一种呼出气体的检测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种呼出气体的检测系统，其包括呼气分析仪和计算机，呼气分析仪包括微型真空泵、气室、传感器阵列、信号处理电路和数据采集卡，传感器阵列包括气体传感器和环境监测传感器，真空泵将呼出气体或洁净空气抽入到气室中，与传感器阵列接触，信号处理电路将传感器的响应进行滤波、放大后发送到数据采集卡，数据采集卡再将处理后的响应数字化后发送到计算机。本发明专利技术可以用于与呼气相关的身体状况的辅助分析，如糖尿病的诊断，糖尿病患者血糖的监测和酮症酸中毒的预防，健身或减肥过程中脂肪消耗情况的监测等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种检测领域，尤其涉及呼出气体的检测系统。
技术介绍
糖尿病是一种以血糖升高、多种代谢紊乱为特征，累及多种器官、组织和功能的疾病，对人类健康危害极大。近年来，随着人们生活水平的提高，该病的发病率也在不断攀升，据世界糖尿病联盟的数据显示，全球目前有近2.9亿糖尿病患者。其中，新增加的糖尿病病人主要集中在印度和中国等发展中国家。另根据2011年的数据显示，我国已经成为世界第一糖尿病大国，患病率在近10年翻了近两倍，达9.7%，高过世界平均水平的6.4%。同时，中国糖尿病高危人群也在扩大，约有1.5亿人。可见糖尿病的及早诊断对社会有重要意义。糖尿病的诊断一般是以血糖为依据的。由于抽血是一种有创检测，并且需要专业人员完成，因此不少患者忽视血糖检查，错过了最佳的治疗时间。对于确诊的 糖尿病患者来说，也需要经常性地进行血糖监测，才有可能避免或减缓高血糖带来的各种并发症，从而改善患者的生活质量。对于接受胰岛素治疗的患者，为了确定胰岛素用量，必须每日规律性地检测血糖。最常见的血糖监测手段，是利用便携式血糖仪通过“扎手指”的方式来测试。糖尿病患者由于需要持续的监测血糖，往往手指上遍布针目艮，其痛苦自不待言。因此，社会迫切需要一种无创的糖尿病诊断和血糖监测设备。目前已经有一些无创血糖监测技术问世，如反向离子渗透、生物阻抗光谱、近红外光谱等，但它们都存在通用性不强、精度不高等一些不足之处。大量研究表明，糖尿病患者呼出气体中的丙酮浓度明显高于健康人，并且糖尿病人的血糖指标和呼出气体中丙酮的浓度成正相关。这是因为糖尿病患者体内缺乏或无法有效利用胰岛素，导致脂肪代替葡萄糖供能，而丙酮为脂肪代谢中的一种副产物，并且一部分会随着呼出排出。因此，呼出气体中丙酮的变化可以作为诊断糖尿病、估测血糖高低的一个指标。对一个人的呼出气体进行分析可以成为及早检测糖尿病以及监控血糖指标的一个行之有效的方法。此外，一些文献指出，呼出中一些其他成分，例如硝酸甲酯、一氧化碳和异戊二烯等，其浓度也与血糖存在联系。还有一些文献指出，呼气丙酮与血糖的联系与病人的个体情况有关，分析时需要区别对待。检测气体的种类和浓度，传统的方法是利用气相色谱/质谱仪。近年来，人们也提出了很多基于质谱或光谱的改进方法。然而，这类方法一般成本较高，并且需要专业人员来操作。另外，这类方法只能分析一些已知的确定成分，例如丙酮。基于电子鼻原理的方法是另外一类解决方案，该类方法利用电子气体传感器和适当的模式识别方法来对气体进行分析。和基于质谱或光谱的方法相比，该类方法具有成本低、速度快、操作简单、便携性好等优势。由于气体传感器可以对多种气体敏感，不同的传感器有不同的敏感谱，因此可以利用这种特性结合模式识别方法来分析多种已知/未知气体的混合物，如上面提到的丙酮、硝酸甲酯、一氧化碳等，用统计的方法找出最优的评价方案。然而，气体传感器的这种特性也使得电子鼻容易受到呼出中与血糖无关的干扰气体的干扰。另外，现有的基于电子鼻原理的糖尿病诊断和血糖监测方法的缺点还包括:信号容易随环境参数漂移，评价方法没有考虑病人的个体情况等。
技术实现思路
为了解决现有技术中问题，本专利技术提供了一种呼出气体的检测系统，其包括呼气分析仪和计算机，呼气分析仪包括微型真空泵、气室、传感器阵列、信号处理电路和数据采集卡，传感器阵列包括气体传感器和环境监测传感器，真空泵将呼出气体或洁净空气抽入到气室中，与传感器阵列接触，信号处理电路将传感器的响应进行滤波、放大后发送到数据采集卡，数据采集卡再将处理后的响应数字化后发送到计算机。作为本专利技术的进一步改进，数据采集卡再将处理后的响应数字化后发送到计算机后由计算机存储成文件，等待接下来的信号预处理与评价，计算机发出控制信号，通过数据采集卡来控制真空泵的开闭；计算机输出温度调制电压波形，通过带有数字-模拟转换功能的数据采集卡将其转换为模拟信号，再由高输出电流的运算放大器对信号进行放大，力口载在部分气体传感器的加热引脚上，使传感器工作在温度调制模式。作为本专利技术的进一步改进，传感器阵列为金属氧化物半导体气体传感器和光离子化传感器，金属氧化物半导体气体传感器由不同量程和不同敏感性的多种金属氧化物半导体气体传感器构成，并且经过优化以适用于特定检测目的。作为本专利技术的进一步改进，光离子化传感器设置在真空泵和气室之间，光离子化传感器设置在小气室内，小气室类似一个气帽，扣在光离子化传感器上，上方留出一些空间容纳气体与传感器气窗接触，前后有进气口和出气口。作为本专利技术的进一步改进，传感器阵列还包括温度和湿度传感器、质量流量传感器、二氧化碳传感器，质量流量传感器设置在真空泵和小气室之间。作为本专利技术的进一步改进，部分金属氧化物半导体气体传感器为加入温度调制技术后的传感器。·作为本专利技术的进一步改进，气室的内壁为圆柱形，气室的内壁上设有若干个孔洞，每个传感器单独嵌在气室壁的一个孔洞上。作为本专利技术的进一步改进，圆柱形气室前后各有一个半球形的盖子，两个盖子上面分别开有进气口和出气口，盖子内壁为流线型。作为本专利技术的进一步改进，圆柱形气室的外壁为六边形，设有若干螺孔，固定焊有传感器的电路板。作为本专利技术的进一步改进，所述呼气分析仪利用交互软件控制微型真空泵，自动完成进气、洗气的分析流程，并且根据气体传感器的反馈自动控制洗气时间。本专利技术的基于呼吸气体检测的糖尿病分析和诊断系统可以用于辅助医生进行糖尿病的筛查，也可以在家庭中用于血糖的监测。本专利技术可以用于与呼气相关的身体状况的辅助分析，如酮症酸中毒的预防，健身或减肥过程中脂肪消耗情况的监测等。所分析的气体的来源也不一定限于呼出气体，还可以是人体其他部位所发出的气味，如汗液、尿液等。附图说明图1为本专利技术中呼气分析仪的原理框图；图2为本专利技术中信号预处理和评价算法的步骤图；图3显示了传统加热方法的典型传感器响应、温度调制方法的加热电压和典型传感器响应。点划线标出了呼气分析仪对一个呼气样本的分析过程所包含的4个阶段；图4显示了典型的健康人和糖尿病人呼气样本在温度调制的传感器上响应的形状区别；图5和图6分别不出了典型的健康人和糖尿病人的呼气样本响应信号；图7为本专利技术一个实施例的气路结构图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术旨在提出一种呼出气体的检测系统，此系统可以用于与呼气相关的身体状况的辅助分析，如酮症酸中毒的预防，健身或减肥过程中脂肪消耗情况的监测等。所分析的气体的来源也不一定限于呼出气体，还可以是人体其他部位所发出的气味，如汗液、尿液等。下面以基于呼出气体检测的糖尿病分析和诊断系统为例进行说明。基于呼出气体检测的糖尿病分析和诊断系统可以用于辅助医生进行糖尿病的筛查，也可以在家庭中用于血糖的监测。基于呼出气体检测的糖尿病分析和诊断系统，采用专门优化设计的传感器阵列，加入多种环境监测传感器，在信号预处理方法中对测得的环境参数进行补偿，在信号评价方法中加入病人的个体情况信息，采用模式识别方法进行评价，以弥补现有解决方案中的不足，同时保持成本低 、速度快、操作简单、便携性好等优势。利用本专利技术提出的基于呼出气体检测的糖尿病分析和诊断系统，其使用方法主要为:1、用本方案中的呼气分析仪分析采集到的呼出气体，记录分析仪中气体传感器和环境监测传感器的响应信号；2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种呼出气体的检测系统，其特征在于：其包括呼气分析仪(101)和计算机(107)，呼气分析仪(101)包括微型真空泵(102)、气室(103)、传感器阵列(104)、信号处理电路(105)和数据采集卡(106)，传感器阵列(104)包括气体传感器和环境监测传感器，真空泵(102)将呼出气体或洁净空气抽入到气室(103)中，与传感器阵列(104)接触，信号处理电路(105)将传感器的响应进行滤波、放大后发送到数据采集卡(106)，数据采集卡(106)再将处理后的响应数字化后发送到计算机(107)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张大鹏，闫柯，卢光明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：