EP0840894A1 - Vorrichtung zur gewinnung von inhaltsstoffen der ausatemluft - Google Patents
Vorrichtung zur gewinnung von inhaltsstoffen der ausatemluftInfo
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- EP0840894A1 EP0840894A1 EP96900851A EP96900851A EP0840894A1 EP 0840894 A1 EP0840894 A1 EP 0840894A1 EP 96900851 A EP96900851 A EP 96900851A EP 96900851 A EP96900851 A EP 96900851A EP 0840894 A1 EP0840894 A1 EP 0840894A1
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/483—Physical analysis of biological material
- G01N33/497—Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath
Definitions
- the ingredients extracted from the exhaled air are used to diagnose human health, monitor therapy and monitor the progress of diseases of the lungs and respiratory tract.
- the device according to the invention for extracting substances from the exhaled air can be assigned to medical technology.
- WO 91/0555 A 1 discloses a method for diagnosing the state of health and for monitoring therapy and for monitoring the course of diseases, in particular the lungs and the respiratory tract, according to which non-volatile substances - if appropriate together with endogenous and exogenous volatile ones Substances - to be analyzed in the human exhaled air.
- the substances are previously enriched by condensation on cooled surfaces which are kept at a temperature below the freezing point of the substances sought.
- Liquid nitrogen is used for cooling.
- a method for collecting exhaled breath condensate is also known (Am. Rev. Repir. Dis. Vol. 148, 1993, 955-960).
- the person to be examined exhales through a mouthpiece through a pipe made of PVC.
- the tube is cooled with ice, so that a breathing condensate forms, which in an ice-cold bottle drips.
- the cooling temperature of the exhaled air is 0 ° C.
- DE G 94 21 065.0 describes a device for collecting exhaled breath condensate.
- a sample collecting tube is located in a cooling jacket tube working in the countercurrent principle.
- a cooling liquid flows through the cooling jacket tube, the freezing point of which is below ⁇ 25 ° C.
- At the end of the sample collecting tube there is a removable collecting vessel for holding possible residues of the breathing condensate.
- the invention is based on the problem of enabling, on the one hand, a simple apparatus and, on the other hand, a complete extraction of the contents of the exhaled air, the operating state having to be reached in the shortest possible time.
- the ingredients of the exhaled air are obtained by condensation on a cooled surface in that the condensation takes place on a non-adsorptive surface and preferably elastic and thin film.
- the film to be used should preferably have a thickness of ⁇ 10 ⁇ m.
- the film is fixed by means of vacuum on a surface of a Peltier element, preferably having a temperature of -30 to -100 ° C. It can be an advantage that Peltier element additionally has a plate with high cold conductivity.
- the film itself can preferably consist of polytetrafluoroethylene or polypropylene.
- non-adsorptive foils are of particular importance for objective measured values. It has been shown that glass surfaces or PVC lead to a considerable falsification of the analysis values.
- the main elements of the device according to the invention are the film 5 and the Peltier element 4.
- a cooling plate 10 and a further plate 13 with the connections for cooling water inlet 8 and cooling water outlet 9 as well as a hose connection 14 with seal 15 for vacuum 7 are arranged on the Peltier element 4.
- the Peltier element 4 is carried by a holding plate 11 which is located in the receptacle 12 with an opening 2 for the connection of an exhalation valve for the exhaled air freed from the ingredients.
- the receptacle 12 also serves as a holder for the interchangeable mouthpiece 12 through which the exhaled air is fed into the device. Best way to carry out the invention
- the exhaled air 1 of the person to be examined passes through the mouthpiece 12 to the film 5 cooled by a Peltier element 4, as a result of which the ingredients condense as breathing condensate 6.
- a temperature of from -30 to -100 ° C. is preferably set.
- the exhaled air is whirled through.
- a largely complete condensation of the ingredients on the cooled film 5 is thereby achieved, whereby quantitative analysis values are achieved.
- the breathing air freed from the ingredients is discharged through an opening 2 for the connection of an exhalation valve.
- the device according to the invention for obtaining the contents of the exhaled air by condensation also enables the detection of the existence of tumors, with certain metabolic products being exhaled via the lungs, and evidence of damage to the lungs and respiratory tract from environmental pollution (ozone, N0 ⁇ ) ur
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Abstract
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einerseits eine apparativ einfache und andererseits eine vollständige Gewinnung der Inhaltsstoffe der Ausatemluft zu ermöglichen, wobei der Betriebszustand in kürzester Zeit erreichbar sein muß. Erfindungsgemäß erfolgt die Kondensation der in der Ausatemluft enthaltenen Inhaltsstoffe auf einer nichtadsorptiven und vorzugsweise elastischen sowie dünnen Folie (5), vorzugsweise mit einer Stärke < 10 νm, die mittels Vakuum (7) auf einer eine Temperatur von vorzugsweise -30 bis -100 °C aufweisenden Oberfläche eines Peltierelementes (4), das gegebenenfalls eine zusätzliche Platte mit hoher Kälteleitfähigkeit aufweist, fixiert ist. Die aus der Ausatemluft gewonnenen Inhaltsstoffe dienen der Diagnose des Gesundheitszustandes sowie zur Therapieüberwachung und zur Verlaufskontrolle von Krankheiten der Lunge und der Atemwege. Weiterhin besteht über bestimmte Stoffwechselprodukte, die über die Lunge abgeatmet werden, die Möglichkeit des Nachweises der Existenz von Tumoren. Auch können Schädigungen der Lunge und der Atemwege durch Umweltbelastungen (Ozon, NOx) und durch Berufserkrankungen durch Analyse der entsprechenden Noxen nachgewiesen werden.
Description
BESCHREIBUNG
Vorrichtung zur Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft
T e c h n i s c h e s G e b i e t d e r E r f i Ό d ü n g
Die aus der Ausatemluft gewonnenen Inhaltsstoffe dienen der Diagnose des menschlichen Gesundheitszustandes sowie zur Therapieüberwachung und zur Verlaufskontrolle von Krankheiten der Lunge und der Atemwege. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung von Inhalts- Stoffen der Ausatemluft ist der Medizintechnik zuzuordnen.
S t a n d d e r T e c h n i k
Aus WO 91/ 05 255 A 1 ist ein Verfahren zur Diagnose des Ge¬ sundheitszustandes sowie zur Therapieüberwachung und zur Ver¬ laufskontrolle von Krankheiten, speziell der Lunge und der Atemwege, bekannt, wonach nichtflüchtige Substanzen - gege¬ benenfalls zusammen mit endogenen und exogenen flüchtigen Stoffen - in der menschlichen Ausatemluft analysiert werden.
Vorteilhafterweise erfolgt zuvor eine Anreicherung der Sub¬ stanzen durch Kondensation auf gekühlten Oberflächen, die auf einer Temperatur unterhalb des Gefrierpunktes der gesuchten Substanzen gehalten werden. Zur Kühlung wird flüssiger Stick- stoff verwendet.
Nachteilig ist der erhebliche apparative Aufwand und der Umgang mit flüssigem Stickstoff, der besondere Sicherheitsvor¬ kehrungen verlangt.
Es ist weiterhin ein Verfahren zum Sammeln von ausgeatmetem Atemkondensat bekannt (Am. Rev. Repir. Dis. Vol. 148, 1993, 955 - 960). Hierbei wird von der zu untersuchenden Person über ein Mundstück durch ein Rohr aus PVC ausgeatmet. Das Rohr wird mit Eis gekühlt, so daß sich ein Atemkondensat bildet, das in
eine eisgekühlte Flasche tropft. Die Abkühlungstemperatur der Ausatemluft liegt bei 0° C.
Es ist Nachteil dieses Verfahrens, daß lediglich Stoffe der Ausatemluft gewonnen werden, die bei ca. 0° C kondensieren. Damit ist das Verfahren in seiner Verwendung erheblich einge¬ schränkt.
In DE G 94 21 065.0 ist eine Vorrichtung zum Sammeln von ausgeatmetem Atemkondensat beschrieben. Hierbei befindet sich ein Probensammelrohr in einem im Gegenstromprinzip arbeitenden Kühlmantelrohr. Das Kühlmantelrohr wird von einer Kühlflüssig¬ keit durchströmt, deren Gefrierpunkt unter - 25°C liegt. Am Ende des Probensammelrohres befindet sich ein abnehmbares Sammelgefäß zur Aufnahme von möglichen Resten des Atemkonden¬ sates .
Nachteilig ist, daß sich das Atemkondensat aus dem Probensam¬ melrohr nur mit erheblichem Aufwand und auch nur unvollständig entfernen läßt.
D a r s t e l l u n g d e r E r f i n d u n g
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einerseits eine apparativ einfache und andererseits eine vollständige Gewinnung der Inhaltsstoffe der Ausatemluft zu ermöglichen, wobei der Betriebszustand in kürzester Zeit erreichbar sein muß .
Erfindungsgemäß und besonders vorteilhaft erfolgt die Gewin¬ nung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft durch Kondensation an einer gekühlten Oberfläche dadurch, daß die Kondensation auf einer nichtadsorptiven Oberfläche und vorzugsweise elastischen sowie dünnen Folie erfolgt. Die zu verwendende Folie sollte vorzugsweise eine Stärke von < 10 μm aufweisen. Die Folie wird mittels Vakuum auf einer eine Temperatur von vorzugsweise -30 bis -100°C aufweisenden Oberfläche eines Peltierelementes fixiert. Es kann von Vorteil sein, daß das
Peltierelement zusätzlich eine Platte mit hoher Kälteleit¬ fähigkeit aufweist. Die Folie selbst kann vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen oder Polypropylen bestehen.
Die Vorteile der Erfindung sind dadurch begründet, daß ein relativ geringer apparativer Aufwand erforderlich ist und die Betriebsfähigkeit bereits nach ca. einer halben Minute erreicht ist.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird bereits bei einer Arbeitstemperatur von vorzugsweise -30 bis -100° C eine voll¬ ständige Kondensation der relevanten Inhaltsstoffe der Aus- atemluft erreicht.
Von besonderer Bedeutung für objektive Meßwerte ist die Ver¬ wendung nichtadsorptiver Folien. Es hat sich gezeigt, daß Glasoberflächen bzw. PVC zu einer erheblichen Verfälschung der Analysenwerte führen.
B e seh r e i b u n g d e r Z e i c h n u n g
Hauptelemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Folie 5 und das Peltierelement 4.
An dem Peltierelement 4 ist eine Kühlplatte 10 sowie eine weitere Platte 13 mit den Anschlüssen für Kühlwasserzulauf 8 und Kühlwasserablauf 9 sowie ein Schlauchanschluß 14 mit Dichtung 15 für Vakuum 7 angeordnet.
Das Peltierelement 4 wird von einer Halteplatte 11 getragen, die sich in der Aufnahme 12 mit einer Öffnung 2 für den Anschluß eines Ausatemventils für die von den Inhaltsstoffen befreite Ausatemluft befindet. Die Aufnahme 12 dient gleichzeitig als Halterung für das auswechselbare Mundstück 12, durch das die Ausatemluft in die Vorrichtung zugeführt wird .
B e s t e W e g e z u r A u s f ü h r u n g d e r E r f i n d u n g
Über das Mundstück 12 gelangt die Ausatemluft 1 der zu unter¬ suchenden Person auf die durch ein Peltierelement 4 gek'ühlte Folie 5, wodurch die Inhaltsstoffe als Atemkondensat 6 kon¬ densieren. Bevorzugt wird eine Temperatur von - 30 bis - 100°C eingestellt. Durch den Aufprall auf die Folie 5 wird die Aus¬ atemluft durchgewirbelt. Dadurch wird eine weitgehend voll¬ ständige Kondensation der Inhaltsstoffe auf der gekühlten Folie 5 erreicht, wodurch quantitative Analysenwerte erreicht werden. Die von den Inhaltsstoffen befreite Atemluft wird über eine Öffnung 2 für den Anschluß eines Ausatemventils abgeleitet.
G e w e r b l i c h e A n w e n d b a r k e i t
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Gewinnung der Inhalts¬ stoffe der Ausatemluft durch Kondensation ermöglicht neben der Diagnose des Gesundheitszustandes und von Stoffwechselleistun- gen der Lunge und der Atemwege sowie anderer Organe auch den Nachweis der Existenz von Tumoren, wobei bestimmte Stoffwechselprodukte über die Lunge abgeatmet werden, sowie den Nachweis der Schädigungen der Lunge und der Atemwege durch Umweltbelastungen (Ozon, N0χ) ur|d den Beweis von Berufs¬ erkrankungen der Lunge und der Atemwege durch Analyse der entsprechenden beruflichen Noxen.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Ausatemluft
2 Öffnung zur Aufnahme eines Ausatemven¬ tils
3 Mundstück
4 Peltierelement
10 5 Folie
6 Atemkondensat
7 Vakuum
8 Kühlwasserzulauf
9 Kühlwasserablauf
15 10 Kühlplatte
11 Halteplatte
12 Aufnahme
13 Platte
14 Schlauchanschluß
20 15 Dichtung
25
30
35
Claims
1. Vorrichtung zur Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatem- luft durch Kondensation an einer gekühlten Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß die gekühlte Oberfläche aus einer nicht- adsorptiven und vorzugsweise elastischen sowie dünnen folie (5), vorzugsweise mit einer Stärke von < 10 μm, die mittels Vakuum (7) auf einer eine Temperatur von vorzugsweise -30 bis -100° C aufweisenden Oberfläche eines Peltierelementes (4) , das gegebenenfalls eine zusätzliche Platte mit hoher Kälteleitfähigkeit aufweist, fixiert ist, besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (5) aus Polytetrafluoräthylen oder Polypropylen be¬ steht .
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