DE19951204A1 - Apparatus to analyze the components in the exhaled air of a patient forms a condensation to be caught by a filter or storage layer to give a sample passed directly to electrochemical sensors for measurement - Google Patents

Apparatus to analyze the components in the exhaled air of a patient forms a condensation to be caught by a filter or storage layer to give a sample passed directly to electrochemical sensors for measurement

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Abstract

To analyze the composition of exhaled air, from its condensation, the volume of recovered condensation is measured until the required level is achieved to give a sample. Electrochemical sensors give a direct reading of the substances detected in the condensation by measurement of the separate and/or cumulative parameters. The exhaled air is cooled to give a condensation of the aerosol and vapor components in the air. The sample volume is the amount trapped in a filter or storage layer, or the total saturation portion of the filter/storage layer or the part diffused through the filter/storage layer and passed directly to the electrochemical sensor. The sensor for single or multiple measurements is calibrated by a dedicated calibrating capsule (4), where a set calibration pule is generated on the sensor. The temperature is maintained at a constant level during measurement, or is given a defined alteration. An Independent claim is included for an apparatus with a filter or storage layer (1) at the meter to determine the volume of condensation from the exhaled air. It has one or more sensors (3) to determine the components in the condensation, with a display to show the readings.

Description

Die Erfindung dient zur Diagnostik von Krankheiten und physiologischen Prozessen der Atemwege und der Lunge sowie von über die Ausatemluft ausgeschiedenen Stoffwechsel- oder Abbauprodukten anderer Organe oder Gewebe und Zellen auf der Basis der Analyse des Atemkondensates bzw. ausgeatmeter Partikel.The invention is used for the diagnosis of diseases and physiological processes Respiratory tract and the lungs as well as from the exhaled air Metabolism or breakdown products of other organs or tissues and cells on the Based on the analysis of the breath condensate or exhaled particles.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt. So wird in der EP 0 759 169 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sammeln von ausgeatmetem Atemkondensat beschrieben, bei dem die Ausatemluft ein Probensammelrohr durchströmt und in diesem auf eine Temperatur unter 0°C abgekühlt wird, wobei schwerer flüchtige Bestandteile kondensieren und an der, eine niedrigere Temperatur als das Atemkondensat aufweisenden Innenwand des Probensammelrohres haften. Diese werden dann nach einer tiefgekühlten Zwischenlagerung einer Analyse unterzogen.Such methods and devices are known. For example, EP 0 759 169 B1 a method and an apparatus for collecting exhaled breath condensate described, in which the exhaled air flows through a sample collection tube and in this is cooled to a temperature below 0 ° C, being more volatile Components condense and at a lower temperature than that Adhere to the inner wall of the sample collection tube that contains breathing condensate. This are then subjected to an analysis after frozen intermediate storage.

Aus der DE 197 18 925 A1 ist eine Vorrichtung zur fraktionierten Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft sowie ein Verfahren zur Isolierung der Inhaltsstoffe und deren Verwendung zur Diagnostik und Therapieüberwachung bekannt. Bei dieser Lösung kondensieren schwerflüchtige Bestandteile der Ausatemluft auf einer Kühlfläche, die eine Temperatur bis -196°C aufweist. Der Kühlfläche ist ein Faservlies nach geordnet, an dem in der Ausatemluft enthaltene Aerosole sich als zweite Fraktion abscheiden. Das so gewonnene Kondensat wird durch Zentrifugation, Vakuum, Druckgas oder Elution isoliert. Anschließend erfolgt die Analyse der Inhaltsstoffe mittels ELISA, RIA oder HPLC.DE 197 18 925 A1 describes a device for the fractional extraction of Inhaled air ingredients and a method for isolating the ingredients and their use for diagnostics and therapy monitoring known. At this Solution condensate non-volatile components of the exhaled air on a Cooling surface that has a temperature down to -196 ° C. The cooling surface is a non-woven fabric sorted by, on the aerosols contained in the exhaled air as a second fraction separate. The condensate thus obtained is centrifuged, vacuum, Pressurized gas or elution isolated. The ingredients are then analyzed using ELISA, RIA or HPLC.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Erfindungen mit Kühlflächen besteht darin, dass in Abhängigkeit von der Vorrichtung und den Temperaturen zwar unterschiedliche Mengen kondensieren, jedoch die Abscheidungseffizienz sehr gering ist.A major disadvantage of these inventions with cooling surfaces is that in Depending on the device and the temperatures different Condensate quantities, but the deposition efficiency is very low.

Aus der DE 197 18 924 A1 ist eine weitere Vorrichtung zur Gewinnung von Inhaltsstoffen der Ausatemluft sowie ein Verfahren zur Isolierung der Inhaltsstoffe bekannt, das ohne Kühlung arbeitet. Die Inhaltsstoffe aus Atemluft scheiden sich hier an einem Faservlies direkt ab und werden durch Zentrifugation, Vakuum, Druckgas oder Elution isoliert. Anschließend erfolgt ebenfalls die Analyse der Inhaltsstoffe. Auch diese Lösung zeichnet sich noch durch einen zu großen apparativen Aufwand aus. DE 197 18 924 A1 describes a further device for the extraction of Inhaled air ingredients and a process for isolating the ingredients known that works without cooling. The ingredients from breathing air differ here directly on a non-woven fabric and by centrifugation, vacuum, compressed gas or elution isolated. Then the ingredients are also analyzed. This solution, too, is characterized by an excessive expenditure on equipment.  

Die Verfahren und Vorrichtungen nach DE 197 18 924 A1 und DE 197 18 925 A1 werden durch die DE 197 42 331 A1 bzw. 197 42 332 A1 dahingehend verbessert, dass das Faservlies als Fläche oder als Säule ausgebildet ist und für biologisch aktive Substanzen Fang-Antikörper enthält. Der Nachweis der schwer flüchtigen Bestandteile der Ausatemluft erfolgt ohne Isolierung mit Peroxidase, Phosphatase, Acetylcholinesterase oder Biotin markierten Sekundär-Antikörpern und farbgebenden Substanzen oder Farbstoffen.The methods and devices according to DE 197 18 924 A1 and DE 197 18 925 A1 are improved by DE 197 42 331 A1 and 197 42 332 A1 in that the nonwoven is designed as a surface or as a column and for biologically active Contains substances capture antibodies. Evidence of the low volatility the exhaled air takes place without isolation with peroxidase, phosphatase, Acetylcholinesterase or biotin labeled secondary antibodies and coloring Substances or dyes.

Die hier vorgeschlagenen photometrischen Analysemethoden verlangen eine mehrfache Umsetzung der angezeigten Farbreaktionen, um zu einem verwertbaren Messergebnis zu kommen. Das ist ein wesentlicher Nachteil dieser Lösung.The photometric analysis methods proposed here require several Implementation of the displayed color reactions to a usable measurement result get. This is a major disadvantage of this solution.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Nachweis der Inhaltsstoffe der Ausatemluft zur Diagnostik von Krankheiten und physiologischen Prozessen der Atemwege und der Lunge sowie von über die Ausatemluft ausgeschiedenen Stoffwechsel- oder Abbauprodukten anderer Organe oder Gewebe und Zellen zu effektivieren.The object of the invention is to provide evidence of the ingredients of the exhaled air Diagnostics of diseases and physiological processes of the respiratory tract and the Lungs as well as metabolic or excreted via the exhaled air Effective breakdown products of other organs or tissues and cells.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Verfahrensanspruches 1 und des Vorrichtungsanspruches 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is solved with the characteristic features of the Process claim 1 and the device claim 9. Advantageous Refinements are the subject of the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse der Inhaltsstoffe der Ausatemluft, bei dem aus der Ausatemluft gewonnenes Atemkondensat einer Analyse unterzogen und das Ergebnis angezeigt wird, sieht vor, dass die Menge des aus der Ausatemluft gewonnenen Atemkondensates gemessen wird und nach dem Erreichen einer vorgegebenen Probenmenge eine direkte Bestimmung der enthaltenen Substanzen durch Messung von Einzel- und/oder Summenparametern mittels elektrochemischer Sensoren erfolgt.The inventive method for analyzing the ingredients of the exhaled air, at the breath condensate extracted from the exhaled air is subjected to an analysis and The result displayed is that the amount of air exhaled obtained breath condensate is measured and after reaching a predetermined sample amount a direct determination of the contained substances by Measurement of individual and / or sum parameters using electrochemical sensors he follows.

Die Menge ist dabei der Teil, der in einem Filter bzw. einer Speicherschicht gefangen ist, der einem Filter bzw. einer Speicherschicht durch ein Mikro-Dosiersystem entnommen wird, der eine vollständige Füllung oder Sättigung eines Filters bzw. einer Speicherschicht bewirkt oder der durch einen Filter bzw. eine Speicherschicht diffundiert. The amount is the part that is trapped in a filter or storage layer is a filter or a storage layer by a micro-dosing system is taken from the complete filling or saturation of a filter or Storage layer causes or by a filter or a storage layer diffuses.  

Bei einer Mengenbestimmung durch Diffundieren durch einen Filter bzw. eine Speicherschicht sieht das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt vor, dass die durch den Filter bzw. die Speicherschicht diffundierte Menge des Atemkondensates unmittelbar auf den elektrochemischen Sensor gelangt.When determining the quantity by diffusing through a filter or a The storage layer of the method according to the invention preferably provides that the through the filter or the storage layer diffused amount of breath condensate gets directly to the electrochemical sensor.

Weiterhin hat es sich in Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, wenn eine Kühlung der Ausatemluft bis zur Kondensation der aerosol- und dampfförmigen Bestandteile erfolgt.Furthermore, in an embodiment of the invention it has proven to be advantageous if cooling the exhaled air until condensation of the aerosol and vapor Components done.

Die Kalibrierung der Sensoren erfolgt werksseitig mittels Vorgabe chargenspezifischer Kalibrierfaktoren für den Messverstärker oder erfindungsgemäß vor Ort durch spezielle Kalibrierzusätze (Kapseln) oder die Mitführung einer Referenzelektrode.The sensors are calibrated at the factory using a batch-specific specification Calibration factors for the measuring amplifier or according to the invention on site by special Calibration additives (capsules) or the carrying of a reference electrode.

Um zu verhindern, dass die Messergebnisse durch eine Zersetzung der Probe verfälscht werden, sieht die Erfindung in ihrer Ausgestaltung vor, dass die Temperatur während der Messung konstant gehalten wird oder definiert verändert wird.To prevent the measurement results from being falsified by decomposition of the sample the invention provides in its embodiment that the temperature during the measurement is kept constant or is changed in a defined manner.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus einem kühlbaren Sammler für Atemkondensat mit einem Filter bzw. einer Speicherschicht zum Fangen des Atemkondensates, sieht vor, dass dem Filter bzw. der Speicherschicht eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Menge des Atemkondensates und ein oder mehrere elektrochemische Sensoren zur Bestimmung der Inhaltsstoffe des Atemkondensates nachgeordnet sind, wobei die Messergebnisse der elektrochemischen Sensoren über eine Anzeige sichtbar gemacht werden.An inventive device for performing the method, consisting of a coolable collector for breathing condensate with a filter or Storage layer for catching the breath condensate, provides that the filter or the Storage layer a measuring device for determining the amount of Respiratory condensates and one or more electrochemical sensors for determination the ingredients of the respiratory condensate are subordinate, the measurement results of the electrochemical sensors can be made visible via a display.

Dabei beinhalten die Sensoren eine Schicht, die für spezielle Parameter des Atemkondensates als spezifisches Substrat für eine chemische Reaktion dienen oder bestimmte Substanzen des Atemkondensates über immunologische oder chemische Mechanismen binden.The sensors contain a layer that is suitable for special parameters of the Respiratory condensates serve as a specific substrate for a chemical reaction or certain substances of the breath condensate via immunological or chemical Bind mechanisms.

Die Sensoren sind bevorzugt als Kapillare, röhrenförmig oder als flache Schicht plan- oder muldenförmig oder konvex ausgeführt.The sensors are preferably in the form of a capillary, a tube or a flat layer. or trough-shaped or convex.

Die Messeinrichtung besteht erfindungsgemäß aus einem Mikro-Dosiersystem mit Pumpe und Volumenkontrolle oder aus einem Filter bzw. einer Speicherschicht, deren vollständige Füllung oder Sättigung das Maß für die vorgegebene Probenmenge ist, oder aus einem Mikrogefäß mit Füllstandsanzeige.According to the invention, the measuring device consists of a micro-metering system Pump and volume control or from a filter or a storage layer, the  complete filling or saturation is the measure for the specified amount of sample, or from a micro vessel with level indicator.

In der Zeichnung ist das Prinzip der Bestimmung von Parametern des ausgeatmeten Atemkondensates mittels elektrochemischer Sensoren dargestellt. Im Filter bzw. in der Speicherschicht 1 wird das Atemkondensat, das durch Kühlung der Ausatemluft bis zur Kondensation der aerosol- und dampfförmigen Bestandteile gewonnen wird, gesammelt. Die Menge des aus der Ausatemluft gewonnenen Atemkondensates wird gemessen und nach dem Erreichen einer vorgegebenen Probenmenge 2 erfolgt eine direkte Bestimmung der enthaltenen Substanzen durch Messung von Einzel- und/oder Summenparametern mittels elektrochemischer Sensoren 3. Dabei wird die Temperatur mittels der Thermostatiereinrichtung 5 konstant gehalten oder definiert verändert, um zu verhindern, dass die Messergebnisse durch eine Zersetzung der Probe verfälscht werden.The drawing shows the principle of determining parameters of the exhaled breath condensate by means of electrochemical sensors. The respiratory condensate, which is obtained by cooling the exhaled air up to the condensation of the aerosol and vapor components, is collected in the filter or in the storage layer 1 . The amount of the breath condensate obtained from the exhaled air is measured, and after reaching a predetermined sample amount 2 , the substances contained are determined directly by measuring individual and / or sum parameters using electrochemical sensors 3 . In this case, the temperature is kept constant or changed in a defined manner by means of the thermostat 5 in order to prevent the measurement results from being falsified by decomposition of the sample.

Der Einmalsensor oder der für mehrmalige Messungen ausgelegte elektrochemische Sensor 3 wird durch eine speziell zugefügte Kalibrierkapsel 4 kalibriert, indem ein festgelegter Kalibrierimpuls auf dem Sensor erzeugt wird. Möglich ist es auch, dass die Kalibrierung der Sensoren 3 werksseitig mittels Vorgabe chargenspezifischer Kalibrierfaktoren für den Messverstärker erfolgt.The disposable sensor or the electrochemical sensor 3 designed for repeated measurements is calibrated by a specially added calibration capsule 4 by generating a defined calibration pulse on the sensor. It is also possible for the sensors 3 to be calibrated in the factory by specifying batch-specific calibration factors for the measuring amplifier.

Das Messergebnis wird direkt einer Auswerteeinheit 6 zugeführt, die das Ergebnis in bekannter Weise auf einem Display anzeigt und/oder ausdruckt. So liegt bereits kurz nach dem Erreichen einer vorgegebenen Analysemenge ein auswertbares Ergebnis vor.The measurement result is fed directly to an evaluation unit 6 , which displays and / or prints the result in a known manner on a display. An evaluable result is thus available shortly after a predetermined analysis quantity has been reached.

Claims (17)

1. Verfahren zur Analyse der Inhaltsstoffe der Ausatemuft, bei dem aus der Ausatemluft gewonnenes Atemkondensat einer Analyse unterzogen und das Ergebnis angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des aus der Ausatemluft gewonnenen Atemkondensates gemessen wird und nach dem Erreichen einer vorgegebenen Probenmenge eine direkte Bestimmung der enthaltenen Substanzen durch Messung von Einzel- und/oder Summenparametern mittels elektrochemischer Sensoren erfolgt.1. A method for analyzing the ingredients of the exhaled air, in which the breath condensate obtained from the exhaled air is subjected to an analysis and the result is displayed, characterized in that the amount of the breath condensate obtained from the exhaled air is measured and, after reaching a predetermined amount of sample, a direct determination of the substances contained by measuring individual and / or sum parameters by means of electrochemical sensors. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlung der Ausatemluft bis zur Kondensation der aerosol- und dampfförmigen Bestandteile erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that cooling the exhaled air until condensation of the aerosol and vaporous components. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Teil ist, der in einem Filter bzw. einer Speicherschicht gefangen ist.3. The method according to claim 1, characterized in that the amount is the part trapped in a filter or storage layer. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Teil ist, der einem Filter bzw. einer Speicherschicht durch ein Mikro- Dosiersystem entnommen wird.4. The method according to claim 1, characterized in that is the amount that is part of a filter or a storage layer through a micro- Dosing system is removed. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Teil ist, der eine vollständige Füllung oder Sättigung eines Filters bzw. einer Speicherschicht bewirkt.5. The method according to claim 1, characterized in that the amount is the part that completely fills or saturates a filter or a storage layer. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der Teil ist, der durch einen Filter bzw. eine Speicherschicht diffundiert. 6. The method according to claim 1, characterized in that the amount is the part that diffuses through a filter or storage layer.   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Filter oder die Speicherschicht diffundierte Menge des Atemkondensates unmittelbar auf den elektrochemischen Sensor gelangt.7. The method according to claim 6, characterized in that the amount of the diffused through the filter or the storage layer Breath condensate reaches the electrochemical sensor directly. 8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einmalsensor oder der für mehrmalige Messungen ausgelegte elektrochemische Sensor durch eine speziell zugefügte Kalibrierkapsel kalibriert wird, indem ein festgelegter Kalibrierimpuls auf dem Sensor erzeugt wird.8. The method according to claim 1, characterized in that the disposable sensor or the electrochemical designed for repeated measurements Sensor is calibrated by using a specially added calibration capsule specified calibration pulse is generated on the sensor. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur während der Messung konstant gehalten oder definiert verändert wird.9. The method according to claim 1, characterized in that the temperature was kept constant or changed during the measurement becomes. 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem kühlbaren Sammler für Atemkondensat mit einem Filter bzw. einer Speicherschicht zum Fangen des Atemkondensates, dadurch gekennzeichnet, dass dem Filter bzw. der Speicherschicht (1) eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Menge des Atemkondensates und ein oder mehrere elektrochemische Sensoren (3) zur Bestimmung der Inhaltsstoffe des Atemkondensates nachgeordnet sind, wobei die Messergebnisse der elektrochemischen Sensoren (3) über eine Anzeige sichtbar gemacht werden.10. The device for performing the method according to claim 1, consisting of a coolable collector for breathing condensate with a filter or a storage layer for catching the breathing condensate, characterized in that the filter or the storage layer ( 1 ) has a measuring device for determining the amount of Respiratory condensates and one or more electrochemical sensors ( 3 ) for determining the contents of the respiratory condensate are arranged downstream, the measurement results of the electrochemical sensors ( 3 ) being made visible on a display. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (3) eine Schicht beinhalten, die für spezielle Parameter des Atemkondensates als spezifisches Substrat für eine chemische Reaktion dienen oder bestimmte Substanzen des Atemkondensates über immunologische oder chemische Mechanismen binden. 11. The device according to claim 10, characterized in that the sensors ( 3 ) contain a layer which serve for specific parameters of the respiratory condensate as a specific substrate for a chemical reaction or bind certain substances of the respiratory condensate via immunological or chemical mechanisms. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (3) als Kapillare, röhrenförmig oder als flache Schicht plan- oder muldenförmig oder konvex ausgeführt sind.12. The device according to claim 10, characterized in that the sensors ( 3 ) are designed as a capillary, tubular or as a flat layer plan or trough-shaped or convex. 13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Sensoren (3) dem Filter bzw. der Speicherschicht (1) so nachgeordnet sind, dass durch den Filter oder die Speicherschicht (1) diffundiertes Atemkondensat unmittelbar auf den oder die Sensoren (3) gelangt.13. The apparatus according to claim 10, characterized in that the sensor or sensors ( 3 ) are arranged downstream of the filter or the storage layer ( 1 ) in such a way that breathing condensate diffused through the filter or the storage layer ( 1 ) directly onto the sensor or sensors ( 3 ) arrives. 14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Thermostatiereinrichtung (5) die Temperatur während der Messung konstant hält oder definiert verändert.14. The apparatus according to claim 10, characterized in that a thermostat ( 5 ) keeps the temperature constant during the measurement or changes it in a defined manner. 15. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung ein Mikro-Dosiersystem mit Pumpe und Volumenkontrolle ist.15. The apparatus according to claim 10, characterized in that the measuring device is a micro-dosing system with pump and volume control. 16. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung ein Filter bzw. eine Speicherschicht (1) ist und deren vollständige Füllung oder Sättigung das Maß für die vorgegebene Probenmenge (2) ist.16. The apparatus according to claim 10, characterized in that the measuring device is a filter or a storage layer ( 1 ) and its complete filling or saturation is the measure for the predetermined amount of sample ( 2 ). 17. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung aus einem Mikrogefäß mit Füllstandsanzeige besteht.17. The apparatus according to claim 10, characterized in that the measuring device consists of a microvessel with level indicator.
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