JP2001516875A - アイソトピックガス分析器 - Google Patents
アイソトピックガス分析器Info
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Abstract
(57)【要約】
ＮＤＩＲ分光計は、波長に特化したランプ源の使用に基づいていて、そのランプ源の放射スペクトルは、ランプに存在しているアイソトープの不連続な狭いライン特性から成り立っていて、且つ分光計で計測するのが望まれている。このことは、非常に高い本来の感度で非常に短いチャンネル長を有した極めてコンパクトな吸収セルを使用できるようにしている。更に、ランプ源は、自己変調され、その結果、外部チョッパに関連した問題が回避される。更に、アイソトープ自身の間には、またアイソトープと作動環境内の他の周囲気体との間には取るに足らない交差感度が存在している。
Description
【０００１】 （技術分野） この発明は、特に呼息における気体の同位元素比率を確定するための分析器の
分野に関する。
分野に関する。
【０００２】 （背景技術） 気体状サンプルの構成要素の同位元素比率を計測する一般的に使用されている方
法は、計測セル内の気体状サンプルを同じ条件下で計測された基準気体と比較す
るものである。比較基準として質量分光測定値を使用したそのような方法は、（
１９８４年の）ニューヨークのアランＲ．リス社のロバートＲ．ウォルフ氏によ
る『代謝調査における追跡者・ラジオアイソトープと安定アイソトープ／質量分
光計測定法』の表題の本の第６章に説明されている。この明細書に記載されたそ
の刊行物と他の全ての刊行物の開示内容と、それら刊行物で引用された全ての文
献の開示内容は、ここで参考までに組み込まれている。
法は、計測セル内の気体状サンプルを同じ条件下で計測された基準気体と比較す
るものである。比較基準として質量分光測定値を使用したそのような方法は、（
１９８４年の）ニューヨークのアランＲ．リス社のロバートＲ．ウォルフ氏によ
る『代謝調査における追跡者・ラジオアイソトープと安定アイソトープ／質量分
光計測定法』の表題の本の第６章に説明されている。この明細書に記載されたそ
の刊行物と他の全ての刊行物の開示内容と、それら刊行物で引用された全ての文
献の開示内容は、ここで参考までに組み込まれている。
【０００３】 各気体は、それを他の気体から差別化するそれ自身の吸収特性を有しているの
で、赤外線に対する気体の吸収性も、気体状混合物の内容を分析する手段として
使用される。気体における光の非分散的吸収は、次のように成っている公知のラ
ムバート・ビァ法則によって支配されている：
で、赤外線に対する気体の吸収性も、気体状混合物の内容を分析する手段として
使用される。気体における光の非分散的吸収は、次のように成っている公知のラ
ムバート・ビァ法則によって支配されている：
【数１】 但し、Ｉは、透過された光の強さであり、 ＩOは、入射光の強さであり、 ［ｃ］は、光を吸収する気体のモル濃度であり、 ｄは、気体中における光のチャンネル長であり、 γは、吸光率としても知られている単位長さ当りの吸収係数である。
【０００４】 気体のモル濃度は、ある所定温度におけるある所定容積の気体に対して、その
分圧に直接比例している。従って、気体の分圧又は濃度を決めるには、分析され
る気体の公知長さを通過する光の透過を簡単に計測することで十分なように思わ
れる。このことは、気体分析のために今日使用されている主要な方法で且つ非分
散的赤外線分光測定法として知られている技法の基礎となっており、また大量の
基準作業が主題に対して利用可能となっている。アイソトープの弁別性は、医療
診断テストを行う上で、特に呼息テスト等の分野では徐々に重要な分析ツールに
なってきている。かくして、希薄なアイソトープ濃度における変化を計測できる
高感度ＮＤＩＲ分光器は、医療用機器の分野や、他の分野で重要になってきてい
る。
分圧に直接比例している。従って、気体の分圧又は濃度を決めるには、分析され
る気体の公知長さを通過する光の透過を簡単に計測することで十分なように思わ
れる。このことは、気体分析のために今日使用されている主要な方法で且つ非分
散的赤外線分光測定法として知られている技法の基礎となっており、また大量の
基準作業が主題に対して利用可能となっている。アイソトープの弁別性は、医療
診断テストを行う上で、特に呼息テスト等の分野では徐々に重要な分析ツールに
なってきている。かくして、希薄なアイソトープ濃度における変化を計測できる
高感度ＮＤＩＲ分光器は、医療用機器の分野や、他の分野で重要になってきてい
る。
【０００５】 知られている通り、そのようなＮＤＩＲ分光測定法を実施するために使用され
る吸収現象は、回転・振動レベル間の変遷をうける気体分子による光エネルギの
吸収である。関わったエネルギレベルは、これらの変遷をスペクトルの赤外線領
域に置いている。例えば、ＣＯ2 分子の吸収スペクトルは、４．２〜４．４５μ
ｍの領域に集中されており、また一般に、黒体の赤外線源は、そのような計測を
行うために使用されてきた。そのような黒体を源泉とした分光計は、気体におけ
る原子が化学的に同一のアイソトープ原子によって代替される場合、吸収される
波長には極めて小さなずれがあるに過ぎないので、気体の各種のアイソトープ間
で弁別を行うのが困難である。特に医療診断テストを行う場合の呼息テスト等の
分野では、アイソトープの弁別性は、徐々に重要な分析ツールになってきている
ので、希薄なアイソトープ濃度における変化を計測できる高感度ＮＤＩＲ分光計
は、医療機器の分野や他の分野で重要になってきている。
る吸収現象は、回転・振動レベル間の変遷をうける気体分子による光エネルギの
吸収である。関わったエネルギレベルは、これらの変遷をスペクトルの赤外線領
域に置いている。例えば、ＣＯ2 分子の吸収スペクトルは、４．２〜４．４５μ
ｍの領域に集中されており、また一般に、黒体の赤外線源は、そのような計測を
行うために使用されてきた。そのような黒体を源泉とした分光計は、気体におけ
る原子が化学的に同一のアイソトープ原子によって代替される場合、吸収される
波長には極めて小さなずれがあるに過ぎないので、気体の各種のアイソトープ間
で弁別を行うのが困難である。特に医療診断テストを行う場合の呼息テスト等の
分野では、アイソトープの弁別性は、徐々に重要な分析ツールになってきている
ので、希薄なアイソトープ濃度における変化を計測できる高感度ＮＤＩＲ分光計
は、医療機器の分野や他の分野で重要になってきている。
【０００６】 計測値の正確な波長を定義するために、気体サンプルの各種のアイソトープ間
で識別を行う手段が必要とされている。もし、黒体が放射線源として使用されれ
ば、或る形式の高性能の狭帯域フィルターを使用する必要があり、そのフィルタ
ーは、何らスペクトルのオーバラップが有り得ないそのような領域のみを透過さ
せることになろう。黒体スペクトルの本来の連続性のために、アイソトープの気
体混合物の吸収スペクトルの不連続性とは対照的に、ただそのような残りのスペ
クトル領域のみを使用することで、この方法は、アイソトープ識別に対して反応
しなくなり、また適当な感度を獲得するために非常に長い光吸収チャンネルを必
要とすることに成る。更に、黒体は、有用な検出の長所を与えてくれて且つ、そ
れなりに、それらの放射線に外部手段によって変調が加えられなければならない
周波数では変調され得ないことになる。
で識別を行う手段が必要とされている。もし、黒体が放射線源として使用されれ
ば、或る形式の高性能の狭帯域フィルターを使用する必要があり、そのフィルタ
ーは、何らスペクトルのオーバラップが有り得ないそのような領域のみを透過さ
せることになろう。黒体スペクトルの本来の連続性のために、アイソトープの気
体混合物の吸収スペクトルの不連続性とは対照的に、ただそのような残りのスペ
クトル領域のみを使用することで、この方法は、アイソトープ識別に対して反応
しなくなり、また適当な感度を獲得するために非常に長い光吸収チャンネルを必
要とすることに成る。更に、黒体は、有用な検出の長所を与えてくれて且つ、そ
れなりに、それらの放射線に外部手段によって変調が加えられなければならない
周波数では変調され得ないことになる。
【０００７】 たとえ、聴覚・視覚式検出器等の波長感応検出器が、吸収計測が行われる狭い
波長域を画定するために黒体と共に使用されたとしても、各種アイソトープのス
ペクトル吸収線がかなりオーバラップし、例えばＷ．ファビンスキィ氏等に付与
されたヨーロッパ特許出願第ＥＰ ０ ０５８４ ８９７ Ａ１に示されているよう
に、複雑な修正・補償アルゴリズムの使用が必然的となる。
波長域を画定するために黒体と共に使用されたとしても、各種アイソトープのス
ペクトル吸収線がかなりオーバラップし、例えばＷ．ファビンスキィ氏等に付与
されたヨーロッパ特許出願第ＥＰ ０ ０５８４ ８９７ Ａ１に示されているよう
に、複雑な修正・補償アルゴリズムの使用が必然的となる。
【０００８】 代わりの技法として、米国特許第４，７５５，６７５号に、ランプを満たして
いる気体の特徴的スペクトル線を放射するガス充填放電管に基づいた波長に特異
的な赤外線ランプ源を使用した気体分析器が説明されている。充填気体を選択す
ることで、ランプ充填に使用される気体を含んだ気体混合物の分析を実施するこ
とができる。著者は、そのような特異なＩＲ源を使用できることで、彼等の発明
に係るＩＲ分析器は、同位元素的に代用される『マーカー』分子の濃度を識別し
、計測することができるであろうと示唆さえしている。しかし、その特許は、こ
のことが、どのようにしたら実際に実施されるのかについては何ら説明していな
い。これらのランプは、カプノグラフの応用でうまく使用されてきた。しかし、
カプノグラフの計測値に対する場合よりも少なくとも一度合だけより高い感度と
選択性能を必要とする気体アイソトープ計測に使用するためには、先に報告され
た計測と適用の技術は、全く適していない。
いる気体の特徴的スペクトル線を放射するガス充填放電管に基づいた波長に特異
的な赤外線ランプ源を使用した気体分析器が説明されている。充填気体を選択す
ることで、ランプ充填に使用される気体を含んだ気体混合物の分析を実施するこ
とができる。著者は、そのような特異なＩＲ源を使用できることで、彼等の発明
に係るＩＲ分析器は、同位元素的に代用される『マーカー』分子の濃度を識別し
、計測することができるであろうと示唆さえしている。しかし、その特許は、こ
のことが、どのようにしたら実際に実施されるのかについては何ら説明していな
い。これらのランプは、カプノグラフの応用でうまく使用されてきた。しかし、
カプノグラフの計測値に対する場合よりも少なくとも一度合だけより高い感度と
選択性能を必要とする気体アイソトープ計測に使用するためには、先に報告され
た計測と適用の技術は、全く適していない。
【０００９】 気体アイソトープ分析の複雑さの一部分は、ラムバート・ビァ法則がただ近似
法にすぎないために生じている。特に、吸収係数γは、全く定数では無く、分析
される気体の圧力及び温度や、大気湿度や、放射源の作動状況から帰結するスペ
クトル特性や、分析される気体における気体キャリヤや、放射源のスペクトル特
性における短期間と長期間の変化等の広範囲な環境要因に依存している。従来技
術で説明したＮＤＩＲ分光計の多くは、精密に制御された環境条件や、所定の修
正要因や、頻繁に使う複雑な較正技術や、又はそれら３つの全てを組合わせたも
のを使用してこの問題を克服しようとするものである。そのような従来技術の分
析器の幾つかの例には、ヨーロッパ特許第ＥＰ ０ ５８４ ８９７ Ａ１号でＷ．
ファビンスキィ氏等によって説明された分析器や、米国特許第５，１４６，２９
４号でＲ．グリサー氏等によって説明されたものや、ＰＴＣ特許出願第ＷＯ９７
／１４０２９号でＹ．クボ氏等によって説明されたものが含まれる。
法にすぎないために生じている。特に、吸収係数γは、全く定数では無く、分析
される気体の圧力及び温度や、大気湿度や、放射源の作動状況から帰結するスペ
クトル特性や、分析される気体における気体キャリヤや、放射源のスペクトル特
性における短期間と長期間の変化等の広範囲な環境要因に依存している。従来技
術で説明したＮＤＩＲ分光計の多くは、精密に制御された環境条件や、所定の修
正要因や、頻繁に使う複雑な較正技術や、又はそれら３つの全てを組合わせたも
のを使用してこの問題を克服しようとするものである。そのような従来技術の分
析器の幾つかの例には、ヨーロッパ特許第ＥＰ ０ ５８４ ８９７ Ａ１号でＷ．
ファビンスキィ氏等によって説明された分析器や、米国特許第５，１４６，２９
４号でＲ．グリサー氏等によって説明されたものや、ＰＴＣ特許出願第ＷＯ９７
／１４０２９号でＹ．クボ氏等によって説明されたものが含まれる。
【００１０】 Ａ.Ｒ.オペカン氏とＰ.Ｄ.クライン氏に付与された米国特許第５，１４０，９
９３号には、呼息サンプルを収集する装置が説明されている。この呼息サンプル
収集袋は、分析機器に移すために十分なだけ収集されるまで、患者によって吐か
れた呼息を収集するように作動する。呼息は、患者が吐き入れるマウスピースに
よって袋内に入れられ、呼息の流入は、袋内側に向かう気体流のみを許容する逆
止弁によるか、又は患者自身か付き添い医療介助人のいずれかによって手操作さ
れるストップ・コック弁によるいずれかによって制御される。逆止弁の開放に対
しては、ストップ・コック弁に対するように、袋内側に向かう気体流のみを許容
するその機能を除いて何ら基準が与えられていない。かくして、この呼息サンプ
ル収集袋は、これが提供する限られた長所と共に、簡単な呼息の平均化を行なう
非常に簡単な形の収集タンクとしての働きもしている。
９３号には、呼息サンプルを収集する装置が説明されている。この呼息サンプル
収集袋は、分析機器に移すために十分なだけ収集されるまで、患者によって吐か
れた呼息を収集するように作動する。呼息は、患者が吐き入れるマウスピースに
よって袋内に入れられ、呼息の流入は、袋内側に向かう気体流のみを許容する逆
止弁によるか、又は患者自身か付き添い医療介助人のいずれかによって手操作さ
れるストップ・コック弁によるいずれかによって制御される。逆止弁の開放に対
しては、ストップ・コック弁に対するように、袋内側に向かう気体流のみを許容
するその機能を除いて何ら基準が与えられていない。かくして、この呼息サンプ
ル収集袋は、これが提供する限られた長所と共に、簡単な呼息の平均化を行なう
非常に簡単な形の収集タンクとしての働きもしている。
【００１１】 出願人の知識の及ぶ限りでは、従来技術の機器のいずれも、もし、プラトーか
らのものを除いた呼息の部分が分析のために収集されれば、計測精度に重大な係
わり合いがあるかも知れないと言う事実に何ら重きを置いていない。
らのものを除いた呼息の部分が分析のために収集されれば、計測精度に重大な係
わり合いがあるかも知れないと言う事実に何ら重きを置いていない。
【００１２】 上述した従来技術の全ての分析器は、大部分の場合、厳格で、頻繁に使われる
較正手順が必要とされるので作動も難しく成っている複雑でコストのかかる分析
機器のように見受けられる。発明者の知識の及ぶ限りでは、医療用アイソトープ
呼息テスト等のテストに分析器が使用され得るようにする十分な感度と選択性を
与えてくれて、且つ十分にコンパクトで丈夫で低コストで、安定した実験チャン
バー環境を必要とせずとも医療業界で広く使用する上で分析器が受け入れられ得
るようにする従来技術の分析器は何ら存在していない。
較正手順が必要とされるので作動も難しく成っている複雑でコストのかかる分析
機器のように見受けられる。発明者の知識の及ぶ限りでは、医療用アイソトープ
呼息テスト等のテストに分析器が使用され得るようにする十分な感度と選択性を
与えてくれて、且つ十分にコンパクトで丈夫で低コストで、安定した実験チャン
バー環境を必要とせずとも医療業界で広く使用する上で分析器が受け入れられ得
るようにする従来技術の分析器は何ら存在していない。
【００１３】 本明細書のこの章や他の章で述べた全ての刊行物の開示内容や、上記刊行物で
引用された全ての文献の開示内容は、ここに参考までに組み込まれている。
引用された全ての文献の開示内容は、ここに参考までに組み込まれている。
【００１４】 （発明の開示） （発明が解決しようとする技術的課題） 本発明は、従来技術における分析器、特に、研究チャンバー外部で使用される
簡素で低価格の普通に用いられる分析器具の欠点や利点を克服する２つやそれ以
上の同位体を含む混合物における同位体ガス比を分析するための装置を提供する
ことを求めたものである。
簡素で低価格の普通に用いられる分析器具の欠点や利点を克服する２つやそれ以
上の同位体を含む混合物における同位体ガス比を分析するための装置を提供する
ことを求めたものである。
【００１５】 （その解決方法） 本発明の好ましい実施形態にしたがい、ＮＤＩＲ分光計は、波長に特化したラ
ンプ源の使用に基づいていて、そのランプ源の放射スペクトルは、ランプに存在
しているアイソトープの不連続な狭いライン特性から成り立っていて、且つ分光
計で計測するのが望まれている。
ンプ源の使用に基づいていて、そのランプ源の放射スペクトルは、ランプに存在
しているアイソトープの不連続な狭いライン特性から成り立っていて、且つ分光
計で計測するのが望まれている。
【００１６】 このことは、非常に高い本来の感度で非常に短いチャンネル長を有した極めてコ
ンパクトな吸収セルを使用できるようにしている。更に、ランプ源は、自己変調
され、その結果、外部チョッパに関連した問題が回避される。更に、13ＣＯ2の スペクトルをオーバーラップする吸収スペクトルを有するＮ2Ｏのような、アイ ソトープ自身の間には、またアイソトープと作動環境内の他の周囲気体との間に
は取るに足らない交差感度が存在している。
ンパクトな吸収セルを使用できるようにしている。更に、ランプ源は、自己変調
され、その結果、外部チョッパに関連した問題が回避される。更に、13ＣＯ2の スペクトルをオーバーラップする吸収スペクトルを有するＮ2Ｏのような、アイ ソトープ自身の間には、またアイソトープと作動環境内の他の周囲気体との間に
は取るに足らない交差感度が存在している。
【００１７】 たとえば、ＰｂＳｅ検出器といった赤外線分光計における温度ドリフトの深刻
な問題を克服するために、典型的にはＣごとに２％から４％の交差検出の実行は
本発明において用いられる。ここでそれぞれの検出器は、２以上の同位体の吸収
チャンネルからの信号を検出する。さらに熱ドリフトはそれぞれのチャンネルに
同様に影響をあたえる。さらに、本発明が絶対吸収体積によらずに同位体比を測
定することで、余熱ドリフト効果は第２に重要である。検出させようとする同位
体のみ検出できるようにそれぞれの検出器は１つの波長に特化されているので、
この交差検出の実行は振動光検出器のような波長特定検出器では実行できない。
な問題を克服するために、典型的にはＣごとに２％から４％の交差検出の実行は
本発明において用いられる。ここでそれぞれの検出器は、２以上の同位体の吸収
チャンネルからの信号を検出する。さらに熱ドリフトはそれぞれのチャンネルに
同様に影響をあたえる。さらに、本発明が絶対吸収体積によらずに同位体比を測
定することで、余熱ドリフト効果は第２に重要である。検出させようとする同位
体のみ検出できるようにそれぞれの検出器は１つの波長に特化されているので、
この交差検出の実行は振動光検出器のような波長特定検出器では実行できない。
【００１８】 さらに、周囲の変化に対する感度を減少させ、コンパクトで、簡素で安価な構
成であり、信頼性をもって操作を容易とするにするために、周囲環境の変化にお
ける同様の方法によって影響を受けるのでＮＤＩＲ分光計はまた、熱及び物理的
接触が閉じられた状態でのレファレンスとサンプルチャンネルを作用するように
構成され、対象となる同位体の分圧に合うようにガスを充填する。
成であり、信頼性をもって操作を容易とするにするために、周囲環境の変化にお
ける同様の方法によって影響を受けるのでＮＤＩＲ分光計はまた、熱及び物理的
接触が閉じられた状態でのレファレンスとサンプルチャンネルを作用するように
構成され、対象となる同位体の分圧に合うようにガスを充填する。
【００１９】 その上、それぞれのチャンネル内における12ＣＯ2と13ＣＯ2の吸収曲線はとて
も近似しているので、12ＣＯ2と13ＣＯ2の濃度測定における同じ誤差（ゆえに測
定比外は無効である）の発生の強度において、誤差と変化のためセルの長さ、放
射線源、フィルターの選択は選択される。
も近似しているので、12ＣＯ2と13ＣＯ2の濃度測定における同じ誤差（ゆえに測
定比外は無効である）の発生の強度において、誤差と変化のためセルの長さ、放
射線源、フィルターの選択は選択される。
【００２０】 さらに、信号の検出とプロセスの実行は絶対測定よりもむしろ同位体の測定比
における最大の解決と正確さを引き出すために設計される。可能であるならば１
つの並列した装置におけるドリフト源のような電気光学システムは複数のファン
クションを実行するための1つの装置の使用によって除外される。２以上のチャ ンネルを監視するために使用されるシグナルエンコーディングを伴った単一の検
出器、あるいは２以上の同位体からのスペクトル線を除去するために使用される
１つのランプについての実施形態の変化によって識別できる。
における最大の解決と正確さを引き出すために設計される。可能であるならば１
つの並列した装置におけるドリフト源のような電気光学システムは複数のファン
クションを実行するための1つの装置の使用によって除外される。２以上のチャ ンネルを監視するために使用されるシグナルエンコーディングを伴った単一の検
出器、あるいは２以上の同位体からのスペクトル線を除去するために使用される
１つのランプについての実施形態の変化によって識別できる。
【００２１】 本発明は、分析器チャンバー自身をガスが通過する前に分析するガスの複数の
サンプルを収集し選択的に取り扱うための新規な中間チャンバーを提供すること
も目的とする。本発明の中間チャンバーは質量分析計ガス分析器と非分散赤外分
光計の双方に用いられる。
サンプルを収集し選択的に取り扱うための新規な中間チャンバーを提供すること
も目的とする。本発明の中間チャンバーは質量分析計ガス分析器と非分散赤外分
光計の双方に用いられる。
【００２２】 本発明の中間チャンバーはガスハンドリングシステムの手段によって、選択的
に分析するガスの複数のサンプルの全部または一部を収集できる。収集されたサ
ンプルのプラトーのすべてを用いる本発明のもっともシンプルな実施形態では、
血液へ直接集められ、ガスレベルが平坦なる呼息のみを用いる。さらに発展した
実施形態では、ガスハンドリングシステムは収集したサンプルの一部を廃棄する
、もしくは、あらかじめ決められた主同位体ガスの分圧になるまで蓄積されたサ
ンプルを希釈する。蓄積されたサンプルは、その後測定のため分析チャンバーに
移動される。この方法では分析器はサンプルを連続して測定することができる。
に分析するガスの複数のサンプルの全部または一部を収集できる。収集されたサ
ンプルのプラトーのすべてを用いる本発明のもっともシンプルな実施形態では、
血液へ直接集められ、ガスレベルが平坦なる呼息のみを用いる。さらに発展した
実施形態では、ガスハンドリングシステムは収集したサンプルの一部を廃棄する
、もしくは、あらかじめ決められた主同位体ガスの分圧になるまで蓄積されたサ
ンプルを希釈する。蓄積されたサンプルは、その後測定のため分析チャンバーに
移動される。この方法では分析器はサンプルを連続して測定することができる。
【００２３】 本発明の中間チャンバーはらゆるガス混合物における同位体比の分析に使用で
きる。これは主には、患者の呼息中の13ＣＯ2と12ＣＯ2の同位体比の測定のため
のいわゆる呼息テスト装置（本特許明細書中のもっとも普通に使用される語句の
１つである）に用いられる旨を説明する。さらに発展した実施形態では、中間チ
ャンバーシステムの指針は、できる限りもう1つの濃度に近い場合のように中間 チャンバーから分析器へ連続的に12ＣＯ2の濃度のサンプルが送られ確実にする ことである。このモードの操作は測定する同位体比の正確性の向上についての以
下に述べる数々の利点がある。
きる。これは主には、患者の呼息中の13ＣＯ2と12ＣＯ2の同位体比の測定のため
のいわゆる呼息テスト装置（本特許明細書中のもっとも普通に使用される語句の
１つである）に用いられる旨を説明する。さらに発展した実施形態では、中間チ
ャンバーシステムの指針は、できる限りもう1つの濃度に近い場合のように中間 チャンバーから分析器へ連続的に12ＣＯ2の濃度のサンプルが送られ確実にする ことである。このモードの操作は測定する同位体比の正確性の向上についての以
下に述べる数々の利点がある。
【００２４】 ａ）もしすべての測定点が同じ濃度領域にあれば、その濃度のファンクション
（いわゆる吸収曲線）としてのチャンバー中のサンプルガスの光学移動の曲線に
おける変化の効果は最小となる。 ｂ）交差感度（13ＣＯ2の測定における12ＣＯ2濃度の影響）がなくなる。 ｃ）いくつかの測定の実行において、レファレンスガスとして一定の既知の12 ＣＯ2の濃度を使用できる。もし、測定されるガスがレファレンスガスととても 近い濃度を有していた場合、吸収曲線のアンカーポイントは測定点に近づくため
に測定の正確性は増加する。 ｄ）システム光学的感度とガス濃度に対して最小の感度を有するためは光学吸
収セルの長さの観点から効果が現れる。
（いわゆる吸収曲線）としてのチャンバー中のサンプルガスの光学移動の曲線に
おける変化の効果は最小となる。 ｂ）交差感度（13ＣＯ2の測定における12ＣＯ2濃度の影響）がなくなる。 ｃ）いくつかの測定の実行において、レファレンスガスとして一定の既知の12 ＣＯ2の濃度を使用できる。もし、測定されるガスがレファレンスガスととても 近い濃度を有していた場合、吸収曲線のアンカーポイントは測定点に近づくため
に測定の正確性は増加する。 ｄ）システム光学的感度とガス濃度に対して最小の感度を有するためは光学吸
収セルの長さの観点から効果が現れる。
【００２５】 本発明の中間チャンバーシステムはその使用によっては直接的には正確性の
向上には関係しないが、いくつかの副次的な利益を有する。すなわち ｅ）テストされる患者との係わり合いを持たずに少量の呼息の効果的な収集の
ために鼻腔カニューレを使用できる。 ｆ）それぞれの測定サイクルについて多くの息が蓄積されるため幼児の呼息も
テストできる。 ｇ）中間チャンバーシステムは自己測定の手段としても利用することができる。
ｈ）上述の様に空気を前もって検査することができる。前もった検査は呼息収集
管中のカプノグラフプローブによって吐き出した呼息のサンプルの内容の一時的
な変化を決定するために、呼息の組成のファンクションとして動的に制御される
。この方法においては、中間チャンバーに蓄積するために呼息のどの部分もしく
は全部が必要かを選択することができる。
向上には関係しないが、いくつかの副次的な利益を有する。すなわち ｅ）テストされる患者との係わり合いを持たずに少量の呼息の効果的な収集の
ために鼻腔カニューレを使用できる。 ｆ）それぞれの測定サイクルについて多くの息が蓄積されるため幼児の呼息も
テストできる。 ｇ）中間チャンバーシステムは自己測定の手段としても利用することができる。
ｈ）上述の様に空気を前もって検査することができる。前もった検査は呼息収集
管中のカプノグラフプローブによって吐き出した呼息のサンプルの内容の一時的
な変化を決定するために、呼息の組成のファンクションとして動的に制御される
。この方法においては、中間チャンバーに蓄積するために呼息のどの部分もしく
は全部が必要かを選択することができる。
【００２６】 本発明の好ましい実施形態においては、中間チャンバーに蓄積された主同位体濃
度が普通は３から４％といったあらかじめ定められたレベルとなるまで連続する
呼息サンプルの統合の反復が実行される。サンプルの明確な体積が集められた後
あらかじめ定められたレベルに達したとき、蓄積されたガスは測定のために分析
チャンバーに移動される。中間チャンバーシステムは必要であるならばサンプル
注入管内のガスアブソーバーの切り替えにより蓄積されたガスの希釈すらも可能
である。これらのすべての手段によって、中間チャンバーシステムは個々に移動
されたサンプルの主同位体濃度が±０．２以上といった非常に接近したレベルを
維持できるようにすることができる。
度が普通は３から４％といったあらかじめ定められたレベルとなるまで連続する
呼息サンプルの統合の反復が実行される。サンプルの明確な体積が集められた後
あらかじめ定められたレベルに達したとき、蓄積されたガスは測定のために分析
チャンバーに移動される。中間チャンバーシステムは必要であるならばサンプル
注入管内のガスアブソーバーの切り替えにより蓄積されたガスの希釈すらも可能
である。これらのすべての手段によって、中間チャンバーシステムは個々に移動
されたサンプルの主同位体濃度が±０．２以上といった非常に接近したレベルを
維持できるようにすることができる。
【００２７】 この方法の効果は上述の米国特許５，１４６，２９４に開示のグリサー氏らの
方法の効果を上回ることは明確である。グリサーの方法では目的物は可能な限り
最大のＣＯ２濃度を得なければならず、その後中性ガスでそれを希釈しなければ
ならない。この方法は多くの欠点を有していた。すなわち（i）時間を浪費する 。（ii）きわめて複雑である。（iii）システム構築に多額の費用がかかる。（i
v）きわめて正確な値を達成するための濃度を得ることができない。本発明の中 間チャンバーは収集プロセスの全過程の間、動的に息の統合を繰り返し実行でき
るので、息の最初からあらかじめ定められた達成濃度にあわせることができる。
プロセス全体では（i）実時間において（ii）外部ガス供給のための接続なしで 空気サーキットのシンプルなシステム構造で（iii）達成濃度レベルをきわめて 正確に得ることができ、（iv）システムは患者の医学的状況に応じた光生理学的
関係のため正確に選択されたプラトーの一部分を収集する。
方法の効果を上回ることは明確である。グリサーの方法では目的物は可能な限り
最大のＣＯ２濃度を得なければならず、その後中性ガスでそれを希釈しなければ
ならない。この方法は多くの欠点を有していた。すなわち（i）時間を浪費する 。（ii）きわめて複雑である。（iii）システム構築に多額の費用がかかる。（i
v）きわめて正確な値を達成するための濃度を得ることができない。本発明の中 間チャンバーは収集プロセスの全過程の間、動的に息の統合を繰り返し実行でき
るので、息の最初からあらかじめ定められた達成濃度にあわせることができる。
プロセス全体では（i）実時間において（ii）外部ガス供給のための接続なしで 空気サーキットのシンプルなシステム構造で（iii）達成濃度レベルをきわめて 正確に得ることができ、（iv）システムは患者の医学的状況に応じた光生理学的
関係のため正確に選択されたプラトーの一部分を収集する。
【００２８】 さらに、グリサー氏の方法は同位体比の計算のため関数の利用に基づいており
、測定セル中の12ＣＯ2の分圧とレファレンスセルが個別的であり、13ＣＯ2濃度
が容易に判断可能である場合にのみ正当性を有する。本発明においては、外部分
圧とあわせる必要はない。正確な測定の実行をするためではなく、むしろ周囲内
部の影響を減少させるため、おおよそ正確にあわせるのみでよい。
、測定セル中の12ＣＯ2の分圧とレファレンスセルが個別的であり、13ＣＯ2濃度
が容易に判断可能である場合にのみ正当性を有する。本発明においては、外部分
圧とあわせる必要はない。正確な測定の実行をするためではなく、むしろ周囲内
部の影響を減少させるため、おおよそ正確にあわせるのみでよい。
【００２９】 本発明の中間チャンバーシステムを使用することで、具体化された自己検査の
多くの特徴も可能となる。まず、中間チャンバーシステムはガス分析器による同
位体比テストの実行の結果に反してそれ自体で自己検査が可能である。さらに、
同様な自己テストは健康な被験者からの高い息の濃度サンプルとして使用され、
それを多くの測定チェックポイントを得るために中間チャンバーシステムで希釈
するのに利用されることを拡張することができる。最終的には、この自己診断は
本発明に基づいて健康な目的物の多くの特徴のないサンプルに基づく継続により
中間チャンバーシステムを備えないガス分析器においてすらも実行することがで
きる。
多くの特徴も可能となる。まず、中間チャンバーシステムはガス分析器による同
位体比テストの実行の結果に反してそれ自体で自己検査が可能である。さらに、
同様な自己テストは健康な被験者からの高い息の濃度サンプルとして使用され、
それを多くの測定チェックポイントを得るために中間チャンバーシステムで希釈
するのに利用されることを拡張することができる。最終的には、この自己診断は
本発明に基づいて健康な目的物の多くの特徴のないサンプルに基づく継続により
中間チャンバーシステムを備えないガス分析器においてすらも実行することがで
きる。
【００３０】 ゆえに本発明の好ましい実施形態は、サンプルガス中の少なくとも１の同位体
を分析するための光学吸収分析器で構成され、光学吸収分析器は少なくとも１の
上記同位体に特化した少なくとも１つの放射線の波長安定源を含んでいることを
特徴とするアイソトピックガス分析器により得られる。
を分析するための光学吸収分析器で構成され、光学吸収分析器は少なくとも１の
上記同位体に特化した少なくとも１つの放射線の波長安定源を含んでいることを
特徴とするアイソトピックガス分析器により得られる。
【００３１】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記の波長安定源はガス排出源
とするものが存在する。
とするものが存在する。
【００３２】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において分析器は上記サンプルガス中の少なくとも２つの同位体の比率を決定す
るものが存在する。
において分析器は上記サンプルガス中の少なくとも２つの同位体の比率を決定す
るものが存在する。
【００３３】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、少なくとも１つの放射線の波長安定源は少なくとも２つの放射線の波
長安定源で構成され、それぞれが少なくとも１つの同位体に特化していることを
特徴とするものが存在する。
において、少なくとも１つの放射線の波長安定源は少なくとも２つの放射線の波
長安定源で構成され、それぞれが少なくとも１つの同位体に特化していることを
特徴とするものが存在する。
【００３４】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、少なくとも１つの同位体に特化している少なくとも１つの放射線の波
長安定源は２つの同位体に特化しているを特徴とするものが存在する。
において、少なくとも１つの同位体に特化している少なくとも１つの放射線の波
長安定源は２つの同位体に特化しているを特徴とするものが存在する。
【００３５】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、サンプルガス中の少なくとも２
つの同位体の比率を分析するための光学吸収分析器を備え、光学吸収分析器は少
なくとの１つの同位体に特化した放射線の波長安定源を少なくとも１つ含んでい
るアイソトピックガス分析器が存在する。
つの同位体の比率を分析するための光学吸収分析器を備え、光学吸収分析器は少
なくとの１つの同位体に特化した放射線の波長安定源を少なくとも１つ含んでい
るアイソトピックガス分析器が存在する。
【００３６】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、サンプルガス中の少なくとも１
つの同位体を分析するための光学吸収分析器を備え、光学吸収分析器はそれぞれ
少なくとも１つの同位体に特化した放射線の波長安定源を２つ含んでいることを
特徴とするアイソトピックガス分析器が存在する。
つの同位体を分析するための光学吸収分析器を備え、光学吸収分析器はそれぞれ
少なくとも１つの同位体に特化した放射線の波長安定源を２つ含んでいることを
特徴とするアイソトピックガス分析器が存在する。
【００３７】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、サンプルガス中の少なくとも１
つの同位体を分析するための光学吸収分析器を備え、光学吸収分析器は２つの同
位体に特化した少なくとも１つの放射線の波長安定源を含んでいることを特徴と
するアイソトピックガス分析器が存在する。
つの同位体を分析するための光学吸収分析器を備え、光学吸収分析器は２つの同
位体に特化した少なくとも１つの放射線の波長安定源を含んでいることを特徴と
するアイソトピックガス分析器が存在する。
【００３８】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、光学吸収分析器はレファレンスチャンネルを含み、サンプルガスはレ
ファレンスガスとして同じ状態に維持されていることを特徴とするものが存在す
る。
において、光学吸収分析器はレファレンスチャンネルを含み、サンプルガスはレ
ファレンスガスとして同じ状態に維持されていることを特徴とするものが存在す
る。
【００３９】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、レファレンスチャンネルガスが上記サンプルガスのサンプルであるこ
とを特徴とするものが存在する。
において、レファレンスチャンネルガスが上記サンプルガスのサンプルであるこ
とを特徴とするものが存在する。
【００４０】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、レファレンスチャンネルガスは既知の圧力と濃度における上記少なく
とも１つの同位体を含む混合物であることを特徴とするものが存在する。
において、レファレンスチャンネルガスは既知の圧力と濃度における上記少なく
とも１つの同位体を含む混合物であることを特徴とするものが存在する。
【００４１】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、スペクトルオーバーラップ領域がガス圧の低下に利用されていること
を特徴とするものが存在する。
において、スペクトルオーバーラップ領域がガス圧の低下に利用されていること
を特徴とするものが存在する。
【００４２】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、第１及び第２のそれぞれ異なっ
た時間特性で操作される少なくとも第１及び第２のガス排出ランプと、分析され
るガスの存在中における少なくとも１つの第１及び第２ガス排出ランプを検出す
る少なくとも１つの検出器と、少なくとも１つの検出器からの出力をうけとり、
識別した出力を第１及び第２の異なった時間特性に基づいて第１及び第２のガス
排出ランプへ送信する識別機とを含むアイソトピックガス分析器が存在する。
た時間特性で操作される少なくとも第１及び第２のガス排出ランプと、分析され
るガスの存在中における少なくとも１つの第１及び第２ガス排出ランプを検出す
る少なくとも１つの検出器と、少なくとも１つの検出器からの出力をうけとり、
識別した出力を第１及び第２の異なった時間特性に基づいて第１及び第２のガス
排出ランプへ送信する識別機とを含むアイソトピックガス分析器が存在する。
【００４３】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、第１及び第２の異なった時間特性は第１及び第２の周波数であること
を特徴とするものが存在する。
において、第１及び第２の異なった時間特性は第１及び第２の周波数であること
を特徴とするものが存在する。
【００４４】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、第１及び第２の異なった時間特性が第１及び第２のフェイズであるこ
とを特徴とするものが存在する。
において、第１及び第２の異なった時間特性が第１及び第２のフェイズであるこ
とを特徴とするものが存在する。
【００４５】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、分析されるガスの存在中の上記少なくとも第１と第２のガス排出ラン
プの出力を検出する上記少なくとも１つの検出器が単一の検出器からなっている
ことを特徴とするものが存在する。
において、分析されるガスの存在中の上記少なくとも第１と第２のガス排出ラン
プの出力を検出する上記少なくとも１つの検出器が単一の検出器からなっている
ことを特徴とするものが存在する。
【００４６】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、分析されるガスの存在中の少なくとも第１と第２のガス排出ランプの
出力を検出する少なくとも１つの検出器が、それぞれ第１及び第２のガス排出ラ
ンプを検出する２つの検出器からなっていることを特徴とするものが存在する。
において、分析されるガスの存在中の少なくとも第１と第２のガス排出ランプの
出力を検出する少なくとも１つの検出器が、それぞれ第１及び第２のガス排出ラ
ンプを検出する２つの検出器からなっていることを特徴とするものが存在する。
【００４７】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、分析されるガスの存在中の上記少なくとも第１と第２のガス排出ラン
プの出力を検出する上記少なくとも１つの検出器が２つの検出器からなっており
、１つは第１及び第２のガス排出ランプからの吸着信号の出力を検出し、もう１
つは第１及び第２のガス排出ランプからのゼロ設定を検出することを特徴とする
ものが存在する。
において、分析されるガスの存在中の上記少なくとも第１と第２のガス排出ラン
プの出力を検出する上記少なくとも１つの検出器が２つの検出器からなっており
、１つは第１及び第２のガス排出ランプからの吸着信号の出力を検出し、もう１
つは第１及び第２のガス排出ランプからのゼロ設定を検出することを特徴とする
ものが存在する。
【００４８】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、少なくとも１つの検出器からの出力をうけとり、識別した出力を第１
及び第２の異なった時間特性に基づいて第１及び第２のガス排出ランプへ送信す
る識別機が、内部増幅器のような第１及び第２のシンクロナイズドシグナルプロ
セッサで構成されていることを特徴するものが存在する。
において、少なくとも１つの検出器からの出力をうけとり、識別した出力を第１
及び第２の異なった時間特性に基づいて第１及び第２のガス排出ランプへ送信す
る識別機が、内部増幅器のような第１及び第２のシンクロナイズドシグナルプロ
セッサで構成されていることを特徴するものが存在する。
【００４９】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、少なくとも第１及び第２の励起
ガスと同定された同位体におけるディスチャージランプと、分析されるガスの現
状におけるディスチャージランプの出力を観察する少なくとも１つの検出器と、
第１及び第２の励起ガスと同定された同位体の第１及び第２のスペクトルそれぞ
れの部分に対応する少なくとも１つの第１及び第２のフィルターと、少なくとも
第１及び第２のスペクトルに対応する検出器の出力を識別するための検出器と協
働する識別機とで構成されることを特徴とするアイソトピックガス分析器が存在
する。
ガスと同定された同位体におけるディスチャージランプと、分析されるガスの現
状におけるディスチャージランプの出力を観察する少なくとも１つの検出器と、
第１及び第２の励起ガスと同定された同位体の第１及び第２のスペクトルそれぞ
れの部分に対応する少なくとも１つの第１及び第２のフィルターと、少なくとも
第１及び第２のスペクトルに対応する検出器の出力を識別するための検出器と協
働する識別機とで構成されることを特徴とするアイソトピックガス分析器が存在
する。
【００５０】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、識別機は少なくとも１つの第１及び第２のフィルターのライトの出力
を既知の時間シーケンスで調整する少なくとも１つのライトバルブを備えること
を特徴とするものが存在する。
において、識別機は少なくとも１つの第１及び第２のフィルターのライトの出力
を既知の時間シーケンスで調整する少なくとも１つのライトバルブを備えること
を特徴とするものが存在する。
【００５１】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、第１及び第２のフィルターの上記ライトの出力を既知の時間シーケン
スで調整する上記少なくとも１つのライトバルブがチョッパであることを特徴と
するものが存在する。
において、第１及び第２のフィルターの上記ライトの出力を既知の時間シーケン
スで調整する上記少なくとも１つのライトバルブがチョッパであることを特徴と
するものが存在する。
【００５２】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、第１及び第２のフィルターの上記ライトの出力を既知の時間シーケン
スで調整する上記少なくとも１つのライトバルブが立体ライトモジュレータであ
ることを特徴とするものが存在する。
において、第１及び第２のフィルターの上記ライトの出力を既知の時間シーケン
スで調整する上記少なくとも１つのライトバルブが立体ライトモジュレータであ
ることを特徴とするものが存在する。
【００５３】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、少なくとも１つのライトバルブがそれぞれ第１及び第２の異なった時
間特性で操作され、検出器からの出力をうけとり第１及び第２の異なった時間特
性に基づいて第１及び第２の励起ガスと関連する出力を識別する検出器の出力識
別機を構成する分別機がさらに備えられていることを特徴とするものが存在する
。
において、少なくとも１つのライトバルブがそれぞれ第１及び第２の異なった時
間特性で操作され、検出器からの出力をうけとり第１及び第２の異なった時間特
性に基づいて第１及び第２の励起ガスと関連する出力を識別する検出器の出力識
別機を構成する分別機がさらに備えられていることを特徴とするものが存在する
。
【００５４】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、第１及び第２の異なった時間特性が第１及び第２の周波数であること
を特徴とするものが存在する。
において、第１及び第２の異なった時間特性が第１及び第２の周波数であること
を特徴とするものが存在する。
【００５５】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、第１及び第２の異なった時間特性が第１及び第２のフェイズであるこ
とを特徴とするものが存在する。
において、第１及び第２の異なった時間特性が第１及び第２のフェイズであるこ
とを特徴とするものが存在する。
【００５６】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、分別機が第１及び第２のシンクロナイズドシグナルプロセッサを備え
ることを特徴とするものが存在する。
において、分別機が第１及び第２のシンクロナイズドシグナルプロセッサを備え
ることを特徴とするものが存在する。
【００５７】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、励起ガスと同定された第１及び
第２の同位体を含むディスチャージランプと、分析されるガスの現状におけるデ
ィスチャージランプの出力をそれぞれ確認する第１及び第２の検出器と、第１及
び第２の励起ガスと同定された同位体のそれぞれ第１及び第２のスペクトルにそ
れぞれ付随しディスチャージランプとそれぞれ第１及び第２の検出器との間に設
けられている第１及び第２のフィルターとで構成されるアイソトピックガス分析
器が存在する。
第２の同位体を含むディスチャージランプと、分析されるガスの現状におけるデ
ィスチャージランプの出力をそれぞれ確認する第１及び第２の検出器と、第１及
び第２の励起ガスと同定された同位体のそれぞれ第１及び第２のスペクトルにそ
れぞれ付随しディスチャージランプとそれぞれ第１及び第２の検出器との間に設
けられている第１及び第２のフィルターとで構成されるアイソトピックガス分析
器が存在する。
【００５８】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、フィルターが光学フィルター又は気体フィルターのうちの少なくとも
１つであることを特徴とするものが存在する。
において、フィルターが光学フィルター又は気体フィルターのうちの少なくとも
１つであることを特徴とするものが存在する。
【００５９】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、少なくともいくつかが統合され
たスペクトルラインを含むスペクトルの範囲をオーバーラップした第１及び第２
の励起ガスとして同定された同位体を含む少なくとも１つのガスディスチャージ
ランプと、分析されるガスの現状についての少なくとも１つのガスディスチャー
ジランプの出力を検出する検出器と、検出器から得られた出力をうけとり、上記
検出器によっていくつか統合されたスペクトル線の少なくとも２つから検出され
た情報を利用する気体包含インジケーターとで構成されるアイソトピックガス分
析器が存在する。
たスペクトルラインを含むスペクトルの範囲をオーバーラップした第１及び第２
の励起ガスとして同定された同位体を含む少なくとも１つのガスディスチャージ
ランプと、分析されるガスの現状についての少なくとも１つのガスディスチャー
ジランプの出力を検出する検出器と、検出器から得られた出力をうけとり、上記
検出器によっていくつか統合されたスペクトル線の少なくとも２つから検出され
た情報を利用する気体包含インジケーターとで構成されるアイソトピックガス分
析器が存在する。
【００６０】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、分析されるガスは、維持する大気圧下において圧力を維持しているこ
とを特徴とするものが存在する。
において、分析されるガスは、維持する大気圧下において圧力を維持しているこ
とを特徴とするものが存在する。
【００６１】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、フィルターは少なくともいくつかの統合されたスペクトルラインを含
むオーバーラップしていないスペクトルの範囲を分離するために利用されている
ことを特徴とするものが存在する。
において、フィルターは少なくともいくつかの統合されたスペクトルラインを含
むオーバーラップしていないスペクトルの範囲を分離するために利用されている
ことを特徴とするものが存在する。
【００６２】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、サンプルガス中の少なくとも１
つの同位体を分析し、少なくとも１の上記同位体に特化した少なくとも１つの放
射線の波長安定源を含んでいる光学吸収分析器と、レファレンスガスを含んでい
るチャンネルと、 上記サンプルガスとレファレンスガスチャンバー中の主同位体の分圧を実質上同
じにさせるための浸透手段とを備えたアイソトピックガス分析器が存在する。
つの同位体を分析し、少なくとも１の上記同位体に特化した少なくとも１つの放
射線の波長安定源を含んでいる光学吸収分析器と、レファレンスガスを含んでい
るチャンネルと、 上記サンプルガスとレファレンスガスチャンバー中の主同位体の分圧を実質上同
じにさせるための浸透手段とを備えたアイソトピックガス分析器が存在する。
【００６３】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、サンプルガス中の少なくとも１
つの同位体を分析し、少なくとも１の上記同位体に特化した少なくとも１つの放
射線の波長安定源を含んでいる光学吸収分析器と、レファレンスガスを含んでい
るチャンネルと、実質的にサンプルガス及びレファレンスガスチャンバー中の主
同位体濃度を実質上同じにするポンプ手段とで構成されるアイソトピックガス分
析器が存在する。
つの同位体を分析し、少なくとも１の上記同位体に特化した少なくとも１つの放
射線の波長安定源を含んでいる光学吸収分析器と、レファレンスガスを含んでい
るチャンネルと、実質的にサンプルガス及びレファレンスガスチャンバー中の主
同位体濃度を実質上同じにするポンプ手段とで構成されるアイソトピックガス分
析器が存在する。
【００６４】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、レファレンス及びサンプルチャンネル中の共通する同位体の吸収は実
質的に少なくとも１つのチャンネルの長さを変化させる手段によって同じくさせ
るものが存在する。
において、レファレンス及びサンプルチャンネル中の共通する同位体の吸収は実
質的に少なくとも１つのチャンネルの長さを変化させる手段によって同じくさせ
るものが存在する。
【００６５】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、分析されるガスが呼息であることを特徴とするものが存在する。
において、分析されるガスが呼息であることを特徴とするものが存在する。
【００６６】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、呼息の選択された一部分のみを分析に用いることを特徴とするものが
存在する。
において、呼息の選択された一部分のみを分析に用いることを特徴とするものが
存在する。
【００６７】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、中間チャンバーは上記呼息の少なくとも一部分から複数の息を集めて
利用し、ポンプ手段は分析器に送り込むために用いられることを特徴とするもの
が存在する。
において、中間チャンバーは上記呼息の少なくとも一部分から複数の息を集めて
利用し、ポンプ手段は分析器に送り込むために用いられることを特徴とするもの
が存在する。
【００６８】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、上記中間チャンバーはそれぞれ一定の圧力を維持する間、内容物を排
出するためにその体積を減少させる手段を有していることを特徴とするものが存
在する。
において、上記中間チャンバーはそれぞれ一定の圧力を維持する間、内容物を排
出するためにその体積を減少させる手段を有していることを特徴とするものが存
在する。
【００６９】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、呼息は鼻腔カニューレに接続されることによって連続的にサンプリン
グされることを特徴とするものが存在する。
において、呼息は鼻腔カニューレに接続されることによって連続的にサンプリン
グされることを特徴とするものが存在する。
【００７０】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、呼息は呼息管によって連続的にサンプリングされることを特徴とする
ものが存在する。
において、呼息は呼息管によって連続的にサンプリングされることを特徴とする
ものが存在する。
【００７１】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、前記いずれかの請求項に記載し
たアイソトピックガス分析器において、関連する同位体のスペクトルの範囲はオ
ーバーラップしていないことを特徴とするものが存在する。
たアイソトピックガス分析器において、関連する同位体のスペクトルの範囲はオ
ーバーラップしていないことを特徴とするものが存在する。
【００７２】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記アイソトピックガス分析器
において、少なくとも１つのレファレンス、サンプル、ゼロレファレンスチャン
ネルを調べるために検出器が配列されているものが存在する。
において、少なくとも１つのレファレンス、サンプル、ゼロレファレンスチャン
ネルを調べるために検出器が配列されているものが存在する。
【００７３】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、サンプルガスの選ばれた一部分
を動的に収集する装置が存在する。
を動的に収集する装置が存在する。
【００７４】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の装置において、ガスサン
プルが多数のサンプルであることを特徴とするものが存在する。
プルが多数のサンプルであることを特徴とするものが存在する。
【００７５】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の装置において、ガスサン
プルが少なくとも１つの被験者の息であることを特徴とするものが存在する。
プルが少なくとも１つの被験者の息であることを特徴とするものが存在する。
【００７６】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の装置において、上記息の
選択された部分が医学的に重要なものであることを特徴とするものが存在する。
選択された部分が医学的に重要なものであることを特徴とするものが存在する。
【００７７】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、アイソトピックガス分析器がガ
スサンプルの選択された部分を動的に収集する装置を備えたものが存在する。
スサンプルの選択された部分を動的に収集する装置を備えたものが存在する。
【００７８】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記の装置を備えたアイソトピ
ックガス分析器が存在する。
ックガス分析器が存在する。
【００７９】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記のアイソトピックガス分析
器において、ガス分析器が質量分析計又は非分散赤外分光計であるものが存在す
る。
器において、ガス分析器が質量分析計又は非分散赤外分光計であるものが存在す
る。
【００８０】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記のアイソトピックガス分析
器において、非分散赤外分光計が少なくとも１の上記同位体に特化した少なくと
も１つの放射線の波長安定源を構成していることを特徴とするものが存在する。
器において、非分散赤外分光計が少なくとも１の上記同位体に特化した少なくと
も１つの放射線の波長安定源を構成していることを特徴とするものが存在する。
【００８１】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記のアイソトピックガス分析
器において、少なくとも２つのサンプルが対象となる同位体の同位体比を同じく
して収集されることを特徴とするものが存在する。
器において、少なくとも２つのサンプルが対象となる同位体の同位体比を同じく
して収集されることを特徴とするものが存在する。
【００８２】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上記の装置において、分析用ガ
スサンプルを収集するための中間チャンバーシステムとして作用することを特徴
とするものが存在する。
スサンプルを収集するための中間チャンバーシステムとして作用することを特徴
とするものが存在する。
【００８３】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、少なくとも１つの分析用ガスサ
ンプルを蓄積する中間チャンバーシステムが、ガスセンサーと、少なくとも１つ
のガスサンプルの少なくとも一部分を選択するバルブ手段と、少なくとも１つの
ガスサンプルの上記少なくとも一部分を蓄積するチャンバーとで構成されている
ものが存在する。
ンプルを蓄積する中間チャンバーシステムが、ガスセンサーと、少なくとも１つ
のガスサンプルの少なくとも一部分を選択するバルブ手段と、少なくとも１つの
ガスサンプルの上記少なくとも一部分を蓄積するチャンバーとで構成されている
ものが存在する。
【００８４】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、ガスセンサーが、カプノグラフプローブ、光学プローブ、圧力プロー
ブ、又は流動プローブであるものが存在する。
において、ガスセンサーが、カプノグラフプローブ、光学プローブ、圧力プロー
ブ、又は流動プローブであるものが存在する。
【００８５】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、バルブ手段が少なくとも１つのチェックバルブで構成されているもの
が存在する。
において、バルブ手段が少なくとも１つのチェックバルブで構成されているもの
が存在する。
【００８６】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、バルブ手段が少なくとも１つの電気的に駆動する電磁弁で構成されて
いるものが存在する。
において、バルブ手段が少なくとも１つの電気的に駆動する電磁弁で構成されて
いるものが存在する。
【００８７】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、少なくとも１つのガスサンプルの上記少なくとも一部分を蓄積するチ
ャンバーは硬質のもの、柔軟なもの、又は一部分は硬質で一部分は柔軟なもので
あるものが存在する。
において、少なくとも１つのガスサンプルの上記少なくとも一部分を蓄積するチ
ャンバーは硬質のもの、柔軟なもの、又は一部分は硬質で一部分は柔軟なもので
あるものが存在する。
【００８８】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、請求項５７から６６に記載の中
間チャンバーシステムにおいて、少なくともシステムの一部が使い捨てのものが
存在する。
間チャンバーシステムにおいて、少なくともシステムの一部が使い捨てのものが
存在する。
【００８９】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、対象となる同位体の濃度を低下させるために希薄手段をも構成してい
るものが存在する。
において、対象となる同位体の濃度を低下させるために希薄手段をも構成してい
るものが存在する。
【００９０】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、希薄手段が切り替え可能なガススクラバーにより構成されているもの
が存在する。
において、希薄手段が切り替え可能なガススクラバーにより構成されているもの
が存在する。
【００９１】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、バルブ手段のタイミングは分析の必要性に応じて決定されるものが存
在する。
において、バルブ手段のタイミングは分析の必要性に応じて決定されるものが存
在する。
【００９２】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、バルブ手段のタイミングは上記分析の結果により決定されるものが存
在する。
において、バルブ手段のタイミングは上記分析の結果により決定されるものが存
在する。
【００９３】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、息の収集に被験者やオペレーターの介入を必要としないものが存在す
る。
において、息の収集に被験者やオペレーターの介入を必要としないものが存在す
る。
【００９４】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、ガス分析器中のレファレンスガスとして使用するためにガスのサンプ
ルを収集することを特徴とするものが存在する。
において、ガス分析器中のレファレンスガスとして使用するためにガスのサンプ
ルを収集することを特徴とするものが存在する。
【００９５】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、サンプルガスが少なくとも第１の息から収集されるものが存在する。
において、サンプルガスが少なくとも第１の息から収集されるものが存在する。
【００９６】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、チャンバーに集められる少なくとも１つのガスサンプルの少なくとも
一部分がガス分析器に移動することを特徴とするものが存在する。
において、チャンバーに集められる少なくとも１つのガスサンプルの少なくとも
一部分がガス分析器に移動することを特徴とするものが存在する。
【００９７】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、チャンバーに集められる少なくとも１つのガスサンプルの少なくとも
一部分はコレクションコンテナーによって分析器に移動することを特徴とするも
のが存在する。
において、チャンバーに集められる少なくとも１つのガスサンプルの少なくとも
一部分はコレクションコンテナーによって分析器に移動することを特徴とするも
のが存在する。
【００９８】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、ガス分析器によって呼息センサ
ーは自己測定される中間チャンバーにより構成されるガス分析器が存在する。
ーは自己測定される中間チャンバーにより構成されるガス分析器が存在する。
【００９９】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、被験者の信号サンプルから同じ
同位体比をもって希釈化されたサンプルの中間チャンバーグループ手段を設ける
ことによって自己測定でき、分析器によって同位体比が測定されサンプルの固定
同位体比と比較され、ガス分析器を再修正するために比較の結果を用いる中間チ
ャンバーにより構成されるガス分析器が存在する。
同位体比をもって希釈化されたサンプルの中間チャンバーグループ手段を設ける
ことによって自己測定でき、分析器によって同位体比が測定されサンプルの固定
同位体比と比較され、ガス分析器を再修正するために比較の結果を用いる中間チ
ャンバーにより構成されるガス分析器が存在する。
【０１００】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述のガス分析器において、サ
ンプルは息のサンプルであるものが存在する。
ンプルは息のサンプルであるものが存在する。
【０１０１】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、同一のサンプルにおける少なく
とも１つの同位体の濃度における普及を用いて正常な患者からのサンプルの測定
された同位体比における普及に関連によって自己測定できるガス分析器が存在す
る。
とも１つの同位体の濃度における普及を用いて正常な患者からのサンプルの測定
された同位体比における普及に関連によって自己測定できるガス分析器が存在す
る。
【０１０２】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、多数の息を収集するための中間
チャンバーシステムが存在する。
チャンバーシステムが存在する。
【０１０３】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、蓄積されたサンプルの終わり濃
度が分析器によって決定される、分析ガスのサンプルを蓄積する中間チャンバー
を構成するガス分析器が存在する。
度が分析器によって決定される、分析ガスのサンプルを蓄積する中間チャンバー
を構成するガス分析器が存在する。
【０１０４】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、一時的に変化する息を用いて濃度と体積をあらかじめ決定するのに有
効なものが存在する。
において、一時的に変化する息を用いて濃度と体積をあらかじめ決定するのに有
効なものが存在する。
【０１０５】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、上述の中間チャンバーシステム
において、被験者の二酸化炭素波頭の高い領域からの息の採集に有効な請求項５
７に記載の中間チャンバーシステム
において、被験者の二酸化炭素波頭の高い領域からの息の採集に有効な請求項５
７に記載の中間チャンバーシステム
【０１０６】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、ガスセンサーと、第１及び第２
の電磁弁と、ガススクラバーと、ポンプと、少なくとも１つのコレクションコン
テナーと、少なくとも第３の電磁弁とで構成されるコンピュータで制御されるガ
スハンドリングシステムを備え、第１の電磁弁はガスをガスの廃棄もしくはガス
スクラバーを通過してもしくは直接に第２のソレノイドバルブに送るかのどちら
かのチャンネルへガスを導き、ポンプはガスを第２の電磁弁から少なくとも１つ
のコレクションコンテナーへポンピングし、第３の電磁弁はガスを少なくとも１
つのコレクションコンテナーへ送るためのチャンネルを操作することを特徴とす
る中間チャンバーシステムが存在する。
の電磁弁と、ガススクラバーと、ポンプと、少なくとも１つのコレクションコン
テナーと、少なくとも第３の電磁弁とで構成されるコンピュータで制御されるガ
スハンドリングシステムを備え、第１の電磁弁はガスをガスの廃棄もしくはガス
スクラバーを通過してもしくは直接に第２のソレノイドバルブに送るかのどちら
かのチャンネルへガスを導き、ポンプはガスを第２の電磁弁から少なくとも１つ
のコレクションコンテナーへポンピングし、第３の電磁弁はガスを少なくとも１
つのコレクションコンテナーへ送るためのチャンネルを操作することを特徴とす
る中間チャンバーシステムが存在する。
【０１０７】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、少なくとも１つの分析されるガ
スサンプルを収集する方法であって、収集されたサンプルの終わり濃度が分析器
によって決定され、ガス濃度測定のステップを構成すし、収集されたガスが所望
の濃度と体積であるか否かに基づいてさらにサンプルの収集を続けるかどうかを
決定するものが存在する。
スサンプルを収集する方法であって、収集されたサンプルの終わり濃度が分析器
によって決定され、ガス濃度測定のステップを構成すし、収集されたガスが所望
の濃度と体積であるか否かに基づいてさらにサンプルの収集を続けるかどうかを
決定するものが存在する。
【０１０８】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、少なくとも１つの分析されるガ
スサンプルを収集する方法であって、収集されたサンプルの終わり濃度が上述の
分析器により決定され、上記少なくとも１つの分析されるガスのサンプルが、少
なくとも１つの息のサンプルであることを特徴とするものが存在する。
スサンプルを収集する方法であって、収集されたサンプルの終わり濃度が上述の
分析器により決定され、上記少なくとも１つの分析されるガスのサンプルが、少
なくとも１つの息のサンプルであることを特徴とするものが存在する。
【０１０９】 本発明のさらなる好ましい実施形態としては、中間チャンバーシステムであ
って、少なくとも１つの分析のためのガスサンプルが鼻腔カニューレ又は口腔呼
息管によって収集されることを特徴とするものが存在する。
って、少なくとも１つの分析のためのガスサンプルが鼻腔カニューレ又は口腔呼
息管によって収集されることを特徴とするものが存在する。
【０１１０】 本発明は、添付図面に関連して行われる以下の詳細な説明から、さらに十分に
理解されるであろう。図面において、 図１Ａは、本発明の好ましい実施の形態におけるＮＤＩＲ分光計の概略図であ
り、それぞれそれ自身のランプ、吸収チャンバー、および光ファイバゼロ較正チ
ャンネルを有し、かつ全測定チャンネル用の１つの共通検出器を備えた２つの別
個の同位体チャンネルを示し、図１Ｂは同じＮＤＩＲ分光計であってビームホモ
ジナイザを含有したものを示す。
理解されるであろう。図面において、 図１Ａは、本発明の好ましい実施の形態におけるＮＤＩＲ分光計の概略図であ
り、それぞれそれ自身のランプ、吸収チャンバー、および光ファイバゼロ較正チ
ャンネルを有し、かつ全測定チャンネル用の１つの共通検出器を備えた２つの別
個の同位体チャンネルを示し、図１Ｂは同じＮＤＩＲ分光計であってビームホモ
ジナイザを含有したものを示す。
【０１１１】 図２は、図１Ａに示すＮＤＩＲ分光計の等角投影図であり、２つの別個の周波
数変調同位体光源、４つの測定チャンネル、および１つの検出器を示す。
数変調同位体光源、４つの測定チャンネル、および１つの検出器を示す。
【０１１２】 図３は、図２に示すＮＤＩＲ分光計の分解平面図であり、各構成部をコンパク
トに組み付ける様子を示す。
トに組み付ける様子を示す。
【０１１３】 図４は、前記ＮＤＩＲ分光計の横断面図であり、６つの測定チャンネル、すな
わち２つの同位体のそれぞれに対するレファレンスチャンネル、サンプルチャン
ネルおよびゼロ較正チャンネルを示す。
わち２つの同位体のそれぞれに対するレファレンスチャンネル、サンプルチャン
ネルおよびゼロ較正チャンネルを示す。
【０１１４】 図５は、ガスチャンネルのための押出ステンレス鋼製チューブ対を用い、鋳造
アルミニウム構造に埋め込まれた前記ＮＤＩＲ分光計のための好ましい構成方法
を示す。
アルミニウム構造に埋め込まれた前記ＮＤＩＲ分光計のための好ましい構成方法
を示す。
【０１１５】 図６は、前記ＮＤＩＲ分光計の機能断面図であり、２つのレファレンスチャン
ネルと２つのサンプルチャンネルがそれぞれガス管により互いに空気圧接続され
ている様子、それらの間の差圧測定、および１３ＣＯ2チャンバーと１２ＣＯ2チ
ャンバーとの熱的接続の様子を示す。
ネルと２つのサンプルチャンネルがそれぞれガス管により互いに空気圧接続され
ている様子、それらの間の差圧測定、および１３ＣＯ2チャンバーと１２ＣＯ2チ
ャンバーとの熱的接続の様子を示す。
【０１１６】 図７は、サンプルチャンネルおよびレファレンスチャンネルを交互に測定する
ときに使用するシャッタの概略図である。
ときに使用するシャッタの概略図である。
【０１１７】 図８は、図１で述べた分光計で使用した同期検出方式の概略図であり、各々の
光源は異なる周波数で変調され、４つの別個のチャンネルに対し４つのロックイ
ン増幅器を使用している。
光源は異なる周波数で変調され、４つの別個のチャンネルに対し４つのロックイ
ン増幅器を使用している。
【０１１８】 図９は、それに代わる同期検出方式のタイミング図および信号出力を示してお
り、ここで両ランプは１つもしくは２つの高周波励振器により同一周波数で変調
され、位相弁別を用いて２つの別個の同位体チャンネルを区別している。
り、ここで両ランプは１つもしくは２つの高周波励振器により同一周波数で変調
され、位相弁別を用いて２つの別個の同位体チャンネルを区別している。
【０１１９】 図１０Ａ〜１０Ｅは、別個の１２Ｃおよび１３Ｃ信号が図９に示す単一ランプ
励振器方式を用いて電子的に抽出される様子を説明するタイミング図を示す。
励振器方式を用いて電子的に抽出される様子を説明するタイミング図を示す。
【０１２０】 図１１は、前と同様に２つのランプを用いているが、各チャンネルに１つずつ
、２つの別個の検出器を備えた別のＮＤＩＲ分光計設計の概略図である。この場
合、回転式チョッパを用いて光の変調を行うことにより信号変調を行う。
、２つの別個の検出器を備えた別のＮＤＩＲ分光計設計の概略図である。この場
合、回転式チョッパを用いて光の変調を行うことにより信号変調を行う。
【０１２１】 図１２は、図１１に示すＮＤＩＲ分光計における使用に適したチョッパを示す
。
。
【０１２２】 図１３は、図１２に示すチョッパにより、レファレンスチャンネル、サンプル
チャンネルおよびゼロ較正チャンネルから得られた３つの信号を表す。
チャンネルおよびゼロ較正チャンネルから得られた３つの信号を表す。
【０１２３】 図１４は、ランプを１つだけ使用した別のＮＤＩＲ分光計設計を示しており、
このランプは１２Ｃと１３Ｃの混合物を充填して両同位体のスペクトルを発する
。本実施の形態では２つの検出器を使用する。干渉フィルタを使用して上記２つ
の同位体チャンネルを弁別している。
このランプは１２Ｃと１３Ｃの混合物を充填して両同位体のスペクトルを発する
。本実施の形態では２つの検出器を使用する。干渉フィルタを使用して上記２つ
の同位体チャンネルを弁別している。
【０１２４】 図１５は、図１４と同様の設計であるが、干渉フィルタに代えてガスフィルタ
を使用したＮＤＩＲ分光計を示している。
を使用したＮＤＩＲ分光計を示している。
【０１２５】 図１６は、１つのランプと１つの検出器だけを使用したさらに別のＮＤＩＲ分
光計設計を例示し、ここで光は空間光変調器により４つのチャンネルの各々から
検出器へと交互に切り換えられる。
光計設計を例示し、ここで光は空間光変調器により４つのチャンネルの各々から
検出器へと交互に切り換えられる。
【０１２６】 図１７は、図１６に示す実施の形態における空間光変調器の構成例を示す。図
示の能動要素は偏光板対の間に配置された液晶である。
示の能動要素は偏光板対の間に配置された液晶である。
【０１２７】 図１８は、電子式空間光変調器の代替物として、図１６に示すＮＤＩＲ分光計
の実施態様において使用することのできる機械式空間チョッパを示す。ここに示
すチョッパの設計では、５つの信号チャンネル、２つのサンプルチャンネル、２
つのレファレンスチャンネル、およびゼロ較正チャンネルの各々から現れる光を
異なる周波数で分断することにより、単一の検出器でそれらを弁別することがで
きる。
の実施態様において使用することのできる機械式空間チョッパを示す。ここに示
すチョッパの設計では、５つの信号チャンネル、２つのサンプルチャンネル、２
つのレファレンスチャンネル、およびゼロ較正チャンネルの各々から現れる光を
異なる周波数で分断することにより、単一の検出器でそれらを弁別することがで
きる。
【０１２８】 図１９は、サンプルチャンバーおよびレファレンスチャンバーにおけるＣＯ2 の分圧が等しくなることを保証するための浸透システムを表す。
【０１２９】 図２０は、サンプルチャンバーおよびレファレンスチャンバーにおけるＣＯ2 の分圧が近似することを保証するためのポンプシステムを表す。
【０１３０】 図２１は、サンプルガスを蓄積、あるいは試験後に通過させながら、サンプル
回収タンクの圧力を一定に維持する様子を描いている。
回収タンクの圧力を一定に維持する様子を描いている。
【０１３１】 図２２は、サンプルチャンバーにおける12ＣＯ2ガスのその濃度の関数として の赤外透過グラフを示す。
【０１３２】 図２３は、３つの異なるセル長をもつ分析チャンバーにおける濃度の関数とし
てのセル感度変化を示す。
てのセル感度変化を示す。
【０１３３】 図２４は、図２２に示す単純吸収曲線に類似しているが、より詳細を含み、広
範囲に異なる分圧で吸収量測定を行なったときに生じる問題点を示す。
範囲に異なる分圧で吸収量測定を行なったときに生じる問題点を示す。
【０１３４】 図２５Ａは、レファレンスセルにおけるガスの吸収曲線を示し、レファレンス
ガスの一定かつ既知のパーセンテージを含むものである。
ガスの一定かつ既知のパーセンテージを含むものである。
【０１３５】 図２５Ｂは、レファレンスガス濃度点の周辺領域の拡大図を示す。
【０１３６】 図２６は、歪み補正として知られる吸収曲線補正を示す。
【０１３７】 図２７は、患者から吐き出された息の列を表す。
【０１３８】 図２８は、各構成部を有する代表的な呼息波の時間プロットを示す。
【０１３９】 図２９は、中間チャンバーシステムの動作を説明するための呼息テストシステ
ムの概略図である。
ムの概略図である。
【０１４０】 図３０は、中間チャンバーシステムを組み込んだ同位体ガス分析装置に基づく
二酸化炭素呼息テストシステムのガス操作系の好ましい実施態様を示す。
二酸化炭素呼息テストシステムのガス操作系の好ましい実施態様を示す。
【０１４１】 図３１は、動的サンプル収集処理を制御するソフトウェアのフローチャートを
示す。
示す。
【０１４２】 図３２〜３４は、機械的逆止め弁アッセンブリを組み込んだ吸気装置の様々な
実施態様を示し、図３２は一定のサンプリング流量とするための、一定体積を有
するタンクを組み込んだ機械的逆止め弁アッセンブリを示す。
実施態様を示し、図３２は一定のサンプリング流量とするための、一定体積を有
するタンクを組み込んだ機械的逆止め弁アッセンブリを示す。
【０１４３】 図３３は、可変サンプリング流量用のシステムを提供するために可変体積を有
するタンクを組み込んだ点を除き、図３２と同様の機械的逆止め弁アッセンブリ
を示す。
するタンクを組み込んだ点を除き、図３２と同様の機械的逆止め弁アッセンブリ
を示す。
【０１４４】 図３４は、２タンク中間チャンバー呼息サンプリング装置を示す。
【０１４５】 図３５は、圧電膜センサ、歪みゲージセンサ、あるいは類似の他の流れ方向セ
ンサを用いた、鼻腔カニューレによる呼息サンプリングでの使用に適した別の中
間チャンバー呼息サンプリング装置を示す。
ンサを用いた、鼻腔カニューレによる呼息サンプリングでの使用に適した別の中
間チャンバー呼息サンプリング装置を示す。
【０１４６】 図３６は、感熱風力計などの差圧センサを用いた、同様に鼻腔カニューレによ
る呼息サンプリングでの使用に適したもう１つの中間チャンバー呼息サンプリン
グ装置を示す。
る呼息サンプリングでの使用に適したもう１つの中間チャンバー呼息サンプリン
グ装置を示す。
【０１４７】 （発明を実施するための最良の形態） 本発明の好ましい実施形態に従う構成ならびに作用を有する呼息分析装置であ
るＮＤＩＲ分光計の概略図である図１Ａを参照する。（なお、添付の図面ではす
べて、記号１２ＣＯ2および１３ＣＯ2は、それぞれ記号１２Ｃおよび１３Ｃと簡
略化している。）本実施の形態では、信号チャンネルおよびレファレンスチャン
ネルに対して２つのランプと１つの検出器を用いており、後述するように、ラン
プ出力を安定させるためにさらにもう１つの検出器を用いている。１３ＣＯ2チ ャンバー１０は、サンプルチャンバーならびにレファレンスチャンバーとなって
おり、サンプルガス中に存在する少量の１３ＣＯ2から十分な吸収信号を与える ように、１２ＣＯ2チャンバー１１よりかなり長くなっている。
るＮＤＩＲ分光計の概略図である図１Ａを参照する。（なお、添付の図面ではす
べて、記号１２ＣＯ2および１３ＣＯ2は、それぞれ記号１２Ｃおよび１３Ｃと簡
略化している。）本実施の形態では、信号チャンネルおよびレファレンスチャン
ネルに対して２つのランプと１つの検出器を用いており、後述するように、ラン
プ出力を安定させるためにさらにもう１つの検出器を用いている。１３ＣＯ2チ ャンバー１０は、サンプルチャンバーならびにレファレンスチャンバーとなって
おり、サンプルガス中に存在する少量の１３ＣＯ2から十分な吸収信号を与える ように、１２ＣＯ2チャンバー１１よりかなり長くなっている。
【０１４８】 赤外ランプ１２は、Ｕ.Ｓ.Ｐ.５,３００,８５９に記載のガス放電ランプであ る。それらの各々は、１３ＣＯ2または１２ＣＯ2いずれかの事実上純粋同位体ガ
スが充填されている。その結果、各ランプは、実質的に十分な同位体のみから成
る放射線スペクトルを発する。これらのランプは、各ランプへの高周波励振器電
源を変調することにより異なる周波数で変調される。これにより、以下に述べる
ように、単一の信号検出器上に現れる合成信号の個別の周波数成分を同期検出法
によって分離することができる。
スが充填されている。その結果、各ランプは、実質的に十分な同位体のみから成
る放射線スペクトルを発する。これらのランプは、各ランプへの高周波励振器電
源を変調することにより異なる周波数で変調される。これにより、以下に述べる
ように、単一の信号検出器上に現れる合成信号の個別の周波数成分を同期検出法
によって分離することができる。
【０１４９】 しかしながら、可能な１３ＣＯ2の濃縮度の最高レベルは約９９.３％であり、
これは１３ＣＯ2ランプスペクトルが低度のパーセンテージの１２ＣＯ2スペクト
ル線を含有することを意味する。実際、実情はそのパーセンテージ濃縮度が示す
よりはるかに重大で、残り０.７％の１２ＣＯ2は、ガス放電の相互作用の影響で
その数倍の１２ＣＯ2スペクトル線を発生させるからである。サンプル呼息分析 装置は１３ＣＯ2／１２ＣＯ2比における非常に小さな変化を検出しなければなら
ないので、また１３ＣＯ2のパーセンテージが１２ＣＯ2のそれよりはるかに小さ
いので、入射光における１２ＣＯ2線の少量の残余でさえ計測の精度に重大な影 響を与える。このため、１２ＣＯ2ガスを充填した吸収フィルタを１２ＣＯ2チャ
ンネルに設置して、１３ＣＯ2原ガス中の残存１２ＣＯ2をすべて効果的に吸収す
るようする。もう１つの方法として、上に説明したように干渉スペクトル線を濾
過するために光学的帯域フィルタ１３を使用することができる。フィルタ使用の
もう１つの考えられる理由は、発光の一部を取り除くことである。１３Ｃチャン
ネルを通る光を１２Ｃによって吸収することができないように、また逆に１２Ｃ
チャンネルを通る光を１３Ｃによって吸収することができないように、発光の一
部を除去する。これにより、交差感度の問題に対処している。この問題に対処す
るもう１つの方法は、大気圧における１２Ｃの広い吸収線によって１３Ｃ光が吸
収されることを回避するために、圧力を下げることである。
これは１３ＣＯ2ランプスペクトルが低度のパーセンテージの１２ＣＯ2スペクト
ル線を含有することを意味する。実際、実情はそのパーセンテージ濃縮度が示す
よりはるかに重大で、残り０.７％の１２ＣＯ2は、ガス放電の相互作用の影響で
その数倍の１２ＣＯ2スペクトル線を発生させるからである。サンプル呼息分析 装置は１３ＣＯ2／１２ＣＯ2比における非常に小さな変化を検出しなければなら
ないので、また１３ＣＯ2のパーセンテージが１２ＣＯ2のそれよりはるかに小さ
いので、入射光における１２ＣＯ2線の少量の残余でさえ計測の精度に重大な影 響を与える。このため、１２ＣＯ2ガスを充填した吸収フィルタを１２ＣＯ2チャ
ンネルに設置して、１３ＣＯ2原ガス中の残存１２ＣＯ2をすべて効果的に吸収す
るようする。もう１つの方法として、上に説明したように干渉スペクトル線を濾
過するために光学的帯域フィルタ１３を使用することができる。フィルタ使用の
もう１つの考えられる理由は、発光の一部を取り除くことである。１３Ｃチャン
ネルを通る光を１２Ｃによって吸収することができないように、また逆に１２Ｃ
チャンネルを通る光を１３Ｃによって吸収することができないように、発光の一
部を除去する。これにより、交差感度の問題に対処している。この問題に対処す
るもう１つの方法は、大気圧における１２Ｃの広い吸収線によって１３Ｃ光が吸
収されることを回避するために、圧力を下げることである。
【０１５０】 ランプ輝度の短期的変動に伴い、各ランプからの光出力と、サンプルチャンネ
ルにおける測定吸収量の補正用レベルとを常時監視する必要が生じる場合もある
。このため、各ランプからの発光出力を光ファイバ１４によってサンプリングす
る。これらの信号は較正検出器１５上で計測され、その出力がサンプル信号を一
定レベルに正規化するための基準信号として用いられる。どちらのファイバも１
つの検出器につながっているが、各ファイバ上の光信号は２つのランプの変調周
波数に応じて異なる周波数で変調されるため、これら２つの信号は標準同期検出
法によって分離することができる。この対処法により、各同位体に対して２つの
別個のランプを使用した本実施の形態において、ランプ輝度のずれの問題が克服
される。
ルにおける測定吸収量の補正用レベルとを常時監視する必要が生じる場合もある
。このため、各ランプからの発光出力を光ファイバ１４によってサンプリングす
る。これらの信号は較正検出器１５上で計測され、その出力がサンプル信号を一
定レベルに正規化するための基準信号として用いられる。どちらのファイバも１
つの検出器につながっているが、各ファイバ上の光信号は２つのランプの変調周
波数に応じて異なる周波数で変調されるため、これら２つの信号は標準同期検出
法によって分離することができる。この対処法により、各同位体に対して２つの
別個のランプを使用した本実施の形態において、ランプ輝度のずれの問題が克服
される。
【０１５１】 光の一様性の向上が有利である場合、図１Ｂに示すように、光路にファイバ、
ファイバ束、カレイドスコープなどのビームホモジナイザ１７を設置することが
できる。
ファイバ束、カレイドスコープなどのビームホモジナイザ１７を設置することが
できる。
【０１５２】 サンプル検出器１６は、好ましくは、ＰｂＳｅ赤外線検出器であり、この赤外
線検出器は１段か２段の熱電式冷却器によって−１０℃〜−５０℃に冷却される
。この冷却を行なうのは、ＣＯ2波長領域 ４.２〜４.４５μｍにおける検出器の
感度、安定性およびノイズ性能を上げるためである。検出器を一定の低温に冷却
するにもかかわらず、なお電気や熱により経時的なずれが生じる。しかしながら
計測はチャンネルの比で行なうものであり、このずれの影響は相補的なものとな
る傾向があり、本実施の形態の呼息テストシステムにおいて不精密の主要な源泉
とはならない。
線検出器は１段か２段の熱電式冷却器によって−１０℃〜−５０℃に冷却される
。この冷却を行なうのは、ＣＯ2波長領域 ４.２〜４.４５μｍにおける検出器の
感度、安定性およびノイズ性能を上げるためである。検出器を一定の低温に冷却
するにもかかわらず、なお電気や熱により経時的なずれが生じる。しかしながら
計測はチャンネルの比で行なうものであり、このずれの影響は相補的なものとな
る傾向があり、本実施の形態の呼息テストシステムにおいて不精密の主要な源泉
とはならない。
【０１５３】 図２は、このＮＤＩＲ分光計の等角投影図である。分析チャンバーはアルミニ
ウム２１のブロックで構成されている。１３ＣＯ2チャンバー２２は、サンプル チャンバーならびにレファレンスチャンバーとなっており、上述のように１２Ｃ
Ｏ2チャンバー２３よりかなり長くなっている。２つの同位体の各々に対するサ ンプルチャンバーおよびレファレンスチャンバーとして４つの吸収チャンバーが
、分析装置ブロックの端板２４に見ることができる。薄肉のスチールシャッタ２
５が上記端板の浅溝に沿ってスライドし、レファレンスチャンネルとサンプルガ
スチャンネルとの計測間の切換えを行う。この切換えは、そのときの計測状況に
応じておよそ１０〜６０秒毎に行なわれる。この時間は、安定な代表的信号を得
るのに十分長い時間にわたって平均化を行なう必要と、基準計測とサンプル計測
とを計測間でシステム条件が大きく変わらないように十分近い時間で行なう必要
との二者の妥協案である。４つのチャンネルからの出射光ビームがすべて光円錐
２７により単一検出器２８に入射するように、同位体ランプ２６と吸収チャンバ
ー２２、２３の軸を位置揃えする。
ウム２１のブロックで構成されている。１３ＣＯ2チャンバー２２は、サンプル チャンバーならびにレファレンスチャンバーとなっており、上述のように１２Ｃ
Ｏ2チャンバー２３よりかなり長くなっている。２つの同位体の各々に対するサ ンプルチャンバーおよびレファレンスチャンバーとして４つの吸収チャンバーが
、分析装置ブロックの端板２４に見ることができる。薄肉のスチールシャッタ２
５が上記端板の浅溝に沿ってスライドし、レファレンスチャンネルとサンプルガ
スチャンネルとの計測間の切換えを行う。この切換えは、そのときの計測状況に
応じておよそ１０〜６０秒毎に行なわれる。この時間は、安定な代表的信号を得
るのに十分長い時間にわたって平均化を行なう必要と、基準計測とサンプル計測
とを計測間でシステム条件が大きく変わらないように十分近い時間で行なう必要
との二者の妥協案である。４つのチャンネルからの出射光ビームがすべて光円錐
２７により単一検出器２８に入射するように、同位体ランプ２６と吸収チャンバ
ー２２、２３の軸を位置揃えする。
【０１５４】 図３は、図１および図２に示す分光計の分解切取り図を示す。チャンバーブロ
ック３０、同位体ランプ３１、３２、シャッタ３３、光円錐３７および検出器カ
バー３４が図示されている。サンプルチャンバーへの吸気口３５および排気口３
６がブロックの側面に設けられ、アルミブロックに貫通する内部通路によってガ
スがそれぞれ対応するチャンバー内へ導かれる。
ック３０、同位体ランプ３１、３２、シャッタ３３、光円錐３７および検出器カ
バー３４が図示されている。サンプルチャンバーへの吸気口３５および排気口３
６がブロックの側面に設けられ、アルミブロックに貫通する内部通路によってガ
スがそれぞれ対応するチャンバー内へ導かれる。
【０１５５】 図４は、図１〜図３に示すＮＤＩＲ分光計の吸収チャンバーの切取り横断面図
である。２つの基準吸収チャンバー４１、４２は管４３によって空気圧接続され
ており、２つのレファレンスチャンバーが同一ガスを同一圧力で含有している。
サンプル吸収チャンバー４４、４５が同様に管４６によって接続されている。さ
らに、上記ＮＤＩＲ分光計の１３ＣＯ2チャンネルおよび１２ＣＯ2チャンネルは
導電金属４７から成る肉厚の分路により熱的に結合されており、両同位体チャン
ネルにおけるガスが熱的にできるだけ平衡状態に近くなるようにされている。こ
の特徴は、測定系に対する良好な熱的安定性を得る一助となる。レファレンスチ
ャンバーおよびサンプルチャンバーには、流通ガスや静止充填材、あるいはそれ
らの任意の組合せを充填することができる。レファレンスガスは既知の同位体比
をもつガス混合物、あるいは好都合であれば、呼息分析装置の場合には第１の呼
息サンプルとすることができる。ランプ４９の輝度を監視する光ファイバ４８が
、ランプ光の分析チャンバーへの入射に対して干渉しないように設けられている
。
である。２つの基準吸収チャンバー４１、４２は管４３によって空気圧接続され
ており、２つのレファレンスチャンバーが同一ガスを同一圧力で含有している。
サンプル吸収チャンバー４４、４５が同様に管４６によって接続されている。さ
らに、上記ＮＤＩＲ分光計の１３ＣＯ2チャンネルおよび１２ＣＯ2チャンネルは
導電金属４７から成る肉厚の分路により熱的に結合されており、両同位体チャン
ネルにおけるガスが熱的にできるだけ平衡状態に近くなるようにされている。こ
の特徴は、測定系に対する良好な熱的安定性を得る一助となる。レファレンスチ
ャンバーおよびサンプルチャンバーには、流通ガスや静止充填材、あるいはそれ
らの任意の組合せを充填することができる。レファレンスガスは既知の同位体比
をもつガス混合物、あるいは好都合であれば、呼息分析装置の場合には第１の呼
息サンプルとすることができる。ランプ４９の輝度を監視する光ファイバ４８が
、ランプ光の分析チャンバーへの入射に対して干渉しないように設けられている
。
【０１５６】 図５は、本発明の好ましい実施の形態に従うＮＤＩＲ分光計吸収チャンバーの
構成における材料と方法を示す。材料は、高強度かつ低コストの構成で密集性を
得られるように選ばれている。吸収チャンバーは一対のステンレス鋼管５２の押
出し片で構成されている。ステンレス鋼管の代わりに電気鋳造された光管を使用
することもできる。光ファイバ製の監視ファイバ５４による組立品全体が軽量ア
ルミニウム断面構造５６内部に搭載されて、低コスト、低重量で機械的安定性を
得ている。
構成における材料と方法を示す。材料は、高強度かつ低コストの構成で密集性を
得られるように選ばれている。吸収チャンバーは一対のステンレス鋼管５２の押
出し片で構成されている。ステンレス鋼管の代わりに電気鋳造された光管を使用
することもできる。光ファイバ製の監視ファイバ５４による組立品全体が軽量ア
ルミニウム断面構造５６内部に搭載されて、低コスト、低重量で機械的安定性を
得ている。
【０１５７】 図６は、ガスチャンネルの前面から見た図であり、１３ＣＯ2ガスチャンネル の前面に位置する１３ＣＯ2フィルタ６２と、１２ＣＯ2チャンネルの前面に位置
する１２ＣＯ2フィルタ６４とを示している。これらのフィルタはランプからの 不要な発光領域を除外する機能、および熱バックグラウンド発光が検出器に到達
しないように防止する機能を有する。高感度差圧センサ６６がレファレンスチャ
ンネルとサンプルチャンネル間に接続されている。高感度差圧センサ６６は、大
気圧より低い圧力にあるレファレンスチャンネルとサンプルチャンネル間の圧力
を、計測に有利な場合、確実に等しくするために用いられている。さらに、レフ
ァレンスチャンネルも、良好な測定感度を実現するのに必要な減圧の到達を監視
するための絶対圧力センサを含有している。
する１２ＣＯ2フィルタ６４とを示している。これらのフィルタはランプからの 不要な発光領域を除外する機能、および熱バックグラウンド発光が検出器に到達
しないように防止する機能を有する。高感度差圧センサ６６がレファレンスチャ
ンネルとサンプルチャンネル間に接続されている。高感度差圧センサ６６は、大
気圧より低い圧力にあるレファレンスチャンネルとサンプルチャンネル間の圧力
を、計測に有利な場合、確実に等しくするために用いられている。さらに、レフ
ァレンスチャンネルも、良好な測定感度を実現するのに必要な減圧の到達を監視
するための絶対圧力センサを含有している。
【０１５８】 図７は、使用する測定チャンネルの選択するのにシャッタ７２を用いた様子を
示している。各サンプル計測の開始時点においては、シャッタは低位置にあり、
ランプがレファレンスチャンネルを照射することを可能にし、基線基準測定値を
得ることを可能にしている。この測定値は、元来すべて相当に一定たるべき、シ
ステム内に発生する環境変化、ランプ光スペクトルの変化、フィルタ特性または
検出器／電子機器特性の変化に対する監視となっている。基準測定値が変化しな
い場合、環境条件の変化に対するサンプルチャンネルの読取値を補正するのに補
正係数を使用する。基準測定の終了後、シャッタを図面に示す位置へ上昇させ、
サンプルチャンネルからサンプル測定値を得る。十分な精度でこのサンプル測定
値が得られたら、サンプルを空気圧で取り除き、分析装置は次の測定サンプルを
受け取ることができる状態となる。
示している。各サンプル計測の開始時点においては、シャッタは低位置にあり、
ランプがレファレンスチャンネルを照射することを可能にし、基線基準測定値を
得ることを可能にしている。この測定値は、元来すべて相当に一定たるべき、シ
ステム内に発生する環境変化、ランプ光スペクトルの変化、フィルタ特性または
検出器／電子機器特性の変化に対する監視となっている。基準測定値が変化しな
い場合、環境条件の変化に対するサンプルチャンネルの読取値を補正するのに補
正係数を使用する。基準測定の終了後、シャッタを図面に示す位置へ上昇させ、
サンプルチャンネルからサンプル測定値を得る。十分な精度でこのサンプル測定
値が得られたら、サンプルを空気圧で取り除き、分析装置は次の測定サンプルを
受け取ることができる状態となる。
【０１５９】 基準測定の間に、チャンバー内のパージングおよび次のサンプルのための調整
が行なわれる。
が行なわれる。
【０１６０】 図８は、４つの吸収チャンネルからの信号を弁別することができる電子的方法
の概略図である。１３ＣＯ2ランプは周波数ω１で変調され、１２ＣＯ2ランプは
周波数ω２で変調される。サンプルチャンネルおよびゼロレファレンスチャンネ
ルの各チャンネルは、それ自身の検出器８２、８４をそれぞれ有している。４つ
の同期検出チャンネル８６は、例えばロックイン増幅器、ディジタル信号処理装
置、ソフトウェアパッケージ、またはアナログ／ディジタルフィルタなどの装置
を用いて、２つの同位体ランプのサンプルチャンネルおよびレファレンスチャン
ネルからの４つの変調信号を抽出するために必要となる。これらのロックイン増
幅器の各々に対するトリガ信号は、光源変調電源の駆動信号から得ている。変調
周波数は１〜２００Ｈｚの範囲で、７０Ｈｚが代表的な値である。
の概略図である。１３ＣＯ2ランプは周波数ω１で変調され、１２ＣＯ2ランプは
周波数ω２で変調される。サンプルチャンネルおよびゼロレファレンスチャンネ
ルの各チャンネルは、それ自身の検出器８２、８４をそれぞれ有している。４つ
の同期検出チャンネル８６は、例えばロックイン増幅器、ディジタル信号処理装
置、ソフトウェアパッケージ、またはアナログ／ディジタルフィルタなどの装置
を用いて、２つの同位体ランプのサンプルチャンネルおよびレファレンスチャン
ネルからの４つの変調信号を抽出するために必要となる。これらのロックイン増
幅器の各々に対するトリガ信号は、光源変調電源の駆動信号から得ている。変調
周波数は１〜２００Ｈｚの範囲で、７０Ｈｚが代表的な値である。
【０１６１】 ２つのランプ間で切換えられる１つの高周波励振器、または逆位相でオン／オ
フ切換えされる２つの励振器を用いて両ランプを同一周波数で変調すること、お
よび位相情報を用いて各ランプからの２つの信号を弁別することも可能である。
これが図９に描かれており、各ランプに交互に印加される変調パルス９２の連続
列、およびその結果生じる検出器上の交番信号９４の列が示されている。ボック
スカー積分器などの機器を用いて各同位体ランプからの信号を個別に抽出する。
この検出方式には、励振器出力の変位の影響が少ないという利点、および２つの
同位体ランプが時間的に分離されており周波数は分離されていないために同位体
ランプ間の電子的交差感度がないという利点がある．
フ切換えされる２つの励振器を用いて両ランプを同一周波数で変調すること、お
よび位相情報を用いて各ランプからの２つの信号を弁別することも可能である。
これが図９に描かれており、各ランプに交互に印加される変調パルス９２の連続
列、およびその結果生じる検出器上の交番信号９４の列が示されている。ボック
スカー積分器などの機器を用いて各同位体ランプからの信号を個別に抽出する。
この検出方式には、励振器出力の変位の影響が少ないという利点、および２つの
同位体ランプが時間的に分離されており周波数は分離されていないために同位体
ランプ間の電子的交差感度がないという利点がある．
【０１６２】 図９に示す単一の励振器変調方式を用いた場合、２つの異なる同位体チャンネ
ルを電子的に分離する方法を図１０Ａ〜１０Ｅに示す。図１０Ａは方形波パルス
の連続した流れを表し、この方形波パルスは、図１０Ｂおよび図１０Ｃにそれぞ
れ示す通り、１３ＣＯ2ランプまたは１２ＣＯ2ランプに交互に印加される。これ
らのパルス列は検出器からの出力信号に畳み込まれ、その出力がそれぞれ図１０
Ｄに示す１３ＣＯ2パルス列、図１０Ｅに示す１２ＣＯ2パルス列である。この畳
み込みはボックスカー積分器、または位相敏感検出器により行なう。
ルを電子的に分離する方法を図１０Ａ〜１０Ｅに示す。図１０Ａは方形波パルス
の連続した流れを表し、この方形波パルスは、図１０Ｂおよび図１０Ｃにそれぞ
れ示す通り、１３ＣＯ2ランプまたは１２ＣＯ2ランプに交互に印加される。これ
らのパルス列は検出器からの出力信号に畳み込まれ、その出力がそれぞれ図１０
Ｄに示す１３ＣＯ2パルス列、図１０Ｅに示す１２ＣＯ2パルス列である。この畳
み込みはボックスカー積分器、または位相敏感検出器により行なう。
【０１６３】 本発明の別の好ましい実施の形態を図１１に示す。先の場合と同様、各同位体
１１２、１１４に１つずつ、２つのランプを用いている。各同位体には、サンプ
ルチャンネル、レファレンスチャンネルおよび較正チャンネルを備えたそれ自体
で完結した測定系一式が、先に述べたと同様、機械的接続、熱的接続、および空
気圧接続のみにより接続されている。検出器の変位の影響を低減するために、各
同位体測定チャンネルにおける３信号すべてに対して１つの検出器を用いている
。各検出器が光源から受信した３種の信号を区別することができるように、機械
的チョッパ１１６を使用している。このチョッパは周波数弁別または位相弁別の
いずれかにより３チャンネルを区別することができるようになっている。前者の
場合、チョッパは３組の穴を有し、各組はそれぞれ中心から異なる半径方向距離
にあり、かつそれぞれ異なる個数の穴を有している。このようにして光源ランプ
の異なる空間領域に対して３つの異なる周波数が定義されるが、これら３つの領
域は３つの異なるチャンネルに対応している。位相弁別を用いた場合、チョッパ
は３列のスロットを有し、各列は３チャンネルの位置に対応する異なる半径方向
距離にあり、かつスロット各組はチョッパ周囲に固定角度間隔で整列されている
。位相弁別用のチョッパを図１２に示す。図１３では、このようなチョッパを使
用したとき、いずれかの同位体チャンネルの検出器で受信した信号を時間関数と
して示されている。
１１２、１１４に１つずつ、２つのランプを用いている。各同位体には、サンプ
ルチャンネル、レファレンスチャンネルおよび較正チャンネルを備えたそれ自体
で完結した測定系一式が、先に述べたと同様、機械的接続、熱的接続、および空
気圧接続のみにより接続されている。検出器の変位の影響を低減するために、各
同位体測定チャンネルにおける３信号すべてに対して１つの検出器を用いている
。各検出器が光源から受信した３種の信号を区別することができるように、機械
的チョッパ１１６を使用している。このチョッパは周波数弁別または位相弁別の
いずれかにより３チャンネルを区別することができるようになっている。前者の
場合、チョッパは３組の穴を有し、各組はそれぞれ中心から異なる半径方向距離
にあり、かつそれぞれ異なる個数の穴を有している。このようにして光源ランプ
の異なる空間領域に対して３つの異なる周波数が定義されるが、これら３つの領
域は３つの異なるチャンネルに対応している。位相弁別を用いた場合、チョッパ
は３列のスロットを有し、各列は３チャンネルの位置に対応する異なる半径方向
距離にあり、かつスロット各組はチョッパ周囲に固定角度間隔で整列されている
。位相弁別用のチョッパを図１２に示す。図１３では、このようなチョッパを使
用したとき、いずれかの同位体チャンネルの検出器で受信した信号を時間関数と
して示されている。
【０１６４】 位相弁別チョッパと比べて、周波数弁別チョッパにはいくつかの不利な点があ
る。第１の問題として、本システムに要求される弁別において十分高い感度を有
した位相敏感信号処理を構成することは非常に難しい。位相敏感信号処理の感度
が不十分であると、望ましくない周波数の信号が十分に検出され、測定精度が低
下する。サンプル呼息において１３ＣＯ2に対する十分な検出精度を得るために は１：２０、０００の感度が要求されるが、これは達成困難である。
る。第１の問題として、本システムに要求される弁別において十分高い感度を有
した位相敏感信号処理を構成することは非常に難しい。位相敏感信号処理の感度
が不十分であると、望ましくない周波数の信号が十分に検出され、測定精度が低
下する。サンプル呼息において１３ＣＯ2に対する十分な検出精度を得るために は１：２０、０００の感度が要求されるが、これは達成困難である。
【０１６５】 さらに、検出器には電子的交差感度の影響が存在し、これは検出器範囲の上限
および下限において非線形応答を有する場合がある。したがって、ある周波数で
高強度の信号が存在する場合、その信号は検出器の動作点を変位させ、検出器が
それに加えられた異なる周波数の微弱な信号に対して非線形の挙動を示すことに
なる。この結果、測定精度が著しく影響を受ける。
および下限において非線形応答を有する場合がある。したがって、ある周波数で
高強度の信号が存在する場合、その信号は検出器の動作点を変位させ、検出器が
それに加えられた異なる周波数の微弱な信号に対して非線形の挙動を示すことに
なる。この結果、測定精度が著しく影響を受ける。
【０１６６】 一方、位相弁別チョッパにも不利がある。いつでもすべてのチャンネルを伝達
可能とし、すべてのチャンネルが異なる周波数で伝達可能となる周波数弁別チョ
ッパと異なり、どの時点でも１つのチャンネルしか開くことができない。したが
って、位相弁別法では衝撃係数が低下し、この結果、検出感度能力が低くなる。
可能とし、すべてのチャンネルが異なる周波数で伝達可能となる周波数弁別チョ
ッパと異なり、どの時点でも１つのチャンネルしか開くことができない。したが
って、位相弁別法では衝撃係数が低下し、この結果、検出感度能力が低くなる。
【０１６７】 本発明に従う上記実施の形態はいずれも、上記の通り、２つのランプを使用し
ており、また光源ランプの変化の影響を排除するために較正検出器を使用してい
る。
ており、また光源ランプの変化の影響を排除するために較正検出器を使用してい
る。
【０１６８】 図１４および図１５は、本発明の好ましい実施の形態に従って構成され、かつ
動作するＮＤＩＲ分光計の好ましい実施態様を示し、ここではランプ光源を１つ
だけ使用している。ランプ１４２に、比を測定すべき２つの同位体、本実施の形
態では１３ＣＯ2および１２ＣＯ2の混合物を充填する。ランプを１つだけ使用し
ているので、動作条件あるいは環境の影響における変化は両チャンネルで同時に
起こり、したがって測定精度への影響が大きく低減される。図１４および図１５
のいずれの場合も、ＮＤＩＲ分光計のランプ光源からの光は、入射レンズ１４４
により２つの個別ビームに集束・平行化される。各ビームは次いで当該吸収チャ
ンバーを通り、波長フィルタ１４６を経由して各検出器に入る。これらの検出器
は個別の検出器としてもよいし、あるいは好ましくは、画素構成による１台の大
型の検出器の一部としてもよく、後者の場合、検出器の変位が低減される。図１
４の実施態様では、各同位体チャンネルにおける光からの望ましくないスペクト
ル線を濾過するために光干渉フィルタを使用しており、図１５ではガスフィルタ
１５２を使用している。ガスフィルタと光フィルタの組合せを使用することもで
きる。信号変調は、周波数チョッピングモードと位相チョッピングモードのいず
れでも動作する機械的チョッパを用いて行なうか、シャッタでレファレンスチャ
ンネルとサンプルチャンネルとを切り換えながら、ランプを変調し、かつ各検出
器上の信号を個別に同期検出することにより行なう。
動作するＮＤＩＲ分光計の好ましい実施態様を示し、ここではランプ光源を１つ
だけ使用している。ランプ１４２に、比を測定すべき２つの同位体、本実施の形
態では１３ＣＯ2および１２ＣＯ2の混合物を充填する。ランプを１つだけ使用し
ているので、動作条件あるいは環境の影響における変化は両チャンネルで同時に
起こり、したがって測定精度への影響が大きく低減される。図１４および図１５
のいずれの場合も、ＮＤＩＲ分光計のランプ光源からの光は、入射レンズ１４４
により２つの個別ビームに集束・平行化される。各ビームは次いで当該吸収チャ
ンバーを通り、波長フィルタ１４６を経由して各検出器に入る。これらの検出器
は個別の検出器としてもよいし、あるいは好ましくは、画素構成による１台の大
型の検出器の一部としてもよく、後者の場合、検出器の変位が低減される。図１
４の実施態様では、各同位体チャンネルにおける光からの望ましくないスペクト
ル線を濾過するために光干渉フィルタを使用しており、図１５ではガスフィルタ
１５２を使用している。ガスフィルタと光フィルタの組合せを使用することもで
きる。信号変調は、周波数チョッピングモードと位相チョッピングモードのいず
れでも動作する機械的チョッパを用いて行なうか、シャッタでレファレンスチャ
ンネルとサンプルチャンネルとを切り換えながら、ランプを変調し、かつ各検出
器上の信号を個別に同期検出することにより行なう。
【０１６９】 本発明のまた別の実施の形態を図１６に示す。この実施の形態においては、前
述の実施の形態のすべてにおいて使用している２つの検出器の代わりに、両同位
体チャンネルに対して１つの検出器１６２だけを使用することにより、外部およ
び環境条件に対するシステムの感度をさらに下げている。ランプ１台と検出器１
台による実施の形態は、構成部品のずれに関する環境安定性を有したシステムの
代表的なものである。
述の実施の形態のすべてにおいて使用している２つの検出器の代わりに、両同位
体チャンネルに対して１つの検出器１６２だけを使用することにより、外部およ
び環境条件に対するシステムの感度をさらに下げている。ランプ１台と検出器１
台による実施の形態は、構成部品のずれに関する環境安定性を有したシステムの
代表的なものである。
【０１７０】 一般に、光源を内部変調できなかったり、十分な速さで変調できない場合、１
つの検出器によって２つ以上のチャンネルをカバーする場合、あるいは監視する
チャンネルの数が検出器の数より多い場合、ガス吸収量の計測には光弁を使用す
ることができる。とくに、本適用例では、５つの別個のチャンネルからの信号、
すなわち２つの基準信号と、２つのサンプル信号と、１つのランプレベル較正信
号の間の弁別は、ＳＬＭ（Spatial Light Modulator）、すなわち空間光変調器 １６４を用いて行なっている。このような空間光変調器は、好ましくは、偏光板
に挟持された液晶マトリックスや、テキサス・インストゥルメンツ社（Texas In
struments Inc., Houston, Texas）製などのＤＭＤ（Digital Mirror Device） 画素化ミラーや、あるいはルーセント・テクノロジーズ社（Lucent Technologie
s Incorporated）製などの能動反射素子とすることができる。該空間光変調器の
機能は、予め定められた順序と周波数に従って、異なる位相や周波数において各
チャンネルからの光を変調することである。この順序ならびに周波数は、各測定
チャンネルに関する信号情報を抽出するために、種々の信号間の弁別を行うため
に使用されている位相敏感検出器に伝達される。高周波ではＳＬＭを運用するこ
とができ、それにより信号へのノイズの介入を低減する。ＳＬＭの使用において
は、無視できる程の電気的交差感度で非常に広範囲の異なる周波数の変調を使用
することができるので、先述の位相敏感信号処理の感度の制限という問題を効果
的に回避することができる。
つの検出器によって２つ以上のチャンネルをカバーする場合、あるいは監視する
チャンネルの数が検出器の数より多い場合、ガス吸収量の計測には光弁を使用す
ることができる。とくに、本適用例では、５つの別個のチャンネルからの信号、
すなわち２つの基準信号と、２つのサンプル信号と、１つのランプレベル較正信
号の間の弁別は、ＳＬＭ（Spatial Light Modulator）、すなわち空間光変調器 １６４を用いて行なっている。このような空間光変調器は、好ましくは、偏光板
に挟持された液晶マトリックスや、テキサス・インストゥルメンツ社（Texas In
struments Inc., Houston, Texas）製などのＤＭＤ（Digital Mirror Device） 画素化ミラーや、あるいはルーセント・テクノロジーズ社（Lucent Technologie
s Incorporated）製などの能動反射素子とすることができる。該空間光変調器の
機能は、予め定められた順序と周波数に従って、異なる位相や周波数において各
チャンネルからの光を変調することである。この順序ならびに周波数は、各測定
チャンネルに関する信号情報を抽出するために、種々の信号間の弁別を行うため
に使用されている位相敏感検出器に伝達される。高周波ではＳＬＭを運用するこ
とができ、それにより信号へのノイズの介入を低減する。ＳＬＭの使用において
は、無視できる程の電気的交差感度で非常に広範囲の異なる周波数の変調を使用
することができるので、先述の位相敏感信号処理の感度の制限という問題を効果
的に回避することができる。
【０１７１】 図１７は、透過型液晶素子１７２を用いた、そのようなＳＬＭの好ましい実施
態様を例示している。各同位体チャンネル用のレファレンスチャンバーおよびサ
ンプルチャンバーからの光は、偏光板１７４を通過して偏光の直線方向が与えら
れる。ある特定の液晶素子１７２が活性化されると、その素子を通過する光はさ
らに９０℃切り換えられた偏光が付与され、その結果、別の偏光素子１７６を通
過して、該光は遮断される。このようにして、各液晶素子が高速電動スイッチと
して作用する。
態様を例示している。各同位体チャンネル用のレファレンスチャンバーおよびサ
ンプルチャンバーからの光は、偏光板１７４を通過して偏光の直線方向が与えら
れる。ある特定の液晶素子１７２が活性化されると、その素子を通過する光はさ
らに９０℃切り換えられた偏光が付与され、その結果、別の偏光素子１７６を通
過して、該光は遮断される。このようにして、各液晶素子が高速電動スイッチと
して作用する。
【０１７２】 種々の信号チャンネルを空間的に検出器に切り換えるためのＳＬＭに代えて、
機械的チョッパを用いることもできる。図１８は、そのようなチョッパの例の概
略である。穴１８２の各列は、各列が、ω１〜ω５で指示された５つの光信号チ
ャンネルのうちの１つの位置１８４上に正確に位するような中心からの半径距離
に位置決めされている。図１８において、各光信号チャンネルは簡単のため１本
の直線で模式的に示されているが、実際の実施態様においては、ＮＤＩＲ分光計
におけるそれらの正確な幾何学的位置に千鳥状に配置されることになろう。周波
数は、該周波数間に低次の共通高調波が存在しないように選択するが、周波数ど
うしが離れていればいる程、弁別は良好となる。この場合、図１２のような位相
差を発生させるようにシステムを構成すればよい。
機械的チョッパを用いることもできる。図１８は、そのようなチョッパの例の概
略である。穴１８２の各列は、各列が、ω１〜ω５で指示された５つの光信号チ
ャンネルのうちの１つの位置１８４上に正確に位するような中心からの半径距離
に位置決めされている。図１８において、各光信号チャンネルは簡単のため１本
の直線で模式的に示されているが、実際の実施態様においては、ＮＤＩＲ分光計
におけるそれらの正確な幾何学的位置に千鳥状に配置されることになろう。周波
数は、該周波数間に低次の共通高調波が存在しないように選択するが、周波数ど
うしが離れていればいる程、弁別は良好となる。この場合、図１２のような位相
差を発生させるようにシステムを構成すればよい。
【０１７３】 図１９および図２０は、サンプルチャンバーおよびレファレンスチャンバーに
おけるＣＯ2の分圧が近似することを保証して、両チャンバーにおいて１３ＣＯ2 吸収量が正確に、かつ近似した条件下で測定されることを保証するための別の２
つの好ましい実施の形態を示す。ここに記載の実施の形態は、ＣＯ2の同位体ガ ス分析の一般的な使用の１つである呼息テスト分析装置における適用例であるが
、図示の構成ならびに方法はいかなるガス分析にも適用可能である。
おけるＣＯ2の分圧が近似することを保証して、両チャンバーにおいて１３ＣＯ2 吸収量が正確に、かつ近似した条件下で測定されることを保証するための別の２
つの好ましい実施の形態を示す。ここに記載の実施の形態は、ＣＯ2の同位体ガ ス分析の一般的な使用の１つである呼息テスト分析装置における適用例であるが
、図示の構成ならびに方法はいかなるガス分析にも適用可能である。
【０１７４】 図１９に示す実施の形態において、サンプル呼息は、ＣＯ2透過性の膜１９４ によりサンプル吸収量測定チャンバーに接続されたタンク１９２内に吐き出され
る。サンプルチャンバー１９６は、初期時、大気圧で純窒素などの不活性バック
グラウンドガスを充填されている。レファレンスチャンバー１９８には、最初の
呼息サンプルか予め決められたレファレンスガス混合物かのいずれかが充填され
る。タンクからのＣＯ2は、１２ＣＯ2吸収量測定自体によって求められた１２Ｃ
Ｏ2分圧がサンプルチャンバーとレファレンスチャンバーにおいて等しくなるま で、サンプルチャンバー内に拡散される。この等化点に達した時点で、膜通過が
弁手段によって封止され、１３ＣＯ2測定が、サンプルチャンバーとレファレン スチャンバーに同一条件が存するという観点から正確に行なわれる。
る。サンプルチャンバー１９６は、初期時、大気圧で純窒素などの不活性バック
グラウンドガスを充填されている。レファレンスチャンバー１９８には、最初の
呼息サンプルか予め決められたレファレンスガス混合物かのいずれかが充填され
る。タンクからのＣＯ2は、１２ＣＯ2吸収量測定自体によって求められた１２Ｃ
Ｏ2分圧がサンプルチャンバーとレファレンスチャンバーにおいて等しくなるま で、サンプルチャンバー内に拡散される。この等化点に達した時点で、膜通過が
弁手段によって封止され、１３ＣＯ2測定が、サンプルチャンバーとレファレン スチャンバーに同一条件が存するという観点から正確に行なわれる。
【０１７５】 図２０は、サンプルチャンバーおよびレファレンスチャンバーにおける１２Ｃ
Ｏ2の分圧を相等しくするもう１つの実施の形態を例示している。図１９に示す 実施の形態と同様、サンプル呼息をタンク２００内に吐き出す。このタンクは、
ポンプ２０２によりサンプルチャンバー２０４に接続されており、サンプルチャ
ンバー２０４は図１９の場合と異なり、初期時に排気される。ポンプは、サンプ
ルチャンバーとレファレンスチャンバーにおいて１２ＣＯ2吸収量の測定自体に よって求められた１２ＣＯ2分圧が互いに近似するまで作動させる。この等化点 に達した時点でポンプを停止し、サンプルチャンバーと基準２０６チャンバーに
近似条件が存するという観点から１３ＣＯ2測定が正確に行われる。等しい吸収 量という条件も絶対圧測定ゲージ２０９および差圧測定ゲージ２０８により監視
される。圧力測定は、圧力による吸光係数γの変化に対して補正を行うために必
要となる。これらの変化の結果として、異なる分圧で同じ吸収量が得られる。こ
の処理手順によると、適切な補正を行わない限り同位体比計測は不正確なものと
なる可能性が大きく、前記補正は制御実験によって定めなければならない。
Ｏ2の分圧を相等しくするもう１つの実施の形態を例示している。図１９に示す 実施の形態と同様、サンプル呼息をタンク２００内に吐き出す。このタンクは、
ポンプ２０２によりサンプルチャンバー２０４に接続されており、サンプルチャ
ンバー２０４は図１９の場合と異なり、初期時に排気される。ポンプは、サンプ
ルチャンバーとレファレンスチャンバーにおいて１２ＣＯ2吸収量の測定自体に よって求められた１２ＣＯ2分圧が互いに近似するまで作動させる。この等化点 に達した時点でポンプを停止し、サンプルチャンバーと基準２０６チャンバーに
近似条件が存するという観点から１３ＣＯ2測定が正確に行われる。等しい吸収 量という条件も絶対圧測定ゲージ２０９および差圧測定ゲージ２０８により監視
される。圧力測定は、圧力による吸光係数γの変化に対して補正を行うために必
要となる。これらの変化の結果として、異なる分圧で同じ吸収量が得られる。こ
の処理手順によると、適切な補正を行わない限り同位体比計測は不正確なものと
なる可能性が大きく、前記補正は制御実験によって定めなければならない。
【０１７６】 サンプルガスおよびレファレンスガスの主要同位体の吸収量を等しくするまた
別の方法は、少なくともレファレンスチャンバーかサンプルチャンバーいずれか
の長さの変化を用いて実施することができる。これは図２０Ｂに示されており、
ここでは同位体の各々に対するサンプルチャンバー２２２、２２４およびレファ
レンスチャンバー２２０、２２６が示されており、各同位体のサンプルチャンバ
ーには可変長形状２２８が付加されている。
別の方法は、少なくともレファレンスチャンバーかサンプルチャンバーいずれか
の長さの変化を用いて実施することができる。これは図２０Ｂに示されており、
ここでは同位体の各々に対するサンプルチャンバー２２２、２２４およびレファ
レンスチャンバー２２０、２２６が示されており、各同位体のサンプルチャンバ
ーには可変長形状２２８が付加されている。
【０１７７】 図２１は、サンプルガスを蓄積、あるいは試験チャンバー内にポンプ駆動しな
がら、サンプルタンクが確実に一定圧力に維持されるように本発明の好ましい実
施の形態に用いたガス処理装置を示している。１方向電磁弁２１０の開放により
呼息入力が許可される。サンプルチャンバー２１２は、タンクが自然充填される
ように大気圧と反対側を開としたピストン２１６を備えている。該タンクからの
出口には、蓄積されたサンプルがサンプルチャンバー内にポンプ駆動できるよう
に２方向電磁弁２１４を使用している。このポンプ駆動を行うとき、ピストンが
降下して、真空が形成されないように排気容積の圧力を一定に保つようにしてい
る。
がら、サンプルタンクが確実に一定圧力に維持されるように本発明の好ましい実
施の形態に用いたガス処理装置を示している。１方向電磁弁２１０の開放により
呼息入力が許可される。サンプルチャンバー２１２は、タンクが自然充填される
ように大気圧と反対側を開としたピストン２１６を備えている。該タンクからの
出口には、蓄積されたサンプルがサンプルチャンバー内にポンプ駆動できるよう
に２方向電磁弁２１４を使用している。このポンプ駆動を行うとき、ピストンが
降下して、真空が形成されないように排気容積の圧力を一定に保つようにしてい
る。
【０１７８】 図１９〜２１に示す実施の形態のタンクの使用により、分析装置は、吐き出さ
れた呼息のサンプリングを、測定手順の信頼性を実質的に増大させるように行う
ことが可能となっている。第一に、呼息は、特性ＣＯ2の波面に追随し、これに より、各々の呼息のＣＯ2濃度は緩やかな上昇プラトー部に到達するまで初期の 険しい上昇を示すことが知られている。呼息の終わりには、その分量は再び非常
に低い残余レベルに急速に落ち込む。サンプリングされた呼息が肺から吐き出さ
れた呼息の特性を示すものであること、口部や鼻部に貯留していたものや、以前
の呼息から再吸入されたものでないことを保証するためには、呼息波のプラトー
部領域からのみ呼息をサンプリングすることが重要である。これは、各呼息波の
最初と最後の部分からの呼息を拒絶し、プラトー部領域からの呼息のみを許可す
る弁体により、サンプリングタンクを用いた本明細書に記載の実施の形態に従っ
て容易に達成することができる。呼息の検出は、吐き出されたガスの光吸収量の
変化を追跡することにより、または呼息の動的圧力の変化を監視することにより
光学的に検出することができる。
れた呼息のサンプリングを、測定手順の信頼性を実質的に増大させるように行う
ことが可能となっている。第一に、呼息は、特性ＣＯ2の波面に追随し、これに より、各々の呼息のＣＯ2濃度は緩やかな上昇プラトー部に到達するまで初期の 険しい上昇を示すことが知られている。呼息の終わりには、その分量は再び非常
に低い残余レベルに急速に落ち込む。サンプリングされた呼息が肺から吐き出さ
れた呼息の特性を示すものであること、口部や鼻部に貯留していたものや、以前
の呼息から再吸入されたものでないことを保証するためには、呼息波のプラトー
部領域からのみ呼息をサンプリングすることが重要である。これは、各呼息波の
最初と最後の部分からの呼息を拒絶し、プラトー部領域からの呼息のみを許可す
る弁体により、サンプリングタンクを用いた本明細書に記載の実施の形態に従っ
て容易に達成することができる。呼息の検出は、吐き出されたガスの光吸収量の
変化を追跡することにより、または呼息の動的圧力の変化を監視することにより
光学的に検出することができる。
【０１７９】 さらに、このようなサンプリングタンクの使用により、分析装置は、患者の平
均呼息の典型ではない可能性のある単一の呼息に依存するのでなく、いくつかの
呼息の平均をとることが可能となる。吐き出された呼息の様々な成分の分圧は呼
息ごとにランダムに変化するため、平均化が正確な測定を保証するために非常に
重要な手順となる。患者は、タンク内に自由にいくつかの呼息を吐き出す。前の
サンプルの完了時点で、分析装置がタンクから測定のための平均化サンプルを引
き出す。本実施の形態には、さらなる利点がいくつかある。第一に、患者はサン
プリング処理において非機能的立場にあり、呼息管内に、または鼻腔カニューレ
を介して自分の自然速度で呼吸をするだけである。分析装置の吸気弁作用により
、測定のための正確なサンプルが採取されることが保証される。さらに、呼吸は
静止することも許可され、これによって環境に対する良好な温度・圧力調整が保
証される。最後に、タンクからのサンプリングは概ね固定した分圧で行われるた
め、測定は環境やランプ発光の変化、および交差感度に左右されにくくなる。
均呼息の典型ではない可能性のある単一の呼息に依存するのでなく、いくつかの
呼息の平均をとることが可能となる。吐き出された呼息の様々な成分の分圧は呼
息ごとにランダムに変化するため、平均化が正確な測定を保証するために非常に
重要な手順となる。患者は、タンク内に自由にいくつかの呼息を吐き出す。前の
サンプルの完了時点で、分析装置がタンクから測定のための平均化サンプルを引
き出す。本実施の形態には、さらなる利点がいくつかある。第一に、患者はサン
プリング処理において非機能的立場にあり、呼息管内に、または鼻腔カニューレ
を介して自分の自然速度で呼吸をするだけである。分析装置の吸気弁作用により
、測定のための正確なサンプルが採取されることが保証される。さらに、呼吸は
静止することも許可され、これによって環境に対する良好な温度・圧力調整が保
証される。最後に、タンクからのサンプリングは概ね固定した分圧で行われるた
め、測定は環境やランプ発光の変化、および交差感度に左右されにくくなる。
【０１８０】 図１９〜図２１は、そのような機器において達成可能な精度レベルの一定の上
昇を提供するタンクの実施態様を例示している。測定精度をさらに上昇させるに
は、よりいっそう高度化した技術を組み込むことが必要となるが、それは本発明
の以下の好ましい実施の形態で述べる。
昇を提供するタンクの実施態様を例示している。測定精度をさらに上昇させるに
は、よりいっそう高度化した技術を組み込むことが必要となるが、それは本発明
の以下の好ましい実施の形態で述べる。
【０１８１】 図２２を参照して、ここにサンプルチャンバーにおける12ＣＯ2ガスのその濃 度の関数としての赤外透過グラフを示されている。この曲線３１０は、横軸にガ
ス透過率が示されているが、一般に「吸収曲線」と呼ばれている。この曲線は指
数形状を有しており、指数定数γはガス自体の環境条件により多少変化する。
ス透過率が示されているが、一般に「吸収曲線」と呼ばれている。この曲線は指
数形状を有しており、指数定数γはガス自体の環境条件により多少変化する。
【０１８２】 分析装置を最適感度で動作させるためには、セル感度が最大となるように分析
セル長を選ぶが、このセル感度は、正規化されたガス濃度の単位変化あたりの透
過率の変化として定義され、次式で与えられる：
セル長を選ぶが、このセル感度は、正規化されたガス濃度の単位変化あたりの透
過率の変化として定義され、次式で与えられる：
【数２】 ここで、ΔTrans.は、12二酸化炭素p［12CO2］の分圧がΔp［12CO2］だけ変化し
たときに発生する分析セル中の透過率の変化である。
たときに発生する分析セル中の透過率の変化である。
【０１８３】 図２３は、３２０、３２２および３２４で指示された３つの異なるセル長をも
つ分析チャンバーにおける濃度の関数としてのセル感度変化を示す。セル長は、
望ましいガス濃度３〜４％の領域における感度のガス濃度に対する依存性を最小
としながら、全体感度を最大化するものを選ぶ。図２３に示すセル長の場合、曲
線３２２の示すセル長が、濃度３〜４％において、その最大感度で十分に一定感
度２６の領域を有しており、最適である。
つ分析チャンバーにおける濃度の関数としてのセル感度変化を示す。セル長は、
望ましいガス濃度３〜４％の領域における感度のガス濃度に対する依存性を最小
としながら、全体感度を最大化するものを選ぶ。図２３に示すセル長の場合、曲
線３２２の示すセル長が、濃度３〜４％において、その最大感度で十分に一定感
度２６の領域を有しており、最適である。
【０１８４】 図２４は、図２２に示す単純吸収曲線に類似しているが、より詳細を含み、広
範囲に異なる分圧で吸収量測定を行なったときに生じる問題点を示している。バ
ックグラウンド部において、数式（１）で定義された通りの吸収曲線を特徴づけ
る吸光係数γは、厳密には定数でなく、サンプルガス圧力・温度、励起ランプガ
ス圧力・温度（ガス分析装置が、Ｕ.Ｓ.Ｐ.第４、７５５、６７５号に記載され ているタイプの特定同位体光源ランプを使用している場合）、周囲湿度、および
サンプル内に存在する他のガスによる交差感度への影響等の因子により多少変化
する。
範囲に異なる分圧で吸収量測定を行なったときに生じる問題点を示している。バ
ックグラウンド部において、数式（１）で定義された通りの吸収曲線を特徴づけ
る吸光係数γは、厳密には定数でなく、サンプルガス圧力・温度、励起ランプガ
ス圧力・温度（ガス分析装置が、Ｕ.Ｓ.Ｐ.第４、７５５、６７５号に記載され ているタイプの特定同位体光源ランプを使用している場合）、周囲湿度、および
サンプル内に存在する他のガスによる交差感度への影響等の因子により多少変化
する。
【０１８５】 これらの影響の結果、分光計の出荷時の較正の基準とされた吸収曲線３３０は
、実際には、測定が行われる時点で支配的な条件に対しては不正確なものとなり
、曲線３３２を正しい結果とすべきである。このように、ある透過率測定値Ｔ0 に対し、交点３３４で与えられた12ＣＯ2の真の濃度はＣ0とすべきであり、計測
において示される結果は交点３３６で与えられるＣ0’となる。規則的な較正手 順により、単純補正アルゴリズム係数を用いて濃度差Ｃ0’−Ｃ0の分だけ読取値
を補正してもよく、これは曲線を較正位置にシフトバックすることと等価である
。
、実際には、測定が行われる時点で支配的な条件に対しては不正確なものとなり
、曲線３３２を正しい結果とすべきである。このように、ある透過率測定値Ｔ0 に対し、交点３３４で与えられた12ＣＯ2の真の濃度はＣ0とすべきであり、計測
において示される結果は交点３３６で与えられるＣ0’となる。規則的な較正手 順により、単純補正アルゴリズム係数を用いて濃度差Ｃ0’−Ｃ0の分だけ読取値
を補正してもよく、これは曲線を較正位置にシフトバックすることと等価である
。
【０１８６】 しかしながら、次に、計測を測定透過率Ｔ1となるような異なるガス濃度で行 う場合は、切片３３８および３４０における吸収曲線の傾きが異なるので、濃度
補正量Ｃ1’−Ｃ1も異なり、値Ｔ0で行われる補正はもはや有効ではない。これ は非常に近い環境条件に制御・維持されたサンプル上で吸収量測定を行う必要が
あることの例証であり、本発明の中間チャンバーの狙いの１つもここにある。
補正量Ｃ1’−Ｃ1も異なり、値Ｔ0で行われる補正はもはや有効ではない。これ は非常に近い環境条件に制御・維持されたサンプル上で吸収量測定を行う必要が
あることの例証であり、本発明の中間チャンバーの狙いの１つもここにある。
【０１８７】 レファレンスガスチャンネルを使用せず、サンプルガスのみで吸収量測定を行
うことによって同位体比を直接測定するような単純化した本発明の実施の形態に
おいてさえ、すべての測定点が互いに近い濃度となることを確実にするために中
間チャンバーを使用すれば、より高精度を達成することが可能となる。この結果
、例えば、12ＣＯ2の濃度４％の１呼息を測定する場合で、次の呼息が５％の12 ＣＯ2である場合、すなわち濃度差が１％であり、吸収曲線の変位のために吸収 量測定で得られる実際の値が例えば４.３％と５.５％である場合、２つの濃度比
の見かけの差は１％でなく１.２％となる。一方、中間チャンバーシステムの使 用により互いに近い濃度、例えば４％と４.２％で両測定を行った場合、先の場 合と全く同様の外部影響によって引き起こされる吸収曲線の「変位」は、例えば
、４.３％と４.５２％という測定濃度の変化、すなわち２つの濃度比の見かけの
差は０.２％でなく０.２２％となる。このように、互いに近い濃度で測定を行う
ことにより、吸収曲線の変化が測定精度に与える影響が大きく低減される。
うことによって同位体比を直接測定するような単純化した本発明の実施の形態に
おいてさえ、すべての測定点が互いに近い濃度となることを確実にするために中
間チャンバーを使用すれば、より高精度を達成することが可能となる。この結果
、例えば、12ＣＯ2の濃度４％の１呼息を測定する場合で、次の呼息が５％の12 ＣＯ2である場合、すなわち濃度差が１％であり、吸収曲線の変位のために吸収 量測定で得られる実際の値が例えば４.３％と５.５％である場合、２つの濃度比
の見かけの差は１％でなく１.２％となる。一方、中間チャンバーシステムの使 用により互いに近い濃度、例えば４％と４.２％で両測定を行った場合、先の場 合と全く同様の外部影響によって引き起こされる吸収曲線の「変位」は、例えば
、４.３％と４.５２％という測定濃度の変化、すなわち２つの濃度比の見かけの
差は０.２％でなく０.２２％となる。このように、互いに近い濃度で測定を行う
ことにより、吸収曲線の変化が測定精度に与える影響が大きく低減される。
【０１８８】 具体的には、例えば測定セル圧力やセル長などの分光計の作動条件を、吸収曲
線上の点３３８、３４０でなく、点３３４、３３６の領域で測定が行われるよう
に選ぶ。これらの条件の下では、吸収曲線の環境変化に対する計測器の感度が下
がり、同時にガス濃度の変化に対する透過率の絶対感度は高くなる。
線上の点３３８、３４０でなく、点３３４、３３６の領域で測定が行われるよう
に選ぶ。これらの条件の下では、吸収曲線の環境変化に対する計測器の感度が下
がり、同時にガス濃度の変化に対する透過率の絶対感度は高くなる。
【０１８９】 上記の検討から、各ガスサンプルの測定を本質的に同一の条件下で行うとき、
精確な同位体濃度測定を実施できることは明白である。12ＣＯ2呼息テストにお ける最適な12ＣＯ2濃度はおおよそ３％周辺に見られるが、ただしこの値は患者 の物理的特性や外部の大気圧によっていくぶんか左右される。本発明の好ましい
実施の形態に従う中間チャンバーの機能は、したがって、計測器に入力される呼
息サンプルから分析のための供給ガスサンプルを発生させることであり、各サン
プルは最適濃度にできるだけ近い12ＣＯ2濃度を有するものである。
精確な同位体濃度測定を実施できることは明白である。12ＣＯ2呼息テストにお ける最適な12ＣＯ2濃度はおおよそ３％周辺に見られるが、ただしこの値は患者 の物理的特性や外部の大気圧によっていくぶんか左右される。本発明の好ましい
実施の形態に従う中間チャンバーの機能は、したがって、計測器に入力される呼
息サンプルから分析のための供給ガスサンプルを発生させることであり、各サン
プルは最適濃度にできるだけ近い12ＣＯ2濃度を有するものである。
【０１９０】 図２５Ａおよび図２５Ｂを参照して、ここでは運用条件を曲線のアンカー点と
して知られる点の領域内に強制的に留めることにより測定精度を上げるために使
用した補正機構を例示している。図２５Ａにおいて、示された吸収曲線３５０は
レファレンスセルにおけるガスの吸収曲線であり、代表的には３％の領域が選ば
れる。この点では、計測器の較正は、透過率レベルＴ１が測定されるようにする
。上記環境の影響のため、この既知の濃度は実測透過率Ｔ２となる。先に説明し
た通り、計測器は濃度計算のための変位吸収曲線を使用しており、そのため濃度
３.５％の領域における読取値は差分（Ｔ１−Ｔ２）で補正される。しかしなが ら、吸収曲線の形状が指数形であるため、曲線全体を透過率軸に平行に直線移動
するだけで既知の濃度点、この場合、３％における正確な補正が得られ、そのす
ぐ近傍３５４では曲線の線形性からの乖離は最小である。
して知られる点の領域内に強制的に留めることにより測定精度を上げるために使
用した補正機構を例示している。図２５Ａにおいて、示された吸収曲線３５０は
レファレンスセルにおけるガスの吸収曲線であり、代表的には３％の領域が選ば
れる。この点では、計測器の較正は、透過率レベルＴ１が測定されるようにする
。上記環境の影響のため、この既知の濃度は実測透過率Ｔ２となる。先に説明し
た通り、計測器は濃度計算のための変位吸収曲線を使用しており、そのため濃度
３.５％の領域における読取値は差分（Ｔ１−Ｔ２）で補正される。しかしなが ら、吸収曲線の形状が指数形であるため、曲線全体を透過率軸に平行に直線移動
するだけで既知の濃度点、この場合、３％における正確な補正が得られ、そのす
ぐ近傍３５４では曲線の線形性からの乖離は最小である。
【０１９１】 図２５Ｂは、レファレンスガス濃度点の周辺領域３５４の拡大図を示し、元の
吸収曲線３５０と直線移動した吸収曲線３５６が示されている。ガス濃度を、運
用のアンカー点として知られる基準点に近く維持することにより、環境変化に対
する補正を非常に精確に行うことができる。図２５Ｂのグラフで表される実施の
形態においては、アンカー点周囲の許容領域として濃度範囲２.８％〜３.２％が
示されている。アンカー点自体３５８において、透過率Ｔは正確に補正された値
である。図中、選ばれた運用の許容領域の２つの極値においては、透過率の不精
確度はいかなる場合も、微小補正値ΔＴ１とΔＴ２にそれぞれ制限される。
吸収曲線３５０と直線移動した吸収曲線３５６が示されている。ガス濃度を、運
用のアンカー点として知られる基準点に近く維持することにより、環境変化に対
する補正を非常に精確に行うことができる。図２５Ｂのグラフで表される実施の
形態においては、アンカー点周囲の許容領域として濃度範囲２.８％〜３.２％が
示されている。アンカー点自体３５８において、透過率Ｔは正確に補正された値
である。図中、選ばれた運用の許容領域の２つの極値においては、透過率の不精
確度はいかなる場合も、微小補正値ΔＴ１とΔＴ２にそれぞれ制限される。
【０１９２】 運用をアンカー点周囲に強制した後も、歪み補正として知られるさらなる補正
をレファレンスガス吸収曲線上において行ってもよい。この補正を図２６に示す
。最新の変位補正を吸収曲線に対して適用した後、歪み補正では角回転３６０を
アンカー点３５８周辺の曲線に導入し、それにより、補正後の曲線と元の吸収曲
線との間の微小角不等に由来する残余ΔＴ１およびΔＴ２の不精確度がほぼ完全
に排除される。
をレファレンスガス吸収曲線上において行ってもよい。この補正を図２６に示す
。最新の変位補正を吸収曲線に対して適用した後、歪み補正では角回転３６０を
アンカー点３５８周辺の曲線に導入し、それにより、補正後の曲線と元の吸収曲
線との間の微小角不等に由来する残余ΔＴ１およびΔＴ２の不精確度がほぼ完全
に排除される。
【０１９３】 図２７を参照して、ここでは本発明に従う同位体ガス分析装置で呼息を試験す
べき患者から吐き出された呼息列が示されている。この図は、呼息中の二酸化炭
素のパーセンテージが呼息毎に変わる様子を時間の関数として示している。図示
の例では、各呼息は異なる平均ＣＯ2パーセンテージ濃度を有する。ここで濃度 という用語は平均プラトー部濃度レベルを意味するものとして用いられている。
したがって、３７０で示す最初の呼息は３％のＣＯ2濃度を有し、第２の呼息３ ７２は１.５％、第３の呼息３７４は５％である。
べき患者から吐き出された呼息列が示されている。この図は、呼息中の二酸化炭
素のパーセンテージが呼息毎に変わる様子を時間の関数として示している。図示
の例では、各呼息は異なる平均ＣＯ2パーセンテージ濃度を有する。ここで濃度 という用語は平均プラトー部濃度レベルを意味するものとして用いられている。
したがって、３７０で示す最初の呼息は３％のＣＯ2濃度を有し、第２の呼息３ ７２は１.５％、第３の呼息３７４は５％である。
【０１９４】 本出願人が先に述べた中間チャンバーの実施において、イスラエル特許出願番
号第１２１７９３において記載されている通り、各種呼息３７０、３７２および
３７４のプラトー部からのガスは所謂タンクチャンバーに簡易に収集され、測定
には呼息濃度の平均値が使用される。この簡易平均化法における主要な２つの欠
点は、 ａ）蓄積サンプル中にある患者から次の患者への濃度拡散が存在する。 ｂ）単独の患者の場合でも、その患者の客観的臨床条件が呼息テスト進行中
に変わる可能性があり、このため、ある蓄積サンプルと次のそれとの間に濃度レ
ベルの変化が生ずる可能性がある。
号第１２１７９３において記載されている通り、各種呼息３７０、３７２および
３７４のプラトー部からのガスは所謂タンクチャンバーに簡易に収集され、測定
には呼息濃度の平均値が使用される。この簡易平均化法における主要な２つの欠
点は、 ａ）蓄積サンプル中にある患者から次の患者への濃度拡散が存在する。 ｂ）単独の患者の場合でも、その患者の客観的臨床条件が呼息テスト進行中
に変わる可能性があり、このため、ある蓄積サンプルと次のそれとの間に濃度レ
ベルの変化が生ずる可能性がある。
【０１９５】 本発明の別の好ましい実施の形態においては、中間チャンバーの簡易平均化機
能を空気圧制御要素の付加により補完するが、この空気圧制御要素は２つの付加
機能を実行する。第一に、上記空気圧制御要素は、最適測定感度のための好まし
い蓄積サンプルガス濃度を得るためには、各呼息波のどの部分を蓄積すべきかを
決定する。第二に、上記空気圧制御要素は、サンプルが最適値を超える濃度を有
するとき、必要あれば蓄積サンプルガスの希釈を行う。結果として、非常に近く
制御された濃度のサンプルが得られる。
能を空気圧制御要素の付加により補完するが、この空気圧制御要素は２つの付加
機能を実行する。第一に、上記空気圧制御要素は、最適測定感度のための好まし
い蓄積サンプルガス濃度を得るためには、各呼息波のどの部分を蓄積すべきかを
決定する。第二に、上記空気圧制御要素は、サンプルが最適値を超える濃度を有
するとき、必要あれば蓄積サンプルガスの希釈を行う。結果として、非常に近く
制御された濃度のサンプルが得られる。
【０１９６】 この工程を図２８を参照して行うと、図２８には代表的な呼息波３８０の時間
プロットとその構成各部が示されている。呼息波は、ゆっくりとしたＣＯ2信号 の上昇で始まり、基準比３８２を通り、通常、比が１０％に到達する点として定
義される「閾値開始」点３８４へと到る。この領域は、非常に低レベルのＣＯ2 で特徴づけられ、このため、領域０または基線領域として知られている。次いで
、プラトー部３８８に向かってＣＯ2含有量の急激な上昇を伴う傾斜が続き、Ｃ Ｏ2濃度比が９０％に到達するとき、「閾値上昇」点３８６として知られる点で 終端する。これは領域１として知られている。この領域に要する時間は、代表的
な例で５０〜１００ミリ秒である。プラトー部自身３８８は領域２として知られ
ており、「閾値下降」点３９０から「閾値終了」点３９２への傾斜が領域３であ
る。この「閾値終了」点を越えると、別の基線領域０があり、ＣＯ2を失って次 の呼息が始まる。
プロットとその構成各部が示されている。呼息波は、ゆっくりとしたＣＯ2信号 の上昇で始まり、基準比３８２を通り、通常、比が１０％に到達する点として定
義される「閾値開始」点３８４へと到る。この領域は、非常に低レベルのＣＯ2 で特徴づけられ、このため、領域０または基線領域として知られている。次いで
、プラトー部３８８に向かってＣＯ2含有量の急激な上昇を伴う傾斜が続き、Ｃ Ｏ2濃度比が９０％に到達するとき、「閾値上昇」点３８６として知られる点で 終端する。これは領域１として知られている。この領域に要する時間は、代表的
な例で５０〜１００ミリ秒である。プラトー部自身３８８は領域２として知られ
ており、「閾値下降」点３９０から「閾値終了」点３９２への傾斜が領域３であ
る。この「閾値終了」点を越えると、別の基線領域０があり、ＣＯ2を失って次 の呼息が始まる。
【０１９７】 図２９は、本発明に従う呼息テストシステムの概略図であり、このような中間
チャンバーシステムの動作を例示している。被験患者４００は、鼻腔カニューレ
または口カニューレ４０２内に呼息または息を吹き込む。呼息サンプルは呼息セ
ンサモジュール４０４に入力されるが、この呼息センサモジュールの機能は個々
の入力サンプル呼息を監視することである。制御式２路電磁弁４０６は、呼息セ
ンサモジュールからのサンプルガスを蓄積バッグ４１０内、またはそれが不要な
ら、チャンバー内領域に向かわせる。十分なガスが収集され、かつ主要同位体濃
度が所定のレベル、現在記載の好ましい実施の形態の場合、３％に達して安定し
たらすぐに、サンプルガスがサンプルバッグからＮＤＩＲ分光計測定セル４１２
へと周期的に回送され、試験サンプルの13ＣＯ2／12ＣＯ2比の測定に供される。
コンピュータ４０８が、測定結果およびシステムにおいて測定されたすべてのパ
ラメータ結果を受け取り、処理し、それに従って中間チャンバーシステム全体の
作動を制御する。上記呼息センサモジュールは、患者から入力された呼息波を監
視するための高速二酸化炭素プローブを含有している。本プローブの速度は、図
２８に示す波形の各領域をそれぞれ区別できる程度のものである。
チャンバーシステムの動作を例示している。被験患者４００は、鼻腔カニューレ
または口カニューレ４０２内に呼息または息を吹き込む。呼息サンプルは呼息セ
ンサモジュール４０４に入力されるが、この呼息センサモジュールの機能は個々
の入力サンプル呼息を監視することである。制御式２路電磁弁４０６は、呼息セ
ンサモジュールからのサンプルガスを蓄積バッグ４１０内、またはそれが不要な
ら、チャンバー内領域に向かわせる。十分なガスが収集され、かつ主要同位体濃
度が所定のレベル、現在記載の好ましい実施の形態の場合、３％に達して安定し
たらすぐに、サンプルガスがサンプルバッグからＮＤＩＲ分光計測定セル４１２
へと周期的に回送され、試験サンプルの13ＣＯ2／12ＣＯ2比の測定に供される。
コンピュータ４０８が、測定結果およびシステムにおいて測定されたすべてのパ
ラメータ結果を受け取り、処理し、それに従って中間チャンバーシステム全体の
作動を制御する。上記呼息センサモジュールは、患者から入力された呼息波を監
視するための高速二酸化炭素プローブを含有している。本プローブの速度は、図
２８に示す波形の各領域をそれぞれ区別できる程度のものである。
【０１９８】 図３０を参照して、ここでは中間チャンバーシステムを組み込み、本発明に従
って構成・動作する同位体ガス分析装置に基づく二酸化炭素呼息テストシステム
のガス操作系の好ましい実施態様を示している。試験対象の呼息サンプルは鼻腔
カニューレ４２０によって収集されるが、この目的で口部呼息収集管も同様に十
分利用可能である。次いで、呼息をフィルタライン４２２を通過させて湿分を減
少させる。高速ＣＯ2プローブ４２４は、システムに入力された呼息波の二酸化 炭素濃度を動的に監視するように上記フィルタラインに後続して配置されている
。このＣＯ2プローブの応答時間はできるだけ短くするのがよく、本発明の好ま しい実施の形態に従えば、５０ミリ秒以下である。入力呼息サンプルの温度・圧
力はプローブ４２５、４２６によって測定し、その結果が、環境条件補正を吸収
曲線に適用するときに使用される。圧力モニタ４２６もシステム停止に対する警
告を与える。
って構成・動作する同位体ガス分析装置に基づく二酸化炭素呼息テストシステム
のガス操作系の好ましい実施態様を示している。試験対象の呼息サンプルは鼻腔
カニューレ４２０によって収集されるが、この目的で口部呼息収集管も同様に十
分利用可能である。次いで、呼息をフィルタライン４２２を通過させて湿分を減
少させる。高速ＣＯ2プローブ４２４は、システムに入力された呼息波の二酸化 炭素濃度を動的に監視するように上記フィルタラインに後続して配置されている
。このＣＯ2プローブの応答時間はできるだけ短くするのがよく、本発明の好ま しい実施の形態に従えば、５０ミリ秒以下である。入力呼息サンプルの温度・圧
力はプローブ４２５、４２６によって測定し、その結果が、環境条件補正を吸収
曲線に適用するときに使用される。圧力モニタ４２６もシステム停止に対する警
告を与える。
【０１９９】 次いで、サンプル呼息を、予め定義された長さの管４２７に沿って２路電磁弁
４２８へ送る。この電磁弁は、最初の決定に基づいて呼息サンプルに対して動作
し、サンプルガスが、蓄積・測定のためにどの時点でシステム内に連通すること
が許容されるか、どの時点でサンプルガスが不要とされ、大気に排出されるかを
決定する。その決定およびタイミングは、以前の蓄積点の結果から決定されたも
のとして、また動的ＣＯ2プローブ測定によって決定された場合には呼息波通過 における12ＣＯ2濃度の瞬間レベルから決定されたものとしての蓄積ガスの12Ｃ Ｏ2濃度に基づく。この決定の規準を、図１０に示すソフトウェアフローチャー トに関連して以下に説明する。ガスサンプルが電磁弁に到達する時点までに受け
取られるＣＯ2プローブ測定の結果に対して決定を行う時間を与えるためには、 管４２７は一定の最小長さより短くなってはならない。この最小長さは、ガスサ
ンプルの流速とＣＯ2プローブの応答時間とによって決まる。同時に、この管は 、流量分散のために一部のガスが収集されなくなる可能性を回避するために要す
る以上に長くすべきではない。このようにして、これらの２つの要因が管長さを
最適に定義された長さに限定する。
４２８へ送る。この電磁弁は、最初の決定に基づいて呼息サンプルに対して動作
し、サンプルガスが、蓄積・測定のためにどの時点でシステム内に連通すること
が許容されるか、どの時点でサンプルガスが不要とされ、大気に排出されるかを
決定する。その決定およびタイミングは、以前の蓄積点の結果から決定されたも
のとして、また動的ＣＯ2プローブ測定によって決定された場合には呼息波通過 における12ＣＯ2濃度の瞬間レベルから決定されたものとしての蓄積ガスの12Ｃ Ｏ2濃度に基づく。この決定の規準を、図１０に示すソフトウェアフローチャー トに関連して以下に説明する。ガスサンプルが電磁弁に到達する時点までに受け
取られるＣＯ2プローブ測定の結果に対して決定を行う時間を与えるためには、 管４２７は一定の最小長さより短くなってはならない。この最小長さは、ガスサ
ンプルの流速とＣＯ2プローブの応答時間とによって決まる。同時に、この管は 、流量分散のために一部のガスが収集されなくなる可能性を回避するために要す
る以上に長くすべきではない。このようにして、これらの２つの要因が管長さを
最適に定義された長さに限定する。
【０２００】 排出されたガスは、可変絞り弁４３０を通り、その後排気ポンプまたは他の任
意の排気手段４３３によって大気中に排出される。電磁弁４２８でシステム内に
回送されたサンプルガスは、電磁弁４３８の設定に応じて２つの代替チャンネル
のうちの１つを進むことができる。一方のチャンネル４３５では、ガスは処理な
しで電磁弁４３８へ直接進む。第２のチャンネルのガスは、チャンネル内での逆
流を防ぐために逆止め弁４３４を横断し、その後ガス流中のＣＯ2を効果的に取 り除く二酸化炭素スクラバ４３６を通過する。代替ガス中の同位体比を検出する
ために呼息テストが行われている場合は、ＣＯ2スクラバ４３６をその代替ガス 専用の吸収ユニットに置き換える。電磁弁でガスをいずれのチャンネルに向かわ
せるかについての決定のための規準を、図３１に示すフローチャートに関連して
以下に説明する。
意の排気手段４３３によって大気中に排出される。電磁弁４２８でシステム内に
回送されたサンプルガスは、電磁弁４３８の設定に応じて２つの代替チャンネル
のうちの１つを進むことができる。一方のチャンネル４３５では、ガスは処理な
しで電磁弁４３８へ直接進む。第２のチャンネルのガスは、チャンネル内での逆
流を防ぐために逆止め弁４３４を横断し、その後ガス流中のＣＯ2を効果的に取 り除く二酸化炭素スクラバ４３６を通過する。代替ガス中の同位体比を検出する
ために呼息テストが行われている場合は、ＣＯ2スクラバ４３６をその代替ガス 専用の吸収ユニットに置き換える。電磁弁でガスをいずれのチャンネルに向かわ
せるかについての決定のための規準を、図３１に示すフローチャートに関連して
以下に説明する。
【０２０１】 選択されたガスは、絞り弁４４０を通ってポンプ４４２により電磁弁４４４に
引き込まれて、次の動作が決定される。ポンプ４４２は、排出ライン中の排気手
段４３３と協働して、患者が装着しているか否かに関係なく、カニューレからの
サンプルガス流れを供給する。患者が装着しているときでも、患者がどのように
呼息するかに関わりなく、あるいは口部サンプリング管に接続していれば、患者
がどのような息の吹き方をするかに関わりなく、ポンプは流れを与えている。ポ
ンプ４４２によって得られる積極的な吸入効果があることが、電磁弁４３８がス
クラバチャンネルの入口でなく出口に位置決めされている理由である。もし仮に
電磁弁がスクラバチャンネルの入口に設置されていたら、ポンプ４４２の吸入が
、電磁弁が方向を切り換えてスクラバを通る流れを遮断した後も、比較的大体積
となりうるスクラバからのガスを排気し続けることになる。この場合、結果は不
正確なものとなるであろう。スクラバチャンネルの出口にスクラバを位置決めし
たことにより、弁が切り換えられたときにスクラバ内の残余ガスを瞬間的に分離
することを保証している。さらに、逆止め弁４３４の存在がスクラバをその入力
端で効果的に分離し、電磁弁がスクラバ中の流れを遮断したときにその内容物が
直接チャンネル４３５を逆流しないように防止している。電磁弁１３８の位置決
めのさらなる理由は、それ以外ではデッドスペースおよび空気混合効果のために
不精確度を招くことになるからである。絞り弁４３０および４４０は、サンプリ
ングチャンネルおよび排出チャンネルの両方において、安定した、略均等のガス
流れを保証するように調整されている。このようにして、電磁弁４２８の切換え
でシステム内のガス流れを中断させることもない。
引き込まれて、次の動作が決定される。ポンプ４４２は、排出ライン中の排気手
段４３３と協働して、患者が装着しているか否かに関係なく、カニューレからの
サンプルガス流れを供給する。患者が装着しているときでも、患者がどのように
呼息するかに関わりなく、あるいは口部サンプリング管に接続していれば、患者
がどのような息の吹き方をするかに関わりなく、ポンプは流れを与えている。ポ
ンプ４４２によって得られる積極的な吸入効果があることが、電磁弁４３８がス
クラバチャンネルの入口でなく出口に位置決めされている理由である。もし仮に
電磁弁がスクラバチャンネルの入口に設置されていたら、ポンプ４４２の吸入が
、電磁弁が方向を切り換えてスクラバを通る流れを遮断した後も、比較的大体積
となりうるスクラバからのガスを排気し続けることになる。この場合、結果は不
正確なものとなるであろう。スクラバチャンネルの出口にスクラバを位置決めし
たことにより、弁が切り換えられたときにスクラバ内の残余ガスを瞬間的に分離
することを保証している。さらに、逆止め弁４３４の存在がスクラバをその入力
端で効果的に分離し、電磁弁がスクラバ中の流れを遮断したときにその内容物が
直接チャンネル４３５を逆流しないように防止している。電磁弁１３８の位置決
めのさらなる理由は、それ以外ではデッドスペースおよび空気混合効果のために
不精確度を招くことになるからである。絞り弁４３０および４４０は、サンプリ
ングチャンネルおよび排出チャンネルの両方において、安定した、略均等のガス
流れを保証するように調整されている。このようにして、電磁弁４２８の切換え
でシステム内のガス流れを中断させることもない。
【０２０２】 ２路電磁弁４４４は、一方のサンプルバッグ４４６におけるガス収集と他方４
４８におけるガス収集とを交互させるように動作する。このようにして、サンプ
ルバッグの蓄積内容物が同位体比を測定されている間に、サンプルガスを第２の
バッグに収集し続けることができ、これにより計測器の計測速度を上げることが
できる。各サンプルバッグの内容物は、２路電磁弁４５４を経由して、同位体比
測定器１５６へと流れることができる。電磁弁４５４は電磁弁４４４に対して逆
位相で作動し、その結果、弁４４４が収集されたサンプルガスをバッグ４４６に
向かわせているとき、バッグ４４８の内容物だけを測定に向けて移動させること
ができ、またこの逆も可能である。
４８におけるガス収集とを交互させるように動作する。このようにして、サンプ
ルバッグの蓄積内容物が同位体比を測定されている間に、サンプルガスを第２の
バッグに収集し続けることができ、これにより計測器の計測速度を上げることが
できる。各サンプルバッグの内容物は、２路電磁弁４５４を経由して、同位体比
測定器１５６へと流れることができる。電磁弁４５４は電磁弁４４４に対して逆
位相で作動し、その結果、弁４４４が収集されたサンプルガスをバッグ４４６に
向かわせているとき、バッグ４４８の内容物だけを測定に向けて移動させること
ができ、またこの逆も可能である。
【０２０３】 図３１を参照して、ここでは動的サンプル収集処理を制御するソフトウェアの
フローチャートを示している。このガス操作・処理サイクルは、収集手順に関す
る初期の２点の仮定に基づいている。すなわち、 ａ）初期時、要求されるサンプルガス濃度を最大限に急速に蓄積させてシス
テム感度を上げるため、サンプルバッグの容積を充填しながら、各呼息から呼息
波プラトー部全体を収集する。 ｂ）呼息波のその他のどの部分を収集するかについての決定は、測定時バッ
グ内に蓄積されている濃度の評価値によって決める。バッグが一杯であるとき、
プラトー部領域のみから収集したガスのＣＯ2濃度が非常に高くて最終収集容量 が目標濃度、代表的には３％、を上回る濃度をもつことが明らかな場合、傾斜領
域からもガスを収集する決定を行う。アルゴリズムは、ガス流および比測定速度
、すなわち代表的には５０ｍｓまたは１００ｍｓ毎に１度ということが分かれば
、それによってバッグがいつ一杯になるかを求める。これは代表的な場合、１５
０ガス測定点の蓄積後に行われ、もし濃度がなお高過ぎることが明らかな場合、
呼息波の基線領域のみからのサンプルガスをスクラバ通過後に添加してバッグ内
のガスを希釈する。
フローチャートを示している。このガス操作・処理サイクルは、収集手順に関す
る初期の２点の仮定に基づいている。すなわち、 ａ）初期時、要求されるサンプルガス濃度を最大限に急速に蓄積させてシス
テム感度を上げるため、サンプルバッグの容積を充填しながら、各呼息から呼息
波プラトー部全体を収集する。 ｂ）呼息波のその他のどの部分を収集するかについての決定は、測定時バッ
グ内に蓄積されている濃度の評価値によって決める。バッグが一杯であるとき、
プラトー部領域のみから収集したガスのＣＯ2濃度が非常に高くて最終収集容量 が目標濃度、代表的には３％、を上回る濃度をもつことが明らかな場合、傾斜領
域からもガスを収集する決定を行う。アルゴリズムは、ガス流および比測定速度
、すなわち代表的には５０ｍｓまたは１００ｍｓ毎に１度ということが分かれば
、それによってバッグがいつ一杯になるかを求める。これは代表的な場合、１５
０ガス測定点の蓄積後に行われ、もし濃度がなお高過ぎることが明らかな場合、
呼息波の基線領域のみからのサンプルガスをスクラバ通過後に添加してバッグ内
のガスを希釈する。
【０２０４】 図３１に示す第１のステップでは、ＣＯ2プローブで測定した吸収点の最小振 幅および最大振幅を過去の蓄積点にわたって点検することにより、プラトー部お
よび基線の振幅レベルを計算する。この振幅は、これらの最大値と最小値との間
の範囲として定義され、この振幅に関して閾値を求める。試験進行中にいかなる
理由であれ呼息パターンに変化が起こった場合、閾値の変化を補償するためには
振幅レベルを知ることが重要である。いったん振幅範囲が判明したら、各呼息波
の各種領域を定義するためにステップ４６２で閾値レベルを計算し、これらの定
義レベルをステップ４６４で各呼息に当てはめる。
よび基線の振幅レベルを計算する。この振幅は、これらの最大値と最小値との間
の範囲として定義され、この振幅に関して閾値を求める。試験進行中にいかなる
理由であれ呼息パターンに変化が起こった場合、閾値の変化を補償するためには
振幅レベルを知ることが重要である。いったん振幅範囲が判明したら、各呼息波
の各種領域を定義するためにステップ４６２で閾値レベルを計算し、これらの定
義レベルをステップ４６４で各呼息に当てはめる。
【０２０５】 ステップ４６６でなされた、サンプルを収集すべきか否かに関する決定、収集
する場合、どの部分を収集するかについての決定は、３点の入力因子に依存して
行われる。すなわち、 （ａ）中間チャンバーの現在の目標濃度。試験開始時点では、目標レベルは
最大濃度の蓄積を保証するために高レベルに設定する。これは、呼息がほとんど
蓄積されていないときには収集濃度が低いことは明らかであり、その後にプラト
ー部呼息からのみ収集されたとしても濃度を上げることが重要となるからである
。収集過程が進行するにつれ、目標レベルは繰返し処理により最終的な所望濃度
に向かって低下させるが、この低下率は「蓄積点」の個数によって制御する。こ
の上方からの収束を差込みグラフ４８２に示している。上方から収束する繰返し
過程を用いることにより、最終体積量に既に到達しているのになお濃度が低過ぎ
るという状況が発生するのを防ぐことができる。もちろん、患者の呼息のすべて
、または大部分が目標レベルより低い濃度であるような患者の場合は、この状況
は不可避である。 （ｂ）蓄積点の個数、これは蓄積された呼息の体積の測定値である。 （ｃ）バッグに蓄積された従前の全呼息の平均値から計算した蓄積サンプル
ガスの濃度。
する場合、どの部分を収集するかについての決定は、３点の入力因子に依存して
行われる。すなわち、 （ａ）中間チャンバーの現在の目標濃度。試験開始時点では、目標レベルは
最大濃度の蓄積を保証するために高レベルに設定する。これは、呼息がほとんど
蓄積されていないときには収集濃度が低いことは明らかであり、その後にプラト
ー部呼息からのみ収集されたとしても濃度を上げることが重要となるからである
。収集過程が進行するにつれ、目標レベルは繰返し処理により最終的な所望濃度
に向かって低下させるが、この低下率は「蓄積点」の個数によって制御する。こ
の上方からの収束を差込みグラフ４８２に示している。上方から収束する繰返し
過程を用いることにより、最終体積量に既に到達しているのになお濃度が低過ぎ
るという状況が発生するのを防ぐことができる。もちろん、患者の呼息のすべて
、または大部分が目標レベルより低い濃度であるような患者の場合は、この状況
は不可避である。 （ｂ）蓄積点の個数、これは蓄積された呼息の体積の測定値である。 （ｃ）バッグに蓄積された従前の全呼息の平均値から計算した蓄積サンプル
ガスの濃度。
【０２０６】 ステップ４６６で、これら３入力に基づき、次のサンプル呼息の条件設定に関
して決定を行う。現在の濃度が目標濃度より高ければ、傾斜部および基線領域か
らもガスを収集することを決定する。現在の濃度が目標濃度より低ければ、プラ
トー部領域からのみガスを収集し、その他の領域からのガスは大気に排出する。
ガスの最終体積量が既に収集されており、かつ濃度が目標濃度より高ければ、必
要な希釈が得られるまで基線領域からの洗浄集塵ガスのみを収集する。
して決定を行う。現在の濃度が目標濃度より高ければ、傾斜部および基線領域か
らもガスを収集することを決定する。現在の濃度が目標濃度より低ければ、プラ
トー部領域からのみガスを収集し、その他の領域からのガスは大気に排出する。
ガスの最終体積量が既に収集されており、かつ濃度が目標濃度より高ければ、必
要な希釈が得られるまで基線領域からの洗浄集塵ガスのみを収集する。
【０２０７】 ステップ４６６で行った基線領域のみからのガス収集に関する決定をステップ
４６８で実行する。バッグの満杯を定義するのに必要な、代表的には１５０点で
バッグを満たした後、バッグ内容物を希釈する決定がステップ４６６で行われ、
次いでステップ４６８で、収集中のガスを、バイパス４７０を直接移動させず、
スクラバチャンネル４７２を通過させて残余ＣＯ2を取り除いてから蓄積ガスに 加える決定を行う。
４６８で実行する。バッグの満杯を定義するのに必要な、代表的には１５０点で
バッグを満たした後、バッグ内容物を希釈する決定がステップ４６６で行われ、
次いでステップ４６８で、収集中のガスを、バイパス４７０を直接移動させず、
スクラバチャンネル４７２を通過させて残余ＣＯ2を取り除いてから蓄積ガスに 加える決定を行う。
【０２０８】 ステップ４７４でＣＯ2濃度を計算し、ステップ４７６で、バッグに付加され た最新のサンプルに対してサンプルカウンタを１点加算する。このカウンタは、
充填中のサンプルバッグの満杯状況を表す１５０点がいつ累積加算されたかを決
定するのに使用されている。図３０の電磁弁４２８の開放後すぐ、 かつ比較的 小範囲４３８まで、加算された点は重みづけを行ってもよい。これは、電磁弁が
切り換えられるとガス流が中断され、その流速が一時的に減少する場合があるか
らである。電磁弁の切換え後、最初に収集された呼息はこのように薄い傾向にあ
り、各点は平均化計算において重みづけを小さくする。この重みづけはパーセン
テージ濃度計算において、および収集ガス体積量評価用カウンタにおいての両方
で行われる。ポイントの重みづけはまた、ゲージ４２６の圧力読取値が、例えば
部分的閉塞のために流れが減少したことを示す場合にも使用される。
充填中のサンプルバッグの満杯状況を表す１５０点がいつ累積加算されたかを決
定するのに使用されている。図３０の電磁弁４２８の開放後すぐ、 かつ比較的 小範囲４３８まで、加算された点は重みづけを行ってもよい。これは、電磁弁が
切り換えられるとガス流が中断され、その流速が一時的に減少する場合があるか
らである。電磁弁の切換え後、最初に収集された呼息はこのように薄い傾向にあ
り、各点は平均化計算において重みづけを小さくする。この重みづけはパーセン
テージ濃度計算において、および収集ガス体積量評価用カウンタにおいての両方
で行われる。ポイントの重みづけはまた、ゲージ４２６の圧力読取値が、例えば
部分的閉塞のために流れが減少したことを示す場合にも使用される。
【０２０９】 最後の呼息、またはそれの部分的な加算を行った後、全入力呼息サンプルの平
均から新たな濃度を計算し、次のサンプルのどの部分を収集すべきかについてス
テップ４６６で入力される決定、および目標濃度４８０を更新するために、濃度
値を更新する。
均から新たな濃度を計算し、次のサンプルのどの部分を収集すべきかについてス
テップ４６６で入力される決定、および目標濃度４８０を更新するために、濃度
値を更新する。
【０２１０】 ステップ４８０で、収集体積量および濃度を点検し、それらの目標値がどちら
も到達されている場合、当該サンプルバッグに対して収集処理は終了し、そのバ
ッグを分析使用に供する。到達されていない場合は、処理はステップ１６０に戻
り、サンプル収集を継続する。
も到達されている場合、当該サンプルバッグに対して収集処理は終了し、そのバ
ッグを分析使用に供する。到達されていない場合は、処理はステップ１６０に戻
り、サンプル収集を継続する。
【０２１１】 本発明に従う中間チャンバーシステムは固有の自己較正装備を組み込んでおり
、オペレータが介入する必要をなくし、非常に長期間の使用にわたって継続する
精度が保証されている。システム入口でのＣＯ2プローブによる測定によってＣ Ｏ2濃度測定値が得られ、それに基づいて、充填処理の終了時点でのバッグ内容 物が評価される。この測定の精度は正確な吸収曲線が判明していることに依存し
ており、吸収曲線は運用条件のために変化している場合もある。この測定値は、
ガス分析装置システム一式から得られる同位体比の積分測定値と比較することが
できる。同位体比の測定は、レファレンスガスによる比較測定および他の装備の
おかげできわめて精確である。次いで、２つの測定値の偏差を用いて、システム
に存在する実際の環境条件に対する吸収曲線を補正することもできる。これは、
バッグ濃度評価値が測定濃度と等しくなるようにＣＯ2プローブ較正を補正する ことにより行う。
、オペレータが介入する必要をなくし、非常に長期間の使用にわたって継続する
精度が保証されている。システム入口でのＣＯ2プローブによる測定によってＣ Ｏ2濃度測定値が得られ、それに基づいて、充填処理の終了時点でのバッグ内容 物が評価される。この測定の精度は正確な吸収曲線が判明していることに依存し
ており、吸収曲線は運用条件のために変化している場合もある。この測定値は、
ガス分析装置システム一式から得られる同位体比の積分測定値と比較することが
できる。同位体比の測定は、レファレンスガスによる比較測定および他の装備の
おかげできわめて精確である。次いで、２つの測定値の偏差を用いて、システム
に存在する実際の環境条件に対する吸収曲線を補正することもできる。これは、
バッグ濃度評価値が測定濃度と等しくなるようにＣＯ2プローブ較正を補正する ことにより行う。
【０２１２】 本発明に従う中間チャンバー装備により、多くの実行可能な他の自己較正手順
がある。比較的高いＣＯ2濃度、例えば５％の濃度をもつサンプルを対象から収 集し、ガス分析装置において正確に同位体比を測定する。次に、中間チャンバー
システムを用いて該サンプルをより低い値、例えば４.５％、４％、３.５％等に
希釈する。これらの希釈サンプルの各々を次いでガス分析装置において同位体比
を測定するが、各サンプルは同じ原呼息サンプルから採取されているため、同位
体比の変化はないはずである。変化が検出されれば、吸収曲線において変位を指
示するものであり、それに従って読取値が一致するように較正を調整する。
がある。比較的高いＣＯ2濃度、例えば５％の濃度をもつサンプルを対象から収 集し、ガス分析装置において正確に同位体比を測定する。次に、中間チャンバー
システムを用いて該サンプルをより低い値、例えば４.５％、４％、３.５％等に
希釈する。これらの希釈サンプルの各々を次いでガス分析装置において同位体比
を測定するが、各サンプルは同じ原呼息サンプルから採取されているため、同位
体比の変化はないはずである。変化が検出されれば、吸収曲線において変位を指
示するものであり、それに従って読取値が一致するように較正を調整する。
【０２１３】 本発明の他の好ましい実施の形態に従い、非協力的試験対象から得られた同位
体比におけるノイズレベルと、同じ対象物から得られたＣＯ2濃度測定値との相 関関係を観察することにより、さらに他の自己較正装備が可能である。その手順
は次の通りである。すなわち、呼息サンプルを広範囲の非協力的試験対象から観
察する。本システムでは、事実上、非協力的な患者から得られる測定値を連続的
に観察して本手順を実行することができ、患者側あるいはスタッフ側のいかなる
協同作業も要しない。これらのサンプルの各々は異なるＣＯ2濃度レベルを有し ていることもあり、この点で本方法は、単一の非協力的サンプルを中間チャンバ
ーシステムにおいて繰り返し希釈して、異なるＣＯ2濃度で多数のサンプルを得 るようにした既述の方法と類似している。これらのサンプルの各々は、非協力的
患者から発したものであるが、測定値のノイズ限界内において、同じ同位体比、
すなわち自然比を有している。したがって、全サンプルにおいて一定の同位体比
を発見する代わりに、同位体比と測定ＣＯ2濃度との間に何らかの相関関係が見 出されたなら、これは吸収曲線における変位、その正確な較正あるいは比の計算
を扱うアルゴリズムの何らかの不足の徴となる。このようにして、計測器の較正
に補正を適用することができる。
体比におけるノイズレベルと、同じ対象物から得られたＣＯ2濃度測定値との相 関関係を観察することにより、さらに他の自己較正装備が可能である。その手順
は次の通りである。すなわち、呼息サンプルを広範囲の非協力的試験対象から観
察する。本システムでは、事実上、非協力的な患者から得られる測定値を連続的
に観察して本手順を実行することができ、患者側あるいはスタッフ側のいかなる
協同作業も要しない。これらのサンプルの各々は異なるＣＯ2濃度レベルを有し ていることもあり、この点で本方法は、単一の非協力的サンプルを中間チャンバ
ーシステムにおいて繰り返し希釈して、異なるＣＯ2濃度で多数のサンプルを得 るようにした既述の方法と類似している。これらのサンプルの各々は、非協力的
患者から発したものであるが、測定値のノイズ限界内において、同じ同位体比、
すなわち自然比を有している。したがって、全サンプルにおいて一定の同位体比
を発見する代わりに、同位体比と測定ＣＯ2濃度との間に何らかの相関関係が見 出されたなら、これは吸収曲線における変位、その正確な較正あるいは比の計算
を扱うアルゴリズムの何らかの不足の徴となる。このようにして、計測器の較正
に補正を適用することができる。
【０２１４】 本装置は常時稼動させておくことができ、したがってガス分析装置において一
定の再較正状態を維持することができる。さらに、付言すれば、本方法は、中間
チャンバーシステムを取り付けているか否かに関わりなく、いかなるガス分析装
置にも適用することができる。
定の再較正状態を維持することができる。さらに、付言すれば、本方法は、中間
チャンバーシステムを取り付けているか否かに関わりなく、いかなるガス分析装
置にも適用することができる。
【０２１５】 上記好ましい実施の形態では、中間チャンバーを高度な呼息分析装置に適用し
て、現在利用可能な最高度の精度と感度を提供する例を述べた。続く図３２〜図
３６では、洗練度の低い中間チャンバーシステムを用いた、本発明に従う、より
簡素な呼息分析装置の好ましい実施の形態を示している。このような実施の形態
は、広範な使用に向けた安価な注目点分析装置としての使用に適していると言え
、本発明のこれらの好ましい実施の形態に従う中間チャンバーシステムの組込み
により、これら「低価格帯」計測器類においても精度の向上を達成することを可
能ならしめている。
て、現在利用可能な最高度の精度と感度を提供する例を述べた。続く図３２〜図
３６では、洗練度の低い中間チャンバーシステムを用いた、本発明に従う、より
簡素な呼息分析装置の好ましい実施の形態を示している。このような実施の形態
は、広範な使用に向けた安価な注目点分析装置としての使用に適していると言え
、本発明のこれらの好ましい実施の形態に従う中間チャンバーシステムの組込み
により、これら「低価格帯」計測器類においても精度の向上を達成することを可
能ならしめている。
【０２１６】 図３２〜図３４は、所定の風量で開き、患者の吐き出したいくつかの呼息の予
め選択した一部または全部を中間チャンバーに収集するようにした機械的逆止め
弁組立品を組み込んだ呼息吸入装置の種々の好ましい実施態様を示している。
め選択した一部または全部を中間チャンバーに収集するようにした機械的逆止め
弁組立品を組み込んだ呼息吸入装置の種々の好ましい実施態様を示している。
【０２１７】 図３２は、一定容積５０２のタンクを組み込み、一定サンプリング流量を提供
するようにした機械的逆止め弁組立品５００を示している。患者はマウスピース
５０４を口内に挿入し、装置内に通常どおりに息を吐く。吸入した空気は逆止め
弁５０６を通じて吸い上げられる。吐き出された空気が、呼息吸入装置本体に入
っていき、入力逆止め弁５０６を閉じ、吐出空気が入力チャンバー５０８内に閉
じ込められる。このガスが、開口部５１２とフィルタ要素５１６とを通ってタン
ク５０２に入るが、フィルタ要素５１６の機能は、空気を清浄化すること、個々
の呼息から生じた脈動を平滑化すること、そして吐出空気を外側容積部５０２全
体に分散させることである。絞り弁Ｒ１ ５１４は、逆止め弁５１０を通ること
を許可されたガス流量のレベルを設定するのに用いられている。このタンク外側
部は、超過圧力がタンクにおけるサンプルガスの存在を指示したとき、すぐに作
動するさらに別の逆止め弁５２０を備えている。絞り弁Ｒ２ ５２２は、逆止め
弁５２０を通じてガス流量レベルを設定するのに用いられている。Ｒ２を通る流
速はＲ１を通る流速よりはるかに低く、吐き出された呼息の大部分がＲ１を通っ
て外部に出てゆき、わずかなサンプルのみがＲ２を通じてその途上のタンクに送
られる。
するようにした機械的逆止め弁組立品５００を示している。患者はマウスピース
５０４を口内に挿入し、装置内に通常どおりに息を吐く。吸入した空気は逆止め
弁５０６を通じて吸い上げられる。吐き出された空気が、呼息吸入装置本体に入
っていき、入力逆止め弁５０６を閉じ、吐出空気が入力チャンバー５０８内に閉
じ込められる。このガスが、開口部５１２とフィルタ要素５１６とを通ってタン
ク５０２に入るが、フィルタ要素５１６の機能は、空気を清浄化すること、個々
の呼息から生じた脈動を平滑化すること、そして吐出空気を外側容積部５０２全
体に分散させることである。絞り弁Ｒ１ ５１４は、逆止め弁５１０を通ること
を許可されたガス流量のレベルを設定するのに用いられている。このタンク外側
部は、超過圧力がタンクにおけるサンプルガスの存在を指示したとき、すぐに作
動するさらに別の逆止め弁５２０を備えている。絞り弁Ｒ２ ５２２は、逆止め
弁５２０を通じてガス流量レベルを設定するのに用いられている。Ｒ２を通る流
速はＲ１を通る流速よりはるかに低く、吐き出された呼息の大部分がＲ１を通っ
て外部に出てゆき、わずかなサンプルのみがＲ２を通じてその途上のタンクに送
られる。
【０２１８】 絞り弁の比Ｒ２／Ｒ１、Ｎとして知られるバイパス比が、タンクを満たすのに
必要な呼息数を決定する。このように、例えば５０ｍｌの容積のタンクで、呼息
容量５００ｍｌの平均的な静止患者の場合、もしバイパス比１００を選んだとす
れば、タンクに入る各呼息の容量は５００／Ｎで、５ｍｌとなる。その結果、こ
の特定例においては、タンクの全容積を入れ換えるためには、１０回の呼息が必
要となる。収集される呼息数は、このように、患者ならびに実施される試験に応
じて、Ｒ２／Ｒ１比を選ぶことで選択される。好ましい一実施の形態によれば、
タンク容積が求められた呼息数で満たされたとき、弁５２４が開き、患者の呼息
の平均からタンクに蓄積されたサンプルが管５１８により測定用分析装置チャン
バーに運ばれる。別の好ましい実施の形態によれば、弁５２４が常時開いている
か、あるいは設けられてさえおらず、連続呼息監視システムとして使用される。
必要な呼息数を決定する。このように、例えば５０ｍｌの容積のタンクで、呼息
容量５００ｍｌの平均的な静止患者の場合、もしバイパス比１００を選んだとす
れば、タンクに入る各呼息の容量は５００／Ｎで、５ｍｌとなる。その結果、こ
の特定例においては、タンクの全容積を入れ換えるためには、１０回の呼息が必
要となる。収集される呼息数は、このように、患者ならびに実施される試験に応
じて、Ｒ２／Ｒ１比を選ぶことで選択される。好ましい一実施の形態によれば、
タンク容積が求められた呼息数で満たされたとき、弁５２４が開き、患者の呼息
の平均からタンクに蓄積されたサンプルが管５１８により測定用分析装置チャン
バーに運ばれる。別の好ましい実施の形態によれば、弁５２４が常時開いている
か、あるいは設けられてさえおらず、連続呼息監視システムとして使用される。
【０２１９】 図３３は、本発明の別の実施態様に従って構成され、動作する別の中間チャン
バー呼息サンプリング装置を示す。この機械的逆止め弁組立品５３０は、可変容
積５３２を有するタンクを組み込んで、可変サンプリング流量用のシステムに備
えている点を除き、図３２のそれと同様である。タンクには、吐出しと吸入の間
に拡大・収縮する可撓性の壁５３４が設けることができる。本実施の形態の他の
詳細は図３２に表示されている通りである。
バー呼息サンプリング装置を示す。この機械的逆止め弁組立品５３０は、可変容
積５３２を有するタンクを組み込んで、可変サンプリング流量用のシステムに備
えている点を除き、図３２のそれと同様である。タンクには、吐出しと吸入の間
に拡大・収縮する可撓性の壁５３４が設けることができる。本実施の形態の他の
詳細は図３２に表示されている通りである。
【０２２０】 図３４は、本発明の別の実施態様に従って構成され、動作する２タンク中間チ
ャンバー呼息サンプリング装置を示している。この機械的逆止め弁組立品５３０
は図３２のそれと同様であるが、剛性のタンクは、蓄積された平均ガスを分析チ
ャンバーへ運ぶための出口管を備えていない。代わりに、タンク出力逆止め弁５
４０が、図３３のそれと同じく側面可撓性の第２のタンク５４２内に蓄積ガスを
導く。第２のタンクへのガスの流れは、第２のタンクからの流量によって絞り弁
Ｒ２ ５４４を介して制御される。第２のタンクが一杯になると、その蓄積ガス
は、先の各実施の形態と同様、弁５１８を開いて分析チャンバーへ出力される。
この二重タンクシステムの利点は、第一に、標準的な使い捨て収集バッグを主収
集タンクとして使用できることであり、第二に、その主タンクを患者から離れて
計測器内に設けることができ、患者とのインタフェース装置が格段にコンパクト
化されることである。
ャンバー呼息サンプリング装置を示している。この機械的逆止め弁組立品５３０
は図３２のそれと同様であるが、剛性のタンクは、蓄積された平均ガスを分析チ
ャンバーへ運ぶための出口管を備えていない。代わりに、タンク出力逆止め弁５
４０が、図３３のそれと同じく側面可撓性の第２のタンク５４２内に蓄積ガスを
導く。第２のタンクへのガスの流れは、第２のタンクからの流量によって絞り弁
Ｒ２ ５４４を介して制御される。第２のタンクが一杯になると、その蓄積ガス
は、先の各実施の形態と同様、弁５１８を開いて分析チャンバーへ出力される。
この二重タンクシステムの利点は、第一に、標準的な使い捨て収集バッグを主収
集タンクとして使用できることであり、第二に、その主タンクを患者から離れて
計測器内に設けることができ、患者とのインタフェース装置が格段にコンパクト
化されることである。
【０２２１】 図３５は、本発明の別の実施の形態に従って構成され、動作するさらに別の中
間チャンバー呼息サンプリング装置を示している。この実施の形態は鼻腔カニュ
ーレ呼息サンプリングでの使用に適しており、圧電膜センサ、歪みゲージセンサ
、あるいは類似の他の流れ方向センサを用いている。この種センサは非常に敏感
であり、そのため、小児科用のカニューレサンプリングで一般的に見られるよう
な、ごくわずかの呼息の流れを検出することができる。流れ方向センサ５５０は
、鼻腔カニューレ吸入口５５２の上またはその付近に取り付けられ、吐き出され
た呼息の流量に比例したＡＣ電子信号５５４を与える。カニューレからサンプリ
ングされた呼息はポンプ５５６で切換え可能な電磁弁５５８へ引き入れられる。
該電磁弁の位置は流れ方向センサからの信号によって制御される。適切な呼息の
流れが検出されない限り、カニューレからラインを下降して流れるガスはチャン
バー内領域５６２内に排出される。プラトー部に向かう呼息波の上昇に対応する
吐出し呼息の流れを流れ方向センサが検出するとすぐ、上記電磁弁が切り換えら
れて後続の呼息を中間チャンバー５６０内に方向づけ、蓄積させる。呼息波が通
過するとき、カニューレからのガスは次の呼息波面の上昇まで再び拒否される。
このように、中間チャンバーを用いて吐き出された呼息のプラトー部のみからの
呼息を蓄積し、高いＣＯ2濃度を確保している。中間チャンバーに十分な呼息が 収集されると電磁弁５６４が切り換えられ、それにより、収集された呼息サンプ
ルが測定用計測器の分析チャンバーへ流れていく。電磁弁５６５は、必要な場合
、電磁弁５６５を大気に開放した状態で可撓性の壁を収縮させてタンク５６０を
迅速に通気するために用いられる。
間チャンバー呼息サンプリング装置を示している。この実施の形態は鼻腔カニュ
ーレ呼息サンプリングでの使用に適しており、圧電膜センサ、歪みゲージセンサ
、あるいは類似の他の流れ方向センサを用いている。この種センサは非常に敏感
であり、そのため、小児科用のカニューレサンプリングで一般的に見られるよう
な、ごくわずかの呼息の流れを検出することができる。流れ方向センサ５５０は
、鼻腔カニューレ吸入口５５２の上またはその付近に取り付けられ、吐き出され
た呼息の流量に比例したＡＣ電子信号５５４を与える。カニューレからサンプリ
ングされた呼息はポンプ５５６で切換え可能な電磁弁５５８へ引き入れられる。
該電磁弁の位置は流れ方向センサからの信号によって制御される。適切な呼息の
流れが検出されない限り、カニューレからラインを下降して流れるガスはチャン
バー内領域５６２内に排出される。プラトー部に向かう呼息波の上昇に対応する
吐出し呼息の流れを流れ方向センサが検出するとすぐ、上記電磁弁が切り換えら
れて後続の呼息を中間チャンバー５６０内に方向づけ、蓄積させる。呼息波が通
過するとき、カニューレからのガスは次の呼息波面の上昇まで再び拒否される。
このように、中間チャンバーを用いて吐き出された呼息のプラトー部のみからの
呼息を蓄積し、高いＣＯ2濃度を確保している。中間チャンバーに十分な呼息が 収集されると電磁弁５６４が切り換えられ、それにより、収集された呼息サンプ
ルが測定用計測器の分析チャンバーへ流れていく。電磁弁５６５は、必要な場合
、電磁弁５６５を大気に開放した状態で可撓性の壁を収縮させてタンク５６０を
迅速に通気するために用いられる。
【０２２２】 図３６は、本発明の別の実施態様に従って構成され、動作する別の中間チャン
バー呼息サンプリング装置を示している。図３５に示すそれと同様、この実施の
形態も、鼻腔カニューレ呼息サンプリングでの使用に適しているが、呼息波の上
昇を検出するための流れ方向センサを使用する代わりに、感熱風力計などの差圧
センサを用いている点が異なっている。呼息サンプリング電磁弁５５８への制御
信号が差圧センサ５７０によって供給され、この差圧センサ５７０は、患者が呼
息するにつれて鼻腔カニューレの流れに起こるわずかな変化を検出するという点
を除き、中間チャンバーシステムの各構成部は図３５と同一である。流れ方向セ
ンサに比べ、本実施の形態の差圧センサの使用によって可能となる、真の流量セ
ンサを使用する利点は多くある。第一に、例えば新生児への用途など、とくに高
速度や不安定な呼息速度のへの適用において、電気信号は安定性を増す。第二に
、呼息波の各部をより正確に定義すること、および中間チャンバーシステムにお
ける蓄積のための吐出し呼息サンプルの特定部分を選択することが可能になる。
最後に、差圧センサの使用により、比較的高コストのセンサ計測要素を呼息検知
要素から分離させることが可能となる。センサ要素は、このように、計測器自体
の中に設けたり、鼻腔カニューレに取り付けられる安価な使い捨てサンプリング
管で患者に接続したりすることができる。
バー呼息サンプリング装置を示している。図３５に示すそれと同様、この実施の
形態も、鼻腔カニューレ呼息サンプリングでの使用に適しているが、呼息波の上
昇を検出するための流れ方向センサを使用する代わりに、感熱風力計などの差圧
センサを用いている点が異なっている。呼息サンプリング電磁弁５５８への制御
信号が差圧センサ５７０によって供給され、この差圧センサ５７０は、患者が呼
息するにつれて鼻腔カニューレの流れに起こるわずかな変化を検出するという点
を除き、中間チャンバーシステムの各構成部は図３５と同一である。流れ方向セ
ンサに比べ、本実施の形態の差圧センサの使用によって可能となる、真の流量セ
ンサを使用する利点は多くある。第一に、例えば新生児への用途など、とくに高
速度や不安定な呼息速度のへの適用において、電気信号は安定性を増す。第二に
、呼息波の各部をより正確に定義すること、および中間チャンバーシステムにお
ける蓄積のための吐出し呼息サンプルの特定部分を選択することが可能になる。
最後に、差圧センサの使用により、比較的高コストのセンサ計測要素を呼息検知
要素から分離させることが可能となる。センサ要素は、このように、計測器自体
の中に設けたり、鼻腔カニューレに取り付けられる安価な使い捨てサンプリング
管で患者に接続したりすることができる。
【０２２３】 本発明は、以上に詳細に示され、かつ述べられている記載によって限定される
ものでないことは当該技術分野に熟練した人々には理解されよう。むしろ、上に
述べられた様々な特徴の組合せ、さらにはそれらの更なる組合せをも本発明の範
囲に含み、また当該技術分野の熟練者が上の記述を読めば想到するであろうよう
な変更や改良であって、かつ先行技術に含まれない変更や改良も本発明の範囲に
含まれる。
ものでないことは当該技術分野に熟練した人々には理解されよう。むしろ、上に
述べられた様々な特徴の組合せ、さらにはそれらの更なる組合せをも本発明の範
囲に含み、また当該技術分野の熟練者が上の記述を読めば想到するであろうよう
な変更や改良であって、かつ先行技術に含まれない変更や改良も本発明の範囲に
含まれる。
【図１Ａ】 図１Ａは、本発明の好ましい実施形態におけるＮＤＩＲ分光計
の概略図である。
の概略図である。
【図１Ｂ】 図１Ｂは本発明の好ましい実施形態におけるＮＤＩＲ分光計で
あってビームホモジナイザを含有したものを示す概略図である。
あってビームホモジナイザを含有したものを示す概略図である。
【図２】 図１Ａに示すＮＤＩＲ分光計の等角投影図である。
【図３】 図２に示すＮＤＩＲ分光計の分解平面図である。
【図４】 ＮＤＩＲ分光計の横断面図である。
【図５】 ガスチャンネルのための押出ステンレス鋼製チューブ対を用い、
鋳造アルミニウム構造に埋め込まれた前記ＮＤＩＲ分光計のための好ましい構成
方法を示す図である。
鋳造アルミニウム構造に埋め込まれた前記ＮＤＩＲ分光計のための好ましい構成
方法を示す図である。
【図６】 ＮＤＩＲ分光計の機能断面図である。
【図７】 サンプルチャンネルおよびレファレンスチャンネルを交互に測定
するときに使用するシャッタの概略図である。
するときに使用するシャッタの概略図である。
【図８】 図１で述べた分光計で使用した同期検出方式の概略図である。
【図９】 期検出方式のタイミング図および信号出力を示した図である。
【図１０Ａ】 図９に示す単一ランプ励振器方式を用いて電子的に抽出され
る様子を説明するタイミング図である。
る様子を説明するタイミング図である。
【図１０Ｂ】 図９に示す単一ランプ励振器方式を用いて電子的に抽出され
る様子を説明するタイミング図である。
る様子を説明するタイミング図である。
【図１０Ｃ】 図９に示す単一ランプ励振器方式を用いて電子的に抽出され
る様子を説明するタイミング図である。
る様子を説明するタイミング図である。
【図１０Ｄ】 図９に示す単一ランプ励振器方式を用いて電子的に抽出され
る様子を説明するタイミング図である。
る様子を説明するタイミング図である。
【図１０Ｅ】 図９に示す単一ランプ励振器方式を用いて電子的に抽出され
る様子を説明するタイミング図である。
る様子を説明するタイミング図である。
【図１１】 各チャンネルに１つずつ、２つの別個の検出器を備えた別のＮ
ＤＩＲ分光計設計の概略図である。
ＤＩＲ分光計設計の概略図である。
【図１２】 図１１に示すＮＤＩＲ分光計における使用に適したチョッパを
示す。
示す。
【図１３】図１２に示すチョッパにより、レファレンスチャンネル、サンプ
ルチャンネルおよびゼロ較正チャンネルから得られた３つの信号を表す。
ルチャンネルおよびゼロ較正チャンネルから得られた３つの信号を表す。
【図１４】 ランプを１つだけ使用した別のＮＤＩＲ分光計設計を示す図で
ある。
ある。
【図１５】 ガスフィルタを使用したＮＤＩＲ分光計を示す図である。
【図１６】 １つのランプと１つの検出器だけを使用したさらに別のＮＤＩ
Ｒ分光計設計を示す図である。
Ｒ分光計設計を示す図である。
【図１７】 図１６に示す実施の形態における空間光変調器の構成例を示す
図である。
図である。
【図１８】 図１６に示すＮＤＩＲ分光計の実施態様において使用すること
のできる機械式空間チョッパを示す。
のできる機械式空間チョッパを示す。
【図１９】サンプルチャンバーおよびレファレンスチャンバーにおけるＣＯ 2 の分圧が等しくなることを保証するための浸透システムを示す図である。
【図２０Ａ】 サンプルチャンバーおよびレファレンスチャンバーにおける
ＣＯ2の分圧が近似することを保証するためのポンプシステムを示す図である。
ＣＯ2の分圧が近似することを保証するためのポンプシステムを示す図である。
【図２０Ｂ】 サンプルチャンバーおよびレファレンスチャンバーにおける
ＣＯ2の分圧が近似することを保証するためのポンプシステムを示す図である。
ＣＯ2の分圧が近似することを保証するためのポンプシステムを示す図である。
【図２１】 サンプルガスを蓄積、あるいは試験後に通過させながら、サン
プル回収タンクの圧力を一定に維持する様子を示す図である。
プル回収タンクの圧力を一定に維持する様子を示す図である。
【図２２】 サンプルチャンバーにおける12ＣＯ2ガスのその濃度の関数と しての赤外透過グラフである。
【図２３】 ３つの異なるセル長をもつ分析チャンバーにおける濃度の関数
としてのセル感度変化を示す図である。
としてのセル感度変化を示す図である。
【図２４】 詳細を含み、広範囲に異なる分圧で吸収量測定を行なったとき
に生じる問題点を示す図である。
に生じる問題点を示す図である。
【図２５Ａ】 レファレンスセルにおけるガスの吸収曲線を示す図である。
【図２５Ｂ】 レファレンスガス濃度点の周辺領域の拡大図
【図２６】 歪み補正として知られる吸収曲線補正を示す図である。
【図２７】 患者から吐き出された息の列を表す図である。
【図２８】 各構成部を有する代表的な呼息波の時間プロットを示す図であ
る。
る。
【図２９】 中間チャンバーシステムの動作を説明するための呼息テストシ
ステムの概略図である。
ステムの概略図である。
【図３０】 中間チャンバーシステムを組み込んだ同位体ガス分析装置に基
づく二酸化炭素呼息テストシステムのガス操作系の好ましい実施態様を示す図で
ある。
づく二酸化炭素呼息テストシステムのガス操作系の好ましい実施態様を示す図で
ある。
【図３１】 動的サンプル収集処理を制御するソフトウェアのフローチャー
トを示す図である。
トを示す図である。
【図３２】 機械的逆止め弁アッセンブリを組み込んだ吸気装置の一実施例
を示す図である。
を示す図である。
【図３３】 可変サンプリング流量用のシステムを提供するために可変体積
を有するタンクを組み込んだ機械的逆止め弁アッセンブリを示す図である。
を有するタンクを組み込んだ機械的逆止め弁アッセンブリを示す図である。
【図３４】 ２タンク中間チャンバー呼息サンプリング装置を示す図である
。
。
【図３５】鼻腔カニューレによる呼息サンプリングでの使用に適した別の中
間チャンバー呼息サンプリング装置を示す図である。
間チャンバー呼息サンプリング装置を示す図である。
【図３６】 鼻腔カニューレによる呼息サンプリングでの使用に適したもう
１つの中間チャンバー呼息サンプリング装置を示す図である。
１つの中間チャンバー呼息サンプリング装置を示す図である。
２１ 分析チャンバー ２２ １３ＣＯ2チャンバー ２３ １２ＣＯ2チャンバー ２４ 端板 ２５ スチールシャッタ ２６ 同位体ランプ ２７ 光円錐 ２８ 単一検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ， ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，Ｄ Ｋ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ， ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，Ｌ Ｖ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ， ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，Ｕ Ｓ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 ボーズ・ジロン イスラエル97533エルサレム、ハグダッ ド・ハクハミシ・ストリート７番 (72)発明者 ガーション・リービットスキー イスラエル97861エルサレム、メイヤー・ ヨシャ７／12番 Ｆターム(参考） 2G045 AA25 CB22 DB01 FA13 FA15 FA21 FA25 FB07 GC08 GC10 HA09 JA01 JA02 2G057 AA01 AB02 AB06 AC03 BA01 BB08 BB09 DA13 2G059 AA01 BB01 BB12 CC16 DD18 EE01 EE05 EE12 FF04 FF08 GG08 GG10 HH01 HH06 JJ02 JJ03 JJ11 JJ17 JJ19 JJ23 JJ24 KK01 KK03 MM03 MM05 MM10 MM15 NN01
Claims (90)
- 【請求項１】 サンプルガス中の少なくとも１の同位体を分析するための光
学吸収分析器で構成され、上記光学吸収分析器は少なくとも１の上記同位体に特
化した少なくとも１つの放射線の波長安定源を含んでいることを特徴とするアイ
ソトピックガス分析器。 - 【請求項２】 上記波長安定源はガス排出源であることを特徴とする請求項
１に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項３】 上記分析器は上記サンプルガス中の少なくとも２つの同位体
の比率を決定することを特徴とする前記いずれかの請求項に記載のアイソトピッ
クガス分析器。 - 【請求項４】 上記少なくとも１つの放射線の波長安定源は少なくとも２つ
の放射線の波長安定源で構成され、それぞれが少なくとも１つの同位体に特化し
ていることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載のアイソトピックガス分析
器。 - 【請求項５】 上記少なくとも１つの同位体に特化している少なくとも１つ
の放射線の波長安定源は２つの同位体に特化していることを特徴とする前記いず
れかの請求項に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項６】 サンプルガス中の少なくとも２つの同位体の比率を分析する
ための光学吸収分析器を備え、上記光学吸収分析器は少なくとの１つの同位体に
特化した放射線の波長安定源を少なくとも１つ含んでいることを特徴とするアイ
ソトピックガス分析器。 - 【請求項７】 サンプルガス中の少なくとも１つの同位体を分析するための
光学吸収分析器を備え、上記光学吸収分析器はそれぞれ少なくとも１つの同位体
に特化した放射線の波長安定源を２つ含んでいることを特徴とするアイソトピッ
クガス分析器。 - 【請求項８】 サンプルガス中の少なくとも１つの同位体を分析するための
光学吸収分析器を備え、上記光学吸収分析器は２つの同位体に特化した少なくと
も１つの放射線の波長安定源を含んでいることを特徴とするアイソトピックガス
分析器。 - 【請求項９】 上記光学吸収分析器はレファレンスチャンネルを含み、上記
サンプルガスと上記レファレンスガスの少なくとも１つは周囲の状況と同一であ
ることを特徴とする請求項１に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項１０】 上述のレファレンスチャンネルガスが上記サンプルガスの
サンプルであることを特徴とする上述の請求項のいずれかに記載のアイソトピッ
クガス分析器 - 【請求項１１】 レファレンスチャンネルガスは既知の圧力と濃度における
上記少なくとも１つの同位体を含む混合物であることを特徴とする請求項９に記
載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項１２】 スペクトルオーバーラップ領域がガス圧の低下に利用され
ていることを特徴とする請求項９に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項１３】 それぞれ第１及び第２の異なった時間特性で操作される少
なくとも第１及び第２のガス排出ランプと、 分析されるガスの存在中における上記少なくとも１つの第１及び第２ガス排出
ランプを検出する少なくとも１つの検出器と、 上記少なくとも１つの検出器からの出力をうけとり、識別した出力を上記第１
及び第２の異なった時間特性に基づいて上記第１及び第２のガス排出ランプへ送
信する識別機とで構成されるアイソトピックガス分析器。 - 【請求項１４】 上記第１及び第２の異なった時間特性が第１及び第２の周
波数であることを特徴とする請求項１３に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項１５】 上記第１及び第２の異なった時間特性が第１及び第２のフ
ェイズであることを特徴とする請求項１３に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項１６】 分析されるガスの存在中の上記少なくとも第１と第２のガ
ス排出ランプの出力を検出する上記少なくとも１つの検出器が単一の検出器から
なっていることを特徴とする請求項１３に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項１７】 分析されるガスの存在中の上記少なくとも第１と第２のガ
ス排出ランプの出力を検出する上記少なくとも１つの検出器が、それぞれ第１及
び第２のガス排出ランプを検出する２つの検出器からなっていることを特徴とす
る請求項１３に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項１８】 分析されるガスの存在中の上記少なくとも第１と第２のガ
ス排出ランプの出力を検出する上記少なくとも１つの検出器が２つの検出器から
なっており、１つは第１及び第２のガス排出ランプからの吸着信号の出力を検出
し、もう１つは第１及び第２のガス排出ランプからのゼロ設定を検出することを
特徴とする請求項１３に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項１９】 上記少なくとも１つの検出器からの出力をうけとり、識別
した出力を上記第１及び第２の異なった時間特性に基づいて上記第１及び第２の
ガス排出ランプへ送信する識別機が、第１及び第２のシンクロナイズドシグナル
プロセッサで構成されていることを特徴とする請求項１３に記載のアイソトピッ
クガス分析器。 - 【請求項２０】 少なくとも第１及び第２の励起ガスと同定された同位体に
おけるディスチャージランプと、 分析されるガスの現状における上記ディスチャージランプの出力を観察する少
なくとも１つの検出器と、 上記第１及び第２の励起ガスと同定された同位体の上記第１及び第２のスペク
トルそれぞれの部分に対応する少なくとも１つの第１及び第２のフィルターと、 上記少なくとも第１及び第２のスペクトルに対応する検出器の出力を識別する
ための検出器と協働する識別機とで構成されることを特徴とするアイソトピック
ガス分析器。 - 【請求項２１】 識別機は少なくとも１つの上記第１及び第２のフィルター
の上記ライトの出力を既知の時間シーケンスで調整する少なくとも１つのライト
バルブを備えることを特徴とする前記いずれかの請求項に記載のアイソトピック
ガス分析器。 - 【請求項２２】 上記第１及び第２のフィルターの上記ライトの出力を既知
の時間シーケンスで調整する上記少なくとも１つのライトバルブがチョッパであ
ることを特徴とする請求項２１に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項２３】 上記第１及び第２のフィルターの上記ライトの出力を既知
の時間シーケンスで調整する上記少なくとも１つのライトバルブが立体ライトモ
ジュレータであることを特徴とする請求項２１に記載のアイソトピックガス分析
器。 - 【請求項２４】 少なくとも１つのライトバルブがそれぞれ第１及び第２の
異なった時間特性で操作され、上記検出器からの出力をうけとり、上記第１及び
第２の異なった時間特性に基づいて上記第１及び第２の励起ガスと関連する出力
を識別する検出器の出力識別機を構成する分別機がさらに備えられていることを
特徴とする請求項２１に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項２５】 上記第１及び第２の異なった時間特性が第１及び第２の周
波数であることを特徴とする請求項２４に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項２６】 上記第１及び第２の異なった時間特性が第１及び第２のフ
ェイズであることを特徴とする請求項２４に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項２７】 上記分別機が第１及び第２のシンクロナイズドシグナルプ
ロセッサを備えることを特徴とする請求項２４に記載のアイソトピックガス分析
器。 - 【請求項２８】 励起ガスと同定された第１及び第２の同位体を含むディス
チャージランプと、 分析されるガスの現状における上記ディスチャージランプの出力をそれぞれ確
認する第１及び第２の検出器と、 第１及び第２の励起ガスと同定された同位体のそれぞれ第１及び第２のスペク
トルにそれぞれ付随し、上記ディスチャージランプとそれぞれ第１及び第２の検
出器との間に設けられている第１及び第２のフィルターとで構成されるアイソト
ピックガス分析器。 - 【請求項２９】 上記フィルターが光学フィルター及び気体フィルターのう
ちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項２０乃至２８のいずれかに記
載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項３０】 少なくともいくつかが統合されたスペクトルラインを含む
スペクトルの範囲をオーバーラップした第１及び第２の励起ガスとして同定され
た同位体を含む少なくとも１つのガスディスチャージランプと、 分析されるガスの現状についての少なくとも１つのガスディスチャージランプ
の出力を検出する検出器と、 上記検出器から得られた出力をうけとり、上記検出器によっていくつか統合さ
れたスペクトル線の少なくとも２つから検出された情報を利用する気体包含イン
ジケーターとで構成されるアイソトピックガス分析器。 - 【請求項３１】 分析される上記ガスは、維持する大気圧下において圧力を
維持していることを特徴とする請求項３０に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項３２】 フィルターは少なくともいくつかの統合されたスペクトル
ラインを含むオーバーラップしていないスペクトルの範囲を分離するために利用
されていることを特徴とする請求項３０に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項３３】 サンプルガス中の少なくとも１つの同位体を分析し、少な
くとも１の上記同位体に特化した少なくとも１つの放射線の波長安定源を含んで
いる光学吸収分析器と、 レファレンスガスを含んでいるチャンネルと、 上記サンプルガスとレファレンスガスの主同位体濃度を実質上同じにさせるた
めの浸透手段とを備えたアイソトピックガス分析器。 - 【請求項３４】 サンプルガス中の少なくとも１つの同位体を分析し、少な
くとも１の上記同位体に特化した少なくとも１つの放射線の波長安定源を含んで
いる光学吸収分析器と、 レファレンスガスを含んでいるチャンネルと、 実質的にサンプルガス及びレファレンスガス中の主同位体濃度を実質上同じに
するポンプ手段とで構成されるアイソトピックガス分析器。 - 【請求項３５】 分析されるガスが呼息であることを特徴とする前記いずれ
かの請求項に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項３６】 呼息の選択された一部分のみを分析に用いることを特徴と
する請求項３５に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項３７】 中間チャンバーは上記呼息の少なくとも一部分から複数の
息を集めて利用し、ポンプ手段は分析器に送り込むために用いられることを特徴
とする請求項３５に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項３８】 上記中間チャンバーはそれぞれ一定の圧力を維持する間、
内容物を排出するためにその体積を減少させる手段を有していることを特徴とす
る請求項３７に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項３９】 上記呼息は鼻腔カニューレに接続されることによって連続
的にサンプリングされることを特徴とする請求項３７に記載のアイソトピックガ
ス分析器。 - 【請求項４０】 上記呼息は呼息管によって連続的にサンプリングされるこ
とを特徴とする請求項３７に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項４１】 上記ライトモジュレーションは少なくとも１つのレファレ
ンス、サンプル、ゼロレファレンスチャンネルにおいて機能することを特徴とす
る請求項２１乃至２７のいずれかに記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項４２】 少なくとも１の上記同位体に特化した少なくとも１つの放
射線の波長安定源を含み、サンプルガス中の少なくとも１の同位体を分析するた
めの上記光学吸収分析器と、 レファレンスガスを包含したチャンネルと、 サンプルガス及び上記レファレンスガス中のそれぞれ同じ主同位体を吸収させ
るため少なくとも１つのチャンネルの長さを変化させる機械手段。 - 【請求項４３】 光路中の不均等性を補正するためのビームホモジナイザー
と一体化しているアイソトピックガス分析器。 - 【請求項４４】 関連する同位体のスペクトルの範囲はオーバーラップして
いないことを特徴とする前記いずれかの請求項に記載のアイソトピックガス分析
器。 - 【請求項４５】 少なくとも１つの上記レファレンス、サンプル、ゼロレフ
ァレンスチャンネルを調べるために検出器が配列されているアイソトピックガス
分析器。 - 【請求項４６】 サンプルガスの選ばれた一部分を動的に収集する装置。
- 【請求項４７】 上記ガスサンプルが多数のサンプルであることを特徴とす
る請求項４６に記載の装置。 - 【請求項４８】 上記ガスサンプルが少なくとも１つの患者の息であること
を特徴とする請求項４６及び４７に記載の装置。 - 【請求項４９】 上記息の選択された部分が医学的に重要なものであること
を特徴とする請求項４８に記載の装置。 - 【請求項５０】 ガスサンプルの選択された部分を動的に収集する装置を備
えたアイソトピックガス分析器。 - 【請求項５１】 請求項４７乃至４９のいずれかの装置を備えたアイソトピ
ックガス分析器。 - 【請求項５２】 上記ガス分析器が質量分析計であることを特徴とする請求
項５０または５１のいずれかに記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項５３】 ガス分析器が非分散赤外分光計であることを特徴とする請
求項５０または５１のいずれかに記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項５４】 非分散赤外分光計が少なくとも１の上記同位体に特化した
少なくとも１つの放射線の波長安定源を構成していることを特徴とする請求項５
３に記載のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項５５】 少なくとも２つのサンプルが対象となる同位体の同位体比
を同じくして収集されることを特徴とする請求項５０乃至５４のいずれかに記載
のアイソトピックガス分析器。 - 【請求項５６】 分析用ガスサンプルを収集するための中間チャンバーシス
テムとして作用することを特徴とする請求項４６乃至４９のいずれかに記載の装
置。 - 【請求項５７】 呼息センサーと、 少なくとも１つのガスサンプルの少なくとも一部分を選択するバルブ手段と、 少なくとも１つのガスサンプルの上記少なくとも一部分を蓄積するチャンバー
とで構成されている分析する少なくとも１つのガスサンプルを蓄積する中間チャ
ンバーシステム。 - 【請求項５８】 上記呼息センサーがカプノグラフプローブであることを特
徴とする請求項５７に記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項５９】 上記呼息センサーが光学プローブであることを特徴とする
請求項５７に記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項６０】 上記呼息センサーが圧力プローブであることを特徴とする
請求項５７に記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項６１】 上記呼息センサーが流動プローブであることを特徴とする
請求項５７に記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項６２】 上記バルブ手段が少なくとも１つのチェックバルブで構成
されていることを特徴とする請求項５７に記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項６３】 上記バルブ手段が少なくとも１つの電気的に駆動する電磁
弁で構成されていることを特徴とする請求項５７に記載の中間チャンバーシステ
ム。 - 【請求項６４】 上記少なくとも１つのガスサンプルの上記少なくとも一部
分を蓄積するチャンバーが硬質のものであることを特徴とする請求項５７に記載
の中間チャンバーシステム。 - 【請求項６５】 上記少なくとも１つのガスサンプルの上記少なくとも一部
分を蓄積するチャンバーが柔軟のものであることを特徴とする請求項５７に記載
の中間チャンバーシステム。 - 【請求項６６】 上記少なくとも１つのガスサンプルの上記少なくとも一部
分を蓄積するチャンバーが一部分は硬質で一部分は柔軟なものであることを特徴
とする請求項５７に記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項６７】 少なくともシステムの一部が使い捨てのものである請求項
５７乃至６７のいずれかに記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項６８】 対象となる同位体の濃度を低下させるために希薄手段をも
構成していることを特徴とする請求項５７乃至６７のいずれかに記載の中間チャ
ンバーシステム。 - 【請求項６９】 希薄手段は切り替え可能なガススクラバーにより構成され
ていることを特徴とする請求項６８に記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項７０】 上記バルブ手段のタイミングが分析の必要性に応じて決定
されることを特徴とする請求項５７乃至６９のいずれかに記載の中間チャンバー
システム。 - 【請求項７１】 上記バルブ手段のタイミングが上記分析の結果により決定
されることを特徴とする請求項７０に記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項７２】 息の収集に被験者の介入を必要としない請求項７０及び７
１のいずれかに記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項７３】 息の収集にオペレーターの介入を必要としない請求項７０
及び７１のいずれかに記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項７４】 ガス分析器中のレファレンスガスとして使用するためにガ
スのサンプルを収集することを特徴とする前記のいずれかのクレーム記載の中間
チャンバーシステム。 - 【請求項７５】 サンプルガスが少なくとも第１の息から収集される請求項
７４に記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項７６】 チャンバーに集められる少なくとも１つのガスサンプルの
少なくとも一部分がガス分析器に移動することを特徴とする請求項５７に記載の
中間チャンバーシステム。 - 【請求項７７】 チャンバーに集められる少なくとも１つのガスサンプルの
少なくとも一部分がコレクションコンテナーによって分析器に移動することを特
徴とする請求項７６に記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項７８】 ガス分析器によって呼息センサーは自己測定される中間チ
ャンバーにより構成されるガス分析器。 - 【請求項７９】 被験者の信号サンプルから同じ同位体比をもって希釈化さ
れたサンプルの中間チャンバーグループ手段を設けることによって自己測定でき
、分析器によって同位体比が測定されサンプルの固定同位体比と比較され、ガス
分析器を再修正するために比較の結果を用いる中間チャンバーにより構成される
ガス分析器。 - 【請求項８０】 サンプルが息のサンプルである請求項７９に記載のガス分
析器 - 【請求項８１】 同一のサンプルにおける少なくとも１つの同位体の濃度に
おける普及を用いて正常な患者からのサンプルの測定された同位体比における普
及に関連によって自己測定できるガス分析器。 - 【請求項８２】 多数の息を収集するための中間チャンバーシステム。
- 【請求項８３】 蓄積されたサンプルの終わり濃度が分析器によって決定さ
れる、分析ガスのサンプルを蓄積する中間チャンバーを構成するガス分析器。 - 【請求項８４】 一時的に変化する息を用いて濃度と体積をあらかじめ決定
するのに有効な請求項５７に記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項８５】 目的物の二酸化炭素波頭の高い領域からの息の採集に有効
な請求項５７に記載の中間チャンバーシステム。 - 【請求項８６】 ガスセンサーと、 第１の電磁弁と、 第２の電磁弁と、 ガススクラバーと、 ポンプと、 少なくとも１つのコレクションコンテナーと、 少なくとも第３の電磁弁とで構成されるコンピュータで制御されるガスハンドリ
ングシステムを備え、 第１の電磁弁はガスをガスの廃棄もしくはガススクラバーを通過してもしくは
直接に第２のソレノイドバルブに送るかのどちらかのチャンネルへガスを導き、
ポンプはガスを第２の電磁弁から少なくとも１つのコレクションコンテナーへポ
ンピングし、第３の電磁弁はガスを少なくとも１つのコレクションコンテナーへ
送るためのチャンネルを操作することを特徴とする中間チャンバーシステム。 - 【請求項８７】 収集されたサンプルの終わり濃度が分析器により決定され
、 ガスの濃度を測定し、 少なくとも１つのサンプルの収集を行うかどうかの決定を行い、 収集されたガスの容量を計算し、 収集されたガスが所望の濃度と体積であるか否かに基づいてさらにサンプルの
収集を続けるかどうかを決定する、濃度分析するガスの少なくとも１つのサンプ
ルの収集方法。 - 【請求項８８】 収集されたサンプルの終わり濃度が請求項８７の記載の方
法に基づいて分析器により決定され、上記少なくとも１つの分析されるガスのサ
ンプルが、少なくとも１つの息のサンプルであることを特徴とする濃度分析する
ガスの少なくとも１つのサンプルの収集方法。 - 【請求項８９】 少なくとも１つの分析のためのガスサンプルが鼻腔カニュ
ーレによって収集されることを特徴とする請求項５７乃至８６のいずれかに記載
の中間チャンバーシステム。 - 【請求項９０】 少なくとも１つの分析のためのガスサンプルが口腔呼息管
の手段によって収集されることを特徴とする請求項５７乃至８６のいずれかに記
載の中間チャンバーシステム。
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