DE10158288A1

DE10158288A1 - System for sampling gas or odor from exhaled air, has an external dead zone volume for the gas to be extracted into, and a gas sensor for study and analysis

Info

Publication number: DE10158288A1
Application number: DE2001158288
Authority: DE
Inventors: Uwe Krueger
Original assignee: YSON DIAGNOSTICS AG
Current assignee: KROEGER, UWE, 25889 UELVESBOELL, DE
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-05-28

Abstract

When sampling gas or odor from exhaled breath, internal part-volumes of the exhaled breath are formed into an external dead zone volume (E), which can be defined for their origin, and passed to a gas sensor (I) for investigation. (E) is a vessel, with a capacity equal to the exhaled breath volume. The exhaled breath is taken through a mouthpiece and valve. The extraction channel leads (I).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Entnehmen von Gas- bzw. Geruchsproben aus der Ausatemluft. The invention relates to a method and an arrangement for removing gas or Odor samples from the exhaled air.

Innovative Verfahren der Gassensorik erlauben es, zur Bestimmung einer bakteriellen Besiedelung oder zur Identifikation von Stoffwechselvorgängen auch gasförmige Stoffwechselprodukte heranzuziehen. Wegen der großen Flächen die für eine Diffusion zur Verfügung stehen, ist die Analyse von gasförmigen Stoffwechselprodukten aus der Lunge von besonderem Interesse. Die Lunge ist zudem einem Infektionsrisiko, sowie einem Risiko für neoplastische Erkrankungen ausgesetzt, die je nach betroffenem Bereich durch charakteristische Geruchsmuster gekennzeichnet sind. Gassensorisch interessierende Konzentrationen von Gerüchen bzw. Gasen können im Falle der Atemluft in den Alveolen, in den Bronchien und/oder in der Mundhöhle und in den Nasengängen entstehen. Insbesondere zur Erkennung von Veränderungen oder Erkrankungsbereichen bei der Lungendiagnose wäre es deshalb erforderlich Gas- bzw Geruchsproben hinsichtlich des Herkunftortes bestimmen bzw. eingrenzen zu können. Innovative methods of gas sensors make it possible to determine a bacterial Colonization or to identify metabolic processes also gaseous To use metabolic products. Because of the large areas for diffusion are available is the analysis of gaseous metabolites from the Lungs of particular interest. The lungs are also at risk of infection, as well exposed to a risk of neoplastic disease depending on the affected Area are characterized by characteristic odor patterns. Gassensorisch Concentrations of odors or gases of interest can be found in the case of breathing air in the alveoli, in the bronchi and / or in the oral cavity and in the nasal passages arise. In particular for the detection of changes or disease areas in the diagnosis of the lungs it would therefore be necessary to take gas or smell samples to be able to determine or limit the place of origin.

Hierbei sind als Nebenbedingung eine rückwirkungsfreie Probennahme und eine minimale Belastung des Meßobjektes sowie eine kontinuierliche Messung vorzusehen. A secondary condition here is a non-reactive sampling and a minimal load on the test object and continuous measurement.

Das Sammeln von Gas- bzw. Geruchsproben aus der Ausatemluft (Exhalat) wird derzeit durch Probenbeutel vorgenommen. Bei bekannten gassensorischen Verfahren (z. B. Alkometer) erfolgt das Überstömen eines Gassensors mit der Ausatemluft. The collection of gas or odor samples from the exhaled air (exhalate) is currently made by sample bag. In known gas sensor methods (e.g. Alkometer) a gas sensor overflows with the exhaled air.

Bei allen bekannten Verfahren erfolgt keine spezifische Selektion der Gasprobe bzw. einer Teilprobe hinsichtlich des Entstehungsortes des Geruchs bzw. einer Substanzzumengung. Vielmehr findet bei bisherigen Verfahren der Probennahme eine Vermischung der verschiedenen Anteile des Exhalates statt, wodurch, besonders bei unforcierter Atmung, eine Verdünnung der Zielsubstanzen entsteht, die wiederum zu einer Verringerung der potentiellen Empfindlichkeit gassensorischer Untersuchungen führt. Eine Zuordnung von Gasanteilen aus bekateriellem Stoffwechsel, zu einer bestimmten Entstehungsregion (z. B. Lunge, Mundhöhle, Nasengänge) ist mit den herkömmlichen Verfahren nicht möglich. In all known methods there is no specific selection of the gas sample or a partial sample with regard to the place of origin of the smell or one Substanzzumengung. Rather, there is one in previous methods of sampling Mixing of the different parts of the exhalation takes place, whereby, especially at unforced breathing, a thinning of the target substances arises, which in turn becomes a Reduction of the potential sensitivity of gas sensor tests leads. An assignment of gas fractions from commercial metabolism to a specific one Region of origin (e.g. lungs, oral cavity, nasal passages) is with the conventional Procedure not possible.

Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zum Entnehmen von Gas- bzw. Geruchsproben aus der Ausatemluft unter Beibehaltung der Zuordenbarkeit von Gasanteilen zu dem Ort des Eintrages von gasförmigen Stoffwechselprodukten bzw. Geruchsstoffen für die gassensorische Diagnostik des Exhalates zu schaffen. The invention was therefore based on the object of a method and an arrangement for Taking gas or odor samples from the exhaled air while maintaining the Assignment of gas fractions to the location of the entry of gaseous ones Metabolic products or odorants for gas sensor diagnostics of the To create exhalates.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt gemäß einem Verfahren nach Anspruch 1 und gemäß einer Anordnung nach Anspruch 4. Die Merkmale in den Unteransprüchen stellen zweckmäßige Weiterbildungen der Gegenstände der genannten Ansprüche dar. The object is achieved according to a method according to claim 1 and according to an arrangement according to claim 4. The features in the subclaims expedient developments of the subjects of the claims mentioned.

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel anhand der Figuren erläutert werden. Es zeigen: The invention will be explained using an exemplary embodiment with reference to the figures. Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung zur Probenentnahme, Fig. 1 is a schematic representation of the arrangement for sampling,

Fig. 2 in schematischer Darstellung die Gasverhältnisse beim Ausatmen und im externen Totraum, Fig. 2 shows a schematic representation of the gas ratios during exhalation and in the external dead space,

Fig. 3 eine Atemkurve. Fig. 3 is a breathing curve.

Um eine räumliche Zuordnung von zu untersuchenden Gasproben zu Organstrukturen vornehmen zu können, wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren das Exhalat aus der Mundöffnung A über ein Mundstück B (Fig. 1) in ein externes strömungswiderstandsarmes offenes Totraumvolumen E mit hinreichendem Querschnitt eingeleitet. Dabei regelt ein Ventil C das Einströmen von Raumluft über den Stutzen D und das Ausströmen des Exhalats in das externe Totraumvolumen E. Aus dem Totraumvolumen E werden die zu analysierenden Gasproben über einen in seiner Lage veränderbaren Absaugstutzen G abgesaugt. Das Volumen des Absaugstutzens G ist klein gegenüber dem des externen Totraumvolumens E. In order to be able to carry out a spatial assignment of gas samples to be examined to organ structures, the exhalate is introduced from the mouth opening A via a mouthpiece B ( FIG. 1) into an external, low-flow, open dead space volume E with a sufficient cross section, according to the method according to the invention. A valve C regulates the inflow of room air via the connection D and the outflow of the exhalate into the external dead space volume E. The gas samples to be analyzed are extracted from the dead space volume E via a suction connection G which can be changed in its position. The volume of the suction nozzle G is small compared to that of the external dead space volume E.

Das Totraumvolumen E, das etwa dem des Ausatemvolumens entspricht, hat die Funktion, die körperinternen Volumenverhältnisse extern zu spiegeln und ein Reservoir für die Bereitstellung eines kontinuierlichen Gasprobenstromes für einen entsprechenden Gassensor I zu realisieren. The dead space volume E, which corresponds approximately to that of the exhaled volume, has Function to mirror the internal volume relationships externally and a reservoir for the provision of a continuous gas sample stream for a corresponding one Gas sensor I to implement.

Die Volumenströme im Atmungssystem sind weitgehend laminar. Dadurch sind die bei der Ausatmung verdrängten Volumina (Aeveolen, Bronchien, Mundhöhle etc.) lediglich an den Grenzschichten signifikant durchmischt. The volume flows in the respiratory system are largely laminar. As a result, they are at volumes displaced during exhalation (aeveoles, bronchi, oral cavity etc.) mixed significantly in the boundary layers.

Bei Einhaltung laminarer Strömungsbedingungen bleibt die Zuordenbarkeit des Entstehungsortes der Geruchsbeaufschlagung auch in dem externen Totraumvolumen E erhalten. Volumenanteile des Exhalates aus der Mundhöhle der Trachea und ggf. den oberen Bronchien gelangen bei Expiration zuerst in das externe Totraumvolumen E und werden bei fortschreitender Ausatmung durch Volumenanteile aus dem Alveolarraum verdrängt. Die Volumenverhältnisse in der Lunge und den entsprechenden Toträumen werden somit in dem externen Totraumvolumen E abgebildet. If laminar flow conditions are observed, the assignability of the Origin of the odor exposure also in the external dead space volume E receive. Volume shares of the exhalation from the oral cavity of the trachea and, if applicable, the upper bronchial tubes reach the external dead space volume E and as the exhalation progresses, volume portions from the alveolar space repressed. The volume ratios in the lungs and the corresponding dead spaces are thus mapped in the external dead space volume E.

In Fig. 2 ist schematisch dargestellt, wo nach Ausatmung die entsprechenden Kompartimente des Exhalats im externen Totraumvolumen lokalisiert sind. Am distalen Ende ist der externe Totraum gegenüber der Umgebungsluft offen; Volumenanteile aus der Mundhöhle strömen hier ab und werden somit für die Messung verworfen. In Fig. 2 is schematically shown, where the respective compartments are located in the external dead space volume of the Exhalats after exhalation. At the distal end, the external dead space is open to the ambient air; Volumes from the oral cavity flow out here and are therefore discarded for the measurement.

Durch geeignete Auswahl des Ortes und/oder des Zeitpunktes und/oder durch quantitative Bestimmung des bereits exhalierten Volumens für die Probenabsaugung bei inkonstantem Volumenstrom, gelingt so eine Differenzierung der Gasprobe hinsichtlich des ursprünglichen Entstehungsortes in der Lunge resp. dem internen Totraumvolumen (z. B. Differenzierung von Exhalatproben nach Totraumvolumen (Trachea)/Bronchien gegenüber dem Alveolarraum (s. Fig. 2)). By suitable selection of the location and / or the point in time and / or by quantitative determination of the already exhaled volume for the sample extraction with an inconsistent volume flow, a differentiation of the gas sample with respect to the original point of origin in the lungs or. the internal dead space volume (e.g. differentiation of exhalate samples according to dead space volume (trachea) / bronchi compared to the alveolar space (see FIG. 2)).

Es ist hierbei nicht erforderlich, die gesammten Volumenverhältnisse des Atmungsapparates extern abzubilden, vielmehr ist eine Zuordnung der Exhalatanteile zu dem jeweiligen Entstehungsort auch über eine gepulste Probennahme während des Vorbeistreichens des entsprechenden Probenanteils am Probenentnahmeort darstellbar. Für diese Meßsituation ist entsprechend des zur Messung erforderlichen Volumenstromes ein weiteres Reservoir H im Absaugstutzen G erforderlich. It is not necessary to determine the total volume ratio of the Respiratory system externally, rather an assignment of the exhalation parts to that respective place of origin also via a pulsed sampling during the The corresponding portion of the sample can be displayed at the sampling point. For this measurement situation, the necessary for the measurement is Volume flow another reservoir H in the suction nozzle G required.

Während des Vorbeistreichens nicht zu messender Exhalatkompartimente kann die Ansaugung von Meßgas zum Sensor I durch ein anhand der Meßwerte eines Srömungssensors S gesteuertes Ventil F verschlossen werden. While passing exhalate compartments that cannot be measured, the Intake of sample gas to sensor I by means of a based on the measured values Flow sensor S controlled valve F are closed.

Das Reservoir H ermöglicht einen gleichmäßigen Volumenstrom zum Sensor I, wenn das Ventil F kurzzeitig geschlossen ist. The reservoir H enables a uniform volume flow to the sensor I if that Valve F is briefly closed.

In Abhängigkeit der physikochemischen Parameter der Zielsubstanz kann eine Beheizung der Wandungen der Vorrichtung vorgesehen sein, um einen störenden Niederschlag an den Wandungen der Vorrichtung zu minimieren. Depending on the physicochemical parameters of the target substance, a Heating the walls of the device can be provided in order to avoid a disturbing To minimize precipitation on the walls of the device.

Claims

1. A method for taking gas or odor samples from the exhaled air, characterized in that internal volume fractions (compartments) of the exhalate are mapped in an external dead space volume (E) and can thus be defined with regard to their origin and can be fed to a special gas sensor analysis.

2. The method according to claim 1, characterized, that the different compartments of the Exhalates at certain points in the external dead space volume (E) and / or to one determined time and taken to a gas sensor (I).

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the sampling from the external dead space volume (E) based on the data of a Flow sensor (S) is controlled.

4. Arrangement for performing the method according to one of claims 1 to 3, characterized, that a vessel with a volume is provided as the external dead space volume (E) corresponds approximately to that of the exhaled volume to which the exhaled air flows through a mouthpiece (B) and a valve (C) is supplied and on which an extraction nozzle (G) is arranged, via which the compartments of the exhalate can be fed to the gas sensor (I).

5. Arrangement for performing the method according to claim 4, characterized, that the suction nozzle (G) variable in its position and at its attachment point to Dead space volume (E) is provided with a shut-off valve (F).

6. Arrangement for performing the method according to one of claims 4 or 5, characterized, that an additional gas reservoir (H) is attached to the suction nozzle (G).

7. Arrangement for performing the method according to one of claims 4 to 6, characterized, that the external dead space volume (E) is smaller than the internal dead space volume.

8. Arrangement for performing the method according to one of claims 4 to 7, characterized, that in the gas path a flow sensor (S) for registering the breathing curve and for Control of sampling via the valve (F) is provided.

9. Arrangement for performing the method according to one of claims 4 to 8, characterized, that heating of the walls of the arrangement is provided.