KR101918215B1 - 다기능 호흡 분석기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피검사자로부터 호흡 샘플을 받기 위한 리셉터 유닛(receptor unit), 상기 샘플 내의 적어도 하나의 휘발성 물질 농도에 대응하는 신호를 제공하는 감지 유닛, 상기 호흡 샘플의 희석(dilution)을 나타내는 신호를 제공하기 위한 수단, 및 상기 호흡 샘플의 상기 휘발성 물질의 식별 및 정량화를 위한 분석 유닛/처리 유닛을 포함하는 다기능 호흡 분석기와 관련이 있다. 상기 신호 처리 유닛은 상기 정량화를 위해 적어도 두 개의 서로 다른 계산들을 실행하도록 구성되고, 상기 신호 처리 유닛은 또한 선택된 계산의 결과를 자동적으로 디스플레이하도록 구성되며, 상기 선택은 상기 희석을 나타내는 신호를 기반으로 한다.

Description

다기능 호흡 분석기{MULTIFUNCTIONAL BREATH ANALYZER}

본 발명은 피검사자로부터의 호흡(날숨:exhalation air) 분석에 관한 것이다. 상기 분석은 하나 또는 여러 개의 휘발성 물질 예를 들어, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아, 일산화질소에 대한 식별 및 정량화를 포함한다. 그것은 상황에 따라 의료, 사회, 보안, 또는 사법적인 용도들, 및 그 수반된 물질들을 구비할 수 있다. 이런 상황은 측정의 정확성, 특이성(specificity), 반응 속도 등과 관련된 다양한 요건들이 요구될 수 있다. 특히 본 발명은 이러한 분석을 위한 장치에 관한 것이다.

최신 기술에 따른, 호흡 분석기들은 특정 상황들 및 응용 분야를 위해 설계되어진다. 검사(screening) 및 임상 진단에서의 응용들을 위해 그리고 호흡 알콜 농도의 결정(determination of breath alcohol concentration)에 대한 입증 목적으로 다양한 제품들이 존재한다. 후자의 경우에, 우선 순위가 높은 요건들은 정확성과 특이성을 측정하는 것이다. 검사 목적을 위해서, 피검사자에게 있어 반응 속도 및 단순성은 특히, 양성 반응률(the fraction of positive response)(즉, 특정 임계값을 초과하는 농도)이 작을 것으로 예상되는 경우에 더욱 중요하다. 이것은 음주시 운전잠금 장치(alcolock)들 및 유사한 디바이스들을 포함하는 차량 운전자들의 음주 테스트에 있어서의 사례이다.

입증된 장비들 및 적격 진단 장비들(qualified diagnostic instruments)에서, 적외선 분광법(infrared spectroscopy)이 측정 원리로서 이용되어 매우 높은 정확성 및 특이성을 얻는다. 검사 목적들을 위해서, 촉매(catalysis) 기반의 간단한 센서들 예를 들어, 연료 셀 또는 반도체 소자들이 이용된다. 그 센서들은 제품 가격 면에서는 유리하지만, 신뢰성에 있어서는 단점이 있다. 상기 촉매 기능은 제어하기 어려우며, 상기 센서들은 제한된 수명을 갖는다. 대부분의 호흡 분석기들에서 피검사자는 딱-맞는 마우스피스(tight-fitting mouthpiece)로 강제 날숨(forced expriation)을 전달하도록 요구받는다. 상기 절차는 시간이 소비되고, 호흡 기능 장애를 가진 사람들에게는 문제가 있다.

본 발명은 하나의 단일 인클로저(enclosure) 내에서, 위에서 언급된 외견상으로는 서로 상충하는 요건들을 동시에 충족하는 다기능 호흡 분석기(multifunctional breath analyzer)와 관련된다. 본 발명에 따른 호흡 분석기는 지금까지 장비의 여러가지 서로 다른 종류(piece)들에 요구되었던 다수의 서로 다른 목적들에 이용될 수 있다. 따라서, 시간소비 감소 및 이용자를 위한 저렴한 가격과 함께 융통성(flexibility)의 증가를 얻을 수 있다. 검사 및 더 요구되는 작업들(tasks) 모두 하나의 동일 장비의 종류를 가지고 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 상기 호흡 분석기에서, 검사는 상기 호흡 분석기와 피검사자 간에 물리적 접촉이 없이, 쉽고 빠른 작동의 장점을 가지며, 피검사자의 최소한의 노력으로 실행될 수 있다. 하지만, 이것은 또한 호흡 샘플이 주변 공기와 희석되는(dilute) 것을 의미한다. 상기 호흡 샘플 내에서 추적 물질(tracer substance) 예를 들어, 이산화탄소(CO₂)의 농도를 측정함으로써, 희석의 정도가 추정(estimate)될 수 있으며, 이로써 실제 호흡 농도의 추정이 가능하다.

본 발명에 따른 상기 호흡 분석기는 피검사자로부터 호흡 샘플을 받기 위한 리셉터 유닛(receptor unit), 상기 호흡 샘플 내의 적어도 하나의 휘발성 물질 농도에 대응하는 신호를 제공하는 감지 유닛, 상기 호흡 샘플의 희석(dilution)을 나타내는 신호를 제공하기 위한 수단, 및 상기 호흡 샘플의 상기 휘발성 물질의 식별 및 정량화를 위한 분석 유닛/처리 유닛을 포함한다. 상기 신호 처리 유닛은 상기 정량화를 위한 적어도 두 개의 서로 다른 계산들을 실행하도록 구성되며, 그리고 상기 신호 처리 유닛은 또한 선택된 계산의 결과를 자동적으로 디스플레이하도록 구성된다. 여기서, 상기 선택은 상기 희석을 나타내는 신호를 기반으로 한다.

상기 희석을 나타내기 위한 수단은 상기 추적 물질에 반응하는 센서 또는 상기 피검사자의 호흡 기관(respiratory organ)과 상기 감지 유닛 사이의 연결의 기밀함(tightness)에 반응하는 센서를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 디바이스는 청구항 1에서 정의된다.

바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 상기 호흡 분석기는 위치, 자세 및 피검사자의 조건에 상관없이 이용하기에 간단한 자율형 휴대용 유닛(autonomous handheld unit)을 포함한다.

다른 바람직한 실시예에서, 상기 호흡 분석기는 차량의 운전자 위치의 계기판에 설치 및 내장될 수 있다. 검사 동작 모드에서, 운전자의 적극적인 참여가 요구되지는 않는다. 그러나, 추정된 물질 농도가 특정 임계를 초과하는 경우, 운전자는 상기 동일한 호흡 분석기에 연결된 딱-맞는 마우스피스를 이용하여 제 2 호흡 테스트를 제공하도록 요구받을 수 있다.

본 발명은 첨부된 청구항들에서 정의되며, 더 상세한 설명은 여기에 첨부된 도면들과 관련하여 아래에 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 호흡 분석기의 빌딩 블럭들을 개략적으로 도시한다.
도 2는 이용하는 예들을 나타낸다.
도 3은 통상적인 신호 패턴들을 도시한다.
도 4는 계산들을 예시하는 흐름도이다.

도 1은 본 발명에 따른 호흡 분석기의 바람직한 실시예의 빌딩 블럭들을 도시한다. 상기 분석기는 휴대용으로 사용하도록 설계된 인클로저(enclosure)(1)에 물리적으로 내장된다. 그 물리적인 바깥 크기는 통상 150×50×30 mm로 작다. 필요한 내구성을 얻기 위해 이 인클로저는 극단적인 온도, 습도, 압력, 충격, 진동 및 전자기 간섭을 포함하는 다양한 종류의 환경 스트레스에 견디는 것이 필요하다. 특히, 상기 인클로저(1)는 그 기능적 필요들을 충족시키기 위해서 구조화된 금속 재료(structured metallic material), 또는 내충격 폴리머(shock resistant polymer)를 포함한다.

인클로저(1)는 신호 처리 유닛(3)과 결합된 감지 유닛(2)을 포함한다. 상기 감지 유닛(2)에는 호흡 샘플이 팬(10)의 지원으로 또는 지원없이 호흡샘플이 통과하도록 하는 유입구(5) 및 배출구(6)가 장착된다. 상기 팬(10)은 또한 측정하는 동안 호흡의 흐름을 지원하도록 바이어스 흐름(bias flow)을 공급하여, 높게 희석된 샘플들의 감도를 향상시킬 수 있다. 바람직하게는, 상기 배출구(6)에 있는 플랩 밸브(flap valve)(11)는 상기 흐름이 단방향이 되는 것을 보장한다. 상기 감지 유닛(2)의 용적(volume)은 전형적으로 100ml 미만이다.

상기 호흡 샘플은 상기 감지 유닛(2)의 유입구(5)에 기계적으로 고정된 리셉터(receptor)(4a)(도 1에서 도시됨)를 통해 상기 감지 유닛(2)의 유입구(5)로 유입된다. 상기 리셉터(4a)가 피검사자의 입 및 코로부터 몇 센티미터 거리에서 호흡 샘플의 비접촉 수용(reception)을 위해 이용되는 경우, 이는 바람직하게 상기 인클로저(1)에 착탈식으로 고정될 수 있는 국자(scoop), 머그(mug), 컵, 또는 깔때기(funnel) 형태를 갖는다.

도 1에 별도로 도시된, 희석되지 않은 호흡 샘플링에 대한 바람직한 다른 형태는 상기 감지 유닛(2)과 피검사자의 입술(및 그에 따른 호흡기관) 사이에 기밀한 연결(tight connection)을 보장하기 위한, 테두리(flange)를 구비하거나 구비하지 않거나 튜브(tubular)(4b)이다. 리셉터가 피검사자의 입 및 코를 모두 감싸는 얼굴 마스크의 형태를 갖는다면, 기밀한 연결이 또한 달성될 수 있다.

다공성 및 투과성 물질(porous and permeable substance), 통상적으로 섬유 폴리머(fibrous polymer)로 구성되는 입자 필터(12)는 바람직하게는 두 개의 특별한 목적을 위해, 상기 감지 유닛(2) 또는 리셉터(4a, 4b)에 포함된다. 제 1 목적은 주된 관심의 휘발성 물질들(volatile substances of main interest)로부터 날숨을 동반할 수 있는 액체 방울들 및 고체 입자들을 분리하여, 상기 감지 유닛(2) 내의 감지 표면들의 오염을 방지하는 것이다.

상기 필터(12)의 제 2 목적은 압력 센서(16)과 함께, 피검사자의 호흡 기관과 감지 유닛(2) 간의 연결의 기밀함을 나타내는 신호를 제공하기 위한 수단을 정의하는 것이다. 기밀함은 희석되지 않은 호흡 샘플에 대한 하나의 표시이다. 상기 필터(12)는 작지만 잘 정의된 흐름 저항(flow resistance)을 나타낸다. 상기 필터(12)를 통한 흐름은 바람직하게 거의 얇은 층류(laminar)이며, 그 결과 상기 필터(12)의 상류단과 하류단에 걸친 상기 흐름과 차동 압력(differential pressure) 사이에 선형적 또는 다항적 관계(linear or polynomial relationship)를 가져온다. 상기 차동 압력 센서(16)는 이 압력에 반응하기 위한 목적으로 포함된다. 호흡 샘플의 시작(onset)에서, 압력 피크는 피검사자의 호흡 구동력(driving force)에 대응하며, 상기 감지 유닛(2)과 상기 피검사자의 호흡 기관 사이의 기밀한 연결을 나타낸다. 상기 압력 센서(16)의 입력 개구부(16a, 16b)는 바람직하게는 베르누이(Bernoulli)의 기본 이론에 따라 확립된 동적 압력의 영향을 최소화하기 위해서 주 흐름 방향에 수직으로 향한다.

기밀함을 나타내는 신호를 제공하기 위한 수단의 대안적인 실시예는 예를 들어, 열선 풍속(hot-wire anemometry), 와류(vortex shedding), 초음파 통과 시간 측정(ultrasonic transit time measurement), 또는 도플러 주파수 시프트(Doppler frequency shift)를 기반으로 하는 여러가지 가스 흐름 감지 디바이스들을 이용한다. 필수 전제조건은 0.1초 이하의 반응 시간 및 환경 변화들에 대한 내성이다.

바람직하게는, 상기 감지 유닛(2)은 관심 물질(substance of interest)(9)과 추적물질(tracer substance)(8)(예로서, CO₂ 또는 수증기) 모두에 반응하는 센서 소자들(8,9)을 포함한다. 희석되지 않은 호흡 샘플의 표시는 후자의 소자(8)에 의해서 제공된다. CO₂ 농도가 예를 들어, 정상 폐포 농도(normal alveolar concentration)와 일치하는 특정 값을 초과하는 경우, 상기 샘플은 희석되지 않은 것으로 간주 될 수 있다.

상기 감지 유닛(2)의 제 1 실시예에서, 이 감지 유닛은 적외선(IR) 파장 범위 내의 전자기 방사선(electromagnetic radiation) 소스(7), 및 측정될 물질들의 흡수 피크들(aborption peaks)과 일치하는 파장 간격으로 조정된 대역 통과 타입의 간섭 필터들이 장착된 IR 검출기(8,9)를 포함한다. 에탄올 및 CO₂에 대해서, 각각 9.5±0.3㎛ (1㎛=10^-6m) 및 4.26±0.05㎛가 적합한 파장 간격이다. 다른 물질들은 다른 바람직한 파장 간격들을 가진다.

바람직하게는 금 또는 알루미늄의 얇은 필름, 또는 다른 고반사 물질에 의해 덮혀지고, 상기 빔을 시준(collimate)하기에 적절한 형태들을 구비한 측정 용적 (measuring volumn)의 내부 벽에 반사한 후에, 소스(7)에 의해 방출된 IR 빔에 의해서 상기 검출기들(8,9)에 도달되는 것이 도 1에 개략적으로 표시된다. 상기 IR 빔은 상기 검출기(8)에 도달하기 전에 한번 반사되며, 그리고 상기 검출기(9)에 도달하기 전에 3번 반사된다. 따라서, 광학 경로는 검출기(9)에 대해 더 길며, 그 결과 흡수에 대한 더 높은 감도를 가져온다. 따라서, 검출기(9)는 주된 관심의 휘발성 물질을 검출하기 위해 이용되는 반면, 검출기(8)는 상기 추적 물질을 검출하기 위해 이용된다. 또한, J.U.White(J. Opt. Soc. Amer., vol 32, 1942, pp 285-289)에서 설명된 원리에 따라, 분석될 물질의 예상 농도를 위해 광학 경로 및 조리개(aperture)를 최적화하는 것이 바람직하다.

상기 IR 소스(7)는 바람직하게 5 내지 100Hz의 반복 주파수를 갖는 IR 방사선의 반복적인 펄스를 생성하며, 그것은 상기 분석기의 시간 해상도(time resolution)를 결정한다. 상기 IR 소스(7)는 높은 반복 주파수가 가능하도록 흑체 방사 박막(black body radiating thin membrane)을 포함한다. 상기 IR 검출기들(8,9)은 바람직하게는 최대 신호 대 잡음비(signal to noise ratio) 및 그에 따른 최대 감도 및 해상도를 제공하기 위한 써모파일들(thermopiles)일 수 있다.

상기 감지 유닛(2)의 제 2 실시예에서, 전기화학 셀 또는 반도체 소자를 포함하는 촉매 센서(catalytic sensor)가 상기 관심의 휘발성 물질, 및 상기 추적 물질을 식별 및 정량화하기 위해 이용된다.

상기 신호 처리 유닛(3)은 바람직하게는 신호 처리 및 제어를 위해 집적된 아날로그 및 디지털 회로 소자들을 포함한다. 바람직하게는 하나 및 여러개의 마이크로프로세서들이 신호 처리 및 측정 결과들의 표시를 위한 디스플레이(14)로의 신호 관리를 위해 포함되며, 그리고 예를 들어, 전용 커넥터(15)에 의해서 연결이 가능한 외부장비(예를 들어, 개인용 컴퓨터 또는 기타 주변 장비)와의 데이터 통신을 위해 포함된다.

바람직한 실시예에서, 본 발명에 따른 상기 호흡 분석기는 자율형의 휴대용 유닛으로서 작동한다. 전력 공급은 바람직하게는 전원 어댑터를 통해 재충전이 가능한 배터리(13)에 의해 제공된다. 다른 바람직한 실시예에서, 상기 호흡 분석기는 계기판(instrument panel)에 내장되며 그리고 다른 장비와 함께 이용된다.

이미 언급한 바와 같이, 상기 호흡 샘플의 희석의 추정은 추적 물질 예를 들어, CO₂를 이용하여 실행된다. 배경 주변 농도가 거의 0.1% v/v를 초과하지 않는 반면, 깊은(폐포:alveolar) 호흡 공기 내에서 CO₂의 분압은 통상 부피 4.8%에 해당하는 4.8 kPa이다. 따라서 희석의 정도는 비율 CO₂alv/CO₂meas로부터 계산될 수 있고, 여기서 CO₂alv와 CO₂meas는 각각 폐포 농도와 측정 농도이다. 하나의 표준 편차로서 표현되는 서로 다른 개인들 사이의 CO₂alv의 변화는 대략 평균 10%로 비교적 작다.

본 발명에서, 희석된 샘플내의 물질의 측정 농도는 희석되지 않은 농도의 추정값을 얻기 위해 CO₂alv/CO₂meas에 곱해진다. 이 동작 모드는 피검사자를 위해 매우 빠르고 편리하긴 하지만, CO₂alv의 변화에 기인하여 상대적으로 큰 오류를 나타낸다. 수증기가 대안적인 추적 물질로서 이용될 수 있지만, 이 경우 악조건에서 상기 신호와 거의 일치할 수도 있는 배경 농도의 세심한 판단이 추가된다.

본 발명에서, 희석되지 않은 호흡을 상기 추적 물질에 반응하는 상기 센서 소자(8)에 의해서 식별하거나, 또는 호흡 기관과 상기 호흡 분석기의 감지 유닛 간의 딱-맞는 연결을 나타내는 신호의 수단에 의해서 식별함으로써 검사 동작 모드로부터 높은 측정 정확도 중 하나로의 전환이 성취된다. 이 신호는 상기 압력 센서(16)에 의해서 제공된다.

희석되지 않은 샘플을 나타내는 신호가 없는 경우, 상기 샘플 희석의 추정은 상기 물질 농도의 계산에 이용된다. 이러한 신호가 존재하는 경우, 희석의 추정은 생략될 수 있으며 결과적으로 더 높은 정확도를 가져온다. 따라서, 상기 희석 신호는 상기 호흡 분석기가 자격 심사 동작 모드들과 높은 정확도의 모드들 사이를 자동적으로 변환하는 것을 가능하게 한다.

도 2는 본 발명에 따른 상기 호흡 분석기의 두 개의 동작 모드들 또는 기능들을 보여준다. 도 2a에서 비접촉식 측정은 피검사자로부터 몇 센티미터의 거리에서 인클로저(1)를 손에 쥔채로 실행된다. 깔때기 형태의 리셉터(4)에 의해서 날숨 흐름이 획득되지만, 일부 주변 공기의 희석을 동반한다. 앞에서 설명된 할당 절차(rationing procedure) 또는 할당 알고리즘에 의해서, 상기 주 관심 물질의 농도는 상기 희석을 고려하여 수정되어 그것의 실제 호흡 농도의 추정된 값이 제공될 수 있다. 도 2a에 따른 상기 판단은 몇 초 안에 수행될 수 있으며, 상기 측정 용적의 강제 환기에 의해서, 상기 장치는 어떤 부품들(items)을 물리적으로 교체할 필요 없이 새로운 테스트가 빠르게 준비된다. 따라서 도 2a는 통상적인 검사 상황을 나타낸다.

도 2a에 따라 수행된 검사의 확실치 않은 결과의 경우, 도 2b에 따른 보다 정확한 측정을 위해 장비의 동일한 부품(piece)이 이용될 수 있다. 확실치 않은 결과는 그 결과가 임의의 농도 한정의 허용(tolerance) 구간 내에 있음을 의미한다. 더 높은 정확성(더 작은 허용치)으로 다른 측정을 실행함으로써, 상기 확실치 않은 상황을 해결(resolve)하는 것은 가능하다. 이 동작 모드에서 피검사자의 호흡 기관과 감지 유닛(2) 사이의 기밀한 연결은 예를 들어, 튜브형 리셉터(tubular receptor)(4b)를 적용함으로써 보장되며, 그리고 날숨의 적절한 비움을 확보하기 위해서 피검사자는 그것을 통해 강제적인 긴 날숨을 제공하도록 지시된다. 상기 리셉터(5)가 피검사자의 입 개구부에 기밀하게 맞춰지기 때문에 상기 샘플의 희석이 발생하지 않으며, CO₂ 수정은 불필요하다. 그러나 긴 날숨은 상기 측정 결과에서 생리학적인 비강(physiological dead-space)으로부터 최소한의 영향을 보장하기 위해 요구된다.

도 3은 도 2a 및 2b와 관련하여 앞에서 설명된 절차들에 따라 호흡 테스트들을 수행할 경우에 신호 패턴들을 개략적으로 보여준다. 검사의 경우에 대해, 도 3a는 호흡 테스트 동안의 시간의 함수로서 상기 측정된 CO₂ 농도 및 에탄올(EtOH)의 사례에서, 상기 주요 관심 물질의 변화를 보여준다. 제 3 그래프는 상기 센서(16)에 의해서 상기 감지 유닛(2)의 유입구에서 측정된 압력을 나타낸다.

도 3a에서 3개의 모든 신호들은 시작시 기본적으로 영이며, 날숨 단계 동안에 최대로 커지고, 그 다음 상기 감지 유닛이 환기될 때 영으로 돌아간다. CO₂농도가 최대에 도달하면, 상기 알고리즘은 CO₂alv/CO₂meas의 희석 비율을 가정(assume)할 것이며, 그것을 희석되지 않은 EtOH 농도를 획득하기 위해서 그 시간에 측정된 에탄올 농도와 곱해진다.

도 3a의 전체 과정은 단 몇 초의 시간을 가지며, 이것은 CO₂의 특정 임계 값이 약 2.4의 희석 비율에 해당하는, 통상 2kPa에 도달하면 피검사자에게 상기 날숨을 마치도록 지시되는 사실에 기인한다.

상기 센서(16)로부터의 압력 신호는 최대 흐름과 일치하는 작은 피크를 나타낸다. 그 크기는 통상적으로 10Pa(N/m²) 미만이다.

도 3b는 딱-맞는 리셉터(4b)에 상응하는 신호 패턴을 보여준다. 상기 CO₂ 농도는 초기에 빠르게 증가하고 그 다음 수평을 유지한다. 이것은 특정 값(예를 들어, 정상 폐포 농도)을 초과할 경우, 상기 샘플은 희석되지 않은 것으로 간주될 수 있다. 그 지속 기간은 도 3a의 경우보다 이 경우에 더 지속(통상 5초)된다. 에탄올의 농도는 더 이른 상승 및 더 수평한 안정화(flatter plateau)와 같는, 작은 편차를 갖는 CO₂와 같은 동일한 패턴을 따른다.

도 3b에서 상기 압력 신호는 도 3a에서 보다 상당히 높은 피크 값을 나타낸다. 이것은 상기 피검사자의 호흡 기관이 특히 초기 단계에서, 상당한 구동력을 생성한다는 사실에 기인한다. 상기 압력 센서(16)에 의해 기록된 크기는 또한 상기 입자 필터(12)의 흐름 저항(flow resistance)에 따른다. 상기 CO₂ 신호 또는 상기 압력 신호는 상기 샘플이 희석된 것으로 간주되는지 여부를 결정하기 위해 이용된다. 초기 단계에서 상기 압력이 특정 임계(예를 들어, 100 Pa)를 초과하는 경우, 피검사자와 상기 감지 유닛(2) 간의 연결은 기밀한 것으로 간주된다. 그 때, 상기 CO₂alv/CO₂meas 비율은 자동적으로 상기 물질 농도의 계산에서 생략된다.

계산들의 흐름도가 도 4에 도시된다. 측정된 CO₂ 농도의 임계가 예를 들어, 2%(v/v)를 초과하면 상기 관심 물질 예를 들어, 에탄올에 대한 농도 값을 획득하기 위한 상기 계산 프로세스가 시작된다. 그 다음, 상기 피크 차동 압력은 자신의 임계(예를 들어, 100Pa)를 초과하지 않거나 또는 상기 CO₂ 농도가 상기 폐포 농도를 초과하지 않으면 상기 측정된 물질 농도는 디스플레이될 추정 농도를 얻도록 CO₂alv/CO₂meas에 곱해진다. 상기 압력 피크가 100Pa를 초과하거나, 또는 상기 CO₂ 신호가 상기 폐포 농도를 초과하면 CO₂alv/CO₂meas에 의한 곱셉은 생략된다.

Claims (9)

1. 검사 모드(screening mode) 및 높은 정확도 모드(high accuracy mode)에서 동작가능한 호흡 분석기로서,
   인클로저(enclosure)(1)와;
   피검사자로부터 호흡 샘플을 받기 위한 리셉터 유닛(receptor unit)(4a, 4b) -
   상기 리셉터 유닛은,
   i) 상기 호흡 분석기와 상기 피검사자 간의 물리적 접촉없이 상기 호흡 분석기가 동작하면서, 상기 피검사자로부터 상기 호흡 샘플을 받기 위한 깔때기, 국자(scoop), 컵, 또는 머그(mug)의 형상을 갖는 리셉터 유닛(4a)과; 그리고
   ii) 상기 피검사자로부터, 상기 피검사자의 호흡 기관(respiratory organs)과 감지 유닛(2) 사이의 긴밀한 연결(tight connection)을 가지고 동작하는 이중 모드의 호흡 분석기로 상기 호흡 샘플을 수용하는 튜브형 리셉터 유닛(tubular receptor unit)(4b)을 포함하고,
   상기 리셉터 유닛(4a, 4b)은, 상기 인클로저(enclosure)(1)에 착탈식으로 고정가능하며 - 과;
   상기 인클로저(1) 내에 위치되고 그리고 상기 리셉터 유닛(4a, 4b)을 통해 호흡 샘플을 수용하기 위한 유입구(inlet)(5)를 갖는 감지 유닛(2) - 상기 감지 유닛(2)은 상기 샘플 내의 적어도 하나의 휘발성 물질 농도에 대응하는 신호를 제공하는 센서(9)를 포함하며 - 과; 그리고
   상기 호흡 샘플의 상기 휘발성 물질의 식별 및 정량화를 위한 신호 처리 유닛(3)을 포함하며,
   상기 감지 유닛(2)은, i) 미리설정된 임계치를 초과하는 차동 압력(differential pressure)에 대응하는 희석 신호를 제공하기 위한 차동 압력 센서(16) 및 ii) CO₂ 또는 수증기에 반응하는 센서(8)를 포함하는, 상기 샘플의 희석(dilution)을 나타내는 신호를 제공하기 위한 수단들(8,12,16)을 포함하고,
   상기 신호 처리 유닛(3)은 상기 정량화에 대한 적어도 두 개의 서로 다른 계산들을 실행하도록 구성되고, 및
   상기 신호 처리 유닛(3)은 선택된 계산의 결과를 자동적으로 디스플레이하도록 구성되며, 상기 선택은 상기 희석을 나타내는 신호의 결과를 기반으로 하는 것을 특징으로 하는 호흡 분석기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 계산은 상기 샘플 내의 이산화탄소 또는 수증기를 포함하는 추적 물질(tracer substance)의 농도의 동시 측정(determination)에 의해서 추정된 희석의 정도를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 분석기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 휘발성 물질은, 에탄올 또는 메탄올, 아세톤, 일산화탄소, 이산화탄소, 암모니아, 일산화질소, 및 상기 호흡과 주변 공기를 구별하는 마커(marker)로서 이산화탄소 또는 수증기를 포함하는 추적 물질인 것을 특징으로 하는 호흡 분석기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 감지 유닛(2)은 기하학적으로 잘 정의(define)된 측정 용적(measuring volume);
   상기 리셉터 유닛(4a, 4b)과의 연결, 및 상기 샘플 내에서 액체 방울들 및 고체 입자들의 분리를 위한 입자 필터(paricle filter)(12)를 포함하는 유입구(5); 및
   주변 공기에 연결되는 배출구를 포함하며,
   상기 측정 용적은 100ml보다 작고,
   상기 감지 유닛(2)은 작지만 공기 흐름에 특별한 저항(distinctive resistance)을 구비하고,
   상기 흐름은 펌프, 팬(fan), 또는 밸브(10,11)의 수단에 의해서 제어되는 것을 특징으로 하는 호흡 분석기.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 감지 유닛(2)은 5Hz 이상의 반복 주파수에서 반복적 신호를 생성하며,
   상기 신호는 기하학적으로 정의된 측정 용적 내의 상기 휘발성 물질의 농도에 해당하는 것을 특징으로 하는 호흡 분석기.
6. 제 2 항에 있어서,
   상기 감지 유닛(2) 및 신호 처리 유닛(3)은 촉매 측정 원리(catalytic measuring principle)를 기반으로 하거나, 또는 정의된 측정 용적 내에서 높은 반사율(reflectance)을 가진 표면에서 넓게 반사된 전자기 방사의 전송 측정을 기반으로 하며,
   이에 따라, 상기 분석은, 에틸 알콜을 포함하는 상기 휘발성 물질 측정에 대해 9 내지 10㎛의 파장 간격 및 이산화탄소를 포함하는 상기 추적 물질 측정에 대해 4.2 내지 4.3pm의 파장 간격 내에서 흡수를 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 분석기.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 분석기는 환경 스트레스에 강한 인클로저(1) 내에 포함되고, 그리고
   상기 감지 유닛, 상기 신호 처리 유닛, 파워 소스용 배터리(13), 분석 결과들을 나타내기 위한 디스플레이(14), 데이터 저장을 위한 메모리 유닛, 데이터 입력을 위한 스위치들, 및 외부 장비와 데이터 통신하기 위한 수단(15)을 포함하며,
   상기 인클로저는 샘플링 및 즉각적인 분석을 위한 자율 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 호흡 분석기.
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