CN209884147U - 一种便携式呼出气采集装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种便携式呼出气采集装置,该装置包括壳体、一次性呼吸面罩、传感器组、流量计、富集装置、气路转换接头、主控电路板和气泵,被测试者通过一次性面罩呼气,呼出气通过流量计可测得体积。使用可拆卸四孔进气接头,与富集管、三通电磁阀联用,可实现采集气路切换。使用气敏传感器、温湿度传感器及压力传感器作为敏感器件,触发三通电磁阀和气泵工作,可收集被测试者上呼吸道及下呼吸道的呼出气。使用温度传感器与温控片联用,维持收集过程中富集管所处腔室温度,以收集呼出气中不同成分,便于后续标志物的检测。此外,结合流量计可获得不同物质在呼出气中的浓度,进而预判断血液或者肺部或者肠胃中各标志物浓度。

Description

一种便携式呼出气采集装置
技术领域
本实用新型属于呼吸检测领域,涉及一种便携式呼出气采集装置。
背景技术
人体循环系统通过肺泡和呼吸系统进行物质交换,因此通过检测人体呼吸气体,可以间接检测人体内环境。和传统的诊断方法相比,呼吸诊断更加快捷方便,无创,副作用小。因而呼吸检测受到了越来越多的重视。目前,呼吸诊断在幽门螺旋杆菌的检测已经得到广泛的临床应用,呼出气体中氮氧化物浓度也被作为临床诊断哮喘的重要指标。呼吸检测也在糖尿病、肺癌等的早期诊断中得到了应用。此外,呼吸检测在驾驶员酒精浓度检测中也得到了广泛的使用。随着医学对检测效果、快速性,无创性等要求的提高,呼吸检测将在越来越多的领域得到应用,替代那些具有较多副作用的检测方法。
人体呼出气主要有两部分组成:一部分是来自上呼吸道的气体,在呼出气中被划分为“死腔气”;另一部分为来自下呼吸道的气体,主要来自肺泡深处,称为“肺泡气”,是与血液之间进行物质交换产生的气体,内含丰富的VOCs,是呼出气用作疾病诊断的目标成分。
在现有的呼出气收集装置中,往往不能很好地将死腔气与肺泡气加以区分,大大稀释了目标气体的浓度,不利于VOCs的收集。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足,提供一种便携式呼出气采集装置。
本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的:一种便携式呼出气采集装置,包括壳体、一次性呼吸面罩、传感器组、流量计、富集装置、气路转换接头、主控电路板和气泵;
所述一次性呼吸面罩安装在壳体的前端,其最外层为可充气式柔性材料,与人脸部相贴合,其尾部具有三个气孔,分别为进气孔、第一出气孔、第二出气孔,三个气孔均通过单向阀控制气体流动方向;所述第一出气孔与传感器组相对,所述传感器组包括CO2传感器和气压传感器,用于测量面罩腔体内CO2浓度和压力值;所述第二出气孔与流量计相连;
所述富集装置包括四个富集管和围绕在四个富集管外侧的温控片;所述温控片用于对腔体内部空气进行加热或降温;
所述气路转换接头包括四个两两对称的管路插孔,单个管路插孔包括外孔和内孔,外孔与富集管通过垫片相连接,内孔通过进样管与三通电磁阀相连接,每两个进样管通过一个三通电磁阀与一个支进样管相连,每两个支进样管通过一个三通电磁阀与气泵相连;
所述传感器组、三通电磁阀、气泵、温控片均与主控电路板连接。
进一步地,所述传感器组还包括温度传感器。
进一步地,所述富集管内填充吸附剂材料。
进一步地,所述温控片表面贴有铂电阻Pt100。
本实用新型的有益效果是:本实用新型提供了一种便携式呼出气采集装置,被测试者通过一次性面罩呼气,呼出气通过流量计可测得体积。使用可拆卸四孔进气接头,与富集管、三通电磁阀联用,可实现采集气路切换。使用气敏传感器、温湿度传感器及压力传感器作为敏感器件,触发三通电磁阀和气泵工作,可收集被测试者上呼吸道及下呼吸道的呼出气。使用温度传感器与温控片联用,维持收集过程中富集管所处腔室温度,以收集呼出气中不同成分,便于后续标志物的检测。此外,结合流量计可获得不同物质在呼出气中的浓度,进而预判断血液或者肺部或者肠胃中各标志物浓度。
附图说明
图1(a)是本实用新型呼出气采集装置整体结构图;
图1(b)是装置各部件拆分示意图;
图2是本实用新型一次性呼吸面罩结构图;
图3是本实用新型面罩呼出及吸入气体过程示意图;
图4是本实用新型富集装置示意图;
图5(a)是本实用新型气路转换接头连接示意图;
图5(b)是转换接头管路部分结构图;
图中:壳体1、一次性呼吸面罩2、可充气式柔性材料21、进气孔221、第一出气孔222、第二出气孔223、传感器组3、流量计4、富集装置5、温控片51、富集管52、气路转换接头6、三通电磁阀61、管路插孔62、垫片63、进样管64、支进样管65、主控电路板7、气泵8。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型作详细描述,但并不是限制本实用新型。
如图1(a)、图1(b)所示,本实用新型提供的一种便携式呼出气采集装置,包括壳体1、一次性呼吸面罩2、传感器组3、流量计4、富集装置5、气路转换接头6、主控电路板7和气泵8。
如图2、3所示,所述一次性呼吸面罩2安装在壳体1的前端,采用一体成型结构;所述一次性呼吸面罩2的最外层为可充气式柔性材料21,与人脸部相贴合,可将测试者鼻部、口腔全部囊括面罩腔体内,还可以保证良好的气密性;所述一次性呼吸面罩2的尾部具有三个气孔,分别为进气孔221、第一出气孔222、第二出气孔223,三个气孔均通过单向阀控制气体流动方向;所述进气孔221可供被测试者吸气;所述第一出气孔222与传感器组3相对,所述传感器组3包括CO2传感器和气压传感器,用于测量面罩腔体内CO2浓度和压力值,以触发装置自动采气;所述第二出气孔223与流量计4相连,为主要气流通路。所述一次性呼吸面罩2通过单向阀将被测试者的呼出气从壳体结构中排出。所述一次性呼吸面罩2的进气孔221连接外部装置提供的不含VOCs的清洁空气。
如图4所示,所述富集装置5包括四个富集管52和围绕在四个富集管52外侧的温控片51;所述温控片51用于对腔体内部空气进行加热或降温。
所述富集管52内填充吸附剂材料;所述吸附剂材料包括Tenax-TA吸附剂、活性炭,两种吸附剂均是疏水性的,可以排除掉呼出气中的大部分水蒸气;不同温度下Tenax-TA吸附剂对同一种物质的吸附能力不同,同温度下Tenax-TA吸附剂对不同物质的吸附能力也不同;活性炭纤维对无机气体如H2S、NO、NO2、SO2等均有良好的吸附能力。
所述温控片51使用半导体材料的Peltier效应,即当直流电通过两种不同半导体材料串联而成的电偶时,在电偶两端分别吸收和放出热量,电流方向变化后,吸收和放出热量端交换;因此可以通过控制电流方向控制温控片51对腔体内部空气进行加热和降温;在温控片51表面贴有铂电阻Pt100,通过导热硅脂粘连,用于测量温控片51温度,进而通过PID算法控制采集过程中富集管52所处腔室的温度,在预设温度下,更利于对某种疾病标志物的筛选。
如图5(a)、图5(b)所示,所述气路转换接头6通过三通电磁阀控制气路切换,包括四个两两对称的管路插孔62,单个管路插孔62包括外孔和内孔,外孔与富集管52通过垫片63相连接,以增加进样气密性,内孔通过进样管64与三通电磁阀61相连接,每两个进样管64通过一个三通电磁阀61与一个支进样管65相连,每两个支进样管65通过一个三通电磁阀61与气泵8相连;在实际收集过程中,可通过电磁阀切换气路以收集到不同的呼出气样本;
所述传感器组3、三通电磁阀61、气泵8、温控片51均与主控电路板7连接,所述主控电路板7用于接收传感器组3采集的信号,并对三通电磁阀61的通断、气泵8的通断及温控片51的温度进行控制。
应用上述便携式呼出气采集装置采集被测试者呼出气中的VOCs的方法,包括以下步骤:
(1)将活化好的富集管52插入气路转换接头6的外孔中并固定,设定温控片52温度,进行预热;设定采样气流路径;
(2)被测试者手持呼出气采集装置,使一次性呼吸面罩2紧贴面部;
(3)当温控片51温度到达预设温度后,测试者开始呼气,在呼气过程中,CO2传感器及压力传感器采集面罩腔内气体浓度和气压,确定开始采样信号节点,主控电路板7接收到信号后,启动气泵8开始采样;
(4)采样过程中,调节三通电磁阀61改变采样通路,以防止单个富集管52吸附饱和及收集不同部位的呼出气并将其分离的目的;
(5)采样结束后,调整温控片51温度,使富集管52降低到室温,并拆下富集管52密封以备下一步检测。
上述实施例用来解释说明本实用新型,而不是对本实用新型进行限制,在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内,对本实用新型作出的任何修改和改变,都落入本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种便携式呼出气采集装置,其特征在于,包括壳体(1)、一次性呼吸面罩(2)、传感器组(3)、流量计(4)、富集装置(5)、气路转换接头(6)、主控电路板(7)和气泵(8);
所述一次性呼吸面罩(2)安装在壳体(1)的前端,其最外层为可充气式柔性材料(21),与人脸部相贴合,其尾部具有三个气孔,分别为进气孔(221)、第一出气孔(222)、第二出气孔(223),三个气孔均通过单向阀控制气体流动方向;所述第一出气孔(222)与传感器组(3)相对,所述传感器组(3)包括CO2传感器和气压传感器;所述第二出气孔(223)与流量计(4)相连;
所述富集装置(5)包括四个富集管(52)和围绕在四个富集管(52)外侧的温控片(51);
所述气路转换接头(6)包括四个两两对称的管路插孔(62),单个管路插孔(62)包括外孔和内孔,外孔与富集管(52)通过垫片(63)相连接,内孔通过进样管(64)与三通电磁阀(61)相连接,每两个进样管(64)通过一个三通电磁阀(61)与一个支进样管(65)相连,每两个支进样管(65)通过一个三通电磁阀(61)与气泵(8)相连;
所述传感器组(3)、三通电磁阀(61)、气泵(8)和温控片(51)均与主控电路板(7)连接。
2.根据权利要求1所述的一种便携式呼出气采集装置,其特征在于,所述传感器组(3)还包括温度传感器。
3.根据权利要求1所述的一种便携式呼出气采集装置,其特征在于,所述富集管(52)内填充吸附剂材料。
4.根据权利要求1所述的一种便携式呼出气采集装置,其特征在于,所述温控片(51)表面贴有铂电阻Pt100。
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CN114200087A (zh) * 2021-12-15 2022-03-18 杭州汇健科技有限公司 一种呼气测试仪及其使用方法

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