[发明专利]用于检测气体的传感器和用于检测气体的方法

说明书

一种用于检测气体，特别是检测CO2的传感器(1)，包括可指向测量部位的接触面(2)。传感器(1)包括至少一个辐射源(3)、用于接收将被测量的气体的测量容积(4)，以及至少第一检测器(5)，其用于检测从源(3)通过测量容积(4)传输至第一检测器(5)的辐射。传感器包括在辐射源(3)和第一检测器(5)之间的辐射的路径(6)，其中，辐射沿该路径以非成像的方式传播。

本申请是申请号为201480040839.6、申请日为2014年7月21、名称为“用于检测气体的传感器和用于检测气体的方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于检测气体的传感器和用于检测气体的出现或量的方法。

背景技术

当前用于测量气体的系统采用各种各样的测量原理。在医学技术中，主要使用电化学传感器来测量已经经皮扩散(即，通过人类患者或者动物的皮肤扩散)的气体。当前用于测量经皮CO₂的传感器高度敏感并且显示了良好的响应时间。然而，那些传感器在较长的测量周期内会漂移并且需要频繁校准，因此，在快要使用时，用户需要使用相当笨重的校准仪器，该校准仪器包括校准用气体供应。传感器校准和维护降低了该技术的可用性。例如，从WO 2008/132205可得知该用于测量经皮气体的电化学传感器。

当今，对经皮血气(特别是CO₂)的测量主要用于：在几乎任何的临床设置下对患者换气的连续和非侵入实时监测。经皮系统依赖如下的事实：气体通过皮肤和身体组织扩散，并且该气体可被合适的传感器在皮肤表面上检测到。接着，通常使用数学关系将检测到的气体的浓度转换成气体的动脉分压。该信息在治疗期间提供如下的清晰图片：患者身体状况的完整性和危险程度，特别是关于诸如呼吸模式、肺泡换气、肺灌注或者从呼吸器和麻醉回路排除CO₂的方面。通常，皮肤需被加热至37℃-45℃，优选加热至41℃-43℃，以获得临床相关的测量结果。传统的无创换气监测是通过在患者呼吸的样本中测量呼吸气体的浓度来执行的。然而，该技术在某些临床设置下存在一些缺陷。在涉及体外血液循环的某些临床设置下，还能够根据患者的血流直接测量血气。

经皮气体感测的一个主要的技术挑战与如下事实相关：气体渗透通过组织和皮肤的速率非常低。因此，用于测量经皮气体的传感器(其测量机制依赖于测量室中气体的浓度与皮肤中相应浓度的平衡)必须具有非常小的该测量室的容积，否则实现平衡的时间会长得难以接收。此外，使用该测量室的光学传感器需要克服如下挑战：在维持足够光强的同时将光学辐射引导至微小的测量室、通过该测量室传输光学辐射以及从该测量室收集光学辐射。另一约束是测量部位，其通常是成年患者的耳垂或者新生婴儿的大腿。

在US 7164812中，公开了一种包括螺旋光波导的传感器系统，波束通过该螺旋光波导从光源传播至检测器。波束的倏逝场(evanescent field)渗透至相邻介质内，并且可被其中的化学物质(例如经皮气体)吸收。

该传感器系统使用光纤，该光纤难以准确地集成到小的传感器内。此外，倏逝场可与物质相互作用的短的距离要求高精度的制造和组装。倏逝场与许多其他物质而不是将被测量的气体的干涉可能妨碍有用和无用信号之间的区分。

在WO 2008/110927中，公开了一种包括光学采样单元的传感器系统，波束经由单个单模传播(single monomodal propagation)通过该光学采样单元从发射器传播至检测器。波束在采样单元内与气体相互作用。

该传感器系统昂贵、复杂且很难制造。与制造规格的小偏差会极大地影响单模传播并会由此影响系统性能，因此容差性必须非常严格。很难达到在实际使用期间维护传感器可靠性，并且存在早期故障的风险。

发明内容

本发明的一个目标是避免现有工艺的缺陷，特别是提供一种用于检测气体(尤其是用于确定少量气体的浓度)的鲁棒的传感器，以及一种用于检测气体(尤其是确定少量气体的浓度的方法，其不需要频繁校准并且在可接受的响应时间内提供准确的结果。