CN105578959A - 用于提取呼吸气体样品的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于提取呼吸气体样品的装置，包括：-用于容纳呼吸气体样品的容器，-在容器中可滑移并且气密地封闭设置的活塞；-可与吹嘴相连的导向容器中的气体输入装置。

Description

用于提取呼吸气体样品的装置

技术领域

本发明涉及一种用于提取呼吸气体样品的装置。

背景技术

至今不存在可靠的并且同时廉价的方法，用于诊断如像肺结核这样的疾病。对在人呼出空气中表征特定疾病的标记气体的测量并不是一种具有很高潜能的扩散性技术，并且不能廉价地转化以识别像肺结核和代谢紊乱这样的疾病。对呼出空气的分析例如借助气体色谱法/质量频谱分析法(GC/MS)进行。为此必须提前采集并存储呼出空气。这种存储在现有技术中借助所谓的吸附试管(亦称“吸附小管”)进行。这种存储还需在几周内有效，这例如能够实现世界范围内的寄送。

为了在吸附试管中收集足够的分子，必须通过吸附试管传导一定数量的呼吸空气(约1升)。在此应该连续地保持特定的流动速率(约100毫升/分钟)，因此所述气体在吸附试管中具有足够长的停留时长并且分子能够粘附在吸附剂上。这些边界条件对于在呼气时直接的提取并不能保持，因为这些试管一方面具有较高的流动阻力，因此不能直接通过试管呼气，并且另一方面呼气样品的提取持续大约10分钟。为了解决所述问题塑料袋被用作呼气存储器。这又具有这样的缺点，其释放的气体明显伪造了呼出空气的样品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种提取呼吸气体样品的装置，其避免了上述缺点。所述技术问题通过具有权利要求1的特征的装置解决。有利的技术方案和扩展设计由从属权利要求记载。

按照本发明用于提取呼吸气体样品的装置包含用于采集呼吸气体样品的容器、在容器中可滑移并且气密地封闭设置的活塞以及可与吹嘴相连的导向容器中的气体输入装置。所述容器例如是缸体。

容器和活塞一起构成用于呼气气体样品的存储空间，其能够通过活塞从容器滑出而增大。最大存储空间优选在0.1升至3升之间、尤其在0.5升到1.5升之间。

在此容器和活塞优选这样构造，使得面向呼吸气体样品的、也即内表面具有这样的材料，所述材料不会或者尽可能不会引起漏气，例如是PTFE(聚四氟乙烯)、玻璃或金属。由此可以有利地实现，存储在容器中的呼吸气体样品不会或不会明显被污染。容器和/或活塞为此可以具有配备相应材料的涂层。容器和/或活塞也可以完全地或者基本上完全地由所述材料制成。

这样形成的装置在不同的填充过程之间优选可以较好地冲洗，因此在***中不会保留残留物。换句话说，所述容器可以重复使用。因此例如取消在采集呼吸气体样品时对存储袋的更换，由此降低了成本。

在一种优选的扩展设计中，容器和/或活塞在接触各个其他元件的面上具有PTFE表面。由此可以在容器中实现活塞特别低摩擦的滑移。同时还可以避免漏气。低摩擦滑移特别有利地用于实现容器以人的呼气压力填充呼吸气体样品，其中活塞在通过呼气压力填充时必须被推动。

所述装置相宜地包括用于容纳吸附试管的容纳设备和用于将呼吸气体样品从容器导向吸附试管的器件。所述器件在此相宜地是一个或多个阀。因此实现了在容器中中间存储的呼吸气体样品受控地导向可更换的吸附试管中。所述装置为此有利地包括用于将呼吸气体样品从容器受控地导出的泵。

在一种有利的扩展设计中，所述装置包括阀***，其这样设计，被引入的呼气气体的第一部分被排出到环境中并且引入的呼气气体的跟随第一部分之后的第二部分被导入容器中。为此可以实现的是，被引入的呼气气体的例如来自嘴中、咽喉和空气管的并且可能混淆呼吸气体样品的部分不会或者仅微量地进入容器。呼气气体的典型地舍弃的第一部分包括在0.25升至0.75升之间、理想地为0.5升。

在此呼气首先被导入旁路中。被吹入的呼气的体积借助流量传感器测量(通过流动积分)。在达到期望的体积之后，阀将呼气流从旁路转接向存储活塞。可以考虑的是在装置中所述呼气存储器借助预紧的被动阀(Passiv-Ventil)被关闭。呼气首先被导入具有期望的旁路空间的“旁路呼气存储器”中。当该旁路呼气存储器满了，则***中的压力升高并且被动阀朝向主呼气存储器打开。因此当期望的体积流入旁路呼气存储器中时主呼气存储器才被填充。这种解决方案节省了在吹气时控制空间的切换。

所述装置可以包含流量传感器。借助该流量传感器例如可以检查呼气气体流入的速度并且因此进行对容器填充的监测。若装置例如包含控制的电器，则产生用于控制的测量值。

所述装置可以包含用于产生在约150Pa(对应15毫米水柱)范围中的背压的节流阀。在该范围中的背压有利地关闭了绿膜(软腭)并且阻止或减少了来自副鼻窦的干扰的呼气成分。在此相宜的是，节流阀的背压借助在装置中例如通过活塞的滑移而产生的背压校正，用于总体上保持尽可能低的背压。

若设置节流阀，则流量传感器有利地通过在节流阀之前和之后的压力传感器实现。压力传感器可以检测它们各自位置之间的压力差并且因此在借助于节流阀的属性的情况下得出流量的计算的结论。在此压力传感器可以具体地设计，用于两次确定绝对压力，其中然后计算压力差。一个或两个压力传感器同样可以设计为直接确定压力差。

在此有利的是，所述装置包括加热设备。通过容器、活塞和/或管道***的调温，可以在加热区域中降低或避免气体成分的吸附。由此呼吸气体样品更好地保持其气体组分并且减少由于之前呼吸气体样品的气体残留导致的污染。

所述装置还包括用于检测活塞经过的路程的传感器。因此可以监测和控制容器的填充。作为备选或补充可以在容器中设置压力传感器。其同样实现了对填充的控制。

附图说明

本发明优选的、但是不会构成限定的实施例在此结合附图进一步阐述。其中所述特征简化地示意表示并且不按比例地示出。在图1中示出用于呼吸气体样品的样品采集***10。

具体实施方式

样品采集***10包括吹嘴11，受检者通过其可以发出呼吸气体样品，亦即可以向样品采集***10呼气。样品采集***10在实际意义上仅包含用于吹嘴11的采集装置，喷嘴11自身是可更换的元件。所述喷嘴与由气体导管40构成的***相连，气体导管40将样品采集***10的其他元件相继地连接并且允许呼吸气体样品和其他气体的继续引导和分散。喷嘴11之后跟随细菌过滤器12，通过其将呼吸气体样品中的细菌清除出去。细菌过滤器12可以相宜地更换。

在细菌过滤器12之后沿呼吸气体样品主要占用的流入方向41跟随第一阀13。此后跟随第一节点16a、具有0.3毫米的直径的节流阀14和第二节点16b。第一和第二节点16a、16b构造为用于连接流量测量设备15。例如在两个节点16a、16b上设置压力传感器，它们又这样连接，使得在这两个节点16a、16b之间的压力差被输出。在图1中未示出的控制设备由该压力差确定通过节流阀14的流量。

在第二节点12b之后沿流入方向41跟随第三节点17，由此开始可以通过第二阀18到达气体出口19。在第三节点17之后沿流入方向41跟随第四节点20、第三阀21和第五节点22。缸体27与第五节点22直接相连，在缸体中在一个轴线上设置可移动的活塞28。在通入侧(在该侧面上气体导管40沿流入方向41通入缸体27中)缸体27连同活塞28构成呼吸气体中间存储空间43。

在缸体27的背离流入方向的一侧，气体导管延伸至第六节点29，该节点通过第四阀30导向第二气体出口31。此外第六节点29通过第五阀32与第七节点33相连。在第七节点33和第四节点20之间通过第六阀35形成另外的连接。最后气体导管40从第五节点22导向用于容纳吸附试管24的设备23。在吸附试管23之后气体导管40继续通过具有0.1毫米直径的第二节流阀25导向第七阀26并且从那儿导向第七节点33。最后第七节点33与泵34相连。

缸体27在该实施例中由不锈钢制成，其中内表面以PTFE涂覆。所述活塞又由PTFE制成。由此保证了在滑移时较小的摩擦并且同时用于，从活塞28或缸体27流出的气体不会污染呼吸气体样品。

出于相同原因非常有意义的是，其他元件尽可能地由PTFE、玻璃或金属构成。例如与气体接触的阀13、18、21、26、30、32、35的元件由不锈钢制成并且将特氟隆软管被用作气体导管40。

为了采集呼吸气体实施以下步骤。

首先样品采集***10的所有部件被冲洗、用于为它们清除之前样品可能的残留。为此阀13、18、21、26、30、32、35被合适地控制并且借助泵34从外部吸入空气经过样品采集***10。

活塞28在缸体27中为了进一步准备被推入一个位置，在该位置中呼吸空气中间存储空间43尽可能地最小化。最后为了受检者将吹嘴11推套到用于吹嘴11的采集设备上以及将吸附试管24***设备23中。

以下由此开始，即受检者用力地向吹嘴11呼气/吹气。用于样品采集***10的控制设备这样启动阀13、18、21、26、30、32、35，使得呼吸气体样品(其来自嘴/咽喉)的第一个四分之一升不能到达缸体中。为此第一和第二阀13、18打开并且第三和第六阀21、35闭合。借助流量传感器15可以控制流过节流阀14的并且在该时刻被舍弃的呼吸气体的数量。若呼吸气体样品的第一个四分之一升流过节流阀14，则阀被转接，用于将呼吸气体沿着流入方向41导入缸体27中。为此第一和第三阀13、21打开并且第二、第六和第七阀18、35、26闭合。

通过由受检者施加的呼气压力活塞28在缸体27中滑移，用于为呼出空气在呼吸气体中间存储空间43中提供空间。呼吸空气样品因此存储在呼吸气体中间存储空间43中。在可确定的数量的空气流入缸体27中之后，例如除了开始舍弃的四分之一升之外的一升，则控制设备结束呼吸气体的采集，方法是至少第一阀13关闭。

因此呼吸空气样品这样引导经过吸附试管24，使得可以发生对所包含气体尽可能好的吸附。为此第三、第六和第五阀21、35、32关闭并且第七和第六阀26、30打开。所述泵用于提供相应的压力，其可以将呼吸气体样品从呼吸气体中间存储空间43引导通过吸附试管。第二节流阀25在此又用于足够高的流动阻力、即足够低的流量，该流量实现了在吸附试管24中气体较好的吸附。

之后吸附试管可以被取出并且例如用于GC/MS分析，以用于确定标记气体(Markergasen)的浓度。样品采集***10借助所述步骤可以为其他受检者准备。

为了避免在样品采集***10中的冷凝，所述设备可以被加热到呼吸空气的露点以上的温度。作为备选可以在吹嘴中使用除湿器，例如硅胶干燥剂。但是除湿器不允许吸附有关的标记气体。作为备选呼吸空气的冷凝被容许。采集的冷凝液可以通过足够的冲洗过程再次去除。作为备选或补充可以在样品采集***10中设置排气装置。

对于之后的评估有利的是，使用这样的吸附试管24作为吸附试管，其优选吸附碳水化合物并且减少水的吸附，用于在之后评估气体组分时减少高份额的水并且减小由此带来的对测量的影响。

为了简化排气控制，可以在呼吸气体中间存储空间43中设置压力传感器。压力传感器例如记录压力升高，即当活塞28在缸体27中的运动可能性被充分利用时，也即缸体27被充分填充呼吸气体。之后控制设备可以结束样品采集。缸体27的空泵同样被监测。

Claims (14)

1.一种用于提取呼吸气体样品的装置，包括：

-用于容纳呼吸气体样品的容器，

-在容器中可滑移并且气密地封闭设置的活塞，

-可与吹嘴相连的导向容器中的气体输入装置，

-用于容纳吸附试管的容纳设置，

-用于将呼吸气体样品从容器导向吸附试管的器件。

2.按照权利要求1所述的装置，其中，由容器和活塞构成的空间在0.1升至3升之间、尤其在0.5升到1.5升之间。

3.按照权利要求1或2所述的装置，其中，所述容器在内侧具有PTFE表面。

4.按照前述权利要求任一项所述的装置，其中，所述活塞在接触容器的外表面上具有PTFE表面。

5.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述容器在面对呼吸空气样品的内表面上具有玻璃表面或金属表面。

6.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述活塞在面对呼吸空气样品的表面上具有玻璃表面或金属表面。

7.按照前述权利要求中任一项所述的装置，该装置具有用于将呼吸气体样品从容器受控地引导出来的泵。

8.按照前述权利要求中任一项所述的装置，该装置具有阀***，该阀***这样设计，使得被引入的呼气气体的第一部分被排出到环境中，并且引入的呼气气体的跟随第一部分之后的第二部分被导入容器中。

9.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其具有流量传感器。

10.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其具有用于产生15毫米水柱的背压的节流阀。

11.按照权利要求9和10所述的装置，其中，流量传感器包括用于确定在节流阀之前和之后的压力之间的差值的压力传感器。

12.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其具有加热设备。

13.按照前述权利要求中任一项所述的装置，其具有用于检测活塞经过的行程的传感器。

14.按照前述权利要求任一项所述的装置，其具有在容器中的压力传感器。