[发明专利]一种头罩式间接能量测试方法及装置

说明书

本发明公开了一种头罩式间接能量测试方法及装置，可用于对人体能量代谢率的简单、准确测量。本发明中运用负压头罩收集分析人体呼出气体，使得计算能量代谢率时无需考虑面罩和生理死腔误差修正，无需考虑流速与浓度间延迟校对，简化了测试数据分析计算复杂度，提高了测量的精度；通过设计负压头罩的结构和对应的自适应抽气速度调整算法，减少浓度稀释比例；同时还采用了一种泄压装置，平衡标定气和测量气间压力差，提高了测量结果准确性。本发明可用于人体静息能量消耗测量，具有舒适、安全、测量精度高的优点。

技术领域

本发明涉及气体样本采集分析领域，具体涉及一种头罩式间接能量测试方法及装置。

背景技术

气体代谢分析仪器通过测试一定时间内氧消耗量、二氧化碳产生量计算出人体的能量消耗，以及三大营养物质(碳水化合物、脂肪和蛋白质)在能量消耗中的构成，用于营养代谢评估。另外该装置还可与跑步机、功率车等负载设备配合，测试人体在不同运动负荷下的摄氧量、二氧化碳排出量，用于评估人体心肺耐力测试与心肺循环系统疾病无创诊断。因此气体代谢测试在营养膳食指导、疾病诊断与康复领域具有重要的应用价值。

早期的气体代谢测试比较简单，一般采用道格拉斯气袋法。测试过程中将所有呼出气体全部收集到气袋中，整个测试过程需要几十个气袋。测试完成后，先测量呼出气体的体积，再使用化学分析方法分析气袋中氧气和二氧化碳的浓度，整个过程缓慢而且繁琐。由于道格拉斯气袋法不能做到数据的实时分析，同时设备庞大，通气管路是封闭式的，呼气阻力很大。微型混合室方法采集微量人体呼出气体进行分析，微型混合室与道格拉斯气袋法相比，其最大的优点是可以在开放式呼吸模式下进行测量，但受采样误差和呼吸死腔影响，其准确度仍有待提高。

头罩式间接能量测试方法是一种开放式能量代谢测试方法，相对于闭合式能量代谢测试，测试过程受试者可以自由呼吸环境空气，没有管道阻力，因此测试过程更加舒适，更加人性化；头罩式能量代谢测试采样负压头罩收集人体呼出气体，利用氮气平衡分析计算，不需要相关通气死腔的误差修正，另外与人体呼出气体流速实时变化不同，头罩抽气速度恒定，头罩中的气体浓度分析不需要与流速关联，即不需要修正流速、浓度传感器的反映延迟，因此测量结果更加准确可靠。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种新型头罩式间接能量测试方法及装置，提高了测试者在测试过程中的舒适度和安全性。实现了对人体呼出气体更加精确的测量。

为了达到上述目的，本发明所采用的方案为：

一种头罩式间接能量测试装置，该装置由头罩、流量传感器、阻尼器、第一抽气泵组成的气体采集混合部分实现了人体呼出气体和空气组成混合气体的采集与混合，其中第一抽气泵、阻尼器、流量传感器、头罩抽气口依此通过气管连接，第一抽气泵经该通路抽取头罩中人体呼出气体，最后排除到空气中，阻尼器用于稳定抽气气流，流量传感器用于抽气流速测量；由第一气瓶、第二气瓶、四通阀、氧传感器、二氧化碳传感器、第二抽气泵组成的气体浓度分析部分实现了气体浓度分析，其中四通阀B端连接阻尼器与流量传感器间的气管，用于抽取气管中的气体，四通阀A端连通环境空气，用于抽取环境气体，第一气瓶中高浓度标定气由导管依此经第一双级减压阀、第一电磁阀连接到溢出接口，第二气瓶中低浓度标定气由导管依此经第二双级减压阀、第二电磁阀连接到溢出接口一端，溢出口另一端经稳压阀连接到四通阀D端，四通阀可选择打开A-C、B-C、D-C任一通路，第二抽气泵连接缓冲装置，同时经氧传感器和二氧化碳传感器抽取四通阀C端气体；由控制单元负责检测装置中泵和阀的控制、数据的采集与上传；人机交互设备用于数据处理、分析和显示。

其中，通过一个部分开放的透明头罩收集人体呼出气体，该面罩通过包含一个用于密封的软质围边、一个空气进气口和一个抽气口，测试抽气时，头罩内部形成负压，进气口与出气口之间形成对流，将人呼出气体抽入风机管路中。

其中，在对氧传感器和二氧化碳传感器进行标定时，先将气瓶中的高压标定气体通过溢出接口进行压力释放，再通过第二抽气泵将标定气体抽入氧传感器和二氧化碳传感器进行浓度标定。