JP5502269B2 - 呼気分析装置 - Google Patents
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Description
Lは測定セルの物理的な長さであり、vは呼気サンプルの流速、Kは流入速度と流出速度との比である。壁の薄い管構造が用いられる理想的なケースでは、Kは1に近づく。現実に、一般的なシステム設計ではK=0.1〜0.2となる。L=100mmおよびv=1m/秒を代入するとτrr=0.5〜1秒となる。システムの応答・復帰時間を、一般的な被験者の視覚の反応時間に調和させるという要求は、このように、現実的なものになると考えられる。
lは赤外線の経路の長さ、Cは濃度、αλは波長λにおけるその物質の吸光係数である。IiおよびIoを測定し、既知の値αλおよびlを用いることによって、物質の濃度Cを求めることが可能である。この計算の信頼性は、次の方法で著しく信頼性を向上させることが可能である。すなわち、種類および濃度の両方が完全に判明している、あるいは部分的に判明している、基準となる物質を含めた複数の物質について並行して計算を行う方法である。呼気サンプルは常に水蒸気と二酸化炭素とを含んでいるため、これらを、上述の方法における基準となる物質としてよい。
2 赤外線光源
3 凹状反射部
4、5 反射面
6、7 支持構造
8、9 検出器
10、11 蓋
12 電子信号処理装置
13、14 干渉フィルタ
15 表示手段
16 ポンプ
17 測定セル
18 温度センサ
Claims (52)
- 被験者の呼気サンプルに含まれる複数の揮発性物質の検出および分析システムにおいて、
前記揮発性物質の特定の吸光ピークの波長レンジに調整された少なくとも1つの赤外線光源と、
コリメーション用に構成された赤外線の複数の反射面と、
前記吸光ピークに相当する波長間隔における前記赤外線の透過光に対応する複数の電気出力信号を提供する少なくとも1つの検出器と、
前記赤外線光源、反射面および検出器の位置を決定する機械的な支持構造を含み前記呼気サンプルの受取および廃棄を行うよう構成され呼気サンプルを前記赤外線に曝す少なくとも1つの測定セルと、
前記揮発性物質の赤外線吸収スペクトルに関する予めプログラムされた情報に従って前記電機出力信号を分析可能な少なくとも1つの電子信号処理装置とを含み、
該システムの応答は、表示その他の方法で通知され実質的に即座に知覚され、
前記呼気サンプルは、前記被験者の近辺の自由空気中から収集され、
前記測定セルは、十分な断面積を有する入口および出口を備え、前記測定セル内で呼気を実質的に層流とし、
前記物質の1つは二酸化炭素であり、前記被験者の近辺における二酸化炭素濃度の測定は、肺胞の二酸化炭素濃度の予測値と組み合わせて行い、前記呼気サンプルの希釈の程度を判定することを特徴とする検出および分析システム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、該システムの応答および復帰は、主として、前記呼気サンプルが前記測定セルを通過する通過時間によって決定されることを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、該システムの応答・復帰時間は、10秒より短いことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記測定セル内の滞流域が占める領域は、前記赤外線の透過光路の10%より小さいことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記測定セルは管構造を有することを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、ポンプまたはファンにより前記呼気サンプルを前記測定セルを通して積極的に運搬する手段を含むことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記赤外線光源は実質的に黒体放射体を構成する高温フィラメントであり、通常の被験者の視覚の反応時間より著しく短い調節時間を有することを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記赤外線の経路長は、前記測定セルの物理的な寸法より大きいことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記反射面は少なくとも部分的に凹状であり、前記赤外線に対する反射係数は0.99を超え、各反射面は、対向する1つの反射面の曲率半径の中心と、1点において一致することを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記赤外線は少なくとも部分的にコリメートされ、複数回反射され、該複数回は5回を超えることを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、不変の、あるいは電子的に制御可能な特性を有する少なくとも1つの干渉フィルタまたは高精度の回折格子を含む、少なくとも1つの光分散素子または吸光素子を備えることを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記検出器は熱電対または焦電素子であることを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記電子信号処理装置は、揮発性または不揮発性の情報記録用の少なくとも1つのメモリ装置と、予めプログラムされた論理演算および算術計算の順次処理を実行する少なくとも1つの装置とを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記物質の少なくとも1つはエチルアルコールであり、前記被験者の挙動に影響を与える薬品であることを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、呼気による前記測定セルへの呼気サンプルを提供するよう指示を与える、前記被験者に向けられた表示手段を含むことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記支持構造は、前記呼気サンプルを受ける開口および廃棄する開口が設けられている積極的な作動状態と、前記赤外線光源、反射面、光分散素子および検出器が周囲へ露出しないように守られている消極的な作動状態との間を変形可能であることを特徴とするシステム。
- 請求項1または16に記載のシステムにおいて、前記作動状態のいずれかを選択する電機機械的な手段を含むことを特徴とするシステム。
- 請求項1または16に記載のシステムにおいて、前記作動状態のいずれかの選択は、部分的に、あるいは全体的に、自動化されていることを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、当該システムを構成する実質的にすべての要素を収容する1つの収容体を含み、これによって、限定された物理的に一体の装置が形成され、該装置は、例えば手で持てる大きさの装置として、あるいは、例えば車両に固定された装置として構成されることを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記物質を判定するにあたって生じるクロス感度は最小であることを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記物質が上気道または下気道のいずれから発せられているかを表示することを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記支持構造は、射出成形によって製造される少数の部品から組み立てられることを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記測定セル内の温度または気流速度の測定を行う少なくとも1つのセンサを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、負帰還ループによって、あるいは計算アルゴリズム中に補償を設けることによって、不適切な相互依存を補償することを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、個々の呼吸における物質濃度の分析を含む、前記出力信号のリアルタイム監視を行うことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、処理後の前記信号によって、車両の始動や運転のロック/アンロック状態を決定することを特徴とするシステム。
- 被験者の呼気サンプルに含まれる複数の揮発性物質の検出および分析方法において、
被験者の呼気の流れの中に測定セルを位置調節し、前記呼気サンプルの受取および廃棄を可能にする工程と、
前記測定セル内の前記呼気サンプルを、前記物質の特定の吸光ピークの少なくとも1つの波長レンジにある、少なくとも1つの赤外線光源からの赤外線に曝す工程と、
前記呼気サンプルを通過した前記赤外線を検知し、これによって、前記吸光ピークに相当する波長間隔における前記赤外線の透過光に対応する複数の出力信号を提供する工程と、
呼気サンプルを通過する赤外線の経路を、複数の反射面によって延長する工程と、
前記物質の赤外線吸光係数に関する予めプログラムされた情報に従って前記信号を分析する工程と、
検出および分析に対する応答を表示しあるいは通知して実質的に即座に知覚させる工程とを含み、
前記呼気サンプルは、前記被験者の近辺の自由空気中から収集し該自由空気に廃棄し、
前記測定セルを通過する前記呼気サンプルの流れは、管構造を有し十分な断面積を有する入口および出口を備えた前記測定セルによって実質的に層流とされ、
前記物質の1つは二酸化炭素であり、前記被験者の近辺における二酸化炭素濃度の測定は、肺胞の二酸化炭素濃度の予測値と組み合わせて行い、前記呼気サンプルの希釈の程度を判定することを特徴とする検出および分析方法。 - 請求項27に記載の方法において、応答および復帰は、前記呼気サンプルが前記測定セルを通過する通過時間によって決定することを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記検出および分析に対する応答・復帰時間は、10秒より短いことを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記分析は、前記出力信号の経時変化の観察を含むことを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記被験者に、呼気を前記測定セルへ提供するよう指示を与えることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記測定セル内の滞流域は、前記赤外線の透過光路の10%を超えないことを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記支持構造は、前記被験者の近辺の呼気の流れの中に位置調節可能となっていることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、ポンプまたはファンにより、前記呼気サンプルの前記測定セルを通した積極的な運搬を補助することを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記赤外線光源の調節は、一般的な被験者の視覚の反応時間より著しく短い調節時間で行えるようになっていることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記赤外線の経路長は、前記支持構造の物理的な寸法より大きいことを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記赤外線の反射面は少なくとも部分的に凹状であり、前記赤外線に対する反射係数は0.95を超え、各反射面は、対向する1つの反射面の曲率半径の中心と、1点において一致することを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記赤外線は少なくとも部分的にコリメートし、複数回反射させ、該複数回は5回を超えることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、不変の、あるいは電子的に制御可能な特性を有する少なくとも1つの干渉フィルタまたは高精度の回折格子によって、前記赤外線の分散または吸収を行うことを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記検出は少なくとも1つの熱電対または焦電素子によって行なうことを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記測定セルは管構造を有し、前記呼気サンプルの受取および廃棄を行う入口および出口を含み、前記入口および出口は、十分な断面積を有して実質的に層流を維持し、前記測定セル内の滞流域が占める領域は、前記赤外線の透過光路の10%より小さいことを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記信号分析は少なくとも1つの電子信号処理装置で行い、該装置は、揮発性または不揮発性の情報記録用の少なくとも1つのメモリ装置と、予めプログラムされた論理演算および算術計算の順次処理を実行する少なくとも1つの装置とを含むことを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記物質の少なくとも1つはエチルアルコールであり、前記被験者の健康または挙動に関係する薬品であることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、呼気による前記支持構造への呼気サンプルを提供するよう、前記被験者に指示を与えることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記支持構造は、前記呼気サンプルを受ける少なくとも1つの開口が設けられている積極的な作動状態と、前記赤外線光源、反射面、光分散素子および検出器が周囲へ露出しないように守られている消極的な作動状態との間を選択可能であることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、電機機械的な手段により、少なくとも部分的に自動化した方法で、前記作動状態のいずれかを選択することを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記物質を判定するにあたって生じるクロス感度は最小であることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記物質が上気道または下気道のいずれから発せられているかを表示することを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、前記物質の判定は重複した処理を含み、これによって一般的な不慮のエラーまたは意図的なエラーに対する自己検査機能を備えていることを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、負帰還ループによって、あるいは計算アルゴリズム中に補償を設けることによって、不適切な相互依存を補償することを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、個々の呼吸における物質濃度の分析を含む、前記出力信号のリアルタイム監視を行うことを特徴とする方法。
- 請求項27に記載の方法において、処理後の前記信号によって、車両の始動や運転のロック/アンロック状態を決定することを特徴とする方法。
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