CN106053387B - 一种呼出气体检测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及医学检测技术领域，尤其涉及一种用于检测呼出气体浓度的方法及装置，该呼出气体检测装置，包括气路系统、检测系统和控制系统；气路系统包括气室，气室通过管路分别连接有进样室和真空泵，气室上还连接有氮气管路，气室与进样室之间的管路上、真空泵与气室之间的管路上及氮气管路上均设有电磁阀；检测系统包括压力计及气体浓度检测计；控制系统包括控制器。本发明提供的一种呼出气体检测方法及装置，检测过程中，采用非在线检测的方式，预先收集待测气体，避免现场检测时检测者呼吸方式的扰动影响，同时，采用充氮气的方式，测量得到不同的目标气体(氢气、甲烷)的浓度，测量精度更高，使得最终疾病分析结果更准确。
Description
技术领域
本发明涉及医学检测技术领域，尤其涉及一种用于检测呼出气体浓度的呼出气体检测方法及装置。
背景技术
人体细胞在正常的新陈代谢中是不产生氢气、甲烷气体的；然而，消化系统中的某些细菌在酶的作用下，分解碳水化合物会产生氢气、甲烷等气体。因此，这两种气体的浓度水平可以反映出人体消化系统中这些细菌的状态，进而可以判断与此相关的消化吸收疾病，例如坏死性小肠炎、小肠细菌过渡生长、大肠癌、某些蛋白水解酶缺乏乳糖(蔗糖)吸收不良综合症等。
由此可知，检测呼出气体的浓度是判断这些疾病的一种重要的临床手段。但是，目前并没有相应的方法及装置能够快速精确的检测处呼出气体中氢气、甲烷气体等气体的浓度含量。
发明内容
本发明的目的在于提出一种呼出气体检测方法及装置，以解决现有技术中存在的没有相应的方法及装置能够快速精确的检测处呼出气体中各气体浓度含量的。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种呼出气体检测方法，其特征在于，包括以下步骤；
清洗处理：将待测气室进行抽气、充氮气操作，重复抽充至少3次，使气室内除氮气外无其他成分气体；
导入待测气体：将预先收集的待测气体导入到进样室中，以备检测使用；
检测：将进样室中的待测气体导入到气室中，通过气室中的检测系统检测气体中各成分的浓度及气室中的压力；
稀释检测：逐次向气室内通入氮气，并通过气室中的检测系统检测不同压力、不同稀释程度下气体中各成分的浓度。
进一步的，检测完成后，重复对气室进行清洗处理，清洗完成后关闭所有与气室连通的管路。
进一步的，对气室进行抽气、充氮气操作时，抽气压力到10Pa以下，充气压力到100kPa至120kPa之间。
本发明还提供了一种呼出气体检测装置，包括气路系统、检测系统和控制系统；
所述气路系统包括气室，所述气室通过管路分别连接有进样室和真空泵，所述气室上还连接有氮气管路，所述气室与所述进样室之间的管路上、所述真空泵与所述气室之间的管路上及所述氮气管路上均设有电磁阀；
所述检测系统包括与所述气室连接的压力计及气体浓度检测计；
所述控制系统包括控制器，所述控制器与所述真空泵、所述电磁阀、所述压力计及所述气体浓度检测计连接。
进一步的，所述气体浓度检测计包括氢气检测计和甲烷检测计。
进一步的，所述控制器包括可调谐半导体激光器。
进一步的，所述进样室与所述气室之间的所述管路分别包括第一管路和第二管路，所述第一管路的一端与所述进样室连接，所述第二管路的一端与所述气室连接，所述电磁阀设于所述第二管路上；
所述第一管路与所述第二管路之间可拆卸连接，所述第一管路上设有第一手阀。
进一步的，所述第二管路远离所述气室的一端设有第二手阀。
进一步的，所述气室连接有温度测量仪。
本发明提供的一种呼出气体检测方法及装置，使用时，进样室内输送已经采集好的待测气体，通过检测系统测得待测气体中各气体成分的浓度值，并将该浓度值输送给控制系统。
该呼出气体检测方法及装置，检测过程中，采用非在线检测的方式，预先收集待测气体，避免现场检测时检测者呼吸方式的扰动影响，同时，采用充氮气的方式，测量得到不同的目标气体(氢气、甲烷)的浓度，测量精度更高，使得最终疾病分析结果更准确。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的呼出气体检测方法的流程框图；
图2是本发明实施例2提供的呼出气体检测装置的结构框图。
图中：
1、气室；2、进样室；3、真空泵；4、氮气管路；5、电磁阀；6、控制器；7、压力计；8、氢气检测计；9、甲烷检测计；10、第一手阀；11、第二手阀；12、温度测量仪。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1所示，一种呼出气体检测方法，包括以下步骤；
清洗处理：将待测气室进行抽气、充氮气操作，重复抽充至少3次，使气室内除氮气外无其他成分气体；
导入待测气体：将预先收集的待测气体导入到进样室中，以备检测使用；
检测：将进样室中的待测气体导入到气室中，通过气室中的检测系统检测气体中各成分的浓度及气室中的压力；
稀释检测：逐次向气室内通入氮气，并通过气室中的检测系统检测不同压力、不同稀释程度下气体中各成分的浓度。
该检测方法的特点在于：
1、采用非在线采集的检测方式，预先收集待测气体，检测时，将待测气体导入进样室内，通过进样室向气室内输送，此种形式避免检测者的呼气方式对检测产生影响；
2、采用真空泵与氮气管路相结合的形式，实现了抽气和充气的操作，既能实现清洁处理，且检测时可对待测气体进行稀释，测量不同气压、不同稀释浓度下目标气体的浓度，取均值可以得到气体浓度CH2和CCH4。
3、通过检测系统检测出待测气体中目标气体的浓度，具体的，检测出目标气体的浓度后，将浓度信息传输给控制系统，控制系统通过使用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术进行亚ppm级别的分析检测，该技术具有高选择性、速度快，灵敏度高等优点。
检测完成后，重复对气室进行清洗处理，清洗完成后关闭所有与气室连通的管路。检测完成后进行的清洗处理，其目的是避免下次使用时，积存的气体对检测产生影响。而且下一次检测时，首先进行的也是清洗处理，进一步的降低的原有气体对测试结果的影响，检测时精度更高。
对气室进行抽气、充氮气操作时，抽气压力到10Pa以下，充气压力到100kPa至120kPa之间。
检测过程中，待测气体中的目标气体包括多种，包括氢气、甲烷等可以评测身体状况的气体，其最小检出浓度为0.1ppm，分辨率为0.1ppm；
实施例2
如图2所示，一种呼出气体检测装置，包括气路系统、检测系统和控制系统；
气路系统包括气室1，气室1通过管路分别连接有进样室2和真空泵3，气室1上还连接有氮气管路4，气室1与进样室2之间的管路上、真空泵3与气室1之间的管路上及氮气管路4上均设有电磁阀5；
检测系统包括与气室1连接的压力计7及气体浓度检测计；
控制系统包括控制器6，控制器6与真空泵3、电磁阀5、压力计7及气体浓度检测计连接。
该呼出气体检测装置的检测流程是为气路系统输送待测气体，由检测系统进行检测，控制系统控制检测过程中的动作操作，且进行检测数据分析。
气体浓度检测计包括氢气检测计8和甲烷检测计9。该呼出气体检测装置主要检测氢气和甲烷的浓度，即相应的使用氢气检测计8和甲烷检测计9，若需要检测其他气体浓度，也可设置相应的检测计。
控制器6包括可调谐半导体激光器。通过可调谐半导体激光器采用可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术进行亚ppm级别的分析检测，该技术具有高选择性、速度快，灵敏度高等优点。
进样室2与气室1之间的管路分别包括第一管路和第二管路，第一管路的一端与进样室2连接，第二管路的一端与气室1连接，电磁阀5设于第二管路上；
第一管路与第二管路之间可拆卸连接，第一管路上设有第一手阀10。
进样室2设置为可拆卸结构，充气时，将第一管路与第二管路之间分离，通过第一管路将待测气体冲入到进样室2中，具体的操作时，第一手阀10处于关闭状态，将第一管路与第二管路分离后，第一管路上连接待测气体的气源，之后，打开第一手阀10，待测气体冲入到进样室2内，进样室2为可收缩结构，正常态体积为0，冲入待测气体后体积逐渐增大。
待测气体冲入完毕后，关闭第一手阀10，并将第一管路与第二管路连通，以备后续的检测使用。
第二管路远离气室1的一端设有第二手阀11。
第二管路与第一管路连通，将待测气体送入到气室1内，其中，第二管路的由电磁阀5控制，但是，为了进一步避免混入其他气体，在第二管路的端部设置第二手阀11，避免第一管路与第二管路拆装过程中，其他成分的气体进入，影响测量精度。
气室1连接有温度测量仪12。气室1上的温度测量仪12作用是测量气室1的温度，整个检测过程中反馈气室1的温度信息，确保检测可在正常温度下进行，提高测量的准确性。
具体操作方式：
(1)打开真空泵，关闭第二手阀和打开第二管路上的电磁阀；控制氮气管道上的电磁阀和真空泵处的电磁阀，对气室进行抽气、充氮气操作，充气压力到100kPa至120kPa之间，抽气压力到10Pa以下，共充抽3次以上，然后关闭这三个电磁阀，记录压力P；
(2)关闭第一手阀，并将进样室卸下，之后，开启第一手阀向进样室内通入待测气体，关闭第一手阀，将第一管路与第二管路连接，待向气室充入待测气体；
(3)打开第一手阀、第二手阀、第二管路上的电磁阀，待测气体流入气室，充气完成后，关闭这第一手阀和第二手阀，通过气体浓度检测系统(读数为CX0’，单位ppm)获得目标气体的浓度CX0(x为气体名称)，并且气室压力P0；则，
其中，Pa为大气压，VS为进样室体积，Vg为气室体积，x为氢气或者甲烷，Q为初始稀释系数，因为反应室未充气时的压力P<<Pa，Q可视为1。
(4)气室通入不同量的氮气，压力为Pi(i为通入氮气次数1，2，3，4……)，压力不可以超过120kPa，气体检测仪的读数为Cxi’，目标气体浓度为分析数据可以得到不同目标气体的浓度Cx；则
其中，Pi为i次用氮气稀释后的气室压力。通过氮气稀释得到不同的目标气体浓度，取均值可以得到气体浓度CH2和CCH4。
(5)重复步骤(1)，对气室的腔室进行清洗，防止对下次检测的干扰；关闭第一手阀和第二手阀及电磁阀，关闭真空泵，关闭控制系统。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种呼出气体检测装置，其特征在于，包括气路系统、检测系统和控制系统；
所述气路系统包括气室(1)，所述气室(1)通过管路分别连接有进样室(2)和真空泵(3)，所述气室(1)上还连接有氮气管路(4)，所述气室(1)与所述进样室(2)之间的管路上、所述真空泵(3)与所述气室(1)之间的管路上及所述氮气管路(4)上均设有电磁阀(5)；
所述检测系统包括与所述气室(1)连接的压力计(7)及气体浓度检测计；
所述控制系统包括控制器(6)，所述控制器(6)与所述真空泵(3)、所述电磁阀(5)、所述压力计(7)及所述气体浓度检测计连接。
2.根据权利要求1所述的呼出气体检测装置，其特征在于，所述气体浓度检测计包括氢气检测计(8)和甲烷检测计(9)。
3.根据权利要求1所述的呼出气体检测装置，其特征在于，所述控制器(6)包括可调谐半导体激光器。
4.根据权利要求1所述的呼出气体检测装置，其特征在于，所述进样室(2)与所述气室(1)之间的所述管路分别包括第一管路和第二管路，所述第一管路的一端与所述进样室(2)连接，所述第二管路的一端与所述气室(1)连接，所述电磁阀(5)设于所述第二管路上；
所述第一管路与所述第二管路之间可拆卸连接，所述第一管路上设有第一手阀(10)。
5.根据权利要求4所述的呼出气体检测装置，其特征在于，所述第二管路远离所述气室的一端设有第二手阀(11)。
6.根据权利要求1所述的呼出气体检测装置，其特征在于，所述气室(1)连接有温度测量仪(12)。
7.一种呼出气体检测方法，采用权利要求1-6任意一项所述的呼出气体检测装置，其特征在于，包括以下步骤；
清洗处理：将待测气室进行抽气、充氮气操作，重复抽充至少3次，使气室内除氮气外无其他成分气体；
导入待测气体：将预先收集的待测气体导入到进样室中，以备检测使用；
检测：将进样室中的待测气体导入到气室中，通过气室中的检测系统检测气体中各成分的浓度及气室中的压力；
稀释检测：逐次向气室内通入氮气，并通过气室中的检测系统检测不同压力、不同稀释程度下气体中各成分的浓度。
8.根据权利要求7所述的呼出气体检测方法，其特征在于，还包括：检测完成后，重复对气室进行清洗处理，清洗完成后关闭所有与气室连通的管路。
9.根据权利要求7所述的呼出气体检测方法，其特征在于，对气室进行抽气、充氮气操作时，抽气压力到10Pa以下，充气压力到100kPa至120kPa之间。
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