用于分析人类呼吸样本的气体收集装置和方法制造方法及图纸

一种用于由用户使用的气体收集装置包括：壳体，其具有用于允许呼吸样本流过的入口和出口，壳体包括第一隔间和第二隔间；化学电阻分析组件，其包括耦合到传感器阵列并且设置在第一隔间内的衬底，衬底可操作地连接到电压控制单元和电阻控制单元，电压控制单元耦合到壳体以将传感器阵列加热至希望的温度，电阻控制单元耦合到壳体以测量传感器阵列中的电阻；光学分析组件，其具有耦合到第二隔间的发光二极管阵列和光电二极管阵列；以及处理器，其耦合到壳体并且可操作地连接到化学电阻分析和光学分析组件。

Gas collection devices and methods for the analysis of human respiratory samples

For a gas collecting device used by a user includes a housing having used to allow the breath samples through the entrance and exit, the housing includes a first compartment and a second compartment; chemical resistance analysis of components, including coupling to the sensor array and the substrate is arranged in the first compartment, the substrate is operatively connected to the control unit and the voltage the resistance control unit, a voltage control unit coupled to the housing to be heated to a temperature sensor array of hope, resistance of the control unit is coupled to the housing by resistance measurement sensor array; optical component analysis, it is coupled to the photodiode array light emitting diode array and second compartments; and a processor coupled to the housing and operably connected to the chemical resistance analysis and optical component analysis.

【技术实现步骤摘要】
用于分析人类呼吸样本的气体收集装置和方法
这里的实施例主要涉及一种用于分析人类的呼吸的装置和方法。
技术介绍
人类呼吸是复杂的并且在典型样本中估计具有多达200个不同气体组分。这些气体中的一些气体存在数量小、比如十亿分之1-100(ppb)，因此需要准确的方法和设备恰当地检测这些组分。若干光学和化学电阻分析已经用来确定在样本中存在的气体的比率。通过使用已知为光电传感器的传感器来进行光学分析。样本中的气体暴露于由源生成的光。气体与光的相互作用使光的强度和/或波长改变。通过分析光的波长的改变，可以确定在样本中存在的气体的比率。通过使用称为化学传感器或者电化学电阻材料的传感器来进行电化学分析。在这些分析期间，样本中的气体与传感器相互作用，这使传感器的电阻性质改变。化学传感器的感测材料一般地被加热至在50-700摄氏度这一范围内的高温。这一加热过程增加化学传感器对存在的气体的选择性和敏感度。例如化学传感器的电阻可以在被加热至400摄氏度时在存在氧的情况下剧烈地改变、但是在其它温度改变不多。相同的化学传感器的电阻可能在加热至600摄氏度时在存在丙酮的情况下剧烈地改变。通过测量一个或者多个化学传感器在各种温度的电阻，可以估计在样本中存在的气体的比率。虽然有对开发光学和化学电阻技术和设备的许多研究，但是开发有能力检测样本中的微量气体的便携设备仍然是一个挑战。这样，在行业中需要一种用于以增强的准确性确定样本中的气体的比率的气体收集装置和方法。具体而言，需要一种组合光学和化学电阻分析以确定在人类的呼吸样本中存在的气体的比率的气体收集装置和方法。
技术实现思路
提供一种用于由用户使用以对呼吸样本执行光学和化学电阻分析以识别用户患有的多个疾患中的任一疾患的气体收集装置。气体收集装置包括：壳体，其包括配置为允许呼吸样本流过的可密封的入口和可密封的出口，壳体包括第一隔间和第二隔间；化学电阻分析组件，其包括衬底，衬底有耦合到传感器阵列并且设置在第一隔间内的加热元件，衬底的加热元件可操作地连接到电压控制单元和电阻控制单元，电压控制单元耦合到壳体并且配置为将传感器阵列加热至希望的温度，电阻控制单元耦合到壳体并且配置为测量传感器阵列中的电阻；光学分析组件，其包括耦合到第二隔间的相对壁的发光二极管阵列和光电二极管阵列；以及处理器，其耦合到壳体并且可操作地连接到化学电阻分析和光学分析组件；其中，处理器被配置为基于在与第一隔间中的呼吸样本相互作用时在传感器阵列中的测量的电阻确定在呼吸样本中存在的气体的第一比率，其中处理器被配置为基于在与第二隔间中的呼吸样本相互作用时如光电二极管阵列确定的、由发光二极管阵列发射的光的强度和/或波长的改变确定在呼吸样本中存在的气体的第二比率。在某些实施例中，提供一种用于对用户的呼吸样本执行光学和化学电阻分析以识别用户遭受的多个疾患中的任一疾患的方法。该方法包括：提供气体收集装置；收集在壳体内的呼吸样本以填充第一隔间和第二隔间；基于在与第一隔间中的呼吸样本相互作用时传感器阵列中的测量的电阻和基于在与第二隔间中的呼吸样本相互作用时如光电二极管阵列确定的、由发光二极管阵列发射的光的强度和/或波长的改变确定呼吸样本中的气体的比率；以及基于呼吸样本中的气体的比率识别用户患有的多个疾患中的任一疾患。附图说明以下将参照附图做出对本专利技术的一些实施例的具体描述，其中各图公开本专利技术的一个或者多个实施例。图1描绘气体收集装置的某些实施例的示意图；图2描绘气体收集装置的某些实施例的示意图；图3描绘气体收集装置的某些实施例的示意图；图4描绘根据气体收集装置的某些实施例的用于对呼吸样本的光学和化学电阻分析的方法的流程图；以及图5描绘气体收集装置的某些实施例的示意图。具体实施方式如图1中描绘的那样，气体收集装置被配置为收集分析物、比如呼吸样本16并且以增强的准确性确定在样本中存在的气体的比率。这在识别和/或监视用户(未示出)患有的任何健康疾患或者疾病时有用。气体收集装置主要地包括壳体44、入口18、出口20、第一过滤膜34、第二过滤膜36、CPU22、阀控制单元26、电压控制单元28和电阻控制单元30。壳体44包括多个隔间，这些隔间包括基于光学的传感器隔间和基于化学电阻的传感器隔间。在壳体44的顶部部分中，入口18和出口20耦合到相对的侧壁。入口18包括设置在其中的入口传感器(未示出)。在某些实施例中，出口20可以包括设置在其中的出口传感器(未示出)。入口和出口传感器可操作地连接到阀控制单元26并且能够检测流过的空气的压强。阀控制单元26从入口和/或出口传感器接收的气压数据被传输到CPU22，该CPU能够基于数据打开和/或关闭入口18和出口20。内壁38耦合到第一过滤膜34和壳体44的顶面。这建立了两个内部通道，即用于指引经由入口18流入的空气的第一通道和用于指引经由出口20流出的空气的第二通道。壳体44的基于光学的传感器隔间由在第一过滤膜34、第二过滤膜36和壳体44的侧壁之间的空间产生。基于光学的传感器隔间被配置为执行对其中存在的空气和/或呼吸样本的光学分析。在基于光学的传感器隔间中，LED阵列24耦合到第一侧壁而光电二极管阵列32耦合到与第一侧壁相反的第二侧壁。LED阵列24可操作地连接到CPU22并且可以包括以多种布置方式布置的任何数目的发光二极管。LED阵列24中的发光二极管可以被配置为发射具有不同波长的光。光电二极管阵列32可操作地连接到CPU22并且被配置为检测LED阵列24发射的光在与在隔间中存在的空气样本相互作用之后的强度和/或波长和/或能量。壳体44的基于化学电阻的传感器隔间由在第二过滤膜36、壳体44的底面和壳体44的侧壁之间的空间产生。传感器阵列42和衬底40均设置在基于化学电阻的传感器隔间内并且可操作地连接到电压控制单元28、电阻控制单元30和CPU22。电压控制单元28被配置为向衬底40的加热器元件发送电压以将传感器阵列42加热至希望的温度。电阻控制单元30被配置为在任何给定的时间测量传感器阵列42中的电阻。CPU22控制电压控制单元28和电阻控制单元30二者并且记录由这些单元生成的任何操作数据。衬底40优选地由玻璃或者其它柔性聚合物制成并且被配置为容纳加热器元件(未示出)和支撑传感器阵列42。在一个实施例中，加热器元件可以包括在本领域中已知的任何微加热器结构。传感器阵列42可以包括任何数目和类型的材料，这些材料包括但不限于半传导氧化物，比如WO3、MoO3、SnO2、TiO2和Sb：SnO2，聚合物、比如聚苯胺和聚吡咯以及金属催化剂、比如Pd、Pt、Ni、Cu、Ag和Fe。这些示例的感测材料用于确定在空气或者人类呼吸样本中存在某些组分、比如丙酮、乙醇、甲醇、氨、二氧化碳、氧化氮等。在操作中，气体收集装置被配置为从用户(未示出)捕获和分析呼吸样本16。图2-3描绘包括三种组分的典型人类呼吸循环。人类呼吸循环14包括吸气时段、休止时段和呼气时段。这些组分随着人类继续吸气和呼气而重复。每个呼吸循环14包括造成最大正峰值压强10的呼气和造成最大负峰值压强12的吸气。在一个示例实施例中，用户通过经过如图1中所示的入口18的呼气来生成呼吸样本16。CPU22经由入口传感器检测呼气循环。在一个优选实施例中，CPU2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于由用户使用以对呼吸样本执行光学和化学电阻分析以识别所述用户患有的多个疾患中的任一疾患的气体收集装置，所述气体分析装置包括：壳体，其包括配置为允许所述呼吸样本流过的可密封的入口和可密封的出口，所述壳体包括第一隔间和第二隔间；化学电阻分析组件，其包括耦合到传感器阵列并且设置在所述第一隔间内的衬底，所述衬底可操作地连接到电压控制单元和电阻控制单元，所述电压控制单元耦合到所述壳体并且配置为将所述传感器阵列加热至希望的温度，所述电阻控制单元耦合到所述壳体并且配置为测量所述传感器阵列中的电阻；光学分析组件，其包括耦合到所述第二隔间的相对的壁的发光二极管阵列和光电二极管阵列；以及处理器，其耦合到所述壳体并且可操作地连接到所述化学电阻分析和光学分析组件；其中，所述处理器被配置为基于在与所述第一隔间中的所述呼吸样本相互作用时在所述传感器阵列中的测量的所述电阻确定在所述呼吸样本中存在的气体的第一比率，其中，所述处理器被配置为基于在与所述第二隔间中的所述呼吸样本相互作用时如所述光电二极管阵列确定的、由所述发光二极管阵列发射的光的波长的改变确定在所述呼吸样本中存在的气体的第二比率。

【技术特征摘要】
2016.06.09 US 15/178,4071.一种用于由用户使用以对呼吸样本执行光学和化学电阻分析以识别所述用户患有的多个疾患中的任一疾患的气体收集装置，所述气体分析装置包括：壳体，其包括配置为允许所述呼吸样本流过的可密封的入口和可密封的出口，所述壳体包括第一隔间和第二隔间；化学电阻分析组件，其包括耦合到传感器阵列并且设置在所述第一隔间内的衬底，所述衬底可操作地连接到电压控制单元和电阻控制单元，所述电压控制单元耦合到所述壳体并且配置为将所述传感器阵列加热至希望的温度，所述电阻控制单元耦合到所述壳体并且配置为测量所述传感器阵列中的电阻；光学分析组件，其包括耦合到所述第二隔间的相对的壁的发光二极管阵列和光电二极管阵列；以及处理器，其耦合到所述壳体并且可操作地连接到所述化学电阻分析和光学分析组件；其中，所述处理器被配置为基于在与所述第一隔间中的所述呼吸样本相互作用时在所述传感器阵列中的测量的所述电阻确定在所述呼吸样本中存在的气体的第一比率，其中，所述处理器被配置为基于在与所述第二隔间中的所述呼吸样本相互作用时如所述光电二极管阵列确定的、由所述发光二极管阵列发射的光的波长的改变确定在所述呼吸样本中存在的气体的第二比率。2.根据权利要求1所述的气体收集装置，其中所述壳体包括连接到所述入口和出口的第三隔间以及耦合到所述壳体以在所述第三隔间内建立入口部分和出口部分的壁。3.根据权利要求2所述的气体收集装置，还包括划分所述第二隔间和所述第三隔间的第一过滤膜以及划分所述第一隔间和所述第二隔间的第二过滤膜，其中，所述第一过滤膜和第二过滤膜的每个过滤膜被配置为阻止所述呼吸样本中的湿气或者不希望的颗粒。4.根据权利要求3所述的气体收集装置，还包括耦合到所述入口的入口传感器、耦合到所述出口的出口传感器和耦合到所述壳体并且可操作地连接到所述处理器、所述入口传感器和所述出口传感器的阀控制单元，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：萨伊德·阿兹米，伊拉恩·法尔贾米，
申请(专利权)人：戴诺赛恩斯公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE