(57)【要約】  本発明は、二酸化炭素を検出する装置である装置（１０）に関する。ハウジングの一部を、患者の皮膚領域と接触して位置決めする（２１０）ことについて記載する。ハウジングの一部及びハウジング内のガス測定チャンバは、患者の皮膚領域を通過して拡散するガスがガス測定チャンバに入るように構成されている。放射線は、ハウジング内の放射線源から放射され（２２０）、放射線源によって放射された放射線の少なくとも一部が、ガス測定チャンバに入る。ガス測定チャンバに入る放射線は、二酸化炭素の吸収帯にわたる波長を有し、かつ二酸化炭素の吸収帯以外の領域にわたる波長を有する。相互作用放射線経路がガス測定チャンバを通って放射線源と放射線フィルターとの間に画定されるように、放射線フィルターは、ガス測定チャンバに対して配置される（２３０）。相互作用放射線経路に加えて第１の検出放射線経路が画定されるように、第１の放射線検出器は、放射線フィルターに対して配置され（２４０）、相互作用放射線経路に加えて第２の検出放射線経路が画定されるように、第２の放射線検出器は、放射線フィルターに対して配置される。放射線フィルターは、第１の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の吸収帯にわたる波長を有し、かつ吸収帯以外の領域にわたる放射線の強度が相互作用放射線経路内の放射線の強度よりも著しく小さいように構成されている。放射線フィルターはまた、第２の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の吸収帯以外の領域にわたる波長を有し、かつ吸収帯にわたる放射線の強度が相互作用放射線経路内の放射線の強度よりも著しく小さいように構成されている。第１の放射線検出器からの信号及び第２の放射線検出器からの信号を使用して、患者の皮膚における二酸化炭素の分圧を決定する（２５０）。
2021505908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を検出する装置（１０）であって、
ハウジング（２０）と、
ガス測定チャンバ（３０）と、
放射線源（４０）と、
第１の放射線検出器（５０）と、
第２の放射線検出器（６０）と、
放射線フィルター（７０）と、を備え、
前記ガス測定チャンバ、前記放射線源、前記第１の放射線検出器、前記第２の放射線検出器、及び前記放射線フィルターは、前記ハウジング内に収容されており、
前記ハウジングの一部は、患者の皮膚領域と接触して位置決めされるように構成されており、
前記ハウジングの前記一部及び前記ガス測定チャンバは、前記患者の前記皮膚領域を通過して拡散するガスが前記ガス測定チャンバに入るように構成されており、
前記ガス測定チャンバ及び放射線源は、前記放射線源によって放射された放射線の少なくとも一部が前記ガス測定チャンバに入るように構成されており、
前記ガス測定チャンバに入る前記放射線は、二酸化炭素の吸収帯にわたる波長を有し、かつ二酸化炭素の前記吸収帯以外の領域にわたる波長を有し、
前記放射線フィルターは、相互作用放射線経路が前記ガス測定チャンバを通って前記放射線源と前記放射線フィルターとの間に画定されるように、前記ガス測定チャンバに対して配置されており、
前記第１の放射線検出器は、前記相互作用放射線経路に加えて第１の検出放射線経路が画定される(defined)ように、前記放射線フィルターに対して配置されており、
前記第２の放射線検出器は、前記相互作用放射線経路に加えて第２の検出放射線経路が画定されるように、前記放射線フィルターに対して配置されており、
前記放射線フィルターは、前記第１の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の前記吸収帯にわたる波長を有し、かつ前記吸収帯以外の前記領域にわたる放射線の強度が前記相互作用放射線経路内の放射線の強度よりも著しく(significantly)小さいように構成されており、
前記放射線フィルターは、前記第２の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の前記吸収帯以外の前記領域にわたる波長を有し、かつ前記吸収帯にわたる放射線の強度が前記相互作用放射線経路内の放射線の強度よりも著しく小さいように構成されており、
前記第１及び第２の放射線検出器からの信号は、前記患者の前記皮膚における二酸化炭素の分圧の決定に使用可能である、装置。
【請求項２】
前記放射線フィルターは、前記第２の検出放射線経路が前記放射線フィルターを透過した放射線を含み、前記第１の検出放射線経路が前記放射線フィルターから反射された放射線を含むように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記放射線フィルターは、ガスによる吸収が最小になる波長を中心とした透過通過帯域を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記透過通過帯域の中心波長は、３．９１マイクロメートルである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記透過通過帯域の全幅半値(full width half maximum)は、９０ナノメートルである、請求項３又は４に記載の装置。
【請求項６】
前記装置は、第２の放射線フィルター（８０）を備え、前記第２の放射線フィルターは、前記第１の検出放射線経路が前記第２の放射線フィルターを透過した放射線を含むように構成されている、請求項２〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の放射線フィルターは、二酸化炭素の前記吸収帯にわたる透過通過帯域を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記透過通過帯域の中心波長は、４．２６マイクロメートルである、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記透過通過帯域の全幅半値は、１８０ナノメートルである、請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記放射線フィルターは、ガスシール(gaseous seal)として前記ガス測定チャンバに作用する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記第２の放射線フィルターは、ガスシールとして前記ガス測定チャンバに作用する、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
二酸化炭素を検出するシステム（１００）であって、
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の二酸化炭素を検出する装置（１０）と、
処理ユニット（１１０）と、
出力ユニット（１２０）と、を備え、
前記処理ユニットは、前記装置を制御するように構成されており、かつ前記出力ユニットを制御するように構成されており、
前記装置は、前記第１の放射線検出器からの前記信号及び前記第２の放射線検出器からの前記信号を前記処理ユニットに提供するように構成されており、
前記処理ユニットは、前記患者の前記皮膚における二酸化炭素の前記分圧を計算するように構成されており、前記計算は、前記第１の放射線検出器からの前記信号及び前記第２の放射線検出器からの前記信号を含み、
前記出力ユニットは、二酸化炭素の前記分圧を表すデータを出力するように構成されている、システム。
【請求項１３】
二酸化炭素を検出する方法（２００）であって、
ａ）ハウジングの一部を、患者の皮膚領域と接触して位置決めする(placing)工程（２１０）であって、前記ハウジングの前記一部及び前記ハウジング内のガス測定チャンバは、前記患者の前記皮膚領域を通過して拡散するガスが前記ガス測定チャンバに入るように構成されている、工程（２１０）と、
ｂ）前記ハウジング内の放射線源から放射線を放射する工程（２２０）であって、前記放射線源によって放射された前記放射線の少なくとも一部が、前記ガス測定チャンバに入り、前記ガス測定チャンバに入る前記放射線は、二酸化炭素の吸収帯にわたる波長を有し、かつ二酸化炭素の前記吸収帯以外の領域にわたる波長を有する、工程（２２０）と、
ｃ）相互作用放射線経路が前記ガス測定チャンバを通って前記放射線源と放射線フィルターとの間に画定されるように、前記放射線フィルターを、前記ガス測定チャンバに対して配置する工程（２３０）と、
ｄ）前記相互作用放射線経路に加えて第１の検出放射線経路が画定されるように、第１の放射線検出器を、前記放射線フィルターに対して配置する工程（２４０）であって、前記相互作用放射線経路に加えて第２の検出放射線経路が画定されるように、第２の放射線検出器が、前記放射線フィルターに対して配置され、前記放射線フィルターは、前記第１の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の前記吸収帯にわたる波長を有し、かつ前記吸収帯以外の前記領域にわたる放射線の強度が前記相互作用放射線経路内の放射線の強度よりも著しく小さいように構成されており、前記放射線フィルターは、前記第２の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の前記吸収帯以外の前記領域にわたる波長を有し、かつ前記吸収帯にわたる放射線の強度が前記相互作用放射線経路内の放射線の強度よりも著しく小さいように構成されている、工程（２４０）と、
ｅ）前記第１の放射線検出器からの信号及び前記第２の放射線検出器からの信号を使用して、前記患者の前記皮膚における二酸化炭素の分圧を決定する工程（２５０）と、を含む、方法。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置を制御する、及び／又は請求項１２に記載のシステムを制御するコンピュータプログラム要素であって、プロセッサによって実行されると、請求項１３に記載の方法を実施するように構成されている、コンピュータプログラム要素。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプログラム要素を記憶しているコンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二酸化炭素を検出する装置、二酸化炭素を検出するシステム、二酸化炭素を検出する方法、並びにコンピュータプログラム要素及びコンピュータ可読媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
血液ガス分圧を測定するための、人間又は動物の皮膚に適用されるセンサーなどの装置による血液ガス分圧の非侵襲測定が、多くの臨床状況における有用なツールとして、多くの文献に記載されている。二酸化炭素（ＣO２）及び酸素（O２）などの血液ガスを非侵襲的に測定するためのセンサーは、集中治療室（ＩＣＵ）及び新生児集中治療室（ＮＩＣＵ）において不可欠なツールである。それは、これらのセンサーにより、非侵襲的な方法で、かつ、病院スタッフの最小限の作業量で、人間又は動物の患者の呼吸機能に対して、信頼性の高い持続的なモニタリングができるからである。
【０００３】
皮膚／経皮血液ガスセンサーの分野においては、概して、センサー及びモニターの両方を小型化させる傾向がある。経皮血液ガス分圧の測定に好ましい部位の１つに、耳垂がある。これは、耳垂の皮膚は非常に薄いからである。更に、経皮血液ガス分圧の測定は、早期新生児に対してよく使用される。センサーの使用対象が新生児であるか大人であるかに関わらず、皮膚上で、血液ガスセンサーを受け入れるのに十分な大きさの好ましい平坦な領域を見つけることが難しいことがある。そのため、センサーの大きさを最小限にする必要がある。
【０００４】
このようなセンサーは、小さいサンプル表面に対する測定が可能なものであるべきである。また、応答時間が短いものであるべきである。ガス濃度の変化が小さいので、センサーの必要な感度を高くする必要があるため、信号強度は、できるだけ大きくするべきであり（例えば、６０秒以下）、したがって、利用可能な信号強度は、できるだけ大きくするべきである。モニタリングシステムをできるだけ使いやすくするために、モニタリングシステムは常に使用可能な状態であり、使用中にドリフトがないことも必要である。このようなセンサーはまた、比較的安価であり、組み立てが簡単であるべきである。
【０００５】
血液ガス分圧の皮膚又は経皮測定のための市販製品は、通常、電気化学センサーである。これらの電気化学センサーは、何十年もの間、人間の皮膚中の血液ガス分圧の正確な推定値を提供するものとして知られてきた。この推定値から、動脈の分圧を計算することができる。それによって、血液サンプルの採取を必要とせず、特にＩＣＵ、ＮＩＣＵ、及び睡眠検査室における医療スタッフに、患者の呼吸機能を明確に示してきた。前述したような電気化学センサーは、例えば、米国特許第６，６５４，６２２（Ｂ１）号に記載されているものが知られている。
【０００６】
既に知られているように、電気化学センサーが病院における不可欠なツールであることは実証されているが、これらのセンサーは較正を頻繁に行う必要があり、また、信号のドリフトが発生することもある。そのため、使用時間が長い場合（例えば、睡眠モニタリング）に問題が発生することがある。更に、電解液の添加などの再膜化（remembraning）を頻繁に行う必要もある。そのため、これらの問題のない別種の装置の開発が望まれていた。
【０００７】
ＷＯ２００８／１１０９２７は、チューナブルレーザーダイオード技術を使用した光学センサーを開示している。この光学センサーによれば、光線が、検出器に受信されるまでサンプル細胞中を１つの単一モード伝播によって伝播して、このサンプルの化学物質を反映する出力信号を生成する。
【０００８】
ＷＯ２００３／０２３３７４は、エバネッセント場を使用した光学センサーを開示している。この光学センサーは、皮膚に貫通して皮膚中の化学物質を検出する。
【０００９】
ＷＯ２００３／０２３３７４及びＷＯ２００８／１１０９２７の両技術では、光源は、センサーの外部に取り付けられたレーザーであり、導光部を介してセンサーに光を伝送する。これらのシステムには、光路における光学干渉によってレーザーキャビティ内のバックライト干渉が発生し、その結果、感度が著しく低減するなど、いくつかのデメリットがある。更に、これらのシステムは、１つの単一周波数で光を提供するレーザー光源を使用しており、基調又はその倍音の１つのいずれかが１種類のガス（例えば、二酸化炭素）によって吸収されるように調整されている場合がある。しかし、レーザーには、いくつかのデメリットがある。レーザーは、他の光源より高価でかさばる。レーザーは大きいため、外部デバイスに取り付けられ、光ファイバーを介してセンサーに光が伝送されていた。光ファイバーケーブルは、何回か使用すると、ストレスにより破損する可能性が高い。更に、レーザーは特定の波長に調整されているが、温度変化によりレーザーのドリフトが発生する。これは、睡眠モニタリングに使用して、夜間の室温低下により検出システム内の光の波長が変化した場合に問題となる。そのため、レーザーを使用したシステムは、レーザーに確実に意図した波長の光を供給させるために、持続的な変調モニタリングを必要としている。
【００１０】
ＷＯ２０１５／０１０７０９は、赤外（ＩＲ）光源を使用してＣＯ２を検出するための光学センサーを開示しており、赤外光を、開口数（ＮＡ）変換器及び波長フィルターを介して、信号経路を増やすためのいくつかの反射面を有する測定容積へ、そして、この測定容積を通過して来る光の量を検出する検出器へ伝送する。測定容積を介して伝送される光の変化が、測定容積中のＣＯ２量の変化の推定に使用される。これは、光学において、「非結像」、すなわち、光検出器を使用して測定容積中のサンプルの画像を形成せず、代わりに、測定容積内の変化を検出するものとしても知られている。
【００１１】
この関連において皮膚（cutaneous）という用語は、人間又は動物の患者の表皮層の状況を測定することを意味する。経皮（transcutaneous）という用語は、多くの場合、表皮層の下方の状況を検査する測定を指す。経皮測定と皮膚測定とが異なるのは、次の点においてのみである。それは、経皮測定の温度の方が高く、そのため表皮層中の血流が増加し、表皮層がより動脈化される、すなわち、表皮層が表皮の下方の層のような挙動をする。経皮測定を行うために必要な温度上昇の程度は、患者の皮膚によって決まる。新生児又は早期新生児の皮膚は非常に薄いので、血液ガスの経皮測定には、例えば４０℃の温度で十分である場合がある。一方、高齢者の皮膚はより厚みがあるので、表皮を動脈化するためには４４℃又は４５℃の温度が必要となる場合がある。本発明の文脈内では、測定の目的が、表皮の状況の検査であるか表皮下方の状況の検査であるかは重要ではない。したがって、皮膚（cutaneous）と経皮（transcutaneous）のうちどちらの用語が本発明の説明に使用されようとも、どちらの用語も、人間の皮膚に適用されたセンサーを使用して血液ガス分圧を測定するものとして理解される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本願発明の一実施例は、例えば、二酸化炭素を検出する装置に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
改善されたセンサーシステム及び関連する二酸化炭素を検出する方法を有することが有利であるだろう。
【００１４】
本発明の目的は、独立請求項の主題によって解決され、更なる実施形態は、従属請求項に組み込まれる。本発明の以下に記載された態様及び実施例はまた、二酸化炭素を検出する装置、二酸化炭素を検出するシステム、二酸化炭素を検出する方法、並びにコンピュータプログラム要素及びコンピュータ可読媒体に適用されるという点に留意すべきである。
【００１５】
第１の態様によれば、
ハウジングと、
ガス測定チャンバと、
放射線源と、
第１の放射線検出器と、
第２の放射線検出器と、
放射線フィルターと、を備える、二酸化炭素を検出する装置を提供する。
【００１６】
ガス測定チャンバ、放射線源、第１の放射線検出器、第２の放射線検出器、及び放射線フィルターは、ハウジング内に収容されている。ハウジングの一部は、患者の皮膚領域と接触して位置決めされるように構成されている。ハウジングの一部及びガス測定チャンバは、患者の皮膚領域を通過して拡散するガスがガス測定チャンバに入るように構成されている。ガス測定チャンバ及び放射線源は、放射線源によって放射された放射線の少なくとも一部がガス測定チャンバに入るように構成されている。ガス測定チャンバに入る放射線は、二酸化炭素の吸収帯にわたる波長を有し、かつ二酸化炭素の吸収帯以外の領域にわたる波長を有する。放射線フィルターは、相互作用放射線経路がガス測定チャンバを通って放射線源と放射線フィルターとの間に画定されるように、ガス測定チャンバに対して配置されている。第１の放射線検出器は、相互作用放射線経路に加えて第１の検出放射線経路が画定されるように、放射線フィルターに対して配置されている。第２の放射線検出器は、相互作用放射線経路に加えて第２の検出放射線経路が画定されるように、放射線フィルターに対して配置されている。放射線フィルターは、第１の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の吸収帯にわたる波長を有し、かつ吸収帯以外の領域にわたる放射線の強度が相互作用放射線経路内の吸収帯以外の領域にわたる放射線の強度よりも著しく小さいように構成されている。放射線フィルターは、第２の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の吸収帯以外の領域にわたる波長を有し、かつ吸収帯にわたる放射線の強度が相互作用放射線経路内の吸収帯にわたる放射線の強度よりも著しく小さいように構成されている。第１及び第２の放射線検出器からの信号は、患者の皮膚における二酸化炭素の分圧の決定に使用可能である。
【００１７】
換言すれば、非侵襲二酸化炭素測定装置は、干渉フィルターを使用して、二酸化炭素吸収帯にわたる放射線を二酸化炭素吸収帯ではない放射線から分離する。次いで、吸収帯にわたる全ての放射線は、第１の検出器に向けられ、この波長範囲上の最小放射線は、第２の検出器に送られ得る。しかし、第２の検出器は、二酸化炭素による吸収が最小になり得る異なる波長範囲上の放射線を全て検出でき、第１の検出器は、この波長範囲上の放射線は検出できない。このようにして、各検出器には、バックグラウンド信号が最小限に抑えられた、可能な限り最大の信号が提供され、第１の検出器が、二酸化炭素の吸収を検出し、第２の検出器が、基準信号検出器として作用する。
【００１８】
そのため、フィルターは、二酸化炭素の吸収帯の波長を透過し、他の波長を反射する通過帯域フィルターとすることができ、又はフィルターは、二酸化炭素の吸収帯の波長を反射し、他の波長を透過させることができる。
【００１９】
そのため、ガスセンサーは最小限の構成要素を備え、これはサイズが低減することにつながり、同時に、信号強度が増大され、これは信号対雑音を増大し、検出時間を低減することができることにつながり、製造及び組み立ての許容誤差が厳格ではないため、組み立てが容易であり、これは非常にコンパクトであり、高い信号強度を示し、組み立てが簡単であり、過度に高価ではないセンサー装置全体につながる。
【００２０】
一実施例では、放射線フィルターは、第２の検出放射線経路が放射線フィルターを透過した放射線を含み、第１の検出放射線経路が放射線フィルターから反射された放射線を含むように構成されている。
【００２１】
換言すれば、放射線フィルターから反射された放射線は、二酸化炭素の吸収帯の放射線を有し、ガス状二酸化炭素の存在を検出するために使用される。同時に、フィルターによって透過された放射線は、二酸化炭素の吸収帯以外の領域の放射線を有し、基準信号として使用することができる。
【００２２】
別の言い方をすれば、装置は、検出されるガスの吸収帯を反射し、基準チャネルとして他の波長にわたって透過するフィルターを使用する。
【００２３】
一実施例では、放射線フィルターは、ガスによる吸収が最小になる波長を中心とした透過通過帯域を含む。
【００２４】
このようにして、基準信号として作用する放射線フィルターを透過した放射線は、低吸収領域が中心であり、測定チャンバ内のガスの存在によって摂動されない。
【００２５】
一実施例では、透過通過帯域の中心波長は、３．９１マイクロメートル（μｍ）である。他の通過帯域波長は、特に他のガスを検出する際に使用することができる。
【００２６】
このように放射線フィルターを構成することによって、中心通過帯域透過波長は、Ｈ２Ｏ又はＮ２Ｏの寄生吸収線のような寄生吸収線から離れている。
【００２７】
一実施例では、透過通過帯域の全幅半値は、９０ナノメートル（ｎｍ）である。他の全幅半値を使用することができる。
【００２８】
そのため、放射線フィルターは、獲得することができる信号を最大化する中心透過波長及び全幅半値を有する狭帯域透過フィルターとして構成され、同時に、Ｈ２Ｏ又はＮ２Ｏの寄生吸収線などの寄生吸収線上にわたる放射線が検出されないことを確実にする。
【００２９】
一実施例では、装置は、第２の放射線フィルターを備える。第２の放射線フィルターは、第１の検出放射線経路が第２の放射線フィルターを透過した放射線を含むように構成されている。
【００３０】
換言すれば、第１の放射線フィルターは、基準信号に使用される放射線を透過し、第１の放射線フィルターは、二酸化炭素の存在を検出するために使用される放射線を反射する。そのため、コスト的に有効な第１のフィルターを使用して、放射線を透過して、基準信号の検出を最適化し、かつ反射信号を提供することができ、この反射信号は、この反射された信号を最適化できない場合に二酸化炭素の検出に使用される。しかし、この検出チャネルでは、第２の放射線フィルターを使用することができ、例えば、二酸化炭素の吸収帯が中心となる狭通過帯域を有する。次いで、この組み合わせにより、全ての利用可能な光子が各チャネルにおいて検出されるため、信号対雑音の増大及びダイナミックレンジの増大をもたらす。これは、各チャネルが効果的に、必要な光子のみをそれぞれの検出器に伝搬することを可能にするフィルターを有し、必要な基準信号又は必要な二酸化炭素検出信号のいずれも提供しない外来光子をそれぞれのチャネルから除外するためである。
【００３１】
別の言い方をすれば、第１のフィルターは、吸収がほとんどないスペクトルの一部に中心を置く狭通過帯域透過フィルターとすることができ、例えば、出力源におけるドリフトを考慮する基準チャネルを提供する。このフィルターは、次いで、二酸化炭素の吸収帯にわたる広帯域反射を有することができる。次いで、この第２の検出チャネルで使用される第２の放射線フィルターは、再び狭通過帯域透過フィルターであり、これは、二酸化炭素の吸収帯に中心を置く。
【００３２】
このようにして、第１及び第２の検出放射線経路内の放射線は、最適な基準信号決定と共に最適な二酸化炭素検出を提供するように別々に制御することができる。これは、検出対象の放射線を最大化し、不要な放射線を除外し、それによって、信号対雑音及びダイナミックレンジを最大化する方式で行うことができる。２つのフィルターを使用することにより、ガス検出選択性が改善される。
【００３３】
一実施例では、第２の放射線フィルターは、二酸化炭素の吸収帯にわたる透過通過帯域を含む。
【００３４】
一実施例では、透過通過帯域の中心波長は、４．２６マイクロメートル（μｍ）である。他の通過帯域波長は、他のガスを検出する際に使用することができる。
【００３５】
一実施例では、透過通過帯域の全幅半値は、１８０ナノメートル（ｎｍ）である。他の全幅半値を使用することができる。
【００３６】
一実施例では、放射線フィルターは、ガスシールとしてガス測定チャンバに作用する。
【００３７】
一実施例では、第２の放射線フィルターは、ガスシールとしてガス測定チャンバに作用する。
【００３８】
第２の態様によれば、
第１の態様による二酸化炭素を検出する装置と、
処理ユニットと、
出力ユニットと、を備える、二酸化炭素を検出するシステムを提供する。
【００３９】
処理ユニットは、装置を制御するように構成されており、かつ出力ユニットを制御するように構成されている。装置は、第１の放射線検出器からの信号及び第２の放射線検出器からの信号を処理ユニットに提供するように構成されている。処理ユニットは、患者の皮膚における二酸化炭素の分圧を計算するように構成されており、この計算は、第１の放射線検出器からの信号及び第２の放射線検出器からの信号の利用を含む。出力ユニットは、二酸化炭素の分圧を表すデータを出力するように構成されている。
【００４０】
一実施例では、計算は、第２の放射線検出器からの信号と第１の放射線検出器からの信号との差を含む。
【００４１】
第３の態様によれば、
ａ）ハウジングの一部を、患者の皮膚領域と接触して位置決めする工程であって、ハウジングの一部及びハウジング内のガス測定チャンバは、患者の皮膚領域を通過して拡散するガスがガス測定チャンバに入るように構成されている、工程と、
ｂ）ハウジング内の放射線源から放射線を放射する工程であって、放射線源によって放射された放射線の少なくとも一部が、ガス測定チャンバに入り、ガス測定チャンバに入る放射線は、二酸化炭素の吸収帯にわたる波長を有し、かつ二酸化炭素の吸収帯以外の領域にわたる波長を有する、工程と、
ｃ）相互作用放射線経路がガス測定チャンバを通って放射線源と放射線フィルターとの間に画定されるように、放射線フィルターを、ガス測定チャンバに対して配置する工程と、
ｄ）相互作用放射線経路に加えて第１の検出放射線経路が画定されるように、第１の放射線検出器を、放射線フィルターに対して配置する工程であって、相互作用放射線経路に加えて第２の検出放射線経路が画定されるように、第２の放射線検出器が、放射線フィルターに対して配置され、放射線フィルターは、第１の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の吸収帯にわたる波長を有し、かつ吸収帯以外の領域にわたる放射線の強度が相互作用放射線経路内の放射線の強度よりも著しく小さいように構成されており、放射線フィルターは、第２の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の吸収帯以外の領域にわたる波長を有し、かつ吸収帯にわたる放射線の強度が相互作用放射線経路内の放射線の強度よりも著しく小さいように構成されている、工程と、
ｅ）第１の放射線検出器からの信号及び第２の放射線検出器からの信号を使用して、患者の皮膚における二酸化炭素の分圧を決定する工程と、を含む、二酸化炭素を検出する方法を提供する。
【００４２】
別の態様によれば、コンピュータプログラム要素が処理ユニットによって実行されると、前述のような方法工程を実行するように適合された、前述のような装置及び／又はシステムを制御するコンピュータプログラム要素が提供される。
【００４３】
また、前述のようなコンピュータ要素を記憶しているコンピュータ可読媒体も提供される。
【００４４】
有利には、上記の態様のいずれかによって提供されるメリットは、他の態様の全てに等しく適用され、逆もまた同様である。
【００４５】
上記の態様及び実施例は、以下に記載される実施形態から明らかになり、以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
以下の図面を参照して、例示的な実施形態を以下に説明する。
【図１】二酸化炭素を検出する装置の一例の概略セットアップを示す。
【図２】二酸化炭素を検出するシステムの一例の概略セットアップを示す。
【図３】二酸化炭素を検出する方法を示す。
【図４】二酸化炭素を検出する装置の詳細な概略例を示す。
【図５】二酸化炭素を検出する装置の一部の詳細な概略例を示す。
【図６】二酸化炭素を検出する装置の一部の詳細な概略例を示す。
【図７】二酸化炭素を検出する装置の一例のアクティブ透過窓及び基準透過窓を示す。
【図８】二酸化炭素を検出する装置の一例に使用される放射線フィルターを傾斜させる効果を示す。
【図９】フィルターのための二酸化炭素を検出する装置の一例のアクティブ透過窓及び基準透過窓を示し、基準チャネル上の放射線フィルターは、４５度傾斜している。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
図１は、二酸化炭素を検出する装置１０の一例を示す。装置は、ハウジング２０と、ガス測定チャンバ３０、放射線源４０と、第１の放射線検出器５０と、第２の放射線検出器６０と、放射線フィルター７０とを備える。ガス測定チャンバ３０、放射線源４０、第１の放射線検出器５０、第２の放射線検出器６０、及び放射線フィルター７０は、ハウジング２０内に収容されている。ハウジング２０の一部は、患者の皮膚領域と接触して位置決めされるように構成されている。ハウジング２０の一部及びガス測定チャンバ３０は、患者の皮膚領域を通過して拡散するガスがガス測定チャンバ３０に入るように構成されている。ガス測定チャンバ３０及び放射線源４０は、放射線源４０によって放射された放射線の少なくとも一部がガス測定チャンバ３０に入るように構成されている。ガス測定チャンバ３０に入る放射線は、二酸化炭素の吸収帯にわたる波長を有し、かつ二酸化炭素の吸収帯以外の領域にわたる波長を有する。放射線フィルター７０は、相互作用放射線経路がガス測定チャンバ３０を通って放射線源４０と放射線フィルター７０との間に画定されるように、ガス測定チャンバ３０に対して配置されている。第１の放射線検出器５０は、相互作用放射線経路に加えて第１の検出放射線経路が画定されるように、放射線フィルター７０に対して配置されている。第２の放射線検出器６０は、相互作用放射線経路に加えて第２の検出放射線経路が画定されるように、放射線フィルター７０に対して配置されている。放射線フィルター７０は、第１の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の吸収帯にわたる波長を有し、かつ吸収帯以外の領域にわたる放射線の強度が相互作用放射線経路内の吸収帯以外の領域にわたる放射線の強度よりも著しく小さいように構成されている。放射線フィルター７０は、第２の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の吸収帯以外の領域にわたる波長を有し、かつ吸収帯にわたる放射線の強度が相互作用放射線経路内の吸収帯にわたる放射線の強度よりも著しく小さいように構成されている。第１の放射線検出器５０及び第２の放射線検出器６０からの信号は、患者の皮膚における二酸化炭素の分圧の決定に使用可能である。
【００４８】
一実施例では、ガス測定チャンバは、内面が金、銀、又はアルミニウム若しくは酸化アルミニウムでコーティングされている。このようにして、最大量の放射線が検出器に入る。
【００４９】
一実施例では、ガス測定チャンバは、反射管を備える。
【００５０】
一実施例では、ガス測定チャンバの内面は、二酸化炭素の吸収帯の波長よりも小さい表面粗さを有する。一実施例では、ガス測定チャンバの内面は、二酸化炭素の吸収帯の波長の半分よりも小さい表面粗さを有する。一実施例では、ガス測定チャンバの内面は、二酸化炭素の吸収帯の波長の４分の１よりも小さい表面粗さを有する。一実施例では、ガス測定チャンバの内面は、二酸化炭素の吸収帯の波長の８分の１よりも小さい表面粗さを有する。このようにして、散乱が低減され、最大量の放射線が検出器に向かうことにつながる。
【００５１】
一実施例では、放射線源は、ガスシールとしてガス測定チャンバに作用する。このようにして、必要な構成要素数を更に削減し、固有コスト及び組み立てコストの点で、更なるコスト的に有効な解決策をもたらす。
【００５２】
一実施例では、放射線源は、ＬＥＤである。
【００５３】
一実施例では、放射線源は、中赤外線波長範囲にわたって動作する。一実施例では、放射線源は、赤外線波長範囲にわたって動作する。一実施例では、放射線源は、可視波長範囲にわたって動作する。
【００５４】
一実施例では、放射線源は、波長範囲３．８〜４．５μｍにわたる、その放射線の大部分を生成する。
【００５５】
一実施例では、装置は、ガス測定チャンバと流体連通し、患者の皮膚領域と接触して位置決めされるように構成されたハウジングの一部と流体連通する少なくとも１つのチムニーを備える。このようにして、患者の皮膚を通過して拡散するガスを、ガス測定チャンバに移送することができる。チムニーはガス測定チャンバに対して垂直であり得る。これによって、ガス測定チャンバの効率が向上する。
【００５６】
一実施例では、第２の放射線検出器からの信号は、放射線源の較正に使用可能である。そのため、供給源が同じ強度の放射線をガス測定チャンバ内に提供するように、フィードバックループを提供することができる。
【００５７】
一実施例では、第２の放射線検出器及び第１の放射線検出器からの信号の差は、患者の皮膚における二酸化炭素の分圧の計算に使用可能である。
【００５８】
一実施例では、ガス測定チャンバの総容量は、２μＬ以下である。一実施例では、ガス測定チャンバ及び少なくとも１つのチムニーの総容量は、２μＬ以下である。
【００５９】
一実施例では、代替的な構成の装置は、二酸化炭素の検出のために動作するのではなく、Ｈ２Ｏ又は麻酔ガスの検出のために動作することができる。放射線フィルターは、第１の検出放射線経路内の放射線がＨ２Ｏ（又は麻酔ガス）の吸収帯にわたる波長を有し、かつ吸収帯以外の領域にわたる放射線の強度が相互作用放射線経路内の放射線の強度よりも著しく小さいように適切に構成されており、放射線フィルターは、第２の検出放射線経路内の放射線がＨ２Ｏ（又は麻酔ガス）の吸収帯以外の領域にわたる波長を有し、かつ吸収帯にわたる放射線の強度が相互作用放射線経路内の放射線の強度よりも著しく小さいように構成されている。
【００６０】
一実施例によれば、放射線フィルターは、第２の検出放射線経路が放射線フィルターを透過した放射線を含み、第１の検出放射線経路が放射線フィルターから反射された放射線を含むように構成されている。
【００６１】
一実施例では、放射線フィルターは、二酸化炭素の吸収帯にわたる反射通過帯域を含む。
【００６２】
一実施例では、反射通過帯域の中心波長は、４．２６マイクロメートルである。
【００６３】
一実施例では、反射通過帯域の全幅半値は、１８０ナノメートルである。
【００６４】
一実施例では、装置は、第２の放射線フィルターを備え、第２の放射線フィルターは、第２の検出放射線経路が第２の放射線フィルターを透過した放射線を含むように構成されている。
【００６５】
一実施例では、第２の放射線フィルターは、ガスによる吸収が最小になる中心波長を中心とした透過通過帯域を含む。
【００６６】
一実施例では、透過通過帯域の中心波長は、３．９１マイクロメートルである。一実施例では、透過通過帯域の中心波長は、３．７７マイクロメートルである。一実施例では、透過通過帯域の中心波長は、３．９１〜３．７７マイクロメートルである。換言すれば、３．９１μｍのために設計されたフィルターは、法線入射にて３．９１μｍで動作するように使用することができる。しかし、効果的に、透過通過帯域をシフトするように、同じフィルターを角度付けすることができ、４５度の角度では、透過通過帯域は、同じフィルターで３．７７μｍにシフトされ得る。しかし、寄生吸収が発生しない限り、基準データを依然として効果的に得ることができる。そのため、当業者は、所望の向きで機能するように適切な干渉フィルターを設計することができる、又は設計することができた。
【００６７】
一実施例では、透過通過帯域の全幅半値は、９０ナノメートルである。
【００６８】
一実施例では、放射線フィルター及び第２の放射線フィルターは、互いに平行に配向される。
【００６９】
そのため、第１のフィルターは、二酸化炭素の吸収帯が存在し、検出チャネルを提供するスペクトルの一部に中心を置く狭通過帯域反射フィルターとすることができる。フィルターは、吸収がほとんどないスペクトルの一部上にわたる広帯域透過プロファイルを有することができ、例えば、出力源におけるドリフトを考慮する基準チャネルを提供する。基準チャネルでは、このチャネルにおける信号対雑音を更に増大させ、ダイナミックレンジを最大化するために、吸収がほとんどないスペクトルの一部に中心を置く第２の狭帯域透過フィルターを配置することができる。このようにして、干渉放射線フィルターを再び使用して、検出チャネル及び基準チャネルを提供することができるが、第１のフィルターは、狭帯域ではなく狭帯域反射プロファイルを有する。
【００７０】
一実施例によれば、放射線フィルターは、ガスによる吸収が最小になる波長を中心とした透過通過帯域を含む。
【００７１】
一実施例によれば、透過通過帯域の中心波長は、３．９１マイクロメートルである。
【００７２】
一実施例では、中心波長は、異なる寄生吸収帯に関連し得る。
【００７３】
一実施例によれば、透過通過帯域の全幅半値は、９０ナノメートルである。
【００７４】
一実施例によれば、装置は、第２の放射線フィルター８０を備える。第２の放射線フィルター８０は、第１の検出放射線経路が第２の放射線フィルター８０を透過した放射線を含むように構成されている。
【００７５】
一実施例では、第２の放射線フィルターは、放射線フィルターに対して４５度の角度で配向される。そのため、第２の放射線フィルター、及び第２の放射線フィルターの背後に置かれた第２の放射線検出器は、入射放射線に対して概ね垂直に配向され得る。これは、最大の利用可能な信号が存在し、干渉フィルターは、９０度で動作するものを選択することができ、より安価で正確な二酸化炭素検出ソリューションを提供することができることを意味する。放射線フィルター及び第１の放射線検出器は、効果的に基準放射線チャネルを検出し、入射放射線に対して４５度で配向され得る。放射線が角度検出器の上に拡散されるため、最大利用可能信号に対する信号の損失があるが、放射線フィルターは、これが問題とならないように、検出される放射線の強度が依然として十分にあるように設計され得る。
【００７６】
一実施例では、放射線フィルターは、ガス測定チャンバの中心軸に対して４５度の角度で配向される。
【００７７】
一実施例では、装置は、ガス測定チャンバの一端に位置するプリズムを備え、放射線フィルターは、プリズムの第１の表面に位置し、第２の放射線フィルターは、プリズムの第２の表面に位置する。
【００７８】
一実施例では、プリズムの第３の表面は、ガス測定チャンバのガスシールとして作用する。このようにして、必要な構成要素数を更に削減し、固有コスト及び組み立てコストの点で、更なるコスト的に有効な解決策をもたらす。
【００７９】
一実施例では、プリズムは、サファイアプリズムである。
【００８０】
一実施例では、第１、第２、及び第３の表面に加えて、プリズムの少なくとも１つの表面は、金、銀、又はアルミニウムでコーティングされている。
【００８１】
一実施例によれば、第２の放射線フィルターは、二酸化炭素の吸収帯にわたる透過通過帯域を含む。
【００８２】
一実施例によれば、透過通過帯域の中心波長は、４．２６マイクロメートルである。
【００８３】
一実施例によれば、透過通過帯域の全幅半値は、１８０ナノメートルである。
【００８４】
一実施例によれば、放射線フィルターは、ガスシールとしてガス測定チャンバに作用する。このようにして、必要な構成要素数を更に削減し、固有コスト及び組み立てコストの点で、更なるコスト的に有効な解決策をもたらす。
【００８５】
一実施例によれば、第２の放射線フィルターは、ガスシールとしてガス測定チャンバに作用する。このようにして、必要な構成要素数を更に削減し、固有コスト及び組み立てコストの点で、更なるコスト的に有効な解決策をもたらす。
【００８６】
上述のように、異なる構成の装置は、二酸化炭素の代わりにＨ２Ｏ又は麻酔ガスを検出することができ、放射線フィルター及び第２の放射線フィルターは、適切に構成されており、この二酸化炭素の吸収帯及び二酸化炭素の吸収帯以外の領域は、Ｈ２Ｏ又は麻酔ガスのためのかかるスペクトル領域を指すことができる。
【００８７】
図２は、二酸化炭素を検出するシステム１００の一例を示す。システム１００は、図１に関して上述のように、二酸化炭素を検出する装置１０を備える。システムはまた、処理ユニット１１０及び出力ユニット１２０を含む。処理ユニット１１０は、装置１０を制御するように構成されており、かつ出力ユニット１２０を制御するように構成されている。装置１０は、第１の放射線検出器からの信号及び第２の放射線検出器からの信号を処理ユニット１１０に提供するように構成されている。処理ユニット１１０は、患者の皮膚における二酸化炭素の分圧を計算するように構成されている。計算は、第１の放射線検出器５０からの信号及び第２の放射線検出器６０からの信号の利用を含む。出力ユニット１２０は、二酸化炭素の分圧を表すデータを出力するように構成されている。
【００８８】
一実施例では、計算は、第２の放射線検出器からの信号と第１の放射線検出器からの信号との差を含む。
【００８９】
システムに対しては、工場を去る前の初期較正は依然として必要であり得るが、使用中の較正は不要である。これは、既製であり得る構成要素が最小数で、組み立てが容易になり、したがって、コスト的に有効な解決策を提供する。必要な波長範囲にわたる利用可能な光子の最大量がアクティブ（二酸化炭素検出チャネル）及び基準（比較的非吸収性及び非摂動チャネル）の両方において使用されるため、長期間にわたって、ＣＯ２濃度測定について、短い応答時間で信頼性のある結果を提供する。システムの装置は、時々交換が行われることのある膜を有する場合があるが、電気化学センサーにおいて知られている複雑な再膜化（re−membraning）手順は避けられる。システムは、温度的に安定しており、使用時の信頼性が高く、光ガイドを必要としない。なぜなら、光源が、内蔵型広帯域光源であるからである。更に、これは、チューナブルレーザーより安価である。
【００９０】
図３は、基本工程における二酸化炭素を検出する方法２００を示す。方法２００は、以下の工程を含む。
【００９１】
工程ａ）とも呼ばれる位置決めする工程２１０において、ハウジングの一部を、患者の皮膚領域と接触して位置決めする工程であって、ハウジングの一部及びハウジング内のガス測定チャンバは、患者の皮膚領域を通過して拡散するガスがガス測定チャンバに入るように構成されている、工程。
【００９２】
工程ｂ）とも呼ばれる放射する工程２２０において、ハウジング内の放射線源から放射線を放射する工程。放射線源によって放射された放射線の少なくとも一部は、ガス測定チャンバに入る。ガス測定チャンバに入る放射線は、二酸化炭素の吸収帯にわたる波長を有し、かつ二酸化炭素の吸収帯以外の領域にわたる波長を有する。
【００９３】
工程ｃ）とも呼ばれる配置する工程２３０において、相互作用放射線経路がガス測定チャンバを通って放射線源と放射線フィルターとの間に画定されるように、放射線フィルターを、ガス測定チャンバに対して配置する工程。
【００９４】
工程ｄ）とも呼ばれる配置する工程２４０において、相互作用放射線経路に加えて第１の検出放射線経路が画定されるように、第１の放射線検出器を、放射線フィルターに対して配置する工程。工程ｄ）はまた、相互作用放射線経路に加えて第２の検出放射線経路が画定されるように、第２の放射線検出器を、放射線フィルターに対して配置する工程を含む。放射線フィルターは、第１の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の吸収帯にわたる波長を有し、かつ吸収帯以外の領域にわたる放射線の強度が相互作用放射線経路内の放射線の強度よりも著しく小さいように構成されている。放射線フィルターはまた、第２の検出放射線経路内の放射線が二酸化炭素の吸収帯以外の領域にわたる波長を有し、かつ吸収帯にわたる放射線の強度が相互作用放射線経路内の放射線の強度よりも著しく小さいように構成されている。
【００９５】
工程ｅ）とも呼ばれる決定する工程２５０において、第１の放射線検出器からの信号及び第２の放射線検出器からの信号を使用して、患者の皮膚における二酸化炭素の分圧を決定する工程。
【００９６】
一実施例では、第２の検出放射線経路を形成することは、放射線フィルターを放射線が透過することを含み、第１の検出放射線経路を形成することは、放射線フィルターから放射線を反射することを含む。
【００９７】
一実施例では、放射線フィルターは、ガスによる吸収が最小になる中心波長を中心とした透過通過帯域を含む。
【００９８】
一実施例では、透過通過帯域の中心波長は、３．９１マイクロメートルである。
【００９９】
一実施例では、透過通過帯域の全幅半値は、９０ナノメートルである。
【０１００】
一実施例では、本方法は、第２の放射線フィルターを配置する工程を含み、第１の検出放射線経路を形成することは、第２の放射線フィルターを放射線が透過することを含む。
【０１０１】
一実施例では、第２の放射線フィルターは、二酸化炭素の吸収帯にわたる透過通過帯域を含む。
【０１０２】
一実施例では、透過通過帯域の中心波長は、４．２６マイクロメートルである。
【０１０３】
一実施例では、透過通過帯域の全幅半値は、１８０ナノメートルである。
【０１０４】
一実施例では、放射線フィルターは、ガスシールとしてガス測定チャンバに作用する。
【０１０５】
一実施例では、第２の放射線フィルターは、ガスシールとしてガス測定チャンバに作用する。
【０１０６】
二酸化炭素を検出する装置、システム、及び方法は、ここで、図４〜図９と併せてより詳細に記載される。
【０１０７】
図４は、人間の患者の皮膚１中のＣＯ２分圧を測定するための装置１０の例を示す詳細な概略ブロック図である。装置１０は、外側の点線として示されるハウジング２０と、内側の点線として示されるガス測定ユニットと、を備える。ハウジングの一部は、使用時に患者の皮膚１に接触する膜１３の形態の患者インターフェースである。この膜はまた、例えば、水分及び埃から装置を保護する働きをする。装置はまた、加熱要素１７の制御に使用される装置温度を測定するためのサーミスター１１を含んでいる。更に、サーミスター１１からの温度値は、検出器の信号をセバリングハウスの方程式などによりＣＯ２分圧に変換するときの信号処理に使用される。２つのチムニー１８が、ガス測定チャンバ３０を、膜１３を介して皮膚表面に接続している。それによって、皮膚を通過して拡散するガスが、膜１３及びチムニー１８を通過して測定チャンバ３０へと運ばれる。測定チャンバは、一方の端部が、光源４０によって閉鎖される。測定チャンバは、他方の端部が、第１の放射線検出器５０、第２の放射線検出器６０、放射線フィルター７０、及び第２の放射線フィルター８０を有する検出器システムよって閉鎖される。電子基板１４は、増幅、フィルタリング、Ａ／Ｄ変換器、及び信号処理手段を含む。電子基板１４は、デュアルチャネル検出器システムと通信を行い、第１の放射線検出器５０及び第２の放射線検出器６０から受信した信号を、患者の皮膚中の血液ガス分圧を表す値に変換する。更に、電子基板１４における信号処理では、装置１０の表面温度に関する情報を、サーミスター１１のうちの少なくとも１つから受信し、装置１０を加熱する加熱要素１７を制御する。電子基板１４のいくつかの機能は、例えば、二酸化炭素の分圧を計算し、次いで出力ユニット１２０（図示せず）によって出力される処理ユニット１１０（図示せず）によって引き受けられ得る。
【０１０８】
加熱要素１７を使用して装置１０をウォームアップし、それによって人間の患者の皮膚をウォームアップする。また、サーミスター１１を使用して加熱要素１７を制御し、適用中の装置の正確な温度を得て、患者の皮膚の火傷を防ぐ。図１を使用して説明されるデザインには、２つのサーミスター１１がある。この目的のためには１つのサーミスター１１で十分であるが、正確な温度を測定して血液ガス分圧を計算すること、並びに、患者の皮膚の火傷を防ぐことが重要であるため、２つ設けて温度制御を二重化させる。装置１０の加熱は病院スタッフによってプログラミングされ、測定時間及び温度を定義し得る。電子基板１４はまた、例えば、モニター、電気ケーブル若しくはスマートフォンを介して接続されるコントローラーユニット、コンピュータ、又は、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＧＳＭ若しくは同様のネットワークなどの無線手段を介して接続されるタブレットなどの外部デバイス（図示せず）との通信を管理する。しかしながら、上述のように、電子基板１４の機能の一部又は実際には全ては、処理ユニット１１０によって実行することができる。
【０１０９】
膜１３は、装置１０の内部部品（例えば、電子部品、チムニー１８、及びガス測定チャンバ３０）を、水分及び埃などの侵入粒子から保護する。膜１３は、血液ガスに対して浸透性を有し、疎水性を有し、機械的に頑丈であり、また、アルコール消毒綿、コンタクトジェル、又は汗と接触したときに浸透性又は構造的挙動が変化しない。そのため、血液ガスが、患者の皮膚から拡散して、膜１３を透過することができる。その一方で、埃及び水分が膜１３を透過するのを阻止する。このような埃及び水分は、場合により、装置１０、測定部、電子部品を損傷し得、又は、チムニー１８を詰まらせて患者の皮膚とガス測定チャンバ３０との間の血液ガス用通路が遮られるのを阻止し得る。
【０１１０】
チムニー１８は、直径２００μｍを有することができ、長さ４ｍｍ以下を有することができる。チムニーの長さは、可能な限り短いことが好ましい。なぜなら、チムニー内のガスの量がガス測定チャンバ３０の総容量に追加されるため、この量が、感度にマイナスに影響し得るからである。しかし、光検出器及び光源をガス測定チャンバ３０のいずれかの側に配置し、かつ、サーミスター１１を装置の表面に取り付けるため（皮膚温度を検出するためにサーミスターを皮膚の近くに配設する必要があるので）には、ある程度の長さが必要である。チムニー１８の直径もまた、総容量に追加される。そのため、短いセンサー応答時間を維持するためには、可能な限り小さい直径を選択するべきである。その一方で、直径が大きいと、侵入粒子によるチムニー１８の詰まりのリスクが低減され、また、皮膚と測定チャンバ２３との間でガスが流れやすくなる。そのため、ここでは、直径２００μｍが妥協となる。１つのチムニーではチムニーの部分的又は完全な詰まりのリスクを増加させる場合があり、３つ以上のチムニー１８では総容量及び応答時間を増加させる場合があるため、２つのチムニー１８が選択されている。ガス測定チャンバ３０は、総容量（ここでは２つのチムニー１８の容積を含む）が２μＬ以下である。時間単位当たり少量のガスが皮膚を通過して拡散することにより、容積が大きいと、装置１０の応答時間が増加するであろう。応答時間は、好ましくは１分を超えないべきである。このため、２μＬ以下の容積が良好な妥協であることが分かった。測定チャンバ３０の相互作用長さ、すなわち、光が血液ガス分子と相互作用し得る測定チャンバ３０の長さは、１．５ｍｍ〜３０ｍｍの範囲内である。図６に示すように、装置の一例では７．５ｍｍの長さが使用されている。
【０１１１】
図５は、二酸化炭素を検出する装置の一部の詳細な例を示す。この例では、サファイアプリズムを使用して、ガスシールをガス測定チャンバに提供し、ここでは「検出セル」として示される。１つの干渉フィルター検出器対は、ガス測定チャンバの中心軸に対して４５度で配向される。干渉フィルターは、サファイアプリズムの出力面上に位置する。放射線フィルターは、ガスによる吸収が最小であり、他の波長で反射する波長に位置する透過通過帯域を有する。反射された放射線は、サファイアプリズムを通過して伝搬し、サファイアプリズムの第２の面に９０度で入射する。第２の干渉フィルター検出器対は、サファイアプリズムのこの出射面に位置する。干渉フィルターは、二酸化炭素の吸収帯を中心とした透過通過帯域を有する。そのため、第２の干渉フィルター及び検出器対は、二酸化炭素を検出する働きをし、フィルターが９０°で使用されているため、既製のフィルターを利用することができ、それによってコストを節約することができる。同時に、第１の干渉フィルター及び検出器対は、ガス測定チャンバを通過して伝搬する放射線の強度に関する情報を提供する基準チャネルとして機能する。サファイアプリズムは、利用可能な放射線を最大化するために、上述の金でコーティングされた、入力位相及び２つの出力面以外の面を有することができる。この構成では、ガス測定チャンバを通過して伝播する放射線の相互作用長さは、基準チャネル及び検出器チャネルに関してして正確に同じである。図では、光学フィルターは、上述の干渉フィルターを指すために使用され、帯域通過を有するフィルターは実際には、１つ目がローパスフィルターであり、２つ目がハイパスフィルターである２つのフィルターの組み合わせによって形成され得るという点に留意されたい。
【０１１２】
図６は、二酸化炭素を検出する装置の一部の詳細な例を示し、これは、図５に示されるものとはわずかに異なる構成である。図６に示す構成では、サファイアプリズムは使用されず、それによってコストが削減される。第１及び第２のフィルター自体は、ガス測定チャンバの気密シールとして機能する。基準チャネル及び検出器チャネルについての放射線の相互作用経路長は、わずかに異なるが、未知の長さで異なるため、考慮することができる。図６に示す第１の放射線フィルター（干渉フィルター）及び第２の放射線フィルター（干渉フィルター）、並びに関連する第１及び第２の検出器は、図５に示すものと同じである。
【０１１３】
図５〜図６では、第１の干渉フィルターは、吸収機能から離れた透過帯域を有するが、検出されるガスの吸収帯にわたって反射し、この場合、適切なフィルターが設計されている場合には、二酸化炭素は他のガスである場合がある。次いで、第２のフィルターは、検出されるガスの吸収帯に位置する透過帯域を有する。しかし、装置は、反対の方式で動作することができる。そのため、第１の放射線フィルター及び検出器は、二酸化炭素の吸収帯にわたって位置する狭透過帯域を有する第１の放射線フィルターによって検出器チャネルに適合する。この第１の放射線フィルターは、第２の放射線フィルターに向かって他の放射線を反射する。次いで、第２の放射線フィルターは、摂動又は吸収がほとんど存在しないスペクトルの領域に位置する狭透過帯域を有することができる。
【０１１４】
図７は、上述の装置のスペクトルの様々な部分にわたって示される検出器チャネル（アクティブチャネル）及び基準チャネルによるスペクトルを示す。
【０１１５】
上述のように、装置は、患者の二酸化炭素の分圧を検出するためのコスト的に有効な解決策を提供することが重要である。記載された装置は、最小数の構成要素を有し、明らかに製造の許容誤差が厳格ではなく、製造が容易である。加えて、標準的な既製の干渉フィルターを、４．２６μｍｍを中心とした検出器チャネルに使用することができる。出願人は、基準チャネルに好適な標準的な既製の干渉フィルターが、３．９１μｍｍを中心とした通過帯域を有することを見出した。しかしながら、法線入射からフィルターを傾斜させることにより、透過通過帯域がわずかにシフトする。これは図８及び図９に示されており、このようなフィルターは、４５°の角度で傾斜させた場合も依然として使用に適しているが、それは、得られた３．７７μｍでの透過通過帯域自体が、スペクトルの適切な非摂動及び非吸収部分に位置するためである。したがって、本システムはまた、構成要素自体、及びこれらの構成要素のアセンブリに関して、コスト的に有効な解決策を提供する。
【０１１６】
別の例示的な実施形態では、適切な装置又はシステム上で、前述の実施形態のうちの１つに従った方法の方法工程を実行するように構成されていることを特徴とする、コンピュータプログラム又はコンピュータプログラム要素が提供される。
【０１１７】
したがって、コンピュータプログラム要素は、コンピュータユニット上に記憶されてもよく、これは、一実施形態の一部でもあり得る。この算定ユニットは、上述の方法の工程を実行する、又は上述の方法の工程を実行することを誘導するように構成されてもよい。更に、算定ユニットは、上述の装置及び／又はシステムの構成要素を動作させるように構成されてもよい。算定ユニットは、自動的に動作するように、及び／又はユーザの注文を実行するように構成されてもよい。コンピュータプログラムは、データプロセッサのワーキングメモリにロードされてもよい。そのため、データプロセッサは、前述の実施形態のうちの１つに従った方法を実行するように装備されてもよい。
【０１１８】
本発明のこの例示的な実施形態は、本発明を最初から使用しているコンピュータプログラムと、更新によって既存のプログラムを本発明を使用するプログラムに変えるコンピュータプログラムとの両方を網羅する。
【０１１９】
更に、コンピュータプログラム要素は、上述の方法の例示的な実施形態の手順を遂行するために、必要な全ての工程を提供することが可能であり得る。
【０１２０】
本発明の更なる例示的な実施形態によれば、コンピュータ可読媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ＵＳＢスティックなど）が提示され、コンピュータ可読媒体は、その上に記憶されたコンピュータプログラム要素を有し、このコンピュータプログラム要素は、前述の節によって説明されている。
【０１２１】
コンピュータプログラムは、他のハードウェアと共に、又は他のハードウェアの一部として供給される光学記憶媒体又はソリッドステート媒体などの好適な媒体上に記憶及び／又は分散されてもよいが、インターネット又は他の有線若しくは無線電気通信システムを介して、他の形態で分散されてもよい。
【０１２２】
しかし、コンピュータプログラムはまた、ワールドワイドウェブのようなネットワーク上に提示されてもよく、そのようなネットワークからデータプロセッサのワーキングメモリにダウンロードすることができる。本発明の更なる例示的な実施形態によれば、コンピュータプログラム要素が、本発明の前述の実施形態のうちの１つに従った方法を実行するように構成される、ダウンロードに利用可能なコンピュータプログラム要素を形成する媒体を提供する。
【０１２３】
本発明の実施形態は、異なる主題に関して説明されるという点に留意されたい。具体的には、いくつかの実施形態は、方法タイプの請求項に関して説明されているが、他の実施形態は、デバイスタイプの請求項に関して説明されている。しかし、当業者は、別の方法で通知されない限り、１つのタイプの主題に属する特徴の任意の組み合わせに加えて、異なる主題に関する特徴間の任意の組み合わせも本出願で開示されると考えられることを、上記及び以下の説明から収集するであろう。しかし、全ての特徴を組み合わせて、特徴の単純な合計よりも大きい共力効果を提供することができる。
【０１２４】
本発明は、図面及び前述の説明において詳細に説明及び記載されてきたが、そのような例証及び説明は、説明的又は例示的であり、限定的ではないと見なされるべきである。本発明は、開示された実施形態に限定されない。開示された実施形態に対する他の変形例は、図面、開示、及び従属請求項の研究から、特許請求される発明を実施する際の当業者によって理解及び達成され得る。
【０１２５】
請求項において、「含む（comprising）」という語は、他の要素又は工程を除外せず、不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、複数を除外しない。単一のプロセッサ又は他のユニットは、特許請求の範囲に列挙されたいくつかの項目の機能を満たすことができる。特定の手段が、互いに異なる従属請求項に挙げられている又は異なる実施形態に説明されているという事実だけでは、これらの手段の組み合わせを有利に使用できないことにはならない。特許請求の範囲におけるいずれの参照符号も、範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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