(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部のトランスジューサーと結合するよう構成されるハウジングと、
前記ハウジングによって画定される、標本を受入れるための流通路と、
前記流通路内に配置される発光可能な材料であり、前記トランスジューサーを前記ハウジングに取り付けるまでは前記ハウジングの外部から目視可能である発光可能な材料と、
前記ハウジングに連結され、前記発光可能な材料に関連づけられて同発光可能な材料の温度を制御する温度通信要素と、
を備えることを特徴とする呼吸用のガス標本セル。
【請求項２】
前記ハウジングを通って形成された窓を更に備え、前記発光可能な材料が、該窓を通して前記ハウジングの外部にさらされることを特徴とする請求項１に記載のガス標本セル。
【請求項３】
前記窓が前記発光可能な材料を支持することを特徴とする請求項２に記載のガス標本セル。
【請求項４】
前記温度通信要素は前記トランスジューサーの温度制御要素と連結されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載のガス標本セル。
【請求項５】
前記発光可能な材料は、前記窓と接触して配置された基板によって支えられることを特徴とする請求項３に記載のガス標本セル。
【請求項６】
前記基板が多孔性であることを特徴とする請求項５に記載のガス標本セル。
【請求項７】
前記基板が膜からなることを特徴とする請求項５又は６に記載のガス標本セル。
【請求項８】
前記窓に隣接する保持要素であり、前記基板の少なくとも一端を受け入れるように構成される保持要素を更に備えることを特徴とする請求項５から７までのいずれかに記載のガス標本セル。
【請求項９】
前記保持要素が、前記ハウジングに形成される開口部であり、前記窓を受け入れるように構成される開口部を有することを特徴とする請求項８に記載のガス標本セル。
【請求項１０】
前記開口部は、前記基板の少なくとも一端を受け入れ、そして前記窓は、該窓の前記開口部への配置の際に、前記開口部内に該少なくとも一端を固定することを特徴とする請求項９に記載のガス標本セル。
【請求項１１】
前記窓に隣接する前記発光可能な材料を固定するための膜であり、少なくとも該膜の端部が前記保持要素によって固定されるところの膜を更に備えることを特徴とする請求項８から１０までのいずれかに記載のガス標本セル。
【請求項１２】
前記発光可能な材料は、少なくとも一つの分析される物質にさらされたときに、該少なくとも一つの分析される物質の量に関連する割合で抑制される少なくとも一波長の電磁放射線を発することができることを特徴とする請求項１から１１までのいずれかに記載のガス標本セル。
【請求項１３】
前記少なくとも一つの分析される物質は、酸素を含むことを特徴とする請求項１２に記載のガス標本セル。
【請求項１４】
前記量が、前記少なくとも一つの分析される物質の濃度と、少なくとも一つのガス成分を有する混合体における前記少なくとも一つの分析される物質の分圧とのうちの少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のガス標本セル。
【請求項１５】
前記温度通信要素が少なくとも前記窓の一部と接触することを特徴とする請求項２に記載のガス標本セル。
【請求項１６】
前記温度通信要素が、前記窓の外側の周辺部分と接触する環状の部材を備えることを特徴とする請求項１５に記載のガス標本セル。
【請求項１７】
前記温度通信要素が加熱要素を有することを特徴とする請求項１、１５、１６のうちのいずれかに記載のガス標本セル。
【請求項１８】
前記温度通信要素が少なくとも前記発光可能な材料を実質的に一定温度に維持するように構成されていることを特徴とする請求項１―１７のうちのいずれかに記載のガス標本セル。
【請求項１９】
前記温度通信要素は、前記ハウジングにおける蒸気の凝結を防止するように構成されていることを特徴とする請求項１―１８のうちのいずれかに記載のガス標本セル。
【請求項２０】
前記ハウジングが呼吸回路の長さに沿って配置されるように構成されていることを特徴とする請求項１―１９のうちのいずれかに記載のガス標本セル。
【請求項２１】
前記ハウジングは、副流標本セルのハウジングを含むことを特徴とする請求項１―１９のうちのいずれかに記載のガス標本セル。
【請求項２２】
請求項１―２１のうちのいずれかの記載によるガス標本セルと、
少なくとも前記ガス標本セルの一部と共に組み立てられるように構成されたトランスジューサーとを備え、
前記トランスジューサーは、
ハウジングと、
前記ハウジング内の少なくとも一波長の電磁放射線の源と、
前記ハウジング内の検出器と、を有し、
前記ガス標本セル及び前記トランスジューサーを組み立てられた関係で配置するとき、前記電磁放射線の源及び前記検出器は前記発光可能な材料に向けられることを特徴とする呼吸用のガス・センサー。
【請求項２３】
前記ガス標本セルのハウジングが呼吸回路の長さに沿って配置されるように構成されていることを特徴とする請求項２２に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項２４】
前記ガス標本セルのハウジングは、副流標本セルのハウジングを含むことを特徴とする請求項２２に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項２５】
呼吸回路から前記ガス標本セルへガスを伝える標本チューブを更に備えること特徴とする請求項２４に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項２６】
前記標本チューブとつながって、前記ガス標本セルへのガスの流れを容易にするポンプを更に備えることを特徴とする請求項２５に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項２７】
前記ガス標本セル及び前記トランスジューサーを前記組み立てられた関係で配置するとき、前記トランスジューサーは、前記温度通信要素と通じる温度制御要素を更に備えることを特徴とする請求項２２−２６のいずれかに記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項２８】
前記温度通信要素が加熱要素を備えることを特徴とする請求項２２−２６のいずれかに記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項２９】
前記ガス標本セル及び前記トランスジューサーのうちの少なくとも一つが相互接続要素を有することを特徴とする請求項２２−２６のいずれかに記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項３０】
前記相互接続要素が前記ガス標本セル及び前記トランスジューサーを相互に着脱可能に結合するように構成されていることを特徴とする請求項２９に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項３１】
前記相互接続要素が、前記ガス標本セル及び前記トランスジューサーの互いの不整合を防止するように構成されていることを特徴とする請求項２９又は３０に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項３２】
少なくとも前記検出器は、プロセッサーに信号を伝え、該プロセッサーは、該信号の変動に基づいて、前記発光可能な材料がさらされることとなる少なくとも一つの分析される物質の量を決定することを特徴とする請求項２２−２６のいずれかに記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項３３】
更に圧力測定部品を備えることを特徴とする請求項２２−２６のいずれかに記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項３４】
前記圧力測定部品は、絶対圧トランスジューサーを有することを特徴とする請求項３３に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項３５】
前記絶対圧トランスジューサーが少なくとも前記流通路と通じるように配置されることを特徴とする請求項３４に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項３６】
基準圧を前記流通路に通じさせるように構成された弁を更に備えることを特徴とする請求項３５に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項３７】
前記圧力測定部品が差圧トランスジューサーを有することを特徴とする請求項３３に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項３８】
前記差圧トランスジューサーが基準圧を少なくとも前記流通路に通じさせることを特徴とする請求項３７に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項３９】
前記圧力測定部品が前記トランスジューサーのハウジング内に少なくとも部分的に含まれることを特徴とする請求項３３−３８のいずれかに記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項４０】
前記圧力測定部品が信号をプロセッサーに通信することを特徴とする請求項３３−３８のいずれかに記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項４１】
前記ガス標本セルのハウジングは、副流標本セルのハウジングを含み、該ガス標本セルへのガスの流れを容易にするために標本チュ−ブと連通するポンプを更に有することを特徴とする請求項４０に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項４２】
前記圧力測定部品から受信した前記信号に基づいて前記プロセッサーが前記ポンプの動作を制御することを特徴とする請求項４１に記載の呼吸用のガス・センサー。
【請求項４３】
呼吸用ガス・センサーのトランスジューサーであって、
前記呼吸用ガス・センサーのガス標本セルハウジングと共に組立てるように構成されたトランスジューサー・ハウジングと、
前記トランスジューサー・ハウジングを前記ガス標本セルハウジングと共に組立てるときに、前記ガス標本セルハウジングにおける外部にさらされる発光可能な材料の方に少なくとも一波長の電磁放射線を向けるために前記トランスジューサー・ハウジング内に配置された前記少なくとも一波長の電磁放射線の源と、
前記ガス標本セルハウジングの前記発光可能な材料によって発せられる、分析されるガスの量に関連する、少なくとも一波長の電磁放射線を受けるために前記トランスジューサー・ハウジング内に配置された検出器と、
前記トランスジューサー・ハウジングを前記ガス標本セルハウジングと共に組立てるときに同ガス標本セルハウジングによって支えられる温度通信要素と物理的に相互に作用するように構成された温度制御要素と、
を備えること特徴とする呼吸用ガス・センサーのトランスジューサー。
【請求項４４】
前記ガス標本セルハウジングの相補部分に当該トランスジューサーを取り外し可能に固定するための相互接続要素を更に備える請求項４３に記載のトランスジューサー。
【請求項４５】
前記相互接続要素が、当該トランスジューサーの前記ガス標本セルハウジングに対する不適切な組立てを防止するように構成されている請求項４３又は４４に記載のトランスジューサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素の濃度の監視に関する。特に、呼吸に関するガスや他のガスにおける酸素の濃度を監視するための新たな、改良された装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
麻酔薬や人工呼吸器に関連する死亡や病気状態のもっとも一般的な理由は、患者の組織に酸素が十分に送られないことである。従って、吸入された酸素濃度を監視することが長い間安全な実施基準となってきており、手術を受けている患者や機械的な人工呼吸器を利用して酸素の補給治療を受けている患者に送出されるガスの低酸素状態を確実に検出している。しかし、吸入された酸素のうち静的に吸い込んだ割合を監視することは、組織に十分な酸素が供給されたことを必ずしも保証するものではない。なぜなら、細胞へ送られる血液に最終的に滋養を与えるのは肺胞の酸素濃度であるからである。
【０００３】
肺の灌流と関係するのはこの肺胞ガスであり、主にこの肺の灌流のために動脈血液のガス・レベルを制御している。臨床医が酸素（ｐＯ２）及び二酸化炭素（ｐＣＯ２）の血液ガス・レベル（部分圧力）や血液のｐＨを知ることは極めて重要である。血液ガス・レベルは、初期の呼吸失陥の指標としてや人工呼吸器の設定の最適化時に使用される。更に、血液ガス・レベルは、手術を受けている麻酔をされた患者の生命を危ぶませる変化を検出する。
【０００４】
動脈の血液ガスの値を得る伝統的な方法は非常に侵襲的である。動脈血液の標本が注意深く抽出され、そして血液分析器を用いてガスの部分圧力が測定される。不幸にも、動脈穿刺には、次の重要な制限がある。（１）動脈穿刺には、熟練した医療看護提供者が必要となり、そして相当の患者の不快感や危険が伴う。（２）血液を扱うことは医療看護提供者に対して健康上の危険の可能性がある。（３）結果を入手するまで著しい遅延を伴う。（４）測定が断続的に行われる。
【０００５】
血液ガス・レベルを測定する非侵襲的な方法が利用できる。その方法には、カプノグラフィ（ＣＯ２分析）を使用することが含まれる。これらの方法では、患者の気道で高速のガス分析器を用い、一呼吸毎のガス濃度を図表示し、それ故各排出されたガスのピークとなる排気（呼吸終期）濃度を測定する。変化度は実際の動脈血液のガス・レベルと呼吸終期の値との間で起こるけれども、この種の監視は動脈血液のガス値の第一の近似としてしばしば利用される。
【０００６】
混在した結果を伴うが、患者の血液ガス・レベルを評価する他の技術も使用されてきている。経皮的なセンサーが熱くなった皮膚の表面を介して拡散する組織ｐＯ２及びｐＣＯ２を測定する。このタイプのセンサーには、応答速度遅いこと及び使用が難しいことを含め、幾つかの実際的な限定がある。
【０００７】
パルス酸素測定法は、酸素と飽和するヘモグロビンの割合を測定するために広く使用されている。不幸なことに、その測定法は、溶解した酸素量を測定しないし、またヘモグロビンのレベルが減少したとき血液が伝搬する酸素量も測定しない。このことは重要である。なぜなら、相当な血液の喪失があるとき又は赤血液細胞情報が不十分であるとき、低レベルのヘモグロビンが検出されるからである。更に、パルス酸素計の読み取りは、一般的には指や耳たぶである接触点に特有であり、そしてショックや低体温のような状況のときには重要な器官の酸素レベルを反映しない。
【０００８】
オキシグラフィ（Ｏｘｙｇｒａｐｈｙ）は、一息毎に重要な器官における酸素濃度の近似を測定し、そして肺胞の酸素濃度の減少により切迫した低酸素血症を素早く検出する。例えば、低換気中に、呼吸終期の酸素濃度は、呼吸終期の二酸化炭素より早く変化する。同じ状況の間、パルス酸素測定法は応答するのにかなり長い時間がかかる。高速の酸素分析（オキシグラフィ）は、低酸素症を呈した混合ガスの不注意な投与を容易に検出できる。
【０００９】
オキシグラフィは、肺の灌流に対して二次的な酸素摂取のない吸気の間利用できる肺胞の酸素の均衡を反映する。吸気と終期呼吸との値の相違の増加は、需要／供給の不均衡の迅速な指標となる。この不均衡は、人工呼吸器、拡散、灌流、及び／又は患者の新陳代謝の変化の結果である。酸素需要を満たせないことが器官失陥、心臓停止、及び脳の損傷の最も一般的な理由であるため、その不均衡は直ちに正さねばならない。オキシグラフィは、差し迫った低酸素症の進展について最も早期の警告を与える。
【００１０】
オキシグラフィは、血液量減少性又は敗血症のショック、空気塞栓症、高体温、過多の呼吸終末呼気圧（ＰＥＥＰ）、心肺機能蘇生（ＣＰＲ）効果、及び心臓停止を診断するときに、効果的であることが示されてきている。麻酔中、オキシグラフィは、プリオキシジェネーション（ｐｒｅｏｘｙｇｅｎａｔｉｏｎ）（脱窒素法）を通常監視するときに有用である。オキシグラフィは、人間の間違い、装置の不良、断続、誤接続、過剰な麻薬投与、及び食道挿管を検出して、特に患者の安全に寄与する。
【００１１】
米国特許第５，３４７，８４３号及び第５，３７９，６５０号に概説されたように気道の流れ／容積の測定と酸素の一呼吸毎を組合せることによって、オキシグラフィの臨床用途に別の特徴が与えられる。この組合せのパラメータは、酸素消費（ＶＯ２）として知られており、患者全体の優れた状態指標を与える。適切な心臓出力、酸素搬送及び新陳代謝活動は、全て酸素消費により確認される。なぜなら、これらの全ての生理的過程は酸素消費が起こるために必要とされるからである。また、酸素消費は、人工呼吸器を引き離す過程を予測するときにも有益である。
【００１２】
新陳代謝の測定（熱量測定）には、患者のエネルギー要件（一日あたりのカロリー）及び呼吸商（ＲＱ）の決定が含まれる。カロリー要件の測定についての関心は、滋養の支持の進展に緊密に匹敵している。例えば、重体の患者に必要な滋養を静脈内に与える能力は、過去２５年内にのみ行われてきている。患者に供与することを実現することと共にどの程度の量を供与するか、どの種の滋養物（炭水化物、脂質、蛋白質）を供給するか、そして滋養物をどの割合で供与するかについての必要性が生じてきている。患者のカロリー要件を測定し、かつ、滋養に対する患者の応答について非侵襲的な質的な評価をする唯一の真の方法は、間接的な熱量測定に関するものである。気道の酸素消費及び二酸化炭素の生産は、非侵襲的に測定され、そして間接的な熱量測定、患者の新陳代謝状態の直接的な測定、及び患者の呼吸商に必要な計算の基礎を与える。
【００１３】
上記の臨床の必要性を考慮して、臨床医が一呼吸毎の酸素を監視するための適切な装置を所有することは重要である。酸素の静的レベルを測定する適切な装置がある場合、一呼吸毎（高速）の気道の酸素濃度の測定には、もっと高性能の装置が必要である。これらの装置の殆どが患者の気道に直接的に付着できない。代わりに、多くは、ガスを獲得し、そしてガスを遠方に送出して分析するために標本ラインを使用することを必要とする。高速の気道酸素監視装置は、一般的に大きく、重く、破損しやすく、相当の電力を消費する装置である。その監視装置は、小さなボアのプラスチック・チューブ（副流）を介して、気道ガスを標本化し、そして気道からセンサーまで通過する酸素ガスを遠隔で検出するする。この種のガス標本化に関連する問題点は周知である。ガス物理学には、骨の折れる、注意深い測定が必要となる。その理由は、水蒸気の濃度圧力及び温度が患者の気道及びガス
標本ライン内で変化するからである。水分と粘膜が存在することによって、標本化用チューブの長期間の開通性に関する問題が生じる。また、標本ラインは、ロー・パス・フィルターのように作用し、そして測定の忠実度に影響を与える。最後に、標本ラインにより発生した圧力可変遅延によって、酸素濃度を計算するために必要な気道の流れ及び酸素濃度信号を正確に同期させるときに困難性が生じる。
【００１４】
酸素の気道上（主流）の監視によって、特に一呼吸毎の酸素消費の測定を行うとき、上記の全ての問題が解決される可能性がある。しかし、大部分の高速酸素センサーは、余りにも大きく、余りにも重く、余りにも破損し易く、そして／または患者の呼吸チューブと共に配置するのに適していない。
【００１５】
気道の酸素濃度の測定に使用される他の各種の技術が存在する。広く使用されている技術には電気化学的なセンサーがある。このセンサーは二つの基本的なカテゴリー、即ち、ポーラグラフ・セルとガルバニ・セルに分類される。これらのセルは、細胞膜を横切って拡散する酸素分子の数に比例する電流を発生する。この種のセンサーの利点は単純性と低価格である。この種のセンサーの欠点は短寿命（化学的消耗）と低速応答（一呼吸毎ではない）である。ケースによっては、これらのセルは一定の麻酔薬に対して感度を示しており、これは酸素濃度の測定に不正確さをもたらしている。一般的に、この種のセンサーは、大きすぎて患者の気道に付着させることができない。
【００１６】
高速応答を可能にするために電気化学的セル膜が改良された開発例が僅かに報告されてきている。「バック・セル（Ｂａｃｋ  Ｃｅｌｌ）」電気化学的技術の原則を使うシリコンのマイクロ加工されたセルがある。その応答は、１５０ミリ秒に近いが、この種のセルの代表的な問題（即ち、安定と校正）を有しやすい。
【００１７】
他の人気のある医学的酸素センサーは、常磁性型のものである。このセンサーは、感知機構として酸素の強い磁気特性を使用する。常磁性センサーには、静的及び動的という二つの基本的な種がある。静的な種は、永久磁石の極の間に吊らされたダンベル組立体である。周囲の酸素分子の磁気力がダンベルのねじれ回転を引き起こし、光学的に検出され、そして酸素濃度の尺度として使用される。動的の種（米国特許第４，６３３，７０５）号を参照）は、磁気−音響方法を使用している。これには、電磁界内で混合されるガス標本及び基準ガスが必要とされる。その電磁界がオンとオフに切り替えられると、酸素に比例する圧力信号が生成される。この信号は差動マイクロフォンにより検出される。常磁性センサーの利点は、直線性及び安定性が良いことである。動的型は、静的型より応答が固有的に速い。いずれの型も機械的振動を受け易く、動的型は基準ガスを必要とする欠点がある。どちらの型も気道上の用途には適さない。
【００１８】
酸化ジルコニウムのセルは、自動車産業にしばしば利用されて、酸素濃度を測定する。このセルは、プラチナ電極で覆われた固体の電解チューブから構成されている。約８００度Ｃに熱せられたとき、標本ガスと基準ガスとの間の比の対数に比例する電圧が発生する。このセンサーの利点は、ダイナミック・レンジが広く、応答が速く、そして簡単であることである。セルの高温度は、電力消費と同様に明らかに欠点である。また、セルは、麻酔薬があると劣化する。明らかに、この型のセルは患者の気道には使用できない。
【００１９】
紫外線吸収は、酸素が電磁スペクトラム（約１４７nm）の紫外線部分の吸収性質を示すという原則を使用している。この技術は、幾つかの医学的用途において使用されているが、商業的な実用性までには至っていない。これを気道上の用途に用いる技術にするには多くの技術的困難がある。
【００２０】
質量分光計は、質量―電荷比によりイオン化ガス分子を検出可能なスペクトラムに拡散
しており、そして酸素濃度を測定するために使用され得る。これらの装置は、イオン化磁石及び高圧真空ポンプを有する一般的に大きな組立体である。質量分光計の利点は、高精度、多数ガスの分析能力、及び高速性である。欠点は、高価格、高電力消費、及び大型であることである。質量分光計は、気道上の用途には適さない。
【００２１】
ラマン散乱分光計（米国特許第４，７８４，４８６号に記載されている）も酸素濃度を測定するために使用される。この装置は、酸素分子とフォトンの衝突によって放出されたフォトンに応答する。高出力のパワー・レーザーからのフォトンは、酸素分子に対するエネルギーを失い、そして低エネルギー及び周波数で再放出される。酸素散乱波長で再放出されたフォトンの数は、酸素分子の数に比例する。質量分光計のように、ラマン分光計は多数ガスの分析能力及び高速性を有する。欠点は大型及び電力消費である。従って、ラマン分光計は気道上の用途には適さない。
【００２２】
可視光吸収分光計（米国特許第５，６２５，１８９号及び第５，５７０，６９７号に記載されている）は、７６０ナノメートルの近傍―即ち、酸素に対する弱い吸収線から成るスペクトラムの領域―で光を放出する半導体レーザーを用いている。複雑な回路を用いて、レーザーは、熱的に及び／又は電子的に適当な吸収帯域に調整されている。吸収されるエネルギー量は存在する酸素分子の数に比例する。このシステムの長所は、精度、高速応答、そして消費の、即ち移動する部分の非存在である。欠点は、光学部品の破損性、周囲の温度変化に対する感度、及びガス標本化経路の長さである。この技術を気道構成に使用する試みがあったが、商業的に実用性のある装置は未だに存在していない。
【００２３】
発光抑制も、酸素濃度を測定する技術として提唱されている。この方法では、監視中のガスに接するセンサーは励起されて発光状態になる。この発光状態は監視中のガス中の酸素によって抑制される。抑制の割合は、監視中のガス中の酸素の部分圧力に関係しており、そのパラメータは、監視中のガス中の酸素の指標を与えるために使用され得る。しかし、従来技術では、実際的な用途において測定装置に関連する問題が存在する場合、そのような問題を取り扱う発光抑制を用いる酸素濃度監視装置が開示されていない。この問題には次の事項が含まれる。即ち、光劣化に関連するセンサーの不安定性、低信号レベル、センサー発光の減衰を評価するときの困難を生じさせる雑音、許容可能な高速応答時間、センサーの熱ドリフト、センサーの再生産性、データ・フォトディテクターに達する迷光に起因する不正確性、及び軽量化、耐久性や低電力消費に対する必要性である。１９９８年８月４日に出願された同時係属出願第０９／１２８，９１８号、及び第０９／１２８，８９７号に開示されているのは、上記に記載した酸素監視装置の大部分と異なるガス混合体中の酸素濃度を監視する装置である。それらは、コンパクト、軽量であって、しかも人の呼吸ガス中の酸素濃度を監視する気道上の主流に適している。この監視装置は、酸素濃度の監視に対しては高速（一呼吸毎）の方法を使用していて、監視されているガス中の酸素濃度を決定するときに発光色素の抑制を使用している。
【００２４】
呼吸終期の酸素の高速（一呼吸毎）の監視法は、重要な診察手段である。その理由は、例として、
１．それは、低換気に対して鋭敏な指標である。
【００２５】
２．それは、例えば（ａ）不適当なガス濃度、（ｂ）無呼吸、及び（ｃ）呼吸装置の断続、のような麻酔薬／換気の不運な事故に対して早急な診断の助けとなる。
【００２６】
３．呼吸終期の酸素分析が動脈の酸素濃度を反映する。
【００２７】
４．吸気−排気酸素濃度の差は、肺胞の換気の適性を反映する。このことは、ＥＣＭＯ（体型膜型酸素供給）又は二酸化窒素治療を受けている患者に有益である。
【００２８】
５．容積流れ装置（例として、呼吸気流計）と組み合わせたとき、ＶＯ２（酸素消費）を決定することができる。酸素消費は、（ａ）換気又は運動のときの酸素摂取、（ｂ）呼吸交換比又はＲＱ（呼吸商）、及び（ｃ）患者の一般的な新陳代謝の状態、を決定するときに、非常に有益なパラメータである。
【００２９】
同時継続の出願で開示された新規なセンサー素子は、患者の気道に発光化学物質を配置している。変調された可視光は、その化学物質を励起して、発光させる。その発光寿命は、存在する酸素量に比例する。フォトディテクターと関連する電子回路を含むトランスジューサは、減衰時間を測定し、その測定したパラメータを周囲の酸素の部分圧力に関連付ける。
【００３０】
トランスジューサ素子は、小型で（＜１６．４ｃｍ２）、軽量で（３グラム以下）あり、そして移動部分を含まない。それは、可視光の光電子工学を用いており、最小の電力（２ワット以下のシステム電力）を消費する。そのユニットは、３０秒以下で温まるが、このことは、呼吸酸素濃度の変化を反映して患者の状態の変化が生じた場合、迅速な治療活動をする必要があるため気道上の用途において利点となる。組立体は重要な光学調整を必要としないで、非常に丈夫である（光学調整に影響を与えずに又はその素子を損傷することなしに、約２メートルから落下させることができる）。
【００３１】
同時係属の出願で開示された発明の原則は、副流（標本）の型のシステム及び主流のシステムにおいて利点になるように使用される。麻酔薬分析器のようなガス分析システムはガス標本を取得するために副流技術を利用するので、このことは重要である。
【００３２】
典型的なトランスジューサは校正が容易であり、安定であり（２１パーセントの酸素濃度で８時間以上も２７０Ｐａ）、そして高分解能（１３Ｐａ）で、かつ、広い測定範囲（０から１００パーセントまでの酸素濃度）を有する。酸素濃度の変化に対する応答は早い（流れ速度＞＞１Ｌ／ｍｉｎで１０−９０パーセントの酸素濃度に対して１００ｍｓ以下）。トランスジューサは、システムを使用する環境において存在する傾向がある麻酔薬、水蒸気、二酸化窒素、二酸化炭素、又は他のガスや蒸気からの影響を受け易くはない。
【００３３】
センサーは、ポルフィリン色素のような発光可能な構成物が分散されている重合体の膜から成っている。センサーの膜は、制御された方法で色素―酸素の相互作用をもたらす媒介物である。機能的なセンサーにおいては、色素は、重合体の膜の中に分散されており、酸素はポリマーを介して拡散する。センサーの特性は、色素―ポリマーの相互作用と浸透性に、及びポリマー内の酸素の溶解度に依存する。そのような特性には、酸素に対するセンサーの応答感度、酸素濃度の変化に対するセンサーの応答時間、及び燐光強度と減衰時間の測定値が含まれる。このように、ポリマーの構成物と分子の重さによってセンサーの特性が決定される。また、同時係属出願に記載された溶液の蒸発によってセンサーが用意される場合、フィルムの特性は、成型又は蒸発中の状況と使用される溶媒に依存する。色素が別の溶液からフィルム内に分離してドープ処理される場合、ドープ媒体における溶媒と状況もセンサーの特性に影響を与える。ポリマー・フィルムが単量体又は混合体のポリマー化によって作成されるとき、センサーの特性は、ポリマー化の条件に、及び交差結合や分子重量の度合いのような結果としてのポリマーの特性に依存する。
【００３４】
発光化学センサーは、患者に有毒ではなく、消費可能な（即ち、廃棄可能な）、０．５オンス以下の重さの気道アダプターの一部である。センサーの貯蔵寿命は一年以上であり、動作寿命は１００時間を越える。消費可能な気道アダプターのコストは最小である。
【００３５】
同時係属の出願に開示された酸素監視システムは、十分な正確性（１．０％）、精度（
０．０１％）、及び応答時間（＜１００ｍｓ）を有して、一呼吸毎の酸素濃度を監視する。センサーは、麻酔薬を含み、気道に存在する他のガスには感知しないし、そしてその結果そのガスにより励起されて発光状態にならない。温度、流れの速度、圧力、及び湿度の変化に対するセンサーの感度は十分理解されていて、これらの変化による誤差を補正するアルゴリズムがその素子の信号処理回路の中に導入されている。
【００３６】
同時係属の出願に開示された可視光の酸素測定トランスジューサは、センサー・ヒーター構成及び比例積分微分（ＰＩＤ）ヒーター制御システムを採用している。その制御システムは、トランスジューサの酸素濃度センサーを正確に選択した動作温度に維持している。このことは、酸素濃度の測定時に発光可能な層への酸素の拡散の使用にセンサーが関係する場合、酸素測定トランスジューサがそのセンサーを用いているので、特に重要である。拡散の速度は温度に依存する。結果として、酸素濃度の測定は、センサーの温度が一定に維持されていない場合不正確になる。また、励起エネルギーの通過する窓が暖かくされていない場合、その窓は曇る。これも酸素濃度測定の精度に影響を与える。
【００３７】
置換可能な、単純な部品の中に酸素濃度センサーを配置することは、同時係属出願に開示されたシステムの特徴である。これによって、患者間のエアウエイ・アダプタを置換することにより、監視されている患者に関してシステムが殺菌されていて、望ましくない状態（多分不可能なこと）を避けてそのシステム部品を殺菌することを容易に、かつ、低価格で保証することが可能となる。
【００３８】
エアウエイ・アダプタ及び別の信号発生トランスジューサを設けることは、次のような実際的な利点がある。即ち、酸素濃度の測定は、患者の換気か又は気道回路の使用を含む手順のいずれかを遮断せずに行うことができる。このことは、気道回路にエアウエイ・アダプタを設置することによって行うことができる。酸素の測定するとき、必要なことは、既に適所に配置されているエアウエイ・アダプタにトランスジューサを結合することだけである。
【００３９】
もう一つの重要な特徴によれば、システム使用者によって故意に分離されるまでエアウエイ・アダプタとトランスジューサが確実に組み立てられる。
【００４０】
前述の開示したシステムの酸素測定トランスジューサによって発生した信号は、処理され、雑音を除去し、発光減衰時間を抽出する。この減衰時間は注目している酸素に敏感なパラメータである。ロックイン増幅器がこの目的のために使用されることが望ましい。このロックイン増幅器は、酸素濃度センサーにおける励起発光構成物の減衰時間に相当する位相角を有する信号を出力する。ロックイン検出回路は、酸素濃度を示さないフォトディテクター発生信号の成分及び雑音を排除する。この雑音を減少させることによって高レベルの信号利得が可能になり、このことは、可視励起レベルを減少しつつ測定精度の向上を可能にする。これによって、センサーの光劣化から生ずる不安定が減少し、精度及び使用可能な寿命が増加する。この処理の全ては、デジタル、アナログ、又はハイブリッドの方法によって行われるが、患者の一呼吸毎の監視を必要とするような最も要求の強い用途に対しても十分高速である。各種の病的な状態によって、体による酸素要求の変化が生じる結果となる。例えば、体による酸素利用の減少が一呼吸毎に基づいて検出された場合、患者を助けるためにタイムリーな、効果的な治療法をとり得る。
【００４１】
本発明の新規な酸素測定トランスジューサにおいて、監視されているガス内の酸素濃度は、センサー・マトリクス中に拡散している酸素により酸素濃度センサーにおける励起発光構成物の抑制に反映される。光発光ダイオード（ＬＥＤ）を構成する光源は励起可視光を発生するし、その可視光はセンサー・フィルムの表面に当たる。可視光のある部分はそのフィルム中の発光化学色素によって吸収されるが、そのフィルム上に第二の、シフトし
た波長における発光による光が発生する。この光はフォトディテクターによって検出され、そのフォトディテクター上には受信された光の強度及び減衰パターンを反映する信号が発生する。フォトディテクターに向かう光は全て潜在的に信号となる。フォトディテクターの表面上に配置された適切な光学フィルターは、発光された光のみを識別し、これによってフォトディテクターが酸素濃度に関連する信号のみを確実に発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００４２】
関連するトランスジューサの光源及び検出器として光感知酸素濃度センサーがガス標本素子（一般的にはエアウエイ・アダプタか又は標本セル）の同じ側に配置されているので、本明細書は、同時係属出願に開示されたものと相違する新規な酸素濃度測定装置を開示する。
【００４３】
光源、酸素センサー及びフォトディテクターを「片側」に配置する構成には、多くの重要な利点がある。特に、同時係属出願に開示されたシステムにおいて、トランスジューサのヒーター素子の部品と標本素子との間の緊密な接触が必要とされるが、このことを達成することは難しいということがわかる。この問題は、近くの光学窓からセンサーを支持することにより、そして熱エネルギーを関連するセンサーに伝送するその窓を加熱することにより、本明細書において開示された片側システムにおいて除去される。
【００４４】
本明細書において開示された片側構成の他の重要な利点は、酸素濃度を示す励起エネルギーが標本部品を通過して流れるガスを横断する必要がないことである。従って、標本化されているガスと励起エネルギーとの相互作用に起因する信号の劣化が除去され、相当劣化していない信号をフォトディテクターに対して利用可能にする。
【００４５】
以前に開示したシステムの標本部品に存在する二つの開口部のうちの一つは、その開口部に設置されたセンサー・フィルム過熱部品と共に除去される。このことは、複雑でない、高価でない標本部品に直接つながる。このことは重要である。なぜなら、センサー・フィルムが有限の、相対的に短い寿命であり、そしてそれ故に標本ユニットを周期的に取り替える必要があるからである。実際、本発明の重要な用途―病院における気道上の用途―において、標本ユニットのコストが十分低価格であって、一度の使用の後このユニットを廃棄できるようにすることが望ましい。
【００４６】
以前開示したシステムの光学窓から流れの通路の反対側のセンサー・フィルムの位置のために、光学窓は本質的に非加熱状態になり、特に曇り易くなる。この窓の汚染も問題であり、センサーと窓との間の光学経路における妨害となる。
【００４７】
例えば、光ファイバーについて行われるようにセンサー・フィルムに近接する独立のフィルム・リーダーのようなユニットを有することが望ましい場合、片側構成は本発明の原則を実現するシステムを可能にする。そのような構成は、例えば、センサー・フィルムの質制御において、そして経皮性の酸素監視において有益に使用可能である。そのような構成は、本発明の原則を使用することによって実用化される。その理由は、センサー・フィルムが光学窓に関連していて、同時係属出願に開示されているように熱部品によって標本部品の外部から分離されていないからである。
【課題を解決するための手段】
【００４８】
エアウエイ・アダプタ又は標本セル内の光学窓は、センサー・フィルム用の取付け体又は支持体として使用されており、そして一定の温度に保つために必要とされる熱をフィルムに伝送するためにも使用されているから、丁度記載した利点を有するシステムは、同時係属出願に開示されているものと物理的に相違する。明らかになるであろうが、このこと
によって、窓は十分な高温に加熱され、曇りが除去される結果となる。透明な窓を加熱するための各種の手段を採用できる。適当な一方法は、ヒーターをリング形態にしてガス標本素子の透明な窓を囲むことである。本発明の原則を使用するシステムにおいて重要なことは、フィルム型のセンサーを標本素子の光学窓に安全に適用することである。接着層を用いて、センサー・フィルムを窓に結合してもよいし、また窓に溶媒結合してもよい。別の方法は、保持用リングを使用して、フィルムを伸長して、窓に固定する。関連する方法は、細かい網状組織を有する一方の面が境界となる保持用リングを使用して、フィルムを保持して、窓に対して押し付ける。最後に述べた方法は、フィルムが接着剤なしで物理的に保持され、緩くならないという利点がある。更に、網状組織は、その位置がセンサーのガス側にあり、センサーのその側の熱伝導を高めて、例外的な熱安定を作り出している。
【００４９】
本発明の原則を実現する監視装置において、青の二色性フィルター及び光源の出力側にその出力側と整列する赤外阻止フィルターを配置することによって、そして検出器素子の前に赤色の二色性フィルター及び赤色のガラス・フィルターを配置することによって、監視されているガス中の酸素濃度を示さない光は、その装置の検出器に達しないようにすることが望ましい。この構成は、酸素濃度を示す信号部分でない光を実質的に全て除去するので、光収集効率は、ＬＥＤや他の光源からの励起光の強度を減少させる程度まで増加する。このことは、光源からの光強度の減少がセンサーの耐用年数を増加させるので、重要である。センサーが使用後の度に交換されない本発明の副流用途においては、このことは特に重要である。
【００５０】
本発明の他の目的、効果、及び特徴は、前述の記載、請求項、及び添付図面を参照して発明の詳細な説明を読むことから明白になろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
本明細書においては、理解が容易になるように、そして図面間で特徴の相互参照が容易にできるように通常の方法で参照番号を付与している。この方法では、（三桁の参照番号で示された特徴に対しては）最初の桁又は（四桁の参照番号で示された特徴に対しては）最初の二桁は、特徴が最初に記載された図面の番号に相当する。同一の特徴は、このようにして、本明細書において同一の参照番号によって特定される。例によっては、同一の参照番号で示された特徴は、二以上の図において物理的外観が異なることがある。この場合、同一の参照番号を使用することは、本発明の特徴を示す実施例に読む者の注意を引くうえで特に有益である。同一の図で最初に示された特徴は、記載された順に相当する方法で多かれ少なかれ連続して番号が付与される。
【００５２】
おのおの場合、本明細書に記載された物理的形態は、本発明の特定の実施例を説明するために、そして理解を容易にするために示されたものである。特に言及をしていない場合、特定の物理的形態を選択していても、何ら限定を意図するものではない。当業者は、多くの他の等価である実施例を容易に想到することができると思われるが、そのいずれも本明細書が教示する発明の範囲に属するものである。
【００５３】
図１について説明する。図１は、本発明による発光抑制酸素濃度検出装置の主要な要素とそれらの要素間の関係を示すブロック図である。キュベット即ちエアウェイ・アダプター１０１は、ガスとして作用する容積１０２を含む。呼吸や他のガスの副流の標本化を必要とする用途に関しては、入力／出力ポート１０３ａ、１０３ｂが、それぞれ、標本化容積１０２（「検出容積１０２」ともいう）に対してガスを導入するための手段、及び標本化容積からガスを排出するための手段となる。主流の用途や標本化容積１０２を介してガスの双方向の伝送を必要とする用途に対しては、入力／出力ポート１０３ａ、１０３ｂの役割は、瞬間的なガスの流通方向に関して交代する。標本化セルでガスに接触して保持される検出フィルム１０４は、本発明の測定技術の基礎を形成する発光抑制反作用のための
媒体となる。
【００５４】
トランスジューサー１０５は、キュベット１０１に緊密に結合されて、光源１０６が電磁気放射で検出フィルム１０４を照射できるようになっている。光、即ち光源１０６から放出された励起エネルギーは、波状の線１０７として示されている。多くの用途には、標本化容積１０２がトランスジューサー１０５から分離されていることが望ましい。これらの場合、開口部１０８は、エアウェイ・アダプター１０１のハウジングに設けられた窓の形状となることがあるか、又は一体的に形成されることがある。
【００５５】
ガス測定に使用される反応によれば、光、即ち励起エネルギー１０７によって、検出フィルム１０４が波状の線１０９で示される光を発する。その光は、励起エネルギー１０７とは異なる波長で実質的に全方向に及ぶ。放出された発光、即ち発光エネルギー１０９は、フォトディテクター１１０に当たり、測定に用いられる。この発光の強度及び残光は、標本化容積１０２内に含まれる一又はそれ以上のガス成分濃度により上昇したり、下降したりする。本発明の好ましい実施例においては、酸素によって、その濃度の上昇に従い発光の反作用を抑えることで発光エネルギーの強度及び残光が変化する。このように、発光抑制反作用は、検出フィルム１０４内において反作用の場所で利用できる酸素量を測定するために使用される。反作用の場所で利用できる酸素量は、測定されたガス内の部分的圧力又は濃度に関連することがある。
【００５６】
本発明の好ましい実施例によれば、光源１０６は、青又は緑の光放出ダイオード（ＬＥＤ）であって、パルス駆動され、時間変化する励起エネルギー１０７を検出フィルム１０４に与える。従って、フィルムから放出される発光エネルギー１０９は、実質的に赤の波長で時間と共に変わる。フォトディテクター１１０は、放出されたエネルギーにおける周期的な変動を検出する。そのエネルギーの残光と強度は、エアウェイ・アダプター１０１の標本化容積１０２に入ったガスの酸素濃度に比例する。発明者が発明したことは、多くの用途に対して、放出された発光エネルギー１０９の残光が、放出エネルギーの強度又は振幅よりもより信頼でき、かつ、反復出来る基礎を構成することである。
【００５７】
トランスジューサー１０５は、リード線１１１で示される電気接続によって制御装置及び測定回路１１２に接続されている。制御装置及び測定回路１１２は、接続１１３によって外部コンピュータ、通信機器、表示装置、又は他の装置に接続されている。
【００５８】
温度調整装置１１４は、好ましい実施例においては、検出フィルム１０４に密着して保持されたヒーターである。その温度調整装置１１４は、励起エネルギー１０７及び発光エネルギー１０９の光伝送経路を妨害することなく、検出フィルムに対して一定の関係でフィルム温度を十分制御するように維持されている。以下の記載から理解できるように、検出フィルムの温度を制御することは、酸素濃度の関数としての発光抑制の割合に対しては重要である。
【００５９】
全体的に考慮して、図１のブロック図の要素は、酸素濃度監視装置１１５を構成する。
【００６０】
図２について説明する。図２は、酸素濃度により変わるが、検出フィルムにおける発光の強度及び残光の関係を示すグラフである。縦軸は発光の強度又は明度を示し、横軸は時間を示す。図においては、単位を示していないが、横軸の時間尺度は、一般的に１秒より十分小さい。図２を理解するために、励起エネルギーがｔ０で検出フィルムを照射し始めて、ｔ１で停止する。曲線２０１は、酸素が存在しないときの検出フィルムの自然発光を示す。酸素濃度が高くなると、発光のピーク及び発光の減衰時間が減少する。曲線２０２は、酸素濃度が中庸である場合、例えば１気圧で２１％の場合の発光抑制効果を示す。曲線２０３は、酸素濃度が高い場合、例えば１気圧で５０％の場合の発光抑制効果が大きい
例を示す。
【００６１】
図２によれば、酸素濃度が上昇すると、発光のピーク及び減衰時間は減少する。一連の励起パルスに渡って減衰時間を測定することによって、酸素濃度の実時間測定が行われる。
【００６２】
注目すべきことは、酸素濃度の関数としての検出フィルム１０４の発光応答特性がフィルム温度の強い関数であるということである。これは次の事実による。即ち、特定の発光反作用が抑制されるか否かを決定するのは、各発光反作用の場所における検出フィルム内での酸素の存在であるということである。このようにして、曲線２０１、２０２、２０３により全体的な巨視的な発光抑制効果を決定するのは、検出フィルム内の発光反作用の場所の集団に対する酸素分子の統計的近似である。検出フィルム１０４内の酸素の存在と濃度は、そのフィルム内における酸素の拡散の割合の関数である。拡散の割合に限定される多くの又は全ての反作用に関しては、酸素の発光抑制は温度の強い関数となる。従って、温度調整装置の実施例は、本発明を実施する上で重要な役割を果たす。
【００６３】
図３について説明する。図３は、本発明の特定部分の実施例についての透視図であり、標本化セルが主流のエアウェイ・アダプターの形態で示されている。エアウェイ・アダプター１０１は、入力／出力ポート１０３ａ、１０３ｂを備えている。開口部１０８は、点線で示されており、エアウェイ・アダプターの見えない部分に設けられている。トランスジューサー１０５は、例えば、パチンとはまることによって、エアウェイ・アダプター１０１にしっかりと付着するように形成されている。別の結合可能な本体に標本化セルとトランスジューサーを形成することによって、エアウェイ・アダプター１０１は、容易に置換可能に又は廃棄可能に作ることができる。廃棄可能な場合、エアウェイ・アダプターを廃棄するとき、全ての光学的信号を条件付ける部品を取り替える余分なコストを必要としない。各患者に自分用のエアウェイ・アダプターを与えて他の患者による感染の心配をなくすために、主流の用途用の廃棄ユニットとして標本化セルを構成することは特に有利である。エアウェイ・アダプターを置換可能にすることによって、酸素監視装置の接続が迅速にかつ容易にすることができるようになり、そして測定装置の着脱に際し、気道の流れに障害を生じないで高価なトランスジューサーを複数の患者の間で共有することができるようになる。最後に、エアウェイ・アダプターを置換可能にすることによって、新たな検出フィルムを各患者に確実に与えることができる。このことは、検出フィルムが漸次に光分解する傾向があるために重要である。
【００６４】
主流のエアウェイ・アダプター１０１は、幾つかの適切な材料のうちのいずれかによって構成されている。一実施例においては、エアウェイ・アダプター１０１は、バロックス（Ｖａｌｏｘ）ポリカーボネート、又は丈夫な同等なポリマーから作られた一つのユニットである。エアウェイ・アダプターの壁を通して検出フィルム１０４に周囲の光が届かないように、不透明な材料が用いられている。そのような外部からの光は、システムが提供しようとする酸素濃度の表示の精度に悪影響を与えるか、又は少なくとも特性を示す信号である信号―雑音比を悪化させ、その結果より複雑で高価な制御検出装置が必要となる。
【００６５】
エアウェイ・アダプター１０１は、一般的にパラレルパイペダル（ｐａｒａｌｌｅｌｐｉｐｅｄａｌ）な中央部３０１、そしてその中央部の反対の端部に中空の、円柱状の入力／出力ポート１０３ａ、１０３ｂを備えている。エアウェイ・アダプターの要素１０３ａ、３０１、１０３ｂにおいて軸上に配置された通路部３０２ａ、１０２、３０２ｂは、それぞれ、エアウェイ・アダプター１０１の端部から端部に伸びる流れの通路部を確定する。ポート部１０３ａはメスのコネクターとして形成されており、１０３ｂはオスのコネクターとして形成されており、その結果エアウェイ・アダプターは、通常の麻痺及び呼吸回路に接続される。
【００６６】
エアウェイ・アダプター１０１の中央部３０１は、トランスジューサー１０５の対応する形状部３０３に緊密に適合するように形成されている。エアウェイ・アダプター１０１がトランスジューサー１０５に適切に挿入されると、エアウェイ・アダプターの開口部１０８は、光の通路部が与えられるように対応する開口部３０４に関する方向に保持される。図１に示されるように、青又は緑の光からなる励起エネルギー１０７（図１を参照）は、トランスジューサー１０５から伝送され、開口部３０４、１０８を介して容積１０２内のガスと緊密に接触して保持された検出フィルム１０４と接触する。応答時に、そして容積１０２内のガス酸素濃度の特徴となる信号の強度と期間と共に、検出フィルム１０４は、開口部１０８、３０４を介してトランスジューサー１０５内に保持されたフォトディテクター１１０上に電磁気放射を行う。このとき、視野は、（開口部１０８、３０４を介して）少なくとも検出フィルム１０４の一部から成る。好ましい実施例においては、開口部１０８、３０４には、励起及び発光放出の伝送を可能にする窓が設けられている。
【００６７】
エアウェイ・アダプター１０１をトランスジューサー１０５に組立たてる際の間違いは、エアウェイ・アダプター１０１上の停止体３０５、３０６、及びトランスジューサー１０５上の補完をなす停止体３０７、３０８のような位置合わせを設けることで除去できる。
【００６８】
図４は、動作中の酸素濃度監視装置又はシステム１１５を示す。主流のエアウェイ・アダプター１０１及びトランスジューサー１０５は、図３に示されているように、インライン組立体又はシステム４０１の主要な要素を構成する。図４の監視装置１１５は、手持ち用の制御及び測定回路表示ユニット１１２を備えている。そのユニット１１２は、通常の電気接続１１１によってトランスジューサー１０５に接続されている。
【００６９】
図４に示す本発明の特定の用途においては、システム１１５は、患者の呼吸ガスにおける酸素濃度を監視するために用いられている。この目的のため、エアウェイ・アダプター１０１は、患者の気管に挿入する気管内チューブ４０２と、機械的換気装置（図示せず）の呼吸回路４０３との間に接続される。
【００７０】
エアウェイ・アダプター１０１とトランスジューサー１０５とは、協働して、気管内チューブ４０２からエアウェイ・アダプター１０１を介して呼吸回路４０３に流れるガス内の酸素濃度を示す電気信号を発生する。この信号は、接続線１１１を介してユニット１１２に伝達され、ユニット１１２の表示アレイ４０４に示されるように数値に変換される。
【００７１】
ちょうど説明した二要素のシステム４０１は、次の要件を満たしている。即ち、監視は、呼吸回路４０３又は他の患者に接続された流れに関する回路を通るガスの流れを妨げないで行われる。トランスジューサー１０５は、例えば、患者の移動を容易にするために又は可能にするために除去して、エアウェイ・アダプター１０１を適切な場所に維持してガスの主要な流れを継続し得る。
【００７２】
この点に関し、システム１１５には、エアウェイ・アダプター内に電気部品がないという利点がある。これゆえに、エアウェイ・アダプターに対する電気接続の潜在的な危険性がなく、患者に電気ショックを与えることがない。
【００７３】
図５は、二要素から成る組立体４０１の別の実施例である。エアウェイ・アダプター１０１は、インラインのガスの流通路３０２ａ、１０２、３０２ｂを形成する三つの部分１０３ａ、３０１，１０３ｂを備えている。インラインのエアウェイ・アダプター１０１の中央部３０１は、トランスジューサー１０５の対応部分３０３に適当に挿入するように形成されている。エアウェイ・アダプター１０１の停止体３０５、３０６は、インラインの
エアウェイ・アダプター１０１がトランスジューサー１０５と結合するとき、対応する停止体３０７、３０８と適合するように形成されている。開口部１０８は、エアウェイ・アダプターの中央部３０１の側部に形成されており、窓５０１を備えている。窓５０１は、容積１０２内の検出フィルム１０４（図示せず）を支持しており、トランスジューサー１０５内に設けられた温度調整装置１１４（図１を参照）から熱エネルギー伝達経路を与えている。
【００７４】
トランスジューサー１０５は、光学ブロック組立体５０２を含んでいる。その光学ブロック組立体５０２は、適切に調整された光源１０６及びフォトディテクター１１０（図１を参照）を含んでいる。光学ブロック組立体５０２は、ヒーター組立体１１４（図示せず）も備えており、検出フィルム１０４（図示せず）内の温度を一定に維持している。
【００７５】
サブ組立体として光学ブロック組立体５０２を使用することは、トランスジューサー１０５の製造率の助けと成る。光学ブロック組立体５０２内でトランスジューサー１０５と関連する重要な調整及び許容差を含むことによって、トランスジューサー１０５の外側のハウジングの製造許容差を多少緩和して、コストを削減することが出来る。更に、光学ブロック組立体５０２内の一以上の要素の欠陥に関するサービスは、トランスジューサー１０５の全体の交換というよりもサブ組立体レベルの修理として扱うことができる。
【００７６】
図６は、本発明の実施例の主となる光学要素の概念図である。光放出ダイオード（ＬＥＤ）１０６は、リード線６０１を介して伝送されるエネルギー化信号に応答して青又は緑の光を放出する。その青又は緑の光は、二色性フィルター６０２及び赤外阻止フィルター６０３を通過する。図６に示した実施例においては、光エネルギーは、その後窓５０１を通り、ヒーター１１４の開口部を通過して、検出フィルム１０４に当たる。検出フィルム１０４は、接着性や溶解性の結合又は保持用リングや網状の覆いのようないずれかの方法で、窓５０１と緊密に接触して保持されている。このようにすることによって、検出フィルム１０４は、容積１０２内で自由にガスと接触することが可能となる。
【００７７】
LEDは、赤外に達するような比較的広範囲な波長の光を放出する。二色性フィルター６
０２及び赤外阻止フィルター６０３は協働して、二色性フィルターを通過した狭範囲の波長以外の波長を著しく減少させる。二色性フィルター６０２によって選択された特定の波長は、LED１０６のピーク出力に、そして検出フィルム１０４に適当なエネルギー化波長
に相当するように選択される。好ましい実施例においては、この波長は、可視電磁スペクトラムの青の範囲にあるように選択される。
【００７８】
検出フィルム１０４に入射するエネルギー光によって、そのフィルムは異なる波長の光を放出する。検出フィルムは、例えば、ゲストーホスト・システムのようにプラチナーポルフィリン染料を有する微小孔性のポリカーボネート製フィルムから構成される。そのフィルム微小孔性は、ガス性の酸素濃度を監視するためのフィルムを用意する場合の新たな方法を示している。重合体の膜を準備することは、微小孔性のスクリーンを製造する技術においては周知であるので、本明細書においてはその詳細は記載しない。次の事項を述べれば十分である。即ち、その方法は二つのステップを含み、重合体の膜は、原子炉において平行の、帯電されて重合体を通過する粒子にさらされ、一様な円柱状の孔にエッチングされた感光性のトラックを後に残す。
【００７９】
本発明の一実施例においては、検出フィルム１０４の放出波長は、可視電磁的スペクトラムの赤色部分の光に相当する。ＬＥＤ１０６は２０ｋＨｚの周波数で繰り返しパルス駆動され、出力励起エネルギー１０７は正弦波として増加し減少する。これによって、検出フィルム１０４から放出された発光エネルギーの増加や減少が生じる。このとき、その発光エネルギーは容積１０２における酸素濃度の関数である。単一パルスの効果は、図２に
示されている。
【００８０】
検出フィルム１０４によって放出された発光は、窓５０１、ヒーター１１４内の開口部、赤色の二色性フィルター６０４、赤色フィルター６０５を通過する。赤色フィルター６０５は、通常のガラス又はゲルのフィルターである。赤色の二色性フィルター６０４と赤色フィルター６０５は協働して、二色性フィルター６０２及び赤外阻止フィルター６０３を介してＬＥＤ１０６によって放出される光がフォトディテクター１１０に達しないようにしている。放出器及び検出器の視野の構成上の関係は、例えば、窓５０１の表面の反射から生じ、フォトディテクター１１０に達する励起エネルギーの量を減少させるように役立つ。
【００８１】
ヒーター１１４は、窓５０１と緊密に接触するように維持されていて、ヒーター１１４から窓５０１を介して検出フィルム１０４へのエネルギー伝導経路の効率を最大化している。検出フィルム１０４内の温度を一定に維持することは、容積１０２内の酸素濃度とフォトディテクター１１０が検出する発光抑制の量との関係を一定にするために有利である。窓５０１は、サファイア、ガラス、水晶、ポリカーボネートや当業者には明白な材料のように、相対的に高熱伝導率及び高透過性を有する材料から成ることが望ましい。窓５０１は、励起エネルギーの伝送、特に発光エネルギーの伝送を最大にするように構成される必要がある。前述した材料はこの目的を達成する。更に、検出フィルム１０４と窓５０１の温度を容積１０２内のガスの温度以上に維持することは利点となる。これによって、窓上の蒸気の凝集が防止される。さもないと、窓を曇らせて、検出装置の効果を減少させる。
【００８２】
図６に示すエミッタ、検出器、フィルター、及び検出フィルムの構成は、本発明の検出装置の信号―雑音比を最大にするために特に効果的である。図６に示すように容積１０２の一方の側に電気部品を配置することは、コストの削減になり、そして電気部品を容積１０２の両側に配置する構成と比較して信頼性を向上させる。図７及び８は、光学部品から成るそのような構成を示す。また、そのような構成は同時係属出願の連続番号０９／１２８，９１８に記載されている。
【００８３】
図９について説明する。二部品から成る組立体の断面図が、重要な部品の光学的配置を示す４０１として記載されている。部品の配置は、本発明の原則により図６に示した実施例と密接に関係している。インラインのエアウェイ・アダプター１０１の中央部３０１は、トランスジューサーのハウジング１０５内に適所に保持されている。その中央部３０１は、図３および５に示すように停止体３０６、３０８（図示せず）間でそしてエアウェイ・アダプター１０１の外側の壁とトランスジューサー１０５の内側の壁との間で、緊密な適合により光学ブロック組立体５０２に対して適切な光学的配置に保持されている。
【００８４】
光学ブロック組立体５０２は、光学ブロックケース即ち本体９０１からなり、その本体９０１は、内部に作られた二つのボア、即ち、光源ボア９０２及び検出器ボア９０３により主要な光学部品をボアサイトに保持する。光源ボア９０２及び検出器ボア９０３の各々は、検出フィルム１０４の視野を実質的に一致させるようにその部品を保持するように調整されている。ＬＥＤ１０６及びフィルター６０２、６０３は、ＬＥＤ取付けチューブ９０４に保持されている。ＬＥＤ取付けチューブ９０４は、真鍮のチューブや他の適当な材料から成っている。そのＬＥＤ取付けチューブ９０４は、光源ボア９０２に結合されており、そしてＬＥＤ及びフィルターを保持して、検出フィルム１０４を照射している。ＬＥＤ１０６は、光学ブロック回路基板９０５からリード線６０１を介して信号を受信する。他の実施例において、ＬＥＤ１０６は、光学ブロック回路基板９０５からリード線６０１を介して信号を受信する。光学ブロック回路基板９０５は、フォトディテクター１１０を取付け、そしてそれを検出ボア９０３と直線をなすように保持する手段を与える。検出フ
ィルム１０４から放出された光は、窓５０１を通過し、検出器ボア９０３を横切り、赤色の二色性フィルター６０４及び赤色フィルター６０５を通過し、そしてフォトディテクター１１０に当たる。好ましい実施例においては、フォトディテクター１１０はフォトダイオードである。
【００８５】
ヒーター１１４の断面で示されているが、その開口部が貫通していて、励起エネルギー及び発光放出の通路を与えている。開口部周辺のヒーター１１４の部分は、窓５０１と緊密に接触するように保持されている。検出フィルム１０４は、多孔性部材９０６や前述した他の手段によって、窓５０１と緊密に接触するように保持されている。多孔性部材９０６は、検出フィルム１０４へ容積１０２内のガスの自由な通過を可能にし、そして適切な張力及び熱抵抗性を有する材料から構成されている。実際、多孔性部材９０６がステンレス鋼製のスクリーンから成ることが特に長所である。この実施例においては、ステンレス鋼製のスクリーン９０６のワイヤに沿う熱伝導が検出フィルム１０４の温度の制御及び維持に役立つ。
【００８６】
図１０は、本発明の副流の実施例についての透視図である。回路基板１００１は光学ブロック組立体５０２を支持している。容積１０２及び入力／出力ポート１０３ａ、１０３ｂを含む標本キュベット１０１は、機械ネジ（図示せず）や周知の手段によって光学ブロックに固着されている。光学ブロック５０２は、ＬＥＤ１０６を有する光源ボア９０２も含んでいる。ＬＥＤ１０６は、リード線６０１によって回路基板１００１に接続されている。
【００８７】
キュベット１０１は、機械加工され、陽極処理されたアルミから作られており、ポート１０３ａ、１０３ｂはキュベットに圧入されている。光学ブロックケース９０１も、同様に、機械加工され、陽極処理されたアルミから作られている。
【００８８】
回路基板１００１は、光学ブロック組立体５０２に対する取付け点を与える他に、全ての又は部分的な制御及び測定回路を備えている。実施例のなかには、回路基板１００１は、麻酔監視器のような診察装置の内部に取付けられており、そしてそのような装置に対して接続部１１３（図示せず）を与えている。
【００８９】
図１１は鼻用カニュールを示す。そのカニュールは、図１０で示されるような副流の監視装置によって後の監視のために患者の呼吸ガスを標本化するのに用いられる。図１１の鼻用カニュールは、病院や他の健康管理施設において見られる通常のものである。カニュールは、患者１１０２の頭の上に適合するチューブ１１０１を含んでいる。そのチューブの挿入体１１０３は、患者の鼻孔に適合する一対の突起したチューブ状の部材１１０４を特徴としている。鼻用カニュールは、チューブ状の適合体１１０５によって柔軟なナファイン（Ｎａｆｉｎｅ）乾式チューブ１１０６に接続されている。乾式チューブは、患者１１０２による排気ガスから水分を除去して、水分が原因となる誤りを除去している。ナファイン乾式チューブ１１０６の端部には、通常のルア（Ｌｅｕｒ）適合体のメスの部品１１０７がある。オスのルア適合体（図示せず）は、ガス標本化チューブ（図示せず）に接続され、そしてぜん動ポンプのようなポンプ（図示せず）によって図１０に示されるような副流の酸素検出装置に伝達される。
【００９０】
図１２は、図１０に示す副流のガス測定装置の分解図である。フォトディテクター１１０は、フォトダイオードであり、フォトダイオード取付けブロック１２０１の穴を介して回路基板１００１に取付けられ、そしてその回路に接続されている。フォトダイオード取付けブロック１２０１は、それ自体、フォトダイオード１１０を検出器ボア９０３の正しい高さに保持するために回路基板１００１の表面に接着されている。その検出器ボア９０３は光学ブロック体９０１内に形成されている。フィルター６０４、６０５は、説明した
方法で光学ブロック体９０１の検出器ボア９０３に取付けられている。光学ブロック体９０１は、光学ブロック取付けネジ１２０２ａ、１２０２ｂを用いて回路基板１００１に固着されている。その光学ブロック取付けネジ１２０２ａ、１２０２ｂは、回路基板１００１の穴を通って光学ブロック体９０１内の検出器ボア９０３を斜めに横切って形成されたタップされた穴１２０３（明確にするために、穴一つのみ１２０３ａが示されている）に達している。光学ブロック停止体１２０４ａ、１２０４ｂ（図示せず）は、光学ブロック取付けネジ１２０２ａ、１２０２ｂに対して検出器ボア９０３の反対の斜めに配置されており、そして回路基板１００１内の穴に伸びて光学ブロック体９０１を適切な位置に配置する助けとなっている。
【００９１】
ＬＥＤ取付けチューブ９０４は、光学ブロック体９０１内の光源ボア９０２に伸びており、そして圧入された二色性フィルター６０２及び赤外阻止フィルター６０３を介して、その光源ボア内に形成された肩部に対して保持されている。ＬＥＤ放出パターン内のホットスポットを減少させるために、光学拡散器を二色性フィルター６０２とＬＥＤ１０６との間に挿入することができる。ＬＥＤ１０６は、圧入の、粘着性の取付け方法か又は適切な別の取付け方法を用いて、ＬＥＤ取付けチューブ９０４内に保持されている。ＬＥＤリード線６０１は、回路基板１００１に形成された開口部１２０５を通って伸びており、そして回路基板１００１の底部上の跡にはんだ付けされる。
【００９２】
ガス検出容積１０２に対して斜めに形成されたキュベット１０１内の対応する穴を通り抜ける二つのネジ１２０６ａ、１２０６ｂを用いて、キュベット１０１は、ガス検出容積１０２を検出器ボア９０３に軸上で固定して光学ブロック体９０１に結合されている。ネジ１２０６ａ、１２０６ｂは、光学ブロック体９０１に形成された対応するタップ穴１２０７ａ、１２０７ｂに結合する。ポート１０３ａ、１０３ｂはキュベット１０１に挿入され、そしてネジ、圧入、又は接着剤を介して付着されるか、キュベット本体に一体的に形成されるか、それとも当業者に明白な手段を用いて適所に保持される。光学ブロック体９０１に形成された停止体１２０８ａ、１２０８ｂは、検出器ボア９０３及び容積１０２に関してネジ１２０６ａ、１２０６ｂに対して反対側の斜めにおいて、キュベット１０１に形成された対応する穴１２０９ａ、１２０９ｂに伸びている。停止体１２０８ａ、１２０８ｂ及び対応する穴１２０９ａ、１２０９ｂは、光学ブロック体９０１に対してキュベットを配置するに助けとなり、そして組み立て中に特に有益である。キュベット本体は、機械加工されたアルミニウム、機械加工されたステンレス鋼、ダイ・キャスト金属、成型プラスチックや他の適当な材料で作ることができる。
【００９３】
多孔性部材９０６、検出フィルム１０４、及び窓５０１は、キュベット１０１内のガス検出容積１０２に対して周辺に形成された肩部に設けられる。これらは、圧入によって固定されるか、シリコン接着剤又は当業者に明白な接着剤を用いて適所に固定される。窓５０１は、サファイア、ガラス、水晶、プラスチックや他の材料から成る。窓５０１用の材料は、励起及び放出波長での高透明性と、高熱導電性及び低熱質量との組み合わせより選択できる。ヒーター１１４は、光学ブロック体９０１に形成された対応する穴１２１１に延びるヒーターバネ１２１０によって、窓５０１と緊密に接触するように促される。一実施例においては、ヒーター１１４は、一体となるサーミスターを有するセラミック・ヒーターである。ヒーター１１４を窓５０１に対して保持するためにバネ１２１０を用いることは、ヒーター１１４について点負荷及び／又は厳しい許容差要求、そしてキュベット１０１と光学ブロック体９０１との間の対応するギャップを除去するために役立つ。ヒーター１１４がセラミックか又は他のもろい材料からできている場合には、この構成は、組立体中及び保守中にヒーターの破損の減少に役だつ。一実施例において、バネ１２１０はシリコン・ゴムで形成されている。
【００９４】
図１３について説明する。図１３には、図１０、１２の副流のガス測定装置の断面図が
示されている。光学ブロック体９０１内の検出器ボア９０３は、ボア９０３の底部の周辺に形成された二つの肩部１３０１、１３０２を有する。肩部１３０１は、赤色二色性フィルター６０４の先端部の位置を決めるための停止体として役だつ。肩部１３０２は、フォトダイオード取付けブロック１２０１の先端部の位置を決めるための停止体として役だつ。フォトダイオード１１０は、フォトダイオード取付けブロック１２０１の上で支持されており、そして赤色フィルター６０５に対して押し上げている。赤色フィルター６０５は、赤色二色性フィルター６０４の底部を押し付けており、そして検出器ボア９０３内の肩部１３０１に対して押している。ネジ１２０２ａ（図示せず）を用いて回路基板１００１が光学ブロック体９０１に固定されると、フォトダイオード取付けブロック１２０１は、検出器ボア９０３内の肩部１３０２に対して押し付けられる。フォトダイオード取付けブロック１２０１は、フォトダイオード１１０、赤色フィルター６０５、及び赤色二色性フィルター６０４から成る組立体を押している。このようにして、光学ブロック体９０１が回路基板１００１に固定されると、検出器組立体の全体が光学ブロック体内の正しい位置に確実に結合される。
【００９５】
光源ボア９０２は、ＬＥＤ取付けチューブ９０４の端部を決定するために形成した一つの肩部１３０３を備えている。肩部１３０３は、赤外阻止フィルター６０３の先端部を決定するのに役だつ。ＬＥＤ取付けチューブ９０４が光学ブロック体９０１のボア９０２に押し込まれるとき、二色性フィルター６０２の底部を押して、ＬＥＤ１０６の上の正しい位置に二色性フィルターを押し上げる。二色性フィルター６０２の先端部は赤外阻止フィルター６０３の底部を押し、その赤外阻止フィルターは光源ボア９０２内の肩部１３０３に押し付けられる。このようにして、ＬＥＤ１０６を保持した状態で、ＬＥＤ取付けチューブ９０４を光源ボア９０２に正しく挿入することによって、ＬＥＤ１０６、二色性フィルター６０２、及び赤外阻止フィルター６０３から成る光源組立体の全体が光学ブロック体９０１の正しい位置で受け入れられる。
【００９６】
ネジ１２０２ａ、１２０２ｂを使用して光学ブロック体９０１を回路基板しっかり固定した後、ＬＥＤ取付けチューブ９０４及び他の光源組立体は、回路基板１００１内の開口部１２０５を介して光学ブロック体９０１の光源ボア９０２内に挿入される。または、光学ブロック体９０１を回路基板１００１に取付ける前に、光源組立体は光源ボア９０２内に挿入される。いずれの場合において、ＬＥＤリード線６０１は、回路基板１００１上の対応する電気トレース（図示せず）に接触する位置に後で曲げられ、そして半田付けされる。または、他の型のソケット・コネクターは、ＬＥＤリード線６０１や他の等価物を受け入れるために使用されるか、又は他の型の永久接続がなされる。
【００９７】
キュベット体１０１は、ガス検出容積１０２の底部開口部の周囲に形成された肩部１３０５を有する。肩部１３０５は、多孔性部材９０６、検出フィルム１０４、及びガス検出容積１０２に関する窓５０１から成るセンサー及び窓組立体を配置するための位置決めとして役立つ。光学ブロック体９０１は、キュベット取付け表面間に形成された肩部１３０５に相当し、かつ、その肩部１３０５を超えて伸びて押し込まれた平面領域１３０４を有する。これは、ヒーター１１４及び窓５０１の突き出ている厚さを受け入れるための容積を与える。四つのヒーターばねの穴１２１１は、平面領域１３０４から光学ブロック体９０１の容積に伸びている。開口部が検出器ボア９０３に沿って軸上に配置され、ヒーター１１４を設定する前に、四つのヒーターばね１２１０がヒーターばねの穴１２１１に挿入される。キュベット１０１は、内部に設置されたセンサー及び窓組立体を有し、ヒーター１１４上に配置され、そして検出器ボア９０３に対し軸上に設定された窓５０１と共に位置している。停止体１２０８ａ（図１２参照）、１２０８ｂは、光学ブロック体９０１内に形成されており、キュベット１０１内に形成された穴１２０９ａ（図１２参照）、１２０９ｂに伸びている。停止体１２０８ａ、１２０８ｂ及びその対応する穴１２０９ａ、１２０９ｂは、組立及び保守中に光学ブロック体９０１内に形成された検出器ボア９０３に
対して、窓５０１、検出フィルム１０４、多孔性部材９０６、及びガス標本容積１０２の調整の手助けをしている。キュベット取り付けネジ１２０６ａ、１２０６ｂが締め付けられるとき、ヒーターばね１２１０は、穴１２１１内で圧縮し、そして窓５０１の底部に対して押し付ける。窓５０１の上方の圧力は、キュベット１０１の検出容積１０２内の肩部１３０５に対して検出フィルム１０４及び多孔性部材９０６を更に押し付ける。ネジ１２０６ａ、１２０６ｂが所定の値のトルクを与えられとき、キュベット１０１の底部は、光学ブロック体９０１の先端部表面と結合する。このように、キュベット１０１が光学ブロック体９０１に対して正しく結合されるとき、ヒーター１１４、窓５０１、検出フィルム１０４、及び多孔性部材９０６を肩部１３０５に対して押し付けるために、ヒーターばね１２１０を使用することで、センサー及び窓組立体の全体は、光学ブロック組立体５０２の他の部品に対して光学調整が正しく行われる。
【００９８】
図１４は、本発明のガス測定装置を制御するための、そしてガス濃度情報に変更されるデータを受信するための制御装置のブロック図である。図１４の制御装置は、図３から５までに記載された主流ガス分析装置に特に利用可能である。
【００９９】
図１４に示された主要な組立体には、図１の回路及び表示装置１１２に相当する制御装置、トランスジューサ１０５、及び検出フィルム１０４を有するキュベット又はエアウエイ・アダプタ１０１が含まれる。トランスジューサ１０５には、ＬＥＤ１０６、フォトディテクター１１０、ヒーター１１４、更にサーモスタット１４０１、メモリ１４０５、及びフォトディテクター用プリアンプ１４０９が含まれている。
【０１００】
制御及び電気接続部１１１は、制御及び測定回路１１２をトランスジューサ１０５に接続しており、そしてキュベット温度信号１４０２、ヒーター制御線即ち信号１４０３、データ線１４０６、ＬＥＤ駆動信号１４０６、及び酸素信号１４１０を備えている。励起光１０７、発光状態の光１０９、及びトランスジューサ１０５とエアウエイ・アダプタ１０１との間のインターフェースからの熱伝導経路１４０４が設けられている。
【０１０１】
デジタル信号処理（ＤＳＰ）制御器１１２は、例えば、制御検出回路及び通信論理回路を含んでいる。その通信論理回路は、ホスト・コンピュータと通信し及び／又は使用者に対してガス濃度測定データを表示する。ＤＳＰ制御器１１２によって制御されるシステム動作の特徴の一つは、検出フィルム１０４の温度である。
【０１０２】
ヒーター１１４には、一体型サーモスタット１４０１が設けられており、分離型又はサーモスタット１４０１が設けられている。いずれにせよ、ヒーター１１４には、ヒーター制御不良のときにヒーター駆動を切断する回路が設けられることが望ましい。サーモスタット１４０１及び関連する熱遮断回路は、ヒーター駆動の暴走及び検出フィルム１０４の結果として安全でない状況又は破壊を防止するためにフェイルセーフ機構として役だつ。キュベット温度は、アナログ信号１４０２によってＤＳＰ制御回路に伝送されるが、その電圧は、ヒーター１１４及び検出フィルム１０４の温度に比例する。アナログ・キュベット温度信号１４０２は、例えば、ヒーター１１４に対して一体となるか若しくは結合されるサーミスター、又はその温度がヒーター１１４の温度に比例して変わる便利な位置に結合されるサーミスターによって発生される。ヒーター制御信号１４０３は、パルス幅変調（ＰＷＭ）デジタル制御信号としてＤＳＰ制御器１１２から駆動される。その制御信号のデューティー・サイクルは、ＤＳＰ制御器１１２内に設けられたファジー論理制御器によって制御される。ＤＳＰ制御器のファジー論理部は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御器に類似する方法でプログラムされている。ＤＳＰ制御器１１２に設けられたファジー論理回路は、アナログーデジタル（Ａ／Ｄ）変換器を介してアナログ・キュベット温度信号１４０２を監視し、そして応答時のＰＷＭヒーター制御１４０３のデューティー・サイクルを制御する。ヒーター制御信号１４０３のデューティー・サイクルは高くなるように制御され
る。そして、キュベット温度がより高くなるとき、デューティー・サイクルは低くなるように制御される。実際に、この制御方法は、検出フィルム１０４の温度を一定にするために使用される。制御信号１４０３は、例えば、ヒーター１１４に対して一体的なトランジスタ（図示せず）を駆動する。ＰＷＭヒーター制御信号１４０３によって駆動されるトランジスタは、ヒーター１１４への駆動電流をオン又はオフさせるリレーとして作用する。熱は、熱伝導経路１４０４を介してヒーター１１４から検出フィルム１０４に流れる。検出フィルム１０４の温度を流れるガスの温度以上に設定することによって、熱は、ヒーター１１４から検出フィルムへ常に流れる。熱制御信号１４０２によって変調された熱の量は、正の制御信号として常に動作し、熱はシステムから除去する必要はない。
【０１０３】
メモリ素子１４０５は、例えば、電気的に消去できるプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）又はフラッシュ・メモリとして設けられており、トランスジューサー１０５と関連している。メモリ１４０５には、トランスジューサーの連続番号及び酸素濃度対位相シフトを示す校正情報が含まれる。起動時に、制御器１１２は、メモリ１４０５からトランスジューサーの連続番号を読み取り、適切な校正情報が負荷されているか否かを決定する。トランスジューサー１０５が、前の動作期間中にＤＳＰ制御器１１２に接続された同じユニットである場合、データはメモリ１４０５から読み取られないで、起動が継続する。メモリ１４０５内で符号化された連続番号が、トランスジューサー１０５はＤＳＰ制御器１１２と共に新たな対であると指示する場合、校正データ及び連続番号はメモリ１４０５から読み取られて、ＤＳＰ制御器１１２に含まれたメモリ（図示せず）に不揮発性の形態で書き込まれる。同じトランスジューサー１０５について次の起動時に、この前に記憶された校正データが直接的に使用される。
【０１０４】
動作中、制御器１１２は、ＬＥＤ駆動１４０７を介して位相角変調信号でＬＥＤ１０６を駆動する。ＬＥＤ１０６から放出された光エネルギー１０７は、ＬＥＤ駆動信号１４０７に相当する位相角変調で検出フィルム１０４上にパルス状に与えられる。好ましい実施例においては、ＬＥＤ１０６から放出された励起エネルギー１０７は、電磁気スペクトルの青い部分におけるスペクトル分布を有し、そして検出フィルム１０４を発光状態に励起するのに役だつ。フォトディテクター１１０は、発光状態を電流又は電圧変調された電気信号１４０８に変換され、この電気信号１４０８は、プリアンプ１４０９によって使用可能な酸素信号１４１０に増幅される。プリアンプ１４０９は、例えば、低雑音の演算増幅器である。酸素信号１４１０は、通常の導電線を介してＤＳＰ制御器１１２に伝達され、エアウェイ・アダプター１０１内の酸素濃度を決定するために使用される。
【０１０５】
酸素信号１４１０は、酸素濃度に加えて幾つかの要素の関数であり、プリアンプ１４０９の特性、フォトディテクター１１０の特性、及び他の検出器光学特異性を含む。検出フィルム１０４から発せられた発光エネルギー１０９は、ＬＥＤ１０６から受信した励起エネルギー１０７、検出フィルム温度、エアウェイ・アダプター１０１内の酸素濃度、及び検出フィルム１０４の以前の光劣化量に関連した仮の強度曲線（図２に示された曲線に類似する）を有する。ＬＥＤ１０６によって放出される励起エネルギー１０７の量と質は、ＬＥＤ出力効率及び空間分布、調整変動、トランスジューサー・エミッタ組立体の特定部品の透過率、更にはＬＥＤ駆動１４０７を介した位相角変調信号入力によって変わる。
【０１０６】
酸素濃度及びＬＥＤ駆動信号以外の要素の効果は、広範囲に排除され、濃度を決定する問題を簡単化する。上記の方法によりメモリ１４０５内に含まれるトランスジューサー特有の校正データを使用することによって、プリアンプ特性、検出器組立体特性、ヒーター校正の変動、ＬＥＤ出力効果及び他の調整変動のようなトランスジューサー特有の要素を考慮から排除することが出来る。上記の方法を用いて検出フィルム１０４を一定の温度に維持することによって、（温度の関数としての）検出フィルム酸素拡散性における変動を排除することが出来る。廃棄可能なエアウェイ・アダプター１０１の一部として検出フィ
ルム１０４を詰込むことによって、検出フィルム光劣化による有害は一般に排除でき、検出フィルムが常に新しいことを保証する。このように、酸素濃度を決定する問題は、酸素信号１４１０を位相角変調ＬＥＤ駆動信号１４０７に比較することについて簡略化される。
【０１０７】
図１５は、酸素濃度を決定するために、ＬＥＤ駆動信号１４０７を酸素信号１４１０と比較する過程を特に記載するブロック図である。ＤＳＰ制御器１１２の一部が示されており、トランスジューサー１０５への接続がＬＥＤ駆動１４０７と酸素信号１４１０から成っている。メモリ・ヒーター及びサーモスタット、更には対応する接続部が明確のため図１５から省略されている。ＤＳＰ集積回路１５２０は処理機能の中心を成し、そしてＣＯＤＥＣ１５２１にはＤＳＰ制御器１１２上にアナログーデジタル・インターフェースが設けられている。電流電圧変換器１４０９は図１４のプリアンプ１４０９に相当し、そして一実施例を示す。図１４に示すように、ＬＥＤ駆動１４０７はＬＥＤ１０６をパルス駆動し、ＬＥＤ１０６は、対応する励起エネルギー１０７を放出して、蛍光標本化容積１０４内に発光を励起する。励起エネルギー１０７のパルスを受信するとき、検出フィルム１０４は発光エネルギー１０９を放出し、図２に示すように、強度及び期間がエアウェイ・アダプター１０１の標本化容積１０２(図示せず)内の酸素濃度に逆比例する。フォトダイオード１１０は、発光状態１０９の変動を電気信号１４０８の対応する変動に変換する。ＤＳＰ制御器１１２に酸素信号１４１０を伝送する前に、その電気信号１４０８を電流電圧変換器１４０９は増幅し、電圧の変動に変換する。信号１０９、１４０８、１４１０は、効果的な位相遅延の出力信号であり、位相遅延の量は酸素濃度によって決定される。
【０１０８】
信号処理のために、トランスジューサー１０５は、トランス・インピーダンス（ｔｒａｎｓ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）であると考えられる。ＬＥＤ駆動１４０７及び基準チャンネル１５０１は純粋の正弦波として駆動される。検出フィルム１０４によって導入される変化により、酸素信号１４１０はＬＥＤ駆動１４０７の純粋な正弦波から多少変更される。検出フィルム１０４によって導入される変化は、勿論、酸素濃度が得られる信号である。
【０１０９】
酸素信号１４１０は、ＤＳＰ制御器１１２に伝達され、アンチエイリアス・フィルター１５０２を介して送出され、信号経路長に沿って伝播遅延によって生じたＬＥＤ駆動１４０７に関する位相遅れを排除し、これによってアンチエイリアス酸素信号１５０３を発生する。基準チャンネル１５０１は、通常ＬＥＤ駆動１４０７に対して駆動され、アンチエイリアス・フィルター１５０４を同様に通過してアンチエイリアス信号１５０５を発生する。
【０１１０】
アンチエイリアス酸素信号１５０３及びアンチエイリアス基準信号１５０５は、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器チャンネル１５０６、１５０７を介してデジタル信号に変換される。デジタル酸素信号１５０８及びデジタル基準信号１５０９は、Ａ／Ｄ変換から生じるが、ミキサー１５１０によって混合され、ＡＣ結合エラー信号１５１１を生成する。デジタルミキサー１５１０は、信号１５０８、１５０９を逐一乗算してエラー信号１５１１を生成する。ＡＣ結合エラー信号１５１１は、その後デジタル・ロー・パス・フィルター１５１２によって処理され、ＡＣ結合を除去し、そしてＤＣエラー信号１５１３を生成する。ＤＣエラー信号１５１３は、ＬＥＤ駆動信号１４０７を酸素信号１４１０に変換するときに発光抑制酸素測定検出フィルム１０４によって生じる信号の変動（位相遅れ）に比例する電圧を有する。基準チャンネルに関して信号チャンネルの位相遅れが少ないことは、酸素濃度の高いことに相当するが、ＤＣエラー信号１５１３が小さい結果になる。逆に、基準チャンネルに関して信号チャンネルの位相遅れが大きいことは、酸素濃度の低いこと及びＤＣエラー信号１５１３の大きいことに相当する。
【０１１１】
デュアル出力可変位相駆動１５１４は、チャンネル１５１５，１５１６に沿ってデジタ
ル波形を出力する。そのデジタル波形は、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器チャンネル１５１７、１５１８によって変換され、ＬＥＤ駆動１４０７及び基準チャンネル１５０１をそれぞれ作り出す。周波数は、駆動１５１４によって一定に保持され、二つのチャンネル１５１７、１５１８の位相は相互に変動する。特に、駆動１５１４は、ＤＣエラ−信号１５１３に応答してデジタル基準チャンネル１５１６の位相を進めて、ＤＣエラ−信号１５１３の大きさを最小にする。Ｎ０で示される位相進みの量は、ＤＣエラ−信号１５１３の大きさを最小にするように要求されるが、酸素濃度に比例する。Ｎ０の値は、更に処理及び理解をするために内臓の処理によってか又はホスト・コンピュータによって、デジタル出力線１５１９を介して出力される。
【０１１２】
図１６は、図１０、１２に示すシステムのような副流ガス測定トランスジューサー及びキュベット用の制御器の要素を示すブロック図であり、トランスジューサー／キュベット組立体４０１に組み込まれる機能に特に着目している。図１６は、また、主流ガス測定システムの実施例である図１４に近似する。
【０１１３】
図１６のブロック図と図１４のブロック図との主な相違は、物理的な実施は別にして、圧力検出トランスジューサー１６０１及び図１６のブロック図における対応するデータ線１６０２を追加していることである。副流ガス分析システムに送出されるガスは標本キュベット１０１にくみ上げられるので、キュベット１０１内のガス圧力が大気圧以上である過剰圧力の状況の生じる可能性がある。図２に記載されているように、標本ガス圧力が高いことによって、実際の酸素濃度より高い間違った計算に至る。
【０１１４】
圧力検出トランスジューサー１６０１を追加することによって、二つの利点が生じる。第一に、大気圧の仮定を使用して計算した酸素濃度が、測定した圧力により訂正され、実際の酸素濃度が得られる。第二に、ポンプ（図示せず）を制御するためにフィードバック制御を使用して、大気圧に対して実際の標本容積圧力を減少させることができる。
【０１１５】
図１６のブロック図の他の機能は、図１４に記載した対応する特徴と類似している。
【０１１６】
図１７は、ＤＳＰ制御器１１２に組み込まれた機能を特に示す副流ガス測定制御器のブロック図である。トランスジューサー／キュベット組立体４０１からの信号は、図１６に記載されている。
【０１１７】
アナログーデジタル（Ａ／Ｄ）変換器１７０１は、多チャンネル素子として構成されていて、各種のセンサーからアナログ入力を受信して、デジタル信号経路即ち線１７０４を介してそのアナログ信号のデジタル表示を集積回路１５０２に供給する。キュベット温度信号１４０２は、ＤＣ電圧として与えられ、そしてＡ／Ｄ変換器１７０１によってデジタル形態に変換されて、ＤＳＰチップ１５２０により処理される。ＤＳＰチップ１５２０は、ＰＷＭヒーター制御線１４０３を変調する。周囲の圧力トランスジューサー１７０２はアナログ線１７０３によってＡ／Ｄ変換器１７０１に接続されており、そしてキュベット圧力検出トランスジューサー１６０１（図示せず）はアナログ・データ線１６０２によってＡ／Ｄ変換器１７０１に接続されている。これらのアナログ信号は、対応するデジタル信号に変換され、そしてデジタル線１７０４を介してＤＳＰチップ１５２０に伝送される。デジタル線１７０４は、例えば、多チャンネル並列インターフェースとして構成される。周囲圧力をキュベット圧力差と比較することにより、ＤＳＰチップ１５２０は、例えば、プロセス・コンピュータ１７０５にフィードバックしてポンプ制御を可能にしている。キュベット圧力を測定することにより、ＤＳＰチップ１５２０は、絶対的な圧力変動により測定した酸素濃度における誤りを訂正する。
【０１１８】
ＤＳＰ制御器１１２は、連続データ通信線、即ち、インターフェース１７０６を介して
プロセス・コンピュータ１７０５と通信する。連続通信インターフェース１７０６は、例えば、ＲＳ−２３２プロトコルを使用し、そしてプロトコル７０５によって一定のコマンドを使用して、ＤＳＰ制御器１１２を制御し校正する。一実施例においては、酸素濃度データは、プロセス・コンピュータによるコマンドに応答してＤＳＰ制御器１１２からプロセス・コンピュータ１７０５に送出される。このようにして、データを必要とし、かつ、そのデータを受信する用意があるとき、プロセス・コンピュータはデータのみを受信する。
【０１１９】
ＣＯＤＥＣ１５２１は、副流組立体４０１から酸素信号１４１０を受信し、デジタル信号１５０８に変換し、そして図１５に記載したようにそのデジタル信号１５０８をＤＳＰチップ１５２０に伝送する。ＣＯＤＥＣ１５２１は、ＤＳＰチップ１５２０のデジタル入出力（Ｉ／Ｏ）と各種のアナログ線との間のインターフェースを与えるが、そのうちの二つのみが図１７に明確のために示されている。デジタル・インターフェース１７０７は、１５０８、１５０９、１５１５、１５１６を含み、実際には幾つかのデジタル・チャンネルの複合物である。ＣＯＤＥＣ１５２１は、デジタルＬＥＤ駆動信号又はチャンネル１５１５に沿って伝達された波形を対応するＬＥＤアナログ信号１７０８に変換する。ＬＥＤアナログ信号１７０８は、その後ＬＥＤ駆動器１７０９によって増幅され、そしてＬＥＤ駆動１７０７を介して副流組立体４０１に送出され、ＬＥＤ１０６（図示せず）を駆動する。
【０１２０】
ＥＥＰＲＯＭデータ線１４０６は、図１４及び１６に記載されたように動作する。
【０１２１】
デジタル出力線１５１９は、デジタルーアナログ変換器（ＤＡＣ）（「Ｄ／Ａ変換器」ともいう）１７１０によってアナログ信号又は線１７１１に変更される。アナログ線１７１１は、例えば、アナログ・ゲージや使用者に対して酸素濃度を表示するための素子を駆動するために使用される。
【０１２２】
本発明を一定数の好ましい実施例おいて説明しているが、本発明は、本発明の本質から逸脱することなしに多くの形態において実施可能である。それゆえ、これらの実施例は、例示に過ぎず、なんら限定するものではない。本発明の範囲は、前述の記載よりも請求の範囲によって示されている。請求の範囲の均等の範囲内に入る変更は、全て含まれることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】本発明の発光抑制ガス検出装置の主要な要素を示し、かつ、その主要な要素の間の相関関係を示すブロック図である。
【図２】本発明の検出フィルムの放出曲線の特性を示すグラフであって、時間対放出強度を示す。
【図３】気道アダプターとトランスジュ−サーを示す図であって、図１のブロック図の一部の一実施例を示す。
【図４】患者の呼吸おける酸素濃度を監視するインライン・システムを示す全体図である。
【図５】別の気道アダプターとトランスジュ−サーを示す図であって、気道アダプターに対する光学ブロック組立体の関係を示す。
【図６】「単一の側面」の構成において、本発明のトランスジュ−サーと標本化キュベットの主要な光学要素の光学的配置を示す図である。
【図７】共願において開示したように、それぞれ、「貫通する」配置と「両側面」の配置における光学要素の関係を示す図である。
【図８】共願において開示したように、それぞれ、「貫通する」配置と「両側面」の配置における光学要素の関係を示す図である。
【図９】図５の気道アダプターとトランスジュ−サーの断面図であり、光学ブロック組立体の主要な光学要素の空間関係を示す。
【図１０】本発明の副流に関する実施例を示す図である。
【図１１】図１０で示す副流の監視装置によって患者の呼吸ガスを標本化するための鼻用のカニュ−レを示す。
【図１２】図１０の副流に関する実施例の分解図であり、装置の組立体の詳細を示す。
【図１３】図１０及び図１２の副流のガス測定システムの断面図であり、光学的配置及びヒーターと検出フィルムの関係の詳細を示す。
【図１４】ＤＳＰに基づく制御装置のブロック図であり、本発明の主流に関する実施例に適している。
【図１５】検出フィルムの発光特性から酸素濃度を決定するための方法論を詳細に説明するブロック図である。
【図１６】本発明の副流に関する実施例に適したＤＳＰに基づく制御装置のブロック図であり、トランスジュ−サーとキュベットの組立体の機能を示す。
【図１７】副流のガス測定システム用の制御装置のブロック図であり、圧力と各種の出力インターフェースの訂正を有するＤＳＰ制御装置の機能を示す。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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