本实用新型专利技术公开了一种用于测量呼吸气中丙酮的装置，其结构包括呼吸气样品气体采集装置、测量光源装置、作为吸收池的中空光纤管、光检测器和信号处理控制器，中空光纤管与呼吸气样品气体采集装置管连接，测量光源装置通过光纤与中空光纤管一端连接，中空光纤管的另一端通过光纤与光检测器连接，光检测器与信号处理控制器信号连接。本实用新型专利技术能准确快速地测量出呼吸气中的丙酮含量，其完成与公开，是呼吸气丙酮测量技术的一步重大进展，大大推进了呼吸气丙酮测量技术的进步。根据人体呼吸气中丙酮含量与糖尿病之间的关系，本实用新型专利技术可用于糖尿病的诊断，并可将其广泛用于糖尿病的日常健康检查和糖尿病的临床快速筛选。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
用于测量呼吸气中丙酮的装置专利
本技术涉及一种人体呼吸气测量技术，尤其是涉及一种针对呼吸气中丙酮的测量技术，具体涉及一种呼吸气中丙酮的测量装置。
技术介绍
糖尿病是一个在世界范围内越来越严重的问题。世界卫生组织报道2000年全球糖尿病患者数目为1. 71亿，并预计到2030年这个数目将上升至3. 36亿。目前，中国糖尿病的发病率高达9. 7%，全国糖尿病人接近一亿且糖尿病发病呈年轻化趋势，中国已成为全球范围糖尿病增长最快的国家和地区，而且超越印度成为糖尿病第一大国。根据世界卫生组织2005年发布的预测数据，如不采取有效措施，2005年至2015年之间，因中风、糖尿病和心脏病将导致中国的国民收入损失5580亿美元(相当于39060亿元人民币)，这将对中国的可持续发展造成潜在威胁。糖尿病是糖、蛋白质、脂肪、水和电解质等一系列代谢紊乱综合征。从医学角度上看，糖尿病是由胰岛素绝对或相对缺乏导致复杂的代谢紊乱，主要表现为葡萄糖含量增加或密集脂肪组织增生。在缺乏胰岛素的情形下，人体直接的能量来源已不再是葡萄糖，取而代之的是酮类。酮类，也称作“酮体”，是一类当胰岛素不足时在人体内产生的化学物质。酮 (例如丙酮)产生于血液当中，并能通过尿液和呼吸系统等渠道排出体外。血液中的气相丙酮通过肺泡与肺泡气(呼出气)达到平衡，呼吸气中丙酮浓度在某种程度上反映了糖尿病患者的代谢情况。人体通过肺部排出丙酮，使得呼吸气有股水果香味。如果体内有大量的丙酮产生并且通过血液、尿液和呼吸系统传遍全身各部，这种情况通常意味着人体内没有足够的胰岛素或者是不能利用胰岛素以适当的方式产生人体细胞所需要的能量。因此，当体内的葡萄糖无法直接提供能量时，新陈代谢将燃烧脂肪，在脂肪氧化过程产生更多的酮体， 并将其作为一种替代的能源来源。在健康人体的血液中，酮的含量始终保持一定的水平，但糖尿病患者体内酮含量水平会有显著的增加，这种由糖尿病导致的酮含量升高是一种最常见的病理现象。酮类包括乙酰乙酸盐(AcAc)、3-β羟基丁酸盐(3ΗΒ)和丙酮。在糖尿病酮症酸中毒(DKA)中，低的胰岛素含量导致大量酮的产生。如附图1所示，在低碳水化合物条件下，AcAc在脂肪酸代谢中积累，3ΗΒ是AcAc在线粒体中的还原产物。这两种主要的酮体都是富含能量的化合物，它们能将能量从肝脏细胞转移到其他组织细胞。丙酮是AcAc自发的脱羧酸而产生的，是酮症酸中毒患者呼吸气中水果甜味的贡献者。目前可行的糖尿病初筛和诊断测试方法存在着不便利、不太愉快等缺点。例如空腹血糖测试(FPG)和口服葡萄糖耐量试验(OGTT)，这些测量方法需要静脉抽血且是以禁食为基础的测试，使得测量只能在早上进行。OGTT是在病人摄入75克口服葡萄糖含片2个小时后进行。大量的研究评估了这些方法在不同人群中的效果。FPG测试的特异性(正确判断没有疾病)超过96%，但灵敏度(正确识别疾病)只有50%左右。这样，由单一的FPG 测试大约有一半的糖尿病患者可能被误诊。OGTT的灵敏度和特异性分别为73%和80%，但这种测试方法的重现性相对较差(变异系数约为17% )。再者，血糖的自我监测通常是通过刺破手指，提取一滴血液，再用葡萄糖化学敏感试纸测试。一般来说，为了严格控制血糖含量并有效地减少并发症，建议糖尿病患者每天检查4-7次。这种糖尿病测试导致的生理上的痛苦和日常费用通常以每天两倍的速度增长。由于这些限制，科学家们一直在寻找非侵入性糖尿病血糖监测的有效方法。为了这个目标，各国投入大量的资金、人力以开发非侵入性测试技术，包括以拉曼光谱、红外光谱、近红外光谱、光声光谱、光散射和偏振变化进行测试。但迄今为止，这些技术都未达到令人满意的实际应用水平。人的呼吸气中存在多种挥发性的有机化合物(VOCs)，根据呼吸气中挥发性有机化合物诊断人患疾病具有悠久的历史。古希腊时期的医生就已经知道，人体呼吸气的香气可以为疾病诊断提供线索。精明的医师通常对病人的呼吸气气味非常警觉，可根据病人的呼吸气味常常能预判出病人所患的疾病，如糖尿病人的呼吸气味有水果香味，晚期肝癌病人的呼吸气味有腥恶臭霉味，肾脏衰竭病人的呼吸气味有尿味，肺脓疡腐烂病人的呼吸气味有恶臭味。对人呼吸气进行分析开始于1970年，Pauling和其合作伙伴利用气相色谱鉴定了 200余份人的呼吸气样品。从那以后，有关呼吸物质的生理意义和患者的临床情况的呼吸指标的相关性的问题已经变得越来越受到重视。1990年以来，研究人员一直在试图揭示各种呼吸物质和人体身体状况之间的关系。在对呼吸气体的化学物质鉴定研究中发现丙酮与血糖含量有关，并可作为糖尿病诊断的替代性生物标志物。健康人呼吸气中丙酮含量在几百ppbv，而糖尿病患者呼吸气中丙酮浓度范围则很广，最高可达数百甚至数千ppm，具体取决于个人的生理状况和血糖含量。由于人与人之间呼吸气中VOCs组成成分差别很大，并且至少包括数百种化学成分，呼吸气中丙酮浓度可低至几百ppbv，所以准确测定呼吸气丙酮含量是个很大的挑战。气相色谱与质谱仪、火焰电离测量器等的联用技术是目前呼吸气丙酮测量的主要手段。这些方法需要庞大的设备和熟练的操作人员，并且样品的采集、运输、储存和分离非常复杂耗时，因此这些方法不适用于实验室外的测量与应用，例如糖尿病的日常监测和预诊断。此外，呼吸气中痕量的丙酮在这些复杂的预处理过程中容易丢失，这是因为丙酮是可挥发性的化学活性物质。其它的一些测量方法(如光寻址电位传感器和电子鼻)对具体的组分选择性较小，因此，呼吸气中杂质对丙酮测量的干扰是不可避免的。最近，腔衰竭光谱技术被用于丙酮测量，测量范围为紫外线和近红外线波长范围内。虽然已有报道说丙酮蒸气测量法的丙酮浓度测量限为1. 5ppmv，但潮湿的呼吸气很容易影响腔镜反射率，且在不影响丙酮微含量情况下完全滤除呼吸气中大量的水蒸气是非常困难的，因为丙酮与水几乎可以以任意比例互溶，因此呼吸气湿度可能影响测量的灵敏度。此外，测量设备系统要用到高功率脉冲激光，由其所增加的成本在呼吸气分析中是个额外的负担。文献也报道了另一种测量呼吸气丙酮的方法，该方法基于丙酮与碱性水杨醛发生反应形成有色产物并在蓝色区域内有吸收，而且可被发射中心在465nm的氮化镓基发光二极管测量。用这种方法测量丙酮，丙酮的浓度测量限可低至14ppbv。然而，在实际呼吸样品分析中反应系统的记忆效应与痕量松散的丙酮是个潜在的问题
技术实现思路
针对现有技术的人体呼吸气中丙酮的测量技术现状，本技术的目的旨在提供一种新的能够准确快速测定呼吸气中丙酮含量的装置，以推进呼吸气丙酮测量技术的发展。本技术提供的用于测量呼吸气中丙酮的装置，其构成主要包括，呼吸气样品气体采集装置、测量光源装置、作为吸收池的中空光纤管、光检测器和信号处理控制器，中空光纤管与呼吸气样品气体采集装置管连接，测量光源装置通过光纤与中空光纤管一端连接，将测量光源装置发射出的测量光导入中空光纤管，中空光纤管的另一端通过光纤与光检测器连接，将穿过中空光纤管内呼吸气样品气体透射出来的测量光传导给光检测器，光检测器与信号处理控制器信号连接，将光检测器检测到的呼吸气样品气体吸收光谱信号与已知丙酮浓度的含丙酮混合气的吸收光谱进行比较，得出呼吸气样品气体中的丙酮含量。在上本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于测量呼吸气中丙酮的装置，其特征在于包括呼吸气样品气体采集装置、测量光源装置、作为吸收池的中空光纤管、光检测器和信号处理控制器，中空光纤管与呼吸气样品气体采集装置管连接，测量光源装置通过光纤与中空光纤管一端连接，将测量光源装置发射出的测量光导入中空光纤管，中空光纤管的另一端通过光纤与光检测器连接，将穿过中空光纤管内呼吸气样品气体透射出来的测量光传导给光检测器，光检测器与信号处理控制器信号连接，将光检测器检测得到的呼吸气样品气体吸收光谱信号与已知丙酮浓度的含丙酮混合气的吸收光谱进行比较，得出呼吸气样品气体中的丙酮含量。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：段忆翔，曹文清，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：实用新型
国别省市：90
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