(57)【要約】  呼気サンプル採取ユニットであって、呼気サンプルを収容するための容器と、該容器内に摺動可能且つ気密閉鎖式に配置されたピストンと、マウスピースに接続可能な、前記容器内へのガス供給部とを有するものに関する。
2016529496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼気サンプル採取ユニットであって、
呼気サンプルを収容するための容器と、
該容器内に摺動可能且つ気密閉鎖式に配置されたピストンと、
マウスピースに接続可能な、前記容器内へのガス供給部と、
吸着管を収容するための収容装置と、
呼気サンプルを前記容器から前記吸着管に案内するための手段と、
を有していることを特徴とする、呼気サンプル採取ユニット。
【請求項２】
前記容器と前記ピストンとによって形成される容積は、０．１ｌ〜３ｌ、特に０．５ｌ〜１．５ｌである、請求項１記載のユニット。
【請求項３】
前記容器は内面に、ＰＴＦＥ表面を有している、請求項１又は２記載のユニット。
【請求項４】
前記ピストンは、前記容器に接触している外面に、ＰＴＦＥ表面を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のユニット。
【請求項５】
前記容器は、呼気サンプルに面した内面に、ガラス表面又は金属表面を有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のユニット。
【請求項６】
前記ピストンは、呼気サンプルに面した面に、ガラス表面又は金属表面を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のユニット。
【請求項７】
前記容器から呼気サンプルを制御案内するためのポンプを有している、請求項１から６までのいずれか１項記載のユニット。
【請求項８】
供給された呼気の第１の部分を周辺環境へ導出し、且つ供給された呼気の、前記第１の部分に続く第２の部分を前記容器内へ案内するように構成された弁システムを有している、請求項１から７までのいずれか１項記載のユニット。
【請求項９】
流量センサを有している、請求項１から８までのいずれか１項記載のユニット。
【請求項１０】
１５水柱ｍｍの逆圧を発生させる絞りを有している、請求項１から９までのいずれか１項記載のユニット。
【請求項１１】
前記流量センサには、前記絞りの上流側と下流側との間の差圧を検出する圧力センサが含まれる、請求項９を引用する請求項１０記載のユニット。
【請求項１２】
加熱装置を有している、請求項１から１１までのいずれか１項記載のユニット。
【請求項１３】
前記ピストンの行程を検出するセンサを有している、請求項１から１２までのいずれか１項記載のユニット。
【請求項１４】
前記容器内に圧力センサが設けられている、請求項１から１３までのいずれか１項記載のユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、呼気サンプル採取ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、例えば結核等の疾患を診断するために、信頼性があると同時に廉価な方法は全く存在していない。結核や代謝機能障害等の疾患を診断するためには、ヒトの呼気中の、特定の疾患に関して特徴的なマーカーガスの測定が、高い可能性をもった非侵襲性の技術であるということが判明しており、廉価に実現可能でもある。呼気の分析は、例えばガスクロマトグラフィ／質量分析法（ＧＣ／ＭＳ）を用いて行うことができる。このためには、呼気を事前に採取して貯蔵しておく必要がある。貯蔵は、従来技術ではいわゆる吸着管によって行われる。この貯蔵手段は、数週間にわたって確実に機能するので、例えば世界中に発送することが可能になる。
【０００３】
吸着管内に十分な分子を集めるためには、ある程度の量の呼気（約１ｌ）を、吸着管を通して案内する必要がある。この場合、所定の流量が継続して維持されることが望ましく（約１００ｍｌ／分）、これによりガスが、十分に長い滞留時間の間、吸着管内に留まって、分子が吸着剤に付着することができるようになる。これらの周辺条件は、息を吐き出す際の直接採取のためには保持され得ない。それというのも、一方では、管が高い流れ抵抗を有していることから管を通じて直接に息を吐き出すことは不可能であり、且つ他方では、呼気サンプルの採取には約１０分かかるからである。この問題を解決するために、呼気貯蔵体としてプラスチックバッグが使用される。これらのプラスチックバッグもやはり、呼気サンプルを著しく損なうガスを遊離させる、という欠点を有している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の課題は、前記欠点を回避する、呼気サンプル採取ユニットを提供することにある。この課題は、請求項１記載の特徴を有するユニットにより解決される。有利な構成及び改良は、従属請求項に記載されている。
【０００５】
本発明による呼気サンプル採取ユニットは、呼気サンプルを収容するための容器と、該容器内に摺動可能且つ気密閉鎖式に配置されたピストンと、マウスピースに接続可能な、前記容器内へのガス供給部とを有している。容器は、例えばシリンダであってよい。
【０００６】
容器とピストンとは共に、容器からピストンを押し出すことにより拡大可能な、呼気サンプル用の貯蔵容積を形成している。最大貯蔵容積は、好適には０．１ｌ〜３ｌ、特に０．５ｌ〜１．５ｌである。
【０００７】
この場合、容器及びピストンは、好適には、呼気サンプルに面した、つまり内側の表面が、ガス放出を全く又は可能な限り生じない材料、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ガラス、又は金属を有するように形成されている。これにより有利には、容器内に貯蔵される呼気サンプルが全く又は大幅には汚染されない、ということが達成される。このために容器及び／又はピストンは、適当な材料によるコーティングを有することが可能である。容器及び／又はピストンは、全体又はほぼ全体が、前記材料から製造されていてもよい。
【０００８】
有利には、このようにして製造されたユニットは、様々な複数の充填過程の間に良好に洗浄可能であり、系内に残滓が残留することは一切ない。換言すると、容器は再利用可能である。これにより、例えば呼気サンプルの採取に際して貯蔵バッグの交換が省かれるので、手間が減じられることになる。
【０００９】
１つの有利な構成では、容器及び／又はピストンは、それぞれ別の要素に接触している面に、ＰＴＦＥ表面を有している。これにより、容器内でのピストンの、特に摩擦の少ない摺動が可能になる。同時に、ガス放出も更に回避される。摩擦の少ない摺動は、ヒトの呼気圧によって容器に呼気サンプルを充填する（この場合、充填時にピストンを呼気圧によって押しずらす必要がある）ことを容易にするために、特に有利である。
【００１０】
有利には、本ユニットは、吸着管を収容する収容装置と、呼気サンプルを容器から吸着管へ案内する手段とを有している。この場合、前記手段は、有利には１つ又は複数の弁である。これにより、容器に中間貯蔵された呼気サンプルを制御しつつ、交換可能な吸着管へ案内することが可能になる。このために有利には、本ユニットは、容器から呼気サンプルを制御案内するためのポンプを有している。
【００１１】
１つの有利な構成では、本ユニットは、供給された呼気の第１の部分を周辺環境へ導出し、且つ供給された呼気の、第１の部分に続く第２の部分を容器内へ案内するように構成された弁システムを有している。これにより、例えば口、咽頭腔及び気管から生じ且つ呼気サンプルを損なう恐れのある、供給された呼気の複数の成分が、容器には全く又は少量しか供給されない、ということが達成される。呼気の、廃棄されるべき典型的な第１の部分には、０．２５ｌ〜０．７５ｌ、理想的には０．５ｌが含まれている。
【００１２】
この場合、息は最初にバイパス内へ案内される。吹き込まれた息の体積が、流量センサにより測定される（流れについての積分）。所望の体積に達した後に、弁が呼気流を、バイパスから貯蔵ピストンに切り換える。呼気貯蔵器が、予荷重をかけられたパッシブバルブにより閉鎖されているユニットも考えられる。最初に息は、所望のバイパス容積を有する「バイパス呼気貯蔵器」内へ案内される。このバイパス呼気貯蔵器が一杯に満たされると、系の圧力が上昇して、パッシブバルブが主呼気貯蔵器に対して開かれる。つまり、主呼気貯蔵器は、所望の体積がバイパス呼気貯蔵器に流入した状態で初めて充填される。この構成は、吹込み時の体積制御式の切換を削減するものである。
【００１３】
本ユニットは、流量センサを有していてよい。この流量センサによって、例えば呼気の流入速度を調べ、延いては容器の充填の監視を行うことができるようになっている。本ユニットが、例えば制御型の電子機器を有している限りは、制御用の測定値が存在する。
【００１４】
本ユニットは、約１５０Ｐａ（１５ｍｍＨ２Ｏに相当）の範囲の逆圧を発生させる絞りを有していてよい。この範囲の逆圧は、有利には軟口蓋を閉じ、これにより副鼻腔からの不都合な呼気成分の侵入を阻止するか、又は減少させる。この場合、全体的にできるだけ低い逆圧を保つために、絞りの逆圧を、例えばピストンの摺動に起因する、ユニット内にいずれにしろ存在する逆圧に合わせることが有利である。
【００１５】
絞りが設けられている場合、流量センサは、有利には絞りの上流側と下流側とに設けられた圧力センサによって実現され得る。これらの圧力センサは、それぞれの場所の間の差圧を検出し、ひいては絞りの特性に基づいて、流量の計算推定を可能にする。この場合具体的には、圧力センサは絶対圧を２回測定するように形成されていてよく、次に差圧が算出される。同様に、一方又は両方の圧力センサが、差圧を直接検出するように形成されていてもよい。
【００１６】
本ユニットが、加熱装置を有していると有利である。容器、ピストン及び／又は導管系を温度調節することにより、加熱された領域でのガス成分の吸着が低減又は回避される。これにより、呼気サンプルがより良好に、そのガス組成を保持し続けると共に、以前の呼気サンプルの残留ガスによる汚染が低減することになる。
【００１７】
本ユニットは更に、ピストンの行程を検出するセンサを有していてよい。これにより、容器充填の監視及び制御が可能である。代替的又は付加的に、容器内には圧力センサが設けられていてもよい。この圧力センサもやはり、充填制御を可能にする。
【００１８】
以下に、本発明の、好適ではあるが限定的では決してない実施例を、図面に基づき詳しく説明する。この場合、各特徴は極めて概略的に図示されており、縮尺通りではない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】呼気検査用のサンプル採取システム１０を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
サンプル採取システム１０は、マウスピース１１を有しており、このマウスピース１１を通じて被験者は呼気サンプルを提出する、即ちサンプル採取システム１０内へ吐き出すことができるようになっている。この場合、本来の意味でのサンプル採取システム１０には、マウスピース１１用の取付け装置しか含まれず、マウスピース１１自体は交換可能な部材である。マウスピース１１は、複数のガス導管４０から成る系に接続されており、これらのガス導管４０は、サンプル採取システム１０の別の部材を互いに接続しており且つ呼気サンプル及びその他のガスの送り及び分配を可能にしている。マウスピース１１には細菌フィルタ１２が続いており、この細菌フィルタ１２によって呼気サンプルから細菌が除去される。細菌フィルタ１２も、有利には交換可能である。
【００２１】
細菌フィルタ１２には、呼気サンプルが実質的にとる流入方向４１に、第１の弁１３が続いている。更に、第１の分岐点１６ａと、直径０．３ｍｍの絞り１４と、第２の分岐点１６ｂとが続く。第１及び第２の分岐点１６ａ，ｂは、流量測定装置１５の接続用に設けられている。例えば、両分岐点１６ａ，ｂには圧力センサが配置されており、これらの圧力センサもやはり、両分岐点１６ａ，ｂ間の差圧が出力されるように、互いに接続されている。制御装置（図１には図示せず）が、前記差圧から、絞り１４を通る流量を求める。
【００２２】
第２の分岐点１６ｂには、流入方向４１に、第３の分岐点１７が続いており、この第３の分岐点１７から第２の弁１８を介して、ガス出口１９に到達することができるようになっている。第３の分岐点１７には、流入方向４１に、第４の分岐点２０と、第３の弁２１と、第５の分岐点２２とが続いている。第５の分岐点２２には、シリンダ２７が直接に接続されており、シリンダ２７内には、摺動可能なピストン２８が軸線上に配置されている。ガス導管４０が流入方向４１でシリンダ２７に開口している開口側において、シリンダ２７はピストン２８と共に、呼気中間貯蔵容積４３を形成している。
【００２３】
シリンダ２７の、流入部とは反対の側において、ガス導管は第６の分岐点２９に続いており、第６の分岐点２９は、第４の弁３０を介して第２のガス出口３１に通じている。更に第６の分岐点２９は、第５の弁３２を介して第７の分岐点３３に接続されている。第７の分岐点３３と第４の分岐点２０との間は、第６の弁３５を介して更に接続されている。最後に、ガス導管４０は第５の分岐点２２から、吸着管２４を収容するための装置２３に通じている。吸着管２４の下流側で、ガス導管４０は更に、直径０．１ｍｍの第２の絞り２５を介して第７の弁２６に通じており、そこから第７の分岐点３３に通じている。最終的に、第７の分岐点３３は、ポンプ３４に接続されている。
【００２４】
シリンダ２７は、本実施例では特殊鋼から製造されており、この場合、内面がＰＴＦＥでコーティングされている。ピストンもやはり、ＰＴＦＥから製造されている。これにより、摺動時の小さな摩擦が保証されると同時に、ピストン２８又はシリンダ２７から流出するガスが、呼気サンプルを汚染しないようになっている。
【００２５】
同じ理由から、別の複数の部材が可能な限り、ＰＴＦＥ、ガラス又は金属から成っていると合理的である。例えば、ガスと接触状態にある弁１３，１８，２１，２６，３０，３２，３５の各部材は、特殊鋼から成っていてよく、ガス導管４０としてはテフロンチューブが使用可能である。
【００２６】
呼気サンプルを採取するために、以下のステップが実施される。
【００２７】
最初に、サンプル採取システム１０の全てのコンポーネントを洗浄して、場合によっては存在する、以前のサンプルの残留物を除去する。このために、各弁１３，１８，２１，２６，３０，３２，３５が適宜に制御され、ポンプ３４により空気が外部からサンプル採取システム１０を通って吸い込まれる。
【００２８】
引き続く準備のために、ピストン２８がシリンダ２７内で、呼気中間貯蔵容積４３が最小限になる位置に押しずらされる。最後に被験者用に、マウスピース１１がマウスピース１１用の取付け装置に被せ嵌められると共に、吸着管２４が装置２３に挿入される。
【００２９】
以下、被験者がマウスピース１１に息を力強く吐き出す／吹き込むことから出発する。サンプル採取システム１０のための制御装置は開始時に、口／咽頭腔から生じた呼気サンプルの最初の４分の１リットルはシリンダに流入しないように、弁１３，１８，２１，２６，３０，３２，３５を切り換える。このために、第１の弁１３及び第２の弁１８が開かれ、第３の弁２１及び第６の弁３５は閉じられる。流量センサ１５を用いて、絞り１４を通流したとたんに廃棄される呼気の量を管理することができる。呼気サンプルの最初の４分の１リットルが絞り１４を通流すると、弁が切り換えられて、呼気が流入方向４１に沿ってシリンダ２７内へ案内されることになる。このために、第１の弁１３及び第３の弁２１が開かれ、第２の弁１８、第６の弁３５及び第７の弁２６が閉じられる。
【００３０】
被験者により加えられた吐出し圧力によってピストン２８がシリンダ２７内で押しずらされると、吐き出された空気に、呼気中間貯蔵容積４３内でのスペースが提供されることになる。これにより呼気サンプルは、呼気中間貯蔵容積４３内に貯蔵された状態になる。最初に廃棄された４分の１リットルに加えて、規定可能な、例えば１リットルの空気量が更にシリンダ２７に流入した後で、制御装置は少なくとも最初の弁１３を閉じることにより、呼気の採取を終了する。
【００３１】
次いで呼気サンプルは、含まれているガスのできるだけ良好な吸着が行われるように、吸着管２４を通って案内される。このために、第３の弁２１、第６の弁３５及び第５の弁３２が閉じられ、第７の弁２６及び第４の弁３０が開かれる。ポンプは、呼気サンプルを呼気中間貯蔵容積４３から吸着管２４を通して吸う、相応する圧力形成に役立つ。この場合、第２の絞り２５もやはり、十分に高い流れ抵抗、つまり吸着管２４内でのガスの良好な吸着を可能にする十分に低い流量を得るために役立つ。
【００３２】
その後、吸着管は取り出すことができるようになっており、例えばマーカーガスの濃度を測定するＧＣ／ＭＳ分析に供与される。説明した最初のステップで以て、サンプル採取システム１０は引き続き別の被験者のために準備され得る。
【００３３】
サンプル採取システム１０内での凝縮を避けるために、装置は呼気の露点を上回る温度に加熱されてよい。代替的に、マウスピース内で除湿体、例えばシリカゲルが使用されてもよい。但しこの除湿体が、重要なマーカーガスを吸着してはならない。代替的に、呼気の凝縮が許容されてもよい。集まった凝縮物は、十分な洗浄過程を経て再び除去され得る。代替的又は追加的に、サンプル採取システム１０には、排出装置が設けられていてよい。
【００３４】
後の評価に関して有利なのは、吸着管２４として、好適には炭化水素を吸着し且つ水の吸着は減少させる吸着管２４が使用される場合である。これにより、ガス成分の後の評価において、高い割合の水と、これに結びついた測定への影響とが減少させられることになる。
【００３５】
排出制御を容易にするために、呼気中間貯蔵容積４３の領域に、圧力センサが設けられていてよい。この圧力センサは例えば、シリンダ２７内でピストン２８が移動する可能性がなくなると、つまりシリンダ２７が呼気で完全に満たされると、圧力上昇を記録する。これに基づき制御装置はサンプル採取を終了してよい。同様に、シリンダ２７の排出も監視可能である。
【図１】
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【国際調査報告】
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