CN105388274A

CN105388274A - 一种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置

Info

Publication number: CN105388274A
Application number: CN201510880965.9A
Authority: CN
Inventors: 曹青; 韩杰
Original assignee: Wuxi Sunvou Medical Treatment Electronic Co Ltd
Current assignee: Wuxi Sunvou Medical Treatment Electronic Co Ltd
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: CN105388274B

Abstract

一种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，由采样与分析模块构成，采样模块由流量调节器，截止阀，采样泵串联，流量调节器上连流量/压力传感器和CO₂传感器，流量/压力调节器及采样泵间并联气室一、与气室一前后相连的电磁阀一、电磁阀六和气室二、与气室一前后相连的电磁阀二、电磁阀七；分析模块由气室一、电磁阀一或气室二、电磁阀二，三通阀一，分析泵，三通阀二，气体湿度调节器，NO传感器，电磁阀六或电磁阀七构成循环气路；三通阀一常通端接气室一或气室二前端和分析泵，切换通路端接气室一或气室二前端、NO过滤器和分析泵；三通阀二常通端接分析泵及气体湿度调节器，NO传感器，切换通路端接分析泵及CO传感器，CO过滤器。

Description

一种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置

技术领域

本发明涉及人体呼出气体分析领域。

背景技术

通过人体呼出气体的成分及其浓度的测量可以辅助医生诊断患者所患疾病，监控疾病状态及观察治疗效果等。

呼气一氧化氮（eNO）用于呼吸系统炎症的诊断与监测、呼气一氧化碳（eCO）用于呼吸系统及循环系统疾病的诊断与监测，这是由于内源性气体信号分子NO与CO分别由皮质细胞精氨酸氧化脱氨基及血红素分解产生，感染、过敏、创伤等致炎因子均可通过增加诱导性NO合成酶（iNOS）及血红素加氧酶（HO1）的表达而致使NO与CO浓度显著上升，并可通过呼出气分析定量测定。肺部炎症疾病导致eNO增加的有：支气管哮喘，上呼吸道病毒感染，支气管扩张，纤维化肺泡炎，导致eCO增加的有：哮喘，囊性纤维化，支气管扩张及呼吸道感染，而呼出气NO和CO浓度在类固醇治疗过程中均有着显著降低，这使得eNO与eCO联合检测手段在监测肺部炎症的有潜在的价值。

而现有技术中可以实现eNO与eCO联合检测的只有化学发光分析仪,其采用非分散红外线检测器可以同时检测分析1～10种气体，其中包括呼气NO与CO浓度，现有的化学发光分析仪包括法国ESA公司的固定源CEMS，法国OLDHAM公司的E6200型CEMS，英国XENTRA4900型CEMS，日本HORIBA公司的ENDA-600型系列CEMS等。

现有技术中对eNO和eCO进行采集并分析的仪器有Aerocrine,Inc.的MINO、VERO系列(US20040082872)及尚沃医疗电子的纳库仑呼气分析仪系列。其中Aerocrine,Inc.的产品只用于检测呼气中NO分子浓度，纳库仑呼气分析仪可分别检测呼气中NO及CO分子浓度，而不能实现eNO与eCO的同时测定。

这是由于eNO与eCO同时检测时需要考虑如下各种因素，技术上实现不易。

1)两种气体来源不同:eNO主要来自于呼吸系统，而eCO则来自于血液循环最后交换于肺泡中；

2)采集不同气体所需要的采用控制手段不同:对于eNO采样通过流量控制采集标准流量压力下的呼出气体，对于eCO采样需要监测呼气末端的肺泡气体；

3）现有其他检测手段（例如电化学传感器）的响应时间较慢，达到90%的响应时间一般大于10秒，在呼气的过程中对eNO或是eCO浓度进行实时测量是有困难的。

发明内容

本发明的目的是提供几种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，在受试者的一次呼气中区分实现呼气一氧化氮及呼气一氧化碳的采集，并分别或是同时进行分析测试，以克服上述方法的缺陷。

本发明的一种实现装置是由采样模块（100）与分析模块（200）构成，所述采样模块由流量调节器（101），截止阀（405），采样泵（601）串联组成，其中流量调节器（101）上连接有流量/压力传感器（201）和CO₂传感器（202），在流量调节器（101）及采样泵（601）之间并联了气室一（301）、与气室一前后相连的电磁阀一（401）、电磁阀六（406）和气室二（302）、与气室一前后相连的电磁阀二（402）、电磁阀七（407）；所述分析模块依次由气室一（301）、电磁阀一（401）或气室二（302）、电磁阀二（402），三通阀一（403），分析泵（602），三通阀二（404），气体湿度调节器（701），NO传感器（801），电磁阀六（406）或电磁阀七（407）构成循环气路；所述三通阀一（403）常通两端连接气室一（301）或气室二(302)前端和分析泵（602），切换通路两端连接气室一（301）或气室二(302)前端、NO过滤器（501）和分析泵（602）；所述三通阀二（404）常通两端连接分析泵（602）及气体湿度调节器（701），NO传感器（801），切换通路两端连接分析泵（602）及CO传感器（802），CO过滤器（502）。

对待测气体采集阶段：在受试者呼气开始时，打开截止阀（405），电磁阀一（401），电磁阀六（406），流量/压力传感器实时监测呼气流量，并将数据传输给流量控制器，流量控制器将该数据与预设的目标呼气流量进行比较，并及时调整呼气管路的通径，保证呼气流量按预先设定的流量变化规律变化，收集预设定流量下的呼出气体于气室一（301）中；然后关闭电磁阀一和六，打开电磁阀二和七，在受试者持续呼气时，CO₂传感器实时监测呼出气中的CO₂分压，根据CO₂分压判断呼气达到末端时，此时再呼气一段时候后的末端呼出气体收集于气室二（302）中，关闭电磁阀二和七。

对待测气体分析阶段：NO分析与CO分析为独立两个分析气路循环。对呼出气NO分析时，打开电磁阀一和六，气体在气室一（301），三通阀一（403），分析泵（602），三通阀二（404），气体湿度调节器（701），NO传感器（801）之间循环一至二个周期后，切换三通阀一（403），分析零点气，根据NO每次循环的电流值及零点气体的电流值，计算呼气NO浓度；对呼出气CO分析时，打开电磁阀二和七，同时关闭电磁阀一和六，切换三通阀二（404），气体在气室二（302），三通阀一（403），分析泵（602），三通阀二（404），CO传感器（802），CO过滤器（502）之间循环，根据CO传感器两次记录的CO电流值及零点气体的电流值，计算呼气末端CO浓度。

本发明装置可利用浓度高于60ppb的NO气体，对NO传感器进行自标定。

以上装置是将呼出气NO测量部分气体与呼出气CO测量的部分气体分开采集并分开分析，若对于选择性较好的NO传感器而已（其对CO气体无任何响应）,同时不靠谱仪器自身的自标定性能，则装置可以简化。

本发明的另一种实现装置是由采样模块（100）与分析模块（200）构成，所述采样模块由流量调节器（101），截止阀（401），气室（301），采样泵（601）串联组成，其中流量调节器（101）上连接有流量/压力传感器（201）和CO₂传感器（202），所述截止阀（401）位于流量调节器和气室（301）之间的支气路上；所述分析模块依次由气室（301），气体湿度调节器（701），NO传感器（801），CO传感器（802），分析泵（602），CO过滤器（502），NO过滤器（501）构成循环气路。

在受试者呼气开始时，打开流量调节器（101），截止阀（405），根据预设流量进行反馈调节，此时呼气直接排出大气，待排出约1~3个气道死腔体积Vaw后，打开抽气泵（601），以一定流量F将呼出气持续抽入气室体积的一半；同时CO₂传感器实时监测呼出气中的CO₂分压，当达到呼气末端时，再以相同流量继续抽满气室的另一半。此时要求气室为一根细长管，气室中气体流动为活塞流，轴向不存在混合。实际装置中，由于待测样品的浓度差，在分析气路中仍会存在一定的扩散。

这种装置的优点在于将截止阀置于分析气路前，抽气泵将符合要求的待测气体抽入气室中保存，根据这个优点设计了另一款呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，综合了上述两种装置的优势，使其对于一些呼气比较困难的人群，其难以在一次呼气中满足采样要求的，可以多呼几口气，每次抽取符合要求的一部分，降低的采样的要求。

本发明的另一种实现方式是由采样模块（100）与分析模块（200）构成，所述采样模块由流量调节器（101），截止阀（405），采样泵（601）串联组成，其中流量调节器（101）上连接有流量/压力传感器（201）和CO₂传感器（202），所述截止阀（405）位于流量调节器和气室之间的支气路上，在流量调节器（101）及采样泵（601）之间并联了气室一（301）、与气室一前后相连的电磁阀一（401）、电磁阀六（406）和气室二（302）、与气室一前后相连的电磁阀二（402）、电磁阀七（407）；所述分析模块依次由气室一（301）、电磁阀一（401）或气室二（302）、电磁阀二（402），三通阀一（403），分析泵（602），三通阀二（404），气体湿度调节器（701），NO传感器（801），电磁阀六（406）或电磁阀七（407）构成循环气路；所述三通阀一（403）常通两端连接气室一（301）或气室二(302)前端和分析泵（602），切换通路两端连接气室一（301）或气室二(302)前端、NO过滤器（501）和分析泵（602）；所述三通阀二（404）常通两端连接分析泵（602）及气体湿度调节器（701），NO传感器（801），切换通路两端连接分析泵（602）及CO传感器（802），CO过滤器（502）。

在受试者呼气开始时，打开截止阀（405），根据预设流量进行反馈调节，此时呼气直接排出大气，待排出约1~3个气道死腔体积Vaw后，打开抽气泵（601），电磁阀一（401），电磁阀六（406），以一定流量F将呼出气持续抽入气室一中，气室一采满后，关闭电磁阀一和六，打开电磁阀二和七，同时CO₂传感器实时监测呼出气中的CO₂分压，当达到呼气末端时，抽气入气室二，气室二采满后抽气泵停止。

当受试者一次呼气不能充满气室一和/或气室二时，可以重复呼气，装置每次采集符合要求的待测气体到相应的气室，直至充满气室一和气室二。

本发明提供了几种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，在受试者的一次呼气中区分实现呼气一氧化氮及呼气一氧化碳的采集，并分别或是同时进行分析测试，实现呼气一氧化碳和呼气一氧化氮的联合检测。

附图说明

图1一种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置1。

图2一种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置1的简化。

图3一种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置2。

图4一种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置3。

具体实施方式

具体实施方式一

本发明装置由采样模块（100）与分析模块（200）构成，所述采样模块由流量调节器（101），截止阀（405），采样泵（601）串联组成，其中流量调节器（101）上连接有流量/压力传感器（201）和CO₂传感器（202），在流量调节器（201）及采样泵（601）之间并联了气室一（301）、与气室一前后相连的电磁阀一（401）、电磁阀六（406）和气室二（302）、与气室一前后相连的电磁阀二（402）、电磁阀七（407）；所述分析模块依次由气室一（301）、电磁阀一（401）或气室二（302）、电磁阀二（402），三通阀一（403），分析泵（602），三通阀二（404），气体湿度调节器（701），NO传感器（801），电磁阀六（406）或电磁阀七（407）构成循环气路；所述三通阀一（403）常通两端连接气室一（301）或气室二(302)前端和分析泵（602），切换通路两端连接气室一（301）或气室二(302)前端、NO过滤器（501）和分析泵（602）；所述三通阀二（404）常通两端连接分析泵（602）及气体湿度调节器（701），NO传感器（801），切换通路两端连接分析泵（602）及CO传感器（802），CO过滤器（502）。

以下为使用本发明装置对NO、CO标准气及人体口呼气中的NO及CO浓度的测试结果：表格1NO准确性测试记录表

表格2CO准确性测试记录

表格3eNO口呼气重复性测试记录表

表格4eNO口呼气重复性测试记录表

具体实施方式二

另一种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，由采样模块（100）与分析模块（200）构成，所述采样模块由流量调节器（101），截止阀（401），气室（301），采样泵（601）串联组成，其中流量调节器（101）上连接有流量/压力传感器（201）和CO₂传感器（202），所述截止阀（401）位于流量调节器和气室（301）之间的支气路上；所述分析模块依次由气室（301），气体湿度调节器（701），NO传感器（801），CO传感器（802），分析泵（602），CO过滤器（502），NO过滤器（501）构成循环气路。

在受试者呼气开始时，打开流量调节器（101），截止阀（405），根据预设流量进行反馈调节，此时呼气直接排出大气，待排出约1~3个气道死腔体积Vaw后（约300ml），打开抽气泵（601），以10ml/s的流量将呼出气持续抽入气室体积的一半（约30ml）；同时CO₂传感器实时监测呼出气中的CO₂分压，当达到呼气末端时，再以相同流量继续抽满气室的另一半（30ml）。此时要求气室为一根细长管，气室中气体流动为活塞流，轴向不存在混合。NO传感器的选择性要求较高，即NO传感器对CO气体尽量无响应。

具体实施方式三

另一种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，由采样模块（100）与分析模块（200）构成，所述采样模块由流量调节器（101），截止阀（405），采样泵（601）串联组成，其中流量调节器（101）上连接有流量/压力传感器（201）和CO₂传感器（202），所述截止阀（405）位于流量调节器和气室之间的支气路上，在流量调节器（201）及采样泵（601）之间并联了气室一（301）、与气室一前后相连的电磁阀一（401）、电磁阀六（406）和气室二（302）、与气室一前后相连的电磁阀二（402）、电磁阀七（407）；所述分析模块依次由气室一（301）、电磁阀一（401）或气室二（302）、电磁阀二（402），三通阀一（403），分析泵（602），三通阀二（404），气体湿度调节器（701），NO传感器（801），电磁阀六（406）或电磁阀七（407）构成循环气路；所述三通阀一（403）常通两端连接气室一（301）或气室二(302)前端和分析泵（602），切换通路两端连接气室一（301）或气室二(302)前端、NO过滤器（501）和分析泵（602）；所述三通阀二（404）常通两端连接分析泵（602）及气体湿度调节器（701），NO传感器（801），切换通路两端连接分析泵（602）及CO传感器（802），CO过滤器（502）。

Claims

1.一种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，由采样模块（100）与分析模块（200）构成，其特征在于：所述采样模块由流量调节器（101），截止阀（405），采样泵（601）串联组成，其中流量调节器（101）上连接有流量/压力传感器（201）和CO₂传感器（202），在流量/压力调节器（201）及采样泵（601）之间并联了气室一（301）、与气室一前后相连的电磁阀一（401）、电磁阀六（406）和气室二（302）、与气室一前后相连的电磁阀二（402）、电磁阀七（407）；所述分析模块依次由气室一（301）、电磁阀一（401）或气室二（302）、电磁阀二（402），三通阀一（403），分析泵（602），三通阀二（404），气体湿度调节器（701），NO传感器（801），电磁阀六（406）或电磁阀七（407）构成循环气路；所述三通阀一（403）常通两端连接气室一（301）或气室二(302)前端和分析泵（602），切换通路两端连接气室一（301）或气室二(302)前端、NO过滤器（501）和分析泵（602）；所述三通阀二（404）常通两端连接分析泵（602）及气体湿度调节器（701），NO传感器（801），切换通路两端连接分析泵（602）及CO传感器（802），CO过滤器（502）。

2.如权利要求1所述的呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，其特征在于：在受试者呼气开始时，打开截止阀（405），电磁阀一（401），电磁阀六（406），流量/压力传感器实时监测呼气流量，并将数据传输给流量控制器，流量控制器将该数据与预设的目标呼气流量进行比较，并及时调整呼气管路的通径，保证呼气流量按预先设定的流量变化规律变化，收集预设定流量下的呼出气体于气室一（301）中；在受试者持续呼气时，CO₂传感器实时监测呼出气中的CO₂分压，根据CO₂分压判断呼气达到末端，采集末端呼出气体收集于气室二（302）中。

3.如权利要求1所述的呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，其特征在于：对待测气体进行分析时，NO测试气路与CO测试气路为独立两个分析气路循环；对呼出气NO分析时，打开电磁阀一(401)，气体在气室一（301），三通阀一（403），分析泵（602），三通阀二（404），气体湿度调节器（701），NO传感器（801）之间循环一至二周期后，切换三通阀一（403），分析零点气，根据NO每次循环的电流值及零点气体的电流值，计算呼气NO浓度。

4.如权利要求3所述的呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，其特征在于：利用浓度高于60ppb的NO气体，可对NO传感器进行自标定。

5.一种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，由采样模块（100）与分析模块（200）构成，其特征在于：所述采样模块由流量调节器（101），截止阀（401），气室（301），采样泵（601）串联组成，其中流量调节器（101）上连接有流量/压力传感器（201）和CO₂传感器（202），所述截止阀（401）位于流量调节器和气室（301）之间的支气路上；所述分析模块依次由气室（301），气体湿度调节器（701），NO传感器（801），CO传感器（802），分析泵（602），CO过滤器（502），NO过滤器（501）构成循环气路。

6.如权利要求5所述的呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，其特征在于：在受试者呼气开始时，打开流量调节器（101），截止阀（405），根据预设流量进行反馈调节，此时呼气直接排出大气，待排出约1~3个气道死腔体积Vaw后，打开抽气泵（601），以10~20ml/s的流量F将呼出气持续1~3s的时间t1抽入气室中；同时CO₂传感器实时监测呼出气中的CO₂分压，当达到呼气末端时，抽气泵以20~60ml/s的流量继续抽气1~3s的时间t2后停止。

7.如权利要求5所述的呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，其特征在于：所述气室为一细长管，气体在气室中运动为活塞流运动；所述NO传感器对CO无响应。

8.一种呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，由采样模块（100）与分析模块（200）构成，其特征在于：所述采样模块由流量调节器（101），截止阀（405），采样泵（601）串联组成，其中流量调节器（101）上连接有流量/压力传感器（201）和CO₂传感器（202），所述截止阀（405）位于流量调节器和气室之间的支气路上，在流量调节器（201）及采样泵（601）之间并联了气室一（301）、与气室一前后相连的电磁阀一（401）、电磁阀六（406）和气室二（302）、与气室一前后相连的电磁阀二（402）、电磁阀七（407）；所述分析模块依次由气室一（301）、电磁阀一（401）或气室二（302）、电磁阀二（402），三通阀一（403），分析泵（602），三通阀二（404），气体湿度调节器（701），NO传感器（801），电磁阀六（406）或电磁阀七（407）构成循环气路；所述三通阀一（403）常通两端连接气室一（301）或气室二(302)前端和分析泵（602），切换通路两端连接气室一（301）或气室二(302)前端、NO过滤器（501）和分析泵（602）；所述三通阀二（404）常通两端连接分析泵（602）及气体湿度调节器（701），NO传感器（801），切换通路两端连接分析泵（602）及CO传感器（802），CO过滤器（502）。

9.如权利要求8所述的呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，其特征在于：在受试者呼气开始时，打开截止阀（405），根据预设流量进行反馈调节，此时呼气直接排出大气，待排出约1~3个气道死腔体积Vaw后，打开抽气泵（601），电磁阀一（401），电磁阀六（406），以10~20ml/s的流量F将呼出气持续1~3s抽入气室一中，气室一充满后，关闭电磁阀一和六，打开电磁阀二和七，同时CO₂传感器实时监测呼出气中的CO₂分压，当达到呼气末端时，抽气1~3s，气室二充满后，抽气泵停止。

10.如权利要求9所述的呼气一氧化氮和一氧化碳浓度的测量装置，其特征在于：当受试者一次呼气不能充满气室一和/或气室二时，可以重复呼气，装置每次采集符合要求的待测气体到相应的气室，直至充满气室一和气室二。