WO2020148030A1 - Vorrichtung zur sammlung einer gasförmigen atemprobe eines probanden - Google Patents

Vorrichtung zur sammlung einer gasförmigen atemprobe eines probanden Download PDF

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WO2020148030A1
WO2020148030A1 PCT/EP2019/084624 EP2019084624W WO2020148030A1 WO 2020148030 A1 WO2020148030 A1 WO 2020148030A1 EP 2019084624 W EP2019084624 W EP 2019084624W WO 2020148030 A1 WO2020148030 A1 WO 2020148030A1
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WO
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collecting
breath sample
air
sensor
air flow
Prior art date
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Ceased
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PCT/EP2019/084624
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Stumber
Joachim Platzer
Katrin Luckert
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Measuring devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/097—Devices for facilitating collection of breath or for directing breath into or through measuring devices

Definitions

  • the present invention relates to a device for collecting a gaseous breath sample from a subject, a method for collecting a gaseous breath sample from a subject, and a computer program and an electronic control device for carrying out this method.
  • the air exhaled by a person contains various medicinal and in particular diagnostically interesting substances (biomarkers).
  • biomarkers Various apparatuses are already known with which breath samples can be obtained, which can then be examined primarily for diagnostic purposes or for the purpose of basic research. For example, the nitrogen monoxide content as a volatile substance in the exhaled air is examined in order to determine inflammatory processes or chronic pulmonary diseases such as. B.
  • the international patent application WO 2009/053958 A1 describes a device for monitoring the exhaled air that works with a pump that generates a negative pressure.
  • a pressure sensor monitors a pressure drop in a breathing tube to indicate a blockage and to deactivate the pump.
  • the concentration of carbon dioxide in a patient's expiratory air can be monitored in real time.
  • the international patent application WO 2014/009324 A2 describes a separating device for collecting exhaled air with a first Container and a second container.
  • a respiratory flow directing device is provided so that the patient's respiratory flow can be directed either into the first container or into the second container.
  • the second container can be a flexible, foldable breathing bag in which the exhaled air can be collected, for example, to be sent for analysis.
  • the diagnostically interesting alveolar air can be separated from so-called dead space air (from the pharynx, mouth, nose and bronchial system), so that only the alveolar air is collected in the second container.
  • Device for the fractional collection of breathing gas which aims at sensed parameters.
  • the invention provides a device for collecting a gaseous
  • a test person's breath sample is ready, with which a predeterminable volume of a gaseous breath sample can be collected in a standardized manner and made available for further analyzes.
  • the device comprises a mouthpiece for entering the subject's exhaled air into the system and at least one collection unit for collecting the gaseous breath sample.
  • the collecting unit can preferably be equipped with a collecting bag, in particular with a disposable collecting bag.
  • the essence of the invention is that the device works with a sensor-controlled device for standardizing the exhalation maneuver and at the same time for regulating the air flow within the device, at least one device being provided to avoid the suction of ambient air or the drainage of already collected breath samples from one Failure to serve the air flow, for example after the exhalation process has ended.
  • Support and standardization of the subject's exhalation is generated in the device in a sensor-controlled manner, in particular a suppression, preferably in the collecting unit and in particular for expanding the collecting bag. This can be done through a defined pumping capacity or
  • the invention provides a device which is suitable for avoiding this unwanted pressure equalization.
  • This can be, in particular, a valve control or suitable valves and / or a pump control.
  • This device can therefore also be one or more means for avoiding the suction of
  • the collecting unit has a valve device for quick ventilation, wherein this valve device can be controlled in the manner described above. With this, a quick pressure equalization in the
  • Collection vessel can be brought about, without there being a falsification of the breath sample collected.
  • This embodiment is particularly advantageous when using disposable collection bags within the collection unit, since the breath sample is collected in the collection bag and no gas exchange between the gas fluid in the collection unit and the Bag content occurs.
  • the negative pressure generated in the collecting vessel can be compensated for the atmosphere and thus the suction of ambient air can be prevented.
  • a corresponding vent valve of the collecting vessel can, for example, in response to a signal from the
  • Pressure sensor in the area of the mouthpiece which signals the absence of the air flow, can be controlled or opened.
  • the collecting unit can have an upstream closure device so that the gas path in the direction of the mouthpiece is closed as soon as the exhalation process is ended.
  • the closure device can be arranged, for example, between the mouthpiece and the collecting unit.
  • the end of the exhalation process can be determined, for example, via a pressure sensor in the area of the mouthpiece.
  • the closure device can be, for example, a flap or a valve, in particular a pinch valve.
  • Closure device can be started without a suppression in particular having to be built up again.
  • the sensor-controlled device for regulating the air flow in particular also for generating a negative pressure in the collecting unit, can be, for example, a bellows function or a mechanical device for generating a negative pressure in the device.
  • the pump which pump is preferably arranged downstream of the collecting unit.
  • the pump can also be designed as a cylinder with a piston movable therein or as a bellows, in the interior of which the collection unit with the collection bag is preferably located.
  • the general use is one
  • Patients can be regulated and standardized in a particularly precise manner. This can be done, in particular, with a negative pressure generated by the pump will be worked.
  • the breathing resistance during the exhalation process can be reduced by support by means of the pump and in particular to a predeterminable flow or a predefinable area for the
  • Respiratory flow can be regulated.
  • the sensor for the sensor-controlled pump is in particular a pressure sensor. The beginning of an exhalation of the patient can thus be identified by means of a measured pressure change and the pump can then be started.
  • a flow meter can be provided, for example, which enables a measurement of the air mass flow or the air volume flow. This current can also be regulated.
  • the total exhaled volume can be calculated and the collected volume standardized.
  • the collecting vessel comprises a collecting bag for the breath sample
  • the pump device or pump can preferably be set up by generating a negative pressure in the collecting vessel
  • a suitable control of the pump can alternatively or additionally be provided.
  • the pressure behavior of the filling process in the gas path is measured or calculated and / or simulated.
  • the control of the pump or the pump profile can be
  • Airflow can be minimized.
  • Mass flow sensor can integrate the sample volume and thus a
  • Adjustment of the pump and valve profile can be carried out.
  • the device comprises a bypass line, in particular a switchable bypass line, for bypassing the collecting unit. At least one changeover valve is provided for this bypass line.
  • Control of the changeover valve can be switched directly to the bypass and thus an incorrect filling of the collecting bag with ambient air can be prevented.
  • a bypass line can also be used in a particularly preferred manner for fractionation of the exhaled air.
  • the dead volume of the oral pharynx which is not representative of the alveolar volume of the lungs, can be guided past the collection unit via the bypass line and discarded. Only when alveolar air is exhaled does the device switch to the collection unit, so that only the diagnostically interesting alveolar air gets into the collection bag. This fractionation of the exhaled air can be combined with a CC ⁇ sensor system.
  • the dead volume in the pharynx contains less CO 2 than the exhaled air in the lungs.
  • the CC ⁇ content in the air flow can be measured by a CC ⁇ sensor system.
  • the air flow can be directed through the bypass (bypass line) bypassing the collection unit until a predeterminable threshold value for CO 2 is reached. If the CCh threshold is reached, the exhaled air through the main gas path is used for sampling and thus for
  • Collection bag or directed to the collection unit.
  • the device can include a temperature control device, in particular for moderate heating.
  • a moderate heating in particular in the area of the gas line and the collecting unit, can prevent moistening of the device, that is to say, fogging (condensation). An inadvertent formation of such condensate could falsify analysis results of the gaseous breath sample collected.
  • a chemical dehumidifier can also be used if no breathing condensate is collected.
  • the device comprises at least one device for collecting breathing condensate.
  • This can be a simple condensate trap, for example.
  • a centrifugal separator cyclone
  • a temperature-controlled or coolable centrifugal separator is provided. It is advantageous if the centrifugal separator works as a cold trap in order to obtain a breathing air condensate particularly effectively by cooling the exhaled air.
  • a simultaneous (parallel) collection of breathing gas and breathing condensate is possible. Particles and / or aerosols can also be separated using a centrifugal separator.
  • a saliva trap can be provided in order to avoid falsifying the analysis results.
  • the device can comprise at least one filter or a filter system. This can be used to separate potentially disruptive particles and / or aerosols that could also falsify an analysis result.
  • the filter or the filter system can be designed as a bacterial filter, which can be combined with a dehumidifier function. Depending on the type of sample to be collected, for example collection of breathing gas only or collection of a combination of breathing gas and
  • the filter usage can be adjusted modularly.
  • the sensor-controlled device for regulating the air flow can be a pump or, if appropriate, a mechanical device for generating a negative pressure, e.g. B. have a bellows.
  • the device can be assigned a reservoir or a container which is provided to compensate for pulsations which are triggered by the pressure changes.
  • Regulation of the air flow or outside a mass flow sensor can be provided, which can be used in particular to standardize the volume of the breath sample collected.
  • the invention further comprises a method for collecting a gaseous breath sample from a test subject, in which the device described is used.
  • the air flow within the device is regulated by the sensor-controlled device. A falsification of the
  • the lung-extracted fraction of the exhaled air is selected using a CC ⁇ sensor system.
  • the initially exhaled volume can be discarded as a diagnostically uninteresting dead volume.
  • the first 100 to 150 ml exhaled can be discarded before the actual collection begins. This fractionation can be carried out in a particularly preferred manner
  • a simultaneous (parallel) collection of breathing gas and breathing condensate takes place using at least one centrifugal separator known per se within the device.
  • a centrifugal separator can also be used, for example, to separate disruptive particles, aerosols or condensates in order to avoid falsification of the analysis result based on the gaseous sample collected. It is also possible for several fractions of the exhaled air to be collected in parallel, for example by splitting the gas path with openings in several collecting bags.
  • the method can be designed as a computer program that is set up to carry out the steps of the described method.
  • the invention comprises an electronic control device for performing the described method.
  • This control unit can, for example, as
  • Control device for the device can be designed, by means of this
  • Control unit of the air flow is regulated within the device and in particular suitable valves (e.g. ventilation valve of the collecting unit or Shut-off valve of the collection unit) or the pump to avoid the
  • Breath test after the exhalation process or if there is no airflow can be controlled accordingly.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a device for collecting a
  • FIG. 2 shows an embodiment of the device according to the invention as a block diagram
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the device according to the invention as a block diagram
  • FIG. 4 simplified representation of the principle of the collection unit of
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the device according to the invention with a bypass line as a block diagram.
  • FIG. 1 shows a possible embodiment of a device 10 according to the invention.
  • the mouthpiece 11 is equipped with a pressure sensor 12.
  • a pressure sensor 12 This is followed by a hose line piece 13 and optionally a breath condensate trap 14 and optionally a further hose line piece or connecting piece 15.
  • the pressure sensor 12 can also be on the Hose line piece 13 may be arranged.
  • a filter system 16, 17 can be connected to the hose line piece 15, which, for example, ensures that the exhaled air dries and separates contaminants such as bacteria or other particles.
  • the exhaled air then passes into a collecting vessel 18, which preferably has a collecting bag 19 for the
  • the collection bag 19 can be inserted as a disposable bag into the collection vessel 18 (reusable) of the device 10 and can be removed after the collection has taken place in order to carry out the breath sample for a further analysis.
  • Commercial products such as, for example, Polypropylene Fitted Breeze-Gas Analysis Bags (SKC) can be used as collection bags.
  • SSC Polypropylene Fitted Breeze-Gas Analysis Bags
  • Pump unit 20 regulates, the pump power being controlled via the pressure sensor 12.
  • the pump unit 20 comprises the actual pump 21. Instead of a pump, in other configurations, one can optionally be used
  • Negative pressure can be provided. If the collecting vessel 18 comprises a collecting bag 19 for the breath sample, the pump unit 20 can preferably be set up to cause or at least to support the expansion of the collecting bag 19 for collecting the breath sample by generating a negative pressure in the collecting vessel 18. Furthermore, a mass flow sensor 22 and a reservoir or container 23 for one
  • Pulsation compensation can be provided by the pump activity.
  • FIG. 1 shows in principle two alternatives, with one
  • a closure device 30 can be provided between the optional filter system 16, 17 and the collecting unit with the collecting vessel 18 and the collecting bag 19, which is therefore located in the gas path upstream of the collecting unit 18, 19.
  • the closure device 30 can also be located upstream of the filter system 16, 17 or at another position, for example.
  • the closure device 30 can be designed, for example, as a flap or valve or as a pinch valve and is closed when the air flow fails, which can be determined, for example, by means of the pressure sensor 12 or also the flow sensor 22, so that when the or Interrupting the exhalation into the device 10 no ambient air can flow into the collecting bag 19 via the mouthpiece 11.
  • Pressure equalization can be provided in the receptacle 18 for quick ventilation to the atmosphere by means of a ventilation valve 31.
  • Vent valve 31 are actuated, so that a rapid pressure equalization takes place without the volume inside the collecting bag 19 being influenced.
  • This device can be used with particular advantage when larger volumes of breath samples are to be collected. Several exhalation procedures are required to collect such a sample volume. So several exhalations are pooled, so to speak. In order to be able to implement the interruption of the air flow that is inevitably required without falsifying the sample volume, the inventive method is
  • the closure device 30 or the venting valve 31 can optionally be dispensed with if the pump control is adapted in such a way that the pump activity is adapted in accordance with the fill level in the collecting bag 19 and a subsequent flow is thereby minimized.
  • the pump control is adapted in such a way that the pump activity is adapted in accordance with the fill level in the collecting bag 19 and a subsequent flow is thereby minimized.
  • FIG. 2 shows a device 10 for collecting a gaseous breath sample in a schematic manner as a block diagram, wherein this scheme can in principle be applied to the device 10 from FIG. 1.
  • the dotted elements indicate disposable parts.
  • the hatched elements indicate
  • a mouthpiece 11 possibly with a saliva trap
  • a pressure sensor 12 is assigned.
  • a hose section or hose system 13 which can optionally be connected to a condensate trap (see FIG. 3).
  • the collecting unit 18 can optionally be temperature-controlled or heated in order to avoid condensation of the breathing gas at this point.
  • Other elements, in particular the gas lines, can also be tempered to make them undesirable
  • the collecting unit 18 is designed as a reusable part of the device 10, whereas the sample bag 19 and also the mouthpiece 11, the
  • Hose system 13 and the dehumidifier and filter 16, 17 can be realized as disposable parts in order to avoid cross-contamination between different test subjects.
  • the air flow within the device 10 is regulated via a control unit or pump unit 20, the pump unit being the actual pump 21, a reservoir 23 and one
  • Mass flow sensor 22 and includes an inlet valve 24 and an outlet 25.
  • This control unit (pump unit) 20 and also the pressure sensor 12, the signals of which flow into the control of the pump 21, are designed as reusable parts of the device 10.
  • the dehumidifier and filter unit 16, 17 serves as device protection.
  • the collecting unit 18 has a sealed connection for the sample bag or collecting bag 19 as well
  • Reusable parts 20 to 25 which prevents contamination through these reusable parts.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a collecting device 100.
  • the device 100 is largely comparable to the device 10 shown in FIG. 2. Corresponding elements are provided with the same reference symbols.
  • the device 100 additionally has a centrifugal separator (cyclone) 50.
  • cyclone temperature-controlled centrifugal separator
  • This preferably temperature-controlled (coolable) centrifugal separator 50 can be provided for realizing online sample preparation for the separation of particles and aerosols.
  • a simple condensate trap can also be provided, for example.
  • a centrifugal separator a simple condensate trap
  • the gas path of the device can be split in order, for example, to collect gaseous breath samples in parallel in several collecting bags.
  • FIG. 4 shows a section of a device 200 in which a bypass line 150 is provided to bypass the collecting unit 18.
  • the bypass line 150 is arranged upstream of the device protection unit or the dehumidifier and filter unit 16, 17 and between the collection unit 18, 19 and the pump unit or the control unit 20 and is connected via a valve 151 between the control unit 20 and the collection unit 18, 19 switchable.
  • the collecting bag 19 and the pump of the control unit 20 can be defined or predefined
  • Gas volumes in the collection unit 18 or in the collection bag 19 interact, comparable to microfluidic systems.
  • FIG. 5 shows such a device 200 with a bypass line from FIG. 4 as a block diagram. Many of the elements correspond to the devices from FIGS. 2 and 3 and are provided with corresponding reference numerals.
  • the hose system 130 is configured with a branch or a T-piece and / or a valve, so that the hose system can form a bypass 150 (preferably as a disposable part), which bypasses the collecting unit 18 and is led directly to the pump unit 20.
  • a bypass 150 preferably as a disposable part
  • Bypass line 150 makes it possible to carry out a fractional collection of the breathing air, in particular the initial dead volume of one
  • Exhalation process can be performed around the collection unit 18 or the sample bag 19 and only the diagnostically relevant exhaled air can be collected from the lungs.
  • a CC ⁇ sensor 152 In order to control this fractional collection, a CC ⁇ sensor 152,
  • This device 200 With the switchable bypass 150, it is also particularly advantageous to avoid pressure equalization in the collecting unit 18 at one
  • Absence of the air flow and a concomitant falsification of the volume in the sample bag 19 can be used by using the valve in the hose system 130 to switch to the bypass 150 in the absence of the air flow, i.e. when the exhalation is interrupted or stopped, in order to incorrectly fill it or emptying the
  • the device according to the invention allows the collection of an integrated or pooled exhalation volume from several
  • the breath collection can thus be defined via a specifiable exhalation volume and thus normalized.
  • Devices for collecting gaseous breath samples were generally not suitable for standardizing the breathing maneuver and collecting a defined volume.
  • the combination of a sensor-controlled and preferably pump-assisted collection of the exhaled breathing gas presented here, for example in a collection bag, which, for example, provides a laboratory connection for further laboratory analysis, with the solution to the problems caused by the regulation of the air flow, can bring the benefits of a standardized collection larger, gaseous breath sample volume can be used.

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Abstract

Eine Vorrichtung (10) ist zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe eines Probanden vorgesehen und umfasst ein Mundstück (11) zum Einbringen der Ausatemluft des Probanden und wenigstens eine Sammeleinheit (18) zur Sammlung der gasförmigen Atemprobe. Die Vorrichtung umfasst dabei eine sensorgesteuerte Einrichtung (20) zur Regulierung des Luftstroms innerhalb der Vorrichtung. Weiterhin ist zumindest eine Einrichtung (30; 31) zur Vermeidung des Ansaugens von Umgebungsluft oder des Abfließens von gesammelter Atemprobe bei einem Ausbleiben des Luftstroms vorgesehen.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe eines Probanden
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe eines Probanden, ein Verfahren zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe eines Probanden sowie ein Computerprogramm und ein elektronisches Steuergerät zur Durchführung dieses Verfahrens.
Stand der Technik
Die von einem Menschen ausgeatmete Luft enthält verschiedene medizinische und insbesondere diagnostisch interessante Substanzen (Biomarker). Es sind bereits verschiedene Apparaturen bekannt, mit denen Atemproben gewonnen werden können, die dann vor allem für diagnostische Zwecke oder zum Zwecke der Grundlagenforschung untersucht werden können. So wird beispielsweise der Stickstoffmonoxidgehalt als flüchtige Substanz in der Ausatemluft untersucht, um Entzündungsprozesse oder chronische pulmonale Erkrankungen wie z. B.
Asthma erkennen zu können.
Die internationale Patentanmeldungsschrift WO 2009/053958 Al beschreibt eine Vorrichtung zur Überwachung der Ausatemluft, die mit einer Pumpe arbeitet, die einen Unterdrück erzeugt. Mithilfe eines Drucksensors wird ein Druckabfall in einem Atemgewinnungsrohr überwacht, um eine Blockierung anzeigen zu können und die Pumpe zu deaktivieren. Mit dieser Vorrichtung kann
gewissermaßen in Echtzeit die Konzentration von Kohlenstoffdioxid in der Expirationsluft eines Patienten überwacht werden.
Die internationale Patentanmeldungsschrift WO 2014/009324 A2 beschreibt eine Trennvorrichtung zur Sammlung von ausgeatmeter Luft mit einem ersten Behälter und einem zweiten Behälter. Es ist eine Atemstromlenkvorrichtung vorgesehen, so dass der Atemstrom des Patienten entweder in den ersten Behälter oder in den zweiten Behälter geleitet werden kann. Der zweite Behälter kann ein flexibler, faltbarer Atembeutel sein, in dem die Ausatemluft gesammelt werden kann, um sie beispielsweise zum Analysieren zu verschicken. Mit dieser Vorrichtung kann die diagnostisch interessante alveoläre Luft von sogenannter Totraumluft (aus dem Rachen, Mund, Nase und Bronchialsystem) separiert werden, so dass nur die alveoläre Luft in dem zweiten Behälter gesammelt wird.
Die US-Patentanmeldungsschrift US 2017/0303823 Al beschreibt eine
Vorrichtung zur fraktionierten Sammlung von Atemgas, die auf sensorisch erfasste Parameter zielt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Sammlung einer gasförmigen
Atemprobe eines Probanden bereit, mit der in standardisierter Weise ein vorgebbares Volumen einer gasförmigen Atemprobe gesammelt und für weitere Analysen bereitgestellt werden kann. Mit dieser Vorrichtung ist eine
reproduzierbare Gewinnung einer gasförmigen Atemprobe möglich, so dass eine Standardisierung der Analyse vorgenommen werden kann, die das Potenzial einer Atemgas-Analyse insbesondere für diagnostische Zwecke erheblich erweitern kann. Die Vorrichtung umfasst ein Mundstück, um die Ausatemluft des Probanden in das System einzugeben, und wenigstens eine Sammeleinheit zur Sammlung der gasförmigen Atemprobe. Die Sammeleinheit kann in bevorzugter Weise mit einem Sammelbeutel, insbesondere mit einem Einweg-Sammelbeutel, ausgestattet sein. Kernpunkt der Erfindung ist, dass die Vorrichtung mit einer sensorgesteuerten Einrichtung zur Standardisierung des Ausatemmanövers und gleichzeitig zur Regulierung des Luftstroms innerhalb der Vorrichtung arbeitet, wobei zumindest eine Einrichtung vorgesehen ist, die zur Vermeidung des Ansaugens von Umgebungsluft oder des Abfließens von bereits gesammelter Atemprobe bei einem Ausbleiben des Luftstroms, beispielsweise nach der Beendigung des Ausatemvorgangs, dienen. Dem liegt zugrunde, dass zur Unterstützung und zur Standardisierung der Ausatmung des Probanden in der Vorrichtung in sensorgesteuerter Weise insbesondere ein Unterdrück erzeugt wird, vorzugsweise in der Sammeleinheit und insbesondere zur Ausdehnung des Sammelbeutels. Dies kann durch eine definierte Pumpleistung oder
beispielsweise mit einer Blasebalgfunktion erfolgen. Dies kann beim Ausbleiben des Luftstroms innerhalb der Vorrichtung zu einer Verfälschung bei der gesammelten Atemprobe führen, da bei einem Unterdrück in der Vorrichtung beim Ausbleiben des Luftstroms ein Nachsaugen von Umgebungsluft insbesondere durch das Mundstück auftreten kann. Weiterhin kann es auftreten, dass bei einem Ausbleiben des Luftstroms bereits gesammelte Atemprobe aus der Sammeleinheit abfließt. Wenn also ein Weiterfließen des Luftstroms in der Vorrichtung ausbleibt, versucht sich das in der Vorrichtung erzeugte Druckgefälle gegenüber der Umgebung durch Nachfließen auszugleichen. Dies kann beispielsweise bei der Beendigung des Atemmanövers auftreten. Insbesondere kann dies auch auftreten, wenn eine Probe gesammelt wird, die mehrere Ausatemstöße umfasst. Immer wenn der Proband zwischendurch einatmet, um anschließend wieder ausatmen zu können, tritt dieser Fall auf. Um diese Verfälschung der gesammelten Atemprobe beim Absetzen oder Unterbrechen der Ausatmung zu vermeiden, sieht die Erfindung eine Einrichtung vor, die zur Vermeidung dieses ungewollten Druckausgleichs geeignet ist. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Ventilsteuerung bzw. um geeignete Ventile und/oder um eine Pumpensteuerung handeln. Es kann sich bei dieser Einrichtung also auch um ein oder mehrere Mittel zur Vermeidung des Ansaugens von
Umgebungsluft oder des Abfließens von gesammelter Atemprobe bei einem Ausbleiben des Luftstroms handeln.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Sammeleinheit eine Ventileinrichtung zur Schnellentlüftung auf, wobei diese Ventileinrichtung in der oben beschriebenen Weise angesteuert werden kann. Hiermit kann bei Beendigung des Ausatemvorgangs ein schneller Druckausgleich im
Sammelgefäß herbeigeführt werden, ohne dass es zu einer Verfälschung der gesammelten Atemprobe kommt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei der Verwendung von Einweg-Sammelbeuteln innerhalb der Sammeleinheit vorteilhaft, da die Atemprobe in dem Sammelbeutel gesammelt wird und kein Gasaustausch zwischen dem Gas-Fluid in der Sammeleinheit und dem Beutelinhalt auftritt. Insbesondere kann der in dem Sammelgefäß erzeugte Unterdrück zur Atmosphäre hin ausgeglichen werden und damit das Ansaugen von Umgebungsluft verhindert werden. Ein entsprechendes Entlüftungsventil des Sammelgefäßes kann beispielsweise als Reaktion auf ein Signal des
Drucksensors im Bereich des Mundstückes, das ein Ausbleiben des Luftstroms signalisiert, angesteuert bzw. geöffnet werden.
In einer anderen Ausgestaltung der Vorrichtung kann die Sammeleinheit eine stromaufwärtige Verschlusseinrichtung aufweisen, damit der Gaspfad in Richtung des Mundstücks geschlossen wird, sobald der Ausatemvorgang beendet wird.
Die Verschlusseinrichtung kann beispielsweise zwischen Mundstück und Sammeleinheit angeordnet sein. Die Beendigung des Ausatemvorgangs kann beispielsweise über einen Drucksensor im Bereich des Mundstücks festgestellt werden. Bei der Verschlusseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Klappe oder um ein Ventil handeln, insbesondere um ein Schlauchquetschventil. Der Vorteil dieser Ausgestaltung der Vorrichtung ist, dass anders als bei einer Schnellentlüftung der Sammeleinheit kein Druckausgleich erfolgt. Das heißt, ein erneuter Sammelvorgang kann unmittelbar nach erneuter Öffnung der
Verschlusseinrichtung gestartet werden, ohne dass erneut insbesondere ein Unterdrück aufgebaut werden müsste.
Bei der sensorgesteuerten Einrichtung zur Regulierung des Luftstroms, insbesondere auch zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Sammeleinheit, kann es sich beispielsweise um eine Blasebalgfunktion oder um eine mechanische Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Vorrichtung handeln. In besonders bevorzugter Weise handelt es sich bei der Einrichtung zur
Regulierung des Luftstroms um eine Pumpe, wobei diese Pumpe vorzugsweise stromabwärts der Sammeleinheit angeordnet ist. Die Pumpe kann dabei auch als ein Zylinder mit einem darin beweglichen Kolben oder als ein Faltenbalg, in dessen Inneren sich vorzugsweise die Sammeleinheit mit dem Sammelbeutel befindet, ausgestaltet sein. Allgemein ist die Verwendung einer
sensorgesteuerten Pumpe in der Vorrichtung sehr vorteilhaft, da durch die hiermit mögliche Regulierung des Luftstroms das Ausatemmanöver des
Patienten in besonders präziser Weise geregelt und standardisiert werden kann. Hierfür kann insbesondere mit einem Unterdrück, der durch die Pumpe erzeugt wird, gearbeitet werden. Dabei kann der Atemwiderstand beim Ausatemvorgang durch Unterstützung mittels der Pumpe gesenkt und insbesondere auf einen vorgebbaren Fluss beziehungsweise einen vorgebbaren Bereich für den
Atemfluss eingeregelt werden. Bei dem Sensor für die sensorgesteuerte Pumpe handelt es sich insbesondere um einen Drucksensor. Mittels einer gemessenen Druckänderung kann somit der Beginn eines Ausatemmövers des Patienten erkannt werden und die Pumpe daraufhin gestartet werden. Weiterhin kann beispielsweise ein Durchflussmesser vorgesehen sein, der eine Messung des Luftmassenstroms oder des Luftvolumenstroms ermöglicht. Dieser Strom kann ebenfalls geregelt werden. Darüber hinaus kann auf dieser Basis das gesamte ausgeatmete Volumen berechnet und das gesammelte Volumen standardisiert werden. Ferner kann, wenn das Sammelgefäß einen Sammelbeutel für die Atemprobe umfasst, die Pumpeinrichtung oder Pumpe vorzugsweise eingerichtet sein, durch Erzeugung eines Unterdrucks in dem Sammelgefäß eine
Ausdehnung des Sammelbeutels zum Sammeln der Atemprobe zu bewirken oder zumindest zu unterstützen. Damit wird vorteilhafterweise das Sammeln der Atemprobe durch Entlastung des Nutzers oder Probanden erleichtert.
Statt einer Ventilsteuerung bzw. statt entsprechender Ventile kann alternativ oder zusätzlich eine geeignete Ansteuerung der Pumpe vorgesehen sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn das Druckverhalten des Befüllungsvorgangs im Gaspfad vermessen oder berechnet und/oder simuliert wird. Auf dieser Basis kann die Ansteuerung der Pumpe beziehungsweise das Pumpprofil
entsprechend dem Füllstand angepasst und das Nachströmen oder das
Abfließen nach Beendigung des Ausatemvorgangs bzw. Ausbleiben des
Luftstroms minimiert werden. Durch den gegebenenfalls vorgesehenen
Massenflusssensor kann das Probenvolumen integriert und damit eine
Anpassung des Pump- und Ventilprofils vollzogen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung eine Bypassleitung, insbesondere eine schaltbare Bypassleitung, zur Umgehung der Sammeleinheit. Für diese Bypassleitung ist wenigstens ein Umschaltventil vorgesehen. Wenn der Ausatemvorgang beziehungsweise das Einblasen der Ausatemluft in die Vorrichtung beendet wird, kann durch
Ansteuerung des Umschaltventils unmittelbar auf den Bypass geschaltet werden und so eine fälschliche Befüllung des Sammelbeutels mit Umgebungsluft verhindert werden. Eine solche Bypassleitung kann in besonders bevorzugter Weise darüber hinaus für eine Fraktionierung der Ausatemluft genutzt werden.
So kann das Totvolumen des Mundrachenraums, das nicht repräsentativ für das alveoläre Volumen der Lunge ist, über die Bypassleitung an der Sammeleinheit vorbeigeführt und verworfen werden. Erst wenn alveoläre Luft ausgeatmet wird, schaltet die Vorrichtung auf die Sammeleinheit um, so dass ausschließlich die diagnostisch interessante alveoläre Luft in den Sammelbeutel gelangt. Diese Fraktionierung der Ausatemluft kann mit einer CC^-Sensorik kombiniert werden. Das Totvolumen des Mundrachenraums weist weniger CO2 als die Ausatemluft der Lunge auf. Durch eine CC^-Sensorik kann der CC^-Gehalt in dem Luftstrom gemessen werden. Bis zum Erreichen eines vorgebbaren Schwellwerts für CO2 kann der Luftstrom durch den Bypass (Bypassleitung) unter Umgehung der Sammeleinheit geleitet werden. Wird der CCh-Schwellwert erreicht, wird die Ausatemluft durch den Hauptgaspfad zur Probennahme und damit zum
Sammelbeutel beziehungsweise zur Sammeleinheit geleitet.
Die Vorrichtung kann eine Temperiereinrichtung, insbesondere für eine moderate Beheizung, umfassen. Durch eine moderate Beheizung insbesondere im Bereich der Gasleitung und der Sammeleinheit kann eine Befeuchtung der Vorrichtung, also gewissermaßen ein Beschlagen (Betauen), vermieden werden. Durch eine unbeabsichtigte derartige Kondensatbildung könnten Analyseergebnisse der gesammelten gasförmigen Atemprobe verfälscht werden. Alternativ oder zusätzlich kann gegebenenfalls auch ein chemischer Entfeuchter eingesetzt werden, sofern kein Atemkondensat gesammelt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Einrichtung zur Sammlung von Atemkondensat. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine einfache Kondensatfalle handeln. In besonders bevorzugter Weise ist ein Fliehkraftabscheider (Zyklon), insbesondere ein temperierbarer bzw. kühlbarer Fliehkraftabscheider, vorgesehen. Es ist vorteilhaft, wenn der Fliehkraftabscheider als Kühlfalle arbeitet, um durch Abkühlen der ausgeatmeten Luft besonders effektiv ein Atemluftkondensat zu gewinnen. Insbesondere bei Verwendung eines Fliehkraftabscheiders ist eine gleichzeitige (parallele) Sammlung von Atemgas und Atemkondensat möglich. Weiterhin kann mithilfe eines Fliehkraftabscheiders eine Abtrennung von Partikeln und/oder Aerosolen erfolgen.
Weiterhin kann eine Speichelfalle vorgesehen sein, um eine Verfälschung der Analyseergebnisse zu vermeiden.
Weiterhin kann die Vorrichtung wenigstens einen Filter oder ein Filtersystem umfassen. Hiermit können potenziell störende Partikel und/oder Aerosole abgetrennt werden, die ebenfalls ein Analysenergebnis verfälschen könnten. Weiterhin kann der Filter oder das Filtersystem als Bakterienfilter ausgestaltet sein, der mit einer Entfeuchterfunktion kombiniert sein kann. Abhängig von der Art der zu sammelnden Probe, beispielsweise Sammlung von ausschließlich Atemgas oder Sammlung von einer Kombination aus Atemgas und
Atemkondensat, kann die Filternutzung modular angepasst werden.
Die sensorgesteuerte Einrichtung zur Regulierung des Luftstroms kann eine Pumpe oder gegebenenfalls eine mechanische Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks, z. B. einen Blasebalg, aufweisen. Darüber hinaus kann der Einrichtung ein Reservoir beziehungsweise ein Container zugeordnet sein, der zum Ausgleich von Pulsationen, die durch die Druckveränderungen ausgelöst werden, vorgesehen ist. Weiterhin kann innerhalb der Einrichtung zur
Regulierung des Luftstroms oder auch außerhalb ein Massenflusssensor vorgesehen sein, der insbesondere zur Standardisierung des gesammelten Volumens der Atemprobe genutzt werden kann.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe eines Probanden, bei dem die beschriebene Vorrichtung verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird durch die sensorgesteuerte Einrichtung der Luftstrom innerhalb der Vorrichtung reguliert. Eine Verfälschung der
gesammelten Atemprobe durch Ansaugen beziehungsweise Nachsaugen von Umgebungsluft insbesondere durch das Mundstück nach Beendigung des Ausatemvorgangs oder durch Abfließen von gesammelter Atemprobe nach Beendigung des Ausatemvorgangs bzw. bei einem Ausbleiben des Luftstroms wird vermieden, insbesondere durch zumindest eine Einrichtung zur Regulierung des Luftstroms, vorzugsweise durch eine Ventilsteuerung und/oder durch eine entsprechende Pumpensteuerung. Die Ventilsteuerung und/oder die
Pumpensteuerung erfolgt dabei insbesondere in Rückkopplung mit Signalen eines Drucksensors, die das Ausbleiben des Luftstroms anzeigen. Bezüglich weiterer Merkmale dieses Verfahrens wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrens wird bei der Sammlung der Atemprobe eine Selektion der lungenextrahierten Fraktion der Ausatemluft unter Einbezug einer CC^-Sensorik vorgenommen. Hierfür kann das zunächst abgeatmete Volumen als diagnostisch uninteressantes Totvolumen verworfen werden. Prinzipiell können hierfür beispielsweise die ersten abgeatmeten 100 bis 150 ml verworfen werden, bevor die eigentliche Sammlung beginnt. In besonders bevorzugter Weise kann diese Fraktionierung
sensorunterstützt durch Messung des CC^-Gehalts im Luftstrom erfolgen, wodurch das diagnostisch interessante alveoläre Volumen wesentlich genauer von dem diagnostisch uninteressanten Totraumvolumen unterschieden werden kann.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine gleichzeitige (parallele) Sammlung von Atemgas und Atemkondensat unter Verwendung wenigstens eines an sich bekannten Fliehkraftabscheiders innerhalb der Vorrichtung. Ein solcher Fliehkraftabscheider kann beispielsweise auch dazu genutzt werden, störende Partikel, Aerosole oder Kondensate abzutrennen, um Verfälschungen des Analyseergebnisses auf der Basis der gesammelten gasförmigen Probe zu vermeiden. Weiterhin ist es möglich, dass parallel mehrere Fraktionen der Ausatemluft gesammelt werden, beispielsweise durch Aufsplittung des Gaspfades mit Mündungen in mehreren Sammelbeuteln.
Das Verfahren kann als Computerprogramm, das zur Durchführung der Schritte des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist, ausgestaltet sein. Schließlich umfasst die Erfindung ein elektronisches Steuergerät zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Dieses Steuergerät kann beispielsweise als
Steuergerät für die Vorrichtung ausgestaltet sein, wobei mittels dieses
Steuergeräts der Luftstrom innerhalb der Vorrichtung reguliert wird und insbesondere geeignete Ventile (z. B. Entlüftungsventil der Sammeleinheit oder Absperrventil der Sammeleinheit) oder die Pumpe zur Vermeidung des
Ansaugens von Umgebungsluft oder des Abfließens der gesammelten
Atemprobe nach Beendigung des Ausatemvorgangs bzw. bei Ausbleiben des Luftstroms entsprechend angesteuert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Sammlung einer
gasförmigen Atemprobe in einer möglichen Ausgestaltungsform der Erfindung;
Fig. 2 Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Blockdiagramm;
Fig. 3 Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Blockdiagramm;
Fig. 4 vereinfachte Darstellung des Prinzips der Sammeleinheit der
erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Bypassleitung und
Fig. 5 Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Bypassleitung als Blockdiagramm.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Das Mundstück 11 ist mit einem Drucksensor 12 ausgestattet. Daran schließt sich ein Schlauchleitungsstück 13 und optional eine Atem- Kondensatfalle 14 sowie optional ein weiteres Schlauchleitungsstück oder Verbindungsstück 15 an. Alternativ kann der Drucksensor 12 beispielsweise auch auf dem Schlauchleitungsstück 13 angeordnet sein. An das Schlauchleitungsstück 15 kann sich ein Filtersystem 16, 17 anschließen, das beispielsweise für eine Trocknung der Ausatemluft sorgt und Kontaminationen, wie beispielsweise Bakterien oder andere Partikel, abscheidet. Die Ausatemluft gelangt dann in ein Sammelgefäß 18, das vorzugsweise mit einem Sammelbeutel 19 für die
Atemprobe ausgestattet ist. Der Sammelbeutel 19 kann als Einwegbeutel in das Sammelgefäß 18 (Mehrweg) der Vorrichtung 10 eingelegt und nach erfolgter Sammlung entnommen werden, um die Atemprobe einer weiteren Analyse zuzuführen. Als Sammelbeutel können beispielsweise kommerzielle Produkte wie beispielsweise Polypropylene Fited Breeze-Gas Analysis Bags (SKC) verwendet werden. Das Atemmanöver des Probanden wird durch die
Pumpeneinheit 20 reguliert, wobei die Pumpleistung über den Drucksensor 12 gesteuert wird. Die Pumpeneinheit 20 umfasst die eigentliche Pumpe 21. Statt einer Pumpe kann in anderen Ausgestaltungen gegebenenfalls eine
mechanische Einrichtung wie z.B. ein Blasebalg zur Erzeugung eines
Unterdrucks vorgesehen sein. Wenn das Sammelgefäß 18 einen Sammelbeutel 19 für die Atemprobe umfasst, kann die Pumpeneinheit 20 vorzugsweise eingerichtet sein, durch Erzeugung eines Unterdrucks in dem Sammelgefäß 18 eine Ausdehnung des Sammelbeutels 19 zum Sammeln der Atemprobe zu bewirken oder zumindest zu unterstützen. Weiterhin kann ein Massenflusssensor 22 und ein Reservoir beziehungsweise ein Container 23 für einen
Pulsationsausgleich durch die Pumpenaktivität vorgesehen sein.
Die Darstellung in Fig. 1 zeigt im Prinzip zwei Alternativen, mit denen ein
Ansaugen von Umgebungsluft oder ein Abfließen von gesammelter Atemprobe bei einem Ausbleiben des Luftstroms realisiert werden kann. Hierfür kann zwischen dem optionalen Filtersystem 16, 17 und der Sammeleinheit mit dem Sammelgefäß 18 und dem Sammelbeutel 19 eine Verschlusseinrichtung 30 vorgesehen sein, die sich also in dem Gaspfad stromaufwärts der Sammeleinheit 18, 19 befindet. Die Verschlusseinrichtung 30 kann sich beispielsweise auch stromaufwärts des Filtersystems 16, 17 oder an anderer Position befinden. Die Verschlusseinrichtung 30 kann beispielsweise als Klappe oder Ventil oder als Schlauchquetschventil ausgestaltet sein und wird bei Ausbleiben des Luftstroms, was beispielsweise anhand des Drucksensors 12 oder auch des Flusssensors 22 festgestellt werden kann, verschlossen, so dass beim Absetzen oder Unterbrechen der Ausatmung in die Vorrichtung 10 keine Umgebungsluft über das Mundstück 11 in den Sammelbeutel 19 nachströmen kann. Als zusätzliche oder alternative Möglichkeit zur Vermeidung eines verfälschenden
Druckausgleichs kann in dem Sammelgefäß 18 eine Schnellentlüftung zur Atmosphäre hin mittels eines Entlüftungsventils 31 vorgesehen sein. Bei
Ausbleiben des Luftstroms innerhalb der Vorrichtung kann dieses
Entlüftungsventil 31 betätigt werden, so dass ein schneller Druckausgleich erfolgt, ohne dass das Volumen innerhalb des Sammelbeutels 19 beeinflusst wird.
Diese Vorrichtung kann insbesondere dann mit Vorteil genutzt werden, wenn größere Volumina von Atemproben gesammelt werden sollen. Für die Sammlung eines derartigen Probenvolumens sind mehrere Ausatemvorgänge erforderlich. Mehrere Ausatemstöße werden also gewissermaßen gepoolt. Um das hierbei zwangsläufig erforderliche Unterbrechen des Luftstroms ohne eine Verfälschung des Probenvolumens realisieren zu können, ist die erfindungsgemäße
Vorrichtung mit besonderem Vorteil einsetzbar.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung kann gegebenenfalls auf die Verschlusseinrichtung 30 oder das Entlüftungsventil 31 verzichtet werden, wenn die Pumpensteuerung derart angepasst wird, dass die Pumpenaktivität entsprechend dem Füllstand im Sammelbeutel 19 angepasst wird und dabei ein Nachströmen minimiert wird. Hierfür ist es zweckmäßig, das Druckverhalten des Befüllungsvorgangs im Gaspfad der Vorrichtung zu vermessen oder zu berechnen beziehungsweise zu simulieren.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe in schematischer Weise als Blockdiagramm, wobei dieses Schema im Prinzip auf die Vorrichtung 10 aus der Fig. 1 angewendet werden kann. Die gepunkteten Elemente deuten Einwegteile an. Die schraffierten Elemente deuten
Mehrwegteile an. Vergleichbar mit der Darstellung in der Fig. 1 ist ein Mundstück 11, gegebenenfalls mit einer Speichelfalle, vorgesehen, dem ein Drucksensor 12 zugeordnet ist. Daran schließt sich ein Schlauchstück oder Schlauchsystem 13 an, das gegebenenfalls mit einer Kondensatfalle verbunden sein kann (siehe Fig. 3). Daran schließt sich ein Filtersystem 16, 17 oder gegebenenfalls ein anderes Element an, das eine Entfeuchter- und/oder Filterfunktion übernimmt. Daran schließt sich eine Sammeleinheit beziehungsweise ein Sammelgefäß 18 mit einem darin eingesetzten Probenbeutel 19 an. Die Sammeleinheit 18 kann gegebenenfalls temperiert bzw. erwärmt sein, um eine Kondensation des Atemgases an dieser Stelle zu vermeiden. Auch andere Elemente, insbesondere die Gasleitungen, können temperiert werden, um eine unerwünschte
Kondensatbildung zu vermeiden.
Die Sammeleinheit 18 ist als Mehrwegteil der Vorrichtung 10 ausgestaltet, wohingegen der Probenbeutel 19 und auch das Mundstück 11, das
Schlauchsystem 13 und der Entfeuchter und Filter 16, 17 als Einwegteile realisiert sein können, um Kreuzkontaminationen zwischen verschiedenen Probanden zu vermeiden. Der Luftstrom innerhalb der Vorrichtung 10 wird über eine Steuereinheit beziehungsweise Pumpeneinheit 20 reguliert, wobei die Pumpeneinheit die eigentliche Pumpe 21, ein Reservoir 23 und einen
Massenflusssensor 22 sowie ein Einlassventil 24 und einen Auslass 25 umfasst. Diese Steuereinheit (Pumpeneinheit) 20 sowie auch der Drucksensor 12, dessen Signale in die Ansteuerung der Pumpe 21 einfließen, sind als Mehrwegteile der Vorrichtung 10 ausgestaltet. Die Entfeuchter- und Filtereinheit 16, 17 dient als Geräteschutz. Die Sammeleinheit 18 weist einen dichten Anschluss für den Probenbeutel beziehungsweise Sammelbeutel 19 auf sowie ein
abgeschlossenes Gasvolumen. Dies ermöglicht die Befüllung des
Sammelbeutels 19 stromabwärts der Pumpe 21 beziehungsweise der
Mehrwegteile 20 bis 25, wodurch Kontaminationen über diese Mehrwegteile vermieden werden.
Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Sammelvorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 ist in weiten Teilen mit der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung 10 vergleichbar. Entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied hierzu weist die Vorrichtung 100 zusätzlich einen Fliehkraftabscheider (Zyklon) 50 auf. Dieser vorzugsweise temperierbare (kühlbare) Fliehkraftabscheider 50 kann zur Realisierung einer Online- Probenvorbereitung zur Abtrennung von Partikeln und Aerosolen vorgesehen sein. Alternativ ist es auch möglich, mithilfe des Zyklons gleichzeitig eine Sammlung von Atemkondensat, welches über den Zyklon 50 gewonnen wird, und von Atemgas, welches den Zyklon ohne Kondensierung durchläuft oder welches gegebenenfalls parallel zu dem Zyklon 50 geführt wird, zu ermöglichen. Als Alternative zu einem Fliehkraftabscheider kann beispielsweise auch eine einfache Kondensatfalle (Kühlfalle) vorgesehen sein. In weiteren
Ausgestaltungen kann der Gaspfad der Vorrichtung aufgesplittet werden, um beispielsweise in mehreren Sammelbeuteln parallel gasförmige Atemproben zu sammeln.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Vorrichtung 200, bei der eine Bypassleitung 150 zur Umgehung der Sammeleinheit 18 vorgesehen ist. Die Bypassleitung 150 ist in diesem Beispiel stromaufwärts der Geräteschutzeinheit beziehungsweise der Entfeuchter- und Filtereinheit 16, 17 und zwischen der Sammeleinheit 18, 19 und der Pumpeneinheit beziehungsweise der Steuereinheit 20 angelegt und ist über ein Ventil 151 zwischen der Steuereinheit 20 und der Sammeleinheit 18, 19 schaltbar. Bei dieser Anordnung können der Sammelbeutel 19 und die Pumpe der Steuereinheit 20 über ein definiertes beziehungsweise vorgebbares
Gasvolumen in der Sammeleinheit 18 beziehungsweise in dem Sammelbeutel 19 interagieren, vergleichbar zu mikrofluidischen Systemen.
Fig. 5 zeigt eine derartige Vorrichtung 200 mit Bypassleitung aus Fig. 4 als Blockdiagramm. Viele der Elemente entsprechen den Vorrichtungen aus den Fig. 2 und 3 und sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Zusätzlich ist das Schlauchsystem 130 mit einer Abzweigung beziehungsweise einem T-Stück und/oder einem Ventil ausgestaltet, so dass das Schlauchsystem einen Bypass 150 (vorzugsweise als Einwegteil) ausbilden kann, der die Sammeleinheit 18 umgeht und direkt zu der Pumpeneinheit 20 geführt wird. Über diese
Bypassleitung 150 ist es möglich, eine fraktionierte Sammlung der Atemluft vorzunehmen, wobei insbesondere das anfängliche Totvolumen eines
Ausatemvorgangs um die Sammeleinheit 18 beziehungsweise den Probenbeutel 19 herum geführt werden kann und nur die diagnostisch relevante Ausatemluft aus der Lunge gesammelt werden kann. Um diese fraktionierte Sammlung zu steuern, kann in besonders bevorzugter Weise ein CC^-Sensor 152,
insbesondere im Bereich des Mundstücks vorgesehen sein, da über die CO2- Konzentration erkannt werden kann, ob es sich um Ausatemluft aus dem
Totraum handelt oder um alveoläre Luft aus der Lunge. Diese Vorrichtung 200 mit dem schaltbaren Bypass 150 kann mit besonderem Vorteil auch zur Vermeidung eines Druckausgleichs in der Sammeleinheit 18 bei einem
Ausbleiben des Luftstroms und einem damit einhergehenden Verfälschen des Volumens im Probenbeutel 19 genutzt werden, indem das Ventil in dem Schlauchsystem 130 dazu genutzt wird, auf den Bypass 150 beim Ausbleiben des Luftstroms, also bei Unterbrechung oder Absetzung der Ausatmung, umzuschalten, um eine fälschliche Befüllung oder Entleerung des
Sammelbeutels 19 mit Umgebungsluft oder durch abfließende, bereits gesammelte Atemprobe zu verhindern.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Sammlung eines integrierten beziehungsweise gepoolten Ausatemvolumens aus mehreren
Ausatemvorgängen. Die Atemsammlung kann damit über ein vorgebbares Ausatemvolumen definiert und damit normalisiert werden. Bisherige
Vorrichtungen zur Sammlung von gasförmigen Atemproben waren in der Regel nicht dazu geeignet, das Atemmanöver zu standardisieren und ein definiertes Volumen zu sammeln. Durch die hier vorgestellte Kombination einer sensorgesteuerten und vorzugsweise pumpenunterstützten Sammlung des ausgeatmeten Atemgases beispielsweise in einem Sammelbeutel, der beispielsweise einen laborüblichen Anschluss für eine weitere Laboranalytik bietet, mit Lösung der Problematik, die durch die Regulierung des Luftstroms auftritt, können die Vorteile einer standardisierten Sammlung eines größeren, gasförmigen Atemprobenvolumens genutzt werden.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (10; 100; 200) zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe eines Probanden, umfassend ein Mundstück (11) zum Einblasen der Ausatemluft des Probanden und wenigstens eine Sammeleinheit (18) zur Sammlung der gasförmigen Atemprobe, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine sensorgesteuerte Einrichtung (20) zur Regulierung des Luftstroms innerhalb der Vorrichtung umfasst, wobei weiterhin zumindest eine Einrichtung (30; 31; 130, 150, 151) zur Vermeidung des Ansaugens von Umgebungsluft oder des Abfließens von gesammelter Atemprobe bei einem Ausbleiben des Luftstroms vorgesehen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Sammeleinheit (18) wenigstens einen Sammelbeutel (19) umfasst.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Vermeidung des Ansaugens von Umgebungsluft oder des Abfließens von gesammelter Atemprobe eine Ventilsteuerung (30; 31; 130, 150, 151) und/oder eine Pumpensteuerung umfasst.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Sammeleinheit (18) eine Ventileinrichtung (31) zur Schnellentlüftung als Einrichtung zur Vermeidung des Ansaugens von Umgebungsluft oder des Abfließens von gesammelter Atemprobe aufweist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Sammeleinheit (18) eine stromaufwärtige
Verschlusseinrichtung (30) als Einrichtung zur Vermeidung des Ansaugens von Umgebungsluft oder des Abfließens von gesammelter Atemprobe zugeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die sensorgesteuerte Einrichtung (20) zur Regulierung des Luftstroms eine Pumpe (21) umfasst.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine schaltbare
Bypassleitung (150) zur Umgehung der Sammeleinheit (18) und/oder eine C02-Sensorik (152) umfasst.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Temperiereinrichtung zur moderaten Beheizung umfasst.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens eine Einrichtung zur Sammlung von Atemkondensat (14; 50), insbesondere einen temperierbaren Fliehkraftabscheider (50), aufweist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Einrichtung (20) zur Regulierung des Luftstroms zusätzlich ein Reservoir (23) zum Pulsationsausgleich und/oder einen Massenflusssensor (22) aufweist.
11. Verfahren zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe eines Probanden, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung (10; 100; 200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendet wird, wobei der Luftstrom innerhalb der Vorrichtung durch eine sensorgesteuerte Einrichtung (20) reguliert wird und das Ansaugen von Umgebungsluft oder des Abfließens von gesammelter Atemprobe bei einem Ausbleiben des Luftstroms vermieden wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ansaugen von Umgebungsluft oder des Abfließens von gesammelter Atemprobe durch eine Ventilsteuerung (30; 31; 130, 150, 151) und/oder durch eine
Pumpensteuerung vermieden wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10 oder Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Sammlung der Atemprobe eine Selektion der lungenextrahierten Fraktion der Ausatemluft unter Einbezug einer CC^-Sensorik erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine parallele Sammlung von Atemgas und Atemkondensat erfolgt.
15. Elektronisches Steuergerät (20), das eingerichtet ist, die Schritte eines
Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13 durchzuführen.
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