一种便携式呼出气采集装置的制作方法

本实用新型涉及呼出气体检测技术领域，尤其涉及一种便携式呼出气采集装置。

背景技术：

从人的呼吸角度来看，人吸进的是氧气，呼出的是二氧化碳，但都不是纯气体。实际吸入的空气，根据个人情况的不同，呼出气都含有水蒸气和二氧化碳，大部分人的呼出气还包括氮气、氧气、惰性气体及其他成分。人体呼吸气体作为身体健康状况的一条反映途径，能反映出一些重要病理症状，故人体呼出气可用于进行呼出气分析在内的各种医学诊断技术。

呼出气主要由两部分构成，一部分是来自上呼吸道的未与血液发生气体交换的“死腔气”，另一部分是与血液发生了气体交换的来自肺泡深处的气体，称为“肺泡气”，约150ml。呼吸气研究的主要对象是肺泡气，死腔气会稀释肺泡气中疾病标志物的浓度，也会影响呼吸气分析的有效性。

现有技术采集呼出气的装置或多或少都存在着一定的缺陷，如公告号为cn207779768u的《肺泡呼出气收集装置》能够将气体吹入气袋，通过多次吹气结果完成大样本的实验，其不能够有效区分“死腔气”和“肺泡气”，实际应用效果不佳，公告号为cn203465233u的《手持式呼气分析仪》，其将受试者的呼出气体采集至气室，通过气泵将其抽取至采集端，其间设置单向阀保证呼出气体的单一走向但是在采集完第一位受试者的肺泡气之后，由于气室或管道不可避免的存在气体残留，有可能会影响下一位受试者的采集数据，不能对所有受试者的呼吸气有效分析，后续的分析结果不够准确。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种便携式呼出气采集装置。本实用新型利用电磁阀和反吹系统，快速清除管道内上一受试者呼出气残留，保障了采集呼气的准确性。本实用新型采用的技术手段如下：

一种便携式呼出气采集装置，包括气体管道、气路变换机构、气体检测机构和反吹机构，所述气体管道包括连通的呼吸气进入段、呼吸气检测段、呼吸气输出段、废气排出段和气体反吹段，所述气体检测机构包括设置在呼吸气检测段上的传感器，所述气路变换机构用于更改呼出气体通路的通畅/阻断状态，包括设置在呼吸气检测段与呼吸气输出段之间的第一电磁阀、设置在呼吸气检测段与废气排出段的第二电磁阀，各电磁阀和传感器与主处理器相连，所述传感器用于检测呼入气的状态参数，并将采集到的数据传输至主处理器，主处理器能够基于呼入气的状态参数控制第一电磁阀和第二电磁阀的通断，所述第一电磁阀还连通气体反吹段，其间设有单向阀，所述反吹机构用于吸入外界空气并将其经过气体反吹段从呼吸气进入段或废气排出段排出，所述呼吸气输出段用于外接气体采集容器，完成呼出气的采集。

进一步地，呼吸气进入段通过将水蒸气液化的方式完成呼出气中水蒸气的过滤，具体地，所述呼吸气进入段包括吹嘴连接部、冷凝部和呼吸气检测段连接部，所述吹嘴连接部用于连接外接的吹嘴，所述冷凝部外部贴附有用于制冷的半导体制冷片，所述半导体制冷片与主处理器电性连接，呼吸气检测段连接部能够套接在呼吸气检测段上。

进一步地，冷凝部外部两侧均设有半导体制冷片，还设置用于实时测量冷凝部温度值的热敏电阻，用于为所述半导体制冷片散热的散热片和散热风扇，所述半导体制冷片一面为制冷端一面为散热端，所述半导体制冷片的制冷端与冷凝部主体贴合，半导体制冷片的散热端通过导热硅胶与散热片的传热端贴合，所述散热片的散热端放置所述散热风扇，所述散热风扇能够在主处理器的控制下调节转速。

进一步地，所述传感器包括流量传感器。

进一步地，所述反吹机构包括微型气泵，微型气泵的排气口与所述气体反吹段相连，其间还安装用于净化空气的过滤器。

进一步地，还包括主壳体，气体管道、气路变换机构、反吹机构和第一电磁阀、第二电磁阀均置于其中，主壳体上设有多个开口，包括呼吸气进入段的开口、呼吸气输出段的开口。

进一步地，所述过滤器为可拆卸过滤器，主壳体上设有可观测可拆卸过滤器使用状况的开口。

本实用新型通过传感器、主处理器与电磁阀的配合，自动切换采集通路，从而有效采集受试者的肺泡气。通过半导体制冷片将受试者呼气后的水蒸气迅速液化，有效去除呼气中的水蒸气，减少收集气的多余成分。通过反吹机构快速清理气道的气体，防止下一位受试者呼气的混淆。故本实用新型适宜在在呼出气体检测技术领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中便携式呼出气采集装置外部结构示意图。

图2为本实用新型实施例中便携式呼出气采集装置等轴侧爆炸图。

图3为本实用新型实施例中便携式呼出气采集装置内部的正视图。

图4为本实用新型拆解图。

图5为本实用新型控制系统电路图。

图6为本实用新型实施例中，连接在呼气入口的吹嘴连接部示意图。

图中：001、微型气泵；002、过滤器；003、单向阀；004、连接气管；005、插管导通接头；006、三通连接接头；007、流速传感器；008、第二电磁阀；009、四通转接接头；010、第一电磁阀；101、主处理器；102、上层外壳；103、底层外壳；104、可充电供电电池；105、触摸显示屏；106、控制电路板；107、吹嘴；108、吹嘴连接部；109、呼吸气冷凝装置。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1～5所示，本实施例公开了一种便携式呼出气采集装置，包括主壳体和设置在其中的气体管道、气路变换机构、气体检测机构和反吹机构，所述主壳体包括上层外壳102、底层外壳103和设置在其中的显示屏支架，所述上层外壳和底层外壳通过螺栓连接，所述显示屏支架固定在底层外壳上，其上连接有控制电路板106、装置电源以及触摸显示屏105，所述上层外壳上开设匹配触摸显示屏的开口。主壳体上设有多个开口，包括呼吸气进入段的开口、呼吸气输出段的开口，本实施例中选用多节干电池做诶装置电源，干电池可选择可充电供电电池。

所述气体管道包括连通的呼吸气进入段、呼吸气检测段、呼吸气输出段、废气排出段和气体反吹段，所述气体检测机构包括设置在呼吸气检测段上的传感器，所述气路变换机构用于更改呼出气体通路的通畅/阻断状态，包括设置在呼吸气检测段与呼吸气输出段之间的第一电磁阀010、设置在呼吸气检测段与废气排出段的第二电磁阀008，各电磁阀和传感器与主处理器101相连，所述传感器用于检测呼入气的状态参数，并将采集到的数据传输至主处理器，主处理器能够基于呼入气的状态参数控制第一电磁阀和第二电磁阀的通断，所述第一电磁阀还连通气体反吹段，其间设有单向阀，所述反吹机构用于吸入外界空气并将其经过气体反吹段从呼吸气进入段或废气排出段排出，所述呼吸气输出段用于外接气体采集容器，完成呼出气的采集，所述呼吸气输出段可选用插拔截止阀(快速截止阀/快速接头)。

所述传感器包括流量传感器007，本实施例中，可选用气体压力传感器mpxv7002dp。本实施例中，气体通路的管径为4mm，其他实施例可在一定范围内调整，本实施例中，处理器可选用基于arm内核的stm32嵌入式低功耗芯片。

第一电磁阀和第二电磁阀均为二位二通电磁阀，其间设有四通转接接头009，四通转接接头分别连接第一电磁阀的呼气输入端、第二电磁阀的呼气输入端、流速传感器的输入端和呼气进口。

所述反吹机构包括微型气泵001，如12v的无刷电机气泵，流速范围在1000ml/min-2000ml/min。微型气泵的排气口与所述气体反吹段相连，其间还安装用于净化空气的过滤器002，所述第一电磁阀的呼气输出端设有三通连接接头006，所述三通连接接头分别与用于与接气袋相连的插管导通接头005、过滤器的出口相连，所述过滤器的出口与三通连接接头之间还设有单向阀003，防止非反吹状态时，呼吸气进入气体反吹段，所述过滤器通过连接气管004与单向阀的入口端相连。所述过滤器为可拆卸过滤器，主壳体上还设有可观测可拆卸过滤器使用状况的开口，在观测到过滤器内部结构到达或是快要达到使用寿命后予以更换。过滤器可选用smc公司的zfc54或zfc53，仪器连续使用1个月需要更换过滤器。

实施例2

如图6所示，本实施例中，还可通过将呼吸气进入段设置将水蒸气液化的机构，从而完成呼出气中水蒸气的过滤，具体地，所述呼吸气进入段包括吹嘴连接部108、呼吸气冷凝装置109，所述吹嘴连接部用于连接外接的吹嘴107，本实施例中，为了减小气阻，吹嘴连接部的内径与吹嘴的外径匹配，在保证气流通畅的情况下，吹嘴能够有效地卡接在吹嘴连接部上。所述冷凝部外部贴附有用于制冷的半导体制冷片，所述半导体制冷片与主处理器电性连接，呼吸气冷凝装置的后段能够安装在呼气输入端。作为优选的实施方式，冷凝部的后段存在预设的弯折角度，使得便携式呼出气采集装置坐落在桌面上后，受试者能够畅通地通过吹嘴呼气，作为优选的实施方式，气体进出机构采用石英材质，为便于加工和半导体制冷片的贴附，冷凝部整体的横切面为多边形，进一步地还可为横截面积相同的规则多边形。本实施例中，半导体制冷片为2组且对称贴附于冷凝部两侧。

冷凝部外部两侧均设有半导体制冷片，还设置用于实时测量冷凝部温度值的热敏电阻，用于为所述半导体制冷片散热的散热片和散热风扇，本实施例中，所述热敏电阻采用精度为1％的高精度热敏电阻构成，所述半导体制冷片一面为制冷端一面为散热端，所述半导体制冷片的制冷端与冷凝部主体贴合，半导体制冷片的散热端通过导热硅胶与散热片的传热端贴合，所述散热片的散热端放置所述散热风扇，所述散热风扇能够在主处理器的控制下调节转速，在主处理器的控制下，风扇的转速越大，散热的效果越明显，所述散热片的散热端为栅格状的金属锯齿，温控精度可以达到0.01摄氏度。本实施例中，散热风扇可选择5v直流散热风扇，风扇上开设螺纹孔，通过旋紧螺栓，将两侧的风扇、半导体制冷片等机构固定在冷凝部的两侧。

通过调节半导体制冷片的制冷温度至水蒸气在此大气压下的露点温度，能够使得受试者呼气后的水蒸气在冷凝部的前端迅速液化，有效去除呼气中的水蒸气。根据具体的实验要求，水蒸气除湿预设的百分比有所不同，制冷的温度也有所不同，本实施例中，制冷的温度控制在10℃～-10℃，水蒸气除湿预设的百分比为50～80，或是更高。

在此受试者采集完肺泡气后，下一位受试者采集呼气之前，为快速汽化冷凝后的液态水，作为优选的实施方式，冷凝部上还设置加热装置，本实施例中，每组半导体制冷片数量为反向设置的2个，即其中一个半导体制冷片的制冷端贴附石英本体，另一个半导体制冷片的散热端贴附石英本体，当电压为正向时，其中一个半导体制冷片制冷，当电压为反向时，一个半导体制冷片制热。在其他可选的实施方式中，也可在冷凝部的石英本体两侧加工容纳加热片的凹槽，主处理器控制加热片进行加热，虽然能够使得水蒸气的汽化效果更好，但是也存在着影响半导体制冷片寿命的缺点，可根据实际情况选择合适的加热方式。

为了更好的实现人机交互，整个装置采用带有触控功能的全彩led屏实现冷凝段温度、传感器检测值等可监控数值的显示，所述led屏幕不仅可以实现显示功能同时还具有触控功能，通过在led显示屏点击对应的位置，实现不同指令的分发，其中包括微型气泵启动等功能。

本发明实施例1具体使用包括如下步骤：步骤1、在使用装置前，首先通过led屏将装置复位，即第一电磁阀旋转至关闭位，第二电磁阀旋转至开启位，气路通畅顺序为呼吸气进入段-呼吸气检测段-废气排出段，反吹机构的微型气泵关闭，其他电气组件处于待机状态。步骤2、受试者安装吹嘴后向装置内呼气，在流量传感器的检测下，检测出呼出气为死腔气或是肺泡气，若为死腔气，则其从废气排出段排出；若为肺泡气，主处理器控制第一电磁阀旋转至开启位，第二电磁阀旋转至关闭位，气路通畅顺序为呼吸气进入段-呼吸气检测段-呼吸气输出段，进行气体采集。步骤3、在下一位受试者呼气前，开启微型气泵，反吹管路保证管道内无上一受试者气体残留。

采集过程中，利用流速传感器进行时间与流速积分，即可采集流量。设定排空的气体流量体积为500ml-1000ml。利用流速传感器进行流量判断。根据气袋容纳体积而判定。通常选择气袋体积为2l，采样气袋充入体积为1l。当气体体积超过1l，控制阀体切换状态。

在安装设置将水蒸气液化的机构的情况下，本发明实施例2具体使用包括如下步骤：步骤1、在使用装置前，首先通过led屏将装置复位，即第一电磁阀旋转至关闭位，第二电磁阀旋转至开启位，气路通畅顺序为呼吸气进入段-呼吸气检测段-废气排出段，反吹机构的微型气泵关闭，其他电气组件处于待机状态。步骤2、在受试者准备呼气前，开启传感器、半导体制冷片。步骤3、受试者安装吹嘴后向装置内呼气，呼气经过冷凝段脱除大部分水蒸气，在流量传感器的检测下，检测出呼出气为死腔气或是肺泡气，若为死腔气，则其从废气排出段排出；若为肺泡气，主处理器控制第一电磁阀旋转至开启位，第二电磁阀旋转至关闭位，气路通畅顺序为呼吸气进入段-呼吸气检测段-呼吸气输出段，进行气体采集。步骤4、在下一位受试者呼气前，开启微型气泵，第一电磁阀仍处于开启位，第二电磁阀旋转至关闭位或开启位，若为关闭位，则同时开启加热机构，尽快清除冷凝段内残留的液体，若为开启位，则有一部分反吹气体通过废气排出段排出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。