专利名称：呼气采样装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种14C-二氧化碳(14CO2)气体的采样装置及其使用方法，用于医学领域14C标记呼气试验诊断疾病，特别是用于14C-尿素呼气试验诊断幽门螺杆菌感染的呼气样本采集和测量。
背景技术：
呼气试验已广泛应用于医学领域某些疾病的诊断，当给予受试者服用特定的14C标记化合物后，由于疾病的原因会导致代谢途径的改变，其改变之一是经由呼气排出的代谢产物14C-二氧化碳(14CO2)的量会存在差异，采集呼气中的二氧化碳气体，测量其中的14C的放射性活度，可诊断疾病是否存在及其程度。例如，给予受到幽门螺杆菌感染的病人口服14C-尿素时，由于幽门螺杆菌的特征之一是其产生人体内原本不存在的尿素酶，尿素酶会将14C-尿素分解而产生14CO2,14CO2从呼气排出体外，采集病人呼出的CO2气体并测量其中的14CO2含量(14C的放射活度)，将远远高于未感染人群，这是因为未感染幽门螺杆菌者口服14C-尿素后，14C-尿素将以原型从小便排出，而不是被分解后从呼气中排出14co2。对于14C标记呼气试验样本的采集和测量，现有技术之一是将碱性化合物溶解在甲醇溶液而形成的CO2吸收剂置于闪烁瓶内，受试者呼出的气体经过一根插入溶液的细管通入吸收溶液，在吸收了二氧化碳样本的吸收剂中再加入闪烁液，然后通过液体闪烁计数仪测量样本的放射性活度。中国专利97180427.3和中国专利02207235.7公开了另一种类型的采样装置和测量方法，这种采样装置包括一个具有气体入口、气体出口的管型构件，一个固定在管型构件内的加载了固体CO2吸收剂的吸收组件。当呼出气体通过管型构件时，处于管型构件的气流通道内的吸收组件将吸收呼气中的二氧化碳，采样结束后将采样装置插入以盖格米勒计数管为传感器的测量装置内，使吸收组件靠近传感器，14C衰变产生的P粒子撞击到盖格米勒计数管的窗口上，引起 可记录的放电信号，从而分析得到样本中14C的含量。上述两种方法在临床应用中均有不足，前者在测量时具有较高的探测效率，但必须使用有毒的甲醇、甲苯等有机溶液，存在的缺点诸如采样时容易将吸收溶液倒吸入口、容易泼洒、污染环境、操作麻烦等。后者虽然采用了固体吸收剂，没有上述缺点，但是14C衰变释放的是低能3射线，用盖格米勒计数管测量时的探测效率较低，同时又有过高的本底计数率，在有限的测量时间内，本底计数的统计涨落会高于一部分样本的衰变信号计数，因此降低了测量的可信度。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种包含吸收组件和闪烁组件的呼气采样装置及其使用方法，用该采样装置采集呼气样本后，置入闪烁计数仪进行闪烁测量，避免了现有技术存在的倒吸、易泼洒、污染环境、操作麻烦的缺点，同时又具有较高的测量可信度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:在一个具有气体入口、气体出口和气流通道的管型构件内，除了具有吸收组件外，还具有与吸收组件相对设置的、含有固体闪烁体的闪烁组件，吸收组件与闪烁组件之间的间隙构成气流通道或气流通道的一部分，当呼气流过气流通道时，必然会流经吸收组件，呼气中的二氧化碳被吸收组件上的吸收剂吸收，使采样过程得以实现。吸收了呼气中CO2的吸收组件上如果含有14CO2,14C衰变产生的部分β粒子将越过气流通道撞击到闪烁组件上，闪烁组件所含的闪烁体吸收β射线的能量后产生闪烁光，所产生的闪烁光通过闪烁组件和外壳传递到闪烁计数仪的传感器进行记录，为了增加CO2吸收量和提高探测效率，在兼顾闪烁光传递效率的前提下，还可以使用多个独立的吸收组件和闪烁组件交替相间叠放。吸收组件可根据现有技术使用一种耐碱材料作为支撑物，其上吸附或粘附碱性化合物作为CO2吸收剂。吸收剂可以采用氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化锂等固体碱性化合物，将这些化合物溶解在水或醇中形成碱溶液，将碱溶液涂覆在支撑物上，充分干燥后使固体碱吸附在支撑物上形成吸收组件，也可以通过粘合剂将粉末状态的固体碱性化合物粘合在支撑物的表面。CO2吸收剂中还可以添加有助于提高吸收性能的高分子胺、表面活性剂、吸湿剂等。 闪烁组件和管型构件的外壳都应该是透光或导光的，闪烁组件的整体或其表面含有固体闪烁体，固体闪烁体可以是商品塑料闪烁体或类似性能的其他固体闪烁体，管型构件的外壳也可以含有闪烁体而同时具有闪烁组件的功能。闪烁测量时的本底计数率与闪烁体的体积呈正相关，减小闪烁体的体积可降低本底计数率，由于14C衰变时发射的β射线为低能带电粒子，在密度约为lg/cm3的闪烁体介质中，其穿透距离约0.3mm,即只有表层约
0.3mm厚度的闪烁体起作用，因此，将闪烁体做成薄片或薄壁结构，可在几乎不影响计数效率的前提下有效降低本底计数率。为了控制采样量，使各受试者每一次独立的采样量基本相同，在气流通道内还可以设置一个独立的指示组件，该指示组件通过酸碱指示剂的变色反应指示采样终点。在采样装置进行呼气样本采集的过程中，吸收组件上的固体CO2吸收剂在湿润的状态下更有利于CO2气体的吸收，呼气中包含的水汽虽然有助于干燥的CO2吸收剂变为湿润状态，但是在测量样本时，过量的水分将阻碍β射线粒子从CO2吸收剂中逃逸出来，降低探测效率，因此有必要防止受试者将大量的唾液吹入采样装置内，导致CO2吸收剂的含水量超出预期。可以在采样装置的气体入口上接入一个唾液隔离器，唾液隔离器具有一定的容积来容纳唾液，防止大量唾液进入采样装置内。唾液隔离器可以是采样装置的一部分，与采样装置结合为一个整体，也可以是一个独立的一次性部件，在使用之前通过插接的方式与采样装置连接，采样结束后再将唾液隔离器从采样装置上分离。本发明提供了一种用于14C呼气试验诊断疾病，特别是用于14C-尿素呼气试验诊断幽门螺杆菌感染的呼气采样装置的使用方法，除了让受试者服用14C标记的药物外，还包括如下过程:第一步:受试者向本发明的采样装置的气体入口呼气，该装置包括一个具有气体入口、气体出口和气流通道的管型构件，管型构构件内还包括吸收组件和含有固体闪烁体的闪烁组件，吸收组件和闪烁组件之间的间隙构成气流通道或气流通道的一部分，气流通道内还设置了一个用来指示采样终点的指示组件，唾液隔离器可以作为采样装置的一部分连接在其气体入口上。第二步:观察指示组件的颜色变化。第三步:到达终点颜色后停止呼气。第四步:如果采样装置上连接有独立的唾液隔离器则将两者分离。第五步:将采样装置置入闪烁计数仪的测量室中，样本中的14C衰变产生的P粒子撞击到与吸收组件相对应的闪烁组件时，闪烁组件上的闪烁体被激发，从而产生可被闪烁计数仪的光电倍增管记录的闪烁光。第六步:测量结果与健康人的测量数据进行比对。
图1是本发明的采样装置第一个实施例从中剖开的结构示意图。图2是本发明的采样装置第一个实施例的A-A剖视图。图3是本发明的采样装置第二个实施例从中剖开的结构示意图。图4是本发 明的采样装置第二个实施例处于测量状态时的原理示意图。图5是本发明的采样装置第三个实施例的外壳从中剖开的结构示意图。图6是本发明的采样装置第四个实施例的外观示意图。图7是本发明的采样装置唾液隔离器的第一个实施例的外形图。图8是本发明的采样装置唾液隔离器的第一个实施例的结构示意图。图9是本发明的采样装置唾液隔离器的第二个实施例的外形图。图10是本发明的采样装置唾液隔离器的第二个实施例的结构示意图。图11是本发明的采样装置放入闪烁计数仪进行测量的示意图。图中:1.吸收组件，2.闪烁组件，2a.基体层，2b.闪烁体层，3.气流通道，4.外壳，4a.采样装置气体入口，4b.采样装置气体出口，4c.定位结构，5.指示组件，6.采样装置，
7.唾液隔离器，7a.唾液隔离器空腔，7b.唾液隔离器进气管，7c.唾液隔离器出气管，7d.唾液隔离器出气管上口，7e.唾液隔离器出气管上口所处的水平面，7f.储水腔，8.闪烁计数仪测量室。
具体实施例方式参照图1和图2，吸收组件I和闪烁组件2两者相对放置，两者之间的间隙，构成了采样装置的气流通道3的一部分，即气流通道3包括起引导作用的部分和吸收组件与闪烁组件之间的间隙构成的通道，闪烁组件2是商品塑料闪烁体材料的成型构件，采样装置的外壳4是由同样的塑料闪烁体材料加工成型并且具有气体入口 4a和气体出口 4b的管型构件，因此外壳4的一部分也构成了闪烁组件2，采集呼气样本时，呼气从气体入口 4a进入，流经气流通道3，再从气体出口 4b流出，吸收组件I由多孔的聚氨酯发泡材料作为支撑物，支撑物上浸溃或喷涂氢氧化锂的饱和水溶液，随后在隔绝二氧化碳的环境中干燥除去水份，氢氧化锂则吸附在支撑物的表面孔隙上，呼气流经气流通道3时必然会流经吸收组件1，呼气中的CO2可以被吸收组件I上的氢氧化锂所吸收。参照图3，在本实施例中，闪烁组件2由基体层2a和其外表面上的闪烁体层2b复合而成，基体层2a由导光或透光的有机玻璃材料制成，可以根据结构强度和导光效率的要求进行加工。将商品塑料闪烁体溶解在甲苯等有机溶剂中形成一种闪烁体溶解液，涂覆在已成型的基体层表面，待溶剂挥发后固化为闪烁体涂层，构成闪烁体层2b，也可将商品塑料闪烁体加热成熔融体后作为涂料进行涂覆，冷却后固化形成闪烁体层2b，闪烁体层2b因此能够做得很薄以降低本底计数率。外壳4也采用导光或透光的材料制成，并且外壳4也可以同时覆盖闪烁体层2b而构成闪烁组件2，这种基体层和闪烁体层复合结构的闪烁组件，既满足了闪烁组件的结构强度和闪烁光的传导效率要求，而且有效地减少了闪烁体的体积。气流通道3内还设置了 一个指示组件5，指示组件5采用耐碱的丙纶纤维无纺布作为支撑物，浸溃了含有0.3%百里香酚酞和4%氢氧化锂的水溶液，在呼气采样过程中，指示组件5上的碱性氢氧化锂也同时吸收呼气中的CO2而被消耗，改变了支撑物上的PH值，引起百里香酚酞指示剂的颜色从蓝色变为无色的颜色改变，指示组件的颜色变化通过透明外壳或透明窗口被观察到，从而指示采样终点。参照图4，采集了呼气样本的采样装置，其吸收组件I吸收了呼气中的CO2，如果其中含有14CO2,则14C衰变产生的β射线粒子将有一部分越过吸收组件I和闪烁组件2之间的间隙，撞击到闪烁组件2上，闪烁组件2所包含的闪烁体被激发而产生闪烁光，闪烁光可通过透明或导光的闪烁组件2向各个方向传递，并通过透光或导光的外壳4，同时传递到两只相对放置的光电倍增管的感光面上，测量仪器通过脉冲分析计数电路给出样本的放射活度。参照图5，为了与通用的液体闪烁计数仪的测量室相匹配，采样装置采用与标准闪烁瓶同样的圆柱形外壳4，且外壳4是由透光或导光的材料构成，吸收组件I和闪烁组件2均为中间有孔的圆饼(片)形状，多个吸收组件I和闪烁组件2交替相间叠放，并通过定位结构4c固定在外壳4内，使吸收组件I和闪烁组件2之间具有有适当的间隙形成气流通道
3。呼气从气体入口 4a进入，通过吸收组件I和闪烁组件2两者中间的孔流经两者之间的间隙构成的气流通道3，再经过两者与外壳之间的间隙从气体出口 4b流出。吸收组件I采用耐碱的丙纶纤维无纺布作为支撑物，支撑物浸溃氢氧化锂的饱和水溶液后在隔绝二氧化碳的环境中干燥除去水份，固体氢氧化锂则吸附在支撑物的表面孔隙上，为了增强吸收效果，配制氢氧化锂水溶液时还可加入约0.02%的十二烷基苯磺酸钠。在本实施例中，为了形成闪烁组件2的基体层与闪烁体层的复合结构，将有机闪烁剂配制成甲苯、二甲苯等芳香烃的溶液，将这种溶液喷洒或涂覆在成型好的聚苯乙烯塑料基体层2a的表面，在溶剂挥发的过程中，溶剂还会同时轻微溶解聚苯乙烯塑料基体层2a的表层，待溶剂挥干后又重新固化，有机闪烁剂分子因此而渗透分散到基体层2a的表层中而成为闪烁体层2b，这种基体层表层被有机闪烁剂的芳香烃溶液溶解后的挥干产物，作为闪烁体层具有优良的效果。有机闪烁剂可以采用液体闪烁技术常用的PPO、TP、PBD等，可以是单一组分，也可以是多种组分的混合物，称为第一闪烁剂，为了使闪烁光的波长与光电倍增管的敏感波长相匹配，还可以加入第二闪烁剂POPOP等，通过实验发现，含有0.5 % 5 %的PPO和
0.005% 0.15%的POPOP的甲苯溶液有较好的效果。在外壳4内，还设置了中间有孔的圆饼(片)形状的指示组件5，指示组件5也采用耐碱的丙纶纤维无纺布作为支撑物，支撑物上浸溃了含有氢氧化钙和0.5%的酚酞指示剂的水溶液，指示组件5也与闪烁组件2叠放在一起并通过定位结构4c固定,呼气气流也可流经指示组件5，从而指示采样终点。参照图6，在采集呼气样本时，无唾液隔离器的采样装置往往因为受试者吹出大量的唾液而过度湿润，影响探测效率，为了避免这种现象，在采样装置6的气体入口上连接了一个唾液隔离器7，受试者呼出的气体通过唾液隔离器7之后再进入采样装置。唾液隔离器7可以作为采样装置的一部分与采样装置6连接为一体，也可以作为一个独立的一次性用品另外包装，在采样之前再将其与采样装置通过插接的方式连接，采样完毕后将两者分离，以便将采样装置置入测量仪器的测量室内。参照图7和图8，唾液隔离器具有一个空腔7a，唾液隔离器空腔7a的上部连接有进气管7b，唾液隔离器出气管7c的上口 7d也设置在空腔7a的上部，在使用状态时，唾液隔离器出气管上口所处的水平面7e与空腔7a的底部之间，形成了一个容纳唾液的空间，即唾液隔离器储水腔7f，呼气中的唾液由于重力的作用流到储水腔7f内，气流可通过唾液隔离器出气管上口 7d从出气管7c流出，从而达到隔离唾液的目的。参照图9和图10，这是唾液隔离器的另一个实施方案，唾液隔离器具有空腔7a和连接在其上部的进气管7b，唾液隔离器出气管上口 7d从空腔7a底部延伸到空腔7a内的上部，使出气管上口所处的水平面7e与空腔7a的底部之间形成了一个容纳唾液的空间，即唾液隔离器储水腔7f，采样时，呼气中的唾液由于重力的作用流到储水腔7f内，气流可通过唾液隔离器出气管上口 7d从出气管7c流出，从而达到分离大部分唾液的目的。参照图11，采样装置6置入合适的闪烁计数仪的测量室8内，测量结果与健康人的测量结果进行比对，以判断受试者的健康状况。基于公知的原理，为了降低本底计数率，闪烁计数仪通常使用两只光电倍增管相对放置的符合计数技术，闪烁体产生的闪烁光只有被两个光电倍增管同时接收到时，符合计数线路才予以记录，因此，采 样装置的结构设计，应尽量使闪烁体上的大部分闪烁光能通过直射、反射和散射的途径同时进入两只光电倍增管的接收窗口。
权利要求
1.一种用于医学领域14C标记呼气试验诊断疾病，特别是用于14C-尿素呼气试验诊断幽门螺杆菌感染的呼气样本采集和测量的采样装置，包括具有气体入口、气体出口和气流通道的管型构件，以及管型构件内加载了 CO2吸收剂的吸收组件，其特征是:管型构件内还具有与吸收组件相对设置的、含有固体闪烁体的闪烁组件，吸收组件与闪烁组件之间的间隙构成气流通道或气流通道的一部分。
2.根据权利要求1所述的采样装置，其特征是:闪烁组件是塑料闪烁体的成型构件。
3.根据权利要求1所述的采样装置，其特征是:闪烁组件是透光或导光的基体层与闪烁体层的复合结构。
4.根据权利要求3所述的采样装置，其特征是:所述的闪烁体层是塑料闪烁体溶解液的涂层或是或塑料闪烁体熔融体的涂层。
5.根据权利要求3所述的采样装置，其特征是:所述闪烁组件的基体层是聚苯乙烯塑料成型构件，闪烁体层是聚苯乙烯塑料基体层表层被有机闪烁剂的芳香烃溶液溶解后的挥干产物。
6.根据权利要求5所述的采样装置，其特征是:所述有机闪烁剂的芳香烃溶液是含有浓度为0.5% 8% PPO的甲苯溶液。
7.根据权利要求6所述的采样装置，其特征是:有机闪烁剂的芳香烃溶液还包含了0.005% 0.15% 的 Ρ0Ρ0Ρ。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的采样装置，其特征是:管型构件内的气流通道上还有一个用于指示采样终点的指示组件，该指示组件上加载了碱和酸碱指示剂。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的采样装置，其特征是:所述采样装置的气体入口还与一个唾液隔离器相连接。
10.根据权利要求9所述的采样装置，其特征是:所述唾液隔离器具有唾液隔离器空腔并连接有进气管和出气管，出气管上口位于空腔的上部，当唾液隔离器处于使用状态时，出气管上口所处的水平面与空腔底部之间形成一个储水腔。
11.一种用于14C标记呼气试验诊断疾病，特别是用于14C-尿素呼气试验诊断幽门螺杆菌感染的呼气采样装置的使用方法，除了让受试者服用14C标记的药物外，还包括如下过程: 一、受试者向本发明的采样装置的气体入口呼气，该采样装置包括一个具有气体入口、气体出口和气流通道的管型构件，管型构构件内还包括吸收组件和含有固体闪烁体的闪烁组件，吸收组件和闪烁组件之间的间隙构成气流通道或气流通道的一部分，气流通道内还设置了一个用来指示采样终点的指示组件，唾液隔离器可以作为采样装置的一部分连接在其气体入口上。
二、观察指示组件的颜色变化。
三、到达终点颜色后停止呼气。
四、如果采样装置上连接有独立的唾液隔离器则将两者分离。
五、将采样装置置入闪烁计数仪的测量室中，样本中的14C衰变产生的β粒子撞击到与吸收组件相对应的闪烁组件，闪烁组件上的闪烁体被激发，从而产生可被闪烁计数仪的光电倍增管记录的闪烁光。六、测量结果 与健康人的测量数据进行比对。
全文摘要
一种用于14C标记呼气试验诊断疾病，特别是14C-尿素呼气试验诊断幽门螺杆菌感染的呼气采样装置及其使用方法，采样装置包括具有气体出口、气体入口、吸收组件和气流通道的管型构件，管型构件内还设置了闪烁组件，且气流通道的一部分是由吸收组件和闪烁组件之间的间隙构成，呼气流过气流通道时，呼气中的CO2被吸收组件吸收，吸收了CO2的吸收组件上如果含有14CO2，其衰变产生的β粒子将越过气流通道撞击到闪烁组件上，闪烁组件上的闪烁体将产生可被闪烁计数仪记录的闪烁光。
文档编号A61B5/08GK103142232SQ20131002302
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者陈世雄, 汪熙程, 唐元诗, 张杨, 雷江军, 胡火明 申请人:安徽养和医疗器械设备有限公司