用于测量呼气分析物的系统的制作方法
用于测量呼气分析物的系统的制作方法
【专利摘要】根据本发明的一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的分析物的系统。所述系统包括基座；可操作地连接至基座的接收所述呼气的呼气输入；连接至所述基座并且与所述呼气输入流体连通以接收所述呼气的气仓，其中所述气仓包括选用于在所述分析物存在于所述呼气中时经历与所述分析物的反应并且经历与所述反应对应的光学变化的相互作用物子系统；以及连接至所述基座并被配置为感测所述光学变化的光学子系统，其中所述光学子系统响应于所述光学检测产生包含关于所述分析物的信息的输出。还提供了方法。
【专利说明】用于测量呼气分析物的系统
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及用于测量呼气中的分析物，优选人呼气中的内源性分析物的系 统、设备和方法。
【背景技术】
[0002] 存在很多情况，其中希望感测气体中分析物的存在和/或量或浓度。如本文所用 的术语"分析物"广泛地用于意指寻求使用根据本发明的不同方面的设备和方法感测的化 学组分或成分。分析物可为或者可包括元素、化合物或其它分子、离子或分子片段、或者在 流体中可能含有的其它物质。在一些情况、实施方案和方法中，可存在多于一种分析物并且 目标在于感测多种分析物。如本文所用的术语"流体"广泛地用于包括当由外力作用时能 够流动并且其形状发生改变的物质。它包括液体和气体，不仅为纯净形式，而且在异质状态 下时也是如此，例如浆液、悬浮液、胶体分散体、气溶胶等。牛顿流体最适合应用于本发明， 但是一定程度的非牛顿行为可以是能接受的，这取决于特定的应用，并且这并非意图限制。 如本文所用的术语"气体"也广泛地使用并且根据其一般含义，不仅包括纯气相而且还包括 蒸气、非液体流体相、气态胶体悬浮液、夹带或悬浮于气体或蒸气中的固相微粒物质或者液 相微滴等。如本文所用的术语"感测"和"感测的"广泛地用于意指检测一种或多种分析物 的存在或者测量一种或多种分析物的量或浓度。
[0003] 在很多情况下，需要或希望对领域内的分析物进行分析或者以其它方式进行此类 评估而不要求昂贵而笨重的支撑装备（如医院、实验室或测试设施中可用的装备）。在一些 情况下通常希望用大致上装备齐全的设备，优选便携式的并且通常优选易于使用的设备进 行此分析。在一些情况下，也需要或希望能够实时或者近乎实时地感测流体流中的分析物。 此外并且一般来说，非常希望能准确而可靠地完成此类感测。
[0004] 呼气的背景基质对感测系统提出多种挑战，它们需要复杂的处理步骤并且进一步 使得系统整合成适合由非专业最终使用者便携式使用的形状因素成为不可能。例如，呼气 包含高水平的湿度和水分，这可能干扰感测器或者在便携式设备内引起冷凝，以及其它问 题。而且，在从使用者体内收集呼气时呼气的流速或压力通常变化相当显著。已知流速变 化影响，通常显著地影响化学感测器的反应。呼气，确切地说在直接从使用者收集时，通常 为核心体温或者接近核心体温，这可能明显不同于周围温度。另外，体温可能在不同使用者 之间不同或者甚至对于单个使用者，在不同的日子也不同。因此设计呼气分析器不是简单 的任务，使得人们试图设计便携并且领域适用的设备在一定程度上更加困难。
[0005] 值得注意的是，测量呼气中的内源性分析物存在不同挑战并且需要与测量外源性 分析物不同的技术和设备。内源性分析物为由身体（排除胃肠道内腔）产生的那些分析物， 而外源性分析物为由于外部影响或者由于使用者消耗而存在于呼气中的那些分析物。然 而，很多分析物为内源地产生的并且也可为外源地引入的。例如，氨通过氨基酸代谢而内源 地产生，但是也可以从环境如含有氨的家居清洗用品中外源地引入。术语"内源的"根据其 在本领域内的一般含义使用。内源性分析物在人体、其组织或器官（通常排除胃肠道内腔） 内通过天然或非天然方式产生。
[0006] 测量呼气中的内源性分析物存在多种显著的挑战。内源性分析物在呼气中通常具 有显著较低的浓度，通常约为百万分之几（ppm)、十亿分之几（ppb)或更小。另外，内源性分 析物的测量需要在背景气体的复合基质中辨别分析物。不是典型地大气气体组成（例如， 主要为氮气），而是呼出气具有高湿度含量和较大二氧化碳浓度。这导致化学敏感性、选择 性和稳定性方面的独特挑战。例如，有助于呼气氨测量的化学物质优选在3%至6%水蒸气 和3%至5%二氧化碳存在下敏感度达到50ppb。
[0007] 由于在甚至检测内源性呼气分析物中的历史难题，没有广泛地研究其它挑战。此 类挑战的实例包括：(a)使分析物与健康或疾病病况相关联、（b)测量给出人呼气特征例如 流速和呼气压的这些分析物、（c)敏感性和选择性地测量这些分析物、以及（d)在可于医疗 环境或家庭环境中实施的便携式、成本有效的封装中进行所有这些操作。
[0008] 比色设备为一种用于测量涉及呼气分析物的反应的方法。内源性呼气分析的比色 方法在历史上受到漫长反应时间和昂贵部件的困扰。通常，此类分析必须在实验室中进行。 因此，存在对一种呼气分析器的需要，所述呼气分析器可准确而快速地测量以相对较低浓 度存在的内源性呼气组分如丙酮，除便宜且可由非专业人员使用之外，也不用长时间等待 结果。如果呼气分析器能够测量多种分析物，则也为优选的。
【发明内容】
[0009] 根据本发明的一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的分析物的系统。所述 系统包括基座；可操作地连接至基座的接收呼气的呼气输入；连接至基座并且与呼气输入 流体连通以接收呼气的气仓（cartridge),其中所述气仓包括选用于在分析物存在于呼气 中时经历与分析物的反应并且经历与所述反应对应的光学变化的相互作用物子系统；以及 连接至所述基座并被配置成感测光学变化的光学子系统，其中所述光学子系统响应于光学 检测产生包含关于分析物的信息的输出。
[0010] 呼气输入任选包括管嘴和用于连接其中容纳呼气的非人呼气容器的连接件。非人 呼气容器的优选实例可包括袋，如Tedlar袋。所述气仓优选可拆卸地连接至基座。所述气 仓还任选地但优选地包括手柄并且还优选包括光屏蔽设备。更确切地说，在一些情况下，存 在的问题为气仓的组分例如像化学组分可能受到环境光的不利影响。因此，在根据本发明 的某些方面的目前优选的实施方案和方法中，系统的基座包括形成内部并且屏蔽所述内部 使其免受环境光影响的外表面，其中所述外表面包括孔隙；并且所述气仓包括与所述孔隙 大体吻合以在气仓连接至基座时屏蔽环境光防止其进入所述孔隙的护罩。
[0011] 在某些实施方案中，基座被配置成从多个呼气输入接受呼气。基座可进一步被配 置成接受可变体积的呼气和/或除去不需要的体积的呼气。
[0012] 在一些情况下，需要或者希望采用多阶段反应系统。因此，在一些目前优选的实施 方案和方法中，相互作用物子系统包括选用于在分析物存在于呼气中时经历与分析物的第 一反应并且产生第一中间体的第一相互作用物；以及选用于经历与所述第一中间体的第二 反应并引起与所述第二反应相对应的光学变化的第二相互作用物。在一个说明性但目前优 选的实例中，第一相互作用物包括大致上在不存在叔胺下连接至第一底物的伯胺；并且第 二相互作用物包括叔胺。
[0013] 光学子系统可被配置成以多种方式并根据多种不同标准来感测光学变化。它可被 配置成例如在将呼气输入到呼气输入中之后的预定时间感测光学变化。在一些优选实施方 案中，系统可进一步包括在呼气在系统中移动时感测呼气特征的流量感测器；并且光学子 系统被配置成感测响应于流量感测器的光学变化。
[0014] 所述系统还可以并且优选包括在系统中执行不同功能的处理器。那些功能之一可 包括使用处理信息，如系统被配置成感测的一种或多种特定分析物的鉴别；与分析物相关 的信息，如预期的浓度范围、状态、反应性、温度和/或压力依赖性、分压力以及其它蒸气状 态信息等；流动特征，如流体温度、压力、湿度、质量或体积流速等，各自在一定时间范围内 静态地或动态地测量。处理信息还可包括与气仓相关的信息，例如像气仓类型、其被配置成 感测的一种或多种分析物、其容量、其渗透性或流动特征、其预期响应时间等。处理信息还 可包括与呼气输入相关的信息，例如像呼气温度、压力、湿度、预期成分等。在此类优选系统 和方法中，光学子系统优选被配置成感测响应于处理器和响应于关于基于处理的信息的此 类信息中的一种或多种的光学变化。
[0015] 在一些优选系统的实施方案和方法中，还提供一种流动促进器，其优选连接至基 座。所述流动促进器有助于呼气流动到气仓中并且与相互作用物子系统流动接触。
[0016] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的分析物的方法。所 述方法包括提供包括一个腔的气仓，所述腔包括选用于在分析物存在于呼气中时经历与分 析物的反应并且经历与所述反应对应的光学变化的相互作用物子系统。所述方法还包括提 供包括呼气输入和气仓的腔的呼气流动路径以及设置光学感测器使其处于相对于所述腔 固定的关系中。此外，所述方法包括使所述呼气移动通过流动路径、在呼气移动通过流动 路径时使光学感测器检测光学变化、以及响应于光学检测输出包含关于分析物的信息的输 出。
[0017] 在此方法的目前优选的实施方式中，流动路径的提供包括在流动路径中提供管 嘴；并且呼气移动通过流动路径包括使使用者通过管嘴向流动路径呼气。此外或者可选地， 流动路径的提供还可包括在流动路径中提供非人呼气容器；并且呼气移动通过流动路径可 包括使呼气从非人呼气容器流动到流动路径中。
[0018] 在所述方法的目前优选的实施方式中，气仓可拆卸地连接至基座。所述方法还任 选地包括在呼气移动通过腔时屏蔽相互作用物使其免受环境光影响。
[0019] 在所述方法的目前优选的实施方式中，其中相互作用物包括选用于在分析物存在 于呼气中时经历与分析物的第一反应并且产生第一中间体的第一相互作用物；以及选用于 经历与所述第一中间体的第二反应并引起与所述第二反应对应的光学变化的第二相互作 用物。在一个目前优选但仅说明性的实施方式中，第一相互作用物包括大致上在叔胺不存 在下连接至第一底物的伯胺；并且第二相互作用物包括叔胺。
[0020] 在目前优选的方法实施方式中，引起光学感测器检测光学变化包括在呼气初始移 动通过流动路径之后的预定时间感测光学变化。可选地或者此外，所述方法可包括在呼气 在流动路径中移动时感测呼气的特征；并且引起光学感测器检测光学变化可包括响应于感 测特征来感测光学变化。引起光学感测器检测光学变化还可包括响应于处理信息如在本文 以上概述的处理信息来感测光学变化。
[0021] 在所述方法的优选实施方式中，呼气移动通过流动路径包括促进呼气流动到腔内 和与相互作用物子系统流动接触。
[0022] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的分析物的系统。例 如在需要或者希望使用多个步骤处理一种或多种分析物来例如促进感测的情况下，可以使 用此系统。此系统包括基座；可操作地连接至基座的接收呼气的呼气输入；以及连接至基 座并与所述呼气输入流体连通以接收呼气的气仓。所述气仓包括选用于在分析物存在于呼 气中时经历与所述分析物的第一反应以产生第一中间体的第一相互作用物。所述系统进一 步包括连接至基座的分配第二相互作用物的分配设备，所述第二相互作用物被选用于经历 与第一中间体的第二反应，其中产生与所述反应对应的光学变化。所述系统进一步包括连 接至基座并且被配置成感测光学变化的光学子系统，其中所述光学子系统响应于光学检测 产生包含关于分析物的信息的输出。
[0023] 呼气输入可包括管嘴、用于连接其中容纳呼气的非人呼气容器（例如像袋）的连 接件或二者。
[0024] 所述气仓可拆卸地连接至基座。它优选但任选地包括手柄。
[0025] 具体地说，在内部系统组分如相互作用物具有光敏性的情况下，基座可包括形成 内部并且屏蔽所述内部使其免受环境光影响的外表面，其中所述外表面包括孔隙；并且所 述气仓可包括与所述孔隙大体吻合以在气仓连接至基座时屏蔽环境光防止其进入所述孔 隙的护罩。
[0026] 相互作用物子系统优选包括选用于在分析物存在于呼气中时经历与分析物的第 一反应并且产生第一中间体的第一相互作用物；以及选用于经历与所述第一中间体的第二 反应并引起与所述第二反应对应的光学变化的第二相互作用物。作为一个说明性但目前优 选的实例，第一相互作用物可包括大致上在叔胺不存在下连接至第一底物的伯胺；并且第 二相互作用物可包括叔胺。
[0027] 在某些实施方案中，相互作用物子系统可包括硝普酸钠、二硝基苯肼、重铬酸钠、 副品红碱、溴酚蓝、二氯异氰脲酸盐、水杨酸钠、重铬酸钠、结晶紫、苄硫醇或其组合。
[0028] 在优选实施方案中，相互作用物子系统被配置成测量呼气中的分析物的内源性水 平，其中此类水平可为5ppm或更少。
[0029] 与本文以上所述的实施方案和选项一样，分配设备可被配置成在将呼气输入到呼 气输入中之后的预定时间分配第二相互作用物。可选地或者此外，所述系统可包括在呼气 在系统中移动时感测呼气特征的流量感测器；并且分配设备可被配置成响应于流量感测器 来分配第二相互作用物。
[0030] 也如参照本文以上所述的其它实施方案和方法所说明，所述系统可进一步包括处 理器，所述处理器包括处理信息，例如像本文以上所述的那些信息；并且分配设备可被配置 成响应于处理器基于处理信息来分配第二相互作用物。
[0031] 根据本发明的此方面的光学子系统还可包括如本文以上所述的部件和特征和/ 或如本文以上更充分描述的流动促进器。
[0032] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的分析物的系统，其 中所述系统包括基座；可操作地连接至所述基座的接收呼气的呼气输入；可拆卸地连接至 基座并且与呼气输入流体连通以接收呼气的气仓；以及连接至基座的感测子系统，其中所 述基座包括形成内部并且屏蔽所述内部使其免受环境光影响的外表面，并且其中所述外表 面包括孔隙，并且本发明的此方面包括进一步改进连接至所述气仓的护罩，所述护罩与所 述孔隙大体吻合以在气仓连接至基座时屏蔽环境光防止其进入所述孔隙。
[0033] 根据本发明的又一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的多种分析物的系 统。所述系统可包括基座；可操作地连接至基座的接收呼气的呼气输入；连接至基座并且 与呼气输入流体连通以接收呼气的多个气仓，其中每个气仓包括对应的相互作用物子系 统，其相对于其它气仓相互作用物为独特的并且被选用于在对应分析物存在于呼气中时经 历与这些分析物中对应的分析物的对应反应以形成对应产物状态；以及连接至基座并配置 成感测产物状态并产生包含关于多种分析物的信息的输出的感测子系统。
[0034] 根据本发明的又一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的多种分析物的方 法。所述方法包括提供连接至基座并且与呼气输入流体连通以接收呼气的多个气仓，其中 每个气仓包括对应的相互作用物子系统，其相对于其它气仓相互作用物为独特的并且被选 用于在对应分析物存在于呼气中时经历与这些分析物中对应的分析物的对应反应以形成 对应产物状态；以及引起连接至基座并配置成感测产物状态的感测子系统感测产物状态并 产生包含关于多种分析物的信息的输出。
[0035] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于感测患者呼气中的分析物的系统。所述 系统包括气仓，所述气仓包括第一容器、流体容器以及与所述第一容器和所述流体容器流 体连通的反应体积，所述第一容器包含第一相互作用物并且所述流体容器包含流体，其中 所述流体容器具有初始流体水平和在初始流体水平上方的空间。所述系统还包括基座，所 述基座包括用于呼气在所述基座内流动的流动路径；与所述流动路径流体连通的呼气输入 接收器，其接收呼气并将其导向流动路径；将气仓可拆卸地接纳到基座内以使得反应体积 与流动路径流体连通的气仓外壳；分配设备，其在流体容器中的初始流体水平下方形成孔 并且缓和初始流体水平上方的空间内的压力以使得流体流出液体容器并且流入反应体积， 从而相对于分析物的存在和浓度中的至少一种促进在反应体积内的光学变化；以及感测光 学变化并响应于光学变化产生包含关于分析物的信息的输出的光学子系统。分配器优选包 括细长的构件，例如像针、销、杆等。它可包括实心构件或者它可包括流体通道。
[0036] 在本发明的不同方面和它们的优选实施方案中，分配设备和相关功能涉及将液体 分配在液体容器中。为实现此操作，在液体容器的初始液体水平下方形成孔，优选完全处于 此水平下方并且更优选处于液体容器底部或者其它位置以使得从容器中获得最大量的液 体。分配功能还涉及在流体移出液体容器时缓和初始流体水平上方空间内的压力，以使得 流体移出液体容器并移入反应体积内。这优选通过在液体上方空间内刺穿或者以其它方式 形成开口来实现，以使得气体可进入所述空间以平衡压力、避免在空间内形成负压或真空 以及从而允许液体流出或者以其它方式移出液体容器的初始液体水平下方的孔。因此，优 选地为细长构件位于液体容器外面的部署位置，其中所述细长构件在流体容器的初始流体 水平下方形成孔并且缓和初始流体水平上方空间内的压力，以使得流体流出液体容器并流 入反应体积。细长构件可包括例如针、销、杆等。
[0037] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于感测患者呼气中的分析物的方法。所述 方法包括提供气仓，所述气仓包括第一容器、流体容器和与所述第一容器和所述流体容器 流体连通的反应体积。第一容器包含第一相互作用物并且流体容器包含流体。流体容器具 有初始流体水平和初始流体水平上方的空间。所述方法还包括提供基座，所述基座包括用 于呼气在基座内流动的流动路径、与所述流动路径流体连通的呼气输入接收器、气仓外壳、 分配设备以及光学子系统。所述方法进一步包括将气仓插入到基座的气仓外壳中以使得反 应体积与流动路径流体连通并且引起呼气在流动路径中流动并流入到反应体积中。在呼气 流动通过反应体积之后，所述方法包括使用分配设备在流体容器的初始流体水平下方形成 孔并且缓和初始流体水平上方空间内的压力以使得流体流出液体容器并且流入反应体积， 从而相对于分析物的存在和浓度中的至少一种促进反应体积内的光学变化。此外，所述方 法包括感测光学变化并且响应于光学变化产生包含关于分析物的信息的输出。
[0038] 根据本发明的又一个方面，提供一种用于感测患者呼气中的分析物的系统。所述 系统包括具有反应体积的气仓和对环境光不透明的护罩。它进一步包括基座，所述基座包 括用于呼气在所述基座内流动的流动路径；与流动路径流体连通的呼气输入接收器，其接 收呼气并且将所述呼气导向流动路径中并且通过反应体积，其中呼气通过反应体积流动相 对于分析物的存在和浓度中的至少一种促进对反应体积的光学变化；将气仓可拆卸地接纳 到基座中以使得反应体积与流动路径流体连通的气仓外壳，其中气仓的护罩与基座的气仓 外壳配合以阻断环境光照射到反应体积；以及感测光学变化并响应于光学变化产生包含关 于分析物的信息的输出的光学子系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 并入本说明书中并构成本说明书的一部分的【专利附图】
【附图说明】本发明的目前优选的实施 方案和方法，并且与上文给出的一般说明和下文给出的优选实施方案和方法的详述一起用 于解释本发明的原理。在附图中：
[0040] 图1示出用于检测来自与呼气分析物反应的比色变化的设备和一次性气仓的综 合图示。
[0041] 图2示出具有整合式流量测量容量的呼气收集袋的实例。
[0042] 图3展示由呼气输入进行的间接呼气收集的实例。
[0043] 图4描绘光学感测子系统构造的总体布置。
[0044] 图5从顶视图描绘光学感测子系统构造的总体布置。
[0045] 图6描绘适合于高品质呼出气体测量的一个气动手柄。
[0046] 图7示出使用专用球阀进行部件减少的一种方法。
[0047] 图8示出根据本发明的另一个目前优选的实施方案的呼气分析设备。
[0048] 图9为图8所示设备的硬件框图。
[0049] 图10为用于收集和保存呼气样品并且用于将呼气样品输入图8至图9的呼气分 析设备的呼气样品袋的透视图。
[0050] 图11示出基于针的示例性反应引发器。
[0051] 图12示出利用线性致动器插入到基座单元中的气仓。
[0052] 图13示出滑动机构相对于感测器气仓的一个实施方案的详情。
[0053] 图14示出基于Tenax TA的呼出气体分析器柱的实例。
[0054] 图15显示可压制成固定盘的衬底片的实例。
[0055] 图16示出气仓设计的示例性一般示意图。
[0056] 图17示出用于容纳反应性颗粒的图16的保持器（130)的一个替代方案。
[0057] 图18示出可刺穿的箔安瓿的三个实施方案。
[0058] 图19示出可刺穿的安瓿的某些实施方案。
[0059] 图20示出用于容纳液体的可刺穿的罐的实施方案。
[0060] 图21示出封装到单个柱中的不同干燥试剂。
[0061] 图22示出封装到单个柱中的另一组堆叠的干燥试剂。
[0062] 图23示出使用可压缩的多孔介质保持在适当位置处的试剂。
[0063] 图24示出液体试剂可固定到气仓中的方式和它可在反应时释放的方式的一个实 例。
[0064] 图25展示液体试剂可固定到气仓中的方式和它可在反应时释放的方式的另一个 实施方案。
[0065] 图26不出多液体气仓的一个实例。
[0066] 图27示出多液体气仓的另一个实例。
[0067] 图28示出能够多次应用的一些气仓设计。
[0068] 图29不出气仓设计的一个实施方案。
[0069]图30示出在液封已破坏和液封形成之后流动路径的描绘。
[0070]图31示出具有显影剂溶液的气仓的一个实施方案。
[0071]图32为根据本发明的不同方面用于在图8至图9的呼气分析设备中使用的气仓 的一个目前优选的实施方案的示意图。
[0072] 图33为安瓿刺穿机构的一个实施方案。
[0073] 图34为安瓿刺穿机构的另一个实施方案。
[0074] 图35为安瓿破裂机构的一个实施方案。
[0075] 图36为安瓿刺穿机构的另一个实例。
[0076] 图37为安瓿刺穿机构的另一个实例。
[0077]图38为安瓿破裂机构的另一个实例。
[0078] 图39为安瓿固定策略的一个实施方案。
[0079] 图40为安瓿固定策略的另一个实施方案。
[0080] 图41为安瓿固定策略的另一个实施方案。
[0081] 图42为安瓿破裂机构的另一个实例。
[0082] 图43示出基于呼出到基座单元中的多次呼吸的呼气取样环的一个实施方案。
[0083] 图44示出在基座单元中（而不是一次性气仓中）的可置换容器内具有显影剂溶 液的呼气测量系统的一个实施方案。
【具体实施方式】
[0084] 现在详细参考如本文以下所述的和如附图所说明的本发明的目前优选的实施方 案和方法，其中在整个附图中类似参考字符指示类似或对应的部分。然而，应注意，本发明 在其更广泛方面不限于特定细节、代表性设备和方法以及在此部分结合优选实施方案和方 法所示和所述的说明性实例。鉴于本说明书和适当等效物，本发明根据其不同方面在所附 权利要求书中具体地指出并清楚地要求。
[0085] 引言
[0086] 本发明涉及用于感测呼气中的分析物并且优选用于感测内源地产生的分析物的 设备和方法。所述设备和方法可以并且优选包括包含或含有呼气反应性化学物质的气仓， 所述化学物质即与呼气中的特定或所需化学物种或组分反应的化学组分。优选地，这些呼 气反应性化学物质为特异性的，甚至在呼气背景下也为特异性的。
[0087] 特别感兴趣的一个领域涉及呼气分析。在说明性呼气成分中包括的即为已与疾病 状态相关联的分析物，所述分析物包括以下表1中列出的那些。如上所述，存在大约300种 已在呼气中鉴别出的挥发性有机化合物，所有这些化合物为用于使用此类实施方案和方法 进行分析的候选分析物。另外，在一些情况下，在呼气中的成分（分析物）的组合相对于任 何单一分析物的存在可用作优良的疾病标记。
[0088] 表 1
[0089]
【权利要求】
1. 一种用于感测患者呼气中的分析物的系统，所述系统包括： 气仓，所述气仓包括第一容器、流体容器以及与所述第一容器和所述流体容器流体连 通的反应体积，所述第一容器包含第一相互作用物并且所述流体容器包含流体，其中所述 流体容器具有初始流体水平和在所述初始流体水平上方的空间；以及 基座，其包括 用于所述呼气在所述基座内流动的流动路径； 与所述流动路径流体连通的呼气输入接收器，其接收所述呼气并将所述呼气导向所述 呼气路径中； 气仓外壳，其将所述气仓可拆卸地接纳到所述基座中，以使得所述反应体积与所述流 动路径流体连通； 分配设备，其在所述流体容器的所述初始流体水平下方形成孔并且在所述流体流出所 述液体容器时缓和所述初始流体水平上方的所述空间内的压力，以使得所述流体流出所述 液体容器并且流入所述反应体积，从而促进所述反应体积内相对于所述分析物的存在和浓 度中的至少一种的光学变化；以及 光学子系统，其感测所述光学变化并且响应于所述光学变化产生包含关于所述分析物 的信息的输出。
2. 如权利要求1所述的系统，其中所述第一容器和所述流体容器彼此相邻。
3. 如权利要求1所述的系统，其中所述反应体积处于所述第一容器内。
4. 如权利要求1所述的系统，其中所述液体容器包括设置于所述液体上方和所述空间 上方的第一密封表面，并且所述第一密封表面包括压力启动的密封，在所述密封上的压力 达到预定水平时所述密封打开。
5. 如权利要求1所述的系统，其中所述液体容器包括设置于所述液体下方的第二密封 表面，并且所述第二密封表面包括压力启动的密封，在所述压力启动的密封上的压力达到 预定水平时所述压力启动的密封打开。
6. 如权利要求1所述的系统，其中所述液体容器在所述孔处具有外表面并且在所述外 表面上的所述孔处设置有毛细作用材料。
7. 如权利要求6所述的系统，其中： 所述第一容器包括顶部表面；并且 所述液体容器的所述外表面与所述第一容器的所述顶部表面相邻，以使得所述毛细作 用材料在所述孔处接触所述液体容器的所述外表面并且所述毛细作用材料接触所述第一 容器的所述顶部表面。
8. 如权利要求7所述的系统，其中所述毛细作用材料在所述孔处接触所述液体容器的 所述外表面并且所述毛细作用材料接触所述第一容器的所述顶部表面而没有空隙。
9. 如权利要求1所述的系统，其中所述液体容器对环境光是不透明的。
10. 如权利要求1所述的系统，其中所述液体容器对环境光是不透明的。
11. 如权利要求1所述的系统，其中所述反应体积对环境光是不透明的。
12. 如权利要求1所述的系统，其中所述分配器包括细长构件和用于从初始位置移动 至部署位置的致动器，在所述初始位置中所述细长构件处于所述液体容器外部，在所述部 署位置中所述细长构件在所述流体容器中的所述初始流体水平下方形成所述孔并且缓和 所述初始流体水平上方的所述空间内的所述压力，以使得所述流体流出所述流体容器并且 流入所述反应体积。
13. 如权利要求1所述的系统，其中所述细长构件包括针。
14. 如权利要求1所述的系统，其中所述细长构件包括杆。
15. 如权利要求1所述的系统，其中所述细长构件包括流体通道。
16. 如权利要求12所述的系统，其中所述液体容器包括设置于所述液体上方和所述空 间上方的第一密封表面，并且所述第一密封表面包括一种材料，在所述细长构件以预定水 平的力接触所述材料时所述材料形成孔。
17. 如权利要求12所述的系统，其中： 所述液体容器包括设置于所述液体上方的第一密封表面和所述液体下方的第二密封 表面；并且 所述细长构件延伸通过所述第一和第二密封表面。
18. 如权利要求12所述的系统，其中所述细长构件在所述初始液体水平上方的第一位 置和所述初始液体水平下方的第二位置延伸通过所述液体容器。
19. 如权利要求1所述的系统，其中所述流体容器包括多个流体次级容器。
20. 如权利要求19所述的系统，其中所述多个流体次级容器沿着管线彼此相邻地设 置。
21. 如权利要求19所述的系统，其中所述多个流体次级容器在传送带中彼此相邻地设 置。
22. 如权利要求1所述的系统，其中所述基座进一步包括促进所述呼气在所述流动通 道中移动并且移动通过所述反应体积的泵。
23. 如权利要求1所述的系统，其中所述基座包括促进所述液体从液体容器流动的泵。
24. 如权利要求1所述的系统，其中所述基座包括缓和在液体容器中的液体上方空间 内的压力的泵。
25. 如权利要求1所述的系统，其中： 所述液体容器包括设置于所述液体上方和所述空间上方的第一密封表面； 所述第一密封表面包括压力启动的密封，在所述密封上的压力达到预定水平时所述密 封打开；并且 所述基座包括促进所述压力启动的密封打开的泵。
26. 如权利要求1所述的系统，其中： 所述液体容器包括设置于所述液体下方的第二密封表面； 所述第二密封表面包括压力启动的密封，在所述压力启动的密封上的压力达到预定水 平时所述压力启动的密封打开；并且 所述基座包括促进所述压力启动的密封打开的泵。
27. 如权利要求1所述的系统，其中所述气仓包括在所述气仓设置于所述基座中时阻 挡环境光防止其照射到所述反应体积的护罩。
28. 如权利要求1所述的系统，其中所述液体容器包括阻挡环境光防止其照射到所述 液体的外表面。
29. -种用于感测患者呼气中的分析物的方法，所述方法包括： 提供气仓，所述气仓包括第一容器、流体容器以及与所述第一容器和所述流体容器流 体连通的反应体积，所述第一容器包含第一相互作用物并且所述流体容器包含流体，其中 所述流体容器具有初始流体水平和在所述初始流体水平上方的空间； 提供基座，所述基座包括用于所述呼气在所述基座内流动的流动路径、与所述流动路 径流体连通的呼气输入接收器、气仓外壳、分配设备以及光学子系统； 将所述气仓插入到所述基座的所述气仓外壳内，以使得所述反应体积与所述流动路径 流体连通； 使所述呼气在所述流动路径中流动并且流入所述反应体积； 在所述呼气流动通过所述反应体积之后，使用所述分配设备在所述流体容器的所述初 始流体水平下方形成孔并且在所述流体流出所述液体容器时缓和所述初始流体水平上方 的所述空间内的压力，以使得所述流体流出所述液体容器并且流入所述反应体积，从而促 进所述反应体积内相对于所述分析物的存在和浓度中的至少一种的光学变化；以及 感测所述光学变化并且响应于所述光学变化产生包含关于所述分析物的信息的输出。
30. -种用于感测患者呼气中的分析物的系统，所述系统包括： 包括反应体积和对环境光不透明的护罩的气仓；以及 基座，其包括 用于所述呼气在所述基座内流动的流动路径； 与所述流动路径流体连通的呼气输入接收器，其接收所述呼气并且将所述呼气导向所 述流动路径中并且通过所述反应体积，其中所述呼气通过所述反应体积的流动促进对所述 反应体积的相对于所述分析物的存在和浓度中的至少一种的光学变化； 气仓外壳，其将所述气仓可拆卸地接纳到所述基座中，以使得所述反应体积与所述流 动路径流体连通，其中所述气仓的所述护罩与所述基座的所述气仓外壳配合，以阻挡环境 光防止其照射到所述反应体积；以及 光学子系统，其感测所述光学变化并且响应于所述光学变化产生包含关于所述分析物 的信息的输出。
31. -种用于在使用基座来感测患者呼气中的分析物中使用的气仓，其中所述基座包 括用于所述呼气在所述基座内流动的流动路径、与所述流动路径流体连通的接收所述呼气 并且将所述呼气导向所述流动路径中的呼气输入接收器、将所述气仓可拆卸地接纳到所述 基座中的气仓外壳、以及感测所述光学变化并且响应于所述光学变化产生包含关于所述分 析物的信息的输出的光学子系统，所述气仓包括反应体积和对环境光不透明的护罩，其中 所述气仓被配置成可拆卸地设置于所述气仓外壳内，以使得反应体积与所述流动路径流体 连通以接收所述呼气，其中所述呼气通过所述反应体积的流动促进对所述反应体积的相对 于所述分析物的存在和浓度中的至少一种的光学变化，并且其中所述气仓的所述护罩与所 述基座的所述气仓外壳配合以阻挡环境光防止其照射到所述反应体积。
【文档编号】A61B5/08GK104394765SQ201380017939
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年2月1日 优先权日:2012年2月1日
【发明者】L·M·艾哈迈德, B·萨特菲尔德, R·L·马蒂诺, Z·B·史密斯 申请人:尹沃伊技术有限公司
【专利摘要】根据本发明的一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的分析物的系统。所述系统包括基座；可操作地连接至基座的接收所述呼气的呼气输入；连接至所述基座并且与所述呼气输入流体连通以接收所述呼气的气仓，其中所述气仓包括选用于在所述分析物存在于所述呼气中时经历与所述分析物的反应并且经历与所述反应对应的光学变化的相互作用物子系统；以及连接至所述基座并被配置为感测所述光学变化的光学子系统，其中所述光学子系统响应于所述光学检测产生包含关于所述分析物的信息的输出。还提供了方法。
【专利说明】用于测量呼气分析物的系统
【技术领域】
[0001] 本发明大体上涉及用于测量呼气中的分析物，优选人呼气中的内源性分析物的系 统、设备和方法。
【背景技术】
[0002] 存在很多情况，其中希望感测气体中分析物的存在和/或量或浓度。如本文所用 的术语"分析物"广泛地用于意指寻求使用根据本发明的不同方面的设备和方法感测的化 学组分或成分。分析物可为或者可包括元素、化合物或其它分子、离子或分子片段、或者在 流体中可能含有的其它物质。在一些情况、实施方案和方法中，可存在多于一种分析物并且 目标在于感测多种分析物。如本文所用的术语"流体"广泛地用于包括当由外力作用时能 够流动并且其形状发生改变的物质。它包括液体和气体，不仅为纯净形式，而且在异质状态 下时也是如此，例如浆液、悬浮液、胶体分散体、气溶胶等。牛顿流体最适合应用于本发明， 但是一定程度的非牛顿行为可以是能接受的，这取决于特定的应用，并且这并非意图限制。 如本文所用的术语"气体"也广泛地使用并且根据其一般含义，不仅包括纯气相而且还包括 蒸气、非液体流体相、气态胶体悬浮液、夹带或悬浮于气体或蒸气中的固相微粒物质或者液 相微滴等。如本文所用的术语"感测"和"感测的"广泛地用于意指检测一种或多种分析物 的存在或者测量一种或多种分析物的量或浓度。
[0003] 在很多情况下，需要或希望对领域内的分析物进行分析或者以其它方式进行此类 评估而不要求昂贵而笨重的支撑装备（如医院、实验室或测试设施中可用的装备）。在一些 情况下通常希望用大致上装备齐全的设备，优选便携式的并且通常优选易于使用的设备进 行此分析。在一些情况下，也需要或希望能够实时或者近乎实时地感测流体流中的分析物。 此外并且一般来说，非常希望能准确而可靠地完成此类感测。
[0004] 呼气的背景基质对感测系统提出多种挑战，它们需要复杂的处理步骤并且进一步 使得系统整合成适合由非专业最终使用者便携式使用的形状因素成为不可能。例如，呼气 包含高水平的湿度和水分，这可能干扰感测器或者在便携式设备内引起冷凝，以及其它问 题。而且，在从使用者体内收集呼气时呼气的流速或压力通常变化相当显著。已知流速变 化影响，通常显著地影响化学感测器的反应。呼气，确切地说在直接从使用者收集时，通常 为核心体温或者接近核心体温，这可能明显不同于周围温度。另外，体温可能在不同使用者 之间不同或者甚至对于单个使用者，在不同的日子也不同。因此设计呼气分析器不是简单 的任务，使得人们试图设计便携并且领域适用的设备在一定程度上更加困难。
[0005] 值得注意的是，测量呼气中的内源性分析物存在不同挑战并且需要与测量外源性 分析物不同的技术和设备。内源性分析物为由身体（排除胃肠道内腔）产生的那些分析物， 而外源性分析物为由于外部影响或者由于使用者消耗而存在于呼气中的那些分析物。然 而，很多分析物为内源地产生的并且也可为外源地引入的。例如，氨通过氨基酸代谢而内源 地产生，但是也可以从环境如含有氨的家居清洗用品中外源地引入。术语"内源的"根据其 在本领域内的一般含义使用。内源性分析物在人体、其组织或器官（通常排除胃肠道内腔） 内通过天然或非天然方式产生。
[0006] 测量呼气中的内源性分析物存在多种显著的挑战。内源性分析物在呼气中通常具 有显著较低的浓度，通常约为百万分之几（ppm)、十亿分之几（ppb)或更小。另外，内源性分 析物的测量需要在背景气体的复合基质中辨别分析物。不是典型地大气气体组成（例如， 主要为氮气），而是呼出气具有高湿度含量和较大二氧化碳浓度。这导致化学敏感性、选择 性和稳定性方面的独特挑战。例如，有助于呼气氨测量的化学物质优选在3%至6%水蒸气 和3%至5%二氧化碳存在下敏感度达到50ppb。
[0007] 由于在甚至检测内源性呼气分析物中的历史难题，没有广泛地研究其它挑战。此 类挑战的实例包括：(a)使分析物与健康或疾病病况相关联、（b)测量给出人呼气特征例如 流速和呼气压的这些分析物、（c)敏感性和选择性地测量这些分析物、以及（d)在可于医疗 环境或家庭环境中实施的便携式、成本有效的封装中进行所有这些操作。
[0008] 比色设备为一种用于测量涉及呼气分析物的反应的方法。内源性呼气分析的比色 方法在历史上受到漫长反应时间和昂贵部件的困扰。通常，此类分析必须在实验室中进行。 因此，存在对一种呼气分析器的需要，所述呼气分析器可准确而快速地测量以相对较低浓 度存在的内源性呼气组分如丙酮，除便宜且可由非专业人员使用之外，也不用长时间等待 结果。如果呼气分析器能够测量多种分析物，则也为优选的。
【发明内容】
[0009] 根据本发明的一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的分析物的系统。所述 系统包括基座；可操作地连接至基座的接收呼气的呼气输入；连接至基座并且与呼气输入 流体连通以接收呼气的气仓（cartridge),其中所述气仓包括选用于在分析物存在于呼气 中时经历与分析物的反应并且经历与所述反应对应的光学变化的相互作用物子系统；以及 连接至所述基座并被配置成感测光学变化的光学子系统，其中所述光学子系统响应于光学 检测产生包含关于分析物的信息的输出。
[0010] 呼气输入任选包括管嘴和用于连接其中容纳呼气的非人呼气容器的连接件。非人 呼气容器的优选实例可包括袋，如Tedlar袋。所述气仓优选可拆卸地连接至基座。所述气 仓还任选地但优选地包括手柄并且还优选包括光屏蔽设备。更确切地说，在一些情况下，存 在的问题为气仓的组分例如像化学组分可能受到环境光的不利影响。因此，在根据本发明 的某些方面的目前优选的实施方案和方法中，系统的基座包括形成内部并且屏蔽所述内部 使其免受环境光影响的外表面，其中所述外表面包括孔隙；并且所述气仓包括与所述孔隙 大体吻合以在气仓连接至基座时屏蔽环境光防止其进入所述孔隙的护罩。
[0011] 在某些实施方案中，基座被配置成从多个呼气输入接受呼气。基座可进一步被配 置成接受可变体积的呼气和/或除去不需要的体积的呼气。
[0012] 在一些情况下，需要或者希望采用多阶段反应系统。因此，在一些目前优选的实施 方案和方法中，相互作用物子系统包括选用于在分析物存在于呼气中时经历与分析物的第 一反应并且产生第一中间体的第一相互作用物；以及选用于经历与所述第一中间体的第二 反应并引起与所述第二反应相对应的光学变化的第二相互作用物。在一个说明性但目前优 选的实例中，第一相互作用物包括大致上在不存在叔胺下连接至第一底物的伯胺；并且第 二相互作用物包括叔胺。
[0013] 光学子系统可被配置成以多种方式并根据多种不同标准来感测光学变化。它可被 配置成例如在将呼气输入到呼气输入中之后的预定时间感测光学变化。在一些优选实施方 案中，系统可进一步包括在呼气在系统中移动时感测呼气特征的流量感测器；并且光学子 系统被配置成感测响应于流量感测器的光学变化。
[0014] 所述系统还可以并且优选包括在系统中执行不同功能的处理器。那些功能之一可 包括使用处理信息，如系统被配置成感测的一种或多种特定分析物的鉴别；与分析物相关 的信息，如预期的浓度范围、状态、反应性、温度和/或压力依赖性、分压力以及其它蒸气状 态信息等；流动特征，如流体温度、压力、湿度、质量或体积流速等，各自在一定时间范围内 静态地或动态地测量。处理信息还可包括与气仓相关的信息，例如像气仓类型、其被配置成 感测的一种或多种分析物、其容量、其渗透性或流动特征、其预期响应时间等。处理信息还 可包括与呼气输入相关的信息，例如像呼气温度、压力、湿度、预期成分等。在此类优选系统 和方法中，光学子系统优选被配置成感测响应于处理器和响应于关于基于处理的信息的此 类信息中的一种或多种的光学变化。
[0015] 在一些优选系统的实施方案和方法中，还提供一种流动促进器，其优选连接至基 座。所述流动促进器有助于呼气流动到气仓中并且与相互作用物子系统流动接触。
[0016] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的分析物的方法。所 述方法包括提供包括一个腔的气仓，所述腔包括选用于在分析物存在于呼气中时经历与分 析物的反应并且经历与所述反应对应的光学变化的相互作用物子系统。所述方法还包括提 供包括呼气输入和气仓的腔的呼气流动路径以及设置光学感测器使其处于相对于所述腔 固定的关系中。此外，所述方法包括使所述呼气移动通过流动路径、在呼气移动通过流动 路径时使光学感测器检测光学变化、以及响应于光学检测输出包含关于分析物的信息的输 出。
[0017] 在此方法的目前优选的实施方式中，流动路径的提供包括在流动路径中提供管 嘴；并且呼气移动通过流动路径包括使使用者通过管嘴向流动路径呼气。此外或者可选地， 流动路径的提供还可包括在流动路径中提供非人呼气容器；并且呼气移动通过流动路径可 包括使呼气从非人呼气容器流动到流动路径中。
[0018] 在所述方法的目前优选的实施方式中，气仓可拆卸地连接至基座。所述方法还任 选地包括在呼气移动通过腔时屏蔽相互作用物使其免受环境光影响。
[0019] 在所述方法的目前优选的实施方式中，其中相互作用物包括选用于在分析物存在 于呼气中时经历与分析物的第一反应并且产生第一中间体的第一相互作用物；以及选用于 经历与所述第一中间体的第二反应并引起与所述第二反应对应的光学变化的第二相互作 用物。在一个目前优选但仅说明性的实施方式中，第一相互作用物包括大致上在叔胺不存 在下连接至第一底物的伯胺；并且第二相互作用物包括叔胺。
[0020] 在目前优选的方法实施方式中，引起光学感测器检测光学变化包括在呼气初始移 动通过流动路径之后的预定时间感测光学变化。可选地或者此外，所述方法可包括在呼气 在流动路径中移动时感测呼气的特征；并且引起光学感测器检测光学变化可包括响应于感 测特征来感测光学变化。引起光学感测器检测光学变化还可包括响应于处理信息如在本文 以上概述的处理信息来感测光学变化。
[0021] 在所述方法的优选实施方式中，呼气移动通过流动路径包括促进呼气流动到腔内 和与相互作用物子系统流动接触。
[0022] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的分析物的系统。例 如在需要或者希望使用多个步骤处理一种或多种分析物来例如促进感测的情况下，可以使 用此系统。此系统包括基座；可操作地连接至基座的接收呼气的呼气输入；以及连接至基 座并与所述呼气输入流体连通以接收呼气的气仓。所述气仓包括选用于在分析物存在于呼 气中时经历与所述分析物的第一反应以产生第一中间体的第一相互作用物。所述系统进一 步包括连接至基座的分配第二相互作用物的分配设备，所述第二相互作用物被选用于经历 与第一中间体的第二反应，其中产生与所述反应对应的光学变化。所述系统进一步包括连 接至基座并且被配置成感测光学变化的光学子系统，其中所述光学子系统响应于光学检测 产生包含关于分析物的信息的输出。
[0023] 呼气输入可包括管嘴、用于连接其中容纳呼气的非人呼气容器（例如像袋）的连 接件或二者。
[0024] 所述气仓可拆卸地连接至基座。它优选但任选地包括手柄。
[0025] 具体地说，在内部系统组分如相互作用物具有光敏性的情况下，基座可包括形成 内部并且屏蔽所述内部使其免受环境光影响的外表面，其中所述外表面包括孔隙；并且所 述气仓可包括与所述孔隙大体吻合以在气仓连接至基座时屏蔽环境光防止其进入所述孔 隙的护罩。
[0026] 相互作用物子系统优选包括选用于在分析物存在于呼气中时经历与分析物的第 一反应并且产生第一中间体的第一相互作用物；以及选用于经历与所述第一中间体的第二 反应并引起与所述第二反应对应的光学变化的第二相互作用物。作为一个说明性但目前优 选的实例，第一相互作用物可包括大致上在叔胺不存在下连接至第一底物的伯胺；并且第 二相互作用物可包括叔胺。
[0027] 在某些实施方案中，相互作用物子系统可包括硝普酸钠、二硝基苯肼、重铬酸钠、 副品红碱、溴酚蓝、二氯异氰脲酸盐、水杨酸钠、重铬酸钠、结晶紫、苄硫醇或其组合。
[0028] 在优选实施方案中，相互作用物子系统被配置成测量呼气中的分析物的内源性水 平，其中此类水平可为5ppm或更少。
[0029] 与本文以上所述的实施方案和选项一样，分配设备可被配置成在将呼气输入到呼 气输入中之后的预定时间分配第二相互作用物。可选地或者此外，所述系统可包括在呼气 在系统中移动时感测呼气特征的流量感测器；并且分配设备可被配置成响应于流量感测器 来分配第二相互作用物。
[0030] 也如参照本文以上所述的其它实施方案和方法所说明，所述系统可进一步包括处 理器，所述处理器包括处理信息，例如像本文以上所述的那些信息；并且分配设备可被配置 成响应于处理器基于处理信息来分配第二相互作用物。
[0031] 根据本发明的此方面的光学子系统还可包括如本文以上所述的部件和特征和/ 或如本文以上更充分描述的流动促进器。
[0032] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的分析物的系统，其 中所述系统包括基座；可操作地连接至所述基座的接收呼气的呼气输入；可拆卸地连接至 基座并且与呼气输入流体连通以接收呼气的气仓；以及连接至基座的感测子系统，其中所 述基座包括形成内部并且屏蔽所述内部使其免受环境光影响的外表面，并且其中所述外表 面包括孔隙，并且本发明的此方面包括进一步改进连接至所述气仓的护罩，所述护罩与所 述孔隙大体吻合以在气仓连接至基座时屏蔽环境光防止其进入所述孔隙。
[0033] 根据本发明的又一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的多种分析物的系 统。所述系统可包括基座；可操作地连接至基座的接收呼气的呼气输入；连接至基座并且 与呼气输入流体连通以接收呼气的多个气仓，其中每个气仓包括对应的相互作用物子系 统，其相对于其它气仓相互作用物为独特的并且被选用于在对应分析物存在于呼气中时经 历与这些分析物中对应的分析物的对应反应以形成对应产物状态；以及连接至基座并配置 成感测产物状态并产生包含关于多种分析物的信息的输出的感测子系统。
[0034] 根据本发明的又一个方面，提供一种用于感测使用者呼气中的多种分析物的方 法。所述方法包括提供连接至基座并且与呼气输入流体连通以接收呼气的多个气仓，其中 每个气仓包括对应的相互作用物子系统，其相对于其它气仓相互作用物为独特的并且被选 用于在对应分析物存在于呼气中时经历与这些分析物中对应的分析物的对应反应以形成 对应产物状态；以及引起连接至基座并配置成感测产物状态的感测子系统感测产物状态并 产生包含关于多种分析物的信息的输出。
[0035] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于感测患者呼气中的分析物的系统。所述 系统包括气仓，所述气仓包括第一容器、流体容器以及与所述第一容器和所述流体容器流 体连通的反应体积，所述第一容器包含第一相互作用物并且所述流体容器包含流体，其中 所述流体容器具有初始流体水平和在初始流体水平上方的空间。所述系统还包括基座，所 述基座包括用于呼气在所述基座内流动的流动路径；与所述流动路径流体连通的呼气输入 接收器，其接收呼气并将其导向流动路径；将气仓可拆卸地接纳到基座内以使得反应体积 与流动路径流体连通的气仓外壳；分配设备，其在流体容器中的初始流体水平下方形成孔 并且缓和初始流体水平上方的空间内的压力以使得流体流出液体容器并且流入反应体积， 从而相对于分析物的存在和浓度中的至少一种促进在反应体积内的光学变化；以及感测光 学变化并响应于光学变化产生包含关于分析物的信息的输出的光学子系统。分配器优选包 括细长的构件，例如像针、销、杆等。它可包括实心构件或者它可包括流体通道。
[0036] 在本发明的不同方面和它们的优选实施方案中，分配设备和相关功能涉及将液体 分配在液体容器中。为实现此操作，在液体容器的初始液体水平下方形成孔，优选完全处于 此水平下方并且更优选处于液体容器底部或者其它位置以使得从容器中获得最大量的液 体。分配功能还涉及在流体移出液体容器时缓和初始流体水平上方空间内的压力，以使得 流体移出液体容器并移入反应体积内。这优选通过在液体上方空间内刺穿或者以其它方式 形成开口来实现，以使得气体可进入所述空间以平衡压力、避免在空间内形成负压或真空 以及从而允许液体流出或者以其它方式移出液体容器的初始液体水平下方的孔。因此，优 选地为细长构件位于液体容器外面的部署位置，其中所述细长构件在流体容器的初始流体 水平下方形成孔并且缓和初始流体水平上方空间内的压力，以使得流体流出液体容器并流 入反应体积。细长构件可包括例如针、销、杆等。
[0037] 根据本发明的另一个方面，提供一种用于感测患者呼气中的分析物的方法。所述 方法包括提供气仓，所述气仓包括第一容器、流体容器和与所述第一容器和所述流体容器 流体连通的反应体积。第一容器包含第一相互作用物并且流体容器包含流体。流体容器具 有初始流体水平和初始流体水平上方的空间。所述方法还包括提供基座，所述基座包括用 于呼气在基座内流动的流动路径、与所述流动路径流体连通的呼气输入接收器、气仓外壳、 分配设备以及光学子系统。所述方法进一步包括将气仓插入到基座的气仓外壳中以使得反 应体积与流动路径流体连通并且引起呼气在流动路径中流动并流入到反应体积中。在呼气 流动通过反应体积之后，所述方法包括使用分配设备在流体容器的初始流体水平下方形成 孔并且缓和初始流体水平上方空间内的压力以使得流体流出液体容器并且流入反应体积， 从而相对于分析物的存在和浓度中的至少一种促进反应体积内的光学变化。此外，所述方 法包括感测光学变化并且响应于光学变化产生包含关于分析物的信息的输出。
[0038] 根据本发明的又一个方面，提供一种用于感测患者呼气中的分析物的系统。所述 系统包括具有反应体积的气仓和对环境光不透明的护罩。它进一步包括基座，所述基座包 括用于呼气在所述基座内流动的流动路径；与流动路径流体连通的呼气输入接收器，其接 收呼气并且将所述呼气导向流动路径中并且通过反应体积，其中呼气通过反应体积流动相 对于分析物的存在和浓度中的至少一种促进对反应体积的光学变化；将气仓可拆卸地接纳 到基座中以使得反应体积与流动路径流体连通的气仓外壳，其中气仓的护罩与基座的气仓 外壳配合以阻断环境光照射到反应体积；以及感测光学变化并响应于光学变化产生包含关 于分析物的信息的输出的光学子系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 并入本说明书中并构成本说明书的一部分的【专利附图】
【附图说明】本发明的目前优选的实施 方案和方法，并且与上文给出的一般说明和下文给出的优选实施方案和方法的详述一起用 于解释本发明的原理。在附图中：
[0040] 图1示出用于检测来自与呼气分析物反应的比色变化的设备和一次性气仓的综 合图示。
[0041] 图2示出具有整合式流量测量容量的呼气收集袋的实例。
[0042] 图3展示由呼气输入进行的间接呼气收集的实例。
[0043] 图4描绘光学感测子系统构造的总体布置。
[0044] 图5从顶视图描绘光学感测子系统构造的总体布置。
[0045] 图6描绘适合于高品质呼出气体测量的一个气动手柄。
[0046] 图7示出使用专用球阀进行部件减少的一种方法。
[0047] 图8示出根据本发明的另一个目前优选的实施方案的呼气分析设备。
[0048] 图9为图8所示设备的硬件框图。
[0049] 图10为用于收集和保存呼气样品并且用于将呼气样品输入图8至图9的呼气分 析设备的呼气样品袋的透视图。
[0050] 图11示出基于针的示例性反应引发器。
[0051] 图12示出利用线性致动器插入到基座单元中的气仓。
[0052] 图13示出滑动机构相对于感测器气仓的一个实施方案的详情。
[0053] 图14示出基于Tenax TA的呼出气体分析器柱的实例。
[0054] 图15显示可压制成固定盘的衬底片的实例。
[0055] 图16示出气仓设计的示例性一般示意图。
[0056] 图17示出用于容纳反应性颗粒的图16的保持器（130)的一个替代方案。
[0057] 图18示出可刺穿的箔安瓿的三个实施方案。
[0058] 图19示出可刺穿的安瓿的某些实施方案。
[0059] 图20示出用于容纳液体的可刺穿的罐的实施方案。
[0060] 图21示出封装到单个柱中的不同干燥试剂。
[0061] 图22示出封装到单个柱中的另一组堆叠的干燥试剂。
[0062] 图23示出使用可压缩的多孔介质保持在适当位置处的试剂。
[0063] 图24示出液体试剂可固定到气仓中的方式和它可在反应时释放的方式的一个实 例。
[0064] 图25展示液体试剂可固定到气仓中的方式和它可在反应时释放的方式的另一个 实施方案。
[0065] 图26不出多液体气仓的一个实例。
[0066] 图27示出多液体气仓的另一个实例。
[0067] 图28示出能够多次应用的一些气仓设计。
[0068] 图29不出气仓设计的一个实施方案。
[0069]图30示出在液封已破坏和液封形成之后流动路径的描绘。
[0070]图31示出具有显影剂溶液的气仓的一个实施方案。
[0071]图32为根据本发明的不同方面用于在图8至图9的呼气分析设备中使用的气仓 的一个目前优选的实施方案的示意图。
[0072] 图33为安瓿刺穿机构的一个实施方案。
[0073] 图34为安瓿刺穿机构的另一个实施方案。
[0074] 图35为安瓿破裂机构的一个实施方案。
[0075] 图36为安瓿刺穿机构的另一个实例。
[0076] 图37为安瓿刺穿机构的另一个实例。
[0077]图38为安瓿破裂机构的另一个实例。
[0078] 图39为安瓿固定策略的一个实施方案。
[0079] 图40为安瓿固定策略的另一个实施方案。
[0080] 图41为安瓿固定策略的另一个实施方案。
[0081] 图42为安瓿破裂机构的另一个实例。
[0082] 图43示出基于呼出到基座单元中的多次呼吸的呼气取样环的一个实施方案。
[0083] 图44示出在基座单元中（而不是一次性气仓中）的可置换容器内具有显影剂溶 液的呼气测量系统的一个实施方案。
【具体实施方式】
[0084] 现在详细参考如本文以下所述的和如附图所说明的本发明的目前优选的实施方 案和方法，其中在整个附图中类似参考字符指示类似或对应的部分。然而，应注意，本发明 在其更广泛方面不限于特定细节、代表性设备和方法以及在此部分结合优选实施方案和方 法所示和所述的说明性实例。鉴于本说明书和适当等效物，本发明根据其不同方面在所附 权利要求书中具体地指出并清楚地要求。
[0085] 引言
[0086] 本发明涉及用于感测呼气中的分析物并且优选用于感测内源地产生的分析物的 设备和方法。所述设备和方法可以并且优选包括包含或含有呼气反应性化学物质的气仓， 所述化学物质即与呼气中的特定或所需化学物种或组分反应的化学组分。优选地，这些呼 气反应性化学物质为特异性的，甚至在呼气背景下也为特异性的。
[0087] 特别感兴趣的一个领域涉及呼气分析。在说明性呼气成分中包括的即为已与疾病 状态相关联的分析物，所述分析物包括以下表1中列出的那些。如上所述，存在大约300种 已在呼气中鉴别出的挥发性有机化合物，所有这些化合物为用于使用此类实施方案和方法 进行分析的候选分析物。另外，在一些情况下，在呼气中的成分（分析物）的组合相对于任 何单一分析物的存在可用作优良的疾病标记。
[0088] 表 1
[0089]
【权利要求】
1. 一种用于感测患者呼气中的分析物的系统，所述系统包括： 气仓，所述气仓包括第一容器、流体容器以及与所述第一容器和所述流体容器流体连 通的反应体积，所述第一容器包含第一相互作用物并且所述流体容器包含流体，其中所述 流体容器具有初始流体水平和在所述初始流体水平上方的空间；以及 基座，其包括 用于所述呼气在所述基座内流动的流动路径； 与所述流动路径流体连通的呼气输入接收器，其接收所述呼气并将所述呼气导向所述 呼气路径中； 气仓外壳，其将所述气仓可拆卸地接纳到所述基座中，以使得所述反应体积与所述流 动路径流体连通； 分配设备，其在所述流体容器的所述初始流体水平下方形成孔并且在所述流体流出所 述液体容器时缓和所述初始流体水平上方的所述空间内的压力，以使得所述流体流出所述 液体容器并且流入所述反应体积，从而促进所述反应体积内相对于所述分析物的存在和浓 度中的至少一种的光学变化；以及 光学子系统，其感测所述光学变化并且响应于所述光学变化产生包含关于所述分析物 的信息的输出。
2. 如权利要求1所述的系统，其中所述第一容器和所述流体容器彼此相邻。
3. 如权利要求1所述的系统，其中所述反应体积处于所述第一容器内。
4. 如权利要求1所述的系统，其中所述液体容器包括设置于所述液体上方和所述空间 上方的第一密封表面，并且所述第一密封表面包括压力启动的密封，在所述密封上的压力 达到预定水平时所述密封打开。
5. 如权利要求1所述的系统，其中所述液体容器包括设置于所述液体下方的第二密封 表面，并且所述第二密封表面包括压力启动的密封，在所述压力启动的密封上的压力达到 预定水平时所述压力启动的密封打开。
6. 如权利要求1所述的系统，其中所述液体容器在所述孔处具有外表面并且在所述外 表面上的所述孔处设置有毛细作用材料。
7. 如权利要求6所述的系统，其中： 所述第一容器包括顶部表面；并且 所述液体容器的所述外表面与所述第一容器的所述顶部表面相邻，以使得所述毛细作 用材料在所述孔处接触所述液体容器的所述外表面并且所述毛细作用材料接触所述第一 容器的所述顶部表面。
8. 如权利要求7所述的系统，其中所述毛细作用材料在所述孔处接触所述液体容器的 所述外表面并且所述毛细作用材料接触所述第一容器的所述顶部表面而没有空隙。
9. 如权利要求1所述的系统，其中所述液体容器对环境光是不透明的。
10. 如权利要求1所述的系统，其中所述液体容器对环境光是不透明的。
11. 如权利要求1所述的系统，其中所述反应体积对环境光是不透明的。
12. 如权利要求1所述的系统，其中所述分配器包括细长构件和用于从初始位置移动 至部署位置的致动器，在所述初始位置中所述细长构件处于所述液体容器外部，在所述部 署位置中所述细长构件在所述流体容器中的所述初始流体水平下方形成所述孔并且缓和 所述初始流体水平上方的所述空间内的所述压力，以使得所述流体流出所述流体容器并且 流入所述反应体积。
13. 如权利要求1所述的系统，其中所述细长构件包括针。
14. 如权利要求1所述的系统，其中所述细长构件包括杆。
15. 如权利要求1所述的系统，其中所述细长构件包括流体通道。
16. 如权利要求12所述的系统，其中所述液体容器包括设置于所述液体上方和所述空 间上方的第一密封表面，并且所述第一密封表面包括一种材料，在所述细长构件以预定水 平的力接触所述材料时所述材料形成孔。
17. 如权利要求12所述的系统，其中： 所述液体容器包括设置于所述液体上方的第一密封表面和所述液体下方的第二密封 表面；并且 所述细长构件延伸通过所述第一和第二密封表面。
18. 如权利要求12所述的系统，其中所述细长构件在所述初始液体水平上方的第一位 置和所述初始液体水平下方的第二位置延伸通过所述液体容器。
19. 如权利要求1所述的系统，其中所述流体容器包括多个流体次级容器。
20. 如权利要求19所述的系统，其中所述多个流体次级容器沿着管线彼此相邻地设 置。
21. 如权利要求19所述的系统，其中所述多个流体次级容器在传送带中彼此相邻地设 置。
22. 如权利要求1所述的系统，其中所述基座进一步包括促进所述呼气在所述流动通 道中移动并且移动通过所述反应体积的泵。
23. 如权利要求1所述的系统，其中所述基座包括促进所述液体从液体容器流动的泵。
24. 如权利要求1所述的系统，其中所述基座包括缓和在液体容器中的液体上方空间 内的压力的泵。
25. 如权利要求1所述的系统，其中： 所述液体容器包括设置于所述液体上方和所述空间上方的第一密封表面； 所述第一密封表面包括压力启动的密封，在所述密封上的压力达到预定水平时所述密 封打开；并且 所述基座包括促进所述压力启动的密封打开的泵。
26. 如权利要求1所述的系统，其中： 所述液体容器包括设置于所述液体下方的第二密封表面； 所述第二密封表面包括压力启动的密封，在所述压力启动的密封上的压力达到预定水 平时所述压力启动的密封打开；并且 所述基座包括促进所述压力启动的密封打开的泵。
27. 如权利要求1所述的系统，其中所述气仓包括在所述气仓设置于所述基座中时阻 挡环境光防止其照射到所述反应体积的护罩。
28. 如权利要求1所述的系统，其中所述液体容器包括阻挡环境光防止其照射到所述 液体的外表面。
29. -种用于感测患者呼气中的分析物的方法，所述方法包括： 提供气仓，所述气仓包括第一容器、流体容器以及与所述第一容器和所述流体容器流 体连通的反应体积，所述第一容器包含第一相互作用物并且所述流体容器包含流体，其中 所述流体容器具有初始流体水平和在所述初始流体水平上方的空间； 提供基座，所述基座包括用于所述呼气在所述基座内流动的流动路径、与所述流动路 径流体连通的呼气输入接收器、气仓外壳、分配设备以及光学子系统； 将所述气仓插入到所述基座的所述气仓外壳内，以使得所述反应体积与所述流动路径 流体连通； 使所述呼气在所述流动路径中流动并且流入所述反应体积； 在所述呼气流动通过所述反应体积之后，使用所述分配设备在所述流体容器的所述初 始流体水平下方形成孔并且在所述流体流出所述液体容器时缓和所述初始流体水平上方 的所述空间内的压力，以使得所述流体流出所述液体容器并且流入所述反应体积，从而促 进所述反应体积内相对于所述分析物的存在和浓度中的至少一种的光学变化；以及 感测所述光学变化并且响应于所述光学变化产生包含关于所述分析物的信息的输出。
30. -种用于感测患者呼气中的分析物的系统，所述系统包括： 包括反应体积和对环境光不透明的护罩的气仓；以及 基座，其包括 用于所述呼气在所述基座内流动的流动路径； 与所述流动路径流体连通的呼气输入接收器，其接收所述呼气并且将所述呼气导向所 述流动路径中并且通过所述反应体积，其中所述呼气通过所述反应体积的流动促进对所述 反应体积的相对于所述分析物的存在和浓度中的至少一种的光学变化； 气仓外壳，其将所述气仓可拆卸地接纳到所述基座中，以使得所述反应体积与所述流 动路径流体连通，其中所述气仓的所述护罩与所述基座的所述气仓外壳配合，以阻挡环境 光防止其照射到所述反应体积；以及 光学子系统，其感测所述光学变化并且响应于所述光学变化产生包含关于所述分析物 的信息的输出。
31. -种用于在使用基座来感测患者呼气中的分析物中使用的气仓，其中所述基座包 括用于所述呼气在所述基座内流动的流动路径、与所述流动路径流体连通的接收所述呼气 并且将所述呼气导向所述流动路径中的呼气输入接收器、将所述气仓可拆卸地接纳到所述 基座中的气仓外壳、以及感测所述光学变化并且响应于所述光学变化产生包含关于所述分 析物的信息的输出的光学子系统，所述气仓包括反应体积和对环境光不透明的护罩，其中 所述气仓被配置成可拆卸地设置于所述气仓外壳内，以使得反应体积与所述流动路径流体 连通以接收所述呼气，其中所述呼气通过所述反应体积的流动促进对所述反应体积的相对 于所述分析物的存在和浓度中的至少一种的光学变化，并且其中所述气仓的所述护罩与所 述基座的所述气仓外壳配合以阻挡环境光防止其照射到所述反应体积。
【文档编号】A61B5/08GK104394765SQ201380017939
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2013年2月1日 优先权日:2012年2月1日
【发明者】L·M·艾哈迈德, B·萨特菲尔德, R·L·马蒂诺, Z·B·史密斯 申请人:尹沃伊技术有限公司
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