DE102019200322A1

DE102019200322A1 - Device for collecting a gaseous breath sample from a test subject

Info

Publication number: DE102019200322A1
Application number: DE102019200322.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Stumber; Joachim Platzer; Katrin Luckert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-01-14
Filing date: 2019-01-14
Publication date: 2020-07-16
Also published as: WO2020148030A1

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 sind Mittel (30; 31) zur Vermeidung des Ansaugens von Umgebungsluft oder des Abfließens von gesammelter Atemprobe bei einem Ausbleiben des Luftstroms vorgesehen.A device (10) is provided for collecting a gaseous breath sample from a subject and comprises a mouthpiece (11) for introducing the exhaled air of the subject and at least one collecting unit (18) for collecting the gaseous breath sample. The device comprises a sensor-controlled device (20) for regulating the air flow within the device. Means (30; 31) are also provided to avoid the intake of ambient air or the drainage of the collected breath sample if the air flow is absent.

Description

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.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.

Stand der TechnikState of the art

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.The air exhaled by a person contains various medicinal and in particular diagnostically interesting substances (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. to be able to recognize asthma.

Die internationale Patentanmeldungsschrift WO 2009/053958 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Überwachung der Ausatemluft, die mit einer Pumpe arbeitet, die einen Unterdruck 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.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. With this device, the concentration of carbon dioxide in the expiratory air of a patient can be monitored, so to speak, in real time.

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.The international patent application WO 2014/009324 A2 describes a separation 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. With this device, the diagnostically interesting alveolar air can be separated from so-called dead space air (from the throat, mouth, nose and bronchial system), so that only the alveolar air is collected in the second container.

Die US-Patentanmeldungsschrift US 2017/0303823 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur fraktionierten Sammlung von Atemgas, die auf sensorisch erfasste Parameter zielt.The US patent application US 2017/0303823 A1 describes a device for the fractional collection of breathing gas, which aims at sensed parameters.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

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 Mittel vorgesehen sind, 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 Unterdruck erzeugt wird. 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 Unterdruck 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 Mittel vor, die zur Vermeidung dieses ungewollten Druckausgleichs geeignet sind. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Ventilsteuerung bzw. um geeignete Ventile und/oder um eine Pumpensteuerung handeln.The invention provides a device for collecting a gaseous breath sample from a subject, with which a predeterminable volume of a gaseous breath sample can be collected in a standardized manner and made available for further analyzes. This device makes it possible to obtain a gaseous breath sample in a reproducible manner, so that the analysis can be standardized, which can considerably expand the potential of a breath gas analysis, in particular for diagnostic purposes. 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, wherein means are provided which prevent the intake of ambient air or the drainage of already collected breath sample if the breath does not come Airflow, for example after the end of the exhalation process. This is based on the fact that, in order to support and standardize the subject's exhalation, a negative pressure is generated in the device in a sensor-controlled manner. This can be done by means of a defined pumping capacity or, for example, with a bellows function. If there is no air flow within the device, this can lead to a falsification of the breath sample collected, since if the air flow is negative, ambient air can be sucked in, in particular through the mouthpiece, if the air flow is absent. Furthermore, it may occur that already collected breath sample flows out of the collecting unit if there is no air flow. If there is no further flow of the air flow in the device, the pressure drop generated in the device tries to compensate for itself by subsequent flow. This can occur, for example, when the breathing maneuver is ended. In particular, this can also occur if a sample is collected that comprises several exhalation bursts. This occurs whenever the subject breathes in between to then exhale again. In order to avoid this falsification of the collected breath sample when stopping or interrupting the exhalation, the invention provides means which are suitable for avoiding this unwanted pressure equalization. This can be, in particular, a valve control or suitable valves and / or a pump control.

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 Unterdruck 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 a preferred embodiment of the device, 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 rapid pressure equalization in the collecting vessel can be brought about at the end of the exhalation process, without the distorted breath sample being falsified. This configuration 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 occurs between the gas fluid in the collection unit and the bag contents. In particular, 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 be activated or opened, for example, in response to a signal from the pressure sensor in the area of the mouthpiece, which signals that the air flow has failed.

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 Unterdruck aufgebaut werden müsste.In another embodiment of the device, 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. The advantage of this configuration of the device is that, unlike in the case of quick ventilation of the collecting unit, there is no pressure equalization. This means that a new collecting process can be started immediately after the closure device is opened again, without in particular having to build up a vacuum again.

Bei der sensorgesteuerten Einrichtung zur Regulierung des Luftstroms 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. 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 Unterdruck, 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.The sensor-controlled device for regulating the air flow can be, for example, a bellows function or a mechanical device for generating a negative pressure in the device. In a particularly preferred manner, the device for regulating the air flow is a pump, this pump preferably being arranged downstream of the collecting unit. In general, the use of a sensor-controlled pump in the device is very advantageous, since the regulation of the air flow that is possible hereby allows the patient's exhalation maneuver to be regulated and standardized in a particularly precise manner. This can be done in particular with a negative pressure generated by the pump. The breathing resistance during the exhalation process can be reduced by support by means of the pump and in particular adjusted to a predeterminable flow or a predefinable range for the respiratory flow. The sensor for the sensor-controlled pump is in particular a pressure sensor. By means of a measured pressure change, the beginning of an exhalation of the patient can be recognized and the pump can then be started. Furthermore, 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. In addition, the total exhaled volume can be calculated on this basis and the collected volume standardized.

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.Instead of a valve control or instead of corresponding valves, a suitable control of the pump can alternatively or additionally be provided. In this case, it is expedient if the pressure behavior of the filling process in the gas path is measured or calculated and / or simulated. On this basis, the control of the pump or the pump profile can be adjusted according to the level and the inflow or outflow can be minimized after the exhalation process or the absence of air flow. The sample volume can be integrated by means of the mass flow sensor, if applicable, and the pump and valve profile can thus be adapted.

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 CO₂-Sensorik kombiniert werden. Das Totvolumen des Mundrachenraums weist weniger CO₂ als die Ausatemluft der Lunge auf. Durch eine CO₂-Sensorik kann der CO₂-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 CO₂-Schwellwert erreicht, wird die Ausatemluft durch den Hauptgaspfad zur Probennahme und damit zum Sammelbeutel beziehungsweise zur Sammeleinheit geleitet.In a particularly preferred embodiment of the device, 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. When the exhalation process or the blowing-in of the exhaled air into the device is ended, the bypass valve can be switched directly to the bypass, thus preventing the collecting bag from being incorrectly filled with ambient air. Such 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 CO ₂ sensor system. The dead volume of the pharynx shows less CO ₂ than the exhaled air in the lungs. The CO ₂ content in the air flow can be measured by a CO ₂ 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 CO ₂ threshold is reached, the exhaled air is routed through the main gas path for sampling and thus to the collection bag or collection unit.

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.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. As an alternative or in addition, a chemical dehumidifier can also be used if no breathing condensate is collected.

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.In a particularly preferred embodiment, the device comprises at least one device for collecting breathing condensate. This can be a simple condensate trap, for example. In a particularly preferred manner, a centrifugal separator (cyclone), in particular 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. In particular when using a centrifugal separator, a simultaneous (parallel) collection of breathing gas and breathing condensate is possible. Particles and / or aerosols can also be separated using a centrifugal separator.

Weiterhin kann eine Speichelfalle vorgesehen sein, um eine Verfälschung der Analyseergebnisse zu vermeiden.Furthermore, a saliva trap can be provided in order to avoid falsifying the analysis results.

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.Furthermore, 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. Furthermore, 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 only breathing gas or collection of a combination of breathing gas and breathing condensate, the filter usage can be modified in a modular manner.

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.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. In addition, the device can be assigned a reservoir or a container which is provided to compensate for pulsations which are triggered by the pressure changes. Furthermore, a mass flow sensor can be provided within the device for regulating the air flow or outside, which can be used in particular for standardizing the volume of the breath sample collected.

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 Mittel 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.The invention further comprises a method for collecting a gaseous breath sample from a test subject, in which the device described is used. In this method, the air flow within the device is regulated by the sensor-controlled device. A falsification of the collected breath sample by sucking in or sucking in ambient air, in particular through the mouthpiece after the exhalation process has ended, or by collecting collected breath sample after the exhalation process has ended or in the absence of the air flow, in particular by means of regulating the air flow, preferably by means of a Valve control and / or by a corresponding pump control. The valve control and / or the pump control takes place in particular in feedback with signals from a pressure sensor that indicate the absence of the air flow. With regard to further features of this method, reference is made to the above description.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrens wird bei der Sammlung der Atemprobe eine Selektion der lungenextrahierten Fraktion der Ausatemluft unter Einbezug einer CO₂-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 CO₂-Gehalts im Luftstrom erfolgen, wodurch das diagnostisch interessante alveoläre Volumen wesentlich genauer von dem diagnostisch uninteressanten Totraumvolumen unterschieden werden kann.In a particularly preferred embodiment of this method, when the breath sample is collected, the lung-extracted fraction of the exhaled air is selected using a CO ₂ sensor system. For this purpose, the initially exhaled volume can be discarded as a diagnostically uninteresting dead volume. In principle, the first 100 to 150 ml exhaled can be discarded before the actual collection begins. In a particularly preferred manner, this fractionation can be carried out with the aid of sensors by measuring the CO ₂ content in the air stream, as a result of which the diagnostically interesting alveolar volume can be distinguished much more precisely from the diagnostically uninteresting dead space volume.

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.In a further particularly preferred embodiment of the method, a simultaneous (parallel) collection of breathing gas and breathing condensate takes place using at least one centrifugal separator known per se within the device. Such a centrifugal separator can also be used, for example, to separate disruptive particles, aerosols or condensates in order to falsify the analysis result on the Avoid base of the collected gaseous sample. 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.

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.The method can be designed as a computer program that is set up to carry out the steps of the described method. Finally, the invention comprises an electronic control device for performing the described method. This control device can be configured, for example, as a control device for the device, with this control device regulating the air flow within the device and in particular suitable valves (e.g. ventilation valve of the collection unit or shut-off valve of the collection unit) or the pump to avoid the suction of ambient air or the flow of the collected breath sample after the exhalation process or in the absence of air flow can be controlled accordingly.

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.Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawings. The individual features can be implemented individually or in combination with one another.

In den Zeichnungen zeigen:

1 schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe in einer möglichen Ausgestaltungsform der Erfindung;
2 Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Blockdiagramm;
3 Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Blockdiagramm;
4 vereinfachte Darstellung des Prinzips der Sammeleinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Bypassleitung und
5 Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Bypassleitung als Blockdiagramm.

The drawings show:

1 schematic representation of a device for collecting a gaseous breath sample in a possible embodiment of the invention;
2nd Representation of an embodiment of the device according to the invention as a block diagram;
3rd Representation of a further embodiment of the device according to the invention as a block diagram;
4th simplified representation of the principle of the collecting unit of the device according to the invention with bypass line and
5 Representation of a further embodiment of the device according to the invention with a bypass line as a block diagram.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

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 eine Atem-Kondensatfalle 14 sowie 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 Fitted 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. Weiterhin kann ein Massenflusssensor 22 und ein Reservoir beziehungsweise ein Container 23 für einen Pulsationsausgleich durch die Pumpenaktivität vorgesehen sein. 1 shows a possible embodiment of a device according to the invention 10th . The mouthpiece 11 is with a pressure sensor 12th fitted. This is followed by a piece of hose line 13 and a breath condensate trap 14 as well as another hose line piece or connecting piece 15 on. Alternatively, the pressure sensor 12th for example also on the hose line piece 13 be arranged. On the hose line piece 15 can get a filter system 16 , 17th connect, which ensures, for example, that the exhaled air dries and separates contaminants such as bacteria or other particles. The exhaled air then goes into a collecting vessel 18th , preferably with a collection bag 19th is equipped for the breath test. The collection bag 19th can be used as a disposable bag in the collection container 18th (Reusable) of the device 10th inserted and taken after collection to carry out the breath sample for further analysis. For example, commercial products such as polypropylene fitted breeze gas analysis bags (SKC) can be used as collection bags. The subject's breathing maneuver is performed by the pump unit 20 regulated, with the pump power via the pressure sensor 12th is controlled. The pump unit 20 includes the actual pump 21 . Instead of a pump, a mechanical device such as a bellows for generating a negative pressure can optionally be provided in other configurations. Furthermore, a mass flow sensor 22 and a reservoir or container 23 be provided for a pulsation compensation by the pump activity.

Die Darstellung in 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.The representation in 1 shows in principle two alternatives with which a suction of ambient air or a drain of collected breath sample can be realized if there is no airflow. You can choose between the optional filter system 16 , 17th and the collecting unit with the collecting vessel 18th and the collection bag 19th a closure device 30th be provided, which is in the gas path upstream of the collecting unit 18th , 19th located. The locking device 30th can also be upstream of the filter system, for example 16 , 17th or in another position. The locking device 30th can be configured, for example, as a flap or valve or as a hose pinch valve and, if there is no airflow, this can be done, for example, using the pressure sensor 12th or also the flow sensor 22 locked, so that when you stop or interrupt the exhalation in the device 10th no ambient air through the mouthpiece 11 in the collection bag 19th can flow in. As an additional or alternative way of avoiding a distorting pressure equalization can in the collecting vessel 18th quick ventilation to the atmosphere by means of a ventilation valve 31 be provided. If there is no air flow within the device, this vent valve can 31 be operated so that a quick pressure equalization takes place without the volume inside the collecting bag 19th being affected.

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.This device can be used particularly advantageously 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. The device according to the invention can be used with particular advantage in order to be able to implement the interruption of the air flow that is inevitably required without falsifying the sample volume.

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.In a further possible embodiment of the device, the closure device can optionally be used 30th or the vent valve 31 be dispensed with if the pump control is adapted in such a way that the pump activity corresponds to the fill level in the collecting bag 19th is adjusted while minimizing wake flow. For this purpose, it is expedient to measure, calculate or simulate the pressure behavior of the filling process in the gas path of the device.

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 1 angewendet werden kann. Die gepunkteten Elemente deuten Einwegteile an. Die schraffierten Elemente deuten Mehrwegteile an. Vergleichbar mit der Darstellung in der 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 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. 2nd shows a device 10th to collect a gaseous breath sample in a schematic manner as a block diagram, this scheme in principle on the device 10th from the 1 can be applied. The dotted elements indicate disposable parts. The hatched elements indicate reusable parts. Comparable to the representation in the 1 is a mouthpiece 11 , if necessary with a saliva trap, to which a pressure sensor 12th assigned. This is followed by a piece of hose or hose system 13 which may be connected to a condensate trap (see 3rd ). This is followed by a filter system 16 , 17th or possibly another element that takes over a dehumidifier and / or filter function. This is followed by a collection unit or a collection vessel 18th with a sample bag inserted in it 19th on. The collection unit 18th can optionally be tempered or warmed to avoid condensation of the breathing gas at this point. Other elements, in particular the gas lines, can also be tempered in order to avoid undesired formation of condensate.

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.The collection unit 18th is as a reusable part of the device 10th designed, whereas the sample bag 19th and also the mouthpiece 11 , the hose system 13 and the dehumidifier and filter 16 , 17th can be realized as disposable parts in order to avoid cross-contamination between different test subjects. The air flow inside the device 10th is via a control unit or pump unit 20 regulated, the pump unit being the actual pump 21 , a reservoir 23 and a mass flow sensor 22 as well as an inlet valve 24th and an outlet 25th includes. This control unit (pump unit) 20 as well as the pressure sensor 12th whose signals are in the control of the pump 21 are included as reusable parts of the device 10th designed. The dehumidifier and filter unit 16 , 17th serves as device protection. The collection unit 18th has a tight connection for the sample bag or collection bag 19th on as well as a closed gas volume. This enables the collecting bag to be filled 19th downstream of the pump 21 or the reusable parts 20 to 25th , which prevents contamination from these reusable parts.

3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Sammelvorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 ist in weiten Teilen mit der in 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. 3rd shows a further embodiment of a collecting device 100 . The device 100 is largely with the in 2nd shown device 10th comparable. Corresponding elements are provided with the same reference symbols. In contrast, the device 100 additionally a centrifugal separator (cyclone) 50 on. This preferably temperature-controlled (coolable) centrifugal separator 50 can be provided to implement online sample preparation for the separation of particles and aerosols. Alternatively, it is also possible to use the cyclone to simultaneously collect breath condensate, which is passed over the cyclone 50 is obtained, and from breathing gas which passes through the cyclone without condensation or which, if appropriate, parallel to the cyclone 50 is made possible. As an alternative to a centrifugal separator, a simple condensate trap (cold trap) can also be provided, for example. In further refinements, the gas path of the device can be split up, for example in order to collect gaseous breath samples in parallel in several collecting bags.

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. 4th shows a section of a device 200 with a bypass line 150 to bypass the collection unit 18th is provided. The bypass line 150 in this example is upstream of the device protection unit or the dehumidifier and filter unit 16 , 17th and between the collection unit 18th , 19th and the pump unit or the control unit 20 created and is via a valve 151 between the control unit 20 and the collection unit 18th , 19th switchable. With this arrangement, the collection bag 19th and the pump of the control unit 20 via a defined or predeterminable gas volume in the collection unit 18th or in the collection bag 19th interact, comparable to microfluidic systems.

5 zeigt eine derartige Vorrichtung 200 mit Bypassleitung aus 4 als Blockdiagramm. Viele der Elemente entsprechen den Vorrichtungen aus den 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 CO₂-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. 5 shows such a device 200 with bypass line 4th as a block diagram. Many of the elements correspond to the devices from FIGS 2nd and 3rd and are provided with corresponding reference numerals. In addition, the hose system 130 with a branch or a T-piece and / or a valve designed so that the hose system bypasses 150 (preferably as a disposable part), the collecting unit 18th bypasses and goes directly to the pump unit 20 to be led. Via this bypass line 150 it is possible to carry out a fractional collection of the breathing air, in particular the initial dead volume of an exhalation process around the collecting unit 18th or the sample bag 19th can be guided around and only the diagnostically relevant exhaled air can be collected from the lungs. In order to control this fractional collection, a CO ₂ sensor can be used in a particularly preferred manner 152 , in particular in the area of the mouthpiece, since the CO ₂ concentration can be used to detect whether it is exhaled air from the dead space or alveolar air from the lungs. This device 200 with the switchable bypass 150 can with particular advantage to avoid pressure equalization in the collecting unit 18th if there is no air flow and the volume in the sample bag is falsified 19th can be used by the valve in the hose system 130 is used on the bypass 150 if there is no air flow, i.e. if the exhalation is interrupted or stopped, to switch over to incorrect filling or emptying of the collecting bag 19th with ambient air or by draining, already collected breath samples.

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.The device according to the invention allows the collection of an integrated or pooled exhalation volume from several exhalation processes. The breath collection can thus be defined via a specifiable exhalation volume and thus normalized. Previous 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.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2009/053958 A1 [0003]
WO 2014/009324 A2 [0004]
US 2017/0303823 A1 [0005]

Claims

Device (10; 100; 200) for collecting a gaseous breath sample from a subject, comprising a mouthpiece (11) for blowing in the exhaled air of the subject and at least one collecting unit (18) for collecting the gaseous breath sample, characterized in that the device is a sensor-controlled device (20) for regulating the air flow within the device, wherein further means (30; 31; 130, 150, 151) are provided to prevent the suction of ambient air or the flow of collected breath sample if the air flow does not occur.

Device after Claim 1 , characterized in that the collecting unit (18) comprises at least one collecting bag (19).

Device after Claim 1 or Claim 2 , characterized in that the means for avoiding the suction of ambient air or the flow of collected breath sample comprise a valve control (30; 31; 130, 150, 151) and / or a pump control.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting unit (18) has a valve device (31) for quick ventilation as a means for avoiding the suction of ambient air or the drainage of the collected breath sample.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the collecting unit (18) is assigned an upstream closure device (30) as a means for avoiding the suction of ambient air or the drainage of the collected breath sample.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the sensor-controlled device (20) for regulating the air flow comprises a pump (21).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises at least one switchable bypass line (150) for bypassing the collecting unit (18) and / or a CO ₂ sensor system (152).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device comprises a temperature control device for moderate heating.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device has at least one device for collecting breath condensate (14; 50), in particular a temperature-controlled centrifugal separator (50).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device (20) for regulating the air flow additionally has a reservoir (23) for pulsation compensation and / or a mass flow sensor (22).

Method for collecting a gaseous breath sample from a subject, characterized in that a device (10; 100; 200) according to one of the Claims 1 to 9 is used, the air flow within the device being regulated by a sensor-controlled device (20) and the suction of ambient air or the drainage of the collected breath sample being avoided if the air flow does not occur.

Procedure according to Claim 10 , characterized in that the suction of ambient air or the flow of collected breath sample is avoided by a valve control (30; 31; 130, 150, 151) and / or by a pump control.

Procedure according to Claim 10 or Claim 11 , characterized in that when the breath sample is collected, a selection of the lung-extracted fraction of the exhaled air takes place with the inclusion of a CO ₂ sensor system.

Procedure according to one of the Claims 10 to 12th , characterized in that a parallel collection of breathing gas and breathing condensate takes place.

Electronic control device (20) which is set up the steps of a method according to one of the Claims 10 to 13 perform.