(57)【要約】      （修正有）【課題】呼気サンプルを捕集してさまざまな呼気成分の正確で反復可能な検出をするセンサを提供する呼気捕集及びサンプリングシステムの提供。【解決手段】センサモジュールは、スロットが形成された基板４１０を具備する。センサ４３０は、基板に装着され、スロット４１８にかかっている。第１のカバー４４０は、基板の第１の側面に配置され、スロットの少なくとも一部を覆っている。第１のカバーは、スロットと流体連通する第１のアパーチャ４５６及び第２のアパーチャ４５８を有する。センサは、第１のアパーチャと第２のアパーチャとの間に配置されている。【選択図】図１４
2016218065.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）スロットが形成された基板と、
（ｂ）前記基板に装着され、前記スロットにかかっているセンサと、
（ｃ）前記基板の第１の側面に配置され、前記スロットの少なくとも一部を覆っている第１のカバーとを具備し、前記第１のカバーは、前記スロットと流体連通する第１のアパーチャ及び第２のアパーチャを含み、前記センサは、前記第１のアパーチャと前記第２のアパーチャとの間に配置されているセンサモジュール。
【請求項２】
前記スロットは、前記基板の前記第１の側面から前記基板を通って部分的にのみ延びている請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項３】
前記スロットの少なくとも一部は、前記基板の第２の側面を通って延びている請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項４】
前記基板の前記第２の側面に配置された第２のカバーをさらに具備し、前記第２のカバーは前記スロットを覆っている請求項３に記載のセンサモジュール。
【請求項５】
前記センサは、前記第１のカバーに形成されたくぼみの下に配置されている請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項６】
前記センサは、アセトンセンサである請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項７】
前記センサは、ＷＯ３を含む請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項８】
前記基板は、プリント回路基板である請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項９】
エッジコネクタが前記プリント回路基板のエッジに形成されている請求項８に記載のセンサモジュール。
【請求項１０】
（ａ）流体回路を有するプリント回路基板を具備し、前記流体回路は、
（ｉ）入口と、
（ｉｉ）出口と、
（ｉｉｉ）前記プリント回路基板に形成され、前記入口から前記出口に延びているチャンネルとを有し、
（ｂ）前記プリント回路基板に操作可能に装着され、前記流体回路と流体連通するセンサを具備するセンサモジュール。
【請求項１１】
前記センサは、前記チャンネルを横切って延びている請求項１０に記載のセンサモジュール。
【請求項１２】
前記プリント回路基板の第１の側面に装着された第１のカバーをさらに具備し、前記第１のカバー及び前記スロットは、前記チャンネルの少なくとも一部を規定している請求項１１に記載のセンサモジュール。
【請求項１３】
前記入口は、前記第１のカバーに形成されたアパーチャである請求項１２に記載のセンサモジュール。
【請求項１４】
前記出口は、前記第２のカバーに形成されたアパーチャである請求項１３に記載のセンサモジュール。
【請求項１５】
前記プリント回路基板の第２の側面に装着された第２のカバーをさらに具備し、前記第２のカバーは、前記チャンネルの少なくとも一部を規定している請求項１４に記載のセンサモジュール。
【請求項１６】
前記プリント回路基板の第２の側面に装着された第２のカバーをさらに具備し、前記第２のカバーは、前記チャンネルの少なくとも一部を規定している請求項１２に記載のセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
吐き出された人間の呼気は、代表的には、約７８％の窒素と、１５〜１８％の酸素と、４〜６％の二酸化炭素とを含む。吐き出された呼気の残りのごく一部は、一般的に、飽和水蒸気と、パーツ・パー・トリリオン（ｐｐｔｖ）からパーツ・パー・ミリオン（ｐｐｍｖ）の範囲に及ぶ濃度である微量レベルの１０００を超える揮発性有機化合物（ＶＯＣ）とからなる。
【０００２】
人の呼気の特定の組成は、さまざまな健康状態を示すことができる。例えば、アセトンは、吐き出された人間の呼気中のＶＯＣであり、糖尿病、心臓病、てんかん及び他の健康状態を示すことができる。ケトーシスの状態である人は、体でのケトン体の生成に起因してアセトンの呼気濃度が増加している。アセトンも、カロリー制限による減量や運動プログラムに起因するケトーシスによって生成される。このアセトンの生成は、脂肪の物質代謝の結果である。したがって、呼気のアセトンの含有量測定は、病状や食事中の脂肪燃焼の表示やプログラムの有効性を示すためのプログラムとして使用されることができる。
【０００３】
呼気サンプル中のアセトンを検出するためのこのようなセンサは、センサがテストされるサンプルに晒されるやり方に対して特に感度がよくなることができる。制御されたやり方でサンプルにセンサを晒すことによって、ラボの設定で反復可能で正確な結果が得られることができるが、しばしば、ラボの設定外で呼気サンプルを分析することが望ましい。
【０００４】
呼気サンプルをテストするためのコンシューマー向け装置やポータブル装置は、代表的には、制御されたラボの設定外で使用される。このような装置は、一般的に、実際の呼気サンプルをとり、吐き出された人間の呼気にセンサを直接晒し、これは、反復可能でも正確でもない読み込みをもたらす。特に多数の対象から実際の呼気サンプルを収集すると、ファクタの変化が生じるが、これは、そうでなければ、上に説明されたラボのガスのセットアップで比較的一定に保持されることができるものである。これらのファクタは、吐き出された呼気の速度、動的な蒸気圧、吐き出しの継続時間、吐き出された飛沫（ドロップレット）の全体積及び個々のサイズ、吐き出された呼気の一部がどこ（すなわち、口の空気、深い肺の空気、あるいは間のどこか）でサンプリングされたかによって決まる可変酸素及びアセトン濃度を含む。集団的かつ個々に、これらの変数は、再現性に乏しく不正確な測定を与える。
【０００５】
既知のセンサも、制御され一貫した呼気サンプルのフローに晒されたときさえも、精度及び再現性を抑制する設計を受ける。図１８に示される既知のアセトンセンサ６００の一例は、アルミナ又は陽極の酸化アルミニウム（ＡＡＯ）基板に配置された三酸化タングステン（ＷＯ３）を含む。この、及び同様のセンサは、代表的には、図１６に示されるように、標準ＴＯ−５ヘッダー６０２などの円筒状の有鉛の構成要素で包まれている。ＴＯ−５及び同様のヘッダーは容易に入手可能であるが、これらは高い製造量でさえも高価である。さらに、ＴＯタイプヘッダーに収容されたガスセンサは、代表的には、メッシュスクリーン６０４かケースのスロットのいずれかを通って拡散によって空気サンプルに晒される。結果として、このようなセンサは、代表的には、制御された質量流を有するサンプルを含むアプリケーションに十分に適していない。
【０００６】
アセトンセンサは、さまざまな健康状態を検出したり、食事及び運動プログラムの有効性を監視したりするのに有用である。食事及び運動に対するアセトンレベルは、糖尿病によってもたらされるものよりも低い。したがって、食事及び運動によってもたらされるアセトンレベルの増加を監視するために、より感度がよく、正確で、反復可能なセンサが必要である。
【発明の概要】
【０００７】
本開示は、呼気サンプルを捕集してさまざまな呼気成分の正確で反復可能な検出をするセンサを提供する呼気捕集及びサンプリングシステムに関する。説明される実施形態は、呼気サンプル中のアセトンの検出に関するが、他のサンプル成分が感知される代わりの実施形態も可能であり、このような実施形態が本開示の範囲内で考慮されるべきであることが理解される。
【０００８】
開示されるセンサモジュールの第１の例示的な実施形態は、スロットが形成された基板を具備する。センサは、基板に装着され、スロットにかかっている。第１のカバーは、基板の第１の側面に配置され、スロットの少なくとも一部を覆っている。第１のカバーは、スロットと流体連通する第１のアパーチャ及び第２のアパーチャを含む。センサは、第１のアパーチャと第２のアパーチャとの間に配置されている。
【０００９】
開示されるセンサモジュールの第２の例示的な実施形態は、流体回路を有するプリント回路基板を具備する。流体回路は、入口からプリント回路基板を通って出口に延びたチャンネルを有する。センサは、流体回路と流体接続するプリント回路基板に操作可能に装着されている。
【００１０】
この概要は、詳細な説明で以下にさらに説明される簡略化された形式における概念の選択を取り入れて与えられる。この概要は、主張される主題のキーとなる特徴を識別することを意図したものではないし、主張される主題の範囲を決定する際の助けとして使用されることを意図したものでもない。
【００１１】
本発明の先の態様及び付随的な多くの効果が、添付図面と共に、以下の詳細な説明を参照してよりよく理解されることができるとともに、より容易に認識されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本開示の例示的な一実施形態による呼気サンプリングシステムを備えた呼気分析装置を示す正面図である。
【図２】図２は、図１の呼気サンプリングシステムを示す部分的な拡大図である。
【図３】図３は、図１の呼気サンプリングシステムを示す部分的な側横断面図である。
【図４】図４は、図１の呼気サンプリングシステムを示す部分的に拡大した側横断面図である。
【図５】図５は、図１の呼気サンプリングシステムのポンプアセンブリを示す正面図である。
【図６】図６は、図５のポンプアセンブリを示す後面図である。
【図７】図７は、図５のポンプアセンブリを示す部分的に拡大した正面図である。
【図８】図８は、第１の位置における図５のポンプアセンブリを示す側面図である。
【図９】図９は、図８のポンプアセンブリを示す部分的な横断面図である。
【図１０】図１０は、第２の位置における図８のポンプアセンブリを示す側面図である。
【図１１】図１１は、図１０のポンプアセンブリを示す部分的な横断面図である。
【図１２】図１２は、センサモジュールが取り除かれた図１の呼気分析装置を示す部分拡大図である。
【図１３】図１３は、本開示の代表的な一実施形態による図１２のセンサモジュールを示す図である。
【図１４】図１４は、図１３のセンサモジュールを示す部分的に拡大した図である。
【図１５】図１５は、図１３のセンサモジュールを示す側面図である。
【図１６】図１６は、図１３のセンサモジュールを示す第１の横断面図である。
【図１７】図１７は、図１３のセンサモジュールを示す第２の横断面図である。
【図１８】図１８は、既知の呼気アセトンセンサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１並びに図２は、それぞれ、本開示による呼気サンプリングシステム１００を利用した呼気分析装置３０の例示的な一実施形態による正面図及び後面図である。装置３０は、呼気分析装置の構成要素を収容しているハウジング４０を有する。ハウジング４０は、人間工学的な表面を与え、装置３０が自蔵式で容易に移動可能である。
【００１４】
呼気サンプリングシステム１００は、ユーザから呼気サンプルを収集して、分析用のセンサモジュール４００にそれを供給する。図１３ないし図１７に最もよく示されるセンサモジュール４００は、図６に示されるプロセッサ６０に作用を及ぼすように接続されている。以下にさらに詳細に説明されるように、プロセッサ６０は、感知された呼気成分、呼気フロー、センサ温度及び他の動作特性と関連付けられたデータを含むことができるデータをセンサモジュール４００から受信する。熟考された一実施形態では、プロセッサ６０は、データを処理し、センサアセンブリ４００から受信されたデータに基づいてディスプレイ７０に情報を選択的に表示する。
【００１５】
図示される実施形態では、ディスプレイ７０は、複数のライト７２を有し、これらは、バッテリーチャージの状態、呼気サンプルを収集するための装置の準備状態、呼気サンプル収集の成功又はユーザによって望まれる他の情報などの動作状態を示すように選択的に点灯されることができる。ライトの色、表示の継続時間及びパターンは、示されるさまざまな条件に変えられることができる。さらに、開示される実施形態は、ＬＣＤ画面表示、ＬＥＤ画面表示、音響信号、触覚信号又は画面表示と信号との組合せの他のタイプを含む、ユーザへのリレー情報に任意の適切なタイプの画面表示及び信号を組み込むことができることが理解される。
【００１６】
熟考された他の実施形態では、プロセッサ６０は、データをローカルに格納するか、データをホームコンピュータ、タブレット、スマートフォンなどのような遠隔格納先かプロセッサへの転送のために利用可能にする。これら及び処理診断データを受信して処理するのに適した他のプロセッサ機能が熟考され、本開示の範囲内で考慮されるべきである。
【００１７】
図１ないし図４を参照すると、呼気サンプリングシステム１００は、マウスピース１１０と、ポンプアセンブリ１４０とを有する。概して言えば、ユーザは、呼気がマウスピースに形成されたチャンバ１１４に流れ込むように、マウスピース１１０に息を吐く。そして、ポンプアセンブリ１４０は、チャンバ１１４から呼気サンプルを取り出し、分析のためにセンサモジュール４００にそれを供給する。
【００１８】
図１並びに図２に最もよく示されるように、マウスピースは、ハウジング４０に取り外し可能に連結されている。図示される実施形態では、複数のタブ１１２が、マウスピース１１０のベースから下向きに延び、マウスピースをハウジングに取り外し可能に取り付けるためにハウジング４０に配置された対応するスロット４４によって受けられる。マウスピースをハウジングに取り付けるための任意の適切な形態が可能であり、このような実施形態が、本開示の範囲内で考慮されるべきであることが理解される。さらに、マウスピースがハウジング４０に永久的に取り付けられるか、ハウジングと一体的に形成される実施形態が熟考される。
【００１９】
図２ないし図４を参照すると、呼気サンプルポート１１６は、マウスピース１１０の底部分から下向きに延びている。呼気サンプルポート１１６は、それを通って軸方向に延びた中央通路１２０を備えたほぼ円筒状の本体１１８を有する。ポンプアセンブリ１４０は、ハウジング４０の内部に位置されたマニホルドを有する。このマニホルド１４０は、呼気サンプルポート１１４を受けるためにサイズ設定され構成されたマウスピースチャンネル入口１５４を備えたマウスピースチャンネル１５２を有する。マウスピース１１０がハウジング４０に取り付けられているとき、マウスピースのチャンバ１１４がマウスピースチャンネル１５２と流体連通するように、呼気サンプルポート１１６の円筒状の本体１１８がマウスピースチャンネル入口１５４に延びている。
【００２０】
呼気検出ポート１２４はまた、マウスピース１１０の底部分から下向きに延びている。呼気サンプルポート１１６のように、呼気検出ポート１２４は、それを通って延びている中央通路１２８を備えた円筒状の本体１２６を有する。呼気サンプルポート１１６は、マウスピース１１０がハウジング４０に装着されたとき、呼気サンプルポートの端部が呼気検出センサ１２２に近いようにサイズ設定され構成されている。呼気検出センサ１２２は、ポンプマニホルド１５０又は他の適切な構成要素に装着され、プロセッサ６０に作用を及ぼすように接続されている。
【００２１】
開示される呼気検出センサ１２２は、好ましくは、熱線流速計として作動するように構成された加熱されたガラスＮＴＣ（負の温度係数）サーミスタである。熟考された代わりの実施形態は、測温抵抗体（ＲＴＤ）又はＰＴＣ（負の温度係数）サーミスタのような熱を散逸させることが可能な他の温度センサを利用する。センサ１２２は、さらに、圧力センサ、質量流センサ又は呼気がマウスピース１１０に吐かれていることを検出するのに適した他のセンサであってもよいことがさらに理解される。以下に説明されるように、呼気検出センサは、ユーザがマウスピースへ呼気したときを感知する。呼気検出センサ１２２からのデータが、プロセッサ６０によって受信されて、プロセッサは、サンプリングに適した呼気がマウスピース１１０に取り入れられたかを判断する。
【００２２】
マウスピース１１０は、マウスピースのチャンバ１１４に呼気サンプルを取り入れるためにユーザがその中に息を吐く入口アパーチャ１３０を有する。バッフル１３２は、チャンバ１１４のエッジから延び、チャンバ内の呼気の向きを向け直す。バッフルは、チャンバ１１４への唾液の取り込みを制御し、また、チャンバへ気流の方向をより予測可能にし、これにより、チャンバ内のより一貫した呼気サンプル特性を与える。
【００２３】
マウスピース１１０は、さらに、出口アパーチャ１３４を有する。代表的な人間の息の吐き出しは、およそ５００ｍｌの容量を有する。開示される実施形態におけるチャンバ１１４の容量は、およそ３０ｍｌである。出口アパーチャ１３４は、ユーザがサンプリングするためのより長い呼気を与えることができ、これにより、初期の口の空気がチャンバ１１４から放出されるか、気道及び肺から終末呼気で十分に希釈されることを確実にするように、超過呼気のための回避経路を与える。入口アパーチャ１３０及び出口アパーチャ１３４は、ユーザがマウスピース１１０を通って呼気を吐き出すことを可能にすることができるほど十分に大きいが、呼気は、呼気が完了した後に周囲空気によって著しく希釈されるほど大きくない。
【００２４】
図５ないし図１０を参照すると、ポンプアセンブリ１４０は、マウスピースのチャンバ１１４から呼気を取り出し、一貫して反復可能な制御されたやり方でセンサモジュール４００にそれを供給し、これにより、センサの読み込みの精度及び再現性を改良する。
【００２５】
ポンプアセンブリ１４０は、軸５００のまわりにポンプマニホルド１５０に回転可能に連結されたシリンダ１８０を有する。ピストン１９０が、シリンダ内の容積１８２を規定するために、シリンダ１８０の内部に摺動可能に配置されており、シリンダの内部でのピストンの往復運動は、容積を増加させたり減少させたりする。ドライブロッド２００は、第１の端部でピストン１９０に固定して取り付けられている。ドライブロッドの第２の端部は、軸５０４のまわりにドライブギア２１０に回転可能に連結されており、軸５００と平行である。ドライブギア２１０は、それ自体、軸５０２のまわりにポンプマニホルド１５０に、又は他の適切な構造体に回転可能に連結されており、軸５００、５０４と平行である。
【００２６】
スパーギヤ２２０は、軸５０６のまわりにポンプマニホルド１５０又は他の適切な構造体に回転可能に装着されている。モーター２３０は、軸５０６のまわりにスパーギヤ２２０を選択的に回転させる。モーター２３０は、好ましくは、コンパクトなステッピングモーターである。しかしながら、スパーギヤ２２０を選択的に回転させるために、他のモーターが使用されてもよいことが理解され、このようなモーターが本開示の範囲内で考慮されるべきである。
【００２７】
スパーギヤ２２０は、モーター２３０が軸５０６のまわりにスパーギヤを回転させるとき、ドライブギア２１０が軸５０２のまわりに回転するように、ドライブギア２１０に作用を及ぼすように係合されている。磁石２１２がドライブギア２１０に装着されている。ホール効果センサなどの１以上のセンサ（図示されない）が、ドライブギア２１０の位置を感知してドライブギアの位置に関する情報をプロセッサに送信する。ドライブギアの位置を感知するのに適したいかなる数のセンサも、本開示の範囲内で利用されることができることが理解される。
【００２８】
図８並びに図１０に最もよく示されるように、ドライブギア２０の回転は、シリンダ１８０から出たり（図８）、シリンダ１８０に入ったり（図１０）するようにドライブロッド２００及びピストン１９０を往復運動させて、それぞれ、シリンダ内の容積１８２のサイズを増加させたり減少させたりする。ドライブロッド２００がピストン１９０に固定して連結されているので、ドライブギア２１０の回転はまた、軸５００のまわりにシリンダ１８０を前後に回転させる。
【００２９】
シリンダが軸５００のまわりに前後に回転したとき、シリンダ１８０に形成されたほぼ平らな面１８６が、マニホルド１５０に形成された面１５８と摺動係合する際に弧状経路に沿って前後に動く。チャンネル１８４が、シリンダ１８０の内部容積１８２からシリンダ面１５８に延びている。シリンダチャンネル１８４は、マウスピースチャンネル出口１５６及びセンサチャンネル入口１６２と交互に係合するために、面１８６で前後に動き、それらの両方がマニホルド面１５８に配置されている。
【００３０】
マウスピースチャンネル出口１５６は、図７に示される、既に説明されたマウスピースチャンネル１５２の端部である。シリンダ１８０が、シリンダチャンネル１８４がマウスピース出口チャンネル１５６と係合されるように配置されたとき、マウスピースチャンバ１１４は、シリンダ１８０の内部容積１８２と流体接続する。図８に最もよく示されるように、シリンダ１８０がそのように配置されたとき、ドライブロッド２００及びピストン１９０は、シリンダの内部で容積１８２を増加させるように動き、マウスピースチャンバ１１４からマウスピースチャンネル１５２を通ってシリンダの内部容積１８２へガスを取り出す真空を生成する。これが起こると、センサチャンネル入口１６０は、シリンダ面１８６によって覆われてシールされる。
【００３１】
ドライブギア２１０が回転し続けたとき、シリンダ１８０は、シリンダチャンネル１８４がマウスピース出口チャンネル１５６から外れるように回転して、シリンダ面１８６との係合によってシールされる。シリンダチャンネル１８４は、図１０並びに図１１に示されるように、センサチャンネル入口１６２と係合されるまで、弧状経路に沿って動く。センサチャンネル入口１６２は、マニホルド１５０に形成されたセンサチャンネル１６０の一端に配置される。センサチャンネル出口１６４は、センサモジュール４００に最も近いセンサチャンネル１６０の第２の端部に配置される。特に、センサチャンネル出口１６４は、センサチャンネル１６０がシリンダ１８０の内部容積１８２とセンサモジュール入口４７２との間に流体連通を与えるように、センサモジュール４００への入口４７２と流体連通している。
【００３２】
図９に最もよく示されるように、シリンダ１８０がセンサチャンネル入口１６２がシリンダチャンネル１８４と係合されるように配置されたとき、ドライブロッド２００及びピストン１９０は、シリンダ内の容積１８２を減少させるように動き、これにより、シリンダ１８０からセンサチャンネル１６０を通ってセンサモジュール入口４７２へガスを放出するようにシリンダ中の圧力が増加する。これが起こると、マウスピースチャンネル出口１５６は、シリンダ面１８６によって覆われてシールされる。
【００３３】
開示されるポンプの形態は単なる例示であり、限定することを考慮すべきでないことが理解される。この点において、センサモジュール４００にマウスピースチャンバ１１４からの呼気サンプルを選択的に供給するのに適したいかなる既知のポンプも利用することができ、本開示の範囲内で考慮されるべきである。
【００３４】
図１２ないし図１７を参照して、センサモジュール４００が説明される。開示されるセンサモジュール４００は、好ましくは、ファスナー、溶接、接着剤などを使用することなく、呼気分析装置３０に装着され、これにより、センサモジュールが容易に取り外されて交換されることができる。図１２に示されるように、呼気分析装置３０の図示される実施形態は、スロット５０を覆うためにハウジング４０に取り外し可能に取り付けられた取り外し可能なカバー４２を有する。さらに詳細に説明されるように、センサモジュール４００の交換は、カバー４２を取り外して、センサモジュールを呼気分析装置３０から外すためにセンサモジュールを引っ張って、センサモジュールを据え付けるのに十分な圧力で替えのセンサモジュールをスロット５０に挿入して、カバーを再び取り付けることによってなされる。しかしながら、センサモジュールが取り外し可能である必要がないことが理解され、さまざまな永久的及び非永久的な装着形態を利用するさまざまな実施形態が熟考される。
【００３５】
図１３並びに図１４に示されるように、センサモジュール４００の図示される実施形態は、第１のカバー４４０と第２のカバー４５０との間に配置されたプリント回路基板（Printed Circuit Board）４１０（ＰＣＢ）を有する。ＰＣＢ４１０は、図６並びに図１１に示される、ソケット４６に取り外し可能に連結されるようにサイズ設定され構成されたエッジコネクタ４１２を有する。ソケット４６は、データがＰＣＢ４１０とプロセッサとの間で送信されることができるように、プロセッサ６０と操作可能に接続されている。図１４に最もよく示されるように、第１の孔４１４及び第２の孔４１６は、ＰＣＢ４１０に形成されている。スロット４１８が、第１の孔４１４と第２の孔４１６との間に延びている。孔４１４、４１６及びスロット４１８がＰＣＢ４１０を通って延びているとして図示されるが、これらの特徴部分の１以上がＰＣＢを通って部分的にのみ延びている代わりの実施形態が熟考される。
【００３６】
アセトンセンサ４３０は、センサがＰＣＢに形成されたスロット４１８にかかっているように、ＰＣＢ４１０に装着されている。図示される実施形態では、センサ４３０は、アルミナ又は陽極の酸化アルミニウム（ＡＡＯ）基板に配置された平らな三酸化タングステン（ＷＯ３）である。説明されるセンサ４３０は、呼気サンプル中のアセトンを検出するのに適している。しかしながら、アセトンを感知するのに適した他のセンサも使用されてもよいことが熟考される。さらに、他のサンプル成分の存在、レベル、又は他の特性を感知するのに有用なセンサが利用されることができ、このようなセンサが本開示の範囲内で考慮されるべきである。
【００３７】
メモリチップ４３２が、ＰＣＢ４１０に任意に装着される。図示される実施形態では、メモリチップ４３２は、センサ４３０のパラメーター、認証データ及びプロセッサ６０と通信される他のデータを含むようにプログラムされたＥＥＰＲＯＭ（登録商標）である。センサモジュール４００及び呼気分析装置３０に全体として機能性を与えるために、ＰＣＢ４１０に他のいかなる数の構成要素も装着されることができることが理解される。
【００３８】
第１のカバー４４０は、フォイル又は他の適切な材料でできており、ほぼＬ字形のプロフィールを有する。この点で、第１のカバー４４０は、ＰＣＢ４１０に対応する第１の部分４４２と、第１の部分４４２からほぼ９０°延びている第２の部分４４４とを有する。第２のカバー４５０は、第１のカバー４４０と同様であり、フォイル又は他の適切な材料でできており、ほぼＬ字形のプロフィールを有する。第２のカバー４５０は、さらに、ＰＣＢ４１０にそれぞれ第１の孔４１４と第２の孔４１６に対応するように配置され、それを通って延びた第１のアパーチャ４５６及び第２のアパーチャ４５８を有する。第２のカバー４５０は、さらに、アセトンセンサ４３０及びメモリチップ４３２にそれぞれ対応するようにサイズ設定され配置された第１のくぼみ４６２及び第２のくぼみ４６２を有する。
【００３９】
図１３及び図１５ないし図１７に示されるように、センサモジュール４００は、ＰＣＢ４１０が第１のカバー４４０と第２のカバー４５０の間に配置されるように組み立てられている。第１のカバー４４０の第１の部分４４２は、孔４１４、４１６及びスロット４１８を含むＰＣＢ４１０の一方の側面を覆っている。第１のカバー４４０と同様に、第２のカバー４５０の第１の部分４５２は、孔４１４、４１６及びスロット４１８を含むＰＣＢ４１０の他方の側面を覆っている。第２のカバー４５０の第１のアパーチャ４５６及び第２のアパーチャ４５８は、ＰＣＢ４１０の、第１の孔４１４及び第２の孔４１８とそれぞれアラインメントされている。図１７に示されるように、ＰＣＢ４１０は、第１のアパーチャ４５６からスロット４１８を通って第２のアパーチャ４５８から出るように規定された空気回路を形成するために、第１のカバー４４０及び第２のカバー４５０と協働する。図１６に最もよく示されるように、第１のくぼみ４６０及び第２のくぼみ４６２は、第２のカバー４５０とアセトンセンサ４３０とメモリチップ４３２との間にそれぞれクリアランスを与えるように配置されている。
【００４０】
図示される実施形態も、第２のカバーが保護カバー４７０とＰＣＢ４１０との間に配置されるように、第２のカバー４５０上に配置された保護カバー４７０を有する。保護カバー４７０は、第２のカバー４５０の第１の部分４５２とほぼ同様の形状であり、第２のカバーの、それぞれ、第１のアパーチャ４５６及び第２のアパーチャ４５８に対応するアパーチャ４７２、４７４を有する。保護カバー４７０も、それぞれ、第１のくぼみ４６０及び第２のくぼみ４６２のためのクリアランスに対応して与える第３のアパーチャ４７６及び第４のアパーチャ４７８を有する。保護カバー４７０は、第２のカバー４５０を保護し、そうでなければ、特に、第１のアパーチャ４５６及び第２のアパーチャ４５８のまわりで裂けやすい。このため、保護カバー４７０は、好ましくは、金属かポリマー材料などの適切な強度及び耐久性を有する材料でできている。
【００４１】
図１２並びに図１３に示されるように、第１のカバー４４０の第２の部分４４４及び第２のカバー４５０の第２の部分４５４が、センサモジュール４００の挿入及び取り外しを容易にするハンドルを形成するために、エッジコネクタ４１２の反対側のＰＣＢ４１０のエッジから側方に延びている。図１２を参照すると、センサモジュール４００を交換するために、ユーザがカバー４２を取り外して、ソケット４６からモジュールを取り外すためにセンサモジュールを引っ張る。そして、新しいセンサモジュール４００が、新しいセンサモジュールのエッジコネクタ４１２がソケット４６に据え付けられるまで、スロット５０内に挿入される。図６に最もよく示されるように、選択的なばねクリップ４０が、センサモジュール４００をソケット４６内に保持するのを助ける。既知のセンサは、汚染物質や障害物の増強の影響を受けやすく、センサの精度に悪影響を与えうる。したがって、ユーザによって容易に交換可能なセンサモジュール４００は、既知のセンサに対する効果を与える。
【００４２】
既に説明された呼気分析装置３０を使用した呼気の収集及びサンプリング方法が説明される。初めに、ユーザは、マウスピース１１０の入口アパーチャ１３０上に自身の口を置き、息を吐く。図３を参照すると、吐き出された呼気は、バッフル１３２によりそらされ、マウスピースチャンバ１１４のまわりを循環する。ユーザが息を吐き続けると、呼気の一部が出口アパーチャ１３４を通って逃げ出て、また、呼気の一部は、呼気検出ポート１２４を通って逃げ出る。ポンプアセンブリ１４０は、図１０に示される位置にあるので、マウスピースチャンネル１５２は、シリンダ面１８６によってシールされ、呼気サンプルがシリンダ１８０の中へ入らない。
【００４３】
呼気検出ポート１２４を通過した呼気は、呼気検出センサ１２２を通り、このセンサがマウスピース１１０へ吐き出された呼気を感知する。吐き出された息が所定の量であることが感知されたとき、プロセッサ６０と操作可能に関連付けられた呼気検出センサ１２２が、適切なサンプルが収集されていることを示すデータをプロセッサに送信する。所定の量の時間の間、ユーザがマウスピース１１０に息を吐くことによって、マウスピースチャンバ１１４内の呼気サンプルが終末呼気であり、より正確な読み込みを与えることが確実にされる。
【００４４】
プロセッサ６０は、マウスピース１１０に息を吐くことをやめるべきことをユーザに示すためにディスプレイを制御する。信号は、例示的な実施形態で示されるような、視覚的なものである必要はなく、聴覚的、触覚的、他のタイプ又はこれら信号の組合せであることができることが理解される。
【００４５】
次に、ポンプアセンブリ１４０は、制御された反復可能なやり方で、マウスピースチャンバ１１４からアセトンセンサ４３０に呼気サンプルを与えるように動作する。図８並びに図１０を参照すると、モーター２３０が、ドライブギア２１０を左回り方向に回転させる。結果として、シリンダ１８０は、軸５００のまわりに前後に回転する。シリンダ１８０が図８に示される位置にあるとき、シリンダチャンネル１８４は、マウスピースチャンバ１１４と流体連通し、ピストン１９０がシリンダ中で下向きに動いている。結果として、呼気サンプルの一部が、図９に示されるように、シリンダ１８０の容積１８２へマウスピースチャンバ１１４から取り出される。ドライブギア２１０の継続的な回転は、図１０に示される位置へと軸５００のまわりにシリンダ１８０を回転させ、シリンダチャンネル１８４は、センサチャンネル１６０と流体連通する。ドライブギア２１０の回転は、図１１に示されるように、シリンダ１８０中でピストン１９０を上向きに動かし、シリンダ容積１８２からセンサチャンネル１６０を通って呼気サンプルを追い出す。
【００４６】
開示される形態は、センサモジュール４００への呼気サンプルの吐出し量が制御されることを可能にすることが理解される。開示される実施形態では、好ましい流量は、５ｍｌ／ｍｉｎ.〜１００ｍｌ／ｍｉｎ．の範囲にある。しかしながら、流量を増加させるか流量を減少させるドライブギアの回転速度を減少させるために、プロセッサ６０によって制御されるモーター２３０がドライブギア２１０の回転速度を増加させることができることが理解される。したがって、流量は、特定のタイプのセンサかアプリケーションに最適な精度を与えるために仕立てられることができる。
【００４７】
なおも図１１を参照すると、呼気サンプルは、センサチャンネル１６０からセンサモジュール４００の入口（アパーチャ４７２）に放出される。取り付けられたとき、センサモジュール４００の保護カバー４７０は、好ましくは、センサチャンネル１６０とアパーチャ４７３との間の接続がシールされるように、マニホルド１５０の一部と接触する。このようにして、呼気サンプルは、サンプルの損失なく、アパーチャ４７２を通ってセンサモジュール４００中のスロット４１８に流れることができる。読み込みの精度及び再現性があまり影響を及ぼされなければ、他のシール形態が可能であり、呼気サンプルの幾分の損失が許容可能になりえることが理解される。
【００４８】
呼気サンプルは、スロット４１８を通過して、アセトンセンサ４３０の上に流れて、センサモジュール出口（アパーチャ４７４）から出る。適切な呼気サンプルがアセトンセンサ４３０の上を通過するまで、モーター２３０がドライブギア２１２を回転させ続ける。センサモジュール４３０内に含まれる特定のセンサが最適に晒されるために、ポンプアセンブリ１４０速度及び継続時間が変えられることができることが理解される。
【００４９】
呼気サンプルの分析が完了したとき、モーター２３０は、方向を逆転し、ドライブギア２１０を右回り方向に回転させる。ドライブギア２１０の回転を逆転させることにより、ポンプアセンブリ１４０を通る流れの方向が逆にされる。したがって、周囲空気は、センサモジュール４００及びセンサチャンネル１６０を通ってシリンダ１８０へ行き、センサモジュール出口に取り出される。そして、周囲空気が、マウスピース１１０へ放出されて、入口アパーチャ１３０及び出口アパーチャ１２４から出る。このようにして、呼気サンプルがセンサモジュール４００及びマウスピース１１０から取り除かれて、ある呼気サンプルが次の呼気サンプルの結果に影響を及ぼさないことを確実にする。
【００５０】
例示的な実施形態が図示され説明されてきたが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、さまざまな変形がなされることができることが理解される。
【００５１】
排他的な特性又は特権が主張される本発明の実施形態が、添付のように規定される。
【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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【図１８】
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【外国語明細書】
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