本發(fā)明屬于醫(yī)療診斷輔助設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種呼出氣冷凝液收集裝置。

背景技術(shù)：

呼出氣某些成分的變化可以反映肺內(nèi)及氣道內(nèi)的病理生理狀態(tài)，呼出氣經(jīng)冷凝后形成液態(tài)，其成分檢測(cè)具有無(wú)創(chuàng)傷、簡(jiǎn)單易操作、可反復(fù)進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，可以成為肺癌高危人群篩查、早期輔助診斷、病情監(jiān)測(cè)及療效判斷的新型手段。目前仍處于探索階段，尚有很多未解決的問(wèn)題，其中呼出氣冷凝裝置是這項(xiàng)檢測(cè)推廣應(yīng)用的重要環(huán)節(jié)。

用于呼出氣冷凝液收集的裝置主要有3種：一為美國(guó)生產(chǎn)的RTUBE便攜裝置，中間放置聚丙烯管，冷凝后的液體可附于內(nèi)管壁；二為德國(guó)埃里希積有限公司生產(chǎn)的Ecoscreen電動(dòng)制冷裝置；另外國(guó)內(nèi)也有自制冷凝裝置的報(bào)道。這些裝置都包一個(gè)含單向閥門(mén)的制冷管，可將吸入氣和呼出氣分離，防止反復(fù)吸入呼出氣。受試者經(jīng)口呼吸30～45min，冷凝器中可收集1～3ml冷凝液。這些裝置共同的不足就是自動(dòng)化程度不高，冷凝效率低，難以定量收集。

2004年，羅鳳鳴公開(kāi)了一種“呼出氣冷凝液收集裝置”(200420032424.8)，通過(guò)受試者向T型管吹氣，并通過(guò)半導(dǎo)體制裝置冷卻T型管，使呼出氣中的液體凝結(jié)形成冷凝液。該裝置無(wú)自動(dòng)化系統(tǒng)，無(wú)法控制收集量。并且呼出氣經(jīng)過(guò)該裝置的制冷路徑較短，冷卻效率不高。

2008年，華樹(shù)成等人公開(kāi)了一種“呼出氣冷凝液(EBC)收集裝置”(2008100050485.X)，通過(guò)呼出氣出口管路的上彎設(shè)計(jì)和“爪型”設(shè)計(jì)解決了隨呼出氣帶出的唾液殘液進(jìn)入制冷區(qū)的影響，采用單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)呼出氣量進(jìn)行檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)冷凝液的定量化。該裝置集合了之前所有同類(lèi)設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，又創(chuàng)造性地解決了唾液淀粉酶污染的問(wèn)題。但仍然沒(méi)有解決冷凝效率低的問(wèn)題。另外，通過(guò)呼出氣量控制冷凝液的收集量，本身并不精確，因?yàn)槭茉囌吆舫鰵庵泻坎⒉灰恢隆?/p>

2016年，周山勇等人公開(kāi)了一種“呼出氣冷凝液收集裝置”(201610235989.3)，包括盛裝冷凝液的內(nèi)管和套在內(nèi)管外的外管，外管上端開(kāi)口覆蓋有柔性封口片，起到了單向閥的作用。該裝置沒(méi)有自動(dòng)化控制系統(tǒng)，沒(méi)有制冷系統(tǒng)，依靠自然冷卻。因此收集效率低，屬于便攜簡(jiǎn)易裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種呼出氣冷凝液收集裝置，該裝置可以收集受試者的呼出氣，通過(guò)制冷裝置將其轉(zhuǎn)變?yōu)槔淠海⑶易詣?dòng)判斷標(biāo)本管液面高度并給出提示，解決了當(dāng)前呼出氣冷凝液裝置效果不穩(wěn)定、自動(dòng)化程度差的問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種呼出氣冷凝液收集裝置，包括：

口鼻面罩100，收集受試者呼出氣；

冷卻管路200，一端與口鼻面罩100連接，另一端與采樣管204連接；

制冷系統(tǒng)300，作用于冷卻管路200，將其中的呼出氣冷卻到露點(diǎn)以下，以使其轉(zhuǎn)變?yōu)槔淠海?/p>

其中，所述冷卻管路200的設(shè)置角度，使冷凝液依靠重力回落入采樣管204中。

所述口鼻面罩100包括能夠完全覆蓋患者口鼻的罩體120，罩體120端面設(shè)置有硅膠圈110，罩體120上前側(cè)設(shè)置有允許氣流吸入面罩內(nèi)而阻止面罩內(nèi)的呼出氣溢出的吸氣單向閥130，罩體120正前方設(shè)置有允許氣流從面罩呼出而阻止氣流進(jìn)入面罩的呼氣單向閥140，呼氣單向閥140位于連接冷卻管路200的橡膠軟管一150中。

所述吸氣單向閥130包括位于罩體120上前側(cè)的錐形氣道內(nèi)的彈簧一131和橡膠球一132，錐形氣道的闊口端與罩體120連接，橡膠球一132位于窄口端，常態(tài)下彈簧一131頂住橡膠球一132，堵塞住錐形氣道；吸氣時(shí)面罩內(nèi)壓力下降，彈簧一131壓縮，橡膠球一132下降，錐形氣道出現(xiàn)空隙，允許氣流進(jìn)入；

所述呼氣單向閥140包括位于罩體120正前方的錐形氣道內(nèi)的彈簧二141和橡膠球二142，錐形氣道的闊口端與橡膠軟管一150連接，橡膠球二142位于窄口端，常態(tài)下彈簧二141頂住橡膠球二142，堵塞住錐形氣道；呼氣時(shí)彈簧二141壓縮，橡膠球二142前移，錐形氣道出現(xiàn)空隙，允許氣流流出。

所述錐形氣道的窄口端設(shè)置有接駁口133，以對(duì)接氧氣管道或者呼吸機(jī)。

所述冷卻管路200包括螺旋玻璃管202，螺旋玻璃管202的一端通過(guò)橡膠軟管二201與口鼻面罩100連接，另一端與采樣管204連接，制冷系統(tǒng)300作用于螺旋玻璃管202。

所述制冷系統(tǒng)300包括玻璃材質(zhì)的冷卻罐310，冷卻罐310中有制冷介質(zhì)，冷卻罐310的上下兩端連接循環(huán)水管320，兩組半導(dǎo)體制冷器340緊貼循環(huán)水管320，為制冷介質(zhì)降溫；循環(huán)水泵350為制冷介質(zhì)在冷卻罐310和循環(huán)水管320中流動(dòng)提供動(dòng)力；泡沫保溫層330包裹整個(gè)制冷系統(tǒng)300，阻隔內(nèi)外熱量交換。

所述半導(dǎo)體制冷器340包括兩組單元，每組均由冷塊341、熱塊342以及夾在兩者中間的P型半導(dǎo)體343和N型半導(dǎo)體344組成，接入直流電源346，電流經(jīng)過(guò)熱塊342、兩種半導(dǎo)體、冷塊341后形成回路，熱量從冷塊端轉(zhuǎn)移熱塊端，兩個(gè)冷塊341給緊貼的循環(huán)水管320降溫，兩個(gè)熱塊342相對(duì)，通過(guò)一個(gè)軸流風(fēng)機(jī)345給兩個(gè)熱塊342同時(shí)降溫。

所述制冷介質(zhì)成分為質(zhì)量分?jǐn)?shù)12％的聚丙烯酸鈉，5％的硼砂和83％純水，所述冷塊341和熱塊342的材料均為黃銅；兩種半導(dǎo)體材料的基質(zhì)均為純硅晶體，摻入摩爾濃度14％的硼制成P型半導(dǎo)體343，參入摩爾濃度17％的磷制成N型半導(dǎo)體344。

本發(fā)明還可包括定量系統(tǒng)400，定量系統(tǒng)400通過(guò)光電感應(yīng)的方式監(jiān)測(cè)采樣管204中的液面高度，當(dāng)采樣管204中的冷凝液達(dá)到設(shè)定的液面高度后，發(fā)出提示信息，終止標(biāo)本采集，此時(shí)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)收集。

所述定量系統(tǒng)400包括：

LED燈401，發(fā)射波長(zhǎng)為970nm可見(jiàn)光，垂直照射透明采樣管204的中下部；

光電感應(yīng)板402，垂直豎立設(shè)置于LED燈401的對(duì)側(cè)，接收透過(guò)采樣管204的光線，透過(guò)的光線觸發(fā)光電感應(yīng)，在相應(yīng)位置將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；

信號(hào)處理器403，與光電感應(yīng)板402連接接收所述電信號(hào)；

計(jì)算機(jī)404，與信號(hào)處理器403連接，將電信號(hào)分析換算為采樣管204內(nèi)的液面高度并顯示，當(dāng)液面達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，發(fā)出提示通知，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)定量采樣。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以在不干擾受試者正常呼吸，或者在使用人工通氣狀態(tài)下采集呼出氣冷凝液，解決了當(dāng)前呼出氣冷凝液收集裝置標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、效果不穩(wěn)定、自動(dòng)化程度差的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明呼出氣冷凝液收集裝置結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2是本發(fā)明口鼻面罩的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖3是本發(fā)明冷卻管路的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖4是本發(fā)明制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。

圖5是本發(fā)明定量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。

如圖1所示，本發(fā)明一種呼出氣冷凝液收集裝置，包括口鼻面罩100、冷卻管路200、制冷系統(tǒng)300、定量系統(tǒng)400四大部分?？诒敲嬲?00收集受試者呼出氣，接著進(jìn)入呼出氣冷卻管路200，制冷系統(tǒng)300將呼出氣冷卻到露點(diǎn)以下，冷凝液依靠重力回落入采樣管204中。定量系統(tǒng)400通過(guò)光電感應(yīng)的方式監(jiān)測(cè)采樣管204中的液面高度，當(dāng)采樣管中的冷凝液達(dá)到設(shè)定的液面高度后，發(fā)出提示信息，終止標(biāo)本采集。各部分結(jié)構(gòu)原理如下：

(1)口鼻面罩

如圖2所示，口鼻面罩100包括能夠完全覆蓋患者口鼻的罩體120，罩體120端面設(shè)置有硅膠圈110，通過(guò)硅膠圈110與面部皮膚緊緊貼合，避免漏氣。罩體120由醫(yī)用PVC材料制成，罩體120上前側(cè)設(shè)置有允許氣流吸入面罩內(nèi)而阻止面罩內(nèi)的呼出氣溢出的吸氣單向閥130，罩體120正前方設(shè)置有允許氣流從面罩呼出而阻止氣流進(jìn)入面罩的呼氣單向閥140，呼氣單向閥140位于連接冷卻管路200的橡膠軟管一150中。

吸氣單向閥130包括位于罩體120上前側(cè)的錐形氣道內(nèi)的彈簧一131和橡膠球一132，錐形氣道的闊口端與罩體120連接，橡膠球一132位于窄口端，常態(tài)下彈簧一131頂住橡膠球一132，堵塞住錐形氣道；受試者吸氣時(shí)面罩內(nèi)壓力下降，彈簧一131被壓縮，橡膠球一132下降，錐形氣道出現(xiàn)空隙，允許氣流進(jìn)入；受試者呼氣時(shí)面罩內(nèi)壓力上升，彈簧一131恢復(fù)為常態(tài)，錐形氣道封閉，阻止氣流進(jìn)入。頂部即錐形氣道的窄口端設(shè)置有接駁口133，可以對(duì)接氧氣管道或者呼吸機(jī)。

呼氣單向閥140包括位于罩體120正前方的錐形氣道內(nèi)的彈簧二141和橡膠球二142，錐形氣道的闊口端與橡膠軟管一150連接，橡膠球二142位于窄口端，常態(tài)下彈簧二141頂住橡膠球二142，堵塞住錐形氣道；呼氣時(shí)彈簧二141壓縮，橡膠球二142前移，錐形氣道出現(xiàn)空隙，允許氣流流出。

受試者通過(guò)該口鼻面罩100可以自然呼吸，呼出氣被收入，并通過(guò)橡膠軟管一150被導(dǎo)入冷卻管路200中。

(2)冷卻管路

如圖3所示，冷卻管路200整體呈豎向方式設(shè)置，包括螺旋玻璃管202，螺旋玻璃管202的一端通過(guò)橡膠軟管二201與口鼻面罩100連接，另一端與采樣管204連接，制冷系統(tǒng)300作用于螺旋玻璃管202。

面罩收集的呼出氣通過(guò)橡膠軟管二201被導(dǎo)入螺旋玻璃管202，在此冷卻凝結(jié)成為液體，依靠重力作用從出液口203進(jìn)入純石英材質(zhì)的采樣管204中。

(3)制冷系統(tǒng)

制冷系統(tǒng)300的作用的是為冷卻管路中的螺旋玻璃管202降溫。如圖4所示，制冷系統(tǒng)300包括包裹在螺旋玻璃管202外部的玻璃材質(zhì)的冷卻罐310，冷卻罐310中有制冷介質(zhì)(成分為12％聚丙烯酸鈉，5％硼砂，83％純水)，冷卻罐310的上下兩端連接循環(huán)水管320，兩組半導(dǎo)體制冷器340緊貼循環(huán)水管320，為制冷介質(zhì)降溫；循環(huán)水泵350為制冷介質(zhì)在冷卻罐310和循環(huán)水管320中流動(dòng)提供動(dòng)力；泡沫保溫層330包裹整個(gè)制冷系統(tǒng)300，阻隔內(nèi)外熱量交換。

半導(dǎo)體制冷器340的組成和原理為：

半導(dǎo)體制冷器340包括兩組單元，每組均由冷塊341、熱塊342以及夾在兩者中間的P型半導(dǎo)體343和N型半導(dǎo)體344組成。冷塊341和熱塊342的材料均為黃銅；兩種半導(dǎo)體材料的基質(zhì)均為純硅晶體，摻入14％的硼(摩爾濃度)制成P型半導(dǎo)體343，參入17％的磷(摩爾濃度)制成N型半導(dǎo)體344。接入直流電源346后，電流經(jīng)過(guò)熱塊342、兩種半導(dǎo)體、冷塊341后形成回路，P和N型半導(dǎo)體之間產(chǎn)生電子遷移，從而將熱量從冷塊端轉(zhuǎn)移熱塊端，兩個(gè)冷塊341給緊貼的循環(huán)水管320降溫，兩個(gè)熱塊342相對(duì)，通過(guò)一個(gè)軸流風(fēng)機(jī)345給兩個(gè)熱塊342同時(shí)降溫。

(4)定量系統(tǒng)

采用光電感應(yīng)的原理對(duì)采樣管204中液面高度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)采樣管204中的冷凝液達(dá)到設(shè)定的液面高度后，發(fā)出提示信息，終止標(biāo)本采集。

如圖5所示，定量系統(tǒng)利用可以發(fā)射波長(zhǎng)為970nm可見(jiàn)光的LED燈401，垂直照射透明采樣管204的中下約1/3部位；對(duì)側(cè)垂直豎立光電感應(yīng)板402，高度與略低于采樣管204，接收透過(guò)采樣管204的光線；由于呼出氣冷凝液對(duì)光的吸收峰值在970nm附近，因此只有液面以上的部分可以透光，液面以下的光線被冷凝液吸收；透過(guò)的光線觸發(fā)光電感應(yīng)，在光電感應(yīng)板402的相應(yīng)位置將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)線纜傳遞給信號(hào)處理器403；經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)傳入計(jì)算機(jī)404，經(jīng)過(guò)分析換算為采樣管204內(nèi)的液面高度并顯示出來(lái)，當(dāng)液面達(dá)到設(shè)定高度時(shí)，發(fā)出提示通知，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)定量采樣。

本發(fā)明實(shí)施過(guò)程為：

利用口鼻面罩100完全覆蓋受試者口鼻，將呼出氣導(dǎo)入到冷卻管路200中，通過(guò)冷卻系統(tǒng)300的降溫作用，使呼出氣中的液體成分凝結(jié)，形成呼出氣冷凝液落入采樣管204中；定量系統(tǒng)400通過(guò)光電感應(yīng)的方式實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液面高度，當(dāng)達(dá)到預(yù)設(shè)高度預(yù)設(shè)采樣量后，發(fā)出提示通知，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)定量采樣。

利用本發(fā)明呼出氣冷凝液收集裝置，對(duì)24名志愿者進(jìn)行呼出氣冷凝液采集測(cè)試，效果如下：

(1)24名志愿者全都成功收集到冷凝液。

(2)設(shè)定采集量為2ml，完成采樣平均用時(shí)(14.2±4.6)min；同時(shí)用德國(guó)埃里希積有限公司生產(chǎn)的Ecoscreen電動(dòng)制冷裝置，完成2ml呼出液用時(shí)為(34.5±9.8)min。

(3)設(shè)定采集量為2ml，完成后自動(dòng)報(bào)警提示，自動(dòng)化功能穩(wěn)定可靠。