KR20160050049A - 신생아 이산화탄소 측정 시스템 - Google Patents

신생아 이산화탄소 측정 시스템 Download PDF

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KR20160050049A
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앤써니 디. 원드카
애니쉬 바트나가
페드로 이. 드 라 세르나
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카프니아, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 역사적으로 정확한 측정에 사용할 수 없는 호흡 패턴을 고려하는 호흡 매개변수 측정 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 빠른 호흡 패턴 중에, 측정을 수행하는 센서는 참된 판독을 제공하기에 충분히 빨리 반응할 능력이 없을 수 있다. 본 발명은 예컨대 신생아 호흡 이산화탄소 측정의 경우에 유용할 수 있다.

Description

신생아 이산화탄소 측정 시스템{NEONATAL CARBON DIOXIDE MEASUREMENT SYSTEM}
[0001] 본 출원은 2013년 8월 30일 출원된 미국 가특허출원번호 제61/872,415호에 기초한 우선권 주장 출원으로 상기 출원 모두는 그 내용 전체가 본 발명에 참조 병합된다.
[0002] 본 발명은 호흡 측정 및 모니터링 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 환자 상태를 모니터링하기 위한 목적으로 환자의 호기에서 구성성분을 측정하는 분야에 관한 것이다.
[0003] 다양한 호흡 파라미터 측정 분야에서, 현재 최첨단 측정 기술은 빠른 호흡 패턴에서는 도입된 센서의 반응 시간이 호흡 파라미터를 측정하기에 충분히 빠르지 않기 때문에 정확하거나 신뢰할만한 측정을 제공할 수 없다. 이러한 측정 분야는 지속적인 모니터링이 필요한 경우이거나, 또는 간헐적 모니터링이 필요한 경우, 또는 1회 호흡 시험이 필요한 경우일 수 있다. 예컨대 카프노메트리(capnometery, 호기말이산화탄소분압측정법)에서, 적외선 센서가 호기 중의 CO2를 측정하는데 사용된다. 센서는 환자 호기 흐름과 일치될 수 있거나, 또는 일반적으로 기계적 환기의 경우 샘플링 라인이라고 일컫고, 자가 호흡의 경우 비강 캐뉼라라고 일컫는 가스 샘플 배기 튜브를 통해 호기 흐름과 연결될 수 있다. 빠른 호흡 패턴에서, 카프노메트리 센서는 각 호흡에 대하여 일부 진폭의 파형을 지시함으로써 일반적으로 호흡 속도를 나타낼 수 있으나, 각 호흡에 대하여 CO2의 실제 피크값을 지시하지는 못한다. 상용 시스템에 있는 제품 자료를 검토하면 이러한 한계가 실제로 존재함을 알 수 있다.
[0004] 현재 카프노메트리 시스템에서, 정확한 측정을 방해하는 주요한 두가지 기술적 한계가 있다. 첫째로, 호흡 샘플 수집 장치가 가스의 한 구획과 다른 한 구획이 혼합되는 것을 허용하여, 그 결과 서로 다르고 분리된 구획들의 균질성 및 순도를 방해한다. 이러한 혼합은 환자 인터페이스 구성요소, 밸브, 필터, 물 트랩, 호흡 센서 자체, 커넥터 및 샘플링 튜브에서 일어난다. 이러한 기술적 문제의 해결책은 Capnia에 의해 개시되었다 (참조: Capnia 미국 가출원번호 제61/872,270호, 그 내용 전체가 본 발명에 참조 통합된다). 두번째 문제는 본 명세서에 설명되는데, 이는 도입되는 센서 기술의 고유 반응 시간이다. 센서의 반응 시간은, 환자가 빠르게 호흡할 경우, 예컨대 분당 30 호흡(bpm) 이상일 경우, 호흡 중에서 CO2를 정확하게 측정하기에 충분히 빠르지 않다. 환자로부터 획득한 가스는 센서를 통하여 이동한다. 호기 가스가 센서를 통하여 흐를 때, 센서는 가스 내의 CO2 분자에 반응할 것이고, 이 반응은 신호 반응으로 알려져 있다. 신호 반응의 진폭은 가스 샘플 내의 CO2 분자의 양 또는 CO2 농도에 따라 달라지며, 이에 대응한다. 그러나, 센서 신호 반응은 동시에 일어나지 않는다; 센서가 단일 호흡 주기의 가스 한 덩어리(a bolus) 내의 CO2 분자에 반응을 완료하는 400 milliseconds (ms) 만큼 시간이 소요될 수 있다. 그러므로, 센서가 호기 한 덩어리의 CO2 분자에 반응을 완료하기 전에 환자가 호기에서 흡기로 바뀌면, 센서의 신호 반응은 실제 피크값에 도달하지 않을 것이다. 이러한 기술적 문제는 신호의 클리핑(clipping)이라고 일컫는다. 설계자는 센서가 충분히 빠른 경우 신호가 피크에 도달하는 위치를 외삽법으로 추정하는 것을 시도할 수 있으나, 이러한 외삽은 부정확하며, 환자의 일반적인 임상 조건을 고려하지 않고, 따라서 의료 호흡 시험 적용에 사용되어서는 안된다. 이러한 반응 시간 한계의 예시는 다음과 같다.
[0005] 환자가 60 bpm으로 호흡하고, 흡기/호기 시간 비율이 50/50라고 가정하면, 그 또는 그녀의 호기 시간은 500 ms일 것이다. 폐는 50%가 기도 사강(死腔; deadspace)이고, 일정한 호기 유량이라고 가정하면, 이 사람은 호기 시간의 절반에 또는 250 ms 동안 폐포 가스를 내보낼 것이다. 이제, 센서가 호기의 끝에 300 ms의 반응시간을 갖는다고 가정하면, 센서는 폐포 가스의 한 덩어리 분량에서의 전체 CO2 분자에 완전히 반응하지 못했을 것이고, 신호 반응이 선형일 경우 실제 피크값의 단지 83% (250/300)에 도달했을 것이다. 이는 측정되는 가스의 실제 진폭에 도달하기 전에 센서 신호가 잘렸음을 의미하며, 이 예시에서는 5%의 CO2 대신에 4%의 CO2로 판독할 수 있다. 상술한 이유로, 카프노메트리는 환자가 40 또는 50 bpm 미만으로 호흡하지 않는한(이는 환자의 나이와 상태에 따라 종종 일어나지 않음), 신생아 CO2 모니터링에 있어서는 신뢰할 수 없다고 의료계에 알려져 있다. 카프노메트리 모니터의 일부 제조업체들은 종종 이러한 이유로 이 장치는 신생아 용도가 아니라고 말한다.
[0006] 전술한 한계를 피하는 가능한 선택권이 있다. 첫째로, CO2는 혈액에서 측정될 수 있으나, 이는 외과적이고 따라서 바람직한 시험이 아니며 지속적인 모니터링이나 반복 시험으로 사용되지 않는다. 둘째로, CO2는 경피적으로 측정될 수 있지만, 이들 시스템은 아직 모든 임상 상황에서 신뢰성이 입증되지 않았다 (Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed. 2006 July; 91(4): F295-F298. Are carbon dioxide detectors useful in neonates? E J Molloy and K Deakins 참조).
[0007] 신생아 CO2 측정에 대한 임상적 필요가 존재하기 때문에, 또한 이 측정은 비침습적이어야 한다는 요구 및 지속적이거나 간헐적인 모니터링을 할 수 있는 선택권이 있어야 한다는 요구 때문에, 이 환자 집단 및 도입된 센서에 비해 호흡주기가 상대적으로 빠른 경우의 다른 임상 상황 및 집단을 위한 정확하고 신뢰할만한 카프노미터가 상당히 필요하며 이는 아직 충족되지 않고 있다.
[0008] 본 발명은 대부분 신생아 카프노메트리에 관하여 기술되지만, O2와 같은 다른 호흡 마커 및 신생아가 아닌 다른 임상 분야에도 적용된다는 것을 다시 유의하여야 한다.
[0009] 도 1은 측정된 호흡 내의 CO2 값에 대한 종래기술의 카프노메트리를 시간의 함수로 도시한다.
[0010] 도 2는 환자로부터 수집된 가스를 여과하는데 사용되는 종래기술의 필터의 측단면도이다.
[0011] 도 3은 가스가 필터를 통하여 이동할 때 일어나는 가스 구획들의 혼합을 나타내는 도 2의 종래기술 필터를 도시한다.
[0012] 도 4는 시간의 함수로서 일련의 호흡에 대한 카프노메트리 신호를 나타내는 그래프인데, 여기서 카프노미터는 환자 호흡에서 CO2의 실제 피크값을 측정할 수 없으며, 본 발명은 이 문제를 해결한다.
[0013] 도 5는 환자 가스를 수집하고 측정하는데 사용되는 본 발명의 공기역학 시스템의 개략도이다.
[0014] 도 6은 원하는 가스 구획, 예컨대 호기말 구획을 다른 가스로부터 분리시키기 위하여 분리 챔버로 노선이 바뀐(shunt), 도 5의 시스템을 도시한다.
[0015] 도 7은 원하는 샘플이 분리 챔버에 완전히 배치되고 챔버 입구에 정확하게 일렬로 놓인, 도 5-6의 시스템을 도시한다.
[0016] 도 8은 3개의 구분되는 원하는 호흡들의 가스 구획이 분리 챔버로 노선이 바뀌어 구획들 사이에 공간 없이 챔버를 채운, 도 5-7의 시스템을 도시한다.
[0017] 도 9는 분리 챔버 내의 가스 샘플 한 덩어리가 측정용 센서로 전향된, 도 5-8의 시스템을 도시한다.
[0018] 도 10은 일련의 호흡에 대한 시간의 함수로서 CO2 호흡 파형도 및 분석을 위해 선택되는 호흡의 선택 및 실격을 위한 임계 기준값을 나타낸 것이다.
[0019] 도 11은 도 10에 도시한 일련의 호흡 중 하나의 호흡 파형의 세부도이다.
[0020] 도 12는 도 10에 도시한 원하는 호흡들 중에서 원하는 호기말 샘플을 수집하고 분리하기 위한 도 5의 시스템의 밸브 작동의 타이밍을 나타낸 도면이다.
[0021] 도 13은 도 9의 시스템 및 도 10에 도시한 호흡들의 샘플 덩어리를 센서로 측정했을 때의 CO2 센서 신호를, 도 9의 시스템의 밸브 작동을 표시하는 밸브 타이밍 도면과 함께 동시간 눈금으로 나타낸 그래프이다.
[0022] 도 14는 CO2 농도 보고에 의해 산재된 반복되는 호흡 속도 보고로 일 예시적 장치의 사용을 시간의 함수로 나타낸 그래프이다.
[0023] 도 15는 수집 후 샘플 덩어리가 흐름 발생기의 방향 변경 없이 측정용 센서로 전향되는, 대안적 공기역학 구조의 공기역학적 개략도이다.
[0024] 도 16은 첫번째 선택된 호흡의 첫번째 샘플이 샘플 분리 챔버로 진입하는 도 15의 시스템을 나타낸다.
[0025] 도 17은 샘플 분리 챔버를 채우고 있는, 수개의 선택된 호흡의 수개의 샘플을 포함하는 도 15 및 16의 시스템을 나타낸다.
[0026] 도 18은 샘플 덩어리를 조성 분석 센서로 전향시키는 도 15-17의 시스템을 나타낸다.
[0027] 도 19는 흐름 발생기 방향이 일정하게 유지되는 대안적 공기역학 구조의 공기역학적 개략도로서, 환자로부터의 흐름이 시스템을 통해 유도되는 상태를 나타낸다.
[0028] 도 20은 원하는 호흡의 원하는 가스 샘플의 노선을 바꾸고 저장하기 위한 목적으로 가스가 제2 가지(branch)로 전향되는, 도 19의 시스템을 나타낸다.
[0029] 도 21은 주변 공기가 시스템으로 유입되어 잔류하는 원치 않는 환자 가스를 세척하는, 도 19 및 20의 시스템을 나타낸다.
[0030] 도 22는 주변 공기가 유입되어 샘플 덩어리를 측정용 센서로 전향시키고 또다른 주변 포트로 나가서 시스템 밖으로 배출되는, 도 19-21의 시스템을 나타낸다.
[0031] 도 1은 비유아(non-infant) 환자에 사용되었을 경우의 카프노메트리를 나타낸 그래프이다. 일반적으로, 호흡 주기(breath period, BP), 호흡 속도 및 호기 시간(expiratory time, TE)은 카프노메트리 센서의 CO2 신호(100)가 호흡 샘플 중 실제 CO2(102)의 완전한 진폭을 기록하기에 충분히 느리므로, 정확한 etCO2 결과가 보고된다. 카프노메트리 곡선은 7개의 부분으로 쪼개질 수 있다. 호흡 곡선의 흡기 부분(1)으로서, 이 기간에는 기본적으로 카프노미터의 신호 반응이 없음; 호기의 시작(2)으로서, 이 기간에도 기본적으로 카프노미터의 신호 반응이 없음; 센서 지연 시간(3)으로서, 이는 센서가 센서의 감각 구성요소에 의해 발견된 호기 가스 중 첫번째 CO2 가스 분자에 반응하기 전의 짧은 지연 기간 또는 지연임; 폐의 더 깊은 곳의 가스가 배출될 때 배출되는 CO2의 백분율이 상승하기 때문인 호기 중간의 상승하는 신호(4); 폐포 가스를 대표하는 편평기(plateau)(6)로서, 이는 센서가 CO2 분자 농도에 완전히 반응하는 시간을 갖는 기간임; 및 호기가 끝나고 흡기 시작될 때 CO2 농도가 떨어지는 것에 대한 센서 반응의 지연 시간 또는 지연(7); 및 CO2 없음에 대한 센서 반응의 반응시간에 대응하는 신호의 하강(8). "실제 CO2" 곡선(102)과 "카프노메트리 신호" 곡선(100) 간의 차이는 샘플 측정에 대한 센서의 반응 시간의 효과를 보여준다. 이러한 효과는 다양한 임상 분야에서 사소하며 중요하지 않을 수 있으나, 신생아 분야와 같이 다른 경우에서는 이러한 효과는 불리할 수 있다. 그래프 하단에는, 환자로부터 끌어들인 가스 구획이, 측류 모니터링의 경우, 흡입된 주변 공기(110), 배출된 기도 공기(112), 및 배출된 폐포 가스(114)로서 그래프로 도시되어 있다.
[0032] 도 2 및 3에서, 호기 폐포 가스와 비폐포 가스의 혼합 문제가 예시된다. 일직선(in-line) 필터의 효과가 예시된다. 이러한 필터는 종종 환자로부터 샘플을 끌어오는데 사용되는 샘플링 튜브의 일 구획을 따라 환자의 습기 또는 세균을 여과하는데 사용된다. 도 2에서, 서로다른 기본 호흡 가스 구획들(폐포(114), 상부 기도(112) 및 주변(110))이 패킷으로 샘플링 경로(122)를 따라 필터 입구(120)로 이동하는 것이 도시된다. 첫번째 호흡의 가스가 필터로 들어가는 것이 도시된다. 필터는 아마도 사전에 깨끗이 되고 주변 공기로 채워져 있거나, 또는 단순히 기본 조건으로 내부에 주변 공기가 있는 상태이며, 따라서 주변 공기(108)로 채워진 것으로 도시되며. 필터의 외부 도관도 그러하다. 도 3에서, 환자의 첫번째 호흡의 서로다른 가스 구획들, 흡입된 주변 공기(110), 기도 공기(112) 및 폐포 공기(114)가 필터를 통해 이동할 때, 이들 구획은 필터 내의 주변 공기와 함께 혼합되어 혼합 가스(130)를 형성하고, 주변 공기로 희석된 상태로 필터를 나와서 오염된 기도 공기 샘플(132) 및 희석된 호기말 샘플(134)를 형성한다. 수개의 호흡 후, 호흡 패턴이 정상 상태인 경우, 희석이 정상 상태에 도달하지만, 결과적으로는 유입되는 샘플이 필터에서 희석되거나 오염되고, 필터를 나갈 때는 더 이상 본래의 순수한 상태가 아니다. 이러한 문제의 해결책은 별도의 Capnia 특허출원번호 제61/872,270호에 기술되어 있으며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조 통합된다.
[0033] 도 4는 센서 신호 반응 시간의 문제점, 및 센서가 피크 가스 농도를 측정하는데 있어 무능의 가능성을 보여준다. 이 경우에서도, 카프노메트리가 일례로 사용되지만, 측정은 다른 분석물일 수 있다. 호흡 속도는 60bpm으로 나타난다. 폐포 가스 호기 시간은 대략 250-275 msec이다. 센서 반응 시간은 > 275 msec이다. 피크 센서 신호는 3.8%로 입력되는 반면, 실제 피크 백분율은 5.0%이다. 따라서, 이 시스템은 이러한 임상 조건에서 CO2를 측정할 능력이 없다. 이제, 나머지 도면을 보면, 도 4에 도시된 문제의 해결책이 도시된다.
[0034] 도 5 내지 14에, 신규한 호흡 가스 샘플링 및 측정 시스템이 묘사된다. 반응 시간 한계를 극복하기 위하여, 이 시스템은 1개 이상의 호흡으로부터 호기 가스의 적절한 구획을 저장한 다음, 복수의-샘플 덩어리를 센서에 통과시킨다. 예를 들어, 이 덩어리가 각각 150msec 지속시간의 2개의 호흡의 호기말 가스 샘플로 구성되는 경우, 그 결과 얻어지는 결합된 샘플은 지속시간 300msec이다. 이러한 독특한 설계 및 방법에 의해, 이제 이 덩어리는 단지 150msec 길이가 아니라 300msec 길이이므로, 센서는 이 덩어리 내 CO2의 완전한 진폭을 기록하기에 충분한 시간을 갖는다.
[0035] 도 5에, 공기역학적 장치(150)가 도시되는데, 이는 환지 입구(Pt), 입구 밸브(V1), 주변 입구(amb), 호흡 분석 센서(S), 샘플 수집 컴파트먼트(140), 우회 채널(142), 샘플 수집 컴파트먼트의 입구에서의 밸브(V2), 셈플 수집 컴파트먼트의 반대편 끝에서의 밸브(V3), 펌프(P), 및 배출구(E)를 포함한다. 밸브(V1, V2 및 V3)은 각각 3개의 포트(a, b, 및 c)를 가질 수 있고, 포트 c는 항상 열려 있으며, 시스템은 연속된 수집 및 시험 중에 포트 a와 포트 b 사이에 방향을 바꾼다. 도 5에서, 환자 가스는, 예컨대 장치의 환자 입구(Pt)에 부착된 비강 캐뉼라 또는 샘플링 튜브를 통해, 진공 펌프(P)에 의해 장치로 유입된다. 환자 가스는 표적 호흡의 호기말 샘플이 센서(S)에 의해 식별되고 밸브(V2)에 도착할 때까지, 샘플 수집 영역(140) 주변으로 우회로(142) (밸브 V2 포트 b에서 밸브 V3 포트 b)를 통해 이동한다. 이때, 도 6에 보인 바와 같이, 호기말 샘플은 샘플 수집 영역(140)으로의 유입이 허용되며, 그 영역에 제대로 정렬되고 위치하면, 도 7에 도시한 바와 같이, 환자 가스는 다시 한번 우회로를 통해 이 영역 주변으로 전향된다. 궁극적으로, 도 8에 도시한 바와 같이, 샘플 수집 영역은 2개 이상의 호흡의 2개 이상의 호기말 샘플로 채워진다. 마지막으로 도 9에 도시한 바와 같이, 펌프 방향이 역전되고, 환자 입구는 밸브(V1)에서 폐쇄되며, 주변 포트(amb)는 개방되고, 샘플 덩어리는 그 뒤의 배출구(E)로부터 오는 주변 공기에 의해 센서(S)를 통해 거꾸로 밀려 가서, 밸브(V1)의 주변 포트 b로 나간다. 센서(S)는 샘플 덩어리가 이것을 통과할 때 샘플 덩어리 내의 CO2를 측정하여, etCO2 값을 기록한다.
[0036] 도 10을 참조하면, 복수의 호기말 샘플이 수집된 호흡들은, 비정상 상태의 호흡, 간헐적 호흡, 또는 불규칙적 호흡의 경우, 비연속적 호흡일 수 있다. 호흡 패턴 알고리듬은 측정을 위해 추구하는 호흡 유형의 정확히 균질한 샘플 덩어리를 얻기 위하여, 특정 호흡 유형, 예컨대 정상 1회호흡량 호흡을 대표하는 호흡을 표적으로 하고 그밖의 호흡은 배제시키기 위하여 도입된다. 호흡 측정 임계값 및 그밖의 호흡 기준은 특정 상황에서 무엇이 정상 또는 비정상인지 설정하기 위하여, 전향적으로, 실시간으로, 또는 후향적으로 또는 이들의 조합으로 정의된다. 도 10에 도시한 바와 같이, 호흡 9, 14 및 19는 기준을 통과하고 허용가능한 것으로 간주되며 샘플 수집에 표적이 된다. 도 8을 보면, 이들 3개의 호흡의 호기말 가스 샘플은 수집되고 샘플 컴파트먼트(140)에 저장되는 것으로 나타난다.
[0037] 도 11에서, 도 10의 호흡 9는 더욱 상세하게 도시된다. 이 실시예에서 1개 이상의 호흡의 호기의 마지막 150 msec을 획득하고 측정하는 것이 바람직하다. 마지막 150 msec는 이 샘플이, 매우 빠른 호흡 속도에서도, 깊은 폐 샘플이며 혈액 내에 있는 것을 대표한다는 것을 보장할 것이다. 이 시간은 기본값일 수 있거나, 또는 임상 적용, 및/또는 지배적인 호흡 패턴에 근거하여 자동으로 또는 수동으로 구성될 수 있다. 도 12는 이들 샘플이 다른 가스와 혼합되지 않도록 이들 샘플의 노선을 바꾸고, 분리, 및 샘플 수집 영역에 저장하기 위한, 및 충분한 양의 호기말 깊은 폐포 가스의 균질한 샘플 덩어리를 보장하기 위한, 도 5-8의 밸브(V2 및 V3)의 타이밍 및 작동을 묘사한다. 밸브를 제어하여 표적이 되는 첫번째와 마지막 호흡의 호기말 샘플이 샘플 수집 영역에 넘치도록 하는 것이 유리할 수 있다; 샘플 1의 시작은 샘플 수집 영역 밖으로 확장되고, 샘플 3의 끝이 샘플 수집 영역에 완전히 진입하지 않음. 이러한 "과주입(overfilling)" 기술은 샘플 내 표적 가스의 농도를 오염시킬 수 있는 비호기말 샘플을 샘플 수집 영역이 전혀 포함하지 않도록 보장하는데 도움이 될 것이다. 도 13은 호기말 샘플 덩어리가 센서로 되돌아올 때, 이 샘플 덩어리에 대한 센서의 해당 신호 반응시 도 9에 도시한 작동 단계의 밸브 타이밍 및 작동을 나타낸다. 도시한 바와 같이, 센서는 덩어리 내의 분석물에 대하여 반응할 충분한 시간을 가져서, 정확한 측정이 이루어지고 보고될 수 있다. 도 11 내지 13에서, 150 ms는 포집하기 원하는 선택된 샘플의 지연시간이며 (호기의 마지막 150 ms), t0는 첫번째 좋은 샘플의 호기의 끝이 센서(S)를 나가는 시점이고, t1 = t2 - 150 msec, t2 = t0 + Xx msec, XX msec는 가스가 센서(S) 출구로부터 V2 입구까지 이동하는 시간이다.
[0038] 도 14에서, 예시적 일 구현예를 사용한 실시예가 도시된다. 예를 들어, 호흡 속도는 "가장자리가 잘린(clipped)" 카프노메트리 신호를 사용하여 보고될 수 있다. 이는 예컨대 1분 동안 수행될 수 있으며, 이 시간 동안 복수의 표적 호흡의 복수의 호기말 샘플들이 수집되고 저장된다. 그런 다음, 1분 후에 호흡 속도 보고는, 호기말 샘플 덩어리가 CO2 센서로 이동하는 약 3-15초 동안 일시적으로 중단될 수 있고, CO2 농도는 전술한 방법에 의해 보고될 수 있다. 그 다음, 상기 순서가 반복되는데, 예컨대 다음과 같다; 1분간 호흡 속도 보고, 10초간 etCO 보고, 1분간 호흡 속도 보고, 10초간 etCO 보고.
[0039] 도 15 내지 18은 대안적 공기역학 샘플링 및 측정 시스템을 도시한다. 이 대안에서, 펌프 방향은 역전될 필요가 없으며, 이는 특정 유형의 펌프 기술에 유용하고, 부드럽고, 일정한 펌프 속도 및 가스 흐름 속도 작동을 보장하는데 도움이 된다. 도 15에서, 장치는 우회 튜브(142)와 연결된 추가적 입구 밸브(V5), 주변 입구 포트(amb2)를 갖는 V5, 역류 밸브(V4), 푸시 튜브(144), 및 역류 튜브(146)를 포함한다. 도 15에 도시한 바와 같이, 환자 가스는 환자 입구(Pt)를 통해 시스템으로 들어오고 밸브(V1), 센서(C), 밸브(V5), 밸브(V3), 펌프(P), 밸브(V4)를 통해 배기구(E)로 나간다. 도 16에 도시한 바와 같이, 샘플링에 바람직한 호흡이 식별되면, V2 및 V3는 방향을 바꾸어 호기말 샘플을 샘플 수집 튜브(140)로 노선을 변경시킨다. 식별되고 표적이된 복수의 호기말 샘플들이 수집되고, 도 5-9에 도시한 바와 유사한 샘플 수집 영역에 적절히 배열 및 배치된다. 도 17에 도시한 바와 같이, 샘플 수집 영역 외의 다양한 가스 경로 구획에 있는 환자 가스를, 밸브(V1), C, V5, 우회 튜브(142), V3, 펌프(P) 및 V4를 통해 끌어들인 주변 공기에 의해 씻어내기 위하여, 밸브(V1)는 amb 입구로 방향이 바뀐다. 시스템을 세척한 후, 주변 가스가 이제는 V5 포트 b로부터 유입되어 V3 포트 b 및 펌프를 통해 유도되고, V4 포트 c 및 b로 유도되어 샘플 수집 영역으로 유입되어, 샘플 덩어리를 밀어 V2 포트 c 및 b를 통하고, 센서(C)를 통해, V1으로 나가 주변 공기로 가도록, V2, V3, V4 및 V5는 도 18에 도시한 바와 같이 방향이 바뀐다. 본 명세서에 기술된 시스템은 (a) 초기 호흡 패턴 측정 및 샘플 표적, 및 (b) 복수의 샘플 덩어리에서 분석물 측정을 모두 수행하기 위한 단일 센서를 포함할 수 있고, 또는 1종 이상의 센서, 예컨대 (a)를 위한 하나의 센서 및 (b)를 위한 제2 센서를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
[0040] 도 19-22는 추가적 공기역학 구조를 도시한다. 도 19에 도시한 바와 같이, 환자 가스는 Pt, v1, S1, v5, t1, v2, v3, P, v4를 통해 흐르고, E로 배출된다. 도 20에 도시한 바와 같이, 표적 호흡의 호기말 샘플이 v2에 도달할 때, 밸브(v2 및 v3)는 방향이 바뀌어 호기말 샘플이 샘플 수집 튜브(141)로 들어가게 한 다음, 밸브는 방향이 되돌아와서 구간(143)을 통하여 흐르게 하고, 그 결과 호기말 샘플을 분리시킨다. 그 다음, 도 21에 도시한 바와 같이, 샘플 수집 튜브(141)가 복수 샘플의 호기말 가스로 충분히 채워진 후, 주변 공기가 주변 입구(amb3)로부터 밸브(t1)을 통해 유입되어, 원하지 않는 환자 가스 구획의 시스템 부분을 씻어낸다. 도 22에서, amb3의 주변 공기는 호기말 샘플 덩어리를 v4, v3, v2 및 t1을 통해 v1으로 밀어내고, 센서(S1)을 통과하여, v5를 통해 배출구(E2)로 내보내는데 사용된다.
[0041] 다양한 공기역학 가지 구조 및 밸브와 펌프의 다양한 조합 및 위치가 고려되는 가운데, 공통되는 주제는 호기말 샘플은 충분한 호기말 샘플이 수집될 때까지 저장되어야 한다는 것, 및 포집된 호기말 샘플 각각의 지속시간은 합쳐져서 샘플 덩어리 내의 가스를 측정하는데 사용되는 센서의 신호 반응 시간에 적어도 근접한, 좋기로는 동등한, 가장 좋기로는 그보다 큰 지속시간을 이루어야 한다는 것이다.
[0042] 본 명세서에 기술된 시스템은 호흡의 다른 구획의 샘플뿐만 아니라, 호기말 가스 샘플을 수집하고 측정하는데 유용할 수 있다. 이는 호흡 중의 예컨대 CO2 또는 다른 가스, 예컨대 CO, H2, NO 등을 측정하는데 사용될 수 있다. 이는 가스 마커 뿐만 아니라 호흡 중의 기타 비가스 성분을 측정하는데 사용될 수 있다. 개시된 시스템은 기간, 간헐적, 반-연속적 또는 연속적 측정 및 모니터링에 사용될 수 있다. 빠른 호흡 패턴의 극복에 대해 명세서 전반에 설명되었지만, 본 발명은 다른 호흡 패턴의 문제를 극복하는데도 적용될 수 있다.

Claims (24)

  1. 호흡 분석물을 측정하는 방법으로서, 이 방법은
    제1 센서로 일련의 호흡을 모니터링하는 단계;
    일련의 호흡 중 포집하고자 하는 복수의 호흡 구간을 결정하는 단계로서, 상기 복수의 호흡 구간 각각은 제1 센서에서의 지속시간이 제1 센서의 분석물 반응 시간 보다 짧은 것인, 일련의 호흡 중 포집하고자 하는 복수의 호흡 구간을 결정하는 단계;
    복수의 호흡 구간들을 한데 수집하는 단계; 및
    한데 수집한 호흡 구간들의 분석물 농도를 제2 센서를 이용하여 측정하는 단계로서, 상기 한데 수집한 호흡 구간들의 지속시간은 제2 센서의 반응 시간 보다 긴 것인, 한데 수집한 호흡 구간들의 분석물 농도를 제2 센서를 이용하여 측정하는 단계
    를 포함하는 호흡 분석물의 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제1 센서 및 제2 센서는 동일한 센서인 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 제1 센서 및 제2 센서는 모두 분석물을 측정할 수 있는 능력이 있는 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 일련의 호흡을 모니터링하는 단계는 각 호흡의 호흡 속도를 모니터링하는 것을 포함하는 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 일련의 호흡을 모니터링하는 단계는 각 호흡의 카프노메트리 신호를 모니터링하는 것을 포함하는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 일련의 호흡 중 포집하고자 하는 복수의 호흡 구간을 결정하는 단계는 정상적인 호기말 프로파일을 갖는 호흡을 식별하는 것을 포함하는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 일련의 호흡 중 포집하고자 하는 복수의 호흡 구간을 결정하는 단계는 1개 이상의 비정상 상태의 호흡, 간헐적 호흡(episodic breath), 및 불규칙한 호흡(erratic breath)을 배제하는 것을 포함하는 것인 방법.
  8. 제1항에 있어서, 분석물은 CO2인 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 제1 센서는 적외선 CO2 센서인 것인 방법.
  10. 제1항에 있어서, 복수의 호흡 구간 각각은 실질적으로 각 호흡의 마지막 150 msec를 전부 포함하는 것인 방법.
  11. 제1항에 있어서, 복수의 호흡 구간들을 한데 수집하는 단계는 펌프를 사용하여 복수의 호흡 구간들을 수집 챔버로 끌어들이는 것을 포함하며, 여기서
    한데 수집한 호흡 구간들의 분석물 농도를 제2 센서를 사용하여 측정하는 단계는 한데 수집한 호흡 구간들을 제2 센서로 보내기 위하여 펌프를 역전시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  12. 제1항에 있어서, 복수의 호흡 구간들을 한데 수집하는 단계는 펌프를 사용하여 복수의 호흡 구간들을 수집 챔버로 끌어들이는 것을 포함하며, 여기서
    한데 수집한 호흡 구간들의 분석물 농도를 제2 센서를 사용하여 측정하는 단계는 한데 수집한 호흡 구간들을 제2 센서로 보내기 위하여 펌프를 역전시키는 것을 포함하지 않는 것인 방법.
  13. 호흡 분석물을 측정하기 위한 시스템으로서, 이 시스템은
    일련의 호흡으로부터 데이터를 발생시키는 제1 센서;
    상기 데이터를 받고, 데이터에 근거하여 일련의 호흡 중 포집하고자 하는 복수의 호흡 구간을 결정하는 프로세서로서, 상기 복수의 호흡 구간 각각은 제1 센서에서의 지속시간이 제1 센서의 분석물 반응 시간 보다 짧은 것인, 프로세서;
    복수의 호흡 구간들을 한데 수집하는 챔버; 및
    한데 수집한 호흡 구간들의 분석물 농도를 측정하는 제2 센서로서, 상기 한데 수집한 호흡 구간들은 지속시간이 제1 센서의 반응 시간 보다 긴 것인, 제2 센서
    를 포함하는 호흡 분석물을 측정하기 위한 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 제1 센서 및 제2 센서는 동일한 센서인 것인 장치.
  15. 제13항에 있어서, 제1 센서 및 제2 센서는 모두 분석물을 측정할 수 있는 능력이 있는 것인 장치.
  16. 제13항에 있어서, 제1 센서는 일련의 호흡의 각 호흡의 호흡 속도에 대한 데이터를 발생시키는 것인 장치.
  17. 제13항에 있어서, 제1 센서는 일련의 호흡의 각 호흡의 카프노메트리 신호에 대한 데이터를 발생시키는 것인 장치.
  18. 제13항에 있어서, 상기 프로세서는 정상적인 호기말 프로파일을 갖는 호흡을 식별함으로써 일련의 호흡 중 포집하고자 하는 복수의 호흡 구간을 결정하는 것인 장치.
  19. 제13항에 있어서, 상기 프로세서는 1개 이상의 비정상 상태의 호흡, 간헐적 호흡, 및 불규칙한 호흡을 배제함으로써 일련의 호흡 중 포집하고자 하는 복수의 호흡 구간을 결정하는 것인 장치.
  20. 제13항에 있어서, 분석물은 CO2인 것인 장치.
  21. 제13항에 있어서, 제1 센서는 적외선 CO2 센서인 것인 장치
  22. 제13항에 있어서, 복수의 호흡 구간 각각은 실질적으로 각 호흡의 마지막 150 msec를 전부 포함하는 것인 장치.
  23. 제13항에 있어서, 상기 장치는 복수의 호흡 구간들을 챔버로 끌어들이기 위하여 펌프를 더 포함하며, 여기서 펌프는 한데 수집한 호흡 구간들을 제2 센서로 이동시키는 것인 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 펌프는 한데 수집한 호흡 구간들을 제2 센서로 이동시키기 위하여 역전되는 것이 아닌 것인 장치.
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