TWM660709U - 呼氣式健康指數偵測裝置 - Google Patents
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Abstract
本新型提出一種呼氣式健康指數偵測裝置，包括：一吹氣管、一殼體、一操作界面、一輸出單元，以及配置於殼體內的一感測單元、一排氣風扇和一電路單元；感測單元可以檢測人體呼氣中含有的多種目標氣體或揮發物的濃度，電路單元以呼氣中含有的目標氣體或揮發物的濃度，對比相應疾病的安全濃度，判斷使用者在相應疾病的健康等級或健康指數，將檢測結果上傳至一伺服器，用以提供相關人員或是醫療單位進一步利用；本新型可以取代侵入式檢測，體積輕巧且便於攜帶，可隨時隨地使用，不需固定耗材方便長期監測，成本和效率兼具。
Description
本新型涉及一種氣體檢測裝置，特別是一種可以檢測人體呼氣中含有的多種目標氣體或揮發物的濃度的呼氣式健康指數偵測裝置。
人體呼吸活動的呼氣中，除了含有大量的氮、氧、水蒸氣及二氧化碳外，還含有超過400種以上的微量有機揮發物(volatile organic compounds,VOCs)，根據研究顯示，呼氣中VOCs的濃度和某些疾病有關，藉由分析人體的呼氣中含有不正常VOCs的濃度，可作為人體健康情形的參考。
研究報告指出腎臟病變患者帶有尿騷味的呼氣中主要含有較高濃度的氨氣、甲基胺類等指標氣體；肝臟病患者帶有類似腐蛋臭味的呼氣中含有較高的醋酸、丙酸，且由於methionine的效應使得肝硬化或是肝昏迷患者的呼氣中含有較高量的二甲基硫和甲硫醇及乙硫醇；而糖尿病患者、糖尿病併發酮酸症(DKA)的病人所呼出的氣體丙酮的含量(5-300ppm)高出其他呼氣成分3個階次以上(見表1)。
根據研究，若動脈血中的氧氣分壓下降且小於60毫米汞柱，稱為低血氧症，若二氧化碳分壓上升而大於50毫米汞柱，稱為高二氧化碳血症，此兩種狀況都叫做呼吸衰竭。當呼吸衰竭發生時，病人通常會表現出的呼吸急促、心跳變快、焦躁不安。當呼吸衰竭持續惡化時，病人的呼吸可能變得微弱且慢、心跳也可能由快轉慢、血壓下降、意識昏迷甚至死亡。
因此，通過檢測人體呼出之氣體中的二氧化碳含量或濃度，可以簡單地判斷身體健康狀況，例如人體的精神集中情形，一般而言可以區分為以下幾個等級：
二氧化碳濃度<500ppm：室外級
二氧化碳濃度500-1000ppm：感覺良好
二氧化碳濃度1000-2000ppm：輕度困倦
二氧化碳濃度2000-5000ppm：頭痛和噁心症狀
二氧化碳濃度>5000ppm：頭部撞擊嚴重
已知用於測量呼氣成分分析的儀器主要包括下列幾種：1.氣相層析儀(gas chromatography,GC)、2.氣相層析連接質譜儀(GC-MS)，以及3.金屬氧化半導體(metal oxide semiconductor,MOS)感測器。
實務上，由於人體呼氣中的有機揮發物的濃度大多在百萬分
之一(ppm)，甚至更低。致令上述分析儀器在運用上有諸多限制，以氣相層析儀、氣相層析連接質譜儀而言，在取樣後作分析之前，限於分析儀器的解析度及為提高測定的靈敏度，多會對樣品氣體作預濃縮的程序，使得分析後的結果不能完全代表原先的表徵。以呼氣檢測為例，測試前需先收集2~5公升的呼氣檢體，在濃縮後才能到達儀器的可檢測範圍，在臨床使用上相當不便；另一方面，上述儀器的體積龐大且價格昂貴，也難以被一般使用者操作和使用。
在已核准(證書號數I599773)的中華民國發明專利，其中提出了一種氣體感測裝置，包含：一殼體，該殼體具有一容置空間、一進氣口及一出氣口，該進氣口及該出氣孔連通該容置空間；一感測組件，該感測組件設置於該殼體之該容置空間內，該感測組件具有一基板、一感測單元組及一訊號傳輸埠，該感測單元組具有至少一特殊氣體檢測埠，該至少一特殊氣體檢測埠表面披覆有與該特殊氣體具親和性之一高分子特殊感測膜，該訊號傳輸埠設置於該基板且電性連接該感測單元組；及一資料擷取模組，該資料擷取模組電性連接該感測組件之該訊號傳輸埠。
另外在已核准(證書號數I635291)的中華民國發明專利，其中提出了一種微型丙酮檢測裝置，包含：一電路板；一殼體，具有一第一通孔及一第二通孔，該殼體組設於該電路板上且其內部與該電路板之間形成一容置空間；一丙酮感測器，容設於該容置空間內並與該電路板電性連接；以及一氣體泵，容設於該容置空間內並與該電路板電性連接；其中，該氣體泵作動後改變該容置空間的內部壓力，令氣體由該第一通孔進入該容置空間內，再由丙酮感測器測量該容置空間內氣體的丙酮濃度，來計算使用
者的血糖濃度，最後將氣體通過第二通孔排出。
本新型所要解決的技術問題是提供一種呼氣式健康指數偵測裝置，能以非侵入式檢測人體呼氣中含有的多種目標氣體或揮發物的濃度。
為解決上述的技術問題，本新型呼氣式健康指數偵測裝置的一種實施例構造，包括：
一吹氣管，吹氣管的兩端分別為一進氣端和一出氣端，自進氣端至出氣端定義為一吹氣流路，在吹氣流路末端接近出氣端處設有一導引孔，導引孔連通吹氣流路，導引孔為旁通設計；
一殼體，殼體的內部中空構成一內部空間，在內部空間藉由一管形壁定義一檢測腔室以供吹氣管插置，該檢測腔室對應該導引孔的位置設有一採樣窗口，檢測腔室的頭端開口作為一插入口，吹氣管可以從插入口插入檢測腔室，檢測腔室的尾端具有一阻隔板，阻隔板均勻配置有多個排氣孔；
一感測單元，係配置在採樣窗口，用以檢測呼氣中含有的至少一種目標氣體或揮發物的濃度；
一排氣風扇，排氣風扇配置於殼體的內部空間，排氣風扇的進氣側連通檢測腔室的尾端的該些排氣孔，排氣風扇的排氣側連通殼體的一氣體出口；以及
一電路單元，電路單元電性連接感測單元和排氣風扇，電路單元控制感測單元檢測目標氣體或揮發物的濃度，記錄檢測的結果，將檢測結果輸出至一輸出單元輸出檢測結果，電路單元控制排氣風扇將檢測腔室內的氣
體排出直到目標氣體或揮發物的濃度值歸零為止。
較佳地，其中吹氣管為長直管狀構件，吹氣流路的內徑自進氣端至出氣端為遞減，形成略呈錐形的吹氣流路。
較佳地，其中吹氣管的出氣端設有一檔板，檔板均勻配置有多個出氣孔，出氣孔和檢測腔室的尾端的排氣孔連通。
較佳地，其中目標氣體包括氣體丙酮、氨氣和二氧化碳其中的任一者或其組合；該揮發物為丙酮。
較佳地，其中感測單元包含丙酮(CH3COCH3)感測器、氨氣感測器和二氧化碳感測器其中的任一者或其組合。
較佳地，其中電路單元可執行一初始環境校正程序、一檢測程序，以及一清潔程序；電路單元運行初始環境校正程序係用以進行初始環境校正；電路單元運行檢測程序係用以控制感測單元檢測目標氣體或揮發物的濃度，記錄檢測的結果，將檢測結果輸出至輸出單元輸出檢測結果；電路單元運行清潔程序係用以啟動排氣風扇將檢測腔室內的氣體排出直到目標氣體或揮發物的濃度值歸零為止(意即排氣風扇運轉期間持續檢測。
較佳地，其中輸出單元的構造包含：一顯示單元、一發光元件和一揚聲器。
較佳地，其中電路單元配置有一通訊模組，用以將檢測結果上傳至一伺服器。
較佳地，其中通訊模組包含WiFi通訊模組、藍芽通訊模組其中的任一種或其組合。
本新型的優點及功效在於：可以檢測人體呼氣中含有的多種
目標氣體或揮發物的濃度，以呼氣中含有的氣體丙酮及/或氨氣之濃度，對比相應疾病的安全濃度，判斷使用者在相應疾病的健康等級或健康指數；本新型可以幫助例如糖尿病患者免去每日扎針監測糖化血色素的侵入式檢測，同時大幅降低扎針過程患者感染細菌之風險。本新型呼氣式健康指數偵測裝置的體積輕巧且便於攜帶，可隨時隨地使用，不需固定耗材方便長期監測，成本和效率兼具。
有關本新型的具體實施方式及其技術特點和功效，下文將配合圖式說明如下。
10:吹氣管
101:進氣端
102:出氣端
11:吹嘴
111:快速接頭
12:導引孔
13:檔板
131:出氣孔
14:尾管
20:殼體
201、202:殼體部件
21:管形壁
211:插入口
22:阻隔板
221:排氣孔
23:氣體出口
24:採樣窗口
30:操作界面
40:感測單元
50:排氣風扇
60:電路單元
61:通訊模組
70:輸出單元
71:顯示單元
72:發光元件
73:揚聲器
80:二次電池
C:檢測腔室
P:吹氣流路
S:內部空間
第1圖，是本新型呼氣式健康指數偵測裝置的一種實施例的構造正視圖。
第2圖，是第1圖的左側視圖。
第3圖，是第1圖的局部構造示意圖，繪示殼體的內部構造。
第4圖，是本新型呼氣式健康指數偵測裝置的操作示意圖，繪示呼氣在吹氣流路中的流動狀態。
第5圖，是第4圖的另一視角的構造示意圖。
第6圖，是本新型呼氣式健康指數偵測裝置的吹氣管的另一種實施例構造圖。
第7圖，是本新型呼氣式健康指數偵測裝置的操作流程圖。
在本新型專利說明書及圖式所揭露的實施例，其中提及的方
向(例如上、下、左、右、前和後)是依據圖式顯示的內容，用於說明實施例中各個元件或結構之間相對關係(例如位置關係、聯接關係和動作關係)。原則上，當本新型說明書中提及的元件或結構和圖式顯示的位置相符時，所述的方向將會是合適的。如果本新型說明書中提及的元件或結構的位置發生改變，則所述的方向也應作相應的改變。
首先請閱第1圖和第2圖，繪示本新型呼氣式健康指數偵測裝置的一種實施例的構造正視圖及其側視圖。
本新型呼氣式健康指數偵測裝置的一較佳實施例構造包括：一吹氣管10、一殼體20、一操作界面30、一輸出單元70，以及配置於殼體20內的一感測單元40(見第3圖)、一排氣風扇50和一電路單元60。
其中吹氣管10係為軸向兩端相互連通的管狀構件，在一較佳的實施例，吹氣管10為長直管狀構件包含一吹嘴11和一尾管14，吹氣管的兩端分別為一進氣端101和一出氣端102，吹嘴11可供使用者口含以呼出肺部氣體，進氣端101設於吹嘴11，出氣端102設於尾管14，自進氣端101至出氣端102定義為一吹氣流路P(見第4圖)，較佳者，吹氣流路P的內徑自進氣端至出氣端為遞減，形成略呈錐形的吹氣流路；請參閱第4圖，使用者自進氣端101吹入的呼氣直通出氣端102，在吹氣流路P的末端接近出氣端102處設有一導引孔12，導引孔12連通吹氣流路P，導引孔12為旁通設計，換言之導引孔12的孔洞軸向與吹氣流路P的氣體流動方向相交。作為吹氣管10的一較佳實施例構造，出氣端102設有一檔板13，檔板13均勻配置有多個出氣孔131，使用者的呼氣自進氣端101進入的流路截面積大於全部出氣孔131的流路截面積，可以適當地延長呼氣在吹氣流路P的滯留時間，提高感測單元
40(功能詳見下文)的採樣效果。
殼體20的內部中空構成一內部空間S(見第4圖)，在一較佳的實施方式，殼體20係由兩個殼體部件201、202合併組成，如第4圖所繪示，兩個殼體部件201、202可以互相組合或分開，以便其他構件的組裝；在內部空間S藉由一管形壁21定義一檢測腔室C，檢測腔室C可供吹氣管10插置，檢測腔室C為長直管狀，檢測腔室C對應導引孔12的位置設有一採樣窗口24(見第3圖)，檢測腔室C的頭端開口作為一插入口211，吹氣管10可以從插入口211插入檢測腔室C，檢測腔室C的尾端具有一阻隔板22，阻隔板22均勻配置有多個排氣孔221，排氣孔221和吹氣管10的出氣孔131連通。如第1圖所示，操作界面30配置於殼體20，用以供使用者進行開/關機以及不同功能的操作，操作界面30的較佳實施方式係由數個按鍵組成，在其他較佳的實施方式亦可採觸控顯示器，同時實現操作和訊息顯示的功能。
請參閱第6圖，吹氣管10的另一較佳實施例為短管型，其中吹嘴11的尾端為圓管狀，在吹嘴11的尾端設有一快速接頭111，藉由快速接頭111以可拆裝的方式連接於檢測腔室C的插入口211；在一方面，本新型的吹氣管10可以方便地拆裝，並且自由更換使用兩種不同長短的吹氣管10，必要時亦可方便地拆下吹氣管10進行清潔和消毒。
感測單元40係配置在採樣窗口24，呼氣通過導引孔12和採樣窗口24經過感測單元40，藉由感測單元40檢測呼氣中含有的至少一種目標氣體或揮發物的濃度；在本新型呼氣式健康指數偵測裝置的一較佳實施例，所述的目標氣體包括氣體丙酮、氨氣和二氧化碳(Co2)其中的任一者或其組合，所述的揮發物為丙酮(CH3COCH3)；作為感測單元40的較佳實施方
式是包含丙酮(CH3COCH3)感測器、氨氣感測器和二氧化碳感測器的其中任一者或其組合。
排氣風扇50係配置於殼體20的內部空間S，排氣風扇50電性連接電路單元60，排氣風扇50係由電路單元60控制和驅動，排氣風扇50的進氣側連通檢測腔室C的尾端的該些排氣孔221，排氣風扇50的排氣側連通殼體20的一氣體出口23。排氣風扇50係用以清潔和排出檢測腔室C內殘留的呼氣及其中所含的物質，以免影響目標氣體或揮發物的濃度的檢測準確度。
電路單元60電性連接感測單元40和排氣風扇50，電路單元60可執行一初始環境校正程序、一檢測程序，以及一清潔程序。分述如后：(1)電路單元60運行初始環境校正程序係用以進行初始環境校正，較佳地，在運行初始環境校正程序的期間，可啟動排氣風扇50用以清潔和排出檢測腔室C內殘留的呼氣及其中所含的物質，以免影響目標氣體或揮發物的濃度的檢測準確度。(2)電路單元60運行檢測程序係用以控制感測單元40檢測目標氣體或揮發物的濃度，記錄檢測的結果，將檢測結果輸出至一輸出單元70；(3)電路單元60運行清潔程序係用以啟動排氣風扇50將檢測腔室C內的氣體排出直到目標氣體或揮發物的濃度值歸零為止，較佳地，係在排氣風扇50運轉期間持續檢測氣體丙酮、氨氣、丙酮和二氧化碳的濃度，然後在輸出單元70重新顯示”0000”歸零，並在輸出單元70顯示提示訊息(例如以燈號顯示綠燈)，告知使用者清潔完成，可以進行下一次的檢測。
輸出單元70的較佳實施方式係以聲、光和影像其中的任一種或其組合的方式輸出檢測結果和訊息；如第1圖所示，作為本新型的一較佳實施例，輸出單元70的構造包含：一顯示單元71、一發光元件72和一揚聲
器73；其中顯示單元的實施方式包含液晶顯示器(LCD)、數字顯示器(例如七段數字顯示器LED)和指示燈(例如發光二極體)其中的任一種或其組合。
較佳地，電路單元60配置有一通訊模組61(見第1圖)，通訊模組61的較佳實施例構造係包含WiFi通訊模組、藍芽通訊模組其中的任一種或其組合，用以將檢測結果上傳至一伺服器，用以提供相關人員或是醫療單位進一步利用。電路單元60的其中一種實施方式係將所需的電子元件和電路整合在一起，包含：配置於一電路板上的一處理器(MCU)、記憶體(在其他的實施方式是直接利用處理器內置的暫存器)，以及通訊模組61。
在一較佳實施例，內部空間配置有一二次電池80，可連接外部電源用以對二次電池80充電，二次電池80電性連接電路單元60，用以提供電路單元60、感測單元40、排氣風扇50、通訊模組61和輸出單元70工作所需的電力。在其他的較佳實施例，亦可在電路單元配置一電連接器，用以和外部電源電性連接，由外部電源提供本新型呼氣式健康指數偵測裝置工作所需的電力。
最後，以檢測人體呼氣中的有機氣體內含之丙酮濃度，判斷使用者血糖濃度相對值之高低為範例，說明本新型呼氣式健康指數偵測裝置的操作流程。本新型呼氣式健康指數偵測裝置可透過檢測呼氣中的丙酮濃度值，對比預設之相應疾病(糖尿病)的安全濃度，判斷使用者的健康等級或健康指數(例如血糖範圍)是否處於安全/超標/危險等級。
感測單元40的丙酮(CH3COCH3)感測器可偵測精度為0.1ppm，故能感測呼氣過程之有機氣體中丙酮濃度由處理器(MCU)讀取丙酮感測器類比轉數位之訊號，將數位濃度數值送至顯示單元71或是通過發
光元件72和一揚聲器73發出相應的指示訊號，告知使用者目前之丙酮濃度值，並透過自動判別告知使用者的健康等級或健康指數(例如血糖範圍)落於安全/超標/危險等級。
請參閱第7圖，係為本新型呼氣式健康指數偵測裝置的操作流程。
1.先將吹氣管10插入裝置的檢測腔室C後開啟電源，系統進行初始環境校正程序約1分鐘，此時顯示單元71顯示”CAL”表示校正中。
2.當顯示單元71呈現”0000”閃爍及發光元件72(例如發光二極體，LED)顯示綠燈即表示已校正完畢可以開始進行呼氣檢測(進入檢測程序)，使用者以嘴含住吹氣管10的吹嘴11連續吹氣1至3秒，確認肺部的氣體已大部份吐出至設備的檢測腔室C。
3.吹氣後感測單元40連續偵測5秒後將偵測所得最高的丙酮濃度值顯示於顯示單元71，同時系統自動對比預設之相應疾病(糖尿病)的安全濃度(如下列表2)，判斷丙酮濃度落區並以不同燈色之發光元件72表示相應的健康指數，例如綠燈(安全)，藍燈(超標)，紅燈(危險)，同時語音功能同步告知安全指數落區。
4.系統鎖定最高濃度值於顯示單元71連續顯示5秒後，系統進入清潔程序立即啟動排氣風扇50將檢測腔室C內的氣體排出直到濃度值歸零為止，當顯示單元71歸零重新顯示”0000”發光元件72轉為綠燈即表示可以進行下一次測試。
5.若偵測丙酮濃度值低於0.1時系統判斷為濃度”0000”使用者可繼續下一次呼氣偵測。
6.完成丙酮濃度數值顯示後系統同步將丙酮濃度值透過通訊模組61將數據送至手機APP及雲端資料庫作同步顯示及儲存。
雖然本新型已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型，任何熟習相像技藝者，在不脫離本新型之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本新型之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。
10:吹氣管
101:進氣端
102:出氣端
11:吹嘴
14:尾管
12:導引孔
201:殼體部件
21:管形壁
221:排氣孔
23:氣體出口
40:感測單元
50:排氣風扇
60:電路單元
61:通訊模組
73:揚聲器
80:二次電池
P:吹氣流路
S:內部空間
Claims (9)
- 一種呼氣式健康指數偵測裝置，包括：一吹氣管，該吹氣管的兩端分別為一進氣端和一出氣端，自該進氣端至該出氣端定義為一吹氣流路，在該吹氣流路末端接近該出氣端處設有一導引孔，該導引孔連通該吹氣流路，該導引孔為旁通設計；一殼體，該殼體的內部中空構成一內部空間，在該內部空間藉由一管形壁定義一檢測腔室以供該吹氣管插置，該檢測腔室對應該導引孔的位置設有一採樣窗口，該檢測腔室的頭端開口作為一插入口，該吹氣管可以從該插入口插入該檢測腔室，該檢測腔室的尾端具有一阻隔板，該阻隔板均勻配置有多個排氣孔；一感測單元，係配置在該採樣窗口，用以檢測呼氣中含有的至少一種目標氣體或揮發物的濃度；一排氣風扇，該排氣風扇配置於該殼體的該內部空間，該排氣風扇的進氣側連通該檢測腔室的尾端的該些排氣孔，該排氣風扇的排氣側連通該殼體的一氣體出口；以及一電路單元，該電路單元電性連接該感測單元和該排氣風扇，該電路單元控制該感測單元檢測該目標氣體或該揮發物的濃度，記錄檢測的結果，將檢測結果輸出至一輸出單元輸出檢測結果，該電路單元控制該排氣風扇將該檢測腔室內的氣體排出直到該目標氣體或該揮發物的濃度值歸零為止。
- 如請求項1所述的呼氣式健康指數偵測裝置，其中該吹氣管為長直管狀構件，該吹氣流路的內徑自該進氣端至該出氣端為遞減，形成略呈錐 形的該吹氣流路。
- 如請求項1所述的呼氣式健康指數偵測裝置，其中該吹氣管的該出氣端設有一檔板，該檔板均勻配置有多個出氣孔，該些出氣孔和該檢測腔室的尾端的該些排氣孔連通。
- 如請求項1所述的呼氣式健康指數偵測裝置，其中該目標氣體包括氣體丙酮、氨氣和二氧化碳其中的任一者或其組合；該揮發物為丙酮。
- 如請求項1所述的呼氣式健康指數偵測裝置，其中該感測單元包含丙酮(CH3COCH3)感測器、氨氣感測器和二氧化碳感測器其中的任一者或其組合。
- 如請求項1所述的呼氣式健康指數偵測裝置，其中該電路單元可執行一初始環境校正程序、一檢測程序，以及一清潔程序；該電路單元運行該初始環境校正程序係用以進行初始環境校正；該電路單元運行該檢測程序係用以控制該感測單元檢測該目標氣體或該揮發物的濃度，記錄檢測的結果，將檢測結果輸出至該輸出單元輸出檢測結果；該電路單元運行該清潔程序係用以啟動該排氣風扇將該檢測腔室內的氣體排出直到該目標氣體或該揮發物的濃度值歸零為止。
- 如請求項1所述的呼氣式健康指數偵測裝置，其中該輸出單元的構造包含：一顯示單元、至少一發光元件和一揚聲器。
- 如請求項1所述的呼氣式健康指數偵測裝置，其中該電路單元配置有一通訊模組，用以將該檢測結果上傳至一伺服器。
- 如請求項8所述的呼氣式健康指數偵測裝置，其中該通訊模組包含WiFi通訊模組、藍芽通訊模組其中的任一種或其組合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW113203097U TWM660709U (zh) | 2024-03-28 | 2024-03-28 | 呼氣式健康指數偵測裝置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| TW113203097U TWM660709U (zh) | 2024-03-28 | 2024-03-28 | 呼氣式健康指數偵測裝置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWM660709U true TWM660709U (zh) | 2024-09-21 |
Family
ID=93610562
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| TW113203097U TWM660709U (zh) | 2024-03-28 | 2024-03-28 | 呼氣式健康指數偵測裝置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWM660709U (zh) |
-
2024
- 2024-03-28 TW TW113203097U patent/TWM660709U/zh unknown
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