本技术涉及采样装置，并且具体地，本技术涉及呼吸采样装置。
背景技术：
：：1、图1a示出了呼吸采样器，该呼吸采样器是无创式呼吸采样装置10，例如在专利出版物wo2017/187120或wo2017/187141中描述的。呼吸采样装置10可以从呼出气息中收集挥发性有机化合物和气息液滴样品。呼吸采样装置10在正常潮气呼吸期间提供无创采样并具有用于气息分数目标的选项，同时确保患者安全和舒适。图1b示出了受试者正在使用的呼吸采样装置10。2、图1c是示出了呼吸采样装置10的操作的示意图。装置10包括用于对气息进行采样的多个吸附管12。典型地，每个吸附管在气息/空气的标称流率下呈现约24mbar的压降。因此，典型地如图所示，仅少量呼出气息(约2％)由装置中的每个吸附剂管采样。该量取决于受试者的气息速率和气息采样方法。仅作为示例，如果用户以10l/min的速率在呼吸采样装置10中气息，则在吸附管12中采样约0.8l/min，并且9.2l/min穿过该装置而不被采样。此外，吸附管以大致垂直于气息从用户流入装置的方向布置。3、假定在每个气息循环中仅捕获少量呼出气息，通常需要捕获几次气息以确保已经采样了足够量的呼出气息。申请人已经认识到需要这样的呼吸采样装置，其在每个气息周期中从用户/患者对更多的气息进行收集和采样。技术实现思路1、根据本技术，提供了如所附权利要求中所述的方法和装置。本发明的其它特征将从从属权利要求和随后的描述中变得明了。2、我们描述了一种设计呼吸采样装置的计算机实现的方法，该呼吸采样装置包括壳体和吸附剂材料，其中大部分的呼出气息穿过所述壳体，并且吸附剂材料延伸跨越壳体的横截面，所述方法包括：识别装置的多个参数，所述多个参数随着所述呼吸采样装置的不同设计而变化，以及选择使全局适应度值最大化的所述多个参数的值。多个参数包括吸附剂材料的质量、吸附剂材料的尺寸、吸附剂材料的厚度、穿过体积和装置内的流率中的至少两者。所述全局适应度值是通过以下步骤确定的：通过计算针对所选择的多个参数中的每个参数的特定值的适应度值，其中适应度值指示具有特定参数值的设计是否合适；以及组合针对多个参数中的每一个的适应度值。该方法可以包括计算针对所识别的多个参数中的每一个的多个参数值的适应度值，并且组合所计算的多个参数中的每一个的适应度值以获得多个全局适应度值。可以为多个参数中的每一个选择使全局适应度值最大化的计算的适应度值，并且将理解，通过选择适应度值，从而选择对应于适应度值的参数值。然后可以输出具有所选的计算的适应度值的多个参数的参数值。本领域技术人员将理解，使全局适应度值最大化可以包括为每个参数计算至少一个值。3、如下文更详细地解释的，全局适应度的最大化允许平衡装置的参数值以实现最佳装置。换句话说，与现有设计或具有不同参数值的设计相比，该装置可以被设计为使气息相对容易地通过，并且具有相对低量的吸附剂材料并收集相对高量的气息(并且因此收集气息中的感兴趣的挥发性有机化合物(voc))。4、穿过体积可以定义为一种或多种特定化合物通过吸附剂材料的保留体积。换句话说，保留体积可以是呼出气息通过该装置时被吸附剂材料实际采样的该呼出气息中的一种或多种特定化合物的体积。穿过体积还可以定义为针对一种或多种特定化合物在限定条件下的吸附剂的保留体积，例如通常在气息中找到的湿度和/或其它条件。如上所述，具有多个吸附管道的呼吸采样装置仅能够采样少量呼出气息。这部分是由于只有少量(可能10％的呼出气息)通过设有多个吸附管道的装置的部分。相反，在所述装置中，吸附剂材料延伸跨越壳体的横截面，大部分的气息穿过该横截面。因此，该装置能够跨越大部分的气息的横截面采样。呼出气息可以被分离，其中呼出气息的初始部分(例如，第一100ml)被丢弃，因为其对于分析通常不是有用的。呼出气息的剩余部分(例如400ml左右)可以被采样并且可以被称为呼出气息的目标部分。大部分可以高于呼出气息的80％、90％，并且甚至可以达到呼出气息的100％，或者其中分离的气息可以高于呼出气息的目标部分的80％、90％，并且甚至可以达到呼出气息的目标部分的100％。这将意味着在每个呼吸周期中对每次呼出气息的明显更大的体积进行采样。因此，可能只需要一次呼吸即可达到穿过体积并确保准确的测试结果。该装置可以是单次摄入采样器，但也可以收集多次呼吸。改变吸附剂材料的几何形状是复杂的，因为穿过体积取决于装置内的流率(空气速度)、吸附剂材料的厚度和吸附剂材料本身。5、选择所计算的适应度值并因此选择使全局适应度值最大化的多个参数的值可以包括使用优化算法。例如，可以设定多个参数中的每一个的初始值；可以计算多个参数的每个初始值的初始适应度值；初始适应度值可以被组合以获得初始全局适应度值；然后可以运行优化算法以迭代地调整针对多个参数中每个参数的初始值，并重复计算和组合步骤，直到全局适应度值最大化。可以使用任何适当的技术(例如蒙特卡罗方法)来设定初始值。应当理解，通过使用优化算法，为多个参数值计算适应度值，其中每个参数值是来自初始参数值的迭代。类似地，通过重复组合步骤获得多个全局适应度值。换句话说，运行优化算法有效地计算所识别的多个参数中每个参数的多个参数值的适应度值，并且组合所计算的多个参数中每个参数的适应度值以获得多个全局适应度值。6、作为运行优化算法的替代，选择使全局适应度值最大化的多个参数的值可以包括计算所选多个参数中每个参数的多个值的适应度值；组合所计算的适应度值以获得多个全局适应度值；以及为所述多个全局适应度值编索引以获得最大化的全局适应度值。换句话说，可以模拟具有多个参数的不同值的大量设计，从而可以计算每个参数的适应度值并将其存储在数据库中，从而可以从数据中提取最大全局适应度值。7、计算针对特定值的适应度值可以包括为所选择的多个参数中的每一者定义适应度函数，并且使用所定义的适应度函数来计算参数的特定值的适应度值。适应度函数描述为适应度值随参数变化而改变。适应度值可以在0和1之间变化，其中0指示完全不可接受的设计，1指示完全可接受的设计。当任何一个适应度值为零时，组合适应度值的方法可以使得全局适应度值也为零。这确保不会从过程输出不合适的设计。组合适应度值的一种方法是计算几何平均值。还可以使用赋予一些参数比其它参数更大权重的加权乘积。8、适应度函数可以被认为表示有助于评估设计的适应度的标准，并且因此它们可以表示装置上的实际或机械约束。适应度函数可以由一个或多个误差函数表示。例如，针对穿过体积和吸附剂材料的厚度中的每一者的适应度值可以低于第一阈值时趋近于0和高于第二阈值时趋近于1。这表明必须满足第一阈值，例如必须收集特定的气息体积并且吸附剂材料必须足够厚。本领域技术人员将理解，如果吸附剂材料太薄且太宽，则难以设计吸附剂材料。在第二阈值以上，没有进一步的增益。在实践中，第一和第二阈值可以被设置为不可接受的阈值和理想的阈值，其允许在0和1的极值周围的小误差余量，并且反映适应度函数趋近于0或1但除了±无穷大的值之外将不可实现0和/或1的事实。因此，仅仅作为示例，实现提供0.99的适应度值的穿过体积的总气息体积的理想值可以是xideal＝63。类似地，不能实现提供0.01的适应度值的穿过体积的总气息体积的不可接受值可以是xunacceptable＝57。应当理解，定义不同的适应度函数和/或不同的理想和可接受值可能改变设计的结果。9、针对吸附剂材料的尺寸和吸附剂材料的质量中的每一者的适应度值可以低于第一阈值时趋近于1和高于第二阈值时趋近于0。这表明一旦超过第一阈值(例如，装置的尺寸太大)，设计的适应度随着参数的进一步增加而减小，直到满足第二阈值并且设计是完全不可接受的。也可以使用理想值和不可接受值的概念。仅作为示例，提供0.99的适应度值的尺寸(直径)的理想值可以是xideal＝20mm，而提供0.01的适应度值的尺寸(直径)的不可接受值可以是xunacceptable＝30mm。尺寸可以定义为横截面积，或者对于规则形状的吸附剂材料(例如圆盘)，尺寸可以由直径定义。吸附剂质量的适应度函数可以更复杂，但是总体上，使用的吸附剂质量越低，适应度值越高。10、适应度函数可以是误差函数的组合。例如，第一误差函数可以具有在第一气流阈值以下就趋近于0的适应度值，并且一旦超过第二气流阈值适应度值就趋近于1，并且在两个阈值之间具有平滑曲线，并且在第二误差函数中，设备具有在第三气流阈值以下就趋近于1的适应度值，并且一旦超过第四气流阈值适应度值就趋近于0，并且在第三和第四阈值之间具有平滑曲线。当组合误差函数时，也可以使用理想值和不可接受值的概念。例如，气流的理想值的范围可以定义为在35l/min和150l/min之间，并且气流的不可接受值的范围是低于25l/min和高于200l/min。11、穿过体积和流率值至少部分地由吸附剂材料的几何形状确定。因此，改变吸附剂材料的质量、尺寸和/或厚度可能影响穿过体积和流率值。流率还可以取决于使用该装置的患者的肺数据。因此，在计算适应度值之前，该方法可以包括例如使用吸附剂材料的质量、尺寸和/或厚度的一个或多个特定值和肺数据来评估穿过体积和流率。在存在例如针对不同类型的患者的多组肺数据的情况下，该方法可以包括计算针对每组肺数据的每个选定参数的适应度值。12、换句话说，可以使用经验导出的公式和/或公知的精确公式来评估(例如计算)穿过体积和流率。例如，可以通过将所获得的针对一种或多种感兴趣的化合物的特定穿过体积的值(吸附剂的每单位质量的穿过体积)乘以吸附剂材料的质量来计算穿过体积。如果穿过体积是根据与人类呼吸具有相同温度和湿度(约35℃；60％-80％相对湿度)的空气的适当测量经验性推导的，则穿过体积也可以考虑呼出气息的湿度和温度的影响。例如，可以通过计算在特定的一组条件下吸附剂材料的多少百分比将被气息中的水有效地失活来考虑湿度，并且因此可以获得多少百分比的吸附剂材料来捕获感兴趣的化合物。可用于捕获感兴趣化合物的吸附剂材料的这种减少表现为穿过体积的减少。这可以通过改变其它参数来抵消，例如增加吸附剂材料的料层深度。可以根据例如根据相对于空气速度的穿过体积的测量和/或相对于吸附剂厚度的穿过体积的测量来内插特定穿过体积。换句话说，穿过体积可以被认为是依赖于空气速度和/或吸附剂厚度的经验导出值。已知给定迭代的吸附剂厚度，但需要获得空气速度。例如，可以使用标准公式根据流率(dv/dt)计算空气速度。可以根据通过吸附剂材料的流动阻力和肺数据来确定流率。可以根据吸附剂几何形状和吸附剂流动阻率来计算通过吸附剂材料的流动阻力。13、装置内的其它部件可对穿过体积和/或流率的值产生影响。例如，该装置还可以包括孔口板，该孔口板具有限制通过该装置的流率的孔口。因此，孔口板可以用作增加吸附剂材料量的替代物(或作为增加吸附剂材料量的补充)。通常，我们试图将吸附剂材料的量保持在最小，因此使用孔口板将是有益的。所述多个参数还可以包括孔口直径，并且所述方法可以包括选择孔口直径的值，该值在选择其它值时使全局适应度最大化。该方法还可以包括基于孔口直径的特定值来评估流率的特定值，例如使用定义孔口几何形状对流率的影响的标准公式。14、我们还描述了制造具有输出选择值的呼吸采样装置的方法。换句话说，我们还描述了一种呼吸采样装置，该呼吸采样装置包括壳体和吸附剂材料，在使用中，呼出到呼吸采样装置中的大部分气息通过该壳体，该吸附剂材料跨越壳体的横截面延伸，其中，呼吸采样装置是根据上述方法制造的。当排除气息的分离部分时，气息的大部分可以高于气息的80％或气息的目标部分。吸附剂材料可延伸超过横截面的至少50％，甚至至少70％。15、我们还描述了一种呼吸采样装置，包括：呼出气息通过其接收在装置中的入口；呼出气息通过其离开装置的第一出口；壳体，其连接在入口和第一出口之间并且在使用中，用户呼出气息的大部分通过所述壳体，以及跨越壳体的横截面延伸的吸附剂材料。16、应当理解，对于不同的输入，例如不同的适应度曲线和/或不同的肺数据，将输出不同的优化参数。仅仅，作为示例，对于圆盘形吸附剂材料，上述方法可以输出具有4.03mm的吸附剂厚度和17.2mm的吸附剂直径的优化参数。因此，吸附剂材料可以具有大约4.03mm的厚度和大约2322mm的表面积或横截面面积。在另一次迭代中，上述方法可以输出具有2.5mm的吸附剂厚度和21.9mm的吸附剂直径(即约377mm2的表面积)的优化参数。在另一次迭代中，上述方法可输出具有3.12mm的吸附剂厚度和25.6mm的吸附剂直径(即，约515mm2的表面积)的优化参数。在每个实施例中，吸附剂材料的宽度(直径)明显大于其厚度，这与标准吸附管形成对比，例如，宽度可以在厚度的大约4倍至9倍之间。换句话说，吸附剂材料大(即宽)且薄。17、吸附剂材料可以是单件，例如圆盘或其它合适的形状。可替代地，吸附剂材料可以由多个离散部分形成，例如圆盘或诸如矩形部分的其它形状，其中离散部分的总尺寸总和为期望的尺寸。离散部分可以各自是相同的或不同的尺寸。例如，直径为21.9mm的圆盘可以由每个直径为9.8mm的五个离散部分形成。离散部分可以支撑在吸附剂保持器中。例如，每个离散部分可以被保持在吸附剂保持器中的单独通道内。18、该装置还可以包括指示已经由该装置采样的总气息量的指示器。该指示器可以是颜色改变条带，其中当已经达到总体积(并且因此期望的穿过体积)时改变颜色，或者可以是当已经达到总体积(并且因此期望的穿过体积)时膨胀到拉紧形状的袋。这种指示器是机械的或化学的，但不引入任何电子元件。可替代地，可以使用电子部件，例如，可以包括用于测量总气息量的呼吸量计。所述装置还可以包括指示由所述装置采样的气息的时间长度的指示器。当用户已经通过设备呼出特定时间(例如，7分钟)时，可能已经达到期望的穿过体积。19、该装置还可以包括孔口板，该孔口板具有限制流过该装置的孔口。孔口板可以放置在吸附剂材料和出口之间。孔口板可以由孔口板保持器保持在适当位置。孔口的直径和长度可根据装置的设计进行调节。20、该装置还可以包括旁通部件。该旁通部件被配置成分割来自用户的呼吸循环。换句话说，旁通组件被配置成允许呼出气息的初始部分离开装置而不被吸附剂材料采样。通常，呼吸周期的初始部分不包含任何有用的数据并且最好被丢弃。旁通部件可以是机械部件，例如膨胀到固定体积的气球或袋或流量开关。同样，这避免了对电子元件的需要。该装置可以包括用于呼出气息的第二出口，并且旁通部分可以被配置成使得呼出气息的初始部分通过第二出口离开装置。21、该装置还可以包括过滤器，该过滤器在入口和吸附剂材料之间，并且过滤出气息中的细菌、病毒或其它不期望的元素。吸嘴可以安装到入口以便于用户使用。应当理解，指示器、孔口板、旁通部件、过滤器、吸嘴的任何组合可以结合在装置中。适配器可用于促进部件之间的连接，从而可实现完全模块化的装置。此外，该装置可以是完全模块化的装置，其中根据特定用途沿着流动路径以不同顺序放置部件。例如，如果期望过滤器吸收挥发性有机化合物(voc)，则可将过滤器放置在吸附剂壳体之后。22、如本领域技术人员将理解的，上述方法可以实现为系统或计算机程序产品。因此，本技术可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。23、此外，本技术可以采取体现在其上具有计算机可读程序代码的计算机可读介质中的计算机程序产品的形式。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读介质可以是，例如但不限于，电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或前述项的任何合适的组合。24、可以用一种或多种编程语言的任何组合来编写用于执行本技术的操作的计算机程序代码，该编程语言包括面向对象的编程语言和常规过程编程语言。代码组件可以实现为过程、方法等，并且可以包括子组件，其可以采取从本机指令集的直接机器指令到高级编译或解释语言构造的任何抽象级别的指令或指令序列的形式。25、本技术的实施例还提供了装载代码的非瞬时性数据载体，当在处理器上实现代码时，使得处理器执行本文描述的任何方法。26、这些技术还提供了用于实现上述方法的处理器控制的代码，例如在通用计算机系统上或在数字信号处理器(dsp)上的代码。这些技术还提供装载处理器控制代码的载体，以便在运行时实现上述方法中的任何方法，特别是在非暂时性数据载体上。该代码可以被提供在诸如磁盘、微处理器、cd-rom或dvd-rom、诸如非易失性存储器(例如闪存)或只读存储器(固件)的编程存储器的载体上，或者被提供在诸如光学或电信号载体的数据载体上。用于实现本文描述的技术的实施例的代码(和/或数据)可以包括资源、对象、或以常规编程语言(例如python、c)(解释或编译)的代码、汇编代码、用于设置或控制asic(专用集成电路)或fpga(现场可编程门阵列)的代码、或者用于硬件描述语言(例如verilog(rtm)或vhdl(甚高速集成电路硬件描述语言))的代码。如本领域技术人员将理解的，这种代码和/或数据可以分布在彼此通信的多个耦合组件之间。该技术可以包括控制器，该控制器包括耦合到系统的一个或多个部件的微处理器、工作存储器和程序存储器。27、本领域技术人员还将清楚，根据本技术的实施例的逻辑方法的全部或部分可以适当地体现在包括执行上述方法的步骤的逻辑元件的逻辑装置中，并且这种逻辑元件可以包括例如可编程逻辑阵列或专用集成电路中的诸如逻辑门的组件。这种逻辑布置还可以实现为使用例如虚拟硬件描述符语言在这种阵列或电路中临时或永久地建立逻辑结构的使能元件，其可以使用固定的或可传送的载波介质来存储和传送。28、在一个实施例中，本技术的方法可以以其上具有功能数据的数据载体的形式实现，所述功能数据包括功能性计算机数据结构，以当加载到计算机系统或网络中并由此操作时，使所述计算机系统能够执行上述方法的所有步骤。29、尽管示出和描述了本发明的一些优选实施例，但是本领域的技术人员将理解，可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种改变和修改，如所附权利要求中所限定的。当前第1页12当前第1页12