Капнография (первоначально капнометрия) развивается довольно давно. За более чем полувековую историю сменилось множество приборов для капнометрии и капнографии. Эта смена обусловлена стремлением повысить точность, надежность и снизить стоимость оборудования.
      В данном обзоре мы постарались привести все когда-либо использовавшиеся в капнографии принципы измерения, указать их особенности, достоинства и недостатки. Принципы расположены в порядке возрастания их привлекательности для конечных потребителей.

      Масс-спектрометрия. Это метод анализа состава газовой смеси или жидкости в виде аэрозоля. Проба исследуемого вещества подается в вакуумную камеру через входное отвертсие. Сразу за входным отверстием поступающий газ ионизируется пучком электронов, идущих с анода ионизатора. Далее ионизированный газ проходит через мощное постоянное магнитное поле, которое отклоняет траетории движения ионизированных частиц газа. Ионы с более высоким отношением массы к заряду отклоняться на меньший угол вследствие своей большей инертности при одинаковой величине воздействия. В итоге газ разделяется на потоки по критерию величины отношения массы к заряду, то есть по химическому составу. Величины этих потоков регистрируются на коллекторах ионов на приемной поверхности вакуумной камеры. По показаниям счетчиков определяют процентное соотношение того или иного компонента.

      Метод масс-спектрометрии применяется в медицине для анализа газов с середины прошлого века. Среди ее достоинств можно отметить такие важные свойства, как очень высокая точность и определение полного состава газовой смеси за одно измерение. Главным недостатком метода наряду с неудобством использования является дороговизна. Масс-спектрометры в целях экономии использовались по одному на несколько пациентов, и даже наиболее развитые клиники не могла себе позволить широкое их применение. Несмотря на это, масс-спектрометрический способ анализа использовался достаточно продолжительное время и именно он положил начало основам клинического газоанализа.

      Рамановская спектроскопия. Этот метод пришел на смену масс-спектрометрии. Принцип действия датчика основан на явлении рамановского сдвига. Суть его в том, что при переходе молекул из инициированного лазером возбужденного состояния в низкоэнергитическое они излучают световую энергию специфического спектра. Пробы газа поступают в измерительную камеру, в которой облучаются аргоновым лазером. В результате облучения молекулы газа переходят в возбужденное состояние. Обратный переход сопровождается излучением более низкой энергии и большей длины волны. В спектре вторичного излучения присутсвуют длины волн, отсутствующие в первичном спектре. Величина рамановского сдвига для каждого газа сугубо специфична. Значение концентрации определяется по интенсивности вторичного излучения.

      Как и масс-спектрометрия, рамановская спектроскопия позволяет определить концентрацию всех компонентов газовой смеси одновременно. И она так же обладает высокой точностью. Основным преимуществом рамановской спектроскопии является более быстрое получение результатов и самокалибрование.

      Инфракрасный фотоакустический анализ. Принцип работы основан на звуковом сопровождении перехода молекул газа в возбужденное состояние под действием инфракрасного излучения. Переход в возбужденное состояние молекул каждого из газов осуществляется на строго определенной длине волны инфракрасного излучения. Амплитуда звука зависит от концентрации данного газа в смеси.

      Недостатком метода можно обозначить сложность сопроводительного программного обеспечения для обработки регистрируемого сигнала и сложность калибровки и настройки (шумовое загрязнение в современной окружающей среде оставляет желать лучшего). Но метод сравнительно новый, возможно его дальнейшее развитие и усовершенствование. Достоинством метода является возможность применения его как в прямом потоке, так и в системе с отбором пробы (см. раздел Методики капнографии).

      Ультразвуковой скоростной анализ. Основан на изменении скорости ультразвука при прохождении его через углекислый газ. В качестве источников и приемников сигнала обычно используются пьезоизлучатели. Падение скорости ультразвука пропорционально концентрации.

      Преимущество метода: практически отсутствует влияние других газов на измерение при несложной технической реализации и остутствие необходимости установки фильтров. Возможность использования проточного варианта. Недостотком является достаточно большой (до 1 куб.см.) объем измерительной камеры с датчиком, что вызывает незначительное "размытие" результатов. Использование в системе бокового потока ограничено необходимостью обеспечения высокой скорости отбора пробы (от 150 мл/мин).

      Ультразвуковой абсорбционный анализ. Данный метод основан на поглощении ассиметричными молекулами ультразвука определенной длины волны. В качестве источников и приемников сигнала обычно используются пьезоизлучатели. Амплитуда прошедшего через газ сигнала обратно пропорциональна концентрации.

      К преимуществам метода можно отнести возможность использования проточного варианта, высокую точность измерения, отстутствие необходимости установки фильтров. Данный принцип в настоящее время наиболее применим для проведении функциональной диагностики. К недостаткам - большой размер измерительной камеры с датчиком (до 1 куб.см.), необходимость нагрева измерительной камеры и исследуемого газа, а также необходимость коррекции результатов в зависимости от наличия в смеси других несимметричных газов (закись азота). Использование в системе бокового потока ограничено необходимостью обеспечения высокой скорости отбора пробы (от 150 мл/мин).

      Инфракрасный оптический анализ. Это в настоящее время самый распространенный метод анализа концентрации углекислого газа в выдыхаемом воздухе. Широкое распространение он получил после разработки сверхминиатюрных датчиков.
      Принцип измерения основан на поглощении несимметричными молекулами газа инфракрасного излучения определенной длины волны. Амплитуда прошедшего через газ сигнала обратно пропорциональна концентрации. В качестве источников инфраизлучения используются либо светодиоды, либо твердотельные лазеры.

      Преимущества метода: высокая точность измерения самого датчика, низкое энергопотребление, миниатюрность, простота использования. Недостатки: невозможность построения проточной системы, а из-за "размытия" пробы в системе доставки (см. раздел Методики капнографии) практическая невозможность использования для функциональной диагностики, необходимость установки фильтров, необходимость коррекции результатов в зависимости от наличия в смеси других несимметричных газов (закись азота).

      На основе представленной выше информации можно сделать следующие выводы:
      Для конечного пользователя более удобным и приемлемым является использование приборов, построенных на основе инфракрасных или ультразвуковых принципов измерения.
      Большинство выпускаемых приборов основаны на инфракрасном оптическом методе анализа и построены по принципу бокового потока (систем с отбором пробы). Такие приборы наиболее удобны для ипсользования в системах мониторинга для пациентов с самостоятельных дыханием.
      Для функциональной диагностики наиболее удобны приборы, использующие ультразвуковые принципы измерения и позволяющие прводить проточные измерения.

      И в заключение стоит сказать о том, что практически все недостатки конкретных принципов измерения производители стараются скомпенсировать конструктивными усовершенствованиями. Так, в инфракрасных приборах с отбором пробы введены специальные загубные трубки и разработаны укороченные системы доставки пробы, что уменьшило "размытие" и в то же время оставило возможность использования их в системах мониторинга при присоединении штатных систем доставки пробы. В ультразвуковых приборах разработаны варианты с уменьшенными камерами и установленными насосами, что снизило точность измерения, но позволило использовать их в системах мониторинга.
      Таким образом, на современном рынке оборудования для капнографии представлены в основном универсализированные приборы, способные выполнять все поставленные перед ними задачи.