JPH02236441A - 複数のガスの同定装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は輻射線源、検査されることになる１種類又は複
数種類のガスをその中に供給するための測定室、輻射線
が通される光学的フィルタ、侵入する輻射線が通る光学
的焦点合せ手段、輻射線検出器、および同定を行う測定
用プロセッサから成る、患者の呼吸ガス中に含まれる１
種類以上の麻酔ガスその他のガスを同定する装置に関す
る。本発明はさらに赤外線吸収を用いて患者の呼吸ガス
に含まれる１種類以上の麻酔ガス又はその他のガスを同
定する方法および麻酔ガスモニタに関する。

〔従来の技術〕

手術室の基準設備には患者監視用モニタが含まれる。こ
れらモニタは例えば患者の呼吸ガス中の多様な成分の含
有量をコントロールするために用いることができる。対
象物は先ず二酸化炭素と酸素であり、および麻酔処置に
おける笑いガスおよび麻酔ガスである。麻酔ガスは通常
ハロゲン化炭化水素であり、ハロタン、エンフルランお
よびインフルランが良く用いられる。麻酔ガスモニタに
求められる必要条件は測定速度、低騒音、適切な大きさ
、価格および多数のガスを分離する能力である。

現在、麻酔ガスの分離に用いることのできるもっとも重
要な器具は多分質量分析器である。しかしながらこの質
量分析器は、あらゆる病院で必ずしも用いることができ
るものではなく且つ一般的に幾つかの手術室の間に配置
しなければならない程の大きさと価格を有する装置であ
る。

ガスの分離のためにラマン効果を利用する努力がなされ
ている。しかしながらスペクトル線が極めて弱く、した
がって励起のために強力なレーザ光を用いることが必要
である。この事は価格の実質的な増加を生ずる。それで
もやはりレーザは、キャビイティの内側に設けた測定室
の汚染物のために強度の安定性が低い。

７〜１４声の範囲内の赤外線吸収が麻酔ガスの分離のた
めに利用されている。この範囲内において実質的に吸収
が行われる。測定は４チャンネルを用いて行われ、その
１つは基準である。それぞれのチャンネルにはそれぞれ
専用のフィルタおよび検出器が設けられている。フィル
タの透過バンドは通常平均透過波長の約５％である。信
号割合の、あるイディアは現在用いられるガスを基にし
て得ることができる。このセンサは長波長のために環境
温度の変化に対して高感度である。熱輻射を防ぐために
高費用を要する改造が測定装置の中に作られなければな
らない。この装置は３一内での測定を行うことができな
い。この範囲では熱輻射の妨害はもはや問題にならず、
それはこの範囲内での麻酔ガス中でさえ表れる炭化水素
結合の吸収スペクトルの狭さによる。

赤外線吸収スペクトルにおける他の問題点は純粋ガスは
正しく分離することができるとしても、ガス配合物につ
いての信頼性のある情報を得ることができないというこ
とにある。他の問題点は患者が用いたかあるいは試験を
目的として患者に服用させたエタノールに起因し、この
エタノールは前記範囲内において深刻なトラブルの原因
となる。

物理的現象として、狭いバンドのフィルタの透過バンド
は入射角の関数として移動することが知られている（Ａ
ｐｐｌ，　Ｏｐｔ．　６　（１３４３）　１９６７に記
載された！Ａ　Ｌ　ＢａｋｅｒとＶ．Ｌ，　Ｙｅｎの報
文参照）。この現象は一般的に干渉フィルタの精密回転
に用いられている。しかしながら測定範囲が狭いために
、実際の分光計には用いられていない。

類似したタイプの解決策が英国特許第２１６３２５１８
内に記載されたガラス繊維ガス検出器に用いられている
。しかしながらこの特許においてフィルタはスペクトル
を記憶し且つ解析するためには用いられずに、まずバッ
クグラウンド妨害を検知するために用いられる。

麻酔ガスモニタの作動における問題はこれらモニタが現
在迄麻酔ガス含有量を測定するためのみのものであるこ
とにある。かくして高度に重要な態様である麻酔ガスの
同定は他の手順によって行われなければならない。この
事は作業量を相当に増大させる。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は前述の問題点を解消して、患者の呼吸ガ
ス中に含まれる１種類以上の麻酔ガスおよび他のガスの
同定を行うための装置をコンパクトで簡単であり、信頼
性が高くて高価でない装置として提供することである。

本発明の他の目的は、患者の呼吸空気中に含まれる１種
類以上の麻酔ガス又はその他のガスを同定するための方
法を提供することである。本発明のさらに他の目的は、
麻酔ガスの含有量測定と同定の両方を行う麻酔ガスモニ
タを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は、フィルタ又は連続する複数の透過バン
ドが平均透過波長の１．５％〜０．４％の範囲であり、
フィルタに到着する射線が１０°〜６０”の範囲内の入
射角度を有し、その範囲内の測定が２個以上の角度で行
われることを特徴とする１種類以上の麻酔ガスその他の
ガスを同定する装置によって達成される。本発明の目的
を達成する方法は、赤外線が光学的フィルタを通して１
０°〜６０゜の入射角で輻射線検出器に向けられ、その
角度範囲内で、平均透過波長の１．５％〜０．４％であ
る透過バンドが角度の関数でシフトし、光学的フィルタ
を通して送られた赤外線が赤外線検出器上に焦点を合わ
され、検出器からの情報が測定プロセッサに入り、それ
によって測定されたスペクトルが相関演算方式を用いて
公知のスペクトルと比較されることを特徴とする。本発
明の目的を達成するモニタは１種順又は複数種類のガス
の含有量を一呼吸毎に速やかな応答をするセンサで測定
し、ガスの同定すなわちガスの品質あるいは混合比率を
遅い応答をするセンサで測定することを特徴とする。

患者の呼吸空気中に含まれる１種類以上の麻酔ガス又は
例えばアルコールのような他のガスの同定をし、且つガ
スの含有量の測定を行うことができるのに適した本発明
の装置の作動は入射角度に対する干渉フィルタの透過率
の対応に基づく。吸収スペクトルに対する適切な範囲は
３１Ｍ〜４μ間の平均赤外線範囲であり、より詳しくは
、炭化水素結合の吸収スペクトルを含む３一〜３、５μ
ｍの間である。麻酔ガスの炭化水素スペクトルはこのよ
うな狭い範囲内にあり、この狭い範囲でスペクトルを記
憶するために光学的フィルタを用いることができる。本
発明において、スペクトルの全ての部分が多様なガスの
同定工程において重要な意味を有する。赤外線の入射角
が変ると、透過のピークは前記範囲内で約２００ｎｍシ
フトする。この事はこの特定のスペクトルを記憶するの
に充分である。

分離能力はまず光学的フィルタの透過バンドによって決
定される。この透過バンドは平均透過波長の１．５％よ
り少く、且つ平均透過波長の０．４％より大きくなけれ
ばならない。０．４％より小さい麻酔ガスを用いると、
信号は既に非常に弱く、分離能力が良くない。フィルタ
の好ましい透過バンドは平均透過波長、この場合は約１
７ｎ＋ｎである波長の約０．５％である。

同定は相関演算方法を用いて測定されたスペクトルを既
に公知のスペクトルと比較することによって得られる。

この事はさらにガス成分中の構成成分の同定を可能にす
る。特定の範囲内に特徴ある吸収が見出されるとすれば
、固定されることになるガスへの新しいガスの追加は草
に実際的な手順にしかすぎない。同定はガス含有量を測
定するのに比較して相対的に遅い工程であることを許容
することができる。かくして測定室は容積において大き
くあって良く、すなわち測定室を充分な信号レベルに到
達するた給に長《することができる。

出力更新は例えば１秒間隔で行うことができる。

〔実施例〕

以下添付図面を参照して本発明を詳述する。

第１図に本発明による各種ガスの同定装置を示す図であ
る。同一の装置は又ガス含有量を測定するだめに用いる
ことができる。２個の継手２の何れか一方から患者の呼
吸ガスのサンプルが測定室１に供給される。測定室１の
適当な長さは約１００ｍｍである。この室の両端には窓
３が設けられ、この窓は特定の波長に対して良好な透過
性を有する。

代表的な窓は水晶又はサファイアで作られる。輻射線源
４としては水晶製フードがはめられた赤外線ランプが用
いられる。輻射線源４としては他の種類の赤外線ランプ
を用いることができる。室内に侵入する輻射線が室内で
適切に平行射線になるように輻射線を反射する凹面鏡５
が用いられる。

室を通過した後に、複数の射線はプレフィルタ６を通過
し、ここで測定フィルタの過剰透過域が除かれる。平均
透過波長の０．５％であると好ましい透過バンドを有す
る光学フィルタ７が、光学軸に対して直交する軸を中心
として回転するフレーム８上に載置される。このフィル
タは約１０゜から６０゜である必要な角度だけモータを
用いて回転させられるかあるいは他の手段によって傾け
られる。

このフレーム８は、フィルタフの角度の如何にもかかわ
らずフィルタ７を通過する輻射線が一方方向のみで検出
器に到達するように設計されている。

フィルタ７の一端又は両端に輻射線不透過域９が設けら
れ、輻射線が輻射線検出器１０に到達することを防ぐた
めに、前記不透過域９は輻射線源から来る輻射線の軌道
をふさぐように回る。この特徴は装置をゼロに合せるた
めに用いられる。

フィルタ７を通って来る輻射線は、侵入した輻射線の強
度がフィルタの角度に応じて可能な限り小さくなるよう
に孔１１を用いて制限される。好しくは凸レンズである
光学的焦点合せ手段１２と間隙１３が検出器１０に到達
する輻射線の平行部分を選択するために用いられる。光
学的焦点合せ手段は水晶あるいは他の適切な光学的材料
から作ることができる。間隙１３は光学的手段１２の焦
点レベル上に位置決めされる。間隙の幅と長さは分離能
力を最適化するために選択されると好ましい。もし例え
ば用いられるフィルタフのバンド幅が０．５％であり、
光学的手段の焦点距離が２５ｍｍであるならば、幅１ｆ
ｆｌＩＩ１で長さ３ｎ＋ｍの間隙を用いるとよい。検出
器１０としては、短い立上り時間を有する鉛セレン検出
器であるとよい。たゾしもしフィルタ７の角度変化率が
低い場合にはピロ電気検出器又は熱電対を用いることも
できる。

検出器１０の信号レベルは、この場合には例えば回転す
るフレームに連結されて載置された光学トランシーバ部
材１４によって設けられているトリガー信号から一定期
間後に測定用プロセッサに規則正しく読取られる。全て
のスペクトルは例えば１６チャンネルすなわち１６個の
測定角度から成る。どの場合でも、確認は２つ以上の角
度で行われるべきである。得られた赤外線スペクトルか
ら、測定室１が測定されることになるガスを含んでいな
い例えば空気のようなある種のガスを含んでいる時に得
られるゼロスペクトルすなわちバックグラウンドが引か
れる。

第２図は、複数のガスを互いに分離するための本発明の
他の装置を示す。この装置は本質的には第１図に示した
装置と同じ成分を含んで成る。輻射線源４からくる輻射
線は、侵入した複数の射線の角度分布が±３０゜の範囲
内で可能な限り均一であるように、凹面鏡を用いて反射
される。室１の壁は複数の射線を反射するものであると
よい。第１図に示すように、複数の射線は次にプレフィ
ルタ６を通る。平均透過波長が０．５％であると好まし
い透過バンドを存ずる挾帯干渉フィルタ７が光学軸に対
して傾いた位置で載置される。この場合の傾斜角度は約
３０゜である。フィルタの角度を調節することによって
、スペクトル角度の中間点の正確な調整を行うことが可
能である。

第２図の平面内での侵入が約±３０゜であり図の平面に
垂直方向の侵入が約±５゜であるように、輻射線が孔１
１を用いて制限される。光学的焦点合せ手段１２および
間隙１３は検出器ｌＯに到達する輻射線の平行部分を選
択するために用いられる。前記光学的焦点合せ手段１２
の直線状シフトはフィルタ７を通って侵入した平行な輻
射線に対して入射線の角度を選択するために用いられる
。他の方法として第１図を参照して説明した場合と同様
な態様を間隙１３と光学的手段１２に与えることができ
る。

検出器１０の信号レベルは第１図を参照して説明したよ
うに読まれる。この場合での相違点は、光学的トランシ
ーバ成分１４が光学的手段のシフト機構と連携して載置
されていることである。

第３図は３〜３．５μｍの波長内の各種ガスの相対吸収
量を示すグラフであり、曲線Ａはハロタン、曲線Ｂはエ
ンフルラン、曲線Ｃはイソフルランを示す。プロセッサ
のメモリに収集されたデータはルックアライクスペクト
ルを形成するために用いることができる。確認は適切な
ディスプレー装置を用いて肉眼で行うことができるが、
一般的には測定されたスペクトルとメモリに記憶された
マスクスペクトルとの間で相関計算を行うと好ましい。

この事は複数の呼吸ガスの配合物から成分を分離するこ
とさえ可能にする。

測定されたスペクトルと参照スペクトルの間の相関は下
記の相互相関係数によって書かれる。

Ｘはある点での測定された強さ Ｙは参照スペクトルの対応する強さ 高い相関係数は測定されたスペクトルが全体として参照
スペクトルと同じであることを指し、同定が完成される
。全ての参照スペクトルとの比較において低い相関係数
は測定されたガスのスペクトルが同定されないか吸収さ
れるガスが全くないことを示す。

同定されることになる新しいガスの追加はメモリに新し
いガスのマスクスベクトルを加え、他の必要なプログラ
ムを関連して変えることによって行われる。スペクトル
の可能な熱的シフトは計算によって容易に処理される。

最初に呼吸ガスの吸収なしに測定し、ゼロ信号レベルの
決定のために（輻射なしで）高吸収で測定すれば、スペ
クトルを積分することによって、対象とするガスの含有
量についての情報を得ることが可能である。温度あるい
はフィルタの透過バンドの許容範凹のために必要なスペ
クトルシフトは、スペクトル全体が測定範囲内に収まる
ように充分小さい限り積分値上記でＮは観測の数すなわ
ちスペクトル点の数に影響しない。プログラム化された
補正を行えば、スペクトルの非線形を補正することがで
きる。

第４図は呼吸ガスモニタの機能を説明するブクックダイ
ヤクラムである。試料はチューブ１５に沿って供給され
る。センサ１６は一呼吸毎の１種類以上の呼吸ガスの含
有量を速やかな応答で行うことができる。このようなセ
ンサは例えば商標ＡＣＸ−１００でＤａｔｅｘ　Ｉｎｓ
ｔｒｕｍｅｎｔａｒｉｕｍ社より市販されており、した
がってそそ機能についてはここでは説明しない。チュー
ブ１７に沿ってガスは流れて別のセンサ１８に入り、こ
＼で麻酔ガスの同定、すなわち品質あるいは混合率が測
定される。その際特に適したセンサｌ８は第１図および
第２図に示したものであるが、他のセンサも同様に用い
ることができる。

この同定はセンサ１６の作用と比べて遅くすることがで
きる。ゼロスペクトルすなわちバックグラウンドの測定
は含有測定センサ１６の測定活動を阻害することなく行
われる。得られた信号は測定プロセッサＩ９によって処
理され、得られた結果は表示スクリーン２０に示される
。

本発明は前述の実施例に限定されるものではなく、本発
明の多様な態様を特許請求の範囲内で行うことができる
ことは明らかである。

１個のフィルタの代りに、同じ射線の軌道上に前後して
配置された複数のフィルタの組合せを用いることができ
る。

第２図に示した光学的焦点合せ手段１２のシフトは直線
的のみならず、回転円盤のリム上に複数のレンズを配置
することによっても行うことができる。

第１図および第２図に示す傾動可能なフィルタ７あるい
は移動可能な光学的手段１２は、もし焦点面が複数の検
出器の１配列に設けられているならば、静置される光学
的フィルタ７あるいは静置される光学的手段１２に代え
ることができる。例えば１６個の検出器を１配列内に並
べて配置することが考えられる。複数の検出器は、移動
する部分を用いることなしに、前のスペクトルに類似し
たタイプのスペクトルを提供するために互いに異る態様
で読まれる。複数の検出器の１配列は、焦点の平面内で
移動して希望するチャンネルで１個のレベルを読む輩一
の検出器に代えることができる。

第１図および第２図に示すプレフィルタ用ガラス６は光
学的軌道のいずれかの位置に配置することができ、室１
の窓として配置してもよい。時にはフィルタ７の一成分
として配置される。

第１図および第２図では光学的手段１２としてレンズを
示す。このレンズは例えば輻射線を検出器１０に反射す
る凹面鏡に代えることができる。第１図の場合は鏡は固
定して配置され、第２図の場合では鏡は移動可能に配置
される。第２図の場合において、検出器１０の位置をシ
フトできるか、あるいは複数の検出器が隣接して用いら
れる時には、鏡を固定して配置することができる。本発
明の装置に用いるのに適した他の光学的焦点合せ手段が
知られている。

第１図および第２図に示した間隙１３および検出器１０
は、ある波長範囲内で生ずる輻射線のみを検出すること
ができる充分に小型な検出器に代えることができる。こ
のような検出器は好ましくは線形であるべきである。

本発明は各図面に示された各構成成分の図示された形状
および配置に限定されるものではなく、第１図において
、輻射の方向で前記フィルタ７と間隙１ｌを測定室１の
上流に配置することが考えられ、同様に、プレフィルタ
用ガラス６を室１の上流に配置することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の多様なガスを分離する装置の一例を示
す図であり、第２図は本発明の多様なガスを分離する他
の例を示す図であり、第３図は３種類の代表的な麻酔ガ
スの吸収スペクトルを示すグラフであり、第４図は麻酔
ガスモニタの機能を説明するブロックダイヤグラムであ
る。 １・・・測定室、　　　　　２・・・継手、３・・・窓
、　　　　　　　４・・・輻射線源、５・・・凹面鏡、
　　　　　６・・・プレフィルタ、７・・・光学フィル
タ、訃・・フレーム、９・・・輻射線不透過域、　１０
・・・輻射線検出器、１ｌ・・・孔、　　　　　　　１
２・・・光学的焦点合せ手段、１３・・・間隙、 １４・・・光学トランシーバ部材、 １５・・・チュー７’、１６・・・センサ、１７・・・
チューブ、１８・・・センサ、１９・・・測定プロセッ
サ、　２０・・・表示スクリーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、輻射線源（４）、検査されることになる１種類又は
   複数種類のガスをその中に供給するための測定室（１）
   、輻射線が通される光学的フィルタ（７）、侵入する輻
   射線が通る光学的焦点合せ手段（１２）、輻射線検出器
   （１０）および測定して同定を行う測定用プロセッサ（
   １９）から成る、患者の呼吸ガス中に含まれる１種類以
   上の麻酔ガスその他のガスを同定する装置において、 フィルタ（７）又は連続する複数のフィルタの透過バン
   ドが、平均透過波長の１．５％〜０．４％の範囲内であ
   り、フィルタ（７）に到着する射線が１０°〜６０°の
   範囲内の入射角度を有し、その範囲内の測定が２個以上
   の角度で行われることを特徴とする１種類以上の麻酔ガ
   スその他のガスを同定する装置。 ２、前記光学的フィルタ（７）の透過バンドが平均透過
   波長の約０．５％であることを特徴とする請求項１に記
   載の装置。 ３、前記光学的フィルタ（７）の角度が、輻射線のある
   値の波長バンドを検出器に向けるために、侵入する輻射
   線に対して変えることができることを特徴とする請求項
   １に記載の装置。 ４、光学的焦点合せ手段（１２）の位置が、輻射線のあ
   る値の波長バンドを検出器に向けるために、変えること
   ができることを特徴とする請求項１に記載の装置。 ５、光学的焦点合せ手段（１２）と光学的フィルタ（７
   ）の両方の位置が静置しており、それによって読まれる
   ことになるそれぞれの波長バンドに対して１個の検出器
   （１０）が設けられることを特徴とする請求項１に記載
   の装置。 ６、光学的焦点合せ手段（１２）と光学的フィルタ（７
   ）の両方の位置が静置しており、前記検出器がある所定
   の時に読まれることになる波長バンドに整合するように
   移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の装置
   。 ７、前記光学的焦点合せ手段（１２）がレンズ又は鏡で
   あることを特徴とする請求項１から６迄の何れか１項記
   載の装置。 ８、前記レンズが凸レンズであることを特徴とする請求
   項７記載の装置。 ９、前記鏡が凹面鏡であることを特徴とする請求項７記
   載の装置。 １０、患者の呼吸空気に含まれる複数の麻酔ガス又は他
   のガスを同定する請求項１項記載の装置の使用。 １１、同定されることになるガスを通して赤外線を輻射
   線検出器に発出し、該検出器でガス透過性を測定するこ
   とによって、患者の呼吸空気中に含まれる１種類以上の
   麻酔ガス又はその他のガスを同定する方法において、 前記赤外線が光学的フィルタ（７）を通して１０°〜６
   ０°の入射角で輻射線検出器に向けられ、該角度範囲内
   で、平均透過波長の１．５％〜０．４％である透過バン
   ドが角度の関数でシフトし、光学的フィルタを通して送
   られた赤外線が赤外線検出器（１０）上に焦点を合わさ
   れ、該検出器（１０）からの情報が測定プロセッサ（１
   ９）に入り、それによって測定されたスペクトルが相関
   演算方式を用いて公知のスペクトルと比較されることを
   特徴とするガスを同定する方法。 １２、前記スペクトルが３〜３．５μｍの範囲内で同定
   されることを特徴とする請求項１１記載の方法。 １３、前記測定室（１）が測定されることになる麻酔ガ
   スを含んでいない時に、測定することによって得られる
   基準スペクトルを、測定スペクトルから控除することを
   特徴とする請求項１１又は１２に記載の方法。 １４、１種類又は複数種類のガスの含有量を一呼吸毎に
   速やかな応答をするセンサ（１６）で測定し、ガスの同
   定すなわちガスの品質あるいは混合比率を遅い応答をす
   るセンサ（１８）で測定することを特徴とする麻酔ガス
   用モニタ。 １５、麻酔ガスの品質および混合率が請求項１に記載の
   装置を用いて決定されることを特徴とする請求項１４記
   載のモニタ。 １６、基準スペクトルの測定が含有量測定センサ（１６
   ）の測定作用を妨害することなしに行われることを特徴
   とする請求項１４又は１５記載のモニタ