一種呼出氣冷凝液收集裝置的制作方法

本發明屬于醫療診斷輔助設備技術領域，特別涉及一種呼出氣冷凝液收集裝置。

背景技術：

呼出氣某些成分的變化可以反映肺內及氣道內的病理生理狀態，呼出氣經冷凝后形成液態，其成分檢測具有無創傷、簡單易操作、可反復進行等優點，可以成為肺癌高危人群篩查、早期輔助診斷、病情監測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題，其中呼出氣冷凝裝置是這項檢測推廣應用的重要環節。

用于呼出氣冷凝液收集的裝置主要有3種：一為美國生產的RTUBE便攜裝置，中間放置聚丙烯管，冷凝后的液體可附于內管壁；二為德國埃里希積有限公司生產的Ecoscreen電動制冷裝置；另外國內也有自制冷凝裝置的報道。這些裝置都包一個含單向閥門的制冷管，可將吸入氣和呼出氣分離，防止反復吸入呼出氣。受試者經口呼吸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化程度不高，冷凝效率低，難以定量收集。

2004年，羅鳳鳴公開了一種“呼出氣冷凝液收集裝置”(200420032424.8)，通過受試者向T型管吹氣，并通過半導體制裝置冷卻T型管，使呼出氣中的液體凝結形成冷凝液。該裝置無自動化系統，無法控制收集量。并且呼出氣經過該裝置的制冷路徑較短，冷卻效率不高。

2008年，華樹成等人公開了一種“呼出氣冷凝液(EBC)收集裝置”(2008100050485.X)，通過呼出氣出口管路的上彎設計和“爪型”設計解決了隨呼出氣帶出的唾液殘液進入制冷區的影響，采用單片機系統對呼出氣量進行檢測實現對冷凝液的定量化。該裝置集合了之前所有同類設備的優點，又創造性地解決了唾液淀粉酶污染的問題。但仍然沒有解決冷凝效率低的問題。另外，通過呼出氣量控制冷凝液的收集量，本身并不精確，因為受試者呼出氣中含水量并不一致。

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

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的缺點，本發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，通過制冷裝置將其轉變為冷凝液，并且自動判斷標本管液面高度并給出提示，解決了當前呼出氣冷凝液裝置效果不穩定、自動化程度差的問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

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300，作用于冷卻管路200，將其中的呼出氣冷卻到露點以下，以使其轉變為冷凝液；

其中，所述冷卻管路200的設置角度，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端面設置有硅膠圈110，罩體120上前側設置有允許氣流吸入面罩內而阻止面罩內的呼出氣溢出的吸氣單向閥130，罩體120正前方設置有允許氣流從面罩呼出而阻止氣流進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上前側的錐形氣道內的彈簧一131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，常態下彈簧一131頂住橡膠球一132，堵塞住錐形氣道；吸氣時面罩內壓力下降，彈簧一131壓縮，橡膠球一132下降，錐形氣道出現空隙，允許氣流進入；

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，常態下彈簧二141頂住橡膠球二142，堵塞住錐形氣道；呼氣時彈簧二141壓縮，橡膠球二142前移，錐形氣道出現空隙，允許氣流流出。

所述錐形氣道的窄口端設置有接駁口133，以對接氧氣管道或者呼吸機。

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300作用于螺旋玻璃管202。

所述制冷系統300包括玻璃材質的冷卻罐310，冷卻罐310中有制冷介質，冷卻罐310的上下兩端連接循環水管320，兩組半導體制冷器340緊貼循環水管320，為制冷介質降溫；循環水泵350為制冷介質在冷卻罐310和循環水管320中流動提供動力；泡沫保溫層330包裹整個制冷系統300，阻隔內外熱量交換。

所述半導體制冷器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型半導體343和N型半導體344組成，接入直流電源346，電流經過熱塊342、兩種半導體、冷塊341后形成回路，熱量從冷塊端轉移熱塊端，兩個冷塊341給緊貼的循環水管320降溫，兩個熱塊342相對，通過一個軸流風機345給兩個熱塊342同時降溫。

所述制冷介質成分為質量分數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；兩種半導體材料的基質均為純硅晶體，摻入摩爾濃度14％的硼制成P型半導體343，參入摩爾濃度17％的磷制成N型半導體344。

本發明還可包括定量系統400，定量系統400通過光電感應的方式監測采樣管204中的液面高度，當采樣管204中的冷凝液達到設定的液面高度后，發出提示信息，終止標本采集，此時可實現全自動收集。

所述定量系統400包括：

LED燈401，發射波長為970nm可見光，垂直照射透明采樣管204的中下部；

光電感應板402，垂直豎立設置于LED燈401的對側，接收透過采樣管204的光線，透過的光線觸發光電感應，在相應位置將光信號轉化為電信號；

信號處理器403，與光電感應板402連接接收所述電信號；

計算機404，與信號處理器403連接，將電信號分析換算為采樣管204內的液面高度并顯示，當液面達到設定高度時，發出提示通知，實現全自動定量采樣。

與現有技術相比，本發明以在不干擾受試者正常呼吸，或者在使用人工通氣狀態下采集呼出氣冷凝液，解決了當前呼出氣冷凝液收集裝置標準不統一、效果不穩定、自動化程度差的問題。

附圖說明

圖1是本發明呼出氣冷凝液收集裝置結構原理圖。

圖2是本發明口鼻面罩的結構原理圖。

圖3是本發明冷卻管路的結構原理圖。

圖4是本發明制冷系統結構原理圖。

圖5是本發明定量系統結構原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。

如圖1所示，本發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300、定量系統400四大部分。口鼻面罩100收集受試者呼出氣，接著進入呼出氣冷卻管路200，制冷系統300將呼出氣冷卻到露點以下，冷凝液依靠重力回落入采樣管204中。定量系統400通過光電感應的方式監測采樣管204中的液面高度，當采樣管中的冷凝液達到設定的液面高度后，發出提示信息，終止標本采集。各部分結構原理如下：

(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端面設置有硅膠圈110，通過硅膠圈110與面部皮膚緊緊貼合，避免漏氣。罩體120由醫用PVC材料制成，罩體120上前側設置有允許氣流吸入面罩內而阻止面罩內的呼出氣溢出的吸氣單向閥130，罩體120正前方設置有允許氣流從面罩呼出而阻止氣流進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上前側的錐形氣道內的彈簧一131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；受試者吸氣時面罩內壓力下降，彈簧一131被壓縮，橡膠球一132下降，錐形氣道出現空隙，允許氣流進入；受試者呼氣時面罩內壓力上升，彈簧一131恢復為常態，錐形氣道封閉，阻止氣流進入。頂部即錐形氣道的窄口端設置有接駁口133，可以對接氧氣管道或者呼吸機。

呼氣單向閥140包括位于罩體120正前方的錐形氣道內的彈簧二141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，常態下彈簧二141頂住橡膠球二142，堵塞住錐形氣道；呼氣時彈簧二141壓縮，橡膠球二142前移，錐形氣道出現空隙，允許氣流流出。

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

(2)冷卻管路

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

面罩收集的呼出氣通過橡膠軟管二201被導入螺旋玻璃管202，在此冷卻凝結成為液體，依靠重力作用從出液口203進入純石英材質的采樣管204中。

(3)制冷系統

制冷系統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300包括包裹在螺旋玻璃管202外部的玻璃材質的冷卻罐310，冷卻罐310中有制冷介質(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水管320，兩組半導體制冷器340緊貼循環水管320，為制冷介質降溫；循環水泵350為制冷介質在冷卻罐310和循環水管320中流動提供動力；泡沫保溫層330包裹整個制冷系統300，阻隔內外熱量交換。

半導體制冷器340的組成和原理為：

半導體制冷器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型半導體343和N型半導體344組成。冷塊341和熱塊342的材料均為黃銅；兩種半導體材料的基質均為純硅晶體，摻入14％的硼(摩爾濃度)制成P型半導體343，參入17％的磷(摩爾濃度)制成N型半導體344。接入直流電源346后，電流經過熱塊342、兩種半導體、冷塊341后形成回路，P和N型半導體之間產生電子遷移，從而將熱量從冷塊端轉移熱塊端，兩個冷塊341給緊貼的循環水管320降溫，兩個熱塊342相對，通過一個軸流風機345給兩個熱塊342同時降溫。

(4)定量系統

采用光電感應的原理對采樣管204中液面高度進行監測，當采樣管204中的冷凝液達到設定的液面高度后，發出提示信息，終止標本采集。

如圖5所示，定量系統利用可以發射波長為970nm可見光的LED燈401，垂直照射透明采樣管204的中下約1/3部位；對側垂直豎立光電感應板402，高度與略低于采樣管204，接收透過采樣管204的光線；由于呼出氣冷凝液對光的吸收峰值在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；透過的光線觸發光電感應，在光電感應板402的相應位置將光信號轉化為電信號，通過線纜傳遞給信號處理器403；經過處理的信號傳入計算機404，經過分析換算為采樣管204內的液面高度并顯示出來，當液面達到設定高度時，發出提示通知，實現全自動定量采樣。

本發明實施過程為：

利用口鼻面罩100完全覆蓋受試者口鼻，將呼出氣導入到冷卻管路200中，通過冷卻系統300的降溫作用，使呼出氣中的液體成分凝結，形成呼出氣冷凝液落入采樣管204中；定量系統400通過光電感應的方式實時監測液面高度，當達到預設高度預設采樣量后，發出提示通知，實現全自動定量采樣。

利用本發明呼出氣冷凝液收集裝置，對24名志愿者進行呼出氣冷凝液采集測試，效果如下：

(1)24名志愿者全都成功收集到冷凝液。

(2)設定采集量為2ml，完成采樣平均用時(14.2±4.6)min；同時用德國埃里希積有限公司生產的Ecoscreen電動制冷裝置，完成2ml呼出液用時為(34.5±9.8)min。

(3)設定采集量為2ml，完成后自動報警提示，自動化功能穩定可靠。