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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft Diagnosemedizingeräte und genauer eine Vorrichtung
zur Entnahme und Analyse von alveolärem Atem.
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Kurze Beschreibung
des Standes der Technik
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Normaler
Säugetieratem,
eingeschlossen menschlicher alveolärer Atem enthält eine
große
Anzahl von flüchtigen
organischen Komponenten in geringen Konzentrationen (nanomolar oder
pikomolar). Viele dieser Komponenten stammen von dem kapillaren
Blut; sie dringen in die Bläschen
der Lungen durch Diffusion durch die alveoläre Lungenmembran ein. Demzufolge öffnet die
Analyse von Atem ein einzigartiges Fenster auf die Zusammensetzung
des Blutes.
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Die
Entnahme und Analyse des Atems weist mehrere technische Schwierigkeiten
auf, kann jedoch Information von beträchtlichem medizinischen Interesse
erreichen. Es ist offensichtlich, dass die Zusammensetzung von alveolärem Atem
in verschiedenen Unordnungen sich ändern kann, eingeschlossen Lungenkrebs,
Leberleiden, Darmentzündungen, rheumatische
Arthritis und Schizophrenie. Die chemische Analyse des Atems schafft
einen nicht-invasiven
Diagnosetest für
die Diagnose von diesen oder anderen Leiden.
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Die
hauptsächlichen
technischen Schwierigkeiten bei der chemischen Analyse von Atem
rühren her
von:
- (1) der großen Anzahl von flüchtigen
organischen Komponenten (möglicherweise
hundert oder mehr), die im Atem gefunden werden und eine Trennung
vor der Prüfung
erforderlich machen (beispielsweise durch Gaschromatographie kombiniert
mit Massenspektroskopie) (GC/MS), und
- (2) der sehr niedrigen Konzentration der Komponenten, die unterhalb
der Grenzen der Empfindlichkeit der derzeit verfügbaren GC/MS-Vorrichtungen
sind, wodurch es notwendig wird den Atem vor der Analyse zu konzentrieren.
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Die
oben beschriebenen Schwierigkeiten können durch die Verwendung einer
Atementnahmevorrichtung umgangen werden, die den Atem entnimmt und
in eine Probe konzentriert, die für die Prüfung durch GC/MS geeignet ist.
Jedoch benötigt
die Konstruktion und der Betrieb einer wirksamen Atementnahme- bzw.
Sammelvorrichtung eine Anzahl von technischen Anforderungen:
- (1) Subjektkomfort: die Vorrichtung sollte
keinen wesentlichen Widerstand beim Ausatmen aufweisen (was eine
Unangenehmheit beim Subjekt erzeugen kann, das eine Atemprobe abgibt).
- (2) Subjektsicherheit: die Vorrichtung sollte keine Gefährdung des
Subjektes darstellen, wie beispielsweise ein Aussetzen gegenüber möglichen Quellen
von inhalierten infektiösen
Mikroorganismen.
- (3) Ansteckungsfreiheit: die Vorrichtung sollte keinerlei strukturelle
Komponenten umfassen, wie beispielsweise Kunststoffe und Kleber,
die flüchtige
organische Komponenten enthalten, die kontinuierlich ausgasen, was
zur Kontaminierung der Probe führt.
- (4) Alveoläre
Proben: normaler Säugetieratem enthält zwei
Komponenten: den "Totraum"-Atem, der von der
Rachenhöhle,
der Luftröhre
und vom Bronchialbaumstamm, wo kein Gasaustausch erfolgt, und alveolärem Atem
von den Bläschen
der Lungen, der die flüchtigen
organischen interessierenden Komponenten enthält, die von dem Blut diffundiert
sind. Die Probe sollte grundsätzlich
von dem alveolärem
Atem und nicht dem "Totraum"-Atem gezogen werden.
- (5) Kontrolle der Wasserkondensation: Atem ist mit Wasser gesättigt, das
unmittelbar auf kühlen Flächen in
dem Atementnahmegerät
kondensiert. Das kann dazu führen,
dass Teile der volatilen organischen Komponenten von der Gasphase
in die Flüssigphase
abgeteilt werden, mit einer konsequenten Abreicherung der flüchtigen
organi schen Komponenten in der analysierten Probe.
- (6) Konzentration der Probe: der letztendliche Zweck der Vorrichtung
ist, die volatilen organischen Komponenten in dem alveolärem Atem
zu konzentrieren, wohingegen Stickstoff, Sauerstoff und Kohlendioxid
in der Luft ungehindert entweichen können sollen. Die herkömmlichsten
Konzentrationstechniken sind die Tieftemperaturtechnik (d. h. Fangen
in einer kalten Falle), die Adsorbtionstechnik (d. h. Fangen in
einer Falle, die ein adsorptives Harz oder einen anderen bindenden Zuschlagsstoff
enthält)
oder die chemische Technik (d. h. Fangen durch Wechselwirkung mit
einer chemischen Komponente).
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Ein
frühes
Gerät zum
Sammeln und Analysieren von alveolärem Atem wurde durch uns beschrieben,
in einem Artikel der in Clin. Chem., 38/1, 60–65 (1992) veröffentlicht
wurde. Der Stand der Technik wurde ebenfalls von uns beschrieben
in Scietific American, Vol. 267, Nr. 1, Juli 1992, Seiten 74–79. Eine
weitere Atemsammelvorrichtung ist aus der US-A-3 858 573 bekannt
und weist einen Fluidreservoirbehälter mit einem ersten Ende,
einem zweiten Ende und einem Behälterkörper, der
sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstreckt, und der,
mit dem ersten und zweiten Ende, eine innere Kammer definiert, wobei
der Behälterkörper von
einer Ausbildung ist, wodurch Atem, der in das erste Ende eingeführt wird,
sich zu dem zweiten Ende bewegt, wenn das zweite Ende entlüftet wird.
Das erste Ende ist für
den Zutritt zu der inneren Kammer offen und wirkt als ein Atemeintrittsportal,
wobei das Atemeintrittsportal zur Umgebung hin offen ist. Das zweite
Ende wird durch ein Atemaustrittsportal gelüftet.
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Die
Vorrichtung weist weiterhin ein Probeentnahmeportal in den Behälterkörper auf,
wobei das Probeentnahmeportal eine Fluidverbindung mit dem Äußeren des
Behälterkörpers schafft
und an einem Punkt zwischen dem Atemeintrittsportal und dem Atemaustrittsportal
angeordnet ist. Obwohl die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
oberflächlich ähnlich zu
der Vorrichtung, die von uns früher
beschrieben wurde ist, enthält
sie eine Anzahl von Verbesserungen, die zu funktionellen Vorteilen
geführt haben,
die es bisher nicht gab. Beispielsweise, die Ausführungsform
der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung:
- (1)
ist transportierbar und wird von einem Techniker bedient, oder in
tragbaren Ausführungsformen von
größerer Komplexität umfasst
einen Arm, der das Reservoirrohr und das Proberohr enthält; dieser
Arm kann an dem Ende geschwenkt werden, wo er an der Vorrichtung
angelenkt ist, um sich an die Höhe
des Subjektes anzupassen, die entweder sitzt oder steht. Das entferntere
Ende des Arms kann geschwenkt werden, um sich an den Mund des Subjekts
mit einem bequemen Winkel anzupassen.
- (2) Enthält
ein Heizsystem sowohl im Arm als auch in der zentralen Struktur.
Das Probenrohr und das Reservoirrohr werden über ihre Länge erwärmt, um eine Kondensation von
Wasser und flüchtigen
organischen Komponenten zu verhindern.
- (3) Eliminiert die frühere
Notwendigkeit der Zufuhr chemisch gereinigter Luft. Junge Studien
(unveröffentlicht)
haben gezeigt, dass dieser Vorgang tatsächlich Unreinheiten in das
System einführt und
zu mit menschlichen Subjekten unvereinbaren Resultaten führt. Mit
der Subjektatemraumluft sind die Resultate konsistenter und können leichter
interpretiert werden als wenn chemisch gereinigte Luft eingehaucht
wird.
- (4) Eliminiert den Vorgang des Durchziehens der Probe durch
eine Wasserfalle. Dieses Verfahren bringt die Gefahr der Kontamination
der Probe mit sich sowie die Möglichkeit
des Verlusts von wasserlöslichen
volatilen organischen Komponenten aus der Atemprobe. Das Heizsystem
macht eine Wasserfalle unnötig,
was zu einer einfacheren, chemisch reineren und betriebsichereren
Vorrichtung führt.
- (5) Optional: eliminiert Vorkehrungen für ein Respirometer am Ende
des Reservoirrohres. Tatsächlich
wurde herausgefunden das dies nicht notwendig ist.
- (6) Optional: eliminiert eine Anzahl von schweren und raumgreifenden
Komponenten, um kleiner und tragbar zu sein. Sie kann hergestellt
sein als eine handtragbare Vorrichtung, die nicht länger auf
einem Karren herumgefahren werden muss und kann sogar so verkleinert
werden, dass sie in Betrieb von Hand gehalten werden kann.
- (7) Kann Vorkehrungen für
alternative Verfahren zum Entnehmen bzw. Sammeln von Atemproben neben
adsorptiven Fallen umfassen: d. h. Kältefallen, chemische Fallen,
Vakuumsammeln und Sammeln in Taschen. Es ist ein beträchtlich
vielseitigeres Gerät.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung weist eine Vorrichtung für die Aufnahme von alveolärem Atem
eines Säugetiers
für die
Analyse auf, die aufweist;
- A. einen Fluidreservoirbehälter, mit
- (a) einem ersten Ende;
- (b) einem zweiten Ende;
- (c) einem Behälterkörper, der
sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende erstreckt, und der,
mit dem ersten und zweiten Ende, eine innere Kammer definiert, wobei
der Körper
von einer Ausbildung ist, wodurch Atem, der in das erste Ende eingeführt wird,
sich zu dem zweiten Ende bewegt, wenn das zweite Ende entlüftet wird;
- (d) einem Atemeintrittsportal in dem Behälter, proximal bezüglich des
ersten Endes und distal bezüglich
des zweiten Endes;
- (e) einem Atemaustrittsportal in dem Behälterkörper, proximal bezüglich des
zweiten Endes und distal bezüglich
des ersten Endes; und
- (f) einem Probeentnahmeportal in dem Körper des Reservoirbehälters an
einem Punkt zwischen dem Eintrittsportal und dem Austrittsportal;
- B. eine Ventileinrichtung an dem Austrittsportal zum gesteuerten
Abdichten und Öffnen
des Austrittsportals;
- C. Mittel zum Halten der Kammer auf einer Temperatur, die ausreicht,
eine Kondensation von Wasser und volatilen Komponenten in dem Atem des
Säugetiers
zu verhindern, welche dem Reservoirbehälter zugeordnet sind;
- D. Mittel für
das abgedichtete Koppeln des Reservoirbehälter-Eintrittportals an den
Lungenluftweg des Säugetiers,
wodurch ausgeatmeter Atem bei voller, ungelöster Konzentration von Komponenten,
die in dem Atem enthalten sind, zu dem Reservoirbehälter geliefert
wird;
- E. einen Probenbehälter
zum Halten von Proben des Atems, der von dem Säugetier in den Reservoirbehälter ausgeatmet
wurde und die für
die Analyse ausgewählt
wur den, um das quantitative Vorhandensein von jenen interessierenden
Komponenten zu bestimmen;
- F. eine Ventileinrichtung zwischen dem Probenportal des Reservoirbehälters und
dem Probenbehälter
zum wahlweisen Richten von Atmungsproben von dem Reservoirbehälter zu
dem Probenbehälter;
- G. eine Einrichtung zum Halten des ausgewählten Atems auf einer Temperatur,
die ausreicht, Wasserkondensation in der enthaltenden Probe zu verhindern
und die Ventileinrichtung zu hindern, Proben zu dem Probenbehälter zu
richten; und
- H. eine Pumpeinrichtung zum Bewegen von ausgewählten Proben
des Atems von dem Reservoirbehälter
in den Probenbehälter.
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Die
Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Erhalten von ungelösten bzw.
unwässerten,
unkontaminierten Proben von alveolärem Atem eines Säugetiers
für die
Analyse, um das quantitative Vorhandensein von volatilen organischen
Komponenten von Interesse für
deren Bestimmung zu Bestimmen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Querschnittansicht (teilweise) einer Ausführungsform der Vorrichtung
der Erfindung.
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer Anordnung, die die Komponenten
einer Ausführungsform
der Vorrichtung der Erfindung und deren funktionales Verhältnis zeigt,
wobei die entnommene Atemprobe vor einer chemischen Analyse verarbeitet wird.
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm das teilweise eine bevorzugte Ausführungsform
der Vorrichtung der Erfindung zeigt.
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4 ist
eine Teilquerschnittsansicht der Ausführungsform der Vorrichtung,
gezeigt schematisch in 3, mit einigen Komponenten,
die in ihrer Größe vergrößert sind
(nicht im Maßstab).
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5 ist
ein schematisches Diagramm einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung
gemäß der Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Die
Durchschnittsfachleute werden eine Wertschätzung der Erfindung bekommen,
nach dem Lesen der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung in Verbindung mit einer Ansicht der beigefügten Zeichnungen von 1 bis 4 inklusive.
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1 ist
eine Querschnitts(-Teil)Seitenansicht einer Vorrichtung 10 der
Erfindung, die für
eine Handhaltung angepasst und von einem Betriebstechniker betrieben
wird, um menschlichen Atem für
chemische Analysen zu sammeln. Die Vorrichtung 10 umfasst
einen rohrförmigen
Fluid-(Gas)Behälterkörper 12 mit
einem ersten Ende 14 und einem zweiten Ende 16.
Der rohrförmige
Behälterkörper 12 erstreckt sich
zwischen den Enden 14, 16 und definiert mit den Enden 14, 16 eine
offene innere Kammer 18. Das Ende 14 eines Behälters 12 ist
für den
Zutritt zu der Kammer 18 offen und wirkt als ein Atemeintrittsportal, jedoch
ist das Ende 16 im wesentlichen geschlossen, wobei es durch
ein Atemaustrittsportal 20 gelüftet wird. Ein Probenentnahmeportal 22 durchstößt den Behälterkörper 12 an
einem Punkt proximal zu dem Ende 14 und schafft eine Fluidkommunikation
zwischen der Kammer 18 und dem Äußeren des Behälters 12.
Ein Ventil 24 steuert die Kommunikation, so dass Gasproben
innerhalb der Kammer 18 aus der Kammer 18 abgezogen
werden können
oder für
ein Sammeln in dem Behälter 26 ausgewählt werden können, der
an dem Probenentnahmeportal 22 angebracht ist, wie das
nachfolgend beschrieben wird. Ein federbeaufschlagtes Klappventil 28 ist
an dem Auslass der Lüftung 20 mit
einer ausreichenden Federkraft angeordnet, um die Lüftung 20 geschlossen
zu halten, außer
wenn das Subjekt bzw. die Person in die Kammer 18 ausatmet.
Der Körper
des Behälters 12 ist
mit einer Strahlungsenergie-Wärmehülse 30 ummantelt,
die einen schraubenförmigen
Coil von elektrischem Widerstandsdraht 32 trägt, zu dem Zweck
des Haltens einer vorbestimmten Temperatur (46°C) innerhalb der Kammer 18.
Vorteilhafterweise ist die Außenoberfläche der
Hülse 30 thermisch
isoliert, so dass die Wärmeenergie,
die durch die Hülse 30 erzeugt
wird, in die Kammer 18 geleitet wird. Ein Dünnfilmthermistor 34 ist
an der inneren Oberfläche der
Kammer 18 angebracht und ist elektrisch mit einer wieder
aufladbaren Batterie 36 verbun den als Mittel zum Erfassen
der Temperatur innerhalb der Kammer 18 und in Antwort auf
vorbestimmte Energiegrenzen, um die Hülse 30 anzuregen oder
abzuschalten, um die vorbestimmte Temperatur innerhalb der Kammer 18 zu
halten. Das Ende 14 der Vorrichtung 10 trägt einen
Koppler zum abdichtenden Koppeln mit einem Atemrohr 38 (fragmentarisch
dargestellt) das in der Lage ist, aus dem Lungenluftweg eines Subjektes
Atem aufzunehmen. Beispielsweise, wie in 1 dargestellt,
kann ein Mundstück 40 ein integral
angeformtes Teil des Rohres 38 sein, zum Einführen in
den Mund eines menschlichen Patienten, das von den Lippen abgedichtet
wird. Alternativ und beispielhaft kann das Mundstück durch
Mittel zum Koppeln eines Luftröhrenrohres,
eines Nasenteils oder ähnlichem
ersetzt sein, so dass der ausgeatmete Atem direkt bei voller, ungelöster Konzentration
(von enthaltenden volatilen organischen Komponenten) geliefert wird.
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Der
Behälter 26 ist
ein Probenbehälter
zum Aufnehmen ausgewählter
Proben des Atems der zur Kammer 18 von dem Subjekt geliefert
wird. Vorteilhafterweise werden diese Proben von der Kammer 18 an
einem Punkt in der Nähe
(proximal) zu dem Ende 14 und entfernt von dem Ende 16 des
Behälters 12 gesammelt.
Der Behälter 26 ist
hermetisch mit dem Portal 22 abgedichtet und über eine
Vakuumleitung 42 mit einer Vakuumpumpe 44 verbunden.
Die Pumpe 44 kann mechanisch oder elektrisch betrieben
werden. Beispielsweise kann die Pumpe 44 eine Spritzpumpe
für die
manuelle Bedienung oder eine einfache elektrisch angetriebene Membranpumpe sein,
die elektrisch mit der Energiequelle 36 über Schaltereinrichtungen
(nicht dargestellt in 1) verbunden ist. Der Behälter 26 kann
eine im Handel erhältliche
Vakuumflasche oder Vakuumbehälter
sein, der an den Ausgang des Portals 22 angebracht wird. Beispielsweise
kann ein isolierter Thermos®-Flaschentyp oder ein
Summa®-Kanister
vorgesehen sein, um die vorbestimmte Temperatur der Atemproben zu
halten, die in dem Behälter
(nicht dargestellt in 1) gesammelt werden. Das Ventil 24 steuert das Öffnen und
Schließen
des Portals 22 zum ausgewählten Entnehmen von Luft, gesammelt
in der Kammer 18, proximal zu dem Ende 14. Das
Ventil 24 kann manuell oder durch Magneteinrichtungen betätigbar sein.
Aus Gründen
der Klarheit wurden das elektrische Drahtschema für die elektrische
Steuerung und den Betrieb der Vorrichtung 10, nämlich Schalter,
Kabel und Steuerungen, nicht in 1 gezeigt.
Jedoch sind solche Vorrichtungen von herkömmlicher Art und der mit dem
Stand der Technik vertraute Fachmann weiß, wie sie für den Betrieb
der Hülse 30 der Thermistors 34 des
Ventils 24 in der Pumpe 44 zu verbinden sind.
In der handgehaltenen Ausführungsform
der Vorrichtung 10 sind die elektrischen Steuerungen, wie
beispielsweise Schalter, vorteilhafterweise auf einem Handgriff 48 positioniert
und angebracht für
die Betätigung
durch Finger. Der Griff 50 ermöglicht der Bedienungsperson
die Vorrichtung 10 während
des Betriebs richtig zu halten.
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Die
Betriebsweise der Vorrichtung 10 ist diagrammartig in 2 gezeigt.
Die Vorrichtung erfüllt die
oben beschriebenen technischen Anforderungen in der folgenden Weise:
- (1) Subjektkomfort: das Subjekt bläst in ein
Großbohrungsrohr 38 (ungefähr 1 Zoll
Durchmesser) was nur einen sehr geringen Widerstand gegenüber dem
Ausatmen aufweist.
- (2) Subjektsicherheit: sterile angesetzte Komponenten (Mundstück 40 und
Rohr 38) sind für
jeden Nutzer austauschbar.
- (3) Freiheit von chemischer Kontamination: die Vorrichtung kann
gebildet sein aus Komponenten wie beispielsweise Glas, nicht rostender
Stahl, und Niederkontaminationskunststoffen (beispielsweise Teflon®),
die keine volatilen organischen Komponenten in die Probe ausgasen.
- (4) Alveoläre
Probenentnahme: der Atem tritt in eine lange Großbohrungskammer 18 ein,
die als Reservoir mit einer Kapazität von ungefähr 3 l wirkt. Bei jedem Ausatmen
tritt eine Atemsäule
in dieses Reservoir mit dem Totraum-Atem am weitesten stromab beim
Ende 16 ein. Die für
das Konzentrieren entfernte Probe wird aus dem Reservoir am Probeentnahmeportal 22 in
der Nähe
des Mundes des Subjekts abgezogen, d. h. von der stromaufwärtigen Komponente,
die alveolären Atem
aus den tiefen Bereichen in den Lungen enthält. Die Probe kann mit einer
Rate entnommen werden, die sicherstellt, dass der alveoläre Atem in
dem Reservoir nicht abgereichert ist, bevor die nächste Ausatmung
geliefert wird. Der Totraum-Atem geht an dem Probeentnahmeportal 22 nur
für einen
Bruchteil einer Sekunde während einer
jeden Ausatmung vorbei, so dass die ausgewählte und zurückgezogene
Probe ausschließlich aus
alveolärem
Atem gebildet ist.
- (5) Steuerung der Wasserkondensation: das Reservoir wird auf
ca. 40°C
aufgeheizt, um jede Kondensation von Wasser oder organischen Komponenten
innerhalb des Systems zu verhindern.
- (6) Sammeln der Proben: der warme alveoläre Atem kann von dem Probeentnahme portal 22 durch
ein aufgeheiztes Rohr abgezogen werden, um eine Wasser- oder organische
Komponentenkondensation zu verhindern. Die Atemprobe kann dann auf
eine Vielzahl von unterschiedlichen Wegen weiter verarbeitet werden,
gemäß den Anforderungen
der Benutzer (was nachfolgend weiter diskutiert wird).
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2 ist
ein schematisches Blockdiagramm einer Anordnung, die die Komponenten
einer Vorrichtung der Erfindung und deren funktionelles Verhältnis zueinander
zeigt, wobei die entnommene Atemprobe vorab der chemischen Analyse
verarbeitet wird. So kann die Atemprobe in dem Probenbehälter auf
eine verschiedene Art und Weise verarbeitet werden. Beispielsweise
kann die erwärmte
Probe mittels eines Drei-Wege-Hahns zu einer adsorbtiven, einer
Tieftemperatur- oder einer chemischen Falle gerichtet werden.
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Adsorbierende
Falle: Der alveoläre
Atem wird durch eine Falle gezogen, die ein Adsorbtionsmittel oder
eine Mischung aus Adsorbtionsmitteln enthält, die die volatilen organischen
Komponenten in der Probe binden, während sie ermöglichen,
dass Stickstoff und Sauerstoff ungehindert hindurch laufen können. Die
Adsorbtionsfalle kann eine Mehrzahl von Mitteln umfassen, wie beispielsweise
Adsorbtionharze (beispielsweise Tenax® oder
Carbotrap®)
oder Aktivkohle.
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Tieftemperaturfalle:
Der alveoläre
Atem kann durch eine Kühlfalle
(beispielsweise ein U-Rohr,
gefüllt
mit Glaskügelchen
und eingetaucht in Flüssigstickstoff),
so dass alle volatilen Komponenten durch Frieren gefangen werden.
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Chemische
Falle: Der alveoläre
Atem kann durch eine Falle gezogen werden, die ein chemisches Mittel
enthält,
das eine oder mehrere spezifische Komponenten des alveolären Atems
durch chemische Wechselwirkung bindet (beispielsweise Hyamine®,
eine Mischung aus quaternären
Ammoniumsalzen kann verwendet werden, um Kohlendioxid einzufangen).
Dieser Vorgang kann von spezieller Anwendung in der Messung von
strahlenden Komponenten sein, die in dem Atem ausgeatmet werden.
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Alternativ,
wie in 2 gezeigt, kann gesammelter Atem mittels Vakuumpumpen
in eine Tasche, für
nachfolgende Prüfung
und/oder Konzentration in dem Labor gepumpt werden.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass, wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung
Prozesskomponenten, wie oben beschrieben, umfassen soll, wird sie
schwerfällige
und sperrige zusätzliche
Ausrüstungen
erfordern, was die Handhaltung und Handbedienungsmerkmale der Vorrichtung 10 verhindert.
Jedoch können
die Basiskomponenten der Vorrichtung 10 immer noch mit
geringer Modifikation verwendet werden, um eine tragbare, relativ
kompakte Vorrichtung 10 zu schaffen. Bezugnehmend auf 3 ist dort
ein Blockdiagramm dargestellt, das die wesentlichen Komponenten
einer bevorzugten Ausführungsform
einer tragbaren Vorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt. 4 zeigt in weiterem Detail die Ausführungsform
der Vorrichtung 10' der
Erfindung, wo Komponenten, wie oben beschrieben in Bezug auf die
Vorrichtung 10 dieselben Bezugsziffern aufweisen, mit dem
Zusatz des Apostrophensymbols.
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4 ist
eine (Teil-)Querschnittsseitenansicht (mit nicht maßstabsgetreuen,
in der Größe vergrößerten Elementen)
einer tragbaren Ausführungsform
der Vorrichtung 10' der
Erfindung. Die dargestellte Vorrichtung 10' umfasst einen beweglichen Arm 1,
der auf einem mit Rädern
versehenen Lastkarren oder Wagen 2 über eine Stütze 4 angebracht ist.
Der Arm ist in einem vertikalen Arm (wie durch den Doppelkopfpfeil
dargestellt) bewegbar durch Schwenken auf einen Zapfen 6 und
entlang einer horizontalen Ebene (wie durch den Doppelkopfpfeil
dargestellt) auf einem Drehgelenk 8. Der Arm 1 weist
ein Gehäuse 52 zum
Einschließen
eines Atemreservoirbehälters 12' auf, der identisch
ist zum Behälter 12, der
vorstehend beschrieben wurde. Neben den Merkmalen, die die Handgriffe
betreffen, unterscheidet sich die Vorrichtung 10' von der Vorrichtung 10 in Bezug
auf das Nachfolgende. Das Klappenventil 28 wurde ersetzt
durch ein magnetbetätigtes
Ventil 54. Die Lüftung 20 umfasst
einen Mikroorganismusfilter 56 und ein Respirometer 58.
Der Auslass des Portals 22 wurde durch eine Leitung 60 innerhalb
der Wärmehülse 30' verlängert und
ist mit dem Inneren des Wagens 2 verbunden. Der Behälter 26' ist in dem Wagen 2 aufgenommen
und erhält
entnommenen Atem, wenn er durch den Drei-Wege-Hahn 60 ausgewählt wird,
der in Verbindung steht mit der Leitung 60 über einen
biegsamen Schlauch 64. Der Hahn 62 ist auch mit
der Falle 66 für
Adsorbtions-, chemische oder Tieftemperatur Fallen, wie vorstehend
beschreiben verbunden. Vakuum an der Falle 66 oder dem Behälter 26' wird durch
die Vakuumpumpe 44' angelegt.
Die Pumpe lüftet
durch die Lüftung 68,
nach Durchtritt durch einen Mikroorganismusfilter 70.
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Die
Ausführungsform
der Vorrichtung 10' wird
in einer ähnlichen
Weise betrieben wie die Vorrichtung 10. Wenn eine Adsorbtionsfalle,
wie Falle 66 aktiviert werden soll zur entsprechenden Verarbeitung,
ist die Prozedur vorteilhafterweise wie folgt:
- (1)
Das Subjekt sitzt entweder oder steht bequem, während es normal in das Mundstück 40' atmet. Nach
einer Minute (um das Reservoir zu füllen und das Subjekt an die
Vorrichtung zu gewöhnen),
wird die Pumpe 44' mit
dem Hahn 62 gestartet, der auf Vorbeiströmen gesetzt
wird, um die Vorrichtung 10 mit alveolärem Atem zu durchfluten. Das
Subjekt atmet unbehandelte Raumluft ein.
- (2) Nach einer Minute des Vorbeiströmens, wird der Hahn 62 eingestellt,
so dass alveolärer
Atem durch die Adsorbtionsfalle 66 strömt. In der Praxis kann eine
verwendbare Probe (10 l) gesammelt werden, unter Verwendung einer
Flussrate von 2,0 l/min über
5,0 Minuten. Jedoch können
größere oder
kleinere Proben gesammelt werden, wie gewünscht.
- (3) Am Ende des Sammelns wird die Falle 66 von der
Vorrichtung weggezogen und in einen hermetisch abgedichteten Behälter zum
Transport zu einem Analyselabor eingeschlossen.
- (4) Das Verfahren wird dann wiederholt, oder wurde vorher durchgeführt, bis
auf die Unterbrechung von dem Patienten, um eine Probe der eingeatmeten
(Raum-)Luft für
eine Kontrollprobe zu sammeln. In allen Betriebsbedingungen der
Vorrichtungen 10 oder 10' ist eine Probe von eingeatmeter
(Raum-)Luft entweder unmittelbar vor oder nach der Atemprobe entnommen
und auf dieselbe Weise analysiert. Die volatilen organischen Komponenten
dieser Probe werden dann von den volatilen organischen Komponenten
in dem alveolärem
Atem abgezogen, um genau das Atmungssignal zu bestimmen.
- (5) Die Proben werden dann zu dem Labor für die Analyse durch Standardlabormethoden
gebracht.
-
Dieses
Verfahren wurde verwendet ohne dass Patienten irgendwelche schädlichen
Effekte erfahren hätten.
Die Resultate können
wie folgt zusammengefasst werden.
- (1) Normale
Subjekte: Ungefähr
40 bis 80 volatile organische Komponenten werden in den meisten Proben
routinemäßig beobachtet;
diese wurden versuchsweise identifiziert mittels GC/MS. Mehr als
Hundert verschiedene Komponenten wurden insgesamt beobachtet (nicht
jedermann hat dieselben Komponenten in seinem alveolären Atem).
- (2) Patienten mit Schizophrenie: Abnormale Mengen von zwei Komponenten
(Pentan und Kohlenstoffdisulfid) wurden beobachtet. Zusätzlich,
unter Verwendung von spezieller Computersoftware für die Mustererkennunganalyse,
identifizierte die Atemanalyse Patienten mit Schizophrenie mit einer
Empfindlichkeit von 68% und einer Spezifität von 84%.
- (3) Umgebungs-Toxikologie: Durch Verwendung der Subtraktions-Methodik,
wie oben beschrieben, wurde es möglich
zu bestimmen, welche der volatilen organischen Komponenten, die
in dem menschlichen Atem beobachtet wurden, rühren vom Atmen von verschmutzter
Luft her. Volatile organische Komponenten impliziert in der Ätiologie
von Herzkranzerkrankungen (Kohlenstoffdisulfid) und Leberkrebs (Tetrachlorethan)
wurden beobachtet in dem Atem von normalen Subjekten, die in New
York City, New York leben.
- (4) In-Vitro-Studien von Krebszellen: Das Verfahren wurde verwendet,
um Kopf-Raumluftproben von
In-Vitro-Präparaten
von Leberzellen zu sammeln. Vorherige Daten geben an, dass Lungenkrebszellen
Komponenten in-vitro erzeugten, die in nicht Krebszellen kommend
von der Lunge nicht gesehen werden, was zum Vorschlag führte, dass
atemvolatile organische Komponenten wertvoll sein könnten für die frühe Diagnose
von Lungenkrebs.
- (5) In-Vitro-Studien von Bakterien: Das Verfahren wurde verwendet
um Kopf-Raumluftproben
von in-vitro Präparaten
von Bakterien (Staphylokoken, Streptokoken, und Pseudomonas) zu
sammeln. Alle ergaben unterschiedliche Muster von volatilen organischen
Komponenten, was zum Vorschlag führte,
dass Atem ein Wert sein kann bei der Diagnose des Bakteriums in
Patienten mit Lungenentzündung.
-
Die
mit dem Stand der Technik Vertrauten werden erkennen, dass viele
Modifikationen der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen
gemacht werden können
ohne von dem Schutzumfang der beigefügten Ansprüche herauszufallen. Beispielsweise
kann ein Mikroprozessor verwendet werden, um die Vorgänge zu erfassen
(Öffnen
und Schließen
der Ventile; Kontrolle der Temperatur). Als eine weitere Ausführungsform
der Vorrichtung der Erfindung wird Bezug genommen auf die schematische 5,
in der eine Atemsam melvorrichtung 200 dargestellt ist,
die aus den folgenden Teilen zusammengesetzt ist, identifiziert
durch die Bezugsziffern:
-
- 202
- Mundstück (wegwerfbar)
- 203
- Klappenventilanordnung
(wegwerfbar)
- 204
- Temperatursensorprobe
- 205
- Temperaturregler.
Eingang von C liefert Information zu dem
- 206
- Schalterenergieausgang
zu 208 an oder aus
- 207
- Nicht
rostendes Stahlrohr (biegsam). Der erste Abschnitt davon befindet
sich in einem Schwingarm; der zweite Abschnitt ist in einem Gehäuse
- 208
- Heizmantel
(er hält 207 auf
40°C)
- 209
- Drei-Wege-Hahn,
geschaltet mittels Magnet
- 210
- Bypassleitung
- 211
- Nicht
rostender Stahlbehälter
für 213
- 212
- Schraubverschluss
für 211 abgedichtet
mit einem O-Ring
- 213
- Falle
(nicht rostendes Stahlrohr, das adsorbierendes Material enthält)
- 214
- Flussratenregler
(Nadelventil mit Knopf)
- 215
- Flussmesser
(Rotameter oder Massenstrom-Detektor)
- 216
- Pumpe
(lüftet
zur Umgebung)
- 217
- Zeitschaltregler
(steuert den Magnetschalter von 209 und die Pumpe 215)
(kann ein digitales Display haben auf dem die Sammlungszeit eingegeben
wird und angezeigt wird).
-
Die
Vorrichtung 200 von 4 wird in
derselben Weise betrieben wie die Vorrichtung 10, die oben beschrieben
ist.