FR3075384A3 - PORTABLE PERSONAL APPARATUS FOR MONITORING THE COMPOSITION OF THE EXPOSED BREATH - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un appareil personnel portable pour surveiller la composition de l'haleine expirée, comprenant : un boitier (1) ayant la forme d'une bande flexible, en forme d'une boucle ouverte pour être portée autour du cou; un orifice d'entrée (2) pour laisser entrer la respiration à analyser à l'intérieur du boitier (1) et situé à une première extrémité du boitier (1), un ensemble de capteurs de détection de gaz (8a-8e) situés à l'intérieur du boitier (1), connectés à un contrôleur (9) avec un processeur pour traiter les signaux des capteurs, un conduit intérieur (6) et un filtre déshumidificateur (7) situés entre l'entrée (2) et l'ensemble de capteurs (8a-8e) pour laisser passer les gaz de l'haleine analysés de l'entrée vers les capteurs (8a-8e); une sortie (5) pour laisser sortir l'haleine de l'intérieur du boitier (1), située sur un côté opposé de l'ensemble de capteurs (8a-8e) par rapport à l'entrée (2).The present invention relates to a portable personal apparatus for monitoring the composition of exhaled breath, comprising: a housing (1) in the form of a flexible band, in the form of an open loop to be worn around the neck; an inlet port (2) for allowing the breath to be analyzed to enter the housing (1) and located at a first end of the housing (1), a set of gas detection sensors (8a-8e) located inside the housing (1), connected to a controller (9) with a processor for processing the sensor signals, an inner duct (6) and a dehumidifier filter (7) located between the inlet (2) and the sensor assembly (8a-8e) for passing the breath gases analyzed from the input to the sensors (8a-8e); an outlet (5) to let the breath out of the interior of the housing (1), located on an opposite side of the sensor assembly (8a-8e) with respect to the inlet (2).
Description
DescriptionDescription
Titre de l’invention : APPAREIL PERSONNEL PORTABLE POUR SURVEILLER LA COMPOSITION DE L’HALEINETitle of the Invention: PORTABLE PERSONAL APPARATUS FOR MONITORING THE COMPOSITION OF THE BREATH
EXPIREEEXPIRED
[0001] Le présent modèle d’utilité concerne un appareil personnel portable pour surveiller la composition de l’haleine expirée.The present utility model relates to a portable personal apparatus for monitoring the composition of exhaled breath.
[0002] L’appareil est en particulier destiné à une mesure non invasive, qualitative et quantitative, de biomarqueurs dans l’haleine expirée, dans le but de déterminer l’état de santé actuel d’une personne ou des dysfonctionnements et affectations d’un organisme.The device is particularly intended for a non-invasive, qualitative and quantitative measurement of biomarkers in exhaled breath, in order to determine the current state of health of a person or dysfunctions and assignments of an organism.
[0003] Il est connu que l’état de santé actuel d’un organisme, des dysfonctionnements et certains états pathologiques peuvent être déterminés en se basant sur la présence et la concentration de composés organiques caractéristiques dans l’haleine expirée.[0003] It is known that the current state of health of an organism, dysfunctions and certain pathological conditions can be determined based on the presence and concentration of characteristic organic compounds in the exhaled breath.
[0004] Une demande de brevet européen EP2684043 divulgue un dispositif d'échantillonnage portable de substances médicamenteuses destiné à recueillir à la main un échantillon de l’haleine expirée par un sujet afin effectuer plus tard une analyse à l’aide de capteurs. L’appareil comprend un boîtier comprenant au moins une entrée et au moins une sortie pour y évacuer l’air expiré et une membrane de prélèvement d’échantillons disposée dans le boîtier. Un élément tubulaire ayant un embout permettant au sujet d’y expirer et une partie piège à salive comprenant des déflecteurs afin de créer un flux de gaz non rectiligne dans le but de laisser passer des aérosols via l’élément tubulaire. La membrane de prélèvements d’échantillons est disposée de manière à recueillir les aérosols de l’haleine expirée. L’appareil portatif de test des substances médicamenteuses comprend en outre un élément collecteur de volume.[0004] A European patent application EP2684043 discloses a device for the portable sampling of medicinal substances intended to collect by hand a sample of the breath exhaled by a subject in order to perform a later analysis using sensors. The apparatus comprises a housing comprising at least one inlet and at least one outlet for evacuating exhaled air and a sample collection membrane disposed in the housing. A tubular member having a tip allowing the subject to exhale therein and a saliva trap portion including baffles to create a non-rectilinear gas flow for the purpose of passing aerosols through the tubular member. The sample membrane is arranged to collect aerosols from the exhaled breath. The portable drug test device further includes a volume collection element.
[0005] Une demande de brevet allemand DE102004052083 divulgue un appareil portable pour une détermination non invasive du taux de lactate, comprenant un micro-contrôleur incluant une mémoire ROM avec des algorithmes pré-programmés, Une détection non invasive par capteur complètement électronique et assistée par microcontrôleur, une évaluation et un contrôle du taux de lactate ainsi que celui des valeurs seuil individuelles sont exécutés dans diverses conditions. Le pouls et la fréquence des ondes de pression du cœur d’une personne en train de marcher ou de courir à l’air libre sont prises en compte.[0005] A German patent application DE102004052083 discloses a portable device for a non-invasive determination of the lactate level, comprising a microcontroller including a ROM memory with pre-programmed algorithms, a non-invasive sensor detection completely electronic and assisted by microcontroller, an evaluation and a control of the lactate level as well as that of the individual threshold values are carried out under various conditions. The pulse and the frequency of the pressure waves of the heart of a person walking or running in the open air are taken into account.
[0006] Line demande de brevet américain US2009054799 divulgue un système avec biocapteurs avec un appareil électronique portable multifonctionnel pour une utilisation par un individu. Le système avec biocapteurs inclut un système pour la respiration avec un capteur capable de détecter un analyte dans la respiration d’un individu. Le système inclut également un appareil électronique portable capable de recevoir des données d’analytes issus du capteur de respiration ainsi que les données relatives à la glycémie et d’autres types de données concernant la santé d’une personne. L’appareil électronique portatif est capable d’enregistrer, analyser et/ou transmettre les données d’analytes de la respiration et les données relatives à la glycémie et d’autres types de données concernant la santé d’une personne.[0006] US patent application US2009054799 discloses a system with biosensors with a multifunctional portable electronic device for use by an individual. The biosensor system includes a system for breathing with a sensor capable of detecting an analyte in an individual's breathing. The system also includes a portable electronic device capable of receiving analyte data from the respiration sensor as well as data relating to blood glucose and other types of data relating to a person's health. The portable electronic device is capable of recording, analyzing and / or transmitting respiration analyte data and blood glucose and other data relating to a person's health.
[0007] Une demande de brevet américain US2008183094 divulgue un appareil pour récupérer des condensais de respiration. Ledit appareil comprend au moins une unité de détection placée sur un élément basique et est pourvu d’une surface de condensation fonctionnalisée ou activée de façon appropriée en plus des capteurs. L’appareil comprend également au moins un élément Peltier et un pont conducteur de chaleur. Dans un mode de réalisation privilégié, l’élément basique peut être connecté à une fixation placée en tête et peut ainsi être positionné directement dans le flux respiratoire devant la bouche de la personne portant l’appareil et connecté à un système d’alimentation électrique portatif et à un système d’évaluation électronique le cas échéant, [0008] Par conséquent, il existe un besoin pour la fourniture d’un appareil personnel, pour surveiller la composition de l’haleine expirée, qui pourrait être porté de façon confortable, et qui pourrait être aisément dissimulé quand il est porté en public. L’appareil devrait limiter le stress d’une personne causé par le fait de l’utiliser lorsqu’elle interagit avec d’autres personnes.[0007] A US patent application US2008183094 discloses an apparatus for recovering breathing condensates. The apparatus includes at least one detection unit placed on a basic element and is provided with an appropriately functionalized or activated condensation surface in addition to the sensors. The apparatus also includes at least one Peltier element and a heat conducting bridge. In a preferred embodiment, the basic element can be connected to a fixation placed at the head and can thus be positioned directly in the respiratory flow in front of the mouth of the person wearing the device and connected to a portable power supply system. and to an electronic evaluation system as appropriate, [0008] Therefore, there is a need for the provision of a personal apparatus, for monitoring the composition of exhaled breath, which could be worn comfortably, and which could be easily concealed when it is worn in public. The device should limit a person's stress caused by using it when interacting with others.
[0009] L’invention vise à résoudre un ou plusieurs de ces inconvénients. L’invention porte ainsi sur un appareil personnel portable pour surveiller la composition de l’haleine expirée, l’appareil comprenant : - un boitier ayant la forme d’une bande flexible, en forme d’une boucle ouverte, adaptée pour être portée autour du cou d’un utilisateur ; - un orifice d’entrée pour laisser rentrer la respiration à analyser vers l’intérieur du boitier, l’orifice d’entrée étant situé à une première extrémité du boitier ; - un ensemble de capteurs de détection de gaz, situés à l’intérieur du boitier, connectés à un contrôleur avec un processeur de signaux pour traiter les signaux provenant des capteurs de détection de gaz ; - un conduit intérieur et un filtre déshumidificateur situés entre l’orifice d’entrée et l’ensemble de capteurs destinés à faire passer les gaz de respiration analysés de l’orifice d’entrée aux capteurs de détection ; - un orifice de sortie pour évacuer la respiration de l’intérieur du boitier, situé sur un côté opposé de l’ensemble de capteurs par rapport à l’orifice d’entrée.The invention aims to solve one or more of these disadvantages. The invention thus relates to a portable personal apparatus for monitoring the composition of exhaled breath, the apparatus comprising: a housing in the form of a flexible strip, in the form of an open loop, adapted to be carried around the neck of a user; - An inlet for allowing the breathing to be analyzed to enter the housing, the inlet being located at a first end of the housing; a set of gas detection sensors, located inside the housing, connected to a controller with a signal processor for processing the signals from the gas detection sensors; an interior duct and a dehumidifier filter located between the inlet orifice and the set of sensors intended to pass the breathing gases analyzed from the inlet orifice to the detection sensors; an outlet port for evacuating respiration from the inside of the housing, located on an opposite side of the sensor assembly with respect to the inlet port.
[0010] L’invention porte également sur les variantes suivantes. L’homme du métier comprendra que chacune des caractéristiques des variantes suivantes peut être combinée indépendamment aux caractéristiques ci-dessus, sans pour autant constituer une généralisation intermédiaire.The invention also relates to the following variants. Those skilled in the art will understand that each of the features of the following variants may be independently combined with the above features, without necessarily constituting an intermediate generalization.
[0011] Selon une variante, la bande flexible du boîtier, est une bande en plastique ayant une largeur comprise entre 1 et 2 cm, une épaisseur inférieure à 1mm et une longueur comprise entre 36 et 44cm.According to one variant, the flexible strip of the housing is a plastic strip having a width of between 1 and 2 cm, a thickness of less than 1 mm and a length of between 36 and 44 cm.
[0012] Selon encore une variante, le boîtier a plusieurs orifices de sortie.According to another variant, the housing has a plurality of outlet orifices.
[0013] Selon une autre variante, l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie sont situés sur le même côté de la bande du boîtier.According to another variant, the inlet orifice and the outlet orifice are located on the same side of the housing strip.
[0014] Selon encore une autre variante, l’orifice d’entrée et l’orifice de sortie sont situés sur des côtés opposés de la bande du boîtier.According to yet another variant, the inlet orifice and the outlet orifice are situated on opposite sides of the band of the casing.
[0015] Selon une variante, l’appareil comprend en outre un connecteur pour transférer des données, programmer l’appareil et pour alimenter l’appareil en énergie, connecté par fils avec le contrôleur.According to a variant, the apparatus further comprises a connector for transferring data, programming the apparatus and for supplying the apparatus with energy, connected by wires with the controller.
[0016] Selon une autre variante, l’ensemble de capteurs comprend des capteurs basses températures en fines couches et flexibles à base d'oxydes métalliques, pour détecter l’acétone dans la respiration analysée.According to another variant, the sensor assembly comprises low temperature sensors in thin and flexible layers based on metal oxides, for detecting acetone in the analyzed respiration.
[0017] Selon encore une variante, les capteurs basses températures en fines couches et flexibles sont à base d’oxydes métalliques WO3, SnO2, ou ZnO.According to another variant, the low temperature sensors in thin and flexible layers are based on metal oxides WO3, SnO2, or ZnO.
[0018] Un important avantage du dispositif proposé est qu’il permet un port de ce dispositif à la fois confortable et masqué (pour les personnes extérieures). Le dispositif est toujours prêt à une utilisation pour réaliser une analy se d’haleine discrète et rapide dans un lieu public, sans provoquer d’embarras pour l’utilisateur ou la nécessité d’une utilisation dans un espace reculé.An important advantage of the proposed device is that it allows wearing this device both comfortable and masked (for people outside). The device is always ready for use to perform a discrete and fast breath analysis in a public place, without causing embarrassment to the user or the need for use in a remote space.
[0019] Le dispositif permet la détection et l’analyse de composés chimiques dans l’haleine expirée, et en particulier d’une concentration d’acétone (comme bien connu, la quantité d’acétone est corrélée à la concentration en sucre dans le sang). L’utilisation du dispositif s’avère particulièrement importante pour des personnes diabétiques, pour lesquelles un accès permanent au dispositif en permettant une acquisition non invasives de données concernant la concentration actuelle en sucre dans le sang et pour lesquelles une possibilité d’utiliser confortablement le dispositif en toutes circonstances peut être décisif pour leur vie. Une autre application du dispositif dans un diagnostic médical peut être son utilisation avec des capteurs d’autres biomarqueurs, pour détecter des traces de composés organiques volatiles présents dans l’haleine expirée, qui peuvent être indicateurs par exemple d’asthme, d’un cancer du poumie, d’un cancer des bronches, d’un cancer de l’estomac, de maladies du système urinaire, des reins, etc...The device allows the detection and analysis of chemical compounds in the exhaled breath, and in particular a concentration of acetone (as is well known, the amount of acetone is correlated with the concentration of sugar in the blood). The use of the device is particularly important for people with diabetes, for whom permanent access to the device by allowing a non-invasive acquisition of data concerning the current blood sugar concentration and for which a possibility of using the device comfortably in all circumstances can be decisive for their life. Another application of the device in a medical diagnosis may be its use with sensors of other biomarkers, to detect traces of volatile organic compounds present in the exhaled breath, which may be indicators for example of asthma, cancer psoriasis, cancer of the bronchi, cancer of the stomach, diseases of the urinary system, kidneys, etc ...
[0020] L’appareil est présenté dans des dessins, dans lesquels : [0021] [fig.l] présente l’appareil sur une vue isométrique ; [0022] [fig.2] présente l’intérieur d’un boîtier redressé de l’appareil sur une vue schématique ; [0023] [fig.3] présente le boîtier redressé de l’appareil sur une vue schématique du côté des ports de connexion.The apparatus is shown in drawings, in which: [0021] [fig.l] presents the apparatus on an isometric view; [0022] [fig.2] presents the inside of a rectified housing of the device in a schematic view; [0023] [fig.3] presents the rectified housing of the device on a schematic view of the side of the connection ports.
[0024] Un appareil personnel portable pour surveiller la composition de l’haleine expirée a un boîtier en plastique 1. Le boîtier 1 a la forme d’une bande flexible, en forme d’une boucle ouverte et adaptée pour être porté autour du cou de l’utilisateur, et de préférence sous le col d’une chemise, d’un chemisier ou d’une veste.A portable personal apparatus for monitoring the composition of exhaled breath has a plastic housing 1. The housing 1 has the shape of a flexible band, shaped like an open loop and adapted to be worn around the neck of the user, and preferably under the collar of a shirt, blouse or jacket.
[0025] A une extrémité du boîtier bande 1 se situe un premier port 2, constituant une entrée de l’haleine analysée vers l’intérieur du boîtier 1 de l’appareil. Durant Γ utilisation de l’appareil (durant la réalisation d’une mesure) un embout en plastique, réalisé selon l'état de la technique, est fixé au premier port 2. A une autre extrémité de la bande du boîtier 1 se situe un second port 3 comprenant un connecteur (par exemple un port micro-USB) pour transférer des données, pour programmer l’appareil et pour l’alimenter en énergie.At one end of the band housing 1 is a first port 2, constituting an inlet of the breath analyzed towards the inside of the housing 1 of the device. During the use of the apparatus (during the execution of a measurement) a plastic tip, made according to the state of the art, is attached to the first port 2. At another end of the band of the housing 1 is a second port 3 comprising a connector (for example a micro-USB port) for transferring data, for programming the device and for supplying it with energy.
[0026] A l’intérieur du boîtier 1 est formé un renfoncement dans lequel une unité de détection, une unité d’alimentation chargeable 4 et des pistes conductrices flexibles d’un circuit électronique sont disposées.Inside the housing 1 is formed a recess in which a detection unit, a chargeable power supply unit 4 and flexible conductive tracks of an electronic circuit are arranged.
[0027] Dans le boîtier 1, entre les ports 2 et 3, sont formés une série d’orifices de sortie 5, ouverts vers l’intérieur du boîtier et connectés au renfoncement, à travers lesquels la composition de gaz de l’haleine, via un conduit 6 et un filtre déshumidifîcateur 7, est acheminée à l’unité de détection à partir de laquelle le gaz est évacué via les orifices de sortie 5 après avoir réalisé l’analyse de sa composition.In the housing 1, between the ports 2 and 3, are formed a series of outlet ports 5, open towards the inside of the housing and connected to the recess, through which the gas composition of the breath, via a duct 6 and a dehumidifying filter 7, is conveyed to the detection unit from which the gas is discharged via the outlet orifices 5 after performing the analysis of its composition.
[0028] Dans l’exemple présenté, les orifices de sortie 5 et les ports 2 et 3 sont situés sur le même côté de la bande boîtier 1, qui a à titre d’exemple une largeur égale à 1,5cm, une épaisseur égale à 0,6mm et une longueur égale à 42cm.In the example shown, the outlet ports 5 and the ports 2 and 3 are located on the same side of the casing band 1, which has as an example a width equal to 1.5 cm, an equal thickness. at 0.6mm and a length equal to 42cm.
[0029] Le premier port 2, est connecté au renfoncement du boîtier par le conduit 6 qui comprend le filtre déshumidifîcateur 7. Le conduit 6 constitue une arrivée de la respiration analysée vers l’unité de détection, comprenant, dans l’exemple présenté, 5 capteurs de basses températures en fines couches et flexibles 8a, 8b, 8c, 8d et 8e formant une matrice.The first port 2, is connected to the recess of the housing through the conduit 6 which comprises the dehumidifying filter 7. The conduit 6 constitutes an arrival of the analyzed respiration to the detection unit, comprising, in the example presented, 5 low temperature sensors in thin and flexible layers 8a, 8b, 8c, 8d and 8e forming a matrix.
[0030] Le premier capteur 8a est un capteur intégré d’humidité et de température et les quatre autres capteurs restants 8b, 8c, 8d et 8e sont des capteurs de gaz (biomarqueurs) contenus dans l’haleine expirée analysée. Dans le présent exemple, la matrice de capteurs est présentée pour surveiller la composition de l’haleine expirée par des gens ayant du diabète, c’est pourquoi la matrice a 5 capteurs (la quantité des capteurs est 2n+l où « n » est un nombre de capteurs pour des gaz spécifiques - principalement les biomarqueurs du diabète, et où le « 1 » est pour le capteur intégré d’humidité et de température).The first sensor 8a is an integrated sensor of humidity and temperature and the other four remaining sensors 8b, 8c, 8d and 8e are gas sensors (biomarkers) contained in the expired breath analyzed. In the present example, the sensor array is presented to monitor the composition of the breath exhaled by people with diabetes, which is why the matrix has 5 sensors (the quantity of the sensors is 2n + 1 where "n" is a number of sensors for specific gases - mainly the biomarkers of diabetes, and where the "1" is for the integrated sensor of humidity and temperature).
[0031] En plus des capteurs 8a, 8b, 8c, 8d et 8e, dans l’exemple présenté, l’unité de détection a un contrôleur 9, qui comprend des unités de mémoire ROM et RAM, un microprocesseur et un processeur de signaux des capteurs 8a, 8b, 8c, 8d et 8e.In addition to the sensors 8a, 8b, 8c, 8d and 8e, in the example presented, the detection unit has a controller 9, which comprises ROM and RAM memory units, a microprocessor and a signal processor. sensors 8a, 8b, 8c, 8d and 8e.
[0032] L’unité de détection est connectée via les pistes conductrices à la source d’alimentation 4 et au connecteur du second port 3.The detection unit is connected via the conductive tracks to the power source 4 and to the connector of the second port 3.
[0033] Un courant de gaz, soufflé par l’utilisateur de l’appareil est transféré via un embout (qui n’apparaît pas sur le dessin) réalisé selon l'état de la technique, connecté au premier port 2, via le conduit 6, formé à l’intérieur du boitier, dans lequel le filtre déshumidificateur 7 est disposé dans le conduit 6, et est transféré vers le renfoncement, dans lequel sont disposés les éléments de l’unité de détection, équipée avec au moins un capteur de détection de gaz 8a, 8b, 8c, 8d et 8e, de préférence plusieurs capteurs agencés en matrice, connecté au contrôleur 9, comprenant le processeur de signaux pour le traitement des signaux des capteurs 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, et les unités de mémoire ROM et RAM et le microcontrôleur. Le gaz s’écoulant du premier port 2 via le conduit interne 6 et le filtre 7 vers le renfoncement, s’écoule au-dessus de la matrice de capteurs 8a, 8b, 8c, 8d, 8e et s’écoule ensuite à l’extérieur du boitier 1 via les orifices de sortie 5.A stream of gas, blown by the user of the device is transferred via a tip (which does not appear in the drawing) made according to the state of the art, connected to the first port 2, via the conduit. 6, formed inside the housing, wherein the dehumidifying filter 7 is disposed in the duct 6, and is transferred to the recess, in which are arranged the elements of the detection unit, equipped with at least one sensor of gas detection 8a, 8b, 8c, 8d and 8e, preferably a plurality of arrayed sensors connected to the controller 9, including the signal processor for processing the signals of the sensors 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, and ROM and RAM memory units and the microcontroller. The gas flowing from the first port 2 via the inner conduit 6 and the filter 7 to the recess, flows over the sensor array 8a, 8b, 8c, 8d, 8e and flows thereafter. outside the housing 1 via the outlet ports 5.
[0034] Les capteurs 8a, 8b, 8c, 8d, 8e sont électriquement connectés au contrôleur 9 avec le microprocesseur chargé d’alimenter en énergie les capteurs et collecter les réponses, par exemple la mesure de la résistance, la mesure de la capacité ou d’autres grandeurs électriques. Le contrôleur 9 est connecté au connecteur micro-USB pour alimenter l’appareil en énergie, programmer l’appareil et lire les données du contrôleur 9.The sensors 8a, 8b, 8c, 8d, 8e are electrically connected to the controller 9 with the microprocessor responsible for supplying energy to the sensors and collecting the responses, for example the measurement of the resistance, the measurement of the capacitance or other electrical quantities. The controller 9 is connected to the micro-USB connector to power the device, program the device and read the data from the controller 9.
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