CN112957077A - 面罩式呼气采集装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了面罩式呼气采集装置，属于医疗器械技术领域，该面罩式呼气采集装置包括：包括：设有呼气孔和进气孔的面罩；第一三通阀，呼气孔与第一三通阀的输入端相连，呼出的气体经第一三通阀实现气体分离；第二三通阀，第一三通阀的一输出端与第二三通阀的输入端相连，肺泡气体经第二三通阀输送；第一气体收集机构，第二三通阀的一输出端与第一气体收集机构的输入端相连；第二气泵；第三三通阀，第二三通阀的另一输出端与第三三通阀的输入端相连，第三三通阀的一输出端与第二气泵的抽气口相连。本发明专利提出面罩式呼气采集装置，以方便实现对婴幼儿或丧失意识的患者的呼气的采集。

Description

面罩式呼气采集装置及其方法

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体为面罩式呼气采集装置及其方法。

背景技术

人体循环系统通过肺泡和呼吸系统进行物质交换，因此通过检测人体呼吸气体，可以间接检测人体内环境。和传统的诊断方法相比，呼吸诊断更加快捷方便，无创，副作用小。因而呼吸检测受到了越来越多的重视。目前，呼吸诊断在幽门螺旋杆菌的检测已经得到广泛的临床应用。

现有的呼气采集装置基本上是在人清醒的情况下用嘴吹气的方式采集呼出的气体的。但这种方式对丧失意识的患者或者是婴幼儿难以进行有效的呼气采集。

发明内容

本发明提供一种面罩式呼气采集装置及其方法，旨在解决现有技术对丧失意识的患者或者是婴幼儿难以进行有效的呼气采集的问题。

本发明采用的技术方案如下：

面罩式呼气采集装置，包括：

设有呼气孔和进气孔的面罩；

第一三通阀，所述呼气孔与第一三通阀的输入端相连，呼出的气体经第一三通阀实现气体分离；

第二三通阀，所述第一三通阀的一输出端与第二三通阀的输入端相连，肺泡气体经第二三通阀输送；

第一气体收集机构，所述第二三通阀的一输出端与第一气体收集机构的输入端相连；

第三三通阀和第二气泵，所述第二三通阀的另一输出端与第三三通阀的输入端相连，所述第三三通阀的一输出端与第二气泵的抽气口相连，所述第二三通阀的另一输出端残余气体或者肺泡气体经第二气泵排出；以及

气体检测装置，所述第三三通阀的另一输出端与气体检测装置的进气口相连，所述第一气体收集机构内收集的肺泡气体经第二三通阀与第三三通阀排入气体检测装置内。本发明专利提出面罩式呼气采集装置，以方便实现对婴幼儿或丧失意识的患者的呼气的采集。

优选地，还包括设置于呼气孔与第一三通阀之间的第一气泵，所述呼气孔与第一气泵的抽气口相连，所述第一气泵的排气口与第一三通阀的输入端相连。

优选地，还包括设置于呼气孔与第一三通阀之间的简单过滤装置。

优选地，所述第一三通阀的另一输出端连接大气或者第二气体收集机构。

优选地，所述第一气体收集机构为大气室或者气袋，，所述大气室上设置有第一气压计，所述第二气体收集机构为小气室或者气袋，所述小气室上设置有第二气压计。

优选地，所述呼气孔上设置有外单向活瓣或者外单向通气阀，所述进气孔上设置有内单向活瓣或者内单向通气阀。

优选地，还包括单片机，所述单片机分别与第一三通阀、第一气泵、第二三通阀、第三三通阀和第二气泵电性连接以实现自动控制，所述单片机内设置有电子控制电路。

优选地，所述进气孔连接大气或者氧气瓶。

优选地，还包括：

过滤网罩，所述过滤网罩设置于进气孔连接大气或者氧气瓶的管道内；

弹性垫，所述弹性垫设置于面罩内侧与面部贴合的部位；以及

橡胶绑带，所述橡胶绑带与面罩通过卡扣连接件可拆卸连接。

面罩式呼气采集方法，包括如下步骤：

S1、气体分离：通过单片机控制第一三通阀持续断电，呼出的气体进入第一三通阀内，继而经第一三通阀的另一输出端输送至大气或者第二收集机构内，将第一三通阀内的残余气体、口腔气体以及气管气体排出；

S2、收集肺泡气体：通过单片机控制第一三通阀通电，并同时控制第二三通阀断电，肺泡气体经第一三通阀的一输出端输送至第二三通阀内，继而再经第二三通阀的一输出端输送至第一气体采集机构内；

S3、排出第二三通阀的另一输出端残余气体：通过单片机持续启动第二气泵，并同时控制第三三通阀断电，第二气泵将第二三通阀的另一输出端残余气体抽出并排入大气中，继而关闭第二气泵；

S4、气体检测：通过单片机控制第二三通阀和第三三通阀通电，收集在第一气体收集机构内的肺泡气体经第二三通阀与第三三通阀输送至气体检测装置内，进行气体检测；

S5、排出剩余气体：气体检测完成后，通过单片机控制第三三通阀断电，同时启动第二气泵，将收集在第一气体采集机构内剩余的肺泡气体排进大气，最后关闭第二气泵以及控制第二三通阀断电。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本方案中通过外单向活瓣或者外单向通气阀和内单向活瓣或者内单向通气阀控制呼出进出，当面罩佩戴于脸部时，在吸气时面罩内压强减小，内单向活瓣或者内单向通气阀打开，外单向活瓣或者外单向通气阀关闭，此时气体从空气中进入面罩内；当呼气时面罩内压强增大，外单向活瓣或者外单向通气阀打开，内单向活瓣或者内单向通气阀此时关闭，气体从外单向活瓣或者外单向通气阀内排出并进入第一三通阀内，此时通过分别对多个三通阀进行逐步通电，以实现控制气体流动的方向，使得气体能够进入气体检测装置内进行检测，以实现自动收集人体呼出的气体，本装置结构简单，操作便捷，在对丧失意识的患者或者是婴幼儿也能够实现有效的气体采集，实用性极强。

附图说明

图1为本发明面罩式呼气采集装置中的第一原理框图；

图2为本发明面罩式呼气采集装置中的第一立体图；

图3为本发明面罩式呼气采集装置中的第二立体图；

图4为本发明面罩式呼气采集装置中的第三立体图；

图5为本发明面罩式呼气采集装置中的第二原理框图；

图6为本发明面罩式呼气采集装置中的第四立体图。

附图标记：1、面罩；2、简单过滤装置；3、第一三通阀；4、第一气泵；5、大气室；6、第一气压计；7、第二三通阀；8、第三三通阀；9、第二气泵；10、气体检测装置；11、橡胶绑带；12、过滤网罩；13、呼气孔；14、进气孔；15、第二气压计；16、小气室；17、气袋。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一，参照图1-6：面罩式呼气采集装置，包括：

设有呼气孔13和进气孔14的面罩1，呼气孔13上固定设置有外单向活瓣或者外单向通气阀，外单向活瓣或者外单向通气阀设置在面罩1的外表面，进气孔14上固定设置有内单向活瓣或者内单向通气阀，内单向活瓣或者内单向通气阀设置在面罩1内的表面，进气孔14连接大气或者氧气瓶，优选地，在进气孔14连接大气或者氧气瓶的管道内设置过滤网罩12，面罩1的外表面设置有橡胶绑带11，具体的，橡胶绑带11与面罩1通过卡扣连接件可拆卸连接，面罩1与面部贴合的部位设置有弹性垫(图中未出示)；

本实施例中：通过橡胶绑带11和弹性垫的设置，可以快速实现将面罩1佩戴在患者或者婴幼儿的面部，并有效地形成密闭空间，当患者或者婴幼儿在吸气时，面罩1内的压强减小，内单向活瓣或者内单向通气阀打开，外单向活瓣或者外单向通气阀关闭，此时气体从大气或者氧气瓶通过进气孔14进入面罩1内；当患者或者婴幼儿在呼气时，面罩1内的压强增大，外单向活瓣或者外单向通气阀打开，内单向活瓣或者内单向通气阀关闭，呼出的气体经呼气孔13输出，需要进行说明的是：进气孔14与大气或者氧气瓶依靠管道实现连接，优选地，在该管道内设置的过滤网罩12，使得患者或者婴幼儿吸入的空气质量更好；

第一三通阀3，呼气孔13与第一三通阀3的输入端相连，呼出的气体经第一三通阀3实现气体分离；

本实施例中：第一三通阀3的设置是必需的，患者或者婴幼儿呼气的时候，最开始出的是口腔气体，紧接着是气管气体，最终是肺泡气体，且由于初始状态时，第一三通阀3内含有残余气体，而本发明需要对肺泡气体进行检测，因此设置的第一三通阀3可以在其断电的状态下，将其内含有的残余气体以及初始状态的口腔气体以及气管气体排出，进而在其通电的状态下，输送肺泡气体，最终实现口腔气体、气管气体以及肺泡气体的分离，具体的，应先使得第一三通阀3断电，第一三通阀3内的残余气体伴随着口腔气体以及气管气体可以直接通过第一三通阀3的另一输出端排出；需要进行说明的是：呼气孔13与第一三通阀3之间可以依靠管道实现连接，优选地，在该管道内可以设置简单过滤装置2，从而可以对呼出的气体进行简单的过滤，例如过滤呼出的气体中含有的唾沫等杂质，优选地，简单过滤装置2可以选择活性炭过滤器；

第二三通阀7，第一三通阀3的一输出端与第二三通阀7的输入端相连，呼出的气体经第二三通阀7输送，第一三通阀3的另一输出端连接大气或者第二气体收集机构，第二气体收集机构为小气室16或者气袋17，小气室16上设置有第二气压计15；

本实施例中：第一三通阀3内的残余气体伴随着口腔气体以及气管气体可以直接通过第一三通阀3的另一输出端排入大气中，作为本发明的优选方案，也可以将第一三通阀3内的残余气体、口腔气体以及气管气体收集在第二气体收集机构内，并可以通过第二气压计15实现气压的检测，从而计算收集气体的体积，当第二气体收集机构为小气室16时，应在小气室16的表面设置第二气压计15，其探测头应贯穿小气室16并向内延伸；当第二气体收集机构为气袋17时，此时不宜设置第二气压计15，可以将气袋17完全浸没于水中，根据水体积的变化计算气袋17收集气体的体积；

第一气体收集机构，第二三通阀7的一输出端与第一气体收集机构的输入端相连，第一气体收集机构为大气室5或者气袋17，第一气体收集机构为大气室5时，大气室5设置有第一气压计6；优选地，第一气体收集机构为可拆卸的。

本实施例中：第一气体收集机构的设置是必需的，由于患者或者婴幼儿呼出来的气流可能会不稳定，用呼出的气体直接测试会影响检测结果，且利用第一气体收集机构可以进行离线检测，减少对患者或者婴幼儿检测的时间，当第一气体收集机构设置为大气室5时，应在大气室5的表面设置第一气压计6，具体的，第一气压计6应设置在大气室5的表面，其探测头应贯穿大气室5并向内延伸，从而实现气压的检测，当大气室5内的气压达到测试标准时，此时应摘下面罩1，停止呼出气体的收集；当第一气体收集机构设置为气袋17时可以将气袋17直接浸没于水中，根据水体积的变化计算气袋17变化的体积，需要进行说明的是：第一气体采集机构和第二采集机构应采用两个不同的气袋17，最后需要进行说明的是：第一气体采集机构初始状态应优选的设置为真空状态，这样可以有效减少检测误差；

第三三通阀8，第二三通阀7的另一输出端与第三三通阀8的输入端相连，第三三通阀8的一输出端与第二气泵9的抽气口相连，第二三通阀7的另一输出端残余气体以及或者肺泡气体经第二气泵9排出；

本实施例中：第三三通阀8和第二气泵9的设置是必需的，由于第三三通阀8和第二三通阀7内初始会存在残余气体，因此应通过第二气泵9将残余气体抽出，从而有效提高后续气体检测结果，以减少检测误差，在检测全部结束后，第一气体收集机构内收集的肺泡气体可最终经第二气泵9的排气口直接排入大气中；

气体检测装置10，第三三通阀8的另一输出端与气体检测装置10的进气口相连，第一气体收集机构内收集的肺泡气体经第二三通阀7与第三三通阀8排入气体检测装置10内；

本实施例中：气体检测装置10对肺泡气体进行检测，需要进行说明的是：气体检测装置10如何实现对肺泡气体进行检测属于本领域技术人员的公知常识，故此不再赘述；

单片机，单片机分别与第一气泵4、第一三通阀3、第二三通阀7、第三三通阀8和第二气泵9电性连接以实现自动控制，单片机内设置有电子控制电路；

本实施例中：本发明通过单片机以及相应的电子控制电路实现对第一气泵4、第一三通阀3、第二三通阀7、第三三通阀8和第二气泵9进行相应的自动控制，本领域技术人员基于本发明的思路，可以轻松设置相应的电子控制电路，换而言之，以上如何实现自动控制属于本领域技术人员的公知常识，故此不再赘述；

实施例二，参照图1-4，本实施例在实施例一的基础上设置了第一气泵4，对于婴幼儿或者是丧失意识的患者来说，为了不影响他们呼气，应优选的设置第一气泵4，具体的，呼气孔13与第一气泵4的抽气口通过管道相连，第一气泵4的排气口与第一三通阀3的输入端通过管道相连，需要进行说明的是：若本实施例需设置简单过滤装置2，应将简单过滤装置2设置在呼气孔13与第一气泵4连接的管道内。

面罩式呼气采集方法，包括如下步骤：

S1、气体分离：通过单片机控制第一三通阀3持续断电，呼出的气体进入第一三通阀3内，继而经第一三通阀3的另一输出端输送至大气或者第二收集机构内，将第一三通阀3内的残余气体、口腔气体以及气管气体排出；

在步骤S1中：呼出的气体包括初始呼出的口腔气体、后续呼出的气管气体和最后的肺泡气体，此处简称为口腔气体、气管气体以及肺泡气体，本发明中：气体检测装置10是对肺泡气体进行检测，因此需要将第一三通阀3内的残余气体、口腔气体以及气管气体排出以提高检测结果的精度，并同时获得需要检测的肺泡气体，在具体操作过程中，可以根据实际情况设定第一三通阀3的断电时间，以保证第一三通阀3通电后通过的气体为肺泡气体；

S2、收集肺泡气体：通过单片机控制第一三通阀3通电，并同时控制第二三通阀7断，肺泡气体经第一三通阀3的一输出端输送至第二三通阀7内，继而再经第二三通阀7的一输出端输送至第一气体采集机构内；

在步骤S2中需要进行说明的是：第二三通阀7连接第一三通阀3的管道以及第二三通阀7连接第一气体收集机构的管道应为真空状态，如此使得由第一三通阀3排出的肺泡气体不含有其他气体，进而获得纯粹的肺泡气体，提高检测的准确性；且在具体操作过程中，可以根据实际情况设定第一三通阀3的通电时间，以保证第一气体收集机构收集到合适量的肺泡气体；

S3、排出第二三通阀7的另一输出端残余气体：通过单片机持续启动第二气泵9，并同时控制第三三通阀8断电，第二气泵9将第二三通阀7的另一输出端残余气体抽出并排入大气中，继而关闭第二气泵9；

在步骤S3中需要进行说明的是：在具体操作过程中，可以根据实际情况设定第二三通阀7的断电时间，以保证排出第二三通阀7的另一输出端的残余气体，不影响检测；

S4、气体检测：通过单片机控制第二三通阀7和第三三通阀8通电，收集在第一气体收集机构内的肺泡气体经第二三通阀7与第三三通阀8输送至气体检测装置10内，进行气体检测；

S5、排出剩余气体：气体检测完成后，通过单片机控制第三三通阀8断电，同时启动第二气泵9，将第一气体采集机构内剩余的肺泡气体排进大气，最后关闭第二气泵9以及控制第二三通阀7断电；

需要说明的是，三通阀只有两种气路，三通阀通电与断电的气路如图1所示，气体只能在这两种气路之间切换。

最后需要进行说明的是：本发明中的检测仅限于对一次呼气进行检测，不能多次呼气，每次呼气都会产生口腔气体、气管气体以及肺泡气体，若检测呼出多次的气体，会造成口腔气体、气管气体以及肺泡气体的混合，会影响检测结果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.面罩式呼气采集装置，其特征在于，包括：

设有呼气孔和进气孔的面罩；

第一三通阀，所述呼气孔与第一三通阀的输入端相连，呼出的气体经第一三通阀实现气体分离；

第二三通阀，所述第一三通阀的一输出端与第二三通阀的输入端相连，肺泡气体经第二三通阀输送；

第一气体收集机构，所述第二三通阀的一输出端与第一气体收集机构的输入端相连；

第三三通阀和第二气泵，所述第二三通阀的另一输出端与第三三通阀的输入端相连，所述第三三通阀的一输出端与第二气泵的抽气口相连，所述第二三通阀的另一输出端残余气体或者肺泡气体经第二气泵排出；以及

气体检测装置，所述第三三通阀的另一输出端与气体检测装置的进气口相连，所述第一气体收集机构内收集的肺泡气体经第二三通阀与第三三通阀排入气体检测装置内。

2.如权利要求1所述的面罩式呼气采集装置，其特征在于，还包括设置于呼气孔与第一三通阀之间的第一气泵，所述呼气孔与第一气泵的抽气口相连，所述第一气泵的排气口与第一三通阀的输入端相连。

3.如权利要求2所述的面罩式呼气采集装置，其特征在于，还包括设置于呼气孔与第一三通阀之间的简单过滤装置。

4.如权利要求3所述的面罩式呼气采集装置，其特征在于，所述第一三通阀的另一输出端连接大气或者第二气体收集机构。

5.如权利要求4所述的面罩式呼气采集装置，其特征在于，所述第一气体收集机构为大气室或者气袋，所述大气室上设置有第一气压计，所述第二气体收集机构为小气室或者气袋，所述小气室上设置有第二气压计。

6.如权利要求5所述的面罩式呼气采集装置，其特征在于，所述呼气孔上设置有外单向活瓣或者外单向通气阀，所述进气孔上设置有内单向活瓣或者内单向通气阀。

7.如权利要求6所述的面罩式呼气采集装置，其特征在于，还包括单片机，所述单片机分别与第一三通阀、第一气泵、第二三通阀、第三三通阀和第二气泵电性连接以实现自动控制，所述单片机内设置有电子控制电路。

8.如权利要求7所述的面罩式呼气采集装置，其特征在于，所述进气孔连接大气或者氧气瓶。

9.如权利要求8所述的面罩式呼气采集装置，其特征在于，还包括：

过滤网罩，所述过滤网罩设置于进气孔连接大气或者氧气瓶的管道内；

弹性垫，所述弹性垫设置于面罩内侧与面部贴合的部位；以及

橡胶绑带，所述橡胶绑带与面罩通过卡扣连接件可拆卸连接。

10.面罩式呼气采集方法，其特征在于，采用了权利要求1－9任意一项所述的面罩式呼气采集装置，包括如下步骤：

S1、气体分离：通过单片机控制第一三通阀断电，呼出的气体进入第一三通阀内，继而经第一三通阀的另一输出端输送至大气或者第二收集机构内，将第一三通阀内的残余气体、口腔气体以及气管气体排出；

S2、收集肺泡气体：通过单片机控制第一三通阀通电，并同时控制第二三通阀断电，肺泡气体经第一三通阀的一输出端输送至第二三通阀内，继而再经第二三通阀的一输出端输送至第一气体采集机构内；

S3、排出第二三通阀的另一输出端残余气体：通过单片机持续启动第二气泵，并同时控制第三三通阀断电，第二气泵将第二三通阀的另一输出端残余气体抽出并排入大气中，继而关闭第二气泵；

S4、气体检测：通过单片机控制第二三通阀和第三三通阀通电，收集在第一气体收集机构内的肺泡气体经第二三通阀与第三三通阀输送至气体检测装置内，进行气体检测；

S5、排出剩余气体：气体检测完成后，通过单片机控制第三三通阀断电，同时启动第二气泵，将收集在第一气体采集机构内剩余的肺泡气体排进大气，最后关闭第二气泵以及控制第二三通阀断电。

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