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一种气体检测系统及其控制方法

文献发布时间:2023-06-19 15:47:50



技术领域

本发明涉及一种医疗检测系统及方法,特别是涉及一种气体检测系统及其控制方法。

背景技术

哮喘是由多种细胞,包括嗜酸粒细胞、肥大细胞、T淋巴细胞、中性粒细胞、平滑肌细胞、气道上皮细胞等细胞组参与的气道慢性炎症性疾病。目前,全球至少3亿哮喘患者,中国哮喘患者约3000万,且随着现代社会经济的发展和人民生活水平的提高,环境问题、食品问题及饲养宠物等带来的过敏原越来越多,从而哮喘的发病率也逐渐提升。FeNO(Fractional exhaled nitric oxide,即,呼出气一氧化氮)由气道细胞产生,其浓度与炎症细胞数目高度相关联。通常可通过口呼气一氧化氮测试和鼻呼气一氧化氮测试两种测试确定呼出气一氧化氮(NO)浓度。FeNO检测广泛应用于呼吸道疾病的诊断与监控中,且在检测的灵敏度、特异性、安全性、发现的及早性上,及哮喘的用药管理上,具有突出的优点,在临床上受到越来越多的重视。以下简要介绍以下一些已知的涉及FeNO的设备和方法。

CN112754532A公开了一种呼气收集装置,用以收集呼出气体并传送至检测装置进行检测,呼气收集装置包括呼气收集道、与呼气收集道连通的缓冲室、动力装置,缓冲室与外界空气及检测装置连通,动力装置用以驱动呼气收集道内的空气进入缓冲室及缓冲室内空气进入检测装置,呼气收集道包括第一管道、直径小于第一管道的第二管道,缓冲室与第一管道上靠近第二管道的一端的侧壁连接。CN112754532A的呼气收集装置呼出气可以留存更长的时间,方便抽取待测呼出气;可以完全摒除呼出气的前段气体,即口鼻内的气体,使得收集的完全为内呼吸道产生的气体;并可暂时存储待测呼出气体,使得测试时呼出气长时间稳定输出,同时可以降低用户的操作难度。

CN104391087B揭示了一种潮气呼气测定呼出气氧化氮的方法及装置,利用本发明装置可对吸气、呼气流量曲线必须进行测量监控,自动收集至少一个完整潮气呼气周期所呼出的气体,然后通过测量所收集气体中NO平均浓度,最后根据NO呼气生理模型推算呼气NO各项参数。

CN103237493A公开了一种用于在正常呼吸期间收集呼出气体样本的装置,包括流发生器,可口腔插入的呼气接收器和用于隔离鼻气道的装置,其中该装置还包括:传感器,用于检测表示该变化的参数的变化。吸气至呼气并将所述变化作为信号传递;控制单元,适于接收所述信号并控制所述装置以隔离鼻气道;其中,流量发生器连接到呼气接收器或与呼气接收器集成。一种在正常呼吸条件下收集呼出气体样本的方法,包括步骤:检测表示从吸气到呼气的变化的参数的变化,并将所述变化作为信号发送;在控制单元中接收所述信号;激活用于隔离鼻气道的装置;激活连接到呼气接收器的流量发生器;并且当鼻气道被隔离时,在呼气期间收集呼出的空气样本。

CN106289889B公开了一种对口与鼻呼气分子同时采样与分析装置,由口呼采样模块(100)、鼻呼采样模块(200)与分析模块(300)组成。在满足ATS/ERS关于口与鼻呼气NO测定的技术标准的基础上,进行同时采样和分析,一次呼气测试就可以得到口呼气与鼻呼气一氧化氮浓度结果,排除生理病理状态变化的干扰,为临床判断提供更可靠的数据。

可见,上述这些已知的呼气检测设备和方法存在以下问题:

1、通常仅针对单一的呼气气路采样检测,无法对多呼吸道可选地在线检测。特别地,虽然CN106289889B提到对口与鼻呼气同时检测,但忽略了同时采样时口呼气对鼻呼气采样的影响,且不可自主选择单一的呼气道采集;2、没有考虑到不同病症对应的检测气道不同,以及针对大小气道的口呼气一氧化氮测试的差异,比如支气管炎可通过大气道测量、肺气肿等阻塞性肺疾病可通过小气道测量,鼻炎可通过鼻呼气道测量;3、对成人与儿童的检测没有进行区分。而在对受试者进行呼出气检测的过程中,需要受试者将呼出气的压力和流速保持在一个适当的值,这就对受试者对呼出气的控制提出了较高要求,对于一些控制能力较弱的受试者,例如儿童,成功率会很低;4、常规的检测系统通常需要受试者能够自主控制呼吸,当受试者为低龄儿童或重病患者时,需要检测设备能够进行潮气采集,潮气呼吸涉及到更浅的呼吸以及更短的呼吸时间周期,从而给获取能够重复且可靠的并具有临床指导意义的数据带来了难度和挑战;5、常规的检测系统通常需要受试者一次呼出足够的气体量来进行检测,对于一次无法呼出足量检测所需气体的受试者,采样无法成功进行,无法正常进行检测。

发明内容

针对上述现有技术中的问题,本申请提出了一种气体检测系统及其控制方法。利用该气体检测系统,能够兼容离线检测模式以及潮气检测模式,从而进一步降低对受试者的要求,使检测系统适用于不能一次呼出足够气体量的受试者和不能够自主呼吸的受试者,进一步扩展了检测系统的适用范围。

第一方面,本发明提供一种气体检测系统,该气体检测系统包括:导入口,其用于导入来自手柄部或鼻呼部的呼出气;进气排气口,其能够用于导入来自气袋的呼出气,所述气袋与所述气体检测系统可拆卸地连接;气容,其用于储存导入的呼出气作为采样气体供检测部检测;所述导入口经由第一气体通路与所述气容的第一开口连接;所述进气排气口经由第二气体通路与所述气容的第二开口连接,所述第二开口能够用于进气或出气;所述气容的第一出气口与抽气通路连接;所述气容的第二出气口与排气通路连接;三通阀,其分别与所述气容的第三出气口、检测通路以及零点过滤器连接;以及,控制器,其与所述三通阀通信连接。利用该气体检测系统,能够兼容离线检测模式以及潮气检测模式,从而进一步降低对受试者的要求,使检测系统适用于不能一次呼出足够气体量的受试者和不能够自主呼吸的受试者,进一步扩展了检测系统的适用范围。

在第一方面的一个实施方式中,所述第二气体通路上设置有电磁阀,所述第二气体通路上的电磁阀与所述控制器通信连接。通过该实施方式,第二气体通路连接气容的第二开口和气体检测系统的进气排气口,通过在其上设置与控制器通信连接电磁阀,能够控制气袋内的气体流入气容、控制气容内的气体流入气袋或控制第一子气道排气。

在第一方面的一个实施方式中,所述气容包括:第一子气道,其一端与所述第一开口连通,其另一端上设置有所述第二开口;以及,第二子气道,其一端与所述第一开口连通,其另一端上设置有所述第一出气口和所述第二出气口,其中部设置有第三出气口。通过该实施方式,有利于检测通路获取中段气体,也有利于气容的第二子气道在不同检测模式下的充气过程。

在第一方面的一个实施方式中,所述第一气体通路上串联有压力传感器、稳流部和流量传感部;其中所述稳流部包括并联的第一子通路和第二子通路,所述第一子通路上设有节流阀,所述第二子通路上设有串联的稳流气阻和气阻开关;所述压力传感器、所述第一子通路上的节流阀、所述第二子通路上的稳流气阻和气阻开关和所述流量传感部分别与所述控制器通信连接。通过该实施方式,稳流部使用节流阀和稳流气阻并联的设计,可以在较大范围内对第一气体通路的气体流量进行调节,并能够兼顾不同的调节精度,从而能够针对不同的呼吸道检测和不同的受试者进行不同的调控,提高气体采样成功率,进而提升检测准确度;第一气体通路的压力传感器和流量传感部配合使用,有利于判断气容是否充满。

在第一方面的一个实施方式中,所述流量传感部包括并联的压差计和气阻;所述流量传感部的所述压差计和所述气阻分别与所述控制器通信连接。通过该实施方式,采用压差计测量流量的目的在于降低成本;气阻可以进一步调节第一气体通路的流量。

在第一方面的一个实施方式中,所述抽气通路上串联有抽气泵和节流阀,所述抽气通路的所述抽气泵和所述节流阀均与所述控制器通信连接。通过该实施方式,有利于为呼出气充满第二子气道提供动力。

在第一方面的一个实施方式中,所述抽气通路上的抽气泵为隔膜泵。通过该实施方式,隔膜泵量程更大,可以满足抽取呼出气的流量要求。

在第一方面的一个实施方式中,所述检测通路上串联有抽气泵、除水装置、流量传感器和检测部;其中,所述检测通路上的抽气泵、流量传感器和检测部均与所述控制器通信连接。通过该实施方式,有利于提高检测部的检测精度。

在第一方面的一个实施方式中,所述除水装置包括Nafion管、中空纤维膜和PTEF膜中的一种或多种的组合。通过该实施方式,有利于确保进入检测部的气体的湿度适宜检测部检测。

在第一方面的一个实施方式中,所述检测通路上的抽气泵为压电泵。通过该实施方式,由于压电泵的流量输出稳定,有利于提高检测部的检测精度。

在第一方面的一个实施方式中,所述排气通路上设置有电磁阀;所述排气通路上的电磁阀与所述控制器通信连接。通过该实施方式,有利于高效地排出气容第二子气道内的死腔气体。

在第一方面的一个实施方式中,所述零点过滤器包括分子筛、活性炭、氧化铝及负载高锰酸钾等强氧化剂的分子筛、活性炭、氧化铝中一种或多种的组合。通过该实施方式,能够确保零点气体的生成。

在第一方面的一个实施方式中,该气体检测系统还包括潮气部,其用于通过所述气袋收集潮气呼出气,所述潮气部与所述气袋可拆卸地连接,所述潮气部包括交汇于一点的吹具通路、气袋通路和过滤器通路;所述吹具通路用于连接吹具,所述吹具用于导入潮气呼出气;所述气袋通路用于连接所述气袋,其上设置有单向阀;所述过滤器通路用于连接过滤器,其上设置有单向阀。通过该实施方式,有利于通过气袋收集潮气呼出气。

在第一方面的一个实施方式中,所述潮气部的所述过滤器包括分子筛、活性炭、氧化铝及负载高锰酸钾等强氧化剂的分子筛、活性炭、氧化铝中一种或多种的组合。通过该实施方式,有利于去除吸气中的待测气体,从而提高检测结果的准确性。

在第一方面的一个实施方式中,所述手柄部包括:呼吸口,其用于提供口吹气和口吸气的接口;手柄导出口,其适于与所述导入口连接;第一手柄过滤器,其设于所述呼吸口和所述手柄导出口之间,用于过滤呼出气体中的水汽和/或细菌;以及,第二手柄过滤器,其的一端经由单向阀与大气连通,另一端经由所述第一手柄过滤器与所述呼吸口连通,用于过滤吸入气体中的待测气体。通过该实施方式,手柄部能够实现向主机导入受试者的口呼出气体,而且通过在正式呼气采样前通过手柄部进行预呼气和吸气动作,还可以很好地解决受试者口鼻中残余待测气体及环境中待测气体的干扰的问题,从而确保测试结果的准确性。

在第一方面的一个实施方式中,所述第一手柄过滤器包括硅胶、PP棉、海绵、棉花、泡沫、泡沫树脂、二氧化硅和木炭中的一种或多种的组合;所述第二手柄过滤器包括分子筛、活性炭、氧化铝及负载高锰酸钾等强氧化剂的分子筛、活性炭、氧化铝中一种或多种的组合。通过该实施方式,第一手柄过滤器的上述设置有利于过滤呼出气体中的水汽和/或细菌,第二手柄过滤器的上述设置有利于过滤吸入气体中的待测气体,从而提高检测结果的准确度。

在第一方面的一个实施方式中,所述鼻呼部用于向所述导入口导入鼻呼出气,所述鼻呼部包括:鼻呼口,其用于提供鼻呼出气的接口;鼻呼导出口,其适于与所述导入口连接;以及,鼻呼过滤器,其设于所述鼻呼口与所述鼻呼导出口之间,用于过滤鼻呼出气的水汽和/或细菌。通过该实施方式,鼻呼部有利于鼻呼出气的收集和检测。

在第一方面的一个实施方式中,所述鼻呼过滤器包括硅胶、PP棉、海绵、棉花、泡沫、泡沫树脂、二氧化硅和木炭中的一种或多种的组合。通过该实施方式,有利于鼻呼过滤器过滤鼻呼出气的水汽和/或细菌。

第二方面,本发明还提供了一种第一方面及其任一实施方式所述的气体检测系统的控制方法,该控制方法包括以下步骤:信息采集步骤,包括确定检测模式;其中,所述检测模式包括大呼气道检测模式、小呼气道检测模式、鼻呼气道检测模式、潮气检测模式和离线检测模式;气容收集呼出气步骤包括:在所述检测模式为所述大呼气道检测模式以及所述小呼气道检测模式时,通过所述导入口和所述第一气体通路将来自所述手柄部的呼出气导入所述气容;所述气袋与所述气体检测系统分离,所述进气排气口用于排气;在所述检测模式为所述鼻呼气道检测模式时,通过所述导入口和所述第一气体通路将来自所述鼻呼部的鼻呼出气导入所述气容;所述气袋与所述气体检测系统分离,所述进气排气口用于排气;在所述检测模式为所述潮气检测模式以及所述离线检测模式时,通过所述进气排气口和所述第二气体通路将所述气袋内的呼出气导入所述气容;所述气袋与所述气体检测系统连接,所述进气排气口用于进气。利用该控制方法,该气体检测系统能够兼容离线检测模式以及潮气检测模式,从而进一步降低对受试者的要求,使检测系统适用于不能一次呼出足够气体量的受试者和不能够自主呼吸的受试者,进一步扩展了检测系统的适用范围。

在第二方面的一个实施方式中,当所述检测模式为所述潮气检测模式或所述离线检测模式时,所述气容收集呼出气步骤包括:所述气袋内的呼出气经由所述第二气体通路的电磁阀通过所述第二开口进入所述气容的第一子气道,进入所述第一子气道的呼出气经由第一开口进入所述气容的第二子气道;同时,开启所述抽气通路上的抽气泵并利用所述抽气通路上的节流阀以确保抽取气体的流速稳定;关闭第一气体通路的第一子通路上的节流阀、第一气体通路的第二子通路上的气阻开关以及所述排气通路上的电磁阀。通过该实施方式,能够使气袋内的气体经气容的第一子气道进入气容的第二子气道。

在第二方面的一个实施方式中,当所述检测模式为所述潮气检测模式,在所述信息采集步骤与所述气容收集呼出气步骤间设置有气袋收集呼出气步骤,所述气袋收集呼出气步骤包括:将所述气袋与潮气部的气袋通路连接以收集潮气呼出气;潮气呼出气收集完成后,将所述气袋与所述潮气部分离,并将所述气袋连接至所述气体检测系统的所述进气排气口,以进行所述气容收集呼出气步骤。通过该实施方式,有利于潮气部通过气袋收集呼出气。

在第二方面的一个实施方式中,当所述检测模式为所述离线检测模式,在所述信息采集步骤与所述气容收集呼出气步骤间设置有气袋收集呼出气步骤,所述气袋收集呼出气步骤包括:将气袋与所述进气排气口连接;所述第一气体通路的压力传感器实时测得气体压力确定是否已导入呼出气;在确定已导入呼出气后,关闭所述抽气通路上的抽气泵,打开所述第一气体通路的第一子通路的节流阀,使所述第一气体通路的第二子通路的气阻开关断开以禁用与其串联的稳流气阻;先关闭第二气体通路上的电磁阀,打开排气通路上的电磁阀以利用呼出气排出气容内的死腔气体;死腔气体排净后,打开第二气体通路上的电磁阀,关闭排气通路上的电磁阀,使呼出气充入所述气袋,此时第二开口为出气口。通过该实施方式,有利于在离线检测模式下实现气袋收集呼出气。

在第二方面的一个实施方式中,当所述检测模式为所述大呼气道检测模式时,所述气容收集呼出气步骤包括:所述第一气体通路的压力传感器实时测得气体压力确定是否已导入呼出气;在确定已导入呼出气后,关闭所述抽气通路上的抽气泵,打开所述第一气体通路的第一子通路的节流阀,使所述第一气体通路的第二子通路的气阻开关断开以禁用与其串联的稳流气阻,开启排气通路上的电磁阀,从而使呼出气充入所述气容,待呼出气充满所述气容后关闭排气通路上的电磁阀。通过该实施方式,有利于在大呼气道检测模式下,实现气容收集呼出气。

在第二方面的一个实施方式中,当所述检测模式为所述小呼气道检测模式时,所述气容收集呼出气步骤包括:所述第一气体通路的压力传感器实时测得气体压力确定是否已导入呼出气;在确定已导入呼出气后,关闭所述抽气通路上的抽气泵,关闭所述第一气体通路的第一子通路的节流阀,使所述第一气体通路的第二子通路的气阻开关开启以启用与其串联的稳流气阻,开启排气通路上的电磁阀,从而使呼出气充入所述气容,待呼出气充满所述气容后关闭排气通路上的电磁阀。通过该实施方式,有利于在小呼气道检测模式下,实现气容收集呼出气。

在第二方面的一个实施方式中,当所述检测模式为所述鼻呼气道检测模式时,所述气容收集呼出气步骤包括:所述第一气体通路的压力传感器实时测得气体压力确定是否已导入呼出气;在确定已导入呼出气后,打开所述抽气通路上的抽气泵并利用所述抽气通路上的节流阀以确保抽取气体的流速稳定,打开所述第一气体通路的第一子通路的节流阀,使所述第一气体通路的第二子通路的气阻开关断开以禁用与其串联的稳流气阻,关闭排气通路上的电磁阀以及第二气体通路上的电磁阀,从而使呼出气充入所述气容。通过该实施方式,有利于在鼻呼气道检测模式下,实现气容收集呼出气。

在第二方面的一个实施方式中,所述信息采集步骤还包括:当所述检测模式为大呼气道检测模式时,进一步确定受试者身份,所述身份包括成人和儿童;所述气容收集呼出气步骤还包括:根据受试者的身份确定预定持续时间,当确定已导入呼出气达到所述预定持续时间时,关闭所述第一气体通路的第一子通路的节流阀,其中,成人对应的预定持续时间大于儿童对应的预定持续时间。通过该实施方式,有利于提高检测结果的准确度及采样的成功率。

在第二方面的一个实施方式中,该控制方法还包括在信息采集步骤前进行的零点校准步骤,所述零点校准步骤包括:控制三通阀,以能够将零点过滤器产生的零点气体单独导向检测通路上的抽气泵;启用检测通路上的抽气泵,以经由三通阀抽取经零点过滤器过滤后的零点气体供检测部检测,得到并保存气体的背景浓度。通过该实施方式,有利于获取准确的背景气体的浓度。

在第二方面的一个实施方式中,该控制方法还包括检测分析步骤,包括:控制三通阀,以能够将气容中储存的采样气体单独导向检测通路上的抽气泵;启用检测通路上的抽气泵,以经由三通阀抽取采样气体供检测部检测,得到并保存采样气体中待测气体的测量浓度;根据保存的背景浓度和测量浓度,确定采样气体中待测气体的实际浓度。通过该实施方式,有利于减小背景浓度及检测部传感器的零点漂移对测量结果的影响,提升检测结果的准确度。

本申请提供的气体检测系统及其控制方法,相较于现有技术,具有如下的有益效果。

1、利用该气体检测系统,能够兼容离线检测模式以及潮气检测模式,从而进一步降低对受试者的要求,使检测系统适用于不能一次呼出足够气体量的受试者和不能够自主呼吸的受试者,进一步扩展了检测系统的适用范围。

2、气容处双气道的设计,能够更好处理首尾气体,保留检测所需的中间段气体。

3、能够实现大呼气道、小呼气道、鼻呼气道呼出气体的收集,且可根据受试者的身份,即儿童或成人,调节呼出气收集过程的持续时间,有利于提高检测结果的准确度及采样的成功率。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代,只要能够达到本发明的目的。

附图说明

通过以下详细的描述并结合附图将更充分地理解本发明,其中相似的元件以相似的方式编号,其中:

图1为根据本发明一实施方式的气体检测系统在大呼气道检测模式下呼出气收集状态下的气流路径示意图;

图2为根据本发明一实施方式的气体检测系统在小呼气道检测模式下呼出气收集状态下的气流路径示意图;

图3为根据本发明一实施方式的气体检测系统在鼻呼气道检测模式下呼出气收集状态下的气流路径示意图;

图4为根据本发明一实施方式的气体检测系统在潮气检测模式下呼出气收集状态下的气流路径示意图;

图5为根据本发明一实施方式的气体检测系统在离线检测模式下气袋收集呼出气状态下的气流路径示意图;

图6为根据本发明一实施方式的气体检测系统在离线检测模式下气容收集呼出气状态下的气流路径示意图;

图7为根据本发明一实施方式的气体检测系统的气容的结构示意图;

图8为根据本发明一实施方式的气体检测系统的潮气部结构示意图;

图9为根据本发明一实施方式的气体检测系统的结构示意图。

附图标记清单:

100-主机;101-导入口;102-进气排气口;103-气容;104-三通阀;105-第一气体通路;106-第二气体通路;107-排气通路;108-抽气通路;109-检测通路;110-零点过滤器;111-电磁阀;112-第一子气道;113-第二子气道;114-第一开口;115-第二开口;116-第一出气口;117-第二出气口;118-第三出气口;119-压力传感器;120-节流阀;121-稳流气阻;122-气阻开关;123-压差计;124-气阻;125-抽气泵;126-除水装置;127-流量传感器;128-检测部;200-潮气部;201-吹具通路;202-气袋通路;203-过滤器通路;204-吹具;205-过滤器;300-手柄部;301-呼吸口;302-手柄导出口;303-第一手柄过滤器;304-第二手柄过滤器;400-鼻呼部;401-鼻呼口;402-鼻呼导出口;403-鼻呼过滤器;500-气袋。

具体实施方式

下面通过实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步详细的说明,但本发明不限于下面的实施例。

图1至图6中加粗的线条代表气体流动路径。

如图1至图6以及图9所示,本实施方式提供了一种气体检测系统,该气体检测系统包括:导入口101,其用于导入来自手柄部300或鼻呼部400的呼出气;进气排气口102,其能够用于导入来自气袋500的呼出气,气袋500与气体检测系统可拆卸地连接;气容103,其用于储存导入的呼出气作为采样气体供检测部128检测;导入口101经由第一气体通路105与气容103的第一开口114连接;进气排气口102经由第二气体通路106与气容103的第二开口115连接,第二开口115能够用于进气或出气;气容103的第一出气口116与抽气通路108连接;气容103的第二出气口117与排气通路107连接;三通阀104,其分别与气容103的第三出气口118、检测通路109以及零点过滤器110连接;以及,控制器,其与三通阀104通信连接。

气体检测系统的检测模式包括大呼气道检测模式、小呼气道检测模式、鼻呼气道检测模式、潮气检测模式和离线检测模式。在检测模式为大呼气道检测模式、小呼气道检测模式以及鼻呼气道检测模式时,进气排气口102用于排气且气袋500与进气排气口102分离。当检测模式为潮气检测模式以及离线检测模式时,在气容103收集呼出气步骤,气袋500与气体检测系统连接,进气排气口102用于进气,气袋500内的呼出气通过进气排气口102和第二气体通路106进入气容103。同时,当检测模式为离线检测模式时,在气袋500收集呼出气步骤,进气排气口102还用于排气以使气袋500收集离线呼出气。

气袋500的使用使得本实施方式的气体检测系统能够与潮气检测模式和离线检测模式兼容。潮气检测模式和离线检测模式均先利用气袋500收集呼出气,然后再将气袋500内的气体导入气容103。

常规的气体检测系统通常需要受试者能够自主控制呼吸,当受试者为低龄儿童或重病患者时,需要检测设备能够进行潮气采集,潮气呼吸涉及到更浅的呼吸以及更短的呼吸时间周期,从而给获取能够重复且可靠的并具有临床指导意义的数据带来了难度和挑战。同时,常规的检测系统通常需要受试者一次呼出足够的气体量来进行检测,对于一次无法呼出足量检测所需气体的受试者,采样无法成功进行,无法正常进行检测。

本实施方式的检测系统通过设置潮气部200,潮气部200能够将潮气呼出气收集至气袋500,又由于本实施方式的检测系统与气袋500兼容,能够实现潮气呼出气的检测。同时,由于使用气袋500收集受试者的呼出气,对于一次无法呼出足量检测所需气体的受试者,可以分多次呼气充满气袋500,以实现离线检测模式。

当气体检测系统的检测模式为大呼气道检测模式以及小呼气道检测模式时,导入口101导入来自手柄部300的呼出气,呼出气通过第一气体通路105进入气容103,抽气通路108关闭,第二气体通路106和排气通路107先开启,使呼出气进入气容103的同时排出气容103内的死腔气体,在呼出气充满气容103后,第二气体通路106和排气通路107关闭。

当气体检测系统的检测模式为鼻呼气道检测模式时,导入口101导入来自鼻呼部400的呼出气,呼出气通过第一气体通路105进入气容103,抽气通路108开启以将鼻呼气抽入气容103,第二气体通路106和排气通路107先开启,使呼出气进入气容103的同时排出气容103内的死腔气体,在呼出气充满气容103后,第二气体通路106和排气通路107关闭。

当气体检测系统的检测模式为潮气检测模式时,先将气袋500安装至潮气部200上,潮气部200通过使用气袋500收集潮气呼出气。收集完成后,将气袋500与潮气部200分离,接着将气袋500安装至气体检测系统的进气排气口102。然后,开启第二气体通路106,开启抽气通路108以将气袋500内气体抽入气容103,关闭第一气体通路105和排气通路107,迫使气袋500内气体进入并充满气容103。

当气体检测系统的检测模式为离线检测模式时,先将气袋500安装至气体检测系统的进气排气口102。关闭抽气通路108,开启第一气体通路105,收集来自手柄部300的口呼气;为了排出气容103内的死腔气体,第二气体通路106关闭,排气通路107开启;当死腔气体排净后,第二气体通路106开启,排气通路107关闭以将呼出气导入气袋500。气袋500充满后,开启第二气体通路106,开启抽气通路108以将气袋500内气体抽入气容103,关闭第一气体通路105和排气通路107,迫使气袋500内气体进入并充满气容103。

检测通路109通过三通阀104将气容103内的气体导入检测部128进行检测。

检测部128检测通过零点过滤器110的气体,能够获取背景气体浓度,避免影响检测结果。

利用该气体检测系统,能够兼容离线检测模式以及潮气检测模式,从而进一步降低对受试者的要求,使检测系统适用于不能一次呼出足够气体量的受试者和不能够自主呼吸的受试者,进一步扩展了检测系统的适用范围。

在一个实施方式中,如图1至图6以及图9所示,第二气体通路106上设置有电磁阀111,第二气体通路106上的电磁阀111与控制器通信连接,以使气袋500内的气体流入气容103或使气容103内的气体流入气袋500。

当检测模式为大呼气道检测模式、小呼气道检测模式或鼻呼气道检测模式时,通过开启第二气体通路106的电磁阀111使气容103的第一子气道112排气,在气容103的第二子气道113充气阶段其保持开启状态。

当检测模式为潮气检测模式,通过开启第二气体通路106的电磁阀111使气袋500内的气体流入气容103。

当检测模式为离线检测模式时,在气袋500收集呼出气步骤,先关闭第二气体通路106上的电磁阀111,打开排气通路107上的电磁阀111以利用呼出气排出气容103内的死腔气体;死腔气体排净后,打开第二气体通路106上的电磁阀111,关闭排气通路107上的电磁阀111,使呼出气充入所述气袋500。在离线检测模式的气容103收集呼出气步骤,通过开启第二气体通路106的电磁阀111使气袋500内的气体流入气容103。

通过该实施方式,第二气体通路106连接气容103的第二开口115和气体检测系统的进气排气口102,通过在其上设置与控制器通信连接电磁阀111,能够使气袋500内的气体流入气容103、使气容103内的气体流入气袋500或使第一子气道112排气。

在一个实施方式中,如图7所示,气容103包括:第一子气道112,其一端与第一开口114连通,其另一端上设置有第二开口115;以及,第二子气道113,其一端与第一开口114连通,其另一端上设置有第一出气口116和第二出气口117,其中部设置有第三出气口118。

第二子气道113为折叠状,其由多条直线气道折叠而成,能够在延长第二子气道113的长度的同时,有效地节省空间;第一子气道112为直线状。

抽气通路108连接在第一出气口116处,用于为气体充满第二子气道113提供动力,主要用于鼻呼气道检测模式、潮气检测模式和离线检测模式的气容103收集呼出气步骤。

排气通路107连接在第二出气口117处,排气通路107用于排出气容103第二子气道113的死腔气体。

三通阀104连接在第三出气口118处,利用三通阀104,可以使气容103向检测通路109的检测部128提供待测气体。第三出气口118位于第二子气道113的中部,有利于检测通路109获取中段气体。

呼出气体为随时间先增后减的抛物线,在抛物线的中间范围NO的呼出浓度检测最为准确。因此,要获取呼出气体的中段气体进行检测。

在第一开口114处设有三通结构,三通结构一路与第一气体通路105连通,一路与第一子气道112连通,一路与第二子气道113连通。

当第二开口115用于出气时,第一子气道112和第二子气道113均并联在第一开口114处,第二气体通路106的电磁阀111可以控制第一子气道112的出气量,从而调节第二子气道113的进气量。

当第二开口115用于进气时,第一子气道112为第二子气道113的进气道,第一子气道112和第二子气道113串联。

通过该实施方式,有利于检测通路109获取中段气体,也有利于气容103的第二子气道113在不同检测模式下的充气过程。

在一个实施方式中,如图1至图6以及图9所示,第一气体通路105上串联有压力传感器119、稳流部和流量传感部;其中稳流部包括并联的第一子通路和第二子通路,第一子通路上设有节流阀120,第二子通路上设有串联的稳流气阻121和气阻开关122;压力传感器119、第一子通路上的节流阀120、第二子通路上的稳流气阻121和气阻开关122和流量传感部分别与控制器通信连接。

稳流部用于将第一气体通路105的气体流量稳定在合适的范围内。节流阀120和稳流气阻121可具有不同的调节范围和调节精度,使用节流阀120和稳流气阻121并联的设计,可以在较大范围内对第一气体通路105的气体流量进行调节,并能够兼顾不同的调节精度,从而能够针对不同的呼吸道检测和不同的受试者进行不同的调控,提高气体采样成功率,进而提升检测准确度。

可选地,气阻开关122可以为电磁阀111,以确保开关切换的速度。

在大呼气道检测模式和鼻呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤以及离线检测模式下的气袋500收集呼出气步骤,第一子通路的节流阀120开启,第二子通路的气阻开关122断开以禁用稳流气阻121。此时,呼气流速较低、流量较小,所以使用节流阀120。

在小呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤,第一子通路的节流阀120关闭,第二子通路的气阻开关122开启以启用稳流气阻121。此时,呼气流速较高、流量较大,所以使用稳流气阻121。

在潮气检测模式和离线检测模式的气容103收集呼出气步骤,第一子通路的节流阀120关闭,第二子通路的气阻开关122断开,从而禁用第一气体通路105。

第一气体通路105的压力传感器119用于实时测量第一气体通路105的气体压力,以判断呼出气是否流过第一气体通路105,从而判断是否吹入气体及是否停止吹入气体以及受试者呼气气体的持续时间。

流量传感部用于测量第一气体通路105的气体流量。第一气体通路105上的流量传感部与压力传感器119配合使用,能够获取第一气体通路105的气体流量和通气时间,从而获取呼出气流经第一气体通路105的总量,再结合气容103的容积,可以推算出气容103是否充满。

通过该实施方式,稳流部使用节流阀120和稳流气阻121并联的设计,可以在较大范围内对第一气体通路105的气体流量进行调节,并能够兼顾不同的调节精度,从而能够针对不同的呼吸道检测和不同的受试者进行不同的调控,提高气体采样成功率,进而提升检测准确度;第一气体通路105的压力传感器119和流量传感部配合使用,实现对第一气体通路105内呼出气流量的闭环反馈,同时还能有利于判断气容103是否充满。

可选地,稳流部可以仅包括一个节流阀120,通过控制节流阀120的开度调节第一气体通路105上的气阻。

可选地,在小呼气道模式下,也可以使稳流部的节流阀120和气阻开关122均开启,以同时使用节流阀120和稳流气阻121相配合调节第一气体通路105上的气阻大小。

在一个实施方式中,如图1至图6以及图9所示,流量传感部包括并联的压差计123和气阻124;流量传感部的压差计123和气阻124分别与控制器通信连接。

通过该实施方式,采用压差计123测量流量的目的在于降低成本;气阻124可以进一步调节第一气体通路105的流量。

在一个实施方式中,如图1至图6以及图9所示,抽气通路108上串联有抽气泵125和节流阀120,抽气通路108的抽气泵125和节流阀120均与控制器通信连接。抽气通路108用于为气体充满第二子气道113提供动力,主要用于鼻呼气道检测模式、潮气检测模式和离线检测模式的气容103收集呼出气步骤。此时,呼出气自身气压较低,需要使用额外的动力源。通过该实施方式,有利于为呼出气充满第二子气道113提供动力。

在一个实施方式中,抽气通路108上的抽气泵125为隔膜泵。

压电泵的流量输出虽然稳定,但是量程小、压损大,不能满足抽取呼出气的流量要求。隔膜泵量程更大,可以满足抽取呼出气的流量要求。

在一个实施方式中,如图1至图6以及图9所示,检测通路109上串联有抽气泵125、除水装置126、流量传感器127和检测部128;其中,检测通路109上的抽气泵125、流量传感器127和检测部128均与控制器通信连接。

三通阀104,其分别与气容103的第三出气口118、检测通路109以及零点过滤器110连接,从而利用三通阀104,可以通过控制以将采样气体或零点气体导入检测通路109。三通阀104可以实现不同气体通路之间的导通或断开。

检测通路109上的抽气泵125用于抽取气容103中的采样气体或零点过滤器110过滤后的零点气体供检测部128检测。

除水装置126用于确保进入检测部128的气体的湿度适宜检测部128检测。

检测通路109上的流量传感器127用于实时测量检测通路109中气体流量,其的精度要求较高,以有利于检测结果的准确度。

检测部128,用于检测进入检测通路109的气体中待测气体的浓度。可选地,检测部128包括NO传感器。

通过该实施方式,有利于提高检测部128的检测精度。

在一个实施方式中,除水装置126包括Nafion管、中空纤维膜和PTEF膜中的一种或多种的组合。

通过该实施方式,有利于确保进入检测部128的气体的湿度适宜检测部128检测。

在一个实施方式中,检测通路109上的抽气泵125为压电泵。

通过该实施方式,由于压电泵的流量输出稳定,有利于提高检测部128的检测精度。

在一个实施方式中,如图1至图6以及图9所示,排气通路107上设置有电磁阀111;排气通路107上的电磁阀111与控制器通信连接。通过该实施方式,有利于高效地排出气容103第二子气道113内的死腔气体。

在一个实施方式中,零点过滤器110包括分子筛、活性炭、氧化铝及负载高锰酸钾等强氧化剂的分子筛、活性炭、氧化铝中一种或多种的组合。通过该实施方式,能够确保零点气体的生成。

在一个实施方式中,如图8所示,该气体检测系统还包括潮气部200,其用于通过气袋500收集潮气呼出气,潮气部200与气袋500可拆卸地连接,潮气部200包括交汇于一点的吹具通路201、气袋通路202和过滤器通路203;吹具通路201用于连接吹具204,吹具204用于导入潮气呼出气;气袋通路202用于连接气袋500,其上设置有单向阀;过滤器通路203用于连接过滤器205,其上设置有单向阀。吹具204为吹嘴或面具,为潮气的收集向受试者提供呼出气接口。过滤器205用于去除吸气中的待测气体,从而提高检测结果的准确性。通过该实施方式,有利于通过气袋500收集潮气呼出气。

在一个实施方式中,潮气部200的过滤器205包括分子筛、活性炭、氧化铝及负载高锰酸钾等强氧化剂的分子筛、活性炭、氧化铝中一种或多种的组合。

通过该实施方式,有利于去除吸气中的待测气体,从而提高检测结果的准确性。

在一个实施方式中,如图1所示,该气体检测系统还包括手柄部300,手柄部300包括:呼吸口301,其用于提供口吹气和口吸气的接口;手柄导出口302,其适于与导入口101连接;第一手柄过滤器303,其设于呼吸口301和手柄导出口302之间,用于过滤呼出气体中的水汽和/或细菌;以及,第二手柄过滤器304,其的一端经由单向阀与大气连通,另一端经由第一手柄过滤器303与呼吸口301连通,用于过滤吸入气体中的待测气体。

通过该实施方式,手柄部300能够实现向主机100导入受试者的口呼出气体,而且通过在正式呼气采样前通过手柄部300进行预呼气和吸气动作,还可以很好地解决受试者口鼻中残余待测气体及环境中待测气体的干扰的问题,从而确保测试结果的准确性。

在一个实施方式中,第一手柄过滤器303包括硅胶、PP棉、海绵、棉花、泡沫、泡沫树脂、二氧化硅和木炭中的一种或多种的组合;第二手柄过滤器304包括分子筛、活性炭、氧化铝及负载高锰酸钾等强氧化剂的分子筛、活性炭、氧化铝中一种或多种的组合。

通过该实施方式,第一手柄过滤器303的上述设置有利于过滤呼出气体中的水汽和/或细菌,第二手柄过滤器304的上述设置有利于过滤吸入气体中的待测气体,从而提高检测结果的准确度。

在一个实施方式中,如图3所示,该气体检测系统还包括鼻呼部400,用于向导入口101导入鼻呼出气,鼻呼部400包括:鼻呼口401,其用于提供鼻呼出气的接口;鼻呼导出口402,其适于与导入口101连接;以及,鼻呼过滤器403,其设于鼻呼口401与鼻呼导出口402之间,用于过滤鼻呼出气的水汽和/或细菌。

通过该实施方式,鼻呼部400有利于鼻呼出气的收集和检测。

在一个实施方式中,鼻呼过滤器403包括硅胶、PP棉、海绵、棉花、泡沫、泡沫树脂、二氧化硅和木炭中的一种或多种的组合。

通过该实施方式,有利于鼻呼过滤器403过滤鼻呼出气的水汽和/或细菌。

本实施方式还提供了一种上述气体检测系统的控制方法,该控制方法包括以下步骤:信息采集步骤,包括确定检测模式;其中,检测模式包括大呼气道检测模式、小呼气道检测模式、鼻呼气道检测模式、潮气检测模式和离线检测模式;气容103收集呼出气步骤包括:在检测模式为大呼气道检测模式以及小呼气道检测模式时,通过导入口101和第一气体通路105将来自手柄部300的呼出气导入气容103;气袋500与气体检测系统分离,进气排气口102用于排气;在检测模式为鼻呼气道检测模式时,通过导入口101和第一气体通路105将来自鼻呼部400的鼻呼出气导入气容103;气袋500与气体检测系统分离,进气排气口102用于排气;在检测模式为潮气检测模式以及离线检测模式时,通过进气排气口102和第二气体通路106将气袋500内的呼出气导入气容103;气袋500与气体检测系统连接,进气排气口102用于进气。

利用该控制方法,该气体检测系统能够兼容离线检测模式以及潮气检测模式,从而进一步降低对受试者的要求,使检测系统适用于不能一次呼出足够气体量的受试者和不能够自主呼吸的受试者,进一步扩展了检测系统的适用范围。

在一个实施方式中,当检测模式为潮气检测模式或离线检测模式时,如图4和图6所示,气容103收集呼出气步骤包括:气袋500内的呼出气经由第二气体通路106的电磁阀111通过第二开口115进入气容103的第一子气道112,进入第一子气道112的呼出气经由第一开口114进入气容103的第二子气道113;同时,开启抽气通路108上的抽气泵125并利用抽气通路108上的节流阀120以确保抽取气体的流速稳定;关闭第一气体通路105的第一子通路上的节流阀120、第一气体通路105的第二子通路上的气阻开关122以及排气通路107上的电磁阀111。通过该实施方式,能够使气袋500内的气体经气容103的第一子气道112进入气容103的第二子气道113。

在一个实施方式中,当检测模式为潮气检测模式,在信息采集步骤与气容103收集呼出气步骤间设置有气袋500收集呼出气步骤,气袋500收集呼出气步骤包括:将气袋500与潮气部200的气袋通路202连接以收集潮气呼出气;潮气呼出气收集完成后,将气袋500与潮气部200分离,并将气袋500连接至气体检测系统的进气排气口102,以进行气容103收集呼出气步骤。

通过该实施方式,有利于潮气部200通过气袋500收集呼出气。

在一个实施方式中,当检测模式为离线检测模式,在信息采集步骤与气容103收集呼出气步骤间设置有气袋500收集呼出气步骤,如图5所示,气袋500收集呼出气步骤包括:将气袋500与进气排气口102连接;第一气体通路105的压力传感器119实时测得气体压力确定是否已导入呼出气;在确定已导入呼出气后,关闭抽气通路108上的抽气泵125,打开第一气体通路105的第一子通路的节流阀120,使第一气体通路105的第二子通路的气阻开关122断开以禁用与其串联的稳流气阻121;先关闭第二气体通路106上的电磁阀111,打开排气通路107上的电磁阀111以利用呼出气排出气容103内的死腔气体;死腔气体排净后,打开第二气体通路106上的电磁阀111,关闭排气通路107上的电磁阀111,使呼出气充入气袋500,此时第二开口115为出气口。

通过该实施方式,有利于在离线检测模式下实现气袋500收集呼出气。

在一个实施方式中,当检测模式为大呼气道检测模式时,如图1所示,气容103收集呼出气步骤包括:第一气体通路105的压力传感器119实时测得气体压力确定是否已导入呼出气;在确定已导入呼出气后,关闭抽气通路108上的抽气泵125,打开第一气体通路105的第一子通路的节流阀120,使第一气体通路105的第二子通路的气阻开关122断开以禁用与其串联的稳流气阻121,开启排气通路107上的电磁阀111以及第二气体通路106上的电磁阀111,从而使呼出气充入气容103,待呼出气充满气容103后关闭排气通路107上的电磁阀111。

通过该实施方式,有利于在大呼气道检测模式下,实现气容103收集呼出气。

在一个实施方式中,当检测模式为小呼气道检测模式时,如图2所示,气容103收集呼出气步骤包括:第一气体通路105的压力传感器119实时测得气体压力确定是否已导入呼出气;在确定已导入呼出气后,关闭抽气通路108上的抽气泵125,关闭第一气体通路105的第一子通路的节流阀120,使第一气体通路105的第二子通路的气阻开关122开启以启用与其串联的稳流气阻121,开启排气通路107上的电磁阀111以及第二气体通路106上的电磁阀111,从而使呼出气充入气容103,待呼出气充满气容103后关闭排气通路107上的电磁阀111。

通过该实施方式,有利于在小呼气道检测模式下,实现气容103收集呼出气。

在一个实施方式中,当检测模式为鼻呼气道检测模式时,如图3所示,气容103收集呼出气步骤包括:第一气体通路105的压力传感器119实时测得气体压力确定是否已导入呼出气;在确定已导入呼出气后,打开抽气通路108上的抽气泵125并利用抽气通路108上的节流阀120以确保抽取气体的流速稳定,打开第一气体通路105的第一子通路的节流阀120,使第一气体通路105的第二子通路的气阻开关122断开以禁用与其串联的稳流气阻121,使排气通路107及第二气体通路106上的电磁阀111关闭,从而使呼出气充入气容103,待呼出气充满气容103后关闭抽气通路108上的抽气泵125。

通过该实施方式,有利于在鼻呼气道检测模式下,实现气容103收集呼出气。

在一个实施方式中,信息采集步骤还包括:当检测模式为大呼气道检测模式时,进一步确定受试者身份,身份包括成人和儿童;气容收集呼出气步骤还包括:根据受试者的身份确定预定持续时间,当确定已导入呼出气达到预定持续时间时,关闭第一气体通路105的第一子通路的节流阀120,其中,成人对应的预定持续时间大于儿童对应的预定持续时间。

考虑到成人受试者和儿童受试者的差异,成人能保持吹气动作10s左右,儿童能保持吹气动作6s左右。针对成人受试者,将针对大呼气道的呼出气收集过程的持续时间控制为第一持续时间(例如,8-12s);针对儿童受试者,将呼出气收集过程的持续时间控制为第二持续时间(例如,4-8s),其中第一持续时间大于第二持续时间。

持续时间的预定可以通过控制第一气体通路105上的节流阀120、排气通路107上的电磁阀111以及第二气体通路106上的电磁阀111来实现。例如,在确认已导入呼出气时,打开第一气体通路105上的节流阀120,并开启排气通路107上的电磁阀111以及第二气体通路106上的电磁阀111以实现气容103充气;在确定已导入呼出气达到所预定持续时间时,关闭第一气体通路105上的节流阀120。

通过该实施方式,有利于提高检测结果的准确度及采样的成功率。

在一个实施方式中,该控制方法还包括在信息采集步骤前进行的零点校准步骤,零点校准步骤包括:控制三通阀104,以能够将零点过滤器110产生的零点气体单独导向检测通路109上的抽气泵125;启用检测通路109上的抽气泵125,以经由三通阀104抽取经零点过滤器110过滤后的零点气体供检测部128检测,得到并保存气体的背景浓度。

零点校准步骤包括以下子步骤。

1)控制三通阀104,以使得三通阀104能够将零点过滤器110过滤后的零点气体单独导向检测通路109,启用检测通路109上的抽气泵125,以抽取零点气体,此时系统进入零点校准状态。检测通路109上的抽气泵125抽取的气体经过检测通路109到达检测部128。

2)在检测通路109上的抽气泵125抽取气体的过程中,通过流量传感器127实时获取气体流量,并调节检测通路109上的抽气泵125的PWM波,以使检测通路109中的零点气体流量稳定。

3)当启用检测通路109上的抽气泵125达到预定时间时,读取并保存检测部128的检测结果,得到背景气体的浓度,关闭检测通路109上的抽气泵125,此时系统不再处于零点校准状态。

上述流程中,检测通路109上的抽气泵125工作预定时间时再读取数据,可以清除检测通路109的死腔气体,从而确保检测结果的准确。

上述零点校准步骤可以通过控制器自动实现。

通过该实施方式,有利于获取准确的背景气体的浓度。

在一个实施方式中,该控制方法还包括检测分析步骤,包括:控制三通阀104,以能够将气容103中储存的采样气体单独导向检测通路109上的抽气泵125;启用检测通路109上的抽气泵125,以经由三通阀104抽取采样气体供检测部128检测,得到并保存采样气体中待测气体的测量浓度;根据测量浓度和背景浓度的差值,确定采样气体中待测气体的实际浓度。

通过该实施方式,有利于减小背景浓度及检测部128的传感器零点漂移对测量结果的影响,提升检测结果的准确度。

实施例一

如图1至图6以及图9所示,本发明的一个实施例中,气体检测系统包括主机100、手柄部300、鼻呼部400、潮气部200和气袋500。

主机100用于检测进入主机100气容103的呼出气中待测气体的浓度。

主机100包括但不限于:导入口101、进气排气口102、气容103、三通阀104、控制器、零点过滤器110、第一气体通路105上的压力传感器119、节流阀120、气阻开关122、稳流气阻121和流量传感部中的压差计123以及气阻124、第二气体通路106上的电磁阀111、排气通路107上的电磁阀111、抽气通路108上的节流阀120和抽气泵125、检测通路109上的抽气泵125、除水装置126、流量传感器127和检测部128。

导入口101,其用于将来自手柄部300或鼻呼部400的呼出气导入主机100。

进气排气口102,其在检测模式为大呼气道检测模式、小呼气道检测模式以及鼻呼气道检测模式时,进气排气口102用于排气且气袋500与进气排气口102分离。当检测模式为潮气检测模式以及离线检测模式时,在气容103收集呼出气步骤,气袋500与气体检测系统连接,进气排气口102用于进气,气袋500内的呼出气通过进气排气口102和第二气体通路106进入气容103。同时,当检测模式为离线检测模式时,在气袋500收集呼出气步骤,进气排气口102还用于排气以使气袋500收集离线呼出气。

气容103包括:第一子气道112,其一端与第一开口114连通,其另一端上设置有第二开口115;以及,第二子气道113,其一端与第一开口114连通,其另一端上设置有第一出气口116和第二出气口117,其中部设置有第三出气口118。

第二子气道113为折叠状,其由多条直线气道折叠而成,能够在延长第二子气道113的长度的同时,有效地节省空间;第一子气道112为直线状。

抽气通路108连接在第一出气口116处,用于为气体充满第二子气道113提供动力,主要用于鼻呼气道检测模式、潮气检测模式和离线检测模式的气容103收集呼出气步骤。

排气通路107连接在第二出气口117处,排气通路107用于排出气容103第二子气道113的死腔气体。

三通阀104连接在第三出气口118处,利用三通阀104,可以使气容103向检测通路109的检测部128提供待测气体。第三出气口118位于第二子气道113的中部,有利于检测通路109获取中段气体。

呼出气体为随时间先增后减的抛物线,在抛物线的中间范围NO的呼出浓度检测最为准确。因此,要获取呼出气体的中段气体进行检测。

当第二开口115用于出气时,第一子气道112和第二子气道113均并联在第一开口114处,第二气体通路106的电磁阀111可以控制第一子气道112的出气量,从而调节第二子气道113的进气量。

当第二开口115用于进气时,第一子气道112为第二子气道113的进气道,第一子气道112和第二子气道113串联。

三通阀104,其分别与气容103的第三出气口118、检测通路109以及零点过滤器110连接,从而利用三通阀104,可以通过控制以将采样气体或零点气体导入检测通路109。三通阀104可以实现不同气体通路之间的导通或断开。

控制器与第一气体通路105上的压力传感器119、节流阀120、气阻开关122、稳流气阻121以及流量传感部的压差计123和气阻124、第二气体通路106上的电磁阀111、排气通路107的电磁阀111、抽气通路108的抽气泵125和节流阀120、三通阀104、检测通路109上的抽气泵125、流量传感器127和检测部128通信连接;以控制主体的运转。

零点过滤器110包括分子筛、活性炭、氧化铝及负载高锰酸钾等强氧化剂的分子筛、活性炭、氧化铝中一种或多种的组合,能够确保零点气体的生成。

第一气体通路105上的压力传感器119用于实时测量第一气体通路105的气体压力,以判断呼出气是否流过第一气体通路105,从而判断是否吹入气体及是否停止吹入气体以及受试者呼气气体的持续时间。

流量传感部用于测量第一气体通路105的气体流量。第一气体通路105上的流量传感部与压力传感器119配合使用,能够获取第一气体通路105的气体流量和通气时间,从而获取呼出气流经第一气体通路105的总量,再结合气容103的容积,可以推算出气容103是否充满。流量传感部包括并联的压差计123和气阻124;流量传感部的压差计123和气阻124分别与控制器通信连接。采用压差计123测量流量的目的在于降低成本;气阻124可以进一步调节第一气体通路105的流量。

稳流部用于将第一气体通路105的气体流量稳定在合适的范围内。稳流部包括并联的第一子通路和第二子通路,第一子通路上设有节流阀120,第二子通路上设有串联的稳流气阻121和气阻开关122。节流阀120和稳流气阻121可具有不同的调节范围和调节精度,使用节流阀120和稳流气阻121并联的设计,可以在较大范围内对第一气体通路105的气体流量进行调节,并能够兼顾不同的调节精度,从而能够针对不同的呼吸道检测和不同的受试者进行不同的调控,提高气体采样成功率,进而提升检测准确度。

可选地,气阻开关122可以为电磁阀111,以确保开关切换的速度。

在大呼气道检测模式和鼻呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤以及离线检测模式下的气袋500收集呼出气步骤,第一子通路的节流阀120开启,第二子通路的气阻开关122断开以禁用稳流气阻121。此时,呼气流速较低、流量较小,所以使用节流阀120。

在小呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤,第一子通路的节流阀120关闭,第二子通路的气阻开关122开启以启用稳流气阻121。此时,呼气流速较高、流量较大,所以使用稳流气阻121。

在潮气检测模式和离线检测模式的气容103收集呼出气步骤,第一子通路的节流阀120关闭,第二子通路的气阻开关122断开,从而禁用第一气体通路105。

第二气体通路106上设置有电磁阀111,第二气体通路106上的电磁阀111与控制器通信连接,以使气袋500内的气体流入气容103或使气容103内的气体流入气袋500。

当检测模式为大呼气道检测模式、小呼气道检测模式或鼻呼气道检测模式时,通过开启第二气体通路106的电磁阀111使气容103的第一子气道112排气,在气容103的第二子气道113充气阶段其保持开启状态。

当检测模式为潮气检测模式,通过开启第二气体通路106的电磁阀111使气袋500内的气体流入气容103。

当检测模式为离线检测模式时,在气袋500收集呼出气步骤,先关闭第二气体通路106上的电磁阀111,打开排气通路107上的电磁阀111以利用呼出气排出气容103内的死腔气体;死腔气体排净后,打开第二气体通路106上的电磁阀111,关闭排气通路107上的电磁阀111,使呼出气充入所述气袋500。在离线检测模式的气容103收集呼出气步骤,通过开启第二气体通路106的电磁阀111使气袋500内的气体流入气容103。

排气通路107上设置有电磁阀111;排气通路107上的电磁阀111与控制器通信连接,有利于高效地排出气容103第二子气道113内的死腔气体。

抽气通路108上串联有抽气泵125和节流阀120,抽气通路108的抽气泵125和节流阀120均与控制器通信连接。

抽气通路108用于为气体充满第二子气道113提供动力,主要用于鼻呼气道检测模式、潮气检测模式和离线检测模式的气容103收集呼出气步骤。此时,呼出气自身气压较低,需要使用额外的动力源。

抽气通路108上的抽气泵125为隔膜泵。

压电泵的流量输出虽然稳定,但是量程小、压损大,不能满足抽取呼出气的流量要求。隔膜泵量程更大,可以满足抽取呼出气的流量要求。

检测通路109上串联有抽气泵125、除水装置126、流量传感器127和检测部128;其中,检测通路109上的抽气泵125、流量传感器127和检测部128均与控制器通信连接。

检测通路109上的抽气泵125用于抽取气容103中的采样气体或零点过滤器110过滤后的零点气体供检测部128检测。

除水装置126用于确保进入检测部128的气体的湿度适宜检测部128检测。除水装置126包括Nafion管、中空纤维膜和PTEF膜中的一种或多种的组合。

检测通路109上的流量传感器127用于实时测量检测通路109中气体流量,其的精度要求较高,以有利于检测结果的准确度。

检测部128,用于检测进入检测通路109的气体中待测气体的浓度。可选地,检测部128包括NO传感器。

手柄部300是为了向主机100输送或提供经过过滤的口呼出气。手柄部300包括但不限于呼吸口301、手柄导出口302、第一手柄过滤器303、第二手柄过滤器304和单向阀。

呼吸口301用于向受试者提供口呼出气的吹入接口以及口吸入气的吸气接口。

手柄导出口302能够与主机100的导入口101连通,以将手柄部300过滤后的口呼出气导向主机100。

呼吸口301和手柄导出口302经由第一手柄过滤器303连通,第一手柄过滤器303设置在呼吸口301和手柄导出口302之间,用于过滤口呼出气中的水汽和/或细菌。优选地,第一手柄过滤器303包括硅胶、PP棉、海绵、棉花、泡沫、泡沫树脂、二氧化硅和木炭中的一种或多种的组合。

第二手柄过滤器304的一端经由单向阀与设备外大气连通,另一端经由第一手柄过滤器303与呼吸口301连通。第二手柄过滤器304用于在受试者用过呼吸口301吸气时,去除吸入气体中的NO。优选地,第二手柄过滤器304包括分子筛、活性炭、氧化铝及负载高锰酸钾等强氧化剂的分子筛、活性炭、氧化铝中一种或多种的组合。

手柄部300的上述构造可以实现向主机100导入受试者的口呼出气体,而且通过在正式呼气采样前通过手柄部300进行的预呼气和吸气动作,还可以很好地解决受试者口中残余的NO和环境NO干扰的问题,确保测试结果的准确性。

鼻呼部400是为了向主体输送或提供经过滤的鼻呼出气。鼻呼部400包括:鼻呼口401、鼻呼导出口402和鼻呼过滤器403。

鼻呼口401用于提供鼻呼气的接口。鼻呼导出口402适于与主体的导入口101连通,以将鼻呼部400过滤后的鼻呼出气导向主机100。鼻呼过滤器403设于鼻呼口401和鼻呼导出口402之间,用于过滤鼻呼出气中的水汽和/或细菌。

优选地,鼻呼过滤器403包括硅胶、PP棉、海绵、棉花、泡沫、泡沫树脂、二氧化硅和木炭中的一种或多种的组合。

潮气部200是为了向气袋500输送或提供经过滤的潮气呼出气。潮气部200包括:吹具204、过滤器205和单向阀。

潮气部200包括交汇于一点的吹具通路201、气袋通路202和过滤器通路203;吹具通路201用于连接吹具204,吹具204用于导入潮气呼出气;气袋通路202用于连接气袋500,其上设置有单向阀;过滤器通路203用于连接过滤器205,其上设置有单向阀。

吹具204为吹嘴或面罩。吹具204用于提供潮气呼出气的接口。过滤器205的一端经由单向阀与设备外大气连通,另一端与吹具204连通。过滤器205用于在受试者进行潮气吸气时,去除吸入气体中的待测气体。

优选地,潮气部200的过滤器205包括分子筛、活性炭、氧化铝及负载高锰酸钾等强氧化剂的分子筛、活性炭、氧化铝中一种或多种的组合。

气袋500可以与潮气部200连接,也可以与主机100的进气排气口102连接。

此外,虽然本实施例的待测气体为NO,但本发明的气体检测系统也可以用于其他气体的检测。此时,需要更换检测部128以及各个过滤器205。

实施例二

本发明的气体检测系统的控制方法包括以下步骤:信息采集、零点校准、预呼气和吸气、呼出气采样和检测分析。其中,预呼气和吸气仅适用于检测模式为大呼气道检测模式和小呼气道检测模式时。

信息采集

信息采集步骤用于确定检测模式,其中,检测模式为大呼气道检测模式、小呼气道检测模式、鼻呼气道检测模式、潮气检测模式和离线检测模式中的一种。在检测模式为大呼气道检测模式时,还需要确认受试者是成人还是儿童。

零点校准

零点校准用于在受试者未进行呼吸操作时,对背景气体的浓度进行检测。

零点校准步骤包括以下子步骤。

1)控制三通阀104,以使得三通阀104能够将零点过滤器110过滤后的零点气体单独导向检测通路109,启用检测通路109上的抽气泵125,以抽取零点气体,此时系统进入零点校准状态。检测通路109上的抽气泵125抽取的气体经过检测通路109到达检测部128。

2)在检测通路109上的抽气泵125抽取气体的过程中,通过流量传感器127实时获取气体流量,并调节检测通路109上的抽气泵125的占空比,以使检测通路109中的零点气体流量稳定。

3)当启用检测通路109上的抽气泵125达到预定时间时,读取并保存检测部128的检测结果,得到背景气体的浓度,关闭检测通路109上的抽气泵125,此时系统不再处于零点校准状态。

上述流程中,检测通路109上的抽气泵125工作预定时间时再读取数据,可以清除检测通路109的死腔气体,从而确保检测结果的准确。

上述零点校准步骤可以通过控制器自动实现。

预呼气和吸气

预呼气和吸气步骤仅适用于检测模式为大呼气道检测模式和小呼气道检测模式时。

预呼气步骤包括:受试者通过手柄部300的呼吸口301进行预呼气动作,以排出余气。

吸气步骤包括:通过第一气体通路105上的压力传感器119的实时测量数据判断受试者是否完成预呼气动作,当判定受试者完成预呼气动作时,受试者进行吸气动作,此时吸入气体经过第二手柄过滤器304,以滤除待测气体,例如NO,从而提高检测结果的准确度。

需要强调的是,在执行完预呼气和吸气流程后,通常立即执行采样流程。控制部可以协助预呼气和吸气步骤的完成。

呼出气收集

(a) 针对鼻呼气道检测模式的呼出气收集。

鼻呼气道检测模式的呼出气收集包括气容103收集呼出气步骤。

鼻呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤包括以下子步骤:

1)打开抽气通路108上的抽气泵125以促使鼻呼出气进入气容103,关闭排气通路107上的电磁阀111和第二气体通路106的电磁阀111。打开第一气体通路105的稳流部的节流阀120,断开稳流部的气阻开关122以禁用稳流气阻121。此外,优选地,关闭检测通路109上的抽气泵125,并使三通阀104与气容103的第三出气口118连通的开口关闭,此时气体检测系统进入鼻呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤。

2)在抽气通路108上的抽气泵125进行抽取的过程中,通过第一气体通路105上的流量传感部实时测量第一气体通路105的气体流量,并实时调节第一气体通路105上的节流阀120,以保证抽取气体的流量稳定在540mL/min-660mL/min。

3)当气容103充满后,关闭抽气通路108上的抽气泵125和第一气体通路105上的节流阀120,得到采样气体。鼻呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤完成。

上述步骤中,鼻呼出气将首先经过鼻呼过滤器403,以过滤鼻呼出气的水汽和/或细菌。

(b)针对小呼气道检测模式的呼出气收集

小呼气道检测模式的呼出气收集包括气容103收集呼出气步骤,小呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤通常在预呼气和吸气步骤之后执行。

小呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤包括以下子步骤:

1)受试者进行呼气动作,并通过第一气体通路105上的压力传感器119确定是否已导入呼出气,在确定已导入呼出气后,开启排气通路107上的电磁阀111和第二气体通路106的电磁阀111,以开启气容103的第二出气口117和第二开口115。同时,关闭第一气体通路105上的稳流部中的节流阀120,并使气阻开关122导通以启用稳流气阻121。关闭抽气通路108上的抽气泵125和检测通路109上的抽气泵125,并使三通阀104与气容103的第三出气口118连通的开口关闭,此时,气体检测系统进入小呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤。

2)通过第一气体通路105上的流量传感部实时测量第一气体通路105的气体流量,并实时调节第一气体通路105上的稳流气阻121,以保证抽取气体的流量稳定在10.8L/min-13.2L/min。该过程需要将人体呼出气的气压控制在5mmHg-20mmHg。气压控制可以通过在系统交互界面上显示气体流量参考曲线和受试者的实际气体流量曲线,以对受试者进行提示。

3)当气容103充满后,断开第一气体通路105上的气阻开关122,关闭排气通路107上的电磁阀111和第二气体通路106上的电磁阀111,以使气容103的第二出气口117和第二开口115关闭,得到采样气体。小呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤完成。

其中,气体是否充满气容103可以利用第一气体通路105上的压力传感器119和流量传感部所获取的数据进行推算,具体地,利用压力传感器119可以获取呼出气导入的持续时间,利用流量传感器127可以获取呼出气的流量。

该步骤中,呼出气首先经过第一手柄过滤器303以滤除水汽。气容103内的死腔气体经过气容103的第二出气口117和第二开口115排出(约2s-8s),后进入气容103的呼出气将储存在气容103中作为采样气体。

(c)针对大呼气道检测模式的呼出气收集

大呼气道检测模式的呼出气收集包括气容103收集呼出气步骤,大呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤通常在预呼气和吸气步骤之后执行。

大呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤包括以下子步骤:

1)受试者进行呼气动作,并通过第一气体通路105上的压力传感器119确定是否已导入呼出气,在确定已导入呼出气后,开启排气通路107上的电磁阀111和第二气体通路106的电磁阀111,以开启气容103的第二出气口117和第二开口115。同时,开启第一气体通路105上的稳流部中的节流阀120,并使气阻开关122关闭以禁用稳流气阻121。关闭抽气通路108上的抽气泵125和检测通路109上的抽气泵125,并使三通阀104与气容103的第三出气口118连通的开口关闭,此时,气体检测系统进入大呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤。

2)通过第一气体通路105上的流量传感部实时测量第一气体通路105的气体流量,并实时调节第一气体通路105上的节流阀120,以保证抽取气体的流量稳定在2.7L/min-3.3L/min。该过程需要将人体呼出气的气压控制在5mmHg-20mmHg。

3)当气容103充满后,断开第一气体通路105上的节流阀120,关闭排气通路107上的电磁阀111和第二气体通路106上的电磁阀111,以使气容103的第二出气口117和第二开口115关闭,得到采样气体。大呼气道检测模式的气容103收集呼出气步骤完成。

该步骤中,呼出气首先经过第一手柄过滤器303以滤除水汽。气容103内的死腔气体经过气容103的第二出气口117和第二开口115排出(约2s-8s),后进入气容103的呼出气将储存在气容103中作为采样气体。

考虑到成人受试者和儿童受试者的差异,成人能保持吹气动作10s左右,儿童能保持吹气动作6s左右。针对成人受试者,将针对大呼气道的呼出气收集过程的持续时间控制为第一持续时间(例如,8-12s);针对儿童受试者,将呼出气收集过程的持续时间控制为第二持续时间(例如,4-8s),其中第一持续时间大于第二持续时间。

持续时间的预定可以通过控制第一气体通路105上的节流阀120、排气通路107上的电磁阀111以及第二气体通路106上的电磁阀111来实现。例如,在确认已导入呼出气时,打开第一气体通路105上的节流阀120,并开启排气通路107上的电磁阀111以及第二气体通路106上的电磁阀111以实现气容103充气;在确定已导入呼出气达到所预定持续时间时,关闭第一气体通路105上的节流阀120,并关闭排气通路107上的电磁阀111以及第二气体通路106上的电磁阀111以保持气容103的充满状态。

(d)针对潮气检测模式的呼出气收集

潮气检测模式的呼出气收集包括气袋500收集呼出气步骤和气容103收集呼出气步骤。

潮气检测模式的呼出气收集的气袋500收集呼出气步骤包括以下子步骤:

1)将气袋500安装在潮气部200的气袋通路202上。对着吹具204吸气时,过滤器通路203上的单向阀是打开的,气袋通路202上的单向阀是关闭的,对着吹具204吹气时,过滤器通路203上的单向阀是关闭的,气袋通路202上的单向阀是开启的。过滤器205过滤掉吸入气体中的待测气体。受试者通过吹具204将呼出气通入吹具通路201,并经气袋通路202进入气袋500。

2)气袋500充满后,将气袋500与潮气部200的气袋通路202分离。

潮气检测模式的呼出气收集的气容103收集呼出气步骤包括以下子步骤:

1)将气袋500连接至主机100的进气排气口102。

2)打开第二气体通路106上电磁阀111,开启抽气通路108上的抽气泵125,关闭第一气体通路105稳流部的节流阀120和气阻开关122,关闭排气通路107上的电磁阀111。以使气袋500内的气体经气容103的第一子气道112进入气容103的第二子气道113。直至第二子气道113充满。

(e)针对离线检测模式的呼出气收集

离线检测模式的呼出气收集包括气袋500收集呼出气步骤和气容103收集呼出气步骤。

离线检测模式的呼出气收集的气袋500收集呼出气步骤包括以下子步骤:

1)将气袋500连接至主机100的进气排气口102。

2)受试者进行呼气动作,并通过第一气体通路105上的压力传感器119确定是否已导入呼出气,在确定已导入呼出气后,关闭抽气通路108上的抽气泵125,打开第一气体通路105上的节流阀120,断开第一气体通路105上的气阻开关122以禁用稳流气阻121。

3)排出气容103内的死腔气体。此子步骤中,关闭第二气体通路106上的电磁阀111,打开排气通路107上的电磁阀111。

4)死腔气体排净后,打开第二气体通路106上的电磁阀111,关闭排气通路107上的电磁阀111。直至气袋500充满。

离线检测模式的呼出气收集的气容103收集呼出气步骤包括以下子步骤:

1)将气袋500连接至主机100的进气排气口102。

2)打开第二气体通路106上电磁阀111,开启抽气通路108上的抽气泵125,关闭第一气体通路105稳流部的节流阀120和气阻开关122,关闭排气通路107上的电磁阀111。以使气袋500内的气体经气容103的第一子气道112进入气容103的第二子气道113。直至第二子气道113充满。

检测分析

该步骤对储存在气容103第二子气道113内的采样气体进行检测分析,以得到待测气体的实际浓度。

检测分析步骤包括以下子步骤。

1)控制三通阀104,以使得三通阀104能够将气容103中第二子气道113中储存的气体通过第三出气口118导向检测通路109。

2)启用检测通路109上的抽气泵125,以经由三通阀104抽取采样气体,此时第二气体通路106上的电磁阀111和排气通路107上的电磁阀111打开,以便于第二子气道113内的气体能被顺利抽出,检测气体经过抽气泵125、除水装置126和流量传感器127到达检测部128。在抽气泵125抽取过程中,检测通路109上的流量传感器127实时获取检测通路109上的气体流量,并实时调节抽气泵125的PWM波,以使得气体通路的采样气体流量稳定。

3)当启用检测通路109上的抽气泵125达到预定时间,例如40s,读取保存检测部128的检测结果,得到采样气体中待测气体的浓度。

4)获取零点校准步骤中所获取的背景气体的浓度,结合采样气体中的待测气体的浓度,确定采样气体中的待测气体的实际浓度。

本发明的实施方式并不限于上述实施例所述,在不偏离本发明的精神和范围的情况下,本领域普通技术人员可以在形式和细节上对本发明做出各种改变和改进,而这些均被认为落入了本发明的保护范围。

技术分类

06120114579165