一口气多参数呼气一氧化氮测量方法和装置制造方法
【专利摘要】揭示了一口气多参数呼气一氧化氮测量方法和装置，该装置利用细长管（保证在呼气采样及分析测量时气体在其中的流动为活塞流）在呼气过程中以较快速度同步收集不同呼气时间（流速）下的呼气气体，在分析时以较低流速将细长管内收集的气体通过入传感器进行分析测量；通过气路设计及对采样及测量时的气体流量比例的控制使传感器记录的NO浓度曲线与呼气流量（时间）曲线相对应，从而实现利用慢响应的电化学传感器实现对快速变化的呼气NO浓度的测量，进而根据呼气NO二室模型计算呼出气NO各个参数。
【专利说明】一口气多参数呼气一氧化氮测量方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及呼气一氧化氮测量方法和设备。
【背景技术】
[0002] 呼气一氧化氮作为气道炎症的标志物用于哮喘等呼吸病的检测分析已经获得 医疗界充分肯定。美国胸腔协会和欧洲呼吸协会在2005年联合制定与公布了进行该测 量的标准化方法（"ATS/ERS Recommendations for Standardized Procedures for the Online and Offline Measurement of Exhaled Low Respiratory Nitric Oxide and Nasal Nitric Oxide, 2005")，2011 年提出了其临床应用指南（An Official ATS Clinical Practice Guideline: Interpretation of exhaled Nitric Oxide Level ( FeNO) for Clinical Applications),这些标准与指南用来指导如何进行检测与将检测结果用于哮喘 等呼吸病的诊断与疗效评价。
[0003] 由于呼气NO浓度与呼气流速有关，且容易受到鼻腔气的干扰，因而ATS/ERS推荐 的标准化呼气一氧化氮测量方法用于测量下呼吸道的炎症，要求在至少5cmH20的呼气压力 下，在50ml/s的固定呼气流速下进行单次持续呼气10秒（儿童为6秒)，选择50ml/s的呼 气流量主要考虑的是在该流量下，呼气NO的贡献主要来源与气道，且呼气控制较容易。
[0004] 但呼气中的一氧化氮来源于肺泡及气道，如果能区分不同区域的NO浓度，可以 评估出升高或者降低的NO分泌是发生在哪个病理区域，具有更广泛的临床参考价值。
[0005] 关于稳态肺泡气浓度在临床方面的意义，Hogman等（J. Breath Res. 6 (2012) 047103)对2012年以前的100多篇文献进行评述，简要归纳出它与一些疾病的的关系： 1) 哮喘深度诊断：支气管炎症肺泡气一氧化氮浓度CaTO不变而最大气道通量Jaw升高， 毛细支气管炎症CaTO升高； 2) 治疗治疗方案选择：吸入激素治疗对毛细支气管炎症无效而应采取口服激素治疗； 3) 肺与吸烟病人：慢阻肺病人CaN()较正常组高，而吸烟对测试者的CaTO不明确； 4) 性硬皮病：系统性硬皮病患者中得间质性肺病（ILD)者CaTO明显升高（以10. 8ppb作 切点，特性性可达96%，Cam可作为ILD的标志物； 5) 肺泡炎：CaNQ升高而Jaw不变； 6) 肺纤维化：CaTO升高； 7) 肝肾功能综合症：CaN。升高（8.3ppb vs 4.7ppb)。
[0006] 有关呼气一氧化氮检测方法方面的文献很多，对现有各种测量方法，Hogman (J. BreathRes. 7 (2013) 017104)做了相对全面及客观的介绍：CaNQ不能直接测量，必须通 过一定的生理模型推演计算得到，目前有关呼气NO的模型主要有三个，分别为：二室模型 (/々7/7/ 91: 2173-2181，2001.)、三室模型(/々7/7/ 96: 1832 - 1842， 2004.)及喇叭模型(/為叩/ 102: 417 - 425，2007)，可以分析三个与流量无关的 参量：稳态肺泡浓度CaN()、气道壁扩散量(最大气道通量）Jaw和气道壁浓度CawTO，其中具有 轴向扩散的喇叭模型被认为能够对肺中流量相关的NO产量提供良好描述。
[0007] 两室模型（2CM)是最简单的呼出气一氧化氮生理模型，它认为呼气一氧化氮浓度 (Ce1J由两部分构成，分别来自于肺泡区和气道区(如图1所示)，取决于三个根据流量变化 的参数：来源于气道壁的NO总流量（最大气道通量JawNQ，pl/s)，NO在气道的扩散能力 (DawNO, pl*sl*pptTl),和稳态下的肺泡气浓度（CaNQ, ppb)。最大气道壁通量JawNQ(pl/s) 和呼气流速F成反比；CawTO指气道壁NO浓度。
[0008] 各参数间满足关系如下关系式：
【权利要求】
1. 一口气多参数呼气一氧化氮测量方法，其特征在于： 呼气控制：控制呼气流量在4~10秒时间内线性变化，记录呼气流量随时间变化曲线； 浓度测量：在呼气的同时用一个快速响应的NO传感器测量呼气全过程呼气NO浓度的 变化曲线； 流量修正：根据气道死腔气体积及呼气流速变化规律修正呼气流量与呼出气NO浓度 间的对应关系； 参数计算：根据修正后的呼气流量与呼出气NO浓度之间对应关系，计算最大气道通量 Jaw,肺泡气NO浓度Ca及标准呼气流量50ml/s下呼出气NO浓度FeN050。
2. 如权利要求1所述一口气多参数呼气一氧化氮测量方法，其中呼气流量控制通过流 量传感器与流量控制器组合成的一个流量自动反馈控制系统来实现，其特征为：在受试者 持续呼气时，流量传感器实时测量呼气流量，并将数据传输给流量控制器，流量控制器将该 数据与预设的目标呼气流量进行比较，并及时调整呼气管路的通径，保证呼气流量按预先 设定的流量变化规律变化。
3. -种测量气道死腔气体积的方法，其特征在于：通过控制改变呼气流量状态进行至 少两次呼气NO浓度测量，其中至少一次呼气NO浓度的测量值与气道死腔气体积相关，然后 根据二者的相关性计算所述气道死腔气体积。
4. 如权利要求3所述的一种测量气道死腔气体积的方法，其特征为：两次呼气状态为 一次恒定流量测量，一次变流量测量。
5. 如权利要求4所述的一种测量气道死腔气体积的方法，其特征为：两次呼气状态的 改变可通过流量控制器在一次持续呼气过程中实现，在呼气前段或呼气末段保证有一段恒 定流速的呼气过程，其它时间为变流量呼气过程。
6. 如权利要求3所述的一种测量气道死腔气体积的方法，其特征为：两次呼气状态为 均为变流量测量，但两次呼气流量的变化规律不同。
7. -种利用电化学传感器实现一口气多参数呼气一氧化氮测量的方法，其特征在于： 呼气：控制呼气以预设的流速程序变化，记录呼气流量随时间变化曲线； 采样：将呼气全过程呼出的气体或其中的一部分收集在一根细长管中； 测量：以与传感器响应时间相适应的抽气流速将细长管中的气体通入传感器进行分析 测量，记录传感器响应随时间变化曲线； 同步：同步呼气采样过程与测量分析过程的时间，寻找呼气流量与呼气NO浓度测量值 之间的数据对应关系； 修正：根据气道死腔气体积及呼气流速变化规律修正呼气流量与呼气NO间的对应关 系； 计算：根据修正后的呼气流量与呼气NO浓度测量值之间对应关系，计算最大气道通量 Jaw,肺泡气NO浓度Ca及标准呼气流量50ml/s下呼出气NO浓度FeN050。
8. 如权利要求7所述一种利用电化学传感器实现一口气多参数呼气一氧化氮测量的 方法，其中所述采样过程的特征在于：呼气采样时通过采样泵将呼出气中的一部分气体以 固定的流速收集到一根细长管气室中。
9. 如权利要求7所述一种利用电化学传感器实现一口气多参数呼气一氧化氮测量的 方法，其中所述测量过程的特征在于：测量时通过测量泵将细长管气室中的气体以传感器 响应时间相适应的气体流速通入传感器进行分析测量，记录传感器响应随时间变化曲线， 采样时气体流速为分析时气体流速的5~20倍。
10. 如权利要求7所述一口气多参数测量呼气一氧化氮的方法，其特征在于：进行流量 修正时，其中死腔气体积根据权利要求3所述方法测量得到。
11. 一种一口气多参数呼气一氧化氮测量装置，由米样模块（100)与分析模块（200)构 成，其特征在于：所述采样模块由流量传感器（101)、流量调节器（201)，电磁阀（301)串联 组成，在流量调节器（201)及电磁阀（301)间通过三通与分析模块中的气室（401)相连；所 述分析模块依次由气室（401)、三通（501)、分析泵（602)、气体湿度调节器（701)、NO传感 器（801)、NO过滤器（901)及三通阀（302)构成循环气路；泵（601)通过三通（501)与气室 (401)相连，NO过滤器（901)与NO传感器（801)间并联一三通阀（303)。
12. -种一口气多参数呼气一氧化氮测量装置，由米样模块（100)与分析模块（200)构 成，其特征在于：所述采样模块由流量传感器（101)、流量调节器（201)，电磁阀（301)串联 组成，在流量调节器（201)及电磁阀（301)间通过三通与分析模块中的电磁阀（303)相连； 所述分析模块依次由电磁阀（303)、气室（401)、三通（501)、分析泵（602)、气体湿度调节器 (701)、N0传感器（801)、三通阀（302)构成循环气路；泵（601)通过三通（501)与气室（401) 相连，NO过滤器（901)通过三通阀（303)接入分析气路。
13. -种一口气多参数呼气一氧化氮测量装置，由米样模块（100)与分析模块（200)构 成，其特征在于：所述采样模块由流量传感器（101)、流量调节器（201)，电磁阀（301)串联 组成，在流量调节器（201)及电磁阀（301)间通过三通接入分析模块中的气室（401);所述 分析模块依此由气室（401 )、三通（501 )、NO过滤器（901 )、NO传感器（801 )、气体湿度调节 器（701)、分析泵（602)、循环气路；泵（601)通过三通（501)与气室（401)相连。
14. 一种一口气多参数呼气一氧化氮测量装置，由米样模块（100)与分析模块（200)构 成，其特征在于：所述采样模块由流量传感器（101)、流量调节器（201)，电磁阀（301)串联 组成，在流量调节器（201)及电磁阀（301)间通过三通接入分析模块中的气室（401);所述 分析模块依此由气室（401 )、三通（501 )、NO过滤器（901 )、NO传感器（801 )、气体湿度调节 器（701)、分析泵（602)、循环气路；泵（601)通过三通（501)与气室（401)相连；在所述NO 传感器（801)后端与NO过滤器（901)间加一三通阀（302)，该阀的另一出口接NO过滤器 (901)的出口端。
15. -种一口气多参数呼气一氧化氮测量装置，由米样模块（100)与分析模块（200)构 成，其特征在于：所述采样模块由流量传感器（101)、流量调节器（201)，电磁阀（301)串联 组成，在流量调节器（201)及电磁阀（301)间通过三通接入分析模块中电磁阀（302);所述 分析模块依此由三通阀（302)、气室（401)、分析泵（602)、气体湿度调节器（701)、N0传感器 (801)串联组成、采样泵（601)通过三通接在气室（401)后端、电磁阀（302)的另一入口端 接NO过滤器（901)。
【文档编号】G01N27/26GK104407026SQ201410704361
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】谢雷, 韩杰, 韩益苹, 曹青, 郭世英, 邓中全 申请人:无锡市尚沃医疗电子股份有限公司