CN114354736A - 呼出气中代谢差异物的检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种呼出气中代谢差异物的检测系统与方法，所述系统包括采样装置与检测装置；采样装置包括呼出气采集器、一次性采样管与采样气袋；检测装置包括光离子源与质谱仪；光离子源用于将存储于采样气袋的呼出气进行离子化生成带电离子，并将带电离子送至质谱仪中从而得到质谱分析结果。本发明通过采样装置采集受试者的呼出气，具有非侵入、无创、取样简单等优点；然后采用光离子源对呼出气进行电离，实现呼出气中代谢差异物的高效软电离，结合质谱仪的质谱技术对代谢差异物进行质谱分析，具有分析速度快、灵敏度高、定性和定量分析能力强等优点，有效提升了癌症及感染性疾病代谢差异物检测的准确性、可靠性及检测效率。
Description
【技术领域】
本发明涉及气体检测技术领域，尤其涉及一种呼出气中代谢差异物的检测系统及方法。
【背景技术】
人体呼出气中的小分子挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是各种代谢途径的终产物，反映了机体的代谢状态、病理状况以及污染暴露程度等重要信息。人体患癌症或感染性疾病后机体呼出气中所包含的VOCs主要来源于三个方面：其一是人体生理代谢过程的产物，其二是微生物病毒代谢过程的产物，其三是人体对感染以及炎症应激反应过程所产生的代谢产物。由于呼出气检测具有非侵入性、无创检测、取样方便、对人体友好和实时快速的优势，因而引起了研究者的极大兴趣和重视，利用呼出气分析与检测进行疾病的筛查与诊断已成为国际上争相研究的热点课题。
然而，目前对于呼出气的检测设备较为复杂，且检测过程较为繁琐，不能定性和定量的对呼出气中的VOCs进行分析，从而无助于癌症及感染性疾病代谢差异物检测的准确性、可靠性及检测效率的提升。
鉴于此，实有必要提供一种呼出气中代谢差异物的检测系统及方法以克服上述缺陷。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种呼出气中代谢差异物的检测系统及方法，旨在解决目前对于呼出气的检测设备较为复杂，且检测过程较为繁琐的问题，使得肺结核检测技术的检测限度低、有效提升了癌症及感染性疾病代谢差异物检测的准确性、可靠性及检测效率。
为了实现上述目的，本发明提供一种呼出气中代谢差异物的检测系统，用于检测癌症与感染性疾病的代谢差异物，包括采样装置与检测装置；所述采样装置包括呼出气采集器、一次性采样管与采样气袋，所述呼出气采集器与所述采样气袋分别密封连接于所述一次性采样管的两端；所述呼出气采集器用于采集受试者的呼出气并将呼出气存储于所述采样气袋中；
所述检测装置包括光离子源与质谱仪；所述光离子源与所述采样气袋通过送样管密封连接；所述光离子源用于将存储于所述采样气袋的呼出气进行离子化生成带电离子，并将所述带电离子送至所述质谱仪中从而得到呼出气中代谢差异物的质谱分析结果。
在一个优选实施方式中，所述呼出气采集器包括入口端与出口端；所述入口端设有可拆卸连接的一次性呼气嘴，所述出口端与所述一次性采样管连接；所述一次性呼气嘴用于贴合密封受试者的呼气部位。
在一个优选实施方式中，所述采样气袋设有进气阀与出气阀；所述进气阀与所述一次性采样管连接，所述出气阀与所述送样管连接。
在一个优选实施方式中，所述送样管上设有除湿装置；所述除湿装置用于吸附经过所述送样管的呼出气的水汽。
在一个优选实施方式中，所述光离子源的内部的真空度范围为100Pa-1000Pa。
在一个优选实施方式中，所述质谱仪为飞行时间质谱仪。
本发明还提供了一种呼出气中代谢差异物的检测方法，用于检测癌症与感染性疾病的代谢差异物，包括以下步骤：
将一次性呼气嘴贴合于受试者的口腔部，使受试者的呼出气样本依次经过呼出气采集器与一次性采样管后进入到采样气袋中，直至所述采样气袋存储的呼出气样本含量达到预设值；
将所述采样气袋与光离子源的进样口相连，开启光离子源，使所述采样气袋中的呼出气样本进入到所述光离子源中发生离子化从而生成带电离子；
质谱仪接收到带电离子后进行质谱分析，得到呼出气样本中代谢差异物的质谱分析结果。
在一个优选实施方式中，所述癌症包括肺癌、胃癌、食管癌、乳腺癌、肝癌及前列腺癌；所述感染性疾病包括肺结核、慢性阻塞性肺疾病及新型冠状病毒肺炎。
本发明提供的呼出气中代谢差异物的检测系统及方法，通过采样装置采集受试者的呼出气，具有非侵入、无创、取样简单等优点；然后采用光离子源对呼出气进行电离，实现呼出气中代谢差异物的高效软电离，结合质谱仪的质谱技术对代谢差异物进行质谱分析，具有分析速度快、灵敏度高、定性和定量分析能力强等优点，有效提升了癌症及感染性疾病代谢差异物检测的准确性、可靠性及检测效率。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明提供的呼出气中代谢差异物的检测系统的示意图；
图2为本发明提供的呼出气中代谢差异物的检测方法的流程图。
图3为通过本发明提供的方法对食管癌患者与健康受试者进行质谱分析得到的呼出气谱图；
图4为通过本发明提供的方法对肺结核患者与健康受试者进行质谱分析得到的呼出气谱图。
图中标号：100、呼出气中代谢差异物的检测系统；200、受试者；10、采样装置；11、呼出气采集器；12、一次性采样管；13、采样气袋；131、进气阀；132、出气阀；14、一次性呼气嘴；20、检测装置；21、光离子源；22、质谱仪；23、送样管；24、除湿装置。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
实施例一
在本发明的实施例一中，提供一种呼出气中代谢差异物的检测系统100，用于检测癌症与感染性疾病的代谢差异物，快速采集人体呼出气，并对呼出气中所含有特征代谢差异物进行快速准确电离与检测，改善癌症及感染性疾病代谢差异物检测的准确性与可靠性。
如图1所示，呼出气中代谢差异物的检测系统100包括采样装置10与检测装置20。
采样装置10用于采集受试者200的呼出气，包括呼出气采集器11、一次性采样管12与采样气袋13。呼出气采集器11与采样气袋13分别密封连接于一次性采样管12的两端。
其中，呼出气采集器11用于采集受试者200的呼出气样本并将呼出气样本存储于采样气袋13中。待采样气袋13中呼出气含量达到预设值后，呼出气采集器11提醒受试者200完成呼出气采集。需要说明的是，呼出气采集器11的具体结构可参考现有技术，本发明在此不做限定。具体的，呼出气采集器11包括入口端与出口端。出口端与一次性采样管12连接。入口端设有可拆卸连接的一次性呼气嘴14。一次性呼气嘴14用于贴合密封受试者200的呼气部位。当一个受试者200呼气采集完成后，可从入口端拆下一次性呼气嘴14，然后更换另一个一次性呼气嘴14，从而对另一个受试者200进行呼气采集。
检测装置20包括光离子源21与质谱仪22。光离子源21与采样气袋13通过送样管23密封连接。具体的，采样气袋13设有进气阀131与出气阀132。进气阀131与一次性采样管12连接，出气阀132与送样管23连接。需要说明的是，进气阀131与出气阀132的开启是相互独立且互斥的，即，采样气袋13要么开启进气阀131用于接收呼出气采集器11送达的呼出气样本，要么开启出气阀132用于向光离子源21送达呼出气样本。
在本实施例中，光离子源21的内部的真空度范围为100Pa-1000Pa，当光离子源21的进样口与采样气袋13的出气阀132连通时，通过送样管23两端的压差作用下，使采样气袋13内的呼出气样本进入光离子源21内。同时，质谱仪22为飞行时间质谱仪(TOFMS)。
光离子源21用于将存储于采样气袋13的呼出气进行离子化生成带电离子，并将带电离子送至质谱仪22中从而得到呼出气中代谢差异物的质谱分析结果。
进一步的，送样管23上设有除湿装置24。除湿装置24用于吸附经过送样管23的呼出气的水汽。
实施例二
本发明还提供了一种呼出气中代谢差异物的检测方法，用于检测癌症与感染性疾病的代谢差异物，快速采集人体呼出气，并对呼出气中所含有特征代谢差异物进行快速准确电离与检测。
如图2所示，呼出气中代谢差异物的检测方法包括以下步骤S101-S103。
步骤S101，将一次性呼气嘴14贴合于受试者200的口腔部，使受试者200的呼出气样本依次经过呼出气采集器11与一次性采样管12后进入到采样气袋13中，直至采样气袋13存储的呼出气样本含量达到预设值。
步骤S102，将采样气袋13与光离子源21的进样口相连，开启光离子源21，使采样气袋13中的呼出气样本进入到光离子源21中发生离子化从而生成带电离子。
步骤S103，质谱仪22接收到带电离子后进行质谱分析，得到呼出气样本中代谢差异物的质谱分析结果。
其中，所述癌症包括但不限于肺癌、胃癌、食管癌、乳腺癌、肝癌及前列腺癌等肿瘤疾病。所述感染性疾病包括但不限于肺结核、慢性阻塞性肺疾病及新型冠状病毒肺炎等感染性疾病。
实施例三
采用上述的的检测方法的步骤，分别采集食管癌患者与健康受试者的呼出气2L，设置新型光离子源电离区气压300Pa，采用光源为VUV-Kr灯对呼出气样本进行电离，并通过飞行时间质谱(TOFMS)对其进行直接检测，检测时间设置为1min，对所得谱图进行对比，所得对比谱图如图3所示。由图3可以看出：下方的质谱信号峰为食管癌患者呼出气的谱图，可以明显检出m/z 59、m/z 77、m/z79、m/z 117等存在显著差异的信号峰，可见通过本发明提供的呼出气中代谢差异物的检测系统及方法能够明显得到食管癌患者与健康受试者的呼出气谱图差异。由此可以看出，本发明申请保护的方法能够用于癌症及感染性疾病代谢差异物的快速检测，表明了本方法的准确性与有效性。
实施例四
采用上述的的检测方法的步骤，分别采集肺结核患者与健康受试者的呼出气2L，设置新型光离子源电离区气压300Pa，采用光源为VUV-Kr灯对呼出气样本进行电离，并通过飞行时间质谱(TOFMS)对其进行直接检测，检测时间设置为1min，对所得谱图进行对比，所得对比谱图如图4所示。由图4可以看出：下方的质谱信号峰为肺结核患者呼出气的谱图，可以明显检出m/z 59、m/z 93、m/z 104、m/z 105、m/z 107等存在显著差异的信号峰，可见通过本发明提供的呼出气中代谢差异物的检测系统及方法能够明显得到肺结核患者与健康受试者的呼出气谱图差异。由此可以看出本发明申请保护的方法能够用于癌症及感染性疾病代谢差异物的快速检测，表明了本方法的准确性与有效性。
综上所述，本发明提供的呼出气中代谢差异物的检测系统100及方法，通过采样装置10采集受试者的呼出气，具有非侵入、无创、取样简单等优点；然后采用光离子源21对呼出气进行电离，实现呼出气中代谢差异物的高效软电离，结合质谱仪22的质谱技术对代谢差异物进行质谱分析，具有分析速度快、灵敏度高、定性和定量分析能力强等优点，有效提升了癌症及感染性疾病代谢差异物检测的准确性、可靠性及检测效率。因此，本发明提供的系统与方法具有操作简单明了、分析效率高、检测准确等显著优势，有效改善了癌症及感染性疾病代谢差异物检测的准确性与可靠性，具有广阔的实际应用前景。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统或装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统或装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。
Claims (8)
1.一种呼出气中代谢差异物的检测系统，用于检测癌症与感染性疾病的代谢差异物，其特征在于，包括采样装置与检测装置；所述采样装置包括呼出气采集器、一次性采样管与采样气袋，所述呼出气采集器与所述采样气袋分别密封连接于所述一次性采样管的两端；所述呼出气采集器用于采集受试者的呼出气并将呼出气存储于所述采样气袋中；
所述检测装置包括光离子源与质谱仪；所述光离子源与所述采样气袋通过送样管密封连接；所述光离子源用于将存储于所述采样气袋的呼出气进行离子化生成带电离子，并将所述带电离子送至所述质谱仪中从而得到呼出气中代谢差异物的质谱分析结果。
2.如权利要求1所述的呼出气中代谢差异物的检测系统，其特征在于，所述呼出气采集器包括入口端与出口端；所述入口端设有可拆卸连接的一次性呼气嘴，所述出口端与所述一次性采样管连接；所述一次性呼气嘴用于贴合密封受试者的呼气部位。
3.如权利要求1所述的呼出气中代谢差异物的检测系统，其特征在于，所述采样气袋设有进气阀与出气阀；所述进气阀与所述一次性采样管连接，所述出气阀与所述送样管连接。
4.如权利要求1所述的呼出气中代谢差异物的检测系统，其特征在于，所述送样管上设有除湿装置；所述除湿装置用于吸附经过所述送样管的呼出气的水汽。
5.如权利要求1所述的呼出气中代谢差异物的检测系统，其特征在于，所述光离子源的内部的真空度范围为100Pa-1000Pa。
6.如权利要求1所述的呼出气中代谢差异物的检测系统，其特征在于，所述质谱仪为飞行时间质谱仪。
7.一种呼出气中代谢差异物的检测方法，用于检测癌症与感染性疾病的代谢差异物，其特征在于，包括以下步骤：
将一次性呼气嘴贴合于受试者的口腔部，使受试者的呼出气样本依次经过呼出气采集器与一次性采样管后进入到采样气袋中，直至所述采样气袋存储的呼出气样本含量达到预设值；
将所述采样气袋与光离子源的进样口相连，开启光离子源，使所述采样气袋中的呼出气样本进入到所述光离子源中发生离子化从而生成带电离子；
质谱仪接收到带电离子后进行质谱分析，得到呼出气样本中代谢差异物的质谱分析结果。
8.一种呼出气中代谢差异物的检测方法，其特征在于，所述癌症包括肺癌、胃癌、食管癌、乳腺癌、肝癌及前列腺癌；所述感染性疾病包括肺结核、慢性阻塞性肺疾病及新型冠状病毒肺炎。
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