CN117462112A - 一种静息代谢率检测设备及检验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于医疗器械技术领域，提供了一种静息代谢率检测设备及检验装置，所述静息代谢率检测设备包括：主处理器模块、心电检测模块和待测模块，所述心电检测模块用于检测所述待测模块中受试者是否达到静息状态，并将检测结果反馈给所述主处理器模块；所述待测模块通过一旁路抽气采样管路级联连接有代谢气体处理模块、代谢气体控制模块和代谢气体浓度测量模块；所述代谢气体浓度测量模块连接有标定模块，所述标定模块能够供给两种以上标定气，以对所述代谢气体浓度测量模块进行标定；本发明可以精确监测受试者的静息状态，进而控制进行代谢气的测量，基于水蒸气修正技术对代谢气的平衡处理，对测量静息代谢率的有效性和精确度具有积极作用。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种静息代谢率检测设备及检验装置。
背景技术
静息代谢率（resting energy metabolism，REE）是指人处于休息时维持基本生理功能所消耗的能量，REE的测量是研究人类能量消耗和营养支持的基础，它不仅应用在运动健康领域，同时在临床的营养支持中也有着重大意义。
REE的精准测量方法主要有直接测热法、间接测热法。直接测热法的设备体积过大、造价昂贵，故直接测热法的设备实用性不高。间接测热法（indirect calorimetry，IC）是将呼出气体与吸入气体的O2浓度和CO2浓度及流量都测量出来，再通过作差、积分等数学方式计算出REE，其有着高精度、实时性好、测量方便等优点。IC也是现在临床检测人体能量代谢的“金标准”。
现有基于间接测热法原理的设备主要有国外的MGC、QUARK RMR Deltatrac-2及E-sCOVX等；但国内此种设备很少，主要有“一种头罩式间接能量测试方法及装置”（申请公布号CN 108175412 A ），该装置仅能通过主观经验判断受试者的静息状态，检测结果精度无法保证，并且其代谢气体处理部分较为粗糙，气路结构不稳定，使得该设备测量准确性及稳定性都较低，并且该设备只通过与国外设备对比来验证机械的有效性，缺少检验装置。
基于此，本发明设计了一种静息代谢率检测设备，以解决上述问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种静息代谢率检测设备及检验装置，通过心电检测模块准确检测受试者是否达到静息状态，从而增加所测受试者静息代谢率的可信度；由于人体呼出的代谢气体（或称代谢气）中含有饱和水蒸气，以及呼出来的气体流速、压力等都是不断变化的，故对代谢气体进行了处理和控制，并加强气路结构的稳定性，增加了基于酒精灯充分燃烧的检验装置，进一步验证了设备的有效性。
本发明实施例是这样实现的，一种静息代谢率检测设备，包括主处理器模块、心电检测模块和待测模块；
所述待测模块通过一旁路抽气采样管路级联连接有代谢气体处理模块、代谢气体控制模块和代谢气体浓度测量模块；
所述心电检测模块用于检测所述待测模块中受试者是否达到静息状态，并将检测结果反馈给所述主处理器模块；
所述代谢气体浓度测量模块连接有标定模块，所述标定模块能够供给两种以上标定气，以对所述代谢气体浓度测量模块进行标定；
所述代谢气体处理模块，基于水蒸气修正技术将从待测模块引入的代谢气进行平衡处理后传输给所述代谢气体控制模块；
所述代谢气体控制模块，基于双点闭环PID控制技术将代谢气控制在预设参数范围内，以保持代谢气传输至所述代谢气体浓度测量模块时，满足代谢气体浓度测量模块的测量条件；
所述代谢气体浓度测量模块，能够在该测量条件下进行代谢气的参数测量，使得所述主处理器模块通过测量的参数分析受试者的静息代谢率。
本发明实施例还提供一种静息代谢率检验装置，用于检验如上所述的静息代谢率检测设备的有效性；
其中所述静息代谢率检验装置包括：检验模块；所述检验模块与所述代谢气体处理模块耦合，能够对检验模块检验时消耗的燃料进行量化，并与所述的静息代谢率检测设备检测对应燃料的反应物的检测结果进行对比，实现检验。
本发明实施例提供的一种静息代谢率检测设备，通过设置的心电检测模块，准确检测受试者是否达到静息状态，从而增加所测受试者静息代谢率的可信度；由于人体呼出的代谢气体（或称代谢气）中含有饱和水蒸气，以及呼出来的气体流速、压力等都是不断变化的，故增加设置的代谢气体处理模块、代谢气体控制模块，很好的对代谢气体进行了处理和控制，并加强气路结构的稳定性，实现静息代谢率的精确检测。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种静息代谢率检测设备的原理示意图；
图2为本发明实施例提供的一种静息代谢率检验装置的原理示意图；
图3为本发明实施例中代谢气体处理模块、代谢气体控制模块、代谢气体浓度测量模块和标定模块的气路图。
图中：100-人机交互模块；200-主处理器模块；300-标定模块；400-代谢气体浓度测量模块；500-代谢气体控制模块；600-代谢气体处理模块；700-待测模块；800-心电检测模块；900-检验模块；
301-第一减压阀；302-第一气阻；303-第一电磁阀；304-第二减压阀；305-第二气阻；306-第二电磁阀；307-第三电磁阀；401-二氧化碳传感器；402-氧气传感器；403-第三气阻；501-比例阀；502-第一压差传感器；503-第二压差传感器；504-缓冲罐；505-第四气阻；506-副抽气泵；601-气体传输管；602-干燥管；603-通气风扇；710-主抽气泵。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
实践中，REE的精准测量方法主要有直接测热法、间接测热法。国外基于间接测热法原理的设备主要有MGC、QUARK RMR Deltatrac-2及E-sCOVX等；但国内此种设备很少，主要有“一种头罩式间接能量测试方法及装置”，该装置是凭测试者的感觉来评估受试者是否处于静息，无法准确评估人体是否在静息状态下进行测试的，并且其代谢气处理部分较为粗糙，气路结构不稳定，使得该设备测量准确性及稳定性都较低，并且该装置只通过与国外设备对比来验证机械的有效性，缺少高性价比的检验装置。
在一个实施例中，如图1所示，本发明实施例提供的一种静息代谢率检测设备，包括主处理器模块200、心电检测模块800和待测模块700；
所述待测模块700通过一旁路抽气采样管路级联连接有代谢气体处理模块600、代谢气体控制模块500和代谢气体浓度测量模块400；
所述心电检测模块800用于检测所述待测模块700中受试者是否达到静息状态，并将检测结果反馈给所述主处理器模块200；
所述代谢气体浓度测量模块400连接有标定模块300，所述标定模块300能够供给两种以上标定气，以对所述代谢气体浓度测量模块400进行标定；
所述代谢气体处理模块600，基于水蒸气修正技术将从待测模块700引入的代谢气进行平衡处理后传输给所述代谢气体控制模块500；
所述代谢气体控制模块500，基于双点闭环PID控制技术将代谢气控制在预设参数范围内，以保持代谢气传输至所述代谢气体浓度测量模块400时，满足代谢气体浓度测量模块400的测量条件；
所述代谢气体浓度测量模块400，能够在该测量条件下进行代谢气的参数测量，使得所述主处理器模块200通过测量的参数分析受试者的静息代谢率。
本实施例中，通过心电检测模块800准确检测受试者是否达到静息状态，增加测量的受试者静息代谢率的可信度。对代谢气的处理，通过水蒸气修正技术，即使用代谢气体处理模块600进行水蒸气修正，减小水蒸气带来的误差，以及增加了本设备的元器件使用寿命；而在进行代谢气的检测时，会控制代谢气的流量、压力等，该控制是通过代谢气体控制模块500基于旁路抽气采样的双点闭环PID控制技术实现，减小了因气压波动造成的传感器测量的误差。加强了气路结构的稳定性，实现静息代谢率的精确检测。
在本实施例的一个示例中，由于人体呼出的代谢气中含有饱和水蒸气，以及呼出来的气体流速、压力等都是不断变化的；对代谢气体浓度测量模块400的工作带来了挑战；
因此，为了精确实现静息代谢率的检测，有必要提供一种合适的测量条件；例如，使得代谢气中饱和水蒸气维持在与环境的水蒸气相近；使得呼出来的气体流速、压力等在进行测量时维持在合理的范围内，例如：使气体的压力达到0.05MPa，气体流速的变化不超过±15L/Min；总的来说，该测量条件，可以根据代谢气体浓度测量模块400中二氧化碳传感器401、氧气传感器402的说明书或出厂铭牌信息进行灵活选择。
在本实施例的一个示例中，所述主处理器模块200采用微处理器或单片机，该单片机选型在STM32F4系列单片机；单片机用于控制各个模块的运行以及接收采集到的信号，并将数据传输给人机交互模块100，即上位机（上位机用于处理计算接收到的数据，以及发送指令；显示测量和计算结果，并形成报表；控制设备的整体运行）。
所述主处理器模块200连接有人机交互模块100，所述人机交互模块100用于处理所述主处理器模块200接收到的数据、向所述主处理器模块200发送指令，及显示静息代谢率的检测过程和结果，当然，也可以不显示静息代谢率的检测过程，仅显示静息代谢率的检测结果。
其中，所述主处理器模块200在代谢气的检测阶段主要包括以下控制步骤：
首先由标定模块300使用标准气（即标定气，一般第一标定气为0%CO2和19%O2（及低浓度CO2和O2），第二标定气为5.5%CO2和21.1%O2（及高浓度CO2和O2））对代谢气体浓度测量模块400中的氧气传感器402和二氧化碳传感器401进行标定，标定完成后将标定结果传输给主处理器模块200，再由主处理器模块200传输给人机交互模块100。此后，通过主处理器模块200开启心电检测模块800检测受试者是否到达静息状态，当检测到受试者已经进入静息状态时，启动代谢气体处理模块600、代谢气体控制模块500、代谢气体浓度测量模块400，进行代谢气体的处理、控制和浓度测量（或采集），然后将测量（或采集）的数据传输到主处理器模块200，或直接传输给人机交互模块100，通过人机交互模块100的预置软件计算得出REE（静息代谢率），并显示出测量及计算出的数据报表。
在本实施例的一个示例中，所述微处理器，用于控制各个模块的运行以及接收和处理采集到的信号；微处理器为现有技术的直接应用，在此不作具体限制。
在本实施例的一个示例中，所述的心电检测模块800，使用的是12导联的心电检测仪，其作用是检测受试者的心率是否在静息状态，配合本设备的其他模块进行静息代谢率测量，增加该设备对静息代谢率测量的可信度。
如图3所示，在本实施例的一个示例中，所述待测模块700至少包括通风头罩、主抽气泵710，所述通风头罩设有进气口、出气口，所述通风头罩内设置有主抽气泵710，所述主抽气泵710的出气端连接主传输管路的一端，所述主传输管路的另一端连接所述出气口。
待测模块700使用时，受试者将头部置于通风头罩内，呼出的气体和空气混合，由主抽气泵710抽入主传输管路中；通风头罩除进气口和出气口外，其他都是相对密闭的，由于是抽气，会在通风头罩内形成负压，这就减小了代谢气的外泄。
在一个示例中，在主传输管路上设置有流量传感器，流量传感器主要是测量主传输管路中的代谢气流速；
在一个示例中，主抽气泵710的控制，基于自适应调节技术进行设置；也即主抽气泵710的抽气速率可以采用自适应调节技术，主抽气泵710的抽气速率会随着二氧化碳的浓度变化而变化，实现对代谢气的精细处理、控制；
例如：设置每1分钟分析一次二氧化碳浓度并调节抽气速率，抽气速率与二氧化碳浓度的关系公式如下：
其中 FS(i)为任意时刻主抽气泵710的抽气速率，总限幅为20-60L/Min，单次抽气速率修改不能超过±15L/Min，Fco2_c为当前二氧化碳浓度，Fco2_s为期望二氧化碳浓度控制的目标值（该设备中Fco2_s=0.8%），FS(i-1)为任意时刻的前一分钟的主抽气泵710的抽气速率；FS(0)即0时刻的主抽气泵710的抽气速率，即：[0.7*体重（kg）+5]L/Min。本示例中将通风头罩内的二氧化碳浓度控制在0.5%-1.2%之间。
需要说明的是，现有技术中，使用间接测热法时需要使用霍尔氮平衡原理，而这就需要知道除氮气和惰性气体之外气体的浓度参数，一般为氧气、二氧化碳和水蒸气。其中，氧气和二氧化碳的浓度可通过常规传感器测得，而水蒸气的浓度无法得知，且其浓度会是实时变化的，这就会对测量造成误差，而使用高响应、高精度的湿度传感器会带来巨大的成本；此外，高浓度水蒸气长期直接接触传感器和其他元器件会减少他们的使用寿命。
因此，如图3所示，在本实施例的一个示例中，在静息代谢率检测设备中增加代谢气体处理模块600，可以解决上述使用高响应、高精度的湿度传感器会带来巨大的成本；此外，也解决了高浓度水蒸气长期直接接触传感器和其他元器件会减少他们的使用寿命的问题；
所述代谢气体处理模块600包括气体传输管601、干燥管602、设置在所述干燥管602周围的通气风扇603；
所述气体传输管601与干燥管602串联，所述干燥管602用于维持其管壁内外水蒸气的平衡。
本示例中，气体传输管601的一端从待测模块700引出，具体可以从主传输管路引出，另一端连接所述干燥管602，干燥管602的另一端连接代谢气体控制模块500。所述干燥管602和通气风扇603，即构成了基于水蒸气修正技术的水蒸气修正；
干燥管602采用的是膜式干燥管，其主要作用是进行代谢气的水蒸气平衡，该膜式干燥管的原理是通过渗透膜将代谢气中高浓度的水蒸气渗透到空气中，使得代谢气中的水蒸气维持和环境中水蒸气一样的浓度，从而消除水蒸气浓度是实时变化的造成的测量误差，方便测量。通气风扇603其主要作用是保持干燥管602外围空气流通，防止长时间测量干燥管602外围附近会发生水蒸气富集现象（即干燥管602内的水蒸气长时间渗透出管外，会使干燥管602周围水蒸气浓度略高于环境水蒸气浓度，使干燥管602的干燥能力下降，从而导致干燥不充分）；这种使得代谢气中的水蒸气维持和环境中水蒸气一样的浓度的技术，就是上述的水蒸气修正技术。
如图1、图3所示，在一个实施例中，所述代谢气体浓度测量模块400至少包括二氧化碳传感器401和氧气传感器402；
所述代谢气体控制模块500包括副抽气泵506、缓冲罐504，以及闭环PID控制单元；
所述代谢气体处理模块600、二氧化碳传感器401、氧气传感器402、缓冲罐504、副抽气泵506依次连通构成所述旁路抽气采样管路，一个所述闭环PID控制单元设置在所述代谢气体处理模块600、二氧化碳传感器401之间，另一个所述闭环PID控制单元设置在所述氧气传感器402、缓冲罐504之间。
如图3所示，一个所述闭环PID控制单元包括第一压差传感器502、比例阀501，比例阀501设置在干燥管602与二氧化碳传感器401之间，第一压差传感器502设置在比例阀501与二氧化碳传感器401之间，例如图3中的A点；并且第一压差传感器502、比例阀501与主处理器模块200电气连接，第一压差传感器502和比例阀501主要是用于A点的气压控制，通过第一压差传感器502来检测A点的压力值，再通过反馈控制k1（具体有主处理器模块200进行反馈接收、控制）控制比例阀501的开合程度，从而达到A点气压的闭环PID控制效果。另一个所述闭环PID控制单元包括第二压差传感器503，第二压差传感器503设置在氧气传感器402与缓冲罐504之间，具体是图3中的B点，缓冲罐504主要用于气体的缓冲；第二压差传感器503的反馈控制（k2）通过主处理器模块200执行于副抽气泵506，第二压差传感器503主要是测量B点的压力，然后通过反馈控制k2控制副抽气泵506的抽气速率，实现闭环PID控制，进而与第一压差传感器502的闭环PID控制构成双点闭环PID控制技术。
在本实施例的一个示例中，在缓冲罐504与副抽气泵506之间设置有一个第四气阻505，第四气阻505为0.3*2cm毛细玻璃管，用于减小气体流速。副抽气泵506主要是将主传输管路中的代谢气（或者环境气、第一标定气、第二标定气）抽入旁路抽气采样管路中。缓冲罐504的主要作用是减小气路中的压力波动；第二压差传感器503、缓冲罐504、第四气阻505、副抽气泵506主要是为旁路抽气采样管路提供一个恒流源，且同时也达到B点气压控制的效果。
在本实施例的一个示例中，两个所述闭环PID控制单元，即构成了双点闭环PID控制技术；代谢气体控制模块500使用双点闭环PID控制技术，至少解决了人体产生的代谢气存在实时气压波动，其会给传感器测量分析带来巨大的误差，这是因为气压的改变会改变同一体积中的氧气或二氧化碳的分子数，就会使得氧气传感器402或二氧化碳传感器401测量浓度不准确。
如图3所示，在本实施例的一个示例中，氧气传感器402的的一个输入端口接通环境空气，并且在该输入端口处设置第三气阻403，第三气阻403也可为0.3*2cm毛细玻璃管。
测试前，可以通过副抽气泵506将环境中的空气抽送到氧气传感器402和/或二氧化碳传感器401，通气一分钟后，测量出环境中平均氧气浓度和平均二氧化碳浓度，在测试之前获取周围环境中空气浓度，从而消除环境中空气浓度变化带来的误差。
如图1、图3所示，在一个实施例中，所述标定模块300包括：第一电磁阀303、第二电磁阀306和第三电磁阀307；
所述第一电磁阀303的常闭口连通有第一气源，所述第二电磁阀306的常闭口连通有第二气源，所述第一电磁阀303的公共口、第二电磁阀306的公共口连通有所述第三电磁阀307的常闭口以及环境气，所述第三电磁阀307的常开口连通所述待测模块700，所述第三电磁阀307的公共口连通所述旁路抽气采样管路；其中，所述第一气源和第二气源提供不同的标定气。
在本实施例的一个示例中，标定模块300提供两种不同的标定气，例如第一标定气、第二标定气，第一标定气为0%CO2和19%O2（及低浓度CO2和O2），第二标定气为5.5%CO2和21.1%O2（及高浓度CO2和O2）。第一气源是第一标定气的气瓶；第二气源是第二标定气的气瓶。
本示例中，第一电磁阀303、第二电磁阀306、第三电磁阀307形成一个电磁阀组，主要作用是进行气路切换。当第一电磁阀303、第二电磁阀306关闭，则代谢气进入旁路抽气采样管路；当第一电磁阀303、第二电磁阀306关闭，第三电磁阀307常闭口打开、常开口关闭，则环境气进入旁路抽气采样管路；当第一电磁阀303打开、第二电磁阀306关闭，第三电磁阀307的常闭口打开、常开口关闭，则第一标定气进入旁路抽气采样管路；当第一电磁阀303关闭、第二电磁阀306打开，第三电磁阀307的常闭口打开、常开口关闭，则第二标定气进入旁路抽气采样管路；如此实现代谢气体浓度测量模块400的标定，具体是二氧化碳传感器401、氧气传感器402的标定；以及代谢气、环境气的传输。
在本实施例的一个示例中，所述第一电磁阀303的常闭口与所述第一气源之间、所述第二电磁阀306的常闭口与所述第二气源之间设置有减压单元，该减压单元能够将所述第一气源或第二气源供给的标定气的气压降低到指定区间；所述减压单元包括减压阀和气阻。
具体地，在第一气源与第一电磁阀303之间设置有第一减压阀301、第一气阻302；第二气源与第二电磁阀306之间设置有第二减压阀304、第二气阻305，第一减压阀301、第二减压阀304是2个固定式双级减压阀，主要对第一标定气、第二标定气对应的气瓶排出的气体进行减压，气体经过一级减压阀，再通过二级减压阀的调节，使气体的压力降低到一定程度。降压后的气体的压力达到0.05MPa，或小于0.05MPa，小于0.05MPa即指定区间；第一气阻302、第二气阻305为2个0.4*2cm的毛细玻璃管，用于减小气体流速；该指定区间并非仅限于小于0.05MPa，也可以是满足代谢气体浓度测量模块400的测量条件的其他数值，本领域技术人员可以根据需求灵活设置，在此不再详述。
在本实施例的一个示例中，标定模块300提供三种、四种或五种不同的标定气，例如：第一标定气、第二标定气、第三标定气或第四标定气等，由不同的气瓶供给，本领域技术人员可以根据需求灵活设置气瓶的种类和数量，在此不再详述。
如图2、图3所示，在另一个实施例中，一种静息代谢率检验装置，用于检验如上所述的静息代谢率检测设备的有效性；
其中所述静息代谢率检验装置包括：检验模块900；所述检验模块900与所述代谢气体处理模块600耦合，能够对检验模块900检验时消耗的燃料进行量化，并与所述的静息代谢率检测设备检测对应燃料的反应物的检测结果进行对比，实现检验。
在本实施例的一个示例中，检验模块900包括酒精灯、检验专用头罩，酒精灯使用浓度95%的酒精，检验时，使用检验模块900替代待测模块700，即可实现与代谢气体处理模块600的耦合，静息代谢率检测设备中其他模块（级联连接的代谢气体处理模块600、代谢气体控制模块500和代谢气体浓度测量模块400）的连接保持不变，方便便捷、成本较低；酒精充分燃烧来模拟人体呼吸代谢，由于酒精灯充分燃烧的产物以及产物中氧气和二氧化碳的比例是一定的，故可用其燃烧消耗的实际能量与该设备测量得到的能量进行对比，从而达到检验设备性能的目的。
本发明实施例提供的一种静息代谢率检测设备，并基于该装置提供了一种静息代谢率检验装置，其中的静息代谢率检测设备，通过心电检测模块800准确检测受试者是否达到静息状态，增加测量的受试者静息代谢率的可信度。代谢气体处理模块600通过水蒸气修正技术对代谢气进行平衡处理，即使用干燥管602和通气风扇603进行水蒸气修正，减小水蒸气带来的误差，以及增加了元器件使用寿命；而代谢气体控制模块500通过基于旁路抽气采样的双点闭环PID控制技术，减小了因气压波动造成的传感器测量的误差。待测模块700通过自适应调节技术，使该设备可以适应不同代谢率的受试者，提高测量过程信噪比和受试者的舒适度。
此外，检验静息代谢率检测设备的有效性时，该静息代谢率检验装置是通过酒精灯充分燃烧来验证设备测量的有效性，大大增加了静息代谢率测量结果的可信度。
在一些应用中，一种静息代谢率检测设备与静息代谢率检验装置的协同如下：
步骤一：启动设备，打开第一标定气、第二标定气的气瓶进入标定环节；第一标定气、第二标定气分别通过固定式双级减压阀压力得到减小和控制，在经过第一气阻302、第二气阻305进一步减小标定气流速。通过主处理器模块200使得第一电磁阀303打开，第二电磁阀306关闭，第三电磁阀307的常闭口打开、常开口关闭，此时第一标定气进入旁路抽气采样管路，对氧气传感器402和二氧化碳传感器401进行标定，一段时间后标定完成。主处理器模块200控制第一电磁阀303关闭、第二电磁阀306打开，第三电磁阀307的常闭口打开、常开口关闭，此时第二标定气进入旁路抽气采样管路，对氧气传感器402和二氧化碳传感器401进行标定，一段时间后标定完成，将标定结果传输回人机交互模块100。关闭第一标定气、第二标定气的气瓶，标定结束。
步骤二：进行设备的性能检验；将待测模块700中的受试者换为浓度为95%酒精灯，点燃酒精灯等待酒精灯稳定燃烧后将其置于检验专用头罩内（酒精灯的液位应不低于1/3且不高于2/3；酒精灯芯应维持其良好吸水性，即保持干净，不宜结炭，酒精火苗不宜过大），测量后对比酒精灯实际消耗能量与测量的能量进行对比，通过对比结果来检验设备是否合格。当检验合格后进入下一步。
步骤三：环境参数获取；主处理器模块200控制第一电磁阀303、第二电磁阀306关闭、第三电磁阀307的常闭口打开、常开口关闭；环境气进入旁路抽气采样管路，通过干燥管602干燥，及比例阀501、压差传感器（502、503）的测量和控制，流经二氧化碳传感器401、氧气传感器402，获得环境气中氧气浓度、二氧化碳浓度数据，并将其传输给人机交互模块100。
步骤四：让受试者躺平休息，并接入心电检测模块800，即12导联的心电检测仪，通过主处理器模块200启动心电检测模块800对受试者进行心电检测，当心电检测仪检测到到受试者已经进入静息状态时则进入步骤五。
步骤五：将受试者的头部置于通风头罩内，主抽气泵710启动，受试者呼出的气体与空气在通风头罩内充分混合后通过主抽气泵710抽入到主传输管路中，经流量传感器测量得到主传输管路中的气体流量，再由副抽气泵506、第四气阻505、缓冲罐504、压差传感器（502、503）组成的恒流源将代谢气抽入旁路采样气路中，代谢气先进过干燥管602进行水蒸气修正，再经过比例阀501和压差传感器（502、503）组成的反馈气压控制（即双点闭环PID控制），再进入二氧化碳传感器401进行代谢气的二氧化碳浓度测量，并将测量数据传回人机交互模块100，最后进入氧气传感器402进行代谢气氧气浓度测量，并将测量数据传回人机交互模块100；最后经过副抽气泵506抽出。
步骤六：由人机交互模块100对采集的数据进行处理（计算数据前还要进行流量信号与浓度信号的比齐），计算并显示得到REE。
人机交互模块100的具体计算步骤如下：
霍尔氮平衡：；
基于霍尔氮平衡可得：；
；
(由于空气中的二氧化碳的浓度约为万分之三，这里可以忽略不计)；
基于霍尔氮平衡公式，可得：；
；
基于上述公式可计算出：；
其中Vi为抽入气体体积，Ve为呼出气体体积，FeN2为呼出的氮气浓度，FiN2为吸入的氮气浓度，FiO2为吸入的氧气浓度，FeO2为呼出的氧气浓度，FiCO2为吸入的二氧化碳浓度，FeCO2为呼出的二氧化碳浓度，VO2为氧气消耗量，VCO2为二氧化碳产生量。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种静息代谢率检测设备，其特征在于，包括主处理器模块、心电检测模块和待测模块；
所述待测模块通过一旁路抽气采样管路级联连接有代谢气体处理模块、代谢气体控制模块和代谢气体浓度测量模块；
所述心电检测模块用于检测所述待测模块中受试者是否达到静息状态，并将检测结果反馈给所述主处理器模块；
所述代谢气体浓度测量模块连接有标定模块，所述标定模块能够供给两种以上标定气，以对所述代谢气体浓度测量模块进行标定；
所述代谢气体处理模块，基于水蒸气修正技术将从待测模块引入的代谢气进行平衡处理后传输给所述代谢气体控制模块；
所述代谢气体控制模块，基于双点闭环PID控制技术将代谢气控制在预设参数范围内，以保持代谢气传输至所述代谢气体浓度测量模块时，满足代谢气体浓度测量模块的测量条件；
所述代谢气体浓度测量模块，能够在该测量条件下进行代谢气的参数测量，使得所述主处理器模块通过测量的参数分析受试者的静息代谢率。
2.根据权利要求1所述的静息代谢率检测设备，其特征在于，所述代谢气体处理模块包括气体传输管、干燥管、设置在所述干燥管周围的通气风扇；
所述气体传输管与干燥管串联，所述干燥管用于维持其管壁内外水蒸气的平衡。
3.根据权利要求1所述的静息代谢率检测设备，其特征在于，所述代谢气体浓度测量模块至少包括二氧化碳传感器和氧气传感器；
所述代谢气体控制模块包括副抽气泵、缓冲罐，以及闭环PID控制单元；
所述代谢气体处理模块、二氧化碳传感器、氧气传感器、缓冲罐、副抽气泵依次连通构成所述旁路抽气采样管路，一个所述闭环PID控制单元设置在所述代谢气体处理模块、二氧化碳传感器之间，另一个所述闭环PID控制单元设置在所述氧气传感器、缓冲罐之间。
4.根据权利要求1所述的静息代谢率检测设备，其特征在于，所述标定模块包括：第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀；
所述第一电磁阀的常闭口连通有第一气源，所述第二电磁阀的常闭口连通有第二气源，所述第一电磁阀的公共口、第二电磁阀的公共口连通有所述第三电磁阀的常闭口以及环境气，所述第三电磁阀的常开口连通所述待测模块，所述第三电磁阀的公共口连通所述旁路抽气采样管路；其中，所述第一气源和第二气源提供不同的标定气。
5.根据权利要求4所述的静息代谢率检测设备，其特征在于，所述第一电磁阀的常闭口与所述第一气源之间、所述第二电磁阀的常闭口与所述第二气源之间设置有减压单元，该减压单元能够将所述第一气源或第二气源供给的标定气的气压降低到指定区间；所述减压单元包括减压阀和气阻。
6.根据权利要求1所述的静息代谢率检测设备，其特征在于，所述主处理器模块连接有人机交互模块，所述人机交互模块用于处理所述主处理器模块接收到的数据、向所述主处理器模块发送指令，及显示静息代谢率的检测过程和结果。
7.一种静息代谢率检验装置，其特征在于，用于检验如权利要求1至6中任一项权利要求所述的静息代谢率检测设备的有效性；
其中所述静息代谢率检验装置包括：检验模块；所述检验模块与所述代谢气体处理模块耦合，能够对检验模块检验时消耗的燃料进行量化，并与所述的静息代谢率检测设备检测对应燃料的反应物的检测结果进行对比，实现检验。
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