PT109617A

PT109617A - SYSTEM FOR CONTROLLED AND SELECTED AIR COLLECTION EXHAUSTED AND OPERATING METHOD

Info

Publication number: PT109617A
Application number: PT109617A
Authority: PT
Inventors: Boríssovna Vassilenko Valentina; Henrique Da Costa Santos Paulo
Original assignee: Faculdade De Ciencias E Tecnologia Da Univ Nova De Lisboa; Nmt Tecnologia Inovacao E Consultoria S A
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2018-03-12
Also published as: WO2018047058A1; EP3509488A1

Abstract

O PRESENTE PEDIDO DESCREVE UM SISTEMA (1) E RESPETIVO MÉTODO DE FUNCIONAMENTO, PARA RECOLHA CONTROLADA E SELETIVA DE AR EXALADO, DE UMA PARTE PREDETERMINADA DA ÁRVORE RESPIRATÓRIA. O SISTEMA (1) É COMPOSTO POR DOIS MÓDULOS ACOPLÁVEIS: UM DISPOSITIVO DE RECOLHA PORTÁTIL (3) E O MÓDULO DE HARDWARE (12), CONTROLADOS POR UM SOFTWARE DE APRENDIZAGEM AUTOMÁTICA (16) CARREGADO NUM DISPOSITIVO DE PROCESSAMENTO. A TECNOLOGIA DESENVOLVIDA DETETA E IMPÕE UM RITMO RESPIRATÓRIO AO SUJEITO DE ACORDO COM SUAS CARACTERÍSTICAS (IDADE, GÉNERO E CONDIÇÃO FISIOLÓGICA) E SINCRONIZA O CICLO RESPIRATÓRIO DO SUJEITO COM UM CICLO RESPIRATÓRIO REPRESENTATIVO MODELADO USANDO UM PROCESSO DE APRENDIZAGEM AUTOMÁTICA. ENTÃO, SÃO PREVISTOS OS INSTANTES PARA ABRIR/FECHAR A VÁLVULA (9) PARA CONDUZIR A PORÇÃO DE AR EXALADO SELECIONADA PARA O ANALISADOR (17) OU COLETOR (18). O SISTEMA (1) PROPOSTO PERMITE MONITORIZAR, DIAGNOSTICAR E AVALIAR CONDIÇÕES MÉDICAS DO PACIENTE, BEM COMO AVALIAR O GRAU DE INFLAMAÇÃO DAS VIAS RESPIRATÓRIAS DO SUJEITO.The present application describes a system (1) and a working method for controlled and selective collection of air exhaled from a predetermined portion of the breathing tube. The system (1) is composed of two collapsible modules: a portable pick-up device (3) and the handover module (12) controlled by an automated learning software (16) loaded into a processing device. DEVELOPED TECHNOLOGY DETECTS AND IMPOSE A RESPIRATORY RATE THROUGH THE SUBJECT TO ITS CHARACTERISTICS (AGE, GENDER AND PHYSIOLOGICAL CONDITION) AND SYNCHRONIZES THE RESPIRATORY CYCLE OF THE SUBJECT WITH A MODIFIED REPRESENTATIVE RESPIRATORY CYCLE USING AN AUTOMATIC LEARNING PROCESS. THEN, INSTANTS ARE INTENDED TO OPEN / CLOSE VALVE (9) TO DRIVE THE EXHAUST AIR PORTION SELECTED TO ANALYZER (17) OR COLLECTOR (18). THE PROPOSED SYSTEM (1) ALLOWS MONITORING, DIAGNOSING AND EVALUATING PATIENT MEDICAL CONDITIONS, AND EVALUATING THE INFLAMMATION LEVEL OF RESPIRATORY TRACES OF THE SUBJECT.

Description

substâncias no ar exalado varia de acordo com a origem respiratória do ar exalado a ser analisado, incluindo-se o ar da cavidade oral e nasal, o ar esofágico e o ar alveolar. A concentração da maioria dos VOCs presentes no ar exalado é muito baixa (partes por bilhão (ppbv) ou micrograma por litro (pg/L) a partes por trilião (pptv) ou nanograma por litro (ng/L)). A deteção destas quantidades tão pequenas, em frações de ar exalado de diferentes origens respiratórias, tem-se revelado um dos novos desafios a serem superados pelos dispositivos de recolha/monitorização respiratórios pulmonares mais recentes.substances in the exhaled air varies according to the respiratory origin of the exhaled air being analyzed, including air from the oral and nasal cavity, esophageal air and alveolar air. The concentration of most of the VOCs present in the exhaled air is very low (parts per billion (ppbv) or microgram per liter (pg / L) parts per trillion (pptv) or nanogram per liter (ng / L)). The detection of these small amounts in vales of exhaled air from different respiratory sources has been one of the new challenges to be overcome by the newer pulmonary respiratory collectors / monitoring devices.

Até agora, vários aparelhos e métodos são utilizados para recolha de ar exalado e posterior análise da sua composição química como instrumentos/testes de diagnóstico não-invasivos para as doenças acima mencionadas e outras. Alguns dos problemas relacionados com os testes de respiração atuais podem ser sumarizados da seguinte forma: i.Incapacidade de selecionar precisamente a fração de ar exalado a recolher ou analisar; ii.Incapacidade de recolher/analisar apenas uma fração de ar exalado, dado que a grande maioria dos sistemas usa procedimentos de capnografia. A capnografia, definida como o método de monitorização da concentração ou pressão parcial de dióxido de carbono (CO2) na mistura de gases respiratórios, tem algumas limitações porque varia com (a) a inerente variação da composição do ar exalado e a concentração de cada constituinte ao longo do ciclo respiratório; (b) a velocidade da respiração, que afeta a composição da mistura entre o ar alveolar e o ar do espaço morto; (c) a profundidade e a frequência respiratórias, que controlam as mudanças de respiração autónoma para a respiração consciente, quando uma pessoa é convidada a fornecer uma amostra de ar exalado, iii.Alguns procedimentos de análise de ar exalado, como os utilizados na análise de VOCs, precisam de procedimentos especiais para recolher e preparar as amostras e evitar fontes de erro indesejadas. Tais erros podem surgir da presença de VOCs nos gases ambientais e da presença de fatores indesejados que afetem as amostras, como a adsorção de compostos exalados nas paredes do dispositivo. Inconveniência do sujeito para estar ligado a um instrumento de teste respiratório por um longo tempo; iv.Ineficiente utilização do instrumento de teste respiratório, que não é rentável para um único sujeito o utilizar por várias horas; Vários documentos de patente discutem o estado da arte na recolha de ar exalado para sua análise. Por exemplo, em WO 2014/110181 AI e WO 2015/143384 Al, são descritos vários métodos e sistemas para obter e analisar automaticamente uma amostra pulmonar gasosa a partir da respiração de uma pessoa para análise composicional. O documento WO 2015/143384 Al introduz a imposição e controlo da frequência respiratória dependente das caracteristicas do sujeito (sexo e idade). No entanto, estes sistemas e métodos não compreendem um software de controlo inteligente que "aprende" e se adapta de acordo com as caracteristicas respiratórias do sujeito, como contém a tecnologia agora desenvolvida. Além disso, esta permite uma análise simultânea de múltiplos compostos do ar exalado em vez de analisar um único composto de cada vez como sugerido pelos documentos mencionados. Embora as divulgações apresentadas revelem a possibilidade de medir a temperatura do ar das vias aéreas respiratórias, a possibilidade de avaliar o grau de inflamação das vias respiratórias não é proporcionada, como é divulgado no presente pedido.Heretofore, various apparatus and methods are used for collection of exhaled air and subsequent analysis of its chemical composition as noninvasive diagnostic instruments / tests for the above-mentioned and other diseases. Some of the problems related to current breathing tests can be summarized as follows: i. Inability to precisely select the fraction of exhaled air to be collected or analyzed; Inability to collect / analyze only a fraction of exhaled air, since the vast majority of systems use capnography procedures. Capnography, defined as the method of monitoring the concentration or partial pressure of carbon dioxide (CO2) in the respiratory gas mixture, has some limitations because it varies with (a) the inherent variation in the composition of the exhaled air and the concentration of each constituent throughout the respiratory cycle; (b) the rate of respiration, which affects the composition of the mixture between the alveolar air and the dead space air; (c) respiratory depth and frequency, which control changes from autonomous breathing to conscious breathing, when a person is invited to provide a vented air sample, iii. Some exhaled air analysis procedures, such as those used in the analysis of VOCs, need special procedures to collect and prepare the samples and avoid unwanted sources of error. Such errors may arise from the presence of VOCs in the ambient gases and the presence of undesirable factors affecting the samples, such as the adsorption of exhaled compounds on the walls of the device. Inconvenience of the subject to be connected to a respiratory test instrument for a long time; iv) Enough use of the respiratory test instrument, which is not cost-effective for a single subject to use for several hours; Several patent documents discuss the state of the art in collecting exhaled air for analysis. For example, in WO 2014/110181 AI and WO 2015/143384 A1, various methods and systems for automatically obtaining and analyzing a pulmonary gas sample from a person's breath for compositional analysis are described. WO 2015/143384 A1 introduces the imposition and control of respiratory rate dependent on the characteristics of the subject (sex and age). However, these systems and methods do not comprise intelligent control software which "learns" and adapts according to the subject's respiratory characteristics, as contained in the technology now developed. In addition, it allows a simultaneous analysis of multiple compounds of the exhaled air instead of analyzing a single compound at a time as suggested by the mentioned documents. Although the disclosures disclosed disclose the possibility of measuring the airway airway temperature, the possibility of assessing the degree of airway inflammation is not provided, as disclosed in the present application.

Os documentos US 2006/0200037 Al e US 2015/065901 Al descrevem um processo físico de aquisição de ar exalado, que compreende um sensor (que mede uma característica do ar exalado), válvulas e um módulo de controlo. Estes componentes facultam um mecanismo de feedback para avaliar o estado da operação ou um processador para medir a aceitabilidade do sinal respiratório. Além dos componentes similares, a tecnologia agora desenvolvida compreende um software de controlo inteligente que permite a definição de variáveis globais do processo, impõe uma taxa respiratória ao sujeito (de acordo com as caracteristicas do sujeito) e sincroniza o ciclo respiratório do sujeito com um ciclo respiratório representativo e modelado, que aprende e se adapta às caracteristicas de respiração do sujeito. Portanto, a precisão na predição dos instantes de recolha de ar exalado é aumentada. Adicionalmente, a tecnologia agora desenvolvida também permite a análise de compostos de ar exalado em tempo real, acoplando o dispositivo a um analisador analítico.US 2006/0200037 A1 and US 2015/065901 A1 describe a physical process for acquiring exhaled air, comprising a sensor (which measures an exhaled air characteristic), valves and a control module. These components provide a feedback mechanism for assessing the state of the operation or a processor to measure the acceptability of the respiratory signal. In addition to the similar components, the technology now developed comprises intelligent control software that allows the definition of global variables of the process, imposes a respiratory rate on the subject (according to the characteristics of the subject) and synchronizes the respiratory cycle of the subject with a cycle representative and modeled breathing, which learns and adapts to the subject's breathing characteristics. Therefore, the accuracy in predicting the exhaled air collection instants is increased. In addition, the now developed technology also allows the analysis of exhaled air compounds in real time, coupling the device to an analytical analyzer.

Adicionalmente, o sistema desenvolvido também inclui um elemento de aquecimento dos tubos condutores do ar exalado de modo a impedir a adsorção de compostos às paredes do dispositivo; e inclui também a avaliação do grau de inflamação das vias aéreas respiratórias com base na medição da temperatura do ar exalado.In addition, the developed system also includes a heating element of the conductive tubes of the exhaled air in order to prevent the adsorption of compounds to the walls of the device; and also includes evaluating the degree of inflammation of the respiratory airways based on the measurement of the exhaled air temperature.

Portanto, existe a importante necessidade de um aparelho de amostragem respiratória que supere algumas das desvantagens supramencionadas relativas aos procedimentos atuais de recolha de amostras de ar exalado. Os problemas restantes a serem resolvidos compreendem a questão de como obter uma recolha precisa, seletiva e repetitiva, como garantir um manuseamento fácil e seguro e, talvez o mais importante, a questão de estabilidade da amostra para permitir uma análise química adequada.Therefore, there is an important need for a respiratory sampling apparatus that overcomes some of the above-mentioned disadvantages relating to the current exhaled air sampling procedures. The remaining problems to be solved comprise the question of how to obtain accurate, selective and repetitive collection, how to ensure easy and safe handling, and, most importantly, the stability of the sample to allow for adequate chemical analysis.

SUMÁRIO 0 presente pedido descreve um sistema para recolha controlada e seletiva de ar exalado, caracterizado por compreender: - Um dispositivo de recolha portátil, compreendendo pelo menos um sensor de ar e uma válvula de desvio; - Um módulo de hardware, conectado ao dispositivo de recolha portátil, configurado para receber, processar e transmitir dados do pelo menos um sensor de ar, e para acionar a válvula de desvio; - Um dispositivo de processamento que compreende meios de interface e meios de processamento, estando o referido dispositivo de processamento configurado para operar o módulo de hardware de acordo com um algoritmo de aprendizagem automática, com base nos dados enviados pelo módulo de hardware.SUMMARY The present application describes a system for controlled and selective collection of exhaled air, characterized in that it comprises: - A portable collection device, comprising at least one air sensor and a bypass valve; A hardware module, connected to the portable collection device, configured to receive, process and transmit data from the at least one air sensor, and to actuate the bypass valve; A processing device comprising interface means and processing means, said processing device being configured to operate the hardware module according to an automatic learning algorithm, based on the data sent by the hardware module.

Num modo particular de realização do sistema, o dispositivo de recolha portátil possui uma cavidade interna em forma de T, formada por: - Uma conduta longitudinal compreendendo uma conduta do sensor de ar na sua porta de entrada, onde se encontra instalado pelo menos um sensor de ar, e uma conduta de eliminação de ar na sua porta de saída; - Uma conduta vertical, conectada à conduta longitudinal, compreendendo uma conduta de recolha de ar onde a válvula de desvio está instalada, e onde a saída da conduta vertical é conectada a meios de recolha de ar;In a particular embodiment of the system, the portable collection device has an internal T-shaped cavity, formed by: - A longitudinal conduit comprising a conduit of the air sensor at its inlet port, wherein at least one sensor of air, and an air elimination conduit at its outlet port; A vertical conduit connected to the longitudinal conduit, comprising an air collection conduit where the bypass valve is installed, and wherein the outlet of the upright conduit is connected to air collection means;

Num modo particular de realização do sistema, o dispositivo de recolha portátil compreende um componente de aquecimento que cobre as superfícies internas da conduta do sensor de ar, da conduta de eliminação de ar e da conduta de recolha de ar.In a particular embodiment of the system, the portable collection device comprises a heating component which covers the inner surfaces of the air sensor duct, the air discharge duct and the air duct.

Num modo particular de realização do sistema, os meios de recolha de ar são de tipo reservatório ou tipo de analisador.In a particular embodiment of the system, the air collection means is of the reservoir type or analyzer type.

Num modo particular de realização do sistema, um bocal descartável sem retorno é ligado à porta de entrada longitudinal.In a particular embodiment of the system, a disposable nozzle is connected to the longitudinal inlet port.

Num modo particular de realização do sistema, o sensor de ar é um sensor de temperatura.In a particular embodiment of the system, the air sensor is a temperature sensor.

Num modo particular de realização do sistema, o módulo de hardware compreende: - Um circuito de condicionamento de sinal, configurado para receber e processar o sinal do sensor de ar; - Uma unidade de processamento e comunicação, configurada para gerir a aquisição e a comunicação de sinais para o dispositivo de processamento; - Um circuito de comutação de fluxo automático configurado para operar a válvula de desvio do dispositivo de recolha portátil. 0 presente pedido descreve igualmente um método de operação do sistema para recolha controlada e seletiva de ar exalado, tal como descrito anteriormente, caracterizado por ser independente da produção metabólica de C02 do sujeito e por compreender as seguintes etapas: a) Inicialização dos meios de interface do dispositivo de processamento; b) Configuração de variáveis relacionadas ao sujeito no dispositivo de processamento, nomeadamente idade, género e condições fisiológicas do sujeito, tais como, mas não limitado a, sentado, deitado ou sob testes de esforço; c) Configuração de variáveis globais do processo de aquisição no dispositivo de processamento, incluindo: - A fração de interesse do ar exalado para amostra, de acordo com a origem do mesmo; - A percentagem da abertura da válvula que conduz o ar exalado dentro de um dispositivo de recolha portátil; - 0 número de ciclos respiratórios para o cálculo do tempo médio de expiração por um algoritmo de aprendizagem automática. d) Aquisição de ar exalado através de bocal descartável e sem retorno, para pelo menos um ciclo respiratório e até regularizar, de acordo com um ritmo previamente definido pelo referido algoritmo de aprendizagem automática e demonstrado por uma interface gráfica, com base em nas referidas variáveis relacionadas ao sujeito, recolhidas na etapa b); e) Medição do fluxo de ar exalado, identificando a fração endógena do ar exalado, independentemente do metabolismo do dióxido de carbono do sujeito, através da variação de temperatura medida por um sensor de temperatura, para o cálculo do fluxo de ar exalado pelo referido algoritmo de aprendizagem automática; f) Medição da frequência respiratória e do tempo médio do ciclo respiratório, que compreende as fases inspiratória e expiratória, pelo algoritmo de aprendizagem automática; g) s incronização do ciclo respiratório adquirido com o ciclo respiratório aprendido e modelado durante as etapas d) a f) pelo algoritmo de aprendizagem automática; h) Cálculo do tempo médio de expiração, pelo algoritmo de aprendizagem automática para o ajuste do ciclo respiratório representativo e modelado; i) Previsão dos instantes de recolha da fração de ar exalado de interesse pelo algoritmo de aprendizagem automática; j) Aquecimento das partes internas da conduta do sensor de ar, a conduta de eliminação de ar e a conduta de recolha de ar do referido dispositivo de recolha portátil, por meio do componente de aquecimento; k) Envio dos instantes para aquisição de ar exalado previsto em i) para a unidade de processamento e comunicação do módulo de hardware; D A referida unidade atua sobre uma válvula do dispositivo que, quando fechada, conduz a fração de ar exalado de interesse para uma saída de eliminação do referido dispositivo de recolha portátil e quando aberta conduz a fração de ar exalado de interesse para uma saída de recolha do referido dispositivo; m) Recolha da fração de ar exalado de interesse pelo dispositivo de recolha portátil.In a particular embodiment of the system, the hardware module comprises: a signal conditioning circuit configured to receive and process the signal from the air sensor; A processing and communication unit configured to manage the acquisition and communication of signals to the processing device; An automatic flow switching circuit configured to operate the diverter valve of the portable collection device. The present application also describes a method of operating the system for controlled and selective collection of exhaled air as previously described, characterized in that it is independent of the CO2's metabolic production of the subject and comprises the following steps: a) Initialization of the interface means of the processing device; b) Configuration of variables related to the subject in the processing device, namely age, gender and physiological conditions of the subject, such as, but not limited to, sitting, lying down or under stress tests; c) Configuration of global variables of the acquisition process in the processing device, including: - The fraction of interest of exhaled air for sample, according to the origin of the same; The percentage of opening of the valve which conducts the vented air into a portable collection device; - The number of respiratory cycles for the calculation of mean expiration time by an automatic learning algorithm. d) Acquisition of exhaled air through a disposable no-return nozzle, for at least one respiratory cycle and until regularized, according to a rhythm previously defined by said automatic learning algorithm and demonstrated by a graphic interface, based on said variables related to the subject, collected in step b); e) Measurement of the exhaled airflow, identifying the endogenous fraction of the exhaled air, regardless of the carbon dioxide metabolism of the subject, by the temperature variation measured by a temperature sensor, for calculating the airflow exhaled by said algorithm automatic learning; f) Measurement of the respiratory rate and the mean time of the respiratory cycle, which comprises the inspiratory and expiratory phases, by the automatic learning algorithm; g) the incronization of the respiratory cycle acquired with the respiratory cycle learned and modeled during steps d) to f) by the automatic learning algorithm; h) Calculation of mean expiratory time, by the algorithm of automatic learning for the adjustment of the representative and modeled respiratory cycle; i) Estimation of the moments of collection of the exhaled air fraction of interest by the automatic learning algorithm; j) heating the internal parts of the air sensor duct, the air elimination duct and the air duct of said portable collection device, by means of the heating component; k) Send of the instants for acquisition of exhaled air provided in i) to the processing and communication unit of the hardware module; OF said unit acts on a valve of the device which, when closed, conveys the fraction of exhaled air of interest to an elimination outlet of said portable collection device and when opened brings the fraction of exhaled air of interest to a collection outlet of the said device; m) Collecting the fraction of exhaled air of interest by the portable collection device.

Num modo particular de realização do método, a fração de ar exalado de interesse para ser recolhida possui várias origens, nomeadamente o ar da boca, nasal, esofágico e alveolar.In a particular embodiment of the method, the fraction of exhaled air of interest to be collected has several origins, namely mouth, nasal, esophageal and alveolar air.

Num modo particular de realização do método, a fração de ar exalado de interesse é recolhido e derivado de um único ciclo respiratório, estando disponível para análise em tempo real pelo equipamento analítico.In a particular embodiment of the method, the fraction of exhaled air of interest is collected and derived from a single respiratory cycle, being available for real-time analysis by the analytical equipment.

Num modo particular de realização do método, a fração de ar exalado de interesse é recolhido e derivado de múltiplos ciclos respiratórios a serem conduzidos para um reservatório de amostra. 0 presente pedido divulga igualmente a utilização do sistema descrito anteriormente para recolher a fração de ar exalado de interesse para análise da sua composição química. É divulgado também, a utilização do sistema descrito anteriormente para a deteção do estado inflamatório das vias respiratórias através da medição da temperatura do ar exalado pelo sensor de temperatura durante um ciclo respiratório.In a particular embodiment of the method, the fraction of exhaled air of interest is collected and derived from multiple respiratory cycles to be conducted into a sample reservoir. The present application also discloses the use of the system described above to collect the fraction of exhaled air of interest for analysis of its chemical composition. Also disclosed is the use of the system described above for the detection of the inflammatory condition of the airways by measuring the temperature of the air exhaled by the temperature sensor during a respiratory cycle.

DESCRIÇÃO GERAL 0 presente pedido refere-se a um sistema e ao seu respetivo método de operação, para seletiva e controladamente recolher ar exalado Hi ferpntps nriapns rpRDÍ ratórias. nomeadamente. mas não limitado a, cavidade oral, ar esofágico e ar alveolar, independentemente da produção metabólica de CO2 do sujeito. A fração de ar está disponível para análise da sua composição química em tempo real ou simplesmente recolhida para futuras análises. 0 sistema é composto por dois módulos acopláveis: o dispositivo de recolha portátil e o módulo de hardware, controlados por um software de aprendizagem automática carregado num dispositivo de processamento. 0 dispositivo de recolha portátil é composto por uma cavidade interna em forma de "T" que pode ser dimensionada e moldada para incluir pelo menos um sensor de ar e uma válvula de desvio. Além disso, o dispositivo de recolha portátil pode incluir várias condutas de ar, tais como, mas não limitado a uma conduta do sensor de ar, uma conduta de eliminação de ar e uma conduta de recolha de ar. Um bocal descartável sem retorno está ligado a uma entrada longitudinal do dispositivo de recolha portátil. 0 referido sensor de ar do dispositivo de recolha portátil está configurado para detetar, direta ou indiretamente, as diferentes fases do ciclo respiratório de um sujeito, usando vários tipos de sensores, tais como, mas não limitados a sensores de fluxo, sensores de pressão das vias aéreas, capnómetros, sensores de som da respiração e sensores térmicos. Devido à possibilidade de correlacionar a variação da temperatura do ar exalado com o fluxo de ar exalado e, uma vez que a temperatura é um marcador de fatores patológicos e importante como medida de eventos fisiológicos, o dispositivo de recolha portátil pode compreender um sensor de temperatura. Dependendo da variação da temperatura do ar exalado registada no sensor de temperatura do dispositivo de recolha portátil será produzida uma saída diferente. Também está configurado para ser capaz de ser conectado ao dispositivo de recolha portátil na conduta do sensor de ar, e a sua substituição é permitida após um número significativo de utilizações, de modo a manter as capacidades completas do dispositivo. A válvula do dispositivo de recolha portátil pode ser configurada para responder a um sinal de porta transmitido pelo módulo de hardware, indicado pelo software de aprendizagem automática, e para alterar automaticamente a sua posição de acordo com este sinal de porta. 0 tipo de válvula automática que pode ser usada para este fim pode variar. Dado que o módulo de hardware do sistema é um dispositivo eletrónico, uma válvula solenoide pode ser acionada electromecanicamente controlando uma corrente elétrica que flui através de uma bobina e que permuta a saída do fluxo de ar exalado entre duas saídas da válvula. Pode ser apreciado que esta tecnologia não é limitada a este respeito e qualquer válvula elétrica ou mecânica adequada pode ser usada para desviar o ar exalado no dispositivo de recolha portátil. Por padrão, o fluxo de ar exalado é direcionado para a porta normalmente aberta quando a referida válvula não é operada. Quando o algoritmo do software de aprendizagem automática determina a mudança de posição da referida válvula, da posição a (fechada) para a posição b (aberta), a referida válvula pode conduzir seletivamente uma fração pré-determinada de fluxo de ar exalado através da conduta longitudinal de eliminação de ar para a respetiva saída de eliminação do dispositivo de recolha portátil, ou através da conduta de recolha de ar para a saída vertical. Quando a válvula está na posição a, o fluxo de ar exalado que circula através da conduta do sensor de ar é então dirigido através da conduta longitudinal e sai através da saída de eliminação longitudinal do dispositivo de recolha portátil. Além disso, se a válvula estiver na posição a, o fluxo de ar exalado que passa pela conduta de recolha de ar, abaixo da válvula, é inexistente. No entanto, quando a válvula está na posição b, o fluxo de ar exalado circula através da conduta do sensor de ar e é então desviado através da conduta de recolha de ar disposta verticalmente, onde a fração do fluxo de ar exalado pode ser recolhido no reservatório de amostra de ar ou analisado diretamente e em tempo real no analisador analítico acoplado ao sistema. 0 analisador analítico pode ser selecionado do grupo de analisadores: químicos, elétricos, óticos e cromatográficos. Pode notar-se que a tecnologia não é limitada a este respeito e qualquer analisador adequado pode ser utilizado para determinar precisamente a composição química das amostras de ar exalado. 0 dispositivo de recolha portátil também compreende um componente de aquecimento que cobre a sua superfície interna. 0 referido componente de aquecimento está configurado para atuar durante o processo geral de aquisição de ar exalado de modo a evitar a condensação de partículas e a adsorção de constituintes de ar exalado nas paredes internas das condutas de ar do dispositivo de recolha portátil. 0 módulo de hardware é configurado para controlar totalmente o sistema, modelando o sinal adquirido pelo sensor de ar e determinando as ações a realizar de modo a afetar a direção do ar exalado, controlada pela posição da válvula. 0 referido módulo de hardware é, portanto, responsivo ao sensor de ar e ao software de aprendizagem automática do sistema, dado que recebe, processa e transmite sinais entre os demais componentes do sistema. Este módulo de hardware contém: - Um circuito de condicionamento de sinal, configurado para receber e processar o sinal do sensor de ar do referido dispositivo de recolha portátil, de modo a permitir uma melhor utilização do conversor analógico-digital (ADC) obtendo um sinal amplificado; - Uma unidade de processamento e comunicação que gere a aquisição e a comunicação do sinal para o dispositivo de processamento onde o software de aprendizagem automática é carregado; - E um circuito automático de comutação de fluxo que afeta a direção do fluxo de ar exalado pela válvula. A unidade de processamento e comunicação está configurada para criar um sinal de porta quando a saída digital do ADC transita para um nível lógico alto, tornando-se o transístor do circuito de comutação de fluxo automático em saturação, permitindo a passagem da corrente para a válvula e fazendo passar o fluxo de ar através da conduta de recolha de ar. Se a saida digital ADC estiver num nível lógico baixo, o transístor está ao corte e não há fluxo de corrente para a válvula, implicando uma saída do fluxo de ar através da conduta de eliminação. 0 sistema também inclui um software de aprendizagem automática que responde ao módulo de hardware e contém uma interface gráfica para interagir com o sujeito/operador, permitindo a definição de características globais e avaliação do estado da operação. 0 referido software de aprendizagem automática também inclui um algoritmo interno para controlar o funcionamento do dispositivo e determinar o momento preciso para amostrar seletivamente o ar exalado, através de um processo de aprendizagem automática. 0 algoritmo implementado no software de aprendizagem automática do sistema compreende um filtro digital para adquirir o sinal obtido a partir do sensor de ar com o mínimo de ruído possível, garantindo, ao mesmo tempo, não haver perda de informação. 0 algoritmo está configurado para: - Calcular o fluxo respiratório e identificar a fração endógena de ar exalado, independentemente do metabolismo do dióxido de carbono do sujeito, através do sinal processado do sensor de ar, calculando assim o fluxo de ar exalado; - Detetar efetivamente a frequência respiratória do sujeito; - Distinguir as fases inspiratória e expiratória da respiração, com base na deteção de máximos e mínimos do sinal processado do sensor de ar; - Sincronizar o ciclo de respiração do sujeito com um ciclo de respiração representativo e modelado através de, pelo menos, três ciclos respiratórios completos. A imposição de um ritmo de ritmo de respiração ao sujeito, pela interface gráfica e de acordo com as características globais do sujeito, permite uma sincronização rápida dos ritmos da respiração e, consequentemente, um menor tempo de aquisição da porção de ar exalado pré-determinada. - Determinar o tempo médio de expiração de modo a selecionar uma fração pré-determinada do intervalo de expiração, dependente da oriqem respiratória do ar exalado; - Calcular o tempo médio de expiração do sujeito, definido pela diferença de temporal entre um máximo e um mínimo subsequente, de acordo com uma série de ciclos de respiração que o operador seleciona na interface qráfica do software de aprendizagem automática. 0 processo de aprendizagem automática relacionado com o sistema baseia-se no cálculo contínuo e no armazenamento dos valores do tempo médio de expiração, permitindo a predição do tempo de ocorrência de uma nova expiração e, consequentemente, a previsão precisa da janela temporal para a aquisição da fração de ar exalado a amostrar. Esta habilidade, associada ao mecanismo de sincronização, torna o sistema capaz de interpretar diferentes ritmos de respiração de sujeito para sujeito e permite uma aquisição mais precisa e menos demorada da porção de ar exalado pré-determinada.The present application relates to a system and to its respective method of operation, for selectively and collectively collecting exhaled air. in particular. but not limited to, oral cavity, esophageal air and alveolar air, regardless of the subject's CO2 metabolic production. The air fraction is available for analysis of its chemical composition in real time or simply collected for future analysis. The system consists of two attachable modules: the portable collection device and the hardware module, controlled by an automatic learning software loaded into a processing device. The portable collection device is composed of an internal "T" shaped cavity which can be dimensioned and shaped to include at least one air sensor and a bypass valve. In addition, the portable collection device may include various air ducts, such as but not limited to an air sensor duct, an air exhaust duct and an air duct. A disposable non-return nozzle is connected to a longitudinal port of the portable collection device. Said portable air sensor is configured to detect, directly or indirectly, the different phases of a subject's respiratory cycle using various types of sensors, such as, but not limited to, flow sensors, pressure sensors airways, capnometers, breathing sound sensors and thermal sensors. Due to the possibility of correlating the temperature variation of the exhaled air with the exhaled air flow, and since temperature is a marker of pathological factors and important as a measure of physiological events, the portable collection device may comprise a temperature sensor . Depending on the variation of the temperature of the exhaled air recorded in the temperature sensor of the portable collection device, a different output will be produced. It is also configured to be able to be connected to the portable collection device in the air sensor duct, and its replacement is allowed after a significant number of uses, so as to maintain the complete capacities of the device. The valve of the portable collection device can be configured to respond to a door signal transmitted by the hardware module, indicated by the automatic learning software, and to automatically change its position according to this door signal. The type of automatic valve that can be used for this purpose may vary. Since the system hardware module is an electronic device, a solenoid valve can be driven electromechanically by controlling an electric current flowing through a coil and exchanging the output of the exhaled air flow between two valve outlets. It may be appreciated that this technology is not limited in this respect and any suitable electrical or mechanical valve may be used to divert the vented air into the portable collection device. By default, the flow of exhaled air is directed to the normally open port when said valve is not operated. When the algorithm of the automatic learning software determines the position change of said valve from the (closed) position to the (open) position, said valve may selectively conduct a predetermined fraction of exhaled air flow through the conduit longitudinal exhaust air to the respective exhaust outlet of the portable collection device, or through the air exhaust duct to the vertical outlet. When the valve is in position a, the flow of exhaled air flowing through the conduit of the air sensor is then directed through the longitudinal conduit and exits through the longitudinal elimination outlet of the portable collection device. In addition, if the valve is in position a, the flow of exhaled air passing through the air collection line below the valve is non-existent. However, when the valve is in position b, the flow of exhaled air flows through the conduit of the air sensor and is then diverted through the vertically disposed air collection conduit, where the fraction of the vented air flow can be collected in the or directly analyzed in real time on the analytical analyzer coupled to the system. The analytical analyzer can be selected from the group of analyzers: chemical, electrical, optical and chromatographic. It may be noted that the technology is not limited in this respect and any suitable analyzer may be used to precisely determine the chemical composition of the exhaled air samples. The portable collection device also comprises a heating component covering its inner surface. Said heating component is configured to act during the general process of acquiring exhaled air in order to avoid particulate condensation and the adsorption of exhaled air constituents on the inner walls of the air ducts of the portable collection device. The hardware module is configured to fully control the system, modeling the signal acquired by the air sensor, and determining the actions to be taken to affect the direction of the vented air, controlled by the position of the valve. Said hardware module is therefore responsive to the air sensor and the system's automatic learning software as it receives, processes and transmits signals between the other components of the system. This hardware module contains: A signal conditioning circuit configured to receive and process the air sensor signal of said portable collection device so as to enable better use of the analog-to-digital converter (ADC) by obtaining a signal amplified; - A processing and communication unit that manages the acquisition and communication of the signal to the processing device where the automatic learning software is loaded; - And an automatic flow switching circuit that affects the direction of the airflow exhaled by the valve. The processing and communication unit is configured to create a port signal when the digital output of the ADC transitions to a high logic level, becoming the transistor of the circuit of automatic flow switching in saturation, allowing the passage of current to the valve and passing the air flow through the air collection duct. If the digital output ADC is at a low logic level, the transistor is in the cut-off and there is no current flow to the valve, implying an outlet of the airflow through the elimination conduit. The system also includes automatic learning software that responds to the hardware module and contains a graphical interface for interacting with the subject / operator, allowing the definition of global characteristics and evaluation of the state of the operation. Said automated learning software also includes an internal algorithm for controlling the operation of the device and determining the precise timing for selectively sampling the exhaled air through an automatic learning process. The algorithm implemented in the automatic learning system software comprises a digital filter to acquire the signal obtained from the air sensor with the minimum possible noise, while ensuring no loss of information. The algorithm is configured to: - Calculate the respiratory flow and identify the endogenous fraction of exhaled air, regardless of the subject's carbon dioxide metabolism, through the processed signal from the air sensor, thereby calculating the flow of exhaled air; - Effectively detect the respiratory rate of the subject; - Distinguishing the inspiratory and expiratory phases of the breath, based on the detection of maximum and minimum of the processed signal of the air sensor; - Synchronize the subject's breathing cycle with a representative breathing cycle and modeled through at least three complete respiratory cycles. The imposition of a rhythm of breathing rhythm to the subject, by the graphical interface and according to the global characteristics of the subject, allows a rapid synchronization of the rhythms of the breath and, consequently, a shorter time of acquisition of the pre-determined exhaled air portion . - Determine the mean time of expiration in order to select a predetermined fraction of the expiration interval, depending on the respiratory origin of the exhaled air; - Calculate the mean expiration time of the subject, defined by the time difference between a maximum and a subsequent minimum, according to a series of breathing cycles that the operator selects at the graphical interface of the automatic learning software. The automatic learning process related to the system is based on the continuous calculation and the storage of the values of the average time of expiration, allowing the prediction of the time of occurrence of a new expiration and, consequently, the precise forecast of the time window for the acquisition of the exhaled air fraction to be sampled. This ability, coupled with the synchronization mechanism, renders the system capable of interpreting different rates of subject-to-subject breathing and allows a more accurate and less time-consuming acquisition of the predetermined exhaled air portion.

Após a previsão dos momentos de recolha de ar exalado durante a exalação, o software de aprendizagem automática está configurado para transmitir essa informação ao módulo de hardware que opera na válvula, através de um sinal de porta, como descrito acima. A interface gráfica software de aprendizagem automática pode ser usada para definir as variáveis operacionais globais, tais como, mas não limitado a fração de ar exalado para recolher/analisar, percentagem de abertura da válvula e número de ciclos respiratórios utilizados para determinar o tempo médio de expiração. A referida interface gráfica do software de aprendizagem automática também permite definir variáveis relacionadas ao sujeito, tais como, mas não limitado a género, idade e condições fisiológicas (sentado, deitado ou sob testes de esforço), para iniciar e parar o processo de aquisição e para guardar dados para posterior análise. A interface gráfica também fornece simultaneamente indicadores de resposta para comunicar com o sujeito/operador. Os referidos indicadores de resposta representam uma parte central da presente tecnologia, uma vez que assim, o ritmo de respiração pode ser seguido pelo sujeito, de acordo com as variáveis globais relacionadas com o sujeito previamente definidas, assim como o estado de funcionamento da válvula (aberta ou fechada). Esta informação pode ser exibida de forma animada (para a sincronização dos ciclos respiratórios) ou graficamente, como para o sinal processado obtido pelo sensor de ar, que pode ser usado como indicador de resposta. No entanto, esta tecnologia não é limitada a este respeito e outros tipos de indicadores podem ser usados com essa finalidade.Upon prediction of the exhaled air collection moments during the exhalation, the automatic learning software is configured to transmit this information to the hardware module operating the valve through a door signal as described above. The graphical user interface automatic learning software can be used to define global operational variables such as but not limited to the fraction of exhaled air to collect / analyze, valve opening percentage and number of respiratory cycles used to determine the mean expiration. The aforementioned automatic learning software graphical interface also allows the definition of variables related to the subject, such as, but not limited to, gender, age and physiological conditions (sitting, lying down or under stress tests) to start and stop the acquisition process and to save data for later analysis. The graphical interface also provides simultaneous response indicators to communicate with the subject / operator. Said response indicators represent a central part of the present technology since, thus, the breathing rate can be followed by the subject according to the previously defined subject-related global variables as well as the operating state of the valve ( open or closed). This information can be displayed in an animated way (for the synchronization of breathing cycles) or graphically, as for the processed signal obtained by the air sensor, which can be used as a response indicator. However, this technology is not limited in this respect and other types of indicators can be used for this purpose.

Após a conexão de todos os componentes ao dispositivo de processamento, a interface gráfica é iniciada. 0 operador primeiro define as variáveis operacionais globais e as variáveis relacionadas com o sujeito. As variáveis operacionais globais incluem, mas não estão limitadas a seleção da fração de ar exalado a recolher/analisar (boca, ar nasal, esofágico ou alveolar); percentagem de abertura da válvula; e o número de ciclos respiratórios para determinar o tempo médio de expiração pelo algoritmo. As referidas variáveis relacionadas com o sujeito incluem, mas não estão limitadas a género, idade e condições fisiológicas do sujeito (sentado, deitado ou sob testes de esforço). 0 sujeito é então solicitado a exalar para o bocal descartável sem retorno, que já está ligado ao dispositivo de recolha portátil. Durante este passo, e à medida que o sujeito exala para o dispositivo de recolha portátil através do bocal, o operador deve verificar se o ritmo de respiração do sujeito segue um comportamento regular, de acordo com o ritmo de respiração, previamente definido pelas variáveis relacionadas com o sujeito e exibidas na interface gráfica. Em seguida, o sinal elétrico produzido pelo sensor de ar é então processado e transmitido pelo módulo de hardware para o algoritmo de aprendizagem automática. 0 referido algoritmo determina então um conjunto de parâmetros, através da análise do sinal produzido pelo sensor de ar e transmitido pelo módulo de hardware. Os referidos parâmetros são críticos para o procedimento de recolha da fração de ar exalado de interesse e incluem (i) o fluxo respiratório, com identificação da fração endógena do ar exalado, independentemente do metabolismo do dióxido de carbono do sujeito; (ii) o fluxo de ar exalado; (iii) a frequência respiratória e (iv) o tempo médio do ciclo respiratório, que compreende as fases, inspiratória e expiratória.After all components have been connected to the processing device, the graphical interface is started. The operator first defines the global operational variables and the variables related to the subject. Global operating variables include, but are not limited to, the selection of the fraction of exhaled air to be collected / analyzed (mouth, nasal air, esophageal or alveolar air); percentage of valve opening; and the number of respiratory cycles to determine the mean expiration time by the algorithm. Said subject-related variables include, but are not limited to, the subject's gender, age, and physiological conditions (sitting, lying, or under stress tests). The subject is then prompted to exhale to the disposable nozzle, which is already connected to the portable collection device. During this step, and as the subject exhales to the portable collection device through the mouthpiece, the operator must check whether the subject's breathing rate follows a regular behavior, according to the breathing rate previously defined by the related variables with the subject and displayed in the graphical interface. Then, the electrical signal produced by the air sensor is then processed and transmitted by the hardware module to the automatic learning algorithm. Said algorithm then determines a set of parameters, by analyzing the signal produced by the air sensor and transmitted by the hardware module. Said parameters are critical for the collection procedure of the exhaled air fraction of interest and include (i) the respiratory flow, with identification of the endogenous fraction of the exhaled air, regardless of the subject's carbon dioxide metabolism; (ii) the flow of exhaled air; (iii) the respiratory rate and (iv) the mean time of the respiratory cycle, which comprises the inspiratory and expiratory phases.

Posteriormente, a sincronização entre o ciclo respiratório do sujeito e um ciclo de respiração representativo e modelado do algoritmo é avaliada pelo algoritmo de aprendizagem automática. Se esta sincronização não ocorrer durante três ciclos respiratórios completos, o sujeito é informado pela interface gráfica para que corrija seu ciclo de respiração, através da imposição de um ritmo respiratório. Assim que a referida sincronização ocorrer, o tempo médio de expiração é calculado pelo algoritmo de aprendizagem automática, para o número de ciclos previamente pré-definidos, permitindo o processo de aprendizado automática e a previsão dos momentos exatos para a recolha da fração de ar exalado. A predição dos referidos momentos exatos para a recolha da fração de ar exalado de interesse está relacionada com a região de interesse, do sinal respiratório do sujeito, durante a exalação. Essas regiões de interesse para a recolha da fração de interesse do ar exalado são definidas de acordo com uma percentagem da exalação do sujeito durante seu ciclo respiratório. Após essa previsão, o indicador de resposta "estado de abertura da válvula (fechado ou aberto)" é comunicado ao operador. 0 software de aprendizagem automática transmite então os momentos de aquisição de ar exalado para a unidade de processamento e comunicação do módulo de hardware, que atua no circuito de comutação de fluxo automático gerando e transmitindo um sinal de porta para a válvula, durante um periodo de tempo dependente da fração de ar exalado de interesse a recolher. A válvula pode então direcionar seletivamente a fração de interesse de fluxo de ar exalado. A referida fração de fluxo de ar exalado de interesse pode ser armazenada num reservatório de amostra de ar ou analisada diretamente no analisador analítico. Por fim, a presença de compostos químicos na fração de interesse do ar exalado pode ser detetada, seja offline ou em tempo real. Em seguida, o operador pode, opcionalmente, escrever comentários decorridos durante o processo de aquisição e guardá-los juntamente com os dados de aquisição.Subsequently, the synchronization between the subject's respiratory cycle and a representative and modeled respiration cycle of the algorithm is evaluated by the automatic learning algorithm. If this synchronization does not occur during three complete respiratory cycles, the subject is informed by the graphical interface to correct his breathing cycle, by imposing a respiratory rhythm. As soon as this synchronization occurs, the mean time of expiration is calculated by the automatic learning algorithm, for the number of previously predefined cycles, allowing the automatic learning process and the forecast of the exact moments for the collection of the exhaled air fraction . The prediction of said exact moments for collection of the exhaled air fraction of interest is related to the region of interest of the subject's respiratory signal during exhalation. Such regions of interest for collecting the fraction of interest from the exhaled air are defined according to a percentage of exhalation of the subject during its respiratory cycle. After this prediction, the response indicator "valve open state (closed or open)" is communicated to the operator. The automatic learning software then transmits the moments of acquisition of exhaled air to the processing and communication unit of the hardware module, which operates in the automatic flow switching circuit, generating and transmitting a port signal to the valve, for a period of time dependent on the fraction of exhaled air of interest to be collected. The valve can then selectively direct the exhaled airflow fraction of interest. Said exhaled airflow fraction of interest may be stored in an air sample reservoir or analyzed directly on the analytical analyzer. Finally, the presence of chemical compounds in the fraction of interest in the exhaled air can be detected, either offline or in real time. Then, the operator can optionally write comments that have elapsed during the acquisition process and save them along with the acquisition data.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Para uma compreensão mais fácil da tecnologia desenvolvida são anexadas algumas figuras, que representam formas de realização preferidas que, no entanto, não se destinam a limitar o objeto da presente aplicação.For an easier understanding of the developed technology, some figures are attached, which represent preferred embodiments which, however, are not intended to limit the object of the present application.

As FIGURAS 1 e 2 ilustram uma vista esquemática do sistema para a recolha controlada e seletiva do ar exalado, em que (1) representa o sistema, (2) o bocal, (3) o dispositivo de recolha portátil que compreende: a entrada (4), o sensor de ar (5), a conduta do sensor de ar (6), a conduta de eliminação de ar (7), a saída de eliminação (8), a válvula (9), a conduta de recolha de ar (10) e a saída de recolha (11) · O módulo de hardware do dispositivo (12) compreende: o circuito de condicionamento de sinal (13), a unidade de processamento e comunicação (14) e o circuito de comutação de fluxo automático (15) . Em ambas as figuras é também representado o software de aprendizagem automática (16), o analisador analítico (17), o reservatório de amostra de ar (18) e o componente de aquecimento (19) . A FIGURA 3 ilustra uma vista esquemática do método para a recolha seletiva de ar exalado, em que os sinais de referência representam os passos de: 20 - Definição de variáveis para o processo e do sujeito; 21 - Sujeito exala através do bocal durante múltiplas exalações; 22 - Deteção da temperatura do ar exalado do sujeito; 23 - Determinação dos parâmetros respiratórios e fases (inspiração e expiração); 24 - O ciclo de respiração do sujeito está sincronizado com o simulado matematicamente; 25 - Comunicar com o sujeito para impor um ritmo respiratório constante; 26 - Previsão dos momentos para aquisição de ar exalado; 27 - Gerar sinal de porta por período de tempo pré-determinado ; 28 - Passagem seletiva de uma porção pré-determinada de fluxo de ar exalado; 29 - Iniciar a aquisição seletiva de uma porção pré-determinada de fluxo de ar exalado para o reservatório de recolha; 30 - Iniciar a aquisição seletiva de uma porção pré-determinada de fluxo de ar exalado para o analisador analítico; 31 - Detetar a presença de compostos químicos em uma porção pré-determinada de ar exalado. A FIGURA 4 mostra uma representação gráfica da sincronização entre o sinal respiratório adquirido de um sujeito para um ritmo de respiração normal (32), com o sinal do ciclo respiratório representativo e modelado (33) contido no algoritmo do software de aprendizagem automática (16) , obtido pela imposição do ritmo de respiratório ao sujeito e o mecanismo de aprendizagem automática. Na FIGURA 4, e como exemplo, também é representada a janela temporal relacionada com a recolha de ar alveolar (34).FIGURES 1 and 2 show a schematic view of the system for the controlled and selective collection of the exhaled air, wherein (1) represents the system, (2) the nozzle, (3) the portable collection device comprising: the inlet ( 4), the air sensor 5, the air sensor conduit 6, the air elimination conduit 7, the elimination outlet 8, the valve 9, air processing unit 10 and collection outlet 11. The hardware module of the device 12 comprises: the signal conditioning circuit 13, the processing and communication unit 14 and the flow switching circuit (15). In both figures there is also shown the automatic learning software 16, the analytical analyzer 17, the air sample reservoir 18 and the heating component 19. FIGURE 3 shows a schematic view of the method for the selective collection of exhaled air, wherein the reference signals represent the steps of: Defining variables for the process and subject; 21 - Subject exhales through the mouthpiece during multiple exhalations; 22 - Detection of the exhaled air temperature of the subject; 23 - Determination of respiratory parameters and phases (inspiration and expiration); 24 - The breathing cycle of the subject is synchronized with the mathematically simulated; 25 - Communicate with the subject to impose a constant respiratory rhythm; 26 - Prediction of moments to acquire exhaled air; 27 - Generate port signal for a predetermined period of time; 28 - Selective passage of a predetermined portion of exhaled airflow; 29. Initiate the selective acquisition of a predetermined portion of exhaled airflow into the collection reservoir; 30 - Initiate the selective acquisition of a predetermined portion of exhaled airflow to the analytical analyzer; 31 - Detect the presence of chemical compounds in a predetermined portion of exhaled air. FIGURE 4 shows a graphical representation of the synchronization between the acquired respiratory signal of a subject for a normal breathing rate (32), with the representative and modeled respiratory cycle signal (33) contained in the algorithm of the automatic learning software (16) , obtained by imposing the respiratory rhythm on the subject and the automatic learning mechanism. In FIGURE 4, and as an example, the time window related to the alveolar air collection (34) is also shown.

DESCRIÇÃO DETALHADA 0 presente pedido refere-se a um sistema (1) e ao respetivo método de operação, para seletiva e controladamente recolher ar exalado proveniente de diferentes origens respiratórias, nomeadamente, mas não limitado a, cavidades oral e nasal, ar esofágico e ar alveolar, independentemente da produção metabólica de CO2. A fração de interesse de ar exalado está disponível para análise da sua composição química em tempo real ou é simplesmente recolhida para futuras análises, sem adaptar a configuração do sistema. Numa forma de realização preferida, o sistema (1) é composto por dois módulos acopláveis: o dispositivo de recolha portátil (3) e o módulo de hardware (12), controlados por um software de aprendizagem automática (16) carregado num dispositivo de processamento. 0 dispositivo de recolha portátil (3) inclui uma cavidade interna em forma de T que pode ser dimensionada e moldada para incluir pelo menos um sensor de ar (5) e uma válvula de desvio (9). Além disso, o dispositivo de recolha portátil (3) pode incluir várias condutas de ar, tais como, mas não limitado a uma conduta do sensor de ar (6), uma conduta de eliminação de ar (7) uma conduta de recolha de ar (10) . Um bocal descartável sem retorno (2) está ligado a uma entrada longitudinal (4) do dispositivo de recolha portátil (3).DETAILED DESCRIPTION The present application relates to a system (1) and to the respective method of operation, for selectively and collectively collecting exhaled air from different respiratory sources, namely, but not limited to, oral and nasal cavities, esophageal air and air regardless of the metabolic production of CO2. The exhaled air interest fraction is available for analysis of its chemical composition in real time or is simply collected for further analysis without adapting the system configuration. In a preferred embodiment, the system (1) is composed of two attachable modules: the portable collection device (3) and the hardware module (12), controlled by an automatic learning software (16) loaded in a processing device . The portable collection device 3 includes an internal T-shaped cavity that can be dimensioned and shaped to include at least one air sensor 5 and a bypass valve 9. Further, the portable collection device 3 may include various air ducts, such as but not limited to a conduit of the air sensor 6, an air elimination conduit 7, (10). A disposable nozzle (2) is connected to a longitudinal inlet (4) of the portable collection device (3).

Na presente forma de realização, o referido sensor de ar (5) do dispositivo de recolha portátil (3) está configurado para detetar indiretamente um fluxo de ar exalado de um sujeito, através da temperatura. 0 referido sensor de ar (5) pode ser, mas não está limitado a um sensor de temperatura de estado sólido revestido e de precisão, capaz de ler temperaturas que variam de 0o a 70°C. A válvula (9) do dispositivo de recolha portátil (3) pode ser configurada para responder a um sinal de porta transmitido pelo módulo de hardware (12), indicado pelo software de aprendizagem automática (16), e para alterar automaticamente a sua posição de acordo com este sinal de porta. Nesta forma de realização preferida, o dispositivo de recolha portátil (3) compreende uma válvula solenoide (9) que tem uma entrada comum e duas saldas: uma normalmente fechada e outra normalmente aberta. Por padrão, o fluxo de ar exalado é direcionado para a porta normalmente aberta quando a referida válvula (9) não é operada. Quando o algoritmo do software de aprendizagem automática (16) determina a mudança de posição da referida válvula (9), da posição a (fechada) para a posição b (aberta), a referida válvula (9) pode conduzir seletivamente uma fração pré-determinada de fluxo de ar exalado através da conduta longitudinal de eliminação de ar (7) para a respetiva saida de eliminação (8) do dispositivo de recolha portátil (3) , ou através da conduta de recolha de ar (10) para a saida vertical (11) . Quando a válvula (9) está na posição a, o fluxo de ar exalado que circula através da conduta do sensor de ar (6) é então dirigido através da conduta longitudinal (7) e sai através da saida de eliminação longitudinal (8) do dispositivo de recolha portátil (3) . Além disso, se a válvula (9) estiver na posição a, o fluxo de ar exalado que passa pela conduta de recolha de ar (10), abaixo da válvula (9), é inexistente. No entanto, quando a válvula (9) está na posição b, o fluxo de ar exalado circula através da conduta do sensor de ar (6) e é então desviado através da conduta de recolha de ar (10) disposta verticalmente, onde a fração do fluxo de ar exalado pode ser recolhido no reservatório de amostra de ar (18) ou analisado diretamente e em tempo real no analisador analítico (17) acoplado ao sistema (1). 0 dispositivo de recolha portátil (3) também compreende um componente de aquecimento (19) que cobre a sua superfície interna. 0 referido componente de aquecimento (19) está configurado para atuar durante o processo geral de aquisição de ar exalado. 0 módulo de hardware (12) é configurado para controlar totalmente o sistema (D, modelando o sinal adquirido pelo sensor de ar (5) e determinando as ações a realizar de modo a afetar a direção do ar exalado, controlada pela posição da válvula (9) . 0 referido módulo de hardware (12) é, portanto, responsivo ao sensor de ar (5) e ao software de aprendizagem automática (16) do sistema (D, dado que recebe, processa e transmite sinais entre os demais componentes do sistema (1). Este módulo de hardware (16) contém: - Um circuito de condicionamento de sinal (13) , configurado para receber e processar o sinal do sensor de ar do referido dispositivo de recolha portátil (3), de modo a permitir uma melhor utilização do conversor analógico-digital (ADC) obtendo um sinal amplificado; - Uma unidade de processamento e comunicação (14) que gere a aquisição e a comunicação do sinal para o dispositivo de processamento onde o software de aprendizagem automática (16) é carregado; - E um circuito automático de comutação de fluxo (15) que afeta a direção do fluxo de ar exalado pela válvula (9). A unidade de processamento e comunicação (14) está configurada para criar um sinal de porta quando a saida digital do ADC transita para um nível lógico alto, tornando-se o transístor do circuito de comutação de fluxo automático (15) em saturação, permitindo a passagem da corrente para a válvula (9) e fazendo passar o fluxo de ar através da conduta de recolha de ar (10). Se a saída digital ADC estiver num nível lógico baixo, o transístor está ao corte e não há fluxo de corrente para a válvula (9), implicando uma saída do fluxo de ar através da conduta de eliminação (7). De acordo com a forma de realização preferida apresentada na Figura 1, o módulo de eletrónico (12) também inclui uma ligação com o dispositivo de recolha portátil (3) e com o dispositivo de processamento onde o software de aprendizagem automática (16) correspondente é carregado. O sistema (D também inclui um software de aprendizagem automática (16) que responde ao módulo de hardware (12) e contém uma interface gráfica para interagir com o sujeito/operador, permitindo a definição de caracteristicas globais e avaliação do estado da operação, e um algoritmo interno para controlar o funcionamento do sistema (1) e determinar o momento preciso para amostrar seletivamente o ar exalado. 0 algoritmo implementado no software de aprendizagem automática (16) do sistema (1) compreende um filtro digital para adquirir o sinal de temperatura com o minimo de ruido possível, garantindo, ao mesmo tempo, não haver perda de informação. 0 algoritmo está configurado para: - Calcular o fluxo respiratório e identificar a fração endógena de ar exalado, independentemente do metabolismo do dióxido de carbono do sujeito, através do sinal processado do sensor de ar (5), calculando assim o fluxo de ar exalado; - Detetar efetivamente a frequência respiratória do sujeito; - Distinguir as fases inspiratória e expiratória da respiração, com base na detecção de máximos e mínimos do sinal de temperatura processado; - Sincronizar o ciclo de respiração do sujeito com um ciclo de respiração representativo e modelado através de, pelo menos, três ciclos respiratórios completos. A imposição de um ritmo de ritmo de respiração ao sujeito, pela interface gráfica e de acordo com as caracteristicas globais do sujeito, permite uma sincronização rápida dos ritmos da respiração e, consequentemente, um menor tempo de aquisição da porção de ar exalado pré-determinada. - Determinar o tempo médio de expiração de modo a selecionar uma fração pré-determinada do intervalo de expiração, dependente da origem respiratória do ar exalado; - Calcular o tempo médio de expiração do sujeito, definido pela diferença de temporal entre um máximo e um mínimo subsequente, de acordo com uma série de ciclos de respiração que o operador seleciona na interface gráfica do software de aprendizagem automática (16) . 0 processo de aprendizagem automática relacionado com o sistema (D baseia-se no cálculo continuo e no armazenamento dos valores do tempo médio de expiração, permitindo a predição do tempo de ocorrência de uma nova expiração e, consequentemente, a previsão precisa da janela temporal para a aquisição da fração de ar exalado a amostrar.In the present embodiment, said air sensor (5) of the portable collection device (3) is configured to indirectly detect a flow of exhaled air from a subject, through the temperature. Said air sensor 5 may be, but is not limited to, a precision coated solid state temperature sensor capable of reading temperatures ranging from 0 ° to 70 ° C. The valve (9) of the portable collection device (3) can be configured to respond to a door signal transmitted by the hardware module (12), indicated by the automatic learning software (16), and to automatically change its position according to this door signal. In this preferred embodiment, the portable collection device (3) comprises a solenoid valve (9) having a common inlet and two outlets: one normally closed and one normally open. By default, the flow of exhaled air is directed to the normally open port when said valve (9) is not operated. When the automatic learning software algorithm 16 determines the position change of said valve 9 from position a to closed position b, said valve 9 can selectively conduct a pre- (7) to the respective discharge outlet (8) of the portable collection device (3), or through the air intake duct (10) to the vertical outlet (11). When the valve 9 is in position a, the flow of exhaled air flowing through the conduit of the air sensor 6 is then directed through the longitudinal conduit 7 and exits through the longitudinal elimination outlet 8 of the portable collection device (3). In addition, if the valve 9 is in the position a, the flow of exhaled air passing through the air collecting duct 10 below the valve 9 is non-existent. However, when the valve 9 is in position b, the flow of exhaled air flows through the conduit of the air sensor 6 and is then deflected through the vertically disposed air collection conduit 10, where the fraction of the exhaled air stream may be collected in the air sample reservoir 18 or analyzed directly and in real time on the analytical analyzer 17 coupled to the system 1. The portable collection device (3) also comprises a heating component (19) covering its inner surface. Said heating member (19) is configured to act during the general process of acquiring exhaled air. The hardware module 12 is configured to fully control the system D by modeling the signal acquired by the air sensor 5 and determining the actions to be taken to affect the direction of the vented air controlled by the position of the valve Said hardware module 12 is therefore responsive to the air sensor 5 and to the automatic learning software 16 of the system D as it receives, processes and transmits signals between the other components of the system (13), which is configured to receive and process the signal from the air sensor of said portable collection device (3), in order to allow a better use of the analog-to-digital converter (ADC) obtaining an amplified signal, - a processing and communication unit (14) that generates the acquisition and communication of the signal to the processing device where the automatic learning software (16) is loaded; - and an automatic flow switching circuit (15) which affects the direction of the airflow exhaled by the valve (9). The processing and communication unit 14 is configured to create a port signal when the digital output of the ADC transitions to a high logic level, making the transistor of the automatic flow switching circuit 15 saturated, passing the stream to the valve (9) and passing the air flow through the air collection line (10). If the digital output ADC is at a low logic level, the transistor is cut off and there is no current flow to the valve (9), implying an outlet of the airflow through the disposal conduit (7). According to the preferred embodiment shown in Figure 1, the electronic module (12) also includes a connection to the portable collection device (3) and to the processing device where the corresponding automatic learning software (16) is loaded. The system (D) also includes automatic learning software (16) responsive to the hardware module (12) and contains a graphical interface for interacting with the subject / operator, allowing the definition of global characteristics and evaluation of the state of the operation, and an algorithm implemented in the automatic learning software (16) of the system (1) comprises a digital filter for acquiring the temperature signal the algorithm is configured to: - Calculate the respiratory flow and identify the endogenous fraction of exhaled air, regardless of the subject's carbon dioxide metabolism, through of the processed signal from the air sensor (5), thus calculating the flow of exhaled air; effectively detecting the respiratory rate of the subject Distinguish the inspiratory and expiratory phases of respiration, based on the detection of maxima and minima of the temperature signal processed; - Synchronize the subject's breathing cycle with a representative breathing cycle and modeled through at least three complete respiratory cycles. The imposition of a rhythm of breathing rhythm to the subject, by the graphical interface and according to the global characteristics of the subject, allows a fast synchronization of the rhythms of the breath and, consequently, a shorter time of acquisition of the pre-determined exhaled air portion . - Determine the mean time of expiration in order to select a predetermined fraction of the expiration interval, depending on the respiratory origin of the exhaled air; - Calculate the mean time of expiration of the subject, defined by the time difference between a maximum and a subsequent minimum, according to a series of breath cycles that the operator selects in the graphical interface of the automatic learning software (16). The system-related automatic learning process (D is based on the continuous calculation and the storage of the mean expiration time values, allowing the prediction of the time of occurrence of a new expiration and, consequently, the precise forecasting of the time window for the acquisition of the fraction of exhaled air to be sampled.

Após a previsão dos momentos de recolha de ar exalado durante a exalação, o software de aprendizagem automática (16) está configurado para transmitir essa informação ao módulo de hardware (12) que opera na válvula (9), através de um sinal de porta, como descrito acima. A interface gráfica software de aprendizagem automática (16) pode ser usada para definir as variáveis operacionais globais, tais como, mas não limitado a, - Fração de ar exalado para recolher/analisar, - Percentagem de abertura da válvula (9); - E número de ciclos respiratórios utilizados para determinar o tempo médio de expiração. A interface gráfica do software de aprendizagem automática (16) também permite definir variáveis relacionadas ao sujeito, tais como, mas não limitado a género, idade e condições fisiológicas (sentado, deitado ou sob testes de esforço), para iniciar e parar o processo de aquisição e para guardar dados para posterior análise. A interface gráfica também fornece simultaneamente indicadores de resposta para comunicar com o sujeito/operador, tanto mostrando a animação da sincronização de ciclos respiratórios ou o sinal tratado obtido pelo sensor de temperatura (5) . Nesta forma de realização preferida, o procedimento operacional começa com a conexão de todos os componentes a um dispositivo de processamento onde o software de aprendizagem automática (16) é carregado. A interface gráfica do software de aprendizagem automática (16) tem de ser iniciada. 0 operador primeiro define as variáveis operacionais globais e as variáveis relacionadas com o sujeito (20). As variáveis operacionais globais incluem a seleção da fração de ar exalado a recolher/analisar (boca, ar nasal, ar esofágico ou ar alveolar), a percentagem de abertura da válvula (9) e o número de ciclos respiratórios para determinar o tempo médio de expiração pelo algoritmo. As variáveis relacionadas com o sujeito incluem, género, idade e condições fisiológicas do sujeito (sentado, deitado ou sob testes de esforço) . O sujeito é então solicitado a exalar (21) para o bocal descartável sem retorno (2), que já está ligado ao dispositivo de recolha portátil (3). Durante este passo (21), e à medida que o sujeito exala para o dispositivo de recolha portátil (3) através do bocal (2), o operador deve verificar se o ritmo de respiração do sujeito segue um comportamento regular, de acordo com o ritmo de respiração, previamente definido pelas variáveis relacionadas com o sujeito e exibidas na interface gráfica do software de aprendizagem automática (16). Em seguida, a temperatura do ar exalado é sentida pelo sensor de temperatura (5) na forma de um sinal elétrico (22) que é então processado e transmitido pelo módulo de hardware (12) para o software de aprendizagem automática (16) . 0 algoritmo do software de aprendizagem automática (16) determina então um conjunto de parâmetros (23), através da análise do sinal produzido pelo sensor de ar (5) e transmitido pelo módulo de hardware (12) . Os referidos parâmetros são críticos para o procedimento de recolha da fração de ar exalado de interesse e incluem (i) o fluxo respiratório, com identificação da fração endógena do ar exalado, independentemente do metabolismo do dióxido de carbono do indivíduo; (ii) o fluxo de ar exalado; (iii) a frequência respiratória e (iv) o tempo médio do ciclo respiratório, que compreende as fases, inspiratória e expiratória.After predicting the moments of collection of exhaled air during the exhalation, the automatic learning software (16) is configured to transmit this information to the hardware module (12) operating on the valve (9), via a door signal, as described above. The graphical user interface automatic learning software (16) can be used to define global operational variables, such as, but not limited to, - Exhaled air fraction to collect / analyze, - Percentage of valve opening (9); - Number of respiratory cycles used to determine mean expiration time. The graphical interface of the automatic learning software (16) also allows to define variables related to the subject, such as, but not limited to gender, age and physiological conditions (sitting, lying or under stress tests), to start and stop the and save data for later analysis. The graphical interface also simultaneously provides response indicators to communicate with the subject / operator, both showing the animation of the synchronization of respiratory cycles or the treated signal obtained by the temperature sensor 5. In this preferred embodiment, the operating procedure begins by connecting all the components to a processing device where the automatic learning software (16) is loaded. The graphical interface of the automatic learning software (16) must be started. The operator first defines the global operating variables and the variables related to the subject (20). Global operative variables include selection of the fraction of exhaled air to be collected / analyzed (mouth, nasal air, esophageal air or alveolar air), the percentage of valve opening (9), and the number of respiratory cycles to determine the mean expiration by the algorithm. Subject-related variables include gender, age, and physiological conditions of the subject (sitting, lying down, or under stress tests). The subject is then urged to exhale (21) to the disposable nozzle (2), which is already connected to the portable collection device (3). During this step (21), and as the subject exudes to the portable collection device (3) through the mouthpiece (2), the operator must check whether the subject's breathing rate follows a regular behavior, in accordance with rhythm of breathing, previously defined by the variables related to the subject and displayed in the graphical interface of the automatic learning software (16). Thereafter, the temperature of the exhaled air is sensed by the temperature sensor 5 in the form of an electrical signal 22 which is then processed and transmitted by the hardware module 12 to the automatic learning software 16. The algorithm of the automatic learning software 16 then determines a set of parameters 23 by analyzing the signal produced by the air sensor 5 and transmitted by the hardware module 12. Said parameters are critical for the collection procedure of the exhaled air fraction of interest and include (i) the respiratory flow, with identification of the endogenous fraction of the exhaled air, regardless of the individual's carbon dioxide metabolism; (ii) the flow of exhaled air; (iii) the respiratory rate and (iv) the mean time of the respiratory cycle, which comprises the inspiratory and expiratory phases.

Posteriormente, a sincronização entre o ciclo respiratório do sujeito (32) e um ciclo de respiração representativo e modelado (33) do algoritmo é avaliada (24) pelo algoritmo de aprendizagem automática (16) . Se esta sincronização não ocorrer durante três ciclos respiratórios completos, o sujeito é informado pela interface gráfica (25) para que corrija seu ciclo de respiração, através da imposição de um ritmo respiratório. Assim que a referida sincronização ocorrer, o tempo médio de expiração é calculado (26) pelo algoritmo de aprendizagem automática (16), para o número de ciclos previamente pré-definidos, permitindo o processo de aprendizado automática e a previsão dos momentos exatos para a recolha da fração de ar exalado (26). Como exemplo, a predição dos referidos momentos exatos para a recolha d ar alveolar está relacionada com a região de interesse (34), do sinal respiratório do sujeito (32), durante a exalação. Após essa previsão, o indicador de resposta "estado de abertura da válvula (fechado ou aberto)" é comunicado ao operador. 0 software de aprendizagem automática (16) transmite então os momentos de aquisição de ar exalado para a unidade de processamento e comunicação (14) do módulo de hardware (12), que atua no circuito de comutação de fluxo automático (15) gerando e transmitindo um sinal de porta para a válvula (9), durante um período de tempo dependente da fração de ar exalado de interesse a recolher (27) . A válvula (9) pode então direcionar seletivamente a fração de interesse de fluxo de ar exalado. A referida fração de fluxo de ar exalado de interesse pode ser armazenada num reservatório de amostra de ar (29) ou analisada diretamente no analisador analítico (30) . Por fim, a presença de compostos químicos na fração de interesse do ar exalado pode ser detetada (31), seja offline (29) ou em tempo real (30). Em seguida, o operador pode, opcionalmente, escrever comentários decorridos durante o processo de aquisição e guardá-los juntamente com os dados de aquisição.Subsequently, the synchronization between the respiratory cycle of the subject (32) and a representative and modeled breathing cycle (33) of the algorithm is evaluated (24) by the automatic learning algorithm (16). If this synchronization does not occur during three complete respiratory cycles, the subject is informed by the graphical interface (25) to correct his breathing cycle by imposing a respiratory rhythm. As soon as said synchronization occurs, the average expiration time is calculated (26) by the automatic learning algorithm (16), for the number of previously predefined cycles, allowing the process of automatic learning and the prediction of the exact moments for the collection of the exhaled air fraction (26). As an example, the prediction of said exact times for alveolar collection is related to the region of interest (34), of the subject's respiratory signal (32), during exhalation. After this prediction, the response indicator "valve open state (closed or open)" is communicated to the operator. The automatic learning software 16 then transmits the exhaled air acquisition moments to the processing and communication unit 14 of the hardware module 12, which operates in the automatic flow switching circuit 15, generating and transmitting a port signal for the valve (9), for a period of time dependent on the fraction of exhaled air of interest to be collected (27). The valve (9) can then selectively direct the exhaled airflow fraction of interest. Said exhaled airflow fraction of interest may be stored in an air sample reservoir (29) or analyzed directly in the analytical analyzer (30). Finally, the presence of chemical compounds in the fraction of interest in the exhaled air can be detected (31), either offline (29) or in real time (30). Then, the operator can optionally write comments that have elapsed during the acquisition process and save them along with the acquisition data.

Embora a tecnologia tenha sido descrita em relação às suas formas de realização preferidas, deve entender-se que inúmeras modificações, mudanças, variações, substituições e equivalentes podem ser feitas por alguém especializado na técnica, sem se afastar do âmbito da tecnologia.While the technology has been described in connection with its preferred embodiments, it will be understood that numerous modifications, changes, variations, substitutions and the like may be made by one skilled in the art without departing from the scope of technology.

EXAMPLOS DE APLICAÇÃO A habilidade de recolher precisamente uma fração de interesse do ar exalado de acordo com sua origem respiratória, permite análises em tempo real ou posterior (on-line ou offline) da composição da referida fração de ar exalado. 0 conhecimento desta composição permite monitorizar e ajuda a diagnosticar várias doenças com base na concentração anormal de biomarcadores já conhecidos relacionados a tais doenças. A análise composicional das amostras da fração de ar exalado pode estar relacionada a uma ampla diversidade de doenças que incluem: inflamação respiratória crónica e doenças dos pulmões, cancro, diabetes, disfunção renal, insuficiência hepática, intoxicações, e infeções virais ou bacterianas, doenças intestinais entre outras.APPLICATION EXAMPLES The ability to precisely collect a fraction of interest from exhaled air according to its respiratory origin allows for real-time or later (online or offline) analysis of the composition of said exhaled air fraction. Knowledge of this composition allows monitoring and assists in diagnosing various diseases based on the abnormal concentration of known biomarkers related to such diseases. Compositional analysis of the exhaled air fraction samples may be related to a wide variety of diseases including: chronic respiratory inflammation and lung diseases, cancer, diabetes, renal dysfunction, hepatic impairment, intoxications, and viral or bacterial infections, intestinal diseases among others.

Além disso, a avaliação da temperatura do ar exalado durante um único ou múltiplos ciclos respiratórios permite a deteção do estado inflamatório das vias respiratórias do sujeito.In addition, assessing the temperature of the exhaled air during a single or multiple respiratory cycles allows the detection of the inflammatory state of the subject's airways.

REFERÊNCIASREFERENCES

[1] WO 2014/110181 Al - Breath selection for analysis [2] WO 2015/143384 Al - Selection, segmentation and analysis of exhaled breath for airway disorders assessment [3] US 2006/0200037 Al - System and method for selectively collecting exhaled air [4] US 2015/065901 Al - Universal breath sampling and analysis device[1] WO - 2014/110181 Al - Breath selection for analysis [2] WO 2015/143384 Al - Selection, segmentation and analysis of exhaled breath for airway disorders assessment [3] US 2006/0200037 Al - System and method for selectively collecting exhaled air [4] US 2015/065901 Al - Universal breath sampling and analysis device

Lisboa, 4 de setembro de 2017.Lisbon, September 4, 2017.

REINVIDICAÇÕES 1. Um sistema para recolha controlada e seletiva de ar exalado, caracterizado por compreender: - Um dispositivo de recolha portátil (3), compreendendo pelo menos um sensor de ar (5) e uma válvula de desvio (9); - Um módulo de hardware (12), conectado ao dispositivo de recolha portátil (3) , configurado para receber, processar e transmitir dados do pelo menos um sensor de ar (5), e para acionar a válvula de desvio (9);A device for collecting controlled and selective exhaled air, characterized in that it comprises: - A portable collection device (3), comprising at least one air sensor (5) and a by-pass valve (9); A hardware module (12), connected to the portable collection device (3), configured to receive, process and transmit data from the at least one air sensor (5), and to actuate the bypass valve (9);

Um dispositivo de processamento que compreende meios de interface e meios de processamento, estando o referido dispositivo de processamento configurado para operar o módulo de hardware (12) de acordo com um algoritmo de aprendizagem automática, com base nos dados enviados pelo módulo de hardware (12). 2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o dispositivo de recolha portátil (3) possuir uma cavidade interna em forma de T, formada por: - Uma conduta longitudinal compreendendo uma conduta do sensor de ar (6) na sua porta de entrada (4), onde se encontra instalado pelo menos um sensor de ar (5) , e uma conduta de eliminação de ar (7) na sua porta de saída (8); - Uma conduta vertical, conectada à conduta longitudinal, compreendendo uma conduta de recolha de ar (10) onde a válvula de desvio (9) está instalada, e onde a saída da conduta vertical é conectada a meios de recolha de ar; 3. Sistema de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o dispositivo de recolha portátil (3) compreender um componente de aquecimento (19) que cobre as superfícies internas da conduta doA processing device comprising interface means and processing means, said processing device being configured to operate the hardware module (12) according to an automatic learning algorithm, based on the data sent by the hardware module (12). ). A system according to claim 1, characterized in that the portable collection device (3) has an internal T-shaped cavity, formed by: - A longitudinal conduit comprising a conduit of the air sensor (6) at its port (4), wherein at least one air sensor (5) is installed, and an air elimination conduit (7) at its outlet port (8); A vertical duct connected to the longitudinal duct, comprising an air collection duct (10) where the bypass valve (9) is installed, and wherein the outlet of the vertical duct is connected to air collection means; System according to claim 2, characterized in that the portable collection device (3) comprises a heating component (19) which covers the internal surfaces of the duct

Claims

(6), the air discharge duct (7) and the air duct (10).

System according to claim 2, characterized in that the air collecting means is of the reservoir type (18) or type of analyzer (17).

System according to Claim 2, characterized in that a disposable nozzle (2) is connected to the longitudinal inlet port (4).

A system according to claim 2, characterized in that the air sensor (5) is a temperature sensor.

A system according to claims 1-6, characterized in that the hardware module comprises: - a signal conditioning circuit (13), configured to receive and process the signal from the air sensor (5); A processing and communication unit (14), configured to manage the acquisition and communication of signals to the processing device; An automatic flow switching circuit (15) configured to operate the bypass valve (9) of the portable collection device (3).

Method of operating the system for controlled and selective collection of exhaled air, claimed in claims 1 to 7, characterized in that it is independent of the subject's CO2 metabolic production and comprises the following steps: a) Initialization of the device interface means processing; b) Configuration of variables related to the subject in the processing device, namely age, gender and physiological conditions of the subject, such as, but not limited to, sitting, lying down or under stress tests; c) Configuration of global variables of the acquisition process in the processing device, including: - The fraction of interest of exhaled air for sample, according to the origin of the same; The percentage of the opening of the valve (9) leading the exhaled air into a portable collection device (3); - The number of respiratory cycles for the calculation of mean expiration time by an automatic learning algorithm. d) Acquisition of exhaled air through a disposable nozzle (2), for at least one respiratory cycle and until regularized, according to a rhythm previously defined by said automatic learning algorithm and demonstrated by a graphic interface, based on in said variables related to the subject, collected in step b); e) Measurement of exhaled airflow, identifying the endogenous fraction of the exhaled air, independently of the carbon dioxide metabolism of the subject, through the temperature variation measured by a temperature sensor (5), for calculating the exhaled airflow by said automatic learning algorithm; f) Measurement of the respiratory rate and the mean time of the respiratory cycle, which comprises the inspiratory and expiratory phases, by the automatic learning algorithm; g) the incronization of the respiratory cycle acquired with the respiratory cycle learned and modeled during steps d) to f) by the automatic learning algorithm; h) Calculation of mean expiratory time, by the algorithm of automatic learning for the adjustment of the representative and modeled respiratory cycle; i) Estimation of the moments of collection of the exhaled air fraction of interest by the automatic learning algorithm; j) Heating the internal parts of the air sensor conduit (6), the air elimination conduit (7) and the air collecting duct (10) of said portable collection device (3), by means of the component of heating (19); k) Sending the instants for acquisition of exhaled air provided in i) to the processing and communication unit 14 of the hardware module 12; OF said unit (14) acts on a valve (9) of the device (3) which, when closed, conveys the fraction of exhaled air of interest to an elimination outlet (8) of said portable collection device (3) and when opens the fraction of exhaled air of interest to a collection outlet (11) of said device (3); m) Collection of the exhaled air fraction of interest by the portable collection device (3).

A method according to claim 8, wherein the fraction of exhaled air of interest to be collected has a number of origins, namely mouth, nasal, esophageal and alveolar air.

A method according to claim 8, characterized in that the fraction of exhaled air of interest is collected and derived from a single respiratory cycle, being available for real-time analysis by the analytical equipment (17).

A method according to claim 8, characterized in that the fraction of exhaled air of interest is collected and derived from multiple respiratory cycles to be conveyed to a sample reservoir (18).

A system according to claims 1 to 7 used to collect the fraction of exhaled air of interest for analysis of its chemical composition.

A system according to claims 1-7 used for detecting the inflammatory state of the airways by measuring the temperature of the air exhaled by the temperature sensor (5) during a respiratory cycle. Lisbon, September 4, 2017.