JP2023516020A - 空気循環系統を使用した呼気試料の採取装置および方法 - Google Patents

Abstract

呼気試料の採取装置および方法が提供される。装置は、吐出された呼気を受けるように構成された呼気入力インターフェースと、呼気入力インターフェースに接続されている第１の導管系統と、第１の導管系統と、呼気試料を貯留するように構成された少なくとも１つの呼気試料貯留装置との間の流体連通を制御するように構成されたバルブと、最初に受けた吐出された呼気が完了すると、第１の導管系統を通して空気を循環させるように構成された空気循環系統と、最初に受けた吐出された呼気が完了すると、第１の導管系統の湿度レベルに少なくとも部分的に基づいてバルブを制御するように構成された少なくとも１つのコントローラとを有する。

Description

本明細書は、一般に試料採取システムに関し、より詳細には、呼気試料の採取装置および方法に関する。

呼気試料採取は、従来、患者からの呼気を大型容器に採取することによって行われてきた。その後、呼気試料は、容器から抽出され、分析器に直接移される。

より最近では、呼気試料は、吸着剤チューブまたは熱脱着チューブとして知られる呼気試料貯留装置に採取されている。吸着剤チューブは、大表面積を有する固体吸着材を含有したチューブである。気体試料を吸着剤チューブに通すと、酸素や二酸化炭素などの一部の成分が吸着剤チューブの反対側の端から流れ出す一方で、他の成分は吸着剤に吸着される。これにより、最も体積の大きい成分を流出させながら、呼気試料中の多くの成分が吸着剤に捕捉されることを可能にし、それによって呼気試料が濃縮される。その結果、呼気試料の成分の大部分は、より小さい体積内に採取され得る。

しかしながら、これらの吸着剤チューブを人が直接充填できるようにする装置には多くの問題がある。人間の呼気中には、このモードでの呼気採取を妨げる可能性のある相当量の湿度が存在する。この湿度が、呼気を吸着剤チューブに導く導管の内側に結露を発生させることがある。この結露は、水分子に自由に付着する呼気の成分の多くを吸引する。その結果、呼気試料成分の多くは吸着剤チューブに到達せず、したがって分析される呼気試料の少なくとも一部には表れない。

もう１つの問題は、吸着剤チューブが、呼気の成分を、吸着剤チューブを通る呼気の特定の流量において、より有効に捕捉することである。先行技術の装置において吸着剤チューブに呼気を流す速度は、人によってこれらの装置に呼気が吹き込まれる速度によって駆動される。これは、呼気試料の一部の損失につながる。

１つの態様では、吐出された呼気を受けるように構成された呼気入力インターフェースと、前記呼気の少なくとも一部を貯留するために前記呼気入力インターフェースに接続された容器と、前記呼気を受けるときとは非同期に、前記容器から、前記容器に接続された少なくとも１本の吸着剤チューブへの、前記呼気の少なくとも一部の流れを制御するように構成された少なくとも１つのコントローラとを備えた、呼気試料の採取装置が提供される。

前記容器は、前記呼気の少なくとも一部が貯留されるキャビティを有することができ、前記キャビティの容積は制御可能である。前記キャビティの前記容積は、前記少なくとも１つのコントローラによって制御可能であり得る。前記容器は、その中に配置されたピストンを有するピストン室を含み得、前記ピストンの位置が前記キャビティの前記容積を制御する。前記少なくとも１つのコントローラは、前記吐出された呼気の前記少なくとも一部が受けられるにつれ、前記ピストンを作動させて前記キャビティの前記容積を増加させるように構成され得る。

前記装置はさらに、前記呼気入力インターフェースと前記容器の中間にあるバルブと、
前記呼気入力インターフェースと前記バルブとを接続する第１の導管系統と、前記容器を前記少なくとも１本の吸着剤チューブに接続する第２の導管系統とを含み得る。前記少なくとも１つのコントローラは、前記バルブを閉じるように制御するとともに、前記ピストンの作動を制御して、前記少なくとも１本の吸着剤チューブの部分集合を通して前記呼気の前記少なくとも一部を押し出すように構成され得る。前記容器と前記少なくとも１本の吸着剤チューブのそれぞれとの間にチューブインレットバルブが配置され得る。前記少なくとも１つのコントローラは、前記少なくとも１つのチューブインレットバルブのそれぞれを制御して、前記呼気の前記少なくとも一部が流される前記少なくとも１本の吸着剤チューブの前記部分集合を選択するように構成され得る。

前記部分集合は第１の部分集合であり得、前記装置はさらに、インレットと前記容器との間に前記第２の導管系統に沿って配置されたインレットバルブをさらに含み得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記インレットバルブを開き、前記ピストンの作動を制御して空気を前記インレットを通して前記キャビティに引き込むように構成され得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記インレットバルブを閉じて、前記取り込んだ空気を前記第２の導管系統を通して前記キャビティから推進するように構成され得る。前記少なくとも１つのコントローラは、前記ピストンの作動を制御して、前記取り込んだ空気を前記少なくとも１本の吸着剤チューブの第２の部分集合を通して推進することができる。前記容器と前記少なくとも１本の吸着剤チューブのそれぞれとの間にチューブインレットバルブが配置され得る。前記少なくとも１つのコントローラは、前記少なくとも１つのチューブインレットバルブのそれぞれを制御して、前記取り込んだ空気が流される前記少なくとも１本の吸着剤チューブの前記第２の部分集合を選択するように構成され得る。

前記容器は、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクルを含み得る。前記装置はさらに、前記呼気入力インターフェースと前記容器の中間のバルブと、前記呼気入力インターフェースと前記バルブを接続する第１の導管系統と、前記容器を前記少なくとも１本の吸着剤チューブに接続する第２の導管系統とを備え得る。前記装置はさらに、前記少なくとも１つのコントローラによって制御され、前記容器から前記少なくとも１本の吸着剤チューブの部分集合を通して前記呼気の前記少なくとも一部を推進することができるポンプを含む。前記容器と前記少なくとも１本の吸着剤チューブのそれぞれとの間にチューブインレットバルブが配置され得る。前記少なくとも１つのコントローラは、前記少なくとも１つのチューブインレットバルブのそれぞれを制御して、前記呼気の前記少なくとも一部が流される前記少なくとも１本の吸着剤チューブの前記部分集合を選択するように構成され得る。

前記ポンプは、前記バルブと前記容器との間に配置され得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記ポンプを制御して前記吐出された呼気の前記少なくとも一部を前記容器に引き込むように構成され得る。

前記部分集合は第１の部分集合であり得、前記装置はさらに、インレットと前記容器との間に前記第２の導管系統に沿って配置されたインレットバルブを含み得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記インレットバルブを閉じ、前記ポンプを制御して空気を前記容器から前記少なくとも１本の吸着剤チューブの第２の部分集合を通して流すように構成され得る。前記少なくとも１つのコントローラは、前記インレットバルブを開き、前記ポンプを制御して空気を前記インレットを通して前記キャビティに流すように構成され得る。前記容器と前記少なくとも１本の吸着剤チューブのそれぞれとの間にチューブインレットバルブが配置され得る。前記少なくとも１つのコントローラは、前記少なくとも１つのチューブインレットバルブのそれぞれを制御して、前記呼気の前記少なくとも一部が流される前記少なくとも１本の吸着剤チューブの前記第１の部分集合を選択するように構成され得る。

前記装置はさらに、前記呼気入力インターフェースと前記容器の中間にあるバルブと、前記呼気入力インターフェースと前記バルブとを接続する第１の導管系統とを備え得る。前記少なくとも１つのコントローラは、前記容器内に前記呼気の目標体積を捕捉したときに、前記バルブを閉じるように制御して前記容器の前記容積を制御して、前記少なくとも１本の吸着剤チューブの部分集合を介して前記呼気の前記少なくとも一部を推進するように構成され得る。前記少なくとも１つのコントローラは、前記少なくとも１本の吸着剤チューブの前記部分集合を通して前記呼気を推進するために前記少なくとも１つのコントローラが前記容器の前記容積を制御できる少なくとも２つの呼気流量のうちの１つで、前記容器の前記容積を減少させるように制御するように構成され得る。

別の態様では、呼気試料の採取方法が提供され、前記方法は、吐出された呼気を呼気入力インターフェースを介して受けるステップと、前記呼気入力インターフェースに接続された容器に前記呼気の少なくとも一部を貯留するステップと、前記吐出された呼気を受けるときとは非同期に、前記容器から前記容器に接続された少なくとも１本の吸着剤チューブへの前記呼気の前記少なくとも一部の流量を、少なくとも１つのコントローラを介して制御するステップとを含む。

前記貯留するステップは、前記容器のキャビティに前記吐出された呼気の前記少なくとも一部を貯留することを含み得、前記キャビティの容積は制御可能であり得る。前記方法はさらに、前記少なくとも１つのコントローラを介して前記キャビティの容積を制御するステップを含み得る。前記方法はさらに、前記少なくとも１つのコントローラを介して、前記容器のピストン室内に配置されたピストンを作動させるステップを含み得、前記ピストンの位置が前記キャビティの前記容積を制御する。前記方法はさらに、前記吐出された呼気の前記少なくとも一部を受けているときに、前記キャビティの前記容積を増加させるように前記ピストンを作動させるステップを含み得る。前記方法はさらに、前記呼気入力インターフェースと前記容器の中間のバルブを介して前記吐出された呼気の前記少なくとも一部の流れを制御するステップを含み得、第１の導管系統が前記呼気入力インターフェースと前記バルブを接続し、第２の導管系統が前記容器を前記少なくとも１本の吸着剤チューブに接続する。前記方法はさらに、前記少なくとも１つのコントローラを介して前記バルブを閉じるように制御するステップと、前記ピストンの作動を制御して、前記少なくとも１本の吸着剤チューブの部分集合を通して前記呼気の前記少なくとも一部を推進するステップを含み得る。前記容器と前記少なくとも１本の吸着剤チューブのそれぞれとの間にチューブインレットバルブが配置され得、前記方法はさらに、前記少なくとも１つのチューブインレットバルブのそれぞれを制御して、前記呼気のうち前記少なくとも一部が流される前記少なくとも１本の吸着剤チューブの前記部分集合を選択するステップを含み得る。

前記方法はさらに、前記少なくとも１つのコントローラを介して、前記バルブを閉じるように制御するステップと、前記容器をインレットから分離するインレットバルブを開くように制御するステップと、前記ピストンの作動を制御して空気を前記インレットを通して前記キャビティに引き込むステップと、前記インレットバルブを閉じるように制御するステップと、前記ピストンの作動を制御して前記取り込んだ空気を前記第２の導管系統を通して前記キャビティから推進するステップを含み得る。

前記方法はさらに、前記ピストンの作動を制御して、前記取り込んだ空気を前記少なくとも１本の吸着剤チューブの第２の部分集合を通して推進するステップを含み得る。前記容器と前記少なくとも１本の吸着剤チューブのそれぞれとの間にチューブインレットバルブが配置され得る。前記方法はさらに、前記少なくとも１つのチューブインレットバルブのそれぞれを制御して、前記取り込んだ空気が流される前記少なくとも１本の吸着剤チュ
ーブの前記第２の部分集合を選択するステップを含み得る。

前記容器は、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクルを含み得る。前記方法はさらに、前記呼気入力インターフェースと前記容器の中間のバルブを介して前記呼気の前記少なくとも一部の流れを制御するステップ含み得、第１の導管系統は前記呼気入力インターフェースと前記バルブを接続し、第２の導管系統は前記容器を前記少なくとも１本の吸着剤チューブに接続する。前記方法はさらに、ポンプを制御して、前記容器からの前記呼気の少なくとも一部を前記少なくとも１本の吸着剤チューブの部分集合を通して流すステップを含み得る。前記容器と前記少なくとも１本の吸着剤チューブのそれぞれとの間にチューブインレットバルブが配置され得る。前記方法はさらに、前記少なくとも１つのチューブインレットバルブのそれぞれを制御して、前記呼気のうち前記少なくとも一部が流される前記少なくとも１本の吸着剤チューブの前記部分集合を選択するステップを含み得る。

前記ポンプは、前記バルブと前記容器との間に配置され得、前記方法はさらに、前記ポンプを制御して前記吐出された呼気の前記少なくとも一部を前記容器内に引き込むステップを含み得る。

前記部分集合は第１の部分集合であり得、前記方法はさらに、前記バルブを閉じるステップと、インレットと前記容器の中間のインレットバルブを開くステップと、前記ポンプを制御して、前記少なくとも１本の吸着剤チューブの第２の部分集合を通して空気を流すステップを含み得る。前記方法はさらに、インレットバルブを開くステップと、前記ポンプを制御して、空気を前記インレットを通して前記キャビティに流すステップを含み得る。前記容器と前記少なくとも１本の吸着剤チューブのそれぞれとの間にチューブインレットバルブが配置され得る。前記方法はさらに、前記少なくとも１つのチューブインレットバルブのそれぞれを制御して、前記呼気の前記少なくとも一部が流される前記少なくとも１本の吸着剤チューブの前記部分集合を選択するステップを含み得る。

前記方法はさらに、前記呼気入力インターフェースが接続されている第１の導管系統から、バルブを介して前記容器に通じる前記吐出された呼気の流れを制御するステップを含み得る。前記方法はさらに、前記バルブを閉じるように制御するステップと、前記容器内に前記呼気の目標体積を捕捉したときに、前記少なくとも１本の吸着剤チューブの部分集合を通して前記呼気の前記少なくとも一部を流すように前記容器の前記容積を制御するステップを含み得る。前記容積の前記制御ステップ中に、前記容積は、前記少なくとも１本の吸着剤チューブの前記部分集合を通して前記呼気を推進するために前記容積が減少するように制御され得る少なくとも２つの呼気流量のうちの１つで減少するように制御され得る。

さらなる態様では、呼気試料の採取装置が提供され、前記装置は、吐出された呼気を受けるように構成された呼気入力インターフェースと、受けられている前記呼気中の成分レベルを測定するように構成された計量装置と、前記呼気入力インターフェースから延び、少なくとも１つの呼気試料貯留装置に接続された第１の導管系統と、前記第１の導管系統に沿って配置され、前記少なくとも１つの呼気試料貯留装置に向かって前記吐出された呼気の流れを制御するバルブと、前記成分レベルが成分レベル目標範囲内にあるかどうかを判断し、成分レベルの変化率が成分レベル変化率目標範囲内にあるかどうかを判断し、前記成分レベルが前記成分レベル目標範囲内にあるかどうか、および前記変化率が前記成分レベル変化率目標範囲内にあるかどうかに少なくとも部分的に基づいて前記バルブを開くように制御するように構成された少なくとも１つのコントローラとを備えている。

前記計量装置はカプノメータであり得、前記成分レベルは二酸化炭素レベルであり得、
前記成分レベル目標範囲は二酸化炭素レベル目標範囲であり得、前記成分レベル変化率目標範囲は二酸化炭素レベル変化率目標範囲であり得る。前記装置はさらに、受けられている前記吐出された呼気の流量を測定するように構成された流量計を含み得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記測定された流量が流量目標範囲内にあることに少なくとも部分的に基づいて前記バルブを開くように制御するように構成される。前記装置はさらにディスプレイを含み得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記ディスプレイを制御して、前記ディスプレイに流量通知を提示させるように構成されている。

前記装置はさらに、少なくとも１つの光学素子を含み得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記少なくとも１つの光学素子を制御して、前記少なくとも１つの光学素子で流量通知を提示させるように構成されている。

前記装置はさらにスピーカーを含み得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記スピーカーを制御して、前記スピーカーを介して可聴流量通知を再生させるように構成されている。

前記成分レベル目標範囲は、成分レベル最小閾値と無限上限との間にわたり得る。

前記成分レベル変化率目標範囲は、無限下限と成分レベル変化率最大閾値の間にわたり得る。

前記流量目標範囲は、最小流量閾値と無限上限との間にわたり得る。

前記少なくとも１つのコントローラは、前記バルブを開いた後に前記成分レベルを監視するように構成され得る。

前記装置はさらに、受けられている前記吐出された呼気の流量を測定するように構成された流量計を含み得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記バルブを開いた後の前記流量を監視し、前記測定された流量が流量終端範囲内にあることに少なくとも部分的に基づいて前記バルブを閉じるように制御するように構成される。

さらに別の態様では、呼気試料の採取方法が提供され、前記方法は、吐出された呼気を、第１の導管系統が少なくとも１つの呼気試料貯留装置に向かってそこから延びる呼気入力インターフェースを介して受けるステップを含み、前記第１の導管系統から前記少なくとも１つの呼気試料貯留装置への前記吐出された呼気の移動を制御するようにバルブが配置されており、少なくとも１つのコントローラを介して、受けられている前記吐出された呼気中の前記成分レベルが成分レベル目標範囲内にあるかどうかを判断するステップと、前記成分レベルの変化率が成分レベル変化率目標範囲内であることを判断するステップと、前記成分レベルが前記成分レベル目標範囲内であるかどうか、および前記変化率が前記成分レベル変化率目標範囲内であるかどうかに少なくとも部分的に基づいて前記バルブを開くように制御するステップとを含む。

前記成分レベルは二酸化炭素レベルであり得、前記成分レベル目標範囲は二酸化炭素レベル目標範囲であり得、前記成分レベル変化率目標範囲は二酸化炭素レベル変化率目標範囲であり得る。

前記方法はさらに、受けられている前記吐出された呼気の流量を測定するステップを含み得、捕捉することは、前記測定された流量が流量目標範囲内にあることに少なくとも部分的に基づいて実行される。前記方法はさらに、ディスプレイを制御して、前記ディスプレイに流量通知を提示させるステップを含み得る。前記方法はさらに、少なくとも１つの
光学素子を制御して、前記少なくとも１つの光学素子で流量通知を提示させるステップを含み得る。

前記方法はさらに、スピーカーを制御して、前記スピーカーを介して可聴流量通知を再生させるステップを含み得る。

前記二酸化炭素レベル目標範囲は、二酸化炭素レベル最小閾値と無限上限との間にわたり得る。

前記二酸化炭素レベル変化率目標範囲は、無限下限と二酸化炭素レベル変化率最大閾値の間にわたり得る。

前記流量目標範囲は、最小流量閾値と無限上限との間にわたり得る。

前記方法はさらに、前記バルブを開いた後に前記二酸化炭素レベルを監視するステップを含み得る。

前記方法はさらに、受けられている前記吐出された呼気の流量を測定するステップを含み得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記バルブを開いた後の前記流量を監視し、前記測定された流量が流量終端範囲内にあることに少なくとも部分的に基づいて前記バルブを閉じるように制御するように構成される。

さらに別の態様では、呼気試料の採取装置が提供され、前記装置は、吐出された呼気を受けるように構成された呼気入力インターフェースと、前記呼気入力インターフェースに接続された第１の導管系統と、前記第１の導管系統と呼気試料を貯留するように構成された少なくとも１つの呼気試料貯留装置との間の流体連通を制御するように構成されたバルブと、最初に受けた吐出された呼気の完了時に前記第１の導管系統を通して空気を循環させるように構成された空気循環システムと、前記第１の導管系統内の湿度レベルに少なくとも部分的に基づいて、前記最初に受けた呼気の完了時に前記バルブを制御するように構成された少なくとも１つのコントローラとを備える。

前記少なくとも１つのコントローラは、前記湿度レベルの変化率が湿度レベル変化率目標範囲内であるかどうかに少なくとも部分的に基づいて前記バルブを制御するように構成され得る。前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルの前記変化率が前記湿度レベル変化率目標範囲内になるまで、前記バルブを閉じて前記第１の導管系統から前記少なくとも１つの呼気試料貯留装置への後続の吐出された呼気の通過を抑制するように構成され得る。前記装置はさらに、前記第１の導管系統に接続され、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルを測定するように構成された湿度計を含み得る。前記装置はさらに、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルの前記変化率が前記湿度レベル変化率目標範囲内にあるときにそれを示すための通知システムを含み得る。

前記第１の導管系統は、前記呼気入力インターフェースと前記バルブとの間に延在する呼気吸込導管を含み得、前記湿度計は、前記呼気吸込導管から分岐する前記第１の導管系統の排気導管に接続され得る。前記流体循環システムは前記排気導管に直接接続され得る。前記排気導管は、前記排気導管に沿った流量を測定するように構成された流量計を含み得る。

前記少なくとも１つのコントローラは、前記湿度レベルが湿度レベル目標範囲内にあるかどうかに少なくとも部分的に基づいて前記バルブを制御するように構成され得る。前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルが前記湿度レ
ベル目標範囲内になるまで、前記バルブを閉じて前記第１の導管系統から前記少なくとも１つの呼気試料貯留装置への後続の吐出された呼気の通過を抑制するように構成され得る。

別の態様では、呼気試料の採取方法が提供され、前記方法は、吐出された呼気を、第１の導管系統に接続された呼気入力インターフェースを介して受けるステップと、前記第１の導管系統に接続された少なくとも１つの呼気試料貯留装置を介して前記吐出された呼気の少なくとも一部を採取するステップと、前記吐出された呼気の完了を検出するステップと、前記吐出された呼気の前記完了の検出時に前記第１の導管系統と前記少なくとも１本の吸着剤チューブの間のバルブを閉じるステップと、前記吐出された呼気の前記完了を検出した後に、前記呼気入力インターフェースに接続された第１の導管系統を通して空気を循環させるステップと、前記第１の導管系統内の湿度レベルを監視するステップと、少なくとも１つのコントローラを介して、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルに少なくとも部分的に基づいて、前記バルブを制御するステップとを含む。

前記制御するステップは、前記湿度レベルの変化率が湿度レベル変化率目標範囲内であるかどうかを判断することを含み得る。前記方法はさらに、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルの変化率が前記湿度レベル変化率目標範囲内になるまで、前記バルブを閉じて、前記第１の導管系統から前記少なくとも１つの呼気試料貯留装置への後続の吐出された呼気の通過を抑制するように制御するステップを含み得る。前記方法はさらに、前記第１の導管系統に接続された湿度計を介して前記第１の導管系統内の前記湿度レベルを測定するステップを含み得る。前記方法はさらに、前記湿度レベルの前記変化率が前記湿度レベル変化率目標範囲内にあるときにそれを示すステップを含み得る。

前記第１の導管系統は、前記呼気入力インターフェースと前記バルブとの間に延在する呼気吸込導管を含み得、前記湿度レベルの前記測定ステップは、前記呼気吸込導管から分岐する前記第１の導管系統の排気導管に接続された湿度計によって実行される。前記流体循環システムは前記排気導管に直接接続され得る。前記方法はさらに、前記排気導管に沿った流量計を介して、前記排気導管に沿った流量を測定するステップを含み得る。

前記制御するステップは、前記湿度レベルが湿度レベル目標範囲内であるかどうかを判断することを含み得る。前記方法はさらに、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルが前記湿度レベル目標範囲内になるまで、前記バルブを閉じて、前記第１の導管系統から前記少なくとも１つの呼気試料貯留装置への後続の吐出された呼気の通過を抑制するように制御するステップを含み得る。

さらなる態様では、呼気試料の採取装置が提供され、前記装置は、吐出された呼気を受けるように構成された呼気入力インターフェースと、前記呼気入力インターフェースに接続された第１の導管系統と、前記呼気入力インターフェースと前記呼気採取システムとの間に延在する前記第１の導管系統の呼気取込導管を介して呼気入力インターフェースに接続された少なくとも１つの呼気試料貯留装置とを備え、前記少なくとも１つの呼気試料貯留装置は、前記呼気の前記少なくとも一部を捕捉するように構成され、さらに、少なくとも１つの特性を測定するための少なくとも１つの計量装置を備え、前記少なくとも１つの計量装置は、前記呼気取込導管から分岐する前記第１の導管系統の前記排気導管に沿って配置されている。

前記少なくとも１つの計量装置は、前記第１の導管系統の前記排気導管に沿った前記吐出された呼気の流量を測定する流量計を含み得る。前記少なくとも１つの計量装置は、前記第１の導管系統の前記排気導管に沿って配置され、前記吐出された呼気中の二酸化炭素レベルを測定するカプノメータを含み得る。

前記少なくとも１つの計量装置は、吐出導管内の湿度レベルを測定するために、前記第１の導管系統の前記排気導管に沿って配置された湿度計を含み得る。前記装置はさらに、前記排気導管を通して空気を流すために、前記第１の導管系統の前記排気導管に沿って配置されたポンプを含み得る。

さらに別の態様では、呼気試料の採取方法が提供され、前記方法は、吐出された呼気を呼気入力インターフェースを介して受けるステップと、呼気入力インターフェースに接続された第１の導管系統を含み、さらに、前記呼気入力インターフェースと呼気採取システムとの間に延在する第１の導管系統の呼気吸込導管を介して前記呼気入力インターフェースに接続されている前記呼気採取システムを介して呼気を捕捉するステップと、前記排気導管に沿って配置された少なくとも１つの計量装置を介して前記呼気吸込導管から分岐する前記第１の導管系統の排気導管に沿って少なくとも１つの特性を測定するステップを含む。

前記少なくとも１つの計量装置は流量計を含み得、前記少なくとも１つの特性は、前記排気導管に沿った前記吐出された呼気の流量を含み得る。

前記少なくとも１つの計量装置はカプノメータを含み得、前記少なくとも１つの特性は、前記吐出された呼気の二酸化炭素レベルを含み得る。

前記方法はさらに、前記第１の導管系統の前記排気導管に沿って配置された湿度計を介して、前記排気導管に沿った湿度レベルを測定するステップを含み得る。前記方法はさらに、前記排気導管に沿って配置されたポンプを介して前記排気導管を通して空気を流すステップを含み得る。

さらに別の態様では、呼気試料の採取装置が提供され、前記装置は、吐出された呼気を受けるように構成された呼気入力インターフェースと、前記吐出された呼気の少なくとも一部を受けるために前記呼気入力インターフェースに接続され、制御可能な容積のキャビティを有する容器と、前記呼気入力インターフェースによって受けた前記吐出された呼気の流量に最大限でも等しい容積増加率で増加するように前記キャビティの前記容積を制御するように構成された少なくとも１つのコントローラとを備えている。

第１の導管系統の呼気吸込導管は、前記呼気入力インターフェースから前記容器に向かって延びることができ、前記第１の導管系統の排気導管は、その第１の端部で前記呼気採取部から分岐し、その第２の端部にアウトレットを有する。前記装置はさらに、前記排気導管に沿った流量を測定するように配置された流量計を含み得る。前記容器の前記容積の容積増加率は、前記排気導管に沿った流量に比例し得る。前記容器の前記容積は、前記少なくとも１つのコントローラによって直接機械的に制御可能であり得る。前記容器は、その中に配置された作動可能なピストンを有するピストン室を含み得、前記ピストン室内の前記ピストンの位置が前記キャビティの前記容積を規定する。前記装置はさらに、前記ピストン室への前記吐出された呼気の移動を制御するように配置されたバルブを含み得る。前記装置はさらに、前記容器に接続された少なくとも１本の吸着剤チューブを含み得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記バルブを閉じるように制御し、前記ピストンの作動を制御して前記少なくとも１本の吸着剤チューブを通して前記キャビティ内の前記呼気を推進するように構成される。

前記容器は、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクルを含み得、前記装置はさらに、前記呼気入力インターフェースと前記容器の中間に構成されて、前記少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル内に前記呼気を前記容積増加率で推進するこ
とができるポンプを含み得る。前記装置はさらに、前記少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクルに接続された少なくとも１本の吸着剤チューブを含み得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記少なくとも１本の吸着剤チューブの部分集合を介して前記キャビティ内の前記呼気を推進するように前記ポンプを制御するように構成されている。前記装置はさらに、前記ピストン室への前記吐出された呼気の移動を制御するように配置されたバルブを含み得る。

前記装置はさらに、前記ピストン室への前記吐出された呼気の移動を制御するように配置されたバルブを含み得る。前記装置はさらに、前記排気導管内の成分レベルを測定するように配置された計量装置を含み得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記成分レベルが成分レベル目標範囲内にあるかどうかを判断し、前記成分レベルの変化率が成分レベル変化率目標範囲内にあるかどうかを判断し、前記成分レベルが前記成分レベル目標範囲内にあるかどうか、および前記変化率が前記成分レベル変化率目標範囲内にあるかどうかに少なくとも部分的に基づいて前記バルブを開くように制御するように構成され得る。前記計量装置はカプノメータであり得、前記成分レベルは二酸化炭素レベルであり得、前記成分レベル目標範囲は二酸化炭素レベル目標範囲であり得、前記成分レベル変化率目標範囲は二酸化炭素レベル変化率目標範囲であり得る。

前記装置はさらに、前記呼気入力インターフェースから前記容器に向かって延びる第１の導管系統の呼気吸込導管と、前記呼気吸込導管に沿った前記吐出された呼気の流量を測定するように配置された流量計とを含み得る。前記容器の前記容積の前記容積増加率は、前記呼気吸込導管に沿った前記流量に比例させることができる。前記容器の前記容積は、前記少なくとも１つのコントローラによって直接機械的に制御可能であり得る。前記容器は、その中に配置された作動可能なピストンを有するピストン室を含み得、前記ピストン室内の前記ピストンの位置がキャビティの前記容積を規定する。前記装置はさらに、前記ピストン室への前記吐出された呼気の移動を制御するように配置されたバルブを含み得る。前記装置はさらに、前記容器に接続された少なくとも１本の吸着剤チューブを含み得、前記少なくとも１つのコントローラは、前記バルブを閉じるように制御し、前記ピストンの作動を制御して前記少なくとも１本の吸着剤チューブの部分集合を通して前記キャビティ内の前記呼気を推進するように構成される。

前記容器は、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクルを含み得、前記装置はさらに、前記呼気入力インターフェースと前記容器の中間に構成され、前記容積増加率で前記呼気を前記少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル内へと推進するポンプを含み得る。

さらに別の態様では、呼気試料の採取方法が提供され、前記方法は、吐出された呼気を呼気入力インターフェースを介して受けるステップと、前記呼気入力インターフェースに接続された容器に前記吐出された呼気の少なくとも一部を貯留するステップを含み、前記容器は制御可能な容積のキャビティを有し、さらに、少なくとも１つのコントローラを介して、前記呼気入力インターフェースによって受けた前記吐出された呼気の流量に最大限でも等しい容積増加率で前記容器の前記容積を増加するように制御するステップを含む。

第１の導管系統の呼気吸込導管は、前記呼気入力インターフェースから前記容器に向かって延びることができ、前記第１の導管系統の排気導管は、その第１の端部で呼気採取部から分岐してよく、その第２の端部にアウトレットを有する。前記方法はさらに、流量計を介して前記排気導管に沿った流量を測定するステップを含み得る。前記容器の前記容積の前記容積増加率は前記流量に比例し得る。前記方法はさらに、前記容器の前記容積を直接機械的に制御するステップを含み得る。前記容器は、ピストンが配置されるピストン室を含み得、前記ピストンの位置がキャビティの前記容積を規定し、前記直接機械的に制御
するステップは前記ピストンを作動させることを含む。前記方法はさらに、前記呼気入力インターフェースと前記容器との間に配置されたバルブを介して、前記ピストン室に前記吐出された呼気を移動させるステップを含み得る。前記方法は、前記バルブを閉じるように制御するステップと、前記ピストンの作動を制御して、前記容器に接続された少なくとも１本の吸着剤チューブを通して前記キャビティ内の呼気を推進するステップを含み得る。

前記容器は、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクルを含み得、前記方法はさらに、前記呼気入力インターフェースと前記容器の中間のポンプを介して、前記容積増加率で前記少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル内へと前記吐出された呼気を推進するステップを含み得る。

前記方法はさらに、前記ポンプを制御して、前記少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクルに接続された前記少なくとも１本の吸着剤チューブの部分集合を通して前記キャビティ内の前記呼気を推進するステップを含み得る。前記方法は、バルブを介して前記ピストン室への前記吐出された呼気の移動を制御するステップを含み得る。

前記方法はさらに、バルブを介して前記ピストン室への前記吐出された呼気の移動を制御するステップを含み得る。前記方法はさらに、前記排気導管内の成分レベルを測定するステップと、前記少なくとも１つのコントローラを介して、前記成分レベルを成分レベル目標範囲と比較するステップと、前記成分レベルの変化率を成分レベル変化率目標範囲と比較するステップと、前記成分レベルが前記成分レベル目標範囲内にあるかどうか、および前記変化率が前記成分レベル変化率目標範囲内にあるかどうかに少なくとも部分的に基づいて前記バルブを開くように制御するステップを含み得る。前記成分レベルは二酸化炭素レベルであってもよく、前記成分レベル目標範囲は二酸化炭素レベル目標範囲であってもよく、前記成分レベル変化率目標範囲は二酸化炭素レベル変化率目標範囲であってもよい。

第１の導管系統の呼気吸込導管は、前記呼気入力インターフェースから前記容器に向かって延びることができ、前記方法はさらに、流量計を介して前記呼気吸込導管に沿った前記吐出された呼気の流量を測定するステップを含み得る。前記容器の前記容積の前記容積増加率は前記流量に比例し得る。前記方法はさらに、前記少なくとも１つのコントローラによって前記容器の前記容積を直接機械的に制御するステップを含み得る。前記容器は、その中に配置された作動可能なピストンを有するピストン室を含み得、前記方法はさらに、キャビティの前記容積を規定する前記ピストン室内の前記ピストンの位置を作動させるステップを含み得る。前記方法はさらに、バルブを介して前記ピストン室への前記吐出された呼気の移動を制御するステップを含み得る。前記方法はさらに、前記バルブを閉じるように制御するステップと、前記ピストンの作動を制御して、前記容器に接続された少なくとも１本の吸着剤チューブの部分集合を通して前記キャビティ内の前記呼気を推進するステップを含み得る。

前記容器は、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクルを含み得、前記方法はさらに、前記呼気入力インターフェースと前記容器の中間に配置されたポンプを介して、前記少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクルへと前記容積増加率で前記呼気を推進するステップを含み得る。

他の技術的利点は、以下の図および説明を検討すれば、当業者にとって容易に明らかになるであろう。

本明細書に記載される実施形態（複数可）のより良い理解のために、および実施形態（
複数可）がどのように実施され得るかをより明確に示すために、次に、例示としてのみ、添付の図面を参照する。

呼気試料採取装置を、その一実施形態に従って示す図である。 図１の装置と共に使用する吸着剤チューブを示す概略図である。 図１の装置を用いて呼気を採取する一般的な方法のフローチャートである。 周囲空気がピストン室に引き込まれている、図１の呼気試料採取装置を示す図である。 周囲空気で装置をフラッシングしている間の、図４Ａの呼気試料採取装置を示す図である。 吸着剤チューブが図４Ａの呼気試料採取装置内に装着され、周囲空気が容器内に引き込まれているのを示す図である。 周囲空気が図４Ａの呼気試料採取装置内の吸着剤チューブの１つを通して押し出されているのを示す図である。 人が呼気試料採取装置への吹き込みを開始するときの図４Ａの呼気試料採取装置を示す図である。 呼気が肺胞呼気であると判断された後に呼気試料を採取する図４Ｃの呼気試料採取装置を示す図である。 図４Ｃの呼気試料採取装置を使用して呼気試料採取装置をプライミングする様子を示す図である。 吸着剤チューブが装填された後に呼気試料を採取している、図４Ｃの呼気試料採取装置を示す図である。 吸着剤チューブのうちの１つを通して採取された呼気試料を流している、図４Ｃの呼気試料採取装置を示す図である。 呼気中の経時の二酸化炭素レベルを示すグラフである。 ポンプによって湿気が除去されている間の、呼気試料採取装置内の湿度レベルを示す図である。 別の実施形態による、折り畳まれた袋を含む呼気試料の採取装置と、その動作環境を示す図である。 袋が膨張されている、図７Ａの装置を示す図である。 さらなる実施形態に係る呼気試料採取装置を示す図である。

特に断らない限り、図面に描かれた物品は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。

図示の単純化および明確化のために、適切と考えられる場合には、対応するまたは類似の要素を示すために、参照符号を図間で繰り返すことがある。さらに、多数の特定の詳細が、本明細書に記載された１つ以上の実施形態の徹底的な理解を提供するために規定される。しかしながら、本明細書に記載される実施形態は、これらの特定の詳細なしに実施され得ることは、当業者には理解されよう。他の例では、周知の方法、手順、および構成要素は、本明細書に記載される実施形態を不明瞭にしないように、詳細には記載されていない。典型的な実施形態が図に示され、以下に説明されるが、本開示の原理は、現在知られているか否かにかかわらず、任意の数の技術を使用して実施され得ることが最初に理解されるべきである。本開示は、図面に例示され、以下に説明される典型的な実施形態および技術に決して限定されるべきではない。

本明細書全体を通して使用される様々な用語は、文脈が他に示す場合を除いて、以下のように読み解くことができる。全体を通して使用される「または」は、「および／または」と書かれたかのように包括的であり、全体を通して使用される単数形の冠詞および代名
詞は、それらの複数形を含み、逆に複数形は単数形を含み、同様に、性別の代名詞は、その対応する代名詞を含むので、代名詞は、本明細書に記載されるあらゆるものを単一の性別による使用、実施、性能などに制限するものとして理解すべきでなく、「典型的（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」は「例示（ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｖｅ）」または「例示的（ｅｘｅｍｐｌｉｆｙｉｎｇ）」として理解すべきであって、必ずしも他の実施形態よりも「好ましい」ものとは理解されない。用語の更なる定義が本明細書に記載され得るものであり、これらは、本明細書を読むことから理解されるように、それらの用語の先行および後続のインスタンスに適用され得る。

本開示の範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されるシステム、装置、および方法に修正、追加、または省略を行ってもよい。例えば、システムおよび装置の構成要素は、統合されても分離されてもよい。さらに、本明細書に開示されるシステムおよび装置の動作は、より多数の、より少数の、または他の構成要素によって実行されてもよく、記載される方法は、より多数の、より少数の、または他のステップを含んでもよい。さらに、ステップは、任意の適切な順序で実行されてもよい。本書で使用される「各」は、集合の各構成要素または集合の部分集合の各構成要素を指す。

命令を実行する本明細書に例示される任意のモジュール、ユニット、コンポーネント、サーバ、コンピュータ、端末、エンジンまたはデバイスは、例えば磁気ディスク、光ディスク、またはテープなどの記憶媒体、コンピュータ記憶媒体、またはデータ記憶デバイス（取り外し可能および／または取り外し不可能）などのコンピュータ可読媒体を含んでもよく、またはコンピュータ可読媒体にアクセスしてもよい。コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、または他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法または技術で実装された揮発性および不揮発性、取り外し可能および取り出し不可能な媒体を含んでもよい。コンピュータ記憶媒体の例は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリまたは他のメモリ技術、ＣＤ－ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）または他の光ストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージまたは他の磁気ストレージデバイス、または所望の情報を記憶するために使用でき、アプリケーション、モジュールまたはその両方でアクセスできる他の任意の媒体を含む。そのようなコンピュータ記憶媒体はいずれも、デバイスの一部であってもよいし、それにアクセス可能または接続可能であってもよい。さらに、文脈上特に明記されていない限り、本明細書で規定される任意のプロセッサまたはコントローラは、単数のプロセッサとして実装されてもよく、複数のプロセッサとして実装されてもよい。複数のプロセッサは、配列されても分散されてもよく、単一のプロセッサが例示されてはいるが、本明細書で言及される任意の処理機能は、１つのプロセッサによって実行されても、複数のプロセッサによって実行されてもよい。本明細書に記載される任意の方法、アプリケーションまたはモジュールは、そのようなコンピュータ可読媒体によって記憶されるかまたは他の方法で保持され、１つ以上のプロセッサによって実行され得るコンピュータ可読／実行可能命令を使用して実装され得る。

図１に、一実施形態に係る呼気試料採取装置２０が示されている。呼気試料採取装置２０は、吐出された呼気が提供されるときとは非同期に、吸着剤チューブ内に呼気試料を採取することを可能にする。呼気試料採取装置２０は、吐出された呼気を受けるための容器を含む。呼気は、その後、呼気を受けるときとは非同期に、１本以上の吸着剤チューブを通して流される。呼気を１本以上の吸着剤チューブを通して流すことは、正の相対圧力差を生成して呼気を推進することによって、負の相対圧力差を生成して呼気を引き込むことによって、または他の任意の適切な方法で実行され得る。その結果、吸着剤チューブによる呼気の吸着がより厳密に制御され得る。

呼気試料採取装置２０は、人から吐出された呼気を受けるための呼気入力インターフェ
ース２４を含む。呼気入力インターフェース２４は、事前採取導管系統４６の呼気吸込導管４４の呼気吸込端４０に固定されるマウスピース３６を含む。

マウスピース３６は、使い捨て／交換できるように、好ましくは安価なポリプロピレンまたは他の好適に安全な材料製である。さらに好ましくは、マウスピース３６は、揮発性有機化合物（「ＶＯＣ」）をオフガスしないか、または呼気試料を著しく汚染しないように低速でＶＯＣをオフガスする。マウスピース３６は、バクテリアおよび微粒子を試料から排除するために、ウイルス／バクテリアフィルタを含み得る。マウスピース３６を使い捨てにすることにより、各患者に新しいフィルタを提供して、試料の二次汚染およびウイルス、細菌等の伝播を回避することができる。

マウスピース３６のポリプロピレンは透明であり、湿度が高い場合にはわずかに曇る。呼気試料採取装置２０内に結露があることは望ましくない場合があるので、この特徴を用いて、結露を可視検出できる。

他の実施形態では、呼気入力インターフェースは、他の動物からの呼気を受けるように構成され得る。

呼気試料採取装置２０の導管は、不活性コーティングで被覆されたステンレス鋼製である。不活性コーティングは、シリカベースまたは石英材料などの任意の好適に不活性な物質製であり得る。

排気導管４８は、その第１の端部で呼気吸込導管４４に接続され、そこから分岐している。排気導管４８内の湿度を測定するための湿度計５２を含む一組の計量装置が排気導管４８に沿って配置されている。結露は、この結露によって人の呼気の成分が捕捉され、よって採取された呼気の試料に正確に表れないという点で、呼気試料採取装置２０の機能を悪化させる可能性がある。さらに、あるレベルの湿度および／または結露は、呼気試料採取装置２０の他の構成要素の機能に影響を与える可能性がある。排気導管４８に沿ってカプノメータ５６が配置され、患者の呼気の二酸化炭素含有量を測定する。同様に、排気導管４８に沿って、排気導管４８に沿った呼気の流量を測定する流量計６０が配置されている。排気導管４８に沿った低圧抵抗部分６４は、排気導管４８の第２の端部にある排気導管アウトレット６８に向かう排気導管４８に沿ったガスの流れに対して低い量の抵抗を与える。低圧抵抗部分６４は、排気導管４８上のキャップとして機能し、戻り拡散ガスが排気導管４８に入るのを抑制する一方、必要に応じてガスが両方向に流れるのを許容する。可撓性のまたはヒンジ式フラップ、絞られた断面または方向の変化（複数可）を有する導管のセクションなど、任意の適切な構造を用いて、低圧抵抗部分６４を提供してもよい。

空気循環システムは、排気導管４８から分岐し、モータによって駆動されるポンプ７２で終端するポンプ導管７６を含む。ポンプ７２は、必要に応じて、マウスピース３６を介するなどして、排気導管４８および呼気吸込導管４４を通して周囲空気を引き込み、周囲の環境に排出するように構成される。気体と共に使用するのに適した任意の流体ポンプが採用され得る。

マウスピース３６および導管部分４４、４８の内径サイズは、マウスピース３６を通る呼気の吐出に対して軽微な抵抗しか与えないように選択される。さらに、導管部分４４、４８は、所望により加熱または冷却して、そこに沿って結露が形成されるのを制御することができる。これは、結露が吸着剤チューブなどの呼気試料採取装置に通過する可能性を低くするために望ましくあり得る。

呼気採取バルブ８０は、呼気吸込導管４４に接続され、呼気吸込導管４４の呼気入力イ
ンターフェース２４から呼気捕捉導管系統８２の呼気採取導管８４への気体の流れを制御する。呼気吸込導管４４は、呼気入力インターフェース２４と呼気捕捉導管系統８２との間の直接経路の一部を形成する。吸込バルブ８８は、周囲空気インレット９２を介して呼気採取導管８４に出入りする気体の流れを制御する。エアフィルタ９６は、周囲空気インレット９２と吸込バルブ８８との間に配置され、入ってくる周囲空気をフィルタリングして、その中への粒子状汚染の侵入を抑制する。

容器は、呼気採取導管８４と流体連通しており、呼気採取導管から受けた呼気を貯留するように構成される。この実施形態における容器は、ピストン室１００の内壁によって少なくとも部分的に規定されたキャビティ１０４をその中に有するピストン室１００を含む。ピストン室１００は、２リットルの容量を有し、任意の適切な断面形状を有し得る。ピストン１０８は、ピストン室１００に形状が対応し、ピストン室１００内に配置され、ピストンモータ１１２によって駆動される。ピストン１０８は、ピストン室１００の側面に対して密封して気密シールを提供する。ピストンモータ１１２は、ピストン室１００内でピストン１０８を作動させる任意の適切なタイプのモータであり得る。

キャビティ１０４の容積は、ピストンモータ１１２によるピストン室１００内でのピストン１０８の位置決めによって直接機械的に制御可能である。さらに、キャビティ１０４の容積変化率は、対応する速度でピストン室１００内でピストン１０８を作動させて、ピストン室１００内へとさらに移動することによって、キャビティ１０４の容積を増加させて容積増加率を規定するか、またはピストン室１００からさらに外に移動することによって、キャビティ１０４の容積を減少させて容積減少率を規定するかのいずれかによって制御可能である。

別の実施形態では、ピストン室は内部空間を有するように構成され、ピストンは、ピストン室の内部空間を通って摺動可能に移動するための同様の断面形状を有している。

呼気採取導管８４はチューブマニホールド１１６に接続されている。チューブインレットマニホールド１１６は４つのチューブインレットバルブ１２０に分岐している。バイパス導管１２４は、呼気採取導管８４から分岐し、バイパス導管１２４に沿って配置されたバイパスバルブ１２８を有し、そこに沿った気体の流れを防止または許容する。アウトレットバルブ１３２は、アウトレット１３６に向かって配置され、アウトレット１３６を通る気体の流れを制御する。チューブアウトレットマニホールド１４０は、バイパス導管１２４に接続され、４つのチューブアウトレットバルブ１４４に分岐する。チューブインレットバルブ１２０およびチューブアウトレットバルブ１４４は、吸着剤チューブを受容するためのコネクタを有する。他の実施形態では、呼気試料採取装置２０は、任意の数の吸着剤チューブを受け入れ、使用するように構成され得る。

コントローラ１４８は、呼気試料採取装置２０の動作を制御する。コントローラ１４８は、バルブ８０、８８、１２０、１２８、１３２、および１４４に接続され、本明細書で後述するようにこれらのバルブを開閉させる。他の実施形態では、コントローラ１４８の機能は、２つ以上のコントローラによって実行され得る。

ディスプレイ１５０は、コントローラ１４８によって制御され、人に指示や情報を提示するとともに、手順の完了度、残り時間の推定量など、呼気試料採取装置２０によって採取された測度も提示する。

呼気が接触する内部構成要素は、一般に不活性である。導管およびバルブは、ステンレス鋼製であり、不活性コーティングが施されている。バルブ内のシーリング要素は、フルオロエラストマー材料の族であるＦＫＭ、またはオフガスの割合が非常に低い他の適切な
弾性材料製である。ポリプロピレン製マウスピース３６はオフガスすることがあるが、そのレベルは許容される公差レベル内である。

ここで図２を参照すると、例示的な吸着剤チューブ１５２が示されている。吸着剤チューブ１５２は、その各端部に開口部１６０を規定している、チューブ状のステンレス鋼ケーシング１５６を有している。吸着剤チューブ１５２の受端１６４は、吸着されるべき気体流体を受ける。典型的な記載された実施形態では、気体流体は、試験用にヒトから採取されたヒトの呼気である。泡沫分離器１６８が受端に向かって配置され、ステンレス鋼ケーシング１５６の断面にわたって流体圧力をより均一に分散させるように構成される。吸着材１７２は、泡沫分離器１６８および別の泡沫分離器１１０に隣接して配置される。分離器は、代替的に、金網または他の適切な材料で作製されてもよい。吸着材１７２は、非常に多孔質で、比較的高い表面積を有し、他の化合物の存在下でも目的の化合物を捕捉し保持するために、特定の化合物をサンプリングするために選択される。さらに、吸着材１７２は、採取された化合物を分析のために容易に脱着または抽出することを可能にする。さらに、選択される固体吸着材は試料と反応しない。特定の実施例では、固体吸着材はテナックス（Ｔｅｎａｘ）ＴＡまたは炭素材料である。気体流体が受端１６４を介して受けられると、試料は、吸着剤チューブ１５２の受端１６４に向けてより濃縮される。他の実施形態では、吸着剤チューブの組成および構成は、当業者によって理解されるように、様々であり得る。

次に、呼気試料採取装置２０を使用して呼気試料の採取方法２００を、図１、３、および４Ａ～４Ｇを参照しながら説明する。

方法２００は、システム内に周囲空気を引き込むことで開始する（２１０）。システムは、周囲空気を引き込み、次に導管４４、４８、６８、７６、８４、および１２４を通して排出することによって、あらゆる淀んだ残留空気をフラッシングする。これは、現在採取されている呼気と前の人からの呼気との相互汚染がないことを確実にするために行われる。システム内の淀んだ室内空気は、このフラッシング中に新鮮な室内空気と入れ替わる。

まず、バルブ８０、１２０、および１２８が閉じていることが確認される。次に、コントローラ１４８は、吸込バルブ８８を開くように指示し、ピストンモータ１１２を動作させて、ピストン室１００内のピストン１０８を後退させるように指示する。ピストン室１００内でピストン１０８が後退されると、ピストン室１００の内壁と、そこに気密に封入されているピストン１０８とによって規定されるキャビティ１０４の容積が増加する。その結果、キャビティ１０４内の圧力は急速に低下する。周囲空気は、周囲空気インレットおよびエアフィルタ９６を通って、キャビティ１０４内に引き込まれる。

図４Ａは、引き込まれた周囲空気で満たされたキャビティ１０４を示す。以下、説明のために、開いているバルブは点刻を含み、閉じているバルブには点刻がない。エアフィルタ９６は、周囲空気が吸い込まれているとき、且つ呼気採取導管８４に入る前に、周囲空気から微粒子を除去する。この周囲空気の吸入の間、呼気採取バルブ８０は閉じているが、前の人の呼気の痕跡が、呼気吸込導管４４に沿って、および排気導管４８に沿って存在することがある。呼気採取バルブ８０を閉じたままにして、周囲空気のみを取り込み、エアフィルタ９６を介して濾過するようにすることが望ましい。

周囲空気をピストン室１００に引き込むと、その周囲空気はシステムをフラッシングするために使用される（２０８）。コントローラは、ピストン室１００内のピストン１０８を後退させると、吸込バルブ８８を閉じ、次に他の全てのバルブを開く。バルブ８０、１２０、１２８、１３２、および１４４が開かれると、コントローラ１４８は、ピストンモ
ータ１１２に指示して、ピストン１０８をピストン室１００内へと駆動し、そこにある周囲空気を、呼気吸込導管４４を通ってマウスピース３６を出るように、排気導管４８を通って排気導管アウトレット６８から出るように、呼気採取導管８４およびチューブインレットマニホールド１１６を通ってチューブインレットバルブ１２０から出るように、また、バイパス導管１２４およびチューブアウトレットマニホールド１４０を通ってアウトレット１３６とチューブアウトレットバルブ１４４から出るように付勢する。その結果、システムの導管は、周囲空気で有効に満たされる。

図４Ｂは、呼気試料採取装置２０のフラッシングを示す。

システムが周囲空気でフラッシングされた後で、バルブ８０、１２０、１３２、および１４４は、再び閉じられる。

フラッシングを完了すると、コントローラ１４８は、フラッシングを繰り返すかどうかを判断する（２１２）。フラッシングは、前の人の呼気が、採取する呼気の試料を汚染する確率を減らすために、約１０～２０リットルの空気で５～１０回繰り返される。必要な回数のフラッシングがまだ完了していないと判断された場合、コントローラ１４８は、２０４で再び周囲空気を引き込むプロセスを開始する。

代わりに、十分なフラッシングが行われたと判断された場合、１本以上の吸着剤チューブ１５２ａ～１５２ｄ（或いは、以下、吸着剤チューブ１５２と総称する）が呼気試料採取装置２０に装填される（２１３）。バイパスバルブ１２８とアウトレットバルブ１３２は閉じている。その後、１～４本の吸着剤チューブ１５２が呼気試料採取装置２０に装填される。

この実施形態では、呼気試料を比較することができる対照として、周囲空気の試料が使用される。呼気試料を提供する間に人が吸い込む周囲空気は、呼気試料の分析中に計量されるいくつかの化合物を含み得る。呼気試料採取装置２０が位置する空間の周囲空気中のこれらの化合物を特定するために、周囲空気を、１本以上の吸着剤チューブ１５２に吸着させることができる。呼気試料採取装置２０は、呼気の採取と幾分類似した方法で周囲空気の採取を行う。したがって、少なくとも２本の吸着剤チューブ１５２は、少なくとも１本が周囲空気を捕捉でき、少なくとももう１本が呼気を捕捉できるように装填される。

吸着剤チューブが装填されると、図４Ｃに示すように、周囲空気がピストン室１００に引き込まれる（２１４）。ピストンモータ１１２を制御してピストン１０８を作動させることにより、呼気試料採取装置２０がある部屋の周囲空気を引き込む。ピストン１０８がピストン室１００内で後退されると、キャビティ１０４の大きさが増大し、周囲空気は、インレット９２を介して、エアフィルタ９６およびインレットバルブ８８を通ってキャビティ１０４内に引き込まれる。

周囲空気がピストン室１００内に引き込まれると、周囲空気は、図４Ｄに示すように、吸着剤チューブ１５２の部分集合を通して流される（２１５）。コントローラ１４８は、チューブインレットバルブ１２０のうち第１のチューブインレットバルブと、チューブアウトレットバルブ１４４のうち第１のチューブアウトレットバルブと、アウトレットバルブ１３２を開く。次に、コントローラ１４８は、ピストンモータ１１２に指示して、ピストン１０８を作動させ、ピストン室１００内へと移動させてキャビティ１０４の容積を減少させる。キャビティ容積が減少するにつれ、キャビティ１０４内の周囲空気は、第１の吸着剤チューブ１５２ａを通り、アウトレット１３６を通って外へ押し出される。周囲空気が吸着剤チューブ１５２ａを通して流される速度は、時間効率的でありながら効果的な吸着を提供するように選択される。

周囲空気試料を捕捉するために吸着剤チューブ１５２ａを通して流すべき周囲空気の目標体積がピストン室の容量（約２リットル）を超えると判断される場合、周囲空気試料が吸着剤チューブ１５２ａに捕捉されるまで、２１４および２１５が必要に応じて繰り返される。

次に、呼気試料が採取される人１８０は、図４Ｅに示されるように、「呼気事前採取」と呼ばれるプロセス中にマウスピース３６に呼気を吐出するようにディスプレイ１５０を介して指示される（２１６）。「呼気事前採取」は、呼気試料採取装置２０の動作のために定められた基準に従って、所定の方法で呼気試料採取装置２０に呼気を吐出する感覚を人１８０に慣らすために使用される。ディスプレイ１５０は、毎分２０リットルという目標呼気量に関する指示を人１８０に提示する。呼気試料採取装置２０に呼気を吐出する方法について人１８０を慣らすことによって、人１８０は典型的には呼気がより安定するようになる。人は、典型的には、たった１回でも呼気吐出の訓練を行えば、自分の呼気量を制御することが格段にうまくなる。さらに、呼気事前採取段階中に提供された呼気を用いて、システムの導管をプライミングする。

呼気採取バルブ８０が閉じられると、人１８０によって吐出される呼気は、呼気吸込導管４４を通り、排気導管４８に沿って移動する。

呼気事前採取段階中に、カプノメータ５６は、空気をサンプリングして、その中の二酸化炭素のレベルを測定する。カプノメータ５６は空気を頻繁にサンプリングしているので、カプノメータ５６は二酸化炭素のレベルの変化率も測定することができる。流量計６０は呼気の流量を測定する。低圧抵抗部分６４は、人１８０による呼気に対して非常に低い流量制限を与え、呼気は排気導管アウトレット６８を通って出る。

コントローラ１４８は、カプノメータ５６および流量計６０からの信号を常に監視し、一組の呼気採取基準が満たされているかどうかを判断する。これらの呼気採取基準は、（ａ）カプノメータ５６によって報告された二酸化炭素レベルが最小閾値と無限上限によって定義される目標範囲内にあり、（ｂ）二酸化炭素レベルの変化率が無限下限と変化率最大閾値によって定義される変化率目標範囲内にあり、（ｃ）呼気吐出の流量が最小流量閾値と最大流量閾値によって定義される目標範囲内にあることである。本実施形態では、最小流量閾値は２０リットル／分であり、最大流量閾値は２５リットル／分である。呼気の流量が目標範囲内であることは、人１８０によって提供される呼気に一貫性を与える。理解されるように、目標範囲は、目標範囲の一方の境界における閾値によって定義されると言えるが、それは、他方の境界は、無限またはゼロ境界等で論理的に充足され得るからである。

人１８０の呼気の第１の部分は、肺での酸素／二酸化炭素交換が起こらなかった口または／および喉からの空気を含み、それによってより高い割合の酸素を与える。人１８０が呼気を吐出し続けるにつれ、呼気のより大きな部分は、酸素／二酸化炭素交換が起こる肺からのものである。その結果、血流から放出される二酸化炭素が呼気のより大きな付随部分（約３～７％）になる。そして、二酸化炭素の変化率が急激に減少したところで、二酸化炭素レベルはニー（ｋｎｅｅ）に当たる。これは、口や気管からの呼気ではなく、肺の中からの呼気であることを示している。このような呼気は肺胞呼気と呼ばれる。本実施形態では、二酸化炭素レベルの目標範囲は、呼気の３％から無限上限までであり、二酸化炭素レベルの変化率目標範囲は１秒間に呼気の０％～２％である。

図５は、閾値Ωに対する前記吐出された呼気中の経時の二酸化炭素レベルを示す。肺胞呼気が吐出されるまで二酸化炭素レベルの変化率は概ね一貫して上昇し、その時点で二酸
化炭素レベルの変化率は大きく低下する。この変化率はニー（ｋｎｅｅ）Ｋとして反映される。その後、吐出された呼気中の二酸化炭素レベルは安定する。

本構成において、呼気の採取基準は以下の通りである。二酸化炭素レベルが閾値の２％以上である。このレベルは、大気中のレベルを十分に上回っているが、人において見られると予想されるレベル（例えば、肺機能が低下している人からは３％が最低）より下である。二酸化炭素レベルの変化率は所定の閾値以下である。さらに、呼気吐出の流量が１分間に２０リットルを超えている。

この３つの基準により、多くの場合、理想的でない状況下での呼気採取の発動が防止される。

３つの基準すべてが満たされると、図４Ｆに示されるように、呼気採取が開始される（２２４）。３つの基準が満たされると、コントローラ１４８は、呼気採取バルブ８０を開き、ピストンモータ１１２に指示してピストン１０８を駆動させ、呼気を受けるにつれてキャビティ１０４の容積を増加させるようにする。ピストン１０８は、キャビティ１０４の容積増加率を提供するために、流量計６０によって報告される流量に依存する速度で作動するように制御される。この特定の実施形態では、ピストン１０８を作動させる結果として達成されるキャビティ１０４の容積増加率は、排気導管４８に沿って流量計６０によって検出される流量に比例する。他の実施形態では、キャビティ１０４の容積変化率は、流量計６０によって報告される流量の関数として異なる方式で変更され得る。

キャビティ１０４の容積が大きくなるにつれ、生じた圧力差のために、人１８０が呼気を吐出することがより容易になる。人１８０が毎分２０リットルで吐出している場合、キャビティ１０４の容積が増加した結果、毎分１６リットルがシステム内の圧力差によって引き出されるため、人１８０は毎分４リットルに必要な力で呼気を出しているだけである。これは、肺癌および呼気器系疾患の場合であり得るように、力強く吐出する能力が低下した人が呼気試料を提供することを可能にすることができる。

前に示したように、流量計６０は、流量計６０に付着した以前の呼気試料提供者からの呼気で現在採取された呼気試料が汚染されるのを抑制するために、気流用の通常下流経路に沿って位置決めされる。ピストン１０８の作動速度、ひいてはキャビティ容積の増加速度が固定されていた場合、人１８０がより速く吐出したときに、多少の呼気が流量計６０を介して排出されることになる。このため、吐出された呼気が排気導管４８に沿って所望量よりも多く逸出してしまい、流量がキャビティ１０４の容積増加率を下回ると問題が発生することがある。

本構成では、コントローラ１４８は、ピストン１０８を制御して、流量計６０によって測定された流量に依存する速度でキャビティ１０４の容積を増加させる。特に、キャビティ１０４の容積は、流量計６０によって測定される流量の４倍で増加される。すなわち、キャビティ１０４の容積の増加は、人１８０から受けた呼気の８０％を捕捉する。

湿度計５２、カプノメータ５６、および流量計６０は、全て、呼気吸込導管４４から離れた排気導管４８に沿って配置される。これらの計量装置はＶＯＣをオフガス化することができる。さらに、これらの計量装置は、以前に呼気を採取した人の呼気によって汚染される可能性がある。これらの計量装置を排気導管４８に沿って配置し、排気導管４８に沿って呼気が、呼気吸込導管４４沿いの直接経路から離れて流れることで、他の呼気またはオフガス化したＶＯＣによる汚染は抑制される。さらに、これらの計量装置および導管には、不活性内部コーティングが設けられて、呼気またはオフガス化ＶＯＣがそれらの内部表面に付着する確率を低減し、それによって、以前に受けた呼気およびオフガス化ＶＯＣ
による呼気試料の汚染の確率をさらに低減する。

受けた呼気の一部を、湿度計５２、カプノメータ５６、および流量計６０がそれに沿って配置されている排気導管４８に沿って移動させることによって、全体的に概ね制限のない呼気吐出量が測定され得る。この呼気吐出量は、流量計６０によって測定された流量に、ピストン１０８の位置の作動速度に基づいて測定されたキャビティ１０４の容積増加率を加えたものに等しい。そして、この呼気吐出量を用いて、キャビティ１０４の容積をどの程度の速さで増加させるかを判断することができる。キャビティ１０４の容積の増加速度を測定された呼気吐出量未満に保つことによって、呼気の一部は常に排気導管４８の下を移動し、総合的呼気吐出量の継続的な監視を可能にする。

総合的呼気吐出量の８０％というこの比率は、人の吐出量が急速に低下した場合、呼気吐出量を超える可能性がほとんどなく、キャビティ１０４の容積増加率をわずかなラグで調整できるように、反応時間バッファを余裕をもって選択された。キャビティ１０４の容積増加率が人の呼気吐出量を超える場合、システム内の圧力差は、人から不自然に呼気を引き込み、それは望ましくない結果となり得、排気導管アウトレット６８を介して周囲空気を引き込む可能性がある。

総合的吐出量に関する情報は、ディスプレイ１５０で人１８０に提示され、人１８０が目標範囲内または少なくとも閾値速度で吐出するように促すことができる。

人１８０が、閾値２５リットル／分まで吐出量を増加させた場合、ピストン１０８は、コントローラによって、吐出された呼気の８０％がキャビティ１０４内に採取されるようにキャビティ１０４の容積を増加させるように移動するように作動される。

人１８０が吐出量を減少させた場合、ピストン速度は、キャビティ１０４の容積変化が常に吐出量未満であるように調整され、流量計ルートを介して空気が引き込まれず、流量計６０を介して呼気の流量を計量できることを確実にする。

流量計６０で検出された流量が流量終端範囲に入ると、ピストン１０８の移動が停止され、ピストン室１００での呼気の採取が停止される。本実施形態における流量終端範囲は、無限下限から１分間に２リットルの呼気までである。

人１８０は、ピストン室１００の全体を満たすだけの呼気を有していない場合がある。したがって、吐出量がある値より低下したことを流量計６０が報告すると、ピストン１０８の移動、ひいては呼気の採取が停止される。

次に、コントローラ１４８は、システムをプライミングするための目標体積が採取されたかどうかを判断する（２２８）。呼気試料採取装置２０は、システムをプライミングするために１リットルの呼気を採取する。目標体積である１リットルより少ない呼気が採取された場合、コントローラ１４７は、２１６において呼気試料採取装置２０を制御して、呼気事前採取を実行する。

代わりに、２２８において、システムをプライミングするのに十分な呼気が採取されたと判断された場合、図４Ｇに示されるように、採取された呼気を使用してシステムをプライミングする（２３２）。コントローラ１８４は、呼気採取バルブ８０を閉じるように指示し、バイパスバルブ１２８およびアウトレットバルブ１３２を開くように指示する。さらに、ピストンモータ１１２は、ピストン１０８をピストン室１００内へと駆動するように指示し、それによってキャビティ１０４の容積を減少させる。キャビティ１０４の容積が減少するにつれて（すなわち、容積減少率）、キャビティ１０４に含まれる呼気は、呼
気採取導管８４、チューブインレットマニホールド１１６、チューブアウトレットマニホールド１４０、バイパス導管１２４、およびアウトレット１３６を通って推進される。これにより、これらの導管は、人１８０の採取された呼気でプライミングされる。

捕捉導管系統８２をプライミングすると、２１６から２２８で同じ一般的なアプローチを用いて、呼気が再び採取される。すなわち、呼気事前採取が再び行われる（２４０）。呼気事前採取の間、コントローラ１４８は、呼気吐出基準が満たされているかどうかを判断する（２４４）。満たされていれば、図４Ｈに示されるように、呼気が採取される（２４８）。

次に、吸着のための呼気の目標体積が採取されたか、またはピストン室１００が満杯であるかどうかが判断される（２５２）。吸着剤チューブ（複数可）１５２に吸着させるための呼気の目標体積がまだ採取されていない場合、およびピストン室１００が満杯でない場合、２４０における呼気事前採取から開始して、さらなる呼気が再び採取される。人１８０は、もう一度呼吸を行うように指示される。

代わりに、２５２において、呼気の目標体積が採取されたこと、またはピストン室１００が満杯であることが判断された場合、呼気は、吸着剤チューブ１５２の第２の部分集合を通して流される（２５６）。図４Ｉは、ピストン室１００が呼気で満たされたことを示す。コントローラ１４８は、吐出された呼気を受けるときとは非同期に、容器から吸着剤チューブ１５２の部分集合への呼気の少なくとも一部の流れを制御するように構成される。すなわち、容器から吸着剤チューブ１５２の部分集合への呼気の流れは、呼気を受けた後に発生しなければならないこととは別に、吐出された呼気を受けるタイミングとは無関係に実行され得る。第２の部分集合は、呼気試料採取装置２０に接続された吸着剤チューブ１５２のうち、周囲空気と吸着していない任意の数の吸着剤チューブ１５２であり得る。導管をプライミングした後で、機械が満杯ピストン室分の呼気を採取すると、コントローラ１４８は、呼気採取バルブ８０を閉じ、チューブインレットバルブ１２０のそれぞれを制御して、チューブインレットバルブ１２０をそれらの以前に閉じた状態または開いた状態のままにするか、チューブインレットバルブ１２０のそれぞれを開閉して、呼気のうち少なくとも一部が流される吸着剤チューブ１５２の部分集合を選択する。本実施形態では、コントローラ１４８は、試料が吸着される吸着剤チューブ１５２について、チューブインレットバルブ１２０およびチューブアウトレットバルブ１４４のうちの対応する１つを開くとともに、アウトレットバルブ１３２を開く。ピストン１０８は、コントローラ１４８によって、選択された吸着剤チューブ１５２を通して呼気を押し出す所定の速度で、そこにある呼気を緩慢に移動させるように制御される。

呼気が吸着剤チューブ１５２の第２の部分集合を通して流されているとき、空気は、内部の結露を減らすために、事前採取導管系統４６を通して同時に流される（２６０）。特に、コントローラ１４８は、ポンプ７２をオンにして、マウスピース３６および排気導管アウトレット６８から、排気導管４８を通して周囲空気を引き込み、ラインからの結露を緩和するのを補助するよう制御する。計量装置は、非常に湿度の高い条件下では最適に機能しないので、ポンプ７２は、排気導管４８内の結露／湿度を下げるように作用する。ポンプ７２が作動すると、湿度計５２を介して湿度レベルが監視される。

図６は、湿度計５２によって検出される湿度レベルの典型的な経時的グラフを示す。ポンプ７２がｔ_１でオンにされる前では、湿度は第１のレベルｈ_１にある。透明なマウスピース３６に高レベルの結露が観察され得る。ポンプ７２がオンにされた後は、湿度が経時的に低下するため、湿度の変化率は負である。時刻ｔ_２において湿度レベルの変化率が変化率目標範囲内にあるとき、コントローラ１４８は、事前採取導管系統４６に結露が比較的なく、ポンプ７２の運転を継続しても比較的価値が少ないと判断されるため、ポンプ７
２の運転を終了させる。この湿度レベル変化率目標範囲は、本実施形態では、毎秒－０．０５％相対湿度～毎秒０％相対湿度であるが、他のシナリオでは変化させることが可能である。このようにして、呼気試料採取装置２０は、それ以外はアイドルな時間中にメンテナンスを行うことができる。他の実施形態では、この結露低減段階は、湿度レベルが、ゼロから周囲空気の湿度レベルまでの湿度レベル目標値範囲外にあることに基づいて二次外部湿度計の使用を介して実行され得る。

呼気が吸着剤チューブ１５２を通して流される速度は、１分間に５００ミリリットルである。吸着剤チューブ１５２の漏出容量は、吸着剤流量に影響されることが分かっている。漏出容量は、試料の半分が吸着剤チューブ１５２に捕捉され、残りの半分が吸着剤チューブ１５２の反対側に流れ込む容量である。漏出容量では、吸着剤チューブ１５２内の吸着剤は、分子が捕捉されるのと同様に分子が通過しやすいように、十分な表面が使用されている点にある。吸着剤チューブ１５２を通過する呼気の流量を増加させると、漏出容量が減少する。これにより、捕捉された試料は、より重い分子に偏り、より小さい分子は少なくなる。吸着剤チューブ１５２を通る呼気の流量を制御することにより、特定の分子に対する吸着率を制御することができる。

次に、目標体積が吸着剤チューブ１５２の部分集合を通して流されたかどうかが判断される（２６４）。所望量の呼気が未だ吸着剤チューブ１５２の部分集合を通して流されていない場合、方法２００は２４０に戻り、ここで、吸着剤チューブ１５２の部分集合を通して流すために、より多くの呼気が採取される。

現在選択されている吸着剤チューブ１５２を通して目標体積が流されたと判断すると、コントローラ１４８は、チューブインレットおよびアウトレットバルブ１２０、１４４を介して吸着剤チューブ１５２を通して呼気を流すことを終了し、吸着剤チューブ１５２のうち別の吸着剤チューブを通して呼気を流すことを開始できる。

呼気試料採取装置２０は、周囲空気および呼気試料用の吸着剤チューブの異なるサイズの部分集合を選択するように構成され得る。好ましい一実施形態では、２本の吸着剤チューブ分の周囲空気試料および２本の吸着剤チューブ分の呼気試料が採取される。他の実施形態では、周囲空気は採取されなくてもよい。

明示的に図示してはいないが、コントローラ１４８は、バルブ、湿度計５２、カプノメータ５６、流量計６０、ポンプ７２、ピストンモータ１１２、および呼気試料採取装置２０の他の構成要素のそれぞれに接続されていることが理解されよう。

他の実施形態では、制御可能な容積を有する容器は、制御可能な容積を有するキャビティを提供するための任意の他の構造であってもよい。例えば、１つの特定の実施形態では、容器は蛇腹状の構造を含み得る。

図７Ａは、別の実施形態による呼気試料採取装置３００を示す。呼気試料採取装置３００は、呼気試料採取装置３００が、双方向ポンプ３０４と、ピストン室１００およびピストン１０８の代わりに、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８を含む容器とを用いることを除いて、図１および４Ａ～４Ｉの呼気試料採取装置２０と同様である。少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８は双方向ポンプ３０４に固定され、双方向ポンプ３０４のほうは呼気採取導管８４に固定される。

この実施形態では、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８は、高い引張特性を有する非常に可撓性の材料であるポリフッ化ビニル製の袋である。ポリフッ化ビニルは、不透過性ではないが、この用途では、その性能に大きな影響を与えない、好
適に低い透過性を有している。さらに、ポリフッ化ビニルは比較的不活性である。他の好適に可撓性の、比較的非多孔性の、比較的不活性な材料が、他の実施形態において追加的または代替的に使用され得る。さらに、レセプタクルは、非可撓性部分をも含み得る。

少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８は、その中の流体の量によって規定される容積を有する内部キャビティを有する。図７Ａにおいて、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８は、内部に実質的に呼気または周囲空気を有さず、したがって、キャビティは実質的に容積を有さないことが示されている。この折り畳まれた状態において、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８は、梱包を容易にするために圧縮され得る。

双方向ポンプ３０４は、制御可能な流量を有し、呼気および／または周囲空気を両方向に流す。双方向ポンプ３０４はコントローラ１４８によって制御可能であり、呼気採取導管系統８２から少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８に呼気および／または周囲空気を引き込み、また、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８から呼気採取導管系統８２に呼気および／または周囲空気を引き込む。したがって、コントローラ１４８は、双方向ポンプ３０４を制御することができ、その結果、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８を制御して、ピストン室１００、ピストンモータ１１２、およびピストン１０８と同じ一般的な機能性を提供できる。すなわち、コントローラ１４８は、ポンプの操作を通じて、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８の容積を制御できる。

図７Ｂは、双方向ポンプ３０４がそこに呼気および／または周囲空気を引き込み、したがって、少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８のキャビティおよび少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８自体を拡張した後の少なくとも部分的に可撓性の折り畳み式レセプタクル３０８を示す。

呼気試料採取装置３００は、ディスプレイの代わりに、ＬＥＤ３１２の形態の光学素子のアレイと、音声スピーカー３１６を有する点でも異なる。流量通知は、ＬＥＤ３１２を介してユーザに提示され得る。例えば、ＬＥＤ３１２のアレイは、赤色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、および赤色ＬＥＤのシーケンスを含み得る。呼気入力インターフェース２４を通る呼気の流量が低すぎる場合、対応する赤色または黄色ＬＥＤを点灯させることができる。呼気入力インターフェース２４を通る呼気の流量が満足のいくものである場合、緑色ＬＥＤを点灯させることができる。同様に、呼気入力インターフェース２４を通る呼気の流量が高すぎる場合、対応する第２の赤色または黄色のＬＥＤを点灯させることができる。このようにして、人は、自分の呼気流量が目標流量とどのように比較されるかを視覚的に示され得る。他の実施形態では、他のタイプの光学素子が採用され得る。

音声スピーカー３１６は、同様の方法で使用することができ、流量通知は、異なる周波数のクリック、異なる周波数の音、異なる音などによって提供される。

図８は、さらなる実施形態に係る呼気試料採取装置４００を示す。この実施形態では、流量計６０は呼気取込導管４４に沿って配置される。したがって、流量計６０は、呼気吸込導管４４に沿って、全吐出呼気量を測定する。呼気採取の間、コントローラ１４８は、キャビティ１０４の容積変化率が流量計６０によって測定された流量の割合に設定されるように、ピストンモータ１１２を制御してピストン１０８を作動させることができる。好ましい実施形態では、キャビティ１０４の容積変化率は、呼気採取中に流量計６０によって測定される流量の８０％に設定される。余分な呼気は、排気導管４８に沿って流れ、排気導管アウトレット６８から出る。

上述の実施形態では、呼気中の二酸化炭素のレベルを測定するためにカプノメータが採用されているが、他の実施形態では、肺胞呼気が検出されているときに示すことができるものなど、呼気中の他の成分のレベルを測定するために他のタイプの計量装置が採用され得る。これらの計量装置は、これらの他の成分のレベルおよびこれらのレベルの変化率を検出することで、肺胞呼気が検出されているときを判断できる。例えば、計量装置は、呼気中の酸素レベルを測定し、酸素レベルの変化が、変化率最大閾値を有する変化率目標範囲内に収まったことを検出すると、肺胞呼気が現在検出されていると判断できる。

他の実施形態では、吸着剤チューブとは別に、他のタイプの呼気試料貯留装置が採用され得る。例えば、固相マイクロ抽出（「ＳＰＭＥ」）繊維が、呼気試料を貯留するために代替的に使用され得る。他の例はシリカゲルである。さらに他の例は、可視表示をもたらす化学反応（例えば、ドライアライト（Ｄｒｉｅｒｉｔｅ）は湿気の存在下で紫色に変わる）や、後でより簡単に分析できる副産物化学物質を生成する粉末である。当業者には、他のタイプの呼気試料貯留装置が思い浮かぶであろう。

容器の容積は、他の方式で機械的に制御され得る。１つの特定の実施形態では、容器は、膨張および収縮するように作動され得る蛇腹を含み得る。

上記で特定の利点を列挙したが、様々な実施形態は、列挙した利点のいくつかを含んでもよく、全く含まなくてもよく、またはすべてを含んでもよい。

当業者は、さらに多くの代替的な実施および修正が可能であること、および上記の例は１つ以上の実施の例示に過ぎないことを理解するであろう。したがって、その範囲は、本明細書に添付された特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。

２０ 呼気試料採取装置
２４ 呼気入力インターフェース
３６ マウスピース
４０ 呼気吸込端
４４ 呼気吸込導管
４６ 事前採取導管系統
４８ 排気導管
５２ 湿度計
５６ カプノメータ
６０ 流量計
６４ 低圧抵抗部
６８ 排気導管アウトレット
７２ ポンプ
７６ ポンプ導管
８０ 呼気採取バルブ
８２ 捕捉導管系統
８４ 呼気採取導管
８８ 吸込バルブ
９２ 周囲空気インレット
９６ エアフィルタ
１００ ピストン室
１０４ キャビティ
１０８ ピストン
１１２ ピストンモータ
１１６ チューブインレットマニホールド
１２０ チューブインレットバルブ
１２４ バイパス導管
１２８ バイパスバルブ
１３２ アウトレットバルブ
１３６ アウトレット
１４０ チューブアウトレットマニホールド
１４４ チューブアウトレットバルブ
１４８ コントローラ
１５０ ディスプレイ
１５２ 吸着剤チューブ
１５６ ステンレス鋼ケーシング
１６０ 開口部
１６４ 受端
１６８ 泡沫分離器
１７２ 吸着材
１７６ 泡沫分離器
１８０ 人
２００ 方法
２０４ 周囲空気を引き込む
２０８ フラッシング装置
２１２ フラッシングを繰り返すか？
２１３ 吸着剤チューブを装填する
２１４ 周囲空気を引き込む
２１５ 吸着剤チューブの第１の部分集合を通して空気を流す
２１６ 呼気事前採取
２２０ 呼気吐出基準を満たしたか？
２２４ 呼気を採取してシステムをプライミングする
２２８ 目標体積？
２３２ 採取した呼気でシステムをプライミングする
２３６ 吸着剤チューブを装填する
２４０ 呼気事前採取
２４４ 呼気吐出基準を満たした
２４８ 呼気を採取する
２５２ 目標体積または容器が満杯であるか？
２５６ 呼気を吸着剤チューブ（複数可）を通して流す
２６０ 空気を事前採取導管系統を通して流して結露を減らす
２６４ 目標体積？
３００ 呼気試料採取装置
３０４ 双方向ポンプ
３０８ 可撓性の折り畳み式レセプタクル
３１２ ＬＥＤ
３１６ スピーカー

Claims (20)

1. 呼気試料の採取装置であって、
   吐出された呼気を受けるように構成された呼気入力インターフェースと、
   前記呼気入力インターフェースに接続される第１の導管系統と、
   前記第１の導管系統と、呼気試料を貯留するように構成された少なくとも１つの呼気試料貯留装置との間の流体連通を制御するように構成されたバルブと、
   最初に受けた吐出された呼気が完了すると、前記第１の導管系統を通して空気を循環させるように構成された空気循環系統と、
   最初に受けた吐出された呼気が完了すると、前記第１の導管系統内の湿度レベルに少なくとも部分的に基づいて前記バルブを制御するように構成された少なくとも１つのコントローラと、を備えた装置。
2. 前記少なくとも１つのコントローラは、前記湿度レベルの変化率が湿度レベル変化率目標範囲内であるかどうかに少なくとも部分的に基づいて前記バルブを制御するように構成されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルの変化率が前記湿度レベル変化率目標範囲内になるまで、前記第１の導管系統から前記少なくとも１つの呼気試料貯留装置への後続の吐出された呼気の通過を抑制するように構成されている、請求項２に記載の装置。
4. さらに、前記第１の導管系統に接続され、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルを測定するように構成された湿度計を備えている、請求項３に記載の装置。
5. さらに、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルの前記変化率が前記湿度レベル変化率目標範囲内になった場合にそれを示す通知系統を備えている、請求項４に記載の装置。
6. 前記第１の導管系統は、前記呼気入力インターフェースと前記バルブの間に延在する呼気吸込導管を含み、前記湿度計は、前記呼気吸込導管から分岐する前記第１の導管系統の排気導管に接続されている、請求項４に記載の装置。
7. 流体循環系統は前記排気導管に直接接続されている、請求項６に記載の装置。
8. 前記排気導管は、前記排気導管に沿った流量を測定するように構成された流量計を含む、請求項７に記載の装置。
9. 前記少なくとも１つのコントローラは、前記湿度レベルが湿度レベル目標範囲内であるかどうかに少なくとも部分的に基づいて前記バルブを制御するように構成されている、請求項１に記載の装置。
10. 前記少なくとも１つのコントローラは、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルが前記湿度レベル目標範囲内になるまで、前記第１の導管系統から前記少なくとも１つの呼気試料貯留装置への後続の吐出された呼気の通過を抑制するように構成されている、請求項９に記載の装置。
11. 呼気試料の採取方法であって、
    吐出された呼気を、第１の導管系統に接続された呼気入力インターフェースを介して受けるステップと、
    前記第１の導管系統に接続された少なくとも１つの呼気試料貯留装置を介して、前記吐
    出された呼気の少なくとも一部を採取するステップと、
    前記吐出された呼気の完了を検出するステップと、
    前記吐出された呼気の完了が検出されると、前記第１の導管系統と少なくとも１つの吸着剤チューブの間のバルブを閉じるステップと、
    前記吐出された呼気の完了の検出後に、前記呼気入力インターフェースに接続された第１の導管系統を通して空気を循環させるステップと、
    前記第１の導管系統内の湿度レベルを監視するステップと、
    前記第１の導管系統内の前記湿度レベルに少なくとも部分的に基づいて、少なくとも１つのコントローラを介して前記バルブを制御するステップと、
    を含む方法。
12. 前記制御するステップは、前記湿度レベルの変化率が湿度レベル変化率目標範囲内であるかどうかを判断することを含む、請求項１１に記載の方法。
13. さらに、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルの前記変化率が前記湿度レベル変化率目標範囲内になるまで、前記バルブを閉じるように制御して前記第１の導管系統から前記少なくとも１つの呼気試料貯留装置への後続の吐出された呼気の通過を抑制するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
14. さらに、前記第１の導管系統に接続された湿度計によって、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルを測定するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
15. さらに、前記湿度レベルの前記変化率が前記湿度レベル変化率目標範囲内になった場合にそれを示すステップを含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１の導管系統は、前記呼気入力インターフェースと前記バルブの間に延在する呼気吸込導管を含み、前記湿度レベルを測定する前記ステップは、前記呼気吸込導管から分岐する前記第１の導管系統の排気導管に接続された湿度計によって実行される、請求項１４に記載の方法。
17. 流体循環系統は前記排気導管に直接接続されている、請求項１６に記載の方法。
18. さらに、前記排気導管に沿った流量計を介して前記排気導管に沿った流量を測定するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 前記制御するステップは、前記湿度レベルが湿度レベル目標範囲内であるかどうかを判断することを含む、請求項１１に記載の方法。
20. さらに、前記第１の導管系統内の前記湿度レベルが前記湿度レベル目標範囲内になるまで、前記バルブを閉じるように制御して、前記第１の導管系統から前記少なくとも１つの呼気試料貯留装置への後続の吐出された呼気の通過を抑制するステップを含む、請求項１９に記載の方法。

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