阅读说明：本技术 用于存储人类呼吸样本的设备，以及用于存储人类呼吸样本的相应方法 (Device for storing human breath samples, and corresponding method for storing human breath samples ) 是由 罗萨莉亚·奥兰迪 彼得罗·帕特里古拉 弗朗西斯科·塞格拉多 达妮埃尔·韦罗内塞 保罗·艾尔西 于 2019-07-18 设计创作，主要内容包括：公开了一种用于存储人类呼吸样本的设备(1；1*；1**；100；100*),包括：计量装置(2),其具有进口(3)和输送口(4)；分装器装置(5),其与所述计量装置(2)的输送口(4)流体连通；供应单元(6),其构造为通过其自身的输送口(7)输送流体流；采集口(8),其构造为吸入人类呼吸样本；和选择阀(9；9**)。所述选择阀(9；9**)包括第一操作状态(9A)和第二操作状态(9B；9B**),其中,在所述第一操作状态(9A)中在所述采集口(8)和所述计量装置(2)的所述进口(3)之间获得流体连通,并且在所述第二操作状态(9B；9B**)中在所述供应单元(6)的输送口(7)和所述计量装置(2)之间获得流体连通。(An apparatus (1; 100; 100) for storing a sample of human breath is disclosed, comprising: a metering device (2) having an inlet (3) and a delivery opening (4); a dispenser device (5) in fluid communication with the delivery port (4) of the metering device (2); a supply unit (6) configured to deliver a fluid flow through its own delivery port (7); a collection port (8) configured to inhale a human breath sample; and a selector valve (9; 9). The selector valve (9; 9) comprises a first operating state (9A) and a second operating state (9B; 9B), wherein in the first operating state (9A) a fluid communication is obtained between the collecting port (8) and the inlet port (3) of the metering device (2), and in the second operating state (9B; 9B) a fluid communication is obtained between the delivery port (7) of the supply unit (6) and the metering device (2).)

用于存储人类呼吸样本的设备，以及用于存储人类呼吸样本 的相应方法

技术领域

本发明是参考人类呼吸样本的采样和存储而开发的，特别用于医学分析。

背景技术

就人类呼气可能包含各种指示病理性癌症病状的化学物质而言，如今采集人类呼吸样本已成为肿瘤临床诊断的潜在手段。呼吸分析的有效性主要在于采样极其轻松，该采样以完全非侵入性的方式进行，并且患者部分无需任何特殊的努力。

任何人类呼吸样本所固有的问题是样本本身的不稳定性。样本很容易受到污染，目前只能以临时方式存储在用于采样的同一容器中，该容器通常是由聚合材料制成的袋，带有一个或多个能够取出其内容物的塞子。实际上，就在患者呼出的气体与该容器的材料之间的界面处建立的动态平衡现象而言，正是采样容器本身构成了对人类呼吸样本完整性的潜在威胁：该现象导致悬浮的聚合材料颗粒不期望地迁移到气态样本中，从而改变了样本的组分。

在人类呼吸样本的长期保存上存在的客观困难进一步降低了人类呼吸样本的有效性。采样容器不能长时间确保气体密封而不逸出，因此实际上有必要在采样后立即进行分析。除了处理大量样本的客观困难外，上述问题还完全排除了在分开的时间对同一样本进行进一步分析的可能性。

发明内容

发明目的

本发明的目的是解决上述技术问题。特别地，本发明的目的是使得能够稳定且长期地存储人类呼吸样本，从而使样本自身的污染和衰减现象最小化。

本发明的目的是通过具有形成所附权利要求的主题的特征的设备和方法来实现的，这些设备和方法形成了本文中相对于本发明提供的技术公开的不可或缺的部分。

附图说明

现在将参考附图来描述本发明，这些附图仅通过非限制性示例的方式提供，并且在附图中：

-图1是根据本发明的设备的回路图；

-图2是通过示例的方式提供的用于取得人类呼吸样本的容器的图示；

-图3是根据本发明的设备的第二实施例的回路图；

-图4和图5分别是图1和图3的变型实施例的回路图；和

-图6是对应于图1的设备的回路图，但呈现了可以扩展到本发明的所有实施例和变型的修改。

具体实施方式

图1中的附图标记1总体上表示根据本发明的用于存储人类呼吸样本的设备。

设备1包括：

-具有进口3和输送口4的计量装置2；

-与计量装置2的输送口4流体连通的分装器装置5；

-供应单元6，其构造成用于通过其输送口7输送流体流；优先地，供应单元6是有源部件，例如用于空气(或通常是气体)的压缩机，但是在某些变型中，可以设想无源部件，例如加压流体蓄能器；

-采集口8，其构造成用于吸入人类呼吸样本；和

-选择阀9。

分装器装置5构造成用于与存储容器ST流体连接，该存储容器ST优选是气雾罐，更优选地是带有袋的气雾罐，该袋关于该袋外部的推进物而限定了活性剂(在这种情况下由人类呼吸样本代替)。方便地设置有壳体SK，以保持将容器ST牢固地联接至分装器装置5。

采集口8优选地设置为气动连接器，例如快速释放联接器，用于人类呼吸样本的容器SA可以连接到该气动连接器。举例来说，容器SA(图2)包括聚合材料袋BG，其端部连接至均配备有套管C1、C2的第一塞子T1和第二塞子T2。每个套管既可以在呼出呼吸样本时用作患者的口部部件，也可以用作构成采集口8的快速释放型联接元件。

在其他实施例中，容器SA可以仅包括一个塞子(例如，T1)，另一端封闭。

分装器装置5基本上设置为可通过机械作用(本身已知)打开的喷嘴，并且在图1中示意性地表示为可在压力和机械作用下打开的预加载的单向阀(具有两个端口和两个位置)。

上游端口连接到计量装置2的输送口4，而下游端口构造为用于机械连接到存储容器ST的装载孔。

在第一操作位置5A中，计量装置2的输送口4(以及与之连接的相应的上游端口)保持隔离，就像分装器装置的下游端口一样。

在第二操作位置5B中，计量装置2的输送口4(以及与之连接的相应的上游端口)与分装器装置5的下游端口流体连通，从而使得能够从上游端口流向下游端口。

如图1中示意性表示的，可以通过随着对包括在输送口4和上游端口之间的回路延伸进行加压而产生的流体作用(该状态由导引线5P示意性地表示)和随着与存储容器ST联接而产生的机械作用(由导引线5D示意性地表示)来获得从位置5A到位置5B的切换。在后一种情况下，与容器ST的机械连接物理地限定了导引机构5D，并且物理地移动了分装器装置5的移动元件，从而将其置于位置5B。

基于分装器装置5如何构造，导引机构5P和5D既可以都存在(如图所示)，也可以单独存在其中一个或另一个。在优选情况下，仅存在导引机构5D、或存在至多两个导引机构5P和5D的组合。即使仅在本发明中设想了仅存在导引机构5P的实施例，该实施例也不是优选的，主要是因为即使在容器ST未与分装器装置5联接的情况下，它们也会引起样本的不期望的泄漏。

图1的选择阀9是具有三个端口和两个位置的类型。

两个上游端口连接如下：

i)一个连接到采集口8；和

ii)另一个连接到回路节点J上的输送口7，

同时单个下游端口连接到通向计量装置2的气动管路。

阀9设想了第一操作状态9A和第二操作状态9B，在第一操作状态9A中，在采集口8和下游端口之间获得了流体连通，而另一个上游端口(因此，输送口7)被隔离，在第二操作状态9B中，在供应单元6的输送口7和下游端口之间获得流体连通，而另一个上游端口(以及因此采集口8)保持隔离。

在本文所示的优选实施例中，计量装置2是活塞装置，其包括：计量室10，进口3和输送口4面向该计量室10；以及还包括计量活塞11，其能够在第一操作位置和第二操作位置(后者在图1中可见)之间移动。第一操作位置对应于计量室10的最小容积的状态，而第二操作状态对应于计量室10的最大容积的状态。

再次参考图1所示的优选实施例，计量活塞11被可操作地连接以被驱动至线性致动器12。优选地，线性致动器12是双作用致动器，其包括气缸13，活塞14在气缸13中可移动，活塞14限定第一室15和第二室16。

有利地，活塞14的直径大于计量活塞11的直径，以便在计量室10中对施加在活塞14上的压力进行放大。然而，可以设想不遵循该标准的实施例，特别是设想活塞11和14的直径相同，或者甚至是活塞11的直径大于活塞14的直径。将在下文中提到，致动器12也可以用其他装置代替，诸如连接到计量装置2的与计量室10相对的室的机电线性致动器或流体蓄能器。

第一室15和第二室16分别包括与分配阀19流体连通的相应的工作口17、18。

分配阀19例如是具有五个端口和两个位置的分配器。三个上游端口分别连接如下：

i)连接到输送口7；

ii)连接到通往大气的第一排放部20A；和

iii)连接到通往大气的第二排放部20B，

下游端口分别连接如下：

iv)连接至致动器12的室15；和

v)连接至致动器12的室16。

阀19包括由框19A示意性表示的第一操作位置，在该第一操作位置中，在第一室15与排放部20B之间、以及在第二室16与供应单元6的输送口7之间获得流体连通。

在分配阀19的第二操作位置(由方框19B示意性地表示)中，替代地在第一室15和供应单元6的输送口7之间获得流体连通，而第二室16连接到排放部20A。

在图3中表示的由附图标记100表示的替代实施例中，线性致动器12被包括气缸113的单作用线性致动器112代替，活塞114在气缸113中可移动，活塞114仅限定(这次)了一个流体室115，类似于致动器12的室15，而与致动器12中的室16所占据的容积相对应的容积116被用于活塞返回的装置(例如与气缸或加压流体蓄能器的轴线同轴的弹簧SP)占据。

在该实施例中，分配阀19被具有三个端口和两个位置119A、119B的分配阀119代替。

两个上游端口分别连接为：

i)连接到回路节点J处的输送口7；和

ii)连接到通往大气的排放部120，

且单个下游端口连接到致动器112的室115。

在位置119A(此处为静止位置)，隔离了连接到输送口7的上游端口，而将单个下游端口连接到排放部120。在位置119B，将连接到输送口7的上游端口连接到致动器112的端口117，而连接到排放部120的上游端口则被隔离。

无论哪个实施例(1或100)，设置在阀9和计量装置2之间的都是排出阀21，在此示意性地表示为具有三个端口和两个位置的阀。排出阀21构造成用于选择性地隔离对计量装置2的计量室10的供给。

排出阀21的两个上游端口分别连接为：

i)连接到通往大气的排放部22；和

ii)连接到选择阀9的下游端口，而唯一的下游端口则连接到进口3。

在由方框21A示意性表示的第一操作位置中，下游端口(以及带有该端口的室10)连接至通往大气的排放部22(优选地，其将设有单向止回阀，以防止污染物不期望地从外部进入)并连接至相应的上游端口，而第二上游端口被隔离，因此其上游的回路部分与室10的流体连通被切断。

在第二操作位置(21B)中，排放部22被隔离(以及与其相对应的上游端口)，而第二上游端口被连接到下游端口并且从此处被连接到进口3。

但是，应参考图4和图5记住，在分别示于图4和图5的设备1、100的变型中，阀21可以用预加载的单向阀(其可以在压力下打开)代替，该单向阀在上述附图中示意性表示并且用附图标记21*表示。

在此示出的每个阀5(分装器装置有时也称为“阀5”)、9(选择阀)，19、119(分配阀)，21(排出阀)与相应的导引机构5D、9D、19D、119D、21D(用虚线(阀5、19、119、21)或手动命令(阀9)表示)相关联。出于本说明书的目的，这通常是指所讨论的阀既可以通过气动控制或通过电气控制来驱动，又可以根据需要通过手动控制来驱动，或者通过完全或部分自动化的机电控制的方式来驱动。然而，下面将描述优选的驱动方式。

在下面描述设备1、1*，100、100*的操作。除非另有说明，否则将主要针对设备1、1*展开描述，只要设备100、100*的操作基本相同即可。

设备1使得能够将暂时存储在容器SA中的人类呼吸样本吸入到计量室10中，并且随后能够将样本自身装载到存储容器ST中以进行保存。

从功能的观点来看，工作循环的开始与活塞11的进气冲程的开始一致；也即，计量活塞11处于第一操作位置(室10的最小容积)，结果，活塞14处于致动器12的底端的行程终点位置。

从操作的观点来看，该状态原则上可以与前一循环的结束状态相一致，但是通常取决于分装器装置5的特性。特别地，这可以由在通过供应单元6向室15进行供应中时两个连续的循环之间的时间间隔内进行的初步操纵引起，其中阀19处于位置19B。

更详细地，在仅通过导引机构5D将分装器装置5驱动到打开状态的实施例中，在工作循环结束时，需要将活塞11带入第二操作位置(计量室10的最大容积)以去除压力信号5D(该压力信号5D在打开时能够将流体注入到容器ST中)，从而防止在移除容器ST时(即，在分离容器ST和分装器5的机械关闭之间的时间间隔内)发生不期望的泄漏。另一方面，在将分装器装置5设置为仅由导引机构5P才能打开的情况下，该措施甚至更重要，因为在那种情况下，在移除容器ST的瞬间呼吸样本会不受控制地排出。

因此，在每个工作循环结束时，状态是计量室10处于最大(或实际上最大)容积，且活塞11处于第二操作位置。为了使下一个循环再次开始，在活塞11处于第一操作位置时，即在用于将流体吸入室10的冲程开始时，有必要通过向致动器12的室15供给来进行上述的初步操纵。

另外，在设备1的初始启动时，优选从回路中清理可能的气态残余物，使得在假设活塞11的静止状态为第二操作位置的情况下，上述初步操纵可以通过将活塞11带回到第一操作位置(室10的最小容积，进气冲程开始)来进行，以通过分装器5排除气态残余物(显然没有连接任何容器ST)。

在上述初始状态下，并且设想：

-将装有从患者取得的人类呼吸样本的容器SA连接到采集口8；

-阀9处于位置9A(在图1和图3中，这对应于静止状态，但是，在阀9尚未处于静止状态的情况下，必须将其切换到静止状态)；

-分配阀19处于位置19A(如上，在图中这对应于静止状态，但是在阀19尚未处于静止状态的情况下，必须将其切换到静止状态)；和

-排出阀21处于位置21B(在这种情况下，通常将位置21A选择为静止位置，因此有必要将阀21切换到位置21B)，

打开与套管相关联的塞子(T1或T2)，通过该套管将容器SA连接到采集口8。

在上述操作状态下，通过供应单元6a对室16的供给，室16的容积扩大并且同时室15的容积减小(分装器装置5保持在位置5A)。

在设备100的情况下，阀9的状态不变，而阀119处于位置119A(如上，在图中该位置对应于静止状态，但在阀119尚未处于此位置的情况下，必须将其切换到该位置)，以使活塞114在弹簧SP的作用下能够上升。

结果，计量活塞11从第一操作位置转换到第二操作位置，从而将容纳在容器SA中的人类呼吸样本抽入计量室10中。

然后，设备1、100准备好将样本装载到容器ST中，容器ST优选仅在此时点才连接到分装器装置5(通过这种方式，如上所述，分装器装置5保持关闭位置5A)。根据已经描述的内容，容器ST的联接使得能够在输送口4和容器ST的装载孔之间进行流体连通。阀19被切换到位置19B，由于活塞11朝着第一操作位置移动，使得能够供给至室15并且同时减小计量室10的容积(伴随呼吸样本的加压)。

在设备100的情况下，唯一的区别在于，被切换到位置119B的是阀119，从而向室115供给并导致活塞114抵抗弹簧SP的作用而前进。

由活塞11朝第一操作位置运动而使计量室10内的呼吸样本所承受的压力，加上安装容器ST时将喷射阀5切换到位置5B(以及在通过机械和气动作用(导引机构5D+5P)使得分配器打开的实施例中，由于阀19和21切换到相应位置19B、21B)，导致呼吸样本通过阀5本身进入容器ST，从而被装载到容器ST中。

具有双重冗余的系统防止了样本向采集口8回流。首先，阀9被构造成使得在两个操作位置9A和9B中的流体只能从上游端口流向下游端口，因此由于这将具有上游方向而防止了回流。此外，阀21可以被切换到位置21A，从而隔离计量室10并且将要经历回流的样本的任何可能部分排到大气中。

然后可以将容器ST从壳体SK上移开并与分装器装置5分开。呼吸样本以安全的方式被存储，并且即使长期保存也具有可保证的稳定性。

根据本发明的有利方面，设备1必须满足的特定需求是防止在连续的循环中装载的呼吸样本间的任何交叉污染。因此，在装载每个样本后，必须清理(例如用惰性气体)与人类呼吸样本接触的流体管线，以防止随后装载的样本可能含有先前装载的样本的痕迹。样本向容器ST中装载的每个循环终止于对设备1的与人类呼吸样本接触的部分进行清理。

为了能够清理与人类呼吸样本接触的流体管线，使用了选择阀9。特别地，所讨论的阀被驱动到位置9B，从而使供应单元6的输送口7与计量装置2的进口3流体连通。

在图1和图3的实施例(设备1、100)中，清理还要求排出阀21使得流体能够流向室10，这等同于将阀驱动到位置21B。在图4和图5的变型中(设备1*，100*)，仅对阀9进行作用就足够了，因为阀21*在压力下自动打开。

然后由供应单元6通过阀9、阀21或21*、室10和分装器装置5供应惰性气体(例如氮气)，惰性气体在施加于分装器装置5上的机械作用下排到大气中，从而排出先前样本的残留物。有利地，也可以使用相同的惰性气体(如图1所示的设备那样)来供给致动器12，以简化系统并减少部件数量(尤其是避免了提供两个供应单元的需要)。

在清理步骤中，可以根据分装器装置5如何构造而再次将活塞11保持在第一操作位置(以最小容积来清理)或第二操作位置(以最大容积来清理)。

每当不需要移除来自室10的压力信号(例如信号5D)以能够关闭分装器装置并分离存储容器ST时，以最小容积进行清理是可行的。其示例由设备1、100、1*，100*的实施例提供，其中分装器装置5仅由机械导引机构ST驱动(其不必仅限于与容器ST的相互作用，而是也扩展到手动命令，而与同容器ST的联接无关)。在这些实施例中，不需要将活塞11带回到第二操作位置以分离容器ST，从而可以在从容器ST装载结束到清理以及新容器SA与新的呼吸样本连接的整个时间间隔内保持在第一操作位置(室10的最小容积)。

这带来了最小化清理容积的优点，尽管可以从与人类呼吸样本接触的所有部分中清掉刚刚装载的样本的任何可能残留物。

当针对设备1、100、1*、100*设想在装载容器ST之后去除压力信号5P时，优选以最大容积的室(活塞11在第二操作状态下)进行清理。在这种情况下，如已经描述的，在将样本装载到容器ST中结束时，执行活塞11的空行程，以使活塞11进入第二操作状态(对应于计量室10的最大容积的状态)并分离容器ST。在这种情况下，进行清理，因此需要在清理结束时执行新的空行程(即，上述初步操纵)以将活塞11带回第一操作位置，使得其准备对后续的人类呼吸样本进行新的采集。

另一方面，应当注意，在这些实施例中，在任何情况下都可以以最小容积进行清理。在活塞11进入用于分离容器ST的第二操作位置的行程结束时，活塞11本身可以立即被带回到第一操作位置，从而通过分装器装置5进行清洁(以及可通过排放部22进行清洁，阀21保持在位置21A)而部分地清理室10。此时，将阀9切换到位置9B，然后可以如前所述进行最小容积的清理，这再次有利于在将新的人类呼吸样本连接入采样容器SA中的瞬间使活塞11已经在进气冲程的起始位置。

简而言之，通过设备1、100、1*，100*，因此实现了一种用于存储人类呼吸样本的方法，该方法包括：

-提供装有人类呼吸样本的容器SA；

-将容器SA连接到采集口8；

-在选择阀9处于第一操作状态9A的情况下，控制对计量装置2的第一致动以从容器SA中抽取人类呼吸样本；

-将存储容器ST连接至分装器装置5；

-控制对计量装置2的第二致动以将抽入的人类呼吸样本发送到分装器装置5，从而将该样本充入上述存储容器ST中；

-将存储容器ST与分装器装置5分开；和

-使选择阀9进入第二操作状态9B，并通过供应单元6向计量装置2和分装器装置5供给清理流体(例如惰性气体)。

由于设备1、100、1*、100*以及根据本发明的方法，因此可以将人类呼吸样本稳定地(并且长期地)存储在加压容器中，以用于随后的诊断用途。由于相对于样本在容器SA中时所占据的容积减小了样本的容积，因此便于存储大量样本，这在医学应用中经常是必需的。由于在每个循环结束时清理了回路，因此每个样本都不会受到先前处理的样本的交叉污染。

关于清理，图6表示设备1的另一实施例，由附图标记1**表示，其特征在于具备有效性提高的清理系统。为了节省说明书的篇幅，这里描述的修改仅关于设备1**，但是可以等同地应用于所有设备100、1*、100*。

设备1**与设备1的区别仅在于选择阀9的构造，特别是关于第二操作状态的构造。选择阀在此以附图标记9**表示，而第二操作状态由9B**表示。在这种操作状态下，替代完全排除在采集口8下方的回路分支，就像在阀9的情况下那样，位置9B**的阀9**在单个下游端口和连接到采集口8的上游端口之间提供了流体连接(可以在压力下打开)(因此，可在压力下打开的连接与供应单元的输送口7和采集口8有关)。

这样，在加压流体流入先前已与人类呼吸样本接触的回路分支中时，一部分加压流在输送口7和采集口8之间打开了流体连接(示意性地表示为可在压力下打开的单向阀)，从而清理阀9**和端口8之间的回路延伸。选择阀的这种实施例尤其优选用于以下情况：(对于结构要求)在端口8和选择阀之间有一段相当大的距离，这样，在卸下容器SA时，很难自发地清理所讨论的延伸部分(实际上，替代地，在端口8和选择阀之间的流体延伸非常短的情况下可以确定这一点)。此外，应牢记的是，此处所示的设备1**配备有阀21和19，但也可以备选地配备有阀21*和/或阀119(在这种情况下，致动器12由致动器112代替)。

当然，相对于本文中已经描述和说明的内容，构造的细节和实施例可以有很大的不同，而不会因此脱离如所附权利要求所限定的本发明的保护范围。

例如，在一些实施例中，气动类型的线性致动器12可以由机电致动器代替，例如直接作用在计量活塞11上的线性蜗杆致动器，或者由再次作用在计量活塞11上的电动肘杆机构代替。这可以通过减小由于致动器12引起的负担而获得更紧凑的设备。