一種基于混合室技術(shù)的氣體代謝檢測裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及氣體樣本采集分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于混合室技術(shù)的氣體代 謝檢測裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 氣體代謝測試是基于間接測熱法的原理，根據(jù)一定時間內(nèi)氧消耗量、二氧化碳產(chǎn) 生量計算出人體的能量消耗，以及三大營養(yǎng)物質(zhì)（碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)）在能量消耗 中的構(gòu)成。其裝置可與跑步機(jī)、功率車等負(fù)載設(shè)備配合，測試人體在不同運(yùn)動負(fù)荷下的攝氧 量、二氧化碳排出量。氣體代謝測試為心肺功能的評估、疾病的診斷治療以及科學(xué)的營養(yǎng)供 給提供了參考。
[0003] 早期的氣體代謝測試比較簡單，一般采用道格拉斯氣袋法。測試過程中將所有呼 出氣體全部收集到氣袋中，整個測試過程需要幾十個氣袋。測試完成后，先測量呼出氣體的 體積，再使用化學(xué)分析方法分析氣袋中氧氣和二氧化碳的濃度，整個過程緩慢而且繁瑣。由 于道格拉斯氣袋法不能做到數(shù)據(jù)的實時分析，同時設(shè)備龐大，通氣管路是封閉式的，隨著氣 袋內(nèi)氣體的增加，呼氣的阻力變大?；旌鲜曳ㄍㄟ^一個緩沖混合室截取一段時間人體呼出 氣進(jìn)行分析，與道格拉斯氣袋法相比，其最大的優(yōu)點是通氣管路末端是開放的，大大減小了 呼氣的阻力，另外混合室法可以以一定的時間間隔實時獲取濃度數(shù)據(jù)。
[0004] 如何快速準(zhǔn)確地從混合室內(nèi)獲取一段時間間隔內(nèi)呼出氣體的平均濃度是混合室 法氣體代謝檢測裝置設(shè)計的關(guān)鍵問題，傳統(tǒng)的單個混合室存在混合不均勻，混合時間長等 缺點，影響了測量結(jié)果的準(zhǔn)確性與實時性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種基于混合室技術(shù)的氣體代謝 檢測裝置及方法。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0007] -種基于混合室技術(shù)的氣體代謝檢測裝置，包括有氣體采集混合部分、氣體濃度 分析部分、控制單元和人機(jī)交互設(shè)備，所述的氣體采集混合部分包括有呼吸面罩、T型閥、流 量傳感器、混合室一和混合室二，所述的呼吸面罩的進(jìn)出口與T型閥的下端端口連接，T型 閥的右端端口與流量傳感器的進(jìn)口連接，流量傳感器的出口與混合室一的進(jìn)口連接，混合 室一的出口與混合室二的進(jìn)氣口連接，在混合室一的底部開有左、右通孔，左、右通孔之間 連接有抽氣泵一，混合室二的排氣口連接有排氣管，在混合室二內(nèi)設(shè)有多個交叉擋板，所述 的氣體濃度分析部分包括有低濃度標(biāo)定氣瓶、高濃度標(biāo)定氣瓶、四通電磁閥、氧傳感器、二 氧化碳傳感器和抽氣泵二，所述的混合室二的取樣口連接四通電磁閥的下端端口，四通電 磁閥的上端端口分別與低濃度標(biāo)定氣瓶和高濃度標(biāo)定氣瓶連接，四通電磁閥的右端端口分 別連接氧傳感器和二氧化碳傳感器的進(jìn)口，氧傳感器和二氧化碳傳感器的出口均與抽氣泵 二連接，所述的抽氣泵一、抽氣泵二、流量傳感器、四通電磁閥、氧傳感器和二氧化碳傳感器 均與控制單元連接，控制單元與人機(jī)交互設(shè)備連接。
[0008] 一種基于混合室技術(shù)的氣體代謝檢測方法，步驟如下：
[0009] (1)打開所述的低濃度標(biāo)定氣瓶的閥門進(jìn)行氧傳感器和二氧化碳傳感器的標(biāo)定， 四通電磁閥上端端口到右端端口通路打開，低濃度標(biāo)定氣瓶中的標(biāo)定氣體通過氧傳感器和 二氧化碳傳感器對其進(jìn)行標(biāo)定，待氧傳感器和二氧化碳傳感器標(biāo)定結(jié)束，關(guān)閉低濃度標(biāo)定 氣瓶的閥門；再打開所述的高濃度標(biāo)定氣瓶的閥門進(jìn)行氧傳感器和二氧化碳傳感器的再一 次的標(biāo)定，四通電磁閥上端端口到右端端口通路打開，高濃度標(biāo)定氣瓶中的標(biāo)定氣體通過 氧傳感器和二氧化碳傳感器對其進(jìn)行標(biāo)定，待氧傳感器和二氧化碳傳感器標(biāo)定結(jié)束，關(guān)閉 尚濃度標(biāo)定氣瓶的閥門；
[0010] ⑵將四通電磁閥左端端口到右端端口通路打開，抽氣泵二將測試環(huán)境中的空氣 抽送到氧傳感器和二氧化碳傳感器，通氣1分鐘后，測量出測試環(huán)境中平均氧氣濃度和平 均二氧化碳濃度，在測試之前獲取周圍環(huán)境中空氣濃度從而消除環(huán)境中空氣濃度變化帶來 的誤差；
[0011] (3)受試者帶上呼吸面罩，將四通電磁閥下端端口到右端端口通路打開，若測試者 使用氣體代謝測試裝置對受試者進(jìn)行靜息能耗測試，則需要讓受試者休息半個小時左右以 便進(jìn)入靜息狀態(tài)，若測試者使用氣體代謝測試裝置對受試者進(jìn)行運(yùn)動心肺測試，則將該裝 置與跑步機(jī)、功率車等負(fù)載設(shè)備連接起來。受試者通過T型閥的左端端口吸入空氣，呼出氣 體從T型閥的右端端口先后通過流量傳感器、混合室一、混合室二，最后排入空氣中；其中 流量傳感器測量呼出氣體的流量，氣體濃度分析部分周期性地從混合室二抽取部分樣氣， 獲取混合室二內(nèi)氧氣、二氧化碳的平均濃度數(shù)據(jù)；
[0012] (4)控制單元采集流量傳感器、氧傳感器和二氧化碳傳感器測量出的數(shù)據(jù)并上傳 給人機(jī)交互設(shè)備，人機(jī)交互設(shè)備根據(jù)控制單元采集上傳的數(shù)據(jù)，計算并顯示測量結(jié)果，其中 五口氣時間攝氧量、二氧化碳排出量推算過程如下： h
[0013] 呼出氣體體積v⑴dt(v⑴>0);
[0014] 呼出氣體中氮氣濃度Fffl2=i-FECQ2-Feq2;
[0015] 吸入氣體中氮氣濃度FIN2=l-Firo2-FI02;
[0016] 吸入氣體體積Vin=VwtXFEN2/FIN2;
[0017] 攝氧量V02 =VinXFE02-VQUtXFI02;
[0018] 二氧化碳排出量VC02=VQUtXF謂_VinXF腿；
[0019] 其中：v(t)為呼出氣體瞬時流速山為第一口氣吸氣開始的時間點；七2為第五口 氣呼氣結(jié)束的時間點；FEro2為五口呼出氣體中平均二氧化碳濃度；FE()2為五口呼出氣體中平 均氧氣濃度；FM2為吸入空氣中平均氧氣濃度；FICX)2為吸入空氣中平均二氧化碳濃度。
[0020] 本發(fā)明的優(yōu)點是：本發(fā)明獨創(chuàng)地采用了雙混合室結(jié)構(gòu)設(shè)計，前置的混合室一極大 地加速了呼出氣體的混合速度，消除了呼出的一口氣內(nèi)氧氣、二氧化碳濃度的較大波動，縮 短了氣體混合所需要的時間，提高了分析的實時性；后置的混合室二借助擋板有效地截取 并混合了五口呼出氣體，再通過混合室二中間部位進(jìn)行氣體取樣分析，可準(zhǔn)確得到混合室 二氣體中氧氣、二氧化碳的平均濃度。
【附圖說明】
[0021] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022] 圖2是本發(fā)明的工作流程圖。
[0023] 圖3是本發(fā)明中混合室二結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0024] 如圖1、2、3所示，一種基于混合室技術(shù)的氣體代謝檢測裝置，包括有氣體采集混 合部分17、氣體濃度分析部分16、控制單元14和人機(jī)交互設(shè)備15,所述的氣體采集混合部 分17包括有呼吸面罩1、T型閥2、流量傳感器3、混合室一 4和混合室二6,所述的呼吸面 罩1的進(jìn)出口與T型閥2的下端端口連接，T型閥2的右端端口與流量傳感器3的進(jìn)口連 接，流量傳感器3的出口與混合室一 4的進(jìn)口連接，混合室一 4的出口與混合室二6的進(jìn)氣 口連接，在混合室一 4的底部開有左、右通孔，左、右通孔之間連接有抽氣泵一 5,混合室二 6的排氣口連接有排氣管7,在混合室二6內(nèi)設(shè)有多個交叉擋板18,所述的氣體濃度分析部 分16包括有低濃度標(biāo)定氣瓶8、高濃度標(biāo)定氣瓶13、四通電磁閥9、氧傳感器10、二氧化碳 傳感器11和抽氣泵二12,所述的混合室二6的取樣口連接四通電磁閥9的下端端口，四通 電磁閥9的上端端口分別與低濃度標(biāo)定氣瓶8和高濃度標(biāo)定氣瓶13連接，四通電磁閥9的 右端端口分別連接氧傳感器10和二氧化碳傳感器11的進(jìn)口，氧傳感器10和二氧化碳傳感 器11的出口均與抽氣泵二12連接，所述的抽氣泵一 5、抽氣泵二12、流量傳感器3、四通電 磁閥9、氧傳感器10和二氧化碳傳感器11均與控制單元14連接，控制單元14與人機(jī)交互 設(shè)備15連接。
[0025] 一種基于混合室技術(shù)的氣體代謝檢測方法，步驟如下：
[0026] (1)打開所述的低濃度標(biāo)定氣瓶8的閥門進(jìn)行氧傳感器10和二氧化碳傳感器11 的標(biāo)定，四通電磁閥9上端端口到右端端口通路打開，低濃度標(biāo)定氣瓶8中的標(biāo)定氣體通過 氧傳感器10和二氧化碳傳感器11對其進(jìn)行標(biāo)定，待氧傳感器10和二氧化碳傳感器11標(biāo)定 結(jié)束，關(guān)閉低濃度標(biāo)定氣瓶8的閥門；再打開所述的高濃度標(biāo)定氣瓶13的閥門進(jìn)行氧傳感 器10和二氧化碳傳感器11的再一次的標(biāo)定，四通電磁閥9上端端口到右端端口通路打開， 高濃度標(biāo)定氣瓶13中的標(biāo)定氣體通過氧傳感器10和二氧化碳傳感器11對其進(jìn)行標(biāo)定，待 氧傳感器10和二氧化碳傳感器1