JP2019107468A - 呼吸パラメータの頻度に関する補償による、呼気気体の体積の採集および分析 - Google Patents

Abstract

【課題】潜在的な生理的状態との関連付けおよびその診断のために人間の呼吸からの気体のサンプリングおよび分析のための装置および方法を提供する。【解決手段】装置は、標本区画、呼吸速度分析装置、気体分析装置、およびプロセッサを含んでも良い。標本区画は、呼吸を受け取る入口を含む。呼吸速度分析装置は、呼吸の一部分の速度を決定する。気体分析装置は気体濃度を決定する。プロセッサは、速度に基づいて標本の非均質性の程度を決定するとともに、非均質性の程度に基づいて補正された気体濃度を決定するアルゴリズムを含む。いくつかの変形形態では、気体補正は、患者の協調とは独立に決定される。装置は、個人の呼吸パターンに関わらず標本区画が均質の呼気終末気体標本で満たされるように、意図される人々の予測される呼吸パターン範囲に基づいて調節され得る。これらの装置は、たとえば呼気終末ＣＯ分析に役立つ。【選択図】なし

Description

関連出願
本出願は、２０１１年１２月２１日に出願された米国特許仮出願第６１／５７８，８１１号の利益を主張するものであり、当該出願の開示は本明細書にその全体が組み込まれる。

本明細書には、診断目的で呼吸の呼気を分析するための装置および方法が記述されている。より詳細には、潜在的な生理的状態との関連付けおよびその診断のために、人間の呼吸からの気体のサンプリングおよび分析のための装置および方法が記述されている。

気体分析のための人間の呼吸を得るために、２つの一般的な技術が採用される。第１の技術では、人間は、機器内に協調的に息を吹き込むことができ、機器は、分析のために気体を受け取る。第２の技術では、機器は人間の協調とは独立して人間の気道から気体標本を得ることができる。いずれの技術でも、呼吸パターンのしばしば無作為かつ不規則である性質がもたらされるので、呼吸周期の特定の部分から、気体の精密な採集および精密な分析を実現することは困難である。たとえば、高いレベルの正確さおよび精密さ（たとえば＜０．５ｐｐｍの正確さ）で、厳密に呼気の呼気終末部分での呼吸ＣＯを高い信頼性で測定することは困難であることが分かっている。典型的に、呼吸ＣＯ_２の測定は呼吸の呼気終末部分を決定するために使用され、呼吸のその部分からの気体は相応にサンプリングされおよび分析され得る。呼気終末ＣＯ_２信号を使用することは、技術がよく知られており、呼吸波形の瞬時の測定を提供する点で、便利な取り組み方法である。しかし、システム全体の残りの部分に正確さおよび精密さを得るために、計器装備は、有用であり得る、可能性のある外部要因のうちのいくつかのみを考慮する。

典型的に、固定された採集時間の間、人間から気体を抜き取り、抜き出された標本を規定の体積の標本区画に入れるために、一定の流量が採用される。この方法を使用する場合、呼吸パターンに関連する不正確さがある可能性がある。たとえば、標本区画の一部分はその中に非呼気終末の気体を有する可能性があり、または分析のための標本区画内に、呼吸の呼気終末部分のわずかな部分のみがサンプリングされて格納される可能性がある。ある呼吸数での再現性は非常に良好であるが、システムの空圧およびタイミングのため、正確さは呼吸数が変化すると変動する可能性がある。

したがって、ある範囲の呼吸パターンおよび呼吸数にわたって等しく正確である方法で知られているシステムの正確さを改善することが有益であり得る。この目的で、様々な方法およびアルゴリズムが本明細書で構想および記述される。

本明細書では、呼吸の特定の部分から呼吸によって生じる気体の正確な組成分析を実現する呼吸気分析装置が開示される。このシステムは、正確さを損なわずに、広い範囲の呼吸パターンおよび呼吸数に対応することができる。このシステムは、分析を十分に正確にするために十分な体積の気体が得られ、得られた気体が呼吸の所望の部分からのものであり、呼吸の所望の部分の全体の代表物であることを保証することができる。いくつかの変形形態では、これらの利点が呼吸パターンに応じて気体のサンプリング流量を調整することにより、および／または分析のためにしきい値の体積の気体が得られるまで、複数の呼吸に関する呼吸の所望の部分から気体標本を得ることにより、および／または計算結果に補正係数を加えて、サンプリングされた気体の不均質性を補償することによって得られる。目標体積の気体を得るこれらの方法に加えて、いくつかの変形形態は、呼吸の正しい部分を正確にサンプリングし、および／または呼吸パターンに関わらず実質的に均質の呼気終末標本を分析のために常に採集するようにシステムを調整するために、呼吸の所望の部分を識別しても良い。

上記の特徴を達成するために、呼吸分析装置または呼吸を分析するための方法の変形形態が、以下の、呼気相の異なる下位部分の識別と、呼気相の所望の下位部分からの正確な標本採集と、気体組成分析装置による分析のための所定量の気体の保証された採集と、生じることが予測される多様な呼吸パターンに対する信頼性および再現性との利益のうちの１つまたは複数を含んでも良い。

１つの変形形態では、呼吸分析のための方法は、人間の呼吸パターンの時間関連パラメータを測定することと、人間の呼吸のうちの少なくとも１つの目標部分からの気体を、目標体積を有する標本区画に採集することと、時間ベースパラメータに基づいて、気体の採集を調整することと、採集された気体を分析して気体の組成パラメータを決定することとを含む。更なる変形形態では、気体採集を調整することは、（１）気体採集速度を調整することと、（２）気体が採集される呼吸の数を調整することと、（３）採集された気体の均質性に合わせて補正係数によって調整することとから成る群から選択された少なくとも１つを含むことができる。さらに、更なる変形形態では、時間ベースパラメータは、（１）呼吸数と、（２）呼気終末時間期間と、（３）呼気時間期間と、（４）吸気時間期間と、（５）呼吸期間とから成る群から選択された少なくとも１つのパラメータを含む。更なる変形形態では、呼吸の目標部分は呼気終末部分を含み、組成パラメータは一酸化炭素を含む。更なる変形形態では、呼吸の目標部分は、（１）呼気相と、（２）呼気終末相と、（３）呼気の開始部分と、（４）呼気の中間部分と、（５）呼気の最終部分と、（６）呼気後期間と、（７）吸気後休止とから成る群から選択された少なくとも１つの相を含む。更なる変形形態では、時間ベースパラメータを測定することは、（１）カプノメトリと、（２）気道内圧を観測することと、（３）気道温度を観測することと、（４）気道流れを観測することと、（５）プレチスモグラフィと、（６）音を観測することと、（７）呼気された酸素を観測することとから成る群から選択された少なくとも１つの技術を含む。さらに、更なる変形形態では、時間ベースパラメータが目標呼吸部分の時間期間を決定するために微分される。更なる変形形態は、気体を採集するための開始時間および終了時間を定義することを含むことができ、開始時間および終了時間を定義することは、（１）測定された呼吸パラメータのしきい値振幅と、（２）測定された呼吸パラメータのしきい値時間期間と、（３）測定された呼吸パラメータのピーク値と、（４）測定された呼吸パラメータの実質的ゼロ値と、（５）測定された呼吸パラメータの負値と、（６）測定された呼吸パラメータの傾きの変化と、（７）測定された呼吸パラメータの符号の変化とから成る群から選択された少なくとも１つに対して、測定された呼吸パラメータを比較することを含む。他の変形形態は、気体を採集するための開始時間および終了時間を定義することを含むことができ、開始時間および終了時間を定義することは、測定された呼吸パラメータの変化率を計算し、（１）変化率のしきい値と、（２）変化率のゼロ値と、（３）第２の変化率に対する第１の変化率と、（４）ゼロに近づく負の傾きと、（５）ゼロに近づく正の傾きと、（６）変化率のピークの正の値と、（７）変化率のピークの負の値と、（８）増加する変化率と、（９）減少する変化率と、（１０）変化率の符号の変化とから成る群から選択された少なくとも１つと比較すること含む。更なる変形形態では、気体を採集することは、標本区画と連通するサンプリングカニューレを人間の気道に適用することと、真空をサンプリングカニューレに適用することとをさらに含む。更なる変形形態は、標本区画を入口バルブと分離することと、入口バルブを操作開放して目標呼吸部分から気体を採集し始め、入口バルブを閉鎖して目標呼吸部分から気体を採集することを終了することとを含むことができる。更なる変形形態では、標本区画に採集された気体は時間ベースの呼吸パラメータが測定される呼吸の少なくとも一部分を含む。更なる変形形態では、標本区画に採集された気体は、時間ベースの呼吸パラメータが測定される呼吸ではない呼吸の少なくとも一部分を含む。

別の変形形態では、呼吸分析のための方法は、呼吸の一部分の時間期間を識別することと、その部分から目標体積を有する標本区画に気体標本を採集することであって、流れ機構を使用して気体標本はその区画に引き込まれ、その機構の流量は、識別された時間期間に基づくことと、組成分析のために採集された気体標本を分析することとを含む。

別の変形形態では、呼吸分析のための方法は、呼吸センサによって人間の呼吸パターンの呼気終末時間期間を測定することと、流れ機構によって少なくとも１つの人間の呼吸のうちの呼気終末期間から、目標体積を有する標本区画に気体を採集することであって、流れ機構の採集流量が測定された呼気終末時間期間に基づいて調整され、呼気終末期間からの気体によって目標体積を実質的に満たすように選択されることと、採集された気体を分析して気体の組成パラメータを決定することとを含む。

別の変形形態では、呼吸分析のための方法は、（ａ）呼吸の一部分の時間期間を識別するステップと、（ｂ）その部分から目標体積を有する標本区画に気体標本を採集するステップであって、流れ機構を使用して気体標本は区画に引き込まれるステップと、（ｃ）（ａ）および（ｂ）が何回か繰り返され、何回であるかは、少なくとも部分的には識別された時間期間によって決定されるステップと、（ｄ）組成分析のために採集された気体標本を分析するステップとを含む。

別の変形形態では、呼吸分析の方法は、（ａ）呼吸センサによって人間の呼吸パターンの呼気終末時間期間を測定することと、（ｂ）流れ機構を使用して人間の呼吸の呼気終末期間から目標体積を有する標本区画に気体を採集することと、（ｃ）（ａ）および（ｂ）が、区画が呼気終末期間からの気体で実質的に満たされるまで繰り返されること、（ｄ）気体の組成パラメータを決定するために採集された気体を分析することとを含む。別の変形形態では、方法は、呼吸パターンに関わらず実質的に均質の呼気終末標本を常に採集するようにその呼吸採集システムを調節することを含む。

様々な呼吸気分析装置も本明細書に記述される。１つの変形形態では、人間の呼吸周期の目標部分の気体を分析するための装置は、目標体積の標本区画と、人間の呼吸から気体を採集し、気体を標本区画に送出するように動作可能な空圧システムと、人間の呼吸の目標部分の時間ベースパラメータを測定するように動作可能な呼吸センサと、時間ベース呼吸パラメータに基づいて空圧システムを調整するように動作可能な制御システムと、気体組成を分析するための分析装置とを備える。更なる変形形態では、（１）速度調整可能な流れ発生装置と、（２）気体が採集される呼吸の数を変更するアルゴリズムを実行するように構成されたプロセッサと、（３）補正係数によって、採集された気体の均質性に関して調整するためのアルゴリズムを実行するように構成されたプロセッサとから成る群から選択された少なくとも１つの調整を備える気体流れシステム調整装置が提供される。更なる変形形態では、時間ベース成分は、（１）呼吸数と、（２）呼気終末時間期間と、（３）呼気時間期間と、（４）吸気時間期間と、（５）呼吸期間とから成る群から選択された少なくとも１つ成分を含む。更なる変形形態では、呼吸の目標部分は、呼気終末部分を含み、気体分析装置は、一酸化炭素分析装置を含む。更なる変形形態では、呼吸の目標部分は、（１）呼気相と、（２）呼気終末相と、（３）呼気の開始部分と、（４）呼気の中間部分と、（５）呼気の最終部分と、（６）呼気後相と、（７）吸気後休止とから成る群から選択された少なくとも１つの部分を含む。更なる変形形態では、呼吸センサは、（１）カプノメータと、（２）気道内圧トランスデューサと、（３）気道温度センサと、（４）気道流れセンサと、（５）プレチスモグラフと、（６）マイクロフォンと、（７）酸素センサと、（８）超音波センサとから成る群から選択された少なくとも１つを含む。更なる変形形態では、装置は（１）呼吸センサからの信号を微分するように適合された微分器および（２）プロセッサをさらに備え、プロセッサは微分された信号を呼吸周期の目標部分に関連付けるためのアルゴリズムを実行する。更なる変形形態では、装置はプロセッサをさらに備え、プロセッサは気体を採集するための開始時間および終了時間を決定するためのアルゴリズムを実行し、アルゴリズムは、（１）しきい値と、（２）しきい値時間期間と、（３）ピーク値と、（４）実質的ゼロ値と、（５）負値と、（６）傾きの変化と、（７）符号の変化とから成る群から選択された少なくとも１つに対する、測定された呼吸パラメータの比較を含む。更なる変形形態では、装置は測定された呼吸パラメータの変化率を決定する微分器およびアルゴリズムを実行するためのプロセッサを備え、アルゴリズムは、（１）しきい値と、（２）ゼロ値と、（３）第２の変化率に対する第１の変化率と、（４）ゼロに近づく負の傾きと、（５）ゼロに近づく正の傾きと、（６）ピークの正値と、（７）ピークの負値と、（８）変化率の増加と、（９）変化率の減少と、（１０）変化率の符号の変化とから成る群から選択された少なくとも１つとの変化率の比較を含む。更なる変形形態では、装置は、第１の端部で気体分析装置に取り付け可能であり、第２の端部で人間の気道に係合可能であるサンプリングカニューレと、人間の気道からの気体を、サンプリングカニューレを介して標本区画に引き入れるように適合された流れ発生装置とをさらに備える。更なる変形形態では、装置は標本区画を分離するように構成されたバルブシステムを備え、制御システムはバルブシステムを制御して、目標呼吸部分からの気体が標本区画に入ることを許容する。更なる変形形態では、制御システムは、さらに、測定された呼吸から標本区画に気体を送出するように適合される。更なる変形形態では、制御システムは、さらに、測定された呼吸の後の呼吸から標本区画に気体を送出するように適合される。

別の変形形態では、人間の呼吸の目標部分の気体を分析するための呼吸気分析装置は、呼吸周期の目標部分を識別するための呼吸センサと、目標部分の時間期間を決定するためのプロセッサであって、時間期間は識別された部分から少なくとも部分的に決定されるプロセッサと、目標体積の気体採集区画と、呼吸の目標部分からの気体標本を気体採集区画に送出するための空圧システムと、決定された時間期間に基づいて、空圧システムの気体送出速度を調整するための制御システムと、気体の組成を分析するための気体分析装置とを備える。

別の変形形態では、人間の呼吸の呼気終末部分の気体を分析するための呼吸気分析装置は、呼吸周期の呼気終末期間を識別するための呼吸センサと、呼気終末期間の時間期間を決定するためのプロセッサであって、時間期間は、識別された部分から少なくとも部分的には決定されるプロセッサと、目標体積の気体採集区画と、呼吸の呼気終末期間からの気体標本を気体採集区画に引き入れるための真空供給源と、決定された呼気終末時間期間に基づいて真空供給源の流量を調整して、呼気終末気体によって区画を実質的に満たすための制御システムと、気体の組成を分析するための気体分析装置と、を備える。

別の変形形態では、人間の呼吸の目標部分の気体を分析するための呼吸気分析装置は、呼吸周期の目標部分を識別するための呼吸センサと、目標部分の時間期間を決定するためのプロセッサであって、時間期間は識別された部分から少なくとも部分的には決定されるプロセッサと、目標体積の気体採集区画と、呼吸の目標部分からの気体標本を気体採集区画に送出するための空圧システムと、空圧システムを制御して、区画が目標呼吸部分からの気体によって実質的に満たされるまで気体を送出するための制御システムおよびアルゴリズムと、気体の組成を分析するための気体分析装置と、を備える。

別の変形形態では、人間の呼吸の目標部分の気体を分析するための呼吸気分析装置は、呼吸周期の目標部分を識別するための呼吸センサと、目標部分の時間期間を決定するためのプロセッサであって、時間期間は、識別された部分から少なくとも部分的には決定されるプロセッサと、目標体積の気体採集区画と、呼吸の目標部分からの気体標本を気体採集区画に捕捉するための空圧システムと、捕捉された気体標本に補正係数を適用するためのアルゴリズムを実行するためのプロセッサであって、補正係数は目標呼吸部分の決定された時間期間に基づいたものであり、捕捉された気体の非均質性を補正するプロセッサと、気体の組成を分析するための気体分析装置と、を備える。

別の変形形態では、呼吸分析のための方法は、（ａ）呼吸の呼気終末部分の時間期間を識別することと、（ｂ）標本体積を有する標本チューブに呼気終末部分を採集することであって、採集の時間は、識別された時間期間に基づいていることと、（ｃ）それぞれの複数の呼吸からの複数の呼気終末部分によって標本体積が満たされるまで（ａ）および（ｂ）を繰り返すことと、（ｄ）採集された複数の呼気終末部分を分析して、気体の濃度を決定することとを含む。

別の変形形態では、呼吸気分析装置は、患者の呼吸の少なくとも１つの特徴を測定するように動作可能なシステムと、呼吸の呼気終末部分の開始点および終了点を決定するように動作可能なプロセッサであって、決定が少なくとも１つの特徴に基づいているプロセッサと、近位端、遠位端、近位端に連結された第１のバルブ、遠位端に連結された第２のバルブ、および標本体積を備える標本チューブであって、標本体積がそれぞれの複数の呼吸からの複数の呼気終末呼吸部分を蓄積できるように構成された標本チューブと、蓄積された複数の呼気終末呼吸の気体の濃度を分析するためのセンサと、を備える。

別の変形形態では、患者の呼吸の呼気終末部分を採集する方法は、呼気終末部分の開始点を識別することと、呼気終末部分を採集するように構成された容器を開放することであって、容器が呼気終末部分の識別された開始点に関連するように開放されることと、呼気終末部分の終了点を識別することであって、容器が呼気終末部分の識別された終了点に関連するように閉鎖されることとを含む。

別の変形形態では、装置の入口の気体濃度を決定するための気体測定補正データベースは、入口（気体濃度が複数の呼吸数で測定される）でのそれぞれの複数の既知の気体濃度に対する、装置での複数の気体濃度を測定することと、第１の複数の多項式を導出する（各第１の複数の多項式が複数の呼吸数のうちのそれぞれの１つの測定された気体濃度と適合し、各第１の複数の多項式は、式の各次数での係数を含む）ことと、第２の複数の多項式を導出する（各第２の複数の多項式が第１の複数の多項式のそれぞれの次数の係数と適合し、各第２の複数の多項式が式の各次数での係数を含む）ことと、第２の複数の多項式の各係数をデータベースに記録することとを含み得る方法によって実装されている。第１の複数の多項式は複数の線形方程式を含んでも良い。複数の呼吸数の数は、少なくとも５個で良い。複数の呼吸数は、１分間当たり１０呼吸、１分間当たり２０呼吸、１分間当たり３０呼吸、１分間当たり４０呼吸、１分間当たり５０呼吸の呼吸数を含んでも良い。第２の複数の多項式は複数の二次方程式を含んでも良い。第２の複数の多項式の係数は、第１の複数の係数および第２の複数の係数を含んでも良く、第１の複数の係数は、所定の呼吸数以下の呼吸数に対応し、第２の複数の係数は所定の呼吸数以上の呼吸数に対応する。所定の呼吸数は３０ｂｐｍでも良い。第２の複数の多項式は、第１の複数の二次方程式および第２の複数の二次方程式を含んでも良く、各第１の複数の二次方程式は、各次数で第１の複数の係数と適合し、各第２の複数の二次方程式は各次数で第２の複数の係数と適合する。入口での複数の既知の気体濃度は、３個含まれていても良い。入口での複数の既知の気体濃度は、比較的少ない呼吸数の領域、比較的多い呼吸数の領域、および中程度の呼吸数の領域のそれぞれから選択された少なくとも１つを含んで良い。

別の変形形態では、装置の入口での患者の呼吸の気体濃度を決定する方法は、患者の呼吸数を決定することと、装置の気体濃度を測定することと、患者の呼吸数に対応する第１の複数の係数を得るためにデータベースにアクセスすることと、第１の複数の係数に基づいて、第１の複数の多項式を導出することと、呼吸数を各第１の複数の多項式に入力することによって第２の複数の係数を導出することと、第２の複数の係数を使用して補償式を導出することと、測定された気体濃度を補償式に入力することによって入口での気体濃度を決定することと、を含むことができる。各第１の複数の多項式は、二次方程式であっても良く、第１の複数の係数は３個であっても良い。補償式は、線形であっても良く、第２の複数の係数は２個であっても良い。データベースは、第１のサブセットの係数および第２のサブセットの係数を含んでも良く、第１のサブセットの係数は所定の呼吸数以下の呼吸数に対応し、第２のサブセットの係数は所定の呼吸数以上の呼吸数に対応する。所定の呼吸数は３０ｂｐｍでも良い。

別の変形形態では、患者の呼吸の気体濃度を分析するための装置は、装置での気体濃度を測定する気体分析装置と、患者の呼吸を受け取る入口と、患者の呼吸の呼吸パラメータ頻度を決定する呼吸速度分析装置と、複数の呼吸パラメータ頻度に対応する複数の係数を含むデータベースと、実行されると、装置の入口での患者の呼吸の気体濃度を決定する方法を行う実行可能な命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体を含むプロセッサを含んでも良く、方法は、データベースにアクセスして、患者の呼吸パラメータ頻度に基づいて第１の複数の係数を得ることと、第１の複数の係数に基づいて第１の複数の多項式を導出することと、呼吸パラメータ頻度を各第１の複数の多項式に入力することによって第２の複数の係数を導出することと、第２の複数の係数を使用して補償式を導出することと、測定された気体濃度を補償式に入力することによって入口気体濃度を決定することとを含む。第１の複数の多項式は、二次方程式であっても良く、第１の複数の係数は３個であっても良い。補償式は、線形であっても良く、第２の複数の係数は２個であっても良い。データベースは、第１のサブセットの係数および第２のサブセットの係数を含んでも良い、第１のサブセットの係数は所定の呼吸パラメータ頻度以下の呼吸パラメータ頻度に対応し、第２のサブセットの係数は所定の呼吸パラメータ頻度以上の呼吸パラメータ頻度に対応する。所定の呼吸パラメータ頻度は３０ｂｐｍで良い。

別の変形形態では、装置の入口での患者の呼吸の気体濃度を決定する方法は、患者の呼吸パラメータ頻度を決定することと、装置の気体濃度を測定することと、データベースにアクセスして患者の呼吸パラメータ頻度が所定の呼吸パラメータ頻度と同じ、それより上、またはそれより下であるかに基づいて複数の係数を得ることであって、データベースは、第１のサブセットの係数および第２のサブセットの係数を含み、第１のサブセットの係数は、所定の呼吸パラメータ頻度以下である呼吸パラメータ頻度に対応し、第２のサブセットの係数は、所定の呼吸パラメータ頻度以上である呼吸パラメータ頻度に対応することと、複数の係数を使用して補償式を導出することと、測定された気体濃度を補償式に入力することによって入口での気体濃度を決定することとを含む。所定の呼吸パラメータ頻度は３０ｂｐｍで良い。

別の変形形態では、患者の呼吸の気体濃度を分析するための装置は、装置での気体濃度を測定する気体分析装置と、患者の呼吸を受け取る入口と、患者の呼吸の呼吸パラメータ頻度を決定する呼吸速度分析装置と、複数の呼吸パラメータ頻度に対応する複数の係数を含むデータベースであって、第１のサブセットの係数および第２のサブセットの係数を含み、第１のサブセットの係数は所定の呼吸パラメータ頻度以下の呼吸パラメータ頻度に対応し、第２のサブセットの係数は所定の呼吸パラメータ頻度以上の呼吸パラメータ頻度に対応するデータベースと、実行されると、装置の入口で患者の呼吸の気体濃度を決定する方法を行う実行可能な命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体を含むプロセッサを含み、方法は、データベースにアクセスして患者の呼吸パラメータ頻度が所定の呼吸パラメータ頻度と同じ、それより上、またはそれより下であるかに基づいて複数の係数を得ることと、複数の係数に基づいて補償式を導出することと、測定された気体濃度を補償式に投入することによって入口気体濃度を決定することと、を含む。所定の呼吸パラメータ頻度は３０ｂｐｍで良い。

別の変形形態では、装置の入口での患者の呼吸の気体濃度を決定する方法は、患者の呼吸パラメータ頻度を決定することと、装置の気体濃度を測定することと、患者の呼吸パラメータ頻度に対応する複数の係数を得るためにデータベースにアクセスすることと、複数の係数を使用して補償式を導出することと、測定された気体濃度を補償式に入力することによって入口での気体濃度を決定することとを含んで良い。補償式は多項式であって良い。補償式は線形であって良い。データベースは、第１のサブセットの係数および第２のサブセットの係数を含んで良く、第１のサブセットの係数は所定の呼吸パラメータ頻度以下の呼吸パラメータ頻度に対応し、第２のサブセットの係数は所定の呼吸パラメータ頻度以上の呼吸パラメータ頻度に対応する。所定の呼吸パラメータ頻度は３０ｂｐｍで良い。

別の変形形態では、患者の呼吸の気体濃度を分析するための装置は、装置での気体濃度を測定する気体分析装置と、患者の呼吸を受け取る入口と、患者の呼吸の呼吸パラメータ頻度を決定する呼吸速度分析装置と、複数の呼吸パラメータ頻度に対応する複数の係数を含むデータベースと、実行されると、装置の入口で患者の呼吸の気体濃度を決定する方法を行う実行可能な命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体を含むプロセッサを含み、方法は、データベースにアクセスして患者の呼吸パラメータ頻度に基づいて複数の係数を得ることと、複数の係数を使用して補償式を導出することと、測定された気体濃度を補償式に入力することによって入口気体濃度を決定することを含む。補償式は多項式で良い。多項式は線形式であって良い。データベースは、第１のサブセットの係数および第２のサブセットの係数を含んでも良く、第１のサブセットの係数は所定の呼吸パラメータ頻度以下の呼吸パラメータ頻度に対応し、第２のサブセットの係数は所定の呼吸パラメータ頻度以上の呼吸パラメータ頻度に対応する。所定の呼吸パラメータ頻度は３０ｂｐｍで良い。

別の変形形態では、患者の呼吸からの気体を採集するための装置は、標本体積と、サンプリング流量を有する流れ発生装置（流れ発生装置は、患者の呼吸が決定された呼吸パラメータ頻度を有する場合に、患者の呼吸の呼気終末部分によって標本体積を完全に、またはほぼ完全に満たし得る）と、患者の呼吸パラメータ頻度が所定の呼吸パラメータ頻度を超える場合に患者から採集された気体を廃棄するように構成されたプロセッサとを備える。流れ発生装置はポンプで良い。患者の呼吸の呼気終末期間は、患者の呼吸期間の４分の１などの断片であることが予測され、呼吸期間は患者の呼吸の１つの吸気および呼気の周期を含む。

別の変形形態では、患者の呼吸の標本の気体濃度を分析するための装置は、患者の呼吸を受け取る入口を備える標本区画と、患者の呼吸の一部分の速度を決定する呼吸速度分析装置と、標本区画の気体の気体濃度を決定する気体分析装置と、患者の呼吸の一部分の速度に基づいて補正された気体濃度を決定するアルゴリズムを含むプロセッサとを備えるようにしても良く、補正された気体濃度は患者の協調とは独立に決定される。

別の変形形態では、患者の呼吸の標本の気体濃度を分析するための装置は、患者の呼吸を受け取る入口を備える標本区画と、患者の呼吸の一部分の速度を決定する呼吸速度分析装置と、標本区画の気体の気体濃度を決定する気体分析装置と、アルゴリズムを備えるプロセッサを備え、アルゴリズムは、患者の呼吸の一部分の速度に基づいて標本区画内の呼吸標本の非均質性の程度を決定し、アルゴリズムは、非均質性の程度に基づいて補正された気体濃度を決定し、補正された気体濃度は患者の協調とは独立に決定されても良い。

別の変形形態では、患者の呼吸の標本の気体濃度を分析するための装置は、呼吸パラメータ頻度測定センサ、定義された最大呼吸パラメータ頻度を含むアルゴリズム、患者の呼吸を受け取る体積および入口を備える標本区画、標本区画の気体の気体濃度を決定する気体分析装置、および患者からの標本を所望の速度で標本区画に送出するサンプリング流量制御ユニットを備え、標本区画体積および所望の速度は、定義された最大呼吸パラメータ頻度に基づいて決定されても良い。
本発明の目的を達成するための例示的なデータベース、方法および装置は、次の通りである。
（１）本発明のデータベースは、装置の入口での気体濃度を決定するための気体測定補正データベースであって、
前記データベースは、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶され、
前記データベースは、
前記入口でのそれぞれの複数の既知の気体濃度に対する、前記装置での複数の気体濃度を測定することであって、そこでは、前記気体濃度は複数の呼吸数で測定されることと、
第１の複数の多項式を導出することであって、そこでは、前記第１の複数の多項式のそれぞれは、前記複数の呼吸数のうちのそれぞれの１つの前記測定された気体濃度と適合し、前記第１の複数の多項式のそれぞれは前記式の各次数での係数を含むことと、
第２の複数の多項式を導出することであって、そこでは、前記第２の複数の多項式のそれぞれが前記第１の複数の多項式のそれぞれの次数の前記係数と適合し、前記第２の複数の多項式のそれぞれは、前記式の各次数での係数を含むことと、
前記第２の複数の多項式の各前記係数を前記データベースに記録することと
を含む方法によって値が挿入されるデータベースである。
（２）前記データベースは、前記第１の複数の多項式が好ましくは複数の線形式を含むデータベースである。
（３）前記データベースは、前記複数の呼吸数が好ましくは少なくとも５個であるデータベースである。
（４）前記データベースは、前記複数の呼吸数が好ましくは１分間当たり１０呼吸、１分間当たり２０呼吸、１分間当たり３０呼吸、１分間当たり４０呼吸、１分間当たり５０呼吸の呼吸数を含むデータベースである。
（５）前記データベースは、前記第２の複数の多項式が好ましくは複数の二次方程式を含むデータベースである。
（６）前記データベースは、前記第２の複数の多項式の前記係数が好ましくは第１の複数の係数および第２の複数の係数を含み、前記第１の複数の係数が好ましくは所定の呼吸数以下の呼吸数に対応し、前記第２の複数の係数が好ましくは前記所定の呼吸数以上の呼吸数に対応するデータベースである。
（７）前記データベースは、前記所定の呼吸数が好ましくは３０ｂｐｍであるデータベースである。
（８）前記データベースは、前記第２の複数の多項式が好ましくは第１の複数の二次方程式および第２の複数の二次方程式を含み、前記第１の複数の二次方程式のそれぞれが好ましくは各次数で前記第１の複数の係数と適合し、前記第２の複数の二次方程式のそれぞれが好ましくは各次数で前記第２の複数の係数と適合するデータベースである。
（９）前記データベースは、前記入口での前記複数の既知の気体濃度が好ましくは３個含まれるデータベースである。
（１０）前記データベースは、前記入口での前記複数の既知の気体濃度が好ましくは比較的低い呼吸数の領域、比較的高い呼吸数の領域、および中間の呼吸数の領域のそれぞれから選択された少なくとも１つを含むデータベースである。
（１１）本発明の方法は、装置の入口での患者の呼吸の気体濃度を決定するための方法であって、
前記患者の呼吸数を決定することと、
前記装置の気体濃度を測定することと、
前記患者の呼吸数に対応する第１の複数の係数を得るためにデータベースにアクセスすることと、
前記第１の複数の係数に基づいて、第１の複数の多項式を導出することと、
前記呼吸数を前記第１の複数の多項式のそれぞれに入力することによって、第２の複数の係数を導出することと、
前記第２の複数の係数を使用して、補償式を導出することと、
前記測定された気体濃度を前記補償式に入力することによって前記入口での前記気体濃度を決定することと、を含む方法である。
（１２）前記方法は、前記第１の複数の多項式のそれぞれが好ましくは二次方程式であり、前記第１の複数の係数が好ましくは３個である方法である。
（１３）前記方法は、前記補償式が好ましくは線形であり、前記第２の複数の係数が好ましくは２個である方法である。
（１４）前記方法は、前記データベースが好ましくは第１のサブセットの係数および第２のサブセットの係数を含み、前記第１のサブセットの係数が好ましくは所定の呼吸数以下の呼吸数に対応し、前記第２のサブセットの係数が好ましくは前記所定の呼吸数以上の呼吸数に対応する方法である。
（１５）前記方法は、前記所定の呼吸数が好ましくは３０ｂｐｍである方法である。
（１６）本発明の装置は、患者の呼吸の気体濃度を分析するための装置であって、
前記装置での気体濃度を測定する気体分析装置と、
前記患者の呼吸を受け取る入口と、
前記患者の呼吸の呼吸パラメータ頻度を決定する呼吸速度分析装置と、
複数の呼吸パラメータ頻度に対応する複数の係数を含むデータベースと、
実行されると、前記装置の前記入口での前記患者の呼吸の前記気体濃度を決定する方法を行う実行可能な命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体を含むプロセッサとを備え、
前記方法は、
前記患者の呼吸パラメータ頻度に基づいて、第１の複数の係数を得るために前記データベースにアクセスすることと、
前記第１の複数の係数に基づいて第１の複数の多項式を導出することと、
前記呼吸パラメータ頻度を前記第１の複数の多項式のそれぞれに入力することによって、第２の複数の係数を導出することと、
前記第２の複数の係数を使用して、補償式を導出することと、
前記測定された気体濃度を前記補償式に入力することによって、前記入口気体濃度を決定することと、を含む装置である。
（１７）前記装置は、前記第１の複数の多項式のそれぞれが好ましくは二次方程式であり、前記第１の複数の係数が好ましくは３個である装置である。
（１８）前記装置は、前記補償式が好ましくは線形であり、前記第２の複数の係数が好ましくは２個である装置である。
（１９）前記装置は、前記データベースが好ましくは第１のサブセットの係数および第２のサブセットの係数を含み、前記第１のサブセットの係数が好ましくは所定の呼吸パラメータ頻度以下の呼吸パラメータ頻度に対応し、前記第２のサブセットの係数が好ましくは前記所定の呼吸パラメータ頻度以上の呼吸パラメータ頻度に対応する装置である。
（２０）前記装置は、前記所定の呼吸パラメータ頻度が好ましくは３０ｂｐｍである装置である。
（２１）本発明の方法は、前記装置は、装置の入口での患者の呼吸の気体濃度を決定するための方法であって、
前記患者の呼吸パラメータ頻度を決定することと、
前記装置の気体濃度を測定することと、
前記患者の呼吸パラメータ頻度が所定の呼吸パラメータ頻度、その上、またはその下であるかに基づいて、複数の係数を得るためにデータベースにアクセスすることであって、そこでは、前記データベースが、第１のサブセットの係数および第２のサブセットの係数を含み、前記第１のサブセットの係数は、前記所定の呼吸パラメータ頻度以下である呼吸パラメータ頻度に対応し、前記第２のサブセットの係数は、前記所定の呼吸パラメータ頻度以上である呼吸パラメータ頻度に対応することと、
前記複数の係数を使用して補償式を導出することと、
前記測定された気体濃度を前記補償式に入力することによって前記入口での前記気体濃度を決定することと、を含む方法である。
（２２）前記方法は、前記所定の呼吸パラメータ頻度が好ましくは３０ｂｐｍである方法である。
（２３）本発明の装置は、患者の呼吸の気体濃度を分析するための装置であって、
前記装置での気体濃度を測定する気体分析装置と、
前記患者の呼吸を受け取る入口と、
前記患者の呼吸の呼吸パラメータ頻度を決定する呼吸速度分析装置と、
複数の呼吸パラメータ頻度に対応する複数の係数を含むデータベースであって、第１のサブセットの係数および第２のサブセットの係数を含み、前記第１のサブセットの係数は所定の呼吸パラメータ頻度以下の呼吸パラメータ頻度に対応し、前記第２のサブセットの係数は前記所定の呼吸パラメータ頻度以上の呼吸パラメータ頻度に対応するデータベースと、
実行されると、前記装置の前記入口での前記患者の呼吸の前記気体濃度を決定する方法を行う実行可能な命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体を含むプロセッサとを備え、前記方法は、
前記患者の呼吸パラメータ頻度が前記所定の呼吸パラメータ頻度、その上、またはその下であるかに基づいて、複数の係数を得るために前記データベースにアクセスすることと、
前記複数の係数に基づいて、補償式を導出することと、
前記測定された気体濃度を前記補償式に入力することによって前記入口気体濃度を決定することと、を含む装置である。
（２４）前記装置は、前記所定の呼吸パラメータ頻度が好ましくは３０ｂｐｍである装置である。
（２５）本発明の方法は、装置の入口での患者の呼吸の気体濃度を決定するための方法であって、
前記患者の呼吸パラメータ頻度を決定することと、
前記装置の気体濃度を測定することと、
前記患者の呼吸パラメータ頻度に対応する複数の係数を得るためにデータベースにアクセスすることと、
前記複数の係数を使用して補償式を導出することと、
前記測定された気体濃度を前記補償式に入力することによって前記入口での前記気体濃度を決定することと
を含む方法である。
（２６）前記方法は、前記補償式が好ましくは多項式である方法である。
（２７）前記方法は、前記補償式が好ましくは線形である方法である。
（２８）前記方法は、前記データベースが好ましくは第１のサブセットの係数および第２のサブセットの係数を含み、前記第１のサブセットの係数が好ましくは所定の呼吸パラメータ頻度以下の呼吸パラメータ頻度に対応し、前記第２のサブセットの係数が好ましくは前記所定の呼吸パラメータ頻度以上の呼吸パラメータ頻度に対応する方法である。
（２９）前記方法は、前記所定の呼吸パラメータ頻度が好ましくは３０ｂｐｍである方法である。
（３０）本発明の装置は、患者の呼吸の気体濃度を分析するための装置であって、
前記装置での気体濃度を測定する気体分析装置と、
前記患者の呼吸を受け取る入口と、
前記患者の呼吸の呼吸パラメータ頻度を決定する呼吸速度分析装置と、
複数の呼吸パラメータ頻度に対応する複数の係数を含むデータベースと、
実行されると、前記装置の前記入口での前記患者の呼吸の前記気体濃度を決定する方法を行う実行可能な命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体を含むプロセッサとを備え、前記方法が、
前記患者の呼吸パラメータ頻度に基づいて複数の係数を得るために前記データベースにアクセスすることと、
前記複数の係数を使用して補償式を導出することと、
前記測定された気体濃度を前記補償式に入力することによって前記入口気体濃度を決定することと、を含む装置である。
（３１）前記装置は、前記補償式が好ましくは多項式である装置である。
（３２）前記装置は、前記多項式が好ましくは線形式である装置である。
（３３）前記装置は、前記データベースが好ましくは第１のサブセットの係数および第２のサブセットの係数を含み、前記第１のサブセットの係数が好ましくは所定の呼吸パラメータ頻度以下の呼吸パラメータ頻度に対応し、前記第２のサブセットの係数が好ましくは前記所定の呼吸パラメータ頻度以上の呼吸パラメータ頻度に対応する装置である。
（３４）前記装置は、前記所定の呼吸パラメータ頻度が好ましくは３０ｂｐｍである装置である。
（３５）前記装置は、患者の呼吸からの気体を採集するための装置であって、
標本体積と、
サンプリング流量を含む流れ発生装置であって、前記流れ発生装置は、前記患者の呼吸が所定の呼吸パラメータ頻度を有する場合に、前記患者の呼吸の呼気終末部分によって前記標本体積を完全に満たす流れ発生装置と、
前記患者の呼吸パラメータ頻度が前記所定の呼吸パラメータ頻度を超える場合に、前記患者から採集された気体を破棄するように構成されたプロセッサと、を備える装置である。
（３６）前記装置は、前記流れ発生装置が好ましくはポンプである装置である。
（３７）前記装置は、前記患者の呼吸の前記呼気終末期間は、前記患者の呼吸期間の４分の１であると想定され、前記呼吸期間が好ましくは前記患者の呼吸の１つの吸気および呼気の周期を含む装置である。
（３８）前記装置は、患者の呼吸の標本の気体濃度を分析するための装置であって、
前記患者の呼吸を受け取る入口を備える標本区画と、
前記患者の呼吸の一部分の速度を決定する呼吸速度分析装置と、
前記標本区画の前記気体の気体濃度を決定する気体分析装置と、
前記患者の呼吸の一部分の前記速度に基づいて、補正された気体濃度を決定するアルゴリズムを備えるプロセッサであって、前記補正された気体濃度は、患者の協調とは独立に決定されるプロセッサと、を備える装置である。
（３９）前記装置は、患者の呼吸の標本の気体濃度を分析するための装置であって、
前記患者の呼吸を受け取る入口を備える標本区画と、
前記患者の呼吸の前記一部分の前記速度を決定する呼吸速度分析装置と、
前記標本区画の前記気体の気体濃度を決定する気体分析装置と、
アルゴリズムを備えるプロセッサであって、前記アルゴリズムは、前記患者の呼吸の一部分の前記速度に基づいて、前記標本区画内の前記呼吸標本の非均質性の程度を決定し、前記アルゴリズムは、非均質性の前記程度に基づいて補正された気体濃度を決定し、前記補正された気体濃度は患者の協調とは独立に決定されるプロセッサと、を備える装置である。
（４０）前記装置は、患者の呼吸の標本の気体濃度を分析するための装置であって、
呼吸パラメータ頻度測定センサと、
定義された最大呼吸パラメータ頻度を含むアルゴリズムと、
前記患者の呼吸を受け取る体積および入口を備える標本区画と、
前記標本区画の前記気体の気体濃度を決定する気体分析装置と、
前記患者からの前記標本を所望の速度で前記標本区画に送出するサンプリング流量制御ユニットであって、前記標本区画体積および前記所望の速度が、前記定義された最大呼吸パラメータ頻度に基づいて決定されるサンプリング流量制御ユニットと、を備える装置である。

図１は、呼吸から抜き出された気体に対して採用された二酸化炭素測定に基づく典型的な呼吸波形を示す図である。 図２は、近位の気道で行われた気道内圧測定に基づいた典型的な呼吸波形を示す図である。 図３Ａ〜図３Ｃは、呼吸の相によって呼吸ＣＯがどのように変化し得るか、および呼吸の呼気終末期間を識別するためにカプノメトリまたは気道内圧を使用した１つの変形形態を示す図である。図３Ａは、呼吸周期の異なる相に関する呼吸のＣＯレベルを示す。 図３Ｂは、呼吸周期の異なる相に関する呼吸のＣＯ_２レベルおよび呼気終末期間を識別するためのしきい値を示す。 図３Ｃは、呼吸周期の異なる相に関する近位の気道呼吸圧および呼気終末期間を識別するためのしきい値を示す。 図４Ａは、呼吸周期の異なる相に関するカプノメトリ信号、および呼吸の異なる部分を識別するための信号の微分の１つの変形形態を示す。 図４Ｂは、呼吸周期の異なる相に関する気道内圧信号、および呼吸の異なる部分を識別するための信号の微分の１つの変形形態を示す。 図５Ａは、呼吸捕捉システムの１つの変形形態の概観を概略的に示す。 図５Ｂは、呼吸捕捉システムの他の１つの変形形態の概観を概略的に示す。 図６は、呼吸標本を識別および採集するためにカプノメトリを使用することに関連する移相を示すグラフの集合を示す。 図７は、呼吸標本を識別および採集するために気道内圧観測を使用することに関連する移相を示すグラフの集合を示す。 図８〜図９Ｇは、固定されたサンプリング時間および固定された標本採集チューブ体積による固定されたサンプリング流量を使用した場合の、サンプリングされた気体の均質性における呼吸数に関連する変化を補正するための呼吸数補正係数を使用した呼吸分析装置の１つの変形形態を示す。図８は、呼吸のシーケンスに関するカプノメトリ信号のグラフである。 図９Ａは、名目呼吸数を表す呼吸カプノメトリ波形のグラフである。 図９Ｂは、比較的速い呼吸数を表す呼吸カプノメトリ波形のグラフである。 図９Ｃは、図９Ａに示される呼吸からの呼気終末気体標本を捕捉する図５Ａまたは図５Ｂのシステムを示す。 図９Ｄは、図９Ｂに示される呼吸からの呼気終末気体標本を捕捉する図５Ａまたは図５Ｂのシステムを示す。 図９Ｅは、補正係数が適用された、および適用されていない状態での、呼吸シミュレータおよび既知のＣＯ気体投入を使用した場合の、捕捉された気体標本の不均質性を補償するための呼吸数補正係数の使用を示す。 図９Ｆは、呼気終末標本が標本チューブのバルブＶＩ側に配置された、図９Ｄに示されるシステムの別の構成を示す。 図９Ｇは、比較的遅い呼吸数から呼吸が捕捉されている、図９Ｃおよび９Ｄのシステムを示す。 図１０Ａ〜１０Ｂは、目標体積の呼気終末気体を捕捉するための調整された複数の呼吸サンプリングおよびそれに続く気体の分析の方法の１つの変形形態を示す。図１０Ａは、複数の呼吸サンプリング技術を説明する概略流れ図である。 図１０Ｂは、一連の呼吸数に関する例示の標本体積を満たすのに必要であり得る呼吸の数のグラフを示す。 図１１Ａ〜１１Ｆは、目標体積の呼気終末気体を捕捉するための、呼吸数が調整された複数の呼吸サンプリング技術およびそれに続く気体の分析の１つの変形形態を示す。図１１Ａは、例示の呼吸数が調整された複数の呼吸サンプリングプロトコルのカプノメトリ信号および標本捕捉バルブ位置を示す図である。 図１１Ｂ〜１１Ｆは、例示の呼気終末気体捕捉に関する図５Ａまたは５Ｂに示された空圧システムを示す。図１１Ｂは、第１の呼吸からの呼気終末気体が捕捉された図５Ａまたは５Ｂの空圧気体捕捉システムを示す。 図１１Ｃは、第２の呼吸が捕捉されるように設定された図５Ａまたは５Ｂの空圧気体捕捉システムを示す。 図１１Ｄは、第２の呼吸からの呼気終末気体が捕捉された図５Ａまたは５Ｂの空圧気体捕捉システムを示す。 図１１Ｅは、第３の呼吸が捕捉されるように設定された図５Ａまたは５Ｂの空圧気体捕捉システムを示す。 図１１Ｆは、第３の呼吸からの呼気終末気体が捕捉された図５Ａまたは５Ｂの空圧気体捕捉システムを示す。 図１２Ａ〜１２Ｂは、目標体積の呼気終末気体を捕捉するための調整された可変サンプリング流量方法およびそれに続く気体の分析の方法の１つの変形形態を示す。図１２Ａは、呼吸数が調整された可変サンプリング流量技術の動作のシーケンスの概略流れ図を示す。 図１２Ｂは、例示の標本体積に関するサンプリング流量に対する対応する呼気終末時間期間のグラフを示す。 図１３Ａ〜１３Ｆは、引き続く分析のために目標体積の呼気終末気体を捕捉するための呼吸数が調整された可変サンプリング流量技術の１つの変形形態を示す。図１３Ａは、比較的速い呼吸数に関する呼吸カプノメトリ信号を示す図である。 図１３Ｂは、比較的遅い呼吸数に関する呼吸カプノメトリ信号を示す図である。 図１３Ｃは、比較的速いサンプリング流量に調整された、例示の呼気終末気体捕捉に関する図１３Ａに示された呼吸に対する気体採集システムの空気圧回路図を示す。 図１３Ｄは、比較的遅いサンプリング流量に調整された、図１３Ｂに示された呼吸に対する気体採集システムの空気圧回路図を示す。 図１３Ｅは、カプノメトリ信号を使用して、従前の呼吸の平均呼気終末時間および対応するサンプリング流量の調整を決定して、後続の１回の呼吸から呼気終末気体の目標体積を採集することを示す。 図１３Ｆは、気道内圧信号を使用して、前呼気終末期間の測定から予測された呼気終末時間および対応するサンプリング流量の調整を決定して、呼吸から呼気終末気体の目標体積を採集することを示す。 図１４Ａおよび１４Ｂは、呼気終末気体の不均質性を調整するための補正係数式の導出および使用を示す。図１４Ａは、呼吸数の関数としてのＥＴＣＯｐｐｍを示す図である。 図１４Ｂは、いくつかの例示の呼吸数補正係数式を表に示す。 図１５Ａは、所与の呼吸数で測定されたＥＴＣＯを補正されたＥＴＣＯに変換するための参照表を作成するための方法を示す。 図１５Ｂは、ＥＴＣＯの正確さのグラフを示す。 図１５Ｃは、呼吸数に対する傾きおよびオフセットを比較するグラフを示す。 図１５Ｄは、呼吸数に対する傾きおよびオフセットを比較するグラフを示す。 図１５Ｅは、参照表およびいくつかの例示の補償式を示す。 図１６Ａは、流れ発生装置の気体サンプリングレートを決定して、上限呼吸数および所定のサンプリング体積に関連付ける方法を示す。 図１６Ｂは、患者の呼吸を上限呼吸数で抜き出す図５Ａまたは５Ｂの空圧気体捕捉システムを示す。 図１６Ｃは、患者の呼吸を上限呼吸数未満で抜き出す図５Ａまたは５Ｂの空圧気体捕捉システムを示す。

ここでは、呼気された呼吸を捕捉および分析する装置および方法が述べられる。いくつかの変形形態では、１つまたは複数の呼吸パラメータが測定されて呼吸の異なる構成部分およびそれぞれの時間期間を識別し、空圧システムが使用されて、サンプリングチューブの呼気された呼吸の部分を識別された時間期間を使用して捕捉する。いくつかの変形形態では、１つまたは複数のバルブおよび／またはたとえば真空ポンプなどの流れ制御機構が使用されて、サンプリングチューブに抜き出される気体の流量が調節される。いくつかの変形形態では、呼吸の捕捉された部分は患者の生理学的な状態の指標のために分析される。

呼吸の一部分は、呼気された呼吸の呼気終末部分、開始部分、中間部分、および終了部分を含んでも良い。測定された呼吸パラメータは、二酸化炭素、酸素、気道内圧、気道温度、呼吸流量、および呼吸圧のうちの１つまたは複数を含んで良い。呼吸の一部分の時間期間を識別することは、その時間期間の開始および終了をおおよそ識別することを含んで良い。

複数の呼吸の呼気終末標本採集アルゴリズムのいくつかの変形形態では、呼吸の完全な呼気終末部分によって固定された標本採集体積を満たすために、採集される標本の数は呼吸数によって変化する。可変のサンプリング真空率アルゴリズムのいくつかの変形形態では、真空率は呼吸数に基づいて調整され、採集された標本が呼吸の呼気終末部分の全体となるようになる。

呼気された気体の組成は、呼気期間の異なる段階に対応して変化する可能性がある。たとえば、呼気の終了付近でサンプリングされた気体は、血流から肺胞に最近に放散された気体を表し得る。図１に示された例では、下記に記述するように、呼気期間が、前呼気終末および呼気終末の２つの部分に分けられる。前呼気終末部分の間、誘導気道および肺の末端部分からの気体が排出され、呼気終末部分の間、肺胞の体積に新規に放散された気体が排出される。たとえば高ビリルビン血症または溶血などの血流の生理的状態を診断しようとする場合に、診断の気体標本は、呼気終末期間から最も良く取得される。例示の目的では、呼気終末ＣＯ測定に関する呼気終末気体をサンプリングするための例示の変形形態が下記に与えられるが、この原理はその他の診断目的にも適用できる。

図１は、鼻からなどの人間の気道から抜き出された呼吸において測定された、二酸化炭素（ＣＯ_２）信号の全体像からの典型的な呼吸パターン１００を、水平軸を時間とし、垂直軸をＣＯ_２レベルとした時間の関数として示す図である。呼気相の間、ＣＯ_２が排出され、したがってＣＯ_２レベルが上昇する。吸気相の間、周囲の空気が鼻を占め、したがって測定されたＣＯ_２は実質的にゼロに低下する。呼吸ＣＯ_２曲線には、人間の呼吸パターン、彼ら（彼女ら）の年齢、呼吸のしかた、および任意の根底にある急性または慢性の医学的状態に基づいて、様々な形状があり得る。いくつかの曲線は、呼気相に関する、（１）気体は単にＣＯ_２のない近位の気道からの気体であり得ることを理由とする低ＣＯ_２またはＣＯ_２のない開始部分と、（２）ゼロから肺の遠位の区域でのＣＯ_２レベルに急速に増加するＣＯ_２を示す中間部分と、（３）高原状態に達する、またはＣＯ_２から離れることを示すその呼気呼吸に関する肺胞からのＣＯ_２を表す終了部分と、（４）呼気期間の最終部分における、潜在的にある一定のピークレベルと、の下位部分を示し得る。しかし、この古典的な曲線とは異なる多くのその他の曲線があり得る。ピークＣＯ_２レベルは、呼気終末期間の間は、４〜６％であり、吸気期間の間は、ゼロに近いかゼロに等しくなり得る。

いくつかの変形形態では、呼気呼吸でのＣＯ_２のレベルが使用されて、呼吸の期間の継続時間を決定する。更なる変形形態では、呼吸の期間の継続時間は、その期間の開始および終了によって特徴付けても良い。いくつかの変形形態では、ＣＯ_２レベルが使用されて、呼吸の期間の開始または終了を決定する。他の変形形態では、ＣＯ_２レベルの１次時間導関数が使用されて、呼吸の期間の開始または終了を決定する。さらに他の変形形態では、ＣＯ_２レベルの２次時間導関数が使用されて、呼吸の期間の開始または終了を決定する。いくつかの変形形態では、ＣＯ_２レベルおよびＣＯ_２レベルの時間導関数の組み合わせが使用されて、呼吸の期間の開始または終了が決定され得る。いくつかの変形形態では、呼気終末期間の開始は、ＣＯ_２レベルの１次時間導関数の突然の減少などの、呼気された呼吸のＣＯ_２レベルの１次時間導関数の変化によって決定され得る。いくつかの変形形態では、ＣＯ_２レベルの１次時間導関数の減少は１０％超の減少である。いくつかの変形形態では、ＣＯ_２レベルの１次時間導関数の減少は２５％超の減少である。いくつかの変形形態では、導関数はゼロに近づき、またはゼロになり、非常にわずかな変化率またはピーク高原状態をそれぞれ示す。他の変形形態では、呼気終末期間の開始は、ＣＯ_２レベルの２次時間導関数が大きいことによって決定され得る。いくつかの変形形態では、呼気終末期間の終了は、最大ＣＯ_２レベルによって決定されても良く、最大ＣＯ_２レベルは、（ＣＯ_２レベルがそのピーク値から低下することと関連する）導関数が負になるというＣＯ_２レベルの１次時間導関数の符号の変化によって検出または確定され得る。更なる変形形態では、開始期間の開始は、ＣＯ_２レベルの１次時間導関数の突然の増加によって決定され得る。他の変形形態では、開始期間の開始は、ゼロＣＯ_２レベルからのＣＯ_２レベルの増加によって決定され得る。いくつかの変形形態では、ＣＯ_２レベルの増加はゼロ付近またはベースラインからなどの非ゼロであり得る。いくつかの変形形態では、中間期間の終了は、ＣＯ_２レベルの１次時間導関数の突然の減少などの、呼気された呼吸のＣＯ_２レベルの１次時間導関数の変化によって決定され得る。いくつかの変形形態では、ＣＯ_２レベル、その１次時間導関数、その２次時間導関数、または前述の組み合わせは、１つまたは複数の期間の開始および終了を決定するために使用されても良い。

図２は、測定された気道内圧の全体像からの典型的な呼吸信号２００を示す図であり、吸気相の間の負圧および呼気相の間の正圧を示す。安静時呼吸の間、ピーク呼気圧は、呼気相の中間および呼気終末期間の開始に対応し得る。図１および２では、ＴＩ、ＴＥ、ＴＰＥＴ、ＴＥＴ、ＴＰＥは、吸気時間、呼気時間、前呼気終末時間、呼気終末時間、および後呼気時間をそれぞれ表す。吸気後休止期間もあっても良く（図示せず）、その期間では、吸気の間の肺の筋肉の動きが、呼気期間が開始するまで休止される。入口から鼻孔までにおいて測定した場合に、ピーク吸気圧は、安静呼吸の間に−１から−４ｃｗｐであり、より激しい呼吸の間に−１５ｃｗｐまでになる可能性があり、ピーク呼気圧は、安静呼吸の間に＋０．５から＋２．０ｃｗｐであり、より激しい呼吸の間に＋１０ｃｗｐまでになる可能性がある。当業者は、ここで与えられたｃｗｐは例示のものであり、その他のｃｗｐが本開示の範囲から逸脱せずにあり得ることを容易に理解するであろう。

いくつかの変形形態では、気道内圧が使用されて、呼吸の期間の開始および終了を決定する。他の変形形態では、気道内圧の１次時間導関数が使用されて、呼吸の期間の開始または終了を決定する。さらに他の変形形態では、気道内圧の２次時間導関数が使用されて、呼吸の期間の開始または終了を決定する。いくつかの変形形態では、気道内圧および気道内圧の時間導関数の組み合わせが使用されて、呼吸の期間の開始または終了を決定し得る。いくつかの変形形態では、呼気終末期間の開始が最大気道内圧によって、すなわち気道内圧の１次時間導関数がゼロであることによって決定される。いくつかの変形形態では、呼気終末期間の終了は気道内圧がゼロであることによって決定され得る。いくつかの変形形態では、気道内圧、その１次時間導関数、その２次時間導関数、または前述の組み合わせを、１つまたは複数の期間の開始および終了を決定するために使用されても良い。

いくつかの変形形態では、呼吸センサは、経時の人間の呼吸を観測し、呼吸パターンの特徴である連続して更新される値を決定することによって呼吸パターンの傾向を決定する。たとえば、呼吸信号のピークの正値は、各呼吸に関して測定および更新されても良い。ピーク値は、以前のピーク値と比較されても良い。ピーク値は、複数の呼吸の以前の数にわたって平均化されても良い。同様に、呼気時間などの呼吸の時間に関連する態様が、傾向を決定されても良い。通常の呼吸でない様々な呼吸に関連する事象が識別されても良く、決定のステップに、これらの通常でない呼吸事象を意図せずに含めないために除外アルゴリズムがあっても良い。たとえば、くしゃみ、咳、積み重なった呼吸、または完全でない呼吸の特徴的な波形は、前もってまたは特定の患者の観測に基づいて定義されても良く、呼吸センサによって検出された場合、適切な決定のアルゴリズムから除外される。

図３Ａ〜３Ｃは、組成分析のための所望の標本を捕捉するための呼吸周期の一部分を識別するために呼吸信号を使用する１つの変形形態をより詳細に説明する。示された例では、カプノメトリ信号または気道内圧信号が使用されて、呼気終末ＣＯの測定のための呼気相の呼気終末部分を識別する。図３Ａでは、呼吸ＣＯレベル３００が表され、ＣＯが呼吸周期によってどのように変化するかを示し、ピークＣＯ値は呼気終末期間に対応する。ピークＣＯ値３１０が対象とする値であり、それは血液でのＣＯレベルに最も密接に関連付けられるからである。図３Ｂでのカプノメトリの例３３０では、時間および振幅のしきい値が確立されて、呼気終末期間の開始および終了を決定する。ＹＡおよびＹＢは、傾き移行点およびピークレベルのそれぞれにおけるＣＯ_２振幅であり、開始および終了の呼気終末ＣＯ_２振幅それぞれを表す。ＸＡおよびＸＢは、それぞれ、ベースラインのＣＯ_２レベルからの増加によって定義される呼気期間の開始点であるｔｌ’から測定された前呼気終末期間および呼気期間の継続時間である。しきい値Ｙ１、Ｙ２、Ｘ１、およびＸ２は、たとえば例外が無視された移動平均の傾向から決定された値の百分率などの、ＹＡ、ＹＢ、ＸＡ、およびＸＢの傾向の決定、平均化、パターン認識、またはその他のプロトコルから、およびそれらに基づいてそれぞれ確立され得る。図３Ｃの気道内圧の例３６０では、ＹＣは呼気終末期間の開始に対応するピーク振幅を表し、ＸＡおよびＸＢは、前呼気終末期間および呼気期間の継続時間を表す。しきい値Ｘ１、Ｘ２、およびＹ１がＸＡ、ＸＢ、およびＹＣの傾向の決定、平均化、パターン認識、またはその他のプロトコルそれぞれから、およびそれらに基づいて確立され、しきい値Ｙ２がゼロ圧に基づいて確立される。たとえば、鼻孔圧がピーク値もしくはＹ１に達し、または呼気相の中点、傾向決定に基づいたＸＢ／２がゼロに達した場合、適切な移相により、呼気終末気体標本採集が開始でき、鼻孔圧が負もしくはゼロに達した場合、または鼻孔圧がＹ２に達した場合、またはＸＢの時間遅延もしくは前もって測定された呼気時間に基づいた時間遅延の後に終了できる。呼吸の空気流または近位の気道温度を測定することにより、気道内圧と酷似する情報がもたらされ、これらの信号もまた上記に説明された方法で使用されて、呼吸曲線および呼気終末期間の異なる部分を決定することができる。さらに、音、超音波、振動、およびプレチスモグラフィなどのその他の呼吸測定が行われて、呼吸パターンを識別することができる。

図３Ｂおよび３Ｃに説明されたしきい値の技術は、呼吸パターンが比較的一定で不規則でない場合に非常に信頼性が高くなり得る。しかし、一定でないまたは不規則な呼吸の状況では、カプノメトリおよび気道内圧は、呼気終末期間の開始および終了を高い信頼性で判別し得ない。たとえば、カプノメトリは、呼吸パターンが異なると、前呼気終末と呼気終末期間の間の移行が異なって見える可能性があるので、この移行を厳密に高い信頼性で識別するのが困難であり得る。たとえば、呼気相の間のＣＯ_２の増加の傾きは、図３Ｂでの第１の傾きから第２の傾きへの移行点なしに一定であり得る。または、呼気相の間に、３つ以上のＣＯ_２の傾きがある可能性があり、したがって２つ以上の移行がある可能性があり、どの傾きの移行が呼気相の開始に対応するかを決定することを任意にする可能性を生じる。上述したことは、呼気終末期間の開始を識別する際に起こり得る困難の例に過ぎず、その他の問題が生じる可能性がある。近位の気道内圧信号は、適切なアルゴリズムによって、所与の呼吸に関する２つ以上のピーク呼気圧があることがまれであり、このマーカを高い信頼性の高いマーカにする点で信頼性をカプノメトリに勝るものにし得る。同様に、正圧からゼロ圧への移行は、適切なゼロ化アルゴリズムによって、呼気終末期間の終了へ高い信頼性で関連付けることができる。したがって、近位の気道内圧を使用しての感知は、忠実度の向上を提供し、さらに実質的に費用を低減することができる。それでも、気道内圧はその忠実度が限られている可能性もある。

図４Ａおよび４Ｂは、カプノメトリおよび近位の気道内圧を使用して、呼気終末期間を含む呼吸パターンを測定し、呼吸パターンの異なる部分を識別する別の変形形態を示す。図４Ａは、呼気二酸化炭素および呼気二酸化炭素の変化率（１次導関数）のグラフ４００である。（ＣＯ_２は線４１０によって表され、ＣＯ_２の導関数は線４２０によって表される。）図４Ａでは、呼吸ＣＯ_２が測定され、測定値が実時間で瞬時に微分される。傾きの瞬時の変化を観察し、（本明細書で説明したしきい値など）適切なしきい値と比較することによって、呼気終末期間の開始が高い信頼性で識別され得る。さらに正から負への微分値の急速な変化を観察することにより、呼気終末期間の終了が高い信頼性で識別され得る。呼気終末期間を判別することに加えて、呼吸相のその他の部分がこの技術を使用して識別され得る。他の変形形態では、呼吸パターンの厳密な部分を識別する忠実性または信頼性をさらに向上させるために、測定された信号の２次微分が使用されても良い。

図４Ｂは実時間で微分された、測定された近位の気道内圧を使用した別の変形形態である。図４Ｂは、近位の気道内圧および近位の気道内圧の変化率（１次導関数）のグラフ４５０である。（気道内圧は線４６０によって表され、気道内圧の導関数は線４７０によって表される。）正値に続くｄＰＡ／ｄｔの第１のゼロ値４７２は、呼気終末期間の開始に対応する時間ｔ２でのピーク気道内圧を示す。負値に続くｄＰＡ／ｄｔの第２のゼロ値４７４は、呼気の呼気終末期間の終了に対応する時間ｔ３でのゼロ気道内圧値を示す。この方法でカプノメトリまたは気道内圧信号を操作することに加えて、その他の呼吸パラメータが同様に操作され得る。そのようなその他のパラメータの例として、呼吸気の温度、湿度、気流、音、およびその他がある。本明細書の例では呼気終末ＣＯ気体分析が説明されるが、システムおよび方法は、呼吸サイクルのその他の部分からのその他の気体をサンプリングおよび分析することに適用できることが理解される。

いくつかの呼吸分析適用では、気体組成分析装置が正確な分析を行うために、装置によって最小量の気体体積が要求される。分析のために気体標本を得るための１つの技術は、患者から気体が抜き出されている間、気体を一時貯蔵区画に採集することである。貯蔵区画は、気体組成分析装置の体積の要件を満たすように既知の体積にサイズを決められており、便利のために区画は固定または一定の体積とすることができる。区画が所望の気体で満たされた後に、次いで区画の気体は分析のために組成分析装置に送られ得る。貯蔵および分析された気体は、正確な分析を実現するために純粋に呼気の目標部分からのものとすることができる。したがって、システムは、広範囲な呼吸パターンの下で、呼吸の正しい部分から気体のその体積を得ることができ、さらに分析装置が正確であるための必要な気体の量を採集し得る。

図５Ａは、サンプリングカニューレ５０１、および気体標本採集および分析機器５０２を含む、呼気呼吸を捕捉するための装置の１つの変形形態の概観を概略的に示す。気体は、たとえばサンプリングカニューレ５０１および流れ発生装置５１２を使用して、患者から抜き出され得る。流れ発生装置の流量は、たとえば気流速度計と同様に配列された圧力センサアレイ５２６および５２８などの流量変換器によって測定され得る。測定された流量は、閉ループフィードバック制御として使用されて、流れ発生装置の流量を制御し得る。実時間での呼吸パターンを測定するために、カプノメータ５１０または圧力センサ５２６などの呼吸センサが使用されても良い。呼吸の所望の部分からの気体は、貯蔵採集区画５１８で捕捉および分離される。貯蔵区画に入る気体は、たとえば常開の共通のポートｃ、および気体を採集するためのａ、または貯蔵区画を分離するためのｂの第２の開いたポートを備える少なくとも１つのバルブＶＩによって制御される。Ｖ１と流れ発生装置の間にバルブＶ２があり、貯蔵区画を分離するのにＶ１とともに関与してもよい。分析のために捕捉されない気体は、バイパス導管５２０を介して貯蔵区画から流し出される。捕捉された気体は、ＣＯセンサなどの気体組成分析装置５１４を通して貯蔵区画から送られる。マイクロプロセッサ５２４を備える制御システム５２２は、システムを関連するアルゴリズムによって制御する。流れ発生装置は、ダイアフラムポンプなどの真空ポンプもしくは圧力ポンプ、または真空供給源、正圧供給源からのベンチュリ管、またはシリンジポンプなどの別のタイプの流れ発生装置とすることができる。気体の経路設定を管理するためのバルブは、３方向２位置バルブの構成であることができ、または４方向３位置バルブの構成であることができる。カプノメータ５１０は、使用された場合、赤外線（ＩＲ）を使用して瞬時に呼吸パターンを測定する。気体組成分析装置は、反応時間を伴う電気化学センサであっても良く、またはガスクロマトグラファまたは質量分析計であっても良い。他の変形形態は、異なる分析装置を使用することができる。標本貯蔵区画は、断面を最小限に抑えるために小ボアの内径チューブまたはかなりの長さの導管であることができ、それによって導管の長さに沿った気体分子間相互作用を低減し得る。サンプリングカニューレは、内径が０．０２０インチから０．０８０インチであるシリコーンまたはＰＶＣチューブとしても良い。圧力センサ５１６は、気道内圧測定に使用するのに加えて、流量が決定され得るように５２６と連係して使用されてもよい追加の圧力センサである。流量は、可変流量を利用するいくつかの変形形態でポンプ速度を調整するために使用されても良い。圧力センサ５１６は、周囲情報を得るためにも使用しても良く、その場合、カプノメトリの代わりに呼吸曲線が圧力によって測定される。いくつかの変形形態では、カプノメータまたは気道内圧センサの代わりに、瞬時の一酸化炭素センサを、呼吸センサとして使用される。その他の瞬時の呼吸センサも使用され得る。

図５Ｂは、図５Ａに示されるシステムの空圧動作についてのさらなる詳細を示す（下記の図９Ｃも参照）。図５Ａと同様な特徴に関しては、ここでは考察を繰り返さない。バイパスチューブ５３６は、気体が患者または周囲から抜き出されることを可能にして、標本チューブがこれらの気体から分離され得る時間の間、標本チューブ５１８をバイパスする。この構成では、バルブＶ１はポートａで閉鎖されても良く、バルブＶ２は、流れがｂからｃを通ることを可能にするようにポートｂで開放されても良い。流れ発生装置が使用されて、サンプリング気体を、バイパスチューブを通って抜き出すことができる。プッシュチューブ５３２が使用されて、標本チューブ５１８の呼気終末標本を標本チューブからセンサ５１４に押し出しても良く、そのときポートｂにおいてバルブＶ１およびＶ３がそれぞれ開放され、Ｖ２がポートａで閉鎖される。内部の気体通路を患者の気体で汚染しないことが望ましい場合、またはシステムをパージするために、バルブＶ４は、ポートｂを開放することによって、供給源の気体を患者の気体から周囲の気体に切り替える。

いくつかの変形形態では、上記の図５Ａおよび５Ｂに示される空圧システムは、取り外し可能なサンプリング区画（図示せず）を含んでも良い。たとえば、標本チューブ５１８は、システムから取り外しても良い。このようにして、空圧システムは、所望の気体によって標本チューブを満たすことができ、標本チューブは別の場所で分析され、または後で分析するために保管されても良い。他の変形形態では、気体は標本チューブから取り外し可能なサンプリング区画に経路設定されても良い。この変形形態では、区画は分析装置と置き換わっても良く、またはさもなければ取り外され、および／または置き換えられ得るように配置されても良い。

図６は、呼気呼吸を捕捉するための装置の１つの変形形態での、呼吸標本を識別および採集するためにカプノメトリを使用することに関連する移相を示すグラフの集合６００を提示する。最も上のグラフ６１０は、実際の呼吸相を示す（吸気／呼気）。中間のグラフ６３０は、ＣＯ_２濃度を示す。最も下のグラフ６６０は、バルブ位置を示す。気体が人間からサンプリングカニューレを通ってカプノメータに移動する移動時間は、ｔαによって表される。したがって、カプノメトリ信号は、実際の呼気の開始のわずかに後に、呼気の開始を示す。気体がカプノメータを出て標本採集区画に入り始めるまでの移動時間は、ｔβによって表される。したがって、標本区画分離バルブＶ１は、カプノメータによって呼気終末期間の開始が検出された後からｔβ経過した時間ｔ（１）から標本採集時間ｔ（ｓ）の間、定位置に開く。

図７は、呼気呼吸を捕捉するための装置の１つの変形形態での、呼吸標本を識別および採集するために気道内圧観測を使用することに関連する移相を示すグラフの集合７００を提示する。最も上のグラフ７１０は、実際の呼吸相（吸気／呼気）を示す。中間のグラフ７３０は気道内圧を示す。最も下のグラフ７５０は、バルブ位置を示す。実際の呼吸と圧力との移相はｔφであり、音速で割った移動の距離にほぼ等しく、したがって比較的瞬時のものである。気体が人間の気道を出て、標本採集区画に入り始める移動時間は、ｔδによって表される。したがって、貯蔵区画分離バルブＶ１は、カプノメータによって呼気終末期間の開始の検出の後のｔδ経過した時間ｔ（１’）から標本採集時間ｔ（ｓ）の間、定位置に開く。

以下の考察では、図５Ａおよび５Ｂに対して上記に述べた呼気呼吸を捕捉するための装置に参照を行う。本開示の範囲から逸脱せずに、その他の装置が使用されて、呼気呼吸の期間の継続時間を決定し、その期間の呼吸を捕捉することができることに留意されたい。

図８〜９Ｇに示される呼吸数が調整された可変の第１の変形形態では、補正係数が気体組成の分析結果に適用され、捕捉された気体標本の不均質性を補償する。示された例でのシステムは、カプノメトリを使用して呼気終末期間を識別することによって呼気終末ＣＯ気体を分析し、固定気体サンプリング時間およびサンプリング流量を使用する。図８は、一連の呼吸に関するカプノメトリ信号のグラフ８００である。カプノメトリ信号は、サンプリングするためによい呼吸を識別し、呼気終末期間を識別するために使用され、グラフの右端が最近の呼吸であり、グラフの左端が最も古い呼吸である。呼吸１から３は適格基準を満たすために観測および評価され、基準を満たすと、呼吸４の呼気終末部分が分析のためにサンプリングされる。

図９Ａは、図８に対応する名目事例のグラフ９００であり、呼吸数４’の呼気終末期間がサンプリング時間ｔ（ｓｌ）に一致する。図９Ｃは、図９Ａに示された名目事例で示される気体を捕捉するための空圧システムの構成９３０を示し、呼吸４の呼気終末期間からの気体が標本採集区画体積Ｖ（ｓｌ）を完全に満たす。図９Ｃでは、呼吸４の前呼気終末を標本区画からＶ２の右に見ることができる。呼吸５の吸気部分は、標本区画からＶ１の左に見ることができる。

図９Ｂのグラフ９１０では、サンプリング時間ｔ（ｓｌ）が呼気終末期間よりも大きい。図９Ｄに示される構成９４０は、図９Ｂのグラフに対応し、呼吸４からの呼気終末気体および呼吸５からの吸気気体の両方を含む。たとえば、システムが１秒の標本採集時間で１秒の呼気終末時間に調節され、実際の呼気終末時間が１秒である場合、標本気体は呼気相の異なる部分に対して均質であり、分析が最も正しくなり得る（図９Ａおよび９Ｃを参照）。しかし、個人の呼気終末期間が継続時間でより短くまたはより長くなると、標本区画がそれぞれ呼気終末気体の一部を失い、またはある程度の非呼気終末気体を含む可能性があり分析が不正確になることが不可避であり、それは気体不均質性の呼吸数の補正係数を適用することによって補正され得る。たとえば、呼気終末時間が０．５秒である場合、標本区画は、５０％が呼気終末期間全体からの純粋な呼気終末気体で満たされ、さらに５０％が吸気気体で満たされ、それによって標本区画のＣＯの濃度を希釈する。吸気相からの気体標本のＣＯが、たとえば０．２５ｐｐｍなど、既知であると想定し、分析装置の測定結果が１．２５ｐｐｍのＣＯであり、既知の周囲ＣＯが０．２５ｐｐｍであると想定すると、標本は、０．５ｐｐｍのＣＯの補正されたＣＯに対して５０％の０．０ｐｐｍのＣＯ、および５０％の１．０ｐｐｍのＣＯを含む。この場合、補正係数は０．５である。図９Ｂに示される例では、サンプリング時間ｔ（ｓｌ）が呼気終末期間よりも大きい。図９Ｄに示される捕捉された気体標本は、図９Ｂのグラフに対応し、呼吸４からの呼気終末気体および次の呼吸からの吸気気体の両方を含む。

図９Ｅでのグラフにおける実線によって示された６０ｂｐｍでの結果のＣＯ分析は標本の希釈のために１５％の誤差を示すが、点線によって示される呼吸数依存の補正係数の適用は、この例では２％の正確さを実現する。補正係数は、傾きおよびオフセット値が装置の動作範囲全体にわたるすべての呼吸数に適用された線形式であっても良い。

図９Ｅは、呼吸シミュレータおよび既知のＣＯ気体濃度インプット、ならびに補正式を使用する呼気終末ＣＯ分析装置からの呼吸数に対する正確さのグラフ９５０を示す。４０ｂｐｍでの図９Ｅのグラフ９５０の実線の曲線は、採集された標本のＣＯ分析の結果の正確さを示す。示された例では、標本チューブ体積および気体標本流量は、１：１、Ｉ：Ｅ（吸気：呼気）比率で分当たり３０呼吸に対応する５００ミリ秒の呼気終末期間の間の完全な呼気終末期間からの呼気終末気体の標本チューブを完全に満たすようにそれぞれサイズを決められ、設定される。グラフで理解できるように、３０ｂｐｍにおいて標本チューブが均質の呼気終末気体で完全に満たされ、３０ｂｐｍ未満では、また、標本チューブが呼気終末期間全体からではないが均質の呼気終末気体で満たされるので、曲線は３０ｂｐｍ未満の呼吸数で非常に正確である。しかし、３０ｂｐｍ超では、標本チューブはサンプリングされた呼吸の呼気終末期間全体からの気体に加えて、呼気終末期間の前または後からのある程度の気体を含み、それはこれらの呼吸数での呼気終末期間は、気体サンプリング時間よりも継続時間が短いためであり、したがって希釈によって、曲線には、負の傾きが生じる。補正された曲線で理解できるように、３０より多い呼吸数での結果は、補正係数によって正確に調整される。１０ｂｐｍでは、標本チューブが呼気終末期間全体を通して平均よりもＣＯ濃度がわずかに高い可能性がある呼気終末気体の最端部分を含み、それに対して３０ｂｐｍでは、標本チューブが呼気終末期間全体からの気体を含むので、１０ｂｐｍと３０ｂｐｍの間の正確さは、線形でない可能性がある。測定された気体と実際の気体の間の関係を説明する一般的な式は、ｘ＝Ｍｙ＋Ｂ、たとえばｘ＝０．００７４ｙ＋０．０７であり、ただしｘは測定されたＥＴＣＯ、Ｍは式の傾き、ｙは呼吸数が補正されたＥＴＣＯ、Ｂは式のｙ切片またはオフセットである。したがって、ＥＴＣＯ_{（ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）}＝［ＥＴＣＯ_{（ｍｅａｓｕｒｅｄ）}−オフセット］／傾きである。

図９Ｆは、呼気終末標本が標本チューブのバルブＶＩ側に配置された、図９Ｄに示されるシステムの別の構成９６０を示す。これは、（図９Ｄの構成で示されるように）吸気相の代わりに呼吸４の呼気の呼気終末期間の一部分が標本において捕捉されることを除いて、図９Ｄと同様の構成である。図９Ｇは、呼吸が遅い呼吸数から捕捉された、図９Ｃおよび９Ｄのシステムの構成９７０を示す。図９Ｇの構成では、いくつかの呼気終末気体はＶ２を通過した領域では標本チューブで捕捉されない。

図１０Ａは、呼気終末気体の目標体積を採集するための複数の呼吸をサンプリングするための方法１０００を示す。方法１０００は、任意選択で周囲空気によってシステムをフラッシングするステップ１００２で開始する。これは、方法が行われるごとに必須でなくても良い。方法１０００は、第１の呼気終末標本１００４を採集するステップに続く。標本チューブのバルブは、呼気終末期間の開始に関連付けて適切な時間に開放される。図１０Ａに示された変形形態は、二酸化炭素濃度の１次導関数の第２の高原状態に関連付けて、バルブが開放されるが、他の変形形態は、この開示で説明されたものなどの呼気終末期間の開始のための代替のトリガを使用しても良い。標本チューブのバルブは、呼気終末期間の終了に関連付けて、適切な時間に閉鎖される。図１０Ａに示された変形形態は、二酸化炭素濃度の１次導関数のゼロに関連付けてバルブが閉鎖されるが、他の変形形態は、この開示で説明されたものなどの呼気終末期間の終了のための代替のトリガを使用しても良い。ステップ１００６での方法は、ステップ１００４で捕捉された気体の体積を決定することである。図１０Ａに示された変形形態は、ポンプ速度およびバルブ開放時間に基づいた体積を示すが、その他の機構が等しく使用され得る。次いで、捕捉された体積は、標本チューブが満たされたかどうか決定するために標本チューブ体積と比較される。そうでなければ、ステップ１００８は、標本体積が満たされるまで捕捉ステップ１００４および比較ステップ１００６を繰り返す。次いで、方法は、ステップ１０１０で、採集された体積をＣＯ分析装置に押し出す。いくつかの変形形態では、採集された体積は異なるタイプの気体分析装置に押し出されても良く、または研究室もしくは別の分析施設に送出するための取り外し可能な貯蔵チューブに押し出されても良い。

上記に述べられたように、任意の呼吸数または呼吸パターンを補償し、さらに所望の標本体積および気体の純粋さを得るために、複数の呼吸がサンプリングされても良い。呼吸の数は、呼吸パターンおよび区画体積に依存する。図１０Ｂは、標本体積を満たすのに必要であり得る呼吸の数のグラフ１０２０を示す。例示の目的で、標本区画は２．５ｍｌであり、標本流量は１００ｍｌ／分であり、呼気終末気体が分析されることを想定すると、たとえば１分間に３０呼吸の呼吸数に対しては、３つの呼吸がサンプリングされることが必要である。標本区画、流量などを変化させることによって、異なるグラフになり得ることが理解され得る。グラフ１０２０は、区画チューブを満たすために呼吸がいくつ必要になり得るかを決定するための容易な参照を提供する。図１０Ｂの変形形態は、整数としてサンプリングされた呼吸（したがって段階−関数グラフ）を示すが、他の変形形態は連続的なグラフ線を使用しても良く、それによって（１つまたは複数の完全な呼吸に加えて）部分的な呼吸が標本体積を満たすために捕捉されることを示す。この情報を利用して、適切な時間に標本区画バルブを閉鎖しても良い。

図１１Ａ〜１１Ｆは、説明の目的で、図１０Ａ〜１０Ｂの方法を図５Ａまたは５Ｂの装置を使用して説明する図である。本開示の範囲から逸脱せずに、呼吸の特定の部分を捕捉するために、任意の数の装置が使用され得ることに留意されたい。

図１１Ａは、一連の呼吸の二酸化炭素レベルを示すグラフ１１００を示す。第１の３つの呼吸を識別および評価した後に、システムは呼吸１の標識を付けられた第４の呼吸から標本を採集し始めることを決める。支配的な呼吸パターンに応じて、適切な数の呼気終末期間がサンプリングされて必要な体積を採集する。呼吸はサンプリングのために必要な基準を満たすことを最初に確認され、この結果、複数の連続した呼吸または非連続の呼吸になり得る。図１１Ａは、標本チューブへの入口のバルブＶ１のバルブ状態のグラフ１１０５も示す。第１の３つの呼吸（「呼吸−３」から「呼吸−１」）が確認されている間、標本チューブへの入口は閉鎖される（「ｂ開放」）。システムが呼吸１をサンプリングすることを決定すると、バルブへの入口が開放されて（「ａ開放」）、標本チューブが呼吸１の呼気終末期間を採集することが可能になる。図１１Ａで理解できるように、呼気終末期間の開始から入口バルブの開放への移相（時間のオフセット）がある。これは、上記に述べたように呼吸が患者から入口バルブに移動するために必要な有限の時間を反映し得る。呼気終末期間が過ぎると、入口バルブが再び閉鎖される。次いで、入口バルブの開放および閉鎖は２つのさらなる呼吸の間繰り返される。

各標本を貯蔵した後、次の標本が貯蔵される前に、患者から抜き出された気体が貯蔵区画をバイパスするように流される。システムのこれらの構成は、図１１Ｂから１１Ｆに示される。図１１Ｂの構成１１１０では、第１の呼吸の呼気終末相からの気体は、標本チューブに貯蔵され始める。図１１Ｃの構成１１２０では、第１の呼吸の呼気終末相の後（すなわち第２の呼吸の吸気と前呼気終末相）の気体は、バイパスチューブを通って流される。図１１Ｄの構成１１３０では、第２の呼吸の呼気終末相からの気体は、区画に貯蔵され始める。図１１Ｅの構成１１４０では、第２の呼吸の呼気終末相の後（すなわち第３の呼吸の吸気と前呼気終末相）の気体は、バイパスチューブを通って流される。図１１Ｆの構成１１５０では、第３の呼吸の呼気終末相からの気体は、区画に貯蔵され始め、その後区画が複数の呼吸からの純粋な呼気終末気体で完全に満たされる。この後、標本採集を終了することができ、標本区画の気体は、組成分析のために気体分析装置に送られ得る。１つの変形形態では、標本区画は、予想可能な最も長い可能な呼気終末継続時間と関連付けられた単一の呼気終末期間から抜き出された気体標本に対して体積的にサイズを決められ得る。すべてのその他の呼吸数が２つ以上の呼吸からの標本気体となる。別の変形形態では、いくつかの医療的な適用において、貯蔵区画のサイズを決めることが所望される可能性があり、それによってシステムは、ある期間にわたって平均の読み取り値を収集するために、常に少なくともいくつかの呼吸をサンプリングし、または少なくとも３０秒の間の呼吸をサンプリングして、実際の気体組成でのどのような呼吸から呼吸への変動の効果も抑制する。

図１２Ａは、目標体積の呼気終末気体を採集するための可変のポンプ速度を使用して呼吸を捕捉する方法１２００を示す。方法１２００は、任意選択で周囲空気によってシステムをフラッシングするステップ１２０２で開始する。これは、方法が行われるごとに必須でなくても良い。方法１２００は、終了呼気時間１２０４を測定するステップに続く。方法１２００の変形形態では、終了呼気時間は、カプノメトリ信号、カプノメトリ信号の微分、または圧力信号を使用して測定され得る。他の変形形態では、終了呼気時間は、本明細書に説明されたもののような、異なる様式で測定され得る。次いで、方法１２００は、ステップ１２０６に続き、ステップ１２０４で測定された終了呼気時間に基づいてポンプの速度を調整する。方法１２００は、次いでステップ１２０８へと続き、呼気終末標本がバルブに達するとバルブが解放する。バルブは、測定された呼気終末時間の継続時間の間、開いたままになっても良く、次いで呼気終末時間が経過した場合に閉じて標本を捕捉する。次いで方法は、ステップ１２１０で、採集された体積をＣＯ分析装置に押し出す。いくつかの変形形態では、採集された体積は異なるタイプの気体分析装置に押し出され、または研究室もしくは別の分析施設に送出するための取り外し可能な貯蔵チューブに押し出されても良い。

上記に述べられたように、任意の呼吸数または呼吸パターンの変動性を補償し、さらに所望の標本体積を得るために、標本流量は調整されても良い。図１２Ｂは、呼気終末期間に対応するサンプリング流量のグラフ１２２０を示す。説明の目的で、標本貯蔵区画が１．２５ｍｌであり、特定の呼吸の呼気終末部分が１秒の継続時間である。この例では、完全な呼気終末期間からサンプリングされた気体の１．２５ｍｌの標本を採集するために、標本流量が１．２５ｍｌ／秒、または７５ｍｌ／分に調整される。標本区画、流量などを変化させることによって、異なるグラフになり得ることを理解されたい。

図１３Ａ〜１３Ｆは、比較のための２つの呼吸事例によって、図５Ａまたは５Ｂの装置を使用して、図１２Ａ〜１２Ｂの方法を説明する。本開示の範囲から逸脱せずに、呼吸の特定の部分を捕捉するために、任意の数の装置が使用され得ることに留意されたい。図１３Ａのグラフ１３００は、比較的速い呼吸である「事例Ａ」を表す。図１３Ｂのグラフ１３１０は、比較的遅い呼吸である「事例Ｂ」を表す。事例ＡおよびＢは、比較的短い、および比較的長い呼気終末時間をそれぞれ生じる。図１３Ｃおよび１３Ｄの構成１３２０および１３３０では、それぞれ、システムは、固定された標本区画体積Ｖ（ｓｌ）、たとえば１．０ｍｌを有する。本開示の範囲から逸脱せずに、その他の体積の標本チューブが使用され得ることを理解されたい。事例Ａ（図１３Ａおよび１３Ｃ）では、呼気終末継続時間は０．４秒であり、したがって０．４秒で１．０ｍｌの気体標本を抜き出すために、サンプリング流量が１５０ｍｌ／分に調整される。事例Ｂ（図１３Ｂおよび１３Ｄ）では、呼気終末継続時間は０．８３３秒であり、したがって０．８３３秒で１．０ｍｌの気体標本を抜き出すために、サンプリング流量が５０ｍｌ／分に調整される。したがって、事例ＡおよびＢの両方で、呼気終末期間の一部分だけではなく呼気終末期間全体が分析のためにサンプリングされ、標本採集区画は、純粋な呼気終末気体を含み、呼気終末気体によって１００％満たされる。正確な量の気体、１ｍｌは、正確な分析のために両方の事例で気体ＣＯ分析装置に送られ得る。他の実施形態では、気体は異なるタイプの気体分析装置に押し出され、または研究室もしくは別の分析施設に送出するための取り外し可能な貯蔵チューブに押し出されても良い。ポンプの速度は、関連するソフトウェアでの参照表に基づいて、ポンプを駆動する電圧または電流を調整することによって精密に調節され得る。いくつかの実施形態では、ポンプの速度は、たとえば図５Ａおよび５Ｂに説明されるような気流速度計を使用し、流体の流量を測定し、測定された流量に基づいて電流を調整することによってポンプの速度を調整することによって、閉ループフィードバック制御システムを使用して精密に調節可能である。いくつかの実施形態では、参照表が使用されて所望の流量に応じてポンプに電流を印加し、次いでさらに、気流速度計フィードバックループを使用して電流に微細な調整を行い、必要な厳密な流量を精密に得ることができる。

図１３Ｅは、カプノメトリを使用して呼吸パターンを測定した場合における図１２Ａの可変サンプリング流量技術を説明するグラフ１３４０であり、最近の呼吸がグラフの右端にある一連の呼吸を示す。一連の先行する呼吸（呼吸１〜３）からの平均呼気終末時間の決定の後に、標本流量がベースラインのデフォルトサンプリング流量Ｑ（ｄ）から、区画体積Ｖ（ｓ１）を計画された呼気終末時間またはサンプリング時間ｔ（ｓ）で割った値に等しいサンプリング流量Ｑ（ｓ）に調整される。流れ発生装置の閉ループ制御を使用して、流れがＱ（ｓ）に等しくなるまで（呼吸４の間）微細な調節で調整される。次いで、後続する呼吸（呼吸５）の呼気終末期間からの気体が流量Ｑ（ｓ）で抜き出され、標本採集区画に運ばれる。さらに、標本の一貫性を有効にするために、サンプリングされた呼吸の呼気終末時間が測定され、ｔ（ｓ）に等しかったことが確認される。もし、呼吸が不規則でありｔ（ｓ）と合致しない場合、標本が破棄され、手順が繰り返される。

図１３Ｆは、気道内圧を使用して呼吸パターンを測定した場合における図１２Ａの可変サンプリング流量技術を説明するグラフ１３５０を示し、最近の呼吸がグラフの右端にある一連の呼吸を示す。示された例では、呼吸３からの呼気終末気体が分析のためにサンプリングされる。標本流量は、様々な様式で調整されて良い。１つの変形形態では、呼気終末時間は、より早期の呼吸から予測することができ、標本を目標呼吸から抜き出す前に流量が相応に調整される。他の変形形態では、流量に対する調整が、Ｔ（ｅ）が測定され、既知になった後に、前呼気終末継続時間Ｔ（ｅ）に基づいて瞬時に行われ得る。

いくつかの変形形態では、測定された気体濃度が、ほぼ実際の気体濃度に調整されても良い。そのような調整は、ある範囲の呼吸数を超えての呼吸サンプリング装置の忠実度の変化を考慮することができる。測定された濃度は、使用される装置に特定の補正式を用いて修正されても良いが、様々な装置にわたって使用可能でもある補正式を使用して修正されても良い。いくつかの変形形態では、補正式はある範囲の呼吸数をカバーするように公式化される。いくつかの変形形態では、装置での呼吸数および気体濃度の測定値は、補正式を使用して装置の入口での気体の実際の濃度に近似するのに十分であり得る。

図１４Ａは、呼吸数の関数としてのＥＴＣＯｐｐｍを示すグラフ１４００である。示された例では、実際のＥＴＣＯｐｐｍは４．１ｐｐｍである。グラフ１４００は測定値、補正呼吸数値、および実際の値の３つの曲線を示す。実際の値は、呼吸サンプリング装置への入口での気体濃度を示し得る。測定値は、出口などの呼吸サンプリング装置での別の点で測定された気体濃度を表し得る。補正呼吸数の値は、それが調整された後の気体濃度の測定値を表し得る。グラフ１４００を生成するために、気体濃度の４つの測定値が、４つの呼吸数１０ｂｐｍ、３０ｂｐｍ、４０ｂｐｍ、および６０ｂｐｍに関して取られ得る。グラフ１４００が示すように、補正呼吸数の値は、実際の値に近似または一致する。呼吸数は、１つまたは複数の呼吸数補正係数式を使用して補正されて良い。

図１４Ｂの表１４２０は、いくつかの例示の呼吸数補正係数式を提示する。各式は、測定された気体濃度（ｙ）を呼吸数（ｘ）に関係付ける。１つの変形形態では、呼吸数補正係数式は線形である。更なる変形形態では、呼吸数補正係数は、複数の線形式を含み、各式は特定の範囲の呼吸数に対する補正を提供する。異なる範囲を使用することにより、補正の忠実度を改善し得る。別の変形形態では、呼吸数補正係数式は二次方程式である。更なる変形形態では、複数の呼吸数範囲に対して複数の二次方程式が使用されても良い。

いくつかの変形形態では、線形または二次方程式の係数は、呼吸シミュレータを使用して決定される。そのような変形形態では、呼吸シミュレータは、呼吸サンプリング装置に対して、入口での既知の濃度の気体を、既知の呼吸数で提供する。呼吸数と、入口での既知の気体濃度からのサンプリング装置の別の位置で測定された気体濃度の差とから、測定値を等式に適合させることによって比率係数等式が導出される。たとえば、図１４に示された実施形態は、各個別の呼吸数に関する差を提示し得る。各呼吸数での差が、動作範囲にわたる１つまたは複数の式を生成するために外挿され得る。このような様式で、測定された気体濃度は、動作範囲内での任意の呼吸数に対して実際の気体濃度に近似させるために補正され得る。

更なる変形形態は、ある範囲の呼吸数を超えた、ある範囲の測定された気体濃度に対する、ある範囲の補正された気体濃度への調整を提供し得る。１つの変形形態では、呼吸数補正式を導出するための方法は、測定された気体濃度、実際の気体濃度、および呼吸数のそれらの範囲にわたる複数の多項式を導出すること、および多項式を使用して参照表に値を挿入することを含んでも良い。他の変形形態では、装置は、参照表を参照して所与の呼吸数に関する多項式を決定するプロセッサを含むことができ、多項式は、所与の呼吸数で測定された気体濃度に対する補正された気体濃度を提供する。このようにして、本開示の変形形態は、患者の協調とは独立に患者の呼吸での気体濃度を決定することを有益に提供することができる。すなわち、自身の呼吸を「通常の」呼吸パターンに相関するように調節する意思がない、または調節が不可能な患者に関して、気体濃度が決定され得る。

図１５Ａは、１つの変形形態に従う、所与の呼吸数での測定されたＥＴＣＯを、補正されたＥＴＣＯに変換するための参照表を作成するための方法１５００を示す。方法は、個別の呼吸数および個別の既知の気体濃度に対するＥＴＣＯの正確さを確立することによって開始し得る（ステップ１５０２）。図１５Ａに示された変形形態では、個別の呼吸数および気体濃度が、ある動作範囲にわたるように取られるが、個別の呼吸数または気体濃度が全体の範囲に広がる必要がないことを理解されたい。いくつかの変形形態では、個別の呼吸数は動作範囲のサブセットをカバーしてもよく、方法は、必要であればそのサブセットをより広い範囲に外挿し得る。たとえば、１つの変形形態では、８ｂｐｍから６０ｂｐｍの動作範囲をカバーする参照表が、１０ｂｐｍ、３０ｂｐｍ、および５０ｂｐｍで測定値を取ることによって値を挿入され得る。

ＥＴＣＯは図１５Ａ〜Ｅに対して具体的に論じられたが、本開示はＥＴＣＯに限定されない。別の変形形態では、本明細書に説明された方法は、別の気体および／または呼吸段階、および複数の気体濃度に適用され得る。異なる動作温度、異なる第２の気体レベルなどの、その他の影響を与える変数が、データベース形成にも含まれ得る。

いくつかの実施形態では、参照表が装置の入口を通して既知のＥＴＣＯを抜き出し、次いでＥＴＣＯを装置の別の点で測定することによって値を挿入され得る。手順は、複数の呼吸数に対して繰り返されても良い。

ステップ１５０２などの、ＥＴＣＯの正確さを確立する特定の変形形態が図１５Ｂのグラフ１５２０に示される。グラフ１５２０は、３つの既知のＣＯ濃度（ｘ軸「実際のＣＯ」）に対する測定された気体濃度（ｙ軸「測定されたＥＴＣＯ」）を示す。測定は５つの呼吸数１０ｂｐｍ、２０ｂｐｍ、３０ｂｐｍ、４０ｂｐｍ、および５０ｂｐｍならびに３つの気体濃度０．９１ｐｐｍ、９．７０ｐｐｍ、および２４．４ｐｐｍにわたって繰り返される。図１５Ｂの変形形態は、５つの特定の呼吸数および３つの気体濃度を示すが、他の変形形態は異なる数および／または異なる比率、および濃度を使用し得る。

図１５Ａに戻り、方法１５００はステップ１５０４に続く。このステップでは、個別の呼吸に対する正確さの式が確立される。本明細書では、「正確さの式」は、測定された気体濃度を呼吸数の実際の気体濃度に適合させる多項式であると理解することができ、データが挿入され、外挿され、または平滑化される場合にデータが式を「適合（ｆｉｔ）」する。式は、データを正確に関連付ける必要はなく、データを近似し得る。近似の程度は、特定の用途の要件によって決定され得る。

いくつかの変形形態では、対数式、指数式、またはその他の式などの非多項式が使用されて、関係を説明することができる。特定の正確さの式が、図１５Ｂのグラフ１５２０に示される。各呼吸数に対して、すべての「実際のＣＯ」濃度にわたる「測定されたＥＴＣＯ」に対して「実際のＣＯ」を近似する線形式が導出される。各呼吸数に対する、既知のＣＯ濃度および測定されたＥＴＣＯ濃度を適合させることによって、線形式が導出される。

図１５Ｂの変形形態は線形式を示すが、他の変形形態はより高次の多項式を含み得る。たとえば、２次、３次、および４次多項式を含む。いくつかの変形形態では、最大次数を、行われた測定の数より１つ少ないものであっても良く。たとえば、３つの測定が図１５Ｂに示された実施形態で行われているので、多項式に関する最大次数を２としても良い（すなわち二次方程式）。図１５Ｂでは、測定が線形式になるが、なくても良い。しかし、解くために必要な計算リソースがより少なくても良いので、線形式は有益であり得る。いくつかの変形形態では、測定は、最大次数未満の式に適合され得る。そのような変形形態では、計算リソースの必要を低減させるために、測定をより低い次数の「最適な」式に適合させることが有益であり得る。

図１５Ａを再び参照すると、方法１５００は次いでステップ１５０６に移り、正確さの式と呼吸数の間の連続的な関係を確立する。このステップでは、係数は、呼吸数の正確さの式のそれぞれの次数によって照合される。各次数に対して、その次数に関する係数、および各係数の対応する呼吸数が、連続的な関係を決定するために使用される。

図１５Ｃおよび１５Ｄは２つのそのような比較を示す。図１５Ｃは、個別の呼吸数が１０と３０の間である、線形の正確さの式の傾き（Ｍ）およびオフセット（ｂ）を描くグラフ１５３０を示す。同様に図１５Ｄは、個別の呼吸数が３０と５０の間の線形の正確さの式の傾きおよびオフセットを描くグラフ１５３５を示す。２つの分割範囲が、より低い次数の式が係数に関して導出できるようにし、それによって式を解くために必要な計算リソースの量が低減され得る。さらに、２つの分割範囲に対する呼吸数を低減することにより、システムの忠実度が改善され得る。たとえば、図１５Ｃおよび１５Ｄは、一定の２次導関数を有する２つの式を示す。より高次の多項式は、一定でない２次導関数を生じる可能性があり、それによって測定された濃度の領域において、可能な広い差異を生じる。

図１５Ｃおよび１５Ｄは２つの範囲への呼吸数の分割を示すが、他の変形形態は呼吸数を複数の範囲に分割しなくても良い。他の変形形態は、呼吸数を３、４、もしくは５、または６以上の範囲に分割しても良い。

図１５Ａに戻り、方法１５００は、確立された連続的な関係に基づいて、正確さの式の傾きおよびオフセットに関する式を決定するステップ１５０８に続く。いくつかの実施形態では、ステップ１５０６および１５０８は、同時に行われても良く、すなわち連続する関係の間の関係を決定することにより、傾きおよびオフセットの式を決定しても良い。図１５Ｃおよび１５Ｄは、正確さの式の係数と呼吸数の間の関係から導出される二次方程式を示す。図１５Ｃおよび１５Ｄの二次方程式のそれぞれは、各次数に係数を有する（いくつかの変形形態では、それには係数＝０が含まれ得る）。これらの係数は、方法１５００の次のステップで使用される。

図１５Ｃおよび１５Ｄは二次方程式を示すが、他の次数の多項式が使用されても良い。たとえば、１次（線形）、３次、４次、５次、６次、またはより高次の多項式が使用されても良い。多項式の最大次数は、個別の呼吸数から１を減算したものであっても良い。図１５ＣおよびＤにおけるように、多項式は最大次数よりも低い次数を含んでも良い。これは、曲線のいくつかの個別領域が、より低次の曲線を表し得る場合に、忠実度を改善することができる。これは、また、次数が増加すると多項式を解く難度が増加するので、計算リソースの使用を低減することができる。

図１５Ａに再び戻り、ステップ１５１０は以前のステップで決定された係数式に基づいて参照表を設定する。次に図１５Ｅの例示の実施形態を参照すると、参照表が表１５４０の底部に見つけられる。所与の呼吸数（３０以下または３０を超える）に対して二次方程式の各次数の係数が識別され得る。各傾きおよびオフセットに対して導出された２つの式がある。傾きおよびオフセットは、図１５Ａ〜Ｅの二次方程式によって決定されるので、参照表は各呼吸数での傾きおよびオフセットのための３つの係数を含む。

図１５Ｅは、測定された気体濃度を補正する１つの変形形態も提供する。呼吸数が決定されると、関連する係数が決定される。関連する係数が決定されると、傾きおよびオフセットに関する式が決定され得る。呼吸数を使用して、傾きおよびオフセットに関する実際の値が決定され得る。次いで、これらの値は、以下の式、ＥＴＣＯ_{（ＢＲ Ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ）}＝［ＥＴＣＯ_{（Ｍｅａｓｕｒｅｄ）}−ｂ］／Ｍを使用して、補正された濃度を計算するために用いられる。

上記の式は、正確さの式の係数の数が変更された場合に変化し得ることを理解されたい。たとえば、図１５Ｅの変形形態が２つの係数を有していた。したがって、上式は、線形式（２つの係数）を解くことから生じる。より多くの係数が使用されると、より高次の式に対する解が必要となり得る。解は、より高次の式での未知の変数に関して解くことが可能な任意の数学的な技術を使用して得られても良い。

装置が使用中である場合、測定された呼吸数または測定された気体濃度が上記の手順によって確定された範囲外であるとすると、装置は医療的な適用の詳細に応じて様々な様式で反応し得る。装置は、補正されたＥＴＣＯの結果を計算せず、使用者に測定されたパラメータが装置の範囲外にあることを知らせても良い。装置は、測定されたパラメータが動作範囲外であるので結果の正確さがより正確さに欠けることを使用者に知らせる一方で、範囲外にあるにも関わらず補正されたＥＴＣＯを計算し、結果を使用者に提供しても良い。いくつかの変形形態では、装置は単に適切な式に外挿することによって結果を計算しても良い。このようにして、本開示の変形形態は、患者の協調とは独立に、患者の呼吸の気体濃度を決定することを有益に提供することができる。すなわち、自身の呼吸を「通常の」呼吸パターンに相関するように調節する意思がないまたは不可能な患者に関して、気体濃度が決定され得る。

いくつかの変形形態では、動作範囲内の値の組全体は、前もって試験され、その結果に基づいて、参照データベースが生成されても良い。たとえば、１．０ｐｐｍ、１．１ｐｐｍ、１．２ｐｐｍなどから２５．０ｐｐｍの気体濃度での１０ｂｐｍ、１１ｂｐｍ、１２ｂｐｍなどから（たとえば）５０ｂｐｍの呼吸数は、あらかじめ試験され得る。装置が使用中である場合、補正された気体濃度は、測定された呼吸数および測定された気体濃度に関するデータベースでの適切な値を検索することによって得ることができる。いくつかの変形形態では、動作範囲内またはその付近について、個別の気体濃度の組のみを除いてすべての呼吸数をあらかじめ試験するなどの組み合わされた手法が使用される。

上記の実施形態は呼吸数を補正で使用される呼吸パターンパラメータとして使用することを説明するが、呼吸数ではなく、同じ実施形態が任意の呼吸パターン関連パラメータによって達成され得ることを理解されたい。その他のパラメータの例として、呼気時間、呼気終末時間、吸気時間、吸気：呼気比率、一回換気量、毎分換気量、気道内圧振幅、カプノメトリ信号振幅、およびカプノメトリ信号の正の傾きの継続時間がある。

いくつかの変形形態では、装置の入口での気体濃度を決定する方法は、患者の呼吸数を決定すること、および患者の呼吸の濃度を装置の他のどこかの場所で測定することを含んでも良い。本明細書で使用されたように、装置内で気体を測定したことは、装置の出口または内側の点など、チューブまたは区画などの装置内のどこかで測定することを意味するように理解され得る。測定された気体濃度によって、データベースにアクセスして患者の呼吸数に対応する複数の係数を得ることができる。図１５Ｅの例では、複数の係数が呼吸数によって、すなわち３０ｂｐｍ以下、または３０ｂｐｍ以上の２つの領域に分割される。他の変形形態は、係数を異なって配置し得る。係数が得られると、方法は第１の複数の多項式を導出することができる（図１５Ａ〜Ｅでは第１の多項式が二次である）。これらの式は、第２の複数の式に関する係数を提供し（図１５Ａ〜Ｅでは、第２の多項式が線形である）、次いで係数が補償式を形成するために使用される（図１５Ａ〜Ｅでは、補償式が線形である）。次いで、補償式が使用されて、測定された気体濃度を調整し、入口での気体濃度を決定する。

いくつかの変形形態では、装置は、装置の入口での気体濃度の決定する上記の方法を実施するためのプロセッサを含んでも良い。装置は、測定点、測定点での気体濃度を決定するための気体分析装置、入口、および呼吸速度分析装置も含んでも良い。プロセッサは、非一時的コンピュータ可読媒体に記憶されたデータベースにアクセスしても良く、データベースは動作範囲の各呼吸数に関する複数の係数を含む。

いくつかの変形形態では、サンプリングシステムは上限呼吸数に関して調節され得る。所与の標本体積（標本体積は特定の用途の仕様に適合するように決定され得る）に関して、ポンプなどの流れ発生装置の流量は、上限呼吸数に対して呼気終末気体により標本体積全体を満たすように構成され得る。上限呼吸数よりも低い呼吸数に関しては、標本体積は、その呼吸に関する呼気終末気体のすべてではないが、呼気終末気体によって完全に満たされる。更なる変形形態では、システムは、サンプリングを上限以下の呼吸に制限する上限カットオフを含んでもよい。このようにして、これらの変形形態は非呼気終末気体が標本体積に入るのを有益に防止し得る。したがって、本開示の変形形態は、患者の協調とは独立に患者の呼吸での気体濃度を決定することを有益に提供することができる。すなわち、自身の呼吸を「通常の」呼吸パターンに相関するように調節する意思がないまたは不可能な患者に関して、気体濃度が決定され得る。

いくつかの変形形態では、気体のサンプリング流量は、特定の用途の要件に適合するように決定されても良い。たとえば、通常の呼吸に関する上限は、６０ｂｐｍなど呼吸頻度パラメータによって説明され得る。しかし、ある種の患者（たとえば新生児など）に関しては、通常の呼吸数が６０ｂｐｍを超えても良い。そのような場合には、１００ｂｐｍなどのように、上限はより高くても良い。同様に、標本体積は、特定の用途の要求を反映するように選択されても良い。いくつかの変形形態では、吸気時間、呼吸期間、呼気時間、呼気終末時間、カプノメータ信号上昇継続時間、または患者の呼吸の少なくとも一部分を表す別のパラメータなどの他の頻度パラメータが選択されても良い。いくつかの変形形態では、瞬時の一酸化炭素センサが使用される。

図１６Ａは、流れ発生装置の気体サンプリングレートを決定して、上限呼吸数および所定のサンプリング体積に関連付ける方法１６００を示す。方法１６００は、呼吸数（ＢＲ）に関する上限を定めるステップ１６０２で開始する。上記に論じたように、上限は特定の用途の要求を満たすように決定され得る。

方法１６００は、所望の標本体積（Ｖ（ｓ））を決定するステップ１６０４に続く。方法１６００の変形形態では、標本体積は、適切かつ信頼性の高い分析のためにサイズを決められる。別の変形形態では、標本体積はその他の検討事項の要因に対してサイズを決められ得る。

方法１６００は、気体のサンプリング流量（Ｑ（Ｓ））を決定するステップ１６０６に続く。方法１６００の変形形態では、流れ発生装置はポンプであるが、本明細書に説明される例のようなその他の流れ発生装置が使用され得る。気体のサンプリング流量は、上限呼吸数での所望の標本体積を満たすように計算され得る。

いくつかの変形形態では、サンプリング流量が以下の式、Ｑ（Ｓ）＝Ｔ_ＥＴ／Ｖ（Ｓ）で計算され、ここでＴ_ＥＴは推定された呼気終末期間であり、呼吸数の関数である。いくつかの変形形態では、Ｔ_ＥＴは、呼気時間の半分であると想定されても良く、呼気時間自身は、呼吸期間（吸気および呼気期間）の半分であると想定されても良い。呼吸期間（秒）は、６０／呼吸数である。たとえば、上限呼吸数が６０ｂｐｍである場合、Ｔ_ＥＴは０．２５秒であると想定されても良い。この例での標本体積が０．５ｍｌである場合、サンプリング流量は、１秒当り２ｍｌである。

図１６Ｂは、構成１６２０での図５Ａまたは５Ｂの空圧気体捕捉システムを示す。構成１６２０は、上限呼吸数に対して構成されたポンプの気体サンプリングレートを含み、患者の呼吸数は上限である。図１６Ｂで理解できるように、標本体積は呼気終末気体で完全に満たされ、標本体積の外側には呼気終末気体が全くない。

図１６Ｃは、構成１６４０での図５Ａまたは５Ｂの空圧気体捕捉システムを示す。構成１６４０は、上限呼吸数に対して構成されたポンプの気体サンプリングレートを含み、患者の呼吸数は上限未満である。図１６Ｃで理解できるように、標本体積は呼気終末気体で完全に満たされるが、標本体積の外側には、呼吸からの呼気終末気体がある。図１６Ｃは、標本体積の外側の呼気終末気体を、Ｖ２の下流（右）に配置させて示す。しかし、その他の実施形態では、標本体積の外側の呼気終末気体がＶ１の上流（左）に配置されても良く、またはＶ１の上流もしくはＶ２の下流の組み合わせでも良い。このようにして、本開示の変形形態は、患者の協調とは独立に患者の呼吸での気体濃度を決定することを有益に提供することができる。すなわち、自身の呼吸を「通常の」呼吸パターンに相関させるように調節する意思がないまたは不可能な患者に関して対して、気体濃度が決定され得る。

いくつかの変形形態は、上記に説明した個々の変形形態からの要素および機能を含み、すなわちいくつかの変形形態は上記に説明した異なる変形形態の異なる要素を合わせ持っていても良い。たとえば、装置のユーザインターフェースは、ユーザがある種の患者パラメータ、たとえば成人もしくは幼児など、またはたとえば未熟児もしくは正期産児などの患者のタイプなどを入力することを許容するようにしても良い。装置の制御システムは、上記に説明された実施形態から選択された好ましい呼吸数補償方法を選択し、その方法を相応に使用する。いくつかの変形形態では、装置は、たとえば、６０ｂｐｍの呼吸数に調節された図１６で説明された実施形態を使用しても良く、したがって６０ｂｐｍ以下の任意の呼吸数に対する希釈されない呼気終末標本を採集し、したがって呼吸数補償を必要としない。変形形態は、さらに６０ｂｐｍを超える呼吸数の採集を可能にしても良く、そこでは、呼吸数補償アルゴリズムが呼び出される。呼吸数補償アルゴリズムは、たとえば図１０Ａ〜１１Ｆに関連して説明されたような標本チューブを満たすために２つの呼吸からの呼気終末気体の採集であっても良く、または図１５Ａ〜１５Ｅに関連して説明されたような多項式補正係数の使用であっても良い。

本発明の変形形態の前述の説明では、提供された例は本発明の原理を示すものであり、様々な修正、変更、および組み合わせが本発明の範囲および趣旨から離れずに当業者によってなされ得る。本明細書に開示された様々な呼吸測定およびサンプリング装置の任意の変形形態は、任意のその他の呼吸測定およびサンプリング装置、または本明細書の呼吸測定およびサンプリング装置の組み合わせによって説明される特徴を含むことができる。したがって、添付の特許請求の範囲による場合を除いて、本発明が限定的であることは意図されない。上記に説明した変形形態のすべてに関して、方法のステップは順次に行われる必要はない。

Claims (13)

1. 患者の呼吸頻度を測定するための呼吸センサと、
   前記患者の呼吸頻度が所定の最大呼吸頻度以下の場合には収集用に呼吸サンプルを受け入れ、前記患者の呼吸頻度が前記所定の最大呼吸頻度を超えた場合には前記呼吸サンプルを廃棄するアルゴリズムを実行動作可能なプロセッサと、
   前記呼吸サンプルの呼気終末部分を収集する標本区画であって、前記所定の最大呼吸頻度に基づく所定体積を有する標本区画と、
   前記所定の最大呼吸頻度に基づく前記所定体積を満たす流量率を有する流れ発生装置と、
   を備えるシステム。
2. 前記標本区画内の気体の濃度を測定する気体分析装置をさらに備える請求項１に記載のシステム。
3. 前記標本区画は、前記呼吸サンプルの前記呼気終末部分のみを入れる請求項２に記載のシステム。
4. 前記気体は、一酸化炭素、二酸化炭素または酸素である、請求項２に記載のシステム。
5. 前記所定の最大呼吸頻度は一分間当たり６０呼吸である請求項１に記載のシステム。
6. 前記所定の最大呼吸頻度は、一分間当たり１００呼吸である請求項１に記載のシステム。
7. ユーザが患者パラメータをインプットできるように構成されたユーザインターフェースをさらに備える請求項１に記載のシステム。
8. 前記患者パラメータは患者のタイプである請求項７に記載のシステム。
9. 前記患者のタイプは成人である請求項７に記載のシステム。
10. 前記患者のタイプは未熟児である請求項７に記載のシステム。
11. 前記患者のタイプは正期産児である請求項７に記載のシステム。
12. 前記患者パラメータは前記所定の最大呼吸頻度である請求項７に記載のシステム。
13. 前記流れ発生装置はポンプを備える請求項１に記載のシステム。