem in einen Behälter 200 exhaliert. Dieser Behälter wird mithilfe einer Pumpe 202 mit der Probenkammer 204 verbunden, die, abweichend von der Ausführungsform der 19, anfangs evakuiert ist. Die Pumpe wird betrieben, bis der ¹²CO₂-Teildruck, wie durch die ¹²CO₂-Absorptionsmessung selbst bestimmt, in der Proben- und Gaskammer nahezu gleich ist. Wenn dieser Punkt erreicht ist, wird die Pumpe ausgeschaltet, und die ¹³CO₂-Messung wird genau mit dem Wissen durchgeführt, dass in der Proben- und der Referenzkammer 206 ähnliche Bedingungen herrschen. Die Bedingung der gleichen Absorption wird auch mithilfe eines absoluten 209 und eines Differential-Druckmessers 208 überwacht. Die Druckmessung ist erforderlich, um Änderungen im Extinktionskoeffizient Y mit dem Druck zu korrigieren. Als Ergebnis dieser Änderungen wird bei unterschiedlichem Teildruck dieselbe Absorption erhalten. Dieses Verfahren führt wahrscheinlich zu falschen Isotop-Verhältnis-Messungen, sofern nicht eine richtige Korrektur angelegt wird, die durch Steuerexperimente bestimmt werden muss.
Eine anderer Vorgehensweise zum Ausgleichen der Absorption des Hauptisotops im Proben- und Referenzgas kann mithilfe einer Änderung in der Länge von zumindest der Referenz- oder der Probenkammer erfüllt werden. Dies wird in 20B gezeigt, die die Probenkammern 222, 224 und die Referenzkammern 220, 226 für jedes der Isotope darstellt, mit Konfigurationen 228 veränderlicher Länge, die für zur Probenkammer für jedes Isotop zugefügt wird.
21 zeigt die in einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendete Gas-Handhabung-Ausstattung, um sicherzustellen, dass der Probenbehälter bei einem konstanten Druck gehalten wird, während das Probengas akkumuliert oder in die Test-Kammer gepumpt wird. Der Eintritt des Atems wird durch das Öffnen des Einwege-Magnetventils 210 erlaubt. Der Probenbehälter 212 wird mit einem Kolben 216 ausgestattet, der an seiner anderen Seite für den Luftdruck offen ist, so dass sich der Behälter auf natürliche Weise auffüllt. Am Ausgang des Behälters wird das Zweiwege-Magnetventil 214 verwendet, um zu erlauben, dass die akkumulierte Probe in die Probenkammer gepumpt wird. Wenn dies stattfindet, fällt der Kolben, den konstanten Druck im freigemachten Volumen aufrechterhaltend, so dass kein Vakuum gebildet wird.
Die Verwendung eines Behälters in den in den 19 bis 21 gezeigten Ausführungsformen erlaubt dem Analysator, das Abtasten des exhalierten Atems auf solche Weise durchzuführen, dass die Zuverlässigkeit des Messverfahrens wesentlich erhöht wird. Zunächst ist bekannt, dass der exhalierte Atem einer charakteristischen CO₂-Wellenfront folgt, wodurch es einen anfänglichen steilen Anstieg in der CO₂-Konzentration eines jeden exhalierten Atems gibt, bis ein langsam steigendes Plateau erreicht ist. Am Ende des Atems fällt das Volumen schnell wieder auf einen sehr geringen Rest-Pegel. Um sicherzustellen, dass der abgetastete Atem für den von den Lungen exhalierten Atem und nicht für den Atem charakteristisch ist, der in den oralen oder nasalen Durchgängen stand oder von einem vorherigen Atem wiederinhaliert wurde, ist es wichtig, den Proben-Atem nur vom Plateau-Bereich der Atemwelle abzutasten. Dies kann leicht gemäß der hierin beschriebenen Ausführungsform mittels Verwendung eines Abtastbehälters mithilfe der Ventilierung erfüllt werden, die den Atem vom ersten und letzten Teil einer jeden Atemwelle abweist und nur Proben-Atem vom Plateau-Bereich abtastet. Die Erfassung des Ausatmens kann optisch durchgeführt werden, indem Änderungen in der optischen Absorption des exhalierten Gases nachgegangen wird, oder indem Änderungen im Dynamikdruck des Ausatmens überwacht werden.
Darüber hinaus erlaubt die Verwendung eines Abtastbehälters dem Analysator, einen Mittelwert von mehreren Atmungen zu nehmen, anstatt sich auf eine einzelne Atemprobe zu verlassen, die für den mittleren Atem des Patienten atypisch sein könnte.
Der Teildruck der verschiedenen Komponenten des exhalierten Atems variiert auf zufällige Weise von Atem zu Atem, weshalb die Mittelwert-Erstellung ein wichtiges Verfahren ist, um die genauen Messungen sicherzustellen. Der Patient stößt ungestört eine Reihe von Atmungen in den Behälter aus. Der Analysator entzieht dem Behälter eine gemittelte Probe für die Messung, wenn die Messung der vorherigen Probe abgeschlossen ist. Diese Ausführungsform hat eine Reihe von zusätzlichen Vorteilen. Als erstes ist der Patient im Abtastverfahren nicht funktional und atmet ganz einfach bei seiner natürlichen Rate in die Atemröhre oder über eine Nasenkanüle. Das Einlass-Ventil des Analysators gewährleistet, dass für die Messung die richtige Probe genommen wird. Zusätzlich wird erlaubt, dass der Atem steht, was eine gute Temperatur- und Druckkonditionierung in Bezug auf die Umgebung erlaubt. Schließlich wird das Abtasten vom Behälter bei einem annähernd festgelegten Teildruck durchgeführt, so dass die Messung bezüglich der Umgebungs- und Lampenemissionsänderungen und Quer-Empfindlichkeit weniger empfindlich ist.
Die 19 bis 21 veranschaulichen Ausführungsformen der Behälter, die einen bestimmten Anstieg im Genauigkeitspegel bereitstellen, der in diesen Geräten erzielbar ist. Um die Messgenauigkeit weiter zu erhöhen, ist es nötig, besser entwickelte Techniken einzuschließen, die in den folgenden bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
Es wird jetzt auf 22 Bezug genommen, die einen Graph der Infrarot-Transmission von ¹²CO₂-Gas in die Probenkammer als Funktion seiner Konzentration zeigt. Diese Kurve 310 wird für gewöhnlich "Absorptionskurve" genannt, selbst wenn die Abszisse die Gas-Transmission zeigt. Die Kurve hat eine Exponentialform, worin die Konstante des Exponenten γ in Zusammenhang mit den Umgebungsbedingungen des Gases selbst etwas variiert.
Um den Analysator bei optimaler Empfindlichkeit zu betreiben, wird die Analysen-Zelllänge ausgewählt, um die Zellempfindlichkeit zu maximieren, die als Änderung in der Transmission je Änderungseinheit in einer standardisierten Gaskonzentration bestimmt wird, wie durch folgenden Ausdruck angegeben: Empfindlichkeit = Δ Trans/(Δ p[12CO2] / p[12CO2]) (2) worin Δ Trans die Änderung in der Transmission in der Analysezelle ist, die entsteht, wenn sich der Teildruck von p¹²CO₂ um Δ p¹²CO₂ ändert.
23 zeigt die Änderung in der Zellempfindlichkeit als Funktion der Konzentration für die Analysekammern mit drei unterschiedlichen Zelllängen, die mit 320, 322 und 324 markiert sind. Eine Zelllänge wird ausgewählt, die die maximale Gesamt-Empfindlichkeit zusammen mit der Mindest-Empfindlichkeitsbhängigkeit in Bezug auf die Gaskonzentration im Bereich der gewünschten Gaskonzentration von 3 bis 4% bereitstellt. Für die in 23 gezeigten Zelllängen ist die durch die Kurve 322 gezeigte Zelllänge optimal, da sie bei einer Konzentration von 3 bis 4% bei ihrer maximalen Empfindlichkeit einen Bereich einer beinahe konstanten Empfindlichkeit 326 hat.
24 ähnelt der in 22 gezeigten einfachen Absorptionskurve, schließt jedoch ein weiteres Detail ein, um die Probleme darzustellen, die entstehen, wenn die Absorptionsmessungen bei stark unterschiedlichem Teildruck gemacht werden. Der Extinktionskoeffizient γ, der die Absorptionskurve, wie in der Gleichung (1) bestimmt, im Hintergrundabschnitt charakterisiert, ist nicht streng eine Konstante, sondern variiert etwas in Zusammenhang mit Faktoren wie dem Probengasdruck und der -temperatur, dem Erregungslampen-Gasdruck und der -Temperatur (wenn der Gasanalysator eine Lampe einer Isotop-spezifischen Quelle der Art verwendet, die im US-Patent Nr. 4.755.675 beschrieben wird), der Umgebungsfeuchtigkeit und den Quer-Empfindlichkeitsauswirkungen mit anderen in der Probe vorhandenen Gasen.
Als Ergebnis dieser Auswirkungen ist die Absorptionskurve 330, gegen die der Spektrometer kalibriert wurde, wenn er die Fabrik verläßt, für die Bedingungen, die zu dem Zeitpunkt vorherrschen, wenn die Messung gemacht wird, falsch, und die richtigen Ergebnisse sollten von der Kurve 332 angegeben werden. Für eine Transmissionsmessung To, in der die echte Konzentration von ¹²CO₂, wie vom Schnittpunkt 334 angegeben, Co sein sollte, ist solchermaßen das am Gerät gezeigte Ergebnis Co', wie vom Schnittpunkt 336 angegeben. Mithilfe von regulären Kalibrie rungsverfahren ist es möglich, die Lesewerte für den Unterschied in den Konzentrationen Co–Co' mit einem einfachen Korrekturalgorithmusfaktor zu korrigieren, der einer Verschiebung der Kurve zurück auf ihre Kalibrierungsstelle entspricht.
Wenn jetzt eine Messung bei einer anderen Gaskonzentration durchgeführt wird, so dass die gemessene Transmission T1 ist, ist jedoch, da die Neigung der Absorptionskurve im Bereich der Schnittpunkte 338 und 340 unterschiedlich ist, auch die Konzentrationskorrektur C1'–C2 unterschiedlich, und die am Wert To vorgenommene Korrektur nicht länger gültig. Dies veranschaulicht das Erfordernis, die Absorptionsmessungen an den Proben bei sehr nah aneinanderliegenden geregelten Umgebungsbedingungen zu halten, wobei dies eines der Ziele der Zwischenkammer der vorliegenden Erfindung darstellt.
Selbst in den einfachsten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in denen das Isotop-Verhältnis gemessen wird, indem ohne die Verwendung eines Referenzgas-Kanals die Absorptionsmessungen direkt nur an den Probengasen vorgenommen werden, ermöglicht die Verwendung einer Zwischenkammer, um sicherzustellen, dass alle gemessenen Punkte der Konzentration nach dicht beieinanderliegen, dass höhere Genauigkeiten erreicht werden. Wenn solchermaßen beispielsweise einem Atem, der eine 4%ige Konzentration von ¹²CO₂ hat, ein Atem mit einer 5%igen Konzentration von ¹²CO₂ folgt, was bedeutet, dass die Differenz im Prozentanteil von 1% liegt, und aufgrund der "Verschiebung" der Absorptionskurve die eigentlichen von der Absorptionsmessung erhaltenen Werte sagen wir 4,3% und 5,5% sind, ist die offensichtliche Differenz zwischen den beiden Konzentrationsverhältnissen anstatt 1% 1,2%. Wenn andererseits aufgrund der Verwendung eines Zwischenkammersystems beide Messungen bei Konzentrationen vorgenommen werden, die beinahe übereinstimmen, wie z. B. 4% und 4,2%, führt die "Verschiebung" in der Absorptionskurve, die von genau denselben externen Auswirkungen wie im vorherigen Fall bewirkt wird, zu einer Änderung der gemessenen Konzentrationen von sagen wir 4,3% und 4,52%; d. h. die offensichtliche Differenz zwischen den beiden Konzentrationsverhältnissen ist anstatt 0,2% 0,22. Indem die Messungen bei dicht beieinanderliegenden Konzentrationen gemacht werden, wird solchermaßen die Auswirkung von Änderungen in der Absorptionskurve auf die Messgenauigkeit stark reduziert.
In der Praxis werden die Betriebsbedingungen des Spektrometers wie beispielsweise der Messzellendruck und die Messzellenlänge so gewählt, dass die Messungen eher im Bereich der Punkte 334, 336 auf der Absorptionskurve als an den Punkten 338, 340 vorgenommen werden. Unter diesen Bedingungen ist die Empfindlichkeit des Geräts in Bezug auf Umgebungsänderungen in der Absorptionskurve geringer und gleichzeitig die absolute Empfindlichkeit der Transmission auf Änderungen in der Gaskonzentration höher.
Aus diesen Betrachtungen wird ersichtlich, dass eine genaue Isotop-Konzentration-Messung nur dann erreicht werden kann, wenn die Messung einer jeden Gasprobe unter im Wesentlichen identischen Bedingungen durchgeführt wird. Die optimale ¹²CO₂-Konzentration für den ¹²CO₂-Atemtest erfolgt bei etwa 3%, obwohl dieser Wert etwas von den physiologischen Merkmalen des Patienten und dem Luftdruck außen abhängt. Die Funktion der Zwischenkammer gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es, aus den an das Gerät eingegebenen Atemproben eine Gasprobenzufuhr für die Analyse zu erzeugen, wobei jede Probe eine Konzentration von ¹²CO₂ hat, die so optimal wie möglich ist.
Es wird jetzt auf die 25A und 25B Bezug genommen, die einen Korrekturmechanismus darstellen, der für das Erhöhen der Messgenauigkeit verwendet wird, indem die Betriebsbedingungen auf den Bereich eingeschränkt gehalten werden, der als Ankerpunkt der Kurve bekannt ist. In 25A ist die gezeigte Absorptionskurve 350 für das Gas in der Referenz-Zelle gezeigt, die einen festgelegten und bekannten Prozentanteil des Referenzgases enthält, der für gewöhnlich im Bereich von 3% ausgewählt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Kalibrierung des Geräts so, dass ein Transmissionspegel T1 gemessen wird. Aufgrund der oben erwähnten Umgebungsauswirkungen führt diese bekannte Konzentration zu einer eigentlich gemessenen Transmission von T2. Wie oben erläutert, verwendet das Gerät eine versetzte Absorptions kurve, um die Konzentration zu berechnen, so dass die Lesewerte im Bereich einer 3%igen Konzentration um eine Größe (T1–T2) korrigiert werden. Da jedoch die Form der Absorptionskurve exponentiell ist, führt eine lineare Versetzung der ganzen Kurve parallel zur Transmissionsachse nur zu einer genauen Korrektur am bekannten Konzentrationspunkt, in diesem Fall 3% und in seiner unmittelbaren Nähe 354, wo die Abweichung der Kurve von einer Linearität minimal ist.
25B zeigt eine vergrößerte Ansicht des Bereichs 354 um den Referenzgas-Konzentrationspunkt herum, die die ursprüngliche Absorptionskurve 350 und die linear versetzte Absorptionskurve 356 zeigt. Indem die Gaskonzentration beinahe wie diese Referenzkonzentration beibehalten wird, die als Ankerpunkt des Betriebs bekannt ist, kann die Korrektur für Umgebungsänderungen sehr genau vorgenommen werden. In der vom Graph aus 25B dargestellten Ausführungsform wird ein Bereich der Konzentration von 2, 8% bis 3, 2% als erlaubter Bereich um den Ankerpunkt herum gezeigt. Am Ankerpunkt 358 selbst ist die Transmission T der genau korrigierte Wert. An den beiden Rändern des gewählten erlaubten Bereichs des gezeigten Betriebs wird jede Transmissionsungenauigkeit jeweils auf kleine Korrekturen ΔT1 und ΔT2 beschränkt.
Selbst wenn der Betrieb auf um den Ankerpunkt befindlich eingeschränkt wird, kann in Bezug die Referenzgasabsorptionskurve eine weitere Korrektur durchgeführt werden, die als asymmetrische Korrektur bekannt ist. Diese Korrektur wird in 26 dargestellt. Nachdem die Korrektur der seitlichen Versetzung an die Absorptionskurve angelegt wird, führt die asymmetrische Korrektur eine Winkeldrehung 360 an der Kurve um den Ankerpunkt 358 herum ein, wodurch die restliche ΔT1 und ΔT2 Ungenauigkeit, die von der kleinen Winkelungleichheit zwischen der korrigierten und der ursprünglichen Absorptionskurve herrührt, beinahe ganz beseitigt werden.
Es wird jetzt auf 27 Bezug genommen, die eine Darstellung einer Atemfolge, wie vom Patienten exhaliert, zeigt, dessen Atem in einem Isotop-Gasanalysator gemäß der vorliegenden Erfindung geprüft werden soll. Die Figur zeigt, wie der Prozentanteil vom Kohlendioxid im Atem als Zeitfunktion von Atem zu Atem variieren kann. In der gezeigten Darstellung hat jeder Atem eine unterschiedliche mittlere CO₂-Konzentration (in Prozent), worin der Begriff Konzentration verwendet wird, um mittleren Plateau-Konzentrationspegel zu bedeuten. Solchermaßen hat der erste gezeigte Atem 370 eine Konzentration von 3% CO₂, der zweite 372 von 1,5% und der dritte 374 von 5%.
In der zuvor beschriebenen Zwischenkammerimplementierung des Anmelders, wie sie in der israelischen Patentanmeldung Nr. 121793 beschrieben wird, wird Gas von den Plateaus der verschiedenen Atem 370, 372 und 374 einfach in der sogenannten Behälterkammer gesammelt, und ein mittlerer Wert der Atemkonzentration für die Messung verwendet. In diesem einfachen Mittelwerterstellungsverfahren gibt es zwei Haupt-Nachteile:

a) Es gibt in den akkumulierten Proben von einem Patienten zum nächsten eine Konzentrationsausbreitung.
b) Selbst für einen einzigen Patienten kann sich im Verlauf des Atemtests der objektive klinische Zustand ändern, und diese Änderung bewirkt von einer akkumulierten Probe zur nächsten Probe Änderungen im Konzentrationspegel.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die einfache Mittelwert-Erstellung-Funktion der Zwischenkammer durch den Zusatz von pneumatischen Steuerelementen, die zwei zusätzliche Funktionen durchführen, ergänzt. Als erstes bestimmen sie, welches Teil bzw. welche Teile einer jeden Atemwelle akkumuliert werden sollen, um die bevorzugte akkumulierte Probengaskonzentration für die optimale Messempfindlichkeit zu erreichen. Zweitens führen sie, falls für notwendig befunden, die Verdünnung des akkumulierten Probengases durch, sofern die Probe eine Konzentration hat, die über dem Optimalwert liegt. Als Ergebnis wird eine Probe von sehr gleich geregelter Konzentration erhalten.
Um dieses Verfahren zu beschreiben, wird jetzt auf 28 Bezug genommen, die einen Zeitverlauf einer normalen Atemwelle 380 mit ihren Bestandteilen zeigt. Die Wellen beginnt mit einem langsamen Anstieg des CO₂-Signals zum Bezugsverhältnis 382 in Bezug auf den "Schwellstart"-Punkt 384, der normalerweise als Punkt bestimmt wird, an dem das Verhältnis einen Pegel von 10% erreicht. Dieser Bereich ist von einem sehr geringen Pegel an CO₂ gekennzeichnet und daher als Bereich 0 oder Basisbereich bekannt. Dort folgt dann eine Neigung mit einem schnellen Anstieg des CO₂-Gehalts in Richtung Plateau 388, an einem Punkt endend, der als "Schwellwert-Hoch" 386 bekannt ist, wenn die CO₂-Konzentration 90% erreicht. Dieser ist als Bereich 1 bekannt. Die Zeit, die für diesen Bereich genommen wird, ist für gewöhnlich 50 bis 100 msec. Das Plateau selbst 388 ist als Bereich 2 bekannt, und die Neigung vom "Schwellwert-Unten"-Punkt 390 zum "Schwellwert-Ende"-Punkt 392 ist der Bereich 3. Jenseits vom "Schwellwert-Ende"-Punkt gibt es einen weiteren Grundbereich 0, der bis zu Beginn des nächsten Atems CO₂-frei ist.
29 ist eine schematische Darstellung eines Atemtestsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, um den Betrieb eines solchen Zwischenkammersystems darzustellen. Der Patient 400, der sich den Tests unterzieht, bläst in die Nasen- bzw. Mundkanüle 402. Die Atemproben werden an ein Atemsensormodul 404 eingegeben, dessen Funktion es ist, die einzelnen eingegebenen Probenatmungen zu überwachen. Ein gesteuertes Zweiwege-Magnetventil 406 ist in Betrieb, um das Probengas aus dem Atemsensormodul entweder in einen Akkumulierungsbeutel 410, oder falls nötig, heraus in den Zimmerbereich zu leiten. Aus dem Probenbeutel wird, sobald genug Gas gesammelt wurde und die Konzentration des Hauptisotops den vorbestimmten Pegel erreicht (3% im Falle der gegenwärtig beschriebenen bevorzugten Ausführungsform), das Probengas für die Messung des Verhältnisses von ¹³CO₂/¹²CO₂ in der geprüften Probe periodisch an die NDIR-Spektrometer-Messzelle 412 gereicht. Ein Computer 408 empfängt und verarbeitet die Ergebnisse der Messungen und aller im System gemessenen Parameter und steuert entsprechend den Betrieb des gesamten Zwischenkammersystems. Der Atemsensormodul enthält eine schnelle Kohlenstoffdioxidsonde zum Überwachen der Welle des vom Patienten eingegebenen Atems. Die Geschwindigkeit der Sonde ist so, dass sie zwischen den verschiedenen Bereichen der in 28 gezeigten Wellenform unterscheiden kann.
Es wird jetzt auf 30 Bezug genommen, die eine bevorzugte Ausführungsform des Gas-Handhabung-Systems eines Kohlendioxid-Atemprüfsystems auf der Grundlage eines Isotop-Gasanalysators darstellt, der ein Zwischenkammersystem einschließt, das gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut und operativ ist. Proben des Atems der Person werden mithilfe der Nasenkanüle 420 gesammelt, obwohl für diese Zwecke ebenso auch Mund-Atemsammelröhren verwendet werden könnten. Die Atem werden dann durch eine Filterleitung 422 geführt, um den Feuchtigkeitsgehalt zu senken. Eine schnelle CO₂-Sonde 424 befindet sich unmittelbar nach der Filterleitung, um die Kohlendioxidkonzentration in den an das System eingegebenen Atemwellen dynamisch zu überwachen. Die Ansprechzeit dieser CO₂-Sonde sollte so kurz wie möglich sein und ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung 50 msec oder weniger. Die Temperatur und der Druck der eingegebenen Atemproben werden mithilfe der Sonden 425, 426 gemessen und die Ergebnisse verwendet, um die Umgebungsbedingung-Korrekturen an die Absorptionskurve anzulegen. Der Druckmonitor 426 gibt eine Warnung aus, wenn das System blockiert ist.
Die Probenatem gehen dann an einer Röhre 427 vorbestimmter Länge entlang zum Zweiwege-Magnetventil 428. Dieses Magnetventil ist der erste an den Atemproben durchgeführte Betrieb, dem eine Entscheidung zugrundeliegt, und bestimmt, zu welchen Zeitpunkten das Probengas Für die Akkumulierung und Messung im System fortfahren kann und zu welchen Zeitpunkt es nicht gebraucht und in die Atmosphäre ausgestoßen wird. Die Entscheidung und ihre Taktung basieren auf einem Schätzwert der ¹²CO₂-Konzentration im akkumulierten Gas, wie er aus den Ergebnissen der zuvor akkumulierten Punkte bestimmt wird, und auf dem sofortigen ¹²CO₂-Konzentrationspegel in der Atemwelle gerade, wie er aus den dynamischen CO₂-Sondenmessungen bestimmt wird. Die Kriterien für diese Entscheidung werden weiter unten in Verbindung mit dem in 31 gezeigten Software-Flussdiagramm erörtert. Die Sonde 427 muss nicht kürzer sein als eine bestimmte Mindestlänge, um die Entscheidungszeit für die Ergebnisse der CO₂-Sondenmessung, die zu dem Zeitpunkt empfangen werden müssen, wenn die Gasprobe das Magnetventil erreicht, bereitzustellen. Die Mindest-Sondenlänge wird durch die Strömungsgeschwindigkeit der Gasprobe und die Ansprechzeit der CO₂-Sonde bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt sollte die Sonde nicht länger als nötig sein, um die Möglichkeit der fehlenden Sammlung eines Teils des Gases aufgrund der Strömungsratendispersion zu vermeiden. Diese beiden Faktoren grenzen solchermaßen die Sondenlänge auf eine optimal definierte Länge ein.
Das ausgestoßene Gas geht durch ein Ventil 430 veränderlicher Einschränkung und wird dann mithilfe einer Ablasspumpe oder irgendeines anderen Entleerungsmittels 433 in die Atmosphäre ausgestoßen. Das vom Magnetventil 428 in das System geleitete Probengas kann gemäß der Einstellung des Magnetventils 438 in einen von zwei alternativen Wegen fortschreiten. In einem Weg 435 schreitet das Gas ohne irgendeine Verarbeitung direkt an das Magnetventil 438 weiter. Das Gas im zweiten Weg durchquert ein Rückschlagventil 434, um den Umkehrstrom in diesem Weg zu verhindern, und geht dann durch einen Kohlenstoffdioxid-Reiniger 436, der wirkungsvoll jedes CO₂ im Gasstrom entfernt. Wenn der Atemtest durchgeführt wird, um die Isotop-Verhältnisse in einem anderen Gas zu erfassen, dann wird der CO₂-Reiniger 436 von einer Absorptionseinheit ersetzt, die für dieses andere Gas spezifisch ist. Die Kriterien für die Entscheidung des Wegs, in den das Gas vom Solenoid geleitet wird, werden hier unten in Verbindung mit dem in 31 gezeigten Flussdiagramm erörtert.
Das gewählte Gas wird dann mithilfe der Pumpe 442 für die nächsten Betriebsentscheidung durch den Restriktor 440 an das Magnetventil 444 gesogen. Die Pumpe 442, zusammen mit dem Entleerungsmittel 433 in der Ausstoßleitung, sorgt ungeachtet davon, ob ein Patient angeschlossen ist oder nicht, für eine Strömung des Probengases aus der Kanüle. Selbst wenn angeschlossen, stellen die Pumpen ungeachtet davon, wie er atmet oder wie er atmet, wenn er an einer Mundabtaströhre angeschlossen ist, eine Strömung bereit.
Das Vorliegen der durch die Pumpe 442 geleisteten positiven Ansaugwirkung ist der Hauptgrund für die Stellung des Magnetventils 438 eher am Ausgang als am Eingang des Reiniger-Wegs. Wenn das Ventil am Eingang des Reiniger-Wegs eingesetzt werden sollte, dann würde das Ansaugen der Pumpe 442 damit fortfahren, sogar nachdem das Magnetventil die Richtung geändert hat, um die Strömung durch den Reiniger zu sperren, aus dem Reiniger Gas zu evakuieren, dessen Volumen vergleichsweise groß sein kann. Dies würde zu ungenauen Ergebnissen führen. Die Stellung des Reinigers am Ausgang des Reiniger-Wegs gewährleistet die augenblickliche Isolierung des Restgases im Reiniger, wenn das Ventil geschaltet wird. Darüber hinaus isoliert das Vorliegen des Rückschlagventils 434 auf wirkungsvolle Weise den Reiniger an einem Eingangsende und verhindert, dass seine Inhalte zurück durch den direkten Weg 435 fließen, wenn das Magnetventil den Strom durch den Reiniger abgesperrt hat. Ein zusätzlicher Grund für die Stellung des Magnetventils 138 ist der, dass der Totraum und die Luftvermischungsauswirkungen, die darin herrschen, anderenfalls zu Ungenauigkeiten führen würden. Die Restriktorventile 430 und 440 werden eingestellt, um sowohl im Abtast- als auch Ausstoßweg einen konstanten und etwa gleichen Gasstrom zu gewährleisten. Auf diese Weise unterbricht das Schalten des Solenoids 428 nicht den gleichmäßigen Gasstrom im System.
Das Zweiwege-Magnetventil 444 ist operativ, um zwischen dem Sammeln von Gas in einem Probenbeutel 446 oder dem anderen Probenbeutel 448 zu wechseln. Auf diese Weise kann das Probengas fortfahren, im zweiten Beutel gesammelt zu werden, während die akkumulierten Inhalte eines Probenbeutels auf das Isotop-Verhältnis hin gemessen werden, wodurch die Messrate des Geräts erhöht wird. Es wird erlaubt, dass die Inhalte eines jeden Probenbeutels über das Zweiwege-Magnetventil 454 an das Isotop-Verhältnis-Messgerät 456 fließen. Das Magnetventil 454 wird in Gegenphase zum Magnetventil 444 betrieben, so dass, wenn das Ventil 444 das gesammelte Probengas in den Beutel 446 leitet, nur die Inhalte des Beutels 448 für die Messung überführt werden können, und umgekehrt.
Es wird jetzt auf 31 Bezug genommen, die das Flussdiagramm für die Software zeigt, die das dynamische Probensammelverfahren steuert. Diesem Gas-Hanhabung- und Vorverarbeitungszyklus liegen zwei anfängliche Annahmen zugrunde, die das Sammelverfahren betreffen:

(a) Anfangs wird, während das Volumen des Probenbeutels gefüllt wird, das ganze Atemwellen-Plateau aus jedem Atem gesammelt, um die schnellste Akkumulierung der benötigten Gaskonzentration bereitzustellen, wodurch die Systemempfindlichkeit erhöht wird.
(b) Die Entscheidung darüber, welche anderen Teile der Atemwelle gesammelt werden sollen, hängt von der geschätzten Konzentration ab, die im Beutel zum Zeitpunkt der Messung akkumuliert wird. Wenn der Beutel aufgefüllt wird, dann wird, wenn ersichtlich ist, dass die Konzentration von CO₂ im von den Plateau-Bereichen gesammelten Gas so hoch ist, dass das endgültig gesammelte Volumen eine Konzentration haben wird, die über der Ziel-Konzentration (für gewöhnlich 3%) liegt, darüber entschieden, Gas auch aus den Bereichen des Gefälles zu sammeln. Der Algorithmus bestimmt über das Kennen der Gasströmung und der Verhältnis-Messung-Rate (für gewöhnlich einmal alle 50 ms oder 100 ms), wann der Beutel voll ist. Dies geschieht für gewöhnlich nach der Akkumulierung von 150 Gas-Messpunkten; wenn ersichtlich ist, dass die Konzentration dennoch zu hoch ist, dann wird das Gas im Beutel verdünnt, indem ein Probengas nur aus den Grundbereichen der Atemwelle hinzugegeben wird, nachdem sie durch den Reiniger geht.

Im ersten in 31 gezeigten Schritt 460 werden der Amplituden-Pegel des Plateaus und des Grundbereichs berechnet, indem die vergangenen akkumulierten Punkte für die Höchst- und Mindestamplituden der von der CO₂-Sonde gemessenen Absorptionssonde rückblickend überprüft werden. Die Amplitude wird als der Bereich zwischen diesen Höchst- und Mindestwerten bestimmt, und die Schwellwerte werden im Verhältnis zu dieser Amplitude bestimmt. Eine Kenntnis des Amplituden-Pegels ist wichtig, um Änderungen in den Schwellwerten zu kompensieren, falls aus irgendeinem Grund Änderungen in den Atemmustern auftreten, während der Test fortfährt. Ist einmal der Amplitudenbereich bekannt, werden im Schritt 462 die Schwellwert-Pegel zum Bestimmen der verschiedenen Bereiche einer jeden Atemwelle berechnet, und diese bestimmten Pegel im Schritt 464 an jedem Atem angelegt.
Die im Schritt 466 getroffene Entscheidung, ob die Probe gesammelt werden sollte oder nicht – und, falls gesammelt, welche Teile davon – hängt von drei eingegebenen Faktoren ab:

(a) Die gegenwärtige Ziel-Konzentration in der Zwischenkammer. Zu Beginn des Tests wird der Ziel-Pegel auf einen hohen Pegel eingestellt, um die Akkumulierung der Höchstkonzentration zu gewährleisten, da, falls in Zusammenhang mit der Akkumulierung von wenig Atem ersichtlich wird, dass die gesammelte Konzentration niedrig ist, es unmöglich ist, sie danach zu erhöhen, selbst wenn danach nur der Plateau-Atem gesammelt wird. Wenn der Sammelvorgang fortfährt, wird der Ziel-Pegel mithilfe eines iterativen Verfahrens in Richtung des entgültigen gewünschten Konzentrationswerts gesenkt, wobei die Abnahmerate von der Zahl der akkumulierten "Punkte" gesteuert wird. Das Konvergieren von oben wird im eingesetzten Graph 482 gezeigt. Die Verwendung eines iterativen Verfahrens, das von oben konvergiert, verhindert das Entstehen einer Situation, in der die Konzentration immer noch zu tief ist, wenn die endgültige Menge bereits erzielt wurde. Wenn es sich um einen Patienten handelt, dessen gesamter Atem oder das meiste davon eine geringere Konzentration als der Ziel-Pegel hat, dann ist natürlich diese Situation unvermeidbar.
(b) Der Zahl der akkumulierten Punkte, was die Maßeinheit für das Volumen des akkumulierten Atems darstellt.
(c) Der Konzentration des akkumulierten Probengases, die aus dem Mittelwert aller vorherigen im Beutel akkumulierten Atmungen berechnet wird.

Im Schritt 466 wird eine Entscheidung auf der Grundlage dieser drei Eingaben gefällt, die die Vorbereitung des nächsten Probenatems betrifft. Wenn die gegenwärtige Konzentration höher ist als die Ziel-Konzentration, wird eine Entscheidung gefällt, um das Gas auch aus dem Gefälle und sogar aus den Grundbereichen zu sammeln. Wenn die gegenwärtige Konzentration niedriger ist als die Ziel-Konzentration, wird das Gas nur aus dem Plateau-Bereich gesammelt und das Gas aus den anderen Bereichen an di_e Atmosphäre ausgestoßen. Wenn das endgültige Gasvolumen bereits gesammelt wurde und die Konzentration höher ist als die Ziel-Konzentration, wird nur gereinigtes Gas von den Grundbereichen gesammelt, bis die benötigte Verdünnung erhalten wurde.
Eine im Schritt 466 gefällte Entscheidung, die das Sammeln des Gases nur aus den Grundbereichen betrifft, wird im Schritt ⁴⁶⁸ durchgeführt. Wenn, nachdem der Beutel mit den für gewöhnlich 150 Punkten gefüllt wird, die benötigt werden, um eine vollen Beutel zu bestimmen, eine Entscheidung im Schritt 466 gefällt wird, die Beutelinhalte zu verdünnen, dann wird im Schritt 468 die Entscheidung ausgeführt, um das gesammelte Gas durch den Reiniger-Weg 472 zu führen, damit das übriggebliebene CO₂ entfernt wird, bevor es zum akkumulierten Gas hinzugegeben wird, anstatt direkt durch den Umgehungsweg 470 überführt zu werden.
Im Schritt 474 wird die Konzentration von CO₂ berechnet, und im Schritt 476 wird der Probenzähler um einen Punkt erhöht, um die letzte zum Beutel hinzugegebene Probe darzustellen. Dieser Zähler wird verwendet, um zu bestimmen, wann die 150 Punkte hinzugegeben wurden, was den vollen Zustand des sich der Füllung unterziehenden Probenbeutels darstellt. Die Punkte, die sofort nach dem Öffnung des Magnetventils 428, und bis zu einem geringerem Maße des Magnetventils 438 aus 30 hinzugegeben werden, können gewichtet werden, da, wenn ein Solenoid geschaltet wird, der Gasstrom unterbrochen wird und die Strömungsrate vorübergehend abnehmen kann. Es ist solchermaßen wahrscheinlicher, dass die ersten Atem, die nach einer Magnetventilschaltung gesammelt werden, verdünnter sind, und jedem Punkt wird bei der Mittelwert-Erstellung-Berechnung weniger Wichtung verliehen. Diese Wichtung wird sowohl in der Prozent-Konzentrationsberechnung als auch im Zähler zum Schätzen des gesammelten Gas-Volumens gemacht. Die Punktwichtung wird auch verwendet, wenn der Druck-Lesewert am Messgerät 426 anzeigt, dass es beispielsweise infolge einer Teilblockierung eine Verringerung der Strömung gibt.
Die neue Konzentration wird aus dem Mittelwert aller nach dem Hinzugeben des letzten Atems bzw. Teilen davon eingegebenen Atemproben berechnet und der Konzentrationswert für die Verwendung als Entscheidung-fällende Eingabe – die die Tatsache betrifft, welcher Teil der nächsten Probe zu sammeln ist und um die Ziel-Konzentration 480 zu aktualisieren – im Schritt 466 aktualisiert.
Im Schritt 480 werden das gesammelte Volumen und die gesammelte Konzentration geprüft, und, falls beide ihre Zielwerte erreicht haben, der Sammelvorgang für diesen besonderen Probenbeutel beendet und der Beutel für die Analyse verfügbar gemacht. Falls nicht, kehrt das Verfahren zum Schritt 460 zurück und die Probensammlung wird fortgesetzt.
Das Zwischenkammersystem gemäß der vorliegenden Erfindung schließt eine inhärente Eigenkalibrierungseinrichtung ein, ohne einen Betreibereingriff zu benötigen, die die anhaltende Genauigkeit über eine sehr lange Verwendungszeit gewährleistet. Die CO₂-Sondenmessung am Eingang des Systems sorgt für eine Maßeinheit der CO₂-Konzentration auf der Grundlage dessen, was am Ende des Füllverfahrens vom Beutelinhalt geschätzt wird. Die Genauigkeit dieser Messung hängt von der Kenntnis der genauen Absorptionskurve ab, die sich aufgrund der Betriebsbedingungen verändert haben kann. Diese Messung kann mit der integrierten Messung des Isotop-Verhältnisses verglichen werden, das vom gesamten Gasanalysatorsystem erhalten wird. Die Isotop-Verhältnis-Messung ist kraft der Referenzgas-Referenzmessung und der anderen im Gerät eingebauten Einrichtungen sehr genau. Jede Abweichung von den zwei Messungen kann dann verwendet werden, um die Absorptionskurve für die tatsächlichen im System vorherrschenden Umgebungsbedingungen zu korrigieren. Dies wird getan, indem die CO₂-Sondenkalibrierung berichtigt wird, so dass die geschätzte Beutelkonzentration mit der gemessenen Konzentration gleich gemacht wird.
Es gibt eine Reihe von zusätzlichen Eigenkalibrierungsverfahren, die kraft der Zwischenkammereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können. Eine Probe mit einer vergleichsweise hohen CO₂-Konzentration, z. B. 5%, wird von einer Person gesammelt und das Isotop-Verhältnis im Gasanalysator genau gemessen. Als nächstes wird die Probe mittels der Verwendung des Zwischenkammersystems auf tiefere Werte wie beispielsweise 4,5%, 4%, 3,5%, usw., herunter-verdünnt. Jede dieser verdünnten Proben wird dann ebenfalls in Bezug auf das Isotop-Verhältnis im Gasanalysator gemessen, und da jede Probe von derselben ursprünglichen Atemprobe hergeleitet wurde, sollte es keine Änderung im Isotop-Verhältnis geben. Jede erfasste Änderung deutet auf eine Versetzung in der Absorptionskurve, und die Kalibrierung kann entsprechend eingestellt werden, um die Lesewerte wieder übereinstimmend werden zu lassen.
Eine weitere Eigenkalibrierungseinrichtung ist gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhältlich, die die Korrelation der Ausbreitung der von negativen Subjekten erhaltenen Isotop-Verhältnis-Messungen mit den von denselben Subjekten erhaltenen CO₂-Konzentrationsmessungen beobachtet werden. Das Verfahren arbeitet wie folgt. Atemproben von einem großen Umfang an negativen Subjekten werden beobachtet. Tatsächlich kann das System zur Durchführung dieses Verfahrens anhaltend Messungen beobachten, die von negativen Patienten erhalten werden, und benötigt keine Kooperation von Teilen der Patienten oder des Personals. Jede dieser Proben kann andere CO₂-Konzentrationspegel haben, und diesbezüglich ähnelt das Verfahren dem beschriebenen vorherigen Verfahren, in dem eine einzelne Probe wiederholt im Zwischenkammersystem herunterverdünnt wird, um mehrere Proben mit unterschiedlichen CO₂-Konzentrationen zu erhalten. Jede dieser Proben sollte, obwohl von einem negativen Patienten kommend, innerhalb der Rauschgrenzen der Messungen dasselbe Isotop-Verhältnis haben, nämlich das natürliche Verhältnis des Patienten. Wenn daher, anstatt für alle Proben konstante Isotop-Verhältnisse vorzufinden, zwischen den gemessenen Isotop-Verhältnissen und den CO₂-Konzentrationen irgendeine Korrelation vorgefunden wird, ist dies ein Zeichen für die Drift der Absorptionskurve und für den Mangel ihrer richtigen Kalibrierung oder von irgendwelchen Algorithmen, die mit den Berechnungen der Verhältnisse zu tun haben. Eine Korrektur kann solchermaßen angelegt werden, um das Gerät wieder zurück zu kalibrieren.
Diese Einrichtung kann die ganze Zeit über in Betrieb sein und daher einen konstanten Neukalibrierungszustand im Gasanalysator beibehalten. Darüber hinaus sollte angemerkt werden, dass dieses Verfahren an jeden Gasanalysator, ob mit einem Zwischen kammersystem ausgestattet oder nicht, angelegt werden kann.
Die obigen bevorzugten Ausführungsformen haben die Anbringung der Zwischenkammer an hoch entwickelten Gasanalysatoren dargestellt, um die momentan erzielbare ultimative Genauigkeit und Empfindlichkeit bereitzustellen. In den folgenden 32 bis 36 werden einfachere bevorzugte Ausführungsform der Atemanalysatoren gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, die weniger ausgeklügelte Zwischenkammersysteme verwenden. Diese Ausführungsformen könnten für die Verwendung als billige Patientennahen Analysatoren für den allgemeinen Gebrauch geeignet sein, und das Einschließen der Zwischenkammersysteme gemäß dieser bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlaubt eine Verbesserung der Genauigkeit, die auch an diesen "Einsteiger"-Geräten erreicht wird.
Die 32 bis 34 zeigen verschiedene bevorzugte Ausführungsformen von eine Atemeinlassvorrichtung einschließenden mechanischen Rückschlagventil-Aufbauten, die sich bei vorbestimmten Luftströmungen öffnen, so dass vorab ausgewählte Teile oder der gesamte exhalierte Atem des Patienten in der Zwischenkammer gesammelt wird.
32 zeigt einen mechanischen Rückschlagventil-Aufbau 500, der einen Behälter mit konstantem Volumen 502 einschließt, um eine konstante Abtast-Strömungsrate bereitzustellen. Der Patient steckt ein Mundstück 504 in seinen Mund und atmet normal in die Vorrichtung. Die inhalierte Luft wird mittels des Rückschlagventils 506 eingesaugt. Exhalierte Luft dringt in den Körper der Atemeinlassvorrichtung und schließt das Eingabe-Rückschlagventil 506, so dass die exhalierte Luft in der Eingabekammer 508 enthalten ist. Dieses Gas dringt durch das Filterelement 516, dessen Funktion es ist, die Luft zu säubern, jede aus den einzelnen Atem entstehende Pulsation zu glätten und die exhalierte Luft im gesamten Außenvolumen 502 zu verteilen. Ein Restriktorventil R1 514 wird verwendet, um den im Rückschlagventil 510 erlaubten Gasströmungpegel einzustellen. Dieser äußere Teil des Behälters wird mit einem weiteren Rückschlagventil 520 ausgestattet, das sich öffnet, sobald ein geringer Überdruck das Vorliegen des Probengases im Behälter anzeigt. Ein Restriktorventil R2 522 wird verwendet, um den im Rückschlagventil 520 erlaubten Gasströmungsgrad einzustellen. Die Strömungsrate durch R2 ist viel kleiner als die durch R1, so dass der größte Anteil des exhalierten Atems durch R1 nach außen geht und nur eine kleine Probe auf ihrem Weg heraus durch R2 in den Behälter geleitet wird.
Das Verhältnis der Restriktoren R2/R1, das als N (Umgehungsverhältnis) bekannt ist, bestimmt die Anzahl der Atmungen zum Füllen des Behälters. Solchermaßen ist z. B. für einen Behälter eines Volumens von 50 ml und einen ruhenden normaldurchschnittlichen Patienten mit einem Atemvolumen von 500 ml, wenn ein Umgebungsverhältnis von 100 gewählt wird, das Volumen eines jeden Atems, der in den Behälter dringt, 500/N, was 5 ml entspricht. Folglich werden für dieses spezielle Beispiel 10 Atmungen benötigt, um das gesamte Volumen des Behälters zu füllen. Die gesammelte Anzahl an Atmungen kann solchermaßen gemäß dem Patienten und dem durchgeführten Test mittels der Auswahl des Verhältnisses R1/R2 ausgewählt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird, wenn das Behältervolumen mit der vorbestimmten Anzahl an Atmungen gefüllt wurde, das Ventil 524 geöffnet und die im Behälter aus einem Mittelwert der Atmungen des Patienten akkumulierte Probe mithilfe einer Röhre 518 für die Analyse an die Analysatorkammer befördert. Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird das Ventil 524 kontinuierlich geöffnet, oder ist sogar gar nicht vorhanden, und die Vorrichtung wird als kontinuierliches Atem-Überwachungssystem verwendet.
33 zeigt eine weitere Zwischenkammer-Atemabtastvorrichtung, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betrieben ist. Dieser mechanische Rückschlagventil-Aufbau 530 ähnelt dem in 32 gezeigten, wenn man davon absieht, dass er einen Behälter mit einem veränderlichen Volumen 532 bereitstellt, um ein System für die Verwendung mit einer veränderlichen Abtast-Strömungsrate bereitzustellen. Der Behälter kann mit flexiblen Wänden 534 bereitgestellt werden, die sich während des Ausatmens und Einatmens ausdehnen und zusammenziehen. Die weiteren Details dieser Ausfüh rungsform sind wie in 32 gezeigt.
34 zeigt eine Doppelbehälter-Zwischenkammer-Atemabtastvorrichtung, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betrieben wird. Dieser mechanische Rückschlagventil-Aufbau 530 ähnelt dem in 32 gezeigten; jedoch hat der starre Behälter keine Auslassröhre, um das akkumulierte gemittelte Gas an die Analysekammer zu befördern. Stattdessen führt das Behälterausgabe-Rückschlagventil 540 das akkumulierte Gas in einen zweiten Behälter 542, der, wie der in 33, flexible Seiten hat. Der Fluss des Gases in den zweiten Behälter wird durch die durch den Restriktor R2 544 aus dem zweiten Behälter herausgehende Fließrate geregelt. Wenn der zweite Behälter voll ist, wird sein akkumuliertes Gas, wie in den vorherigen Ausführungsformen, durch Öffnen des Ventils 518 an die Analysekammer ausgegeben. Die Vorteile dieses Doppelbehältersystems sind die, dass es zunächst möglich ist, als Hauptsammelbehälter wegwerfbare Standard-Sammelbeutel zu verwenden, und zweitens, dass der Hauptbehälter in das Gerät installiert werden kann, und zwar entfernt vom Patienten, so dass die Patienten-Schnittstellenvorrichtung viel kompakter wird.
35 zeigt noch eine andere Zwischenkammer-Atemabtastvorrichtung, die gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betrieben ist. Diese Ausführungsform eignet sich für die Verwendung mit der Nasenkanülen-Atemabtastung und verwendet einen Strömungsrichtungssensor wie beispielsweise einen piezoelektrischen Membransensor oder einen Dehnungsmesssensor oder einen ähnlichen Strömungsrichtungssensor. Diese Sensoren sind empfindlich und können deshalb sehr schwache Atemströmungen, wie sie bei der pediatrischen Kanülenabtastung normal sind, erfassen. Der Strömungsrichtungssensor 550 wird an den Nasenkanüleneinlässen 552 oder nahe daran angebracht und stellt ein elektronisches Wechselstromsignal 554 bereit, das proportional zur Strömungsrate des exhalierten Atems ist. Der von der Kanüle abgetastete Atem wird mithilfe der Pumpe 556 an das schaltbare Solenoid 558 gesogen. Die Stellung des Solenoids wird durch das Signal vom Strömungsrichtungssensor geregelt. Solange keine beträchtliche Ausatmungsströmung erfasst wird, wird das die Leitung aus der Kanüle herunterströmende Gas in den Raumbereich 562 ausgestoßen. Sobald der Strömungssenor die Strömung eines exhalierten Atems erfasst, die dem Anstieg der Atemwelle in Richtung des Plateaus entspricht, wird das Solenoid so geschaltet, dass der anschließende Atem für die Akkumulierung in die Zwischenkammer 560 geleitet wird. Wenn die Atemwelle vorüber ist, wird das Gas aus der Kanüle bis zum Antieg der nächsten Atemwellenfront wieder abgestoßen. Auf diese Weise wird die Zwischenkammer verwendet, um den Atem nur aus den Plateau-Bereichen des exhalierten Atems zu akkumulieren, was eine hohe CO₂-Konzentration gewährleistet. Wenn in der Zwischenkammer genügend Atmungen gesammelt wurde, wird das Solenoid 564 geschaltet, wodurch erlaubt wird, dass die gesammelte Atemprobe für die Messung an die Analysekammer des Geräts fließt. Das Solenoid 565 wird verwendet, um den Behälter 560, falls nötig, schnell zu entlüften, indem die flexiblen Wände mit dem zur Atmosphäre hin offenen Magnetventil 565 zusammengezogen werden.
36 zeigt eine weitere Zwischenkammer-Atemabtastvorrichtung, die gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut und betrieben ist. Diese Ausführungsform eignet sich wie die in 35 gezeigte für die Verwendung mit der Nasenkanülen-Atemabtastung, untescheidet sich jedoch darin von ihr, dass diese Ausführungsform, anstatt einen empfindlichen Strömungsrichtungssensor zu verwenden, um den Anstieg der Atemwelle zu erfassen, einen Differentialdrucksensor wie beispielsweise einen Thermoanemometer verwendet. Die Bestandteile des Zwischenkammersystems sind mit denen in 35 identisch, wenn man davon absieht, dass das Steuersignal an das Atemabtastungs-Solenoid 558 von einem Differentialdrucksensor 570 bereitgestellt wird, der die leichten Änderungen erfasst, die in der Nasenkanülenströmung auftreten, wenn der Patient atmet. Es gibt, verglichen mit einem Strömungsrichtungssenor, eine Reihe an Vorteilen, wenn man einen echten Strömungsratensensor verwendet, wie er durch die Verwendung des Differentialdrucksensors dieser Ausführungsform ermöglicht wird. Als erstes wird das elektrische Signal stabiler gemacht, vor allem bei hohen oder nicht stabilen Atmungsratenanwendungen wie beispielsweise die für eine Neu geburt-Verwendung. Zweitens ist es möglich, die Teile der Atemwelle genauer zu bestimmen und die spezifischen Teile der exhalierten Atemproben für die Akkumulierung im Zwischenkammersystem zu selektieren. Schließlich ermöglicht die Verwendung eines Differentialdrucksensors, dass das vergleichsweise teurere Sensormesselement vom Atemabtastungselement getrennt wird. Das Sensorelement kann solchermaßen in das Gerät selbst installiert und mithilfe einer billigen, wegwerfbaren Abtaströhre, die an der Nasenkanüle befestigt ist, mit dem Patienten verbunden werden.
Die Fachleute auf dem Gebiet werden würdigen, dass die vorliegende Erfindung nicht dadurch eingeschränkt wird, was hier oben speziell gezeigt und beschrieben wurde. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird viel eher durch die Ansprüche definiert.

Claims

Isotopengasanalysator zur Bestimmung des Verhältnisses von mindestens einer ersten und einer zweiten Isotopenkomponente eines Gases, umfassend: mindestens eine wellenlängenstabile Strahlungsquelle (49, 142) mit charakteristischen Wellenlängen von mindestens einer genannter mindestens erster und zweiter Isotopenkomponenten; mindestens einen genannte Strahlung detektierenden Detektor (16); mindestens einen ersten Probenraum (44) mit einer Probe von genanntem zu analysierenden Gas und mindestens einen ersten Vergleichsraum (41), wobei die Transmission durch jeden genannter erster Räume bei charakteristischen Wellenlängen genannter erster Isotopenkomponente genannten Gases detektiert wird; und mindestens einen zweiten Probenraum (45) mit einer Probe von genanntem zu analysierenden Gas und mindestens einem zweiten Vergleichsraum (42), wobei die Transmission durch jeden genannter zweiter Räume bei charakteristischen Wellenlängen genannter zweiter Isotopenkomponente genannten Gases detektiert wird; worin jeder genannter Vergleichsräume (41, 42) ein Vergleichsgas mit genannten ersten und zweiten Isotopenkomponenten enthält und genannter mindestens einer Detektor (16) genannte Transmission genannter Strahlung durch genannte Räume bei charakteristischen Wellenlängen genannter erster Isotopenkomponente genannten Gases und genannter zweiter Isotopenkomponente genannten Gases delektiert.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass genannter mindestens einer Detektor ein einziger Detektor ist.
Isotopengasanalysator nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass genannter mindestens einer Detektor genannte Transmission durch genannte Räume simultan bei charakteristischen Wellenlängen genannter erster Isotopenkomponente genannten Gases und genannter zweiter Isotopenkomponente genannten Gases delektiert.
Isotopengasanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass genannte mindestens eine wellenlängenstabile Strahlungsquelle mindestens zwei wellenlängenstabile Strahlungsquellen, jede mit charakteristischen Wellenlängen von mindestens einer Isotopenkomponente genannten Gases, umfasst.
Isotopengasanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass genannte mindestens eine wellenlängenstabile Strahlungsquelle eine wellenlängenstabile Quelle mit charakteristischen Wellenlängen von mindestens genannten ersten und zweiten Isotopenkomponenten genannten Gases ist.
Isotopengasanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass genannte mindestens eine wellenlängenstabile Quelle mindestens eine Gasentladungslampe ist.
Isotopengasanalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Umgebungsbedingungen von genannter Probe genannten Gases und genannten Vergleichsgases dieselbe ist.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass genanntes Vergleichsgas mindestens Teil einer Probe genannten Gases umfasst.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass genanntes Vergleichsgas ein Gemisch ist, das mindestens eine genannter Isotopenkomponenten bei einem bekannten Druck und bekannter Konzentration enthält.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass genannte mindestens zwei wellenlängenstabile Strahlungsquellen mit jeweiligen mindestens ersten und zweiten unterschiedlichen Zeitablaufcharakteristiken arbeiten, wobei genannter Analysator auch eine Detektionsdifferenzierschaltung umfasst, die eine Ausgabe von genanntem mindestens einen Detektor empfängt und Ausgaben, die genannten mindestens zwei wellenlängenstabilen Quellen entsprechen, auf der Grundlage genannter erster und zweiter unterschiedlicher Zeitablaufcharakteristiken unterscheidet.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass genannte mindestens erste und zweite unterschiedliche Zeitablaufcharakteristiken erste und zweite Frequenzen sind.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass genannte mindestens erste und zweite unterschiedliche Zeitablaufcharakteristiken erste und zweite Phasen sind.
Isotopengasanalysator nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass genannter mindestens einer Detektor ein einziger Detektor ist, der Ausgaben von genannten mindestens zwei wellenlängenstabilen Quellen sieht.
Isotopengasanalysator nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass genannter mindestens einer Detektor zwei Detektoren umfasst, wobei jeder eine genannter mindestens zwei wellenlängenstabilen Strahlungsquellen sieht.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass genannter mindestens einer Detektor zwei Detektoren umfasst und dass einer genannter zwei Detektoren Absorptionssignalausgaben von genannten mindestens zwei wellenlängenstabilen Quellen sieht und der andere genannter zwei Detektoren Nullkalibriersignale von genannten mindestens zwei wellenlängenstabilen Quellen sieht.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass genannte Detektionsdifferenzierschaltung erste und zweite synchronisierte Signalprozessoren umfasst.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass genannte mindestens eine Gasentladungslampe entweder eine einzige Gasentladungslampe ist, die genannte mindestens eine erste und eine zweite Isotopenkomponente eines Gases enthält, oder zwei Gasentladungslampen ist, die jeweils genannte mindestens eine erste Isotopenkomponente und genannte mindestens eine zweite Isotopenkomponente eines Gases enthalten.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 1, ferner umfassend: mindestens erste und zweite Filter, wobei jeder einem Teil von jeweiligen ersten und zweiten Spektren genannter mindestens erster und zweiter Isotopenkomponenten eines Gases entspricht, wobei genannte Filter zwischen genannter mindestens einen wellenlängenstabilen Strahlungsquelle und genanntem mindestens einen Detektor angeordnet sind; und eine Detektionsdifferenzierschaltung, die mit genanntem Detektor zum Unterschieden von Detektorausgaben, die genannten ersten und zweiten Spektren entsprechen, zusammenwirkt.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass genannte Detektionsdifferenzierschaltung mindestens einen Lichtmodulator umfasst, der Licht, das durch mindestens einen genannter erster und zweiter Filter geht, entsprechend einer bekannten Zeitsteuersequenz moduliert.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass genannter Lichtmodulator mindestens eins von einem Chopper und einem räumlichen Lichtmodulator ist.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass genannter mindestens einer Lichtmodulator mit jeweiligen ersten und zweiten unterschiedlichen Zeitsteuercharakteristiken betrieben wird und dass genannte Detektionsdifferenzierschaltung auch einen Detektorausgabediskriminator umfasst, der eine Ausgabe von genanntem Detektor empfängt und Ausgaben, die genannten ersten und zweiten Anregungsgasen entsprechen, auf der Grundlage genannter erster und zweiter unterschiedlicher Zeitsteuercharakteristiken unterscheidet.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass genannte erste und zweite unterschiedliche Zeitsteuercharakteristiken erste und zweite Frequenzen sind.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass genannte erste und zweite unterschiedliche Zeitsteuercharakteristiken erste und zweite Phasen sind.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass genannte Detektionsdifferenzierschaltung erste und zweite synchronisierte Signalprozessoren umfasst.
Isotopengasanalysator nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass genannte Filter mindestens einer von optischen und gasförmigen Filtern sind.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass genannte mindestens erste und zweite Anregungsgase überlappende Spektralbereiche einschließlich mindestens einiger ineinander greifender Spektrallinien aufweisen und er auch eine Gasgehaltanzeige umfasst, die eine Ausgabe von genanntem mindestens einen Detektor empfängt und Information benutzt, die von genanntem mindestens einen Detektor von mindestens zwei genannter mindestens einiger ineinander greifender Spektrallinien detektiert ist.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass genanntes zu analysierendes Gas auf einem Druck unter Atmosphärendruck gehalten wird.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 26, ferner umfassend Filter zum Trennen von nicht überlappenden Spektralbereichen, die mindestens einige ineinander greifende Spektrallinien enthalten.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 1, ferner umfassend osmotische Mittel zum Erzielen im wesentlichen derselben Isotopenkonzentration in genannter Gasprobe und genanntem Vergleichsgas.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 1, ferner umfassend Pumpmittel zum Erzielen von im wesentlichen derselben Isotopenkonzentration in genannter Gasprobe und genanntem Vergleichsgas.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 1, ferner umfassend mechanische Mittel zur Änderung der Länge von mindestens einem genannter Probenräume und Vergleichsräume zum Erzielen im wesentlichen derselben Isotopenabsorption in genannter Gasprobe und genanntem Vergleichsgas.
Isotopengasanalysator nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass genanntes analysiertes Gas ausgeatmete Luft ist.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass genannte ausgeatmete Luft mittels einer Anschlußnasenkanüle kontinuierlich entnommen wird.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgeatmete Luft mittels einer Atemröhre kontinuierlich entnommen wird.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein ausgewählter Teil genannter ausgeatmeter Luft für genannte Analyse verwendet wird.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 32, ferner umfassend: einen Zwischenraum zum Sammeln einer Vielzahl von Atemzügen von mindestens einem Teil genannter ausgeatmeter Luft; und ein Pumpsystem zum Leiten mindestens eines Teils des Inhalts genannten Zwischenraumes in genannten Analysator.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass genannter Zwischenraum Mittel zum Reduzieren eines Volumens und Austreiben von Inhalten bei Aufrechterhaltung von im wesentlichen konstantem Druck aufweist.
Isotopengasanalysator nach Anspruch 19, ferner umfassend einen Nullkalibrierkanal und dass genannte Lichtmodulation auch fähig ist, Licht zu modulieren, das durch mindestens einen von genannten Probenräumen, genannten Vergleichsräumen und genanntem Nullkalibrierkanal hindurchgelassen ist.
Isotopengasanalysator nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Strahlhomogenisiereinrichtung zum Kompensieren von Inhomogentitäten in einem optischen Weg.
Isotopengasanalysator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spektralbereiche der interessierenden Isotope nicht überlappen.
Isotopengasanalysator nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Array mit Detektoren, die mindestens einen von genannten Probenräumen, genannten Vergleichsräumen und einem Nullkalibrierkanal überwachen.
Isotopengasanalysator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genannte Probenräume pneumatisch miteinander verbunden sind.
Isotopengasanalysator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genannte Vergleichsräume pneumatisch miteinander verbunden sind.
Isotopengasanalysator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genannte Probenräume thermisch verbunden sind.
Isotopengasanalysator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genannte Vergleichsräume thermisch verbunden sind.
Isotopengasanalysator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genannte erste und genannte zweite Isotopenkomponenten genannten Gases ein Gebiet mit spektraler Überlappung aufweisen und dass er auch ein System zum Absenken des Druckes genannter Gasprobe umfasst, so dass eine Absorptionsmessung in genanntem Gebiet mit spektraler Überlappung unter Bedingungen mit niedrigerem Probengasdruck durchgeführt wird.
Isotopengasanalysator nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genannte Gasprobe in genanntem ersten Probenraum und genannte Gasprobe in genanntem zweiten Probenraum dieselbe Zusammensetzung aufweisen.