变流量呼气采样装置制造方法
【专利摘要】一种变流量呼气采样装置，包括指示流量范围的压力显示器、主气路和阻力调配装置，该压力显示器连接在主气路的前端呼气口处，主气路末端连接阻力调配装置；所述主气路是一根细长的管路，其管径为6~15mm，长度为50~150cm，总体积为15~250ml；装置的整体压力在7~20cmH2O。
【专利说明】变流量呼气采样装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及呼气气体采样领域。
【背景技术】
[0002]呼气一氧化氮作为气道炎症的标志物用于哮喘等呼吸病的检测分析已经获得医疗界充分肯定。人体的一氧化氮由气道上皮细胞分泌产生，并扩散到气道，其动态变化与量的多少取决于炎症刺激和不同的呼气位置。eNO来源于气道及肺泡，可以通过建立数学模型并进行实验来求得不同部位的一氧化氮浓度，从而区分肺部不同部位产生的炎症。通过改变呼气流量、改变呼气时段来建立准确检测肺泡、气道的NO浓度的标准方法，并观察正常人及不同患者人群的肺泡、气道的NO水平，进而指导疾病诊断与用药。
[0003]Jiang J 等于 2009 年发表的文章《Nitric oxide gas phase release in humansmall airway epithelial cells》中说明了人体的一氧化氮由气道上皮细胞分泌产生,并扩散到气相，其动态变化与量的多少取决于炎症刺激和不同的呼气位置。eNO来源于气道及肺泡，可以通过建立数学模型并进行实验来求得不同部位的NO浓度，从而区分肺部不同部位产生的炎症。
[0004]不同的研究机构对eNO的肺部的动态交换机制做了很多研究，建立了改变呼气流量情况下的多个模型。其中最广为接受的是George SC等于2004年《Modeling pulmonarynitric oxide exchange》中提出的“ 双室”模型。
[0005]呼出气一氧化氮浓度(Cenq)由两部分构成，分别来自于肺泡区和气道区，取决于三个根据流量变化的参数:来源于气道壁的NO总流量(J’awNQ，pl/s)，N0在气道的扩散能力(DawN0, pl*s_l*ppb_l),和稳态下的肺泡气浓度(CANQ, ppb)。NO在组织和气道气相中的JawN。和总流量(pl/s)和呼气流速成反比；CN()指气道中气相中的NO浓度。
[0006]方程如下:
[0007]
CE.:0 = Caw;;0 + fCA,；0 — Caw?:0)*expt-DawKO Ve)
[0008]当Ve >5*DawN0 ml/s或50 ml/s (健康人)时,该方程可简化为.1
[0009]C E1- = C + (―C 3 — C ,4'「ο+> tOsw':,-, * ~
V
[0010]—般来说，Cano<2% CawNQ,且 J’ awN0 =DawN0 *CawN0,以上方程可简化为
[0011]
^^,I
[0012]由此，通过对不同气量(Ve) eNO浓度的测定，可以求得肺泡气浓度，以及气道壁的
NO总流量。
[0013]用于采集呼气一氧化氮的采用采样技术多用于采集固定的标准流量(45_55ml/s)下的呼气一氧化氮气体，如美国胸科学会2005年在ATS/ERS eNO测定技术标准指南中就推荐了一种检测一氧化氮的离线采样技术，它是让患者在呼气时在装置外先排空死腔气然后进行收集测试气，这样带来的问题就是呼气过程中有憋气过程，严重影响了测试值的准确性，又或者GE Water & Process Technologies公司公开的技术中米用鲁尔阀进行控制排空技术。变流量采样技术有AeiOcrine公司的NIOX Flex仪器可以在线检测不同流量的呼吸一氧化氮浓度。
[0014]根据ATS标准，用标准流量进行eNO采样测试时，在控制呼气流速为50ml/s的条件小，呼气阻力必须大于5cmH20，通常为了便于呼气流量的控制，一般呼气一氧化氮分析仪的气路阻力设计在IOcmH2O左右，在当前气路条件下，在进行变流量测量所需的大流量呼气时(>200ml/s)，气路阻力将大于30cmH20，导致呼气采样的困难，所以采用固定气路结构的方法很难兼顾高低呼气流量下对呼气阻力控制的要求。解决该问题最直接的方法就是根据呼气流速调整气路阻力，低流速时用高气路阻力件，高流速时用低气路阻力件，通过阻力件与呼气流量的配合，保证在所有呼气流速下，呼气压力可控制在IOlOcmH2O范围内。阻力调配装置的类型很多，如:不同内径、长度的管路，不同开口状态的阀门、由舵机控制的不同转向的阀门等，可根据设计需要进行选择。
[0015]变流量分析可采用在线及离线两种方法，二者个有优缺点，离线采样技术已广泛应用于人体呼出气检测领域。与在线检测技术相比，离线检测技术优势在于:可以在远离检测仪器的地点(包括病房、门诊、车间、学校等)收集样品；不受检测仪器反应时间的影响；可同时进行多人取样后再进行分析测量，提高检测仪器使用效率等。
[0016]离线采样一般采样气袋收集气体，根据ATS对呼气一氧化氮采样的要求，用气袋收集呼气一氧化氮样品气时，需要注意:
[0017]1)对采样气路进行阻力控制，保证在所需呼气流量下，呼出气压力能控制在5^30CmH2O 范围内；
[0018]2)对呼气流量测量及控制；
[0019]3)对呼气排空时间采样时间进控制。
[0020]由于气袋收集气体过程中，除了需要考虑呼气排空设计外，在呼气流量控制方面还需要考虑:由于气袋内气体压力在不断变化，为了控制好呼气流量，呼气采样装置需要据此做动态调控以满足呼气压力及呼气流量的要求，这增加了采样器设计的复杂度，降低了可靠性。
【发明内容】
[0021]本实用新型提供一种变流量呼气采样装置，用于离线采集不同呼气流量下一氧化氮气体，用于检测分析，该装置结构简单可靠，可实现器件小型化、无源化，方便携带、使用简单。
[0022]本实用新型的变流量呼气采样装置，包括指示流量范围的压力显示器、主气路和阻力调配装置，该压力显示器连接在主气路的前端呼气口处，主气路末端连接阻力调配装置；所述主气路是一根细长的管路，其管径为6~15mm，长度为5(Tl50Cm，总体积为15^250ml ;装置的整体压力在疒20cmH20。气体在管路内以活塞流的状态移动，细长的管路用于死腔气的排空和口呼气的收集，无需另外增加采样气袋。该压力显示器的中对应不同流量的压力区间有相应的指示标志；该装置配有不同的阻力调配装置，通过更换阻力调配装置来获得不同的呼气流量；在不同的阻力调配装置下，标定不同流量所对应的压力区间，标记在压力显示器的表盘上；使用时根据所需要得到的流量值，更换对应的阻力调配装置，呼气时将呼气压力控制在相应的压力区间内，排空后采样；不同呼气流量下，呼气采集时间不同，无需控制呼气排空时间，在不同呼气流量下，总呼气体积要大于350ml。
[0023]该压力显示器的中对应不同流量的压力区间有相应的指示标志。该装置配有不同的阻力调配装置，通过更换阻力调配装置来获得不同的呼气流量。在不同的阻力调配装置下，标定不同流量所对应的压力区间，标记在压力显示器的表盘上。使用时根据所需要得到的流量值，更换对应的阻力调配装置，呼气时将呼气压力控制在相应的压力区间内，排空后采样。
[0024]用细长管路取代气袋收集气体，由于气体在其中的活塞流流动，前段呼出的气体被后段呼出的气体挤压出管路，这样只需要控制采样总时间，在规定采样时间段收集的气体就是经过排空的气体，不需要设计旁路控制呼气排空，这样呼气采样装置的结构更为简单可靠；另外，由于不用气袋收集气体，气路出口压力保持不变，因而可简单地通过压力传感器压力变化感知呼气流量的变化并进行反馈控制，提高流量控制的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是变流量呼气采样装置的示意图。
[0026]图2是双室模型图。
[0027]图3是呼气 流量的倒数与呼气一氧化氮测试结果的关系图。
【具体实施方式】
[0028]本实用新型的一种变流量呼气采样装置，主气路由内径8_，长lm，体积为50ml的PP材料细长管构成，此时气体在管路内以活塞流的状态移动，在呼气采样时，死腔气的排空后，后续需要收集的口呼气可以完全置换前端的死腔气从而并不影响测定。此时细长的管路用于和口呼气的收集，无需另外增加采样气袋。
[0029]使用本新型进行变流量测试时，预先在连接不同的阻力调配装置时，标定各流量(30、50、100、150、200和250ml/s)所对应的压力值，使用时更换阻力调配装置，按照压力指示呼气。进行采样:排空和采样通道的呼气阻力均为?~20cmH20，呼气排空体积为200ml，根据不同呼气流量调整排空时间，排空后采样完成后，将该细长管直接连在纳库仑呼气分析仪Sunvou-DlOO型进行分析检测。
[0030]该装置在使用时，根据所要得到的流量，选择相应的阻力调配装置后将呼气压力控制在预先标定好的范围内，具体对应见表1。由于气道的“死腔”体积约在250ml，为保证采集气体为气道气，在排空后采集气道气体积约100ml，所以呼气采样时间应大于等于(250/呼气流量+100/呼气流量)秒，根绝呼气流量控制呼气采样时间，具体对应见表1。由于气体在管路内以活塞流的状态移动，所以只需要控制总的呼气采样时间，样品气就会自发的将死腔气“推”出样品管。
[0031]阻力调配装置的类型很多，如:不同内径、长度的管路，不同开口状态的阀门、由舵机控制的不同转向的阀门等。表格I列出了获得相应的呼气流量时，所选择的阻力调配装置、呼气压力和采样时间，其中阻力调配装置I为内径为5mm，长度为3cm的尼龙管，阻力调配装置I为内径为5mm,长度为5cm的尼龙管。
[0032]
【权利要求】
1.一种变流量呼气采样装置，包括指示流量范围的压力显示器、主气路和阻力调配装置，其特征在于:该压力显示器连接在主气路的前端呼气口处，主气路末端连接阻力调配装置；所述主气路是一根细长的管路，其管径为6?15mm，长度为5(Tl50Cm，总体积为15?250ml ;装置的整体压力在7?20cmH20。
2.如权利要求1所述的变流量呼气采样装置，其特征在于:该压力显示器的中对应不同流量的压力区间有相应的指示标志。
3.如权利要求1所述的变流量呼气采样装置，其特征在于:该装置配有不同的阻力调配装置，通过更换阻力调配装置来获得不同的呼气流量。
4.如权利要求1所述的变流量呼气采样装置，其特征在于:在不同的阻力调配装置下，标定不同流量所对应的压力区间，标记在压力显示器的表盘上。
5.如权利要求1所述的变流量呼气采样装置，其特征在于:使用时根据所需要得到的流量值，更换对应的阻力调配装置，呼气时将呼气压力控制在相应的压力区间内，排空后采样。
6.如权利要求1所述的变流量呼气采样装置，其特征在于:不同呼气流量下，呼气采集时间不同，无需控制呼气排空时间，在不同呼气流量下，总呼气体积要大于350ml。
【文档编号】G01N1/22GK203616178SQ201320637686
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】金俊奇, 韩杰, 谢雷, 李聪伟 申请人:无锡市尚沃医疗电子股份有限公司