KR950000057B1 - Endotracheal tube and mass spectrometer - Google Patents

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KR950000057B1
KR950000057B1 KR1019940028527A KR19940028527A KR950000057B1 KR 950000057 B1 KR950000057 B1 KR 950000057B1 KR 1019940028527 A KR1019940028527 A KR 1019940028527A KR 19940028527 A KR19940028527 A KR 19940028527A KR 950000057 B1 KR950000057 B1 KR 950000057B1
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비. 바카너 마빈
에치. 브로드허스트 존
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비. 바카너 마빈
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Abstract

내용 없음.No content.

Description

의료기구용 소형 질량분석계Compact mass spectrometers for medical instruments

제 1 도는 환자의 입에 삽입된 상태의 기관내튜브 및 질량 분석계의 사시도.1 is a perspective view of an endotracheal tube and a mass spectrometer inserted into a patient's mouth.

제 2 도는 기관내튜브와 질량분석계 및 모듈의 부분절결 확대측면도.2 is an enlarged, side view of a partial cutaway of an endotracheal tube and a mass spectrometer and module.

제 3 도는 제 2 도의 3-3선 단면도.3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 of FIG.

제 4 도는 제 2 도의 4-4선 단면도.4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of FIG.

제 5 도는 기관내튜브의 대체형태로서의 마우스피스의 사시도.5 is a perspective view of a mouthpiece as an alternative to an endotracheal tube.

제 6 도는 제 5 도의 6-6선 단면도.6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 of FIG.

제 7 도는 제 2 도의 7-7선 단면도.7 is a cross-sectional view taken along line 7-7 of FIG.

제 8 도는 제 2 도의 8-8선 단면도.8 is a cross-sectional view taken along line 8-8 of FIG.

제 9 도는 다기관 블록의 밸브내 통로의 위치를 보인 개략단면도.9 is a schematic cross-sectional view showing the position of the passage in the valve of the manifold block.

제 10 도는 제 2 도의 10-10선 단면도.10 is a cross-sectional view taken along line 10-10 of FIG.

제 11 도는 제 2 도의 11-11선 단면도.11 is a sectional view taken along line 11-11 of FIG.

제 12 도는 제 2 도의 12-12선 단면도.12 is a sectional view taken along line 12-12 of FIG.

제 13 도는 제 2 도의 13-13선 단면도.13 is a cross-sectional view taken along line 13-13 of FIG.

제 14 도는 90도 회전시켜 도시한, 제 9 도의 14-14선 단면도.FIG. 14 is a sectional view taken along line 14-14 of FIG. 9, shown rotated 90 degrees.

제 15 도는 90도 회전시켜 도시한, 제 14 도의 15-15선 단면도.FIG. 15 is a sectional view taken along line 15-15 of FIG. 14, shown by being rotated 90 degrees.

제 16 도는 90도 회전시켜 도시한, 모터펌프의 부분분해 단면도.16 is a partially exploded cross-sectional view of the motor pump, shown rotated 90 degrees.

제 17 도는 주요구성품을 보인 본 발명의 개략도.Figure 17 is a schematic diagram of the present invention showing the main components.

제 18 도는 신규의 기관내튜브 및 질량분석계를 작동시키는 전자회로의 회로도.18 is a circuit diagram of an electronic circuit for operating a novel endotracheal tube and mass spectrometer.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

10 : 폐가스 분취 및 분석장치 11 : 기관내튜브10: waste gas fractionation and analysis device 11: endotracheal tube

12 : 모터펌프 및 질량분석계 모듈 13, 145 : 내부관12: motor pump and mass spectrometer module 13, 145: inner tube

14, 146 : 외부관 27, 154 : 모관제한부재14, 146: outer tube 27, 154: maternal limiting member

38 : 기관벽 39 : 기관분취셀38: tracheal wall 39: tracheal aliquot cell

63 : 회전밸브 69 : 광전센서63: rotary valve 69: photoelectric sensor

71 : 기어모터펌프유니트 73 : 분할판71: gear motor pump unit 73: partition plate

74 : 모터실 75 : 펌프실74: motor chamber 75: pump chamber

86 : 구동기어 89, 93, 97 : 종동기어86: drive gear 89, 93, 97: driven gear

100 : 질량분석계 101 : 하우징100: mass spectrometer 101: housing

108, 110 : 밀폐판 120 : 나선형격자108, 110: sealing plate 120: spiral grid

129 : 선형가속기 133, 133a : 버스레일129: linear accelerator 133, 133a: bus rail

135 : 이온수집판 143 : 마우스피스135: ion collector plate 143: mouthpiece

144 : 마우스피스관 160 : 전자회로144: mouthpiece tube 160: electronic circuit

179 : 차압변환기 180 : 멀티플렉서179: differential pressure converter 180: multiplexer

182 : 아날로그 디지털 변환기 185 : 마이크로컴퓨터182: analog-to-digital converter 185: microcomputer

187 : 디지털 아날로그 변환기187: Digital to Analog Converter

본 발명은 의식이 있던가 아니면 의식불명이던 간에 피검자의 흡입 및 배출가스의 양 및 성분을 측정하고 상기 자료를 기초로 하여 피검자의 폐기능 및 심장혈액 박출량을 계산하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for measuring the amount and composition of inhalation and exhaust gas of a subject, whether conscious or unconscious, and calculating the lung function and cardiac output of the subject based on the data.

피검체의 심장성 호흡기능을 결정하는 것은 바람직하고 또한 종종 필요하다. 심장혈관 및 호흡장치의 기능은 인체조직에 산소포화 혈액을 공급하고 조직에 의해 생성되는 CO2를 제거하여 폐의 환기작용으로 배출되도록 하는 것이다. 폐의 환기량 뿐만 아니라 주입 또는 배출되는 혈액량 및 혈액내의 O2및 CO2의 양은 순환 및 호흡기능의 적정성의 임계반사이다.Determining the cardiac respiratory function of a subject is desirable and often necessary. The function of the cardiovascular and respiratory system is to supply oxygen-saturated blood to the human tissue and to remove the CO 2 produced by the tissue so that the lungs are ventilated. The amount of blood injected or discharged as well as the amount of O 2 and CO 2 in the blood as well as the ventilation of the lungs is a critical reflection of the adequacy of circulation and respiratory function.

운동중에, 질병에 걸렸을 경우, 또는 수술중에 이러한 생리학적 매개변수가 적합하게 변경될 수도 있고 손상될 수도 있다. 심장성호흡 기능장애를 진단하고 치료하기 위하여, 그러한 매개변수를 측정하고 평가하는 것이 필요하다. 이것은 외과마취중 마취전문가가 수술중에 마취제 또는 합병증으로 인해 손상을 입을 수도 있는 심장성 호흡 항상성을 유지해야 할 경우에는 특히 필수적이다. 중환자실의 병이 중한 비외과환자의 경우는 그러한 매개변수를 사전평가하는 것이 또한 필요하다. 더욱, 운동검사의 해결책이 되어야 하는 심장혈액 박출량 및 기타 심장성 호흡기능의 사전평가는, 현재로서는 수용할 만한 효과적인 비삽입 방법이 없기 때문에, 일상적으로는 평가되지 않는다.During exercise, disease, or surgery, these physiological parameters may be altered or damaged as appropriate. In order to diagnose and treat cardiac respiratory dysfunction, it is necessary to measure and evaluate such parameters. This is particularly necessary when anesthesiologists under surgical anesthesia must maintain cardiac respiratory homeostasis, which may be damaged by anesthesia or complications during surgery. In the case of non-surgical patients with serious illness, it is also necessary to pre-evaluate such parameters. Moreover, prior evaluation of cardiac blood ejection and other cardiac respiratory functions, which should be the solution to the exercise test, is not routinely assessed because there is currently no effective non-insertion method that is acceptable.

삽입장치가 사용가능하지만(카테테르 등을 경유하는) 삽입과정에 시간이 많이 소요되고 위험을 수반하기 때문에 일상적으로는 사용될 수 없다. 초음파 도플러장치와 같은 비삽입장치가 개발되어 있지만 일상적으로는 사용될 수 없고 심장성 호흡기능을 계속적으로 정확히 평가할 수는 없다.Insertion devices are available (via catheter, etc.) but cannot be used routinely because they are time consuming and risky in the insertion process. Non-insertion devices, such as ultrasound Doppler devices, have been developed but cannot be used routinely and cannot accurately evaluate cardiac respiratory function.

본 발명의 목적은 피검자의 흡입 및 배출가스의 양 및 성분을 계속적으로 측정하고 상기 자료로부터 폐기능 및 심장혈액 박출량을 계산하는 신규의 비삽입장치를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a novel non-insertion device which continuously measures the amount and composition of the inhalation and exhaust gas of a subject and calculates lung function and cardiac blood ejection from the data.

더 구체적으로는, 본 발명의 목적은 심장혈액 박출량을 결정하기 위해 조직의 PO2및 PCO2뿐만 아니라 O2, CO2, 호흡공기의 전체체적 및 온도 및 기관조직 간에 교환되는 기타의 가스를 계속적으로 측정하는 소형 질량 분석계를 제공하는데 있다. 그러한 측정은 조직관류의 적정성의 결정뿐만 아니라 심장혈액 박출량을 신속히 계산하기 위해 자료를 공급하는 것이 바람직하다.More specifically, it is an object of the present invention to continuously maintain the PO 2 and PCO 2 of the tissue as well as O 2 , CO 2 , the total volume and temperature of respiratory air and other gases exchanged between organ tissues to determine cardiac blood output. It is to provide a compact mass spectrometer to measure with. Such measurements should be provided to determine the appropriateness of tissue perfusion as well as to quickly calculate cardiac output.

따라서, 본 발명의 목적은 상호 작용하여 피검자의 심장성 호흡기능을 계속적으로 신속하게 측정하기 위해 기관내튜브와 연결되는 신규의 소형 질량 분석계를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a novel compact mass spectrometer which interacts with an endotracheal tube to continuously and rapidly measure the cardiac respiratory function of a subject.

본 발명의 목적을 성취하기 위하여, 길이를 따라 다수의 보조통로를 구비하는 특별히 설계된 기관내튜브에 소형 질량분석계가 연결된다. 기관내튜브의 환기기능은 변경되지 않고 시료가스는 보조통로를 통해 양분석용 질량분석계에 순환된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 기관내튜브는 일회용으로 사용되는 것이 바람직하고 질량분석계 모터펌프 모듈에서 쉽게 분리될 수 있다.In order to achieve the object of the present invention, a compact mass spectrometer is connected to a specially designed endotracheal tube having a plurality of auxiliary passageways along its length. The ventilation function of the endotracheal tube is not changed and the sample gas is circulated through the secondary passage through the mass spectrometer for quantitative analysis. In a preferred embodiment of the present invention, the endotracheal tube is preferably used for single use and can be easily separated from the mass spectrometer motor pump module.

제 1 도 내지 제 4 도에는 폐가스 분취 및 분석장치가 도면부호 10으로 도시되어 있다. 이 폐가스 분취 및 분석장치(10)는 연질 플라스틱 삽입재로된 일회용 기관내튜브(11)와, 이 기관내튜브에 착탈 가능하게 연결되는 모터펌프 및 질량분석계 모듈(12)로 구성되어 있다. 기관내튜브(11)는 내부관(13) 및 외부관(14)으로 구성된다. 이중 벽으로된 기관내튜브(11)는 예컨대 싱글-피스(single-piece) 압출과 같은 종래의 제조공정으로 제조되거나 또는 두 개의 관으로 조립형성된다. 내부관(13)은 길이방향으로 관통하는 중앙통로(15)를 한정하고 상기 중앙통로는 종래의 기관내튜브와 마찬가지로 폐에 신선한 공기를 유통시킨다.1 through 4, the waste gas fractionation and analysis device is shown at 10. The waste gas fractionation and analysis device 10 is composed of a disposable endotracheal tube 11 made of a soft plastic insert, and a motor pump and mass spectrometer module 12 detachably connected to the endotracheal tube. The endotracheal tube 11 is composed of an inner tube 13 and an outer tube 14. The double walled endotracheal tube 11 is manufactured by a conventional manufacturing process such as, for example, single-piece extrusion or assembled into two tubes. The inner tube 13 defines a central passage 15 penetrating in the longitudinal direction, and the central passage distributes fresh air to the lungs as in the conventional endotracheal tube.

내부관(13) 및 외부관(14)은 다수의 길다란 연결벽(16)에 의해 서로 연결되고 상기 연결벽은 내부관 및 외부관 사이에 형성된 내측 환상공간을 다수의 통로로 분할한다. 내부관 및 외부관은 그들의 각 하단부(17)에서 연결되고 제 15 도에 상세히 도시한 바와 같이 내부관 및 외부관의 상단부에는 외향경질 환상부재(18)가 제공되어 있다. 연결벽(16)은 중앙통로의 주연에 배치된 내측환상 공간을 통로(19) 내지 통로(26)로 분할한다. 이들 통로는 기관내튜브의 길이를 따라 연장된다.The inner tube 13 and the outer tube 14 are connected to each other by a plurality of elongated connecting walls 16 which divide the inner annular space formed between the inner tube and the outer tube into a plurality of passages. The inner tube and the outer tube are connected at their respective lower ends 17 and the outward rigid annular member 18 is provided at the upper ends of the inner tube and the outer tube as shown in detail in FIG. 15. The connecting wall 16 divides the inner annular space arranged at the periphery of the central passage into the passages 19 to 26. These passages extend along the length of the endotracheal tube.

모관제한부재(27)는 기관내튜브의 하단부(17)에 인접한 내부관(13)내에 배치되고 이곳을 관통하는 다수의 모관 또는 통로(28)가 제공되어 있다. 제 2 도 및 제 4 도에는 종앙통로(15)를 흐르는 가스가 모관(28)을 통하여 흐를 수 있도록 모관제한부재(27)를 축방으로 관통하여 연장되는 모관(28)이 형성된 것을 도시하였다. 모관제한부재(27)의 양쪽 또는 양단부에는 상이한 압력이 존재하는 것을 알 수 있다.The capillary restricting member 27 is provided in a plurality of capillaries or passages 28 disposed in and through the inner tube 13 adjacent the lower end 17 of the endotracheal tube. 2 and 4 illustrate a capillary 28 extending through the capillary restricting member 27 axially so that the gas flowing through the longitudinal passage 15 can flow through the capillary 28. It can be seen that different pressures exist at both or both ends of the capillary restricting member 27.

제 2 도에는 기관내튜브(11)의 하단부에 통로(19)와 통하는 내부관(13)내의 개구부(29)가 제공된 것을 도시하였다. 상기 개구부(29)에 인접해 위치한 제 2 개구부(30)는 통로(2)와 통한다. 피검자로부터 호흡되는 가스는 개구부(30)를 통과해 분취통로를 형성하는 통로(20)내로 흐르도록 계속 상방으로 흐른다. 이와 반대로 시료가스의 일부는 통로(19)를 통해 역류하고 개구부(29)를 통해 하부기관 부위로 방출된다. 따라서, 통로(19)는 복귀통로를 이루고, 가스는 하향 또는 역방향으로 흐른다.2 shows an opening 29 in the inner tube 13 communicating with the passageway 19 at the lower end of the endotracheal tube 11. The second opening 30, located adjacent to the opening 29, communicates with the passage 2. The gas breathed from the subject continues to flow upward through the opening 30 to flow into the passage 20 forming the preparative passage. On the contrary, a part of the sample gas flows back through the passage 19 and is discharged through the opening 29 to the lower engine part. Thus, the passage 19 forms a return passage, and the gas flows in the downward or reverse direction.

또한, 내부관(13)은 통로(21)와 통하는 모관제한부재(27) 위에 위치한 개국부(31)를 구비한다. 모관제한부재(27) 아래에 위치하는 내부관(13)내의 개구부(32)는 통로(23)와 통한다. 통로(21 및 23)는 모관제한부재 상하에 있는 가스압을 감지 및 분석하여 폐활량을 결정하기 위하여 차압변합기에 연결된다.In addition, the inner tube 13 has a gripping portion 31 located above the mother cap restricting member 27 communicating with the passage 21. The opening 32 in the inner tube 13 located below the capillary restricting member 27 communicates with the passage 23. The passages 21 and 23 are connected to the differential pressure transformer to determine the spirometry by detecting and analyzing the gas pressure above and below the capillary restricting member.

외부관(14)은 기관내 튜브의 하단부에 인접고정되는 한쌍의 연질 슬리브상 부재(33)를 구비한다. 이들 연질 슬리브상 부재(33)는 서로 종방향으로 일정간격으로 이격되어 있고 외부관에 밀봉 접착되는 상부 환상연부(34) 및 하부 환상연부(35)를 갖는다. 각 슬리브상 부재(33)는 외부관 사이의 용적공간은 체임버(36)를 한정한다. 따라서 각 슬리브상 부재(33)는 외부관(14)과 결합하여 작동자가 선택적으로 팽창 및 수축시킬수 있는 한쌍의 팽창식 기구부(氣球部)를 한정한다.The outer tube 14 has a pair of soft sleeved members 33 secured adjacent to the lower end of the endotracheal tube. These soft sleeve-like members 33 have an upper annular edge 34 and a lower annular edge 35 which are spaced apart at regular intervals in the longitudinal direction from one another and are hermetically bonded to an outer tube. Each sleeve-like member 33 defines a chamber 36 in the volume space between the outer tubes. Each sleeve-like member 33 thus defines a pair of inflatable mechanisms that, in conjunction with the outer tube 14, allow the operator to selectively expand and contract.

이점에 관하여, 외부관(14)은 종방향으로 일정간격 이격되어 있는 한쌍의 개구부(37)를 구비하고, 각 상기 개구부는 체임버(36)중의 하나와 통한다. 또한 각 개구부는 각 기구부(33)를 각기 팽창 또는 수축시키는 공기가 통과하는 통로(22)와 통한다. 기구부는 이중의 기능을 제공하며, 그 하나는 피검자의 기관벽에 끼워져 지지수단으로서 기능을 하는 것이다.In this regard, the outer tube 14 has a pair of openings 37 which are spaced apart at regular intervals in the longitudinal direction, each opening communicating with one of the chambers 36. In addition, each opening communicates with a passage 22 through which air for expanding or contracting each mechanism 33 passes. The instrument part serves a dual function, one of which is fitted to the tracheal wall of the subject to function as a support means.

또한, 팽창식 기구부(33)는 피검자의 기관벽과 함께 동맥의 PO2를 반영하는 기관조직 O2및 CO2를 측정하기 위한 기관벽 분취셀을 한정하여 기관의 대사율이 낮기 때문에 동맥PCO2의 근사값을 제공한다.In addition, the inflatable mechanical part 33 of the arterial PCO 2 because by limiting the engine wall preparative cell for measuring the organ tissue O 2 and CO 2, which reflects the PO 2 of the artery with the organ wall of the subject is low metabolic rate of organ Provide an approximation.

다시 제 2 도에 대해 언급하면, 슬리브형상부재 또는 기구부(33)는 기관벽(38)에 끼워져 고정되도록 팽창된 상태로 도시되었다. 이들 기구부(33)는 기관벽(38)과 함께 팽창된 기구부(33), 외부관(14) 및 기관벽(38) 사이에 위치하는 용적공간에 의해 한정되는 기관 분취셀(39)을 한정한다.Referring again to FIG. 2, the sleeve-like member or mechanism 33 is shown in an expanded state to fit and secure the engine wall 38. These instrument sections 33 define an engine fractionation cell 39 defined by a volume space located between the instrument section 33, the outer tube 14, and the engine wall 38 that are expanded with the engine wall 38. .

외부관(14)은 내부에 통로(24)와 통하는 개구부(40)를 갖는 것을 알 수 있다. 또한 외부관(14)은 내부에 통로(25)와 통하는 개구부(41)를 구비한다. 기구부(38)가 팽창상태 일 때, 개구부(40)는 통로(24)와 기관분취셀(39)을 서로 통하게 하고, 개구부(41)는 통로(25)와 기관분취셀(39)을 서로 통하게 한다. 기관분취셀로부터의 시료가스는 질량분석계에 의한 분석용 분취통로(24)를 통하여 상방으로 흐르고 기관시료 가스는 복귀통로(25)를 통하여 기관분취셀로 귀환한다.It can be seen that the outer tube 14 has an opening 40 communicating with the passage 24 therein. The outer tube 14 also has an opening 41 communicating with the passage 25 therein. When the mechanism portion 38 is in the expanded state, the opening 40 allows the passage 24 and the engine fractionation cell 39 to pass through each other, and the opening 41 allows the passage 25 and the engine fractionation cell 39 to pass through each other. do. Sample gas from the engine fractionation cell flows upward through the analysis fractionation passage 24 by the mass spectrometer, and the engine sample gas is returned to the engine fractionation cell through the return passage 25.

기관내튜브의 상단부는 펌프 및 질량분석계 모듈의 일부품인 다기관(42)에 의해 모터펌프 및 질량분석계모듈(12)에 착탈가능하게 연결된다.다기관(42)은 기관내튜브(11)의 내부관(13)내로 돌출된 감소부분(43a)을 갖는 다기관몸체(43)를 포함한다. 다기관몸체는 내향환형립(45a)을 구비한 너트(45)에 나사 결합되는 숫나사부(44)를 구비한다. 내향환형립(45a)은 기관내튜브의 상단부에 고정된 경질환상부재(18)에 맞물리고 기관내튜브를 다가관에 착탈가능하게 고정한다. 경질환상부재(18)는 내부에 기관내튜브의 각 통로와 통하는 개구부를 구비한다.The upper end of the endotracheal tube is detachably connected to the motor pump and mass spectrometer module 12 by a manifold 42 that is part of the pump and mass spectrometer module. And a manifold body 43 having a reduction portion 43a protruding into the tube 13. The manifold body has a male threaded portion 44 screwed to a nut 45 having an inwardly annular lip 45a. The inwardly annular lip 45a engages with the hard annular member 18 fixed to the upper end of the endotracheal tube and detachably fixes the endotracheal tube to the multi-pipe. The hard annular member 18 has an opening therein for communicating with each passage of the endotracheal tube.

다기관몸체(43)는 감소부분(43a)내로 연장되고 내부관(13)의 중앙통로(15)와 통하는 L자형통로(46)를 구비한다. 다기관몸체에는 제 17 도에 상세히 도시한 종래의 방법으로 피검자의 폐에 공급되는 산소 및 마취 가스원에 연결되는 연질호스(48)를 구비하는 연결구(47)가 제공된다. 따라서, 산소와 마취가스의 혼합물은 피검자를 마취할 때 통로(46)를 통해 기관내튜브의 순환용 중앙통로(15)내로 들어가 피검자의 호흡계내에서 순환된다.The manifold body 43 has an L-shaped passage 46 extending into the reduction portion 43a and communicating with the central passage 15 of the inner tube 13. The manifold body is provided with a connector 47 having a soft hose 48 connected to an oxygen and anesthetic gas source supplied to the subject's lungs in a conventional manner as detailed in FIG. 17. Thus, the mixture of oxygen and anesthesia gas enters into the central passage 15 for circulation of the endotracheal tube through the passage 46 and circulates in the subject's respiratory system when anesthetizing the subject.

제 7 도 내지 제 9 도 및 제 14 도 및 제 15 도에 대해 언급하면, 다기관몸체(43)에는 기관내튜브(11)의 분취통로(20)와 통하는 통로(49)가 제공되었음을 알 수 있다. 또한 다기관몸체에는 그 내부에 통로(50), 통로(51) 및 통로(52)가 제공된다. 통로(50)는 기관내튜브의 복귀통로(19)와 통하고 통로(51)는 기관내튜브의 기관분취통로(24)와 통한다. 다기관몸체내의 통로(52)는 기관내튜브의 통로(25)와 통하고 기관조직 시료가스를 기관분취셀(39)로 귀환시킨다.Referring to FIGS. 7 to 9 and 14 and 15, it can be seen that the manifold body 43 is provided with a passage 49 for communicating with the aliquot passage 20 of the endotracheal tube 11. . In addition, the manifold body is provided with a passage 50, a passage 51, and a passage 52 therein. The passage 50 communicates with the return passage 19 of the endotracheal tube and the passage 51 communicates with the tracheal aliquot passage 24 of the endotracheal tube. The passage 52 in the manifold body communicates with the passage 25 of the endotracheal tube and returns the tracheal tissue sample gas to the tracheal aliquot cell 39.

다기관몸체(43)에는 제 7 도에 상세히 도시한 바와 같이, 그 내부에 통로(53, 59 및 56)가 제공된다. 통로(53)는 기관내튜브의 통로(21)와 통하고 통로(56)는 그 내부의 통로(23)와 통한다. 통로(59)는 기구부(33)를 팽창 또는 수축시키는 일정한 압력의 공기가 통하는 기관내 튜브내의 통로(22)와 통한다.Manifold body 43 is provided with passages 53, 59, and 56 therein, as shown in detail in FIG. 7. The passage 53 communicates with the passage 21 of the endotracheal tube and the passage 56 communicates with the passage 23 therein. The passage 59 communicates with the passage 22 in the endotracheal tube through which air of constant pressure, which expands or contracts the instrument portion 33.

모관제한부재(27)의 상하에 각기 위치하는 지역의 압력하의 가스는 통로(53 및 56)를 통과해 폐활량이 측정되는 차압변환기로 흐르는 것을 알 수 있다. 여기서, 통로(53)에는 호스(55)가 부착되어 결국 차압변환기에 연걸되는 연결구(54)가 제공된다. 이와 유사하게, 통로(56)에는 차압변환기에 연통관계로 연결된 호스(58)를 구비하는 연결구(57)가 제공되어 있다. 마지막으로, 통로(59)에는 연결구(60)에 연결된 호스(61)를 구비하고 기구부(33)를 팽창 및 수축시키는 적당한 소형펌프 또는 이와 유사한 압력발생장치에 연결된 연결구(60)가 제공된다.It can be seen that the gas under pressure in each of the regions located above and below the mother pipe restricting member 27 flows through the passages 53 and 56 to the differential pressure transducer in which the lung capacity is measured. Here, the passage 53 is provided with a connector 54 to which the hose 55 is attached and eventually connected to the differential pressure transducer. Similarly, the passage 56 is provided with a connector 57 having a hose 58 in communication with the differential pressure transducer. Finally, the passage 59 is provided with a connector 60 having a hose 61 connected to the connector 60 and connected to a suitable small pump or similar pressure generating device which expands and contracts the mechanism 33.

또한 다기관(43)에는 회전밸브(63)를 수납하는 원통형홈(62)이 제공된다. 회전밸브(63)는 제 8, 9, 14 및 15도에 상세히 도시한 바와 같이 일정간격 이격된 한쌍의 밸브구멍(65 및 66)을 구비한 원통형 밸브몸체(64)를 포함한다. 밸브몸체(64)에는 다기관내의 밸브몸체의 회전을 용이하게 하기위해 그 일단부에 소형핸들(67)이 제공된다. 또한 밸브몸체에는 제 8 도에 상세히 도시한 바와 같이 종래구조의 축방향으로 일정간격 떨어져 있는 밀폐부재(68)가 제공된다. 광전위치센서(69)는 밸브몸체(64)에 고정되고 가스감지장치(10)의 작동시 밸브몸체의 위치 감지용 적당한 전기유도자가 제공된다. 여기서, 밸브몸체는 통로(49 및 50)를 질량 분석계 또는 통로(51 및 52)를 질량분석계 장치에 선택적으로 서로 통하도록 90도의 호(arc)로 회전할 수 있다. 이러한 배치는 폐의 가스를 분취 및 측정 가능하게 하거나 또는 이와 다르게 기관조직 가스를 분취 및 측정 가능하게 한다. 광전센서(69)는 분취절차가 관찰되는 것을 나타내는 가시신호를 발생시킨다.In addition, the manifold 43 is provided with a cylindrical groove 62 for receiving the rotary valve 63. The rotary valve 63 includes a cylindrical valve body 64 having a pair of valve holes 65 and 66 spaced apart from each other as shown in detail in the eighth, ninth, 14th and 15th degrees. The valve body 64 is provided with a small handle 67 at one end thereof to facilitate the rotation of the valve body in the manifold. In addition, the valve body is provided with a sealing member 68 spaced apart in the axial direction of the conventional structure as shown in detail in FIG. The photoelectric position sensor 69 is fixed to the valve body 64 and is provided with a suitable electrical inducer for detecting the position of the valve body upon operation of the gas sensing device 10. Here, the valve body can rotate the passages 49 and 50 in an arc of 90 degrees such that the mass spectrometer or passages 51 and 52 selectively communicate with each other through the mass spectrometer apparatus. This arrangement makes it possible to fractionate and measure the gas in the lungs or alternatively to fractionate and measure the organ tissue gas. The photoelectric sensor 69 generates a visible signal indicating that a preparative procedure is observed.

제 10, 11, 13 및 16도에 대해 언급하면, 다기관은 원통형 모터펌프몸체(72)로 구성된 공기구동식 모터펌프(71)에 연결되는 것을 알 수 있다. 예컨대 로킹핀과 같은 적당한 수단을 기어모터펌프(71)를 다기관(42)에 착탈자재하게 고정하는데 이용할 수 있다. 모터펌프몸체(72)는 펌프몸체의 내측을 모터실(74)과 펌프실(75)로 분할하는 분할판(73)이 제공된 중공내측을 구비한다. 분할판(73)은 분할판의 적정위치를 결정하는 펌프몸체(72)내의 환상어깨부(72a)에 맞물린다. 분할판(73)은 분할판의 일표면으로 돌출한 일정간격 떨어져 배치되는 축핀(76 및 77)을 구비한다. 축핀(76 및 77)은 모터실(74)쪽으로 돌출하고 각기 모터실의 한쌍의 원통형 분할실의 중심을 한정한다. 또한 분할판(73)은 분할판의 다른 표면으로 연장되고 펌프실(75)로 돌출한 일정간격 떨어져 배치되는 축핀(78 및 79)을 구비한다. 또한 축핀(78,79)은 각기 펌프실의 한쌍의 분할실의 중심을 한정한다는 것을 유의해야 한다. 또한 축핀(76)은 축핀(78)과 동축관계로 배치되며 축핀(77)은 축핀(79)과 동축관계로 배치되는 것을 유의해야 한다.Referring to FIGS. 10, 11, 13 and 16, it can be seen that the manifold is connected to an air driven motor pump 71 consisting of a cylindrical motor pump body 72. Appropriate means such as, for example, locking pins can be used to securely mount the gear motor pump 71 to the manifold 42. The motor pump body 72 has a hollow inner side provided with a partition plate 73 for dividing the inside of the pump body into the motor chamber 74 and the pump chamber 75. The partition plate 73 is engaged with the annular shoulder portion 72a in the pump body 72 which determines the proper position of the partition plate. The divider plate 73 has shaft pins 76 and 77 which are spaced apart by a predetermined distance protruding from one surface of the divider plate. The shaft pins 76 and 77 protrude toward the motor chamber 74 and define the center of the pair of cylindrical partition chambers of the motor chamber, respectively. The divider 73 also includes shaft pins 78 and 79 that extend to the other surface of the divider and are spaced apart at regular intervals protruding into the pump chamber 75. It should also be noted that the shaft pins 78 and 79 define the center of the pair of compartments in the pump chamber, respectively. It should also be noted that the shaft pin 76 is disposed coaxially with the shaft pin 78 and the shaft pin 77 is disposed coaxially with the shaft pin 79.

제 9, 10, 11 및 14 도에 대해 다시 언급하면, 모터펌프몸체(72)에는 그 내부에 일정간격 떨어져 배치된 한쌍의 축방향 신장통로(80 및 81)가 제공된다. 모터펌프몸체(72)에는 그 내부에 또한 축방향 신장통로(82) 및 방사상 신장통로(83)가 제공된다. 통로(80 및 81)는 펌프실(75)과 통하고 통로(82 및 83)는 모터실(74)과 통한다. 통로(80)는 폐기관분취셀의 어느 한 곳의 시료가스가 향하는 분취통로를 한정하고 통로(81)는 폐가스시료 또는 기관조직 가스시료가 복귀하는 복귀통로를 한정한다. 통로(82)는 모터펌프 구동용 원동력을 제공하는 입구통로를 한정한다. 공기통로(83)는 모터펌프 구동압력하의 공기가 방출되는 출구통로를 한정한다. 여기서, 펌프몸체에는 공기출구통로(83)로부터 방출되는 공기가 흐르는 호스(85)를 구비한 연결구(84)가 제공된다.Referring again to FIGS. 9, 10, 11 and 14, the motor pump body 72 is provided with a pair of axial extension passages 80 and 81 disposed therein at regular intervals. The motor pump body 72 is also provided therein with an axial extension passage 82 and a radial extension passage 83. The passages 80 and 81 communicate with the pump chamber 75 and the passages 82 and 83 communicate with the motor chamber 74. The passage 80 defines a preparative passage to which the sample gas of the waste pipe preparative cell is directed, and the passage 81 defines a return passage through which the waste gas sample or the engine tissue gas sample returns. The passage 82 defines an inlet passage that provides the driving force for driving the motor pump. The air passage 83 defines an outlet passage through which air under the driving pressure of the motor pump is discharged. Here, the pump body is provided with a connector 84 having a hose 85 through which air discharged from the air outlet passage 83 flows.

제 10 도에 대하여 다시 언급하면, 상부 구동기어(86)는 그 내부에 중앙개구부(87)를 구비하고 회전을 위해 그것과 관련된 축핀(76)상에 끼워진다. 상부 구동기어(86)에는 대칭으로 배치된 다수의 기어로브(88)가 제공되고 하부 구동기어(89)와 맞물린 관계로 배치된다. 하부 구동기어(89)에는 중앙개구부(90)가 제공되고 축핀(77)상에 끼워진다. 또한 하부 구동기어(89)에는 각기 자기요소(92)가 삽입된 기어로브(91)가 제공된다. 구동기어(86 및 89)는 각 기어로브의 외주면이 인접한 모터실의 내표면에 거의 밀착하도록 모터실내에 배치되는 형상이다. 또한, 구동기어(86)와 구동기어(89)의 회전축은 각기 모터실(74)의 분할실의 중앙을 한정한다.Referring again to FIG. 10, the upper drive gear 86 has a central opening 87 therein and fits on an associated shaft pin 76 for rotation. The upper drive gear 86 is provided with a plurality of symmetrically arranged gear lobes 88 and arranged in engagement with the lower drive gear 89. The lower drive gear 89 is provided with a central opening 90 and fitted on the shaft pin 77. The lower drive gear 89 is also provided with a gear lobe 91 into which magnetic elements 92 are inserted. The drive gears 86 and 89 are arranged in the motor chamber such that the outer circumferential surface of each gear lobe almost comes into close contact with the inner surface of the adjacent motor chamber. Further, the rotation shafts of the drive gear 86 and the drive gear 89 respectively define a center of the division chamber of the motor chamber 74.

제 11 도에 대해 언급하면, 펌프실(75)에는 그 내부에 중앙개구부(94)를 갖고 축핀(79)상에 끼워지는 하부 구동기어(93)가 제공된다. 하부 구동기어(93)는 각기 다수의 연철심 요소중 하나가 삽입된 대칭형으로 배치된 다수의 기어로브(95)를 구비한다.Referring to FIG. 11, the pump chamber 75 is provided with a lower drive gear 93 having a central opening 94 therein and fitted onto the shaft pin 79. The lower drive gear 93 has a plurality of gear lobes 95 each arranged symmetrically with one of the plurality of soft iron core elements inserted therein.

펌프실(75)내의 하부 구동기어(93)는 중앙개구부(98)를 구비하고 축핀(78)상에 끼워진 상부 구동기어와 맞물린 관계로 배치된다. 또한 구동기어(97)에는 기어로브(99)가 제공된다. 구동기어(93) 및 구동기어(97)의 외주면은 펌프실(75)의 내표면에 근접배치된다는 것을 유의해야 한다. 또한, 공기 구동모터 펌프의 구동기어(86)가 통로(82)를 통해 도입된 압력공기에 의해 구동될 때, 기어(86)는 기어 (89)를 구동하고 이 회전원동력은 각기 상호작용 자기요소 및 연철심요소(92 및 96)에 의해 전달되고 궁극적으로 하부기어(93) 및 기어(97)를 구동한다. 모터구동용 공기흐름은 모터 및 펌프의 작동시 공기통로(83)를 통하여 일정하게 배출된다.The lower drive gear 93 in the pump chamber 75 has a central opening 98 and is disposed in engagement with the upper drive gear fitted on the shaft pin 78. The drive gear 97 is also provided with a gear lobe 99. It should be noted that the outer circumferential surfaces of the drive gear 93 and the drive gear 97 are disposed close to the inner surface of the pump chamber 75. In addition, when the drive gear 86 of the air drive motor pump is driven by the pressure air introduced through the passage 82, the gear 86 drives the gear 89 and the rotational driving force is the interaction magnetic element, respectively. And soft iron core elements 92 and 96 and ultimately drive lower gear 93 and gear 97. Motor driving air flow is constantly discharged through the air passage 83 during the operation of the motor and pump.

모터펌프 몸체(72)에는 그 내부에 중앙출구(111)를 갖는 밀폐판(110)이 제공된다. 폐 또는 기관조직 분취셀중의 한 곳의 가스시료는 펌프실로부터 중앙출구(111)를 통하여 질량분석계(100)로 배출된다.The motor pump body 72 is provided with a sealing plate 110 having a central outlet 111 therein. The gas sample of one of the lung or tracheal aliquot cells is discharged from the pump chamber to the mass spectrometer 100 through the central outlet 111.

제 13 도에 대하여 언급하면, 모터펌프(71)는 스테인레스강등으로 제조된 원통형상의 하우징 또는 몸체의 (101)를 포함하는 소형 질량분석계(100)에 착탈자재하게 연결된다. 도면에 도시하지 않았지만 질량분석계의 하우징(101)은 이 부분의 조립 및 해체를 용이하게 하는 예컨대 커플링핀과 같은 적당한 해제가능한 연결수단에 의해 모터펌프 몸체(72)에 연결되는 것을 지적하고 싶다.Referring to FIG. 13, the motor pump 71 is detachably connected to a small mass spectrometer 100 including a 101 of a cylindrical housing or body made of stainless steel or the like. Although not shown in the figures, it is to be pointed out that the housing 101 of the mass spectrometer is connected to the motor pump body 72 by suitable releasable connecting means, for example coupling pins, which facilitate assembly and disassembly of this part.

질량분석계의 하우징(101)은 원통형 외벽(102) 및 원통형 냉각실(104)을 형성하도록 외벽과 일정간격 떨어진 내벽(103)을 포함하는 이중벽 구조이다. 또한 하우징(101)은 원통형 내벽 및 외벽과 일체로 된 전방단부벽(105)을 포함한다. 원형세라믹 헤더(106)는 하우징(101)의 배벽을 한정하고 밀봉관계로 하우징의 원통형 이중벽에 끼워진다.The housing 101 of the mass spectrometer is a double wall structure including an inner wall 103 spaced apart from the outer wall so as to form the cylindrical outer wall 102 and the cylindrical cooling chamber 104. The housing 101 also includes a front end wall 105 integral with the cylindrical inner and outer walls. The circular ceramic header 106 defines the back wall of the housing 101 and is fitted to the cylindrical double wall of the housing in a sealed relationship.

정면단부벽(105)에는 레이저 가공된 입구(109)를 갖는 밀폐판(108)에 의해 밀폐되는 축방향 개구부(107)가 제공된다. 도시한 실시예에는 측정되는 시료가스가 통과하는 세 개의 입구가 제공된다. 입구(109)는 서로 가깝게 밀집되고 각기 약 0.5미크론의 직경을 갖는다. 질량분석계에 세 개의 분리 구멍을 사용하는 것은 이물질에 의해 막히는 것을 완화시키기 위함이다. 질량분석계 진공계통은 제한된 콘덕턴스내에서 작동하므로, 한 개 또는 수개의 구멍의 장애는 즉시 작동 압력의 변화에 의해 감지된다. 이러한 막힘은 작동자에게 신호되지만 질량분석계의 계속적인 사용을 방해하지는 않는다.The front end wall 105 is provided with an axial opening 107 that is sealed by a closure plate 108 having a laser machined inlet 109. In the illustrated embodiment, three inlets are provided through which the sample gas to be measured is passed. The inlets 109 are close to each other and each have a diameter of about 0.5 microns. The use of three separation holes in the mass spectrometer is intended to mitigate blockage by foreign material. Since mass spectrometer vacuum systems operate within limited conductance, failure of one or several holes is immediately detected by a change in operating pressure. This blockage is signaled to the operator but does not interfere with the continued use of the mass spectrometer.

측정될 시료가스는 모터펌프의 출구통로(111)를 통하여 배출되어 질량분석계의 입구(109)로 들어간다. 그러나, 용적 축압실(112)은 질량분석계의 입구(109)로 들어간다. 그러나, 용적 축압실(112)은 질량분석계의 밀폐판(108)과 펌프실(75)용 밀폐판(110) 사이에 한정된다는 것을 유의해야 한다.The sample gas to be measured is discharged through the outlet passage 111 of the motor pump and enters the inlet 109 of the mass spectrometer. However, the volume accumulator chamber 112 enters the inlet 109 of the mass spectrometer. However, it should be noted that the volume accumulating chamber 112 is defined between the sealing plate 108 of the mass spectrometer and the sealing plate 110 for the pump chamber 75.

측정된 시료가스는 입구(109)를 통해 질량분석계의 하우징(101)의 내부(113)로 향한다. 하우징(101)에는 냉각실(104)과 통하는 입구연결구(114)가 제공된다. 입구연결구(114)에는 질량분석계의 내부(113)의 온도를 제어하기 위하여 압력하의 냉각공기원에 연결된다. 통로(116)는 냉각실(104)과 모터펌프몸체(72)내의 공기 입구통로(82)를 서로 통하게 한다. 따라서, 질량분석계를 냉각하는데 사용되는 압력하의 공기는 또한 모터펌프 기어구동장치(71)를 구동하는데도 사용된다.The measured sample gas is directed through the inlet 109 to the interior 113 of the housing 101 of the mass spectrometer. The housing 101 is provided with an inlet connector 114 in communication with the cooling chamber 104. The inlet connector 114 is connected to a cooling air source under pressure to control the temperature of the interior 113 of the mass spectrometer. The passage 116 allows the cooling chamber 104 and the air inlet passage 82 in the motor pump body 72 to communicate with each other. Thus, the air under pressure used to cool the mass spectrometer is also used to drive the motor pump gear drive 71.

제 13 도에 대해 다시 언급하면, 내부에 중앙개구부(118)를 갖는 원형입구판 또는 전극(117)은 밀폐판(108)에 일정간격 떨어져 배치되지만 중앙개구부(118)와 입구구멍(109)이 일직선으로 배치되도록 밀폐판(108)에 인접배치된다. 입구판(117)은 헤더(106)를 관통해 연장되고 헤더(106)에 용접된 적당한 전도체(119)에 연결된다. 나선형 격자구조(120)는 용접되고 그렇지 않다면 입구판(117)에 고정되며 그곳에서 돌출한다. 한쌍의 소형 와이어브래킷(121)은 입구판에 고정되고 나선형 격자의 코일(120)에 공정된다.Referring to FIG. 13 again, the circular entrance plate or the electrode 117 having the central opening 118 therein is disposed at a predetermined distance from the sealing plate 108, but the central opening 118 and the inlet hole 109 are It is disposed adjacent to the sealing plate 108 to be arranged in a straight line. The inlet plate 117 extends through the header 106 and is connected to a suitable conductor 119 welded to the header 106. The spiral grating 120 is welded or otherwise secured to the entry plate 117 and projects there. The pair of small wire brackets 121 are fixed to the entrance plate and processed in the coil 120 of the spiral grid.

나선형 격자(120)의 축이 입구판중의 개구부(118)와 동축관계로 배치되어 있음을 알 수 있을 것이다. 중앙개구부(123)를 갖는 원형 단부판 또는 적출 전극(122)은 돌출되어 세라믹 헤더(106)에 결합된 전도체(124)와 연결되어 있다. 단부판(122)내의 개구부(123)는 개구부(118)와 나선형 격자(120)의 축과 동축으로 배치되어 있다. 나선형 격자(120) 사이에 형성된 입체공간은 이온화 영역을 정해주고 입구판 및 단부판과 함께 이온 발생기의 구성요소를 형성한다.It will be appreciated that the axis of the spiral grating 120 is arranged coaxially with the opening 118 in the entry plate. The circular end plate or extraction electrode 122 having the central opening 123 protrudes and is connected to the conductor 124 coupled to the ceramic header 106. The opening 123 in the end plate 122 is disposed coaxially with the axis of the opening 118 and the spiral grating 120. The three-dimensional space formed between the spiral gratings 120 defines the ionization region and together with the entrance and end plates form the components of the ion generator.

이 이온 발생기는 또한 서로에 대해 90도 각도로 배치된 한쌍의 전자방출 필라멘트를 포함하는데, 이 필라멘트들은 팔라듐으로 만들어져 있고 통상적인 발륨-스트론튬 방출 화학물로 코팅되어 있다. 정상적으로 작동될 경우, 이 필라멘트들중 하나는 전자를 방출할 때까지 가열되며, 다른 필라멘트는 오염되지 않게 유지되도록, 따뜻한 상태로 유지시킨다. 사용중 필라멘트가 고장나거나, 또는 작동불능되면, 제 2 필라멘트가 전자공급을 인계받도록 가열된다. 여기된 필라멘트는 나선형 격자 도선(120)보다 100볼트 낮은 전위로 유지되며, 따라서 전자들은 여기된 필라멘트(125)와 나선형 격자(120) 사이의 공간에서 100e.v.의 에너지로 가속된다.The ion generator also includes a pair of electron emitting filaments arranged at an angle of 90 degrees with respect to each other, which are made of palladium and coated with conventional valium-strontium emitting chemicals. In normal operation, one of these filaments is heated until it releases electrons, and the other filament is kept warm to keep it uncontaminated. If the filament breaks down or becomes inoperative during use, the second filament is heated to take over the electron supply. The excited filaments are maintained at a potential 100 volts lower than the helical grating lead 120, so that the electrons are accelerated to an energy of 100 e.v. in the space between the excited filaments 125 and the helical grating 120.

나선형 격자(120)에 도달하게 되면, 일부 전자들은 도선에 도착하여, 보통 방출 전류라 불리는 전류의 흐름을 야기시킨다. 이 전류는 다음에 더욱 상세히 기재되는 방식으로 전기회로에 의해 감지되어 필라멘트로의 전원의 변환에 의해 일정한 값까지 안정화된다.Upon reaching the helical grating 120, some electrons arrive at the wire, causing a flow of current, commonly referred to as emission current. This current is sensed by the electrical circuit in a manner described in more detail below and stabilized to a constant value by the conversion of the power source to the filament.

다른 전자들은 나선형 격자의 만곡부를 통과하여 이온화 영역에 이른다. 격자를 때리는 전자, 그리하여 안정화 정보를 제공하는 전자대 이온화 영역으로 통과하는 전자의 비율은 격자의 투명도에 의해서만 결정되는 것으로 나타난다. 결자의 투명도는 도선 직경대 만곡부 간격의 비율이다.Other electrons pass through the bend of the helical lattice to the ionization region. The ratio of electrons striking the lattice, and thus electrons passing through the electron to ionization regions that provide stabilization information, appears to be determined only by the transparency of the lattice. The transparency of the defect is the ratio of the conductor diameter to the bend spacing.

격자 내부에서, 일부 전자들은 가스 분자들과 충돌하여 이온화 및 단편화를 일으키는 반면, 다른 분자들은 분자들과 상호반응하거나 격자 코일과 부딪치는 일없이 격자를 통과한다. 이러한 비 상호반응성 전자들은 나선형 격자(120)와 동일한 전위로 유지되는 통상적인 U-형 트랩 전극(127)을 통과한다. 이에 관해, 각 필라멘트(125)는 이와 정반대로 배치된 U-형 트랩 전극(127)을 갖는다. 각각의 U-형 트랩 전극에는 하나의 이온수집 도선(128)이 구비되어 있는데 이것은 단위 시간당 발생한 이온의 총숫자를 모니터하여 분광계 내부의 가스 압력을 측정한다. 각각의 U-형 트랩 전극(127)의 이온 수집 도선(128)은 돌출되어 헤더(106)에 결합되어 있다.Inside the lattice, some electrons collide with gas molecules to cause ionization and fragmentation, while others pass through the lattice without interacting with the molecules or hitting the lattice coils. These non-reactive electrons pass through a conventional U-shaped trap electrode 127 that is maintained at the same potential as the helical grating 120. In this regard, each filament 125 has a U-shaped trap electrode 127 disposed opposite thereto. Each U-shaped trap electrode is provided with one ion collecting lead 128 which monitors the total number of ions generated per unit time to measure the gas pressure inside the spectrometer. An ion collection lead 128 of each U-shaped trap electrode 127 protrudes and is coupled to the header 106.

그러므로, 나선형 격자에 발생되는 이온의 수는 100e.v.전자로 폭발되었을 때, 주어진 종류의 이온화 단면, 나선형 격자 사이의 주어진 종류의 이온수 및 나선형 격자사이의 전자 밀도에 좌우된다. 전자 밀도가 방출 안정기에 의해 일정하게 유지되고 이온화 단면이 시간에 따라 변화하지 않기 때문에, 단위시간당 발생하는 주어진 종류의 이온수는 오직 이온화 영역내에서 그 종류의 분압에만 의존한다. 이 이온들은 입구판(117)내의 입구 간극(118)으로부터 멀리 떨어진 나선형 격자(120)의 말단부로 이동한다. 이 이온들중 일부는 단부판(122)내의 개구부(123)를 통하여 분광계의 선형 가속기(129)로 들어간다.Therefore, the number of ions generated in the helical lattice depends upon the ionization cross section of the given kind, the number of ions of the type between the helical lattice and the electron density between the helical lattice when it is exploded into 100 e.v. electrons. Since the electron density is kept constant by the emission stabilizer and the ionization cross section does not change over time, a given kind of ionized water per unit time depends only on that kind of partial pressure in the ionization region. These ions migrate to the distal end of the spiral grating 120 away from the inlet gap 118 in the inlet plate 117. Some of these ions enter the linear accelerator 129 of the spectrometer through the opening 123 in the end plate 122.

선형 가속기를 포함하여, 내부(113)의 분광계 구성요소들은 헤더(106)를 통해 다중-고정 유리 또는 세라믹 피드에 부착되거나 이들로 만들어지며, 이는 보통의 표준 구조임을 알 수 있을 것이다. 선형 가속기(129)는 축방향으로 간격을 두고 떨어져 있는 실제로 동일한 다수의 삼각판 또는 가속전극(130)으로 이루어지며, 이들은 운모로 만들어진 환형 분리기 또는 간격 유지편(132)이 구비된 장착봉(132)위에 겹쳐지거나 장착되어 있다. 신장 상부 버스 레일(133)과 하부 버스 레일(133a)은 판(130)에 에너지를 공급하여, 이들 버스 레일은 돌출되어나와 헤더(106)에 결합된다. 도시된 구체예에서, 판(130)은 각각 레일(133)과 레일(133a)에 교대로 연결되어 있다. 예컨대, 판(1), (3), (5), (7) 및 (9)…는 제 13 도에 도시된 최상부 레일(133)에 연결되어 있는 반면, 판(2), (4), (6), (8)…은 최하부 레일(133a)에 연결되어 있다. 각각의 판(130)은 그 내부에 중앙개구부(134)를 가지며, 이 개구부들은 서로서로 그리고 적출 적극(122)의 개구부(123)에 대해 축방향으로 정렬되어 있다.It will be appreciated that the spectrometer components of the interior 113, including the linear accelerator, are attached to or made of a multi-fixed glass or ceramic feed through the header 106, which is a common standard structure. The linear accelerator 129 consists of a plurality of substantially identical triangular plates or acceleration electrodes 130 spaced apart in the axial direction, which are mounted rods 132 provided with an annular separator or spacing piece 132 made of mica. Overlapping or mounted on the The extended upper bus rail 133 and lower bus rail 133a energize the plate 130 so that these bus rails protrude and are coupled to the header 106. In the illustrated embodiment, the plates 130 are alternately connected to the rails 133 and the rails 133a, respectively. For example, the plates (1), (3), (5), (7) and (9)... Is connected to the top rail 133 shown in FIG. 13, while the plates 2, 4, 6, 8. Is connected to the lowermost rail 133a. Each plate 130 has a central opening 134 therein, the openings being axially aligned with each other and with respect to the opening 123 of the extraction active 122.

선형 가속기에도 헤더(106)에 인접하여 위치한 이온 수집요소 또는 판(135)이 구비되어 있고 가속 전극의 개구부(134)의 축에 대해 정렬되어 있다. 이온 수집판(135)에는 돌출되어 나와 헤더(106)에 결합되어 있는 적당한 전도체(136)가 구비되어 있다. 차폐상자(137)는 이온 수집요소(135) 주변에 위치하며, 가속 전극의 개구부(134)와 축방향으로도 배치되어 있는 간극(138)을 구비하고 있다. 헤더(106)에 장착된 전도체(139)에 고정된 차폐상자(137)는 저부의 이온 수집판(135)으로 전달된 고주파수를 최소화하는 역할을 한다.The linear accelerator also has an ion collecting element or plate 135 positioned adjacent to the header 106 and aligned with the axis of the opening 134 of the acceleration electrode. The ion collection plate 135 is provided with a suitable conductor 136 that protrudes and is coupled to the header 106. The shield box 137 is disposed around the ion collecting element 135 and has a gap 138 which is also disposed in the axial direction with the opening 134 of the acceleration electrode. The shield box 137 fixed to the conductor 139 mounted to the header 106 serves to minimize the high frequency transmitted to the ion collector plate 135 at the bottom.

질량분석계 하우징(101)은 내부(113)와 통신하는 개구부(140)를 그안에 갖는다. 연결구(141)는 개구부(140)내의 하우징에 고정되어 있고 연결구에는 진공원과의 연결을 위한 연결부재(142)가 끼워져 있다. 예를들어, 연결부재는 유효 직경이 1.5센티미터인 유압성형된 박막형 강 벨로즈로 이루어진다. 연결부재(142)는, 제 17 도에 잘 나타나 있는 바와 같이, 진공펌프 VP와 같은 진공원에 연결되어 있다. 질량분석계 장치가 축소 구조물이고, 실시예에 나타난 바와 같이, 통로의 길이는 약 1센티미터이기 때문에, 분석계는 1E-3torr의 진공에서도 작동될 수 있다. 이 정도의 진공은 원거리 펌핑에 의해 얻어질 수 있으며, 동력펌프와 질량분석계 모듈이 기관내 튜브의 단부에 직접 장착되도록 하는 변수들도 이것이다. 도시된 분석계는 그 통로 길이가 약 1센티미터이지만, 약 0.5 내지 2 센티미터 범위의 통로길이를 갖는 축소 분석계도 유효할 것으로 사료된다.The mass spectrometer housing 101 has an opening 140 therein in communication with the interior 113. The connector 141 is fixed to the housing in the opening 140 and the connector is fitted with a connecting member 142 for connection with a vacuum source. For example, the connecting member consists of a hydraulically formed thin film steel bellows having an effective diameter of 1.5 centimeters. The connecting member 142 is connected to a vacuum source such as a vacuum pump VP as shown in FIG. 17. Since the mass spectrometer device is a miniaturized structure, and as shown in the examples, the length of the passage is about 1 centimeter, the analyzer can be operated at a vacuum of 1E -3 torr. This degree of vacuum can be obtained by remote pumping, including variables that allow the power pump and mass spectrometer module to be mounted directly to the end of the endotracheal tube. Although the analyte shown is about 1 centimeter in passage length, it is believed that a reduced analyte having a passage length in the range of about 0.5 to 2 centimeters is also effective.

질량분석계의 작동을 이해하기 위해서는 그 내부에 존재하는 전위를 정의해야 한다. 지적된 바와 같이, 전자 방출 필라멘트(125)는 나선형 격자(120)와 입구판(117)보다 100볼트 낮은 전압에서 작동한다. 나선형 격자(120)와 입구판(117)은 대지 전위보다 몇 볼트 낮은 전압에서 작동하고 나선형 격자 또는 케이지(120) 사이에서 발생된 이온은 대지 전위보다 몇 볼트 낮은 전위에서 초온도적 에너지로 존재한다. 초기 이온의 정확한 전위는 목적하는 값으로 분석계의 질량 결정을 확립하기 위해 분석계의 초기 설비동안 조정할 수 있다.To understand the operation of a mass spectrometer, you need to define the potentials that exist within it. As noted, the electron emitting filament 125 operates at a voltage 100 volts lower than the helical grating 120 and the entrance plate 117. Spiral grating 120 and inlet plate 117 operate at a voltage several volts lower than the earth potential and ions generated between the helical grating or cage 120 are present at supertemperature energy at potentials several volts below the earth potential. . The exact potential of the initial ion can be adjusted during the initial setup of the assay system to establish the mass determination of the assay system at the desired value.

각각의 U-형 트랩 전극(127)의 이온 수집 도선(128)은 연결된 전자 방출 필라멘트(125)에 대해 20볼트 낮은 전위에서 작동하며, 이에 의해 양이온을 끄는 반면, 수집기 도선상에 도달한 필라멘트로부터의 전자는 피하게된다. 각각의 U-형 트랩 전극과 그와 연결된 이온수집 도선은 실제로 통상적인 Bayard Alpert 이온화 게이지의 그것과 통일한 것으로 지적된다. 통상적인 Bayard Alpert 게이지 수행에서, 이온 수집도선은 수집도선으로의 , 또는 수집도선으로부터 대지 또는 기타 전극으로의 누전을 최소화하기 위해 제로 전위에서 작동시킨다.The ion collection lead 128 of each U-shaped trap electrode 127 operates at a 20 volt low potential for the connected electron emitting filament 125, thereby attracting positive ions, from the filaments reaching the collector lead Of electrons are avoided. It is pointed out that each U-shaped trap electrode and its associated ion collection lead are actually identical to that of a conventional Bayard Alpert ionization gauge. In a typical Bayard Alpert gauge run, the ion collecting lead is operated at zero potential to minimize leakage to, or from the collecting lead to the ground or other electrode.

그러나, 본 실시예에서는, 분석계의 작동전압이 높기 때문에 이온 흐름이 비교적 커서 이 작동 방법과 관련한 감지도 또는 안정성의 손실은 무시해도 좋을만 하다.However, in this embodiment, since the operating voltage of the analyzer is high, the ion flow is relatively large so that the loss of sensitivity or stability associated with this method of operation can be ignored.

이온화 영역의 단부판(122)은 나선형 격자(120)와 입구판(117)보다 5볼트 낮은 전위에서 작동된다. 그러므로 이 영역의 이온들은 단부판(122)에 이끌려서 그안의 개구부(123)를 통해 선형 가속기(129)로 향하게 된다.The end plate 122 of the ionization region is operated at a potential 5 volts lower than the helical grating 120 and the entry plate 117. The ions in this region are therefore attracted to the end plate 122 and are directed to the linear accelerator 129 through the opening 123 therein.

이온은 이온 발생기의 단부판(122)을 통과하는 즉시, 선형가속기(129)의 제 1 전극(130)으로 공급된 -100볼트의 전위에 의해 가속화된다. 이러한 가속은 2가지 소망하는 효과, 즉, 이온화 입자의 속도 확장을 약2.5%까지 감소시키고, 단부판(122)과 선형 가속기의 제 1 가속전극(130)이 서로 전기적으로 공조하여 갭 렌즈를 형성하도록 한다. 이온화영역으로부터 나오는 입자들은 분기하고 이 갭 렌즈는 입자들을 재수령시켜 선형가속기(129)의 상류 단부에 집중되도록 한다. 선형가속기(129) 자체가 초점이맞추어지기 때문에, 이 제 1 렌즈의 강도는 조정되어(단부판(122)과 가속 전극(130) 사이의 간격이 조정됨으로써) 소기의 이온들이 선형 가속기(129)의 하류 단부의 이온수집판(135)에 모이게 된다.As soon as the ions pass through the end plate 122 of the ion generator, they are accelerated by a potential of -100 volts supplied to the first electrode 130 of the linear accelerator 129. This acceleration reduces the two desired effects, namely, the rate expansion of the ionized particles by about 2.5%, and the end plate 122 and the first accelerator electrode 130 of the linear accelerator electrically cooperate with each other to form a gap lens. Do it. Particles emerging from the ionization zone branch and the gap lens recollects the particles to concentrate at the upstream end of the linear accelerator 129. Since the linear accelerator 129 itself is in focus, the intensity of this first lens is adjusted (by adjusting the spacing between the end plate 122 and the acceleration electrode 130) to bring the desired ions into the linear accelerator 129. In the ion collecting plate 135 at the downstream end of the.

가속판(130)은 버스 레일(133)과 (133a)에 의해 여기되고, 이 버스 레일들은 모두 단부판(122) 하류의 초기 가속 전극과 동일한 전위로 유지된다. 그러나, 각각의 버스 레일(133)과 (133a)는 피크치가 5볼트인 겹쳐진 대칭 고주파 전압을 갖는다. 그러므로, 주어진 시간에 있어서, 최상부 레일(133)이 가속전압에 대해 +3볼트에 있다면, 최하부 레일(133a) 은 -3볼트에 있는 셈이다. 선형 가속기(129)의 판(1)과 (2) 사이의 공간에 도달하는때가 판(1) +5볼트인 이온인 경우, 판(2)는 -5볼트에 있다. 이 이온은 10-볼트 전위에 의해 가속되어 이전보다 10전자 볼트만큼 더 큰 에너지로 판(2)에 들어갈 것이다.The accelerator plate 130 is excited by the bus rails 133 and 133a, all of which are held at the same potential as the initial acceleration electrode downstream of the end plate 122. However, each of the bus rails 133 and 133a has an overlapping symmetric high frequency voltage with a peak value of 5 volts. Therefore, at a given time, if the top rail 133 is at +3 volts relative to the acceleration voltage, then the bottom rail 133a is at -3 volts. If the time to reach the space between the plates 1 and 2 of the linear accelerator 129 is an ion of the plate 1 +5 volts, the plate 2 is at -5 volts. This ion will be accelerated by the 10-volt potential and enter plate 2 with an energy greater than 10 electron volts than before.

판(2)의 두께만큼을 통과하는 동안의 이 이온의 속도가 이러하다고 했을 때, 소요시간은 고주파 에너지의 1/2사이클에 맞먹었다. 이온이 판(2)으로부터 방출되어 갭을 가로질러 판(3)으로 들어갈 때, 최하부 버스레일(133a)과 판(2)은 +5볼트의 전위에 있는 반면, 최상부 레일(133)과 판(3)은 -5볼트 전위가 된다. 그러므로, 이 이온은 제 3 판에 들어갈 때 추가로 10전자 볼트의 에너지를 얻게 된다. 판이나 전극의 두께를 이 이온이 페이즈(phase)에 머물도록 선택하고, 판을 통과하는데 걸리는 소요시간은 항상 고주파의 1/2 사이클이 되도록 하면, 각각의 간격에서 10전자볼트의 에너지를 얻어, 결국 5-간격, 6-판 스택(stack)으로부터 150전자 볼트의 에너지를 얻게 된다.Assuming that the velocity of this ion during the passage of the thickness of the plate 2 is this, the required time is equivalent to 1/2 cycle of high frequency energy. When ions are released from the plate 2 and enter the plate 3 across the gap, the bottom busrail 133a and plate 2 are at a potential of +5 volts, while the top rail 133 and plate ( 3) is -5 volts potential. Therefore, this ion gains an additional 10 electron volts of energy when entering the third plate. If the thickness of the plate or electrode is chosen so that these ions stay in phase and the time required to pass through the plate is always 1/2 cycle of high frequency, energy of 10 electron volts is obtained at each interval. The result is 150 electron volts of energy from the 5-spaced, six-plate stack.

판 두께를 통과하는데 고주파수의 1/2 사이클 이라는 정확한 초기 속도시 이온들이 연속적으로 유출하고, 그러나 고주파 사이클의 전위에 따라 가능한 모든 시간에 도달한다는 가정을 해보자. 일부 이온들은 상술한 바와 같이 최적시간에 갭에 도달할 것이고 ; 일부 이온들은 고주파수 전위차가 없는 경우에 다달하여 가속됨이 없이 구조를 통과할 것인 반면, 다른 이온들은 고주파수 전위가 지연방향에 있을 때 도달하여, 초기 에너지 100전자 볼트보다 낮은 스택에서 존재하게 될 것이다.Let's assume that ions continually flow out at an accurate initial rate of 1/2 cycle of high frequency to pass through the plate thickness, but reach all possible times depending on the potential of the high frequency cycle. Some ions will reach the gap at the optimal time as described above; Some ions will pass through the structure without being accelerated in the absence of a high frequency potential difference, while others will arrive when the high frequency potential is in the delay direction and will be present in the stack below the initial energy of 100 electron volts. .

이번에 이온이 정확한 속도로 가속기 스택에 도달하는 경우를 생각해보기로 한다. 순간적인 전위와 관련해서 그의 제 1 갭에 도달하는 시간이 어떻든간에 상이한 시간, 고주파 에너지 때문에 이 이온은 판 두께를 통고하게 되어, 내부 판 갭의 관통 순간은 각 갭에서의 최대 가속 전위차와 결코 정확히 일치할 수 없다. 이 이온의 페이즈는 각 갭을 가로지르는 고주파 전위차의 페이즈에 대해 끊임없이 변한다. 가장 좋은 것은, 이러한 틀린 속도를 갖는 이온이 최대가속의 일부만을 받아 가능한 최대 에너지보다 적은 에너지로 갭 구조 사이에 존재하게 되는 것이다.Let's consider a case where ions reach the accelerator stack at the correct speed. Whatever the time to reach its first gap with respect to the instantaneous potential, due to the different time, high frequency energy, these ions will notice the plate thickness, so the moment of penetration of the inner plate gap is never exactly equal to the maximum acceleration potential difference in each gap. Cannot match. The phase of this ion is constantly changing with respect to the phase of the high frequency potential difference across each gap. Best of all, these erroneous ions are only part of the maximum acceleration and are present between the gap structures with less than the maximum possible energy.

속도는 질량의 제곱근의 역수에 비례한다. 따라서, 주어진 고주파 에너지의 주파수에 대해서는, 모든 갭을 통과할 때 최대 가속을 받는 정확한 속도를 갖는 이온의 한가지 질량만이 대응할 것이다. 그러므로, 고주파 에너지의 주파수가 변화하면, 각 판에서의 최적 체류시간도 변화한다. 따라서, 고주파수를 변화시키는 것은 분석계를 상이한 속도, 따라서 상이한 질량의 최적 가속 이온에 맞추는 방법이다.Velocity is proportional to the inverse of the square root of mass. Thus, for a given frequency of high frequency energy, only one mass of ions with the correct velocity of maximum acceleration when passing through all the gaps will correspond. Therefore, when the frequency of the high frequency energy changes, the optimum residence time in each plate also changes. Thus, changing the high frequency is a way to fit the analytical system to different accelerations, and therefore optimal acceleration ions of different masses.

소기의 측정기능을 수행하기 위해서는, 가속 영역의 모든 갭에 의해 최적 가속된 이온을 식별하여야 한다. 이온은 최종 가속판(130)의 개구부(134)에 면해있는 대지 전위 전극판(135)에 의해 수집된다. 제로에 대해 음의 전위에서 이온화 영역중에서 이온들은 발생되었기 때문에, 가속되지 않은 이온은 수집판(135)상에 도달할 수 없다. 이 전위를 더 네가티브한 값으로 변화시킴으로써, 수집판 표면에 도착하기전 이온에 의해 얻어진 가속을 좀더 요구할 수 있으며, 이로서 이온 유출 척도로서 이온 흐름 신호를 생성한다. 예컨대, 나선형 격자(120)가 -30볼트의 전위에서 작동되는 경우, 이온들은 수집판상에 도달하기 위해 선형 가속기에서 30 전자볼트(e.v.)를 얻을 필요가 있다. 그러므로, 예측된 크기의 에너지 수득을 요구함으로써, 예컨대, 특정 질량의 이온만이 수집판(135)에 도달할 수 있다. 이 선택성은 대개 정확한 질량의 이온을 좀더 거부하게 되는 대가로서 소기의 에너지 수득을 변경시킴으로써 임의로 변화시킬수 있다.In order to perform the desired measurement function, the optimum accelerated ions must be identified by all gaps in the acceleration region. Ions are collected by the earth potential electrode plate 135 facing the opening 134 of the final accelerator plate 130. Since ions were generated in the ionization region at a negative potential with respect to zero, unaccelerated ions cannot reach on the collecting plate 135. By changing this potential to a more negative value, more acceleration may be required by the ions prior to reaching the collector plate surface, thereby generating an ion flow signal as an ion outflow measure. For example, when the helical grating 120 is operated at a potential of -30 volts, the ions need to obtain 30 electron volts (e.v.) in the linear accelerator to reach the collecting plate. Therefore, by requiring energy of expected magnitude, for example, only a certain mass of ions can reach the collecting plate 135. This selectivity can be arbitrarily changed by altering the desired energy gain, usually in exchange for more rejection of the correct mass of ions.

이온 유출 곡선의 정량적 형태를 시험하기 위해, 고주파 사이클에 대해 무작위적인 시간에서 선형 가속기(129)로의 입구에서 상이한 분사각도와 상이한 속도를 갖는 입자로 시작하는, 모테 카를로 계산을 수행하는 효과적인 방법을 따른다. 가속기 스택을 통해 이들 입자를 따르면 어떠한 입자속도 조합에서도(따라서 질량의 경우도) 유출 분포가 가능하고 고주파수를 얻을 수 있다.To test the quantitative form of the ion outflow curve, we follow an effective way to perform mote Carlo calculations, starting with particles with different injection angles and different velocities at the inlet to linear accelerator 129 at random times for high frequency cycles. . Following these particles through the accelerator stack allows for effluent distribution and high frequency at any particle velocity combination (and therefore for mass).

질량분석계(100)는 선택된 질량의 많은 이온들이 고주파 사이클의 잘못된 위상에서 선형 가속기(129)의 제 1 갭에 도달하기 때문에 이러한 많은 이온들이 이온 수집판(135)상에 도달하지 못한다는 비효율성을 갖고 있긴 하나, 이러한 비효율성은 본 발명에서 존재하지 않는다. 이온의 가속이 축방향의 전기장에 의해 발생되는 것이기 때문에, 극히 밀집된 구조에서는 이온 종류에 따라 차이가 있을 수 있다. 상기에서 지적한 바와 같이, 커다란 각도의 붕괴없이 수집판(135)에 도달할 수 있는 대다수 이온에서 필요시 되는 평균 자유행로는 매우 작으며, 이는 기재된 실시예의 질량 분석계(100)가 약10E-3정도 내지 10E-2torr의 압력에서 효과적으로 작동할 수 있음을 가리키는 것이다. 또한, 본 발명의 질량 분석계는 인체 대상으로부터의 호흡가스를 측정하기 때문에, 이 시료가스는 질량 분석계의 입구 또는 구멍(109)의 대기에 면한 부분의 대기압에 리터량으로 구할 수 있다.Mass spectrometer 100 avoids the inefficiency that many of these ions do not reach the ion collector plate 135 because many ions of the selected mass reach the first gap of the linear accelerator 129 at the wrong phase of the high frequency cycle. This inefficiency, however, does not exist in the present invention. Since the acceleration of ions is generated by the electric field in the axial direction, there may be a difference depending on the type of ions in the extremely dense structure. As pointed out above, the average free path required for the majority of ions that can reach the collection plate 135 without large angle collapse is very small, which means that the mass spectrometer 100 of the described embodiment is about 10E- 3 . It can be effectively operated at a pressure of 10E -2 torr. In addition, since the mass spectrometer of this invention measures the respiratory gas from a human body object, this sample gas can be calculated | required in liter amount to the atmospheric pressure of the part facing the atmosphere of the inlet or hole 109 of a mass spectrometer.

제 5 도 및 제 6 도의 경우, 일회용 마우스피스 장치(143)가 도시되어 있고, 모터펌프 및 질량분석계 모듈(12)을 통하여 측정되는 가스를 연속회전시키기 위한 장치로서 기관내튜브에 대한 대체형태를 구성하고 있다는 것을 알 것이다. 일회용 마우스피스 장치(143)는 적합하게 유연한 가소성물질로 형성되며 내부관(145) 및 외부관(146)으로 구성된 이중벽의 마우스피스의 관(144)을 포함한다. 도면에 도시되어 있지 않지만, 적합한 내부를 연결하는 벽의 부품은 내부 및 외부관을 연결시키고 기관내 튜브(11)에서 구체화된 7개의 통로보다는 4개의 보조통로를 한정한다. 내부관(145)은 기관내튜브의 방식으로 중앙의 큰 통로를 한정한다. 다시 제 6 도에 있어서, 마우스피스의 튜브길이로 확장하는 마우스피스 관(144)에는 연신통로(148) 및 언신통로(149)가 갖추어져 있다. 마우스 피스관의 하부단부는 통로(148)로 통과시키는 개구부와 통로(149)로 통과시키는 개구부(154)가 갖추어져 있다. 폐로부터 시료가스는 개구부(150)를 통하여 통로(148)의 위쪽으로 직행할 것이며, 반면에 이들 가스의 일부분은 통로(149)를 통하여 복귀되어 개구부(151)에서 배출될 것이다. 따라서, 통로(148)는 시료 가스의 통로를 구성하는 반면에 통로(149)는 복귀통로를 뜻한다.5 and 6, a disposable mouthpiece device 143 is shown, which is an alternative to endotracheal tubes as a device for continuously rotating the gas measured through the motor pump and mass spectrometer module 12. You will see that it is constructing. Disposable mouthpiece device 143 is formed of a suitably flexible plastic material and includes a double-walled mouthpiece tube 144 consisting of an inner tube 145 and an outer tube 146. Although not shown in the figure, the parts of the wall connecting the suitable interior connect the interior and exterior tubes and define four auxiliary passages rather than the seven passages specified in the endotracheal tube 11. Inner tube 145 defines a central large passageway in the manner of an endotracheal tube. Again in FIG. 6, the mouthpiece tube 144 extending to the tube length of the mouthpiece is provided with an extension passage 148 and an unison passage 149. The lower end of the mouthpiece tube is provided with an opening for passing through the passage 148 and an opening 154 for passing through the passage 149. Sample gas from the waste will travel straight through passage 148 through opening 150, while some of these gases will return through passage 149 and exit outlet 151. Thus, the passage 148 constitutes a passage of the sample gas while the passage 149 means a return passage.

안면 부착 플렌지요소(152)는 외부관(146)에 밀착되며 피검자의 입술에 인접한 안면의 외표면에 부착하기에 적합하다. 모관제한부재(154)를 이와 같은 마우스피스 관의 하부단부에 근접시키고 모관제한부재는 제 6 도에 도시된 것처럼 확장하는 다수의 모관 또는 통로(155)가 갖추어져 있다. 이러한 점에서, 모관제한부재의 조립물은 기관내튜브에 도시된 것과 실질적으로 동일하다.The face attachment flange element 152 is in close contact with the outer tube 146 and is suitable for attaching to the outer surface of the face adjacent the subject's lips. The capillary restricting member 154 is proximate to the lower end of such a mouthpiece tube and the capillary restricting member is equipped with a plurality of capillaries or passages 155 extending as shown in FIG. In this respect, the assembly of the capillary restraint member is substantially the same as that shown in the endotracheal tube.

내부관(145)은 모관제한부재(154) 아래 위치한 개구부(157)를 갖추고 또한 인접하지만 모관제한부재의 약간 위에 있는 개구부(158)를 갖추고 있다. 도면에 도시되어 있지 않지만, 개구부(157)는 다기관을 경유하여 폐의 가스가 차압 변환기까지 이동하는 통로와 연결된다. 유사하게 개구부(158)는 또한 다기관을 통하여 차압변환기까지 폐의 가스가 이동하는 통로와 연결된다. 따라서, 일회용 마우스피스 장치(143)는 질량 분석계에 의하여 폐의 가스측정을 허영하며 또한 차압변환기 수단에 의하여 폐활량 측정을 허용한다.The inner tube 145 has an opening 157 located below the cap restricting member 154 and also has an opening 158 adjacent but slightly above the cap restricting member. Although not shown in the figure, the opening 157 is connected to a passage through which the gas of the lung moves to the differential pressure converter via the manifold. Similarly, opening 158 is also connected to a passage through which the gas of the lung travels through the manifold to the differential pressure transducer. Thus, the disposable mouthpiece device 143 vanes gas measurement of the lungs by a mass spectrometer and also allows spirometry by means of a differential pressure transducer means.

일회용 마우스피스 장치는 일차로 지작있는 비마취 환자에 대하여 사무실 방문동안 심장혈액 박출량 및 다른 심호흡 기능을 시험하고, 수차(水車)방법과 같은 운동검사 또는 약물에 대한 반응을 측정하는 용도로 의도되어 있다. 폐의 가스가 피검자의 입 뒷부분에서 얻어지므로, 마우스피스 장치는 기관내튜브에 대한 어느정도의 효율을 가지지 않는다는 것이 확인될 것이다. 마우스피스 장치의 후부 또는 하단부 및 하기관 또는 기관지 부위 사이에 한정된 사강(死腔)이 기관내 튜브보다 마우스피스 장체에서 덜 효율적으로 되게 한다. 그러나, 마우스피스 장치는 거의 또는 전혀 불편함없이 지각있는 환자에게 쉽게 사용될 수 있다.Disposable mouthpiece devices are primarily intended for testing cardiac blood ejection and other deep breathing functions during office visits for non-anesthetized patients, and for measuring exercise response or drug response, such as aberration methods. . Since lung gas is obtained from the back of the subject's mouth, it will be seen that the mouthpiece device does not have some efficiency for the endotracheal tube. The dead space defined between the posterior or lower portion of the mouthpiece device and the lower or lower bronchus portion makes it less efficient in the mouthpiece body than the endotracheal tube. However, the mouthpiece device can be readily used with a cognitive patient with little or no discomfort.

제 17 도 및 제 18 도는 질량분석계(100)과 함께 분석계 회로가 개략적으로 도시되어 있다. 전자회로장치는 참조번호 160에 의하여 일반적으로 표시되며 기저장치(161) 및 상단장치(162)로 구성된다. 계산 판독 및 연산입력을 포함하여, 상단장치는 경량의 이동식 조립물로 되어 있으며 제 17 도에 도시된 것처럼 마취사의 차량에 설치될 수 있다. 기저장치는 그 부품을 다루거나 달리 상호 작용시키는 작동자 또는 마취사를 필요로 하지 않으며 따라서 진공모듈과 강은 다른 부품과 수평하게 위치할 수 있다.17 and 18 schematically show an analyzer circuit together with the mass spectrometer 100. The electronic circuit device is generally indicated by reference numeral 160 and consists of a base device 161 and an upper device 162. The top device, including calculation readings and arithmetic inputs, is of a lightweight mobile assembly and can be installed in the anesthesia vehicle as shown in FIG. The reservoirs do not require an operator or anesthesiologist to handle or otherwise interact with the part so that the vacuum module and the steel can be positioned horizontally with other parts.

분석계가 근사치 100V의 전위를 필요로 하며 환자에 근접되므로, 모든 분석계 전기 공급 필수품은 비접지 변압기 및 본 출원에 승인된 조립물을 이용하여 비접지 방식으로 조립된다. 이와 같은 비접지 방식의 목적은 환자를 경유하여 지면으로 누출 또는 다른 것이 비검출 전류를 야기시키며, 따라서 상해로부터 환자를 보호하는 것을 보증하는 것이다. 이에 더하여, 비접지 전자장치로부터 검출되는 지면의 활성 전류는 즉각적인 단속을 발생시키고 작동자의 결함상태를 알릴 것이다.Since the analyzer requires an approximate 100V potential and is close to the patient, all analyzer electricity supply requirements are assembled in an ungrounded manner using an ungrounded transformer and assemblies approved in this application. The purpose of this non-grounding approach is to ensure that leakage or other leakage to the ground via the patient causes non-detection currents, thus protecting the patient from injury. In addition, active currents in the ground detected from the ungrounded electronics will generate an immediate interruption and signal the operator's fault condition.

상단 및 기저장치의 전달은 비접지 상채를 제공할 뿐 아니라 상단 장치에 전자기 간섭의 전달을 제거하는 두가닥의 광섬유에 의한 것이다. 제시된 실시예에 있어서, 광섬유 케이블(165)중 어느 한가지는 다른 질량의 이온과 동조하기 위하여 분석계에 이용된 고주파 에너지의 주파수를 변화시키는 정보를 전달한다. 분석계의 이온수집판(135)에서, 이온수집도선(128)에 의하여 수집되고 그외에도 결함상태의 부존재시 분석계 장치에 공급된 전위를 측정하는 이온전류의 디지털 정보를 외향의 광섬유 케이블(166)이 제공한다.The transmission of the top and base devices is by means of two fiber optics that not only provide an ungrounded image but also eliminate the transmission of electromagnetic interference to the top device. In the presented embodiment, any one of the fiber optic cables 165 conveys information that changes the frequency of the high frequency energy used in the analyzer to tune with ions of different masses. In the ion collecting plate 135 of the analyzer, the outward optical fiber cable 166 receives digital information of the ion current collected by the ion collecting lead 128 and measures the electric potential supplied to the analyzer device in the absence of a defect state. to provide.

기저장치(161)는 필라멘트 전류 공급원(164)을 갖추고, 이온화지역의 나선형 격자(120)위에 수용된 전자 방출 전류에 의하여 조절되며, 주어진 수치로 이와 같은 방출전류를 안정시키는 직류 전원을 포함한다. 필라멘트 전류 공급원(164)은 또한 사용된 전압에 대하여 필라멘트 전류의 비유동 상태를 감지하고, 만일 발견되면 제 2 의 필라멘트로 전환한다. 상단장치는 전환 완료를 확인하고 작동자에게 가시 또는 음성신호에 의하여 신호를 보낸다. 장치(10)의 가동중, 상단장치는 또한 전류가 양쪽의 필라멘트를 통하고 있는지 그리고 오직 한가지의 필라멘트가 작동될 수 있다면 가동을 중지시키는 것을 감지하고 결정한다. 불활성 필라멘트에 대한 전류는 추가의 필라멘트를 필요로 할 때까지 저항을 통하여 공급될 것이다.The base device 161 includes a direct current power source having a filament current source 164 and controlled by the electron emission current received on the spiral grating 120 in the ionization zone, and stabilizing such emission current to a given value. The filament current source 164 also senses the non-flowing state of the filament current with respect to the voltage used and, if found, switches to the second filament. The upper unit confirms the completion of the changeover and signals the operator by visual or audio signal. During operation of the device 10, the top device also detects and determines that current is passing through both filaments and to shut down if only one filament can be activated. The current for the inert filament will be supplied through the resistor until further filament is needed.

직류 전원장치(163)는 또한 100V의 전자 가속 전류 공급원(168)을 갖추고 있으며, 필라멘트 공급원(167)에 대한 피드백신호를 형성한다. 120-V 공급전류(169)는 압력 감지 이온수집도선(128)을 편향시킨다. 이와 같은 전류는 분석계의 나머지 부분으로부터 분리되어 버스 전위에서 이온전류흐름이 감지될 수 있고 상단장치(162)로 전환되도록 영점 볼트 버스를 공급한다. 100V의 전류공급원(170)은 선형가속기(129)를 작동시키는 전류를 공급한다. 이와 같은 전류공급원은 1-2V의 진폭의 정현파에 의하여 가청주파수에서 조절된다. 이온수집판에서 최종 이온전류는 기준으로써 가청신호로 검출된 위상이다. 이와 같이 얻어진 출력은 이온전류를 최대화하기 위하여, 즉, 위상 검출이온신호에서 최소의 제일 조화성분을 가지도록 정확한 수치의 100V 전위를 변화시키는데 사용된다. 이와 같은 수정은 분석계(100)를 공조상태로 유지시키며, 이와 더불어 분석계 상부에서 차수변위 및 오류로 인한 구조의 가능한 일상적인 조정이 필요없다.The DC power supply 163 also has a 100V electron accelerated current source 168 and forms a feedback signal for the filament source 167. The 120-V supply current 169 deflects the pressure sensitive ion collection lead 128. This current is separated from the rest of the analyzer and supplies a zero volt bus so that ion current flow can be detected at the bus potential and diverted to the top device 162. The current source 170 of 100V supplies the current to operate the linear accelerator 129. This current source is regulated at an audible frequency by a sinusoidal wave of 1-2V amplitude. In the ion collecting plate, the final ion current is a phase detected as an audible signal as a reference. The output thus obtained is used to change the 100V potential of the correct value to maximize the ion current, i.e. to have the smallest first harmonic component in the phase detection ion signal. This modification keeps the analyzer 100 air-conditioned and, in addition, does not require possible routine adjustment of the structure due to order displacement and errors in the upper part of the analyzer.

프로그램가능 직류 공급장치(171)는 30V의 프로그램가능 전류공급원 또는 도체(172)를 가지며 상단장치(162)로부터 입력에 의하여 조절된다. 전류공급원(172)은 이온이 발생되는 전위에 따라서, 접지된 이온수집판(135)에 부착되기 위하여 필요한 가속상태로 맞춘다. 이와 같은 공급원의 전위는 또한 상단장치(162)에 의하여 감지된다.Programmable direct current supply 171 has a 30V programmable current source or conductor 172 and is regulated by input from top device 162. The current source 172 is adjusted to an acceleration state necessary for being attached to the grounded ion collecting plate 135 according to the potential at which ions are generated. The potential of such a source is also sensed by the top device 162.

기저장치(161)는 고주파신호가 두 개의 동축케이블(174)에 의하여 분석계로 전환되고, 각각이 반복 임피던스에 의하여 종료되는 프로그램 가능 고주파 발생기(173)를 포함한다. 고주파 발생기는 조화 배율기와 함께, 일단의 수정제어발진기 및 분석계에 5-V 피크의 진폭인 고주파신호를 전송할 수 있는 광범위밴드 전력증폭기로 구성된다. 출력 수준은 고주파의 진폭상수의 크기를 보존하기 위하여 전력증폭기에 정류되어 피드백된다. 발진기간의 전환은 분석을 위한 다른 이온종을 선택하기 위하여 상단장치(162)에 제어수단에 의하여 조절 수행된다. 일반적으로, 이온종간의 전환율은 이온 수집증폭기의 정착시간에 의하여 결정될 것이다.The base unit 161 includes a programmable high frequency generator 173 in which a high frequency signal is converted into an analysis system by two coaxial cables 174, each of which is terminated by a repetitive impedance. The high frequency generator, together with the harmonic multiplier, consists of a group of crystal controlled oscillators and a wide band power amplifier capable of transmitting a high frequency signal having an amplitude of 5-V peak to the analyzer. The output level is rectified and fed back to the power amplifier to preserve the magnitude of the high frequency amplitude constants. Switching of the oscillation period is controlled by the control means in the upper device 162 to select another ion species for analysis. In general, the conversion between ionic species will be determined by the settling time of the ion collection amplifier.

기저장치(161)는 또한 전류공급원 도체(176) 및 한쌍의 보조 전열 조절기와 전기적으로 연결된 전류공급원 도체(177)를 가진 보조전열 조절기 및 압력변환기(175)를 갖추고 있으며, 그 기능은 다음에 좀 더 명백히 기술될 것이다. 한쌍의 전류공급원 도체(178)는 또한 차압변환기(179)와 함께 동력원(175)을 전기적으로 연결한다. 차압변환기(179)로부터 출력신호는 도체(81)를 경유하여 멀티플렉서(180)로 전송된다. 멀티플렉서(180)는 데이타 획득장치의 부품으로서 또한 10비트 아날로그 디지털 변환기(182) 및 상단장치(162)로 디지털 정보를 전송하기 위한 제어 전자장치를 포함한다.The base unit 161 also has an auxiliary heat regulator and a pressure transducer 175 having a current source conductor 176 and a current source conductor 177 electrically connected to a pair of auxiliary heat regulators, the function of which is described later. Will be more clearly described. The pair of current source conductors 178 also electrically connects the power source 175 with the differential pressure transducer 179. The output signal from the differential pressure converter 179 is transmitted to the multiplexer 180 via the conductor 81. Multiplexer 180 is part of a data acquisition device and also includes a control electronics for transmitting digital information to 10-bit analog-to-digital converter 182 and top device 162.

멀티플렉서(180)는 분석계 이온 전류데이타, 분석계 압력 이온 전류데이타 및 분석계의 변수를 전송하는 것 외에도 멀티플렉서-아날로그 디지털 변환기의 연속 기능성을 검사하기 위하여 제너(zener) 기준원으로부터 얻어진 데이터를 전송한다.In addition to transmitting analyte ion current data, analyte pressure ion current data, and analytical parameters, the multiplexer 180 also transmits data obtained from a Zener reference source to test the continuous functionality of the multiplexer-analog digital converter.

이온 전류증폭기(183)는 질량분석계 헤더(106)의 연결 소켓(184)에서 상부 증폭기로써 설치되며 연결 소켓을 위한 연결 케이블의 모듈 단부에서 제 2 증폭기(도시되지 않음)에 의하여 이어진다. 상부 증폭기의 이용은 그렇지않으면 동떨어진 증폭기에 연관되는 큰 케이블 캐퍼시턴스에 관련된 문제점을 제거한다.Ion current amplifier 183 is installed as an upper amplifier in connection socket 184 of mass spectrometer header 106 and is followed by a second amplifier (not shown) at the module end of the connection cable for the connection socket. The use of an upper amplifier eliminates the problems associated with large cable capacitance otherwise associated with distant amplifiers.

상단장치(162)는 시스템 제어기로 구성되며 광섬유 케이블(165) 및 (166)을 통하여 분석계와 연결된다. 시스템 제어기는 실제로 일련의 입출력단자에 연결된 마이크로 컴퓨터(185)로 구성되고 필요로한 용량의 어떠한 종류의 시판 중앙처리장치로부터 조립될 수 있다. 제시된 실시예에 있어서, 마이크로 컴퓨터 또는 CPU는 그 장치에서 착란(run-wild) 또는 중단이 발생하더라도 최대의 신뢰도를 위하여 그리고 측정계속을 위하여 복제되었다는 것을 알 것이다. 또한 각각의 CPU가 오류를 검출하기 위하여 감시장치세트를 갖추고 있다는 것이 나타난다.The upper device 162 is composed of a system controller and is connected to the analyzer through the optical fiber cables 165 and 166. The system controller actually consists of a microcomputer 185 connected to a series of input and output terminals and can be assembled from any type of commercial central processing unit of the required capacity. In the presented embodiment, it will be appreciated that the microcomputer or CPU has been replicated for maximum reliability and for continued measurement even if run-wild or interruption occurs in the device. It also appears that each CPU is equipped with a set of monitors to detect errors.

상기의 장치는 또한 디스플레이 및 사용자 인터페이스(186)를 포함하며, 종래의 스크린-키보드, 통상의 LCD파넬, 또는 접촉식 입력 테이블일 수 있다. 상단장치는 디지털 아날로그 변환기(187)를 포함하며, 상단장치(162)로부터 입력되는 신호라인으로부터 작동될 수 있다. 디지털 아날로그 변환기(187)는 멀티플렉서 장치의 어느 한가지 채널을 통하여 아날로그 디지털 변환기(182)로 연결된다. 따라서, 가동시험은 각 단계를 변환하는 아날로그 디지털 변환기(182)와 함께, 디지털 아날로그 컴퓨터 위에 계단파 형성을 진행시킨다. 이와 같은 사실은 오류 코드의 부존재하에서 단조상태가 디지털 아날로그 변환기(187) 및 아날로그 디지털 변환기(182) 둘다에 의하여 검사될 수 있다는 것이다. 작동상태에서 디지털 아날로그 변환기(187)는 전력공급원의 수준으로 맞추면 이온의 출발전위를 발생시킨다.The apparatus also includes a display and user interface 186 and may be a conventional screen-keyboard, conventional LCD panel, or contact input table. The upper device includes a digital-to-analog converter 187 and can be operated from a signal line input from the upper device 162. The digital to analog converter 187 is connected to the analog to digital converter 182 through any one channel of the multiplexer device. Therefore, the operation test advances the stepped wave formation on the digital analog computer together with the analog-to-digital converter 182 for converting each step. The fact is that in the absence of an error code, the forging can be checked by both the digital to analog converter 187 and the analog to digital converter 182. In operation, the digital-to-analog converter 187 generates the starting potential of the ions when set to the level of the power supply.

도면에 도시되지는 않았지만, 수술동안 환자의 진행상태에 대한 정보를 제공하고 장래의 가능한 소송제기와 같은 장래의 용도에 이용 가능한 서류로서 내변조환경에 분석계 데이터가 계속 기록될 수 있는 중앙 기록영역에 출력라인이 제공된다.Although not shown in the drawings, it is a document that provides information about the patient's progress during surgery and is available for future use, such as future possible lawsuits, in a central recording area where analysis system data can be continuously recorded in an internal modulation environment. Output lines are provided.

장치의 작동중, 다기관내 회전밸브(63)를 저면의 기관으로부터 또는 기관분취셀(39)로부터 시료가스를 측정하기 위한 위치로 조절할 것이다. 폐의 가스가 분취되면, 그후 장치의 상단장치는 이와 같은 작용이 수행되고 있으며 기관분취셀(39)이 사용되지 않는다는 것을 나타낼 것이다.During operation of the device, the manifold rotary valve 63 will be adjusted to a position for measuring sample gas from the engine at the bottom or from the engine fractionation cell 39. If the gas from the lung is fractionated, then the top device of the apparatus will indicate that this action is being performed and that the tracheal aliquot cell 39 is not used.

정상의 사람에 있어서, 정지상태동안, 폐의 확장 및 심장혈액 박출량은 반드시 동일하다. 호흡 공기로부터 회수된 모든 CO2및 소비된 모든 O2는 우심실의 혈액흐름을 반영한다. 좌우심실의 박출량이 실질적으로 동일하므로 후자가 심장혈액 박출량이다. 이같은 관계를 표시하는 일반식은 잘 알려진 Fick식의 형태이다.In a normal person, during quiescence, the distension of the lungs and the amount of cardiac output are necessarily the same. All CO 2 recovered from respiratory air and all O 2 consumed reflect blood flow to the right ventricle. Since the ejection volume of the left and right ventricles is substantially the same, the latter is the amount of cardiac blood ejection. The general expression for such a relationship is a well-known form of Fick.

Q = Vx/(Cax - Cvx)Q = Vx / (Cax-Cvx)

상기 식에서In the above formula

Q = 심장혈액 박출량Q = cardiac blood output

Cax = x에 대한 동맥농도Arterial Concentration for Cax = x

CVx = x에 대한 혼합 정맥농도Mixed Vein Concentration for CVx = x

Vx = x에 대한 총량Total amount for Vx = x

이와 같은 표시는 흡입상태(X=O2)에 대하여 포지티브이고 출력상태(X=CO2)에 대하여 네가티브이다.This indication is positive for inhalation state (X = O 2 ) and negative for output state (X = CO 2 ).

심장혈액 박출량은 단일 호흡방법 또는 CO2재호흡 방법에 의하여 측정될 수 있다. 단일 호흡방법은 지속호기(10초)동안 취한 호흡교환율을 이용한다. 단일 호흡방법의 세부논의 및 그 이용된 계산법은 잡지 Applied Physiology, 21(4) : 1338-1344 ; 1966에 T.S.Kim 등이 기고한 "Estimation of True Venous and Arterial PCO2by Gas Analysis of a Single Breath'' 라는 제병의 논문에 기재되어 있다.Cardiac blood ejection can be measured by a single breathing method or a CO 2 respiration method. The single breathing method uses the respiratory exchange rate taken during a sustained expiration (10 seconds). A detailed discussion of the single breathing method and its calculations are given in the magazine Applied Physiology, 21 (4): 1338-1344; In 1966, TSKim et al., `` Estimation of True Venous and Arterial PCO 2 by Gas Analysis of a Single Breath ''.

지속호기(10호) 동안 취한 호흡교환율은 다음식으로 표시된다.The rate of respiration exchange taken during continuous exhalation (10) is expressed by the following equation.

실험기구의 작동에 있어서, 질량분석계 R은 지속호기 동안 연속적으로 계산된 곡선을 나타내는 데이터를 산출한다. 다양한 간격에서 탄젠트 기울기(S)는 폐포 공기에 대한 다음형태의 식으로부터 순간적인 R수치를 유도하는데 사용된다.In operation of the test apparatus, mass spectrometer R yields data representing a curve calculated continuously during the continuous expiration. At various intervals the tangent slope (S) is used to derive the instantaneous R value from the following form of alveolar air.

R에 대하여About R

R에 대한 다양한 순간수치가 그후 그들의 상응하는 측정 PCO2(동맥-폐포)에 대하여 만들어진다. 이와 같은 사실은 존재하여야만 하는 적합한 동맥 및 혼합된 정맥 CO2압의 평가를 가능하게 한다. 동맥의 PCO2를 지속호기(10초)에 의하여 이어진 정상의 흡기보다 크게 앞서는 여러 가지의 정상적 호기로부터 평균된 R수치로부터 얻는다.Various instantaneous values for R are then made for their corresponding measurement PCO 2 (arterial-alveolar). This fact allows for the assessment of suitable arterial and mixed venous CO 2 pressures that must be present. The PCO 2 of the arteries is obtained from the averaged R values from various normal exhalations that are significantly ahead of the normal inspiration followed by the sustained exhalation (10 seconds).

사람에 있어서, 시간 혼합된 정맥 PCO2는 R=0.32에서 R 수치를 가로채서 얻는다. R=0.32의 이와 같은 수치에서, 동맥 및 정맥의 PCO2는 동일하나(압력기울기 없음), CO2는 Haldane 효과로 인하여 정상율의 3분의 1에서 아직 교환되고 있다. R=0.32에서 정맥의 혈액으로부터 헤모글로빈에 의하여 취한 O2의 단위부피는 PCO2에서 변화없이 CO2의 0.32부피를 분명히 대치한다. 따라서, 순간 교환율(R)이 0.32일 때 폐포-동맥의 PCO2를 정밀하게 측정함으로써, 혼합된 정맥의 PCO2와 동일해야 하는 수치를 얻는다.In humans, time mixed vein PCO 2 is obtained by intercepting R values at R = 0.32. At these values of R = 0.32, PCO 2 in the arteries and veins are the same (no pressure gradient), but CO 2 is still exchanged at one-third of its normal rate due to the Haldane effect. The unit volume of O 2 taken by hemoglobin from the venous blood at R = 0.32 clearly replaces 0.32 volume of CO 2 with no change in PCO 2 . Therefore, by precisely measuring the PCO 2 of the alveolar-artery when the instantaneous exchange rate R is 0.32, a value which should be equal to the PCO 2 of the mixed vein is obtained.

이와 같은 단순호흡법에 대한 요점은 최대량의 사공을 제거하면서 기관내튜브 또는 마우스피스 장치의 상단부에 부착된 극소 질량분석계에 의하여 가능하게 된 시간에 따른 동일순간에 PO2및 PCO2를 측정하는 능력이다. 이와 같은 데이터의 심박도수와 상호관계는 단일호흡법에서 중요하다.The point of this simple breathing method is the ability to measure PO 2 and PCO 2 at the same instantaneously over time enabled by a micromass spectrometer attached to the upper end of the endotracheal tube or mouthpiece device while removing the maximum amount of pores. . The heart rate and interrelationship of these data is important in the single breathing method.

심장혈액 박출량이 CO2재호흡법에 의하여 측정될 때, 이와 같은 방법도 단순하며 30초 이하에서 수행된다. 구체적으로 말하자면, 이와 같은 방법은 플라토(plateau)에 도달하는 재호흡된 CO2에 대하여 걸린 시간을 측정하는 것에 따른다. 이와 같은 방법의 상세한 설명은 Respiration Physiololgy(1976), 28, 141-159에 L.E.Farhi 등이 기고한 "Cardiac Output Determination by Simple One-Step Rebreathing Technique"라는 제명의 논문에 기재되어 있다. 그러나, 본 발명의 기구는 정확도를 명백히 증가시키고 사강을 감소시키기 때문에 플라토에 도달하는데 필요한 시간을 단축시킨다.When cardiac blood ejection is measured by CO 2 respiration, this method is simple and is performed in less than 30 seconds. Specifically, this method is based on measuring the time taken for the rebreathered CO 2 to reach the plateau. A detailed description of this method is described in a paper entitled "Cardiac Output Determination by Simple One-Step Rebreathing Technique" by LEFarhi et al. In Respiration Physiololgy (1976), 28, 141-159. However, the apparatus of the present invention shortens the time required to reach Plato because it obviously increases accuracy and reduces dead space.

CO2재호흡법과 심박의 상호관계가 중요하지만 단일호흡법만큼 중요하지는 않다. 단일호흡법 및 CO2재호흡법 이용 동안, 폐의 가스가 기관내 튜브내 시료가스통로(20)를 통하여 환류하고 복귀통로(19)를 통하여 복귀된다는 것을 나타내고 있다. 마우스피스 장치(143)가 이용된다면, 시료가스는 시료 가스통로(148)을 통하여 상방으로 직행하며 복귀통로(149)를 통하여 복귀된다.The correlation between CO 2 respiration and heart rate is important, but not as important as single breathing. During the use of single breathing and CO 2 rebreathering, it is shown that the waste gas is refluxed through the endotracheal tube gas sample 20 and returned through the return passage 19. If the mouthpiece device 143 is used, the sample gas is directed upward through the sample gas passage 148 and returned through the return passage 149.

폐활량 또는 체적은 차압변환기에 의하여 측정되며 기관내튜브내 모관제한부재(27) 또는 일회용 마우스피스 장치내 모관제한부재(154)의 위아래로부터 시료가스를 수용한다. 기관내튜브의 모관제한부재(27) 또는 마우스피스 장치내 모관제한부재(154)의 위치는 모관의 온도가 체온에 근접되도록 선택되며, 따라서 모관내 습기 축적을 제거한다. 이들 모관을 통한 가스의 흐름은 그 관련통로를 통하여 호흡체적을 측정하기 위한 차압변환기까지 전달되는 압력차이를 나타낸다.The spirometry or volume is measured by a differential pressure transducer and receives the sample gas from above and below the maternal restraint member 27 in the endotracheal tube or the maternal restraint member 154 in the disposable mouthpiece device. The location of the capillary restricting member 27 of the endotracheal tube or the capillary restricting member 154 in the mouthpiece device is selected such that the temperature of the capillary is close to body temperature, thus eliminating moisture accumulation in the capillary. The flow of gas through these capillaries represents the pressure difference through the associated passage to the differential pressure transducer for measuring the respiratory volume.

양쪽의 기구부(33)가 팽창되어 기관내튜브의 수단에 의하여 폐의 가스를 분취하는 동안 보유부재로 작용하지만, 이들 기구부는 또한 조직세포의 가스를 분석하는데 사용하기 위한 기관분취셀을 한정한다.이와 같은 기관분취 공간으로부터 분취는 기관의 조직과 평형일 때 수행되며 기관조직 O2( 및 CO2)를 측정하며 동맥의 PO2를 근사하게 반영할 것이다. 이와 같은 시료가스는 신체의 다른 부분에서 조직 PO2를 대표하며, 따라서, 산소화의 정확도를 나타내고 있다. 이와같은 구체적인 방법은 효과적인 동맥의 PO2측정을 선택적인 비삽입 방법으로 수행함으로써 동맥시료에 대한 필요성을 감소시키거나 전적으로 제거한다.While both instrument sections 33 expand and act as retention members while collecting gas from the lungs by means of an endotracheal tube, these instrument sections also define a tracheal aliquot cell for use in analyzing gas from tissue cells. Aliquots from such tracheal spaces are performed at equilibrium with the tissue of the trachea and will measure tracheal O 2 (and CO 2 ) and will closely reflect the PO 2 of the artery. This sample gas represents tissue PO 2 in other parts of the body, and thus represents the accuracy of oxygenation. This specific method reduces or entirely eliminates the need for an arterial sample by performing an effective arterial PO 2 measurement in a selective non-insertion method.

기관분취셀(39)로부터 분취를 기관분취셀과 연결하는 개구부 또는 단자를 통하여 아르곤가스를 분출시키고 그 아르곤가스가 기관분취셀에서 평형상태에 도달할 때까지 분석을 위한 질량분석계를 통하여 아르곤가스를 환류시켜 수행한다.Argon gas is blown out from the engine fractionation cell (39) through an opening or terminal connecting the fractionation with the engine fractionation cell, and argon gas is passed through the mass spectrometer for analysis until the argon gas reaches an equilibrium state in the engine fractionation cell. It is carried out by reflux.

아세틸렌과 같은 가스의 추적량을 호기혼합물에 도입시켜, 기관으로 폐의 환류시간을 측정할 수 있다는 것을 또한 나타낸다. 이와같은 사실은 혈액 환류효율을 시험하는 유용한 생리적 측정방법이다. 더구나, 아세틸렌의 흡입 반응속도는 기관조직에서 국부혈액흐름을 시험하는데 이용될 수 있다.It also shows that a trace amount of gas, such as acetylene, can be introduced into the aerobic mixture to determine the lung reflux time with the organ. This is a useful physiological measurement of blood reflux efficiency. Moreover, inhalation kinetics of acetylene can be used to test local blood flow in organ tissues.

상기에 기재된 생리적 변수 및 특성을 측정하는 것에 더하여 본 발명의 기구는 호흡기능의 다른 일면을 측정할 수 있다. 이와같은 관점에서, 상기의 장치는 해부호흡사공, 생리적호흡사공, O2및 CO2에 대한 폐의 확산용량 및 해부 및 생리적측로흐름을 측정할 수 있다. 측정된 시료가스원에 관계없이, 이들 시료가스가 모터펌프장치(71)를 경유하여 질량분석계로 직행할 것이라는 것이 확인될 것이다. 공기 구동기어펌프의 이용은 가스의 정류 흐름이 질량분석계의 분취개구부를 통과한다는 것을 보증한다. 호름율의 변동이 기어이빨의 메싱주기의 결과로써 발생한다 하더라도, 그 흐름율에서 이와 같은 변동은 호흡주기에 대하여 중요치않다.In addition to measuring the physiological parameters and properties described above, the instrument of the present invention may measure another aspect of respiratory function. In view of this, the device can measure the diffusion capacity of the lung and anatomical and physiological side flow to the anatomical respirator, physiological respirator, O 2 and CO 2 . Regardless of the sample gas source measured, it will be confirmed that these sample gases will go directly to the mass spectrometer via the motor pump apparatus 71. The use of an air drive gear pump ensures that the rectified flow of gas passes through the fractional opening of the mass spectrometer. Although fluctuations in the fill rate occur as a result of the meshing cycle of the gear teeth, such fluctuations in the flow rate are not significant for the breathing cycle.

공기의 흐름을 관측하기 위하여, 두 개의 전열조절기를 분취가스의 흐름에 위치시킨다. 전열조절기의 어느 한가지를 펌프의 회전기의 위쪽에 위치시키고 또한가지를 펌프의 회전기어의 아래쪽에 위치시킨다. 위쪽 절열조절기는 호흡공기의 체적을 표준온도까지 조절하는데 이용될 것이며 반면 아래쪽 전열조절기는 상온보다 조금 높은 정도까지 자체가열시키는 충분한 전기에너지를 공급한다. 주기적으로, 이와 같은 아래쪽 전열조절기로 전기에너지의 흐름이 방해를 받으며 그 냉각율이 측정된다. 냉각율을 측정고리 주위의 가스의 연속흐름인 것을 나타낼 것이다. 시료가스통로 또는 복귀통로가 폐쇄된다면, 또는 어떠한 이유로, 회전기어가 회전하지 않는다면, 아래쪽 전열조절기의 비정상적인 냉각율에 의해 기구의 작동자가 이와같은 오류를 깨닫게 된다. 펌프기어의 반대면 위의 전열조절기를 위치시키면 그들사이에 열분리화가 제공된다.In order to observe the flow of air, two electrothermal regulators are placed in the flow of preparative gas. One of the heat transfer regulators is positioned above the pump's rotor and the branches are positioned below the pump's rotary gear. The upper thermostat will be used to control the volume of the respiratory air to the standard temperature, while the lower thermostat supplies enough electrical energy to self-heat to a little higher than room temperature. Periodically, this lower electrothermal regulator interrupts the flow of electrical energy and the cooling rate is measured. The cooling rate will indicate the continuous flow of gas around the ring. If the sample gas passage or return passage is closed, or if the rotary gear does not rotate for some reason, the operator of the instrument realizes this error by an abnormal cooling rate of the lower electrothermal regulator. Positioning the thermostat on the opposite side of the pump gear provides thermal separation between them.

모터펌프로 직행된 시료가스의 주요부분이 구체적인 복귀통로를 경유하여 복귀될 것이고 시료가스의 소량만이 질량분석계로 배출될 것이라는 것이 확인될 것이다. 폐포가스의 완전한 혼합을 위한 시료 가스의 복귀는 측정된 폐의 환기를 변경시키지 않는다. 시료가스의 이와같은 복귀 및 재혼합은 가스가 질량분석계로 도달하는 지연시간을 흡입 및 배출시간에 비교하여 무시할 정도의 수치로 감소시킨다.It will be confirmed that the major portion of the sample gas that goes directly to the motor pump will be returned via a specific return passage and only a small amount of sample gas will be released to the mass spectrometer. Return of sample gas for complete mixing of alveolar gas does not alter the ventilation of the measured lung. This return and remixing of the sample gas reduces the delay time that the gas reaches the mass spectrometer to a negligible value compared to the intake and discharge times.

전술한 사항에서, 지각있고 그외에 마취되거나 무의식인 시술자에 있어서 신규의 가스분취장치는 심장혈액 박출량 및 심호흡 기능을 정밀하게 그리고 기계적으로 검사하기 위한 비삽입수단을 제공한다는 것이 보일 것이다. 기관내튜브 및 마우스피스가 일회용이기 때문에, 모터펌프 및 질량분석계 모듈이 그들로부터 쉽게 분리되고 원심분리후 재사용될 수 있다. 장치, 구체적으로 기관내튜브의 가스분취효능은 사공의 제거에 의하여 크게 증강된다. 소형 모터펌프 질량분석계 모듈의 제공은 이와 같은 효율을 얻도록 한다. 1/2-2cm길이의 자유 평균 행로를 가진 극소 질량분석계는 의학 및 관련분야에 단순히 알려져 있지는 않다.In the foregoing, it will be seen that for perceptive and other anesthetized or unconscious operators, the new gas fractionator provides a non-insertable means for precisely and mechanically examining cardiac blood ejection and deep breathing function. Because the endotracheal tube and the mouthpiece are disposable, the motor pump and mass spectrometer module can be easily separated from them and reused after centrifugation. The gas fractionation efficiency of the device, in particular the endotracheal tube, is greatly enhanced by the removal of pores. The provision of a small motor pump mass spectrometer module allows this efficiency to be achieved. Micromass spectrometers with 1 / 2-2 cm free mean paths are simply unknown in the medical and related arts.

따라서, 공지된 비교장치보다 더 효율적인 방식으로 심장혈액 박출량 및 다른 호흡기능을 시험하기 위한 비삽입장치를 제공하려는 것을 알 수 있을 것이다.Accordingly, it will be appreciated that there is a desire to provide a non-insertable device for testing cardiac blood ejection and other respiratory functions in a more efficient manner than known comparators.

Claims (6)

의료기구와 함께 사용하기 위한 소형 질량분석계로서, 상기 질량분석계가 측정되는 가스시료가 도입되는 입구를 구비하고, 내부에는 개구부가 형성되어 있는 하우징과, 하우징의 내부압력이 10E-3torr로 유지되도록 상기 하우징내의 개구부를 진공원에 연결하는 수단과, 상기 하우징내에서 상기 입구에 인접하게 배치되며, 전기 에너지 공급원에 연결되고, 그 내부는 이온화 지역을 한정하는 나선형 격자를 포함하는 이온 발생기와, 상기 하우징내에 배치되고 전류공급원에 연결되며, 여기될 때 상기 나선형 격자쪽으로 전자를 방출하고 가속화하여 상기 이온화 지역에 가스시료분자를 분절시키고 이온화하는 전자방출 필라멘트와, 상기 하우징내에서 상기 이온 발생기에 인접하게 배치되며, 일정간격을 두고 배치되고 상호 축방향으로 정렬되어 축방향 가속경로를 한정하는 중앙개구부를 각각 구비하는 다수의 가속전극판으로 구성되는 선형 가속기와, 상기 하우징내에서 상기 선형 가속기의 가속전극판의 하단부에 인접하게 배치되는 이온수집판과, 이온이 선형 가속쪽으로 편향되고 가속전극판내의 개구부를 통해 점진적으로 가속되고 이온수집판에 수집됨으로써 이온전류가 발생되도록 상기 선형 가속기를 이온 발생기의 전위에 대한 전위차를 갖는 전류 및 고주파수 발생원에 연결하는 수단과, 도입되는 시료가스를 분석하는 질량분석계에 연결되는 전기회로로 구성되며, 상기 입구에서 상기 이온수집판까지의 질량 분석계의 자유행로의 길이는 약 0.5 내지 2 cm인 것을 특징으로 하는 질량분석계.A small mass spectrometer for use with a medical instrument, the mass spectrometer having an inlet through which a gas sample to be measured is introduced, the housing having an opening therein, and the internal pressure of the housing maintained at 10E -3 torr. Means for connecting an opening in the housing to a vacuum source, an ion generator disposed adjacent to the inlet in the housing and connected to an electrical energy source, the inside having a spiral grating defining an ionization zone; An electron-emitting filament disposed within the housing and connected to a current source, which, when excited, emits and accelerates electrons toward the helical lattice to segment and ionize gas sample molecules in the ionization zone, adjacent to the ion generator in the housing. Axially arranged, spaced apart and aligned with each other A linear accelerator comprising a plurality of acceleration electrode plates each having a central opening defining an acceleration path, an ion collecting plate disposed adjacent to a lower end of the acceleration electrode plate of the linear accelerator in the housing, and ions linearly accelerating Means for connecting the linear accelerator to a current and a high frequency source having a potential difference with respect to the potential of the ion generator such that the linear accelerator is deflected toward and gradually accelerated through an opening in the accelerating electrode plate and collected in the ion collecting plate to generate an ion current; It is composed of an electrical circuit connected to the mass spectrometer for analyzing the sample gas, the mass spectrometer characterized in that the length of the free path of the mass spectrometer from the inlet to the ion collecting plate is about 0.5 to 2 cm. 제 1 항에 있어서, 상기 선형 가속기의 가속전극판은 삼각형 구성을 취하며 상기 가속전극판을 전류원에 연결하는 수단은 교호 전극판에 각각 연결되어 인접한 판간의 갭내에 편향전위를 제공하는 한쌍의 버스레일로 구성되는 것을 특징으로 하는 질량분석계.2. The pair of busses of claim 1 wherein the acceleration electrode plates of the linear accelerator have a triangular configuration and the means for connecting the acceleration electrode plates to a current source are each connected to alternating electrode plates to provide a deflection potential within the gap between adjacent plates. Mass spectrometer comprising a rail. 제 2 항에 있어서, 상기 버스 레일은, 약 5볼트의 피크치에서 상기레일 위에 고주파수 전압이 겹쳐 놓여지게 동작하는 고주파수 발생기에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 질량분석계.3. The mass spectrometer of claim 2, wherein the bus rail is electrically connected to a high frequency generator operative to superimpose a high frequency voltage on the rail at a peak value of about 5 volts. 제 1 항에 있어서, 상기 질량분석계가 상기 하우징내에서 상기 전자방출 필라멘트에 대향하는 위치에 배치되는 이온수집 트랩을 포함하며, 상기 이온수집 트랩은 전류원에 연결되고, 상기 질량분석계의 동작중에 상기 하우징내의 가스압력을 관측하는 것을 특징으로 하는 질량분석계.2. The mass spectrometer of claim 1, wherein the mass spectrometer comprises an ion collecting trap disposed at a position in the housing opposite the electron-emitting filament, the ion collecting trap being connected to a current source and wherein the housing is in operation. Mass spectrometer characterized in that to observe the gas pressure inside. 제 1 항에 있어서, 상기 이온 발생기는 내부에 개구부가 형성되어 있고 하우징의 입구에 인접하게 배치되는 유입 전극판과, 내부에 개구부가 형성되어 있고 상기 나선형 격자 및 선형 가속기 사이에 배치되는 적출 전극판을 포함하며, 상기 유입 전극판은 상기 나선형 격자에 연결되고 상기 적출 전극판은 전류원에 연결되고, 나선형 격자 및 선형 가속기와는 다른 전위를 가지며, 이온 지역으로부터 편향된 이온을 상기 이온수집판 쪽으로 가속시키는 것을 특징으로 하는 질량분석계.The extraction electrode plate of claim 1, wherein the ion generator includes an inflow electrode plate having an opening formed therein and disposed adjacent to the inlet of the housing, and an extraction electrode plate having an opening formed therein and disposed between the spiral lattice and the linear accelerator. Wherein the inflow electrode plate is connected to the helical grating and the extraction electrode plate is connected to a current source, and has a potential different from that of the helical grating and linear accelerator, for accelerating ions deflected from an ion region toward the ion collecting plate. Mass spectrometer, characterized in that. 제 1 항에 있어서, 상기 질량분석계는, 상기 질량분석계 하우징에 연결되는 모터펌프 유니트를 포함하며, 상기 모터펌프 유니트는 상기 질량분석계의 입구와 소통하는 출구를 갖춘 모터펌프 하우징과, 상기 모터펌프 하우징의 내부를 모터실 및 펌프실로 분할하는 비자기 분할벽과, 상기 모터실내에 배치되는 한쌍의 구동기어 및 상기 펌프실내에서 상기 모터실내의 한쌍의 구동기어와 동축적으로 배치되는 한쌍의 구동기어와, 상기 모터실내의 구동기어 및 그와 동축으로 배치된 상기 펌프실내의 구동기어상에 배치되는 자기요소와, 모터실을 압력공기원에 연결하여 상기 모터실내의 구동기어를 구동하고 펌프실내의 구동기어를 구동함으로써 상기 질량분석계내로 시료가스를 안내하는 수단을 포함하며, 상기 모터펌프 하우징은 상기 펌프실과 소통하는 가스분취통로를 구비하는 것을 특징으로 하는 질량분석계.2. The mass spectrometer of claim 1, wherein the mass spectrometer comprises a motor pump unit connected to the mass spectrometer housing, the motor pump unit having a motor pump housing having an outlet communicating with an inlet of the mass spectrometer, and the motor pump housing. A non-magnetic partition wall for dividing the interior into a motor chamber and a pump chamber, a pair of drive gears disposed in the motor chamber, and a pair of drive gears disposed coaxially with the pair of drive gears in the motor chamber in the pump chamber; And a magnetic element disposed on the drive gear in the motor chamber and a drive gear in the pump chamber coaxially disposed therewith, and connecting the motor chamber to a pressure air source to drive the drive gear in the motor chamber and the drive gear in the pump chamber. Means for guiding a sample gas into the mass spectrometer by driving a motor, the motor pump housing in communication with the pump chamber. Is a mass spectrometer comprising the separated gas passage.
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