呼气测试装置

背景技术

本发明涉及从肺部采样空气的领域，并且具体涉及获取个人的空气(包括来自个人的肺部的肺泡的肺泡空气)的样本的领域。

来自一个人的肺部的空气可用于许多不同类型的测试，否则这些测试将需要这个人经受侵入性手术。例如，肺泡空气可以被分析用于但不限于各种各样状况的非入侵性诊断，包括与溃疡高发、酶缺乏和代谢状况有关的胃部感染和/或异常的非入侵性诊断。对于任何此类测试，关键是获得准确的样本的能力，该准确的样本含有足够体积的代表真正肺泡空气的空气，这是具体测试所必需的。

氢气和甲烷是在消化系统中主要仅由碳水化合物(糖类、淀粉或植物纤维)的细菌发酵产生的，所以这些气体的任何一种出现在呼出的空气中，这通常是碳水化合物或碳水化合物碎片已经暴露于细菌而准许这种发酵进行的信号。Levitt,M.D.Production andexcretion of hydrogen gas in man(人之中的氢气气体的产生和排出),New Engl.J.Med1968；281:122(通过参引的方式并入本文)。H2和/或CH4的产生将导致这些气体中的一部分从它们的消化的地方被重新吸收到血流中，并且它们将出现在呼出的空气中。

细菌通常不会大量存在于小肠中，小肠是糖类的消化和吸收进行的地方。因此，当摄入挑战剂量(例如乳糖)时，只有当糖没有被消化并且因此到达结肠时，肺泡空气中的氢气水平才会在一到两小时内(取决于肠道转运时间)显著上升。

呼气-H2测试是一种简单的非入侵性手术，其很容易被患者和机构职员接受(Metz,G.；Jenkins,D.L.；Peters,T.J,；Newman,A.；Blendis,L.M.Breath hydrogen as adiagnostic method for hypolactasia(呼气氢气作为用于乳糖缺乏症的诊断方法),Lancet.1975；1(7917):1155-7,通过参引的方式并入本文)，并且其比血液测试具有更大的可靠性和可接受性，根据文献的大多数报告(DiPalma,J.A.；Narvaez,R.M.Prediction oflactose malabsorption in referral patients(转诊患者中的乳糖吸收不良症的预测),Dig Dis Sci.1988；33:303，通过参引的方式并入本文；以及Davidson,G.P.；Robb,T.A..Value of breath hydrogen analysis in management of diarrheal illness inchildhood:Comparison with duodenal biopsy(在儿童中腹泻疾病管理之中的呼气氢气分析的价值：与十二指肠活检的比较),J Ped Gastroenterol Nutr.1985；4:381-7；Fernandes,J.；Vos,C.E.；Douwes,A,C,；Slotema,E.；Degenhart,H.J.Respiratoryhydrogen excretion as a parameter for lactose malabsorption in children(呼吸道氢气排出量作为用于儿童中乳糖吸收不良症的参数),Amer J Clin Nutr,1978；31:597-602；Newcomer,A.D.；McGill,D.B.；Thomas,R.J.；Hofmann,A.F.Prospective comparisonof indirect methods for detecting lactase deficiency(用于检测乳糖酶缺乏症的间接方法的前瞻性比较),New Engl J Med.1975；293:1232-6；Douwes,A.C.；Fernandes,J.；Degenhart H.J.Improved accuracy of lactose tolerance test in children,usingexpired H2 measurement(使用呼出的H2测量提高儿童中乳糖耐受测试的准确性),ArchDis Child,1978；53:939-42；Solomons,N.W.；Garcia-Ibanez,R.；Viteri,F.E.Hydrogenbreath test of lactose absorption in adults:The application of physiologicaldoses and whole cow's milk sources(成人中乳糖吸收的氢气呼气测试：生理剂量和全牛奶源的应用),Amer J Clin Nutr.1980；33:545-54；每篇均通过参引的方式并入本文)。

较低剂量的乳糖通常不会引起不适和爆发性腹泻，这些症状在被给予了血液测试所需的大剂量乳糖的吸收不良者中是常见的。

一项对超过300名患者的研究显示，乳糖挑战后的G-I症状与H2排出量密切关联，并且血糖变化与症状严重程度之间的关系不太明显。Jones,D.V.；Latham,M.C.；Kosikowski,F.V.；Woodward,G.Symptom response to lactosereduced milk inlactose-intolerant adults(乳糖不耐受的成年人中对低乳糖牛奶的症状反应),Amer JClin Nutr.1976,29(6):633-8，通过参引的方式并入本文。

假阳性的呼气测试非常罕见，并且当它们发生时，它们通常是由于测试不当造成的——允许受试者在测试前不久或在测试期间吸烟、睡眠或进食。细菌过度生长(从结肠逆行到小肠内)也能产生假阳性的呼气测试，但它通常是以空腹呼气-H2水平升高为先导，并且在摄入糖后不久(20-30分钟内)见到反应。

呼气测试中假阴性结果的发生率要远远低于血液测试中所见到的假阴性结果的发生率。据报称，假阴性的结果为所有乳糖吸收不良者中的5-15％。Filali,A.；BenHassine,L.；Dhouib,H.；Matri,S.；Ben Ammar,A.；Garoui,H.Study of malabsorption oflactose by the hydrogen breath test in a population of 70Tunisian adults(在70名突尼斯成年人中通过氢气呼气测试对乳糖吸收不良的研究),Gastroenterol ClinBiol.1987；11:554-7；Douwes,A.C.；Schaap,C.；van der Kleivan Moorsel,J.M.Hydrogenbreath test in school children(学龄儿童中氢气呼气测试),Arch Dis Child.1985；60:333-7；Rogerro,P.；Offredi,M.L..；Mosca,F.；Perazzani,M.；Mangiaterra,V.；Ghislanzoni,P.；Marenghi,L.；Careddu,P.Lactose absorption and malabsorption inhealthy Italian children:Do the quantity of malabsorbed sugar and the smallbowel transit time play roles in symptom production？(健康意大利儿童中乳糖吸收和吸收不良：吸收不良的糖的数量和小肠转运时间在症状产生中起作用吗？),J PediatrGastroenterol Nutr.1985(Feb)；4(1):82-614；每篇均通过参引的方式并入本文。这是由于多种原因造成的。许多假阴性报告可以通过测量甲烷以及测量氢气来避免，因为一些产甲烷菌群将结肠H2转化为CH4。Cloarac,D.；Bornet,F.；Gouilloud,S.；Barry,J.Ll.；Salim,B.；Galmiche,J.P.Breath hydrogen response to lactulose in healthysubjects:relationship to methane producing status(健康受试者中对乳果糖的呼气氢气反应：与甲烷产生状态的关系),Gut.1990(Mar)；31:300-4；通过参引的方式并入本文。

发明内容

根据本发明，提供了一种测试装置。一种呼气收集装置用于收集患者呼气样本。

患者呼气样本由样本泵通过患者干燥单元输送到湿度传感器和流量传感器。在第一阀门处，样本的一部分被排放到大气中，并且样本的其余部分被输送到在患者样本输入端处的第二阀门。在第二阀门处也引入大气输入端。大气输入端通过泵接收来自大气的空气，该泵依次通过空间干燥单元、湿度传感器、可变气流阀门、流量传感器、以及最后的大气空气阀门传递大气输入，该大气空气阀门将大气空气提供到第二阀门中，以及将过多的量排放回大气中。

患者样本/大气空气组合从第二阀门经过三通阀门，该三通阀门将患者样本/大气空气组合分成两条通路。第一通路引导向硫化氢模块(block)，并且第二通路引导向第二传感器模块。

该系统在选定的位置处通过优选地在例如计算机/显示器单元与以下各项之间的连接部来联接至该计算机/显示器单元：样本泵、湿度传感器、流量传感器、阀门、硫化氢传感器模块和第二传感器模块。

附图说明

图1是样本收集装置的透视图，并且排空的空气腔插入到排放流道的远端中；

图2是样本收集装置的分解透视图；

图3是样本收集装置在使用中的侧剖视图，示出正在收集呼气样本；

图4是样本收集装置的侧剖视图，其中排空的空气腔被插入到排放流道的远端中；

图5是样本收集装置的侧剖视图，其中排空的空气腔被插入到排放流道内的排放针上；

图6示出收集了终末呼出呼气样本；以及

图7是本发明的空气样本单元的示意图。

具体实施方式

尽管本文的公开内容是详细和确切的以使得本领域的技术人员能够实践本发明，但在此所公开的物理实施例仅仅是对本发明的示例性说明，其可以以其他具体结构实施。虽然已经描述了优选的实施例，但在不背离本发明的情况下可以改变细节。

现在参照图1，示出了本发明的样本收集装置10的透视图。示出了包括呼气入口通道的吹嘴12，以允许呼气传到收集腔14。呼气排放流道16接收排空的空气腔100，该排空的空气腔100接收来自收集腔14内的终末呼出呼气样本(稍后描述)。

现在参照图2，示出了本发明的样本收集装置10的分解透视图。吹嘴12与单向排放组件26一体形成或是与其联接。来自呼气的正向压力通过吹嘴12引起可变形环24变形，并且允许空气在收集腔14的上游端传到收集腔14内。可变形环24优选但不必需是翼形阀门(flutter valve)。同样联接至可变形环24(并且再次优选但不必需是翼形阀门)的另一个单向排放结构24联接至收集腔14的下游端。排放针22联接到收集腔14的内部，并且提供了根据收集腔14和最终排空的空气腔100之间的呼气的选择性的通道，该最终排空的空气腔100通过排放流道16联接到排放针22。

现在参照图3，示出了样本收集装置10在使用中的侧剖视图。患者将嘴压向吹嘴12并且开始吐气。呼气的第一体积42从收集腔14排空其中的背景空气，并且呼气的第一体积42(其用于肺泡空气采样并不是最理想的)没有捕获地通过排放流道16被排出。来自呼气样本的正向压力使可变形环24变形，以允许空气继续通过收集腔14流动到排放流道16中。

当呼气停止时，来自呼气的正向压力也停止，以允许可变形环24返回到它们的静态位置、并与在收集腔14的上游端和下游端处的单向排放结构26齐平。当可变形环24密封收集腔14时，终末呼出呼气样本40在收集腔14中被捕获。为了取回终末呼出呼气样本40以便于由气体色谱装备采样，理想的是将终末呼出呼气样本40收集在排空的空气腔100(试管)中。排空的空气腔100具有体积V1，其优选地是比收集腔14的体积V2更小的体积，使得该排空的空气腔100只从收集腔14收集终末呼出呼气样本40，而不是收集通过收集腔14吸入的外部空气。

如图4中所示，排空的空气腔100被插入到排放流道16的远端中，并且如图5中所示，排空的空气腔100被插入到排放针22上，排放针22刺穿空气腔100的隔膜20(优选是自密封的)。然后，排空的空气腔100从收集腔14取回终末呼出呼气样本40。在空气腔100从收集腔14取回终末呼出呼气样本40后，可以从排放流道16内的排放针22抽出空气腔100。如图6中所示，然后可以根据需要针对目标分析物而在实验室中处理容纳有终末呼出呼气样本40的空气腔100。

现在参照图7，在一个优选的实施例中，示出了本发明的空气样本单元200的示意图。容纳有终末呼出呼气样本40的空气腔100可以连接到位置210，在该位置210处患者呼气样本210经过患者干燥单元220，通过样本泵230、湿度传感器240和流量传感器250被输送。可以使用替代的干燥器、诸如Nafion

在第二阀门270处也引入大气输入端。在一个优选的实施例中，如果没有进行样本空气测试，则传感器320和360在其上接收恒定的除湿空气用于测试和操作稳定性。传感器模块360优选地包括氢气传感器、甲烷传感器和二氧化碳传感器中的至少一个。在此优选的实施例中，当患者样本被引入输入端210中时，空间干燥单元420空气被阻断，并且患者样本被引入输入端210中。在270处的大气输入端依次通过空间干燥单元420、湿度传感器410、泵400、可变气流阀门390、流量传感器380和最后的大气空气阀门370接收来自大气的空气，该大气空气阀门370将大气空气提供到第二阀门270内，同时将过多的量排放回大气中。

患者样本210/大气空气组合从第二阀门270传到三通阀门280，该三通阀门280将患者样本210/大气空气组合分成两条通路。第一通路从阀门280引导通过第三阀门290，该第三阀门290进一步输出到大气，并且也输出到硫化氢储存盘管300。阀门290(可选的)优选是压力阀门，以向H2S储存盘管300提供适当的样本体积。类似地，在硫化氢盘管300(可选的)之后，患者样本210/大气空气组合到达第四阀门310(可选的压力阀门以提供适当的样本体积至H2S储存盘管300)，该第四阀门310将患者样本210/大气空气分开，将过多的量送到大气中，并且将其余的量送到氢气传感器模块320以测试硫化氢。

患者样本210/大气空气组合同样从三通阀门280连通阀门330，该阀门330进一步输出到大气，并且也输出到存储盘管340。在一个替代的实施例中，单元340可以是分子筛柱(分离柱)。在存储盘管340之后，患者样本210/大气空气被传输到第六阀门350，该第六阀门350将患者样本210/大气空气组合分开，将过多的量送到大气，并且将其余的量送到输出到大气的传感器模块360。

传感器模块320和360向计算机/显示器设备提供信号，诸如在美国专利No.9,140,685中公开的，该美国专利通过参引的方式并入本文。该系统在用于监测和控制的选定位置处通过优选地在例如计算机/显示器单元与以下各项之间的连接部来联接至该计算机/显示器单元：样本泵230、400，湿度传感器240/410，流量传感器250/380，阀门260、270、310、330、370，以及硫化氢传感器模块320和第二传感器模块360。

上述内容只被认为是对本发明原理的说明。此外，由于本领域的技术人员将易于想到大量的修改和变化，因此不希望将本发明限制于所示和所述的确切构造和操作。虽然已经描述了优选的实施例，但在不背离本发明的情况下可以改变细节。