[發(fā)明專利]微型光譜儀氣體分析器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200780048276.5
• 申請日: 2007-12-21
• 公開（公告）號: CN101568812A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·T·拉塞爾
• 申請（專利權(quán)）人: RIC投資有限責(zé)任公司
• 主分類號: G01J5/02
• 分類號: G01J5/02;G01J3/40;G01J3/18
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 韓 宏;夏 青

優(yōu)先權(quán)聲明

本申請作為部分繼續(xù)申請(CIP)要求根據(jù)美國法典第35卷第120條(35U.S.C§120)享有2006年12月29日提交的美國專利申請No.11/648,851的優(yōu)先權(quán)，美國專利申請No.11/648,851作為CIP要求根據(jù)美國法典第35卷第120條享有2004年9月10日提交的美國專利申請No.10/939,279，現(xiàn)在的美國專利No.7,157,711的優(yōu)先權(quán)，而美國專利No.7,157,711作為CIP要求根據(jù)美國法典第35卷第120條享有2002年8月23日提交的美國專利申請No.10/227,135，現(xiàn)在的美國專利No.6,791,086的優(yōu)先權(quán)，而美國專利No.6,791,086要求根據(jù)美國法典第35卷第119條(e)享有2001年8月31日提交的美國臨時專利申請No.60/316,763的優(yōu)先權(quán)，在此通過引用的方式合并每個申請的內(nèi)容。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及用于有效且健壯地測量呼吸及麻醉氣體的氣體濃度/分壓的方法和裝置。

背景技術(shù)

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知非分光紅外(NDIR)型氣體分析器的工作原理，即通過以下步驟來確定特定氣體的濃度：(a)指引紅外輻射(IR)通過氣體混合物的樣品，(b)對該紅外輻射分別濾波以最小化每個特定氣體所吸收的頻帶以外的能量，(c)測量進入一個或多個探測設(shè)備上的已濾波的輻射，以及(d)將每個氣體的紅外吸收的測量結(jié)果與其濃度關(guān)聯(lián)。可被測量的氣體在紅外光譜的特定波長處表現(xiàn)出增加的吸收(以及減少的透射)，使得氣體濃度越大，吸收成比例得越大并且透射成比例得更低。這種NDIR技術(shù)的擴展使用連續(xù)的、線性帶通濾波器，在該濾波器后面緊接著線性陣列的探測器。

氣體分析器廣泛用于醫(yī)療應(yīng)用中，并且其特點在于可位于患者的呼吸氣體的主路徑中(主流分析器)或者位于通常平行于主路徑的輔助路徑中(側(cè)流分析器)。設(shè)置主流分析器使得受試者吸入或呼出的呼吸氣體通過分析器放置在其上的氣管接口(airway?adapter)。主流的設(shè)計要求光學(xué)和電子元件與患者的氣管進行接口，或者與呼吸電路進行接口，所述呼吸電路與患者進行通信并位于與患者非常接近的位置。結(jié)果，為了能夠被臨床應(yīng)用接受，主流氣體分析器必須設(shè)計成緊湊、重量輕但是健壯的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)不會受到與醫(yī)療保健設(shè)施的延長使用相關(guān)的典型機械損傷(abuse)和溫度變化的影響。

盡管對于少量的特定、非重疊的光譜波長來說，常規(guī)的主流氣體分析器是夠用的，但是其難以改變感興趣的波長。如果存在2或3種感興趣的波長，則系統(tǒng)效率逐漸變低，并且提供明顯好于0.1微米，IR區(qū)域中的FWHM(半高寬度)的分辨率是非常困難和昂貴的。

利用光柵光譜儀用于氣體分析是公知的。有兩種常見的光柵光譜儀結(jié)構(gòu)：攝譜儀，其最初將光譜分布一條照相底片上或線性陣列探測器上；以及光譜儀，其使用設(shè)置在適當(dāng)位置或角度的單個探測器，以記錄具體的譜元素。

對于IR氣體測量而言，IR源提供了被準(zhǔn)直并通過氣體樣品單元的寬帶能量。將在特定波長處衰減的已準(zhǔn)直的寬帶能量被指引導(dǎo)衍射光柵，并在光柵處發(fā)生衍射，擴散成連續(xù)譜，并使用鏡聚焦到小探測器上。衍射光柵圍繞與光柵線平行并基本與衍射光柵的面共軸的軸旋轉(zhuǎn)。當(dāng)衍射光柵旋轉(zhuǎn)時，光譜被掃描通過單個探測器。由于衍射光柵旋轉(zhuǎn)與探測器讀取電子器件是同步的，所以能夠隔離和記錄特定的，但是任意的光譜特征。

不言自明，微型光譜儀應(yīng)該小且輕。例如，本發(fā)明設(shè)想將光譜儀制成足夠小和輕，以直接用在患者氣管上，即，安裝在患者電路上的主流設(shè)計中。然而，雖然光學(xué)器件通常可制造得足夠小以滿足該目的，但是難以將驅(qū)動衍射光柵的機構(gòu)，即光譜掃描器制造得足夠小以滿足該目的。目前可用的太大和太重的電子-機械掃描器驅(qū)動器件要求太高的功率，并且以這種方式使用成本太高。

例如，許多常規(guī)光譜儀使用某種電機和軸承組件來旋轉(zhuǎn)衍射光柵，通過電機來擺動連桿以驅(qū)動衍射光柵。盡管這樣的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的結(jié)果，但是這樣的結(jié)構(gòu)相對較大、沉重且昂貴。其他常規(guī)光譜儀采用擺動電機(有時也稱為電流計驅(qū)動)來取代電機和連桿。這樣的結(jié)構(gòu)不是很昂貴，但是仍然較大、沉重且相對昂貴。

Chen等人的美國專利6,249,346(2001)，Wilke等人的美國專利6,039,697(2000)以及Keilbach等人的美國專利5,931,161(1999)都公開了相對較小尺寸的光譜儀，但是其設(shè)計仍然過大且在某些場合較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容