CN101238980A - 呼出气冷凝液(ebc)收集装置 - Google Patents

Abstract

EBC检测作为一种完全无创的检测技术，对了解气道炎症，具有重要的实用价值。本发明中四通气路的设计解决了呼出气入口、呼出气出口、吸入气及唾液残液的自动分离，呼出气出口管路的上弯设计和“爪形”设计解决了随呼出气带出的唾液残液进入制冷区的影响；单片机系统对呼出气量进行检测、对冷凝温度进行设定的设计使呼出气冷凝液(EBC)收集达到定量化，以利于定量评价多种呼吸道疾病的气道内氧化应激、炎症等状态的变化及程度。

Description

呼出气冷凝液(EBC)收集装置

发明领域：

本发明涉及一种医疗检测前端装置，是一种可监测呼出气流速的呼出气冷凝液(EBC)收集装置，以利于将收集到的EBC进行后期的生化指标检测，以评价多种呼吸道疾病的气道内氧化应激、炎症状态的变化及程度。

背景技术：

目前，用于检测炎症性呼吸道疾病气道分泌物的标本采集方法主要有痰液收集，和支气管肺泡灌洗液收集。其中，痰液收集包括普通的痰标本和诱导的痰标本。众所周知，在很多情况下，受病人具体情况的限制，普通痰标本很难达到临床检验的要求，例如，部分病人的病症表现为少痰或无痰；部分危重病人或婴幼儿患者无力或不会咯痰，这样得到的痰标本并不能真实地反映下气道的情况。诱导痰技术虽为无创性检查，但雾化吸入高渗盐水本身为一种炎性刺激物，对支气管有激发作用，即使提前使用β2-受体激动剂，患者在激发过程仍可能出现呼吸道原有疾病的加重。此外，诱导痰技术在儿童及重症哮喘患者中禁用。支气管镜肺泡灌洗液(BALF)虽最能反应下呼吸道气道炎症的变化，但由于是一种侵入性检查，患者接受性很差，尤其对于轻症、反复发作的疾病(如哮喘)患者，很难反复进行上述检查。

EBC检查为新的呼吸道炎症状态检测方法。气道内衬液体中抗氧化物、可溶性标记物等多种生化分子，平静呼吸时可随气体呼出，遇冷则随水蒸气凝结而进/入EBC。EBC中某些成分的显著异常，可反映哮喘、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、肺间质疾病以及社区获得性肺炎(CAP)等肺内及气道内氧化应激、炎症状态的变化及程度。

2003年第8期《医疗卫生装备》的“SARS病人吸氧呼出气病毒收集器的研制”介绍了采用紧闭面罩与双管双路、吸呼气道分离、高速射流空氧混合器、安全活瓣、储气囊、湿化器、负压吸引装置等相结合技术，将开放式吸氧变为紧闭式吸氧，使SARS病人呼出气病毒收集得以实现，为其过滤消毒创造了条件。过滤、消毒后排出室外。该收集器对呼出气进行收集而未进行液化。

2006年9月《临床肺科杂志》第5期“呼出气冷凝液成分检测在COPD中的应用”中介绍EBC收集方法，常用的EBC收集器就是把特氨纶为内衬的管子浸入冰水中，在一端呼气，另一端收集。呼气端连接三通管，并安装两个单向阀，防止重复呼吸。呼气端与一次性口器相连，防止唾液污染，因为唾液中含有高浓度的氮氧化合物和过氧化氢。此方法制冷温度只能做到0℃左右，不能改变制冷温度。

现在市售收集EBC的装置有两种，一为德国EricJaeger生产的EcoScreen。患者将呼出气直接呼入取样管中，在取样管中，呼出气被冷却到-20℃。二为美国研制的装置，其装置为一制冷的铝管道，中间放置聚丙烯管，使用注射器活塞将管壁的液体推出。上述装置10-15min可收集冷凝液1-5ml。此装置不能计量呼出气量，不能进行定量检测。

vanBeurden设计了一种新型的装置，形状类似与球形冷凝管，40cm高的玻璃球管，球管由直径3.4cm的6个圆球组成，冷凝系统为冰水，从下方进上方出。此装置由于气体与玻璃管接触面积大，故冷凝效果好，10min收集液体2-5ml。

2004年《临床内科杂志》“呼出气冷凝液癌胚抗原测定对肺癌的诊断价值”中介绍EBC收集方法：以一次性输液管的莫菲氏管为中心，两端各保留10cm，莫菲氏管置冰水浴的低位，两端各5cm管道呈“U”固定于冰浴中，受检者经鼻吸气，呼出气经口通过接口吹入管道，共15分钟，收集EBC约2ml，最后取出输液管，将莫菲氏管中收集的EBC倒人试管内，低温冰箱保存待检。

ZL200420032424.8公开的“呼出气冷凝液收集装置”，采用试管、L型和T型管制作了呼出气冷凝液收集装置。其唾液残液存留在T型管下端，在取出唾液残液时，需要将T型管从装置上卸下，操作麻烦，且易对EBC造成人为干扰，影响分析质量；同时该发明不能对呼出气量及冷却温度进行测量和控制。

上述报道和产品不能对呼出气量进行检测、对冷凝温度可以进行设定以及气体通路的设置技术尚未见相应的产品和报道。

发明内容：

本发明的目的就在于克服上述现有技术的不足，尤其是可以对呼出气量进行检测、对冷凝温度可以进行设定、控制。

本发明的呼出气冷凝液(EBC)收集装置是通过以下方法实现的：

装置由气体通路部分、制冷部分和单片机系统三个部分构成。

气体通路部分由可换进气嘴1、吸气单向阀3、呼气单向阀4、唾液残液收集器皿17、四通管5或“爪形”四通管18组成。气体通路部分中，四通管5的四个出口分别配合连接可换进气嘴1、吸气单向阀3、呼气单向阀4唾液残液收集器皿17，其中可换进气嘴1每次使用更换新的，是一次性使用部件；四通管5的第二出口及其连接的吸气单向阀3，控制患者的吸气通道；四通管5的第三出口及其连接的呼气单向阀4，采集患者的呼出气，使其单向连通到制冷腔8；四通管5的第四出口及其连接的唾液残液收集器皿17收集患者的唾液残液，以防止患者的唾液残液进入制冷腔8，影响EBC的检测效果；四通管5的第三出口的上弯设计使得患者的唾液残液不能进入制冷腔8。

唾液残液不能进入制冷腔8还可以使用“爪形”四通管18，可换进气嘴1、吸气单向阀3、呼气单向阀4、唾液残液收集器皿17分别与“爪形”四通管18的四端口配合连接，它可使呼气时带出的唾液被“凹陷”的管壁阻挡，并延管壁流入唾液残液收集器皿17，而这种弯曲的管道丝毫不会阻碍气体通过，从而巧妙的达到了防止唾液污染的目的。

EBC的采集主要是通过低温使得患者的呼出气中的水蒸气液化，本发明的呼出气液化是在装置制冷部分实现的。该部分由制冷腔8及其外层的导冷层10、保温层9、半导体致冷片7、散热部件6组成。制冷腔8、导冷层10、保温层9是分层腔体结构，由内向外依次为制冷腔8、导冷层10、保温层9，制冷腔8与导冷层10为滑动配合，制冷腔8能从导冷层10中抽出，半导体致冷片7的一面紧密粘贴在导冷层10的一个平面上，另一面紧密粘贴散热部件6，从而使得半导体致冷片7的冷量通过导冷层10传递到制冷腔8，半导体致冷片7的热量通过散热部件6散发到空间。

制冷腔8外还设置了EBC收集口13和排气口14。冷却后的气体经排气口14排出，EBC收集口13完成EBC收集，EBC收集口13的设置使得EBC收集与唾液残液在不同的方向，避免了唾液残液对EBC造成人为干扰。

导冷层10中安装了温度传感器11，用以检测温度。制冷腔8的排气口14上端安装有气体流量传感器12，用以检测通过制冷腔8的气体流量。温度传感器11、气体流量传感器12的电信号连接到微处理器系统。

单片机系统15由调理电路20与21、模数转换22、微处理器24、时钟电路26、键盘27、驱动电路25、和显示器23构成。

调理电路20接收温度传感器11的模拟信号，并将其调理到模数转换22的量程范围内，送给模数转换22；调理电路21接收气体流量传感器12的电信号，并将其调理到模数转换22的量程范围内，送给模数转换22；模数转换22接收温度、气体流量两路模拟信号，分别变换成数字信号传送给微处理器24。

微处理器24是本发明实现检测控制的核心元件，它接收模数转换22的数字信号、键盘27的设置控制信号和时钟电路26信号，经过处理将温度、流量、气体采集时间及标准时间送给显示器23显示；同时根据由键盘27预设的温度和由温度传感器得到的温度比较，控制驱动电路25给制冷片7接通或关断电源，控制制冷片7制冷与否。

系统电源16给单片机系统15和驱动电路25供电。

有益效果：EBC检测作为一种完全无创的检测技术，对了解气道炎症，具有重要的实用价值。本发明中四通气路的设计解决了呼出气入口、呼出气出口、吸入气及唾液残液的自动分离，呼出气出口管路的上弯设计和“爪形”设计解决了随呼出气带出的唾液残液进入制冷区的影响；单片机系统对呼出气量进行检测、对冷凝温度进行设定的设计使呼出气冷凝液(EBC)收集达到定量化，以利于定量评价多种呼吸道疾病的气道内氧化应激、炎症等状态的变化及程度。

附图说明

图1是呼出气冷凝液(EBC)收集装置结构图

图2是单片机测量控制系统的电路框图

图3是“爪形”四通管示意图

附图说明：1可换进气嘴，2进气口，3吸气单向阀，4呼气单向阀，5四通管，6散热部件，7半导体致冷片，8制冷腔，9保温层，10导冷层，11温度传感器，12气体流量传感器，13EBC收集口，14排气口，15单片机系统，16系统电源，17唾液残液收集器皿，18“爪形”四通管，20调理电路，21调理电路，22模数转换，23显示器，24微处理器，25驱动电路，26时钟电路，27键盘

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

实施例1：

四通管5可采用硬质材料，如金属、玻璃、无毒塑料等材料，本实施例采用玻璃材料；管径在8～20mm，以使呼吸通畅，本实施例采用10mm；四通管5的四个出口分别配合连接可换进气嘴1、吸气单向阀3、呼气单向阀4唾液残液收集器皿17，其中可换进气嘴1每次使用更换新的，是一次性使用部件；四通管5的第二出口及其连接的吸气单向阀3，控制患者的吸气通道；四通管5的第三出口及其连接的呼气单向阀4，采集患者的呼出气，使其单向连通到制冷腔8；四通管5的第四出口及其连接的唾液残液收集器皿17收集使用患者的唾液残液，以防止患者的唾液残液进入制冷腔8，影响EBC的检测效果；四通管5的第三出口的上弯设计使得患者的唾液残液不能进入制冷腔8。

本发明的装置制冷部分由制冷腔8及其外层的导冷层10、保温层9、半导体致冷片7、散热部件6构成。制冷腔8、导冷层10、保温层9是分层腔体结构，制冷腔8可以从导冷层10中抽出，半导体致冷片7的一面紧密粘贴在导冷层10散热部件6的一个平面上，另一面紧密粘贴在散热部件6，从而使得半导体致冷片7的冷量通过导冷层10传递到制冷腔8，半导体致冷片7的热量通过散热部件6散发到空间。

制冷腔8还设置了EBC收集口13和排气口14。排气口14将通过制冷腔8被冷却的气体排出，EBC收集口13完成EBC收集。

导冷层10中安装了温度传感器11，用以检测温度。制冷腔8的排气口14上端装有气体流量传感器12，用以检测通过制冷腔8的流量。温度传感器11、气体流量传感器12的电信号连接到单片机系统。

单片机系统15由调理电路20与21、模数转换22、微处理器24、时钟电路26、键盘27、驱动电路25和显示器23构成。

调理电路20接收温度传感器11的模拟信号，并将其调理到模数转换22的量程范围内，送给模数转换22；调理电路21接收气体流量传感器12的电信号，并将其调理到模数转换22的量程范围内，送给模数转换22；模数转换22接收温度、气体流量两路模拟信号，分别变换成数字信号传送给微处理器24。

微处理器24是本发明实现检测控制的核心元件，本实施例中采用TI公司的msp430系列单片机，它接收模数转换22的数字信号、键盘27的设置控制信号和时钟电路26信号，经过处理将温度、流量、气体采集时间及标准时间送给显示器23显示；同时根据由键盘27预设的温度和由温度传感器得到的温度比较，控制驱动电路25给制冷片7接通或关断电源，控制制冷片7制冷与否。

系统电源16给单片机系统15和驱动电路25供电。

本发明的呼出气冷凝液(EBC)收集装置工作时，由医务人员通过键盘27预设呼出气的冷凝温度，可在0℃～-20℃范围内根据不同的疾病检测要求来设定；同时还需要预设采集时间，来控制EBC的采集量；装置自动进入预冷状态，到达预设温度后，装置显示器提示进入采集状态；患者通过可换进气嘴1进行呼吸，其呼出气体经过四通管5、呼气单向阀4进入制冷腔8，由排气口14经气体流量传感器12排出，呼出气体中的水蒸气在制冷腔8中冷凝，粘结在制冷腔8的腔壁上，汇集后由EBC收集口13完成EBC收集；患者吸气时呼气单向阀4关闭，吸气单向阀3打开，空气经吸气单向阀3，四通管5进入患者口中。

实施例2：

“爪形”四通管18可采用硬质材料，如金属、玻璃、无毒塑料等材料，本实施例采用玻璃材料；管径在8～20mm，以使呼吸通畅，本实施例采用10mm；“爪形”四通管18的四个出口分别配合连接可换进气嘴1、吸气单向阀3、呼气单向阀4唾液残液收集器皿17，其中可换进气嘴1每次使用更换新的，是一次性使用部件；“爪形”四通管18的第二出口及其连接的吸气单向阀3，控制患者的吸气通道；“爪形”四通管18的第三出口及其连接的呼气单向阀4，采集患者的呼出气，使其单向连通到制冷腔8；“爪形”四通管18的第四出口及其连接的唾液残液收集器皿17收集使用患者的唾液残液，以防止患者的唾液残液进入制冷腔8，影响EBC的检测效果；“爪形”四通管18的第三出口的上弯设计使得患者的唾液残液不能进入制冷腔8，“爪形”四通管18可使呼气时带出的唾液被凹陷的管壁阻挡，并延管壁流入唾液残液排出口，而这种弯曲的管道丝毫不会阻碍气体通过，从而巧妙的达到了防止唾液污染的目的。

本发明的装置制冷部分由制冷腔8及其外层的导冷层10、保温层9、半导体致冷片7、散热部件6构成。制冷腔8、导冷层10、保温层9是分层腔体结构，制冷腔8可以从导冷层10中抽出，半导体致冷片7的一面紧密粘贴在导冷层10散热部件6的一个平面上，另一面紧密粘贴在散热部件6，从而使得半导体致冷片7的冷量通过导冷层10传递到制冷腔8，半导体致冷片7的热量通过散热部件6散发到空间。

制冷腔8还设置了EBC收集口13和排气口14。排气口14将通过制冷腔8被冷却的气体排出，EBC收集口13完成EBC收集。

导冷层10中安装了温度传感器11，用以检测温度。制冷腔8的排气口14上端装有气体流量传感器12，用以检测通过制冷腔8的流量。温度传感器11、气体流量传感器12的电信号连接到单片机系统。

单片机系统15由调理电路20与21、模数转换22、微处理器24、时钟电路26、键盘27、驱动电路25和显示器23构成。

调理电路20接收温度传感器11的模拟信号，并将其调理到模数转换22的量程范围内，送给模数转换22；调理电路21接收气体流量传感器12的电信号，并将其调理到模数转换22的量程范围内，送给模数转换22；模数转换22接收温度、气体流量两路模拟信号，分别变换成数字信号传送给微处理器24。

微处理器24是本发明实现检测控制的核心元件，本实施例中采用TI公司的msp430系列单片机，它接收模数转换22的数字信号、键盘27的设置控制信号和时钟电路26信号，经过处理将温度、流量、气体采集时间及标准时间送给显示器23显示；同时根据由键盘27预设的温度和由温度传感器得到的温度比较，控制驱动电路25给制冷片7接通或关断电源，控制制冷片7制冷与否。

系统电源16给单片机系统15和驱动电路25供电。

本发明的呼出气冷凝液(EBC)收集装置工作时，由医务人员通过键盘27预设呼出气的冷凝温度，可在0℃～-20℃范围内根据不同的疾病检测要求来设定；同时还需要预设采集时间，来控制EBC的采集量；装置自动进入预冷状态，到达预设温度后，装置显示器提示进入采集状态；患者通过可换进气嘴1进行呼吸，其呼出气体经过四通管5、呼气单向阀4进入制冷腔8，由排气口14经气体流量传感器12排出，呼出气体中的水蒸气在制冷腔8中冷凝，粘结在制冷腔8的腔壁上，汇集后由EBC收集口13完成EBC收集；患者吸气时呼气单向阀4关闭，吸气单向阀3打开，空气经吸气单向阀3，四通管5进入患者口中。

Claims (7)

1.一种呼出气冷凝液(EBC)收集装置，由其特征在于，装置由气体通路部分、制冷部分和单片机系统三部分构成。

2.按照权利1所述的呼出气冷凝液(EBC)收集装置，其特征在于：气体通路部分由可换进气嘴(1)、吸气单向阀(3)、呼气单向阀(4)、唾液残液收集器皿(17)、四通管(5)或“爪形”四通管(18)组成，可换进气嘴(1)、吸气单向阀(3)、呼气单向阀(4)、唾液残液收集器皿(17)分别与四通管(5)的四端口配合连接，或可换进气嘴(1)、吸气单向阀(3)、呼气单向阀(4)、唾液残液收集器皿(17)分别与“爪形”四通管(18)的四端口配合连接。

3.按照权利1所述的呼出气冷凝液(EBC)收集装置，其特征在于：制冷部分由制冷腔(8)、导冷层(10)、保温层(9)、半导体致冷片(7)、散热部件(6)组成，由内向外依次为制冷腔(8)、导冷层(10)、保温层(9)，制冷腔(8)与导冷层(10)为滑动配合，制冷腔(8)能从导冷层(10)中抽出，半导体致冷片(7)的一面紧贴导冷层(10)另一面紧密粘贴散热部件(6)。

4.按照权利3所述的呼出气冷凝液(EBC)收集装置的制冷部分，其特征在于：制冷腔(8)外设置了EBC收集口(13)和排气口(14)。

5.按照权利3所述的呼出气冷凝液(EBC)收集装置的制冷部分，其特征在于：导冷层(10)中安装了温度传感器(11)。

6.按照权利3所述的呼出气冷凝液(EBC)收集装置的制冷部分，其特征在于：制冷腔(8)的排气口(14)上端装有气体流量传感器(12)。

7.按照权利1所述的呼出气冷凝液(EBC)收集装置，其特征在于：单片机系统(15)中调理电路(20)接收温度传感器(11)的模拟信号，送给模数转换(22)；调理电路(21)接收气体流量传感器(12)的电信号，送给模数转换(22)，模数转换(22)接收温度、气体流量两路模拟信号，分别变换成数字信号传送给微处理器(24)，键盘(27)预设的控制信号和时钟电路(26)信号，经过处理将温度、流量、气体采集时间及标准时间送给显示器(23)显示，微处理器(24)根据由键盘(27)预设的温度和由温度传感器得到的温度比较，控制驱动电路(25)给制冷片(7)接通或关断电源。

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