CN114431898A - 基于呼吸气的酮体检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于呼吸气的酮体检测装置，包括：气体采集模块，用于采集用户的呼吸气；气体检测模块，与所述气体采集模块连接，用于检测所述呼吸气中的丙酮浓度；状态分析模块，与所述气体检测模块连接，用于根据所述丙酮浓度，分析用户的当前健康状态。本发明基于呼吸气进行酮体检测，相对于尿酮检测，呼吸酮体的检测更加方便和实时，相比尿液，更能反映出体液中酮体的实时水平，且受饮水量，排泄周期的影响小，适合持续采集测试。

Description

基于呼吸气的酮体检测装置

技术领域

本发明涉及酮体检测技术领域，尤其涉及一种基于呼吸气的酮体检测装置。

背景技术

人体呼吸气体的测试是一种无创的检测方法，日益受到重视，它可以评估健康状态、检测疾病类型。古代希腊医生已经知道人类呼吸气体的气味可以用于疾病的诊断，糖尿病人的呼吸气味由于含有丙酮，具有恶臭；呼吸气具有尿骚味预示肾脏有毛病；肺脓肿病人的呼吸气具有下水道的气味，这是由于厌氧菌繁殖而形成的气味；有肝病的病人呼出气体具有臭鱼烂虾气味。

人体的呼吸中含有一系列关于自身健康的信息，它们以分子形态存在，其存在与否和浓度可以作为疾病检测的生物标记物。人体呼吸气体的测试是一种无损伤的检测方法，日益受到重视，它可以评估健康状态、检测疾病类型。当我们从口中呼出气体，有成千上万的分子排放到空气中，呼出气体样品常常是无机气体(如NO、CO2和CO)、挥发性有机化合物(例如异戊二烯、乙烷、戊烷和丙酮)以及其他典型的非挥发性物质的混合物(例如：过氧化亚硝酸盐、细胞激素等)。由于这些分子源于内源性和外源性物质，详细分析这些物质的组成，可以提供多种体内所发生的生理学过程的特征，以及摄取和吸收物质的途径。如果获取和分析得到的生理特征是正确的，那么就可以得出一个当前的健康状态。

我国传统中医通过闻气味诊断，得到了大量的临床经验和结论。但中医闻诊诊断技术主要是通过医生的目测观察、语言描述、经验辨析来判断病证，其诊断结果既受医生的知识水平、思维能力和诊断技能的限制，又受光线、温度等外部环境条件的影响，缺乏客观的、可数字表达的定量和定性的标准，使得辨证的精确性和重复性较差。在闻诊方面，闻气味是闻诊的一部分，临床可通过闻患者的身体气味来判断的疾病所在和性质。但存在的问题是，每个人的嗅觉不尽相同，存在一定的主观性，而且随着医生年龄的增加，嗅觉也会有不同程度的减退。因此，气味闻诊数字化技术的研发需求越来越大。

身体内酮体形成过多，除了直接导致在血液中浓度上升以外，还会导致其在呼出气中浓度增加和在尿中的排泄增加。从无创、便捷的角度出发，呼出气中酮体和尿酮的检测最适合日常检测。尿酮体的检测方法有试带法、湿化学法和片剂法。试带法基于传统的湿化学亚硝基铁氰化钠法而设计，是目前临床上最常用的尿酮体筛检方法，检测过程简易快速，尤其适合于临床检验。不同试带对丙酮和乙酰乙酸的灵敏度不一。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供了一种基于呼吸气的酮体检测装置。

本发明提供一种基于呼吸气的酮体检测装置，包括：

气体采集模块，用于采集用户的呼吸气；

气体检测模块，与所述气体采集模块连接，用于检测所述呼吸气中的丙酮浓度；

状态分析模块，与所述气体检测模块连接，用于根据所述丙酮浓度，分析用户的当前健康状态。

本实施例提供的基于呼吸气的酮体检测装置，通过气体采集模块采集人的呼吸气，通过气体检测模块检测呼吸气中丙酮的浓度，进而根据丙酮浓度分析人的健康状态。本发明基于呼吸气进行酮体检测，相对于尿酮检测，呼吸酮体的检测更加方便和实时，相比尿液，更能反映出体液中酮体的实时水平，且受饮水量，排泄周期的影响小，适合持续采集测试。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为在一个实施例中基于呼吸气的酮体检测装置的结构示意图；

图2为图1的处理流程示意图；

图3为尿酮体浓度和呼吸酮体浓度之间的关系示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于呼吸气的酮体检测装置，如图1所示，该装置包括：

气体采集模块，用于采集用户的呼吸气；

气体检测模块，与所述气体采集模块连接，用于检测所述呼吸气中的丙酮浓度；

状态分析模块，与所述气体检测模块连接，用于根据所述丙酮浓度，分析用户的当前健康状态。

可理解的是，在本发明实施例提供的酮体检测装置中，通过气体采集模块采集用户的呼吸气，然后利用气体检测模块对采集的呼吸气进行丙酮检测，得到丙酮浓度，最后通过状态分析模块根据所述丙酮浓度进行健康状态的分析，得到用户的当前健康状态。

本发明实施例提供了一种基于呼吸气的酮体检测装置，通过气体采集模块采集人的呼吸气，通过气体检测模块检测呼吸气中丙酮的浓度，进而根据丙酮浓度分析人的健康状态。可以分析出人体糖代谢异常或糖尿病情况，使酮体检测更准确、更方便。本发明实施例提供的酮体检测装置还可以为生酮饮食者提供酮体变化情况，进而对饮食结构进行合理调整。例如，减肥人群。相对于尿酮检测，呼吸酮体的检测更加方便和实时，相比尿液，更能反映出体液中酮体的实时水平，且受饮水量，排泄周期的影响小，适合持续采集测试。

其中，本装置的具体流程示意图具体可以参见图2。

在具体实施时，为了避免水分对丙酮浓度的检测造成影响，在气体采集装置和气体检测模块之间设置一个气体干燥管。也就是说，本发明实施例提供的装置还可以包括：气体干燥管，连接在所述气体采集模块和所述气体检测模块之间，用于对所述呼吸气进行干燥处理。

在具体实施时，气体采集模块可以采用多种结构形式实现，下面提供一种：所述气体采集模块包括呼吸面罩，所述呼吸面罩上在口鼻对应位置设置有呼吸气采集孔。

也就是说，将一个呼吸面罩作为气体采集模块，在呼吸面罩上的口鼻对应位置设置一个或者多个呼吸气采集孔，呼吸气经过呼吸气采集孔被采集，进而输送到气体检测模块中。

在具体实施时，所述气体检测模块中可以包含丙酮传感器，所述丙酮传感器用于对所述呼吸气中的丙酮浓度进行检测。

也就是说，通过丙酮传感器检测呼吸气中的丙酮浓度，丙酮传感器的具体形式有多种，例如，氧化物半导体气敏传感器。这类传感器应用广泛、灵敏度高、操作简便、体积小，适用于丙酮气体的快速检测。

进一步的，由于用户通过呼吸面罩进行呼吸气采集，因此为了便于气体按照预定路线流通，可以在气体检测模块中设置一个电机气泵，在电机气泵上电后，会控制从呼吸采集孔进入的呼吸气进入到气体检测装置中，然后流经气体检测装置中的丙酮传感器，最后排出呼吸气，形成一个气体循环。

在具体实施时，为了实现可视化，所述状态分析模块可以为计算设备，所述计算设备具有显示屏幕，在计算设备上安装有预设软件，由预设软件实现具体的计算过程，然后将分析结果显示在显示屏幕上，便于用户可以直观的了解到健康状态。

进一步的，所述计算设备可以具体用于：判断用户属性，并根据所述用户属性选择对应的判断标准，根据所述判断标准和所述丙酮浓度，分析用户对应的当前健康状态，并将所述当前健康状态展示在所述显示屏幕上。

其中，用户属性为用户属于何种人群，不同的人群具有不同的判断标准，依据用户的判断标准和检测出来的丙酮浓度才能分析出针对该用户的健康状态，进而将其进行展示。

在具体实施时，呼吸气的丙酮浓度分析可分为两种，一种是用于获知非糖尿病人群在减肥减脂过程中糖代谢的变化情况，第二种是用于进行糖尿病状态的判别。

针对减肥人群，糖代谢情况可根据丙酮浓度的变化分为三种：低脂肪代谢、快速脂肪代谢和高速脂肪代谢。其中，快速脂肪代谢是减脂的最佳状态。当人体达到高脂肪代谢状态时，人体会有酮中毒的风险，严重的酮中毒可以导致昏迷和其它健康问题。因此当检测结果显示处于高脂肪代谢状态下时，系统会发出警告提醒，告知使用者及时进行饮食结构的调整或向医生求助，减少脂肪的消耗速度，并相应地调整饮食结构。

针对糖尿病人群，糖尿病病因是由于胰岛β细胞受到细胞介导的自身免疫性破坏，自身不能合成和分泌胰岛素或者长期高胰岛素分泌导致组织对胰岛素信号产生抵抗，引起葡萄糖在血液中浓度过高，而组织内缺乏足够的葡萄糖提供能量。为了满足能量需求，身体储存的脂肪分解加速，大量脂肪酸进入组织内线粒体被氧化，其中间代谢产物丙酮、β-羟基丁酸和乙酰乙酸在血中的浓度显著升高，导致高酮体血症和尿酮体，其中丙酮因为具有挥发性，可以通过肺部经呼吸作用排出。因此可根据呼吸气中的丙酮浓度对患者的糖尿病类型进行初步的分类，患者也可以依据检测结果判断自身病情变化情况。

本发明实施例开展了一段时间的生酮试验，在此期间对受试者的尿酮体和呼吸酮体进行测试与记录。试验结果表明，尿液酮体的浓度变化与呼吸气中酮体浓度的变化有较强的相关性，参见图3，。因此，呼吸气中的酮体浓度可以在很大程度上反应人体内酮体的变化情况，且比起尿酮体有更好的时效性。通过相关医学文献调研及数据库搭建，本发明实施例也设计了丙酮气体分析糖代谢异常或糖尿病情况的判定规则，当呼吸气中的丙酮气体浓度超过某些阈值，健康状态就会发生改变。

在具体实施时，若用户属性为减肥人群，则对应的判断标准可以为脂肪代谢速度对应的判断标准。若用户属性为糖尿病人群，则对应的判断标准可以为酮症酸中毒对应的判断标准。

进一步的，如果用户为减肥人员，所述脂肪代谢速度对应的判断标准可以包括第第一阈值和第二阈值，所述第一阈值小于第二阈值；对应的，所述计算设备具体用于：

若所述丙酮浓度小于所述第一阈值，则用户当前处于低脂肪代谢状态，将所述低脂肪代谢状态展示在所述显示屏幕上；

若所述丙酮浓度大于等于所述第一阈值且小于所述第二阈值，则用户当前处于快速脂肪代谢状态，在展示所述快速脂肪代谢状态的同时给出预警提醒；

若所述丙酮浓度大于等于所述第二阈值，则用户当前处于高速脂肪代谢状态，在展示所述高速脂肪代谢状态的同时给出酮中毒风险的提醒。

进一步的，若用户为糖尿病人群，则所述酮中毒对应的判断标准。可以包括第三阈值和第四阈值；所述第三阈值小于所述第四阈值；对应的，所述计算设备具体用于：

若所述丙酮浓度小于所述第三阈值，则用户当前处于酮中毒的低风险状态，并将所述低风险状态展示在所述显示屏幕上；

若所述丙酮浓度大于等于所述第三阈值且小于所述第四阈值，则用户当前处于酮中毒的高风险状态，并将所述高风险状态展示在所述显示屏幕上；

若所述丙酮浓度大于所述第四阈值，则用户当前处于酮中毒的极高风险状态，并将所述极高风险状态展示在所述显示屏幕上。

例如，参见下表1：

表1用户健康状态的分析对应表

其中，a1为低脂肪代谢状态的呼吸气中丙酮浓度的阈值上限和快速脂肪代谢状态中呼吸气的丙酮浓度的阈值下限，即第一阈值，b1是快速脂肪代谢状态中呼吸气的丙酮浓度的阈值上限和高速脂肪代谢状态中呼吸气的丙酮浓度的阈值下限，即第二阈值。a2为糖尿病低风险情况下呼吸气中丙酮浓度阈值上限和高风险情况丙酮浓度的阈值下限，即第三阈值，b2为糖尿病高风险情况下呼吸气中丙酮浓度阈值上限和糖尿病极高风险时丙酮浓度的阈值下限，即第四阈值。

可理解的是，本装置利用无创手段通过采集患者呼吸气并分析其中的气体成分，可满足健康人和糖尿病等不同人群的使用需求，对自身的健康状况进行初步诊断。如果结果显示存在某些疾病风险，则可前往医院向专业医生咨询，采取适当的干预措施。本发明实施例提供的基于呼吸气的酮体检测装置可以通过检测健康人和患者呼吸气体中的丙酮气体浓度，建立糖代谢异常等的呼吸气体数据库及相关疾病的判定规则，进而实现通过呼吸气对人体疾病进行初步的识别与检测，是一种无创便捷的健康评估装置。

其中，酮体：酮体包含丙酮、β-羟基丁酸及乙酰乙酸，在脂肪大量分解的情况下，其在血液中和尿液中的含量会显著上升。酮体可以作为神经元和其他不能直接代谢脂肪酸的细胞的替代能源供能。其中丙酮因为具有挥发性，在血液经过肺部时，会通过肺泡气体交换进入气管，进而排出体外。酮体是一种人体被迫使用存储脂肪作为主要能量来源时产生的。糖尿病与酮体之间存在紧密联系，因为出现酮体是胰岛素不能正常把葡萄糖传输到细胞的迹象。

其中，生酮饮食：通常是指碳水化合物含量非常低、蛋白质含量适中、脂肪含量高的饮食，旨在诱导酮体的产生。“经典”生酮饮食通常是指医学监督下的极低碳水化合物的饮食，膳食脂肪与膳食蛋白质和碳水化合物的比例为4：1或3：1。生酮饮食在不限制脂肪(甚至是饱和脂肪)和总热量情况下，能显著减重、降糖、增加高密度脂蛋白胆固醇，降低甘油三酯、血压等。一些学者认为，生酮饮食有望作为肥胖和2型糖尿病患者的一线非药物治疗方案，或可成为减重药物、代谢性手术的理想替代。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种基于呼吸气的酮体检测装置，其特征在于，包括：

气体采集模块，用于采集用户的呼吸气；

气体检测模块，与所述气体采集模块连接，用于检测所述呼吸气中的丙酮浓度；

状态分析模块，与所述气体检测模块连接，用于根据所述丙酮浓度，分析用户的当前健康状态。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

气体干燥管，连接在所述气体采集模块和所述气体检测模块之间，用于对所述呼吸气进行干燥处理。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体采集模块包括呼吸面罩，所述呼吸面罩上在口鼻对应位置设置有呼吸气采集孔。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述气体检测模块中包含丙酮传感器，所述丙酮传感器用于对所述呼吸气中的丙酮浓度进行检测。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述丙酮传感器为氧化物半导体气敏传感器。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，

所述气体检测模块中还设置有气泵，所述气泵用于控制从所述呼吸气采集孔进入的呼吸气进入所述气体检测模块中流经所述丙酮传感器后排出。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述状态分析模块为计算设备，所述计算设备具有显示屏幕；

所述计算设备具体用于：判断用户属性，并根据所述用户属性选择对应的判断标准，根据所述判断标准和所述丙酮浓度，分析用户对应的当前健康状态，并将所述当前健康状态展示在所述显示屏幕上。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，若用户属性为减肥人群，则对应的判断标准为脂肪代谢速度对应的判断标准；若用户属性为糖尿病人群，则对应的判断标准为酮症酸中毒对应的判断标准。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，若用户属性为减肥人群，所述脂肪代谢速度对应的判断标准包括第第一阈值和第二阈值，所述第一阈值小于第二阈值；

对应的，所述计算设备具体用于：

若所述丙酮浓度小于所述第一阈值，则用户当前处于低脂肪代谢状态，将所述低脂肪代谢状态展示在所述显示屏幕上；

若所述丙酮浓度大于等于所述第一阈值且小于所述第二阈值，则用户当前处于快速脂肪代谢状态，在展示所述快速脂肪代谢状态的同时给出预警提醒；

若所述丙酮浓度大于等于所述第二阈值，则用户当前处于高速脂肪代谢状态，在展示所述高速脂肪代谢状态的同时给出酮中毒风险的提醒。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，若用户为糖尿病人群，则所述酮中毒对应的判断标准。包括第三阈值和第四阈值；所述第三阈值小于所述第四阈值；

对应的，所述计算设备具体用于：

若所述丙酮浓度小于所述第三阈值，则用户当前处于酮中毒的低风险状态，并将所述低风险状态展示在所述显示屏幕上；

若所述丙酮浓度大于等于所述第三阈值且小于所述第四阈值，则用户当前处于酮中毒的高风险状态，并将所述高风险状态展示在所述显示屏幕上；

若所述丙酮浓度大于所述第四阈值，则用户当前处于酮中毒的极高风险状态，并将所述极高风险状态展示在所述显示屏幕上。

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