(57)【要約】  呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイスは、呼吸空気流路３６を通る赤外光３４を放出する赤外線光源３０と、呼吸空気流路を通った後の赤外光を検出する光検出器４０とを含む。吸収線帯域通過フィルタ４２は、対象ガスの吸収線を包含する通過帯域をもつ。基準線帯域通過フィルタ４４は、呼吸空気が透過性である通過帯域をもつ。制御デバイス６２、６４、７０、８０、９０は、吸収線帯域通過フィルタが赤外光の経路内にある監視状態と基準線帯域通過フィルタが赤外光の経路内にあり、かつ、吸収線帯域通過フィルタが赤外光の経路内にない校正状態との間においてＲＧＭデバイスを切り替える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイスであって、
呼吸空気を搬送するための呼吸空気流路と、
前記呼吸空気流路を通る赤外光を放出する赤外線光源と、
前記呼吸空気流路を通った後の前記赤外光を検出する光検出器と、
対象ガスの吸収線を包含する通過帯域をもつ吸収線帯域通過フィルタと、
前記呼吸空気が透過性である通過帯域をもつ基準線帯域通過フィルタと、
前記吸収線帯域通過フィルタが前記赤外光の経路内にあり、かつ、前記基準線帯域通過フィルタが前記赤外光の経路内にない監視状態と、前記基準線帯域通過フィルタが前記赤外光の経路内にあり、かつ、前記吸収線帯域通過フィルタが前記赤外光の経路内にない校正状態との間で前記ＲＧＭデバイスを切り替えるように動作する制御デバイスと、
を備える、ＲＧＭデバイス。
【請求項２】
前記制御デバイスが、
前記吸収線帯域通過フィルタを前記赤外光の経路内に機械的に動かすことと、前記基準線帯域通過フィルタを前記赤外光の経路の外側に機械的に動かすこととにより前記監視状態に切り替えるように、及び、
前記基準線帯域通過フィルタを前記赤外光の経路内に機械的に動かすことと、前記吸収線帯域通過フィルタを前記赤外光の経路の外側に機械的に動かすこととにより、前記校正状態に切り替えるように、
接続されたフィルタフリッパーを備える、
請求項１に記載のＲＧＭデバイス。
【請求項３】
前記フィルタフリッパーが、フィルタホイールを備える、
請求項２に記載のＲＧＭデバイス。
【請求項４】
前記制御デバイスが、
前記吸収線帯域通過フィルタを通り、かつ、前記基準線帯域通過フィルタを通らない光路に前記赤外光を操作することにより前記監視状態を実現する第１の電気バイアスと、
前記基準線帯域通過フィルタを通り、かつ、前記吸収線帯域通過フィルタを通らない光路に前記赤外光を操作することにより前記校正状態を実現する第２の電気バイアスとで動作可能な電気光学ビーム操作デバイスを備える、
請求項１に記載のＲＧＭデバイス。
【請求項５】
前記制御デバイスが、電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタを備え、前記電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタは、
前記電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタを前記吸収線帯域通過フィルタの前記通過帯域に調整することにより、前記電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタが前記吸収線帯域通過フィルタを具現化することにより、前記監視状態を実現する第１の電気バイアスと、
前記電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタを前記基準線帯域通過フィルタの前記通過帯域に調整することにより、前記電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタが前記基準線帯域通過フィルタを具現化することにより前記校正状態を実現する第２の電気バイアスと、
で動作可能である、
請求項１に記載のＲＧＭデバイス。
【請求項６】
前記基準線帯域通過フィルタが、３．６マイクロメートルを包含する通過帯域をもつ、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＲＧＭデバイス。
【請求項７】
前記対象ガスが、二酸化炭素であり、前記吸収線帯域通過フィルタが、二酸化炭素の４．３マイクロメートルの吸収線を包含する通過帯域をもつ、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のＲＧＭデバイス。
【請求項８】
前記ＲＧＭデバイスが前記校正状態にあるときに、前記光検出器を使用して基準赤外線信号を測定し、
前記ＲＧＭデバイスが前記監視状態にあるときに、前記光検出器を使用し、さらに、前記基準赤外線信号を使用して、前記呼吸空気における前記対象ガスの濃度又は分圧を測定する、電子機器をさらに備える、
請求項１乃至７のいずれか一項に記載のＲＧＭデバイス。
【請求項９】
前記制御デバイスが、前記ＲＧＭデバイスを前記校正状態に切り替えるように動作するとき、前記呼吸空気流路を通る前記呼吸空気の流れを変えるように動作しない、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のＲＧＭデバイス。
【請求項１０】
呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイスの作動方法であって、前記方法は、
呼吸空気流路を通して呼吸空気を流すステップと、
前記呼吸空気流路を通る赤外光を放出するステップと、
前記呼吸空気流路を通して前記呼吸空気を流している間、吸収線帯域通過フィルタが前記赤外光の経路内に位置する状態において、前記呼吸空気流路を通る放出された前記赤外光の透過を示す赤外線透過信号を測定するステップ、及び、前記赤外線透過信号と基準赤外線信号とから前記呼吸空気における対象ガスに対する値を特定するステップを有する、対象ガス監視を実施するステップと、
前記呼吸空気流路を通して前記呼吸空気を流している間、基準線帯域通過フィルタが前記赤外光の経路内に位置する状態において、前記呼吸空気流路を通る放出された前記赤外光の透過を示す前記基準赤外線信号を測定するステップを有する、校正を実施するステップと、
を有する、方法。
【請求項１１】
前記吸収線帯域通過フィルタが前記赤外光の経路内に位置し、かつ、前記基準線帯域通過フィルタが前記赤外光の経路の外側に位置する監視状態に前記ＲＧＭデバイスがあるときに、前記対象ガス監視が実施され、
前記基準線帯域通過フィルタが前記赤外光の経路内に位置し、かつ、前記吸収線帯域通過フィルタが前記赤外光の経路の外側に位置する校正状態に前記ＲＧＭデバイスがあるときに前記校正が実施される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
フィルタフリッパーを使用して前記監視状態と前記校正状態との間において切り替わるように前記吸収線帯域通過フィルタと前記基準線帯域通過フィルタとを動かすステップをさらに有する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記吸収線帯域通過フィルタを通り、かつ、前記基準線帯域通過フィルタを通らない光路内に前記赤外光を操作するように電気光学ビーム操作デバイスを操作することにより、前記監視状態に切り替えるステップと、
前記基準線帯域通過フィルタを通り、かつ、前記吸収線帯域通過フィルタを通らない光路内に前記赤外光を操作するように前記電気光学ビーム操作デバイスを操作することにより、前記校正状態に切り替えるステップと、
をさらに有する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
対象ガスの吸収線を包含する通過帯域に調整されることにより、電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタが前記吸収線帯域通過フィルタを具現化する監視状態に前記ＲＧＭデバイスがあるときに、前記対象ガス監視が実施され、
前記呼吸空気が透過性である通過帯域に調整されることにより、前記電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタが前記基準線帯域通過フィルタを具現化する校正状態に前記ＲＧＭデバイスがあるときに、前記校正が実施される、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記吸収線帯域通過フィルタが、対象ガスの吸収線を包含する通過帯域をもち、前記基準線帯域通過フィルタは、前記呼吸空気が透過性である通過帯域をもつ、
請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
呼吸空気を搬送するための呼吸空気流路と、
前記呼吸空気流路を通した光学的透過を測定する測定デバイスと、
吸収線帯域通過フィルタを使用して、測定された前記光学的透過をフィルタ処理することと、基準線帯域通過フィルタを使用して、測定された前記光学的透過をフィルタ処理することとの間において切り替わる切替え式光学フィルタ処理デバイスと、
前記吸収線帯域通過フィルタを使用してフィルタ処理された前記測定された光学的透過と前記基準線帯域通過フィルタを使用してフィルタ処理された前記測定された光学的透過との比較を使用して、前記呼吸空気における対象ガスの濃度又は分圧を出力する電子機器と、
を備える、呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイス。
【請求項１７】
前記切替え式光学フィルタ処理デバイスが、前記測定デバイスの光路内に前記吸収線帯域通過フィルタを配置することと、前記測定デバイスの前記光路内に前記基準線帯域通過フィルタを配置することとの間で機械的に切り替わるフィルタフリッパーを備える、
請求項１６に記載のＲＧＭデバイス。
【請求項１８】
前記切替え式光学フィルタ処理デバイスが、前記吸収線帯域通過フィルタを通る光路に沿って赤外光を操作する第１の電気的バイアスで動作可能であり、及び、前記基準線帯域通過フィルタを通る光路に沿って赤外光を操作する第２の電気的バイアスで動作可能な電気光学ビーム操作デバイスを備える、
請求項１６に記載のＲＧＭデバイス。
【請求項１９】
前記切替え式光学フィルタ処理デバイスが、前記吸収線帯域通過フィルタを具現化するために前記対象ガスの吸収線を包含する通過帯域に電気的に調整可能であり、及び、前記基準線帯域通過フィルタを具現化するために、前記呼吸空気が透過性である通過帯域に電気的に調整可能である、光学帯域通過フィルタを備える、
請求項１６に記載のＲＧＭデバイス。
【請求項２０】
前記対象ガスが、二酸化炭素であり、前記基準線帯域通過フィルタが、３．６マイクロメートルを包含する通過帯域をもち、前記吸収線帯域通過フィルタが、二酸化炭素の４．３マイクロメートルの吸収線を包含する通過帯域をもつ、
請求項１６乃至１９のいずれか一項に記載のＲＧＭデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下は、概して呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイスの技術分野、ガス検出セル校正の技術分野、及び関連する技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイスは、呼吸空気における二酸化炭素（ＣＯ２）、又は、何らかの他の呼吸ガス、例えば、酸素（Ｏ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、又は投与された麻酔ガスの分圧又は濃度を測定するために使用される。ＣＯ２を測定するＲＧＭデバイスは、カプノメーターと一般的に呼ばれる。様々なガス成分検出技術が使用される。光検出器を使用する特定のＲＧＭデバイスでは、呼吸空気が通って流れるサンプリングセルを通る広帯域赤外光を、赤外線光源が放出する。対向する光検出器モジュールは、狭帯域フィルタと赤外線検出器とを含む。フィルタは、対象ガスにより強く吸収される波長、例えば、ＣＯ２の場合、４．３マイクロメートルを通すように調整される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような設計において光検出器は、対象ガスが存在しない状態において基準信号を測定することにより校正される。これは、サンプリングセルから呼吸空気流をそらすこと、及び、サンプリングセルを通して空気又は窒素などの基準ガスの流れを導入することをともなう。基準ガスは、無視できる程度の濃度の対象ガス（例えば、カプノメーターの場合は無視できる程度のＣＯ２）を含むように選択される。その結果、対象ガスによる無視できる程度の吸収が存在するので、基準ガスが流れている状態において光検出器により出力された測定された信号は最大値である。この基準信号が特定されることにともなって、基準ガス流を通るように放出された赤外光を使用して測定された基準信号に対する、呼吸空気流を通るように放出された赤外光を使用して測定された信号の比が、呼吸空気流の中の対象ガスによる赤外線吸収に起因した信号の低減をもたらす。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以下の記載が、新しい改善されたシステム及び方法を開示する。
【０００５】
１つの開示される態様において、呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイスは、呼吸空気を搬送するための呼吸空気流路と、呼吸空気流路を通る赤外光を放出するように構成された赤外線光源と、呼吸空気流路を通った後に赤外光を検出するように構成された光検出器を備える。吸収線帯域通過フィルタは、対象ガスの吸収線を包含する通過帯域をもつ。基準線帯域通過フィルタは、呼吸空気が透過性である通過帯域をもつ。制御デバイスは、吸収線帯域通過フィルタが赤外光の経路内にあり、かつ、基準線帯域通過フィルタが赤外光の経路内にない監視状態と、基準線帯域通過フィルタが赤外光の経路内にあり、かつ、吸収線帯域通過フィルタが赤外光の経路内にない校正状態との間で、ＲＧＭデバイスを切り替えるように動作する。
【０００６】
別の開示される態様において、呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイスを動作させる方法が開示される。呼吸空気は、呼吸空気流路を通して流される。赤外光は、呼吸空気流路を通るように放出される。呼吸空気流路を通して呼吸空気を流している間、吸収線帯域通過フィルタが赤外光の経路内に位置する状態において呼吸空気流路を通る放出された赤外光の透過を示す赤外線透過信号を測定することと、赤外線透過信号と基準赤外線信号とから呼吸空気における対象ガスに対する値を特定することとを有する対象ガス監視が実施される。呼吸空気流路を通して呼吸空気を流している間、基準線帯域通過フィルタが赤外光の経路内に位置する状態において呼吸空気流路を通る放出された赤外光の透過を示す基準赤外線信号を測定することを有する校正が実施される。
【０００７】
別の開示される態様において、呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイスは、呼吸空気を搬送するための呼吸空気流路と、呼吸空気流路を通した光学的透過を測定するように構成された測定デバイスと、吸収線帯域通過フィルタを使用して、測定された光学的透過をフィルタ処理することと、基準線帯域通過フィルタを使用して、測定された光学的透過をフィルタ処理することとの間で切り替わるように構成された切替え式光学フィルタ処理デバイスと、吸収線帯域通過フィルタを使用してフィルタ処理された測定された光学的透過と基準線帯域通過フィルタを使用してフィルタ処理された測定された光学的透過との比較を使用して呼吸空気における対象ガスの濃度又は分圧を出力するように構成された電子機器とを備える。
【０００８】
１つの利点は、呼吸空気における二酸化炭素又は別の対象ガスのより正確な監視を提供する点にある。
【０００９】
別の利点は、呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイスのより高頻度の校正を提供する点にある。
【００１０】
別の利点は、窒素又は別の校正ガスへの接続を必要としないＲＧＭデバイスを提供する点にある。
【００１１】
別の利点は、ＲＧＭデバイスを通って流れる呼吸ガスが校正を実施するために妨害されないＲＧＭデバイスを提供する点にある。
【００１２】
所与の実施形態が、前述の利点のうちの０個、１個、２個、それより多くの、又はすべてを提供するか、及び／又は本開示を読んで理解することにより当業者に明らかとなる他の利点を提供する。
【００１３】
本発明は、様々なコンポーネント及びコンポーネントの配置、及び、様々なステップ及びステップの構成の形態をとる。図面は、好ましい実施形態を示すことを目的とするにすぎず、本発明を限定するとは解釈されない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイスを概略的に示す図である。
【図２】対象ガスが監視される監視状態と校正状態との間においてＲＧＭデバイスを切り替えるように動作する図１のＲＧＭデバイスの制御デバイスの実施形態を概略的に示す図である。
【図３】対象ガスが監視される監視状態と校正状態との間においてＲＧＭデバイスを切り替えるように動作する図１のＲＧＭデバイスの制御デバイスの実施形態を概略的に示す図である。
【図４】対象ガスが監視される監視状態と校正状態との間においてＲＧＭデバイスを切り替えるように動作する図１のＲＧＭデバイスの制御デバイスの実施形態を概略的に示す図である。
【図５】対象ガスが監視される監視状態と校正状態との間においてＲＧＭデバイスを切り替えるように動作する図１のＲＧＭデバイスの制御デバイスの実施形態を概略的に示す図である。
【図６】対象ガスが監視される監視状態と校正状態との間においてＲＧＭデバイスを切り替えるように動作する図１のＲＧＭデバイスの制御デバイスの実施形態を概略的に示す図である。
【図７】対象ガスが監視される監視状態と校正状態との間においてＲＧＭデバイスを切り替えるように動作する図１のＲＧＭデバイスの制御デバイスの実施形態を概略的に示す図である。
【図８】図１のＲＧＭデバイスの動作のための動作フロー図を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
対象ガスの光学的検出を使用する呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイスにおいて、赤外線光源は、典型的には、赤外線要素を通して電流パルス列を伝導することにより抵抗加熱された赤外線出射要素（例えば、セラミックス要素）を含む。赤外線要素は、赤外線における強い出射をともなう広帯域黒体放射を生成するために効果的な温度まで抵抗加熱される。この赤外線出射は、加熱された赤外線要素の正確な温度に強く依存する。加熱された赤外線出射要素の温度は、ＲＧＭデバイスの動作中、経時的にドリフトし得る。赤外光検出器は、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）検出器、マイクロボロメーター、熱電対、焦電気検出器などであり、さらにそれらの感度は通常、強く温度に依存する。検出器温度は、ＲＧＭデバイスの動作中、さらに経時的にドリフトし得る。ＩＲ源及びセンサーの熱安定性に応じて、光学的検出セルの校正は、重病の患者の着実な医療監視に対する十分な正確さを確実なものとするために、数分から数十分ごとの頻度でインターバルをおいて繰り返されることを必要とする。
【００１６】
既存のＲＧＭデバイスでは、光学的検出セルの校正は流れ切り替えにより実施され、流れ切り替えでは、呼吸空気流がサンプリングセルから離れるようにそらされ、基準ガス流（例えば、窒素ガス又は空気）がサンプリングセルを通して流される。このアプローチは、本明細書において認識されている特定の欠点を含む。窒素などの空気以外の基準ガスの場合、基準ガスは患者の病室において利用可能でなければならず、ＲＧＭデバイスに接続されなければならない。空気が基準ガスとして使用される場合、空気中に存在する対象ガス（例えば、カプノメーターの場合におけるＣＯ２）の残存レベルに起因した誤差の可能性が存在する。
【００１７】
本明細書において認識されている別の欠点は、ＲＧＭデバイスのサンプリングチャンバを通る流れが呼吸ガス流から基準ガス流に切り替えられ、次に、基準ガス流から呼吸ガス流に戻すように切り替えられるので、呼吸ガス監視がある時間インターバルにわたって妨害されることである。監視データの明らかな妨害に加えて、サンプリングセルを通る呼吸ガス流が復元される、及び平衡に達する前に呼吸ガス監視測定が再開される場合、誤った測定結果を生成する可能性が存在する。
【００１８】
これらの困難さの観点から、呼吸空気流路を通る赤外光を放出する赤外線光源と、呼吸空気流路を通った後に赤外光を検出する光検出器とを含む呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイスを提供することが本明細書において開示される。吸収線帯域通過フィルタは、対象ガスの吸収線を包含する通過帯域をもつ。基準線帯域通過フィルタは、呼吸空気が透過性である通過帯域をもつ。制御デバイスは、吸収線帯域通過フィルタが赤外光の経路内にある監視状態と、基準線帯域通過フィルタが赤外光の経路内にあり、かつ、吸収線帯域通過フィルタが赤外光の経路内にない校正状態との間でＲＧＭデバイスを切り替える。このように、呼吸空気流路を通る呼吸空気の流れのいかなる妨害も必要とせずに、校正が迅速に実施され得る。
【００１９】
図１を参照すると、例示的な呼吸ガス監視（ＲＧＭ）デバイス１０は、適切な患者アクセサリ、例えば、示される例における鼻カニューレ１４により、又は、機械的人工呼吸のために使用される気管内チューブを使用して接続する気道アダプタにより、又はその他により患者１２に接続される。患者アクセサリ１４は、１つ又は複数の補助コンポーネント、例えば、空気フィルタ、水トラップなど（図示されていない）を任意選択的に含む。例示的なＲＧＭデバイス１０では、呼吸空気は、患者アクセサリ１４から空気入口１６内に、及び、ポンプ２２により対象ガス測定セル２０を通して引き込まれる。次に、呼吸空気は、ＲＧＭデバイス１０の空気出口２４を介して大気に排出されるか、又は、例示的な実施形態に示されるように、大気中に排出する前に、吸入された麻酔又は他の吸入された薬剤を取り除くために、空気出口２４を通して掃気システム２６内に排出される。呼吸空気は概して周辺空気と異なる組成をもち、例えば、呼吸空気は、異なる濃度のＣＯ２、酸素を含有し、及び／又は、投与された麻酔ガスなどの追加されたガスを含有することが留意されなければならない。
【００２０】
例示的なＲＧＭデバイス構成体は、呼吸空気がポンプ２２を使用してＲＧＭデバイスに引き込まれる支流構成をとり、対象ガス測定セルが２０ＲＧＭデバイス１０内に位置する。支流構成は、自発呼吸する患者、すなわち、機械的人工呼吸器の補助を受けずに患者自身により呼吸する患者のために適切に使用される。本流構成（図示されていない）として知られる代替的な構成では、対象ガス測定セルは、典型的には、患者の「本流」気道流内に挿入された対象ガス測定セル患者アクセサリとしてＲＧＭデバイスハウジングの外部に位置する。このような本流構成は、例えば、人工呼吸器ユニットのアクセサリ受容部内に嵌合するように設計された、又は、人工呼吸器内に供給する気道ホースに設置された対象ガス測定セル患者アクセサリを使用して、機械的人工呼吸器を使用する患者と組み合わされて使用される。
【００２１】
対象ガス測定セル２０は赤外線光学吸収セルを備え、赤外線光学吸収セルにおいて、患者アクセサリ１４から引き込まれた呼吸空気における対象ガスが、光学的に検出された赤外線における吸収を生成する。非限定的な例により、ＣＯ２は、約４．３マイクロメートルに吸収ピークをもつ。非限定的なさらなる例により、他の対象ガスは、酸素（Ｏ２）、亜酸化窒素（Ｎ２Ｏ）、又は投与された麻酔ガスを含み、その各々が赤外線において特定の特徴的な吸収線をもつ。赤外線光源３０は、いくつかの実施形態において電流パルス列を含む駆動電流ＩＰにより抵抗加熱される赤外線出射要素３２を含む。電流ＩＰは、赤外線出射要素（例えば、セラミックス要素又は他の熱的に放射する要素）を加熱して、赤外線における強い出射をともなう黒体放射を出射する。したがって、（図１において太い矢印により概略的に示される）放出された広帯域赤外光３４が、（図１において曲線の矢印により概略的に示される）呼吸空気流路３６を通って透過し、呼吸空気流路３６に沿って呼吸空気が流れる。流路３６は、赤外光３４に対して実質的に透過性であるプラスチック、ガラス、サファイア、又は他の物質から作られた壁を使用してキュベット（容器）を規定するチューブ又は他の管により規定される。ポンプ２２は、流路３６を通る呼吸空気の流れを能動的に駆動し、本流構成では、流れは、患者の機械的人工呼吸により、及び／又は、患者の能動的な呼吸により駆動される。
【００２２】
光検出器４０は、赤外光３４を検出するように構成されている。いくつかの例示的な実施形態において、光検出器４０は、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）検出器、マイクロボロメーター、熱電対、焦電気検出器などである。対象ガスに特異性を提供する、対象ガスの吸収線に調整された通過帯域をもつ吸収線帯域通過フィルタ４２が、赤外線出射要素３２と光検出器４０との間に介在する。例えば、対象ガスがＣＯ２である場合、吸収線帯域通過フィルタ４２は、二酸化炭素を強く吸収する波長である４．３マイクロメートルを包含した、及び好ましくは４．３マイクロメートルを中心とした通過帯域を適切にもつ。他の対象ガスに対して、帯域通過フィルタは、他の対象ガスの強い吸収線を包含した、及び、好ましくは、他の対象ガスの強い吸収線を中心とした通過帯域をもつように設計されている。吸収線帯域通過フィルタは、例えばサファイアなどの赤外光透過性基材における層の重なりを備え、その場合において、層の重なりのうちの層が、必要な中心周波数（例えば、ＣＯ２検出の場合には４．３マイクロメートル）をもつ狭い通過帯域をもつ干渉フィルタを形成するように設計された厚さ、屈折率、及び配置をもつ。
【００２３】
校正を実施するために、図１の例示的な実施形態は、吸収線帯域通過フィルタ４２と同様に構築された独立した基準線帯域通過フィルタ４４を使用するが、層の重なりは、呼吸空気に無視できない量で存在するいずれの成分も強い吸収を示さない波長に調整される。いくつかの実施形態において、基準線帯域通過フィルタ４４は、３．６マイクロメートルの周波数を包含した、及び、好ましくは、３．６マイクロメートルの周波数を中心とした狭い通過帯域をもつが、呼吸空気が透過性である他の波長も想定される。概して、基準線帯域通過フィルタ４４は、呼吸空気流路３６において搬送される呼吸空気が透過性である通過帯域をもつ。「透過性」により、ＲＧＭデバイス１０が検出するように設計されている呼吸空気における対象ガスの最低濃度又は分圧に対する、吸収線帯域通過フィルタ４２の通過帯域にわたる対象ガスによる吸収と比較されたとき、基準線帯域通過フィルタ４４の通過帯域にわたる呼吸空気による吸収が無視できるほど小さいことが意味される。
【００２４】
ＲＧＭデバイス１０は、光検出器４０の電気的バイアス、及び、光検出器４０に対する読み取りを提供するＲＧＭデバイス電子機器４６をさらに含む。電子機器４６は、任意選択的に、赤外線光源３０に対して駆動電流ＩＰを提供する（接続は図１に示されておらず、さらに、別々の電流又は電圧駆動電源などの他の駆動構成が想定される）。ＲＧＭデバイス電子機器４６は、検出された信号をガス信号４８、例えば、呼吸空気流におけるＣＯ２の濃度又は分圧に変換することに適した、及び、任意選択的にさらなる処理、例えば、呼吸インターバル及び／又は呼気終期ＣＯ２レベル（カプノメトリーの実施形態に関連したｅｔＣＯ２レベル）を検出することを実施することに適したアナログ信号処理回路及び／又はデジタル信号処理（ＤＳＰ）をさらに含む。ＣＯ２レベル又は他の対象ガス信号への変換は、適切な経験的校正を使用し得る−例えば、概して、対象ガスの濃度又は分圧は、より大きい吸収を生成するので、光検出器４０からの信号を低減する。経験的校正は、他の因子、例えば、流量又は圧力、及び／又は、対象ガス以外のガスの効果（例えば、酸素及び亜酸化窒素は、ＣＯ２に起因して赤外線吸収特性に影響を与えることが知られている）を考慮し、及び、参照テーブル、数学的方程式、非線形演算増幅器回路などとして適切にプログラムされ得る。
【００２５】
変換の別の一態様は、光検出器４０により出力された信号におけるドリフトを補償することである。このようなドリフトは、検出器４０におけるドリフトに起因する、及び／又は、赤外線光源３０により放出された赤外線放射３４の強度におけるドリフトに起因する、及び／又は、呼吸空気が通って流れる経路３６の壁における凝縮物の蓄積などの他の因子に起因する。このようなドリフトを考慮するために、校正が、基準赤外線（ＩＲ）信号５０を生成するために、本明細書の別の場所において説明されるように基準線帯域通過フィルタ４４を使用して、時折実施される。基準ＩＲ信号５０に対する光検出器４０からの信号の比を使用することにより、このようなドリフトが補償される。
【００２６】
ＲＧＭデバイス電子機器４６がＤＳＰにより少なくとも部分的に実施されている場合、このようなＤＳＰは、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、電子的にプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、ＣＭＯＳメモリ、フラッシュメモリ、又は、デジタル信号処理を実施するためにマイクロ制御装置又はマイクロプロセッサなどにより可読な、及び実行可能な他の電子的な、磁気的な、光学的な、又は他の非一時的記憶媒体に記憶された命令によりプログラムされたマイクロ制御装置又はマイクロプロセッサなどにより実施される。ＤＳＰ処理のために、フロントエンドアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路は、典型的には、光検出器４０からの検出器信号をデジタル化するために提供される。有用な対象ガス監視を提供するために、出力コンポーネント５２が提供される。例示的な実施形態、出力コンポーネント５２は、ディスプレイ５２、例えば、ＬＣＤディスプレイなどである。例示的なディスプレイ５２は、傾向線として時間に対する対象ガス濃度又は分圧をプロットする。追加的に、又は代替的に、ディスプレイは、例えば呼吸周期における特定の時点における対象ガス濃度、例えば、カプノメーターの場合はｅｔＣＯ２の数値を示す。出力コンポーネントは、追加的に、又は代替的に、例えば、ＵＳＢポート又は他のデータポートであるか、又は、（場合によってはディスプレイ５２に加えて）ＵＳＢポート又は他のデータポートを含む他の形態をとり、そのＵＳＢポート又は他のデータポートを介して対象ガスデータが読み取られる。
【００２７】
ＲＧＭデバイス１０は、簡略化された概略的な図１に示されていない多くの他のコンポーネント、例えば、呼吸空気流を監視するための圧力計及び／又は流量計、キーパッド又は他のユーザー入力コンポーネント、及び／又は、その他を含むことがさらに理解される。
【００２８】
図１は、赤外光３４の経路内における吸収線帯域通過フィルタ４２と基準線帯域通過フィルタ４４との両方を示す。しかし、実際の動作において、制御デバイスは、監視状態と校正状態との間においてＲＧＭデバイス１０を切り替えるように動作する。監視状態において、吸収線帯域通過フィルタ４２が赤外光３４の経路内にあり、基準線帯域通過フィルタ４４は赤外光３４の経路内にない。監視状態は、通常動作状態であり、吸収線帯域通過フィルタ４２が対象ガスの吸収線（例えば、ＣＯ２対象ガスの場合は４．３マイクロメートル）を包含する（及び、好ましくは、対象ガスの吸収線を中心とする）ので、対象ガス（例えば、ＣＯ２）に起因した赤外光の吸収を測定する光検出器４０を提供する。校正状態に切り替えられたとき、基準線帯域通過フィルタ４４が赤外光３４の経路内にあり、吸収線帯域通過フィルタ４２は赤外光３４の経路内にない。この状態は、基準赤外線信号５０の測定を可能にする。基準線帯域通過フィルタ４４は、呼吸空気が透過性である通過帯域をもつように選択される（例えば、本明細書に示される例では３．６マイクロメートル）。このように、呼吸ガスから空気又は窒素にガス流を交換することなく、基準赤外線信号５０が測定され得る。以下、監視状態と校正状態との間で切り替えるための制御デバイスのいくつかの例示的な実施形態が説明される。
【００２９】
図２及び図３を参照すると、１つの例示的な実施形態において、制御デバイスは、吸収線帯域通過フィルタ４２を赤外光３４の経路内に、又は外に機械的に動かす第１のフィルタフリッパー６２と、基準線帯域通過フィルタ４４を赤外光３４の経路内に、又は外に機械的に動かす第２のフィルタフリッパー６４とを備えるフィルタフリッパーを備える。２つのフィルタフリッパー６２、６４は、図２に示されるように、第１のフィルタフリッパー６２が吸収線帯域通過フィルタ４２を赤外光３４の経路内に機械的に動かすこと、及び、第２のフィルタフリッパー６４が基準線帯域通過フィルタ４４を赤外光３４の経路の外側に機械的に動かすことにより監視状態に切り替えるために、例えば、機械的に、又は、（例えば、図１〜図３に概略的に示されるように、デバイス電子機器４６に接続された、又は、デバイス電子機器４６の一部である）制御論理部又は電気制御回路６６により一緒に結合される。２つのフィルタフリッパー６２、６４は、第２のフィルタフリッパー６４が基準線帯域通過フィルタ４４を赤外光３４の経路内に機械的に動かすこと、及び、第１のフィルタフリッパー６２が吸収線帯域通過フィルタ４４を赤外光の経路の外側に機械的に動かすことにより、校正状態に同様に切替え可能である。いくつかの実施形態において、監視状態と校正状態との間における切替えは、高速であり、例えば、いくつかの想定される実施形態において０．２秒である。いくつかの実施形態において、ＲＧＭ１０は一回の呼吸サイクル（例えば、１分当たり３〜６呼吸の呼吸速度の場合の１０〜２０秒）と比較すると、監視状態（図２）から校正状態（図３）に切り替わり、基準赤外線信号５０を測定し、監視状態（図２）に戻るように十分に迅速に切り替わるので、有益なことに、対象ガス波形のサンプリングが校正により大幅には邪魔されない。
【００３０】
フィルタフリッパー組立体６２、６４の設計は、様々な形態をとり得る。一実施形態において、各帯域通過フィルタ４２、４４は、回転軸に搭載されており、２つのフィルタフリッパー６２、６４は、図２及び図３に概略的に示されるように赤外光３４の経路内に、及び外に、それらの軸の周りでそれぞれのフィルタ４２、４４を回転させるモーターである。
【００３１】
図４及び図５を参照すると、別の例示的な実施形態において、フィルタフリッパーは、軸７６の周りで回転するフィルタホイール７０を備え、フィルタホイール７０に、吸収線帯域通過フィルタ４２と基準線帯域通過フィルタ４４との両方が搭載されている。図４及び図５は、それぞれ、赤外光３４の光軸に沿って見られたときの監視状態（図４）及び校正状態（図５）を示す。図４に示される監視状態において、吸収線帯域通過フィルタ４２が赤外光３４内に回転させられるように、フィルタホイール７０の回転軸７６の周りにおいてフィルタホイール７０が回転させられる。図５に示される校正状態において、基準線帯域通過フィルタ４４が赤外光３４内に回転させられるように、フィルタホイール７０の回転軸７６の周りにおいてフィルタホイール７０が回転させられる。この設計では制御デバイスは、監視状態と校正状態との間における切替えを実施するようにフィルタホイール７０を回転させるように接続されている。
【００３２】
図６を参照すると、別の例示的な実施形態において、制御デバイスは、デバイス電子機器４６により駆動される電気制御回路６６により提供される第１の電気バイアスで、又は第２の電気バイアスで動作可能な電気光学ビーム操作デバイス８０を備える。光学ビーム操作デバイス８０は、例えば、切替え可能な回折格子を形成する液晶デバイスを使用する。このような電気光学ビーム操作デバイスは、例えば、高速ビーム方向切替えを提供するバーコードスキャナにおいて使用される。第１の電気バイアスにおいてバイアスされたとき、例示的な電気光学ビーム操作デバイス８０は、赤外光３４を角度＋θで、吸収線帯域通過フィルタ４２を通った後（及び、基準線帯域通過フィルタ４４を通らず）に光検出器４０に当たる第１の光路Ｐ１に沿ってミラーＭ１、Ｍ２により反射されるように操作する。第２の電気バイアスにおいてバイアスされたとき、例示的な電気光学ビーム操作デバイス８０は、赤外光３４を角度−θで、基準線帯域通過フィルタ４４を通った後（及び、吸収線帯域通過フィルタ４２を通らず）に光検出器４０に当たる第２の光路Ｐ２に沿ってミラーＭ３、Ｍ４により反射されるように操作する。
【００３３】
図７を参照すると、別の例示的な実施形態において、制御デバイスは、第１の電気バイアス又は第２の電気バイアスで動作可能な電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタ９０を備える。電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタ９０は、例えば、例示的なＣＯ２対象ガスの例における４．３マイクロメートル、及び、基準通過帯域としての３．６マイクロメートルといった、２つの異なる通過帯域間で切り替えられ得る電気的に調整可能な干渉フィルタを備える液晶又は音響光学デバイスを備える。電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタ９０は、常に赤外光３４の経路内に位置するが、吸収線帯域通過フィルタ４２又は基準線帯域通過フィルタ４４を具現化するように調整され得る。より具体的には、第１の電気バイアスにおいてバイアスされたとき、電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタ９０を吸収線帯域通過フィルタ４２の通過帯域に調整することにより監視状態が実現され、結果として、電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタ９０が吸収線帯域通過フィルタ４２を具現化する。第２の電気バイアスにおいてバイアスされたとき、電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタ９０を基準線帯域通過フィルタ４４の通過帯域に調整することにより校正状態が実現され、結果として、電気的に調整可能な光学帯域通過フィルタ９０が基準線帯域通過フィルタ４４を具現化する。
【００３４】
図２〜図７の制御デバイスの実施形態は例示にすぎず、他の構成も想定される。有益なことに、制御デバイス６２、６４、７０、８０、９０は、ＲＧＭデバイス１０を校正状態に切り替えるように動作するとき、呼吸空気流路３６を通る呼吸空気の流れをそらすように動作しない。むしろ、制御デバイスは、監視状態と校正状態との間を切替え、実際、呼吸空気流路３６を通る呼吸空気の流れを妨害又は変更する必要なく校正を実施する。これは、呼吸空気流の安定性を促進し、校正動作後の呼吸空気流がまだ安定化されていない可能性がある過渡期間を無くすことにより、ＲＧＭデバイス１０の正確さを改善する。
【００３５】
図８を参照すると、図１のＲＧＭデバイス１０の動作が概略的にフローチャート化されている。監視状態は、赤外線（ＩＲ）透過信号が吸収線帯域通過（ＢＰ）フィルタ４２を使用して測定される工程１００、及び、対象ガス濃度又は分圧信号４８を生成するためにＩＲ透過信号と基準ＩＲ信号５０との比が演算される工程１０２により示されている。前述のように、信号処理工程１０２は、他の因子、例えば、流量又は圧力、及び／又は、対象ガス以外のガス（例えば、ＣＯ２に起因して赤外線吸収特性に影響を与え得る酸素及び／又は亜酸化窒素）の効果を任意選択的に考慮し、これらは、参照テーブル、数学的方程式、非線形演算増幅器回路、又は、その他として適切にプログラムされ得る。
【００３６】
判断工程１０４において、ＲＧＭデバイス１０が、基準ＩＲ信号５０の値を更新するために、監視状態から校正状態に切り替わらなければならないか否か判定される。判断１０４は、様々な選択された因子に基づき得る。一実施形態において、判断１０４は、固定時間インターバル後、例えば、５分の監視の各々の後、校正状態に切り替わる。別の実施形態において、判断１０４は、ドリフトが基準信号の変化に起因しない（例えば、赤外線光源３０により出力された赤外光３４の強度のドリフトに起因する、又は、光検出器４０のドリフトに起因する、又は、呼吸空気流路３６の壁の汚染物に起因する、又は、その他に起因する）ことを確実なものとするために、対象ガス信号４８がある閾量を上回る分経時的にドリフトしたとき、切り替わる。判断工程１０４が校正を更新することを必要としない限り、フローが監視状態ＩＲ透過測定工程１００に戻り、対象ガスを監視することを続ける。
【００３７】
その一方で、判断工程１０４が校正の更新を必要とする場合、動作１０８において、吸収線帯域通過フィルタ４２から基準線帯域通過フィルタ４４に切り替わること、例えば、図２〜図７を参照しながら説明される制御デバイスのうちの任意の１つを使用することにより、ＲＧＭデバイス１０が監視状態から校正状態に切り替わる。ここで校正状態において、本工程では赤外光が基準帯域通過フィルタによりフィルタ処理されることを除いて測定工程１００に類似した、測定工程１１０が実施される。次に、この測定１１０は、基準赤外線信号５０に対する更新された値を提供する。工程１１２において、ＲＧＭデバイス１０が、基準線帯域通過フィルタ４４から吸収線帯域通過フィルタ４２に戻るように切り替わることにより、校正状態から監視状態に戻るように切り替わる。次に、フローは、工程１００に戻り、対象ガスの監視を再開する。有益なことに、校正処理シーケンス１０８、１１０、１１２は、例えば、機械的フィルタフリッパー（例えば、図２〜図５の例示的な実施形態）、高速電気光学ビーム操作（例えば、図６の例示的な実施形態）により、又は、調整可能な帯域通過光学フィルタを使用して必要なフィルタを具現化すること（例えば、図７の例示的な実施形態）により、帯域通過フィルタ４２、４４の迅速な交換をともなうだけである。したがって、［ＣＯ２］波形、又は、監視状態により生成された他の対象ガス波形において、妨害の影響を無視できる程度にするために、校正が迅速に実施され得る。これは、続いて、基準赤外線信号５０のより高頻度の更新を円滑化し、結果として、対象ガスのより正確な監視を円滑化する。
【００３８】
本発明は、好ましい実施形態を参照しながら説明されている。前述の詳細な記述を読んで理解した者は変形例及び修正例を想起する。本発明は、このような変形例及び修正例が添付の請求項の範囲又はその均等なものに該当する限りにおいて、このような変形例及び修正例のすべてを含むように解釈されることが意図される。
【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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【国際調査報告】
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