一种口鼻气流检测装置及方法与流程

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种口鼻气流检测装置及方法。

背景技术：

人体的上呼吸道(包括鼻腔、鼻咽腔、咽腔)是正常呼吸时气流的通道。鼻呼吸是人体摄入空气最主要的形式，鼻腔可以对通过的空气进行过滤、加温、湿化，使进入人体的空气变得清洁、湿润和温暖；此外，鼻部存在表面受体可感知气流和压力的变化，进而调节上气道扩张肌的活动，维持上气道开放。正常生理条件下，张口呼吸仅在特殊情况(如运动、精神高度紧张等)下出现，以保证机体不间断空气供应，鼻呼吸对于人体有着明显的生理优势。一些研究表明在没有鼻腔阻塞的睡眠过程中，任何睡眠阶段或身体位置，仅有约4％的气体经过口腔吸入，鼻腔吸入气体量远远大于口腔气体的吸入量。一项流行病学调查研究表明，巴西城镇人群中高达55％的儿童(4-9岁)存在张口呼吸。多数学者认为当上呼吸道中某一结构存在病变或解剖异常改变时(包括腺样体肥大、扁桃体肥大、慢性鼻-鼻窦炎伴/不伴鼻息肉、过敏性鼻炎、鼻中隔偏曲、鼻甲肥大等)有可能导致鼻腔阻塞，从而引起鼻腔通气功能受阻，达到一定程度时，人体会适应性地改经鼻呼吸模式为经口呼吸模式。

呼吸方式与生活质量、生长发育和疾病的发生发展关系密切，如何正确地区分口呼吸与鼻呼吸和如何对口呼吸与鼻呼吸进行定量分析一直是临床医生争论的焦点。评价鼻呼吸和口呼吸最科学的方法为：准确地测量进出鼻腔和口腔的气流量。呼吸相关参数是机体重要的生理指标，对呼吸系统方面疾病的诊断、治疗具有重要的作用。人体呼吸监测是现代医学监护技术的一个重要组成部分，准确快速测定口鼻气流量对临床诊治具有重大意义。

经过多年的研究发展，目前市面上出现多种口鼻气流检测方法，按照测量方式可以分为直接测量法和间接测量法。直接测量法可以直接测得口、鼻气流量，而间接测量法则需要通过复杂的转换计算才能得到口、鼻气流量。直接检测口鼻气流量的原理主要有三类①对呼吸时气体经过口、鼻的压力检测：用口鼻插管将口鼻气流量带来的压力加在压力传感器上，实现信号的采集；②气流对口鼻处温度变化的检测：将温度传感器放置于呼吸管道上，人体呼、吸气时产生的温度变化会引起传感器的电阻变化；③口鼻处co2浓度变化的检测：把co2传感器放在口、鼻处，测量呼吸气流造成co2浓度的变化。间接测量法主要通过测量胸腹运动变化后经过复杂的转换计算得到口、鼻气流量。利用受试者胸腹腔随呼吸运动周期性变化的原理，主要通过压力式检测法、阻抗式检测法、呼吸感应体积描记技术等测出总肺活量，经过转换计算得到口、鼻气流量。压力检测法是将压力传感器贴在胸腹部或将两条应变计腰带系在胸、腹部检测呼吸带来的胸腹腔的运动规律。呼吸感应体积描记技术是临床上常用的呼吸检测方法，其原理是将两条附有绝缘线圈的弹性缚带，分别缠绕在使用者胸腹部，弹性缚带的伸缩随呼吸运动的节律发生相应的周期性变化，导致线圈围绕截面积变化。当线圈中通过高频激励电流时，截面积的变化导致线圈自感的变化，通过检测线圈电感量的变化，可以准确描记出胸、腹呼吸运动曲线，从而可以获得丰富的呼吸学生理参数(呼吸频率、潮气量、吸气气流和呼气气流等)。fieldshw等人采用电感描记法。先通过呼吸速度描计仪测出流量与胸腹电感的关系，再鼻部接鼻罩测得鼻气流量及此时的胸腹电感，替换得到总气流量，相减为口气流量。

目前，无论是直接口鼻呼吸监测仪或是间接测量的口鼻呼吸监测仪均存在价格昂贵，仪器零部件多，组装/拆卸费时费力，操作复杂，对受试者干扰大，测量的准确性令人质疑。现代监测技术要求连续监测，且需要具备简便、无创、准确、稳定、尽可能减少不适感和无过敏反应等特点。目前市面上的口鼻呼吸监测仪均未达到以上条件，口鼻呼吸监测仪的研发需要进一步研究。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供了一种口鼻气流检测装置及方法，其可实现对口鼻气流的精确检测、且由于结构简单可降低检测装置的成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种口鼻气流检测装置，包括检测本体，所述检测本体的内部设有气流通道，所述气流通道的内壁设有朝气流通道的内侧延伸的第一凸起，所述第一凸起的截面呈等腰三角形状，所述第一凸起包括底面和两个形状、大小相同的侧面，所述第一凸起的底面与所述气流通道的内壁连接，所述第一凸起的两个侧面分别朝向所述气流通道的两个端部设置，所述第一凸起的两侧各设有一个压力传感器，所述压力传感器分别与所述气流通道的内壁连接。

作为优选方案，所述口鼻气流检测装置还包括数据处理器和显示装置，所述检测本体的数量为2，将2个所述检测本体分别定义为口部检测本体和鼻部检测本体，所述口部检测本体和鼻部检测本体分别与所述数据处理器的输入端电连接，所述数据处理器的输出端与所述显示装置连接。

作为优选方案，将设置于所述口部检测本体内的2个压力传感器分别定义为第一压力传感器和第二压力传感器，所述口部检测本体分别通过所述第一压力传感器和第二压力传感器与所述数据处理器的输入端电连接；将设置于所述鼻部检测本体内的2个压力传感器分别定义为第三压力传感器和第四压力传感器，所述鼻部检测本体分别通过所述第三压力传感器和第四压力传感器与所述数据处理器的输入端电连接。

作为优选方案，所述第一凸起设置于所述气流通道的内壁的中部。

作为优选方案，所述第一凸起和设置于第一凸起两侧的压力传感器沿所述气流通道的轴线方向布置且位于同一直线上。

作为优选方案，所述气流通道的内壁还还有第二凸起，所述第二凸起与所述第一凸起相对设置。

作为优选方案，所述第二凸起的外表面呈圆弧形曲面状。

作为优选方案，所述第一凸起与所述第二凸起的最小间距为d，其中1mm≤d≤8mm。

作为优选方案，所述显示装置为手机或电脑。

为实现上述相同目的，本发明还提供了一种利用上述技术方案所提供的口鼻气流检测装置的气流检测方法，包括如下步骤：

s1：将口鼻气流检测装置佩戴于被测试者头部，使所述口部检测本体的气流通道对准被测试者的口部、所述鼻部检测本体的气流通道对准被测试者的鼻部；

s2：启动所述口鼻气流检测装置，被测试者正常呼气或吸气一次，所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器均采集一次相应位置的压力值并将所采集的压力值反馈至数据处理器；

s3：数据处理器根据所述第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第四压力传感器所采集的压力值，分别计算出一组被测试者口部和鼻部的空气流量值；

s4：重复n次所述步骤s2和s3，得到n组被测试者口部和鼻部的空气流量值；

s5：对所得到的n组被测试者口部和鼻部的空气流量值进行处理，得到被测试者口部和鼻部的空气流量值。

上述技术方案所提供的一种口鼻气流检测装置及方法，通过设置检测本体并在检测本体内设置气流通道，在进行检测时，被测试者仅需将检测装置对准口部或鼻部即可实现对口部或鼻部气流流量的精确检测，与现有技术相比，该结构简单、操作方便，无需使用软管插入被测试者的鼻腔内，在检测时，被测试者可自然呼吸、进而提高了检测精度，具体地，本技术方案所提供的检测装置通过在气流通道的内壁设置第一凸起，被测试者在对准气流通道呼气或吸气的过程中，凸起的两侧分别形成一个正压区和一个负压区，通过在所述正压区和负压区两个位置设置第一压力传感器和第二压力传感器，分别采集所述正压区与负压区的压力值，作为采集数据，通过对所采集的数据进行处理，即可得到被测试者口部或鼻部气流流量的精确值。

附图说明

图1为本发明一种口鼻气流检测装置的呼气检测过程的结构示意图；

图2为本发明一种口鼻气流检测装置的吸气检测过程的结构示意图。

其中，1、口部检测本体；2、数据处理器；3、鼻部检测本体；4、显示装置；11、第一端；12、第一压力传感器；13、第二压力传感器；14、第二端；15、第一凸起；16、第二凸起；31、第四压力传感器；32、第三压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1-2所示，为本发明所提供的一种口鼻气流检测装置，包括检测本体，所述检测本体的内部设有气流通道，所述气流通道的内壁设有朝气流通道的内侧延伸的第一凸起15，所述第一凸起15的截面呈等腰三角形状，所述第一凸起15包括底面和两个形状、大小相同的侧面，所述第一凸起15的底面与所述气流通道的内壁连接，所述第一凸起15的两个侧面分别朝向所述气流通道的两个端部设置，所述第一凸起15的两侧各设有一个压力传感器，所述压力传感器分别与所述气流通道的内壁连接。

具体地，本技术方案所提供的检测装置通过在气流通道的内壁设置第一凸起15，被测试者在对准气流通道呼气或吸气的过程中，由于第一凸起15作为节流元件，气流在流经第一凸起15的过程中气流湍急程度改变并在所述第一凸起15的两侧分别形成一个正压区和一个负压区，通过在所述正压区和负压区两个位置设置第一压力传感器12和第二压力传感器13，分别采集所述正压区与负压区的压力值，作为采集数据，通过对所采集的数据进行处理，即可得到被测试者口部或鼻部气流流量的精确值。如图1所示，所述气流通道的两端分别为第一端11和第二端14，在进行检测时，将被测试者的口部或鼻部对准第一端11，被测试者朝所述气流通道内呼气或吸气的过程中实现对口部或鼻部气流的检测，通过在被测试者的口部和鼻部各放置一个本发明所提供的检测装置，可实现同时检测被测试者的口部和鼻部的气流流量，进而计算出被测试者口部与鼻部气流量的比值，如图1所示为呼气检测过程的结构示意图，当呼气过程中第二压力传感器13位于正压区并检测正压区的气流压力值，第一压力传感器12位于负压区并检测负压区的气流压力值；如图2所示为吸气检测过程的结构示意图，当吸气过程中第二压力传感器13位于负压区并检测负压区的气流压力值，第一压力传感器12位于正压区并检测正压区的气流压力值；本实施例通过设置检测本体并在检测本体内设置气流通道，在进行检测时，被测试者仅需将检测装置对准口部或鼻部即可实现对口部或鼻部气流流量的精确检测，与现有技术相比，该结构简单、操作方便，无需使用软管插入被测试者的鼻腔内，在检测时，被测试者可自然呼吸、进而提高了检测精度。

如图1所示，本实施例中，所述口鼻气流检测装置，所述口鼻气流检测装置还包括数据处理器2和显示装置4，所述检测本体的数量为2，将2个所述检测本体分别定义为口部检测本体1和鼻部检测本体3，所述口部检测本体1和鼻部检测本体3分别与所述数据处理器2的输入端电连接，所述数据处理器2的输出端与所述显示装置4连接。将设置于所述口部检测本体1内的2个压力传感器分别定义为第一压力传感器12和第二压力传感器13，所述口部检测本体1分别通过所述第一压力传感器12和第二压力传感器13与所述数据处理器2的输入端电连接；将设置于所述鼻部检测本体3内的2个压力传感器分别定义为第三压力传感器32和第四压力传感器31，所述鼻部检测本体3分别通过所述第三压力传感器32和第四压力传感器31与所述数据处理器2的输入端电连接。

具体地，所述显示装置4为安装于手机或电脑内的app，所述数据处理器2为单片机，所述显示装置4通过app与所述单片机实现交互。口部检测本体1工作时，所述第一压力传感器12和第二压力传感器13将所检测到的正压区压力值和负压区压力值作为输入，输入至数据处理器2，数据处理器2首先计算正压区压力值和负压区压力值之间的差值，然后利用文丘里流量计的原理根据差值计算相应的流量值，具体地，采用伯努利定理和流动连续性方程为基本原理，通过测量管道内流体流过节流元件(即第一凸起15和第二凸起16)所产生的压力之差，结合已知工况条件从而求得被测试者正常呼吸时利用口部呼吸的气体流量。鼻部检测本体3工作时，所述第三压力传感器32和第四压力传感器31将所检测到的正压区压力值和负压区压力值作为输入，输入至数据处理器2，数据处理器2首先计算正压区压力值和负压区压力值之间的差值，然后利用文丘里流量计的原理根据差值计算相应的流量值，具体地，采用伯努利定理和流动连续性方程为基本原理，通过测量管道内流体流过节流元件(即第一凸起15和第二凸起16)所产生的压力之差，结合已知工况条件从而求得被测试者正常呼吸时利用鼻部呼吸的气体流量。所述数据处理器2通过显示装置4上的app进行显示所计算出的口部气体流量结果和鼻部气体流量结果。

本实施例中，为提高检测的精确性，所述第一凸起15设置于所述气流通道的内壁的中部，所述第一凸起15的截面呈等腰三角形状，所述第一凸起15包括底面和两个形状、大小相同的侧面，所述第一凸起15的底面与所述气流通道的内壁连接，所述第一凸起15的两个侧面分别朝向所述气流通道的两个端部设置，所述第一凸起15和设置于第一凸起15两侧的压力传感器沿所述气流通道的轴线方向布置且位于同一直线上。如此，所述第一凸起15两侧结构对称，可避免由于结果不同影响气流的流动方向、进而影响气流的压力值、造成检测误差。

进一步地，为进一步调节正压区与负压区间的气流的湍急程度，本实施例中，所述气流通道的内壁还还有第二凸起16，所述第二凸起16与所述第一凸起15相对设置。所述第二凸起16的外表面呈圆弧形曲面状。所述第一凸起15与所述第二凸起16的最小间距为d，其中1mm≤d≤8mm，具体地，本实施例中，所述d＝3mm，如此设计，所述第一凸起15与第二凸起16共同组成节流元件，正压区与负压区的压力值差距更为明显，进而进一步提高检测精度，此外，如图1所示，本实施例中，所述所述第一凸起15呈等腰三角形状，第二凸起16的外表面呈圆弧形曲面状，如此，可确保气流在流经第一凸起15和第二凸起16的过程中流动较为顺畅、进一步避免检测误差、提高检测精度。

此外，本实施例还提供了一种利用上述技术方案所提供的一种口鼻气流检测装置的气流检测方法，包括如下步骤：

s1：将口鼻气流检测装置佩戴于被测试者头部，使所述口部检测本体1的气流通道对准被测试者的口部、所述鼻部检测本体3的气流通道对准被测试者的鼻部；

s2：启动所述口鼻气流检测装置，被测试者正常呼气或吸气一次，所述第一压力传感器12、第二压力传感器13、第三压力传感器32和第四压力传感器31均采集一次相应位置的压力值并将所采集的压力值反馈至数据处理器2；

s3：数据处理器2根据所述第一压力传感器12、第二压力传感器13、第三压力传感器32和第四压力传感器31所采集的压力值，分别计算出一组被测试者口部和鼻部的空气流量值；

s4：重复n次所述步骤s2和s3，得到n组被测试者口部和鼻部的空气流量值；

s5：对所得到的n组被测试者口部和鼻部的空气流量值进行处理，得到被测试者口部和鼻部的空气流量值。

上述技术方案所提供的一种气流检测方法，通过设置用于检测被测试者呼吸时口腔气流流量的口部检测本体1和鼻腔气流流量的鼻部检测本体3，在进行检测时，被测试者仅需将检测装置对准口部和鼻部即可实现对口部和鼻部气流流量的精确检测，从而得到口鼻气流的比例，与现有技术相比，该结构简单、操作方便，无需使用软管插入被测试者的鼻腔内，在检测时，被测试者可自然呼吸、进而提高了检测精度，具体地，本技术方案所提供的检测装置通过在气流通道的内壁设置第一凸起15，被测试者在对准气流通道呼气或吸气的过程中，凸起的两侧分别形成一个正压区和一个负压区，通过在所述正压区和负压区两个位置设置压力传感器，分别采集所述正压区与负压区的压力值，作为采集数据，通过对所采集的数据进行处理，即可得到被测试者口部或鼻部气流流量的精确值。本实施例中，所述n取200，通过对被测试者进行200次测试，并得到200组被测试者口部和鼻部的空气流量值进行处理，得到被测试者口部和鼻部的空气流量值，通过数据处理器2对200组结果进行处理，不断对检测结果进行修正，从而得到较为精确的被测试者口腔和鼻腔气体流量值，并进一步得到口鼻气流的比例。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。