专利名称：：信号质量确定和信号校正系统和方法
技术领域：
：本发明涉及用于监测用户代谢参数的系统和方法。
背景技术：
：众所周知地，为了监测某个人的生理状况，要监测该人的耗氧量或氧摄取量。短语"氧摄取量"和"耗氧量"是以同义方式使用的，均用表达式"、"表示，或者，简写为"vo2"。耗氧量是人体在给定时间，诸如一分钟内使用的氧气量的测量。通常将其表示为每公斤体重每分钟使用的毫升氧气量(ml/kg/min)。例如，在麻醉和重病特别护理的情况下，测量耗氧量速率是有价值的，这是由于其提供了对患者心肺功能的充足性的指示。vo2也可以用于监测个人或运动员的健康状况。常规上将V02作为吸入氧体积和呼出氧体积之间的差异进行计算。由如下方程给出V02的标准或直接计算其中"V02"为耗氧量，"Vi"为吸入体积，"Fi02"为吸入氧气浓度，"Ve"为呼出休积，"^^"。2"为混合呼出氧气浓度。计算V02的可替代方法仅使用呼出呼吸体积Ve。在这种情景下，基于针对吸入和呼出气体中氮气体积都相同的假设计算(而非测量)吸入呼吸体积Vi，这种假设通常是真实的，这是由于身体不消耗或产生氮气。这被称为氮气平衡。计算而不是测量Vl还假设对于吸入和呼出气体体积而言温度和湿度的效应是相同的。方程(1)的这一变形使用了基于上文所述氮气平衡的Vi计算，其被称为Haldane变换。根据该技术，如下计算Vi:W=Fe*^2mW2(2)其中，"WW2"为呼出氮气的浓度，"FiN2"为吸入氮气的浓度。基于这点，Haldane变换变成=&*(1-/^c。2-)/(1-尸"2-F/。2)(3)并且耗氧量计算变为其中，"^c。2"为呼出的二氧化碳浓度，Fico2为吸入的二氧化碳浓度。禾,Haldane变换计算V02的优点是消除了非"公共模式"的体积测量中的误差效应，这是由于仅仅使用了呼出体积测量。公共模式误差是影响Vi和Ve测量两者的误差，诸如流量传感器中的校准误差。当然，假设使用相同的传感器测量Ve和Vi。常规C02传感器技术通常能够非常快且精确地测量气道C02，并且可以足够鲁棒以在长时间中追踪呼吸C02的变化。希望能够以类似的速度和精度测量呼吸氧气，从而能够精确评估诸如耗氧量、能量消耗、呼吸商数或相关代谢测量的一个或多个参数。例如，可以将其用于诸如肺活量测定的各种应用。尽管已经有主流氧感测技术潜在地足够快速和精确以用于这种应用，但其速度和鲁棒性可能劣于可用的C02感测技术。仅在所有气体测量充分精确时，对耗氧量或从呼吸气体测量导出的代谢参数的估计才能够精确。还需要一种确定气道条件是否干扰氧测量的方法，以确保不将被破坏的波形用于计算耗氧量或其他代谢参数。假设快速、精确而鲁棒的氧测量可能是获取耗氧量或代谢评估的呼吸测量的限制因素，则希望有方法帮助识别劣化的氧波形并校正这种波形。不过，也应当理解，本发明可以应用于感测其他气体，而不限于测量氧或二氧化碳。
发明内容因此，本发明的目的是提供一种克服常规气体监测系统缺点的气体监测系统。本发明的特定实施例利用了公知的在结合较不鲁棒的氧气传感器使用鲁棒、快速而精确的C02传感器时可应用的呼吸气体交换的物理性质。在特定实施例中，提供了使用二氧化碳测量来确定氧气测量质量是否足以用于耗氧量或其他代谢估算的方法。可以将这种质量确定用于提高诸如耗氧量和代谢估算的导出计算精确度，当来自氧气传感器的测量质量差于二氧化碳传感器的测量质量时，计算精确度可能受到限制。在特定实施例中，提供了利用二氧化碳测量提高氧气测量的方法。根据本发明的一个实施例，提供了一种用于测量呼吸气体的系统，其包括第一气体传感器，其被构造和设置成测量第一气体的量；第二气体传感器，其被构造和设置成测量第二气体的量；以及与所述第一气体传感器和第二气体传感器可操作地相连的处理器。该处理器从第一气体传感器接收第一信号并从第二气体传感器接收第二信号。该处理器基于第二气体的所测量调节第一气体的所测量。根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于测量呼吸气体的系统，其包括第一气体传感器，其测量吸入和呼出氧气的量；第二气体传感器，其测量至少呼出C02的量；以及与所述第一气体传感器和第二气体传感器可操作地相连的处理器。该处理器从第一气体传感器和第二气体传感器接收信号并基于co2的所测量调节氧气的所测量。根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于测量呼吸气体的方法，其包括如下步骤测量第一气体的量；测量第二气体的量；确定第一气体的所测量是否需要调节；以及如果第一气体需要调节，基于第二气体的所测量调节第一气体的所测量。根据本发明的另一个实施例，提供了一种用于测量呼吸气体的系统，其包括用于测量第一气体的量的模块；用于测量第二气体的量的模块；以及用于基于第二气体的所测量调节第一气体所测量的模块。[16]参照附图考虑以下说明书和所附权利要求，将更加明了本发明的这些和其他目的、特征和特性以及结构相关元件及部件组合的操作方法和功能，以及制造的经济性，全部附图构成本说明书的一部分，其中，类似的附图标记表示各图中的对应部分。然而应当明白地理解，附图仅仅是为了示例和说明的目的而非意在定义本发明的限制。如在说明书和权利要求中所用的，除非上下文明确做出不同说明，单数形式"一"、"一个"和"该"包括多个所指对象。图1是根据本发明原理的气体感测系统的第一实施例的透视图；[18]图2是图1的气体感测系统的气道适配器和气体传感器的透视图；[19]图3是图1的气体感测系统部件的示意图；图4是根据本发明原理的气体感测系统的第二实施例的部件的示意图；图5是根据本发明第三实施例的气道适配器和气体传感器的透视图；[22]图6是根据本发明另一实施例的气道适配器和气体传感器的透视图;[23]图7为示出了表示呼吸气体中0)2和02浓度之间关系的波形的曲线图；图8为示出了表示呼吸气体中C02和02浓度之间关系的波形的曲线图，其中，C02波形被縮放并倒置；图9是根据本发明各方面用于监测传感器质量的流程图；图10A-10B提供了根据本发明各方面用于校正传感器产生的信号的过程的流程图；以及图11是示出了一个示例中的氧气测量质量的最小二乘法拟合图。具体实施方式[28]图1示意性示出了根据本发明原理的主流气体监测系统30的示例性实施例。气体监测系统30包括用于呼吸电路40中的气道适配器32以及在34总体表示的气体感测组件。呼吸电路40用于向患者传送气流。例如，呼吸电路40的第一端42与患者接口器具相连，所述患者接口器具被配置为与患者的气道相通。适用于呼吸电路40的患者接口器具的示例包括，但不限于气管导管、鼻插管、气管切开插管、面罩或与用户气道连通气流的任何其他设备或装置。呼吸电路40的第二端44被配置为与气体源相通。例如，气体源可以包括周围大气、压縮气体源、压力支持设备、呼吸器或其他气体源。在图示的实施例中，第二端44包括Y连接器46，一般在呼吸器电路中可见到，图示为连接到气道适配器的第二端。Y连接器的一条腿对应于吸入分支，其从呼吸器(未示出)向患者递送气体，Y连接器的另一条腿对应于呼出分支，从患者递送气体。通常，由呼气分支将气体递送回呼吸器，在本实施例中这是气体源。在单分支系统(未示出)中，第二端包括在患者和气体源之间连通气流的单个导管，其常常是压力支持系统，诸如CPAP、双水平或自动滴定压力支持设备。如可能在图2和3中最佳示出的，气道适配器32提供了与呼吸电路40串联的流路径50，气体通过流路径往返于患者。气道适配器32还提供了在52处总体表示的气体监测部分或采样点，在这里对通过气道适配器的气体的成分进行监测或测量。在美国专利no.5,789,660("专利'660")和6，312，389("专利'389〃)以及美国专利申请no.09/841,451("申请'451",公开号no.2002/0029003)中描述了适用于本发明中的气道适配器的示例，在此通过引用将其每者的内容并入本文。在图1-3所示的实施例中，气体感测组件34包括气体感测部分36和处理部分38。在该图示的示例性实施例中，如箭头A所示，将气体感测部分36可拆除地耦合到气道适配器32，气体感测部分36包括用于检测被监测的一种或多种气体成分的部件，所述气体成分也被称为分析物。应当认识到可以实施多种机构来将气体感测部分36可拆除地耦合到气道适配器32。在图2所示的示例性实施例中，在气道适配器32的外表面上提供承座区域33，其适于牢固地接收气体传感器部分36的外壳37。外壳37是大致12"U"形的，以借助通道35匹配到承座区域33上，所述通道35接收气道适配器的承座区域的大致匹配形状。可以在气道适配器上提供凸缘39，以将外壳与气道适配器对准并将外壳连接到气道适配器上。美国专利no.6,616,896("专利'896")和6,632,402("专利'402")描述了用于将气体感测部分36耦合到气道适配器32的技术，其每者的内容通过引用并入本文。本发明也想到将气体感测部分36永久性地连接到气道适配器32，从而将每个部件的功能性有效组合到公共元件中。通信链路48允许在气体感测部分36和处理部分38之间连通数据、功率和任何其他信号、命令等。尽管图1-3中示出了硬线通信链路48，但显然本发明想到了通信链路可以是使用任何形式无线通信或通信协议的无线链路。当然，如果提供了无线链路，则诸如电池的电源必需被包括在气体感测部分36中，或者必需要以一些其他方式向气体感测部分供电。[33]气体感测组件34检测通过样品池的气流中的一种或多种气体(分析物)的浓度。在图l-3所示的示例性实施例中，气体感测组件34用于采用发光猝灭技术来测量流经气道适配器32的氧气或其他气体的分压或量。例如，将该氧气测量用于确定Fio2和^。2的值。发光猝灭是一种已用于测量气体中的氧气浓度的技术。在利用发光猝灭测量氧气浓度时，如箭头B所示，通过向可发光材料递送激励能激励可发光材料60(参见图3)发光。在被激励发光时，如箭头C所示，可发光材料将发射能量。然而，在将发光材料暴露于包括氧气的气体混合物时，根据可发光材料所暴露的氧气量(即，浓度或比例)或气体混合物中的氧气量，使发光熄灭。因此，可发光材料发光量的减少率或发光熄灭速率(即，可发光材料发射的光量)对应于气体混合物中的氧气量。因此，可以使用由可发光材料发射的能量来确定通过气道适配器的气体浓度。美国专利no.6，325,978、6，632，402、6,616,896和6,815,211都公开了使用发光猝灭确定流经样品池的气体中的气体(诸如，氧气)浓度的氧气传感器示例，在此通过引用将每者的内容并入本文。如图1-3所示，设置一定量的可发光材料60，使其暴露于通过气道适配器32在流路径50中流动的气体。本发明也想到提供与流经气道适配器的气体相连通的可发光材料的组合。卟啉是可用作可发光材料60的材料的示例。叶啉是常常包括金属原子的稳定有机环状结构。当金属原子是铂或钯时，磷光衰变时间从大约10ps到大约lOOOp。卟啉也对分子氧敏感。在将卟啉用作可发光材料60时，优选在重复使用时卟啉保持基本其所有可光激励性。换言之，优选卟啉是"光稳定的"。诸如中四苯基卟吩的荧光卟啉尤其是光稳定的。可以用作可发光材料30以便于氧气检测的各种类型的卟啉包括，但不限于铂中-四(五氟)苯基卟吩、铂中-四苯基卟吩、钯中-四(五氟)苯基卟吩和钯中-四苯基卟吩。当然，也可以在结合了本发明教导的气道适配器中使用公知在暴露于氧气、二氧化碳或另一种被分析物质(例如，气体、液体或蒸汽)时淬灭的其他类型的可发光材料。[36]在图示的实施例中，在气道适配器32上提供可发光材料60，并在气道适配器的主体中的开口64中提供窗口62以允许将激励能B传输到可发光材料。窗口62优选具有针对激励辐射的波长以及针对从可发光材料发射的辐射C的波长的高透射率，所述激励辐射激励可发光材料60。例如，可以由蓝宝石、一种或多种聚合物(例如，聚乙烯等)、玻璃和/或其他基本透明的材料形成窗口62。在示例性实施例中，由膜或基体(matrix)承载可发光材料60，所述膜或基体设置于界定气体流路径50的气道适配器的表面或壁的主要部分上或包括该主要部分。本发明也想到不需要将诸如膜的可发光材料和相关部件直接耦合到气道适配器，而是可以进行选择性耦合，从而无需取下或替换整个气道适配器就能够替换可发光材料。在气体感测部分36中提供发射体66以向可发光材料60发射激励能量B。在本发明的示例性实施例中，由发射体66发射的能量包括其波长使可发光介质60发光的电磁辐射。发射体66可以包括一个或多个有机发光二极管("OLED")、激光器(例如，二极管激光器或其他激光源)、发光二极管("LED")、热阴极荧光灯("HCFL")、冷阴极荧光灯("CCFL")、白炽灯、卤素灯、所接收的环境光和/或其他电磁辐射源。[39]在一种示例性实施中，发射体66包括一个或多个绿色和/或蓝色LED。这些LED通常在可发光介质60的可发光成分吸收区中具有高亮度，而在其他波长(例如，红色和/或红外)输出较少量的辐射。这使得杂散干扰光和传感器的光劣化最小。然而，本发明决不限于使用LED，将LED用作发射体30的其他优点包括其重量轻、紧凑、功耗低、低电压要求、低热产生、可靠、耐用、成本较低和稳定。而且可以非常快速、可靠和可再现地对其进行开关。在气体感测部分36中提供探测器68以检测辐射C。探测器68位于气体感测部分36之内，从而在气体感测部分3和气道适配器32相耦合时，探测器68接收来自可发光介质60的电磁辐射C的至少一部分。基于所接收的辐射，探测器60产生与所接收辐射的一个或多个性质相关的一个或多个输出信号。例如，该一个或多个输出信号可以与辐射量、辐射强度、辐射的调制和/或辐射其他性质相关。在一个实施例中，探测器68包括PIN二极管。在其他实施例中，将其他光敏设备用作探测器68。例如，探测器68可以采取二极管阵列、CCD芯片、CMOS芯片、光电倍增管和/或其他光敏设备的形式。可发光介质60响应于来自发射体66的辐射B在与由发射体提供的电磁辐射不同的波长处以基本全向方式发出电磁辐射C。该发光电磁辐射的强度和/或持续性根据气体流路径50内部气体主体中包括的诸如氧气的一种或多种分析物的相对量升降。在一个实施例中，氧气通过使磷光反应熄灭而使发光辐射B的强度和/或持续性发生变化。随着氧气浓度增大，发光辐射B的强度和/或持续性的变化减小。在一个实施例中，可以将可发光介质60形成为发光片(film)。例如，并入本文的专利'896和'402都公开了可用作可发光介质60的膜。基于来自气体感测部分36的输出信号，处理部分38确定与置于流路径50之内的气体中包括的一种或多种分析物或成分的一种或多种性质相关的信息。在图示的示例性实施例中，处理部分38包括处理器70，所述处理器70控制发射体66并接收来自探测器68的信号。如下文详细讨论的，处理器70使用来自探测器68的信号确定氧气浓度。尽管未示出，但处理器70和/或处理部分38可以包括通常用于监测气体成分的其他部件，诸如存储器(RAM、ROM)。如图3所示，本发明想到处理部分38包括用于以人可感知的格式提供处理器70的输出的输入/输出设备72。在示例性实施例中，输入/输出设备72是直观向用户表明氧气浓度的监视器或显示器。本发明也想到该输入/输出设备72包括通信元件，诸如终端、收发器、调制解调器等，用于向远程位置发送处理器70的输出。可以以无线方式、经由硬线通信系统或使用其任意组合来实现这一目的。在图1-3的实施例中，气体感测部分36和处理部分38是包含其相应部件的独立结构。本发明也想到可以将这两个部分组合成公共气体感测/处理部分90，如图4和图5中示意性示出的。亦即，可以在附着到气道适配器32的传感器头90中提供用于检测、监测、确定、显示和连通与气体浓度(诸如V02)相关的信息所需的所有部件。具有这种功能的传感器头90的示例在图5中示出并例如在美国专利申请no.11/368832(公开号no.US-2006-014078-A1)中公开，在此通过引用将其内容并入。[45]本发明想到可以在气体感测部分36中使用额外的部件。例如，可以将一个或多个滤波器元件定位在气体感测部分之内，例如，在可发光介质60和探测器68之间。通常将这种滤波器元件设计成防止不是由可发光介质发射的电磁辐射入射到探测器上。例如，在一个实施例中，滤波器元件是波长特异性的，允许磷光辐射C通过其入射到探测器68上同时基本上阻挡其他波长的辐射。可用于气体感测部分36中的其他部件包括参考探测器和分束元件，所述分束元件将向探测器68传播的辐射引导到参考探测器上。可以将由参考探测器产生的一个或多个输出信号提供到处理器70并用作参考，来说明和补偿由探测器68产生的信号中的系统噪声(例如，发射体66中的强度起伏等)。在一些实施方式中，气体感测部分36可以包括一个或多个光学元件(未示出)以引导、聚焦和/或以其他方式处理发射体66发射的或提供到探测器68的辐射。例如，一个或多个透镜可以沿选定方向准直辐射。作为更具体的示例，本文并入的专利'896和'402都公开了使用光学元件处理由类似于发射体66的发射体发射的辐射。本发明还想到利用热容器来将可发光介质60维持在基本恒定的工作温度，以减小或消除气体测量系统30中由于可发光介质温度变动造成的不精确性。于是，热容器是实现该功能的任何器件，诸如基于温度传感器输出以反馈方式控制的加热器、热沉等。在美国专利no.6,888，101和美国专利申请no.11/069,114(公开号no.US-2005-0，145，796-Al)中公开了加热元体形式的适当热容器的示例，在此通过引用将其每者的内容并入本文。[49]在图l-4所示的实施例中，在气道适配器上提供单个窗口62。本发明也想到在气道适配器中提供两个类似于窗口62的窗口。如专利'402所示和所述的，可以将两个窗口彼此相对地设置于气道适配器32中，使得电磁辐射能够通过适配器。在本实施例中，可以将探测器32定位在气道适配器上与发射体66相对一侧，当传感器。本发明还想到气道适配器32可以包括其他一个或多个额外的气体测量和/或感测部件。在图3中将这些其他感测部件示意性示为80。这种传感器的示例包括温度、光、声音、湿度、压力、流量和气体浓度传感器。可以将这种传感器用于监测气流、气体感测部分36或两者。例如，可以在外壳37中提供温度传感器以检测外壳中的过热情况。还可以提供温度传感器来检测在气道适配器中流动的气体温度。图5示出了包括二氧化碳(C02)浓度检测能力和氧气(02)浓度检测能力二者的气体监测系统。氧气浓度检测系统对应于上述发光猝灭技术且包括置于气道适配器132的窗口62上的可发光材料。C02监测系统是吸收型气休(分析物)检测系统，其中，从置于外壳120的一条腿(诸如，腿122)上的发射体发射能量。在腿122的内表面上示出了窗口123，能量从所述窗口123射出外壳120。将能量提供到在气道适配器中界定的第一窗口(未示出)。能量穿过气体样本(流经气体流路径50的气体)并离开也在气道适配器中界定的与第一窗口大致相对的第二窗口134。由第二条腿124中提供的探测器(未示出)测量经第二窗口134在采样点发出的能量。[52]如现有技术所知，来自探测器的信号被用于确定气体(分析物)浓度。例如，已知使用这种类型吸收系统的输出检测经过气道适配器的气体中的C02的量，使用该量来确定呼出C02的量(^^。2)和吸入C()2的量(Fico2)。来自探测器的信号可以由外壳37中提供的处理器处理或以无线方式或经由硬线48发送到处理部分。在该图示的实施例中，将处理部分并入外壳120中并在显示器72上显示所得的分析物测量结果。[53]以类似的方式，本发明还想到可以将气道适配器配置成包括流量感测系统，以测量通过气道适配器的气体的流量或流率。使用流率来确定在一定时间内或在呼吸周期或其阶段期间通过气道适配器的分析物的量。—种适用于本发明的该实施例中的流量感测系统为呼吸速度描记器型流量传感器。这种流量传感器包括设置于气体流路径中的流量元件(未示出)，以便沿着气体流路径在气流中生成压降。测量由流量元件生成的压降并用于确定流率。图6示出了具有这种流量感测能力的气道适配器232。应当指出，气道适配器也具有利用上述技术的02和C02感测能力。气道适配器232包括在气道适配器之内包含的流量元件每侧上提供的一对孔口234a和234b。这些压力感测元件能够测量横跨流量元件两端的压降，从而可以定量地测量通过气道适配器的气流。例如，可以将一对导管或压气软管236a和236b耦合到孔口234a和234b并耦合到处理部分38中的压力传感器(参见图1)。压力传感器测量压降并将该输入用于确定通过气道适配器的流量。[56]在图6所示的实施例中，外壳37中不包含额外的流量感测功能，其还包含分析物感测系统的至少一些部件。可以通过通信链路48向处理器(例如，前述处理器70，但具有新增的功能或完全不同的数字处理器)发送信号。不过，本发明也想到可以在外壳37中包含流量感测元件，诸如(一个或多个)压力传感器和处理器。在这种情况下，孔口234a和234b会直接耦合到外壳。在图6所示的实施例中，在气体测量点的一侧上提供流量元件。本发明还想到利用气体测量点生成压降。在这种情况下，孔口234a和234b会被提供于气体测量点的任一侧。例如，在专利'660、专利'389和申请'451中教导过这种配置。在特定实施例中，提供主流氧气感测系统，其考虑了呼出气体的温度和湿度与吸入气体的温度和湿度相比的变化效应(由于吸入气体未暴露于体温和饱和状态)。这一温度和湿度的变化引起测量到的呼出气体体积增大，并可以通过校正所测量的吸入氧气比例来解决。通过这种方式校正吸入氧气的比例可以获得使用Haldane变换测量耗氧量时更高的精确度。在美国专利申请no.11/948080中描述了实现这种精确度改善的系统和方法，在此通过引用将其全部内容并入本文。图7的曲线图描绘了表示吸入和呼出气体中被测02152和C02150浓度的波形。在呼吸期间，在氧气浓度中观察到的起伏仅仅追踪二氧化碳浓度的起伏，只是在所观察时段期间02波形152的形式基本是C02波形150的倒置。因此，可以利用C02时变浓度的翻转和适当縮放形式来近似吸入和呼出气体中的时变氧气浓度。要认识到，可以用气体分压、气体百分比、每气体体积的部分、每气体质量的部分或如本申请中所述的任何有助于比较气体浓度和计算不同气体间关系的测量系统来表示气体浓度。[59]图7的曲线图描绘了在将C02波形150倒置并适当縮放后代表所测02152和C02150浓度的波形的关系。可以利用具有充分高准确度、精确度和测量速度的氧气传感器测量氧气浓度，以正确地测量呼吸周期中氧气的峰(最高水平)和谷(最低水平)。可以将这些氧气峰和谷水平用于根据C02波形150产生縮放的参考02波形154。通过翻转C02波形150并应用縮放因子来提供縮放的参考02波形154(图8),将该縮放因子计算为所测的氧气峰到谷水平与所测的C02峰到谷水平之比。然后可以将参考波形154的形状、形式、时间和频率内容与由氧气传感器产生的波形152进行比较。某些实施例采用曲线拟合算法或其他适当技术来确定信号的相关性，以测量02波形152的质量。可以利用所计算的02波形152拟合到縮放参考02波形154的测量对质量进行量化。可以将质量的测量表达为随时间变化的拟合的计算系数或其他测量。[61]例如，可以使用最小二乘法拟合方式，其中，W是可在0和1之间变化的描述性测量，并可以被视为模型的相对相对预测能力。图ll利用图10A和10B的流程图所示的呼吸部分示出了该W测量。如果W值低于预定或规定值，那么可以认为02波形的相关部分是调节或替换的候选者。作为非限制性示例，如果W值小于0.95，02波形的部分将是用于调节或替换的候选者。不过，应当认识到，可以使用很多不同的方法或算法确定氧气测量质量，最小二乘拟合方法仅是一个示例。要认识到吸入C02的浓度通常非常低(接近零)。因此，在某些实施例中，可以将C02的吸入浓度估计为零而不会在获得縮放参考02波形154中损失很大精度。这种近似可以有助于使获得和处理参考02波形154的计算的简易性。本发明的实施例利用高度集成的数字信号处理(DSP)技术来执行包括程序的小的单片处理器中的很多复杂电子接口功能和数据存储以及模拟到数字转换。通常基于包括处理器70的能力、所测波形的频谱内容和对输出变动的响应的因素选择曲线拟合算法。在很多实施例中，可以实现一个或多个滤波器，以在处理中的各个点，包括曲线拟合或其他类型处理之前、期间和之后，处理所测的波形150和152和参考波形154。可以使用滤波器消除瞬变现象，并可以用滤波器消除或调节可能因为环境和其他因素导致的传感器灵敏度和精确度的缓慢变化。于是，要认识到，可以使用低通、高通和带通滤波的组合来准备用于处理的所测和导出信号。[65]在特定实施例中，可以用参考信号154调节或替代所测02波形152的部分。例如，当氧气信号质量降低到某阈值以下时，处理逻辑可以指出应当将02信号以所计算的因子进行放大或衰减。所计算的因子典型地将反映出所测02波形152与参考波形154之间的差异程度。在特定实施例中，可以对计算因子的施加进行延迟。在这种实施例中，延迟可能是因为使用了消除所测和导出信号的高频分量的滤波器。也可能因为处理逻辑可能会基于配置和编程系统参数延迟调节所测02信号而发生延迟。例如，处理逻辑可以用于将所计算的因子延迟最小时间期间，并还可以用于将所计算的因子延迟与所测02波形152的计算质量相关的时间期间。于是，处理逻辑可以对较大质量下降做出比较小质量下降更快的响应。在一个示例中，可以设置预定最小延迟来降低瞬变现象的影响。在另一个示例中，可以基于所测02波形152和参考02波形154之间的瞬时差异的量化修改预定最小延迟。在特定实施例中，可以由参考02信号替换所测02信号。通常，在确定所测02波形152的质量劣化到预定阈值水平以下之后，处理逻辑确定指出所测02信号替代参考02信号。在特定实施例中，当所测02波形152的质量改善时，处理逻辑可以终止信号替换。处理逻辑可以延迟替换和替换终止，以确保质量的劣化和改善不仅仅是暂时的。在特定实施例中，处理逻辑可以判定所测02波形152的质量以周期性方式变化。例如，对于大部分呼吸而言，所测02波形152的质量可以始终低于阈值水平。在这种情况下，处理逻辑可以在呼吸期间反复抑制所测02波形152并在对其有利时替换参考02信号。要认识到，可以将参考02信号用作已确定为临界质量的所有或任何部分氧气波形的替代品。典型地，基于已知的或计算得到的吸入和呼出气体中氧气和二氧化碳含量之间的关系处理所测C02信号，从而产生参考02信号。本发明还想到可以使用气体的其他组合来确定所测气体波形的质量。例如，麻醉气体的存在可以被测量并与吸入和呼出气体中的氧气含量相关联。[69]图9的流程图示出了基于所计算的至少一个被测气体含量信号的质量针对被测气体含量信号控制参考气体含量信号的一个或多个部分的替换的过程。为了易于理解，将针对该流程图参考图7和8的示例。在步骤700，例如，使用图6的实施例测量第一呼吸气体(例如，02)和第二呼吸气体(例如，co2)的气体含量水平。然而，可以使用其他气体含量测量技术。通常将该水平作为信号提供给处理器70，所述处理器70确定所测02波形152的质量。应当指出，使用"呼吸"一词描述气体，是由于本发明中的气体是向呼吸的哺乳动物递送并从其接收的。不过，本发明想到了除本发明所想到的呼吸气体之外的气体流。如上所述，可以在步骤702利用例如曲线拟合技术的信号分析技术确定所测02波形152的质量，以获得所测02波形152和所测C02波形150的倒置缩放版本之间的相关性测量。在步骤704，确定所测02波形152的质量是否超过预定阈值。如果所测02波形152的质量超过了预定阈值，那么可以将所测02波形152用于进一步的计算，诸如基于由02传感器检测到的氧气量导出耗氧量或代谢估计值。不过，如果所测02波形152的质量是不够高的质量，那么可以在步骤706用参考02波形154的部分或全部替代所测02波形152。尽管在一个实施例中通过用参考02波形完全替换来调节02波形，但可以想到其他类型的调节是可能的，诸如向所测02波形152施加校正因子。可以根据所测C02导出校正因子。图10A和10B的流程图描述了根据本发明一个实施例的用于生成参考波形的示例性过程。为了易于理解，将针对该流程图参考图7和8的示例。在步骤710，通常对第二呼吸气体(例如C02)的波形500进行滤波，以消除高频噪声。典型地，波形500经过低通滤波，然而，在一些实施例中，可能希望除了高频噪声之外还有选择地消除低频干扰。在滤波时获得了经滤波的C02波形720。在一个实施例中，对C02波形进行滤波的目的是使得相位和/或频率与氧气波形匹配，诸如在氧气波形是两者中较低者时(在使用红外C02传感器和发光猝灭氧气传感器时就是这种情况)。然而，在C02波形可能比氧气波形慢的实施例中，可以对氧气波形进行滤波和/或延迟。[74]在步骤712，确定经滤波的C02波形720的最大值722和最小值723，并确定氧气波形738的最大值742和最小值743。对于图10A中在步骤712所示的示例性C02和02波形而言，在下表中示出了最小值和最大值以及它们的差异(范围)。<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>然后，可以在步骤714使用第一气体(例如，氧气)的最大值742和最小值743之间的差异和第二气体(例如，C02)的最大值722和最小值723之间的差异来计算表示第一和第二气体波形的最大值和最小值的差异的比例的縮放值。对于以上示例而言，縮放值会是41.95/32.4或1.295。然后可以在步骤714使用该縮放值以根据滤波后的CCV波形720获得经縮放的C02波形724。然后翻转经縮放的C02波形724，以获得经倒置滤波的0)2波形725。在步骤716，可以执行额外处理来调整和调节经翻转滤波的C02波形725。例如，可以对倒置滤波的C02波形725进行额外的縮放，以更好地匹配所测02波形152的某些值。在步骤718，可以为调节后的经翻转滤波的C02波形725增加偏移，由此产生参考02波形154。本发明的特定实施例提供了评价结合二氧化碳传感器使用的氧气传感器的测量精度的方法，以获得耗氧量的呼吸评估或其他代谢参数。如上所述，可以通过将参考02波形154与所测02波形152进行比较来确定氧气传感器的精确度。基于该比较，可以获得縮放值调节量并用于校准氧气传感器。此外，可以连同历史校准和波形质量信息一起保持所测02波形152样本的历史。可以使用该历史信息调节传感器的输出，由此提高从氧气传感器获得的氧气测量的精度。在特定实施例中，可以在各种条件下计算气体传感器的灵敏度。例如，灵敏度可以在一定程度上取决于传感器上存在的特定气体的瞬时水平，龙"5TDJ但娃坊准佶自求其平阪^则ll泰ll的与^k7k平〗届书佑咸哭输,屮佶县—诵乂I■一V、J'J■IH/Lli、乂I、，t了一|(x、j一JHWWr"T,J、I'/':JI，HU一lirJ~*~4,HVw*^x>常，校准信息与所测瞬时气体水平的组合相关联，并且可以包括处理器70可用的其他环境信息，例如，包括传感器温度、气体温度等。[78]在特定实施例中，可以通过连续测量氧气数据流和经翻转的二氧化碳数据流之间的相关性来测量氧气信号质量。还可以仅利用呼吸周期的一部分，例如仅利用吸气阶段或呼气阶段来测量相关性。可以对在呼吸周期不同阶段所获得的相关因子进行组合来获得信号质量的更加精细的表征。[79]在特定实施例中，可以将从C02波形导出的经縮放的参考氧气波形用作呼吸周期的一部分，诸如仅吸气阶段或仅呼气阶段，或整个周期的氧气测量流的替代者。在一个示例中，可以将从C02波形导出的经縮放的参考氧气波形用作各呼吸阶段间转换期间的氧气测量流的替代者，以便有效地加快氧气传感器的响应，以匹配C02传感器的响应。[80]本发明不限于氧气的定性控制，而是可用于具有已知或可预测关系的其他气体。例如，在一个实施例中，可以基于氧气波形调节C02波形。[81]本发明的这些和其他方面相对于常规传感器技术具有显著优点。例如，可以提供价格合理、容易使用、自我校准的氧气传感器，其表现出比当前可用传感器更快的速度和精确度。尽管已经基于当前认为是最实际和优选的实施例出于示例的目的详细描述了本发明，但应当理解，这样的细节仅仅出于上述目的，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，意在覆盖所附权利要求的精神和范围之内的修改和等价设置。例如，可以理解本发明在可能的程度上想到了可以将任何实施例的一个或多个特征与任何其他实施例的一个或多个特征相组权利要求1、一种用于测量呼吸气体的系统(30)，包括第一气体传感器，其被构造和设置成测量第一气体的量；第二气体传感器，其被构造和设置成测量第二气体的量；以及与所述第一气体传感器和所述第二气体传感器可操作地连接的处理器(70)，所述处理器接收来自所述第一气体传感器的第一信号以及来自所述第二气体传感器的第二信号，所述处理器基于所述第二气体的所测量调节所述第一气体的所测量。2、根据权利要求1所述的系统，其中，所述调节基于(a)所述第二信号的倒置表示、(b)所述第一信号和所述第二信号的縮放版本或(c)所述第二信号的縮放表示。3、根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器基于所述第一信号与所述第二信号的比较计算所述第一信号的质量测度，利用所述第一信号到所述第二信号的曲线拟合计算所述质量测度。4、根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一信号和所述第二信号分别表示对所述第一气体和所述第二气体的测量。5、根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一气体传感器是发光猝灭传感器。6、根据权利要求5所述的系统，其中，所述发光猝灭传感器被构造和设置成测量氧气或二氧化碳。7、根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一气体传感器测量吸入的氧气和呼出的氧气，并且其中，所述处理器输出表示调节后的所述吸入的氧气、所述呼出的氧气或所述吸入的氧气和所述呼出的氧气两者的所测量的波形。8、根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二气体传感器是红外传感器。9、根据权利要求8所述的系统，其中，所述红外传感器测量C02。10、根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二气体传感器仅测量呼出的第二气体的量，不测量吸入的第二气体的量。11、根据权利要求10所述的系统，其中，所述第二气体为C02,并且其中，假设吸入的C02的量为零。12、根据权利要求1所述的系统，其中，所述第二气体传感器测量呼出的第二气体的量和吸入的第二气体的量二者。13、根据权利要求1所述的系统，其中，将第一呼吸气体的量和第二呼吸气体的量按照气体分压进行测量，或者其中，将所述第一呼吸的气体的量和所述第二呼吸的气体的量按照气体百分比进行测量。14、根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器基于所述第一信号与所述第二信号的比较计算所述第一信号的质量测度，其中，所述处理器被配置成在所述质量测度降到预定最小质量阈值之下时用参考信号的一部分替换所述第一信号，并且其中，所述参考信号是从所述第二信号导出的。15、根据权利要求14所述的系统，其中，所述参考信号是所述第二信号的縮放倒置版本。16、根据权利要求1所述的系统，其中，所述处理器基于所述第一信号与所述第二信号的比较计算所述第一信号的质量测度，并且其中，所述处理器被配置成縮放所述第一信号以补偿所述质量测度的变化。17、一种用于测量呼吸气体的系统(30)，包括第一气体传感器(66、68)，其测量吸入和呼出的氧气的量；第二气体传感器，其至少测量呼出的C02的量；以及与所述第一气体传感器和所述第二气体传感器可操作连接的处理器(70)，其中，所述处理器接收来自所述第一气体传感器和所述第二气体传感器的信号并基于C02的所测量调节氧气的所测量。18、根据权利要求17所述的系统，其中，按与接收自所述第一气体传感器的信号的测量质量相关的量调节氧气的所测量。19、根据权利要求18所述的系统，其中，通过表示由所述处理器接收的信号的曲线拟合信号来测量所述质量。20、根据权利要求19所述的系统，其中，所表示的信号之一是接收自所述第二气体传感器的信号的縮放倒置版本。21、根据权利要求17所述的系统，其中，响应于所述所测量质量下降到预定水平以下，根据呼出的C02的所测量估计吸入和呼出的氧气的所测22、一种测量呼吸气体的方法，包括测量第一气体的量；测量第二气体的量；确定所述第一气体的所测量是否需要调节；以及基于所述第二气体的所测量调节所述第一呼吸气体的所测量。23、根据权利要求22所述的方法，其中，所述确定步骤包括比较表示所述第一气体的所述量的第一信号和表示所述第二气体的第二信号，其中，所述第二信号是由C02传感器提供的信号的倒置縮放版本。24、根据权利要求23所述的方法，其中，所述确定步骤还包括对所述第一信号和所述第二信号进行曲线拟合以获得所述第一信号的质量测量，其中，正比于所述质量测量调节所述第一气体的所测量。25、根据权利要求24所述的方法，其中，所述调节步骤包括利用从所述第二气体的所测量导出的估计值替换所述第一气体的所测量。26、根据权利要求22所述的方法，述第一呼吸气体。27、根据权利要求26所述的方法，和设置成测量氧气或二氧化碳。28、根据权利要求26所述的方法，二呼吸气体。29、根据权利要求28所述的方法，碳。30、根据权利要求22所述的方法，测量所述第二气体。31、根据权利要求30所述的方法，其中，假设吸入的C02的量为零。其中，利用发光猝灭传感器测量所其中，所述发光猝灭传感器被构造其中，利用红外传感器测量所述第其中，所述红外传感器测量二氧化其中，仅按照呼出的第二气体的量其中，所述第二气体为CQ2，并且32、根据权利要求22所述的方法，其中，按照呼出的第二气体的量和吸入的第二气体的量二者测量所述第二气体。33、根据权利要求22所述的方法，其中，将所述第一气体的量和所述第二气体的量按照气体分压进行测量，或者其中，将所述第一气体的量和所述第二气体的量按照气体百分比进行测量。34、一种用于测量呼吸气体的系统(30)，包括-用于测量第一气体的量的模块；用于测量第二气体的量的模块；以及用于基于所述第二气体的所测量调节所述第一气体的所测量的模块(70)。35、根据权利要求34所述的系统，其中，所述调节基于表示所述第一气体的所述量的第一信号和表示所述第二气体的所述量的第二信号的比较。36、根据权利要求34所述的系统，其中，所述比较基于(a)所述第二信号的倒置版本、(b)所述第一信号和所述第二信号的縮放版本或(c)所述第二信号的縮放、倒置版本。37、根据权利要求34所述的系统，还包括用于计算表示所述第一气体的所述量的第一信号和表示所述第二气体的所述量的第二信号的质量测度的模块。38、根据权利要求34所述的系统，其中，由发光猝灭传感器提供所述第一信号。39、根据权利要求38所述的系统，其中，所述发光猝灭传感器测量氧气或二氧化碳。40、根据权利要求39所述的系统，还包括用于产生表示调节后的吸入的氧气和呼出的氧气的所测量的波形的模块，其中，所述发光猝灭传感器测量所述吸入的氧气和所述呼出的氧气。41、根据权利要求34所述的系统，其中，由红外传感器提供所述第二信号。42、根据权利要求41所述的系统，其中，所述红外传感器测量二氧化碳。43、根据权利要求34所述的系统，其中，所述第二信号仅表示呼出的第二气体的量。44、根据权利要求43所述的系统，其中，^f述第二气体是二氧化碳，并且其中，吸入的二氧化碳的量近似为零。45、根据权利要求44所述的系统，还包括用于响应于所述质量测度降低到预定最小质量阈值之下用参考信号的一部分取代所述第一信号的模块，并且其中，所述参考信号是从所述第二信号导出的。46、根据权利要求34所述的系统，还包括用于縮放所述第一信号的一部分以补偿所述质量测度变化的模块。全文摘要一种主流气体监测系统(30)和方法包括使用主流气道适配器(32)以及与气道适配器相关联的气体感测组件(34)测量通过适配器的气体流的分析物。气体感测部分(36)输出表示主流气道适配器中的气体流中的分析物的信号。处理部分(38)从气体感测部分接收信号并基于来自气体感测部分的信号确定气体流中分析物的量。处理部分确定氧气测量的质量是否足以用于其预期用途，诸如用于测量耗氧量或代谢估算。可以使用质量测量来提高导出的代谢估算值的精确度。提供了可以处理二氧化碳测量并替代呼吸周期的全部或部分直接氧气测量的方法。文档编号G01N33/00GK101568806SQ200780046817公开日2009年10月28日申请日期2007年12月19日优先权日2006年12月21日发明者A·T·皮埃里,P·B·贡内松申请人:Ric投资有限责任公司