CN117045285A - 呼出气体的采集装置、三通管及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种呼出气体的采集装置及配套使用的三通管，所述采集装置包括三通管、采气装置和收集气袋，三通管的一端连接外界空气，三通管的另外两端分别与采气装置和收集气袋连接，其中，三通管内气道的被分成相互隔离的吸气通道和呼气通道，所述吸气通道和呼气通道一直延伸至三通管与采气装置的连接处。本发明所述采集装置和配套使用的三通管能有效减少气道内的残留空气，克服了死腔问题导致的被分析气体浓度被残留空气稀释的问题。

Description

呼出气体的采集装置、三通管及应用

技术领域

本发明涉及人体呼出气体检测领域，特别涉及一种呼出气体的采集装置、三通管及应用。

背景技术

呼出气体中有越来越多疾病相关的标志物被发现，目前呼出气体的检测已经广泛用于临床研究和临床诊断，检测项目覆盖呼出气体中的挥发性有机化合物(VOCs)、呼出气体冷凝液(EBC)、呼出气体中的颗粒物等。目前已在临床诊断中应用的有机化合物类标志物有一氧化氮、一氧化碳、氢气、甲烷、氨气、硫化氢、氧气和二氧化碳等。

呼气一氧化氮(FeNO)作为国际公认的嗜酸性粒细胞(EOS)性气道炎症的无创检测标志物，已经被广泛地应用于哮喘等呼吸疾病的诊断中。通过采集呼出气体并对气体成分进行分析，可辅助医生判断患者的疾病情况和治疗效果。

用气袋采集呼气样本是呼出气体采集常用的方法之一，该方法操作简单，无需复杂的仪器，特别适合不能自主控制呼吸的患者。气体采集过程的可重复性、气袋中呼气样本的浓度精度等问题是本行业持续研究和攻关的内容。

市场上已有这类呼出气体采集的装置，采集装置包括面罩、气体收集袋和三通管，三通管的一端与空气连通，另两端分别连接面罩和气体收集袋。三通管100’的气道结构如图5所示，包括与面罩连接的主气管10’，吸入空气的吸气管11’、与气体收集袋连接的呼气管12’，吸气管和呼气管交汇于主气管。吸气时，空气经吸气管进入三通管的主气管，尽管大部分空气被吸走，但主气管内还是会有空气残留，当转换到呼气时，残留在主气管内的空气就会随着呼气进入呼气袋，残留的空气会稀释测试者呼气中的气体成分，使收集在气袋内的气体成分浓度比实际的浓度低，造成测量误差。

在吸入空气成分的控制方面，现有的呼出气体采集装置没有过滤净化功能，导致患者可能吸入带有粉尘的气体而加重病情，或者吸入的空气中就带有被分析的气体成分，这些外来的气体成分被气袋收集后会干扰检测，产生较大的检测误差，降低了测量精度和准确性。

发明内容

为了克服以上现有技术中的问题，本发明提供了一种三通管，包括吸气入口、采气口、呼气出口和气道，三通管内的气道被分隔成吸气通道和呼气通道，吸气通道和呼气通道在三通管与采气装置接合处之前的三通管内没有共同的通道。

进一步的，吸气通道和呼气通道在三通管内没有共同的通道。

更进一步的，吸气通道出气口的开口和呼气通道进气口的开口与三通管采气口的开口齐平。

相比于开口平齐，还可以是吸气通道出气口的开口和呼气通道进气口的开口突出三通管采气口的开口。

三通管内的吸气通道和呼气通道是通过气道内的隔板分隔而成。

进一步的，吸气通道的进气口端安装有吸气单向阀，呼气气道出气口端安装有呼气单向阀。

为了便于采气装置和收集气袋的与三通管的连接，所述三通管吸气入口端、采气口端和呼气出口端分别设置了吸气接口、采气装置接口和气袋接口。

三通管的外形可以是T型等形状。

进一步的，T型三通管结构可以是吸气通道从出气口端向进气口端延伸，并在进气口附近折弯向下；呼气通道从进气口端沿直线方向向出气口端延伸。

进一步的，采气口端设有卡槽。

更进一步的，采气口端的管壁围绕在气道管壁的外侧，与气道管壁之间形成一个供采气装置接头(例如面罩接头)插入的卡槽。

本发明还提供了一种呼出气体的采集装置，包括本发明所述的三通管。

进一步的，所述气体采集装置还包括采气装置和收集气袋，三通管的采气口端和呼气出口端分别与采气装置和收集气袋连接。

优选的，还包括过滤盒，过滤盒安装在三通管的吸气口端。

本发明所述三通管可应用于呼出气体的采集上。

与现有的技术三通管相比，本发明的有益效果是：三通管的气道中设置隔板，将吸气通道和呼气通道相互分隔开，这能有效减少呼气气道内的残留空气，三通管的吸气通道和呼气通道在三通管内没有共同的通道，可进一步压缩或消除三通管内空气和呼出气体均会进入的共用腔体体积。克服了死腔(共用腔体)导致的呼出的气体被残留的空气稀释的问题，消除因此带来的检测误差，提高检测结果的准确性和精确度。

附图说明

图1接入吹嘴的呼出气体采集装置示意图。

图2接入呼吸面罩的呼出气体采集装置示意图。

图3是呼出气体采集装置剖面图，及使用小尺寸面罩，小尺寸面罩接头插入采气接口卡槽中的示意。

图4是呼出气体采集装置剖面图，及使用大尺寸面罩，大尺寸面罩接头套接在采气结构的示意。

图5是气道内存在空气和呼气均会进入的共用腔体的三通管示意图。

图6是本发明三通管的正面示图。

图7是以图6作为主视图的本发明三通管右视图。

图8是本发明三通管的立体图图。

图9是本发明三通管的分解图。

图10是本发明三通管剖面示图。

图11是本发明三通管另一角度的剖面视图。

图12是本发明三通管中的隔板突出于三通管开口的示意图。

图13是三通管与采集装置连接的另一种形式的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图1或图2所示的呼出气体采集装置，包括三通管100、采气装置和收集气袋300。三通管的吸气入口端连通外界空气，三通管的采气口端和呼气出口端分别与采气装置和收集气袋连接。优选的方案中，三通管的吸气入口端设有吸气接口11、三通管的采气口端设有采气装置接口12，在呼气出口端设有气袋接口13，这些接口均与三通管的气道20相连。采气装置和收集气袋分别与采气装置接口12和气袋接口13连接，空气经三通管的吸气接口11吸入气道20。

采气装置是与测试者的嘴鼻配合使用的医疗器材，测试者从嘴和/或鼻呼出的气体经采气装置进入三通管的气道内。例如，如图1所示采气装置为吹嘴500，如图2所示的采气装置为面罩200。

如图1所示的呼出气体采集装置，空气未经过滤直接通过吸气接口进入气道。为了避免空气中存在的气体成分对呼出气体测试产生干扰，图2的呼出气体采集装置还包括过滤盒400，过滤盒连接在吸气接口上。所述过滤盒400包括接口401和进气口402，在过滤盒内填充了空气过滤材料403。空气过滤材料用于过滤空气中会对测量产生干扰的气体，如收集的呼出气体是用于检测呼气一氧化氮时(FeNO)，填充在过滤盒内的过滤材料可以是高锰酸钾颗粒、活性炭、分子筛等物质或者是这些材料的混合物，这类过滤材料可以去除空气中已有的NO。过滤盒可以直接安装在吸气接口内，也可以如图2和3所示，三通管的吸气接口11的下方连接有过滤盒接口14，过滤盒安装在过滤盒接口上。

采气装置、收集气袋和过滤盒可拆卸式安装于三通管上，并通过锁紧机构相互连接，锁紧机构例如插接、卡扣、螺纹配合等。例如图3所示，采气接口12内设有卡槽121，面罩200的接头201插入该卡槽内，形成三通管和面罩的插接配合。收集气袋300包括气袋301和连接于气袋袋口的弹性卡件302，在气袋301的袋口处设有单向阀，呼气时，单向阀打开，气体进入，吸气时或采集完之后，单向阀关闭。弹性卡件302的内径比气袋接口13的外径稍小，由于卡件具有一定的弹性，经弹性变形后卡紧在气袋接口的外壁上。过滤盒接口外壁设有螺纹，过滤盒的接口旋转安装在过滤盒接口上。

本发明所述采气接口可适配不同尺寸的呼吸面罩。如图3和图4所示，采气接口12的管壁123围绕在气道管壁24的外侧，与气道管壁之间形成一个供面罩接头201插入的卡槽121。如图3所示，当使用小尺寸面罩200时，面罩的接头201插接在采气接口的卡槽121内。如图4所示，当使用大尺寸面罩200’时，面罩的接头201套接在采气接口的外壁上。因此，本发明所述内设卡槽的采气接口可以适配尺寸不同的通用呼吸面罩。

本发明所述三通管包括吸气入口、采气口、呼气出口和气道，三通管内的气道被分隔成吸气通道和呼气通道。用于传输空气的吸气通道包括进气口和出气口，空气从进气口进入吸气通道，从出气口离开吸气通道。用于传输呼出的气体的呼气通道包括进气口和出气口，呼出的气体从进气口进入呼气通道，从出气口离开呼气通道。除了三通管与采集装置连接处，吸气通道和呼气通道在三通管内的其他部位没有共用的通道。在优选的方案中，吸气通道和呼气通道在三通管内没有共用的通道，也即三通管内不存在空气和呼出气体均会进入的共用腔体。

图6至11是本发明三通管的设计方案之一，该方案中吸气通道和呼气通道在三通管内没有共用的通道。

如图6至11所示的三通管100包括吸气入口、采气口、呼气出口以及与它们连通的气道，三通管的吸气入口是空气吸入端，三通管的采气口端和呼气出口端分别与采气装置和收集气袋连接。在一个优选方案中，吸气入口设有供空气吸入的吸气接口11，在采气口设有与面罩连接的采气接口12，在呼气出口设有与收集气袋连接的气袋接口13。三通管的气道20内设有隔板23，所述隔板将气道分隔成相互隔开的吸气通道21和呼气通道22，吸气通道21内的空气不会直接进入呼气通道22造成空气在呼气通道内的残留。且吸气通道和呼气通道在三通管内没有共用的通道，避免气道内存在一个空气和呼出气体均会进入的共用腔体(或者称为共用通道)。

在图6至图11所示，隔板23设置在气道20的纵向中轴线上(纵向是指从采气口端向呼气出口端延伸的方向)，将气道分割成上下两部分。吸气通道21位于气道的下部，由隔板23和气道壁24围合而成，吸气通道21的进气口端211安装了支架50，吸气单向阀51装在支架50上，吸气时，吸气单向阀51打开，外界空气进入吸气通道，呼气时，单向阀闭合，阻断吸气通道与外界的气体流通。呼气通道22位于气道的上部，由隔板23和气道壁24围合而成，呼气通道22的出气口端221安装了支架50，出气单向阀52装在支架50上，呼气时，呼气单向阀52打开，呼出的气体进入气袋300，吸气时，单向阀闭合，阻断了呼气通道与气袋之间的气体流通。吸气通道出气口的开口和呼气通道进气口的开口与三通管采气口的开口齐平。如此设计，可进一步压缩或消除三通管内共用腔体的空间。

如图12所示为本发明三通管的另一种气道设计，隔板23突出于采气接口。如图13所示为三通管的另一种气道设计，吸气通道出气口的开口和呼气通道进气口的开口位于三通管与采集装置连接处，这样的设计相比于现有技术中吸气通道和呼气通道存在共用通道的三通管，仍然大大减少了共用腔体的空间。

三通管外形可以是如图6所示的T型。其内部结构如图10和11所示，吸气通道从出气口端向另一端直线延伸，并在尾部折弯向下至进气口端，在本例中以90度角折弯向下。呼气通道从进气口端向出气口端直线延伸。在进一步的设计中，吸气通道在不同部位的直径可以不一样，如图10和11所示，吸气通道靠近进气口的气道直径比靠近出气口的气道直径大，呼气通道靠近进气口的气道直径比靠近出气口的气道直径小。

如图10和11所示，三通管的吸气接口、采气接口和气袋接口与气道是一体成型的。在其他的实施方案中，三通管的吸气接口、采气接口和气袋接口是独立于气道的零件，经后期加工组装到气道上。在另一些实施方案中，从外观结构上看，吸气接口、采气接口和气袋接口并不明显的显示为单独的零件，只要能够实现对应功能的即为本发明所述的吸气接口、采气接口和气袋接口。

下面以收集的呼出气体是用于呼气一氧化氮含量测量(FeNO)为例，结合图3和图4说明呼出气体采集装置的采气方法以及三通管的使用。将合格的呼吸面罩200或200’、收集气袋300和过滤盒400分别安装在采气接口12、气袋接口13和过滤盒接口14上。根据呼吸面罩尺寸规格选择适配的采气接口的插入位置。吸气时，吸气单向阀51打开，呼气单向阀52关闭，空气从过滤盒的进气口401进入过滤盒，经过滤不含NO气体的洁净空气穿过吸气单向阀51从吸气通道直接进入面罩200并被测试者吸入。呼气时，吸气单向阀51关闭，呼气单向阀52打开，测试者呼出的气体通过呼气通道22并穿过呼气单向阀52进入收集气袋300。将收集气袋内收集的气体样本添加到气体分析仪上，完成呼气一氧化氮的成分分析。图中的箭头显示了空气和呼出气体在吸气和呼气时的气体流动方向和路径。在本例中三通管为可抛式T型三通管，有效降低交叉感染的风险。三通管中吸气通道和呼气通道彼此上下分隔开，保证了吸入的空气在三通管内不会进入呼气通道，这能有效减少呼气气道内的空气残留，同时本发明的三通管内也不存在共用腔体，进而消除了死腔(共用腔体)导致的需分析的气体成分浓度被残留在气道内的空气稀释的问题，提高了进入气袋的呼出气体中各成分的浓度精度，保证了后续测量结果的准确性。

以上的描述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明所要求保护的范围。凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均应当包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种三通管，包括吸气入口、采气口、呼气出口和气道，其特征在于，三通管内的气道被分隔成吸气通道和呼气通道，吸气通道和呼气通道在三通管与采气装置接合处之前的三通管内没有共同的通道。

2.根据权利要求1所述的三通管，其特征在于，吸气通道和呼气通道在三通管内没有共同的通道。

3.根据权利要求2所述的采集装置，其特征在于，吸气通道出气口的开口和呼气通道进气口的开口与三通管采气口的开口齐平。

4.根据权利要求1所述的三通管，其特征在于，吸气通道出气口的开口和呼气通道进气口的开口突出于三通管采气口的开口。

5.根据权利要求1至4之一所述的三通管，其特征在于，气道内设有隔板，所述隔板将气道分隔成相互隔开的吸气通道和呼气通道。

6.根据权利要求1至4之一所述的三通管，其特征在于，吸气通道的进气口端安装有吸气单向阀，呼气气道出气口端安装有呼气单向阀。

7.一种呼出气体的采集装置，其特征在于，包括权利要求1至6之一所述的三通管。

8.根据权利要求7所述的采集装置，其特征在于，还包括采气装置和收集气袋，三通管的采气口端和呼气出口端分别与采气装置和收集气袋连接。

9.根据权利要求7所述的采集装置，其特征在于，还包括过滤盒，过滤盒安装在三通管的吸气口端。

10.权利要求1至6之一的三通管在呼出气体采集上的应用。