呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置制造方法
【專利摘要】一種呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置，氣體經(jīng)過(guò)流量調(diào)節(jié)器、三通閥(5)切換排空和采樣氣路后進(jìn)入氣袋(6)，氣路中接有壓力傳感器(3)和控制模塊(4)，其特征在于：所述流量調(diào)節(jié)器由舵機(jī)(2)和裝在其上的旋轉(zhuǎn)柱狀體(1)構(gòu)成，使用中通過(guò)舵機(jī)(2)控制旋轉(zhuǎn)柱狀體(1)的轉(zhuǎn)向來(lái)控制通過(guò)氣體的截面積來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)氣體的流量；在用氣袋收集呼氣一氧化氮?dú)怏w時(shí)，根據(jù)氣袋體積，本裝置可以自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)氣路壓力，維持流量在指定范圍內(nèi)。該裝置通過(guò)使用舵機(jī)控制旋轉(zhuǎn)柱狀體的轉(zhuǎn)向來(lái)控制通過(guò)氣體的截面積以實(shí)現(xiàn)氣體流量控制的目的，在采集人體呼出氣一氧化氮時(shí)，可以不用對(duì)受試者的呼氣流量進(jìn)行限制，所述裝置可以根據(jù)實(shí)際呼氣流量自動(dòng)進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)至所需要獲得的流量，采集所需的氣體。
【專利說(shuō)明】呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本新型涉及呼氣采樣領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]呼氣一氧化氮作為氣道炎癥的標(biāo)志物用于哮喘等呼吸病的檢測(cè)分析已經(jīng)獲得醫(yī)療界充分肯定。美國(guó)胸腔協(xié)會(huì)和歐洲呼吸協(xié)會(huì)在2005年聯(lián)合制定與公布了進(jìn)行該測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)化方法“ATS/ERS Recommendations for Standardized Procedures for theOnline and Offline Measurement of Exhaled Low Respiratory Nitric Oxide andNasal Nitric Oxide, 2005”，2011 年提出了其臨床應(yīng)用指南(An Official ATS ClinicalPractice Guideline:1nterpretation of exhaled Nitric Oxide Level ( FeN0) forClinical Applications),這些標(biāo)準(zhǔn)與指南用來(lái)指導(dǎo)如何進(jìn)行檢測(cè)與將檢測(cè)結(jié)果用于哮喘等呼吸病的診斷與療效評(píng)價(jià)。
[0003]ATS/ERS推薦的標(biāo)準(zhǔn)化呼氣一氧化氮測(cè)量方法用于測(cè)量下呼吸道的炎癥，要求在至少5cmH20的呼氣壓力下，在50ml/s的固定呼氣流速下進(jìn)行單次持續(xù)呼氣10秒(或兒童6秒)，這對(duì)于兒童及部分由呼吸系統(tǒng)疾病的成年人來(lái)說(shuō)，存在一定的困難，美國(guó)FDA正對(duì)NIOXMINO (Aerocrine AB)指出，測(cè)量呼氣N O需要受過(guò)訓(xùn)練的保健專業(yè)人員指導(dǎo)，并且該測(cè)量不能用于嬰兒或7歲以下的兒童使用。
[0004]以恒定流速呼氣最直接的方法是通過(guò)測(cè)量呼氣流速并指示，然后呼氣者通過(guò)指示的反饋信號(hào)自主調(diào)節(jié)呼氣力度來(lái)實(shí)現(xiàn)，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，要將呼氣流速在2?3秒時(shí)間內(nèi)持續(xù)控制在45飛5ml/s范圍內(nèi)還是有一定難度的。
[0005]為了降低呼氣流量控制的難度，擴(kuò)展呼氣一氧化氮測(cè)試的適用人群，美國(guó)胸科學(xué)會(huì)2005年在ATS/ERS eNO測(cè)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指南中推薦了一種檢測(cè)一氧化氮的離線采樣技術(shù)，它讓患者在呼氣時(shí)在裝置外先排空死腔氣然后進(jìn)行收集測(cè)試氣；而GE Water & ProcessTechnologies公司公開(kāi)的技術(shù)中采用魯爾閥進(jìn)行控制排空。
[0006]以上采樣技術(shù)都是用過(guò)機(jī)械式采樣器，它存在的問(wèn)題有:
[0007]I)機(jī)械式采樣器通過(guò)壓力表顯示流量，手動(dòng)按鈕調(diào)整排空和采樣通道，存在壓力測(cè)不準(zhǔn)，及排空時(shí)間不準(zhǔn)，容易導(dǎo)致離線采樣的氣體不能達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求的條件；
[0008]2)機(jī)械式采樣器加工難度大(孔徑小精度要求高)，生產(chǎn)調(diào)測(cè)難度大，一旦加工失敗，不可修補(bǔ)；
[0009]3)在受試者培訓(xùn)不足或者個(gè)體差異，容易導(dǎo)致離線采樣得到的氣袋測(cè)試結(jié)果和在線測(cè)試結(jié)果存在差異情況，以及重復(fù)性不良；
[0010]4)受試者在呼氣過(guò)程中，由于收集氣袋的體積膨脹所造成的壓力會(huì)影響呼氣流量的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本新型的目的是提供一種呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置，以克服上述方法的缺陷。[0012]一種呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置，氣體經(jīng)過(guò)流量調(diào)節(jié)器、三通閥(5)切換排空和采樣氣路后進(jìn)入氣袋出)，氣路中接有壓力傳感器(3)和控制模塊(4)，其特征在于:所述流量調(diào)節(jié)器由舵機(jī)(2)和裝在其上的旋轉(zhuǎn)柱狀體(I)構(gòu)成，使用中通過(guò)舵機(jī)(2)控制旋轉(zhuǎn)柱狀體(I)的轉(zhuǎn)向來(lái)控制通過(guò)氣體的截面積來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)氣體的流量；在用氣袋收集呼氣一氧化氮?dú)怏w時(shí)，根據(jù)氣袋體積，本裝置可以自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)氣路壓力，維持流量在指定范圍內(nèi)。對(duì)所述壓力傳感器(3)在不同流量范圍內(nèi)標(biāo)定好對(duì)應(yīng)壓力值，使用時(shí)根據(jù)所需要獲得的呼氣流量調(diào)用不同壓力值，對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)；在沒(méi)有接氣袋時(shí)，直接調(diào)用事先標(biāo)定好的壓力數(shù)值調(diào)節(jié)舵機(jī)上旋轉(zhuǎn)體的截面積，在連接收集氣袋采樣時(shí)，根據(jù)已收集氣體的體積，計(jì)算氣袋阻力，對(duì)整個(gè)體系的壓力進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，維持呼氣流量；對(duì)獲得呼氣流量在45飛5ml/s范圍內(nèi)的口呼氣，使用時(shí)當(dāng)流量超過(guò)45ml/s后流量會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制在45飛5ml/s，整個(gè)呼氣過(guò)程維持呼氣阻力在5?20cmH20;末端連接的氣袋(6)可以更換，對(duì)不同的材料、不同阻力的氣袋，在流量45飛5ml/s范圍內(nèi)標(biāo)定好壓力值；呼氣排空時(shí)間f 5s，排空后即進(jìn)入合格采樣，可多次采樣；總呼氣時(shí)間不超過(guò)15s ;對(duì)氣袋(6)的材料的選擇，選擇對(duì)一氧化氮既無(wú)吸附也無(wú)釋放，同時(shí)材質(zhì)柔軟的的材料，包括聚酰胺、聚乙烯或其復(fù)合材料的氣袋；可以采集不同流量下的口呼氣。
[0013]具體的說(shuō)就是根據(jù)呼氣流量，預(yù)先標(biāo)定系統(tǒng)的壓差范圍，在進(jìn)行口呼氣采樣時(shí)，如果呼氣流量較大，壓力傳感器所測(cè)得的壓差較大，就通過(guò)控制模塊自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)舵機(jī)減小舵機(jī)通徑，使得呼氣流量下降，系統(tǒng)的壓差下降；如果呼氣流量較小，壓力傳感器所測(cè)得的壓差較小，通過(guò)控制模塊自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)舵機(jī)增大舵機(jī)通徑，使得呼氣流量上升，系統(tǒng)的壓差增大。這要求反饋速度足夠快(0.5s內(nèi))，就能將呼氣流量控制在所需的范圍內(nèi)。
[0014]本新型裝置的設(shè)計(jì)原理為伯努利方程:p+p gz+(l/2)*p v~2=C
[0015]上式各項(xiàng)分別表示單位體積流體的壓力能P、重力勢(shì)能Pg z和動(dòng)能(l/2)*pv~2，在沿流線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，總能量為一常數(shù)保持不變，即總能量守恒，但各流線之間總能量可能不同。對(duì)于氣體，可忽略重力，方程簡(jiǎn)化為P+(1/2)* P V ~2=常量(P,6)，各項(xiàng)分別稱為靜壓、動(dòng)壓和總壓。顯然，氣體流動(dòng)中速度增大，壓強(qiáng)就減??；速度減小，壓強(qiáng)就增大；速度降為零，壓強(qiáng)就達(dá)到最大(理論上應(yīng)等于總壓)。
[0016]本新型裝置中的壓力傳感器測(cè)量的是管路與大氣間的壓力差P1，而在實(shí)際使用時(shí)與流量相關(guān)聯(lián)的是管路與氣袋內(nèi)氣體的壓力之差P1- P2 (P2為氣袋內(nèi)氣體壓力)。
[0017]當(dāng)不使用氣袋時(shí)(氣體直接排空到大氣)，P2接近零，管路與氣袋內(nèi)氣體的壓力之差口廠P2= P1, P1與呼氣流量V的關(guān)系可以通過(guò)標(biāo)定的方法來(lái)獲得:用氣體質(zhì)量流量計(jì)控制氣體流速通入所述呼氣一氧化氮采樣裝置，記錄壓力傳感器測(cè)量值P1與與呼氣流量V的值，作圖得到相應(yīng)關(guān)系曲線P1- P2= P1= g (V)，利用該關(guān)系可通過(guò)壓力傳感器壓力測(cè)量值P1反饋控制呼氣流量V。
[0018]當(dāng)設(shè)備后端接有采樣氣袋時(shí)，氣袋內(nèi)氣體壓力不能忽略，氣袋內(nèi)氣體壓力P2與呼氣流量V、呼氣時(shí)間t及采樣體積V有關(guān)，它們之間的關(guān)系可以通過(guò)標(biāo)定的方法來(lái)獲得:通過(guò)氣體質(zhì)量流量計(jì)控制氣體流速，將其通過(guò)所述呼氣一氧化氮采樣裝置后通入所述氣袋，記錄氣袋壓力口2與通入氣體體積V的值，作圖得到相應(yīng)的關(guān)系曲線p2= f (V)，其中V= / vt，由于P1- p2= g(v)，所以P1= g(v)+ f (V)，其中V= / Vt0其中氣袋壓力P2與收集氣體體積的函數(shù)關(guān)系，與氣袋材料和氣袋容積有關(guān)，更換不同的氣袋時(shí)，都需要重新對(duì)公式&= f (V)進(jìn)行標(biāo)定。參數(shù)標(biāo)定好后，在實(shí)際使用時(shí)，根據(jù)壓力傳感器所記錄壓力P1，調(diào)用上述關(guān)系式可以反饋控制呼氣流量V。
[0019]對(duì)所述呼氣一氧化氮電動(dòng)米樣裝置的壓力傳感器(3)在流量45?55ml/s范圍內(nèi)標(biāo)定好壓力值，使用時(shí)當(dāng)氣體流量超過(guò)45ml/s后流量會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制在45飛5ml/s。要求呼氣排空時(shí)間l?5s,排空后即進(jìn)入合格米樣,可多次米樣?？偤魵鈺r(shí)間不超過(guò)15s。
[0020]當(dāng)呼氣開(kāi)始時(shí)，會(huì)首先選擇排空氣路，當(dāng)流量超過(guò)45ml/s，并且時(shí)間超過(guò)3s后，三通閥會(huì)打開(kāi)，選擇呼氣氣路，將呼氣輸送到氣袋中，直到呼氣壓力下降，流量低于45ml/s。完成一次采樣?？啥啻尾蓸樱瑢怏w累計(jì)存儲(chǔ)在氣袋中。氣袋的材料選擇對(duì)一氧化氮既無(wú)吸附也無(wú)釋放，同時(shí)材質(zhì)柔軟的的材料，如聚酰胺、聚乙烯或其復(fù)合材料的氣袋。
[0021]本新型也可以用于采集不同流量下的口呼氣。對(duì)不同流量標(biāo)定其對(duì)應(yīng)壓力值，存入控制模塊(4)中，使用時(shí)根據(jù)所需要得到的流量值，調(diào)用其相對(duì)應(yīng)的壓力值，通過(guò)舵機(jī)
(2)控制旋轉(zhuǎn)柱狀體(I)的不同轉(zhuǎn)向得到相應(yīng)的通過(guò)氣體的流量。當(dāng)呼氣流量超過(guò)45ml/s后流量會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制在采樣要求的流量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本新型呼氣一氧化氮測(cè)量電動(dòng)采樣器的結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖2為本新型在使用時(shí)不同初始呼氣流量呼氣時(shí)實(shí)時(shí)呼氣流量隨呼氣時(shí)間的曲線。
[0024]圖3為本新型在使用時(shí)不同初始呼氣壓力呼氣時(shí)實(shí)時(shí)呼氣壓力隨呼氣時(shí)間的曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0025]使用本新型采集標(biāo)準(zhǔn)呼氣流量(45?55ml/s)的人體口呼氣一氧化氮?dú)怏w，使用SV-D100型納庫(kù)庫(kù)侖呼氣分析儀對(duì)其一氧化氮濃度進(jìn)行檢測(cè)。
[0026]按照ATS/ERS ((eNO測(cè)定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)指南》中推薦了一種檢測(cè)一氧化氮的離線采樣技術(shù)，調(diào)節(jié)所述呼氣一氧化氮測(cè)量電動(dòng)采樣器參數(shù)，進(jìn)行樣品氣采樣，采樣過(guò)程如下:要求呼氣流量超過(guò)45ml/s，排空和采樣通道的呼氣阻力均為5?20cmH20，呼氣排空時(shí)間3s，排空開(kāi)始后Is內(nèi)，即可將流量調(diào)整在45飛5ml/s，排空后即進(jìn)入合格采樣，可多次采樣(每次均經(jīng)過(guò)排空后進(jìn)行)，總呼氣時(shí)間不超過(guò)10s。氣袋選用聚酰胺和聚乙烯的復(fù)合材料。
[0027]圖2給出了本新型在不同初始呼氣流量在使用時(shí)的實(shí)時(shí)呼氣流量隨呼氣時(shí)間的曲線，結(jié)果表明不論初始時(shí)以什么流速呼氣，在4s (呼氣排空時(shí)間3s，排空開(kāi)始后Is采樣)之后的呼氣流量都能維持在恒定的區(qū)間范圍內(nèi)(45?55ml/s)。這說(shuō)明不需要對(duì)呼氣力量進(jìn)行認(rèn)為精密的調(diào)整就能達(dá)到呼氣流量控制的要求，呼氣控制更簡(jiǎn)單了，3歲以上兒童均可成功采樣。另外，利用所述采樣器，可進(jìn)行多口氣采樣，直到采集足夠量的滿足要求的呼氣氣體，這也降低了呼氣采樣難度。
[0028]呼氣壓力與呼氣流量是正相關(guān)的，圖3是圖2中四種不同的初始呼氣流量所對(duì)應(yīng)的不同初始呼氣壓力，并記錄了呼氣壓力隨呼氣時(shí)間變化的曲線，結(jié)果表明不論以什么壓力呼氣，呼氣4s后的呼氣壓力都能維持在恒定的區(qū)間范圍內(nèi)。
[0029]表格I列出了不同測(cè)試人員使用所述呼氣一氧化氮測(cè)量采樣器，在不同呼氣狀態(tài)下釆集的口呼氣一氧化氮(eNO)的測(cè)試結(jié)果，由于eNO測(cè)試值是與呼氣流量直接相關(guān)，可以用eNO結(jié)果指示呼氣流量，結(jié)果表明，使用本新型對(duì)不同人員進(jìn)行離線釆樣時(shí)，測(cè)試結(jié)果與呼氣狀態(tài)無(wú)關(guān)，并與在線測(cè)試的結(jié)果一致。這表明了使用本發(fā)明的呼氣一氧化氮釆樣裝置，降低了呼氣難度，提高了呼氣釆樣的成功率，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
[0030]
【權(quán)利要求】
1.一種呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置，氣體經(jīng)過(guò)流量調(diào)節(jié)器、三通閥(5)切換排空和采樣氣路后進(jìn)入氣袋(6)，氣路中接有壓力傳感器(3)和控制模塊(4)，其特征在于:所述流量調(diào)節(jié)器由舵機(jī)(2)和裝在其上的旋轉(zhuǎn)柱狀體(1)構(gòu)成，使用中通過(guò)舵機(jī)(2)控制旋轉(zhuǎn)柱狀體(1)的轉(zhuǎn)向來(lái)控制通過(guò)氣體的截面積來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)氣體的流量；在用氣袋收集呼氣一氧化氮?dú)怏w時(shí)，根據(jù)氣袋體積，本裝置可以自動(dòng)反饋調(diào)節(jié)氣路壓力，維持流量在指定范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置，其特征在于:對(duì)所述壓力傳感器(3)在不同流量范圍內(nèi)標(biāo)定好對(duì)應(yīng)壓力值，使用時(shí)根據(jù)所需要獲得的呼氣流量調(diào)用不同壓力值，對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。
3.如權(quán)利要求1所述呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置，其特征在于:在沒(méi)有接氣袋時(shí)，直接調(diào)用事先標(biāo)定好的壓力數(shù)值調(diào)節(jié)舵機(jī)上旋轉(zhuǎn)體的截面積；在連接收集氣袋采樣時(shí)，根據(jù)已收集氣體的體積，計(jì)算氣袋阻力，對(duì)整個(gè)體系的壓力進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)，維持呼氣流量。
4.如權(quán)利要求1所述呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置，其特征在于:對(duì)獲得呼氣流量在45~55ml/s范圍內(nèi)的口呼氣，使用時(shí)當(dāng)流量超過(guò)45ml/s后流量會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制在45~55ml/s，整個(gè)呼氣過(guò)程維持呼氣阻力在5~20cmH20。
5.如權(quán)利要求1所述呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置，其特征在于:末端連接的氣袋(6)可以更換，對(duì)不同的材料、不同阻力的氣袋，在流量45飛5ml/s范圍內(nèi)標(biāo)定好壓力值。
6.如權(quán)利要求1所述呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置，其特征在于:要求呼氣排空時(shí)間I飛S，排空后即進(jìn)入合格采樣，可多次采樣。
7.如權(quán)利要求1所述呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置，其特征在于:總呼氣時(shí)間不超過(guò)15s0
8.如權(quán)利要求1所述呼`氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置，其特征在于:對(duì)氣袋(6)的材料的選擇，選擇對(duì)一氧化氮既無(wú)吸附也無(wú)釋放，同時(shí)材質(zhì)柔軟的的材料，包括聚酰胺、聚乙烯或其復(fù)合材料的氣袋。
9.如如權(quán)利要求1所述呼氣一氧化氮測(cè)量采樣裝置，其特征在于:可以采集不同流量下的口呼氣。
【文檔編號(hào)】G01N1/22GK203616177SQ201320637033
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】郭世英, 韓杰, 鄧中全, 韓宏益 申請(qǐng)人:無(wú)錫市尚沃醫(yī)療電子股份有限公司