CN219434837U - 一种呼气一氧化氮测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及了一种呼气一氧化氮测量装置，包括流量控制装置（100）、流量传感器（200）、储气装置（600）、泵（700）、气体分析装置（800），以及控制单元（900）组成，一个流量调节装置中实现对多段流量段进行调节与控制，减少仪器内部体积，高度集成化降低了仪器的成本。

Description

一种呼气一氧化氮测量装置

技术领域

本实用新型专利涉及呼气一氧化氮测量装置。

背景技术

呼气一氧化氮测定的是呼吸道炎症细胞分泌产生的气体信号分子，可作为气道炎症标志物用于呼吸道疾病的炎症检测。随着技术水平的发展，应用领域的拓宽，逐渐建立的NO肺部动态数学模型也叫NO扩展分析。

在《2017ERS肺部疾病呼气标志物技术标准》中提到肺泡及周围气道NO检测方法。低流速下NO检测反映的主要是大气道NO浓度，对于肺部周围小气道和肺泡的NO变化不敏感。肺动力学的数学模型，有时也叫扩展化NO分析，基于简单的肺部双室模型。简单来说，该模型由支气管和肺泡组成。为了完善模型，该模型考虑了增大了的肺部周边横截面积，以及支气管逆向扩散进入肺泡的NO。对动态的NO估算，采用了不同的数学分析法来完善。

1）非线性模型：至少需要在三个呼气流速：低流速（≤20mL/s）、中等流速（100mL/s）和高流速（350或400mL/s）。每个流速下至少检测两次取最小值，并取平均流速和NO浓度来计算最后的NO参数。FeNO50可以进行估算。在NO 参数符合非线性模型时，如果估算的FeNO50与实际测量的FeNO50差异在5ppb以内，那么对高流速呼气控制有困难的成人儿童可采用低一些的流速。

2）线性模型：实际操作中，线性模型需要先测量和比较FeNO50，但不用代入公式。在三个呼气流速下进行检测，最低流速100mL/s，最高流速为350mL/s甚至400mL/s。每个流速下检测2次。儿童若无法采用高流速呼气检测，可采用低流速，如250mL/s。通过计算流速和对应的NO值，记录每次检测的NO输出值。对流速做NO回归曲线。通过NO模型计算CaNO最重要的价值在于评估呼吸道疾病患者和间质肺患者的小气道及周围肺部炎症。JawNO与FeNO50相关，因此没有给FeNO50增加额外的临床价值，但将JawNO的组成部分CawNO和DawNO，有助于更好的理解气道NO的生成增加有关。

为了降低呼气流量控制的难度，扩展呼气测试的适用人群，通常采用呼气流量调控的装置辅助受试者完成符合要求的呼气测试。例如，目前的商业化技术（如Aerocrine公开的专利CN105916538A和与Sunvou公开的专利N103487295B）以及与非商业化技术（如其它公开的专利CN203539351U、US9687178B2、CN207662681U、CN107961042A以及CN101458250A）提供了自力式或电动式的呼气流量恒定调节装置，但无法同时提供不同流量呼气采样，需要调整装置的呼气阻力设置来实现。

不同呼气流量采样，对于呼气压力都有一定的要求，呼气压力至少大于5cmH2O以关闭软腭，呼气压力不大于20cmH2O以提高呼气采样成功率。为实现在同一台仪器中实现低流速（50ml/s）呼气采样和高流速（200ml/s及以上）呼气采样，除了设置适合低流速采样的通道及两端的控制阀，通常还需要设置分流通道及分流控制阀，以提供适合更高流速的的呼气采样。

以上现有技术存在如下问题：

1.无法提供多流量调节功能，没有实现3个以上的流量调节功能。

2.无法实现小型化，为了满足2个以上流量的调节功能，需要多个流量控制阀体。

3.为了满足2个以上流量调节的功能，需要多个流量控制阀体，成本代价高昂。

本实用新型呼气一氧化氮测量装置，通过流量调节装置中实现对多段流量段进行调节与控制，能够提供多流量调节功能，实现口呼多流速采样、鼻抽气采样等多种功能，集成化降低了仪器的成本，以满足一氧化氮不同的测试需求。

发明内容

本实用新型针对上述问题而提出的呼气一氧化氮测量装置，通过流量调节装置中实现对多段流量段进行调节与控制，能够提供多流量调节功能，实现口呼多流速采样、鼻抽气采样等多种功能。

本实用新型提出的呼气一氧化氮测量装置，包括流量控制装置（100）、流量传感器（200）、储气装置（600）、泵（700）、气体分析装置（800），以及控制单元（900），其特征在于：流量控制装置（100）、储气装置（600）、泵（700）、气体分析装置（800）串联连接；所述流量控制装置（100）由步进电机（101）、曲轴（105）、支撑座（106）、端盖（112）、分流隔断板（108）、动态密封垫(107)和阀芯组组成，阀芯组设置于支撑座（106）、端盖（112）、分流隔断板（108）及动态密封垫（107）组成的密封空腔内；所述步进电机（101）与支撑座（106）固定安装，步进电机（101）上有可旋转的轴，与曲轴（105）连接，带动曲轴（105）转动。

所述阀芯组，至少有三个阀芯，每个阀芯上设置有复位弹簧（111）；所述端盖（112）上设有至少三个与阀芯对应的进气或出气的接口。

所述分流隔断板（108）上设有储气装置（600）的气体收集口（500）和排气口（300）。

所述曲轴（105）上设有至少4个不同角度位置，通过曲轴（105）旋转到不同角度实现气体通过口径的变化，来实现对多段流量段进行调节与控制。

所述流量传感器（200）设置于端盖进气口处，用于监测整个采样过程中的流量，并反馈至控制单元（900），所述控制单元（900）用于控制整个仪器的采样和分析等过程。

进一步地，可在曲轴上设可位置编码器进行监控和识别位置。位置编码器安装在曲轴上，并跟随曲轴同步转动，进行监控和识别曲轴转动角度，并记录当前位置。如步进电机自带位置编码器，则不需要另外设置位置编码器。

呼气采样时，气体通过多流量控制装置（100），控制和采集所需要的不同流量条件下的气体，并通过流量传感器（200）实现实时反馈，气体经过气体收集口（500）进入储气装置（600），通过泵（700）将气体运输至气体分析装置（800）进行气体浓度分析，通过控制单元（900）来实现气体流量的调节、采集、排空、气体浓度分析等，实现在一个流量调节装置中实现对多段流量段进行调节与控制，进行气体采集并分析的功能。

本实用新型的呼气一氧化氮测量装置，能够提供多流量调节功能，实现口呼多流速采样、鼻抽气采样等多种功能，以满足一氧化氮不同的测试需求。

以上所述，本实用新型呼气一氧化氮测量装置，通过流量调节装置中实现对多段流量段进行调节与控制，能够提供多流量调节功能可以实现3个及3个以上流量的调节功能。集成化的装置，实现了流量调节装置可替代3至5个阀组，实现了小型化的需求。降低了仪器的成本，以满足一氧化氮不同的测试需求。

结合附图和权利要求，这些和其他特征将从以下的具体描述中得到更加清楚地理解。

附图说明

图1. 本实用新型装置框图。

图2. 本实用新型流量控制装置爆炸图。

图3. 本实用新型流量控制装置状态一示意图。

图4. 本实用新型流量控制装置状态二示意图。

图5. 本实用新型流量控制装置状态三示意图。

图6. 本实用新型流量控制装置状态四示意图。

图7. 本实用新型装置气体流向示意图。

具体实施方式

具体实施例1：

本实施例利用图2所示装置爆炸图组装成呼气一氧化氮测量装置，其中阀芯组采用3个阀芯组成，分别为阀芯一（109a）、阀芯二（109b）和阀芯三（109c）。阀芯组设置于支撑座（106）、端盖（112）、分流隔断板（108）及动态密封垫（107）组成的密封空腔内；为增加端盖（112）和分流隔断板（108）的密封性，可增加密封垫（110）。动态密封垫（107）和密封垫（110）的材质均为柔性材料，如硅胶、氟橡胶等。端盖（112）上设有进气口（301）、分流口（302）和排空口（303）。分流隔断板（108）上设有储气装置（600）的气体收集口（500）和排气口（300）。

进气口（301）口径尺寸设计直径为4mm，分流口（302）口径尺寸设计直径为3mm，阀芯一（109a）与分流隔断板（108）之间环形间隙设计最大直径为2mm，阀芯二（109b）与分流隔断板（108）之间环形间隙设计最大直径为3mm。流量控制装置（100）高度为45mm，长度为50mm，宽度为40mm；储气装置（600）设定容积为30mL；流量传感器（200）安装在控制单元（900）上，控制电路板（103）与控制单元（900）采用线缆连接。

本实施例装置中流量控制装置的曲轴（105）上设有4个不同角度位置，有四个执行状态，分别如下：

状态一：步进电机（101）处于原始零点状态时，参见图3。此时曲轴（105）上面突起点均不作用于阀芯组上，阀芯一（109a）、阀芯二（109b）和阀芯三（109c）在受到复位弹簧（111）的作用力，此时阀芯一（109a）、阀芯二（109b）和阀芯三（109c）均处于零点，流量控制装置（100）上面所有的接口和通道处于关闭状态。此状态适用于本装置停止使用或采样完成分析时。

状态二：步进电机（101）于零点位置右旋90°，参见图4。此时曲轴（105）随步进电机（101）转动，曲轴（105）上面对应阀芯一（109a）的位置突起点作用于阀芯一（109a）上，使得阀芯一（109a）向上运动，阀芯一（109a）与分流隔断板（108）之间产生间隙，间隙尺寸直径为1mm；阀芯二（109b）和阀芯三（109c）处于零点位置。此时流量控制装置（100）上的进气口（301）打开，使得气体可以进入内部腔体一（304），并通过气体收集口（500）进入储气装置（600）中。采样结束后，步进电机恢复为状态一，泵（700）将采集到的气体抽气至分析装置（800）进行分析。状态二适用于本发明装置处于鼻低流速被动采样时或离线采样时。

状态三：步进电机（101）于零点位置左旋90°，参见图5。此时曲轴（105）随步进电机（101）转动，曲轴（105）上面对应阀芯一（109a）、阀芯三（109c）的位置突起点作用于阀芯一（109a）和阀芯三（109c）上，使得阀芯一（109a）和阀芯三（109c）向上运动，阀芯一（109a）与分流隔断板（108）之间产生间隙，间隙尺寸直径为2mm；此时阀芯二（109b）处于零点位置。此时流量控制装置（100）上的进气口（301）和排空口（303）打开，使得气体可以进入内部腔体一（304），并通过气体收集口（500）进入储气装置（600）中，多余的气体从储气装置（600）回到排气口（300）进入阀芯三（109c）和分流隔断板（108）的密封空腔，再通过排空口（303）排出，如图7所示。采样结束后，步进电机恢复为状态一，泵（700）将采集到的气体抽气至分析装置（800）进行分析。状态三适用于本发明装置处于口主动采样时，如流量为50mL/s的口呼气采样。

状态四：步进电机（101）于零点位置左旋180°，参见图6。此时曲轴（105）随步进电机（101）转动，曲轴（105）上面对应阀芯一（109a）、阀芯二（109b）和阀芯三（109c）的位置突起点作用于阀芯一（109a）、阀芯二（109b）和阀芯三（109c）上，使得阀芯一（109a）、阀芯二（109b）和阀芯三（109c）向上运动，阀芯一（109a）与分流隔断板（108）之间产生间隙，此时间隙尺寸直径为2mm；阀芯二（109b）与分流隔断板（108）之间产生间隙，此时间隙尺寸直径为3mm；此时流量控制装置（100）上的进气口（301）、分流口（302）和排空口（303）同时打开，使得气体可以进入内部腔体一（304），大部分气体通过分流口（302）进行分流，小部分气体通过气体收集口（500）进入储气装置（600）中，多余的气体从储气装置（600）回到排气口（300）进入阀芯三（109c）和分流隔断板（108）的密封空腔，再通过排空口（303）排出，如图7所示。采样结束后，步进电机恢复为状态一，泵（700）将采集到的气体抽气至分析装置（800）进行分析。状态四适用于本发明装置处于口主动大流量采样时，如流量为200mL/s、300mL/s、450mL/s的口呼气采样。

具体实施例2：

本实施例利用图2所示装置爆炸图组装成呼气一氧化氮测量装置，其中阀芯组采用4个阀芯组成。曲轴分别设定有对应于阀芯一、阀芯二、阀芯三、阀芯四位置突起点，可以分别作用于各个阀芯；端盖上除了进气口、分流口和排空口，增加了阀芯四对应的分流口二。

增加阀芯可以进一步细化呼气流量范围，使得300mL/s甚至450mL/s流量的在线口呼气采样，也可以获得合适的呼气阻力，有利于降低呼气采样的难度，提高多个呼气流量采样的成功率和测试准确率。

本实施例装置中流量控制装置的曲轴上设有5个不同角度位置，有五个执行状态，分别如下：

状态一：步进电机处于处于原始零点状态时。所有阀芯处于零点，流量控制装置上面所有的接口和通道处于关闭状态。此状态适用于本发明装置停止使用或采样完成分析时。

状态二：步进电机于零点位置右旋60°。阀芯一与分流隔断板之间产生间隙，间隙尺寸直径为1mm；阀芯二、阀芯三和阀芯四处于零点关闭状态。此时泵设定抽气流量为10mL/s将气体抽入储气装置内，采样结束后进行气体分析。

此时即可进行离线抽气采样分析；如受试者口腔配有阻力大于5cmH2O的口哨同步吹响，就可以进行10mL/s流量被动抽气采样，即可进行鼻抽气采样一氧化氮测试分析。

状态三：步进电机于零点位置左旋60°。阀芯一与分流隔断板之间产生间隙，间隙尺寸直径为2mm；阀芯二和阀芯四处于零点关闭状态；阀芯三与分流隔断板之间产生间隙，此时间隙尺寸直径为2mm；气体可以进入内部腔体一，并通过气体收集口进入储气装置中，多余的气体通过排空口排出。再通过泵将采集到的气体抽气至分析装置进行分析。

如受试者采用50mL/s流量口呼气采样，此时呼气阻力为11.5cmH2O（满足美国胸科学会（ATS）与欧洲呼吸学会（ERS）于2005年制定了内源性NO口或鼻呼气采样与分析的国际技术标准：测试时必须使口呼气压力超过5cmH2O，关闭上下呼吸道联通的软腭，避免上下呼吸道气体的混合）。即可进行大气道为主口呼气采样一氧化氮测试分析。

状态四：步进电机于零点位置左旋120°。阀芯一与分流隔断板之间产生间隙，此时间隙尺寸直径为2mm；阀芯二与分流隔断板之间产生间隙，此时间隙尺寸直径为3mm；阀芯三与分流隔断板之间产生间隙，此时间隙尺寸直径为2mm；阀芯四处于零点关闭状态。由于阀芯二与分流隔断板之间产生间隙大于阀芯三与分流隔断板之间产生间隙，所以大部分气体通过分流口排出；小部分气体通过气体收集口进入储气装置中，多余的气体通过排空口排出。再通过泵将采集到的气体抽气至分析装置进行分析。

如受试者采用200mL/s流量口呼气采样，此时呼气阻力为10.8cmH2O（满足美国胸科学会（ATS）与欧洲呼吸学会（ERS）于2005年制定了内源性NO口或鼻呼气采样与分析的国际技术标准：测试时必须使口呼气压力超过5cmH2O，关闭上下呼吸道联通的软腭，避免上下呼吸道气体的混合）。即可进行小气道为主口呼气采样一氧化氮测试分析。

状态五：步进电机于零点位置左旋180°。阀芯一与分流隔断板之间产生间隙，此时间隙尺寸直径为3mm；阀芯二与分流隔断板之间产生间隙，此时间隙尺寸直径为3mm；阀芯三与分流隔断板之间产生间隙，此时间隙尺寸直径为2mm；阀芯四与分流隔断板之间产生间隙，此时间隙尺寸直径为3mm。大部分气体通过分流口和分流口二排出；小部分气体通过气体收集口进入储气装置中，多余的气体通过排空口排出。再通过泵将采集到的气体抽气至分析装置进行分析。

如受试者采用400mL/s流量口呼气采样，此时呼气阻力为11.5cmH2O（满足美国胸科学会（ATS）与欧洲呼吸学会（ERS）于2005年制定了内源性NO口或鼻呼气采样与分析的国际技术标准：测试时必须使口呼气压力超过5cmH2O，关闭上下呼吸道联通的软腭，避免上下呼吸道气体的混合）。即可扩展呼气流速到更高范围，更好地评估呼吸道疾病患者和间质肺患者的小气道及周围肺部炎症。

以上实施例可以实现关闭状态、10mL/s离线或鼻抽气采样分析、50mL/s在线口呼气采样分析、200mL/s或更高流量的在线口呼气采样分析等模式，也可以通过组合形式，实现上下气道采样分析联检功能、大小气道采样分析联检功能、以及三联检等功能。通过通过口径尺寸、间隙尺寸的设计等，满足国际技术标准，实现临床需求。

以上实施例中通过多功能集成装置，实现了一个流量调节装置，替代3至5个阀组和管路等，实现了小型化的需求。对比现有采用单体电磁阀和泵等方案成本可以降低至1/2；体积方面可减小至1/2。

本实用新型装置不限于显示和描述的实施例，但是任何变化和改进都在所附权利要求书的保护范围内。

Claims (6)

1.一种呼气一氧化氮测量装置，包括流量控制装置(100)、流量传感器(200)、储气装置(600)、泵(700)、气体分析装置(800)，以及控制单元(900)，其特征在于：流量控制装置(100)、储气装置(600)、泵(700)、气体分析装置(800)串联连接；所述流量控制装置(100)由步进电机(101)、曲轴(105)、支撑座(106)、端盖(112)、分流隔断板(108)、动态密封垫(107)和阀芯组组成，阀芯组设置于支撑座(106)、端盖(112)、分流隔断板(108)及动态密封垫(107)组成的密封空腔内；所述步进电机(101)与支撑座(106)固定安装，步进电机(101)上有可旋转的轴，与曲轴(105)连接，带动曲轴(105)转动。

2.如权利要求1所述一种呼气一氧化氮测量装置，其特征在于：所述阀芯组，至少有三个阀芯，每个阀芯上设置有复位弹簧(111)；所述端盖(112)上设有至少三个与阀芯对应的进气或出气的接口。

3.如权利要求1所述一种呼气一氧化氮测量装置，其特征在于：所述分流隔断板(108)上设有储气装置(600)的气体收集口(500)和排气口(300)。

4.如权利要求1所述一种呼气一氧化氮测量装置，其特征在于：所述曲轴(105)上设有至少4个不同角度位置，通过曲轴(105)旋转到不同角度实现气体通过口径的变化，来实现对多段流量段进行调节与控制。

5.如权利要求1所述一种呼气一氧化氮测量装置，其特征在于：所述流量传感器(200)设置于端盖进气口处，用于监测整个采样过程中的流量，并反馈至控制单元(900)，所述控制单元(900)用于控制整个仪器的采样和分析过程。

6.如权利要求4所述一种呼气一氧化氮测量装置，其特征在于：所述曲轴(105)上设位置编码器(104)进行监控和识别位置。