CN107374636A - 可防止交叉感染的用于肺功能测定的流量传感器 - Google Patents

可防止交叉感染的用于肺功能测定的流量传感器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种可防止交叉感染的用于肺功能测定的流量传感器，为中空管结构，包括主通气管及设于主通气管管壁的取压孔，主通气管外壁上设有与取压孔气体相通的取压孔柱，所述取压孔柱内部空腔的体积大小满足以下条件：在肺功能检测过程中，测试者呼出或吸入的气体通过取压孔进入取压孔柱，并被保持在取压孔柱内而不会接触到流量传感器以外的连接管路。本发明所述的流量传感器可以隔离细菌或病毒等污染物进入肺功能检测仪的其他管路或腔体，可避免肺功能测试过程中的交叉感染。

Description

可防止交叉感染的用于肺功能测定的流量传感器
技术领域
本发明涉及肺功能检测领域，尤其涉及能防止交叉感染的肺功能流量传感器。
背景技术
现有市场上肺功能仪器、肺活量计等产品，均采用咬嘴加一次性呼吸过滤器的方法避免交叉感染，虽然咬嘴和过滤器都是一次性使用，但是一次性呼吸过滤器不能选择过滤效率最高的过滤器，过滤效率越高，虽然隔离效果越好，但是对气流的阻力也越大，对肺功能测定的气体流量影响也会越大，使测定的误差变大，因此一次性呼吸过滤器只能兼顾过滤效率，选择气流阻力较小的过滤器，尽管有隔离细菌和病毒的效果，但是无法彻底隔离细菌或病毒进入流量传感器。
为避免交叉感染肺功能仪器应用过滤器后，必须定期对肺功能仪器进行清洁和消毒，医用肺功能仪器价格昂贵，结构复杂，必须是专业人员借助专用工具拆卸仪器，且容易损坏，消毒后需要彻底干燥，使用前还需要重新校正，整个过程比较繁琐，消耗很多时间和费用，很长一段时间内不能使用仪器。
发明内容
为了克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种可防止交叉感染的用于肺功能测定的流量传感器，为中空管结构，包括主通气管及设于主通气管管壁的取压孔，主通气管外壁上设有与取压孔气体相通的取压孔柱，所述取压孔柱内部空腔的体积大小满足以下条件：在肺功能检测过程中，测试者呼出或吸入的气体通过取压孔进入取压孔柱，并被保持在取压孔柱内而不会接触到流量传感器以外的连接管路。
依据理想气体状态方程和波义耳定律，在一定温度下，定量气体的体积与气体的压强成反比，设置合适的压力变化范围，压入或溢出取压孔柱腔的气体体积变化可以被限制在取压孔柱内，不会接触到流量传感器以外的连接管路。
其中，取压孔柱内部空腔的体积满足以下条件，V1>K(V1+V2)，V1为取压孔柱内体积，V2为与取压孔柱连接的导压管内的气体体积，K为常数。
进一步的K值计算方式为，根据公式Ⅳ和Δp与大气压比较，获得K值，其中公式Ⅳ：式中Δp为呼气进气部与喉口部的压差，ρ为流体密度，Q为流量，A1为进气部的截面积，A2为喉口部的截面积，通过调节A1与A2，获得Δp。
优选的，所述K值为10％。
进一步的，所述主通气管主包括依次相连的呼气进气部、第一锥部、喉口部和第二锥部，喉口部的管壁上开设有低压取压孔并与低压取压孔柱连通，呼气进气部的管壁上开设有第一高压取压孔并与第一高压取压孔柱连通，高压取压孔柱通过导压管与压差传感器的正压端连接，低压取压孔柱通过导压管与压差传感器的负压端连接，
进一步的，第二锥部的管壁上开设有第二高压取压孔并与第二高压取压孔柱连通，第二高压取压孔柱与压差传感器的正压端连接。
进一步的，呼气进气部和喉口部呈圆柱形，呼气进气部的直径大于喉口部的直径，第一锥部和第二锥部呈圆台形，第一锥部和第二锥部直径较小的一端分别朝向喉口部。
进一步的，取压孔柱的柱体外壁设有槽穴，密封圈组装在该槽穴中。
进一步的，还包括卡紧装置。
进一步的，流量传感器上的卡紧装置通过连接座可拆卸式地连接于肺功能仪上与压差传感器连接的导压管。
本发明提供了一种肺功能测定过程中防止交叉感染的方法，包括提供一种流量传感器，所述流量传感器为中空管结构，包括主通气管及设于主通气管管壁的取压孔，主通气管外壁上设有与取压孔气体相通的取压孔柱，所述取压孔柱内部空腔的体积大小满足以下条件：在肺功能检测过程中，测试者呼出或吸入的气体通过取压孔进入取压孔柱，并被保持在取压孔柱内而不会接触到流量传感器以外的连接管路。
其中，取压孔柱内部空腔的体积满足以下条件，V1>K(V1+V2)，V1为取压孔柱内体积，V2为与取压孔柱连接的导压管内的气体体积，K为常数。
进一步的K值计算方式为，根据公式Ⅳ和Δp与大气压比较，获得K值，其中公式Ⅳ：式中Δp为呼气进气部与喉口部的压差，ρ为流体密度，Q为流量，A1为进气部的截面积，A2为喉口部的截面积，通过调节A1与A2，获得Δp。
优选的，所述K值为10％。
本发明还提供了一种可防止交叉感染的肺功能仪，包括流量传感器，其与肺功能仪主机可拆卸式的组装在一起共同构成肺功能仪。所述流量传感器为中空管结构，包括主通气管及设于主通气管管壁的取压孔，主通气管外壁上设有与取压孔气体相通的取压孔柱，所述取压孔柱内部空腔的体积大小满足以下条件：在肺功能检测过程中，测试者呼出或吸入的气体通过取压孔进入取压孔柱，并被保持在取压孔柱内而不会接触到流量传感器以外的连接管路。
其中，取压孔柱内部空腔的体积满足以下条件，V1>K(V1+V2)，V1为取压孔柱内体积，V2为与取压孔柱连接的导压管内的气体体积，K为常数。优选的，所述K值为10％。
进一步的K值计算方式为，根据公式Ⅳ和Δp与大气压比较，获得K值，其中公式Ⅳ：式中Δp为呼气进气部与喉口部的压差，ρ为流体密度，Q为流量，A1为进气部的截面积，A2为喉口部的截面积，通过调节A1与A2，获得Δp。
所述肺功能仪包括压差传感器。所述压差传感器通过导压管与流量传感器的取压孔柱连接。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：流量传感器取压孔柱内的空气能够起到隔离作用，使受试者呼出的气体不能接触到肺功能仪的其他仪器设备，例如与取压孔柱连接的连接座或导管，因此被重复使用的连接座和导管不可能接触到受试者的气体，且本发明所述流量传感器可随时更换，因而避免了交叉感染。
附图说明
图1具有两个取压孔柱的一次性流量传感器剖面示意图。
图2图1所示的一次性流量传感器与压差传感器连接的结构示意图。
图3具有两个取压孔柱的一次性流量传感器呼气时空气柱变化位置剖面示意图。
图4具有三个取压孔柱的一次性流量传感器剖面示意图。
图5图4所示的一次性流量传感器与压差传感器连接的结构示意图。
图6具有三个取压孔柱的一次性流量传感器呼气时空气柱变化位置剖面示
意图。
图7具有三个取压孔柱的一次性流量传感器吸气时空气柱变化位置剖面示
意图。
图8实施例4中流量传感器与T形管连接示意图。
具体实施方式
如图1至7所示的用于肺功能检测的流量传感器，其与肺功能仪主机可拆卸式地组装在一起共同构成肺功能仪。所述流量传感器可防止交叉感染，包括主通气管及设于主通气管管壁的取压孔，主通气管外壁上设有与取压孔气体相通的取压孔柱。肺功能测试者经主通气管呼出或吸入气体，取压孔是压差传感器采集主通气管内气体流量的采样点。压差传感器的导气管并不与取压孔直接连接，而是通过取压孔柱间接地连接于取压孔。所述取压孔柱内部空腔的体积大小满足以下条件：在肺功能检测过程中，测试者呼出或吸入的气体会通过取压孔压入或溢出取压孔柱，但被限制在取压孔柱内而不会接触到流量传感器以外的连接管路。
实施例1具有两个取压孔柱的流量传感器
如图1至3所示的流量传感器，其主通气管包括依次相连的呼气进气部1、第一锥部2、喉口部3和第二锥部4。喉口部3的管壁上开设有低压取压孔31并与低压取压孔柱5连通，呼气进气部1的管壁上开设有第一高压取压孔21并与第一高压取压孔柱6连通。呼气进气部1和喉口部3呈圆柱形，呼气进气部的直径大于喉口部的直径。第一锥部2和第二锥部4的截面呈圆台形，第一锥部和第二锥部直径较小的一端分别朝向喉口部。
如图2所示，压差传感器200的导压管201连接在连接座100的取压孔柱插孔101上，所述取压孔柱插孔101的位置与流量传感器的低压取压孔柱5和第一高压取压孔柱6相对应。将图2所示流量传感器的取压孔柱插入到连接座的取压孔柱插孔101内，即可完成压差传感器导压管与流量传感器取压孔的连接。高压取压孔柱与压差传感器的正压端连接，低压取压孔柱与压差传感器的负压端连接。如图3所示，当测试者向流量传感器的主通气管内呼入气体后，呼入的气体分别通过低压取压孔31和高压取样孔21进入低压取压孔柱5和高压取压孔柱6内。取压孔柱和导压管201内原有的空气300就被新进入的气体301不断压缩，直至新呼入至取压孔柱内的气体与原有的气体建立新的平衡。本发明所述取压孔柱内部空腔的体积大小满足以下条件：当测试者呼出的气体通过取压孔进入取压孔柱后，新进入的气体会压缩原本存在于取压孔柱内的空气和与之连接的管路内的空气，但被压缩的空气最上端始终位于取压孔柱内。如图3所示，由于取压孔柱内部空腔的体积足以保证在建立新的平衡时，新进入的气体301依然保留在取压孔柱内不会进入导压管。
实施例2具有三个取压孔柱的流量传感器
如图4至7所示的流量传感器，其主通气管包括依次相连的呼气进气部1、第一锥部2、喉口部3和第二锥部4。喉口部3的管壁上开设有低压取压孔31并与低压取压孔柱5连通，第一锥部2的管壁上开设有第一高压取压孔21并与第一高压取压孔柱6连通。第二锥部4的管壁上开设有第二高压取压孔41并与第二高压取压孔柱7连通。呼气进气部1和喉口部3呈圆柱形，呼气进气部的直径大于喉口部的直径。第一锥部2和第二锥部4的截面呈圆台形，第一锥部和第二锥部直径较小的一端分别朝向喉口部。
如图5所示，压差传感器200的导压管201连接在连接座100的取压孔柱插孔101上，所述取压孔柱插孔101的位置与流量传感器的低压取压孔柱和高压取压孔柱相对应。第一高压取压孔柱6与第一压差传感器的正压端连接，第二高压取压孔柱7与第二压差传感器的正压端连接，两个压差传感器的低压端通过三通管分别与低压取压孔柱5连接。如图6所示，当测试者向流量传感器的主通气管内呼入气体后，呼入的气体分别通过低压取压孔31和高压取样孔21、41进入低压取压孔柱5和高压取压孔柱6、7内。取压孔柱和导压管201内原有的空气300就被新进入的气体301不断压缩，直至新呼入至取压孔柱内的气体与原有的气体建立新的平衡。如图7所示，当测试者向流量传感器的主通气管内吸入气体后，呼入的气体分别通过低压取压孔31和高压取样孔21、41进入低压取压孔柱5和高压取压孔柱6、7内。取压孔柱和导压管201内原有的空气300就被新进入的气体301不断压缩，直至新吸入至取压孔柱内的气体与原有的气体建立新的平衡。本发明所述取压孔柱内部空腔的体积大小满足以下条件：当测试者呼出或吸入的气体通过取压孔进入取压孔柱后，新进入的气体会压缩原本存在于取压孔柱内的空气和与之连接的管路内的空气，但被压缩的空气最上端始终位于取压孔柱内。如图6和7所示，由于取压孔柱内部空腔的体积足以保证在建立新的平衡时，新进入的气体301不会进入导压管。
实施例3流量传感器优化结构
流量传感器为一次性使用，使用时与压差传感器之间为可拆卸式的连接。
为了保证测试过程中导压管与流量传感器连接的气密性，取压孔柱和与之连接的管道之间设有密封元件，例如在流量传感器的取压孔柱外设有槽穴9用于存放密封圈19。
在另一些实施例中，流量传感器还包括能将流量传感器稳定安装在肺功能仪主机上的卡紧装置。卡紧装置即能保证插入肺功能主机上的流量传感器在使用过程中不会脱落，同时使用完毕后，流量传感器又能顺利从肺功能仪的主机上拔出。所述卡紧装置例如但不限于，例如流量传感器的卡紧装置为梅花状结构的卡爪11，其具有一定弹性开合，连接座或流量传感器主机上设有与所述卡爪相配合的部件102。又例如卡紧装置为具有按钮结构的弹压卡扣。
实施例4取压孔柱内部腔体体积的计算方法
根据伯努利原理，流体流速与压力满足方程：式中p为流体中某点的压强，v为气流该点的流速，ρ为流体密度，g为重力加速度，h为该点所在高度，C是一个常量。对于气体，可忽略重力，将公式简化为公式Ⅰ:
气流的流速越大，压力越小。流量与流速满足公式Ⅱ：v＝Q/A，式中Q为流量，A为气流该点管子的截面积。气流流过呼气进气部和喉口部的流量相等，但截面积不相等，根据公式Ⅱ可得出流速也不相等，设进气部的截面积为A1，流速为v1，压强为p1；喉口部的截面积为A2，流速为v2，压强为p2。根据公式I，可推出压差再用公式Ⅱ代入可得公式Ⅳ：根据肺功能仪检测标准，检测流量峰值为14L/s，通过调节呼气进气部与喉口部的截面积，使呼气进气部与喉口部的压差峰值为10kPa。当没有气流流过流量传感器时，p1、p2都为标准大气压，当有气流流过流量传感器时，p1、p2会在10kPa范围内上下波动，标准大气压约为101kPa，因此取压口的压强变化范围为10％。
根据理想气体状态方程和波义耳定律，在一定温度下，定量气体的体积与气体的压强成反比，满足公式Ⅲ：PV＝C，式中P为气体的压强，V为气体的体积，设取压孔柱内体积为V1，导压管内的气体体积为V2，根据公式Ⅲ可推出P与(V1+V2)成反比，P下降10％，则(V1+V2)变大10％；反之，P上升10％，则(V1+V2)变小10％，体积(V1+V2)的大小变化会引起空气柱的上下波动，只要保证V1>10％(V1+V2)，流经流量传感器的气流只会部分被压入到取压孔柱内，而不会进入导压管。由于流量传感器一次性使用，流量传感器取压孔柱内的空气能够起到隔离作用，使受试者呼出的气体不能接触到连接座或导压管，因此被重复使用的连接座和导压管不可能接触到受试者的气体，避免了交叉感染。
实施例5防止交叉感染的对比试验
将两种一次性流量传感器10、连接座和压差传感器经过灭菌处理后按图2(实验组1)和图5连接(实验组2)，然后通过T形管400分别与雾化器401和3L校准筒402进行连接，如图8所示。用0.9％的生理盐水配置菌落为5×108cfu/ml的标准菌种悬液5ml，开启雾化器产生细菌气溶胶雾粒，再通过3L校准筒模拟人体用力呼气，把细菌气溶胶雾粒和空气混合推入流量传感器，连续呼气5次，最后拔出一次性流量传感器，分离连接座及导压管，分别用采样液进行细菌接种、培养，培养48小时后进行菌落计数。具体的对比实验步骤参见《肺功能检测专用呼吸过滤器的研制与开发》(2003级硕士学位论文，广州医学院，2006年5月)。
表1：实验组1的无菌测试结果
表2：实验组2的无菌测试结果
实验结果见表1和表2，结果本发明所述的流量传感器能保证与之相连的连接座及导压管在肺功能检测结束后仍符合无菌标准。

Claims (10)

1.可防止交叉感染的用于肺功能测定的流量传感器，为中空管结构，包括主通气管及设于主通气管管壁的取压孔，主通气管外壁上设有与取压孔气体相通的取压孔柱，其特征在于，所述取压孔柱内部空腔的体积大小满足以下条件：在肺功能检测过程中，测试者呼出或吸入的气体通过取压孔进入取压孔柱，并被保持在取压孔柱内而不会接触到流量传感器以外的连接管路。
2.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，取压孔柱内部空腔的体积满足以下条件，V1>K(V1+V2)，其中V1为取压孔柱内体积，V2为与取压孔柱连接的导压管内的气体体积，K为常数。
3.根据权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，根据公式Ⅳ以及公式Ⅳ计算得到的Δp与大气压比较，获得K值；公式Ⅳ：式中Δp为呼气进气部与喉口部的压差，ρ为流体密度，Q为流量，A1为进气部的截面积，A2为喉口部的截面积，通过调节A1与A2，获得Δp。
4.根据权利要求2所述的流量传感器，其特征在于，所述K值为10％。
5.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，所述主通气管主包括依次相连的呼气进气部、第一锥部、喉口部和第二锥部，喉口部的管壁上开设有低压取压孔并与低压取压孔柱连通，呼气进气部的管壁上开设有第一高压取压孔并与第一高压取压孔柱连通，高压取压孔柱通过导压管与压差传感器的正压端连接，低压取压孔柱通过导压管与压差传感器的负压端连接。
6.根据权利要求4所述的流量传感器，其特征在于，第二锥部的管壁上开设有第二高压取压孔并与第二高压取压孔柱连通，第二高压取压孔柱与压差传感器的正压端连接。
7.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，呼气进气部和喉口部呈圆柱形，呼气进气部的直径大于喉口部的直径，第一锥部和第二锥部呈圆台形，第一锥部和第二锥部直径较小的一端分别朝向喉口部。
8.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，取压孔柱的柱体外壁设有槽穴，密封圈组装在该槽穴中。
9.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，还包括卡紧装置。
10.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于，流量传感器上的卡紧装置通过连接座可拆卸式地连接于肺功能仪上与压差传感器连接的导压管。
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