JP4860879B2 - Breath test apparatus and method - Google Patents
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Description
【0001】
発明の分野
本発明は呼気検査機器の分野およびこの機器の使用法に関し、特に呼気検査の精度、信頼性および結果を提供する速度に関連する。
【0002】
発明の背景
科学、工業および医学における多くの測定機能およびモニター機能に、気体分析器が使用されている。具体的には、患者における数多くの医学的状態を検出するために呼気検査を利用することに基づいて、診断機器に気体分光計が幅広く使用されるようになっている。多くの呼気検査の方法論および機器についての説明が、本出願における発明者の一部であるD. KatzmanおよびE. Carlebachによる、国際公開第99/12471号(WO99/12471)パンフレット、標題「呼気検査分析器(Breath Test Analyzer)」に開示されている。呼気検査機器に使用されるような気体分析器を構成し、操作する方法が、その一部が本出願の発明者であるBen-Oren, L. Coleman, E. Carlebach, B. GironおよびG. Levitskyによる国際公開第99/14576号パンフレット、標題「同位気体分析器(Isotopic Gas Analyzer)」に開示されている。特定の医学的状態を検出するためにいくつかの呼気検査を適用することが、本出願の発明者のうちの一人に発行された特許に含まれている。これらの特許とはすなわち、D. Katzmanに発行された米国特許第5,962,335号明細書、標題「薬物代謝を検出するための呼気検査(Breath Test for Detection of Drug Metabolism)」、および、D. Katzmanに発行された米国特許第5,944,670号明細書、標題「細菌感染を検出するための呼気検査(Breath Test for Detection of Bacterial Infection)」、および、D. Katzmanに発行された米国特許第6,067,989号明細書、標題「ヘリコバクター・ピロリ感染を診断するための呼気検査(Breath Test for Detection of Bacterial Infection)」である。上記各明細書全体を参考のため、本明細書に引用する。
【0003】
このような呼気検査は、マーカー基質の摂取に基づいている。マーカー基質は、特定の細菌または求められている酵素作用によって、または、検査されている代謝機能の結果として劈開され、これによりマーキングされた副産物を産出する。これらの副産物は、血流中に吸収され、患者の呼気中に発散される。この呼気中で、気体分析器によって副産物が検出される。
【0004】
このような基質をマーキングする良く知られた1つの方法は、基質の成分原子の1つを同位体富化原子と置換することによる。このような基質およびその副産物は、一般に同位体標識と呼ばれる。このような検査手順に一般に使用される1つの原子は、非放射性炭素−13原子であり、この原子は、自然発生する炭素の約1.1%の比で存在する。13Cをトレーサとして使用する場合、多くのこのような検査で産出された劈開産出物は、13CO2となる。13CO2は、血流中に吸収され、患者の呼気中に発散される。呼気試料は、このマーカー基質を摂取する前と後とで、典型的には質量分析計または非分散赤外線分光計において分析される。12CO2に対する13CO2の比の変化が検出されると、この変化は、特定の細菌または求められている酵素作用の存在についての情報を提供するのに用いられるか、または、検査されている代謝機能の尺度として用いられる。
【0005】
検査下のプロセスから生じるCO2量は、身体の代謝プロセス全てから生じる総CO2産出量の極めて僅かな比率しか占めないので、呼気検査機器は、患者の呼気中で自然発生する13CO2の比率の極めて小さな変化を検出できなければならない。典型的には、機器は、患者が吐き出した呼気中の13CO2レベルの100万分のいくつかの変化を検出可能であるべきである。患者が吐き出す呼気中の全13CO2含有率は、数100ppmのオーダしかない。このような理由から、前記検査に使用される気体分析器の感度、選択度および安定性は、正確かつスピーディな結果が得られるように、出来る限り高レベルでなければならない。
【0006】
さらに、機器はケア時点環境で動作するようになっていて、この環境では一般的には技術者が継続的に居るわけではないので、機器はそれが良好な作動状態にあるかどうか、または使用可能であるかどうかを明らかにするために、良好な自己診断能力を有していなければならない。同様の理由から、機器は、前記自己診断検査などで示された較正レベルにおけるあらゆるドリフトを補正するための自己較正能力レベルをも有するべきである。
【0007】
ケア時点環境で機器を使用することは、検査に続いて患者に正確な診断を与えることができるスピードに、付加的な重要性を加える。従って、患者のコンプライアンスを増すために、有意な診断情報に関して測定結果を分析するための呼気検査に用いられる方法は、決定的かつ信頼性の高い結果を出来る限り短時間で提供できるように構成されるべきである。さらに、患者および基質の単純な準備手順を用いることにより、医師の診療所での検査の実施が著しく簡単になる。
【0008】
本明細書のこの項および他の項で述べた全ての刊行物の開示内容全体を、参考のため本明細書中に引用する。
【0009】
発明の概要
本発明は、呼気検査の正確さ、スピードおよび信頼性を保証するための新しい方法および装置を求める。本発明の多くの別個の観点をここに開示する。これらの観点に含まれる対象の一例は以下の通りである:
(i) 患者の準備および基質の摂取の方法;
(ii) 最小限の時間内で正確な診断を提供するように、呼気検査の結果を分析して算出する方法;および
(iii) 呼気検査機器の自己診断機能および較正
【0010】
本発明の1つの観点によれば、本発明の好ましい実施態様に従って、呼気検査を実施する方法、および、呼気検査の適用前の、患者の準備のために採用された手順に関連して、前記呼気検査の有意な結果の達成をスピードアップする方法が提供される。これらの方法は、本出願に記載したように、また先行技術の項で挙げた文書に記載されたように、事実上連続的に呼気をサンプリングして分析する方法であるからこそ、初めて可能になる。さらに、呼気検査の前に摂取のために基質を準備して管理する方法が記載されている。
【0011】
本明細書を通して、また、特許請求の範囲に記載したように、サンプリングおよび/または分析を記述する用語、例えば「事実上連続的なサンプリング」、または、「事実上連続的な分析」または同等の記述表現、例えば、「実質的に連続的に」という用語は、所定の速度で繰返し反復して実施可能なサンプリング法または分析法を意味する。この繰返し速度は、呼気検査による調査下で生理学的影響から有用な臨床的情報を見極めるのにかかる時間内で、多数のサンプリングおよび/または分析が充分に行われるほど高い。従ってこのような速度は、関与する呼気検査のタイプに大きく関連する。例えばヘリコバクター・ピロリの検出のための呼気検査の場合、有意な臨床的結果はせいぜい数分で既に得ることができるので、「事実上連続的なサンプリング」は、ほとんど被検者が呼気を吐き出す毎の速度を意味することになる。他方、肝臓機能のための呼気検査の場合、有意な結果が得られる前に数時間かかることがある。この場合「事実上連続的なサンプリング」または同等の用語の状態は、例えば30分毎の呼気試料捕集および/または分析によって実現することができる。
【0012】
事実上連続的にサンプリングまたは分析を行うというこのような特徴は、呼気の個別バッグをサンプリングして分析するという先行技術の方法を上回る多くの利点を本発明にもたらす。現実的に見て、このような従来の方法を「事実上連続的に」実施することは、ほとんど不可能というわけではないにしても、困難である。またこのような特徴は、本発明が臨床的に有意な結果を従来の方法よりも迅速に、しかもより高レベルの信頼性をもって提供することを可能にする。
【0013】
本発明の別の観点によれば、本発明の好ましい実施態様に従って、従来の方法を用いることにより可能な時間よりも著しく短い時間内に正確な診断を提供するように、呼気検査の結果を分析する方法がさらに提供される。これらの方法には、被検者の口腔活性の存在を検出するための方法を用いることが含まれる。口腔活性は、検査されている生理学的状態または求められている細菌感染とは無関係に、標識基質と口腔内の細菌とが直接的に相互作用することから生じる。このような口腔活性を検出し、その沈静化後まで、捕集した呼気の分析を遅らせることは重要である。さもなければ、被検者の血流および肺を通る代謝経路を横切った後に被検者の呼気中に発散された標識基質の副産物を検出するための呼気検査能力はひどく低下することになる。
【0014】
ベースライン同位体比に関して同位体比の変化を算出するための、さらに別の新規の好ましい方法が開示される。このような方法は、測定中に妨害または過剰のノイズのおそれがある状況において、より信頼性の高い検査結果が得られることを可能にする。呼気検査機器におけるドリフト効果に対抗する別の方法が記載されている。このようなドリフト効果は、現時点で捕集された試料を、前回に捕集されたベースライン試料と正確に比較する能力を制限するおそれがある。本発明のこのような好ましい実施態様によれば、サンプリング時点毎に捕集された試料は、ベースライン試料または外部基準気体と比較されるのではなく、前回のサンプリング時点で捕集された試料と比較される。
【0015】
開示された別の好ましい実施態様の場合、検出された同位体比の変化は、同位体比の相対変化(Relative Change in Isotopic Ratio)またはRCIRと呼ばれる、新たに提案されるパラメータを使用して分析される。RCIRは、現時点で得られた比の部分的な変化を比較する。得られた比は、それぞれが固有の利点を有する種々様々な同位体比に対して基準化される。また、検査結果における生理学的または機器的なノイズ効果を低減するために、得られる検査結果の進行に応じて、RCIRパラメータに対して異なる定義を使用する方法も開示される。ベースライン・レベルのより正確な検出方法も開示される。これにより、単一の離脱測定点による生じ得る不都合な影響を排除するために、複数のベースライン測定が行われる。
【0016】
呼気検査の動作機能は、被検者の呼気試料の成分の同位体比における変化が、求められている効果に関連して臨床的に有意である場合、これを見極めることである。このような見極めのための基準は、従来技術の多くに用いられているように、割り当てられた検査時間に、または検査時間内で、同位体比が予め規定された閾値レベルを超えたか否かである。本発明の別の好ましい実施態様によれば、出来る限り短い測定時間で最高の感度および特異度を達成するために、呼気検査分析器は、患者の呼気の同位体比が臨床的に有意か否かを見極めるための固定的な基準を用いない。その代わりに、この基準は、検査中に明示された多数のファクタに応じて、検査経過中に変化させられる。これらのファクタには例えば、検査の経過時間、検査を実施する機器のノイズレベル、および検査の生理学的結果自体が含まれる。
【0017】
多くの従来の手順の場合、同位体比の変化に用いられる測定値は、ベースライン・レベルに関する比のレベルであったが、本発明の別の好ましい実施態様によれば、測定値は、ベースライン・レベル以外の前回の測定時点に関する変化量、または、同位体レベルの変化率、または変化の経過をプロットするのに利用可能な他の適切な特性であってもよい。
【0018】
このような可変の基準を実施する一例として、本発明の好ましいこれらの実施態様の利点を示すために、閾値レベルと同位体比との交差が利用される。閾値レベルをより正確に用いるための算出法が開示されている。この閾値レベルを上回ると、従来の方法によれば、検査結果は陽性であると想定され、または、閾値レベルを下回ると、検査結果は陰性であると想定される。本発明のより好ましい実施態様による新しい方法は、動的に可変の閾値を利用する。この閾値の値は、呼気検査の進行に応じて変化する。このような動的に可変の閾値は、任意にかつ好ましくは、検査の経過時間、結果の生理学的有意性、結果自体のばらつきまたは質、または、使用されている機器のノイズレベルまたはドリフトに関連してよく、または、これらのファクタのうちのいずれかの組み合わせに関連してよい。さらに、複数の閾値を使用する別の好ましい実施態様が開示される。
【0019】
本発明の別の観点によれば、本発明の別の好ましい実施態様に従って、呼気検査機器の自己診断分析法および機器のシステム・チェック法がさらに提供される。これらの好ましい実施態様によれば、収集されているデータに従って、自動的に、または、オペレータの介入によって機器を較正する方法が開示される。このような方法は一般には、気体分析器の吸収曲線が正確に知られている場合、想像上正確な吸収曲線に従って被検出気体中で測定された同位体比は、被測定試料の濃度の変化との関連性を示すことはないという仮定に基づいている。このような関連性が見出された場合には、これは反復補正法により低減される。この反復補正法は、吸収曲線のパラメータを、上記相関関係を低減するように調節する。
【0020】
本発明のこのような観点に従って開示された別の好ましい方法は、上で要約したような自己較正気体分析器によって実施された正確な測定と比較することにより、呼気テスターの入口で実施されたカプノグラフィ測定における不正確さを補正するのに有効である。カプノグラフィ測定は、呼気テスターにおいて気体分析器によって分析するために、呼気波形のどの部分を収集するかを見極めるために使用される。
【0021】
こうして、本発明の好ましい実施態様によれば、呼気検査を実施する方法において、被検者の少なくとも1つの呼気試料の同位体比の測定値の変化が臨床的に有意であるときにこれを見極めるために、予め規定された基準を使用するステップと、この基準が呼気検査中に変化することを可能にするステップと、から成る方法が提供される。測定値の変化は、被検者の少なくとも1つの前回の試料の測定値からの同位体比の偏差であることが好ましく、あるいは、同位体比の変化率であってもよい。被検者の少なくとも1つの前回の試料の測定値は、ベースライン測定値であることが好ましい。
【0022】
本発明の別の好ましい実施態様によれば、基準は検査の経過時間の関数、または検査を実施する機器のノイズレベルの関数であってよく、または、検査の生理学的結果の関数であってよい。
【0023】
また、本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、呼気検査法において、被検者の少なくとも第1の呼気試料の同位体比の第1の測定を実施するステップと、被検者の少なくとも第2の呼気試料の同位体比の第2の測定を実施するステップと、第2の測定の値が、呼気検査の臨床的に有意な結果が下されるのに充分な、第1の測定の値からの偏差を示したときにこれを見極めるステップとから成り、充分な偏差のレベルが、呼気検査中に変動することが可能である呼気検査法が提供される。被検者の上述の少なくとも第1の呼気試料の同位体比の第1の測定値は、ベースライン測定値であってよい。さらに、上述の充分な偏差のレベルは、被検者が同定基質を摂取してからの経過時間の関数、または、試料のうちの少なくとも1つの生理学的な分析結果の関数、または、呼気検査で得られた結果の性質の関数であってよい。結果のこのような性質は、呼気検査における結果の広がりの標準偏差の関数、または、結果に存在するノイズレベルの関数、または結果に存在する機器のドリフトの関数であることが好ましい。
【0024】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、上述の方法において、充分な偏差のレベルが、上閾値と下閾値との間の値の範囲を占めてよく、これらの上閾値と下閾値とは、検査が進行するに従って収束することもできる。
【0025】
上述のいずれの実施態様においても、被検者の少なくとも第1の呼気試料の同位体比の第1の測定は、口腔活性が顕著に沈静化した後でのみ行われる。
【0026】
また、本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、被検者における臨床的に有意な状態の存在を見極めるための呼気検査法において、口腔活性の有効な停止後、被検者から吐き出された呼気から成る複数の試料中の同位体比の、ベースラインからの変化の測定を行うステップと、測定値の時間との関数プロットに近似する多項式を見極めるステップと、この多項式から測定値の重み付け標準偏差を算出し、この際に予め規定された量よりも多くベースラインを上回る測定値に対しては、測定値の予め決められた端数部分が取り込まれ、これに対して予め規定された量よりも多くはベースラインを上回っていない測定値に対しては、測定値全体が取り込まれるステップと、さらに最後に、重み付けされた標準偏差が予め規定されたレベルを超えるか否かを見極めるステップとから成る呼気検査法が提供される。
【0027】
また、本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、呼気検査法において、被検者の少なくとも第1の呼気試料の同位体比の測定を実施するステップと、測定の値が、呼気検査の臨床的に有意な結果が下されるのに充分な、ベースライン測定値からの偏差を示したときにこれを見極めるステップとから成り、偏差が、不確実な上下の閾値帯域から成り、帯域の広さが、呼気検査の経過時間、結果の生理学的な広がりの標準偏差、同位体比の生理学的変化の動的特性、呼気検査で測定された時点の数、呼気検査中に存在する環境条件、および、呼気検査を実行する機器のノイズおよび/またはドリフトのレベルから成る群から選択されたパラメータのうちの少なくとも1つに関連する呼気検査法が提供される。
【0028】
また、本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、呼気検査の信頼性を見極める方法において、呼気検査から結果を取得するステップと、機器のノイズおよび/またはドリフトのレベル、結果の生理学的な広がりの標準偏差、同位体比の生理学的変化の動的特性、および、標識基質を摂取してからの経過時間から成る群から選択された基準のうちの少なくとも1つを組み合わせることにより、信頼性パラメータを定義付けするステップと、予め規定された信頼性基準に従って呼気検査の結果を評価するために、信頼性パラメータを使用するステップとから成る方法が提供される。信頼性パラメータは、検査をいつ終了すべきかを見極めるために使用されてもよい。
【0029】
さらに、本発明の別の好ましい実施態様によれば、外部から供給される較正手段を必要とすることなしに呼気検査機器を較正する方法において、複数の被検者の試料中の気体成分の同位体比を連続的に測定するステップと、試料中の気体成分の同位体比と、気体成分の濃度との相関関係を求めるステップとから成る方法が提供される。このような較正方法にはオペレータの関与も、能動的な被検者の関与も必要とならない。
【0030】
また、本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、外部から供給される較正手段を必要とすることなしに呼気検査機器を較正する方法において、複数の被検者の試料中の気体成分の同位体比を実質的に連続的に測定するステップと、気体成分の同位体比と、呼気検査時に存在する環境条件との相関関係を求めるステップとから成る方法が提供される。
【0031】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、複数の被検者の呼気試料で得られた、試料中で測定された特定の気体成分の同位体比においていかなる有意の変化も示さない結果を分析し、これにより同位体比と、試料中の気体成分の濃度との間の相関関係を求めることにより、呼気検査機器を較正する方法が提供される。
【0032】
さらに、本発明の別の好ましい実施態様によれば、1被検者から捕集された複数の呼気試料で得られた結果を分析し、これにより試料中で測定された特定気体成分の同位体比と、試料中の気体成分の濃度との間の相関関係を求めることにより、呼気検査機器を較正する方法が提供される。
【0033】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、呼気検査機器を較正する、次のような方法において、(a)特定気体成分を含有する呼気試料を捕集するステップと、(b)試料中の特定気体成分の濃度を測定するステップと、(c)試料中の特定気体成分の同位体比を見極めるステップと、(d)特定気体成分の濃度が変化するように、試料を希薄化するステップと、(e)同位体比を再び見極めるステップと、(f)ステップ(d)〜(f)を繰り返すことにより、種々異なる多数の濃度の試料の測定値を得るステップと、(g)種々異なる濃度の試料の、同位体比と濃度との相関関係を求めるステップと、(h)見出されたいかなる相関関係をも低減するように、呼気検査機器の較正を調節するステップとから成る方法が提供される。
【0034】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、気体試料の第1の成分と第2の成分との間の同位体比を見極めるために気体分析器の較正の変化を補正する方法において、光透過測定によって、第1の成分の濃度を測定するステップと、成分相互間の予め規定された比を想定することにより、第1の成分の測定濃度から、第2の成分の濃度を算出するステップと、第2の成分で行われた透過測定を補正することにより、この透過測定値から導き出された濃度を、第1の成分の測定濃度から前のステップで算出された濃度に実質的に等しくするステップとから成る方法が提供される。気体試料の成分は同位体成分であることが好ましい。
【0035】
また、本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、不正確な較正の影響から生じた呼気検査の結果を遡及的に補正する方法において、呼気試料中の気体成分の測定された同位体比と濃度との間の相関関係の存在を見極めるために、上述の方法のうちの1つに従って較正手順を実施するステップと、相関関係を排除するために、その気体の吸収曲線の補正されたパラメータによって、機器の較正を補正するステップと、補正されたパラメータを有する吸収曲線を使用して、前の呼気検査のデータを再算出するステップとから成る方法が提供される。
【0036】
さらに、本発明の別の好ましい実施態様によれば、呼気検査機器で入力呼気波形を測定するのに有効なカプノグラフ・プローブを較正する方法において、測定されたカプノグラフ波形に従って、捕集された蓄積呼気の統合的な濃度を評価するステップと、呼気検査機器の気体分析器内で、蓄積呼気の試料の濃度を測定するステップと、カプノグラフ・プローブが、気体分析器によって測定された濃度と同一濃度を提供するように、カプノグラフ・プローブの較正を補正するステップとから成る方法が提供される。
【0037】
さらに、本発明の別の好ましい実施態様によれば、呼気検査機器が提供される。この呼気検査機器は、被検者から吐き出された呼気試料中の気体の同位体比の変化を事実上連続的にモニターし、検査の目下の結果に従って、検査が臨床的に有意な結論を有することを見極める。この呼気検査機器は、呼気検査の臨床的に有意な結果が見極められたことを示すために、可視信号または可聴信号のような信号を供給することが好ましい。
【0038】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、上述の呼気検査機器は、検査の結論が、背景条件の結果として被検者に発生する動的な生理学的影響とは実質的に無関係であるようになっていてよい。これらの背景条件は、薬物療法による治療の結果であるか、または呼気検査の実施に先立つ食物摂取の結果であってよい。その結果、上述の呼気検査機器を使用すると、被検者による検査前の断食の必要性を排除することができる。
【0039】
さらに、本発明の別の好ましい実施態様によれば、この呼気検査機器を使用すると、胃腸薬物療法で治療を受けた被検者の検査の結論が、同位体比の変化を実質的に連続的にモニターしない相応の呼気検査を用いるよりも、より信頼性高くまたはより迅速に、または、より信頼性高くかつより迅速に得られる。
【0040】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、同位体比が予め決められた閾値レベルを明白には超えない場合にも、検査の目下の結果が、陽性結果を見極めるのを可能にするか、または、同位体比が予め決められた閾値レベルを超える場合にも、検査の目下の結果が、陰性結果を見極めるのを可能にする。
【0041】
さらに、本発明の別の好ましい実施態様によれば、特定の呼気検査に正しい同位体標識物質キットが使用されているか否かを見極める方法において、呼気検査に即時短期効果をもたらすように選択されたマーカー素子を物質に添加するステップと、マーカー素子のための検出器から成る呼気検査機器を提供するステップとから成る方法が提供される。さらに、呼気検査機器は、呼気検査機器がまた権限付与機構から成り、権限付与機構が、マーカー素子の検出後にだけ、呼気検査試料の結果の分析を実施することを機器に許すようになっていてもよい。
【0042】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、口腔活性の影響が呼気検査実施中に沈静化したときにこれを見極める方法において、呼気検査中に当該生理学的影響を検出するのに必要となる特性時間を見極めるステップと、同位体標識基質の摂取に続いて被検者から捕集された呼気試料中の同位体比の変化をモニターするステップと、特性時間よりも短い時間内に、同位体比に発生した所定の最小閾値レベルを超える有意なピークの存在を検出するステップとから成る方法が提供される。
【0043】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、同位体標識基質の摂取前に被検者から吐き出された呼気中の気体成分の同位体比のベースライン・レベルを見極める、呼気検査手順における方法において、第1のベースライン点の測定を実施するステップと、測定した値の信頼性を評価するステップと、第1のベースライン点の測定値の信頼性が不十分であると見極められた場合に、少なくとも1つの付加的なベースライン点の第2の測定を実施するステップとから成る方法が提供される。
【0044】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、同位体標識基質の摂取前に被検者から吐き出された呼気中の気体成分の同位体比のベースライン・レベルを見極める、呼気検査手順における方法において、少なくとも第1および第2のベースライン点を測定するステップから成る方法が提供される。好ましくは、少なくとも2つのベースライン点のうちの最初の2つが、互いの予め決められた範囲内にある場合に、2つの点の平均がベースライン値として使用される。あるいは、かつ好ましくは、少なくとも2つのベースライン点のうちの最初の2つが、互いの予め決められた範囲内にない場合に、第3のベースライン点が測定される。さらに、少なくとも2つのベースライン点のうちの最初の2つが、互いの予め決められた範囲内にない場合に、第3のベースライン点からより隔たった点が廃棄される。
【0045】
さらに、本発明の別の好ましい実施態様によれば、異なる時点で捕集された、少なくとも第1、第2および第3の、複数の気体試料の同位体比の変化を見極める方法において、同位体比の変化が、第1の試料に関連して、また第3の試料に関連して第2の試料の同位体比を測定することにより見極められる方法が提供される。
【0046】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、一連の少なくとも3つの気体試料中で測定された同位体比に及ぼす、気体分析器の動作条件の変化の影響を低減する方法において、影響の低減が、少なくとも1つの試料の同位体比を、この少なくとも1つの試料の前に捕集された試料と、この少なくとも1つの試料の後で捕集された試料とに関連して測定することにより行われる方法が提供される。
【0047】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、第1および第2の気体試料相互間の同位体比の変化を見極める方法が提供される。この方法は、第1の試料の同位体比を測定するステップと、第2の試料の前記同位体比を測定するステップと、同位体比相互間の差を見極めるステップと、この差を、比のうちの一方の比で割り算するステップと、この変化を、前の第1および第2の試料の間で見極められた前回の変化に加算するステップとから成る。
【0048】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、異なる時点で捕集された、少なくとも第1、第2および第3の、複数の気体試料の同位体比の変化を見極める方法において、同位体比の変化が、第1の試料に関連して、また第3の試料に関連して第2の試料の同位体比を測定することにより見極められ、同位体比の変化のそれぞれが、上述の方法によって見極められる。
【0049】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、第1および第2の気体試料相互間の同位体比の変化を見極める方法において、(a)第1の試料の同位体比を測定するステップと、(b)基準試料の同位体比を測定するステップと、(c)第1の2つの同位体比相互間の第1の差を算出するステップと、(d)第2の試料の同位体比を測定するステップと、基準試料の同位体比を再測定するステップと、第2の2つの同位体比相互間の第2の差を算出するステップと、(g)第1および第2の差のうちの一方を他方から引き算するステップとから成る方法が提供される。
【0050】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、第1および第2の気体試料相互間の同位体比の変化を見極める方法において、(a)第1の試料の同位体比を測定するステップと、(b)基準試料の第1の同位体比を測定するステップと、(c)第1の試料の同位体比と、基準試料の第1の同位体比との間の第1の差を算出するステップと、(d)基準試料の第1の同位体比に対して第1の差を基準化するステップと、(e)第2の試料の同位体比を測定するステップと、(f)基準試料の第2の同位体比を測定するステップと、(g)第2の試料の同位体比と、基準試料の第2の同位体比との間の第2の差を算出するステップと、(h)基準試料の第2の同位体比に対して第2の差を基準化するステップと、(i)基準化された差のうちの一方を他方から引き算することにより、同位体比の変化を見極めるステップとから成る方法が提供される。
【0051】
本発明のさらに別の好ましい実施態様によれば、被検者の複数の呼気試料中の同位体比の変化を、呼気検査で見極める方法において、(a)呼気の基準試料を捕集するステップと、(b)複数の呼気試料のうちの第1の呼気試料の同位体比を、基準呼気試料の同位体比と比較することにより見極めるステップと、(c)複数の呼気試料のうちの第2の呼気試料の同位体比を、基準呼気試料の同位体比と比較することにより見極めるステップと、(d)複数の呼気試料のうちの第1の呼気試料と第2の呼気試料との間の、見極められた同位体比の変化を算出するステップとから成る方法が提供される。
【0052】
本明細書および特許請求の範囲で全体的に使用した「較正チェック」という用語は、呼気テスターによって測定された同位体比の絶対較正の測定を意味する。この絶対較正の測定は、外部に供給された容器から機器に入力された既知の同位体濃度または同位体比を有する較正チェック気体を使用することにより、ゼロ・ベースライン・レベルを参照して行われる。
【0053】
「システム・チェック」という用語は本明細書および特許請求の範囲を通して、測定システムの多方面での正確な機能を見極めるための方法を説明するために、通常用いられる。この機能の一例としては、気体分析器の一次的な較正が挙げられるが、そればかりでなく、放射源の安定性、入力カプノグラフ較正、気体取り扱いシステム、蓄積された呼気試料を捕集して希薄化するための中間チャンバ・システム、および検出器動作のような機能も挙げられる。
【0054】
較正チェックはシステム・チェックの一部なので、論議の関係で、これらの用語を重複して使用した箇所もある。機器の「較正」という用語は他面において、本明細書および特許請求の範囲では、赤外線吸収測定に用いられる吸収曲線のパラメータを補正することにより、これらのパラメータがドリフトまたは機器内で発生する、環境により引き起こされた変化を補償するプロセスを説明するために通常用いられる。この用語によれば、本出願で用いた較正手順は較正チェック手順とは異なり、既知の同位体濃度または同位体比を有する、外部から供給された気体を利用するのではなく、典型的には、呼気テスターによって実施された実際の測定で得られた結果内部の不一致をチェックすることに関連する。明らかにされた通常の不一致は、同位体比の測定値と気体濃度との不正当な相関関係である。これについては、後で詳しく説明する。
【0055】
図面と関連付けた以下の詳細な説明から、本発明をより完全に理解し評価することができる。
【0056】
好ましい実施例の詳細な説明
呼気検査装置全体の構造および機能
従来技術の呼気検査機器の部品を示す概略図である図1および図2を参照する。このタイプの機器には、本発明の種々の実施例の方法および装置の多くを組み込むことができる。これらの図面は、本出願の背景技術の項で述べた国際公開第99/14576号(WO99/14576)パンフレットから採用している。図1および図2は、本発明の或る観点を例示して明白にするためだけに提示しており、図1および図2に示すタイプの呼気テスターにおける用途に、本発明の方法および装置が限定されると解釈すべきではない。図1および図2に示す呼気テスターの構成部品および機能を、13CO2呼気検査の実施に際しての使用に関して説明する。
【0057】
呼気テスターの構成部品の概略的なブロック・ダイヤグラムである図1を参照すると、この呼気テスターは、呼気試料を蓄積して取り扱うことによりこれらを分析のための所望の濃度にするための中間チャンバ装置を組み込んである。呼気検査を受ける被検者1は呼吸し、鼻腔または口腔カニューレ内2に息を吹き込む。呼気試料が呼気センサモジュール3内に入力される。この呼気センサモジュールは入力カプノグラフ・プローブであり、このプローブの機能は、個々の試料呼気の波形をモニターし、分析の際に各呼気のどの部分を蓄積し、どの部分を廃棄するかを見極める。センサとソレノイド弁とから成る装置を有する中間チャンバ気体処理装置4は、試料呼気の部分を試料蓄積チャンバ5内に導入するか、または不要な場合には室内に導出するように運転可能である。充分な気体が所望の濃度で捕集されるとすぐに、試料気体は気体中の同位体濃度の測定のために、蓄積チャンバ5から、NDIR分子相関分光測定セル6に移される。コンピュータに基づく制御システムは、吸収測定の結果を受信してこれを処理し、試料の同位体比を算出し、さらに一般には中間チャンバ装置の完全な運転を制御する。
【0058】
図1に示す呼気テスターに使用されるタイプの従来技術のNDIR分子相関分光計を斜視図で示す図2を参照する。分析チャンバはアルミニウム・ブロック10内に組み込まれている。同位体分析毎に2つのチャンバ、つまり1つの試料チャンバと1つの基準チャンバとが使用される。分析器ブロック10の端板12内に見える端部を有する、13CO2のための少数同位体チャンバ11は、多数同位体12CO2のチャンバ13よりも著しく長い。測定を試料チャネルと基準チャネルとの間で切り換えるのには、薄いシャッター14が使用される。図2に示す分光計の実施例の場合、4つの全てのチャネルからの出力ビームがライト・コーン15によって単独の検出器16に向けられるように、同位体特異源15と吸収チャンバ11,13とが案内されている。
【0059】
自己診断および較正
1. 自己診断
機器は継続的には技術者が居ないケア時点環境で作動するようになっているので、機器はそれが良好な作動状態にあるかどうか、また使用可能であるかどうかを明らかにする良好な自己診断能力を有していなければならない。診断システムの機能に関連して、次のような5つの主なレベルの機能、つまり2つのレベルの診断機能と、3つのレベルの一連の作用または補正作用とがある:
(a) ノイズレベル、ドリフト、無関係な結果の相関関係などのような、機器動作の機能パラメータの履歴データベースの蓄積
(b) 問題の存在の認識およびその重大さの評価。機器仕様の限界を超えたパラメータに基づき、または、その機器の過去の性能と比較した場合のシステム上の変化に基づき、問題が識別される。
問題の存在がレベル(b)で確立されると、この問題はレベル(c)〜(e)に従って処理される。達したレベルは、明らかにされた問題の重大さと、実施される測定に対する影響とに関連する。レベルは重大さが増す順で示すと次の通りとなる:
(c) 行われている測定に対する補正の自動的な適用
(d) 機器のメンテナンスまたは較正が必要であることの警報出力
(e) 機器の完全な機能不能化
【0060】
これらのレベルのそれぞれの異なる機能上の意義の一例として、測定値に含まれるノイズの影響を用いて上記5つのレベルのそれぞれの結果を示す。
(a) 測定値がコンスタントにモニターされ、過去に遡る特定期間の結果がデータベースに保存される。実際測定値のばらつきに関して、またランプまたは検出器ノイズのような機器の種々の運転パラメータに関して、ノイズレベル結果が記録される。
(b) ノイズレベルが基準からの逸脱、または過去の挙動からの逸脱に関してチェックされる。ランダム・ノイズが所定の臨界レベルを下回る場合、診断法はそのノイズを、正確な測定の達成を妨げるほど充分に問題を孕んでいるものとは見なさない。他面において過度の相関ノイズは、後で機器較正の項で論議するように、常に再較正モードの一方または他方に機器を導く。
【0061】
実施されている測定のタイプに応じて、何が臨界ノイズレベルを構成するかが識別される。患者の健康状態を明確に臨床的に表して、強陽性または強陰性の結果を示す測定は、閾値レベルに極めて近い結果を与える測定よりも、高いレベルのランダム・ノイズを許容することができる。閾値レベルに近い結果に関しては、ノイズを有する信号は、誤った陽性結果または誤った陰性結果をもたらすおそれがあり、従って、より低い臨界ノイズレベルが必要となる。こうして、呼気検査測定の信頼性高さは、呼気検査自体が行われている間に置かれている条件との関連において見極められる。
【0062】
機器診断システムは測定信頼性パラメータを出力するように構成可能であることが好ましい。この測定信頼性パラメータは、上述のような測定信頼性に影響を与える運転パラメータのうちの多くまたは全ての組み合わせである。この測定信頼性パラメータは例えば、呼気検査測定結果の閾値に対する近接状態と、測定中に直面したノイズレベルと、および結果自体のレベルとの予め決められた組み合わせであってもよい。こうして測定信頼性パラメータはその働きにより、過度に高いノイズレベルを構成するのは何かを定義付けし、このような定義付けは、その定義付けが行われている時に得られつつある結果に従って、行われる。
【0063】
このようなパラメータは、その特定の検査結果にはどのような信頼レベルが帰属するかに関する付加的な情報を医師に与えるために、検査結果と共に出力可能であることも好ましい。
【0064】
なお、本明細書全体を通して、「陽性」および「陰性」という用語はそれぞれ、患者が高DoB(デルタ・オーバー・ベースライン)同位体比、または非高DoB同位体比を示すことを意味するときに使用する。もちろん、高DoBが正常な健康状態を示すかまたはその逆を示すかは、行われている特定の検査に依る。例えばH.ピロリのための呼気検査の場合、高DoBが細菌の存在と関連することがある。これに対して、例えば肝臓機能のための呼気検査の場合、低い状態にあるDoBが肝臓の疾患状態を示すことがある。
(c) ノイズレベルが高いが、しかし有意な測定値が得られるほどは高くない場合、診断システムはその測定に補償手順を適用することが好ましい。一般に適用される補償手順は例えば、気体分析器において目下分析を受けている試料の平均測定時間を増大することにより達成される。
【0065】
機器的または生理学的な検査結果における過度のノイズに対する別の補償手順は、陽性結果の定義付けのための閾値レベルの帯域幅を、本明細書中に後でさらに詳しく論議するように低レベルに関連させることにより行われる。このような補償手順は、機器によって出力された測定信頼性パラメータに直接影響を与える。
【0066】
過度のノイズに対するさらに別の補償手順は、検査を終了させるための基準を用いる。検査の結論に関する確定判断がノイズの変動によって隠されてしまうようなノイズレベルの場合、ノイズレベルを上回るより確定的な結果を得るために、検査を延長するという判断が下されることが好ましい。
(d) このレベルの警告は、レベル(c)の状況に直面するとすぐに、または、より高いノイズ重大性レベルで、機器内の補償機構が許容可能な測定を良好な信頼性レベルで実現することに成功したかどうかに応じて作動させられることが好ましい。このレベルでは、診断システムによって出力が行われて、ノイズ源を見極め、排除できるように機器のメンテナンスまたは較正が必要であることをユーザに警告することが好ましい。
(e) ノイズレベルが過度になり、補償手順が正確な測定を達成できない場合、レベル(e)の状態に達する。このような段階では、診断システムは機器を機能不能にすることが好ましい。それというのも、この場合、誤った結果を発生させるおそれがあるからである。
【0067】
2. 装置のチェック
呼気テスターは、本発明のより好ましい実施例によれば、較正用気体の供給試料で擬似呼気検査を行うことにより、主要な装置機能の全ての個別のチェックを実施することができる。具体的には、機器の較正状態がチェックされる。このようなチェックは、本願と共に継続中のPCT出願PCT/IL00/00338号「気体分析器較正チェック装置(Gas Analyzer Calibration Checking Device)」明細書(その出願人のうちの数名が本発明の出願人と同じであり、国際公開第00/74553号(WO00/74553)パンフレットで公開されている)に記載されたように、数多くの方法で好適に実施することができる。上記明細書の全体を参考のため本明細書中に引用する。試料は、例えば較正用シリンダ内に供給された気体混合物から成る物理的に別個の2つの試料であってよい。それぞれの気体混合物は既知の総CO2濃度と、既知の13CO2/12CO2同位体比とを有している。2つの別個の較正チェック用気体を使用することにより、機器の絶対ゲインに関する情報が提供され、これにより2つの吸収曲線の位置が知られる。このような情報は次いで、13CO2吸収曲線の真の位置を確認するのに用いることができる。この13CO2吸収曲線は、以下に説明する機器較正手順においては、一定であると推定される。
【0068】
あるいはかつ好ましくは、既知の気体混合物を有する単独気体が使用され、それぞれが異なる濃度を有する別個の試料を発生させるのに、機器の中間チャンバが使用されてもよい。未知の性質を有する気体が使用されてもよくて、機器の中間チャンバが別個の試料を発生させるのに使用され、それぞれの試料は同一の同位体比と、異なる濃度とを有している。
【0069】
既知の、または固定的な同位体比を有する外部の気体源を分析することにより較正状態をチェックするのとは別の実施例として、1つの気体試料から異なる同位体比を有する擬似呼気試料を発生させる呼気シミュレータ装置を使用することにより、擬似呼気検査較正チェックを好適に達成することもできる。上述の国際公開第00/74553号(WO00/74553)パンフレットには、適切な呼気シミュレータ装置が記載されている。擬似呼気試料のパラメータは、実際の呼気検査の通常の運転中に直面するパラメータ、例えば流量、「呼吸」速度、CO2百分率、および13CO2/12CO2比と同様である。
【0070】
チェックは機器較正、ハードウェア、ソフトウェア、空気圧特性および機械特性について行われることが好ましい。各装置のチェックには2つのレベル、すなわち検証および補正が関連していてよい。前者は装置が指定されたように機能していることを確認し、後者は診断システムの出力結果に従って読み取りを補正する。あるいはかつ好ましくは、装置チェック手順が較正の必要を識別する場合には、後で較正を行うことができる。
【0071】
さらに、オンライン診断の補助のために、または日常のサービスチェックおよびメンテナンスのために周期的に、中央サービス・センターとインターネット接続して、チェックが行われることが好ましい。
【0072】
2.1 処理システムの自己チェック
本発明の別の好ましい実施例によれば、装置は自己チェック機能を組み込んでいる。この自己チェック機能はウォッチドッグ・モードで、処理ソフトウェアおよび処理ハードウェアの正しい運転を保証する。このような機能は、主要機器のソフトウェアとは別個の関連ソフトウェアを有する二次マイクロプロセッサから成ることが好ましい。メイン・システム・マイクロプロセッサは規則的なインターバルで、所定の合成出力シーケンスを発生させる。二次マイクロプロセッサがこのシーケンスを分析し、所定の形から逸脱したものが検出された場合には、ウォッチドッグ・システムが警告を発し、メイン・プロセッサを閉鎖する。次いでPCが二次プロセッサの制御下で再起動させられ、機能不良の理由が調査される。
【0073】
2.2 ハードウェアの自己チェック
完全な状態の機器は、そのハードウェアの自己チェックを実施するのが好ましく、ソフトウェアはハードウェアを作動させることに直接的に関与する。これらのチェックのうちのいくつかは、既知の装入量の気体を基準チャンバおよび吸収チャンバ内で使用することを必要とする。他のチェックは、行われている特定の測定とは無関係に作動するハードウェアの構成部品の機能に対するものであり、従って較正用気体試料の存在は必要とならない。
【0074】
装置の運転を特徴付けするには、約60個のパラメータが使用されることが好ましい。これらのパラメータのうちのいくつかは、リアルタイム診断機能として、装置の運転中、連続的にモニターされる。これらのパラメータのほとんどは、検査相互間でのみ、または、スタンバイ・モードから準備完了モードに機器が切り換わったときにモニターされる。約60個のパラメータのうち16個は臨界パラメータとして定義付けされることが好ましく、予め決められた許容値から逸脱したものは、システムの使用中に障害となる。臨界パラメータの中には次のようなものがある。
(a) 時間との関連における光源安定性
(b) 基準セルの吸収チェック
(c) 基準チャネルと試料チャネルとの間のシャッター作動
(d) 入力カプノグラフ作動
(e) 中間チャンバ作動−空気圧装置および電子装置
(f) 得られたδ値の実行可能性チェック(例えば負の値、または後に続く呼気の間に大きな変化を有する値が、臨界パラメータ・フラグを作動させる。)これらのパラメータが関連するシステムの構成部品は図1および図2に、さらに詳細には国際公開第99/14576号パンフレットに示されている。このパンプレットから、図1および図2は採用されたものである。
【0075】
臨界パラメータの使用を例示するために、光源安定性に関する検査をより詳細に説明する。最初のスイッチ・オン時に、ランプ強度Iが、ランプから検出器に光ファイバによって伝達されるのに伴って、基準チャネル内でモニターされ、これにより、ウォームアップ時のランプ安定性が見極められる。強度の時間差分dI/dtが予め決められたレベルを下回ると、ランプは安定性があると考えられ、機器制御装置に実行可信号(enable signal)が出力される。所望の安定性レベルに達しない場合には、機器は予め決められた時間にわたって、安定性が達成されるのを待つ。この時間の経過後、ランプのメンテナンスの要求が表示され、機器は作動することができない。同様に、動作中、dI/dtが予め決められたレベルを上回ると、機能不能化信号(disable signal)が機器に与えられる。
【0076】
3. システムの較正
本発明の別の好ましい実施例によれば、呼気検査機器は4つのレベルの較正を行うことができる。これらの較正の作用により、同位体比の測定された差が絶対レベルで正確であることが保証される。このような較正手順は、光透過率を気体濃度に換算するために気体分析器で使用される吸収曲線パラメータを修正することにより行われる。このようにして、較正手順は環境の変化によるものであれ、機器の構成部品の変化によるものであれ、吸収曲線に生じるドリフトに対して補償を行う。これらの吸収曲線の変化は、このような呼気テスター機器における不正確な較正の最も一般的な原因である。これらの較正手順はソフトウェア・レベルで、一連の光吸収測定値を同位体比の差に換算することに関するルーティン内で行われる。この点に関して、これらの較正手順は、広範囲にわたって上述した較正チェック手順とは区別することができる。較正チェック手順は、既知の同位体比を有する気体を使用することにより、測定された同位体比の絶対精度をチェックするものである。
【0077】
較正の4つの好ましいレベルは次の通りである:
3.1 ソフト較正
3.2 自己較正
3.3 患者較正
3.4 サービス較正
これらの手順の最初の3つはオペレータまたは患者の介在を伴わず、要求されることなしに自動的かつ連続的に行われる。これらの検査手順の最初の3つと、サービス較正手順の1つの実施例とは、あらゆる先行技術の気体分析器較正手順とは異なる。先行技術において較正手順は被検者自身の呼気を使用することにより、較正が必要か否かを見極めると共に、再較正手順自体を行う。オペレータまたは看護師によって提供された呼気の試料バッグが較正気体試料として使用される手順が知られているが、しかしこのような試料は、外部から供給された未知の較正用気体と同様であり、もちろんオペレータの手ほどきや介在を必要とする。
【0078】
さらに、これらの較正手順のうちの第1の手順は、継続するプロセスであり、バックグラウンドで連続的に働く。その結果、あらゆる外部較正を用いて可能になるよりも良好に機器較正における動向を識別することができる。このような外部較正は、機器内に一時的変化または異常事象が発生した瞬間に偶然に当たるかもしれない特定の時点で実施される手順を当てにする。
【0079】
サービス較正手順の第2の好ましい実施例は確かにその較正手順のために、外部から供給された気体試料を利用する。上述の較正手順のうち、ソフト較正を除く全ては、同一の同位体比を有する気体試料に由来する、異なるCO2濃度の気体試料中で測定された各同位体比相互間の関係の測定に基づいている。
【0080】
3.1 ソフト較正
この好ましい較正法はソフトウェアに基づいており、システムのバックグラウンドで連続的に働く。しかもこの場合、患者やオペレータの干渉または関与を必要としない。このような手順は、ベースラインに近い結果を有する被検者から得られた呼気試料分析結果を連続的にモニターすることが好ましい。例えばH.ピロリ呼気検査の場合、このことは陰性と判った被検者を意味する。好ましい実施例によれば、システム・ソフトウェアは、過去2〜3日に行われた呼気検査に対して陰性応答を示した患者全ての結果をモニターする。この検査に用いられた測定点は、同位体標識基質の摂取前に行われたベースライン測定に際して得られた測定点、および、標識基質と口腔内に存在する細菌との起こり得る相互作用から生じるあらゆる口腔活性の停止後に得られた測定点である。
【0081】
これらの陰性患者のそれぞれが呼気試料を提供する。呼気試料はそれぞれ一般に、やや異なるランダムなレベルのCO2濃度を有しているので、各吸収測定は吸収曲線上の僅かに異なる点で行われる。2.3%〜2.7%のCO2濃度を有する呼気試料が用いられることが好ましく、これにより、吸収曲線の偏差が1つの点だけではなく、種々の値の範囲にわたってチェックされる。
【0082】
このことは、通常の測定手順とは対照的である。通常の測定手順の場合、各検査における一定の濃度の使用は、機器較正状態に対する測定精度の鋭敏さを低減する重要な要素である。1つの検査において吸収測定の全てが1つの濃度レベルで行われる限り、同位体吸収曲線内のいかなるドリフトも一次的に測定値全体に均等に影響を与えるので、較正のいかなる不足も二次的な影響となる。吸収曲線の変化による、13CO2/12CO2の比の測定誤差は確かにあり得るが、しかし、この誤差は測定値全てに均等に現れるので、検出された比の変化に一次的に影響を及ぼすことはない。
【0083】
ソフト較正手順の場合、単独の陰性患者から検査された試料は測定値のノイズ限界内で、異なる濃度を有しているにもかかわらず、同じ同位体比を有していなければならない。しかし測定された比が同一ではなく、しかし試料CO2濃度との相関関係を示す場合、このことは、正しく較正された値からの吸収曲線の変化の兆候である。「ソフト較正」法はこの場合、好ましくは吸収曲線の形状または位置に補正を加え、これにより機器を較正状態に戻す。この較正状態は、同位体比と濃度との間の相関関係の欠如によって示される。補正を行う方法は後で説明する。吸収曲線の形状の補正後、過去2〜3日において陰性であった患者の全てのデータが、濃度と同位体比との間の相関関係に関して再びチェックされ、これにより再較正手順が成功したことが確認される。この成功は、データ全てに関して集合相関レベル(aggregate correlation level)が低減することにより示される。この較正手順はバックグラウンドで連続的に行われるので、作動濃度範囲内での吸収曲線のシフトに対して、機器の一定の再較正状態を維持する。
【0084】
特定患者に対するソフト較正手順に際して、異なる値で測定された同位体比との濃度との間に有意な相関関係が見出されない場合、システムは正確に較正されていると考えられ、吸収曲線パラメータに対する調節はその時点では行われない。
【0085】
同位体比と濃度との相関関係に加えて、同位体比と、機器の較正に影響を与えるおそれのある他の関数との間の相関関係に関して調べるために、ソフト較正プロセスはプログラミング可能であることが好ましい。このような関数の中には、環境条件、例えば機器内に存在する温度がある。この温度は吸収曲線に顕著な影響を与える。
【0086】
3.2 自己較正
この手段もまた、ソフト較正と同様にオペレータまたは患者の関与なしに自動的に行われる。しかしこの手順はソフト較正手順とは異なり、機器ハードウェアおよび処理ソフトウェアの双方を関与させることが好ましい。2つの条件が満たされるならば、この手順は呼気検査の終結時に開始するようにプログラミングされることが好ましい。この条件とは以下の2つである:
(i) 検査された患者が陰性結果を示したこと、および
(ii) 患者の肺胞呼気中の二酸化炭素の総百分率がかなり高く、好ましくは4%以上であること。
肺胞呼気だけを捕集することにより得られるであろう高いCO2濃度、例えば3.5%濃度を有する単一の蓄積試料を提供するように、中間チャンバの動作が調節される。この試料は、同位体比に関して測定され、次いで中間チャンバ・システムによって希薄化されることにより低濃度、例えば3%、2%濃度を有する好ましくは2つの付加的な試料を提供する。これらの試料のそれぞれもまた、同位体比に関して測定される。
【0087】
較正を評価するためのより多くの点を提供するために、自己較正手順は、患者の前回の呼気から採取された、吸収曲線の好ましい作動点の周囲で得られたデータ結果を使用することも好ましい。全部で5つの点、すなわち高濃度の単独の試料とその希薄化された誘導体とに由来する3つの点と、検査中に採取された、前回に陰性であった呼気に由来する2つの点とが使用されることが好ましい。試料濃度をこのように広げる目的は、吸収曲線の濃度範囲の出来る限り大きい部分をカバーすることである。
【0088】
同位体比は5つの濃度のそれぞれでチェックされる。試料のそれぞれは同一の蓄積呼気試料に由来するか、または蓄積呼気試料の捕集時に近い時点に同じ陰性患者から採取された別の呼気に由来するので、測定された同位体比は同一であるはずである。いかなる相違も上述のような吸収曲線内のドリフトを示し、従って再較正手順は、同位体比と濃度とのこのような相関関係を排除するように開始される。
【0089】
呼気検査の完了後、例えば次の患者が自分の検査の準備を完了しているときにこのような自己較正手順が行われるので、この自己較正手順は事実上、いかなる付加的な機器むだ時間をも必要としない。
【0090】
3.3 患者較正
機器が連続的な使用状態にはない、または所定の期間にわたって使用されていない状況で、または、最初のシステム・チェックが即時の較正の必要性を検出する場合、システムは本発明のさらに好ましい実施例に従って、患者較正手順の実施を自動的に開始する。この手順の場合、標識基質の投与前の、患者の最初のいくつかの呼気が捕集され、中間チャンバによって希薄化されることにより、異なる濃度を有する多くの連続的な試料を提供する。これらの試料のそれぞれは、同一同位体比を有しているはずである。それというのもこれらは全て、同一の患者からベースライン・レベルで採取されるからである。次いで較正手順は、異なる濃度の試料から得られた比が全て本質的に同一になるまで、前述のように吸収曲線を調節する。再較正が必要であるか否かを見極めるための好ましい基準は、例えば、3%から1.5%へのCO2濃度の変化に関して、同位体比が3δ未満(すなわち30ppm未満)だけ変化することである。
【0091】
この手順は患者が呼気試料を提供しなければならない時間を長くするので、自己較正またはソフト較正手順よりも、患者の忍耐の点では望ましいものではないが、しかし、サンプリング時間が僅かに長くなることを除けば、この手順もまた、意識的な患者またはオペレートの関与を伴わない。
【0092】
上述の3つの較正手順のうちのいずれを用いても、本発明の別の好ましい実施例によれば、新たに見出された較正データを使用して、過去に実施された検査結果を補正することが可能である。例えば検査結果が、測定された比と濃度との強い相関関係を示し、しかも較正算出手順が吸収曲線に補正を加える場合、このような補正は未来の測定のためにだけ利用可能なのではなく、過去の測定を補正することもできる。
【0093】
或る検査の終結時に相関関係の欠如が明らかにされるが、しかし、この検査から利用可能なデータが完全な較正を行うには不十分な場合、または、この検査から利用可能な呼気が充分に完全な範囲をカバーしない場合には、システムは患者較正手順の実施を推奨して、この検査の結果の遡及的な算出を行うのに充分に正確なデータを蓄積する。この好ましい実施例によれば、患者は自分の検査の終結時にさらに若干の呼気を与えるだけでよく、次いで解放される。
【0094】
3.4 サービスまたはオペレータ較正
これは患者較正手順と同様である。ただし例外は、較正を実施する必要性が明らかとなったとき、またはその必要性が外因、例えば続いて行われるサービスによって命令されるか、または正確な状態で機器を維持するのに必要となる較正間最大時間の満了後に命令されたとき、技術者またはオペレータによってこの手順が開始されることである。この手順の場合、気体は、前述の方法により用いられるオペレータの呼気試料であるか、または、システムの較正チェックの項で上述した周期的なシステム較正チェックに含まれるような、較正用気体の外部コンテナから使用することができる。
【0095】
3.5 較正補正法
気体分析器の物理的パラメータが変化させられて、吸収曲線が、機器が最後に較正されたときに存在した吸収曲線とは異なる場合に、再較正が必要とされることが望ましい。この吸収曲線の変化は、吸収セル透過率を、検出された気体濃度に相関させる機能が変化したことを意味する。このような状況では、吸収曲線に補正を加えて、これらの吸収曲線をその正しい形に戻すことにより、再較正が達成されることが好ましい。これにより、特定の検出された強度は所与の気体濃度と等価になる。再較正プロセスは、較正補正法と呼ばれる、本発明の別の好ましい実施例によって達成される。この較正補正法の段をここで説明する。先ず全ハードウェア関与較正、例えば自己較正、患者較正またはサービス較正について説明し、次にソフトウェアだけを用いる手順であるソフト較正について説明する。
【0096】
3.5.1 規則的較正手順
本発明の別の好ましい実施例による較正手順の主なステップを概略的に示すフロー・ダイヤグラムである図3を参照する。手順のための入力データは、一連の12CO2透過率{T12}i400と、一連の13CO2透過率{T13}i401である。これらは同一気体から成る種々異なる試料の測定値から既知であり、試料はそれぞれ異なる濃度C12を有している。これらの測定値の全ては同一気体試料に由来するので、全ての濃度に対する同位体比は一定のはずである。
【0097】
T13の各値に関して、当量濃度C13の値は、ステップ402で示すように、所与のC13の吸収曲線T13=F13(C13)に値T13を適合させることにより知られる。
【0098】
ここで、使用するCO2濃度の作動範囲内で、両同位体T(c)に対応する吸収曲線は、フォーム:
T(c)=y0 + A exp(−c/t)
の単独の指数によって良好な精度で記述することができる。なお、T(c)は濃度cとの関連における透過率であり、y0、Aおよびtは吸収曲線を定義付けするパラメータである。
【0099】
さらに、13CO2吸収曲線が12CO2吸収曲線よりも著しく安定的であること、および、そのパラメータy13、A13およびt13が、環境条件の変化とは事実上無関係であると考えられることが経験的に見出される。従って、13CO2吸収曲線は固定関数と見なされる。
【0100】
較正手順は以下のステップから成っていることが好ましい:
1. ステップ402において、測定された{T13}i値を、既知の13CO2吸収曲線内に挿入することにより、一連の{C13}i値を得る。なおC13=F-1 13(T13)である。
2. 次いでステップ404において、同位体比R、C12=C13/Rを使用することにより、一連の未知の{C12}iを作成することができる。使用するRの値を、自然の同位体比R=(C13/C12)naturalによって、使用する較正プロセスの収束効率ロスなしに概算することができる。
3. ステップ406において、{C12}iの新たに発生した値および{T12}iの初期値を、新しいパラメータy12、A12およびt12を見極めるのに使用する。これらのパラメータはC12吸収曲線の目下の状態をより正確に特徴付けする。このことは最適合計算、例えば当業者に良く知られているような「平均平方誤差の最小値」によって行うことが好ましい。
4. 新しく発生した{C12}iの値を新しいC12吸収曲線内に挿入することにより、一連の補正透過率値{T12c}i408を得る。これらの補正透過率値を算出した方法から予想した通り、一定の同位体濃度比Rを必要に応じて得る。
5. ステップ410において、初期入力透過率値{T12}iと新しい補正透過率値{T12c}iとの差を算出し、各濃度{C12}iに関して、基準化された誤差ΔT12=(T12C−T12)/T12を得る。こうして一連のこれらの値{ΔT12}iを得る。
6. ステップ412において、{ΔT12}iの新しい値と、{C13}iの既知の値とを用いて、最適合多項式ΔT12=P(C13)を発生させる。多項式の次数は、入力データとして使用された濃度の数に関連し、典型的には3〜5の次数である。
【0101】
上記較正手順の結果、C12濃度を算出するための新しい吸収曲線が得られる。従ってこの多項式を使用すると、それぞれ新たに測定されたT12の値は、より正確な値に補正される。新しい補正関数ΔT12=P(C13)はこれを導出した方法によって、濃度は種々異なるがしかし同位体比は同一の気体試料間で、ゼロ・デルタ値が得られることを保証する。
【0102】
較正手順の別の実施例によれば、簡略化された計算法を用いることができる。この計算法の場合、補正多項式P(C13)の値は、新しいC12吸着曲線を発生させる代わりに、13CO2吸収曲線から得られたC13の値を用いて、直接的に変化させられる。この方法によれば、図3のステップ406はバイパスされ、12CO2吸収曲線もまた、13CO2吸収曲線と同様に固定的であると想定される。しかし上述のように、全計算手順を用いる利点は、C12吸収曲線の変化が追従する場合、何が変化しているかというより明白な物理的実態を得ることができることである。
【0103】
3.5.2 ソフト較正手順
ソフト較正は、補正多項式関数ΔT12=P(C13)だけが最適化されるという点で、全較正とは異なる。C13およびC12に対応する吸収曲線は触れられないままである。
【0104】
この好ましい手順は、標識基質の摂取前(ベースライン結果)またはあらゆる口腔活性の沈静化後に摂取された試料からの陰性結果を有する検査から、一連の履歴13CO2透過率{T12}iと履歴13CO2透過率{T13}iとを入力することを必要とする。透過率はこれらが得られた検査によってグループ分けされる。
【0105】
この手順は、上述の規則的較正に用いられるステップと同様の以下のステップを有している:
1. 目下のC13、C12吸収曲線と最新の既知の補正多項式とを用いて、入力透過率に対応するデルタおよび濃度を算出し、{C13}i濃度とデルタとを見極める。
2. {C13}iの値を関係C12=C13/R内に挿入することにより一連の{C12c}iを作成する。Rは一定であり、自然の比に等しく設定することができる。
3. CO12吸収曲線と{C12}iとを、一連の補正透過率値{T C12}iを見出すのに用いる。なおT12c=F12(C12c)である。これらの値は、一定のR比を得るのに必要な透過率である。
4. 入力透過率{T12}iと補正透過率{T12c}iとの基準化された一連の差{ΔT12c}iを作成する。この場合ΔT12=(T12C−T12)/T12である。
5. {ΔT12}iおよび{C13}iを使用して、入力データとして使用した濃度の数に応じて、3〜5の次数を有する最適合多項式ΔT12=P(C13)を作成する。
6.目下のC13およびC12の吸収曲線と、新しい補正多項式とを用いて、補正入力透過率に対して新しいデルタと新しい濃度とを見極め、これらの新しい濃度と新しいデルタとの間の相関関係を見極める。
7. 新しいP(C13)補正多項式を使用して、新しい濃度と新しいデルタとの相関関係が低減された場合に、古い多項式を新しい多項式に置き換える。
【0106】
ソフト較正手順が成功した場合、その結果はデルタと濃度との間のより低い値の相関関係として現れる。ソフト較正は連続的に行われ、得られた新しい陰性データセット毎にこれをデータベースに加えるので、較正サイクルを単一サイクルよりも多く、反復して行う必要がある。相関関係が低減する限りは、新しい補正多項式の使用は、ソフト較正が補正動作し、相関誤差が連続的に収束することを保証する。
【0107】
4. 入力カプノグラフ較正
機器作動全体の精度に関する上述の較正検査に加えて、本発明の別の好ましい実施例によれば、機器への入力時のカプノグラフ・プローブの較正に対する特定の検査も行われる。カプノグラフ・プローブは、入力呼気の波形を測定するので、捕集すべき、または却下すべき波形部分を正確に定義付けすることができる。カプノグラフは呼気テスターと同一高さの測定精度を有してはいないので、入力カプノグラフを較正するには、高精度の呼気検査測定の結果を用いる手順が利用される。
【0108】
システム入口に設けられたCO2カプノグラフ・プローブは、CO2濃度の測定を可能にする。好ましくは、中間チャンバ・システムにより捕集された呼気波形部分全てのカプノグラフ測定濃度を積分することにより、充填プロセス終了時の蓄積試料の内容濃度が見積もられる。このような測定の精度は、作動条件に基づき変化したかもしれないカプノグラフの吸収曲線の形に関連する。この蓄積試料の内容濃度は、今や気体分析器試料チャンバ内で測定される。気体分析器試料チャンバでは、濃度が高精度測定される。次いでこの濃度は、CO2プローブ較正を補正することによって、システム内に存在する目下の環境条件に対応して、カプノグラフの吸収曲線を補正するのに用いられるので、見積もられたバッグ濃度は、測定濃度に等しくなる。
【0109】
患者の準備および検査手順
1. 患者の準備
呼気検査の適用に先立って、患者の病歴を聞き取るときに、医師は検査結果の妨げとなるおそれのある、患者の服用したあらゆる薬剤に関する詳細に留意することが賢明でありかつ習慣となっている。具体的には患者は、従来の方法によれば、抗生物質または他の治療薬を最近服用していたかどうかについて質問されるのが典型的である。それというのもこのような薬物は、行われる特定の呼気検査がどのようなものであるかに応じて、呼気検査結果に影響を及ぼすおそれがあるからである。従来技術のうちのいくつかに記載された呼気検査法は、基質摂取前に捕集された呼気試料の単独バッグと、基質摂取後の単独バッグとに基づく2つの測定点を使用するか、または最良の方法として、基質摂取前の1つの試料バッグと、基質摂取後の相異なる時点に捕集された2つの試料バッグとに基づく3つの測定点を使用する。これらの方法を用いる場合、誤った陰性結果をもたらすおそれを回避するために、抗生物質または他の特定の胃腸治療薬の服用を中止してから呼気検査を実施するまでの間に、何週間ものタイム・インターバルを置くことが推奨される。例えば上部消化管内でヘリコバクター・ピロリを検出するためのLARA(レーザアシスト比率分析器)の製造業者である、ニュージャージー・モリスプレーンズ在、Alimenterics Inc.によって与えられた操作上の推奨には、その呼気検査を実施する前の4週間以内に抗菌薬、オメプラゾール(プロトンポンプ阻害薬)およびビスマス製剤を服用した場合には、誤った陰性結果が出るおそれがあると示唆されている。
【0110】
このように薬物服用中断期間が推奨される理由は、細菌の抑制が同位体比を上昇させるメカニズムの原因となるため、患者が吐き出した呼気中に同位体標識成分が出現する生理学的動特性に、薬物が著しく影響を与え得ることにある。このような従来の方法によれば、この方法は、誤った診断結果、具体的には、反応レベルの低下によるまたは生理学的応答の動特性が遅延することによる誤った陰性結果を招くおそれがあり、これにより、このような薬物療法の特定時間内に行われた呼気検査の信頼性を疑問視する必要が生じる。
【0111】
本発明の方法の好ましい実施例によれば、複数の試料をオンラインで利用し、本明細書に記載した吐き出された呼気中の同位体比を事実上連続的なモニタリングすることは、1つまたは最大2つの不連続的な試料を標識基質の摂取に続いて測定する従来の方法とは異なり、患者の応答のほとんどの変化をより容易に検出することを可能にする。従って従来の方法とは異なり、本発明の好ましい方法によれば、患者が胃の不調の治療のためのPPI療法を目下受けている場合にも、またはH.ピロリ(H.pylori)の侵入を根絶するために抗生物質やその他の治療を受けている場合にも、H.ピロリに対する呼気検査を許容可能な率の特定性および感度で実施することができる。最悪の場合でも、患者が検査直前の期間にこのような療法を受けていたという認識を医師が利用して、若干低い「信頼レベル」パラメータを結果に割り当てることができ、しかもその場合その有意性を実質的に変える必要はない。
【0112】
さらに、従来の呼気検査に従った推奨手順の多くによれば、患者は特定の食物摂取から生じる同位体比の変化の影響を排除するために、典型的には呼気検査前の数時間にわたって断食することを忠告される。例えばトウモロコシ分の多い食物は、他のものよりも高いベースラインの13CO2同位体比をもたらす。本発明によれば、呼気検査を実施するのに必要な時間が短いので、検査前に患者が断食せずに済むことが望ましい。それというのも、特定の食物摂取から生じる同位体比のいかなる変化も、H.ピロリ活性により呼気検査で測定された変化よりもかなり遅い速度で発生するのが典型的であるからである。このような利点は、事実上連続的に測定される同位体比の変化をモニターすることが本発明の場合可能であることにより強められる。従って上記利点は、患者の最新の食物摂取からの経過時間に関して不確実なために尿素に対する動的応答が異なる状態で生じ得ることの影響と相対するものである。さらに、食物摂取が結果として胃の内壁部分を覆い、これによりH.ピロリ活性が低減するという事実を指摘する証言がある。たとえこのような状況にあっても、本発明の場合には同位体比の変化を事実上連続的にモニターできることにより、同位体比のより難解な変化を検出することが可能になり、こうして従来の他の方法よりも高いレベルの測定信頼性が提供される。
【0113】
呼気検査実施中に典型的に生じる状況を示す図4A〜図4Eを参照する。この状況に対しては、従来の不連続的な呼気試料の捕集方法および分析によれば、誤った陽性結果または陰性結果を与えるような誤った診断が下された。本発明の好ましい実施例による事実上連続的なサンプリング法および分析を用いることにより、これらの事例を正しく診断することができる。
【0114】
図4Aでは、極めてゆっくりと、しかし単調に増加する同位体比のプロットが示されている。この種の応答は、例えば検査が食物摂取後あまりにもすぐに被検者に対して行われた時に生じ得る。いっぱいの胃から標識基質を吸収すると、その吸収速度は他の場合よりもかなり遅くなる。さらに胃の他の内容物からの著しい稀釈作用もある。従って、たとえ被検者が紛れもなく陽性であっても、その結果生じた同位体比は緩やかな上昇を呈する場合もある。同じ作用が、胃の吸収レベルが低い被検者、または、検査されている疾患または細菌の治療または根絶のための薬物療法を受けている被検者にも見られる。
【0115】
標識基質の摂取から所定の時間経過後に単一または最大2つの試料バッグを捕集する従来の方法によれば、これらの時点t1、t2において、同位体比は上側閾値レベルT/Hに達していない。この上側閾値レベルと交差すると、陽性結果を示していると見極められることになる。図から明らかなように、t2後かなりの時間が経過しても、閾値レベルは辛うじて交差するか、または、通常受け入れられている全記録によれば、呼気検査の終了から長時間たっても全く交差しなかった場合もある。従ってこの被検者は陰性と見極められたことになる。
【0116】
しかし本発明の好ましい方法によれば、呼気テスターが複数の呼気試料を事実上コンスタントに捕集してモニターできることにより、呼気テスターの分析ソフトウェアが同位体比の連続的な上昇を検出することが可能になり、これにより、このような被検者は陽性であるとして、より正確に診断されることになる。したがってこのような方法を用いることは、より信頼性の高い呼気検査を実施することを可能にする。さらにこの方法は好ましくは、検査前の断食の必要なしに、また、検査されている臨床状態または細菌の治療または根絶のための薬物療法を受けている被検者に対して、より信頼性高く呼気検査を実施することを可能にする。さらにこの方法は、好ましくは、従来の不連続な試料バッグ法に比較して結果をより早く得ることを可能にしている。
【0117】
被検者の呼気検査のプロット例を示す図4Bを参照する。この被検者の状態は、不安定なレベルの代謝基質、ひいては被検者から吐き出された呼気の不安定なレベルの同位体比をもたらす。しかしこの被検者は、呼気テストで求められる状態の臨床的症状を示してはいない。いくつかの従来の方法によれば、試料バッグが偶然にも時点t1で分析のために捕集されるなら、被検者は陽性であると診断されることになる。しかし本発明による好ましい方法を用いれば、正しい陰性結果が出る。それというのも明確な上昇傾向が検出されないからである。
【0118】
次に参照する図4Cが示す状況において、同位体比は急激に著しく上昇して閾値T/Hを上回るが、次いで閾値の少し上で定常的な平坦レベルに達する。このような生理学的結果は点t1で実施される従来の一点式検査によれば陽性であると見極められることになるが、本発明で使用された分析法によれば陰性として正しく解釈される。
【0119】
最後に参照する図4Dは、呼気検査の結果のプロット450を示す。この結果は、時点t1における従来の不連続的なバッグ捕集法によるものであれ、同位体比の事実上連続的な捕集および分析を用いた本発明の方法によるものであれ、陽性結果を出すものとして最初は解釈されることになる。その一方で、同じグラフ上に、グラフ上の時点毎に測定された試料の二酸化炭素濃度の値452がプロットされている。濃度が時点毎に測定された比と強い相関関係を示すことが観察される。
【0120】
本発明の好ましい方法によれば、濃度と同位体比との相関関係は、気体分析器の不正確な較正状態から生じているものとして、おそらくは吸収曲線のうちの1つにおけるシフトの結果として、機器内で行われる自己診断ルーティンのうちの1つによって検出されることになる。次いで、吸収曲線のパラメータを補正するように、患者較正手順が実施され、これにより、発見された相関関係が低減され、新たに算出された吸収曲線を有するオリジナル・データを使用して、検査結果が遡及的に再算出される。図4Eは、較正後に行ったこの再算出手順の結果を示す。図から判るように、同位体比はいまや低く、波状であり、検査結果は実際には陰性であることが示されている。
【0121】
2. 基質の準備および投与
本発明のさらに好ましい実施例によれば、標識基質の投与のための手順が実践される。これについては、H.ピロリの検出のための呼気検査に用いられる方法に関して説明する。この検査においては同位体標識基質として、尿素が使用される。この手順を実践する現在の状況については、最近発行された数多くの特許出願、例えばA. Becerro de Bengoa Vallejoによる国際公開第98/21579号(WO98/21579)パンフレット、標題「ヘリコバクター・ピロリを検出する方法およびキット(Method and kit for detecting Helicobacter pylori)」およびC. Nystrom他による国際公開第96/14091号(WO96/14091)パンフレット、標題「ヘリコバクター・ピロリを検出するための診断準備(Diagnostic preparation of detection of Helicobacter pylori)」によく記録されている。上記両パンフレットを参考のため、それぞれその全体を本明細書中に引用する。
【0122】
できる限り効率的にH.ピロリの活性を検出するために、H.ピロリがそのウレアーゼ活性を妨害されることなしに持続する環境である自然の酸性レベルに幽門洞のpH値が維持されるべきなのは、上述のde Bengoa Vallejoの国際出願におけるように当業者には良く知られている。このことは、最も初期の呼気検査に使用された水の代わりに、pH2〜2.5の水溶性クエン酸から成る約200mlの飲み物を、尿素の投与前に患者に与えることにより達成されることが好ましい。The American Journal of Gastroenterology(第94巻、第1214-1217頁、1999年5月)に発表された、D.Y. Graham他による「13C−尿素呼気検査のための試験食としてのクエン酸(Citric Acid as the Test Meal for the 13C-Urea Breath Test)」と題する論文には、クエン酸溶液を摂取した後に患者に対して行われた呼気検査の結果が記載されている。4gのクエン酸を使用した方が、1gだけのクエン酸、または唯の水を使用するよりも、陽性患者の結果が著しく早く得られた。クエン酸の使用は、さらに3つの付加的な、良く知られた利点を有する。第1には、クエン酸は胃内容排出を遅らせ、これにより長時間にわたって胃の中に全量の尿素を維持し、第2に、H.ピロリ検出呼気検査のための多数の希望者に与えられているような、継続中のP.P.I療法の影響を阻止するのを助成し、さらに第3に、クエン酸は、呼気検査に対する妨害を引き起こすことで知られる口腔細菌の活性を減少させる。
【0123】
従ってこの良く知られた手順は、尿素の投与前または尿素の投与と共に、約200mlの稀釈クエン酸ドリンクを患者に与えることである。溶液中の尿素の安定性は長時間にわたって常に保証されるとは限らないので、一般に受け入れられる手順は、粉末または錠剤状の尿素を提供し、次いでこの尿素は水中に溶かされるか、またはドリンクとして与えられる。
【0124】
本発明の方法の好ましい実施例によれば、尿素は錠剤の形で提供され、この錠剤はクエン酸溶液中に直接的に溶かされ、次いで飲まれるか、またはストローによって摂取される。ストローを使用すると、尿素が口腔と最小限しか接触せず、これにより口腔細菌の影響が低減されることが保証される。このような手順は多くの利点を有している。第1に粉末ではなく、錠剤の方がシンプルに包装、使用することができる。第2に錠剤として使用すると、尿素の全てが溶解したことが明らかになり、従って用量全体が摂取時に即座に活性状態になる。第3に、錠剤の構造によっては、尿素は水中よりもクエン酸溶液中により容易に溶解する。例えば、50%の尿素と50%の塩化ナトリウムとから成る錠剤は、シリケート結合剤とセルロース分解剤と共に、水中に溶解させるのに要する時間のほとんど半分で、つまり8分近くに対して4分でクエン酸溶液中に完全に溶解する。
【0125】
キットの識別
本発明の好ましい実施例による呼気テスター機器は、多くの種々異なる検査に使用することができる。これらの検査のうちのいくつかは本出願の「背景」の項に記載され、さらに、背景の項で述べた国際公開第99/12471号(WO99/12471)パンフレットにも記載されている。それぞれの検査は同位体標識基質と、考えられ得る付属の溶液成分、例えば上部消化管内のヘリコバクター・ピロリを診断するための呼気検査に使用される尿素およびクエン酸とから成る固有のキットを使用する。各検査手順はまた、経過時間および被検出気体に対する検出レベルに関して、その固有の検査プロトコルを有してよいので、選択された呼気検査に正しいキットが使用されていることとその逆であることとを、保証するための手段が設けられることが重要である。さらに、使用される基質および付属の溶剤の量は、患者の年齢、体重、病歴または人種または出身地に応じて用意することができる。さらに、呼気検査パラメータが相応に調整される。最後に、キットにおける活性物質のいくつかの薬学的寿命が制約されている場合があるので、使用期限が切れたキットを使用しようとした場合に、ユーザに警告するか、機器を作動不能にすることが重要である。
【0126】
本発明の別の好ましい実施例によれば、それぞれの個々の呼気検査のための物質は、検査を実施するのに使用される使い捨て口腔/鼻腔カニューレまたはその他の呼気搬送チューブと共にキット内に供給される。本発明と共に係属中の、本発明の発明者のうちの数名による米国特許出願第08/961013号明細書、標題「チューブ・コネクタ検証器を有する流体分析器(Fluid Analyzer with Tube Connector Verifier)」において開示されたチューブ接続検証器は、分析機器によって実行される検査に正しいチューブが使用されていること、また、コネクタが正しく取り付けられていることを保証するように動作可能である。上記明細書を参考のため、本明細書に引用する。本発明のこの実施例によれば、口腔/鼻腔カニューレまたはこれと同等のもののコネクタは、識別コードでコード化することができる。識別コードは、どの物質がそのカニューレと一緒にキット内に含有されているか、物質の量、およびその有効期限に関する情報を含んでいる。口腔/鼻腔カニューレまたはこれと同等のものが機器に接続されたときに供給される情報を読み取るための手段が、呼気テスター機器のコネクタに設けられている。この手段は光学的、電子的、磁気的または機械的手段を有していてよく、これには例えばバーコード・スキャニング手段、ディジタル・パルスまたは同様に効果的な手段が含まれる。通信は、カニューレまたはこれと同等のもののコネクタが呼気テスターにプラグインされたときに自動的に、データを機器に自動的に入力するか、またはオペレータが検査の詳細を機器内にキー入力したときに問合せモードで作動させることができる。
【0127】
あるいはかつ好ましくは、呼気検査キット内にはトレーサまたはマーカー物質が加えられる。このマーカーを検出するための手段が機器内に設けられる。この好ましい実施例によれば、キット内に提供されているような当該コード化物質情報と共にカニューレが利用されない場合でも、呼気検査物質の内容物、量および使用期限のいずれをも、呼気検査機器によって識別することができる。
【0128】
本発明の別の好ましい実施例によれば、捕集された呼気の分析を開始するのに、呼気検査キット内の基質に添加されたマーカーを使用することができる。この実施例によれば、標識グルコースのような物質が基質に添加される。この物質は極めて急速に胃によって血流内に吸収され、その直後にその代謝副産物が被検者の吐き出した呼気中に出現する。グルコースからの標識マーカー副産物が機器によって検出されると、これは基質が摂取されたこと、その胃内での吸収が開始されたこと、および、基質が、調査されている生理学的影響の完全な代謝経路を進んでいることの信号となる。ただしこの標識マーカー副産物は、求められている特異的な疾患、細菌、または生理的機能不全に対しては免疫を有しており、その疾患または機能不全の存在とは無関係に出現する。このような信号は、実施されている検査の特異的副産物に関して、捕集された呼気試料の分析を開始するように、機器制御システムに命令を発するのに使用される。この方法は、長時間にわたる呼気検査と共に用いると、特に有利である。それというのも、マーカーは基質副産物の出現開始をいつ期待できるかに関して信号を提供するからである。
【0129】
本発明の別の好ましい実施例によれば、グルコースのような固体の代わりに、気体を基質内に取り入れることができる。気体は胃液中での基質の溶解時に放出され、呼気中で直接的に検出される。この場合、吸収、代謝および肺の吐出から成る完全な回路を実施する必要はない。別の実施例としては、胃酸との接触時にマーカー気体を発生させる親物質から、気体を製造することもできる。
【0130】
気体を取り入れるものであれ、直接的または間接的な気体状副産物を生じさせるものであれ、マーカー物質を採用するこれらの実施例の全てにおいて、気体が特定の呼気検査において検出されるべき気体と同一の場合には、呼気検査の真の副産物の検出を妨げないように、マーカー気体の影響が短期間であることが重要である。
【0131】
呼気検査結果の分析
本出願における発明者のうちの数名による上述の国際公開第99/12471号(WO99/12471)パンフレット、標題「呼気検査分析器(Breath Test Analyzer)」に開示された方法により、呼気検査は、検査の結果自体により見極められた時点で終了する。これは、上に開示した方法と同様である。これにより、呼気試料を事実上連続的に捕集して分析する方法は、目下の検査結果に応じて臨床的に有意な結論が得られたことを機器が見極めるのを可能にし、これにより、従来技術の殆どがそうであるように、単一または2つの非連続的なサンプリング点を使用するサンプリング法によるよりも早くに、検査の結論を得ることができる。本発明の別の実施例によれば、呼気検査機器は、臨床的に有意な結果が得られたので、検査を終結してよいことをオペレータに指示するための信号手段を備えている。あるいはかつ好ましくは、信号は一つ以上のインジケータ光によって可視であってもよく、またはトーンによって、または適切なリアルタイム指示法または指示装置によって可聴であってもよい。上述の国際公開第00/74553号(WO00/74553)パンフレットとして発行されたPCT出願の図13には、呼気検査機器210のフロント・パネルに、有意な結果が得られたことをオペレータに信号で知らせるための2つの変化実施例が示されている。このうちの一方はインジケータ・ランプ231の形で、他方はラウドスピーカ233の形で示されている。上記パンフレットを参考のため本明細書中に引用する。本発明の別の実施例によれば、検査の異なる結論を示すために、相異なる信号、例えば異なる色の光出力、または異なるトーンが、検査の結論が陽性であるか陰性であるかを示すために使用されてよい。
【0132】
本発明の別の好ましい実施例によれば、気体分析結果を算出するのに、数多くの方法が提供される。これにより、呼気検査結果に関する判断が、従来の方法よりもより早期にまたはより確実に得られる。
【0133】
(a) 口腔活性の見極め
本発明の好ましい実施例によれば、事実上連続的な試料分析の利点の1つは、口腔通路、鼻腔通路または咽頭通路内の細菌の基質に対する直接的な影響から生じる口腔細菌活性の影響と、真の胃の影響とを見分けることが可能になることである。殆どの従来の方法がそうであるように、基質の摂取後に唯1つのまたは最大2つの点で測定する場合、高同位体CO2比が胃の相互作用に由来する同位体CO2比の上昇に基づくのかどうか、または、同位体CO2比の下降が口腔活性の最終段階に由来するであるのかどうかを確実に見極めるのは難しいことがある。このことは誤った陽性結果率となる。
【0134】
本発明による同位体比を効果的に連続してモニターすると共に、同位体比が上昇傾向にあるのかまたは下降傾向にあるのかを見極める計算方法が使用されるのが好ましく、こうして、胃の真の陽性結果と口腔活性との減退とを区別する。方法は検査の開始からの結果をプロットすることに関与するので、口腔活性の特徴的な上昇および下降が完全に明瞭に検出される。本発明の好ましい実施例によれば、呼気検査で求められている真の生理学的影響の作用を検出するのにかかる時間よりも全て明らかに短い時間内で、DoBの特徴的なピークが低閾値を超え、低閾値に戻るという上昇して下降する値で検出された場合、応答は口腔活性からの結果と見なされ、従って無視される。H.ピロリに関する呼気検査に際しては、あらゆる口腔活性の完了の典型的な時間枠は、標識基質の摂取から8分のオーダである。口腔活性ピークの典型的な値は、全て尿素の摂取から4〜8分の時間内に生じる、約10δまでの上昇と、結果としてこれに伴う、ピーク値から最小5δの降下とである。
【0135】
なお、「口腔活性」という用語を本明細書中で使用し主張する場合に、この用語は、被検者から吐き出された呼気中の同位体比を増大させる生理的副作用を含む。この副作用は、呼気検査により調査中の求められている作用とは無関係であるか、または、調査中の生理学的状態と関連する代謝経路には関与せずに生じる。
【0136】
(b) 同位体比の変化
被検者から吐き出された呼気中の二酸化炭素の同位体比13CO2/12CO2の増大を見極めるために、一般的に受け入れられている方法では、基質の投与前に被検者の呼気中のバックグラウンド同位体比のベースライン・レベルを測定する。このベースラインを超える同位体比の部分的な増加は、周知の「デルタ・オーバー・ベースライン」パラメータという言葉で表現される。一般に用いられる従来の方法では、DoBは基準化パラメータ、デルタδまたはより厳密に言えば千分のデルタとして一般に表現される。この基準化パラメータにおいて、試料1の同位体比R1と、基準試料Rの同位体比RRとの間のデルタは次のように定義付けされる:
δ1 = 1000*(R1−RR)/RR
【0137】
伝統的に使用される基準試料は、ピー・ディー・ベレムナイト(Pee Dee Belemnite)石灰石として知られる標準的な地質学的岩石である。したがって基準同位体比Rpdbは、自然発生するPDB石灰石に見出されるような、炭素の同位体比13CO/12COであり、1.11273%の値を有している。
【0138】
測定値1と測定値2との間のデルタ・オーバー・ベースラインは次のように与えられる:
DoB=δ1−δ2、この場合、
δ1=1000*(R1−Rpdb)/Rpdb
δ2=1000*(R2−Rpdb)/Rpdb
【0139】
従って、DoB=1000*(R1−R2)/Rpdb、この場合:
R1は、時点1において試料1で測定された同位体比であり、
R2は、時点1において試料2で測定された同位体比である。
【0140】
正常な被検者の場合、ベースライン呼気試料の同位体比は、本質的に、被検者によって消費された植物由来食品または動物由来食品に由来する有機化合物の代謝から生じた二酸化炭素の同位体比である。このような栄養素は一般的に、空気中の自然発生二酸化炭素の典型的な同位体炭素比よりもかなり低く、かつPDBの同位体炭素比よりも低い同位体炭素比を有しているので、正常な被検者から吐き出された呼気のベースライン同位体比は、通常、被検者に応じて15δを多少上回る値から約27δの範囲の量だけ、Rpdbよりも著しく小さい。このようにDoBは、一般に使用される定義によれば、典型的なベースライン比から一般に若干上昇した特定の固定比に対する、2つの測定値の間の同位体比の部分的な差として表現される。
【0141】
本発明の別の好ましい実施例によれば、いくつかの事例において、ベースライン測定を必要とすることなしに、特定の固定比に対する、2つの測定値間の同位体比の部分的な差を用いることが可能である。この好ましい実施例によれば、同位体比の変化の測定は充分な感度で行われるので、基質の摂取に続いて取られる測定値は、ベースライン・レベルを知ることなしに、同位体比の求められている変化を検出するのに充分である。なお留意すべき重要な点は、この項およびこの開示内容全体を通して述べた、同位体比の変化を算出するための種々のパラメータを用いる場合に、「デルタ・オーバー・ベースライン」という用語は、前回に測定した値を上回るデルタの差を意味するように幅広く解釈されるべきであり、ベースライン・レベルの認識に厳密に固執するものではないことである。
【0142】
いかなる手段を用いるかにかかわらず、呼気試料中の同位体比を測定している間、試料セルおよび基準セルにおける測定条件は、正しく較正された条件から変わることがある。いくつかのタイプの呼気検査、例えば脂肪吸収不全症の評価、胃内容排出率または肝臓機能検査は、かなりの時間にわたって行われ、数時間にも及ぶ場合もある。このような場合、その時間中、機器に僅かなドリフトが生じても、これは極めて重大になる。従って、例えば気体吸収曲線のシフトから生じる不正確な較正による、比の測定値の系統的誤差が生じると、互いに近似した2つの比の変化の測定誤差が極めて小さいものであっても、算出されたDoB値は、完全な系統的誤差を含むことになる。それというのも、目下測定されている比とは全く異なるおそれのある値を有するそれぞれの比が、固定値Rpdbに対して基準化されるからである。
【0143】
このような欠点を回避するために、Otsuka Pharmaceutical Co.によりPCT出願された国際公開第97/14029号(WO97/14029)パンフレットには、代わりに定義付けされたδ’が提案されている。この場合、試料0と1との間の比Rに関して:
δ’1 = 1000*(R1−R0)/R0
である。
δ’のこのような定義は、Rpdbの代わりに、R0を分母に持つ。R0つまりベースライン比と、R1つまり次の測定点との間の差は、上述のR0とRpdbとの間の差よりも一般に著しく小さい。従って、δ’の値はδの値よりも、吸収曲線のシフトから生じる測定条件の変化に対してさほど鋭敏ではない。それというのもδ’は、測定されている比R1に近似する比R0に対して基準化されている。このようなδ’を用いることにより、吸収曲線のドリフトを補償しなければならないという問題を克服しようとしている従来の測定法がある。
【0144】
他面において、δ’の値はR0の値に関連するので、絶対的な結果は、測定される特定の被検者のベースラインに関連し、従って、被検者の食習慣、または最後の食事からの経過時間、またはベースライン・レベルに影響を与えることで知られる出身地のような要因によって変化することがある。異なる被検者間のベースライン・レベルの差は、上述のように約10δの範囲にわたることがある。このような理由から、R0に関連するδ’を使用すると、相異なる被検者から得られた結果相互間で絶対的な数値比較を行うことはできない。
【0145】
ここで参照する下記の表1は、第2列のR0に対して基準化されたDoBのいくつかの算出値を、第3列のRpdbに対して基準化された伝統的なDoBと比較して示している。第1列は、質量分析により測定された真の同位体比である。パラメータRCIRについては後で説明する。表から明らかなように、試料の同位体比が増加するのに従って、R0に対して基準化されたDoBは、Rpdbに対して基準化された伝統的なDoB値から逸れる。極めて大きな同位体比で示された逸脱レベルは、特定の検査や、種々異なる被検者に対する検査結果の比較を必要とする統計学的研究や、ベースライン比が著しく変化することのある典型的には数週間のタイム・インターバルを置いて取られた一被検者を比較する際には、臨床的な有意性をほとんど有することはないものの、DoBパラメータ間の差が関連性を有するようになることがあり、従ってRpdbと呼ばれる古典的なDoBが用いられるのが好ましい。
表−1
【0146】
吸収曲線の変化に関して測定された呼気検査結果の関連性を克服するために、本発明の好ましい実施例によれば、呼気検査機器は、種々の補償手順、例えば上述のようなソフト較正、自己較正または患者較正の各手順を組み込んでよい。このような較正手順の1つが実施される場合、例えば同位体比(「陰性」患者)の有意な変化を示さない患者の呼気の試料が較正法において使用され、その呼気の同位体比をRpdbによって概算することができる。吸収曲線のパラメータは、反復較正手順によって調整され、予想通り、測定された比がRpdbの比であることが実際に見出される。真の比が20δまたはRpdbの値よりも下にあることがたとえ判っていても、このようなRpdbに対する推定近似値を使用することは、測定されたDoB値に対して小さな影響しか与えない。従って例えば、上述の陰性患者の試料の真の比が、推定Rpdb=1.11273%ではなく、実際にはR=1.07%(陰性患者の典型的な値)である場合、Rpdb近似値の使用から生じる、測定されたDoBの誤差は、測定値の3%オーダに過ぎない。このことは、5δではなく、5.15δの読み取りが得られることを意味し、このような偏差は全く重大ではない。測定されたDoBの絶対値の、被検者のベースライン・レベルとの関連性は最小限である。
【0147】
異常に高いベースライン比、Rpdbの推定値を上回る60δものベースライン比さえも有する被検者の他方の極端な例では、反復較正法を使用することによって、得られたDoB測定値が受ける影響は1δ未満となる。相異なる被検者間のベースライン同位体比の広がりは、60δというこの値をかなり下回るのが典型的なので、上述のような本発明の好ましい較正法の利用は、正確な呼気検査結果を得ることを可能にする。このような結果は、一般に受け入れられたDoBパラメータに帰することができ、検査された患者の実際のベースラインとは無関係である。
【0148】
上述の較正で用いられたRpdb 近似によって生じたDoBの測定値の偏差が小さいものであっても、この偏差は、好ましくは既知の同位体比を有する試料について比を測定することにより、例えば機器の較正チェックを行うことにより補償することができる。本発明の別の好ましい実施例によれば、δ’の上述の定義は、「同位体比の相対変化(relative Change in the Isotopic Ratio)」またはRCIRとして知られる別のパラメータで使用される。パラメータRCIRは、吐き出された呼気の同位体比の増加を見極めるために、従来のDoBの代わりに使用されるのが好ましい。RCIRは次の表現によって定義付けされる。
RCIRn=RCIRn-1 + 1000*(Rn−Rn-1)/Rn-1
この場合Rnは、測定値nに対応する13CO2/12CO2同位体比である。定義により、ベースライン測定では、RCIR0=0である。
【0149】
RCIRの上記定義によれば、基準化は、前の測定点Rn-1に関して実施されるのが好ましい。RCIRに対しては別の好ましい定義を使用することもできる:
RCIRn(+)=RCIRn-1 + 1000*(Rn−Rn-1)/Rn
この場合基準化は目下の測定点における比に関して行われる。陽性結果Rn>Rn-1を示す呼気検査の経過中、RCIRn(+)を使用して達成された結果は、前に定義したRCIRnを使用して得られた結果よりも、Rpdbに関して得られた結果に近似する。
【0150】
本発明の別の好ましい実施例によれば、RCIRに関するこれら2つのタイプの基準化は、測定された同位体比が増加しているかまたは減少しているかに応じて、それぞれの測定の結果を算出するのに交互に用いられる。同位体比が上昇している場合、つまりRn-1<Rnの場合、第2の定義RCIR(+)が用いられる。同位体比が降下している場合、つまりRn<Rn-1の場合、第1の定義RCIRnが用いられる。交互のRCIRパラメータを用いるこの算出法は、比曲線が増加から減少へ、またはその逆に向きを変えるとき、またはそれが機器的な源から発するものであれ生理学的な源から発するものであれ、測定点に高レベルのノイズがあるときに、結果の傾きを平滑化するのに有利である。この方法はまた、プロットされた曲線の全体的な傾向から特に逸脱した測定点を補償するのにも有利である。
【0151】
測定された同位体比の傾向に従って交互に定義付けされるRCIRパラメータを使用することの更なる利点は、得られた結果の精度にある。単一の定義としてのRCIRパラメータを使用すると、変化の向きに応じて、比の変化が亢進されるか、または比の変化に重きが置かれなくなる。従って例えば、前の読み取り値であるRn-1に対して基準化された第1のRCIRnパラメータを使用すると、増加する比が誇張される。それというのも増大中、RCIRの分母のRn-1はRnよりも小さいからである。同様に、RCIRnを使用すると、降下する比の減少率が明らかに小さくなる。それというのも分母Rn-1が現在の比Rnよりも大きいからである。RCIRn(+)パラメータを使用すると、逆の影響が現れ、増大に対しては重きが置かれず、減少は誇張されるようになる。
【0152】
その結果、実施される呼気検査の分析に、RCIRパラメータのうちの一方または他方が使用される場合、波状の比曲線は比の誤差が蓄積されたものとなる。これに対して、測定値の傾向に応じて交互のRCIRパラメータを使用する本発明の好ましい実施例によれば、波状の曲線は真の測定結果を常に反映し、その結果例えば、比がその元の値に戻ると、曲線も常に元のレベルに戻る。
【0153】
測定経過中に生じる機器のドリフトは、従来のDoBに対して与える影響とは著しく異なり、パラメータRCIRには影響を与えない。上述の表1の最後の列には、与えられた同位体の値毎に算出されたRCIRパラメータの値が示されている。ここから明らかなように、RCIR値は高DoB値で小さな偏差を伴いながら、古典的なDoBの値に追従する。
【0154】
本発明の別の好ましい実施例によれば、RCIRは、例えば1時間をはるかに超える上述の検査のように、比較的長時間にわたって呼気検査を実施する際の主要な問題を大幅に克服する測定法に用いることができる。このような状況では、例えば環境条件の変化、具体的には温度変化に伴って吸収曲線に変化が生じることにより、機器にはドラフトが多く発生する。この状況において、検査開始近くでベースライン基準が取られた場合、このベースライン測定値と、検査中かなり後で得られた同位体比とを正確に比較する簡単な方法はない。それというのは一般に測定条件が変化したおそれがあるからである。従ってその比較は妥当なものではない。
【0155】
さらに、呼気検査で用いられるいくつかを含む、光学分光気体分析法の場合、試料を、ベースライン試料と同一の主要同位体成分濃度にする必要があるので、試料セル内で測定された光透過率(吸収率)を、試料セル内の成分気体の濃度に直接的に関連付けすることが可能である。捕集された各試料を不活性ガスによって予め決められた濃度に希薄化することにより、濃度を等しくすることができる。濃度は、検査されるべき通常の達成濃度の範囲の下限であるように選択されるのが典型的なので、実際に捕集された試料の大部分を、予め決められた同一濃度値に希薄化することができる。
【0156】
Otsuka Pharmaceutical Co.によりPCT出願された上述の国際公開第97/14029号(WO97/14029)パンフレットには、2つの試料間の濃度を等しくするために、2つの試料バッグの濃度を比較し、濃度の高い方の試料を低い方の濃度に希薄化する方法が記載されている。残念ながら、それぞれが異なる試料バッグに捕集された多数の試料に対して、または本発明において説明するように試料の呼気を効率的に準連続的にモニターするオンライン測定法に対して、最低濃度に希薄化する方法を適用するのは現実的でない。大規模な試料集合を比較するには、試料を取り扱い、一次的に保存する複雑なシステムが必要となる。それというのも、各試料は他のどの試料とも最終的に比較される必要があるからである。
【0157】
さらに、典型的な呼気検査の継続中には安定した測定条件を一般には維持することができない以上、Otsukaの方法の場合、試料の同位体比の変化に関連する比R0が使用され、この比R0は測定された試料の比から隔たっている場合があるので、別の不都合が生じる。同様に、n番目の試料をn−1番目の試料と比較する場合、比Rn-1が基準化に使用されるとしたら、その結果の傾向は極度に誇張され、いかなる変化も過度に強調される。
【0158】
本発明において説明した好ましい実施例に従って、交互のPCIRパラメータを利用することにより、個々の試料対n−1およびnを同一濃度にすることを可能にするOtsukaの方法における上述の不都合が、他の試料対を参照することなしに解決される。その後で、n番目の試料の新しい測定値に関連してn+1番目の試料が測定される。
【0159】
従来の二酸化炭素呼気検査に共通に用いられる、試料の正しい希薄化を達成する別の方法は、12CO2IR透過率を既知の濃度の基準試料と比較することにより行われる。上述の理由から、比較吸収測定は大幅に異なる時点に行われる場合には不正確になるおそれがあるので、試料を等しい濃度にする能力は、吸収測定自体に影響を与える機器安定性の同じ問題によっても影響を受ける。従ってこれに関して用いられる方法によれば、かなり異なる時点に試料が捕集され測定されているときには、呼気検査の精度は、ベースライン試料を参照して正確な比較吸収測定を実施するための能力に、2つの別個の形で関連する。つまり第1は、試料を同一濃度に正確に希薄化する能力であり、第2は、実際の吸収測定を正確に実施する能力である。
【0160】
このような問題を克服する数多くの方法がある。1つの方法は、極めて多量なベースライン試料を捕集し、これを個別の部分に分けることである。これらの個別の部分は、検査が進行するのに従って捕集されたそれぞれ後続の試料を、この後続の試料が測定されるときの条件下で、元のベースライン試料の一部と比較するのに充分に足るものとなる。これによりその比較はより正確になる。あるいは、ベースライン試料の別個の試料は、連続する呼気の比較毎に抜き出されてもよい。それぞれの比較測定のために分割した後で充分となる大規模な初期ベースライン試料を捕集するという実際的な問題により、これらの方法は実施するのに厄介であり、一般に容易には実現できない。
【0161】
R.Grisar他に発行された米国特許第5,146,294号明細書で提案された別のよりシンプルな手順においては、基準気体から成る連続的な試料を供給するための保存コンテナを使用する。基準気体は、希薄化された呼気試料の各測定間に、希薄化された試料呼気の条件と出来る限り同一の条件下で、測定チャンバ内に移される。このような方法の精度は、システムを温度安定化できる精度と、基準試料を同一圧力条件下で繰返し測定できる精度とによって限定されるように思われる。
【0162】
本発明の別の好ましい実施例によれば、上記のものとは異なる基準測定法において、吐き出された呼気から成る単独の初期ベースライン試料を捕集し、検査中に捕集されたそれぞれの試料の各測定間に測定セルに、または測定セルからベースライン試料を搬入・搬出することにより、検査中に捕集されたそれぞれの試料の測定直前および/または測定直後に同じベースライン試料を繰返し測定する。こうしてベースライン試料は、捕集された試料の条件と同様の条件下で測定される。この方法を実施するには、ロスや漏れや希薄化によって単独のベースライン試料が汚染されるのを回避するために、正確な気体取り扱いシステムが必要となる。
【0163】
あるいはかつ好ましくは、またよりシンプルに、このような単独ベースライン試料は固有の基準セル内に保存され、新たに捕集された試料の測定毎に、測定セル内の試料気体と比較されてもよい。このような手段はそれぞれの測定を実施するために、相異なるセル相互間で測定路を切り換えなければならないという欠点を有する。
【0164】
上述の手順の全てを実施するための較正法は、絶対固定比または可変比に対して基準化された固定点からの同位体比の変化に対する種々異なる定義を用いて確立されることが好ましい。この場合測定比の同位体偏差は、どの基準比が用いられたかに応じて、以下のいずれの表現によっても与えられる。
(a) (Rn−R0(n))*1000/R0(n) または
(b) (Rn−R0(n))*1000/Rpdb
この場合RnおよびR0(n)は、それぞれn番目の測定点で測定された測定同位体比およびベースライン基準である。
【0165】
例えば過剰の機器ドリフトにより、Rpdbに対して行われるような絶対基準化測定を達成できない場合、相対同位体偏差は次の形を取ってよい:
(c) (Rn−R0(n))*1000/Rn
Rn≧R0(n)なので、表現(c)は(a)よりも、標準的なPDBに関連する表現(b)に近似している。
【0166】
基準比がベースライン測定値ではない場合には、この点からの同位体比の変化は、前の結果に関して算出されることが望ましい。従って、用いられる定義に応じて、前の結果に関して以下の項のうちの一方を差し引くことにより、偏差が得られる:
(d) (Rn−Rref(n))*1000/Rref(n) または
(e) (Rn−Rref(n))*1000/Rpdb
この場合、RnおよびRref(n)は、それぞれn番目の測定点で測定された測定比自体および基準比である。
【0167】
例えば過剰の機器ドリフトにより、Rpdbに対して行われるような絶対基準化測定を達成できない場合、相対同位体偏差は次の形を取ることが好ましい:
(f) (Rn−Rref(n))*1000/Rn
Rn≧R0(n)なので、表現(f)は(d)よりも、標準的なPDBに関連する表現(e)に近似している。
【0168】
第1の点(ベースライン)に関して、同位体比の相対変化は次のように表現することができる:
(R0−Rref(0))*1000/Rref(0),pdb または 0
これに対してn番目の測定点に関しては、測定がベースラインに関して実施される場合には、:
(Rn-Rref(n))*1000/Rref(n),pdb または n - (R0-Rref(0))*1000/Rref(0),pdb または 0
または、RCIR算出法が用いられる場合には、
(Rn-Rref(n))*1000/Rref(n),pdb または n - (Rn-1-Rref(n-1))*1000/Rref(n-1),pdb または n-1
【0169】
本発明の別の好ましい実施例によれば、RCIRパラメータを使用する方法が提案される。RCIRパラメータは、長時間にわたる呼気検査に際して、捕集された試料を単独のベースライン試料と比較することに関する上述の問題を幅広く克服する。この好ましい方法によれば、第1の測定点を除く測定点毎に、試料対が捕集される。第1の測定点では、捕集するのに必要な試料は1つだけであり、これは一般にベースライン試料となる。どの連続的な測定点nにおいても、捕集された試料対のうちの一方の試料が、測定点(n−1)、一般的には比較的短時間だけ前の測定点からの試料対のうちの一方の試料と比較されるのに対し、試料対のうちの他方の試料は、次の測定点(n+1)で捕集されるべき試料対のうちの一方の試料と比較するために保存される。最後の測定点では2つの試料が捕集されるが、しかし一方だけが測定に必要である。それというのも検査はこの点で終了するからである。
【0170】
この実施例の方法を、各測定点で2つの別個の試料を「捕集する」という用語で説明したが、しかし実際には、2つの別個の試料を物理的に捕集する必要はない。例えば、単独の試料を捕集し、関連する2つの測定点のそれぞれで半分ずつ使用するか、または、単独の試料を捕集し、これをそれぞれの測定点で一度ずつ、合計二度測定することが可能であり、またはこの方法の他の適切な変更形も考えられる。
【0171】
各測定点間の時間は、完全な呼気検査の経過総時間と比べると比較的短く、実施されている検査のタイプに応じて、1分よりもかなり短い時間から30分を超える時間までの範囲を占めるのが典型的である。従って、1つの測定点と次の測定点との間の比較的短い時間にわたって試料の完全性と測定条件の安定性とをより維持することは、呼気検査の開始から終了までこれを維持するのに比べて簡単である。
【0172】
このように、基準の可動枠が生成され、これにより最も近似して生じ得る測定条件下で、前回の測定点との比較が行われ、測定条件が機器のドリフトにより一時的にどのように変化したかとは無関係に、それぞれの測定点を前回の測定点に戻って照会することができる。
【0173】
本発明の好ましい実施例による、試料対を比較するコンピュータ上の手順は、図5を参照することにより理解できる。図5は、吸収曲線の変化から生じるような機器のドリフトにより、測定された同位体比Rが経過時間の関数として変化し得ることを示している。図示のグラフは一例を挙げるために示したに過ぎない。このプロットは、あたかも呼気検査が真の同位体比に少しの変化もない陰性結果を与えているかのような理想的な固定比に対して、機器によって実際に測定された比の変化を示している。比が実際に変化しているときにより起こりそうな状況に関しても、同様の説明が可能であるが、簡略化するために固定比を使ってこの実施例を説明する
【0174】
同位体比の変化を時点t0におけるベースライン基準測定値と比較する従来の方法を使用すると、時点t1で測定された同位体比の変化はΔR1となる。時点t2に設けられた次の測定点では、測定される同位体比の変化は、機器のドリフトの結果として、ΔR2と測定されることになる。ベースライン・レベルからの蓄積された変化はΔR1+ΔR2となる。同様に第3の測定点t3では、前回の点からの比の測定された変化はΔR3であり、ベースライン・レベルからの蓄積された変化はΔR1+ΔR2+ΔR3となる。グラフから判るように、特に機器の安定性レベルと比較してかなりの時間にわたって持続する呼気検査にとって、種々の値のΔRnは重大である場合があり、蓄積されたΔRではなおさらである。
【0175】
本発明の好ましい実施例によれば、測定点毎に試料対を捕集することにより、このような誤差を実質的に低減することができる。例えば時点t1においては、捕集された試料対のうちの一方の試料が、時点t0で測定されたベースライン基準試料と比較するのに用いられる。試料対の第2の試料は、時点t2まで何もせずに保存され、次いで、時点t2で捕集された試料対のうちの一方の試料に対する基準試料として使用される。こうして、機器のドリフトによる、測定比ΔR2の変化は無効にされる。それというのも、時点t1からの試料は時点t2からの試料と、機器内で本質的に同一の、つまり時点t2において機器内に現存する条件下で比較されるからである。同様に、時点t2から保存された第2の試料を時点t3からの試料と比較することにより、比ΔR3の明らかなシフトを無効にするのが可能になる。同様の議論が、呼気検査の全ての連続的な測定点に当てはまる。
【0176】
上述の説明は、各試料の比の測定には極めて短い時間しかかからず、両試料が各時点で同時に測定されることを想定するという点で若干簡略化されている。実際は、それぞれの比の測定には時間Δtがかかり、例えば点2では、時点t1から保存された基準試料の比の測定が、時点t2で捕集された試料対の一方を測定するよりも早く、時間Δtで行われる。この時間Δtの経過中、機器のドリフトは持続し、その結果時点t2で測定された比r2は、時点(t2+Δt)で測定された比とは、量Δrだけ異なる。しかし、比の測定にかかる時間Δtが、連続的な測定点の間の経過時間よりも一般には著しく短いので、本発明のこの好ましい実施例による試料対測定法を利用すると、かなり精度が増大し、機器のドリフトからの免疫性も増大する。
【0177】
さらに、本発明のこの好ましい実施例による試料対法は、各試料を目標濃度に希薄化し、達成された濃度を測定するのにかかる時間を考慮しても、なおも測定を有意義に改善する。このようなプロセスは同一濃度で試料が比較されるように実施される。希薄化および濃度測定のプロセスは実際には、比測定自体を実施するのにかかる時間Δtよりもかなり長くかかる。前回の測定点から捕集された基準試料と、目下測定されている試料との双方に関して、希薄化および濃度測定の手順が、測定点相互間の最小限の時間で実施されるならば、比の測定を行う時点に達したときには、試料は既に目標濃度に希薄化されており、すぐに測定される準備が整っている。しかも比較測定間の時間差はΔt未満である。
【0178】
試料対を捕集して測定し、試料の同位体比の相対変化を算出するためのRCIRパラメータを使用するこの好ましい方法は有利であり、また全てのタイプの呼気検査に適用可能である。このような呼気検査のタイプは、試料捕集のためにバッグを使用し、次いで試料の捕集時点および捕集場所とは必ずしも関係しない時点および場所で分析される呼気検査と、被検者が呼気検査機器に接続されて、これによりその呼気を呼気検査機器によりほとんど連続的にモニター可能な状態で、リアルタイムに行われる呼気検査との双方を含む。
【0179】
(c) ベースライン見極め法
公知の技術の場合、標識基質の摂取前に得られた単独の呼気試料または試料群から取られた単独の測定値の同位体比を検出することにより、ベースラインが見極められる。機器のドリフトまたは高ノイズレベルにより、または、臨床的な理由から連続的な呼気が著しく異なる同位体比を与えるときに、患者によって供給される呼気中の生理学的「ノイズ」により、得られた単独のベースライン点が正しくない場合に、上記方法は不正確な結果を生み出す場合がある。
【0180】
潜在的な不正確さのこのような源を克服するために、本発明の別の好ましい実施例によれば、ベースライン見極め法の働きにより、測定されたベースライン点の質を再検討し、必要ならば、標識基質を患者が摂取する前に、1つまたは複数の付加的なベースライン点を測定する。
【0181】
ベースライン測定に関連した第1の付加的な好ましい実施例によれば、機器内で作業可能な自己診断手順が、例えば第1のベースライン測定点を形成する別個の結果のばらつきが低標準偏差で存在することによって、または目標値に近似する二酸化炭素濃度が達成されることによって見極められるように、測定された点の質が高いことを示す場合には、制御システムは、単独のベースライン測定が充分に正確であるという結論を下す。
【0182】
別の好ましい実施例によれば、第2のベースライン測定値が取られる。2つの測定値が互いの予め決められた値内にある場合、機器的にも生理学的にも、ベースライン測定値には何の妨害も働いていないと推定され、2つの値の単純平均が用いられるのが好ましい。これに対して2つの値の間に食い違いが検出されるか、または、例えば上述の基準により見極められるように、これらの点の1つが低質であると疑われる場合には、多くの可能性が現れる。低質の点は廃棄されて、良好な点だけがベースライン・レベルを定義付けすることが好ましい。あるいはかつ好ましくは、システムは第3のベースライン点の測定を要求することもできる。この第3のベースライン点の結果により、測定結果のうちのどれを使用するかを見極めることが好ましい。第1の2つの値がノイズ問題によりばらついていると思われる場合には、この方法では3つの値全ての単純平均が取られる。あるいは、第1の2つの値のうちの一方が他の2つとは大幅に食い違うことが、第3の測定値から明らかな場合には、第1の2つの値の一方は、不良値として拒絶することができる。
【0183】
本発明の別の好ましい実施例によれば、ベースライン測定は、検査の進行をスピードアップするように行われる。従って例えば第2の点は、第1の点の分析完了前に捕集されることが好ましい。第1の点が低質であり使用できないことが、第2の点の測定完了前に明らかになる場合、第2の点の測定完了前に、計算ルーティンは第3のベースライン試料の捕集を要求する。
【0184】
本発明の別の好ましい実施例によれば、検査をよりスピードアップするために、第2の測定値の結果を知る前に、ただし第2のベースライン測定のための呼気試料を捕集した後で、摂取するための標識基質を患者に与える。この場合、例えば測定値を形成する別個の点の標準偏差により、または達成されたCO2目標濃度の精度により見極められるように、測定値の質をチェックした結果、測定値のうちの一方が正確でないことが明らかになった場合、ベースラインを計算する上でその測定値を廃棄することができる。両測定値の質が良好な場合には、これらの値の平均が用いられてよい。
【0185】
(d) 閾値利用法
特異的な臨床状態を検出するための呼気検査は、多くの他の診断検査と同じように、特定の結果または検査の陽性結果を示すようなレベルの達成に依存する。求められている臨床状態が存在しないことに関して決定的な診断を提供すること、換言すれば陰性結果を定義付けすることは、一層難しい作業である。
【0186】
呼気検査の作業機能は、被検者の呼気試料成分の同位体比に生じた変化が、求められている作用に関連して臨床的に有意になると、それを見極めることである。従来技術の多くに用いられているようなこの見極めの基準は、検査に割り当てられた時間に、またはその時間内にDoBが所定の閾値レベルを超えたか否かである。結果が陽性の場合、DoB値の緩やかな上方へのドリフトが得られたときのように、閾値との交差が確固たるものではないときに若干の疑わしさがまだ残るとしても、判断はよりシンプルである。しかし、DoBがベースラインと閾値との間をさまよい、しかも時折、おそらくはランダム・ノイズによりこのDoBが閾値を超えて動かされる場合、結果が本当に陰性であるという確固たる診断を下すのは一層難しい作業である。人口に対するかなりの比率で潰瘍が広範囲に蔓延しており、上部消化管が同様の関連状態を有しているので、陰性結果の解釈は、上部消化管のH.ピロリの存在を検出するために一般に用いられる尿素呼気検査においては特に重要である。
【0187】
この問題の1つの解決手段は、テストがより長時間にわたって持続することを可能にし、これにより結果が陰性のままであるか否かを見極めることである。しかしこのことは、患者に不便をかけ、また別の患者を検査するのに使用できるはずの高価な機器を不要に占有することになる。従って、明確な結果、特に陰性結果を最小限の時間で得るのを可能にする最適な呼気検査閾値レベルを定義する手段を講じることが重要である。
【0188】
このような目的を達成するために、また可能な限り最短の測定時間で最高の感度および特定性を達成するために、本発明の別の好ましい実施例による呼気検査分析器は、患者の呼気の同位体比の変化が臨床的に有意か否かを見極めるために固定的な基準を利用しない。その代わりに基準は、検査中に作用する多くのファクタに従って検査の経過中に変化させられる。このファクタには、例えば検査の経過時間、検査を実施する機器のノイズレベル、および検査の生理学的結果が含まれる。
【0189】
さらに、同位体比の変化の伝統的に用いられる測定値は、ベースライン・レベルに関する比のレベルであったが、本発明の別の好ましい実施例によれば、測定値は、ベースライン・レベルではなく前回の測定点に関する変化、または同位体レベルの変化率、または、変化の経過をプロットするのに用いることのできる別の性質であってよい。
【0190】
これらの新規の測定法を示すためにここに提示する本発明の好ましい実施例の場合、その検査の完了を判断するために、充分なデータが蓄積されたか否かを見極めるように、閾値利用法がリアルタイムの検査結果を用いる。このような見極めは、動的閾値レベルを用いることにより達成される。このレベルの値は、測定経過中に閾値利用法によって、以下の量のうちの1つまたは複数の量の関数として変化させることができる:
(i) 蓄積されたデータの性質、すなわち検査が良好に定義付けされた結果を与えているか否かの関数、
(ii) 得られた結果のレベルおよび傾向の関数、
(iii) 蓄積データの標準偏差の関数、および、
(iv) その特定の時点で用いられている特定の機器のノイズおよびドリフトのレベルの関数。
【0191】
さらに別の好ましい実施例によれば、2つの閾値、つまり上側および下側の閾値を利用することができる。これらの閾値は、捕集されたデータの有意性が明らかになるにつれて収束する。
【0192】
可変閾値の使用を見極める方法は、口腔活性の沈静化後の検査開始時と、検査進行中との間で区別することができる。大量のデータを蓄積する前の検査早期には、決定的な結果を判断するために、点は陽性結果を示唆する、ベースラインの明らかに上方にあるか、または、陰性結果を示唆する、ベースラインに極めて密接した位置になければならない。検査が進行し、大量の蓄積された測定点の生理学的結果が考慮に入れられるのに従って、使用されるべき閾値基準はより統計学的に、蓄積されたデータに基づくようになるべきである。
【0193】
これら2つのアプローチの結果を図6に示す。図6は、二重の動的な閾値基準を使用する好ましい方法を示している。図6には、時点t0における同位体標識基質の摂取から経過した時間の関数として使用された閾値のプロットが示されている。時点t0における検査開始から時点t1までの領域500では、上側閾値に達したか否かを見極める上で、呼気試料は一般には考慮に入れられない。なぜならば、患者の口内に存在する細菌によって基質が衰弱することにより口腔活性が存在しているかもしれないからである。これに対して有意な口腔活性が存在していないと口腔活性検出システムが検出した場合には、上側閾値と交差していると見極める上で、例え時点t0からのものであっても、上昇する結果を考慮に入れることができる。ベースラインに近接する結果は一般的には常に考慮に入れることができる。それというのもこのような結果は、口腔活性が存在するとしても、その存在によっては影響されないことが明らかだからである。
【0194】
時間t1の経過後、口腔活性が存在する場合にはこの活性が沈静化し、捕集された呼気の全てが検査結果の計算のために考慮に入れられると、2つの閾値、つまり上側閾値Tu506と、下側閾値Tl508とが使用される。領域502全体を通して、蓄積されているデータが極めて僅かしかない場合には、TuおよびTlの大幅に異なる値8δおよび2δが図6の好ましい実施例において使用される。下側の結果2δは陰性結果と見なされ、これに対して上側の結果8δは陽性結果と見なされる。TuとTlとの間の領域内に存在する結果は、不明確であり、より多くのデータの蓄積を必要とする。別の好ましい実施例によれば、閾値レベルはこの領域において一定である必要はなく、時点t1で大きく離れた場所で始まり、時間とともにゆっくりと収束する。これは別の上側閾値曲線507によって示した通りである。
【0195】
この好ましい実施例の重要な観点は、尿素の投与後たった4分であることも可能な時間t1に達するまでに、得られた結果が所期のベースライン、つまり記載の好ましい実施例の場合8δおよび2δから充分に逸脱している場合、陽性または陰性の明確な診断を下すことが既に可能なことである。明確な診断のための好ましい基準は、下側閾値を下回るいずれの点も除外して、上側閾値の上方に2つの点が得られた場合、診断は陽性である、ということである。同様に、上側閾値を上回るいずれの点も除外して、下側閾値の下方に2つの点が存在した場合、これは陰性診断を提供するのに充分な基準となる。結果が本当に陰性なのかどうかを見極める上での上述のような難しさを心に留めた、陰性診断のためのより厳格で好ましい基準は、尿素投与後の3つまたは4つの連続する点の存在である。これらの点は下側閾値よりも下方にあるか、または平均してこの閾値よりも下方にあり、1δ未満の標準偏差と、1分当たり0.1δ未満の勾配とを有し、機器の有意なドリフトまたは傾きを有さない。質的に云えば、このことは、ほとんど平らであるべきDoBプロットを示す測定に際して、履歴上安定的に動作することが知られている機器において、いかなる従来の方法よりも早く陰性結果を見極め可能であることを示唆している。従って、診断を提供できる速度に関して、本発明の呼気検査の好ましい実施例の1つの観点は、陽性結果についても陰性結果についても、従来の機器および方法の実施例とは大きな違いを示す。
【0196】
図6の実施例の場合には6分で示される時間t2の経過後、充分に多くの点が蓄積されている場合には、結果の標準偏差は降下するはずであり、検査の生理学的結果は、いずれかの方向で決定的ならば充分に明白なはずなので、閾値を互いに徐々に接近させ、進行中の検査に最高の感度と特定性とを提供する方向に動かすことができる。閾値同士の閉鎖を開始する時点t2と、閾値510,512の閉鎖自体の速度と、両閾値に共通のあらゆるレベルの変化速度とは、データ自体によって決定されるか、または予め決められる。点が最適合曲線から急速に収束する標準偏差を有していると、その結果、閾値はスピーディに閉鎖され動かされることになる。標準偏差がゆっくり収束する場合にはその逆となる。やはり点のばらつき度によって決定される時間t3後には、2つの閾値は収束して、伝統的に使用されるレベル、この実施例では5δで、1つの閾値514となる。この時点からは、この閾値の上方または下方に位置する結果に基づいて診断が行われる。
【0197】
これに対して、データ点にばらつきが残っていて、それらの平均レベルが5δに近接している場合には、エラー・メッセージが表示され、有意な結果なしで検査が終結される。
【0198】
使用中、図6に示した閾値利用法は次のように作用することが好ましい。6分後に8δを上回らない上昇DoB結果を有する被検者は、8分後、7δの閾値で再び評価され、この閾値を上回らない場合には、10分後、6δの閾値で評価され、伝統的に使用される5δに達するまでこのような評価が行われる。同様に、6分後に2δを下回らない、見極められないDoB傾向を示す被検者は、8分後、3δの閾値で再び評価され、この閾値を下回らない場合には、10分後、4δの閾値で評価され、伝統的に使用される5δに達するまでこのような評価が行われる。
【0199】
検査の時間が進み、蓄積されたデータが呼気検査メカニズムの生理学的な実態を反映し、これにより陽性の被検者のDoBが時間の進行と共に上昇するにつれて、使用された閾値151は、テスト時間の継続と共にゆっくりと上昇することが可能になる。
【0200】
別の好ましい実施例によれば、下側閾値は、上側閾値と合体して単独の閾値レベルを形成する代わりに、独立して存在し続ける。このことは図6において別の好ましい下側閾値516によって示されている。この下側閾値516は、例示においては4δに示されている或る程度上方のレベルで一定のままであるか、または陰性結果と陽性結果との区別がより明らかになるにつれて、時間と共にゆっくりと降下する。
【0201】
上述の好ましい実施例に従って可変の閾値を使用することの有効性は、このような閾値の実施例を組み込んだ呼気テスターで得られた結果を、標準モニター検査法によって得られた結果と比較することによって検証された。H.ピロリ呼気検査の場合、このような標準モニター法は、患者の胃からの生検材料の内視鏡的な捕集によって、次いで組織の組織学的検査、または存在する細菌の培養によって行われる。
【0202】
本発明の別の好ましい実施例によれば、使用される閾値は、システムの自己診断出力に関連させられる。高いノイズレベルまたは系統的ノイズ・パターン、または結果における傾きを有するような粗悪な結果を与える機器の場合、閾値利用法は、広範囲な初期閾値、つまり比較的高い上側閾値と低い下側閾値とを利用する。低ノイズレベルまたは低レベルのドリフトを有する良好な結果を与える機器の場合、上側および下側の閾値レベルおよびこれらの閾値レベル間の差を全て低下させることができ、陰性結果を定義付けするのに必要な閾値を下回る点の数を次いで減少させることができる。このようにすると、固定された閾値によるよりも早く、検査結果を陰性または陽性と定義付けすることが可能になる。
【0203】
本発明の別の好ましい実施例によれば、測定された点の集合が明確な検査結果を与えると考えられるか否かを見極めるのに、閾値利用法が使用される。1つの検査で得られた点のプロットに関数的に近似するように、好ましくは二次の最適合多項式が構成される。この多項式の構成には、口腔活性の効果的な停止に続いて測定されたそれらの点だけが使用される。算出された多項式曲線からのこれらの点の重み付け標準偏差が次いで算出される。重み付けは、ベースラインよりも上方の例えば5δ未満の点に関しては、多項式曲線からの偏差がそのまま採られるように行われる。ベースラインよりも上方の、5δを上回る点に関しては、このような測定値に対するランダム・ノイズの影響ははるかに少なくなるので、計算法は、重み付け標準偏差を算出する目的で有効誤差値として、多項式から点の偏差のうちの20%だけを採る。このような重み付け標準偏差が1.5σよりも大きいならば、その測定値は、結果のばらつきが大きいので、問題があるとみなされる。
【0204】
標準偏差基準に加えて、測定値を決定的でないとして拒絶する際の他の好ましい基準がある。このような好ましい基準の一例を挙げると、この基準は、測定された5つの点のうち少なくとも2つの点が閾値限界内、例えばベースラインより上方の3δ〜7δにある一方、これと同時に、最後に測定された点が、強陽性結果がないことを示す、ベースラインより上方の10δ未満である場合に用いられる。最後の点だけが陽性結果を示すように思われても、計算ルーティンはその時点で現存するものとして、その測定値を拒絶する。なぜならば、前述の「5つのうち2つ」基準によって不確実性をまねくからである。
【0205】
本明細書のいくつかの部分で、上部消化管内のヘリコバクター・ピロリを検出するための尿素呼気検査に関して、手順および計算法を説明してきたが、もちろんこの検査は、呼気検査により実施可能な多くの診断検査の一例にすぎず、本発明はH.ピロリ検出呼気検査からもたらされる、好ましい説明例に限定されるものではない。
【0206】
具体的に個々まで図示し説明してきたものによって本発明が限定されるものではないことは、当業者には明らかである。むしろ本発明の範囲は、上述の種々の構成要件の組み合わせおよび副次的な組み合わせ、ならびに、これらの構成要件の変更および修正を含むものである。このような組み合わせ、変更および修正は、上記説明を読めば当業者には容易に考えられることであり、しかも従来技術にはないものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、呼気試料を蓄積して取り扱うための中間チャンバ・システムを組み込んだ、PCT国際公開第99/14576号(WO99/14576)パンフレットに開示された呼気テスターの構成部分を示す概略的なブロック・ダイヤグラムである。
【図2】 図2は、図1の呼気テスターに使用されたタイプの、NDIR分子相関分光計を示す斜視図である。
【図3】 図3は、呼気テスターを操作する較正手順の好ましい実施例の主なステップを示すフロー・ダイヤグラムである。
【図4】 図4A〜図4Eは、種々の典型的な呼気検査結果、すなわち、本発明の好ましい実施例による事実上連続的にサンプリングおよび分析を行う方法を用いれば正確に解釈可能であるが、しかし、試料呼気の個別のバッグを収集して分析する従来の方法を用いた場合には誤解釈されるおそれのある種々の典型的な呼気検査結果のプロットを示す図である。
【図5】 図5は、連続的に捕集された試料対を、基準試料のベースラインと比較するのではなく、互いに比較する方法の利用を示すグラフである。
【図6】 図6は、同位体比の変化が決定的な結果を提供したと考えられたときにこれを見極めるのに用いられる閾値を、同位体標識基質の摂取からの経過時間の関数として示すグラフである。[0001]
Field of Invention
The present invention relates to the field of breath testing equipment and the use of this equipment, and more particularly to the accuracy, reliability and speed of providing breath testing.
[0002]
Background of the Invention
Gas analyzers are used for many measurement and monitoring functions in science, industry and medicine. Specifically, gas spectrometers are widely used in diagnostic instruments based on the use of breath tests to detect numerous medical conditions in patients. A description of many breath test methodologies and equipment is provided by D. Katzman and E. Carlebach, part of the inventor in this application, WO 99/12471 (WO99 / 12471), titled “Breath Tests”. "Breath Test Analyzer". Ben-Oren, L. Coleman, E. Carlebach, B. Giron and G., part of which is the inventor of the present application, is a method for constructing and operating a gas analyzer such as used in breath test equipment. It is disclosed in the pamphlet of International Publication No. 99/14576 by Levitsky, titled “Isotopic Gas Analyzer”. The application of several breath tests to detect specific medical conditions is included in a patent issued to one of the inventors of the present application. These patents include: U.S. Pat.No. 5,962,335 issued to D. Katzman, titled `` Breath Test for Detection of Drug Metabolism '', and D. Katzman. Issued U.S. Pat.No. 5,944,670, titled `` Breath Test for Detection of Bacterial Infection '', and U.S. Pat. The title is “Breath Test for Detection of Bacterial Infection”. The entire above specification is incorporated herein by reference.
[0003]
Such breath tests are based on ingestion of marker substrates. The marker substrate is cleaved by a specific bacterium or sought enzymatic action or as a result of the metabolic function being tested, thereby producing a marked byproduct. These by-products are absorbed into the bloodstream and released into the patient's breath. By-products are detected by the gas analyzer in this exhalation.
[0004]
One well-known method of marking such a substrate is by replacing one of the component atoms of the substrate with an isotopically enriched atom. Such substrates and their byproducts are commonly referred to as isotope labels. One atom commonly used in such inspection procedures is a non-radioactive carbon-13 atom, which is present in a ratio of about 1.1% of naturally occurring carbon.13When using C as a tracer, the cleaved products produced by many such tests are:13CO2It becomes.13CO2Is absorbed into the bloodstream and exhaled into the patient's breath. The breath sample is analyzed before and after ingesting the marker substrate, typically in a mass spectrometer or non-dispersive infrared spectrometer.12CO2Against13CO2If a change in the ratio is detected, this change can be used to provide information about the presence of a particular bacterium or the desired enzymatic action, or as a measure of the metabolic function being tested. It is done.
[0005]
CO generated from the process under inspection2The amount is the total CO that results from all of the body's metabolic processes.2Because it accounts for a very small percentage of the output, breath testing equipment occurs naturally in the patient's breath13CO2It must be possible to detect very small changes in the ratio. Typically, the device is in the exhaled breath that the patient exhaled13CO2It should be possible to detect some changes in the level of one million. All exhaled by the patient13CO2The content is only on the order of several hundred ppm. For this reason, the sensitivity, selectivity and stability of the gas analyzer used for the examination must be as high as possible so that accurate and speedy results are obtained.
[0006]
In addition, the device is intended to operate in a care point environment, and in this environment there is generally no continuous technician, so the device is in good working condition or used. You must have good self-diagnosis ability to determine if it is possible. For similar reasons, the instrument should also have a self-calibration capability level to correct any drift in the calibration level as indicated by the self-diagnostic test.
[0007]
Using the device in a point-of-care environment adds an additional importance to the speed at which an accurate diagnosis can be given to the patient following the examination. Therefore, in order to increase patient compliance, methods used in breath tests to analyze measurement results for significant diagnostic information are configured to provide deterministic and reliable results in the shortest possible time. Should be. In addition, the use of a simple patient and substrate preparation procedure greatly simplifies the performance of the examination at the physician's clinic.
[0008]
The entire disclosures of all publications mentioned in this and other sections of this specification are hereby incorporated by reference.
[0009]
Summary of the Invention
The present invention seeks a new method and apparatus for ensuring the accuracy, speed and reliability of breath tests. Many separate aspects of the invention are disclosed herein. An example of objects included in these perspectives is as follows:
(I) methods of patient preparation and substrate intake;
(Ii) a method for analyzing and calculating the results of a breath test so as to provide an accurate diagnosis in a minimum amount of time; and
(iii) Breath test equipment self-diagnosis function and calibration
[0010]
According to one aspect of the present invention, in accordance with a preferred embodiment of the present invention, in connection with a method for performing a breath test and a procedure employed for patient preparation prior to application of the breath test, A method is provided that speeds up the achievement of a significant result of the breath test. These methods are only possible for the first time because they are virtually continuous sampling and analysis as described in this application and as described in the prior art section. Become. In addition, a method for preparing and managing a substrate for ingestion prior to a breath test is described.
[0011]
Throughout this specification and as set forth in the claims, terms describing sampling and / or analysis, such as “virtually continuous sampling” or “virtually continuous analysis” or equivalent A descriptive expression, such as the term “substantially continuously”, means a sampling or analysis method that can be performed repeatedly at a predetermined rate. This repetition rate is high enough that multiple samplings and / or analyzes are sufficiently performed within the time it takes to determine useful clinical information from physiological effects under investigation by a breath test. Such speed is therefore largely related to the type of breath test involved. For example, in the case of a breath test for the detection of Helicobacter pylori, a significant clinical result can already be obtained in a matter of minutes, so “virtually continuous sampling” is almost every time a subject exhales. Will mean the speed. On the other hand, breath tests for liver function may take several hours before significant results are obtained. In this case, a “virtually continuous sampling” or equivalent term state may be achieved, for example, by breath sample collection and / or analysis every 30 minutes.
[0012]
This feature of sampling or analysis in practice continuously provides the present invention with many advantages over prior art methods of sampling and analyzing individual bags of exhaled breath. In practical terms, it is difficult, if not almost impossible, to implement such a conventional method “in effect continuously”. Such features also allow the present invention to provide clinically significant results faster and with a higher level of reliability than conventional methods.
[0013]
According to another aspect of the present invention, in accordance with a preferred embodiment of the present invention, breath test results are analyzed to provide an accurate diagnosis in a time significantly shorter than is possible using conventional methods. There is further provided a method of: These methods include using a method for detecting the presence of oral activity in a subject. Oral activity results from the direct interaction of the labeled substrate with bacteria in the oral cavity, regardless of the physiological condition being examined or the bacterial infection being sought. It is important to detect such oral activity and delay analysis of the collected breath until after it has subsided. Otherwise, the ability of the breath test to detect by-products of the labeled substrate released in the subject's breath after traversing the subject's bloodstream and metabolic pathways through the lung will be severely reduced.
[0014]
Yet another new preferred method for calculating the change in isotope ratio with respect to the baseline isotope ratio is disclosed. Such a method allows a more reliable test result to be obtained in situations where there is a risk of interference or excessive noise during the measurement. Another method has been described to combat drift effects in breath testing equipment. Such a drift effect may limit the ability to accurately compare a currently collected sample with a previously collected baseline sample. According to such a preferred embodiment of the present invention, the sample collected at each sampling time is not compared with the baseline sample or the external reference gas, but with the sample collected at the previous sampling time. To be compared.
[0015]
In another preferred embodiment disclosed, the detected change in isotope ratio is analyzed using a newly proposed parameter called Relative Change in Isotopic Ratio or RCIR. Is done. RCIR compares the partial changes in the ratio obtained at the present time. The resulting ratios are normalized to a wide variety of isotope ratios, each with its own advantages. Also disclosed is a method that uses different definitions for RCIR parameters depending on the progress of the resulting test results to reduce physiological or instrumental noise effects in the test results. A more accurate method of detecting the baseline level is also disclosed. Thereby, a plurality of baseline measurements are performed in order to eliminate the adverse effects that can occur due to a single departure measurement point.
[0016]
The operational function of the breath test is to determine if changes in the isotope ratio of the components of the breath sample of the subject are clinically significant in relation to the effect sought. Such criteria for determination are whether or not the isotope ratio has exceeded a predefined threshold level at or within the assigned examination time, as used in many of the prior art. It is. According to another preferred embodiment of the present invention, in order to achieve the highest sensitivity and specificity in the shortest possible measurement time, the breath test analyzer can determine whether the patient's breath isotope ratio is clinically significant. Do not use a fixed standard to determine this. Instead, this criterion is changed during the course of the test, depending on a number of factors specified during the test. These factors include, for example, the elapsed time of the test, the noise level of the instrument performing the test, and the physiological results of the test itself.
[0017]
For many conventional procedures, the measurement used to change the isotope ratio was the ratio level relative to the baseline level, but according to another preferred embodiment of the invention, the measurement is It may be the amount of change with respect to the previous measurement time other than the line level, or the rate of change of the isotope level, or any other suitable characteristic available for plotting the course of the change.
[0018]
As an example of implementing such a variable criterion, the intersection of threshold level and isotope ratio is utilized to demonstrate the advantages of these preferred embodiments of the present invention. A calculation method for more accurately using the threshold level is disclosed. Above this threshold level, the test result is assumed to be positive according to conventional methods, or below this threshold level, the test result is assumed to be negative. The new method according to a more preferred embodiment of the present invention utilizes a dynamically variable threshold. The threshold value changes with the progress of the breath test. Such dynamically variable thresholds are optionally and preferably related to the elapsed time of the test, the physiological significance of the results, the variability or quality of the results themselves, or the noise level or drift of the equipment being used. Or may be related to any combination of these factors. Furthermore, another preferred embodiment using multiple thresholds is disclosed.
[0019]
In accordance with another aspect of the present invention, there is further provided, in accordance with another preferred embodiment of the present invention, a breath test device self-diagnostic analysis method and a device system check method. According to these preferred embodiments, a method for calibrating an instrument automatically or with operator intervention according to the data being collected is disclosed. In general, when the absorption curve of a gas analyzer is accurately known, such a method determines the isotope ratio measured in the gas to be detected according to the imaginary accurate absorption curve. It is based on the assumption that it does not show any relevance. If such an association is found, this is reduced by an iterative correction method. This iterative correction method adjusts the absorption curve parameters to reduce the correlation.
[0020]
Another preferred method disclosed in accordance with this aspect of the present invention is the capnography performed at the entrance of the breath tester by comparing with the accurate measurements performed by the self-calibrating gas analyzer as summarized above. It is effective in correcting inaccuracy in measurement. Capnographic measurements are used to determine which part of the expiratory waveform is collected for analysis by the gas analyzer in the expiratory tester.
[0021]
Thus, according to a preferred embodiment of the present invention, a method for performing a breath test is used to determine when a change in an isotope ratio measurement of at least one breath sample of a subject is clinically significant. To this end, a method is provided comprising the steps of using a predefined criterion and allowing the criterion to change during a breath test. The change in the measured value is preferably a deviation of the isotope ratio from the measured value of at least one previous sample of the subject, or may be a change rate of the isotope ratio. The measured value of at least one previous sample of the subject is preferably a baseline measured value.
[0022]
According to another preferred embodiment of the invention, the criteria may be a function of the elapsed time of the test, or a function of the noise level of the device performing the test, or a function of the physiological result of the test. .
[0023]
According to still another preferred embodiment of the present invention, in the breath test method, the step of performing the first measurement of the isotope ratio of at least the first breath sample of the subject, and at least the subject Performing a second measurement of the isotope ratio of the second breath sample and a first measurement wherein the value of the second measurement is sufficient to produce a clinically significant result of the breath test A breath test method is provided which comprises the step of determining when a deviation from the value of is present, wherein a sufficient level of deviation can be varied during the breath test. The first measurement of the above-described at least first breath sample isotope ratio of the subject may be a baseline measurement. Further, the level of sufficient deviation described above is a function of time elapsed since the subject ingested the identified substrate, or a function of at least one physiological analysis of the sample, or a breath test. It may be a function of the nature of the result obtained. Such a nature of the result is preferably a function of the standard deviation of the result spread in the breath test, or a function of the noise level present in the result, or a function of the instrument drift present in the result.
[0024]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, in the above method, a sufficient level of deviation may occupy a range of values between the upper threshold and the lower threshold, Can converge as the examination progresses.
[0025]
In any of the embodiments described above, the first measurement of the isotope ratio of at least the first breath sample of the subject is performed only after oral activity has significantly subsided.
[0026]
According to still another preferred embodiment of the present invention, in the breath test method for determining the presence of a clinically significant condition in a subject, the subject is exhaled after the effective cessation of oral activity. Measuring the change from baseline in isotope ratios in multiple samples of breath, determining a polynomial that approximates a function plot of the time of the measurement, and weighting the measurement from this polynomial A standard deviation is calculated, and for a measured value that is more than the predefined amount and exceeds the baseline, a predetermined fractional part of the measured value is taken, and a predefined amount for this. For measurements that do not exceed the baseline more often than the entire measurement is taken, and finally, the weighted standard deviation is set to a predefined level. Breath test method is provided comprising a step to ascertain whether obtain.
[0027]
Further, according to still another preferred embodiment of the present invention, in the breath test method, the step of measuring the isotope ratio of at least the first breath sample of the subject, It consists of identifying this when it shows a deviation from the baseline measurement that is sufficient to produce a clinically significant result, where the deviation consists of uncertain upper and lower threshold bands, The breadth is the elapsed time of the breath test, the standard deviation of the physiological spread of the results, the dynamic characteristics of the physiological change in the isotope ratio, the number of time points measured in the breath test, and the environmental conditions that exist during the breath test And a breath test method associated with at least one of the parameters selected from the group consisting of noise and / or drift levels of the device performing the breath test.
[0028]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, in a method for determining the reliability of a breath test, a step of obtaining a result from the breath test, a level of instrument noise and / or drift, a physiological result Reliability by combining at least one of the criteria selected from the group consisting of standard deviation of spread, dynamic characteristics of physiological changes in isotope ratio, and elapsed time since ingestion of labeled substrate A method is provided comprising the steps of defining a parameter and using the reliability parameter to evaluate a breath test result according to a predefined reliability criterion. The reliability parameter may be used to determine when the test should be terminated.
[0029]
Furthermore, according to another preferred embodiment of the present invention, in a method for calibrating a breath test apparatus without the need for externally supplied calibration means, the isotopic composition of gas components in a plurality of subject samples is provided. A method is provided comprising the step of continuously measuring the body ratio, and determining the correlation between the isotope ratio of the gas component in the sample and the concentration of the gas component. Such a calibration method requires neither operator involvement nor active subject involvement.
[0030]
According to still another preferred embodiment of the present invention, in a method for calibrating a breath test apparatus without the need for externally supplied calibration means, gas components in a plurality of subjects' samples are obtained. A method is provided comprising the steps of measuring the isotope ratio substantially continuously, and determining the correlation between the isotope ratio of the gas components and the environmental conditions present during the breath test.
[0031]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, a result obtained with a breath sample of a plurality of subjects does not show any significant change in the isotope ratio of a particular gas component measured in the sample. A method is provided for calibrating breath test equipment by analyzing and thereby determining the correlation between the isotope ratio and the concentration of gaseous components in the sample.
[0032]
Furthermore, according to another preferred embodiment of the present invention, the results obtained with a plurality of breath samples collected from a subject are analyzed, whereby the isotopes of specific gas components measured in the samples By determining the correlation between the ratio and the concentration of the gaseous component in the sample, a method is provided for calibrating the breath test equipment.
[0033]
According to still another preferred embodiment of the present invention, in the following method for calibrating a breath test device, (a) collecting a breath sample containing a specific gas component, and (b) in the sample Measuring the concentration of the specific gas component, (c) determining the isotope ratio of the specific gas component in the sample, and (d) diluting the sample so that the concentration of the specific gas component changes. And (e) a step of re-determining the isotope ratio; (f) a step of obtaining measurements of samples at a number of different concentrations by repeating steps (d) to (f); A method comprising: determining a correlation between an isotope ratio and a concentration of a sample of concentration; and (h) adjusting a calibration of the breath test equipment to reduce any correlation found. Provided.
[0034]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, in a method for correcting a change in calibration of a gas analyzer to determine an isotope ratio between a first component and a second component of a gas sample, A step of measuring the concentration of the first component by transmission measurement, and a step of calculating the concentration of the second component from the measured concentration of the first component by assuming a predetermined ratio between the components. And by correcting the transmission measurement performed on the second component, the concentration derived from this transmission measurement is substantially equal to the concentration calculated in the previous step from the measured concentration of the first component. A method comprising the steps of: The component of the gas sample is preferably an isotope component.
[0035]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, a measured isotope ratio of gas components in a breath sample in a method for retrospectively correcting breath test results resulting from imprecise calibration effects. Performing a calibration procedure according to one of the methods described above to determine the existence of a correlation between the gas and the concentration, and a corrected parameter of the gas absorption curve to eliminate the correlation. Provides a method comprising correcting the calibration of the device and recalculating the data of the previous breath test using an absorption curve having the corrected parameters.
[0036]
Furthermore, in accordance with another preferred embodiment of the present invention, in a method of calibrating a capnograph probe effective for measuring an input breath waveform with a breath test device, the accumulated accumulated breath collected according to the measured capnograph waveform. Measuring the concentration of the accumulated breath sample in the gas analyzer of the breath test instrument; and measuring the concentration of the capnograph probe with the concentration measured by the gas analyzer. As provided, a method is provided that comprises correcting the calibration of the capnograph probe.
[0037]
Furthermore, according to another preferred embodiment of the present invention, a breath test device is provided. This breath test device monitors the changes in the isotope ratio of the gas in the breath sample exhaled from the subject virtually continuously and, according to the current results of the test, the test has clinically significant conclusions Determine that. The breath test device preferably provides a signal, such as a visible signal or an audible signal, to indicate that a clinically significant result of the breath test has been determined.
[0038]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, the breath test apparatus described above is such that the test conclusion is substantially independent of the dynamic physiological effects that occur in the subject as a result of background conditions. It may be like this. These background conditions may be the result of treatment with medication or the result of food intake prior to performing a breath test. As a result, the use of the breath test apparatus described above can eliminate the need for fasting before the test by the subject.
[0039]
Furthermore, according to another preferred embodiment of the present invention, when using this breath test device, the conclusion of the test of a subject treated with gastrointestinal medication is substantially continuous with the change in isotope ratio. Can be obtained more reliably or more quickly, or more reliably and more quickly than using a corresponding breath test that is not frequently monitored.
[0040]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, does the current result of the test allow a positive result to be determined even if the isotope ratio does not clearly exceed a predetermined threshold level? Or, if the isotope ratio exceeds a predetermined threshold level, the current result of the test allows to determine a negative result.
[0041]
Furthermore, according to another preferred embodiment of the present invention, a method for determining whether the correct isotope labeling substance kit is used for a specific breath test is selected to have an immediate short-term effect on the breath test. A method is provided comprising adding a marker element to a substance and providing a breath test device comprising a detector for the marker element. In addition, the breath test device is also comprised of an authorization mechanism that allows the instrument to perform an analysis of the results of the breath test sample only after detection of the marker element. Also good.
[0042]
In accordance with yet another preferred embodiment of the present invention, a method for determining when the effect of oral activity subsides during a breath test is required to detect the physiological effect during the breath test. Determining the characteristic time, monitoring the change in the isotope ratio in the breath sample collected from the subject following ingestion of the isotope-labeled substrate, and within a time shorter than the characteristic time Detecting the presence of significant peaks exceeding a predetermined minimum threshold level generated in the ratio.
[0043]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, a method in a breath test procedure for determining a baseline level of isotope ratio of gas components in breath exhaled from a subject prior to ingestion of an isotope labeled substrate , The step of measuring the first baseline point, the step of evaluating the reliability of the measured value, and the reliability of the measured value of the first baseline point is determined to be insufficient Performing a second measurement of at least one additional baseline point.
[0044]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, a method in a breath test procedure for determining a baseline level of isotope ratio of gas components in breath exhaled from a subject prior to ingestion of an isotope labeled substrate A method comprising measuring at least first and second baseline points is provided. Preferably, the average of the two points is used as the baseline value when the first two of the at least two baseline points are within a predetermined range of each other. Alternatively and preferably, the third baseline point is measured if the first two of the at least two baseline points are not within a predetermined range of each other. In addition, points that are further away from the third baseline point are discarded if the first two of the at least two baseline points are not within a predetermined range of each other.
[0045]
Further in accordance with another preferred embodiment of the present invention, there is provided a method for determining changes in isotope ratios of at least a first, second and third gas samples collected at different times. A method is provided in which the change in ratio is determined by measuring the isotope ratio of the second sample relative to the first sample and relative to the third sample.
[0046]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, a method for reducing the effects of reducing the effects of changes in operating conditions of a gas analyzer on the isotope ratio measured in a series of at least three gas samples. Measuring the isotope ratio of at least one sample relative to a sample collected before the at least one sample and a sample collected after the at least one sample. Method is provided.
[0047]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, a method is provided for ascertaining changes in the isotope ratio between the first and second gas samples. The method includes measuring a isotope ratio of a first sample, measuring the isotope ratio of a second sample, determining a difference between the isotope ratios, Dividing by one of the ratios, and adding this change to the previous change determined between the previous first and second samples.
[0048]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, in a method for determining changes in isotope ratios of at least first, second and third gas samples collected at different times, an isotope ratio is provided. Are determined by measuring the isotope ratio of the second sample in relation to the first sample and in relation to the third sample, and each change in isotope ratio is determined by the method described above. Is determined by.
[0049]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, in a method for ascertaining a change in isotope ratio between a first and a second gas sample, (a) measuring the isotope ratio of the first sample; (B) measuring the isotope ratio of the reference sample; (c) calculating a first difference between the first two isotope ratios; and (d) the isotope of the second sample. Measuring the ratio; re-measuring the isotope ratio of the reference sample; calculating a second difference between the second two isotope ratios; and (g) first and second And subtracting one of the differences from the other.
[0050]
According to yet another preferred embodiment of the present invention, in a method for ascertaining a change in isotope ratio between a first and a second gas sample, (a) measuring the isotope ratio of the first sample; (B) measuring the first isotope ratio of the reference sample; and (c) determining a first difference between the isotope ratio of the first sample and the first isotope ratio of the reference sample. Calculating, (d) normalizing the first difference with respect to the first isotope ratio of the reference sample, (e) measuring the isotope ratio of the second sample, (f ) Measuring a second isotope ratio of the reference sample; and (g) calculating a second difference between the isotope ratio of the second sample and the second isotope ratio of the reference sample. And (h) normalizing the second difference with respect to the second isotope ratio of the reference sample, and (i) of the normalized difference By subtracting towards the the other, the method comprising a step of ascertaining a change in isotope ratio is provided.
[0051]
According to still another preferred embodiment of the present invention, in a method for determining changes in isotope ratios in a plurality of breath samples of a subject by a breath test, (a) collecting a reference sample of breath; (B) determining an isotope ratio of a first breath sample of the plurality of breath samples by comparing with an isotope ratio of a reference breath sample; and (c) a second of the plurality of breath samples. Determining an isotope ratio of the exhaled breath sample by comparing with an isotope ratio of the reference breath sample; and (d) between a first breath sample and a second breath sample of the plurality of breath samples. And determining the determined change in isotope ratio.
[0052]
The term “calibration check” as used throughout the specification and claims refers to the measurement of the absolute calibration of the isotope ratio measured by the breath tester. This absolute calibration measurement is made with reference to a zero baseline level by using a calibration check gas with a known isotope concentration or ratio input to the instrument from an externally supplied container. Is called.
[0053]
The term “system check” is commonly used throughout this specification and claims to describe a method for determining the precise functioning of a measurement system in many ways. An example of this function is the primary calibration of a gas analyzer, but it is also not limited to radiation source stability, input capnograph calibration, gas handling system, and collected exhaled breath samples. Also included are functions such as an intermediate chamber system to enable and detector operation.
[0054]
Because the calibration check is part of the system check, there are some places where these terms are used redundantly for discussion purposes. The term “calibration” of the instrument, in other respects, is used in this specification and claims to correct the parameters of the absorption curve used for infrared absorption measurements, so that these parameters can drift or occur within the instrument. Usually used to describe the process of compensating for changes caused by the environment. According to this terminology, the calibration procedure used in this application is different from the calibration check procedure and typically does not utilize an externally supplied gas with a known isotope concentration or ratio. Relevant to checking for internal discrepancies in results obtained with actual measurements performed by the breath tester. The usual discrepancy revealed is an incorrect correlation between the measured isotope ratio and the gas concentration. This will be described in detail later.
[0055]
The present invention can be understood and appreciated more fully from the following detailed description, taken in conjunction with the drawings in which:
[0056]
Detailed Description of the Preferred Embodiment
Overall structure and function of breath test equipment
Reference is made to FIGS. 1 and 2, which are schematic diagrams showing parts of a prior art breath test apparatus. This type of equipment can incorporate many of the methods and apparatus of the various embodiments of the present invention. These drawings are taken from the pamphlet of International Publication No. 99/14576 (WO99 / 14576) described in the background section of this application. FIGS. 1 and 2 are presented only to illustrate and clarify certain aspects of the present invention, and the method and apparatus of the present invention are suitable for use in breath testers of the type shown in FIGS. It should not be construed as limited. The components and functions of the breath tester shown in FIG. 1 and FIG.13CO2The use of the breath test will be described.
[0057]
Referring to FIG. 1, which is a schematic block diagram of the components of an exhalation tester, the exhalation tester includes an intermediate chamber apparatus for accumulating and handling exhalation samples to bring them to a desired concentration for analysis. Is incorporated. A subject 1 undergoing a breath test breathes and breathes into the nasal cavity or
[0058]
Reference is made to FIG. 2 showing in perspective a prior art NDIR molecular correlation spectrometer of the type used in the breath tester shown in FIG. The analysis chamber is incorporated in the
[0059]
Self-diagnosis and calibration
1. self-diagnosis
Since the device is continually operating in a point-of-care environment where there are no technicians, the device is a good indicator of whether it is in good working condition and usable. Must have self-diagnosis ability. In connection with the function of the diagnostic system, there are five main levels of function: a two level diagnostic function and a three level series of actions or corrective actions:
(A) Accumulation of historical database of functional parameters of equipment operation such as noise level, drift, correlation of irrelevant results, etc.
(B) Recognition of the existence of the problem and evaluation of its severity. Problems are identified based on parameters that exceed the limits of the instrument specification or based on changes in the system as compared to the past performance of the instrument.
When the existence of a problem is established at level (b), the problem is handled according to levels (c)-(e). The level reached is related to the severity of the problem identified and the impact on the measurement performed. The levels are listed in order of increasing severity:
(C) Automatic application of corrections to the measurement being performed
(D) Alarm output that equipment maintenance or calibration is required
(E) Complete disabling of equipment
[0060]
As an example of the different functional significance of each of these levels, the results of each of the above five levels are shown using the influence of noise contained in the measured values.
(A) Measurement values are constantly monitored, and results for a specific period going back in the past are stored in the database. Noise level results are recorded for actual measurement variability and for various operating parameters of the instrument such as lamp or detector noise.
(B) The noise level is checked for deviations from the reference or deviations from past behavior. If the random noise is below a predetermined critical level, the diagnostic method does not consider the noise as problematic enough to prevent achieving accurate measurements. In other aspects, excessive correlation noise always leads the instrument to one or the other of the recalibration modes, as will be discussed later in the instrument calibration section.
[0061]
Depending on the type of measurement being performed, what constitutes a critical noise level is identified. A measurement that clearly represents the patient's health status and shows a strong positive or strong negative result can tolerate a higher level of random noise than a measurement that gives a result very close to the threshold level. For results close to the threshold level, a noisy signal can lead to false positive or false negative results, thus requiring a lower critical noise level. Thus, the high reliability of the breath test measurement can be determined in relation to the conditions placed during the breath test itself.
[0062]
The instrument diagnostic system is preferably configurable to output measurement reliability parameters. This measurement reliability parameter is a combination of many or all of the operating parameters that affect the measurement reliability as described above. This measurement reliability parameter may be, for example, a predetermined combination of proximity to the breath test measurement result threshold, the noise level encountered during the measurement, and the level of the result itself. Thus, the measurement reliability parameter, by its function, defines what constitutes an excessively high noise level, and such a definition is in accordance with the results being obtained when the definition is being made, Done.
[0063]
Such parameters are also preferably capable of being output along with the test results to give the physician additional information regarding what confidence level is attributed to that particular test result.
[0064]
Throughout this specification, the terms “positive” and “negative” mean that the patient exhibits a high DoB (delta over baseline) isotope ratio or a non-high DoB isotope ratio, respectively. Used for. Of course, whether high DoB indicates normal health or vice versa depends on the particular test being performed. For example, H.C. In the case of a breath test for H. pylori, high DoB may be associated with the presence of bacteria. On the other hand, for example, in the case of a breath test for liver function, a low DoB may indicate a liver disease state.
(C) If the noise level is high but not high enough to obtain a significant measurement, the diagnostic system preferably applies a compensation procedure to the measurement. A commonly applied compensation procedure is achieved, for example, by increasing the average measurement time of the sample currently undergoing analysis in a gas analyzer.
[0065]
Another compensation procedure for excessive noise in instrumental or physiological test results reduces the threshold level bandwidth for defining positive results to a low level as discussed in more detail later herein. This is done by associating. Such a compensation procedure directly affects the measurement reliability parameter output by the instrument.
[0066]
Yet another compensation procedure for excessive noise uses criteria to terminate the test. If the noise level is such that the final decision regarding the conclusion of the test is hidden by noise fluctuations, it is preferable to make a decision to extend the test in order to obtain a more definitive result that exceeds the noise level.
(D) This level of warning provides a measurement with a good confidence level that the compensation mechanism in the equipment can tolerate as soon as the situation of level (c) is encountered or at a higher noise severity level. It is preferably activated depending on whether it is successful. At this level, output is preferably provided by the diagnostic system to alert the user that equipment maintenance or calibration is required so that noise sources can be identified and eliminated.
(E) If the noise level becomes excessive and the compensation procedure cannot achieve an accurate measurement, the state of level (e) is reached. At such a stage, the diagnostic system preferably disables the device. This is because in this case there is a risk of producing an incorrect result.
[0067]
2. Equipment check
The breath tester, according to a more preferred embodiment of the present invention, can perform all individual checks of key device functions by performing a pseudo breath test on a calibration gas supply sample. Specifically, the calibration state of the device is checked. Such a check is performed in conjunction with the present PCT application No. PCT / IL00 / 00338 “Gas Analyzer Calibration Checking Device” specification (several of the applicants filed applications of the present invention). As described in International Publication No. 00/74553 (WO00 / 74553) pamphlet), it can be suitably carried out in a number of ways. The entirety of the above specification is incorporated herein by reference. The sample may be, for example, two physically separate samples consisting of a gas mixture supplied in a calibration cylinder. Each gas mixture has a known total CO2Concentration and known13CO2/12CO2And isotope ratio. Using two separate calibration check gases provides information about the absolute gain of the instrument, thereby knowing the location of the two absorption curves. Such information is then13CO2It can be used to confirm the true position of the absorption curve. this13CO2The absorption curve is assumed to be constant during the instrument calibration procedure described below.
[0068]
Alternatively and preferably, a single gas with a known gas mixture is used, and the intermediate chamber of the instrument may be used to generate separate samples, each having a different concentration. Gases with unknown properties may be used and the intermediate chamber of the instrument is used to generate separate samples, each sample having the same isotope ratio and a different concentration.
[0069]
As an alternative to checking the calibration status by analyzing an external gas source having a known or fixed isotope ratio, a pseudo breath sample having a different isotope ratio from one gas sample may be used. By using the breath simulator device to be generated, the pseudo breath test calibration check can be suitably achieved. The above-mentioned International Publication No. 00/74553 (WO00 / 74553) pamphlet describes a suitable breath simulator device. The parameters of the simulated breath sample are the parameters encountered during normal operation of the actual breath test, such as flow rate, “breathing” rate,
[0070]
Checks are preferably made for instrument calibration, hardware, software, pneumatic characteristics and mechanical characteristics. Each device check may involve two levels: verification and correction. The former confirms that the device is functioning as specified, and the latter corrects the reading according to the output of the diagnostic system. Alternatively and preferably, if the device check procedure identifies a need for calibration, a calibration can be performed later.
[0071]
In addition, it is preferred that the check be performed with an internet connection to the central service center to assist in online diagnostics or periodically for routine service checks and maintenance.
[0072]
2.1 Processing system self-check
According to another preferred embodiment of the invention, the device incorporates a self-checking function. This self-check function ensures the correct operation of the processing software and processing hardware in watchdog mode. Such a function preferably consists of a secondary microprocessor having associated software separate from the main equipment software. The main system microprocessor generates a predetermined composite output sequence at regular intervals. The secondary microprocessor analyzes this sequence and if a deviation from a predetermined shape is detected, the watchdog system issues a warning and closes the main processor. The PC is then restarted under the control of the secondary processor and the reason for the malfunction is investigated.
[0073]
2.2 Hardware self-check
A complete device preferably performs a self-check of its hardware, and the software is directly involved in operating the hardware. Some of these checks require the use of a known charge of gas in the reference and absorption chambers. Other checks are on the function of the hardware components that operate independently of the specific measurement being made, and therefore the presence of a calibration gas sample is not required.
[0074]
About 60 parameters are preferably used to characterize the operation of the device. Some of these parameters are monitored continuously during operation of the device as a real-time diagnostic function. Most of these parameters are monitored only between tests or when the instrument switches from standby mode to ready mode. Of the approximately 60 parameters, 16 are preferably defined as critical parameters, and deviations from predetermined tolerances become obstacles during use of the system. Some of the critical parameters are:
(A) Light source stability in relation to time
(B) Reference cell absorption check
(C) Shutter operation between the reference channel and the sample channel
(D) Input capnograph operation
(E) Intermediate chamber operation-pneumatic and electronic devices
(F) Feasibility check of the obtained δ value (eg a negative value or a value that has a large change during the following exhalation activates the critical parameter flag) of the system to which these parameters are associated The components are shown in FIGS. 1 and 2, and more particularly in WO 99/14576. FIG. 1 and FIG. 2 are adopted from this brochure.
[0075]
In order to illustrate the use of critical parameters, a test for light source stability will be described in more detail. At the first switch-on, the lamp intensity I is monitored in the reference channel as it is transmitted by optical fiber from the lamp to the detector, thereby determining lamp stability during warm-up. When the intensity time difference dI / dt falls below a predetermined level, the lamp is considered stable and an enable signal is output to the device controller. If the desired stability level is not reached, the device waits for stability to be achieved for a predetermined time. After this time has elapsed, a lamp maintenance request is displayed and the device cannot operate. Similarly, during operation, when dI / dt exceeds a predetermined level, a disable signal is provided to the device.
[0076]
3. System calibration
In accordance with another preferred embodiment of the present invention, the breath test apparatus can perform four levels of calibration. The action of these calibrations ensures that the measured difference in isotope ratio is accurate at an absolute level. Such a calibration procedure is performed by modifying the absorption curve parameters used in the gas analyzer to convert light transmittance to gas concentration. In this way, the calibration procedure compensates for drifts occurring in the absorption curve, whether due to environmental changes or due to changes in equipment components. These absorption curve changes are the most common cause of inaccurate calibration in such breath tester devices. These calibration procedures are performed at the software level within a routine for converting a series of light absorption measurements into isotopic ratio differences. In this regard, these calibration procedures can be distinguished extensively from the calibration check procedures described above. The calibration check procedure checks the absolute accuracy of the measured isotope ratio by using a gas with a known isotope ratio.
[0077]
The four preferred levels of calibration are as follows:
3.1 Soft calibration
3.2 Self-calibration
3.3 Patient calibration
3.4 Service calibration
The first three of these procedures are performed automatically and continuously without requiring operator or patient intervention. The first three of these inspection procedures and one embodiment of the service calibration procedure are different from any prior art gas analyzer calibration procedure. In the prior art, the calibration procedure uses the subject's own exhalation to determine whether calibration is necessary and to perform the recalibration procedure itself. Procedures are known in which an exhaled breath sample bag provided by an operator or nurse is used as a calibration gas sample, but such a sample is similar to an unknown calibration gas supplied externally, Of course, it requires operator guidance and intervention.
[0078]
In addition, the first of these calibration procedures is an ongoing process that works continuously in the background. As a result, trends in instrument calibration can be identified better than would be possible with any external calibration. Such external calibration relies on procedures performed at specific times that may be accidentally encountered at the moment when a temporary change or abnormal event occurs in the instrument.
[0079]
The second preferred embodiment of the service calibration procedure certainly utilizes an externally supplied gas sample for the calibration procedure. Of the calibration procedures described above, all but soft calibration are
[0080]
3.1 Soft calibration
This preferred calibration method is software based and works continuously in the background of the system. Moreover, in this case, no patient or operator intervention or involvement is required. Such a procedure preferably continuously monitors the breath sample analysis results obtained from subjects with results close to baseline. For example, H.C. In the case of the H. pylori breath test, this means a subject found to be negative. According to a preferred embodiment, the system software monitors the results of all patients who have shown a negative response to a breath test performed over the past 2-3 days. The measurement points used for this test result from the measurement points obtained during the baseline measurement performed prior to ingestion of the isotope-labeled substrate and possible interactions between the labeled substrate and bacteria present in the oral cavity. Measurement points obtained after any oral activity ceased.
[0081]
Each of these negative patients provides a breath sample. Each breath sample is typically a slightly different random level of CO.2Because of the concentration, each absorption measurement is made at a slightly different point on the absorption curve. 2.3% to 2.7% CO2A breath sample having a concentration is preferably used, whereby the deviation of the absorption curve is checked over a range of values, not just one point.
[0082]
This is in contrast to normal measurement procedures. For normal measurement procedures, the use of a constant concentration in each test is an important factor that reduces the sensitivity of measurement accuracy to instrument calibration conditions. As long as all absorption measurements are made at one concentration level in a single test, any drift in the isotope absorption curve will affect the entire measurement equally evenly, so any lack of calibration is secondary Will be affected. Due to changes in absorption curve,13CO2/12CO2The measurement error of this ratio is certainly possible, but since this error appears equally in all measurements, it does not have a primary effect on the detected ratio change.
[0083]
For soft calibration procedures, samples tested from a single negative patient must have the same isotope ratio, despite having different concentrations, within the noise limits of the measurement. But the measured ratio is not the same, but the sample CO2When showing a correlation with concentration, this is an indication of a change in the absorption curve from a correctly calibrated value. The “soft calibration” method in this case preferably corrects the shape or position of the absorption curve, thereby returning the instrument to the calibration state. This calibration state is indicated by the lack of correlation between isotope ratio and concentration. A method for performing the correction will be described later. After correction of the shape of the absorption curve, all data for patients who were negative in the last 2-3 days were checked again for correlation between concentration and isotope ratio, which resulted in a successful recalibration procedure Is confirmed. This success is indicated by a reduction in the aggregate correlation level for all data. Since this calibration procedure is performed continuously in the background, it maintains a constant recalibration of the instrument for shifts in the absorption curve within the working concentration range.
[0084]
If, during a soft calibration procedure for a particular patient, no significant correlation is found between the concentration with the isotope ratio measured at different values, the system is considered correctly calibrated and No adjustment is made at that time.
[0085]
In addition to the correlation between isotope ratio and concentration, the soft calibration process is programmable to investigate the correlation between isotope ratio and other functions that may affect instrument calibration. It is preferable. Among such functions are environmental conditions such as the temperature present in the device. This temperature has a significant effect on the absorption curve.
[0086]
3.2 Self-calibration
This measure is also performed automatically without operator or patient involvement, as with soft calibration. However, this procedure differs from the soft calibration procedure and preferably involves both instrument hardware and processing software. If two conditions are met, the procedure is preferably programmed to start at the end of the breath test. These conditions are the following two:
(i) the tested patient showed a negative result; and
(ii) The total percentage of carbon dioxide in the patient's alveolar breath is fairly high, preferably 4% or more.
High CO that would be obtained by collecting only alveolar exhalation2The operation of the intermediate chamber is adjusted to provide a single accumulated sample having a concentration, eg, 3.5% concentration. This sample is measured for isotope ratio and then diluted by an intermediate chamber system to provide preferably two additional samples having a low concentration, eg 3%, 2% concentration. Each of these samples is also measured for isotope ratio.
[0087]
In order to provide more points to evaluate the calibration, the self-calibration procedure may also use data results obtained around the preferred operating point of the absorption curve taken from the patient's previous exhalation. preferable. A total of 5 points: 3 points from a single sample of high concentration and its diluted derivative, and 2 points from the last negative breath taken during the test Is preferably used. The purpose of extending the sample concentration in this way is to cover as much of the concentration range of the absorption curve as possible.
[0088]
The isotope ratio is checked at each of the five concentrations. The measured isotope ratio is the same because each sample is from the same accumulated breath sample or from another breath taken from the same negative patient at a time close to the time of collection of the accumulated breath sample It should be. Any difference indicates a drift in the absorption curve as described above, and thus the recalibration procedure is initiated to eliminate such a correlation between isotope ratio and concentration.
[0089]
Since this self-calibration procedure is performed after completion of the breath test, for example when the next patient is ready for his / her test, this self-calibration procedure effectively saves any additional equipment dead time. It is not necessary.
[0090]
3.3 Patient calibration
In situations where the instrument is not in continuous use or has not been used for a predetermined period of time, or if the initial system check detects the need for immediate calibration, the system is a more preferred implementation of the present invention. According to the example, the implementation of the patient calibration procedure is automatically started. In this procedure, the first few breaths of the patient, prior to administration of the labeled substrate, are collected and diluted by an intermediate chamber to provide a number of consecutive samples having different concentrations. Each of these samples should have the same isotope ratio. This is because they are all taken at the baseline level from the same patient. The calibration procedure then adjusts the absorption curve as described above until the ratios obtained from the different concentrations of samples are all essentially the same. A preferred criterion for determining whether recalibration is necessary is, for example, a CO of 3% to 1.5%.2Regarding the change in concentration, the isotope ratio changes by less than 3δ (ie less than 30 ppm).
[0091]
This procedure is less desirable in terms of patient patience than a self-calibration or soft calibration procedure because it increases the time that the patient has to provide an exhalation sample, but the sampling time is slightly longer. Apart from, this procedure also does not involve conscious patient or operation involvement.
[0092]
Using any of the three calibration procedures described above, according to another preferred embodiment of the present invention, newly found calibration data is used to correct previously performed test results. It is possible. For example, if the test results show a strong correlation between the measured ratio and concentration, and the calibration calculation procedure corrects the absorption curve, such correction is not only available for future measurements, Past measurements can also be corrected.
[0093]
A lack of correlation is revealed at the end of a test, but if the data available from this test is insufficient to fully calibrate, or there is sufficient exhalation available from this test If it does not cover the full range, the system recommends performing a patient calibration procedure and accumulates data that is accurate enough to make a retrospective calculation of the results of this test. According to this preferred embodiment, the patient only needs to give some more exhalation at the end of his examination and then released.
[0094]
3.4 Service or operator calibration
This is similar to the patient calibration procedure. Exceptions, however, are made when the need to perform calibration becomes apparent, or is required by an external cause, such as a subsequent service, or to maintain the instrument in an accurate state This procedure is to be initiated by a technician or operator when commanded after expiration of the maximum time between calibrations. For this procedure, the gas is the operator's breath sample used by the method described above, or external to the calibration gas as included in the periodic system calibration check described above in the system calibration check section. Can be used from container.
[0095]
3.5 Calibration correction method
It is desirable that recalibration is required when the physical parameters of the gas analyzer are changed so that the absorption curve is different from the absorption curve that existed when the instrument was last calibrated. This change in the absorption curve means that the function of correlating the absorption cell transmittance with the detected gas concentration has changed. In such situations, recalibration is preferably achieved by correcting the absorption curves and returning these absorption curves to their correct form. This makes the specific detected intensity equivalent to a given gas concentration. The recalibration process is accomplished by another preferred embodiment of the present invention called a calibration correction method. The stage of this calibration correction method will now be described. First, all hardware-involved calibrations such as self-calibration, patient calibration or service calibration are described, followed by soft calibration, which is a procedure using only software.
[0096]
3.5.1 Regular calibration procedure
Reference is made to FIG. 3, which is a flow diagram schematically illustrating the main steps of a calibration procedure according to another preferred embodiment of the present invention. The input data for the procedure is a series of12CO2Transmittance {T12}i400 and a series13CO2Transmittance {T13}i401. These are known from measurements of different samples of the same gas, and each sample has a different concentration C12have. Since all of these measurements are from the same gas sample, the isotope ratio for all concentrations should be constant.
[0097]
T13For each value, the equivalent concentration C13Is the value of a given C, as shown in
[0098]
Where CO to be used2Within the working range of concentrations, the absorption curve corresponding to both isotopes T (c) has the form:
T (c) = y0 + A exp (-c / t)
Can be described with good accuracy by a single index. T (c) is the transmittance in relation to the concentration c, and y0, A and t are parameters defining the absorption curve.
[0099]
further,13CO2Absorption curve12CO2It is significantly more stable than the absorption curve and its parameter y13, A13And t13However, it has been found empirically that it is considered to be virtually unrelated to changes in environmental conditions. Therefore,13CO2The absorption curve is considered as a fixed function.
[0100]
The calibration procedure preferably consists of the following steps:
1. In
2. Next, in
3. In
4). Newly generated {C12}iValue of the new C12By inserting into the absorption curve, a series of corrected transmittance values {T12c}i
5. In
6). In
[0101]
As a result of the above calibration procedure, C12A new absorption curve for calculating the concentration is obtained. Thus, using this polynomial, each newly measured T12Is corrected to a more accurate value. New correction function ΔT12= P (C13) Ensures that zero delta values are obtained between gas samples with different concentrations but with the same isotope ratio, depending on the method from which it is derived.
[0102]
According to another embodiment of the calibration procedure, a simplified calculation method can be used. In the case of this calculation method, the correction polynomial P (C13) Is the new C12Instead of generating an adsorption curve,13CO2C obtained from the absorption curve13The value of can be used to change directly. According to this method, step 406 of FIG.12CO2The absorption curve is also13CO2As with the absorption curve, it is assumed to be fixed. However, as mentioned above, the advantage of using the full calculation procedure is that C12When the change in the absorption curve follows, it is possible to obtain a more obvious physical reality of what is changing.
[0103]
3.5.2 Soft calibration procedure
The soft calibration is a correction polynomial function ΔT12= P (C13) Differs from full calibration only in that it is optimized. C13And C12The absorption curve corresponding to is left untouched.
[0104]
This preferred procedure is based on a series of histories from tests with negative results from samples taken before ingestion of the labeled substrate (baseline results) or after any oral activity subsides.13CO2Transmittance {T12}iAnd history13CO2Transmittance {T13}iAnd need to enter. Transmittance is grouped by the test from which they were obtained.
[0105]
This procedure has the following steps similar to those used for the regular calibration described above:
1. Current C13, C12Using the absorption curve and the latest known correction polynomial, calculate the delta and concentration corresponding to the input transmission, {C13}iDetermine concentration and delta.
2. {C13}iThe value of C12= C13/ R inserts a series of {C12c}iCreate R is constant and can be set equal to the natural ratio.
3. CO12Absorption curve and {C12}iAnd a series of corrected transmittance values {TC12}iUsed to find out. T12c= F12(C12c). These values are the transmittance necessary to obtain a constant R ratio.
4). Input transmittance {T12}iAnd corrected transmittance {T12c}iSeries of differences {ΔT12c}iCreate In this case ΔT12= (T12C-T12) / T12It is.
5. {ΔT12}iAnd {C13}iAnd the optimal polynomial polynomial ΔT having an order of 3 to 5 depending on the number of concentrations used as input data12= P (C13).
6). Current C13And C12Is used to determine new deltas and new concentrations for the corrected input transmission, and the correlation between these new concentrations and the new delta.
7). New P (C13) Use the correction polynomial to replace the old polynomial with the new one when the correlation between the new density and the new delta is reduced.
[0106]
If the soft calibration procedure is successful, the result appears as a lower value correlation between delta and concentration. Since soft calibration is performed continuously and each new negative data set obtained is added to the database, the calibration cycle needs to be repeated more than a single cycle. As long as the correlation is reduced, the use of a new correction polynomial ensures that the soft calibration performs the correction operation and that the correlation error converges continuously.
[0107]
4). Input capnograph calibration
In addition to the calibration test described above for the accuracy of overall instrument operation, according to another preferred embodiment of the present invention, a specific test for the calibration of the capnograph probe upon entry to the instrument is also performed. Since the capnograph probe measures the waveform of the input breath, it can accurately define the portion of the waveform to be collected or rejected. Since the capnograph does not have the same level of measurement accuracy as the breath tester, a procedure that uses the results of a high-precision breath test measurement is used to calibrate the input capnograph.
[0108]
CO installed at the system entrance2Capnograph probe is CO2Allows concentration measurement. Preferably, the content concentration of the accumulated sample at the end of the filling process is estimated by integrating the capnographic measured concentration of all exhaled waveform portions collected by the intermediate chamber system. The accuracy of such measurements is related to the shape of the capnograph absorption curve that may have changed based on operating conditions. This accumulated sample content concentration is now measured in the gas analyzer sample chamber. In the gas analyzer sample chamber, the concentration is measured with high accuracy. This concentration is then2By correcting the probe calibration, the estimated bag concentration is equal to the measured concentration because it is used to correct the capnograph absorption curve in response to the current environmental conditions present in the system.
[0109]
Patient preparation and testing procedures
1. Patient preparation
Prior to applying a breath test, it is wise and customary for doctors to pay attention to details about any medications they have taken that may interfere with the test results when listening to the patient's medical history . Specifically, patients are typically asked as to whether they have recently taken antibiotics or other therapeutic agents according to conventional methods. This is because such drugs can affect the results of a breath test depending on what the particular breath test is being performed. The breath test methods described in some of the prior art use two measurement points based on a single bag of breath sample collected before substrate intake and a single bag after substrate intake, or As a best practice, use three measurement points based on one sample bag before substrate intake and two sample bags collected at different times after substrate intake. When using these methods, weeks to stop breathing after taking antibiotics or certain other gastrointestinal treatments to avoid the risk of false negative results It is recommended to have a time interval. For example, the breath test includes an operational recommendation given by Alimenterics Inc., New Jersey Morris Plains, a manufacturer of LARA (Laser Assisted Ratio Analyzer) for detecting Helicobacter pylori in the upper gastrointestinal tract. It has been suggested that if you take antibacterial drugs, omeprazole (proton pump inhibitor) and bismuth preparations within 4 weeks prior to the treatment, false negative results may occur.
[0110]
The reason for this recommended period of drug discontinuation is the physiological dynamics in which isotope-labeled components appear in the exhaled breath of the patient, because bacterial suppression causes a mechanism that increases the isotope ratio. The drug can be significantly affected. According to such conventional methods, this method can lead to false diagnostic results, specifically false negative results due to reduced response levels or delayed dynamics of physiological responses. This makes it necessary to question the reliability of breath tests performed within a specific period of such medication.
[0111]
In accordance with a preferred embodiment of the method of the present invention, utilizing multiple samples online and monitoring the isotope ratio in exhaled breath as described herein is substantially continuous Unlike conventional methods that measure up to two discrete samples following ingestion of labeled substrate, it makes it easier to detect most changes in patient response. Thus, unlike conventional methods, the preferred method of the present invention also provides that the patient is currently receiving PPI therapy for the treatment of stomach upset or H. pylori also receives antibiotics and other treatments to eradicate the invasion of H. pylori. A breath test for H. pylori can be performed with an acceptable rate of specificity and sensitivity. In the worst case, doctors can use the knowledge that the patient was receiving such therapy in the period just before the test and assign a slightly lower “confidence level” parameter to the result, in which case its significance There is no need to change substantially.
[0112]
Furthermore, according to many of the recommended procedures following conventional breath tests, patients typically fast for several hours before the breath test to eliminate the effects of changes in isotope ratios that result from specific food intake. Advised to do. For example, corn-rich foods have a higher baseline than others13CO2Results in an isotope ratio. According to the present invention, it is desirable that the patient need not fast before the test because the time required to perform the breath test is short. This is because any change in the isotope ratio resulting from a particular food intake is This is because it typically occurs at a much slower rate than the changes measured in the breath test due to H. pylori activity. This advantage is enhanced by the fact that it is possible with the present invention to monitor changes in isotope ratios that are measured virtually continuously. The above advantages are therefore opposed to the effect that the dynamic response to urea can occur in different situations due to uncertainty about the patient's time since the latest food intake. Furthermore, food intake results in covering the inner wall of the stomach, which causes H.P. There is testimony pointing out the fact that pylori activity is reduced. Even in such a situation, in the case of the present invention, the change in the isotope ratio can be monitored virtually continuously, so that it is possible to detect a more difficult change in the isotope ratio. A higher level of measurement reliability is provided than other methods.
[0113]
Reference is made to FIGS. 4A-4E which illustrate the situation typically occurring during a breath test. For this situation, conventional discontinuous breath sample collection methods and analyses have made false diagnoses that give false positive or negative results. These cases can be correctly diagnosed by using a virtually continuous sampling method and analysis according to the preferred embodiment of the present invention.
[0114]
In FIG. 4A a very slowly but monotonically increasing isotope ratio plot is shown. This type of response can occur, for example, when a test is performed on a subject too soon after food intake. When the labeled substrate is absorbed from a full stomach, the absorption rate is considerably slower than in other cases. There is also significant dilution from other contents of the stomach. Thus, even if the subject is unmistakably positive, the resulting isotope ratio may exhibit a gradual increase. The same effect is seen in subjects with low gastric absorption levels or subjects receiving medication for treatment or eradication of the disease or bacteria being examined.
[0115]
According to the conventional method of collecting a single or a maximum of two sample bags after a predetermined time since the ingestion of the labeled substrate, these time points t1, T2, The isotope ratio has not reached the upper threshold level T / H. If this upper threshold level is crossed, it is determined that a positive result is indicated. As is apparent from the figure, t2Even after a significant amount of time has passed, the threshold levels may barely cross, or, according to all commonly accepted records, may not cross at all for a long time after the expiration of the breath test. Therefore, this subject was determined to be negative.
[0116]
However, according to the preferred method of the present invention, the breath tester can effectively collect and monitor multiple breath samples, allowing the breath tester analysis software to detect continuous increases in isotope ratio. Thus, such a subject is diagnosed more accurately as being positive. Therefore, using such a method makes it possible to perform a more reliable breath test. In addition, the method is preferably more reliable for subjects undergoing fasting prior to testing, and also on subjects undergoing drug therapy for treatment or eradication of the clinical condition or bacteria being tested. Allows breath tests to be performed. In addition, the method preferably enables faster results compared to the conventional discontinuous sample bag method.
[0117]
Reference is made to FIG. 4B which shows an example plot of a subject's breath test. This condition of the subject results in an unstable level of metabolic substrate and thus an unstable level of isotope ratio of exhaled breath from the subject. However, the subject does not show the clinical symptoms of the condition sought in the breath test. According to some conventional methods, the sample bag is accidentally1If collected for analysis, the subject will be diagnosed as positive. However, using the preferred method according to the present invention gives correct negative results. This is because no clear upward trend is detected.
[0118]
In the situation shown in FIG. 4C, referenced next, the isotope ratio rises significantly and exceeds the threshold T / H, but then reaches a steady flat level just above the threshold. Such a physiological result is the point t1According to the conventional single point test carried out in (1), it is determined as positive, but according to the analysis method used in the present invention, it is correctly interpreted as negative.
[0119]
Lastly referenced FIG. 4D shows a
[0120]
According to the preferred method of the present invention, the correlation between concentration and isotope ratio results from an incorrect calibration condition of the gas analyzer, possibly as a result of a shift in one of the absorption curves. It will be detected by one of the self-diagnostic routines performed within the device. A patient calibration procedure is then performed to correct the parameters of the absorption curve, thereby reducing the found correlation and using the original data with the newly calculated absorption curve, Is recalculated retroactively. FIG. 4E shows the result of this recalculation procedure performed after calibration. As can be seen, the isotope ratio is now low and wavy, indicating that the test results are actually negative.
[0121]
2. Substrate preparation and administration
According to a further preferred embodiment of the invention, a procedure for the administration of the labeled substrate is practiced. In this regard, H.C. The method used in the breath test for detecting H. pylori will be described. In this test, urea is used as an isotope-labeled substrate. For the current situation of practicing this procedure, a number of recently issued patent applications such as WO 98/21579 (WO 98/21579), titled “Detecting Helicobacter pylori” by A. Becerro de Bengoa Vallejo Method and kit for detecting Helicobacter pylori "and WO 96/14091 by C. Nystrom et al., Entitled" Diagnostic preparation of detection ". of Helicobacter pylori) ”. The above pamphlets are incorporated herein by reference in their entirety for reference.
[0122]
As efficiently as possible. In order to detect the activity of H. pylori, It is well known to those skilled in the art that the pH value of the pyloric sinus should be maintained at the natural acidic level, which is an environment in which H. pylori persists without hindering its urease activity, as in the above-mentioned de Bengoa Vallejo international application. Are known. This is achieved by giving the patient about 200 ml of a drink consisting of water-soluble citric acid, pH 2-2.5, instead of the water used for the earliest breath test, prior to administration of urea. Is preferred. D.Y. Graham et al., Published in The American Journal of Gastroenterology (Vol. 94, 1214-1217, May 1999).13A paper entitled "Citric Acid as the Test Meal for the 13C-Urea Breath Test" was performed on patients after ingesting a citric acid solution. The results of the breath test are listed. Using 4 g of citric acid resulted in significantly faster positive patient results than using only 1 g of citric acid or only water. The use of citric acid has three additional well-known advantages. First, citric acid delays gastric emptying, thereby maintaining a full amount of urea in the stomach for an extended period of time, and second, H.P. Ongoing P. pylori as given to a large number of applicants for H. pylori detection breath tests. P. Helps to block the effects of I therapy, and third, citrate reduces the activity of oral bacteria known to cause interference with breath tests.
[0123]
Therefore, this well-known procedure is to give the patient about 200 ml of diluted citrate drink before or with the administration of urea. Since the stability of urea in solution is not always guaranteed over time, a generally accepted procedure is to provide powdered or tableted urea, which is then dissolved in water or as a drink Given.
[0124]
According to a preferred embodiment of the method of the invention, urea is provided in the form of a tablet, which is dissolved directly in a citric acid solution and then drunk or taken by a straw. The use of a straw ensures that urea has minimal contact with the oral cavity, which reduces the effects of oral bacteria. Such a procedure has many advantages. First, tablets can be packaged and used more simply than powder. Secondly, when used as a tablet, it becomes clear that all of the urea has dissolved, so the entire dose is immediately active upon ingestion. Third, depending on the tablet structure, urea dissolves more easily in citric acid solution than in water. For example, a tablet consisting of 50% urea and 50% sodium chloride, with a silicate binder and cellulosic agent, takes almost half of the time it takes to dissolve in water, ie in about 4 minutes versus nearly 8 minutes. Dissolve completely in citric acid solution.
[0125]
Kit identification
The breath tester device according to the preferred embodiment of the present invention can be used for many different tests. Some of these tests are described in the “Background” section of this application, and are further described in the pamphlet of WO 99/12471 (WO99 / 12471) mentioned in the Background section. Each test uses a unique kit consisting of an isotope-labeled substrate and possible accessory solution components, such as urea and citric acid used in breath tests to diagnose Helicobacter pylori in the upper gastrointestinal tract . Each test procedure may also have its own test protocol with respect to elapsed time and level of detection for the gas being detected, so that the correct kit is used for the selected breath test and vice versa. It is important that a means for assuring is provided. Furthermore, the amount of substrate and associated solvent used can be prepared depending on the patient's age, weight, medical history or race or place of birth. In addition, breath test parameters are adjusted accordingly. Finally, some pharmacological lifetimes of the active substances in the kit may be constrained, so if you try to use an expired kit, warn the user or make the instrument inoperable This is very important.
[0126]
In accordance with another preferred embodiment of the present invention, each individual breath test substance is supplied in a kit with a disposable oral / nasal cannula or other breath delivery tube used to perform the test. The No. 08/961013, entitled `` Fluid Analyzer with Tube Connector Verifier '' by several of the inventors of the present invention pending with the present invention The tube connection verifier disclosed in is operable to ensure that the correct tube is being used for a test performed by the analytical instrument and that the connector is correctly installed. The above specification is incorporated herein for reference. According to this embodiment of the invention, the connector of the oral / nasal cannula or the like can be encoded with an identification code. The identification code includes information about which material is included in the kit with the cannula, the amount of the material, and its expiration date. Means are provided on the connector of the breath tester device for reading the information supplied when the oral / nasal cannula or the like is connected to the device. This means may comprise optical, electronic, magnetic or mechanical means, including for example bar code scanning means, digital pulses or similarly effective means. Communication automatically enters data into the instrument automatically when the cannula or equivalent connector is plugged into the breath tester, or when the operator keys the details of the examination into the instrument Can be operated in query mode.
[0127]
Alternatively and preferably, a tracer or marker substance is added in the breath test kit. Means for detecting this marker are provided in the instrument. According to this preferred embodiment, even if the cannula is not utilized with the encoded substance information as provided in the kit, the contents, amount and expiration date of the breath test substance are both determined by the breath test equipment. Can be identified.
[0128]
According to another preferred embodiment of the present invention, a marker added to the substrate in the breath test kit can be used to initiate analysis of the collected breath. According to this example, a substance such as labeled glucose is added to the substrate. This substance is absorbed very rapidly by the stomach into the bloodstream, and immediately afterwards, its metabolic byproducts appear in the exhaled breath of the subject. When the marker marker by-product from glucose is detected by the instrument, this means that the substrate has been ingested, its absorption in the stomach has begun, and that the substrate is fully compatible with the physiological effect being investigated. It is a signal of progressing through metabolic pathways. However, this marker marker by-product has immunity to the specific disease, bacteria, or physiological dysfunction being sought and appears regardless of the presence of the disease or dysfunction. Such a signal is used to command the instrument control system to begin analyzing the collected breath sample for specific by-products of the test being performed. This method is particularly advantageous when used in conjunction with an extended breath test. This is because the marker provides a signal as to when the onset of substrate by-products can be expected.
[0129]
According to another preferred embodiment of the present invention, a gas can be incorporated into the substrate instead of a solid such as glucose. The gas is released upon dissolution of the substrate in the gastric fluid and is detected directly in the breath. In this case, it is not necessary to implement a complete circuit consisting of absorption, metabolism and lung exhalation. As another example, the gas can be produced from a parent material that generates a marker gas upon contact with gastric acid.
[0130]
In all of these examples employing marker substances, whether incorporating gas or producing direct or indirect gaseous by-products, the gas is the same as the gas to be detected in a particular breath test. In this case, it is important that the influence of the marker gas is short-term so as not to prevent detection of the true by-product of the breath test.
[0131]
Analysis of breath test results
By the method disclosed in the above-mentioned WO99 / 12471 (WO99 / 12471) pamphlet, titled “Breath Test Analyzer” by several of the inventors of the present application, It ends when it is determined by the result of the inspection itself. This is similar to the method disclosed above. This allows the instrument to determine that clinically significant conclusions have been obtained according to the current test results, thereby allowing the instrument to determine that the breath sample has been collected virtually continuously. As most of the prior art is, the conclusion of the test can be obtained sooner than by the sampling method using a single or two non-consecutive sampling points. According to another embodiment of the present invention, the breath test apparatus comprises a signal means for instructing the operator that a clinically significant result has been obtained and that the test may be terminated. Alternatively and preferably, the signal may be visible by one or more indicator lights, or may be audible by tone or by a suitable real-time indicating method or indicating device. FIG. 13 of the PCT application issued as the above-mentioned International Publication No. 00/74553 (WO00 / 74553) pamphlet shows a signal to the operator that a significant result has been obtained on the front panel of the breath test apparatus 210. Two alternative embodiments for notification are shown. One of these is shown in the form of an indicator lamp 231 and the other in the form of a loudspeaker 233. The pamphlet is cited in this specification for reference. According to another embodiment of the invention, different signals, for example different color light outputs or different tones, indicate whether the test conclusion is positive or negative in order to indicate different conclusions of the test. May be used for
[0132]
In accordance with another preferred embodiment of the present invention, a number of methods are provided for calculating gas analysis results. Thereby, the judgment regarding the breath test result can be obtained earlier or more reliably than the conventional method.
[0133]
(A) Identifying oral activity
According to a preferred embodiment of the present invention, one of the benefits of virtually continuous sample analysis is the effect of oral bacterial activity resulting from direct effects on bacterial substrates in the oral, nasal or pharyngeal passages. It is possible to distinguish from the true stomach effects. As is the case with most conventional methods, when measuring at only one or up to two points after ingestion of a substrate, high isotope CO2Isotope CO ratio derived from stomach interaction2Whether it is based on an increase in the ratio or isotope CO2It can be difficult to reliably determine whether the ratio drop is from the final stage of oral activity. This is a false positive result rate.
[0134]
Preferably, a calculation method is used that effectively and continuously monitors the isotope ratio according to the present invention and determines whether the isotope ratio is rising or falling. Distinguish between positive results and decline in oral activity. Since the method involves plotting the results from the start of the test, the characteristic rise and fall of oral activity are detected completely clearly. According to a preferred embodiment of the present invention, the characteristic peak of DoB is reduced to a low threshold within a time that is clearly shorter than the time taken to detect the effect of the true physiological effect sought in the breath test. If a rising and falling value is detected that exceeds and returns to the low threshold, the response is considered a result from oral activity and is therefore ignored. H. During a breath test for H. pylori, the typical time frame for completion of any oral activity is on the order of 8 minutes from the ingestion of the labeled substrate. Typical values for the oral activity peak are all about a rise of about 10 &dgr; that occurs within a period of 4 to 8 minutes from the ingestion of urea, with the concomitant drop of 5 &dgr;
[0135]
It should be noted that when the term “oral activity” is used and claimed herein, the term includes physiological side effects that increase the isotope ratio in exhaled breath from the subject. This side effect is independent of the effect sought by the breath test, or occurs independently of the metabolic pathway associated with the physiological condition under investigation.
[0136]
(B) Change in isotope ratio
Carbon dioxide isotope ratio in exhaled breath exhaled from the subject13CO2/12CO2In order to determine the increase, generally accepted methods measure the baseline level of background isotope ratio in the subject's breath prior to administration of the substrate. This partial increase in isotope ratio above the baseline is expressed in terms of the well-known “delta over baseline” parameter. In commonly used conventional methods, DoB is commonly expressed as a scaling parameter, delta δ or, more precisely, thousandths of delta. In this normalization parameter, the isotope ratio R of
δ1 = 1000 * (R1-RR) / RR
[0137]
The reference sample traditionally used is a standard geological rock known as Pee Dee Belemnite limestone. Therefore, the reference isotope ratio RpdbIs the carbon isotope ratio found in naturally occurring PDB limestone13CO /12It is CO and has a value of 1.11273%.
[0138]
The delta over baseline between
DoB = δ1−δ2,in this case,
δ1= 1000 * (R1-Rpdb) / Rpdb
δ2= 1000 * (R2-Rpdb) / Rpdb
[0139]
Therefore, DoB = 1000 * (R1-R2) / Rpdb,in this case:
R1Is the isotope ratio measured in
R2Is the isotope ratio measured on
[0140]
For normal subjects, the isotopic ratio of the baseline breath sample is essentially the isotope of carbon dioxide resulting from the metabolism of organic compounds derived from plant or animal food consumed by the subject. Body ratio. Since such nutrients generally have isotope carbon ratios that are significantly lower than the typical isotope carbon ratio of naturally occurring carbon dioxide in air and lower than the isotope carbon ratio of PDB, The baseline isotope ratio of exhaled breath from a normal subject is usually R by an amount in the range of slightly above 15δ to about 27δ depending on the subject.pdbIs significantly smaller than. Thus, DoB, according to commonly used definitions, is expressed as a partial difference in isotope ratio between two measurements for a specific fixed ratio that is generally slightly elevated from the typical baseline ratio. The
[0141]
According to another preferred embodiment of the present invention, in some cases, a partial difference in the isotope ratio between two measurements for a particular fixed ratio is obtained without requiring a baseline measurement. It is possible to use. According to this preferred embodiment, the measurement of changes in isotope ratio is performed with sufficient sensitivity so that measurements taken following substrate uptake can be obtained without knowing the baseline level. It is sufficient to detect the desired change. It is important to note that when using the various parameters for calculating changes in isotope ratios described throughout this section and throughout this disclosure, the term "delta over baseline" It should be interpreted broadly to mean a delta difference above the previously measured value and not strictly adhere to baseline level perception.
[0142]
Regardless of what means is used, while measuring the isotope ratio in the breath sample, the measurement conditions in the sample cell and reference cell may vary from correctly calibrated conditions. Several types of breath tests, such as assessment of fat malabsorption, gastric emptying rate or liver function tests, are performed over a considerable period of time and can be as long as several hours. In such a case, even if there is a slight drift in the instrument during that time, this becomes extremely serious. Thus, if a systematic error in the ratio measurement occurs, for example due to inaccurate calibration resulting from a shift in the gas absorption curve, it is calculated even if the measurement error of the two ratio changes approximated to each other is very small. DoB values will include complete systematic errors. This is because each ratio having a value that may be quite different from the currently measured ratio is a fixed value RpdbIt is because it is normalized with respect to.
[0143]
In order to avoid such drawbacks, δ 'defined instead is proposed in WO97 / 14029 (WO97 / 14029) pamphlet filed with PCT by Otsuka Pharmaceutical Co. In this case, with respect to the ratio R between
δ ’1 = 1000 * (R1-R0) / R0
It is.
Such a definition of δ 'is RpdbInstead of R0With the denominator. R0In other words, the baseline ratio and R1That is, the difference from the next measurement point is the above-mentioned R0And RpdbIs generally much smaller than the difference between Therefore, the value of δ 'is less sensitive to changes in measurement conditions resulting from the shift of the absorption curve than the value of δ. Because δ 'is the ratio R being measured.1Ratio R approximating to0Has been standardized against. There are conventional measurement methods that attempt to overcome the problem of having to compensate for drift in the absorption curve by using such δ '.
[0144]
On the other side, the value of δ 'is R0The absolute result is related to the baseline of the particular subject being measured, and thus the subject's eating habits, or the time elapsed since the last meal, or baseline May vary depending on factors such as hometown known to influence the level. Baseline level differences between different subjects may range from about 10δ as described above. For this reason, R0Using the δ 'associated with, it is not possible to make absolute numerical comparisons between results obtained from different subjects.
[0145]
Table 1 below refers to R in the second column.0A number of calculated values of DoB normalized topdbCompared to a traditional DoB standardized. The first column is the true isotope ratio measured by mass spectrometry. The parameter RCIR will be described later. As is apparent from the table, as the sample isotope ratio increases, R0DoB normalized to is RpdbDeviate from the traditional DoB value normalized to. Deviation levels expressed with very high isotope ratios are typical for specific studies, statistical studies that require comparison of test results for different subjects, and baseline ratios can vary significantly When comparing subjects taken at time intervals of several weeks, the difference between DoB parameters is relevant, although it has little clinical significance. And therefore RpdbThe classic DoB called is preferably used.
Table-1
[0146]
In order to overcome the relevance of the breath test results measured with respect to changes in the absorption curve, according to a preferred embodiment of the present invention, the breath test device can perform various compensation procedures such as soft calibration, self-calibration as described above. Alternatively, each procedure for patient calibration may be incorporated. When one such calibration procedure is performed, for example, a sample of the patient's breath that does not show a significant change in the isotope ratio (“negative” patient) is used in the calibration method and the isotope ratio of the breath is determined as RpdbCan be approximated by The parameters of the absorption curve were adjusted by an iterative calibration procedure and, as expected, the measured ratio was RpdbIs actually found to be a ratio of True ratio is 20δ or RpdbEven if we know that it is below the value ofpdbUsing the estimated approximation for し か has only a small effect on the measured DoB value. Thus, for example, the true ratio of the above-mentioned negative patient sample is the estimated Rpdb= 1.11273%, but in fact R = 1.07% (a typical value for negative patients)pdbThe measured DoB error resulting from the use of the approximate value is only 3% of the measured value. This means that a reading of 5.15δ is obtained rather than 5δ, and such deviation is not significant at all. The relevance of the measured DoB absolute value to the subject's baseline level is minimal.
[0147]
Unusually high baseline ratio, RpdbIn the other extreme example of a subject who has even a baseline ratio as high as 60 δ above the estimated value, the use of the iterative calibration method will affect the resulting DoB measurement below 1 δ. Since the spread of the baseline isotope ratio between different subjects is typically well below this value of 60 δ, the use of the preferred calibration method of the present invention as described above provides accurate breath test results. Make it possible. Such a result can be attributed to generally accepted DoB parameters and is independent of the actual baseline of the patient being examined.
[0148]
R used in the above calibrationpdb Even if the deviation in the DoB measurement caused by the approximation is small, this deviation is preferably compensated by measuring the ratio for a sample with a known isotope ratio, for example by performing a calibration check of the instrument. can do. According to another preferred embodiment of the present invention, the above definition of δ 'is used with another parameter known as "relative change in the isotopic ratio" or RCIR. The parameter RCIR is preferably used in place of conventional DoB to ascertain an increase in the exhaled breath isotope ratio. RCIR is defined by the following expression:
RCIRn= RCIRn-1 + 1000 * (Rn-Rn-1) / Rn-1
In this case RnCorresponds to the measured value n13CO2/12CO2Isotope ratio. By definition, for baseline measurements, RCIR0= 0.
[0149]
According to the above definition of RCIR, the normalization is the previous measurement point Rn-1Is preferably carried out. Another preferred definition can be used for RCIR:
RCIRn(+) = RCIRn-1 + 1000 * (Rn-Rn-1) / Rn
In this case, normalization is performed with respect to the ratio at the current measurement point. Positive result Rn> Rn-1RCIR during the course of a breath test showingnThe result achieved using (+) is the previously defined RCIRnThan the results obtained usingpdbApproximate the result obtained for.
[0150]
According to another preferred embodiment of the present invention, these two types of normalization for RCIR calculate the results of each measurement depending on whether the measured isotope ratio is increasing or decreasing. Used alternately. If the isotope ratio is increasing, ie Rn-1<RnIn this case, the second definition RCIR (+) is used. If the isotope ratio is falling, that is Rn<Rn-1The first definition RCIRnIs used. This calculation method using alternating RCIR parameters, whether the ratio curve turns from increasing to decreasing or vice versa, or whether it originates from an instrumental source or a physiological source, It is advantageous to smooth the slope of the result when there is a high level of noise at the measurement point. This method is also advantageous for compensating measurement points that deviate particularly from the overall tendency of the plotted curve.
[0151]
A further advantage of using RCIR parameters that are alternately defined according to the trend of the measured isotope ratio is in the accuracy of the results obtained. Using the RCIR parameter as a single definition, depending on the direction of the change, the change in the ratio is enhanced or the change in the ratio is not stressed. Thus, for example, the previous reading Rn-1First RCIR scaled againstnUsing the parameter exaggerates the increasing ratio. That's because of the growing RIR of the RCIR denominatorn-1Is RnBecause it is smaller than. Similarly, RCIRnUsing will obviously reduce the rate of decrease of the descending ratio. That's because the denominator Rn-1Is the current ratio RnIt is because it is larger than. RCIRnUsing the (+) parameter has the opposite effect: the increase is not stressed and the decrease is exaggerated.
[0152]
As a result, if one or the other of the RCIR parameters is used in the analysis of the breath test performed, the wavy ratio curve is an accumulation of ratio errors. In contrast, according to a preferred embodiment of the present invention that uses alternating RCIR parameters depending on the trend of the measured value, the wavy curve always reflects the true measurement result, so that, for example, the ratio is its original Returning to the value will always return the curve to its original level.
[0153]
The instrument drift that occurs during the measurement process is significantly different from the effect on the conventional DoB and does not affect the parameter RCIR. The last column of Table 1 above shows RCIR parameter values calculated for each given isotope value. As is apparent from this, the RCIR value follows the classic DoB value with a high DoB value and a small deviation.
[0154]
In accordance with another preferred embodiment of the present invention, RCIR is a measurement that greatly overcomes the major problems in performing breath tests over a relatively long period of time, such as the test described above, which is well over one hour. Can be used in the law. In such a situation, for example, due to a change in the absorption curve accompanying a change in environmental conditions, specifically, a change in temperature, a lot of drafts are generated in the device. In this situation, if a baseline reference is taken near the beginning of the test, there is no easy way to accurately compare this baseline measurement with the isotope ratio obtained quite later during the test. This is because the measurement conditions may generally change. The comparison is therefore not valid.
[0155]
In addition, optical spectroscopic gas analysis methods, including some used in breath tests, require the sample to have the same major isotope component concentration as the baseline sample, so the light transmission measured in the sample cell. The rate (absorption rate) can be directly related to the concentration of the component gas in the sample cell. The concentration can be made equal by diluting each collected sample to a predetermined concentration with an inert gas. The concentration is typically chosen to be the lower limit of the normal range of achieved concentrations to be examined, so the majority of the actual collected sample is diluted to the same predetermined concentration value. can do.
[0156]
The above-mentioned WO 97/14029 (WO97 / 14029) pamphlet filed PCT by Otsuka Pharmaceutical Co. compares the concentration of two sample bags in order to equalize the concentration between the two samples. Describes a method of diluting a higher sample to a lower concentration. Unfortunately, the lowest concentration for a large number of samples, each collected in a different sample bag, or for an on-line measurement that efficiently and semi-continuously monitors the expiration of the sample as described in the present invention. It is not practical to apply the dilution method. Comparing large sample sets requires complex systems that handle and temporarily store samples. This is because each sample needs to be finally compared with every other sample.
[0157]
In addition, since the stable measurement conditions cannot generally be maintained during a typical breath test, Otsuka's method provides a ratio R related to the change in the isotope ratio of the sample.0Is used and this ratio R0Another disadvantage arises because may be separated from the measured sample ratio. Similarly, when comparing the n th sample with the n−1 th sample, the ratio Rn-1If is used for scaling, the resulting trend is extremely exaggerated and any change is over-emphasized.
[0158]
In accordance with the preferred embodiment described in the present invention, the disadvantages described above in Otsuka's method, which makes it possible to bring individual sample pairs n-1 and n to the same concentration by utilizing alternating PCIR parameters, Resolved without reference to the sample pair. Thereafter, the n + 1 th sample is measured in relation to the new measurement of the n th sample.
[0159]
Another method commonly used for conventional carbon dioxide breath testing to achieve correct sample dilution is:12CO2This is done by comparing the IR transmission with a reference sample of known concentration. For the reasons described above, the ability to equalize samples is the same issue of instrument stability that affects the absorption measurement itself, as comparative absorption measurements can be inaccurate when performed at significantly different times. Also affected by. Therefore, according to the method used in this regard, when samples are collected and measured at significantly different times, the accuracy of the breath test is in the ability to perform an accurate comparative absorption measurement with reference to the baseline sample. Related in two distinct ways. That is, the first is the ability to accurately dilute the sample to the same concentration, and the second is the ability to accurately perform the actual absorption measurement.
[0160]
There are many ways to overcome this problem. One method is to collect a very large amount of baseline sample and divide it into separate parts. These separate parts are used to compare each subsequent sample collected as the test progresses with a portion of the original baseline sample under the conditions under which this subsequent sample is measured. It will be enough. This makes the comparison more accurate. Alternatively, a separate sample of baseline samples may be drawn for each successive breath comparison. These methods are cumbersome to implement and generally not easily implemented due to the practical problem of collecting a large initial baseline sample that is sufficient after splitting for each comparative measurement. .
[0161]
In another simpler procedure proposed in US Pat. No. 5,146,294 issued to R. Grisar et al., A storage container is used to supply a continuous sample of reference gas. The reference gas is transferred into the measurement chamber between each measurement of the diluted breath sample under conditions that are as identical as possible to the diluted sample breath. The accuracy of such a method appears to be limited by the accuracy with which the system can be temperature stabilized and the accuracy with which the reference sample can be repeatedly measured under the same pressure conditions.
[0162]
According to another preferred embodiment of the present invention, a single initial baseline sample consisting of exhaled breath is collected in a different standard measurement method than that described above, and each sample collected during the examination. Repeatedly measure the same baseline sample immediately before and / or immediately after each sample collected during inspection by loading / unloading the baseline sample to / from the measurement cell between each measurement To do. The baseline sample is thus measured under conditions similar to those of the collected sample. To implement this method, an accurate gas handling system is required to avoid contamination of a single baseline sample due to loss, leakage, or dilution.
[0163]
Alternatively and preferably, and more simply, such a single baseline sample may be stored in its own reference cell and compared to the sample gas in the measurement cell for each measurement of a newly collected sample. Good. Such means have the disadvantage that the measurement path has to be switched between different cells in order to carry out the respective measurements.
[0164]
A calibration method for performing all of the above procedures is preferably established using different definitions for the change in isotope ratio from a fixed point relative to an absolute or variable ratio. In this case, the isotope deviation of the measurement ratio is given by any of the following expressions, depending on which reference ratio is used.
(A) (Rn-R0 (n)* 1000 / R0 (n) Or
(B) (Rn-R0 (n)* 1000 / Rpdb
In this case RnAnd R0 (n)Are the measured isotope ratio and baseline reference measured at the nth measurement point, respectively.
[0165]
For example, due to excessive equipment drift, RpdbIf an absolute normalized measurement such as that performed for can not be achieved, the relative isotope deviation may take the following form:
(C) (Rn-R0 (n)* 1000 / Rn
Rn≧ R0 (n)Thus, the expression (c) is closer to the expression (b) related to the standard PDB than to (a).
[0166]
If the reference ratio is not a baseline measurement, the change in isotope ratio from this point is preferably calculated with respect to the previous result. Thus, depending on the definition used, the deviation is obtained by subtracting one of the following terms from the previous result:
(D) (Rn-Rref (n)* 1000 / Rref (n) Or
(E) (Rn-Rref (n)* 1000 / Rpdb
In this case, RnAnd Rref (n)Are the measurement ratio itself and the reference ratio measured at the nth measurement point, respectively.
[0167]
For example, due to excessive equipment drift, RpdbIf absolute normalized measurements such as those made for can not be achieved, the relative isotope deviation preferably takes the following form:
(F) (Rn-Rref (n)* 1000 / Rn
Rn≧ R0 (n)Thus, the expression (f) is closer to the expression (e) associated with the standard PDB than to (d).
[0168]
With respect to the first point (baseline), the relative change in isotope ratio can be expressed as:
(R0-Rref (0)* 1000 / Rref (0), pdb Or 0
In contrast, for the nth measurement point, if the measurement is performed with respect to the baseline:
(Rn-Rref (n)* 1000 / Rref (n), pdb Or n -(R0-Rref (0)* 1000 / Rref (0), pdb Or 0
Or, when the RCIR calculation method is used,
(Rn-Rref (n)* 1000 / Rref (n), pdb Or n -(Rn-1-Rref (n-1)* 1000 / Rref (n-1), pdb Or n-1
[0169]
According to another preferred embodiment of the present invention, a method using RCIR parameters is proposed. The RCIR parameter broadly overcomes the above-mentioned problems associated with comparing a collected sample with a single baseline sample during a long breath test. According to this preferred method, a sample pair is collected for each measurement point except for the first measurement point. At the first measurement point, only one sample is required to collect, which is generally a baseline sample. At any successive measurement point n, one of the collected sample pairs is taken from the measurement point (n-1), typically the sample pair from the previous measurement point for a relatively short time. Compared with one of the samples, the other sample of the sample pair is stored for comparison with one sample of the sample pair to be collected at the next measurement point (n + 1) Is done. At the last measurement point, two samples are collected, but only one is necessary for the measurement. This is because the inspection ends at this point.
[0170]
The method of this example has been described in terms of “collecting” two separate samples at each measurement point, but in practice it is not necessary to physically collect two separate samples. For example, a single sample is collected and used in half at each of the two relevant measurement points, or a single sample is collected and measured once at each measurement point, twice in total. It is possible or other suitable variations of this method are conceivable.
[0171]
The time between each measurement point is relatively short compared to the total elapsed time of a complete breath test and ranges from significantly less than 1 minute to more than 30 minutes, depending on the type of test being performed. Is typically occupied. Therefore, more maintaining the integrity of the sample and the stability of the measurement conditions over a relatively short time between one measurement point and the next measurement point will maintain this from the start to the end of the breath test. It is simple compared to
[0172]
In this way, a reference movable frame is generated, which is compared with the previous measurement point under the measurement conditions that can occur most closely, and how the measurement conditions change temporarily due to instrument drift. Regardless of whether or not, each measurement point can be referred back to the previous measurement point.
[0173]
The computer procedure for comparing sample pairs according to a preferred embodiment of the present invention can be understood with reference to FIG. FIG. 5 shows that the measured isotope ratio R can change as a function of elapsed time due to instrument drift, such as that resulting from changes in absorption curves. The illustrated graph is only for illustrative purposes. This plot shows the ratio change actually measured by the instrument versus the ideal fixed ratio as if the breath test gave a negative result with no change in the true isotope ratio. Yes. A similar explanation is possible for situations that are more likely to occur when the ratio is actually changing, but for simplicity this embodiment will be described using a fixed ratio.
[0174]
Change in isotope ratio at time t0Using the conventional method of comparing with baseline reference measurements at1The change in the isotope ratio measured by1It becomes. Time t2At the next measurement point provided at, the measured change in isotope ratio is caused by ΔR as a result of instrument drift.2Will be measured. The accumulated change from the baseline level is ΔR1+ ΔR2It becomes. Similarly, the third measurement point tThreeThen the measured change in the ratio from the previous point is ΔRThreeAnd the accumulated change from the baseline level is ΔR1+ ΔR2+ ΔRThreeIt becomes. As can be seen from the graph, various values of ΔR, especially for breath tests lasting a significant amount of time compared to the stability level of the device.nCan be significant, even more so with accumulated ΔR.
[0175]
According to a preferred embodiment of the present invention, such errors can be substantially reduced by collecting a sample pair for each measurement point. For example, time t1, One sample of the collected sample pair is at time t0Used to compare with baseline reference sample measured at The second sample of the sample pair is time t2Saved without doing anything until time t2Is used as a reference sample for one of the sample pairs collected in. Thus, the measurement ratio ΔR due to instrument drift.2Changes in are negated. Because at time t1Sample from time t2Essentially the same in the instrument, ie at time t2This is because the comparison is made under the conditions existing in the equipment. Similarly, time t2A second sample stored from time tThreeBy comparing with the sample fromThreeIt becomes possible to disable the obvious shift. Similar arguments apply to all consecutive measurement points of the breath test.
[0176]
The above description is slightly simplified in that it takes an extremely short time to measure the ratio of each sample and assumes that both samples are measured simultaneously at each time point. In practice, the measurement of each ratio takes time Δt, for example at
[0177]
Furthermore, the sample pairing method according to this preferred embodiment of the present invention still significantly improves the measurement even when the time it takes to dilute each sample to the target concentration and measure the concentration achieved. Such a process is performed such that samples are compared at the same concentration. The process of dilution and concentration measurement actually takes much longer than the time Δt to perform the ratio measurement itself. If both the reference sample collected from the previous measurement point and the sample currently being measured, the dilution and concentration measurement procedure is performed in a minimum amount of time between the measurement points, the ratio When the time point is reached, the sample has already been diluted to the target concentration and is ready to be measured immediately. Moreover, the time difference between the comparative measurements is less than Δt.
[0178]
This preferred method of using RCIR parameters to collect and measure sample pairs and calculate relative changes in the isotope ratio of the sample is advantageous and is applicable to all types of breath tests. This type of breath test involves using a bag for sample collection and then analyzing the breath test that is analyzed at a time and location that is not necessarily related to the time and location of the sample collection. It includes both a breath test performed in real time, connected to the breath test device so that the breath can be monitored almost continuously by the breath test device.
[0179]
(C) Baseline identification method
In the known art, a baseline is determined by detecting the isotope ratio of a single measurement taken from a single breath sample or group of samples obtained prior to ingestion of the labeled substrate. Singles obtained due to instrument drift or high noise levels, or due to physiological “noise” in exhaled breath supplied by the patient when continuous exhalation gives significantly different isotope ratios for clinical reasons The above method may produce inaccurate results if the baseline points of are incorrect.
[0180]
In order to overcome such sources of potential inaccuracy, according to another preferred embodiment of the present invention, the quality of the measured baseline points is reviewed by the action of the baseline identification method, If necessary, one or more additional baseline points are measured before the patient ingests the labeled substrate.
[0181]
According to a first additional preferred embodiment relating to a baseline measurement, a self-diagnostic procedure operable within the instrument is used, for example, with a low standard deviation in the variability of separate results forming the first baseline measurement point. If the control system indicates that the measured point quality is high, as determined by being present at, or by achieving a carbon dioxide concentration that approximates the target value, Conclude that is sufficiently accurate.
[0182]
According to another preferred embodiment, a second baseline measurement is taken. If two measurements are within a predetermined value of each other, it is estimated that there is no interference with the baseline measurement, both instrumentally and physiologically, and a simple average of the two values is It is preferably used. On the other hand, if a discrepancy is detected between two values, or if one of these points is suspected to be of poor quality, for example as determined by the criteria described above, there are many possibilities. appear. Preferably, low quality points are discarded and only good points define the baseline level. Alternatively and preferably, the system may require a measurement of the third baseline point. It is preferable to determine which of the measurement results to use based on the result of the third baseline point. If the first two values appear to vary due to noise problems, the method takes a simple average of all three values. Alternatively, if it is clear from the third measurement that one of the first two values is significantly different from the other two, then one of the first two values is rejected as a bad value. can do.
[0183]
According to another preferred embodiment of the present invention, the baseline measurement is performed to speed up the progress of the examination. Thus, for example, the second point is preferably collected before the analysis of the first point is completed. If it is clear that the first point is of poor quality and cannot be used before the second point measurement is completed, the calculation routine will collect the third baseline sample before the second point measurement is completed. Request.
[0184]
According to another preferred embodiment of the invention, in order to speed up the test, before knowing the result of the second measurement but after collecting the breath sample for the second baseline measurement The patient is provided with a labeled substrate for ingestion. In this case, for example, by the standard deviation of the discrete points forming the measured value or the CO achieved2If you check the quality of a measurement, as determined by the accuracy of the target concentration, and you find that one of the measurements is not accurate, discard that measurement in calculating the baseline. Can do. If the quality of both measurements is good, the average of these values may be used.
[0185]
(D) Threshold usage
Breath tests to detect specific clinical conditions, like many other diagnostic tests, rely on achieving a level that indicates a particular result or a positive test result. Providing a definitive diagnosis of the absence of the sought clinical condition, in other words defining a negative result, is a more difficult task.
[0186]
The work function of the breath test is to identify any changes that occur in the isotope ratio of the subject's breath sample components that are clinically significant in relation to the effect sought. The criteria for this determination, as used in many of the prior art, is whether the DoB has exceeded a predetermined threshold level at or within the time allotted for the examination. If the result is positive, the judgment is simpler, even if there is still some suspicion when the threshold crossing is not firm, such as when a moderate upward drift of the DoB value is obtained. is there. However, it is more difficult to make a firm diagnosis that the result is really negative if the DoB is wandering between the baseline and the threshold, and sometimes this DoB is moved beyond the threshold, possibly due to random noise. is there. Since ulcers are prevalent in a significant proportion of the population and the upper gastrointestinal tract has a similar associated condition, the interpretation of a negative result is H. Of particular importance in the urea breath test commonly used to detect the presence of H. pylori.
[0187]
One solution to this problem is to allow the test to last for a longer time, thereby determining whether the result remains negative. However, this is inconvenient for the patient and unnecessarily occupies expensive equipment that could be used to examine another patient. Therefore, it is important to take steps to define an optimal breath test threshold level that allows clear results, especially negative results, to be obtained in a minimum amount of time.
[0188]
In order to achieve these objectives and to achieve the highest sensitivity and specificity with the shortest possible measurement time, a breath test analyzer according to another preferred embodiment of the present invention provides a patient breath test. Do not use fixed criteria to determine if changes in isotope ratio are clinically significant. Instead, the criteria are changed during the course of the test according to many factors that act during the test. This factor includes, for example, the elapsed time of the test, the noise level of the device performing the test, and the physiological results of the test.
[0189]
Furthermore, while traditionally used measurements of isotope ratio changes were ratio levels relative to the baseline level, according to another preferred embodiment of the present invention, the measurements are Rather, it may be a change with respect to the previous measurement point, or the rate of change of the isotope level, or another property that can be used to plot the course of the change.
[0190]
In the preferred embodiment of the present invention presented here to illustrate these novel measures, a threshold utilization method is used to determine whether sufficient data has been accumulated to determine the completion of the test. Uses real-time test results. Such an identification is achieved by using a dynamic threshold level. The value of this level can be varied as a function of one or more of the following quantities by threshold utilization during the course of the measurement:
(I) the nature of the accumulated data, ie a function of whether the test gives a well-defined result;
(ii) a function of the level and trend of the results obtained;
(iii) a function of the standard deviation of the accumulated data, and
(iv) A function of the noise and drift levels of a particular instrument being used at that particular point in time.
[0191]
According to yet another preferred embodiment, two thresholds can be utilized, an upper and lower threshold. These thresholds converge as the significance of the collected data becomes apparent.
[0192]
The method of determining the use of the variable threshold can distinguish between the start of the test after the oral activity has subsided and the test in progress. Early in the test before accumulating a large amount of data, the point is clearly above the baseline, suggesting a positive result, or suggesting a negative result, to determine the definitive result. Must be very close to the line. As the test progresses and the physiological results of a large number of accumulated measurement points are taken into account, the threshold criteria to be used should become more statistically based on the accumulated data.
[0193]
The results of these two approaches are shown in FIG. FIG. 6 illustrates a preferred method using a double dynamic threshold criterion. In FIG.0A plot of threshold values used as a function of time elapsed since ingestion of the isotope-labeled substrate at is shown. Time t0T from the start of inspection at1In
[0194]
Time t1If oral activity is present after the passage of time, this activity will subside, and if all of the collected exhaled air is taken into account for the calculation of the test results, two thresholds, the
[0195]
An important aspect of this preferred embodiment is the time t, which can be only 4 minutes after administration of urea.1By the time the result is reached, it is already possible to make a clear diagnosis of positive or negative if the results obtained are sufficiently deviated from the intended baseline, ie 8 δ and 2 δ in the preferred embodiment described That is. A preferred criterion for a clear diagnosis is that the diagnosis is positive if two points are obtained above the upper threshold, excluding any points below the lower threshold. Similarly, if there are two points below the lower threshold, excluding any points above the upper threshold, this is a sufficient criterion to provide a negative diagnosis. The more rigorous and preferred criteria for a negative diagnosis, bearing in mind the difficulties described above in determining whether a result is truly negative, is the presence of three or four consecutive points after urea administration It is. These points are below the lower threshold or, on average, below this threshold, have a standard deviation of less than 1δ and a slope of less than 0.1δ per minute, Have no significant drift or tilt. Qualitatively, this can be used to identify negative results faster than any conventional method on instruments that are known to operate historically stable when measuring a DoB plot that should be almost flat. It is suggested that. Thus, in terms of the speed at which a diagnosis can be provided, one aspect of the preferred embodiment of the breath test of the present invention shows a significant difference in both positive and negative results from previous instrument and method embodiments.
[0196]
In the case of the embodiment of FIG. 6, the time t shown in 6 minutes.2If enough points have accumulated after the lapse of time, the standard deviation of the result should drop, and the physiological result of the test should be sufficiently obvious if it is critical in either direction So the thresholds can be gradually moved closer together and moved in a direction that provides the highest sensitivity and specificity for the ongoing test. Time t when closing of the thresholds starts2And the rate of closure of the
[0197]
On the other hand, if the data points still vary and their average level is close to 5δ, an error message is displayed and the test is terminated without significant results.
[0198]
During use, the threshold utilization method shown in FIG. 6 preferably operates as follows. Subjects with elevated DoB results that do not exceed 8δ after 6 minutes will be re-evaluated after 8 minutes with a threshold of 7δ, and if this threshold is not exceeded, 10 minutes later, with a threshold of 6δ, Such an evaluation is carried out until 5δ is used. Similarly, subjects with an unidentified DoB tendency that do not fall below 2δ after 6 minutes will be re-evaluated after 8 minutes with a threshold of 3δ, and if not below this threshold, 10 minutes later, Such an evaluation is carried out until a 5δ value, which is evaluated at a threshold and is used traditionally, is reached.
[0199]
As the time of the test progresses and the accumulated data reflects the physiological reality of the breath test mechanism, so that the DoB of a positive subject increases with time, the threshold 151 used is the test time It becomes possible to rise slowly with the continuation of.
[0200]
According to another preferred embodiment, the lower threshold continues to exist independently, instead of combining with the upper threshold to form a single threshold level. This is illustrated by another preferred
[0201]
The effectiveness of using variable thresholds in accordance with the preferred embodiment described above is that the results obtained with an exhalation tester incorporating such threshold embodiments are compared with the results obtained by standard monitor test methods. Verified by. H. In the case of the H. pylori breath test, such standard monitoring methods are performed by endoscopic collection of biopsy material from the patient's stomach, followed by histological examination of the tissue or culture of existing bacteria.
[0202]
According to another preferred embodiment of the present invention, the threshold used is related to the self-diagnostic output of the system. For devices that give poor results, such as high noise levels or systematic noise patterns, or slopes in the results, threshold usage is a wide range of initial thresholds: a relatively high upper threshold and a lower lower threshold. Use. For instruments that give good results with low noise levels or low levels of drift, the upper and lower threshold levels and the difference between these threshold levels can all be reduced to define negative results. The number of points below the required threshold can then be reduced. In this way, it is possible to define a test result as negative or positive earlier than with a fixed threshold.
[0203]
According to another preferred embodiment of the present invention, threshold utilization is used to determine whether a set of measured points is considered to give a clear test result. A quadratic optimal combined polynomial is preferably constructed so as to functionally approximate the plot of points obtained in one test. Only those points measured following effective termination of oral activity are used in the construction of this polynomial. The weighted standard deviation of these points from the calculated polynomial curve is then calculated. The weighting is performed so that the deviation from the polynomial curve is taken as it is for the points above the baseline, for example, less than 5δ. For points above 5δ above the baseline, the influence of random noise on such measurements is much less so that the calculation method uses polynomials as effective error values for the purpose of calculating the weighted standard deviation. Take only 20% of the deviation from the point. If such a weighted standard deviation is greater than 1.5σ, the measured value is considered problematic because of the large variation in results.
[0204]
In addition to the standard deviation criteria, there are other preferred criteria for rejecting measurements as inconclusive. An example of such a preferred criterion is that at least two of the five measured points are within threshold limits, eg, 3δ-7δ above the baseline, at the same time as the last Is used when the measured point is less than 10δ above the baseline, indicating no strong positive results. Even if only the last point appears to give a positive result, the calculation routine rejects the measurement as it currently exists. This is because uncertainty is introduced by the above-mentioned “two out of five” criteria.
[0205]
In some parts of the specification, procedures and calculations have been described for urea breath tests to detect Helicobacter pylori in the upper gastrointestinal tract, but of course, this test has many It is just an example of a diagnostic test and the present invention is It is not limited to the preferred illustrative example that results from the H. pylori detection breath test.
[0206]
It will be apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to what has been particularly shown and described. Rather, the scope of the present invention includes combinations and subcombinations of the various components described above, as well as variations and modifications of these components. Such combinations, changes and modifications can be easily considered by those skilled in the art after reading the above description, and are not present in the prior art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows the components of an exhalation tester disclosed in PCT International Publication No. 99/14576 (WO99 / 14576) pamphlet incorporating an intermediate chamber system for storing and handling exhalation samples. Schematic block diagram.
FIG. 2 is a perspective view showing an NDIR molecular correlation spectrometer of the type used in the breath tester of FIG.
FIG. 3 is a flow diagram showing the main steps of a preferred embodiment of a calibration procedure for operating a breath tester.
4A-4E can be accurately interpreted using a variety of typical breath test results, ie, a virtually continuous sampling and analysis method according to a preferred embodiment of the present invention. However, FIG. 4 shows plots of various typical breath test results that may be misinterpreted using conventional methods of collecting and analyzing individual bags of sample breath.
FIG. 5 is a graph showing the use of a method of comparing consecutively collected sample pairs with each other rather than comparing with a baseline of a reference sample.
FIG. 6 shows the threshold used to determine when a change in isotope ratio provided a definitive result as a function of time elapsed since ingestion of the isotope-labeled substrate. It is a graph to show.
Claims (47)
吸気検査に先立って、被検者の少なくとも1つの呼気試料の同位体比の測定値が臨床的に有意であるかどうかを見極めるために、予め規定された基準を決めるステップと、
被検者の少なくとも1つの吸気試料の同位体比を測定して測定値を取得するステップと、
前記測定値を前記基準と比較するステップと、
前記測定値が臨床的に有意であるかどうかを見極めることが困難な場合に、前記基準を変更するステップと、
前記測定値が臨床的に有意であるかどうかを評価するために、前記測定値を変更した基準と再度比較するステップと、
から成る呼気検査実施方法。How to perform a breath test:
Prior to the intake test, to measure the isotopic ratio of the at least one breath sample of the subject is determine whether it is clinically significant, the steps of Ru decided predefined criteria,
Measuring the isotope ratio of at least one inhaled sample of the subject to obtain a measurement value;
Comparing the measurement with the reference;
Changing the criteria if it is difficult to determine if the measurement is clinically significant;
Re-comparing the measurement with a modified standard to assess whether the measurement is clinically significant;
A breath test method comprising:
被検者の少なくとも第1の呼気試料の同位体比の第1の測定を実施するステップと;
前記被検者の少なくとも第2の呼気試料の同位体比の第2の測定を実施するステップと;
前記第2の測定の値が、呼気検査の臨床的に有意な結果が下されるのに充分な、前記第1の測定の値からの偏差を示したときにこれを見極めるステップと;
から成り、前記充分な偏差のレベルが、前記呼気検査中に変動することが可能である
ことを特徴とする、呼気検査法。The breath test is:
Performing a first measurement of the isotope ratio of at least a first breath sample of the subject;
Performing a second measurement of the isotope ratio of at least a second breath sample of the subject;
Determining when the value of the second measurement indicates a deviation from the value of the first measurement sufficient to produce a clinically significant result of a breath test;
A breath test method, characterized in that the level of sufficient deviation can vary during the breath test.
口腔活性の有効な停止後、前記被検者から吐き出された呼気から成る複数の試料中の同位体比の、ベースラインからの変化の測定を行うステップと;
前記測定値の時間との関数プロットに近似する多項式を見極めるステップと;
予め規定された量よりも多く前記ベースラインを上回る測定値に対しては、測定値の予め決められた端数部分が取り込まれ、これに対して前記予め規定された量よりも多くは前記ベースラインを上回っていない測定値に対しては、測定値全体が取り込まれるところの、前記多項式から前記測定値の重み付け標準偏差を算出するステップと;
前記重み付けされた標準偏差が予め規定されたレベルを超えるか否かを見極めるステップと;
から成る呼気検査法。In a breath test for determining the presence of a clinically significant condition in a subject, the breath test includes:
Measuring a change in baseline isotope ratio in a plurality of samples consisting of exhaled breath exhaled from the subject after effective cessation of oral activity;
Determining a polynomial that approximates a function plot of the measured value with time;
For measurements that exceed the baseline by more than a predefined amount, a predetermined fractional portion of the measurement is taken, whereas more than the predefined amount by the baseline. Calculating a weighted standard deviation of the measured value from the polynomial, where the entire measured value is taken for measured values not exceeding
Determining whether the weighted standard deviation exceeds a predefined level;
Breath test consisting of
被検者の少なくとも第1の呼気試料の同位体比の測定を実施するステップと;
前記測定の値が、呼気検査の臨床的に有意な結果が下されるのに充分な、ベースライン測定値からの偏差を示したときにこれを見極めるステップと;
から成り、
前記偏差が、不確実な上下の閾値帯域から成り、該帯域の広さが、前記呼気検査の経過時間、結果の生理学的広がりの標準偏差、同位体比の生理学的変化の動的特性、呼気検査で測定された時点の数、呼気検査中に存在する環境条件、および呼気検査を実行する機器のノイズおよび/またはドリフトのレベル、から成る群から選択されたパラメータのうちの少なくとも1つに関連する、
ことを特徴とする、呼気検査法。The breath test is:
Performing an isotope ratio measurement of at least a first breath sample of the subject;
Determining when the value of the measurement shows a deviation from the baseline measurement sufficient to produce a clinically significant result of the breath test;
Consisting of
The deviation consists of uncertain upper and lower threshold bands, the width of which is the elapsed time of the breath test, the standard deviation of the physiological spread of the result, the dynamic characteristics of the physiological change of the isotope ratio, the breath Related to at least one parameter selected from the group consisting of the number of time points measured in the test, the environmental conditions present during the breath test, and the level of noise and / or drift of the device performing the breath test To
A breath test method characterized by that.
前記呼気検査から結果を取得するステップと;
機器のノイズおよび/またはドリフトのレベル、結果の生理学的な広がりの標準偏差、同位体比の生理学的変化の動的特性、および標識基質を摂取してからの経過時間、から成る群から選択された基準のうちの少なくとも1つを組み合わせることにより、信頼性パラメータを定義付けするステップと;
予め規定された信頼性基準に従って前記呼気検査の結果を評価するために、前記信頼性パラメータを使用するステップと;
から成る呼気検査の信頼性見極め方法。How to determine the reliability of a breath test:
Obtaining results from the breath test;
Selected from the group consisting of the level of instrument noise and / or drift, the standard deviation of the physiological spread of the results, the dynamic characteristics of the physiological change of the isotope ratio, and the elapsed time since ingestion of the labeled substrate Defining the reliability parameter by combining at least one of the selected criteria;
Using the reliability parameter to evaluate the result of the breath test according to predefined reliability criteria;
A method for determining the reliability of a breath test.
前記ガス分析器が、被検者から吐き出された呼気試料中の気体の同位体比の変化を事実上連続的にモニターし、前記検査の目下の結果に従って、前記検査が臨床的に有意な結論を有することを見極めるところの、呼気検査機器。In a breath test apparatus comprising a tube for collecting a breath sample from an insured and a gas analyzer for measuring an isotope ratio of the breath sample,
The gas analyzer monitors the change in the isotope ratio of the gas in the breath sample exhaled from the subject virtually continuously, and according to the current results of the test, the test is a clinically significant conclusion. Breath test equipment where it is determined that
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