WO2022002971A1 - Sampling system and respiratory air examination system having a sampling system - Google Patents
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/08—Measuring devices for evaluating the respiratory organs
- A61B5/097—Devices for facilitating collection of breath or for directing breath into or through measuring devices
Definitions
- the present disclosure relates to a sampling system / sampling system for taking a sample of expiratory air, as well as a test system or
- Breathing air examination system with such a sampling system for the detection of a pathogen, in particular a virus, directly in the expired air.
- Breathing air analysis devices comprising multicapillary columns (MCC) and ion mobility spectrometers (IMS) are known from the prior art, by means of which breathing air (exhaled air / exhaled air) of a living being / human can be examined / analyzed.
- MCC multicapillary columns
- IMS ion mobility spectrometers
- a multi-capillary column is a gas chromatographic column that consists of a large number of bundled individual capillaries that retain different analytes for different lengths of time.
- components of the expired air ideally require different lengths of time to pass through the multicapillary column, so that an expired air sample can be pre-separated by means of the multicapillary column (1st separation).
- the time it takes to pass through the multicapillary column is referred to as the retention time.
- the constituents pass into the ion mobility spectrometer, namely initially in an ionization chamber section of the ion mobility spectrometer in which the gas constituents of the expired air are ionized.
- an ionization source usually by means of chemical ionization, for example by means of ⁇ radiation, for example radioactive nickel ( 63 Ni).
- the ions pass through a barrier grid, if this is open, and are in a drift chamber section of the ion mobility spectrometer against the direction of flow of a drift gas accelerated towards a detection device.
- Ions of different mass or structure ideally achieve different drift speeds by absorbing energy from an electric field and collisions with the surrounding gas molecules, are thereby separated from one another (2nd separation) and hit the detection device one after the other.
- the time it takes to pass through the drift chamber section is referred to as the drift time.
- the ions in the ion mobility spectrometer are accelerated by means of an electric field.
- the analysis device on the detector outputs signal fluctuations which are generated by the ionized gas components of the expired air that hit the detection device.
- the detector is electrically decoupled from the incoming ion cloud by means of an aperture grid.
- the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19) can colonize a person's throat and / or lungs.
- SARS-CoV-2 (Covid-19)
- PCR polymerase chain reaction
- a negative test result of the throat swab does not necessarily mean that the tested patient is not ill with the new type of corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19). It also applies that with a positive
- the test result of the throat swab cannot directly indicate that / whether the patient's lungs are already infected with SARS-CoV-2 (Covid-19). In particular, further examinations, for example by means of computed tomography (CT) or x-rays, would be necessary in this case.
- CT computed tomography
- x-rays would be necessary in this case.
- the throat swab test also has the disadvantage that a test result is only available after a laboratory examination of the swab.
- a test result should determine whether a person is infected with a pathogen / virus such as the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19) and / or which areas of the respiratory tract or respiratory system are infected by the virus, are available immediately and with minimal retardation / delay.
- a pathogen / virus such as the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19) and / or which areas of the respiratory tract or respiratory system are infected by the virus
- the present disclosure relates first of all to a sampling system / sampling system for sampling / sampling (taking a sample or of samples) of expired air / exhaled air of a human / living being, with at least: a first sample receiving or dosing device, in particular sample loop or dosing loop, for receiving or filling with expired air from a first area of a respiratory tract / respiratory system, in particular throat expiratory air ; and a second sample receiving or dosing device (separate from the first sample receiving or dosing device), in particular a sample loop or dosing loop, for receiving or filling with expiratory air from a second area of the respiratory tract / respiratory system, in particular end-tidal expiratory air.
- a sampling system with at least two sample receiving or metering devices, which can be designed as sample or metering loops, for example, is thus provided.
- a first sample receiving or dosing device of the at least two sample receiving or dosing devices is preferably set up / prepared to use exhaled air / expired air from a first area of the respiratory tract, preferably with the pharynx - expiratory air (expired air on the pharynx or throat area of a person / Living being) to be filled.
- a second sample receiving or dosing device of the at least two sample receiving or dosing devices is preferably set up to be filled with exhaled air / expired air from a second area of the respiratory tract, preferably with end-tidal expiratory air (expired air from deeper areas of a human / living being's lungs) to become.
- the sampling system ensures that expired air from a first area of the respiratory tract is separated from expired air from a second area of the respiratory tract.
- the expired air from the first area of the respiratory tract is received / temporarily stored in the first sample receiving or dosing device, and the expired air from the second area of the respiratory tract is received / temporarily stored in the second sample receiving or dosing device.
- a sharp volume separation and a parallel sampling from the exhaled flow (in a single sampling step) from different areas of the respiratory tract (for example throat and lungs) are not essential Retardation / delay enables. This has the immediate consequence that in a next step - when the samples taken are given for analysis in a respiratory air analysis device - the at least two expired air samples from different areas of the respiratory tract can be analyzed independently of one another.
- sample receiving or dosing devices that is to say about three, four, five, etc., sample receiving or dosing devices are provided which are set up or prepared to take expiratory air from different Areas of the respiratory tract (for example throat, larynx, trachea, lungs, etc.) or different areas of the lungs (for example bronchi, bronchioles, alveoli) to be filled.
- Areas of the respiratory tract for example throat, larynx, trachea, lungs, etc.
- different areas of the lungs for example bronchi, bronchioles, alveoli
- the sampling system preferably has a control unit which is used to control the sampling, in particular to control the filling of the first sample receiving or dosing device with expiratory air from the first area of the respiratory tract (e.g. throat expiratory air) and the second sample receiving or dosing device with expiratory air from the second area of the respiratory tract (e.g. end-tidal expiratory air) is set up.
- the control unit is particularly preferably set up to fill the first sample receiving or dosing device with pharynx expiratory air and to fill the second sample receiving or dosing device with end-tidal expiratory air.
- the sampling system further preferably has a breathing cycle recording means, in particular a spirometer or a sensor, for example a CO 2 sensor, which is set up to record a breathing cycle (including inhalation / inspiration and exhalation / expiration), and recorded information about the current Forward breathing cycle to the control unit.
- a breathing cycle recording means in particular a spirometer or a sensor, for example a CO 2 sensor, which is set up to record a breathing cycle (including inhalation / inspiration and exhalation / expiration), and recorded information about the current Forward breathing cycle to the control unit.
- the control unit is preferably set up for sampling controlled by the breathing cycle.
- the breathing cycle is thus advantageously recorded by the breathing cycle recording means, and the control unit controls the sampling on the basis of the recorded breathing cycle.
- a breathing cycle is basically to be understood as a continuously repetitive process of lung breathing, which consists of inspiration / inhalation and expiration / exhalation.
- a breathing cycle control of the present disclosure is carried out during expiration / exhalation on the basis that, during an expiration process, air is initially exhaled / blown out of the throat and later only air from deeper areas of the lungs (end-tidal exhalation air).
- An advantageous embodiment is characterized in that the sampling is C02-controlled.
- a C02 curve or a CÜ2 curve of the expiratory air can be recorded and transmitted to the control unit by means of a CO2 sensor.
- the basic rule here is that the C02 proportion tends to increase in the course of the expiratory process, since the C02 proportion in the pharyngeal expiratory air is lower than the C02 proportion in end-tidal expiratory air. Consequently, the control can basically be designed in such a way that a sample of expired air is taken from the first area of the respiratory tract (for example throat space expiratory air) when lower CO2 levels / values are determined in the expiratory air, and that a sample of expired air is taken from the second area of the Respiratory tract (e.g. end-tidal expiratory air) (later) when higher C02 proportions / values are determined in the expired air.
- the first area of the respiratory tract for example throat space expiratory air
- a sample of expired air is taken from the second area of
- sampling is volume-controlled.
- a (breathing) volume curve or a (breathing) volume curve can be recorded and transmitted to the control unit by means of a spirometer in which a flow rate of expiratory air is measured and integrated to determine the volume.
- a spirometer in which a flow rate of expiratory air is measured and integrated to determine the volume.
- control can in principle also be designed in such a way that a sample can be taken from Expiratory air from the first area of the respiratory tract (for example pharynx - expiratory air) takes place with a lower determined expelled volume of expiratory air, and that a sample of expired air from the second area of the respiratory tract (for example end-tidal expiratory air) takes place with a higher ascertained expelled volume of expiratory air.
- a sample can be taken from Expiratory air from the first area of the respiratory tract (for example pharynx - expiratory air) takes place with a lower determined expelled volume of expiratory air
- a sample of expired air from the second area of the respiratory tract for example end-tidal expiratory air
- control is evidently not limited to being CO2-controlled or volume-controlled.
- a time control (based on a start time of the expiration / the expiration process) or a pressure control is also conceivable.
- any control is obviously conceivable as long as it enables expired air from a first area of the respiratory tract (for example pharynx expiratory air) and expired air from a second area of the respiratory tract (for example end-tidal expiratory air) to separate / different ones in a suitable manner
- Sample receiving or dosing devices can be initiated.
- the breathing cycle control is calibrated patient-specifically.
- a patient-specific, individual reference curve recorded in advance can be used to calibrate the breathing cycle control.
- a typical reference curve of a reference person (depending on gender, age, etc.) is used to calibrate the breathing cycle control.
- the sampling system preferably has an actuator, in particular a shut-off device / organ, preferably a valve, particularly preferably a multi-way valve such as a two- / three- / four- / five- / six- / seven- / eight- / Nine / ten / etc. way valve, which is activated by the control unit to guide expiratory air during a single expiration process both in the first sample receiving or dosing device and in the second sample receiving or dosing device.
- the actuator is activated by the control unit in order to guide expired air one after the other (not simultaneously) into the first sample intake / dosing device and into the second sample intake / dosing device during a single expiration process.
- the both sample receiving or metering devices are preferably not filled with expiratory air at the same time. It is particularly preferred if the control unit controls the actuator, in the one (single) expiration process, pharynx - to direct expiratory air into the first sample receiving or dosing device and to direct end-tidal expiratory air into the second sample receiving or dosing device.
- the control unit thus preferably controls an actuator which is designed, for example, as a multi-way valve.
- an actuator which is designed, for example, as a multi-way valve.
- expired air coming from a person / living being can be introduced into the first sample receiving device or metering device and into the second sample receiving device or metering device via a two- or three-way valve.
- the use of an eight-way valve for the actuator has also proven to be particularly preferred.
- various other actuators, shut-off devices / organs or valves are conceivable as long as they can lead expired air in a suitable manner into different / at least two sample receiving devices or metering devices.
- the control unit is advantageously set up to feed expiratory air samples from the (fully) filled sample intake or metering devices one after the other into a respiratory air analysis device, in particular comprising a gas chromatographic column, in particular a multi-capillary column, and an ion mobility spectrometer, for a separate analysis of the expiratory air from the first Area of the respiratory tract and the expiratory air from the second area of the respiratory tract to give / introduce.
- a respiratory air analysis device in particular comprising a gas chromatographic column, in particular a multi-capillary column, and an ion mobility spectrometer
- control unit controls an introduction / introduction of the expired air samples into the breathing air analysis device in such a way that first the expired air sample from the first sample receiving or dosing device is put into the multi-capillary column and the ion mobility spectrometer, and thus first the expired air from the first Area of the respiratory tract is analyzed / examined, and that only then is the exhaled air sample from the second sample receiving or dosing device placed in the multi-capillary column and the ion mobility spectrometer, and thus only then / with a minimal time delay analyzes the exhaled air from the second area of the respiratory tract / is being investigated.
- first the expired air from the second area of the respiratory tract and only then the expired air from the first area of the respiratory tract is analyzed / examined.
- the multicapillary column and the ion mobility spectrometer can be used to determine whether a pathogen / virus such as the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid- 19) is in the expired air, or conclusions can be drawn as to which areas / which area of the respiratory tract is infected by the pathogen / virus.
- the sampling system according to the disclosure also allows the detection if in a patient only the lower respiratory tract and not the throat are infected / colonized by the pathogen / virus, i.e. also in a case in which the currently usual detection by means of throat swab (PCR) would give a negative result. Hence, a false test result is thus avoided.
- a sampling system for a breathing air analysis device comprising at least one gas chromatographic column, in particular multi-capillary column (MCC) for gas chromatographic pre-separation and an ion mobility spectrometer (IMS)
- MCC multi-capillary column
- IMS ion mobility spectrometer
- the first sample receiving or dosing device and the second sample receiving or dosing device advantageously have different volumes.
- Dosing device has a smaller / smaller volume and the second sample receiving / or dosing device (end-tidal expiratory air sampling device) has a larger / higher volume.
- the volumes of the at least two sample receiving devices or metering devices are not necessarily identical.
- the first sample receiving or dosing device is provided for filling with pharynx expiratory air
- the second sample receiving or dosing device is provided for filling with end-tidal expiratory air
- a volume of the first sample receiving or dosing device is less than a volume the second sample receiving or dosing device.
- the volumes of the sample receiving or dosing devices are furthermore preferably determined / set in such a way that the sample receiving or dosing devices can be completely filled with a few breaths, in particular five to ten breaths.
- a first sample receiving or dosing device preferably designed as a sample loop / dosing loop
- a second sample receiving or dosing device can be used.
- Dosing device preferably designed as a sample loop / dosing loop
- Such sample receiving or dosing devices would be filled by an adult in about five to ten breaths. In principle, smaller volumes would be preferred for children. It is therefore true that the volumes of the sample receiving or dosing devices are preferably selected / determined as a function of the patient.
- sample receiving or metering devices of the present disclosure are moreover not restricted to the fact that they are sample loops or metering loops. Basically, any container that is used in a suitable manner a gas can take up and temporarily store, suitable to serve / function as a sample receiving or dosing device.
- Samples are preferably taken during an expiration process only when a (first) predetermined (minimum) threshold value is reached, in particular a predetermined volume value or CO 2 value.
- the control unit is preferably set up to control the sampling accordingly.
- the predetermined threshold value is set in such a way that first of all expiratory air is removed from the throat.
- a predetermined minimum (exhalation) volume or a predetermined minimum CO 2 value is preferably established, from which sampling begins.
- the person / patient / test person first exhales a certain minimum tidal volume before starting the sampling for the first area of the respiratory tract.
- the first predetermined threshold value is a volume value which is less than 800 milliliters, preferably less than 700 milliliters, particularly preferably less than 600 milliliters.
- minimum volumes of approximately 150 milliliters for children and minimum volumes of approximately 500 milliliters for adults have proven to be particularly suitable predetermined threshold values.
- the predetermined threshold value can also be very low and, for example, only 10 milliliters.
- the first predetermined threshold value can be a CO 2 value or proportion which is, for example, less than 1.6%, preferably less than 1.4%, particularly preferably less than 1.2%. In principle, however, very low CO 2 values or proportions from 0.04% are also conceivable for the first predetermined threshold value.
- the sampling is carried out in such a way that in the / each expiration process when a first predetermined threshold value (the predetermined minimum threshold value) is reached / is present, the first sample receiving or dosing device begins to be filled.
- a first predetermined threshold value the predetermined minimum threshold value
- the filling of the first sample receiving or dosing device is terminated that when it is reached / present a third predetermined threshold value is started with a filling of the second sample receiving or dosing device, and that when a fourth predetermined threshold value is reached / present, the filling of the second sample receiving or dosing device is ended.
- the control unit is preferably set up to control the sampling accordingly.
- time preferably first elapses before sampling for the first sample receiving or dosing device is started; the time preferably elapses between the end of the filling of the first sample receiving or dosing device and the start of the filling of the second sample receiving device. or dosing device, and even after the end of the filling of the second sample receiving or dosing device, the exhalation process is preferably not yet completed / ended.
- the first predetermined threshold value, the second predetermined threshold value, the third predetermined threshold value and the fourth predetermined threshold value are each volume values which are set such that the first predetermined threshold value and the second predetermined threshold value are less than 800 milliliters and the third predetermined threshold value and the fourth predetermined threshold value are particularly preferably greater than 800 milliliters.
- the first predetermined threshold value and the second predetermined threshold value are advantageously in a range between 10 milliliters and 700 milliliters, preferably between 10 milliliters and 600 milliliters, particularly preferably between 10 milliliters and 500 milliliters.
- the third predetermined threshold value and the fourth predetermined threshold value are particularly preferably between 800 milliliters and a switchover point between expiration and inspiration, which is approximately 2 liters when taking a deep breath and exhaling to the maximum. This ensures that the first sample receiving or dosing device is filled with pharynx expiratory air and the second sample receiving or dosing device is filled with end-tidal expiratory air.
- the first predetermined threshold value, the second predetermined threshold value, the third predetermined threshold value and the fourth predetermined threshold value can also each be CCh values or CCh components, which are defined in such a way that the first predetermined threshold value and the second predetermined threshold value are less than 1.6% and the third predetermined threshold and the fourth predetermined threshold are greater than 1.6%.
- the first predetermined threshold value and the second predetermined threshold value are particularly preferably in a range between 0.04% and 1.4%, preferably between 0.04% and 1.2%, particularly preferably between 0.04% and 1.0%.
- the third predetermined threshold value and the fourth predetermined threshold value are particularly preferably between 1.6% and a switchover point between expiration and inspiration, which is approximately 4.0% when taking a deep breath and exhaling to the maximum.
- the present disclosure relates to a test system, in particular a breathing air examination system, for the detection of a pathogen / virus in expired air, comprising: a sampling system as described above; and a breath air analysis device comprising a gas chromatographic column, in particular a multi-capillary column, and an ion mobility spectrometer; wherein a / the control unit is set up to give / introduce samples of the (completely filled) sample receiving or dosing devices one after the other into the breathing air analysis device for a separate analysis of the expired air from the first area of the respiratory tract and the expired air from the second area of the respiratory tract.
- a multi-capillary column is preferably used as a gas chromatographic column.
- the gas chromatographic column can also be designed as a normal capillary column or as another gas chromatographic column.
- An expiratory air sample is preferably pre-separated by means of the multicapillary column, since components of the expired air require different lengths of time to pass through the multicapillary column (retention time). More preferably, after the pre-separation in the multicapillary column, the constituents of the expired air reach the ion mobility spectrometer, in which the ionized constituents of the expired air are accelerated to a detection device and require different lengths of time (drift time).
- the ionized components of the exhaled air that hit the detection device preferably generate signal fluctuations (peaks).
- peaks Via the peak position in the ion mobility spectrometer chromatogram (IMS chromatogram), which is dependent on the drift time and the retention time, and via the intensity / the signal amplitude / the peak at the corresponding point in the chromatogram, it is preferable to demonstrate whether a pathogen / Virus is contained in the expired air or in the corresponding area of the respiratory tract and to what extent the corresponding area of the respiratory tract is infected by the pathogen / virus. It can be either a single peak or a combination of peaks.
- the present disclosure relates to a sampling system with at least two sample receiving or dosing devices or dosing / sample loops, which optionally or preferably have different volumes, and which with each individual one of about five to ten breaths one after the other with expiratory air (first expiratory air from the pharynx into the first sample receiving or dosing device, then expired air from deeper areas of the lungs into the second sample receiving or dosing device), the filling of the at least two sample receiving or dosing devices being controlled by the breathing cycle, and the sampling system, in particular a control of the same, is set up, the filled sample receiving or dosing devices or dosing / sample loops one after the other in a breathing air analysis device (comprising multi-capillary column and ion mobility spectrometer) for a separate analysis of exhalation ionic air from the pharynx and expiratory air from deeper areas of the lungs, as well as for to initiate a separate detection of a pathogen / virus, in particular
- What is achieved by the present disclosure is that a person / patient / test person only needs to exhale a few times in a single sampling step so that expired air from different areas of the respiratory tract (for example pharynx and lungs) can be analyzed with minimal delay. In particular, no two separate sampling steps are required. It is thus avoided that a person / patient / test person comes into multiple contact with the sampling system.
- the present disclosure enables a quick test result / measurement result to be provided.
- test results / measurement results for different areas of the respiratory tract are available with a minimal delay and samples do not need to be taken to a laboratory. For example, test results / measurement results are available when a patient is admitted to a hospital.
- the sampling system according to the disclosure and the breathing air examination system according to the disclosure can be designed to be relatively compact and thus also suitable for general practitioners.
- FIG. 1 shows a schematic view of a test system / breathing air examination system according to the present disclosure
- Figure 4 is a diagram of a human respiratory profile
- 5 shows a diagram for explaining a respiratory cycle-controlled sampling according to the present disclosure
- FIG. 6 shows a two-dimensional view of a first chromatogram in which a signal deflection is shown as a function of the drift time and the retention time;
- FIG. 7 shows a three-dimensional view of the first chromatogram, in which a signal deflection is shown as a function of the drift time and the retention time;
- FIG. 8 shows a two-dimensional view of a second chromatogram in which a large number of signal fluctuations / peaks are shown as a function of the drift time and the retention time.
- FIG. 1 shows a schematic view of a test system or respiratory air examination system 2 according to the present disclosure.
- the breathing air examination system 2 basically contains a sampling system / sampling system 4 and a breathing air analysis device 6.
- the sampling system 4 contains a breathing cycle detection means 8, a control unit 10, an actuator 12, a first sample receiving / or dosing device 14 and a second sample receiving / or dosing device 16.
- the respiratory air analysis device 6 contains a multi-capillary column 18 and an ion mobility spectrometer 20.
- exhaled air / exhaled air of a person / patient / test person 22 first reaches the breathing cycle detection means 8, which is designed, for example, as a spirometer or as a sensor, in particular a CO2 sensor.
- the breathing cycle detection means 8 detects a breathing cycle comprising an inhalation / inspiration and an exhalation / expiration of the corresponding person / patient / test person 22.
- the breathing cycle detection means 8 detects a volume profile / a volume curve, in particular if it is designed as a spirometer, or detects a C02 Curve or a C02 curve, especially if it is designed as a C02 sensor.
- the breathing cycle recording means 8 forwards the recorded information about the breathing cycle to the control unit 10, which is preferably designed as a processor, in particular as a central arithmetic and processing unit (CPU).
- the control unit 10 is set up for the breathing cycle-controlled sampling / sampling, that is to say it controls sampling on the basis of the breathing cycle detected by the breathing cycle detection means 8. To this end, the control unit 10 controls the actuator 12.
- expired air comes from a person / patient / test person 22 via the respiratory cycle recording means 8 to the actuator 12 .
- Dosing device 14 as well as into the second sample receiving / or dosing device 16 (one after the other or not simultaneously).
- the actuator 12 in the present case can be designed as a two-way or three-way valve.
- the sample receiving and / or metering devices 14, 16 can be designed as any container.
- control unit 10 controls the actuator 12 on the basis of the respiratory cycle detected by the respiratory cycle detection means 8 in such a way that the first sample receiving / dosing device 14 receives expired air from a first region of a respiratory tract of the person / patient / Subjects 22, in particular with pharyngeal expiratory air, and that the second sample receiving / or metering device 16 is filled with expiratory air from a second area of a respiratory tract of the person / patient / test person 22, in particular with end-tidal expiratory air.
- Dosing device 14 and the second sample receiving or dosing device 16 preferably have different volumes.
- the volume of the first sample receiving or dosing device 14 (for pharyngeal expiratory air) is preferably less than the volume of the second sample receiving or dosing device 16 (for end-tidal expiratory air).
- the volumes can also be identical. In any case, it applies to both sample receiving or dosing devices 14, 16 that they should be able to be completely filled with sample air with a few breaths, for example five to ten.
- the control unit 10 also controls the transfer / introduction of the exhaled air samples into the breathing air analysis device 6 , 16 successively given into the breath air analysis device 6.
- the exhaled air sample is first introduced from the first sample receiving or dosing device 14 into the multicapillary column 18 and the ion mobility spectrometer 20 in order to be able to analyze the exhaled air from the first area of the respiratory tract first.
- the exhaled air sample from the second sample receiving or dosing device 16 is first introduced into the multicapillary column 18 and the ion mobility spectrometer 20 in order to then also be able to analyze the exhaled air from the second area of the respiratory tract.
- test system A preferred embodiment of a test system /
- Breathing air examination system 2 is described with reference to FIG. Similar to what is shown in the schematic view of FIG. 1, expired air comes from a person / patient / test person 22 via a respiratory cycle recording means (spirometer or CO 2 sensor) 8 to an actuator 12.
- the breathing cycle recording means 8 provides recorded information about a human respiratory cycle / Patients / test persons 22 to a control unit 10 and the control unit 10 controls the actuator 12 on the basis of the recorded information.
- the actuator 12 is designed as an eight-way valve 24.
- the eight-way valve 24 enables expired air coming from the person / patient / test person 22 to be conducted into a first sample intake / or metering device 14, into a second sample intake / or metering device 16, or to a gas outlet 26 can be.
- the first sample receiving / or dosing device 14 is preferably designed as a first sample loop / dosing loop 28, and the second sample receiving / or dosing device 16 is preferably designed as a second sample loop / dosing loop 30.
- the first sample loop / metering loop 28 preferably has a smaller volume than the second sample loop / metering loop 30.
- the first sample loop / dosing loop 28 preferably has a volume / dead volume of less than 600 milliliters
- the second sample loop / dosing loop 30 preferably has a volume / dead volume of 700 milliliters to 1200 milliliters.
- the control unit 10 also controls the actuator 12 or the eight-way valve 24 according to the preferred embodiment shown in FIG and that expired air from a second region of the respiratory tract of the person / patient / test person 22 is introduced into the second sample loop / metering loop 30.
- the exhaled air sample from the first sample loop / dosing loop 28 together with a carrier gas coming from a carrier gas inlet 32 is first fed into the multicapillary column 18 and the ion mobility spectrometer 20 for analysis, and in a second step the expired air sample from the second sample loop / Dosing loop 30, together with a carrier gas coming from the carrier gas inlet 32, is fed into the multicapillary column 18 and the ion mobility spectrometer 20 for analysis.
- the exhaled air sample from the second sample loop / metering loop 30 can also be analyzed first, and only then the expiratory air sample from the first sample loop / metering loop 28 can be analyzed.
- FIG. 3 shows a sample extraction in a sample loop / metering loop 28 or 30 using a six-way valve 33 -Way valve exist.
- FIG. 3 shows that the sample loop / metering loop 28 or 30 is initially filled with expiratory air. In this state, ambient air can be pumped into the multicapillary column 18. As can be seen from the figure in the middle of FIG. 3, the six-way valve 33 can be switched in order to pump the exhaled air sample into the multicapillary column 18.
- the right-hand illustration of FIG. 3 shows a state in which the corresponding exhaled air sample has been completely pumped into the multicapillary column 18.
- FIGS. 4 and 5 show diagrams of a breathing profile of a person / patient / test person 22 and serve to explain a breathing cycle-controlled sampling according to the present disclosure.
- FIG. 4 shows a diagram of a breathing profile of a person 22, in which time (t) is on the horizontal axis and a tidal volume (V) is on the vertical axis. (eg in liters) or a volume flow rate (V / t) (eg in liters per second) is plotted. Exhalation / expiration is plotted in the negative vertical axis direction, and inhalation / inspiration is applied in the positive vertical axis direction. Furthermore, the diagram in FIG. 4 shows sampling areas 34 in which, according to the disclosure, sampling takes place. From FIG. 4 it can be seen in particular that a sample is only taken during an expiratory process when a predetermined threshold value is reached.
- the predetermined threshold value is a predetermined volume value V1 or Vmin.
- V1 or Vmin a predetermined volume value
- sampling takes place in the sampling areas 34 only when the predetermined threshold value / volume value V1 or Vmin has been reached during expiration.
- the predetermined threshold value of a minimum volume V1 or Vmin can evidently be set, for example, to -500 milliliters in adults and -150 milliliters in children.
- FIG. 1 How the sampling according to the disclosure takes place exactly in a single expiration process can be seen better from FIG. It is shown here that during an expiration process when a first predetermined threshold value V1 or Vmin is reached or present at a point in time t1, a filling of the first sample receiving / dosing device 14 or the first sample loop / dosing loop 28 begins When a second predetermined threshold value V2 is reached or is present at a point in time t2, the filling of the first sample receiving / or metering device 14 or the first sample loop / metering loop 28 is terminated that when a third predetermined threshold value V3 is reached or present at a time t3 a filling of the second sample receiving or dosing device 16 or the second sample loop / dosing loop 30 is started, and that when a fourth predetermined threshold value V4 is reached or present at a point in time t4, the filling of the second sample receiving / or dosing device 16 or the second sample loop / dosing loop 30 bee
- Expiratory air which reaches actuator 12 before time t1, between times t2 and t3, and after time t4, is preferably released and thus does not get into the sample receiving and / or metering devices 14, 16.
- the expired air is let out via the gas outlet 26 shown in FIG.
- FIGS. 4 and 5 show a preferred exemplary embodiment of a volume-controlled breathing cycle control, for example using a spirometer as the breathing cycle detection means 8.
- Other controls such as a CO2-controlled breathing cycle control, can be implemented in a similar way.
- the CO2-controlled breathing cycle control only the mentioned volume values V1, V2, V3 and V4 would have to be exchanged for corresponding CO2 values.
- the breathing air analysis carried out by means of the multicapillary column 18 and the ion mobility spectrometer 20 is explained in conclusion. It applies that expired air to be analyzed first (from an area of the respiratory tract) is pre-separated in the multi-capillary column 18, which is a gas chromatographic column (1st separation), since components of the expired air require different lengths of time to pass through the multi-capillary column 18 (retention time tR).
- the components of the expiratory air to be analyzed enter the ion mobility spectrometer 20, initially in an ionization chamber section 36 of the ion mobility spectrometer 20, in which the gas components of the expiratory air are ionized. This is done with the aid of an ionization source 38, for example radioactive nickel.
- an ionization source 38 for example radioactive nickel.
- the ions pass through a barrier grid 40, also called Bradbury-Nielsen grid, and are in a drift chamber section 42 of the ion mobility spectrometer 20 against the flow direction of a drift gas coming from a drift gas inlet 44 to a detection device 46, also known as a Faraday plate called, accelerated.
- an aperture grid 48 is provided as a shielding grid for capacitive decoupling of the ions. Ions of different mass or structure reach different drift speeds, are thereby separated from one another (2nd separation) and hit the detection device one after the other (drift time io).
- the acceleration the ions in the ion mobility spectrometer 20 take place by means of an electric field.
- the breathing air analysis device 6 outputs signal deflections which are generated by the ionized gas components of the expiratory air that hit the detection device 46.
- a pathogen in particular a virus, such as a corona virus (e.g. the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19)) appears at a certain point / Position, here referred to as virus position / site 50, in the chromatogram (see, for example, FIG. 6).
- a corona virus e.g. the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19)
- virus position / site 50 appears at a certain point / Position, here referred to as virus position / site 50, in the chromatogram (see, for example, FIG. 6).
- the virus position / site 50 is dependent on the retention time tp and the drift time to.
- the intensity / signal amplitude / peak at the corresponding virus position / site 50 in the chromatogram can then be used to detect whether the virus is contained in the expired air or in the corresponding area of the respiratory tract of the person / patient / test person 22 and the extent to which the corresponding area of the respiratory tract is infected by the virus (see FIG. 7).
- FIG. 8 shows, by way of example, a two-dimensional view of a (second) chromatogram in which a large number of signal fluctuations are shown as a function of the drift time to and the retention time tp.
- a plurality of signal deflections / peaks 52 are preferably considered.
- different signal swings / peaks 52 can be influenced by the particular pathogen / virus. It can be seen from FIG. 8 that, for example, three peaks / signal fluctuations 52 can be considered in order to be able to draw conclusions as to whether the particular pathogen / virus occurs / is contained in the respective exhaled air sample considered, or also which pathogen / virus is contained in each considered expiratory air sample is included.
- the absolute heights and absolute positions of the individual signal deflections / peaks 52 are then considered. Furthermore, the relative positions and relative heights of the signal deflections / peaks 52 to one another are considered. However, only the heights can be viewed below one another. It has been found, for example, that with certain pathogens only individual signal fluctuations / peaks 52 increase and other signal fluctuations / peaks 52 decrease (compared to a healthy person). For example, if, compared to a healthy person, one of the signal swings / peaks 52 shown in FIG.
- first sample receiving / or dosing device 16 second sample receiving / or dosing device 18 multicapillary column
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Abstract
Description
Beschreibung description
Probenentnahmesystem und Atemluftuntersuchungssystem mit einemSampling system and breathing air analysis system with one
Probenentnahmesystem Sampling system
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Probenentnahmesystem/ Probenahmesystem zur Entnahme einer Probe von Exspirationsluft, sowie ein Testsystem bzw. The present disclosure relates to a sampling system / sampling system for taking a sample of expiratory air, as well as a test system or
Atem luftuntersuchungssystem mit einem solchen Probenentnahmesystem zum Nachweis eines Krankheitserregers, insbesondere eines Virus direkt in Exspirationsluft. Breathing air examination system with such a sampling system for the detection of a pathogen, in particular a virus, directly in the expired air.
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik sind Atem luftanalysevorrichtungen umfassend Multikapillarsäulen (MCC) und lonenbeweglichkeitsspektrometer (IMS) bekannt, mittels welchen Atemluft (Exspirationsluft/ Ausatem luft) eines Lebewesens/ Menschen untersucht/ analysiert werden kann. Breathing air analysis devices comprising multicapillary columns (MCC) and ion mobility spectrometers (IMS) are known from the prior art, by means of which breathing air (exhaled air / exhaled air) of a living being / human can be examined / analyzed.
Eine Multikapillarsäule ist eine gaschromatographische Säule, welche aus einer Vielzahl von gebündelten Einzelkapillaren besteht, die unterschiedliche Analyten verschieden lange zurückhalten. In anderen Worten benötigen Bestandteile der Exspirationsluft für einen Durchtritt durch die Multikapillarsäule idealerweise unterschiedlich lange, so dass eine Exspirationsluft-Probe mittels der Multikapillarsäule vorgetrennt werden kann (1. Trennung). Die Durchtrittsdauer durch die Multikapillarsäule wird dabei als Retentionszeit bezeichnet. A multi-capillary column is a gas chromatographic column that consists of a large number of bundled individual capillaries that retain different analytes for different lengths of time. In other words, components of the expired air ideally require different lengths of time to pass through the multicapillary column, so that an expired air sample can be pre-separated by means of the multicapillary column (1st separation). The time it takes to pass through the multicapillary column is referred to as the retention time.
Nach der Vortrennung in der Multikapillarsäule gelangen die Bestandteile in das lonenbeweglichkeitsspektrometer, und zwar zunächst in einen lonisationskammerabschnitt des lonenbeweglichkeitsspektrometers, in welchem die Gasbestandteile der Exspirationsluft ionisiert werden. Dies geschieht mit Hilfe einer lonisierungsquelle, meist über chemische Ionisierung, beispielsweise mittels ß- Strahlung, z.B. radioaktivem Nickel (63Ni). Nach der Ionisierung durchlaufen die Ionen ein Sperrgitter, sofern dieses geöffnet ist, und werden in einem Driftkammerabschnitt des lonenbeweglichkeitsspektrometers gegen die Strömungsrichtung eines Driftgases hin zu einer Detektionsvorrichtung beschleunigt. Ionen unterschiedlicher Masse bzw. Struktur erreichen hier durch Energieaufnahme aus einem elektrischen Feld und Stöße mit den umgebenden Gasmolekülen idealerweise unterschiedliche Driftgeschwindigkeiten, werden dadurch voneinander getrennt (2. Trennung) und treffen zeitlich nacheinander auf die Detektionsvorrichtung. Die Durchtrittsdauer durch den Driftkammerabschnitt wird als Driftzeit bezeichnet. Die Beschleunigung der Ionen in dem lonenbeweglichkeitsspektrometer erfolgt mittels eines elektrischen Feldes. Die Analysevorrichtung am Detektor gibt Signalausschläge aus, welche durch die auf die Detektionsvorrichtung auftreffenden, ionisierten Gasbestandteile der Exspirationsluft erzeugt werden. Dabei wird der Detektor mittels eines Aperturgitters elektrisch von der ankommenden lonenwolke entkoppelt. After the pre-separation in the multicapillary column, the constituents pass into the ion mobility spectrometer, namely initially in an ionization chamber section of the ion mobility spectrometer in which the gas constituents of the expired air are ionized. This is done with the help of an ionization source, usually by means of chemical ionization, for example by means of β radiation, for example radioactive nickel ( 63 Ni). After the ionization, the ions pass through a barrier grid, if this is open, and are in a drift chamber section of the ion mobility spectrometer against the direction of flow of a drift gas accelerated towards a detection device. Ions of different mass or structure ideally achieve different drift speeds by absorbing energy from an electric field and collisions with the surrounding gas molecules, are thereby separated from one another (2nd separation) and hit the detection device one after the other. The time it takes to pass through the drift chamber section is referred to as the drift time. The ions in the ion mobility spectrometer are accelerated by means of an electric field. The analysis device on the detector outputs signal fluctuations which are generated by the ionized gas components of the expired air that hit the detection device. The detector is electrically decoupled from the incoming ion cloud by means of an aperture grid.
Ferner ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass ein Nachweis bzw. Test, ob ein Mensch an dem neuartigen Corona-Virus SARS-CoV-2 (Covid-19) erkrankt ist, gewöhnlich über einen Abstrich aus dem Mund-, Nasen- oder Rachenraum erfolgt. Der Abstrich wird in einem Labor dahingehend geprüft / untersucht, ob er das Erbgut des Virus enthält. Dabei wird eine Methode, die sogenannte Polymerase-Kettenreaktion (PCR), angewandt, mittels welcher eine Erbsubstanz des Virus in vitro in mehreren Zyklen vervielfältigt wird. Durch den Einsatz fluoreszierender Stoffe sieht man schließlich, ob die gesuchten Gensequenzen des Virus vorliegen oder nicht. Furthermore, it is known from the prior art that a proof or test of whether a person is sick with the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19), usually via a swab from the mouth, nose or Pharynx takes place. The smear is checked / examined in a laboratory to determine whether it contains the genetic material of the virus. A method is used, the so-called polymerase chain reaction (PCR), by means of which a genetic material of the virus is replicated in vitro in several cycles. By using fluorescent substances, you can finally see whether the virus gene sequences you are looking for are present or not.
Es hat sich herausgestellt, dass das neuartige Corona-Virus SARS-CoV-2 (Covid-19) den Rachen und/oder die Lunge eines Menschen besiedeln kann. Insbesondere hat sich bei an dem neuartigen Corona-Virus SARS-CoV-2 (Covid-19) erkrankten Menschen/ Patienten herausgestellt, dass das Virus im Rachenraum / -bereich zum Teil nicht nachweisbar war, es jedoch in großem Umfang die Lunge der Patienten befallen hat. In anderen Worten haben Patienten zum Teil über den Rachenabstrich und nachfolgender Polymerase-Kettenreaktion (PCR) ein negatives Testergebnis erhalten, obwohl sie sich bereits in einem kritischen Zustand aufgrund ihrer SARS-CoV-2 (Covid- 19) Erkrankung befanden, da sich das Virus bereits in großem Umfang in ihrer Lunge festgesetzt hat. Somit gilt, dass ein negatives Testergebnis des Rachenabstrichs nicht zwangsläufig bedeutet, dass der getestete Patient nicht an dem neuartigen Corona- Virus SARS-CoV-2 (Covid-19) erkrankt ist. Weiterhin gilt, dass bei einem positiven Testergebnis des Rachenabstrichs nicht direkt darauf geschlossen werden kann, dass / ob die Lunge des Patienten bereits von SARS-CoV-2 (Covid-19) befallen ist. Insbesondere wären in diesem Fall weitergehenden Untersuchungen, beispielsweise mittels Computertomographie (CT) oder Röntgenaufnahmen, vonnöten. Der Rachenabstrich-T est hat ferner den Nachteil, dass ein Testergebnis erst zeitversetzt nach einer Laboruntersuchung des Abstrichs vorliegt. It has been found that the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19) can colonize a person's throat and / or lungs. In particular, in people / patients suffering from the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19), it turned out that the virus was in part undetectable in the throat / area, but that it infects the lungs of the patients on a large scale has. In other words, some patients received a negative test result from the throat swab and subsequent polymerase chain reaction (PCR), even though they were already in a critical condition due to their SARS-CoV-2 (Covid-19) disease because the virus was there has already settled in her lungs on a large scale. It is therefore true that a negative test result of the throat swab does not necessarily mean that the tested patient is not ill with the new type of corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19). It also applies that with a positive The test result of the throat swab cannot directly indicate that / whether the patient's lungs are already infected with SARS-CoV-2 (Covid-19). In particular, further examinations, for example by means of computed tomography (CT) or x-rays, would be necessary in this case. The throat swab test also has the disadvantage that a test result is only available after a laboratory examination of the swab.
Außerdem hat sich bei einer Gesamtanalyse von Exspirationsluft / Ausatem luft mittels Multikapillarsäule und lonenmobilitätsspektrometer herausgestellt, dass damit ein Krankheitserreger bzw. Virus wie etwa das neuartige Corona-Virus SARS-CoV-2 (Covid-19) aufgrund der großen Atem Volumina und der geringen Analyt- bzw. Viruskonzentration nur schwierig nachzuweisen ist. Darüber hinaus kann auch bei einer Gesamtanalyse der Exspirationsluft keine Aussage darüber getroffen werden, welchen Bereich des Atemtrakts / Atmungsapparats das Virus erreicht bzw. befallen hat. In addition, an overall analysis of exhaled / exhaled air using a multi-capillary column and ion mobility spectrometer has shown that a pathogen or virus such as the new corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19) due to the large respiratory volumes and the low analyte - or virus concentration is difficult to detect. In addition, even with an overall analysis of the expired air, no statement can be made about which area of the respiratory tract / respiratory system the virus has reached or infected.
Kurzbeschreibunq der Offenbarung Brief description of the disclosure
Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, die genannten Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden oder wenigstens zu mildern. Insbesondere soll ein Testergebnis, ob ein Mensch an einem Krankheitserreger / Virus wie etwa an dem neuartigen Corona-Virus SARS-CoV-2 (Covid-19) erkrankt ist, und/oder welche Bereiche des Atemtrakts bzw. Atmungsapparats von dem Virus befallen sind, unmittelbar und minimalretardiert / -verzögert vorliegen. The object of the present disclosure is to avoid or at least mitigate the disadvantages mentioned from the prior art. In particular, a test result should determine whether a person is infected with a pathogen / virus such as the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19) and / or which areas of the respiratory tract or respiratory system are infected by the virus, are available immediately and with minimal retardation / delay.
Diese Aufgabe wird durch ein Probenentnahmesystem zur Entnahme einer Probe von Exspirationsluft gemäß Anspruch 1 , sowie ein Testsystem bzw. This object is achieved by a sampling system for taking a sample of expired air according to claim 1, as well as a test system or
Atem luftuntersuchungssystem mit einem solchen Probenentnahmesystem zum Nachweis eines Krankheitserregers / Virus in Exspirationsluft gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beansprucht und/oder werden nachfolgend erläutert. Breathing air examination system with such a sampling system for the detection of a pathogen / virus in expired air according to claim 15. Advantageous embodiments and developments are claimed in the subclaims and / or are explained below.
Die vorliegende Offenbarung betrifft zunächst ein Probenentnahmesystem / Probenahmesystem zur Probenentnahme/ Probenahme (Entnahme einer Probe bzw. von Proben) von Exspirationsluft/ Ausatem luft eines Menschen/ Lebewesens, mit zumindest: einer ersten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung, insbesondere Probenschleife oder Dosierschleife, zur Aufnahme von bzw. Befüllung mit Exspirationsluft aus einem ersten Bereich eines Atemtrakts/ Atmungsapparats, insbesondere Rachenraum-Exspirationsluft; und einer (von der ersten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung separaten) zweiten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung, insbesondere Probenschleife oder Dosierschleife, zur Aufnahme von bzw. Befüllung mit Exspirationsluft aus einem zweiten Bereich des Atemtrakts/ Atmungsapparats, insbesondere endtidaler Exspirationsluft. The present disclosure relates first of all to a sampling system / sampling system for sampling / sampling (taking a sample or of samples) of expired air / exhaled air of a human / living being, with at least: a first sample receiving or dosing device, in particular sample loop or dosing loop, for receiving or filling with expired air from a first area of a respiratory tract / respiratory system, in particular throat expiratory air ; and a second sample receiving or dosing device (separate from the first sample receiving or dosing device), in particular a sample loop or dosing loop, for receiving or filling with expiratory air from a second area of the respiratory tract / respiratory system, in particular end-tidal expiratory air.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird somit ein Probenentnahmesystem mit zumindest zwei Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen, welche beispielsweise als Proben- oder Dosierschleifen ausgebildet sein können, bereitgestellt. Eine erste Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung der zumindest zwei Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen ist bevorzugt eingerichtet / vorbereitet, um mit Ausatem luft/ Exspirationsluft aus einem ersten Bereich des Atemtrakts, bevorzugt mit Rachenraum - Exspirationsluft (Exspirationsluft auf dem Rachenraum bzw. Rachenbereich eines Menschen / Lebewesens), befüllt zu werden. Eine zweite Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung der zumindest zwei Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen ist bevorzugt eingerichtet, um mit Ausatem luft / Exspirationsluft aus einem zweiten Bereich des Atemtrakts, bevorzugt mit endtidaler Exspirationsluft (Exspirationsluft aus tieferen Bereichen einer Lunge eines Menschen/ Lebewesens), befüllt zu werden. According to the present disclosure, a sampling system with at least two sample receiving or metering devices, which can be designed as sample or metering loops, for example, is thus provided. A first sample receiving or dosing device of the at least two sample receiving or dosing devices is preferably set up / prepared to use exhaled air / expired air from a first area of the respiratory tract, preferably with the pharynx - expiratory air (expired air on the pharynx or throat area of a person / Living being) to be filled. A second sample receiving or dosing device of the at least two sample receiving or dosing devices is preferably set up to be filled with exhaled air / expired air from a second area of the respiratory tract, preferably with end-tidal expiratory air (expired air from deeper areas of a human / living being's lungs) to become.
Durch das offenbarungsgemäße Probenentnahmesystem wird erreicht, dass Exspirationsluft aus einem ersten Bereich des Atemtrakts von Exspirationsluft aus einem zweiten Bereich des Atemtrakts getrennt wird. Die Exspirationsluft aus dem ersten Bereich des Atemtrakts wird dabei in der ersten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung aufgenommen/ zwischengespeichert, und die Exspirationsluft aus dem zweiten Bereich des Atemtrakts wird in der zweiten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung aufgenommen/ zwischengespeichert. Somit werden offenbarungsgemäß eine scharfe Volumentrennung und eine parallele Probenahme aus dem Ausatemstrom (in einem einzigen Probenahmeschritt) aus verschiedenen Bereichen des Atemtrakts (beispielsweise Rachen und Lunge) ohne wesentliche Retardierung / Verzögerung ermöglicht. Dies hat unmittelbar zur Folge, dass in einem nächsten Schritt - wenn die entnommenen Proben zur Analyse in eine Atem luftanalysevorrichtung gegeben werden - die wenigstens zwei Exspirationsluft- Proben aus verschiedenen Bereichen des Atemtrakts unabhängig voneinander analysiert werden können. The sampling system according to the disclosure ensures that expired air from a first area of the respiratory tract is separated from expired air from a second area of the respiratory tract. The expired air from the first area of the respiratory tract is received / temporarily stored in the first sample receiving or dosing device, and the expired air from the second area of the respiratory tract is received / temporarily stored in the second sample receiving or dosing device. Thus, according to the disclosure, a sharp volume separation and a parallel sampling from the exhaled flow (in a single sampling step) from different areas of the respiratory tract (for example throat and lungs) are not essential Retardation / delay enables. This has the immediate consequence that in a next step - when the samples taken are given for analysis in a respiratory air analysis device - the at least two expired air samples from different areas of the respiratory tract can be analyzed independently of one another.
Grundsätzlich ist es gemäß der vorliegenden Offenbarung auch denkbar, dass mehr als zwei Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen, also etwa drei, vier, fünf, etc. Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen vorgesehen sind, welche eingerichtet bzw. vorbereitet sind, um mit Exspirationsluft aus unterschiedlichen Bereichen des Atemtrakts (beispielsweise Rachen, Kehlkopf, Luftröhre, Lunge, etc.) bzw. unterschiedlichen Bereichen der Lunge (beispielsweise Bronchien, Bronchiolen, Alveolen) befüllt zu werden. In principle, according to the present disclosure, it is also conceivable that more than two sample receiving or dosing devices, that is to say about three, four, five, etc., sample receiving or dosing devices are provided which are set up or prepared to take expiratory air from different Areas of the respiratory tract (for example throat, larynx, trachea, lungs, etc.) or different areas of the lungs (for example bronchi, bronchioles, alveoli) to be filled.
Das Probenentnahmesystem weist bevorzugt eine Steuereinheit auf, welche zur Steuerung der Probenentnahme, insbesondere zur Steuerung der Befüllung der ersten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung mit Exspirationsluft aus dem ersten Bereich des Atemtrakts (z.B. Rachenraum-Exspirationsluft) und der zweiten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung mit Exspirationsluft aus dem zweiten Bereich des Atemtrakts (z.B. endtidale Exspirationsluft), eingerichtet ist. Besonders bevorzugt ist die Steuereinheit eingerichtet, die erste Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung mit Rachenraum-Exspirationsluft zu befüllen und die zweite Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung mit endtidaler Exspirationsluft zu befüllen. The sampling system preferably has a control unit which is used to control the sampling, in particular to control the filling of the first sample receiving or dosing device with expiratory air from the first area of the respiratory tract (e.g. throat expiratory air) and the second sample receiving or dosing device with expiratory air from the second area of the respiratory tract (e.g. end-tidal expiratory air) is set up. The control unit is particularly preferably set up to fill the first sample receiving or dosing device with pharynx expiratory air and to fill the second sample receiving or dosing device with end-tidal expiratory air.
Weiter bevorzugt weist das Probenentnahmesystem ein Atemzykluserfassungsmittel, insbesondere ein Spirometer oder einen Sensor, beispielsweise einen C02-Sensor, auf, welches eingerichtet ist, einen Atemzyklus (umfassend eine Einatmung / Inspiration und eine Ausatmung / Exspiration) zu erfassen, und erfasste Informationen über den aktuellen Atemzyklus an die Steuereinheit weiterzugeben. The sampling system further preferably has a breathing cycle recording means, in particular a spirometer or a sensor, for example a CO 2 sensor, which is set up to record a breathing cycle (including inhalation / inspiration and exhalation / expiration), and recorded information about the current Forward breathing cycle to the control unit.
Bevorzugt ist die Steuereinheit zur atemzyklusgesteuerten Probenentnahme eingerichtet. In vorteilhafter Weise wird somit der Atemzyklus von dem Atemzykluserfassungsm ittel erfasst, und die Steuereinheit steuert die Probenentnahme auf der Grundlage des erfassten Atemzyklus. The control unit is preferably set up for sampling controlled by the breathing cycle. The breathing cycle is thus advantageously recorded by the breathing cycle recording means, and the control unit controls the sampling on the basis of the recorded breathing cycle.
Unter einem Atemzyklus ist grundsätzlich ein sich dauerhaft wiederholender Vorgang der Lungenatmung zu verstehen, welcher aus Inspiration/ Einatmung und Exspiration/ Ausatmung besteht. Eine Atemzyklussteuerung der vorliegenden Offenbarung wird bei der Exspiration/ Ausatmung auf der Grundlage durchgeführt, dass bei einem Exspirationsvorgang zunächst Luft aus dem Rachen und später erst Luft aus tieferen Bereichen der Lunge (endtidale Ausatem luft) ausgeatmet/ ausgepustet wird. A breathing cycle is basically to be understood as a continuously repetitive process of lung breathing, which consists of inspiration / inhalation and expiration / exhalation. A breathing cycle control of the present disclosure is carried out during expiration / exhalation on the basis that, during an expiration process, air is initially exhaled / blown out of the throat and later only air from deeper areas of the lungs (end-tidal exhalation air).
Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die Probenentnahme C02-gesteuert ist. Beispielsweise kann etwa mittels eines CO2- Sensors ein C02-Verlauf bzw. eine CÜ2-Kurve der Exspirationsluft aufgezeichnet und der Steuereinheit übermittelt werden. Hierbei gilt grundsätzlich, dass der C02-Anteil im Laufe des Exspirationsvorgangs tendenziell zunimmt, da der C02-Anteil in Rachenraum-Exspirationsluft geringer als der C02-Anteil in endtidaler Exspirationsluft ist. Folglich kann die Steuerung grundsätzlich derart ausgestaltet sein, dass eine Probenentnahme von Exspirationsluft aus dem ersten Bereich des Atemtrakts (beispielsweise Rachenraum-Exspirationsluft) bei geringeren festgestellten CO2- Anteilen/ Werten in der Exspirationsluft erfolgt, und dass eine Probenentnahme von Exspirationsluft aus dem zweiten Bereich des Atemtrakts (beispielsweise endtidale Exspirationsluft) (später) bei höheren festgestellten C02-Anteilen / Werten in der Exspirationsluft erfolgt. An advantageous embodiment is characterized in that the sampling is C02-controlled. For example, a C02 curve or a CÜ2 curve of the expiratory air can be recorded and transmitted to the control unit by means of a CO2 sensor. The basic rule here is that the C02 proportion tends to increase in the course of the expiratory process, since the C02 proportion in the pharyngeal expiratory air is lower than the C02 proportion in end-tidal expiratory air. Consequently, the control can basically be designed in such a way that a sample of expired air is taken from the first area of the respiratory tract (for example throat space expiratory air) when lower CO2 levels / values are determined in the expiratory air, and that a sample of expired air is taken from the second area of the Respiratory tract (e.g. end-tidal expiratory air) (later) when higher C02 proportions / values are determined in the expired air.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die Probenentnahme volumengesteuert ist. Beispielsweise kann etwa mittels eines Spirometers, in welchem eine Flussgeschwindigkeit von Exspirationsluft gemessen und zur Volumenbestimmung aufintegriert wird, ein (Atem-)Volumenverlauf bzw. eine (Atem- )Volumenkurve aufgezeichnet und der Steuereinheit übermittelt werden. Auch hier gilt, dass das während des Ausatmens / der Exspiration ausgestoßene / abgegebene Atemvolumen im Laufe des Exspirationsvorgangs zunimmt. Folglich kann die Steuerung grundsätzlich auch derart ausgestaltet sein, dass eine Probenentnahme von Exspirationsluft aus dem ersten Bereich des Atemtrakts (beispielsweise Rachenraum - Exspirationsluft) bei einem geringeren festgestellten ausgestoßenen Volumen der Exspirationsluft erfolgt, und dass eine Probenentnahme von Exspirationsluft aus dem zweiten Bereich des Atemtrakts (beispielsweise endtidale Exspirationsluft) bei einem höheren festgestellten ausgestoßenen Volumen der Exspirationsluft erfolgt. Another advantageous embodiment is characterized in that the sampling is volume-controlled. For example, a (breathing) volume curve or a (breathing) volume curve can be recorded and transmitted to the control unit by means of a spirometer in which a flow rate of expiratory air is measured and integrated to determine the volume. Here, too, the tidal volume expelled / released during exhalation / expiration increases in the course of the expiration process. Consequently, the control can in principle also be designed in such a way that a sample can be taken from Expiratory air from the first area of the respiratory tract (for example pharynx - expiratory air) takes place with a lower determined expelled volume of expiratory air, and that a sample of expired air from the second area of the respiratory tract (for example end-tidal expiratory air) takes place with a higher ascertained expelled volume of expiratory air.
Die Steuerung ist jedoch offenbarungsgemäß nicht darauf beschränkt, dass sie CO2- gesteuert oder volumengesteuert ist. Beispielsweise ist auch eine Zeitsteuerung (ausgehend von einem Startzeitpunkt der Exspiration / des Exspirationsvorgangs) oder eine Drucksteuerung denkbar. Grundsätzlich gilt, dass eine beliebige Steuerung offenbarungsgemäß denkbar ist, solange sie es ermöglicht, dass in geeigneter Weise Exspirationsluft aus einem ersten Bereich des Atemtrakts (beispielsweise Rachenraum- Exspirationsluft) und Exspirationsluft aus einem zweiten Bereich des Atemtrakts (beispielsweise endtidale Exspirationsluft) in separate / unterschiedliche Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen eingeleitet werden können. However, the control is evidently not limited to being CO2-controlled or volume-controlled. For example, a time control (based on a start time of the expiration / the expiration process) or a pressure control is also conceivable. Basically, any control is obviously conceivable as long as it enables expired air from a first area of the respiratory tract (for example pharynx expiratory air) and expired air from a second area of the respiratory tract (for example end-tidal expiratory air) to separate / different ones in a suitable manner Sample receiving or dosing devices can be initiated.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Atemzyklussteuerung patientenspezifisch kalibriert. Beispielsweise kann eine im Vorhinein aufgezeichnete patientenspezifische, individuelle Referenzkurve zur Kalibrierung der Atemzyklussteuerung herangezogen werden. Weiterhin ist es auch denkbar, dass eine typische Referenzkurve eines Referenz-Menschen (in Abhängigkeit von Geschlecht, Alter, etc.) zur Kalibrierung der Atemzyklussteuerung herangezogen wird. According to a preferred embodiment, the breathing cycle control is calibrated patient-specifically. For example, a patient-specific, individual reference curve recorded in advance can be used to calibrate the breathing cycle control. Furthermore, it is also conceivable that a typical reference curve of a reference person (depending on gender, age, etc.) is used to calibrate the breathing cycle control.
Weiterhin weist das Probenentnahmesystem bevorzugt einen Aktor, insbesondere eine Absperreinrichtung / -organ, bevorzugt ein Ventil, besonders bevorzugt ein Mehr-Wege- Ventil wie etwa ein Zwei-/ Drei-/ Vier-/ Fünf-/ Sechs-/ Sieben-/ Acht-/ Neun-/ Zehn-/ etc. Wege-Ventil, auf, welcher von der Steuereinheit angesteuert wird, um Exspirationsluft während eines einzigen Exspirationsvorgangs sowohl in die erste Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung als auch in die zweite Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung zu leiten. Insbesondere wird der Aktor von der Steuereinheit angesteuert, um Exspirationsluft während eines einzigen Exspirationsvorgangs nacheinander (nicht gleichzeitig) in die erste Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung und in die zweite Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung zu leiten. In anderen Worten werden die beiden Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen bevorzugt nicht gleichzeitig mit Exspirationsluft befüllt. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Steuereinheit den Aktor ansteuert, in dem einen (einzigen) Exspirationsvorgang Rachenraum - Exspirationsluft in die erste Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung zu leiten und endtidale Exspirationsluft in die zweite Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung zu leiten. Furthermore, the sampling system preferably has an actuator, in particular a shut-off device / organ, preferably a valve, particularly preferably a multi-way valve such as a two- / three- / four- / five- / six- / seven- / eight- / Nine / ten / etc. way valve, which is activated by the control unit to guide expiratory air during a single expiration process both in the first sample receiving or dosing device and in the second sample receiving or dosing device. In particular, the actuator is activated by the control unit in order to guide expired air one after the other (not simultaneously) into the first sample intake / dosing device and into the second sample intake / dosing device during a single expiration process. In other words, the both sample receiving or metering devices are preferably not filled with expiratory air at the same time. It is particularly preferred if the control unit controls the actuator, in the one (single) expiration process, pharynx - to direct expiratory air into the first sample receiving or dosing device and to direct end-tidal expiratory air into the second sample receiving or dosing device.
Bevorzugt steuert die Steuereinheit somit einen Aktor an, welcher beispielsweise als Mehr-Wege-Ventil ausgebildet ist. Beispielsweise kann Exspirationsluft von einem Menschen / Lebewesen kommend über ein Zwei- oder Drei-Wege-Ventil in die erste Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung und in die zweite Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung eingeleitet werden. Als besonders bevorzugt hat sich ferner die Verwendung eines Acht-Wege-Ventils für den Aktor herausgestellt. Es sind jedoch offenbarungsgemäß verschiedene andere Aktoren, Absperreinrichtungen / -organe oder Ventile denkbar, solange sie in geeigneterWeise Exspirationsluft in verschiedene/ zumindest zwei Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen leiten können. The control unit thus preferably controls an actuator which is designed, for example, as a multi-way valve. For example, expired air coming from a person / living being can be introduced into the first sample receiving device or metering device and into the second sample receiving device or metering device via a two- or three-way valve. The use of an eight-way valve for the actuator has also proven to be particularly preferred. However, according to the disclosure, various other actuators, shut-off devices / organs or valves are conceivable as long as they can lead expired air in a suitable manner into different / at least two sample receiving devices or metering devices.
In vorteilhafter Weise ist die Steuereinheit eingerichtet, Exspirationsluft-Proben der (vollständig) befü Ilten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen nacheinander in eine Atem luftanalysevorrichtung, insbesondere umfassend eine gaschromatographische Säule, insbesondere Multikapillarsäule, und ein lonenbeweglichkeitsspektrometer, für eine getrennte Analyse der Exspirationsluft aus dem ersten Bereich des Atemtrakts und der Exspirationsluft aus dem zweiten Bereich des Atemtrakts zu geben / einzuleiten. The control unit is advantageously set up to feed expiratory air samples from the (fully) filled sample intake or metering devices one after the other into a respiratory air analysis device, in particular comprising a gas chromatographic column, in particular a multi-capillary column, and an ion mobility spectrometer, for a separate analysis of the expiratory air from the first Area of the respiratory tract and the expiratory air from the second area of the respiratory tract to give / introduce.
In anderen Worten steuert die Steuereinheit eine Einleitung/ Einbringung der Exspirationsluft-Proben in die Atem luftanalysevorrichtung derart, dass zuerst die Exspirationsluft-Probe der ersten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung in die Multikapillarsäule und das lonenbeweglichkeitsspektrometer gegeben wird, und somit zunächst die Exspirationsluft aus dem ersten Bereich des Atemtrakts analysiert/ untersucht wird, und dass anschließend erst die Exspirationsluft-Probe der zweiten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung in die Multikapillarsäule und das lonenbeweglichkeitsspektrometer gegeben wird, und somit danach erst / minimal zeitverzögert die Exspirationsluft aus dem zweiten Bereich des Atemtrakts analysiert/ untersucht wird. Es ist jedoch genauso denkbar, dass zuerst die Exspirationsluft aus dem zweiten Bereich des Atemtrakts und danach erst die Exspirationsluft aus dem ersten Bereich des Atemtrakts analysiert / untersucht wird. In other words, the control unit controls an introduction / introduction of the expired air samples into the breathing air analysis device in such a way that first the expired air sample from the first sample receiving or dosing device is put into the multi-capillary column and the ion mobility spectrometer, and thus first the expired air from the first Area of the respiratory tract is analyzed / examined, and that only then is the exhaled air sample from the second sample receiving or dosing device placed in the multi-capillary column and the ion mobility spectrometer, and thus only then / with a minimal time delay analyzes the exhaled air from the second area of the respiratory tract / is being investigated. However, it is just as conceivable that first the expired air from the second area of the respiratory tract and only then the expired air from the first area of the respiratory tract is analyzed / examined.
Somit kann offenbarungsgemäß eine getrennte / unabhängige Analyse von Exspirationsluft aus verschiedenen Bereichen des Atemtrakts vorgenommen werden und es kann mittels der Multikapillarsäule und des lonenbeweglichkeitsspektrometers nachgewiesen werden, ob sich ein Krankheitserreger / Virus wie etwa das neuartige Corona-Virus SARS-CoV-2 (Covid-19) in der Exspirationsluft befindet, bzw. es können Rückschlüsse gezogen werden, welche Bereiche / welcher Bereich des Atemtrakts von dem Krankheitserreger / Virus befallen ist. Darüber hinaus erlaubt das offenbarungsgemäße Probenentnahmesystem den Nachweis auch dann, wenn bei einem Patienten nur die unteren Atemwege und nicht der Rachen von dem Krankheitserreger / Virus befallen / besiedelt sind, also auch in einem Fall, bei dem der derzeit übliche Nachweis mittels Rachenabstrich (PCR) ein negatives Ergebnis liefern würde. Es wird offenbarungsgemäß somit ein falsches Testergebnis vermieden. Thus, apparently, a separate / independent analysis of expired air from different areas of the respiratory tract can be carried out and the multicapillary column and the ion mobility spectrometer can be used to determine whether a pathogen / virus such as the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid- 19) is in the expired air, or conclusions can be drawn as to which areas / which area of the respiratory tract is infected by the pathogen / virus. In addition, the sampling system according to the disclosure also allows the detection if in a patient only the lower respiratory tract and not the throat are infected / colonized by the pathogen / virus, i.e. also in a case in which the currently usual detection by means of throat swab (PCR) would give a negative result. Apparently, a false test result is thus avoided.
Bevorzugt wird gemäß der vorliegenden Offenbarung somit ein Probenentnahmesystem für eine Atemluftanalysevorrichtung (umfassend zumindest eine gaschromatographische Säule, insbesondere Multikapillarsäule (MCC) zur gaschromatographischen Vortrennung und ein lonenbeweglichkeitsspektrometer (IMS)) bereitgestellt. According to the present disclosure, a sampling system for a breathing air analysis device (comprising at least one gas chromatographic column, in particular multi-capillary column (MCC) for gas chromatographic pre-separation and an ion mobility spectrometer (IMS)) is thus preferably provided.
In vorteilhafter Weise weisen die erste Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung und die zweite Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung unterschiedliche Volumina auf. Beispielsweise oder bevorzugt weist die erste Probenaufnahme-/ bzw. The first sample receiving or dosing device and the second sample receiving or dosing device advantageously have different volumes. For example or preferably, the first sample receptacle / or
Dosiervorrichtung (Rachenraum-Exspirationsluft-Probenaufnahmevorrichtung) ein kleineres / geringeres Volumen auf und weist die zweite Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung (endtidale Exspirationsluft-Probenaufnahmevorrichtung) ein größeres/ höheres Volumen auf. In anderen Worten sind die Volumina der zumindest zwei Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen nicht zwangsweise identisch. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die erste Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung zur Befüllung mit Rachenraum-Exspirationsluft vorgesehen, ist die zweite Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung zur Befüllung mit endtidaler Exspirationsluft vorgesehen, und ist ein Volumen der ersten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung geringer als ein Volumen der zweiten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung. Dosing device (pharynx expiratory air sampling device) has a smaller / smaller volume and the second sample receiving / or dosing device (end-tidal expiratory air sampling device) has a larger / higher volume. In other words, the volumes of the at least two sample receiving devices or metering devices are not necessarily identical. According to a preferred embodiment, the first sample receiving or dosing device is provided for filling with pharynx expiratory air, the second sample receiving or dosing device is provided for filling with end-tidal expiratory air, and a volume of the first sample receiving or dosing device is less than a volume the second sample receiving or dosing device.
Weiter bevorzugt sind die Volumina der Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen derart bestimmt / festgelegt, dass die Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen mit wenigen Atemzügen, insbesondere fünf bis zehn Atemzügen, vollständig befüllbar sind. The volumes of the sample receiving or dosing devices are furthermore preferably determined / set in such a way that the sample receiving or dosing devices can be completely filled with a few breaths, in particular five to ten breaths.
Dies hat den Vorteil, dass ein Mensch / Patient / Proband in einem einzigen Probenahmeschritt nur wenige Male (fünf- bis zehnmal) pusten/ ausatmen muss, um die Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen vollständig mit Probeluft zu füllen. Es hat sich herausgestellt, dass die auf diese Weise erhaltene Probeluft ausreicht, um den Nachweis zu führen, ob ein Krankheitserreger / Virus in der Exspirationsluft vorkommt und ob der Krankheitserreger/ das Virus den entsprechenden Bereich des Atemtrakts befallen hat. This has the advantage that a person / patient / test person only has to blow / exhale a few times (five to ten times) in a single sampling step in order to completely fill the sample receiving or metering devices with sample air. It has been found that the sample air obtained in this way is sufficient to prove whether a pathogen / virus is present in the expired air and whether the pathogen / virus has infected the corresponding area of the respiratory tract.
Beispielsweise kann bei einem erwachsenen Menschen eine erste Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung (bevorzugt ausgebildet als Probenschleife/ Dosierschleife) ein geringeres Volumen (Totvolumen) von kleiner 100 Milliliter (ml) bis 600 Milliliter (ml) aufweisen, und kann eine zweite Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung (bevorzugt ausgebildet als Probenschleife/ Dosierschleife) ein Volumen (Totvolumen) von 700 Milliliter (ml) bis 1200 Milliliter (ml) aufweisen. Derartige Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen würden von einem erwachsenen Menschen in etwa fünf bis zehn Atemzügen befüllt werden. Für Kinder wären grundsätzlich geringere Volumina bevorzugt. Somit gilt, dass die Volumina der Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen bevorzugt patientenabhängig ausgewählt / festgelegt werden. For example, in an adult human, a first sample receiving or dosing device (preferably designed as a sample loop / dosing loop) can have a smaller volume (dead volume) of less than 100 milliliters (ml) to 600 milliliters (ml), and a second sample receiving or dosing device can be used. Dosing device (preferably designed as a sample loop / dosing loop) have a volume (dead volume) of 700 milliliters (ml) to 1200 milliliters (ml). Such sample receiving or dosing devices would be filled by an adult in about five to ten breaths. In principle, smaller volumes would be preferred for children. It is therefore true that the volumes of the sample receiving or dosing devices are preferably selected / determined as a function of the patient.
Die Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen der vorliegenden Offenbarung sind im Übrigen nicht darauf beschränkt, dass es sich bei ihnen um Probenschleifen bzw. Dosierschleifen handelt. Grundsätzlich ist jedes Behältnis, welches in geeigneterWeise ein Gas aufnehmen und Zwischenspeichern kann, geeignet, um als eine Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung zu dienen/ zu fungieren. The sample receiving or metering devices of the present disclosure are moreover not restricted to the fact that they are sample loops or metering loops. Basically, any container that is used in a suitable manner a gas can take up and temporarily store, suitable to serve / function as a sample receiving or dosing device.
Bevorzugt erfolgt eine Probenentnahme während eines Exspirationsvorgang erst bei Erreichen eines (ersten) vorbestimmten (minimalen) Schwellwerts, insbesondere eines vorbestimmten Volumenwerts oder C02-Werts. In anderen Worten ist die Steuereinheit bevorzugt eingerichtet, die Probenentnahme entsprechend zu steuern. Samples are preferably taken during an expiration process only when a (first) predetermined (minimum) threshold value is reached, in particular a predetermined volume value or CO 2 value. In other words, the control unit is preferably set up to control the sampling accordingly.
In vorteilhafter Weise wird der vorbestimmte Schwellwert derart festgelegt, dass zunächst Rachenraum-Exspirationsluft entnommen wird. In an advantageous manner, the predetermined threshold value is set in such a way that first of all expiratory air is removed from the throat.
Beispielsweise wird bevorzugt ein vorbestimmtes minimales (Ausatem-)Volumen oder ein vorbestimmter minimaler C02-Wert festgelegt, ab welchem eine Probenahme erst beginnt. In anderen Worten atmet der Mensch / Patient / Proband zunächst ein bestimmtes minimales Atemvolumen aus, bevor die Probenahme für den ersten Bereich des Atemtrakts gestartet wird. Beispielsweise ist der erste vorbestimmte Schwellwert ein Volumenwert, welcher kleiner 800 Milliliter, bevorzugt kleiner 700 Milliliter, besonders bevorzugt kleiner 600 Milliliter ist. In diesem Zusammenhang haben sich minimale Volumina von etwa 150 Milliliter für Kinder und minimale Volumina von etwa 500 Milliliter für Erwachsene als besonders geeignete vorbestimmte Schwellwerte herausgestellt. Der vorbestimmte Schwellwert kann grundsätzlich jedoch auch sehr gering sein und beispielsweise bei nur 10 Milliliter liegen. Alternativ kann der erste vorbestimmte Schwellwert ein C02-Wert bzw. Anteil sein, welcher beispielsweise kleiner 1,6 %, bevorzugt kleiner 1,4%, besonders bevorzugt kleiner 1 ,2% ist. Grundsätzlich sind jedoch auch sehr geringe C02-Werte bzw. Anteile ab 0,04% für den ersten vorbestimmten Schwellwert denkbar. For example, a predetermined minimum (exhalation) volume or a predetermined minimum CO 2 value is preferably established, from which sampling begins. In other words, the person / patient / test person first exhales a certain minimum tidal volume before starting the sampling for the first area of the respiratory tract. For example, the first predetermined threshold value is a volume value which is less than 800 milliliters, preferably less than 700 milliliters, particularly preferably less than 600 milliliters. In this context, minimum volumes of approximately 150 milliliters for children and minimum volumes of approximately 500 milliliters for adults have proven to be particularly suitable predetermined threshold values. In principle, however, the predetermined threshold value can also be very low and, for example, only 10 milliliters. Alternatively, the first predetermined threshold value can be a CO 2 value or proportion which is, for example, less than 1.6%, preferably less than 1.4%, particularly preferably less than 1.2%. In principle, however, very low CO 2 values or proportions from 0.04% are also conceivable for the first predetermined threshold value.
Weiter bevorzugt erfolgt die Probenentnahme derart, dass in dem / jedem Exspirationsvorgang bei Erreichen / Vorliegen eines ersten vorbestimmten Schwellwerts (dem vorbestimmten minimalen Schwellwert) mit einer Befüllung der ersten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung begonnen wird, dass bei Erreichen /More preferably, the sampling is carried out in such a way that in the / each expiration process when a first predetermined threshold value (the predetermined minimum threshold value) is reached / is present, the first sample receiving or dosing device begins to be filled.
Vorliegen eines zweiten vorbestimmten Schwellwerts die Befüllung der ersten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung beendet wird, dass bei Erreichen / Vorliegen eines dritten vorbestimmten Schwellwerts mit einer Befüllung der zweiten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung begonnen wird, und dass bei Erreichen / Vorliegen eines vierten vorbestimmten Schwellwerts die Befüllung der zweiten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung beendet wird. Die Steuereinheit ist in anderen Worten bevorzugt eingerichtet, die Probenentnahme entsprechend zu steuern. If a second predetermined threshold value is present, the filling of the first sample receiving or dosing device is terminated that when it is reached / present a third predetermined threshold value is started with a filling of the second sample receiving or dosing device, and that when a fourth predetermined threshold value is reached / present, the filling of the second sample receiving or dosing device is ended. In other words, the control unit is preferably set up to control the sampling accordingly.
In anderen Worten verstreicht bei einem Ausatemvorgang bevorzugt zunächst Zeit bis mit der Probenahme für die erste Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung begonnen wird, es verstreicht bevorzugt Zeit zwischen dem Ende der Befüllung der ersten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung und dem Start der Befüllung der zweiten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung, und auch nach dem Ende der Befüllung der zweiten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung ist der Ausatemvorgang bevorzugt noch nicht abgeschlossen/ beendet. In other words, during an exhalation process, time preferably first elapses before sampling for the first sample receiving or dosing device is started; the time preferably elapses between the end of the filling of the first sample receiving or dosing device and the start of the filling of the second sample receiving device. or dosing device, and even after the end of the filling of the second sample receiving or dosing device, the exhalation process is preferably not yet completed / ended.
Dies hat den Vorteil, dass die zu untersuchenden Atemvolumina nicht zu groß sind, und speziell Bereiche des Atmungsapparats untersucht werden können, für welche sich herausgestellt hat, dass sie von einem entsprechenden Krankheitserreger / Virus wie etwa dem neuartigen Corona-Virus SARS-CoV-2 (Covid-19) besonders befallen werden. This has the advantage that the respiratory volumes to be examined are not too large and, in particular, areas of the respiratory system can be examined which have been found to be affected by a corresponding pathogen / virus such as the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19) are particularly affected.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind der erste vorbestimmte Schwellwert, der zweite vorbestimmte Schwellwert, der dritte vorbestimmte Schwellwert und der vierte vorbestimmte Schwellwert jeweils Volumenwerte, welche derart festgelegt sind, dass der erste vorbestimmte Schwellwert und der zweite vorbestimmte Schwellwert kleiner als 800 Milliliter sind und der dritte vorbestimmte Schwellwert und der vierte vorbestimmte Schwellwert besonders bevorzugt größer als 800 Milliliter sind. In vorteilhafter Weise liegen der erste vorbestimmte Schwellwert und der zweite vorbestimmte Schwellwert in einem Bereich zwischen 10 Milliliter und 700 Milliliter, bevorzugt zwischen 10 Milliliter und 600 Milliliter, besonders bevorzugt zwischen 10 Milliliter und 500 Milliliter. Der dritte vorbestimmte Schwellwert und der vierte vorbestimmte Schwellwert liegen besonders bevorzugt zwischen 800 Milliliter und einem Umschaltpunkt zwischen Exspiration und Inspiration, welcher etwa bei 2 Liter liegt, wenn tief Luft geholt wird und maximal ausgeatmet wird. Somit wird sichergestellt, dass die erste Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung mit Rachenraum- Exspirationsluft befüllt wird und die zweite Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung mit endtidaler Exspirationsluft befüllt wird. According to a preferred embodiment, the first predetermined threshold value, the second predetermined threshold value, the third predetermined threshold value and the fourth predetermined threshold value are each volume values which are set such that the first predetermined threshold value and the second predetermined threshold value are less than 800 milliliters and the third predetermined threshold value and the fourth predetermined threshold value are particularly preferably greater than 800 milliliters. The first predetermined threshold value and the second predetermined threshold value are advantageously in a range between 10 milliliters and 700 milliliters, preferably between 10 milliliters and 600 milliliters, particularly preferably between 10 milliliters and 500 milliliters. The third predetermined threshold value and the fourth predetermined threshold value are particularly preferably between 800 milliliters and a switchover point between expiration and inspiration, which is approximately 2 liters when taking a deep breath and exhaling to the maximum. This ensures that the first sample receiving or dosing device is filled with pharynx expiratory air and the second sample receiving or dosing device is filled with end-tidal expiratory air.
Alternativ können der erste vorbestimmte Schwellwert, der zweite vorbestimmte Schwellwert, der dritte vorbestimmte Schwellwert und der vierte vorbestimmte Schwellwert auch jeweils CCh-Werte bzw. CCh-Anteile sein, welche derart festgelegt sind, dass der erste vorbestimmte Schwellwert und der zweite vorbestimmte Schwellwert kleiner als 1 ,6% sind und der dritte vorbestimmte Schwellwert und der vierte vorbestimmte Schwellwert größer als 1 ,6% sind. Besonders bevorzugt liegen der erste vorbestimmte Schwellwert und der zweite vorbestimmte Schwellwert in einem Bereich zwischen 0,04% und 1 ,4%, bevorzugt zwischen 0,04% und 1 ,2%, besonders bevorzugt zwischen 0,04% und 1 ,0%. Der dritte vorbestimmte Schwellwert und der vierte vorbestimmte Schwellwert liegen besonders bevorzugt zwischen 1,6% und einem Umschaltpunkt zwischen Exspiration und Inspiration, welcher etwa bei 4,0% liegt, wenn tief Luft geholt wird und maximal ausgeatmet wird. Alternatively, the first predetermined threshold value, the second predetermined threshold value, the third predetermined threshold value and the fourth predetermined threshold value can also each be CCh values or CCh components, which are defined in such a way that the first predetermined threshold value and the second predetermined threshold value are less than 1.6% and the third predetermined threshold and the fourth predetermined threshold are greater than 1.6%. The first predetermined threshold value and the second predetermined threshold value are particularly preferably in a range between 0.04% and 1.4%, preferably between 0.04% and 1.2%, particularly preferably between 0.04% and 1.0%. . The third predetermined threshold value and the fourth predetermined threshold value are particularly preferably between 1.6% and a switchover point between expiration and inspiration, which is approximately 4.0% when taking a deep breath and exhaling to the maximum.
Weiterhin betrifft die vorliegende Offenbarung ein Testsystem, insbesondere Atem luftuntersuchungssystem , zum Nachweis eines Krankheitserregers/ Virus in Exspirationsluft, umfassend: ein Probenentnahmesystem wie voranstehend beschrieben; und eine Atem luftanalysevorrichtung umfassend eine gaschromatographische Säule, insbesondere Multikapillarsäule, und ein lonenbeweglichkeitsspektrometer; wobei eine/die Steuereinheit eingerichtet ist, Proben der (vollständig befüllten) Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen nacheinander in die Atem luftanalysevorrichtung für eine getrennte Analyse der Exspirationsluft aus dem ersten Bereich des Atemtrakts und der Exspirationsluft aus dem zweiten Bereich des Atemtrakts zu geben/ einzuleiten. Furthermore, the present disclosure relates to a test system, in particular a breathing air examination system, for the detection of a pathogen / virus in expired air, comprising: a sampling system as described above; and a breath air analysis device comprising a gas chromatographic column, in particular a multi-capillary column, and an ion mobility spectrometer; wherein a / the control unit is set up to give / introduce samples of the (completely filled) sample receiving or dosing devices one after the other into the breathing air analysis device for a separate analysis of the expired air from the first area of the respiratory tract and the expired air from the second area of the respiratory tract.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird als eine gaschromatographische Säule bevorzugt eine Multikapillarsäule (MCC) verwendet. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt und die gaschromatographische Säule kann auch als eine normale Kapillarsäule oder als eine andere gaschromatographische Säule ausgebildet sein. Bevorzugt wird eine Exspirationsluft-Probe mittels der Multikapillarsäule vorgetrennt, da Bestandteile der Exspirationsluft für einen Durchtritt durch die Multikapillarsäule unterschiedlich lange benötigen (Retentionszeit). Weiter bevorzugt gelangen die Bestandteile der Exspirationsluft nach der Vortrennung in der Multikapillarsäule in das lonenbeweglichkeitsspektrometer, in welchem die ionisierten Bestandteile der Exspirationsluft hin zu einer Detektionsvorrichtung beschleunigt werden und dafür unterschiedlich lange benötigen (Driftzeit). Durch die auf die Detektionsvorrichtung treffenden, ionisierten Bestandteile der Exspirationsluft werden bevorzugt Signalausschläge (Peaks) erzeugt. Über die Peakposition im lonenbeweglichkeitsspektrometer-Chromatogramm (IMS-Chromatogramm), welche von der Driftzeit und der Retentionszeit abhängig ist, und über die Intensität / den Signalausschlag / den Peak an der entsprechenden Stelle im Chromatogramm kann bevorzugt der Nachweis geführt werden, ob ein Krankheitserreger / Virus in der Exspirationsluft bzw. in dem entsprechenden Bereich des Atemtrakts enthalten ist und in welchem Umfang der entsprechende Bereich des Atemtrakts von dem Krankheitserreger / Virus befallen ist. Es kann sich hier sowohl um einen einzelnen Peak oder um eine Kombination von Peaks handeln. According to the present disclosure, a multi-capillary column (MCC) is preferably used as a gas chromatographic column. However, the present disclosure is not limited to this, and the gas chromatographic column can also be designed as a normal capillary column or as another gas chromatographic column. An expiratory air sample is preferably pre-separated by means of the multicapillary column, since components of the expired air require different lengths of time to pass through the multicapillary column (retention time). More preferably, after the pre-separation in the multicapillary column, the constituents of the expired air reach the ion mobility spectrometer, in which the ionized constituents of the expired air are accelerated to a detection device and require different lengths of time (drift time). The ionized components of the exhaled air that hit the detection device preferably generate signal fluctuations (peaks). Via the peak position in the ion mobility spectrometer chromatogram (IMS chromatogram), which is dependent on the drift time and the retention time, and via the intensity / the signal amplitude / the peak at the corresponding point in the chromatogram, it is preferable to demonstrate whether a pathogen / Virus is contained in the expired air or in the corresponding area of the respiratory tract and to what extent the corresponding area of the respiratory tract is infected by the pathogen / virus. It can be either a single peak or a combination of peaks.
In anderen Worten betrifft die vorliegende Offenbarung ein Probenentnahmesystem mit wenigstens zwei Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen bzw. Dosier-/ Probenschleifen, welche gegebenenfalls bzw. bevorzugt unterschiedliche Volumina aufweisen, und welche bei jedem einzelnen von etwa fünf bis zehn Atemzügen nacheinander mit Exspirationsluft (zuerst Exspirationsluft aus Rachenraum in die erste Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung, dann Exspirationsluft aus tieferen Bereichen der Lunge in die zweite Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung) befüllt werden, wobei die Befüllung der zumindest zwei Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen atemzyklusgesteuert ist, und wobei das Probenentnahmesystem, insbesondere eine Steuerung desselben, eingerichtet ist, die befüllten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen bzw. Dosier-/ Probenschleifen nacheinander in eine Atem luftanalysevorrichtung (umfassend Multikapillarsäule und lonenbeweglichkeitsspektrometer) für eine getrennte Analyse von Exspirationsluft aus dem Rachenraum und von Exspirationsluft aus tieferen Bereichen der Lunge, sowie für einen getrennten Nachweis eines Krankheitserregers/ Virus, insbesondere eines Corona-Virus, bevorzugt des neuartigen Corona-Virus SARS-CoV-2 (Covid-19), einzuleiten. In other words, the present disclosure relates to a sampling system with at least two sample receiving or dosing devices or dosing / sample loops, which optionally or preferably have different volumes, and which with each individual one of about five to ten breaths one after the other with expiratory air (first expiratory air from the pharynx into the first sample receiving or dosing device, then expired air from deeper areas of the lungs into the second sample receiving or dosing device), the filling of the at least two sample receiving or dosing devices being controlled by the breathing cycle, and the sampling system, in particular a control of the same, is set up, the filled sample receiving or dosing devices or dosing / sample loops one after the other in a breathing air analysis device (comprising multi-capillary column and ion mobility spectrometer) for a separate analysis of exhalation ionic air from the pharynx and expiratory air from deeper areas of the lungs, as well as for to initiate a separate detection of a pathogen / virus, in particular a corona virus, preferably the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19).
Durch die vorliegende Offenbarung wird erreicht, dass ein Mensch/ Patient/ Proband in einem einzigen Probenahmeschritt nur wenige Male ausatmen muss, damit mit minimaler Verzögerung Exspirationsluft aus verschiedenen Bereichen des Atemtrakts (beispielsweise Rachenraum und Lunge) analysiert werden kann. Insbesondere sind keine zwei getrennten Probenahmeschritte erforderlich. Es wird somit vermieden, dass ein Mensch/ Patient/ Proband mit dem Probenahmesystem mehrfach in Kontakt kommt. Die vorliegende Offenbarung ermöglicht es, dass ein schnelles Testergebnis/ Messergebnis bereitgestellt werden kann. Insbesondere stehen Testergebnisse/ Messergebnisse für verschiedene Bereiche des Atemtrakts minimalverzögert zur Verfügung und eine Probenverbringung in ein Labor entfällt. Beispielsweise liegen Testergebnisse/ Messergebnisse direkt bei der Aufnahme eines Patienten in ein Krankenhaus vor. Weiterhin können das offenbarungsgemäße Probenentnahmesystem und das offenbarungsgemäße Atem luftuntersuchungssystem relativ kompakt und somit auch hausarzttauglich ausgestaltet sein. What is achieved by the present disclosure is that a person / patient / test person only needs to exhale a few times in a single sampling step so that expired air from different areas of the respiratory tract (for example pharynx and lungs) can be analyzed with minimal delay. In particular, no two separate sampling steps are required. It is thus avoided that a person / patient / test person comes into multiple contact with the sampling system. The present disclosure enables a quick test result / measurement result to be provided. In particular, test results / measurement results for different areas of the respiratory tract are available with a minimal delay and samples do not need to be taken to a laboratory. For example, test results / measurement results are available when a patient is admitted to a hospital. Furthermore, the sampling system according to the disclosure and the breathing air examination system according to the disclosure can be designed to be relatively compact and thus also suitable for general practitioners.
Kurzbeschreibunq der Figuren Brief description of the figures
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe von Figuren weiter erläutert. Es zeigen: The invention is explained further below with the aid of figures. Show it:
Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Testsystems/ Atemluftuntersuchungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung; 1 shows a schematic view of a test system / breathing air examination system according to the present disclosure;
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Testsystems/2 shows a preferred embodiment of a test system /
Atemluftuntersuchungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung; Breathing air examination system according to the present disclosure;
Fig. 3 ein Beispiel einer Probenentnahme in eine Dosierschleife/ Probenschleife; 3 shows an example of sampling in a metering loop / sample loop;
Fig. 4 ein Diagramm eines Atmungsprofils eines Menschen; Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung einer atemzyklusgesteuerten Probenahme gemäß der vorliegenden Offenbarung; Figure 4 is a diagram of a human respiratory profile; 5 shows a diagram for explaining a respiratory cycle-controlled sampling according to the present disclosure;
Fig. 6 eine zweidimensionale Ansicht eines ersten Chromatogramms, in welchem ein Signalausschlag in Abhängigkeit von der Driftzeit und der Retentionszeit dargestellt ist; 6 shows a two-dimensional view of a first chromatogram in which a signal deflection is shown as a function of the drift time and the retention time;
Fig. 7 eine dreidimensionale Ansicht des ersten Chromatogramms, in welchem ein Signalausschlag in Abhängigkeit von der Driftzeit und der Retentionszeit dargestellt ist; und 7 shows a three-dimensional view of the first chromatogram, in which a signal deflection is shown as a function of the drift time and the retention time; and
Fig. 8 eine zweidimensionale Ansicht eines zweiten Chromatogramms, in welchem eine Vielzahl von Signalausschlägen/ Peaks in Abhängigkeit von der Driftzeit und der Retentionszeit dargestellt sind. 8 shows a two-dimensional view of a second chromatogram in which a large number of signal fluctuations / peaks are shown as a function of the drift time and the retention time.
Figurenbeschreibunq Figure description
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Gleiche Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Merkmale der einzelnen Ausführungsbeispiele können untereinander ausgetauscht werden. The figures are merely of a schematic nature and serve exclusively for the understanding of the invention. The same elements are provided with the same reference symbols. The features of the individual exemplary embodiments can be interchanged with one another.
Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht eines Testsystems bzw. Atemluftuntersuchungssystems 2 gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das Atem luftuntersuchungssystem 2 enthält grundsätzlich ein Probenentnahmesystem/ Probenahmesystem 4 und eine Atem luftanalysevorrichtung 6. FIG. 1 shows a schematic view of a test system or respiratory air examination system 2 according to the present disclosure. The breathing air examination system 2 basically contains a sampling system / sampling system 4 and a breathing air analysis device 6.
Das Probenentnahmesystem 4 enthält ein Atemzykluserfassungsm ittel 8, eine Steuereinheit 10, einen Aktor 12, eine erste Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 14 und eine zweite Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 16. The sampling system 4 contains a breathing cycle detection means 8, a control unit 10, an actuator 12, a first sample receiving / or dosing device 14 and a second sample receiving / or dosing device 16.
Die Atem luftanalysevorrichtung 6 enthält eine Multikapillarsäule 18 und ein lonenbeweglichkeitsspektrometer 20. Gemäß der vorliegenden Offenbarung gelangt Exspirationsluft/ Ausatemluft eines Menschen/ Patienten/ Probanden 22 zunächst zu dem Atemzykluserfassungsm ittel 8, welches beispielsweise als ein Spirometer oder als ein Sensor, insbesondere CO2- Sensor, ausgebildet ist. Das Atemzykluserfassungsmittel 8 erfasst einen Atemzyklus umfassend eine Einatmung/ Inspiration und eine Ausatmung/ Exspiration des entsprechenden Menschen/ Patienten/ Probanden 22. Beispielsweise erfasst das Atemzykluserfassungsmittel 8 einen Volumenverlauf/ eine Volumenkurve, insbesondere wenn es als ein Spirometer ausgebildet ist, oder erfasst es einen C02-Verlauf bzw. eine C02-Kurve, insbesondere wenn es als ein C02-Sensor ausgebildet ist. The respiratory air analysis device 6 contains a multi-capillary column 18 and an ion mobility spectrometer 20. According to the present disclosure, exhaled air / exhaled air of a person / patient / test person 22 first reaches the breathing cycle detection means 8, which is designed, for example, as a spirometer or as a sensor, in particular a CO2 sensor. The breathing cycle detection means 8 detects a breathing cycle comprising an inhalation / inspiration and an exhalation / expiration of the corresponding person / patient / test person 22. For example, the breathing cycle detection means 8 detects a volume profile / a volume curve, in particular if it is designed as a spirometer, or detects a C02 Curve or a C02 curve, especially if it is designed as a C02 sensor.
Das Atemzykluserfassungsm ittel 8 gibt die erfassten Informationen über den Atemzyklus an die Steuereinheit 10 weiter, welche bevorzugt als ein Prozessor, insbesondere als eine zentrale Rechen-/ bzw. Verarbeitungseinheit (CPU), ausgebildet ist. Die Steuereinheit 10 ist zur atemzyklusgesteuerten Probenentnahme/ Probenahme eingerichtet, das heißt sie steuert eine Probenahme auf der Grundlage des von dem Atemzykluserfassungsmittel 8 erfassten Atemzyklus. Dazu steuert die Steuereinheit 10 den Aktor 12 an. The breathing cycle recording means 8 forwards the recorded information about the breathing cycle to the control unit 10, which is preferably designed as a processor, in particular as a central arithmetic and processing unit (CPU). The control unit 10 is set up for the breathing cycle-controlled sampling / sampling, that is to say it controls sampling on the basis of the breathing cycle detected by the breathing cycle detection means 8. To this end, the control unit 10 controls the actuator 12.
Exspirationsluft gelangt gemäß der vorliegenden Offenbarung von einem Menschen/ Patienten/ Probanden 22 kommend über das Atemzykluserfassungsmittel 8 zu dem Aktor 12. Der Aktor 12 wird von der Steuereinheit 10 derart angesteuert, dass er Exspirationsluft während eines einzigen Exspirationsvorgangs sowohl in die erste Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 14 als auch in die zweite Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 16 (nacheinander bzw. nicht gleichzeitig) leitet. Beispielsweise kann der Aktor 12 vorliegend als ein Zwei- oder Drei-Wege-Ventil ausgestaltet sein. Die Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtungen 14, 16 können als ein beliebiges Behältnis ausgebildet sein. According to the present disclosure, expired air comes from a person / patient / test person 22 via the respiratory cycle recording means 8 to the actuator 12 . Dosing device 14 as well as into the second sample receiving / or dosing device 16 (one after the other or not simultaneously). For example, the actuator 12 in the present case can be designed as a two-way or three-way valve. The sample receiving and / or metering devices 14, 16 can be designed as any container.
Wie nachfolgend noch genauer erläutert wird, steuert die Steuereinheit 10 den Aktor 12 auf der Grundlage des von dem Atemzykluserfassungsm ittel 8 erfassten Atemzyklus derart, dass die erste Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 14 mit Exspirationsluft aus einem ersten Bereich eines Atemtrakts des Menschen/ Patienten/ Probanden 22, insbesondere mit Rachenraum-Exspirationsluft, befüllt wird, und dass die zweite Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 16 mit Exspirationsluft aus einem zweiten Bereich eines Atemtrakts des Menschen/ Patienten/ Probanden 22, insbesondere mit endtidaler Exspirationsluft, befüllt wird. As will be explained in more detail below, the control unit 10 controls the actuator 12 on the basis of the respiratory cycle detected by the respiratory cycle detection means 8 in such a way that the first sample receiving / dosing device 14 receives expired air from a first region of a respiratory tract of the person / patient / Subjects 22, in particular with pharyngeal expiratory air, and that the second sample receiving / or metering device 16 is filled with expiratory air from a second area of a respiratory tract of the person / patient / test person 22, in particular with end-tidal expiratory air.
Wie in Figur 1 angedeutet ist, weisen die erste Probenaufnahme- bzw. As indicated in Figure 1, the first sample receiving or
Dosiervorrichtung 14 und die zweite Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung 16 bevorzugt unterschiedliche Volumina auf. Bevorzugt ist das Volumen der ersten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung 14 (für Rachenraum-Exspirationsluft) geringer als das Volumen der zweiten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung 16 (für endtidale Exspirationsluft). Die Volumina können jedoch grundsätzlich auch identisch sein. In jedem Fall gilt für beide Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen 14, 16, dass diese mit wenigen Atemzügen, beispielsweise fünf bis zehn, vollständig mit Probenluft befüllbar sein sollen. Dosing device 14 and the second sample receiving or dosing device 16 preferably have different volumes. The volume of the first sample receiving or dosing device 14 (for pharyngeal expiratory air) is preferably less than the volume of the second sample receiving or dosing device 16 (for end-tidal expiratory air). In principle, however, the volumes can also be identical. In any case, it applies to both sample receiving or dosing devices 14, 16 that they should be able to be completely filled with sample air with a few breaths, for example five to ten.
Wenn die beiden Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen 14, 16 vollständig mit Probenluft befüllt sind, steuert die Steuereinheit 10 auch die Weitergabe/ Einleitung der Exspirationsluft-Proben in die Atem luftanalysevorrichtung 6. Dabei werden die Exspirationsluft-Proben der zwei Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtungen 14, 16 nacheinander in die Atem luftanalysevorrichtung 6 gegeben. In anderen Worten wird beispielsweise zuerst die Exspirationsluft-Probe aus der ersten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung 14 in die Multikapillarsäule 18 und das lonenbeweglichkeitsspektrometer 20 eingeleitet, um somit zuerst die Exspirationsluft aus dem ersten Bereich des Atemtrakts analysieren zu können. In einem zweiten Schritt wird dann beispielsweise erst die Exspirationsluft-Probe aus der zweiten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung 16 in die Multikapillarsäule 18 und das lonenbeweglichkeitsspektrometer 20 eingeleitet, um dann auch die Exspirationsluft aus dem zweiten Bereich des Atemtrakts analysieren zu können. When the two sample intake or dosing devices 14, 16 are completely filled with sample air, the control unit 10 also controls the transfer / introduction of the exhaled air samples into the breathing air analysis device 6 , 16 successively given into the breath air analysis device 6. In other words, for example, the exhaled air sample is first introduced from the first sample receiving or dosing device 14 into the multicapillary column 18 and the ion mobility spectrometer 20 in order to be able to analyze the exhaled air from the first area of the respiratory tract first. In a second step, for example, the exhaled air sample from the second sample receiving or dosing device 16 is first introduced into the multicapillary column 18 and the ion mobility spectrometer 20 in order to then also be able to analyze the exhaled air from the second area of the respiratory tract.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Testsystems/A preferred embodiment of a test system /
Atemluftuntersuchungssystems 2 gemäß der vorliegenden Offenbarung wird unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben. Ähnlich wie in der schematischen Ansicht von Figur 1 gezeigt gelangt Exspirationsluft von einem Menschen/ Patienten/ Probanden 22 kommend über ein Atemzykluserfassungsmittel (Spirometer oder C02-Sensor) 8 hin zu einem Aktor 12. Das Atemzykluserfassungsm ittel 8 gibt erfasste Informationen über einen Atemzyklus des Menschen/ Patienten/ Probanden 22 an eine Steuereinheit 10 weiter und die Steuereinheit 10 steuert den Aktor 12 auf der Grundlage der erfassten Informationen. Breathing air examination system 2 according to the present disclosure is described with reference to FIG. Similar to what is shown in the schematic view of FIG. 1, expired air comes from a person / patient / test person 22 via a respiratory cycle recording means (spirometer or CO 2 sensor) 8 to an actuator 12. The breathing cycle recording means 8 provides recorded information about a human respiratory cycle / Patients / test persons 22 to a control unit 10 and the control unit 10 controls the actuator 12 on the basis of the recorded information.
Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel von Figur 2 ist der Aktor 12 als ein Acht- Wege-Ventil 24 ausgestaltet. Das Acht-Wege-Ventil 24 ermöglicht es, dass Exspirationsluft von dem Menschen/ Patienten/ Probanden 22 kommend in eine erste Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 14, in eine zweite Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 16, oder hin zu einem Gasauslass 26 geleitet werden kann. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel von Figur 2 ist die erste Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 14 bevorzugt als eine erste Probenschleife/ Dosierschleife 28, und ist die zweite Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 16 bevorzugt als eine zweite Probenschleife/ Dosierschleife 30 ausgebildet. According to the preferred exemplary embodiment of FIG. 2, the actuator 12 is designed as an eight-way valve 24. The eight-way valve 24 enables expired air coming from the person / patient / test person 22 to be conducted into a first sample intake / or metering device 14, into a second sample intake / or metering device 16, or to a gas outlet 26 can be. According to the preferred embodiment of FIG. 2, the first sample receiving / or dosing device 14 is preferably designed as a first sample loop / dosing loop 28, and the second sample receiving / or dosing device 16 is preferably designed as a second sample loop / dosing loop 30.
Auch in Figur 2 ist angedeutet, dass bevorzugt die erste Probenschleife/ Dosierschleife 28 ein geringeres Volumen als die zweite Probenschleife/ Dosierschleife 30 aufweist. Vorliegend gilt (für einen Erwachsenen), dass die erste Probenschleife/ Dosierschleife 28 bevorzugt ein Volumen/ Totvolumen von kleiner 600 Milliliter aufweist, und dass die zweite Probenschleife/ Dosierschleife 30 bevorzugt ein Volumen/ Totvolumen von 700 Milliliter bis 1200 Milliliter aufweist. It is also indicated in FIG. 2 that the first sample loop / metering loop 28 preferably has a smaller volume than the second sample loop / metering loop 30. In the present case, it applies (for an adult) that the first sample loop / dosing loop 28 preferably has a volume / dead volume of less than 600 milliliters, and that the second sample loop / dosing loop 30 preferably has a volume / dead volume of 700 milliliters to 1200 milliliters.
Die Steuereinheit 10 steuert auch gemäß der in Figur 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform den Aktor 12 bzw. das Acht-Wege-Ventil 24 derart, dass Exspirationsluft aus einem ersten Bereich des Atemtrakts des Menschen/ Patienten/ Probanden 22 in die erste Probenschleife/ Dosierschleife 28 eingeleitet wird, und dass Exspirationsluft aus einem zweiten Bereich des Atemtrakts des Menschen/ Patienten/ Probanden 22 in die zweite Probenschleife/ Dosierschleife 30 eingeleitet wird. The control unit 10 also controls the actuator 12 or the eight-way valve 24 according to the preferred embodiment shown in FIG and that expired air from a second region of the respiratory tract of the person / patient / test person 22 is introduced into the second sample loop / metering loop 30.
Wenn nach wenigen Atemzügen (fünf bis zehn) des Menschen/ Patienten/ Probanden 22 sowohl die erste Probenschleife/ Dosierschleife 28 als auch die zweite Probenschleife/ Dosierschleife 30 vollständig mit Probenluft befüllt sind, werden die Exspirationsluft-Proben nacheinander (über eine entsprechende Steuerung der Steuereinheit 10) in eine Multikapillarsäule 18 und ein lonenbeweglichkeitsspektrometer 20 gegeben. Beispielsweise wird zuerst die Exspirationsluft-Probe aus der ersten Probenschleife/ Dosierschleife 28 zusammen mit einem von einem Trägergaseinlass 32 kommenden Trägergas in die Multikapillarsäule 18 und das lonenbeweglichkeitsspektrometer 20 zur Analyse gegeben, und wird in einem zweiten Schritt die Exspirationsluft-Probe aus der zweiten Probenschleife/ Dosierschleife 30 zusammen mit einem von dem Trägergaseinlass 32 kommenden Trägergas in die Multikapillarsäule 18 und das lonenbeweglichkeitsspektrometer 20 zur Analyse gegeben. Es kann jedoch grundsätzlich auch zuerst die Exspirationsluft-Probe aus der zweiten Probenschleife/ Dosierschleife 30, und dann erst die Exspirationsluft-Probe aus der ersten Probenschleife/ Dosierschleife 28 analysiert werden. If after a few breaths (five to ten) of the person / patient / test person 22 both the first sample loop / metering loop 28 and the second Sample loop / dosing loop 30 are completely filled with sample air, the expired air samples are given one after the other (via a corresponding control of the control unit 10) into a multicapillary column 18 and an ion mobility spectrometer 20. For example, the exhaled air sample from the first sample loop / dosing loop 28 together with a carrier gas coming from a carrier gas inlet 32 is first fed into the multicapillary column 18 and the ion mobility spectrometer 20 for analysis, and in a second step the expired air sample from the second sample loop / Dosing loop 30, together with a carrier gas coming from the carrier gas inlet 32, is fed into the multicapillary column 18 and the ion mobility spectrometer 20 for analysis. In principle, however, the exhaled air sample from the second sample loop / metering loop 30 can also be analyzed first, and only then the expiratory air sample from the first sample loop / metering loop 28 can be analyzed.
Figur 3 zeigt lediglich beispielhaft eine Probenentnahme in eine Probenschleife/ Dosierschleife 28 oder 30 anhand eines Sechs-Wege-Venti Is 33. Lediglich beispielhaft könnte der Aktor der vorliegenden Offenbarung auch aus zwei derartigen Sechs-Wege- Ventilen 33 und einem vorgeschalteten Zwei- oder Drei-Wege-Ventil bestehen. FIG. 3 shows a sample extraction in a sample loop / metering loop 28 or 30 using a six-way valve 33 -Way valve exist.
Aus der linken Abbildung von Figur 3 geht hervor, dass die Probenschleife/ Dosierschleife 28 oder 30 zunächst mit Exspirationsluft befüllt wird. In diesem Zustand kann Umgebungsluft in die Multikapillarsäule 18 gepumpt werden. Wie aus der mittleren Abbildung von Figur 3 hervorgeht, kann das Sechs-Wege-Venti I 33 geschaltet werden, um die Exspirationsluftprobe in die Multikapillarsäule 18 zu pumpen. Die rechte Abbildung von Figur 3 zeigt einen Zustand, in welchem die entsprechende Exspirationsluftprobe vollständig in die Multikapillarsäule 18 gepumpt wurde. The illustration on the left in FIG. 3 shows that the sample loop / metering loop 28 or 30 is initially filled with expiratory air. In this state, ambient air can be pumped into the multicapillary column 18. As can be seen from the figure in the middle of FIG. 3, the six-way valve 33 can be switched in order to pump the exhaled air sample into the multicapillary column 18. The right-hand illustration of FIG. 3 shows a state in which the corresponding exhaled air sample has been completely pumped into the multicapillary column 18.
Figuren 4 und 5 zeigen Diagramme eines Atmungsprofils eines Menschen/ Patienten/ Probanden 22 und dienen einer Erläuterung einer atemzyklusgesteuerten Probenahme gemäß der vorliegenden Offenbarung. FIGS. 4 and 5 show diagrams of a breathing profile of a person / patient / test person 22 and serve to explain a breathing cycle-controlled sampling according to the present disclosure.
Figur 4 zeigt ein Diagramm eines Atmungsprofils eines Menschen 22, in welchem auf der horizontalen Achse die Zeit (t) und auf der vertikalen Achse ein Atemvolumen (V) (z.B. in Liter) bzw. eine Volumenflussrate (V/t) (z.B. in Liter pro Sekunde) aufgetragen ist. Eine Ausatmung/ Exspiration ist dabei in negativer Hochachsenrichtung aufgetragen, und eine Einatmung/ Inspiration ist in positiver Hochachsenrichtung aufgetragen. Weiterhin sind in dem Diagramm in Figur 4 Probenahmebereiche 34 gezeigt, in welchen offenbarungsgemäß eine Probenahme erfolgt. Aus Figur 4 geht insbesondere hervor, dass eine Probenahme während eines Exspirationsvorgangs erst bei Erreichen eines vorbestimmten Schwellwerts erfolgt. Der vorbestimmte Schwellwert ist bei einer volumengesteuerten Probenahme, beispielsweise mittels eines Spirometers, ein vorbestimmter Volumenwert V1 bzw. Vmin. Wie aus Figur 4 hervorgeht, erfolgt eine Probenahme in den Probenahmebereichen 34 erst, wenn der vorbestimmte Schwellwert/ Volumenwert V1 bzw. Vmin bei der Exspiration erreicht wurde. Der vorbestimmte Schwellwert eines minimales Volumens V1 bzw. Vmin kann offenbarungsgemäß beispielsweise auf -500 Milliliter bei Erwachsenen und -150 Milliliter bei Kindern eingestellt werden. FIG. 4 shows a diagram of a breathing profile of a person 22, in which time (t) is on the horizontal axis and a tidal volume (V) is on the vertical axis. (eg in liters) or a volume flow rate (V / t) (eg in liters per second) is plotted. Exhalation / expiration is plotted in the negative vertical axis direction, and inhalation / inspiration is applied in the positive vertical axis direction. Furthermore, the diagram in FIG. 4 shows sampling areas 34 in which, according to the disclosure, sampling takes place. From FIG. 4 it can be seen in particular that a sample is only taken during an expiratory process when a predetermined threshold value is reached. In the case of volume-controlled sampling, for example by means of a spirometer, the predetermined threshold value is a predetermined volume value V1 or Vmin. As can be seen from FIG. 4, sampling takes place in the sampling areas 34 only when the predetermined threshold value / volume value V1 or Vmin has been reached during expiration. The predetermined threshold value of a minimum volume V1 or Vmin can evidently be set, for example, to -500 milliliters in adults and -150 milliliters in children.
Wie die offenbarungsgemäße Probenahme in einem einzigen Exspirationsvorgang genau erfolgt, geht besser aus Figur 5 hervor. Hier ist gezeigt, dass während eines Exspirationsvorgangs bei Erreichen bzw. Vorliegen eines ersten vorbestimmten Schwellwerts V1 bzw. Vmin zu einem Zeitpunkt t1 mit einer Befüllung der ersten Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 14 bzw. der ersten Probenschleife/ Dosierschleife 28 begonnen wird, dass bei Erreichen bzw. Vorliegen eines zweiten vorbestimmten Schwellwerts V2 zu einem Zeitpunkt t2 die Befüllung der ersten Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 14 bzw. der ersten Probenschleife/ Dosierschleife 28 beendet wird, dass bei Erreichen bzw. Vorliegen eines dritten vorbestimmten Schwellwerts V3 zu einem Zeitpunkt t3 mit einer Befüllung der zweiten Probenaufnahme- bzw. Dosiervorrichtung 16 bzw. der zweiten Probenschleife/ Dosierschleife 30 begonnen wird, und dass bei Erreichen bzw. Vorliegen eines vierten vorbestimmten Schwellwerts V4 zu einem Zeitpunkt t4 die Befüllung der zweiten Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 16 bzw. der zweiten Probenschleife/ Dosierschleife 30 beendet wird. How the sampling according to the disclosure takes place exactly in a single expiration process can be seen better from FIG. It is shown here that during an expiration process when a first predetermined threshold value V1 or Vmin is reached or present at a point in time t1, a filling of the first sample receiving / dosing device 14 or the first sample loop / dosing loop 28 begins When a second predetermined threshold value V2 is reached or is present at a point in time t2, the filling of the first sample receiving / or metering device 14 or the first sample loop / metering loop 28 is terminated that when a third predetermined threshold value V3 is reached or present at a time t3 a filling of the second sample receiving or dosing device 16 or the second sample loop / dosing loop 30 is started, and that when a fourth predetermined threshold value V4 is reached or present at a point in time t4, the filling of the second sample receiving / or dosing device 16 or the second sample loop / dosing loop 30 bee is found.
Exspirationsluft, welche vor dem Zeitpunkt t1 , zwischen den Zeitpunkten t2 und t3, sowie nach dem Zeitpunkt t4 den Aktor 12 erreicht, wird bevorzugt abgelassen und gelangt somit nicht in die Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtungen 14, 16. Beispielsweise wird die Exspirationsluft über den in Figur 2 gezeigten Gasauslass 26 abgelassen. Expiratory air which reaches actuator 12 before time t1, between times t2 and t3, and after time t4, is preferably released and thus does not get into the sample receiving and / or metering devices 14, 16. For example, the expired air is let out via the gas outlet 26 shown in FIG.
In den Figuren 4 und 5 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer volumengesteuerten Atemzyklussteuerung, beispielsweise unter Fieranziehung eines Spirometers als Atemzykluserfassungsmittel 8, gezeigt. Andere Steuerungen, wie etwa eine CO2 gesteuerte Atemzyklussteuerung, können auf eine ähnliche Weise realisiert werden. Beispielsweise müssten bei der CO2 gesteuerten Atemzyklussteuerung lediglich die genannten Volumenwerte V1 , V2, V3 und V4 durch entsprechende CO2- Werte ausgetauscht werden. FIGS. 4 and 5 show a preferred exemplary embodiment of a volume-controlled breathing cycle control, for example using a spirometer as the breathing cycle detection means 8. Other controls, such as a CO2-controlled breathing cycle control, can be implemented in a similar way. For example, in the case of the CO2-controlled breathing cycle control, only the mentioned volume values V1, V2, V3 and V4 would have to be exchanged for corresponding CO2 values.
Zurückverweisend auf Figur 1 und Figur 2 wird abschließend die mittels der Multikapillarsäule 18 und des lonenbeweglichkeitsspektrometers 20 durchgeführte Atemluftanalyse erläutert. Es gilt, dass zunächst zu analysierende Exspirationsluft (aus einem Bereich des Atemtrakts) in der Multikapillarsäule 18, welche eine gaschromatographische Säule ist, vorgetrennt wird (1. Trennung), da Bestandteile der Exspirationsluft für einen Durchtritt durch die Multikapillarsäule 18 unterschiedlich lange benötigen (Retentionszeit tR). Nach der Vortrennung in der Multikapillarsäule 18 gelangen die Bestandteile der zu analysierenden Exspirationsluft in das lonenbeweglichkeitsspektrometer 20, und zwar zunächst in einen lonisationskammerabschnitt 36 des lonenbeweglichkeitsspektrometers 20, in welchem die Gasbestandteile der Exspirationsluft ionisiert werden. Dies geschieht mit Hilfe einer lonisierungsquelle 38, beispielsweise mittels radioaktivem Nickel. Nach der Ionisierung durchlaufen die Ionen ein Sperrgitter 40, auch Bradbury-Nielsen-Gitter genannt, und werden in einem Driftkammerabschnitt 42 des lonenbeweglichkeitsspektrometers 20 gegen die Strömungsrichtung eines Driftgases, welches von einem Driftgaseinlass 44 kommt, hin zu einer Detektionsvorrichtung 46, auch Faraday-Platte genannt, beschleunigt. Unmittelbar vor der Detektionsvorrichtung 46 ist ein Apertur-Gitter 48 als Abschirmgitter zur kapazitiven Entkopplung der Ionen vorgesehen. Ionen unterschiedlicher Masse bzw. Struktur erreichen unterschiedliche Driftgeschwindigkeiten, werden dadurch voneinander getrennt (2. Trennung) und treffen zeitlich nacheinander auf die Detektionsvorrichtung (Driftzeit io). Die Beschleunigung der Ionen in dem lonenbeweglichkeitsspektrometer 20 erfolgt mittels eines elektrischen Feldes. Die Atem luftanalysevorrichtung 6 gibt Signalausschläge aus, welche durch die auf die Detektionsvorrichtung 46 treffenden, ionisierten Gasbestandteile der Exspirationsluft erzeugt werden. Referring back to FIG. 1 and FIG. 2, the breathing air analysis carried out by means of the multicapillary column 18 and the ion mobility spectrometer 20 is explained in conclusion. It applies that expired air to be analyzed first (from an area of the respiratory tract) is pre-separated in the multi-capillary column 18, which is a gas chromatographic column (1st separation), since components of the expired air require different lengths of time to pass through the multi-capillary column 18 (retention time tR). After the pre-separation in the multicapillary column 18, the components of the expiratory air to be analyzed enter the ion mobility spectrometer 20, initially in an ionization chamber section 36 of the ion mobility spectrometer 20, in which the gas components of the expiratory air are ionized. This is done with the aid of an ionization source 38, for example radioactive nickel. After ionization, the ions pass through a barrier grid 40, also called Bradbury-Nielsen grid, and are in a drift chamber section 42 of the ion mobility spectrometer 20 against the flow direction of a drift gas coming from a drift gas inlet 44 to a detection device 46, also known as a Faraday plate called, accelerated. Immediately in front of the detection device 46, an aperture grid 48 is provided as a shielding grid for capacitive decoupling of the ions. Ions of different mass or structure reach different drift speeds, are thereby separated from one another (2nd separation) and hit the detection device one after the other (drift time io). The acceleration the ions in the ion mobility spectrometer 20 take place by means of an electric field. The breathing air analysis device 6 outputs signal deflections which are generated by the ionized gas components of the expiratory air that hit the detection device 46.
Wie aus den Chromatogramm-Ansichten von Figur 6 und Figur 7 hervorgeht, erscheint ein Krankheitserreger, insbesondere Virus, wie etwa ein Corona-Virus (z.B. das neuartige Corona-Virus SARS-CoV-2 (Covid-19)), an einer bestimmten Stelle/ Position, hier als Virusposition /-stelle 50 bezeichnet, im Chromatogramm (siehe z.B. Figur 6).As can be seen from the chromatogram views in FIG. 6 and FIG. 7, a pathogen, in particular a virus, such as a corona virus (e.g. the novel corona virus SARS-CoV-2 (Covid-19)) appears at a certain point / Position, here referred to as virus position / site 50, in the chromatogram (see, for example, FIG. 6).
Die Virusposition/ -stelle 50 ist hierbei von der Retentionszeit tp und der Driftzeit to abhängig. Über die Intensität/ den Signalausschlag/ den Peak an der entsprechenden Virusposition/ -stelle 50 im Chromatogramm kann dann der Nachweis geführt werden, ob das Virus in der Exspirationsluft bzw. in dem entsprechenden Bereich des Atemtrakts des Menschen/ Patienten/ Probanden 22 enthalten ist und in welchem Umfang der entsprechende Bereich des Atemtrakts von dem Virus befallen ist (siehe Figur 7). The virus position / site 50 is dependent on the retention time tp and the drift time to. The intensity / signal amplitude / peak at the corresponding virus position / site 50 in the chromatogram can then be used to detect whether the virus is contained in the expired air or in the corresponding area of the respiratory tract of the person / patient / test person 22 and the extent to which the corresponding area of the respiratory tract is infected by the virus (see FIG. 7).
Zur Vereinfachung ist in den Figuren 6 und 7 lediglich die Stelle/ Position und der Peak/ Signalausschlag eines Virus dargestellt. Es versteht sich jedoch von selbst, dass in dem Chromatogramm auch alle anderen in der Exspirationsluft des Patienten vorkommenden (Gas-)Bestandteile an entsprechenden Stellen/ Positionen entsprechende Peaks/ Signalausschläge aufweisen. For the sake of simplicity, only the location / position and the peak / signal amplitude of a virus are shown in FIGS. 6 and 7. It goes without saying, however, that in the chromatogram all other (gas) components occurring in the patient's exhaled air also have corresponding peaks / signal deflections at corresponding points / positions.
In diesem Zusammenhang ist in Figur 8 beispielhaft eine zweidimensionale Ansicht eines (zweiten) Chromatogramms gezeigt, in welchem eine Vielzahl von Signalausschlägen in Abhängigkeit von der Driftzeit to und der Retentionszeit tp dargestellt sind. In this context, FIG. 8 shows, by way of example, a two-dimensional view of a (second) chromatogram in which a large number of signal fluctuations are shown as a function of the drift time to and the retention time tp.
Zur genaueren/ besseren Bestimmung, ob ein Mensch/ Patient/ Proband 22 an einem bestimmten Krankheitserreger/ Virus erkrankt ist, werden bevorzugt mehrere Signalausschläge/ Peaks 52 betrachtet. Beispielswiese können verschiedene Signalausschläge/ Peaks 52 von dem bestimmten Krankheitserreger/ Virus beeinflusst werden. Aus Figur 8 geht hervor, dass zum Beispiel drei Peaks/ Signalausschläge 52 betrachtet werden können, um Rückschlüsse ziehen zu können, ob in der jeweils betrachteten Exspirationsluftprobe der bestimmte Krankheitserreger/ Virus auftritt/ enthalten ist, bzw. auch welcher Krankheitserreger/ Virus in der jeweils betrachteten Exspirationsluftprobe enthalten ist. For a more precise / better determination of whether a person / patient / test person 22 is sick with a certain pathogen / virus, a plurality of signal deflections / peaks 52 are preferably considered. For example, different signal swings / peaks 52 can be influenced by the particular pathogen / virus. It can be seen from FIG. 8 that, for example, three peaks / signal fluctuations 52 can be considered in order to be able to draw conclusions as to whether the particular pathogen / virus occurs / is contained in the respective exhaled air sample considered, or also which pathogen / virus is contained in each considered expiratory air sample is included.
Zum Nachweis eines Krankheitserregers/ Virus werden dann die Absoluthöhen und Absolutpositionen der einzelnen Signalausschläge/ Peaks 52 betrachtet. Weiterhin werden die Relativpositionen und Relativhöhen der Signalausschläge/ Peaks 52 zueinander betrachtet. Es können jedoch auch nur die Höhen untereinander betrachtet werden. Es hat sich beispielsweise herausgestellt, dass bei bestimmten Krankheitserregern nur einzelne Signalausschläge/ Peaks 52 ansteigen und sich andere Signalausschläge/ Peaks 52 verringern (im Vergleich zu einem gesunden Menschen). Beispielsweise kann, wenn im Vergleich zu einem gesunden Menschen einer der Signalausschläge/ Peaks 52, die in Figur 8 gezeigt sind, ansteigt/ höher wird/ über einem Grenzwert ist und ein anderer der Signalausschläge/ Peaks 52 sich verringert/ kleiner wird/ unter einem Grenzwert ist, auf ein bestimmtes Virus (z.B. Influenza, Humanes Coronavirus, Sars-CoV-2, etc.) geschlossen werden. Auf ein anderes bestimmtes Virus (z.B. Influenza, Humanes Coronavirus, Sars-CoV-2, etc.) kann beispielsweise geschlossen werden, wenn zwei der Signalausschläge 52, die in Figur 8 gezeigt sind, ansteigen/ höher werden/ über einem Grenzwert sind. Somit können Entscheidungsbäume erstellt werden, welche es ermöglichen, dass ein bestimmter Krankheitserreger/ Virus, welcher in der entsprechenden Exspirationsluftprobe enthalten ist, bestimmt/ benannt werden kann. Bezugszeichenliste To detect a pathogen / virus, the absolute heights and absolute positions of the individual signal deflections / peaks 52 are then considered. Furthermore, the relative positions and relative heights of the signal deflections / peaks 52 to one another are considered. However, only the heights can be viewed below one another. It has been found, for example, that with certain pathogens only individual signal fluctuations / peaks 52 increase and other signal fluctuations / peaks 52 decrease (compared to a healthy person). For example, if, compared to a healthy person, one of the signal swings / peaks 52 shown in FIG. 8 rises / becomes higher / is above a limit value and another of the signal swings / peaks 52 decreases / becomes smaller / below a limit value is to be inferred from a specific virus (e.g. influenza, human coronavirus, Sars-CoV-2, etc.). Another specific virus (eg influenza, human coronavirus, Sars-CoV-2, etc.) can be concluded, for example, if two of the signal fluctuations 52 shown in FIG. 8 rise / become higher / are above a limit value. Decision trees can thus be created which enable a specific pathogen / virus that is contained in the corresponding exhaled air sample to be determined / named. List of reference symbols
2 Atem luftuntersuchungssystem 2 breathing air examination system
4 Probenentnahmesystem 4 sampling system
6 Atem luftanalysevorrichtung 6 Breath analysis device
8 Atemzykluserfassungsmittel 8 breathing cycle detection means
10 Steuereinheit 10 control unit
12 Aktor 12 actuator
14 erste Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 16 zweite Probenaufnahme-/ bzw. Dosiervorrichtung 18 Multikapillarsäule 14 first sample receiving / or dosing device 16 second sample receiving / or dosing device 18 multicapillary column
20 lonenbeweglichkeitsspektrometer 22 Mensch/ Patient/ Proband 20 ion mobility spectrometers 22 human / patient / subject
24 Acht-Wege-Ventil 24 eight-way valve
26 Gasauslass 26 gas outlet
28 erste Probenschleife/ Dosierschleife 30 zweite Probenschleife/ Dosierschleife 28 first sample loop / dosing loop 30 second sample loop / dosing loop
32 Trägergaseinlass 32 Carrier gas inlet
33 Sechs-Wege-Ventil 33 Six-way valve
34 Probenahmebereich 34 Sampling area
36 lonisationskammerabschnitt 36 ionization chamber section
38 lonisierungsquelle 38 ionization source
40 Sperrgitter 40 barriers
42 Driftkammerabschnitt 42 drift chamber section
44 Driftgaseinlass 44 Drift gas inlet
46 Detektionsvorrichtung 46 detection device
48 Apertur-Gitter 48 aperture grids
50 Virusposition/ -stelle 50 virus position / site
52 Signalausschlag/ Peak 52 Signal deflection / peak
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