HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Zur Diagnose, Behandlung oder Prävention von Krankheiten ist die heutige
medizinische Wissenschaft auf die Durchführung verschiedener klinischer
Untersuchungen angewiesen. Insbesondere klinische biochemische Untersuchungen zur Analyse
bestimmter Verbindungen nehmen bedeutenden Raum in der klinischen medizinischen
Wissenschaft ein. Darüber hinaus wurden durch Entwicklungen der Grundlagen der
medizinischen Wissenschaften und Fortschritte bei Analysetechniken Versuche
gemacht, den Umfang der zu untersuchenden Proben und der zu messenden Größen zu
steigern, die Meßgenauigkeit und Automatisierung von Meßtechniken in
verschiedenen Meßstufen zu verbessern sowie schnelle Kurzmessungen, insbesondere
Notmessungen und Messungen am Krankenbett, oder systematisierte Messungen in
Großkrankenhäusern durchzuführen.
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Die für klinisch biochemische Untersuchungen heutzutage verwendeten Proben
sind im allgemeinen Blut oder Urin. Blut liefert vielfältige Informationen und
ermöglicht, mehrere hundert Größen zu messen. Die Entnahme von Blut verursacht jedoch
einen physischen Schmerz beim Patienten in Verbindung mit Blutverlust, und eine
wiederholte Blutentnahme sowie eine kontinuierliche Messung bedeutet für die
Patienten und Personen eine erhebliche Belastung. Darüber hinaus widmen sich besondere
oder zentrale Blutuntersuchungszentren der Analyse (Unternehmen, die auf die
Blutanalyse spezialisiert sind), was zu einer großen Zeitspanne zwischen der
Blutentnahme und der Analyse führt, wodurch sich große Meßfehler bei bestimmten
Blutbestandteilen ergeben, die leicht in gasförmigen Zustand übergehen oder sich zersetzen.
Deshalb werden solche instabile Bestandteile ausschließlich in Großkrankenhäusern
erfaßt, die mit speziellen Analysevorrichtungen ausgestattet sind. Urin ist dagegen
relativ einfach zu gewinnen und wird deshalb zu Screening-Untersuchungen vielfältig
eingesetzt; es ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, daß er weniger Informationen
liefert als Blut. Darüber hinaus führt eine Urinuntersuchung bei Personen und Patienten
zu psychischen Belastungen durch Schamgefühl und ermöglicht keine kontinuierliche
Messung. Darüber hinaus kann Urin nicht jederzeit entnommen werden.
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Andere klinische Analysetechniken als Urinanalysetechniken ohne die
Verwendung von Blut und nichtinvasiver Art umfassen beispielsweise solche, bei denen
als Probe andere Körperflüssigkeiten als Blut, wie Zellflüssigkeit (Lymphflüssigkeit),
Schweiß, Speichel u. ä. verwendet werden, oder bei denen eine transkutane
Blutgasmessung mit einem Blutgassensor erfolgt, welche entwickelt wurden. Diese Verfahren
haben sich jedoch im praktischen Einsatz nicht sehr verbreitet, da nur eine geringe
Probenmenge genommen werden kann und die Meßgrößen eingeschränkt sind.
Deshalb verläuft die Hauptentwicklung bei den klinisch biochemischen
Untersuchungsverfahren in Richtung solcher Verfahren, die bei Personen keinen Schmerz bei der
Blutentnahme verursachen und die einen größeren Umfang an Meßgrößen mit einer
geringeren Menge an Blutprobe erfassen.
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In allen Fällen erfordern konventionelle klinische biochemische
Untersuchungen sehr viel Arbeit und besondere Verfahren zum Sammeln, Transportieren,
Konservieren, Trennen und Analysieren der Proben wie Blut und Urin, so daß sich
Schwierigkeiten bei der Untersuchungsgenauigkeit, der Schnelligkeit und Arbeitsersparnis
ergeben, und den Personen (Patienten) unnötig Schmerz zugefügt wird. Eine Lösung
dieser Problematik wäre ein großer Vorteil nicht nur für die Patienten, sondern auch
für die in der Medizintechnik tätigen.
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Es wird behauptet, daß Ärzte mit sehr viel Behandlungserfahrung die Diagnose
aus von dem Patienten ausgehenden Gerüchen stellen können und diese Gerüche als
wichtige Information bei der Anamnese verwenden, und daß die Ausatemluft von
Patienten mit Diabetes nach Aceton oder einem besonderen süßen Geruch riecht, und daß
die Ausatemluft von Patienten mit einer Lebererkrankung oder Leukämie nach
Ammoniak oder Sulfiden riecht. Diese Information ist jedoch nur durch die Erfahrung
des Arztes verfügbar, kann von einzelnen Ärzten unterschiedlich eingeordnet werden
und kann nicht objektiv durch Meßwerte wiedergegeben werden. Leider wurden
klinisch biochemische Untersuchungen, die die Ausatemluft von Personen als Proben
verwenden, so gut wie nicht praktisch verwendet und grundlegende Untersuchungen,
dieses Sachverhaltes wurden nicht angestellt.
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Dies ist erstens darauf begründet, daß es in der Technik ein Vorurteil
dahingehend gibt, daß die Ausatemluft nicht für Proben zur klinisch biochemischen
Untersuchung tauglich wäre und zweitens, da Gase der Ausatemluft, die detektiert werden
müssen, sehr geringe Konzentrationen aufweisen (ppb oder bestenfalls ppm), daß sie
nur durch eine Kombination aus einer Konzentrationsvorrichtung für die Spur der
Gaskomponente und einem hochempfindlichen Gasdetektionsgroßgerät meßbar sind.
Deshalb kann die Messung der Proben nur in einem Labor erfolgen, das mit
besonderen Instrumenten und Geräten ausgestattet ist, die von erfahrenem Bedienpersonal
bedient werden, weshalb es nur wenig klinische Berichte über diese Art von Messungen
gibt. Solche klinischen Berichte, die den Erfindern bekannt sind, sind (1) Dubowski,
K. M. Atemanalyse als Technik in der klinischen Chemie, Clin. Chem. 20.966-972,
1974, (2) Manolis, A., Das diagnostische Potential der Atemanalyse, Clin.Chem., 29.
5-15, 1983, und (3) Phillips, M., Atemtests in der Medizin, Scientific American July
1992. Diese Berichte offenbaren jedoch nur Meß- und Beobachtungsdaten.
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Die Ausatemluft wird von einem Mensch (oder Tier) intermittierend zur
Lebenserhaltung ausgeatmet und kann leicht gesammelt werden, ohne bei den Personen
einen physikalischen Schmerz oder eine psychische Störung zu verursachen. Dies gilt
insbesondere für Säuglinge, Schwerkranke oder bewußtlose Patienten, bei denen ein
besonders konstruiertes Instrument verwendet werden kann. Da Spuren von flüchtigen
Komponenten des venösen Blutes, das durch die Alveolen fließt, in die Ausatemluft
durch Gasaustausch übergeht, sind Ausatemluft und Blut bezüglich der flüchtigen
Bestandteile miteinander korreliert. Darüber hinaus ermöglicht die Untersuchung von
Ausatemluft Differenzmessungen der flüchtigen Bestandteile, die man mit einer
Messung durch Blutanalyse nicht erreichen kann. Deshalb ist die Ausatemluft eine ideale
Probe für klinisch biochemische Untersuchungen.
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Sammelt man Ausatemluft in einem Gefäß, benötigt man viel Raum zur
Konservierung und zum Transport, und einige zu untersuchende Gasbestandteile sind nicht
stabil, so daß sie für den Analyselauf von Blut schlecht geeignet sind, d. h. um zuerst
zum Analysezentrum transportiert zu werden und dann durch ein Großgerät analysiert
zu werden. Deshalb muß man klinisch biochemische Unterschungen an der
Ausatemluft direkt vor Ort durchführen, und die Ausatemluft kann nur dann zu einer Messung
wirksam verwendet werden, wenn der Bediener (die Analyseperson) der Person (dem
Patienten) direkt gegenübersteht, wie es beispielsweise bei einer Untersuchung am
Krankenbett, einer ambulanten Untersuchung in einem Ambulantorium, einer
Reihenuntersuchung bei medizinischer Untersuchung und Überwachung des Zustandes von
Patienten (kontinuierliche Überwachung) der Fall ist.
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Das oben erwähnte Gerät mit einer Kombination aus einer
Konzentrationsvorrichtung und dem hochempfindlichen Gasdetektionsgroßgerät, das in einigen Orten in
Labors verwendet wird, ist für die klinisch biochemische Untersuchung der
Ausatemluft praktisch nicht geeignet, da diese Untersuchung ein Untersuchungsgerät erfordert,
das klein, tragbar, hochempfindlich, einfach zu bedienen, sehr sicher und schnell bei
der Messung ist. Die Verläßlichkeit der gelieferten Daten und die Wirtschaftlichkeit
des Einsatzes eines solchen Untersuchungsgerätes sind ebenfalls von Nöten. Da es
darüber hinaus möglich ist, daß die Feuchte der Ausatemluft in einem Behälter einen
Niederschlag auf der Wand des Behälters bildet und Spuren der Gasbestandteile löst
und absorbiert, sollte darüber hinaus ein solches Untersuchungsgerät vorzugsweise die
Ausatemluft einer Person (eines Patienten) direkt in die Vorrichtung zur Messung
einsaugen.
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Ein Ausatemluftuntersuchungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
ist aus US-A-4114422 bekannt. Ein Gerät zur Detektion von Dämpfen schwer
flüchtiger Verbindungen mit einem Elektroneneinfangsdetektor ist in US-A-3883739
offenbart.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Ziel der Erfindung liegt darin, eine neuartige nichtinvasive und nicht auf
Blut angewiesene klinische Untersuchungseinrichtung, genauer eine tragbare
Ausatemluftuntersuchungseinrichtung zu schaffen, die Ausatemluftproben von Personen
analysiert, um die Konzentration von Spuren von Gasbestandteilen in den
Ausatemluftpro
ben zu bestimmen. Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, eine
Ausatemluftuntersuchungseinrichtung zu schaffen, die im Betrieb hochempfindlich, leicht bedienbar, für
Säuglinge, alte Männer und Frauen sowie bewußtlose Personen tauglich und sicher
verläßliche Daten liefert sowie wirtschaftlich im Einsatz ist. Ein weiteres Ziel der
vorliegenden Erfindung liegt darin, eine Ausatemluftuntersuchungseinrichtung und ein
Ausatemluftuntersuchungsverfahren zu schaffen, das in der Lage ist, schnelle
Messungen in Notfällen und in Fällen, in denen mehrere Personen so schnell wie möglich
untersucht werden sollen, zu ermöglichen.
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Die Erfindung ist in Anspruch 1 gekennzeichnet. Bevorzugte
Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Fig. 1 zeigt in einem Blockdiagramm eine
Ausatemluftuntersuchungseinrichtung für klinische Zwecke nach der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 2, 3 und 4 zeigen Blockdiagramme mit abgewandelten
Ausführungsformen des Trägergaszuführteiles.
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Fig. 5 zeigt ein Gasdiagramm von Ketokörpern (Aceton), das mit der
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung gemessen wurde, wobei die gestrichelte Linie
die Messung mit einer Kalibriersubstanz als Probe und die durchgezogene Linie die
Messung der Ausatemluft des Diabetikers zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfinder hat obigen Sachverhalt intensiv untersucht, um eine praktische
nichtinvasive klinische Untersuchungsvorrichtung bzw. Verfahren ohne Blutabnahme
zu entwickeln, das als Probe die ausgeatmete Luft verwendet, und ist dabei zur
vorliegenden Erfindung gelangt, die nachfolgend genauer beschrieben werden wird.
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Die Vorrichtung zur Untersuchung der Ausatemluft nach der vorliegenden
Erfindung verwendet als Probe die Ausatemluft von menschlichen oder tierischen
Lebewesen, trennt und mißt Spuren chemischer Substanzen in der Ausatemluft, um
verschiedene Daten mit klinisch biochemischer Information zu erhalten. Unter "ohne
Ent
nahme von Blut" wird verstanden, daß ein Untersuchungsverfahren verwendet wird,
das als Proben andere Sekrete als Blut verwendet, und unter der Bezeichnung
"nichtinvasiv" wird verstanden, daß nicht eingedrungen wird und ein
Untersuchungsverfahren verwendet wird, bei dem die Proben ohne Verletzung des menschlichen
Körpers genommen werden.
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Die Untersuchungsvorrichtung der Ausatemluft nach der vorliegenden
Erfindung weist im allgemeinen ein Ausatemluftinjektorteil, ein Trägergaseinspeiseteil, ein
Detektionsteil und ein arithmetischens Rechnerteil auf. Der Detektionsteil stützt sich
auf eine spezielle Konstruktion, so daß er hohe Empfindlichkeit aufweist und, wie
gefordert, klein ist.
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Die Gasanalyse setzt im allgemeinen die Gasanalyse mit verschiedensten
Detektoren, je nach Art der Gase und nach speziellem Analysezweck ein. Die
Untersuchungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung verwendet eine Trennsäule,
insbesondere eine Kapillarsäule zur Messung mehrerer Größen und für eine schnelle
Messung. Die Verwendung setzt als Detektor ein PID (Photoionisationsdetektor) ein, bei
dem jede Gaskomponente, die in der Ausatemluft detektiert werden soll, einer
ultravioletten Strahlung ausgesetzt wird, so daß sie ionisiert wird, wodurch am Ausgang
Meßsignale erhalten werden, die dem Ionisationsgrad der Gaskomponente entsprechen.
Diese für die vorliegende Erfindung verwendete Detektorart benötigt nicht die
Verbrennung von Wasserstoffgas wie ein FID (Flammenionisationsdetektor) oder ein
FPD (Flammenphotometriedetektor), wodurch sie sicher ist und klein baut, und ist
dennoch, verglichen mit einem FID und einem FPD, von hoher Empfindlichkeit und
Genauigkeit, und hat weiter den Vorteil, daß kostengünstige Luft als Trägergas
verwendet werden kann. Weiter ist APIMS (Massenspektrometrie mit
Umgebungsdruckionisation), die sehr empfindlich und genau ist, sehr groß bauend und deshalb für
die vorliegende Erfindung nicht anwendbar. Darüber hinaus ist ein weiterer Detektor
mit hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit der potential gesteuerte
Elektrolysegassensor, der aber nur fallweise verwendet werden kann, da er auf die Verwendung von
Gasen wie Kohlenmonoxid oder Wasserstoffverbindungen beschränkt ist. Deshalb ist
die
ser Detektor auch nicht für die vorliegende Erfindung brauchbar. Von Bedeutung ist,
daß der PID keine radioaktive Quelle verwendet.
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Der Ausatemluftansaugteil ist so ausgebildet, daß er die Ausatemluft
(ausgeatmetes Gas) dem Probenwiegeteil zuführt und einen Ausatemluftsammler wie
ein Mundstück oder eine Maske zum Sammeln der Ausatemluft und eine Sammelröhre
(eine Sammelsonde), die an einem Ende des Ausatemluftsammlers befestigt ist,
aufweist. Der Ausatemluftsaugteil, insbesondere die Sammelröhre (Sammelsonde) ist
vorzugsweise an ihrer Innenfläche auf die menschliche Körpertemperatur oder höher
beheizt, beispielsweise auf 36 bis 100ºC, vorzugsweise auf 40 bis 50ºC. Damit wird
verhindert, daß die Feuchtigkeit der Ausatemluft auskondensiert und an der Innenwand
der Sammelröhre haften bleibt, wodurch viel Gaskomponenten gelöst und adsorbiert
würden. Zum Heizen der Sammelröhre kann ein Heizelement am Umfang außen oder
innen an der Sammelröhre angeordnet sein, oder die Röhre kann aus einem sich
aufheizenden Material gefertigt und mit einem Isoliermaterial abgeschirmt sein. Weiter
kann die Sammelröhre einen Temperaturregelmechanismus aufweisen. Der
Ausatemluftsammler kann aus Hygienegründen wegwerfbar sein.
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Es kann dafür Sorge getragen werden, daß die Ausatemluft zuerst in einem
getrennten Ausatemluftsammelmittel, wie einem großen Injektor oder einen Ballon zuerst
gesammelt wird (anstatt direkt in die Untersuchungsvorrichtung eingeblasen zu
werden) und dann durch die Sammelröhre in die Vorrichtung eingegeben werden.
Alternativ kann man die Ausatemluft in vorbestimmter Menge mittels einer Spritze
sammeln und dann von einem Ausatemluftprobeninjektionsteil, das an der stromauf
gelegenen Seite der Säule liegt, injiziert werden. In diesen Fällen muß man die
Ausatemluftsammelmittel, z. B. den Injektor, den Ballon oder die Spritze auf einer bestimmten
Temperatur halten oder heizen, so daß der Innenraum des Ausatemluftsammelmittels
auf einer Temperatur verbleibt, die über der menschlichen Körpertemperatur liegt.
Der Probenwägeteil sammelt und hält als Ausatemluftprobe eine vorbestimmte
Menge eines Teils der Ausatemluft, die vom Ausatemluftsaugteil zugeführt wurde. Das
Sammeln der vorbestimmten Menge des Luftteils kann dadurch erfolgen, indem der
Patient die Ausatemluft mit Druck ausatmet, oder man kann vorzugsweise eine
Pro
bennahmepumpe verwenden, um die Ausatemluft einzusaugen oder zu drücken. Die
Verwendung einer Probennahmepumpe hat den Vorteil, daß die Ausatemluft einfach
bei Säuglingen oder bewußtlosen Patienten gesammelt werden kann, und daß eine
Kontamination (Niederschlag) an der Innenwand der Sammelröhre, der von der
Ausatemluft der vorherigen Person stammt, gereinigt und entfernt werden kann, indem
Umgebungsluft oder Ausatemluft des nächsten Patienten eingesaugt wird.
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Der Probenwägeteil kann so aufgebaut sein, daß ein Trägergaskanal teilweise
zwei Ventile hat, so daß dazwischen eine Wägekammer gebildet ist, deren Vorderseite
durch ein Ventil an ein Ende der Sammelröhre angeschlossen ist. Auch kann der
Sammelwägeteil ein bekanntes Sechswegeventil (Injektionsventil) verwenden, oder so
aufgebaut sein, daß ein Ende der Sammelröhre an einen Zylinder angeschlossen ist, der
als Wägekammer dient, um dem Trägergaskanal die Ausatemluftprobe einzuspeisen,
die in der Wägekammer gesammelt wurde. Die vorbestimmte Menge der
Ausatemluftprobe hängt von der Kapazität des Detektorteils ab, und kann zwischen 0,05 und 5,0
ml, vorzugsweise zwischen 0,1 und 08 ml liegen: Der Probenwägeteil, insbesondere
die Wägekammer, muß auf einer konstanten Temperatur über der Temperatur des
menschlichen Körpers gehalten werden (beispielsweise auf der gleichen Temperatur
wie die Sammelröhre), um einen feuchten Niederschlag zu verhindern, und die Masse
der Ausatemluftprobe konstant zu halten.
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Der Trägergaseinspeiseteil speist ein Trägergas ein, das die Ausatemluftproben
in die Trennsäule schickt. Eine Trägergasquelle ist vorzugsweise im Hinblick auf die
Tragbarkeit der erfindungsgemäßen Untersuchungsvorrichtung ein klein bauender
Gaszylinder. Ist die Untersuchungsvorrichtung fest eingebaut verwendet, kann ein
größerer Gaszylinder als Trägergasquelle verwendet werden. Da nach der Erfindung keine
Wasserstoffflamme nötig ist, wird als Trägergas gereinigte Luft eingesetzt, die
kostengünstig ist. Auch kann Umgebungsluft anstelle Druckluft in einem Zylinder verwendet
werden, die von einer Verdichterpumpe zugeführt wird. Der Luftzylinder, d. h. das
Gefäß selbst, ist schwer und benötigt einen Druckregler, so daß die Tragbarkeit der
Untersuchungsvorrichtung vermindert wird, wenn sich der Luftzylinder in ihr befindet.
Weiter ergibt sich beim Gaszylinder das Problem, daß er teuer ist und arbeits- sowie
kostenintensiv durch häufiges Austauschen aufgrund des geringeren Luftgehaltes,
wenn man den Luftzylinder kleinbauend auslegt. Im Gegensatz dazu benötigt man
diese Arbeit nicht, wenn überall vorhandene Umgebungsluft als Trägergas verwendet
wird, was es weiter ermöglicht, die Untersuchungsvorrichtung kleiner bauend
auszulegen. Dann ist ein Luftfilter mit einem Art Sorbens o. ä. vorgesehen, um die eingesaugte
Umgebungsluft zu reinigen, wodurch Auswirkungen von Spurengasen der
eingesaugten Umgebungsluft ausgeschaltet werden können.
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Im einzelnen wird die Umgebungsluft, die in der Atmosphäre ständig vorhanden
ist, in der Maschine gereinigt, indem die Luft durch ein Adsorptionsfilter geführt wird
und die gereinigte Luft durch eine Verdichterpumpe unter Druck gesetzt und ein
Trägergas verwendet wird. Der Adsorptionsfilter ist vorgesehen, um Partikel (Staub) zu
entfernen, die in der eingesaugten Atmosphäre enthalten sind, oder um
Verunreinigungen (ebenfalls vorhandene Moleküle), die die beabsichtigte Untersuchung behindern,
zu entfernen. Der Adsorptionsfilter kann ein Adsorbens aufweisen, beispielsweise
Aktivkohle oder Zeolithe, eine Filterlage aus Fasern o. ä., eine Hochspannungsadsorption
oder eine Abbauvorrichtung wie eine UV-Lampe o. ä. oder eine beliebige Kombination
dieser Bauteile. Weiter kann die Verdichterpumpe eine klein bauende elektrische
Pumpe sein, die eine Verdichtung auf 0,5 bis 1,0 kg/cm² ermöglicht. Dadurch ist der
Energieverbrauch der Pumpe und des Detektors gering, wodurch eine Batterie als
Energiequelle ausreicht. Der Trägergaszuführteil kann weiter Vorrichtungen wie einen
Druckfühler aufweisen, der die Stabilität der Verdichterpumpe dahingehend
überwacht, ob der Druckzustand stabil ist oder nicht, ein Nadelventil und einen
Flußmesser, welche den Trägergasfluß (gereinigte Luft), der der Trennsäule zugeführt werden
soll, einstellen, einelektromagnetisches Dreiwegeventil, das das Trägergas an die
Atmosphäre abläßt, wenn es nicht durch die Säule strömen soll. Darüber hinaus kann ein
Druckluftreservoir an der Druckseite der Verdichterpumpe vorgesehen sein.
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Der Detektor ionisiert das Sauerstoffgas zu Ozon. Obwohl die
Ozonkonzentration zwischen 10 und 50 ppm liegt, ist die Bildung von Ozon nicht wünschenswert, da
die Ausatemluftuntersuchung üblicherweise in Krankenhäusern durchgeführt wird. (Da
das Ozon selbst vom Detektor nicht detektiert wird, wirkt es sich nicht auf die
Meß
werte der Untersuchung aus.) Es ist deshalb zu bevorzugen, zusätzlich stromab des
Detektors einen Ozonbehandlungstank vorzusehen, der das Ozon absorbiert oder das
Ozon zu Sauerstoff mittels ultravioletter Strahlung oder Strahlung anderer Wellenlänge
reduziert. Alternativ kann ein Teil oder das gesamte abgeführte Trägergas in einem
Mischtank mit einer ersten gereinigten Luft (die durch ein erstes Adsorptionsfilter
strömt) gemischt werden, und dann durch ein zweites Adsorptionsfilter geführt
werden, so daß eine zweite gereinigte Luft erhalten wird, die dann durch die
Verdichterpumpe unter Druck gesetzt und als Trägergas verwendet wird. Im Mischtank oxidiert
das im abgelassenen Trägergas enthaltene Ozon empfindliche Bestandteile, die in der
ersten gereinigten Luft verblieben und bei Nachweis durch den Detektor zu Rauschen
führten. Die erste gereinigte Luft wird dann durch den zweiten Adsorptionsfilter
geführt, der aus Aktivkohle oder Zeolith besteht, wodurch eine hochgereinigte Luft
erhalten wird. Da die Luftfeuchtigkeit keine Auswirkung auf die Messung hat, ist eine
Entfeuchtung nicht so wichtig. Falls nötig, kann man ein Trocknungsmittel teilweise im
Adsorptionsfilter vorsehen.
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Der Detektorteil weist weiter eine Säule zum Trennen der Zielgaskomponenten
auf, die in der ausgeatmeten Luft enthalten sind, sowie einen Detektor. Die Säule
verwendet eine Kapillarsäule, alternativ kann aber auch eine gepackte Säule verwendet
werden, je nach Art der zu detektierenden Gase. Die Füllung der gepackten Säule und
die Flüssigphase der Kapillarsäule wird abhängig von den zu detektierenden Gasen aus
unterschiedlichsten Arten von Füllungen und Flüssigphasen ausgewählt, die bereits
bekannt sind, wobei die Anforderung an die Untersuchung berücksichtigt wird, wie
Meßgenauigkeit, Reproduzierbarkeit und Geschwindigkeit. Möchte man dabei nur eine
Gassorte detektieren, wird man die entsprechende Füllung auswählen, die besonders
zur Bestimmung dieses Gases geeignet ist. Natürlich können auch bei gewissen
Umständen (Krankheiten) Untersuchungen Messungen erfordern, bei denen mehrere Gase
detektiert werden müssen, und mehrere Gase können hinsichtlich mehrerer Zielgrößen
in einem Vorgang untersucht werden, um Arbeit zu sparen. Findet man in solchen
Fällen keine ideale oder geeignete Füllung, können solche Sonderumstände erfordern,
daß mehrere Säulen parallel verwendet werden, so daß mehrere Detektoren eingesetzt
werden. Weiter muß die Trennsäule auf konstanter Temperatur gehalten werden, um
Reproduzierbarkeit zu erreichen. Vorzugsweise sollte die Säule auf so niedrigerer
Temperatur wie möglich gehalten werden, beispielsweise zwischen Raumtemperatur
(20ºC) und 50ºC, um eine Zersetzung oder Veränderung der zu detektierenden Gase zu
verhindern.
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Der Photoionisationsdetektor (PID) ist der für die Erfindung geeignete
Detektor. Beim PID nutzt man den Effekt aus, daß eine Zielgaskomponente, die mit
ultravioletter Strahlung, deren Energie über dem Ionisationspotential des Gases liegt, bestrahlt
wird, dadurch ionisiert wird. Ein Teil des ionisierten Gases wird in einen
Ionisationsstrom umgesetzt, der zwischen den Ausgangselektroden fließt, so daß die
Konzentration der detektierten Gasbestandteile sich aus der Größe des Ionsisationsstromes
ergibt.
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Ein Hauptteil des arithmetischen Rechners ist ein Mikrocomputer, der ein
Betriebsprogramm für die gesamte Ausatemluftuntersuchungsvorrichtung steuert, der
nach Empfang der Meßsignalausgabe vom Detektor durch Weiterverarbeitung der
Signale die Konzentration einer Zielgaskomponente durch Verwendung einer zuvor
eingespeicherten Arbeitskurve berechnet, die berechnete Konzentration als klinische
Untersuchungsdaten abspeichert oder die Daten auf eine Anzeigevorrichtung (Display)
oder eine Aufzeichnungsvorrichtung (Drucker) ausgibt, oder Eingabesignale über eine
Tastatur empfängt.
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Der Einsatz der erfindungsgemäß wie oben aufgebauten
Untersuchungsvorrichtung geschieht folgendermaßen.
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(1) Erst wird der Probensammler auf oder an den Mund bzw. das Gesicht des
Patienten gesetzt. Der Meßstartknopf wird an der Tastatur gedrückt und zugleich läßt
man den Patienten einige Sekunden lang Luft einblasen. Hält eine Person (Patient)
ungefähr 10 bis 20 Sekunden vor dem Ausatmen in den Kollektor die Luft an und wird
ein sehr geringer Anteil der gerade ausgeatmeten Ausatemluft verworfen, kann der
Rest als Alveolenluft angesehen werden, deren Bestandteile im Gleichgewicht mit dem
Partialdruck der im venösen Blut gelösten Gase angesehen werden kann, wodurch eine
Messung mit sehr guter eproduzierbarkeit erreicht ist.
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(2) Die Ausatemluft wird durch die Sammelröhre eingesaugt und ein Teil der
Luft wird in der Wägekammer gesammelt und mit dem Trägergas in die Trennsäule
eingegeben.
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(3) Spuren der Zielgaskomponenten in der Ausatemluft werden in der Säule
getrennt und im Detektor ionisiert, und der Ionisationsgrad des Gases mit hoher
Empfindlichkeit detektiert.
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(4) Der Ausgang des Detektors wird arithmetisch weiter verarbeitet und die
Konzentration der Zielgaskomponente wird mittels einer zuvor eingelesenen
Arbeitskurve berechnet und als klinische Untersuchungsdaten abgespeichert oder auf der
Ausgabevorrichtung ausgegeben. Jede Messung endet nach einigen Dutzend Sekunden
oder mehreren Minuten, je nach Art der zu detektierenden Gasen, so daß die
Konzentration eines einzelnen oder mehrerer besonderer Gaskomponenten, die in der
Ausatemluft enthalten sind, schnell und genau gemessen werden kann.
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Als nächstes wird die Untersuchung der Ausatemluft mittels der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Untersuchung der Ausatemluft am Beispiel von
Untersuchungen auf Diabetes und Hyperammonämie beschrieben und mit der bekannten Blut- und
Urinanalyse verglichen.
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Diabetes kann durch die Reihenuntersuchung von Urin (Urinzuckerwerte),
exakte Untersuchungen an Blut (Blutzucker, Glukosetoleranztest, HbAlc, Saccharin
Hb Test usw.) und durch die Messung von Ketokörpern im Blut diagnostiziert werden.
(Ketonkörper ist ein Oberbegriff für drei Komponenten Aceton, Acetoacetsäure und 3-
Hydroxybutrylsäure). Es wird gesagt, daß Diabetiker einen erhöhten Ketokörperspiegel
im Blut haben, nämlich 3-Hydroxybutrylsäure (3-OHBA). Die Ketokörper im Blut
oder Urin (bei der Untersuchung) werden üblicherweise durch einen Nitroprusidtest
gemessen, der in Wirklichkeit nicht exakt die 3-Hydroxybutrylsäure messen kann. Ein
käuflich verfügbarer Test (KETOLEX von Sanwa Chemical Co., Ltd.), der mittels
Colorimetrie 3-Hydroxybutyrat Dehydrogenase mißt, ermöglicht die Messung der 3-
Hydroxybutrylsäure, hat jedoch die Nachteile hoher Einsatzkosten und daß das
Reagenz nicht lang aufbewahrt werden kann. Die Konzentration im Urin korreliert darüber
hinaus nicht gut mit der im Blut und die Reihenuntersuchumg hat mehrere Nachteile, so
daß man sich nur auf die Blutanalyse verlassen kann.
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In vivo (im Blut) besteht für die Ketokörper ein Zusammenhang zwischen
Gleichgewicht und Dekomposition durch die Acetoacetylsäure (AcAc) wie durch
folgende Formel ausgedrückt wird.
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Ac ← AcAc 3-OHBA
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Die Ketokörper erscheinen oder werden abgegeben hauptsächlich in der Form
von Aceton (Ac) in der Ausatemluft durch Luftvesikel, und Ac, AcAc und 3-OHBA
werden in Mengen gemessen, die zur Blutkonzentration korreliert. Durch Einsatz der
Untersuchungsvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung können Ketonkörper
(insbesondere das schnell in der Ausatemluft auftretende Aceton) in relativ kurzer Zeit
gemessen werden, ohne daß den Personen Schmerzen zugefügt werden. Deshalb kann
die Untersuchungsvorrichtung zur Reihenuntersuchung von Diabetes, Fasten oder
Fehlernährung und ebenso zur exakten Untersuchung und Überwachung verwendet
werden.
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Beim Fall einer Leberdysfunktion, insbesondere bei. Neugeborenen, und bei
Urämie, zeigt Ammoniak hohe Toxizität, und 2 mg/dl oder mehr an Ammoniak
verursacht bei den Patienten eine Intoxikation mit Koma, und Patienten mit einer
ernsthaften Leberstörung haben Konzentrations- oder Bewußtseinsstörungen. Ammoniak im
Blut wurde bislang über eine colorimetrische Analyse gemessen, bei der Ammoniak
durch verschiedene Techniken abgetrennt wurde oder mit Enzymen untersucht wurde.
Diese Methoden haben jedoch Nachteile dahingehend, daß sie eine spezielle
Analyseinstrumentation und sehr komplizierte Techniken zum kühlen des Blutes nach der
Entnahme oder die Deproteinisation oder viel Arbeit erfolgen, und daß diese Tests von
Inhibitorsubstanzen gestört werden. Darüber hinaus liegt Ammoniak im Blut im
allgemeinen nur in Spuren vor und nimmt in der Konzentration nach der Blutentnahme
zu, wenn dieses stehengelassen wird. Deshalb muß man Ammoniak im Blut so schnell
wie möglich mittels eines Meßverfahrens hoher Empfindlichkeit messen. Die
bekann
ten Verfahren erfüllen diese Anforderungen nicht vollständig und haben
Schwierigkeiten mit der Meßgenauigkeit.
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Demgegenüber kann die Untersuchungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
die Konzentration von Ammoniak, die mit der Konzentration des Ammoniaks im Blut
korreliert, durch einfache Messungen der Anteile an Ammoniak in der Ausatemluft
erfassen, ohne dem Patienten Schmerz zuzuführen.
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Die erfindungsgemäße Ausatemluftuntersuchungsvorrichtung kann die
folgenden Analysemessungen der meisten im Blut enthaltenen Gasbestandteile durchführen,
zusätzlich zu den oben erwähnten Messungen der Ketonkörper und des Ammoniaks.
Im einzelnen kann die Untersuchungsvorrichtung schnelle Messungen mehrerer
Bestandteile niederer Fettsäuren durchführen, die als Index für einen Leberfunktionstest
dienen (hepatitische Insuffizienz), die gleichzeitige schnelle Messung von Ammoniak
und Aminen, die als Index eines Hyperammonämietestes dienen, die gleichzeitige
schnelle Messung von Hydrogensulfiden und Merkaptan, das von Leberkrankheiten
herrührt (hepatitische Insuffizienz) oder Mundchirurgiestörungen (Ozostomie), die
gleichzeitige schnelle Messung gering gesättigter Kohlenwasserstoffe (Ethan, Propan,
Butan, Penthan usw.), die als Index für das Vorhandensein oder das
Nichtvorhandensein der Bildung von Lipoperoxiden (Indexfaktor für die Karzigonese) und die schnelle
Messung des Überwachungszustandes von Vergiftungen durch chemische Substanzen
(Vergiftungen durch CO, Alkohol oder andere flüchtige toxische chemische
Substanzen) und anderer Zustände vor der Behandlung durchführen.
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Die Untersuchungsvorrichtung ermöglicht die Messung von Phenylacetylsäure,
die von Phenylketonurie verursacht wird, welche Messung bislang durch eine
Urinanalyse durchgeführt wurde, die Messung von Methan und Wasserstoff (die von
speiseröhrenkanalgängigen Störungen oder intestinalen abnormalen Fermentationen herrührt
(die nicht in Blut und Urin meßbar sind, und die Messung leichter Kohlenwasserstoffe,
wie Ethan und Penthan (die von der Exposition organischer Kohlenwasserstoffe oder
Lipoperoxiden verursacht werden kann). Bei Schwefelbestandteilen, wie
Hydrogensulfid und Mercaptan kann man manchmal nicht unterscheiden, ob sie von visceraler
Affektion oder von Mundraumentzündungskrankheiten herstammen. Da eine
Münd
spülung mit sauberem Wasser oder einer wässrigen Lösung aus Wasserstoffperoxiden
oder die Entfernung eines Zungenbelags den Einfluß der Ozostomie verdrängen kann,
kann in solchen Fällen die Ausatemluft vor und nach der Mundwaschung o. ä.
gemessen werden, um die von diesen Erkrankungen herrührenden jeweiligen Gase zu
detektieren.
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Weiter müssen im Fall von visceralen Störungen einzelne Gasbestandteile nicht
unbedingt mit den entsprechenden Störungen zusammenhängen, ähnlich wie bei den
Untersuchungen von Blut und Urin. Für die Reihenuntersuchung kann eine Gasart wie
im obigen Beispiel gemessen, nur einen schwachen Korrelationsgrad zur
entsprechenden Krankheit aufweisen. Dann kann die Flüssigphase der Säule und das
Meßprogramm so gewählt werden, daß die Detektion mehrerer Gasbestandteile möglich ist, so
daß die Messung hinsichtlich mehrerer Krankheiten oder die Messung hinsichtlich
einer einzigen Krankheit mit hoher Genauigkeit erfolgen kann. Im folgenden werden
Gruppen von Zielgasen bei der Messung hinsichtlich mehrerer Krankheiten aufgeführt:
(a) Erkrankungen des Erwachsenen: Untersuchungen
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- Aceton Diabetes
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- Ammoniak Leber, Niere
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- Methylmercaptan Leber, Niere
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- Acetaldehyd Leber, Niere
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- Pentan Bildung von Lipoperoxid
(b) Neugeborene und Säuglinge
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- Ammoniak Hyperammonämie (angeborener
Metabolismusfehler)
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- Phenylacetylsäure Phenylketonurie (angeborener
Metabolismusfehler)
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- Isovalerinsäure Isovalerinsäurenämie (angeborener
Metabolismusfehler)
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- Methylmercaptan Leber, Niere
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Die erfindungsgemäße Untersuchungsvorrichtung, insbesondere eine mit einer
Probennahmepumpe ist zum automatischen Betrieb geeignet, nachdem die Person
lediglich die Luft in das Gerät geblasen hat. Dann kann die Untersuchung einfach
ausgeführt werden, unabhängig vom Alter, Geschlecht oder Erkrankungszustand des
Patienten für beliebige Personen wie alte Männer oder Frauen, Neugeborene, Säuglinge,
bewußtlose Patienten oder ernsthaft marasmische Patienten. Darüber hinaus kann die
Untersuchungsvorrichtung, da sie kleinbauend und leicht zu bedienen ist, vielfältig für
die Untersuchung und die Diagnose von Metabolismuserkrankungen oder
Vergiftungserscheinungen, Toleranztests, Überwachungen im Verlauf von Krankheiten und als
Testinstrument für die ambulante Behandlung verwendet werden.
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die in den beigefügten
Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele beschrieben. Dabei ist die vorliegende
Erfindung nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Merkmale eingeschränkt. Fig. 1
zeigt ein Blockdiagramm einer Ausatemluftuntersuchungsvorrichtung 2 nach der
vorliegenden Erfindung. Die Untersuchungsvorrichtung 1 hat einen Ausatemluftsaugteil 2,
ein Probenwägeteil 3, ein Trägergaszuführteil 4, ein Detektorteil 5, ein arithmetisches
Rechenteil 6, eine als Eingabevorrichtung dienende Tastatur 7 und einen als
Ausgabevorrichtung dienenden Drucker 8.
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Der Ausatemluftsaugteil 2 weist eine Ausatemluftsammelmaske 21 auf, die als
Ausatemluftsammler dient, und eine Sammelröhre 22, die am vordersten Ende der
Maske 21 befestigt ist. Die Sammelröhre 22 hat einen Teflonschlauch 23 (1 bis 5 mm
Innendurchmesser und ungefähr 1 m lang), auf dem ein Heizer 24 befestigt ist und der
mit einem Wärmeisolationsmaterial 25 abgeschirmt ist, so daß der Schlauch 23 innen
geheizt ist, um zu verhindern, daß die Feuchtigkeit aus der Ausatemluft sich an der
Innenfläche des Schlauches 23 niederschlägt. Es wird auf eine Temperatur zwischen
36 und 100ºC, beispielsweise auf 40ºC durch einen Regler geregelt, geheizt. Anstelle
der Ausatemluftsammelmaske 21 kann ein Mundstück verwendet werden.
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Der Probenwägeteil 3 hat einen Triggergaskanal 31, der teilweise mit zwei
Gruppen von elektromagnetischen Dreiwegeventilen 32, 33 versehen ist, zwischen
denen eine Wägekammer 34 gebildet ist, an deren Vorderseite ein Ende der Sammelröhre
22 durch das elektromagnetische Ventil 32 angeschlossen ist. Die Wägekammer 34 ist
ähnlich der Sammelröhre 22 aufgebaut, da dieselben Materialien verwendet wurden, so
daß die Wägekammer 34 ebenfalls auf ca. 40ºC geheizt ist. Das Volumen der
Wägekammer 34 beträgt ungefähr 0,5 ml. Eine Saugpumpe 36 ist am hinteren
elektromagnetischen Ventil 33 über einen Abführschlauch 35 befestigt. Eine
Probeninjektionsleitung 37 verbindet weiter das elektromagnetische Ventil 33 mit einer Säule 51, so daß
der Trägergaskanal 31 einen Trägergaszufürschlauch 42, die Wägekammer und die
Probeninjektionsleitung 37 aufweist. Läßt man die Saugpumpe 36 weg, kann ein
Patient (eine Person) Luft durch die Sammelröhre blasen und so seine Ausatemluft
einbringen.
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Sammelt man eine bestimmte Menge der Ausatemluft mittels einer Spritze
anstelle des direkten Einblasens des Atems der Person in die Sammelröhre (ebenso bei
dem Fall, wenn man einen Ballon oder einen größeren Injektor verwendet), kann als
Modifikation anstelle des Ausatemluftsaugteils 2, ein Ausatemluftprobeninjektionsteil
(Einlaß) 34 am Eingang der Säule vorgesehen werden, wie in Fig. 1 dargestellt ist, so
daß durch das Teil 54 eine abgewogene Ausatemluftprobe in die Säule eingegeben
wird.
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Das Trägergaszuführteil 4 weist einen kleinen Luftzylinder 41 auf, der Reinluft
enthält, und eine Trägergaszuführleitung 42, die an das elektromagnetische Ventil 32
angeschlossen ist. Bezugszeichen 43 bezeichnet ein elektromagnetisches
Dreiwegeventil. Das in Fig. 2 dargestellte Trägergaszuführteil 9 ist ein abgewandeltes
Ausführungsbeispiel, bei dem kein Luftzylinder 41 verwendet wurde, stattdessen wird die
Umgebungsluft der Vorrichtung durch eine Verdichterpumpe unter Druck gesetzt und
als Trägergas eingespeist. In diesem Fall ist ein Luftfilter 45 mit einer
Adsorptionsschicht nötig, um Einflüsse von Spurengasen in der eingesaugten Umgebungsluft zu
verhindern. Bezugszeichen 46 bezeichnet einen Flußmesser.
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Die Fign: 3 und 4 sind Blockdiagramme, die weitere abgewandelte Beispiele
des Trägergaszuführteils mit der Verdichterpumpe zeigen. Im Trägergaszuführteil 10,
das in Fig. 3 dargestellt ist, wird die Luft A, die aus der Umgebung angesaugt wurde,
durch den Luftfilter 45 geleitet, um Partikel (Staub) oder die Verunreinigung durch
vorliegende Moleküle zu entfernen, und dann durch die Verdichterpumpe 44 zum
Trägergas C verdichtet wird, und durch eine Flußeinstellvorrichtung wie einen
Druckmesser 47 und ein Nadelventil 48 zum elektromagnetischen Dreiwegeventil 49 geleitet
wird. Das Trägergas C wird dann der Säule 51 durch das elektromagnetische
Dreiwegeventil 49 zugeführt, und trägt die Ausatemluftprobe S. die in der Wägekammer 34
gespeichert wurde, in die Säule. Die in der Probe enthaltenen Zielgaskomponenten
werden in der Säule entsprechend getrennt und gelangen so in einen Detektor 52,
dessen ausgegebene Meßsignale dem arithmetischen Rechenteil zugeführt werden (nicht
in Fig. 3 dargestellt). Wird das Trägergas 10 nicht der Säule zugeführt, kann es
teilweise durch die Auslaßleitung 35 lecken, die an das elektromagnetische Ventil 49
angeschlossen ist. Bezugszeichen 91 bezeichnet in Fig. 3 ein elektromagnetisches
Dreiwegeventil oder ein Injektionsventil. Darüber hinaus kann ein Ozonmischtank 91
stromab des Detektors 52 vorgesehen werden, um im abgelassenen Trägergas Ozon zu
entfernen. Mit Bezugszeichen 93 ist ein Druckluftreservoir bezeichnet, das es
ermöglicht, die Arbeitsintervalle der Verdichterpumpe 44 zu verlängern, wenn das Reservoir
vorgesehen ist.
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Beim Trägergaszuführteil 11 der Fig. 4 wird Luft A aus der Atmosphäre oder
der Umgebung durch einen ersten Luftfilter 45a geleitet, um Partikel (Staub) oder
Verunreinigung durch Moleküle zu entfernen und eine erste gereinigte Luft A1 zu
erhalten, die in einen Mischtank 94 eingeleitet wird. Im Mischtank 94 werden die in der
gereinigten Luft A1 verbleibenden Verunreinigungen der Oxidation durch das im
abgelassenen Trägergas E (wird später noch beschrieben) enthaltenen Ozon
unterworfen und weiter zu einem zweiten Luftfilter 45b abgezogen indem die erste Luft A 1 zu
einer zweiten gereinigten Luft A2 wird, von wo sie mittels der Verdichterpumpe 44
zum Trägergas C unter Druck gesetzt wird. Die anderen Merkmale in dieser
Ausführungsform entsprechen denen der Fig. 3.
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Der Detektor 5 weist eine Säule 51 zum Trennen der Zielgaskomponenten, die
in der Ausatemluft enthalten sind, und einen Detektor 52 auf. Die Säule 51 ist eine
Kapillarsäule, und der Detektor 52 ein Photoionisationsdetektor (PID). Der PID setzt
die Zielgaskomponenten ultravioletter Strahlung aus, deren Energie größer ist als das
Ionisationspotential der Zielgase, um diese zu ionisieren und den Ionisationsgrad der
Gase mittels Elektroden in einen Ionisationsstrom umzusetzen und diesen auszugeben.
Der Detektor ist relativ kleinbauend, und dennoch sehr genau und hoch empfindlich.
Die Säule 51 und der Detektor 52 werden von einem Heizer 53 auf einer konstanten
Temperatur von ca. 40ºC gehalten. Die Flüssigphase der Säule wird aus bekannten
Flüssigphasen ausgewählt, so daß man die gewünschten Bestandteile des Zielgases,
beispielsweise Ketokörper mit einer Retentionszeit von einigen Dutzend Sekunden bis
mehreren Minuten erfassen kann.
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Ein Hauptbestandteil des arithmetischen Rechenteils 6 ist ein Mikroprozessor
61, der ein Betriebsprogramm für die gesamte Ausatemluftuntersuchungsvorrichtung
steuert und Meßsignalausgaben des Detektors 51 zur Weiterverarbeitung empfängt, die
Konzentration einer Zielgaskomponente mittels einer zuvor eingespeicherten
Arbeitskurve berechnet und die berechnete Konzentration als klinische Untersuchungsdaten
auf einem Drucker ausgibt oder Eingabesignale zur Ausgabe von Betriebsbefehlen für
einzelne Bestandteile über eine Tastatur empfängt.
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Zum Einsatz der Untersuchungsvorrichtung wird zuerst ein Hauptschalter an der
Tastatur 7 eingeschaltet, damit die einzelnen Bauteile eine konstante Temperatur
erreichen. Die Ausatemluftsammelmaske 21 wird an das Gesicht des Patienten angepaßt,
und der Messungsstartknopf der Tastatur 7 gedrückt. Die Ausatemluft B wird vor der
Saugpumpe 36 ausgeatmet, worauf ein Teil der Luft B in die Wägekammer gefüllt
wird, um als vorbestimmte Menge einer Ausatemluftprobe B durch Verschließen der
elektromagnetischen Ventile 32 und 33 gesammelt werden kann. Eine Person atmet die
Ausatemluft ungefähr 5 Sekunden lang aus. Die Ausatemluftprobe S wird durch das
aus dem Luftzylinder 41 o. ä. abgelassene Trägergas C in die Säule 51 eingegeben und
abhängig von den einzelnen Retentionszeiten der Zielgase getrennt und aufgeteilt und
dann getrennt im Detektor 52 ionisiert, so daß der Ionisationsgrad der Gase in das
elektrische Ausgangssignal umgesetzt wird. Das elektrische Signal wird vom
arithmetischen Rechenteil 6 so verarbeitet, daß die in der Ausatemluft enthaltene
Konzentration an Zielgasbestandteilen (z. B. Ketonkörper) mittels einer zuvor eingespeicherten
Arbeitskurve bestimmt wird. Die Messung endet ca. 2,5 Minuten nachdem die
Ausatemluft der Person in die Vorrichtung eingesaugt wurde.
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Fig. 5 zeigt ein Gaschromatogramm bei der Messung von Aceton, das ein Maß
für die Ketokörper ist und als Untersuchungsindex für Diabetes, Fehlernährungen und
Fasten dient. Die Messung wurde bei einer Säulentemperatur von 45ºC und einem
Trägergasfluß (gereinigte Luft) von 7; 0 ml/min durchgeführt. Die gestrichelte Linie in
Fig. 6 zeigt das Meßergebnis eines Prüfgases mit 5 ppm Aceton
(Stickstoffgleichgewicht), und Aceton wurde bei einer Retentionszeit von 50,5 s (Peak
Nr. 3A) gefunden. Die durchgezogene Linie zeigt das Meßergebnis der Ausatemluft
eines Gastpatienten mit Diabetes (nicht insulinbehandelt), und ein scharfer Peak (Peak
Nr. 3) wurde an der Stelle aufgezeichnet, die einer Retentionszeit von 50,3 s entspricht.
Daraus ergibt sich, daß die Ausatemluft dieses Patienten ungefähr 5 ppm Aceton
enthielt. Die anderen Peaks zeigen einzelne Bestandteile der Ausatemluft, Peak Nr. 2
wurde als Acetaldehyd und Peak Nr. 5 als Methanol identifiziert. Peaks Nr. 1 und Nr. 4
wurden nicht identifiziert. Daraus ergibt sich, daß Ketokörper (Aceton) als
Indexbestandteil dienen und in kurzer Zeit ohne Querbeeinflussungen durch andere in der
Ausatemluft enthaltene Bestandteile gemessen werden.
WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Wie sich aus obigem klar ergibt, betrifft die vorliegende Erfindung eine
Ausatemluftuntersuchungsvorrichtung und ein Verfahren zur klinischen Anwendung, bei
dem eine Ausatemluft einer Person analysiert wird, um Gasspuren in der
Ausatemluftprobe zu erfassen. Eine Ausatemluftprobe, die von einem Ausatemluftansaugteil
zugeführt wird, wird durch eine Säule zu einem Detektor geschickt, der Spuren der
Zielgasbestandteile, die in der Ausatemluft enthalten sind, durch die Anwendung von
ultravioletter Strahlung auf die Zielgaskomponenten detektiert, um diese
Zielgaskompo
nenten festzustellen, was die Konzentrationsmessung der Gasbestandteile ermöglicht.
Deshalb hat die Erfindung die folgenden Merkmale.
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(1) Die Erfindung verwendet als Probe die Ausatemluft, was ein nichtinvasives und
ohne Blutentnahme auskommendes Verfahren ist, wodurch dem Patienten keine
Schmerzen oder Druck- bzw. Angstgefühle verursacht werden. Deshalb kann die
Belastung des Patienten vor dem Hintergrund wiederholter Messungen bei einem
Toleranztest oder einer kontinuierlichen Überwachung vollständig entfallen.
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(2) Die Bedienung der Vorrichtung erfordert lediglich, daß die Person ihre Luft durch
den Ausatemluftsammler bläst. Deshalb muß ein Bediener keine besondere Ausbildung
zum Gebrauch der Vorrichtung haben. Hat darüber hinaus die Vorrichtung eine
Probennahmepumpe, kann man einfach Ausatemluftproben bei Säuglingen oder Patienten
mit schweren Bewußtseinsstörungen oder Bewußtlosigkeit nehmen.
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(3) Da die Ausatemluftsammelröhre (Sammelsonde) an der Innenwand beheizt ist, gibt
es keinen Verlust der Spuren an Zielgaskomponenten, die in der Ausatemluft enthalten
sind, und die Meßwerte können reproduzierbar exakt erhalten werden.
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(4) Da ein Detektor ohne die Verbrennung von Wasserstoff die Messungen mit hoher
Empfindlichkeit in kurzer Zeit ermöglicht, kann die Untersuchungsvorrichtung
kleinbauend, leicht bedienbar und mit der Möglichkeit von Schnellmessungen bei relativ
geringen Untersuchungskosten erhalten werden.
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(5) Da die Vorrichtung kleinbauend ausfallen kann, kann sie als Instrument am Bett
oder befestigt in einem Rettungswagen verwendet werden, ohne daß es bei den
Einsatzorten Einschränkungen gäbe. Darüber hinaus können die Meßergebnisse schnell
erhalten und aufgezeichnet werden (in 2 bis 3 Minuten), so daß sich ein großer Bereich
an klinischen Anwendungen ergibt, beispielsweise können die Meßwerte sofort als
klinische Daten verwendet werden.
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(6) Die Vorrichtung verwendet die Umgebungsluft als Trägergas, indem sie die
Umgebungsluft in der Maschine reinigt, wodurch diese kleinbauend, leichtgewichtig und mit
geringen Betriebskosten behaftet ausgebildet ist.
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(7) Der Trägergasauspuff wird durch den Ozonbehandlungstank geleitet und mit der
angesaugten Umgebungsluft gemischt, um das Ozon zu behandeln, wodurch keine
Umgebungsverunreinigungen entstehen.
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(8) Die Verwendung von mehreren Säulen ermöglicht die Messung mehrerer Zielgase
(jedes mit einer anderen Retentionszeit) in kurzer Zeit, so daß die Geschwindigkeit der
Untersuchung beschleunigt ist.
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(9) Die Untersuchungsvorrichtung verursacht bei den Personenen keinen Schmerz und
stellt die Untersuchungsergebnisse sofort zur Verfügung, so daß Krankheiten in einem
frühen Stadium diagnostiziert werden können.
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(10) Die Erfindung kann Meßergebnisse schneller und einfacher als
Blutuntersuchungen bereitstellen und darüber hinaus mehr Information als Urin oder andere ohne Blut
auskommende und nichtinvasive klinische Untersuchungsverfahren bieten, so daß
durch die Erfindung die Zahl an verfügbaren klinischen Berichten schnell erhöht
werden kann. Dies hat zur Folge, daß solche Meßberichte eines besonderen Gases, das uns
bislang noch nicht gegenwärtig war, einen großen Beitrag zur medizinischen
Wissenschaft liefern kann, wie die Diagnose einer neuen Krankheit oder deren Identifikation
und die Interpretation unidentifizierter Phänomene, die bislang nicht vorhergesagt
werden können.