(57)【要約】患者のデータベース・プロファイルを時系列に維持管理する医療用の息成分分析装置。本装置は、患者のベースライン状態を判定できるように患者が長期にわたって使用可能であり、ベースラインからの大きな逸脱を臨床的に有意なものとして識別する。取得したデータは、患者の自宅の装置によって患者に報告されると共に医師又は健康管理サービス提供者に電子的に送信される。定量試験から定性試験、そして定性分析装置による定量的な概算値の推定にわたる複数の試験を実施できる。対象患者用に一連の試験を選択し、患者の状態に合わせてカスタマイズできる。試験の１つとして、波長が異なる複数のレーザービームを息サンプルに照射し、パターン認識を使用してこれらすべてのレーザービームのスペクトル分析結果を関連付けることができる。
2004508534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
息成分分析装置を有する医療装置であって、
前記分析装置に接続され、前記分析装置から息成分信号を受信するコンピュータと、
前記コンピュータに接続されたメモリと、
前記メモリ内に保存され、少なくとも第１息成分信号を表すデータ構造と、
前記保存されている第１成分信号のデータ構造を少なくとも第２息成分信号と比較するコンピュータプログラムとを有することを特徴とする医療装置。
【請求項２】
患者が提供する情報を記録する入力装置と、前記コンピュータに結合し前記患者と通信する通信インターフェイスとを更に有し、前記息成分分析装置からの入力と前記装置からの入力を関連付け且つ前記入力の関連付けに基づいて前記患者に応答を提供する関連付けプログラムを更に有することを特徴とする請求項１に記載の医療装置。
【請求項３】
前記関連付けプログラムは、患者の長期、中期、又は短期的な心理の状態を識別する手段を有する請求項２に記載の医療装置。
【請求項４】
前記関連付けプログラムは、前記患者の長期的な心理の状態、前記患者の中期的な心理の状態、及び前記患者の短期的な心理の状態を識別する手段を有し、前記患者の長期、中期、及び短期的な心理の状態を前記息分析装置からの入力と関連付ける請求項３に記載の医療装置。
【請求項５】
前記コンピュータプログラムは、患者の息成分の長期的な状態を表すベースライン表現を維持管理する手段を有し、前記ベースライン表現からの有意な大きな逸脱を識別する請求項１〜４のいずれか一項に記載の医療装置。
【請求項６】
息成分を反復して測定して前記成分の定量的な概算測定値を取得する回路を更に有する請求項１〜５のいずれか一項に記載の医療装置。
【請求項７】
前記保存されているデータ構造と前記息成分信号の前記比較内容を送信する通信回路を更に有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の医療装置。
【請求項８】
更に、出力を生成する環境センサーを少なくと１つ有し、前記データ構造は前記出力の表現を含んでおり、前記表現は前記息成分信号と関連付けられる請求項１〜７のいずれか一項に記載の医療装置。
【請求項９】
更に、患者の状態出力を生成する患者の状態センサーを少なくとも１つ有し、前記データ構造は前記患者の状態出力の表現を含んでおり、前記表現は前記息成分信号と関連付けられる請求項１〜８のいずれか一項に記載の医療装置。
【請求項１０】
前記息成分分析装置は複数のレーザーを備えたレーザー分光計を少なくとも１つ有しており、前記レーザーの少なくと１つは前記レーザーの中のその他のレーザーが放射する波長とは異なる波長のビームを放射する請求項１〜９のいずれか一項に記載の医療装置。
【請求項１１】
更に、前記複数のレーザーを備えた分光計と通信するパターン認識装置を有し、前記パターン認識装置は前記複数のレーザーからのデータを関連付ける請求項１〜１０のいずれか一項に記載の医療装置。
【請求項１２】
前記息分析装置は減量を検出するアセトン分析装置である請求項１〜１１のいずれか一項に記載の医療装置。
【請求項１３】
患者から息サンプルを採取し且つ前記サンプルの成分を分析することによって第１息成分プロファイルを作成するステップを有する患者の息成分を分析する方法であって、
前記第１息成分プロファイルをコンピュータがアクセス可能なメモリに保存し、
前記患者から第２息サンプルを採取し、
前記サンプルを分析して第２息成分プロファイルを作成し、
前記第１及び第２息成分プロファイルを比較するステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
更に、患者が入力装置を介して提供した情報を記録するステップを有し、コンピュータ内において前記息成分分析装置からの入力と前記装置からの入力を関連付け、前記入力に基づいて前記患者に応答を提供するステップを有することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記入力の関連付けは、更に、前記患者の長期的な心理の状態、前記患者の中期的な心理の状態、又は前記患者の短期的な心理の状態を識別し、前記患者の長期的、中期的、及び短期的な心理の状態を前記息分析装置からの前記入力と関連付けることを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
更に、患者の息成分の長期にわたる状態のベースライン表現を維持管理し、前記ベースライン表現からの有意な大きい逸脱を識別することを有する請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
更に、成分の定量的な概算測定値を取得するために、選択した感度で息成分を反復して定性的に分析することを有する請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
更に、前記保存されているデータ構造と前記息成分信号の比較内容を送信する請求項１３〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
更に、息サンプルの採取時に少なくとも１つの環境状態を検出し、前記検出した状態の表現をコンピュータがアクセス可能なメモリに保存し、前記表現を前記息サンプルから作成された息成分プロファイルに関連付けることを有する請求項１３〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
更に、息サンプルの採取時に少なくとも１つの患者の状態を検出し、前記検出した患者の状態の表現をコンピュータがアクセス可能なメモリに保存し、前記表現を前記息サンプルから作成された息成分プロファイルに関連付けることを有する請求項１３〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記息成分を分析するステップは、少なくとも１つのレーザービームはその他のレーザービームとは波長が異なる複数のレーザービームを前記息サンプルに照射し、前記サンプルを通過した前記レーザービームをスペクトル分析することを有する請求項１３〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記息成分の少なくとも１つはアセトンである請求項１３〜２１のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は医療装置に関するものであり、更に詳しくは吐き出された息中の医学的に重要な成分を分析するための装置に関する。
【０００２】
吐き出された息を診断におけるツールとして使用する可能性が認識されてから既に久しい。かつてヒポクラテスは、患者の状態を調べる手がかりとして患者の息の匂いに注目するよう医者に教えた。そして、１７８４年にＡｎｔｏｉｎｅ ＬａｖｏｉｓｉｅｒとＰｉｅｒｒｅ Ｌａｐｌａｃｅがモルモットの呼吸を分析し、動物が酸素を吸って二酸化炭素を吐き出すことを発見している。この発見は、燃焼のプロセスを使用して身体が食物からエネルギーを得ていることを証明した初めての直接的な証拠であった。それ以来、人間の息から既に２００種類にも及ぶ化合物が検出されており、その中のいくつかは様々な病気に関連付けられている。
【０００３】
これらの息成分の検出装置には、異なる様々な技術が採用されている。例えば、Ｂｏｗｌｄｓによる米国特許第５，４２２，４８５号及びＰａｚによる米国特許第５，５１５，８５９号においては、赤外光を使用して息中のアルコール含有量を測定している。Ｓａｕｋｅ他による米国特許第５，５４３，６２１号においては、レーザーダイオード分光計が使用されている。これ以外にも、キャビティリングダウン（ｃａｖｉｔｙ−ｒｉｎｇｄｏｗｎ）分光法などのその他の様々なレーザー及び吸収分光器が使用されている。例えば、「吸収分光器：黎明期からキャビティリングダウン分光法まで」、Ｂ．Ａ． Ｐａｌｄｕｓ及びＲ． Ｎ． Ｚａｒｅ、米国化学会シンポジウムシリーズ（１９９９）、第７２０号、４９〜７０ページを参照されたい。更に、その他の技術としては、直接ヘッドスペース分析、ガス液体クロマトグラフィー、大気圧イオン化質量分析法、タンデム質量分析法及び化学法などがある。例えば、「診断における息分析の可能性」、Ａｎｔｏｎｙ Ｍａｎｏｌｉｓ、臨床化学、２９／１（１９８３）、５〜１５ページを参照されたい。尚、化学センサーの中には、いわゆる「電子鼻」と呼ばれるものがあり、これは、成分の識別を物理的又は化学的な特性パターンに基づいて行うものである。このタイプのセンサーは、例えば、カリフォルニア州パサデナに所在するＣｙｒａｎｏ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ社から市販されており、肺炎、口臭、悪性黒色腫などの医学的状態の検出に使用することが示唆されている。
【０００４】
しかしながら、これらの技術の多くは複雑且つ高価で、較正も困難である。それらは、経済的な理由から、いままで個人レベルの健康管理には使用されていない。但し、アルコール飲料を提供するバーやその他の場所において、複数の人間が自発的な息アルコール試験を行い、息中の所定アルコールレベルを検出するのに使用できるのではないかという示唆がなされている（Ｂｒｏｗｎその他による米国特許第５，３０３，５７５号）。
【０００５】
本発明は、較正の難しさや患者ごとのばらつきなどの問題を克服する患者のデータベース・プロファイルを時系列に維持管理する医療用息成分分析装置を開示するものである。本発明においては、患者のベースライン状態を判定できるよう、患者による長期的な使用を意図している。ベースラインからの大きな逸脱が臨床的に有意なものとして識別される。取得したデータは、患者の自宅に設置された装置によって患者に報告されると共に、医師又は健康管理サービス提供者に電子的に送信される。定量テスト、定性テスト、及び定性分析装置による定量的な概算値の推定など、複数のテストを実施できる。特に、異なる出力特性の複数のレーザーによるレーザー分光法を単一の息サンプルに対して使用可能である。かかる複数のレーザー出力をまとめると、テンプレート又はパターン（患者の特性）を形成可能であり、これによって複雑な状態を簡単に識別できる。患者に対して一連の試験を選択し、その患者の状態に合わせてカスタマイズすることもできる。そして、状態の変化を検出すると、更に環境的な情報とユーザー提供の情報を取得し、その変化が臨床的に有意であるかどうかを判定できる。
【０００６】
以下、添付の図面を参照して本発明を説明するが、これらの図面においては、同じ要素は同じ参照符号を使用して表されている。まず図１は、本発明による診断用の息分析装置１０を示している。このシステムは、後程詳述するように、患者１４から息サンプルを採取して該サンプルの定量及び定性分析を行う分析装置１２を備えている。息サンプルの診断用の分析には、それに伴う不快感や不自由さが最小限で非侵襲的なサンプル収集が可能であるという利点がある。この分析の結果データは、コンピュータ１６に転送されて保存されるが、このコンピュータとしては、キーボードやマウスなどの入力装置１８と、ビデオモニターやプリンタ、及びその他のデータ表示手段などの出力装置２０と、メモリ２２、及び適切なＣＰＵ２４を備えるマイクロコンピュータが望ましい。更に該コンピュータ１６は、電話システムやインターネットなどの情報通信網２６と接続されていることが望ましい。
【０００７】
この息分析システム１０の基本要素は、図２を参照すれば更に詳細に理解できる。息分析装置１２は、サンプリング装置３０と、これに接続されたマウスピース２８を備えている。該サンプリング装置３０は、患者から吐き出された息の一部を採取するが、このサンプルとしては肺の深い部分の肺胞からの息であることが望ましい。この理由は、息の最初の部分が通常「デッド・スペース」エア、つまり、気管、口、又は鼻腔などの上部気道からのものであるからである。かかるデッド・スペース・エアには診断を行うために有益な多数の成分が含まれていない。尚、通常、息の最初の１５０ミリリットルがデッド・スペース・エアである。一回の息で約５００ミリリットルが吐き出され、息の９０％は窒素と酸素である。かかる息サンプルは、サンプルの定量及び定性分析に使用する装置に応じて、チャンバ又はトラップ、或いはこれらの両方で採取可能である。通常、トラップには、化学的なもの、極低温のもの、及び吸着性のものの３種類がある。
【０００８】
サンプルとしては、ユーザーの息を表し且つその他の影響によって汚染されていないことが重要である。一方、システム１０は、時々較正する必要がある。この較正は、成分が既知のガスをサンプリング装置に注入することによって実施可能である。このためにガスを充填したキャニスターが使用されうる。又、使用後にサンプリング装置を浄化して余分な湿気やその他の成分を排出することも重要である。この段階もガスを注入することによって実施可能であり、これらの較正と浄化の２つの機能を１つの段階で実行することもできる。尚、分析装置の中には、ほかのものと比べて比較的安定しており較正の必要が少ない種類も存在する。例えば、キャビティリングダウン分光法の場合、基準、即ち「ゼロ」較正は必要であるが、関連するレーザー又はキャビティを変更しない限り安定している。
【０００９】
尚、較正は重要ではあるが、本発明においては、患者のプロファイル又は履歴を維持管理することによって絶対的な基準への依存を減らしている。例えば、患者は、通常、サンプルとして一定容積の息を提供するが、この容積は患者によって異なる。しかしながら、患者ごとに記録を維持管理しているため、サンプルの容積やその他の繰り返し又は一貫性のあるバックグラウンド要素（例えば、空気の質）の重要度を削減又は除去しうる。これはこの装置の有用性に貢献する特徴であり、例えば、個人の自宅において家族の各メンバーは、サンプルを提供すると共に身元情報をコンピュータに入力して自分自身のプロファイルを作成する。
【００１０】
サンプルの一部は、まず定量分析装置３２によって処理される。かかる定量分析装置には、レーザー分光装置、キャビティリングダウン分光計、或いは定量測定を実行可能な「電子鼻」センサーアレイなどが含まれる。電子鼻センサーシステムには、いくつかの異なる種類の半導体センサー要素によるものが存在するが、最も高感度のものは１０メガヘルツ帯で稼動するポリマーコーティングした表面音波（ＳＡＷ）発振器によるものである。各々の要素は、フェムトグラム（１０−１５グラム）レベルの吸収質量を簡単に検出可能である。気相のサンプルにさらすことによって、要素の質量の変化パターンが周波数の変化として表され、これが信号処理ネットワークによって解析される。これらの「ニューラルネットワーク」は、既知の化合物に以前さらしたときに「学習」したターゲット気体を表す既知の反応特性とこれらのパターンを比較する信号処理の演算レイヤである。分析が完了すると、本システムは、通常、統計的な重要性又は正確性の確率に従ってその結果を報告する。尚、電子鼻センサーの利点としては、可動部がないことによるそのコンパクトなサイズと安価なコストなどが挙げられる。オンチップメモリの容量と信号処理速度が向上すれば、気体の追跡における電子鼻センサーアレイの有用性は更に向上するであろう。
【００１１】
本システムには、更に定性分析装置３４も備えることができる。この定性分析用の構成においても電子鼻センサーアレイを使用できる。これ以外にも、イオン移動度分光計検出器、音波検出器、及び光ファイバ検出器などが使用可能である。そして、定量分析装置３２と定性分析装置３４の両方からの処理データは、コンピュータ１６のメモリ２２に保存される。尚、定量及び定性分析装置としては、信頼性、正確性、及びコストを考慮し、半導体技術によるものが望ましい。
【００１２】
本発明においては、患者のデータは、一定期間にわたって複数のサンプルを取得できるように保存される。この結果、その患者のベースラインが設定され、結果データの傾向分析を実行できる。そして、患者の息の長期的な状態に大きく且つ有意な変化が発生すれば、この変化データを通信網２６によって医師又は健康管理サービス提供者に送信できる。従って、キーボード１８などのユーザーインターフェイスによって患者１４を識別することが重要である。更に、クロック３６を設け、コンピュータ１６に接続する必要がある。パーソナルコンピュータは、通常、水晶振動子によるリアルタイムクロックを内蔵している。コンピュータ１６は、例えば、日、週、又は月などの一定期間にわたって発生する単一のデータ採取セッション及び複数のデータ採取セッションの際に採取した複数のサンプルを区別する必要がある。時系列における息成分の変化の割合は、患者の健康、食生活、又はその他の状態に変化が生じたかどうかを判定するのに重要である。又、更なるセンサー３７を追加してもよい。これらの追加センサーとしては、サンプルを採取した状態を判定するための環境情報を提供する温度計、バロメータ、湿度計などの各種センサーが含まれる。又、センサーとして、更に、患者用の体温計や脈拍及び血圧センサー等の患者に関する情報を取得するセンサーを含めてもよい。かかるセンサー３７の出力は、息分析で取得したデータと共に保存し、息成分における変化が有意であるかどうかを判定するのに使用する。
【００１３】
分析装置１２及びコンピュータ１６によるサンプルの処理は、図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃに示されているフローチャートを参照すれば更に詳しく理解できる。図３は、図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃの互いの関係を表しており、この統合図は患者の息を分析する処理システム５０を示している。まず、図３Ａに示すように、実施する試験を選択することにより（ステップ５２）、システム５０を特定の患者に合わせてカスタマイズする必要がある。尚、本装置を使用する際には、いつでも（特に、患者の状態の変化やその他の理由により）患者のプロファイルに試験を追加したり、削除したりできる。そして、実施可能なテストの種類としては、二酸化炭素の含有量、息の温度、アルコール、脂質分解生成物、芳香族化合物、チオ化合物（ｔｈｉｏ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）、アンモニア及びアミン又はハロゲン化合物などがある。これらの成分検出における有用性の例としては、例えば、呼気中のアセトンなどの脂質分解生成物は糖尿病を監視するのに有用である。又、メタンチオール、エタンチオール、或いは硫化ジメチルなどのチオール化合物は、診断において乾癬や排卵などの様々な広範囲な状態を検出するのに有用である。そして、アンモニアの増加は肝臓の病気と関連付けられる。ハロゲン化合物は環境的又は産業的な汚染物質を表す。
【００１４】
更に別の試験として、医師の指示に基づいて患者が診断用の試薬を摂取した後に、特定の息成分の分析を行う一連の試験も実施可能である。例えば、尿素、特にＣ１３標識尿素又はＣ１３標識炭水化物を口経摂取して息の中のＣ１３に基づいたＣＯ２を分析し、患者の胃の内壁にヘリコバクターピロリ菌が感染しているかどうか（尿素⇒ＮＨ３とＣＯ２）、又は炭水化物の吸収不良、ブドウ糖不耐症、ラクターゼ欠乏症、或いは小腸細菌の異常増殖を判定する。尚、同位元素炭素１３はレーザー分光法によって識別できる。これについては、例えば、英国特許第２，２１８，５１４号を参照されたい。この結果データは、後述するように（ステップ１４０）、治療のために担当医に送信される。
【００１５】
患者用の試験の選択を完了すると、システムを初期化し（ステップ５４）、患者のベースライン、即ち長期的な息の状態履歴の作成を開始する。初期化及びこの後の段階のいずれにおいても、一定の期間にわたって試験を行う際に、ステップ５６でサンプルを患者から採取する。そして次に、マイクロプロセッサ１６は、この患者用に定量試験が選択されているかどうかを判定する（ステップ５８）。定量試験が選択されている場合は、定量試験セグメント６０を実行する。定量試験は、選択された成分αについて、定量試験装置３２の容量に応じて、同時に或いは連続的に実施する。この試験は、前述のとおり、例えば、レーザー分光装置、キャビティリングダウンレーザー、電子鼻センサーアレイ、又はその他の定量分析装置などの適切な定量分析装置３２を使用して実施する（ステップ６２）。次に、前回保存されたデータ、即ちベースライン試験データをメモリから呼出し（ステップ６４）、新しいデータとこの保存されていた試験データの間の変化量、即ちデルタ情報を判定する（ステップ６６）。そして、新しい試験データとデルタ情報をメモリ２２に保存する（ステップ６８）。試験した成分αが、選択されている定量試験の最後の成分であるかどうかをステップ７０で判定する。それが最後の成分又はαでない場合は、ステップ７２で新しいαを設定し、この更なる成分αに対する試験を実施する。この試験は、定量分析装置３２が複数の分析を行う能力を備えている場合には、単一のサンプルに対して同時に実行することが可能であるが、そうでない場合には、ステップ７３で患者の更なるサンプルを要求して連続的に実行する。例えば、キャビティリングダウン分光法は複数の成分を同時に測定する能力を備えている。最後の定量試験が完了すると、本装置の制御装置はステップ７４において定性試験を行う必要があるかどうかを問い合わせる。
【００１６】
定性テストを実施しない場合には、後程詳述するように、報告プロセス７６によってデータを報告する。一方、定性試験を実施する場合であるが、該試験には３つの種類が存在する。まず、その第１は、息成分の存在自体が患者の健康に重要な場合である７８。これについては図３Ｂを参照されたい。これは、患者の長期的な息成分の監視で存在しなかった息成分が新しい試験において検出された場合に特に重要である。この逆の変化、即ち、従来存在していたものが新しい試験において検出されない場合も重要である。本装置においては、メモリ２２内で患者のデータ履歴を維持管理しているため、いずれの状態をも検出できる。
【００１７】
２番目の種類は、新しく検出された成分が所定の範囲８０内におさまっていることが重要な場合である。これについては図３Ｃを参照されたい。特定成分の存在は定性分析装置３４を使用すれば検出可能であるが、その範囲の算定も、定性分析装置を操作することによって実行可能である。この点は、特定成分に対する定量分析装置の使用が経済的に困難な場合にも概算値の取得が可能だという点で重要であるが、担当医に対してより詳細な分析の必要性を通知したり、食事療法などのように患者に減量又は糖尿病の治療を受けさせたりするには概算値で十分である。
【００１８】
３番目は、後程詳述するように、定性分析装置を使用してより厳密な概算値８２を取得可能な場合である。これについては図３Ｃを参照されたい。以上の存在と範囲及び概算値の両方の試験結果は定量試験の結果と共に報告７６される。
【００１９】
次に図３Ｂを参照すれば、成分βの存在７８を定性分析装置（例：電子鼻センサーアレイ）を使用して試験するため、検出レベル（「ＬＯＤβ」）で所望の成分を検出するための対象患者の前回の設定を呼出している（ステップ８４）。次に、ステップ８６で定性試験を実行し、ステップ８８において成分βが存在するかどうかを判定する。この成分βの試験結果が陰性であれば、最小限、即ちＬＯＤβの更に高感度な設定を使用可能かどうかを判定する（ステップ９０）。そして、感度を高めることが可能な場合は、必要に応じて、感度を最高、即ちＬＯＤＭＩＮに調整し（ステップ９２）、患者の更なるサンプルを要求して（ステップ９４）試験を再び実施する（ステップ８６）。尚、定性分析装置の中には、追加サンプルの取得（ステップ９４）が不要なものがある。しかしながら、定性試験による連続的な概算推定によって定量的な概算値を取得するには、時々追加サンプルを採取することが必要である。この場合、コンピュータ１６は、ユーザー１４に対して追加サンプル提供の必要性を通知する。このような最初及び追加のサンプルは、単一のデータ採取イベントと見なしうる。
【００２０】
ステップ８８で成分が存在すると判定されるか、又は最小限のＬＯＤβ設定が既に使用されている場合、その検出装置の性能の限界内でその成分が存在しないことを示している場合、該成分が、試験が必要な最後の成分βであるかどうかを判定する必要がある。最後の成分でない場合には、次の成分の試験を開始し（ステップ９８）、ここでも追加サンプルの取得（ステップ１００）が必要になる。但し、定量テストと同様に、単一のサンプル又はサンプル・サイクルで複数の成分を同時に識別することも可能である。特に、電子鼻センサーアレイなどのパターン認識型の技術がこれに該当する。又、調整可能なダイオードレーザーも複数成分を識別する能力を備えている。このように、息中に存在する特定成分の診断上の重要性及び特定成分の含有量に加え、他の成分でおなじみの存在パターンにおける当該成分の存在も診断においては重要である。
【００２１】
定性的な成分の識別を完了した後に、ステップ１０２においてそれらの成分のいくつかを定量化することが望ましい場合がある。無論、定量化が必要なのは存在が確認された成分のみである。定量的な概算値が不要な場合は、報告書７６を再度生成する。そして、定量的な概算値が必要な場合は、範囲が要求されているのか、それとも、より厳密な概算値が求められているのかを判定する（ステップ１０４）。
【００２２】
範囲が必要な場合は、図３Ｃに示すように、範囲試験８０を開始する。まず患者の第１限度をメモリ２２から呼び出す（ステップ１０６）。この場合、定性分析装置はその成分を認識するのに十分な感度を有していないので、成分βが検出されないように検出レベルＬＯＤを特定レベルに設定することが必要である。（これは、選択した最大値より成分が少ないことを意味している）。そして、必要に応じて、新しいサンプルを取得し（ステップ１０８）、その検出レベルＬＯＤで成分βが存在するかどうかを判定する（ステップ１１０）。その結果、成分βが検出されない場合には、選択した限度より成分が少ないことを報告する（ステップ１１２）。一方、成分が依然として検出される場合には、成分の濃度が選択した限度を超えていることを報告する（ステップ１１４）。そして、特定の成分が選択した基準を満たしたか、又は満たさなかったかを表すこのデータを保存する（ステップ１１６）。これによって、該成分が健康的な十分低いレベルにあるのか、或いは健康的な範囲を超えているのかを十分に判定できる。尚、成分を最大値と最小値の範囲内におさめる必要がある場合には、第２限度の試験（ステップ１１８）を実行する必要がある。この第２限度の試験を実施する場合は、新しいＬＯＤを設定し（ステップ１２０）、この第２の設定で上述のサイクルを繰り返す。次に、試験結果は、報告セクション７６に渡される。
【００２３】
更に、図３Ｃに示すように、定性試験装置を使用し、サブルーチン８２において成分の定量的なレベルの概算値を取得することも望ましい。これは、定性分析装置の検出レベルを調整して反復試験を実施することによっても実行可能である。長期間にわたって患者のデータが維持管理されているため、成分βの前回の検出レベルをステップ１２０においてメモリから呼び出すことができる。これが現在の成分のレベルを検索するための出発点を提供する。新しい検出レベルＬＯＤＮＥＷは、前回の検出レベルに選択した定数又は「デルタ」を加算又は減算することによって得られる（ステップ１２２）。このＬＯＤＮＥＷは、（ＬＯＤＬＡＳＴ＋最小値ＬＯＤＭＩＮ）／２からなる新しい概算値を取得することによって小さくする必要がある（ステップ１３０）。ＬＯＤＮＥＷとＬＯＤＬＡＳＴの差が事前に選択した限度より小さいと判定された場合には（ステップ１３２）、所望の精度を達成しているため、このプロセスを停止する必要がある。次に、この情報は、より先に保存される（ステップ１３４）。そうでなければ、マイクロプロセッサは、ＬＯＤＮＥＷを既存のサンプル又は新しいサンプル（ステップ１２４）に適用してこのプロセスを繰り返す。
【００２４】
以上、定性分析装置を利用して定量的な概算値を取得する一方法について説明したが、当業者には公知である数値解析法によれば、本発明の開示内容を逸脱することなく同様の結果を取得可能なその他の技法が存在する。
【００２５】
定量試験６０、存在試験７８、範囲試験８０、及び定性的な概算値の推定８２から取得した結果を報告アルゴリズム７６を使用してコンピュータ１６によってチェックする。コンピュータ１６は、医師が選択した患者のプロファイルの設定に従い、或いは選択した試験５２を識別するステップの一部として、成分α（定量的）又はβ（定性的）における重要な変化をチェック（ステップ１３６）する必要がある。そして、患者の長期的な状態からの有意な逸脱は、患者に報告され（ステップ１３８）、通信接続２６を介した送信（ステップ１４０）によって医師又は健康管理サービス提供者に報告される。更に、所定レベルを超過するか又は受入れ可能なレベルを下回った重要な成分も報告される。尚、情報通信網２６の双方向通信によって、遠隔地に所在する介護者は、遠隔地から追加の試験を選択したり、装置の自己診断を実行したり、装置の設定や試験に関連するその他の機能を実行することができる。
【００２６】
患者の長期にわたる息分析の履歴を維持管理することによって、本装置は、患者の治療や健康に有意な大きな変化を識別できる。環境の影響と患者ごとのばらつきは、各々の患者のベースライン状態を設定することによって削減又は除去することができる。以上説明した試験はステップ１４２で終了し、別の機会にこの試験を更に実施することにより、患者は自分の状態を時系列に監視できる。
【００２７】
患者の状態における有意な変化は、適切な統計又は分析技法によって識別可能である。このような複合データにおける有意な変化を判定する技法の１つがＢｅｅｂｅその他による米国特許第５，５９２，４０２号に開示されており、この引用によってその内容は本明細書に包含される。選択した試験によって識別された息成分は、異常が存在するかどうかを判定するのに分析可能な複合のデータセットである。逸脱は、それらの値の平均値と予想される統計的な偏差の組み合わせを判定可能な較正セットを設定することによって識別できる。所定レベルの逸脱、例えば予想平均値からの標準偏差の３倍を超える逸脱は統計的に有意であると宣言し、この基準に従って報告可能である。これらの平均値と統計的な偏差は、初期試験期間、即ち制御された状態で取得した一連の初期サンプルを取得することによって設定可能であり、本装置によって累積の平均と偏差を計算するか、又は移動の平均と偏差を維持管理することによってこれらを継続的に更新してもよい。更に、データセットが複雑な場合は、様々なサブパートに分割して有意な逸脱を更に識別することができる。このようなサブパートには、ピーク又は最小値、雑音、ベースライン・オフセット又はベースライン形状などがある。これらのサブパートの各々を監視し、それらが分析において予想される正常な範囲におさまっているかどうかを確認する。これは、どの種類の特性が異常なのかを識別するのに有用である。例えば、複数の患者が特定の息成分について同一の絶対値を示すことがある。この場合、ある患者においては、元々ベースラインのレベルが非常に高いケースがありうる。又、別の患者においては、ベースラインが鋭く上昇したという結果になっているかもしれない。更に別の患者においては、ベースラインが徐々に下がっているという場合もある。更に別の患者においては、この値が大きな変化を生じさせており、ピーク値を超過して統計的に有意になっている場合もある。或いは又、別の患者においては、その選択した成分について定常的にもっと大きなばらつきを示しており、その値の変化自身は統計的に有意ではない場合もありうる。このように、患者別に学習したパターンに基づいて、患者ごとに、異なる報告を提供することができるのである。無論、所定成分の絶対的な最大値又は最小値を設定し、これらの最大値又は最小値を超過した測定値を患者の履歴に関係なく報告することも可能である。
【００２８】
息分析装置１０の使用方法を、図４のフローチャート１５０を参照して更に詳細に説明する。フローチャート１５０に示すように、呼気分析装置１０の使用手順は較正（ステップ１５２）から始まる。これは、組成が既知のガスを本装置に注入することによって実施可能であり、かかるガスを充填したキャニスターをこの目的に使用してもよい。較正を完了すると、サンプルを採取する（ステップ１５４）。このステップには、図３を参照して先ほど詳述した手順が含まれる。次に、分析装置１０は、前述の追加センサー３７を使用してステップ１５６において環境データを取得する。そして、分析装置１０は、保存されている患者の履歴を現在の読取り内容と比較し（ステップ１５８）、変化しているかどうかを判定する（ステップ１６０）。変化している場合は、患者の履歴とステップ１５６で取得した環境要素の観点からその変化が有意であるかどうかを判定する（ステップ１６２）。その変化が有意であると判定された場合には、分析装置は追加の試験を要求することができる（ステップ１６４）。この追加試験としては、試験対象の一連の成分には通常含まれていない別の成分の更なる息試験、繰り返し試験、又はセンサー３７によって測定する追加の試験、例えば血圧、血液酸素（例えば、患者の指に取り付けた赤外線センサーによる）、心拍、体温などが含まれる。尚、心臓ペースメーカのプログラミング及びデータ転送用ワンドは、このようなセンサー３７の１つである。心臓ペースメーカは、しばしば、ペーシングビート数、位置異常ビート数、心房細動又は不整頻拍の発生、又は（電気除細動器／細動除去器用の）心室細動又は頻脈性不整脈などの履歴データを保存する。施した治療に関する情報、しきい値レベル、記録された心電図をペースメーカ又は植え込み型電気除細動器／細動除去器によって保存することができる。この情報を植え込み型心臓電気刺激装置から送信した後に、本装置が維持管理するデータレコードと関連付けることができる。尚、このようなデータ転送技法は公知である。
【００２９】
本分析装置は、ユーザー、即ち患者に対してマイクロコンピュータのユーザーインターフェイス（例：キーボード又はマウス）を介して特定のデータを入力するよう要求することもできる。この要求データとしては、食事情報、知覚している一般的な健康状態、最近の運動の量と期間、及び息成分における激しい変化を説明する（即ち、その変化が実際には有意でないことを表す）ものや健康管理サービス提供に重要な情報を提供する類似の要素などが含まれる。
【００３０】
かかる追加情報を収集した（ステップ１６４及び１６６）後、或いは変化がないか（ステップ１６０）、又は有意な変化がない（ステップ１６２）場合には、ユーザー用の報告書が生成され（ステップ１６８）、該情報が患者の履歴の一部として保存される。この報告書又はデータは、遠隔地の健康管理サービス提供者に対して、即時又はデータ要求に応答する形で送信できる（ステップ１７０）。最後に、サンプリング装置内における汚染物質の繁殖を防止するために本システムを浄化する（ステップ１７２）。前述のとおり、これは、組成が既知のガスを注入することによって実行可能であり、較正ステップ１７２と組み合わせてもよい。
【００３１】
単一のサンプルに対する複数の試験は独立的に取り扱うこともでき、いくつかの試験結果を組み合わせて患者の状態或いは特定の成分又は成分セットの存在を表すテンプレート又はパターンを作成することも可能である。電子鼻の技術では、パターン認識を使用して特定成分の存在を検出している。又、単一のサンプルに対して複数のレーザーを使用し、検出とパターン認識をいつくかのレーザーの組み合わせの出力に対して適用できるように帯域幅を拡張することも可能である。単一のレーザーは、通常、特定の限られた周波数の光を放出する能力を備えている。この場合、周波数の多少の調整や変更は可能であるが、単一のレーザー装置が効率的に識別可能な要素や成分は、その選択されたレーザーの周波数特性によって制限される。本発明の検出装置３４には、放射周波数が異なる複数のレーザーを含むことが可能である。サンプルの周りに物理的に配置するか、わずかにことなるタイミングで照射するか、或いは、その他の技法によって、これらのレーザーを単一のサンプルに照射できる。鏡、レンズ、又はプリズムなどの光学装置を使用し、選択したレーザーからのビームをサンプルを通って検出装置に向かう経路に沿って案内してもよい。この光学装置を調整すれば、その他のレーザーからのビームをサンプルを通る同一又は類似の経路に沿って案内することが可能である。異なる放射特性を備えたレーザーを同一のサンプルに使用することによって、広範囲なデータポイントセットの取得が可能になる。単一レーザーの３つ又は４つのデータポイントの代わりに、３つのレーザーを使用すれば、同じサンプルから１２又はそれ以上のデータポイントを取得できる。この情報は、電子鼻技術によって取得される類似の情報に比べて、より選択的且つより量的に正確であると考えられる。そして、すべてのレーザービームからのこれらの正確な情報を、電子鼻技術に使用されているものと同様のパターン認識技法を使用して一緒に処理可能である。この結果、データパターンやデータパターンにおける変化を時系列に関連付けることによって、より広範囲な状態又は成分を識別することができる。
【００３２】
尚、本発明の上述の実施例は模範的なものに過ぎず、当業者であれば、本発明の開示内容を逸脱することなく、設計又は構成に様々な変更や変形が可能であることを理解するであろう。従って、本発明の範囲は、添付の請求項によって規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による診断用息分析システムの透視図である。
【図２】
図１のシステムのブロックダイアグラムである。
【図３】
図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃの関係を表す図である。
【図３Ａ】
図１に示すシステムのフローチャートの一部である。
【図３Ｂ】
図１に示すシステムのフローチャートの別の部分である。
【図３Ｃ】
図１に示すシステムのフローチャートの最後の部分である。
【図４】
図１に示すシステムの使用方法を含む更なるフローチャートである。
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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