Titel

Vorrichtung zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe eines Probanden

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe eines Probanden, ein Verfahren zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe eines Probanden sowie ein Computerprogramm und ein elektronisches Steuergerät zur Durchführung dieses Verfahrens.

Stand der Technik

Die von einem Menschen ausgeatmete Luft enthält verschiedene medizinische und insbesondere diagnostisch interessante Substanzen (Biomarker). Es sind bereits verschiedene Apparaturen bekannt, mit denen Atemproben gewonnen werden können, die dann vor allem für diagnostische Zwecke oder zum Zwecke der Grundlagenforschung untersucht werden können. So wird beispielsweise der Stickstoffmonoxidgehalt als flüchtige Substanz in der Ausatemluft untersucht, um Entzündungsprozesse oder chronische pulmonale Erkrankungen wie z. B.

Asthma erkennen zu können.

Die internationale Patentanmeldungsschrift WO 2009/053958 Al beschreibt eine Vorrichtung zur Überwachung der Ausatemluft, die mit einer Pumpe arbeitet, die einen Unterdrück erzeugt. Mithilfe eines Drucksensors wird ein Druckabfall in einem Atemgewinnungsrohr überwacht, um eine Blockierung anzeigen zu können und die Pumpe zu deaktivieren. Mit dieser Vorrichtung kann

gewissermaßen in Echtzeit die Konzentration von Kohlenstoffdioxid in der Expirationsluft eines Patienten überwacht werden.

Die internationale Patentanmeldungsschrift WO 2014/009324 A2 beschreibt eine Trennvorrichtung zur Sammlung von ausgeatmeter Luft mit einem ersten Behälter und einem zweiten Behälter. Es ist eine Atemstromlenkvorrichtung vorgesehen, so dass der Atemstrom des Patienten entweder in den ersten Behälter oder in den zweiten Behälter geleitet werden kann. Der zweite Behälter kann ein flexibler, faltbarer Atembeutel sein, in dem die Ausatemluft gesammelt werden kann, um sie beispielsweise zum Analysieren zu verschicken. Mit dieser Vorrichtung kann die diagnostisch interessante alveoläre Luft von sogenannter Totraumluft (aus dem Rachen, Mund, Nase und Bronchialsystem) separiert werden, so dass nur die alveoläre Luft in dem zweiten Behälter gesammelt wird.

Die US-Patentanmeldungsschrift US 2017/0303823 Al beschreibt eine

Vorrichtung zur fraktionierten Sammlung von Atemgas, die auf sensorisch erfasste Parameter zielt.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Sammlung einer gasförmigen

Atemprobe eines Probanden bereit, mit der in standardisierter Weise ein vorgebbares Volumen einer gasförmigen Atemprobe gesammelt und für weitere Analysen bereitgestellt werden kann. Mit dieser Vorrichtung ist eine

reproduzierbare Gewinnung einer gasförmigen Atemprobe möglich, so dass eine Standardisierung der Analyse vorgenommen werden kann, die das Potenzial einer Atemgas-Analyse insbesondere für diagnostische Zwecke erheblich erweitern kann. Die Vorrichtung umfasst ein Mundstück, um die Ausatemluft des Probanden in das System einzugeben, und wenigstens eine Sammeleinheit zur Sammlung der gasförmigen Atemprobe. Die Sammeleinheit kann in bevorzugter Weise mit einem Sammelbeutel, insbesondere mit einem Einweg-Sammelbeutel, ausgestattet sein. Kernpunkt der Erfindung ist, dass die Vorrichtung mit einer sensorgesteuerten Einrichtung zur Standardisierung des Ausatemmanövers und gleichzeitig zur Regulierung des Luftstroms innerhalb der Vorrichtung arbeitet, wobei zumindest eine Einrichtung vorgesehen ist, die zur Vermeidung des Ansaugens von Umgebungsluft oder des Abfließens von bereits gesammelter Atemprobe bei einem Ausbleiben des Luftstroms, beispielsweise nach der Beendigung des Ausatemvorgangs, dienen. Dem liegt zugrunde, dass zur Unterstützung und zur Standardisierung der Ausatmung des Probanden in der Vorrichtung in sensorgesteuerter Weise insbesondere ein Unterdrück erzeugt wird, vorzugsweise in der Sammeleinheit und insbesondere zur Ausdehnung des Sammelbeutels. Dies kann durch eine definierte Pumpleistung oder

beispielsweise mit einer Blasebalgfunktion erfolgen. Dies kann beim Ausbleiben des Luftstroms innerhalb der Vorrichtung zu einer Verfälschung bei der gesammelten Atemprobe führen, da bei einem Unterdrück in der Vorrichtung beim Ausbleiben des Luftstroms ein Nachsaugen von Umgebungsluft insbesondere durch das Mundstück auftreten kann. Weiterhin kann es auftreten, dass bei einem Ausbleiben des Luftstroms bereits gesammelte Atemprobe aus der Sammeleinheit abfließt. Wenn also ein Weiterfließen des Luftstroms in der Vorrichtung ausbleibt, versucht sich das in der Vorrichtung erzeugte Druckgefälle gegenüber der Umgebung durch Nachfließen auszugleichen. Dies kann beispielsweise bei der Beendigung des Atemmanövers auftreten. Insbesondere kann dies auch auftreten, wenn eine Probe gesammelt wird, die mehrere Ausatemstöße umfasst. Immer wenn der Proband zwischendurch einatmet, um anschließend wieder ausatmen zu können, tritt dieser Fall auf. Um diese Verfälschung der gesammelten Atemprobe beim Absetzen oder Unterbrechen der Ausatmung zu vermeiden, sieht die Erfindung eine Einrichtung vor, die zur Vermeidung dieses ungewollten Druckausgleichs geeignet ist. Hierbei kann es sich insbesondere um eine Ventilsteuerung bzw. um geeignete Ventile und/oder um eine Pumpensteuerung handeln. Es kann sich bei dieser Einrichtung also auch um ein oder mehrere Mittel zur Vermeidung des Ansaugens von

Umgebungsluft oder des Abfließens von gesammelter Atemprobe bei einem Ausbleiben des Luftstroms handeln.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung weist die Sammeleinheit eine Ventileinrichtung zur Schnellentlüftung auf, wobei diese Ventileinrichtung in der oben beschriebenen Weise angesteuert werden kann. Hiermit kann bei Beendigung des Ausatemvorgangs ein schneller Druckausgleich im

Sammelgefäß herbeigeführt werden, ohne dass es zu einer Verfälschung der gesammelten Atemprobe kommt. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei der Verwendung von Einweg-Sammelbeuteln innerhalb der Sammeleinheit vorteilhaft, da die Atemprobe in dem Sammelbeutel gesammelt wird und kein Gasaustausch zwischen dem Gas-Fluid in der Sammeleinheit und dem Beutelinhalt auftritt. Insbesondere kann der in dem Sammelgefäß erzeugte Unterdrück zur Atmosphäre hin ausgeglichen werden und damit das Ansaugen von Umgebungsluft verhindert werden. Ein entsprechendes Entlüftungsventil des Sammelgefäßes kann beispielsweise als Reaktion auf ein Signal des

Drucksensors im Bereich des Mundstückes, das ein Ausbleiben des Luftstroms signalisiert, angesteuert bzw. geöffnet werden.

In einer anderen Ausgestaltung der Vorrichtung kann die Sammeleinheit eine stromaufwärtige Verschlusseinrichtung aufweisen, damit der Gaspfad in Richtung des Mundstücks geschlossen wird, sobald der Ausatemvorgang beendet wird.

Die Verschlusseinrichtung kann beispielsweise zwischen Mundstück und Sammeleinheit angeordnet sein. Die Beendigung des Ausatemvorgangs kann beispielsweise über einen Drucksensor im Bereich des Mundstücks festgestellt werden. Bei der Verschlusseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Klappe oder um ein Ventil handeln, insbesondere um ein Schlauchquetschventil. Der Vorteil dieser Ausgestaltung der Vorrichtung ist, dass anders als bei einer Schnellentlüftung der Sammeleinheit kein Druckausgleich erfolgt. Das heißt, ein erneuter Sammelvorgang kann unmittelbar nach erneuter Öffnung der

Verschlusseinrichtung gestartet werden, ohne dass erneut insbesondere ein Unterdrück aufgebaut werden müsste.

Bei der sensorgesteuerten Einrichtung zur Regulierung des Luftstroms, insbesondere auch zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Sammeleinheit, kann es sich beispielsweise um eine Blasebalgfunktion oder um eine mechanische Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks in der Vorrichtung handeln. In besonders bevorzugter Weise handelt es sich bei der Einrichtung zur

Regulierung des Luftstroms um eine Pumpe, wobei diese Pumpe vorzugsweise stromabwärts der Sammeleinheit angeordnet ist. Die Pumpe kann dabei auch als ein Zylinder mit einem darin beweglichen Kolben oder als ein Faltenbalg, in dessen Inneren sich vorzugsweise die Sammeleinheit mit dem Sammelbeutel befindet, ausgestaltet sein. Allgemein ist die Verwendung einer

sensorgesteuerten Pumpe in der Vorrichtung sehr vorteilhaft, da durch die hiermit mögliche Regulierung des Luftstroms das Ausatemmanöver des

Patienten in besonders präziser Weise geregelt und standardisiert werden kann. Hierfür kann insbesondere mit einem Unterdrück, der durch die Pumpe erzeugt wird, gearbeitet werden. Dabei kann der Atemwiderstand beim Ausatemvorgang durch Unterstützung mittels der Pumpe gesenkt und insbesondere auf einen vorgebbaren Fluss beziehungsweise einen vorgebbaren Bereich für den

Atemfluss eingeregelt werden. Bei dem Sensor für die sensorgesteuerte Pumpe handelt es sich insbesondere um einen Drucksensor. Mittels einer gemessenen Druckänderung kann somit der Beginn eines Ausatemmövers des Patienten erkannt werden und die Pumpe daraufhin gestartet werden. Weiterhin kann beispielsweise ein Durchflussmesser vorgesehen sein, der eine Messung des Luftmassenstroms oder des Luftvolumenstroms ermöglicht. Dieser Strom kann ebenfalls geregelt werden. Darüber hinaus kann auf dieser Basis das gesamte ausgeatmete Volumen berechnet und das gesammelte Volumen standardisiert werden. Ferner kann, wenn das Sammelgefäß einen Sammelbeutel für die Atemprobe umfasst, die Pumpeinrichtung oder Pumpe vorzugsweise eingerichtet sein, durch Erzeugung eines Unterdrucks in dem Sammelgefäß eine

Ausdehnung des Sammelbeutels zum Sammeln der Atemprobe zu bewirken oder zumindest zu unterstützen. Damit wird vorteilhafterweise das Sammeln der Atemprobe durch Entlastung des Nutzers oder Probanden erleichtert.

Statt einer Ventilsteuerung bzw. statt entsprechender Ventile kann alternativ oder zusätzlich eine geeignete Ansteuerung der Pumpe vorgesehen sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn das Druckverhalten des Befüllungsvorgangs im Gaspfad vermessen oder berechnet und/oder simuliert wird. Auf dieser Basis kann die Ansteuerung der Pumpe beziehungsweise das Pumpprofil

entsprechend dem Füllstand angepasst und das Nachströmen oder das

Abfließen nach Beendigung des Ausatemvorgangs bzw. Ausbleiben des

Luftstroms minimiert werden. Durch den gegebenenfalls vorgesehenen

Massenflusssensor kann das Probenvolumen integriert und damit eine

Anpassung des Pump- und Ventilprofils vollzogen werden.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung umfasst die Vorrichtung eine Bypassleitung, insbesondere eine schaltbare Bypassleitung, zur Umgehung der Sammeleinheit. Für diese Bypassleitung ist wenigstens ein Umschaltventil vorgesehen. Wenn der Ausatemvorgang beziehungsweise das Einblasen der Ausatemluft in die Vorrichtung beendet wird, kann durch

Ansteuerung des Umschaltventils unmittelbar auf den Bypass geschaltet werden und so eine fälschliche Befüllung des Sammelbeutels mit Umgebungsluft verhindert werden. Eine solche Bypassleitung kann in besonders bevorzugter Weise darüber hinaus für eine Fraktionierung der Ausatemluft genutzt werden.

So kann das Totvolumen des Mundrachenraums, das nicht repräsentativ für das alveoläre Volumen der Lunge ist, über die Bypassleitung an der Sammeleinheit vorbeigeführt und verworfen werden. Erst wenn alveoläre Luft ausgeatmet wird, schaltet die Vorrichtung auf die Sammeleinheit um, so dass ausschließlich die diagnostisch interessante alveoläre Luft in den Sammelbeutel gelangt. Diese Fraktionierung der Ausatemluft kann mit einer CC^-Sensorik kombiniert werden. Das Totvolumen des Mundrachenraums weist weniger CO ₂ als die Ausatemluft der Lunge auf. Durch eine CC^-Sensorik kann der CC^-Gehalt in dem Luftstrom gemessen werden. Bis zum Erreichen eines vorgebbaren Schwellwerts für CO ₂ kann der Luftstrom durch den Bypass (Bypassleitung) unter Umgehung der Sammeleinheit geleitet werden. Wird der CCh-Schwellwert erreicht, wird die Ausatemluft durch den Hauptgaspfad zur Probennahme und damit zum

Sammelbeutel beziehungsweise zur Sammeleinheit geleitet.

Die Vorrichtung kann eine Temperiereinrichtung, insbesondere für eine moderate Beheizung, umfassen. Durch eine moderate Beheizung insbesondere im Bereich der Gasleitung und der Sammeleinheit kann eine Befeuchtung der Vorrichtung, also gewissermaßen ein Beschlagen (Betauen), vermieden werden. Durch eine unbeabsichtigte derartige Kondensatbildung könnten Analyseergebnisse der gesammelten gasförmigen Atemprobe verfälscht werden. Alternativ oder zusätzlich kann gegebenenfalls auch ein chemischer Entfeuchter eingesetzt werden, sofern kein Atemkondensat gesammelt wird.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung wenigstens eine Einrichtung zur Sammlung von Atemkondensat. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine einfache Kondensatfalle handeln. In besonders bevorzugter Weise ist ein Fliehkraftabscheider (Zyklon), insbesondere ein temperierbarer bzw. kühlbarer Fliehkraftabscheider, vorgesehen. Es ist vorteilhaft, wenn der Fliehkraftabscheider als Kühlfalle arbeitet, um durch Abkühlen der ausgeatmeten Luft besonders effektiv ein Atemluftkondensat zu gewinnen. Insbesondere bei Verwendung eines Fliehkraftabscheiders ist eine gleichzeitige (parallele) Sammlung von Atemgas und Atemkondensat möglich. Weiterhin kann mithilfe eines Fliehkraftabscheiders eine Abtrennung von Partikeln und/oder Aerosolen erfolgen.

Weiterhin kann eine Speichelfalle vorgesehen sein, um eine Verfälschung der Analyseergebnisse zu vermeiden.

Weiterhin kann die Vorrichtung wenigstens einen Filter oder ein Filtersystem umfassen. Hiermit können potenziell störende Partikel und/oder Aerosole abgetrennt werden, die ebenfalls ein Analysenergebnis verfälschen könnten. Weiterhin kann der Filter oder das Filtersystem als Bakterienfilter ausgestaltet sein, der mit einer Entfeuchterfunktion kombiniert sein kann. Abhängig von der Art der zu sammelnden Probe, beispielsweise Sammlung von ausschließlich Atemgas oder Sammlung von einer Kombination aus Atemgas und

Atemkondensat, kann die Filternutzung modular angepasst werden.

Die sensorgesteuerte Einrichtung zur Regulierung des Luftstroms kann eine Pumpe oder gegebenenfalls eine mechanische Einrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks, z. B. einen Blasebalg, aufweisen. Darüber hinaus kann der Einrichtung ein Reservoir beziehungsweise ein Container zugeordnet sein, der zum Ausgleich von Pulsationen, die durch die Druckveränderungen ausgelöst werden, vorgesehen ist. Weiterhin kann innerhalb der Einrichtung zur

Regulierung des Luftstroms oder auch außerhalb ein Massenflusssensor vorgesehen sein, der insbesondere zur Standardisierung des gesammelten Volumens der Atemprobe genutzt werden kann.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Verfahren zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe eines Probanden, bei dem die beschriebene Vorrichtung verwendet wird. Bei diesem Verfahren wird durch die sensorgesteuerte Einrichtung der Luftstrom innerhalb der Vorrichtung reguliert. Eine Verfälschung der

gesammelten Atemprobe durch Ansaugen beziehungsweise Nachsaugen von Umgebungsluft insbesondere durch das Mundstück nach Beendigung des Ausatemvorgangs oder durch Abfließen von gesammelter Atemprobe nach Beendigung des Ausatemvorgangs bzw. bei einem Ausbleiben des Luftstroms wird vermieden, insbesondere durch zumindest eine Einrichtung zur Regulierung des Luftstroms, vorzugsweise durch eine Ventilsteuerung und/oder durch eine entsprechende Pumpensteuerung. Die Ventilsteuerung und/oder die

Pumpensteuerung erfolgt dabei insbesondere in Rückkopplung mit Signalen eines Drucksensors, die das Ausbleiben des Luftstroms anzeigen. Bezüglich weiterer Merkmale dieses Verfahrens wird auf die obige Beschreibung verwiesen.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung dieses Verfahrens wird bei der Sammlung der Atemprobe eine Selektion der lungenextrahierten Fraktion der Ausatemluft unter Einbezug einer CC^-Sensorik vorgenommen. Hierfür kann das zunächst abgeatmete Volumen als diagnostisch uninteressantes Totvolumen verworfen werden. Prinzipiell können hierfür beispielsweise die ersten abgeatmeten 100 bis 150 ml verworfen werden, bevor die eigentliche Sammlung beginnt. In besonders bevorzugter Weise kann diese Fraktionierung

sensorunterstützt durch Messung des CC^-Gehalts im Luftstrom erfolgen, wodurch das diagnostisch interessante alveoläre Volumen wesentlich genauer von dem diagnostisch uninteressanten Totraumvolumen unterschieden werden kann.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine gleichzeitige (parallele) Sammlung von Atemgas und Atemkondensat unter Verwendung wenigstens eines an sich bekannten Fliehkraftabscheiders innerhalb der Vorrichtung. Ein solcher Fliehkraftabscheider kann beispielsweise auch dazu genutzt werden, störende Partikel, Aerosole oder Kondensate abzutrennen, um Verfälschungen des Analyseergebnisses auf der Basis der gesammelten gasförmigen Probe zu vermeiden. Weiterhin ist es möglich, dass parallel mehrere Fraktionen der Ausatemluft gesammelt werden, beispielsweise durch Aufsplittung des Gaspfades mit Mündungen in mehreren Sammelbeuteln.

Das Verfahren kann als Computerprogramm, das zur Durchführung der Schritte des beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist, ausgestaltet sein. Schließlich umfasst die Erfindung ein elektronisches Steuergerät zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Dieses Steuergerät kann beispielsweise als

Steuergerät für die Vorrichtung ausgestaltet sein, wobei mittels dieses

Steuergeräts der Luftstrom innerhalb der Vorrichtung reguliert wird und insbesondere geeignete Ventile (z. B. Entlüftungsventil der Sammeleinheit oder Absperrventil der Sammeleinheit) oder die Pumpe zur Vermeidung des

Ansaugens von Umgebungsluft oder des Abfließens der gesammelten

Atemprobe nach Beendigung des Ausatemvorgangs bzw. bei Ausbleiben des Luftstroms entsprechend angesteuert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der

nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Sammlung einer

gasförmigen Atemprobe in einer möglichen Ausgestaltungsform der Erfindung;

Fig. 2 Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Blockdiagramm;

Fig. 3 Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Blockdiagramm;

Fig. 4 vereinfachte Darstellung des Prinzips der Sammeleinheit der

erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Bypassleitung und

Fig. 5 Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Bypassleitung als Blockdiagramm.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10. Das Mundstück 11 ist mit einem Drucksensor 12 ausgestattet. Daran schließt sich ein Schlauchleitungsstück 13 und optional eine Atem- Kondensatfalle 14 sowie optional ein weiteres Schlauchleitungsstück oder Verbindungsstück 15 an. Alternativ kann der Drucksensor 12 beispielsweise auch auf dem Schlauchleitungsstück 13 angeordnet sein. An das Schlauchleitungsstück 15 kann sich ein Filtersystem 16, 17 anschließen, das beispielsweise für eine Trocknung der Ausatemluft sorgt und Kontaminationen, wie beispielsweise Bakterien oder andere Partikel, abscheidet. Die Ausatemluft gelangt dann in ein Sammelgefäß 18, das vorzugsweise mit einem Sammelbeutel 19 für die

Atemprobe ausgestattet ist. Der Sammelbeutel 19 kann als Einwegbeutel in das Sammelgefäß 18 (Mehrweg) der Vorrichtung 10 eingelegt und nach erfolgter Sammlung entnommen werden, um die Atemprobe einer weiteren Analyse zuzuführen. Als Sammelbeutel können beispielsweise kommerzielle Produkte wie beispielsweise Polypropylene Fited Breeze-Gas Analysis Bags (SKC) verwendet werden. Das Atemmanöver des Probanden wird durch die

Pumpeneinheit 20 reguliert, wobei die Pumpleistung über den Drucksensor 12 gesteuert wird. Die Pumpeneinheit 20 umfasst die eigentliche Pumpe 21. Statt einer Pumpe kann in anderen Ausgestaltungen gegebenenfalls eine

mechanische Einrichtung wie z.B. ein Blasebalg zur Erzeugung eines

Unterdrucks vorgesehen sein. Wenn das Sammelgefäß 18 einen Sammelbeutel 19 für die Atemprobe umfasst, kann die Pumpeneinheit 20 vorzugsweise eingerichtet sein, durch Erzeugung eines Unterdrucks in dem Sammelgefäß 18 eine Ausdehnung des Sammelbeutels 19 zum Sammeln der Atemprobe zu bewirken oder zumindest zu unterstützen. Weiterhin kann ein Massenflusssensor 22 und ein Reservoir beziehungsweise ein Container 23 für einen

Pulsationsausgleich durch die Pumpenaktivität vorgesehen sein.

Die Darstellung in Fig. 1 zeigt im Prinzip zwei Alternativen, mit denen ein

Ansaugen von Umgebungsluft oder ein Abfließen von gesammelter Atemprobe bei einem Ausbleiben des Luftstroms realisiert werden kann. Hierfür kann zwischen dem optionalen Filtersystem 16, 17 und der Sammeleinheit mit dem Sammelgefäß 18 und dem Sammelbeutel 19 eine Verschlusseinrichtung 30 vorgesehen sein, die sich also in dem Gaspfad stromaufwärts der Sammeleinheit 18, 19 befindet. Die Verschlusseinrichtung 30 kann sich beispielsweise auch stromaufwärts des Filtersystems 16, 17 oder an anderer Position befinden. Die Verschlusseinrichtung 30 kann beispielsweise als Klappe oder Ventil oder als Schlauchquetschventil ausgestaltet sein und wird bei Ausbleiben des Luftstroms, was beispielsweise anhand des Drucksensors 12 oder auch des Flusssensors 22 festgestellt werden kann, verschlossen, so dass beim Absetzen oder Unterbrechen der Ausatmung in die Vorrichtung 10 keine Umgebungsluft über das Mundstück 11 in den Sammelbeutel 19 nachströmen kann. Als zusätzliche oder alternative Möglichkeit zur Vermeidung eines verfälschenden

Druckausgleichs kann in dem Sammelgefäß 18 eine Schnellentlüftung zur Atmosphäre hin mittels eines Entlüftungsventils 31 vorgesehen sein. Bei

Ausbleiben des Luftstroms innerhalb der Vorrichtung kann dieses

Entlüftungsventil 31 betätigt werden, so dass ein schneller Druckausgleich erfolgt, ohne dass das Volumen innerhalb des Sammelbeutels 19 beeinflusst wird.

Diese Vorrichtung kann insbesondere dann mit Vorteil genutzt werden, wenn größere Volumina von Atemproben gesammelt werden sollen. Für die Sammlung eines derartigen Probenvolumens sind mehrere Ausatemvorgänge erforderlich. Mehrere Ausatemstöße werden also gewissermaßen gepoolt. Um das hierbei zwangsläufig erforderliche Unterbrechen des Luftstroms ohne eine Verfälschung des Probenvolumens realisieren zu können, ist die erfindungsgemäße

Vorrichtung mit besonderem Vorteil einsetzbar.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Vorrichtung kann gegebenenfalls auf die Verschlusseinrichtung 30 oder das Entlüftungsventil 31 verzichtet werden, wenn die Pumpensteuerung derart angepasst wird, dass die Pumpenaktivität entsprechend dem Füllstand im Sammelbeutel 19 angepasst wird und dabei ein Nachströmen minimiert wird. Hierfür ist es zweckmäßig, das Druckverhalten des Befüllungsvorgangs im Gaspfad der Vorrichtung zu vermessen oder zu berechnen beziehungsweise zu simulieren.

Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 10 zur Sammlung einer gasförmigen Atemprobe in schematischer Weise als Blockdiagramm, wobei dieses Schema im Prinzip auf die Vorrichtung 10 aus der Fig. 1 angewendet werden kann. Die gepunkteten Elemente deuten Einwegteile an. Die schraffierten Elemente deuten

Mehrwegteile an. Vergleichbar mit der Darstellung in der Fig. 1 ist ein Mundstück 11, gegebenenfalls mit einer Speichelfalle, vorgesehen, dem ein Drucksensor 12 zugeordnet ist. Daran schließt sich ein Schlauchstück oder Schlauchsystem 13 an, das gegebenenfalls mit einer Kondensatfalle verbunden sein kann (siehe Fig. 3). Daran schließt sich ein Filtersystem 16, 17 oder gegebenenfalls ein anderes Element an, das eine Entfeuchter- und/oder Filterfunktion übernimmt. Daran schließt sich eine Sammeleinheit beziehungsweise ein Sammelgefäß 18 mit einem darin eingesetzten Probenbeutel 19 an. Die Sammeleinheit 18 kann gegebenenfalls temperiert bzw. erwärmt sein, um eine Kondensation des Atemgases an dieser Stelle zu vermeiden. Auch andere Elemente, insbesondere die Gasleitungen, können temperiert werden, um eine unerwünschte

Kondensatbildung zu vermeiden.

Die Sammeleinheit 18 ist als Mehrwegteil der Vorrichtung 10 ausgestaltet, wohingegen der Probenbeutel 19 und auch das Mundstück 11, das

Schlauchsystem 13 und der Entfeuchter und Filter 16, 17 als Einwegteile realisiert sein können, um Kreuzkontaminationen zwischen verschiedenen Probanden zu vermeiden. Der Luftstrom innerhalb der Vorrichtung 10 wird über eine Steuereinheit beziehungsweise Pumpeneinheit 20 reguliert, wobei die Pumpeneinheit die eigentliche Pumpe 21, ein Reservoir 23 und einen

Massenflusssensor 22 sowie ein Einlassventil 24 und einen Auslass 25 umfasst. Diese Steuereinheit (Pumpeneinheit) 20 sowie auch der Drucksensor 12, dessen Signale in die Ansteuerung der Pumpe 21 einfließen, sind als Mehrwegteile der Vorrichtung 10 ausgestaltet. Die Entfeuchter- und Filtereinheit 16, 17 dient als Geräteschutz. Die Sammeleinheit 18 weist einen dichten Anschluss für den Probenbeutel beziehungsweise Sammelbeutel 19 auf sowie ein

abgeschlossenes Gasvolumen. Dies ermöglicht die Befüllung des

Sammelbeutels 19 stromabwärts der Pumpe 21 beziehungsweise der

Mehrwegteile 20 bis 25, wodurch Kontaminationen über diese Mehrwegteile vermieden werden.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Sammelvorrichtung 100. Die Vorrichtung 100 ist in weiten Teilen mit der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung 10 vergleichbar. Entsprechende Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied hierzu weist die Vorrichtung 100 zusätzlich einen Fliehkraftabscheider (Zyklon) 50 auf. Dieser vorzugsweise temperierbare (kühlbare) Fliehkraftabscheider 50 kann zur Realisierung einer Online- Probenvorbereitung zur Abtrennung von Partikeln und Aerosolen vorgesehen sein. Alternativ ist es auch möglich, mithilfe des Zyklons gleichzeitig eine Sammlung von Atemkondensat, welches über den Zyklon 50 gewonnen wird, und von Atemgas, welches den Zyklon ohne Kondensierung durchläuft oder welches gegebenenfalls parallel zu dem Zyklon 50 geführt wird, zu ermöglichen. Als Alternative zu einem Fliehkraftabscheider kann beispielsweise auch eine einfache Kondensatfalle (Kühlfalle) vorgesehen sein. In weiteren

Ausgestaltungen kann der Gaspfad der Vorrichtung aufgesplittet werden, um beispielsweise in mehreren Sammelbeuteln parallel gasförmige Atemproben zu sammeln.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer Vorrichtung 200, bei der eine Bypassleitung 150 zur Umgehung der Sammeleinheit 18 vorgesehen ist. Die Bypassleitung 150 ist in diesem Beispiel stromaufwärts der Geräteschutzeinheit beziehungsweise der Entfeuchter- und Filtereinheit 16, 17 und zwischen der Sammeleinheit 18, 19 und der Pumpeneinheit beziehungsweise der Steuereinheit 20 angelegt und ist über ein Ventil 151 zwischen der Steuereinheit 20 und der Sammeleinheit 18, 19 schaltbar. Bei dieser Anordnung können der Sammelbeutel 19 und die Pumpe der Steuereinheit 20 über ein definiertes beziehungsweise vorgebbares

Gasvolumen in der Sammeleinheit 18 beziehungsweise in dem Sammelbeutel 19 interagieren, vergleichbar zu mikrofluidischen Systemen.

Fig. 5 zeigt eine derartige Vorrichtung 200 mit Bypassleitung aus Fig. 4 als Blockdiagramm. Viele der Elemente entsprechen den Vorrichtungen aus den Fig. 2 und 3 und sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Zusätzlich ist das Schlauchsystem 130 mit einer Abzweigung beziehungsweise einem T-Stück und/oder einem Ventil ausgestaltet, so dass das Schlauchsystem einen Bypass 150 (vorzugsweise als Einwegteil) ausbilden kann, der die Sammeleinheit 18 umgeht und direkt zu der Pumpeneinheit 20 geführt wird. Über diese

Bypassleitung 150 ist es möglich, eine fraktionierte Sammlung der Atemluft vorzunehmen, wobei insbesondere das anfängliche Totvolumen eines

Ausatemvorgangs um die Sammeleinheit 18 beziehungsweise den Probenbeutel 19 herum geführt werden kann und nur die diagnostisch relevante Ausatemluft aus der Lunge gesammelt werden kann. Um diese fraktionierte Sammlung zu steuern, kann in besonders bevorzugter Weise ein CC^-Sensor 152,

insbesondere im Bereich des Mundstücks vorgesehen sein, da über die CO2- Konzentration erkannt werden kann, ob es sich um Ausatemluft aus dem

Totraum handelt oder um alveoläre Luft aus der Lunge. Diese Vorrichtung 200 mit dem schaltbaren Bypass 150 kann mit besonderem Vorteil auch zur Vermeidung eines Druckausgleichs in der Sammeleinheit 18 bei einem

Ausbleiben des Luftstroms und einem damit einhergehenden Verfälschen des Volumens im Probenbeutel 19 genutzt werden, indem das Ventil in dem Schlauchsystem 130 dazu genutzt wird, auf den Bypass 150 beim Ausbleiben des Luftstroms, also bei Unterbrechung oder Absetzung der Ausatmung, umzuschalten, um eine fälschliche Befüllung oder Entleerung des

Sammelbeutels 19 mit Umgebungsluft oder durch abfließende, bereits gesammelte Atemprobe zu verhindern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt die Sammlung eines integrierten beziehungsweise gepoolten Ausatemvolumens aus mehreren

Ausatemvorgängen. Die Atemsammlung kann damit über ein vorgebbares Ausatemvolumen definiert und damit normalisiert werden. Bisherige

Vorrichtungen zur Sammlung von gasförmigen Atemproben waren in der Regel nicht dazu geeignet, das Atemmanöver zu standardisieren und ein definiertes Volumen zu sammeln. Durch die hier vorgestellte Kombination einer sensorgesteuerten und vorzugsweise pumpenunterstützten Sammlung des ausgeatmeten Atemgases beispielsweise in einem Sammelbeutel, der beispielsweise einen laborüblichen Anschluss für eine weitere Laboranalytik bietet, mit Lösung der Problematik, die durch die Regulierung des Luftstroms auftritt, können die Vorteile einer standardisierten Sammlung eines größeren, gasförmigen Atemprobenvolumens genutzt werden.