专利名称：呼吸气体中丙酮的量热检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于糖尿病诊断的呼吸气体中丙酮的量热检测装置，属于医用检测领域。
背景技术：
糖尿病已成为危害人体健康的第二大疾病，实现糖尿病的早期诊断，对于提高临床治疗效果和改善糖尿病患者生活质量及延长生存寿命具有重大意义。糖尿病临床检测以血液中葡萄糖含量检测技术为代表，需要采集被测者血液，易造成被测者痛苦，同时测试周期较长，不便于快速临床诊断和大人群糖尿病的普查。糖尿病患者呼吸中的丙酮气体浓度明显高于正常人水平，人的呼吸气体中的丙酮含量是检测糖尿病的最好标记物(童敏明等.糖尿病呼气快速诊断方法及应用前景.淮阴工学院学报，2005，03 (14):43-47)，利用这一特征可以通过采集呼气样本丙酮的含量以检查是否患有糖尿病，对确诊的糖尿病患者来说，可以在家中通过测量呼气丙酮的含量，测定自己是否需要增加胰岛素用量。已有专利(一种丙酮气敏传感器检测装置，ZL201120494048.4 ;糖尿病无损呼吸气味诊断的柔性电子鼻，ZL 99258923.3)利用丙酮气敏元件进行检测，但未涉及量热方法。量热法通用性强，检测原理简单、可靠，有利于快速和移动场合应用以及微小型系统的开发。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种量热方法检测丙酮含量的糖尿病快速检测装置，集合量热方法简单、可靠的优点，使用无创伤、测量快速、可微小型化。本发明的技术方案是一种呼吸气体中丙酮的量热检测装置，包括载气、呼吸气体收集单元、吸附室、参比室、热传感器、恒温块、信号采集处理单元、专家系统和微机。载气携带呼吸气体收集单元采集的呼吸气体流经吸附室和参比室，吸附室和参比室为孪生结构，吸附室中放置丙酮敏感吸附材料，参比室空置，吸附室和参比室分别与热传感器一测温端面接触并被热传感器包围，热传感器的另一测温端面与恒温块接触并被恒温块包围，吸附室和参比室的热传感器的信号差作为系统响应信号，系统响应信号经信号采集处理单元连接微机，微机安装有专家系统，对系统响应信号进行对比分析，确定丙酮含量。所述的载气是氮气或氩气,优选是氮气。所述的丙酮敏感吸附材料是丝状、网状和多孔状的活性炭、聚二甲硅氧烷、聚四氟乙烯等能吸附丙酮并产生吸附热的材料。所述的热传感器是热电堆，由多组热电偶串接组成，可以是片状和环状。所述的恒温块由热容大且导热性良好的铜、铝等金属制成。使用本发明的呼吸气体中丙酮的量热检测装置进行糖尿病诊断的方法，包括如下步骤:(1)吸附室中放置丙酮敏感吸附材料，参比室空置；
(2)载气作为清洗气冲洗系统流路、吸附室和参比室，以达到基准状态；
(3)呼吸气体收集单元将被检测人员的呼吸气体引入系统，载气携带呼吸气体流入并通过吸附室和参比室，吸附室中存在丙酮吸附的热效应，热传感器监测热信号；
(4)信号采集处理单元记录吸附室和参比室的热传感器的热信号差作为系统响应信号，进行处理后送至微机，通过微机安装的专家系统数据库中存储的丙酮含量与糖尿病的关联数据进行比对、分析，以确定丙酮气体含量，并进行糖尿病判定，诊断结果实时显示。本发明的有益效果是，具备量热法优点，简单、可靠、测量快速和移动场合应用以及开发微小型系统；结合专家系统分析丙酮含量并判定糖尿病，结果准确；非侵入式、无创伤、无痛苦、可用于医院的临床诊断和监护及家庭康复和监护，并可实现远程医疗。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的呼吸气体中丙酮的量热检测装置示意图。图2是本发明的量热模块结构示意图。图3是本发明的量热模块结构示意图。图4是本发明的空白信号曲线图。图5是本发明的不同浓度丙酮的输出信号曲线图。I吹气管，2单向阀，3缓冲气囊，4气体处理单元，5吸附室，6参比室，7热传感器，8恒温块，9信号采集处理单元，10专家系统，11微机，12气体泵，13截止阀
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详述，籍由以下结合具体实施例来说明本发明之内容，而非限制本发明之范围。如图1所示，本发明的呼吸气体中丙酮的量热检测装置包括吹气管1、单向阀2、缓冲气囊3、气体处理单元4、吸附室5、参比室6、热传感器7、恒温块8、信号采集处理单元9、专家系统10、计算机11、气体泵12和截止阀13，其中吹气管1、单向阀2、缓冲气囊3、气体处理单元4、依次连接至吸附室5和参比室6，载气氮气通过截止阀13、气体泵12、缓冲气囊
3、气体处理单元4、依次连接至吸附室5和参比室6，吸附室5和参比室6与热传感器7的一测温端面接触并被其包围，热传感器7的另一测温端面与恒温块8接触并被其包围，热传感器7的输出信号经信号采集处理单元9送至微机11，微机11安装有专家系统10 ;吸附室5和参比室6为孪生对称结构，其截面可以是方形和圆形结构，热传感器7是多组热电偶串接组成的热电堆，其形状与吸附室5和参比室6配合，可以是片状和环状，具体结构如图2和图3所示。恒温块5由质量和热容很大且导热性良好的金属铝制成，其可以通过外部的恒温装置恒温，以保证信号稳定性，提高精度。吸附室5中放置网状活性炭，参比室6空置，气体泵12驱动载气氮气流过系统冲洗并得到稳定的基线，被检测人员通过吹气管I将呼吸气体呼入，单向阀2防止气体倒流，载气氮气携带呼吸气体通过缓冲气囊3，防止产生冲击干扰信号，然后经气体处理单元4进行湿度和净化处 理后同时流入吸附室5和参比室6，当丙酮气体接触到吸附室5中的活性炭，被活性炭吸附并放出吸附热，活性炭上纯丙酮气体的理论吸附热为17.9 kj/mol，参比室6能消除非吸附热，热传感器7全程监测吸附室5和参比室6的热信号，信号采集处理单元9得到吸附室5和参比室6的热信号差处理后送至微机11，专家系统10对信号数据进行分析，并与专家数据库的相关数据进行比对，确定丙酮含量，并根据人体呼吸气中丙酮含量与糖尿病之间的关系，诊断糖尿病，结果实时在显示屏显示。本发明的专家系统数据库是通过大量测试结果并结合常规血糖检查结果而动态建立的，评价结果具有较好的相关性和准确性，可用于糖尿病的日常健康检查和糖尿病的临床快速筛选。图4是吸附室5和参比室6均空置时，载气氮气流过和7%丙酮气体的响应信号曲线，可知吸附室5没有发生吸附现象，系统响应为零，并且系统信号稳定、波动较小。图5是不同浓度丙酮气体(1%，3%，5%，7%)的响应信号曲线，可知随浓度增加，系统响应信号增大，其变化规律 接近线性。
权利要求
1.一种呼吸气体中丙酮的量热检测装置，包括载气、呼吸气体收集单元、吸附室、参比室、热传感器、恒温块、信号采集处理单元、专家系统和微机，其特征在于，载气携带呼吸气体收集单元采集的呼吸气体流经吸附室和参比室，吸附室和参比室为孪生结构，吸附室中放置丙酮敏感吸附材料，参比室空置，吸附室和参比室分别与热传感器一测温端面接触并被热传感器包围，热传感器的另一测温端面与恒温块接触并被恒温块包围，吸附室和参比室的热传感器的信号差作为系统响应信号，系统响应信号经信号采集处理单元连接微机，微机安装有专家系统。
2.根据权利要求1所述的一种呼吸气体中丙酮的量热检测装置，其特征在于，所述的载气是氮气或氩气，优选是氮气。
3.根据权利要求1所述的一种呼吸气体中丙酮的量热检测装置，其特征在于，所述的丙酮敏感吸附材料是丝状、网状和多孔状的活性炭、聚二甲硅氧烷、聚四氟乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种呼吸气体中丙酮的量热检测装置，其特征在于，所述的热传感器是热电堆，由多组热电偶串接组成，可以是片状和环状。
5.根据权利要求1所述的一种呼吸气体中丙酮的量热检测装置，其特征在于，所述的恒温块由热容大且导热性良好的铜、铝金属制成。
6.根据权利要求1所述的一种呼吸气体中丙酮的量热检测装置，其特征在于，使用本发明的呼吸气体中丙酮的量热检测装置进行糖尿病诊断的方法，包括如下步骤: Cl)吸附室中放置丙酮敏感吸附材料，参比室空置； (2)载气作为清洗气冲洗系统流路、吸附室和参比室，以达到基准状态； (3)呼吸气体收集单元将被检测人员的呼吸气体引入系统，载气携带呼吸气体流入并通过吸附室和参比室， 吸附室中存在丙酮吸附的热效应，热传感器监测热信号； (4)信号采集处理单元记录吸附室和参比室的热传感器的热信号差作为系统响应信号，进行处理后送至微机，通过微机安装的专家系统数据库中存储的丙酮含量与糖尿病的关联数据进行比对、分析，以确定丙酮气体含量，并进行糖尿病判定，诊断结果实时显示。
全文摘要
本发明涉及一种呼吸气体中丙酮的量热检测装置，包括载气、呼吸气体收集单元、吸附室、参比室、热传感器、恒温块、信号采集处理单元、专家系统和微机，载气携带呼吸气体收集单元采集的呼吸气体流经吸附室和参比室，吸附室和参比室的热传感器的信号差作为系统响应信号，通过专家系统确定丙酮含量。本发明具备量热法优点，简单、可靠、测量快速和移动场合应用以及开发微小型系统；结合专家系统分析丙酮含量并判定糖尿病，结果准确；非侵入式、无创伤、无痛苦、可用于医院的临床诊断和监护及家庭康复和监护，并可实现远程医疗。
文档编号G01N25/48GK103235006SQ20131011661
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月7日 优先权日2013年4月7日
发明者郑艺华, 刘君 申请人:青岛大学