CN102768188A

CN102768188A - 一种医疗设备

Info

Publication number: CN102768188A
Application number: CN2012102669904A
Authority: CN
Inventors: 于海鹰; 魏谦; 刘全全; 刘海昌; 任浩; 张淳军; 井洪秀
Original assignee: Shandong Jianzhu University
Current assignee: Shandong Jianzhu University
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2012-11-07

Abstract

本发明公开了一种医疗设备，用于人体呼出气成分的检测，包括：宽带光源；分光器；滤波器；气室，为透明的设置在所述输出光路上的舱室，用于容纳待检测的呼出气；光强检测器，设置在从所述气室出射的所述输出光路，以检测该输出光路的光强；逻辑运算单元，连接所述光强检测器，接受并按照预定逻辑运算光强检测器检测的光强；以及人机界面，连接所述逻辑运算单元，输出所述逻辑运算单元输出的结果。依据本发明的医疗设备简化的结构形式可获得准确的呼出气目标成分检测数据。

Description

一种医疗设备

技术领域

本发明涉及一种医疗设备，主要用于人体呼吸运动中呼出气成分的检测。

背景技术

现有的科学研究证明，人体呼出气是由氮、氧、二氧化碳、水和某些有机气体组成的混合性气体。人体新陈代谢的部分产物可经由血液运送至肺部，通过气体交换进入肺泡进而出现在呼出气体中。近年来，呼出气检测作为一种了解人体生理代谢过程和疾病状况的方法受到越来越多的重视。与常规的血液检测方法相比，呼出气检测最大优点是对人体无损伤、检测速度快、方便省时，成为非侵入检测物质的一个研究方向。

目前研究发现呼出气中的有机气体与很多疾病相关。某些有机气体可反映一定的人体生理及病理情况。如，有研究发现肺癌人群呼出气中有9有机气体的含量高于健康人群，急性哮喘人群呼出气体中戊烷含量明显高于正常人群，呼出气中甲基化烷烃被认为是氧化应激的分子标志物，呼出气中丙酮可作为糖尿病的分子标志物。

目前检测呼出有机气体方法和技术有很多，且大部分是依赖于气相色谱-质谱连用（GC-MS）技术建立的。这类方法都必须经过样品采集、前处理以及分离检测等多个步骤完成。另外，近年开发出一些新的技术方法，这些方法无需或只需非常简单的样品前处理即可进行检测，也有些可以实现对呼出气体的实时在线检测。电子嗅觉***，是一种模拟生物嗅觉工作原理的新颖仿生检测仪器，通常由化学传感器阵列和模式识别算法组成，可用于检测、分析和鉴别复杂气味。

然而上述技术过程普遍比较复杂，所用仪器造价高启，还有些仪器的传感器使用次数有限，例如电子气体传感器，其精度也很容易受到外界环境影响，造成误差较大，且就目前的技术来说，还没有将高精度的电传感技术应用的先例。并且上述方法，都没有将挥发性有机化合物测试结果与疾病的诊断进行关联与集成，不太利于医生的辅助诊断。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种医疗设备，以简化的结构形式可获得准确的呼出气目标成分检测数据。

本发明采用的技术方案为：

一种医疗设备，用于人体呼出气成分的检测，包括：

宽带光源，用于发射匹配所有目标检测成分波段的光线；

分光器，将所述宽带光源输出的光线分成匹配目标检测成分数目的光路数；

滤波器，匹配每一光路，按照该光路对应的目标检测成分，输出匹配目标检测成本波段的输出光路；

气室，为透明的设置在所述输出光路上的舱室，用于容纳待检测的呼出气；

光强检测器，设置在从所述气室出射的所述输出光路，以检测该输出光路的光强；

逻辑运算单元，连接所述光强检测器，接受并按照预定逻辑运算光强检测器检测的光强；以及

人机界面，连接所述逻辑运算单元，输出所述逻辑运算单元输出的结果。

依据本发明的医疗设备，采用一个宽带光源，通过分光器分出多个光路，每一光路用于一种呼出气目标成份的检测，通过滤波可匹配特定成分对相关波段吸收率，可以获得代表性比较好的检测结果。同时，分光后的光路光强即为标准光强，初始的标准为标定的光强，容易获得。经过气室后的光强衰减的光线输出后，被检测器探测，然后送入逻辑运算单元进行处理，最后通过人机界面输出，供医生参考。或者，在更多的情况下，可以预先制定光强衰减与目标成分之间的关系，输出更直接的数据，经过简单的设计，可以针对更具体的应用进行扩展。

上述医疗设备，还包括连接所述光强检测器的时间控制电路，以控制各光强检测器的检测时序。

上述医疗设备，所述光强检测器经由A/D芯片与所述逻辑运算单元连接。

上述医疗设备，所述逻辑运算单元为嵌入式控制器。

上述医疗设备，所述人机界面为显示器。

上述医疗设备，还包括连接所述逻辑运算单元的存储器和打印机。

上述医疗设备，所述气室的数目与呼出气目标检测成分的数目相等。

上述医疗设备，所述气室有10个。

上述医疗设备，所述宽带光源、分光器、气室和光强检测器依次通过光纤连接。

上述医疗设备，所述滤波器为单波长光输出滤波器。

附图说明

图1为依据本发明的一种医疗设备的原理图。

具体实施方式

参照说明附图1所示的一种医疗设备，用于人体呼出气成分的检测，包括：

宽带光源，用于发射匹配所有目标检测成分波段的光线；

嵌入式***，连接所述光强检测器，接受并按照预定逻辑运算光强检测器检测的光强；以及

人机界面，连接所述嵌入式***，输出所述逻辑运算单元输出的结果。

关于宽带光源，本指美国IR公司提供的宽频段、低偏振度的高功率稳定光源。其波段范围非常广阔，可以达到350nm。通过高能发光二极管的高精度控制实现更高的稳定性。当全部波段模块都设置好后(包括O,E,S,C以及L波段)，一台光源可用于所有的检测窗口，满足呼出气成分的检测。高速外置调制器可配合锁定放大器，以进行高灵敏度的测量以及数据通信。在医学应用方面，高能与宽带的特性能够增强X线断层摄影术一致性的光学品质。现在，越来越多的公司加入到宽带光源的生产之中，宽带光源已经泛化为一个包括O、E、S、C以及L波段的光源设备。

分光器则是一种无源设备，是用于把输入光分成若干光路的设备，一种常见的分光器是把输入光分成若干波段，如紫外线波段、真空紫外线波段、极紫外线波段。另一种常见的分光器，则可以进行类似于复制的作用的分光，也就是各光路是性质完全相同的光路。更容易理解的是，这类分光器可以表示为分流作用的光学设备，如目前业界比较流行的Tap品牌的NetOptics和fluke等，其中前者应用最为广泛，当然，其应用主要是在通信领域，部分应用在医疗光学设备上。

在本申请中，依据后续的内容可知，两类分光器都可以被应用，如第二类，进行简单的分流，然后再进行滤波，匹配所需要的应用即可。而对于分成若干波长的分光器而言，显然可以更轻松地进行滤波。

那么关于滤波器，主要用于产生匹配的用于检测的样本中选定成分，这些内容在背景技术部分已经指出，当前，光学检测呼出气已经有相对成熟的技术，这里只涉及相关波长或者波段的检测用光即可。在这样的应用中，滤波器的选择取决于样本中选定成分，匹配选择即可。

对于气室，则满足呼出气的充填，其自身当然应为透明结构，其折射和吸收都是既定的，因此，呼出气的吸收也检测，也都是可以精确计算的。

对于光强检测器，目前应用较多的是光敏电阻检测器，还有一光电二极管为基础建立的光强检测器，最好选择前者，检测的精度会更高。

对于各光路的检测，可以采用并行检测的方式和对应的电路，另外，对于医疗设备，其检测速度相对于光学检测来说要慢得多，因此，为了简化结构，可以采用更简单的检测电路，因此，一种较佳的选择是设置连接所述光强检测器的时间控制电路，以控制各光强检测器的检测时序，这样不仅可以控制所检测的路数，比如根据相关的病情设置需要的路数，路数多，则依据所说的检测时序进行相应数目的设置，当然，如前所述，通过时序控制，可以简化电路的整体结构。

对于逻辑运算单元，越来越多的这类智能设备采用数字量输入的模式，但由于各种现实的情况，盲目的数字化趋势受到一定的遏制，反而新的逻辑运算单元预留了一些模拟量输入接口，主要在于某些量转成数字量，然后把这些数字量在输出为模拟量，不仅繁琐，而且可能造成输出量的失真，因此，能够直接处理模拟量的设备当然仍然有市场。

在一些应用中，所述光强检测器经由A/D芯片与所述逻辑运算单元连接，因此，所述的逻辑运算单元可以采用DSP（数字信号处理，Digital Signal Processing）作为该的职能设备。

在一些实施例中，所述逻辑运算单元为嵌入式控制器，成本低，且完全可以满足此类应用。

在图1所示的示例中，配有PC机，显见的是，PC普遍都有显示器，可以作为输出设备。相关的输出信息还可以是打印信息，输出相关病理参数的曲线，可以留作存档。为了更直观的给检测人员指示，所说的人机界面最好选用显示器，这是在不使用PC的情况下的一个选择。当然，在一些应用中，可以为所述逻辑运算单元配置扩展的存储器，用于存放检测数据，以备调用。

所述气室可以为整体的单一结构，还可以设置成与呼出气目标检测成分的数目个单体的结构形式，并于光路媒介的设置。为了避免不必要的干扰，所述媒介最好选用光线，把光路连接的设备通过光纤连接起来，如宽带光源、分光器、气室和光强检测器，可以通过光纤依次连接。

进一步地，所述气室有10个，在现有的条件下，可以满足所有的应用。

在图1所示的结构中，一种方法包括以下步骤：

1，将待测气体采集后放入气室；

2，宽带光光源发出宽带光谱，宽带光经分光器分成性质均等的10束光，并由光纤输出，并再由光纤输入10组滤波器；

3, 滤波器1-10将输入的宽带光解调十种波段的光并经光纤输入到10组气室中，在气室后，相应波长的光被对应吸收峰的气体吸收，光强衰减后输出，并由光纤分别输入到光电探测器1-10，光电探测器完成光电转换，10组光电探测器分别在分开的时段将模拟的电信号依次输入到嵌入式***

4，嵌入式***进行数字信号处理，并根据标准的的光强信息进行比对，以及光强损耗与每一种气体的分子密度的对应关系，算出每种气体的分子数密度，算出分子数密度后，与正常人相关信息进行对比运算，并根据不同的差值进行疾病诊断预算，得出相应的诊断结果。并由显示器显示

5，PC可与嵌入式***进行联机，可向其输如标准的光强信息，及更完善的疾病诊断算法。

Claims

1.一种医疗设备，用于人体呼出气成分的检测，其特征在于，包括：

宽带光源，用于发射匹配所有目标检测成分波段的光线；

光强检测器，设置在从所述气室出射的所述输出光路，以检测钙输出光路的光强；

2.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于，还包括连接所述光强检测器的时间控制电路，以控制各光强检测器的检测时序。

3.根据权利要求1或2所述的医疗设备，其特征在于，所述光强检测器经由A/D芯片与所述逻辑运算单元连接。

4.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于，所述逻辑运算单元为嵌入式控制器。

5.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于，所述人机界面为显示器。

6.根据权利要求1或5所述的医疗设备，其特征在于，还包括连接所述逻辑运算单元的存储器和打印机。

7.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于，所述气室的数目与呼出气目标检测成分的数目相等。

8.根据权利要求7所述的医疗设备，其特征在于，所述气室有12个。

9.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于，所述宽带光源、分光器、气室和光强检测器依次通过光纤连接。

10.根据权利要求1所述的医疗设备，其特征在于，所述滤波器为单波长光线输出滤波器。