CN105388278B

CN105388278B - 一种手持式呼吸过滤装置

Info

Publication number: CN105388278B
Application number: CN201510881094.2A
Authority: CN
Inventors: 汪振胜; 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: 2017-12-19
Anticipated expiration: 2035-12-04
Also published as: CN105388278A

Abstract

本发明涉及了一种手持式呼吸过滤及分析装置，包括：上盖（4）、外壳（1a）、外壳（1b）、以及滤腔（21）和滤腔（22）、分流板（3）、中隔板（4）分流板（31），中隔板（4）上安装有一组单向阀(13)，装置的上盖（1）的前置部分包括可以贴合口腔的吹嘴（17），装置吸气时气流从外壳（1b）的底部开口（19）进入，经过滤腔（21）、滤腔（22）、分流板（31）、中隔板（4）上的一组单向阀(13)、分流板（3）和上盖（4）前端所接的吹嘴（17），吸入人体，呼气时气流从吹嘴（17）进入分流板（3）、中隔板（4）、进入管腔（20）通过管接头（14）连接分析仪器（29）的管路，呼气进入分析仪器（29）。

Description

一种手持式呼吸过滤装置

技术领域

本发明涉及一种内源性呼出气体检测领域使用的手持呼吸过滤装置。

背景技术

呼出气NO作为国际公认的无创性气道炎症标志物，已经用于呼吸系统疾病常规检测。美国胸科学会（ATS）与欧洲呼吸学会（ERS）于2005年联合制定了国呼出气NO测定的技术标准，要求受试者使用一次性细菌病毒过滤器，首先吸入NO含量低于5ppb的空气，然后保持5-20cmH₂O的压力恒速呼气，同时在整个呼气与吸气过程中防止漏气，保障呼气测试的安全有效性。

目前，呼出气NO测定产品采用的大都是ATS与ERS技术标准推荐的技术。该技术由一个由呼吸端、呼气端与吸气端的三通结构构成，呼吸端通过一个一次性细菌病毒过滤器连接到受试者的口部，用于吸气与呼气，防止交叉感染；吸气端通过吸气单向阀连接一个过滤NO的高锰酸钾滤盒，受试者由此吸入空气；呼气端通过一个呼气单向阀连接到分析NO的仪器，受试者由此进行呼气测试。这种装置实现的关键是满足ATS与ERS技术标准对呼气测试安全有效性的量化要求。

在本发明实施期间，一项专利申请US20150105684A1或CN104244819A公开了一种手持装置，该装置的主要特点是有一个平行于呼气及吸气气流方向的内置式NO滤盒与控制气体进出该滤盒的一组单向阀。受试者手持该装置呼气与吸气时，依靠气流产生的径向压力关闭与开启控制气体进出滤盒的单向阀。这种一体化设计的主要问题是：(1)受试者必须用力呼气或吸气，才能产生垂直于气流方向的足够的径向压力，关闭或开启单向阀；(2)单向阀即便开启后，也仅有部分气流经过滤料，过滤效果不佳或死体积较大；(3)其中所用的高锰酸钾滤料虽然过滤了NO，但同时氧化产生的NO₂及SO₂等对人体有刺激有害会吸入体内；(4)一旦单向阀开启或关闭失效或过滤无效，难以更换滤盒，必须更换整个手持式装置；(5)细菌病毒过滤器是咬口设计，受试者必须口含过滤器，即不安全，也由于含不紧而容易漏气。

本发明通过对呼气与吸气动量与质量传递的模拟及设计，克服了上述发明的缺陷，显著提升了呼出气NO测试的便利性、安全性和有效性。

发明内容

本发明针对以上问题而提出的手持式呼吸过滤装置的方案，在患者呼气和吸气过程中，便利性、安全性和有效性得到大大提高。外壳和上盖组合成一套筒状式结构，流线型设计方便手持，吹嘴贴合人面部设计方便呼气吸气；吸气和呼气的通路进行细菌和粉尘过滤，防止交叉感染；将滤腔放置在内部，外壳和上盖设计可以拆卸更换湿化纸和滤料，大大提高使用寿命；吸气和呼气两个通道互相隔绝，保证气密性能，保证呼气测试分析准确；插针的加入可以连接气袋，上盖的开口处可用一密闭上盖封住，从而进行空气零点参考值的检测。

本发明涉及了一种手持式呼吸过滤装置，包括：上盖（4）、外壳（1a）、外壳（1b）、分流板（3）、中隔板（2）、一组单向阀膜片（13）、分流板（31）及中间的滤腔（21）和滤腔（22），其中外壳（1b）的底部有一个开口（19），上盖（4）前端包括一个空腔（23）。开口（19）确保大于中隔板上通风孔（26）、通风孔（34）、吹嘴（17）上通风孔（30）面积。

所述装置分为吸气通路和呼气通路，吸气通路由外壳（1b）的开口（19）、滤腔（21）、滤腔（22）、分流板（34）、中隔板（2）、分流板（3）、湿化纸（10）及吹嘴（17）组成；呼气通路由吹嘴（17）、湿化纸（10）、分流板（3）、中隔板（2）、管腔（20）组成，吸气通路与呼气通路通过O型圈（15）、（16）、（33）进行密封，彼此独立。吸气时过滤棉（5）、过滤棉（6）、过滤棉（7）过滤空气中的粉尘等，细菌过滤棉（9）过滤空气中的粉尘和细菌等；呼气时细菌过滤棉（18）、（8）过滤呼出气体中唾液、飞沫、食物残渣、细菌。呼气时通过控制湿化纸（10）的大小和高度以及连接插针（25）的口径来实现呼气阻力控制，保证呼气阻力在5-10cmH₂O柱，来确保呼气时软腭关闭，使得上下呼吸道隔绝。

所述装置中必须保证呼气通道和吸气通道之间完全隔绝，保证气密性能，中隔板（2）上需平均分布一组单向阀膜片（13），根据单向阀膜片的流体力学分析来看，需要保证呼气时单向阀膜片完全关闭，吸气时单项阀膜片开启阻力小，现装置内中隔板（2）上下分别有分流板（3）、分流板（31），其中分流板（3）、分流板（31）上对应单向阀膜片位置均布一组通风孔（见图3），进行气流分布设计分析（见图4），进行分流设计；保证呼气吸气时单向阀膜片有效的开启和关闭。气流直接垂直作用于单向阀，无死腔体积产生。

所述手持式吸气过滤装置中的滤腔（21）和滤腔（22）填充滤料（11）和滤料（12）用于过滤吸入气体中的待测组分，当进行呼气一氧化氮测试时，滤料（11）的过滤材料为高锰酸钾KMnO₄或与适量级碳结合的高锰酸钾KMnO₄；滤料（12）为柱状活性炭，且滤料（11）与滤料（12）的体积比为3:1。另外滤料（11）与滤料（12）的体积比也可以为2:1。高锰酸钾将NO等污染物氧化和吸收，活性炭进行吸附氧化后的NO₂及SO₂等。滤腔体积与寿命、吸气阻力息息相关。滤腔体积越大，寿命越长；滤料颗粒越大，阻力越小；根据患者能够适应的阻力范围，吸气阻力范围在5-10cmH₂O柱最为适应。滤腔体积设计为100mL左右，手持部分最大外径为50±5 mm，方便患者手持，滤腔高度设计为75±5mm，滤料高锰酸钾KMnO₄选用直径为3-5mm，柱状活性炭规格为2mm。确保吸气阻力范围在5-10cmH₂O柱。并且保证在通常的城市环境下，从吸气通道到达吹嘴（17）的空气中一氧化氮浓度小于5ppb。

上盖（4）前端空腔（23）可插入吹嘴（17），吹嘴（17）采用贴合人脸设计，漏斗状，不需要进行口含使用，贴合嘴部脸型设计，防止漏气，方便患者呼气吸气。且吹嘴（17）内部进行超声焊接细菌过滤棉（18）单人单次使用，防止患者交叉感染。

外壳（1a）和上盖（4）采用扣合连接或螺纹连接，外壳（1a）和上盖（4）打开后，其中的湿化纸（10）可以拆卸更换。外壳（1a）和外壳（1b）采用扣合连接或螺纹连接，外壳（1a）和外壳（1b）打开后，其中的滤料（11）与滤料（12）可以更换。外壳（1a）、外壳（1b）和上盖（4）连接后组合成套筒状一体式流线型结构，符合人体工程学，方便手持。

用密封上盖（24）可将上盖（4）中的空腔（23）封闭，外界气体在装置中的运动轨迹为U形，进气气流从外壳（1b）的底部开口（19）进入，经过滤腔（21）、滤腔（22）、分流板（31）、中隔板（2）、一组单向阀膜片（13）处，出气气流从一组单向阀膜片（13）、中隔板（2）、通过管腔（20）连接插针（25）进入测试仪器（29），此时进入测试仪器（29）中的气体为空气中过滤了待测组分的零参考气流。

本发明解决了在呼气检测时，吸气时环境空气中待测组分的干扰，呼气时呼出气体中其他杂质的干扰，并在实现此功能的基础上进行了改进，使得吸气和呼气各有一段独立的通路，并采用细菌过滤棉过滤，防止交叉感染。

本发明结构简单，外壳加上盖的设计使其可以拆卸更换湿化纸和滤料，延长了使用寿命，他们组合成一套筒状式结构，人体工程学设计，方便手持，制造方便，易于推广实施，长期使用。

本发明中插针（25）的加入使得该装置可以直接连接气袋，而其上壳的开口处可用一密闭上盖（24）封住，从而可以直接进行空气零点参考值的检测。

附图说明

图1. 呼气分析装置以及手持式呼吸过滤装置的概要图。

图2. 本发明手持式呼吸过滤装置剖视图。

图3. 图2中分流板、中隔板对应截面示意图。

图4. 图2中分流板、中隔板呼气吸气时气体流向图。

图5. 图2中底部开口示意图。

图6. 本发明实施方式的变形例中手持式呼吸过滤装置的视图。

图7. 本发明实施方式的变形例中手持式呼吸过滤装置的视图。

图8. 本发明实施方式的变形例中手持式呼吸过滤装置的视图。

图9. 本发明实施方式的变形例中底部开口示意图。

具体实施例

图1概要图显示了呼气分析装置（29）以及手持式呼吸过滤装置(27)，以及连接的管路（28）。图2显示了吸气过滤装置的剖面，装置由上盖（4）、外壳（1a）外壳（1b）、分流板（3）、中隔板（2）、一组单向阀膜片（13）、分流板（31）及中间的滤腔（21）和滤腔（22）、管腔（20）、连接头（14）、插针（25），其中外壳（1b）的底部有一个开口（19），上盖（4）前端包括一个空腔（23）。

实施例一

利用该装置连接测试仪器（29），进行吸气时，测试仪器（29）内部通道关闭，气流从外壳（1b）的底部开口（19）进入，经过过滤棉（5）、滤腔（21）、过滤棉（6）、滤腔（22）、过滤棉（7）、细菌过滤棉（9），进入分流板（31）上通风孔（34）到达中隔板（2）开启一组单向阀（13），通过分流板（3）上通风孔（26），进过湿化纸（10）带走热和水气，经过上盖（4）前端（23）所接的吹嘴（17）上的细菌过滤棉（18），空气中一氧化氮等干扰气体被滤腔（11）、滤腔（12）中的滤料（11）、滤料（12）高锰酸钾和活性炭过滤后，无一氧化氮等干扰气体的空气被吸入人体。

进行呼气时呼出气气流从吹嘴（17），此时呼出气中的唾液、飞沫、余痰、食物残渣、细菌等被通过细菌过滤棉（18）过滤后，通过湿化纸（10）保存热和水气，干燥气体通过分流板（3）上通风孔（26），气流垂直作用于一组单向阀膜片（13），将单向阀膜片（13）完全关闭，气流进入管腔（20），通过连接头（14）、插针（25）连接测试仪器的管路（28）进入测试仪器（29）。

为了保证一组单向阀膜片（13）的有效开启和关闭，中隔板（2）上平均分布一组单向阀膜片（13），分流板（3）上通风口（26）对应分布。此结构保证吸气时单向阀膜片（13）直接对应于通风口（26）处，开启阻力最小；呼气时气流通过分流板（3）的通风口（26）垂直作用于单向阀膜片（13），将单向阀膜片（13）完全关闭，保证呼气通道和吸气通道完全隔绝。如图3所示，但单向阀膜片（13）不限于此数量。

细菌过滤棉（8）、（9）、（18）为带静电的超细聚丙烯纤维薄膜，采用超声焊接工艺安装。

实施例二

利用该装置进行零参考测试时，用密封上盖（24）可将上盖（4）的开口处（23）封闭，外界气体在装置中的运动轨迹为U形，进气气流从外壳（1）的底部开口（19）进入，经过过滤棉（5）、滤腔（21）、过滤棉（6）、滤腔（22）、过滤棉（7）、细菌过滤棉（9），进入分流板（31）上通风孔（34）到达中隔板（2）开启一组单向阀膜片（13），出气气流从中隔板（2）进入管腔（20），通过连接头（14）、插针（25）连接测试仪器（29）的管路（28）进入测试仪器（29），此时进入测试仪器（29）中的气体为空气中过滤了待测组分的零参考气流。

所述手持式吸气过滤装置中的滤腔（21）和滤腔（22）填充滤料（11）和滤料（12）用于过滤吸入气体中的待测组分，当进行呼气一氧化氮测试时，滤料（11）的过滤材料为高锰酸钾KMnO4或与适量级碳结合的高锰酸钾KMnO4；滤料（12）为柱状活性炭，且滤料（11）与滤料（12）的体积比为3:1。另外滤料（11）与滤料（12）的体积比也可以为2:1。

其他实施方式

以上，对于本发明进行了实施说明，但本发明不局限于上述实施方式，能在不脱离本发明的要求下加以各种变更。

变形实施例一：见图6，外壳（1）变化为整体式，在滤料寿命到期后及时更换整个装置。加工和装配更加方便，外观更加简洁美观。

变形实施例二：见图7，如果吸气通道过于冗长，可进行变更，外壳（1）变化为整体式，吸气通道处底部开口（19）可变换为图7所示，于外壳（1）底部外侧壁处，过滤棉（5）形状做相应改变；并对于分流板做简化设计，只安装分流板（2）。这样吸气通道进行减小，吸气阻力也会相应降低。

变形实施例三：见图8，外壳（1）变化为整体式，在滤料寿命到期后及时更换整个装置。外观更加简洁美观。取消下层分流板设计，将外壳（1）底部开口（19）结构变化为图9 所示，替代下层分流板。可以使整个装置更加轻巧便利。

按照以上发明实例进行模型加工，组装5台样品后进行测试，测得数据如下：

测试符合设计预期要求，进行受试者吸气呼气连接一氧化氮测试分析仪测试，测试环境为20℃，65% RH，受试者人数为10，每人进行3次测量，数据如下：

按照专利CN104244819A所述公开的一种手持装置，也进行模型加工验证，验证结果如下：吸气阻力＞10cmH₂O，受试者感受非常不适；呼气阻力＜5cmH₂O，不能有效关闭软腭，测试时上下呼吸道会产生互相干扰；呼气时会产生呼气泄露，导致测试值较正常值偏低情况。

以上测试均表明本发明能够提升测试分析的便利性、安全性和有效性。

本发明不限于显示和描述的实施例，但是任何变化和改进都在所附权利要求书的保护范围内。

Claims

1.一种手持式呼吸过滤装置，包括：上盖（4）、外壳一（1a）、外壳二（1b）及中间的滤腔一（21）和滤腔二（22）组成，其特征在于：所述装置分为吸气通路和呼气通路，所述吸气通路依次由外壳一（1b）的开口（19）、滤腔一（21）、滤腔二（22）、分流板一（31）、中隔板（2）、分流板二（3）、湿化纸（10）及吹嘴（17）组成；所述呼气通路依次由吹嘴（17）、湿化纸（10）、分流板二（3）、中隔板（2）、管腔（20）、插针（25）组成；所述中隔板（2）上分布一组单向阀膜片（13）；所述分流板一（31）和分流板二（3）上设有与中隔板（2）上的单向阀膜片（13）位置对应分布的通风孔；所述吹嘴（17）、上盖（4）、外壳一（1a）、外壳二（1b）、插针（25）按顺序串联；所述滤腔一（21）、滤腔二（22）、分流板一（31）、中隔板（2）、分流板二（3）、湿化纸（10）按顺序串联；所述上盖（4）、外壳（1a）、外壳（1b）由上至下连接；所述中隔板（2）上依次设有O型圈一（15）、O型圈二（16），分流板一（31）上设有O型圈三（33）；通过O型圈来进行密封，独立吸气通路和呼气通路；吸气时，气流从外壳（1b）的开口（19）进入，经过滤腔一（21）、滤腔二（22），进入分流板一（31）上通风孔到达中隔板（2）开启一组单向阀（13），通过分流板二（3）上通风孔，经过湿化纸（10）和吹嘴（17）上的细菌过滤棉（18）后进入人体；呼气时气流从吹嘴（17）流出，通过细菌过滤棉（18）和湿化纸（10）后到达分流板二（3）上通风孔，气流垂直作用于一组单向阀膜片（13），将单向阀膜片完全关闭，气流进入管腔（20），通过连接头（14）、插针（25）连接测试仪器的管路（28）进入测试仪器（29）。

2.根据权利要求1所述的手持式呼吸过滤装置，其特征在于：整个装置的吸气阻力为5-10cmH2O, 呼气阻力为5-10cmH2O。