CN2430111Y

CN2430111Y - 糖尿病无损呼吸气味诊断的柔性电子鼻

Info

Publication number: CN2430111Y
Application number: CN 99258953
Authority: CN
Inventors: 王平; 李蓉; 谈毅
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 1999-12-29
Filing date: 1999-12-29
Publication date: 2001-05-16
Anticipated expiration: 2009-12-29

Abstract

糖尿病无损呼吸气味诊断的柔性电子鼻,用鼻腔呼出的气体分别经气体传感器腔中湿度、温度和多个气味传感器,流量传感器,分别经各自的配用电路接单片机系统。完成被测者呼出气体的多种气体如丙酮、丙酮酸、氧气、二氧化碳及一些干扰气体的浓度、腔内的温度、湿度及呼出气体的流速、流量等多参数的信号处理与模式识别。本实用新型具有无损、测量快速、小型化及易于使用。可用于医院的临床诊断和监护及糖尿病人的家庭监护。

Description

糖尿病无损呼吸气味诊断的柔性电子鼻

本实用新型涉及一种糖尿病无损呼吸诊断的装置。

糖尿病是一组以血糖增高为特征的综合症。目前诊断糖尿病的常见方法为血糖检查和尿糖检查。血糖检查需要采血检测，有损伤，并易造成污染，同时检测费用也较高；尿糖检测只能得到浓度高低的定性标识，准确性较低，检测也不方便。

本实用新型的目的在于：建立血糖浓度与呼吸气味酮类成分之间的模型，以丙酮等呼吸气体为测试对象的既有高精度又有无损伤的用于糖尿病无损呼吸诊断的电子鼻。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是它包括：

1)鼻腔呼出气体经管道、控制阀门、导管进入用加热电阻加热的气体传感器腔中的湿度传感器，被湿度传感器响应后，经装在配用电路板上的配用电路转换成电信号，经输入接口电路接8098单片机系统；

2)进入气体传感器腔中的呼出气体被由若干个渗杂不同贵金属氧化物的气味传感器组成的气味传感器阵列响应后，经装在配用电路板上的配用电路转换成电信号，一路经输入接口电路接8098单片机系统；另一路与输出接口电路相连后，接8098单片机系统；

3)装在气体传感器腔中的温度传感器经装在配用电路板上配用电路转换成电信号，经输入接口电路接8098单片机系统；

4)进入气体传感器腔中的呼出气体被流量传感器的配用电路转换成的电信号，经输入接口电路接8098单片机系统；

5)校正气体、纯净气体还分别经管道、控制阀门与呼出气体管道相并联后接导管。

下面结合附图对本实用新型作进一步的叙述。

附图说明：

图1是本实用新型的结构原理示意图；

图2是湿度传感器和配用电路图；

图3是气味传感器和配用电路图；

图4是温度传感器和配用电路图；

图5是流量传感器和配用电路图；

图6是气味传感器对呼出气味识别图之一；

图7是气味传感器对呼出气味识别图之二；

图8是对糖尿病人呼出的一个测量结果图。

如图1所示，测试者通过鼻腔呼出气体a经管道、控制阀门、导管1进入用加热电阻13加热的气体传感器腔2中的湿度传感器11，检测腔中的湿度，测量结果经配用电路板9上的配用电路进入输入接口电路5，再进入8098单片机系统7。在气体传感器腔2中的由若干个渗杂不同贵金属氧化物的气体传感器12组成的气体传感器阵列，检测腔中的混合气体中酮类等气体浓度，气味传感器输出信号经配用电路板9上的配用电路转换成电信号，一路进入输入接口电路5接8098单片机系统7；另一路与输出接口电路6相连后，接8098单片机系统7。装在气体传感器腔2中的温度传感器10经装在配用电路板9上的配用电路检测腔中的温度，经输入接口电路5接8098单片机系统7，通过控温装置控制气体传感器腔2的温度为恒定。呼出的气体最后经过流量传感器4测出气体总量，流量传感器4的输出经过输入接口电路5进入8098单片机系统7。单片机系统7完成被测者呼出气体的多种气体如丙酮、丙酮酸、氧气、二氧化碳及一些干扰气体浓度、测量腔的温度、湿度以及呼出气体的流速、流量等多参数的信号处理与模式识别。此外单片机系统7还具有数据保存及与系统机(PC机)8的通讯功能，可将采集到的原始信号传送到系统机8内，系统机8可进行更精确的、复杂的信号处理、模式识别、诊断及远程通讯等功能。校正气体b、纯净气体c还分别经管道、控制阀门与呼出气体a管道相并联后接导管1。分别进行气味传感器的净化和气味传感器特性的校正以及识别算法校正。

以上所述的输入接口电路5为ADC标准接口卡，输出接口电路6为DAC标准接口卡。

湿度传感器11为电阻式湿度传感器，其配用电路为方波振荡电路；气味传感器12为五只采用不同敏感材料所组成的气味传感器阵列，共配用电路为标准电桥和标准医用差动放大器组成；温度传感器9为AD590温度传感器，其配用电路为电流一电压转换电路；流量传感器3为压力差型配合层流元件式流量变换器的流量传感器，其配用电路4为标准电桥和标准医用差动放大器组成。

在该仪器中，呼吸气体中与糖尿病有关的气味成分，如酮类的精确检测是至关重要的。而由于目前单个气味传感器对呼吸中存在多种气体成分敏感，因此构造气味传感器阵列的工作状态如工作温度等来实现柔性设计，通过调节这些因素，可获取更多的信息量。工作温度不是任意选取的，对于一定的金属氧化物敏感膜材料，工作温度不同，则敏感性也不相同，所以在经过计算机的模式识别及柔性设计算法后自动控制各个气味传感器加热器，调节传感器的工作温度使其获得最佳的气味识别效果。

图2为湿敏传感器和配用电路图，湿度传感器采用电阻式。该电路的原理为一个方波振荡电路用于提供给高分子式的湿度传感器作为其工作电源，同时使其产生对公共地的电压输出信号进入输入接口电路。

图3气味传感器和配用电路图。五只气味传感器皆采用金属氧化物传感器，但各传感器的敏感材料的配方不同，以保证其对呼吸中不同的气体成分的敏感。同时，五只气味传感器皆采用加热电阻以提供一定的工作温度气味传感器的输出电阻经过标准的电桥电路和标准的医用放大器，输出电压信号进入输入接口电路。

图4为AD590温度传感器和配用电路图。该电路为通常采用的配用AD590温度传感器的电流-电压转换电路，输出为电压信号进入输入接口电路。

图5为流量传感器和配用电路图。流量传感器采用压力差型配合层流元件式流量变换器，其原理是利用层流理论，即压力差与气流的流速成正比，通过压力差传感器测量层流元件变换器两端的气流压力差实现呼吸流量的检测。经过标准的电桥配用电路将流量变化转化为电压输出，最终通过输入接口电路进入计算机。

图6、7表示采用气味传感器柔性设计后，对呼出气味的识别结果。该图以两个气味传感器为例。在柔性设计前，二传感器工作在工作温度t₁和t₂下，此时可能出现二传感器对被检测的三种气味成分A、B和C的识别结果出现难以分离的情况，即三种气味成分A、B和C对应的模式特征空间出现重迭的情况，见图6所示的情况。此时，若要有效地分离这三种气味成分，一般的方法是更换气味传感器。这显然是不方便的，特别是在现场应用中也是不允许的。利用本仪器所采用的柔性设计方法，通过软件模式识别算法计算出气味传感器的最佳工作温度后，自动调节了二气味传感器的工作温度在t’₁、和t’₂下。此时，传感器对被检测的三种气味成成分A、B和C的识别结果出现较好的分离结果，如图7所示。

图8表示使用本仪器对糖尿病人的一个测量结果。目前糖尿病诊断的常用方法是血糖检查和尿糖检查。如空腹血糖值多次高于130mg／dl，或饭后2小时的血糖值高于160mg／dl，就可诊断为糖尿病。如空腹血糖正常，而饭后2小时血糖大于140mg／dl，小于160mg／dl，则不能排除糖尿病，应进行糖耐量实验。

本仪器采用与血糖检查相类似的过程。如空腹呼吸酮类气体浓度多次高于120ppm，饭后2小时的呼吸酮类气体浓度多次高于180ppm，可诊断为糖尿病。如空腹酮类气体浓度正常，而饭后2小时酮类气体浓度数大于120ppm，而小于180ppm，则不能排除糖尿病，应进一步进行糖耐量实验。而在家庭中使用，则确定一定的阈值用于检测病情的维持和治疗状态。图8给出了对20个抽样的糖尿病患者采用呼出气体测试与血糖检测结果的对比结果，可以看出具有明显的相关性，目前的相关性在80％左右，采用精确的诊断方法可进一步提高呼出气体检测方法的确诊率。

本实用新型的优点是采用了气味等多参数传感器并行检测和模式识别技术以及气味传感器阵列的柔性设计等多项新技术。因此这种仪器具有无创伤、测量快速、小型化及易于使用者使用。可以用于医院的临床诊断和监护，而小型化产品可用于糖尿病人的家庭康复和监护，功能更强的产品可通过网络将监护数据从家庭传输到医院，实现远程医疗。

Claims

1．糖尿病无损呼吸气味诊断的柔性电子鼻，其特征在于它包括：

1)鼻腔呼出气体[a]经管道、控制阀门、导管[1]进入用加热电阻[13]加热的气体传感器腔[2]中的湿度传感器[11]，被湿度传感器[11]响应后，经装在配用电路板[9]上的配用电路转换成电信号，经输入接口电路[5]接8098单片机系统[7]；

2)进入气体传感器腔[2]中的呼出气体被由若干个渗杂不同贵金属氧化物的气味传感器[12]组成的气味传感器阵列响应后，经装在配用电路板[9]上的配用电路转换成电信号，一路经输入接口电路[5]接8098单片机系统[7]；另一路与输出接口电路[6]相连后，接8098单片机系统[7]；

3)装在气体传感器腔[2]中的温度传感器[10]经装在配用电路板[9]上配用电路转换成电信号，经输入接口电路[5]接8098单片机系统[7]；

4)进入气体传感器腔[2]中的呼出气体被流量传感器[3]响应后，经配用电路[4]转换成的电信号，经输入接口电路[5]接8098单片机系统[7]；

5)校正气体[b]、纯净气体[c]还分别经管道、控制阀门与呼出气体[a]管道相并联后接导管[1]。

2．根据权利要求1所述的糖尿病无损呼吸气味诊断的柔性电子鼻，其特征在于：所述的输入接口电路[5]为ADC标准接口卡；输出接口电路[6]为DAC标准接口卡。

3．根据权利要求1所述的糖尿病无损呼吸气味诊断的柔性电子鼻，其特征在于：

1)湿度传感器[11]为电阻式湿度传感器，其配用电路为方波振荡电路；

2)气味传感器[12]为五只采用不同敏感材料所组成的气味传感器阵列，其配用电路为标准电桥和标准医用差动放大器组成；

3)温度传感器[10]为AD590温度传感器，其配用电路为电流-电压转换电路；

4)流量传感器[3]为压力差型配合层流元件式流量变换器的流量传感器，其配用电路[4]为标准电桥和标准医用差动放大器组成。

4．根据权利要求1所述的糖尿病无损呼吸气味诊断的柔性电子鼻，其特征在于：在8098单片机系统[7]上还接有系统机[8]。