一种呼出气冷凝液收集装置的制作方法

本发明属于医疗诊断辅助设备技术领域，特别涉及一种呼出气冷凝液收集装置。

背景技术：

呼出气某些成分的变化可以反映肺内及气道内的病理生理状态，呼出气经冷凝后形成液态，其成分检测具有无创伤、简单易操作、可反复进行等优点，可以成为肺癌高危人群筛查、早期辅助诊断、病情监测及疗效判断的新型手段。目前仍处于探索阶段，尚有很多未解决的问题，其中呼出气冷凝装置是这项检测推广应用的重要环节。

用于呼出气冷凝液收集的装置主要有3种：一为美国生产的RTUBE便携装置，中间放置聚丙烯管，冷凝后的液体可附于内管壁；二为德国埃里希积有限公司生产的Ecoscreen电动制冷装置；另外国内也有自制冷凝装置的报道。这些装置都包一个含单向阀门的制冷管，可将吸入气和呼出气分离，防止反复吸入呼出气。受试者经口呼吸30～45min，冷凝器中可收集1～3ml冷凝液。这些装置共同的不足就是自动化程度不高，冷凝效率低，难以定量收集。

2004年，罗凤鸣公开了一种“呼出气冷凝液收集装置”(200420032424.8)，通过受试者向T型管吹气，并通过半导体制装置冷却T型管，使呼出气中的液体凝结形成冷凝液。该装置无自动化系统，无法控制收集量。并且呼出气经过该装置的制冷路径较短，冷却效率不高。

2008年，华树成等人公开了一种“呼出气冷凝液(EBC)收集装置”(2008100050485.X)，通过呼出气出口管路的上弯设计和“爪型”设计解决了随呼出气带出的唾液残液进入制冷区的影响，采用单片机系统对呼出气量进行检测实现对冷凝液的定量化。该装置集合了之前所有同类设备的优点，又创造性地解决了唾液淀粉酶污染的问题。但仍然没有解决冷凝效率低的问题。另外，通过呼出气量控制冷凝液的收集量，本身并不精确，因为受试者呼出气中含水量并不一致。

2016年，周山勇等人公开了一种“呼出气冷凝液收集装置”(201610235989.3)，包括盛装冷凝液的内管和套在内管外的外管，外管上端开口覆盖有柔性封口片，起到了单向阀的作用。该装置没有自动化控制系统，没有制冷系统，依靠自然冷却。因此收集效率低，属于便携简易装置。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种呼出气冷凝液收集装置，该装置可以收集受试者的呼出气，通过制冷装置将其转变为冷凝液，并且自动判断标本管液面高度并给出提示，解决了当前呼出气冷凝液装置效果不稳定、自动化程度差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种呼出气冷凝液收集装置，包括：

口鼻面罩100，收集受试者呼出气；

冷却管路200，一端与口鼻面罩100连接，另一端与采样管204连接；

制冷系统300，作用于冷却管路200，将其中的呼出气冷却到露点以下，以使其转变为冷凝液；

其中，所述冷却管路200的设置角度，使冷凝液依靠重力回落入采样管204中。

所述口鼻面罩100包括能够完全覆盖患者口鼻的罩体120，罩体120端面设置有硅胶圈110，罩体120上前侧设置有允许气流吸入面罩内而阻止面罩内的呼出气溢出的吸气单向阀130，罩体120正前方设置有允许气流从面罩呼出而阻止气流进入面罩的呼气单向阀140，呼气单向阀140位于连接冷却管路200的橡胶软管一150中。

所述吸气单向阀130包括位于罩体120上前侧的锥形气道内的弹簧一131和橡胶球一132，锥形气道的阔口端与罩体120连接，橡胶球一132位于窄口端，常态下弹簧一131顶住橡胶球一132，堵塞住锥形气道；吸气时面罩内压力下降，弹簧一131压缩，橡胶球一132下降，锥形气道出现空隙，允许气流进入；

所述呼气单向阀140包括位于罩体120正前方的锥形气道内的弹簧二141和橡胶球二142，锥形气道的阔口端与橡胶软管一150连接，橡胶球二142位于窄口端，常态下弹簧二141顶住橡胶球二142，堵塞住锥形气道；呼气时弹簧二141压缩，橡胶球二142前移，锥形气道出现空隙，允许气流流出。

所述锥形气道的窄口端设置有接驳口133，以对接氧气管道或者呼吸机。

所述冷却管路200包括螺旋玻璃管202，螺旋玻璃管202的一端通过橡胶软管二201与口鼻面罩100连接，另一端与采样管204连接，制冷系统300作用于螺旋玻璃管202。

所述制冷系统300包括玻璃材质的冷却罐310，冷却罐310中有制冷介质，冷却罐310的上下两端连接循环水管320，两组半导体制冷器340紧贴循环水管320，为制冷介质降温；循环水泵350为制冷介质在冷却罐310和循环水管320中流动提供动力；泡沫保温层330包裹整个制冷系统300，阻隔内外热量交换。

所述半导体制冷器340包括两组单元，每组均由冷块341、热块342以及夹在两者中间的P型半导体343和N型半导体344组成，接入直流电源346，电流经过热块342、两种半导体、冷块341后形成回路，热量从冷块端转移热块端，两个冷块341给紧贴的循环水管320降温，两个热块342相对，通过一个轴流风机345给两个热块342同时降温。

所述制冷介质成分为质量分数12％的聚丙烯酸钠，5％的硼砂和83％纯水，所述冷块341和热块342的材料均为黄铜；两种半导体材料的基质均为纯硅晶体，掺入摩尔浓度14％的硼制成P型半导体343，参入摩尔浓度17％的磷制成N型半导体344。

本发明还可包括定量系统400，定量系统400通过光电感应的方式监测采样管204中的液面高度，当采样管204中的冷凝液达到设定的液面高度后，发出提示信息，终止标本采集，此时可实现全自动收集。

所述定量系统400包括：

LED灯401，发射波长为970nm可见光，垂直照射透明采样管204的中下部；

光电感应板402，垂直竖立设置于LED灯401的对侧，接收透过采样管204的光线，透过的光线触发光电感应，在相应位置将光信号转化为电信号；

信号处理器403，与光电感应板402连接接收所述电信号；

计算机404，与信号处理器403连接，将电信号分析换算为采样管204内的液面高度并显示，当液面达到设定高度时，发出提示通知，实现全自动定量采样。

与现有技术相比，本发明以在不干扰受试者正常呼吸，或者在使用人工通气状态下采集呼出气冷凝液，解决了当前呼出气冷凝液收集装置标准不统一、效果不稳定、自动化程度差的问题。

附图说明

图1是本发明呼出气冷凝液收集装置结构原理图。

图2是本发明口鼻面罩的结构原理图。

图3是本发明冷却管路的结构原理图。

图4是本发明制冷系统结构原理图。

图5是本发明定量系统结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本发明一种呼出气冷凝液收集装置，包括口鼻面罩100、冷却管路200、制冷系统300、定量系统400四大部分。口鼻面罩100收集受试者呼出气，接着进入呼出气冷却管路200，制冷系统300将呼出气冷却到露点以下，冷凝液依靠重力回落入采样管204中。定量系统400通过光电感应的方式监测采样管204中的液面高度，当采样管中的冷凝液达到设定的液面高度后，发出提示信息，终止标本采集。各部分结构原理如下：

(1)口鼻面罩

如图2所示，口鼻面罩100包括能够完全覆盖患者口鼻的罩体120，罩体120端面设置有硅胶圈110，通过硅胶圈110与面部皮肤紧紧贴合，避免漏气。罩体120由医用PVC材料制成，罩体120上前侧设置有允许气流吸入面罩内而阻止面罩内的呼出气溢出的吸气单向阀130，罩体120正前方设置有允许气流从面罩呼出而阻止气流进入面罩的呼气单向阀140，呼气单向阀140位于连接冷却管路200的橡胶软管一150中。

吸气单向阀130包括位于罩体120上前侧的锥形气道内的弹簧一131和橡胶球一132，锥形气道的阔口端与罩体120连接，橡胶球一132位于窄口端，常态下弹簧一131顶住橡胶球一132，堵塞住锥形气道；受试者吸气时面罩内压力下降，弹簧一131被压缩，橡胶球一132下降，锥形气道出现空隙，允许气流进入；受试者呼气时面罩内压力上升，弹簧一131恢复为常态，锥形气道封闭，阻止气流进入。顶部即锥形气道的窄口端设置有接驳口133，可以对接氧气管道或者呼吸机。

呼气单向阀140包括位于罩体120正前方的锥形气道内的弹簧二141和橡胶球二142，锥形气道的阔口端与橡胶软管一150连接，橡胶球二142位于窄口端，常态下弹簧二141顶住橡胶球二142，堵塞住锥形气道；呼气时弹簧二141压缩，橡胶球二142前移，锥形气道出现空隙，允许气流流出。

受试者通过该口鼻面罩100可以自然呼吸，呼出气被收入，并通过橡胶软管一150被导入冷却管路200中。

(2)冷却管路

如图3所示，冷却管路200整体呈竖向方式设置，包括螺旋玻璃管202，螺旋玻璃管202的一端通过橡胶软管二201与口鼻面罩100连接，另一端与采样管204连接，制冷系统300作用于螺旋玻璃管202。

面罩收集的呼出气通过橡胶软管二201被导入螺旋玻璃管202，在此冷却凝结成为液体，依靠重力作用从出液口203进入纯石英材质的采样管204中。

(3)制冷系统

制冷系统300的作用的是为冷却管路中的螺旋玻璃管202降温。如图4所示，制冷系统300包括包裹在螺旋玻璃管202外部的玻璃材质的冷却罐310，冷却罐310中有制冷介质(成分为12％聚丙烯酸钠，5％硼砂，83％纯水)，冷却罐310的上下两端连接循环水管320，两组半导体制冷器340紧贴循环水管320，为制冷介质降温；循环水泵350为制冷介质在冷却罐310和循环水管320中流动提供动力；泡沫保温层330包裹整个制冷系统300，阻隔内外热量交换。

半导体制冷器340的组成和原理为：

半导体制冷器340包括两组单元，每组均由冷块341、热块342以及夹在两者中间的P型半导体343和N型半导体344组成。冷块341和热块342的材料均为黄铜；两种半导体材料的基质均为纯硅晶体，掺入14％的硼(摩尔浓度)制成P型半导体343，参入17％的磷(摩尔浓度)制成N型半导体344。接入直流电源346后，电流经过热块342、两种半导体、冷块341后形成回路，P和N型半导体之间产生电子迁移，从而将热量从冷块端转移热块端，两个冷块341给紧贴的循环水管320降温，两个热块342相对，通过一个轴流风机345给两个热块342同时降温。

(4)定量系统

采用光电感应的原理对采样管204中液面高度进行监测，当采样管204中的冷凝液达到设定的液面高度后，发出提示信息，终止标本采集。

如图5所示，定量系统利用可以发射波长为970nm可见光的LED灯401，垂直照射透明采样管204的中下约1/3部位；对侧垂直竖立光电感应板402，高度与略低于采样管204，接收透过采样管204的光线；由于呼出气冷凝液对光的吸收峰值在970nm附近，因此只有液面以上的部分可以透光，液面以下的光线被冷凝液吸收；透过的光线触发光电感应，在光电感应板402的相应位置将光信号转化为电信号，通过线缆传递给信号处理器403；经过处理的信号传入计算机404，经过分析换算为采样管204内的液面高度并显示出来，当液面达到设定高度时，发出提示通知，实现全自动定量采样。

本发明实施过程为：

利用口鼻面罩100完全覆盖受试者口鼻，将呼出气导入到冷却管路200中，通过冷却系统300的降温作用，使呼出气中的液体成分凝结，形成呼出气冷凝液落入采样管204中；定量系统400通过光电感应的方式实时监测液面高度，当达到预设高度预设采样量后，发出提示通知，实现全自动定量采样。

利用本发明呼出气冷凝液收集装置，对24名志愿者进行呼出气冷凝液采集测试，效果如下：

(1)24名志愿者全都成功收集到冷凝液。

(2)设定采集量为2ml，完成采样平均用时(14.2±4.6)min；同时用德国埃里希积有限公司生产的Ecoscreen电动制冷装置，完成2ml呼出液用时为(34.5±9.8)min。

(3)设定采集量为2ml，完成后自动报警提示，自动化功能稳定可靠。