RU117078U1 - Пробоотборник для газового анализа выдыхаемого воздуха - Google Patents

Abstract

1. Пробоотборник для газового анализа выдыхаемого воздуха, состоящий из термостата, двух спиралевидных трубок, двух соединительных тройников, блока коммутации, клапана, источника питания, воздушного насоса, фильтра, входного патрубка и нагубника, отличающийся тем, что две спиралевидных трубки, одна из которых соединена с наружным патрубком и нагубником, находятся в термостате при температуре 38-50°C и через соединительный тройник имеют выход на вход газового анализатора. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок коммутации, источник питания, клапан, воздушный насос и фильтр образуют систему для подготовки пробоотборника к работе путем продувки спиралевидных трубок очищенным атмосферным воздухом. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что две спиралевидных трубки выполнены из инертного пластика.

Description

Полезная модель относится к области анализа компонентов в выдыхаемом воздухе, в частности к устройствам и приспособлениям для оценки состояния органов дыхания.

В последнее время в медицинской практике метаболические нарушения в организме человека отслеживаются с помощью газовых анализаторов (в частности, с применением газовых капиллярных хроматографов и других датчиков). При анализе состава выдыхаемого воздуха выявляют низкие концентрации таких органических летучих веществ (метаболитов) как толуол, ацетон, бензол, альдегиды, изопрен и др. вещества, и отклонение концентрации метаболитов от медицинской нормы свидетельствует о наличии болезней и расстройств. В самом простом варианте анализаторы (алкотестеры) улавливают концентрацию только паров алкоголя в выдыхаемом воздухе, и такие устройства широко используются на практике. Однако, медицинские анализаторы воздуха ("breathalyzer") требуют более точного разрешения хроматограмм летучих веществ и более высокой точности при измерении интенсивности пиков индивидуальных веществ. Медицинские анализаторы выдыхаемого воздуха становятся удобным и практичным инструментом в диагностике, и повышение точности газового анализа является важной задачей.

Поэтому медицинские газоанализаторы оснащают пробоотборниками, которые позволяют провести несколько измерений из одной пробы. К таким устройствам-пробоотборникам предъявляются разумные гигиенические требования, необходимые для работы с больными. Часто пробоотборники выполняются в одноразовом исполнении, или со сменным одноразовым нагубником (патрубком) для пользователя.

Многие серийно выпускаемые газоанализаторы оснащены одноразовыми пластиковыми надувными пакетами с заглушками, и воздух для анализа отбирается из пластиковых пакетов.

Известен патент RU 2363381 (заявка от 25.12.2007), раскрывающий способ обнаружения онкологических заболеваний легких, при котором пациент должен заполнить выдыхаемым воздухом пакет-баллон с перекрываемым клапаном, и такой пакет с объемом более 5 литров используется для последующего хроматографического анализа на гелий (повышенная концентрация атомов гелия в воздухе указывает на течение онкологического процесса).

Задача осушения выдыхаемого воздуха для целей газового анализа решается в патенте RU 2266045 (заявка от 14.01.2004) пропусканием влажного (с каплями) воздуха над холодной и горячей сторонами элемента Пельтье.

Описанные подходы имеют ряд недостатков, которые повышают стоимость и продолжительность анализа.

Ближайшим аналогом заявленного устройства является насадка к анализатору, описанной в патентной заявке US 2007/0093725A1 "Dual entry collection device for breath analysis" (заявка от 26.04.2007). В патентной заявке описана трубка-коллектор с двумя открытыми концами. Входное отверстие анализатор-сенсора имеет непосредственное сообщение с отверстием в трубке-коллекторе. Такое простое устройство позволяет уменьшить попадание атмосферного воздуха к месту подключения газового сенсора и позволяет продуть трубку-коллектор после проведения измерений. Кроме того, светодиодные датчики на противоположном конце трубы сообщают пользователю, когда можно начать процесс выдоха, когда следует его закончить, а также доводят качественную информацию о результатах анализа выдыхаемого воздуха (смеси газов).

Вместе с тем, описанное устройство имеет ряд недостатков. К трубе-коллектору подсоединен датчик-индикатор концентрации мгновенного действия, и отобрать несколько проб воздуха в воспроизводимом режиме при такой конфигурации нет возможности. В описанном устройстве отсутствуют приспособления для удаления капелек влаги, всегда присутствующих в выдыхаемом влажном воздухе. Возможна конденсация влаги на стенках трубки-коллектора и на датчике летучих органических соединений.

Целью заявленного технического решения является создание конструктивно простого пробоотборника, который можно подсоединить к газовому хроматографу-анализатору. Для повышения точности анализа состава выдыхаемой газовой смеси, влияние окружающего воздуха на спектр летучих веществ должно быть минимально (атмосферный воздух не смешивается с газовыми пробами, идущими на анализатор из пробоотборника), а также присутствие влаги в отбираемых пробах сводится к минимуму.

Общая схема устройства в виде полезной модели приведена на Фиг.1.

Пробоотборник для газового анализа включает следующие компоненты. В термостат 1 помещается две спиралевидные трубки 4 и 5, причем спиралевидная трубка 4 соединена с входным патрубком 3 и нагубником 2, через которые обследуемый пациент осуществляет выдох для последующего анализа. Трубки 4 и 5 соединены с тройником 6, через который осуществляется отбор газовых проб на анализатор газов (который может быть оборудован также дополнительными датчиками газовых компонентов, например, датчиком концентрации СO2). Рабочий цикл отбора проб управляется с помощью блока коммутации 11. Устройство включает также блок питания 13, воздушный. насос 10, клапан 12, тройник 8, газовый фильтр 9.

Клапан 12 и насос 10 находятся под управлением блока коммутации 11. Спиралевидные трубки 4 и 5, а также соединительные тройники 6 и 7 выполнены из любого инертного твердого материала. Подходящим материалом для этих элементов может быть стекло или биологически инертный пластик. В предпочтительном варианте устройства спиралевидные трубки 4 и 5 изготовлены из полифторэтилена (тефлоновые трубки). Выбор такого инертного пластика позволяет избежать попадания микроколичеств летучих примесей, которые испускаются обычным (неинертным) пластиком. Использование тефлоновых трубок 5 и 6 определяется тем, что тефлон практически не удерживает на поверхности материалы-аналиты, т.е. практически не растворяет их, и, таким образом, легко очищается до исходного состояния при простой продувке трубок очищенным воздухом.

Термостат 1 может иметь жидкостное или воздушное наполнение, в предпочтительном варианте исполнения термостат 1 является воздушным термостатом, где теплый воздух подвергается принудительной циркуляции в объеме термостата 1.

Воздушный фильтр 9 является обычным аэрозольным фильтром, который удерживает частицы пыли и влаги, присутствующие в помещении.

Патрубок 2 имеет в своей средней части расширение диаметра и также имеет ряд тонких внутренних ребер для захвата и удержания капелек влаги, содержащейся в смеси выдыхаемых газов. Такая расширенная геометрия приводит оседанию (сегментации) капелек влаги внутри патрубка. Нагубник 2 и входной патрубок 3 являются одноразовыми изделиями и выпускаются из любого вида пластика, применяемого в медицине.

Устройство работает следующим образом. Пациент производит выдох через одноразовый нагубник 2 и патрубок 3. Далее газовая смесь под действием повышенного давления выдыхаемого воздуха проходит через спиралевидные трубки 4 и, заполняя их. Спиралевидные трубки 4 и 5 вместе с соединительным тройником 6 помещены в термостат 1, где поддерживается температура выше начальной температуры выдыхаемого воздуха. Внутренняя температура термостата 1 задается в интервале 38-50 С°. При прохождении через трубки 4 и 5 газовая смесь выдыхаемого воздуха подогревается до температуры термостата, что исключает возможность конденсацию влаги на стенках трубок. Смесь выдыхаемых газов (содержащая летучие вещества, анализируемые газовым анализатором и требуемые для диагностики дыхания пациента) отбирается из объема спиралевидных трубок через тройники 6 и 8 в виде газовых проб на входе газоанализатора 7.

Газовый анализатор 7 находится под управлением персонального компьютер (ПК) 14.

С блока питания 12 подается питающее напряжение на газовый анализатор 7 и блок коммутации 11. Блок коммутации 11 управляет термостатом 1, который обычно содержит термопреобразователь и вентилятор, и обеспечивает требуемую постоянную температуры для трубок 4, 5 и тройника 6 внутри термостата 1.

После окончания анализа газовых проб нагубник 2 и патрубок 3 отсоединяются от устройства (расходные компоненты устройства). Далее сигнал от блока коммутации 11 открывает клапан 12 и включает воздушный насос 10. Атмосферный воздух через фильтр 9 поступает через открытый клапан 12 и тройники 8 и 6, и далее воздух продувает спиралевидные трубки 4 и 5, очищая их от остатков анализируемой газовой смеси. Через небольшой интервал времени трубки 4 и 5 продуты атмосферным воздухом и устройство-пробоотборник готово к повторной операции по приему порции газовой смеси для анализа.

Таким образом, газовая смесь в тройниках 6 и 8 и соединенных с ними спиралевидных трубках 4 и 5 изолирована от атмосферного воздуха во время поставки в газоанализатор 7, что это создает условия для многократного и более точного определения компонент выдыхаемой газовой смеси, включая макрокомпоненты (концентрацию углекислого газа) и микрокомпоненты (например, кетоны и альдегиды).

Дополнительно, система пробоотборник - газовый анализатор может быть оснащен измерителем расхода (объема) выдыхаемого воздуха и датчиком (сенсором) концентрации углекислого газа (CO₂) или других макрокомпонент в выдыхаемой газовой смеси.

При расчете рабочих объемов за 100% принимается объем газов смеси, выдыхаемого обследуемым пациентом. В рамках раскрытого устройства, объем двух спиралевидных трубок 4 и 5 должен быть в 3-10 раза меньше среднего объема выдоха пациента (объем выдоха взрослого человека составляет 2-3 л). Объем пробы, достаточный для газового анализа микрокомпонентов (кетоны, альдегиды), составляет, как правило, не более 10 мл (5-20%) от среднего объема выдоха. Таким образом, данное устройство позволят подать на вход газового анализатора 7 три-четыре порции (пробы) газа с неизменной концентрацией измеряемых компонентов. Усреднение показаний газового анализатора по 3-4 пробам газа позволяет повысить точность анализа концентраций компонентов, что отвечает заявленному техническому результату.

Согласно описанию полезной модели, был собран и протестирован макет пробоотборника для газового анализа выдыхаемого воздуха.

Claims (3)

1. Пробоотборник для газового анализа выдыхаемого воздуха, состоящий из термостата, двух спиралевидных трубок, двух соединительных тройников, блока коммутации, клапана, источника питания, воздушного насоса, фильтра, входного патрубка и нагубника, отличающийся тем, что две спиралевидных трубки, одна из которых соединена с наружным патрубком и нагубником, находятся в термостате при температуре 38-50°C и через соединительный тройник имеют выход на вход газового анализатора.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок коммутации, источник питания, клапан, воздушный насос и фильтр образуют систему для подготовки пробоотборника к работе путем продувки спиралевидных трубок очищенным атмосферным воздухом.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что две спиралевидных трубки выполнены из инертного пластика.