一种在线监测异丙酚和七氟烷浓度的简易装置及方法与流程

本发明公开了一种实时准确监测平衡麻醉状态下，病人呼出气中麻醉药物浓度的技术，尤其涉及一种在线监测异丙酚和七氟烷浓度的简易系统及方法。

背景技术：

理想的麻醉既要保证患者在手术中的安全性，也要注重病人术后的舒适度和恢复。然而，临床并没有某一种麻醉剂能够同时满足以上需求，因此，医学界提出了“平衡麻醉”的概念，综合使用麻醉药物以达到较好的麻醉效果。

目前，在手术过程中最普遍使用的“平衡麻醉”是异丙酚和七氟烷的混合。在混合使用异丙酚和七氟烷对病人进行麻醉维持的过程中，精确控制麻醉剂的使用量对于手术的顺利进行以及患者的安全具有十分重要的意义。基于此，本发明设计了在线监测异丙酚和七氟烷浓度的简易装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种供临床使用的在线监测异丙酚和七氟烷的简易装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种在线监测异丙酚和七氟烷浓度的简易装置，包括：吸附管、虚拟传感器阵列、检测模块、真空泵和控制器；所述吸附管内填充tenax-ta，中间留有气流通道，吸附管两端与电压源相连，入口与呼气管相连；所述虚拟传感器阵列包括石英片和贴覆在石英片下表面的恒温模块，所述石英片上刻凹槽通路，石英片上表面覆盖密闭板；所述凹槽通路表面应用膜技术，镀上一层分离挥发性有机物的膜，凹槽通路入口处连接吸附管的出口，凹槽通路出口处连接检测模块；所述检测模块包含喷头、喷头套子和saw检测平台；所述喷头的顶部为圆锥体，中间部分为圆柱体，底部为支架板，中轴线上设有贯穿整个喷头的气流通道；所述喷头的圆柱体部分的底部开有两个凹槽，分别放置加热棒和pt100；所述喷头套子的上端为支架板，下端为圆环柱，圆环柱内圆的直径与喷头的顶部圆锥体的底面直径大小相等，圆环柱的底部与saw检测平台相连；所述圆环柱内部为空心结构，侧方开口抽气口，抽气口与真空泵相连；所述saw检测平台包括saw传感器声(表面波传感器)、温度控制模块和pt100；所述喷头的支架板和喷头套子的支架板固定连接，喷头的顶部圆锥体插入喷头套子的圆环柱内，正对saw传感器；所述控制器控制吸附管的温度、虚拟传感器阵列的温度、检测模块的温度以及数据的接收。

一种利用上述装置在线监测异丙酚和七氟烷浓度的方法，该方法包括以下步骤：

(1)麻醉病人进入被动呼吸时，将吸附管的一端连接在病人呼气管上；监测开始时，控制器设定好虚拟传感器阵列和检测模块的温度；

(2)装置达到预设温度时，真空泵开始工作，吸附管在常温下吸附物质，保持一定时间的吸附；吸附结束后，采用直流稳压源在吸附管两端施加电压，使其在极短时间内将吸附管加热至较高温度以快速脱附物质；吸附管在闪蒸结束后恢复常温的吸附状态，如此循环，直至手术结束；

(3)解脱附后的气体组分进入虚拟传感器阵列中分离，分离后的组分流入检测模块，检测模块的saw传感器对不同物质产生不同的响应；saw传感器通过与标准振荡器频率进行相同时间内计数值对比计算出saw的混频信号，通过混频信号得到异丙酚和七氟烷的浓度。

本发明的有益效果是：通过真空泵引导气流流向形成检测气路，相比于需要依赖于载气吹扫的检测气路，本发明装置耗材减少，装置体积减小，使用方便。通过对吸附管的交替加热和冷却，从而使得呼出气中的挥发性有机物在管子中吸附和脱附，相比于需要六通阀切换的检测气路，本发明大大节约了成本。本发明弥补了临床麻醉检测的匮乏，通过在线监测患者的呼出气体来获得麻醉过程的异丙酚和七氟烷的浓度。本发明装置简单快捷，依赖于真空泵的工作，使得检测气室处于真空状态，从而控制气路气体分子的流向。本发明虚拟传感器阵列用于分离气体样品的成分，使呼出气中的七氟烷和异丙酚在不同时间进入传感器检测，使得单个传感器能检测多种物质。

附图说明

图1是本发明在线监测异丙酚和七氟烷简易装置的结构原理图；

图2是石英片凹槽结构图；

图3(a)是检测模块的整体结构图；

图3(b)是检测模块的分解图；

图3(c)是检测模块喷头的结构图；

图4是本发明应用于临床手术中七氟烷和异丙酚的浓度随时间变化曲线图；

图中：吸附管1、虚拟传感器阵列2、检测模块3、真空泵4、控制器5、凹槽通路21、石英片22、喷头31、喷头套子32、saw检测平台33、抽气口34。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作详细描述，但并不是限制本发明。

如图1所示，本发明提供的一种在线监测异丙酚和七氟烷浓度的简易装置，包括：吸附管1、虚拟传感器阵列2、检测模块3、真空泵4和控制器5；所述吸附管1内填充tenax-ta，中间留有气流通道，吸附管1两端与电压源相连，入口与呼气管相连。

如图2所示，所述虚拟传感器阵列2包括石英片22和贴覆在石英片22下表面的恒温模块，所述石英片22上刻凹槽通路21，石英片22上表面覆盖密闭板；所述凹槽通路21表面应用膜技术，镀上一层分离挥发性有机物的膜，凹槽通路21入口处连接吸附管1的出口，凹槽通路21出口处连接检测模块3。

如图3(a)、3(b)所示，所述检测模块3包含喷头31、喷头套子32和saw检测平台33；所述喷头31的顶部为圆锥体，中间部分为圆柱体，底部为支架板，中轴线上设有贯穿整个喷头的气流通道；所述喷头31的圆柱体部分的底部开有两个凹槽，分别放置加热棒和pt100，如图3(c)所示；所述喷头套子32的上端为支架板，下端为圆环柱，圆环柱内圆的直径与喷头31的顶部圆锥体的底面直径大小相等，圆环柱的底部与saw检测平台33相连；所述圆环柱内部为空心结构，侧方开口抽气口34，抽气口34与真空泵4相连；所述saw检测平台33包括saw传感器声(表面波传感器)、温度控制模块和pt100；所述喷头31的支架板和喷头套子32的支架板固定连接，喷头31的顶部圆锥体插入喷头套子32的圆环柱内，正对saw传感器；所述控制器5控制吸附管1的温度、虚拟传感器阵列2的温度、检测模块3的温度以及数据的接收。

进一步地，所述吸附管1内填充tenax-ta，在常温下吸附，在闪蒸条件下脱附。本装置在极短时间内将吸附管1加热至较高温度以快速脱附物质。闪蒸的时间足够短，能保证吸附管1的物质几乎同时进入虚拟传感器阵列分离，减小误差。所述吸附管1在管温度冷却为常温时，吸附管1会吸附患者呼出气体中的水分和挥发性有机物，从而减少患者呼出气中的水分对实验结果的影响。本装置对吸附管1交替加热和冷却，可重复使用。

进一步地，所述虚拟传感器阵列2通过石英片22受热，所需的电流较小，系统更安全，本装置在实际使用中凹槽通路21的路径长度约1～2米。考虑所需要检测目标物质的极性，虚拟传感器阵列2在实际使用中，其凹槽通路21表面镀上了一层聚二苯基二甲基硅氧烷，用于分离物质。

进一步地，所述检测模块3的喷头31和喷头套子32形成密闭气室，与真空泵4相连。真空泵4工作时，检测气室处于真空状态，使得虚拟传感器分离后的气体组分进入检测气室。

进一步地，样品分离后的组分流入传感器室后容易沉积在saw传感器表面。通过沉积物质的质量变化引起传感器振荡频率变化来检测物质。传感器振荡频率的变化是通过混频的方法提取变化量的，因为saw本身的振荡频率太高不易进行精确测量，并且频率变化量不是频率绝对值本身表征物质沉积量。saw传感器通过与标准振荡器频率进行相同时间内计数值对比计算出saw的混频信号，混频信号传送至上位机。

进一步地，所述saw传感器下方设置半导体温控片。所述半导体温控片利用半导体peltier效应，即当直流电通过两种不同半导体材料串联而成的电偶时，在电偶两端分别吸收和放出热量，电流方向变化后，吸收和放出热量端交换。因此可以通过控制电流方向控制制冷片对saw传感器气室进行加热和降温。

一种利用上述装置在线监测异丙酚和七氟烷浓度的方法，该方法包括以下步骤：

(1)麻醉病人进入被动呼吸时，将吸附管1的一端连接在病人呼气管上；监测开始时，控制器5设定好虚拟传感器阵列2和检测模块3的温度；虚拟传感器阵列：40℃，saw传感器：30℃。

(2)装置达到预设温度时，真空泵4开始工作，吸附管1在常温下吸附物质，保持20s的吸附时间；20s后，给吸附管1两侧施加5v，额定电流40a的直流稳压电压，在50ms内将吸附管1加热至250℃以快速脱附物质；吸附管1在闪蒸结束后恢复常温的吸附状态，如此循环，直至手术结束；

(3)解脱附后的气体组分进入虚拟传感器阵列2中分离，分离后的组分流入检测模块3，检测模块3的saw传感器对不同物质产生不同的响应；saw传感器通过与标准振荡器频率进行相同时间内计数值对比计算出saw的混频信号，通过混频信号得到异丙酚和七氟烷的浓度。

实施例：

手术开始前，给病人注射2mg/kg(患者体重)剂量的异丙酚来麻醉诱导，一段时间后，病人血液中的异丙酚浓度降低，为维持麻醉深度，开始混合使用七氟烷和异丙酚。本装置以60s为一个周期不断采集病人呼出气体中的两种药物浓度，如图4是本发明应用于临床监测手术中，一个周期内七氟烷和异丙酚的浓度随时间变化曲线图。从图中，我们可以明显看到七氟烷和异丙酚的响应曲线，表明本发明可用于临床在线监测呼出气中的异丙酚和七氟烷浓度。