一种呼气采样系统及其采样方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体地说是一种呼气采样系统及其采样方法。

背景技术

利用人体呼出的气体进行疾病诊断，具有操作快速，方便，无创伤，对操作人员专业知识要求低等优点。在肺结核，幽门螺杆菌等疾病检测，已经是首选的检验方式。在癌症或其它疾病的检测中，呼吸检测也在进行大规模的临床试验。

呼气检测过程的操作难易程度，质量稳定性，患者等待时间等直接影响呼气采样过程的效果、质量和成本。

当前呼气采样主要是被动采样，具体需要患者进行呼气，在呼气形成的压力驱动下，气体进入设备，这种方式所采集到的气体样品质量受患者的依从性影响较大，如果患者不配合或者患者沟通不方便，就会导致采样困难，采样质量差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种呼气采样系统，以解决当前呼气采样主要是被动采样，具体需要患者进行呼气，在呼气形成的压力驱动下，气体进入设备，这种方式所采集到的气体样品质量受患者的依从性影响较大，如果患者不配合或者患者沟通不方便，就会导致采样困难，采样质量差的问题的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种呼气采样系统，包括气袋1、吸附管2和设备主机3，所述吸附管2连接所述气袋1和所述设备主机3，所述设备主机3内有气动电磁阀31、隔膜泵32、气腔33、节流阀34、流速传感器35和二氧化碳、温度、湿度传感器模块36，其中二氧化碳、温度、湿度传感器模块36中集成了二氧化碳传感器、温度计和湿度计；且各部件之间利用软管依次连接；患者向所述气袋吹满气体后，将气体暂存，操作人员通过设备面板上的按钮启动采样，此时所述隔膜泵32启动，所述气动电磁阀31处于打开状态，暂存在所述气袋1内气体通过所述吸附管2、所述气动电磁阀31、所述隔膜泵32、气腔33和所述节流阀34进入所述流速传感器35；整个过程中气体是通过控制所述设备主机3的所述隔膜泵32中马达的转速，主动进行采样，使采样过程中的气流保持在稳定值，并按照设定的时间自动停止采样。

所述设备主机3的外壳上还设有一显示屏39和五个按键310，所述显示屏39主要显示所述流速传感器35和所述二氧化碳、温度、湿度传感器模块36采集到的流速、二氧化碳浓度、温度和湿度，还能显示采样过程的时间；五个所述按键310分别控制光标前移、光标后移、数值增加、数值减小和确认。

所述气袋1上开设有气嘴11，患者通过所述气嘴11向所述气袋1中吹气。

所述设备主机3上设有两个开口，分别为第一入口端301和第二入口端302，所述第一入口端301和所述第二入口端302靠近所述设备主机3外部的一侧都通过所述吸附管2连接到气袋1，所述第一入口端301和所述第二入口端302通过软管连接到所述电磁阀31，所述电磁阀31的另一端连接所述隔膜泵32的入口端，所述隔膜泵32的出口端连接所诉气腔33，所述气腔33远离所述隔膜泵32的一端连接有节流阀34，所述节流阀34的出口端再通过软管依次连接所述流速传感器35和所述二氧化碳、温度、湿度传感器模块36，最后从所述二氧化碳、温度、湿度传感器模块36的末端排出。

所述第一入口端301和所述第二入口端302都呈圆柱体，且内部设有阶梯孔，其中靠近所述设备主机3外壳的一端孔直径较大，靠近所述所述设备主机3内部的一端孔直径较小，通过软管恰好可以和所述第一入口端301和所述第二入口端302靠近所述设备主机3内部的一端连接且密封。

所述隔膜泵32的旁边固定安装有一隔膜泵马达321，为所述隔膜泵32提供动能。

所述电磁阀31的下方设有圆角矩形的支撑板4，且支撑板4的四个角落处设有支撑板支柱41，所述支撑板支柱41上设有螺纹，所述支撑板4在所述支撑板支柱41的对应位置处设有螺纹孔，所述支撑板4和所述支撑板支柱41之间通过螺钉固定连接，所述支撑板4下方位于所述支撑板支柱41中间设有电池盒42，所述电池盒42内可以安装电池为设备各元器件供能。

所述电磁阀31旁边安装一小电路板51，且所述电磁阀31和所述小电路板51连接且受其控制，所述小电路板51还和一所述大电路板52连接，所述大电路板52安装在所述设备主机3底部，位于各元器件下方，且其中一端，靠近所述设备主机3后方边缘位置设有开关模块53和供电接口54且直接延伸到所述所述设备主机3壳体外。

所述小电路板51和所述大电路板52上分别设置有多个控制模块和电阻等辅助元器件，实现对所述隔膜泵马达321、所述电磁阀31、所述流速传感器35、所述二氧化碳、温度、湿度传感器模块36、所述显示屏39和所述按键310的控制。

一种呼气采样方法，包括以下步骤：

S1、工作人员打开所述设备主机3电源开关；

S2、工作人员查看所述气袋1、所述吸附管2和所述设备主机3是否显示正常；

S3、工作人员开始清洗管道内空气；

S4、工作人员设定所述设备主机3采样参数；

S5、工作人员安装所述吸附管2和气袋1；

S6、待测患者向所述气袋1内吹气，直到充满所述气袋1盖好吹气口后即可离开，过程大概30秒；

S7、工作人员操作所述设备主机3，抽吸所述气袋1内的气体，直到所述气袋1接近完全抽空；

S8、拆下所述气袋1和所述吸附管2。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

本发明提供一种带隔膜气泵的主动采样设备；通过所述气袋作为存储介质，再通过吸附管连接气袋和设备主机；通过启动隔膜泵后主动抽取所述气袋中的气体进行采样，设备通过控制隔膜泵马达的转速，使采样过程中的气流保持在稳定值，并按照设定的时间自动停止采样；设备主机中设有节流阀和气腔能够起到让流量更加平稳的作用，流速传感器负责监测流速保证采样质量；使用气袋收集气体，减少患者等待时间，且主动采样的方式能够避免患者依从性较差影响采样质量，还能减少医护人员和患者之间的沟通时间。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明设备主机内部结构示意图；

图3为本发明设备主机内部支撑板抬起后结构示意图；

图4为本发明设备主机背面结构示意图；

图5为本发明原理结构简图；

图6为本发明充电及开关部分电路图；

图7为本发明主控芯片部分电路图；

图8为本发明按键和屏幕接口电路图；

图9为本发明3.3V稳压输出部分电路图；

图10为本发明马达控制电路图；

图11为本发明电磁阀控制电路图；

图12为本发明采用的电平转换电路图；

图13为本发明流速传感器电路图

图14为本发明二氧化碳、温度、湿度传感器模块电路图；

图中：1-气袋；11-气嘴；2-吸附管；3-设备主机；31-气动电磁阀；32-隔膜泵；33-气腔；34-节流阀；35-流速传感器；36-二氧化碳、温度、湿度传感器模块；39-显示屏；310-按键；301-第一入口端；302-第二入口端；321-隔膜泵马达；4-支撑板；41-支撑板支柱；42-电池盒；51-小电路板；52-大电路板；53-开关模块；54-供电接口。

具体实施方式

为阐明技术问题、技术方案、实施过程及性能展示，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释。本发明，并不用于限定本发明。以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

实施例1

如图1-图5所示，一种呼气采样系统，包括气袋1、吸附管2和设备主机3，所述吸附管2连接所述气袋1和所述设备主机3，所述设备主机3内有气动电磁阀31、隔膜泵32、气腔33、节流阀34、流速传感器35和二氧化碳、温度、湿度传感器模块36，其中二氧化碳、温度、湿度传感器模块36中集成了二氧化碳传感器、温度计和湿度计；且各部件之间利用软管依次连接；患者向所述气袋吹满气体后，将气体暂存，操作人员通过设备面板上的按钮启动采样，此时所述隔膜泵32启动，所述气动电磁阀31处于打开状态，暂存在所述气袋1内气体通过所述吸附管2、所述气动电磁阀31、所述隔膜泵32、气腔33和所述节流阀34进入所述流速传感器35；整个过程中气体是通过控制所述设备主机3的所述隔膜泵32中马达的转速，主动进行采样，使采样过程中的气流保持在稳定值，并按照设定的时间自动停止采样。

作为一种可能的实施方式，所述设备主机3内的各元器件之间的调配使用需要通过一主控芯片控制，该主控芯片可以采用型号为ATMEGA328PB-AU的微控制器，具体采用的电路如图7所示；设备中用到的电平转换电路可以按照如图12所示电路布置。

所述设备主机3的外壳上还设有一显示屏39和五个按键310，所述显示屏39主要显示所述流速传感器35和所述二氧化碳、温度、湿度传感器模块36采集到的流速、二氧化碳浓度、温度和湿度，还能显示采样过程的时间；五个所述按键310分别控制光标前移、光标后移、数值增加、数值减小和确认。

作为一种可能的实施方式，所述按键310和所述显示屏39的接口处采用如图8所示电路图。

所述气袋1上开设有气嘴11，患者通过所述气嘴11向所述气袋1中吹气。

所述设备主机3上设有两个开口，分别为第一入口端301和第二入口端302，所述第一入口端301和所述第二入口端302靠近所述设备主机3外部的一侧都通过所述吸附管2连接到气袋1，所述第一入口端301和所述第二入口端302通过软管连接到所述电磁阀31，所述电磁阀31的另一端连接所述隔膜泵32的入口端，所述隔膜泵32的出口端连接所诉气腔33，所述气腔33远离所述隔膜泵32的一端连接有节流阀34，所述节流阀34的出口端再通过软管依次连接所述流速传感器35和所述二氧化碳、温度、湿度传感器模块36，最后从所述二氧化碳、温度、湿度传感器模块36的末端排出。

所述第一入口端301和所述第二入口端302都呈圆柱体，且内部设有阶梯孔，其中靠近所述设备主机3外壳的一端孔直径较大，靠近所述所述设备主机3内部的一端孔直径较小，通过软管恰好可以和所述第一入口端301和所述第二入口端302靠近所述设备主机3内部的一端连接且密封。

作为一种可能的实施方式，所述隔膜泵32的旁边固定安装有一隔膜泵马达321，为所述隔膜泵32提供动能。

作为一种可能的实施方式，所述电磁阀31的下方设有圆角矩形的支撑板4，且支撑板4的四个角落处设有支撑板支柱41，所述支撑板支柱41上设有螺纹，所述支撑板4在所述支撑板支柱41的对应位置处设有螺纹孔，所述支撑板4和所述支撑板支柱41之间通过螺钉固定连接，所述支撑板4下方位于所述支撑板支柱41中间设有电池盒42，所述电池盒42内可以安装电池为设备各元器件供能。

作为一种可能的实施方式，所述电磁阀31旁边安装一小电路板51，且所述电磁阀31和所述小电路板51连接且受其控制，所述小电路板51还和一所述大电路板52连接，所述大电路板52安装在所述设备主机3底部，位于各元器件下方，且其中一端，靠近所述设备主机3后方边缘位置设有开关模块53和供电接口54且直接延伸到所述所述设备主机3壳体外。

作为一种可能的实施方式，其中使用到的充电和开关部分可以采用如图6所示电路,并应用型号为mic5225-3.3ym5-tr的线性稳压器进行稳压输出，采用的稳压输出电路如图9所示。

所述小电路板51和所述大电路板52上分别设置有多个控制模块和电阻等辅助元器件，实现对所述隔膜泵马达321、所述电磁阀31、所述流速传感器35、所述二氧化碳传感器36、所述温度计37、所述显示屏39和所述按键310的控制。

作为一种可能的实施方式，所述隔膜泵马达321采用的马达控制电路如图10所示；所述电磁阀31采用的电磁阀控制电路如图11所示；所述流速传感器35采用如图13所示电路连接，所述二氧化碳、温度、湿度传感器模块36和所述温度计37采用如图14所示电路连接。

具体使用时，患者向所述气袋1吹满气体后，操作人员通过所述设备主机3上的五个所述按键310启动采样，此时所述隔膜泵32启动，所述气动电磁阀31处于打开状态，所述气袋1内气体通过所述吸附管2，所述气动电磁阀31，所述隔膜泵32，所述气腔33，所述节流阀34进入所述流速传感器35；设备通过控制所述隔膜泵32马达的转速，使采样过程中的气流保持在稳定值，并按照设定的时间自动停止采样。从而确保了所述吸附管2上吸附目标气体的可靠性和稳定性。

采用本方案的呼气采样系统进行采样时，使用步骤如下:

S1、工作人员打开所述设备主机3电源开关；

S2、工作人员查看所述气袋1、所述吸附管2和所述设备主机3是否显示正常；

S3、工作人员开始清洗管道内空气；

S4、工作人员设定所述设备主机3采样参数；

S5、工作人员安装所述吸附管2和气袋1；

S6、待测患者向所述气袋1内吹气，直到充满所述气袋1盖好吹气口后即可离开，过程大概30秒；

S7、工作人员操作所述设备主机3，抽吸所述气袋1内的气体，直到所述气袋1接近完全抽空；

S8、拆下所述气袋1和所述吸附管2。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。