KR20220117894A - 호흡 가스 분석 - Google Patents
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Abstract
환자의 호흡으로부터 내쉬는 장 가스의 편리한 샘플링을 위한 호흡 테스트 시스템의 구현을 위한 시스템 및 방법이 개발되었다. 여기에는 환자의 체온 초과로 가스의 온도를 유지하는 서미스터 및 저항성 가열 요소와 같은 열 조절 구성 요소를 포함하는 매니폴드가 있는 시스템이 포함될 수 있다. 일부 예에서, 시스템은 환자가 내쉬는 메탄 수준에 의해 내쉬는 수소 농도의 변화를 조정함으로써 환자가 SIBO를 가지고 있는지 여부의 표시를 결정할 것이다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 호흡 가스 분석이라는 발명의 명칭으로 2019년 12월 17일에 출원된 미국 가출원 번호 62/949,057에 대한 우선권을 주장하며, 그 내용은 여기에 참조로 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 환자의 호흡에서 내쉬는 가스를 분석하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
다음 설명은 본 발명을 이해하는데 유용할 수 있는 정보를 포함한다. 여기에 제공된 정보가 선행 기술이거나 현재 청구된 발명과 관련이 있거나, 또는 구체적으로 또는 묵시적으로 참조된 모든 출판물이 선행 기술이라는 것을 인정하는 것은 아니다.
인간의 위장관에는 일반적으로 소화를 돕는 수십억 개의 박테리아 세포가 있지만, 너무 많이 성장하면 해로울 수 있다. 이 박테리아는 인간이 섭취한 식품을 먹고, 유익한 부산물과 유해한 부산물을 생성한다. 박테리아는 일반적으로 대장보다 소장에서 수천 배 덜 우세하다. 그러나, 소장 세균 과증식("SIBO")을 경험하는 일부 환자의 경우, 소장의 세균 수가 대장의 양에 근접할 정도로 증가한다. SIBO는 과도한 가스 생성을 유발하여, 환자에게 불편함과 불편한 증상을 유발할 수 있다. 예를 들어, 과도한 가스 생성이 있는 환자는 복통, 팽만감, 과도한 트림, 가스 발생, 일반적으로 불편함 및 메스꺼움을 경험할 수 있다. SIBO는 상당한 수(약 10%)의 성인에게 영향을 미치는 것으로 생각된다.
연구(미국 특허 제8,388,935호에 개시된 것과 같은)는 SIBO와 수많은 병태 예를 들어 과민성 대장 증후군(IBS), 섬유 근육통, 만성 골반 통증 증후군, 우울증, 멘탈 장애, 구취, 이명, 설탕 갈망, 자폐증, 주의력 결핍/과잉 행동 장애, 약물 감수성, 자가면역 질환, 및 크론병 사이에 광범위하지만 불완전하게 정의된 관계를 이끌어 냈다. 현재 사용 가능한 도구를 사용하여, 간병인은 SIBO를 특정 환자의 이러한 병태 중 일부와 연관시킬 수 있었다. 그러나, 불행하게도, 각 환자의 박테리아 환경은 상당히 독특하므로, 보편적인 상관 관계를 달성하는 것은 불가능하지는 않더라도 어렵다. 따라서, 실험실에서의 단일 테스트는 진단 목적으로 거의 결정적이지 않다.
호흡에서 내쉬는 CH4 및 H2의 농도는 모든 환자가 다소 다르게 영향을 받는 것으로 보이지만 SIBO와 관련이 있는 것으로 수많은 연구에서 밝혀졌다. 예를 들어, CH4(-1-50ppm) 및 H2(-1-50ppm) 범위의 농도는 임상적으로 중요한 것으로 나타났다.
또한, 과도한 메탄 생성은 비만과 관련이 있는 것으로 나타났으며 과도한 가스 생성은 과민성 대장 증후군과 관련이 있는 것으로 나타났다. 최근, SIBO는 과민성대장증후군과의 연관성이 높아 관심이 높아지고 있다. 또한, 높은 수준의 메탄은 변비를 유발하는 SIBO를 나타낸다.
현재, SIBO는 환자의 내쉬는 가스에 대한 실험실 테스트 이전에 미리 결정된 식이 요법을 사용하여 진단된다. 예를 들어, 환자는 락툴로스(일반적으로 10g) 또는 포도당(일반적으로 50g)과 같은 탄수화물을 복용할 수 있다. 그런 다음, 섭취 후, 환자의 호흡 샘플에서 최대 3시간 동안 일반적으로 15-20분마다 수소를 분석한다. 환자에게 포도당이 투여된 경우, 수소 농도가 일반적으로 기준선 수준보다 10ppm(백만분의 1) 이상 증가하면 양성 테스트를 나타낸다.
락툴로스는 인간 숙주가 아닌 결장 박테리아에 의해 소화되는 당이다. 섭취한 락툴로스는 소화되지 않은 상태로 소장을 통과하여 박테리아가 가스를 생성하는 결장에 도달해야 한다. 정상인의 경우, 락툴로스가 결장에 들어갈 때 락툴로스 섭취 후 호흡에 가스의 단일 피크가 있다. SIBO가 있는 개인은 호흡에서 두 가지 중요한 가스 피크를 생성할 수 있다. 제1 비정상 피크는 락툴로스가 소장에서 가스를 생성하는 박테리아를 통과할 때 발생하고, 제2 정상 피크는 락툴로스가 결장으로 들어갈 때 발생한다. 락툴로스 섭취 후 기본 수소 수준이 20ppm 이상 증가하면, 이것은 양성 테스트를 나타낼 수도 있다. 최근, 많은 연구에서 SIBO 진단에 락툴로스를 사용하는 것의 한계를 입증했는데, 이는 주로 높은 위양성 비율 때문이다. 수소 호흡 검사는 SIBO 환자의 60%만 진단할 수 있다. SIBO 진단을 개선하기 위해 결합된 메탄/수소 검출에 대한 작업은 훨씬 적었다. 황화수소 및 메탄 및 수소 검출과 함께 황화수소를 측정하는 작업은 훨씬 적다.
따라서, 이들 수소, 메탄 및 황화수소를 개별적으로 또는 조합하여 측정하기 위한 장치 또는 시스템이 당업계에 여전히 필요하다.
따라서, 특정 식품의 소비는 SIBO를 포함한 다양한 질병과 관련된 증가된 가스 생성과 관련이 있는 것으로 나타났다. 그러나, 개인의 과도한 가스 생성을 담당하는 정확한 식품과 양을 결정하기에는 부담이 있다. 예를 들어, SIBO를 테스트하기 위해, 개인이 가스 테스트를 위해 실험실에 오거나 가방에 숨을 들이쉬고 분석을 위해 보내야 한다. 따라서 다양한 식사를 통해 장기간에 걸쳐 환자의 내쉬는 가스를 테스트하는 것은 비실용적이다.
따라서, 장내 가스는 격리된 경우에, 일반적으로 고당분 식사 후에 테스트되어야 하기 때문에, 대부분의 개인은 SIBO 또는 그 증상을 특정 식품 항목에 대해 결정하거나 연관시킬 수 없다. 따라서, 특정 개인에서 생성되는 가스에 대한 충분한 정보를 획득하여 과도한 가스 생성으로 이어질 가능성이 있는 식품 소비 패턴에 대한 결론을 내리기가 어렵다. 따라서, 환자가 자주 호흡 가스 수준을 테스트하는 데 사용할 수 있는 휴대용 SIBO 테스트 장치가 필요하고 동시에 테스트 전에 섭취한 식사 시간 및 내용에 대한 정보를 입력하고 저장할 수 있다. 이 정보와 적절한 데이터 분석을 통해, 환자는 자신이 먹는 음식과 SIBO 증상 및 가스 수치 사이의 상관 관계를 발견할 수 있다.
따라서, 환자의 호흡에서 내쉬는 장 가스의 편리한 샘플링을 위한 휴대용 SIBO 테스트 시스템의 구현을 위한 시스템 및 방법이 개발되었다. 이러한 장치는 사용자가 소비하는 음식과 관련된 데이터를 기록할 수 있는 애플리케이션이 있는 스마트폰 또는 다른 장치와 통합되는 휴대용 측정기의 형태일 수 있다.
또한, 임상 등급 테스트 장치를 사용하여 기체를 정확하게 테스트하기 위한 시스템 및 방법이 개발되었다. 일부 예에서, 이것은 내쉬는 가스가 매니폴드의 채널을 통해 흐를 때 그 온도를 유지하기 위해 매니폴드를 사용하는 시스템을 포함한다. 일부 예에서, 시스템은 내쉬는 가스가 매니폴드의 채널을 통과할 때 그 함량을 테스트하는 프로브가 있는 가스 센서를 사용한다. 일부 예에서, 시스템은 인쇄 회로 기판에 연결된 저항 가열 요소 및 서미스터를 사용하여 채널 및/또는 매니폴드를 가열하여 내쉬는 가스를 체온보다 높은 온도로 유지하여 응축이나 습도가 센서를 손상시키거나 가스 농도의 판독값을 편향시키는 것을 방지할 수 있다.
일부 예에서, 개시된 기술은 내쉬는 호흡의 가스 농도를 감지하는 생체외 방법을 제공하며, 이 방법은 환자로부터 내쉬는 호흡의 배치를 수신하는 단계; 일정한 유량으로 흐름 경로를 통해 공기를 펌핑하면서 내쉬는 가스의 배치를 섭씨 37도 이상의 온도로 가열하는 단계; 전기화학적 센서의 세트를 사용하여 흐름 경로에서 가스 농도를 감지하는 단계; 및 가스 농도를 표시하는 단계;를 포함한다.
이 실시예의 방법 및 여기에 개시된 모든 다른 방법이 생체외 방법으로 수행하기에 적합하다는 것이 이해될 것이다. 이러한 실시예에서, 방법의 다양한 단계가 모두 환자의 신체에서 실행되는 것은 아니다. 본 발명을 실시하고자 하는 당업자는 본 발명의 방법이 생체외에서 수행될 수 있는 많은 방식을 알고 있을 것이다.
"환자로부터 내쉬는 가스의 배치를 받는 것"에 대한 언급은 환자로부터 인용된 흐름 경로로 직접 수용되는 방법의 추가 단계를 거치는 호흡의 배치를 요구하지 않는다는 것이 인식될 것이다. 대신에, 내쉬는 가스의 배치는 예를 들어 적절한 용기, 통로에서의 수집을 통해 "간접적으로" 수용될 수 있으며, 수집된 배치는 생체외 방법의 추가 단계에 적용된다. 적절한 용기는 예를 들어 호흡 백, 풍선, 도관, 통로, 호흡 튜브 또는 다른 적절한 장치, 용기 또는 통로로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
의심의 여지를 없애기 위해, 본 발명의 방법의 생체외 실시예는 방법의 추가 단계를 수행할 때 환자로부터의 내쉬는 호흡의 배치가 더 이상 환자와 유체 연통하지 않는 것을 구체적으로 포함한다. 예를 들어, 호흡의 배치는 인용된 흐름 경로 내에 존재할 때 환자와 더 이상 유체 연통하지 않을 수 있다. 적절하게는, 호흡의 배치는 마스크, 용기, 백, 튜브 또는 환자에게 부착된 다른 이러한 장치를 사용하여 수집할 수 있지만 배치가 흐름 경로 내에 있고 방법을 사용하면 배치가 더 이상 마스크 또는 환자와 유체 연통하지 않을 수 있다. 배치의 이러한 분리는 적절한 장치, 기능 및 프로세스에 의해 달성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 분석을 받고 있는 내쉬는 가스의 배치가 더 이상 환자와 직접 연통하지 않기 때문에, 방법의 인용된 단계가 인체에 대해 실행되지 않는다는 것을 이해할 것이다.
본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 예시하는 역할을 한다. 도면은 예시적인 실시예의 주요 특징을 도식적으로 예시하기 위한 것이다. 도면은 실제 실시예의 모든 특징이나 도시된 요소의 상대적 치수를 도시하도록 의도되지 않았으며, 축척에 맞게 그려지지 않았다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 SIBO 진단(종래 기술)에서 메탄의 중요성을 보여주는 막대 그래프를 도시한다.
도 1a는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 모바일 장치와 인터페이스하는 가스 검출 장치의 사시도를 도시한다.
도 1b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 모바일 장치와 인터페이스하는 가스 검출 장치의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치의 사시도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치의 사시도를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치의 사시도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치 및 관련 호흡 튜브 키트의 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 호흡 가스를 테스트하는 방법을 도시하는 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 메탄 및 비-메탄 생성자에 대한 수소 생성 퍼센트를 나타내는 막대 그래프를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 연령에 따라 메탄 수준이 상승된 환자의 집단을 나타내는 막대 그래프를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치의 측면도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치의 평면도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치의 평면도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 호흡 가스를 테스트하는 방법을 도시하는 흐름도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 본 기술을 사용하는 예시적 연구의 대상 인구통계를 예시하는 표를 도시한다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 H2S의 존재 또는 부재에 기초한 증상의 비교를 예시하는 표를 도시한다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 본 명세서에 개시된 4개 가스 장치의 예를 사용한 호흡 테스트 결과를 예시하는 표를 도시한다.
도 15a는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 종래의 호흡 테스트 기구와 특히 H2 레벨에 기초한 장치들 간의 상관과 비교한 4개 가스 장치의 예에 대한 비교 데이터를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 15b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 종래의 호흡 테스트 기구와 특히 ≥10ppm의 CH4 수준에 기초한 장치들 간의 상관과 비교한 4개 가스 장치의 예에 대한 비교 데이터를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 개시된 기술을 사용하는 예시적 연구에서 H2S 양성 대상체에서의 설사 중증도를 예시하는 막대 그래프를 도시한다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 예시 연구에서 사용된 본 개시에 따른 4개 가스 장치의 예에 의해 밝혀진 양성 호흡 테스트의 중첩 패턴을 보여주는 벤 다이어그램을 도시한다.
도 18a는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 개시된 기술 및 특히 국부 회귀선을 사용한 H2 검출을 사용하는 예시적인 연구에 대한 호흡 테스트의 산점도를 도시한다.
도 18b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 개시된 기술 및 특히 국부 회귀선을 사용한 CH4 검출을 사용한 예시적인 연구로부터의 호흡 테스트의 산점도를 도시한다.
도 18c는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 개시된 기술 및 특히 국부 회귀선을 사용한 H2S 검출을 사용한 예시적인 연구로부터의 호흡 테스트의 산점도를 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 개시된 기술을 사용하여 연구한 예로부터 CH4 및 H2S의 존재에 기초한 호흡 테스트에 의해 제안된 H2 소비의 막대 그래프를 도시한다. 도 19a는 모든 대상체를 나타내고 도 19b는 이상치가 제거되었다.
도 20a는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 개시된 기술을 사용하여 연구하는 예로부터의 CH4 및 H2S 양성 대상체의 벤 다이어그램을 도시한다.
도 20b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 H2S의 존재 하에 설사 중증도에 대한 CH4의 영향을 나타내는 막대 그래프를 도시한다.
도면에서, 동일한 참조 번호 및 임의의 두문자어는 이해 및 편의를 용이하게 하기 위해 동일 또는 유사한 구조 또는 기능을 갖는 요소 또는 작용을 식별한다. 특정 요소나 작용에 대한 논의를 쉽게 식별하기 위해, 참조 번호에서 가장 중요한 숫자 또는 숫자들은 해당 요소가 처음 도입된 도면 번호를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 SIBO 진단(종래 기술)에서 메탄의 중요성을 보여주는 막대 그래프를 도시한다.
도 1a는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 모바일 장치와 인터페이스하는 가스 검출 장치의 사시도를 도시한다.
도 1b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 모바일 장치와 인터페이스하는 가스 검출 장치의 사시도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치의 사시도를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치의 사시도를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치의 사시도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치 및 관련 호흡 튜브 키트의 사시도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 호흡 가스를 테스트하는 방법을 도시하는 흐름도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 메탄 및 비-메탄 생성자에 대한 수소 생성 퍼센트를 나타내는 막대 그래프를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 연령에 따라 메탄 수준이 상승된 환자의 집단을 나타내는 막대 그래프를 도시한다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치의 측면도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치의 평면도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 검출 장치의 평면도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 호흡 가스를 테스트하는 방법을 도시하는 흐름도를 도시한다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 본 기술을 사용하는 예시적 연구의 대상 인구통계를 예시하는 표를 도시한다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 H2S의 존재 또는 부재에 기초한 증상의 비교를 예시하는 표를 도시한다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 본 명세서에 개시된 4개 가스 장치의 예를 사용한 호흡 테스트 결과를 예시하는 표를 도시한다.
도 15a는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 종래의 호흡 테스트 기구와 특히 H2 레벨에 기초한 장치들 간의 상관과 비교한 4개 가스 장치의 예에 대한 비교 데이터를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 15b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 종래의 호흡 테스트 기구와 특히 ≥10ppm의 CH4 수준에 기초한 장치들 간의 상관과 비교한 4개 가스 장치의 예에 대한 비교 데이터를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 개시된 기술을 사용하는 예시적 연구에서 H2S 양성 대상체에서의 설사 중증도를 예시하는 막대 그래프를 도시한다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따라 예시 연구에서 사용된 본 개시에 따른 4개 가스 장치의 예에 의해 밝혀진 양성 호흡 테스트의 중첩 패턴을 보여주는 벤 다이어그램을 도시한다.
도 18a는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 개시된 기술 및 특히 국부 회귀선을 사용한 H2 검출을 사용하는 예시적인 연구에 대한 호흡 테스트의 산점도를 도시한다.
도 18b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 개시된 기술 및 특히 국부 회귀선을 사용한 CH4 검출을 사용한 예시적인 연구로부터의 호흡 테스트의 산점도를 도시한다.
도 18c는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 개시된 기술 및 특히 국부 회귀선을 사용한 H2S 검출을 사용한 예시적인 연구로부터의 호흡 테스트의 산점도를 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 개시된 기술을 사용하여 연구한 예로부터 CH4 및 H2S의 존재에 기초한 호흡 테스트에 의해 제안된 H2 소비의 막대 그래프를 도시한다. 도 19a는 모든 대상체를 나타내고 도 19b는 이상치가 제거되었다.
도 20a는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 개시된 기술을 사용하여 연구하는 예로부터의 CH4 및 H2S 양성 대상체의 벤 다이어그램을 도시한다.
도 20b는 본 발명의 다양한 실시예에 따라 H2S의 존재 하에 설사 중증도에 대한 CH4의 영향을 나타내는 막대 그래프를 도시한다.
도면에서, 동일한 참조 번호 및 임의의 두문자어는 이해 및 편의를 용이하게 하기 위해 동일 또는 유사한 구조 또는 기능을 갖는 요소 또는 작용을 식별한다. 특정 요소나 작용에 대한 논의를 쉽게 식별하기 위해, 참조 번호에서 가장 중요한 숫자 또는 숫자들은 해당 요소가 처음 도입된 도면 번호를 나타낸다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. Szycher's Dictionary of Medical Devices CRC Press, 1995는 여기에 사용된 많은 용어와 구문에 대한 유용한 지침을 제공할 수 있다. 당업자는 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 본 명세서에 기재된 것과 유사하거나 등가인 많은 방법 및 재료를 인식할 것이다. 실제로, 본 발명은 구체적으로 기술된 방법 및 재료에 결코 제한되지 않는다.
일부 실시예에서, 본 발명의 특정 실시예를 설명하고 청구하는 데 사용되는 치수, 형상, 상대 위치 등과 같은 특성은 용어 "약"에 의해 수정되는 것으로 이해되어야 한다.
이제 본 발명의 다양한 실시예가 설명될 것이다. 다음 설명은 이러한 예를 철저히 이해하고 설명을 가능하게 하는 특정 세부사항을 제공한다. 그러나, 관련 기술 분야의 숙련자는 본 발명이 이러한 세부사항 중 많은 부분 없이도 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 마찬가지로, 관련 기술 분야의 숙련자는 본 발명이 여기에 상세하게 설명되지 않은 많은 다른 명백한 특징을 포함할 수 있음을 또한 이해할 것이다. 또한, 관련 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 방지하기 위해, 일부 잘 알려진 구조 또는 기능은 아래에서 자세히 표시하거나 설명하지 않을 수 있다.
아래에 사용된 용어는 비록 그것이 본 발명의 특정 구체적인 예의 상세한 설명과 함께 사용되더라도, 가장 광범위하고 합리적인 방식으로 해석되어야 한다. 실제로, 특정 용어는 아래에서 강조될 수도 있다; 그러나, 제한된 방식으로 해석되도록 의도된 모든 용어는 이 상세한 설명 섹션에서 그와 같이 명백하고 구체적으로 정의된다.
전술한 바와 같이, 특정 식품의 섭취는 SIBO를 비롯한 다양한 질병과 관련된 증가된 가스 생성과 관련이 있는 것으로 나타났다. 그러나, 각 개인의 과도한 가스 생성을 담당하는 정확한 식품과 양을 결정하기가 어렵다. 예를 들어, SIBO를 테스트하기 위해 개인은 가스 테스트를 위해 실험실에 오거나 가방에 숨을 들이쉬고 분석을 위해 보내야 한다. 따라서, 환자의 내쉬는 가스를 다양한 식사와 장기간에 걸쳐 테스트하는 것은 비현실적이다.
따라서, 장내 가스는 격리된 경우에 테스트되어야 하고 일반적으로 처방된 고당분 식사 후에 테스트되어야 하기 때문에, 대부분의 개인은 SIBO 또는 그 증상을 특정 식품 품목, 양 및 시간과 결정하거나 연관시킬 수 없다. 따라서, 특정 개인에서 생성되는 가스에 대한 충분한 정보를 획득하여 과도한 가스 생성으로 이어질 가능성이 있는 식품 소비 패턴에 대한 결론을 내리기가 어렵다. 따라서, 환자가 다양한 식사 및 시점 이후에 테스트하고 테스트 전에 섭취한 식사의 시간 및 내용에 대한 정보를 동시에 기록하기 위해 사용할 수 있는 가정용 또는 임상용 휴대용 SIBO 테스트 미터가 필요하다.
빈번한 사용을 허용하는 장치는 사용자에게 내쉬는 가스 및 관련 박테리아 수준을 빈번하고 일관되게 모니터링할 수 있는 시스템을 제공할 것이다. 이 정보와 적절한 데이터 분석을 통해 사용자는 자신이 먹는 음식과 SIBO 증상 및 가스 수치 사이의 상관 관계를 발견할 수 있다.
따라서, 환자의 호흡에서 내쉬는 장 가스의 편리한 테스트를 위한 가스 테스트 장치(예를 들어, 휴대용 SIBO 테스트 미터)를 위한 시스템 및 방법이 개발되었다. 이러한 장치는 사용자가 소비하는 음식과 관련된 데이터를 기록할 수 있는 애플리케이션 또는 다른 소프트웨어가 있는 스마트폰 또는 다른 장치와 통합되는 휴대용 측정기의 형태일 수 있다.
또한, 임상 등급 테스트 장치를 사용하여 가스를 정확하게 테스트하기 위한 시스템 및 방법이 개발되었다. 일부 예에서, 이것은 내쉬는 가스가 매니폴드의 채널을 통해 흐를 때 내쉬는 가스의 온도를 유지하기 위해 매니폴드를 사용하는 시스템을 포함한다. 일부 예에서, 시스템은 내쉬는 가스가 매니폴드의 채널을 통과할 때 그 함량을 테스트하는 프로브가 있는 가스 센서를 사용한다. 일부 예에서, 시스템은 인쇄 회로 기판에 연결된 저항 가열 요소와 서미스터를 사용하여 채널 및/또는 매니폴드를 가열하여 내쉬는 가스를 체온보다 높은 온도로 유지하여 응축이나 습도가 센서를 손상시키거나 가스 농도의 판독값을 편향시키는 것을 방지할 수 있다.
이것은 시스템이 습기를 제거하기 위해 건조제, 흡착제 또는 다른 흡수 기술을 필요로 하지 않기 때문에 특히 유리하다. 또한, 습도 수준이 더 일관적이어서, 매니폴드 전체에서 더 정확한 판독이 가능하므로, CO2, H2, CH4 및 H2S 센서를 포함하는 4개의 호흡 가스 센서를 포함하여 더 많은 수의 센서를 사용할 수 있으므로, 4가지 가스 모두를 한 번에 테스트할 수 있다. 일부 예에서, 매니폴드 및 센서 통합은 정확하고 일관된 판독값을 얻으면서 동일한 장치에서 동시에 4가지 가스를 모두 측정할 수 있다는 이점이 있다.
호흡 흡입 장치
일부 실시예에서, 본 문서에 공개된 호흡 샘플링 시스템은 흐름을 측정하고 가스를 가스 수준을 측정하는 구성요소로 가스를 안내하기 위한 호흡 흡입 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 이들은 튜브 또는 다른 구조를 포함할 수 있다. 다른 예에서, 장치는 석영 마이크로저울을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 기체 부피는 비색 분석을 통해 및/또는 산화주석에 의해 측정될 수 있다. 다른 예에서, 장치는 특정 가스를 감지하기 위해 개별 카트리지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 장치에는 각각 CO2, CH4 및/또는 H2S용 개별 카트리지가 포함될 수 있다. 카트리지는 장치가 여러 번 사용(예를 들어, 300회 판독) 및/또는 미리 결정된 시간 동안(예를 들어, 1-2년) 지속될 수 있도록 처분될 수 있다. 다른 예에서, 각각의 처분 가능한 카트리지는 여러 번 사용(예를 들어, 10-50회 판독) 및/또는 미리 결정된 시간 동안(예를 들어, 1-3개월) 지속될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 명세서에 개시된 장치 및 방법은 흐름 제어 및 수분 제어 모듈을 포함하여 수분 및 가스의 흐름 및 부분압의 변화가 결과를 왜곡하는 것을 방지할 수 있다. 여기에는 장치의 채널을 일부 예에서 체온보다 높은 온도로 가열하는 가열 요소가 포함될 수 있다. 또한, 장치는 역류 방지 메커니즘을 포함할 수 있으므로 내쉬는 가스가 새지 않고 테스트를 위해 격리된 상태로 유지된다. 습도 제어는 공기 습도를 일정한 수준으로 조정하거나 센서 교차 감도가 존재하는 경우 모든 습기를 제거하거나 일반적인 습기 오염을 방지하기 위해 유량 조절기 전후에 포함될 수 있다.
유량 센서와 함께 작동할 수 있는 이산화탄소 센서는 그 다음 장치를 통과하는 폐 공기량을 정량화하기 위해 공기에 노출된다(내쉬는 공기는 명목상 4% CO2이며 SIBO 수준에 크게 영향을 받지 않는다).
휴대용 수소 장치
일부 실시예에서, 소형의 휴대용 장치가 개시된다. 일부 실시예에서, 휴대용 장치는 H2를 측정하기 위해 전기화학적 센서를 사용할 수 있고, 또한 CO2 검출과 같은 정규화 방법을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 장치는 블루투스, USB, 셀룰러 또는 다른 연결을 통해 스마트폰과 통신하고 데이터를 전송하고 처리 및 표시를 위해 데이터를 전송할 수 있다. 일부 실시예에서, 장치는 또한 장치에 물리적으로 부착되는 iPhone 부착물로서 구축될 수 있다.
휴대용 임상 기기
일부 실시예에서, 내구성 및 재사용 가능한 센서를 사용하여 CO2, H2, CH4 및 H2S를 검출할 수 있는 임상 등급의 휴대용 분석 장치가 이용될 수 있다. 일부 실시예에서, 이것은 재충전가능한 배터리로부터 동작할 수 있다. 일부 실시예에서, CO2는 NDIR 전지를 사용하여 검출될 수 있고, H2S는 연료 전지 센서로 검출될 수 있다. 일부 실시예에서와 같이, H2는 Alphasense 전기화학 전지 또는 등가물로 검출될 수 있다.
일부 실시예에서, 블루투스를 통해 스마트폰 앱에 연결하여 데이터를 업로드할 수 있다. 해당 데이터는 스마트폰과 의료 제공자와 결과를 공유할 수 있는 클라우드 서버 모두에서 처리된다. 장치는 또한 타임 스탬프 활동 및 임상 관련 증상과 같은 사용자 입력을 수용한다.
전체 임상 기기
일부 실시예에서, 높은 정확도로 CO2, H2, CH4, 및 H2S를 검출할 수 있는 임상 의료 장치가 개시된다. 전기화학 센서, 가스 크로마토그래프, 이온 이동도 분서계, TDLS 또는 화염 이온화 감지기 또는 이러한 기술 또는 다른 기술의 조합을 사용할 수 있다. 다른 장치와 마찬가지로, 판독값은 샘플이 검출기를 통과한 직후에 사용할 수 있다. 이러한 포괄적인 센서 기술 중 일부는 비용이 많이 들고 샘플이 전송되는 중앙 집중식 도구가 되기에 더 적합할 수 있다.
이 실시예의 경우, 환자는 호흡 수집기에 바람을 불어넣을 수 있고, 또는 대안적인 실시예로서, 임상의는 환자가 백에 불어 넣어 이전에 채운 가스 유입구 또는 커넥터에 백을 부착할 수 있다. 분석 후 데이터는 인쇄되거나 PC로 전송되며, 임상의는 장치를 통해 퍼지 가스(예를 들어, 호흡 가스 재보정 및/또는 제거)를 실행해야 할 수 있다(예를 들어, 불활성 질소, 또는 정확한 H2S, H2, CO2 및 CH4 농도를 가진 다른 가스).
컴퓨터 애플리케이션
본 명세서에 개시된 장치는 음식 소비에 관한 데이터의 입력 및 저장을 허용하고 및/또는 다양한 구성요소, 가열 시스템, 흐름 모터 및 계량기 및 다른 구성요소를 작동하기 위한 명령어로 구성된 다양한 컴퓨팅 장치와 인터페이스할 수 있다. 가정 및 임상 기기 모두를 위한 필수 도구는 스마트폰 앱 또는 다른 소프트웨어 프로그램 형태의 관련 소프트웨어 애플리케이션이 될 것이다. 장치는 Bluetooth 또는 유선을 통해 스마트폰에 연결되어 데이터를 전송할 수 있다. 애플리케이션은 업데이트, 클라우드 데이터 저장 또는 정보 처리의 일부 조합을 수행하기 위해 인터넷에 연결한다. 임상 버전은 결과를 표시하고 처리하기 위해 장치에 유선으로 연결된 전용 태블릿으로 설정될 수 있다.
가정용 장치의 경우, 환자가 자신의 식단이 SIBO 판독값에 미치는 영향 및 식단을 변경해야 하는 방법에 관한 데이터로부터 자신의 선택 및 결론을 내리는 데 도움이 되도록 소프트웨어가 구현될 수 있다. 환자가 이해할 수 있는 방식으로 측정과 활동(예를 들어, 식사)을 일치시키는 것도 중요하다. 이러한 요구 사항은 심각한 기술적 위험이 아니다. 이 실시예를 사용하는 많은 장치가 오늘날 엔지니어링되고 있으며, 많은 엔지니어가 이러한 프로젝트를 수행할 수 있다.
일부 예에서, 소프트웨어는 장치의 가스 흐름 경로의 온도 조절을 위한 폐쇄 루프 제어를 유지하기 위한 다양한 제어 로직을 포함할 수 있다. 여기에는 공기를 가열할 수 있는 다양한 가열 요소가 있는 임상 또는 휴대용 장치의 다양한 매니폴드 또는 파이프가 포함될 수 있다.
환자로부터 데이터를 획득하는 방법
환자가 가스를 테스트할 때, 및 테스트 후에 환자가 입력하는 증상 및 식사 정보를 결정하기 위해 다양한 프로토콜이 이용될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 환자는 SIBO의 증상을 느낄 때만 장치를 사용할 수 있다. 이러한 실시예에서, 애플리케이션의 사용자 인터페이스는 환자에게 미리 정의된 범주의 증상 중 사용자가 경험한 것, 예를 들어 복부 팽만감, 변비, 설사 등을 질문할 수 있다.
그런 다음, 애플리케이션은 지난 12시간, 6시간, 4시간, 20분 또는 SIBO 가스 생성 측면에서 다른 관련 시간 프레임 내에 환자가 섭취한 음식의 유형을 요청할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템은 소정의 미리 정의된 범주의 식품 및 양을 가질 것이다. 예를 들어, 프로그램에는 설탕 기반, 지방 기반 또는 단백질 기반 식품 범주가 있을 수 있다. 다른 실시예에서, 프로그램은 데이터베이스에서 SIBO와 관련된 특정 영양가 또는 성분에 연결된 식품 범주의 인덱스를 가질 수 있다. 예를 들어, 포도당, 자당, 유당 등을 포함하여 각 식품에 포함된 당의 종류를 표시할 수 있다.
시스템은 또한 서버와 공유되거나 로컬에 저장될 수 있는 메모리에 데이터를 요구하고 저장할 수 있다. 일부 실시예에서, 애플리케이션은 사용자에게 성별, 키, 체중, 연령 및 SIBO 관련 특성을 포함하는 정보를 요청할 것이다. 이 정보는 클라우드에서 유사한 환자의 섭취 및 관련 가스를 연관시키는 데 활용될 수 있다. 또한, 특정 환자는 특정 조합 또는 유형의 가스를 생성하거나 특정 박테리아 프로필을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 환자는 특정 물질에 반응하여 생성된 가스를 테스트하기 위해 락툴로스 또는 글루코스 호흡 테스트를 받을 수 있다. 간병인은 또한 환자에게 1시간, 2시간 또는 다른 지정된 시간 동안 금식하여 환자의 호흡에서 메탄 농도를 결정하도록 지시할 수 있다.
SIBO 및 다른 상관 관계에 대한 데이터 분석
일부 실시예에서, 일단 데이터가 획득되면, 환자에 의한 분석을 위해 기록될 수 있다. 다른 실시예에서, 프로세서 또는 관련 제어 시스템은 데이터를 분석할 수 있다. 예를 들어, 장치는 특정 음식, 시간 및/또는 내쉬는 가스와 증상을 연관시키는 패턴을 볼 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 시스템은 특정 가스 수준(예를 들어, 비정상적인 것으로 알려진 임계값 수준을 넘거나 단일 스파이크가 아닌 특징적인 이중 스파이크가 있음)을 특정 시간 내에 특정 유형의 설탕을 일정량 섭취하는 것과 연관시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 머신 러닝 알고리즘은 주어진 환자에 대한 SIBO에 최적인 조건의 유형을 매칭하기 위해 활용될 수 있다.
다른 실시예에서, 상관관계는 보다 간단할 수 있고, SIBO 증상의 빈도를 미리 정의된 시간 창 내에서 특정 유형의 음식을 섭취하는 것과 상관시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템은 예를 들어 특정 음식을 먹은 후 특정 시간 창 내에서 평균 H2, H2S, 또는 CH4 수준 또는 수준의 피크를 상관시키거나 결정할 수 있다. 그런 다음 시스템은 특정 종류의 식품(예를 들어, 자당을 함유한 식품)이 미리 정의된 임계값을 초과하는 특정 가스 또는 가스 조합의 스파이크를 유발하는지 여부를 결정할 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템은 특정 유형 또는 부류의 식품을 섭취한 후 가스 수준의 평균 및 표준 편차의 그래프를 출력할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템은 시간 경과에 따른 또는 락툴로스 또는 글루코스 요법을 거친 후의 수소 변화 수준을 상관시킬 수 있다. 또한, 여기에 개시된 시스템은 경우의 농도 변화를 감지하기 위해 설탕과 락툴로스의 섭취 전후에 수소와 메탄 모두를 추가로 테스트할 수 있다. 그런 다음 시스템은 메탄 보정된 수소 변화를 결정하기 위해 데이터를 처리할 수 있다. 그런 다음 시스템은 환자가 SIBO를 가지고 있는지 여부에 대한 보다 정확한 표시를 결정하기 위해 현재 메탄 생성에 대한 수소의 변화를 보정할 수 있다.
일부 실시예에서, 시스템은 사용자가 가스 수준 및 관련 식품을 분석하기 위한 쉽고 편리한 방법을 허용하도록 차트의 형태로 데이터를 출력할 수 있다. 일부 실시예에서, 식품은 그로 인한 증가된 가스 생성량의 관점에서 순위가 매겨질 수 있다.
따라서, 특정 식품의 소비는 SIBO를 비롯한 다양한 질병과 관련된 증가된 가스 생성과 관련이 있는 것으로 나타났다. 그러나 각 개인의 과도한 가스 생성을 담당하는 정확한 식품과 양을 결정하기가 어렵다. 예를 들어, SIBO를 테스트하기 위해 개인은 가스 테스트를 위해 실험실에 오거나 가방에 숨을 들이쉬고 분석을 위해 보내야 한다. 따라서 환자의 내쉬는 가스를 다양한 식사와 장기간에 걸쳐 테스트하는 것은 비현실적이다.
예
다음은 본 개시에 따라 이용될 수 있는 다양한 장치의 예이다. 이러한 예는 제한하려는 것이 아니며 환자의 호흡 가스를 효율적으로 테스트하기 위해 사용될 수 있는 다양한 특징 및 방법의 예를 제공할 뿐이다.
도 1a 내지 도 1b는 모바일 장치(110)에 부착될 수 있는 가스 검출 장치(100)의 실시예의 예를 도시한다. 장치는 모바일 인터페이스(130)를 포함하며, 이는 iPhone, 블랙베리, 표준 잭(도시된 바와 같음)을 포함하는 다른 모바일 전화에 대한 임의의 표준 모바일 연결일 수 있다. 일부 실시예에서, 연결은 블루투스, Wi-Fi 또는 다른 무선 연결일 것이다.
장치는 또한 도 1b에 도시된 후퇴 가능한 마우스피스(120) 또는 다른 적절한 호흡 수집 장치를 포함한다. 일부 실시예에서, 마우스피스(120)에 대한 연결은 마우스피스(120)가 제거되도록 허용하고, 연결이 가스 검출 장치(100) 내부의 적소로 회전되도록 할 것이다. 마우스피스는 본 명세서에 개시된 바와 같이 호흡 가스를 포착하고 테스트하기 위한 임상 또는 다른 시스템에서 활용될 수 있다. 일부 실시예에서, 마우스피스(120)는 별도로 보관되거나 교체될 수 있다. 이렇게 하면 마우스피스가 위생적으로 유지되고, 각 호흡 테스트에 쉽게 연결될 수 있다.
도 2는 마우스피스(120) 및 유량계(210)를 포함하는 가스 검출 장치(100)의 실시예를 도시한다. 일부 실시예에서, 가스 검출 장치는 비색 기반 가스 감지 기술을 갖는 테스트 스트립(220)을 이용할 것이다. 일부 실시예에서, 테스트 스트립(250)은 가스 검출 장치(100)의 개구 또는 슬롯(230) 내로 삽입될 것이다. 장치는 가스 레벨을 나타내는 디스플레이 또는 표시기(240)를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 테스트 스트립(220)은 디스플레이(240)인 유리 또는 플라스틱 투명 창 뒤에 보일 수 있다.
환자가 마우스피스(120)로 호흡할 때, 유량계는 적절한 호흡 강도에 관한 피드백을 환자에게 제공할 것이다. 그런 다음 테스트 스트립은 환자의 호흡에 포함된 가스의 양에 따라 색상이 변할 수 있다. 따라서 광학 판독기는 색상 변화를 가스 농도로 번역하거나 또는 환자는 색상 변화를 육안으로 검사하여 정성적 또는 정량적 평가를 얻을 수 있다. 일부 실시예에서, 테스트 스트립은 환자에게 SIBO 또는 다른 상태를 나타내는 가스가 있는지 여부에 대한 임계값 표시를 제공한다(예를 들어, 이진법 또는 기초적인 척도 이상). 다른 실시예에서, 정확한 가스 레벨이 계산되고 저장될 것이다.
도 3a 내지 도 3b는 내쉬는 호흡 가스를 테스트 챔버 및 마우스피스(120)로 안내하기 위한 회전 가능한 호흡 수집기(310)를 포함하는 가스 테스트 장치(100)의 실시예를 예시한다. 이 실시예는 테스트 결과를 표시하기 위한 디스플레이(240)를 포함한다. 도 3b는 환자가 마우스피스(120) 내로 숨을 들이마실 수 있고 그 후 호흡 수집기(310)가 호흡 가스를 수집할 수 있는 위치로 회전된 호흡 수집기(310)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 호흡 수집기(310)를 회전시킨 후, 마우스피스(120)를 부착할 수 있다. 이러한 회전은 호흡 수집기(310)의 통로가 사용하지 않는 동안 접근할 수 없도록 보호된 상태로 유지되도록 하고, 장치가 컴팩트하게 유지되도록 한다. 이러한 측면은 또한 본 명세서에 개시된 임상 또는 탁상용 호흡 테스트 시스템에 추가될 수 있다.
도 4는 호흡 수집기(310) 및 디스플레이(240)를 포함하는 임상 가스 테스트 장치(100)의 실시예를 예시한다. 일부 실시예에서, 임상 가스 테스트 장치(100)는 더 큰 테스트 챔버를 포함할 수 있고, 더 정밀하고 정확한 감지 기술을 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 임상 가스 테스트 장치(100)는 환자로부터 호흡 가스의 테스트 챔버를 퍼지하기 위한 퍼지 캐니스터(410)를 포함할 수 있다. 이렇게 하면 각 사용 후 기준 가스 수준에서 챔버를 재보정할 수 있다. 일부 실시예에서, 캐니스터(410) 및 호흡 수집기(310)는 도 4에 예시된 바와 같이 각각의 사용을 위해 별도로 포장된 일회용 피스일 것이다. 일부 실시예에서, 임상 가스 테스트 장치(100)는 가열되거나 그 통로의 가스를 직접 가열하여 습도 또는 가스 온도가 결과에 영향을 미치는 것을 방지하는 파이프 또는 매니폴드를 포함할 수 있다.
도 5는 본 명세서에 개시된 바와 같은 다양한 가스 검출 장치(100)를 사용하여 환자의 호흡 가스를 테스트하는 방법의 실시예를 예시한다. 예를 들어, 먼저 내쉬는 호흡이 수집되고(510) 테스트 챔버로 안내된다. 일부 실시예에서, 유량계 및 펌프는 테스트 챔버(520)를 통해 라우팅되는 내쉬는 호흡의 유량을 제어할 수 있다. 이를 통해 관련 가스의 부분 압력을 일정하게 유지하거나 결과의 정확도를 높일 수 있다. 그 후, 본 명세서에 개시된 가열 요소를 이용하는 것을 포함하여 가스 검출 기술에 기초한 다양한 이유로 야기될 수 있는 부정확한 센서 판독을 피하기 위해 수분도 제어될 수 있다(530).
그 후, 일부 실시예는 내쉬는 호흡의 양에 대한 대용물로서 사용하고 호흡 가스의 수준을 CO2의 양과 상관시키기 위한 이산화탄소 센서(540)를 포함할 것이다. 일부 실시예에서, CO2의 양 또는 가스의 농도는 공기가 얼마나 오랫동안 폐에 유지되었는지를 결정하기 위해 상관될 수 있다. 그 후 검출된 관련 가스의 수준은 적절한 비율에 따라 조정될 수 있다.
이산화탄소가 테스트된 후(또는 동시에 또는 사전에) 임상 관련성을 갖는 다른 가스의 수준이 감지될 수 있다(550). 예를 들어, 시스템은 H2, CH4 및/또는 H2S를 테스트할 수 있다. 추가로, 역류는 그러한 장치에서 테스트가 시작되면 농도가 변경되는 것을 방지하기 위해 방지될 수 있다(560). 마지막으로, 테스트 후, 호흡 가스를 퍼지하고 장치를 재보정할 수 있다(570). 일부 실시예에서, 재보정은 알려진 농도(들) 및/또는 알려진 유량(들)에서 가스(들)의 캐니스터로 장치를 퍼지함으로써 수행될 것이다. 다른 실시예에서, 팬 및 도어는 주변 공기가 장치에 들어갈 수 있도록 열릴 수 있다.
예: 메탄 보정된 수소 수준
락툴로스 호흡 검사는 소장 세균 과증식(SIBO)을 진단하기 위해 점점 더 많이 사용되고 있다. 지난 10년 동안, 특히 변비의 맥락에서 호흡 검사에서 메탄의 중요성에 대한 데이터가 축적되었다. 메탄이 생성되는 동안, 장내 메탄 생성 고세균은 4개의 수소(H2) 가스 분자를 사용하여 단일 메탄(CH4)을 생성한다. 이러한 화학량론에 기초하여, 검출 가능한 메탄(따라서 메탄 생성 물질)이 존재할 때 호흡 테스트(따라서 호흡 테스트의 해석)의 수소 수준이 영향을 받을 수 있다. 본 발명자들은 수소 결과의 해석에 대한 메탄의 영향을 결정하기 위해 대규모 호흡 테스트 데이터베이스에 대한 연구를 수행했다.
2005년 11월과 2013년 10월 사이에 3차 진료 의료 센터에 락툴로스 호흡 검사를 위해 내원한 연속 환자가 검토 대상이었다. 호흡 테스트를 위해, 피험자들은 12시간 금식 후에 내원하였다. 기준선 호흡 샘플 후, 10g의 락툴로스를 투여한 후 최소 90분 동안 15분마다 후속 호흡 샘플을 투여했다. 그런 다음 호흡 샘플을 퀸트론 SC 또는 Breathtracker™ 가스 크로마토그래프(Quintron Instrument Co., 밀워키, 위스콘신주)에서 분석하여 CO2 교정 후 수소와 메탄을 측정했다. 호흡 메탄은 테스트 중 언제든지 ≥ 3ppm으로 정의되었다. 나머지 피험자는 비메탄 피험자로 간주되었다. 이들이 가스 생성자가 아닌 경우(테스트 중 어느 시점에서든 수소도 메탄도 ≥3 ppm이 아님) 피험자는 제외되었다. 메탄과 비메탄 호흡 테스트를 비교하여 수소와 메탄 사이의 상호 작용을 조사했다.
이 기간 동안 총 14,847건의 호흡 테스트가 수행되었으며 그 중 804건(5.4%)은 비메탄, 비수소 생성자였다. 나머지 14,043건(여성 71%, 평균 연령=47.4±18.3세) 중, 2412건(17.2%)이 메탄 양성 반응을 보였다. SIBO와 일치하는 H2 변화를 해석하는 데 60분 또는 90분이 사용되었는지 여부와 관계없이, 메탄을 사용한 호흡 테스트는 호흡 H2가 상당히 낮았다(표 1 및 도 6 참조). 기준선에서 수소 생성의 변화를 조사하면, 60분 또는 90분 호흡 테스트 해석의 경우, 메탄을 사용한 호흡 테스트에서도 수소 상승이 감소했다(비메탄 호흡 테스트와 비교한 기준선의 표 1 및 도 6). 또한, 비메탄 피험자(55.7%)에 비해 메탄 생성자(23.1%)에서 SIBO로 간주되는 훨씬 적은 ≥20ppm의 H2 상승을 충족하는 호흡 검사가 존재하였다(OR=0.20, 95% CI=0.18-0.22) (도 6).
결과에 기초하여, 메탄의 존재는 수소 수준의 상당한 감소와 연관되며, 박테리아 과증식의 식별을 위한 호흡 테스트에서 수소의 해석을 극적으로 변경한다. 이러한 결과를 바탕으로, 임상 보고 및 연구 연구에서 메탄 생성을 보고하는 것이 필수적이다.
메탄에 대한 금식 호흡 테스트
과도한 메탄 생성은 변비 및 팽만감과 관련될 수 있다. 메탄 생성균을 박멸하고 메탄 생성을 감소시키면 이러한 증상이 개선되는 것으로 나타났다. 2015년 소화기 질환 주간의 최근 합의 회의에서, 표준 2시간 호흡 검사에서 10ppm(part per million) 이상의 메탄 수준은 과도한 메탄 생성을 차단하는 것으로 간주되었다. 수소 가스와 달리, 메탄이 과다한 환자는 공복 상태에서 계속해서 높은 수준의 메탄을 배출한다.
따라서, 메탄의 단일 공복 측정의 정확도는 금본위로서 락툴로스 호흡 테스트와 비교되었다. 연구를 수행하기 위해, 3차 센터에서 2005년 11월부터 2013년 10월까지 14847건의 연속 락툴로스 호흡 검사(여성 71%)의 데이터베이스를 개발했다. 12183명의 피험자에 대한 반복 연구를 제외하기 위해 결정론적 기록 연결이 수행되었다. 모든 피험자에서, 12시간의 금식 후, 내쉬는 메탄, 수소 및 이산화탄소를 측정하였다. 환자에게 락툴로스(10g)를 투여하고 최소 2시간 동안 15분마다 측정을 반복했다.
연구의 임의의 시점에서 ≥10ppm의 메탄 수준이 검출된 경우 환자는 과도한 메탄 생성자로 분류되었다(금본위). 다양한 공복 메탄 농도의 테스트 특성을 금본위와 비교했다. >95%의 민감도와 >98%의 특이도가 테스트 성능을 위해 선험적으로 선택되었다. 비교를 위해 Fisher 정확 검정을 사용했다. 결과: 12183명의 피험자 중, 1891명(15.5%)이 과도한 메탄 생성자였다(68.5% 여성; 평균 연령 51.9±17.7; 연령 범위 3-97세). 이러한 환자를 식별하기 위한 다양한 공복 메탄 수준의 정확도는 표 1에 나와 있다. 모든 단일 공복 메탄 측정이 잘 수행되었지만, 민감도, 특이도, 양성 예측값 및 음성 예측값(NPV)이 각각 96.1%, 99.7%, 98.5% 및 99.3%인 5ppm 이상의 컷오프가 선택되었다(표 2 및 표 3). 테스트의 성능은 연령이나 성별에 따라 통계적으로 혼동되지 않았다. (표 4)
현재까지 분석된 락툴로스 호흡 테스트의 가장 큰 데이터베이스에서, 내쉬는 메탄의 단일 공복 측정은 완전 락툴로스 호흡 테스트와 비교하여 과도한 메탄 생성자를 식별하는 데 매우 민감하고 특이적이다. 이 접근법은 비용을 크게 줄이고, 연구 시간을 단축하며, 락툴로스 섭취와 관련된 귀찮은 증상을 생략할 수 있다. 연령과 성별은 공복 메탄 수치의 정확도에 영향을 미치지 않는다.
*10ppm 이상의 단일 메탄 수준은 메탄 양성에 대한 금본위 테스트를 충족한다. CI: 신뢰 구간; NPV: 음성 예측 값; PPV: 양성 예측값.
메탄 생성 및 연령
과도한 메탄 생성이 변비 및 팽만감과 관련될 수 있다는 임상 증거가 증가하고 있다. 메탄 생성 물질을 제거하고 메탄 생성을 감소시키면 이러한 증상이 개선되는 것으로 나타났다. 인간 연구에서 장관의 메탄 생성 집락은 아동기에 걸쳐 증가하지만 청소년기에 최고에 도달한다. 그러나 메탄 생성의 인구학적 결정 요인을 조사하기 위한 대규모 연구는 부족하다.
단일 기관에서 2005년 11월과 2013년 10월 사이에 수행된 14,847개의 연속적인 락툴로스 호흡 검사로 구성된 데이터베이스가 개발되었다. 생년월일, 의료 기록 번호, 이름 및 성을 사용하여: 반복 연구를 제외하기 위해 결정론적 기록 연결이 수행되었다. 따라서 총 12,183개의 호흡 테스트가 6가지 범주로 분류되었다: 1-정상: 처음 90분 이내에 메탄 수준이 3ppm 미만이고 수소 수준이 20ppm 미만이다. 2-양성 수소: 90분 이내에 메탄 수준 <3 ppm 및 수소 수준 ≥20 ppm. 3-양성 메탄: 메탄 수준 ≥3 ppm 및 수소 <20 ppm. 4-수소 및 메탄 양성: 90분 이내에 메탄 수준 ≥3ppm 및 수소 수준 >20ppm. 5-플랫라이너: 120분 이내에 메탄 < 3ppm 및 수소 ≤ 3ppm, 변동 ≤ 1ppm. 6-모호함: 락툴로스 및 메탄 <3ppm 섭취 전 기준선에서 20ppm 초과의 수소 수준.
14847명의 호흡 테스트 피험자 중, 대부분은 여성(71%)이었다. 호흡검사 당시 평균 연령은 46.9±18.3세(범위 2-101)였다. 호흡검사 결과 항목별 비율은 표 1과 같다. 남성 피험자들은 과량의 메탄을 생성할 가능성이 훨씬 더 높았다(18.21% 대 16.07%, p<0.01). 그러나, 두 성별 사이에 다른 중요한 차이점은 없었다. 성별과 수소 생성에 관계없이, 비정상적으로 많은 양의 메탄을 생성하는 사람들은 평균 연령 52.3세와 5.8세의 나이 차이로 비메탄 가스 생성자들보다 훨씬 더 오래되었다(p<0.01). 모호한 집단은 평균 연령이 34.8세(p<0.01)로 가장 어린 집단이었다. 메탄 생성의 유병률은 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이 나이가 들수록 증가하는 것으로 나타났다.
현재까지 분석된 락툴로스 호흡 테스트의 가장 큰 데이터베이스에서, 호흡 테스트에서 메탄 가스의 유병률은 연령에 따라 5배 이상 증가하며, 가장 나이가 많은 연령 그룹은 메탄 생성자의 유병률이 가장 높다. 이러한 발견은 나이가 변비의 알려진 위험 요소인 이유를 설명할 수 있다. 마지막으로, 약 2%의 차이로, 남성이 여성보다 약간 높지만 메탄 생성자가 될 가능성이 훨씬 더 높으며, 그 임상적 중요성은 아직 결정되지 않았다.
예: 매니폴드가 있는 호흡 가스 시스템
일부 예에서, 단일 장치 및 환자로부터의 하나의 호흡 샘플을 갖는 다중 센서를 사용하여 다중 호흡 가스의 농도를 결정하기 위한 시스템 및 방법이 개발되었다. 예를 들어, 환자가 SIBO를 가지고 있는지 여부에 대한 신뢰할 수 있는 결정은 여기에 개시된 이유로 CO2, H2, H2S 및 CH4 가스 각각을 테스트해야 할 수 있다. 따라서, 환자의 한 번 내쉬는 호흡으로 이러한 각 가스를 측정하는 것이 이러한 농도를 결정하고 진단 알고리즘을 적용하는 가장 효율적이고 정확한 방법이 될 것이다.
그러나, 다중 센서를 사용하여 다중 가스를 테스트할 수 있는 시스템을 개발하는 것은 다양한 이유로 도전적이다. 예를 들어, 내쉬는 환자의 호흡은 일반적으로 물로 완전히 포화되고 100% 상대 습도를 포함한다. 따라서, 이 호흡 가스가 실온 테스트 장치를 통과하면, 적어도 일부의 물이 접촉하는 장치의 표면에 응축된다. 이것은 가스 농도를 테스트하는 데 사용되는 일부 센서가 판독값을 편향시킬 수 있는 습도에 민감하다는 것을 포함하여 여러 가지 이유로 인해 문제가 된다. 또한, 응축으로 인해 특정 유형의 센서가 손상될 수 있다.
따라서, 정확한 판독을 보장하기 위해 센서 위로 내쉬는 가스를 통과시키기 전에 습도를 제거하기 위해 일부 이전 장치는 건조제 또는 다른 흡수제를 사용했다(예를 들어, 수분을 먼저 제거하기 위한 활성 알루미늄 베드). 그러나, 흡수성 재료를 사용하는 것은 다음을 포함한 여러 가지 이유로 유리하지 않다: (1) 흡수성 재료는 정기적으로 교체되어야 하며, (2) 각 호흡마다 흡수되는 수분의 양은 흡수제가 포화됨에 따라 변할 것이고 이는 보정 문제를 생성하며 - 특히 황화수소와 같이 농도가 낮은 가스, (3) 흡수성 재료 위로 내쉬는 가스를 먼저 통과시킬 공간이 있도록 매니폴드(및 내쉬는 가스)에 여분의 부피가 있어야 한다.
또한, 흡수성 재료는 실제로 특정 가스를 흡수할 수 있다. 예를 들어, H2S는 건조제를 포함한 특정 흡착제 재료에 의해 흡수되는 것으로 알려져 있다. 따라서 건조제를 사용하는 것은 특히 H2S를 포함한 여러 가스를 테스트하는 시스템에 유리하지 않다.
따라서, 흡수 기술을 사용하지 않고 내쉬는 가스에서 다중 가스를 테스트하기 위한 시스템 및 방법이 개발되었다. 일부 예에서, 이것은 내쉬는 가스가 매니폴드의 채널을 통해 흐를 때 내쉬는 가스의 온도를 유지하기 위해 매니폴드를 사용하는 시스템을 포함한다. 이 예에서 기체는 내쉬는 호흡에 수분이 응축되는 것을 방지하기 위해 최소한 체온 이상으로 가열된다. 이렇게 하면 건조제나 다른 흡수 기술을 사용할 필요가 없다. 또한, 일부 전기화학 센서는 더 높은 온도에서 더 민감하므로, 여기에 설명된 이유로 유리한 특정 온도 범위(예를 들어, 섭씨 40도 이상)로 가열할 때 정확한 판독값을 얻는 데 더 짧은 시간이 필요할 것이다
또한, 장치는 센서가 보정되면 정확한 측정이 수행되도록 보장하기 위해 장치에서 호흡 가스를 테스트하는 동안 일관된 온도 및 유량으로 호흡 가스를 유지해야 한다. 이것은 내쉬는 호흡에 존재하는 다른 가스에 비해 상대적으로 낮은 농도(예를 들어, 9 내지 10ppb)를 갖는 H2S와 같은 가스에 특히 중요하다. 또한 샘플에 대해 환자가 내쉬는 가스의 총 부피가 상대적으로 작기 때문에, 여러 개의 가스 센서가 필요한 경우 일정한 온도와 유량을 유지하는 것이 어려울 수 있는데(예를 들어, 여기에 개시된 3개 또는 4개의 가스 센서), 가스가 각 센서의 센서 프로브와 접촉하도록 더 긴 가스 흐름 경로가 필요하기 때문이다.
일부 예에서, 높은 열전도율을 가진 금속 매니폴드는 좁은 범위 내에서 채널을 통과하는 가스의 온도를 유지하는 데 활용될 수 있으며, 이는 여기에 개시된 온도 제어 요소를 사용하여 제어된다(예를 들어, 서미스터 및 발열체가 있는 PCB). 또한, 가스 흐름 경로를 각 센서에 대해 병렬 채널로 분할하는 대신 직렬 방식으로 센서를 도입하는 단일 채널을 활용하는 경우, 필요한 총 부피가 줄어들어, 충분한 가스가 센서를 통과하여 공개된 온도 범위에서 정확한 판독값을 기록할 수 있다.
일부 예에서, 채널은 채널의 상단과 하단에 장착된 센서로 2개의 채널로 분할될 수 있으므로 여러 센서(예를 들어, 2, 3, 4 등)가 짧은 거리 내에 채널에 도입될 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 일부 경우에 가스 흐름 경로를 평행 채널로 분할하는 것이 일부 구성에서 너무 많은 부피의 가스를 필요로 한다는 것을 발견했다.
추가로, 일부 예에서, 메탄 센서가 일정한 유량 및 온도를 필요로 하지 않을 수 있으므로 매니폴드와 분리되고 파이프 또는 다른 가스 흐름 경로로 매니폴드 채널에 연결된 비교적 더 크고 정확한 메탄 센서가 활용될 수 있다.
일정한 유량이 필요하기 때문에, 센서가 더 빨리 정확한 판독값을 획득하면 필요한 가스의 양이 적다. 따라서, 일부 예에서, 배플, 범프, 또는 다른 부분적 장애물은 프로브를 측정하는 센서 각각 또는 일부에 인접한 흐름에 난류를 도입하는 데 사용된다. 이것은 증가된 가스 교환 시간을 제공하여 더 적은 전체 내쉬는 공기의 부피를 필요로 한다.
따라서, 이러한 기능을 함께 사용하면 건조제를 사용하지 않고 안정적이고 정확한 판독값을 얻지 않고도 최소 CO2, H2, H2S 및 CH4를 측정하는 시스템에 공기를 한 번 내보거나 더 적은 양의 공기를 도입할 수 있다. 이를 통해 시스템은 환자의 SIBO 상태 및 다른 잠재적 징후를 정확하게 평가할 수 있다.
4가지 가스 모두의 검출은 환자에게 SIBO가 있는지 여부에 대한 전체 그림을 결정하고 관련 증상을 진단하는 데 중요할 수 있다. 예를 들어, 그 내용이 전체가 참조로 여기에 포함되는 "호흡 검사 중 황화수소 측정"이라는 발명의 명칭의 2018년 8월 30일에 공개된 국제 특허 공개 WO 2018/154937에 기술된 바와 같이, 검사된 정상 H2 및 CH4 수준을 갖는 것으로 특징지어지는 일부 피험자는 H2S에 대해 상정되었다. 본 출원에 언급된 연구는 아래의 예에서 더 자세히 논의된다. 따라서, 세 가지 가스 모두에 대한 테스트는 환자의 전체 진단 상황을 결정하는 데 중요할 수 있으며, 여기에는 특히 H2S 테스트가 포함된다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 선행 기술 시스템은 이러한 동일한 특징 및 이점을 갖지 않는다.
도 8은 환자로부터 내쉬는 호흡 가스를 테스트하기 위해 사용되는 시스템의 예이다. 시스템은 환자로부터 내쉬는 가스를 수용하는 가스 유입구(820)를 포함할 수 있다. 가스 유입구는 적절한 밸브 또는 다른 포트일 수 있다. 일부 예에서, 유입구(820)는 여기에 개시된 다양한 호흡 수집 장치에 연결될 수 있거나 이전에 수집된 가스가 있는 풍선 또는 백에 연결될 수 있다.
유입구(820)는 매니폴드(860)를 통해 가스 흐름 경로(810)와 가스 연통할 수 있다. 매니폴드(860)는 매니폴드(860)를 통해 구성된 가스 흐름 경로(810)를 갖는 임의의 적절한 열 전도성 재료일 수 있다. 예를 들어, 매니폴드(860)는 금속으로 제조될 수 있고 가스가 흐르도록 구성된 채널, 파이프 또는 경로를 가질 수 있다. 일부 예에서, 매니폴드(860)는 스테인리스강으로 구성될 수 있다. 일부 예에서는 구리로 코팅될 수 있다. 다른 예에서, 매니폴드(860)는 가스 흐름 경로(810)를 제공하는 파이프 또는 다른 적절한 기계적 구성요소일 수 있다. 일부 예에서, 매니폴드(860)는 열 저항 재료 또는 절연체로 제조될 수 있고 열 조절 요소는 매니폴드 재료를 가열하지 않고 가스 온도를 직접 유지할 수 있다.
시스템은 온도 센서 및 가열 요소를 포함하는 열 조절 요소(870)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 열 조절 요소(870)는 매니폴드(860) 및/또는 가스 흐름 경로(810)의 온도를 측정하기 위한 서미스터 및 매니폴드 및/또는 공기 흐름 경로를 가열하기 위한 다양한 가열 요소(예를 들어, 저항성)를 포함하는 인쇄 회로 기판일 수 있다.
일부 예에서, 가열 요소는 별도의 코일 대신 인쇄 회로 기판에 인쇄된 트레이스를 포함할 수 있다. 이것은 보다 컴팩트한 구성과 저렴한 제조 비용을 가능하게 한다. 필요한 온도 범위는 인쇄 회로 기판의 녹는점 미만이며 일반적으로 손상을 일으킬 수 있는 수준 미만이므로, 인쇄 회로 기판 자체의 트레이스가 유리하게 사용될 수 있다.
일부 예에서, 열 조절 요소(870)는 매니폴드(860)의 다른 부분 또는 구역을 개별적으로 조절하는 복수의 온도 센서 및 가열 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다음을 포함할 수 있는 구역에 대해 별도의 규제 조합(온도 센서 및 발열체)이 있을 수 있다: (1) 매니폴드의 상단과 하단, (2) 각 센서 옆의 구역, (3) 매니폴드의 전면 및 후면 절반, (4) 센서 사이의 파이프, 흐름 경로 또는 채널, 또는 센서의 온도 허용 오차와 조절 시스템의 감도를 기초로 하는 다른 적절한 분포. 예를 들어, 서미스터 및 가열 요소는 구역을 최적으로 가열하기 위해 각각의 구역의 중앙 또는 일부에 위치될 수 있다.
이러한 상이한 열 조절 요소(870)는 개별적으로 인쇄 회로 기판, 동일한 인쇄 회로 기판에 포함되거나 다른 적절한 제어 시스템 및 연결을 활용할 수 있다. 일부 예에서, 열 조절 요소(870)는 가스 흐름 경로(810)의 가스 온도를 감지하고 매니폴드(860)를 가열하거나 가스 흐름 경로(810) 내부의 가스를 직접 가열하도록 구성될 수 있다.
요소는 폐쇄 루프 피드백 시스템을 사용하여 온도를 조절하도록 구성될 수 있다. 여기에는 체온(섭씨 37도)보다 높도록 온도를 조절하여 구성 요소에 형성되는 호흡으로 인한 응축을 방지하고 구성 요소를 착용하거나 가스 농도 판독값을 부정확하게 만드는 것이 포함될 수 있다. 일부 예에서, 시스템은 섭씨 40도(최소 온도)의 임계값 또는 섭씨 38도, 섭씨 39도 또는 섭씨 37도와 같은 다른 적절한 임계값을 최소 온도로 사용할 수 있다. 일부 예에서, 열 조절 요소(870)는 섭씨 1도, 섭씨 2도 또는 다른 적절한 범위 내에서(예를 들어, 섭씨 38 내지 40도 또는 섭씨 40 내지 42도) 통로의 가스 및/또는 매니폴드의 온도를 유지할 수 있다.
가스 흐름 경로(810)는 예를 들어 메탄(CH4), 수소(H2), 황화수소(H2S), 및/또는 이산화탄소(CO2)를 포함하는 다양한 가스를 감지하기 위한 다양한 센서(800)를 포함할 수 있다. 센서는 전기화학 센서, 레이저 기반 센서 또는 다른 적절한 센서일 수 있다. 일부 예에서, 수소, 황화수소, 및 이산화탄소 센서는 전기화학적 기반 센서일 수 있고 메탄 센서는 매니폴드(860)의 말단 또는 외부에 배치된 레이저 기반 센서일 수 있다.
센서(800)는 매니폴드(860)에 통합되거나 그렇지 않으면 시스템에 배치되고 구성되어 센서의 센서 프로브(800)가 가스 흐름 경로(810)를 통해 흐르는 가스를 감지할 수 있다. 일부 예에서, 선형 또는 대략 선형인 가스 흐름 경로(810)는 가스가 가스 흐름 경로(810)를 통과할 때 직렬 방식으로 가스를 테스트하는 센서(800)의 라인을 포함할 수 있다. 다른 예에서, 가스 흐름 경로(810)는 센서(800)가 가스를 병렬로 또는 직렬 및 병렬의 다른 조합으로 테스트할 수 있도록 별도의 채널로 분할될 수 있다.
일부 예에서, 가스 흐름 경로(810)는 상부 또는 하부로부터만 흐름 경로에 진입하는 센서(800)를 가질 수 있다. 다른 예에서, 센서(800)는 가스 흐름 경로(810)의 상부 및 하부 모두에 장착될 수 있으므로, 4개 또는 3개의 센서 프로브 (또는 다른 개수의 센서 프로브) 모두에 대해 더 짧은 선형 또는 평행 흐름 경로(810)가 필요할 수 있다.
일부 예에서, 시스템은 펌프(840), 예를 들어 다이어프램 펌프, 및 일정한 속도로 가스 흐름 경로(810)를 통해 내쉬는 호흡을 펌핑하는 유량계(850)를 포함할 수 있다. 이는 일부 센서(800)가 정확한 가스 농도 판독값을 기록하기 위해 일정하고 보정된 유량을 요구할 수 있기 때문에 중요할 수 있다.
추가로, 시스템은 가스 흐름 경로의 가스가 시스템을 빠져나가는 가스 배출구(830)를 포함할 수 있다. 일부 예에서 판독이 수행된 후, 시스템은 주변 공기가 가스 유입구(820)를 통해 회수되고 가스 배출구(830)를 통해 배출되도록 환자로부터 과도한 내쉬는 가스로부터 가스 흐름 경로(810)를 퍼지하도록 펌프(840)를 활성화할 수 있다. 일부 예들에서, 이것은 미리 결정된 양의 시간, 예를 들어, 몇 초, 20초, 30초, 1분 또는 다른 적절한 시간 프레임 동안 각각의 판독 후에 자동으로 발생할 수 있다.
도 9는 시스템의 예시적인 평면도를 도시한다. 이 예에서, 열 조절 요소(870)는 매니폴드(860)에 인접한 인쇄 회로 기판을 포함한다. 이 예에서, 인쇄 회로 기판은 매니폴드(860)의 다양한 구역을 조절하기 위해 다양한 위치에서 이격된 다양한 서미스터 또는 다른 온도 센서 및 가열 요소를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 가스 흐름 경로(810)의 부분은 파이프를 포함할 수 있고 다른 부분은 매니폴드(860)의 채널일 수 있거나 매니폴드(860) 자체가 파이프로 구성될 수 있다.
도 10은 본 개시에 따른 호흡 가스 감지 시스템의 예의 평면도 또는 저면도를 예시한다. 이 예에서 가스 흐름 경로는 매니폴드(860)의 채널로 예시되고 매니폴드(860)는 금속 블록 또는 다른 열 전도성 또는 저항성 재료로 예시된다. 이 예에서, 센서(800)는 가스 흐름 경로(810)를 따라 직렬 위치에 배열되고 흐름 경로(810)를 따라 각 센서(800)에 인접한 배플 또는 부분 방해물(1010)을 갖는다. 다른 예에서, 가스 흐름 경로(810)는 가스 흐름 경로(810)에 접근하는 프로브를 갖는 상이한 센서(800) 각각이 별도의 채널 또는 가스 흐름 경로(810)로 분할될 수 있다.
배플 또는 부분적 방해물(1010)은 범프, 함몰부, 또는 가스를 센서(800) 또는 센서 프로브 쪽으로 향하게 하고 일부 실시예에서 가스 흐름에 난류를 도입하는 다른 형상 또는 구성일 수 있다. 다른 실시예에서, 일정한 유량은 난류를 생성하지 않고 여전히 유지되지만, 가스의 주요 흐름은 배플(1010)을 사용하여 센서(800) 쪽으로 우회될 것이다.
도 11은 다양한 농도의 가스에 대해 환자의 호흡을 테스트하기 위한 방법의 예의 흐름도를 도시한다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 이것은 SIBO를 포함하여 검출된 가스 농도에 부분적으로 기초하여 특정 질병을 가진 환자를 진단하는 것을 포함하여 다양한 이유 또는 결과/출력을 위해 수행될 수 있다.
먼저, 시스템은 환자(1100)로부터 내쉬는 호흡을 받을 수 있다. 이것은 노즐, 백 또는 다른 적절한 장치와 같은 호흡 수집기에서 나올 수 있다. 다음으로, 호흡 가스는 매니폴드(1110)를 통해 흐름 경로에서 가열될 것이다. 이것은 다양한 온도 조절 시스템과 흐름 경로를 따라 다양한 위치에서 수행될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 특정 센서 또는 모든 센서에 들어가기 전에 내쉬는 가스를 가열할 수 있다. 일 예에서, 호흡 가스는 초기에 가열된 다음 센서를 통과할 수 있다.
다른 예에서, 시스템은 가스 흐름 경로를 통한 이동을 따라 다양한 지점에서 호흡 가스를 가열할 수 있다. 본 명세서에 개시된 바와 같이, 가스 흐름 경로를 형성하는 구성요소를 가열하기 위해 다양한 시스템이 이용될 수 있거나(예를 들어, 매니폴드를 직접 가열) 또는 가스 자체가 직접 가열될 수 있다. 예를 들어, 조절 시스템은 예를 들어 매니폴드(860)와 접촉하는 서미스터 또는 적외선 온도 센서 또는 다른 적절한 온도 센서를 사용하여 매니폴드(1112)의 온도를 감지할 수 있다.
그런 다음 이 데이터는 온도 센서(1114)로부터의 피드백을 기반으로 시스템의 구성요소를 적절한 온도로 가열하기 위한 저항성 히터를 포함할 수 있는 다양한 가열 요소로 폐쇄 피드백 루프를 구현하는 데 사용될 수 있다(시스템이 먼저 제습기를 포함하지 않는 한, 응축을 피하기 위해 일반적으로 체온보다 높으며, 이 경우 온도가 더 낮을 수 있음).
다음으로, 시스템은 다양한 센서로 흐름 경로(1120)를 따라 가스 농도를 감지할 수 있다. 여기에는 메탄(1132), 수소(1134), 황화수소(1136), 이산화탄소(1138), 또는 환자를 모니터링하거나 진단하기 위한 적용에 따라 다른 관련 가스가 포함될 수 있다. 그런 다음, 이러한 가스 농도가 표시되거나(1124), 저장되거나, 전송되거나, 또는 환자의 질병 상태를 결정 및 표시하기 위해 추가로 사용될 수 있다 - 예를 들어 환자가 SIBO를 가지고 있는지( 1122) 또는 환자가 SIBO를 가질 가능성이 있는지 여부. 일부 예에서, 메탄(1132) 센서(800)는 매니폴드와 별도로 연결될 수 있고, 대신 파이프로 매니폴드 채널에 연결될 수 있다. 이것은 메탄 센서가 더 크고 더 정확한 센서이므로 매니폴드에 쉽게 맞지 않고 메탄 농도를 정확하게 측정하기 위해 일관된 유량과 온도가 필요하지 않은 경우일 수 있다.
일부 예에서, 시스템은 환자가 내쉬는 가스의 수소 및 메탄 농도를 결정하고, 수소 수준의 메탄 보정된 변화를 결정한 다음, 검출된 수소 수준에 기초하여 환자가 SIBO를 가지고 있는지 여부에 대한 표시를 출력할 수 있다. 추가적으로, 시스템은 시스템에 의해 검출된 호흡 가스에 기초하여 다른 질병을 결정하거나 진단할 수 있다.
예: 임상 호흡 검사에서 황화수소의 중요성: 신규한 4-가스 호흡 테스트 장치의 검증
위에서 논의된 바와 같이, 4가지 가스 모두의 검출은 환자가 SIBO를 갖고 있는지 여부에 대한 정확한 결정을 제공하고 관련 증상을 진단하는 데 매우 중요하다. 예를 들어, 여기에 개시된 매니폴드 가열 시스템을 사용하여 환자의 CO2, H2, H2S 및 CH4 호흡 가스 수준을 테스트한 장치의 예를 평가하는 연구에서, 4가지 모든 가스(특히 H2S)에 대한 테스트가 결과를 평가하는 데 매우 중요하다고 결정되었다.
예를 들어, 테스트된 정상 H2 및 CH4-수준을 갖는 것으로 특징지어지는 일부 피험자는 H2S에 대해 배치되었다. 또한, H2는 CH4 및 H2S로 변환될 수 있기 때문에, 4가지 가스(CO2로 보정하는 것을 포함함) 모두를 테스트하는 것은 SIBO와 시스템을 이러한 가스 수준과 정확하게 연관시키는 데 매우 중요한데, 어떤 하위 집합을 테스트해도 가스 간의 상호 작용을 고려할 때 해당 환자에 대한 징후의 진단 및 중증도를 정확하게 평가하지 못할 수 있기 때문이다.
마지막으로, H2S는 특정 설사 표현형과 관련된 것으로 밝혀졌다. 따라서, 4가지 가스 모두에 대한 테스트는 환자의 전체 진단 상황을 결정하는 데 중요할 수 있으며, 여기에는 특히 H2S 테스트가 포함된다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 선행 기술 시스템은 이러한 동일한 특징 및 이점을 갖지 않는다. 다음은 연구와 그 결과를 요약한 것이다.
개요
수소(H2) 호흡 테스트는 설사의 후처리 동안 소장 세균 과증식(SIBO)을 평가하는 데 사용되었다. 그러나 H2 수치는 설사 중증도와 관련이 없는 반면 메탄(CH4)은 변비와 관련이 있다. CH4를 생성하는 유기체와 황화수소(H2S)를 생성하는 유기체는 모두 H2를 소비하지만 H2S는 기존의 호흡 테스트 시스템 및 방법을 사용하여 연구할 수 없다. 따라서 신규한 4-가스 장치(H2, CH4, H2S 및 CO2)가 보다 포괄적인 호흡 테스트를 제공하는지 여부를 결정하기 위해 평가되었다.
호흡 검사를 위해 의뢰된 연속적인 피험자가 적격이었다. 피험자들은 기준선 호흡 샘플을 제공하고, 10g의 락툴로스를 섭취한 다음, 120분 동안 15분마다 추가 샘플을 제공했다. 피험자들은 증상 설문지를 작성했다. 샘플은 4-가스 장치에 이어 기존 기기를 사용하여 H2 및 CH4에 대해 분석되었다. 두 기기의 결과를 비교하고 증상을 4개 가스 장치의 가스 패턴과 연관시켰다. 기체 상호작용도 평가되었다.
298명의 피험자가 연구를 완료했다. 두 기기의 측정값은 강한 상관관계가 있었다(H2: R=0.90; CH4: R=0.97). 4-가스 장치를 사용하여, H2S에 대해 ≥1.2ppm의 양성 임계값이 결정되었으며 설사와 관련되었다. H2S≥1.2ppm인 피험자의 56.9%가 중등도 또는 경증에 비해 중증 설사를 보고했다(P=0.01). CH4, H2S 또는 둘 모두의 추가 존재는 H2 수준과 설사 중증도에 상당한 영향을 미쳤다. CH4는 설사를 감소시켜 효과를 지배했다(P=0.02).
연구 배경
호흡 테스트는 소장 세균 과증식(SIBO)의 평가, 특히 설명할 수 없는 설사의 검사에서 30년 넘게 임상적으로 사용되었다[1]. 이 기술은 원래 발효 과정에서 장내 미생물에 의해 생성되는 가스가 독특하고 인간 숙주에 의해 생성되지 않는다는 원리에 기초했다. 그러나 인간 질병의 관점에서 이러한 가스의 생리학적 결과는 최근에서야 이해되기 시작했다.
현재의 호흡 테스트 기술에서, 환자는 일정 기간 동안 금식한 후 발효성 기질을 섭취한다. 호흡 샘플은 기준선에서 얻은 다음, 다음 몇 시간 동안 일정한 간격으로 채취하여 수소(H2) 및 이산화탄소(CO2) 수준을 테스트한다. H2는 장내 미생물에 의해서만 생성되지만, CO2는 인간 세포에 의해 생성되며, 호흡 샘플을 폐포 농도로 보정하기 위해 측정된다. 최근 북미에서 호흡 테스트에 대한 합의에 따르면[2], 발효성 기질을 투여한 후 90분 이내에 H2가 20ppm 이상 증가하는 것은 SIBO를 시사한다. 이러한 H2 생성 패턴이 항생제에 대한 반응을 예측하는 것으로 보이지만[3], 연구에서는 H2 수준을 설사 또는 검사가 지시되는 다른 증상의 정도와 연관시키는 데 실패했다. 대조적으로, CH4는 변비를 예측하고 그 정도에 비례하는 것으로 보인다는 점에서 상당한 주목을 받았다.
장관에서, 가스 생성 및 이용은 다양한 미생물 간의 복잡한 상호작용 과정이다. 현재 H2는 박테리아를 발효시켜 대량으로 생성되지만, 다른 가스 생성의 기질이기도 하다는 것이 알려져 있다[6]. 예를 들어, 메탄 생성 고세균은 4분자의 H2를 사용하여 1분자의 CH4 가스를 생성한다[6]. 또한, H2에 대한 적어도 2개의 다른 처리 경로가 있다: 호모-아세토겐에 의한 초산 생성 및 황산염 환원 박테리아에 의한 황화수소(H2S) 생성 [6]. 이들 가스 사이에 복잡한 상호작용이 있다는 점을 감안할 때, 이러한 미생물 생성 가스를 모두 측정하지 않고는 임상 호흡 검사를 완전히 이해하는 것은 불가능하다.
이 연구에서, 임상 호흡 테스트 동안 4가지 가스(H2, CH4, H2S 및 CO2) 모두를 측정할 수 있는 새로운 장치가 테스트되었다. 이것은 H2S 수준의 측정이 임상 증상의 예측을 가능하게 하고 H2, CH4 및 H2S 간의 경쟁 상호작용을 더 잘 이해할 수 있게 하여 다른 측면 중에서 보다 포괄적인 호흡 테스트를 제공하는지 확인하기 위해 수행되었다.
방법
연구를 위해, 피험자들은 연구 직전 24시간의 준비 기간을 거쳐야 했으며, 처음 12시간 동안은 과일, 채소, 유제품, 콩류의 섭취를 피하고, 이후 12시간 동안은 금식했다. 피험자들은 테스트 직전이나 테스트 도중에 담배를 피우거나 운동을 하는 것이 허용되지 않았다. 기준선 내쉬는 호흡 샘플을 수집했다. 그런 다음 피험자들은 200mL 물에 용해된 10g 락툴로스를 섭취했다. 나머지 120분 동안 15분마다 후속 호흡 샘플을 수집했다. 퀸트론 BreathTracker™(QuinTron Instruments Co., 밀워키, 위스콘신)를 사용하여 20cc의 샘플을 분석하고 새로운 4-가스 검출 장치를 사용하여 나머지 샘플을 분석하여 샘플을 즉시 분석했다. 두 장치 모두 가스 크로마토그래피를 통해 호흡 성분을 분석하고 폐포 수준을 기준으로 5.50%의 CO2 농도로 출력을 수정했다.
새로운 4-가스 검출 장치는 사용 전에 보정이 필요했다. 짧은 워밍업 기간 후, 기계는 먼저 주변 공기를 사용하여 보정한 다음 주변 공기와 보정 가스의 혼합물을 사용하여 보정했다(QuinTron Instruments Co., 밀워키, 위스콘신). 각 보정 세트에 대해 총 3회의 실행이 수행되었다. 기계는 16시간 동안 보정된 상태로 유지되었다. 샘플을 분석하기 위해, 백을 유입구를 통해 기계에 부착하고, 마개를 열고, 컴퓨터 인터페이스를 통한 실시간 출력으로 기계를 120초 동안 가동했다. 30초의 퍼지 주기가 각 실행에 이어졌다. 4-가스 장치는 ±0.2ppm의 정확도로 모든 가스(H2, CH4, H2S 및 CO2)를 ppm 단위로 동시에 측정했다.
호흡 테스트 동안, 피험자는 그들의 병력, 인구통계 및 장 증상에 관한 심층 설문지를 작성하도록 요청받았다. 증상 중증도는 0-100mm 시각 아날로그 척도(VAS)를 사용하여 측정되었다.
두 기기(기존의 및 신규한 4-가스 장치) 모두에 대해, 양성 호흡 테스트의 결정은 최근 북미 합의에 기초했다[2]. H2의 경우, 90분 또는 그 이전에 기준선에서 ≥20ppm 상승이 있는 경우, 검사는 양성으로 간주되었다. CH4의 경우, 호흡 검사 중 어느 시점에서든 ≥10ppm 수준이 양성으로 간주되었다. 호흡 H2S에 대한 양성 임계값은 이전에 정의되지 않았기 때문에, 이 연구 결과를 기초로 결정되었다.
데이터 처리
새로운 4가지 가스 검출 장치의 정확성을 검증하기 위해, 얻은 H2 및 CH4의 모든 측정값을 기존 퀸트론 기기의 측정값과 비교하여 신규한 장치가 해당 가스를 정확하게 측정하고 있는지 확인했다. 또한, 기기 간의 H2 및 CH4 호흡 검사 양성에 대한 일치 수준이 결정되었다. 그 후, 이 추가 가스의 값 및 의미의 범위를 결정하기 위해 연구 전반에 걸쳐 H2S 수준을 평가했다. 그런 다음 가스 프로필을 연구 피험자 사이의 증상 중증도와 비교했다. 마지막으로, H2가 CH4와 H2S의 생성을 위한 기질이라는 점을 감안할 때, 임상 호흡 테스트에 H2S를 추가하는 과학적, 임상적 가치를 더 이해하기 위해 이 세 가지 가스 간의 상호 작용을 평가했다.
2가지 호흡 테스트 기술의 비교를 위해, 스피어만 상관이 수행되었다. 퀸트론 기기와 신규한 기기 간의 H2 및 CH4 호흡 검사 양성에 대한 일치 수준을 평가하기 위해 코헨 카파가 사용되었다. 그러나 새로운 기기는 이러한 가스에 대해 ±0.2ppm의 오류 수준을 갖고 있고 퀸트론은 ±2ppm(10배 덜 민감함)의 오류 수준을 보고하기 때문에, 이 오류 수준은 퀸트론 기기에 대한 양성 호흡 테스트 분석에 포함되었다. VAS를 통해 인구 특성, 진단 기록 및 증상 중증도의 분포를 조사하기 위해 기술 분석을 수행했다. 증상 VAS 점수 사이의 스피어만 상관을 평가했다.
모든 20가지 증상은 3가지 범주로 분류되었다: 전장 증상, 과민성 대장 증후군(IBS) 증상, 및 설사 우세 IBS(IBS-D) 증상. IBS-D 증상도 IBS 범주에 속한다는 점에 유의해야 한다. 전장 증상으로는 트림, 쉰 목소리, 기침, 삼키기 어려움, 식후 기침, 호흡 곤란, 성가신 기침, 목에 무엇인가 걸린 느낌, 속쓰림 또는 흉통 등이 포함된다. IBS 증상은 팽만감, 과도한 가스, 불완전한 배출, 복통, 변비, 설사, 배변 시 긴급, 직장에서 점액 배출, 및 배변 중 긴장을 포함한다. 팽만감, 가스 과잉, 복통, 설사, 배변 시 긴급, 및 직장에서 점액 배출 등을 IBS-D 증상으로 분류하였다.
H2S 생성이 IBS-D/설사 관련 증상의 지표인지를 결정하기 위해, 제1 일반화된 선형 회귀 모델이 연관성을 테스트하기에 적합했고, 그런 다음 윌콕슨이 파생 변수를 사용하여 H2S 양성 임계값을 평가하는 데 사용되었다. 최적의 판별 수준은 H2S에 대한 양성 테스트를 정의하는 데 사용된 ≥1.2ppm으로 결정되었다. IBS-D 증상의 조합은 조합 분석을 사용하여 추가로 평가되었으며, 여기서 n은 IBS-D 증상의 수이다.
가능성 = nC1 + nC2 +… + nCn
둘째로, 시간에 따른 가스 패턴을 시각화하기 위해, 국부 회귀(LOESS)는 H2, CH4 및 H2S 수준에 개별적으로 시간 포인트에 대해 적합하고 가스 소비의 개수로 계층화되었다. CH4도 H2S도 양성이 아닌 피험자는 "가스 소비 없음 양성"으로 분류되었으며, CH4 또는 H2S 중 하나에 양성이지만 둘 모두 양성은 아닌 피험자는 "하나의 가스 소비 양성"으로 분류되었고, CH4 및 H2S 모두에 대해 양성인 피험자는 "2 개의 가스 소비 양성"으로 분류되었다. 가스 소비의 상호 작용을 추가로 평가하기 위해, ANOVA 모델을 사용하여 가스 소비 그룹 간의 누적 H2 생성을 비교한 후 터키 사후 테스트를 수행했다.
통계 분석은 SAS(Statistical Analysis System) 버전 9.4(SAS Institute Inc., 캐리, 노스캐롤라이나) 및 R 버전 3.4.3 소프트웨어(R Foundation for Statistical Computing, 비엔나, 오스트리아)를 사용하여 수행되었다.
결과
총 300명의 피험자가 이 연구를 위해 모집되었다. 이 중, 2명은 설문지를 완전히 작성하지 않아 제외되어 298명이 최종 분석에 포함되었다. 이 298명의 피험자 중, 196명이 여성(66%)이었다. 평균 연령은 49세(19-88세 범위)였고 평균 BMI는 24.7 kg/m2 이었다(범위 15.7-54.1 kg/m2). 298명 피험자 중, 40%는 IBS, 44%는 변비, 4%는 궤양성 대장염, 7%는 크론병, 6%는 장 감염 병력이 있었다. 또한, 18%는 지난 1년 동안 우리 클리닉에서 호흡 검사를 받았고 30%는 체중 감소를 경험했으며 7%는 대변에 혈액을 보고했다. 모집단 특성 및 설문 결과는 도 12에 제시되어 있다.
20가지 증상의 중증도를 VAS로 측정했다. 이 중에서, 14개가 정규 분포를 따른다. 나머지 6개는 흔하지 않아 심하게 왼쪽으로 치우쳤고, 직장에서 점액의 배출; 음식, 액체 또는 알약을 삼키기 어려움; 식사 후 또는 누운 후 기침; 호흡 곤란 또는 질식 에피소드; 귀찮거나 짜증나는 기침; 및 목구멍에 무엇인가 걸린 느낌 또는 목구멍에 덩어리가 붙어있는 느낌을 포함한다. 이 6가지 증상 중, 5가지가 전장 범주에 속했다.
호흡 검사 기술의 비교
퀸트론 기기 및 신규한 4-가스 장치로부터의 H2 및 CH4 결과는 도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이 강한 상관관계가 있었다. 또한 퀸트론의 더 높은 오류 수준에 맞게 조정한 후, 2개의 기기 사이에 양성 H2 및 CH4 호흡 검사(각각 카파=0.72 및 0.52)에 대해 중간 내지 상당한 일치가 있었다. 이 검증 후에, 아래에 제시된 나머지 분석은 새로운 4-가스 장치의 결과만을 사용하여 수행되었다.
양성 H2S 수준의 정의
H2S와 IBS-D 증상 사이의 연관성은 일반화된 선형 회귀를 사용하여 평가되었으며, H2S 수준이 1ppm 증가하면 설사의 VAS 점수가 15.8(p=0.04) 증가하고 배변 시 긴급이 16.2(p=0.04) 증가하는 것이 발견되었다. 60번째에서 90번째 백분위수까지 H2S 임계값을 평가한 후, 데이터는 H2S 수준 ≥1.2ppm이 설사 중증도와의 연관성에 대한 최적의 임계값임을 나타낸다.
H2S와 설사 사이의 관계
양성 H2S 호흡 검사에 대한 정의를 확립한 후, 이 임계값을 기초로 증상을 평가하였다. 일변량 분석에서는, 설사의 중증도와 배변 시 긴급은 H2S 음성 그룹보다 H2S 양성 그룹에서 유의하게 더 컸다(각각 52±32 대 41±31, p=0.01 및 51±32 대 42±32, p=0.04)(도 13). 증상의 조합은 동일한 임계값을 사용하여 추가로 평가되었다.
설사 및 배변 시 긴급은 H2S 양성 그룹과 음성 그룹 간에 유의하게 상이했다(52±29 대 42±28, p=0.01). 또한, 복통+설사 및 복통+설사+배변 시 긴급이 또한 도 13에 도시된 바와 같이 유의하게 상이하였다. 또한, 도 16에 도시된 바와 같이 경증 설사(VAS에서 설사 점수 <10), 중등도 설사(설사 점수 ≥10 및 <50) 및 중증 설사(설사 점수 ≥50)를 보고한 피험자에서 H2S 양성 비율 간에 통계적으로 유의한 차이가 있었다. 중증 설사를 보고한 H2S 양성 피험자의 비율(56.94%)은 중등도 설사를 보고한 H2S 양성 피험자의 비율(30.56%)보다 높았고, 설사가 경미하거나 전혀 없다고 보고한 H2S 양성 피험자의 비율(12.50%)보다 높았다(p= 0.01).
호흡 테스트에 대한 가스 패턴
도 15a 및 도 15b에 도시된 바와 같이, 신규한 4-가스 장치의 결과에 기초하여, 많은 피험자가 H2 및 CH4 호흡 검사에서 양성이었다. 호흡 테스트 결과, 즉, 도 17a 내지 도 17c에 도시된 바와 같이 하나 이상의 가스에 대해 양성 반응을 보인 피험자 간에 중복 패턴이 또한 있었다. 기존의 호흡 테스트(즉, 퀸트론 기기를 사용하여 수행됨) 동안, 환자들은 종종 CH4가 없고 H2가 증가하지 않는 것으로 정의되는 "플랫라인" 호흡 검사를 보였다[7]. 신규한 4-가스 장치를 사용하여 분석하면, 이 피험자의 29.4%는 검출 가능한 H2S가 있을 뿐만 아니라 H2S 호흡 검사 양성(≥1.2ppm)에 대해 새로 정의된 임계값을 충족하는 것으로 밝혀졌다.
호흡 테스트에 대한 북미 합의는, 탄수화물 섭취가 90-120분에 걸쳐 H2 수준의 증가를 초래하는 반면, CH4는 존재하거나 존재하지 않는다는 점에서, 호흡 테스트 동안 H2 및 CH4의 뚜렷한 패턴을 인식했다. 이것은 메탄 생성(특히, 수소영양 메탄 생성)이 탄수화물보다는 H2 공급원을 필요로 하기 때문이다. 이러한 패턴은 이 연구에서도 나타났다(도 18a 및 도 18b). H2S의 생성은 또한 탄수화물보다는 기질로서 H2를 필요로 하기 때문에, H2S 수준은 도 18c에 도시된 바와 같이 탄수화물 섭취 후 일정하게 유지되었다.
CH4 및 H2S 둘 다의 생성은 기질로서 H2를 필요로 하기 때문에, H2 수준에 대한 이들 가스의 효과가 평가되었다. 이 분석에서, CH4 및 H2S는 생성에 H2 소비가 포함되므로 "가스 소비"로 명명되었다. 연구 피험자 중, 180명은 "가스 소비 없음 양성"으로 분류되었고, 103명의 피험자는 "하나의 가스 소비 양성"(CH4에 대해 양성 또는 H2S에 대해 양성)이었고, 15개는 "2 개의 가스 소비 양성"(CH4 및 H2S 모두에 대해 양성)이었다. 이 비교에서, 가스 소비 없음 양성 그룹의 H2 수준은 다른 2 그룹보다 높은 반면, 하나의 가스 소비 및 2 개의 가스 소비의 H2 회귀선은 도 19a에 도시된 바와 같이 서로 중첩되었다. 그러나, 도 19b에 도시된 바와 같이 H2 패턴은 1 이상치 피험자를 제외하고 가스 소비의 수가 증가함에 따라 연속적으로 낮아졌다. 구체적으로, 가스 소비 없음 그룹의 누적 H2 수준은 하나의 가스 소비 그룹보다 56 ppm 더 높았으며(p=0.04), 2 개의 가스 소비 그룹보다 106ppm 더 높고(p=0.09), 임의의 가스 소비가 양성일 때보다 62ppm 더 높았다(p=0.005).
CH4, H2S 및 설사 사이의 직접적인 상호작용
CH4는 장의 통과를 지연시키고 설사 4, 8, 9보다 변비와 관련이 있는 것으로 알려져 있고, 또한 H2의 소비에 대해 H2S와 경쟁하는 것으로 알려져 있기 때문에, 설사와 관련하여 이들 가스 사이의 상호작용을 조사했다. 이를 위해 CH4, H2S 또는 둘 모두에 대해 양성인 피험자를 도 20a에 도시된 바와 같이 평가하였다. H2S가 더 심한 설사와 관련이 있는 반면 CH4는 가장 중요한 가스인 것으로 나타났다. CH4 단독 양성인 피험자는 H2S 단독 양성인 것들보다 설사 중증도가 낮았다. CH4와 H2S 모두에 양성인 피험자는 H2S 단독에 대해 양성인 피험자들보다 설사의 중증도가 더 낮았다.
분석
이 연구는 H2, CH4 및 CO2에 더하여 H2S를 검출할 수 있는 개시된 기술을 기반으로 하는 4-가스 호흡 테스트 장치가 임상 호흡 테스트의 유용성을 상당히 추가한다는 것을 처음으로 입증했다. 첫째, 인간은 호흡에서 검출할 수 있고 가변적인 H2S 수준을 가지고 있음이 발견되었다. 중요하게도, H2S는 설사 뿐만 아니라 이전에 H2 단독과는 상관관계가 없었던 다른 관련 증상과 관련이 있는 것으로 밝혀졌으며, H2S의 포함은 적어도 '플랫라인' 호흡 검사의 하위 집합을 설명했다. H2S의 추가는 또한 H2 수준에 대한 이해 및 CH4와의 상호작용을 향상시켜, 보다 완전한 호흡 테스트를 가능하게 했다.
CH4에 대한 이러한 발견은 흥미롭지만, 임상 호흡 테스트는 원래 H2 가스 단독 측정에 기초했다. 그러나, H2 생성 수준과 임상 증상 사이의 연관성을 명확하게 정의한 연구는 없었으며, 이는 호흡 검사의 임상적 중요성에 대한 회의로 이어졌다. 일부 비평가들은 호흡 검사가 단지 통과 시간을 결정하는 것일 뿐 SIBO를 진단하는 데 사용할 수 없다고 제안한다[14], [15]. 호흡 검사를 둘러싼 회의론의 이유 중 일부는 기존 검사가 불완전하여 결정적이지 않은 결과를 생성할 수 있다는 사실에서 비롯될 수 있다(예를 들어, 플랫라인 테스트). H2와 CH4만을 측정하는 것은 장관 내에서 발생하는 복잡한 미생물 상호작용에 대한 불완전한 이해를 제공한다.
H2는 발효 중에 생성되지만, 다른 유기체에 의해 소비되기도 한다. H2에는 3가지 처리 경로가 있다. 메탄 생성 물질(예를 들어, M. smithii)은 4분자의 H2를 사용하여 1분자의 CH4를 생성한다[6]. 제2 경로는 황산염 환원 유기체가 5분자의 H2를 사용하여 1분자의 H2S를 생성하는 것을 포함한다[6]. 제3 및 사소한 경로는 가스 생성 경로가 아닌 아세토젠에 의한 H2의 처리이다. 이것은 그 자체로 장내 H2 생성의 실제 수준을 확실하게 알 수 있는 방법이 없음을 시사해야 한다. 또한, 다양한 장내 미생물 간의 이러한 복잡한 상호 작용은 호흡 테스트의 절대 H2 수준과 장내 세균 부하 및 임상 증상 사이의 직접적인 선형 연관성을 찾는 문제를 설명한다. 따라서, H2 및 CH4 외에 H2S의 측정은 미생물-숙주 상호작용을 보다 완벽하게 이해하는 데 중요하다.
호흡 테스트 중 또 다른 일반적인 문제는 "플랫라인" 패턴이다. 이 경우, 임상 호흡 테스트는 테스트 전반에 걸쳐 안정적인 수준의 H2를 보여주고 측정 가능한 CH4는 없다. 한 가지 설명은 장에 CH4와 H2를 생성하는 유기체가 전혀 없다는 것이다. 그러나, 그럴 가능성은 거의 없다. 현재 연구에서 이러한 "플랫라인" 호흡 테스트에서 H2S가 자주 존재한다는 것이 입증되었으며, 이는 황산염 환원 유기체에 의한 H2 소비가 H2 생성에 대한 부정확한 평가로 이어진다는 것을 시사한다.
추가로, H2 수준을 단독으로 측정하는 것은 임상 양상에 대한 불완전한 이해를 제공한다. 예를 들어, SIBO에 대한 연구에서는 양성 호흡 검사와 IBS 10, 11 사이에 연관성이 있다고 제안했지만, 증상의 정도와 호흡 검사에서 H2 사이에는 명확한 관계가 없다. 이 연구에서, H2S는 예상보다 더 흔한 것으로 밝혀졌으며, 피험자의 24%가 H2S에 대해 양성 반응을 보였다. 또한, 설사는 호흡 검사에서 H2S의 존재 및 수준과 특히 관련이 있다.
이러한 결과는 CH4와 H2S 사이에 균형-균형 효과가 있음을 추가로 시사한다. 첫째, 이러한 가스의 생성은 H2의 소비를 필요로 하기 때문에, H2의 수준은 CH4, H2S 또는 둘 다의 존재 여부에 의존한다는 것이 발견되었다. 이러한 발견은 임상의가 CH4 및 H2S의 영향을 받기 때문에, H2 측정에만 의존할 수 없음을 시사하기 때문에 중요하다. 제2 중요한 발견은 CH4가 설사 중증도에 대한 H2S의 영향을 상쇄시키는 것으로 보인다는 것이다. CH4는 변비와 관련이 있으며 변비의 원인으로 알려져 있다[9]. 한편, H2S는 상피에 독성 영향을 미치는 것으로 알려져 있다[16]. 따라서, CH4는 H2S가 존재하는 경우에도 설사 중증도에 우선적인 영향을 미치는 것으로 보인다.
결론적으로, 이 연구는 SIBO에 대해 평가되는 피험자에서 임상 호흡 테스트를 위한 신규한 4-가스 장치의 유효성 및 유용성을 입증한 최초의 연구이다. 이러한 결과를 바탕으로, 호흡 테스트에 H2S 측정을 추가하면 분명한 이점이 있는데, 이것은 생체 내에서 인간의 장내 미생물 가스 상호작용에 대한 가장 포괄적인 분석을 제공하기 때문이다. 또한, H2S 측정은 플랫라인 테스트와 같은 호흡 테스트에 대한 중요한 질문에 답한다. 마지막으로, H2S는 설사 표현형과 관련이 있는 것으로 보이며, H2보다 설사 관련 증상을 더 잘 예측한다. 이 연구는 호흡 테스트 중에 4가지 가스를 모두 측정하는 것의 중요성을 보여준다.
선택된 실시예
상기 설명 및 첨부된 청구범위가 본 발명의 다수의 실시예를 개시하지만, 본 발명의 다른 대안적인 측면은 다음의 추가 실시예에서 개시된다.
다양한 가스의 농도에 대해 환자의 호흡을 테스트하기 위한 시스템으로서:
호흡 수집기;
호흡 수집기에 연결할 수 있는 가스 유입구
가스 배출구;
가스 유입구 및 가스 배출구와 가스 연통하는 가스 흐름 경로를 포함하는 매니폴드;
가스 흐름 경로를 통과하는 가스의 농도에 대한 센서 데이터를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 가스 센서;
매니폴드와 열 연통하는 가열 요소;
매니폴드의 온도와 관련된 온도 데이터를 출력하도록 구성된 온도 센서;
출력 센서 데이터에 기초하여 가스의 농도를 결정하기 위한 메모리 및 하나 이상의 프로세서를 포함하는 제어 시스템; 및
결정된 가스 농도를 출력하는 디스플레이;를 포함한다.
적어도 하나의 가스 센서가 CH4 센서, CO2 센서, H2 센서, 또는 H2S 센서 중 적어도 하나를 포함하는 시스템.
적어도 하나의 가스 센서는 가스 흐름 경로를 따라 직렬로 위치된 CO2 센서, H2 센서, 및 H2S 센서를 포함하고, 가스 흐름 경로는 매니폴드 내의 단일 채널을 포함하는 시스템.
제1 배플 중 하나는 H2 센서에 인접하게 위치되고, 제2 배플은 H2S 센서에 인접하게 위치되며, 여기서 제1 및 제2 배플은 H2S 센서 및 H2 센서와의 가스 교환을 용이하게 하도록 크기 및 형상이 지정되는 시스템.
가스 흐름 경로를 통한 유량을 검출하도록 구성된 유량계로부터의 피드백에 기초하여 가스 흐름 경로를 통해 가스를 펌핑하도록 구성된 펌프를 더 포함하는 시스템.
온도 센서가 인쇄 회로 기판에 연결된 서미스터인 시스템.
가열 요소가 인쇄 회로 기판에 연결된 시스템.
가열 요소는 인쇄 회로 기판에 인쇄된 트레이스를 포함하는 시스템.
가열 요소가 복수의 가열 요소를 포함하고, 여기서 복수의 가열 요소 각각은 매니폴드의 구역 세트 중 하나를 가열하도록 구성되는 시스템.
온도 센서가 복수의 온도 센서를 포함하고, 여기서 복수의 온도 센서 각각은 매니폴드의 구역 세트 중 하나에 관한 온도 데이터를 출력하도록 구성되는 시스템.
제어 시스템은 온도 센서에서 출력된 데이터를 기초로 가열 요소에 전력을 공급함으로써 매니폴드의 최소 온도를 유지하도록 구성되는 시스템.
매니폴드가 금속 블록을 포함하고, 여기서 가스 흐름 경로는 금속 블록을 통해 구성되는 시스템.
매니폴드가 열 전도성 재료를 포함하는 시스템.
열 전도성 재료가 스테인리스강 또는 구리를 포함하는 시스템.
가스 흐름 경로가 적어도 하나의 가스 센서에 인접하게 위치된 배플을 포함하는 시스템.
최소 온도가 섭씨 38도에서 41도 사이인 시스템.
최소 온도가 섭씨 40도인 시스템.
제어 시스템이 출력 센서 데이터에 기초하여 환자에게 SIBO가 있는지 여부의 표시를 결정하도록 구성되는 시스템.
출력 센서 데이터가 CH4 센서, CO2 센서, H2 센서, 및 H2S 센서로부터의 데이터 출력을 포함하는 시스템.
출력 센서 데이터가 H2S 수준의 증가를 나타내는 경우 제어 시스템이 환자의 설사의 표시를 출력하도록 추가로 구성되는 시스템.
제어 시스템은 출력 센서 데이터가 락툴로스 호흡 테스트 동안 H2S 수준이 증가하고 CH4 및 H2 호흡 가스 수준이 증가하지 않았음을 나타내는 경우 SIBO의 양성 표시를 출력하도록 추가로 구성되는 시스템.
내쉬는 호흡에서 가스 농도를 감지하는 방법으로서, 상기 방법은:
환자로부터 내쉬는 호흡의 배치를 받는 단계;
일정한 유량으로 흐름 경로를 통해 공기를 펌핑하면서 내쉬는 호흡의 배치를 섭씨 37도 이상의 온도로 가열하는 단계;
전기화학적 센서의 세트를 사용하여 흐름 경로에서 가스 농도를 감지하는 단계; 및
가스 농도를 표시하는 단계;를 포함한다.
가스 농도가 CH4, CO2, H2, 및 H2S 농도를 포함하는 방법.
흐름 경로가 매니폴드를 통해 라우팅되는 방법.
호흡의 배치를 가열하는 단계는 매니폴드를 섭씨 37도 이상의 온도로 유지하는 단계를 포함하는 방법.
가스 농도는 적어도 CH4 및 H2를 포함하고, 제어 시스템은 가스 농도에 기초하여 환자에게 SIBO가 있는지 여부의 표시를 결정하도록 추가로 구성되는 방법.
내쉬는 호흡에서 가스 농도를 감지하는 방법으로서, 상기 방법은:
환자로부터 내쉬는 호흡의 배치를 받는 단계;
일정한 유량으로 흐름 경로를 통해 공기를 펌핑하면서 내쉬는 호흡의 배치를 섭씨 37도 이상의 온도로 가열하는 단계;
전기화학적 센서의 세트를 사용하여 흐름 경로에서 가스 농도를 감지하는 단계; 및
가스 농도를 표시하는 단계;를 포함한다.
제22항에 있어서, 가스 농도가 CH4, CO2, H2, 및 H2S 농도를 포함하는 방법.
제22항에 있어서, 흐름 경로는 매니폴드를 통해 라우팅되는 방법.
제24항에 있어서, 호흡의 배치를 가열하는 단계는 매니폴드를 섭씨 37도 이상의 온도로 유지하는 단계를 포함하는 방법.
제22항에 있어서, 가스 농도는 적어도 CH4 및 H2를 포함하고, 제어 시스템은 가스 농도에 기초하여 환자에게 SIBO가 있는지 여부의 표시를 결정하도록 추가로 구성되는 방법.
참고문헌
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개시의 컴퓨터 및 하드웨어 구현
처음에, 본 명세서의 개시는 임의의 유형의 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있고, 미리 프로그래밍된 범용 컴퓨팅 장치 및/또는 하나 이상의 프로세서 및 메모리를 포함하는 제어 시스템일 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 시스템은 서버, 개인용 컴퓨터, 휴대용 컴퓨터, 씬 클라이언트, 또는 임의의 적절한 장치 또는 장치를 사용하여 구현될 수 있다. 본 개시 및/또는 그의 구성요소는 단일 위치에 있는 단일 장치, 또는 단일 위치에 있는 다중 장치, 또는 전기 케이블, 광섬유 케이블과 같은 임의의 통신 매체를 통해 또는 무선 방식으로 임의의 적절한 통신 프로토콜을 사용하여 함께 연결되는 다중 위치일 수 있다.
또한 본 개시 내용은 특정 기능을 수행하는 복수의 모듈을 갖는 것으로 여기에서 설명되고 논의된다는 점에 유의해야 한다. 이러한 모듈은 명확성을 목적으로 기능을 기반으로 개략적으로 설명된 것일 뿐이고, 특정 하드웨어 또는 소프트웨어를 나타낼 필요는 없다는 점을 이해해야 한다. 이와 관련하여, 이들 모듈은 논의된 특정 기능을 실질적으로 수행하도록 구현된 하드웨어 및/또는 소프트웨어일 수 있다. 또한, 모듈은 본 개시 내에서 함께 결합되거나, 또는 원하는 특정 기능에 기초하여 추가 모듈로 분할될 수 있다. 따라서, 본 개시는 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 단지 그의 하나의 예시적인 구현을 예시하는 것으로 이해되어야 한다.
컴퓨팅 시스템은 클라이언트 및 서버를 포함할 수 있다. 클라이언트 및 서버는 일반적으로 서로 멀리 떨어져 있으며, 일반적으로 통신 네트워크를 통해 상호 작용한다. 클라이언트와 서버의 관계는 각각의 컴퓨터에서 실행되고 서로 클라이언트-서버 관계를 갖는 컴퓨터 프로그램 덕분에 발생한다. 일부 구현에서, 서버는 (예를 들어, 클라이언트 장치와 상호 작용하는 사용자에게 데이터를 표시하고 사용자 입력을 수신하기 위한 목적으로) 데이터(예를 들어, HTML 페이지)를 클라이언트 장치에 전송한다. 클라이언트 장치에서 생성된 데이터(예를 들어, 사용자 상호 작용의 결과)는 서버에서 클라이언트 장치로부터 수신될 수 있다.
본 명세서에 설명된 주제의 구현은 예를 들어 데이터 서버와 같은 백엔드 구성요소를 포함하거나, 또는 애플리케이션 서버와 같은 미들웨어 구성 요소를 포함하거나, 또는 프론트 엔드 구성 요소, 예를 들어 그래픽 사용자 인터페이스가 있는 클라이언트 컴퓨터 또는 사용자가 본 명세서에 설명된 주제의 구현과 상호 작용할 수 있는 웹 브라우저, 또는 하나 이상의 이러한 백엔드, 미들웨어 또는 프론트 엔드 구성 요소의 조합을 포함하는 컴퓨팅 시스템에서 구현될 수 있다. 시스템의 구성 요소는 통신 네트워크와 같은 디지털 데이터 통신의 모든 형태 또는 매체에 의해 상호 연결될 수 있다. 통신 네트워크의 예로는 근거리 네트워크("LAN") 및 광역 네트워크("WAN"), 인터 네트워크(예를 들어, 인터넷) 및 피어 투 피어 네트워크(예를 들어, Ad Hoc P2P 네트워크)가 포함된다.
본 명세서에 설명된 주제 및 동작의 구현은 본 명세서에 개시된 구조 및 이들의 구조적 등가물, 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함하여, 디지털 전자 회로, 또는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있다. 본 명세서에 기술된 주제의 구현은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램, 즉, 데이터 처리 장치에 의해 실행되거나 데이터 처리 장치의 동작을 제어하기 위해 컴퓨터 저장 매체에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령어의 하나 이상의 모듈로 구현될 수 있다. 대안으로, 또는 추가적으로, 프로그램 명령어는 인위적으로 생성된 전파 신호, 예를 들어 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위해 적절한 수신기 장치로 전송하기 위한 정보를 인코딩하기 위해 생성된 기계 생성 전기, 광학 또는 전자기 신호에 인코딩될 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 저장 장치, 컴퓨터 판독가능 저장 기판, 랜덤 또는 직렬 액세스 메모리 어레이 또는 장치, 또는 이들 중 하나 이상의 조합일 수 있거나 이에 포함될 수 있다. 또한, 컴퓨터 저장 매체는 전파되는 신호가 아니지만, 컴퓨터 저장 매체는 인위적으로 생성된 전파 신호로 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령어의 소스 또는 대상이 될 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 또한 하나 이상의 개별 물리적 구성 요소 또는 매체일 수 있거나 이에 포함될 수 있다(예를 들어, 여러 개의 CD, 디스크 또는 다른 저장 장치).
본 명세서에 설명된 동작은 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 저장 장치에 저장되거나 다른 소스로부터 수신된 데이터에 대해 "데이터 처리 장치"에 의해 수행되는 동작으로 구현될 수 있다.
"데이터 처리 장치"라는 용어는 예를 들어 프로그래머블 프로세서, 컴퓨터, 칩 시스템 상의 시스템, 또는 전술한 것들의 다수 또는 조합을 포함하여, 데이터를 처리하기 위한 모든 종류의 장치, 장치 및 기계를 포함한다. 장치는 예를 들어 FPGA(필드 프로그램 가능 게이트 어레이) 또는 ASIC(특정 응용 프로그램 집적 회로)와 같은 특수 목적 논리 회로를 포함할 수 있다. 장치는 또한 하드웨어 외에 해당 컴퓨터 프로그램에 대한 실행 환경을 생성하는 코드, 예를 들어, 프로세서 펌웨어, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 체제, 플랫폼 간 런타임 환경, 가상 머신 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 구성하는 코드를 포함할 수 있다. 장치 및 실행 환경은 웹 서비스, 분산 컴퓨팅 및 그리드 컴퓨팅 인프라와 같은 다양한 컴퓨팅 모델 인프라를 실현할 수 있다.
컴퓨터 프로그램(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 스크립트 또는 코드로도 알려짐)은 컴파일링된 또는 해석된 언어, 선언적 또는 절차적 언어를 포함하여, 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 작성될 수 있고, 이것은 독립 실행형 프로그램 또는 모듈, 구성 요소, 서브루틴, 오브젝트, 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 다른 단위를 포함하여, 어떤 형태로든 배포될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 파일 시스템의 파일에 대응할 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다. 프로그램은 다른 프로그램이나 데이터(예를 들어, 마크업 언어 문서에 저장된 하나 이상의 스크립트)를 보유하는 파일의 일부, 해당 프로그램 전용 단일 파일, 또는 여러 조정 파일(예를 들어, 하나 이상의 모듈, 하위 프로그램 또는 코드 부분을 저장하는 파일)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터 또는 한 사이트에 있거나 여러 사이트에 분산되어 있고 통신 네트워크로 상호 연결된 여러 컴퓨터에서 실행되도록 배포될 수 있다.
본 명세서에 설명된 프로세스 및 논리 흐름은 입력 데이터에 대해 작동하고 출력을 생성함으로써 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그래밍 가능한 프로세서에 의해 수행될 수 있다. 프로세스 및 논리 흐름은 다음을 통해 수행될 수도 있고, 장치는 또한 FPGA(필드 프로그램 가능 게이트 어레이) 또는 ASIC(특정 응용 프로그램 집적 회로)와 같은 특수 목적 논리 회로로 구현될 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는 예를 들어 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서, 및 임의의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 읽기 전용 메모리나 랜덤 액세스 메모리 또는 둘 모두에서 명령어 및 데이터를 수신한다. 컴퓨터의 필수 요소는 명령어에 따라 동작을 수행하기 위한 프로세서 및 명령어 및 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 장치이다. 일반적으로, 컴퓨터는 또한 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 대용량 저장 장치, 예를 들어 자기, 광자기 디스크 또는 광 디스크로부터 데이터를 수신하거나 이들로 데이터를 전송하거나 둘 모두를 수행하는 것을 포함하거나 또는 이를 위해 작동 가능하게 결합된다. 그러나, 컴퓨터에는 그러한 장치가 필요하지 않다. 또한 컴퓨터는 다른 장치에 내장될 수 있는데, 몇 가지만 예로 들자면 예를 들어, 휴대 전화, 개인 정보 단말기(PDA), 모바일 오디오 또는 비디오 플레이어, 게임 콘솔, GPS(Global Positioning System) 수신기, 또는 휴대용 저장 장치(예를 들어, USB(범용 직렬 버스) 플래시 드라이브)가 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령어 및 데이터를 저장하는 데 적합한 장치에는 예를 들어 반도체 메모리 장치, 예를 들어 EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 장치; 자기 디스크, 예를 들어 내부 하드 디스크 또는 이동식 디스크; 자기 광 디스크; 및 CD-ROM 및 DVD-ROM 디스크를 포함하여, 모든 형태의 비휘발성 메모리, 미디어 및 메모리 장치가 포함된다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적 논리 회로에 의해 보완되거나 통합될 수 있다.
결론
위에 설명된 다양한 방법 및 기술은 본 발명을 수행하는 여러 가지 방법을 제공한다. 물론, 설명된 모든 목적 또는 이점이 반드시 본 명세서에 설명된 임의의 특정 실시예에 따라 달성될 수 있는 것은 아님을 이해해야 한다. 따라서, 예를 들어 당업자는 본 방법들은 본 명세서에서 교시되거나 제안된 바와 같은 다른 목적 또는 이점을 반드시 달성하지 않으면서 본 명세서에서 교시된 이점 또는 이점의 그룹을 달성하거나 최적화하는 방식으로 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다양한 대안이 여기에 언급되어 있다. 일부 실시예는 구체적으로 하나, 또 다른 또는 여러 기능을 포함하는 반면, 다른 실시예는 하나, 다른 하나 또는 여러 기능을 구체적으로 배제하는 반면, 또 다른 실시예는 하나, 다른 하나 또는 여러 유리한 기능을 포함함으로써 특정 기능을 완화한다는 점을 이해해야 한다.
또한, 당업자는 상이한 실시예로부터 다양한 특징의 적용 가능성을 인식할 것이다. 유사하게, 위에서 논의된 다양한 요소, 특징 및 단계, 뿐만 아니라 각각의 그러한 요소, 특징 또는 단계에 대해 알려진 등가물은, 본 명세서에 기술된 원리에 따라 방법을 수행하기 위해 당업자에 의해 다양한 조합으로 사용될 수 있다. 다양한 요소, 특징 및 단계 중에서, 일부는 구체적으로 포함되고 나머지는 다양한 실시예에서 구체적으로 제외될 것이다.
본 출원이 특정 실시예 및 예의 맥락에서 개시되었지만, 당업자는 본 출원의 실시예는 구체적으로 개시된 실시예를 넘어 다른 대안적인 실시예 및/또는 그 사용 및 수정 및 등가물로 확장된다는 점을 이해할 것이다.
일부 실시예에서, "a" 및 "an" 및 "the"라는 용어 및 본 출원의 특정 실시예를 설명하는 맥락에서(특히 다음 청구범위 중 특정 맥락에서) 사용되는 유사한 참조는 단수와 복수를 모두 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 여기에서 값의 범위를 언급하는 것은 범위 내에 속하는 각각의 개별 값을 개별적으로 참조하는 속기 방법으로서 역할을 하는 것일 뿐이다. 본 명세서에 달리 표시되지 않는 한, 각각의 개별 값은 본 명세서에 개별적으로 인용된 것처럼 명세서에 포함된다. 여기에 설명된 모든 방법은 여기에 달리 표시되지 않거나 문맥상 명백히 모순되지 않는 한 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서의 특정 실시예와 관련하여 제공된 임의의 모든 예 또는 예시적인 언어(예를 들어, "와 같은")의 사용은 단지 적용 분야를 더 잘 설명하기 위한 것이며 달리 청구된 적용 분야의 범위를 제한하지 않는다. 명세서의 어떤 언어도 본 적용 분야의 실행에 필수적인 청구되지 않은 요소를 나타내는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 출원의 특정 실시예가 여기에 설명되어 있다. 이들 실시예에 대한 변형은 전술한 설명을 읽을 때 당업자에게 명백해질 것이다. 숙련된 기술자가 그러한 변형을 적절하게 사용할 수 있고, 본 명세서에 구체적으로 설명된 것과 다르게 적용이 실시될 수 있다는 것이 고려된다. 따라서, 본 출원의 많은 실시예는 관련 법률이 허용하는 바에 따라 여기에 첨부된 청구범위에 인용된 주제의 모든 수정 및 등가물을 포함한다. 더욱이, 본 명세서에서 달리 나타내지 않거나 달리 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한, 모든 가능한 변형에서 전술한 요소의 임의의 조합은 본 출원에 포함된다.
본 주제의 특정 구현이 설명되었다. 다른 구현은 다음 청구항의 범위 내에 있다. 어떤 경우에는, 청구범위에 인용된 조치가 다른 순서로 수행될 수 있으며 여전히 바람직한 결과를 얻을 수 있다. 또한, 첨부된 도면에 도시된 프로세스는 바람직한 결과를 달성하기 위해 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서를 반드시 필요로 하는 것은 아니다.
모든 특허, 특허 출원, 특허 출원 간행물 및 다른 자료, 예를 들어, 여기에 참조된 기사, 책, 명세서, 간행물, 문서, 기타 등은, 본 문서와 일치하지 않거나 상충하는 동일한 문서와 관련된 임의의 실행 파일 기록, 또는 현재 또는 이후에 본 문서와 관련된 청구범위의 가장 넓은 범위에 대해 제한적인 영향을 미칠 수 있는 동일한 것을 제외하고, 모든 목적을 위해 전체가 이 참조에 의해 여기에 통합된다. 예를 들어, 포함된 자료와 본 문서와 관련된 용어의 설명, 정의 및/또는 사용 사이에 불일치 또는 충돌이 있는 경우, 본 문서에서 용어의 설명, 정의 및/또는 사용이 우선한다.
마지막으로, 여기에 개시된 본 출원의 실시예는 본 출원의 실시예의 원리를 예시하는 것임을 이해해야 한다. 채택될 수 있는 다른 수정은 본 출원의 범위 내에 있을 수 있다. 따라서, 제한이 아닌 예로서, 본 명세서의 교시에 따라 본 출원의 실시예의 대안적인 구성이 이용될 수 있다. 따라서, 본 출원의 실시예들은 도시되고 설명된 바와 같이 정확하게 제한되지 않는다.
Claims (26)
- 다양한 가스의 농도에 대해 환자의 호흡을 테스트하기 위한 시스템으로서,
호흡 수집기;
호흡 수집기에 연결될 수 있는 가스 유입구
가스 배출구;
가스 유입구 및 가스 배출구와 가스 연통하는 가스 흐름 경로를 포함하는 매니폴드;
가스 흐름 경로를 통과하는 가스의 농도에 대한 센서 데이터를 출력하도록 구성된 적어도 하나의 가스 센서;
매니폴드와 열 연통하는 가열 요소;
매니폴드의 온도와 관련된 온도 데이터를 출력하도록 구성된 온도 센서;
출력된 센서 데이터에 기초하여 가스의 농도를 결정하기 위한 메모리 및 하나 이상의 프로세서를 포함하는 제어 시스템; 및
결정된 가스 농도를 출력하는 디스플레이;를 포함하는, 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스 센서는 CH4 센서, CO2 센서, H2 센서, 또는 H2S 센서 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가스 센서는 가스 흐름 경로를 따라 직렬로 위치된 CO2 센서, H2 센서, 및 H2S 센서를 포함하고, 상기 가스 흐름 경로는 매니폴드 내의 단일 채널을 포함하는, 시스템.
- 제3항에 있어서, 제1 배플 하나는 H2 센서에 인접하여 위치되고, 제2 배플은 H2S 센서에 인접하여 위치되며, 상기 제1 및 제2 배플은 H2S 센서 및 H2 센서와의 가스 교환을 용이하게 하도록 크기 및 형상이 지정되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 가스 흐름 경로를 통한 유량을 검출하도록 구성된 유량계로부터의 피드백에 기초하여 가스 흐름 경로를 통해 가스를 펌핑하도록 구성된 펌프를 더 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 온도 센서는 인쇄 회로 기판에 연결된 서미스터인, 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 가열 요소는 인쇄 회로 기판에 연결되는, 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 가열 요소는 인쇄 회로 기판 상에 인쇄된 트레이스를 포함하는, 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 가열 요소는 복수의 가열 요소를 포함하고, 상기 복수의 가열 요소 각각은 매니폴드의 구역 세트 중 하나를 가열하도록 구성되는, 시스템.
- 제9항에 있어서, 상기 온도 센서는 복수의 온도 센서를 포함하고, 상기 복수의 온도 센서 각각은 매니폴드의 구역 세트 중 하나에 관한 온도 데이터를 출력하도록 구성되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은 온도 센서에서 출력된 데이터를 기초로 가열 요소에 전력을 공급하여 매니폴드의 최소 온도를 유지하도록 구성되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 매니폴드는 금속 블록을 포함하고, 상기 가스 흐름 경로는 금속 블록을 통해 구성되는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 매니폴드는 열 전도성 재료를 포함하는, 시스템.
- 제13항에 있어서, 상기 열 전도성 재료는 스테인리스강 또는 구리를 포함하는, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 가스 흐름 경로는 적어도 하나의 가스 센서에 인접하게 위치된 배플을 포함하는, 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 최소 온도는 섭씨 38도와 41도 사이인, 시스템.
- 제11항에 있어서, 상기 최소 온도는 섭씨 40도인, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은 출력 센서 데이터에 기초하여 환자가 SIBO를 갖고 있는지 여부의 표시를 결정하도록 구성되는, 시스템.
- 제18항에 있어서, 상기 출력 센서 데이터는 CH4 센서, CO2 센서, H2 센서, 및 H2S 센서로부터의 데이터 출력을 포함하는, 시스템.
- 제19항에 있어서, 상기 제어 시스템은 출력 센서 데이터가 H2S 수준의 증가를 나타내는 경우 환자의 설사의 표시를 출력하도록 추가로 구성되는, 시스템.
- 제19항에 있어서, 상기 제어 시스템은 출력 센서 데이터가 락툴로스 호흡 테스트 동안 H2S 수준이 증가하고 CH4 및 H2 호흡 가스 수준이 증가하지 않았음을 나타내는 경우 SIBO의 양성 표시를 출력하도록 추가로 구성되는, 시스템.
- 내쉬는 호흡 중의 가스 농도를 감지하는 방법으로서, 상기 방법은:
환자로부터 내쉬는 호흡의 배치를 받는 단계;
일정한 유량으로 흐름 경로를 통해 공기를 펌핑하면서 내쉬는 호흡의 배치를 섭씨 37도 초과의 온도로 가열하는 단계;
전기화학적 센서의 세트를 사용하여 흐름 경로에서 가스 농도를 감지하는 단계; 및
가스 농도를 표시하는 단계;를 포함하는, 방법. - 제22항에 있어서, 상기 가스 농도는 CH4, CO2, H2, 및 H2S 농도를 포함하는, 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 흐름 경로는 매니폴드를 통해 라우팅되는, 방법.
- 제24항에 있어서, 호흡의 배치를 가열하는 단계는 매니폴드를 섭씨 37도 초과의 온도로 유지하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제22항에 있어서, 상기 가스 농도는 적어도 CH4 및 H2를 포함하고, 상기 제어 시스템은 가스 농도에 기초하여 환자가 SIBO를 가지고 있는지 여부의 표시를 결정하도록 추가로 구성되는, 방법.
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