DE102017218116A1 - System und Verfahren zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten - Google Patents

System und Verfahren zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten Download PDF

Info

Publication number
DE102017218116A1
DE102017218116A1 DE102017218116.8A DE102017218116A DE102017218116A1 DE 102017218116 A1 DE102017218116 A1 DE 102017218116A1 DE 102017218116 A DE102017218116 A DE 102017218116A DE 102017218116 A1 DE102017218116 A1 DE 102017218116A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pump
breathing air
air
breathing
collecting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102017218116.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Michael Stumber
Philipp Jung
Katrin Luckert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102017218116.8A priority Critical patent/DE102017218116A1/de
Priority to PCT/EP2018/077682 priority patent/WO2019072947A1/de
Publication of DE102017218116A1 publication Critical patent/DE102017218116A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483Physical analysis of biological material
    • G01N33/497Physical analysis of biological material of gaseous biological material, e.g. breath
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/087Measuring breath flow
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/097Devices for facilitating collection of breath or for directing breath into or through measuring devices
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0247Pressure sensors
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0271Thermal or temperature sensors

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1) zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten. Dieses weist ein Mundstück (121) und eine Atemluftleitung (11) auf, in der mindestens eine Sammeleinheit (123) für Atemluftaerosole und Atemluftkondensate und mindestens eine Pumpe (15) angeordnet sind. Ein Drucksensor (18) ist an der Atemluftleitung (11) zwischen einschließlich dem Mundstück (121) und einschließlich der Sammeleinheit (123) angeordnet. Ein elektronisches Steuergerät (17) ist eingerichtet, um die Pumpe (15) in Abhängigkeit von Sensordaten des Drucksensors (18) zu steuern oder zu regeln. In einem Verfahren zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten mittels des Systems (1) wird die Pumpe (15) auf Basis von Sensordaten des Drucksensors (18) angesteuert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten mittels des Systems. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, um das System mittels des Verfahrens zu betreiben.
  • Stand der Technik
  • Die in der von einem Menschen ausgeatmeten Luft enthaltenen Aerosole aus dem Epithelflüssigkeitsfilm, der die Lunge auskleidet, sind Träger charakteristischer Stoffe. Sie werden bei jedem Ausatemvorgang als Tröpfchen mit einem Durchmesser im Bereich von 200 bis 1000 nm abgeatmet. Die Kenntnis der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung von nicht volatilen Molekülen wie z. B. Proteinen oder Stoffwechselproduktenliefert ein spezifisches Bild über den Zustand der Lunge bezüglich des extrazellulären Mediums und dessen Zusammensetzung. Dadurch können eine metabolische Dysbalance und auch krankhafte Veränderungen, wie beispielsweise Lungenkrebs, gemessen werden.
  • Es sind Geräte zur Gewinnung flüssiger Proben aus der Atemluft bekannt, die als Kühlfallen arbeiten und Atemkondensat durch Abkühlen der ausgeatmeten Luft erzeugen. Die gewonnenen Proben enthalten durch die Verdünnung aufgrund der hohen Luftfeuchte des Atems eine sehr geringe Konzentration an Biomarkern, was die Analyse des gewonnenen Konzentrats erschwert.
  • Außerdem sind die erhaltenen Ergebnisse schlecht vergleichbar, da keine Steuerung der Atmung während der Probengewinnung erfolgt.
  • Ein System zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten (exhaled breath aerosoles and condensates; EBAC) wird in der WO 2007/087625 A2 beschrieben. Dieses sammelt EBAC in einem gekühlten konisch zulaufenden Kondensationselement. Auch dieses System ermöglicht jedoch keine reproduzierbare standardisierte Probengewinnung, die eine gute Vergleichbarkeit zwischen mehreren Proben gewährleistet.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das System zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten weist ein Mundstück und eine Atemluftleitung auf. In der Atemluftleitung sind mindestens eine Sammeleinheit für Atemluftaerosole und Atemluftkondensate und mindestens eine Pumpe angeordnet. Die Pumpe ermöglicht eine reproduzierbare standardisierbare Probengewinnung, indem der Ausatemvorgang eines Nutzers in die Sammeleinheit geregelt wird. Hierzu kann der Atemwiderstand beim Ausatemvorgang durch Unterstützung mittels der Pumpe gesenkt und auf einen vorgegebenen Fluss bzw. Bereich eines Flusses eingeregelt werden.
  • Ein Drucksensor ist an der Atemluftleitung zwischen einschließlich dem Mundstück und einschließlich der Sammeleinheit angeordnet. Ein elektronisches Steuergerät ist eingerichtet, um die Pumpe in Abhängigkeit von Sensordaten des Drucksensors zu steuern oder zu regeln. Mittels einer gemessenen Druckänderung kann der Beginn eines Ausatemmanövers des Nutzers erkannt werden und die Pumpe daraufhin gestartet werden.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass ein Durchflussmesser in der Atemluftleitung angeordnet ist, vorzugsweise zwischen der Sammeleinheit und der Pumpe. Dieser ermöglicht es, die Geschwindigkeit der Ausatmung, welche durch den Luftmassenstrom oder den Luftvolumenstrom repräsentiert wird, zu erfassen und ebenfalls zu regeln. Der Durchflussmesser ermöglicht eine Normalisierung des Atemmanövers durch Berechnung des gesamten ausgeatmeten Volumens.
  • Hierzu ist es besonders bevorzugt, dass ein elektronisches Steuergerät eingerichtet ist, um die Pumpe in Abhängigkeit von Sensordaten des Durchflussmessers zu steuern oder zu regeln.
  • Das Mundstück und die Sammeleinheit sind vorzugsweise in abnehmbaren Einwegelementen des Systems angeordnet. Indem für jede Probennahme neue Einwegelemente in das System eingesetzt werden, kann eine Querkontamination von Proben untereinander vermieden werden. Weitere Komponenten des Systems wie beispielsweise die Pumpe müssen hingegen nicht für jede Probennahme ausgetauscht werden.
  • Zum Sammeln der Atemluftaerosole und Atemluftkondensate ist es bevorzugt, dass die Sammeleinheit einen Fliehkraftabscheider und ein Sammelgefäß aufweist. Ein Fliehkraftabscheider, der auch als Zyklon oder Zyklonabscheider bezeichnet wird, trennt die Atemluftaerosole und Atemluftkondensate mittels Zentrifugalkräften aus dem Atemluftstrom ab. Die Zentrifugalkräfte entstehen durch die Erzeugung einer Wirbelströmung. Ein solcher Fliehkraftabscheider ermöglicht eine effizientere Gewinnung der Atemluftaerosole und Atemluftkondensate als eine Kühlfalle. Hierzu sind eine hohe Strömungsgeschwindigkeit, ein geringer Krümmungsradius und angepasster Einlasswinkel erforderlich. Die Strömungsgeschwindigkeit kann mittels der Pumpe auf einen für die Abscheidung optimalen Wert eingestellt werden. Der Fliehkraftabscheider kondensiert nicht lediglich durch Absenkung der Temperatur die Feuchtigkeit aus der Atemluft, sondern fängt durch seinen Aufbau und seine Strömungsführung gezielt die kleinen aus der Lunge stammenden Aerosole. Dies ermöglicht es, die Konzentration der Biomarker an der gesammelten flüssigen Atemprobe zu erhöhen. Für die Verwendung in einem kompakten System ist insbesondere die Ausführung des Fliehkraftabscheiders als Tangentialzyklonabscheider bevorzugt.
  • Das Sammelgefäß dient dazu, die im Fliehkraftabscheider abgeschiedenen Atemluftaerosole und Atemluftkondensate aufzunehmen. Es weist vorzugsweise an seiner Innenoberfläche keine reaktiven Gruppen auf, die mit Biomolekülen reagieren.
  • Vorzugsweise ist eine Kühlvorrichtung eingerichtet, um den Fliehkraftabscheider und das Sammelgefäß zu kühlen. Diese kann aus einem das Sammelgefäß umgebenden passiven Kühlblock als thermisches Bad und einem aktiven Kühlelement sowie einer Methode zur Wäremeabfuhr bestehen. Das aktive Kühlelement kann beispielsweise als ein oder mehrere Peltierelemente ausgeführt sein. Der Kühlblock kann aus einem Material mit hoher Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit z.B. Aluminium ausgeführt sein. Ein Temperatursensor ist so angeordnet, dass er die Temperatur im Kühlblock misst. Ein elektronisches Steuergerät ist eingerichtet, um die Kühlvorrichtung in Abhängigkeit von Sensordaten des Temperatursensors so zu regeln, dass ein erneutes Verdunsten gefangener Aerosole verhindert wird. Indem die Kühlung erst am gewünschten Ort der Probensammlung erfolgt, wird verhindert, dass Probenverluste durch Kondensation zwischen dem Mundstück und der Sammeleinheit erfolgen. Es kann in einer Ausführungsform des Systems sogar vorgesehen sein, die Atemluftleitung zwischen dem Mundstück und der Sammeleinheit zu temperieren, um den Probenverlust zu minimieren.
  • Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Oberfläche der Atemluftleitung zwischen dem Mundstück und der Sammeleinheit und eine Oberfläche des Fliehkraftabscheiders jeweils eine hydrophobe Oberflächenbeschichtung aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Teflonbeschichtung handeln. Diese Beschichtung verhindert ein Anhaften von Aerosolen in der Atemluftleitung und im Fliehkraftabscheider und minimiert somit ebenfalls den Probenverlust stromaufwärts des Sammelgefäßes. Außerdem ist sie Proteinase-frei, so dass es an den Oberflächen zu keinem enzymatischbedingten Proteinabbau kommen kann.
  • Im Sammelgefäß kann eine Pufferlösung oder Puffer als Feststoff vorgelegt werden, um einen Proteinabbau in der gewonnenen Probe mangels physiologischer Bedingungen zu vermeiden.
  • In der Atemluftleitung kann stromabwärts der Sammeleinheit eine Entfeuchtungseinheit angeordnet sein, um Kondensation von Restfeuchte stromabwärts der Sammeleinheit zum Schutz der Bauteile sowie zum Schutz vor Kontamination zu vermeiden.
  • In dem Verfahren zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten mittels des Systems wird die Pumpe auf Basis von Sensordaten des Drucksensors angesteuert. Insbesondere wird sie eingeschaltet, wenn ein Druck zwischen dem Mundstück und der Sammeleinheit in der Atemluftleitung gemessen wird, der einen ersten Schwellenwert überschreitet. Der erste Schwellenwert kann so gewählt werden, dass die Pumpe eingeschaltet wird, wenn aus einem Druckanstieg in der Atemluftleitung auf ein Ausatemmanöver eines Nutzers geschlossen werden kann. Wenn der Druck einen zweiten Schwellenwert unterschreitet, wird die Pumpe ausgeschaltet. Der zweite Schwellenwert kann so gewählt werden, dass das Ausschalten der Pumpe erfolgt, wenn erkannt wird, dass der Ausatemvorgang des Nutzers endet.
  • In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die eingeschaltete Pumpe so geregelt, dass in der Atemluftleitung ein vorgegebener Luftmassenstrom oder Luftvolumenstrom vorliegt. Der vorgegebene Luftvolumenstrom liegt vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 18 slm (Standard Liter pro Minute). Dieser kann aus Sensordaten des Durchflussmessers ermittelt werden. Versucht der Nutzer stärker auszuatmen, reduziert sich die Pumpleistung entsprechend. Verringert sich die Ausatemleistung des Nutzers, beispielsweise gegen Ende des Ausatemvorgangs, so erhöht sich die Pumpleistung, um den Luftmassenstrom oder Luftvolumenstrom konstant zu halten. Hierdurch kann ein standardisierter Ausatemvorgang erreicht werden, der zu einer standardisierten Probennahme führt. Zudem ist es auf diese Weise möglich, den Fliehkraftabscheider in seinem optimalen Arbeitspunkt zu halten.
  • In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens wird die eingeschaltete Pumpe so geregelt, dass in der Atemluftleitung ein vorgegebener Druck vorliegt. Versucht der Benutzer stärker auszuatmen, wodurch ein höherer Druck am Mundstück entsteht, so erhöht die Pumpe ihren Durchsatz. Sinkt der Druck, so wird auch die Pumpleistung entsprechend reduziert. Diese Ausführungsform des Verfahrens führt zu einem Atemprofil, das sehr stark dem freien Ausatmen ähnelt. Es wird also keine standardisierte Probennahme ermöglicht. Diese Ausführungsform des Verfahrens stellt eine Komfortfunktion für Nutzer dar, für die der Luftmassenstrom geregelte oder Luftvolumenstrom geregelte Ausatemvorgang aus physiologischen oder gesundheitlichen Gründen nicht in Frage kommt.
  • Es ist bevorzugt, dass die Leistung der Pumpe nach ihrem Einschalten über einen vorgebbaren ersten Zeitraum auf einen Wert erhöht wird, bei dem der vorgegebene Luftmassenstrom oder der vorgegebene Luftvolumenstrom oder der vorgegebene Druck in der Atemluftleitung vorliegt. Es erfolgt also kein schlagartiges Zuschalten der Pumpleistung. Beim Abschalten der Pumpe wird ihre Leistung vorzugsweise über einen vorgegebenen zweiten Zeitraum auf Null abgesenkt. Sie wird also auch nicht schlagartig abgeschaltet. Der vorgegebene Zeitraum des Hochfahrens und Herunterfahrens der Pumpe erhöht den Komfort für den Nutzer.
  • Wenn ein integrierter Luftmassenstrom oder Luftvolumenstrom durch die Atemluftleitung einen dritten Schwellenwert erreicht, wird das Sammeln der Atemluftaerosole und Atemluftkondensate vorzugsweise beendet. Auf diese Weise kann die Probennahme auf ein vorgegebenes Atemvolumen oder eine vorgegebene Luftmasse normiert werden. Der dritte Schwellenwert liegt vorzugsweise bei einem Luftvolumenstrom im Bereich von 10 bis 100 sl (Standard Liter).
  • Während des Sammelns der Atemluftaerosole und Atemluftkondensate werden vorzugsweise ein Druck und zusätzlich entweder ein Luftmassenstrom oder ein Luftvolumenstrom in der Atemluftleitung erfasst. Aus diesen Werten kann ein Atemmuster charakterisiert werden. Hierdurch kann zusätzlich zur Probensammlung auch noch eine Aussage über das Atemverhalten des Nutzers getroffen werden. Aufgrund des Atemmusters kann auch ein Vorschlag ausgegeben werden, von einer Standardisierungsfunktion des Systems auf die Komfortfunktion umzuschalten. Hierzu kann ein manueller Schalter vorgesehen sein. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass aufgrund des Atemmusters automatisch ausgewählt wird, ob das Verfahren in der Standardisierungsfunktion oder in einer Komfortfunktion durchgeführt werden soll.
  • Das elektronische Steuergerät ist eingerichtet, um die Pumpe des Systems mittels des Verfahrens zu steuern und/oder zu regeln.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt schematisch das Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten eines Nutzers mittels eines Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    • 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Systems zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • Um Atemluftaerosole und Atemluftkondensate eines Nutzers P zu sammeln, ist in einem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, dass dieser durch ein System 1 zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten ausatmet. Ein Einatmen über das System kann wahlweise über einen zweiten Luftpfad erfolgen. Wie in 2 dargestellt ist, weist dieses System 1 eine Atemluftleitung 11 auf, die sich teilweise durch ein Einwegteil 12 des Systems erstreckt und die sich im übrigen System 1 fortsetzt. In dem Einwegteil 12 beginnt die Atemluftleitung 11 an einem Mundstück 121. Ein Speichelfänger 122 ist in der Atemluftleitung 11 zwischen dem Mundstück 121 und einer Sammeleinheit 123 angeordnet, die sich ebenfalls in dem Einwegteil 12 befindet. Er verhindert, dass Speichel in die Sammeleinheit 123 gelangt. Die Sammeleinheit 123 ist als Fliehkraftabscheider 1231 in Form eines Tangentialzyklonabscheiders ausgeführt, der in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an seiner Unterseite ein Sammelgefäß 1232 aufweist. Dieses kann mit einer physiologischen Pufferlösung gefüllt sein oder kann Puffersalze als Feststoff vorgelegt enthalten. Die Pufferlösung enthält Salze zur Einstellung der lonenstärke und des pH-Werts .Darüber hinaus können Hemmstoffe für Proteasen vorgelagert sein. In einem anderen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Sammelgefäß auch den Zyklonkörper des Tangentialzyklonabscheiders darstellen. Der Fliehkraftabscheider 1231 und der Bereich der Atemluftleitung 11 zwischen der Sammeleinheit 123 und dem Mundstück 121 können an ihrer Innenseite eine hydrophobe Beschichtung aufweisen. Zwischen dem Mundstück 121 und dem Speichelfänger 122 verzweigt sich die Atemluftleitung 11 optional zu einem Rückschlagventil 124, hinter dem ein Lufteinlass 125 angeordnet ist. Das Rückschlagventil 124 ist so ausgeführt, dass es ein Einatmen des Nutzers P durch das System 1 in der Weise ermöglicht, dass Luft durch die Einlassöffnung 125 und die Atemluftleitung 11 in das Mundstück 121 strömt. Beim Ausatmen des Nutzers P schließt das Rückschlagventil 124, so dass die ausgeatmete Luft in die Sammeleinheit 123 strömt. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die Elemente 124 und 125 auch entfallen, wenn der Mund des Nutzers P das Mundstück 121 zum Einatmen verlässt. Stromabwärts der Sammeleinheit 123 ist im Einwegteil 12 eine Entfeuchtungseinheit 126 vorgesehen.
  • Stromabwärts des Einwegteils 12 sind in der Atemluftleitung 11 nacheinander ein, ein Durchflussmesser 13, ein Lufttank 14, eine Pumpe 15 und ein Luftauslass 16 angeordnet. Beim Ausatmen des Nutzers P werden in der Sammeleinheit 123 Atemluftaerosole und Atemluftkondensate aus dem ausgeatmeten Luftstrom abgetrennt. Dieser passiert dann die Entfeuchtungseinheit 126 und den Durchflussmesser 13, mit dem der Luftvolumenstrom oder der Luftmassenstrom gemessen werden kann. Er passiert weiterhin den Lufttank 14 und die Pumpe 15 und verlässt das System 1 durch den Luftauslass 16. Der Lufttank 14 erhöht das in der Atemluftleitung 11 enthaltene Luftvolumen, so dass sprunghafte Druckänderungen in der Atemluftleitung 11 beim Erhöhen oder Absenken der Leistung der Pumpe 15 vermieden werden und dient weiterhin zur Dämpfung der Pulsation der Pumpe 15.
  • Ein elektronisches Steuergerät 17 liest die Sensoren aus, steuert bzw. regelt die Pumpe und verarbeitet Nutzereingaben. Es kann beispielhaft eine Hauptplatine 171 mit einem Mikrocontroller 172 und einen TEC-Controller 173 (TEC = Thermoelectrical Cooler) aufweisen. Das elektronische Steuergerät 17 kann an eine externe Energiequelle 2 angeschlossen werden, welche das elektronische Steuergerät 17 und die weiteren Komponenten des Systems 1 mit elektrischer Energie versorgt. Weiterhin ein Benutzerinterface 3 wie zum Beispiel ein Touchscreen an das elektronische Steuergerät 17 angeschlossen werden, um von Sensoren des Systems 1 gesammelte Daten anzuzeigen und Benutzereingaben an das elektronische Steuergerät weiterzuleiten. Die Sensoren umfassen neben dem Durchflussmesser 13 einen Drucksensor 18, der außerhalb des Einwegteils 12 so an der Atemluftleitung 11 angeordnet ist, dass er den Druck zwischen dem Mundstück 121 und der Sammeleinheit 123 im Einwegteil 12 messen kann. Der TEC-Controller 173 regelt ein Peltierelement 191 in einer Kühleinheit 19. Wenn das Einwegteil 12 in das System 1 eingesetzt ist, ist die Sammeleinheit 123 in der Kühleinheit 19 angeordnet. In 2 sind die Kühleinheit 19 und die Sammeleinheit 123 der Übersichtlichkeit halber getrennt dargestellt. Die Kühleinheit 19 weist weiterhin einen Temperatursensor 192 auf, der mit dem TEC-Controller 173 verbunden ist. Mittels der Funktion des Peltierelements 191 als elektrothermischem Wandler und der Überwachung der Temperatur in der Sammeleinheit 123 mittels des Temperatursensors 192 kann der TEC-Controller 173 die Temperatur der Kühleinheit 19 regeln. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich zur Überwachung der Temperatur an der Außenseite der Peltierelemente ein weiterer nicht dargestellter Temperatursensor, der eine Überhitzung oder Fehlfunktion erkennt und vermeidet.
  • In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Probennahme mittels des Systems 1 in einer Standardisierungsfunktion. Wenn sich das Rückschlagventil 124 geschlossen hat, wird ein Beginn eines Ausatemmanövers des Nutzers P erkannt, sobald der mittels des Drucksensors 18 gemessene Druck einen ersten Schwellenwert von beispielsweise 300 Pascal überschreitet. Über einen ersten Zeitraum von 0,2 s wird die Pumpe 15 eingeschaltet und ihre Leistung auf einen Wert hochgefahren, bei dem ein mittels des Durchflussmessers 13 gemessener Luftvolumenstrom in der Atemluftleitung 11 einen Wert von beispielsweise 10 slm erreicht wird. Dieser Luftvolumenstrom ist optimal für den Betrieb des Fliehkraftabscheiders 1231. Er ermöglicht außerdem eine standardisierte Probennahme, bei der Aerosole im Fliehkraftabscheider 1231 abgeschieden und im Sammelgefäß 1232 gesammelt werden. Um den Luftvolumenstrom konstant zu halten, wird die Leistung der Pumpe 15 verringert, wenn der Nutzer P stärker ausatmet und erhöht, wenn sich die Ausatemleistung des Nutzers P verringert. Wenn der nach der Zeit integrierte Luftvolumenstrom einen Wert von beispielsweise 40 sl erreicht, wird die Leistung der Pumpe 15 über einen zweiten Zeitraum von 0,5 s auf Null abgesenkt und die Probennahme auf diese Weise beendet. Durch Entnehmen des Einwegteils 12 aus dem System 1 ist nun ein Zugriff auf die Probe im Sammelgefäß 1232 möglich. Für die nächste Probennahme wird dann ein neues Einwegteil 12 in das System 1 eingesetzt.
  • Während der Probennahme werden kontinuierlich mittels des Durchflussmessers 13 der Luftvolumenstrom in der Atemluftleitung 11 und mittels des Drucksensors 18 kontinuierlich der Druck zwischen dem Mundstück 121 und der Sammeleinheit 123 gemessen. Aus diesen Werten wird im elektronischen Steuergerät 17 ein Atemmuster des Nutzers P ermittelt. Dieses kann mittels des Benutzerinterfaces 3 ausgelesen und/oder an einen PC übertragen werden.
  • Aus dem Atemprofil kann sich die Information ergeben, dass die Probennahme in einer Komfortfunktion wiederholt werden sollte, weil der Nutzer P die Probennahme in der Standardisierungsfunktion aus physiologischen oder gesundheitlichen Gründen nicht korrekt abschließen konnte. Hierzu kann im elektronischen Steuergerät 17 ein Umschalten in ein anderes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen. Der Umschaltbefehl kann über das Benutzerinterface 3 gegeben werden. Wenn in diesem Ausführungsbeispiel der Beginn des Ausatemmanövers des Nutzers P mittels des Drucksensors 18 erkannt wurde, wird die Pumpe 15 wiederum über den ersten Zeitraum eingeschaltet. Die Leistung der Pumpe 15 wird dabei allerdings nicht im Hinblick auf einen konstanten Luftvolumenstrom am Durchflussmesser 13, sondern im Hinblick auf einen konstanten Druck am Drucksensor 18 geregelt. Dieser wird in der Komfortfunktion auf einem Wert von beispielsweise 200 Pascal gehalten. Hierzu wird der Durchsatz der Pumpe 15 erhöht, wenn der Nutzer P stärker ausatmet und die Leistung der Pumpe 15 reduziert, wenn sich die Ausatemleistung des Nutzers P verringert. Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird die Probennahme allerdings erst dann beendet, wenn der integrierte Luftvolumenstrom den Wert von beispielsweise 100 Pascal erreicht hat. Das Beenden der Probennahme erfolgt auch in diesem Ausführungsbeispiel, indem die Pumpe 15 über den zweiten Zeitraum abgeschaltet wird. Das Entnehmen der Probe und das Auslesen von Daten über das Atemmuster des Nutzers P erfolgt ebenfalls wie in dem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2007/087625 A2 [0005]

Claims (16)

  1. System (1) zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten, aufweisend ein Mundstück (121) und eine Atemluftleitung (11), in der mindestens eine Sammeleinheit (123) für Atemluftaerosole und Atemluftkondensate und mindestens eine Pumpe (15) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (18) an der Atemluftleitung (11) zwischen einschließlich dem Mundstück (121) und einschließlich der Sammeleinheit (123) angeordnet ist, wobei ein elektronisches Steuergerät (17) eingerichtet ist, um die Pumpe (15) in Abhängigkeit von Sensordaten des Drucksensors (18) zu steuern oder zu regeln.
  2. System (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchflussmesser (13) in der Atemluftleitung (11) zwischen der Sammeleinheit (123) und der Pumpe (15) angeordnet ist.
  3. System (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektronisches Steuergerät (17) eingerichtet ist, um die Pumpe (15) in Abhängigkeit von Sensordaten des Durchflussmessers (13) zu steuern oder zu regeln.
  4. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Mundstück (121) und die Sammeleinheit (123) als abnehmbare Einwegelemente (12) des Systems (1) angeordnet sind.
  5. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammeleinheit (123) einen Fliehkraftabscheider (1231) und ein Sammelgefäß (1232) aufweist.
  6. System (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlvorrichtung (191) eingerichtet ist, um den Fliehkraftabscheider (1231) und das Sammelgefäß (1232) zu kühlen, ein Temperatursensor (192) so angeordnet ist, dass er die Temperatur im Fliehkraftabscheider (1231) misst und ein elektronisches Steuergerät (17) eingerichtet ist, um die Kühlvorrichtung (191) in Abhängigkeit von Sensordaten des Temperatursensors (192) zu regeln.
  7. System (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberfläche der Atemluftleitung (11) zwischen dem Mundstück (121) und der Sammeleinheit (123) und eine Oberfläche des Fliehkraftabscheiders (1231) jeweils eine hydrophobe Oberflächenbeschichtung aufweist.
  8. System (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Atemluftleitung (11) stromabwärts der Sammeleinheit (123) eine Entfeuchtungseinheit (126) angeordnet ist.
  9. Verfahren zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten mittels eines Systems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (15) auf Basis von Sensordaten des Drucksensors (18) angesteuert wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (15) eingeschaltet wird, wenn ein Druck, der von dem Drucksensor (18) gemessen wird, einen ersten Schwellenwert überschreitet, und dass die Pumpe (15) ausgeschaltet wird, wenn der Druck einen zweiten Schwellenwert unterschreitet.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die eingeschaltete Pumpe (15) so geregelt wird, dass in der Atemluftleitung (11) ein vorgegebener Luftmassenstrom oder Luftvolumenstrom vorliegt.
  12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die eingeschaltete Pumpe (15) so geregelt wird, dass an einer definierten Stelle in der Atemluftleitung (11) ein vorgegebener Druck vorliegt.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der Pumpe (15) nach ihrem Einschalten über einen vorgegebenen ersten Zeitraum auf einen Wert erhöht wird, bei dem der vorgegebene Luftmassenstrom oder der vorgegebene Luftvolumenstrom oder der vorgegebene Druck in der Atemluftleitung vorliegt, und die Leistung der Pumpe (15) bei ihrem Abschalten über einen vorgegebenen zweiten Zeitraum auf Null abgesenkt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Sammeln der Atemluftaerosolen und Atemluftkondensate beendet wird, wenn ein integrierter Luftmassenstrom oder Luftvolumenstrom durch die Atemluftleitung (11) einen dritten Schwellenwert erreicht.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass während des Sammeln der Atemluftaerosolen und Atemluftkondensate ein Druck und ein Luftmassenstrom oder Luftvolumenstrom in der Atemluftleitung (11) erfasst werden und aus diesen Werten ein Atemmuster charakterisiert wird.
  16. Elektronisches Steuergerät, das eingerichtet ist, um die Pumpe (15) eines Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 15 zu steuern und/oder zu regeln.
DE102017218116.8A 2017-10-11 2017-10-11 System und Verfahren zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten Pending DE102017218116A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017218116.8A DE102017218116A1 (de) 2017-10-11 2017-10-11 System und Verfahren zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten
PCT/EP2018/077682 WO2019072947A1 (de) 2017-10-11 2018-10-11 System und verfahren zum sammeln von atemluftaerosolen und atemluftkondensaten

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017218116.8A DE102017218116A1 (de) 2017-10-11 2017-10-11 System und Verfahren zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017218116A1 true DE102017218116A1 (de) 2019-04-11

Family

ID=63840851

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017218116.8A Pending DE102017218116A1 (de) 2017-10-11 2017-10-11 System und Verfahren zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017218116A1 (de)
WO (1) WO2019072947A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022000850A1 (zh) * 2020-07-01 2022-01-06 深圳市步锐生物科技有限公司 一种手持式呼出气采集装置
PL447655A1 (pl) * 2024-01-31 2024-07-15 Advanced Medical Equipment Spółka Akcyjna Urządzenie do pomiaru oddechu oraz układ prowadzenia płynu
PL131948U1 (pl) * 2024-01-31 2024-07-15 Advanced Medical Equipment Spółka Akcyjna Układ prowadzenia płynu

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007087625A2 (en) 2006-01-26 2007-08-02 Euliano Neil R Breath and breath condensate analysis system and associated methods
US20150025407A1 (en) * 2011-08-23 2015-01-22 Aerocrine Ab Devices and methods for generating an artificial exhalation profile
DE102016202116A1 (de) * 2016-02-12 2017-08-17 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Analyse eines gasförmigen Mediums

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2002309803A1 (en) * 2001-04-17 2002-10-28 University Of Virginia Patent Foundation Breath test for assessing diseases, particularly asthma
CN101827558B (zh) * 2007-10-02 2013-03-27 安娜-卡林·奥林 呼出的粒子的采集和测量
US11547322B2 (en) * 2012-02-08 2023-01-10 Lundin Stefan Device and method for non-invasive analysis of particles during medical ventilation
US20140288454A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-25 Pulmonary Analytics Method For Using Exhaled Breath to Determine the Presence of Drug
CN105784433B (zh) * 2016-03-08 2019-01-11 浙江大学 一种人体呼出气体中VOCs和EBCs的并行采集装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007087625A2 (en) 2006-01-26 2007-08-02 Euliano Neil R Breath and breath condensate analysis system and associated methods
US20150025407A1 (en) * 2011-08-23 2015-01-22 Aerocrine Ab Devices and methods for generating an artificial exhalation profile
DE102016202116A1 (de) * 2016-02-12 2017-08-17 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Analyse eines gasförmigen Mediums

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019072947A1 (de) 2019-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210085213A1 (en) Cannabis drug detection device
EP2299901B1 (de) Transportabler pneumotachograph zur messung von bestandteilen des exspirationsvolumens
DE60306092T2 (de) Gerät für die diagnostische gasanalyse
DE102008022761B4 (de) Vorrichtung zur Gewinnung und Untersuchung von Atemgasproben
DE102007028831A1 (de) Atemkondensatprobennehmer und Verfahren zum Sammeln einer Atemkondensatprobe mit einem Beatmungsgerät
DE2816499C2 (de) Verfahren und Anordnung zur Erkennung und Abtrennung des Alveolarluftanteiles aus der Atemluft
DE102017218116A1 (de) System und Verfahren zum Sammeln von Atemluftaerosolen und Atemluftkondensaten
DE112017000410T5 (de) Befeuchtung von Atemgasen
SE541748C2 (en) System for collecting exhaled particles
WO2008106961A2 (de) Transportabler pneumotachograph zur messung von bestandteilen des exspirationsvolumens sowie ein verfahren hierzu
DE102014219161A1 (de) Vorrichtung zur Analyse der Ausatemluft und Verwendung der Vorrichtung
DE102008001022A1 (de) Vorrichtung zum Beatmen von Patienten
DE102013215640A1 (de) Anordnung zur Entnahme von Atemgasproben
DE102009043236A1 (de) Multifunktions-Steuerventil für Gasmessgeräte
EP3027252A1 (de) Medizinische messvorrichtung, beatmungsvorrichtung und verfahren zum betrieb einer medizinischen messvorrichtung oder zum betrieb einer beatmungsvorrichtung
DE202015003822U1 (de) Medizinisches Gerät zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens
EP2482721B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur fraktionierten gewinnung von inhaltsstoffen der ausatemluft
EP3700418A1 (de) Aufsatzvorrichtung und verfahren für eine probensammeleinrichtung zum gewinnen von proben aus der atemluft
EP4175542A1 (de) Ermittlungsvorrichtung, medizingerät, einstelleinheit, computerprogrammprodukt, speichermittel und verfahren zum ermitteln einer kohlenstoffdioxidkonzentration in messgas
DE102018212411A1 (de) Verfahren zur Gewinnung einer Atemprobe eines Probanden und Vorrichtung
DE102007012210B4 (de) Transportabler Pneumotachograph zur Messung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens sowie ein Verfahren hierzu
EP1731095A2 (de) Messung und Analyse von Bestandteilen von exhaliertem Atemgas
DE202009013577U1 (de) Vorrichtung zur fraktionierten Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft
WO2022002824A2 (de) Sensoranordnung, medizingerät, exspirationsventil und verfahren zum ermitteln einer kohlenstoffdioxidkonzentration in einem messgas
DE102015006817A1 (de) Medizinisches Gerät zur Bestimmung von Bestandteilen des Exspirationsvolumens und Verfahren zu dessen Betrieb

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified