JP2001516015A - リアルタイムガス解析のための方法及び装置 - Google Patents

リアルタイムガス解析のための方法及び装置

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エム． ドルゼウィーキー，タデウスズ
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メタセンサーズ，インコーポレイティド
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Abstract

(57)【要約】 リアルタイムガス解析のための方法及び装置であって、混合物の性質を測定し、そして個々のガス濃度を混合物の測定された性質に関連させる一連の式を解くことによって既知の構成成分の混合物における流体構成成分の個々の濃度を決定する方法及び装置。混合物中の４種類のガスの個々の濃度は、混合物を流量計、毛管、オリフィス、及びソニック発振器に通し、これらのセンサーから得られる温度、圧力、及び音響振動数の測定値を変換し、混合物の密度、粘度、及び比熱を決定し、それぞれがこれら３つの性質を個々のガス濃度に関連させる３つの方程式を作り、そしてこれら３つの方程式と、濃度の合計が単位量になることを必要とする構造方程式とを解いて、４種類の未知の個々のガス濃度を求める。１つの発振器はセンサー（例えば、流量計、音響速度計）及びオリフィスの両方として機能してもよい。処理ソフトウェアを変更するだけで、同じセンサーとそれに付随するものを使用して、素生が未知であってそれ自体は純粋な形又は他のガスとの混合物の形で供給される未知のガスの素生を、確認又は同定することができる。混合物中のガスの素生が既知である場合、ガス混合物全体のＮ−１個の性質を測定することによって、Ｍ種類のガスの濃度を測定する既存のセンサー装置の能力に、Ｎ種類の追加のガスの濃度を測定する能力を加えることができる。同様に、処理ソフトウェアを変更するだけで、同じセンサーを使用して、任意の組み合わせのガス混合物を解析することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 ［１．発明の分野］ 本発明は、好ましい態様ではフルイディクスセンサーを使用して、所定数の流
体の任意の混合物における個々の流体構成成分の濃度をリアルタイムで測定する
一般的な方法及び装置に関する。更に本発明は、ガス混合物中の１種のガス又は
未知のガスの素生及び／又は純度を決定又は確認する方法及び装置に関する。
【０００２】 ［２．従来技術の説明］ 混合物中のガスの相対濃度の決定は、長年にわたって多くの発明及び熱心な研
究の対象である。特に、有害、有毒、又は危険なガスが存在する場合、そのよう
なガスの量を知って、潜在的な危険がある領域にいる人に警告することは重要で
ある。医療的な臨床においては、呼吸ガスの濃度の認識は患者の代謝に関する状
態を知るために重要である。特に、酸素と二酸化炭素の相対的及び絶対的な量は
、呼吸機能と並んで酸素の代謝に関する情報を提供する。手術室の環境では、麻
酔学専門医は麻酔ガスを注意深く投与し、それによって代謝機能を注意深く扱わ
なくてはならない。また麻酔学専門医は、提供する麻酔剤の絶対量が過剰になる
又は不足することを避けるようにしなければならない。麻酔剤の絶対量が不足す
ると、手術中に患者が覚醒してしまう。また、複数の異なる種類の有効な麻酔剤
を投与しなくてはならない場合、麻酔剤の量が過剰になるのを避けるために、麻
酔剤の正味の量を監視する必要がある。
【０００３】 多成分医療ガス監視装置（ＭＭＧＭ）は、麻酔剤の投与の間及び投与の直後に
吸い込んだ及び吐き出した（換気後の）、麻酔ガスを含む呼吸ガスを連続的にサ
ンプリングして測定しなければならない。過剰な麻酔剤及び／又は酸素の不足は
脳への損傷又は死をもたらすことがあり、また麻酔剤の不足は不十分な麻酔作用
とそれによる覚醒をもたらすので、これらの監視装置は必要である。これらの監
視装置の最近の開発は、多くの麻酔学及び生体工学の文献に示されている。これ
らの装置の原理と用途に関する完全で具体的な情報については、いくつかの最近
の文献（例えば、Ｌａｋｅ、Ｃｌｉｎｉｃａｌ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ、ＷＢ
Ｓａｕｎｄｅｒｓ Ｃｏ．、ｐ．４７９〜４９８（第８章）（１９９０年）を参
照、この文献はここで参照することによりその全てを本明細書の記載に含める）
、製造者による及び商的な出版物（例えば、ＥＣＲＩ、「Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｍ
ｅｄｉｃａｌ Ｇａｓ Ｍｏｎｉｔｏｒｓ，Ｒｅｓｐｉｒｅｄ／Ａｎｅｓｔｈｅ
ｔｉｃ」（１９８３年８月）を参照、この文献はここで参照することによりその
全てを本明細書の記載に含める）、及びこの装置及びこの原理、操作の方法及び
技術を説明している多くの麻酔学の文献が参照される。
【０００４】 医療ガス監視は、患者の生理学的な状態に関する情報を臨床家に提供し、適当
な濃度の送出ガスが投与されることを確実にし、且つガス輸送系の装置の故障又
は異常を警告する。これらの監視装置は、吸い込んだ及び吐き出したガスの濃度
を表示し、酸素（Ｏ2 ）、二酸化炭素（ＣＯ2 ）、亜酸化窒素（Ｎ2 Ｏ）、又は
麻酔剤の濃度が所望とされる所定値の範囲外になったときに、警報を発して臨床
家に知らせることができる。
【０００５】 ほとんどのＭＭＧＭは測流を監視しており、ここではガス試料を細く長い管を
通して呼吸回路から吸い出す。ウォータートラップ、乾燥剤、及び／又はフィル
ターを使用して、ガス試料が解析容器に達する前に、この試料から水蒸気及び凝
縮物を除去することができる。ガス試料は、調整可能な又は固定された流量、典
型的に５０〜２５０ｍｌ／分の流量で監視装置に吸入する。比較的少ない流量は
、呼吸回路、従って患者の換気容積から抜き取るガスの量を最小化するが、比較
的少ないサンプリング流量は反応時間を長くし、また典型的に従来の測定の精度
を低下させる。これらのガス監視装置は、排気ガスを排出系に通して排気し、又
はある種のガス成分を患者の呼吸回路に戻す。
【０００６】 一般的に使用されている麻酔ガスの監視のための方法及び技術にはいくつかの
種類がある。これらの方法及び技術を以下に簡単に示して、それらに固有の利点
と欠点とを要約する。麻酔の間に患者の呼吸回路の麻酔ガス及び呼吸ガスの濃度
を測定することができる単独のガス監視装置と複数の手術室のガス監視装置の両
方に関する簡単な比較を行う。これらの監視装置の多くの調査及び開発は、従来
の解析化学分野の同様な検知原理に従うものであった。
【０００７】 化学的に異なる物質を測定するので、ＭＭＧＭは通常、複数の解析方法を組み
合わせている。おおくのＭＭＧＭはハロゲン化された麻酔ガス、ＣＯ2 、及びＮ 2 Ｏの濃度を、非分散型赤外線（ＩＲ）吸収技術を使用して測定するが、封入さ
れたガスにパルス光エネルギーを与えたときに発生する音に基づく光音響分光計
（ｐｈｏｔｏａｃｏｕｓｔｉｃ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を使用するものも
存在する。他のＭＭＧＭは、圧電法を使用して麻酔剤濃度を測定する。電気化学
的（すなわち、ガルヴァニック）燃料電池及び／又は常磁性センサーは典型的に
、主にそれらの性能特性のために、酸素濃度測定するために使用する。いくらか
のＭＭＧＭは組み込み式の又はモジュール型のパルス酸素メーターを具備して、
連続的な酸素の流れを監視しているが、ヘモグロビンは酸素及び一酸化炭素の両
方と結合し、また従来の１波長パルス酸素メーターこれら２種類を識別すること
ができないので、酸素及び一酸化炭素の存在の不確定性に関する大きな問題が存
在する。
【０００８】 調査の用途では、長年にわたって赤外線解析を使用して化合物を同定及び評価
してきた。比較的最近では、ＣＯ2 、Ｎ2 Ｏ、及びハロゲン化薬剤に関する呼吸
の監視のためにそれらを適用している。２つの容器を用いる非分散ＩＲ分光計は
、ＩＲエネルギーを高温発光するフィラメントから、試料容器と、この試料容器
と同じ形状である空気で満たした参照容器とに通す。それぞれのガスはいくつか
の波長で光を吸収するが、それぞれのガスに関して１つのみの吸収波長を選択し
てガス濃度を決定する。光は容器に通した後でフィルターにかけて、それぞれの
ガスに関して選択した波長のみを検知装置に送る。解析容器での光の吸収は、ガ
スの分圧（例えば、濃度）に比例している。ハロタン、エンフルラン、イソフル
ラン、及び他の関係する有効な麻酔剤を検知するために、多くの製造業者は３．
３μｍ付近の波長を使用する。この波長では、水素−炭素結合によって光が吸収
される。ハロゲン化薬剤を同定してその量を測定するある種の監視装置では、解
析装置は、流路が１つであり、４つの波長のＩＲフィルター光度計を持つ。この
監視装置では、４つのフィルター（すなわち、それぞれの麻酔剤のために１つ、
また１つは比較のための基準を与える）のそれぞれは特定の波長のＩＲエネルギ
ーを通し、またそれぞれのガスが選択された波長帯のことなるものを吸収する。
他の監視装置においては、３つの異なる波長の光で有効な麻酔剤の吸収度を測定
することによって、この麻酔剤を調べる。（Ｖｉｃｋｅｒｓ Ｍｅｄｉｃａｌ）
Ｄａｔｅｘ Ｃａｐｎｏｍａｃ多成分麻酔ガス解析装置は、赤外線照射の吸収に
基づいている。この装置は、ＣＯ2 、ＮＯ2 、及びＮ2 Ｏ、並びに麻酔剤蒸気の
濃度に関して、それぞれの呼吸での変化を正確に解析する（ＭｃＰｅａｋらの「
Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｍｕｌｔｉｇａｓ ａｎａｅｓｔｈｅｔｉｃ
ｍｏｎｉｔｏｒ：ｔｈｅ Ｄａｔｅｘ Ｃａｐｎｏｍａｃ」、Ａｎａｅｓｔｈ
ｅｓｉａ、４３巻、ｐ１０３５〜１０４１（１９９８年）を参照。この文献はこ
こで参照してその全てを本明細書の記載に含める）。これはＣＯ2 に関しては６
０呼吸／分まで、及びＯ2 に関しては３０呼吸／分までで正確であるが、Ｎ2 Ｏ
及び麻酔剤蒸気に関しては２０呼吸／分を超える頻度で精度が低下する。ＣＯ2 及びＮ2 Ｏに関して特化させるための狭い波長範囲のフィルターの使用は、同じ
波長帯で測定する麻酔剤蒸気の同定を比較的困難にする。Ｉｎｏｖ ３１００近
赤外線分光計監視装置は、麻酔及び手術の間の脳内酸素投与の監視装置として提
供されている。この監視装置に関して行われた研究は、この監視装置が広い光学
的分離を必要とし、また測定結果は分散した内側の動脈循環の測定結果というよ
りも外側の動脈の測定結果であることを示している（Ｈａｒｒｉｓらの「Ｎｅａ
ｒ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｉｎ ａｄｕｌｔｓ」、Ａ
ｎａｅｓｔｈｅｓｉａ、４８巻、ｐ．６９４〜６９６（１９９３年）を参照、こ
の文献はここで参照してその全てを本発明の記載に含める）。ほとんど全ての非
分散赤外線（ＮＤＩＲ）装置は起こりえるクロス感受性の被害を受け、それによ
って混合ガスが流れるときに過剰な較正及び補正を必要とする。特にＯ2 の存在
は大きな問題を示す。
【０００９】 光音響分光計は、光の照射の吸収によってガスが膨張するときに作られるエネ
ルギーを測定する。このエネルギーは、光源と測定容器の間の３つの同心円の絞
り部分を持つディスクを回転させることによってパルス状にする。もたらされた
音響圧の変動は２０〜２０，０００Ｈｚの頻度でもたらされ、これはマイクロフ
ォンで検知して電気信号に変換できる音をもたらす。それぞれのガス（例えば、
麻酔剤、ＣＯ2 、Ｎ2 Ｏ）は、際だった光音響効果を異なる波長の入射光エネル
ギーで示す。しかしながらこの方法は、ハロゲン化薬剤の存在を識別することが
できない。同様なマイクロフォンを使用して、常磁性酸素センサー（例えば、磁
性音響学）でパルス状の圧力変化を検知することができる。このマイクロフォン
は全ての４つのガスから変動する圧力を同時に検知して、４つの成分の信号をも
たらす。ＩＲ光音響技術を使用する監視装置が開発されており、これはＮ2 及び
水蒸気を除いて（これらが存在する場合はその精度に好ましくない影響を与える
）、一般的な呼吸されたガス／麻酔剤ガスの全ての量を測定することができる。
Ｂｒｕｅｌ＆Ｋｊａｅｒ Ｍｕｌｔｉｇａｓ Ｍｏｎｉｔｏｒ １３０４は、光
音響分光計を使用しており、またパルス酸素計を組み込んでいる。これにはＤａ
ｔａ Ｃａｐｎｏｍａｃを超えるいくらかの利点が存在する。なぜならば、これ
は全てのガスを検知するために同じマイクロフォンを使用し、ガス濃度をリアル
タイムの関係で表示するからである。ナフィオン（ｎａｆｉｏｎ）チューブでは
なくハイブリットサンプリングチューブを使用すると、精度がかなり低下するこ
とが見出され、これは水蒸気の除去を確実にするためにナフィオンサンプリング
チューブを使用する追加の費用を必要とすることを示している（ＭｃＰｅａｋら
の「Ａｎ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｒｕｅｌ ａｎｄ Ｋｊａ
ｅｒ ｍｏｎｉｔｏｒ １３０４」、Ａｎａｅｓｔｈｅｓｉａ、４７巻、ｐ．４
１〜４７（１９９２年）、この文献はここで参照することによって本明細書の記
載に含める）。
【００１０】 選択されたハロゲン化薬剤の濃度を測定するための圧電法も使用される。試料
をポンプ送出して２種類の結晶を有する容器に通す。これらの２種類の結晶は参
照結晶と第２の結晶であり、これらは親有機性の化合物でコーティングされてお
り麻酔剤ガスを吸着する。得られる質量の増加は、コーティングされた結晶の共
鳴頻度を試料中の麻酔ガスの濃度に正比例で変化させ、それによって、蒸気の割
合として表される電圧を発生させる。圧電に基づく１つの装置は、吸気と呼気を
識別して呼吸を検知する別個の非分散ＩＲセンサーと、サンプリングしたガスを
呼吸回路に戻す前に酸素濃度を測定する重ねガルヴァニック燃料電池とを具備し
ている。これらの装置も、存在することがある他のガスに対してクロス感受性を
示す。
【００１１】 質量分光計及びラマン分光計は、Ｎ2 及び場合によってはヘリウムを含む全て
の麻酔剤ガス及び呼吸ガスを測定及び同定することができる。麻酔剤ガス監視の
分野への質量分光計の適用は、全ての呼気ガス及び吸気ガスのリアルタイム測定
を可能にする。不幸にも、この装置のコスト及び複雑さは、複数の手術室におい
て時間で分けて共同使用するようにして使用することを必要とする。ラマン散乱
は初めは質量分光を改良するものとして報告されていた（Ｗｅｓｔｅｎｓｋｏｗ
らの「Ｃｌｉｎｉｃａｌ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｒａｍａｎ ｓｃ
ａｔｔｅｒｉｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｇａｓ ａｎａｌｙｚｅｒ」、Ａｎｅｓ
ｔｈｅｓｉｏｌｏｇｙ、７０巻、ｐ．３５０〜３５５（１９８９年）を参照、こ
の文献はここで参照することによりその全てを本明細書の記載に含める）。しか
しながら、この技術にはいくらかの例外が存在した（Ｓｅｖｅｒｉｎｇｈａｕｓ
らの「Ｍｕｌｔｉ−ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｒｏｏｍ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｗ
ｉｔｈ ｏｎｅ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ」、Ａｃｔａ Ａｎａｅ
ｓｔｈｅｓｉｏｌ Ｓｃａｎ［Ｓｕｐｐｌ］７０：１８６〜１８７（１９８７年
）、この文献はここで参照することによりその全てを本明細書の記載に含める）
。パルス酸素計を伴う（Ｏｈｍｅｄａ）Ｒａｓｃａｌ ＩＩ多成分ガス解析装置
は、レーザー光のラマン散乱を使用して、Ｏ2 、Ｎ2 、ＣＯ2 、Ｎ2 Ｏ、及び麻
酔剤ガスを同定及び定量化する。これは安定であり、さまざまな濃度でＮ2 及び
ＣＯ2 を含むガスを監視することができる。しかしながら、ハロタンの濃度はこ
れを循環させたときに低下し、また揮発性薬剤が１５％も増加しているので、解
析の間に揮発性薬剤のいくらかの破壊が起こっている可能性がある。ハードウェ
ア、ソフトウェア、及びレーザー光源の信頼性にはいくらかの問題があり（Ｌｏ
ｃｋｗｏｏｄらの「Ｔｈｅ Ｏｈｍｅｄａ Ｒａｓｃａｌｌ ＩＩ」、Ａｎａｅ
ｓｔｈｅｓｉａ、４９巻、ｐ４４〜５３（１９９４年）、この文献はここで参照
することによりその全てを本明細書の記載に含める）、最近ではこれらは他者に
言及されており、また頻繁で費用のかかる較正及び調節を必要とする。
【００１２】 医療ガス監視の他の手段には、酸素濃度を監視する特定の技術がある。Ｌａｋ
ｅによる上述の文献によって説明されたように、一般的に使用される酸素解析検
知装置はポーラログラフ分析法に基づいている。ガルヴァニック電池を使用する
他の解析装置では、半透過性の膜を通って酸素が拡散し、還元電極に達し、そし
て反応生成物としてもう１つの電極（例えば参照電極）に運ばれ、そこで電子を
遊離させる。この電池に酸素が拡散して電圧を発生させる速度は、膜を通して拡
散する酸素の分圧に正比例している。いくつかの要素が電池の出力及び寿命に影
響を与える。この電池の使用寿命の間、いくらかの水が酸化によって消費される
一方で、いくらかの水は電池に入る酸素と交換に拡散して失われて電極は水を失
い、そして最終的には取り替えを必要とする。
【００１３】 特に酸素濃度を測定するために、常磁性センサーを典型的に使用する。このセ
ンサーのデザインは、酸素の磁力に対する高い感受性（例えば、他のガスと比較
して）に基づいている。このセンサーは、対称的な２つの容器の電池を具備して
おり、それぞれの容器は試料ガス用のものと参照ガス（例えば空気）用のもので
ある。これらの電池は、差圧変換器又はマイクロフォンによって境界部で結合さ
れている。試料ガス及び参照ガスは、これらの容器にポンプ送出して通し、これ
らの容器を強力な磁場が包み込んで酸素分子に磁場を作用させて、電池の両面に
おいて差圧を発生させ、それによって酸素濃度に比例する電圧を変換器が発生す
るようにする。ほとんどの装置と同様に、この装置はコストのかかる頻繁な較正
を必要とし、それ自体コストがかかり、また適当な操作はある種の熟練者に依存
している。
【００１４】 表１は呼吸ガスを監視するための方法及び技術の概略を提供するものである（
この表はＥｉｓｅｎｋｒａｆｔらの「Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｇａｓｅｓ ｉｎ
ｔｈｅ Ａｎｅｓｔｈｅｓｉａ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ」、Ａｎｅ
ｓｔｈｅｓｉａ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ：Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐ
ｌｉｃａｔｉｏｎｓ、Ｍｏｓｂｙ−Ｙｅａｒ Ｂｏｏｋ、ｐ．２０１〜２２０（
１９９３年）より引用している、また、この文献はここで参照することによりそ
の全てを本発明の記載に含める）。
【００１５】
【表１】
【００１６】 ＭＭＧＭの背景及び重要性の再検討は、患者の安全性が最近の技術の進歩に基
づいておりまた更なる改良が必要とされていることを考慮しなければ完全ではな
い。明らかに、麻酔を行うことの特有の危険性は久しく理解されてきた。しかし
ながら非侵襲の呼吸ガス監視が広く利用できるようになり一般に使用されるよう
になったのは、ハーバード教育病院の麻酔部門が基本的な一連の監視基準を作っ
てからのことである。麻酔に関するハーバードメディカルスクールの基準は、 （１）麻酔薬剤の適用の安全性及び効果を確実にする能力、 （２）信頼性に直接つながる方法及び技術の単純さ、取得費用の安さ、設備、
操作、及び維持コストの安さ、 （３）必要な麻酔ガス、特にＣＯ2 、Ｏ2 、及び有効な麻酔ガス剤の相対的な
濃度監視の適当な精度、正確さ、及び安定性、並びに （４）麻酔を使用している間の呼吸に関して、ガスの相対的な濃度変化監視に
おける適当な反応時間及び許容できる遅れ、 を必要としている。
【００１７】 医療ミスの責任保険会社は、可能な限りパルス酸素測定及び呼吸後ＣＯ2 蒸気
圧監視を行うことを確約した麻酔医に対するリスク責任と保険料を低下させてい
る（Ｓｗｅｄｌｏｗの「Ｒｅｓｐｉｒａｔｏｒｙ Ｇａｓ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎ
ｇ」、Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｎ Ａｎｅｓｔｈｅｓｉａ、ｐ．２７〜５０、
Ｂｏｓｔｏｎ、Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ−Ｈｅｉｎｅｍａｎｎ、第３版、１９９
３年、この文献はここで参照することによってその全てを本明細書の記載に含め
る）。患者を更に安全にするための議論は続けられており、その方法及び技術が
改良されており、麻酔ガス監視に関する更なる知識を提供している。
【００１８】 安全性の考慮は、例えば空気（及びＮ2 ）が導入されたときに、呼吸回路の完
全性が失われた可能性を警告するのと並んで、空気塞栓を警告する窒素の存在を
検知することを必要とする。最も一般的に使用されている従来のガス監視装置の
大きな欠点は、それらがＮ2 を測定していないことである。上述の技術のうちの
１つ又はそれらの組み合わせを使用している現在のＭＭＧＭの大きな欠点は、そ
れらのコストが高いことである。更なる欠点は、これらのセンサーの多くが、あ
る特定のタイプのガス又は限られた数のガスのみの濃度を決定できることである
。
【００１９】 フルイディクスガス濃度センサーは、上述の技術を使用する装置に代わる低コ
ストの代替装置を提供する。しかしながら、発振器又はオリフィス−毛管の対の
既知のフルイディクスガス濃度センサーは、２以下のガスの混合物においてガス
の濃度を検知できるだけで、また最近になるまでは、低コストで十分な精度で圧
力測定ができず、装置を実際に作ることができなかった。
【００２０】 より特に、発振器又はオリフィス−キャピラリーの対の従来のフルイディスク
ガス濃度センサーは混合物中の２種類のガスの相対的な濃度を測定することに基
づいていた。ここで、発振器（例えば、Ｖｉｌｌａｒｒｏｅｌらの米国特許第３
７６５２２４号明細書に記載されているもの、この文献はここで参照することに
よってその全てを本明細書の記載に含める）の周波数は音速の関数、従ってガス
混合物の比熱の比の関数であり、またオリフィス−キャピラリーの対（例えば、
Ｖｉｌｌａｒｒｏｅｌらの米国特許第３７７１３４８号明細書に記載されている
もの、この文献はここで参照することによってその全てを本明細書の記載に含め
る）では、これら２つの接合部の圧力は混合物の密度及び粘度の関数である。こ
の多成分ガス解析は、別々に解析することができる複数の２成分ガス混合物に、
多成分ガス混合物を物理的又は化学的に分離することによってのみ行うことがで
きる。しかしながら、比較的少ない流量の試料流れをスクラバーの容積に通すこ
とによる非常に長い時間の遅れのために、複数のスクラバーの手段はリアルタイ
ムで行うことができない。従って、フルイディスクセンサーの手頃さにもかかわ
らず、それらをＭＭＧＭで一般に使用して、麻酔の投与の間に医療ガスの濃度を
測定することは行われていない。
【００２１】 医療分野でのガス解析の他の用途は、供給源から流れるガスの同定及び純度の
測定又は確認することである。酸素、亜酸化窒素、及び揮発性麻酔ガスのような
ガスは、供給源から手術室、集中治療室、及び病室の患者に供給する。例えば酸
素は、離れた箇所の酸素タンクから壁の出口を通して供給することが多い。麻酔
剤ガスは典型的に気化容器に貯蔵して、キャリアーガス（例えば酸素）によって
、供給する麻酔剤蒸気の量を調整するために使用する流量計を通して分配する。
麻酔装置は複数の揮発性麻酔薬剤を用いることがあり、これらの麻酔薬剤はそれ
ぞれが流量計を持つ別々の容器に入っている。供給源から正しいタイプのガスが
流れることを確実にするための注意は一般になされているが、正しくないガス又
は汚染されたガスが供給されることがある。例えば、亜酸化窒素のタンクが間違
って酸素の供給ラインに接続されること、又は麻酔剤の１種が間違って他のタイ
プの麻酔剤のラベルを付けられた麻酔剤容器に貯蔵されていることがある。更に
、ガスの純度が貯蔵と輸送の間に変化することがある。例えば、酸素供給ライン
が損傷を受け又は破損して、大気ガスがこの供給ラインに入り濃度が低下した酸
素と共に輸送されることがある。
【００２２】 供給箇所又は輸送の時点においてガスの純度及び同定を確認する既知のガス解
析装置の使用は、費用がかかり多くの場合において実施できない。例えば、病院
の全ての酸素ガス供給出口に従来のガス解析装置を組み込むことには法外な費用
がかかる。同様に、病院のそれぞれの麻酔ガス容器に従来のガス解析装置を組み
込むことも費用がかかる。また、従来のガス解析装置は定期的な較正を必要とし
、このことがそのようなガス解析装置を多数使用することを不可能にしている。
従って、メンテナンスが少なく、低コストのガス解析装置が、輸送の時点又は供
給箇所でガスの純度及び同定を確認するために必要とされている。
【００２３】 ［本発明の目的及び概略］ 従って、上述の理由及び本発明を完全に説明したときに明らかになる他の理由
より、本発明の目的は、２以上の流体の混合物中において気体と液体両方の流体
の濃度を測定することである。
【００２４】 本発明のもう１つの目的は、低コストで信頼可能なフルイディクス装置を使用
して従来のガス解析の解析能力を増大させ、それによって従来の手段では濃度を
測定することが難しいガスを含む多数のガスの濃度を測定できるようにする方法
及び装置を提供することである。
【００２５】 本発明の更なる目的は、非常に低いコストと高い信頼性を確実にするために、
低コストの電気的圧力及び温度センサーを組み合わせることができるフルイディ
クス装置を使用して、供給源から供給されるガス（単独又は組み合わせたガス）
の純度及び同定を確認することである。
【００２６】 本発明の更なる目的は、フルイディクス装置を、使用者の較正を必要としない
最少の可動機械部品で操作して、装置全体自身が実質的に無限に機能できるよう
にする。
【００２７】 本発明の更なる目的は、手術室での永続的な設置から住宅又は一時的な状況で
使用することができる携帯式の家庭用装置までの複数の利用様式を提供すること
である。
【００２８】 本発明の他の目的は、パーソナルコンピューター及び他の形式のマイクロプロ
セッサーに適合性があり容易に読み出すことができる様式で、ガス濃度の情報を
与える技術を提供することである。
【００２９】 本発明の他の目的は、ガス解析装置の消毒を単純化するために使用後に交換す
ることが手頃な費用で行える使い捨て式フルイディクスセンサーモジュールを提
供することである。
【００３０】 本発明の更に他の目的は、解析するガスに依存せずに、使用者が解析ソフトウ
ェアに与えるパラメータを変化させることによってのみ提供される特定の解析を
使用する一般的な感知機構を提供することである。
【００３１】 また本発明の更なる目的は、全て第１の物理原理（ｆｉｒｓｔ ｐｈｙｓｉｃ
ａｌ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ）からガス濃度を決定する手段を提供することによ
って、較正又は調節が必要ない装置を提供することである。
【００３２】 本発明によれば、Ｎ種類の流体の混合物における流体成分の個々の濃度は、混
合物の独立の性質を測定することによって、リアルタイムで測定することができ
る。特に、第１原理から得られるＮ個の方程式は、個々の流体の濃度を測定され
る混合物の性質に結び付け、これらの方程式を解くことによって混合物中の流体
のＮ個の未知の個々の濃度を得る。混合物のＮ−１個の性質はＮ−１個のセンサ
ーによって測定する。このセンサーは、コストの面からは好ましくはフルイディ
クスセンサーであるが、他の技術の装置を使用してもよい。Ｎ個の方程式のうち
のＮ−１個の方程式は測定された性質から作る。Ｎ番目の方程式は構造方程式で
あり、この方程式はＮ個の既知の構成成分の未知の濃度の合計が単位数（１）（
ｕｎｉｔｙ）に等しいことを必要とする。
【００３３】 １つの実験的な態様では、３種類の既知のガスの混合物中の３種類のガスの個
々の濃度は、混合物試料流れの周囲圧力、温度及び流量、並びに流量計発振器の
供給ノズルであることもあるオリフィス及び毛管での混合物試料流れの圧力降下
を測定することによって、測定することができる。試料流量は好ましくは、フル
イディクスフィードバック発振器に流れを通して、通過時間に比例する出口頻度
周期を測定することによって測定する。これらの測定から、混合物の密度及び粘
度を計算し、３種類の既知のガスの３つの濃度を、リアルタイムで３つの独立方
程式（すなわち、混合物の密度を濃度に関連させる方程式、混合物の粘度を濃度
に関連させる方程式、及び構造方程式）を解くことによって決定する。この３種
類のガスの解析装置は、呼吸された空気であって乾燥した空気（例えば、Ｏ2 、
ＣＯ2 、及び微量の大気不活性ガスを伴うＮ2 の疑似ガス）の監視に適当であり
、緊急治療、挿管措置の正当化、患者の輸送（例えば、治療施設間での輸送）、
及び自宅と外での患者の呼吸治療において呼吸の確認に使用することができる。
【００３４】 ソニック発振器を使用して混合物中での音の速度を付随的に測定することによ
って、混合物の比熱も測定することができる。混合物のこの追加の性質は個々の
ガスの濃度に関連させることができ、それによって追加の方程式を上述の３つの
独立方程式に加える。従って、４つの独立方程式をリアルタイムで解いて、４種
類の既知のガスの混合物中の４つのガスの未知の濃度を求めることができる。乾
燥した呼吸後の麻酔医療ガスに関しては、この４種類のガスの解析装置は５種類
のガスの濃度の測定のために有益である。特に、二酸化炭素と亜酸化窒素の密度
及び粘度は実際には識別不可能なので、この４つの独立方程式はＯ2 、Ｎ2 、揮
発性麻酔剤、及び組み合わされたＮ2 ＯとＣＯ2 の濃度に関して解くことができ
る。麻酔装置は呼吸後のガスからＣＯ2 を除去するので、Ｎ2 Ｏ及びＣＯ2 の個
々の濃度は、患者が吐き出したガス中のそれらのガスの組み合わせの濃度と患者
が吸入するガス中のそれらのガスの組み合わせの濃度（全てがＮ2 Ｏ）を比較す
ることによって測定することができ、これらのガス濃度の差がリアルタイムのＣ
Ｏ2 の濃度である。従って、５番目のガスは５番目の既知の条件、すなわち吸入
されるガスがＣＯ2 を含有していないという条件によって測定することができる
。ＣＯ2 のスクラバーが存在しない場合（例えば、メンテナンスの不足によって
）、ＣＯ2 は呼吸毎に増加するが、組み合わせたガスの最小値を観察していれば
、吸入されたガスと吐き出したガスとの比と並んで、全ＣＯ2 の値をまだ与える
。
【００３５】 好ましくは、発振器流量計、ソニック発振器、及び毛管は、１つの小さく薄い
プラスチックの積層体を有する使い捨て式センサーモジュールとして作る。適当
な箇所に（取り外し式の様式で）圧力及び温度センサーを取り付けることによっ
て、全ての必須の測定を行うことができる。発振器ノズルのいずれか１つはオリ
フィスとして機能するものでよく、それによって別のオリフィスの必要性をなく
す。使い捨て式センサーモジュールは、取り外し式接続部分を経由させて、取り
外し式変換器モジュールに取り付ける。この変換器モジュールは、混合物の特徴
を測定する変換器と増幅器、及び試料を引き込むための減圧管路を具備している
。
【００３６】 有利には、低コストのフルイディクスセンサーが、流量、密度、粘度、及びガ
ス混合物中での音の速度を測定する。低コストの微小電子機器（ＭＥＭＳ）に基
づく電気的圧力変換器、低コストの集積回路温度変換器、及び超低コスト圧電フ
ィルムマイクロフォンは、マイクロプロセッサーに電気的入力を与える。
【００３７】 ガス混合物の性質のフルイディクス測定は、比較的費用がかかる従来のセンサ
ーに変わる低コストの代替案を提供するが、本発明の原理（すなわち、混合物の
バルクの性質に関わるＮ個の方程式を解くことによって個々のガスの濃度を決定
すること）は、混合物全体の性質を測定する任意の装置を含むものに適用するこ
とができる。例えば、圧電誘発表面音響波（ＳＡＷ）装置は、音の速度及び密度
を測定するために使用されており、超音波装置は密度を測定することができ、ま
た電気化学装置は粘度を測定することができる。それらの相対的なコスト及び精
度の利点に依存して、これらの装置をフルイディクスセンサーの代わりに有利に
使用することができる。
【００３８】 本発明においては、Ｍ種類のガスの濃度を測定するための既存のセンサー装置
の能力は、混合物中のガスの素生が既知であるならばガスの種類に関わらず、ガ
ス混合物全体のＮ−１個の性質を測定することによって、Ｎ種類の追加のガス濃
度の測定にまで適用することができる。例えば、５種類のガスを測定することが
できる多くの既存の麻酔医療機器は、窒素、一酸化炭素、及びヘリウムの濃度を
測定することができない。本発明のフルイディクスセンサーによってそのような
５種類のガス用の監視装置を補強することによって、これらの追加のガスの濃度
を少ない追加の費用で測定することができる。
【００３９】 新しい麻酔薬剤を市場に投入するためには通常、新しいセンサーの開発、又は
少なくともハードウェアに追加の費用のかかる変更を行って新しい吸収波長の同
定をさせることが必要である。本発明の一般的なセンサーでは、新しい薬剤の物
理的な性質をソフトウェアにプログラムすることが必要なだけであり、ハードウ
ェアに変更を行う必要はない。
【００４０】 Ｎ種類のガスの個々の濃度を求めるためにＮ個の方程式を作って解くためには
典型的に、Ｎ種類のガスが既知であることと、これらのガスが固有の個々の性質
、例えば密度、粘度、及び比熱を知ることが必要である。しかしながら、本発明
のセンサー装置は、ガスの個々の濃度を測定するのと並んで、純粋な形又は他の
既知のガスとの混合物の形の未知のガスの同定の確認又は決定も行うこともでき
る。
【００４１】 本発明の１つの態様によれば、本発明のフルイディクスセンサーを使用して、
供給源から流れるガスの同定を確認又は決定することができる。特に、１種の未
知のガスの確認は、ガスのフルイディクス的な測定、例えば密度及び粘度の測定
を行って、測定された値を既知のガスの性質の値（例えば、調査表のガスの性質
の値）と比較することによって行うことができる。この未知のガスの同定は、測
定された値を既知のガスの値に対照させることによって確認又は決定することが
できる。
【００４２】 本発明の他の態様によれば、同じフルイディクス測定装置を使用して、未知の
濃度のＮ種類のガスの混合物中の１種類の未知のガスを同定を決定することがで
きる。ここでは、混合物中のＮ−１種類の他のガスの同定は既知である。未知の
ガスの同定のための１つの取り組みでは、ガス混合物のＮ個の性質を測定する。
すなわち、Ｎ−１個の性質を利用してＮ−１個の方程式を作り、これらの方程式
と構造方程式を合わせて解いて、Ｎ個の濃度を求める。ここで未知の構成成分の
性質は特定のガスの性質であると仮定する。この計算されたＮ個の濃度及び混合
物の測定されたＮ番目の性質の値を使用して、未知のガスのＮ番目の性質を計算
し、そしてそれを（濃度の計算のために）未知のガスであると仮定した既知のガ
スのＮ番目の性質と比較し、そしてこの比較において一致が得られるまで又は満
足に一致せずに全ての可能性のあるガスを比較し終わるまで、異なるガスについ
てこのプロセスを行う（すなわち、この異なるガスが未知のガスであると仮定し
てこのプロセスを行う）。正しくないガスでは一致しないので、この取り組みは
未知のガスの絶対的な同定を行う。
【００４３】 未知のガスの濃度が十分な他の取り組みでは、ガス混合物の（Ｎ個ではなく）
Ｎ−１個の性質のみを測定及び使用して、Ｎ−１個の方程式をもたらし、これら
の方程式を構造方程式と一緒に解いてＮ個の濃度を求める。ここでは、未知の成
分の性質は特定のガスの性質であると仮定している。未知のガスが正しいガス以
外のガスであると仮定した場合、これらの方程式の解は少なくとも１種のガスに
関して所定の予想される範囲を外れる濃度をもたらす。逆に、未知のガスの仮定
が正確である場合、これらの方程式の解は予想される範囲内の値で個々の濃度を
もたらす（すなわち、一致する）。一致がもたらされるまで又は全ての可能性の
あるガスを試し終わるまで、異なるガスについて（未知のガスであると仮定して
）このプロセスを行う。この取り組みは、失敗の確率を非常に少なくして未知の
ものの有望な確認を提供し、また、上述の取り組みに比べて、１つ少ない混合物
の性質を測定することを必要とする（又は１種類の追加のガスを含む混合物中の
未知のガスの同定を行うことができる）。
【００４４】 上述の全ての解析は、異なる用途に関して処理ソフトウェアを代えるだけで、
同じセンサーで行うことができる。混合物の性質の測定は、圧力、音の周波数、
及び温度を出力するフルイディクスセンサーで得られた測定値から計算すること
が好ましく、これらの測定値は、非常に小さく簡素で耐久性のある低コストの変
換器で電気的に変換することができる。更に、使用者によるセンサーの較正が必
要なく、それによって製造及び操作コストを更に減少させることができる。
【００４５】 本発明の上述の及び他の目的、特徴、及び利点は、定義、説明及び及び本発明
の特定の態様の説明図によって明らかになる。ここで図においては同様な参照番
号を使用して同様な部品を示している。これらの説明は本発明の特定の態様を示
しているが、これらには変更を行うことができ、またこのことはここで示される
説明に基づいて当業者には明らかである。
【００４６】 ［好ましい態様の説明］ 図１〜１３及び好ましい態様の以下の詳細な説明は、本発明の方法及び装置を
明らかにする。以下の説明は主に医療ガス解析に関するが、本発明はこの好まし
い態様に限定されず、他のガス解析の用途、例えば限定はしないが産業的なガス
の製造、大気の解析、汚染追跡、並びに化学薬剤及び生物薬剤の解析及び検知の
他の用途に適用することができる。また本発明は、混合物中のガスの数又はガス
がフルイディクスセンサーの対象になるかどうかによって限定されず、ガスの性
質はさまざまな低コストの電気的装置及びハイブリット電気フルイディクス装置
を使用して測定することができるので、本発明は、多数のガスの低コスト科学的
ガス解析に適用することができる。更に本発明は、ガスのみの解析に限定されな
い。これは、混合物の性質の十分な差が流体混合物の構成成分の濃度変化に起因
する限り、実質的に同様な方法及び装置を液流体混合物の解析にも適用できるこ
とによる。
【００４７】 本発明によれば、Ｎ種類の既知の流体の混合物における個々の流体構成成分の
濃度は、多くのセンサー装置を通って流れるこの混合物の特徴を測定し、測定さ
れたこの特徴からこの混合物のＮ−１種類の性質を決定し、混合物のＮ−１個の
性質を流体成分の個々の濃度に関連させるＮ−１個の方程式を作り、そしてこの
Ｎ−１個の方程式と構造方程式をリアルタイムで解いて流体成分の個々の濃度を
求めることによって、Ｎ種類の既知の流体の混合物における個々の流体構成成分
の濃度を決定する。
【００４８】 より特に、３種類の既知のガスの混合物における個々の構成成分ガスの濃度は
、フルイディクス的に混合物の任意の２つの独立した性質を測定することによっ
て決定する。例えば、混合物の密度及び粘度（又は粘度及び比熱、若しくは密度
及び比熱）を決定することによって、混合物の性質と未知の濃度との関係を表す
３つの独立した方程式を解いて、３種類のガスの混合物において３種類の既知の
ガスの３つの未知の濃度を決定することができる。
【００４９】 図１は、性質に依存しない流量計１、毛管２、及びオリフィス３を有するガス
濃度センサーの概略図である。このセンサーを使用して、３種類の既知のガスの
混合物においてガス成分の個々の濃度を決定することができる。混合物の粘度（
μ）及び密度（ρ）は、周囲圧力（Ｐatm ）、流量計１がフルイディクスフィー
ドバック発振器流量計であるときのこのフルイディクス流量計発振器の振動数（
ｆQ ）、毛管２での圧力降下（ΔＰC ）、及びオリフィス３での圧力降下（ΔＰ O ）を測定することによって、以下の式で決定することができる。
【数１】 ここで、ｂC 、ｈC 、及びＬC はそれぞれ長方形の断面を有する毛管２の幅、高
さ、及び長さ、また、ｂO 、ｈO 、及びＬO はそれぞれ長方形の断面を有するオ
リフィス３の幅、高さ、及び長さである。また、Ｑは流量計１を通る体積流量で
あり、ｂa 、ｈa 、及びＬa はそれぞれ発振器流量計１を通る幅、高さ、及び音
響学的経路長さである。また、γは比熱の混合比率であり、これは一定であると
仮定する。音響学的補正数（ｋa ρ1/2 ）が非常に小さく且つこの補正数の変化
も小さく、従って実際に識別可能な誤差をもたらさないのでこれば有効である。
３種類のガスの解析装置の態様では、比熱の比率は測定からは決定されず、見積
もらなければならない。例えば、呼吸ガス（麻酔剤を含有していない）では、比
熱の比率は約１．４であると見積もることができる。
【００５０】 圧力は任意の数の従来の電気的圧力変換器で測定することができるが、コスト
を低く維持するために、低コストの集積回路（ＩＣ）半導体ひずみ計圧力変換器
（ＭＥＭＳに基づく）が十分な動的範囲を有している、すなわち最少分析圧力が
最大測定圧力の約１／１０，０００〜１／４０，０００であるならば、この変換
器を使用することができる（これは最近、すなわち最近２年間で入手可能になっ
た）。この圧力測定は当然に、ガスの性質に関わらずに行うことができる。
【００５１】 式１〜３は３つの未知数（流量Ｑ、粘度μ、及び密度ρ）を含んでおり、従っ
てこれら３つの式はこれら未知数に関して解き、そして混合物の粘度μ及び密度
ρをそこから決定することができる。式１〜３は、特定の形状の流れ装置におけ
る混合物の特徴（すなわち、発振器における振動数、並びに毛管及びオリフィス
における圧力降下）と混合物の物理的な性質（すなわち、密度、粘度、及び流量
）の間の固有の関係を示していることを理解すべきである。これらの式はセンサ
ーの形状（例えば、長方形ではない断面）によって変化することは理解すべきで
ある。更に、比較的高次の項を用いて精度を比較的高めることができる。反対に
、潜在的な精度をいくらか犠牲にして、これらの式が１次の項のみを有するよう
にすることができる。例として上述の米国特許出願第６０／０５５，９８２号及
び同第６０／０６９，４２２号明細書の式（１）及び（２）を参照することがで
き、これらは比較的高次の項を含んでいない。これらの単純化された式では、オ
リフィスでの圧力降下は密度に比例し、流量の２乗に比例する（密度には関わり
がない）としており、また毛管での圧力降下は粘度及び流量に比例する（密度に
は関わりがない）としている。ここでは、流量は発振器の振動数に比例する（密
度及び比熱等のガスの性質には全く関わらない）としている。従って、密度及び
粘度（及び流量）は固有の関係に基づいて、発振器振動数並びにオリフィス及び
毛管の圧力降下から決定するので、本発明は、混合物の密度及び粘度又は任意の
他の性質を決定するいずれの特定の一連の式にも限定されないことが理解される
。
【００５２】 図２ａ及び図２ｂは、フルイディクス増幅器フィードバック発振器流量計の操
作を説明している。この流量計は、本発明の装置において流量計１として使用す
ることができる。図２ａを参照すると、混合物流れは供給ノズル１２を通して増
幅器５に入れて、負のフィードバックを使用してジェットを振動させる。フルイ
ディクス増幅器フィードバック発振器流量計５を使用する流体流れの通過時間の
測定は、多くの従来の発明で行われてきた（例えば、Ａｄａｍｓの米国特許第３
，６４０，１３３号明細書において行われている、この引用文献はここで参照す
ることによってその全てを本発明の記載に含める）。ここで、振動の周期は、フ
ルイディクス増幅器５の通過距離６をわたるガスの通過時間にほぼ比例している
。一般にこの周期は２つの部分から成っている。この２つの部分とは、入り口７
から出口８への流体流れの通過時間（通過時間６）、及びフィードバック管路９
を通って出口端から入り口に通る音響信号のフィードバック時間である。ベント
１０は流体流れを集めて、この流体を排出口又はこの装置では下流のオリフィス
又は毛管に送る。音響フィードバックに比べて流体通過時間を長くすると（すな
わち、音響フィードバック経路９を短くし、流速を遅くすると）、振動数は本質
的に通過時間のみに反比例し、従って流速又は流量に比例する。流体通過時間は
いずれのガスの性質にも依存していないので、振動数は密度及び粘度にほぼ独立
であり、振動周期のうちの通過時間で除算した通過距離とノズル面積との積であ
る流量のみに本質的に依存している。図２ｂは、振動サイクルの第２の半分を示
している。図３は、１つのそのような発振器での較正であり、この発振器ではフ
ィードバックは、アスペクト比が約２．１：１、ノズルの幅が１０ミル（０．２
５４ｍｍ）で標準の官用Ｃ／２フォーマット５１０２１フルイディクス増幅器を
有している。この較正も同様にガス（例えば、酸素又は二酸化炭素）に依存して
いない。事実、これは流体が水であっても同様である。振動数は、全てのガスに
おいて流量が１００ｍＬ／分に達するまで完全に１次的である。
【００５３】 厳密に言えば、上述の条件においても振動数は式（３）から理解されるように
、試料ガスの比熱の比率及び密度に少なくともいくらか依存している（音響フィ
ードバック時間に関して）ことに注意すべきである。従って、比熱の比率を厳密
に評価できる場合、流量を決定するために式（３）を使用することが望ましい。
しかしながら、比熱の比率測定せずまたこの値を評価することが難しい場合（例
えば、麻酔ガスが存在する場合）、流量がガスの性質に関わらずまた発振器振動
数に比例すると仮定すると、精度はいくら犠牲になるが、許容できる結果を提供
することができる。
【００５４】 構成成分ガスの体積濃度を決定するための方程式は、以下の段落において説明
するように作る。
【００５５】 ガス混合物の密度ρmix は濃度Ｃi と比密度ρi との積の和に等しく、以下の
保存の法則を適用して決定することができる。
【数２】
【００５６】 ガス混合物の粘度は、気体運動論の原理から決定する場合、個々のガス成分の
濃度に関連しており、混合物粘度と個々の濃度との関係によって示されるような
ものである（Ｇｏｌｕｂｅｖの「Ｖｉｓｃｏｓｉｔｉｅｓ ｏｆ Ｇａｓｓｅｓ
ａｎｄ Ｍｉｘｔｕｒｅｓ」、ＮＴＩＳ、資料ＴＴ７０−５００２２（１９７
０年）を参照、この文献はここで参照することによってその全てを本明細書の記
載に含める）。この関係は以下のようにして与えられる。
【数３】 またここで、ｋは構成成分の数、Ｍi は混合物のｉ番目の成分の既知の分子量で
ある。
【００５７】 ３種類のみのガスの混合物が対象となっている場合、構成成分の濃度に関する
３番目の方程式は構造方程式であり、これは全てのガス成分の体積濃度の合計が
単位量（１）になるとしている。
【数４】 得られる３つの代数方程式の系はリアルタイムで独自に解いて個々の濃度Ｃi を
求めることができる。マイクロプロセッサー又は他の計算機器（例えば、パーソ
ナルコンピューター等）に、この一連の方程式を解くようなプログラムを組み込
むことは容易である。
【００５８】 毛管及びオリフィスの感知の特徴は典型的に図４に示しており、操作室条件で
サンプリングする必要がある流れの量を最小化する様式を選択する（すなわち、
サンプリングする流れの量を５０〜６０ｍＬ／分、又は従来の赤外線装置でサン
プリングする量の半分以下にする）。
【００５９】 式（１）〜（６）はマイクロプロセッサー又はコンピューターにプログラムす
ることができ、ΔＰO 及びΔＰC に関する圧力変換器からの電圧データ、並びに
振動数−電圧（Ｆ／Ｖ）変換器の出力は、適当なアナログ−デジタル変換器を使
用して受け取ることができる。ここで、振動数−電圧（Ｆ／Ｖ）変換器は、例え
ばＢｕｒｒ−Ｂｒｏｗｎモノリシック振動数−電圧ＩＣチップであり、また振動
数−電圧変換器は流量計振動数ｆflowmeter に比例する電圧を提供する。加えて
、既知の構成成分の密度及び粘度の値（すなわち、式４及び５におけるρi 及び
μi ）は絶対圧及び温度に依存しているので、これら２つのパラメータも測定し
なければならず、これは、マイクロプロセッサーに提供しなければならない２つ
の追加の電圧をもたらす。得られる濃度はリアルタイムでコンピューターのＣＲ
Ｔ又はＬＣＤスクリーンに、別々のトレースの複数の色で、又は任意の他の便利
な様式でプロットすることができる。
【００６０】 監視装置において３種類のガスの解析を行うことができる流量計−毛管−オリ
フィスの構造を有するガス解析装置であって、呼吸ガス中のガス構成成分の濃度
を決定するガス解析装置の例を図５ａに示している。この監視装置は本質的に、
マイクロプロセッサーボード１３（例えば、独立型又はコンピューターに組み込
まれたもの）及び汎用フルイディクスガスセンサーを有している。ここでこの汎
用フルイディクスガスセンサーは、発振器流量計１４及びそれに続くオリフィス
１５及び毛管１６を具備するフルイディスク回路を有している。患者１７はフェ
イスマスク１８に向けて呼吸を行い、側流サンプリング口１９がフェイスマスク
１８の近くのガスをサンプリングする。試料ガスは乾燥剤２０を通す。この乾燥
剤２０は測定を邪魔することがある全ての水蒸気（これは第４のガスを構成して
いる）を除去する。発振器流量計１４に入る前の試料の周囲絶対圧力を、圧力セ
ンサー２１で測定し、その出力をマルチプレクサー２２及びアナログデジタル（
Ａ／Ｄ）変換器２３を経由させてマイクロプロセッサー１３に送る。マルチプレ
クサー２２はサンプルホールドレジスター２４を有しており、これはセンサーか
らマイクロプロセッサー１３に送るそれぞれの信号に対応している。
【００６１】 温度センサー２５は周囲ガス温度に比例する電圧を出力する。ここでこの出力
は電気的増幅器２６によって増幅して、マルチプレクサー２２及びＡ／Ｄ変換器
２３を経由させてマイクロプロセッサー１３に送る。個々のガスの密度及び粘度
は温度及び圧力の正確に知られた関数であり、従って測定された絶対圧力及び温
度を利用して、構成成分ガスの密度及び粘度を決定することができる。これらの
構成成分ガスの密度及び粘度は、ガスの濃度を決定するために必要である（式（
４）及び（５）を参照）。
【００６２】 試料流量は発振器流量計１４において測定する。一対の低コスト電気的マイク
ロフォン（図示せず）又は超低コスト圧電フィルムマイクロフォンは、それぞれ
のフィードバック枝部分で２つの１８０℃違なる相の振動圧力信号を受け取り、
そして（両方のマイクロフォンの相に存在する周囲ノイズを取り除くために）そ
れらを電気的に識別し、そして電気的増幅装置２７によって増幅する。この増幅
した周期的な信号は振動数−電圧（Ｆ／Ｖ）変換器２８に提供することができ、
流量に比例する電圧を、マルチプレクサー２２及びＡ／Ｄ変換器２３を経由させ
てマイクロプロセッサー１３に印可する。あるいは、高周波数のコンピューター
は、マイクロプロセッサーで直接に振動数を読むことができる。
【００６３】 流れは流量計１４を出て毛管抵抗器１６に入る。毛管の両端口２９及び３０で
の圧力は、差圧変換器３１、例えば低コスト微小電子機器装置（ＭＥＭＳ）に基
づく電子的圧力変換器（例えば、Ｄａｔａ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ＳＵＲＳ
ＥＮＳＥ変換器）に供給し、出力電圧をマルチプレクサー２２及びＡ／Ｄ変換器
２３を経由させてマイクロプロセッサー１３に送る。その後、流れはオリフィス
１５に通し、オリフィス１５の上流と下流の圧力を表すそれぞれの端部口での圧
力をもう１つの圧力変換器３２によって測定する。この変換器３２からの圧力は
、マルチプレクサー２２及びＡ／Ｄ変換器２３を経由させてマイクロプロセッサ
ー１３に送る。図５ａで示されている態様では、オリフィス１５下流の減圧源は
、センサー類を通る試料呼気に負圧を提供する。あるいは、十分な圧力を補償で
きる場合、患者の呼気圧力によってこの流れを回路に通すことができる（これは
呼吸が困難な患者又は自発呼吸をしていない患者に関しては常に可能というわけ
ではない）。
【００６４】 マイクロプロセッサー１３はディスプレイ（図示せず）、例えばＣＲＴを用い
ることができる。このディスプレイは３種類のガスの任意のもの又は全ての濃度
を表示することができ、また任意の所望の数値的な出力、例えば呼吸速度、濃度
の数値、及び任意の臨界値も合わせて表示することができる。随意に、このディ
スプレイは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）でもよく、この場合、装置は小さくバッ
テリーで操作する装置であって取り外し可能な使い捨て式センサーを伴う装置で
あり、このセンサーは患者のマスク又はチューブに取り付け可能な程度に十分に
小さい。これは、吐き出された二酸化炭素及び酸素を、装置が所望の箇所で調べ
ることを可能にする。メモリーを伴う電子機器の使用は、比較のために先のデー
タを呼び出すことを可能にする。また、マイクロプロセッサーをプログラムして
、緊急事態、例えば酸素の過剰又は不十分な代謝、呼吸速度の増加又は低下が起
こった場合に視覚的又は聴覚的な警報を提供し、また所望とされる任意の他の機
能を提供することができる。
【００６５】 この装置は、人為的な影響なしに構成成分ガスの個々の濃度のリアルタイムで
の出力を提供する。この装置の１００ミリ秒未満の反応時間は実際に十分に早く
、側流試料の量は新生児及び子供の正確な監視のために十分に少ない。
【００６６】 図５ａの態様は、さまざまな箇所、例えば自宅における自宅治療装置、又は屋
外で傷の手当をする救急車両等及び他の箇所における緊急医療装置で、患者の適
当な挿管を調べ及び換気を確認するために使用することができる。この場合、３
種類の呼吸ガスは酸素、二酸化炭素、及び既知の固定混合物であり、この既知の
固定混合物は窒素、アルゴン、及び他の微量ガスの混合物である。この窒素混合
物はその構成成分濃度を保っており、また代謝されることはない。この３種類の
ガスの監視装置は、人工呼吸器に依存している患者、呼吸が十分でない患者、又
は呼吸が困難な患者若しくは呼吸が困難になる危険がある患者に使用することが
できる。また、この監視装置は様々な箇所、例えば、救急車、病院、及び／又は
亜急性治療設備において、および施設間の患者の輸送で使用することができる。
【００６７】 図５ｂは、上述の処理工程（工程３３〜３９）の概略を示すフローチャートで
あり、この工程を使用して既知の３種類のガスの混合物における構成成分ガスの
それぞれの濃度を決定する。
【００６８】 更に他の態様では、流量計自身のノズルを別個のオリフィスの代わりに使用し
て、流量計ノズルでの圧力降下の測定が、同じ目的を達成するようにする。すな
わち、フルイディクス増幅器フィードバック発振器が、流量計及びオリフィスの
両方として機能する。
【００６９】 好ましくは、流量計、毛管、及びオリフィスは、使用後に廃棄する事ができる
プレート状のモジュール上に作り、汚染の可能性をなくし、またガス解析装置系
の滅菌を単純化する。図５ｃは、３種類のガスのためのモジュール状の呼吸監視
装置を示しており、この監視装置は使い捨て式センサーモジュール４０を利用し
ている。好ましくは、使い捨て式センサーモジュール４０は、フルイディクスセ
ンサーを有する小さく薄いプラスチックチップを具備している。この使い捨て式
センサーモジュール４０は、側流サンプリング口１９からサンプリングした呼吸
ガスを受け取る。チップ上の乾燥剤４１は、読み取り誤差をもたらすことがある
水蒸気を全て除去し、乾燥したガス混合物は流量計４２を通って流れ、そして実
質的に並列の一連の毛管４３を通る。この毛管は複数の並列な流路を有しており
、正確な製造を促進し（つまり、製造誤差を自己相殺し）、また抵抗を小さくし
て吸引の必要を最小化する。
【００７０】 使い捨て式センサーモジュール４０は、取り外し式インターフェイス４５によ
って、取り替え式変換器モジュール４４に接続する。取り替え式変換器モジュー
ル４４のコストは、現場での損傷又は感染性の流体によってかなりの汚染を受け
た場合に廃棄することが可能な程度に十分に低いものである。変換器モジュール
４４は、使い捨て式センサーモジュール４０のフルイディクス装置においてガス
混合物の温度及び圧力を測定するために必要な変換器を有する。取り外し式イン
ターフェイス４５は、温度及びマイクロフォンセンサーからの電気的な信号を運
び、圧力変換器をフルイディクスセンサーの適当な箇所に接続し、そして一連の
毛管４３から排出された試料流れを受け取る。変換器モジュール４４は、取り外
し式減圧管路及び電気的なワイヤー接続５５を経由して、低コストの廃棄可能な
電子機器モジュール５４に接続されている。この廃棄可能な（ｅｘｐｅｎｄａｂ
ｌｅ）電子機器のコストは十分に低く、それらは別個の予算を構成はしないが、
通常は永続的な部品である。
【００７１】 ガス試料は発振器流量計４２に入れる前に、変換器モジュール４４の絶対圧変
換器４６によって周囲圧力を測定する。変換器４６からの電圧は接続部５５を経
由させて、電子機器モジュール５４のマルチプレクサー５６のサンプルホールド
（ｓａｍｐｌｅ ａｎｄ ｈｏｌｄ）回路に送る。Ａ／Ｄ変換器５７は、マルチ
プレクサー５６のサンプルホールド回路が発生させたアナログ信号をデジタル信
号に変換して、このデジタル信号をマイクロプロセッサー５８に供給する。
【００７２】 温度センサーは周囲ガス温度に比例する電圧を提供し、出力信号を変換器モジ
ュール４４の電気的増幅器４７で増幅し、そして接続部５５を経由させてマルチ
プレクサー５６、Ａ／Ｄ変換器５７、及びマイクロプロセッサー５８に送る。
【００７３】 試料流量は発振器流量計４２で測定する。マイクロフォン４８は振動している
圧力信号を受け取り、この信号を変換器モジュールの電気的増幅器４９で増幅す
る。増幅器４９の出力信号は、接続部５５を経由させて、電子機器モジュール５
４の振動計数器５９に供給する。振動数計数器５９は、高周波数電子機器発振器
を使用することができ、これは増幅器４９からの振動数信号によってゲート制御
して、リアルタイムのデジタル振動数測定を行い、この測定結果をマイクロプロ
セッサー５８に提供する。この単純化された配置は有利には、振動数−電圧変換
器の必要をなくし、またその後の振動数信号のＡ／Ｄ変換の必要をなくす。流量
計４２を出る流れは、毛管入り口５０に入る。
【００７４】 図５ｃにおいて示される態様の例においては、発振器４２は流量計及びオリフ
ィスの両方として機能する。特に、変換器モジュール４４の差圧変換器５１は、
発振器流量計（オリフィス）４２での圧力降下を測定する。この測定は、流量計
発振器４２への入り口における増幅器ノズルの上流の圧力と、毛管入り口５０に
おける増幅器ベント領域の下流の圧力との差を測定することによる。圧力変換器
５１からの出力電圧は接続部５５を経由させて、電子機器モジュール５４のマル
チプレクサー５６、Ａ／Ｄ変換器５７、そしてマイクロプロセッサー５８に送る
。
【００７５】 並列毛管配置の構造及び操作をここで説明する。図５ｃにおいて示されている
ように、１つの毛管入り口５０及び１つの毛管出口５２は、複数の実質的に並列
の毛管４３によって接続されている。毛管入り口５０は、毛管４３の長手方向に
対して実質的に垂直方向に縦に延びており、それぞれの毛管４３は入り口５０の
１つの長手面から延びている。毛管入り口５０は流量計４２出口からの試料ガス
流れを受け取って、この流れを複数の毛管４３に分配する。毛管出口５２は毛管
４３の長手方向に対して実質的に垂直方向に縦に延びており、それぞれの毛管は
毛管出口５２の１つの長手面で終わっている。変換器モジュール４４の差圧変換
器５３は、全ての毛管での圧力降下を測定する。この測定は、毛管内の箇所にお
ける上流圧力と、毛管出口５２における下流圧力との差を測定することによって
行う。圧力変換器５３からの出力電圧は、接続部５５を経由させて、電子機器モ
ジュール５４のマルチプレクサー５６、Ａ／Ｄ変換器５７、そしてマイクロプロ
セッサー５８に送る。
【００７６】 並列毛管構造は多くの利点を提供する。特に、それぞれ独立の狭い毛管は比較
的流れの抵抗が大きく、これは、これらの毛管のうちの１つでの圧力降下の測定
を正確に行うのに好ましく、また入り口流れ効果を最小化する。しかしながら、
複数の毛管は比較的大きい全体の流量を維持することを可能にする。すなわち、
電気抵抗と同様な様式で、１つの毛管における流れの抵抗を比較的大きくする一
方で、全体の流れの抵抗を、並列配置の毛管によって有意に比較的小さくする。
これは全体としてかなり大きい流量を可能にする。
【００７７】 加えて、それぞれの流路内において流量を減少させることによって（従って、
レイノルズ数を減少させることによって）、並列毛管配置は、毛管内において流
れが完全に発達する前に非線形入り口効果が起こる長さを有意に減少させる。こ
の入り口効果を減少させることによって、流量に関係する正確な線形圧力測定の
ために必要とされる毛管の長さが減少する。
【００７８】 並列毛管は位置はまた、性能の反復性を単純化し、安価にし、また容易にする
。特に、粘度及び密度の計算おいて毛管の形状は特定の値（形状定数）であると
仮定しているので（式１を参照）、必要とされる製造許容誤差は圧力測定の必要
とされる精度の関数である。しかしながら、複数の毛管の配置のおいては、個々
の毛管の寸法における無作為の変化の影響は、毛管の数が増加するにつれて減少
する。例えば、公称幅が０．２５ｍｍの１つの毛管の場合、空気流れ抵抗の装置
間の差が有効数字５桁以下になるためには、製造誤差はナノメートルの範囲でな
ければならない。しかしながら、幅の偏差は無作為に起こるので、有意の数の毛
管を並列に使用すると、この偏差は相殺される傾向にある。例えば、２つの毛管
を並列に配置すると、製造誤差の影響が１０分の１になる。また、４つの毛管を
並列に配置すると、製造誤差の影響が更に１０分の１になり、８つの毛管を並列
に配置すると、製造誤差の影響がまた更に１０分の１になる。従って、図５ｃで
示されるように１１個の毛管を並列に使用することによって、寸法の偏差の影響
は３桁以上減少し、効果的なナノメートルの誤差（及びそれに関する製造の反復
可能性）を、実際にはマイクロメートル程度の誤差で提供する。このマイクロメ
ートル程度の誤差は、標準の誤差の製造方法、例えば精密射出成形によって達成
することができる。
【００７９】 上述の製造反復可能性は製造の間の個々の装置の識別の必要をなくし、また装
置の使用前又は使用中の使用者による較正の必要をなくすので、低コスト装置製
造の重要な面である。特に、上述の製造許容誤差は式（１）〜（３）で使用する
形状定数を、既知のアプリオリにすること、又は工場での製造の間に特徴付ける
ことができる。正確に知られた性質を持つ較正ガスであって、第１の標準まで追
跡可能であり且つ既知の関数の関係をデータにつきあわせることができる較正ガ
スを使用して、１つの装置の圧力−流量（Ｐ−Ｑ）特性を測定することによって
、かなり正確な回帰を使用して、他の装置に衣装することができる形状定数を評
価することができる。従って、１つの装置の形状定数が、個々の装置の特徴付け
の必要をなくすことができる。所定の電気圧力変換器の安定性及び解こうとする
方程式が第１原理からもたらされるものであるという事実は、装置の使用寿命の
間に使用者による較正を全く必要としない。
【００８０】 図５ｃにおいては毛管４３は物理的に並列であるとして示されているが、毛管
４３が共通の入り口と共通の出口の間で並列な流れの抵抗を作るならば、これら
は任意の便利な形状で配置することができる。従ってここで使用する場合、「並
列」とは並列な空気流れ抵抗を意味するものであり、物理的に並列な配置である
ことを意味する必要はない。また、「物理的」又は「実質的」に「並列」とは、
毛管の実際の物理的配置を意味している。
【００８１】 試料ガスは、毛管出口５２から、取り外し式インターフェイス４５のガス排出
通路を通して変換器モジュール４４に送り、そして接続部５５を通して、電子機
器モジュール５４を保持する容器内に配置された真空ポンプ８９に送り、ここか
らガスを適当なフィルター機構に通して大気に放出する。
【００８２】 マイクロプロセッサー５８は液晶ディスプレイ６０を制御しており、この液晶
ディスプレイ６０はマイクロプロセッサー５８によって処理された測定結果から
導かれる医療情報を表示する。表示される医療情報は、試料ガス混合物における
関心のある個々のガスの濃度を含む。
【００８３】 ここで図６を参照すると、この実際のハードウェアの斜視図は、装置の小さな
寸法（コイン、すなわち米国の１／４ドルコインと比較して示している）、緻密
さ及び単純さを示しており、これはコストを低くしている。図６は、ねじによっ
て保持したフルイディクス金属層の積層体を示している。これは、製造装置にお
いて拡散接合した積層体又は射出成形アセンブリーによって置き換えることがで
きる。
【００８４】 上述の例示の用途において開示したように、上述の３種類のガスの解析装置を
使用して、呼吸された麻酔ガスの濃度を決定することができる。この場合、解析
の後で、吐き出されたガスはスクラバーフィルターで二酸化炭素を取り除いて麻
酔機器に戻すことができる。例えば本発明を利用して、実際の麻酔ガスの使用に
おいて典型的に見出される一連のガス混合物の解析を行うことができる。この一
連のガス混合物は例えば、酸素Ｏ2 、二酸化炭素ＣＯ2 、及び有効な麻酔薬剤ハ
ロタンＣ2 ＨＢｒＣｌＦ3 を含有している。このガス混合物は、有効な麻酔ガス
を亜酸化窒素を伴わずに単独で投与する比較的一般的な状況において（また例え
ば、標準の実施においては、亜酸化窒素を多く投与することによって有効な麻酔
剤の濃度低下させる、この亜酸化窒素Ｎ2 Ｏは有効な麻酔剤の副作用を緩和する
と考えられる）、患者が全ての残留分解窒素を吐き出した後、短い時間（例えば
７分）で発生するものである。この比較的単純間混合物は酸素が失なわれたとき
に亜酸化窒素による窒息の危険性が減少するので有利であり、このために現在で
は、子供に及び出産において使用されることが多い。しかしながら、亜酸化窒素
を伴わない１種類の麻酔剤の投与は、一般的な実施においてはまだ典型的なもの
ではない。
【００８５】 図７ａは、麻酔剤混合物での模擬的な呼吸の間の、濃度履歴リアルタイムトレ
ースの３つの例を示している。呼吸は周期的に約１０％の二酸化炭素を加えるこ
とによって模擬した。ＣＯ2 を加えると、酸素及びハロタンの濃度は減少する（
例えば、ガスを実際に呼吸すると、ハロタンの濃度はほぼ一定である、これは、
酸素は二酸化炭素に代謝される、つまりＯ2 とＣＯ2 とは反対の動きをするので
、ハロタンの量に対する酸素及び二酸化炭素の量が固定されていることによる）
。ハロタンは約±０．０５％の体積濃度まで分析される。混合物の物性を特に測
定することによって、個々の濃度の特異性が自動的に確立される。
【００８６】 図７ｂは、空気（Ｏ2 、ＣＯ2 、及び疑似窒素（Ｎ2 ＋Ａｒ＋微量物質）の、
３種類のガスの混合物）を監視する様式の場合に、成人の男性の実際の呼吸にお
ける酸素及び二酸化炭素のリアルタイムトレースの例を示すものである。典型的
なＣＯ2 のカプログラフトレースは、直前の吸入の直後の呼吸後の値を持つ安定
期まで、上昇する鋭い形状を示した。濃度のノイズは０．５体積％未満である。
トレースの円で囲った部分を参照すると、トレースの不規則形状は尚早な腹部の
収縮を示している。
【００８７】 図７ｃは、９５％のＯ2 と５％のＣＯ2 とから成る較正ガスに対する装置の反
応を示している。この時間トレースは乾燥空気をサンプリングするセンサーで開
始し、これは期待されるように初めは７９％のＮ2 ＋微量物質、２１％のＯ2 、
及びほぼ０％のＣＯ2 として空気構成成分を示している。これが構成ガスになる
と、窒素濃度は０になり、酸素濃度が約９５％に増加し、またＣＯ2 濃度がほぼ
正確に５％に増加する。ここではＣＯ2 の精度及び分析能が注目すべきである。
ＣＯ2 の平均値によって示されるように、精度は±０．２５体積％であり、測定
のノイズによって示されるように分析能も±０．２５体積％である。精度及び分
析能は測定される３種類全てのガスについて同じであることに注目することは有
益である。これは、これらの濃度が構造方程式によって互いに関連しているため
である（濃度の合計が１になる）。このことは測定されるＯ2 の値について非常
に重要な示唆を行っている。精度は濃度の値には依存していないので、濃度に関
して固定された割合の精度を通常持つ従来のセンサーに比べて、高い濃度レベル
においてかなり良い精度をもたらす。つまり、読み値の±２％の読み精度を提供
する従来のＯ2 センサーは、低い濃度レベルにおいて非情に正確であるが（１０
％の濃度では精度は０．２体積％）、高い濃度レベルにおいてはあまり正確では
ない（９５％の濃度では精度は２体積％）。対称的に、本発明の装置は濃度範囲
全体において±０．１体積％の精度を維持しており、例えば濃度は９５±０．２
５％及び１０±０．２５％となる。
【００８８】 ４つのガスの混合物における４つのガス構成成分の個々の濃度の決定において
は、密度及び粘度に独立の追加の性質を測定しなければならない。そのような性
質としては、一定の圧力における比熱ｃp がある。これは密度と粘度に独立の独
自のガスの性質であり、通常はガス中の音速を測定することによって決定する。
気体運動論より、音速ａは以下のように定義される。
【数５】 ここで、Ｒ0 は気体定数、Ｔは絶対温度、Ｍは分子量、そしてγは比熱の比率ｃ p ／ｃv である。またｃv は、定容比熱である。密度に直接に比例する分子量は
、センサーの濃度計機能で得ることができる。比熱ｃp とｃv とは、気体定数及
び分子量によって関連している。
【数６】 式（７）及び（７ａ）より、ｃp は以下のように表すことができる。
【数７】 密度ρは分子量Ｍ及び絶対圧力Ｐamb （測定されるものに関する）に関し、式（
８）は以下のように書き換えることができる。
【数８】
【００８９】 先に述べたように、フルイディクス流量計発振器の設計においては、フルイデ
ィクスフィードバック発振器の振動数は相互作用領域の入り口から出口への流体
の通過時間、及び出口から入り口への音響フィードバック時間に依存している。
一般に、ソニック発振器の振動数ｆsonic 及び流量Ｑは、以下のように音速に関
係している。
【数９】 ここで、ＬfbA はフィードバック管路の経路長さ、ｘspA は発振器相互作用領域
の入り口から出口への経路長さ、そしてｂA 及びｈA はそれぞれ発振器供給ノズ
ルの幅及び高さである。フィードバック管路の経路長さを長くすることによって
、音響遅れは通過時間よりも支配的になる、従って一般に、ソニック発振器の振
動数ｆは音速のみに比例している。
【数１０】 混合物の比熱の比率（従って比熱ｃp ）は以下の関係から決定することができる
。
【数１１】
【００９０】 図８は、γ／Ｍの平方根の関数として、長さ約１０インチ（２５．４ｃｍ）の
フィードバック回路を持つ従来のＤＲＴモデル５１００９ソニック発振器の振動
数のプロットを示している。データはほぼ直線状である。γと分子量の異なる比
に対応しているデータの点は、既知の濃度のさまざまなガス混合物に関して発振
器を操作することによって得られる。
【００９１】 さまざまなガスの濃度と比熱の間の関係は同様に単純な直線の関係であり、こ
れは密度及び分子量の場合と同様である。混合物の比熱は、それぞれの成分の重
量分率によって個々の成分の比熱に関連させる。
【数１２】
【００９２】 従って、４つのガスの混合物の３つの性質、つまり密度、粘度、及び比熱を測
定することによって、独立の４つの方程式（式４、５、６、及び１２又は１４）
を解いて、４つの個々のガスの４つの未知の濃度を求めることができる。
【００９３】 麻酔剤ガスの投与においては、追加の情報を与えて５番目のガスについて方程
式を解くことによって、追加の独立の性質を測定することなしに（すなわち、こ
れらの３つの性質のみを測定することによって）、５種類のガスの濃度を求める
ことができる。現在の麻酔剤の投与においては５種類のガスの混合物が典型的で
ある。この５種類のガスは典型的に、窒素、酸素、二酸化炭素、亜酸化窒素、及
び有用な揮発性麻酔剤である。窒素は空気の主成分であり、典型的に呼吸ガス中
に存在し、また投与したガスに窒素が存在しない場合であっても（麻酔剤の投与
においては典型的である）、それまでに呼吸した空気によって残留ガスとして数
分間にわたって存在し続ける。少量の窒素の急激な存在は空気塞栓を示すことが
あり、また窒素の大量の存在は呼吸循環の不完全性（例えば、系の漏れ）を示す
ことがあるので、窒素の測定能力は麻酔剤の投与の間の安全性を提供する大きな
要因である。
【００９４】 投与される又は空気中に存在する酸素の濃度の測定は、呼吸循環のＯ2 センサ
ー（例えばクラーク電極）に重複性を提供し、全てのパルスオキシメーターＣＯ
不明確性をなくす。肉体による代謝プロセスの生成物であるＣＯ2 の濃度の測定
を酸素測定と組み合わせて、呼吸商を求め、呼吸を確認することができる。
【００９５】 通常は揮発性の麻酔剤と組み合わせて亜酸化窒素を投与し、この濃度の測定を
行って過剰の投与及び窒息を防ぐ。揮発性のハロゲン化麻酔剤を投与して麻酔を
行う。この揮発性ハロゲン化麻酔剤は、ハロタン、デスフルラン、セボフルラン
、エンフルラン、及びイソフルランを含む。最も一般的な手法において７〜１５
分間程度窒素が現れなくなった後で、２種類の有効な揮発性麻酔剤のうちの１つ
の投与を止めそして新しい方の供給を開始する場合のこれら２種類の有効な揮発
性麻酔剤の監視を同時に行うことができる。この能力は使用者が５種類のガスの
既知の性質の同定を可能にすることによって、すなわち窒素が生理学的にもやは
存在せず（つまり、装置が窒素の存在をもはや示さず）、４つのガスのみが残っ
ているときに提供することができる。この点において、もう１つの他のガス成分
（例えば、第２の麻酔剤又はレーザー手術の間に使用するヘリウム）を付加的に
考慮及び／又は測定することができる。
【００９６】 しかしながら、二酸化炭素と亜酸化窒素とがほぼ正確に同じ分子量、密度、及
び粘度、並びに非常に近い比熱を持つことが重要である。このことにより、呼吸
された麻酔剤ガス中に典型的に存在するこれら２種類のガスは、これらの性質に
よって識別することが容易ではない。十分な圧力変換器及び流量センサーでの分
析を行えば、これら２種類のガスを分析することはできるが、実際には従来技術
をかなり改良しなければこの解析は行えない。しかしながら、麻酔装置は典型的
に、麻酔をかけられている患者が吸入する空気の流れから二酸化炭素を除去する
ので、吸入するガス中の二酸化炭素の量はほぼゼロに近いことが知られている。
この事実を利用して、４つのガスの解析装置の能力で、典型的な麻酔剤ガス混合
物中の５種類のガスの濃度を決定することができる。
【００９７】 特に、混合物の性質を個々のガスの濃度に関連させる４つの方程式を解くため
に、二酸化炭素と亜酸化窒素とを１つのガスであると考え、それらの性質を識別
することができず、同じであると仮定する。従って例えば、式（４）、（５）、
（６）、及び（１２）は酸素、窒素、有効な麻酔剤ガス、及び二酸化炭素と亜酸
化窒素との組み合わせの濃度に関して解く。亜酸化窒素と二酸化炭素の個々の濃
度は、以下のような様式で決定することができる。二酸化炭素の濃度は吸入され
るガス中のほぼゼロから呼気中の最大値まで変化するので、亜酸化窒素と二酸化
炭素の組み合わされた濃度は呼吸に関して周期的に変化する。従って、それぞれ
のサイクルにおける組み合わされたガスの濃度の最小値は亜酸化窒素の濃度であ
ると考えることができ、また二酸化炭素の濃度は組み合わされた二酸化炭素−亜
酸化窒素の濃度（それぞれの呼吸で変化する）と、最も近い最小の組み合わされ
た濃度（すなわち、亜酸化窒素濃度）との差であると考えることができる。この
手法によれば、二酸化炭素の濃度を計算してそれぞれのサイクルの間を通して更
新し（酸素、窒素、及び麻酔剤ガスのように）、また亜酸化窒素の濃度をそれぞ
れの呼吸サイクルにおいて１回更新する。
【００９８】 ここで図９ａを参照すると、５種類のガスの解析装置が示されている。この装
置は手術室、外来患者手術センター、又は麻酔剤ガス及び／又は鎮静剤を使用す
る任意の設備において一般的に使用するように設計されており、複数の呼吸麻酔
剤ガスの濃度を同時に解析する。図９ｂは、５種類の既知のガスの混合物中にお
いて構成成分ガスの個々の濃度を決定する場合に行われる処理工程を説明するフ
ローチャートである。
【００９９】 上述の図５ａで示される３種類のガスの解析装置のように、呼吸ガスは側流で
サンプリング口６１を通してサンプリングし、そして乾燥剤６２を通して微量の
水及び水蒸気を全て除去する。呼吸ガスの大部分はソーダライムフィルター及び
乾燥剤７９に通して、二酸化炭素及び水蒸気を除去し、そして呼吸回路を通して
再循環させる。麻酔剤ガス（例えば、亜酸化窒素及び有効な揮発性麻酔剤）は、
麻酔装置６３から吸入されるガスに供給する。多くの麻酔装置は１種類のみの麻
酔剤を供給するので、連動バルブの開放を電気的に監視して、麻酔剤ガスが供給
されていることを示す信号を電気的な接続（図示せず）を経由させてマイクロプ
ロセッサー６４に送り、それによって適当なガスのパラメーターを、濃度に関す
る方程式を解くのに利用する。
【０１００】 発振器流量計６５に導入する前に、圧力センサー８０によって試料の周囲圧力
を測定し（工程８１）、多重通信式のＲＳ２３２ポート６８を経由させてマイク
ロプロセッサー６４に信号を送る。流量計６５の温度センサー６９は周囲ガス温
度に比例する電圧を提供する。この電圧を、電気的増幅器７０で増幅し、そして
ＲＳ２３２ポート６８を経由させてマイクロプロセッサー６４に送る。
【０１０１】 その後、試料ガスを流量計６５に通して（工程８２）、流量に比例する振動数
の電圧を発生させ、この電圧を電気的増幅器６６で増幅させ、そしてこの振動数
をＦ／Ｖ変換器６７において振動数に対応する電圧に変換する。この電圧はＲＳ
２３２ポート６８を経由させてマイクロプロセッサー６４に送る。３種類のガス
の解析装置と同様に、サンプリングした流れは粘度感知毛管７１（工程８３）及
び密度感知オリフィス（工程８４）に送る。毛管７１及びオリフィス７２での差
圧は、それぞれ圧力変換器７３及び７４において測定する。それぞれの変換器の
出力電圧はＲＳ２３２ポート６８を経由させてマイクロプロセッサー６４に送る
。その後、試料ガスはソニック発振器７５（工程８５）に送る。このソニック発
振器７５は比熱の比率の平方根に比例し、分子量の平方根に反比例する音波振動
を発生させる。マイクロフォン７６（又は３種類のガスの解析装置でのような１
対のマイクロフォン）がこの振動数を受け取り、これを振動数−電圧（Ｆ／Ｖ）
変換器７７に送る。このＦ／Ｖ変換器７７は、比熱の比率γを分子量で割った値
の平方根に比例する電圧を提供する。この電圧は、ＲＳ２３２ポート６８を経由
させてマイクロプロセッサー６４に送る。試料ガスは最終的に、減圧源（図示せ
ず）に向けて廃棄する。
【０１０２】 工程８６においては、二酸化炭素と亜酸化窒素とが単一の構成成分であると仮
定して、マイクロプロセッサー６４が４つの模擬的な方程式を解く。ここでこの
４つの方程式のうちの３つは、測定された性質を含む方程式、式（４）、（５）
、及び（１２）であり、第４の式は構造方程式（６）である。この構造方程式（
６）は構成成分の濃度の合計が１になることを必要とする。
【数１３】 工程８８においては、先に説明した様式で二酸化炭素及び亜酸化窒素の個々の濃
度をマイクロプロセッサー６４で決定する。得られる濃度及び任意の他の導かれ
る出力は、マイクロプロセッサー６４で制御するディスプレイ７８に示すことが
できる。
【０１０３】 多くの麻酔剤循環投与装置においては、呼気ガスはスクラバーフィルター（図
示せず）において二酸化炭素を除去して麻酔装置６３に戻す。
【０１０４】 好ましくはガス解析は、プレート状の単一チップモジュールに作られた流量計
発振器（オリフィスとしても機能する）、毛管、及びソニック発振器で行い、使
用の度毎にこのモジュールを廃棄して汚染の可能性をなくし且つガス解析装置の
滅菌を単純化する。
【０１０５】 図９ｃは、モジュール状の４つのガス（麻酔剤の投与においては５種類のガス
）の呼吸監視装置を説明しており、この装置は使い捨て式センサーモジュール９
０を使用している。好ましくは、この使い捨て式センサーモジュール９０は、フ
ルイディクスセンサーを含む小さく薄いプラスチックの積層体を有している。こ
の使い捨て用のセンサーモジュール９０は、側流サンプリング口６１からサンプ
リングした呼吸ガスを受け取る。ボード上の乾燥剤９１は読みに影響を与えるこ
とがある全ての水蒸気を除去し、乾燥したガス混合物は流量計発振器９２を通り
、その後、一連の並列毛管９３を通って流れる。
【０１０６】 使い捨て式センサーモジュール９０は、取り外し式インターフェイス９５によ
って取り替え式変換器モジュール９４に接続されている。この取り替え式変換器
モジュール９４のコストは、汚染流体によって致命的に汚染されたとき又は屋外
において損傷を受けたときに交換するのに十分に低い。変換器モジュール９４は
、使い捨て式センサーモジュール９０のフルイディクス装置においてガス混合物
の特徴を検知するのに必要な変換器及び増幅器を有している。取り外し式インタ
ーフェイス９５は温度センサー及びマイクロフォンセンサーからの電気信号を運
び、圧力変換器をフルイディクスセンサーの適当な箇所に接続し、そしてソニッ
ク発振器１０８から排出される試料流れを受け取る。変換器モジュール９４は、
取り替え式減圧管路及び電気ケーブル接続部９７を経由して電子計算機器モジュ
ール９６に接続されている。
【０１０７】 試料ガスは発振器流量計９２に入る前に、温度センサーによって流量計入り口
において試料ガス温度を測定する。この温度センサーは測定した温度に比例する
電圧を提供する。出力電圧は、変換器モジュール９４の電気的増幅器９８におい
て増幅させ、増幅した電圧を接続部９７を経由させてＡ／Ｄ変換器９９に送る。
このＡ／Ｄ変換器９９は、この信号をデジタル信号に変換して、変換したデジタ
ル信号をマイクロプロセッサー１００に供給する。
【０１０８】 試料流量は、発振器流量計９２において測定する。マイクロフォン１０１は振
動している圧力信号を受け取る。この圧力信号は、変換器モジュール９４の電気
的増幅器１０２において増幅する。増幅器１０２の出力は接続部９７を経由させ
て、電子機器モジュール９６の振動計数器９９に供給し、この計数器９９がリア
ルタイムデジタル振動数測定値を直接にマイクロプロセッサー１００に提供する
。
【０１０９】 図９ｃにおいて示される態様において、発振器流量計９２は流量計とオリフィ
スの両方として機能する。特に、変換器モジュール９４の差圧変換器１０３は、
流量計発振器９２への入り口での増幅器ノズルの上流の圧力と、発振器９２の出
口でのノズルの下流の圧力との差を測定することによって、発振器流量計（オリ
フィス）９２での圧力降下を測定する。圧力変換器１０３からの出力電圧は、接
続部９７を経由させて電子機器モジュール９６のＡ／Ｄ変換器９９、そしてのマ
イクロプロセッサー１００に送る。あるいは、ソニック発振器１０８の供給ノズ
ルを密度計オリフィスとして使用することができる。圧力降下が一般に大きく、
またあまり敏感ではなく比較的低コストの差圧変換器を使用して圧力降下を測定
することができるので、これは有利であることがある。
【０１１０】 流量計９２を出る流れは毛管入り口１０４に入る。毛管入り口１０４でのガス
試料の絶対圧力は、変換器モジュール９４に取り付けられた絶対圧変換器１０５
によって測定する。この変換器１０５から得られる電圧は、接続部９７を経由さ
せて電子機器モジュール９６のＡ／Ｄ変換器９９、そしてマイクロプロセッサー
１００に送る。
【０１１１】 図９ｃに示されるように、１つの毛管入り口１０４と１つの毛管出口１０６と
は実質的に並列の一連の毛管９３によって接続されている。この並列毛管配置の
構造及び操作は図５ｃにおいて説明したようなものである。変換器モジュール９
４の差圧変換器１０７は、毛管９３のうちの１つのものの中での上流圧力と毛管
出口１０６の下流圧力との差圧を測定することによって、これらの毛管９３のう
ちの１つでの圧力降下を測定する。圧力変換器１０７からの出力電圧は、接続部
９７を経由させて電子機器モジュール９６のＡ／Ｄ変換器９９、そしてマイクロ
プロセッサー１００に送る。
【０１１２】 その後、試料ガスは毛管出口１０６から、ソニック発振器１０８に送る。この
ソニック発振器１０８は、比熱の比率の平方根に比例し且つ分子量の平方根に反
比例する音響振動を発生させる∴って適当なガスのパラメーターを、濃度に関す
る方程式を解くのに利用する。
【０１１３】 発振器流量計６５に導入する前に、圧力センサー８０によって試料の周囲圧力
を測定し（工程８１）、多重通信式のＲＳ２３２ポート６８を経由させてマイク
ロプロセッサー６４に信号を送る。流量計６５の温度センサー６９は周囲ガス温
度に比例する電圧を提供する。この電圧を、電気的増幅器７０で増幅し、そして
ＲＳ２３２ポート６８を経由させてマイクロプロセッサー６４に送る。
【０１１４】 その後、試料ガスを流量計６５に通して（工程８２）、流量に比例する振動数
の電圧を発生させ、この電圧を電気的増幅器６６で増幅させ、そしてこの振動数
をＦ／Ｖ変換器６７において振動数に対応する電圧に変換する。この電圧はＲＳ
２３２ポート６８を経由させてマイクロプロセッサー６４に送る。３種類のガス
の解析装置と同様に、サンプリングした流れは粘度感知毛管７１（工程８３）及
び密度感知オリフィス（工程８４）に送る。毛管７１及びオリフィス７２での差
圧は、それぞれ圧力変換器７３及び７４において測定する。それぞれの変換器の
出力電圧はＲＳ２３２ポート６８を経由させてマイクロプロセッサー６４に送る
。
【０１１５】 図１０では、仮想機器スクリーン出力の例が示されている。ここでは、酸素濃
度１７０、二酸化炭素濃度１７１、及びハロタン（すなわち有効な麻酔剤）濃度
１７２のリアルタイムトレースのための、３つのディスプレイが示されている（
しかしながら、トレースの数及び配置は所望に応じて調節することができる）。
濃度の瞬間的な値は、垂直なバー１７３、１７４、及び１７５として、また数値
１７６、１７７、及び１７８としても示されている。様々な視覚的なディスプレ
イを選択することができ、これらは「トレンド（Ｔｒｅｎｄ）変更」１７９、「
トレンド付加」１８０、「印刷」１８１、「消去」１８２、「計算」１８３、及
び「メニュー」１８４として示されている。データの出力のために非常に様々な
スクリーン様式を利用することができ、その一例が示されているにすぎないこと
を理解すべきである。
【０１１６】 混合物の４つの独立な性質を測定することができるセンサーを加えることによ
って、装置は、一般的な場合において５種類のガスの濃度、麻酔剤ガスの場合に
は６種類のガスの濃度の決定することができるようになる。ここで麻酔剤ガスの
場合には、二酸化炭素と亜酸化窒素の個々の濃度は上述の様式で決定する。水蒸
気を除かない場合、又は麻酔剤キャリアーとして空気を使用する場合には、６種
類のガスの混合物を用いる。空気は、ガス混合物に約１％の濃度でアルゴンを付
随的に導入する。しかしながら不活性なガスであるアルゴンの存在は、既知の一
定の濃度として扱うことができ、この場合には性質を測定する必要はない。他の
微量ガスは、所望とされる精度の医療装置で識別可能な程度までは混合物全体の
バルク性質に実質的に影響を与えることがない程度の低い濃度である。乾燥を行
わない場合には水蒸気湿度は通常１００％であり、特定の環境においては既知の
固定された量として扱うことができる。しかしながら、水蒸気は流路において凝
縮して流動抵抗特性を変化させ、それによって出力の読み値に影響を与えること
があるので、除去することが望ましい。凝縮を避けるための高温での装置の操作
は別個のヒーターを必要とし、これはエネルギー消費量の点からは望ましくない
。
【０１１７】 コストを更に下げるために、専用デジタル信号処理電子機器を使用することが
できる（汎用パーソナルコンピューターではなく）。また、カラーディスプレイ
と共に仮想機器技術を使用することは、医師がなじんでいる病院に多く存在する
バイタルサイン監視装置と同様な様式で出力を提供する。タッチスクリーンの仮
想つまみ及びダイアルは、使用者に迅速でユーザーフレンドリーな認識能力を提
供して、特定の使用者が最も満足できる出力形式に調節することができる。
【０１１８】 本発明のガス濃度監視装置は使用者によるメンテナンス及び較正を必要とせず
、また既存の監視装置に組み込むことができる。例えば、図５ａ／５ｃ又は図９
ａ／９ｃで示されたセンサーは、他のセンサーと同じ流れの経路に加えることが
でき、又は別の流れの経路に加えることができる。未知のガスの濃度に関して解
くためには、他のセンサーの濃度測定値を、混合物の測定された性質と共にマイ
クロプロセッサーに提供しなければならないことが重要である。
【０１１９】 コストが低いことは本発明の利益の１つである。４つのガスのフルイディクス
複数医療ガス監視装置全体のコストは、低コスト（約２．００ドル）の射出成形
フルイディクス回路と低コスト（それぞれ約１０．００ドル）の高精度圧力変換
器とによって決定される。粘度、密度、及び比熱は温度によって変化するので、
精度を維持するために周囲温度測定を行うことが必要である。上述の温度センサ
ーは単純で超低コストの電子温度センサーによって提供して、必要とされる正確
な温度入力をコンピューターのプロセッサーに提供することができる。この電子
温度センサーは、例えば上述のＡｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ＡＤ５９０装置
（低コスト、約３．００ドル）である。
【０１２０】 本発明の重要な利点の１つは、混合物全体の性質を測定する高価ではないセン
サーを使用し、そしてこの混合物の性質に関するＮ個の独立な方程式を解くこと
によって、Ｎ種類の既知のガスの混合物におけるＮ種類のガスの個々の濃度を同
時に決定する能力である。上述の例は本発明を３〜５種類のガスの関して説明し
ているが、本発明は５種類までのガスの濃度の決定に限定されない。いずれかの
手段によって混合物の追加の性質を独立に測定し、それらを未知の濃度に関連さ
せることができれば、追加のガスの濃度を測定することができる。一般に、ガス
混合物のＮ−１種類の独立な性質を測定することができれば、Ｎ個の方程式を作
ってＮ種類のガスの濃度について解くことができる（Ｎ番目の方程式は構造方程
式である）。
【０１２１】 限定をするわけではないが、他の独立な熱力学的な性質は、生成熱及び臨界温
度である。熱伝導率のような性質は比熱及び粘度に依存しており、従って独立で
はないことに注意すべきである。屈折率及び吸光率の様な他の物理的な性質も使
用可能である。
【０１２２】 更に、ガス混合物の性質のフルイディクス測定は、比較的高価な従来のセンサ
ーに代わる低コストの代替案を提供するが、本発明の原理は、個々のガスの濃度
又は混合物全体の性質を測定する任意の装置を使用することを包含することがで
きる。例えば、特定のセンサーがガス混合物中の酸素の濃度を決定できることが
考慮される。この別個のセンサーによって提供される情報（すなわち、酸素の濃
度）は、実質的にガス濃度に関する方程式であり、この方程式を使用してガス濃
度に関する他の方程式を解くことができる。従って、フルイディクスによって測
定した性質と共に、酸素濃度の測定値を図９ａのマイクロプロセッサーに提供す
る場合、６種類のガスの混合物中の６種類のガスの濃度を決定することができる
（すなわち、酸素濃度及び他の５種類の既知のガスの濃度を決定することができ
る）。
【０１２３】 ガスの素生が既知でありまた測定される性質のうちの１つによってそれぞれの
ガスを他の全てのガスと区別できるならば、フルイディクス的又は熱力学的な測
定を使用して、混合物中の未知のガスの濃度をガスに関らずに決定することがで
きるということは重要である。例えば、患者に麻酔を行いながら、呼気ガス混合
物中の窒素の濃度を監視できるようにすることは望ましい。麻酔投与の初期にお
いては、窒素が脂質又は脂肪組織から解離するので、呼気中に窒素が存在する。
約１０分後には通常は、窒素が有意の量で存在することはない。供給管路の漏れ
又は破損があると呼気中に連続して窒素が存在し、これは窒素濃度を決定するこ
とによって検知することができる。しかしながら、従来のＩＲ技術においては窒
素を測定することができず、従って窒素濃度の測定が望ましい場合、比較的高価
な技術、例えば質量分光分析を典型的に必要としていた。本発明によれば、３種
類のガスの混合物中においてはガスの２つの性質を測定することによって、また
５種類のガスの混合物中においては（麻酔剤の投与において）ガスの３つの性質
を測定することによって、窒素濃度を測定することができる。更に、Ｍ種類の個
々のガスの濃度をそれぞれ測定するＭ種類の他のセンサーを加えると、ガス混合
物の３つの性質を測定してＭ＋５種類のガス混合物中の窒素の濃度を測定するこ
とができる。従って例えば、２種類のガスの濃度を測定する２つのセンサーを、
図９ａ／９ｃにおいて示される３つの性質の測定装置と組み合わせて、７種類の
ガス（例えば、窒素、酸素、水蒸気、二酸化炭素、亜酸化窒素、及び２種類の麻
酔剤ガス）の濃度を、非常に低いコストによってリアルタイムで決定することが
できる。
【０１２４】 より一般的には本発明では、ガスの素生が既知であるならばガスの種類に関わ
らずに、ガス混合物全体のＮ−１個の性質を測定することによって、Ｍ種類のガ
スの濃度を測定するための既存のセンサー装置を使用して、Ｎ種類の追加のガス
の濃度を測定することができる。混合物中のある種のガスの個々の濃度が分かっ
ていると未知数を減らすことができ、従ってＭ種類の流体の個々の濃度が既知で
あるか又は他の手段によって決定することができれば、Ｎ個の方程式を解くこと
によって、Ｎ＋Ｍ種類の流体の混合物中の、Ｎ種類の未知の個々の濃度を求める
ことができる。例えば、５種類のガスの濃度を測定することができる多くの既存
の麻酔装置は、窒素、一酸化炭素、及びヘリウムの濃度を測定することができな
い。そのような５種類のガスの監視装置に図５ａ／５ｃで示されるフルイディク
スセンサーを加えることによって、これらの追加のガスの濃度を少ない追加の費
用で測定することができる。
【０１２５】 もう１つの態様においては、本発明のフルイディクスセンサーを使用して、供
給源から流れるガスの素生を確認又は決定をすることができる。特に、１種類の
未知のガスの素生は、ガスの性質、例えば密度及び粘度をフルイディクス的に測
定し、そして測定された値を既知のガスの性質と比較することによって決定する
ことができる。フルイディクス的に測定された値が既知のガスの値に合ったとき
に、未知のガスの素生を決定又は確認することができる。
【０１２６】 図１１ａは、本発明のガス同定装置を説明している概略図である。図１１ａに
示されるように、このガスの同定装置はガスの供給源１２０を有している。ガス
供給源１２０は任意のタイプの容器、又は１種の純粋なガス（すなわち、１種類
の構成成分から成るガス）を供給する発生装置でよい。例えば、この供給源は、
酸素若しくは一酸化窒素の加圧タンク、又は酸素発生装置でよい。ガス供給源１
２０からのガスはガス供給管路１２１（随意）を通り、ガス出口１２２に達する
。ガス出口１２２は酸素若しくは一酸化窒素を供給する壁の出口、又はガスの供
給源を麻酔剤送出装置に接続する結合器であってよい。このガス供給管路１２１
を流れるガスの一部を、側流サンプリング口１２４を通して、ガス同定装置１２
３に供給する。
【０１２７】 ガス同定装置１２３は本質的に、図５ａ又は５ｃにおいて示した３種類のガス
の解析装置で使用したのと同じセンサーを有している。特に、温度センサー１２
５は試料ガスの温度を測定し、圧力センサー１２６は試料ガスの周囲圧力を測定
し、流量計１２７は試料ガスの流量を測定し、そして毛管１２８及びオリフィス
１２９での試料ガスの圧力変化を測定する（当然に図５ｃの様に、発振器を流量
計及びオリフィスとして使用することができる）。温度センサー１２５、圧力セ
ンサー１２６、流量計１２７、毛管１２８、及びオリフィス１２９のそれぞれは
、それらの測定結果をプロセッサー１３０に送る。このプロセッサーは式１〜３
（又は、密度、粘度、及び流量を温度、発振器振動数、並びに毛管及びオリフィ
スでの圧力降下に関連させる他の方程式）に従って、ガスの密度及び粘度を決定
する。
【０１２８】 プロセッサー１３０はメモリー（例えば、読み出し専用メモリー）を有し、こ
のメモリーに、出口１２２で供給されることが予想される純粋なガス（以下では
、「予想されるガス」とする）の密度及び粘度を記憶させる。プロセッサー１３
０は、測定された温度、流量、及び圧力から計算された試料ガスの密度及び粘度
を、測定された周囲条件に調節した予想されるガスの記憶されている密度及び粘
度の値と比較する。計算された密度の値と記録されている密度の値とが本質的に
一致し（すなわち、それらの差が所定のしきい値よりも小さく）、且つ計算され
た粘度の値と記憶されている粘度の値とが本質的に同じ場合、プロセッサーは予
想されるガスが出口１２２において供給されていることを決定する。ガス同定装
置１２３はスピーカー１３１及び／又はディスプレイ１３２を有することができ
、このスピーカー１３１は、予想されるガスの素生が確認されたことを可聴的に
示し、このディスプレイ１３２は予想されるガスの発生が確認されたことを示す
可視的な表示を与える。
【０１２９】 試料ガスから計算した密度又は粘度のいずれかが予想されるガスの対応する記
憶されている値と異なっている場合、プロセッサー１３０は、出口１２２におい
て供給されているガスが純粋な形の予想されるガスではないことを決定する。す
なわち、試料ガスの密度又は粘度と予想されるガスの既知の密度又は粘度とが異
なることは、供給されているガスが予想されるガスではないこと、又は供給され
ているガスが、全体の密度及び粘度に変化をもたらすのに十分な量で、予想され
るガスに加えて他のガスを含有していることを示している。例えば亜酸化窒素を
間違えて酸素出口に供給してしまった場合、プロセッサー１３０は計算された密
度及び粘度から、試料ガスが予想されるガス（酸素）ではないことを決定する。
同様に、大気空気が破損部分又は不十分な接続部を通して純粋な酸素供給物に漏
入すると、プロセッサー１３０は試料ガスが予想されるガス（酸素）ではないこ
とを決定する。試料ガスが純粋な形の予想されるガスでないことをプロセッサー
１３０が決定すると、スピーカー１３１が可聴的な警報信号を発して、供給され
ているガスが予想されるガスではないことを示し、またディスプレイ１３２が対
応する視覚的な表示を与える。随意に、ガス同定装置１２３は、そのような間違
った条件が発生したときに、ガスの流れを止める機構、例えば自動ソレノイド閉
鎖弁を具備している。
【０１３０】 フルイディクス的に決定された１つのみの性質（例えば密度又は粘度）に基づ
いてある種のガスを識別することが可能であるが、２つの性質のフルイディクス
的な測定は、異なるガスの間の十分な区別を確実にするために好ましい。例えば
、ある種の炭化水素を含む複数のガスの分子量は、酸素のそれ（３２）と同様で
ある。しかしながら、これらのガスの粘度は酸素のそれとはかなり異なり、従っ
て試料ガスの密度及び粘度を測定することによって、酸素のようなガスの素生を
正確により容易に確認することができる。
【０１３１】 図１１ｂは、上述の処理工程（工程２０１〜２０９）の概略を示すフローチャ
ートである。これは、供給源から供給される１種類の純粋なガスの素生を確認又
は決定する際に行われるものである。
【０１３２】 上述の例においては、特定のガスが出口１２２において期待されると仮定し、
またフルイディクス的に測定した性質を、期待されるガスの性質と比較して、実
際のガスが期待されるガスであるかどうかを決定している。より一般的には、本
発明のガス同定装置は、多くのガスのうちのいずれか１つの素生を確認できるよ
うにプログラムすることができる。特に、プロセッサー１３０のメモリーは、送
出箇所に供給される可能性がある全てのガスの密度及び粘度を含む調査表を持っ
ていることができる。入力装置、例えばキーボード、又はタッチパット等を使用
者が利用して、予想されるガスとして調査表のガスのいずれか１つを選択するこ
とができる。その後、上述の密度及び粘度の比較を、選択されたガスに関して記
憶された密度及び粘度を使用して行う。従って、同じガス同定装置を使用して、
複数の純粋なガスのうちのいずれか１つのガスの素生を確認することができる。
【０１３３】 更に、本発明のガス同定装置を使用して、未知の純粋なガスの素生を決定する
ことができる。特に、測定された試料ガスの計算された密度及び粘度を、調査表
にあるそれぞれのガスの密度及び粘度と比較する。試料ガスの密度及び粘度が調
査表のガスのうちのいずれか１つの密度及び粘度と合っていれば、ガス同定装置
はディスプレイ１３２にガスの素生を示す。
【０１３４】 密度及び粘度はほとんどのガスを他のガスと明確に区別し、また高価ではない
フルイディクスセンサーでの測定から決定できるので、上述の例においては、解
析する１種類のガスの密度及び粘度を使用して独自にガスを同定している。しか
しながら、ガスの性質の他の組み合わせを使用して１種類のガスを同定できるこ
とを理解すべきである。特に、ある種のガスが特定の性質でより容易に区別でき
る場合は、ガスのこれらの性質を決定してガスをより容易に同定することができ
る。以下の表２は、選択される呼吸ガスの性質（すなわち、分子量、粘度、及び
比熱）の概略を示しており、これらを使用して様々なガスを区別することができ
る。
【０１３５】
【表２】
【０１３６】 例えば、ＣＯ2 とＮ2 Ｏの場合には、低圧又は定容での比熱（ソニック発振器
振動数測定から計算する）及び粘度の性質は、密度及び粘度の性質よりも、これ
らのガスを互いにより明確に区別する。従って、ソニック発振器からの測定値は
密度計オリフィスからの測定値の代わりに使用することができる。当然に、図９
ａ又は９ｃにおいて示されるようなセンサーパッケージを使用すると、供給され
る可能性があるガスを十分に識別する測定された性質の任意の組み合わせを使用
して、ガスを同定することができる。従って、このセンサーパッケージは、ハー
ドウェアに変更を行わないで、測定された結果を解析するために使用するソフト
ウェアのみを用途に応じて変更するだけで、様々な状況に置いて使用できるとい
うことは理解すべきである。
【０１３７】 医療の分野においては、本発明のガス同定装置を使用して任意の数の純粋なガ
スを同定することができる。例えば、酸素、亜酸化窒素、及び揮発性の麻酔ガス
のようなガスを、手術室、集中治療室、及び病室の患者に供給源から供給する。
この同定装置は、同定するガスが純粋な形であるべき装置の任意の箇所に配置す
ることができる。例えば、離れた箇所から壁の出口に酸素を供給する場合、この
ガス同定装置は壁の出口に直接に結合させることができる。
【０１３８】 あるいは、このガス同定装置は既存の壁の出口に結合させることができる別個
の装置であってよい。この態様では、このガス同定装置は壁の出口に結合する上
流端と、壁の出口と同様な下流端を持つことができる。このことによって、この
ガス同定装置は壁の出口と、ガス同定装置の下流端に合う現場の供給管路との間
につなげることができる。
【０１３９】 ガスの素生の決定又確認は、供給するガスの少量のみを必要とするので、場合
によっては、「オフライン」にしないでガスを実際に供給しながら、又はガスの
実際の送出の前に、ガス同定装置を連続的に運転することが好ましい。例えば、
壁の出口から酸素を供給する場合、ガスの送出の間のガス同定装置の連続的な操
作が望ましい。これは酸素供給物への周囲空気の漏入を酸素送出の間にいつでも
検知することができるためである。随意に、主ガス流れの圧力を使用して、ター
ビン又は他の発電器を運転することができる。このタービン又は他の発電器は、
ガス同定装置のセンサー又はプロセッサーを運転するのに必要な電力を発生させ
る。あるいは、電力は、バッテリー、ＡＣ電源、又は従来の電力源を使用して供
給することができる。
【０１４０】 本発明のガス同定装置は、有利には医療の分野でのガスの取り扱いでの誤りを
防止する。本発明はフルイディスクセンサー（安価である）を使用するので、本
発明の同定装置は、分光分折のような従来の技術を使用するガス同定装置よりも
安いコストで提供することができる。従って本発明のガス同定装置は病院中の麻
酔ガス送出装置及び酸素供給出口に組み込むのに手ごろである。更に上述の１又
は複数の従来の技術を使用するガス同定装置と違って、本発明のガス同定装置は
、定期的な較正を必要とせず、従ってメンテナンスを比較的必要としない。
【０１４１】 本発明において１種類の構成成分ガスを同定するのに使用した原理を用いて、
上述のセンサーを使用して、既知の他ガスと混合された未知のガスを同定するこ
とができる。例えば、２種類のガスの混合物、例えば蒸気発生装置によって作ら
れるガス混合物であって、蒸気発生装置へのキャリアーガスとして使用する酸素
と麻酔剤とからなっているガス混合物を考慮する。以下の方法を使用して、麻酔
剤ガスの素生を決定又は確認し、それによって間違った薬剤を不注意によって投
与してしまうことを防止する。例えば、図５ａ又は５ｃで示される流量計−毛管
−オリフィスの配置（すなわち、３種類のガスの解析装置）を使用すると、ガス
混合物全体の密度及び粘度が決定される（式１〜３を参照）。２つの構成成分の
うちの１つが酸素であることが知られている。そして他の構成成分は、特定のデ
フォルト麻酔剤（Ａ1 ）であると仮定する（一般に、ハロタン、イソフルラン、
デスフルラン、及びセボフルランの４つのうちの１つ）。この仮定を使用すると
、酸素及び薬剤Ａ1 の濃度は密度の式（未知のガスの密度が薬剤Ａ1 の密度であ
るとして式４を使用する）と構造方程式（式６）のみを解いて、２つの未知の濃
度を求めることによって決定することができる。次に、粘度の式（式５）と計算
された濃度を使用して、未知の麻酔剤ガスの絶対濃度を計算する。未知の薬剤の
計算された粘度を、麻酔剤ガスＡ1 の既知の（メモリーに記憶された）粘度と比
較する。計算された粘度と既知の粘度が一致すれば（すなわち、粘度の差が所定
のしきい値以内ならば）、この麻酔剤ガスが実際に薬剤Ａ1 であると決定する。
またもし、計算された粘度と麻酔剤Ａ1 の既知の粘度とが一致しなければ、未知
のガスが薬剤Ａ1 ではないことを決定し、一致が得られるまで他の薬剤Ａ2 、Ａ 3 、…、ＡL でこの処理を繰り返す。
【０１４２】 一般に、Ｎ−１種類のガスの素生が既知で１種類のガスの素生が未知の、濃度
が未知のＮ種類のガスの混合物においては、この１種類の未知のガスの素生は図
１２において説明するフローチャートに要約される処理に従って、Ｎ＋１種類の
ガスの解析装置で決定することができる。第１の工程２１０においては、混合物
のＮ個の性質を決定する。例えば、混合物全体の密度、粘度、及び比熱（Ｎ＝３
）を、上述の発振器−毛管−ソニック発振器センサーを使用して決定することが
できる。更に、個々のガスの濃度は他の従来のセンサー又は他の独立に測定され
る相対濃度に関する混合物全体の性質を使用して決定することができる。例えば
、混合物は３種類のガス、酸素、二酸化炭素、及び麻酔剤からなっていてよく（
Ｎ＝３）、ここでは、初めに麻酔剤ガスは未知であると仮定する。４種類のガス
の解析装置によって測定されるこれら３つの性質は、例えば密度、粘度、及び比
熱であってよい。
【０１４３】 未知のガスは一連の可能性のあるガスのうちの１つであると仮定する。特に、
Ｌ種類のガス及びそれらの既知の性質のリストはメモリーに記憶させておく。例
えば、未知のガスが麻酔剤である場合、５又は６種類の麻酔剤（例えば、ハロタ
ン、エンフルラン、イソフルラン、メトキシフルラン、デスフルラン、セボフル
ラン）及びそれらの性質（例えば、密度、粘度、及び比熱の比率）のリストは、
メモリーの調査表に記憶させておく。工程２１２においては、調査表を指示する
計数ｉは１から始める。これは調査表の第１の麻酔剤Ａ1 （すなわち、デフォル
ト薬剤、これは例えば容器のラベルに示された麻酔剤であってよい）に対応して
いる。
【０１４４】 工程２１４においては、計数ｉの値（初めは１）を使用して、調査表のガスｉ
の名称及び性質を取り出して、未知のガスの素生にガスｉの素生を用い（すなわ
ち、一時的にそうであると仮定し）、未知のガスの性質に調査表から取り出した
ガスｉの性質の値を用いる。初めに、ｉの値を１であるとし、それによって未知
のガスが調査表のデフォルトガスＡ1 であると仮定し、また未知のガスの性質を
デフォルトガスＡ1 の性質であると仮定する。
【０１４５】 工程２１６においては、Ｎ個の性質のうちのＮ−１個の性質を使用して、相対
濃度に関するＮ−１個の方程式を作り、これと共に構造方程式（式６）を解いて
、混合物中のＮ種類のガスのＮ個の相対濃度を求める。ここでは、未知のガスの
性質がガスＡi の性質であると仮定している。例えば、密度の方程式、比熱の方
程式、及び構造方程式を使用して、酸素、二酸化炭素、及びガスＡi の相対濃度
を計算することができる。ここでは、この工程において密度の情報（この例にお
いては）を使用していないことが注目される。
【０１４６】 この時点で、混合物全体のＮ番目の性質を個々の構成成分の濃度に関連させる
方程式において唯一未知なものは、未知のガスのＮ番目の性質である。従って工
程２１８において、計算された濃度及び混合物全体の測定されたＮ番目の性質を
導入することによって、この方程式を解いて未知のガスのＮ番目の性質を求める
ことができる（この方程式は相対濃度を決定するために使用していないことに注
目すべきである）。例えば式（５）を使用すると、未知のガスの粘度（濃度の計
算のために薬剤Ａi であると仮定している）は、混合物の粘度の方程式（式（５
））及び酸素、二酸化炭素、及びガスＡi の計算された濃度から計算することが
できる。
【０１４７】 工程２２０においては、未知のガスの計算されたＮ番目の性質をガスＡi の既
知の（記憶されている）Ｎ番目の性質と比較する。未知のガスの計算された性質
Ｎの値がガスＡi の（既知の）性質Ｎの値と一致すれば、未知のガスがガスＡi であることが決定される。この場合、工程２２２において未知のガスがガスＡi であることを（ディスプレイ等に）示し、同定処理を終了させる。
【０１４８】 未知のガスの計算された性質Ｎの値がガスＡi の（既知の）性質Ｎの値と一致
しない場合、未知のガスがガスＡi ではないことが決定される。この場合、工程
２２４において、指数計数ｉを増加させ、工程２２６において指数計数ｉを調査
表のガスの数Ｌと比較する。指数計数ｉがＬ以下の場合、処理を工程２１４に戻
し、増加させたｉの値で処理を繰り返す。また他方で、指数計数ｉがＬよりも大
きいことが工程２２６において決定された場合、工程２２８において（ディスプ
レイに及び／又は聴覚的な警報で）、未知のガスが同定されず、同定処理が終了
したことを示す。随意に、ガスの素生が決定された場合であっても、未知のガス
がデフォルトガスではないことが決定されて、ガスの素生が予想される（デフォ
ルト）ガス以外のガスのものであることを示す場合、警報（視覚的なもの及び／
又は聴覚的なもの）を発することができる。
【０１４９】 混合物の未知の構成成分を同定する上述の方法は、Ｎ種類のガスの濃度の決定
に使用するのと同じハードウェア（例えば、図５ａ／５ｃ及び９ａ／９ｃの一連
のセンサー）を使用して行えることが重要である。ここでは、信号プロセッサー
の処理ソフトウェアのみが異なっている。つまり、既知の構成成分の濃度を決定
するためには、ガス混合物のＮ−１個の性質を測定し、そしてＮ個の方程式（構
造方程式を含む）を解いてＮ個の既知の構成成分のＮ個の未知の濃度を求める。
反対に、未知の構成成分を同定するためには、ガス混合物のＮ個の性質を測定し
、このＮ−１個の性質を使用してＮ−１個の方程式をもたらし、これらのＮ−１
個の方程式と構造方程式を解いてＮ個の濃度を求める。ここで未知の構成成分の
性質は、特定のガスの性質であると仮定している。そして、混合物のＮ個の濃度
とＮ番目の性質を使用して未知のガスのＮ番目の性質を計算し、この未知のガス
の計算されたＮ番目の性質を、（濃度の計算のために）未知のガスであると仮定
したガスの既知のＮ番目の性質と比較し、そしてこの比較において一致が得られ
るまで又は十分な一致が得られずに全ての可能性があるガスを試験し終わるまで
、異なるガスについて（未知のガスであると仮定して）この処理を行う。
【０１５０】 未知の純粋な（１成分の）ガスを同定する方法（図１１ｂ）は本質的に、図１
２において示す処理の特別な態様であることに注意すべきである。図１１ｂにお
いてはＮ＝１であるが、１よりも多い性質を測定して異なるガスとの差をより明
確にすることが好ましい（この場合には、１つの構成成分の濃度は１つになるの
で、濃度について解く必要はない）。
【０１５１】 同じハードウェアを使用して２種類の未知のガスの混合物を同定することもで
きる。ここで使用する処理は上述の処理と本質的に同じである。しかしながら、
一致が得られるまで未知のガスとしてそれぞれの可能性のあるガスを試験する試
行錯誤法を展開して、一致が得られるまで又は２種類のガスの全ての可能性のあ
る組み合わせを試験するまで、２種類の未知のガスをこれら２種類の未知のガス
の組み合わせで置き換えて計算を続けることができる。例えば、この２種類の未
知のガスが５（６）種類の可能性のあるガスのうちの２種類である場合、全ての
組み合わせを試験するためには最大で１０（１５）の反復が必要である。２種類
の未知のガスが、性質が既知である（及び区別できる）一連のガスのうちの２つ
である場合、混合物中のこれら２種類の未知のガスの素生及び濃度は、混合物の
３つの性質を測定することによって決定することができる。これは、４つの方程
式（構造方程式を含む）を独自に解いて４つの未知数（２つの未知の濃度及び２
つの未知の素生）を求めることができるためである。一般に、Ｌ種類の流体の濃
度が未知でありＭ種類の流体の素生が未知である流体混合物においては、未知の
濃度及び素生は、混合物のＮ−１個のバルク性質を測定し、そしてＮ個の方程式
（構造方程式を含む）を解くことによって決定することができる。ここでＮ＝Ｌ
＋Ｍである（ここで使用する場合、Ｎは混合物中の流体の数を表す必要はない）
。
【０１５２】 本発明の他の態様では、Ｎ−１種類のガスの性質を測定するＮ種類のガスの解
析装置で使用するのと同じハードウェアを使用して、Ｎ種類のガスの混合物（Ｎ
−１種類の既知のガスを含む）において１種類の未知のガスを同定することがで
きる（すなわち、上述のガス同定方法でよりも１つ少ない性質を測定することに
よる）。これは、未知のガスの少なくとも１つの性質の値が、混合物中の他のガ
スのその性質の値とかなり異なることが知られている場合に、この技術は特に有
益である。例えばこの技術は、呼吸ガス混合物中の麻酔剤を同定するために適当
である。これは、麻酔剤の密度が他のガスの密度よりも有意に大きいことによる
。
【０１５３】 より特に、図１３において示されるような態様では、第１の工程２３０におい
て、Ｎ種類のガスの解析装置を使用して、混合物のＮ−１個の性質を決定する。
例えば、上述の発振器−毛管−ソニック発振器センサーを使用して、混合物全体
の密度、粘度、及び比熱を決定することができる。更に、他の従来のセンサー又
は相対濃度に関係する混合物全体の他の性質を使用して、個々のガスの濃度を決
定することができる。また、麻酔ガスの投与においては、二酸化炭素及び亜酸化
窒素を区別する上述の技術を使用することができる。例えば、混合物は５種類の
ガス（Ｎ＝４）から成っていてよい。つまり、この５種類のガスは窒素、酸素、
二酸化炭素／亜酸化窒素、及び麻酔剤であり、ここでは麻酔剤が初めは未知であ
ると仮定している。ガス解析装置によって測定する３つの性質は例えば、密度、
粘度、及び比熱である。
【０１５４】 未知のガスは、可能性のある一連のガスのうちの１つであると仮定する。特に
、Ｌ種類のガス及びそれらの既知の性質のリストはメモリーに記憶させておく。
例えば、未知のガスが麻酔剤である場合、５又は６種類の麻酔剤（例えば、ハロ
タン、エンフルラン、イソフルラン、メトキシフルラン、デスフルラン、セボフ
ルラン）及びそれらの性質（例えば、密度、粘度、及び比熱の比率）のリストは
、メモリーの調査表に記憶させておく。工程２３２においては、調査表の指示す
る計数ｉは１から始め、これは調査表の第１の麻酔剤Ａ1 （すなわち、デフォル
ト薬剤）に対応している。
【０１５５】 工程２３４においては、計数ｉの値（初めは１）を使用して、調査表のガスｉ
の名称及び性質を取り出して、未知のガスの素生にガスｉの素生を用い（すなわ
ち、一時的にそうであると仮定し）、未知のガスの性質に調査表から取り出した
ガスｉの性質の値を用いる。初めに、ｉの値を１にし、それによって未知のガス
が調査表のデフォルトガスＡ1 であると仮定し、また未知のガスの性質をデフォ
ルトガスＡ1 の性質であると仮定する。
【０１５６】 工程２３６においては、未知のガスの性質がガスＡi の性質であると仮定し、
Ｎ−１個の性質を使用して相対濃度に関するＮ−１個の方程式を作り、このＮ−
１個の方程式と構造方程式（式６）とでＮ個の方程式を作り、そしてこのＮ個の
方程式を解いて混合物構成成分の個々の相対濃度を求める。例えば、密度の方程
式、比熱の方程式、比熱の方程式、及び構造方程式を使用して、窒素、酸素、二
酸化炭素／亜酸化窒素、及びガスＡi の相対濃度を計算することができる。
【０１５７】 未知のガスが十分な濃度（約２〜５％）で存在する場合、方程式において未知
のガスの性質を正確なガスの性質であると仮定した場合のみ、予想される又は理
にかなった範囲内の個々のガス濃度を、これらの方程式が与えることを本発明の
発明者は見出した。誤ったガスの性質を使用した場合、これらの方程式は少なく
とも１種類のガスの濃度を、予想される範囲外に与え又は０と１との間以外に数
学的に与える。従って、これらの方程式の解が予想される範囲以内であれば、未
知のガスが実際にガスＡi であると考えられる。実際には、計算された結果が理
にかなうものであるか決定するために、個々のガスの濃度の予想される範囲を記
憶させておく又はシステムにプログラムとして予め組み込んでおいて計算された
濃度と比較することができる。他の限度外の条件は、非常に高いＣＯ2 又は薬剤
の濃度であってよい。
【０１５８】 工程２３８において、これらの方程式の解がもたらす濃度が予想された範囲で
ある場合、未知のガスがＡi であることを決定する。この場合、工程２４０にお
いては、未知のガスがガスＡi であることを示し（ディスプレイ等に）、同定処
理を終了させる。
【０１５９】 また、これらの方程式の解が収束しない又は有意の濃度の値ではない場合（す
なわち、少なくとも１種類の構成成分の濃度が予想される範囲から外れている場
合）、未知のガスがガスＡi ではないことを決定する。この場合、工程２４２に
おいて、指数計数ｉを増加させ、工程２４４において指数計数ｉを調査表のガス
の数Ｌと比較する。指数計数ｉがＬ以下の場合、処理を工程２３４に戻し、増加
させたｉの値で処理を繰り返す。また他方で、指数計数ｉがＬよりも大きいこと
が工程２４４において決定された場合、工程２４６において（ディスプレイに及
び／又は聴覚的な警報で）、未知のガスが同定されずに同定処理が終了したこと
を示す。
【０１６０】 本発明の手法は、比較的低い費用で、複数の医療ガスの濃度を測定し及び個々
のガスを同定する単純な装置及び方法を提供する。上述の説明は主に医療ガス解
析装置に関するものであるが、本発明はこれらの好ましい態様に制限されず、他
のガス解析の用途、限定をするわけではないが例えば、ガスの産業的な製造、大
気の解析、汚染の追跡、並びに化学的及び生物的な薬剤の検知及び解析のための
他の用途で使用することができる。加えて、本発明では、混合物中のガスの種類
が特定の数である必要はなく、またガスがフルイディクスセンサーによって測定
できるものである必要もない。むしろ、ガスのバルクの性質は、様々な低コスト
の電子機器及び電子−フルイディクスハイブリット装置を使用して測定すること
ができるので、本発明は多くのガスの低コスト科学的ガス解析に適用することが
できる。
【０１６１】 更に、本発明ガスの解析のみに制限されない。これは、流体構成成分の濃度の
変化によって混合物のバルク性質が十分に変化する限り、液体流体の混合物の解
析にも実質的に同じ方法及び装置を適用できるためであり、このことは認識すべ
きである。より特に、液体の密度及び粘度は、上述のフルイディクスセンサー（
流量計、毛管、及びオリフィス）による測定値を用いる式（１）〜（３）によっ
て測定及び決定することができる。他の適当なセンサーを使用して、液体混合物
の他の性質を測定することができる。ここでこの性質は、構成成分の濃度に関す
るものであるか、又は上述の技術によって未知の液体構成成分を独自に同定する
ために使用できるものである。
【０１６２】 フルイディクスセンサーを使用するリアルタイムガス解析のための新しい改良
された方法及び装置の好ましい態様の説明をここまでで行ってきた。しかしなが
ら、当業者は上述の技術を参照して他の修飾、異形、及び変更を行うことができ
ると考えられる。従って、全てのそのような修飾、異形、及び変更は、特許請求
の範囲に記載のように、本発明の範囲に包含されることを理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、連続して配置された流量計、毛管、及びオリフィスのアナログ回路を
示す概略図である。
【図２ａ】 図２ａは従来のフルイディクス発振器流量計の操作サイクルの半分を示す概略
図である。
【図２ｂ】 図２ｂは従来のフルイディクス発振器流量計の操作サイクルの残りの半分を示
す概略図である。
【図３】 図３は、本発明で使用する１つの流量計を通る流量と発振器振動数との正比例
関係をグラフで示すものであり、これは流量−流量計振動数特性の直線の関係が
流れるガスの種類に依存していないことを示している。
【図４】 図４は、３成分ガス解析装置の１つの態様で使用される毛管抵抗器とオリフィ
スとでの圧力降下と流量の関係をグラフで示すものである。
【図５ａ】 図５ａは、本発明の３種類のガス解析装置の概略図である。
【図５ｂ】 図５ｂは、既知の３種類のガスの混合物において構成成分ガスの個々の濃度を
測定する際に行われる処理工程の概略を示すフローチャートである。
【図５ｃ】 使い捨て式センサーモジュールを具備したモジュール状の３種類のガスの解析
装置の概略図である。
【図６】 本発明に従ってフルイディクス集積回路積層体と外部の取り外し式圧力変換器
で作られた３種類のガスの解析装置の斜視図である。
【図７ａ】 ３種類のガスの解析装置からの、酸素、二酸化炭素、及びハロタン（すなわち
有効な揮発性麻酔剤）を測定する３種類のガスの解析装置の、出力の実際のリア
ルタイムデータをグラフで示すものである。
【図７ｂ】 空気監視様式の操作における実際の呼吸の間の、酸素と二酸化炭素の実験的な
リアルタイムトレースを示すものである。
【図７ｃ】 図７ｃは、Ｏ2 が９５％及びＣＯ2 が５％の較正ガスに対する本発明の装置の
反応を示す図である。
【図８】 図８は、長いフィードバックラインのフルイディクス発振器において、振動数
に対して比熱と分子量の比の平方根をとったものをグラフで示すものである。
【図９ａ】 図９ａは、本発明の４種類のガスの解析装置の概略を示す図である。
【図９ｂ】 図９ｂは、５種類の既知のガスの混合物において構成成分ガスの個々の濃度を
決定する場合に行われる処理工程の概略を示すフローチャートである。
【図９ｃ】 図９ｃは、使い捨て式センサーモジュールを有する４種類のガスの解析装置の
概略図である。
【図１０】 図１０は、仮想計器パッケージからの視認のため出力の例を示す概略図である
。
【図１１ａ】 図１１ａは、本発明の例示の態様のガス同定装置の概略図である。
【図１１ｂ】 図１１ｂは、供給源から供給される１種類の純粋なガスの素生の決定又は確認
を行う場合に行われる処理工程の概略のフローチャートである。
【図１２】 図１２は、本発明の１つの態様によって、ガス混合物中の未知のガスの絶対的
な同定を行うために必要とされる処理工程の機能フローチャートである。
【図１３】 図１３は、本発明の他の１つの態様によって、ガス混合物中の未知のガスの有
効な同定を行うために必要とされる処理工程の機能フローチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 29/18 Ｇ０１Ｎ 29/18 33/497 33/497 Ａ Ｇ０６Ｆ 17/60 １２６ Ｇ０６Ｆ 17/60 １２６ (31)優先権主張番号 ０９／１０４，９９７ (32)優先日 平成10年６月26日(1998．6．26) (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ Ｆターム(参考） 2G045 AA40 CB22 DA73 DB01 DB30 FA03 FA08 FA11 FA25 FA28 FA29 FA31 FA34 FA36 FA40 FB05 FB07 GC04 GC06 GC10 GC20 GC25 HA09 JA01 JA05 JA06 JA20 2G047 AA01 AA12 AC13 AD02 AD07 AD09 BA04 BC15 EA10 EA11 EA12 EA14 EA16 EA19 GA20 GD02 GF25 GG06 GG09 GG20 GG27 2G053 AA05 BA05 BA06 BA08 BB02 BB16 BB20 CA18 CC03 DA07 DB05 DB06 DB07 2G060 AA01 AB05 AE19 AF20 BB07 BC05 HD00 HE10 KA01 【要約の続き】 ガスの素生が既知である場合、ガス混合物全体のＮ−１ 個の性質を測定することによって、Ｍ種類のガスの濃度 を測定する既存のセンサー装置の能力に、Ｎ種類の追加 のガスの濃度を測定する能力を加えることができる。同 様に、処理ソフトウェアを変更するだけで、同じセンサ ーを使用して、任意の組み合わせのガス混合物を解析す ることができる。

Claims (92)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｎ種類の流体を含有している混合物における流体構成成分の
    個々の濃度を決定する方法であって、ここでＮは１よりも大きい整数であり、 （ａ）複数の感知装置を通る前記混合物の特性を測定する工程、 （ｂ）測定された前記特性から前記混合物のＮ−１個の性質の値を決定する工
    程、 （ｃ）前記流体構成成分の個々の濃度を前記混合物のＮ−１個の性質に関連さ
    せるＮ−１個の方程式を作る工程、及び （ｄ）前記Ｎ−１個の方程式及び構造方程式を解いて前記流体構成成分のＮ個
    の個々の濃度を求める工程、 を含む流体構成成分の個々の濃度を決定する方法。
  2. 【請求項２】 工程（ａ）を複数のフルイディクス感知装置を使用して行う
    請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記流体構成成分がガスである請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記流体構成成分が液体である請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記流体構成成分のそれぞれの素生が既知である請求項１に
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記流体構成成分の個々の濃度をリアルタイムで決定する請
    求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 工程（ａ）が、 （ａ１）前記混合物の圧力を測定する工程、 （ａ２）前記混合物の絶対温度を測定する工程、 （ａ３）発振器流量計における前記混合物の振動数を測定する工程、 （ａ４）オリフィスでの前記混合物の圧力降下を測定する工程、及び （ａ５）毛管での前記混合物の圧力降下を測定する工程、 を含み、また工程（ｂ）が、 （ｂ１）前記混合物の密度を計算する工程、及び （ｂ２）前記混合物の粘度を測定する工程、 を含む請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 工程（ａ３）及び（ａ４）を、前記流量計及び前記オリフィ
    スの両方として機能する単一の発振器を使用して行う請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記毛管が複数の並列毛管の１つであり、且つ工程（ａ５）
    において前記混合物をこの並列毛管に通す請求項７に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 工程（ａ）が、 （ａ６）ソニック発振器において前記混合物の音響振動数を測定する工程、 を更に含み、また工程（ｂ）が、 （ｂ３）前記混合物の比熱を計算する工程、 を更に含む請求項７に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記混合物がＮ＋１番目の流体を含有しており、また前記
    流体構成成分のうちの２種類を１つの流体として工程（ｃ）及び（ｄ）において
    処理し、それによってこの２種類の流体構成成分の組み合わされた濃度を工程（
    ｄ）において決定する方法であって、 （ｅ）この２種類の流体構成成分の組み合わされた濃度の時間変化を決定する
    ことによって、この２種類の流体構成成分の個々の濃度を決定する工程、 を更に含む請求項１に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 工程（ｅ）が、 （ｅ１）１回の呼吸サイクルの間に前記２種類の流体構成成分の組み合わされ
    た濃度を複数回決定し、この複数回のうちの１回が、前記２種類の流体構成成分
    の組み合わされた濃度が前記１回の呼吸サイクルで実質的に最少のときに対応し
    ている工程、 （ｅ２）前記複数回のうちの前記１回で決定された前記２種類の流体構成成分
    の組み合わされた濃度の関数として、前記２種類の流体構成成分の第１のものの
    前記１回の呼吸サイクルにわたる濃度を決定する工程、及び （ｅ３）前記１回の呼吸サイクルの間に前記複数回決定された前記２種類の流
    体構成成分の前記組み合わされた濃度から、工程（ｅ２）において決定された前
    記２種類の流体構成成分の第１のものの前記濃度を引き算することによって、前
    記１回の呼吸サイクルの間に前記２種類の流体構成成分の第２のものの濃度を複
    数回決定する工程、 を含む請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 工程（ｅ１）において、前記複数回のうちの前記１回で、
    前記流体構成成分の前記第２のものの濃度が実質的にゼロであり、 工程（ｅ２）において、前記２種類の流体構成成分の前記第１のものの濃度を
    、前記１回の呼吸サイクルにわたって、前記複数回のうちの前記１回に決定され
    た前記２種類の流体構成成分の前記組み合わされた濃度であるとする、 請求項１２に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記２種類の流体構成成分が、二酸化炭素と亜酸化窒素で
    ある請求項１１に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記流体構成成分のうちの１種類の素生が始めは未知あり
    、また工程（ｃ）において、この未知の流体構成成分が、性質が既知のＬ種類の
    流体のうちの１つの流体であると仮定する方法であって、ここでＬは正の整数で
    あり、 （ｅ）工程（ｄ）において求めた個々の濃度がそれぞれの所定の濃度範囲に収
    まる場合、前記未知の流体構成成分が前記Ｌ種類の流体のうちの前記１つの流体
    であることを示す工程、 （ｆ）工程（ｄ）において求めた個々の濃度がそれぞれの所定の濃度範囲に収
    まらない場合、前記未知の流体構成成分が前記Ｌ種類の流体のうちの異なるもの
    であると仮定して工程（ｃ）〜（ｅ）を、工程（ｄ）において求めた個々の濃度
    がそれぞれの所定の濃度範囲に収まるまで、又は前記未知の流体構成成分を前記
    Ｌ種類の流体のいずれかであるとする仮定が終了するまで繰り返す工程、 を含む請求項１に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記流体構成成分のうちの１つの素生が始めは未知であり
    、 工程（ｂ）において、測定された前記特徴から前記混合物のＮ番目の性質の値
    を決定し、そして 工程（ｃ）において、前記未知の流体構成成分が、性質が既知のＬ種類の流体
    のうちの１つの流体であると仮定し、ここで、Ｌは正の整数である方法であって
    、 （ｅ）前記混合物のＮ番目の性質を前記構成成分の個々の濃度に関連させる方
    程式から、未知の流体構成成分のＮ番目の性質の値を計算する工程、ここで前記
    混合物のこのＮ番目の性質は工程（ｃ）において使用しておらず、 （ｆ）前記未知の流体構成成分の前記Ｎ番目の性質の計算された値が、所定の
    しきい値の範囲で、前記Ｌ種類の流体の前記１つのものの前記Ｎ番目の性質の既
    知の値に一致しているかどうかを決定する工程、 （ｇ）工程（ｆ）において一致が選られた場合、前記未知の流体構成成分が前
    記Ｌ種類の流体のうちの前記１つの流体であることを示す工程、及び （ｈ）工程（ｆ）において一致が得られなかった場合、前記Ｌ種類の流体のう
    ちの異なるものに関して、一致が得られるまで又は前記Ｌ種類の流体の全てにつ
    いて一致が得られるかの試みを行うまで、工程（ｃ）〜（ｇ）を繰り返す工程、
    を含む請求項１に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記混合物がＭ＋Ｎ種類の流体を含有し、このＭが正の整
    数である方法であって、 （ｅ）工程（ｃ）の前に、前記Ｍ種類の前記流体構成成分の個々の濃度を決定
    する工程を含み、工程（ｃ）において、前記Ｍ種類の流体構成成分の決定された
    個々の濃度を含む前記流体構成成分の個々の濃度を、前記混合物のＮ−１個の性
    質に関連させるＮ−１個の方程式を作る請求項１に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 （ａ）複数のフルイディクス感知装置を流れる前記流体の
    特徴を測定する工程、 （ｂ）測定された前記特徴から前記流体のＮ個の性質の値を決定する工程、及
    び （ｃ）前記流体の前記Ｎ個の性質の前記値のそれぞれが、既知の流体の対応す
    る性質の値の所定のしきい値の範囲内であれば、この流体が前記既知の流体であ
    ることを示す工程、 を含む供給源から流れる流体の素生の確認又は決定をする方法。
  19. 【請求項１９】 （ｄ）前記流体のＮ個の性質の値のいずれかが、前記既知
    の流体の対応する性質の値の所定のしきい値の範囲内でなければ、前記流体が前
    記既知の流体ではないことを示す工程、 を更に含む請求項１８に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 前記流体を流しながら、反復的に行う請求項１８に記載の
    方法。
  21. 【請求項２１】 （ｄ）前記流体の前記Ｎ個の性質の前記値のいずれか１つ
    が、既知の流体の対応する性質の値の所定のしきい値の範囲内ではない場合、前
    記流体の流れを阻止する工程、 を更に含む請求項１８に記載の方法。
  22. 【請求項２２】 工程（ａ）が、 （ａ１）前記流体の絶対圧力を測定する工程、 （ａ２）前記流体の絶対温度を測定する工程、 （ａ３）発振器流量計における前記流体の振動の絶対数を測定する工程、 （ａ４）オリフィスでの前記流体の圧力降下を測定する工程、及び （ａ５）毛管での前記流体の圧力降下を測定する工程、 を含む請求項１８に記載の方法。
  23. 【請求項２３】 前記工程（ａ）が、 （ａ６）ソニック発振器において前記混合物の音響振動数を測定する工程、 を更に含み、また工程（ｂ）において、前記流体の密度、前記流体の粘度、及び
    前記流体の比熱のうちの少なくとも２つを計算する請求項２２に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記既知の流体が、性質が既知であるＬ種類の流体のうち
    の１つの流体であり、Ｌが１よりも大きい整数である方法であって、 （ｄ）前記流体のＮ個の性質の値のいずれか１つが、前記既知の流体の対応す
    る性質の値の所定のしきい値の範囲内ではない場合、同定が得られるまで又は前
    記流体の前記Ｎ個の性質の値を前記Ｌ種類の流体全ての対応する性質の値と比較
    するまで、前記Ｌ種類の流体の他のものに関して工程（ｃ）を反復する工程、 を含む請求項１８に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 麻酔剤の投与の間に呼吸されるＮ種類のガスの混合物にお
    けるガス構成成分の個々の濃度を決定する方法であって、 （ａ）複数の感知装置を流れる前記混合物の特徴を測定する工程、 （ｂ）測定された前記特徴から前記混合物のＮ−２個の性質の値を決定する工
    程、 （ｃ）前記ガス構成成分の濃度を前記混合物の前記Ｎ−２個の性質に関連させ
    るＮ−２個の方程式を作る工程であって、前記ガス構成成分のうちの２種類を単
    一のガス構成成分として扱ってＮ−２個の方程式がＮ−１個の未知の濃度を有し
    ているようにする工程、 （ｄ）前記Ｎ−２個の方程式及び構造方程式を解いて、前記２種類のガス構成
    成分の組み合わされた濃度を含む前記ガス構成成分の濃度を求める工程、及び （ｅ）前記２種類のガス構成成分の組み合わされた濃度の時間変化を測定する
    ことによって、前記２種類のガス構成成分の個々の濃度を決定する工程、 を含むガス構成成分の個々の濃度を決定する方法。
  26. 【請求項２６】 工程（ｅ）が、 （ｅ１）１回の呼吸サイクルの間に前記２種類の流体構成成分の組み合わされ
    た濃度を複数回決定し、この複数回のうちの１回が、前記２種類の流体構成成分
    の組み合わされた濃度が前記１回の呼吸サイクルで実質的に最小のときに対応し
    ている工程、 （ｅ２）前記複数回のうちの前記１回で決定された前記２種類の流体構成成分
    の組み合わされた濃度の関数として、前記２種類の流体構成成分の第１のものの
    前記１回の呼吸サイクルにわたる濃度を決定する工程、 （ｅ３）前記１回の呼吸サイクルの間に前記複数回決定された前記２種類の流
    体構成成分の前記組み合わされた濃度から、工程（ｅ２）において決定された前
    記２種類の流体構成成分の第１のものの前記濃度を引き算することによって、前
    記１回の呼吸サイクルの間に前記２種類の流体構成成分の第２のものの濃度を複
    数回決定する工程、 を含む請求項２５に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 工程（ｅ１）において、前記複数回のうちの前記１回で、
    前記流体構成成分の前記第２のものの濃度が実質的にゼロであり、且つ 工程（ｅ２）において、前記２種類の流体構成成分の前記第１のものの前記１
    回の呼吸サイクルにわたる濃度を、前記複数回のうちの前記１回に決定された前
    記２種類の流体構成成分の前記組み合わされた濃度であるとする、 請求項２６に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 工程（ａ）が、 （ａ１）前記混合物の絶対温度を測定する工程、 （ａ２）前記混合物の絶対圧力を測定する工程、 （ａ３）第１のフルイディクス発振器を流れる前記混合物の第１の振動数を測
    定する工程、 （ａ４）前記第１のフルイディクス発振器を流れる前記混合物の圧力降下を測
    定する工程、 （ａ５）フルイディクス毛管を流れる前記混合物の圧力降下を測定する工程、
    及び （ａ６）第２のフルイディクス発振器を流れる前記混合物の第２の振動数を測
    定する工程、 を含み、 工程（ｂ）において、工程（ａ）において測定した前記特徴から、前記混合物
    の密度、粘度、及び比熱を計算する、 請求項２５に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記ガス構成成分の前記個々の濃度をリアルタイムで決定
    する請求項２５に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記２種類のガス構成成分が、二酸化炭素及び亜酸化窒素
    である請求項２５に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記混合物の前記ガス構成成分が、酸素、二酸化炭素、亜
    酸化窒素、有効な揮発性麻酔剤、並びに窒素及び他の有効な揮発性麻酔剤のいず
    れか一方を含む請求項２５に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 流体混合物の、Ｌ種類の流体構成成分の個々の濃度及びＭ
    種類の流体構成成分の素生を決定し、ＬとＭが負ではない整数である方法であっ
    て、 （ａ）複数の感知装置を流れる前記混合物の特徴を測定する工程、 （ｂ）測定された前記特徴から前記混合物のＮ−１個の性質の値を決定する工
    程、ここでＮはＬ＋Ｍに等しく、 （ｃ）前記流体構成成分の前記個々の濃度を前記混合物のＮ−１個の性質に関
    連させるＮ−１個の方程式を作る工程、及び （ｄ）前記Ｎ−１個の方程式及び構造方程式を解いて、Ｌ種類の前記流体構成
    成分の個々の濃度及びＭ種類の流体構成成分の素生を求める工程、 を含む流体混合物のＬ種類の流体構成成分の個々の濃度及びＭ種類の流体構成成
    分の素生を決定する方法。
  33. 【請求項３３】 前記混合物が、初めは決定されていない濃度の酸素、及び
    初めは決定されていない濃度の初めは決定されていない有効な揮発性麻酔剤を含
    有しており、それによって前記Ｌが２であり且つ前記Ｍが１である請求項３２に
    記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記混合物が、初めは決定されていない濃度の初めは未知
    の流体を２種類含有しており、それによって前記Ｌが２であり且つ前記Ｍが２で
    ある請求項３２に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 Ｎ種類の流体の混合物の物理的な状態を測定するようにさ
    れた複数のセンサー、及び 測定された前記物理的状態から前記混合物のＮ−１個の性質の値を決定し、流
    体構成成分の個々の濃度を前記混合物のＮ−１個の性質に関連させるＮ−１個の
    方程式を作り、そしてこのＮ−１個の方程式及び構造方程式を解いて前記流体構
    成成分の個々の濃度を求めることによって、前記流体構成成分の個々の濃度を計
    算するようにされたプロセッサー、 を具備しているＮ種類の流体の混合物における流体構成成分個々の濃度を決定す
    る装置。
  36. 【請求項３６】 前記複数のセンサーが、 前記混合物が流れるフルイディクス発振器、 前記フルイディクス発振器における前記混合物の振動数を測定するようにされ
    た複数のマイクロフォン、 前記混合物が流れる毛管、 前記フルイディクス毛管での前記混合物の圧力降下を測定するようにされた第
    １の圧力変換器、及び オリフィスでの前記混合物の圧力降下を測定するようにされた第２の圧力変換
    器、 を有する請求項３５に記載の装置。
  37. 【請求項３７】 前記フルイディクス発振器のノズルが、前記オリフィスと
    して機能する請求項３６に記載の装置。
  38. 【請求項３８】 前記フルイディクス発振器の下流に配置された前記オリフ
    ィスを更に有する請求項３６に記載の装置。
  39. 【請求項３９】 前記フルイディクス発振器が、フルイディクス増幅器フィ
    ードバック発振器流量計である請求項３６に記載の装置。
  40. 【請求項４０】 前記毛管が、この毛管を通る前記混合物の流れに並列な抵
    抗を与えるように配置された複数の毛管のうちの１つである請求項３６に記載の
    装置。
  41. 【請求項４１】 前記複数の毛管を実質的に並列にして配置する請求項４０
    に記載の装置。
  42. 【請求項４２】 前記複数のセンサーが、 前記混合物の絶対温度を測定するようにされた温度センサー、及び 前記混合物の絶対圧力を測定するようにされた圧力センサー、 を更に含む請求項３６に記載の装置。
  43. 【請求項４３】 前記複数のセンサーが、 前記混合物が流れるソニック発振器、及び 前記ソニック発振器での前記混合物の振動数を測定するようにされた第２の複
    数のマイクロフォン、 を更に含む請求項３６に記載の装置。
  44. 【請求項４４】 電気的増幅器を更に有する装置であって、前記複数のマイ
    クロフォンが、前記フルイディクス発振器の第１のフィードバック経路に配置さ
    れた第１のマイクロフォンと、前記フルイディクス発振器の第２のフィードバッ
    ク経路に配置された第２のマイクロフォンとを含み、且つ前記第１のマイクロフ
    ォンと前記第２のマイクロフォンの出力の位相が１８０°異なっており、これら
    の出力を前記電気的増幅器において識別し、それによってアクティブキャンセレ
    イションを用いて周囲ノイズから分離する請求項３６に記載の装置。
  45. 【請求項４５】 前記プロセッサーが、前記混合物の密度及び粘度を計算す
    る請求項３５に記載の装置。
  46. 【請求項４６】 前記プロセッサーが、前記混合物の比熱を更に計算する請
    求項４４に記載の装置。
  47. 【請求項４７】 前記プロセッサーによって決定された前記流体構成成分の
    個々の濃度を表示するようにされたディスプレイを更に有している請求項３５に
    記載の装置。
  48. 【請求項４８】 前記流体構成成分がガスである請求項３５に記載の装置。
  49. 【請求項４９】 前記流体構成成分が液体である請求項３５に記載の装置。
  50. 【請求項５０】 前記流体構成成分のそれぞれの素生が既知である請求項３
    ５に記載の装置。
  51. 【請求項５１】 前記プロセッサーが、リアルタイムで前記流体構成成分の
    個々の濃度を決定する請求項３５に記載の装置。
  52. 【請求項５２】 前記混合物がＮ＋１番目の流体を含有し、且つ前記プロセ
    ッサーが前記流体構成成分のうちの２種類のものの組み合わされた濃度を決定す
    る装置であって、前記２種類の流体構成成分の組み合わされた濃度の時間変化を
    前記プロセッサーが決定することによって、この２種類の流体構成成分の個々の
    濃度を決定する請求項３５に記載の装置。
  53. 【請求項５３】 前記プロセッサーが、 １回の呼吸サイクルの間に前記２種類の流体構成成分の組み合わされた濃度を
    複数回決定し、ここで、前記複数回のうちの１回が、前記２種類の流体構成成分
    の組み合わされた濃度が前記１回の呼吸サイクルで実質的に最少のときに対応し
    ており、 前記複数回のうちの前記１回で決定された前記２種類の流体構成成分の組み合
    わされた濃度の関数として、前記２種類の流体構成成分の第１のものの前記１回
    の呼吸サイクルにわたる濃度を決定し、そして 前記１回の呼吸サイクルの間に前記複数回決定された前記２種類の流体構成成
    分の組み合わされた濃度から、前記２種類の流体構成成分の第１のものの前記濃
    度を引き算することによって、前記１回の呼吸サイクルの間に前記２種類の流体
    構成成分の第２のものの濃度を複数回決定する、 請求項５２に記載の装置。
  54. 【請求項５４】 前記複数回のうちの前記１回において前記流体構成成分の
    前記第２のものの濃度が実質的にゼロであり、且つ前記２種類の流体構成成分の
    前記第１のものの前記１回の呼吸サイクルにわたる濃度を、前記複数回のうちの
    前記１回に決定された前記２種類の流体構成成分の組み合わされた濃度であると
    する、 請求項５３に記載の装置。
  55. 【請求項５５】 前記２種類の流体構成成分が、二酸化炭素と亜酸化窒素で
    ある請求項５２に記載の装置。
  56. 【請求項５６】 前記Ｎ＋１種類の流体構成成分が、酸素、二酸化炭素、亜
    酸化窒素、有効な揮発性麻酔剤、並びに窒素及び他の有効な揮発性麻酔剤の一方
    を含む請求項５２に記載の装置。
  57. 【請求項５７】 前記流体構成成分の性質を記憶しておくためのメモリーを
    更に有する請求項３５に記載の装置。
  58. 【請求項５８】 前記流体構成成分のうちの１つものの素生が初めは未知で
    あり、 前記未知の流体構成成分が、性質が既知のＬ種類の流体のうちの１つであると
    仮定してＮ−１個の方程式を前記プロセッサーが作り、ここでＬは正の整数であ
    り、 求められた前記個々の濃度がそれぞれの所定の濃度範囲内に収まる場合、前記
    プロセッサーが前記未知の流体構成成分が前記Ｌ種類の流体のうちの前記１つで
    あることを決定し、そして 求められた前記個々の濃度がそれぞれの所定の濃度範囲内に収まらない場合、
    求められた前記個々の濃度がそれぞれの所定の濃度範囲に収まるまで又は前記未
    知の流体構成成分を前記Ｌ種類の流体のうちのいずれかであるとする仮定が終了
    するまで、前記未知の流体構成成分が前記Ｌ種類の流体のうちの異なるものであ
    ると仮定することによって、前記プロセッサーが、前記流体構成成分の個々の濃
    度を前記混合物のＮ−１個の性質に関連させる方程式を作り、そしてこのＮ−１
    個の方程式と構造方程式を解いて、前記流体構成成分の個々の濃度を求める、 請求項３５に記載の装置。
  59. 【請求項５９】 前記Ｌ種類の流体の性質を有する調査表を更に含む請求項
    ５８に記載の装置。
  60. 【請求項６０】 前記流体構成成分のうちの１つの素生が初めは未知であり
    、 測定された前記物理的状態から前記混合物のＮ番目の性質の値を前記プロセッ
    サーが決定し、 前記未知の流体構成成分が、性質が既知であるＬ種類の流体のうちの１つであ
    ると仮定することによって、前記プロセッサーがＮ−１個の方程式を作り、ここ
    でＬは正の整数であり、 前記混合物のＮ番目の性質を前記構成成分の個々の性質に関連させる方程式か
    ら、前記未知の流体構成成分のＮ番目の性質の値を前記プロセッサーが計算し、
    ここで、前記Ｎ−１個の方程式は前記混合物の前記Ｎ番目の性質を使用しないで
    作っており、 前記未知の流体構成成分のＮ番目の性質の計算された値が、前記Ｌ種類の流体
    のうちの前記１つのもののＮ番目の性質の既知の値に所定のしきい値の範囲内で
    一致しているかどうかを、前記プロセッサーが決定し、 一致が得られた場合には、前記未知の流体構成成分が前記Ｌ種類の流体のうち
    の前記１つであることを前記プロセッサーが決定し、そして 一致が得られなかった場合には、一致が得られるまで又は前記Ｌ種類の流体の
    全てに関して一致が得られるかを調べるまで、前記未知の流体構成成分が前記Ｌ
    種類の流体のうちの異なる１つであると仮定することによって、前記プロセッサ
    ーが、前記流体構成成分の個々の濃度を前記混合物のＮ−１個の性質に関連させ
    る方程式を作り、そしてこのＮ−１個の方程式と構造方程式を解いて、前記流体
    構成成分の個々の濃度を求める、 請求項３５に記載の装置。
  61. 【請求項６１】 前記Ｌ種類の流体の性質を有する調査票を更に含む請求項
    ６０に記載の装置。
  62. 【請求項６２】 前記混合物がＭ＋Ｎ種類の流体を含み、ここでＭは正の整
    数であり、 前記Ｎ−１個の方程式を作る前に、前記Ｍ種類の流体構成成分の個々の濃度が
    既知であり、そして 前記前記流体構成成分の個々の濃度を前記混合物のＮ−１個の性質に関連させ
    るＮ−１個の方程式を前記プロセッサーが作り、ここで、前記流体構成成分の個
    々の濃度は前記Ｍ種類の流体構成成分の既知の個々の濃度を含む、 請求項３５に記載の装置。
  63. 【請求項６３】 混合物の物理的状態を測定するようにされた複数のフルイ
    ディクスセンサー、及び 測定された前記物理的状態から前記流体のＮ個の性質の値を決定し、ここで、
    Ｎは正の整数であり、また前記流体のＮ個の性質のそれぞれの値が、既知の流体
    の対応する性質の値の所定のしきい値の範囲内である場合、前記流体がこの既知
    の流体であることを決定するようにしたプロセッサー、 を有する、供給源から流れる流体の素生を確認又は決定する装置。
  64. 【請求項６４】 前記流体のＮ個の性質のいずれかの値が、前記既知の流体
    の対応する性質の値の所定のしきい値の範囲内ではない場合、前記流体が前記既
    知の流体ではないことを前記プロセッサーが決定する請求項６３に記載の装置。
  65. 【請求項６５】 前記流体を流しながら、前記フルイディクスセンサーが前
    記流体の物理的状態を反復的に測定する請求項６３に記載の装置。
  66. 【請求項６６】 前記流体のＮ個の性質のいずれかの値が、前記既知の流体
    の対応する性質の値の所定のしきい値の範囲内ではない場合、前記プロセッサー
    が前記流体の流れを阻止する請求項６３に記載の装置。
  67. 【請求項６７】 前記流体のＮ個の性質のいずれかの値が、前記既知の流体
    の対応する性質の値の所定のしきい値の範囲内ではない場合、前記プロセッサー
    が、可聴的又は可視的な警告を提供する請求項６３に記載の装置。
  68. 【請求項６８】 前記複数のセンサーが、 前記流体が流れるフルイディクス発振器、 前記フルイディクス発振器における前記流体の振動数を測定するようにされた
    複数のマイクロフォン、 前記流体が流れる毛管、 前記毛管での前記流体の圧力降下を測定するようにされた第１の圧力変換器、
    及び オリフィスでの前記流体の圧力降下を測定するようにされた第２の圧力変換器
    、 を有する請求項６３に記載の装置。
  69. 【請求項６９】 前記フルイディクス発振器のノズルが前記オリフィスとし
    て機能する請求項６８に記載の装置。
  70. 【請求項７０】 前記フルイディクス発振器が、フルイディクス増幅器フィ
    ードバック発振器流量計である請求項６８に記載の装置。
  71. 【請求項７１】 前記フルイディクス毛管が、この毛管を通る混合物の流れ
    に対して並列の抵抗を提供するように配置した複数の毛管のうちの１つである請
    求項６８に記載の装置。
  72. 【請求項７２】 前記複数のセンサーが、 前記流体が流れるソニック発振器、及び 前記ソニック発振器中の前記流体の振動数を測定するようにされた第２の複数
    のマイクロフォン、 を有する請求項６８に記載の装置。
  73. 【請求項７３】 前記プロセッサーが、前記流体の密度及び粘度を計算する
    請求項６８に記載の装置。
  74. 【請求項７４】 前記プロセッサーが、前記流体の比熱も計算する請求項７
    ３に記載の装置。
  75. 【請求項７５】 前記既知の流体が、性質が既知であるＬ種類の流体のうち
    の１つであり、ここで、Ｌは１よりも大きい整数であり、 前記流体のＮ個の性質の値のいずれかが前記既知の流体の対応する性質の値の
    所定のしきい値の範囲外である場合、同一性が得られるまで又は前記流体の前記
    Ｎ個の性質の値を、前記Ｌ種類の流体の全てに関して対応する性質の値と比較す
    るまで、前記プロセッサーが、前記流体のＮ個の性質の値を前記Ｌ種類の流体の
    うちの他のものの対応する性質の値と比較する、 請求項６３に記載の装置。
  76. 【請求項７６】 麻酔剤の投与の間に呼吸されるＮ種類のガスの混合物にお
    けるガス混合物の個々の濃度を決定する装置であって、 前記混合物の物理的状態を測定するようにされた複数のセンサー、 測定される前記物理的状態から前記混合物のＮ−２個の性質の値を決定し、前
    記ガス構成成分の個々の濃度を前記混合物の前記Ｎ−２個の性質に関連させるＮ
    −２個の方程式を作り、ここでは前記ガス構成成分のうちの２種類を単一のガス
    構成成分として扱い、それによって前記Ｎ−２個の方程式がＮ−１個の未知の濃
    度を含むようにし、このＮ−２個の方程式と構造方程式を解いて、前記２種類の
    ガス構成成分の組み合わされた濃度を含む前記ガス構成成分の濃度を求め、そし
    て前記２種類のガス構成成分の組み合わされた濃度の時間変化を測定することに
    よって、前記２種類のガス構成成分の個々の濃度を決定することによって、前記
    ガス構成成分の個々の濃度を計算するようにしたプロセッサー、 を有するガス混合物の個々の濃度を決定する装置。
  77. 【請求項７７】 前記プロセッサーが、 １回の呼吸サイクルの間に前記２種類の流体構成成分の組み合わされた濃度を
    複数回決定し、ここで、前記複数回のうちの１回が、前記２種類の流体構成成分
    の組み合わされた濃度が前記１回の呼吸サイクルで実質的に最少のときに対応し
    ており、 前記複数回のうちの前記１回で決定された前記２種類の流体構成成分の組み合
    わされた濃度の関数として、前記２種類の流体構成成分の第１のものの前記１回
    の呼吸サイクルにわたる濃度を決定し、そして 前記１回の呼吸サイクルの間に前記複数回決定された前記２種類の流体構成成
    分の前記組み合わされた濃度から、前記２種類の流体構成成分の第１のものの前
    記濃度を引き算することによって、前記１回の呼吸サイクルの間に前記２種類の
    流体構成成分の第２のものの濃度を複数回決定する、 請求項７６に記載の装置。
  78. 【請求項７８】 前記複数回のうちの前記１回で、前記流体構成成分の前記
    第２のものの濃度が実質的にゼロであり、且つ前記２種類の流体構成成分の前記
    第１のものの前記１回の呼吸サイクルにわたる濃度を、前記複数回のうちの前記
    １回に決定された前記２種類の流体構成成分の前記組み合わされた濃度であると
    する請求項７７に記載の装置。
  79. 【請求項７９】 前記複数のセンサーが、 前記混合物の絶対温度を測定するようにされた温度センサー、 前記混合物の絶対圧力を測定宇するようにされた圧力センサー、 前記混合物が流れるフルイディクス発振器、 前記フルイディクス発振器における前記混合物の振動数を測定するようにされ
    た複数のマイクロフォン、 前記フルイディクス発振器における前記混合物の圧力降下を測定するようにさ
    れた第１の圧力変換器、 前記混合物が流れる毛管、 前記毛管での前記混合物の圧力降下を測定するようにされた第２の圧力変換器
    、 前記混合物が流れるソニック発振器、及び 前記ソニック発振器における前記混合物の振動数を測定するようにされた第２
    のマイクロフォン、 を含み、 前記プロセッサーが前記混合物の密度、粘度、及び比熱を計算する請求項７６に
    記載の装置。
  80. 【請求項８０】 流体を解析する装置の使い捨て式フルイディクスセンサー
    モジュールであって、 前記流体の流れを受け取るようにした入り口と前記流体の流れを排出する出口
    とを持つプレート状部材、 前記プレート状部材において前記入り口と前記出口の間の経路に作ったフルイ
    ディクス発振器であって、前記流体の流れに反応して、流体の流量に関係する振
    動数を発生させるフルイディクス発振器、及び 前記プレート状部材において前記入り口と前記出口の間の経路に作った毛管構
    造であって、前記流体の流れを制限して、この毛管構造での圧力降下を前記流体
    の粘度に関連させる毛管構造、 を含む使い捨て式フルイディクスセンサーモジュール。
  81. 【請求項８１】 前記フルイディクス発振器の入り口から前記フルイディク
    ス発振器の出口までの圧力降下が前記流体の密度に関連している請求項８０に記
    載の使い捨て式センサーモジュール。
  82. 【請求項８２】 前記フルイディクス発振器が、フルイディクス増幅器フィ
    ードバック発振器流量計である請求項８１に記載の使い捨て式センサーモジュー
    ル。
  83. 【請求項８３】 前記プレート状部材において前記入り口と前記出口の間の
    経路に作ったソニック発振器であって、前記流体の比熱に関係する振動数で、流
    れを振動させるソニック発振器を更に有する請求項８０に記載の使い捨て式セン
    サーモジュール。
  84. 【請求項８４】 前記毛管構造が、この毛管構造を通る前記流体の流れに並
    列の抵抗を与えるように配置した複数の毛管を有する請求項８０に記載の使い捨
    て式センサーモジュール。
  85. 【請求項８５】 請求項８０に記載の使い捨て式センサーモジュールに結合
    させる取り替え式変換器モジュールであって、 前記使い捨て式センサーモジュールを通る前記流体の絶対温度を測定する温度
    センサー、 前記使い捨て式センサーモジュールを通る前記流体の絶対圧力を測定する圧力
    センサー、 ２つの差圧変換器であって、それぞれが前記使い捨て式センサーモジュールの
    フルイディクス発振器と毛管とでの圧力降下を測定する２つの差圧変換器、 前記使い捨て式センサーモジュールの前記フルイディクス発振器における振動
    数を測定する複数のマイクロフォン、及び 前記使い捨て式センサーモジュールを減圧源に接続して、前記使い捨て式セン
    サーモジュールを通る試料流体を引き出すようにした減圧管路接続、 を有する取り替え式変換器モジュール。
  86. 【請求項８６】 請求項８５に記載の取り替え式変換器モジュールが発生さ
    せる変換器信号を受けるようにした廃棄可能な電子機器パッケージであって、 前記温度センサー、前記圧力センサー、及び前記２つの差圧変換器から受けた
    信号に対応するアナログ信号を提供するマルチプレクサー、 前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器、 前記マイクロフォンからの出力信号に対応するデジタルの周波数信号を発生さ
    せるフローカウンター、及び 前記デジタル信号及び前記デジタル周波数信号を受けるマイクロプロセッサー
    であって、前記流体構成成分の個々の濃度を計算するマイクロプロセッサー、 を有する廃棄可能な電子機器パッケージ。
  87. 【請求項８７】 使い捨て式フルイディクスセンサーモジュールであって、
    前記流体の流れを受け取るようにした入り口と前記流体の流れを排出する出口と
    を持つプレート状部材、前記プレート状部材において前記入り口と前記出口の間
    の経路に作られ、前記流体の流れに反応して、前記流体の流量に関連する振動数
    で流体を振動させるフルイディクス発振器、及び前記プレート状部材において前
    記入り口と前記出口の間の経路に作られ、前記流体の流れを制限して、この毛管
    構造での圧力降下を前記流体の粘度に関連させる毛管構造、を有する使い捨て式
    フルイディクスセンサーモジュール、 取り外し式インターフェイスを経由して前記フルイディクスセンサーモジュー
    ルに取り付け可能な、取り替え式変換器モジュールであって、前記フルイディク
    スセンサーモジュールを流れる流体の物理的な状態を測定する変換器を有する取
    り替え式変換器モジュール、並びに 前記取り替え式の変換器モジュールに接続可能な、廃棄可能な電子機器パッケ
    ージであって、前記変換器が発生させた変換器信号を受けて、前記流体の性質を
    決定するプロセッサーを有する廃棄可能な電子機器パッケージ、 を具備している流体を解析するモジュール状装置。
  88. 【請求項８８】 前記使い捨て用のフルイディクスセンサーが、前記プレー
    ト状部材において前記入り口と前記出口の間の経路に作ったソニック発振器を更
    に有しており、このソニック発振器が、前記流体の比熱に関係する振動数で流れ
    を振動させる請求項８７に記載のモジュール状装置。
  89. 【請求項８９】 前記毛管構造を通る前記流体の流れに並列の抵抗を提供す
    るように配置した複数の毛管を前記毛管構造が有する請求項８７に記載のモジュ
    ール状装置。
  90. 【請求項９０】 前記フルイディクス発振器の入り口からこのフルイディク
    ス発振器の出口まででの圧力降下が、前記流体の密度に関連している請求項８７
    に記載のモジュール状装置。
  91. 【請求項９１】 前記取り替え式変換器モジュールが、 前記使い捨て式センサーモジュールを通る前記流体の絶対温度を測定する温度
    センサー、 前記使い捨て式センサーモジュールを通る前記流体の絶対圧力を測定する圧力
    センサー、 前記使い捨て式センサーモジュールのフルイディクス発振器及び毛管での圧力
    降下をそれぞれ測定する２つの差圧変換器、 前記使い捨て式センサーモジュールのフルイディクス発振器において振動数を
    測定する複数のマイクロフォン、及び 前記使い捨て式センサーモジュールを減圧源に接続して、前記使い捨て式セン
    サーモジュールを通る試料流体を引き出すようにした減圧管路接続、 を有する、請求項９０に記載のモジュール状装置。
  92. 【請求項９２】 前記廃棄可能な電子機器パッケージが、 前記温度センサー、前記圧力センサー、及び前記２つの差圧変換器から受けた
    信号に対応するアナログ信号を提供するマルチプレクサー、 前記アナログ信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器、 前記マイクロフォンからの出力信号に対応するデジタル周波数信号を発生させ
    るフローカウンター、及び 前記デジタル信号と前記デジタル周波数信号を受けて、前記流体の個々の濃度
    を計算するマイクロプロセッサー、 を有する、請求項９１に記載のモジュール状装置。
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