用于捕获呼吸样本的系统和设备技术方案

提供了一种用于从患者收集呼吸部分用于分析的设备(10)，包括壳体结构，该壳体结构包括入口端口(30)，该入口端口(30)与用于接收患者的呼吸的一部分的罩结构相关联；至少一个传感器(22)，其可操作地耦合到入口端口(30)用于检测关于患者的呼吸的一个或多个参数；至少一个收集容器(20)，用于收集在入口端口(30)中接收到的患者的呼吸的一部分；至少一个泵(28)，用于将患者的呼吸的选择性部分从入口端口(30)泵送到至少一个收集容器(20)；以及控制系统(32)，用于控制至少一个传感器和至少一个泵(30)的操作。控制系统(32)基于感测到的诸如CO2和/或压力之类的参数选择性地操作泵，以收集呼吸样本。

Systems and equipment for capturing breathing samples

A device (10) for collecting breathing parts from patients for analysis is provided, including a housing structure comprising an entry port (30) associated with a cover structure for receiving a portion of the patient's breathing; at least one sensor (22) operatively coupled to an entry port (30) for detecting one or more parameters concerning the patient's breathing. At least one collection container (20) is used to collect a portion of the patient's breath received in the entry port (30); at least one pump (28) is used to pump the selective portion of the patient's breath from the entry port (30) to at least one collection container (20); and a control system (32) is used to control the operation of at least one sensor and at least one pump (30). The control system (32) selectively operates the pump to collect breathing samples based on sensed parameters such as CO2 and/or pressure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于捕获呼吸样本的系统和设备
本专利技术一般而言涉及基于呼吸和身体挥发性生物标志物分析来促进医疗病症诊断的医疗设备和方案，尤其涉及收集用于评估健康和疾病诊断、监测和评估预后的挥发性生物标志物的装置、系统和方法。
技术介绍
代谢组(metabolome)是源自全身代谢过程的小分子聚集体。代谢组分析对生物医学应用很有吸引力，因为基因表达或蛋白质活性的相对较小的变化会对下游代谢物的浓度产生深远的影响。这些代谢物中很大一部分是挥发性的。这些生物标志物在健康和疾病方面特别有意义，因为它们通过呼吸、尿液、粪便和皮肤排泄，从而提供非侵入性使用。挥发性生物标志物(VB)由挥发性有机化合物(VOC)和挥发性无机化合物(VIC)组成。涉及健康和疾病的VB的示例包括烷烃、烯烃、丙酮、异戊二烯、NO、CO和醛。根据定义，生物体功能的任何变化都会改变细胞代谢。因此，这会影响代谢组及其挥发性组分。因此，结果产生的VB的变化可以用作评估广泛的正常生理和病理生理过程的生物标志物。呼出VB的速率是几种相互作用的(生物)化学过程的净效应；细胞内和细胞外降解、化合物在细胞外液、脂肪和血液中的溶解度、与细胞外基质和载体蛋白的亲和力、肺泡和支气管空气之间的浓度梯度、蒸气压和肺泡换气量。这导致给定化合物在呼吸、血液和脂肪之间可以通过该物质的物理化学分配常数(partitionconstant)来描述的化学平衡。迄今为止，已经识别出数千个单独的VB，通常以百万分之几/十亿分之几的范围出现。VB可能是局部的、系统的或外源的(图1)。在呼吸中，局部产生的化合物直接沿着呼吸道扩散到肺泡或气道腔中。一个示例是在活性氧物种(ROS)存在下VOC形成背后的生物学机制。ROS通常会导致与疾病相关联的氧化应激水平增高。ROS致使细胞壁脂质过氧化，从而导致乙烷和正戊烷的产生。这些物质在血液中仅显示出低溶解度，因此，它们在组织中形成的几分钟内就会被排出到呼吸中。因此，呼出的乙烷和正戊烷浓度可以用于监测体内氧化损伤的程度。系统性起源的挥发物来源于源自其它地方的代谢过程并溶解于血液中之后的循环。因此，即使是非肺部疾病也会导致呼出的VB，这已经成功地用于评估非肺部恶性肿瘤。众所周知的一组源自系统的VOC是酮体，比如丙酮、乙酰乙酸酯和羟基丁酸酯，它们作为葡萄糖代谢的一部分经由外围组织中的克雷布斯(Krebs)循环被氧化。外源性VB可以通过皮肤被吸入或吸收。它们主要源自非人类来源并以三种类别存在。首先，在没有任何与身体相互作用的情况下处于入气和呼气的VB。第二组外源性VB确实与人体组织相互作用，并且可以在体内储存很长一段时间3。因此，后者的挥发物可以作为环境暴露和毒素(诸如烟草烟雾致癌物N-亚硝胺)累积的潜在生物标志物。第三组外源性VB是(常驻的)微生物来源(主要是细菌，但也包括真菌和病毒)，从而使得它们在鉴别与微生物组的变化关联的传染性疾病时特别有意义。由于呼出的VB反映了这种广泛的(病理)生理过程，因此它们具有以下使用潜力：1.评估正常代谢过程2.估计环境暴露2.治疗分层3.监测治疗反应4.监测疾病活动和恶化预测5.鉴定和特征化宿主中的微生物6.评估宿主对微生物的反应7.筛查病态前的病症8.无症状受试者的疾病早期检测。这些潜在的应用与肺部和非肺部疾病有关。但是，虽然用于疾病诊断和监测的体液(血液、痰、尿)的分析是常规临床实践，但是利用这种诊断的非侵入性性质的人类呼吸分析方法仍然未得到开发并且尚未在临床实践中被采用。没有采用背后的原因包括：1.技术的可再现性：迄今为止使用的大多数技术都表明设备间和设备内可再现性不足以允许部署。2.技术灵敏度：VB，特别是通常出现在ppbppt范围内的VOC，许多分析系统都没有这种灵敏度。3.技术的选择性：由于VB的组成复杂，系统需要在检测目标化合物时具有选择性。4.不可靠的样本采集：样本收集的标准化和验证通常较差。5.技术成本：经典化学分析仪器的成本对于基于VB的测试的部署是价格过高的。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种用于从患者收集呼吸部分以进行分析的设备，其具有权利要求中所阐述的优选特征。下面描述的实施例的目的和优点将在下面的描述中阐述并且是清晰的。所示实施例的其它优点将通过书面描述及其权利要求中特别指出的设备、系统和方法以及附图来实现和获得。为了实现这些和其它优点并且根据所示实施例的目的，在一个方面，便携式微处理器控制的呼吸收集装置将预先指定的入气或呼气(例如，肺泡)VB的部分收集到吸附管中，这些吸附管然后通过化学分析技术进行分析，诸如气相色谱和质谱以及离子迁移谱(IMS)技术，特别是用于疾病诊断的场非对称离子迁移谱(FAIMS)技术。描述了一种装置、系统和方法，其收集和分析生物标志物，用于评估生物体(包括人)(下文统称为“患者”)中处于健康和疾病(例如，感染性、炎性和肿瘤性疾病)的生理和病理生理过程。在一个或多个图示的实施例中，从患者收集测得的呼吸量(或VB的其它来源)，随后对该呼吸量进行分析以检测VB标志物的存在以便评估处于健康和疾病中的代谢。因此，应该认识到的是，本专利技术的目的是在患者的呼吸中收集VB的一个或多个样本(包括VOC和VIC)用于随后的体外分析。收集VOC样本的目的是促进炎性、感染性和肿瘤性疾病(诸如肺癌)的诊断、监测和预后预测。相应地，提供了一种高准确度的医疗设备，该设备经济、易于操作、可便携并且以可再现的方式收集呼吸VB，以便随后在筛选或诊断测试中以高准确度使用这些生物标志物。本专利技术提供了用于诊断分析呼出的VB和从组织和/或生物样本发出的VB用于可靠、低成本和非侵入性的医疗保健用途的设备和方法。该设备可以设置有：·GC-FAIMS加热区，以最大限度地减少色谱柱末端的冷凝·分离和吹扫呼吸样本以处理水分·在冰点之上设置冷阱以处理水分·选择Tenax/Carbotrap吸附剂，以覆盖我们期望在呼吸中发现的化学物的范围，同时确保两种吸附剂都具有疏水性，使得排斥呼吸中发现的高水平水蒸气。·用于收集多个呼吸组分的基本原理·收集吸入气进行暴露评估的可能性·收集吸入气用于纠正环境VB的可能性·收集源自微生物体的挥发性生物标志物的可能性·使用空气补给用部件来加载吸入空气以执行冲洗和/或暴露实验的可能性。选择性呼吸捕捉特征·在设备中使用压力传感器和CO2传感器来跟踪患者的呼吸模式。·使用这些算法能够从呼吸系统的特定空气部分中选择呼吸-其示例包括总呼吸、总呼吸但没有口腔空气、仅来自上呼吸道的空气、仅来自下呼吸道的呼吸、来自上呼吸道和下呼吸道的组合呼吸、来自口咽和鼻咽的空气以及来自胃的空气。从肺的一部分取样空气对于定位来自生成VOC的肺部区域的呼吸是重要的。·采样呼吸的不同部分，以便提供可以用于消除外源峰的对照·采样呼吸的部分，这些部分排除口腔中的容积，以便减少外源性峰·使用基于高频压电技术的泵，其可以被足够快地打开和关闭以对呼吸的一部分进行采样·使用固定流动阻力孔径，以减少采样管阻力变化的影响·对吸入的空气进行采样，以便校正外源性化合物·创建呼吸收集期间收集到的所有数据的详细日志文件，以供以后分析来检查呼吸收集是否有效。·使用两个单独的采样通道，使得可以比较同一患者呼吸的不同部分，并且两个样本之间的差异及其相似性可以用于疾病诊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从患者收集呼吸部分用于分析的设备，包括：壳体结构，包括：入口端口，用于接收患者的呼吸的一部分；至少一个传感器，可操作地耦合到所述入口端口，用于检测关于患者的呼吸的一个或多个参数；至少一个收集容器，用于收集在所述入口端口中接收到的患者的呼吸的一部分；至少一个泵，用于将患者的呼吸的选择性部分从所述入口端口泵送到所述至少一个收集容器；以及控制系统，用于控制所述至少一个传感器和至少一个泵的操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.25 US 62/327,2001.一种用于从患者收集呼吸部分用于分析的设备，包括：壳体结构，包括：入口端口，用于接收患者的呼吸的一部分；至少一个传感器，可操作地耦合到所述入口端口，用于检测关于患者的呼吸的一个或多个参数；至少一个收集容器，用于收集在所述入口端口中接收到的患者的呼吸的一部分；至少一个泵，用于将患者的呼吸的选择性部分从所述入口端口泵送到所述至少一个收集容器；以及控制系统，用于控制所述至少一个传感器和至少一个泵的操作。2.如权利要求1所述的设备，其中，所述入口端口包括罩结构，所述罩结构被配置为符合患者的面部。3.如权利要求1或2所述的设备，其中，所述入口端口包括细菌过滤器元件。4.如权利要求1至3中任一项所述的设备，其中，所述设备接收经洗涤以不合挥发性有机化合物(VOC)的空气的源。5.如权利要求4所述的设备，其中，所述壳体结构还包括空气端口，所述空气端口被配置为耦合到外部设备以提供经洗涤的空气的源。6.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述至少一个传感器包括被配置为检测和测量患者的呼吸中的CO2水平的传感器设备。7.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述至少一个传感器包括被配置为检测和测量患者的呼吸的压力的传感器设备。8.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述至少一个收集容器被配置为能够从所述壳体结构拆卸。9.如权利要求8所述的设备，其中，所述至少一个收集容器设有吸附剂材料。10.如权利要求8或9所述的设备，其中，所述至少一个收集容器是圆柱形的。11.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述控制系统基于由所述至少一个传感器确定的呼吸参数选择性地操作所述至少一个泵。12.如权利要求11所述的设备，其中，所述控制系统被配置为基于由所述至少一个传感器检测到的患者的呼吸的CO2水平来操作所述至少一个泵。13.如权利要求11或12所述的设备，其中，所述控制系统被配置为基于由所述至少一个传感器检测到的患者的呼吸的压力水平来操作所述至少一个泵。14.如权利要求11至13中任一项所述的设备，其中，所述控制系统被配置为基于由所述至少一个传感器检测到的患者的呼吸的所述CO...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·奥斯沃斯，D·阿普索普，M·万德斯彻，R·史密斯，J·博斯曼斯，S·基钦，
申请(专利权)人：奥斯通医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB