本发明专利技术涉及一种肺气体交换功能光电式检测装置，其特征在于，所述检测装置包括实验动物限位装置、呼吸信号检测舱、二氧化碳检测装置和呼吸视频拍摄装置。本系统中的实验动物限位装置可避免以往非全身体积描记系统中动物检测腔室的限位器对实验动物头颈部或鼻部的压迫以及克服非束缚型全身体积描记系统信号采集易受实验动物活动干扰的缺陷。采用呼吸光学影像分析替代以往相应的应变式传感器和信号放大器。可与外界气源或液体气溶胶发生装置联用，对实验动物肺气体交换功能进行检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种肺气体交换功能光电式检测装置，属于动物呼吸检测装置领域。
技术介绍
哺乳动物在吸气和呼气时伴随有胸腔节律性交替的扩大和缩小，呼吸过程中体内外产生许多物理变化，首先必须有气体交换，外界气体进入机体，通过呼吸性细支气管，肺泡管和肺泡囊等气体交换场所进行气体交换，然后向体外排出废气，这些吸入和排出的气体存在着温度差。其次，口腔或鼻腔周围因空气的流动在瞬间会存在静、动压力变化，如果周围所处环境密封，还存在气体瞬间增多或减少时产生的压力变化，通常吸气时压力为负压，呼气为正压。再者，外界气体在吸入和呼出体外时具有一定的气体流量，同时胸腔的扩大和缩小的节律性交替改变也会引起胸部、背部以及腹部的起伏变化。上述变化都与呼吸有关，可作为呼吸信号来反馈哺乳动物的呼吸状况。临床上的呼吸检测方法包括应变式传感器检测、温度传感器检测、流量传感器检测、湿度传感器检测、阻抗法检测、电容式传感器检测。在临床呼吸检测中，利用应变式传感器可以检测到胸腹部产生的周期性形变，从而检测到呼吸信号。气体通过鼻腔与外界进行交换时，必然会引起鼻腔内温度的变化，温度传感器可检测到这一变化。吸气和呼气时的气体运动可用流量传感器检测。吸气和呼气时的气体湿度变化可通过湿度传感器检测。阻抗法是利用机体呼吸过程中胸部电阻的变化来进行生理参数的测量。机体组织由浸在离子液体的细胞和胞外成分组成，电容式传感器用于检测呼吸过程中组织的电容变化。鉴于实验动物特别是大鼠或小鼠个体相对较小，呼吸过程中的相关变化量也较小而不易被检测，同时，传感器受限于其成本和体积，所以用于临床呼吸检测的一些方法不能完全适用于实验动物。传统的实验动物呼吸检测方式分为两类，一类是需要对实验动物进行麻醉，另一类则是不需麻醉的无创检测。已知动物麻醉后相关呼吸参数会发生改变，所以为了更真实的反映呼吸状况，无创式的呼吸检测方法更有效。无创条件下的呼吸检测主要依赖应变式传感器。根据流体力学和热力学原理，在呼吸过程中因气体的流动会对周围瞬间产生微小的压力或气体流量变化，压力的检测主要由压电式传感器或硅压阻式传感器实现，气体的流动由流量传感器检测，由于这些信号十分微弱，所以还需要用到信号放大器。检测装置通过配置二氧化碳传感器来实时检测呼吸气体中的二氧化碳浓度。现有的无创式呼吸检测装置主要是采用腔体积描记法和全身体积描记法，其中腔体积描记又分为针对胸腹部的单腔体积描记以及针对鼻部和胸腹部的双腔体积描记。单、双腔体积描记的共同点是需将实验动物的头颈部或鼻部与躯干部隔绝开并限制其体位，采用这类方法难以避免对动物造成压迫进而引起呼吸异常。全身体积描记(束缚型或非束缚型)对动物的影响则较小，但其中非束缚型全身体积描记会因为实验动物的运动而在信号采集时受到干扰，而束缚型全身体积描记所受影响较小。通过对传统的实验动物呼吸检测装置功能及原理的分析，我们设计并制造了一种类似束缚型全身体积描记的肺气体交换功能光电式检测装置，通过对呼吸光学影像的自动化分析结合二氧化碳浓度变化来表征实验动物的肺气体交换功能。引证文献与资料：郝连旺，宋涛.呼吸信号检测方法的研究[J].微纳电子技术.2007年7/8期12页.王建波.阻抗式呼吸检测的动态适应性研究[D].南方医科大学.2009年5月.丁学智，龙瑞军，米见对，郭旭升.非分光红外(NDIR)技术测定反刍动物甲烷和二氧化碳研究[J].光谱学与光谱分析.2010年6期1503页.朱光辉，李军，王祥瑞，缪长虹等.纳美芬注射液拮抗芬太尼复合麻醉呼吸抑制的多中心、单盲、随机对照试验[J].中国新药与临床杂志.2011年2期103页.齐颖.盐酸纳美芬拮抗舒芬太尼复合麻醉术后呼吸抑制[D].天津医科大学.2012年5月.赵凯旋，何东健，王恩泽.基于视频分析的奶牛呼吸频率与异常检测[J].农业机械学报.2014年10期258页.曾强，李国星，张磊，潘小川.大气污染对健康影响的疾病负担研究进展[J].环境与健康杂志.2015年1期85页.唐亮，朱伟兴，李新城，杨磊.基于面积特征算子的猪呼吸频率检测[J].信息技术.2015年2期73页.范霖，陈向东，李宁.基于快速响应湿度传感器的无线呼吸检测系统[J].传感器与微系统.2015年3期84页.非束缚清醒动物全身体积描记系统，美国BUXCO公司束缚全身体积描记系统，美国BUXCO公司双腔体积描记系统，美国BUXCO公司鼻部体积描记系统，美国BUXCO公司头外置体积描记系统，美国BUXCO公司。
技术实现思路
：为了克服以往非全身体积描记系统中动物检测腔室对实验动物颈部的压迫问题，以及克服过去应用应变式传感器和信号放大器的复杂性、昂贵性(例如美国Buxco公司的FinePointeWBP全身体积描记检测系统在中国的售价大概是8万美元左右，FinePointeNAM双体腔描记检测系统售价大概是7万美元左右，而本专利技术提供的装置制造成本只有大概2000元左右)，本专利技术提供了一种通过呼吸影像对实验动物的肺气体交换功能进行分析的方法和装置。具体而言，本专利技术的目的在于提供一种肺气体交换功能光电式检测装置，其特征在于，所述检测装置包括实验动物限位装置、呼吸信号检测舱、二氧化碳检测装置和呼吸视频拍摄装置。所述检测装置采集的实验动物呼吸视频向可读数据的转化在MATLAB软件平台上通过特定程序运行。在本专利技术的一个实施方式中，所述实验动物限位装置包括用于固定动物四肢的脚镊、磁性边框、推拉板和固定在推拉板上的载物台，优选的是，所述脚镊包含磁性金属，优选为铁，例如铁块，从而使脚镊能够被吸引到磁性边框上，更优选的是，所述脚镊包括可调节大小的固定环。在本专利技术的一个实施方式中，所述呼吸信号检测舱包括用于与外界进行气体交换的空气进口、其他气体或液体气溶胶进口和总出口，以及控制上述进口或出口连通或关闭的三通微型电动阀，优选的是，所述呼吸信号检测舱的底部是透明的。在本专利技术的一个实施方式中，所述二氧化碳检测装置包括通电时间计时器、与呼吸信号检测舱依靠总出口管道密闭连通的二氧化碳传感器、轴流风扇、偏流板、数字式电压检测继电器和半导体除湿管，优选的是，所述载物台的台面和呼吸信号检测舱的底部由透明材料构成，优选为透明玻璃，更优选的是，所述呼吸视频拍摄装置透过透明的所述载物台的台面和呼吸信号检测舱的底部采集实验动物的腹面一侧的呼吸视频。在本专利技术的一个实施方式中，所述呼吸视频拍摄装本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种肺气体交换功能光电式检测装置，其特征在于，所述检测装置包括实验动物限位装置、呼吸信号检测舱、二氧化碳检测装置和呼吸视频拍摄装置。
【技术特征摘要】
1.一种肺气体交换功能光电式检测装置，其特征在于，所述检测装置包括实验
动物限位装置、呼吸信号检测舱、二氧化碳检测装置和呼吸视频拍摄装置。
2.如权利要求1所述的肺气体交换功能光电式检测装置，其特征在于，所述实
验动物限位装置包括用于固定动物四肢的脚镊(41)、磁性边框(25)、推拉板(8)和固定
在推拉板(8)上的载物台(26)，
优选的是，所述脚镊包含磁性金属(47)，优选为铁，例如铁块，从而使脚镊(41)
能够被吸引到磁性边框(25)上，
更优选的是，所述脚镊包括可调节大小的固定环(42)。
3.如权利要求1所述的肺气体交换功能光电式检测装置，其特征在于，所述呼
吸信号检测舱包括用于与外界进行气体交换的空气进口(5)、其他气体或液体气溶胶
进口(4)和总出口(3)，以及控制上述进口或出口连通或关闭的三通微型电动阀(40)，
优选的是，所述呼吸信号检测舱的底部是透明的。
4.如权利要求1所述的肺气体交换功能光电式检测装置，其特征在于，所述二
氧化碳检测装置包括通电时间计时器(19)、与呼吸信号检测舱依靠总出口(3)管道密闭
连通的二氧化碳传感器(38)、轴流风扇(37)、偏流板(39)、数字式电压检测继电器(18)
和半导体除湿管(36)，
优选的是，所述载物台(26)的台面和呼吸信号检测舱的底部由透明材料构成，优
选为透明玻璃，
更优选的是，所述呼吸视频拍摄装置透过透明的所述载物台(26)...
【专利技术属性】
技术研发人员：张迎梅，陶晨，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62
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