(57)【要約】  人の呼気から１つまたは複数のガス・サンプルを取得して分析し、そのサンプルを以後の分析のためにサンプル・レジストリに編成する方法およびシステムが記載されている。この技術は、分析のために個別的な呼気を標的とすることに関連する様々な問題を解決し、分析プロセスにおける追加的な多様性およびオプションを可能にする。
2016510107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる呼気部分の始点と終点とを決定するためにガスパラメータを検出するセンサと、
人の呼気から少なくとも１つのガス・サンプルを引き出すポンプと、
呼気部分を別々の物理的位置にそれぞれ格納するサンプル・コンパートメントと、
を備えている呼気サンプリングおよび分析装置。
【請求項２】
前記格納された呼気部分のそれぞれを、あるパラメータに関して別々に分析する分析器をさらに備えている、請求項１に記載の呼気分析装置。
【請求項３】
前記サンプル・コンパートメントは毛細チャネルを備えており、前記毛細チャネルでは、前記異なる呼気部分が前記チャネルの容積の一区間を占め、前記区間は端部から端部である、請求項１に記載の呼気分析装置。
【請求項４】
前記別々の物理的位置が別々のサンプル容器を備えており、前記異なる呼気部分を前記別々のサンプル容器の中へ進路を変えるためのマニホルドシステムをさらに備えている、請求項１に記載の呼気分析装置。
【請求項５】
前記各サンプル容器はそれぞれのバイパス管とそれぞれのセンサとを備えている、請求項４に記載の呼気分析装置。
【請求項６】
前記各サンプル容器はそれぞれのセンサを備えており、すべてのサンプル容器のために１つのバイパス管を備えている、請求項４に記載の呼気分析装置。
【請求項７】
すべてのサンプル容器のために１つのセンサを備えており、すべてのサンプル容器のために１つのバイパス管を備えている、請求項４に記載の呼気分析装置。
【請求項８】
前記呼気部分は単一の呼気からのものである、請求項１に記載の呼気分析装置。
【請求項９】
前記呼気部分は様々な呼気からのものである、請求項１に記載の呼気分析装置。
【請求項１０】
第１のパラメータに関して１つまたは複数の呼気部分を分析する分析器をさらに備えている、請求項１に記載の呼気分析装置。
【請求項１１】
前記分析器は、第２のパラメータに関して別の１つまたは複数の呼気部分を分析する、請求項１０に記載の呼気分析装置。
【請求項１２】
前記呼気部分を一緒に分析する分析器をさらに備えている、請求項１に記載の呼気分析装置。
【請求項１３】
前記呼気部分を別々に分析する分析器をさらに備えている、請求項１に記載の呼気分析装置。
【請求項１４】
呼吸パターン特性の測定値を受け取ることによって所望の呼気部分を識別するためのプロセッサをさらに備えており、前記サンプル・コンパートメントは前記呼気の前記所望の部分からガスを受け取る、請求項１に記載の呼気分析装置。
【請求項１５】
呼気の開始と終了とを識別することにより呼気パターンを様々な呼気部分に分割して、様々な呼気部分の開始および終了を識別するセンサと、
人の呼気から少なくとも１つのサンプル管の中へガス・サンプルを引き出す真空ポンプであって、前記サンプル管は少なくとも１つの呼気および少なくとも１つの呼気部分からのガスを含む、真空ポンプと、
前記呼気の前記開始と前記終了とに対応し、かつ前記呼気部分の前記開始と前記終了とに対応する前記サンプル管におけるガスの位置を識別するためのコンピュータと、
を備えている呼気サンプリングおよび分析装置。
【請求項１６】
格納された呼気サンプルを、あるパラメータに関して分析する分析器をさらに備えている、請求項１５に記載の呼気分析装置。
【請求項１７】
１つまたは複数の呼気を分析する方法であって、
前記１つまたは複数の呼気の１つまたは複数の構成部分を識別するステップと、
前記１つまたは複数の呼気を、前記１つまたは複数の構成部分が混合されないように格納するステップと、
前記１つまたは複数の構成部分の少なくとも１つを分析のために識別するステップと、
前記１つまたは複数の構成部分の少なくとも１つを分析するステップと、
を含む方法。
【請求項１８】
呼気を分析する方法であって、
前記呼気の１つまたは複数の構成部分が混合されないように前記呼気を格納するステップと、
前記１つまたは複数の構成部分の少なくとも１つを分析するステップと、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年２月１２日および２０１３年３月１５日にそれぞれ出願された米国仮出願第６１／７６３，８９６号および第６１／７９４，２５４号の利益を主張しており、これらの仮出願の開示は、その全体が、参照によって本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本明細書には、診断目的のための呼気放出物の分析のためのデバイスおよび方法が、記載されている。より詳しくは、人の息からのたとえば呼気終末ガスなどの呼吸サイクルの関連部分をサンプリングし分析するためのデバイスおよび方法が記載されている。このデバイスおよび方法は、たとえば、診断、モニタリングまたはスクリーニング目的のために、または、治療処置との関連で、ガス分析と根底にある病理学的条件とを相関させるために用いられ得る。
【背景技術】
【０００３】
身体および血流において生成されるまたは身体および血流に侵入する一定の代謝物質および化学物質は、呼気の中に排出される。身体または血流におけるレベルは、それを呼気において測定することによって、決定され得る。たとえば、呼気中の一酸化炭素（ＣＯ）レベルは、血液疾患および条件、代謝異常、ならびに環境的および行動上の問題などの、根底にある異常を検出しモニタするために、測定され得る。たとえば、呼気終末ＣＯは、血液ＣＯとの相関され得るのであるが、血液ＣＯは、溶血、喫煙または吸入中毒を示し得る。呼気終末ＣＯを測定するためには、患者から排出される呼気から非侵襲的に、息を吐き出す最後における呼気の部分を捕捉することによって、肺胞気が収集され得る。捕捉された呼気終末ガスは、次に、そのＣＯ濃度について分析され得るが、それにより、非侵襲的測定が完了する。典型的には、呼気終末ガスレベルと身体または血液における代謝物または化学物質のレベルとの間には、たとえば、１：１という比率の、または他の比率の相関が存在する。
【０００４】
典型的には、しかし常にではないが、呼気モニタリング・センサおよびガス分析センサという２つのタイプのセンサが用いられる。呼気モニタリングに関しては、呼吸パターンの適切な部分を正確に目的として収集するために、典型的には、赤外ＣＯ２センサなどのリアルタイムまたはほぼ瞬時のセンシング技術が、呼吸パターンの測定に用いられる。あるいは、気道圧センサ、フロー・センサ、酸素ガス・センサ、胸部インピーダンス・センサ、音響センサ、振動センサ、ならびに横隔膜運動および神経支配センサなどの他のセンサである。ガス組成分析に関しては、要求される臨床的精度を充足するため、この目的を満たす利用可能なセンサは、典型的に、１回の呼吸の継続時間よりも著しく長い実質的な信号応答時間を要求する。したがって、正確なシステムにおいては、ガス分析ステップは、呼吸パターン・モニタリングおよびガス・サンプル収集ステップの後に生じ得る。
【０００５】
従来型の呼気分析システムには、いくつかの深刻な制約が存在し得る。特に、第１の制約においては、不規則な呼吸パターンに起因して、適切な呼気終末ガス・サンプルを取得して分析することは、しばしば問題を含み、いくつかの場合には、不可能である。特定の呼気がその呼気フェーズにおいて有効な肺胞ガス組成から構成される「正常な」呼気であるかどうかは、一連の呼気の後まで、または、ある実質的な継続時間の呼吸が分析されるまで、判断不可能である。Ｊ．  Ｓ．  ＧＲＡＶＥＮＳＴＥＩＮ、ＭＩＣＨＡＥＬ  Ｂ．  ＪＡＦＦＥ、ＮＩＫＯＬＡＵＳ  ＧＲＡＶＥＮＳＴＥＩＮによる「カプノグラフィ」には、呼気分析が有益であり得るが根底にある不規則性のために完了され得ない多数のパラダイムについての記載がある。この書籍において示されている分析のほとんどは、「人工物のない」波形を想定しているのであるが、著者たちは、特に病を得た患者、挿管されている患者、およびそれ以外の一般的に生じる臨床的な事象においては、これが稀な場合であることを認めている。さらに、呼気分析に関係する臨床的試みでは、典型的に、不規則な、異常な、または予測不可能な呼吸パターンを有する患者を排除しなければならない。メドトロニック社によるカプノグラフィ・ブローシュアＭＩＮ３０１２４９２−００１／ＣＡＴ２１３００−００１５６９には、どれもが疾病、気道閉塞、呼吸停止、不十分な呼吸などの結果として臨床の現場で日常的に生じる一連のカプノグラフィ波形が表示されている。これらの条件の多くは、呼気の化学的組成の詳細な測定を、困難、不正確、または不可能にし得る。さらに、当業者にとっては明らかであるように、ＣＯ、Ｈ２および一酸化窒素などのガスの分析は、上述した参考文献のほとんどの主題であるＣＯ２濃度の測定よりも、はるかに複雑であり得る。これは、ＣＯ２濃度が信頼性をもって得られないときには、他のどのガスの濃度測定もやはり取得不可能である可能性が高いことを意味する。
【０００６】
第２の制約においては、（Ａ）１つの個別的な呼気だけを測定することによって、別の呼気に含まれる潜在的に非常に有益な情報を逃すことにより、または、（Ｂ）チャンバの中の一連の呼気内部のすべての呼気を定量的に混合することによって、重要な呼気に含まれる情報を希釈することにより、従来型の呼気分析デバイスが、重要な情報を逃し得るということが認識されてきている。これらのシステムは、また、一連の呼気内部のすべての呼気を測定する場合には、有効な呼気および無効な呼気が混合されてしまうことで結果の精度を潜在的に低下させるという点でも、制約を有し得る。
【０００７】
複数の発行された米国特許と公開された特許出願とが、呼気分析における技術の現状について論じている。米国特許第６，５４４，１９０Ｂ１号は、記載されているシステムが「過度の呼気変動性のために検査が信頼できなくなる蓋然性が高いときに検査データを拒絶する手段を提供する」ことを開示している。メドトロニック社の出願第１１／５８８，９９０号である公開番号第ＵＳ２００８／０００９７６２Ａ１号は、カプノグラフィ曲線の形状への非線形適合を提供することによってカプノグラフィ・データを分析するアルゴリズムを記載しているが、呼気の根底にある化学的分析に関しては、まったく扱っていない。同様に、（オリディオンに対して発行された）米国特許第６，４２８，４８３号は、波形の角度、遷移点、およびそれ以外の特性について考察するカプノグラフィ波形分析システムを記載しているが、それは、一度に１つの呼気に対してリアルタイムに作用し、格納機構を有していない。次に、米国特許第６，７３３，４６３号は、呼気流量の制御を試みる一酸化窒素測定システムを記載しているが、これもまた、可変なフローおよび速度特性を有する呼気には適用不可能である。米国特許第８，０２１，３０８号は、呼気と吸気との間の遷移点を見つけ、次に呼気のその部分をリアルタイムで分析することによって、呼気の終末部分を分離する方法を記載している。この発明は、呼吸速度に基づく調節可能な分析方法論を有しているが、（呼気終末などの）現在の呼気の遷移点または部分を識別することに限定されており、格納された体積をサブサンプリングする手段、すなわち、開始するおよび終了するサンプリング点の事後的な適用を提供することはない。さらに、それは、複数の完全な呼気を格納する手段を提供しない。米国特許第６，５８２，３７６号は、肺胞呼気分析のための測定システムを記載しており、閾値に基づいて呼気の一部を格納するためのサンプル体積を提供するが、個別的な呼気の別々の識別は不可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本明細書には、個別的なおよび／または複数の呼気から一連の呼気および／または部分の物理的レジストリを編成し、そのレジストリの内部で呼気タイプおよび呼気部分タイプを特徴付け、そのレジストリの内部で複数の異なる部分を編成し、所望の呼気および／または所望の呼気部分に対して、リアルタイムで、またはある時間間隔が経過した後で、所望の分析を行うことによって、呼気におけるガス、粒子およびそれ以外の物質を分析する方法、システムおよびデバイスが記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来型の技術水準によるアプローチに付随する問題に対処するために、より強力で有用なガス分析技術では、いくつかの変形例において、呼気ストレージと呼気情報レジストリとを用いる。たとえば、いくつかの変形例では、呼気分析器は、一連の呼気を分析し、その一連の呼気から複数のサンプルとサブサンプルとを収集し得るのであるが、その一連の呼気の呼吸パターンおよび呼気タイプが分析され情報がレジストリに編成された後で、システムは、その一連の呼気における呼気タイプの特徴付けおよび比較にすべて基づき、さらなる分析のためにサンプルを相互に組み合わせたり、さらなる分析のためにそれらを異なる方法で組み合わせるかつ／もしくは分離したり、または、個別的な異なるタイプの分析のためにそれらを区別したりすることがあり得る。
【００１０】
第１の変形例では、呼気または一連の呼気からのガスが患者から引き出され、ガスの各部分の呼気タイプおよび呼気部分タイプが、高速、瞬間的またはほぼ瞬間的であることが好ましいが常にそうであるとは限らない呼吸センサと必要なアルゴリズムとからの呼吸信号を用いて分析して、定義される。呼吸信号は、呼気サイクルにおけるタイミング・マーカの表示を含み、たとえば、カプノグラフィにおけるように呼吸ガスのタイプまたは複数のガスのタイプにチューニングされたＩＲセンサを用いて、取得され得る。呼気ガスそれ自体は、呼気の異なる部分からのガスの構成部分の間での、および呼気の間での混合を減少させるために断面積の小さな流路を有するサンプル収集コンパートメントの中に、捕捉され得る。異なる構成部分は、呼吸信号に基づいて、レジストリとしてカタログ化され得る。所望の部分は、関心対象であるガスのレベルを決定するために、分析され得る。
【００１１】
第２の変形例では、呼気ガスが、ガスの構成部分の間での混合を減少させるために断面積の小さな流路をそれぞれが備えた複数の異なるサンプル収集コンパートメントの中に捕捉される。複数の異なるコンパートメントの複数の異なる構成部分は、呼吸信号を用いて、レジストリとしてカタログ化され得る。所望の部分が、関心対象である異なるガスのレベルを決定するために、複数の異なるセンサ・タイプによって、分析され得る。
【００１２】
第３の変形例では、呼気ガスが、ガスの構成部分の間での混合を減少させるために断面積の小さな流路を備えたサンプル収集コンパートメントの中に捕捉される。複数の異なる構成部分は、レジストリとしてカタログ化され得る。所望の部分が、問題である様々なガスのレベルを決定するために、様々な異なるセンサによって、分析され得る。
【００１３】
第４の変形例では、呼気ガスが、ガスの構成部分の間での混合を減少させるために断面積の小さな流路をそれぞれが備えた複数の異なるサンプル収集コンパートメントの中に捕捉される。複数の異なるコンパートメントの複数の異なる構成部分は、レジストリとしてカタログ化され得る。所望の部分が、問題である気質のレベルを決定するために、分析され得る。
【００１４】
追加的な変形例では、周囲ガスまたは不活性ガスなどの適切なガスが、部分を分離するのを助けるために、サンプル・コンパートメントにおけるガスの異なる構成部分の間に挿入される。他の変形例では、呼気終末部分などの呼気の特定の部分が、複数の呼気から収集されて照合され、分析される。他の変形例では、フロー・ポンプ、サンプル収集コンパートメント、および気質分析センサが記載されている。
【００１５】
いくつかの変形例では、呼気ガス捕捉デバイスは分析センサを含んでおらず、ガスが捕捉された後で、サンプル・コンパートメントがセンサに輸送される。たとえば、ガスは患者のベッドサイド、医師のオフィスまたは遠隔的に家庭もしくは野外で捕捉され、分析のために実験室に輸送され得る。他の変形例では、呼気の異なる部分が、適切な分析のために、レジストリにおいて編成され得る。たとえば、上部気道の被検体、中間気道の被検体、下部気道の被検体、肺胞被検体、またはこれらの組合せが、所望の診断検査に応じて、関心対象のサンプルを含み得る。システムがユーザによって完全にプログラム可能であり得ることにより、ユーザは、試みられている分析のタイプを入力することができ、システムは、次に、必要なサンプルを収集し編成し分析するために、必要な制御システムおよびアルゴリズムを実行する。他の変形例では、被験者は、ユーザまたはシステムによって、呼気サンプルが収集されつつある間、一定の呼吸法を実行するように命令され得る。たとえば、ユーザは、呼吸を停止すること、深い呼気、浅い呼気、通常の１回呼吸量の呼気、またはこれらの組合せを提示することができる。これは、問題の疾病を示す被検物が一定の呼気タイプにおいて最も顕著である場合に、システムの分解能を向上させ得る。システムは、実際に提示された呼気を測定し、予測される呼吸パターン信号と比較することに基づき、各サンプルを確認して受け入れるか、または拒絶し得る。あるいは、被検者が、たとえば、彼または彼女がトレーサ要素または誘発エージェントを吸い込むまたは注入するように命令され、呼気において結果的に生じる被検物が結果として変化し、根底にある病理もしくは疾病または問題となっている症候群を示すような挑戦法の対象となり得る。本開示において記載されているシステムは、協力的な被検者だけではなくて非協力的な被験者からサンプルを取得することを含み得る。
【００１６】
第５の変形例では、呼気サンプリングおよび分析装置は、異なる呼気部分の始点と終点とを決定するためにガスパラメータを検出するセンサと、人の呼気から少なくとも１つのガス・サンプルを引き出すポンプと、呼気部分を別々の物理的位置にそれぞれ格納するサンプル・コンパートメントとを含む。
【００１７】
第６の変形例では、第５の変形例の呼気分析装置が、格納された呼気部分のそれぞれをあるパラメータに関して別々に分析する分析器をさらに含む。
【００１８】
第７の変形例では、第５の変形例のサンプル・コンパートメントが、毛細チャネルを備えており、その毛細チャネルでは、異なる呼気部分がチャネルの容積の一区間を占め、それらの区間は端部から端部である。
【００１９】
第８の変形例では、第５の変形例の別々の物理的位置が別々のサンプル容器を備えており、この装置は、異なる呼気部分を別々のサンプル容器の中へ進路を変えるためのマニホルドシステムをさらに備えている。
【００２０】
第９の変形例では、第８の変形例の各サンプル容器は、それぞれのバイパス管とそれぞれのセンサとを備えている。
【００２１】
第１０の変形例では、第８の変形例の各サンプル容器は、それぞれのセンサを備えており、この装置は、すべてのサンプル容器のために１つのバイパス管を備えている。
【００２２】
第１１の変形例では、第８の変形例の呼気分析装置は、すべてのサンプル容器のために１つのセンサを備えており、すべてのサンプル容器のために１つのバイパス管を備えている。
【００２３】
第１２の変形例では、第５の変形例の呼気部分は、単一の呼気からのものである。
【００２４】
第１３の変形例では、第５の変形例の呼気部分は、様々な呼気からのものである。
【００２５】
第１４の変形例では、第５の変形例の呼気分析装置は、第１のパラメータに関して１つまたは複数の呼気部分を分析する分析器を含む。
【００２６】
第１５の変形例では、第１４の分析器は、第２のパラメータに関して別の１つまたは複数の呼気部分を分析する。
【００２７】
第１６の変形例では、第５の変形例の呼気分析装置は、呼気部分を一緒に分析する分析器を含む。
【００２８】
第１７の変形例では、第５の変形例の呼気分析装置は、呼気部分を別々に分析する分析器を含む。
【００２９】
第１８の変形例では、第５の変形例の呼気分析装置は、呼吸パターン特性の測定値を受け取ることによって所望の呼気部分を識別するためのプロセッサを含んでおり、サンプル・コンパートメントは、呼気の所望の部分からガスを受け取る。
【００３０】
第１９の変形例では、呼気サンプリングおよび分析装置は、呼気の開始と終了とを識別することにより呼気パターンを様々な呼気部分に分割して、様々な呼気部分の開始および終了を識別するセンサと、人の呼気から少なくとも１つのサンプル管の中へガス・サンプルを引き出す真空ポンプであって、このサンプル管は少なくとも１つの呼気および少なくとも１つの呼気部分からのガスを含む、真空ポンプと、呼気の開始と終了とに対応し、呼気部分の開始と終了とに対応するサンプル管におけるガスの位置を識別するためのコンピュータとを含む。
【００３１】
第２０の変形例では、第１９の変形例の呼気分析装置は、格納された呼気サンプルを、あるパラメータに関して分析する分析器を含む。
【００３２】
第２１の変形例では、呼気サンプリング装置は、その内部での患者によって吐き出された呼気の混合を防止するように構成されたサンプリング・チューブと、サンプリング・チューブに結合されており患者によって吐き出された呼気をサンプリング・チューブの内部で捕捉するように共に動作可能な入口弁および出口弁と、サンプリング・チューブに流体的に結合されており患者によって吐き出された呼気を直接に受け取るように動作可能である入口チューブとを含んでおり、さらに、入口弁は、サンプリング・チューブを入口チューブから分離させるように動作可能である。
【００３３】
第２２の変形例では、第２１の変形例の呼気サンプリング装置は、吐き出された呼気の部分の格納チューブにおける位置を決定するためのプロセッサを含む。
【００３４】
第２３の変形例では、第２１の変形例の呼気サンプリング装置は、サンプリング・チューブにおける吐き出された呼気の１つまたは複数のパラメータを決定するためのインフロー・センサを含む。
【００３５】
第２４の変形例では、第２３の変形例のインフロー・センサは、流量センサ、ＭＥＭＳ流体センサ、光学ベンチ、および質量分析計からなる群から選択された１つまたは複数を含む。
【００３６】
第２５の変形例では、第２３の変形例のプロセッサは、サンプリング・チューブにおける吐き出された呼気のパラメータの記録を参照することによって、その部分の位置を決定するのであるが、この記録は、インフロー・センサによって決定された１つまたは複数のパラメータを含む。
【００３７】
第２６の変形例では、第２５の変形例の１つまたは複数のパラメータは、吐き出されてサンプリング・チューブに入る呼気の時間プロファイル、吐き出された呼気の流量プロファイル、サンプリング・チューブに結合されたポンプのポンプ速度プロファイル、吐き出された呼気の圧力プロファイル、吐き出された呼気の二酸化炭素濃度プロファイル、および吐き出された呼気の温度プロファイルからなる群から選択された１つまたは複数を含む。
【００３８】
第２７の変形例では、第２１の変形例の呼気サンプリング装置は、吐き出された呼気の部分の特性を、それがサンプリング・チューブにおいて捕捉された後で決定するための分析システムを含む。
【００３９】
第２８の変形例では、第２７の変形例の分析システムは、１つまたは複数の格納容器を含み、この１つまたは複数の格納容器は、サンプリング・チューブに流体的に結合されており、出口弁は、サンプリング・チューブを１つまたは複数の格納容器から分離するように動作可能である。
【００４０】
第２９の変形例では、第２７の分析システムは、吐き出された呼気の部分をベントするためのエキゾーストを含む。
【００４１】
第３０の変形例では、第２７の変形例の分析システムは、麻酔ガス、有毒ガス、アルコール使用に起因する代謝ガス、薬物使用に起因する代謝ガス、疾病に起因する代謝ガス、および水素からなる群から選択された１つまたは複数のガスの特性を分析する。
【００４２】
第３１の変形例では、第２１の変形例の呼気サンプリング装置は、サンプリング・チューブに流体的に結合されたポンプを含み、出口弁は、サンプリング・チューブをポンプから分離させるように動作可能である。
【００４３】
第３２の変形例では、第３１の変形例のポンプは、可変速度を有する。
【００４４】
第３３の変形例では、第３１の変形例のポンプは、可逆的なフロー方向を有する。
【００４５】
第３４の変形例では、第２１の変形例のサンプリング・チューブは、毛細チューブを有する。
【００４６】
第３５の変形例では、第２１の変形例のサンプリング・チューブは、複数の吐き出された呼気を格納するように構成されている。
【００４７】
第３６の変形例では、第３５の変形例の複数の吐き出された呼気は、複数の患者によって吐き出される。
【００４８】
第３７の変形例では、１つまたは複数の呼気を分析する方法は、その内部での呼気の混合を防止するように構成されたサンプリング・チューブに、１つまたは複数の呼気を格納するステップと、サンプリング・チューブに格納された呼気の１つまたは複数の特性を記録するステップと、サンプリング・チューブに格納された呼気の１つまたは複数のセグメントを、呼気の記録されている特性に基づいて識別するステップと、１つまたは複数のセグメントをサンプリング・チューブから抽出するステップと、１つまたは複数のセグメントを分析するステップとを含む。
【００４９】
第３８の変形例では、第３７の変形例の呼気の１つまたは複数の特性を記録するステップは、インフロー・センサを用いて１つまたは複数の特性を決定するステップを含む。
【００５０】
第３９の変形例では、第３８のインフロー・センサは、吐き出されてサンプリング・チューブに入る呼気の時間プロファイル、吐き出された呼気の流量プロファイル、サンプリング・チューブに結合されたポンプのポンプ速度プロファイル、吐き出された呼気の圧力プロファイル、吐き出された呼気の二酸化炭素濃度プロファイル、および吐き出された呼気の温度プロファイルからなる群から選択された１つまたは複数を決定するように構成されている。
【００５１】
第４０の変形例では、第３７の変形例における呼気の１つまたは複数のセグメントを抽出するステップは、不所望のセグメントを排出するステップを含む。
【００５２】
第４１の変形例では、第３７の変形例における呼気の１つまたは複数のセグメントを抽出するステップは、１つまたは複数のセグメントを１つまたは複数の格納容器に格納するステップを含む。
【００５３】
第４２の変形例では、第３７の変形例における呼気の１つまたは複数のセグメントを抽出するステップは、可逆フローを備えたポンプを用いて、不所望のセグメントをサンプリング・チューブに戻すステップを含む。
【００５４】
第４３の変形例では、第３７の変形例における呼気の１つまたは複数のセグメントを分析するステップは、麻酔ガス、有毒ガス、アルコール使用に起因する代謝ガス、薬物使用に起因する代謝ガス、疾病に起因する代謝ガス、および水素からなる群から選択された１つまたは複数のガスの特性を分析するステップを含む。
【００５５】
第４４の変形例では、第３７の変形例における呼気の１つまたは複数のセグメントを分析するステップは、複数の呼気からの呼気セグメント、１つまたは複数の呼気の呼気終末濃度、および１つまたは複数の肺胞濃度からなる群から選択された少なくとも１つを分析するステップを含む。
【００５６】
第４５の変形例では、第３７の変形例における１つまたは複数の呼気を格納するステップは、１つまたは複数の呼気を毛細管に格納するステップを含む。
【００５７】
第４６の変形例では、第３７の変形例における１つまたは複数の呼気を格納するステップは、複数の患者からの複数の呼気を格納するステップを含む。
【００５８】
第４７の変形例では、第３７の変形例における１つまたは複数の呼気を格納するステップは、ポンプを用いて呼気をサンプリング・チューブの中に引き込むステップを含む。
【００５９】
第４８の変形例では、第３７の変形例のポンプは可変流量を有する。
【００６０】
第４９の変形例では、呼気サンプリング装置は、吐き出されたガスがその内部で混合することを防止するように構成されたサンプリング・チューブと、サンプリング・チューブに結合されており吐き出された呼気をサンプリング・チューブの内部に捕捉するように構成された第１および第２の弁とを含む。
【００６１】
第５０の変形例では、１つまたは複数の呼気を分析する方法が、１つまたは複数の呼気の１つまたは複数の構成部分を識別するステップと、１つまたは複数の呼気を、その１つまたは複数の構成部分が混合されないように格納するステップと、１つまたは複数の構成部分の少なくとも１つを分析のために識別するステップと、１つまたは複数の構成部分の少なくとも１つを分析するステップとを含む。
【００６２】
第５１の変形例では、呼気を分析する方法が、呼気の１つまたは複数の構成部分が混合されないように呼気を格納するステップと、１つまたは複数の構成部分の少なくとも１つを分析するステップとを含む。
【発明の効果】
【００６３】
本明細書に開示されている変形例は、以下の長所を有し得る。第１に、呼気または複数の呼気が、各呼気および各呼気の各部分に対する正確なタイミングおよび呼気タイプ情報を維持しながら、物理的に格納され得る。これにより、（１つまたは複数の）呼気のいずれかの部分が、関心対象である化学的組成に関して、独立に分析されることが可能になる。また、これにより、呼気または呼気部分が、その呼気タイプを閾値に対して、および、一連の呼気における他の呼気タイプに対して比較し対照させた後で、分析のために選択されることが可能になる。また、これにより、異なる呼気タイプが、異なるタイプの組成分析のために求められ選択されることが可能になる。第２に、本明細書における変形例では、適したサイズの格納装置および適切な分離弁、ガスの空気ルーティング、ならびに正確な弁制御を選択することにより、たとえば呼気終末サンプルなどの呼気サンプルと、周囲もしくは呼気の他の部分または他の呼気とが不所望な混合を生じることが回避される。第３に、本明細書における変形例は、関心対称のガスの相対濃度を維持するために必要なものとして不活性ガスを追加することを含む。これは、収集された呼気の全体的な体積が、装置の周囲を効果的に移動されるまたは測定されるには小さすぎるとき、また、格納されたサンプルの中に周囲の空気が混入するのを防止するには小さすぎるときに、有益であり得る。第４に、本明細書における変形例は、入来する呼気ガスを可変速度で収集するためにガスサンプリングの流量を変動させることを含む。なお、この点については、本出願の譲受人に譲渡されている米国特許出願第１３／７２２，９５０号においてより詳細に説明されている。この米国特許出願における開示は、その全体が、参照によって本明細書に組み入れられる。
【００６４】
別のこととして、呼吸信号の導出は、特定の呼気部分の体積の増加、呼気のより小さな部分をサンプリングすることによる精度の改善、呼気終末濃度、肺胞濃度など、特定の目的を達成するために呼気のセグメント化を決定するための呼気波形の分析のための様々なアルゴリズムを用いて、成し遂げられ得る。これらのアルゴリズムは、１つまたは複数の追加的な呼気の形状および個数に従属する１つの呼気に対するタイムマーカのための判断に影響し得る。これは、特に、たとえば複数の呼気が収集される必要がある既知の病理に対する特定の呼吸パターンが識別される場合に、そうであり得る。サンプリング周期の間に収集された呼気のそれぞれに対してタイムマーカを識別するためのアルゴリズムは、新たな呼気が流入するときに、事後的に調節され得る。次に、呼吸信号から識別されたタイムマーカは、センサによって測定可能であるのに十分な体積を取得するため、相互にグループ化すべき呼気部分を正しく識別するのに、用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ある変形例による、分析器の動作の基本シーケンスの流れ図であり、呼気サンプルのセグメント化は、サンプルのモニタリングおよび捕捉と直列的に生じている。
【図２】ある変形例による、分析器の動作の基本シーケンスの流れ図であり、呼気サンプルのセグメント化は、サンプルのモニタリングおよび捕捉と並列的に生じている。
【図３】ある変形例による、呼気から引き出されつつあるガスに対して行われる二酸化炭素測定に基づく典型的な呼気モニタリング波形の図解である。
【図４】ある変形例による、近位気道において行われる気道圧測定に基づく典型的な呼気モニタリング波形の図解である。
【図５】ある変形例による、たとえば複数の呼気を分析するため、そして複数の物質に関して、別々のガス・サンプルのレジストリを編成することができる例示的な分析器の概略図である。
【図６】ある変形例による、図５に示されている機器による分析のために考察される一連の呼気のカプノメトリ・プロットであり、３つの一定の呼気タイプが、求められ、識別され、捕捉され、分析される。
【図７】ある変形例による、図５に示されている機器による分析のために考察される別の一連の呼気のカプノメトリ・プロットであり、３つの異なるタイプの呼気が、求められ、識別され、捕捉され、分析される。
【図８】ある変形例による、たとえば複数の物質を分析するため、１つまたは複数の呼気からのガス・サンプルのレジストリを編成することができる別の例示的な分析器の概略図である。
【図９】ある変形例による、図８に示されている機器による分析のために考察される一連の呼気のカプノメトリ・プロットであり、ある一定の呼気タイプが、求められ、識別され、捕捉され、分析される。
【図１０Ａ】ある変形例による、図８に記載されている分析器のサンプル収集部の空気圧の概略図であり、複数の呼気の呼気終末部分がサンプル・コンパートメントに格納されている。
【図１０Ｂ】ある変形例による、図８に記載されている分析器のサンプル収集部の空気圧の概略図であり、複数の呼気の呼気終末部分がサンプル・コンパートメントに格納され、不活性または非呼気終末ガスによって分離されている。
【図１１】ある変形例による、たとえば複数の異なるサンプルの分析または比較に最も適したサンプルを選択するために、別々のサンプル・コンパートメントにおける１つまたは複数の呼気からガス・サンプルのレジストリを編成することができる別の例示的な分析器の概略図である。
【図１２】ある変形例による、図１１に示されている機器による分析のために考察される一連の呼気のカプノメトリ・プロットであり、ある一定の呼気タイプが、分析のために、求められ、識別され、捕捉され、そして比較される。
【図１３】ある変形例による、たとえばサンプルの分析に最も適した部分を選択するために、別々のサンプル・コンパートメントにおける１つまたは複数の呼気からガス・サンプルのレジストリを編成することができる別の例示的な分析器の概略図である。
【図１４】ある変形例による、図１３に示されている器具による分析のために考察される一連の呼気のカプノメトリ・プロットであり、ある一定の呼気タイプが、求められ、識別され、サンプル・レジストリに配置される。
【図１５】ある変形例による、図１３に記載されている分析器のサンプル収集部の空気圧の概略図であり、複数の呼気の呼気終末部分がサンプル・コンパートメントに格納され、編成されている。
【図１６】ある変形例による、図１３に示されている器具による分析のために考察される一連の呼気のカプノメトリ・プロットであり、複数の呼気タイプが、以後の分析のために、識別され、サンプル・レジストリに配置される。
【図１７】ある変形例による、図１６に記載されている呼気のサンプルの空気圧の概略図であり、その呼気終末部分を含む複数の呼気がサンプル・コンパートメントに格納され、編成されている。
【図１８】ある変形例による、呼気ガス・サンプルの収集およびセグメント化の例を記載する空気圧の概略図であり、図１６に示されている一連の呼気を考察している。
【図１９】ある変形例による、図１８における例の図解であり、選択された呼気の選択された部分が、以後の組成分析が行われる二次格納サンプル・チューブに送られる。
【図２０】ある変形例による、サンプル・チューブ、ポンプ、二次サンプル・ステージング・チューブおよび組成センサを直列的に備えているシステムの例を記載している空気圧の概略図であり、呼気ガスの部分がサンプル・チューブにおいて編成され、図１６に示されている一連の呼気を考察している。
【図２１】ある変形例による、図２０における例の図解であり、選択された呼気の選択された部分が、以後の組成分析が行われる二次格納サンプル・チューブに送られる。
【図２２】ある変形例による、図２０に記載されているシステムへの別設定の図解であり、患者の吐き出したフローからなどの呼気ガスが別の手段によってサンプル・チューブの中に強制され、サンプル・ガスは、ポンプの使用によって、ステージング・チューブおよび／またはセンサにポンプ移動される。
【図２３】ある変形例による、サンプル・チューブ、バイパス・チューブ、サンプル・プッシュ・チューブ、二次ステージング・チューブ、および捕捉されるべきかまたは放出されるべきかを判断するために呼気または呼気部分をカテゴリ化する時間を提供する遅延チューブを備えた装置の別構成を記載している空気圧の概略図である。
【図２４】ある変形例による、複数のガス組成分析器、および関連するサンプル・ステージング・チューブ、ならびに捕捉されるべきかまたは放出されるべきかを判断するために呼気または呼気部分をカテゴリ化する時間を提供する遅延チューブを備えた装置の別構成を記載している空気圧の概略図である。
【図２５】ある変形例による、図２０に記載されているものと類似のシステムの一例を記載している空気圧の概略図であるが、このシステムは、複数のガス組成分析器、および関連する二次格納チューブを備えている。
【図２６】ある変形例による、図２５に記載されているシステムを示しており、サンプルが、サンプル・チューブから二次ステージング・チューブに運ばれる。
【図２７】ある変形例による、あるバージョンの全体システムのタイミング図であって、サンプル格納チューブが重畳されている異なるタイプの呼気のタイミングを示す。
【図２８】ある変形例による、図２４に記載されているシステムへの別構成を記載している空気圧の概略図であるが、ポンプが、サンプルを患者から引き出し、サンプルを様々なサンプル・チューブおよび気質組成センサに送り、ポンプは、ぜん動タイプのポンプであって、ガス経路におけるガス構成物の編成はポンプによって混乱されない。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
本明細書には、呼気ガス・サンプル・レジストリを作成し、所望のモニタリング、スクリーニングまたは診断目的のために、作成されたレジストリにおける気体を分析するためのデバイスおよび方法が記載されている。示されている実施形態では、例示目的のために、患者の呼気サンプルが、真空の適用により、患者から器具の中へ引き込まれる様子が示されている。しかし、本開示は、真空を適用することなく器具が呼気を収集するために、患者が器具の中に向かって呼吸をする場合にも適用される。
【００６７】
いくつかの変形例では、呼気の異なる構成部分とそれぞれの期間とを識別するために、１つまたは複数の呼吸パラメータが測定され、識別された期間を用いてサンプリング・チューブにおける吐き出された呼気の一部を捕捉するために、空気圧システムが用いられる。いくつかの変形例では、１つまたは複数の弁および／またはたとえば真空ポンプなどのフロー制御機構が、サンプリング・チューブの中に引き込まれる気体の流量を調整するのに用いられる。いくつかの変形例では、呼気の捕捉された部分が、患者の生理学的な状態の指標を求めて、分析される。
【００６８】
測定される呼吸パラメータは、二酸化炭素、酸素、気道圧、気道温度、呼気流量、胸部インピーダンス、横隔膜運動もしくは神経支配、呼吸音、または呼吸振動の中の１つまたは複数を含み得る。呼気の一部の時間間隔を識別することは、その時間間隔の始点、中間点および終点を実質的に識別することを含み得る。
【００６９】
診断用の気体サンプルは、たとえば、溶血などの血流における生理学的状態を診断しようと試みるときなどに、呼気終末周期から採取され得る。説明目的のために、呼気終末の一酸化炭素を測定するために呼気終末気体をサンプリングするための例示的な変形例が、以下に与えられているが、この原理は、他の診断目的にも適用される。
【００７０】
図１は、ある変形例によるデバイスの動作の基本シーケンスを記載している。第１のモジュールまたはアルゴリズム１００は、呼気モニタリングおよび検出機能を実行する。このモジュールでは、人の呼吸パターンが、典型的には、瞬時またはほぼ瞬時センサを用いて、モニタされる。呼吸パターン情報は、呼気および一連の呼気における呼気部分に関して、すべての関連するおよび有用な情報を提供する。この情報は、呼気と呼気部分とをカテゴリ化し典型的に表すために用いられ、時間ベースで、異なる呼気および呼気部分と関連するタイミングを定義する。第２のモジュールまたはアルゴリズム１０４は、呼気サンプル捕捉機能を実行するのであるが、この機能は、呼気モニタリングおよび検出モジュールと並列的に生じ得る。このモジュールでは、収集された気体は、その構成部分にセグメント化され、構成部分が物理的に分離され、または時間もしくは位置識別を用いて識別される。第３のモジュールまたはアルゴリズム１０６は、呼気モニタリングおよび検出モジュールからの情報に基づいて呼気タイプの特徴付けを実行し、各呼気および各呼気部分を、各呼気および部分に関する関連の情報と共に、レジストリの中でカタログ化する。この特徴付けは、予めもしくはリアルタイムで、または、ユーザによって、自動的にもしくは準自動的に定義され得る基準を用いて、なされ得る。たとえば、予め定義された基準は、デバイスのソフトウェアに記憶されている絶対的なまたは相対的な閾値であり得る。あるいは、ユーザが、実行されている特定のテストと関係するある一定の情報を入力することがあり得るし、システムが、基準を定義するためにその情報を用いることがあり得る。あるいは、システムが、一般的な条件に基づいて、または、何らかの呼吸パターンがより高い蓋然性で生じ得る既知のもしくは識別されている患者の病理状態に基づいて、リアルタイムで基準を自動的に確立することがあり得る。あるいは、上述した技術の組合せが、用いられ得る。このモジュールでは、ソフトウェア・アルゴリズムが、どの呼気もしくはどの複数の呼気が、または、どの呼気部分もしくはどの複数の呼気部分が分析されるのか、そして、何の分析のために分析されるのか、を決定する。最後に、第４のモジュールまたはアルゴリズム１０８では、１つまたは複数のサンプルが、その格納位置から、１回または複数回の組成分析のために、関連するセンサに転送される。
【００７１】
図２は、ある変形例に従い、モジュール１００、１０４および１０６が、並列的にもしくは実質的に並列的に、または部分的に並列的に生じ得るデバイスの別の一連の動作を、概略的に記載している。
【００７２】
図３は、ある変形例に従い、鼻などの人の気道から引き出された呼気において測定された二酸化炭素（ＣＯ２）信号の全体からの典型的な呼吸パターンを、時間の関数としてグラフとして記載しており、横軸は時間Ｔを、縦軸はＣＯ２レベル５０を表している。呼気相Ｅの間は、ＣＯ２が排出され、したがって、ＣＯ２レベルは上昇する。吸気相Ｉの間は、周囲の空気が鼻を占領し、したがって、測定されるＣＯ２は実質的にゼロまで減少する。呼気のＣＯ２曲線には、人の呼吸パターン、年齢、どのように呼吸をするのか、およびいずれかの潜在的な急性のまたは慢性の健康状態に基づき、呼気のＣＯ２曲線には、様々な形状が存在し得る。古典的な曲線は、呼気相の間、以下のようなサブポーションを示し得る。すなわち、（１）この気体はＣＯ２が含まれない近位の気道からの気体に過ぎないことがあり得ることにより僅かなＣＯ２を含むまたはＣＯ２を含まない、呼気終末前の気体ＰＥＴＧの開始部分、（２）ゼロから肺の遠位セグメントにおけるＣＯ２レベルまで急速に上昇するＣＯ２を含む呼気終末前の気体ＰＥＴＧの中間部分、（３）その吐き出された呼気に対する肺胞から届くＣＯ２を表すＣＯ２のプラトーまたはレベル・オフを示している呼気終末ガスＥＴＧの終端部、（４）呼気周期の最端部における潜在的に一定のピーク・レベル、および（５）吸気ガス（ＩＧ）の吸気部分である。しかし、この古典的曲線とは異なる多くの別の曲線があり得る。ピークＣＯ２レベルは、呼気終末周期の間は典型的に４〜６％であり、吸気周期の間はゼロに近いまたはゼロに等しい。
【００７３】
いくつかの変形例では、吐き出された呼気におけるＣＯ２レベルは、呼気の周期の継続時間を決定するのに用いられる。さらなる変形例では、呼気の周期の継続時間は、その周期の開始および終了によって特徴付けられ得る。いくつかの変形例では、ＣＯ２レベルは、呼気の周期の継続時間の開始または終了を決定するのに用いられる。いくつかの例は、吸気時間ＴＩと、呼気時間ＴＥと、呼気終末前時間ＴＰＥＴと、呼気終末時間ＴＥＴと、呼気後時間ＴＰＥとを含む。他の変形例では、ＣＯ２レベルの１階導関数が、呼気の周期の開始または終了を決定するのに用いられる。さらに別の変形例では、ＣＯ２レベルの２階導関数が、呼気の周期の開始または終了を決定するのに用いられる。いくつかの変形例では、ＣＯ２レベルおよびＣＯ２レベルの時間導関数の組合せが、呼気の周期の開始または終了を決定するのに用いられ得る。いくつかの変形例では、呼気終末周期の開始は、ＣＯ２レベルの１階導関数における急な減少など、吐き出された呼気のＣＯ２レベルの１階導関数の変化によって決定され得る。いくつかの変形例では、ＣＯ２レベルの１階導関数の減少は、１０％超の減少である。いくつかの変形例では、ＣＯ２レベルの１階導関数の減少は、２５％超の減少である。いくつかの変形例では、導関数は、ゼロに近づくまたはゼロになり、非常に僅かな変化率またはピーク・プラトーをそれぞれ示す。他の変形例では、呼気終末周期の開始は、ＣＯ２レベルの大きな２階導関数によって決定され得る。いくつかの変形例では、呼気終末周期の終了は、最大のＣＯ２レベルによって決定され得るが、この最大のＣＯ２レベルは、ＣＯ２レベルの１階導関数が符号を変更することによって検出または確認され得るのであって、これは、この導関数が、ＣＯ２レベルがそのピーク値から減少することと関連する負の値になると、生じる。さらなる変形例では、最初の周期の開始は、ＣＯ２レベルの１階導関数の急な増加によって、決定され得る。他の変形例では、最初の周期の開始は、ＣＯ２レベルがゼロのＣＯ２レベルから増加することによって、決定され得る。いくつかの変形例では、中間周期の終了は、ＣＯ２レベルの１階導関数が突然に減少するなど、吐き出された呼気のＣＯ２レベルの１階導関数の変化によって、決定され得る。いくつかの変形例では、ＣＯ２レベル、その１階導関数、またはその２階導関数は、１つまたは複数の周期の開始および終了を決定するのに用いられ得る。別の変形例では、ＣＯ２波形の形状を分析するのに、パターン一致アルゴリズムが、用いられ得る。他の呼気から生じるガスが、呼吸曲線を測定するために、ＣＯ２の代わりに用いられることがあり得る。たとえば、呼気よりも吸気の間の方がより高い酸素濃度を示し得る酸素を、測定することが可能である。呼吸パターンは高速応答ＣＯセンサによって瞬時にまたは実質的に瞬時に測定され得る、ということも考えられる。この場合、図１を参照すると、センサ１０は、呼吸パターンを示し呼気終末ＣＯレベルも測定する高速応答ＣＯセンサであり得る。以後で説明される様々な呼気の認定および不認定の変形例を適用した後で、認定された呼気のＣＯレベルが、結論として報告され得る。
【００７４】
図４は、ある変形例に従った、測定された気道圧の視点からの、典型的な呼吸信号の図解であり、気道圧７４が垂直軸上に、時間Ｔが水平軸上に、示されている。気道圧は、吸気フェーズの間は負の圧力を、呼気フェーズの間は正の圧力を、示している。典型的に、安静時の呼吸の間には、ピークの呼気圧力は、吸気フェーズの中間と呼気終末周期の開始とに対応し得る。図３および図４では、ＴＩ、ＴＥ、ＴＰＥＴ、ＴＥＴ、およびＴＰＥは、それぞれが、吸気時間、呼気時間、呼気終末前の時間、呼気終末時間、および呼気時間後を表す。吸気ポーズも存在することがあり得るが（図示せず）、この吸気ポーズでは、吸気の間の肺の筋肉の運動が、呼気周期が開始する前に、休止される。鼻孔の入口で測定されるときに、ピークの吸気圧力は、静かな呼吸の間は−１から−４ＣＷＰであり得るし、より深い呼吸の間は−１５ＣＷＰに至り得るのであり、ピークの呼気圧力は、静かな呼吸の間は＋０．５から＋２．０であり得るし、より深い呼吸の間は＋１０ＣＷＰに至り得る。気道圧は、サンプリング・カニューレ内の副腔を用いてカニューレの長さを伸長させて測定することも、サンプリング・カニューレにＴ字官で接続することによって、もしくは、感知用トランスジューサを患者の気道に配置することによって測定することもできる。
【００７５】
いくつかの変形例では、気道圧は、呼吸周期の開始または終了を決定するのに用いられる。他の変形例では、気道圧の１階時間導関数が、呼吸周期の開始または終了を決定するのに用いられる。さらに他の変形例では、気道圧の２階時間導関数が、呼吸周期の開始または終了を決定するのに用いられる。いくつかの変形例では、気道圧および気道圧の時間導関数が、呼吸周期の開始または終了を決定するのに用いられ得る。いくつかの変形例では、呼気終末周期の開始が、最大気道圧によって、すなわち、気道圧の１階導関数のゼロ点によって決定される。いくつかの変形例では、呼気終末周期の終了が、気道圧のゼロ点によって決定され得る。いくつかの変形例では、気道圧、その１階時間導関数、またはその２階時間導関数が、１つまたは複数の周期の開始と終了とを決定するのに用いられ得る。いくつかの変形例では、パターン一致アルゴリズムが、呼吸の関連する時間マーカを識別するのに用いられ得る。
【００７６】
いくつかの変形例では、呼吸センサが、時間経過に伴う人の呼吸をモニタし、呼吸パターンの特性である連続的に更新される値を決定することによって、呼吸パターンの傾向を把握する。たとえば、呼吸信号の正の値のピークが、各呼吸に対して測定および更新され得る。ピーク値は、以前のピーク値と比較され得る。ピーク値は、以前の複数回の呼吸にわたって平均化され得る。同様に、呼気時間など、時間に関する呼吸態様の傾向が、把握され得る。呼吸に関しており通常の呼吸ではない様々な事象が識別され得るのであるが、これらの通常でない呼吸事象を不注意にも決定ステップに含めないために、例外アルゴリズムが存在し得る。たとえば、くしゃみ、咳、連続した呼吸、または完全でない呼吸に関する特徴的な波形は、前もってまたは特定の患者のモニタリングに基づいて定義され得るのであって、呼吸センサによって検出されると、適切な決定アルゴリズムから除外される。
【００７７】
図５は、吐き出された呼気を捕捉するためのデバイスのある変形例の概略的な図解であり、複数のサンプル収集チューブと複数のサンプル組成分析器とを備えている。空気流路３１４、空気接続３１６、および電気接続３１８が示されている。このシステムは、サンプリング・カニューレ１と、サンプル収集および分析器具２とを含む。ガスは、たとえば、サンプリング・カニューレ１とフロー生成器１２とを用いて、患者から引き出され得る。フロー生成器の流量は、たとえば、呼吸流量計のように配列された圧力センサ・アレイ１６および２８などのフロー・トランスジューサによって、測定され得る。測定された流量は、フロー生成器の流量を制御する閉ループフィードバック制御として、用いられ得る。カプノメータ１０または圧力センサ１６などの呼吸センサが、呼吸パターンをリアルタイムで測定するのに用いられる。たとえば、図６に示されている呼気Ａ’、Ｂ’およびＣ’からのような、呼気の所望部分からのガスまたは被検物は、格納収集コンパートメントＡ、ＢおよびＣにおいて捕捉され分離される。格納コンパートメントに入るガスは、ＶＡ１、ＶＢ１およびＶＣ１をそれぞれ用いるコンパートメントＡ、ＢおよびＣのためのコンパートメント入口弁など、少なくとも１つの弁によって制御される。たとえば、弁ＶＡ１を用いて示されているように、共通ポートＣは、常に開いており、出口ポートは、「Ａ」にあって、格納コンパートメントにおいてガスを収集および分離するか、または、「Ｂ」にあって、格納コンパートメントをバイパスする。分析のために捕捉されていないガスは、バイパス管路１０００、２０００および３０００を経由して、格納コンパートメントから遠ざかる方向に運ばれる。捕捉されたガスは、格納コンパートメントＡ、ＢまたはＣから、ＣＯセンサ、Ｈ２センサ、ＮＯセンサ、ならびに他のガスおよび非ガス・センサなどのガス組成分析器ＳＡ、ＳＢおよびＳＣを通過して送られる。サンプル・コンパートメントをさらに分離するように制御される格納コンパートメントの出口弁ＶＡ２、ＶＢ２およびＶＣ２、ならびにガス分析器ＳＡ、ＳＢおよびＳＣとフロー生成器１２との間にあって排出されるガスを方向付ける、または、ガス分析器を通じて、捕捉されたサンプルを引き込むのに用いられる弁ＶＡ３、ＶＢ３およびＶＣ３が存在し得る。マイクロプロセッサ２４を有する制御システム２２は関連するアルゴリズムでシステムを制御し、ユーザインタフェース３０はユーザがシステムと対話することを可能にする。周囲入口３２は、システムが不所望のガスを排出するために、または、基準測定のために、提供される。入口弁ＶＩは、ガス入口ソースを制御するために提供される。フロー生成器は、ダイヤフラム・ポンプなど、真空もしくは圧力ポンプであり得るし、または、真空源、正の圧力ソースからのベンチュリ管またはシリンジ・ポンプなど、別のタイプのフロー生成デバイスであり得る。ガスのルーティングを管理する弁は、示されているように３ウェイ２ポジション弁という配列であり得るし、または、４ウェイ３ポジション弁という配列であり得る。カプノメータは、もし用いられる場合には、赤外線（ＩＲ）を用いて呼吸パターンを瞬時に測定する。あるいは、ＩＲセンサが、Ｏ２など、他のガスまたは複数のガス・タイプのために、調整され得る。ガスまたは被検物組成分析器のいくつかの例は、反応時間を有する電気化学センサ、ガス・クロマトグラファ、質量分析計、またはＩＲなどの高速応答時間センサである。サンプル格納コンパートメントは、断面積を減少させることにより、管路の長さ方向に沿ったガス分子の相互作用を減少させるために、内径が小さく比較的長さが長いチューブまたは管路であり得る。サンプリング・カニューレは、たとえばシリコーン、ウレタンまたはウレタン・ブレンドの熱硬化プラスチック、または、たとえばＰＶＣ、Ｃ−ＦＬＥＸなどの熱可塑性プラスチックなどの、いずれかの軟質で耐ねじれ性のプラスチックで構築され得る。他の材料も用いられ得るのであって、上述のリストは例示であり限定的ではないものと読まれるべきである。カニューレはある範囲の内径を有し得るのであるが、いくつかの変形例では、カニューレは、呼気ガスが、部分を超えた混合を減少させることができるように呼気部分の間に定義可能な境界を有する円柱状の行動に従うように、０．０８０インチ（０．２０３２ＣＭ）未満の直径を有する。いくつかの変形例では、内径は、０．２５インチ（０．６３５ＣＭ）、０．３０インチ（０．７６２ＣＭ）、０．３５インチ（０．８８９ＣＭ）、０．４０インチ（１．０１６ＣＭ）、および０．４５インチ（１．１４３ＣＭ）を含む、０．２０インチ（０．５０８ＣＭ）と０．５０インチ（１．２７ＣＭ）との間である。他の変形例では、内径は、上述の内径と異なり得るが、ガスの混合を防止するように構成され得る。別の実施形態では、サンプリング・カニューレではなくて、マウスピースまたは他の管路が提供され得る。
【００７８】
本明細書で用いられているように、サンプル・コンパートメントは、ガスがコンパートメントに格納されているときには、ガスの時間感知性の特性が保存されるときに、「混合を防止」する。たとえば、ガスのパラメータが呼気の間に変動する場合には、サンプル・コンパートメントは、呼気の関連するタイミングに関してパラメータの変動を保存するときには、混合を防止する。このようにして、サンプリング・チューブは、ガスの部分を、別々の物理的位置に保持すると考えられ得る。しかし、「別々の物理的位置」という用語は、そのようなサンプル・コンパートメントには限定されない。後述されるように、別々の物理的位置は、別々のサンプリング容器を含み得る。このようにして、ガス部分の配置は、混合を防止するように構成されたサンプル・コンパートメントの内部の位置またはそれが格納されている別々のサンプリング容器であり得る。
【００７９】
図６は、ある変形例に従った、たとえば、カプノメトリ５０に関し、また、システムによってモニタされている一連の呼気Ｂ１からＢ２４に関しての、時間Ｔに対する呼吸パラメータ信号の図解である。この例では、システムは、患者の通常の１回換気量を表す通常の呼気を捕捉し分析することを試みる。呼吸信号の１回換気量ピーク値３０１および１回換気量のベースライン値３０２など、呼吸タイプの閾値が、確立され得る。たとえば、通常の１回換気量の呼吸は、実際のピーク信号振幅または呼吸と閾値３０１とを比較することによって決定され得るのであるが、たとえば１０％など、ある一定のパーセンテージの範囲内であれば、それは、通常の１回換気量の呼吸として分類され得る。継続時間閾値は、吸気時間ＴＩ、呼吸周期時間ＴＢＰ、呼気時間ＴＥまたは呼気終末時間ＴＥＴなど、例における呼気Ｂ１３において、３０６、３０４、３０８および３１０それぞれとして示されている呼気を選択するのに用いられ得る。閾値は、前もって、または、検査の最中に、決定され得る。示されている例では、患者は、呼気Ｂ２とＢ１５との間で、呼吸振幅およびベースラインが一貫していないという点で、いくぶん異常な呼吸をしている。閾値は、１つまたは複数の周波数パラメータ、１つまたは複数の振幅パラメータおよび１つまたは複数のリターン・ベースライン・パラメータに対して、決定され得る。図１のモジュール３  １０６によって判断されるように、呼吸がこれらの基準を満たしていない場合には、それらの呼吸は、分析のためには、廃棄される。示されている例において、呼気１７、１８および１９の呼気終末サンプルＡ’、Ｂ’およびＣ’は、システムによって設定された基準を満たしており、これらの呼気は、分析がなされるサンプルとして指定される。
【００８０】
図７は、ある変形例に従った、別の一連の呼気Ｂ１からＢ１９の図解である。この一連の呼気では、様々な人工物およびおかしな呼吸タイプが例示されている。呼気Ｂ１と呼気Ｂ３との間では、高周波ノイズが、呼吸信号上に生じている。呼気Ｂ３と呼気Ｂ７との間では、呼吸スタッキングが生じている。呼気１１は部分呼気であり、呼気Ｂ１４は通常の呼気よりも大きい。この例示的な場合には、３つの異なる分析が望まれる。すなわち、保持された吸気の後の呼気終末ガスがその特定の分析のために望まれる第１の分析、通常よりも深い呼吸からの呼気終末ガスがその分析のために望まれる第２の分析、および定常呼吸条件の最中における通常の１回換気量の呼吸がその分析のために望まれる第３の分析である。呼気Ｂ９、Ｂ１４およびＢ１７は、これら３つの分析それぞれのために選択され、これらの呼気からのサンプルＡ’、Ｂ’およびＣ’がシステムによって捕捉される。呼吸レジストリ・データベースは、呼吸分析モジュールにおいて適切なガス・サンプルを図５のＡ、ＢおよびＣなどのサンプル・コンパートメントと適切なセンサＳＡ、ＳＢおよびＳＣに送るのに用いられるすべての必要な情報を含む。
【００８１】
図８は、ある変形例に従った、１つのサンプル・チューブと複数のセンサとを備えた呼吸サンプル分析レジストリ・システム１０２のあるバージョンのシステム図である。このシステムは、１つまたは複数のサンプルを収集するのに用いられるサンプル・チューブ１８と、複数のセンサおよび／または異なるタイプのセンサＳＡ、ＳＢおよびＳＣのセンサ・アレイと、不所望なガスがサンプル・チューブにおけるガスをバイパスすることを可能にするバイパス・チューブ２０と、サンプルを適切なセンサにプッシュするプッシュ・チューブ２１とを含む。患者からのガスは、カニューレ１によってまたは別のタイプの管路によって、引き出され、周期空気は、システムからの排出または基準測定のために、管路３２を通過して引き入れられる。不活性ガス貯留槽５１０は、ガス・サンプルを分離するために、または、基準測定のために、含まれ得る。図解されていないが、キャリブレーション・ガスまたは物質もまた、含まれ得る。追加的なセンサ２６が、ガス流量を測定するために、または、冗長呼吸信号センサとして、含まれ得る。必要とされないガスは、ポート３３から排出され得るし、分析されたガスは、ポート２９から排出され得る。この例では、様々な呼吸、様々な呼吸の特定の部分または１つまたは複数の呼吸の様々な部分からのガスが、サンプル・チューブにおいて捕捉される。サンプル・チューブ内部の各サンプルの位置は、呼吸パターンセンサ１０およびオプションであるセンサ２６の信号、システム全体でのガスの流速、およびシステムのタイミングの詳細から既知である。呼吸レジストリ情報の検討の後で、システムは、どのサンプルを分析すべきかを決定し、それらのサンプルがどこに配置されているかを正確に知っているから、それらのサンプルを所望のセンサに送ることができる。
【００８２】
図９は、ある変形例に従った、時間経過に伴う一連の呼気Ｂ１からＢ１９の図解であり、これらは、カプノメトリなどの呼吸信号パラメータに基づいている。たとえば、図８に記載されているシステムが、通常の１回換気量の呼吸の呼気終末ガスにおける３つの異なる物質を分析するために選択される場合には、サンプル捕捉アルゴリズムが、呼気Ｂ８、Ｂ１０、Ｂ１３、Ｂ１６、Ｂ１７およびＢ１８の呼気終末サンプルＡ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’、Ｅ’およびＦ’を収集して、収集されたサンプルを個別のセンサに送る。
【００８３】
図１０Ａは、ある変形例に従った、図８に示されているサンプル・チューブ１８の空気圧概略図であり、図９に示されている一連の呼気を考察している。呼気終末サンプルＡ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’、Ｅ’およびＦ’は、サンプル・チューブにおいて、それらの既知の位置を用いて、捕捉される。次に、たとえば、サンプルＡ’およびＢ’は第１の物質の分析のためにセンサＳＡに送られ、サンプルＣ’およびＤ’は第２の物質の分析のためにセンサＳＢに送られ、サンプルＥ’およびＦ’は第３の物質の分析のためにセンサＳＣに送られる。この例では、３つの分析、１分析当たり２つの呼気終末サンプル、および通常の１回換気量の呼吸が記載されているが、これらは例示に過ぎないのであって、分析の数、１分析当たりのサンプル数、呼吸の部分、呼吸のタイプについては、任意のものが考察される。図１０Ｂは、ある変形例に従った、図１０Ａにおける例に対する別の例を記載しており、この場合には、Ｎ２のような不活性ガスなどであるガスＡＧ、または、周囲空気など分析が行われる物質を含まないガスが、サンプルを分離するのに役立つように、サンプル・チューブの中の複数のサンプルの間に挿入される。このオプションである変形例は、本明細書の全体で示されている別のシステムを通じて、用いられ得る。
【００８４】
図１１は、ある変形例に従った、複数のサンプル・チューブＸ、ＹおよびＺ、ならびにガス組成センサ１４で構成される別の呼気分析レジストリ・システム４０２の概略図である。異なる呼気からの、または、１つまたは複数の呼気の異なる部分からのガスが、サンプル・チューブＸ、ＹおよびＺの中に捕捉されている。各サンプル・チューブにおける構成ガス部分は、既知である。サンプル・チューブにおけるサンプルは、入口および出口弁ＶＸ１、ＶＹ１、ＶＺ１、ＶＸ２、ＶＹ２およびＶＺ２によって、それぞれ分離されている。組成センサ１４への入口は、ポート３３を通過して不所望のガスを排気し得るまたはガスもしくは被検物をセンサ１４に提供し得る弁Ｖ１１によって、制御される。システムが捕捉するまたは分析することを望まないガスは、バイパス・チューブ２０を通過して、サンプル・チューブをバイパスし得る。サンプルが捕捉され分離された後で、そして、呼気タイプおよび位置情報がレジストリの中に完全に記録された後で、たとえばコンパートメントＸの中のサンプルをセンサ１４に進ませるために、弁を切り換え、周囲ポート３２を通過して引き込まれた周囲の空気を用いて、バイパス・チューブ２０を通過し、ポンプ１２を通過し、プッシュ・チューブ２１を通過してサンプルをプッシュすることによって、サンプルを分析のためにセンサに送ることができる。各サンプル・チューブにおける各サンプルは、同様にして、センサによって分析され得る。比較および平均化のために３つの類似の呼気からサンプルを取ることが可能であるし、または、複数の異なる診断目的のために異なるタイプの呼気からサンプルを取ることが可能である。
【００８５】
図１２は、ある変形例に従って、図１１におけるシステムによる分析のために考察される一連の呼気Ｂ１〜Ｂ１１を示している。この場合には、３つの通常の呼気からの呼気終末ガスが、分析のために求められ、結果的に、呼気Ｂ４、Ｂ８およびＢ１０からサンプルＸ’、Ｙ’およびＺ’が捕捉され、これらが図１１のサンプル・コンパートメントＸ、ＹおよびＺに登録される。あるいは、システムを、他のサンプリングおよび分析のためにプログラムすることも可能である。
【００８６】
図１３は、ある変形例に従った、１つのサンプル・チューブ１８と、１つの組成センサ１４とで構成される別の呼気分析レジストリ・システム５０４の概略図である。呼気または一連の呼気からのガスが、サンプル・チューブ１８に格納される。システムが格納することを望まないガスは、バイパス・チューブ２０を通過して格納チューブをバイパスし、排気ポート２７から外に出る。既に説明されたように、サンプル・チューブに格納されているガスは、呼気タイプ、呼気部分、およびサンプル・チューブでの位置に関して、サンプル・レジストリにおいて特徴付けられている。図１４および図１５に示されているこのシステムの実装例では、ある変形例に従って、基準を満たしており一連の呼気からの選択された呼気からの呼気終末サンプルが、サンプル・チューブに収集される。たとえば、呼気Ｂ２、Ｂ３、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０、Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７およびＢ１８の呼気終末は、一定の初期基準を満たし、サンプル・チューブ１８において捕捉され、サンプル１９のレジストリを作成する。これらの呼気の他の部分および他の呼気が、それら全体として、システムを通過しバイパス・チューブ２０を通過して排出される。一連の呼気全体の分析の後で、呼気Ｂ１８からの呼気終末サンプルが分析のために選択され、サンプル・チューブ・ガスは、周囲入口３２からのプッシュ・チューブ２１における周囲空気によって押され、分析に関しては排除されるガスは、システムを通過して一掃排出ポート３３から排出され、呼気Ｂ１８からのサンプルは、組成センサ１４を通過して送られるということが、たとえば決定され得る。あるいは、サンプル・チューブに収集されたすべてのサンプルが、分析のために、センサ１４に送られることもあり得る。図１３のシステムの別の実装例では、一連の呼気Ｂ１からＢ１０からのすべての呼気は、図１６および図１７に記載されているように、サンプル・チューブに格納され得る。図１６では、ある変形例に従い、一連の呼気は、上側のグラフにおけるカプノメトリ・センサおよび下側のグラフにおける気道圧力センサによって特徴付けられることにより、各呼気のタイプが完全でおよび正確に特徴付けられ得るのであって、各呼気の構成部分は、時間の関数として、そしてさらにサンプル・チューブにおける位置の関数として正確に定義され得る。図１７では、図１３のシステムのサンプル・チューブが、ある変形例に従い、概略的に示されている。図１７に示されているように、各呼気Ｂ９からＢ１の各呼気部分の位置は、上述されたように、入手可能な情報に基づいて、サンプル・チューブにおいて既知であり得る。レジストリ１９における呼気タイプ情報に基づき、システム・アルゴリズムは、どの呼気のどの呼気部分が分析のために選択されるか、どの時点で、ポート３３を通じて不所望のガスがシステムから排出され、選択された部分がガス組成センサ１４に送られるのか、について決定する。いくつかの実施形態では、追加的なストレージが排出ポートの出力部に提供されることがあり得るのであって、以後の再サンプリングのための順方向および逆方向の移動を可能にする。
【００８７】
図１８および図１９は、第１のサンプル・チューブと、弁Ｖ４と弁Ｖ５との間にサンプル・ステージングのための二次エリアとが存在する変形例を記載している。この構成では、複数のシーケンシャルな呼気が、図１８に示されているように、一次サンプル・チューブ１８に格納され得るのであるが、その次に、レジストリ情報およびシステム・アルゴリズムに基づいて、様々な呼気の終末部分などの所望の部分が、プッシュ・チューブ２１における周囲空気によって、他のガスが弁Ｖ４のポートＢにおいてシステムの外へ排出される間に、弁Ｖ４と弁Ｖ５との間の二次ステージング・チューブに送られる。二次チューブに送られた後の分析のために選択されるガス部分は、図１９に示されているが、呼気Ｂ４、Ｂ６、Ｂ７およびＢ８からのサンプルを含んでおり、これらは、次に、分析のために、組成センサ１４に送られる。分析に関して拒絶された他のサンプルＢ５は、弁Ｖ４のポートＢから外へ排出され得る。
【００８８】
図２０および図２１は、第１のサンプル・チューブ１８と、弁Ｖ４と弁Ｖ５との間にサンプル・ステージングのための二次チューブとが存在する変形例を記載している。この構成では、一連のシーケンシャルな呼気などの複数の完全な呼気が、図２０に示されているように、一次サンプル・チューブに格納され得るのであるが、その次に、レジストリ情報およびシステム・アルゴリズムに基づいて、様々な呼気の終末部分などの所望の部分が、弁ＶＩを通過して入ってくる周囲空気によって、他のガスが弁Ｖ４のポートＡにおいてシステムの外へ排出される間に、サンプル・チューブの中から、弁Ｖ４と弁Ｖ５との間の二次ステージング・チューブに送られる。二次チューブに送られた後の分析のために選択されるガス部分は、呼気Ｂ１、Ｂ２およびＢ３の終末部分として、図２１に示されており、これらは、次に、分析のために、組成センサ１４に送られる。呼気終末サンプルを分析することがこの例において再び示されているが、これはやはり例示であって、測定されることが望まれる呼気部分は、関心対象である根底にある状態を診断するために呼気の最も関連する部分を測定することの必要に応じて、呼吸サイクルの中の任意の場所にあり得ることが、注意されるべきである。図１８および図２０のシステムは患者からサンプルを引き出すためのポンプの使用を記載しているが、それとは異なる態様が図２２に示されているように、呼気サンプルＢ１、Ｂ２およびＢ３は、ある変形例に従って、患者ＰＴからの呼気の力を経由してサンプル・チューブ１８の中に提供され得る。次に、サンプルの収集およびレジストリのルーチンが実行された後で、ポンプ１２が、ガス・サンプルであるＢ１、Ｂ２およびＢ３を、Ｖ４の排出ポートＡから外へ、または、Ｖ４とＶ５との間のステージング・チューブおよび最終的にはセンサ１４へ、運ぶことができる。
【００８９】
図２３は、呼気からの呼気終末ガス・サンプルがサンプル・チューブ１８の中にルーティングされ、他方で、呼気の他の部分はサンプル・チューブを回避しバイパス・チューブ２０を通過してルーティングされる変形例を記載している。やはり、レジストリ情報およびシステム・アルゴリズムに基づいて、廃棄されると決定されたサンプルは、ＶＩから引き込まれたプッシュ・チューブ２１における周囲空気によって、弁Ｖ４の排出ポートＢを通過して送られ、他方で、選択された１つまたは複数のサンプルは、Ｖ４とＶ５との間の二次チューブに、そして最終的には組成センサ１４に運ばれる。示されている例では、呼吸信号センサ１０とサンプル・チューブの入口弁Ｖ１との間に位置決めされた遅延チューブ５１０が存在し得るが、それによって、システムのアルゴリズムは、サンプル・チューブ１８において呼気サンプルを収集すべきか、または、バイパス・チューブ２０を通過してサンプルを廃棄すべきかを決める十分な時間を有することになる。示されている例では、呼気Ｂ４、Ｂ５およびＢ８からの呼気終末サンプルが測定のために収集され、他の呼気は廃棄される。
【００９０】
図２４は、ある変形例を示しているのであるが、この変形例では、選択された呼気からの呼気終末サンプルが、呼気レジストリ情報に基づいて、１つまたは複数のサンプル・チューブに格納され、他方で、呼気または呼気の部分が弁Ｖ８のポートＡを通じて排出される。たとえば、ある呼気部分が、センサＳＣＯによるＣＯ分析のために、弁Ｖ４と弁Ｖ５との間のコンパートメントに転送され、別の呼気部分が、センサＳＨ２によるＨ２の分析のために弁Ｖ６と弁Ｖ７との間のコンパートメントに転送され、別の呼気部分が、センサＳＯによる何らかの他の被検物の分析のために弁Ｖ８と弁Ｖ９との間のコンパートメントに転送される。組成分析の前に干渉を生じる化合物をフィルタで除去するために、プレセンサ・フィルタ５１２が、１つまたは複数の組成センサの前に提供され得る。そのようなフィルタは、アルデヒド、アルコール、ケトン、水素またはそれ以外の干渉を生じる物質を、除去し得る。この例では、遅延チューブ５１０が含まれていることにより、サンプルを廃棄するのかまたは保持するのかを決定し得る前に、さらに、保持しているサンプルをどの組成センサにルーティングすべきかを決定するために、呼気タイプ情報を分析するためのおよび呼気レジストリにおける情報を照会するための十分な時間が存在する。典型的には、遅延チューブは、１秒〜１０秒を導入する。あるいは、遅延チューブが６０秒までの遅延を導入することがあり得るが、それにより、サンプルを分析するのかまたは破棄するのかを決定する前に、多くの呼気からの情報が、この場合は遅延チューブ５１０の内部にあるレジストリに、カタログ化される。
【００９１】
図２５および図２６はある変形例を記載しているが、この変形例では、ガスが、一連の複数の呼気からサンプル・チューブ１８の中に引き出され、サンプル・レジストリが作成され、次に、たとえば呼気終末部分などの呼気部分が、二次格納チューブに、そして最終的には組成センサに送られ、他方で、変形例に従って、残っているガスは、弁Ｖ８のポートＡから排出される。特に、呼気Ｂ１、Ｂ２およびＢ３は、それら全体が、サンプル・チューブ１８に入り、レジストリにカタログ化される。システムが分析のための動作の方針を決定すると、選択された呼気の要求される部分が、センサＳＣＯ、ＳＨ２およびＳＯに送られる。サンプルは、組成分析を実行することが必要な場合には、弁Ｖ４と弁Ｖ５、弁Ｖ６と弁Ｖ７、および弁Ｖ８と弁Ｖ９との間の二次格納コンパートメントに格納され得るのであるが、複数の呼気の部分が収集され分析の前に格納されることが必要な場合、最小限の体積が必要とされている場合、または複数の呼気にわたる平均化が望まれる場合が、そのような場合であり得る。
【００９２】
図２７は、サンプル格納チューブの空気圧概略図の下に、異なるタイプの呼気のタイミング・トレーシングが重ね合わせられている変形例を示す。この図は、格納容積、３つの弁およびポンプを備えたシステムのある実装例を示しており、それに加えて、上部のトレーシングにおけるＣＯ２濃度に基づく呼気波形の仮想的な一連のタイプも示されている。同様の波形は、瞬間的な流量、圧力を測定することによって、または、他の手段によって取得され得る。いくつかの情報が、呼気の物理的格納と共に格納され得るのであって、それが、呼気部分の事後的な識別を可能にする。複合的な仮想的な呼気は、８つの異なる呼気タイプを含む。（ラベルＸが付された）呼気Ｂ１は、通常の健康な呼気を表し得る。（ラベルＹが付された）呼気Ｂ２は、ぜんそくの呼気またはそれ以外の呼吸障害を表し得る。呼気Ｂ２と呼気Ｂ３との間には、非呼吸的な活動の短いバーストが存在し得るが、これについては、考察されないことがあり得る。呼気Ｂ３は著しく小さな振幅を有するが、これは、劇的に低下された循環と小さな呼気体積の結果であり得る。呼気Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６およびＢ７は、浅く速い呼吸を伴う過呼吸を表し得る。最後になるが、（ラベルＺが付された）最後の呼気Ｂ８は、無呼吸事象の後の呼気の結果であり得るのであって、通常の呼吸とは非常に異なる根底にあるガス濃度を伴っている。吐き出されたガスは、ポンプなしで、または、ポンプを用いることによって、格納容積に格納され得る。弁Ｖ１は、格納容積への入口を開放する。弁Ｖ２は格納容積の出口を閉鎖する。格納容積チューブの長さは、与えられている臨床的パラダイムのために収集されることが必要である呼気の個数に依存する。ポンプを用いない格納容積の容積、内径および長さは限定されており、呼気波形の歪みを生じさせ、ガスの混合を増加させる。しかし、複数のサンプルがポンプを動作させられない場所で採取されなければならない場合には、または、（大規模な緊急状況における場合にそうであるように）複数のサンプルが複数の患者から並列的に収集されてシーケンシャルに分析されなければならない場合には、これは、容認可能な精度損失であり得る。以下の説明では、サンプル収集周期の間にポンプを動作させることを含むが、ポンプの動作はサンプル収集と必ずしも結合されていないことが理解されるべきである。患者が格納チューブの中に呼吸をすると、ポンプは、吐き出された呼気をサンプル容積の中へ引き出すことの助けになる。ポンプ速度は、予測される呼吸速度と一致するように選択されることが可能であり、呼吸速度の変化に応答して変動され得る。サンプルが収集された後で、弁Ｖ３とポンプ動作との組合せ（弁Ｖ１および弁Ｖ２によって、空気または不活性ガスが格納サンプルから入り込み流れることが可能になることがその後に続く）が、格納されている呼気の関係する部分を選択的に選ぶのに用いられる。弁Ｖ３は３ウェイ弁であり、図２８に記載されているように、排気（または、以後の分析のための他のストレージ）に接続された第１の出口、および一連のセンサに接続された第２の出口を備えている。コンピュータ駆動アルゴリズムが、根底にある格納されている波形の急峻なセグメント化を可能にする速度で、「排気」から「分析」に弁Ｖ３を選択的に切り換え得る。
【００９３】
分析のいくつかの例が、図２７に示されており、以下で説明される。分析ＡＡ：測定の主な目的の１つが、（Ｈ２濃度を測定する場合のように）解析される終末呼気の体積を最適化することである場合には、終末呼気の関連する部分が、ＸおよびＹのラベルが付されている呼気Ｂ１およびＢ２から、相互にグループ化され得る。仮想的な呼気Ｂ８の最後のセクション（右側の、Ｚのラベルが付されている）は、無呼吸または別の臨床的状態の結果であり得るが、これは、通常は分析において考察されないものであり、いくらかの精度を犠牲にして測定のために利用可能な全体的なガス体積を増加させるために、含ませることが必要となり得る。呼気の部分Ｚを導入することによって精度は低下し得るが、その理由は呼気終末部分よりも多くが考察されるからであり、また、呼気は予測される濃度で安定することはないが、その理由はこれが無呼吸と関係する呼気であって不自然なＣＯ２およびＣＯ含有量を伴うからである。分析ＢＢ：測定の主な目的の１つが精度を最適化することである場合には、呼気Ｂ１、Ｂ２およびＢ３が考察されるが、呼気Ｂ８は考察され得ないのであり、その理由は、最初の３つが調査対象であるガスの濃度についてより安定し得るからである。これは、百万分の１の精度が望まれる呼気終末ＣＯ濃度を測定するときに、そうであり得る。最小限の品質基準に合致する任意の呼気が用いられ得るのであって、その呼気終末部分の全体が理想に満たない場合であっても、それよりも短い部分が用いられる。アルゴリズムが、分析に、どの呼気をどのくらい含めるのかを決定する。分析ＣＣ：過呼吸事象の間、特に、そのような事象が慢性的な臨床条件と関係する場合に、重症度と残存ガス濃度とを計測することは、臨床的な関心であり得る。呼気Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６およびＢ７は、この条件に関して認識され分析される唯一の呼気であり得る。分析ＤＤ：ＣＯ２がある一定の閾値に到達するときに、ガスの肺胞濃度を考察して、それを、より高度な分析のための他のタイプの測定値と比較することが望まれることがあり得るが、その場合には、呼気Ｂ１、Ｂ２およびＢ８の「より幅の広い」部分が最終的に分析される。
【００９４】
図２８は、ある変形例に従った、図２４に記載されているシステムへの別の構成を記載する空気概略図であって、ポンプ１２’が患者ＰＴからサンプルを引き出し、そのサンプルを様々なサンプル・チューブＡ、ＢおよびＣと組成センサＳＡ、ＳＢおよびＳＣとに送るのであるが、このポンプは、ガス経路におけるガス構成要素の編成がポンプによって混乱されないようなぜん動タイプのポンプであり得る。この図は、分析システムのある変形例を示しており、複数の被検物感知手段を含み得る。弁２および３、ならびにポンプは、上述した図２７と同じである。弁Ｖ４、Ｖ６およびＶ８は、それぞれが特定の被検物の感知手段に付属している別々のサンプル・チャンバＡ、ＢおよびＣにそれぞれ接続されている。センサＳＡ、ＳＢおよびＳＣのそれぞれは、単一のガスまたは複数の被検物濃度感知手段であり得る。弁Ｖ８のポートＡにおける排気は、追加的な感知または格納手段に接続され得る。ポンプは、格納容積の２方向への移動とインクリメンタルな分析を可能にするために、双方向的であり得る。たとえば、最初に精度を最適化するために、２段のアルゴリズムが用いられ得るが、呼気１、２および８それぞれの特定の部分Ｘ、ＹおよびＺによって十分でないガス体積が選択された場合には、Ｘよりも前、Ｙよりも前およびＺよりも前に格納容積の追加的なサンプルが、サンプル・チャンバＡに追加されセンサＳＡに提供され得る。この場合には、より多くの体積が利用可能になり得るが、呼気終末部分だけが捕捉されたことの信頼度は、低くなり得る。最後に、調和解析、ウェーブレットおよび一連の他の信号解析ツールを含む非線形アルゴリズムが、格納された呼気パラメータを表す波形に適応的に適用され得るのであって、それにより、呼気のどの部分が分析されるべきかが決定される。リアルタイムの分析または単一の呼気の分析を提供するシステムでは、患者の安定性、呼吸パターンの規則性などについての推定が行われ得る。複数の呼気についての完全な格納を用いると、最良の呼気が、事実に従い選択され分析され得るが、必要な場合には、追加的な呼気または呼気の追加的な部分が、精度、ガス体積またはそれ以外の最適化されるべきパラメータを増加させるために、元のサブサンプルに追加され得る。
【００９５】
図２７および図２８におけるシステムは、１つまたは複数の呼気を格納するために１つまたは複数の弁を備えた長い毛細チューブ１８’を含み得るが、この１つまたは複数の呼気は、以後のオフラインでの化学的分析のために部分ごとのリトリーブが可能である。いくつかの実装例は、（単一または複数の呼気格納のための）長い毛細チューブを含み得るのであって、この毛細管は、オプションとして、（フローの反転が可能な）ポンプと、吐き出されたガスのフローを１つまたは複数のセンサにルーティングする１つまたは複数の弁とに動作的に結合されている。さらに、吐き出されたガスがチューブ１８’に入るまたはチューブ１８’を出るときには、その流量およびそれ以外の流体的パラメータが、フロー通過センサによって（流量、ＣＯ２濃度、温度などについて）測定され得る。また、ポンプにおけるガスの排気は、用いられる場合には、フロー通過センサによっても測定され得る。
【００９６】
本開示のいくつかの変形例は、１つまたは複数の呼気の格納に関し、タイムマーカを備えているのであるが、これは、吐き出される際に、１つまたは複数の呼気が格納チューブに線形にロードされ、流量、圧力、ＣＯ２濃度などを含み得る詳細なタイミング情報が呼気の各物理的位置に対して保存されるコンピュータのシフト・レジスタに類似し得る。格納されている呼気の任意の部分が、複数の呼気の同じ部分を含めて、１組のセンサの中に順方向にロードされ得る。たとえば、ある一定のガスの呼気終末濃度が重要な測定値（すなわち、水素）である場合には、複数の呼気から呼気終末濃度の複数の読取値を取得して、それらを収集し、そして燃料セル・センサを用いてそれらを分析することが必要になり得る。複数のサンプルを収集することが必要であり得る理由は、燃料セル・センサは最小体積のテスト・ガスを要し、また、燃料セルは定常状態に到達するために著しい積算時間を要するからである。これは、質量分析計を含む多数の他のセンサ・タイプについても、真実であり得る。さらに、各呼気は、患者が疾病の存在に起因して呼吸が乱れている場合は特に、異なる形態を有し得る。その場合には、呼気の正しい部分がサンプリングされていることを確認するために、各呼気を別々に分析し、呼気終末部分だけを選択する（または、呼気が十分に画定されていない場合にはいずれの部分も選択しない）ことが必要となり得る。
【００９７】
このプロセスは、別々に保存されているタイミング情報と共に、１つまたは複数の呼気を格納チューブの中に収集すること、そして次に、ポンプとおよび弁の組合せを行うことを通じて、関連する部分だけを１つまたは複数の呼気から１つまたは複数のセンサにルーティングすることを、必然的に伴う。毛細チューブの内径に、特別な注意が払われなければならないのであるが、この内径は、乱流および混合が生じることなく吐き出されたガスが適切に内部を流れることを許容するのに十分なだけ大きく、他方で、ガスの混合を防止するのに十分なほど小さいことが保証されているのである。これは、また、ポンプ速度の選択にも適用されるのであって、ポンプ速度は、ある範囲の呼気を許容するように固定であるか、または、呼気間の差異に対応するように可変でもあり得るが、この点は、米国特許出願第１３／７２２，９５０に記載されている。なお、この米国特許出願は、本出願の譲受人に譲渡されており、この米国特許出願の開示内容は、その全体が、参照によって本明細書に組み入れられる。ポンプ速度に関する情報は、後で、格納チューブにおいてガスを「再サンプリングする」ために用いられ得る。このプロセスは、調節可能なサンプリング・レートを用いるサンプリング装置で、アナログ信号をデジタル的にサンプリングするのと非常に類似している。ある再サンプリング方法は、正確なサンプリング点を選択するために「チャープ」変換を用いることを含む。
【００９８】
本開示は、（１つまたは複数の）呼気格納コンパートメントおよび（１つまたは複数の）分析センサが同じデバイスに存在するような変形例について主に記載しているが、格納コンパートメントおよび分析センサは別々であり得ることが理解されるべきである。たとえば、ガスは、混合を防止するように構成されたコンパートメントに、戸外で捕捉され得る。コンパートメントは、（たとえば、真空ポンプなどの）フロー機構および（たとえば、カプノメータおよびソフトウェアなどの）呼気の特定の部分を判断し記録するための機構と関連する場合もまたは関連しない場合もあり得る。その次に、格納されたガスは、実行される分析のために、実験室に運ばれ得る。実行される分析は、呼気の特定の構成要素を測定すること、および／または、（たとえば、呼気終末部分など）呼気の特定の部分の開始および終了を決定することなど、本明細書で上述された分析のいくつかまたは全部を含み得る。
【００９９】
センサは、燃料セル、ＭＥＭＳ流体センサ、光ベンチ、ガス分光計、質量分析計、およびいずれかの他のタイプのセンサを含み得る。分析されるガスは、吐き出された呼気、麻酔ガス、不所望の吸い込まれたガス（すなわち、毒物、生化学的兵器）または代謝プロセス（アルコール、薬物、疾病など）に起因するガスに伝統的に存在する任意の標準的なガスを含み得る。
【０１００】
ナノチューブ・センサ技術など、新たに誕生しつつある技術が、要求される精度をもってリアルタイムでガス組成物を測定するのに十分に正確であることが判明し得るということも考えられる。したがって、変形例の多くが、本明細書では、呼吸パターン感知センサおよびステップと、ガス組成センサおよびステップとを別々に説明しているが、呼吸感知のステップおよびガス組成分析のステップは、同じセンサによって、潜在的に同時に、実行されることが可能である。そのような装置では、本明細書に記載されている呼気情報レジストリの変形例が、有益であり得るだろう。
【０１０１】
本明細書で用いられている呼気終末という用語は、呼気周期の終了時でのまたは終了に近い時点での吐き出された呼気の部分を指すものと理解され得るのであって、典型的には、人からデッドスペースが吐き出された後であり得る。明細書の全体で例示されている呼気終末ガスにおいてＣＯなどのガスを測定することに加えて、微粒子およびそれ以外の化学物質などガスでないものも同じ態様で測定されると考えられる。
【０１０２】
本発明の変形例に関する上述の記載において、図面に記載されている動作のシーケンスは、可能性のあるすべての順列として組み合わされることが可能である、ということが注意されるべきである。さらに、例ではＥＴＣＯ測定を記載しているが、それらは、たとえば水素など、他のガスに適用し得る。明細書全体に提供されている例は本発明の原理を例証するものであって、当業者によれば、様々な修正、改変および組合せを、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、行い得る。本明細書に開示されている様々な呼気測定およびサンプリング・デバイスの任意の変形例は、任意の他の呼気測定およびサンプリング・デバイスまたは本明細書に開示されている呼気測定およびサンプリング・デバイスの組合せの特徴を含み得る。したがって、添付の特許請求の範囲による以外に、本発明が限定されることは意図されていない。上述された変形例のすべてに関して、方法のステップは、シーケンシャルに実行されることは必要ではない。
【図１】
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【図２】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図３】
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【図４】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１５】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年1月4日(2016.1.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１３年２月１２日および２０１３年３月１５日にそれぞれ出願された米国仮出願第６１／７６３，８９６号および第６１／７９４，２５４号の利益を主張しており、これらの仮出願の開示は、その全体が、参照によって本明細書に組み入れられる。
【０００２】
本明細書には、診断目的のための呼気放出物の分析のためのデバイスおよび方法が、記載されている。より詳しくは、人の息からのたとえば呼気終末ガスなどの呼吸サイクルの関連部分をサンプリングし分析するためのデバイスおよび方法が記載されている。このデバイスおよび方法は、たとえば、診断、モニタリングまたはスクリーニング目的のために、または、治療処置との関連で、ガス分析と根底にある病理学的条件とを相関させるために用いられ得る。
【背景技術】
【０００３】
身体および血流において生成されるまたは身体および血流に侵入する一定の代謝物質および化学物質は、呼気の中に排出される。身体または血流におけるレベルは、それを呼気において測定することによって、決定され得る。たとえば、呼気中の一酸化炭素（ＣＯ）レベルは、血液疾患および条件、代謝異常、ならびに環境的および行動上の問題などの、根底にある異常を検出しモニタするために、測定され得る。たとえば、呼気終末ＣＯは、血液ＣＯとの相関され得るのであるが、血液ＣＯは、溶血、喫煙または吸入中毒を示し得る。呼気終末ＣＯを測定するためには、患者から排出される呼気から非侵襲的に、息を吐き出す最後における呼気の部分を捕捉することによって、肺胞気が収集され得る。捕捉された呼気終末ガスは、次に、そのＣＯ濃度について分析され得るが、それにより、非侵襲的測定が完了する。典型的には、呼気終末ガスレベルと身体または血液における代謝物または化学物質のレベルとの間には、たとえば、１：１という比率の、または他の比率の相関が存在する。
【０００４】
典型的には、しかし常にではないが、呼気モニタリング・センサおよびガス分析センサという２つのタイプのセンサが用いられる。呼気モニタリングに関しては、呼吸パターンの適切な部分を正確に目的として収集するために、典型的には、赤外ＣＯ２センサなどのリアルタイムまたはほぼ瞬時のセンシング技術が、呼吸パターンの測定に用いられる。あるいは、気道圧センサ、フロー・センサ、酸素ガス・センサ、胸部インピーダンス・センサ、音響センサ、振動センサ、ならびに横隔膜運動および神経支配センサなどの他のセンサである。ガス組成分析に関しては、要求される臨床的精度を充足するため、この目的を満たす利用可能なセンサは、典型的に、１回の呼吸の継続時間よりも著しく長い実質的な信号応答時間を要求する。したがって、正確なシステムにおいては、ガス分析ステップは、呼吸パターン・モニタリングおよびガス・サンプル収集ステップの後に生じ得る。
【０００５】
従来型の呼気分析システムには、いくつかの深刻な制約が存在し得る。特に、第１の制約においては、不規則な呼吸パターンに起因して、適切な呼気終末ガス・サンプルを取得して分析することは、しばしば問題を含み、いくつかの場合には、不可能である。特定の呼気がその呼気フェーズにおいて有効な肺胞ガス組成から構成される「正常な」呼気であるかどうかは、一連の呼気の後まで、または、ある実質的な継続時間の呼吸が分析されるまで、判断不可能である。Ｊ．  Ｓ．  ＧＲＡＶＥＮＳＴＥＩＮ、ＭＩＣＨＡＥＬ  Ｂ．  ＪＡＦＦＥ、ＮＩＫＯＬＡＵＳ  ＧＲＡＶＥＮＳＴＥＩＮによる「カプノグラフィ」には、呼気分析が有益であり得るが根底にある不規則性のために完了され得ない多数のパラダイムについての記載がある。この書籍において示されている分析のほとんどは、「人工物のない」波形を想定しているのであるが、著者たちは、特に病を得た患者、挿管されている患者、およびそれ以外の一般的に生じる臨床的な事象においては、これが稀な場合であることを認めている。さらに、呼気分析に関係する臨床的試みでは、典型的に、不規則な、異常な、または予測不可能な呼吸パターンを有する患者を排除しなければならない。メドトロニック社によるカプノグラフィ・ブローシュアＭＩＮ３０１２４９２−００１／ＣＡＴ２１３００−００１５６９には、どれもが疾病、気道閉塞、呼吸停止、不十分な呼吸などの結果として臨床の現場で日常的に生じる一連のカプノグラフィ波形が表示されている。これらの条件の多くは、呼気の化学的組成の詳細な測定を、困難、不正確、または不可能にし得る。さらに、当業者にとっては明らかであるように、ＣＯ、Ｈ２および一酸化窒素などのガスの分析は、上述した参考文献のほとんどの主題であるＣＯ２濃度の測定よりも、はるかに複雑であり得る。これは、ＣＯ２濃度が信頼性をもって得られないときには、他のどのガスの濃度測定もやはり取得不可能である可能性が高いことを意味する。
【０００６】
第２の制約においては、（Ａ）１つの個別的な呼気だけを測定することによって、別の呼気に含まれる潜在的に非常に有益な情報を逃すことにより、または、（Ｂ）チャンバの中の一連の呼気内部のすべての呼気を定量的に混合することによって、重要な呼気に含まれる情報を希釈することにより、従来型の呼気分析デバイスが、重要な情報を逃し得るということが認識されてきている。これらのシステムは、また、一連の呼気内部のすべての呼気を測定する場合には、有効な呼気および無効な呼気が混合されてしまうことで結果の精度を潜在的に低下させるという点でも、制約を有し得る。
【０００７】
複数の発行された米国特許と公開された特許出願とが、呼気分析における技術の現状について論じている。米国特許第６，５４４，１９０Ｂ１号は、記載されているシステムが「過度の呼気変動性のために検査が信頼できなくなる蓋然性が高いときに検査データを拒絶する手段を提供する」ことを開示している。メドトロニック社の出願第１１／５８８，９９０号である公開番号第ＵＳ２００８／０００９７６２Ａ１号は、カプノグラフィ曲線の形状への非線形適合を提供することによってカプノグラフィ・データを分析するアルゴリズムを記載しているが、呼気の根底にある化学的分析に関しては、まったく扱っていない。同様に、（オリディオンに対して発行された）米国特許第６，４２８，４８３号は、波形の角度、遷移点、およびそれ以外の特性について考察するカプノグラフィ波形分析システムを記載しているが、それは、一度に１つの呼気に対してリアルタイムに作用し、格納機構を有していない。次に、米国特許第６，７３３，４６３号は、呼気流量の制御を試みる一酸化窒素測定システムを記載しているが、これもまた、可変なフローおよび速度特性を有する呼気には適用不可能である。米国特許第８，０２１，３０８号は、呼気と吸気との間の遷移点を見つけ、次に呼気のその部分をリアルタイムで分析することによって、呼気の終末部分を分離する方法を記載している。この発明は、呼吸速度に基づく調節可能な分析方法論を有しているが、（呼気終末などの）現在の呼気の遷移点または部分を識別することに限定されており、格納された体積をサブサンプリングする手段、すなわち、開始するおよび終了するサンプリング点の事後的な適用を提供することはない。さらに、それは、複数の完全な呼気を格納する手段を提供しない。米国特許第６，５８２，３７６号は、肺胞呼気分析のための測定システムを記載しており、閾値に基づいて呼気の一部を格納するためのサンプル体積を提供するが、個別的な呼気の別々の識別は不可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本明細書には、個別的なおよび／または複数の呼気から一連の呼気および／または部分の物理的レジストリを編成し、そのレジストリの内部で呼気タイプおよび呼気部分タイプを特徴付け、そのレジストリの内部で複数の異なる部分を編成し、所望の呼気および／または所望の呼気部分に対して、リアルタイムで、またはある時間間隔が経過した後で、所望の分析を行うことによって、呼気におけるガス、粒子およびそれ以外の物質を分析する方法、システムおよびデバイスが記載されている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
従来型の技術水準によるアプローチに付随する問題に対処するために、より強力で有用なガス分析技術では、いくつかの変形例において、呼気ストレージと呼気情報レジストリとを用いる。たとえば、いくつかの変形例では、呼気分析器は、一連の呼気を分析し、その一連の呼気から複数のサンプルとサブサンプルとを収集し得るのであるが、その一連の呼気の呼吸パターンおよび呼気タイプが分析され情報がレジストリに編成された後で、システムは、その一連の呼気における呼気タイプの特徴付けおよび比較にすべて基づき、さらなる分析のためにサンプルを相互に組み合わせたり、さらなる分析のためにそれらを異なる方法で組み合わせるかつ／もしくは分離したり、または、個別的な異なるタイプの分析のためにそれらを区別したりすることがあり得る。
【００１０】
第１の変形例では、呼気または一連の呼気からのガスが患者から引き出され、ガスの各部分の呼気タイプおよび呼気部分タイプが、高速、瞬間的またはほぼ瞬間的であることが好ましいが常にそうであるとは限らない呼吸センサと必要なアルゴリズムとからの呼吸信号を用いて分析して、定義される。呼吸信号は、呼気サイクルにおけるタイミング・マーカの表示を含み、たとえば、カプノグラフィにおけるように呼吸ガスのタイプまたは複数のガスのタイプにチューニングされたＩＲセンサを用いて、取得され得る。呼気ガスそれ自体は、呼気の異なる部分からのガスの構成部分の間での、および呼気の間での混合を減少させるために断面積の小さな流路を有するサンプル収集コンパートメントの中に、捕捉され得る。異なる構成部分は、呼吸信号に基づいて、レジストリとしてカタログ化され得る。所望の部分は、関心対象であるガスのレベルを決定するために、分析され得る。
【００１１】
第２の変形例では、呼気ガスが、ガスの構成部分の間での混合を減少させるために断面積の小さな流路をそれぞれが備えた複数の異なるサンプル収集コンパートメントの中に捕捉される。複数の異なるコンパートメントの複数の異なる構成部分は、呼吸信号を用いて、レジストリとしてカタログ化され得る。所望の部分が、関心対象である異なるガスのレベルを決定するために、複数の異なるセンサ・タイプによって、分析され得る。
【００１２】
第３の変形例では、呼気ガスが、ガスの構成部分の間での混合を減少させるために断面積の小さな流路を備えたサンプル収集コンパートメントの中に捕捉される。複数の異なる構成部分は、レジストリとしてカタログ化され得る。所望の部分が、問題である様々なガスのレベルを決定するために、様々な異なるセンサによって、分析され得る。
【００１３】
第４の変形例では、呼気ガスが、ガスの構成部分の間での混合を減少させるために断面積の小さな流路をそれぞれが備えた複数の異なるサンプル収集コンパートメントの中に捕捉される。複数の異なるコンパートメントの複数の異なる構成部分は、レジストリとしてカタログ化され得る。所望の部分が、問題である気質のレベルを決定するために、分析され得る。
【００１４】
追加的な変形例では、周囲ガスまたは不活性ガスなどの適切なガスが、部分を分離するのを助けるために、サンプル・コンパートメントにおけるガスの異なる構成部分の間に挿入される。他の変形例では、呼気終末部分などの呼気の特定の部分が、複数の呼気から収集されて照合され、分析される。他の変形例では、フロー・ポンプ、サンプル収集コンパートメント、および気質分析センサが記載されている。
【００１５】
いくつかの変形例では、呼気ガス捕捉デバイスは分析センサを含んでおらず、ガスが捕捉された後で、サンプル・コンパートメントがセンサに輸送される。たとえば、ガスは患者のベッドサイド、医師のオフィスまたは遠隔的に家庭もしくは野外で捕捉され、分析のために実験室に輸送され得る。他の変形例では、呼気の異なる部分が、適切な分析のために、レジストリにおいて編成され得る。たとえば、上部気道の被検体、中間気道の被検体、下部気道の被検体、肺胞被検体、またはこれらの組合せが、所望の診断検査に応じて、関心対象のサンプルを含み得る。システムがユーザによって完全にプログラム可能であり得ることにより、ユーザは、試みられている分析のタイプを入力することができ、システムは、次に、必要なサンプルを収集し編成し分析するために、必要な制御システムおよびアルゴリズムを実行する。他の変形例では、被験者は、ユーザまたはシステムによって、呼気サンプルが収集されつつある間、一定の呼吸法を実行するように命令され得る。たとえば、ユーザは、呼吸を停止すること、深い呼気、浅い呼気、通常の１回呼吸量の呼気、またはこれらの組合せを提示することができる。これは、問題の疾病を示す被検物が一定の呼気タイプにおいて最も顕著である場合に、システムの分解能を向上させ得る。システムは、実際に提示された呼気を測定し、予測される呼吸パターン信号と比較することに基づき、各サンプルを確認して受け入れるか、または拒絶し得る。あるいは、被検者が、たとえば、彼または彼女がトレーサ要素または誘発エージェントを吸い込むまたは注入するように命令され、呼気において結果的に生じる被検物が結果として変化し、根底にある病理もしくは疾病または問題となっている症候群を示すような挑戦法の対象となり得る。本開示において記載されているシステムは、協力的な被検者だけではなくて非協力的な被験者からサンプルを取得することを含み得る。
【００１６】
第５の変形例では、呼気サンプリングおよび分析装置は、異なる呼気部分の始点と終点とを決定するためにガスパラメータを検出するセンサと、人の呼気から少なくとも１つのガス・サンプルを引き出すポンプと、呼気部分を別々の物理的位置にそれぞれ格納するサンプル・コンパートメントとを含む。
【００１７】
第６の変形例では、第５の変形例の呼気分析装置が、格納された呼気部分のそれぞれをあるパラメータに関して別々に分析する分析器をさらに含む。
【００１８】
第７の変形例では、第５の変形例のサンプル・コンパートメントが、毛細チャネルを備えており、その毛細チャネルでは、異なる呼気部分がチャネルの容積の一区間を占め、それらの区間は端部から端部である。
【００１９】
第８の変形例では、第５の変形例の別々の物理的位置が別々のサンプル容器を備えており、この装置は、異なる呼気部分を別々のサンプル容器の中へ進路を変えるためのマニホルドシステムをさらに備えている。
【００２０】
第９の変形例では、第８の変形例の各サンプル容器は、それぞれのバイパス管とそれぞれのセンサとを備えている。
【００２１】
第１０の変形例では、第８の変形例の各サンプル容器は、それぞれのセンサを備えており、この装置は、すべてのサンプル容器のために１つのバイパス管を備えている。
【００２２】
第１１の変形例では、第８の変形例の呼気分析装置は、すべてのサンプル容器のために１つのセンサを備えており、すべてのサンプル容器のために１つのバイパス管を備えている。
【００２３】
第１２の変形例では、第５の変形例の呼気部分は、単一の呼気からのものである。
【００２４】
第１３の変形例では、第５の変形例の呼気部分は、様々な呼気からのものである。
【００２５】
第１４の変形例では、第５の変形例の呼気分析装置は、第１のパラメータに関して１つまたは複数の呼気部分を分析する分析器を含む。
【００２６】
第１５の変形例では、第１４の分析器は、第２のパラメータに関して別の１つまたは複数の呼気部分を分析する。
【００２７】
第１６の変形例では、第５の変形例の呼気分析装置は、呼気部分を一緒に分析する分析器を含む。
【００２８】
第１７の変形例では、第５の変形例の呼気分析装置は、呼気部分を別々に分析する分析器を含む。
【００２９】
第１８の変形例では、第５の変形例の呼気分析装置は、呼吸パターン特性の測定値を受け取ることによって所望の呼気部分を識別するためのプロセッサを含んでおり、サンプル・コンパートメントは、呼気の所望の部分からガスを受け取る。
【００３０】
第１９の変形例では、呼気サンプリングおよび分析装置は、呼気の開始と終了とを識別することにより呼気パターンを様々な呼気部分に分割して、様々な呼気部分の開始および終了を識別するセンサと、人の呼気から少なくとも１つのサンプル管の中へガス・サンプルを引き出す真空ポンプであって、このサンプル管は少なくとも１つの呼気および少なくとも１つの呼気部分からのガスを含む、真空ポンプと、呼気の開始と終了とに対応し、呼気部分の開始と終了とに対応するサンプル管におけるガスの位置を識別するためのコンピュータとを含む。
【００３１】
第２０の変形例では、第１９の変形例の呼気分析装置は、格納された呼気サンプルを、あるパラメータに関して分析する分析器を含む。
【００３２】
第２１の変形例では、呼気サンプリング装置は、その内部での患者によって吐き出された呼気の混合を防止するように構成されたサンプリング・チューブと、サンプリング・チューブに結合されており患者によって吐き出された呼気をサンプリング・チューブの内部で捕捉するように共に動作可能な入口弁および出口弁と、サンプリング・チューブに流体的に結合されており患者によって吐き出された呼気を直接に受け取るように動作可能である入口チューブとを含んでおり、さらに、入口弁は、サンプリング・チューブを入口チューブから分離させるように動作可能である。
【００３３】
第２２の変形例では、第２１の変形例の呼気サンプリング装置は、吐き出された呼気の部分の格納チューブにおける位置を決定するためのプロセッサを含む。
【００３４】
第２３の変形例では、第２１の変形例の呼気サンプリング装置は、サンプリング・チューブにおける吐き出された呼気の１つまたは複数のパラメータを決定するためのインフロー・センサを含む。
【００３５】
第２４の変形例では、第２３の変形例のインフロー・センサは、流量センサ、ＭＥＭＳ流体センサ、光学ベンチ、および質量分析計からなる群から選択された１つまたは複数を含む。
【００３６】
第２５の変形例では、第２３の変形例のプロセッサは、サンプリング・チューブにおける吐き出された呼気のパラメータの記録を参照することによって、その部分の位置を決定するのであるが、この記録は、インフロー・センサによって決定された１つまたは複数のパラメータを含む。
【００３７】
第２６の変形例では、第２５の変形例の１つまたは複数のパラメータは、吐き出されてサンプリング・チューブに入る呼気の時間プロファイル、吐き出された呼気の流量プロファイル、サンプリング・チューブに結合されたポンプのポンプ速度プロファイル、吐き出された呼気の圧力プロファイル、吐き出された呼気の二酸化炭素濃度プロファイル、および吐き出された呼気の温度プロファイルからなる群から選択された１つまたは複数を含む。
【００３８】
第２７の変形例では、第２１の変形例の呼気サンプリング装置は、吐き出された呼気の部分の特性を、それがサンプリング・チューブにおいて捕捉された後で決定するための分析システムを含む。
【００３９】
第２８の変形例では、第２７の変形例の分析システムは、１つまたは複数の格納容器を含み、この１つまたは複数の格納容器は、サンプリング・チューブに流体的に結合されており、出口弁は、サンプリング・チューブを１つまたは複数の格納容器から分離するように動作可能である。
【００４０】
第２９の変形例では、第２７の分析システムは、吐き出された呼気の部分をベントするためのエキゾーストを含む。
【００４１】
第３０の変形例では、第２７の変形例の分析システムは、麻酔ガス、有毒ガス、アルコール使用に起因する代謝ガス、薬物使用に起因する代謝ガス、疾病に起因する代謝ガス、および水素からなる群から選択された１つまたは複数のガスの特性を分析する。
【００４２】
第３１の変形例では、第２１の変形例の呼気サンプリング装置は、サンプリング・チューブに流体的に結合されたポンプを含み、出口弁は、サンプリング・チューブをポンプから分離させるように動作可能である。
【００４３】
第３２の変形例では、第３１の変形例のポンプは、可変速度を有する。
【００４４】
第３３の変形例では、第３１の変形例のポンプは、可逆的なフロー方向を有する。
【００４５】
第３４の変形例では、第２１の変形例のサンプリング・チューブは、毛細チューブを有する。
【００４６】
第３５の変形例では、第２１の変形例のサンプリング・チューブは、複数の吐き出された呼気を格納するように構成されている。
【００４７】
第３６の変形例では、第３５の変形例の複数の吐き出された呼気は、複数の患者によって吐き出される。
【００４８】
第３７の変形例では、１つまたは複数の呼気を分析する方法は、その内部での呼気の混合を防止するように構成されたサンプリング・チューブに、１つまたは複数の呼気を格納するステップと、サンプリング・チューブに格納された呼気の１つまたは複数の特性を記録するステップと、サンプリング・チューブに格納された呼気の１つまたは複数のセグメントを、呼気の記録されている特性に基づいて識別するステップと、１つまたは複数のセグメントをサンプリング・チューブから抽出するステップと、１つまたは複数のセグメントを分析するステップとを含む。
【００４９】
第３８の変形例では、第３７の変形例の呼気の１つまたは複数の特性を記録するステップは、インフロー・センサを用いて１つまたは複数の特性を決定するステップを含む。
【００５０】
第３９の変形例では、第３８のインフロー・センサは、吐き出されてサンプリング・チューブに入る呼気の時間プロファイル、吐き出された呼気の流量プロファイル、サンプリング・チューブに結合されたポンプのポンプ速度プロファイル、吐き出された呼気の圧力プロファイル、吐き出された呼気の二酸化炭素濃度プロファイル、および吐き出された呼気の温度プロファイルからなる群から選択された１つまたは複数を決定するように構成されている。
【００５１】
第４０の変形例では、第３７の変形例における呼気の１つまたは複数のセグメントを抽出するステップは、不所望のセグメントを排出するステップを含む。
【００５２】
第４１の変形例では、第３７の変形例における呼気の１つまたは複数のセグメントを抽出するステップは、１つまたは複数のセグメントを１つまたは複数の格納容器に格納するステップを含む。
【００５３】
第４２の変形例では、第３７の変形例における呼気の１つまたは複数のセグメントを抽出するステップは、可逆フローを備えたポンプを用いて、不所望のセグメントをサンプリング・チューブに戻すステップを含む。
【００５４】
第４３の変形例では、第３７の変形例における呼気の１つまたは複数のセグメントを分析するステップは、麻酔ガス、有毒ガス、アルコール使用に起因する代謝ガス、薬物使用に起因する代謝ガス、疾病に起因する代謝ガス、および水素からなる群から選択された１つまたは複数のガスの特性を分析するステップを含む。
【００５５】
第４４の変形例では、第３７の変形例における呼気の１つまたは複数のセグメントを分析するステップは、複数の呼気からの呼気セグメント、１つまたは複数の呼気の呼気終末濃度、および１つまたは複数の肺胞濃度からなる群から選択された少なくとも１つを分析するステップを含む。
【００５６】
第４５の変形例では、第３７の変形例における１つまたは複数の呼気を格納するステップは、１つまたは複数の呼気を毛細管に格納するステップを含む。
【００５７】
第４６の変形例では、第３７の変形例における１つまたは複数の呼気を格納するステップは、複数の患者からの複数の呼気を格納するステップを含む。
【００５８】
第４７の変形例では、第３７の変形例における１つまたは複数の呼気を格納するステップは、ポンプを用いて呼気をサンプリング・チューブの中に引き込むステップを含む。
【００５９】
第４８の変形例では、第３７の変形例のポンプは可変流量を有する。
【００６０】
第４９の変形例では、呼気サンプリング装置は、吐き出されたガスがその内部で混合することを防止するように構成されたサンプリング・チューブと、サンプリング・チューブに結合されており吐き出された呼気をサンプリング・チューブの内部に捕捉するように構成された第１および第２の弁とを含む。
【００６１】
第５０の変形例では、１つまたは複数の呼気を分析する方法が、１つまたは複数の呼気の１つまたは複数の構成部分を識別するステップと、１つまたは複数の呼気を、その１つまたは複数の構成部分が混合されないように格納するステップと、１つまたは複数の構成部分の少なくとも１つを分析のために識別するステップと、１つまたは複数の構成部分の少なくとも１つを分析するステップとを含む。
【００６２】
第５１の変形例では、呼気を分析する方法が、呼気の１つまたは複数の構成部分が混合されないように呼気を格納するステップと、１つまたは複数の構成部分の少なくとも１つを分析するステップとを含む。以上より、本発明の一実施の形態は、異なる呼気部分の始点と終点とを決定するためにガスパラメータを検出するセンサと、人の呼気から少なくとも１つのガス・サンプルを引き出すポンプと、呼気部分を別々の物理的位置にそれぞれ格納するサンプル・コンパートメントと、を備えている呼気サンプリングおよび分析装置である。また、呼気分析装置は、前記格納された呼気部分のそれぞれを、あるパラメータに関して別々に分析する分析器をさらに備えていても良い。また、呼気分析装置では、前記サンプル・コンパートメントは毛細チャネルを備えており、前記毛細チャネルでは、前記異なる呼気部分が前記チャネルの容積の一区間を占め、前記区間は端部から端部であっても良い。また、呼気分析装置では、前記別々の物理的位置が別々のサンプル容器を備えており、前記異なる呼気部分を前記別々のサンプル容器の中へ進路を変えるためのマニホルドシステムをさらに備えていても良い。また、呼気分析装置では、前記各サンプル容器はそれぞれのバイパス管とそれぞれのセンサとを備えていても良い。また、呼気分析装置では、前記各サンプル容器はそれぞれのセンサを備えており、すべてのサンプル容器のために１つのバイパス管を備えていても良い。また、呼気分析装置は、すべてのサンプル容器のために１つのセンサを備えており、すべてのサンプル容器のために１つのバイパス管を備えていても良い。また、呼気分析装置では、前記呼気部分は単一の呼気からのものでも良い。また、呼気分析装置では、前記呼気部分は様々な呼気からのものでも良い。また、呼気分析装置は、第１のパラメータに関して１つまたは複数の呼気部分を分析する分析器をさらに備えていても良い。また、呼気分析装置では、前記分析器は、第２のパラメータに関して別の１つまたは複数の呼気部分を分析しても良い。また、呼気分析装置は、前記呼気部分を一緒に分析する分析器をさらに備えていても良い。また、呼気分析装置は、前記呼気部分を別々に分析する分析器をさらに備えていても良い。また、呼気分析装置は、呼吸パターン特性の測定値を受け取ることによって所望の呼気部分を識別するためのプロセッサをさらに備えており、前記サンプル・コンパートメントは前記呼気の前記所望の部分からガスを受け取っても良い。また、別の実施の形態に係る呼気サンプリングおよび分析装置は、呼気の開始と終了とを識別することにより呼気パターンを様々な呼気部分に分割して、様々な呼気部分の開始および終了を識別するセンサと、人の呼気から少なくとも１つのサンプル管の中へガス・サンプルを引き出す真空ポンプであって、前記サンプル管は少なくとも１つの呼気および少なくとも１つの呼気部分からのガスを含む、真空ポンプと、前記呼気の前記開始と前記終了とに対応し、かつ前記呼気部分の前記開始と前記終了とに対応する前記サンプル管におけるガスの位置を識別するためのコンピュータと、を備えている。また、呼気分析装置は、格納された呼気サンプルを、あるパラメータに関して分析する分析器をさらに備えていても良い。また、一実施の形態に係る方法は、１つまたは複数の呼気を分析する方法であって、前記１つまたは複数の呼気の１つまたは複数の構成部分を識別するステップと、前記１つまたは複数の呼気を、前記１つまたは複数の構成部分が混合されないように格納するステップと、前記１つまたは複数の構成部分の少なくとも１つを分析のために識別するステップと、前記１つまたは複数の構成部分の少なくとも１つを分析するステップと、を含む方法である。また、別の実施の形態に係る方法は、呼気を分析する方法であって、前記呼気の１つまたは複数の構成部分が混合されないように前記呼気を格納するステップと、前記１つまたは複数の構成部分の少なくとも１つを分析するステップと、を含む方法である。
【発明の効果】
【００６３】
本明細書に開示されている変形例は、以下の長所を有し得る。第１に、呼気または複数の呼気が、各呼気および各呼気の各部分に対する正確なタイミングおよび呼気タイプ情報を維持しながら、物理的に格納され得る。これにより、（１つまたは複数の）呼気のいずれかの部分が、関心対象である化学的組成に関して、独立に分析されることが可能になる。また、これにより、呼気または呼気部分が、その呼気タイプを閾値に対して、および、一連の呼気における他の呼気タイプに対して比較し対照させた後で、分析のために選択されることが可能になる。また、これにより、異なる呼気タイプが、異なるタイプの組成分析のために求められ選択されることが可能になる。第２に、本明細書における変形例では、適したサイズの格納装置および適切な分離弁、ガスの空気ルーティング、ならびに正確な弁制御を選択することにより、たとえば呼気終末サンプルなどの呼気サンプルと、周囲もしくは呼気の他の部分または他の呼気とが不所望な混合を生じることが回避される。第３に、本明細書における変形例は、関心対称のガスの相対濃度を維持するために必要なものとして不活性ガスを追加することを含む。これは、収集された呼気の全体的な体積が、装置の周囲を効果的に移動されるまたは測定されるには小さすぎるとき、また、格納されたサンプルの中に周囲の空気が混入するのを防止するには小さすぎるときに、有益であり得る。第４に、本明細書における変形例は、入来する呼気ガスを可変速度で収集するためにガスサンプリングの流量を変動させることを含む。なお、この点については、本出願の譲受人に譲渡されている米国特許出願第１３／７２２，９５０号においてより詳細に説明されている。この米国特許出願における開示は、その全体が、参照によって本明細書に組み入れられる。
【００６４】
別のこととして、呼吸信号の導出は、特定の呼気部分の体積の増加、呼気のより小さな部分をサンプリングすることによる精度の改善、呼気終末濃度、肺胞濃度など、特定の目的を達成するために呼気のセグメント化を決定するための呼気波形の分析のための様々なアルゴリズムを用いて、成し遂げられ得る。これらのアルゴリズムは、１つまたは複数の追加的な呼気の形状および個数に従属する１つの呼気に対するタイムマーカのための判断に影響し得る。これは、特に、たとえば複数の呼気が収集される必要がある既知の病理に対する特定の呼吸パターンが識別される場合に、そうであり得る。サンプリング周期の間に収集された呼気のそれぞれに対してタイムマーカを識別するためのアルゴリズムは、新たな呼気が流入するときに、事後的に調節され得る。次に、呼吸信号から識別されたタイムマーカは、センサによって測定可能であるのに十分な体積を取得するため、相互にグループ化すべき呼気部分を正しく識別するのに、用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ある変形例による、分析器の動作の基本シーケンスの流れ図であり、呼気サンプルのセグメント化は、サンプルのモニタリングおよび捕捉と直列的に生じている。
【図２】ある変形例による、分析器の動作の基本シーケンスの流れ図であり、呼気サンプルのセグメント化は、サンプルのモニタリングおよび捕捉と並列的に生じている。
【図３】ある変形例による、呼気から引き出されつつあるガスに対して行われる二酸化炭素測定に基づく典型的な呼気モニタリング波形の図解である。
【図４】ある変形例による、近位気道において行われる気道圧測定に基づく典型的な呼気モニタリング波形の図解である。
【図５】ある変形例による、たとえば複数の呼気を分析するため、そして複数の物質に関して、別々のガス・サンプルのレジストリを編成することができる例示的な分析器の概略図である。
【図６】ある変形例による、図５に示されている機器による分析のために考察される一連の呼気のカプノメトリ・プロットであり、３つの一定の呼気タイプが、求められ、識別され、捕捉され、分析される。
【図７】ある変形例による、図５に示されている機器による分析のために考察される別の一連の呼気のカプノメトリ・プロットであり、３つの異なるタイプの呼気が、求められ、識別され、捕捉され、分析される。
【図８】ある変形例による、たとえば複数の物質を分析するため、１つまたは複数の呼気からのガス・サンプルのレジストリを編成することができる別の例示的な分析器の概略図である。
【図９】ある変形例による、図８に示されている機器による分析のために考察される一連の呼気のカプノメトリ・プロットであり、ある一定の呼気タイプが、求められ、識別され、捕捉され、分析される。
【図１０Ａ】ある変形例による、図８に記載されている分析器のサンプル収集部の空気圧の概略図であり、複数の呼気の呼気終末部分がサンプル・コンパートメントに格納されている。
【図１０Ｂ】ある変形例による、図８に記載されている分析器のサンプル収集部の空気圧の概略図であり、複数の呼気の呼気終末部分がサンプル・コンパートメントに格納され、不活性または非呼気終末ガスによって分離されている。
【図１１】ある変形例による、たとえば複数の異なるサンプルの分析または比較に最も適したサンプルを選択するために、別々のサンプル・コンパートメントにおける１つまたは複数の呼気からガス・サンプルのレジストリを編成することができる別の例示的な分析器の概略図である。
【図１２】ある変形例による、図１１に示されている機器による分析のために考察される一連の呼気のカプノメトリ・プロットであり、ある一定の呼気タイプが、分析のために、求められ、識別され、捕捉され、そして比較される。
【図１３】ある変形例による、たとえばサンプルの分析に最も適した部分を選択するために、別々のサンプル・コンパートメントにおける１つまたは複数の呼気からガス・サンプルのレジストリを編成することができる別の例示的な分析器の概略図である。
【図１４】ある変形例による、図１３に示されている器具による分析のために考察される一連の呼気のカプノメトリ・プロットであり、ある一定の呼気タイプが、求められ、識別され、サンプル・レジストリに配置される。
【図１５】ある変形例による、図１３に記載されている分析器のサンプル収集部の空気圧の概略図であり、複数の呼気の呼気終末部分がサンプル・コンパートメントに格納され、編成されている。
【図１６】ある変形例による、図１３に示されている器具による分析のために考察される一連の呼気のカプノメトリ・プロットであり、複数の呼気タイプが、以後の分析のために、識別され、サンプル・レジストリに配置される。
【図１７】ある変形例による、図１６に記載されている呼気のサンプルの空気圧の概略図であり、その呼気終末部分を含む複数の呼気がサンプル・コンパートメントに格納され、編成されている。
【図１８】ある変形例による、呼気ガス・サンプルの収集およびセグメント化の例を記載する空気圧の概略図であり、図１６に示されている一連の呼気を考察している。
【図１９】ある変形例による、図１８における例の図解であり、選択された呼気の選択された部分が、以後の組成分析が行われる二次格納サンプル・チューブに送られる。
【図２０】ある変形例による、サンプル・チューブ、ポンプ、二次サンプル・ステージング・チューブおよび組成センサを直列的に備えているシステムの例を記載している空気圧の概略図であり、呼気ガスの部分がサンプル・チューブにおいて編成され、図１６に示されている一連の呼気を考察している。
【図２１】ある変形例による、図２０における例の図解であり、選択された呼気の選択された部分が、以後の組成分析が行われる二次格納サンプル・チューブに送られる。
【図２２】ある変形例による、図２０に記載されているシステムへの別設定の図解であり、患者の吐き出したフローからなどの呼気ガスが別の手段によってサンプル・チューブの中に強制され、サンプル・ガスは、ポンプの使用によって、ステージング・チューブおよび／またはセンサにポンプ移動される。
【図２３】ある変形例による、サンプル・チューブ、バイパス・チューブ、サンプル・プッシュ・チューブ、二次ステージング・チューブ、および捕捉されるべきかまたは放出されるべきかを判断するために呼気または呼気部分をカテゴリ化する時間を提供する遅延チューブを備えた装置の別構成を記載している空気圧の概略図である。
【図２４】ある変形例による、複数のガス組成分析器、および関連するサンプル・ステージング・チューブ、ならびに捕捉されるべきかまたは放出されるべきかを判断するために呼気または呼気部分をカテゴリ化する時間を提供する遅延チューブを備えた装置の別構成を記載している空気圧の概略図である。
【図２５】ある変形例による、図２０に記載されているものと類似のシステムの一例を記載している空気圧の概略図であるが、このシステムは、複数のガス組成分析器、および関連する二次格納チューブを備えている。
【図２６】ある変形例による、図２５に記載されているシステムを示しており、サンプルが、サンプル・チューブから二次ステージング・チューブに運ばれる。
【図２７】ある変形例による、あるバージョンの全体システムのタイミング図であって、サンプル格納チューブが重畳されている異なるタイプの呼気のタイミングを示す。
【図２８】ある変形例による、図２４に記載されているシステムへの別構成を記載している空気圧の概略図であるが、ポンプが、サンプルを患者から引き出し、サンプルを様々なサンプル・チューブおよび気質組成センサに送り、ポンプは、ぜん動タイプのポンプであって、ガス経路におけるガス構成物の編成はポンプによって混乱されない。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
本明細書には、呼気ガス・サンプル・レジストリを作成し、所望のモニタリング、スクリーニングまたは診断目的のために、作成されたレジストリにおける気体を分析するためのデバイスおよび方法が記載されている。示されている実施形態では、例示目的のために、患者の呼気サンプルが、真空の適用により、患者から器具の中へ引き込まれる様子が示されている。しかし、本開示は、真空を適用することなく器具が呼気を収集するために、患者が器具の中に向かって呼吸をする場合にも適用される。
【００６７】
いくつかの変形例では、呼気の異なる構成部分とそれぞれの期間とを識別するために、１つまたは複数の呼吸パラメータが測定され、識別された期間を用いてサンプリング・チューブにおける吐き出された呼気の一部を捕捉するために、空気圧システムが用いられる。いくつかの変形例では、１つまたは複数の弁および／またはたとえば真空ポンプなどのフロー制御機構が、サンプリング・チューブの中に引き込まれる気体の流量を調整するのに用いられる。いくつかの変形例では、呼気の捕捉された部分が、患者の生理学的な状態の指標を求めて、分析される。
【００６８】
測定される呼吸パラメータは、二酸化炭素、酸素、気道圧、気道温度、呼気流量、胸部インピーダンス、横隔膜運動もしくは神経支配、呼吸音、または呼吸振動の中の１つまたは複数を含み得る。呼気の一部の時間間隔を識別することは、その時間間隔の始点、中間点および終点を実質的に識別することを含み得る。
【００６９】
診断用の気体サンプルは、たとえば、溶血などの血流における生理学的状態を診断しようと試みるときなどに、呼気終末周期から採取され得る。説明目的のために、呼気終末の一酸化炭素を測定するために呼気終末気体をサンプリングするための例示的な変形例が、以下に与えられているが、この原理は、他の診断目的にも適用される。
【００７０】
図１は、ある変形例によるデバイスの動作の基本シーケンスを記載している。第１のモジュールまたはアルゴリズム１００は、呼気モニタリングおよび検出機能を実行する。このモジュールでは、人の呼吸パターンが、典型的には、瞬時またはほぼ瞬時センサを用いて、モニタされる。呼吸パターン情報は、呼気および一連の呼気における呼気部分に関して、すべての関連するおよび有用な情報を提供する。この情報は、呼気と呼気部分とをカテゴリ化し典型的に表すために用いられ、時間ベースで、異なる呼気および呼気部分と関連するタイミングを定義する。第２のモジュールまたはアルゴリズム１０４は、呼気サンプル捕捉機能を実行するのであるが、この機能は、呼気モニタリングおよび検出モジュールと並列的に生じ得る。このモジュールでは、収集された気体は、その構成部分にセグメント化され、構成部分が物理的に分離され、または時間もしくは位置識別を用いて識別される。第３のモジュールまたはアルゴリズム１０６は、呼気モニタリングおよび検出モジュールからの情報に基づいて呼気タイプの特徴付けを実行し、各呼気および各呼気部分を、各呼気および部分に関する関連の情報と共に、レジストリの中でカタログ化する。この特徴付けは、予めもしくはリアルタイムで、または、ユーザによって、自動的にもしくは準自動的に定義され得る基準を用いて、なされ得る。たとえば、予め定義された基準は、デバイスのソフトウェアに記憶されている絶対的なまたは相対的な閾値であり得る。あるいは、ユーザが、実行されている特定のテストと関係するある一定の情報を入力することがあり得るし、システムが、基準を定義するためにその情報を用いることがあり得る。あるいは、システムが、一般的な条件に基づいて、または、何らかの呼吸パターンがより高い蓋然性で生じ得る既知のもしくは識別されている患者の病理状態に基づいて、リアルタイムで基準を自動的に確立することがあり得る。あるいは、上述した技術の組合せが、用いられ得る。このモジュールでは、ソフトウェア・アルゴリズムが、どの呼気もしくはどの複数の呼気が、または、どの呼気部分もしくはどの複数の呼気部分が分析されるのか、そして、何の分析のために分析されるのか、を決定する。最後に、第４のモジュールまたはアルゴリズム１０８では、１つまたは複数のサンプルが、その格納位置から、１回または複数回の組成分析のために、関連するセンサに転送される。
【００７１】
図２は、ある変形例に従い、モジュール１００、１０４および１０６が、並列的にもしくは実質的に並列的に、または部分的に並列的に生じ得るデバイスの別の一連の動作を、概略的に記載している。
【００７２】
図３は、ある変形例に従い、鼻などの人の気道から引き出された呼気において測定された二酸化炭素（ＣＯ２）信号の全体からの典型的な呼吸パターンを、時間の関数としてグラフとして記載しており、横軸は時間Ｔを、縦軸はＣＯ２レベル５０を表している。呼気相Ｅの間は、ＣＯ２が排出され、したがって、ＣＯ２レベルは上昇する。吸気相Ｉの間は、周囲の空気が鼻を占領し、したがって、測定されるＣＯ２は実質的にゼロまで減少する。呼気のＣＯ２曲線には、人の呼吸パターン、年齢、どのように呼吸をするのか、およびいずれかの潜在的な急性のまたは慢性の健康状態に基づき、呼気のＣＯ２曲線には、様々な形状が存在し得る。古典的な曲線は、呼気相の間、以下のようなサブポーションを示し得る。すなわち、（１）この気体はＣＯ２が含まれない近位の気道からの気体に過ぎないことがあり得ることにより僅かなＣＯ２を含むまたはＣＯ２を含まない、呼気終末前の気体ＰＥＴＧの開始部分、（２）ゼロから肺の遠位セグメントにおけるＣＯ２レベルまで急速に上昇するＣＯ２を含む呼気終末前の気体ＰＥＴＧの中間部分、（３）その吐き出された呼気に対する肺胞から届くＣＯ２を表すＣＯ２のプラトーまたはレベル・オフを示している呼気終末ガスＥＴＧの終端部、（４）呼気周期の最端部における潜在的に一定のピーク・レベル、および（５）吸気ガス（ＩＧ）の吸気部分である。しかし、この古典的曲線とは異なる多くの別の曲線があり得る。ピークＣＯ２レベルは、呼気終末周期の間は典型的に４〜６％であり、吸気周期の間はゼロに近いまたはゼロに等しい。
【００７３】
いくつかの変形例では、吐き出された呼気におけるＣＯ２レベルは、呼気の周期の継続時間を決定するのに用いられる。さらなる変形例では、呼気の周期の継続時間は、その周期の開始および終了によって特徴付けられ得る。いくつかの変形例では、ＣＯ２レベルは、呼気の周期の継続時間の開始または終了を決定するのに用いられる。いくつかの例は、吸気時間ＴＩと、呼気時間ＴＥと、呼気終末前時間ＴＰＥＴと、呼気終末時間ＴＥＴと、呼気後時間ＴＰＥとを含む。他の変形例では、ＣＯ２レベルの１階導関数が、呼気の周期の開始または終了を決定するのに用いられる。さらに別の変形例では、ＣＯ２レベルの２階導関数が、呼気の周期の開始または終了を決定するのに用いられる。いくつかの変形例では、ＣＯ２レベルおよびＣＯ２レベルの時間導関数の組合せが、呼気の周期の開始または終了を決定するのに用いられ得る。いくつかの変形例では、呼気終末周期の開始は、ＣＯ２レベルの１階導関数における急な減少など、吐き出された呼気のＣＯ２レベルの１階導関数の変化によって決定され得る。いくつかの変形例では、ＣＯ２レベルの１階導関数の減少は、１０％超の減少である。いくつかの変形例では、ＣＯ２レベルの１階導関数の減少は、２５％超の減少である。いくつかの変形例では、導関数は、ゼロに近づくまたはゼロになり、非常に僅かな変化率またはピーク・プラトーをそれぞれ示す。他の変形例では、呼気終末周期の開始は、ＣＯ２レベルの大きな２階導関数によって決定され得る。いくつかの変形例では、呼気終末周期の終了は、最大のＣＯ２レベルによって決定され得るが、この最大のＣＯ２レベルは、ＣＯ２レベルの１階導関数が符号を変更することによって検出または確認され得るのであって、これは、この導関数が、ＣＯ２レベルがそのピーク値から減少することと関連する負の値になると、生じる。さらなる変形例では、最初の周期の開始は、ＣＯ２レベルの１階導関数の急な増加によって、決定され得る。他の変形例では、最初の周期の開始は、ＣＯ２レベルがゼロのＣＯ２レベルから増加することによって、決定され得る。いくつかの変形例では、中間周期の終了は、ＣＯ２レベルの１階導関数が突然に減少するなど、吐き出された呼気のＣＯ２レベルの１階導関数の変化によって、決定され得る。いくつかの変形例では、ＣＯ２レベル、その１階導関数、またはその２階導関数は、１つまたは複数の周期の開始および終了を決定するのに用いられ得る。別の変形例では、ＣＯ２波形の形状を分析するのに、パターン一致アルゴリズムが、用いられ得る。他の呼気から生じるガスが、呼吸曲線を測定するために、ＣＯ２の代わりに用いられることがあり得る。たとえば、呼気よりも吸気の間の方がより高い酸素濃度を示し得る酸素を、測定することが可能である。呼吸パターンは高速応答ＣＯセンサによって瞬時にまたは実質的に瞬時に測定され得る、ということも考えられる。この場合、図１を参照すると、センサ１０は、呼吸パターンを示し呼気終末ＣＯレベルも測定する高速応答ＣＯセンサであり得る。以後で説明される様々な呼気の認定および不認定の変形例を適用した後で、認定された呼気のＣＯレベルが、結論として報告され得る。
【００７４】
図４は、ある変形例に従った、測定された気道圧の視点からの、典型的な呼吸信号の図解であり、気道圧７４が垂直軸上に、時間Ｔが水平軸上に、示されている。気道圧は、吸気フェーズの間は負の圧力を、呼気フェーズの間は正の圧力を、示している。典型的に、安静時の呼吸の間には、ピークの呼気圧力は、吸気フェーズの中間と呼気終末周期の開始とに対応し得る。図３および図４では、ＴＩ、ＴＥ、ＴＰＥＴ、ＴＥＴ、およびＴＰＥは、それぞれが、吸気時間、呼気時間、呼気終末前の時間、呼気終末時間、および呼気時間後を表す。吸気ポーズも存在することがあり得るが（図示せず）、この吸気ポーズでは、吸気の間の肺の筋肉の運動が、呼気周期が開始する前に、休止される。鼻孔の入口で測定されるときに、ピークの吸気圧力は、静かな呼吸の間は−１から−４ＣＷＰであり得るし、より深い呼吸の間は−１５ＣＷＰに至り得るのであり、ピークの呼気圧力は、静かな呼吸の間は＋０．５から＋２．０であり得るし、より深い呼吸の間は＋１０ＣＷＰに至り得る。気道圧は、サンプリング・カニューレ内の副腔を用いてカニューレの長さを伸長させて測定することも、サンプリング・カニューレにＴ字官で接続することによって、もしくは、感知用トランスジューサを患者の気道に配置することによって測定することもできる。
【００７５】
いくつかの変形例では、気道圧は、呼吸周期の開始または終了を決定するのに用いられる。他の変形例では、気道圧の１階時間導関数が、呼吸周期の開始または終了を決定するのに用いられる。さらに他の変形例では、気道圧の２階時間導関数が、呼吸周期の開始または終了を決定するのに用いられる。いくつかの変形例では、気道圧および気道圧の時間導関数が、呼吸周期の開始または終了を決定するのに用いられ得る。いくつかの変形例では、呼気終末周期の開始が、最大気道圧によって、すなわち、気道圧の１階導関数のゼロ点によって決定される。いくつかの変形例では、呼気終末周期の終了が、気道圧のゼロ点によって決定され得る。いくつかの変形例では、気道圧、その１階時間導関数、またはその２階時間導関数が、１つまたは複数の周期の開始と終了とを決定するのに用いられ得る。いくつかの変形例では、パターン一致アルゴリズムが、呼吸の関連する時間マーカを識別するのに用いられ得る。
【００７６】
いくつかの変形例では、呼吸センサが、時間経過に伴う人の呼吸をモニタし、呼吸パターンの特性である連続的に更新される値を決定することによって、呼吸パターンの傾向を把握する。たとえば、呼吸信号の正の値のピークが、各呼吸に対して測定および更新され得る。ピーク値は、以前のピーク値と比較され得る。ピーク値は、以前の複数回の呼吸にわたって平均化され得る。同様に、呼気時間など、時間に関する呼吸態様の傾向が、把握され得る。呼吸に関しており通常の呼吸ではない様々な事象が識別され得るのであるが、これらの通常でない呼吸事象を不注意にも決定ステップに含めないために、例外アルゴリズムが存在し得る。たとえば、くしゃみ、咳、連続した呼吸、または完全でない呼吸に関する特徴的な波形は、前もってまたは特定の患者のモニタリングに基づいて定義され得るのであって、呼吸センサによって検出されると、適切な決定アルゴリズムから除外される。
【００７７】
図５は、吐き出された呼気を捕捉するためのデバイスのある変形例の概略的な図解であり、複数のサンプル収集チューブと複数のサンプル組成分析器とを備えている。空気流路３１４、空気接続３１６、および電気接続３１８が示されている。このシステムは、サンプリング・カニューレ１と、サンプル収集および分析器具２とを含む。ガスは、たとえば、サンプリング・カニューレ１とフロー生成器１２とを用いて、患者から引き出され得る。フロー生成器の流量は、たとえば、呼吸流量計のように配列された圧力センサ・アレイ１６および２８などのフロー・トランスジューサによって、測定され得る。測定された流量は、フロー生成器の流量を制御する閉ループフィードバック制御として、用いられ得る。カプノメータ１０または圧力センサ１６などの呼吸センサが、呼吸パターンをリアルタイムで測定するのに用いられる。たとえば、図６に示されている呼気Ａ’、Ｂ’およびＣ’からのような、呼気の所望部分からのガスまたは被検物は、格納収集コンパートメントＡ、ＢおよびＣにおいて捕捉され分離される。格納コンパートメントに入るガスは、ＶＡ１、ＶＢ１およびＶＣ１をそれぞれ用いるコンパートメントＡ、ＢおよびＣのためのコンパートメント入口弁など、少なくとも１つの弁によって制御される。たとえば、弁ＶＡ１を用いて示されているように、共通ポートＣは、常に開いており、出口ポートは、「Ａ」にあって、格納コンパートメントにおいてガスを収集および分離するか、または、「Ｂ」にあって、格納コンパートメントをバイパスする。分析のために捕捉されていないガスは、バイパス管路１０００、２０００および３０００を経由して、格納コンパートメントから遠ざかる方向に運ばれる。捕捉されたガスは、格納コンパートメントＡ、ＢまたはＣから、ＣＯセンサ、Ｈ２センサ、ＮＯセンサ、ならびに他のガスおよび非ガス・センサなどのガス組成分析器ＳＡ、ＳＢおよびＳＣを通過して送られる。サンプル・コンパートメントをさらに分離するように制御される格納コンパートメントの出口弁ＶＡ２、ＶＢ２およびＶＣ２、ならびにガス分析器ＳＡ、ＳＢおよびＳＣとフロー生成器１２との間にあって排出されるガスを方向付ける、または、ガス分析器を通じて、捕捉されたサンプルを引き込むのに用いられる弁ＶＡ３、ＶＢ３およびＶＣ３が存在し得る。マイクロプロセッサ２４を有する制御システム２２は関連するアルゴリズムでシステムを制御し、ユーザインタフェース３０はユーザがシステムと対話することを可能にする。周囲入口３２は、システムが不所望のガスを排出するために、または、基準測定のために、提供される。入口弁ＶＩは、ガス入口ソースを制御するために提供される。フロー生成器は、ダイヤフラム・ポンプなど、真空もしくは圧力ポンプであり得るし、または、真空源、正の圧力ソースからのベンチュリ管またはシリンジ・ポンプなど、別のタイプのフロー生成デバイスであり得る。ガスのルーティングを管理する弁は、示されているように３ウェイ２ポジション弁という配列であり得るし、または、４ウェイ３ポジション弁という配列であり得る。カプノメータは、もし用いられる場合には、赤外線（ＩＲ）を用いて呼吸パターンを瞬時に測定する。あるいは、ＩＲセンサが、Ｏ２など、他のガスまたは複数のガス・タイプのために、調整され得る。ガスまたは被検物組成分析器のいくつかの例は、反応時間を有する電気化学センサ、ガス・クロマトグラファ、質量分析計、またはＩＲなどの高速応答時間センサである。サンプル格納コンパートメントは、断面積を減少させることにより、管路の長さ方向に沿ったガス分子の相互作用を減少させるために、内径が小さく比較的長さが長いチューブまたは管路であり得る。サンプリング・カニューレは、たとえばシリコーン、ウレタンまたはウレタン・ブレンドの熱硬化プラスチック、または、たとえばＰＶＣ、Ｃ−ＦＬＥＸなどの熱可塑性プラスチックなどの、いずれかの軟質で耐ねじれ性のプラスチックで構築され得る。他の材料も用いられ得るのであって、上述のリストは例示であり限定的ではないものと読まれるべきである。カニューレはある範囲の内径を有し得るのであるが、いくつかの変形例では、カニューレは、呼気ガスが、部分を超えた混合を減少させることができるように呼気部分の間に定義可能な境界を有する円柱状の行動に従うように、０．０８０インチ（０．２０３２ＣＭ）未満の直径を有する。いくつかの変形例では、内径は、０．２５インチ（０．６３５ＣＭ）、０．３０インチ（０．７６２ＣＭ）、０．３５インチ（０．８８９ＣＭ）、０．４０インチ（１．０１６ＣＭ）、および０．４５インチ（１．１４３ＣＭ）を含む、０．２０インチ（０．５０８ＣＭ）と０．５０インチ（１．２７ＣＭ）との間である。他の変形例では、内径は、上述の内径と異なり得るが、ガスの混合を防止するように構成され得る。別の実施形態では、サンプリング・カニューレではなくて、マウスピースまたは他の管路が提供され得る。
【００７８】
本明細書で用いられているように、サンプル・コンパートメントは、ガスがコンパートメントに格納されているときには、ガスの時間感知性の特性が保存されるときに、「混合を防止」する。たとえば、ガスのパラメータが呼気の間に変動する場合には、サンプル・コンパートメントは、呼気の関連するタイミングに関してパラメータの変動を保存するときには、混合を防止する。このようにして、サンプリング・チューブは、ガスの部分を、別々の物理的位置に保持すると考えられ得る。しかし、「別々の物理的位置」という用語は、そのようなサンプル・コンパートメントには限定されない。後述されるように、別々の物理的位置は、別々のサンプリング容器を含み得る。このようにして、ガス部分の配置は、混合を防止するように構成されたサンプル・コンパートメントの内部の位置またはそれが格納されている別々のサンプリング容器であり得る。
【００７９】
図６は、ある変形例に従った、たとえば、カプノメトリ５０に関し、また、システムによってモニタされている一連の呼気Ｂ１からＢ２４に関しての、時間Ｔに対する呼吸パラメータ信号の図解である。この例では、システムは、患者の通常の１回換気量を表す通常の呼気を捕捉し分析することを試みる。呼吸信号の１回換気量ピーク値３０１および１回換気量のベースライン値３０２など、呼吸タイプの閾値が、確立され得る。たとえば、通常の１回換気量の呼吸は、実際のピーク信号振幅または呼吸と閾値３０１とを比較することによって決定され得るのであるが、たとえば１０％など、ある一定のパーセンテージの範囲内であれば、それは、通常の１回換気量の呼吸として分類され得る。継続時間閾値は、吸気時間ＴＩ、呼吸周期時間ＴＢＰ、呼気時間ＴＥまたは呼気終末時間ＴＥＴなど、例における呼気Ｂ１３において、３０６、３０４、３０８および３１０それぞれとして示されている呼気を選択するのに用いられ得る。閾値は、前もって、または、検査の最中に、決定され得る。示されている例では、患者は、呼気Ｂ２とＢ１５との間で、呼吸振幅およびベースラインが一貫していないという点で、いくぶん異常な呼吸をしている。閾値は、１つまたは複数の周波数パラメータ、１つまたは複数の振幅パラメータおよび１つまたは複数のリターン・ベースライン・パラメータに対して、決定され得る。図１のモジュール３  １０６によって判断されるように、呼吸がこれらの基準を満たしていない場合には、それらの呼吸は、分析のためには、廃棄される。示されている例において、呼気１７、１８および１９の呼気終末サンプルＡ’、Ｂ’およびＣ’は、システムによって設定された基準を満たしており、これらの呼気は、分析がなされるサンプルとして指定される。
【００８０】
図７は、ある変形例に従った、別の一連の呼気Ｂ１からＢ１９の図解である。この一連の呼気では、様々な人工物およびおかしな呼吸タイプが例示されている。呼気Ｂ１と呼気Ｂ３との間では、高周波ノイズが、呼吸信号上に生じている。呼気Ｂ３と呼気Ｂ７との間では、呼吸スタッキングが生じている。呼気１１は部分呼気であり、呼気Ｂ１４は通常の呼気よりも大きい。この例示的な場合には、３つの異なる分析が望まれる。すなわち、保持された吸気の後の呼気終末ガスがその特定の分析のために望まれる第１の分析、通常よりも深い呼吸からの呼気終末ガスがその分析のために望まれる第２の分析、および定常呼吸条件の最中における通常の１回換気量の呼吸がその分析のために望まれる第３の分析である。呼気Ｂ９、Ｂ１４およびＢ１７は、これら３つの分析それぞれのために選択され、これらの呼気からのサンプルＡ’、Ｂ’およびＣ’がシステムによって捕捉される。呼吸レジストリ・データベースは、呼吸分析モジュールにおいて適切なガス・サンプルを図５のＡ、ＢおよびＣなどのサンプル・コンパートメントと適切なセンサＳＡ、ＳＢおよびＳＣに送るのに用いられるすべての必要な情報を含む。
【００８１】
図８は、ある変形例に従った、１つのサンプル・チューブと複数のセンサとを備えた呼吸サンプル分析レジストリ・システム１０２のあるバージョンのシステム図である。このシステムは、１つまたは複数のサンプルを収集するのに用いられるサンプル・チューブ１８と、複数のセンサおよび／または異なるタイプのセンサＳＡ、ＳＢおよびＳＣのセンサ・アレイと、不所望なガスがサンプル・チューブにおけるガスをバイパスすることを可能にするバイパス・チューブ２０と、サンプルを適切なセンサにプッシュするプッシュ・チューブ２１とを含む。患者からのガスは、カニューレ１によってまたは別のタイプの管路によって、引き出され、周期空気は、システムからの排出または基準測定のために、管路３２を通過して引き入れられる。不活性ガス貯留槽５１０は、ガス・サンプルを分離するために、または、基準測定のために、含まれ得る。図解されていないが、キャリブレーション・ガスまたは物質もまた、含まれ得る。追加的なセンサ２６が、ガス流量を測定するために、または、冗長呼吸信号センサとして、含まれ得る。必要とされないガスは、ポート３３から排出され得るし、分析されたガスは、ポート２９から排出され得る。この例では、様々な呼吸、様々な呼吸の特定の部分または１つまたは複数の呼吸の様々な部分からのガスが、サンプル・チューブにおいて捕捉される。サンプル・チューブ内部の各サンプルの位置は、呼吸パターンセンサ１０およびオプションであるセンサ２６の信号、システム全体でのガスの流速、およびシステムのタイミングの詳細から既知である。呼吸レジストリ情報の検討の後で、システムは、どのサンプルを分析すべきかを決定し、それらのサンプルがどこに配置されているかを正確に知っているから、それらのサンプルを所望のセンサに送ることができる。
【００８２】
図９は、ある変形例に従った、時間経過に伴う一連の呼気Ｂ１からＢ１９の図解であり、これらは、カプノメトリなどの呼吸信号パラメータに基づいている。たとえば、図８に記載されているシステムが、通常の１回換気量の呼吸の呼気終末ガスにおける３つの異なる物質を分析するために選択される場合には、サンプル捕捉アルゴリズムが、呼気Ｂ８、Ｂ１０、Ｂ１３、Ｂ１６、Ｂ１７およびＢ１８の呼気終末サンプルＡ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’、Ｅ’およびＦ’を収集して、収集されたサンプルを個別のセンサに送る。
【００８３】
図１０Ａは、ある変形例に従った、図８に示されているサンプル・チューブ１８の空気圧概略図であり、図９に示されている一連の呼気を考察している。呼気終末サンプルＡ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’、Ｅ’およびＦ’は、サンプル・チューブにおいて、それらの既知の位置を用いて、捕捉される。次に、たとえば、サンプルＡ’およびＢ’は第１の物質の分析のためにセンサＳＡに送られ、サンプルＣ’およびＤ’は第２の物質の分析のためにセンサＳＢに送られ、サンプルＥ’およびＦ’は第３の物質の分析のためにセンサＳＣに送られる。この例では、３つの分析、１分析当たり２つの呼気終末サンプル、および通常の１回換気量の呼吸が記載されているが、これらは例示に過ぎないのであって、分析の数、１分析当たりのサンプル数、呼吸の部分、呼吸のタイプについては、任意のものが考察される。図１０Ｂは、ある変形例に従った、図１０Ａにおける例に対する別の例を記載しており、この場合には、Ｎ２のような不活性ガスなどであるガスＡＧ、または、周囲空気など分析が行われる物質を含まないガスが、サンプルを分離するのに役立つように、サンプル・チューブの中の複数のサンプルの間に挿入される。このオプションである変形例は、本明細書の全体で示されている別のシステムを通じて、用いられ得る。
【００８４】
図１１は、ある変形例に従った、複数のサンプル・チューブＸ、ＹおよびＺ、ならびにガス組成センサ１４で構成される別の呼気分析レジストリ・システム４０２の概略図である。異なる呼気からの、または、１つまたは複数の呼気の異なる部分からのガスが、サンプル・チューブＸ、ＹおよびＺの中に捕捉されている。各サンプル・チューブにおける構成ガス部分は、既知である。サンプル・チューブにおけるサンプルは、入口および出口弁ＶＸ１、ＶＹ１、ＶＺ１、ＶＸ２、ＶＹ２およびＶＺ２によって、それぞれ分離されている。組成センサ１４への入口は、ポート３３を通過して不所望のガスを排気し得るまたはガスもしくは被検物をセンサ１４に提供し得る弁Ｖ１１によって、制御される。システムが捕捉するまたは分析することを望まないガスは、バイパス・チューブ２０を通過して、サンプル・チューブをバイパスし得る。サンプルが捕捉され分離された後で、そして、呼気タイプおよび位置情報がレジストリの中に完全に記録された後で、たとえばコンパートメントＸの中のサンプルをセンサ１４に進ませるために、弁を切り換え、周囲ポート３２を通過して引き込まれた周囲の空気を用いて、バイパス・チューブ２０を通過し、ポンプ１２を通過し、プッシュ・チューブ２１を通過してサンプルをプッシュすることによって、サンプルを分析のためにセンサに送ることができる。各サンプル・チューブにおける各サンプルは、同様にして、センサによって分析され得る。比較および平均化のために３つの類似の呼気からサンプルを取ることが可能であるし、または、複数の異なる診断目的のために異なるタイプの呼気からサンプルを取ることが可能である。
【００８５】
図１２は、ある変形例に従って、図１１におけるシステムによる分析のために考察される一連の呼気Ｂ１〜Ｂ１１を示している。この場合には、３つの通常の呼気からの呼気終末ガスが、分析のために求められ、結果的に、呼気Ｂ４、Ｂ８およびＢ１０からサンプルＸ’、Ｙ’およびＺ’が捕捉され、これらが図１１のサンプル・コンパートメントＸ、ＹおよびＺに登録される。あるいは、システムを、他のサンプリングおよび分析のためにプログラムすることも可能である。
【００８６】
図１３は、ある変形例に従った、１つのサンプル・チューブ１８と、１つの組成センサ１４とで構成される別の呼気分析レジストリ・システム５０４の概略図である。呼気または一連の呼気からのガスが、サンプル・チューブ１８に格納される。システムが格納することを望まないガスは、バイパス・チューブ２０を通過して格納チューブをバイパスし、排気ポート２７から外に出る。既に説明されたように、サンプル・チューブに格納されているガスは、呼気タイプ、呼気部分、およびサンプル・チューブでの位置に関して、サンプル・レジストリにおいて特徴付けられている。図１４および図１５に示されているこのシステムの実装例では、ある変形例に従って、基準を満たしており一連の呼気からの選択された呼気からの呼気終末サンプルが、サンプル・チューブに収集される。たとえば、呼気Ｂ２、Ｂ３、Ｂ７、Ｂ８、Ｂ９、Ｂ１０、Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７およびＢ１８の呼気終末は、一定の初期基準を満たし、サンプル・チューブ１８において捕捉され、サンプル１９のレジストリを作成する。これらの呼気の他の部分および他の呼気が、それら全体として、システムを通過しバイパス・チューブ２０を通過して排出される。一連の呼気全体の分析の後で、呼気Ｂ１８からの呼気終末サンプルが分析のために選択され、サンプル・チューブ・ガスは、周囲入口３２からのプッシュ・チューブ２１における周囲空気によって押され、分析に関しては排除されるガスは、システムを通過して一掃排出ポート３３から排出され、呼気Ｂ１８からのサンプルは、組成センサ１４を通過して送られるということが、たとえば決定され得る。あるいは、サンプル・チューブに収集されたすべてのサンプルが、分析のために、センサ１４に送られることもあり得る。図１３のシステムの別の実装例では、一連の呼気Ｂ１からＢ１０からのすべての呼気は、図１６および図１７に記載されているように、サンプル・チューブに格納され得る。図１６では、ある変形例に従い、一連の呼気は、上側のグラフにおけるカプノメトリ・センサおよび下側のグラフにおける気道圧力センサによって特徴付けられることにより、各呼気のタイプが完全でおよび正確に特徴付けられ得るのであって、各呼気の構成部分は、時間の関数として、そしてさらにサンプル・チューブにおける位置の関数として正確に定義され得る。図１７では、図１３のシステムのサンプル・チューブが、ある変形例に従い、概略的に示されている。図１７に示されているように、各呼気Ｂ９からＢ１の各呼気部分の位置は、上述されたように、入手可能な情報に基づいて、サンプル・チューブにおいて既知であり得る。レジストリ１９における呼気タイプ情報に基づき、システム・アルゴリズムは、どの呼気のどの呼気部分が分析のために選択されるか、どの時点で、ポート３３を通じて不所望のガスがシステムから排出され、選択された部分がガス組成センサ１４に送られるのか、について決定する。いくつかの実施形態では、追加的なストレージが排出ポートの出力部に提供されることがあり得るのであって、以後の再サンプリングのための順方向および逆方向の移動を可能にする。
【００８７】
図１８および図１９は、第１のサンプル・チューブと、弁Ｖ４と弁Ｖ５との間にサンプル・ステージングのための二次エリアとが存在する変形例を記載している。この構成では、複数のシーケンシャルな呼気が、図１８に示されているように、一次サンプル・チューブ１８に格納され得るのであるが、その次に、レジストリ情報およびシステム・アルゴリズムに基づいて、様々な呼気の終末部分などの所望の部分が、プッシュ・チューブ２１における周囲空気によって、他のガスが弁Ｖ４のポートＢにおいてシステムの外へ排出される間に、弁Ｖ４と弁Ｖ５との間の二次ステージング・チューブに送られる。二次チューブに送られた後の分析のために選択されるガス部分は、図１９に示されているが、呼気Ｂ４、Ｂ６、Ｂ７およびＢ８からのサンプルを含んでおり、これらは、次に、分析のために、組成センサ１４に送られる。分析に関して拒絶された他のサンプルＢ５は、弁Ｖ４のポートＢから外へ排出され得る。
【００８８】
図２０および図２１は、第１のサンプル・チューブ１８と、弁Ｖ４と弁Ｖ５との間にサンプル・ステージングのための二次チューブとが存在する変形例を記載している。この構成では、一連のシーケンシャルな呼気などの複数の完全な呼気が、図２０に示されているように、一次サンプル・チューブに格納され得るのであるが、その次に、レジストリ情報およびシステム・アルゴリズムに基づいて、様々な呼気の終末部分などの所望の部分が、弁ＶＩを通過して入ってくる周囲空気によって、他のガスが弁Ｖ４のポートＡにおいてシステムの外へ排出される間に、サンプル・チューブの中から、弁Ｖ４と弁Ｖ５との間の二次ステージング・チューブに送られる。二次チューブに送られた後の分析のために選択されるガス部分は、呼気Ｂ１、Ｂ２およびＢ３の終末部分として、図２１に示されており、これらは、次に、分析のために、組成センサ１４に送られる。呼気終末サンプルを分析することがこの例において再び示されているが、これはやはり例示であって、測定されることが望まれる呼気部分は、関心対象である根底にある状態を診断するために呼気の最も関連する部分を測定することの必要に応じて、呼吸サイクルの中の任意の場所にあり得ることが、注意されるべきである。図１８および図２０のシステムは患者からサンプルを引き出すためのポンプの使用を記載しているが、それとは異なる態様が図２２に示されているように、呼気サンプルＢ１、Ｂ２およびＢ３は、ある変形例に従って、患者ＰＴからの呼気の力を経由してサンプル・チューブ１８の中に提供され得る。次に、サンプルの収集およびレジストリのルーチンが実行された後で、ポンプ１２が、ガス・サンプルであるＢ１、Ｂ２およびＢ３を、Ｖ４の排出ポートＡから外へ、または、Ｖ４とＶ５との間のステージング・チューブおよび最終的にはセンサ１４へ、運ぶことができる。
【００８９】
図２３は、呼気からの呼気終末ガス・サンプルがサンプル・チューブ１８の中にルーティングされ、他方で、呼気の他の部分はサンプル・チューブを回避しバイパス・チューブ２０を通過してルーティングされる変形例を記載している。やはり、レジストリ情報およびシステム・アルゴリズムに基づいて、廃棄されると決定されたサンプルは、ＶＩから引き込まれたプッシュ・チューブ２１における周囲空気によって、弁Ｖ４の排出ポートＢを通過して送られ、他方で、選択された１つまたは複数のサンプルは、Ｖ４とＶ５との間の二次チューブに、そして最終的には組成センサ１４に運ばれる。示されている例では、呼吸信号センサ１０とサンプル・チューブの入口弁Ｖ１との間に位置決めされた遅延チューブ５１０が存在し得るが、それによって、システムのアルゴリズムは、サンプル・チューブ１８において呼気サンプルを収集すべきか、または、バイパス・チューブ２０を通過してサンプルを廃棄すべきかを決める十分な時間を有することになる。示されている例では、呼気Ｂ４、Ｂ５およびＢ８からの呼気終末サンプルが測定のために収集され、他の呼気は廃棄される。
【００９０】
図２４は、ある変形例を示しているのであるが、この変形例では、選択された呼気からの呼気終末サンプルが、呼気レジストリ情報に基づいて、１つまたは複数のサンプル・チューブに格納され、他方で、呼気または呼気の部分が弁Ｖ８のポートＡを通じて排出される。たとえば、ある呼気部分が、センサＳＣＯによるＣＯ分析のために、弁Ｖ４と弁Ｖ５との間のコンパートメントに転送され、別の呼気部分が、センサＳＨ２によるＨ２の分析のために弁Ｖ６と弁Ｖ７との間のコンパートメントに転送され、別の呼気部分が、センサＳＯによる何らかの他の被検物の分析のために弁Ｖ８と弁Ｖ９との間のコンパートメントに転送される。組成分析の前に干渉を生じる化合物をフィルタで除去するために、プレセンサ・フィルタ５１２が、１つまたは複数の組成センサの前に提供され得る。そのようなフィルタは、アルデヒド、アルコール、ケトン、水素またはそれ以外の干渉を生じる物質を、除去し得る。この例では、遅延チューブ５１０が含まれていることにより、サンプルを廃棄するのかまたは保持するのかを決定し得る前に、さらに、保持しているサンプルをどの組成センサにルーティングすべきかを決定するために、呼気タイプ情報を分析するためのおよび呼気レジストリにおける情報を照会するための十分な時間が存在する。典型的には、遅延チューブは、１秒〜１０秒を導入する。あるいは、遅延チューブが６０秒までの遅延を導入することがあり得るが、それにより、サンプルを分析するのかまたは破棄するのかを決定する前に、多くの呼気からの情報が、この場合は遅延チューブ５１０の内部にあるレジストリに、カタログ化される。
【００９１】
図２５および図２６はある変形例を記載しているが、この変形例では、ガスが、一連の複数の呼気からサンプル・チューブ１８の中に引き出され、サンプル・レジストリが作成され、次に、たとえば呼気終末部分などの呼気部分が、二次格納チューブに、そして最終的には組成センサに送られ、他方で、変形例に従って、残っているガスは、弁Ｖ８のポートＡから排出される。特に、呼気Ｂ１、Ｂ２およびＢ３は、それら全体が、サンプル・チューブ１８に入り、レジストリにカタログ化される。システムが分析のための動作の方針を決定すると、選択された呼気の要求される部分が、センサＳＣＯ、ＳＨ２およびＳＯに送られる。サンプルは、組成分析を実行することが必要な場合には、弁Ｖ４と弁Ｖ５、弁Ｖ６と弁Ｖ７、および弁Ｖ８と弁Ｖ９との間の二次格納コンパートメントに格納され得るのであるが、複数の呼気の部分が収集され分析の前に格納されることが必要な場合、最小限の体積が必要とされている場合、または複数の呼気にわたる平均化が望まれる場合が、そのような場合であり得る。
【００９２】
図２７は、サンプル格納チューブの空気圧概略図の下に、異なるタイプの呼気のタイミング・トレーシングが重ね合わせられている変形例を示す。この図は、格納容積、３つの弁およびポンプを備えたシステムのある実装例を示しており、それに加えて、上部のトレーシングにおけるＣＯ２濃度に基づく呼気波形の仮想的な一連のタイプも示されている。同様の波形は、瞬間的な流量、圧力を測定することによって、または、他の手段によって取得され得る。いくつかの情報が、呼気の物理的格納と共に格納され得るのであって、それが、呼気部分の事後的な識別を可能にする。複合的な仮想的な呼気は、８つの異なる呼気タイプを含む。（ラベルＸが付された）呼気Ｂ１は、通常の健康な呼気を表し得る。（ラベルＹが付された）呼気Ｂ２は、ぜんそくの呼気またはそれ以外の呼吸障害を表し得る。呼気Ｂ２と呼気Ｂ３との間には、非呼吸的な活動の短いバーストが存在し得るが、これについては、考察されないことがあり得る。呼気Ｂ３は著しく小さな振幅を有するが、これは、劇的に低下された循環と小さな呼気体積の結果であり得る。呼気Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６およびＢ７は、浅く速い呼吸を伴う過呼吸を表し得る。最後になるが、（ラベルＺが付された）最後の呼気Ｂ８は、無呼吸事象の後の呼気の結果であり得るのであって、通常の呼吸とは非常に異なる根底にあるガス濃度を伴っている。吐き出されたガスは、ポンプなしで、または、ポンプを用いることによって、格納容積に格納され得る。弁Ｖ１は、格納容積への入口を開放する。弁Ｖ２は格納容積の出口を閉鎖する。格納容積チューブの長さは、与えられている臨床的パラダイムのために収集されることが必要である呼気の個数に依存する。ポンプを用いない格納容積の容積、内径および長さは限定されており、呼気波形の歪みを生じさせ、ガスの混合を増加させる。しかし、複数のサンプルがポンプを動作させられない場所で採取されなければならない場合には、または、（大規模な緊急状況における場合にそうであるように）複数のサンプルが複数の患者から並列的に収集されてシーケンシャルに分析されなければならない場合には、これは、容認可能な精度損失であり得る。以下の説明では、サンプル収集周期の間にポンプを動作させることを含むが、ポンプの動作はサンプル収集と必ずしも結合されていないことが理解されるべきである。患者が格納チューブの中に呼吸をすると、ポンプは、吐き出された呼気をサンプル容積の中へ引き出すことの助けになる。ポンプ速度は、予測される呼吸速度と一致するように選択されることが可能であり、呼吸速度の変化に応答して変動され得る。サンプルが収集された後で、弁Ｖ３とポンプ動作との組合せ（弁Ｖ１および弁Ｖ２によって、空気または不活性ガスが格納サンプルから入り込み流れることが可能になることがその後に続く）が、格納されている呼気の関係する部分を選択的に選ぶのに用いられる。弁Ｖ３は３ウェイ弁であり、図２８に記載されているように、排気（または、以後の分析のための他のストレージ）に接続された第１の出口、および一連のセンサに接続された第２の出口を備えている。コンピュータ駆動アルゴリズムが、根底にある格納されている波形の急峻なセグメント化を可能にする速度で、「排気」から「分析」に弁Ｖ３を選択的に切り換え得る。
【００９３】
分析のいくつかの例が、図２７に示されており、以下で説明される。分析ＡＡ：測定の主な目的の１つが、（Ｈ２濃度を測定する場合のように）解析される終末呼気の体積を最適化することである場合には、終末呼気の関連する部分が、ＸおよびＹのラベルが付されている呼気Ｂ１およびＢ２から、相互にグループ化され得る。仮想的な呼気Ｂ８の最後のセクション（右側の、Ｚのラベルが付されている）は、無呼吸または別の臨床的状態の結果であり得るが、これは、通常は分析において考察されないものであり、いくらかの精度を犠牲にして測定のために利用可能な全体的なガス体積を増加させるために、含ませることが必要となり得る。呼気の部分Ｚを導入することによって精度は低下し得るが、その理由は呼気終末部分よりも多くが考察されるからであり、また、呼気は予測される濃度で安定することはないが、その理由はこれが無呼吸と関係する呼気であって不自然なＣＯ２およびＣＯ含有量を伴うからである。分析ＢＢ：測定の主な目的の１つが精度を最適化することである場合には、呼気Ｂ１、Ｂ２およびＢ３が考察されるが、呼気Ｂ８は考察され得ないのであり、その理由は、最初の３つが調査対象であるガスの濃度についてより安定し得るからである。これは、百万分の１の精度が望まれる呼気終末ＣＯ濃度を測定するときに、そうであり得る。最小限の品質基準に合致する任意の呼気が用いられ得るのであって、その呼気終末部分の全体が理想に満たない場合であっても、それよりも短い部分が用いられる。アルゴリズムが、分析に、どの呼気をどのくらい含めるのかを決定する。分析ＣＣ：過呼吸事象の間、特に、そのような事象が慢性的な臨床条件と関係する場合に、重症度と残存ガス濃度とを計測することは、臨床的な関心であり得る。呼気Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６およびＢ７は、この条件に関して認識され分析される唯一の呼気であり得る。分析ＤＤ：ＣＯ２がある一定の閾値に到達するときに、ガスの肺胞濃度を考察して、それを、より高度な分析のための他のタイプの測定値と比較することが望まれることがあり得るが、その場合には、呼気Ｂ１、Ｂ２およびＢ８の「より幅の広い」部分が最終的に分析される。
【００９４】
図２８は、ある変形例に従った、図２４に記載されているシステムへの別の構成を記載する空気概略図であって、ポンプ１２’が患者ＰＴからサンプルを引き出し、そのサンプルを様々なサンプル・チューブＡ、ＢおよびＣと組成センサＳＡ、ＳＢおよびＳＣとに送るのであるが、このポンプは、ガス経路におけるガス構成要素の編成がポンプによって混乱されないようなぜん動タイプのポンプであり得る。この図は、分析システムのある変形例を示しており、複数の被検物感知手段を含み得る。弁２および３、ならびにポンプは、上述した図２７と同じである。弁Ｖ４、Ｖ６およびＶ８は、それぞれが特定の被検物の感知手段に付属している別々のサンプル・チャンバＡ、ＢおよびＣにそれぞれ接続されている。センサＳＡ、ＳＢおよびＳＣのそれぞれは、単一のガスまたは複数の被検物濃度感知手段であり得る。弁Ｖ８のポートＡにおける排気は、追加的な感知または格納手段に接続され得る。ポンプは、格納容積の２方向への移動とインクリメンタルな分析を可能にするために、双方向的であり得る。たとえば、最初に精度を最適化するために、２段のアルゴリズムが用いられ得るが、呼気１、２および８それぞれの特定の部分Ｘ、ＹおよびＺによって十分でないガス体積が選択された場合には、Ｘよりも前、Ｙよりも前およびＺよりも前に格納容積の追加的なサンプルが、サンプル・チャンバＡに追加されセンサＳＡに提供され得る。この場合には、より多くの体積が利用可能になり得るが、呼気終末部分だけが捕捉されたことの信頼度は、低くなり得る。最後に、調和解析、ウェーブレットおよび一連の他の信号解析ツールを含む非線形アルゴリズムが、格納された呼気パラメータを表す波形に適応的に適用され得るのであって、それにより、呼気のどの部分が分析されるべきかが決定される。リアルタイムの分析または単一の呼気の分析を提供するシステムでは、患者の安定性、呼吸パターンの規則性などについての推定が行われ得る。複数の呼気についての完全な格納を用いると、最良の呼気が、事実に従い選択され分析され得るが、必要な場合には、追加的な呼気または呼気の追加的な部分が、精度、ガス体積またはそれ以外の最適化されるべきパラメータを増加させるために、元のサブサンプルに追加され得る。
【００９５】
図２７および図２８におけるシステムは、１つまたは複数の呼気を格納するために１つまたは複数の弁を備えた長い毛細チューブ１８’を含み得るが、この１つまたは複数の呼気は、以後のオフラインでの化学的分析のために部分ごとのリトリーブが可能である。いくつかの実装例は、（単一または複数の呼気格納のための）長い毛細チューブを含み得るのであって、この毛細管は、オプションとして、（フローの反転が可能な）ポンプと、吐き出されたガスのフローを１つまたは複数のセンサにルーティングする１つまたは複数の弁とに動作的に結合されている。さらに、吐き出されたガスがチューブ１８’に入るまたはチューブ１８’を出るときには、その流量およびそれ以外の流体的パラメータが、フロー通過センサによって（流量、ＣＯ２濃度、温度などについて）測定され得る。また、ポンプにおけるガスの排気は、用いられる場合には、フロー通過センサによっても測定され得る。
【００９６】
本開示のいくつかの変形例は、１つまたは複数の呼気の格納に関し、タイムマーカを備えているのであるが、これは、吐き出される際に、１つまたは複数の呼気が格納チューブに線形にロードされ、流量、圧力、ＣＯ２濃度などを含み得る詳細なタイミング情報が呼気の各物理的位置に対して保存されるコンピュータのシフト・レジスタに類似し得る。格納されている呼気の任意の部分が、複数の呼気の同じ部分を含めて、１組のセンサの中に順方向にロードされ得る。たとえば、ある一定のガスの呼気終末濃度が重要な測定値（すなわち、水素）である場合には、複数の呼気から呼気終末濃度の複数の読取値を取得して、それらを収集し、そして燃料セル・センサを用いてそれらを分析することが必要になり得る。複数のサンプルを収集することが必要であり得る理由は、燃料セル・センサは最小体積のテスト・ガスを要し、また、燃料セルは定常状態に到達するために著しい積算時間を要するからである。これは、質量分析計を含む多数の他のセンサ・タイプについても、真実であり得る。さらに、各呼気は、患者が疾病の存在に起因して呼吸が乱れている場合は特に、異なる形態を有し得る。その場合には、呼気の正しい部分がサンプリングされていることを確認するために、各呼気を別々に分析し、呼気終末部分だけを選択する（または、呼気が十分に画定されていない場合にはいずれの部分も選択しない）ことが必要となり得る。
【００９７】
このプロセスは、別々に保存されているタイミング情報と共に、１つまたは複数の呼気を格納チューブの中に収集すること、そして次に、ポンプとおよび弁の組合せを行うことを通じて、関連する部分だけを１つまたは複数の呼気から１つまたは複数のセンサにルーティングすることを、必然的に伴う。毛細チューブの内径に、特別な注意が払われなければならないのであるが、この内径は、乱流および混合が生じることなく吐き出されたガスが適切に内部を流れることを許容するのに十分なだけ大きく、他方で、ガスの混合を防止するのに十分なほど小さいことが保証されているのである。これは、また、ポンプ速度の選択にも適用されるのであって、ポンプ速度は、ある範囲の呼気を許容するように固定であるか、または、呼気間の差異に対応するように可変でもあり得るが、この点は、米国特許出願第１３／７２２，９５０に記載されている。なお、この米国特許出願は、本出願の譲受人に譲渡されており、この米国特許出願の開示内容は、その全体が、参照によって本明細書に組み入れられる。ポンプ速度に関する情報は、後で、格納チューブにおいてガスを「再サンプリングする」ために用いられ得る。このプロセスは、調節可能なサンプリング・レートを用いるサンプリング装置で、アナログ信号をデジタル的にサンプリングするのと非常に類似している。ある再サンプリング方法は、正確なサンプリング点を選択するために「チャープ」変換を用いることを含む。
【００９８】
本開示は、（１つまたは複数の）呼気格納コンパートメントおよび（１つまたは複数の）分析センサが同じデバイスに存在するような変形例について主に記載しているが、格納コンパートメントおよび分析センサは別々であり得ることが理解されるべきである。たとえば、ガスは、混合を防止するように構成されたコンパートメントに、戸外で捕捉され得る。コンパートメントは、（たとえば、真空ポンプなどの）フロー機構および（たとえば、カプノメータおよびソフトウェアなどの）呼気の特定の部分を判断し記録するための機構と関連する場合もまたは関連しない場合もあり得る。その次に、格納されたガスは、実行される分析のために、実験室に運ばれ得る。実行される分析は、呼気の特定の構成要素を測定すること、および／または、（たとえば、呼気終末部分など）呼気の特定の部分の開始および終了を決定することなど、本明細書で上述された分析のいくつかまたは全部を含み得る。
【００９９】
センサは、燃料セル、ＭＥＭＳ流体センサ、光ベンチ、ガス分光計、質量分析計、およびいずれかの他のタイプのセンサを含み得る。分析されるガスは、吐き出された呼気、麻酔ガス、不所望の吸い込まれたガス（すなわち、毒物、生化学的兵器）または代謝プロセス（アルコール、薬物、疾病など）に起因するガスに伝統的に存在する任意の標準的なガスを含み得る。
【０１００】
ナノチューブ・センサ技術など、新たに誕生しつつある技術が、要求される精度をもってリアルタイムでガス組成物を測定するのに十分に正確であることが判明し得るということも考えられる。したがって、変形例の多くが、本明細書では、呼吸パターン感知センサおよびステップと、ガス組成センサおよびステップとを別々に説明しているが、呼吸感知のステップおよびガス組成分析のステップは、同じセンサによって、潜在的に同時に、実行されることが可能である。そのような装置では、本明細書に記載されている呼気情報レジストリの変形例が、有益であり得るだろう。
【０１０１】
本明細書で用いられている呼気終末という用語は、呼気周期の終了時でのまたは終了に近い時点での吐き出された呼気の部分を指すものと理解され得るのであって、典型的には、人からデッドスペースが吐き出された後であり得る。明細書の全体で例示されている呼気終末ガスにおいてＣＯなどのガスを測定することに加えて、微粒子およびそれ以外の化学物質などガスでないものも同じ態様で測定されると考えられる。
【０１０２】
本発明の変形例に関する上述の記載において、図面に記載されている動作のシーケンスは、可能性のあるすべての順列として組み合わされることが可能である、ということが注意されるべきである。さらに、例ではＥＴＣＯ測定を記載しているが、それらは、たとえば水素など、他のガスに適用し得る。明細書全体に提供されている例は本発明の原理を例証するものであって、当業者によれば、様々な修正、改変および組合せを、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、行い得る。本明細書に開示されている様々な呼気測定およびサンプリング・デバイスの任意の変形例は、任意の他の呼気測定およびサンプリング・デバイスまたは本明細書に開示されている呼気測定およびサンプリング・デバイスの組合せの特徴を含み得る。したがって、添付の特許請求の範囲による以外に、本発明が限定されることは意図されていない。上述された変形例のすべてに関して、方法のステップは、シーケンシャルに実行されることは必要ではない。
【国際調査報告】
2016510107.tif 000032