DE102006039140B4

DE102006039140B4 - Vorrichtung, deren Verwendung und Verfahren zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens

Info

Publication number: DE102006039140B4
Application number: DE200610039140
Authority: DE
Inventors: Dr. Becher Gunther; Rüdiger Eichler
Original assignee: Aerocrine AB
Current assignee: Niox AB
Priority date: 2006-08-16
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2026-08-17
Also published as: DE102006039140A1

Abstract

Vorrichtung zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens, wobei die Vorrichtung einen Einlass für inspiratorische Luft (1) in einen Hohlraum (2) hinein und vom Hohlraum (2) einen Auslass für inspiratorische Luft (3) zur Lunge aufweist, wobei im Einlass für inspiratorische Luft (1) ein Mittel zum Verschließen des Einlasses (4) eingerichtet ist, wobei der Hohlraum (2) einen Einlass für exspiratorische Luft (5) aufweist, wobei der Hohlraum (2) mindestens einen Auslass für die exspiratorische Luft (6) aufweist, wobei in dem mindestens einen Auslass für die exspiratorische Luft (6) ein Mittel zum Verschließen des mindestens einen Auslasses (7a, 7b) eingerichtet ist, wobei mindestens ein Durchflussmesser (8) zur Messung des Volumenstroms der inspiratorischen Luft im Einlass für inspiratorische Luft (1) oder im Hohlraum (2) eingerichtet ist und der Durchflussmesser (8) zur Messung des Volumenstroms der inspiratorischen Luft mit einer Steuereinheit (9) verbunden ist, wobei mittels der Steuereinheit (9) aus dem...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens des Respirationstraktes, die einen Einlass für inspiratorische Luft in einen Hohlraum hinein und vom Hohlraum einen Auslass für inspiratorische Luft zur Lunge aufweist und in deren Einlass für inspiratorische Luft ein Mittel zum Verschließen des Einlasses eingerichtet ist. Der Hohlraum ist mit einem Einlass für exspiratorische Luft und mindestens einem Auslass für die exspiratorische Luft ausgestattet. Im Auslass für die exspiratorische Luft ist ein Mittel zum Verschließen des Auslasses eingerichtet. Zur Messung des Volumenstroms ist im Einlass für inspiratorische Luft oder im Hohlraum ein Durchflussmesser eingerichtet, der mit einer Steuereinheit verbunden ist. Aus dem gemessenen Wert des Volumenstroms der inspiratorischen Luft wird mittels der Steuereinheit ein korrelierender theoretischer Wert eines Volumenstroms der exspiratorischen Luft errechnet und/oder es ist in der Steuereinheit ein korrelierender theoretischer Wert eines Volumenstroms der exspiratorischen Luft gespeichert und von dort abrufbar. Mittels der Steuereinheit ist der theoretische Wert des Volumenstroms der exspiratorischen Luft in theoretische Werte von Teilvolumenströmen des Volumenstromes zerlegbar. Den Teilvolumenströmen sind unterschiedliche Zonen des Respirationstraktes zuordenbar.
Das Mittel zum Verschließen des Einlasses für die inspiratorische Luft und/oder das Mittel zum Verschließen des Auslasses oder der Auslässe für die exspiratorische Luft sind durch die Steuereinheit ansteuerbar und regelbar, wobei der Betriebszustand „zu” oder „auf” des Mittels zum Verschließen des mindestens einen Auslasses für exspiratorische Luft entsprechend einem bestimmten Teilvolumenstrom des Volumenstroms der exspiratorischen Luft einstellbar ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Fraktionierung sowie eine Verwendung einer solchen Vorrichtung.
Solche Vorrichtungen werden beispielsweise zur Untersuchung der Funktion der Lunge sowie zur Diagnose von krankhaften oder altersbedingten Veränderungen eingesetzt. Insbesondere wird das Exspirationsvolumen nach Markern, die nicht dem eigentlichen Atemgas entstammen, untersucht, die ein Hinweis oder Nachweis krankhafter Veränderungen sind. Derartige krankhafte Veränderungen können diverse Lungenkrebsformen, Bronchitis, infektiöse chronische obstruktive Lungenerkrankungen, Bronchiektasen, Lungenemphysem und Pneumonien sein. Auch können bakterielle oder Pilz- bzw. Hefeinfektionen nachgewiesen werden. Die Aufzählung ist nicht abschließend. Solche Marker können flüchtige oder auch nicht flüchtige anorganische oder organische Verbindungen sein.
Durch die WO 91/05255 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose des Gesundheitszustandes sowie zur Therapieüberwachung und zur Verlaufskontrolle von Krankheiten, speziell der Lunge und der Atemwege, bekannt, bei dem nicht-flüchtige Substanzen – gegebenenfalls zusammen mit endogenen und exogenen flüchtigen Stoffen – in der menschlichen Atemluft analysiert werden. Hierzu werden von einem Probanden Atemstöße auf ein auf –196°C gekühltes, 1 cm² großes Probenträgerplättchen aufgehaucht. Die Probe wird dann auf dem Kryotisch durch Anlegen eines Ultrahochvakuums gefriergetrocknet und anschließend in unterschiedlicher Weise analysiert.
Aus der EP 0 759 169 B1 ist ein Verfahren zum Sammeln von ausgeatmetem Atemkondensat für die Diagnose des Gesundheitszustandes und von Stoffwechselleistungen der Lunge und der Atemwege sowie anderer Organe und zur Analyse ausgeatmeter körperfremder Stoffe bekannt, bei dem die Ausatemluft ein Probensammelrohr durchströmt und in diesem auf eine Minustemperatur unter 0°C abgekühlt wird, wobei die flüssigen und lösbaren Bestandteile auskondensieren und an der, eine niedrigere Temperatur als das Atemkondensat aufweisenden, Innenwand des Probensammelrohres anfrieren.
Die DE 199 51 204 C2 beschreibt ein Verfahren zur Analyse der Inhaltsstoffe der Ausatemluft, bei dem aus der Ausatemluft gewonnenes Atemkondensat einer Analyse unterzogen und das Ergebnis angezeigt wird, wobei die Menge des aus der Ausatemluft gewonnenen Atemkondensates gemessen wird und nach dem Erreichen einer vorgegebenen Probenmenge eine direkte Bestimmung der enthaltenen Substanzen durch Messung von Einzel- und/oder Summenparametern mittels eines oder mehrerer elektrochemischer Sensoren erfolgt.
Ein weiteres Verfahren zur Bestimmung von Parametern eines Atemkondensats unter Verwendung eines oder mehrerer Sensoren zum Messen der Parameter des Atemkondensats und einer Auswerteeinheit mit Anzeige für die Messergebnisse, wird in der DE 101 37 565 B4 beschrieben.
Nachteilig an den im Stand der Technik genannten Verfahren und Vorrichtungen zur Analyse des Exspirationsvolumens und zur Bestimmung von Markern pulmonaler Erkrankungen ist, dass das gesamte Exspirationsvolumen auf Marker untersucht werden muss, um feststellen zu können, dass eine Erkrankung vorliegt. Nachdem ein Marker gefunden wurde, bleibt der untersuchende Arzt jedoch darüber im Unklaren, an welchem Ort im Respirationstrakt die Erkrankung lokalisiert ist. Hier müssen in der Regel weitere Untersuchungen, wie Ultraschall, Röntgen, Computertomographie etc., folgen. Im umgekehrten Fall, es sei eine Erkrankung der Lunge durch Röntgen oder andere Untersuchungsmethoden entdeckt worden, muss wiederum das gesamte Exspirationsvolumen analysiert werden, um die die entdeckte Veränderung oder Erkrankung spezifizierenden Marker zu detektieren und über diese eine exakte Diagnose zu stellen.
Dies bedingt mindestens zwei aufeinander folgende Untersuchungsschritte, die einen hohen zeitlichen und finanziellen Aufwand bedeuten.
Aus dem Stand der Technik sind des Weiteren Vorrichtungen bekannt, mit welchen nur ein Teilstrom des Exspirationsvolumens analysiert werden muss. Hierbei handelt es sich um Bypass-Vorrichtungen, bei welchen ein Teilexspirationsvolumenstrom, der vom Hauptexspirationsvolumenstrom abgezweigt und parallel zu diesem über einen Detektionssensor oder in ein Analysegerät geführt wird. Hierdurch wird das zu analysierende Exspirationsvolumen verkleinert. Diese bautechnische Abwandlung ändert nichts an der Notwendigkeit, den Ort der Erkrankung oder Veränderung mittels einer weiteren Untersuchung bestimmen zu müssen.
Die Schrift US 5 787 885 A offenbart eine Vorrichtung zum Sammeln einzelner Gesamtexhalatvolumina in separaten Behältern.
Bei der in der Schrift WO 03/073935 A2 beschriebenen Vorrichtung erfolgt eine Zuordnung von Exhalatanteilen zu den Exhalatfraktionen „Totraum” und „Alveolarvolumen” auf der Grundlage einer CO₂-Gehaltsmessung (Kapnographie) im Exhalat. Zusätzlich kann eine Flowmessung eingerichtet sein, mit welchem Atem an sich detektiert wird. Eine Fraktionierung erfolgt mittels eines Kollektors, welcher zwischen den einzelnen Auffangbehältern, ausgelöst durch Signale des CO₂-Sensors oder durch Signale von einem zusätzlich zum CO₂-Sensor eingerichteten Flowsensor, umschaltet.
Aus der Offenlegungsschrift DE 101 58 288 A1 ist eine Anordnung bekannt, mit der interne Volumenanteile (Kompartimente) des Exhalats in einem externen Totraumvolumen abgebildet und damit hinsichtlich ihrer Herkunft definierbar und einer speziellen gassensorischen Untersuchung zuführbar sind. Eine Zuordnung der Kompartimente zu dem jeweiligen Entstehungsort erfolgt gemäß einem Ausführungsbeispiel über eine gepulste Probenahme während des Vorbeistreichens des entsprechenden Probenanteils am Probeentnahmeort. Für diese Messsituation istentsprechend dem zur Messung erforderlichen Volumenstrom ein Reservoir im vorrichtungsseitigen Absaugstutzen erforderlich.
Das der Erfindung zu Grunde liegende Problem ist es daher, eine Vorrichtung, deren Verwendung und ein Verfahren anzugeben, mit welchen mittels einer einzigen Untersuchung des Exspirationsvolumens Art und Ort einer pulmonalen Erkrankung oder Veränderung detektiert werden können.
Die vorliegende Erfindung löst dieses technische Problem, indem sie eine Vorrichtung zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens angibt, die einen Einlass für inspiratorische Luft in einen Hohlraum hinein und vom Hohlraum einen Auslass für inspiratorische Luft zur Lunge aufweist und im Einlass für inspiratorische Luft ein Mittel zum Verschließen des Einlasses eingerichtet ist. Der Hohlraum ist mit einem Einlass für exspiratorische Luft und mindestens einem Auslass für die exspiratorische Luft ausgestattet. Im Auslass für die exspiratorische Luft ist ein Mittel zum Verschließen des Auslasses eingerichtet. Zur Messung des Volumenstroms der inspiratorischen Luft ist im Einlass für inspiratorische Luft oder im Hohlraum ein Durchflussmesser eingerichtet, der mit einer Steuereinheit verbunden ist.
Aus dem gemessenen Wert des Volumenstroms der inspiratorischen Luft wird mittels der Steuereinheit ein korrelierender theoretischer Wert eines Volumenstroms der exspiratorischen Luft errechnet und/oder ist in der Steuereinheit gespeichert und von dort abrufbar. Mittels der Steuereinheit ist der theoretische Wert des Volumenstroms der exspiratorischen Luft in theoretische Werte von Teilvolumenströmen des Volumenstromes zerlegbar. Das Mittel zum Verschließen des Einlasses für die inspiratorische Luft und/oder das Mittel zum Verschließen des mindestens einen Auslasses für die exspiratorische Luft werden durch die Steuereinheit angesteuert und geregelt, wobei der Betriebszustand „zu” oder „auf” des Mittels zum Verschließen des mindestens einen Auslasses für exspiratorische Luft entsprechend einem bestimmten Teilvolumenstrom des Volumenstroms der exspiratorischen Luft einstellbar ist und die einzelnen Mittel zum Verschließen zeitlich nacheinander einzeln im Betriebszustand „auf” und Betriebszustand „zu” sind, wobei der Zeitpunkt und die Dauer des Betriebszustandes „auf” bzw. „zu” eines jeden Mittels zum Verschließen nach Maßgabe der Größe des zu separierenden Teilvolumenstroms erfolgt. Den Teilvolumenströmen sind unterschiedliche Zonen des Respirationstraktes zuordenbar.
Die Vorrichtung wird direkt an den Mund des Patienten gesetzt oder ist an eine Leitung, die zum Mund des Patienten führt, angeschlossen. Der Patient atmet durch die Vorrichtung hindurch ein und aus, vorzugsweise nicht gegen eine Stenose.
Eine in- oder exspiratorische regelbare Stenose (Strömungswiderstand) ist insofern vorgesehen, dass der Patient durch Atmung gegen diese unwillkürlich zu einer bestimmten gewünschten Atmung animiert wird. Weiter ist eine exspiratorische Stenose (exspiratorischer Widerstand) in der Lage, den Atemfluss und die Weite der Atemwege dahingehend zu manipulieren, dass der Gasaustausch und die Abatmung von zur Analyse vorgesehenen Stoffen standardisiert werden. Damit werden wiederholbare Atemmanöver möglich, zu denen der Proband/Patient unwillkürlich veranlasst wird.
Sind in der Anmeldung nur Mittel zum Verschließen genannt, so sind sowohl die Mittel zum Verschließen des Einlasses sowie des Auslasses oder der Auslässe gemeint, als auch Mittel zu einem teilweisen Verschluss bzw. zur teilweisen Freigabe des Atemstromes, um einen bestimmten Strömungswiderstand zu generieren. Im Idealfall wird der Verschluss und teilweise Verschluss über eine regelbare Schließvorrichtung realisiert, vorzugsweise sind dies Ventile, mit denen der Querschnitt des Auslasses auf jede beliebige Weite verengt bzw. erweitert werden kann.
Das Mittel zum Verschließen des Einlasses für die inspiratorische Luft und/oder das Mittel zum Verschließen des Auslasses oder der Auslässe für die exspiratorische Luft sind durch die Steuereinheit ansteuerbar und regelbar, wobei der Betriebszustand „zu” oder „auf” des Mittels zum Verschließen des Auslasses oder der Auslässe für exspiratorische Luft entsprechend einem bestimmten Teilvolumenstrom des Volumenstroms der exspiratorischen Luft einstellbar ist. Außerdem gibt die Erfindung ein Verfahren zur Fraktionierung sowie eine Verwendung einer solchen Vorrichtung zur Lösung des technischen Problems an.
Mit der Vorrichtung können zeitlich nacheinander folgende Teilvolumenströme eines Exspirationsvolumens separiert werden, wobei diesen Teilabschnitten bestimmte Regionen und Zonen des Respirationstraktes zugewiesen werden können. Dies ist darin begründet, dass die Strömung in der Lunge durch die leitenden Atemwege überwiegend laminar und lediglich an Verzweigungsstellen und Einengungen der Bronchien turbulent ist. Daraus folgt, dass sich Gase, die unterschiedlichen Lungenzonen entstammen, beim Ausatmen nicht oder nur wenig vermischen.
Die Lunge ist grob in drei Hauptzonen, die Leitungszone, die Übergangszone und die Respirationszone unterteilt. Jede Hauptzone ist wiederum in weitere Unterzonen aufgegliedert. Der Anteil der einzelnen Zonen an der Gesamtgröße der Lunge ist als Durchschnittswert für Menschen aller Altersgruppen und Geschlechts der Fachliteratur entnehmbar.
Außerdem ist das Exspirationsvolumen etwas kleiner als das Inspirationsvolumen, weil weniger CO₂ abgegeben als O₂ aufgenommen wird.
Das exspiratorische Atemzugvolumen setzt sich aus 2 Volumenanteilen zusammen, aus dem ausgeatmeten Volumen des Totraums und des Alveolarraums. Beim Ausatmen wird zuerst das Gas aus dem anatomischen Totraum, wie Nase bzw. Mund, Pharynx, Larynx, Trachea, Bronchien und Bronchiolen entfernt. Das Volumen des Totraums hängt wiederum von der Körpergröße und der Körperposition des Patienten ab. Anschließend werden die Gasvolumenanteile des Alveolarraums respiriert.
Bisher erfolgte eine getrennte Erfassung beider Volumenanteile nur über indirekte Messverfahren.
Die Erfindung stellt über die Messung des inspiratorischen Luftvolumenstroms auf Basis der prozentualen Volumenanteile der einzelnen Lungenzonen am Gesamtlungenvolumen und unter der Berücksichtigung, dass das Exspirationsvolumen etwas kleiner als das Inspirationsvolumen ist, eine Korrelation zu der Größe einzelner, zeitlich aufeinanderfolgender Teilvolumenströme des exspiratorischen Luftvolumenstroms her.
Beim Einatmen (Inspiration, Inhalation) wird der aktuelle Volumenstrom gemessen. Diesem Wert wird ein theoretischer Wert eines fiktiven Exspirationsvolumenstromes zugeordnet, welcher auf Kenntnis des Quotienten von Exspirationsvolumen zu Inspirationsvolumen in einer Steuereinheit wie beispielsweise einem Rechner errechnet werden oder von einem in der Steuereinheit gespeicherten Speicherdatensatz abgerufen werden kann. Gleichzeitig wird das fiktive Exspirationsvolumen mittels der Steuereinheit in theoretische Teilvolumenströme unterteilt. Die Größe und Anzahl der zu separierenden Teilvolumenströme kann über ein Bedienpaneel in die Steuereinheit eingegeben oder aus in der Steuereinheit gespeicherten Datensätzen abgerufen werden. Nach Größe und Anzahl der theoretischen Teilvolumenströme erfolgt die Fraktionierung des realen Exspirationsvolumens in entsprechende reale Teilvolumenströme.
Setzt nun die Ausatmung (Exspiration, Exhalation) ein, kann dieses Ereignis durch einen Widerstandsmesser oder andere Messeinrichtungen, wie beispielsweise Strömungsmesser, erfasst und der Steuereinheit ein Signal gesendet werden. Auch kann das Ende der Einatmung als Signal verwendet werden. Dieses Signal kann mittels der Messwerterfassung am Durchflussmesser generiert werden.
Die Mittel zum Verschließen sind mit der Steuereinheit verbunden und können mittels der Steuereinheit angesteuert werden. Vorzugsweise ist immer nur ein Mittel zum Verschließen im Betriebszustand „auf”, während die übrigen im Betriebszustand „zu” sind. Der Zeitpunkt und die Dauer des Betriebszustandes „auf” bzw. „zu” eines jeden Mittels zum Verschließen erfolgt nach Maßgabe der Größe des zu separierenden Teilvolumenstroms. Die einzelnen Mittel zum Verschließen werden zeitlich nacheinander einzeln geöffnet und geschlossen.
Jeder separierte Teilvolumenstrom entspricht dann bzw. entstammt dann einer definierten Zone des Respirationstraktes.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass jeder Atemzug des Patienten einzeln erfasst und selektiv fraktioniert wird. Hierdurch werden Messwertstreuungen minimiert und die Messgenauigkeit erhöht.
Die Fraktionen mehrerer Atemzüge, d. h. mehrere Exspirationsvolumina, können auch gesammelt und vereinigt werden, wobei es sich versteht, dass die Teilvolumenströme entstammend einer bestimmten Zone des Respirationstraktes immer im gleichen Mittel zum Speichern gesammelt bzw. durch den gleichen Auslass geführt werden, d. h. es nicht zu einer Vermischung verschiedener Teilvolumenströme verschiedener Zonen kommt.
In einer besonderen Ausführungsform kann an einem oder an mehreren Auslässen für die exspiratorische Luft ein Mittel zum Speichern des Teilvolumenstromes angebracht sein. Das Mittel zum Speichern des Teilvolumenstroms ist vorteilhafterweise von der Vorrichtung abnehmbar und verschließbar, um die separierten Teilvolumenströme entweder für eine spätere Analyse oder einen weiteren Aufarbeitungsschritt aufzubewahren und/oder einem separaten Gerät zuführen zu können.
Es kann der separierte Teilvolumenstrom auch direkt in ein Gerät zur Analyse der Inhaltstoffe des Teilvolumenstroms eingeleitet werden, welches vorzugsweise direkt am Auslass für die exspiratorische Luft eingerichtet ist bzw. vom Auslass eine Leitung direkt in das Gerät führt, so dass eine online-Bestimmung der Inhaltsstoffe erfolgen kann.
Vorzugsweise ist das Gerät zur Analyse des Teilvolumenstroms aus der Gruppe bestehend aus „Ionenbeweglichkeitsspektrometer (IMS), Gaschromatograph, HPLC, Maldi-TOF, Massenspektrometer, Biosensoren, elektrochemische Sensoren” ausgewählt.
Die Mittel zum Verschließen sind aus der Gruppe bestehend aus „Pneumatisches Ventil, elektromagnetisches Ventil, Rückschlagventil„ ausgewählt.
In einem Nebenanspruch lehrt die Erfindung des Weiteren ein Verfahren zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens, aufweisend die Verfahrensschritte:

a) Messen des Volumenstroms der inspiratorischen Luft
b) Zuordnen des Messwertes nach Schritt a) einem theoretischen Wert eines zur Größe des inspiratorischen Volumenstroms korrelierenden exspiratorischen Volumenstroms, wobei der theoretische Wert eines exspiratorischen Volumenstroms in theoretische Teilvolumenströme zerlegt ist und diese theoretischen Teilvolumenströme unterschiedlichen Zonen des Respirationstraktes zugeordnet sind
c) Zerlegen des tatsächlichen exspiratorischen Volumenstroms in Teilvolumenströme, wobei der reale Teilvolumenstrom nach Maßgabe der Größe des theoretischen Teilvolumenstroms isoliert und/oder verworfen wird und das Zerlegen des tatsächlichen exspiratorischen Volumenstroms in Teilvolumenströme nach durch die Länge der theoretischen Teilvolumenströme vorgegebenen Zeitintervallen erfolgt oder das Zerlegen des tatsächlichen exspiratorischen Volumenstroms in Teilvolumenströme nach durch die Größe der theoretischen Teilvolumenströme vorgegebene Teilvolumina erfolgt.

Vorzugsweise wird der erste Teilvolumenstrom, einfachster Weise über den Einlass für die inspiratorische Luft im Betriebszustand „auf”, verworfen. Der erste Teilvolumenstrom enthält in der Regel nur das Exhalationsgas aus Mund- und Rachenraum, eventuell auch aus tieferen Bereichen des anatomischen Totraums, welche für die Untersuchung erkrankter Lungenzonen eher von untergeordnetem Interesse sind.
In dieser Ausführungsform erfolgt das Zerlegen (Fraktionieren) des tatsächlichen exspiratorischen Volumenstroms in Teilvolumenströme nach durch die Länge der theoretischen Teilvolumenströme vorgegebenen Zeitintervallen. Der tatsächliche exspiratorische Volumenstrom kann aber auch nach Maßgabe der Größe des Teilvolumens des theoretischen Teilvolumenstroms in reale Teilvolumenströme fraktioniert werden.
Nach der Fraktionierung des Exspirationsvolumens, entsprechend den Verfahrensschritten a), b) und c) in Teilvolumenströme, kann mittels eines markerspezifischen Testsystems jeder Teilvolumenstrom auf Marker von Lungenkrankheiten untersucht werden. Bestimmte Marker stehen oder sind Hinweise für bestimmte Lungenerkrankungen. Solche Marker sind beispielsweise Wasserstoffperoxid als Marker der weißen Blutkörperchen (Neutrophile), Stickstoffmonoxid als Marker der Aktivität des Endothels und/oder der eosinophilen Blutzelle, aber auch Leukotriene als Marker der Entzündung, Zytokine als regulatorische Proteine, und auch Tumormarker.
Die abgetrennten Teilvolumenströme werden in einem weiteren Verfahrensschritt unterschiedlichen Zonen des Respirationstraktes zugewiesen. Die Zuweisung kann manuell oder auch rechnergestützt erfolgen. Durch diesen Verfahrensschritt wird eine Korrelation von detektierten Markern von Lungenerkrankungen und dem Ort der Lungenerkrankung hergestellt. Danach kann die Erkrankung oder auch mehrere Erkrankungen in einer oder aber auch in verschiedenen Zonen des Respirationstraktes lokalisiert und auf Basis der Informationen eine gezielte Therapie entwickelt werden.
Des Weiteren lehrt die Erfindung die Verwendung einer oben beschriebenen Vorrichtung zur Fraktionierung des Exspirationsvolumens zur Lokalisierung von Erkrankungen im Respirationstrakt, wobei die aus dem Exspirationsvolumen abgetrennten Teilvolumina unterschiedlichen Zonen des Respirationstraktes zugeordnet sind.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. 1 zeigt eine Vorrichtung zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens mit einem Einlass für inspiratorische Luft 1, einem Hohlraum 2 sowie einem Auslass für inspiratorische Luft 3, der in diesem Ausführungsbeispiel gleichzeitig der Einlass für exspiratorische Luft 5 ist. Diese beiden können aber auch getrennt sein. Diese Öffnung wird direkt an den Mund des Patienten gesetzt oder an eine Leitung, die zum Mund des Patienten führt, angeschlossen. Der Patient atmet durch die Vorrichtung hindurch ein und aus. Im Einlass für inspiratorische Luft 1 ist ein Mittel 4 zum Verschließen des Einlasses 1 eingerichtet, welches sich im Betriebzustand „zu” befindet. Die Vorrichtung ist mit vier Auslässen für exspiratorische Luft 6 ausgestattet. In den Auslässen 6 sind Mittel 7 zum Verschließen des Auslasses 6 eingerichtet, wobei das Mittel 7a zum Verschließen des Auslasses 6 im Betriebszustand „auf” ist, die anderen Mittel 7b zum Verschließen des Auslasses 6 im Betriebszustand „zu” sind. Im Hohlraum 2 ist ein Durchflussmesser 8 installiert, der zum Messen des eingehenden und auch ausgehenden Volumenstroms eingerichtet ist. Er kann aber auch nur eingerichtet sein, um den eingehenden Volumenstrom zu messen. Der Durchflussmesser 8 ist mit einer Steuereinheit 9 verbunden, an die die Messwerte übermittelt werden. Die Steuereinheit 9 ist zudem mit den Auslässen für exspiratorische Luft 7a, 7b verbunden. An zwei Auslässen 7a, 7b für exspiratorische Luft sind Mittel zum Speichern des Teilvolumenstroms 10 angebracht. Vorzugsweise sind dies gasundurchlässige Behälter, z. B. gasdichte Tüten. Ein Auslass für exspiratorische Luft 7b ist über eine Leitung direkt an ein Gerät zur Analyse der Inhaltsstoffe des Teilvolumenstroms 11 angeschlossen, mittels welchem der über diesen Auslass 7b separierte Teilvolumenstrom nach Markern für Lungenerkrankungen untersucht werden kann.
Die mit I gekennzeichneten Pfeile geben die Strömungsrichtung der inspiratorischen Luft, der mit E gekennzeichnete Pfeil die der exspiratorischen Luft an. Die Pfeile T1 bis T4 bezeichnen die Teilvolumenströme 1 bis 4, die den Zonen 1 bis 4 des Respirationstraktes zugeordnet werden können.
Bezugszeichenliste

1: Einlass für inspiratorische Luft
2: Hohlraum
3: Auslass für inspiratorische Luft
4: Mittel zum Verschließen des Einlasses
5: Einlass für exspiratorische Luft
6: Auslass für exspiratorische Luft
7: Mittel zum Verschließen des Auslasses
8: Durchflussmesser
9: Steuereinheit
10: Mittel zum Speichern des Teilvolumenstroms
11: Gerät zur Analyse der Inhaltsstoffe des Teilvolumenstroms
a: Betriebszustand „auf”
b: Betriebszustand „zu”

Claims

Vorrichtung zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens, wobei die Vorrichtung einen Einlass für inspiratorische Luft (1) in einen Hohlraum (2) hinein und vom Hohlraum (2) einen Auslass für inspiratorische Luft (3) zur Lunge aufweist, wobei im Einlass für inspiratorische Luft (1) ein Mittel zum Verschließen des Einlasses (4) eingerichtet ist, wobei der Hohlraum (2) einen Einlass für exspiratorische Luft (5) aufweist, wobei der Hohlraum (2) mindestens einen Auslass für die exspiratorische Luft (6) aufweist, wobei in dem mindestens einen Auslass für die exspiratorische Luft (6) ein Mittel zum Verschließen des mindestens einen Auslasses (7a, 7b) eingerichtet ist, wobei mindestens ein Durchflussmesser (8) zur Messung des Volumenstroms der inspiratorischen Luft im Einlass für inspiratorische Luft (1) oder im Hohlraum (2) eingerichtet ist und der Durchflussmesser (8) zur Messung des Volumenstroms der inspiratorischen Luft mit einer Steuereinheit (9) verbunden ist, wobei mittels der Steuereinheit (9) aus dem gemessenen Wert des Volumenstroms der inspiratorischen Luft ein korrelierender theoretischer Wert eines Volumenstroms der exspiratorischen Luft errechenbar ist und/oder gespeichert und abrufbar ist, wobei mittels der Steuereinheit (9) der theoretische Wert des Volumenstroms der exspiratorischen Luft in theoretische Werte von Teilvolumenströmen des Volumenstromes zerlegbar ist und die Teilvolumenströme unterschiedlichen Zonen des Respirationstraktes zuweisbar sind, wobei das Mittel zum Verschließen des Einlasses (4) für die inspiratorische Luft und/oder das Mittel zum Verschließen des mindestens einen Auslasses (7a, 7b) für die exspiratorische Luft durch die Steuereinheit (9) ansteuerbar und regelbar sind, wobei der Betriebszustand „zu” (a) oder „auf” (b) des Mittels zum Verschließen des mindestens einen Auslasses für exspiratorische Luft (7a, 7b) entsprechend einem bestimmten Teilvolumenstrom des Volumenstroms der exspiratorischen Luft einstellbar ist und die einzelnen Mittel zum Verschließen (4, 7) zeitlich nacheinander einzeln im Betriebszustand „auf” und Betriebszustand „zu” sind, wobei der Zeitpunkt und die Dauer des Betriebszustandes „auf” bzw. „zu” eines jeden Mittels zum Verschließen (4, 7) nach Maßgabe der Größe des zu separierenden Teilvolumenstroms erfolgt.
Vorrichtung zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am mindestens einen Auslass für die exspiratorische Luft (7a, 7b) ein Mittel zum Speichern des Teilvolumenstromes (10) angebracht ist.
Vorrichtung zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlass für inspiratorische Luft (4) im Betriebszustand „zu” ist, wenn mindestens ein Auslass für exspiratorische Luft (7a, 7b) im Betriebszustand „auf” ist.
Vorrichtung zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gerät zur Analyse der Inhaltsstoffe (11) des Teilvolumenstroms, vorzugsweise direkt am Auslass für die exspiratorische Luft (7a, 7b), eingerichtet ist.
Vorrichtung zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerät zur Analyse der Inhaltsstoffe des Teilvolumenstroms (11) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus „Ionenbeweglichkeitsspektrometer, Gaschromatograph, HPLC, Maldi-TOF, Massenspektrometer, Biosensoren, Elektrochemische Sensoren”.
Vorrichtung zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens nach dem Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Speichern des Teilvolumenstroms (10) verschließbar und von der Vorrichtung abnehmbar ist.
Vorrichtung zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Verschließen (4, 7) ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus „Pneumatisches Ventil, elektromagnetisches Ventil, Rückschlagventil”.
Verfahren zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens, aufweisend die Verfahrensschritte: a) Messen des Volumenstroms der inspiratorischen Luft b) Zuordnen des Messwertes nach Schritt a) einem theoretischen Wert eines zur Größe des inspiratorischen Volumenstroms korrelierenden exspiratorischen Volumenstroms, wobei der theoretische Wert eines exspiratorische Volumenstroms in theoretische Teilvolumenströme zerlegt ist und diese theoretischen Teilvolumenströme unterschiedlichen Zonen des Respirationstraktes zugeordnet sind c) Zerlegen des tatsächlichen exspiratorischen Volumenstroms in Teilvolumenströme, wobei der reale Teilvolumenstrom nach Maßgabe der Größe des theoretischen Teilvolumenstroms isoliert und/oder verworfen wird und das Zerlegen des tatsächlichen exspiratorischen Volumenstroms in Teilvolumenströme nach durch die Länge der theoretischen Teilvolumenströme vorgegebenen Zeitintervallen erfolgt oder das Zerlegen des tatsächlichen exspiratorischen Volumenstroms in Teilvolumenströme nach durch die Größe der theoretischen Teilvolumenströme vorgegebene Teilvolumina erfolgt.
Verfahren zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilvolumenstrom, vorzugsweise über den Einlass für die inspiratorische Luft (1) im Betriebszustand „auf”, verworfen wird.
Verfahren zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach den Schritten a), b) und c) der Teilvolumenstrom mittels eines markerspezifischen Testsystems auf Marker von Lungenkrankheiten untersucht wird.
Verfahren zum Fraktionieren des Exspirationsvolumens nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennten Teilvolumenströme unterschiedlichen Zonen des Respirationstraktes zugewiesen werden.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Fraktionierung des Exspirationsvolumens zur Lokalisierung von Erkrankungen im Respirationstrakt, wobei die aus dem Exspirationsvolumen abgetrennten Teilvolumina unterschiedlichen Zonen des Respirationstraktes zugeordnet sind.