基于信息融合的累积式呼气检测方法与系统技术方案

基于信息融合的累积式呼气检测方法与系统，涉及医学检测技术领域，本发明专利技术先利用多次累积的方式提升呼出气样收集区中生物标志物的浓度，再通过将多传感器的检测数据融合，实现呼气生物标志物浓度检出。与传统呼气检测方式不同，本发明专利技术以设有传感器的口罩为实施检测的载体，当口罩中呼出气样收集区的生物标志物浓度达到平衡状态后，系统基于各传感器的监测数据结合相应的算法即可计算出检测结果，整个检测过程中无需执行严格、复杂的操作，大大简化了呼气检测操作流程，用户可以自主完成呼气生物标志物的检测，非常方便。非常方便。非常方便。

【技术实现步骤摘要】
基于信息融合的累积式呼气检测方法与系统


[0001]本专利技术涉及医学检测
，特别涉及一种基于信息融合的累积式呼气检测方法与系统。

技术介绍

[0002]呼出气体中包含代谢产生的内源性无机气体和痕量挥发性有机物（VOCs），这些物质与人体生理代谢、疾病的发生和发展具有密切的关系，可作为呼吸生物标志物（BreathBiomakers）用作呼气分析，从而实现临床疾病的无创诊断。例如，呼气中内源性丙酮的浓度与体内血糖浓度正相关，已成为糖尿病诊断的呼气生物标志物之一，NO浓度是哮喘等肺部疾病初步诊断的标志物，醛类成分与肿瘤病症存在联系，如甲醛和乙醛分别是肺癌和乳腺癌的呼吸生物标志物。近些年来，呼气诊断在临床上的应用不断拓展，例如幽门螺旋杆菌感染C13/C14标记尿素呼气检测，炎症NO呼气检测等。现有技术中针对呼吸生物标志物的检测几乎都是采用单次测定的方式，为减少干扰误差，大多对于操作过程有严格的规定（例如幽门螺旋杆菌呼气检测需要在空腹的前提下进行，C13呼气检测时，要求病人先正常呼吸，然后憋气十秒钟，呼出前半段气体，将后半段气体吹入袋子内盖好，再服用一粒C13尿素胶囊，等待30分钟后再次重复上述动作。C14呼气检测时，需要先服用一粒C14尿素胶囊，等待30分钟后再向集气卡内平稳、缓慢吹气一到三分钟，直至指示窗口变色。根据呼出气体检测出的碳13或碳14的量，即可间接测定胃内幽门螺旋杆菌的活跃程度），总的来说，当前所有的呼气检测均需要在专业人员的指导/帮助下进行，用户无法自主实施检测操作。
[0003]中国专利文献CN108451077A公开了一种口罩的呼吸检测方法，其通过设置在口罩上的传感器组件获取用户的初始呼吸数据，再对初始呼吸数据进行处理，得到有效呼吸数据，最后根据有效呼吸数据确定用户的呼吸频率和呼吸强度。该方案虽然可以在用户佩戴口罩时自主检测其呼吸频率和呼吸强度，但其并不能对用户呼气中的生物标志物进行检测。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一是提供一种以口罩为媒介、基于信息融合的累积式呼气检测方法，以简化呼气检测操作方式，提高呼气生物标志物检测的方便性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供的基于信息融合的累积式呼气检测方法包括以下步骤：1）通过第一传感器组件检测用户佩戴口罩后的吸气或呼气流量；2）通过第二传感器组件对用户所佩戴的口罩中呼出气样收集区内的气体进行检测，直至检测到的生物标志物浓度较前次的变化值小于设定的阈值；3）确定各呼吸周期的呼气结束时间及吸气或呼气量；4）按下式计算用户呼出气体中的呼气生物标志物浓度C
EM
：C
EM
=V*ΔC/(a
‑
Q
n
*b/C
n
)；
其中，V为预先标定的呼出气样收集区的容积；ΔC为检测过程中生物标志物浓度变化值，ΔC=C
n
‑
C0，C
n
为末次呼气结束时所检测到的生物标志物浓度值，C0为呼出气样收集区内生物标志物的背景浓度值；Q
n
为检测到的生物标志物浓度较前次的变化值小于设定阈值时所对应呼吸周期的用户吸气或呼气量；a为检测过程中用户的吸气或呼气总量；b为呼气结束时所检测到的各生物标志物浓度值的总和。
[0006]于本专利技术一实施例中，步骤3）中是根据吸气或呼气量的变化情况确定各呼吸周期的呼气结束时间。
[0007]于本专利技术一实施例中，在步骤1）中，为所述口罩配置独立的进气路径，通过第一传感器组件监测口罩进气路径上的气体流量变化；步骤3）中，根据所述进气路径上的气体流量变化情况确定吸气开始与结束时间，从而得出每个呼吸周期的吸气量，并以下一呼吸周期的吸气开始时间作为前一周期的呼气结束时间。
[0008]于本专利技术另一实施例中，在步骤1）中，为所述口罩配置独立的排气路径，通过第一传感器组件监测口罩排气路径上的气体流量变化；步骤3）中，根据所述气体流量变化情况确定各呼吸周期中呼气开始与结束时间，进而得出每个呼吸周期的呼气量。
[0009]于本专利技术一实施例中，在步骤2）中，通过为所述口罩配置连接其排气路径末端且相较于排气路径膨胀变大的排气缓冲室，并通过滤布在排气缓冲室与外部环境之间形成屏障并以该排气缓冲室的内腔作为呼出气样收集区。
[0010]基于与上述检测方法相同的技术构思，本专利技术还涉及一种累积式呼气检测系统，其包括：口罩，包括口罩本体，所述口罩本体内设置有呼出气样收集区；第一传感器组件，安装在口罩本体上，用于检测用户佩戴口罩后于每个呼吸周期的吸气或呼气量；第二传感器组件，安装在口罩本体上，用于对所述呼出气样收集区内的气体进行检测；数据处理单元，与所述第一传感器组件及第二传感器组件通信连接，用于确定各呼吸周期的呼气结束时间，以及按以下方式计算用户呼出气体中的呼气生物标志物浓度C
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：C
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=V*ΔC/(a
‑
Q
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*b/C
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)；其中，V为呼出气样收集区的容积；ΔC为检测过程中生物标志物浓度变化值，ΔC=C
n
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C0，C
n
为末次呼气结束时所检测到的生物标志物浓度值，C0为呼出气样收集区内生物标志物的背景浓度值；Q
n
为生物标志物浓度的变化小于设定阈值时所对应呼吸周期的用户吸气或呼气量；a为检测过程中用户的吸气或呼气总量；b为呼气结束时所检测到的各生物标志物浓度值的总和。
[0011]于本专利技术一实施例中，所述口罩本体上设有相较于排气路径独立的集中进气道，所述集中进气道中设置有单向进气阀，所述第一传感器组件被配置为监测集中进气道中的气体流量变化，所述第一传感器组件的监测点位于单向进气阀的外侧，所述数据处理单元
根据集中进气道中的气体流量变化情况确定吸气开始与结束时间，进而计算出每个呼吸周期的吸气量。
[0012]于本专利技术另一实施例中，所述口罩本体上设有相较于进气路径独立的集中排气道，所述集中排气道中设置有单向排气阀，所述第一传感器组件被配置为监测集中排气道中的气体流量变化，所述第二传感器组件的监测点位于单向排气阀的外侧，所述数据处理单元根据集中排气道中的气体流量变化情况确定呼气开始与结束时间，进而计算出每个呼吸周期的呼气量。
[0013]优选地，所述口罩的排气路径末端连接有膨胀变大的排气缓冲室，所述排气缓冲室的排气端设有用于在其内腔与外部环境之间形成屏障的滤布，所述排气缓冲室的内腔即为呼出气样收集区。
[0014]优选地，在所述口罩本体上设置有单向进气阀与单向排气阀，所述口罩本体包括朝向外部环境侧的外层、朝向用户侧的内层以及设置在外层与内层之间的支架，所述支架位于口罩本体中心处且其包括内拱和外拱，所述内拱与内层贴合，所述外拱与外层贴合，在所述内拱与外拱之间形成作为呼出气样收集区的腔室，所述单向进气阀的输入端和输出端分别位于口罩本体的外侧与内侧，所述单向排气阀的输入端位于口罩本体的内侧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于信息融合的累积式呼气检测方法，其特征在于，包括以下步骤：1）通过第一传感器组件检测用户佩戴口罩后的吸气或呼气流量；2）通过第二传感器组件对用户所佩戴的口罩中呼出气样收集区内的气体进行检测，直至检测到的生物标志物浓度较前次的变化值小于设定的阈值；3）确定各呼吸周期的呼气结束时间及吸气或呼气量；4）按下式计算用户呼出气体中的呼气生物标志物浓度C
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：C
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=V*ΔC/(a
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*b/C
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)；其中，V为预先标定的呼出气样收集区的容积；ΔC为检测过程中生物标志物浓度变化值，ΔC=C
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C0，C
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为末次呼气结束时所检测到的生物标志物浓度值，C0为呼出气样收集区内生物标志物的背景浓度值；Q
n
为检测到的生物标志物浓度较前次的变化值小于设定阈值时所对应呼吸周期的用户吸气或呼气量；a为检测过程中用户的吸气或呼气总量；b为呼气结束时所检测到的各生物标志物浓度值的总和。2.如权利要求1所述累积式呼气检测方法，其特征在于：步骤3）中，根据吸气或呼气量的变化情况确定各呼吸周期的呼气结束时间。3.如权利要求1所述累积式呼气检测方法，其特征在于：步骤1）中，为所述口罩配置独立的进气路径，通过第一传感器组件监测口罩进气路径上的气体流量变化；步骤3）中，根据所述进气路径上的气体流量变化情况确定吸气开始与结束时间，从而得出每个呼吸周期的吸气量，并以下一呼吸周期的吸气开始时间作为前一周期的呼气结束时间。4.如权利要求1所述累积式呼气检测方法，其特征在于：步骤1）中，为所述口罩配置独立的排气路径，通过第一传感器组件监测口罩排气路径上的气体流量变化；步骤3）中，根据所述气体流量变化情况确定各呼吸周期中呼气开始与结束时间，进而得出每个呼吸周期的呼气量。5.如权利要求3或4所述累积式呼气检测方法，其特征在于：步骤2）中，为所述口罩配置连接其排气路径末端且相较于排气路径膨胀变大的排气缓冲室，通过滤布在排气缓冲室与外部环境之间形成屏障并以该排气缓冲室的内腔作为呼出气样收集区。6.基于信息融合的累积式呼气检测系统，其特征在于，包括：口罩，包括口罩本体，所述口罩本体内设置有呼出气样收集区；第一传感器组件，安装在口罩本体上，用于检测用户佩戴口罩后吸气或呼气的流量；第二传感器组件，安装在口罩本体上，用于对所述呼出气样收集区内的气体进行检测；数据处理单元，与所述第一传感器组件及第二传感器组件通信连接，用于确定各呼吸周期的呼...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹科，刘岸松，喻密，刘超，阳志军，陈文康，
申请(专利权)人：南华大学附属第一医院，
类型：发明
国别省市：