CN111265217A - 气体离线采样装置、呼出气体采集系统及呼气no检测系统 - Google Patents
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Abstract
发明提供了一种气体离线采样装置,包括气体采集管、与气体采集管连通的进气管和出气管,所述进气管和出气管分别连接在气体采集管的两端,进气管上设有第一单向阀,出气管上设有第二单向阀;所述第一单向阀可允许气体经进气管进入所述气体采集管,所述第二单向阀可允许气体采集管内的气体经出气管排出。本发明还提供了一种包括上述气体离线采样装置的呼出气体采集系统和呼气NO检测系统。本发明提供的气体离线采样装置结构简单,不易在气体采集过程中混入干扰气体,可用于离线收集气体,适用于对气体进行离线检测,扩大了气体检测的适用范围。
Description
技术领域
本发明涉及呼出气体分析技术领域,具体涉及一种气体离线采样装置、呼出气体采集系统及呼气NO检测系统。
背景技术
呼气NO由气道细胞产生,其浓度与炎症细胞数目高度相关联,作为气道炎症生物标志物,对呼气NO的测定目前已广泛应用于呼吸道疾病的诊断和监控中。欧洲和美国分别在1997年与1999年制定了呼气NO检测推荐标准,并在2005年联合制定公布了该项标准(“ATR/ERS Recommendations for Standardized Procedures for the Online andOffline Measurement of Exhaled Low Respiratory Nitric Oxide and Nasal NitricOxide,2005”,ATS为美国咽喉学会缩写,ERC 为欧洲呼吸学会缩写,以下简称《标准》),该《标准》用来指导如何进行检测与将检测结果用于哮喘等呼吸病的诊断和疗效评价。由于NO检测传感器的精度问题,在呼气NO检测过程中,呼出气体的量通常需要满足一定需求。为保证检测的准确性,《标准》推荐,呼气NO测量必须在5cm H2O柱至20cm H2O柱的呼气压力、45mL/s至55mL/s的流量下进行呼气(50mL/s±10%)。
目前市面上的呼气NO检测系统,大多采用在线检测方式,但对于在远离检测仪器较远的地方则难以进行呼气NO检测,此外,在线检测难以同时对多人进行呼出气体采样,其检测效率低。CN203539351U公开了一种离线呼气采样管,通过设置采样气路和排空气路,将呼出气体收集在采样气袋中。但这种采样管结构复杂、成本高,且操作步骤繁琐,容易对采集的呼出气体造成污染。
发明内容
基于此,本发明提供了一种气体离线采样装置、呼出气体采集系统及呼气NO检测系统,用于解决现有呼出气体离线采样装置结构和操作步骤复杂的问题。
本发明的一个目的在于提供一种气体离线采样装置,包括气体采集管、与所述气体采集管连通的进气管和出气管,所述进气管和出气管分别连接在所述气体采集管的两端,所述进气管上设有第一单向阀,所述出气管上设有第二单向阀;所述第一单向阀可允许气体经进气管进入所述气体采集管,所述第二单向阀可允许气体采集管内的气体经出气管排出。
进一步地,所述气体采集管的长径比当量为50至55之间。
本发明的第二个目的在于提供一种呼出气体采集系统,包括上述任一种所述的气体离线采样装置和呼气气路,所述呼气气路具有呼吸入口端和气体采集端,所述气体采集端与所述气体离线采样装置的进气管可拆卸连通,使所述气体离线采样装置采集从所述呼吸入口端流入的呼出气体;所述呼气气路中还设有第一压力传感器和第一流量控制阀,所述第一压力传感器用于采集呼吸气路中的流体压力,所述第一流量调节阀用于调节从气体采集端流出的呼出气体流量。
进一步地,所述呼气气路中还包括第一过滤单元和第三单向阀,所述第一过滤单元设于所述呼吸入口端和气体采集端之间,用于过滤呼出气体中的杂质;所述第三单向阀设于所述第一过滤单元和气体采集端之间,可允许呼出气体从呼吸入口端流向气体采集端。
进一步地,所述采集系统还包括第二过滤单元、第四单向阀和第五单向阀,所述第二过滤单元用于过滤NO,所述呼吸入口端通过第二过滤单元与大气连通,形成吸气气路;所述第四单向阀连接在第二过滤单元和呼气气路之间,所述第五单向阀连接在第二过滤单元和大气之间;第四单向阀和第五单向阀可允许空气向呼吸入口端方向流动。
本发明的第三个目的在于提供一种呼气NO检测系统,包括上述任一种所述的气体离线采样装置,还包括检测气路,所述检测气路的入口端与所述气体离线采样装置的出气管可拆卸连接,所述检测气路中设有NO传感器、第一动力单元和第二流量调节阀,所述NO传感器用于检测呼出气体中的NO的量;所述第一动力单元用于将呼出气体持续输送至NO传感器;所述第二流量调节用于调节检测气路中呼出气体的流量。
进一步地,所述检测系统还包括第二压力传感器、流量传感器和第二微处理器,所述第二压力传感器用于采集所述检测气路中的压力数据,所述流量传感器用于采集所述检测气路中的流量数据;所述第二微处理器分别与所述第二压力传感器、流量传感器和第二流量调节阀连接,用于接收所述第二压力传感器采集的压力数据和流量传感器采集的流量数据,并根据压力数据和流量数据调节第二流量调节阀。
进一步地,所述检测系统还包括缓冲腔、第二动力单元、第三过滤单元和两位三通阀,所述缓冲腔设置在所述检测气路入口端和第一动力单元之间;所述第二动力单元用于将检测气路中的气体输送至大气中;所述第三过滤单元用于过滤NO;所述两位三通阀的入口端可切换至与所述检测气路入口端连通或经所述第三过滤单元与大气连通,出口端与所述第一动力单元连通。
进一步地,所述第二微处理器还分别第一动力单元、第二动力单元、两位三通阀和NO传感器连接,用于控制第一动力单元的开启,第二动力单元的开启,两位三通阀入口端的连接位置,以及接收NO传感器的检测结果
进一步地,所述呼气NO检测系统包括成人呼气NO检测系统和儿童呼气NO检测系统,所述成人呼气NO检测系统中,气体采集管的储气体积在20mL至190mL之间,呼出气体的输送速率在0.5mL/s至4.75mL/s之间;所述儿童呼气NO检测系统中,气体采集管的储气体积在20mL至132mL之间,呼出气体的输送速率在0.5mL/s至3.3mL/s之间。
本发明提供的气体采样装置结构简单,且不易在气体采集过程中混入干扰气体,可用于离线收集气体,适用于对气体进行离线检测,扩大了气体检测的适用范围;本发明提供的呼出气体采集系统可更换不同的气体离线采样装置,降低了呼出气体的采集成本;呼气NO检测装置大大提高了呼气NO的检测效率。
附图说明
图1是本发明第一实施例中气体离线采集装置的结构框图。
图2是本发明第二实施例中呼出气体采集系统的结构框图。
图3是本发明第三实施例中呼气NO检测系统的结构框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施方式,对本发明进行进一步详细说明。需要说明的是,此说明书中的压力均为表压。
参考图1,本发明第一实施例提供了一种气体离线采样装置,包括气体采集管1、与所述气体采集管1连通的进气管和出气管,所述进气管和出气管分别连接在所述气体采集管1的两端,所述进气管上设有第一单向阀2,所述出气管上设有第二单向阀3;所述第一单向阀2可允许气体经进气管进入所述气体采集管1,所述第二单向阀3可允许气体采集管1内的气体经出气管排出。
本实施例提供的气体采样装置结构简单,可用于离线收集气体,适用于对气体进行离线检测,扩大了气体检测的适用范围。
需要说明的是,所述气体采样管1的长径比当量为10至250。较佳地,为50至55。在气体采集过程中,当长径比当量大于50时,气体采样管可视作活塞流容器,气体从进气管流入气体采样管内后沿流动方向齐头并进,完全没有轴向混合与扩散,从而能够将气体采样管内的干扰气体从出气管中向外推出,避免了干扰气混合在采集的呼出气体中;当停止气体采集时,第一单向阀和第二单向阀关闭,采集气体存储在气体采样管内。此外,为避免气体离线采样装置结构过大,长径当量最好小于55,有利于气体离线采样装置的安装和运输。
进一步地,所述气体采集管1的径向界面为圆形。本方案使得离线采样装置结构更紧凑,更有利于安装和运输。
参考图2,本发明第二实施例提供了一种呼出气体采集系统,包括第一实施例提供的气体离线采样装置,还包括呼气气路,所述呼气气路具有呼吸入口端4和气体采集端,所述气体采集端与所述气体离线采样装置的进气管可拆卸连通,使所述气体离线采样装置采集从所述呼吸入口端4流入的呼出气体。
本实施例提供的呼出气体采集系统可以更换不同的气体离线采样装置,从而降低了呼出气体的采集成本,扩大了其适用范围。
进一步地,所述呼气气路中还设有第一压力传感器7和第一流量控制阀8,所述第一压力传感器7用于采集呼吸气路中的流体压力,所述第一流量调节阀8用于调节从气体采集端流出的呼出气体流量。
进一步地,所述采集系统还包括第一微处理器(图中未示出),所述第一微处理器分别与所述第一压力传感器7和第一流量控调节8连接,用于接受所述第一压力传感器7采集的压力数据,并根据所述压力数据控制所述第一流量调节阀8。本方案能够根据呼气压力对流量进行控制,从而使得对呼出气体的采集更精确。
进一步地,所述呼气气路还包括第一过滤单元5,所述第一过滤单元5设于所述呼吸入口端4和气体采集端之间,用于过滤呼出气体中的杂质。本方案能够有效减少呼出气体中的杂质,从而使得进入气体离线采样装置中的呼出气体污染小,有利于提高后续呼出气体检测的准确性。
进一步地,所述呼气气路还包括第三单向阀6,所述第三单向阀6设于所述第一过滤单元5和气体采集端之间,可允许呼出气体从呼吸入口端4流向气体采集端。本方案提供的采集系统在气体离线采样装置拆卸下来后后,能够阻止空气从气体采集端进入第一过滤单元,从而延长了第一过滤单元的使用寿命。
进一步地,所述采集系统还包括第二过滤单元10,所述第二过滤单元10用于过滤NO;所述呼吸入口端4通过第二过滤单元10与大气连通,形成吸气气路。通过本方案提供的采集系统收集呼出气体,适用于后续进行呼气NO检测,用户从呼吸入口端吸气,空气经第二过滤单元过滤掉NO后进入用户体内,从而能够降低空气中NO对呼气NO检测结果的干扰。
进一步地,所述采集系统还包括第四单向阀9和第五单向阀11,所述第四单向阀9连接在第二过滤单元10和呼气气路之间,所述第五单向阀11连接在第二过滤单元10和大气之间;第四单向阀10和第五单向阀11可允许空气向呼吸入口端4方向流动。通过设置第四单向阀和第五单向阀,可以避免空气或呼出气体在非吸气时间进入第二过滤单元,从而延长了第二过滤单元的使用寿命。
参考图3,本发明第三实施例提供了一种呼气NO检测系统,包括第一实施例提供的气体离线采样装置,还包括检测气路,所述检测气路的入口端与所述气体离线采样装置的出气管可拆卸连接,所述检测气路中设有NO传感器21、第一动力单元20和第二流量调节阀14,所述NO传感器21用于检测呼出气体中的NO的量;所述第一动力单元20用于将呼出气体持续输送至NO传感器21;所述第二流量调节阀14用于调节检测气路中呼出气体的流量。
本方案提供的呼气NO检测系统能够对呼出气体进行离线检测,从而提高了呼气NO检测效率,扩大了检测系统的适用范围。
进一步地,所述检测系统还包括第二压力传感器12、流量传感器13和第二微处理器22,所述第二压力传感器12用于采集所述检测气路中的压力数据,所述流量传感器13用于采集所述检测气路中的流量数据;所述第二微处理器22分别与所述第二压力传感器12、流量传感器13和第二流量调节阀14连接,用于接收所述第二压力传感器12采集的压力数据和流量传感器采集13的流量数据,并根据压力数据和流量数据调节第二流量调节阀14。
进一步地,所述检测系统还包括缓冲腔15和第二动力单元16,所述缓冲腔15设置在所述检测气路入口端和第一动力单元20之间,所述第二动力单元16用于将检测气路中的气体输送至大气中。在第一动力单元20持续输送呼出气体之前先开启第二动力单元16,能够排出检测气路中的干扰气,从而使得呼气NO检测结果更准确。
进一步地,所述第一动力单元20和第二动力单元16为抽气泵。
进一步地,所述检测系统还包括两位三通阀17和第三过滤单元18,所述第三过滤单元18用于过滤NO;所述两位三通阀17的入口端可切换至与所述检测气路入口端连通或经所述第三过滤单元18与大气连通,出口端与所述第一动力单元20连通。通过设置两位三通阀17和第三过滤单元18可用于对呼气NO的检测进行校正。
进一步地,所述检测系统还包括第六单向阀19,所述第三过滤单元18通过第六单向阀19与大气连通,空气可经第六单向阀19流入至NO传感器21。本方案能够避免非校准过程中空气进入第三过滤单元,从而延长了第三过滤单元的使用寿命。
进一步地,所述第二微处理器22还分别第一动力单元20、第二动力单元16、两位三通阀17和NO传感器21连接,用于控制第一动力单元20和第二动力单元16的开启,控制两位三通阀17入口端的连接位置,以及接收NO传感器的检测结果。
针对所述气体采集管的储气容积大小,需要考虑多个因素:(1)呼气NO检测过程中,第一动力单元20将呼出气体持续输送至NO传感器21,输送速率不小于0.5mL/s,输送时间不小于40s,因此气体采集管的储气容积V不小于待检测呼出气体体积,即V≥20mL;(2)对于成人呼气NO检测设备,由于最大呼气流量为至55mL/s,呼气时间最长约10s,口腔内死腔气及管路中干扰气约170mL,则气体采集管的储气容积V≤190mL;对于儿童呼气NO检测设备,呼气时间最长约6s,其口腔死腔气约50mL,最长呼气时间约6s,V≤132mL。
即对于成人呼气NO检测设备,气体采集管的储气体积V在20mL至190mL之间;对于儿童呼气NO检测设备,气体采集管的储气体积V在20mL至132mL之间。
因此,对于成人呼气NO检测设备,呼出气体的输送速率v≤190/40 mL/s =4.75mL/s,即在0.5mL/s至4.75mL/s之间;对于儿童呼气NO检测设备,呼出气体的输送速率v≤130/40 mL/s =3.3 mL/s,即在0.5mL/s至3.3mL/s之间。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气体离线采样装置,其特征在于,包括气体采集管、与气体采集管连通的进气管和出气管,所述进气管和出气管分别连接在所述气体采集管的两端,所述进气管上设有第一单向阀,所述出气管上设有第二单向阀;所述第一单向阀可允许气体经进气管进入所述气体采集管,所述第二单向阀可允许气体采集管内的气体经出气管排出。
2.根据权利要求1所述的气体离线采样装置,其特征在于,所述气体采集管的长径比当量为50至55之间。
3.一种呼出气体采集系统,其特征在于,包括如权利要求1或2所述的气体离线采样装置和呼气气路,所述呼气气路具有呼吸入口端和气体采集端,所述气体采集端与所述气体离线采样装置的进气管可拆卸连通,使所述气体离线采样装置采集从所述呼吸入口端流入的呼出气体;所述呼气气路中还设有第一压力传感器和第一流量控制阀,所述第一压力传感器用于采集呼吸气路中的流体压力,所述第一流量调节阀用于调节从气体采集端流出的呼出气体流量。
4.根据权利要求3所述的呼出气体采集系统,其特征在于,所述呼气气路中还包括第一过滤单元和第三单向阀,所述第一过滤单元设于所述呼吸入口端和气体采集端之间,用于过滤呼出气体中的杂质;所述第三单向阀设于所述第一过滤单元和气体采集端之间,可允许呼出气体从呼吸入口端流向气体采集端。
5.根据权利要求4所述的呼出气体采集系统,其特征在于,所述采集系统还包括第二过滤单元、第四单向阀和第五单向阀,所述第二过滤单元用于过滤NO,所述呼吸入口端通过第二过滤单元与大气连通,形成吸气气路;所述第四单向阀连接在第二过滤单元和呼气气路之间,所述第五单向阀连接在第二过滤单元和大气之间;第四单向阀和第五单向阀可允许空气向呼吸入口端方向流动。
6.一种呼气NO检测系统,其特征在于,包括如权利要求1或2所述的气体离线采样装置,还包括检测气路,所述检测气路的入口端与所述气体离线采样装置的出气管可拆卸连接,所述检测气路中设有NO传感器、第一动力单元和第二流量调节阀,所述NO传感器用于检测呼出气体中的NO的量;所述第一动力单元用于将呼出气体持续输送至NO传感器;所述第二流量调节用于调节检测气路中呼出气体的流量。
7.根据权利要求6所述的呼气NO检测系统,其特征在于,所述检测系统还包括第二压力传感器、流量传感器和第二微处理器,所述第二压力传感器用于采集所述检测气路中的压力数据,所述流量传感器用于采集所述检测气路中的流量数据;所述第二微处理器分别与所述第二压力传感器、流量传感器和第二流量调节阀连接,用于接收所述第二压力传感器采集的压力数据和流量传感器采集的流量数据,并根据压力数据和流量数据调节第二流量调节阀。
8.根据权利要求7所述的呼气NO检测系统,其特征在于,所述检测系统还包括缓冲腔、第二动力单元、第三过滤单元和两位三通阀,所述缓冲腔设置在所述检测气路入口端和第一动力单元之间;所述第二动力单元用于将检测气路中的气体输送至大气中;所述第三过滤单元用于过滤NO;所述两位三通阀的入口端可切换至与所述检测气路入口端连通或经所述第三过滤单元与大气连通,出口端与所述第一动力单元连通。
9.根据权利要求8所述的呼气NO检测系统,其特征在于,所述第二微处理器还分别第一动力单元、第二动力单元、两位三通阀和NO传感器连接,用于控制第一动力单元的开启,第二动力单元的开启,两位三通阀入口端的连接位置,以及接收NO传感器的检测结果。
10.根据权利要求9所述的呼气NO检测系统,其特征在于,所述呼气NO检测系统包括成人呼气NO检测系统和儿童呼气NO检测系统,所述成人呼气NO检测系统中,气体采集管的储气体积在20mL至190mL之间,呼出气体的输送速率在0.5mL/s至4.75mL/s之间;所述儿童呼气NO检测系统中,气体采集管的储气体积在20mL至132mL之间,呼出气体的输送速率在0.5mL/s至3.3mL/s之间。
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