SE1250954A1 - System för utandningsprov - Google Patents

Abstract

Uppfinningen hänför sig till ett system för utandningsprov som är icke påträngande medinnebörden att inte kräva annan åtgärd än att andas av den person som ska testas. Systemetinnefattar en sensorenhet (5) som är konfigurerad att känna av närvaron eller koncentrationenav en flyktig substans, som finns i luften som strömmar genom ett fördefinieratinloppsoniråde (4), och för att generera en signal som svarar mot koncentrationen av nämndasubstans. Det finns också en anordning (2, 3) som är konfigurerad för att detektera närvaro aven person vid en position i närheten av nämnda inloppsonirådet och har organ för registreringav nämnda närvaro, och vidare är konfigurerad för att svara pä nämnda närvaro, genom attleverera en utsignal. Denna nämnda anordning innefattar en enhet konfigurerad för att påkallaomedelbar uppmärksamhet av nämnda person, vid nämnda registrering av närvaron avnämnda person, och en enhet konfigurerad för att tillhandahålla instruktioner till nämndaperson att rikta ett utandningsluftströmmen mot nämnda inloppsoniråde (4). En analysator(10) för bestämning av utandningskoncentration av substans från nämnda person är ocksåanordnad, bestämningen är baserad på nämnda signal, som motsvarar ämnets koncentration. (Pig. i)

Description

15 20 25 30 35 40 45 det tredje är en analysator inkluderad för bestämning av koncentration utandningsalkohol hos nämnda person baserad på sensorsignalen.

Den kombinerade funktionen av de grundläggande elementen är nödvändig och tillräcklig för att utandningsprov av erfarna användare ska enkelt kunna utföras inom 2-3 sekunder med full integritet, utan munstycke, och utan att störa normala aktiviteter, såsom pågående konversation. Den oerfarne användaren styrs av automatiskt meddelade instruktioner för att framgångsrikt slutföra testet.

Uppfinningen möjliggör utandningsprov som kan utföras vid en rad olika tillfällen som hittills varit otillgängliga. Den förbättrade användarvänligheten i kombination med möjlighet till fordonsintegrering kan vara ett viktigt steg mot att förebygga rattfylleri i en mycket större skala än med produkter som finns för närvarande. Detta anses nödvändigt för att minska den höga dödligheten i alkoho lrelaterade trafikolyckor. Andra lovande användningsområden är nykterhetskontroll av personal med kritiska uppgifter, och av publik som anländer till en arena. Det kan också användas i olika sj älvtestscenarier, t ex ibehandlingen av alkoholister.

Möjligheten till icke påträngande utandningsprov förväntas bli viktiga för diagnostiska ändamål i akutmedicin. För detta ändamål finns ett stort antal flyktiga ämnen som är av intresse förutom etylalkohol.

Mot bakgrund av brister hos tidigare kända system, har uppfinnarna tagit fram ett nytt system.

Sålunda definierar krav l ett system för utandningsprov, inkluderande en sensorenhet (5) som är konfigurerad för att känna av närvaron eller koncentrationen av en flyktig substans, som finns i luften som strömmar genom ett fördefinierat inloppsområde (4), och för att generera en signal som motsvarar koncentrationen av nämnda substans; en anordning (2, 3) som är konfigurerad för att detektera närvaron av en person vid en position i närheten av nämnda inloppsoniråde och som har organ för registrering av nämnda närvaro, och vidare är konfigurerad för att svara på nämnda närvaro, genom att leverera en utsignal, varvid nämnda anordning innefattar en enhet konfigurerad för att påkalla omedelbar uppmärksamhet av nämnda person, på nämnda registrering av nämnda persons närvaro; och en enhet konfigurerad for att tillhandahålla instruktioner till nämnda person att rikta ett flöde av utandningsluft mot nämnda inloppsområde (4), en analysator (10) för bestämning av utandningskoncentration av nämnda substans från nämnda person, varvid bestämningen är baserad på nämnda signal, som motsvarar ämnets koncentration.

Den huvudsakliga fördelen med systemet är att det är icke påträngande, dvs att det inte i onödan stör den person som utsätts för användning av systemet.

KORT BESKRIVNINGAV RITNINGARNA Uppfinningen kommer nu att beskrivas nedan med hänvisning till ritningama, i vilka Fig. l visar en schematisk ritning av systemet enligt en utförandeform.

Fig. 2 visar ett flödesschema över systemets funktion.

Fig. 3a visar en tidssekvens av typiska utandningsprov utförda med systemet enligt uppfinningen från en erfaren person, och 10 15 20 25 30 35 40 45 Fig. 3b visar en tidssekvens av typiska andningstester utförda med systemet enligt uppfinningen från en oerfaren person.

DETALJERAD BESKRIVNING Uppfinningen involverar både fysiska attribut och funktionella egenskaper, vilka framgår både av de bifogade kraven och den detaljerade beskrivningen.

Figur 1 är en schematisk ritning (ej skalenlig) av en utförandeform av systemet 1 enligt uppfinningen. Systemet 1 kan byggas in i ett separat hölje, eller vara en del av inventarier, t.ex. i en fordonskupe. En testperson 12 visas placerad i närheten av ett inloppsområde 4 av sensorenheten 5, försedd med ett sensorelement 8 som genererar en signal motsvarande koncentrationen av etylalkohol i luft som strömmar genom inloppsområdet 4. Organ for aktiv transport av luft genom sensorenheten 5 är inkluderat i form av en fläkt eller pump 9, företrädesvis innefattande organ for styrning av volymflödet. Inloppsområdet 4 utgör en eller flera öppningar, genom vilka luft kan flöda fritt eller driven av fläkten 9. Företrädesvis ingår ett partikelfilter 11 t.ex. tillverkad av poröst material i inloppsområdet 4. Detta förhindrar partiklar och aerosoler från att förorena sensorenheten 5 utan att hindra luftflödet inågon väsentlig grad. När personen 12 riktar utandningsluft mot inloppsområdet 4 från ett avstånd av högst 50 cm, kommer den luft som strömmar genom sensorenheten 5 att bestå av en blandning av omgivnings- och utandningsluft från personen 12.

Som redan förklarats i bakgrundsbeskrivningen, är en central egenskap hos det föreliggande systemet att uppnå samarbete med personen 12 under ett kort tid. Apparaturen är konfigurerad för att uppnå detta och innefattar organ för registrering 2 av en persons 12 närvaro vid en position i närheten av inloppsområdet 4, och en audiovisuell enhet 3. Utförandet av registreringsorganet 2 är starkt beroende av den aktuella tillämpningen och kan inkludera en mikroswitch som indikerar dörröppning/ stängning, mikrofon, kamera, beröringsfri detektor med ultraljud eller infraröd strålning, kraftsensor som känner av personens vikt. 0rganet kan innefatta medel för identifiering av personen genom röststyrning, bildanalys, läsning av streckkod, eller biometrisk analys. Den audiovisuella enheten 3 innefattar lämpligen en högtalare 3a och en display 3b. Högtalaren 3a kan generera artificiellt tal eller symboliska ljudslingor, och displayen 3b kan förmedla text, bilder, ikoner eller andra symboler.

Företrädesvis är den audiovisuella enheten 3 lokaliserad i omedelbar närhet till inloppsområdet 4 av sensorenheten 5, för att rikta personens 12 uppmärksamhet åt detta område. Den är kapabel att fånga omedelbar uppmärksamhet från personen 12 efter registrering av närvaro eller vid något senare tillfälle. Den är också i stånd att förmedla en instruktion, även en detaljerad sådan, i det fall att personen 12 så kräver.

Som en följd av blandning mellan omgivnings- och utandningsluft minskas den signal som genereras av sensorelementet 8 med en faktor som motsvarar utandningsluftens utspädning.

Därför ingår ett annat sensorelement 7 förutom elementet 8 för mätning av koncentration spårgas, t.ex. koldioxid (C02) eller vattenånga. Eftersom spårgaskoncentrationen är approximativt konstant när den lämnar luftvågama vid utandning, är det möjligt att erhålla en god approximation av graden av utspädning av luft som kommer in i sensorenheten 5. Ett annat alternativ för en spårsignal förutom C02 och H20 är temperaturen. Temperaturen i utandningsluften är nästan densamma som kroppstemperaturen när den lämnar munnen eller näsan men kyls närmare mot omgivningstemperaturen vid blandning. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Sensorelementen 7 och 8 utgör mottagare i en mätcell för infraröd (IR) transmissionsmätning.

Från en infrarödsändare 6, företrädesvis ett svartkroppsstrålande element, utgår en stråle av bredbands infraröd strålning och belyser cellen, och efter flera reflektioner kommer den att nå mottagarelementen 7 och 8. Företrädesvis moduleras emittem 6 vid en frekvens, t ex 5 Hz, över frekvensbandet för typiska signaler. Var och en av sensorelementen 7 och 8 är uppbyggda av terrnostapeldetektorer av infraröd strålning med bandpass interferensfilter avståmda till absorptionstoppen av den substans som skall detekteras. Elementet 8 har ett filter med passbandet inom intervallet 9,1... 9,9 um för etylalkohol, och elementet 7 filtret i intervallet 4,2... 4,3 um i fallet med C02 som spårgas. Vattenånga, en altemativ spårgas, har en stark absorption i våglängdsintervall 2,5... 2.8 um och 5,7... 6,9 um. Andra kombinationer av gaser och filteregenskaper år möjliga. Aceton, acetaldehyd, metanol, kolmonoxid, metan, etan, propan, pentan, hexan, heptan, oktan, isopren, ammoniak, våtesulfid, metylmerkaptan, etylacetat, dimetyleter, dietyleter, bensen, toluen, metyletylketon, och metylisobutylketon är exempel på flyktiga substanser som kan vara av intresse ur ett diagnostiskt eller toxikologiskt perspektiv.

Den optiska vägsträckan från IR-sändaren 6 till detektorema 7, och 8 kan vara beroende av koncentrationsområde och absorptionskoefficienter för de aktuella åmnena. CO2 har stark absorption och hög koncentration i utandningsluft, vilket talar för en kort optisk vägsträcka, 10 - 25 mm. För alkoholdetektion under de legala koncentrationsgrånsema, kan en vägsträcka på mer än 0,5 meter kan vara nödvändig. Genom veckning av den optiska vägsträckan medelst multipla reflektioner, kan längd/bredd/ höjd av sensorenheten 5 hållas mindre än 70/30/15 mm.

Sensorenheten 5 reagerar nästan omedelbart, det vill säga inom en bråkdel av en sekund, på koncentrationsvariationer som förekommer vid inloppsområdet 4. Detta är delvis på grund av det korta avståndet mellan inloppsområdet 4 och sensorenheten 5, och luftströmningshastigheten som alstras av fläkten 9. Det är också på grund av den relativt snabba moduleringsfrekvensen hos den infraröda sändaren. Signalinforrnationen som extraheras från sensorelementen 7 och 8 representeras av amplituden hos modulationsfrekvensen.

Signalema från sensorelementen 7, 8 förs till en analysator 10, som företrädesvis innefattar en generell digital mikroprocessor med kapacitet att exekvera signalalgoritmer, samt styrning av den audiovisuella enheten 3, IR-sändaren 6, fläkten eller pumpen 9. Signalkonvertering mellan olika format, inklusive analoga signaler, kan hanteras av mikroprocessom 10, som också är kapabel att kommunicera med extema enheter, t.ex. en aktuatorenhet för att vidta åtgärder eller motåtgärder, beroende på resultatet av utandningsprovet. Elektrisk strömförsörjning för systemet 1 kan antingen erhållas från ett batteri eller från en extem strömkälla. Systemet 1 kan utformas som en fristående enhet, eller som en integrerad del av andra inventarier, t.ex. ett fordonsutrymme eller entré till byggnad eller arbetsplats.

Företrådesvis innefattar inloppsarean 4 organ för skydd av sensorenheten 5, t ex ett lock, som är stängt när systemet 1 är inaktivt.

Figur 2 visar ett flödesschema över systemfunktionen enligt uppfinningen. Systemet startas eller initieras antingen manuellt eller automatiskt, genom någon extem styrsignal. I fallet med ett fordon, kan startsignalen vara upplåsning av fordonsdörr. Den inledande fasen innebär företrädesvis sj älvtest av vissa funktioner i systemet, för att se till att inga funktionella fel har inträffat sedan föregående provtillfälle. Den inledande fasen kan också innefatta förvårmning av känsliga komponenter och stabilisering av signaler. 10 15 20 25 30 35 40 45 När systemet är klart för utandningsprov kommer det att förbli i ett standby-läge tills närvaro av en person vid den förutbestämda positionen detekterats. Som tidigare beskrivits, kan detektionen eventuellt inbegripa identifiering av personen, och kan då kräva tvåvägskommunikation mellan personen och systemet. Efter eller under steget närvarodetektering, kommer systemet att påkalla personens uppmärksamhet genom samordnade blinkande ljus, distinkt och riktat ljud i kombination med särskild symbol eller ikon som representerar utandningsprov.

En erfaren person väntas i detta fall rikta utandningsluft mot sensoms inloppsornråde, medan en oerfaren person kan kräva en mer eller mindre detaljerade instruktioner om hur man ska gå vidare. Exempel på instruktion ges muntligt eller som ett textrneddelande: “Ta ett djupt andetag, luta dig framåt, öppna munnen och andas ut försiktigt ". Altemativt tillhandahålls instruktioner som text, stillbilder eller rörliga bilder, grafiska symboler eller på annat sätt. Om kriteriema för andningsdetektion inte uppfylls efier en instruktionsomgång, kan upprepade instruktioner levereras på förhöjd detaljnivå.

Kriterierna för andningsdetektion involverar lämpligen spårgas upptäckt som tidigare beskrivits. I fallet med C02 som spårgas är ett enkelt kriterium att CO2-koncentrationen når en viss tröskelnivå, t.ex. 2500 ppm (milj ondelar), vilket motsvarar en utspädningsfaktor på 20 (alveolär CO2-koncentration är ca 5 vol%, eller 50 000 ppm). Ytterligare kriterier kan vara relaterade till tidsderivatan av den CO2-signalen. Den samtidigt uppmätta alkoholkoncentrationen måste i detta fall multipliceras med 20 för att ge en uppskattad utandningsalkoholkoncentration. Kriterierna för andningsdetektion bör också omfatta korrigering för omgivningens CO2-koncentration, vilket är 400-600 ppm i normala miljöer.

Ett matematiskt uttryck eller algoritm är normalt tillräcklig för att definiera kriterierna, med inställbara parametrar för anpassning till variationer under olika förhållanden. En sådan algoritm kan implementeras för exekvering i realtid med hjälp av standardmässiga mikroprocessorer.

Graden av utspädning är ett mått på signalkvaliteten. Hög koncentration (liten utspädningsfaktor) ger bestämningen hög noggrannhet, medan påverkan av störande faktorer, såsom andra personer i närheten, ökar med graden av utspädning. Företrädesvis presenteras resultatet av utandningsprovet inte bara som en koncentration utan också som ett beräknat mätfel beroende på spädningsfaktom.

Detektion av utandning kan i vissa applikationer åsidosätta närvarodetektering som symboliseras i figur 2 med den streckade linjen som kortsluter båda sekvensema "uppmärksamhet" och "instruktion" sekvenser. Ett annat uttryckssätt är att inkludera spårgasdetektion i "registreringsorganet ".

Bestämning av BrAC utförs av en annan algoritm baserad på korrelationen mellan signalerna från sensorelementen 7 och 8. När sensorenheten 5 tar emot utandningsluften från en person, uppvisar båda sensorelementen koncentrationstoppar nästan samtidigt. Ett genomsnittligt BrAC-värde erhålls genom att multiplicera ett antal uppmätta halter alkohol med deras respektive utspädningsfaktorer. Genom medelvärdesbildning minskas effekten av brus och stömingar. En liten tidsskillnad mellan C02 och signaler alkoholen på grund av skillnader som orsakas av den anatomiska dödvolymen eller genom utformningen av sensorenheten 5 är också möjlig att inrymma i algoritmen. 10 15 20 25 Slutförandet och resultatet av ett utandningsprov definierade av uppfyllandet av kriterierna för andningsdetektion, meddelas företrädesvis till personen, till exempel med hjälp av den audiovisuella enheten 3.

I flödesschemat i figur 2 inkluderas inte de ytterligare åtgärder som vidtagits efter avslutning av sj älva utandningsprovet, eftersom de kan variera mycket beroende på den faktiska tillämpningen av utandningsprovet. Sådana åtgärder kan innebära regelbaserade beslut för styrning av åtgärder eller motåtgärder baserade på bestämningen, tex. aktivering/inaktivering av fiinktioner i ett fordon eller låsning/upplåsning av dörr.

Figur 3 visar tidssekvenser för typiska utandningsprov utförda med systemet enligt uppfinningen för (a) en erfaren person, och (b) en oerfaren person. Uppifrån och ner är de representerade signalerna: ”P” närvaro, 'C' kommunikation, "T" spårgas, "A" alkohol i båda diagrammen 3 (a) och 3 (b).

I tidssekvensen i figur 3 (a) detekteras en person inom den första halva sekunden, och följs nästan omedelbart av att "uppmärksamhet" kommuniceras till den erfama testpersonen, som svarar efter ytterligare en halv sekund med distinkta toppar som representerar både spårämne och alkohol. Efier två sekunder är utandningsprovet klart.

Tidsfölj den i figur 3 (b) följer ett något annorlunda mönster. Den oerfarne testpersonen svarar inte omedelbart utan kräver en kort instruktion innan en godkänd utandning levereras. Hela sekvensen är klar efter 15 sekunder.

Claims (17)

PATENTKRAV:

1. System för utandningstest, inkluderande en sensorenhet (5) konfigurerad att känna av förekomsten eller koncentrationen av en flyktig substans som föreligger i luft som strömmar genom ett fördefinierat inloppsområde (4), och att generera en signal som motsvarar koncentrationen av substansen; en apparat (2, 3) konfigurerad att detektera närvaron av en person i en position i närheten av inloppsområdet (4), och som har organ för registrering av denna närvaro, och som vidare är konfigurerad att gensvara på närvaron genom att tillhandahålla en utsignal, vilken apparat inkluderar i) en enhet konfigurerad att vid registrering av närvaron av personen, påkalla och rikta personens omedelbara uppmärksamhet, vilken enhet inkluderar en audiovisuell enhet (3) placerad mycket nära inloppsområdet (4), och g) en enhet konfigurerad att tillhandahålla instruktioner till personen att rikta ett utandningsluftflöde mot inloppsområdet (4) en analysator (10) för bestämning av utandningssubstanskoncentration hos personen, vilken bestämning baseras på signalen som motsvarar substanskoncentrationen.

2. System enligt krav 1, där sensorenheten inkluderar ett första sensorelement (8) som tillhandahåller en första signal motsvarande konscentration av substansen i luftflödet, och ett andra sensorelement (7) som tillhandahåller en andra signal motsvarande koncentrationen av en spårsubstans, t.eX. koldioxid, i luftflödet, vilken bestämning tar hänsyn till koncentrationen av spårsubstansen.

3. System enligt krav 1 eller 2, där substansen är aceton, acetaldehyd, metanol, etanol, kolmonoxid, metan, etan, propan, pentan, heXan, heptan, octan, isopren, ammoniak, vätesulfid, metylmerkaptan, etylacetat, dimetyleter, dietyleter, bensen, toluen, metyletylketon, eller metylisobutylketon, eller en kombination därav.

4. System enligt krav 1, 2 eller 3, där sensorenhetens (5) responstid är mindre än en sekund.

5. System enligt något av föregående krav, innefattande en aktuatorenhet avsedd att vidta en åtgärd eller en motåtgärd beroende på resultaten från bestämningen, och organ för regelbaserat beslutsfattande för att styra åtgärd eller motåtgärd baserat på bestämningen, t.eX. koppla in / koppla ur funktioner hos ett fordon, eller lås / låsa upp en dörr.

6. System enligt något av föregående krav, där apparaten (2, 3) innefattar ett registreringsorgan som inkluderar ett mikrofonelement, och organ för identifiering genom röstigenkänning.

7. System enligt något av föregående krav, Där apparaten (2, 3) för närvarodetektering inkluderar en kamera eller annan optisk detektor, och organ för identifiering genom bildanalys, streckkodsavläsning eller biometri.

8. System enligt något av föregående krav, där den första och den andra sensorn är baserade på substansspecifik infraröddetektion i på förhand bestämda våglängdsband, till exempel 9,1 - 9,9 um för etanol, och 4.2 - 4.3 um för C02.

9. System enligt något av föregående krav, innefattande organ för aktiv transport av luft från inloppsområdet (4) till sensorenheten och utloppet, till exempel en fläkt eller en pump.

10. System enligt något av föregående krav, innefattande organ för stängning av inloppsområdet under inaktiva systemmoder i syfte att skydda sensorenheten.

11. 1 1. System enligt något av föregående krav, där uppmärksamheten påkallas genom koordinerat blinkande ljus och distinkt ljud kombinerat med någon specifik symbol eller ikon som representerar utandningstestet, medelst den audiovisuella enheten (s).

12. System enligt något av föregående krav, där instruktionerna tillhandahålles verbalt eller som textmeddelande, steg för steg där detaljnivån ökar med tiden.

13. System enligt något av föregående krav, där det finns anordnat en presentationsenehet (display) för kommunikation av textmeddelanden, symboler, ikoner eller bilder, eller en högtalare för kommunikation av inspelade talade meddelanden, eller symboliska ljudspår.

14. System enligt krav 13, där displayen riktas exklusivt mot nämnda position.

15. System enligt något av föregående krav, där bestämningen också beror på kvalitetskriterier såsom att spårgaskoncentrationen överstiger ett förhandsdefinierat tröskelvärde, och att bakgrundsvariationer i den första och den andra signalen ligger under en fördefinierad övre gräns.

16. System enligt något av föregående krav, där systemet är integrerat i en fordonskupe eller ingången till en byggnad eller arbetsplats.

17. System enligt något av föregående krav, där systemets totala testtid för fallet med en uppmärksam och erfaren testperson inte överstiger fem sekunder.