專利名稱：用于治療設(shè)施的包括具有縮短光學(xué)路徑的微型光譜儀的氣體測量模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體測量模塊，該氣體測量模塊能夠被插入到呼吸回路中，并且承載被配置為檢測呼吸回路中的氣體組分的微型光譜儀。
背景技術(shù)：
氣體分析儀被廣泛使用在醫(yī)療應(yīng)用中，并且可具有的特征在于，位于患者呼吸氣體的主路徑中(主流分析儀)或者位于通常平行于該主路徑的輔助路徑中(側(cè)流分析儀)。對主流分析儀進(jìn)行安置使得受試者的吸入和呼出的呼吸氣體通過氣道適配器，氣道適配器上放置有分析儀。側(cè)流氣體分析儀被耦合到氣道適配器以從主呼吸回路抽離空氣以用于測量。用于包含在能夠被耦合到治療設(shè)施中的呼吸回路以測量氣體組分的氣體測量模塊中的主流和側(cè)流設(shè)計(jì)必須被設(shè)計(jì)為便于在患者氣道處或者在與患者連通的呼吸回路中在與患者相對緊密靠近的位置安裝氣體測量模塊。作為結(jié)果，為了被收納在治療設(shè)施中，必須對氣體分析儀進(jìn)行設(shè)計(jì)使得容納氣體分析儀的氣體測量模塊具有便利和舒適的形狀因數(shù)(formfactor)和/或重量。此外，氣體分析儀必須足夠魯棒以基本上不受與治療設(shè)施中的使用相關(guān)聯(lián)的典型機(jī)械損傷和溫度變化的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面涉及一種氣體測量模塊，該氣體測量模塊被配置為插入到與受試者的氣道流體連通的呼吸回路中。氣體測量模塊包括腔、紅外源、能夠移動的濾波器構(gòu)件、光敏檢測器和致動器。腔具有第一開口和第二開口。腔被配置為在第一開口和第二開口之間形成流動路徑，使得在氣體測量模塊被插入到呼吸回路中的情況下，來自受試者的氣道的氣體通過該流動路徑被輸送。紅外源被配置為發(fā)射沿著光學(xué)路徑的紅外電磁輻射，該光學(xué)路徑穿過由腔形成的流動路徑。能夠移動的濾波器構(gòu)件包括被配置為濾波第一波長段中的電磁輻射的第一濾波器元件，以及被配置為濾波第二波長段中的電磁輻射的第二濾波器元件。光敏檢測器被保持在沿著光學(xué)路徑的固定位置，以接收已經(jīng)由濾波器元件濾波的并且已經(jīng)穿過由腔形成的流動路徑的紅外電磁輻射。光敏檢測器被配置為產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號傳送與所接收的紅外電磁輻射的一個或多個參數(shù)有關(guān)的信息。致動器被配置為在第一位置和第二位置之間致動濾波器構(gòu)件，其中在第一位置處，第一濾波器元件被定位在光學(xué)路徑中，并且其中在第二位置處，第二濾波器元件被定位在光學(xué)路徑中。本發(fā)明的另一個方面涉及一種分析在氣體測量模塊內(nèi)的氣體的方法，該氣體測量模塊被配置為插入到與受試者的氣道流體連通的呼吸回路中。在一個實(shí)施例中，該方法包括發(fā)射沿著光學(xué)路徑的紅外電磁輻射，該光學(xué)路徑穿過由氣體測量模塊形成的流動路徑， 來自受試者的氣道的氣體在該流動路徑中流動；在第一位置和第二位置之間致動濾波器構(gòu)件，其中在第一位置處，濾波器構(gòu)件的第一濾波器元件被設(shè)置在光學(xué)路徑中，并且在第二位置處，濾波器構(gòu)件的第二濾波器元件被設(shè)置在光學(xué)路徑中，并且其中第一濾波器元件被配置為濾波第一波長段中的電磁輻射，并且第二濾波器元件被配置為濾波第二波長段中的電磁輻射；接收沿著光學(xué)路徑的已經(jīng)被濾波器構(gòu)件濾波的電磁輻射；以及產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號傳送與所接收的紅外電磁輻射的一個或多個參數(shù)有關(guān)的信息。本發(fā)明的另一個方面涉及一種被配置為分析氣體的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)被配置為插入到與受試者的氣道流體連通的呼吸回路。在一個實(shí)施例中，該系統(tǒng)包括用于發(fā)射沿著光學(xué)路徑的紅外電磁輻射的裝置，該光學(xué)路徑穿過流動路徑，來自受試者的氣道的氣體在該流動路徑內(nèi)流動；用于濾波電磁輻射的沿著光學(xué)路徑設(shè)置的裝置，其中用于濾波的裝置包括用于濾波第一波長段中的電磁輻射的第一裝置和用于濾波第二波長段中的電磁輻射的第二裝置；用于在第一位置和第二位置之間致動用于濾波的裝置的裝置，其中在第一位置處，用于濾波的第一裝置濾波沿著光學(xué)路徑行進(jìn)的電磁輻射，并且在第二位置處，用于濾波的第二裝置濾波沿著光學(xué)路徑行進(jìn)的電磁輻射；用于接收沿著光學(xué)路徑的已經(jīng)由濾波器構(gòu)件濾波的電磁輻射并且產(chǎn)生輸出信號的裝置，該輸出信號傳送與所接收的紅外電磁輻射的一個或多個參數(shù)有關(guān)的信息。在參考附圖考慮下面的描述和所附權(quán)利要求之后，本發(fā)明的這些和其它目的、特 征和特性，以及操作方法和結(jié)構(gòu)相關(guān)元件的功能以及各部分的組合和制造成本將變得更加清楚，所有的附圖形成了本說明書的一部分，其中相同的附圖標(biāo)記指定各附圖中的對應(yīng)部分。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，在此示出的結(jié)構(gòu)部件按比例地被畫出。然而，應(yīng)當(dāng)清楚地理解的是，附圖僅是為了例示和描述的目的，并且不是對本發(fā)明的限制。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本文任意一個實(shí)施例中示出或描述的結(jié)構(gòu)特征也可用于其它實(shí)施例。然而，應(yīng)當(dāng)清楚地理解的是，附圖僅是為了例示和描述的目的，并且不作為本發(fā)明的限制的定義。如在說明書和權(quán)利要求中所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包括多個指示物，除非上下文中有明確另有指定。


圖I例示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的被配置為分析呼吸回路中氣體組成的系統(tǒng)。圖2例示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的氣體測量模塊。圖3例示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的氣體測量模塊。圖4例示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的氣體測量模塊。圖5例示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的氣體測量模塊。圖6例示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的氣體測量模塊。圖7例示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的氣體測量模塊。圖8例示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的氣體測量模塊。圖9例示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的氣體測量模塊。圖10例示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的氣體測量模塊。圖11例示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的氣體測量模塊。圖12例示了根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例的氣體測量模塊。
具體實(shí)施方式
圖I例示了被配置為分析呼吸回路12內(nèi)氣體的組成的系統(tǒng)10，受試者14可以從該呼吸回路接收通氣治療。在一個實(shí)施例中，呼吸回路12—端連接到壓力發(fā)生器，壓力發(fā)生器被配置為產(chǎn)生可呼吸氣體的加壓流，該可呼吸氣體的加壓流用于通過呼吸回路12輸送到受試者14的氣道。然而，這并非旨在限制。在一個實(shí)施例中，系統(tǒng)10包括氣體測量模塊16。呼吸回路12包括回路導(dǎo)管18和受試者接口器具20。在若干不同治療方案中，受試者14的氣道被接合以將呼吸回路12設(shè)置為與受試者14的氣道流體連通。通過受試者接口器具20將受試者14的氣道接合并且設(shè)置為與呼吸回路12流體連通。受試者接口器具20可以以密封或非密封的方式接合受試者14的氣道的一個或多個孔口(orifice)。受試者接口器具20的一些示例可以包括例如氣管內(nèi)管、鼻插管、氣管切開管、鼻罩、鼻/ 口罩、全面罩、面罩、部分再吸入面罩、或與受試者的氣道連通氣流的其它接口器具。本發(fā)明不限于這些示例，并且預(yù)期了任何受試者接口的實(shí)施方式。
回路導(dǎo)管18被配置為將氣體向著受試者接口器具20傳送或從受試者接口器具20傳送出。通過非限制性的示例，回路導(dǎo)管18可以包括柔性導(dǎo)管。為了本公開的目的，回路導(dǎo)管18不是必然被限制于將加壓氣流傳送到受試者接口器具20和/或從受試者接口器具20傳送出的管狀構(gòu)件?；芈穼?dǎo)管18可以包括被設(shè)置為通過受試者接口器具20與受試者14的氣道流體連通的任何中空體、容器和/或腔。例如，本文涉及的回路導(dǎo)管18可以被形成為位于實(shí)際的受試者接口器具20上的腔。該腔可以與氣體源和/或環(huán)境空氣流體連通。氣體測量模塊16被配置為分析呼吸回路12內(nèi)的氣體的組分。因此，氣體測量模塊16被配置為與回路導(dǎo)管18流體連通。這可以包括氣體測量模塊16插入到回路導(dǎo)管18中。該插入可以是能夠選擇性移除的和/或基本上永久的。在一個實(shí)施例中，呼吸回路12包括回路導(dǎo)管18中的停放處(dock)，該停放處被配置為在其中能夠移除地容納氣體測量模塊16。氣體測量模塊16其中形成有腔，該腔具有被設(shè)置在氣體測量模塊16上的第一開口 22和第二開口 24，從而在氣體測量模塊16被插入回路導(dǎo)管18中的情況下，氣體通過第一開口 22和第二開口 24之間的由該腔形成的流動路徑被輸送到受試者14的氣道和/或從受試者14的氣道傳輸出。在一些實(shí)施方式中，腔被形成為側(cè)流腔(而不是主流腔)。在這些實(shí)施例中，穿過第一開口和第二開口 24之間的氣體測量模塊16的氣體被抽離進(jìn)入側(cè)流腔以用于分析。氣體測量模塊16承載光學(xué)部件和/或電子部件，該光學(xué)部件和/或電子部件便于分析由氣體測量模塊16形成的腔中的氣體的組分。例如，這些部件可以形成掃描光譜儀。為了便于治療設(shè)施中氣體測量模塊16的使用，氣體測量模塊16中便于組分分析的光學(xué)部件和/或電子部件被配置為將氣體測量模塊16的形狀因數(shù)最小化。例如，如果氣體測量模塊16太龐大和/或太笨重，則實(shí)施可能是困難的(例如，容易受到無意的斷開和/或破損)，對于受試者14來說是不舒適的，和/或具有其它缺陷。對于測量模塊16的其它設(shè)計(jì)考慮包括電力使用/效率、經(jīng)過操作產(chǎn)生的熱量、材料和/或制造的成本、測量氣體組分的精度/準(zhǔn)確度和/或其它考慮。圖2例示了氣體測量模塊16的一個實(shí)施例。在圖2所示出的氣體測量模塊16的實(shí)施例中，氣體測量模塊16包括源26、第一光學(xué)子系統(tǒng)28、氣道適配器30、第二光學(xué)子系統(tǒng)32、一個或多個光敏檢測器34和/或其它部件。
源26被配置為發(fā)射紅外光譜中的電磁輻射。源26包括發(fā)射器和透鏡。發(fā)射器是電磁輻射從其發(fā)出的主體，并且透鏡通常與發(fā)射器一體地提供。例如，透鏡可以為發(fā)射器提供機(jī)械保護(hù)，可以將發(fā)射器與空氣隔離，和/或另外可以與發(fā)射器一體地提供。在一個實(shí)施例中，電磁輻射包括與二氧化碳或一氧化二氮有關(guān)的第一波長段(例如分別大約在4. 25微米或大約4. 55微米)中的電磁輻射、提供3. 7微米處的參照的第二波長段中的電磁輻射和/或其它波長段中的電磁輻射。第二波長段可以被設(shè)置在幾乎沒有被氣體測量模塊16中的氣體吸收的波長處。第一光學(xué)子系統(tǒng)28被配置為處理由源26發(fā)射的電磁輻射。通常，源26的尺寸和/或形狀、和/或與源26相關(guān)聯(lián)的透鏡使得源26所產(chǎn)生的電磁輻射在其從源26傳播出時擴(kuò)展。第一光學(xué)子系統(tǒng)28可以包括被配置為減小擴(kuò)束的一個或多個光學(xué)元件(例如準(zhǔn)直電磁輻射的一個或多個元件)。氣道適配器30被配置為與呼吸回路(例如圖I中的呼吸回路12)耦合。氣道適配器30進(jìn)一步形成第一開口 22與第二開口 24之間的腔36，在腔36中從呼吸回路接收氣體 以用于由氣體測量模塊16測量。如在圖2中可以看到的，在由腔36通過氣道適配器30形成的流動路徑的每一側(cè)上，形成了窗38。利用對紅外電磁輻射是光學(xué)透明(或至少半透明的)的材料形成每個窗38。例如，可以利用硅、鍺、藍(lán)寶石和/或其它材料形成窗38。由源26發(fā)射的并且由第一光學(xué)子系統(tǒng)28處理的電磁輻射經(jīng)由窗38被指引通過腔36。第二光學(xué)子系統(tǒng)32被配置為處理已穿過由腔36形成的流動路徑的電磁輻射。例如在一個實(shí)施例中，第二光學(xué)子系統(tǒng)32包括一個或多個光學(xué)元件，該一個或多個光學(xué)元件被配置為將通過腔36接收的電磁輻射聚焦在光敏檢測器34上。光敏檢測器34被配置為產(chǎn)生傳送信息的輸出信號，該信息與變?yōu)槿肷涞焦饷魴z測器上的電磁輻射的一個或多個參數(shù)有關(guān)。該一個或多個參數(shù)可以包括例如根據(jù)波長的強(qiáng)度、和/或其它參數(shù)。在一個實(shí)施例中，第一光學(xué)子系統(tǒng)28和/或第二光學(xué)子系統(tǒng)32中的一個或二者包括一個或多個光學(xué)部件，該一個或多個光學(xué)部件被配置為根據(jù)波長來在空間上分離由源26發(fā)射的電磁福射。該分離可以使光敏檢測器34能夠產(chǎn)生傳送與根據(jù)波長的強(qiáng)度有關(guān)的信息的輸出信號。在常規(guī)氣體測量系統(tǒng)中，可以注意整體形狀因數(shù)、電力使用/效率、經(jīng)由操作產(chǎn)生的熱量、材料和/或制造的成本、和/或測量氣體組分的精度/準(zhǔn)確度。在這樣的系統(tǒng)中，提供了與準(zhǔn)直和/或聚焦電磁輻射的第一光學(xué)子系統(tǒng)28和/或第二光學(xué)子系統(tǒng)32類似的光學(xué)子系統(tǒng)。盡管可以認(rèn)識到，這樣的光學(xué)元件可能增加常規(guī)系統(tǒng)的體積和成本，但是通常認(rèn)為由這些光學(xué)元件提供的增加的精度/準(zhǔn)確度在價值上超過它們增加的體積和/或成本。在下文示出和描述的氣體測量模塊16的實(shí)施例中，處理電磁輻射以提供關(guān)于腔36中的氣體組分的信息，而不使用準(zhǔn)直或聚焦電磁輻射的光學(xué)元件。在這些實(shí)施例中要注意縮短源26與光敏檢測器34之間的光學(xué)路徑，而不是處理該輻射以校正和/或聚焦電磁輻射。通過非限制性的示例，光學(xué)路徑長度可以被保持低于大約19_ (從發(fā)射器)。另外，在下面描述的實(shí)施例中，單個光敏檢測器34被用于檢測電磁輻射。比起實(shí)施兩個或更多個檢測器的實(shí)施例，這可以增強(qiáng)功能，因?yàn)閱蝹€光敏檢測器34是自參考(self-referencing)的。
縮短源26與光敏檢測器34之間的光學(xué)路徑可以克服一些精度/準(zhǔn)確度的降低，該精度/準(zhǔn)確度的降低是由從源26發(fā)射的電磁輻射中的擴(kuò)束引起的。另外，已經(jīng)確定，導(dǎo)致氣體測量模塊16在測量腔36中氣體組分的精度/準(zhǔn)確度降低的另一個因素是“環(huán)境路徑長度(ambient path length)”。如本文所使用的那樣，術(shù)語“環(huán)境路徑長度”指的是源26與光敏檢測器34之間的光學(xué)路徑的長度,對于該光學(xué)路徑，電磁福射被暴露到環(huán)境空氣中(例如，不在腔36中)。為了縮短下面討論的實(shí)施例中的整體路徑長度，對環(huán)境路徑長度進(jìn)行縮短。由對環(huán)境路徑長度進(jìn)行的該縮短而增加的精度/準(zhǔn)確度可以至少針對由不在氣體測量模塊16中準(zhǔn)直和/或聚焦電磁輻射而損失的任何精度/準(zhǔn)確度進(jìn)行補(bǔ)償。通過非限制性的示例，“環(huán)境路徑長度”可以被保持低于大約4. 5mm。將認(rèn)識到，存在其它可用的技術(shù)來減少電磁輻射暴露到腔36外的環(huán)境氣體。例如，氣體測量模塊16的內(nèi)部可以被保持在真空下，可以被充滿不吸收感興趣波長的電磁輻射的(一種或多種)氣體，和/或可以利用將環(huán)境空氣保持在光學(xué)路徑之外的光學(xué)透射材料 (例如填充硅或藍(lán)寶石材料)來形成。然而，這些可替代措施可能大量增加氣體測量模塊16的材料和/或制造的成本。圖3例示了氣體測量模塊16的實(shí)施例，該氣體測量模塊16包括源26、氣道適配器30、光敏檢測器34、濾波器構(gòu)件40、致動器42、和/或其它部件。源26被定位在氣道適配器相對靠近窗38的一側(cè)上。在一個實(shí)施例中，源26中的發(fā)射器與窗38的距離小于大約2. 74mm。源26的透鏡與窗38之間的空氣距離可以小于大約I. 2mm。光敏檢測器34、濾波器構(gòu)件40和致動器42被設(shè)置在氣道適配器30的相對側(cè)。濾波器構(gòu)件40包括多個濾波器元件。特別地，在圖3所示的實(shí)施例中，濾波器構(gòu)件40包括第一濾波器元件44和第二濾波器元件46。第一濾波器元件44被配置為濾波第一波長段內(nèi)的電磁輻射，并且第二濾波器元件46被配置為濾波第二波長段內(nèi)的電磁輻射。這意味著第一濾波器元件44選擇性地阻擋不在第一波長段中的電磁輻射，或?qū)⒉辉诘谝徊ㄩL段中的電磁輻射指引離開光學(xué)路徑，并且第二濾波器元件46選擇性地阻擋不在第二波長段中的電磁輻射，或?qū)⒉辉诘诙ㄩL段中的電磁輻射指弓丨離開光學(xué)路徑。在一個實(shí)施例中，第一波長段與二氧化碳或一氧化二氮有關(guān)(例如分別在大約4. 25微米或大約4. 55微米處)，并且第二波長段是參照。在圖3所示的實(shí)施例中，第一濾波器元件44和第二濾波器元件46是反射型濾波器元件。對濾波器構(gòu)件40的該例示和描述(如僅包括第一濾波器元件44和第二濾波器元件46)并不是限制性的。在一個實(shí)施例中，濾波器構(gòu)件40包括一個或多個附加的濾波器元件。例如，濾波器構(gòu)件40可以包括被配置為濾波第三波長段中的電磁輻射的第三濾波器元件。濾波器構(gòu)件40被配置為將第一濾波器元件44和第二濾波器元件46承載在濾波器構(gòu)件40面向窗38的一側(cè)上。濾波器構(gòu)件40被配置為在多個不同位置之間是能夠移動的。在每個位置上，包括在濾波器構(gòu)件40中的濾波器元件中的一個(例如第一濾波器元件44或第二濾波器元件46)被設(shè)置在光學(xué)路徑中，使得來自源26的電磁輻射在變?yōu)槿肷涞焦饷魴z測器34之前，被光學(xué)路徑中的濾波器元件濾波。在圖3所示的實(shí)施例中，濾波器構(gòu)件40可以圍繞第一位置(如所示出的)和第二位置之間的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，在第一位置處，第一濾波器元件44被設(shè)置在光學(xué)路徑中，在第二位置處，第二濾波器元件46被設(shè)置在光學(xué)路徑中。通過在第一位置和第二位置 之間來回擺動濾波器構(gòu)件40，氣體測量模塊16將第一波長段和第二波長段兩者中的電磁輻射提供到光敏檢測器34。在一個實(shí)施例中，該擺動是周期性的，周期取決于預(yù)定的周期和/或頻率。在第一位置和第二位置之間的旋轉(zhuǎn)量是根據(jù)以下的第一濾波器元件44和第二濾波器元件46的尺寸、第一濾波器元件44和第二濾波器元件46之間的空間距離、第一濾波器元件44和第二濾波器元件46的(一個或多個)徑向位置、和/或第一濾波器元件44和第二濾波器元件46的表面之間的角度，等等。致動器42被配置為在與由濾波器構(gòu)件40承載的濾波器元件對應(yīng)的位置之間致動濾波器構(gòu)件40。例如，致動器42在第一位置和第二位置之間致動濾波器構(gòu)件40。在一個實(shí)施例中，致動器42包括緊帶掃描儀(taut band scanner)。該緊帶掃描儀可以包括永磁體48、緊帶50和定子52。例如，2009年10月20日公布的名稱為“MICROSPECTROMETERGAS ANALYZER”的美國專利NO. 7605370描述了緊帶掃描儀工作以致動濾波器構(gòu)件40的方式，并且將該美國專利全部并入本公開。當(dāng)致動器42致動濾波器構(gòu)件40在與其承載的濾波器元件對應(yīng)的位置之間移動時，光敏檢測器34產(chǎn)生輸出信號，該輸出信號傳送關(guān)于變?yōu)槿肷涞焦饷魴z測器34上的電磁輻射的強(qiáng)度的信息。由于濾波器構(gòu)件40和/或致動器42的位置是已知的，所以該輸出信號提供關(guān)于根據(jù)波長的電磁福射的強(qiáng)度的信息。這可以用于確定關(guān)于氣道適配器30中氣體的組分的信息。在一個實(shí)施例中，濾波器構(gòu)件40和光敏檢測器34被配置在氣體測量模塊16內(nèi)以減小窗38與光敏檢測器34之間的環(huán)境路徑長度。例如，窗38與光敏檢測器34之間的環(huán)境路徑長度可以被維持在小于大約3. 1mm。將認(rèn)識到，相對于其中實(shí)施多個光敏檢測器34的實(shí)施例，使用濾波器將電磁輻射的波長段選擇性地提供到光敏檢測器34以用于檢測，可能減小氣體測量模塊16的功率效率。然而，通過縮短系統(tǒng)的路徑長度，可以減輕與僅提供一部分電磁輻射給光敏檢測器34相關(guān)聯(lián)的功率損耗。圖4例示了氣體測量模塊16的另一個實(shí)施例。在圖4的例示中，部件已經(jīng)被與之前例示的提供相應(yīng)功能的部件相同地標(biāo)記。如從在圖4中可以看到的，該實(shí)施例包括源26、氣道適配器30、光敏檢測器34、濾波器構(gòu)件40、致動器42、和/或其他部件。圖4提供了以下的例示濾波器構(gòu)件40的旋轉(zhuǎn)軸與濾波器元件(例如第一濾波器元件44和第二濾波器元件46)之間的徑向距離影響旋轉(zhuǎn)量的方式等等，該旋轉(zhuǎn)量是濾波器構(gòu)件40必須在對應(yīng)于濾波器元件的位置之間旋轉(zhuǎn)的量。因?yàn)閳D4所示的實(shí)施例中的該徑向距離小于圖3所示實(shí)施例中的徑向距離，所以濾波器構(gòu)件40必須在第一位置和第二位置之間旋轉(zhuǎn)更大的角度。因此，盡管減小徑向距離可以提供更緊湊的形狀因數(shù)，但是在必需位置之間有效移動濾波器構(gòu)件40所需要的增加的旋轉(zhuǎn)，可能給氣體測量模塊16的其它部件(例如致動器42上)帶來更多的負(fù)擔(dān)。圖5例示了氣體測量模塊16的另一個實(shí)施例。在圖5的例示中，部件已經(jīng)被與之前例示的提供相應(yīng)功能的部件相同地標(biāo)記。在圖5所示的實(shí)施例中，光敏檢測器34被定位在氣道適配器30的與濾波器構(gòu)件40相對的一側(cè)上。因此，來自源26的電磁輻射穿過腔36到達(dá)濾波器構(gòu)件40，并且然后被通過腔36反射回光敏檢測器34。這可以使得能夠減小腔36的寬度，而不減小通過腔36的光學(xué)路徑的路徑長度(由于電磁輻射來回通過腔36行進(jìn))。為了減小環(huán)境路徑長度，源26的發(fā)射器可以被定位在距離窗38小于約2. 74mm的位置，和/或源26的透鏡可以被定位在小于約I. 2mm的位置，可以將濾波器構(gòu)件40定位為使得當(dāng)它們被設(shè)置在光學(xué)路徑中時濾波器元件距離窗38小于約2. 45mm，和/或可以將光敏檢測器34定位為使得窗38與光敏檢測器34之間的環(huán)境路徑長度小于約.4mm。圖6例示了氣體測量模塊16的另一個實(shí)施例。在圖6的例示中，部件已經(jīng)被與之前例示的提供相應(yīng)功能的部件相同地標(biāo)記。在圖6所示的實(shí)施例中，濾波器構(gòu)件40被描繪為在濾波器構(gòu)件40的旋轉(zhuǎn)軸與由濾波器構(gòu)件40承載的濾波器元件之間的徑向距離比圖6所示實(shí)施例的該徑向距離更大。如上文所討論地，這可以減小濾波器構(gòu)件40在對應(yīng)于濾波器元件的位置之間移動所必須旋轉(zhuǎn)的角度。圖6還示出了包括第三濾波器元件54的濾波器構(gòu)件40。第三濾波器元件被配置為濾波第三波長段中的電磁輻射。在圖6所示的實(shí)施例中，在與濾波器構(gòu)件40所承載的濾波器元件對應(yīng)的位置之間致動濾波器構(gòu)件40，包括在第一位置、第二位置和第三位置之間致動濾波器構(gòu)件，在第三位置，第三濾波器元件54被設(shè)置在光學(xué)路徑中以在由源26發(fā)射的電磁輻射變?yōu)槿肷涞焦饷魴z測器34上之前濾波該電磁 輻射。圖7和圖8例示了氣體測量模塊16的另一個實(shí)施例。在圖7和圖8的例示中，部件已經(jīng)被與之前例示的提供相應(yīng)功能的部件相同地標(biāo)記。在圖7和圖8所示的實(shí)施例中，濾波器構(gòu)件40大致形成為具有圓盤形，其中濾波器元件(例如第一濾波器元件44和第二濾波器兀件46)被設(shè)置在圓盤上。鏡片56被配置為將光學(xué)路徑向著光敏檢測器34彎曲。濾波器構(gòu)件40被設(shè)置在氣體測量模塊16中，使得光學(xué)路徑貫穿濾波器構(gòu)件40。通過致動器42濾波器構(gòu)件40能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸(例如位于緊帶50處)旋轉(zhuǎn)。致動器42被配置為將濾波器構(gòu)件40圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)到由濾波器構(gòu)件40承載的濾波器元件被設(shè)置在光學(xué)路徑中以濾波電磁輻射的位置。窗38與光敏檢測器34之間的環(huán)境路徑長度可以被維持在約2. 5mm。圖9和圖10例示了氣體測量模塊16的另外的實(shí)施例。在圖9和圖10的例示中，部件已經(jīng)被與之前例示的提供相應(yīng)功能的部件相同地標(biāo)記。在圖9和圖10所示的實(shí)施例中，氣體測量模塊16已經(jīng)被改動為與濾波器構(gòu)件40協(xié)作，濾波器構(gòu)件40具有大致圓盤形，在濾波器構(gòu)件40的圓盤平臺中承載有濾波器元件，并且不具有將光學(xué)路徑向著濾波器構(gòu)件40和光敏檢測器34彎曲的鏡片。在該實(shí)施例中，形成濾波器構(gòu)件40的圓盤的平面可以大致平行于(或正切于)最靠近濾波器構(gòu)件40的窗38的表面。窗38與光敏檢測器34之間的環(huán)境路徑長度可以被維持在小于約I. 0mm。為了便于濾波器構(gòu)件40在對應(yīng)于濾波器元件的位置之間旋轉(zhuǎn)，致動器42可以包括中空管58、彈簧片60、平衡塊(counterbalance)62、和/或其它部件。中空管58在濾波器構(gòu)件40的第一端被附接到濾波器構(gòu)件40，使得中空管58的橫截面圍繞濾波器構(gòu)件40的旋轉(zhuǎn)軸。緊帶50穿透中空管58，并且被附接到彈簧片60的每一端。彈簧片60具有U形，并且用于將緊帶50保持張緊。永磁體48沿著中空管58遠(yuǎn)離第一端附接到中空管58。在永磁體48的與中空管58的第一端相對的一側(cè)上，平衡塊62被附接到中空管58。平衡塊62用于平衡永磁體48附近的濾波器構(gòu)件40/中空管58構(gòu)件。圖11和圖12例示了氣體測量模塊16的另一個實(shí)施例。在圖11和圖12的例示中，部件已經(jīng)被與之前例示的提供相應(yīng)功能的部件相同地標(biāo)記。在圖11和圖12所示的實(shí)施例中，濾波器構(gòu)件40形成為圓盤形構(gòu)件，但濾波器元件(例如第一濾波器元件44和第二濾波器元件46)并不如圖7-10所示的那樣位于圓盤的平臺中。相反，濾波器元件被設(shè)置以從濾波器構(gòu)件40的平面延伸出。圓盤形濾波器構(gòu)件40圍繞由緊帶50形成的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，緊帶50穿透濾波器構(gòu)件40的中心。在該實(shí)施例中，窗38與光敏檢測器34之間的環(huán)境路徑長度可以被維持在小于約I. 0_。在圖3-12所例示的氣體測量模塊16的實(shí)施例中，濾波器構(gòu)件40被配置為使得在對應(yīng)于濾波器元件的位置之間存在一些空間分離。例如，關(guān)于第一位置和第二位置，第一濾波器元件44和第二濾波器元件46被設(shè)置在濾波器構(gòu)件40上，使得濾波器構(gòu)件40在第一位置和第二位置之間的旋轉(zhuǎn)移位需要濾波器構(gòu)件40掃過一個角度以將電磁輻射向著光敏檢測器34指引，第一濾波器元件44和第二濾波器元件46均未被定位在該角度上。濾波器構(gòu)件40在對應(yīng)于濾波器元件的位置之間具有“中間”位置的這一配置可以減小光學(xué)干涉(例如由光敏檢測器34引起，該光敏檢測器34接收一些已經(jīng)由第一濾波器元件44濾波的電磁輻射以及一些已經(jīng)由第二濾波器元件46濾波的電磁輻射)。然而，這一配置可能增加濾波器構(gòu)件40/致動器42系統(tǒng)所要求的運(yùn)動范圍，和/或可能導(dǎo)致氣體測量模塊16中產(chǎn)生熱 量(由在位置之間變?yōu)槿肷涞綖V波器構(gòu)件40上的電磁輻射引起的)。要求致動器42在更大運(yùn)動范圍致動濾波器構(gòu)件40可能增加致動器42上的應(yīng)力，可能增加致動器42所消耗的能量，和/或可能呈現(xiàn)其它缺點(diǎn)。在一個實(shí)施例中，為了減小在濾波器構(gòu)件40中對應(yīng)于由濾波器構(gòu)件40承載的濾波器元件的位置之間所需的空間分離量，當(dāng)濾波器構(gòu)件40處于位置之間時，電磁輻射可以被阻止入射到濾波器構(gòu)件40上。例如，當(dāng)濾波器構(gòu)件40被在第一位置與第二位置之間致時時，可以阻擋由源26發(fā)射的電磁輻射變?yōu)槿肷涞綖V波器構(gòu)件40上。該阻擋可以由選擇性阻擋光學(xué)路徑的門來實(shí)現(xiàn)。例如，該門可以被定位在源26與窗38之間或窗38與濾波器構(gòu)件40之間。在一個實(shí)施例中，不去阻擋電磁輻射(或與阻擋電磁輻射組合)，當(dāng)濾波器構(gòu)件40在第一位置和第二位置之間時，光敏檢測器34的輸出信號被選擇性地阻擋或丟棄?？梢允褂眠x擇性地將光敏檢測器34耦合到處理器的開關(guān)來完成光敏檢測器34輸出信號的這一門控。在一個實(shí)施例中，替代(或連同)光敏檢測器輸出信號的門控和/或電磁福射的阻擋，對源26進(jìn)行控制以發(fā)射電磁輻射的脈沖，該脈沖與被定位在與濾波器元件對應(yīng)的位置的濾波器構(gòu)件40相協(xié)調(diào)。例如，當(dāng)濾波器構(gòu)件40被定位在第一位置時，可以由源26發(fā)射電磁輻射的脈沖。當(dāng)濾波器構(gòu)件40被從第一位置致動到第二位置時，源26可以不發(fā)射電磁輻射。當(dāng)濾波器構(gòu)件40到達(dá)第二位置時，源26可以發(fā)射另一個電磁輻射的脈沖，以此類推。濾波器構(gòu)件40與源26之間的協(xié)調(diào)可以通過控制源26和/或致動器42的一個或多個控制器來實(shí)現(xiàn)。脈沖的電磁輻射與濾波器構(gòu)件40的致動相一致的使用，可以減小氣體測量模塊16內(nèi)產(chǎn)生的熱量，可以改進(jìn)氣體測量模塊16在產(chǎn)生電磁輻射時的效率，和/或可以提供其它改進(jìn)。將認(rèn)識到，在此示出和描述的濾波器構(gòu)件40被定位在氣道適配器30的與源26相對的一側(cè)的實(shí)施例不是限制性的。本公開的范圍包含氣體測量模塊16的這樣的裝置，在該裝置中對濾波器構(gòu)件40進(jìn)行定位以在由源26發(fā)射的電磁輻射被指引穿過氣道適配器30之前濾波該電磁輻射。盡管為了例示的目的已經(jīng)基于當(dāng)前被認(rèn)為最實(shí)際和優(yōu)選的實(shí)施例來詳細(xì)描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，這樣的細(xì)節(jié)僅僅是為了該目的，并且本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，而相反地，本發(fā)明旨在覆蓋處于所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的改動和等同布置。例 如，應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明預(yù)期了 盡可能地，任意實(shí)施例的一個或多個特征可以與其它任意實(shí)施例的一個或多個特征組合。
權(quán)利要求
1.一種氣體測量模塊，其被配置為插入到呼吸回路中，所述呼吸回路與受試者的氣道流體連通，所述氣體測量模塊包括 具有第一開口和第二開口的腔，其中所述腔被配置為在所述第一開口和所述第二開口之間形成流動路徑，使得在所述氣體測量模塊被插入到所述呼吸回路中的情況下，來自所述受試者的所述氣道的氣體被通過所述流動路徑輸送； 紅外源，其被配置為發(fā)射沿著光學(xué)路徑的紅外電磁輻射，所述光學(xué)路徑穿過由所述腔形成的所述流動路徑； 能夠移動的濾波器構(gòu)件，其包括被配置為濾波第一波長段中的電磁輻射的第一濾波器元件，以及被配置為濾波第二波長段中的電磁輻射的第二濾波器元件； 光敏檢測器，其被保持在沿著所述光學(xué)路徑的固定位置，以接收已經(jīng)由所述濾波器構(gòu)件濾波并且已經(jīng)穿過由所述腔形成的所述流動路徑的紅外電磁輻射，并且產(chǎn)生輸出信號，所述輸出信號傳送與所接收的紅外電磁輻射的一個或多個參數(shù)有關(guān)的信息；以及 致動器，其被配置為在第一位置和第二位置之間致動所述濾波器元件，其中，在所述第一位置處，所述第一濾波器元件被定位在所述光學(xué)路徑中，并且其中，在所述第二位置所述第二濾波器元件被定位在所述光學(xué)路徑中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體測量模塊，其中所述濾波器構(gòu)件還包括第三濾波器元件，所述第三濾波器元件被配置為濾波第三波長段中的電磁輻射，其中，所述致動器還被配置為將所述濾波器構(gòu)件致動到所述第一位置、所述第二位置和第三位置，并且其中，在所述第三位置，所述第三濾波器元件被定位在所述光學(xué)路徑中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體測量模塊，其中，從所述紅外源到所述光敏檢測器的所述固定位置的所述光學(xué)路徑的長度小于大約19mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體測量模塊，其中，所述濾波器構(gòu)件被沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述腔的下游。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體測量模塊，其中，所述濾波器構(gòu)件能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，并且其中，所述第一位置是所述濾波器構(gòu)件的第一旋轉(zhuǎn)取向，并且所述第二位置是所述濾波器構(gòu)件的第二旋轉(zhuǎn)取向。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體測量模塊，還包括開關(guān)，所述開關(guān)被配置為選擇性地將所述光敏檢測器連接到處理器，其中，所述開關(guān)被配置為如果所述濾波器構(gòu)件在所述第一位置和所述第二位置之間，則所述開關(guān)選擇性地將所述光敏檢測器從所述處理器斷開，并且如果所述濾波器構(gòu)件在所述第一位置處或所述第二位置處，則所述開關(guān)將所述光敏檢測器連接到所述處理器。
7.一種分析氣體測量模塊內(nèi)的氣體的方法，所述氣體測量模塊被配置為插入到呼吸回路中，所述呼吸回路與受試者的氣道流體連通，所述方法包括 發(fā)射沿著光學(xué)路徑的紅外電磁輻射，所述光學(xué)路徑穿過由所述氣體測量模塊形成的流動路徑，來自所述受試者的所述氣道的氣體在所述流動路徑中流動； 在第一位置和第二位置之間致動濾波器構(gòu)件，其中，在所述第一位置處，所述濾波器構(gòu)件的第一濾波器元件被設(shè)置在所述光學(xué)路徑中，并且在所述第二位置處，所述濾波器構(gòu)件的第二濾波器元件被設(shè)置在所述光學(xué)路徑中，并且其中，所述第一濾波器元件被配置為濾波第一波長范圍中的電磁輻射，并且所述第二濾波器元件被配置為濾波第二波長范圍中的電磁輻射； 接收沿著所述光學(xué)路徑的已經(jīng)由所述濾波器構(gòu)件濾波的電磁輻射；以及 產(chǎn)生輸出信號，所述輸出信號傳送與所接收的紅外電磁輻射的一個或多個參數(shù)有關(guān)的信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，致動所述濾波器構(gòu)件還包括將所述濾波器構(gòu)件致動到第三位置，在所述第三位置處，所述濾波器構(gòu)件的第三濾波器元件被設(shè)置在所述光學(xué)路徑中，并且其中，所述第三元件被配置為濾波第三波長范圍中的電磁輻射。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述光學(xué)路徑的長度小于大約19mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述濾波器構(gòu)件被沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述流動路徑的下游。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，在所述第一位置和所述第二位置之間致動所述濾波器構(gòu)件包括在所述濾波器構(gòu)件的與所述第一位置對應(yīng)的第一旋轉(zhuǎn)取向和所述濾波器構(gòu)件的與所述第二位置對應(yīng)的第二旋轉(zhuǎn)取向之間旋轉(zhuǎn)所述濾波器構(gòu)件。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，還包括響應(yīng)于所述濾波器構(gòu)件被定位在所述第一位置和所述第二位置之間，向處理器提供所述輸出信號。
13.—種被配置為分析氣體的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)被配置為插入到呼吸回路中，所述呼吸回路與受試者的氣道流體連通，所述系統(tǒng)包括 用于發(fā)射沿著光學(xué)路徑的紅外電磁輻射的裝置，所述光學(xué)路徑穿過流動路徑，來自所述受試者的所述氣道的氣體在所述流動路徑中流動； 被沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置的用于濾波電磁輻射的裝置，其中，用于濾波的所述裝置包括用于濾波第一波長范圍中的電磁輻射的第一裝置和用于濾波第二波長范圍中的電磁輻射的第二裝置； 用于在第一位置和第二位置之間致動用于濾波的所述裝置的裝置，其中，在所述第一位置處，用于濾波的所述第一裝置對沿著所述光學(xué)路徑行進(jìn)的電磁輻射進(jìn)行濾波，并且在所述第二位置處，用于濾波的所述第二裝置對沿著所述光學(xué)路徑行進(jìn)的電磁輻射進(jìn)行濾波； 用于沿著所述光學(xué)路徑接收已經(jīng)由所述濾波器構(gòu)件濾波的電磁輻射并且產(chǎn)生輸出信號的裝置，所述輸出信號傳送與所接收的紅外電磁輻射的一個或多個參數(shù)有關(guān)的信息。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，用于濾波的裝置還包括用于濾波第三波長范圍中的電磁輻射的第三裝置，并且其中，用于致動用于濾波的所述裝置的所述裝置還被配置為將用于濾波的所述裝置致動到第三位置，在所述第三位置處，用于濾波的所述第三裝置對沿著所述光學(xué)路徑行進(jìn)的電磁輻射進(jìn)行濾波。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)路徑的長度小于大約19mm。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，用于濾波的所述裝置被沿著所述光學(xué)路徑設(shè)置在所述流動路徑的下游。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，用于在所述第一位置和所述第二位置之間致動用于濾波的所述裝置的所述裝置包括在與所述第一位置對應(yīng)的第一旋轉(zhuǎn)取向和與所述第二位置對應(yīng)的第二旋轉(zhuǎn)取向之間旋轉(zhuǎn)用于濾波的所述裝置。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，還包括用于響應(yīng)于所述濾波器元件被定位在所述第一位置和所述第二位置之間，向處理器提供所述輸出信號的裝置
全文摘要
通過包括在氣體測量模塊(16)中的光譜儀來分析通氣回路(12)中的氣體，氣體測量模塊(16)被插入到呼吸回路中。氣體測量模塊包括紅外源和能夠移動的濾波器構(gòu)件，濾波器構(gòu)件包括至少兩個濾波器元件。減小了光譜儀的光學(xué)路徑長度。這包括去除被配置為準(zhǔn)直或聚焦光譜儀內(nèi)的電磁輻射的光學(xué)部件。然而，光譜儀的路徑長度被減小到以下的程度與路徑長度減小相關(guān)聯(lián)的其它改進(jìn)在價值上超過由光譜儀中的擴(kuò)束引起的精度和/或準(zhǔn)確度的損失。
文檔編號A61B5/083GK102686156SQ201080060112
公開日2012年9月19日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月29日
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