[发明专利]用于测量呼出空气中气体的浓度的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及测量受试者呼出的气体流中特定气体的浓度。

背景技术

通过测量受试者呼出的空气中一氧化氮(NO)的浓度可以掌控诸如哮喘的状况。患有哮喘的那些患者在下呼吸道(支气管和肺泡部分)中产生水平升高的NO。

目前，针对要执行的NO测量，患者必须以50ml/s的恒定气流速率呼气10秒钟。由于限流器的作用，受试者口腔中的压力足够高以关闭隔膜—由肌纤维组成的包覆在黏膜中的软腭，负责在吞咽和打喷嚏的动作过程中关闭鼻通道—从而阻止来自鼻的NO干扰测量。

然而，在这种方法中，NO浓度相当低，需要灵敏并且昂贵的系统来测量呼出空气中NO的十亿分之一的浓度，并随着时间对测量结果进行累计。即便如此，由于由受试者上呼吸道中腺体产生的NO，该结果易于出现误差和偏差。

此外，目前的检测技术是基于受试者在10秒的时段内维持近乎恒定的呼气，这对于老年受试者、幼儿或呼吸困难的受试者而言是不容易甚至不可能的。需要相对大体积的呼出气体，以便在NO测量中实现足够的信噪比(SNR)。此外，该方法并不十分适用于对受试者的连续监测。

此外，在正常呼吸(即，在连续监测中)期间测量NO浓度的情况下，必须阻塞鼻以避免由于鼻腺体中残余NO产生而导致的误差和偏差。这种阻塞对受试者造成极大不便。

因此，需要一种经改进的方法和设备来测量呼出气体流中一氧化氮(或其他特定气体)的浓度。

发明内容

因此，根据本发明的第一方面，本文提供了一种用于监测受试者的呼吸的设备，该设备包括：传感器，所述传感器用于测量受试者呼出的空气中指定气体的浓度；以及处理器，所述处理器被配置成提供指示在呼出空气的选定部分中所述指定气体的浓度的输出，所述呼出空气的选定部分对应于来自受试者的呼吸系统的特定部位的空气。

根据本发明的第二方面，提供了一种监测受试者的呼吸的对应方法，该方法包括：测量受试者呼出的空气中指定气体的浓度；以及提供指示在呼出空气的选定部分中所述指定气体的浓度的输出，所述呼出空气的选定部分对应于来自受试者的呼吸系统的特定部位的空气。

附图说明

现在将参考附图并仅以范例的方式描述本发明，在附图中：

图1图示了在哮喘受试者的正常呼吸期间，呼出气体流中一氧化氮的浓度分布(顶图)，和空气流量(flow)(底图)；

图2是受试者所使用的根据本发明的设备的图示；

图3是图示说明根据本发明的通用方法的流程图；以及

图4图示了在肺炎受试者的正常呼吸期间，呼出气体流中一氧化氮的浓度分布(顶图)，和空气流量(底图)。

具体实施方式

尽管下文将参照对受试者呼出的气体中一氧化氮(NO)的检测来描述本发明，但应当认识到，本发明能够应用于对呼出气体流中其他特定气体的检测。

具体而言，对呼出气息的分析是现代医学中重要的监测工具。通过对诸如流量和体积的流体机械特性的分析，能够提取到关于肺功能的信息。例如，由于肺是血液与空气之间交换气体的场所，在吸入空气和呼出空气之间诸如氧气、二氧化碳和水蒸气的主要空气组成的差异是动脉血气体的水平的指示。另外，通过气息分析能够跟踪麻醉剂的扩散。最后，诸如一氧化氮的示踪标志物能够提供关于呼吸系统中病理学的信息。

通过肺的密集灌注和提供最大的交换表面的肺泡(aveoli，也写作alveoli)，在肺中在空气与血液之间交换二氧化碳。随着二氧化碳从血液扩散到空气中以达到特定的扩散平衡，呼出空气中二氧化碳的水平与血液中二氧化碳的分压(pCO₂)强烈相关。具体而言，在呼气的结束，来自肺泡附近的空气从肺中排出。因为在血液和呼出空气中的二氧化碳水平中存在平衡，呼吸末二氧化碳值(EtCO₂)即是血液中的pCO₂值(在5％的误差范围之内)。由于呼吸末二氧化碳值量化了人的新陈代谢，因此该值非常重要。针对任何进行辅助呼吸的人都要对该值进行连续监测。

已知有各种医学状况会导致在受试者体内产生的一氧化氮水平发生变化，以及引起由受试者的呼吸系统的特定部位产生的一氧化氮水平发生变化。例如，患有哮喘的受试者在呼吸系统的下呼吸道部位(支气管)中产生水平升高的一氧化氮，而肺炎造成在呼吸系统的下部(肺泡)中产生的一氧化氮上升。

由于用于测量NO水平的现有技术具有有限的体积特异性，它们不能够跟踪呼出气体流中NO浓度分布的动态变化，或者不能够对应于呼吸系统的特定部位的输出结果。