KR20150024299A

KR20150024299A - 호흡 변수 빈도의 보상을 이용한 호기 가스 용적의 수집 및 분석

Info

Publication number: KR20150024299A
Application number: KR20147020472A
Authority: KR
Inventors: 안토니 디. 원드카; 아니쉬 바트나가
Original assignee: 카프니아, 인코포레이티드
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2015-03-06
Also published as: US20220167872A1; MX2014007542A; CN107874761A; AU2017216570A1; AU2019203974A1; AU2012358370B2; US10034621B2; MX353210B; AU2012358370A1; JP2018051341A; JP2019107468A; US20190175067A1; JP2015503962A; WO2013096695A3; RU2014129561A; CN108132331A; AU2019203974B2; US20130165806A1; IL233258A0; EP2794033A2

Abstract

환자의 호흡 샘플의 가스 농도를 정확하게 결정하기 위한 장치가 설명된다. 이 장치는 샘플 구획, 호흡 속도 분석기, 가스 분석기 및 프로세서를 포함할 수 있다. 샘플 구획은 호흡을 접수하는 입구를 포함한다. 호흡 속도 분석기는 호흡의 일부분의 속도를 결정한다. 가스 분석기는 가스 농도를 결정한다. 프로세서는 속도에 기초하여 샘플의 비균질성 정도를 결정하고 비균질성 정도에 기초하여 보정된 가스 농도를 결정하는 알고리듬을 포함한다. 몇몇 변형에에서, 가스 보정은 환자의 협조 여부와 무관하게 결정된다. 장치는 개체의 호흡 패턴과 무관하게 균질한 호기말 가스 샘플로 샘플 구획이 충전되도록, 의도된 집단의 예상된 호흡 패턴 범위에 기초하여 튜닝될 수 있다. 이 장치들은 예컨대 호기말 CO 분석에 유용하다. 방법 역시도 설명된다.

Description

호흡 변수 빈도의 보상을 이용한 호기 가스 용적의 수집 및 분석{COLLECTION AND ANALYSIS OF A VOLUME OF EXHALED GAS WITH COMPENSATION FOR THE FREQUENCY OF A BREATHING PARAMETER}

관련 출원의 상호 참조

[0001] 본 출원은 2011년 12월 21일 출원된 미국 가특허출원 No. 61/578,811에 기초한 우선권 주장 출원으로 상기 출원은 그 내용 전체가 본 발명에 참조 병합된다.

발명의 분야

[0002] 본 발명에 따라 진단 목적을 위한 호기(呼氣:breath exhalant)의 분석 기기 및 분석 방법이 설명된다. 더욱 구체적으로, 기저의 생리 상태와의 연관성 및 진단을 위해 개체의 호흡에서 얻어지는 가스를 채취 및 분석하기 위한 기기 및 방법이 설명된다.

배경

[0003] 가스 분석을 위해 개체의 호흡을 얻는데는 두 가지 일반적인 기술이 이용된다. 첫 번째 기술에서는 개체가 분석을 위한 가스를 접수하는 장치 내로 협조적으로 호흡한다. 두 번째 기술에서는 개체의 협조 여부와 관계없이 장치가 개체의 기도로부터 가스 샘플을 수득한다. 둘 중 어떤 기술에서건, 호흡 사이클의 특정 지점으로부터의 가스를 정확히 수집하여 정확히 분석하는 것은 쉽지 않은데, 이는 호흡 패턴이라는 것이 종종 무작위적이고 불규칙하기 때문이다. 예를 들어, 숨을 내쉴 때 정확히 호기말(end-tidal) 부분에서 호흡 CO를 높은 수준의 정확도와 정밀도(예컨대 < 0.5 ppm 정확도)로 신뢰성 있게 측정하기란 어려운 것으로 밝혀졌다. 일반적으로, 호흡시 호기말 부분을 알아내어, 호흡시 이 부분으로부터의 가스를 채취하여 분석하는데 호흡 CO₂의 측정이 이용된다. 호기말 CO₂ 시그널은 이 기술이 잘 알려져 있고, 호흡 파형의 즉각적인 측정이 가능하다는 점에서 편리한 접근법이다. 그러나, 전체 시스템의 잔부에서도 정확도와 정밀도를 확보하기 위해 유용할수도 있는 가능한 외부 인자를 어느 정도 기기화에 고려할 수 있다.

[0004] 일반적으로, 고정된 수집 시간 동안 개체로부터 가스를 수득하여, 얻어진 샘플을 고정 체적의 샘플 구획에 넣어두는데 일정한 유속이 이용된다. 이 접근법을 이용할 때, 부정확도와 관련된 호흡 패턴이 있을 수 있다. 예를 들어, 샘플 구획의 일부는 그 안에 비호기말(non-end-tidal) 가스를 가질 수 있거나 또는 호흡의 호기말 부분의 오직 일부 분획만이 채취되어 분석용 샘플 구획 내에 저장될 수 있다. 특정 호흡률에서의 반복가능성이 매우 좋기는 하지만, 호흡률이 변함에 따라 정확도도 변할 수 있는데, 이는 시스템의 기력학과 타이밍 때문이다.

[0005] 따라서, 공지 시스템의 정확도를 호흡 패턴 범위와 호흡률 전반에 걸쳐 동등하게 정확한 방식으로 개선시키는 것이 바람직할 것이다. 이를 위해, 다양한 접근법과 알고리듬이 고안되었으며 이하에 이에 관하여 설명한다.

발명의 개요

[0006] 본 명세서에 호흡의 특정 부분으로부터의 호흡 유래 가스의 정확한 조성 분석을 달성하게 해주는 호흡 가스 분석기가 설명된다. 이 시스템은 정확도를 잃지 않으면서 광범위한 호흡 패턴과 호흡률을 아우를 수 있다. 본 발명의 시스템에 의해 분석이 충분히 정확하도록, 충분한 용적의 가스를 수득할 수 있고, 얻어진 가스가 호흡의 원하는 부분으로부터 유래할 수 있게 하며, 호흡의 원하는 전체 부분을 대표하도록 할 수 있다. 몇 가지 변형예에서, 이러한 장점은 호흡 패턴에 따라 가스 채취 유속을 조절하고/조절하거나 분석을 위해 역치 용적의 가스가 얻어질 때까지 복수회의 호흡에 대해 호흡의 원하는 부분으로부터 가스 샘플을 수득하고/수득하거나, 채취된 가스의 이질성을 보상하기 위해 컴퓨터 입력된 결과에 보정 인자를 적용함으로써 달성된다. 가스의 표적 용적을 얻기 위한 이러한 방법에 더해, 몇몇 변형예에서, 호흡 패턴과 관계없이, 분석을 위해 실제로 균질한 호기말 샘플을 항상 수집하도록, 시스템을 튜닝하고/튜닝하거나 호흡의 정확한 부분을 정확히 채취하기 위해, 호흡의 원하는 부분을 동정할 수 있다.

[0007] 전술한 특징을 달성하기 위해, 호흡 분석기 또는 호흡 분석법의 변형례는 다음의 장점들 중 한 가지 이상을 포함할 수 있다: 호기상(expiratory phase)의 여러가지 상이한 하위 부분들(sub-portions)의 동정; 호기상의 원하는 하위 부분으로부터의 정확한 샘플 수집; 가스 조성 분석기에 의한 분석용 가스의 소정량의 확실한 수집; 일어날 것으로 예상되는 매우 다양한 호흡 패턴의 신뢰성 및 반복성

[0008] 한 가지 변형예에서, 호흡을 분석하는 방법은 개체의 호흡 패턴의 시간과 관련된 변수를 측정하고, 개체의 복수회의 호흡 중 적어도 일 회의 호흡의 표적 부분으로부터 가스를, 표적 용적을 갖는 샘플 구획 내로 수집하고, 시간-기반 변수에 기초하여 가스 수집을 조정하며, 수집된 가스를 분석하여 가스의 조성 변수를 결정하는 것을 포함하여 이루어진다. 또 다른 변형예에서, 가스 수집을 조정하는 것은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 한 가지 이상 포함할 수 있다: (1) 가스 수집 속도를 조정하는 것, (2) 가스가 수집되는 호흡의 횟수를 조정하는 것, 및 (3) 수집된 가스의 균질성을 보정 인자(correction factor)를 이용하여 조정하는 것. 또 다른 변형예에서, 시간-기반 변수는 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 변수를 적어도 한 개 포함한다: (1) 호흡률, (2) 호기말 기간(end-tidal time period), (3) 호기 기간(expiratory time period), (4) 흡기 기간(inspiratory time period), (5) 호흡 기간(breath period). 또 다른 변형예에서, 호흡의 표적 부분은 호기말 부분을 포함하며 조성 변수는 일산화탄소를 포함한다. 또 다른 변형예에서, 호흡의 표적 부분은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 상(phase)를 포함한다: (1) 호기상(expiratory phase); (2) 호기말상(end-tidal phase); (3) 호기 시작 부분(beginning portion of exhalation); (4) 호기 중간 부분(middle portion of exhalation); (5) 호기의 최후 부분(last portion of exhalation); (6) 후-호기 기간(post-expiratory period); 및 (7) 흡기후 휴지기(inspiratory pause). 또 다른 변형예에서, 시간-기반 변수의 측정은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 한 가지 이상의 기술을 포함한다: (1) 호기말이산화탄소분압측정법(capnometry), (2) 기도압 모니터링, (3) 기도 온도 모니터링, (4) 기도 흐름 (airway flow) 모니터링, (5) 체적변동기록법(plethysmography), (6) 소리 모니터링, 및 (7) 호기의 산소 모니터링. 또 다른 변형예에서, 시간-기반 변수를 구별하여 표적 호흡 부분의 기간을 구한다. 또 다른 변형예는 가스 수집을 위한 출발 시간과 종결 시간을 규정하는 것을 포함할 수 있는데, 여기서 출발 시간과 종결 시간의 규정은 측정된 호흡 변수를 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상과 비교하는 것을 포함한다: (1) 측정된 호흡 변수의 역치 진폭; (2) 측정된 호흡 변수의 역치 기간, (3) 측정된 호흡 변수의 피크값 (4) 측정된 호흡 변수의 실질적인 제로값, (5) 측정된 호흡 변수의 음의 값, (6) 측정된 호흡 변수의 기울기 변화, 및 (7) 측정된 호흡 변수의 사인(sign) 변화. 다른 변형예들은 가스 수집을 위한 출발 시간과 종결 시간을 규정하는 것을 포함할 수 있으며 여기서 출발 시간과 종결 시간의 규정은 측정된 호흡 변수의 변화율을 산출하여 이를 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상과 비교하는 것을 포함하여 이루어진다: (1) 변화율의 역치값; (2) 변화율의 제로값; (3) 제2 변화율에 대한 제1 변화율; (4) 제로로 수렴하는 음의 기울기; (5) 제로로 수렴하는 양의 기울기; (6) 변화율의 양의 피크값; (7) 변화율의 음의 피크값; (8) 증가하는 변화율; (9) 감소하는 변화율; 및 (10) 변화율의 사인 변화. 또 다른 변형예에서, 가스 수집은 샘플 구획과 소통하는 샘플링 삽관을 개체의 기도에 적용하여 샘플링 삽관에 진공을 가하는 것을 포함한다. 또 다른 변형예는 입구 밸브가 구비된 샘플 구획를 분리하고 입구 밸브를 개방시켜 표적 호흡 부분으로부터의 가수 수집을 개시한 다음 입구 밸브를 폐쇄하여 표적 호흡 부분으로부터의 가수 수집을 마감하는 것을 포함할 수 있다. 또 다른 변형예에서, 샘플 구획에서 수집된 가스는 시간-기반 호흡 변수가 측정되는 호흡 부분을 적어도 하나 포함한다. 또 다른 변형예에서, 샘플 구획에서 수집된 가스는 시간-기반 호흡 변수가 측정되는 호흡이 아닌 호흡 부분을 적어도 하나 포함한다.

[0009] 또 다른 변형예에서, 호흡 분석 방법은 호흡 부분의 기간을 동정하고, 표적 용적을 갖는 샘플 구획에서 그 부분으로부터 가스 샘플을 수집한 다음 (여기서 상기 가스 샘플은 유동 메카니즘을 이용하여 구획 내로 유도되고, 상기 메카니즘의 유속은 동정된 기간에 기초하는 것임), 수집된 가스를 조성 분석을 위해 분석하는 것을 포함하여 이루어진다.

[0010] 또 다른 변형예에서, 호흡 분석 방법은 호흡 센서를 이용하여 개체의 호흡 패턴의 호기말 기간을 측정하고, 적어도 일회의 개체의 호흡의 호기말 기간으로부터의 가스를 유동 메카니즘을 이용하여 표적 용적을 갖는 샘플 구획 내로 수집한 다음 (여기서 유동 메카니즘의 수집 유속은 측정된 호기말 기간에 기초하여 조정되어 호기말 기간으로부터의 가스로 표적 용적을 충전시키도록 선택됨), 수집된 가스를 분석하여 가스의 조성 변수를 결정하는 것을 포함하여 이루어진다.

[0011] 또 다른 변형예에서, 호흡 분석 방법은 (a) 호흡의 일부 기간을 동정하는 단계, (b) 상기 부분으로부터의 가스 샘플을 표적 용적을 갖는 샘플 구획 내에 수집하는 단계로서, 상기 가스 샘플은 유동 메카니즘을 이용하여 상기 구획 내로 유도되는 것인 단계, (c) 단계 (a) 및 단계 (b)를 수 차례 반복하는 단계로서, 반복 횟수는 적어도 부분적으로는 동정된 상기 기간에 의해 결정되는 것인 단계 및 (d) 조성 분석을 위해 수집된 가스 샘플을 분석하는 단계를 포함한다.

[0012] 또 다른 변형예에서, 호흡 분석 방법은 (a) 호흡 센서를 이용하여 개체의 호흡 패턴의 호기말 기간을 측정하는 단계, (b) 상기 개체의 호흡의 호기말 기간으로부터의 가스를 유동 메카니즘을 이용하여 표적 용적을 갖는 샘플 구획 내로 수집하는 단계, (c) 호기말 기간으로부터의 가스로 구획이 실질적으로 채워질 때까지 단계 (a) 및 (b)를 반복하는 단계, 및 (d) 가스의 조성 변수를 결정하기 위해 수집된 가스를 분석하는 단계를 포함한다. 또 다른 변형예에서, 상기 방법은 호흡 패턴과 관계없이, 항상 실제로 균질한 호기말 샘플을 수집하도록, 호흡 수집 시스템을 튜닝하는 것을 포함한다.

[0013] 또한 다양한 호흡 가스 분석기도 개시된다. 일 변형예에서, 개체의 호흡 사이클의 표적 부분에서 가스를 분석하기 위한 장치는 표적 용적의 샘플 구획, 개체의 호흡으로부터 가스를 수집하여 가스를 샘플 구획으로 전달하도록 구동할 수 있는 공압 시스템(pneumatic system), 개체의 호흡의 표적 부분의 시간-기반 변수를 측정하도록 구동가능한 호흡 센서, 시간-기반 호흡 변수에 기초한 공압 시스템을 조정하도록 구동가능한 제어 시스템, 및 가스 조성 분석을 위한 분석기를 포함한다. 또 다른 변형예에서, 가스 유동 시스템 조정안(adjustment)은 다음으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1개의 조정안을 포함한다: (1) 조정가능한 유속 발생기; (2) 가스가 수집되는 호흡 횟수를 변화시키는 알고리듬을 실행하도록 설정된 프로세서, 및 (3) 보정 인자를 이용하여 수집된 가스의 균질성을 조정하기 위한 알고리듬을 실행하도록 설정된 프로세서. 또 다른 변형예에서, 시간-기반 성분은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 성분을 포함한다: (1) 호흡률, (2) 호기말 기간, (3) 호기 기간, (4) 흡기 기간, 및 (5) 호흡 기간. 또 다른 변형예에서, 호흡의 표적 부분은 호기말 부분을 포함하고 가스 분석기는 일산화탄소 분석기를 포함한다. 또 다른 변형예에서, 호흡의 표적 부분은 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 부분을 포함한다: (1) 호기상; (2) 호기말상; (3) 호기 시작 부분; (4) 호기 중간 부분; (5) 호기의 최후 부분; (6) 포스트-호기 기간; 및 (7) 흡기후 휴지기. 또 다른 변형예에서, 호흡 센서는 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함한다: (1) 호기말이산화탄소분압측정기(capnometer), (2) 기도압 변환기(airway pressure transducer), (3) 기도 온도 센서, (4) 기도 흐름 센서, (5) 체적변동기록기(plethysmograph), (6) 마이크로폰, (7) 산소 센서, 및 (8) 초음파 센서. 또 다른 변형예에서, 이 장치는 또한 (1) 호흡 센서로부터의 시그널을 구별하도록 설정된 구별장치(differentiator) 및 (2) 구별된 시그널을 호흡 사이클의 표적 부분과 연관시키는 알고리듬을 실행하는 프로세서를 더 포함한다. 또 다른 변형예에서, 이 장치는 가스 수집을 위한 출발 시간과 종결 시간을 결정하기 위한 알고리듬을 실행하는 프로세서를 더 포함하는데, 여기서 상기 알고리듬은 측정된 호흡 변수를 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상과 비교하는 것을 포함하는 것이다: (1) 역치값(threshold value), (2) 역치 기간(threshold time period), (3) 피크값(peak value), (4) 실제 제로값(substantially zero value), (5) 음의 값(negative value), (6) 기울기 변화(change in slope), 및 (7) 사인 변화(change in sign). 또 다른 변형예에서, 이 장치는 측정된 호흡 변수의 변화율을 구하기 위한 구별장치, 및 알고리듬 실행을 위한 프로세서를 더 함유하는데, 상기 알고리듬은 변화율을 다음으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상과 비교하는 것을 포함하는 것이다: (1) 역치값; (2) 제로값; (3) 제2 변화율에 대한 제1 변화율; (4) 제로로 수렴하는 음의 기울기; (5) 제로로 수렴하는 양의 기울기; (6) 양의 피크값; (7) 음의 피크값; (8) 증가하는 변화율; (9) 감소하는 변화율; 및 (10) 변화율의 사인 변화. 또 다른 변형예에서, 이 장치는 또 다른 변형예에서, 이 장치는 제1 말단에서 가스 분석 장치에 부착가능하고 제2 말단에서 개체의 기도에 관여가능한 샘플링 삽관; 및 샘플링 삽관을 통해 개체의 기도로부터 샘플 구획으로 가스를 이끌어내도록 설정된 유동 발생기(flow generator)를 더 포함한다. 또 다른 변형예에서, 이 장치는 샘플 구획을 분리하도록 배치된 밸브 시스템을 포함하는데, 여기서 제어 시스템은 밸브 시스템을 조절하여 표적 호흡 부분으로부터의 가스가 샘플 구획 내로 들어오도록 허용한다. 또 다른 변형예에서, 제어 시스템은 측정된 호흡으로부터 샘플 구획으로 가스를 전달하도록 추가로 설정된다. 또 다른 변형예에서, 제어 시스템은 측정된 호흡 후의 호흡으로부터 샘플 구획으로 가스를 전달하도록 추가로 설정된다.

[0014] 또 다른 변형예에서, 개체의 호흡의 표적 부분에서의 가스를 분석하기 위한 호흡 가스 분석기는 호흡 사이클의 표적 부분을 동정하기 위한 호흡 센서, 표적 부분의 기간을 결정하기 위한 프로세서(여기서 상기 기간은 적어도 부분적으로는 상기 동정된 부분으로부터 결정된다), 표적 용적의 가스 수집 구획, 호흡의 표적 부분으로부터 가스 샘플을 가스 수집 구획으로 전달하기 위한 공압 시스템, 결정된 기간에 기초하여 공압 시스템의 가스 전달률을 조정하기 위한 제어 시스템, 및 가스의 조성을 분석하기 위한 가스 분석기를 포함한다.

[0015] 또 다른 변형예에서, 개체의 호흡의 호기말 부분의 가스를 분석하기 위한 호흡 가스 분석기는 호흡 사이클의 호기말 기간을 동정하기 위한 호흡 센서, 호기말 기간의 기간을 결정하기 위한 프로세서(여기서 상기 기간은 적어도 부분적으로는 상기 동정된 부분으로부터 결정된다) 표적 용적의 가스 수집 구획, 가스 샘플을 호흡의 호기말 기간으로부터 가스 수집 구획으로 이끌어내기 위한 진공 소스, 상기 구획을 호기말 가스로 실질적으로 충전시키기 위해, 결정된 호기말 기간에 기초하여 진공 소스의 유속을 조정하기 위한 제어 시스템, 및 가스의 조성을 분석하기 위한 가스 분석기를 포함한다.

[0016] 또 다른 변형예에서, 개체의 호흡의 표적 부분의 가스를 분석하기 위한 호흡 가스 분석기는 호흡 사이클의 표적 부분을 동정하기 위한 호흡 센서, 표적 부분의 기간을 결정하기 위한 프로세서(여기서 상기 기간은 적어도 부분적으로는 상기 동정된 부분으로부터 결정된다), 표적 용적의 가스 수집 구획, 가스 샘플을 호흡의 표적 부분으로부터 가스 수집 구획으로 전달하기 위한 공압 시스템, 구획이 표적 호흡 부분으로부터의 가스로 실제로 채워질 때까지 가스를 전달하도록 공압 시스템을 제어하기 위한 제어 시스템 및 알고리듬, 및 가스 조성을 분석하기 위한 가스 분석기를 포함한다.

[0017] 또 다른 변형예에서, 개체의 호흡 중 표적 부분에서의 가스를 분석하기 위한 호흡 가스 분석기는 호흡 사이클의 표적 부분을 동정하기 위한 호흡 센서, 표적 부분의 기간을 결정하기 위한 프로세서(여기서 상기 기간은 적어도 부분적으로는 상기 동정된 부분으로부터 결정된다), 표적 용적의 가스 수집 구획, 호흡의 표적 부분으로부터의 가스 샘플을 가스 수집 구획 내로 포집하기 위한 공압 시스템, 포집된 가스 샘플에 보정 인자를 적용하기 위한 알고리듬을 실행하기 위한 프로세서 (여기서 상기 보정 인자는 포집된 가스의 비균질성을 보정하기 위해 표적 호흡 부분의 결정된 기간에 기초한다), 및 가스의 조성을 분석하기 위한 가스 분석기를 포함한다.

[0018] 또 다른 변형예에서, 호흡 분석 방법은 (a) 호흡의 호기말 부분의 기간을 동정하는 단계, (b) 샘플 용적을 갖는 샘플 튜브에서 호기말 부분을 수집하되, 여기서 수집 시간은 상기 동정된 기간에 기초하는 것인 단계, (c) 샘플 용적이 각각의 복수의 호흡으로부터의 복수의 호기말 부분들로 채워질 때까지 단계 (a)와 (b)를 반복하는 단계, 및 (d) 가스 농도를 구하기 위해 수집된 복수의 호기말 부분을 분석하는 단계를 포함한다.

[0019] 또 다른 변형예에서, 호흡 가스 분석기는 환자의 호흡의 특징을 1개 이상 측정하도록 구동가능한 시스템, 호흡의 호기말 부분의 출발점과 종점을 결정하도록 구동가능한 프로세서로서, 상기 결정은 상기한 적어도 1개의 특징에 기초하는 것인 프로세서, 근위단(proximal end), 원위단(distal end), 근위단에 커플링된 제1 밸브, 원위단에 커플링된 제2 밸브 및 샘플 용적을 포함하는 샘플 튜브(여기서 샘플 용적은 각각의 복수회의 호흡으로부터의 복수의 호기말 호흡 부분을 저장하도록 설정된다), 및 복수의 저장된 호기말 호흡의 가스 농도를 분석하기 위한 센서를 포함한다.

[0020] 또 다른 변형예에서, 환자의 호흡의 호기말 부분을 수집하는 방법은 호기말 부분의 출발점을 동정하는 단계, 호기말 부분의 상기 동정된 출발점과 연관되도록, 호기말 부분을 수집하도록 설정된 용기를 개방하는 단계, 호기말 부분의 종점을 동정하는 단계, 및 호기말 부분의 상기 동정된 종점과 연관되도록, 용기를 폐쇄하는 단계를 포함한다.

[0021] 또 다른 변형예에서, 장치의 입구에서 가스 농도를 결정하기 위한 가스 측정 보정 데이터베이스는 입구에서 각각 복수의 기지(旣知)의 가스 농도에 대해 장치 내의 복수의 가스 농도를 측정하고 (여기서 가스 농도는 복수의 호흡률에서 측정됨), 제1의 복수개의 다항 방정식을 유도하고 (여기서 제1의 복수개의 다항 방정식들 각각은 복수의 호흡률 각각 하나씩의 측정된 가스 농도에 해당하며 제1의 복수개의 다항 방정식 각각은 방정식의 각 차수에서의 계수를 포함한다), 제2의 복수개의 다항 방정식을 유도하고 (여기서 제2의 복수개의 다항 방정식들 각각은 제1의 복수개의 다항 방정식의 각 차수의 계수에 해당하며 제2의 복수개의 다항 방정식들 각각은 방정식의 각 차수에서의 계수를 포함한다), 제2의 복수개의 다항 방정식들의 각 계수를 데이터베이스에 기록하는 것을 포함할 수 있는 방법에 의해 채워진다.

제1의 복수개의 다항 방정식은 복수의 일차 방정식을 포함할 수 있다. 복수의 호흡률은 적어도 그 수가 5개일 수 있다. 복수의 호흡률은 분당 10회의 호흡률, 분당 20회의 호흡률, 분당 30회의 호흡률, 분당 40회의 호흡률, 및 분당 50회의 호흡률을 포함할 수 있다. 제2의 복수개의 다항 방정식은 복수의 이차 방정식을 포함할 수 있다. 제2의 복수개의 다항 방정식의 계수들은 제1의 복수개의 계수 및 제2의 복수개의 계수를 포함할 수 있으며, 여기서 제1의 복수개의 계수는 소정의 호흡률 또는 소정의 호흡률보다 낮은 호흡률에 상응하고 제2의 복수개의 계수는 소정의 호흡률 또는 소정의 호흡률보다 높은 호흡률에 상응한다. 소정의 호흡률은 30 bpm일 수 있다. 제2의 복수개의 다항 방정식은 제1의 복수개의 이차 방정식과 제2의 복수개의 이차 방정식을 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 제1의 복수개의 이차 방정식은 각 차수에서 제1의 복수개의 계수에 상응하고, 각각의 제2의 복수개의 이차 방정식은 각 차수에서 제2의 복수개의 계수에 상응한다. 입구에서의 복수개의 기지 가스 농도들은 그 수가 3개일 수 있다. 입구에서의 복수개의 기지 가스 농도들은 각각 다음으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다: 비교적 호흡률이 낮은 구역, 비교적 호흡률이 높은 구역, 및 호흡률이 중간인 구역.

[0022] 또 다른 변형예에서, 장치의 입구에서 환자의 호흡 중 가스 농도를 결정하는 방법은 환자의 호흡률을 결정하고, 장치 중 가스 농도를 측정하고, 데이터베이스에 억세스하여 환자의 호흡률에 상응하는 제1의 복수개의 계수들을 수득하고, 제1의 복수개의 계수에 기초하여 제1의 복수개의 다항 방정식을 유도하고, 상기 호흡률을 각각의 제1의 복수개의 다항 방정식에 대입함으로써 제2의 복수개의 계수를 유도하고, 제2의 복수개의 계수를 이용하여 보상 방정식(compensation equation)을 유도하고, 측정된 가스 농도를 보상 방정식에 대입함으로써 입구에서 가스 농도를 구하는 것을 포함하여 이루어진다. 각각의 제1의 복수개의 다항 방정식은 이차 방정식일 수 있고 제1의 복수개의 계수는 그 수가 3개일 수 있다. 보상 방정식은 일차 방정식일 수 있고 제2의 복수개의 계수는 그 수가 2개일 수 있다. 데이터베이스는 제1의 서브셋의 계수들과 제2의 서브셋의 계수들을 포함할 수 있으며, 여기서 제1의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡률 또는 소정의 호흡률보다 낮은 호흡률에 상응하고, 제2의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡률 또는 소정의 호흡률보다 높은 호흡률에 상응한다. 소정의 호흡률은 30 bpm일 수 있다.

[0023] 또 다른 변형예에서, 환자의 호흡 중 가스 농도를 분석하기 위한 장치는 장치 내의 가스 농도를 측정하는 가스 분석기, 환자의 호흡을 접수하는 입구, 환자의 호흡의 호흡 변수 빈도를 결정하는 호흡 속도 분석기, 복수개의 호흡 빈도 변수에 상응하는 복수개의 계수들을 포함하는 데이터베이스, 및 실행될 경우 장치의 입구에서 환자의 호흡의 가스 농도를 결정하는 방법을 수행하는, 실행가능한 명령을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 함유하는 프로세서를 포함할 수 있는데, 여기서 상기 방법은 환자의 호흡 변수 빈도에 기초하여 제1의 복수개의 계수들을 수득하기 위해 데이터베이스에 억세스하는 단계, 제1의 복수개의 계수에 기초하여 제1의 복수개의 다항 방정식을 유도하는 단계, 상기 호흡 변수 빈도를 각각의 제1의 복수개의 다항 방정식에 대입하여 제2의 복수개의 계수를 유도하는 단계, 제2의 복수개의 계수를 이용하여 보상 방정식을 유도하는 단계, 및 측정된 가스 농도를 보상 방정식에 대입함으로써 입구 가스 농도를 결정하는 단계를 포함한다. 제1의 복수개의 다항 방정식은 이차 방정식일 수 있고 제1의 복수개의 계수는 그 수가 3개일 수 있다. 보상 방정식은 일차 방정식일 수 있고 제2의 복수개의 계수는 그 수가 2개일 수 있다. 데이터베이스는 제1의 서브셋의 계수들과 제2의 서브셋의 계수들을 포함할 수 있는데, 여기서 상기 제1의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도에서의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도에 상응하고 제2의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도에서의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 높은 호흡 변수 빈도에 상응한다. 소정의 호흡 변수 빈도는 30 bpm일 수 있다.

[0024] 또 다른 변형예에서, 장치의 입구에서의 환자의 호흡 중 가스 농도를 결정하는 방법은 환자의 호흡 변수 빈도를 결정하는 단계, 장치 내의 가스 농도를 측정하는 단계, 환자의 호흡 변수 빈도가 소정의 호흡 변수 빈도에 해당하는지 또는 그보다 낮은지 또는 그보다 높은지에 기초하여 복수의 계수들을 얻기 위해 데이터베이스에 억세스하는 단계 (여기서 데이터베이스는 제1의 서브셋의 계수들 및 제2의 서브셋의 계수들을 포함하고, 상기 제1의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도에서의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도에 상응하고 제2의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도에서의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 높은 호흡 변수 빈도에 상응하는 것이다), 복수의 계수들을 이용하여 보상 방정식을 유도하는 단계; 및 측정된 가스 농도를 보상 방정식에 대입함으로써 입구에서의 가스 농도를 결정하는 단계를 포함한다. 소정의 호흡 변수 빈도는 30 bpm일 수 있다.

[0025] 또 다른 변형예에서, 환자의 호흡 중 가스 농도를 분석하기 위한 장치는 장치내의 가스 농도를 측정하는 가스 분석기, 환자의 호흡을 접수하는 입구, 환자의 호흡의 호흡 변수 빈도를 결정하는 호흡 속도 분석기, 복수개의 호흡 변수 빈도들에 상응하는 복수개의 계수들을 포함하는 데이터베이스 (여기서 상기 데이터베이스는 제1의 서브셋의 계수들 및 제2의 서브셋의 계수들을 포함하고, 상기 제1의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도에서의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도에 상응하고 제2의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도에서의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 높은 호흡 변수 빈도에 상응한다), 및 실행될 경우 장치의 입구에서 환자의 호흡의 가스 농도를 결정하는 방법을 수행하는 실행가능한 명령을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능한 매체를 함유하는 프로세서를 포함할 수 있는데, 상기 방법은 환자의 호흡 변수 빈도가 소정의 호흡 변수 빈도인지, 또는 그보다 높은지, 또는 그보다 낮은지에 기초하여 복수개의 계수들을 얻기 위해 데이터베이스에 억세스하는 단계, 복수개의 계수들에 기초하여 보상 방정식을 유도하는 단계, 및 측정된 가스 농도를 보상 방정식에 대입함으로써 입구 가스 농도를 결정하는 단계를 포함하는 것이다. 소정의 호흡 변수 빈도는 30 bpm일 수 있다.

[0026] 또 다른 변형예에서, 장치의 입구에서 환자의 호흡 중 가스 농도를 구하는 방법은 환자의 호흡 변수 빈도를 측정하는 단계, 장치 중 가스 농도를 측정하는 단계, 데이터베이스에 억세스하여 환자의 호흡 변수 빈도에 상응하는 복수개의 계수들을 수득하는 단계, 상기 복수개의 계수들을 이용하여 보상 방정식을 유도하는 단계, 및 측정된 가스 농도를 보상 방정식에 대입함으로써 입구에서의 가스 농도를 결정하는 단계를 포함하여 이루어진다. 보상 방정식은 다항 방정식일 수 있다. 보상 방정식은 일차 방정식일 수 있다. 데이터베이스는 제1의 서브셋의 계수들과 제2의 서브셋의 계수들을 포함할 수 있는데, 여기서 제1의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도에서의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도에 상응하고 제2의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도에서의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 높은 호흡 변수 빈도에 상응한다. 소정의 호흡 변시 분도는 30 bpm일 수 있다.

[0027] 또 다른 변형예에서, 환자의 호흡 중 가스 농도를 분석하기 위한 장치는 장치 중 가스 농도를 측정하는 가스 분석기, 환자의 호흡을 접수하는 입구, 환자의 호흡의 호흡 변수 빈도를 결정하는 호흡 속도 분석기, 복수개의 호흡 변수 빈도에 대응하는 본수개의 계수들을 포함하는 데이터베이스, 및 실행시 장치의 입구에서 환자의 호흡의 가스 농도를 결정하는 방법을 수행하는 실행가능한 명령을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 매체를 함유하는 프로세서를 포함하며, 역서 상기 방법은 환자의 호흡 변수 빈도에 기초하여 복수개의 계수들을 얻기 위해 데이터베이스에 억세스하는 단계, 상기 복수개의 계수들을 이용하여 보상 방정식을 유도하는 단계, 및 측정된 가스 농도를 보상 방정식에 대입함으로써 입구 가스 농도를 결정하는 단계를 포함하여 이루어지는 것이다. 보상 방정식은 다항 방정식일 수 있다. 다항 방정식은 일차 방정식일 수 있다. 데이터베이스는 제1의 서브셋의 계수들과 제2의 서브셋의 계수들을 포함할 수 있으며, 여기서 제1의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도에서의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도에 상응하고 제2의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도에서의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 높은 호흡 변수 빈도에 상응한다. 소정의 호흡 변시 분도는 30 bpm일 수 있다.

[0028] 또 다른 변형예에서, 환자의 호흡으로부터 가스를 수집하기 위한 장치는 샘플 용적, 샘플링 유속을 포함하는 유동 발생기(여기서 유동 발생기는 환자의 호흡이 결정된 호흡 변수 빈도를 가질 때, 샘플 용적을 전적으로 또는 거의 전적으로 환자의 호흡의 호기말 부분으로 채울 수 있다), 및 만일 환자의 호흡 변수 빈도가 소정의 호흡 변수 빈도를 초과할 경우 환자로부터 수집된 가스를 폐기하도록 설정된 프로세서를 포함한다. 유동 발생기는 펌프일 수 있다. 환자의 호흡의 호기말 기간은 환자의 호흡 기간의 사분의 일과 같은 일부인 것으로 추정될 수 있으며 여기서 호흡 기간은 환자의 호흡의 하나의 흡기 및 호기 사이클을 포함하는 것이다.

[0029] 또 다른 변형예에서, 환자의 호흡의 샘플의 가스 농도를 분석하기 위한 장치는 환자의 호흡을 접수하는 입구가 구비된 샘플 구획, 환자의 호흡의 일부의 속도를 결정하는 호흡 속도 분석기, 샘플 구획 중의 가사의 가스 농도를 결정하는 가스 분석기, 및 환자의 호흡의 일부의 속도에 기초하여 보정된 가스 농도를 결정하는 알고리듬을 포함하는 프로세스 (여기서 상기 보정된 가스 농도는 환자의 협조 여부와 관계없이 결정된다)를 포함할 수 있다.

[0030] 또 다른 변형예에서, 환자의 호흡의 샘플의 가스 농도를 분석하기 으위한 장치는 환자의 호흡을 접수하는 입구, 환자의 호흡의 일부의 속도를 결정하는 호흡 속도 분석기, 샘플 구획 내의 가스의 가스 농도를 결정하는 가스 분석기, 및 환자의 호흡의 일부의 속도에 기초해서 샘플 구획 내의 호흡 샘플의 비균질성 정도를 결정하는 알고리듬을 포함하는 프로세서를 포함할 수 있으며, 여기서 상기 알고리듬은 비균질성 정도에 기초해서 보정된 가스 농도를 결정하고, 상기 보정된 가스 농도는 환자의 협조 여부와 무관하게 결정되는 것이다.

[0031] 또 다른 변형예에서, 환자의 호흡의 샘플의 가스 농도를 측정하기 위한 장치는 호흡 변수 빈도 측정 센서, 규정된 최대 호흡 변수 빈도를 포함하는 알고리듬, 환자의 호흡을 접수하는 입구 및 용적을 갖는 샘플 구획, 샘플 구획 내의 가스의 가스 농도를 결정하는 가스 분석기, 및 환자로부터 얻은 샘플을 소망되는 속도로 샘플 구획 내로 전달하는 샘플링 유속 제어 유닛을 포함할 수 있으며, 여기서 상기 샘플 구획 용적과 소망되는 유속은 규정된 최대 호흡 변수 빈도에 기초하여 결정된다.

[0032] 도 1은 호흡으로부터 채취된 가스에 행해진 이산화탄소 측정에 기초한 전형적인 호흡 파형을 그래프로 나타낸 도면이다.
[0033] 도 2는 근위부 기도(proximal airway)에서 행해진 기도압 측정에 기초한 전형적인 호흡 파형을 그래프로 나타낸 도면이다.
[0034] 도 3A-3C는 호흡 CO가 호흡상(phase of breath)에 따라 그리고 호기말이산화탄소분압측정법 또는 호흡의 호기말 기간의 동정을 위한 기도압을 이용하는 한가지 변형예에 따라 어떻게 변하는지를 그래프로 나타낸 도면이다. 도 3A는 호흡 사이클의 여러가지 상이한 상에 있어서 호흡 중 CO 레벨을 설명한 도면이다. 도 3B는 호기말 기간을 동정하기 위한 역치값 및 호흡 사이클의 상이한 상들에 따른 호흡 중의 CO₂ 레벨을 설명한 도면이다. 도 3C는 호기말 기간을 동정하기 위한 역치값 및 호흡 사이클의 상이한 상들에 따른 근위부 기도 호흡 압력을 설명한 도면이다.
[0035] 도 4A는 호흡 사이클의 상이한 상들에 대한 호기말이산화탄소분압측정법 시그널 및 호흡의 상이한 부분들의 동정을 위한 시그널 미분의 일 변형예를 도시한 도면이다. 도 4B는 호흡 사이클의 상이한 상들에 대한 기도압 시그널 및 호흡의 상이한 부분들의 동정을 위한 시그널 미분의 일 변형예를 도시한 도면이다.
[0036] 도 5A는 호흡 포집 시스템의 일 변형예를 개괄적으로 나타낸 도면이다. 도 5B는 호흡 포집 시스템의 또 다른 변형예를 개괄적으로 나타낸 도면이다.
[0037] 도 6은 호흡 샘플을 동정 및 수집하기 위해 호기말이산화탄소분압측정법을 이용하는 것과 연관된 상이동을 설명한 그래프들을 모은 도면이다.
[0038] 도 7은 호흡 샘플을 동정 및 수집하기 위해 기도압 모니터링을 이용하는 것과 연관된 상이동을 설명한 그래프들을 모은 도면이다.
[0039] 도 8-9G는 고정된 샘플링 시간 및 고정된 샘플링 수집 튜브 용적을 이용하여 고정된 샘플링 유속을 이용할 경우, 채취된 가스의 이질성에서 호흡률 관련 다양성을 보정하기 위한 호흡률 보정 인자를 이용하는 호흡 분석 기기의 일 변형예를 설명한 도면이다. 도 8은 일련의 호흡들에 대한 호기말이산화탄소분압측정법 시그널의 그래프이다. 도 9A는 명목 호흡률(nominal breath rate)의 대표적인 호흡 호기말이산화탄소분압측정법 파형 그래프이다. 도 9B는 비교적 빠른 호흡률의 대표적인 호흡 호기말이산화탄소분압측정법 파형 그래프이다. 도 9C는 도 9A에 도시된 호흡으로부터의 호기말 가스 샘플을 포집하기 위한 도 5A 또는 5B의 시스템을 설명한 도면이다. 도 9D는 도 9B에 도시된 호흡으로부터의 호기말 가스 샘플을 포집하기 위한 도 5A 또는 5B의 시스템을 설명한 도면이다. 도 9E는 공지의 CO 가스 입력값과 호흡 시뮬레이터를 이용하여, 포집된 가스 샘플의 비균질성을 보상하기 위한 호흡률 보정 인자의 사용을 나타내는 도면으로서, 보정 인자는 적용되거나 보정되지 않는다. 도 9F는 샘플 튜브 측면의 밸브 V1에 호기말 샘플이 위치되는 도 9D에도시된 시스템의 대체적인 설정례를 설명한 도면이다. 도 9G는 비교적 느린 호흡률로부터 호흡을 포집하는 도 9C 및 9D의 시스템을 설명한 도면이다.
[0040] 도 10A-10B는 호기말 가스의 표적화 용적을 포집한 다음 가스 분석을 실시하는 변형된 복수 호흡 샘플링 방법의 일 변형예를 설명한 도면이다. 도 10A는 복수 호흡 샘플링 기술을 개괄적으로 설명하는 플로우 다이아그램이다. 도 10B는 일련의 호흡률에 있어서 예시적인 샘플 용적을 충전하는데 필요할 수 있는 호흡의 수를 그래프로 나타낸 것이다.
[0041] 도 11A-11F는 호기말 가스의 표적화 용적을 포집한 다음 가스 분석을 실시하는 호흡률-변형된 복수 호흡 샘플링 기술의 일 변형예를 설명한 도면이다. 도 11A는 예시적인 호흡률 변형된 복수 호흡 샘플링 프로토콜의, 호기말이산화탄소분압측정법 시그널 및 샘플 포집 밸브 위치를 설명한 그래프 도면이다. 도 11B-11F는 예시적인 호기말 가스 포집을 위한 도 5A 또는 5B에 설명된 공압 시스템을 설명한 도면이다. 도 11B는 포집되는 첫 번째 호흡으로부터의 호기말 가스에 대한 도 5A 또는 5B의 공압식 가스 포집 시스템을 설명한 도면이다. 도 11C는 포집을 위해 대기중인 두 번째 호흡에 대한 도 5A 또는 5B의 공압식 가스 포집 시스템을 설명한 도면이다. 도 11D는 포집되는 두 번째 호흡으로부터의 호기말 가스에 대한 도 5A 또는 5B의 공압식 가스 포집 시스템을 설명한 도면이다. 도 11E는 포집을 위해 대기중인 세 번째 호흡에 대한 도 5A 또는 5B의 공압식 가스 포집 시스템을 설명한 도면이다. 도 11F는 포집되는 세 번째 호흡으로부터의 호기말 가스에 대한 도 5A 또는 5B의 공압식 가스 포집 시스템을 설명한 도면이다.
[0042] 도 12A-B는 호기말 가스의 표적 용적을 포집한 다음 가스 분석을 하기 위한 변형된 가변성 샘플링 유속 방법의 일 변형예를 설명한 도면이다. 도 12A는 호흡률-변형된 가변성 샘플링 유속 기술의 구동 순서를 나타낸 개략적인 플로우 다이아그램이다. 도 12B는 예시적인 한 가지 샘플 용적에 있어서 샘플링 유속 대 대응하는 호기말 기간을 나타낸 그래프이다.
[0043] 도 13A-13F는 후속 분석을 위한 호기말 가스의 표적 용적을 포집하기 위한 호흡률-변형된 가변성 샘플링 유속 기술의 일 변형예를 설명한 도면이다. 도 13A는 비교적 빠른 호흡률에 있어서 호흡 호기말이산화탄소분압측정법 시그널을 설명한 그래프이다. 도 13B는 비교적 느린 호흡률에 있어서 호흡 호기말이산화탄소분압측정법 시그널을 설명한 그래프이다. 도 13C는 비교적 빠른 샘플링 유속으로 조정된, 예시적인 호기말 가스 포집에 있어서 도 13A에 도시된 호흡에 대한 가스 수집 시스템의 공압 다이아그램을 설명한 도면이다. 도 13D는 비교적 느린 샘플링 유속으로 조정된, 도 13B에 도시된 호흡에 대한 가스 수집 시스템의 공압 다이아그램을 설명한 도면이다. 도 13E는 선행 호흡들의 평균 호기말 기간을 결정하기 위한 호기말이산화탄소분압측정법 시그널의 이용 및 단일의 후속 호흡으로부터 호기말 가스의 표적 용적을 수집하기 위한 샘플링 유속의 각각의 조정을 설명한 도면이다. 도 13F는 전-호기말 기간의 측정으로부터 프로젝트된 호기말 기간을 결정하기 위한 기도압 시그널의 이용 및 그 호흡으로부터의 호기말 가스의 표적 용적으르 수집하기 위한 샘플링 유속의 각각의 조정을 설명한 도면이다.
[0044] 도 14A 및 14B는 호기말 가스의 이질성을 조정하기 위한 보정 인자 방정식의 유도 및 이용을 설명한 도면이다. 도 14A는 호흡률의 함수로서 ETCO ppm을 설명한 그래프이다. 도 14B는 몇 가지 설명적인 호흡률 보정 인자 방정식을 표에 제공한 도면이다.
[0045] 도 15A는 측정된 ETCO를 주어진 호흡률에서 보정된 ETCO로 변환하기 위한 순람표를 만드는 방법을 설명한 도면이다. 도 15B는 ETCO 정확도 그래프이다. 도 15C는 호흡률에 대한 기울기와 절편을 비교한 그래프이다. 도 15D는 호흡률에 대한 기울기와 절편을 비교한 그래프이다. 도 15E에는 순람표와 몇 가지 예시적인 보상 방정식이 제공되어 있다.
[0046] 도 16A는 상한값의 호흡률 및 소정의 샘플링 용적에 연관짓기 위한 유동 발생기의 가스 샘플링 속도를 결정하는 방법을 설명한 도면이다. 도 16B는 상한값의 호흡률에서 환자의 호흡을 이끌어내는 도 5A 또는 5B의 공압식 가스 포집 시스템을 설명한 도면이다. 도 16C는 호흡률 상한값 미만의 호흡률에서 환자의 호흡을 이끌어내는 도 5A 또는 5B의 공압식 가스 포집 시스템을 설명한 도면이다.

상세한 설명

[0047] 내쉰 호흡을 포집 및 분석하기 위한 기기 및 방법을 이하에 설명한다. 몇몇 변형예에서, 한가지 이상의 호흡 변수들을 측정하여 호흡의 상이한 구성 부분들과 그에 대응하는 기간을 측정하고, 동정된 기간을 이용하여 샘플링 튜브 중 내쉰 호흡의 일부를 포집하기 위해 공압 시스템을 이용한다. 몇몇 변형예에서, 1 이상의 밸브 및/또는 유동 제어 메카니즘 - 예컨대 진공 펌프 - 를 이용하여 샘플링 튜브로 유도되는 가스의 유속을 제어한다. 몇몇 변형예에서는, 환자의 생리적 상태를 동정하기 위해 호흡의 포집된 부분을 분석한다.

[0048] 호흡의 일부는 호기말 부분, 개시 부분(beginning portion), 중간 부분, 및 내쉰 호흡의 말기 부분을 포함할 수 있다. 측정된 호흡 변수들에는 이산화탄소, 산소, 기도압, 기도 온도, 호흡 유속 및 호흡 압력 중 한 가지 이상이 포함될 수 있다. 호흡의 일부의 기간을 동정하는 것은 그 기간의 출발과 종말을 대략 동정하는 것을 포함할 수 있다.

[0049] 복수의 호흡 호기말 샘플 수집 알고리듬의 몇 가지 변형예에서, 수집된 샘플의 수는 고정된 샘플 수집 용적을 호흡(들)의 완전한 호기말 부분으로 충전시키기 위해, 호흡률에 따라 변한다. 다양한 샘플링 진공률(vaccume rate) 알고리듬의 몇몇 변형예에서, 진공률은 소집된 샘플이 호흡의 전체 호기말 섹션이 되도록호흡률에 기초하여 조절된다.

[0050] 내쉬어진 가스의 조성은 호기 기간의 상이한 단계들에 따라 변할 수 있다. 예를 들어, 호기말 부근에서 채취된 가스는 혈류로부터 폐포내로 가장 최근에 확산된 가스를 대표하는 것일 수 있다. 하기 설명된 도 1에 도시된 예에서, 호기 기간은 2개의 부분, 즉: 전-호기말(pre-end-tidal) 부분과 호기말(end-tidal) 부분으로 나뉜다. 전-호기말 부분 동안, 유도 기도와 폐의 원위부로부터 나온 가스는 내쉬어지고, 호기말 부분 동안, 폐포 용적내로 새로 확산된 가스가 내쉬어진다. 진단용 가스 샘플, 예컨대 고빌리루빈혈증 또는 용혈과 같이 혈류 중의 생리적 상태를 진단하려는 경우에는 호기말 부분으로부터 취해진 것이 가장 좋을 수 있다. 설명을 위해, 호기말 CO 측정을 위해 호기말 가스를 채취하기 위한 다양한 예시적인 변형예들을 이하에 설명하지만, 다른 진단 목적의 경우에도 이와 동일한 원리가 적용된다.

도 1은 환자의 기도 예컨대 환자의 코로부터 취해진 호흡에서 측정된 이산화탄소(CO₂) 시그널을 시간에 대한 함수로 나타낸 전형적인 호흡 패턴 100을 그래프로 나타낸 도면으로서, 시간은 수평축에, CO₂ 레벨은 수직축에 표시되어 있다. 흡기상(inspiratory phase) 동안에는, 주변 공기가 코를 막음에 따라, 측정된 CO₂가 실제로 제로로 강하한다. 환자의 호흡 패턴, 환자의 연령, 환자가 어떻게 호흡하는지 그리고 혹시 모를 다른 급성 또는 만성 의학적 병태의 유무에 따라 다양한 유형의 CO₂ 곡선이 존재할 수 있다. 어떤 곡선들은 다음과 같은 호기상의 일부분들을 나타낼 수 있을 것이다: (1) 단순히 가스가 CO₂가 없는 근위부 기도로부터의 가스인 이유로 해서, CO₂가 낮거나 없는 개시 부분, (2) CO₂가 제로로부터 폐의 원위 세그먼트에서의 CO₂ 레벨까지 급속히 증가하는 중간 부분, (3) 그 내쉰 호흡에 있어 폐포로부터 나온 CO₂를 나타내는, 편평(plateauing)하거나 또는 고르게 유지되는( levelling off) CO를 나타내는 말기부, 그리고 (4) 바로 호기말에서 일정한 피크 레벨을 잠재적으로 나타내는 부분이 그것이다. 그러나, 이 고전적인 곡선과는 다른 곡선들이 얼마든지 더 있을 수 있다. 피크 CO2 레벨은 호기말 기간 동안 4-6%이고 호기 기간 동안에는 제로에 근접하거나 제로일 수 있다.

[0052] 몇몇 변형예에서, 내쉰 호흡 중의 CO₂ 레벨을 이용하여 호흡 기간을 측정한다. 또 다른 변형예에서, 호흡 기간은 그 기간의 개시와 종결에 의해 특징지을 수 있다. 몇몇 변형예에서, CO₂ 레벨은 호흡 기간의 출발 또는 종결을 결정하는데 이용된다. 다른 변형예에서는 CO₂ 레벨의 1차 도함수(first time derivative)를 이용하여 호흡 기간의 출발 또는 종결을 결정한다. 또 다른 변형예에서는 CO₂ 레벨의 2차 도함수(second time derivative)를 이용하여 호흡 기간의 출발 또는 종결을 결정한다. 몇몇 변형예에서, CO₂ 레벨과 CO₂ 레벨 도함수의 조합을 이용하여 호흡의 개시와 종결을 결정할 수 있다. 몇몇 변형예에서, 호기말 기간의 출발은 CO₂ 레벨의 1차 도함수의 급격한 감소와 같이, 내쉰 호흡의 CO₂ 레벨의 1차 도함수의 변화에 의해 구할 수 있을 것이다. 몇몇 변형예에서, CO₂ 레벨의 1차 도함수의 감소는 10% 감소보다 크다. 몇몇 변형예에서, CO₂ 레벨의 1차 도함수의 감소는 25% 감소보다 크다. 몇몇 변형예에서, 도함수는 제로에 근접하거나 제로가 될 수 있는데 이는 각각 매우 작은 변화율 또는 피크 유지(plateau)를 나타내는 것이다. 다른 변형예에서, 호기말 기간의 출발은 CO₂ 레벨의 큰 2차 도함수에 의해 결정될 수 있다. 몇몇 변형예에서, 호기말 기간의 종결은 최대 CO₂ 레벨에 의해 결정될 수 있는데, 이는 도함수가 음의 값이 됨에 따라 CO₂ 레벨의 1차 도함수의 사인(sign)의 변화로 감지되거나 확인될 수 있다 (CO₂ 레벨이 피크 값으로부터 강하되는 것과 조합하여). 또 다른 변형예에서, 출발 기간의 개시는 CO₂ 레벨의 1차 도함수의 급격한 증가에 의해 결정될 수 있다. 다른 변형예에서, 출발 기간의 개시는 CO₂ 레벨이 제로 CO₂ 레벨로부터 증가하는 것에 의해 결정될 수 있다. 몇몇 변형예에서, CO₂ 레벨의 증가는 제로가 아닌 것, 예컨대 베이스라인으로부터 제로에 가까운 것일 수 있다. 몇몇 변형예에서, 중간 기간의 종결은 CO₂ 레벨의 1차 도함수의 급격한 감소와 같은, 내쉰 호흡의 CO₂ 레벨의 1차 도함수의 변화에 의해 결정될 수 있다. 몇몇 변형예에서, CO₂ 레벨, 그의 1차 도함수, 그의 1차 도함수, 그의 2차 도함수, 또는 이들의 조합을 이용하여 하나 이상의 기간들의 개시와 종결을 결정할 수 있다.

[0053] 도 2는 측정된 기도압으로부터의 전형적인 호흡 시그널 200을 그래프로 나타낸 도면으로서, 흡기상 동안의 음압과 호기상 동안의 양압을 보여준다. 호흡 휴지기 동안, 피크 호기압은 호기상 중간 및 호기말 기간의 개시부에 상응할 수 있다. 도 1 및 도 2에서, TI, TE, TPET, TET, TPE은 각각 흡기 기간(inspiratory time), 호기 기간(expiratory time), 전-호기말 기간(pre-end-tidal time), 호기말 기간(end-tidal time), 및 후호기말 기간(post expiratory time)을 나타낸다. 흡기 동안 폐근육의 움직임이 호기 기간이 개시되기 전까지 멈추게 되는 흡기후 휴지기(inspiratory pause)도 존재할 수 있다 (나타내지 않음). 비강내로 유입될 때 측정시, 피크 흡기 압력은 호흡 휴지기 동안 -1 내지 -4 cwp, 보다 심호흡 동안에는 최대 -15 cwp일 수 있으며 피크 호기 압력은 호흡 휴지기 동안 +0.5 내지 +2.0 cwp, 보다 심호흡 기간 동안에는 최대 +10 cwp일 수 있다. 통상의 기술자라면 본 명세서에서 설명된 cwps는 예시적인 것일 뿐 본 명세서의 개시 범위를 벗어난 다른 cwps도 존재할 수 있음을 잘 이해할 것이다.

[0054] 몇몇 변형예에서, 기도압을 이용하여 호흡 기간의 개시 또는 종결을 결정한다. 다른 변형예에서, 기도압의 1차 도함수를 이용하여 호흡 기간의 개시 또는 종결을 결정한다. 또 다른 변형예에서, 기도압의 2차 도함수를 이용하여 호흡 기간의 개시 또는 종결을 결정한다. 몇몇 변형예에서, 기도압과 기도압 도함수를 조합함으로써 호흡 기간의 개시 또는 종결을 결정한다. 몇몇 변형예에서, 호기말 기간의 개시는 최대 기도압, 즉 기도압의 제로 1차 도함수에 의해 결정한다. 몇몇 변형예에서, 호기말 기간의 종결은 제로 기도압에 의해 결정할 수 있다. 몇몇 변형예에서, 기도압, 그의 1차 도함수, 그의 2차 도함수 또는 이들의 조합을 이용하여 하나 이상의 기간의 개시와 종결을 결정할 수 있다.

[0055] 몇몇 변형예에서, 호흡 센서는 호흡 패턴에 특징적인 지속적으로 업데이트되는 값들을 결정함으로써, 호흡 패턴의 트렌드와 환자의 호흡을 경시적으로 모니터링한다. 예를 들어, 각 호흡에 대해 호흡 시그널의 양의 피크값을 측정하여 업데이트할 수 있다. 피크값을 이전의 피크값들과 비교할 수 있다. 피크값들은 이전의 복수 횟수의 호흡으로부터 평균낼 수 있다. 마찬가지로, 호흡의 시간 관련 측면은 흡기 기간과 같이 트렌드될 수 있다. 정상 호흡이 아닌 다양한 호흡-관련 이벤트들을 동정하고 이들 비정상적인 호흡 이벤트들이 결정 단계에서 소홀히 포함되지 않도록 해주는 제외 알고리듬이 존재할 수 있다. 예를 들어, 재채기, 기침, 중첩 호흡, 또는 완전하지 않은 호흡의 특징적인 파형들을 미리 규정하거나 특정 환자에 대해 모니터링하여, 호흡 센서에 의해 감지될 경우, 적절한 결정 알고리듬으로부터 배제시킬 수 있다.

[0056] 도 3A-3C는 조성 분석에 바람직한 샘플의 포집을 위한 호흡 사이클 부분을 동정하기 위해 호흡 시그널을 이용하는 일 변형예를 보다 자세히 설명한 것이다. 도시된 예에서는, 호기말 CO의 측정을 위해 호기상의 호기말 부분을 동정하는데 호기말이산화탄소분압측정법 시그널 또는 기도압 시그널이 사용된다. 도 3A에서는, 호흡 CO 레벨 300이 설명되는데, CO가 어떻게 호흡 사이클에 따라 변하는지를 보여주고 있다. 여기서 피크 CO 값을 호기말 기간에 상응한다. 피크 CO 값 310은 목적하는 값인데, 이는 이것이 혈액내 CO 레벨과 가장 밀접하게 연관되기 때문이다. 도 3B의 호기말이산화탄소분압측정법의 예인 330에서, 호기말 기간의 출발과 종결을 결정하기 위해 시간 및 진폭 역치값이 수립된다. YA 및 YB는 각각 기울기 전이점과 피크 레벨에서의 CO₂ 진폭(amplitudes)을 나타내며, 각각 출발 및 종결 호기말 CO₂ 진폭을 나타낸다. XA 및 XB는 베이스라인 CO2 레벨로부터의 증가에 의해 규정되는 호기 기간의 개시점인 t1'으로부터 측정된, 전-호기말 기간과 호기 기간을 각각 나타낸다. 역치 Y1, Y2, X1 및 X2는 YA, YB, XA 및 XB의 다른 프로토콜, 예를 들어 무시된 예외사항과 함께 이동 평균의 백분율, 또는 패턴 인식의 트렌딩(trending), 평균화(averaging)으로부터 수립되어 각각 기초할 수 있다. 도 3C의 기도압 예시 360에서, YC는 포기말 기간의 출발에 해당하는, 피크 진폭을 나타내고, XA 및 XB는 전-호기말 기간과 호기 기간을 나타낸다. 역치 X1, X2 및 Y1는 트렌딩, 평균화, 패턴 인식 또는 다른 프로토콜 XA, XB 및 YC로부터 각각 수립되고 이에 기초하며 역치 Y2는 제로 압력에 기초하여 수립된다. 예를 들어, 호기말 가스 샘플 수집은 적절한 상 이동과 함께 코 압력이 피크값 또는 Y1에 도달하거나, 또는 트렌딩에 기초하여 호기상의 중간점, XB/2이 제로에 도달할 때 개시되어, 코 압력이 음의 값 또는 제로가 되거나 또는 Y2에 도달하거나, 또는 XB의 시간 지연 후 또는 이전에 측정된 호기 기간에 기초한 시간 지연 후에 종결될 수 있다. 호흡 기류의 측정 또는 근위부 호흡 온도의 측정은 기도압에 관하여 매우 유사한 정보를 제공해주며, 이들 시그널들은 앞서 설명된 방식으로 호흡 곡선의 상이한 부분들과 호기말 기간을 결정하는데 이용될 수도 있다. 이에 더해 음파, 초음파, 진동 및 체적변동기록법과 같이 호흡 패턴을 알아내기 위해 다른 호흡 측정법을 수행할 수 있다.

[0057] 도 3B 및 3C에 설명된 역치 기술은 비교적 일정하고 규칙적이다. 그러나, 일정치않거나 불규칙적인 호흡 상황에서는, 호기말이산화탄소분압측정법 및 기도압이 호기말 기간의 개시와 종결을 신뢰할 수 있게끔 구별하지 못할 수 있다. 예를 들어 호기말이산화탄소분압측정법은 전-호기말 기간과 호기말 기간 사이의 전이부(transition)를 신뢰할 수 있을 정도로 정확히 동정하는데 어려움이 있는데, 이는 이 전이부가 여러가지 호흡 패턴들마다 서로 달라보일 수 있기 때문이다. 예컨대, 호기상 동안의 CO₂ 기울기 증가는 도 3B에서 첫 번째 기울기로부터 두 번재 기울기까지 전이부 없이 일정할 수 있다. 또는 호기상 동안 2개 보다 많은 수의 CO₂ 기울기가 존재함으로 해서, 어떤 기울기 전이부가 호기상의 개시에 해당하는지 결정하는 것을 잠재적으로 모호하게 할 수 있다. 전술한 것들은 어디까지나 호기말 기간의 개시와 다른 이슈들을 동정하는데 있어서의 잠재적인 어려움을 예시적으로 나타낸데 불과하다. 적절한 알고리듬을 이용한 근위부 기도압 시그널은 주어진 호흡에 있어서 피크 호기압이 하나 보다 많을 가능성이 희박하다는 점에 비추어 볼 때, 호기말이산화탄소분압측정법에 비해 더 높은 신뢰도를 가질 수 있으므로, 이 마커가 보다 신뢰성 높은 마커이다. 마찬가지로, 적절한 제로잉(zeroing) 알고리듬을 이용, 양압으로부터 제로압으로의 전이가 호기말 부분의 말기에 신뢰성있게 연관될 수 있다. 따라서, 근위부 기도압 센싱을 이용함으로써 신뢰성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 비용도 실제로 저감시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 기도압은 그의 신뢰도가 여전히 제한적일 수 있다.

[0058] 도 4A 및 4B는 호기말 기간을 비롯, 호흡 패턴의 여러가지 부분들을 동정하고 호흡 패턴을 측정하기 위해 근위부 기도압과 호기말이산화탄소분압측정법을 이용하는 또 다른 변형예이다. 도 4A는 내쉰 이산화탄소 및 내쉰 이산화탄소의 변화율(1차 도함수)를 나타낸 그래프 400이다. (CO₂는 라인 410에, 그리고 CO₂의 도함수는 라인 420으로 표시된다). 도 4A에서 호흡 CO₂가 측정되어 측정치가 실시간으로 즉각적으로 미분된다. 기울기의 즉시 변화를 관찰하여 적절한 역치값(본 명세서에 설명된 것과 같은 역치값)과 비교함으로써, 호기말 기간의 출발을 신뢰성있게 동정할 수 있다. 또한, 양의 미분값으로부터 음의 미분값으로의 급격한 변화를 관찰함으로써, 호기말 기간의 종결을 신뢰성있게 동정할 수 있다. 호기말 기간을 구별하는 것에 더해, 호흡상의 다른 부분들을 이 기술로 동정할 수 있다. 다른 변형예에서, 측정된 시그널의 2차 도함수를 이용하여 호흡 패턴의 정확한 부분의 동정충실도(fidelity) 또는 신뢰도(reliability)를 더욱 개선시킬 수 있다.

[0059] 도 4B는 측정된 실시간으로 미분된 근위부 기도압을 이용하는 또 다른 변형예이다. 도 4B는 근위부 기도압 및 근위부 기도압의 변화율 (1차 도함수)를 나타내는 그래프 450이다. (기도압은 라인 460에 의해, 기도압의 도함수는 라인 470에 의해 표시됨). 양의 값 이후 첫 번째 dPA/dt의 제로값 472는 호기말 기간의 개시에 상응하는 시간 t2에서의 피크 기도압을 가리킨다. 음의 값 이후 두 번째 dPA/dt의 제로값 474는 호기의 호기말 기간의 종결에 상응하는 시간 t3에서의 제로 기도압을 가리킨다. 이와 같이 호기말이산화탄소분압측정법 또는 기도압 시그널을 조작하는 것에 더해, 다른 호흡 변수들도 마찬가지로 조작할 수 있다.이러한 다른 변수의 예로는 호흡 가스 온도, 습도, 기류, 음파 등을 들 수 있다. 비록 호기말 CO 가스 분석에 관해 여러 변형예를 들어 설명하였지만, 본 발명의 시스템과 방법을 호흡 사이클의 다른 부분으로부터의 다른 가스를 채취 및 분석하는데도 적용할 수 있음을 이해하여야 한다.

[0060] 몇몇 호흡 분석 적용례의 경우, 가스 조성 분석기는 정확한 분석값 제공을 위해 최소량의 가스 용적을 필요로 한다. 분석용 가스 샘플을 수득하는 한 가지 기술은 가스를 환자로부터 이끌어내는 동안 일시적 저장 구획에 수집하는 것이다. 이 저장 구획은 가스 조성 분석기가 필요로 하는 용적에 알맞는 기지의 용적에 맞는 크기를 가지며, 편의상, 이 구획은 고정된 또는 일정한 용적을 가질 수 잇다. 구획이 목적하는 가스로 충전되면, 구획 내의 가스를 분석을 위해 조성 분석기에 보낼 수 있다. 저장 및 분석된 가스는 정확한 분석을 위해 내쉬어진 표적 부분으로부터 순수할 수 있다. 따라서, 이 시스템은 다양한 호흡 패턴 하에, 호흡의 정확한 부분으로부터의 가스 용적을 얻는 것을 가능케 하면서도, 분석기가 정확한 정보를 제공하는데 필요한 가스량을 수집할 수 있다.

[0061] 도 5A는 샘플링 삽관 501 및 가스 샘플 수집 및 분석 장치 502를 포함하는, 내쉬어진 호흡을 포집하기 위한 한 가지 장치의 변형예를 개괄적으로 나타낸 개요도이다. 가스는 예컨대 샘플링 삽관 501 및 유동 발생기 512를 이용하여 환자로부터 채취될 수 있다. 유동 발생기의 유속은 호흡유량(pneumotach)과 비슷하게 어레인지되는 유동 전환기, 예컨대 압력 센서 어레이, 526 및 528에 의해 측정될 수 있다. 측정된 유속은 유동 발생기 유속을 제어하는 폐색된 루프 피드백 컨트롤로서 이용될 수 있다. 호기말이산화탄소분압측정기 510 또는 압력 센서 526과 같은 호흡 센서를 이용하여 실시간으로 호흡 패턴을 측정할 수 있다. 호흡의 원하는 부분으로부터의 가스를 포집하여 저장 수집 구획 518에 분리시킨다. 저장 구획에 유입되는 가스는 예컨대 항상 개방된 공통 포트 c 및 가스를 수집하기 위한 제2의 개방 포트 a 또는 저장 구획을 분리하기 위한 포트 b이 구비된 적어도 1개의 밸브 V1에 의해 제어된다. 저장 구획을 분리하는데 V1과 함께 참여하기 위해 유동 발생기와 V1 사이에 밸브 V2가 존재할 수 있다. 분석을 위해 포집되지 않은 가스는 우회통로 520을 경유하여 저장 구획으로부터 벗어나게 된다. 포집된 가스는 가스 조성 분석기 514, 예컨대 CO 센서를 통해 저장 구획으로부터 이송된다. 마이크로프로세서 524가 구비된 제어 시스템 522는 관련 알고리듬으로 시스템을 제어한다. 유동 발생기는 진공 또는 압력 펌프, 예컨대 다이아프램 펌프일 수 있으며 또는 진공 소스, 양압 소스로부터의 벤츄리 또는 시린지 펌프와 같은 다른 유형의 유동 발생 기기일 수 있다. 가스 라우팅을 관리하는 밸브는 3웨이 2위치 밸브의 배치를 갖거나 또는 4웨이 3위치 밸브의 배치를 가질 수 있다. 호기말이산화탄소분압측정기 510은 만일 사용될 경우, 즉각적으로 적외선(IR)을 이용하여 호흡 패턴을 측정한다. 가스 조성 분석기는 반응 시간 또는 가스 크로마토그래퍼 또는 질량 분광광도계가 구비된 전기화학적 센서일 수 있다. 다른 변형예들은 이와 다른 분석기들을 이용할 수 있다. 샘플 저장 구획은 소구경 내경 튜브 또는 단면적 최소화를 위해 길이가 상당히 긴 도관(conduit)일 수 있는데 이에 의해 도관의 직경을 따라 일어나는 가스 분자의 상호반응을 감소시킬 수 있다. 샘플링 삽관은 내경이 .020-.080"인 이산화규소(silicone) 또는 PVC 튜브일 수 있다. 압력 센서 516은 526과 나란히 이용될 수 있는 부가적인 압력 센서로서 기도압 측정을 위해 이용되는 것에 더해, 유속 측정도 가능하다. 유속은 다양한 유속을 이용하는 몇몇 변형예에서 펌프 속도를 조정하는데 이용될 수 있다. 압력 센서 516은 호기말이산화탄소분압측정법 대신 압력에 의해 호흡 곡선이 측정되는 주변 정보에 이용될 수도 있다. 몇몇 변형예에서, 측각적인 일산화탄소 센서는 호기말이산화탄소분압측정기 또는 기도압 센서 대신 호흡 센서로서 이용될 수 있다. 다른 즉각적인 호흡 센서들도 이용가능하다.

[0062] 도 5B는 도 5A (하기 도 9C도 참조할 것)에 도시된 시스템의 공압식 구동 방식에 관한 부가적인 상세를 설명한다. 도 5A에 나타난 것과 유사한 특징에 관하여는 여기에서 그에 관한 논의를 반복하지 않는다. 우회 튜브 536은 환자나 주변으로부터 이끌어낸 가스가, 이들 가스들로부터 샘플 튜브가 격리되는 기간 동안 샘플 튜브 517을 우외하도록 해준다. 이 배치에서, 밸브 V1은 포트 a에서 폐쇄되고 밸브 V2는 포트 b에서 개방되어 기류가 b로부터 c를 통해 흐르도록 해준다. 유동 발생기를 이용하여 우회 타입을 통해 가스를 채취할 수 있다. 푸쉬 튜브 532를 이용하여 샘플 튜브 518 내의 호기말 샘플을 샘플 튜브로부터 센서 514로 밀어내고, 이 때 밸브 V1과 V3는 각각 포트 b에서 개방되고 V2는 포트 a에서 폐쇄된다. 밸브 V4는 내부 경로를 환자 가스로 오염되는 것이 원치않을 경우 또는 시스템을 정화하는 경우, 포트 b를 개방함으로써 환자 가스로부터 주변 가스로 소스 가스를 스위칭시킨다.

[0063] 몇몇 변형예에서, 상기 도 5A 및 5B에 도시된 공압 시스템은 제거가능한 샘플링 구획(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 예컨대, 샘플 튜브 518은 시스템으로부터 제거될 수 있다. 이러한 방식으로, 공압 시스템은 샘플 튜브를 원하는 가스로 채울 수 있고 샘플 튜브는 다른 위치에서 분석되거나 또는 후에 분석하기 위해 보존될 수 있다. 다른 변형예에서, 가스는 샘플 튜브로부터 제거가능한 샘플링 구획으로 라우팅될 수 있다. 이 변형예에서, 구획은 분석기에 의해 대체되거나 또는 제거 및/또는 대체될 수 있도록 달리 위치할 수 있다.

[0064] 도 6은 내쉰 호흡을 포집하기 위한 일 변형예의 기기에서 호흡 샘플을 동정 및 수집하기 위해 호기말이산화탄소분압측정법을 이용하는 것과 연관된 상 이동(phase shift)을 설명하는 수집 그래프 600을 나타낸 도면이다. 제일 위의 그래프 610은 실제 호흡상(흡기/호기)를 도시한다. 중간 그래프 630은 CO₂ 농도를 나타낸다. 제일 아래의 그래프 660은 밸브 위치를 나타낸다. 샘플링 삽관을 통해 가스가 개체로부터 호기말이산화탄소분압측정기로 이동하는데 걸린 이동 시간은 tα로 표시된다. 따라서, 호기말이산화탄소분압측정법 시그널은 호기의 진정한 개시로부터 약간 후에 호기의 개시를 보여준다. 가스가 호기말이산화탄소분압측정기로부터 나와서 샘플 수집 구획에 유입되기 시작하는 이동 시간은 tβ로 표시된다. 따라서 샘플 구획 분리 밸브 V1은 시간 t(1)에서 샘플 수집 시간 t(s)에 있어서, 포기말이산화탄소분압측정기에 의해 호기말 기간의 개시 검출 후 tβ의 위치로 개방된다.

[0065] 도 7은 내쉬어진 호흡을 포집하기 위한 기기의 일 변형예에서 호흡 샘플을 동정 및 수집하기 위해 기도압 모니터링을 이용하는 것과 연관된 상 전이를 설명하는 수집 그래프 700을 도시한 도면이다. 제일 위의 그래프 710은 실제 호흡상(흡기/호기)를 나타낸 도면이다. 중간 그래프 730은 기도압을 나타낸 것이다. 제일 아래의 그래퍼 750은 밸브 위치를 나타낸 도면이다. 실제 호흡과 압력 간의 상이동은 이동 거리를 음파 속도로 나눈 것과 거의 동등한 tφ 이며 이에 따라 비교적 즉각적이다. 가스가 개체의 기도를 벗어나 샘플 수집 구획에 유입하는데 걸린 이동 시간은 tδ로 표시된다. 따라서 밸브 V1은 시간 t(1')에서 샘플 수집 시간 t(s)에 있어서, 포기말이산화탄소분압측정기에 의해 호기말 기간의 개시 검출 후 tδ의 위치로 개방된다.

[0066] 다음 논의에서는 내쉬어진 호흡을 포집하기 위한 상기 도 5A 및 5B와 관련하여 설명된 기기를 참조한다. 본 발명의 개시 내용으로부터 벗어남이 없이 내쉬어진 호흡의 기간 및 호흡 포집 기간을 결정하는데 다른 기기를 사용할 수 있음을 이해하여야 한다.

[0067] 도 8-9G에 도시된, 호흡률-변조 도함수의 제1 변형예에서, 보상 인자(correction factor)를 가스 조성 분석 결과에 적용하여 포집된 가스 샘플의 비균질성을 보상한다. 설명된 구체예의 시스템은 호기말이산화탄소분압측정법을 이용하여 호기말 기간을 동정함으로써 호기말 CO 가스를 분석하고 고정된 가스 샘플링 시간 및 샘플링 유속을 이용한다. 도 8은 일련의 호흡에 있어 호기말이산화탄소분압측정법 시그널의 그래프 800이다. 호기말이산화탄소분압측정법 시그널은 샘플 채취 및 호기말 기간을 동정하는데 좋은 호흡을 동정하는데 이용되며, 가장 최신의 호흡은 그래프의 우측 말단에, 가장 오래된 호흡은 그래프의 좌측 말단에 표시된다. 호흡 1 내지 호흡 3을 모니터링하고 검증 기준(qualification criteria)에 맞는지 평가한 다음 검증 기준을 만족할 경우, 호흡 4의 호기말 부분을 분석을 위해 채취한다.

[0068] 도 9A는 호흡 번호 4'의 호기말 기간이 샘플 채취 기간 t(s1)에 매칭되는 도 8에 상응하는 명목 케이스(nominal case)의 그래프 900이다. 도 9C는 호흡 4의 호기말 기간이 샘플 수집 구획 용적 V(s1)를 완전히 충전하는, 도 9A에 도시된 명목 케이스에 설명된 가스를 포집하기 위한 공압 시스템의 배치도 930을 나타낸 도면이다. 도 9C에서, 호흡 5의 전-호기말은 샘플 구획 외부의 V2의 우측에서 볼 수 있다. 호흡 5의 흡기 부분은 샘플 구획의 외부인 V1의 좌측에서 볼 수 있다.

[0069] 도 9B의 그래프 910에서, 샘플 채취 기간 t(s1)은 호기말 기간보다 크다. 도 9D에 도시된 배치도 940은 도 9B의 그래프에 상응하며, 호흡 4로부터의 호기말 가스와 호흡 5로부터의 흡기 가스 양쪽을 모두 포함한다. 예를 들어, 만일 시스템이 1초의 샘플 수집 기간으로 1초의 호기말 기간에 맞춰 튜닝되고, 실제 호기말 기간이 1초이면, 샘플 가스는 호기상의 상이한 부분들에 대해 균질하며, 분석은 가장 정확할 수 있다 (도 9A 및 9C 참조). 그러나, 만일 개체의 호기말 기간이 짧아지거나 길어지면, 샘플 구획이 각각 호기말 가스의 일부를 잃거나 또는 비호기말 가스를 일부 포함할 수 있게 되는데, 이로 인해 분석이 불가피하게 부정확하게 되며, 이는 가스 이질성 호흡률 보상 인자를 적용함으로서 보정될 수 있다. 예컨대, 만일 호기말 기간이 0.5초이면, 샘플 구획은 전체 호기말 기간으로부터의 순수한 호기말 가스로 50% 충전되고 플러스 흡기 가스 50%로 충전될 수 있으며 이에 따라, 샘플 구획 중의 CO 농도가 희석된다. 흡기상으로부터의 가스 샘플의 CO가 알려진 경우, 예컨대 0.25ppm이고, 분석기의 측정 결과가 1.25ppm CO이며, 공지의 주변CO가 0.25ppm이면, 샘플은 50%의 0.0ppm CO, 및 0.5 ppm CO의 보정된 CO에 대해 50%의 1.0ppm CO를 포함한다. 이 경우 보정 인자는 .5이다. 도 9B에 도시된 예에서, 샘플 채취 기간 t(s1)은 호기말 기간보다 크다. 도 9B에 대응하는 도 9D에 도시된 포집된 가스 샘플은 호흡 4로부터의 호기말 가스와 다음 호흡으로부터의 흡기 가스 두 가지 모두를 포함한다.

[0070] 도 9E의 그래프에서 실선으로 표시된 60 bpm에서의 결과적인 CO 분석은 샘플 희석으로 인한 15% 오차를 나타내지만, 점선으로 표시된 호흡률에 종속적인 보정 인자를 적용한 경우 이 예에서 2% 정확도가 달성된다. 보정 인자는 기기의 구동 범위의 모든 호흡률에 적용되는 기울기와 절편을 갖는 일차 방정식일 수 있다.

[0071] 도 9E는 호흡 시뮬레이터와 공지의 CO 가스 농도 입력값 및 수학 보정식을 이용하여, 호기말 CO 분석기로부터 정확도 대 호흡률을 나타낸 그래프 950이다. 도 9E의 그래프 950에서 40 bpm에서의 실선은 수집된 샘플의 CO 분석의 결과적인 정확도를 설명한다. 이 예에서, 샘플 튜브 용적 및 가스 샘플 유속은 1:1의 I:E 비 ("흡기 : 호기")로 분당 30 호흡에 대응하는 500 밀리초의 호기말 기간 동안, 완전한 호기말 기간으로부터의 호기말 가스로 샘플 튜브를 완전히 채우도록 각각 사이즈 결정되어 세팅된다. 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 이 곡선은 30 bpm 미만의 호흡률에서는 매우 정확한데, 이는 30 bpm에서 샘플 튜브가 균질한 호기말 가스로 완전히 충전되고, 30 bpm 미만에서는 비록 전체 호기말 기간으로부터는 아니지만, 샘플 튜브가 역시 균질한 호기말 가스로 충전되기 때문이다. 그러나, 30 bpm을 상회할 경우, 샘플 튜브는 채취된 호흡의 전체 호기말 기간으로부터의 가스 플러스 호기말 기간 전후로부터의 가스를 포함하는데, 이는 이들 호흡률에서의 호기말 기간이 가스 샘플 채취 기간보다 짧음으로 해서, 희석에 의해, 곡선의 음의 기울기가 결과되기 때문이다. 보정된 곡선에서 알 수 있는 바와 같이, 호흡률이 30이 넘을 경우의 결과는 보정 인자로 정확히 조정된다. 10 내지 30 bpm에서의 정확도는 선형이 아닐 수 있는데 이는 10 bpm에서 샘플 튜브가 바로 호기말 가스를 함유하기 때문으로서, 이는 호기말 기간을 통한 평균보다 CO 농도가 약간 높을 수 있는 반면, 30 bpm에서는 샘플 튜브가 전체 호기말 기간으로부터의 가스를 함유하기 때문이다. 측정된 가스와 실제 가스 사이의 관계를 설명하는 일반적인 방정식은 x= My + B, 예컨대 x=0.0074y + 0.07이며, 여기서 x는 측정된 ETCO, M은 방정식의 기울기, y는 호흡률 보정된 ETCO, B는 방정식 y의 절편이다. 따라서 ETCO_(보정) = [ETCO _(측정) - 절편] / 기울기이다.

[0072] 도 9F는 도 9D 에 도시된 시스템의 대안적인 배치도 960을 도시한 도면으로 여기서 호기말 샘플은 샘플 튜브의 밸브 V1 측면에 놓인다. 이것은 호흡 4의 호기의 호기말 기간의 일부분이 흡기상 대신 샘플 중에 포집(도 9의 배치에 도시된 바와 같음)된 것을 제외하고 도 9D의 배치와 유사한 것이다. 도 9G는 호흡이 느린 호흡률로부터 포집되는 도 9C 및 9D의 시스템의 배치도 970을 도시한 도면이다. 도 9G의 배치에서, 몇몇 호기말 가스는 V2를 지난 영역에서 샘플 튜브에 포집되지 않는다.

[0073] 도 10A는 호기말 가스의 표적 용적 수집을 위해 복수회의 호흡을 채취하기 위한 방법 1000을 도시한 도면이다. 방법 1000은 임의로 시스템을 주변 공기로 플러싱하는 단계 1002부터 개시한다. 이것은 방법을 수행할 때마다 매번 필요한 것은 아니다. 방법 1000은 제1의 호기말 샘플 1004를 수집하는 것을 계속한다. 샘플링 튜브 상의 밸브는 호기말 기간의 시작과 연관된 적절한 시간에 개방된다. 도 10A에 묘사된 변형예는 밸브가 이산화탄소의 제1 도함수의 제2 유지기(plateau)와 연관되도록 개방되는 예를 설명하지만, 다른 변형예들에서는 이 개시에 설명된 바와 같이, 호기말 기간의 개시에서 달리 촉발시키는 것을 이용할 수도 있다. 샘플 채취 튜브 상의 밸브는 적절한 시간에 폐쇄되어 호기말 기간의 말기와 관련된다. 도 10A에 도시된 변형예는 밸브가 이산화탄소 농도의 제1 도함수의 제로와 관련되도록 폐쇄되지만, 다른 변형예들에서는 이 개시에 설명된 바와 같이, 호기말 기간의 말기에서 달리 촉발시키는 것을 이용할 수도 있다. 이 방법은 단계 1004에서 포집된 가스의 용적을 결정하는 단계 1006을 포함한다. 도 10A에 도시된 변형예는 펌프 속도 및 밸브 개방 시간에 기초한 용적을 가리키지만, 다른 메카니즘도 이와 동등하게 이용될 수 있다. 포집된 용적은 이어서 샘플 튜브 용적과 비교되어 샘플 튜브가 충전되었는지 여부를 결정한다. 충전되지 않았을 경우, 샘플 용적이 충전될 때까지 단계 1008에서 단계 1004와 비교 단계 1006을 반복한다. 그 후, 이 방법은 단계 1010에서, 수집된 용적을 CO 분석기로 이동시킨다. 몇몇 변형예에서, 수집된 용적은 다른 종류의 가스 분석기로 이동되거나 또는 실험실이나 기타 분석 설비로의 전달을 위해 제거가능한 저장 튜브로 이동된다.

[0074] 전술한 바와 같이, 여하한 호흡률 또는 호흡 패턴을 보상하는 한편으로, 원하는 샘플 용적과 가스 순도 역시도 얻기 위해, 복수회의 호흡을 채취할 수 있다. 호흡 수는 호흡 패턴과 구획 용적에 따라 달라질 것이다. 도 10B는 샘플 용적을 충전시키는데 필요한 호흡 수를 나타낸 그래프 1020이다. 예시적인 목적으로서, 샘플 구획은 2.5ml이고, 샘플 유속은 100ml/분이며, 호기말 가스가 분석되는 것으로 추정하면, 분당 30회 호흡의 호흡률에서 예컨대 3회의 호흡을 채취할 필요가 있다. 샘플 구획, 유속 등을 변화시키면 상이한 그래프가 얻어짐을 이해하여야 한다. 그래프 1020은 구획 튜브를 충전하는데 얼마나 많은 호흡이 필요할 것인가를 결정하는 알기 쉬운 참조도를 제공한다. 비록 도 10B의 변형예는 채취된 호흡을 전체수(whole number) (및 따라서 단계-함수 그래프)로서 설명하고 있지만, 다른 변형예들은 연속적인 그래프 라인을 이용할 수 있으며 그에 따라 샘플 용적 충전을 위해 부분적인 호흡 (하나 이상의 완전한 호흡에 더해)이 포집될 것임을 가리킨다. 이 정보를 이용하여 적절한 시간에 샘플 구획 밸브를 폐쇄할 수 있다.

[0075] 도 11A-11F는 설명 목적을 위해, 도 5A 또는 5B의 장치를 이용하는 도 10A-10B의 방법을 도시한 도면이다. 본 발명의 개시 내용을 벗어남이 없이, 특정한 호흡 부분을 포집하기 위해 장치를 어떠한 갯수로 사용해도 무방함을 이해하여야 한다.

[0076] 도 11A는 일련의 호흡들의 이산화탄소 레벨을 나타내는 그래프 1100을 도시한다. 최초의 3 호흡을 동정 및 평가한 후, 시스템은 호흡 1로 표지된 4번째 호흡으로부터 샘플을 수집하기 시작한다. 가장 일반적인 호흡 패턴에 따라, 적절한 후의 호기말 기간들을 채취하여 필요한 용적을 수집한다. 호흡은 필요한 샘플링 기준을 만족하도록 우선 검정될 수 있으며, 연속적인 복수회의 호흡 또는 비연속적인 복수회의 호흡들이 결과될 수 있다. 도 11A는 또한 샘플 튜브의 입구 상의 밸브 V1의 밸브 상태를 나타내는 그래프 1105도 도시하고 있다. 최초의 3 호흡 ("호흡 -3" 내지 "호흡 -1")이 거정되는 동안, 샘플 튜브로의 입구가 폐쇄된다 ("b 개방"). 시스템이 샘플 호흡 1을 결정할 때, 밸브 입구가 개방되어 ("a 개방") 샘플 튜브가 호흡 1의 호기말 기간을 수집할 수 있다. 도 11A에 도시된 바와 같이, 호기말 기간의 개시부터 입구 밸브의 개구시까지 상전이 (시간 절편)가 있다. 이것은 환자가 상술한 바와 같이 입구 밸브로 이동하는데 필요한 한정된 시간을 반영할 수 있다. 호기말 기간이 끝나면, 입구 밸브가 다시 폐쇄된다. 입구 밸브의 개폐는 2회의 추가 호흡 동안 반복된다.

[0077] 각 샘플 저장 후, 다음 샘플 저장 전에, 환자로부터 채취되는 가스를 저장 구획를 우회하도록 한다. 시스템의 이러한 설정은 도 11B 내지 11F에 도시되어 있다. 도 11B의 배치도 1110에서, 첫 번째 호흡의 호기말상으로부터의 가스는 샘플 튜브에 저장되기 시작한다. 도 11C의 배치도 1120에서, 첫 번째 호흡의 호기말상 후의 가스 (즉, 두 번째 호흡의 흡기상 및 전-호기말상)는 우회 튜브를 통해 지나간다. 도 11D의 배치도 1130에서 두 번째 호흡의 호기말 상으로부터의 가스는 구획에 저장되기 시작한다. 도 11E의 배치도 1140에서 두 번째 호흡의 호기말 상 후의 가스 (즉, 세번재 호흡의 흡기상 및 전-호기말상)은 우회 튜브를 통해 지나간다. 도 11F의 배치도 1150에서 세번재 호흡의 호기말상으로부터의 가스는 구획에 저장되기 시작하고, 그 후 구획은 복수의 호흡으로부터의 순수한 호기말 가스로 완전히 충전된다, 그 후, 샘플 수집이 종결되고, 저장 구획 중의 가스는 조성 분석을 위해 가스 분석기로 보내질 수 있다. 일 변형예에서 샘플 구획은 상상할 수 있는 가능한 최장 호기말 기간과 연관된 단일의 호기말 기간으로부터 이끌어진 가스 샘플에 맞는 크기의 용적을 가질 수 있다. 기타의 다른 모든 호흡률은 2 이상의 호흡으로부터의 샘플링 가스를 결과시킬 것이다. 또 다른 변형예에서, 몇몇 임상 용례에서, 실제 가스 조성에서 여하한 호흡-대-호흡 통기(breath-to-breath perturbations)의 효과를 약화시키기 위해, 일정 기간에 걸친 평균 리딩을 수집하기 위해, 시스템이 항상 적어도 몇 회의 호흡을 채취하거나 또는 적어도 30초 동안의 호흡을 채취하는 것이 요구될 수 있다.

[0078] 도 12A는 호기말 가스의 표적 용적 수집을 위해 가변적인 펌프 속도를 이용하여 호흡을 포집하는 방법 1200을 설명한 도면이다. 방법 1200은 필요에 따라 주변 공기로 시스템을 플러싱하는 단계 1202와 함께 개시될 수 있다. 이 단계는 이 방법이 수행될 때마다 수행될 필요는 없다. 방법 1200은 계속하여 종기-호기(end-expiratory) 기간 1204를 측정한다. 방법 1200의 변형예에서, 종기-호기 기간은 호기말이산화탄소분압측정법 시그널, 호기말이산화탄소분압측정법 시그널의 미분법, 또는 압력 시그널을 이용하여 측정될 수 있다. 다른 변형예에서, 호기-종기 기간은 본 명세서에 설명된 것과 같은 다른 방식으로 측정될 수 있다. 이어서 방법 1200은 단계 1204에서 측정된 종기-호기 기간에 기초하여 펌프 속도를 조정하는 단계 1206을 수행한다. 이어서 방법 1200은 호기말 샘플이 밸브에 도달할 때 밸브를 개방하는 단계 1208을 수행한다. 밸브는 측정된 호기말 기간 동안 개방된 채 유지될 수 있고 이어서 호기말 기간이 경과하면 샘플을 포집하도록 폐쇄된다. 이어서 이 방법은 단계 1210에서, 수집된 체적을 CO 분석기로 밀어낸다. 몇몇 변형예에서, 수집된 체적은 상이한 유형의 가스 분석기로 이동되거나 또는 실험실이나 기타 분석 설비로의 전달을 위해 제거가능한 저장 튜브로 이동될 수 있다.

[0079] 전술한 바와 같이, 여하한 호흡률 또는 호흡 패턴 다양성을 보상하는 한편으로, 원하는 샘플 용적 역시도 얻기 위해, 샘플 유속을 조정할 수 있다. 도 12B는 호기말 기간에 상응하는 샘플링 유속 그래프 1220을 나타낸 도면이다. 예시적인 목적에서, 샘플 저장 구획은 1.25ml이고 특정 호흡의 호기말 부분은 그 기간이 1초이다. 이 예에서, 완전한 호기말 기간으로부터 채취된 가스 샘플 1.25 ml를 수집하기 위해, 샘플 유속을 1.25ml/초 또는 75ml/분으로 조정한다. 샘플 구획, 유속 등을 변화시키면 상이한 그래프가 얻어질 수 있음을 이해하여야 한다.

[0080] 도 13A-13F는 비교를 위해 2가지 호흡 케이스에 대해 도 5A 또는 5B의 장치를 이용하여 도 12A-12B의 방법을 수행하는 것을 도시한 도면이다. 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 호흡의 특정 부분을 포집하기 위해 여하한 수의 장치를 사용해도 무방함을 이해하여야 한다. 도 13A의 그래프 1300은 비교적 빠른 호흡률의 "케이스 A"를 나타낸다. 도 13B의 그래프 1310은 비교적 느린 호흡률의 "케이스 B"를 나타낸다. 케이스 A 및 B는 각각 비교적 짧은 호기말 기간과 긴 호기말 기간을 결과시킨다. 도 13C의 배치도 1320과 도 13D의 배치도 1330에서, 시스템은 예컨대 1.0 ml의 고정된 샘플 구획 용적 V(s1)을 갖는다. 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 용적의 샘플 튜브들을 사용할 수 있음을 이해하여야 한다. 케이스 A(도 13A 및 13C)에서, 호기말 기간은 0.4초이고 따라서, 0.4초 이내에 1.0 ml 가스 샘플을 유도하기 위해, 샘플링 유속은 150ml/분으로 조정된다. 케이스 B (도 13B 및 13D)에서, 호기말 기간은 0.833초이고, 따라서, 0.833초 이내에 1.0 ml 가스 샘플을 유도하기 위해, 샘플링 유속은 50ml/분으로 조정된다. 따라서, 케이스 A와 B 두 가지 모두에서, 분석을 위해 호기말 기간의 단지 일부보다는 전체 호기말 기간이 샘플링되며 샘플 수집 구획은 순수한 호기말 가스를 함유하고 호기말 가스로 100% 충전된다. 정확한 가스량, 1ml가 두 가지 경우 모두에서 정확한 분석을 위해 가스 CO 분석기로 보내질 수 있다. 다른 구체예에서, 가스는 상이한 유형의 가스 분석기로 이동되거나 또는 실험실이나 기타 분석 설비로의 전달을 위해 제거가능한 저장 튜브로 보내질 수 있다. 펌프 속도는 관련 소프트웨어의 순람표에 기초해서, 펌프를 구동하는 전압 또는 전류를 변조시킴으로써 정확히 조절될 수 있다. 몇몇 구체예에서 펌프 속도는 예컨대 도 5A 및 5B에 설명된 바와 같은 호흡유량(pneumotach)을 측정하고 측정된 유속에 기초하여 전류를 조정함으로써 펌프 속도를 조정하여, 폐쇄 루프 피드백 조절 시스템을 이용하여 정밀하게 제어될 수 있다. 몇몇 구체예에서는 소망되는 유속에 따라 펌프에 전류를 인가하기 위해 순람표를 이용하고, 이에 더해, 필요한 정확한 유속을 정밀하기 얻기 위해 전류를 미세하기 조정하도록 호흡유량 피드백 루프를 이용할 수 있다.

[0081] 도 13E는 호흡 패턴 측정에 호기말이산화탄소분압측정법이 사용된 경우 도 12A의 가변적인 샘플링 유속 기술을 설명하는 그래프 1340을 도시하는데 여기서 가장 최신의 일련의 호흡은 그래프의 우측 말단에 나타나있다. 일련의 선행 호흡들(호흡 1-3)으로부터 평균 호기말 기간을 결정한 후, 베이스라인 디폴트 샘플링 유속 Q(d)로부터 샘플링 유속 Q(s)으로 샘플 유속이 조정되며, 이는 구획 용적 V(s1)을 프로젝트된 호기말 시간 또는 샘플링 시간 t(s)로 나눈 것과 같다. 유동 발생기의 폐쇄된 루프 컨트롤을 이용하여, 유속이 Q(s)와 동등해질 때까지(호흡 4 동안) 흐름을 미세하게 튜닝 조정한다. 이어서 후속 호흡(호흡 5)의 호기말 기간으로부터의 가스를 유속 Q(s)에서 이끌어내어 샘플 수집 구획에 보낸다. 이에 더해, 채취된 호흡의 호기말 기간을 측정하여 샘플의 일관성을 검정하기 위해 이것이 t(s)와 동등하였는지 확인한다. 만일 호흡이 불규칙하여 t(s)에 일치하지 않으면, 샘플을 폐기하고 과정을 반복한다.

[0082] 도 13F는 호흡 패턴 측정을 위해 기도압을 이용할 경우 도 12A의 가변적인 샘플링 유속 기술을 설명하는 그래프 1350을 나타낸 도면으로서, 일련의 가장 최근의 호흡들이 그래프의 우측 말단에 나타나 있다. 도시된 예에서, 호흡 3으로부터의 호기말 가스를 분석을 위해 채취한다. 샘플 유속은 다양한 방식으로 조정될 수 있다. 일 변형예에서, 호기말 기간은 앞선 호흡들로부터 예측될 수 있고 표적 호흡으로부터의 샘플을 이끌어내기 전에 그에 따라 유속을 조정할 수 있다. 다른 변형예에서, 유속 조정은 T(e)가 측정되어 알려진 후 전-호기말 기간 T(e)에 기초하여 즉각적으로 행해질 수 있다.

[0083] 몇몇 변형예에서, 측정된 가스 농도는 실제 가스 농도에 근사하게 조정될 수 있다. 이러한 조정은 어떤 범위의 호흡률에 걸친 호흡 샘플링 장치의 충실도의 가변성을 설명할 수 있을 것이다. 측정된 농도는 사용되는 장치에 특이적일 수 있지만 다양한 장치에 두루 사용가능할 수 있는 보정 방정식을 이용하여 변형될 수 있다. 몇몇 변형예에서, 보정 방정식은 어떤 범위의 호흡률을 커버하도록 설정된다. 몇몇 변형예에서, 장치 중 가스 농도의 측정과 호흡률은 보정 방정식을 이용하는 장치의 입구에서 가스의 실제 농도에 근접하는데 충분할 수 있다.

[0084] 도 14A는 호흡률의 함수로서 ETCO ppm을 도시한 그래프 1400이다. 도시된 예에서 실제 ETCO ppm은 4.1 ppm이다. 그래프 1400은 3개의 곡선, 즉: 측정값, 호흡률 보정값 및 실제값의 3개 곡선을 나타낸다. 실제값은 호흡 샘플링 장치의 입구에서의 가스 농도를 나타낼 수 있다. 측정값은 호흡 샘플링 장치의 다른 지점 예컨대 출구에서 측정된 가스 농도를 나타낼 수 있다. 호흡률 보정값은 가스 농도 조정 후의 가스 농도의 측정값을 나타낼 수 있다. 그래프 1400을 생성하기 위해, 4가지 호흡률: 10 bpm, 30 bpm, 40 bpm, 및 60 bpm에 대해 가스 농도를 측정할 수 있다. 그래프 1400에 도시된 바와 같이, 호흡률은 호흡률 보정값 근사치를 나타내거나 또는 실제값에 맷치한다. 호흡률은 1 이상의 호흡률 보정 인자 방정식을 이용하여 보정될 수 있다.

[0085] 도 14B의 표 1420은 몇몇 예시적인 호흡률 보정 인자 방정식을 제공한다. 각 방정식은 호흡률(x)에 대한 측정된 가스 농도(y)에 관한다. 일 변형예에서, 호흡률 보정 인자 방정식은 일차 방정식이다. 또 다른 변형예에서, 호흡률 보정 인자는 복수의 일차 방정식을 포함하되, 각 방정식은 특정 범위의 호흡률에 대한 보정을 제공하는 것이다. 다른 범위를 이용하면 보정의 충실도가 개선될 수 있다. 또 다른 변형예에서, 호흡률 보정 인자 방정식은 이차 방정식이다. 또 다른 변형예에서, 복수의 이차 방정식을 복수의 호흡률 변화에 이용할 수 있다.

[0086] 몇몇 변형예에서, 일차 또는 이차 방정식의 계수들을 호흡 시뮬레이터를 이용하여 결정한다. 이러한 변형예에서, 호흡 시뮬레이터는 공지 호흡률에서 호흡 샘플링 장치의 입구에서의 가스의 공지 농도를 제공한다. 입구의 공지 가스 농도로부터 샘플링 장치의 다른 위치에서의 측정된 가스 농도의 편차와 호흡률로부터, 방정식에 측정치들을 대입함으로서 호흡률 인자 방정식이 유도된다. 예를 들어, 도 14A에 도시된 구체예는 각각의 불연속적인 호흡률에 대한 편차를 제공할 수 있다. 각 호흡률에서의 편차를 외삽하여 구동 범위를 아우르는 1 이상의 방정식을 얻는다. 이러한 방식으로, 구동 범위 내의 어떤 호흡률에서든 측정된 가스 농도를 실제 가스 농도에 근사하게 보정할 수 있다.

[0087] 추가의 변형예들은 어떤 범위의 호흡률에 걸쳐 어떤 범위의 보정된 가스 농도로 어떤 범위의 측정된 가스 농도들을 조정할 수 있다. 일 변형예에서, 호흡률 보정 방정식을 유도하는 방법은 측정된 가스 농도, 실제 가스 농도 및 호흡률 범위를 아우르는 복수의 다항 방정식을 유도하고 이 다항 방정식들로 순람표를 구성하는 것을 포함할 수 있다. 다른 변형예에서, 장치는 주어진 호흡률에서 다항 방정식을 결정하기 위해 순람표를 참조하는 프로세서를 포함할 수 있는데 여기서 상기 다항 방정식은 주어진 호흡률에서 측정된 가스 농도에 대한 보정된 가스 농도를 제공하는 것이다. 이러한 방식으로, 본 발명의 변형예들은 환자의 협조 여부와 관계없이 환자의 호흡 중 가스 농도를 결정하는 유리한 방법을 제공한다. 즉, "정상" 호흡 패턴과 연관되도록 호흡을 제어할 수 없거나 제어할 의사가 없는 환자들에 있어서도 가스 농도를 결정할 수 있다.

[0088] 도 15A는 일 변형예에 따라, 주어진 호흡률에서 측정된 ETCO를 보정된 ETCO로 전환하기 위한 순람표를 생성하는 방법 1500을 나타낸 도면이다. 이 방법은 불연속적인 호흡률 및 불연속적인 공지 가스 농도들에 대한 ETCO 정확도를 수립함으로써 시작될 수 있다 (단계 1502). 도 15A에 도시된 변형예에서, 불연속적인 호흡률과 가스 농도들은 구동 범위를 아우르도록 취해지지만, 불연속적인 호흡률 또는 가스 농도가 전 범위를 아우를 필요는 없음을 이해하여야 한다. 몇몇 변형예에서, 불연속적인 호흡률은 구동 범위의 서브셋을 커버할 수 있고 이 방법은 필요할 경우 상기 서브셋을 외삽하여 보다 넓은 범위를 아우르게 할 수 있다. 예를 들어, 8 bpm 내지 60 bpm의 구동 범위를 커버하는 순람표는, 일 변형예에서, 10 bpm, 30 bpm, 및 50 bpm에서 측정함으로써 구성될 수 있다.

[0089] ETCO는 도 15A-E를 참조로 특정하게 논의될 수 있지만, 본 발명의 개시가 ETCO로 국한되는 것은 아니다. 다른 변형예에서, 본 명세서에 설명된 방법은 다른 가스 및/또는 호흡 단계 및 복수의 가스 농도들에 적용될 수도 있다. 영향을 미치는 다른 가변인자들 역시 데이터베이스 생성에 포함될 수 있고, 여기에는 예컨대 상이한 작업 온도, 상이한 2차 가스 레벨 등이 포함된다.

[0090] 몇몇 구체예에서, 순람표는 장치의 입구를 통해 공지의 ETCO를 이끌어낸 다음 장치 중 다른 지점에서 ETCO를 측정함으로써 구성될 수 있다. 복수의 호흡률의 경우 이 공정을 반복할 수 있다.

[0091] 단계 1502에서와 같이 ETCO 정확도를 수립하는 특정 변형예가 도 15B의 그래프 1520에 도시되어 있다. 그래프 1520는 3가지 공지 CO 농도(x축, "실제 CO")에 대한 측정된 가스 농도 (y축, "측정된 ETCO")를 도시한다. 측정은 다음 5가지 호흡률: 10 bpm, 20 bpm, 30 bpm, 40 bpm, 및 50 bpm; 및 3가지 농도: 0.91 ppm, 9.70 ppm 및 24.4 ppm에서 반복 수행한다. 도 15B의 변형예가 5가지 특이적인 호흡률 및 3가지 가스 농도의 경우를 제공하고 있지만, 다른 변형에들은 이와 상이한 수 및/또는 상이한 호흡률 및 농도를 이용할 수 있다.

[0092] 도 15A로 돌아와, 방법 1500은 단계 1504를 계속 수행한다. 이 단계에서, 불연속적 호흡에 대한 정확도 방정식을 수립한다. 본 발명에서 "정확도 방정식(accuracy equation)"은 측정된 가스 농도를 호흡률의 실제 가스 농도로 맞추는 다항 방정식으로 이해될 수 있으며, 여기서 데이터는 데이터가 내삽, 외삽 또는 스무드(smooth)될 때 방정식에 "맞는다(fits)". 방정식은 데이터에 정확히 연관될 필요는 없으며 데이터에 근사할 수 있다. 근사도는 특정 적용예의 요구사항에 따라 결정할 수 잇다.

[0093] 몇몇 변형예에서, 예컨대 대수 방정식, 지수 방정식 또는 기타 방정식과 같은 비다항 방정식을 이용하여 관계를 설명할 수 있다. 특이적인 정확도 방정식을 도 15B의 그래프 1520에 설명하였다. 각 호흡률에 있어서, 모든 "실제 CO" 농도에 걸쳐 "실제 CO"를 "측정된 ETCO"로 접근시키는 일차 방정식이 유도된다. 일차 방정식은 공지의 CO 농도들과 측정된 ETCO 농도들을 각각의 호흡률에 맞춤으로서 유도된다.

[0094] 도 15B의 변형예는 일차 방정식을 설명하지만, 다른 변형예들은 보다 고차수의 다항 방정식을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2차, 3차 및 4차 다항 방정식. 몇몇 변형예에서, 최대 차수는 수행된 측정 횟수보다 1개 적을 수 있다. 예컨대, 도 15B에 설명된 구체예에서는 3회의 측정이 수행되었으며 따라서 다항 방정식의 최대 차수는 2이다 (즉 이차 방정식). 도 15B에서, 측정은 일차 방정식을 결과시켰으나, 반드시 그럴 필요는 없다. 그러나, 일차 방정식은 컴퓨팅 리소스를 풀어야할 필요성이 더 낮기 때문에 더 유리할 수 있다. 몇몇 변형예에서, 측정은 최대 차수보다 낮은 방정식에 맞출 수 있다. 이러한 변형예에서는 컴퓨팅 리소스에 대한 필요성을 줄이기 위해 측정을 보다 낮은 차수의 "베스트-핏(best-fit)" 방정식에 맞추는 것이 유리할 수 있다.

[0095] 도 15A를 참조로, 방법 1500은 단계 1506로 이동하여 정확도 방정식과 호흡률 간의 연속적인 상관관계를 수립하다. 이 단계에서는 호흡률 정확도 방정식 각각에서의 차수에 의해 계수들을 맞춘다. 각 차수에서, 그 차수의 계수와 각 계수의 대응 호흡률을 이용하여 연속적인 관계를 결정한다.

[0096] 도 15C 및 15D는 이러한 2가지 비교예를 도시한다. 도 15C는 불연속적인 호흡률 10 내지 30 사이에서 일차 정확도 방정식의 기울기 (M) 및 절편 (b)를 플롯팅하는 그래프 1530을 도시하고 있다. 마찬가지로, 도 15D는 불연속적인 호흡률 30 내지 50 사이에서 일차 정확도 방정식의 기울기와 절편를 플롯팅하는 그래프 1535를 도시하고 있다. 2개의 이격된 범위들에 의해 낮은 차수 방정식을 계수들에 대해 유도함으로써, 방정식을 푸는데 필요한 컴퓨터 리소스의 양을 감소시키는 것이 가능하다. 또한, 호흡률을 2개의 이격된 범위로 감소시킴으로써, 시스템의 충실도가 향상될 수 있다. 예컨대, 도 15C 및 15D는 일정한 이차 도함수를 갖는 2개의 방정식을 설명한다. 보다 고차의 다항 방정식은 일정하지 않은 2차 도함수를 결과시킴으로 해서 측정된 농도 영역에서 가능한 넓은 분산을 결과시킨다.

[0097] 도 15C 및 15D에서는 호흡률을 두 개의 범위로 분리하는 것을 설명하고 있지만, 다른 변형예들은 호흡률을 여러 범위로 분리하지 않아도 된다. 다른 변형예들에서는 호흡률을 3개, 4개 또는 5개 또는 그 이상의 범위로 분리할 수도 있다.

[0098] 다시 도 15A로 돌아가면, 수립된 연속 관계에 기초해서 정확도 방정식의 기울기와 절편에 대한 방정식을 구하는 단계 1508을 계속 수행한다. 몇몇 구체예에서, 단계 1506 및 1508은 동시에 수행될 수 있다. 즉, 연속 관계 간의 관계들의 결정에 의해 방정식의 기울기와 절편을 결정할 수 있다. 도 15C 및 15D는 호흡률과 정확도 방정식의 계수들 간의 관계로부터 유도된 이차 방정식을 설명한다. 도 15C 및 15D에 도시된 각각의 이차 방정식은 각 차수에서 계수를 갖는다 (몇몇 변형예에서는 계수 = 0을 포함한다). 이들 계수들은 방법 1500의 다음 단계에 이용된다.

[0099] 도 15C 및 15D는 이차 방정식을 설명하며, 다른 차수의 다항 방정식들도 이용될 수 있다. 예컨대, 일차수(일차), 삼차수, 사차수, 오차수, 육차수 또는 그 이상의 차수의 다항 방정식들이 이용될 수 있다. 다항 방정식의 최대 차수는 불연속적인 호흡률에서 1을 뺀 숫자일 수 있다. 도 15C 및 D에서와 같이, 다항 방정식은 최대 차수보다 낮은 차수를 포함할 수 있다. 이것은 곡선의 몇몇 불연속적인 부분들의 충실도를 향상시킬 수 있다. 이것은 또한 컴퓨팅 리소스의 이용을 감소시킬 수 있는데 이는 차수가 증가할수록 다항 방정식을 푸는 어려움도 증가하기 때문이다.

[0100] 도 15A로 돌아와서, 단계 1510은 선행 단계에서 결정된 계수 방정식들에 기초하여 순람표를 설정하는 단계이다. 도 15E에 구체화된 예시를 참조하면, 순람표는 표 1540의 하단에서 찾아볼 수 있다. 주어진 호흡률 (30 이하 또는 30 초과)에서, 이차 방정식의 각 차수에 대한 계수들을 동정할 수 있다. 각각의 기울기와 절편에 대해 2 개의 방정식이 유도된다. 기울기와 절편은 도 15A-E에서의 이차 방정식에 의해 결정되므로, 순람표는 각 호흡률에서의 각각의 기울기와 절편에 대해 3개의 계수들을 포함한다.

[0101] 도 15E는 측정된 가스 농도의 일 변형예도 제공한다. 일단 호흡률이 결정되면, 대응하는 계수가 결정된다. 대응하는 계수가 결정되면, 기울기와 절편에 대한 방정식이 결정될 수 있다. 호흡률을 이용하여, 기울기와 절편의 실제값들을 결정할 수 있다. 이어서 이 값들을 이용하여 다음 방정식에 따라 보정된 농도를 구한다:

ETCO ₍ _BR _보정) = [ETCO _(측정) - b]/M

[0102] 정확도 방정식의 계수들의 갯수가 변하면, 상기 방정식도 변할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 도 15E의 변형예는 2개의 계수를 가졌다. 따라서, 상기 방정식은 일차 방정식 (2개의 계수)를 풀어서 나온 것이다. 만일 더 많은 계수가 사용되면, 보다 고차 방정식에 대한 해답이 필요할 수 있다. 해답은 보다 고차수 방정식에서 미지의 변수를 풀 수 있는 여하한 수학적 해법을 이용하여 얻을 수 있다.

[0103] 장치 사용시, 측정된 호흡률 또는 측정된 가스 농도가 상기 방법에 따라 정의된 범위를 벗어날 경우, 임상 적용례의 상세에 따라, 다양한 방식으로 장치를 반응시킬 수 있다. 장치는 보정된 ETCO 결과를 컴퓨터 입력하지 않고 사용자에게 측정된 변수들이 장치의 구동 범위 밖임을 공지할 수 있다. 장치는 구동 범위 밖임에도 불구하고 보정된 ETCO를 컴퓨팅하여 그 결과를 사용자에게 제공하는 한편, 측정된 변수들이 구동 범위 바깥임으로 해서, 결과의 정확도가 덜 정확할 수 있음을 사용자에게 공지할 수 있다. 몇몇 변형예에서, 장치는 적절한 방정식들을 외삽함으로써 결과를 단순히 컴퓨팅할 수도 있다. 이러한 방식으로, 본 발명에 개시된 변형예들은 환자의 협조 여부와 관계없이 환자의 호흡 중의 가스 농도를 결정할 수 있도록 해준다. 즉, "정상" 호흡 패턴과 연관되도록 호흡을 제어할 수 없거나 제어할 의사가 없는 환자들에 있어서도 가스 농도를 결정할 수 있다.

[0104] 몇몇 변형예에서, 구동 범위 내의 값들의 전체 세트를 미리 테스트하고, 그 결과에 기초하여 순람 데이터베이스를 만들 수 있다. 예를 들어, 가스 농도 1.0, 1.1, 1.2 ... 내지 25.0ppm에서의 호흡률 10, 11, 12 .... 내지 50 bpm (예시임)을 미리 테스트할 수 있다. 장치가 사용중인 동안, 측정된 호흡률과 측정된 가스 농도에 대한 데이터베이스에서 적절한 값을 찾아냄으로써 보정된 가스 농도를 얻을 수 있다. 몇몇 변형예에서는, 구동 범위 또는 구동 범위 근방에서, 모든 호흡률을 예비-테스트하는 반면 단지 불연속적인 가스 농도 세트만을 예비-테스트 하는 것과 같은 조합 접근법을 사용한다.

[0105] 전술한 구체예가 보정에 사용된 호흡 패턴 변수로서 호흡률을 이용하는 것을 설명하는 것인 반면, 동일한 구체예를 호흡률이 아닌 다른 여하한 호흡 패턴 관련 변수를 이용함으로써 달성할 수 있음이 명확하다. 다른 변수들의 예로는 호기 기간, 호기말 기간, 흡기 기간, 흡기:호기 비, 일호흡량(tidal volume), 분당 용적(minute volume), 기도압 진폭(airway pressure amplitude), 호기말이산화탄소분압측정법 시그널 진폭, 및 호기말이산화탄소분압측정법 시그널의 양의 기울기의 기간을 들 수 있다.

[0106] 몇몇 변형예에서, 장치 입구에서의 가스 농도를 결정하는 방법은 환자의 호흡률을 결정하고 장치 내 어느 부분에서의 환자의 호흡 농도를 측정하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명에서와 같이, 장치내 가스 농도의 측정은 출구와 같은 장치내의 어떤 위치 또는 튜브나 구획 내와 같은 장치 내의 어떤 내부 지점을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 측정된 가스 농도를 이용하여, 환자의 호흡률에 상응하는 복수개의 계수를 얻기 위해 데이터베이스에 억세스할 수 있다. 도 15E의 예에서, 복수개의 계수들을 호흡률에 따라 2개의 영역, 즉: 30 bpm 이하와 30 bpm 초과로 나눈다. 다른 변형예들에서는 계수들을 달리 분류할 수 있다. 일단 계수들이 얻어지면, 이 방법에 의해 제1의 복수개의 다항 방정식을 유도할 수 있다 (도 15A-E에서, 제1의 다항 방정식들은 이차 방정식이다). 이 방정식들은 제2의 복수개의 방정식들에 대한 계수를 제공하며 (도 15A-E에서, 제2의 다항 방정식들은 일차 방정식이다), 상기 계수들을 이용하여 보상 방정식을 만들 수 있다 (도 15A-E에서, 보상 방정식은 일차 방정식이다). 이어서 보상 방정식을 이용하여 측정된 가스 농도를 조정하여 입구에서의 가스 농도를 결정한다.

[00107] 몇몇 변형예에서, 장치는 장치의 입구에서 가스 농도를 결정하는 상기 방법을 수행하기 위한 프로세서를 포함할 수 있다. 장치는 또한 측정 포인트, 측정 포인트에서 가스 농도를 결정하기 위한 가스 분석기, 입구 및 호흡 속도 분석기를 포함할 수도 있다. 프로세서는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 데이터베이스에 억세스할 수 있는데 상기 데이터베이스는 구동 범위에서 각 호흡률에 있어서 복수의 계수들을 포함한다.

[00108] 몇몇 변형예에서, 샘플링 시스템을 호흡률 상한치에 대해 튜닝할 수 있다. 주어진 샘플 용적에서 (샘플 용적은 특정 적용례의 상세에 따라 결정될 수 있다), 펌프와 같은 유동 발생기의 유속은 전체 샘플 용적을 호흡률 상한값에 대한 호기말 가스와 동일한 용적으로 충전시키도록 설정될 수 있다. 호흡률 상한값보다 낮은 호흡률에서 샘플 용적은 비록 그 호흡에 있어서의 모든 호기말 가스는 아니라 해도, 호기말 가스로 완전히 충전된다. 또 다른 변형예에서, 시스템은 호흡 샘플링을 상한값 이하의 호흡률로 한정하는 상한값 컷-오프를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 이들 변형예들은 샘플 용적 내로 비호기말 가스가 유입되는 것을 유리하게 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형예들은 환자의 협조 여부와 관계없이 환자의 호흡 중 가스 농도를 결정하는 방법을 유리하게 제공할 수 있다. 즉, "정상" 호흡 패턴과 연관되도록 호흡을 제어할 수 없거나 제어할 의사가 없는 환자들에 있어서도 가스 농도를 결정할 수 있다.

[00109] 몇몇 변형예에서, 가스 샘플링 유속을 특정 적용예의 요구사항에 맞추도록 결정할 수 있다. 에를 들어, 정상 호흡의 상한값은 60 bpm과 같은 호흡 빈도 변수에 의해 설명될 수 있다. 그러나, 어떤 환자들(예를 들어 신생아)에 있어서는, 정상적인 호흡률이 60 bpm을 상회할 수 있다. 이러한 경우, 상한값은 예컨대 100 bpm처럼 더 높을 수 있다. 마찬가지로, 특정 적용예의 필요성을 반영하도록 샘플 체적을 선택할 수 있다. 몇몇 변형예에서, 흡기 기간, 호흡 기간, 호기 기간, 호기말 기간, 호기말이산화탄소분압측정기 시그널 상승 기간과 같은 다른 빈도 변수를 선택할 수 있으며, 또는 환자의 호흡의 적어도 일부를 설명하는 다른 변수들을 선택할 수 있다. 몇몇 변형예에서는, 즉각적인 일산화탄소 센서가 이용된다.

[0110] 도 16A는 호흡률 상한값을 소정의 샘플링 체적과 연관짓도록 유동 발생기의 가스 샘플링 유속을 결정하는 방법 1600을 설명한다. 방법 1600은 호흡률(BR: breath rate)에 대한 상한값을 정의하는 단계 1602로 시작된다. 전술한 바와 같이, 상한값은 특정 적용의 요구사항을 만족시키도록 결정될 수 있다.

[0111] 방법 1600은 이어서, 원하는 샘플 체적(V(s))을 정의하는 단계 1604로 이어진다. 방법 1600의 변형예에서, 적절하고 신뢰성 있는 분석을 위해 샘플 용적의 크기를 정할 수 있다. 다른 변형예에서, 샘플 용적은 다른 인자들을 고려하여 크기를 정할 수도 있다.

[0112] 방법 1600은 이어서 가스 샘플링 유속 (Q(S))을 결정하는 단계 1606으로 이어진다. 방법 1600의 변형예에서, 유동 발생기는 펌프이지만, 본 명세서에 설명된 여러가지 예와 같은 다른 유동 발생기들도 이용될 수 있다. 가스 샘플링 유속은 호흡률 상한값에서 원하는 샘플 용적을 충전하도록 계산될 수 있다.

[0113] 몇몇 변형예에서, 샘플링 유속은 다음 방정식으로부터 구한다: Q(S) = T_ET / V(S), [여기서, T_ET는 평가된 호기말 기간으로서 호흡률의 함수이다]. 몇몇 변형예에서, T_ET는 그 자체가 호흡 기간(흡기 및 호기 기간)의 절반으로 추정되는 호기 기간의 절반으로 추정될 수 있다. 호흡 기간(초)은 60/호흡률이다. 예를 들어, 호흡률 상한값이 60 bpm이면, T_ET는 0.25초인 것으로 추정된다. 만일 이 예에서 샘플 용적이 0.5 ml이면, 샘플링 유속은 초 당 2 ml이다.

[0114] 도 16B는 설정례 1620에서 도 5A 또는 5B의 공압식 가스 포집 시스템을 도시한 도면이다. 설정례 1620은 호흡률 상한값에 대해 설정된 펌프의 가스 샘플링 속도를 포함하며 여기서 환자의 호흡률은 상한값이다. 도 16B에 도시된 바와 같이, 샘플 용적은 호기말 가스로 완전히 충전되며, 샘플 용적을 벗어난 호기말 가스는 없다.

[0115] 도 16C는 설정례 1640의 도 5A 또는 5B의 공압식 가스 포집 시스템을 도시한 도면이다. 설정례 1640은 호흡률 상한값에 대해 설정된 펌프의 가스 샘플링 속도를 포함하며 여기서 환자의 호흡률은 상한값 미만이다. 도 16C에 도시된 바와 같이, 샘플 용적은 호기말 가스로 완전히 충전되지만, 샘플 용적을 벗어난 호흡으로부터의 호기말 가스가 있다. 도 16C는 V2의 하류(오른쪽으로)에 위치하는 샘플 용적 외부을 벗어난 호기말 가스를 설명한다. 그러나, 다른 구체예에들에서는, 샘플 용적을 벗어난 호기말 가스가 V1의 상류(왼쪽으로) 또는 V1의 상류나 V2의 하류의 조합에 위치할 수도 있다. 이러한 방식으로, 본 발명의 변형예들은 환자의 협조 여부와 간계없이 환자의 호흡 중 가스 농도를 결정하는 유리한 방법을 제공한다. 즉, "정상" 호흡 패턴과 연관되도록 호흡을 제어할 수 없거나 제어할 의사가 없는 환자들에 있어서도 가스 농도를 결정할 수 있다.

[0116] 몇몇 변형예들은 전술한 개별적인 변형예들로부터의 요소 및 기능을 포함한다. 즉, 몇몇 변형예들은 전술한 여러가지 상이한 변형예들의 상이한 요소들을 조합할 수 있다. 예를 들어, 장치의 사용자 인터페이스는 사용자로 하여금 환자 유형 예컨대 성인인지 유아인지, 또는 예컨대 미숙아인지 만기산아인지에 따라 특정 환자 변수를 입력할 수 있도록 할 수 있다. 장치의 제어 시스템은 전술한 구체예들로부터 선택된 바람직한 호흡률 보상 방법론, 및 그에 따른 그 방법론의 이용을 선택할 것이다. 몇몇 변형예에서, 장치는, 예컨대 시스템이 호흡률 60 bpm으로 튜닝됨으로 해서, 60 bpm 이하의 여하한 호흡률에 대한 희석되지 않은 호기말 샘플을 수집하고 그에 따라 호흡률 보상을 요구하지 않는 도 16에 설명된 구체예를 이용할 수 있다. 이 변형예는 또한 호흡률 보상 알고리듬이 적용되는 60 bpm을 넘는 호흡률을 수집하도록 할 수도 있다. 호흡률 보상 알고리듬은 예컨대 도 10A-11F와 관련하여 설명된 바와 같이 샘플 튜브를 충전하기 위해 2개의 호흡으로부터의 호기말 가스를 수집하는 것일 수 있고 또는 도 15A-15E와 관련하여 설명된 바와 같이 보정 인자 다항 방정식을 사용하는 것일 수 있다.

[0117] 본 발명의 다양한 변형예들에 대한 전술한 설명에서, 제시된 예들은 본 발명의 원리를 설명하기 위한 목적으로 제공된 것이며, 당업자라면 본 밞령의 범위와 정신으로부터 벗어남이 없이 다양한 변형, 대체예 및 조합을 만들 수 있을 것이다. 본 발명에 개시된 다양한 호흡 측정 및 샘플링 장치의 모든 변형예들은 본 발명에 설명된 다른 호흡 측정 및 샘플링 기기 또는 호흡 측정과 샘플링 기기들과의 조합에 의해 설명된 특징들을 포함할 수 있다. 따라서, 특허청구범위에 의하지 않는 한, 본 발명의 범위는 달리 한정되지 않는다. 전술한 모든 변형예에서, 방법들의 단계들이 반드시 순차적으로 수행될 필요는 없다.

Claims

장치의 입구에서 가스 농도를 결정하기 위한 가스 측정 보정 데이터베이스로서, 상기 데이터베이스는 비일시적 컴퓨터 판독 매체에 저장되어 있고, 상기 데이터베이스는 다음 단계들:
장치 내 복수의 가스 농도를 장치 입구에서의 기지의 가스 농도 각각에 대해 측정하되, 상기 가스 농도는 복수의 호흡률에서 측정되는 것인 단계;
제1의 복수개의 다항 방정식을 유도하되, 여기서 각각의 상기 제1의 복수개의 다항 방정식들은 각각 하나씩의 복수의 호흡률에 대해 측정된 가스 농도에 해당하며 각각의 상기 제1의 복수개의 다항 방정식은 방정식의 각 차수에서의 계수를 포함하는 것인 단계;
제2의 복수개의 다항 방정식을 유도하되, 여기서 각각의 제2의 복수개의 다항 방정식들은 제1의 복수개의 다항 방정식의 각 차수의 계수에 해당하며 각각의 제2의 복수개의 다항 방정식들은 방정식의 각 차수에서의 계수를 포함하는 것인 단계; 및
제2의 복수개의 다항 방정식들의 각 계수를 데이터베이스에 기록하는 단계
를 포함하는 방법으로 구성되는 것인 장치의 입구에서 가스 농도를 결정하기 위한 가스 측정 보정 데이터베이스.
제1항에 있어서, 제1의 복수개의 다항 방정식은 복수개의 일차 방정식들을 포함하는 것인 데이터베이스.
제1항 또는 제2항에 있어서, 복수의 호흡률은 적어도 그 수가 5개인 것인 데이터베이스.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 복수의 호흡률은 분당 10 호흡, 분당 20 호흡, 분당 30 호흡, 분당 40 호흡 및 분당 50 호흡의 호흡률을 포함하는 것인 데이터베이스.
제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 제2의 복수개의 다항 방정식은 복수개의 이차 방정식을 포함하는 것인 데이터베이스.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 제2의 복수개의 다항 방정식의 계수들은 제1의 복수개의 계수 및 제2의 복수개의 계수를 포함하되, 상기 제1의 복수개의 계수는 소정의 호흡률 또는 소정의 호흡률 미만의 호흡률에 대응하고 제2의 복수개의 계수는 소정의 호흡률 또는 소정의 호흡률을 초과하는 호흡률에 대응하는 것인 데이터베이스.
제6항에 있어서, 소정의 호흡률은 30 bpm인 것인 데이터베이스.
제6항 또는 제7항에 있어서, 제2의 복수개의 다항 방정식은 제1의 복수개의 이차 방정식과 제2의 복수개의 이차 방정식을 포함하며, 여기서 상기 제1의 복수개의 이차 방정식 각각은 각 차수에서 제1의 복수개의 계수에 대응하고, 제2의 복수개의 일차 방정식 각각은 각 차수에서 제2의 복수개의 계수에 대응하는 것인 데이터베이스.
제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 입구에서의 복수의 기지의 가스 농도는 그 수가 3개인 것인 데이터베이스.
제1항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 입구에서의 복수의 기지의 가스 농도는 다음, 즉: 비교적 낮은 호흡률의 영역, 비교적 높은 호흡률의 영역, 및 중간 호흡률의 영역으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것인 데이터베이스.
장치의 입구에서 환자의 호흡 중 가스 농도를 결정하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
환자의 호흡률을 결정하는 단계;
장치 내의 가스 농도를 측정하는 단계;
환자의 호흡률에 대응하는 제1의 복수개의 계수를 얻기 위해 데이터베이스에 억세스하는 단계;
제1의 복수개의 계수에 기초하여 제1의 복수개의 다항 방정식을 유도하는 단계;
상기 호흡률을 각각의 제1의 복수개의 다항 방정식에 대입함으로써 제2의 복수개의 계수를 유도하는 단계;
제2의 복수개의 계수를 이용하여 보상 방정식을 유도하는 단계; 및
측정된 가스 농도를 보상 방정식에 대입함으로써 입구에서의 가스 농도를 결정하는 단계
를 포함하는 것인 방법.
제11항에 있어서, 각각의 상기 제1의 복수개의 다항 방정식은 이차 방정식이고 제1의 복수개의 계수는 그 수가 3개인 것인 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 보상 방정식은 일차 방정식이고 제2의 복수개의 계수는 그 수가 2개인 것인 방법.
제11항 내지 제13항 중 어느 하나의 항에 있어서, 데이터베이스는 제1의 서브셋의 계수들과 제2의 서브셋의 계수들을 포함하고, 여기서 제1의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡률 또는 소정의 호흡률보다 낮은 호흡률에 상응하고, 제2의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡률 또는 소정의 호흡률보다 높은 호흡률에 상응하는 것인 방법.
제14항에 있어서, 소정의 호흡률은 30 bpm인 것인 방법.
환자의 호흡 중 가스 농도를 분석하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
장치 내의 가스 농도를 측정하는 가스 분석기;
환자의 호흡을 접수하는 입구;
환자의 호흡의 호흡 변수 빈도를 결정하는 호흡 속도 분석기;
복수개의 호흡 변수 빈도에 상응하는 복수개의 계수를 포함하는 데이터베이스; 및
실행될 경우 장치의 입구에서 환자의 호흡의 가스 농도를 결정하는 방법을 수행하는, 실행가능한 명령을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 함유하는 프로세서로서, 여기서 상기 방법은:
환자의 호흡 변수 빈도에 기초하여 제1의 복수개의 계수들을 수득하기 위해 데이터베이스에 억세스하는 단계;
제1의 복수개의 계수에 기초하여 제1의 복수개의 다항 방정식을 유도하는 단계;
상기 호흡 변수 빈도를 각각의 제1의 복수개의 다항 방정식에 대입하여 제2의 복수개의 계수를 유도하는 단계;
제2의 복수개의 계수를 이용하여 보상 방정식을 유도하는 단계; 및
측정된 가스 농도를 보상 방정식에 대입함으로써 입구 가스 농도를 결정하는 단계를 포함하는 것인 프로세서
를 포함하는 것인 장치.
제16항에 있어서, 각각의 상기 제1의 복수개의 다항 방정식은 이차 방정식이고 제1의 복수개의 계수는 그 수가 3개인 것인 장치.
제16항 또는 제17항에 있어서, 보상 방정식은 일차 방정식이고 제2의 복수개의 계수는 그 수가 2개인 것인 장치.
제16항 내지 제18항 중 어느 하나의 항에 있어서, 데이터베이스는 제1의 서브셋의 계수들과 제2의 서브셋의 계수들을 포함하고, 여기서 제1의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도 및 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도에 상응하고, 제2의 서브셋의 계수들은 호흡 변수 빈도 및 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도보다 높은 호흡 변수 빈도에 상응하는 것인 장치.
제19항에 있어서, 소정의 호흡 변수 빈도는 30 bpm인 것인 장치.
장치의 입구에서 환자의 호흡 중 가스 농도를 결정하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
환자의 호흡 변수 빈도를 결정하는 단계;
장치 내의 가스 농도를 측정하는 단계;
환자의 호흡 변수 빈도가 소정의 호흡 변수 빈도에 해당하는지 또는 그보다 낮은지 또는 그보다 높은지에 기초하여 복수의 계수들을 얻기 위해 데이터베이스에 억세스하는 단계로서, 여기서 데이터베이스는 제1의 서브셋의 계수들 및 제2의 서브셋의 계수들을 포함하고, 상기 제1의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도에서의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도에 상응하고 제2의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도에서의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 높은 호흡 변수 빈도에 상응하는 것인 단계;
복수의 계수들을 이용하여 보상 방정식을 유도하는 단계; 및
측정된 가스 농도를 보상 방정식에 대입함으로써 입구에서의 가스 농도를 결정하는 단계
를 포함하는 것인 방법.
제21항에 있어서, 소정의 호흡 변수 빈도는 30 bpm인 것인 방법.
환자의 호흡 중 가스 농도를 분석하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
장치 내 가스 농도를 측정하는 가스 분석기;
환자의 호흡을 접수하는 입구;
환자의 호흡의 호흡 변수 빈도를 결정하는 호흡 속도 분석기;
복수개의 호흡 변수 빈도에 상응하는 복수개의 계수를 포함하는 데이터베이스로서, 상기 데이터베이스는 제1의 서브셋의 계수들과 제2의 서브셋의 계수들을 포함하고, 여기서 제1의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도에 상응하고, 제2의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도 또는 소정의 호흡 변수 빈도보다 높은 호흡 변수 빈도에 상응하는 것인 데이터베이스; 및
실행될 경우 장치의 입구에서 환자의 호흡의 가스 농도를 결정하는 방법을 수행하는, 실행가능한 명령을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 함유하는 프로세서로서, 여기서 상기 방법은:
환자의 호흡 변수 빈도가 소정의 호흡 변수 빈도인지 또는 그보다 높은지 또는 낮은지에 기초하여 제1의 복수개의 계수들을 수득하기 위해 데이터베이스에 억세스하는 단계;
복수개의 계수에 기초하여 보상 방정식을 유도하는 단계; 및
측정된 가스 농도를 보상 방정식에 대입함으로써 입구 가스 농도를 결정하는 단계를 포함하는 것인 프로세서
를 포함하는 것인 장치.
제23항에 있어서, 상기 소정의 호흡 변수 빈도는 30 bpm인 것인 장치.
장치의 입구에서 환자의 호흡 중 가스 농도를 결정하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
환자의 호흡 변수 빈도를 결정하는 단계;
장치 내의 가스 농도를 측정하는 단계;
환자의 호흡 변수 빈도에 대응하는 복수개의 계수를 얻기 위해 데이터베이스에 억세스하는 단계;
복수개의 계수에 기초하여 보상 방정식을 유도하는 단계; 및
측정된 가스 농도를 보상 방정식에 대입함으로써 입구에서의 가스 농도를 결정하는 단계
를 포함하는 것인 방법.
제25항에 있어서, 보상 방정식은 다항 방정식인 방법.
제26항에 있어서, 보상 방정식은 일차 방정식인 방법.
제25항 내지 제27항 중 어느 하나의 항에 있어서, 데이터베이스는 제1의 서브셋의 계수들과 제2의 서브셋의 계수들을 포함하고, 여기서 제1의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도 및 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도에 상응하고, 제2의 서브셋의 계수들은 호흡 변수 빈도 및 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도보다 높은 호흡 변수 빈도에 상응하는 것인 방법.
제28항에 있어서, 소정의 호흡 변수 빈도는 30 bpm인 방법.
환자의 호흡 중 가스 농도를 분석하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
장치 내 가스 농도를 측정하는 가스 분석기;
환자의 호흡을 접수하는 입구;
환자의 호흡의 호흡 변수 빈도를 결정하는 호흡 속도 분석기;
복수의 호흡 변수 빈도에 상응하는 복수의 계수들을 포함하는 데이터베이스; 및
실행될 경우 장치의 입구에서 환자의 호흡의 가스 농도를 결정하는 방법을 수행하는, 실행가능한 명령을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 함유하는 프로세서로서, 여기서 상기 방법은:
환자의 호흡 변수 빈도에 기초하여 복수의 계수들을 수득하기 위해 데이터베이스에 억세스하는 단계;
복수의 계수들을 이용하여 보상 방정식을 유도하는 단계; 및
측정된 가스 농도를 보상 방정식에 대입함으로써 입구 가스 농도를 결정하는 단계를 포함하는 것인 프로세서
를 포함하는 것인 장치.
제30항에 있어서, 보상 방정식은 다항 방정식인 장치.
제31항에 있어서, 다항 방정식은 일차 방정식인 장치.
제30항 내지 제32항 중 어느 하나의 항에 있어서, 데이터베이스는 제1의 서브셋의 계수들과 제2의 서브셋의 계수들을 포함하고, 여기서 제1의 서브셋의 계수들은 소정의 호흡 변수 빈도 및 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도에 상응하고, 제2의 서브셋의 계수들은 호흡 변수 빈도 및 소정의 호흡 변수 빈도보다 낮은 호흡 변수 빈도보다 높은 호흡 변수 빈도에 상응하는 것인 장치.
제33항에 있어서, 소정의 호흡 변수 빈도는 30 bpm인 장치.
환자의 호흡으로부터 가스를 수집하기 위한 장치로서 상기 장치는:
샘플 용적;
샘플링 유속을 포함하는 유동 발생기로서, 상기 유동 발생기는 환자의 호흡이 소정의 호흡 변수 빈도를 가질 때 샘플 용적을 전적으로 환자의 호흡의 호기말 부분으로 충전하는 유동 발생기; 및
만일 환자의 호흡 변수 빈도가 소정의 호흡 변수 빈도를 초과할 경우 환자로부터 수집된 가스를 폐기하도록 설정된 프로세서
를 포함하는 것인 장치.
제35항에 있어서, 상기 유동 발생기는 펌프인 것인 장치.
제35항 또는 제36항에 있어서, 환자의 호흡의 호기말 기간은 환자의 호흡 기간의 사분의 일인 것으로 추정되고, 여기서 상기 호흡 기간은 환자의 호흡의 1회의 흡기 및 호기 사이클을 포함하는 것인 장치.
환자의 호흡 샘플의 가스 농도를 분석하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
환자의 호흡을 접수하는 입구가 구비된 샘플 구획;
환자의 호흡의 일부분의 속도를 결정하는 호흡 속도 분석기;
샘플 구획 내의 가스의 가스 농도를 결정하는 가스 분석기; 및
환자의 호흡의 일부분의 속도에 기초하여 보정된 가스 농도를 결정하는 알고리듬을 포함하는 프로세서로서, 상기 보정된 가스 농도는 환자의 협조 여부와 무관하게 결정되는 것인 프로세서
를 포함하는 것인 장치.
환자의 호흡 샘플의 가스 농도를 분석하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
환자의 호흡을 접수하는 입구가 구비된 샘플 구획;
환자의 호흡의 일부분의 속도를 결정하는 호흡 속도 분석기;
샘플 구획 내의 가스의 가스 농도를 결정하는 가스 분석기; 및
환자의 호흡의 일부분의 속도에 기초하여 샘플 구획 중 호흡 샘플의 비균질성의 정도를 결정하는 알고리듬을 포함하는 프로세서로서, 상기 알고리듬은 상기 비균질성의 정도에 기초하여 보정된 가스 농도를 결정하고, 상기 보정된 가스 농도는 환자의 협조 여부와 무관하게 결정되는 것인 프로세서
를 포함하는 것인 장치.
환자의 호흡 샘플의 가스 농도를 분석하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
호흡 변수 빈도 측정 센서;
정의된 최대 호흡 변수 빈도를 포함하는 알고리듬;
환자의 호흡을 접수하는 입구 및 용적이 구비된 샘플 구획;
샘플 구획 내의 가스의 가스 농도를 결정하는 가스 분석기; 및
환자로부터 얻은 샘플을 원하는 속도로 샘플 구획 내로 전달하는 샘플링 유속 제어 유닛으로서, 여기서 상기 샘플 구획 용적 및 원하는 유속은 정의된 최대 호흡 변수 빈도에 기초하여 결정되는 것인 샘플링 유속 제어 유닛
을 포함하는 것인 장치.