CN108433726A - 一种呼吸耗氧量实时监测装置 - Google Patents

Abstract

一种呼吸耗氧量实时监测装置，本体内镂刻有容量槽、耗氧监测槽和进气引导槽，本体的上表面上设有进气口和用于连通缺氧瓶的出气口；进气口通过进气引导槽与容量槽连通；耗氧监测槽的一端连通容量槽，另一端连通出气口；容量槽与耗氧监测槽的连接处设有凸起，且凸起遮挡耗氧监测槽的入口的部分横截面；本体的上表面上沿着耗氧监测槽的长度方向设有刻度；耗氧监测槽的槽底上沿着耗氧监测槽的长度方向均匀地设有若干个光敏电阻；光敏电阻依次串联形成采样电阻，采样电阻连接在一个电阻检测电路上，电阻检测电路的输出端连接生物信号采集处理系统，生物信号采集处理系统根据采样电阻的数据输出动物耗氧量数据。

Description

一种呼吸耗氧量实时监测装置

技术领域

本发明涉及一种呼吸耗氧量实时监测装置。

背景技术

缺氧是机体多种疾病发病过程中重要的致病因素或重要的病理过程之一，也是高原生活、矿井坑道作业及航空航天飞行中必须研究的问题。在高等医学院校实验中常用各种缺氧实验模型对缺氧进行模拟，并通过模拟的缺氧实验模型进行生理、生化、药理、病理生理及临床等方面的研究，以期解释临床多种疾病的病理过程、探索其有效的治疗手段等。

目前在“全国高等院校医学实验规划教材”中，非麻醉小动物缺氧实验的经典装置常采用500ml广口瓶、25ml胖肚吸管、50ml量筒及缺氧瓶组成一个密闭系统，检测小鼠的耗氧量(见图1，图1中a为缺氧瓶、b为钠石灰、c为胖肚吸管、d为量筒)，或用125-500ml的广口瓶密闭直接检测耐缺氧时间，在规定的时间点用目视法数呼吸频率。小鼠作为实验对象，因其体积小，呼吸频率又快(200次/min～300次/min)，在缺氧过程中经常转动体位，目视法根本无法准时精确数出小鼠的呼吸频率，导致实验结果经常与预期结果相矛盾，影响了实验效果和教学质量。

另外，在上述常规耗氧装置中，小鼠呼吸消耗氧导致量筒中的水向胖肚吸管中移动，造成缺氧瓶内压力下降，即小鼠是在负压环境中缺氧，使耗氧量测定结果产生系统性误差。

近年来虽有小鼠呼吸换能放大器产品、运用生物信号采集处理系统及普通压力换能器在密闭环境中测量小鼠呼吸频率、小鼠常压急性缺氧模型装置和小鼠耗氧量动态变化测定装置的报道，但在密闭环境中能做到常压、恒压并实现耗氧量和呼吸曲线实时动态自动描记的定量分析装置未见报道。

发明内容

为了克服缺氧装置的以上缺陷，本发明提供一种呼吸耗氧量实时监测装置，本发明在自制非束缚小鼠耗氧量、呼吸动态联合监测缺氧装置的基础上对缺氧装置重新设计改造，在保持常压、恒压功能的基础上，实现耗氧量和呼吸曲线实时动态自动描记。

本发明解决上述问题的技术方案是：

一种呼吸耗氧量实时监测装置，包括水平铺设的本体，所述本体是无色透明的亚克力板，且本体的下表面紧密贴合在平整的遮光板上；本体内镂刻有容量槽、耗氧监测槽和进气引导槽，本体的上表面上设有进气口和用于连通缺氧瓶的出气口；进气口通过进气引导槽与所述容量槽连通；所述耗氧监测槽的一端连通容量槽，另一端连通所述出气口；所述出气口通过用于采集呼吸运动数据的高敏换能器与缺氧瓶相连，且所述高敏换能器与生物信号采集处理系统相连；

容量槽与耗氧监测槽的连接处设有凸起，且所述凸起遮挡耗氧监测槽的入口的部分横截面；

本体的上表面上沿着耗氧监测槽的长度方向设有刻度；耗氧监测槽的槽底上沿着耗氧监测槽的长度方向均匀地设有若干个光敏电阻；所述的光敏电阻依次串联形成采样电阻，所述的采样电阻连接在一个电阻检测电路上，所述的电阻检测电路的输出端连接生物信号采集处理系统，生物信号采集处理系统根据采样电阻的数据输出动物耗氧量数据。

进一步，容量槽、耗氧监测槽和进气引导槽的槽深为0.5cm。

进一步，进气口和出气口均位于本体的左上方，容量槽位于本体的右下方。

进一步，缺氧瓶与出气口的具体连通结构为：所述本体的一侧设有连通出气口的转换接口，所述本体的另一侧设有连通缺氧瓶的缺氧瓶外接口，且转换接口和缺氧瓶外接口通过高敏换能器连通。

进一步，所述出气口和转换接口通过连接管可拆卸连接。

本发明的有益效果主要表现在：

1、实验时，本发明计量耗氧量用的液柱是在水平状态下的，则液柱移动时，不会对乏氧性缺氧瓶内造成压力影响，解决了常规耗氧装置中当小鼠呼吸消耗氧导致量筒中的水向胖肚吸管中移动时造成的小鼠在负压环境中缺氧，从而使耗氧量测定结果产生系统性误差的问题，本发明有效提高了测量精度。

2、本发明解决了常用经典缺耗氧装置无法自动监控呼吸及耗氧量的问题，采用光电感应及胸廓收缩引起的压力波动可在密闭容器中传递的原理，解决常规缺氧实验中采用人工目视法数呼吸频率及耗氧量的问题，使用呼吸耗氧实时监测装置可以实现任何时间段乏氧性缺氧耗氧量的自动描记，不同类型缺氧的呼吸曲线描记，通过分析呼吸曲线实现不同类型缺氧实验动物呼吸兴奋性的比较，减轻实验的劳动强度，提高实验结果的准确性。

附图说明

图1是非麻醉小动物缺氧实验的经典装置的结构示意图；

图2是呼吸耗氧实时监测装置的俯视图一；

图3是呼吸耗氧实时监测装置内部腔道解剖轴测图一；

图4是呼吸耗氧实时监测装置的轴测图一；

图5是呼吸耗氧实时监测装置的轴测图二；

图6是根据《中国药理学通报》蒋志文，徐淑秀等“小鼠整体氧耗的动态测定动态测定”的测定结果；

图7是利用本发明进行乏氧性缺氧耗氧量的自动描记结果。

图中：01.电源接口、02.电源开关、03.耗氧信号接口、04.呼吸信号接口、05.容量槽、06.排水导槽1、07.排水导槽2、08.凸起、09.维修槽、10～13.维修槽、14.进气引导槽、15.耗氧监测槽、16.缺氧瓶外接口、17.转换接口、18.出气口、19.进气口、20.光敏电阻、21～22导流块、23～24排水凹坑。

具体实施方式

参照附图，一种呼吸耗氧量实时监测装置，包括水平铺设的本体，所述本体是无色透明的亚克力板，且本体的下表面紧密贴合在平整的遮光板上；本体内镂刻有容量槽05、耗氧监测槽15和进气引导槽14，本体的上表面上设有进气口19和用于连通缺氧瓶的出气口18；进气口19通过进气引导槽14与所述容量槽05连通；所述耗氧监测槽15的一端连通容量槽05，另一端连通所述出气口18；所述出气口18通过用于采集呼吸运动数据的高敏换能器与缺氧瓶相连，且所述高敏换能器与生物信号采集处理系统相连；

容量槽05与耗氧监测槽15的连接处设有凸起，且所述凸起遮挡耗氧监测槽15的入口的部分横截面；

本体的上表面上沿着耗氧监测槽15的长度方向设有刻度；耗氧监测槽15的槽底上沿着耗氧监测槽15的长度方向均匀地设有若干个光敏电阻20；所述的光敏电阻20依次串联形成采样电阻，所述的采样电阻连接在一个电阻检测电路上，所述的电阻检测电路的输出端连接生物信号采集处理系统，生物信号采集处理系统根据采样电阻的数据输出动物耗氧量数据；

所述耗氧监测槽15具有盘曲的形状；且耗氧监测槽15包括若干段相互平行的直槽和连接相邻两直槽的弯槽；

本体内还镂刻有若干个排水导槽06、07和一个回水导槽，排水导槽06、07的出口均通过回水导槽连通容量槽05和进气引导槽14；

耗氧监测槽15与每个排水导槽06、07的进口之间分别通过防倒流的导流装置连通，所述导流装置包括导流块和罩设在导流块上的排水凹坑23、24，排水凹坑23、24与导流块21、22之间具有连通耗氧监测槽15和排水导槽06、07的间隙；

排水凹坑23、24开设在所述本体上，导流块21、22分别固定设置在靠近排水导槽19一侧的每个弯槽与排水导槽06、07之间；定义导流块靠近弯槽的一端为左端，靠近排水导槽06、07的一端为右端；导流块21、22的底面与耗氧监测槽15的顶面相平齐，导流块21、22的顶面是自左端向右端逐渐倾斜上升的斜面，且所述斜面的左端延伸至弯槽处，所述斜面的右端延伸至排水导槽06、07内。

导流块21、22可在本体水平放置时阻挡液体自排水导槽06、07流向耗氧监测槽15，又可在本体竖直放置时，引导液体自耗氧监测槽15流向排水导槽06、07内。

耗氧监测槽15适宜做成小横截面的长槽，以便对实验中动物的呼吸显示良好的敏感度，即便小鼠的呼吸也能够引起墨水的液柱产生明显的移动。

容量槽05、耗氧监测槽15和进气引导槽14的槽深均为0.5cm。经过长期反复试验，发现耗氧监测槽15的槽深取0.5cm、宽为1cm是最佳选择，槽深过高则墨水会发生分层流动，槽过宽则墨水液柱的端面发生不平齐移动，影响耗氧量的准确记录；槽深过浅、过窄则会导致管腔过长，使装置过于庞大。

进气口19和出气口18均位于本体的左上方，容量槽05位于本体的右下方。

缺氧瓶与出气口的具体连通结构为：所述本体的一侧设有连通出气口18的转换接口17，所述本体的另一侧设有连通缺氧瓶的缺氧瓶外接口16，且转换接口17和缺氧瓶外接口16通过高敏换能器连通。

所述出气口18和转换接口17通过连接管可拆卸连接，且所述连管为硅胶管。

直槽在本体上自左向右水平延伸，且直槽和弯槽垂直相连。

所述导流块21、22为锲形块。

遮光板平铺在基座上，基座的外侧面上设有电源接口01，光敏电阻20通过电源接口01与外界电源连通，且电源接口01配有电源开关02；基座的外侧面上设有耗氧信号接口03，光敏电阻20通过耗氧信号接口03与生物信号采集处理系统相连；

基座内还设有用于连通缺氧瓶的高敏张力换能器，所述高敏张力换能器通过呼吸信号接口04与生物信号采集处理系统相连，且呼吸信号接口04位于基座的外侧面上。

耗氧监测槽15的宽为1cm槽深为0.5cm，总共能容纳45-55ml水的容量。

进气引导槽14、容量槽05、耗氧监测槽15、排水导槽06、07之间镂空或铸有约5mm*5mm深和宽的长方形维修槽09、10、11、12、13。

本体内镂刻的容量槽05、耗氧监测槽15、进气引导槽14、排水导槽06、07既可以镂刻在本体内部，也可以镂刻在本体的下表面上。但镂刻在本体内部时，容量槽05、耗氧监测槽15、进气引导槽14、排水导槽06、07的槽底需位于同一个水平面上；而镂刻在本体下表面上时，则由遮光板充当各槽的槽底。

当本发明水平放置且没有外力作用时，容量槽05内0.5cm厚的墨水在表面张力和粘附性的作用下是不会流动的，所以实验开始前，容量槽05内的水不会向耗氧监测槽15内流动。同时，凸起遮挡了耗氧监测槽15的入口的部分横截面，使得耗氧监测槽15入口处的墨水的流动阻力增大，进一步确保了在实验开始前容量槽05内的墨水不会向耗氧监测槽15内流动。

实验开始后，在缺氧瓶的负压的牵引下墨水克服耗氧监测槽15入口处的阻力流入耗氧监测槽15内，并顺着耗氧监测槽15流向出气口18。此时容量槽5内的墨水减少，进气口19通过进气引导槽14向容量槽5补充气体。

实验时(本体水平放置)，当墨水流经耗氧监测槽15的弯槽时将遇到导流装置，导流块21、22可以阻止容量槽05内的液体介质倒灌入耗氧监测槽15内。排水凹坑23、24的底口所在平面与耗氧监测槽15的顶面平齐，在重力作用下，耗氧监测槽15内的液体介质不会填充排水凹坑23、24与导流块21、22之间的间隙，因此，导流装置对耗氧量测定结果不会产生影响。

墨水液柱的长度反映了实验动物的耗氧量，墨水液柱淹没光敏电阻20引起采样电阻的阻值变化，耗氧监测槽15下规则排列的光敏电阻20可用于自动感应耗氧量。其原理是利用光敏电阻光线较强时，电阻值较低，光线暗时则电阻较大的特点，将自然光或灯光作为发射端，光敏电阻作为接收端，耗氧监测槽15中被墨水液柱淹没的光敏电阻20电阻值发生变化。利用电桥形式的电阻检测电路将光线信号转换成电信号，通过生物信号采集处理系统软件显示出耗氧量的趋势曲线，将检测信号数字化。

1、本发明的使用步骤为：

1)将本发明立起，且容量槽05朝下，耗氧监测槽15朝上；用硅胶管连通出气口18和转换接口17；再从进气口19中向容量槽05内加入用蒸馏水稀释过的黑色墨水至水位升至耗氧监测槽15的0刻度处(即耗氧监测槽15的入口处)。

2)将本发明水平放置在桌面上，将呼吸信号接口04与生物信号采集处理系统的相应通道相连；然后将耗氧信号接口03与生物信号采集处理系统的相应通道相连；最后将电源接口01与电源连接。

3)将钠石灰和小鼠放入缺氧瓶内，并盖上密封盖；再将密封盖上与缺氧瓶连通的通气管通过缺氧瓶外接口16连通。

4)启动电源开关02，实验开始。缺氧瓶中的小鼠呼吸消耗氧气产生负压时，如0.5cmH₂O柱，容量槽05中的墨水由于负压的作用，会向耗氧监测槽15方向流动填补消耗的氧容量，使本发明内的压力始终恒定在-0.5cm H₂O柱。小鼠呼出二氧化碳又被耗缺氧瓶内放置的钠石灰所吸收，因此，容量槽05流向耗氧监测槽15中墨水的毫升数即是小鼠的耗氧量(人工监测可通过耗氧监测槽15表面的刻度读出耗氧量)；

当容量槽05中的稀释墨水向耗氧监测槽15流动时，即可淹没光敏电阻20，遮挡住原先照在光敏电阻20上的光线，流入耗氧监测槽15的墨水越多，被遮挡的光敏电阻20就越多，电阻检测电路即能滤出有效信号和应用该信号控制电压输出，经过生物信号采集处理系统自动描记出耗氧量。

当小鼠呼吸时肺的扩张和收缩引起呼吸耗氧实时监测装置内的压力波动，通过高敏换能器转变成电信号传给RM6240生物信号采集处理系统，用直流信号描记出呼吸曲线，即可准确动态监测呼吸耗氧实时监测装置中的压力，呼吸频率和幅度，实现缺氧实验小鼠呼吸频率、幅度及压力的自动监测，避免人工监测引起的误差。

5)若要再次进行实验，将本发明竖立，且耗氧监测槽15朝上，容量槽05朝下，耗氧监测槽15中的水即可通过排水凹坑23、24和排水导槽06、07之间的间隙流向容量槽05。排干实验中流入耗氧监测槽15内的水后，再将呼吸耗氧实时监测装置水平放置在桌面上，即可再一次进行实验，避免了每次实验需要加水的麻烦。

2、本发明的实验结果及优点说明

根据《中国药理学通报》蒋志文，徐淑秀等“小鼠整体氧耗的动态测定动态测定”的结果(见图6)及利用本发明进行耗氧量的测定结果(见图7)可以得到：不同实验室耗氧实验所使用缺氧瓶的容量不同，耗氧存活时间有明显差异，但耗氧量曲线均呈一条先上升后下降的双向曲线，耗氧主要发生在前半段时间，例如利用本发明进行耗氧量测定中前12分钟占总耗氧量的71％，后一半时间耗氧量占总量的21％，并且呈匀速下降；说明测定前半段时间即可得到有改变意义的耗氧量(即获得显著性差别的结果)。

由于本发明用生物信号采集处理系统记录呼吸曲线，可以采集缺氧过程中任何时间段的呼吸频率、幅度(通气量)及耗氧量，克服旧装置用目视法数呼吸频率(小鼠呼吸弱而快，>200次/min，无法准时准确得到数据的问题，即使得到呼吸频率的数据，也不能纠正呼吸频率与呼吸兴奋不一定成正相关的问题)和耗氧量，通过推广使用本发明可以改变常规缺氧使用极限耗氧的做法，改成时间耗氧速率或分钟耗氧量的做法得到实验结果，避免极限耗氧对动物的杀害。

本发明在传承经典特性的基础上，突破现有缺氧装置的记录方式，可以说是集恒压，动态监测呼吸频率、幅度、耗氧量和缺氧环境压力为一身的系统化缺氧实验工具，克服背景技术中的旧装置用目视法读取耗氧量数据，错过采集时间点就无法恢复数据的问题，并减轻了劳动强度，且造价低廉、制作简单、适用于教学和科研。

与旧装置相比，本发明有以下优势：

本发明用生物信号采集处理系统记录动态耗氧量，可以采集缺氧过程中任何时间段的耗氧速率，克服旧装置用目视法读取耗氧量数据，错过采集时间点就无法恢复数据的问题，并减轻了劳动强度；使用本发明可以改变常规缺氧使用极限耗氧的做法，改成时间耗氧速率或分钟耗氧量的做法得到实验结果，避免极限耗氧对动物的杀害；尤其重要的是，本发明实验时采用水平液柱，不会影响实验精度。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.一种呼吸耗氧量实时监测装置，其特征在于：包括水平铺设的本体，所述本体是无色透明的亚克力板，且本体的下表面紧密贴合在平整的遮光板上；本体内镂刻有容量槽、耗氧监测槽和进气引导槽，本体的上表面上设有进气口和用于连通缺氧瓶的出气口；进气口通过进气引导槽与所述容量槽连通；所述耗氧监测槽的一端连通容量槽，另一端连通所述出气口；所述出气口通过用于采集呼吸运动数据的高敏换能器与缺氧瓶相连，且所述高敏换能器与生物信号采集处理系统相连；

容量槽与耗氧监测槽的连接处设有凸起，且所述凸起遮挡耗氧监测槽的入口的部分横截面；

本体的上表面上沿着耗氧监测槽的长度方向设有刻度；耗氧监测槽的槽底上沿着耗氧监测槽的长度方向均匀地设有若干个光敏电阻；所述的光敏电阻依次串联形成采样电阻，所述的采样电阻连接在一个电阻检测电路上，所述的电阻检测电路的输出端连接生物信号采集处理系统，生物信号采集处理系统根据采样电阻的数据输出动物耗氧量数据。

2.如权利要求1所述的一种呼吸耗氧量实时监测装置，其特征在于：容量槽、耗氧监测槽和进气引导槽的槽深为0.5cm。

3.如权利要求2所述的一种呼吸耗氧量实时监测装置，其特征在于：进气口和出气口均位于本体的左上方，容量槽位于本体的右下方。

4.如权利要求3所述的一种呼吸耗氧量实时监测装置，其特征在于：缺氧瓶与出气口的具体连通结构为：所述本体的一侧设有连通出气口的转换接口，所述本体的另一侧设有连通缺氧瓶的缺氧瓶外接口，且转换接口和缺氧瓶外接口通过高敏换能器连通。

5.如权利要求4所述的一种呼吸耗氧量实时监测装置，其特征在于：所述出气口和转换接口通过连接管可拆卸连接。