一种可进行疾病初筛的呼吸机的制作方法

1.本发明涉及呼吸设备领域，具体涉及一种可进行疾病初筛的呼吸机。


背景技术：

2.呼吸作为人体重要的生理过程，是人体内环境与外界交换物质的途径之一。呼出气体中包含着大量人体新陈代谢的产物，各项研究表明呼出物的种类和浓度在一定程度上能反映人体健康状态。通过检测呼出气中的标志物能及时诊断人体的健康状态，对疾病的发生、发展过程进行监测，从而达到疾病预防的目的。通常健康的人呼出的气体基本是氧气、二氧化碳、氮气、水蒸气、稀有气体以及在代谢过程中产生的各种有机气体，这些代谢产生的有机气体、一氧化氮、氢气以及一氧化碳等气体通过血液循环进入呼吸系统排除体外。由于各种有机气率和肺泡细胞膜的通过率等特性因此，如果某种或者几种气体浓度超出某一范围或者有特异性气体产生，往往就意味着人体产生一种或者多种疾病或者新陈代谢的机能发生了改变。表1为呼出前后气体成分含量的对比。
[0003][0004]
表1呼出前后气体成份含量变化表
[0005]
呼吸系统疾病是现代较为常见且多发的疾病，对人们健康造成了严重影响，甚至导致人们死亡。其中阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome,osahs)是指在白天无明显原因而引发的白天过度睡眠，疲劳感增强，注意力下降，精神萎靡不振，在夜间睡眠期间反复惊醒，并伴有粗重喘息声或严重呛咳声，通过整夜多导睡眠监测结果显示在每小时睡眠中发生5次或5次以上的阻塞性呼吸事件或其他一系列睡眠紊乱事件。根据相关资料显示，在我国4％的成人患有osahs，其中60岁以上的患者大约在20％至40％之间，并且呈现上升趋势，同时osahs能还够诱发高血压、糖尿病、冠心病等多种慢性疾病，严重威胁着患者的生命安全。
[0006]
现有结构为苏州鱼跃医疗科技有限公司已注册的单水平呼吸机。其主要预期用途为：该呼吸机能够提供连续性呼吸道呼吸正压，用于治疗成人睡眠呼吸暂停综合症。
[0007]
现有结构发明主要包括主机、电源适配器(含电源线)、空气软管或加温空气软管、面罩及附件、湿化器，具有cpap或apap治疗模式。在使用时，患者通过面罩与呼吸机连接，空气通过风机、机器内部气路结构及湿化罐增湿之后再送入患者的呼吸道。由于空气流经湿化装置时便会携带水蒸汽形成湿润空气，带有适当湿度的空气进入到患者气道，能够给予
患者一定压力水平的持续性的通气保证患者上呼吸道处于打开状态。
[0008]
现有呼吸机用于治疗睡眠低通气，低通气的症状通常较为明显，容易发现，临床表现通常为打鼾、呼吸暂停等，这类人群通常也较容易并发一些其他潜在疾病，例如高血压、精神分裂症、肾衰竭、糖尿病、胃炎等。而并发的疾病多为慢性病，表现相对隐蔽，不易及时被发现，对患者的健康具有巨大的潜在危害，现有呼吸机并不具备对于其他健康隐患的提示。
[0009]
因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。


技术实现要素：

[0010]
本发明的目的是提供一种可进行疾病初筛的呼吸机。
[0011]
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0012]
一种可进行疾病初筛的呼吸机，包括主机模块以及呼气检测模块；
[0013]
其中，所述主机模块上设有气体入口及气体出口，所述气体入口接驳患者呼吸面罩的呼气管；
[0014]
所述呼气检测模块包括传感器模块以及分析处理模块；所述传感器模块设于患者的呼气流道中，该呼气流道流经所述气体入口以及所述气体出口；
[0015]
所述传感器模块与所述分析处理模块电性连接，分析处理模块接收所述传感器模块反馈的所述呼气流道中的气体数据，并对数据进行相应处理。
[0016]
1.进一步的技术方案，所述主机模块内设有呼气分析室，该呼气分析室形成于所述气体入口及所述气体出口之间；所述传感器模块设于所述呼气分析室中。
[0017]
2.进一步的技术方案，所述呼气分析室与所述气体入口或/和所述气体出口的连接处设有单向阀，该单向阀的打开方向与所述呼气流道中的气流方向一致。
[0018]
3.进一步的技术方案，所述分析处理模块包括微处理器，该微处理器接收并处理所述传感器模块反馈的所述气体数据。
[0019]
4.进一步的技术方案，所述传感器模块包括戊烷传感器、cs2传感器、
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c传感器、co传感器、nh3传感器、丙酮传感器中的一种或多种。
[0020]
5.进一步的技术方案，所述传感器模块设有两组，第一组设于所述呼气流道中，第二组外露并接触环境空气。
[0021]
6.进一步的技术方案，所述微处理器还包括储存单元，该储存单元中预存有对应各种疾病的化学标志物的标准值或当前患者各种化学标志物的历史浓度均值。
[0022]
7.进一步的技术方案，所述分析处理模块还包括数据信号采集单元、放大电路、滤波电路以及模数转换电路；所述传感器模块的输出连接所述数据信号采集单元的输入，数据信号采集单元的输出依次经由所述放大电路、所述滤波电路以及所述模数转换电路处理后输入至所述微处理器。
[0023]
8.进一步的技术方案，所述分析处理模块还包括串行通信接口，该串行通信接口的数据输入接所述微处理器的数据输出，且串行通信接口的输出与一无线传输模块通讯连接。
[0024]
9.进一步的技术方案，还包括显示模块，该显示模块与所述分析处理模块的视频输出接口连接。
[0025]
10.进一步的技术方案，还包括电源模块，该电源模块为呼气检测模块供电，且该电源模块为可关闭设计。
[0026]
本发明的工作原理如下：
[0027]
1、呼出丙酮气体诊断糖尿病的机理
[0028]
糖尿病产生的根本原因是由于人体产生的葡萄糖不能直接通过血液循环系统进入细胞来提供能量，而是只能依靠胰岛素的搬运进入人体细胞中。如果人体不能产生足够的胰岛素(糖尿病i型)，则细胞就得不到足够的能量，从而细胞只能把脂肪作为自己的能量来源。一般来说，正常人的脂肪代谢处在动态转化和平衡状态，摄入的脂肪首先要经过肠道消化吸收，然后经血液循环及淋巴进入肝脏和脂肪组织，最后经过氧化分解成为乙酰辅酶a。大部分乙酰辅酶a与糖类代谢生成的草酸乙酸结合，进入三羧循环，即完全分解为二氧化碳和水；部分存储为脂肪；部分通过肝脏转化为酮。酮体通过血液循环系统被运到肌肉和肾脏等组织内进行氧化，所以人的血液循环中仅含有微量的酮体(5*10-2mg)。但是对于糖尿病患者随着被大量脂肪消耗的增加，血液中酮体也在不断的积聚，从而导致人的酮酸中毒；同时由于血液中的酮体浓度过大，进一步导致酮体经血管壁渗透到肺泡中，经呼吸系统排除体外，这也是糖尿病患者呼出的气体有丙酮气味的原因。
[0029]
因此人呼出气体中的异常的丙酮浓度可以成为检测糖尿病的生物标志物，更进一步的说明了对于糖尿病患者，其呼出气体中丙酮的浓度是随着血糖浓度的增加而增加的。
[0030]
2、呼出氨气检测肾病的机理
[0031]
人体呼出的氨气主要来源于体内的蛋白质代谢。食物中的蛋白质进入人体后首先被分解为氨基酸，然后被吸收合成所需营养物质。肠道细菌携带有氨基酸氧化酶，未消化的蛋白质和未被吸收的氨基酸会被分解产生氨，进入血液中循环。另外人体代谢物尿素也会随血液循环，当循环至肠道时，细菌尿素酶将进入肠道的尿素进行水解成氨，这些就是血液中氨的来源。游离氨不能透过肾透膜，但可与铵离子盐相互转化，可随体内的血液循环至肾脏，尿素和铵离子盐可通过肾小球的过滤，进入肾脏，经肾脏作用，氨以尿素和铵离子盐的形式从尿液中排出体外。铵离子盐是不能够透过肺部气血屏障的，但游离氨在血液中浓度过高时，却可以透过肺部气血屏障，通过人体呼吸作用，呼出体外。当人体肾脏受到损伤或发生病变时，铵离子盐和尿素不能及时从肾脏代谢排出，就会转化成游离氨，导致游离氨浓度升高，游离氨经血液循环至肺部时，过高的浓度使其透过气血屏障，呼出人体。这就为人体呼出氨气应用于相关疾病诊断提供了病理学支持。
[0032]
3、呼出一氧化碳气体检测慢性阻塞性肺病的机理
[0033]
慢性阻塞性肺病是一种气流受限的肺部疾病，气流受限是不完全可逆的。人体体内血红素在血红素氧合酶(ho)催化下可以分解生成一氧化碳(co)。ho有三种同工酶：ho-1，ho-2，ho-3，三者均可分解血红素生成co，其中ho-1为诱导型，可被缺氧化应激等因素诱导产生。慢性阻塞性肺病患者吸入氧气不足导致身体处于缺氧状态，刺激体内ho-1不断产生，在ho-1催化下，血红素分解生成co，经血液循环至肺部，co透过气血屏障，被人体呼出，从而造成呼出co浓度上升。郑州大学第一附属医院急救中统计慢性阻塞性肺病患者呼出co浓度显著高于正常人体呼出co水平，也证明可以通过检测呼气中的一氧化碳来辅助诊断治疗慢性阻塞性肺病。
[0034]
4、呼出气体检测慢性胃炎的机理
[0035]
人的胃中能够分离出来幽门螺杆菌，该细菌产生的尿素酶是诱发消化性溃疡、慢性胃炎主要致病原因。哺乳动物细胞中不含有尿素酶，由于在人胃中没有发现其他细菌，所以在胃中检测到尿素酶就可以证明幽门螺杆菌的存在。为了检测胃幽门螺杆菌，患者口服尿素
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c后，如果胃中有幽门螺杆菌，其产生的尿素酶能迅速将尿素分解为二氧化碳和氨气。二氧化碳经由呼吸循环排出体外，将含有
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c的二氧化碳收集后在仪器上进行放射性测定即可判断胃内有无幽门螺杆菌，从而检测出患者是否患有慢性胃炎。
[0036]
5、呼出气体戊烷和二硫化碳检测精神分裂症的机理
[0037]
临床观察发现精神分裂症患者的呼吸中会散发出一种持续的令人厌恶的气味，但并不是因为不洁的原因，最大的可能在于异常的新陈代谢，从而产生了带有刺激性气味的有机物。戊烷是脂肪过氧化作用的标记物，在对某些疾病(如双相情感障碍)的研究中发现，随着年龄的增长呼吸中戊烷浓度有升高的趋势。有专家使用气相色谱，经过年龄配对后发现，精神分裂症呼出气体中的戊烷明显高于正常对照，在治疗后恢复正常，无论是戊烷浓度的波动率，还是治疗前的基线水平，都和病情的严重程度和持久性相关，而与病期无关。因此可以通过呼出气体中戊烷浓度的变化来检测患者是否具有患精神分裂症的趋势。
[0038]
二硫化碳(cs2)是一种已知的神经毒素，专家研究发现，精神分裂症呼出混合物中cs2浓度不仅高于正常对照(p＜0.001)，而且也高于其他精神病对照组(p＜0.05)。此研究结果显示，精神分裂症患者静脉里的cs2浓度明显升高。而且，这种差异并不像是因为环境和饮食造成的，因为经研究的精神分裂症患者和精神病对照组都生活在相同的病区，饮食也相似。虽然吸烟和一些精神安定药物(甲硫达嗦和甲矾达嗓)包含硫磺，但经统计发现cs2的肺泡气浓度差并没有因为性别、年龄、种族、是否服用药物或吸烟与否而有显著性差别。由于受试对象并未明显暴露于cs2，故这一发现表明cs2是内源性，因此呼出气体中二硫化碳浓度的变化可以用来检测患者是否患有患精神分裂症。
[0039]
相比现有技术而言，本发明的优点包括：
[0040]
1、现有的呼吸机，其功能主要是针对睡眠呼吸暂停及低通气综合症，给予患者一定压力的持续性正压通气。而本发明不仅具有现有呼吸机的功能，更可通过监测呼出气体中特定化学物质的浓度变化来对阻塞性睡眠呼吸暂停及低通气综合症并发的其他疾病进行初步筛选，并以此来提示使用呼吸机的患者存在的相关风险。本发明属于一种具有新的功能的呼吸机，能够在满足现有呼吸机功能的前提下，通过对人体呼出气体中特定化学物质浓度采集，进而分析从而给出相关潜在疾病的提示，如精神分裂症、肾衰竭、糖尿病、胃炎等，从而给用户提供更全面更细致的健康护理。
[0041]
2、本发明能够在阻塞性睡眠呼吸暂停及低通气综合症患者使用呼吸机的同时收集患者呼出的气体，并通过一系列传感器对呼出气体中的特定成分进行数据采集，将结果输出至呼吸机，根据对采集数据的分析对比云端及本地已有数据库，提示患者可能患有的疾病。
[0042]
3、相对于现有技术通过压力和流量传感器监测给予患者的气流及患者是否发生呼吸暂停事件，本发明更主要的是将监测及分析模块集成于呼吸机，包括传感器模块、分析处理模块，还可包括呼气分析室等。
附图说明
[0043]
附图1为本发明实施例的工作原理框图；
[0044]
附图2为本发明实施例的结构示意图；
[0045]
附图3为本发明实施例的剖面示意图；
[0046]
附图4为本发明实施例呼气检测模块的结构框图。
[0047]
以上附图中：1.主机模块；2.呼气检测模块；3.气体入口；4.气体出口；5.传感器模块；5a.第一组传感器模块；5b.第二组传感器模块；6.分析处理模块；7.呼气分析室；8.单向阀；9.微处理器；10.储存单元；11.数据信号采集单元；12.放大电路；13.滤波电路；14.模数转换电路；15.串行通信接口；16.无线传输模块；17.显示模块；18.提示灯；19.智能终端；20.电源模块。
具体实施方式
[0048]
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
[0049]
实施例：以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。
[0050]
本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。
[0051]
关于本文中所使用的“第一”、“第二”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本案，其仅为了区别以相同技术用语描述的组件或操作。
[0052]
关于本文中所使用的“连接”或“定位”，均可指二或多个组件或装置相互直接作实体接触，或是相互间接作实体接触，亦可指二或多个组件或装置相互操作或动作。
[0053]
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0054]
关于本文中所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案描述上额外的引导。
[0055]
参见附图1～4所示，一种可进行疾病初筛的呼吸机，包括主机模块1以及呼气检测模块2。
[0056]
其中，所述主机模块1上设有气体入口3及气体出口4，所述气体入口3接驳患者呼吸面罩的呼气管。
[0057]
所述呼气检测模块2包括传感器模块5以及分析处理模块6；所述传感器模块5设于患者的呼气流道中，该呼气流道流经所述气体入口3以及所述气体出口4。即，传感器模块5可设于呼气分析室7中，也可直接设于呼气管中。
[0058]
所述传感器模块5与所述分析处理模块6电性连接，分析处理模块6接收所述传感器模块5反馈的所述呼气流道中的气体数据，并对数据进行相应处理。
[0059]
优选的，所述主机模块1内设有呼气分析室7，该呼气分析室7形成于所述气体入口3及所述气体出口4之间；所述传感器模块5设于所述呼气分析室7中。
[0060]
优选的，所述呼气分析室7与所述气体入口3或/和所述气体出口4的连接处设有单
向阀8，该单向阀8的打开方向与所述呼气流道中的气流方向一致。
[0061]
需要留意的是，所述单向阀8并不是必须的。当有单向阀8时，呼吸机为半封闭式集气模式：进入呼气分析室7的气体由患者面罩的呼气管排出，在呼气分析室7的进气端和出气端设置单向阀可使呼气分析室7在患者呼吸过程中处于相对密闭的状态。具体的，当患者未呼气时，呼气分析室7的进气或/和出气端通过单向阀8限制空气的进入，使呼气分析室7处于临时的密封状态。当患者吸气时，吸气负压作用下，单向阀8保持对呼气分析室7的密封；当患者呼气时，呼出气体冲击并打开单向阀8，气体进入呼气分析室7中。由于设置了单向阀8，空气难以进入呼气分析室7，因此传感器模块5的检测将更加可靠、准确。
[0062]
而无单向阀8时，呼吸机为开放式集气模式：该模式下传感器模块5需要在流速模式下检测出患者呼出气体中相应标志物浓度变化。当无患者呼吸时，传感器模块5与管路中的空气接触；当患者呼吸时，传感器模块5对呼气气流中相应标志物浓度变化进行检测。
[0063]
优选的，所述分析处理模块6包括微处理器9，该微处理器9接收并处理所述传感器模块5反馈的所述气体数据。
[0064]
优选的，所述传感器模块5包括戊烷传感器、cs2传感器、
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c传感器、co传感器、nh3传感器、丙酮传感器中的一种或多种。
[0065]
本发明使用的传感器模块5可包括以下几类：
[0066]
a、高灵敏度气体传感器：可直接识别ppb级的气体浓度，如戊烷传感器、cs2传感器、
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c传感器、co传感器、nh3传感器、丙酮传感器等。b、具有涂层的传感器：传感器上的涂层能够检测出气体中特定的化学标志物(一种或多种)，如cs2传感器、co传感器、戊烷传感器等，该涂层对于上述中化学标志物具有特异性的亲和性，能够吸附化学标志物以化学方式发生相互作用，从而改变传感器的物理特性，如电阻、电容、共振频率等，而且传感器能够该种信号转换为电压信号。c、纳米金属氧化物半导体传感器：传感器表面分布有纳米级的金属氧化物颗粒，用于吸附化学标志物，以co传感器为例：co吸附到纳米传感器上，co被o-氧化，释放电子到传感器上，形成微电流，从而改变电压，作为电信号被采集。d、声波表面传感器，电极/光纤传感器等。
[0067]
优选的，所述传感器模块5设有两组，第一组传感器模块5a设于所述呼气流道(如图中所示的呼气分析室7)中。第二组传感器模块5b外露并接触环境空气，第二组能够监测环境空气中各种标志化学物的浓度，并将此浓度作为基数传输给微处理器9。
[0068]
优选的，所述微处理器9还包括储存单元10，该储存单元10中预存有对应各种疾病的化学标志物的标准值或当前患者各种化学标志物的历史浓度均值。在微处理器9接收到采集到的数据后，会减去第二组传感器模块5b所检测的基数，将所获得的差值，与所述标准值或所述历史浓度均值进行比较。
[0069]
优选的，所述分析处理模块6还包括数据信号采集单元11、放大电路12、滤波电路13以及模数转换电路14；所述传感器模块5的输出连接所述数据信号采集单元11的输入，数据信号采集单元11的输出依次经由所述放大电路12、所述滤波电路13以及所述模数转换电路14处理后输入至所述微处理器9。
[0070]
传感器模块5采集到的“气体浓度变化、电流、电阻、共振频率”等，在输入数据信号采集单元11前均转化为微电压(一般为0-33mv)，数据信号采集单元11将采集到的微电压通过放大电路12放大10～100倍，再通过滤波电路13过滤掉杂质波，通过杂质波后电信号将通
过模数转换电路14将电信号转换为0～4096的数字信号，并将此数字信号传递给微处理器9，并在储存单元10存储备份。微处理器9作为控制中心对该数字信号进行分析处理，数据处理的结果可用于生成患者的疾病初筛结果。
[0071]
优选的，所述分析处理模块6还包括串行通信接口15，该串行通信接口15的数据输入接所述微处理器9的数据输出，且串行通信接口15的输出与一无线传输模块16通讯连接。
[0072]
微处理器9可通过无线传输模块16将计算差值浓度结果与一云端数据库中的数据进行对比，进而得出疾病初筛的结论。例如，某一疾病的云端数据库中存储有对应该疾病的健康浓度值，若将实际测得浓度值与该健康浓度值进行计算，且计算获得差值浓度结果大于一设定值，则作为判定该患者患某种疾病的依据。
[0073]
优选的，还包括显示模块17，该显示模块17与所述分析处理模块6中的微处理器9的视频输出接口连接。
[0074]
优选的，当采集到的信号比设定值高10％时，将在所述显示模块17进行提示，提示该患者可能患有异常浓度化学标志物对应的疾病，且处于该疾病的初期，并提示患者到医院进行专业检查，同时呼吸机底端的提示灯18可转变为绿色闪烁。
[0075]
当采集到的信号比设定值高30％时，将在所述显示模块17进行提示，提示该患者可能患有异常浓度化学标志物对应的疾病，且处于该疾病的中期，并提示患者到医院进行专业检查，同时呼吸机底端的提示灯18可转变为黄色闪烁。
[0076]
当采集到的信号比设定值高50％时，将在所述显示模块17进行提示，提示该患者可能患有异常浓度化学标志物对应的疾病，且处于该疾病的晚期，并提示患者到医院进行专业检查，同时呼吸机底端的提示灯18可转变为红色闪烁。
[0077]
优选的，同时信号可通过无线传输模块16以推送的方式将提示信息推送至患者呼吸机绑定的智能终端19(如微信端)。
[0078]
优选的，还包括电源模块20，该电源模块20为呼气检测模块2供电，且该电源模块20为可关闭设计。对于该呼气检测疾病初筛功能，患者在呼吸机主机的操作界面能够自主的选择开启/关闭该功能模块，当呼气检测疾病初筛功能开启时，呼吸机将按上述模式进行运行；当呼气检测疾病初筛功能关闭时，呼气检测模块2及传感器模块5将无电源供给，此时呼吸机仅作为普通呼吸机使用，用以治疗阻塞性睡眠呼吸暂停及低通气综合症。
[0079]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。