DE19505504A1 - Collection of exhaled breath sample - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Sammeln von ausgeatmetem Atemkondensat für die Diag nose des Gesundheitszustandes und von Stoffwechselleistungen der Lunge und der Atemwege sowie anderer Organe und zur Ana lyse ausgeatmeter körperfremder Stoffe, wobei die Ausatemluft gekühlt und die nicht gasförmigen Bestandteile in einem Proben gefäß auskondensiert werden.The invention relates to a method and a device device for collecting exhaled breath condensate for the diag nose of health status and metabolic performance the lungs and the respiratory tract as well as other organs and to the ana lysis of exhaled substances, the exhaled air cooled and the non-gaseous components in one sample be condensed out.
Durch die WO 91/05255 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose des Ge sundheitszustandes sowie zur Therapieüberwachung und zur Ver laufskontrolle von Krankheiten, speziell der Lunge und der Atemwege, bekannt, bei dem nicht-flüchtige Substanzen - gege benenfalls zusammen mit endogenen und exogen flüchtigen Stof fen - 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 Cryotisch durch Anlegen eines Ultra hochvakuums gefriergetrocknet und anschließend in unterschied licher Weise analysiert.WO 91/05255 A1 describes a method for diagnosing the Ge health status as well as for therapy monitoring and ver monitoring of diseases, especially the lungs and the Respiratory tract, known in which non-volatile substances - against also together with endogenous and exogenous volatile substances fen - to be analyzed in the air we breathe. For this a subject breaths to a temperature of -196 ° C Chilled, 1 cm² sample support plate breathed on. The Sample is then placed on the cryotable by applying an Ultra high vacuum freeze-dried and then different analyzed way.
Die Herstellung einer Probe bei einer Temperatur von -196°C beschränkt das Verfahren auf mit speziellen, kostenaufwendigen Vorrichtungen ausgestattete medizinische Einrichtungen.The preparation of a sample at a temperature of -196 ° C limits the process to using special, expensive ones Medical equipment.
Es ist weiterhin ein Verfahren zum Sammeln von ausgeatmetem Atemkondensat bekannt (Am. Rev. Repir. Dis. Vol. 148, 1993, S. 956). Hierbei wird durch eine zu untersuchende Person über ein Mundstück durch ein Rohr aus Polyvinylchlorid ausgeatmet. Dieses Rohr ist mit Eis gekühlt, so daß sich ein Atemkondensat bildet, welches in eine eisgekühlte Flasche tropft und in die ser sich sammelt. Für die Analyse ist eine Aufbereitung der Probe erforderlich. Die Abkühlungstemperatur der Ausatemluft liegt dabei über 0°C.It is still a method of collecting exhaled breath Respiratory condensate known (Am. Rev. Repir. Dis. Vol. 148, 1993, P. 956). Here is examined by a person to be examined a mouthpiece exhaled through a pipe made of polyvinyl chloride. This tube is cooled with ice so that there is a breath condensate which drips into an ice-cold bottle and into the he gathers. For the analysis a preparation of the Sample required. The cooling temperature of the exhaled air is above 0 ° C.
Die Aufbewahrung einer derartigen Probe ist nur kurzzeitig mög lich. Sie erfordert eine relativ aufwendige Aufbereitung. Wei terhin verbleiben in dem Rohr größere Mengen des Atemkondensa tes.Such a sample can only be stored for a short time Lich. It requires a relatively complex preparation. Wei larger quantities of the breath condensate remain in the tube tes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sammeln von ausgeatmetem Atemkondensat für die Diagnose des Gesundheitszustandes und von Stoffwechsellei stungen der Lunge und der Atemwege sowie anderer Organe und zur Analyse ausgeatmeter körperfremder Stoffe, wobei die Ausatem luft gekühlt und die nicht gasförmigen Bestandteile in einem Probengefäß auskondensiert werden, zu schaffen, wobei das Atem kondensat weitgehend vollständig und für längere Zeit ohne Nachbehandlung aufbewahrbar ist und dabei die Vorrichtung einen einfachen Aufbau aufweist, wodurch sie auch in kleineren medi zinischen Einrichtungen einsetzbar ist.The invention has for its object a method and a device for collecting exhaled breath condensate for the diagnosis of health and metabolic egg lung and respiratory tract and other organs and Analysis of exhaled substances, the exhalation air cooled and the non-gaseous components in one Sample vessel are condensed to create breath condensate largely complete and for a long time without Aftertreatment can be stored and the device has a simple structure, which means that it can also be used in smaller clinical facilities can be used.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Aus atemluft ein Probensammelrohr durchströmt und in diesem auf eine Minustemperatur unter 0°C abgekühlt wird, wobei die flüs sigen und lösbaren Bestandteile auskondensieren und an der, eine niedrigere Temperatur als das Atemkondensat aufweisenden, Innenwand des Probensammelrohres anfrieren. Vorzugsweise wird die Ausatemluft in dem Probensammelrohr auf eine Temperatur von bis -5°C abgekühlt, und die Temperatur seiner Innenwand be trägt zwischen -10°C und -25°C.According to the invention the object is achieved in that the off Breath air flows through a sample collector tube and opens in it a minus temperature is cooled below 0 ° C, the rivers condense out and detachable components and on the a lower temperature than the breathing condensate, Freeze the inside wall of the sample collection tube. Preferably the exhaled air in the sample collection tube to a temperature of cooled to -5 ° C, and the temperature of its inner wall be carries between -10 ° C and -25 ° C.
Bei dieser Temperatur sind die Bildung des Atemkondensates und ein Anfrieren an die Innenwandung des Probensammelrohres ge währleistet. Dabei ist es möglich, daß entlang dem Probensam melrohr an der Kondensierstrecke der Ausatemluft unterschied liche Temperaturgradienten eingestellt werden.At this temperature the formation of the breath condensate and a freeze on the inner wall of the sample collecting tube ge ensures. It is possible that along the sample Melrohr difference on the condensation path of the exhaled air temperature gradients can be set.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Probensammelrohr während der Auskondensierung kontinuierlich gekühlt wird.It is particularly advantageous if the sample collection tube during the condensation is continuously cooled.
Um in ausreichendem Maße Atemkondensat für Analysen zur Verfü gung zu haben, sollte in dem Probensammelrohr in einem Zeit raum von bis zu 15 min bis zu fünfmal Primärkondensat gesammelt werden.To provide sufficient breathing condensate for analysis should be in the sample collection tube at a time space of up to 15 min up to five times primary condensate collected become.
Um das gesamte Atemkondensat aufzufangen, kann dem Probensam melrohr ein Sammelgefäß nachgeschaltet werden, in dem sich bil dendes Atemkondensat aufgefangen wird. Hierbei handelt es sich um geringe Mengen, die beispielsweise zu Beginn des Sammelns auftreten können oder wenn die vorbestimmte Sammelmenge über schritten wird.The sample can be collected to collect all of the breath condensate Melrohr a collection vessel downstream, in which bil respiratory condensate is collected. This is it around small amounts, for example at the beginning of the collection can occur or when the predetermined collection amount over is taken.
Zweckmäßig ist es, wenn das Probensammelrohr mit dem Atemkon densat in gefrorenem Zustand sowie mögliche Reste des Atemkon densates in dem Sammelgefäß verschlossen und in einem Tief kühlschrank bis zu einer Analyse bzw. zur weiteren Aufberei tung für eine Analyse aufbewahrt werden. Die Aufbewahrungszeit kann dabei bis zu drei Jahren betragen.It is useful if the sample collection tube with the breath con frozen in the frozen state as well as possible residues of the respiratory con densates closed in the collection vessel and in a low refrigerator until an analysis or further processing be kept for analysis. The retention period can be up to three years.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß das Probensammel rohr aus mehreren unabhängigen Teilen gebildet wird, in denen unter gleichen Bedingungen zur gleichen Zeit das Atemkondensat gesammelt und getrennt aufbewahrt wird.Another possibility is that the sample collection tube is formed from several independent parts in which the breath condensate under the same conditions at the same time is collected and stored separately.
In weiterer Ausbildung der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgesehen, wobei das Probensammel rohr in einem sich entlang seiner Längsachse erstreckenden Kühlelement herausnehmbar angeordnet ist, wobei das Kühlele ment mit einem Elektrik- und Steuerteil verbunden ist, und dabei an dem vorderen Ende der Vorrichtung ein Mundstück sowie ein Einlaßventil zur Zuführung von Frischluft in die Ein atemluft und am hinteren Ende derselben ein Auslaßventil für die gasförmigen Bestandteile der Ausatemluft angeordnet sind.In a further embodiment of the invention, a device for Implementation of the method provided, the sample collection tube in an extending along its longitudinal axis Removable cooling element is arranged, the cooling element ment is connected to an electrical and control part, and a mouthpiece and at the front end of the device an inlet valve for supplying fresh air into the inlet breathing air and at the rear end thereof an outlet valve for the gaseous components of the exhaled air are arranged.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen relativ einfachen Aufbau auf und ermöglicht es, das Atemkondensat durch Anfrieren an die Innenwand des Probensammelrohres zuverlässig zu sammeln. Über das Mundstück ist dabei eine einfache und unbehinderte Be atmung möglich.The device according to the invention has a relatively simple one Build up and allows the breath condensate to freeze to collect reliably on the inner wall of the sample collection tube. Through the mouthpiece there is a simple and unobstructed loading breathing possible.
Vorteilhafterweise besteht das Probensammelrohr aus einem bio logischinerten, kälte- und gegen Chemikalien beständigen Kunststoff, an dessen Oberfläche ein gutes Anfrieren und nach dem Auftauvorgang ein vollständiges Lösen des Atemkondensates möglich ist. Vorzugsweise ist der Kunststoff ein Polytetra fluoräthylen.The sample collecting tube advantageously consists of a bio logical, cold and chemical resistant Plastic, on the surface of which freezes well and after the thawing process a complete loosening of the breathing condensate is possible. The plastic is preferably a polytetra fluorethylene.
Um allen Anforderungen zu entsprechen, kann die Länge des Pro bensammelrohres zwischen 10 und 100 cm und sein Innendurchmes ser bis zu 2 cm betragen.To meet all requirements, the length of the Pro bensammelrohres between 10 and 100 cm and its inner diameter water up to 2 cm.
Eine bevorzugte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, daß das Kühlelement als ein Kühlmantelrohr ausgebildet ist, in dessen vorderem und hinterem Bereich jeweils eine Leitung an geordnet ist, über die es mit einem Kühlaggregat verbunden und von einer das Probensammelrohr umfließenden Kühlflüssigkeit durchströmt ist. Dabei ist der Elektrik- und Steuerteil vor zugsweise an das Kühlaggregat angeschlossen und regelt über diesen die Kühlung der Ausatemluft durch das Kühlelement.A preferred embodiment of the device is that the cooling element is designed as a cooling jacket tube, in the front and rear area of a line is arranged, via which it is connected to a cooling unit and from a cooling liquid flowing around the sample collecting tube is flowed through. The electrical and control section is in front preferably connected to the cooling unit and controls the cooling of the exhaled air by the cooling element.
Für eine optimale Kühlleistung ist es zweckmäßig, wenn die Aus atemluft im Probensammelrohr und die Kühlflüssigkeit im Innen raum des Kühlmantelrohres im Gegenstromprinzip zueinander fließen.For optimal cooling performance, it is useful if the off breathing air in the sample collector tube and the coolant inside space of the cooling jacket tube in countercurrent to each other flow.
Dabei ist es möglich, daß in kostengünstiger Weise die Kühl flüssigkeit aus destilliertem Wasser mit einem Zusatz von Frostschutzmitteln gebildet ist, wobei der Gefrierpunkt der selben unter -25°C liegt.It is possible that the cooling in a cost-effective manner liquid from distilled water with an addition of Antifreeze is formed, the freezing point of the same is below -25 ° C.
Eine weitere bevorzugte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, daß das, das Probensammelrohr umschließende, Kühlele ment als ein piezoelektrischer Kälteteil ausgebildet ist, in dem ein oder mehrere piezoelektrische Elemente zur Kühlung an geordnet sind.Another preferred embodiment of the device exists in that the cooling element enclosing the sample collecting tube ment is formed as a piezoelectric refrigeration part, in which one or more piezoelectric elements for cooling are ordered.
Hierbei können die piezoelektrischen Elemente zur Kühlung unterschiedlich regelbar sein und über diese der piezoelek trische Kälteteil entlang dem Probensammelrohr unterschied liche Temperaturgradienten aufweisen.The piezoelectric elements can be used for cooling can be regulated differently and the piezoelek difference between the refrigerant section along the sample collecting tube have temperature gradients.
Es ist auch möglich, daß das, das Probensammelrohr um schließende, Kühlelement als ein Peltier-Element für Kühlung ausgebildet ist. Dabei sind der piezoelektrische Kälteteil sowie das Peltier-Element für Kühlung über ein Leitungssystem mit dem Elektrik- und Steuerteil verbunden. Es sind in an sich bekannter Weise eine elektrische Zuführung und eine Wärmeab leitung vorgesehen.It is also possible that the sample collection tube is around closing, cooling element as a Peltier element for cooling is trained. The piezoelectric refrigeration part as well as the Peltier element for cooling via a pipe system connected to the electrical and control part. It is in itself known an electrical supply and a heat line provided.
Zur vollständigen Erfassung des Atemkondensates kann am hinte ren Ende der Vorrichtung unterhalb des hinteren Endes des Pro bensammelrohres ein abnehmbares Sammelgefäß zur Aufnahme von möglichen Resten des Atemkondensates angeordnet sein, wobei dieses aus dem gleichen Material wie das Probensammelrohr be steht. Vorzugsweise sind das Einlaßventil und das Auslaßventil als Rückschlagventile ausgebildet.For complete detection of the breath condensate, see the rear ren end of the device below the rear end of the pro bensammelrohres a removable collecting vessel for receiving possible residues of the breathing condensate can be arranged, wherein this be made of the same material as the sample collection tube stands. Preferably, the inlet valve and the outlet valve designed as check valves.
Zur Erhöhung der Wirksamkeit des Probensammelrohres ist es mög lich, daß die Innenwand des Probensammelrohres als die innere Umfangsfläche desselben sowie in diesem angeordnete Zwischen wände ausgebildet ist. Damit vergrößert sich im Querschnitt die Fläche zum Anfrieren des Atemkondensates.It is possible to increase the effectiveness of the sample collection tube Lich that the inner wall of the sample collection tube as the inner Circumferential surface of the same and arranged in this intermediate walls is formed. This increases the cross section Area for freezing the breath condensate.
Um mehrere Analysen bei unter gleichen Bedingungen erfaßten Proben durchführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Pro bensammelrohr aus mehreren unabhängigen Teilen ausgebildet ist, welche gemeinsam von dem Kühlmantelrohr umschlossen sind. To perform multiple analyzes under the same conditions To be able to carry out samples, it is advantageous if the Pro secondary manifold is formed from several independent parts, which are enclosed together by the cooling jacket tube.
Vorzugsweise ist die Längsachse des Probensammelrohres in einem Winkel von annähernd 45° zur Horizontalen angeordnet, wodurch ein annähernd gleichmäßiges Durchströmen des Probensammelrohres erreicht wird.The longitudinal axis of the sample collecting tube is preferably in one Angle of approximately 45 ° to the horizontal, whereby an almost even flow through the sample collecting tube is achieved.
Hinter dem Auslaßventil kann weiterhin ein Gasmengenmesser an geordnet sein.A gas flow meter can still be located behind the outlet valve be ordered.
Es ist auch möglich, die Vorrichtung an den Ausatemschenkel einer Beatmungsvorrichtung mit offenem System anzuschließen.It is also possible to attach the device to the exhalation leg a ventilator with an open system.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention is intended to be based on an exemplary embodiment are explained in more detail. In the accompanying drawing:
Fig. 1 die Vorderansicht der Vorrichtung zum Sammeln von ausge atmetem Atemkondensat im Schnitt, Fig. 1 is a front view of the apparatus for collecting breath condensate out atmetem in section,
Fig. 2 den Schnitt A-B nach Fig. 1, Fig. 2 shows the section AB according to FIG. 1,
Fig. 3 den Querschnitt eines Probensammelrohres mit Innenwän den, Fig. 3 shows the cross-section of a sample collection tube with the Innenwän,
Fig. 4 den Querschnitt eines mehrteiligen Probensammelrohres, Fig. 4 shows the cross-section of a multi-sample collection tube,
Fig. 5 die Vorderansicht der Vorrichtung in einer weiteren Aus bildung, Figure 5 shows the front view of the device formation. In a further,
Fig. 6 Diagramme des Atemkondensates. Fig. 6 diagrams of the breathing condensate.
Zum Sammeln von ausgeatmetem Atemkondensat 16 einer zu untersu chenden Person, wie eines Patienten oder eines Probanden, atmet dieser über ein Mundstück 1 von oben in ein schräg liegendes Probensammelrohr 2 aus. Das Probensammelrohr 2 kann Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 1 oder Fig. 5 bzw. weiterer Ausbildungen sein. Die Ausatemluft wird im Probensammelrohr 2 auf eine Tem peratur von unter 0°C bis etwa -5°C abgekühlt. Dabei konden sieren alle flüssigen und löslichen Bestandteile. Sie frieren an der Innenwand 3 an, da diese selbst auf eine Temperatur bis zu -25°C abgekühlt wird. To collect exhaled breath condensate 16 from a person to be examined, such as a patient or a subject, the subject exhales from above into a slanted sample collecting tube 2 via a mouthpiece 1 . The sample tube 2 may be 5 and further embodiments of the apparatus of FIG. 1 or FIG.. The exhaled air is cooled in the sample collecting tube 2 to a temperature of below 0 ° C to about -5 ° C. All liquid and soluble components condense. They freeze on the inner wall 3 , as this itself is cooled to a temperature of down to -25 ° C.
Verbleibende Reste des Atemkondensates 16 können in einem dem unteren Ende 4 des Probensammelrohres 2 nachgeordneten Sammel gefäß 14 aufgefangen werden. Grundsätzlich schlägt sich das Atemkondensat 16 jedoch an der Innenwand 3 des Probensammel rohres 2 nieder.Remnants of the breath condensate 16 may be in a lower end 4 of the sample collection tube 2 downstream collection vessel are collected fourteenth Basically, however, the breathing condensate 16 is deposited on the inner wall 3 of the sample collecting tube 2 .
In Fig. 6 ist in einem Diagramm der Wasserdampf-Sättigungsdruck des Atemkondensates 16 in Abhängigkeit von der Temperatur ge zeigt. Dabei ist auf der Abszissenachse die Temperatur t in °C und auf der Ordinatenachse der Druck p in Torr dargestellt. Die Wasserdampf-Sättigungskurve C zeigt, wie mit sinkender Tempera tur von der Temperatur A bei der Ausatmung bis zur Temperatur B im Bereich des unteren Endes 4 des Probensammelrohres 2 der Wasserdampf-Sättigungsdruck des Atemkondensates 16 sinkt und damit der Niederschlag an der Innenwand 3 des Probensammel rohres 2 gewährleistet wird.In Fig. 6, the water vapor saturation pressure of the breathing condensate 16 is shown in a diagram depending on the temperature ge. The temperature t in ° C is shown on the abscissa axis and the pressure p in Torr on the ordinate axis. The water vapor saturation curve C shows how with decreasing tempera ture from temperature A during exhalation to temperature B in the region of the lower end 4 of the sample collecting tube 2, the water vapor saturation pressure of the breathing condensate 16 drops and thus the precipitation on the inner wall 3 of the sample collecting means tube 2 is guaranteed.
An dieser Innenwand 3 werden die für eine Untersuchung maximal erforderlichen 5 ml Primärkondensat gesammelt, welche bei einem Atemvolumen von 100-200 l entstehen. Hierzu sind etwa bis zu 15 min Ruheatmung der zu untersuchenden Person erforderlich.On this inner wall 3 , the maximum 5 ml of primary condensate required for an examination are collected, which arise with a tidal volume of 100-200 l. For this, up to 15 minutes of rest breathing of the person to be examined are required.
Das Probensammelrohr 2 und das Sammelgefäß 3 werden nach Ab schluß des Sammelvorganges verschlossen und bis zur Analyse der Probe in einem Tiefkühlschrank aufbewahrt.The sample collection tube 2 and the collection vessel 3 are closed after the end of the collection process and kept in a freezer until the sample is analyzed.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das ausgeatmete Atem kondensat 16 in einem mehrteiligen Probensammelrohr 2 (Fig. 4) zu sammeln. Hierdurch entstehen unter gleichen Bedingungen meh rere Proben. Diese können dann zu unterschiedlichen Zeiten ana lysiert werden. In einem gut verschlossenen Probensammelrohr 2 ist es möglich, die Probe bis zu drei Jahren auf zubewahren.Another possibility is to collect the exhaled breath condensate 16 in a multi-part sample collecting tube 2 ( FIG. 4). This creates several samples under the same conditions. These can then be analyzed at different times. In a well-closed sample collecting tube 2 it is possible to store the sample for up to three years.
Die gesammelte Probe kann in an sich bekannter Weise zur Ana lyse mit Methoden der Gefriertrocknung, chemischen Fällungen oder Fraktionierungen weiter eingeengt bzw. in unterschiedliche Stoffgruppen aufgespalten werden. The collected sample can be sent to Ana in a manner known per se Freeze drying methods, chemical precipitation or fractionations further narrowed down or into different ones Groups of substances are split.
Mit der Methode des Radioimmunoassay (RIA), des Enzymimmuno assay (EIA) und der Gaschromatographie können aus der Probe Mediatoren und Stoffwechselprodukte (Leukotriene, Prostaglan dine, Tumormarker, Antikörper, andere Gewebshormone, Kohlenwas serstoffe) bestimmt werden.With the method of radioimmunoassay (RIA), the enzyme immuno assay (EIA) and gas chromatography can be taken from the sample Mediators and metabolic products (leukotrienes, prostaglan dine, tumor markers, antibodies, other tissue hormones, coal water substances) can be determined.
Die gewonnenen Proben können ferner mit allen laborüblichen Analysemethoden, wie alle Arten der Chromatographie, HPLC, Gas chromatographie, Massenspektrometrie, Elektrophoresen, Fluores zenz- und Laserspektroskopie u. ä., weiter analysiert werden.The samples obtained can also be used with all laboratory-standard samples Analysis methods such as all types of chromatography, HPLC, gas chromatography, mass spectrometry, electrophoresis, fluorescence zenz- and laser spectroscopy u. Ä., are further analyzed.
Durch die Untersuchungen sind Messungen von Stoffwechselproduk ten aus Zellen der Atemwege und ausgeatmeter Stoffwechselpro dukte anderer Organe, die über die Blutbahn in die Lunge gelan gen, weiter die Analyse ausgeatmeter körperfremder Stoffe, die vorher über die Atemwege oder über die Nahrung und die Haut in den Organismus gelangt sind, möglich.Through the examinations are measurements of metabolic product from cells of the respiratory tract and exhaled metabolic rate products of other organs that enter the lungs via the bloodstream gene, further the analysis of exhaled foreign substances that beforehand via the respiratory tract or through food and skin have reached the organism.
Sie dienen, wie alle auf ähnlichen Methoden basierende Labor methoden, dazu, Entzündungsreaktionen, Krebswachstum, Aller gien, degenerative Prozesse und auf den Organismus wirkende Umwelteinflüsse zu analysieren. Dabei sind punktuelle Bestim mungen und Verlaufsbeobachtungen mit Mehrfachbestimmungen zu trennen.They serve, like all laboratories based on similar methods methods, inflammatory reactions, cancer growth, all degenerative processes and those that affect the organism To analyze environmental influences. There are specific determinations measurements and course observations with multiple determinations separate.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Sammeln von ausgeatmetem Atemkondensat ist für jeden Patienten zumutbar und kann von je dem Patienten, der ohne fremde Hilfe atmen kann, beliebig oft durchgeführt werden. Der Zeitaufwand von bis zu 15 min er scheint auch für Routineuntersuchungen und Screeningtests mög lich.The method according to the invention for collecting exhaled breath Breathing condensate is reasonable for every patient and can vary the patient, who can breathe without help, as often as he wants be performed. The time required up to 15 minutes also seems to be possible for routine examinations and screening tests Lich.
Durch die geforderte Ruheatmung des Patienten handelt es sich um ein Verfahren, bei dem die gewünschte Probe nicht durch die Sammelmethode verändert wird, wie es z. B. bei einer forcierten Atmung der Fall wäre. The patient is required to breathe calmly a method in which the desired sample is not by the Collection method is changed, as z. B. in a forced Breathing would be the case.
Mit dem Verfahren ist es auch möglich, Atemkondensat von künst lich beatmeten Patienten bei Verfahren der Beatmung im offenen System zu sammeln. Hierbei wird das Probensammelrohr 2 am Aus atemschenkel angeschlossen.The method also makes it possible to collect breath condensate from artificially ventilated patients using ventilation methods in an open system. Here, the sample tube 2 is connected breathless leg on the corner.
Entsprechend der in Fig. 1 und Fig. 5 dargestellten Vorrich tung ist das Probensammelrohr 2 in einem sich entlang seiner Längsachse erstreckenden Kühlelement herausnehmbar angeordnet, wobei das Kühlelement mit einem Elektrik- und Steuerteil 17 verbunden ist.Accordingly, the processing Vorrich shown in Fig. 1 and Fig. 5, the sample collection tube 2 is removably disposed in a passage extending along its longitudinal axis the cooling element, the cooling element is connected to an electric and control part 17.
In Fig. 1 ist die Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durch führung des Verfahrens dargestellt. Das Probensammelrohr 2 ist wie dargelegt entnehmbar in der Vorrichtung angeordnet. Es besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff. Seine Innenwand 3 muß dabei so ausgebildet sein, daß das Atemkondensat 16 gut anfriert und nach Erwärmung sich vollständig löst. Dabei dürfen keine chemischen Reaktionen zwischen dem Atemkondensat 16 und dem Material des Probensammelrohres 2, auch bei wiederholter Verwendung desselben, eintreten. Ein besonders geeignetes Material hierfür ist Polytetrafluoräthylen, auch unter dem warenzeichenrechtlich geschützten Handelsnamen Teflon bekannt. Das Probensammelrohr 2 weist eine Länge von 10 bis 100 cm sowie einen Innendurchmesser von etwa 2 cm auf. Damit ist bei einer entsprechenden Kühlung des Atemkondensates 16 ein vollständiger Niederschlag und Anfrieren desselben an der Innenwand 3 des Probensammelrohres 2 gewährleistet.In Fig. 1 the embodiment of a device for performing the method is shown. The sample collecting tube 2 is arranged in the device in such a way that it can be removed. It is preferably made of a plastic. Its inner wall 3 must be designed so that the breathing condensate 16 freezes well and dissolves completely after heating. No chemical reactions may occur between the breathing condensate 16 and the material of the sample collecting tube 2 , even when the same is used repeatedly. A particularly suitable material for this is polytetrafluoroethylene, also known under the trademark name Teflon. The sample collecting tube 2 has a length of 10 to 100 cm and an inner diameter of about 2 cm. With appropriate cooling of the breathing condensate 16 , complete precipitation and freezing of the same on the inner wall 3 of the sample collecting tube 2 is thus ensured.
Die Vorrichtung weist als Kühlelement ein zylindrisches Kühl mantelrohr 5 auf, das an seinem oberen und unteren Ende mit Stutzen 5′ versehen ist. Das Kühlmantelrohr 5 ist über an den Stutzen 5′ angeordnete Leitungen 9; 10 mit einem Kühlaggregat 8 mit einer Umwälzpumpe verbunden, und sein Innenraum 6 wird während des Betriebes ständig von einer Kühlflüssigkeit 11 durchströmt. Diese tritt vorzugsweise am unteren Ende des Kühlmantelrohres 5 ein und an dessen oberen Ende aus, so daß das Atemkondensat 16 im Probensammelrohr 2 im Gegenstromprinzip gekühlt wird. Die Kühlflüssigkeit 11 besteht vorzugsweise aus destilliertem Wasser mit einem Kühlmittelzusatz, wodurch eine Temperatur von bis zu -25°C erreichbar ist. An der Innenseite 7 des Kühlmantelrohres liegt das Probensammelrohr 2 an und wird von diesem gekühlt. Die Temperatur an der Innenwand 3 des Pro bensammelrohres 2 entspricht dabei etwa der der Kühlflüssigkeit 11, während die Temperatur der seinen Innenraum durchströmenden Ausatemluft unter 0°C bis -5°C beträgt, wobei sie am hinteren Ende 4 desselben am niedrigsten liegt. Am vorderen Ende der Vorrichtung ist ein auswechselbares Mundstück 1 angeordnet. Am hinteren Ende der Vorrichtung befindet sich ein abnehmbares Sammelgefäß 14, in welches etwaige Restmengen des Atemkonden sates 16 aus dem Probensammelrohr 2 tropfen können. Das Sammel gefäß 14 kann ebenfalls aus einem Kunststoff, wie Polytetra fluoräthylen, bestehen. Der Elektrik- und Steuerteil 17 ist an das Kühlaggregat 8 angeschlossen.The device has a cylindrical cooling jacket tube 5 as a cooling element, which is provided at its upper and lower ends with connecting piece 5 '. The cooling jacket tube 5 is on the nozzle 5 'arranged lines 9 ; 10 connected to a cooling unit 8 with a circulation pump, and its interior 6 is constantly flowed through by a cooling liquid 11 during operation. This preferably occurs at the lower end of the cooling jacket tube 5 and exits at its upper end, so that the breathing condensate 16 is cooled in the sample collecting tube 2 in the counterflow principle. The cooling liquid 11 preferably consists of distilled water with a coolant additive, as a result of which a temperature of up to -25 ° C. can be achieved. The sample collecting tube 2 lies against the inside 7 of the cooling jacket tube and is cooled by it. The temperature on the inner wall 3 of the pro bensammelrohres 2 corresponds approximately to that of the cooling liquid 11 , while the temperature of the exhaled air flowing through its interior is below 0 ° C to -5 ° C, being the same at the rear end 4 thereof. A replaceable mouthpiece 1 is arranged at the front end of the device. At the rear end of the device there is a removable collecting vessel 14 , in which any residual amounts of breath condensate 16 can drip from the sample collecting tube 2 . The collecting vessel 14 can also consist of a plastic, such as polytetra fluorethylene. The electrical and control part 17 is connected to the cooling unit 8 .
Zur Erreichung der angestrebten Ruheatmung ist an dem vorderen Ende der Vorrichtung ein Einlaßventil 12 und an seinem hinteren Ende ein Auslaßventil 13, beide in Form eines Rückschlagventils 13, angeordnet. Während des Betriebes ist die Vorrichtung in einem Winkel von etwa 45° zur Horizontalen angeordnet, da in dieser Lage ein optimales Sammeln von Proben erreicht wird. Hierzu kann die Vorrichtung in einer nicht dargestellten Ein richtung eingebaut sein.In order to achieve the desired resting breathing, an inlet valve 12 is arranged at the front end of the device and an outlet valve 13 , both in the form of a check valve 13 , is arranged at its rear end. During operation, the device is arranged at an angle of approximately 45 ° to the horizontal, since an optimal collection of samples is achieved in this position. For this purpose, the device can be installed in a direction, not shown.
Bei der Probennahme atmet, wie vorstehend bereits beschrieben, die zu untersuchende Person über das Mundstück 1 in das Proben rohr 2 aus. Zur Erleichterung des Atemvorganges sowie zur Ver meidung einer Rückatmung dient das Einlaßventil 12, über wel ches der zu untersuchenden Person Frischluft beim Einatmen zufließt, während es beim Ausatmen geschlossen ist. Während sich das Atemkondensat 16 aus der Ausatemluft an der Innenwand 3 des Probensammelrohres 2 niederschlägt, strömt der gasförmige Teil derselben über das Auslaßventil 13 in die freie Atmo sphäre. Dadurch wird der Aufbau eines Überdrucks in der Vor richtung verhindert. When taking a sample, as already described above, the person to be examined exhales through the mouthpiece 1 into the sample tube 2 . To facilitate the breathing process and to avoid re-breathing, the inlet valve 12 is used , via which the person to be examined receives fresh air when inhaling, while it is closed when exhaling. While the breath condensate 16 from the exhaled air precipitates on the inner wall 3 of the sample collecting tube 2 , the gaseous part of the same flows through the outlet valve 13 into the free atmosphere. This prevents the build-up of excess pressure in the device.
Nach Abschluß der Probennahme werden das Probensammelrohr 2 und das Sammelgefäß 14 entnommen sowie das Mundstück 1 entfernt und ungebrauchte Teile eingesetzt. Die Vorrichtung ist damit wieder einsatzbereit.After completing the sampling, the sample collecting tube 2 and the collecting vessel 14 are removed, the mouthpiece 1 is removed and unused parts are inserted. The device is now ready for use again.
In Fig. 3 ist ein Probensammelrohr 2 gezeigt, dessen Innenwand 3 durch die innere Umfangsfläche 3a des Probensammelrohres 2 und darin angeordnete Zwischenwände 3b gebildet ist. Damit wird die Fläche zum Niederschlag des Atemkondensates 16 vergrößert, wodurch insbesondere eine Verkürzung der Baulänge erreichbar ist.In Fig. 3, a sample collection tube 2 is shown, whose inner wall is formed by b the inner peripheral surface 3a of the sample collection tube 2 and disposed therein partitions 3 3. The area for the precipitation of the breathing condensate 16 is thus increased, whereby in particular a shortening of the overall length can be achieved.
In Fig. 4 ist ein aus mehreren Teilen 15 bestehendes Probensam melrohr 2 dargestellt. Bei dieser Ausbildung werden gleichzei tig mehrere Proben gesammelt, die, wie vorstehend beschrieben, zu unterschiedlichen Zeitpunkten analysiert werden können. Hierbei ist es auch möglich, das Kühlmantelrohr 5 mit einer den Innenraum der Vorrichtung unterteilenden Zwischenwand zu verse hen, so daß auch die Zwischenwände des mehrteiligen Probensam melrohres 2 auf eine ein sicheres Anfrieren des Atemkondensates 16 gewährleistende Temperatur abkühlbar sind.In Fig. 4, a sample pipe consisting of several parts 15 melrohr 2 is shown. In this embodiment, several samples are collected at the same time, which, as described above, can be analyzed at different times. Here, it is also possible to verse the cooling jacket tube 5 with a partition dividing the interior of the device so that the partition walls of the multi-part sample tube melrohres 2 can be cooled to a temperature that ensures freezing of the breathing condensate 16 .
In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung ge zeigt. Diese Vorrichtung weist als Kühlelement einen piezo elektrischen Kälteteil 19 auf, der das Probensammelrohr 2 um schließt. In dem Kälteteil 19 sind ein oder mehrere piezo elektrische Elemente zur Kühlung angeordnet. Damit ist es über deren Regelung möglich, daß der Kälteteil 19 entlang dem Pro bensammelrohr 2 unterschiedliche Temperaturgradienten aufweist. An der Außenseite ist der piezoelektrische Kälteteil 19 mit einer Isolierung 20 versehen. Diese kann auch an dem Kühl mantelrohr 5 der Vorrichtung nach Fig. 1 angeordnet sein.In Fig. 5 a further embodiment of the device is shown ge. This device has a piezoelectric refrigeration part 19 as a cooling element, which closes the sample collecting tube 2 . One or more piezoelectric elements for cooling are arranged in the cooling part 19 . This makes it possible via their control that the refrigeration part 19 along the Pro bensammelrohr 2 has different temperature gradients. The piezoelectric cooling part 19 is provided with an insulation 20 on the outside. This can also be arranged on the cooling jacket tube 5 of the device according to FIG. 1.
Der Kälteteil 19 ist über ein Leitungssystem 18 mit dem Elek trik- und Steuerteil 17 verbunden. Dieses umfaßt die bei piezo elektrischer Kühlung in an sich bekannter Weise vorgesehene elektrische Zuführung und Wärmeableitung. The refrigeration part 19 is connected via a line system 18 to the elec tric and control part 17 . This includes the electrical supply and heat dissipation provided in piezoelectric cooling in a manner known per se.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Vorrichtung ist hinter dem Aus laßventil ein Gasmengenmesser 21 angeordnet. Mit diesem ist die Menge der Ausatemluft bestimmbar. Es ist damit möglich, diese in das Verhältnis zum gesammelten Atemkondensat 16 zu setzen.In the device shown in Fig. 5, a gas flow meter 21 is arranged behind the outlet valve. With this, the amount of exhaled air can be determined. It is thus possible to place them in relation to the collected breath condensate 16 .
Der Gasmengenmesser 21 kann auch bei der Vorrichtung entspre chend Fig. 1 vorgesehen sein.The gas flow meter 21 can also be provided in the device accordingly FIG. 1.
Der weitere Aufbau dieser Vorrichtung entspricht der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung.The further construction of this device corresponds to the device shown in FIG. 1.
In nicht dargestellter Weise ist es auch möglich, daß das, das Probensammelrohr 2 umschließende, Kühlelement als ein Peltier- Element für Kühlung ausgebildet ist.In a manner not shown, it is also possible for the cooling element enclosing the sample collecting tube 2 to be designed as a Peltier element for cooling.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und den Vorrichtungen zur Durchführung desselben ist es möglich, in relativ einfacher und kostengünstiger Weise Proben von zu untersuchenden Personen zu sammeln, die dann an einer dritten Stelle analysiert werden können. Dabei umschließt die erfindungsgemäße Lösung auch wei tere Ausbildungen der Vorrichtung.With the inventive method and the devices for Carrying out the same it is possible in relatively simple and cost-effective way to get samples from people to be examined collect, which are then analyzed in a third place can. The solution according to the invention also encloses white tere training of the device.
Claims (27)
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