JP2018072341A - 呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置 - Google Patents

呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ガス成分の濃度特定のための装置(1)を提供する。【解決手段】装置(1)は、赤外線波長領域の光放射を放射(31)するための放射源(30)と、放射源(30)によって生成された光放射を2つの検出システム(52,62)において取得するために適した構成の2つの検出要素(50,60)を備えた2つの検出システム(52,62)と、検出要素(50,60)に対して設けられた2つのフィルタ要素(51,61)と、を備えている。2つの検出要素(50,60)の向きは放射源を基準として、2つの検出システム(52,62)によって重なり領域(65)を生ずるように調整されている。重なり領域(65)によって、たとえばガス分子または水分(400)に起因して生じ得る光伝播の減衰が両検出要素(50,60)に対して作用し、これによって、減衰は濃度特定の観点において補償される。【選択図】図1a

Description

本発明は、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置に関する。呼吸ガス混合気中のガス成分の濃度特定のための装置は特に、患者から吐き出された二酸化炭素の濃度値を特定するために使用される。独国特許発明第10047728号明細書(DE10047728 B4)に、二酸化炭素、笑気および麻酔ガスを測定するためのセンサが記載されている。同文献では、4つの光学フィルタ要素から成る構成体が示されており、これに対して検出要素が設けられている。フィルタ要素と検出要素とをこのように組み合わせたものは、光線混合システムの周囲に配置されている。かかる光線混合システムをマルチスペクトルセンサに構成したものが、欧州特許第0536727号明細書(EP 0 536 727 B1)に記載されている。このようなセンサシステムは、臨床現場ではたとえばカプノグラフにおいて使用され、また、いわゆるCOメインストリームセンサまたはCOサイドストリームセンサ等においても使用される。米国特許第5261415号明細書(US 5 261 415 B2)に、COメインストリームカプノグラフィセンサが記載されている。呼吸ガスを送るキュベット内にインサート部品が配置されており、このインサート部品にも赤外光測定システムが配置されている。欧州特許第0536727号明細書(EP 0 536 727 B1)から、有効な光線混合を達成するために必要な光学部品の構成および配置が、どの程度複雑になってしまうかが明らかである。この光線混合の役割は、局所的に生じたコンタミネーションを参照チャネルおよび測定チャネルの双方において対称的に作用させることである。このことは、コンタミネーション、水蒸気、および検出要素の経時現象を動作中に持続的に補償できるように、測定チャネルと参照チャネルとの比がどの動作点においても保証するために必要なことである。欧州特許第0536727号明細書に記載されているような解決手段の欠点は、光線混合によって、赤外光を測定キュベット内において複数回偏向および反射しなければならないことにより、信号減衰が生じることである。かかる信号減衰によって、信号雑音比(SNR)が悪くなる。このことは、必要な測定値分解能を達成するために、吸収長を長くすることによって測定信号の減少を補償しなければならなくなる原因となる。吸収長が長くなることにより、構造上の構成が大型化する結果となる。光線混合が必要であることと、これに関与する構成要素が多数であることは、さらに、欧州特許第0536727号明細書の形式のマルチスペクトルセンサに係る複雑性の観点と、これら関与する構成要素の公差要求が厳しくなること(公差連鎖)の観点と、これにより製造コストが高くなる観点と、において、悪影響を及ぼすものとなる。
上掲の従来技術とこれについて記載された欠点とを背景として、本発明の課題は、小さい所要スペースかつ比較的低い製造コストの点で優れている、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分のガス濃度特定のための装置を実現することである。
前記課題は、請求項1の発明特定事項を具備する、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置によって解決される。
前記課題はさらに、請求項2の発明特定事項を具備する、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置によっても解決される。
従属請求項から、本発明の有利な実施形態が明らかであり、以下の記載においてこれらの実施形態について、部分的に図面を参照して詳細に説明する。
本発明では、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置において、以下の構成要素が設けられている:
・λ1=2500nm〜λ2=14000nmの波長領域の光放射の放射面を用いた放射に適した構成の放射源、
・放射源によって生成された光放射を取得するために適した構成の2つの検出要素と、当該検出要素に配置された2つのバンドパスフィルタ要素とを備えた2つの検出システム、
・絞り要素B、
・第1の光透過要素F1と第2の光透過要素F2とを備えた流路、
・コントロールユニット
放射源から放射された光は、放射面から実質的に直角に、本装置の垂直軸の方向に放出される。
放射源のλ1=2.5μm〜λ2=14.0μmの波長領域によって、笑気濃度、二酸化炭素濃度の赤外光測定、また、たとえば揮発性麻酔ガスまたはメタン等の種々の炭化水素の赤外光測定を行うことができる。
検出要素はたとえば半導体検出器、焦電検出器(パイロディテクタ)、熱電検出器(サーモパイル、サーモカップル)として、熱型検出器(ボロメータ)として、また、半導体検出器と熱型検出器との組合せとしても構成される。検出要素は、赤外線波長領域の赤外線の場合に光を検出するように構成されている。この赤外線波長領域は典型的には、ガスによる吸収、たとえば二酸化炭素による吸収が生じる波長領域である。
バンドパスフィルタ要素はたとえば、基板上に設けられた干渉層の形態の光干渉フィルタとして構成されている。これを透過する光は、測定ガスの吸収領域によって定まる、λ1=2.5μm〜λ2=14.0μmの波長領域の光である。
光透過要素F1,F2は、ガラス材料、プラスチック材料から、板材またはフィルムの形態で構成することができる。光透過要素F1,F2は相対向して流路の壁に気密に嵌め込まれている。光透過要素F1,F2は、λ1=2.5μm〜λ2=14.0μmの波長領域の光を透過するように構成されている。
バンドパスフィルタ要素の配置は、放射源から放射された赤外線が直接的な光路で、または、たとえば光路上の反射要素またはミラーシステムを用いて赤外線を偏向することによって迂回する光路で、2つの検出要素の上流の2つの各バンドパスフィルタ要素を通過するようになされている。
2つのバンドパスフィルタ要素のうち少なくとも1つは、測定ガスによって吸収される波長領域の赤外線に対して光透過性に構成されている。
このバンドパスフィルタ要素が配置された検出要素は、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置におけるいわゆる測定チャネルとなる。
2つのバンドパスフィルタ要素のうち少なくとも1つは、測定ガスによって吸収されないかまたはほとんど吸収されない波長領域の赤外線に対して、光透過性に構成されている。
このバンドパスフィルタ要素が配置された検出要素は、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置におけるいわゆる参照チャネルとなる。
2つの検出システムにおいて、検出要素に配置された2つのバンドパスフィルタ要素を備えた当該2つの検出要素は、その表面に2つの検出面を形成する。これらの検出面は、放射源によって生成された、検出要素への光放射を受光するためのものである。バンドパスフィルタ要素は、放射源によって生成された光をフィルタリングして検出要素へさらに送るためのものである。
典型的な測定ガス(「ターゲットガス」とも称されることが多い)は、たとえば二酸化炭素または笑気、また、たとえばメタンまたは揮発性麻酔ガス等の多数の気体有機化合物、たとえばハロタン、イソフルレン、デスフルラン、エンフルレン等である。
バンドパスフィルタ要素は、2.5μm〜14μmの波長領域の透過領域の赤外光の光学フィルタリングを行うように構成されている。
よって、上述のバンドパスフィルタ要素を用いることにより、以下の表1に示されたようなガスに対応する透過領域を得ることができる。
Figure 2018072341
笑気、ハロタン、イソフルレン、セボフルランおよびデスフルランのガスは、麻酔を行うとき、たとえば外科処置を行うときに患者に麻酔をかけるために使用され、アセトンは、患者の可能な代謝生成物として得られるものであるから、たとえば糖尿病患者の呼気中に含まれている。エタノールは、たとえばアルコールを摂取した患者の場合に呼気中に存在し得るものである。
呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置では、コントロールユニットを用いて測定チャネルおよび参照チャネルの各測定値が取得され、互いに比較される。通常は、測定チャネルの取得された測定値と参照チャネルの取得された測定値とから商が形成され、この商が、濃度特定のための装置における測定ガスの濃度を表す尺度、すなわち、光路上に存在するガス量の濃度の尺度を示唆するものとなる。
検出要素に配置されたバンドパスフィルタ要素を備えた当該検出要素、ならびに当該バンドパスフィルタ要素の相互間の空間的配置、および検出要素と、当該検出要素に配置されたバンドパスフィルタ要素との空間的配置が、本発明では、検出器構成としての2つの検出システムを構成する。
本発明では、2つの検出システムに対向する側に、光量を当該2つの検出システムの方向に直接放出して当該2つの検出システムに入射させる光放射素子、または光量を反射によって間接的に2つの検出システムへ送って当該2つの検出システムに入射させる光反射素子のいずれかが配置されている。
光量を2つの検出システムの方向に直接放射して当該2つの検出システムに入射させる光放射素子が、放射源である。
光量を検出システムの方向に間接的に送って当該検出システムに入射させる光反射ユニットは、放射源の光量、または呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置においてたとえば2つの検出システムに対向して配置されている、光生成に適した他の照射源の光量を反射する反射システム、反射要素、または光反射ミラーである。反射要素またはミラーは、ガラス材料、プラスチック材料から、板材またはフィルムの形態で構成することができる。
本発明では、コントロールユニットと、放射源と、放射源を基準とする2つの検出システムの空間的配置とが、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置を構成する。
本発明の第1の側面では、放射源を基準とする検出システムの空間的配置は、2つの検出要素と、当該2つの検出要素に配置された2つのバンドパスフィルタ要素とを備えた両検出システムを、放射源の同一の側において隣り合って配置するようになされている。
本発明の他の一側面では、放射源を基準とする検出システムの空間的配置は、2つの検出要素と、当該2つの検出要素に配置された2つのバンドパスフィルタ要素とを備えた両検出システムを、放射源のそれぞれ反対側に配置するようになされている。
本発明の第1の側面の本発明の第1の実施形態では、2つの検出要素と、当該2つの検出要素に配置された2つのバンドパスフィルタ要素とを備えた2つの検出システムは、放射源のそれぞれ反対側に第3の距離lをおいて、有利には0.1mm〜10.0mmの範囲の距離lをおいて配置されている。
本発明の他の一側面の本発明の第2の実施形態では、2つの検出要素と、当該2つの検出要素に配置された2つのバンドパスフィルタ要素とを備えた両検出システムは、放射源の同一の側に隣り合って配置されている。
本実施形態では放射源は、検出システムの、2つの検出要素に配置された2つのバンドパスフィルタ要素を備えた当該2つの検出要素の間の実質的に中央に、共に組み込まれて配置されている。
本発明の当該第2の実施形態では、放射源に対向し、かつ2つの検出システムに対向して、第3の距離l3’をおいて、有利には0.1mm〜5.0mmの範囲の距離l3’をおいて、少なくとも1つの光反射要素、有利には面状の光反射要素が配置されており、この光反射要素は、反射面を用いて、放射源から当該反射面に入射した光量を2つの検出システムの方向に反射させるように構成されている。
本発明の第1および第2の実施形態では、測定チャネル検出要素/バンドパスフィルタ要素と参照チャネル検出要素/バンドパスフィルタ要素との2つの検出システムの配置において、測定チャネル検出要素/バンドパスフィルタ要素と参照チャネル検出要素/バンドパスフィルタ要素との間の水平方向の距離lは、0.1mm〜10mmの有利な範囲内で選択される。
本発明の第1および第2の実施形態では、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度測定のための装置が構造的に小型の構成体となるように、2つの検出システムから、対向する光放射素子(放射源)または光反射素子までの距離は、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置の他の構成要素の長さ、幅、高さの寸法と、各構成要素(検出要素、バンドパスフィルタ要素、放射源の放射面、光反射素子の反射面)の各面積寸法とに合わせて調整されている。
呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度測定のための装置の「構造的に小型の構成体」とは、本発明では、構成体の測定容積が0.05ml〜0.2mlの範囲内であり、かつ長さ、幅または高さにおける構造上の最大サイズが2mm〜10mmの範囲内に構成されている構成体をいう。
このことの利点は、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度測定のための装置の構成要素の構成体を構造的に小型に構成することにより、放射源または光反射要素から2つの検出要素へ向かう光路間の重なり領域が、簡単に、かつ他の光線偏向要素または多重反射発生要素を用いることなく得られることである。
この重なり領域は、検出要素に配置されたバンドパスフィルタ要素を備えた2つの検出要素と放射源ないしは光反射要素とを有する2つの検出システムの配置の幾何学的形態から得られる。当該重なり領域は、検出要素の配置の平面から鉛直方向に、放射源ないしは光反射要素の方向に得られる。当該重なり領域は光線混合と同等に作用するが、光線混合に付随する欠点、すなわち、多重偏向に起因する信号減衰と、これに付随する不都合な信号雑音比(SNR)とを甘受しなければならないという欠点を伴わない。よって重なり領域は、上記にて欧州特許第0536727号明細書を援用して述べた欠点を伴うことなく、たとえば上掲の欧州特許第0536727号明細書で使用されるような光混合の機能、すなわち、局所的に生じたコンタミネーションを参照チャネルと測定チャネルとの双方において対称的に働かせる機能に等価的に代わるものである。この重なり領域によって、水分(凝縮水、水蒸気)またはコンタミネーション等の影響を実質的に受けない、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の測定が可能になる。構成要素の構造的に小型の構成体に上述の重なり領域があることにより、コンタミネーション、水蒸気、および検出要素の経時現象を、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度測定のための装置の動作中に持続的に補償できるように、参照チャネルに対する測定チャネルの信号の比率が全ての動作点において保証される。本実施形態の上述の幾何学的形態に起因して、たとえばガス分子、水蒸気、凝縮水または他の不純物、たとえば塵埃等が、両検出要素の光路上に存在することとなり、水蒸気、凝縮水または他の不純物によって測定信号に及ぼされる影響が、たとえば測定値の振幅減衰として、測定チャネルおよび参照チャネルのいずれにおいても現れる。このことから、参照チャネルの信号と測定チャネルの信号の比を形成することによって水分(水蒸気、凝縮水)または他のコンタミネーションの影響を消失させることができる。というのも、かかる影響は参照チャネルおよび測定チャネルの各信号にほぼ同一に作用し、同一の効果を生じさせるからである。
測定チャネル検出要素/バンドパスフィルタ要素および参照チャネル検出要素/バンドパスフィルタ要素の相互間の幾何学的形態の選択と、これらの相互間の距離の選択との双方によって、重なりの領域を画定することができる。
第1の実施形態では、放射源と測定チャネル検出要素/バンドパスフィルタ要素および参照チャネル検出要素/バンドパスフィルタ要素の構成体との相互間の垂直方向の距離の選択と協働して、重なり領域の構成を空間的寸法と、面状の重なりと、測定ガスの有効重なり容積とによって、さらに変化させて定めることができる。
第2の実施形態では、光反射要素と測定チャネル検出要素/バンドパスフィルタ要素および参照チャネル検出要素/バンドパスフィルタ要素の構成体との相互間の垂直方向の距離の選択と協働して、重なり領域の構成を空間的寸法と、面状の重なりと、測定ガスの有効重なり容積とによって、さらに変化させて定めることができる。
上記構成を定めるために適した、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度測定のための装置の構造的に小型の構成体の配置は、たとえば各構成要素間の距離の商の形態の比率と、構造的広がりとを用いて選択される。「構造的広がり」とは本発明では、各構成要素の長さlまたは幅bの水平方向の寸法をいう。ここで長さlは、直交座標系において幅bに対して直角の方向のものである。特殊な形態として、長さlと幅bとを同一に選択すると正方形の広がりとなり、また、長さlおよび幅bに代えて直径dを用いると円形の広がりとなる。
表2aおよび表2bにおいて、長さの比と距離とに基づき、構造的に小型の構成体の適切な配置の定義が説明されている。
Figure 2018072341
Figure 2018072341
本発明の第1の実施形態では、
・λ1=2.5μm〜λ2=14.0μmの波長領域の光放射の放射に適した構成の放射源と、
・2つの検出システムであって、
・放射源によって生成された光放射を取得するために適した構成の2つの検出要素、および
・放射源によって生成された光放射を取得するための検出面を成す、2つの検出要素に配置されたバンドパスフィルタ要素
を備えた検出システムと、
・光放射の垂直軸に対して実質的に直角に、ガス流の導流を行うように構成された流路と、
・双方ともλ1=2.5μm〜λ2=14.0μmの波長領域の光放射に対して光透過性に構成された、第1の光透過要素F1および第2の光透過要素F2と、
・放射源から2つの検出システムの検出面まで光線導光を行うための絞り要素Bと、
・放射源の動作および2つの検出要素の信号取得を制御するためのコントロールユニットと、
を備えたガス成分の濃度特定のための装置の構造的に小型の構成体が達成される。
ここで、2つのバンドパスフィルタ要素のうち1つは、測定ガスによって吸収される赤外線に対して光透過性に構成されており、2つのバンドパスフィルタ要素のうち1つは、測定ガスによって吸収されない赤外線に対して光透過性に構成されている。
放射源の放射面は、2つの検出システムの2つの検出面から垂直方向の距離l(33)の場所に配置されている。
第2の光透過要素F2について、距離lF2が垂直方向の距離lとの関係において下記の関係式lF2/l≧0.5を満たすものとなり、かつ第2の光透過要素F2について距離lF2が、2つの検出システムの検出面までの垂直方向の距離lとの関係と、距離lDBとの関係とにおいて、下記の関係式0≦lDB/l≦lF2/lを満たす比率となるように、第2の光透過要素F2はガス成分の濃度特定のための装置に流路の壁の一部として配置されている。
第1の光透過要素F1について、距離lF1が垂直方向の距離lとの関係において下記の関係式lF1/l≦0.3を満たすものとなるように、第1の光透過要素F1はガス成分の濃度特定のための装置に流路の壁の一部として配置されている。
絞り要素Bは、当該絞り要素Bの水平方向の寸法について放射源の水平方向の寸法lとの関係において、下記の関係式l/l≧0.25を満たす比率となるように、ガス成分の濃度特定のための装置において流路の表面または外部に配置されている。
絞り要素Bは、当該絞り要素Bの水平方向の寸法について、放射源(30)の水平方向の寸法lとの関係と、検出システムの水平方向の寸法lD1,2との関係とにおいて、下記の関係式l/l≧lD1,2/lを満たす比率となるように、ガス成分の濃度特定のための装置において流路の表面または外部に配置されている。
このような幾何学的関係により、ガス成分の濃度特定のための装置の第1の実施形態では、流路において、両検出システム間の、放射源によって生成された光放射の重なり領域が得られる。長さおよび距離の比としての上述の関係式は、第1の実施形態では、表2aおよび表2bに記載の長さおよび距離の定義から得られる。
本発明の第2の実施形態では、
・λ1=2.5μm〜λ2=14.0μmの波長領域の光放射の放射に適した構成の放射源と、
・光反射に適した構成の、放射源に対向して配置された光反射要素と、
・2つの検出システムであって、
・光反射要素によって反射された放射を取得するために適した構成の2つの検出要素、および
・放射源によって生成された光放射を取得するための検出面を成す、2つの検出要素に配置された2つのバンドパスフィルタ要素
を備えた検出システムと、
・光放射の垂直軸に対して実質的に直角に、ガス流の導流を行うように構成された流路と、
・双方ともλ1=2.5μm〜λ2=14.0μmの波長領域の光放射に対して光透過性に構成された、第1の光透過要素F1および第2の光透過要素F2と、
・放射源から2つの検出システムの検出面まで光線導光を行うための絞り要素Bと、
・放射源の動作および2つの検出システムの信号取得を制御するためのコントロールユニットと、
を備えたガス成分の濃度特定のための装置の構造的に小型の構成体が達成される。
ここで、2つのバンドパスフィルタ要素のうち1つは、測定ガスによって吸収される赤外線に対して光透過性に構成されており、2つのバンドパスフィルタ要素のうち1つは、測定ガスによって吸収されない赤外線に対して光透過性に構成されている。
光反射要素の反射面は、2つの検出システムの2つの検出面から垂直方向の距離lの場所に配置されている。
第2の光透過要素F2について、距離lF2が垂直方向の距離lとの関係において下記の関係式lF2/l≧0.5を満たすものとなり、かつ第2の光透過要素F2について距離lF2が、2つの検出システムの検出面までの垂直方向の距離lとの関係と、距離lDBとの関係とにおいて下記の関係式0≦lDB/l≦lF2/lを満たすものとなるように、第2の光透過要素F2はガス成分の濃度特定のための装置に流路の壁の一部として配置されている。
第1の光透過要素F1について、距離lF1が垂直方向の距離lとの関係において下記の関係式lF1/l≦0.3を満たすものとなるように、第1の光透過要素F1はガス成分の濃度特定のための装置に流路の壁の一部として配置されている。
絞り要素Bは、当該絞り要素Bの水平方向の寸法について光反射要素の水平方向の寸法lとの関係において、下記の関係式l/l≧0.25を満たす比となるように、ガス成分の濃度特定のための装置において流路の表面または外部に配置されている。
絞り要素Bは、当該絞り要素Bの水平方向の寸法について、放射源(30)の水平方向の寸法lとの関係と、検出システムの水平方向の寸法lD1,2との関係とにおいて、下記の関係式l/l≧lD1,2/lを満たす比率となるように、ガス成分の濃度特定のための装置において流路の表面または外部に配置されている。
このような幾何学的関係により、ガス成分の濃度特定のための装置の第2の実施形態では、流路において、両検出システム間の、光反射要素によって反射された放射の重なり領域が得られる。長さおよび距離の比としての上述の関係式は、第2の実施形態では、表2aおよび表2bに記載の長さおよび距離の定義から得られる。
以下、第1の実施形態および第2の実施形態の双方の流路に重なり領域を有する構造的に小型の実施形態が得られる幾何学的構造上の構成を達成するための上掲の関係式を、表3において再度、一覧として列挙する。
Figure 2018072341
第1の実施形態の有利な一実施形態では、放射源は面放射源として、膜放射源として、または実質的に平坦に構成された放射面を備えた放射素子として、または実質的に平坦に構成された放射面を備えた発光ダイオード(LED)として構成されている。放射面は、当該放射面全体にわたって均質に放射するように構成されている。面放射源または膜放射源の放射面、および発光ダイオードの実質的に平坦に構成された光出射面の放射面はいずれも、有利には本発明の第1の実施形態の装置のために、2.0mm〜10mmの範囲内である。ここで2つの検出システム間の距離lは、0.05mm〜1.0mmの範囲内である。
第2の実施形態の有利な一実施形態では、放射源は点放射源として、または実質的に80°〜170°の水平方向放射角で反射要素の方向に点状に放射する発光ダイオード(LED)として、反射要素の方向に向けられ、かつ光反射要素の方向に均質に放射するように構成されている。点放射源の放射面、および点状に放射する発光ダイオードの放射面はいずれも、有利には本発明の第2の実施形態の装置のために、約0.05mm〜1.0mmの範囲内である。ここで2つの検出システム間の距離lは、約200μm〜800μmの範囲内である。放射源に対向して設けられた光反射要素の反射面は、有利には本発明の第2の実施形態の装置のために、2.0mm〜10mmの範囲内である。
第2の実施形態の有利な一実施形態では、たとえば反射される光の光混合または光散乱によって両検出システムに有利には均質に分布させるように構成された表面テクスチャが、光反射要素に施されている。かかる表面テクスチャはたとえば、溝、窪部、凹部または陥入部を有するパターンであり、このパターンは、プラスチック材料に切削またはエンボス加工による成形を施すことによって形成することができる。これに代わる他の一態様は、光反射要素に表面テクスチャによってテクスチャ加工されたフィルムである。
第1および第2の実施形態では、2つの各検出要素は有利には、当該2つの検出要素間の有利には中央において延在する垂直軸から0.1mm〜10mmの範囲内の第1の距離lをおいて配置されている。
第1および第2の実施形態では、2つの検出要素に配置された2つの各バンドパスフィルタ要素は有利には、当該2つの検出要素間の有利には中央において延在する垂直軸から0.1mm〜10mmの範囲内の第2の距離lをおいて配置されている。
さらに有利な一実施形態では、検出要素はサーモパイルまたはサーモカップルとして構成されている。
さらに有利な一実施形態では、検出要素は半導体検出器として、たとえばInAsSb検出器(インジウムヒ素アンチモン検出器)として構成されている。
さらに有利な一実施形態では、検出要素は焦電検出器として構成されている。
さらに有利な一実施形態では、検出要素はボロメータとして構成されている。
サーモカップル、サーモパイル、焦電検出器およびボロメータの利点としては、これらは低コストで製造することができ、熱型検出器として3〜14μmの幅広い波長領域において使用できることが挙げられる。
半導体検出器の利点としては、その測定感度を所望の波長領域に非常に良好に合わせて調整できることが挙げられる。その上、半導体検出器の信号立ち上がり時間は比較的短い(t10_90)。
第1および第2の両実施形態の呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置において、有利な一実施形態では、第1および第2の光透過要素は、吸気ガスおよび/または呼気ガスを送るために適した流路を構成する。流路内には吸気ガスおよび/または呼気ガスが主流として流され、放射源と2つの検出要素と、これに配置されたバンドパスフィルタ要素との間の光路を通過する。本実施形態では、ガス濃度の検出はこの主流で行われる。第1の実施形態では、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置は、検出システムと、第1および第2の光透過要素と、絞り要素と、放射源とによって構成される。第2の実施形態では、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置は、検出システムと、第1および第2の光透過要素と、絞り要素と、光反射要素と、放射源とによって構成される。
かかる実施形態の一態様は、たとえば、患者の口領域に直接配置されるものとしての、患者の呼気ガス中の二酸化炭素測定のための装置であり、これはしばしば、いわゆる「メインストリームCOセンサ」とも称されることが多い。
上述の実施形態の他の一態様は、たとえば、患者において二酸化炭素および他のガス濃度、特に麻酔ガスを測定するための分析装置であり、この分析装置では、当該分析装置に配置されたポンプによって口領域において直接、口領域から小径のホースを介して分析装置へガス量が連続的に吸い出され、または移送され、この分析装置において当該ガス量のガス組成およびガス濃度が分析される。本態様では、患者吸気ガス濃度および患者呼気ガス濃度の双方が関心対象となる。かかる測定手法はしばしば、いわゆる「吸出式ガス測定」、またはいわゆる「サイドストリーム麻酔ガスモニタリング」とも称されることが多い。
麻酔環境下でのガス測定の適用に際しては、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置のサイズが果たす役割は(特に「サイドストリーム」使用時において)決して小さくない。放射源と検出要素ないしはバンドパスフィルタ要素との間の距離lを0.1mm〜10mmの有利な範囲内とすること、および放射源と光反射要素(ミラー、反射器)との間の距離l3’を0.1mm〜5.0mmの範囲内とすると共に、2.0mm〜10.0mmの有利な範囲内の放射面を有する放射源、0.5mm〜20mmの有利な範囲内の検出面を有する検出要素(ボロメータ、マイクロボロメータ、マイクロボロメータアレイ、焦電検出器、サーモカップル、サーモパイル、半導体検出器)およびバンドパスフィルタ要素の各サイズと、10mm未満の有利な範囲内の距離をおく2つの検出要素の相互間の配置とによって、0.4ml未満の範囲内、たとえば0.05ml〜0.2mlの小さい測定容積を有する、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置のサイズが可能になる。
装置に配置されたポンプを用いて50ml/min〜200ml/minの吸出体積流量で行われる「吸出式ガス測定」の場合、ここで呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置において測定容量の交換にかかる時間は0.1s〜0.5sとなる。
毎分約6回〜24回の範囲内である人間の呼吸数(毎秒0.1〜0.4回に相当)と比較して、本発明により開示された、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置は、サンプリングレートの適切な選択も共に行うことにより、呼吸ガス中の濃度変化を1呼吸ごとの分解能の測定データとして取得できる時間分解能を可能にするものである。
一般的に、距離によって小さい測定容量を可能にするだけでなく、検出要素と放射源との間の光路長も短く抑えなければならないので、サイズはさらに重要な役割を果たす。これによって、信号雑音比(SNR)が良好である十分な信号レベルを示す測定データを検出要素において取得できるようになり、これによって、ロバストな信号品質で高い測定感度が達成され、これと共に、適切な増幅回路と高品質のアナログデジタル変換器(A/Dコンバータ)とを用いることによって、たとえば16ビット以上の分解能の量子化(20ビット、24ビット)による十分にノイズフリーの高い測定分解能が可能になる。
さらに有利な一実施形態では、
・検出システムと絞り要素Bとの間、
・絞り要素Bと第2の光透過要素F2との間、
・放射源と第1の光透過要素F1との間、
・光反射要素と第1の光透過要素F1との間、
・検出システムと第2の光透過要素F2との間
の空間領域に、光屈折率n≧1を有する光透過性材料、たとえばプラスチック、水晶、ゲルマニウムまたはシリコンを充填することによって、サイズおよび幾何学的構造上の構成を小型化することもできる。かかる小型化によって、表1にて挙げた距離l、lF1、lF2、lDBを、率としての使用材料の屈折率nだけ短縮化することができる。
さらに有利な一実施形態では上述のことにより、構造的に小型の構成体としての、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置の幾何学的構造上の形態のために、空間領域に充填される光透過性材料の光屈折率nを使用して、表1に挙げた長さl、lF1、lF2、lDBを物理的な幾何学的長さ寸法としてではなく物理光学的な長さ寸法として用いることができる。このようにして、光透過性材料が空間充填に用いられる長さlF1、lF2、lDBの寸法が、光屈折率nの数値に相当する率だけ短縮する。その結果、検出システムと第2の光透過要素F2との間の距離LF2を短縮できることにより、関係式lF2/l≧0.5(表3のA)を考慮すると、放射源の放射面と2つの検出システムの2つの検出面との間の垂直方向の距離l、ないしは光反射要素の反射面から2つの検出システムの2つの検出面までの垂直方向の距離lを短縮することができる。
検出システムと絞り要素Bとの間の空間領域、絞り要素Bと第2の光透過要素F2との間の空間領域、放射源と第1の光透過要素F1との間の空間領域、光反射要素と第1の光透過要素F1との間の空間領域、または検出システムと第2の光透過要素F2との間の空間領域に充填することによって奏されるもう1つの利点としては、流路内からガスが、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置内の構成要素、光路または放射ならびに/もしくは反射された放射の領域に侵入することがないことである。光透過要素が流路に嵌め込まれて封止されている場合において、濃度特定のための装置の動作の進行中に漏れが生じても、上述の充填によって、これらの空間領域にガス量が侵入することが防止される。たとえば二酸化炭素がたとえば検出システムと第1の光透過要素F1との間の空間領域に侵入して比較的長時間残留すると、COの測定がさらに進行する過程で、動作のさらなる進行中にその測定結果に誤差を生じさせる可能性が生じ得る。というのも、侵入したCOの量が光路上においてさらに波長固有の減衰を引き起こさせ得るからである。かかる問題は、空間領域に光透過性材料を充填することによって軽減することができる。
測定チャネルと参照チャネルとが重なり合うことにより、有利には、たとえば測定ガス温度変化、不純物、水蒸気、水分、放射源または光反射要素の汚れ等の、測定チャネルと参照チャネルとの双方に対して同様に影響を及ぼす現象の、1呼吸ごとの分解能の取得された測定データが、後続の信号処理や測定データ補正の非常に面倒な処理、たとえば外部調達された水分データおよび/または温度データに基づく水分補償および/または温度補償等を行わずに、直接的に、かつ実際の物理的な測定の時点でリアルタイムに得ることができるようになる。
ここで記載されている各実施形態は、各自で、また相互間での組合せにおいても、呼吸ガス混合気中のガス成分の濃度特定のための装置の具体的な実施形態となる。本発明の実施形態の全ての可能な組合せがそれぞれ詳細に記載されていなくても、全ての実施形態、および複数の実施形態の組合せによって実現される他の可能な実施形態、およびその利点も同様に、本発明の思想に共に包含される。
以下、下記の図面と当該図面の説明とを参照して、本発明の一般的思想を限定することなく、本発明について詳細に説明する。
濃度特定のための装置の第1の概略図である。 濃度特定のための装置の他の第2の概略図である。 流路における濃度測定のための装置の配置を示す図である。 流路における濃度測定のための装置の別の配置を示す図である。 図1aおよび図1bの濃度特定のための装置の重なり領域について示す図である。
図1aは、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置1の第1の概略図である。図中の装置1は、放射素子300を有する放射源30を備えている。垂直方向の距離l33をおいて放射源30に対向して、検出要素50および検出要素60が配置されている。検出要素50,60にはバンドパスフィルタ要素51,61が配置されている。バンドパスフィルタ要素51,61は有利には、放射源30から放射された、予め決まった波長領域の放射31を通過させるバンドパスフィルタ要素として構成されている。図1aでは、垂直方向の参照軸32と水平方向の参照軸36とを有する座標系が示されており、各構成要素の相互間の位置の記述と、空間における位置と、については、この座標系を参照する。したがって、放射源30からの放射31は、水平方向の参照軸36に対して平行である、水平方向の放射平面37から出ていく。コントロールユニット9が設けられており、これは制御線路93,93’を用いて放射素子300に接続されている。さらに、コントロールユニット9は制御線路96,96’を用いて検出要素60に接続されている。また、コントロールユニット9は、制御線路95,95’を用いて検出要素50にも接続されている。検出要素50と、これに対して設けられているフィルタ要素51と、は、1つの検出システム52を構成する。検出要素60と、これに対して設けられているフィルタ要素61と、は、1つの検出システム62を構成する。検出システム52と62とが合わさって1つの検出配置構成体40を成し、これは、放射源30およびコントロールユニット9と共に、ガス成分の濃度特定のための装置1を機能的に構成する。垂直軸32および水平方向の参照軸36を基準とする検出配置構成体40の配置は、検出システム52,62間の距離によって定まる。検出システム52は図1aでは、水平方向の参照軸36と水平方向の放射平面37との双方に対して平行な配置で設けられている。検出配置構成体40では、検出要素50から中心軸32まで水平方向の距離l34がある。検出配置構成体40では、検出要素60から中心軸32まで距離l34’がある。検出配置構成体40では、バンドパスフィルタ要素51から中心軸32まで距離l35がある。検出配置構成体40ではさらに、フィルタ要素61から中心軸32まで距離l35’がある。検出システム52,62は中心軸32に対して直角に配置されていることから、検出要素50とフィルタ要素51とについては、中心軸32までの各距離l34およびl35が等しい。
呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置1の本概略図では、流路100が示されており、この流路100は、放射源30と検出システム52,62との間に、水平方向の参照軸36に対して平行に配置されている。流路100の壁には、光透過性の第1の光透過要素F1(21)と光透過性の第2の光透過要素F2(22)とが相対向して配置されており、これらによって、放射源30から流路100を通過するように放射31を行うことが可能になる。
図1aでは、表2aおよび表2bに列挙した、各構成要素の寸法または広がりおよび各構成要素相互間の距離が、長さの形態で示されている。
同図では、光透過要素F1(21)と放射源30との間の距離lF1210が示されている。
同図では、光透過要素F2(22)と検出システム52,62との間の距離lF2220が示されている。
同図では、絞り要素B(23)と検出システム52,62との間の距離lDB240が示されている。
同図では、放射源30と検出システム52,62との間の垂直方向の距離l33が示されている。
同図では、放射源30の水平方向の寸法l 388が示されている。
同図では、絞り部B(23)の開口の水平方向の寸法l 230が示されている。
同図では、検出システム52,62の各水平方向の寸法lD1,2600が示されている。
図1aに示された、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置1の構造的な構成は、表3の関係式A,B,C,D,Eを構造上の寸法決定の基礎として適用して、重なり領域65(図4)による構造的に小型の構成体の構成を達成するようになされている。
第1の実施形態について表3に挙げた関係式A,B,C,D,Eを用いて上記にて示した幾何学的構造上の条件の適用に基づき、かつ検出配置構成体40の両検出システム52,62間の距離l38(図4)と、垂直方向の中心軸32までの各距離34,34’,35,35’と、放射源30の水平方向の寸法l 388と、絞り部B(23)の開口の水平方向の寸法l230と、各検出システム52,62の各水平方向の寸法lD1,2600と、に基づき、垂直方向の距離l33も使用して得られる、上述の構造的に小型の構成体の構成によって、放射源30から放射される放射31について、放射源30と検出配置構成体40との間の垂直方向の距離に沿って、当該放射源30から放射される放射31の重なり領域65(図4)が得られる。
この重なり領域65(図4)は、検出システム52,62の配置の平面から鉛直方向に、放射源30の方向に得られる。このことから、たとえばガス分子または凝縮水(水蒸気または水滴等の水分)400について、放射源30の放射31がこのガス分子400を通過して、このときに検出要素50および検出要素60のいずれに対しても放射31として働く状況が生じる。図1aではガス分子または凝縮水400は、一例として中心軸32上において放射源30の付近に示されている。このことによって、たとえば水分(凝縮水)400が検出要素50および検出要素60の双方に対して同様に放射を減衰させることが保証される。このことから、検出要素50の信号と検出要素60の信号との比を形成することにより、水分および不純物の影響を消失させることができる。
図1aについてのこの説明では、図4を参照されたい。同図では、放射31の重なり領域65(図4)についての上記条件A,B,C,D,Eを満たす装置1の構造における作用を、概略的かつ簡略的にグラフィック形式で示している。
コントロールユニット9は、適切な電子部品(増幅器、アナログデジタル変換器、マイクロコントローラ)を使用して検出要素50,60の信号を処理して出力信号99を出力する。この出力信号99は、検出要素50,60によって取得された信号と、これらの取得された信号の比と、を表すものであり、よって、当該両信号ないしは信号比から導出されるガス濃度を表すものでもある。
図1bは、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置1’の他の第2の概略図である。図1aと図1bとにおいて同一の要素には、図1bにおいて、図1a中の対応する同種の要素と同一の符号を付している。
図1bは、図1aを変更した態様を、他の第2の概略図で示すものである。図1aとの相違点として、図1bでは放射源30は、光学部品および検出器と同一の側に配置されている。図中の装置1’は、放射素子300を有する放射源30(図1bでは符号は省略している)を備えている。放射源30に直接隣接して、検出要素50および他の検出要素60が配置されている。検出要素50,60にはバンドパスフィルタ要素51,61が配置されている。放射源30に対向して、光反射要素として反射器39、たとえばミラーまたは平面鏡が配置されている。反射器39は、放射源30から放射された放射31に対してミラーとして作用し、反射される放射31’をバンドパスフィルタ要素51,61および検出要素50,60に向けて反射させる。バンドパスフィルタ要素51,61は、予め決まった波長領域の光を通過させる。図1bでは、垂直方向の参照軸32、水平方向の参照軸36を有する座標系が示されている。これらの軸は、図1aの説明と同様に、各構成要素の相互間の位置および空間内における各位置の参照として使用される。コントロールユニット9が設けられており、これは放射源30の放射素子300に接続されている。コントロールユニット9と検出要素60,50とを接続するために制御線路93,93’ないしは96,96’および95,95’を用いた本構成は、図1aと対応する説明とに記載の構成に相当し、これらを参照されたい。検出要素50と、これに対して設けられているフィルタ要素51と、は、1つの検出システム52を構成する。検出要素60と、これに対して設けられているフィルタ要素61と、は、同様に1つの検出システム62を構成する。これらの検出システム52,62は、放射源30と共に1つの検出配置構成体41を成し、これは、コントロールユニット9および反射器39と共に、ガス成分の濃度特定のための装置1’を機能的に構成する。軸32,36を基準とする検出配置構成体41の配置は、検出システム52,62間の距離によって定まる。各検出システム52,62は、図1bでは、垂直方向の中心軸32に対してそれぞれ直角に設けられている。検出配置構成体41では、検出要素50から中心軸32まで水平方向の距離l34がある。検出配置構成体41では、検出要素60から中心軸32まで距離l34’がある。検出配置構成体41では、バンドパスフィルタ要素51から中心軸32まで距離l35がある。検出システム52,62は中心軸32に対して直角に配置されていることから、検出要素50とフィルタ要素51とについては、中心軸32までの距離l34’およびl35’が等しい。検出配置構成体41ではさらに、フィルタ要素61から中心軸32まで距離l35’がある。検出システム52,62は中心軸32に対して直角に配置されていることから、検出要素50とフィルタ要素51とについては、中心軸32までの距離l34およびl35が等しい。
呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置1’の本概略図では、流路100’が示されており、この流路100’は反射器39と検出システム52,62との間に、水平方向の参照軸36に対して平行に配置されている。流路100’の壁には、光透過性の第1の光透過要素F1(21)と光透過性の第2の光透過要素F2(22)とが相対向して配置されており、これらによって、放射源30と反射器39とを用いて反射された放射31’の放射31が流路100’を通過するように行うことが可能になる。
図1bでは、表2aおよび表2bに列挙した、各構成要素の寸法または広がりおよび各構成要素相互間の距離が、長さの形態で示されている。
同図では、光透過要素F1(21)と反射器39との間の距離lF1210が示されている。
同図では、光透過要素F2(22)と検出システム52,62との間の距離lF2220が示されている。
同図では、絞り要素B(23)と検出システム52,62との間の距離lDB240が示されている。
同図では、反射器39と検出システム52,62との間の垂直方向の距離l33’が示されている。
同図では、反射器39の水平方向の寸法l 390が示されている。
同図では、絞り部B(23)の開口の水平方向の寸法l 230が示されている。
同図では、検出システム52,62の各水平方向の寸法lD1,2600が示されている。
図1bに示された、呼吸ガス混合気中の少なくとも1つのガス成分の濃度特定のための装置1’の構造的な構成は、表3の関係式A,B,C,D’,E’を構造上の寸法決定の基礎として適用して、重なり領域65(図4)による構造的に小型の構成体の構成を達成するようになされている。
第2の実施形態について表3に挙げた関係式A,B,C,D’,E’を用いて上記にて示した幾何学的構造上の条件の適用に基づき、かつ検出配置構成体41の両検出システム52,62間の距離l38(図4)と、垂直方向の中心軸32までの各距離34,34’,35,35’と、反射器39の水平方向の寸法l 390と、絞り部B(23)の開口の水平方向の寸法l230と、各検出システム52,62の各水平方向の寸法lD1,2600と、に基づき、垂直方向の距離l33’も使用して得られる、上述の構造的に小型の構成体の構成によって、反射器39によって反射される放射31’について、放射源30と検出配置構成体41との間の垂直方向の距離に沿って、当該反射器39によって反射される放射31’の重なり領域65(図4)が得られる。この重なり領域65(図4)は、検出システム52,62の配置の平面から鉛直方向に、放射源30の方向に得られる。検出システム52,62は、水平方向の参照軸36と、中心軸32と、当該水平方向の参照軸36に対して平行に配置された、反射器の光反射の水平方向の光反射平面37’と、を基準として設けられている。検出システム52および62に基づいて得られる重なり領域65(図4)によって、たとえば反射された放射31内において反射器39の付近に存在する不純物または凝縮水が、検出要素50と検出要素60との双方に同様に放射に影響を及ぼす、すなわち、場合によっては放射を減衰することとなる。このことから、図1aにおいて説明したように、検出要素50の信号と検出要素60の信号との比から、水分400(図1a)または不純物の影響を消失させることができる。
図1bについてのこの説明では、図4を参照されたい。同図では、反射される放射31’の重なり領域65(図4)についての上記条件A,B,C,D’,E’を満たす装置1’の構造における作用を、概略的かつ簡略的にグラフィック形式で示している。
図1aとの相違点として図1bでは、反射器39までの放射31の経路と、検出要素50,60までの反射された放射31’の経路と、について、光路が延長されており、最も簡単な事例では2倍になっている。このように光路が延長している結果、検出要素50,60に入射した光線が、図1aより小さい強度となる。このことによって、図1bにおいてガス成分の濃度特定のための装置1’の感度に差異が生じる。コントロールユニット9における検出要素50,60の信号の処理は、適切な電子部品を用いて、図1aにおいて説明したのと同様の態様で行われる。コントロールユニットは、検出要素50,60の信号または検出要素50,60の信号の比を表す出力信号99を出力する。よって出力信号99は、検出要素50,60の取得した信号に基づいて当該信号から導出されるガス濃度を後続処理へ、たとえば表示ユニット94(図2)へ提供するものである。
図2および図3は、図1a、図1bの濃度特定のための装置の配置を示している。図2,図3については、互いに共通する構成に関しては同じ図面説明で、また相違点に関しても説明する。図2,図3において同一の要素には、図2,図3中の対応する同種の要素と同一の符号を付している。図2,図3と図1a,図1bとにおいて同一の要素には同一の符号を付しており、図2,図3と図1a,図1bとにおいて対応する同種の要素についても同様である。
図2には、ガス成分の濃度特定のための装置1’(図1b)が示されている。流路100’は、ガス量80を有する流れを、装置1’(図1b)による測定に供するために構成されている。検出システム52,62は、放射源30、点放射源30’として構成された放射素子300と、コントロールユニット9と、に接続されているのが示されている。検出システム52,62は放射源30およびコントロールユニット9と共に保持要素97に配置されており、この保持要素97は流路100’に結合されている。流路100’は第1の光透過要素F1(21)を備えており、これは反射器39と共に、流路100’の壁のサブユニットを構成する。流路100’は第2の光透過要素F2(22)を備えており、これは絞り要素23と共に、流路100’の壁のサブユニットを構成する。光透過要素F1(21),F2(22)は、放射源30,30’から放射された光を通すように、また、反射器39によって反射された光を通すように構成されている。光透過要素F1(21),F2(22)、反射器39および絞り要素23は、流路100’の気密性を保証するため、シーリング部材98を用いて流路100’に配置されている。図2に示されている構成の動作については、図1bについて説明した通りである。
図3には、図2とは異なり、図1aに示したガス成分の濃度特定のための装置1が示されている。放射源30は、流路100の、検出システム52,62に対向する側に配置されている。検出システム52,62は放射源30およびコントロールユニット9と共に保持要素97に配置されており、この保持要素97は流路100に結合されている。検出システム52,62と放射源30とは、流路100の、流れ断面がベンチュリ管の形状に縮小している場所に、相対向するように配置される。
流路100は第1の光透過要素F1(21)を備えており、これは流路100の壁に配置されている。流路100は第2の光透過要素F2(22)を備えており、これは絞り要素23と共に、流路100の壁のサブユニットを構成する。光透過要素F1(21),F2(22)は、放射源30から放射された光を通すように構成されている。光透過要素F1(21),F2(22)および絞り要素23は、流路100の気密性を保証するため、シーリング部材98を用いて流路100に配置されている。図3の本構成では、2つの側からコントロールユニット9の要素を設ける必要がある。このことによって、検出要素50,60を備えた検出システム52,62(図1a)を動作させて信号を増幅することが可能になる。コントロールユニット9はさらに、放射源30の駆動制御と出力信号99の出力のためにも使用される。
図2,図3では、上記にて図1aおよび図1bで説明したように、取得されたガス濃度を表す出力信号99が設けられている。
図2には、医療機器200および表示ユニット94がそれぞれオプションの構成要素として破線で示されている。これらのオプションの構成要素は、出力信号99を後続の処理や使用に供することができる手段例である。
図3には上述のオプションの構成要素200,94は示されていないが、本発明の思想により、図3の構成にも同様に採用できるとみなすべきものである。
図4は、図1aおよび図1bの濃度特定のための装置1,1’の重なり領域65について示す図1000である。図4と図1a,図1b,図2,図3とにおいて同一の要素には、図4において、図1a,図1b,図2,図3中の対応する同種の要素と同一の符号を付している。
同図では、図1aの放射31の重なり領域65および図1bの反射される放射31の重なり領域65に関して、表3に記載された条件A,B,C,D,EないしはA,B,C,D’,E’を考慮した場合の、装置1(図1a)のおよび装置1’(図1b)の両構造における作用効果が示されている。ここでは、2つの検出システム52,62間に距離l 38を有する当該2つの検出システム52,62が概略的な形式で示されている。検出システム52,62に対向して、図1aでは放射源30として構成された光放射要素、または図1bでは反射器39として構成された光反射要素が設けられている。
図1bの実施形態に必要な放射源は、垂直軸32上において点放射源30’として2つの検出システム52,62間に、図1bと同等に位置決めされている。
ここで留意すべき点は、図4の上述の図示内容は、放射源30,30’と検出システム52,62とが隣り合って配置されている装置1’(図1b)の放射源30,30’と反射器39とを備えた配置であるのに対し、放射源30と検出システム52,62とが相対向して配置されている装置1(図1a)の、放射源30を備えた配置は、構成体において光反射要素を必要としないことである。
表3に記載された条件A,B,C,D,EないしはA,B,C,D’,E’の構造上の関係(距離、寸法、広がり)に及ぼされる作用効果は、重なり領域65に関しては同等であるから、これは図4では、図1000にまとめて示されている。2つの検出システム52,62と光放射要素30または光反射要素39との間には流路100,100’が示されており、これは、当該流路100,100’の壁に配置された光透過性の第1の光透過要素F1(21)および第2の光透過要素F2(22)と、絞り要素23と、を備えている。第1の光透過要素F1(21)と第2の光透過要素F2(22)と絞り要素23と検出システム52,62と光放射要素30または光反射要素39との垂直方向の配置は、図4では条件A,B,C,D,EないしはA,B,C,D’,E’を適用することによって得られる比率で図式化して示されている。よって、放射源30から2つの検出システム52,62へ向かう放射31について、または2つの検出システム52,62へ向かって反射される放射31について流路100,100’に生じる重なり領域65は、当該重なり領域65の相対寸法に関して流路100,100’において転写可能である。流路100,100’における重なり領域65の寸法が大きいほど、検出システム52,62の両検出要素50,60(図1a,図1b)間の比を形成することによって水分および不純物の影響を効果的に消去することができる。
1,1’ ガス成分の濃度特定のための装置
9 コントロールユニット
21 第1の光透過要素、窓要素(F1)
22 第2の光透過要素、窓要素(F2)
23 絞り要素(B)
30 放射源
30’ 点放射源として構成された放射源30
31 放射
31’ 反射された放射
32 垂直軸、中心軸、垂直方向の参照軸
33 l,l3’ 垂直方向の距離
34 l 検出要素50から中心軸32までの距離
34’ l 検出要素60から中心軸32までの距離
35 l フィルタ要素51から中心軸32までの距離
35’ l フィルタ要素61から中心軸32までの距離
36 水平方向の参照軸
37 水平方向の放射平面
37’ 水平方向の光反射平面
38 l 検出要素50,60間の距離
39 光反射要素、反射要素、反射器、ミラー要素
40 検出配置構成体
41 検出配置構成体、反射型
50 検出要素
51 バンドパスフィルタ要素
52 検出システム
60 検出要素
61 バンドパスフィルタ要素
62 検出システム
65 重なり領域
80 ガス量、ガス濃度
93,93’ 放射素子300への制御線路
94 表示ユニット
95,95’ データ伝送路、信号伝送路
96,96’ データ伝送路、信号伝送路
97 保持要素
98 シーリング部材
99 出力信号
100,100’ 流路
200 医療機器、人工呼吸機器、麻酔機器
210 光透過要素F1と放射源との間の距離lF1
220 光透過要素F2と検出システムとの間の距離lF2
230 絞り要素(B)の水平方向の寸法l(幅、長さ、直径)
240 絞り要素と検出システムとの間の距離lDB
300 放射要素(膜、コイル)
388 放射源の水平方向の寸法l(幅、長さ、直径)
390 光反射要素、反射要素の水平方向の寸法l(幅、長さ、直径)
400 ガス分子、水分、凝縮水
600 両検出要素の水平方向の各寸法lD1,2(幅、長さ、直径)
601 検出システムと絞り要素Bとの間の空間領域
602 絞り要素と第2の光透過要素F2との間の空間領域
603 検出システムと第2の光透過要素F2との間の空間領域
604 第1の光透過要素F1と放射源との間の空間領域
604’ 第1の光透過要素F1と反射要素との間の空間領域
1000 重なり領域65の図

Claims (10)

  1. 生物の吸気ガスまたは呼気ガス中のガス成分の濃度特定のための装置(1)であって、
    λ1=2.5μm〜λ2=14.0μmの波長領域の光放射の放射(31)に適した構成の放射源(30)と、
    前記放射源(30)によって生成された光放射(31)を取得するために適した構成の2つの検出要素(50,60)を備えた2つの検出システム(52,62)であって、前記2つの検出要素(50,60)には、前記放射源(30)によって生成された光放射(31)を取得するための検出面を成す2つのバンドパスフィルタ要素(51,61)が配置されている検出システム(52,62)と、
    ガス流の導流を前記光放射(31)の垂直軸(32)に対して実質的に直角に行うように構成された流路(100)と、
    双方ともλ1=2.5μm〜λ2=14.0μmの波長領域の光放射に対して光透過性に構成された、第1の光透過要素F1(21)および第2の光透過要素F2(22)と、
    前記放射源から前記2つの検出システム(52,62)の検出面へ光線導光を行うための絞り要素B(23)と、
    前記放射源(30)の動作の制御および前記2つの検出要素(50,60)の信号取得を行うためのコントロールユニット(9)と、
    を備えており、
    前記2つのバンドパスフィルタ要素(51,61)のうち1つは、測定ガスによって吸収される赤外線に対して光透過性に構成されており、前記2つのバンドパスフィルタ要素(51,61)のうち1つは、測定ガスによって吸収されない赤外線に対して光透過性に構成されており、
    前記放射源(30)の放射面は、前記2つの検出システム(52,62)の2つの検出面から垂直方向の距離l(33)の場所に配置されており、
    前記第2の光透過要素F2(22)について、距離lF2(230)が垂直方向の距離l(33)との関係において関係式lF2/l≧0.5を満たすものとなり、かつ、前記第2の光透過要素F2(22)について距離lF2(230)が、前記2つの検出システム(52,62)の検出面までの垂直方向の距離l(33)との関係と、距離lDB(240)との関係と、において関係式0≦lDB/l≦lF2/lを満たす比率となるように、前記第2の光透過要素F2(22)は、前記ガス成分の濃度特定のための装置(1)に前記流路(100)の壁の一部として配置されており、
    前記第1の光透過要素F1(21)について、距離lF1(210)が前記垂直方向の距離l(33)との関係において関係式lF1/l≦0.3を満たすものとなるように、前記第1の光透過要素F1(21)は、前記ガス成分の濃度特定のための装置(1)に前記流路(100)の壁の一部として配置されており、
    前記絞り要素B(23)は、前記絞り要素B(23)の水平方向の寸法について前記放射源(30)の水平方向の寸法l(388)との関係において、関係式l/l≧0.5を満たす比率となるように、前記ガス成分の濃度特定のための装置(1)において前記流路(100)の表面または外部に配置されており、
    前記絞り要素B(23)は、前記絞り要素B(23)の水平方向の寸法について、前記放射源(30)の水平方向の寸法l(388)との関係と、前記検出システムの水平方向の寸法lD1,2(600)との関係と、において、関係式l/l≧lD1,2/lを満たす比率となるように、前記ガス成分の濃度特定のための装置(1,1’)において前記流路(100)の表面または外部に配置されていることにより、前記流路(100)において、前記両検出システム(52,62)間に、前記放射源(30)によって生成された光放射(31)の重なり領域(65)が生じる、
    装置(1)。
  2. 生物の吸気ガスまたは呼気ガス中のガス成分の濃度特定のための装置(1,1’)であって、
    λ1=2.5μm〜λ2=14.0μmの波長領域の光放射の放射(31)に適した構成の放射源(30)と、
    前記放射源(30)に対向して配置された、光反射に適した光反射要素(39)と、
    前記光反射要素(39)によって反射された放射(31’)を取得するために適した構成の2つの検出要素(50,60)を備えた2つの検出システム(52,62)であって、前記2つの検出要素(50,60)には、前記光反射要素(39)によって反射された放射(31’)を取得するための検出面を成す2つのバンドパスフィルタ要素(51,61)が配置されている検出システム(52,62)と、
    ガス流の導流を前記光放射(31)の垂直軸(32)に対して実質的に直角に行うように構成された流路(100’)と、
    双方ともλ1=2.5μm〜λ2=14.0μmの波長領域の光放射に対して光透過性に構成された、第1の光透過要素F1(21)および第2の光透過要素F2(22)と、
    前記放射源から前記2つの検出システム(52,62)の検出面へ光線導光を行うための絞り要素B(23)と、
    前記放射源(30)の動作の制御および前記2つの検出要素(50,60)の信号取得を行うためのコントロールユニット(9)と、
    を備えており、
    前記2つのバンドパスフィルタ要素(51,61)のうち1つは、測定ガスによって吸収される赤外線に対して光透過性に構成されており、前記2つのバンドパスフィルタ要素(51,61)のうち1つは、測定ガスによって吸収されない赤外線に対して光透過性に構成されており、
    前記光反射要素(39)の反射面は、前記2つの検出システム(52,62)の2つの検出面から垂直方向の距離l(33’)の場所に配置されており、
    前記第2の光透過要素F2(22)について、距離lF2(230)が前記垂直方向の距離l(33’)との関係において関係式lF2/l≧0.5を満たすものとなり、かつ、前記第2の光透過要素F2(22)について距離lF2(230)が、前記2つの検出システム(52,62)の検出面までの垂直方向の距離l(33’)との関係と、距離lDB(240)との関係と、において関係式0≦lDB≦lF2/lを満たす比率となるように、前記第2の光透過要素F2(22)は、前記ガス成分の濃度特定のための装置(1)に前記流路(100)の壁の一部として配置されており、
    前記第1の光透過要素F1(21)について、距離lF1(210)が前記垂直方向の距離l(33’)との関係において関係式lF1/l≦0.3を満たすものとなるように、前記第1の光透過要素F1(21)は、前記ガス成分の濃度特定のための装置(1)に前記流路(100)の壁の一部として配置されており、
    前記絞り要素B(23)は、前記絞り要素B(23)の水平方向の寸法について前記光反射要素(39)の水平方向の寸法l(390)との関係において、関係式l/l≧0.5を満たす比率となるように、前記ガス成分の濃度特定のための装置(1)において前記流路(100)の表面または外部に配置されており、
    前記絞り要素B(23)は、前記絞り要素B(23)の水平方向の寸法について、前記光反射要素(39)の水平方向の寸法l(390)との関係と、前記検出システムの水平方向の寸法lD1,2(600)との関係と、において、関係式l/l≧lD1,2/lを満たす比率となるように、前記ガス成分の濃度特定のための装置(1,1’)において前記流路(100’)の表面または外部に配置されていることにより、前記流路(100’)において、前記両検出システム(52,62)間に、前記放射源(30)によって生成された光放射(31)の重なり領域(65)が生じる、
    装置(1,1’)。
  3. 前記放射源(30)は、面放射源として、膜放射源として、または実質的に平坦に構成された放射面を備えた放射素子(300)として、または実質的に平坦に構成された放射面を備えた発光ダイオード(LED)として構成されており、
    前記放射面は、前記放射面全体にわたって均質に放射(31)するように構成されており、
    前記放射源(30)の放射面は、2.0mm〜10.0mmの範囲内で選択されている、
    請求項1記載の装置(1)。
  4. 前記放射源(30)は、点放射源として、または実質的に80°〜170°の水平方向放射角で前記光反射要素(39)の方向に点状に放射する発光ダイオード(LED)として、前記光反射要素(39)の方向に向けられ、かつ前記光反射要素の方向に均質に放射(31)するように構成されており、
    前記放射源(30)の放射面は、0.05mm〜1mmの範囲内で選択されている、
    請求項2記載の装置(1’)。
  5. 前記光反射要素(39)には、反射される光(31’)を前記両検出システム(52,62)に、有利には均質に分布させるように構成された表面テクスチャが施されている、
    請求項2記載の装置(1’)。
  6. 前記2つの検出要素(50,60)は、前記垂直軸(32)から0.1mm〜10.0mmの範囲内の第1の距離l(34,34’)をおいて配置されており、
    前記2つの検出要素(50,60)に配置された前記2つのバンドパスフィルタ要素(51,61)は、前記2つの検出システム(52,62)間に延在する前記垂直軸(32)から、0.1mm〜10.0mmの範囲内の第2の距離l(35)をおいて配置されている、
    請求項1または2記載の装置(1,1’)。
  7. 前記バンドパスフィルタ要素(51,61,71,81)は、2.5μm〜14μmの波長領域の透過領域の赤外光の光学フィルタリングを行うように構成されている、
    請求項1から6までのいずれか1項記載の装置(1,1’)。
  8. 前記検出要素(50,60)は、焦電検出器、ボロメータ、半導体検出器、サーモパイルまたはサーモカップルとして構成されている、
    請求項1から7までのいずれか1項記載の装置(1,1’)。
  9. 前記検出システム(52,62)と前記絞り要素B(23)との間の空間領域(601)、および/または、前記絞り要素B(23)と前記第2の光透過要素F2(22)との間の空間領域(602)、および/または、前記放射源(30)ならびに/もしくは前記光反射要素(39)と前記第1の光透過要素F1(21)との間の空間領域(604,604’)、および/または、前記検出システム(52,62)と前記第2の光透過要素F2(22)との間の空間領域(603)に、光屈折率n≧1を有する光透過性材料が充填されている、
    請求項1から8までのいずれか1項記載の装置(1,1’)。
  10. 前記関係式中の長さ寸法lF1(210)、lF2(220)、lDB(240)は、前記絞り要素B(23)と前記第2の光透過要素F2(22)との間の前記光透過性材料、および/または、前記検出システム(52,62)と前記絞り要素B(23)との間の前記光透過性材料、および/または、前記放射源(30)または前記光反射要素(39)と前記第1の光透過要素F1(21)との間の前記光透過性材料、および/または、前記検出システム(52,62)と前記第2の光透過要素F2(22)との間の前記光透過性材料の光屈折率を使用して、物理的な幾何学的長さ寸法として、または物理光学的な長さ寸法として定義されている、
    請求項1または2および9記載の装置(1,1’)。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018009981A1 (de) 2018-12-21 2020-06-25 Dräger Safety AG & Co. KGaA Alkoholdetektionsvorrichtung mit redundanten Messkanälen und Verfahren zum Messen einer Ethanolkonzentration in Atemluft
US20210137413A1 (en) * 2019-11-07 2021-05-13 Vitalii Vorkov Method of Exhaled Gas Analysis and a Universal Portable Breath Content Analyzer for Carrying out the Method
DE102021111431A1 (de) 2020-06-29 2021-12-30 Dräger Safety AG & Co. KGaA Überwachungssystem
CN117440843A (zh) * 2021-05-31 2024-01-23 迪亚利蒂股份有限公司 带透析液质量传感器的透析系统
WO2024201080A1 (en) * 2023-03-31 2024-10-03 Servomex Group Limited Apparatus, systems and methods for use in optical gas absorption measurements

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57113108U (ja) * 1980-12-30 1982-07-13
US6469303B1 (en) * 2000-05-17 2002-10-22 Rae Systems, Inc. Non-dispersive infrared gas sensor
JP2003172700A (ja) * 2001-09-27 2003-06-20 Horiba Ltd 赤外線ガス分析方法および装置
JP2009526217A (ja) * 2006-02-06 2009-07-16 ガス センシング ソリューションズ リミテッド ドーム型ガスセンサ
JP2009276308A (ja) * 2008-05-19 2009-11-26 Nippon Signal Co Ltd:The ガス計測装置
JP2010139298A (ja) * 2008-12-10 2010-06-24 Akebono Brake Ind Co Ltd ガスセンサ
JP2014081261A (ja) * 2012-10-16 2014-05-08 Ngk Spark Plug Co Ltd ガス濃度検出装置
WO2015010709A1 (en) * 2013-07-22 2015-01-29 Sentec Ag Sensor for detection of gas and method for detection of gas
US20150219620A1 (en) * 2012-08-24 2015-08-06 Hok Instrument Ab Breath test system
US20150330893A1 (en) * 2014-05-19 2015-11-19 Daylight Solutions Inc. Physiological parameter analysis assembly

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2707090A1 (de) * 1977-02-18 1978-08-24 Siemens Ag Gasanalysator
US5341214A (en) * 1989-09-06 1994-08-23 Gaztech International Corporation NDIR gas analysis using spectral ratioing technique
US5261415A (en) 1991-07-12 1993-11-16 Ciba Corning Diagnostics Corp. CO2 mainstream capnography sensor
DE4133481C2 (de) 1991-10-09 1994-08-11 Ultrakust Electronic Gmbh Multispektralsensor
DE10047728B4 (de) 2000-09-27 2005-12-08 Dräger Medical AG & Co. KGaA Infrarotoptischer Gasanalysator
EP1347290B1 (en) * 2002-03-22 2007-07-25 Instrumentarium Corporation Gas analyzer using thermal detectors
SE532551C2 (sv) * 2008-06-30 2010-02-16 Senseair Ab Ett för spektralanalys anpassat arrangemang
EP2169369A1 (en) * 2008-09-25 2010-03-31 General Electric Company Miniature thermopile sensor
DE202011102765U1 (de) * 2011-07-02 2012-08-02 Dräger Safety AG & Co. KGaA Vorrichtung mit einer Messanordnung zur infrarot-optischen Messung von Gasen und Gasgemischen mit Kompensation von Umgebungseinflüssen
DE102012003549A1 (de) * 2012-02-23 2013-08-29 Dräger Medical GmbH Gerät zur maschinellen Beatmung eines Patienten und Verfahren zur hygienischen Aufbereitung desselben
DE102012014504A1 (de) * 2012-07-20 2014-01-23 Dräger Safety AG & Co. KGaA Gasmesssystem
DE102013011983B4 (de) * 2013-07-18 2023-12-07 Drägerwerk AG & Co. KGaA Medizinische Messvorrichtung, Beatmungsvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer medizinischen Messvorrichtung oder zum Betrieb einer Beatmungsvorrichtung
CN103712942A (zh) * 2013-12-16 2014-04-09 天津大学 主流式人呼吸二氧化碳浓度实时监测方法
CN103868877B (zh) * 2014-03-14 2016-04-20 刘永平 一种红外气体传感器及检测方法
CN104515727A (zh) * 2014-10-21 2015-04-15 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所 一种呼吸气体分析装置
CN105232048A (zh) * 2015-09-15 2016-01-13 天津大学 主流式多种呼吸气体浓度实时监测装置及方法
CN105105750A (zh) * 2015-09-15 2015-12-02 天津大学 主流式人呼吸流量和二氧化碳浓度同步监测装置与方法
FR3048084A1 (fr) * 2016-02-18 2017-08-25 Commissariat Energie Atomique Capteur infrarouge non-dispersif pour detecter un gaz.
DE102016010088A1 (de) * 2016-08-23 2018-03-01 Dräger Safety AG & Co. KGaA Messvorrichtung zur Absorptionsmessung von Gasen

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57113108U (ja) * 1980-12-30 1982-07-13
US6469303B1 (en) * 2000-05-17 2002-10-22 Rae Systems, Inc. Non-dispersive infrared gas sensor
JP2003172700A (ja) * 2001-09-27 2003-06-20 Horiba Ltd 赤外線ガス分析方法および装置
JP2009526217A (ja) * 2006-02-06 2009-07-16 ガス センシング ソリューションズ リミテッド ドーム型ガスセンサ
JP2009276308A (ja) * 2008-05-19 2009-11-26 Nippon Signal Co Ltd:The ガス計測装置
JP2010139298A (ja) * 2008-12-10 2010-06-24 Akebono Brake Ind Co Ltd ガスセンサ
US20150219620A1 (en) * 2012-08-24 2015-08-06 Hok Instrument Ab Breath test system
JP2015526733A (ja) * 2012-08-24 2015-09-10 オートモーティブ コアリション フォー トラフィック セーフティ, インコーポレイテッド 呼気検査システム
JP2014081261A (ja) * 2012-10-16 2014-05-08 Ngk Spark Plug Co Ltd ガス濃度検出装置
WO2015010709A1 (en) * 2013-07-22 2015-01-29 Sentec Ag Sensor for detection of gas and method for detection of gas
JP2016527505A (ja) * 2013-07-22 2016-09-08 センテック アーゲーSentec AG ガスを検出するためのセンサおよびガスを検出するための方法
US20150330893A1 (en) * 2014-05-19 2015-11-19 Daylight Solutions Inc. Physiological parameter analysis assembly

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