人体呼吸气检测系统技术方案

本实用新型专利技术属于人体呼吸气检测技术领域。人体呼吸气检测系统，包括进气单元、进样管路单元、气路转换单元、检测与数据处理单元；所述进气单元包括呼吸面罩、进气管、出气管、单向阀、过滤器；所述气体成分判断单元由内层至外层依次为PTFE管、CO2浓度传感器、保温棉套、温控片、保温绝缘外壳与主控电路板；所述气路转换单元包括三通电磁阀、节流单向阀、集气室和针阀；所述检测与数据处理单元包括依次连接的流量计、飞行时间质谱仪、引流泵。本实用新型专利技术仅保留后半部分的肺泡气进入飞行时间质谱仪进行分析，避免了口腔气对样品中待测VOCs组分的干扰，使得分析结果更加准确。使得分析结果更加准确。使得分析结果更加准确。

【技术实现步骤摘要】
人体呼吸气检测系统


[0001]本技术属于人体呼吸气检测


技术介绍

[0002]呼吸气检测作为一种了解人体生理代谢，特别是早期重大疾病诊断与筛查的方法受到越来越多的重视。人体呼吸气主要是由氮气、二氧化碳、氧气、水蒸气、惰性气体和痕量的挥发性有机物(VOCs)组成。目前检测到的人体中的VOCs多达上千种，其体积浓度在ppmv到ppbv范围，主要有丙酮、异戊二烯、戊烷等。由于呼吸气中VOCs的种类和浓度与人体新陈代谢密切相关，因此很多疾病研究开始关注呼吸气中的VOCs。呼吸气检测能帮助更早期的发现疾病，比如在疾病症状出现之前，人体内的氧化应激就会不同，相应的生物标识物就会出现在呼吸气中。不同的疾病在呼吸气中都会有相应的生物标识物，已报道的生物标识物包括异戊二烯、丙酮、以戊烷为代表的一系列烷烃等。这些生物标识物广泛存在于不同的个体中，并且反映一定的人体生理与病理情况。根据从呼气开始到结束的不同阶段，人体呼吸气可以分为口腔气、呼吸道内气(过渡气)与肺泡气。肺泡气主要来自肺泡深处，是与血液之间进行物质交换产生的气体，被认为是最能代表个体新陈代谢的一种气体，内含丰富的VOCs，是呼吸气用于疾病诊断的目标成分。组织细胞的新陈代谢不仅产生VOCs也释放CO2，两者在人体的循环过程相同，由于肺泡内交换到呼吸道的气体中的CO2浓度较外界环境更高，因此可以根据呼出气体中CO2的浓度判断肺泡气呼出的时间。
[0003]人体呼吸气VOCs的检测方法按进样方式可以分为离线分析与实时在线分析。离线分析主要以气袋采集结合气相色谱<br/>‑
质谱联用(GC
‑
MS)为主，由于GC
‑
MS定性定量的能力较强，能够对呼吸气中的未知组分进行探索，因此在寻找呼出气生物标志物方面具有重要的价值。但是由于呼出气中VOCs的浓度通常在ppt
‑
ppb的范围内，通常需要与固相微萃取(SPME)等预富集技术进行联用，比较耗时，并且样品中的目标组分在长时间转移与等待的过程中可能发生变化。目前呼吸气VOCs实时在线分析技术以质子转移反应飞行时间质谱(PTR
‑
TOFMS)为主，这是一种高灵敏度的VOCs检测技术，能够降低检出限至ppt级别，配合高分辨率的飞行时间质量分析器，提高了仪器对呼吸气中不同VOCs组分的鉴别能力。该技术避免了复杂的样品前处理过程对目标组分的污染与损耗，从而实现人体呼吸气中痕量VOCs成分的实时在线监测。
[0004]目前国内外已有许多人体呼吸气VOCs实时监测技术的报告。中国科学院广州地球化学研究所开发了一种通过质子转移反应飞行时间质谱(PTR
‑
TOFMS)实时监测呼吸气中VOCs的方法。该方法将自制的呼吸气缓冲采样管与PTR
‑
TOFMS连接，通过垂直于仪器采样管线的缓冲管，延缓了人体呼出气末端肺泡气的进样时间，从而让肺泡气在口腔气之后进入仪器。

技术实现思路

[0005]现有方法的采样管路虽然能够延缓肺泡气的进样时间，但受试者在呼气之后必须
离开采样管并堵住进气口，才能让缓冲管中的气体完全进入仪器，操作较为繁琐。另外该方法虽然实现了口腔气与肺泡气的初步分离，但无法准确的判断口腔气与肺泡气进入仪器的时间，容易对分析结果造成干扰。针对该方法的一些不足之处，本技术设计了一种可供受试者在监测过程中正常呼吸的面罩，并通过CO2浓度传感器控制三通电磁阀实现气路的切换，将呼吸气中的口腔气提前排出采样管路，仅保留肺泡气进入仪器进行分析。
[0006]本技术提供了一种人体呼吸气检测系统，包括进气单元、进样管路单元、气路转换单元、检测与数据处理单元；所述进气单元包括呼吸面罩、进气管、出气管、单向阀、过滤器；所述进气管固定在呼吸面罩内的上部；所述出气管固定在呼吸面罩内的下部；所述出气管、单向阀、过滤器依次气路连接；所述进样管路单元从里往外各层分别为PTFE管、保温棉套、电热伴带和保温绝缘套；所述气路转换单元包括三通电磁阀、节流单向阀、集气室和针阀；所述三通电磁阀第二端口通过进样管路单元与节流单向阀气路连接；所述三通电磁阀第三端口通过进样管路单元与集气室和针阀依次气路连接；所述检测与数据处理单元包括依次连接的流量计、飞行时间质谱仪、引流泵；所述过滤器的出气口通过进样管路单元与三通电磁阀的第一端口气路连接；所述针阀的出气端通过进样管路单元与检测与数据处理系统的流量计的入口气路连接。
[0007]在本技术的具体实施方式中，还包括气体成分判断单元；所述气体成分判断单元设置在过滤器的出气端与三通电磁阀的第一端口连通的进样管路单元上；所述气体成分判断单元由内层至外层依次为PTFE管、保温棉套、温控片和保温绝缘外壳；所述PTFE管的气路通道内设置有CO2浓度传感器；所述保温绝缘外壳上设置有主控电路板。
[0008]在本技术的具体实施方式中，还包括三通接头和气体成分判断单元；所述三通接头第一端口通过进样管路单元与过滤器的出气口气路连接，所述三通接头第二端口通过进样管路单元与连接气体成分判断单元气路相连，所述三通接头的第三端口通过进样管路单元与三通电磁阀第一端口气路相连；所述气体成分判断单元由内层至外层依次为PTFE管、保温棉套、温控片和保温绝缘外壳；所述PTFE管的气路通道内设置有CO2浓度传感器；所述保温绝缘外壳上设置有主控电路板。
[0009]本技术通过CO2传感器与电磁阀控制气路切换，从而实现将人体呼吸气中的口腔气与肺泡气完全分离，避免了口腔气对检测结果的干扰。同时在采集气体的过程中受试者无需进行任何操作，能够始终保持正常的呼吸状态，更加舒适便捷。
[0010]本技术对传统的人体呼吸气采样管路进行了改进，使用CO2传感器控制三通电磁阀实现气路切换，从而将呼吸气样品前半部分的口腔气提前排出，仅保留后半部分的肺泡气进入飞行时间质谱仪进行分析，避免了口腔气对样品中待测VOCs组分的干扰，使得分析结果更加准确。
[0011]本技术的整套系统将经过改进的呼吸气采样管路与飞行时间质谱仪结合，利用飞行时间质谱仪响应速度快、灵敏度高、质量分辨率高、无需前处理等技术优势，实现了人体呼吸气中的一些痕量VOCs成分的实时快速分析，避免了过长的等待时间与前处理过程对样品造成的影响。
附图说明
[0012]图1是人体呼吸气检测系统结构简图。
[0013]其中，1是进气单元，其中1
‑
1是呼吸面罩、1
‑
2是进气管、1
‑
3是出气管、1
‑
4是单向阀、1
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5是过滤器；2是进样管路单元；3是气体成分判断单元；4是气路转换单元，其中4
‑
1是三通电磁阀、4
‑
2是节流单向阀、4
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3是集气室、4
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4是针阀；5是检测与数据处理单元，其中5
‑
1是流量计、5
‑
2是飞行时间质本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.人体呼吸气检测系统，其特征在于，包括进气单元、进样管路单元、气路转换单元、检测与数据处理单元；所述进气单元包括呼吸面罩、进气管、出气管、单向阀、过滤器；所述进气管固定在呼吸面罩内的上部；所述出气管固定在呼吸面罩内的下部；所述出气管、单向阀、过滤器依次气路连接；所述进样管路单元从里往外各层分别为PTFE管、保温棉套、电热伴带和保温绝缘套；所述气路转换单元包括三通电磁阀、节流单向阀、集气室和针阀；所述三通电磁阀第二端口通过进样管路单元与节流单向阀气路连接；所述三通电磁阀第三端口通过进样管路单元与集气室和针阀依次气路连接；所述检测与数据处理单元包括依次连接的流量计、飞行时间质谱仪、引流泵；所述过滤器的出气口通过进样管路单元与三通电磁阀的第一端口气路连接；所述针阀的出气端通过进样管路单元与检测与数据处理系统的流量计的入口气路连接。2.依据权利要求1所述人体呼吸...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖小强，段晨晖，魏文，仵生芳，胡丹，杜玥萱，
申请(专利权)人：北京雪迪龙科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：