用于哮喘、肺結(jié)核及肺癌診斷及疾病管控的呼吸分析系統(tǒng)及方法
【專利說明】用于哮喘、肺結(jié)核及肺癌診斷及疾病管控的呼吸分析系統(tǒng)及方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2009年11月30日，申請(qǐng)?zhí)枮?00980155812.0，發(fā)明名稱為“用于哮喘、肺結(jié)核及肺癌診斷及疾病管控的呼吸分析系統(tǒng)及方法”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002]相關(guān)串請(qǐng)案交叉參考
[0003]本申請(qǐng)案主張2008年12月I日申請(qǐng)的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)案第61/118，977號(hào)的優(yōu)先權(quán)，出于所有目的，所述案件的全部?jī)?nèi)容以引用方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明提供用于利用氣體傳感器技術(shù)低成本、快速且準(zhǔn)確地診斷及監(jiān)測(cè)諸如感染及慢性疾病等呼吸疾患且尤其哮喘、肺結(jié)核及肺癌的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0005]人呼吸分析的臨床研宄發(fā)現(xiàn)，來自人呼吸的某些示蹤氣體與某些疾病有關(guān)，尤其諸如哮喘、肺結(jié)核(TB)及肺癌等肺相關(guān)疾病(參見M.菲利普斯(M.Philips)等人，癌癥生物標(biāo)記(Cancer B1markers)，3:95-109 (2007) ;Μ.菲利普斯(M.Philips)等人，肺結(jié)核(Tuberculosis), 87:44-52 (2007))。在其它應(yīng)用中，氣體分析可用以確定與人存在不相容的危險(xiǎn)物質(zhì)或易散性氣體(例如甲烷、一氧化碳或二氧化碳)的存在。
[0006]當(dāng)前的氣體分析系統(tǒng)仍主要依賴于大且昂貴的實(shí)驗(yàn)室儀器，例如氣相色譜儀(GC)及質(zhì)譜儀(MS)0大多數(shù)所述儀器(尤其是質(zhì)譜儀)具有妨礙顯著減小其尺寸的操作特性，意味著當(dāng)前的氣體分析系統(tǒng)是大且昂貴的裝置且難以操作(例如，實(shí)驗(yàn)室型GC/MS)。
[0007]除昂貴以外，當(dāng)前氣體分析裝置的大尺寸使得這些儀器不能廣泛地使用。定點(diǎn)照護(hù)分析非常有利，然而，當(dāng)前沒有可以利用的系統(tǒng)。
[0008]哮喘是一種慢性肺病，其特征為咳嗽、喘息、胸部緊迫感及呼吸不適的反復(fù)發(fā)作。肺部炎癥促成可使哮喘發(fā)作突然發(fā)生的支氣管收縮及所述慢性疾病的進(jìn)展。據(jù)估計(jì)，在美國超過2000萬人患有哮喘。美國國家心臟、肺及血液研宄所(Nat1nal Heart Lung andBlood Institute)指出，每年哮喘的直接及間接健康護(hù)理成本總計(jì)161億美元。
[0009]TB每年奪取大約200萬人的生命，是世界上研宄得最徹底的致命疾病之一。TB診斷法已幾十年未改變，盡管其性能公認(rèn)較差。當(dāng)前的診斷方法包括痰涂片顯微鏡檢查、培養(yǎng)及胸部X-射線。然而，所述方法具有較差敏感度(涂片顯微鏡檢查的敏感度為45-60% )、較差特異度(X-射線的特異度約為66%)，或者太漫長(zhǎng)(培養(yǎng)需3-6周)。
[0010]最近研宄表明，基于患者呼出的VOC及所培養(yǎng)分支桿菌氣體的TB測(cè)試使用GC/MS儀器具有非常高的敏感度及特異度(參見邁克爾-菲利普斯(Michael Phillips)等人，肺結(jié)核(Tuberculosis)87:44-52(2007);萊因哈德-芬得(Reinhard Fend)，臨床微生物學(xué)期刊(J.Clin.Microb.)，第2039-2045頁(2006年6月))。但是此方法需要非常復(fù)雜的設(shè)置，而且在此領(lǐng)域使用不可行。
[0011]肺癌是肺組織中細(xì)胞生長(zhǎng)不受控制的疾病。大多數(shù)原發(fā)性肺癌是源自上皮細(xì)胞的肺癌瘤。肺癌是男性癌癥相關(guān)死亡的最常見原因，且在女性中也最常見，其每年導(dǎo)致全世界130萬例死亡。肺癌的主要類型是小細(xì)胞肺癌(SCLC)及非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)。此區(qū)分很重要，因?yàn)橹委煼桨覆煌?；非小?xì)胞肺癌(NSCLC)有時(shí)用手術(shù)來治療，而小細(xì)胞肺癌(SCLC)通常對(duì)化學(xué)療法及放射有良好應(yīng)答。
[0012]當(dāng)前需要能夠?qū)嵤┤撕粑治鲆詸z測(cè)及診斷哮喘、肺結(jié)核及肺癌的系統(tǒng)及方法。需要易于使用且具有高敏感度及特異度的用于呼吸分析及周圍空氣監(jiān)測(cè)的裝置。本發(fā)明滿足這些及其它需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明提供能夠?qū)嵤┤撕粑治鲆詸z測(cè)、診斷及監(jiān)測(cè)呼吸疾患、肺感染及慢性疾病的系統(tǒng)及方法。本發(fā)明還揭示藥物功效測(cè)試方法。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供檢測(cè)個(gè)體是否患有哮喘或監(jiān)測(cè)哮喘個(gè)體的方法，其包含:
[0015]使個(gè)體的呼吸與設(shè)備接觸，所述設(shè)備配備有氣相色譜儀，其中所述氣相色譜儀以流體方式耦合至檢測(cè)器陣列以產(chǎn)生信號(hào)；及
[0016]分析來自檢測(cè)器陣列的信號(hào)以確定個(gè)體是否患有哮喘。
[0017]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述設(shè)備在氣相色譜儀的上游進(jìn)一步包含預(yù)濃縮器。
[0018]有利地，所述系統(tǒng)及方法通過檢測(cè)VOC、及/或NO、及/或呼吸流速相比于現(xiàn)有技術(shù)可提高哮喘等級(jí)及嚴(yán)重程度監(jiān)測(cè)的特異度、敏感度并增大其動(dòng)態(tài)范圍。
[0019]在一個(gè)方面中，所述系統(tǒng)及方法可為患有輕微哮喘或未患哮喘的患者監(jiān)測(cè)VOC。監(jiān)測(cè)周圍空氣且可保存為背景信號(hào)以供參考。在一個(gè)方面中，在患者吸入之前對(duì)周圍空氣進(jìn)行過濾。在替代實(shí)施例中，隨后自檢測(cè)到的呼氣信號(hào)過濾或減除保存的背景信號(hào)。
[0020]在某些情況下，可通過例如在藥物治療之前、期間及/或之后監(jiān)測(cè)VOC、NO及流速來管控關(guān)于藥物治療的決定。此外，本發(fā)明所揭示系統(tǒng)及方法為哮喘患者提供環(huán)境污染預(yù)警，從而警告患者遠(yuǎn)離某些環(huán)境VOC。
[0021]本發(fā)明所揭示方法及系統(tǒng)可以多種格式及平臺(tái)實(shí)施，例如便攜式、手持式或?qū)嶒?yàn)室儀器。所述設(shè)備可納入或整合至氣體分析儀中，例如GC/MS、GC/FID、GC/激光檢測(cè)器、GC/納米粒子傳感器、GC/QCM及電子鼻(eNose)裝置。
[0022]在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供用于TB檢測(cè)的系統(tǒng)及方法，其準(zhǔn)確、快速且為便攜式的(例如定點(diǎn)照護(hù)服務(wù))，且令人驚訝地能負(fù)擔(dān)得起。
[0023]因此，本發(fā)明提供檢測(cè)個(gè)體是否患有肺結(jié)核或監(jiān)測(cè)肺結(jié)核個(gè)體的方法，其包含:
[0024]使個(gè)體試樣的頂部空間或個(gè)體的呼吸與設(shè)備接觸，所述設(shè)備配備有氣相色譜儀，其中所述氣相色譜儀以流體方式耦合至檢測(cè)器陣列以產(chǎn)生信號(hào)；及
[0025]分析來自檢測(cè)器陣列的信號(hào)以確定個(gè)體是否患有肺結(jié)核。
[0026]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述設(shè)備在氣相色譜儀的上游進(jìn)一步包含預(yù)濃縮器。
[0027]有利地，本發(fā)明所揭示系統(tǒng)及方法基于患者呼出的VOC及/或所培養(yǎng)TB細(xì)菌的氣體對(duì)于TB測(cè)試具有高敏感度及高特異度。所述測(cè)試及分析非?？焖偾铱稍跀?shù)分鐘內(nèi)完成。
[0028]在某些方面中，所述系統(tǒng)及方法是便攜式的，且可在藥物治療之前、期間及之后廉價(jià)地檢測(cè)TB患者的VOC以有效地管控及控制TB患者的藥物治療。在替代方面中，所述系統(tǒng)及方法在各種藥物治療之前、期間及/或之后監(jiān)測(cè)TB培養(yǎng)物或患者的VOC以確定用于抗藥性TB細(xì)菌的最有效藥物。
[0029]另外，本發(fā)明所揭示系統(tǒng)及方法監(jiān)測(cè)來自個(gè)體痰或痰培養(yǎng)物的頂部空間氣體的揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)以診斷患者是否患有TB。
[0030]在某些其它方面中，本發(fā)明方法及系統(tǒng)使用個(gè)體的呼吸、痰或痰培養(yǎng)物來檢測(cè)TB感染。在某些方面中，可利用自分枝桿菌培養(yǎng)物的頂部空間取樣來檢測(cè)治療期間的抗藥性細(xì)菌。醫(yī)學(xué)專業(yè)人員可檢測(cè)藥物治療期間TB患者的VOC以有效地管控及控制TB患者的藥物治療。此外，本發(fā)明方法及系統(tǒng)容許監(jiān)測(cè)來自培養(yǎng)物的VOC以實(shí)施抗藥性測(cè)試。
[0031]在又一實(shí)施例中，本發(fā)明提供檢測(cè)個(gè)體是否患有肺癌或監(jiān)測(cè)肺癌個(gè)體的方法，其包含:
[0032]使個(gè)體的呼吸與設(shè)備接觸，所述設(shè)備配備有氣相色譜儀，其中所述氣相色譜儀以流體方式耦合至檢測(cè)器陣列以產(chǎn)生信號(hào)；及
[0033]分析來自檢測(cè)器陣列的信號(hào)以確定個(gè)體是否患有肺癌。
[0034]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述設(shè)備在氣相色譜儀的上游進(jìn)一步包含預(yù)濃縮器。
[0035]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)以下詳細(xì)說明及圖將了解本發(fā)明的其它目的、特征及優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0036]圖1A-C繪示本發(fā)明檢測(cè)及監(jiān)測(cè)哮喘的一個(gè)實(shí)施例；圖B繪示嘴及肺清洗且圖C繪示嘴及肺清洗。
[0037]圖2A-B繪示本發(fā)明檢測(cè)及監(jiān)測(cè)哮喘的實(shí)施例；圖8繪示本發(fā)明檢測(cè)及監(jiān)測(cè)哮喘的一個(gè)實(shí)施例。
[0038]圖3繪示本發(fā)明檢測(cè)及監(jiān)測(cè)TB的一個(gè)實(shí)施例。
[0039]圖4A-B繪示本發(fā)明檢測(cè)及監(jiān)測(cè)TB的實(shí)施例；圖B繪示本發(fā)明檢測(cè)及監(jiān)測(cè)TB的一個(gè)實(shí)施例。
[0040]圖5A-B繪示本發(fā)明檢測(cè)及監(jiān)測(cè)TB的實(shí)施例；圖B繪示本發(fā)明檢測(cè)及監(jiān)測(cè)TB的一個(gè)實(shí)施例。
[0041]圖6繪示本發(fā)明檢測(cè)及監(jiān)測(cè)TB的一個(gè)實(shí)施例。
[0042]圖7繪示本發(fā)明檢測(cè)及監(jiān)測(cè)TB的一個(gè)實(shí)施例。
[0043]圖8繪示本發(fā)明檢測(cè)及監(jiān)測(cè)TB的一個(gè)實(shí)施例。
[0044]圖9繪示哮喘分類方案的一個(gè)實(shí)施例。
[0045]圖10A-B繪示哮喘檢測(cè)的一個(gè)實(shí)施例，其中VOC用于檢測(cè)及診斷“未患哮喘或輕微哮喘”(圖A);且NO用于檢測(cè)輕微及嚴(yán)重哮喘(圖