具有补偿基线变化的气体感应器制造技术

在医疗诊断中适用的可靠的、快速的和不贵的呼吸气体的检测器系统，包括个人用的、手持式监测设备，该监测设备用于各种不同的疾病和病情的诊断，包括，例如，哮喘，糖尿病，血胆固醇和肺癌。感应器设备(100)是用于检测气体的，该设备包括感应元件(109)，感应元件具有电阻，该电阻根据目标气体的出现而发生变化；读出电路，该读出电路由于目标气体的出现而电子连接到感应元件上，并将测量值转变为数字信号；和从数字单元(205)到读出电路的反馈电路(203)，其用于补偿感应元件的基线阻抗的变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有补偿基线变化的气体感应器对相关申请的参考本申请在此要求于2009年12月2日提交的第61/265，979号美国临时专利申请的优先权。上述申请的全部内容通过引证并入本文。关于联邦政府发起的研发的声明本专利技术是在联邦政府的支持下进行的，根据的是国家科学基金会授予的授权号为DMR0304169的文件。在本专利技术中联邦政府保留部分权利。
技术介绍
医学研究报告最近将人体呼吸的某些气态成分与疾病的特定类型相关联，而且基 于对呼出的气息的标记浓度的生理水平的确定，解决了饮食的重要性、牙齿病理学、吸烟等等问题。肺部中的炎症和氧化压力可以通过测定以下气体的浓度的变化来进行监测NO (其已经被广泛研究用于一种生物标记)，和相关的产出物N02_ (亚硝酸盐)；N03_(亚硝酸盐)；呼出的CO(也可以用作心血管疾病、糖尿病、肾炎、胆红素的析出物的标记)；低分子量的呼出的碳氢化合物，例如，乙烷，η-戊烷，乙烯，橡胶基质(受到日常饮食影响的碳氢化合物，是血液胆固醇水平的标记)；丙酮，甲醛；乙醇；氢化硫，氧硫化碳，以及氨水/胺。举例来说，对呼出的胺的测量可以在肺部疾病的病毒和细菌影响之间进行区分，以便判断抗生素的应用。已经研发出各种不同的感应器来测量这些代谢物。在第7，017，389号美国专利中所描述的各种实施例，其全部内容通过引证并入本文。需要对诊断工具的呼吸分析器的进行持续改进，其可以提供，例如，用于快速和容易地诊断病情的第一检测设备。
技术实现思路
本专利技术涉及的是一种用于医学诊断的可靠的、快速的和不贵的呼吸气体检测器系统，该系统包括，在某些实施方案中，用于各种不同的疾病和身体条件的个人用的监控设备，包括，举例来说，例如，哮喘，糖尿病，血液胆固醇和肺癌。这种以集成的微系统和与改进的感应器技术相结合的以基片为基础的系统的方案允许实现用于感应气体成分的感应器设备的显著的小型化，并可以集成到手持式的设备上。在一个实施方案中，用于检测气体的感应器包括具有电阻的感应元件，该电阻根据目标气体的出现而发生变化；电子连接到感应元件上的读出电路，由于出现目标气体，其测量出感应元件的阻抗的变化并将测量值转变为数字信号；和从数字单元到读出电路的反馈电路，以补偿感应元件的基线阻抗的变化。在某些实施方案中，气体感应器可以合并到手持式的单元中，具有适当的电源，例如，电池，和包含在单元中的显示设备，例如，LED指示器。可以提供一个或更多的加热元件和温度感应器来在气体感应器中进行精确的温度控制。感应器设备可以包括感应元件的阵列，具有多通道的集成读出电路。根据一个实施方案，读出电路包括一种A/D转换器,其将感应兀件中的阻抗的变化的测量值转换为数字信号。A/D转换器可以包括，例如，第一顺序的单个S-o的调节器设备，其具有数字可配置的过度采样比率，以用于控制转换的比例。在某些实施方案中，阻抗记录系统具有16位的分辨率和到IkHz的带宽。在某些实施方案中，气体感应器被配置为通过感应元件来维持恒定电流，以及测量由于阻抗的变化所导致的电压的改变。可以选择的是，感应器将感应元件维持在偏置恒定电压的状态，并测量由于阻抗的变化而导致的电流的改变。 在某些实施方案中，反馈电路可以在信号处理装置的基础上利用独立的成分分析(ICA)，信号处理装置适用于补偿感应元件中的基线阻抗的变化。一种电流的D/A转换器可以将来自于数字单元的数字信号转换为栅流，其被提供给感应元件。电流的D/A转换器可以包括，例如，多位的(例如，10位)分段D/A转换器，其具有至少一个二进制的加权位和至少一个一兀的加权位。最低有效位可以是_■进制的加权和最闻有效位可以是一兀的加权，以便提供复杂性和单一性之间的适当的折中方案。本专利技术进一步涉及的是通过如上文中所描述的气体感应器来检测气体的方法，包括用于医学诊断的对呼出气体的检测的方法。其他的详细内容可以参考美国物理协会举办第13届国际研讨会过程中由wang等人提出“An Acetone Nanosensor for Non-invasiveDiabetes Detection”，刊登在2009年5月23日出版的公报中第113卷(刊I)，第206-208页，其全部内容通过引证并入本文。在某些实施方案中，本专利技术是一种用于进行快速和容易的诊断的个人呼吸分析器。诊断工具的呼吸分析器提供第一检测设备，其可以引导更为复杂的诊断工具，以引起对这些装置关注。个人呼吸分析器也可以在紧急诊断的情况下具有重要意义，紧急诊断是由于化学或者生物学的危险而导致的，检测的时间和潜在受害人的优选权是对应对这样的危险的关键。在低收入地区，这样的呼吸分析工具也可以是十分有用的，例如，对于贫困人群的健康监控等等。附图说明本专利技术的其他特征和优势将通过以下结合对应的附图而进行的详细描述而变得更为明显，其中附图I是根据一个实施方案的手持式诊断呼吸分析器的电路原理图；附图2是对诊断呼吸分析器的系统电子器件的结构图进行解释说明；以及附图3是用于对本专利技术中的气体检测方法进行举例说明的流程图。具体实施例方式本申请在此要求于2009年12月2日提交的第61/265，979号美国临时专利申请的优先权。上述申请的全部内容通过引证并入本文。在优选的实施方案中，本专利技术包括一种用于从手持式气体测量单元中对气体的浓度进行测量的低复杂性低功率的方案。感应器可以用作电阻，而且需要使用一种专用的多通道的测量仪器来获得读数。VLSI技术为高度集成的读出电路的执行提供了若干优势，包括高敏感度、小的形体尺寸、低噪音、低功率和模块化。电阻首先转换为电压测量，而且电压信号是数字式的。输入电压是通过使用A/D转换器设计方案来进行数字化的，其采用的是第一顺序的单个S-O调节器设备的结构，该结构具有数字可配置的过度采样比率，以用于控制转换的比例。在附图I中，对根据一个实施方案的手持式诊断呼吸分析器设备100进行了电路原理图的解释说明。设备100包括壳体101，该壳体具有用于接收气体105以进行分析的开口 103。在诊断应用中，病人呼出的气体105进入到开口 103中。呼出的气体105进入到腔室107中，在此气体105与一个或更多的感应器元件109进行相互作用。感应器元件109具有一定的特性，其可以在与之发生相互作用的气体105的化学成分的基础上发生改变。在一个实施方案中，感应器元件109的电阻响应于气体105的特定构成要素是否存在而发生改变。适当的感应器元件109的实施例可以参考，例如，第7，017，389号美国专利中所描述的各种实施例，其全部内容通过引证并入本文。集成的电路设备111是电子连接到感应器元件109上的。集成的电路设备111被配置用于读出在感应器元件109中的阻抗的变化，并将这样的变化转变为适当的电子信号，例如，数字信号。在某些实施方案中，设备100可以包括感应器元件109的阵列，和集成的电路设备111，其可以实现多通道的读数和信号处理。感应器元件109可以集成到电路设备111中。 附图I中的分析器设备100进一步包括电源113，例如，电池，和显示设备115。显示设备115可以包括，例如，一个或更多的LED指示器，指示器可以被配置用于指示出呼出气体105中某种特定的目标物质是否存在。显示设备115可以被配置用于指示出，例如，呼出气体1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·I·高玛，M·斯塔那瑟维奇，
申请(专利权)人：纽约州立大学研究基金会，
类型：发明
国别省市：