Система для взятия проб боковой фракции газа и способ измерения концентрации компонентов пробы газа из основного потока газа (варианты)

Группа изобретений относится к системе для взятия проб боковой фракции газа и способу измерения концентрации, по меньшей мере, одного компонента пробы газа, взятой из основного потока газа. Система содержит первый узел, приспособленный для направления пробы газа из участка взятия пробы газа к участку измерения характеристик газа. Первый узел содержит компоненты, контактирующие с пробой газа во время использования, а также включает трубку для перемещения пробы, принимающую пробу газа из участка взятия пробы газа. Система включает область анализатора пробы для измерения характеристики, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа, и второй узел, расположенный снаружи от первого узла во все моменты времени при использовании так, что все компоненты второго узла не контактируют с пробой газа. При этом второй узел содержит насос, соединенный с указанной трубкой для перемещения пробы газа через нее в область анализатора пробы без контакта с пробой газа. Второй узел включает также устройство для измерения потока, получающее информацию относительно потока пробы газа через указанную трубку без контакта с пробой газа, устройство для измерения давления, получающее информацию относительно давления пробы газа внутри указанной трубки без контакта с пробой газа, или любую комбинацию насоса, устройства для измерения потока и устройства для измерения давления. Достигаемый при этом технический результат заключается в предотвращении загрязнения повторно используемых компонентов примесями в пробе газа и повторно используемых компонентов между пациентами или применениями у одного пациента, а также в снижении затрат на изготовление, работу и техническое обслуживание повторно используемых компонентов. 4 н. и 29 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе для взятия проб боковой фракции газа, имеющей контур взятия проб газа, который закрыт для движущихся компонентов и/или компонентов для анализа устройства взятия проб газа. Настоящее изобретение также относится к способу измерения концентрации компонентов пробы из основного потока газа.

Предшествующий уровень техники

Устройства для газового анализа можно использовать для многих видов применения, включая использование в медицинских целях. Примеры использования устройства для газового анализа в медицине включают капнографию и оксиграфию (или оксографию). Капнография относится к измерению концентрации диоксида углерода (СO₂) в воздухе, выдыхаемом пациентом. Оксиграфия относится к измерению концентрации кислорода (O₂) в воздухе, выдыхаемом пациентом. Эти измерения могут предоставить полезную информацию в отношении состояния здоровья пациента. Кроме того, в медицинских целях можно контролировать концентрацию других газов в выдыхаемом воздухе, включая терапевтические газы (такие как азотный оксид), анестетические агенты (такие как галотан) и микро количества газов, используемых в диагностических целях (таких как азотный оксид и монооксид углерода, которые обычно присутствуют на уровнях, выражаемых в долях на миллион или долях на миллиард. Эти вещества в выдыхаемом воздухе могут отражать концентрацию вещества в крови пациента.

Информация, предоставляемая капнографией, используется, например, для выявления инцидентов, которые могут возникнуть во время медицинских процедур, в частности выявления инцидентов при общей анестезии. Кроме того, информация, предоставляемая капнографией, используется во время клинических ситуаций, таких как, например, остановка сердечной деятельности или дыхания. Действительно, капнография может предоставить информацию в реальном масштабе времени относительно эффективности реанимационных мероприятий во время остановки сердечной деятельности. Сама капнография имеет множественные виды применения в медицине во время медицинских процедур, во время длительного мониторинга жизненно важных функций пациента, во время клинических ситуаций и при других видах использования в медицине.

Оксиграфия также имеет множественные виды применения в медицине. Оксиграфия измеряет приблизительную концентрацию кислорода в жизненно важных органах на основе измерения в каждом цикле дыхания и может быстро выявить угрожающую гипоксемию вследствие снижения альвеолярной концентрации кислорода. Например, во время гиповентиляции концентрация кислорода в объеме воздуха в конце выдоха изменяется быстрее, чем концентрация диоксида углерода в объеме воздуха в конце выдоха. В таких же условиях реакция пульсовой оксиметрии занимает значительно больше времени.

Было также показано, что оксиграфия эффективна при диагностике гипогликемического или септического шока, воздушной эмболии, гипертермии, избыточного положительного давления в конце выдоха при искусственной вентиляции легких, эффективности искусственной вентиляции под постоянным давлением и даже остановки сердца. Во время анестезии оксиграфия используется в предоставлении рутинного контролера преоксигенации (денитрогенации). Она играет особую роль в обеспечении безопасности пациента путем выявления человеческих ошибок, отказов и разъединения оборудования. М. Weingarten в статье, озаглавленной "Respiratory monitoring of carbon dioxide and oxygen: a ten-year perspective" (Мониторинг диоксида углерода и кислорода в выдыхаемом воздухе) (J. Clin. Monit. 1990, July 6(3):217-25), которая полностью включена в настоящий документ путем ссылки на него, описывает некоторые виды применения мониторинга диоксида углерода и кислорода в воздухе, выдыхаемом пациентом.

Обычно существуют два основных способа взятия проб газа для газового анализа. Первый представляет собой газовый анализ основного потока или основной фракции (т.е., газовый анализ в не отводимом потоке), который измеряет концентрацию газа или газов (например, в воздухе, выдыхаемом пациентом) в участке пробы, расположенном внутри респираторного газового потока. Например, у пациента, получающего лечение с использованием аппарата искусственной вентиляции легких, имеется контур пациента, проходящий из полости рта пациента или пациентки и обеспечивающий сообщение газового потока между аппаратом искусственной вентиляции легких и пациентом. Газовый анализатор в основном потоке измеряет концентрацию газа или газов внутри контура пациента.

Другой основной способ взятия проб газа для газового анализа представляет собой газовый анализ боковой фракции (т.е., газовый анализ в отводимом воздухе). Газовый анализ боковой фракции переносит газ в сторону от участка пробы и измеряет концентрацию газа или газов в перемещенной пробе в отдаленном участке. Например, если пациент получает лечение с использованием аппарата искусственной вентиляции легких, к контуру пациента подсоединяется шунтирующее устройство/адаптер для удаления части концентрации газов. Затем концентрацию газа или газов внутри пробы можно измерить устройством для измерения концентрации газов, и пробу газа можно затем удалить.

Природа анализаторов боковой фракции газа предъявляет определенные требования в отношении их составных частей. Подобно газовым анализаторам основного потока, газовые анализаторы боковой фракции должны включать аналитические компоненты (например, спектроскопические) и камеру пробы. Газ транспортируется в камеру пробы, и концентрация газа измеряется с использованием аналитического оборудования. Во многих случаях используется оборудование спектроскопического анализа, которое использует поглощение инфракрасного излучения представляющими интерес газами для измерения концентрации этих газов в пробе (например, СO₂, O₂, анестетических средств и т.д.).

Анализаторы боковой фракции газа могут также включать такое устройство как, например, насос для создания отрицательного давления, которое засасывает пробу газа из участка пробы. Кроме того, анализаторы боковой фракции газа могут включать устройства измерения давления для измерения давления внутри устройства для взятия проб. Информацию относительно давления внутри устройства для взятия проб можно использовать для измерения и/или коррекции на воздействия, которые оказывает давление внутри устройства для взятия проб на поглощение инфракрасного излучения газами в пробе. Измерение давления можно также использовать для регистрации и/или компенсации падений давления или других колебаний внутри трубки для взятия пробы и других компонентах устройства для взятия проб. Могут также существовать другие виды применения для измерений давления.

Кроме того, анализаторы боковой фракции газа могут включать устройства для измерения потока газа через устройство для взятия проб. Информацию в отношении потока внутри устройства для взятия проб можно использовать для приспособления или регулировки насоса для поддержания постоянной скорости потока внутри устройства для взятия проб в разнообразных условиях нагрузки. Постоянная скорость потока может быть желательна при измерении концентрации газа в течение продолжительного периода времени, поскольку это упрощает требуемые компенсации. Можно также использовать менее постоянный поток внутри устройства для взятия проб, но это требует дополнительных компенсационных расчетов. Информацию о скорости потока можно также использовать для других целей.

В некоторых условиях взятые пробы газа могут направляться назад в контур пациента после анализа анализатором боковой фракции газа. Это иногда производится в ситуациях, когда у пациента используется дорогостоящий анестетик, который можно сберечь повторным его введением в контур пациента. Кроме того, проба газа, взятая из контура пациента, часто содержит примеси (например, слизь, кровь, лекарственные средства или другие материалы). Направление этих материалов назад в контур пациента иногда считается жизнеспособным вариантом для размещения анализируемой пробы, содержащей эти примеси.

Однако при направлении анализируемого газа назад в контур пациента с использованием типичного анализатора боковой фракции газа следует соблюдать предосторожность для предотвращения загрязнения внутренних частей капнометра. В типичном анализаторе боковой фракции газа проба газа вступает в контакт с частями насоса, частями измерителя давления, частями измерителя потока, трубками, водяными ловушками и/или другими частями капнометра. Если анализатор боковой фракции газа предстоит использовать у множества пациентов, у пациентов может возникнуть риск перекрестного заражения, если проба газа направляется назад через соединение с каналом выпуска или продувки магистралей взятия проб для поддержания их проходимости. Ввиду того, что многие из этих частей относительно сложны (например, насосы, преобразователи давления, расходомеры, спектроскопическое оборудование или другие сложные части), расходы по замене их вследствие нарушения работы или закупорки в результате избыточного воздействия загрязняющих материалов могут быть большими.

Сущность изобретения

Соответственно, целью настоящего изобретения является создание системы для взятия проб боковой фракции газа, которое преодолевает недостатки известного устройства для взятия проб боковой фракции газа, создание способа измерения концентрации одного или нескольких компонентов пробы газа, взятой из потока в основной магистрали газа, который преодолевает недостатки известных способов взятия проб боковой фракции газа.

Согласно изобретению создана система для взятия проб боковой фракции газа, содержащая первый узел, приспособленный для направления пробы газа из участка взятия пробы газа к участку измерения характеристик газа, имеющий компоненты, контактирующие с пробой газа во время использования и содержащий трубку для перемещения пробы, принимающую пробу газа из участка взятия пробы газа, и область анализатора пробы для измерения характеристики, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа, и второй узел, расположенный снаружи от первого узла во все моменты времени при использовании так, что все компоненты второго узла не контактируют с пробой газа, при этом второй узел содержит насос, соединенный с указанной трубкой для перемещения пробы газа через нее в область анализатора пробы без контакта с пробой газа, устройство для измерения потока, получающее информацию относительно потока пробы газа через указанную трубку без контакта с пробой газа, устройство для измерения давления, получающее информацию относительно давления пробы газа внутри указанной трубки без контакта с пробой газа, или любую комбинацию насоса, устройства для измерения потока и устройства для измерения давления.

Трубка для перемещения пробы газа может содержать, по меньшей мере, один выступ, приспособленный для соединения с дыхательными путями пациента.

Трубка для перемещения пробы газа и область анализатора пробы могут быть выполнены в виде единого компонента.

Первый узел может дополнительно содержать адаптер, приспособленный для соединения трубки для перемещения пробы газа с контуром пациента, фильтр, соединенный с указанной трубкой, областью анализатора пробы или с ними обоими, устройство для удаления влаги, соединенное с трубкой для перемещения пробы, областью анализатора пробы или ими обоими и приспособленное для удаления влаги из пробы газа, или любую комбинацию адаптера, фильтра и устройства для удаления влаги.

Устройство для измерения потока может содержать один из оптического расходомера, вихревого распространяющего расходомера, ультразвукового расходомера или термического массового расходомера.

Насос может содержать, по меньшей мере, один из диафрагмального насоса, перистальтического насоса, вакуумного насоса Вентури и насоса, запускаемого электроактивным полимером.

Область анализатора пробы может содержать ячейку для пробы газа, имеющую, по меньшей мере, два окна оптического анализатора, интегрированных в трубку для перемещения пробы, по меньшей мере, один электрический контакт, обеспечивающий физическое соединение с газовым датчиком в твердом состоянии или датчиком поверхностных акустических волн, или любую комбинацию ячейки, окон оптического анализатора и электрических контактов.

Вышеописанная система предотвращает загрязнение компонентов, не контактирующих с газом, примесями, которые могут быть в пробе газа, таким образом, минимизируя возможность перекрестного загрязнения и ухудшения работы этих компонентов между применениями. Система также позволяет снизить затраты на изготовление, работу и/или техническое обслуживание и ремонт системы для взятия проб боковой фракции газа, потому что контактирующие с газом компоненты легко заменяются, в то время как не контактирующие с газом компоненты повторно используются при последующих измерениях.

Согласно изобретению создан способ измерения концентрации, по меньшей мере, одного компонента пробы газа, взятой из основного потока газа, содержащий следующие стадии:

обеспечение первого узла, приспособленного для направления пробы газа из участка взятия пробы газа к участку измерения характеристик газа и содержащего компоненты, контактирующие с пробой газа во время использования;

обеспечение второго узла, расположенного снаружи от первого узла во все моменты времени во время использования так, что все компоненты второго узла не контактируют с пробой газа;

соединение первого узла со вторым узлом;

перемещение пробы газа из участка взятия пробы газа с использованием первого компонента первого узла;

использование первого компонента второго узла для получения с использованием второго узла информации о потоке пробы газа без контакта с пробой газа, получения с использованием второго узла информации о давлении пробы газа без контакта с пробой газа или получения с использованием второго узла информации о потоке и информации о давлении;

измерение характеристики, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа с использованием второго компонента второго узла.

Способ может дополнительно содержать использование второго компонента второго узла для перемещения пробы газа через первый компонент первого узла.

Способ может дополнительно содержать следующие стадии:

разъединение соединения первого узла со вторым узлом после завершения первого процесса измерения;

удаление первого узла;

повторное использование второго узла с другим первым узлом при втором процессе измерения.

Способ может дополнительно содержать следующие стадии:

получение с использованием второго узла информации о потоке, относящейся к потоку пробы газа без контакта с пробой газа;

получение с использованием второго узла информации о давлении пробы газа без контакта с пробой газа, или

получение с использованием второго узла информации о потоке и информации о давлении.

Способ может дополнительно содержать фильтрацию пробы газа с использованием первого узла, осушение пробы газа с использованием первого узла или фильтрацию и осушение пробы газа с использованием первого узла.

Согласно изобретению создана система для взятия проб боковой фракции газа, содержащая контур взятия проб газа, включающий в себя трубку для перемещения пробы газа, принимающую пробу газа из основного потока газа, и область анализатора пробы газа для измерения характеристики, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа без контакта компонентов анализа с пробой газа, и насос, создающий разность давления внутри контура взятия проб газа для удаления пробы газа из основного потока газа и перемещения пробы газа через трубку перемещения пробы в область анализатора пробы без контакта с пробой газа.

Система может дополнительно содержать устройство для измерения потока, получающее информацию относительно потока пробы газа через контур взятия проб газа без контакта с пробой газа, устройство для измерения давления, получающее информацию относительно давления пробы газа через контур взятия проб газа без контакта с пробой газа или устройство для измерения потока и устройство для измерения давления. Информация относительно потока пробы газа через контур взятия проб газа используется для управления насосом с целью обеспечения постоянного потока газа через контур взятия проб газа.

Устройство для измерения потока может содержать один из оптического расходомера, вихревого распространяющего расходомера, ультразвукового расходомера или термического массового расходомера.

Устройство для измерения давления может измерять деформацию диафрагмы, интегрированной в трубку для перемещения пробы газа для измерения давления внутри контура взятия проб газа.

Информация о давлении пробы газа внутри контура взятия проб газа может использоваться для учета воздействий давления на измерение характеристики, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа.

Характеристика, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа может содержать, по меньшей мере, одну из концентрации, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа и парциального давления, по меньшей мере, одного компонента в внутри пробы газа, или, по меньшей мере, один компонент внутри пробы газа, выраженный в виде, по меньшей мере, одного показателя из процентной доли, частей на миллион и частей на миллиард.

Характеристика, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа может измеряться с использованием спектроскопии, инфракрасной спектроскопии, гашения люминесценции, газового датчика в твердом состоянии, датчика поверхностных акустических волн или их любой комбинации.

Область анализатора пробы может содержать ячейку для пробы, имеющую, по меньшей мере, два окна для оптического анализа, интегрированных в трубку для перемещения пробы газа, по меньшей мере, один электрический контакт, обеспечивающий физическое соединение с газовым датчиком в твердом состоянии или датчиком поверхностных акустических волн, или любую комбинацию ячейки, окон для оптического анализа и электрических контактов.

Область анализатора пробы может содержать, по меньшей мере, два окна для оптического анализа.

По меньшей мере, один компонент, характеристика которого измеряется внутри пробы газа, может представлять собой, по меньшей мере, один из диоксида углерода (СO₂), моноксида углерода (СО), кислорода (O₂), азотного оксида (NO) и анестетических средств.

Насос может содержать, по меньшей мере, один из диафрагмального насоса, перистальтического насоса, вакуумного насоса Вентури и насоса, запускаемого электроактивным полимером.

Контур взятия проб газа может дополнительно содержать канал выпуска пробы газа для удаления пробы газа из контура взятия проб газа после прохождения пробы газа через область анализатора пробы.

Канал выпуска пробы газа может возвращать пробу газа в основной поток газа или перемещать пробу газа в устройство для удаления.

Трубка для перемещения пробы газа может содержать первый и второй каналы, причем первый канал способен перемещать пробу газа в направлении к области анализатора пробы, и второй канал способен перемещать пробу газа из области анализатора пробы.

Трубка для перемещения пробы газа может содержать область для удаления влаги из пробы газа.

Область для удаления влаги из пробы газа может содержать секцию гидрофильной трубки, удаляющий влагу материал, водную ловушку или любую их комбинацию.

Система может дополнительно содержать адаптер для удаления пробы газа из основного потока газа и введения пробы газа в контур взятия проб газа.

Согласно изобретению создан способ измерения концентрации, по меньшей мере, одного компонента пробы газа, взятой из основного потока газа, содержащий следующие стадии:

удаление пробы газа из основного потока газа;

перемещение пробы газа в область анализатора пробы через трубку для перемещения пробы газа;

измерение характеристики, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа в области анализатора пробы без контакта компонентов анализа с пробой газа;

перемещение пробы газа через трубку для перемещения пробы газа с использованием насосного механизма, не контактирующего с пробой газа.

Способ может дополнительно содержать замену трубки для перемещения газа пробы для использования с тем же насосным механизмом.

Способ может дополнительно содержать получение информации о потоке пробы газа без контакта с пробой газа, получение информации о давлении пробы газа без контакта с пробой газа или получение информации о потоке и информации о давлении.

Эти и другие цели, признаки и характеристики настоящего изобретения, а также способы работы и функции элементов системы станут более очевидными после рассмотрения следующего описания и прилагаемой формулы изобретения со ссылкой на сопровождающие чертежи, которые составляют часть настоящего описания, где одинаковые позиции на различных чертежах обозначают соответствующие части. Однако следует ясно понимать, что чертежи представлены только для иллюстрации и описания и не предназначены для ограничения пределов изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1А представляет собой схематический вид системы для взятия проб газа в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг.1В представляет собой схематический вид контура для взятия проб газа в системе для взятия проб газа, показанной на фиг.1.

Фиг.1C представляет собой схематический вид повторно используемых компонентов системы для взятия проб газа, показанной на фиг.1.

Фиг.2А и 2В представляют собой более детальные иллюстрации ячейки для пробы и измерительных оптических устройств в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг.3А представляет собой схематический вид роликовой системы в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг.3В представляет собой схематический вид перистальтического роликового насоса в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг.4 представляет собой схематический вид центра регулировки в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Фиг.5 представляет собой блок-схему способа анализа пробы газа в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Подробное описание иллюстративных вариантов осуществления

Один аспект изобретения предоставляет систему для взятия проб боковой фракции газа, содержащую контур взятия проб газа, контактирующий с пробой газа, и набор повторно используемых компонентов, которые не контактируют с пробой газа в контуре взятия проб газа. Эта конфигурация предотвращает загрязнение повторно используемых компонентов примесями в пробе газа и предотвращает перекрестное загрязнение повторно используемых компонентов между пациентами или применениями у одного пациента. Эта конфигурация может снизить затраты на изготовление, работу и/или техническое обслуживание и ремонт повторно используемых компонентов.

Фиг.1А иллюстрирует систему 100 для взятия проб газа в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Система 100 включает адаптер 101 к дыхательным путям, набор трубок 103, ячейку 105 для пробы, измерительные оптические устройства 107, устройство 109 для измерения потока, устройство 111 для измерения давления, насос 113, выпускной канал 115, центр 117 управления и/или другие элементы.

Фиг.1В иллюстрирует контур 102 взятия проб газа, и фиг.1C иллюстрирует повторно используемые компоненты 104, используемые в системе 100, которые контактируют с пробой газа. Например, контур 102 взятия проб газа может включать адаптер 101 к дыхательным путям, набор трубок 103, ячейку 105 для пробы и выпускной канал 115. Повторно используемые компоненты 104 могут включать те компоненты системы для взятия проб газа, которые не вступают в контакт с пробой газа, такие как, например, измерительные оптические устройства 107, устройство 109 для измерения потока, устройство 111 для измерения давления, насос 113, центр 117 управления и/или другие компоненты.

В некоторых вариантах осуществления контур 102 взятия проб газа может быть одноразовым и, таким образом, может быть изготовлен так, чтобы компоненты контура 102 взятия проб газа подходили для использования у одного пациента. Сами относительно простые и/или недорогие части системы 100 для взятия проб газа, которые включают контур 102 взятия проб газа, можно удалить при переходе от одного пациента к другому, в то время как относительно сложные и/или дорогие компоненты, включающие повторно используемые компоненты 104, можно повторно использовать у других пациентов без беспокойства о перекрестном загрязнении между применениями.

В других вариантах осуществления контур 102 взятия проб газа необязательно является одноразовым, но его можно легко и/или повторно очищать или стерилизовать. Это может уменьшить сложность, затраты на изготовление и/или затраты на работу системы 100 для взятия проб газа, так как для повторной стерилизации или очистки нужно изготавливать только компоненты, включающие контур 102 взятия проб газа, в то время как компоненты, включающие повторно используемые компоненты 104, не должны выдерживать повторную стерилизацию или очистку (например, они могут быть менее дорогими при изготовлении, использовании, техническом обслуживании и ремонте и/или могут служить дольше).

В некоторых вариантах осуществления система для взятия проб газа может получать пробу газа из основного потока газа 106 через адаптер 101 к дыхательным путям. В некоторых вариантах осуществления основной поток газа 106 может представлять собой контур дыхательных путей аппарата искусственной вентиляции легких или другое медицинское устройство, сообщающееся через жидкость с дыхательной системой пациента. В этих вариантах осуществления адаптер 101 к дыхательным путям может включать "Т"-образное соединение, "Y"-образное соединение или другую границу раздела с основным потоком газа 106.

В других вариантах осуществления адаптер 101 к дыхательным путям может служить границей раздела с дыхательной системой пациента и может быть замещен лицевой маской, носовой канюлей, носовым адаптером, интубационным оборудованием или адаптером к нему, или другими границами раздела. Можно использовать другие адаптеры, обеспечивающие возможность взятия проб газа из указанных выше или других потоков газа.

Набор трубок 103 может включать один или несколько отрезков трубки переноса пробы или другой трубы, которая обеспечивает возможность переноса пробы газа от адаптера 101 к дыхательным путям к ячейке 105 для пробы и/или между другими компонентами системы 100 для взятия проб газа. Например, набор трубок 103 может включать набор трубок из пластика медицинского сорта, подходящих для использования в капнографии боковой фракции газа.

Ячейка 105 для пробы и измерительные оптические устройства 107 обеспечивают возможность измерения одной или нескольких характеристик одного или нескольких определенных компонентов внутри пробы газа. В одном варианте осуществления измерение одной или нескольких характеристик компонента включает измерение концентрации компонента внутри пробы газа, парциального давления компонента внутри пробы газа, присутствия или отсутствия компонента внутри пробы газа, и/или других характеристик. Например, ячейка 105 для пробы и измерительные оптические устройства 107 обеспечивают возможность измерения концентрации диоксида углерода (CO₂) в пробе газа. Также можно измерять концентрацию или другие характеристики других компонентов, таких как, например, кислорода (O₂), монооксида углерода (СО), азотного оксида (NO), анестетических средств (например, галотана), примесей, микро концентраций газов, материалов в виде частиц или других веществ внутри пробы газа. В одном варианте осуществления, если измеренная характеристика компонента внутри пробы газа представляет собой концентрацию, то измерение может быть произведено, выражено или представлено в виде процентной доли пробы газа, в долях на миллион в пробе газа или в долях на миллиард в пробе газа, или в других единицах измерения.

Для измерения характеристики одного или нескольких определенных компонентов в пробе газа пробу газа можно пропустить через ячейку 105 для пробы, где измерительные оптические устройства 107 измеряют характеристику одного или нескольких определенных компонентов в пробе газа. Сама ячейка 105 для пробы может включать впуск для обеспечения возможности прохождения пробы газа в анализатор/область анализа пробы ячейки 105 для пробы. Как указано в настоящем документе, проба газа может включать непрерывный поток газа, и дискретные измерения характеристики одного или нескольких определенных компонентов в потоке газа можно получать в течение периода времени.

В одном варианте осуществления система 100 для взятия проб газа включает фильтр (не показан) между адаптером 101 и ячейкой 105 для пробы для удаления примесей или других нежелательных материалов из пробы газа. В одном варианте осуществления фильтр может быть интегрирован в часть набора трубок 103 между адаптером 101 к дыхательным путям и ячейкой 105 для пробы. В одном варианте осуществления фильтр может быть включен в ячейку 105 для пробы так, чтобы проба газа проходила через фильтр перед поступлением в область анализа пробы ячейки 105 для пробы. Можно также использовать другие конфигурации, включающие один или несколько фильтров в других частях системы 100 для взятия проб газа.

Пример фильтров, ячеек для проб и комбинаций фильтров/ячеек для проб, подходящих для использования в настоящем изобретении, раскрыт в заявке на патент США №10/678,692 (публикация № US-2004-0065141), в заявке на патент США №11/266,864 (публикация № US-2006-0086254) и в заявке на патент США №10/384,329 (публикация № US-2003-0191405), содержание каждой из которых включено в настоящий документ путем ссылки на них.

Область анализа ячейки 105 для пробы может включать два окна. Первое окно обеспечивает возможность прохождения электромагнитного облучения от измерительных оптических устройств 107 в область анализа. Второе окно обеспечивает возможность прохождения электромагнитного облучения из области анализа после прохождения через пробу газа.

В одном варианте осуществления измерительные оптические устройства 107 включают, по меньшей мере, узел источника и узел детектора. В одном варианте осуществления один или несколько определенных компонентов, характеристики которых измеряются, включают СO₂. Как указано выше, можно измерить характеристики других компонентов. В одном варианте осуществления инфракрасное излучение используется для измерения характеристик компонентов в пробе газа. В этом варианте осуществления детектор может включать узел детектора инфракрасного, а узел источника может включать источник инфракрасного излучения.

Фиг.2А и 2В представляют собой более конкретные иллюстрации варианта осуществления изобретения, где ячейка 105 для пробы помещена между узлом 201 источника и узлом 203 детектора измерительных оптических устройств 107. Как указано выше, в некоторых вариантах осуществления узел 201 источника может испускать инфракрасное излучение для выявления определенных компонентов в пробе газа. Инфракрасное излучение, испускаемое узлом 201 источника, может быть импульсным или постоянным. Если инфракрасное излучение постоянное, можно использовать механический вибрационный преобразователь (не показан). Узел 203 детектора может включать детектор, чувствительный к инфракрасному излучению, такой как, например, детектор из селенида свинца.

Ячейка 105 для пробы может быть расположена между узлом 201 источника и узлом 203 детектора так, чтобы инфракрасное излучение, испускаемое из узла 201 источника, проходило через первое окно ячейки 105 для пробы в область анализа пробы ячейки 105 для пробы. Каждый определенный компонент, присутствующий в пробе газа, может затем поглощать инфракрасное излучение определенной длины волн из испускаемого инфракрасного излучения, когда оно проходит через область анализа пробы. Затем остающееся инфракрасное излучение выходит из ячейки 105 для пробы через второе окно. Узел 203 детектора выявляет остающееся инфракрасное излучение. В одном варианте осуществления узел 203 детектора посылает сигнал в процессор или регулятор центра 117 управления, который затем определяет длины волн инфракрасного излучения, поглощенного компонентами внутри пробы газа. Эта информацию используется для определения концентрации СО₂ и/или другого компонента внутри пробы газа.

В одном варианте осуществления ячейка 105 для пробы может включать ячейку для пробы, используемую Respironics LoFlo™ C5 Sidestream System. Дополнительную информацию относительно ячеек для проб, измерительных оптических устройств и других элементов, которые можно использовать с устройствами и способами по изобретению, можно найти в заявке на патент США 10/384329.

В некоторых вариантах осуществления ячейка 105 для пробы не должна представлять собой отдельный компонент системы 100 для взятия проб газа, но может включать окна для впуска и выпуска излучения и/или область анализа пробы, которые представляют собой часть или интегрированы в часть набора трубок 103.

Как описано в настоящем документе, измерительные оптические устройства 107 могут измерять концентрацию или другие характеристики одного или нескольких компонентов внутри пробы газа без вступления в контакт с самой пробой газа. Сами любые примеси внутри в пробе газа не контактируют с измерительными оптическими устройствами 107, так что измерительные оптические устройства 107 не загрязняются пробой газа. Поэтому использование измерительных оптических устройств 107 в последующих капнографических применениях не подвергает пациентов воздействию загрязняющих материалов от предыдущих пациентов.

Хотя измерительная часть системы 100 для взятия проб газа иллюстрируется на чертежах в виде измерительных оптических устройств 107, в изобретении могут использоваться другие способы измерения, включая применение других устройств или приборов. Например, в одном варианте осуществления измерительная часть системы 100 для взятия проб газа может включать устройство гашения люминесценции. В этих вариантах осуществления область анализа пробы ячейки для пробы может включать отверстие, в котором размещено окно, облегчающее выявление гашения люминесценции.

Гашение люминесценции определяется как перераспределение энергии возбуждения без излучения через взаимодействие (электронной энергии или переноса заряда) между излучающим видом и гасителем и представляет собой методику, которая использовалась для измерения концентрации газов, таких как кислород (или других газов). Окно, которое часто служит в качестве датчика, включает полимерную мембрану, в которой диспергирована люминесцируемая композиция, такая как порфириновый краситель. Мембрана датчика представляет собой медиатор, который регулируемым образом обеспечивает взаимодействие между красителем и газом. В функциональном датчике краситель диспергирован в полимерной мембране, и газ, такой как кислород, диффундирует через полимер. При использовании гашения люминесценции для измерения концентраций кислорода материал возбуждается для люминесценции. После воздействия на люминесцирующий материал газовой смеси, включающей кислород, люминесценция гасится, в зависимости от количества (т.е., концентрации или фракции) кислорода, воздействию которого подвергается люминесцируемый материал, или количества кислорода в газовой смеси. Соответственно, скорость уменьшения количества люминесценции или гашение люминесценции люминесцируемого материала (т.е., количество света, испускаемого люминесцируемым материалом) соответствует количеству кислорода в газовой смеси. Дополнительную информацию относительно гашения люминесценции можно найти в патенте США №6325978, который полностью включен в настоящий документ путем ссылки на него.

Обычно гашение люминесценции требует испускания возбуждающего излучения из источника по направлению к материалу, покрытому или содержащему материал, обеспечивающий химизм люминесценции, которая может быть погашена одним или несколькими типами газа, подлежащими измерению, или является специфичной для них (например, кислорода, диоксида углерода, галотана и т.д.). Возбуждающее излучение вызывает возбуждение материала и испускание электромагнитного излучения с длиной волн, отличной от возбуждающего излучения. Присутствие одного или нескольких интересующих газов гасит или снижает количество излучения, испускаемого из люминесцентного материала. Количество излучения, испускаемого из люминесцентного материала, измеряется детектором и сравнивается с количеством излучения, испускаемого люминесцентным материалом, в отсутствие одного или нескольких гасящих газов, для содействия определению количества одного или нескольких определяемых, гасящих газов в воздухе, выдыхаемом пациентом.

Предусматривается также, что ячейка для пробы может включать электрические контакты, обеспечивающие возможность физического сообщения с газовыми датчиками в твердом состоянии, такими как чувствительные к газу полупроводниковые датчики в твердом состоянии и датчики поверхностных акустических волн. Покрытие данных датчиков различными полимерными материалами (которые селективно поглощают различные газы) обеспечивает возможность выявления газа изменениями частоты поверхностных акустических волн. Изготовление этих устройств может быть достаточно дешевым, и они обеспечивают возможность измерения диапазона газов и микроэлементов.

В одном варианте осуществления система 100 для взятия проб газа может также включать устройство 109 для измерения потока. В некоторых вариантах осуществления устройство 109 для измерения потока может представлять собой устройство, которое измеряет поток газа внутри контура 102 взятия проб газа (например, объем газа, проходящий через контур 102 взятия проб газа с течением времени). Измерение потока газа внутри контура 102 взятия проб газа содействует поддержанию постоянной скорости потока газа через контур взятия проб газа. Например, если поток газа через контур 102 взятия проб газа становится слишком высоким или слишком низким, как выявляется устройством 109 для измерения потока, насос 113 может быть настроен (например, ускорен или замедлен) для коррекции на это колебание, таким образом, поддерживая постоянную скорость потока внутри системы 100. Постоянная скорость потока может иметь значение для регистрации точного профиля характеристики компонента в выдыхаемом пациентом воздухе с течением времени (может быть возможна коррекция на ошибки, вызванные неустойчивой скоростью потока, если известны изменения скорости потока).

В некоторых вариантах осуществления устройство 109 для измерения потока может измерять поток газа внутри контура 102 взятия проб газа без контакта с потоком газа. Как указано выше, это предотвращает загрязнение устройства 109 для измерения потока и обеспечивает возможность использования контура взятия проб газа, который полностью закрыт от повторно используемых компонентов 104 системы 100.

В одном варианте осуществления устройство 109 для измерения потока может включать оптический расходомер. Например, в одном варианте осуществления оптический расходомер может измерять поток газа корреляцией сигналов помех, продуцируемых согласованными лазерными лучами (или другой электромагнитной энергией), проходящими через поток газа внутри контура 102 взятия проб газа. Оптический расходомер с корреляцией сигналов помех данного примера включает, по меньшей мере, два лазерных луча, которые пропускаются в поперечном направлении через поток газа внутри контура 102 взятия проб газа (например, через область набора трубок 103), область набора трубок 103, или другая часть контура 102 взятия проб газа, через которую пропускаются лазерные лучи, может включать два или более оптических окна, которые обеспечивают каждому из этих лазерных лучей возможность входить и выходить из контура 102 взятия проб газа, в то же время проходя поперечно через поток газа. После того как каждый из лазерных лучей выходит из контура 102 взятия проб газа, он выявляется детектором, связанным с устройством 109 для измерения потока. По мере того как каждый из лазерных лучей проходит через поток газа, они контактируют с турбулентностью внутри потока газа. Контакт с этой турбулентностью создает интерференционные полосы, которые можно выявить детекторами, связанными с устройством 109 для измерения потока. Анализ этих интерференционных полос может выявить, когда один и тот же участок турбулентности проходит каждая из траекторий лазерных лучей. Время, затрачиваемое на прохождение одного и того же участка турбулентности через траектории лазерных лучей, измеряется и используется, наряду с известным интервалом между траекториями лазерных лучей, для определения скорости потока внутри контура 102 взятия проб газа.

Дополнительную информацию относительно запускаемого лазером оптического расходомера, такого как расходомер, описанный в настоящем документе, можно найти в патенте США №6683679, который полностью включен в настоящий документ путем ссылки на него. Информацию относительно оптического измерения потока и других типов измерения, которые можно использовать с устройствами и способами по изобретению, можно найти в заявке на патент США №60/808,312, озаглавленной "Airway Adaptor with Optical Pressure Transducer and Method of Manufacturing a Sensor Component" (Адаптер к дыхательным путям с оптическим преобразователем давления и способ изготовления компонента датчика), которая полностью включена в настоящий документ посредством ссылки на нее. Предыдущий пример оптического измерения потока является лишь иллюстративным. Можно использовать другие типы оптического измерения потока.

Другим примером устройства 109 для измерения потока, которое не вступает в контакт с пробой газа, является вихревой распространяющий расходомер. Вихревой распространяющий расходомер может включать датчик, который расположен поперечно через поток газа внутри контура 102 взятия проб газа (например, части набора трубок 103). Датчик может включать, например, волоконнооптический элемент, который входит в контур 102 взятия проб газа в направлении, поперечном потоку газа (например, ортогонально к основной оси сечения набора трубок 103, через который он проходит), простирается поперечно через сам поток газа и аналогичным образом выходит из контура 102 взятия проб газа. Поток газа внутри контура 102 взятия проб газа мимо датчика вызывает осцилляцию датчика, так как турбулентные вихри распространяются вниз по потоку от датчика. Детектор, связанный с устройством 109 для измерения потока, выявляет осцилляции и частоту осцилляции датчика. По частоте осцилляции можно рассчитать скорость потока внутри контура 102 взятия проб газа. Дополнительную информацию относительно вихревых распространяющих расходомеров можно найти в патентах США №4706502 и 4475405, которые оба полностью включены в настоящий документ путем ссылки на них. Описание запускаемого волоконной оптикой вихревого распространяющего расходомера является лишь иллюстративным. Можно использовать другие типы вихревых распространяющих расходомеров.

Как указано выше, использование вихревого распространяющего расходомера может включать датчик, который вступает в контакт с пробой газа. Таким образом, датчик вихревого распространяющего расходомера может загрязняться в результате указанного контакта.

Тем не менее детектор или другие компоненты вихревых распространяющих расходомеров не должны вступать в контакт с пробой газа в контуре 102 взятия проб газа. В некоторых вариантах осуществления некоторые или все из детектора или других компонентов вихревого распространяющего расходомера могут быть отдельно от датчика, используемого при выявлении потока, так что датчик является, по существу, частью контура 102 взятия проб газа, а не частью устройства 109 для измерения потока.

В некоторых вариантах осуществления контур 102 взятия проб газа может быть изготовлен с включенным в него датчиком. В других вариантах осуществления датчики, которые являются съемными с вихревого распространяющего расходомера, могут быть включены в контур 102 взятия проб газа перед использованием. Детектор или другие компоненты устройства 109 для измерения потока могут быть соединены с одноразовым датчиком во время использования у пациента и могут отсоединяться и вновь присоединяться к другому датчику другого контура 102 взятия проб газа для использования в последующих применениях. В таких вариантах осуществления устройство 109 для измерения потока не считается контактирующим с пробой газа внутри контура взятия проб газа, так как датчик не считается частью устройства 109 для измерения потока.

Можно также использовать другие типы измерения потока. В некоторых вариантах осуществления можно использовать расходомеры с одной или более частями, которые вступают в контакт с пробой газа. Эти типы расходомеров могут включать расходомеры с дифференциальным давлением, расходомеры с меняющейся площадью, турбинные расходомеры, лопастные расходомеры, роторные расходомеры, ультразвуковые расходомеры, термические массовые датчики потока и/или другие типы расходомеров. В этих вариантах осуществления, аналогично описанию вихревого распространяющего расходомера, одна или несколько частей, которые вступают в контакт с пробой газа, могут отсоединяться от остальных частей расходомера и/или легко очищаться или стерилизоваться.

В одном варианте осуществления система 100 для взятия проб газа также включает устройство 111 для измерения давления. Устройство 111 для измерения давления может измерять давление (распределение силы по площади) внутри контура 102 взятия проб газа. В некоторых вариантах осуществления информацию измерения давления можно использовать при расчете концентрации одного или нескольких компонентов в пробе газа. Например, давление газа, на котором выполняется спектроскопический анализ, может изменить измеренный сигнал при выявленной поглощаемой длине волн во время спектроскопического анализа. Существуют также другие виды применения информации о давлении внутри системы 100.

В одном варианте осуществления устройство 111 для измерения давления может измерять давление в контуре 102 взятия проб газа без контакта с пробой газа. Как указано выше, это предотвращает загрязнение устройства 111 для измерения давления и обеспечивает возможность использования контура 102 взятия проб газа, который полностью закрыт от повторно используемых компонентов 104 системы 100.

Примером устройства 111 для измерения давления, которое не вступает в контакт с пробой газа, является устройство для измерения давления, запускаемое диафрагмой. Такое устройство может включать детектор, который выявляет деформацию диафрагмы, причем величина деформации диафрагмы соответствует давлению внутри устройства. Например, часть контура 102 взятия проб газа может включать деформируемую диафрагму, включенную, например, в стенку части набора трубок 103 или ячейки 105 для пробы. По мере увеличения давления пробы газа внутри контура 102 взятия проб газа диафрагма расширяется. Затем устройство 111 для измерения давления может выявлять величину деформации/расширения диафрагмы и коррелировать ее с давлением внутри контура 102 взятия проб газа. Могут использоваться другие типы устройств для измерения давления, которые не контактируют с пробой газа. Дополнительную информацию относительно устройств для измерения давления, которые можно использовать с устройствами и способами по изобретению, можно найти в книге О.Tohyama, M.Kohashi, М.Fukui & Н.Itoh, "A Fiber-Optic Pressure Microsensor for Biomedical Applications," 1997, International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers '97), 1489-1492, которая включена в настоящее описание путем ссылки.

В некоторых вариантах осуществления устройство 111 для измерения давления может включать одну или более частей, которые вступают в контакт с пробой газа (например, преобразователь давления, имеющий элемент взятия проб, расположенный в комплекте трубок 103). В. этих вариантах осуществления эта одна или несколько частей, которые вступают в контакт с пробой газа, могут отсоединяться от остального устройства для измерения давления, так что они считаются частью контура 102 взятия проб газа, а не частью устройства 111 для измерения давления. В некоторых вариантах осуществления эти отсоединяемые части могут быть одноразовыми. В других вариантах осуществления они могут легко очищаться или стерилизоваться.

В одном варианте осуществления система 100 для взятия проб газа может также включать насос 113. Насос 113 может включать любое устройство, которое транспортирует жидкости. Например, насос 113 может создавать отрицательное давление в контуре 102 взятия проб газа, так что проба газа отбирается из основного потока газа 106 (например, из трубок аппарата искусственной вентиляции легких, дыхательной системы пациента или другого потока газа) и направляется в контур 102 взятия проб газа через адаптер 101 к дыхательным путям. Пример насоса 113, который включает перистальтический насос, приведен ниже. Однако в других вариантах осуществления для создания отрицательного давления можно использовать способы/устройства, отличные от перистальтических или диафрагмальных насосов, такие как, например, сжатый воздух, вакуумный насос Вентури, насос, запускаемый электроактивным полимером, или другие способы/устройства.

В некоторых вариантах осуществления насос 113 не вступает в контакт с пробой газа в контуре 102 взятия проб газа. Сам насос 113 не загрязняется пробой газа и не нуждается в очистке или стерилизации от пациента к пациенту или между использованиями у одного пациента.

В одном варианте осуществления насос 113 может включать перистальтический роликовый насос. В одном варианте осуществления перистальтический роликовый насос, используемый в изобретении, может включать множество роликов, установленных в ступице и по типу спиц. Фиг.3А иллюстрирует устройство 300, где множество роликов 301 установлены на конце спиц 303, соединенных у ступицы 305. Фиг.3В иллюстрирует насос 113, который включает роликовое устройство 300, опорную поверхность 307 и часть набора трубок 103 из контура 102 взятия проб газа. Часть набора трубок 103 уложена в опорную поверхность 307, которая в данном варианте осуществления включает вогнутую часть. Затем ролики 301 вращаются вокруг ступицы 305 (в данном примере ролики вращаются по часовой стрелке). Когда ролик 301 контактирует с набором трубок 103, он сжимает стенку набора трубок 103 и передвигает любую текучую среду (например, газ) внутрь трубки в направлении, в котором движется ролик 301. Постоянное движение роликов 301 вызывает постоянное движение текучей среды в наборе трубок 103 в направлении, в котором движется ролик 301. Это создает отрицательное давление, необходимое для засасывания пробы газа из основного потока газа 106 через контур 102 взятия проб газа. Кроме того, ни одна часть насоса 113 действительно не контактирует с пробой газа. Поэтому насос 113 не загрязняется пробой газа и не требует промежуточной стерилизации между применениями.

Дополнительную информацию относительно перистальтических насосов можно найти в документе Amy Ebelhack, "Peristaltic Pumps - Not Just for Labs Anymore, New Designs Offer Higher Flowrates and Pressure Capacities", первоначально опубликованном в Chemical Processing Magazine, November 2000, который полностью включен в настоящее описание путем ссылки на него. Этот документ можно также найти на сайте http://www.coleparmer.com. Перистальтический роликовый насос, показанный на фиг.1, 3А и 3В, является лишь иллюстративным. Можно также использовать другие типы насосов, которые не контактируют с пробой газа, такие как насосы, запускаемые электроактивным полимером со съемной камерой. Электроактивные полимеры представляют собой гибкие материалы, которые способны превращать энергию в форме электрического заряда и напряжения в механическую силу и движение. Они предоставляют уникальные возможности интегрировать функции, которые разделены в традиционных конструкциях. Камера насоса может быть сократимой, таким образом, обеспечивая возможность интеграции превращения энергии, привода и структуры в одну структуру. В статье S. Ashley, озаглавленной "Artifical Muscles" (искусственные мышцы) (Scientific American, October 2003, p.53-59), которая полностью включена в настоящее описание путем ссылки на нее, освещает возможности электроактивных полимеров. Дополнительную информацию относительно насосов из электроактивных полимеров можно найти в заявке на патент США №10/384,329 (публикация US №20040068224), озаглавленной "Electroactive polymer actuated medication infusion pumps" (Запускаемые электроактивными полимерами насосы для вливания лекарственных средств), которая полностью включена в настоящее описание путем ссылки на нее.

Хотя фиг.1А и 1C иллюстрируют насос 113, расположенный в определенной конфигурации относительно других элементов системы 100 для взятия проб газа (т.е., ниже по потоку от ячейки 105 для пробы, измерительных оптических устройств 107, устройства 109 для измерения потока и устройства 111 для измерения давления), это размещение является лишь иллюстративным. Насос 113 может быть помещен в любом месте относительно других элементов системы 100, необходимом для транспортировки текучей среды через систему 100 в соответствии с требованиями изобретения.

В одном варианте осуществления система 100 для взятия проб газа также включает выпускной канал 115. Канал 115 может включать соединитель или другое устройство, которое соединяет набор трубок 103, с целевым положением для анализируемой пробы газа. В одном варианте осуществления целевое положение для анализируемой пробы газа может включать дыхательный контур пациента. Например, выпускной канал может дренировать анализируемую пробу газа назад в дыхательный контур, из которого была первоначально взята проба газа. Как указано выше, это может быть сделано по нескольким причинам, включая экономию дорогих анестетиков или других лекарственных средств, устранение необходимости удаления биологического, опасного вещества или другие причины.

В одном варианте осуществления выпускной канал 115 может дренировать анализируемую пробу газа в удаляемое устройство, в котором газ соответствующим образом удаляется. В другом варианте осуществления выпускной канал 115 может дренировать анализируемую пробу газа в систему очистки, где элементы пробы газа могут регенерироваться перед удалением газа в атмосферу. Очистка представляет собой сбор и удаление анестетических газов, выпускаемых из среды операционной. Ввиду того, что количество обычно подаваемого анестетического газа намного превышает количество, необходимое для пациента, очистка уменьшает загрязнение среды операционной.

Очистка может быть активной (применяемый отсос) или пассивной (отработанные газы пассивно поступают по гофрированным трубкам и выходят через вентиляционную решетку операционной). Активные системы требуют средства для защиты дыхательных путей пациента от приложения силы всасывания или от нарастания положительного давления. Пассивные системы требуют, чтобы пациент был защищен только от нарастания положительного давления. Другое важное различие состоит в том, что межфазные границы раздела очистителя могут быть открыты (в атмосферу) или закрыты (газы внутри межфазной границы раздела могут сообщаться с атмосферой только через клапаны; более знакомый тип). Различные типы межфазной границы раздела имеют клиническое значение. Открытые межфазные границы раздела обнаруживаются на газовых установках Julian™, Fabius GS™, MNarkomed 6000™ и S/5 ADU™. Установки Aestiva™ могут иметь открытую или закрытую межфазную границу раздела. Открытые межфазные границы раздела могут быть безопаснее для пациента.

Устройство очистителя может включать узел сбора газа (например, трубки, соединенные с APL и выпускным предохранительным клапаном), трубку переноса (например, 19 или 30 мм, иногда кодированную желтым цветом), очистительную межфазную границу раздела, трубку удаления газа (переносит газ от межфазной границы раздела к узлу удаления), узел удаления (активный или пассивный - более распространенный активный, использует больничную систему отсоса) и/или другие элементы.

В некоторых вариантах осуществления выпускной канал 115 может выпускать анализированную пробу газа в атмосферу.

В одном варианте осуществления система 100 для взятия проб газа может также включать регулятор, процессор или «центр 117 управления», который электронно управляет, регулирует, контролирует и/или подает питание к компонентам системы 100. Фиг.4 иллюстрирует центр 117 управления в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения. В одном варианте осуществления центр 117 управления включает цикл контрольного применения 401 на процессоре 402.

Контрольное применение 401 может включать применение программного обеспечения, основанное на памяти центра 117 управления. В другом варианте осуществления контрольное применение 401 может включать один или несколько модулей 403а-403n. Модули 403а-403n могут включать модули программного обеспечения, обеспечивающие возможность управления, регулирования, контроля и других вопросов, относящихся к системе 100 для взятия проб газа. В частности, модули программного обеспечения 403а-403n могут управлять генерированием инфракрасного излучения узлом 201 источника, обеспечивать возможность измерения инфракрасного излучения узлом 203 детектора, обеспечивать возможность использования других измерительных устройств (устройств гашения люминесценции, газовых датчиков в твердом состоянии, датчиков поверхностных акустических волн или других датчиков или детекторов), обеспечивать возможность измерения одной или нескольких характеристик одного или нескольких компонентов в пробе газа (например, определять концентрацию компонента в пробе газа), регулировать питание, подаваемое к измерительным оптическим устройствам 107, управлять любыми оптическими устройствами и/или генерированием электромагнитной энергии, необходимой для устройства 109 измерения потока для измерения потока газа внутри контура 102 взятия проб газа, обеспечивать возможность расчета потока газа внутри контура 102 взятия проб газа, регулировать подачу питания к устройству 109 для измерения потока, обеспечивать возможность измерения деформации диафрагмы в целях расчета давления внутри контура 102 взятия проб газа, обеспечивать возможность расчета давления внутри контура 102 взятия проб газа, регулировать подачу питания к устройству 111 для измерения давления, регулировать работу насоса 113, регулировать подачу питания к насосу 113, обеспечивать возможность представления пользователю состава пробы анализируемого газа и/или другой информации посредством графического интерфейса пользователя, обеспечивать возможность приема и расчетов с использованием данных, вводимых пользователем, и/или от других устройств (например, медицинских устройств), обеспечивая возможность вывода данных на другие устройства (например, дисплей, принтер, другое медицинское оборудование) и/или выполнение других задач, связанных с газовым анализом. Можно комбинировать один или несколько из модулей 403а-403n, включая контрольное применение 401. Для некоторых целей могут быть необходимы не все модули.

В некоторых вариантах осуществления центр 117 управления может также включать один или несколько портов 405 ввода для приема ввода от пользователя (например, через клавиатуру или клавишную приставку), устройства, связанные с системой 100 (например, измерительные оптические устройства 107, устройство 109 для измерения потока, устройство 111 для измерения давления, насос 113 или другие устройства), и/или одно или несколько других устройств (например, другие компьютерные или медицинские устройства). В некоторых вариантах осуществления центр 117 управления может также включать один или несколько портов 407 вывода для обеспечения выходных сигналов к одному или нескольким устройствам, таким как, например, устройство дисплея, одно или несколько устройств, связанных с системой 100 (например, измерительных оптических устройств 107, устройства 109 для измерения потока, устройства 111 для измерения давления, насоса 113 или других устройств), и/или других компьютерных или медицинских устройств. В некоторых вариантах осуществления центр 117 управления может включать свое собственное устройство дисплея 409 для представления данных пользователю через графический интерфейс пользователя.

В некоторых вариантах осуществления центр 117 управления может также включать интерфейс 411 питания для приема питания из источников постоянного тока и/или источников питания переменного тока. В некоторых вариантах осуществления питание, получаемое в интерфейсе 411 питания, может не только использоваться для обеспечения питания центра 117 управления, но может также обеспечить возможность распределения питания к одному или нескольким измерительным оптическим устройствам 107, устройству 109 для измерения потока, устройству 111 для измерения давления, насосу 113 и/или другим элементам устройства для взятия проб газа 100. В других вариантах осуществления одно или несколько из измерительных оптических устройств 107, устройства 109 для измерения потока, устройства 111 для измерения давления, насоса 113 и/или других элементов системы 100 могут иметь альтернативные или независимые источники питания.

Специалистам в данной области будет понятно, что описанное в настоящем документе изобретение может работать при различных конфигурациях устройства. Соответственно, в различных вариантах осуществления можно использовать и/или комбинировать больше или меньше из указанных выше компонентов устройства. Следует также понимать, что описанные в настоящем документе функциональности могут осуществляться в различных комбинациях технических средств и/или аппаратно реализуемого программного обеспечения, в дополнение к компьютерному программному обеспечению или вместо него.

В некоторых вариантах осуществления система 100 может включать другие компоненты. Например, система 100 может включать устройство для измерения температуры пробы газа внутри контура 102 взятия проб газа (в данной области известны контактные и не контактные модели). В другом примере система 100 может включать устройство для измерения влажности или содержания влаги, присутствующей в пробе газа внутри устройства для взятия проб газа. Информацию относительно температуры и/или влажности пробы газа внутри контура 102 взятия проб газа можно использовать при расчете поглощения инфракрасного излучения компонентов внутри пробы газа (например, обеспечивает возможность коррекций, которые можно внести на присутствие водяного пара) или можно использовать для других целей.

В другом примере система 100 может включать отрезок проницаемой для влаги трубки, интегрированный в набор трубок 103. Например, в набор трубок 103 может быть включен отрезок трубки Nafton™. Эта проницаемая для влаги или гидрофильная трубка может обеспечить возможность выхода влаги из пробы газа или ее вхождения в нее внутри контура 102 для взятия проб газа. В других вариантах осуществления система 100 может включать водяную ловушку или другое устройство для удаления влаги или других компонентов из пробы газа перед анализом пробы газа в ячейке 105 для пробы.

В одном варианте осуществления одна или несколько частей набора трубок 103 может включать трубку с двойной полостью, имеющую два отдельных канала для перемещения пробы газа. В некоторых вариантах осуществления трубка с двойной полостью может использоваться для переноса пробы газа в направлении к одному или более компонентам системы 100 (например, ячейке 105 для пробы, устройству 109 для измерения потока, устройству 111 для измерения давления, насосу 113 или другому компоненту) или от них. Например, проба газа может перемещаться в ячейку 105 для пробы в первом канале трубки и от ячейки 105 для пробы во втором канале трубки.

Фиг.5 иллюстрирует способ 500, в котором характеристику компонента в пробе газа можно анализировать с использованием системы для взятия проб газа, имеющей контур пробы газа, который не имеет границы раздела с одним или несколькими повторно используемыми компонентами (например, системой 100 для взятия проб газа). В одном варианте осуществления способ 500 может включать стадию 501, на которой адаптер 101 к дыхательным путям системы 100 присоединен к основному потоку газа 106, а выпускной канал 115 может быть присоединен к целевому участку поступления анализированного газа.

На стадии 503 может быть запущен насос 113 для создания разности давления, которое создает поток пробы газа в контуре 102 взятия проб газа. Например, в одном варианте осуществления насос 113 создает отрицательную разницу давления, которая всасывает пробу газа из основного потока газа 106 через соединение 101 и перемещает пробу газа через контур 102 взятия проб газа. Как указано выше, в некоторых вариантах осуществления насос 113 не вступает в контакт с пробой газа. Так же, как указано выше, перистальтический насос, показанный как насос 113, является лишь иллюстративным. Насос 113 может включать диафрагмальный насос, вакуумный насос Вентури, насос смещения под положительным давлением, насос, запускаемый электроактивным полимером, или другой насос.

На стадии 505 проба газа может перемещаться через набор трубок 103 к ячейке 105 для пробы. На стадии 507, пока проба газа находится в области анализа ячейки 105 для пробы, из узла 201 источника измерительных оптических устройств 107 может испускаться инфракрасное излучение или другое излучение. Это инфракрасное излучение может проходить через область анализа пробы, включая пробу газа, и выявляться узлом детектора 203 измерительных оптических устройств 107 за вычетом любого инфракрасного излучения, поглощенного компонентами пробы газа. В других вариантах осуществления характеристики компонентов пробы газа можно измерить с использованием методик измерения, отличных от поглощения инфракрасного излучения. Например, можно использовать измерительную часть, отличную от измерительных оптических устройств 107, такую как устройство гашения люминесценции, газовый датчик в твердом состоянии, датчик поверхностных акустических волн или другое измерительное устройство.

На стадии 509 информация относительно инфракрасного излучения, выявленного узлом 203 детектора, может направляться в центр 117 управления. На стадии 511 один или несколько компонентов системы 100 может принимать регистрируемые показатели среды, относящиеся к контуру 102 взятия проб газа, и передавать эту информацию в центр 117 управления. Эти регистрируемые показатели среды можно использовать для учета условий, в которых измеряются характеристики одного или нескольких компонентов внутри пробы газа. Например, в одном варианте осуществления устройство 111 для измерения давления может регистрировать показатели давления, относящиеся к контуру 102 взятия проб газа. Эти регистрируемые показатели давления можно использовать для компенсации воздействий, которые давление оказывает на поглощение излучения компонентами пробы газа. Можно регистрировать и использовать другие показатели среды (например, поток, температуру, влажность или другие регистрируемые показатели). Стадия 511 может осуществляться до тех пор, пока инфракрасное излучение испускается и выявляется на стадии 507.

На стадии 513 измеренные характеристики концентрации или другая характеристика одного или нескольких компонентов внутри пробы газа могут рассчитываться центром 117 управления. В некоторых вариантах осуществления эти данные могут быть представлены на дисплее или переданы пользователю иным путем.

На стадии 515 проба газа может выпускаться в целевое положение для анализируемой пробы газа. Как указано выше, целевое положение для анализируемой пробы газа может включать, например, очищающее устройство, основной поток газа 106, из которого он был получен, систему удаления, атмосферу или другое целевое положение. В некоторых вариантах осуществления способ 500 может возвратиться к стадии 505, на которой пробы газа постоянно отсасываются из основного потока газа 106 и анализируются.

Систему 100 для взятия проб газа можно использовать для наблюдения в реальном масштабе времени или почти в реальном масштабе времени за концентрацией или другой характеристикой компонентов пробы в воздухе, выдыхаемом пациентом в течение периода времени. Указанная в настоящем описании «проба газа» может представлять дискретное количество газа, которое находится в области анализа ячейки 105 для пробы в данное время. Кроме того, «проба газа» может относиться к непрерывному потоку газа, который удаляется из основного потока газа 106 и анализируется для определения концентрации или другой характеристики. В некоторых вариантах осуществления анализ непрерывного потока газа в течение периода времени может дать графическое представление характеристики одной или нескольких проб воздуха, выдыхаемого пациентом, в течение периода времени (например, «капнограммы» концентрации СО₂ в течение периода времени).

При получении записей характеристик одного или нескольких компонентов выдыхаемого пациентом воздуха в течение периода времени желательно, чтобы поток газа через контур 102 взятия проб газа поддерживался на постоянной скорости. Поэтому во время любой из операций способа 500 устройство 109 для измерения потока можно использовать для измерения потока газа через контур взятия проб газа и передачи информации, относящейся к потоку газа, через контур 102 взятия проб газа к центру 117 управления. Эту информацию можно использовать для регулировки насоса 113 с целью поддержания постоянного потока газа через контур 102 взятия проб газа в различных условиях нагрузки. Например, фильтр, включенный в контур 102 взятия проб газа, может стать частично забитым, следовательно, нагрузка на насос 113 может увеличиться. В другом примере давление в основном потоке газа 106, из которого отсасывается проба газа, может увеличиваться или уменьшаться. Это может вызвать увеличение или уменьшение нагрузки на насос 113. Нагрузку на насос 113 можно изменять другими факторами.

Хотя изобретение было детально описано с целью иллюстрации на основе того, что в настоящее время считается наиболее практичными и предпочтительными вариантами осуществления, следует понимать, что такое детальное описание предназначено исключительно для этой цели, и что изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления, но, напротив, оно предназначено для охвата модификаций и эквивалентных устройств, которые подпадают под сущность и объем прилагаемой формулы изобретения. Например, следует понимать, что настоящее изобретение предусматривает то, что в возможной степени один или несколько признаков любого варианта осуществления могут объединяться с одним или несколькими признаками любого другого варианта осуществления.

1. Система для взятия проб боковой фракции газа, содержащая первый узел, приспособленный для направления пробы газа из участка взятия пробы газа к участку измерения характеристик газа, имеющий компоненты, контактирующие с пробой газа во время использования, и содержащий трубку для перемещения пробы, принимающую пробу газа из участка взятия пробы газа, и область анализатора пробы для измерения характеристики, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа, и второй узел, расположенный снаружи от первого узла во все моменты времени при использовании так, что все компоненты второго узла не контактируют с пробой газа, при этом второй узел содержит насос, соединенный с указанной трубкой для перемещения пробы газа через нее в область анализатора пробы без контакта с пробой газа, устройство для измерения потока, получающее информацию относительно потока пробы газа через указанную трубку без контакта с пробой газа, устройство для измерения давления, получающее информацию относительно давления пробы газа внутри указанной трубки без контакта с пробой газа, или любую комбинацию насоса, устройства для измерения потока и устройства для измерения давления.

2. Система по п.1, в которой трубка для перемещения пробы газа содержит, по меньшей мере, один выступ, приспособленный для соединения с дыхательными путями пациента.

3. Система по п.1, в которой трубка для перемещения пробы газа и область анализатора пробы выполнены в виде единого компонента.

4. Система по п.1, в которой первый узел дополнительно содержит адаптер, приспособленный для соединения трубки для перемещения пробы газа с контуром пациента, фильтр, соединенный с указанной трубкой, областью анализатора пробы или с ними обоими, устройство для удаления влаги, соединенное с трубкой для перемещения пробы, областью анализатора пробы или ими обоими и приспособленное для удаления влаги из пробы газа, или любую комбинацию адаптера, фильтра и устройства для удаления влаги.

5. Система по п.1, в которой устройство для измерения потока содержит один из оптического расходомера, вихревого распространяющего расходомера, ультразвукового расходомера или термического массового расходомера.

6. Система по п.1, в которой насос содержит, по меньшей мере, один из диафрагмального насоса, перистальтического насоса, вакуумного насоса Вентури и насоса, запускаемого электроактивным полимером.

7. Система по п.1, в которой область анализатора пробы содержит ячейку для пробы газа, имеющую, по меньшей мере, два окна оптического анализатора, интегрированных в трубку для перемещения пробы, по меньшей мере, один электрический контакт, обеспечивающий физическое соединение с газовым датчиком в твердом состоянии или датчиком поверхностных акустических волн, или любую комбинацию ячейки, окон оптического анализатора и электрических контактов.

8. Способ измерения концентрации, по меньшей мере, одного компонента пробы газа, взятой из основного потока газа, содержащий следующие стадии:
обеспечение первого узла, приспособленного для направления пробы газа из участка взятия пробы газа к участку измерения характеристик газа и содержащего компоненты, контактирующие с пробой газа во время использования;
обеспечение второго узла, расположенного снаружи от первого узла во все моменты времени во время использования так, что все компоненты второго узла не контактируют с пробой газа;
соединение первого узла со вторым узлом;
перемещение пробы газа из участка взятия пробы газа с использованием первого компонента первого узла;
использование первого компонента второго узла для получения с использованием второго узла информации о потоке пробы газа без контакта с пробой газа, получения с использованием второго узла информации о давлении пробы газа без контакта с пробой газа или получения с использованием второго узла информации о потоке и информации о давлении;
измерение характеристики, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа с использованием второго компонента второго узла.

9. Способ по п.8, дополнительно содержащий использование второго компонента второго узла для перемещения пробы газа через первый компонент первого узла.

10. Способ по п.8, дополнительно содержащий следующие стадии:
разъединение соединения первого узла со вторым узлом после завершения первого процесса измерения;
удаление первого узла;
повторное использование второго узла с другим первым узлом при втором процессе измерения.

11. Способ по п.8, дополнительно содержащий следующие стадии:
получение с использованием второго узла информации о потоке, относящейся к потоку пробы газа без контакта с пробой газа;
получение с использованием второго узла информации о давлении пробы газа без контакта с пробой газа или
получение с использованием второго узла информации о потоке и информации о давлении.

12. Способ по п.8, дополнительно содержащий фильтрацию пробы газа с использованием первого узла, осушение пробы газа с использованием первого узла или фильтрацию и осушение пробы газа с использованием первого узла.

13. Система для взятия проб боковой фракции газа, содержащая контур взятия проб газа, включающий в себя трубку для перемещения пробы газа, принимающую пробу газа из основного потока газа, и область анализатора пробы газа для измерения характеристики, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа без контакта компонентов для анализа с пробой газа, и насос, создающий разность давления внутри контура взятия проб газа для удаления пробы газа из основного потока газа и перемещения пробы газа через трубку перемещения пробы в область анализатора пробы без контакта с пробой газа.

14. Система по п.13, дополнительно содержащая устройство для измерения потока, получающее информацию относительно потока пробы газа через контур взятия проб газа без контакта с пробой газа, устройство для измерения давления, получающее информацию относительно давления пробы газа через контур взятия проб газа без контакта с пробой газа или устройство для измерения потока и устройство для измерения давления.

15. Система по п.14, в которой информация относительно потока пробы газа через контур взятия проб газа используется для управления насосом с целью обеспечения постоянного потока газа через контур взятия проб газа.

16. Система по п.14, в которой устройство для измерения потока содержит один из оптического расходомера, вихревого распространяющего расходомера, ультразвукового расходомера или термического массового расходомера.

17. Система по п.14, в которой устройство для измерения давления способно измерять деформацию диафрагмы, интегрированной в трубку для перемещения пробы газа для измерения давления внутри контура взятия проб газа.

18. Система по п.14, в которой информация о давлении пробы газа внутри контура взятия проб газа используется для учета воздействий давления на измерение характеристики, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа.

19. Система по п.13, в которой характеристика, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа содержит, по меньшей мере, одну из концентрации, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа и парциального давления, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа, или, по меньшей мере, один компонент внутри пробы газа, выраженный в виде, по меньшей мере, одного показателя из процентной доли, частей на миллион и частей на миллиард.

20. Система по п.13, в которой характеристика, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа измеряется с использованием спектроскопии, инфракрасной спектроскопии, гашения люминесценции, газового датчика в твердом состоянии, датчика поверхностных акустических волн или их любой комбинации.

21. Система по п.13, в которой область анализатора пробы содержит ячейку для пробы, имеющую, по меньшей мере, два окна для оптического анализа, интегрированных в трубку для перемещения пробы газа, по меньшей мере, один электрический контакт, обеспечивающий физическое соединение с газовым датчиком в твердом состоянии или датчиком поверхностных акустических волн, или любую комбинацию ячейки, окон для оптического анализа и электрических контактов.

22. Система по п.13, в которой область анализатора пробы содержит, по меньшей мере, два окна для оптического анализа.

23. Система по п.13, в которой, по меньшей мере, один компонент, характеристика которого измеряется внутри пробы газа, представляет собой, по меньшей мере, один из диоксида углерода (СО₂), моноксида углерода (СО), кислорода (О₂), азотного оксида (NO) и анестетических средств.

24. Система по п.13, в которой насос содержит, по меньшей мере, один из диафрагмального насоса, перистальтического насоса, вакуумного насоса Вентури и насоса, запускаемого электроактивным полимером.

25. Система по п.13, в которой контур взятия проб газа дополнительно содержит канал выпуска пробы газа для удаления пробы газа из контура взятия проб газа после прохождения пробы газа через область анализатора пробы.

26. Система по п.25, в которой канал выпуска пробы газа способен возвращать пробу газа в основной поток газа или перемещать пробу газа в устройство для удаления.

27. Система по п.13, в которой трубка для перемещения пробы газа содержит первый и второй каналы, причем первый канал способен перемещать пробу газа в направлении к области анализатора пробы, и второй канал способен перемещать пробу газа из области анализатора пробы.

28. Система по п.13, в которой трубка для перемещения пробы газа содержит область для удаления влаги из пробы газа.

29. Система по п.28, в которой область для удаления влаги из пробы газа содержит секцию гидрофильной трубки, удаляющий влагу материал, водную ловушку или любую их комбинацию.

30. Система по п.13, дополнительно содержащая адаптер для удаления пробы газа из основного потока газа и введения пробы газа в контур взятия проб газа.

31. Способ измерения концентрации, по меньшей мере, одного компонента пробы газа, взятой из основного потока газа, содержащий следующие стадии:
удаление пробы газа из основного потока газа;
перемещение пробы газа в область анализатора пробы через трубку для перемещения пробы газа;
измерение характеристики, по меньшей мере, одного компонента внутри пробы газа в области анализатора пробы без контакта компонентов для анализа с пробой газа;
перемещение пробы газа через трубку для перемещения пробы газа с использованием насосного механизма, не контактирующего с пробой газа.

32. Способ по п.31, дополнительно содержащий замену трубки для перемещения пробы газа для использования с тем же насосным механизмом.

33. Способ по п.31, дополнительно содержащий получение информации о потоке пробы газа без контакта с пробой газа, получение информации о давлении пробы газа без контакта с пробой газа или получение информации о потоке и информации о давлении.