一种多呼吸道的气体检测系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种医疗检测系统及方法，特别是涉及一种多呼吸道的气体检测系统及其控制方法。

背景技术：

1、哮喘是由多种细胞，包括嗜酸粒细胞、肥大细胞、t淋巴细胞、中性粒细胞、平滑肌细胞、气道上皮细胞等细胞组参与的气道慢性炎症性疾病。目前，全球至少3亿哮喘患者，中国哮喘患者约3000万，且随着现代社会经济的发展和人民生活水平的提高，环境问题、食品问题及饲养宠物等带来的过敏原越来越多，从而哮喘的发病率也逐渐提升。

2、feno(fractional exhaled nitric oxide，即，呼出气一氧化氮)由气道细胞产生，其浓度与炎症细胞数目高度相关联。通常可通过口呼气一氧化氮测试和鼻呼气一氧化氮测试两种测试确定呼出气一氧化氮(no)浓度。feno检测广泛应用于呼吸道疾病的诊断与监控中，且在检测的灵敏度、特异性、安全性、发现的及早性上，及哮喘的用药管理上，具有突出的优点，在临床上受到越来越多的重视。以下简要介绍以下一些已知的涉及feno的设备和方法。

3、cn112754532a公开了一种呼气收集装置，用以收集呼出气体并传送至检测装置进行检测，呼气收集装置包括呼气收集道、与呼气收集道连通的缓冲室、动力装置，缓冲室与外界空气及检测装置连通，动力装置用以驱动呼气收集道内的空气进入缓冲室及缓冲室内空气进入检测装置，呼气收集道包括第一管道、直径小于第一管道的第二管道，缓冲室与第一管道上靠近第二管道的一端的侧壁连接。cn112754532a的呼气收集装置呼出气可以留存更长的时间，方便抽取待测呼出气；可以完全摒除呼出气的前段气体，即口鼻内的气体，使得收集的完全为内呼吸道产生的气体；并可暂时存储待测呼出气体，使得测试时呼出气长时间稳定输出，同时可以降低用户的操作难度。

4、cn104391087b揭示了一种潮气呼气测定呼出气氧化氮的方法及装置，利用本发明装置可对吸气、呼气流量曲线必须进行测量监控，自动收集至少一个完整潮气呼气周期所呼出的气体，然后通过测量所收集气体中no平均浓度，最后根据no呼气生理模型推算呼气no各项参数。

5、cn103237493a公开了一种用于在正常呼吸期间收集呼出气体样本的装置，包括流发生器，可口腔插入的呼气接收器和用于隔离鼻气道的装置，其中该装置还包括：传感器，用于检测表示该变化的参数的变化。吸气至呼气并将所述变化作为信号传递；控制单元，适于接收所述信号并控制所述装置以隔离鼻气道；其中，流量发生器连接到呼气接收器或与呼气接收器集成。一种在正常呼吸条件下收集呼出气体样本的方法，包括步骤：检测表示从吸气到呼气的变化的参数的变化，并将所述变化作为信号发送；在控制单元中接收所述信号；激活用于隔离鼻气道的装置；激活连接到呼气接收器的流量发生器；并且当鼻气道被隔离时，在呼气期间收集呼出的空气样本。

6、cn106289889b公开了一种对口与鼻呼气分子同时采样与分析装置，由口呼采样模块(100)、鼻呼采样模块(200)与分析模块(300)组成。在满足ats/ers关于口与鼻呼气no测定的技术标准的基础上，进行同时采样和分析，一次呼气测试就可以得到口呼气与鼻呼气一氧化氮浓度结果，排除生理病理状态变化的干扰，为临床判断提供更可靠的数据。

7、可见，上述这些已知的呼气检测设备和方法存在以下问题：

8、1、通常仅针对单一的呼气气路采样检测，无法对多呼吸道可选地在线检测。特别地，虽然cn106289889b提到对口与鼻呼气同时检测，但忽略了同时采样时口呼气对鼻呼气采样的影响，且不可自主选择单一的呼气道采集。

9、2、没有考虑到不同病症对应的检测气道不同，以及针对大小气道的口呼气一氧化氮测试的差异，比如支气管炎可通过大气道测量、肺气肿等阻塞性肺疾病可通过小气道测量，鼻炎可通过鼻呼气道测量。

10、3、对成人与儿童的检测没有进行区分。而在对用户进行呼出气检测的过程中，需要用户将呼出气的压力和流速保持在一个适当的值，这就对用户对呼出气的控制提出了较高要求，对于一些控制能力较弱的受试者，例如儿童，成功率会很低。

技术实现思路

1、为克服现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种多呼吸道的气体检测系统及其控制方法，特别是一种用于检测no的多呼吸道的气体检测系统及其控制方法，以实现可自主选择大、小呼气道或鼻呼气道呼出气体的收集与检测，且可针对性的对成人与儿童的不同病症对应的呼气道进行精准测量。

2、具体而言，根据本发明的第一方面，提供一种多呼吸道的气体检测系统。该气体检测系统包括：导入口，用于导入口呼出气或鼻呼出气；气容，经由气体通路连接至所述导入口，用于储存导入的气体作为采样气体供检测部检测；压力传感器、稳流部和第一流量传感器，串联设置于所述气体通路上；其中：所述稳流部用于稳定所述第一气体通路的气体流速，且包括：并联的子通路一和子通路二；其中，子通路一上设有节流阀；子通路二上设有串联的稳流气阻和气阻开关；第一抽气泵，与所述气容相连，用于促使鼻呼出气体充满气容；和控制部，分别与压力传感器、第一流量传感器、节流阀、气阻开关和第一抽气泵电连接。

3、进一步地，所述气体检测系统包括针对大呼气道的呼出气收集状态，在该状态下，所述第一抽气泵为关闭状态，所述节流阀为打开状态，所述气阻开关为断开状态以禁用所述稳流气阻。

4、进一步地，所述气体检测系统包括针对小呼气道的呼出气收集状态，在该状态下，所述第一抽气泵和节流阀为关闭状态，所述气阻开关为导通状态以启用所述稳流气阻。

5、进一步地，所述气体检测系统包括针对鼻呼气道的呼出气收集状态，在该状态下，所述第一抽气泵和节流阀为关闭状态，所述气阻开关为导通状态以启用所述稳流气阻。

6、进一步地，所述针对大呼气道的呼出气收集状态进一步包括成人呼出气收集状态和儿童呼出气收集状态；其中，所述成人呼出气收集状态的持续时间大于所述儿童呼出气收集状态的持续时间。

7、优选地，所述第一流量传感器为压差流量传感器；所述压差流量传感器包括：固定气阻和用于测量所述固定气阻两端压差的压差计。

8、优选地，该多呼吸道的气体检测系统还包括：零点过滤器，用于过滤与待测气体相同的气体，以产生零点气体；第二抽气泵，用于抽取采样气体或零点气体供检测部检测；三通阀，分别与所述气容、所述第一过滤器和所述第二抽气泵连接，用于通过控制以单独将采样气体或零点气体导向所述第二抽气泵；和检测部，连接至所述第二抽气泵；其中，所述控制部还与第二抽气泵、三通阀和检测部电连接。

9、优选地，该多呼吸道的气体检测系统还包括：第二流量传感器，设于所述第二抽气泵和检测部之间；其中，所述控制部还与第二流量传感器电连接。

10、优选地，该多呼吸道的气体检测系统还包括：除水装置，设于所述第二抽气泵和检测部之间，所述除水装置包括nafion管、中空纤维膜或ptef膜。

11、优选地，所述第一抽气泵为隔膜泵，所述第二抽气泵为压电泵。

12、优选地，所述气容包括：第一条形气道，所述第一条形气道的首端和末端分别设有第一进气口和第一排气口，第一排气口的附近还设有抽气口；所述第一条形气道的中间位置处设有采样口；第二条形气道，所述第二条形气道的首端和末端分别设有第二进气口和第二排气口；其中，所述第二进气口和第一进气口均与所述气体通路连通；所述抽气口与所述第一抽气泵相连；所述采样口与所述三通阀相连；所述第一排气口和第二排气口与外部大气相连，所述第一排气口上设有第一排气阀，所述第二排气口上设有第二排气阀；其中，所述控制部还与第一排气阀和第二排气阀电连接。

13、优选地，该多呼吸道的气体检测系统还包括：与所述控制部电连接的输入构件和输出构件。

14、进一步地，该多呼吸道的气体检测系统还包括手柄部，用于向所述导入口提供经过滤的口呼出气，所述手柄部包括：呼吸口，用于提供口吹气和口吸气的接口；手柄导出口，适于与所述导入口连接；第一手柄过滤器，设于所述呼吸口和所述导出口之间，用于过滤口呼出气体中的水汽和/或细菌；第二手柄过滤器，所述第二手柄过滤器的一端经由单向阀与设备外大气连通，另一端经由所述第一手柄过滤器与所述呼吸口连通，用于去除吸入气体中与待测气体相同的气体。

15、优选地，所述第一手柄过滤器包括硅胶、pp棉、海绵、棉花、泡沫、泡沫树脂、二氧化硅和木炭中一者或多者的组合，所述第二手柄过滤器包括分子筛、活性炭、氧化铝及负载高锰酸钾等强氧化剂的分子筛、活性炭、氧化铝中一者或多者的组合。

16、进一步地，该多呼吸道的气体检测系统还包括鼻呼部，用于向所述导入口提供经过滤的鼻呼出气体。所述鼻呼部包括：鼻呼头，用于提供鼻呼气的接口；鼻呼导出口，适于与所述导入口连接；鼻呼过滤器，设于所述鼻呼头和所述鼻呼导出口之间，用于过滤鼻呼出气体中的水汽和/或细菌。

17、优选地，所述鼻呼过滤器包括硅胶、pp棉、海绵、棉花、泡沫、泡沫树脂、二氧化硅和木炭中一者或多者的组合。

18、根据本发明的第二方面，提供一种多呼吸道的气体检测系统的控制方法。所述多呼吸道的气体检测系统包括：导入口，用于导入口呼出气或鼻呼出气；气容，经由气体通路连接至所述导入口，用于储存导入的气体作为采样气体供检测部检测；压力传感器、稳流部和第一流量传感器，串联设置于所述气体通路上；其中：所述稳流部用于稳定所述第一气体通路的气体流速，且包括：并联的子通路一和子通路二；其中，子通路一上设有节流阀；子通路二上设有串联的稳流气阻和气阻开关。所述控制方法包括：信息采集流程，包括确定检测所针对的呼吸道类别；呼出气收集流程，包括根据所述呼吸道类别、压力传感器实时测得的气体压力和第一流量传感器实时测得的气体流量，对节流阀、气阻开关和第一抽气泵进行控制；其中，所述呼吸道类别包括大呼气道、小呼气道和鼻呼气道。

19、进一步地，该控制方法还包括：当所述呼吸道类别为大呼气道时，所述呼出气收集流程包括：通过压力传感器实时测得的气体压力确定是否已导入呼出气；在确定已导入呼出气后，关闭第一抽气泵，打开节流阀，使所述气阻开关断开以禁用所述稳流气阻，并根据压力传感器实时测得的气体压力和第一流量传感器实时测得的气体流量实时调节所述节流阀，以使得所述压力传感器实时测得的气体压力稳定在8-20cmh2o，且所述第一流量传感器实时测得的气体流量稳定在2.7-3.3l/min。

20、进一步地，该控制方法还包括：当所述呼吸道类别为小呼气道时，所述呼出气收集流程包括：通过压力传感器实时测得的气体压力确定是否已导入呼出气；在确定已导入呼出气后，关闭第一抽气泵和所述节流阀，使所述气阻开关导通以启用所述稳流气阻，并根据压力传感器实时测得的气体压力和第一流量传感器实时测得的气体流量提示受试者调节呼气速度，以使得所述压力传感器实时测得的气体压力稳定在8～20cmh20，且所述第一流量传感器实时测得的气体流量稳定在10.8～13.2l/min。

21、进一步地，该控制方法还包括：当所述呼吸道类别为鼻呼气道时，所述呼出气采样流程还包括：打开第一抽气泵和所述节流阀，使所述气阻开关断开以禁用所述稳流气阻，并根据第一流量传感器实时测得的气体流量实时调节所述节流阀，以使得所述第一流量传感器实时测得的气体流量稳定在540ml/min-660ml/min。

22、进一步地，所述信息采集流程还包括：当所述呼吸道类别为大呼气道时，进一步确定受试者的身份，所述身份包括成人和儿童；所述呼出气收集流程还包括：根据受试者的身份确定预定持续时间，当确定已导入呼出气达到所述预定持续时间时，关闭所述节流阀；其中，成人对应的预定持续时间大于儿童对应的预定持续时间。

23、进一步地，所述多呼吸道的气体检测系统还包括：零点过滤器，用于过滤与待测气体相同的气体，以产生零点气体；第二抽气泵，用于抽取采样气体或零点气体供检测部检测；三通阀，分别与所述气容、所述第一过滤器和所述第二抽气泵连接，用于通过控制以单独将采样气体或零点气体导向所述第二抽气泵；和检测部，连接至所述第二抽气泵；所述控制方法还包括零点校准流程，所述零点校准流程包括：控制三通阀，以能够将零点过滤器产生的零点气体单独导向第二抽气泵；启用第二抽气泵，以经由三通阀抽取零点气体供检测部检测，得到并保存待测气体的背景浓度。

24、进一步地，所述控制方法还包括检测分析流程，包括：控制三通阀，以能够将气容中储存的采样气体单独导向第二抽气泵；启用第二抽气泵，以经由三通阀抽取采样气体供检测部检测，得到并保存采样气体中待测气体的测量浓度；根据保存的待测气体的背景浓度和测量浓度，确定采样气体中待测气体的实际浓度。

25、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

26、1、稳流气阻、节流阀、第一抽气泵、压力传感器和第一流量传感器的组合得到的自调节系统，可实现自主选择大、小呼气道或鼻呼气道呼出气的呼出气收集，且可以根据检测所针对的呼吸道和受试者的身份(即成人和儿童)更好地差异化地控制流速，并保持流速稳定，以实现针对不同呼吸道类别的更为精确的测量和诊断，从而能够根据不同病变位置进行针对性的治疗。

27、2、气容内双气道的设计可以更好更高效地排除首尾气体，保留检测所需的中间段气体。3、气容内气道中间位置设置采样口且末端设置排气口和排气阀的设计，可在呼出气收集时更好地排出口腔、鼻子、喉咙和支气管中本身存在的非呼出气体，且可在检测分析时抽取得到无外部环境干扰的呼出气，确保浓度测量的准确性，同时在抽气时能进行两端补气，从而大大降低抽取过程中的阻力。

28、4、零点过滤器和三通阀的设计可以检测出在未进行呼吸操作且排除外部环境中的待测气体干扰的情况下，系统中待测气体(例如no)的背景浓度，从而确保最终检测结果的准确性。

29、5、除水装置、第二流量传感器和第二抽气泵的组合得到的自调节系统能够保证检测分析时稳定的气体流速及湿度值，有利于检测部的精准测量。