CN107106079A - 用于筛查感染性疾病的呼吸分析***及方法 - Google Patents

Abstract

呼吸分析***及方法测试呼出气体或冷凝物中的感染性疾病。自动呼吸采样***可在各种临床情况下获得可靠的样品。在一些变型中，所述***是模块化的***，且可保护设备及临床医生免受污染。在一些变型中，所述***可为定点照护快速结果仪器。在一些变型中，可经配置用于离线分析，在这种情况下，将收集到的样品提交给独立分析仪进行测量。

Description

用于筛查感染性疾病的呼吸分析***及方法

相关申请案的交叉参考

本申请主张2014年10月20日申请的第62/066,094号美国临时申请案的权益，所述申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及呼吸分析领域，且更特定来说，本发明涉及筛查、监测、诊断及评估呼吸中感染性疾病的存在及状态。

背景技术

感染性疾病的筛查通常需要血液测试或测试另一种体液(例如唾液)，其可能需要花费几个小时来执行，并且通常需要在血液分析设备所定位的中心位置执行。因此，血液或体液分析对于筛查人的感染性疾病不太理想，除非该人员在执行分析时被隔离，这从公共健康角度来看是不切实际的及无效的。另外，由于贯穿过程需要的患者接触及样品处置，因此使用血液、唾液或体液测试对人进行筛查可能会使参与样本收集及分析的医护人员暴露于致病因子。

传统的筛查技术本身也不适合于个体对其自身进行筛查试验—需要护理工作者收集、处置、运输及分析样本。对于更好的筛查程序的大量需求并未得到满足，尤其是在疾病暴发及流行病期间。

发明内容

改进可包含以下改进中的一些：(1)其将适合于非专业人士对他或她自身执行测试，(2)其将能够获得定点照护快速结果，或任选地对样本进行快速离线分析，(3)其将包含避免测试对象的交叉污染及保护医护人员免受感染的样本处置方法，以及(4)其适合于方便地重复使用，如在筛查大量人群或重复对单一受试者的测试情况下。

改进的筛查方法可涉及通过测量受试者呼吸中的分析物来测试感染性疾病。举例来说，一些病毒感染(例如埃博拉病毒)可能导致溶血水平升高，这可通过测量呼吸中的CO来检测。然而，CO的水平可能以微量存在，这可能需要高水平的精确度及准确度以及技术上复杂的测量***。另外，需要考虑对设备采取特殊预防措施，以防止患者之间的交叉感染，并保护医护人员免受污染及感染疾病。

可在呼吸冷凝物(例如蛋白质、细菌、病毒及与疾病的存在相关的其它固态分子)中检测到一些感染性疾病。可通过测量与疾病的存在相关的气态物质而在呼吸气体中检测到其它感染性疾病。无论是在呼吸的冷凝物中还是在呼吸气体中的分析物均可均匀地存在于呼吸中，或者可位于肺的某一部分，例如在肺泡部分中。呼吸分析***在执行分析时可考虑到这一点。

在一些情况下，测试对象可能不愿意或不能够遵循命令。如果需要某一类型的呼吸操纵来获得分析，那么可能无法收集可靠的样本，或者样本可能根本不可收集，或导致不准确或错误结果，且因此限制其有效性。有效的感染性疾病筛查工具可能需要100％的准确性及100％的有效性才可用于此应用中。因此，在筛查感染性疾病的***中，自动呼吸采集及采样***是非常优选的。

在一些变型中，本文描述的***及方法能够解决感染性疾病筛查中存在的更多问题中的一者。这些***及方法可采用自动及快速的定点照护呼吸收集及分析***来测量感染性疾病标记物的存在，并且可并入特征来保护受试者不受交叉感染，以及保护医护人员使其不感染疾病。所述***经配置以在现场应用中有用，例如，村庄，或偏远地区或战场中的诊所，在公共或半公共场所(例如交通枢纽或避难所)中，在保健设施(例如急诊室及分诊处)中，或在家中。在后一种情况下，所述***可由受试者在家中自己使用，其正在自己筛查暴露于疾病或被感染后的症状的进展或改善。

尽管给出的实例与感染性疾病有关，但是本文所描述的***及方法也可应用于毒物。在一些变型中，对个体执行多次测量以评估治疗的有效性及/或帮助滴定及调节治疗剂量。举例来说，如果将抗病毒因子或输血或血液过滤疗法应用于受影响的个人，那么可监测治疗的有效性及状态以及治疗剂量。并且，虽然给出的实例可涉及筛查人群的暴发或非所要暴露，但本发明并不如此受限，并且可适用于(例如)测试对象故意暴露于感染或毒素的研究应用。

在一些变型中，呼吸分析设备包含：入口，其用于获得来自受试者的气体流；呼吸检测器，其用于测量所述气体流中的呼吸信号；处理器，其基于所述呼吸信号确定可接受呼吸；模块化的子组件，其含有可从所述设备移除的用于所述气体流的路径；阀，其用于控制所述路径内的所述气体流，其中所述阀与所述气体流流体地断开连接；及分析物组成传感器，其流体地连接到所述气体流。

在一些变型中，所述阀经配置以允许所述可移除的气体流路径卡入所述设备中。在一些变型中，所述阀是夹紧阀。

在一些变型中，所述设备包含蠕动泵，且所述呼吸检测器包含非接触感测元件。

在一些变型中，所述设备包含发射器，其用于将结果发射到物理上远程的接收装置，以供与所述设备相距某个距离的用户观察。在一些变型中，所述设备包含接收器，且其中所述设备经配置以响应于通过所述接收器从物理上分离的发射器接收的远程命令来分析呼吸。

在一些变型中，所述设备包含麦克风，且所述处理器包含语音激活算法。

在一些变型中，所述可移除的气体路径模块包含能够启用或停用所述设备的标记装置，且所述处理器包含响应于呼吸分析来停用所述标记装置的算法。

在一些变型中，所述设备包含覆盖所述设备的一次性套筒。在一些变型中，所述设备包含允许例如高压灭菌的灭菌的构造。

在一些变型中，所述设备包含出口及过滤器，其中气体通过所述出口且接着通过所述过滤器排出到环境中，且其中所述过滤器对至少一种感染性疾病是不可透过的。

在一些变型中，一种筛查感染性疾病的方法包含：从受试者获得呼吸样本，其中所述呼吸样本行进通过仪器中的路径；使用所述仪器中的呼吸分析仪分析所述呼吸样本以了解与疾病相关的分析物的存在及水平；确定所述疾病的存在；从所述仪器移除所述路径；以及将替代路径***所述仪器。

在一些变型中，所述分析物是CO，且分析所述呼吸样本以了解CO的存在及水平包含下列中的至少一者：分析溶血速率，及分析作为体内感染性疾病的指标的溶血速率，以及基于所述受试者对所述感染性疾病的反应来分析血红细胞的分解。

在一些变型中，所述感染性疾病是埃博拉病毒。

在一些变型中，所述方法包含远程命令所述仪器。

在一些变型中，所述方法包含基于所述分析物的测量水平来修改治疗。

在一些变型中，所述方法包含基于所述分析物的所述测量水平来评估治疗的功效，以及通过比较不同的治疗来优化治疗方案。

在一些变型中，自动执行获得所述呼吸样本。在一些变型中，获得所述呼吸样本包含辨别多次呼吸以确定用于采样的适当呼吸。

在一些变型中，所述分析物是呼出气体中的气态物质。在一些变型中，分析物是固态分子。

在一些变型中，在所述测试期间实时测量所述样本。在一些变型中，离线测量所述样本。

实例可出于示范性目的描述感染性疾病呼吸分析筛查工具及方法，其中被测量的分析物为CO，例如在感染性疾病增加溶血速率的情况下。然而，这是示范性的，并且应理解，本文描述的方法及***适用于测量由于感染性疾病而存在于呼吸中的其它分析。预期从呼吸周期的不同部分；从完整的呼气周期，或从呼气的呼气末部分，或从呼吸循环的其它部分获得及测量分析。一些变型包含获得及测量一次呼吸或多次呼吸的样本，这取决于样本大小要求。还预期呼吸选择算法，其中针对分析定义呼吸的适当类型并将所述类型作为目标，基于所讨论的分析物的水平及类型选择的呼吸类型。

附图说明

图1描述根据示范性变型的呼吸分析***的示意概述图。

图2描述根据示范性变型的患者接口的示意图。

图3a描述根据示范性变型的样本收集模式中的气动***的示意图。

图3b描述根据示范性变型的样本分析模式中的图3a的气动***的示意图。

图4展示根据示范性变型的未附接一次性模块的呼吸收集及测量设备。

图5描述根据示范性变型的用于图4的设备的一次性测试模块。

图6描述根据示范性变型的附接有一次性自含式测试模块的图4的设备。

图7描述根据示范性变型(拍摄，需要将这些分开)的具有保护盖的图6的设备，所述保护盖完全屏蔽设备使其不暴露于致病因子。

图8示意性地描述根据示范性变型的用于收集及分析呼吸样本的气动***。

图9描述根据示范性变型的不捕获或分析样本的气动***。

图10描述根据示范性变型的处于样本收集状态中图9的设备。

图11描述根据示范性变型的样本被收集并可用于离线分析的替代设备。

图12描述根据示范性变型用于筛查感染性疾病的方法。

具体实施方式

本文描述用于施用免疫球蛋白的方法及其使用装置。所述方法通常可包含测量患者的溶血水平，并确定患者是否适于免疫球蛋白治疗，及/或确定是否应继续免疫球蛋白治疗。因为溶血可能是免疫球蛋白治疗的副作用(***性并发症，导致危及生命的事件，例如急性肾衰竭及弥散性血管内凝血)，本文所描述的方法可有利地通过在治疗之前或治疗期间监测溶血而增加免疫球蛋白治疗的成功率。

图1描绘根据变型的***100，***100包括患者接口102、分析仪116、用于分析仪的盖118、能够可移除地附接的气动模块112、气动硬件子***104、能够可移除地附接的分析物测量传感器模块106、及任选地物理上分离的控制模块接收器/发射器122。

单独控制模块122可用于从仪器接收结果，例如如果仪器处于隔离病房，或者如果个人在家中使用仪器。也可通过语音命令(使用麦克风126)来命令仪器进行操作，例如，同样如果仪器处于隔离病房，或者如果受试者与监督测试的医疗保健提供者分离，或者在可能无法容易地接近测试对象的实验室研究的情况下。

***100还可包含患者入口108、环境入口114、发射器/接收器120(用于与接收器/发射器122远程通信)、电力模块124及控制***128。

如将在随后的描述中看到，能够可移除地附接的气动模块可以不会与***的硬件接触并且因此不会污染***的硬件的方式来分析通过呼吸分析仪器的移动气体。

图2描绘根据变型的患者接口200、其包括具有鼻针206的鼻夹204，及用于连接到采样设备的采样管线208。在一些变型中，接口200可为在图1中显示的患者接口102。患者接口200还包含非采样管线202，其可辅助将患者接口定位在患者的面部上。

患者接口可不具有可捕获正在寻找的因子的过滤器。在一些变型中，患者接口可包含捕获因子并将其放置在仪器中用于分析的过滤器。

图3a及3b描述根据变型的一次性气动模块302及气动硬件子***(图3a及3b中的阀、泵等等)的组合300。一次性气动模块302可对应于图1中的一次性气动模块112。类似地，图3a及3b中的气动硬件子***可对应于图1中的气动硬件子***104。图3a及3b中的分析物传感器可对应于图1中的一次性传感器模块106。

可移除的气动模块302被展示为卡入仪器的气动硬件子***中。在图3a中，以呼吸样本收集模式展示气动装置。硬件子***经布置使得来自患者的气体流不进入气动硬件组件中的任何者，例如气体路由阀。

在一些变型中，气体流不行进通过分析物传感器。在其它变型中，气体流确实行进通过分析物传感器。分析物传感器可为一次性的。

阀V1a、V1b等可为具有夹紧气体流管道以路由气体行进的机构的夹紧阀。因此，阀永远不会暴露于气体中的可能污染。在一些变型中，阀是电磁的或以其它方式不接触在可移除的气动模块302中流动的气体。

呼吸传感器(如果包含)可包括不需要与气体或冷凝物物理接触的感测元件。举例来说，感测元件可为光学的或超声波的。行进通过感测元件的区段管道可具有不同的构造及性质，即管道组的平衡，例如玻璃、聚碳酸酯或具有传感器所需的光学性质的其它材料。

泵可为在不需要与气体物理接触的情况下推动气体流的类型，例如蠕动泵

图3a及3b描述用于路由及分割来自患者的气体的变化如下：气体收集路径(图3a)包含气体行进通过V1a、呼吸传感器，通过阀V2a，通过V2a与V3a之间的样本收集管，通过V3a，通过泵，并通过阀V4a及通过污染物过滤器排出。在此阶段期间，相对的阀V1b、V2b等将管道夹紧关闭，以使气体流转向通过其它路线。一旦在阀V2a与阀V3a之间收集到样本，***就将阀切换为“a”阀被夹紧关闭，及“b”阀被切换打开，如图3b中所展示。

如图3b中所展示，环境空气进入通过阀V1b并通过呼吸传感器，围绕旁路管中的阀V2a及V3b并进入阀V3b，通过泵，到呼吸样本已被定位的阀V3a与V2b之间的区段，并且将呼吸样本推动通过阀V2b，并且到分析物传感器，且通过污染物过滤器排出。排气孔处的污染物过滤器经特别设计用于捕获任何致病因子以防止其逸散到环境中并污染他人。在一些变型中，这些过滤器可为超低孔隙率过滤器，并且可包含例如UV光源的有源元件，或经调谐以在致病因子从仪器流出之前消灭或分解仪器内的致病因子的加热器。

在一些变型中，用三通夹紧阀替代图3a及3b中的每对阀。放置在阀的夹紧元件之间及在泵中的管道的区段可为弹性材料，例如硅酮或合成橡胶。如稍后将描述，管道组可布置在容易***的模块中。也考虑替代气动路径，且图3a及3b中描述的路径及阀控制是出于示范性目的。

图3a及3b的***在其中针对特定感染测量呼气末气体，且其中需要测量某一类型的呼吸而不仅仅是任何呼吸的应用中可为有利。分析传感器的类型可为化学、电化学、荧光、比色、光学或其它类型的感测技术。在一些应用中，可能取决于所讨论的分析物将呼吸感测功能与分析物感测功能组合，在这种情况下，可从设计中省略呼吸传感器或分析物传感器。

在一些变型中，将气体样本直接路由到分析物传感器用于测量可能是足够的，而不需要将其暂时存储在收集区域中。在一些变型中，仪器可用于仅收集样本，且接着将样本***另一种仪器中。在一些变型中，可在密封模块中模块化地移除排气过滤器，以允许样本归档及随后分析。如所说明，排气过滤器经特别设计以捕获有关因子。

图4到6展示根据示范性变型的设计成被卡入仪器116的气动硬件子***中的一次性可移除的气动模块302。可移除的气动模块302可在薄膜或板上可用，使得组合件的组件被精确配准，并且整个组合件可容易、快速及可靠地卡入仪器的硬件侧，从而相对于硬件组件完美地放置一次性管道。

图6展示附接到仪器的一次性可移除的气动套件。一次性套件可包含标记特征及仪器标记功能，它们一起启用或停用用于执行测试的设备。如果先前的测试为负，那么标记特征可允许套件被重新使用，或者如果先前的测试为正，那么停用设备。以此方式，标记可防止可导致归因于交叉污染的错误诊断的可移除的气体路径模块的第二次使用。另外，可使用标记功能确保套件正确安装。

图7描述保护性透明套筒702，其中可放置仪器以保护仪器的表面免于暴露于污染物。在使用后，可容易地移除套筒并对其进行处理或灭菌。

图8描述设备800，其中来自患者的气体经由夹紧阀V1a进入，通过传感器1，并且通过泵，其中阀V1b及V2b被夹紧关闭以使流转向通过阀V1a及V2a。当***确定应分析样本时，样本行进通过阀V2b并通过传感器2，然后通过泵，其中阀V1a及V2a被夹紧关闭且阀V1b及V2b打开。传感器1用于研究测试对象的呼吸状态，且传感器2用于测量分析物。传感器1可为压力换能器、流传感器，CO2传感器或能够研究呼吸状态的其它类型的传感器。传感器2可为电化学传感器、化学传感器、电传感器、比色传感器、光学传感器、发光、生物发光传感器、色谱传感器或其它类型的传感器。在一些变化中，使用相同传感器来研究分析物的呼吸状态及测量。

图9及10描述设备900的变型，其中患者接口及样本收集仪器被集成到小型便携式设备中。整个设备或设备的大部分可为一次性的或可灭菌的。所述装置可附装到测试对象的气道上，通常是其鼻部或嘴部，但也可能以其它方式潜在地耦合到气道，并且受试者通过所述设备呼入及呼出。可发生正常呼吸，或者可给予呼吸操纵命令。吸入的气体进入设备的右侧，并通过可移除的过滤器进入受试者，并且呼出的气体离开设备的左侧。呼出的气体被捕获在设备的呼气分支中，并且可通过样本收集端口接近，例如用如图10中所展示的注射器接近。可相应地收集并分析气态或非气态分析。

图11描述设备1100，在此情况下，可离线执行样本测量。样本收集仪器经配置以存储样本，所述样本可保存在可移除并适于附接到另一仪器用于分析的密封容器中。样本收集可为单次呼吸的样本收集，基于呼吸选择标准选择的呼吸，或者可为多次呼吸的样本收集。患者气体行进通过阀V1a及V2a，并且来自患者的所选择的样本通过阀V2b转向，任选地与通过阀V1b吸入的环境空气一起转向。一旦所要的必需样本被捕获在样本室中，气体流就改变回到路径V1a-V2a。

图12描述根据变型的筛查感染性疾病的方法1200。方法1200包含从受试者1202获得呼吸样本，其中呼吸样本行进通过仪器中的路径。方法1200包含使用仪器中的呼吸分析仪分析呼吸样本，以了解与疾病1204相关的分析物的存在及水平。方法1200包含确定疾病1206的存在。方法1200包含将路径从仪器1208移除。方法1200包含将替代路径***仪器1210。

在一些变型中，分析物是CO并且分析呼吸样本以了解CO的存在及水平包含下列中的至少一者：分析溶血速率，及分析作为体内感染性疾病的指标的溶血速率，以及基于受试者对感染性疾病的反应来分析血红细胞的分解。

在一些变型中，感染性疾病是埃博拉病毒。

在一些变型中，所述方法包含远程命令所述仪器。

在一些变型中，所述方法包含基于分析物的测量水平来修改治疗。

在一些变型中，所述方法包含基于分析物的测量水平来评估治疗的功效，以及通过比较不同治疗来优化治疗方案。

在一些变型中，自动执行获得呼吸样本。在一些变型中，获得呼吸样本包含辨别多次呼吸以确定用于采样的适当呼吸。

在一些变型中，分析物是呼出气体中的气态物质。在一些变型中，分析物是固态分子。

在一些变型中，在测试期间实时测量样本。在一些变型中，离线测量样本。

在前面对变型的描述中，应注意，还可想到，图中描述的操作序列可以所有可能的排列组合。另外，虽然实施例描述NO测量，但其可适用于其它气体及分析。贯穿全文提供的实例说明本文所述的***及方法的原理，并且在不脱离本发明的范围及精神的情况下，所属领域的技术人员可进行各种修改、更改及组合。本文揭示的各种呼吸测量及采样装置的变型中的任何者可包含由本文中任何其它呼吸测量及采样装置或呼吸测量及采样装置的组合所描述的特征。因此，除了由所附权利要求书限制之外，并不希望本发明受限制。对于上述所有变型，不需要循序地执行方法的步骤。

Claims (23)

1.一种呼吸分析设备，其包括：

入口，其用于获得来自受试者的气体流；

呼吸检测器，其用于测量所述气体流中的呼吸信号；

处理器，其基于所述呼吸信号确定可接受呼吸；

模块化的子组件，其含有可从所述设备移除的用于所述气体流的路径；

阀，其用于控制所述路径内的所述气体流，其中所述阀与所述气体流流体地断开连接；及

分析物组成传感器，其流体地连接到所述气体流。

2.根据权利要求1所述的***，其中所述阀经配置以允许所述可移除的气体流路径卡入所述设备中。

3.根据权利要求1所述的***，其中所述阀包括夹紧阀。

4.根据权利要求1所述的***，其进一步包括蠕动泵，且其中所述呼吸检测器包括非接触感测元件。

5.根据权利要求1所述的***，其中所述设备包括发射器，其用于将结果发射到物理上远程的接收装置，以供与所述设备相距某个距离的用户观察。

6.根据权利要求1所述的***，其中所述设备包括接收器，且其中所述设备经配置以响应于通过所述接收器从物理上分离的发射器接收的远程命令来分析呼吸。

7.根据权利要求1所述的***，其进一步包括麦克风，且其中所述处理器包括语音激活的算法。

8.根据权利要求1所述的***，其中所述可移除的气体路径模块包括能够启用或停用所述设备的标记装置，且其中所述处理器包括响应于呼吸分析来停用所述标记装置的算法。

9.根据权利要求1所述的***，其进一步包括覆盖所述设备的一次性套筒。

10.根据权利要求1所述的***，其进一步包括允许例如高压灭菌的灭菌的构造。

11.根据权利要求1所述的***，其进一步包括排气出口及过滤器，其中气体通过所述出口且接着通过所述过滤器排出到环境中，且其中所述过滤器对至少一种感染性疾病是不可透过的。

12.一种筛查感染性疾病的方法，其包括：

从受试者获得呼吸样本，其中所述呼吸样本行进通过仪器中的路径；

使用所述仪器中的呼吸分析仪分析所述呼吸样本以了解与所述疾病相关的分析物的存在及水平；

确定所述疾病的所述存在；

从所述仪器移除所述路径；以及

将替代路径***所述仪器。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述分析物是CO，且其中分析所述呼吸样本以了解CO的存在及水平包括下列中的至少一者：分析溶血速率，及分析作为体内所述感染性疾病的指标的溶血速率，以及基于所述受试者对所述感染性疾病的反应来分析血红细胞的分解。

14.根据权利要求12所述的方法，其中所述感染性疾病是埃博拉病毒。

15.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括远程命令所述仪器。

16.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括基于所述分析物测量水平来修改治疗。

17.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：

基于所述分析物的所述测量水平来评估治疗的功效，以及

通过比较不同的治疗来优化治疗方案。

18.根据权利要求12所述的方法，其中自动执行获得所述呼吸样本。

19.根据权利要求12所述的方法，其中获得所述呼吸样本进一步包括辨别多次呼吸以确定用于采样的适当呼吸。

20.根据权利要求12所述的方法，其中所述分析物是呼出气体中的气态物质。

21.根据权利要求12所述的方法，其中所述分析物是固态分子。

22.根据权利要求12所述的方法，其中在所述测试期间实时测量所述样本。

23.根据权利要求12所述的方法，其中离线测量所述样本。