一種基于寬帶光源腔增強(qiáng)吸收光譜的feno檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于寬帶光源腔增強(qiáng)吸收光譜的FENO檢測(cè)系統(tǒng)，涉及醫(yī)療器械設(shè)備領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種采用LED寬帶光源結(jié)合腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)的一氧化氮檢測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要由光源部分、FENO濃度檢測(cè)部分和NO吸收信號(hào)分析部分組成，光源采用LED發(fā)光二極管，F(xiàn)ENO濃度檢測(cè)部分由兩個(gè)準(zhǔn)直和兩個(gè)凸透鏡，以及兩個(gè)凹球面高反鏡組成的光學(xué)諧振腔、進(jìn)氣口以及兩個(gè)洗氣排氣口等構(gòu)成，NO吸收信號(hào)分析部分則由光譜儀、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和顯示器組成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：采用寬帶光源集合腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)，有效提高了檢測(cè)的靈敏度，實(shí)時(shí)檢測(cè)，檢測(cè)極限達(dá)到ppm量級(jí)，特異性好且無(wú)污染，有效滿足醫(yī)療檢測(cè)的應(yīng)用需求。
【專利說(shuō)明】一種基于寬帶光源腔增強(qiáng)吸收光譜的FENO檢測(cè)系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于寬帶光源腔增強(qiáng)吸收光譜的FEN0檢測(cè)系統(tǒng)，具體地說(shuō)是一 種用LED發(fā)光二極管作光源，結(jié)合腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)對(duì)人呼出一氧化氮?dú)怏w濃度（即 fractional concentration of exhaled nitri coxide FEN0)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)的系統(tǒng)， 屬于醫(yī)療器械設(shè)備領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今社會(huì)的高速發(fā)展，空氣與環(huán)境污染嚴(yán)重，導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)疾病已經(jīng)越來(lái)越趨向 于低齡化與致命化，由于呼吸系統(tǒng)感染導(dǎo)致的各種頑疾也在不斷發(fā)生著變化，傳統(tǒng)技術(shù)已 經(jīng)不足以完全應(yīng)對(duì)現(xiàn)代疾病的診斷和治療，作為一種常見(jiàn)的呼吸系統(tǒng)疾病，氣道炎癥在臨 床上十分常見(jiàn)，通常表現(xiàn)為發(fā)燒、咳嗽和哮喘等；其特點(diǎn)多呈慢性、反復(fù)、不易治愈?？焖贉?zhǔn) 確的對(duì)氣道炎癥進(jìn)行診斷，對(duì)治療方案和指導(dǎo)用藥有重要參考價(jià)值。目前的氣道炎癥檢測(cè) 方法分為有創(chuàng)技術(shù)和無(wú)創(chuàng)技術(shù)，有創(chuàng)技術(shù)主要有支鏡鏡下粘膜活檢、支氣管肺泡灌洗，這兩 種直接監(jiān)測(cè)的方法能夠直接檢測(cè)氣道炎癥，是氣道炎癥的"金標(biāo)準(zhǔn)"，但是有創(chuàng)技術(shù)屬于侵 入性監(jiān)測(cè)，會(huì)引起氣道高反應(yīng)，可以作為研究工具，不能夠作為臨床常規(guī)技術(shù)開(kāi)展；無(wú)創(chuàng)技 術(shù)則主要有支氣管激發(fā)試驗(yàn)一氣道高反應(yīng)性測(cè)定（BHR)、誘導(dǎo)痰檢測(cè)（SI)、呼出冷凝物檢 測(cè)（EBC)和呼出氣一氧化氮測(cè)定等，支氣管激發(fā)試驗(yàn)通過(guò)外界藥物刺激，使支氣管平滑肌 收縮，再用肺功能做指標(biāo)，判斷支氣管狹窄的程度，用于測(cè)定氣道高反應(yīng)性，這種方法是目 前診斷氣道炎癥疾病的依據(jù)之一，但是此方法不能直接反應(yīng)氣道炎癥，對(duì)設(shè)備要求較高，還 具有一定的危險(xiǎn)性，不適于肺功能較差以及急性發(fā)作的患者，敏感性高而特異性較低，具有 滯后性。誘導(dǎo)痰檢測(cè)（SI)是通過(guò)吸入霧化高滲鹽水誘導(dǎo)痰液生成，并對(duì)痰液中的細(xì)胞成分 和上清液可溶性介質(zhì)進(jìn)行分析研究的一種檢測(cè)方法，此方法影響因素較多，個(gè)體差異性大， 會(huì)出現(xiàn)一定副作用，約有40%的患者誘導(dǎo)不出痰。呼出氣冷凝物檢測(cè)（EBC)通過(guò)對(duì)呼出氣 冷凝液中的生化標(biāo)記物進(jìn)行檢測(cè)來(lái)分析判斷氣道炎癥，此方法目前尚無(wú)統(tǒng)一方法和標(biāo)準(zhǔn)、 無(wú)法質(zhì)量控制，仍處于研究階段。呼出氣一氧化氮（FEN0)是國(guó)際上首個(gè)、也是目前唯一用 于臨床常規(guī)的直接檢測(cè)氣道炎癥的生物學(xué)指標(biāo)，眾多研究表明，氣道炎癥患者的呼出氣和 血漿中均含有高濃度N0,檢測(cè)呼出氣一氧化氮可以直接反映患者氣道炎癥，通過(guò)檢測(cè)患者 呼出氣中一氧化氮濃度的增高來(lái)進(jìn)行氣道炎癥的臨床診斷，有著較高的特異度和敏感度。 目前的呼出氣一氧化氮檢測(cè)方法主要是電化學(xué)方法，利用N0與0 3或者H202等反應(yīng)產(chǎn)生化 學(xué)發(fā)光，通過(guò)發(fā)光強(qiáng)度來(lái)判斷N0濃度，屬于間接的測(cè)量，需要對(duì)呼吸樣品進(jìn)行處理，不能實(shí) 時(shí)在線反應(yīng)呼氣濃度，且檢測(cè)時(shí)引入的外源性氣體會(huì)影響N0測(cè)定的特異性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種高靈敏度、實(shí)時(shí)在線、 非侵入無(wú)創(chuàng)式和特異性較強(qiáng)的FEN0檢測(cè)系統(tǒng)，一種基于寬帶光源腔增強(qiáng)吸收光譜的FEN0 檢測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明將LED寬帶光源與腔增強(qiáng)吸收光譜技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)氣體的吸收光譜特 性，實(shí)時(shí)在線測(cè)量氣道炎癥患者呼出氣中的一氧化氮濃度，確保及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)氣道炎癥做 出診斷。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于寬帶光源腔增強(qiáng)吸收光譜的FEN0檢測(cè)系統(tǒng)，主要 由光源部分、FEN0濃度檢測(cè)部分和N0吸收信號(hào)分析部分組成。所述的光源部分由LED驅(qū) 動(dòng)電源、LED發(fā)光二極管組成；FEN0濃度檢測(cè)部分由兩個(gè)準(zhǔn)直透鏡、兩個(gè)凸透鏡、濾光片、兩 個(gè)凹球面高反鏡組成的光學(xué)諧振腔以及進(jìn)氣口和兩個(gè)洗氣排氣口組成；N0吸收信號(hào)分析 部分則由光譜儀、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和顯示器組成，三個(gè)部分通過(guò)兩根光纖連接在一起進(jìn) 行工作。其中，LED發(fā)光二極管作為檢測(cè)光源，出射光經(jīng)過(guò)光纖傳輸至FEN0濃度檢測(cè)部分， 由一組準(zhǔn)直透鏡和凸透鏡耦合穿過(guò)濾光片進(jìn)入光學(xué)諧振腔中，患者將呼出的氣體吹入諧振 腔，光束在諧振腔中多次反射傳播，經(jīng)過(guò)吸收后的出射光束再由另一組凸透鏡和準(zhǔn)直透鏡 匯聚耦合到光纖中傳輸至N0吸收信號(hào)分析部分，由光譜儀和數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)進(jìn)行處 理分析，最終將檢測(cè)結(jié)果呈現(xiàn)在顯示器上。
[0005] 進(jìn)一步的，所述LED二極管在其驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)下發(fā)射出光，光經(jīng)過(guò)光纖傳輸后由 準(zhǔn)直透鏡準(zhǔn)直出射至凸透鏡。
[0006] 進(jìn)一步的，所述凸透鏡將光束匯聚，匯聚光束經(jīng)過(guò)濾波片后耦合進(jìn)入光學(xué)諧振腔。
[0007] 進(jìn)一步的，所述光學(xué)諧振腔由兩個(gè)凹球面高反鏡組成，且在光學(xué)諧振腔的兩側(cè)分 別有進(jìn)氣口和兩個(gè)洗氣排氣口，患者使用前，先通過(guò)洗氣排氣口通入足量氮?dú)鈱?duì)諧振腔進(jìn) 行清潔，以保證腔內(nèi)沒(méi)有其他氣體的干擾，患者呼出氣體由進(jìn)氣口吹入諧振腔，光束在諧振 腔內(nèi)多次來(lái)回傳播，經(jīng)過(guò)呼出氣體中一氧化氮吸收后的光束出射的光傳遞至第二個(gè)凸透 鏡。
[0008] 進(jìn)一步的，所述第二個(gè)凸透鏡將出射光束匯聚至第二個(gè)準(zhǔn)直透鏡，使出射光耦合 進(jìn)入光纖。
[0009] 進(jìn)一步的，所述光纖將光信號(hào)傳輸至光譜儀。
[0010] 進(jìn)一步的，所述光譜儀對(duì)光信號(hào)進(jìn)行初步處理分析，然后將處理后的光信號(hào)傳遞 至數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)。
[0011] 進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)首先將光信號(hào)采集轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后進(jìn)行 分析處理，計(jì)算出經(jīng)過(guò)吸收后的光強(qiáng)度變化，得到患者呼出氣體中一氧化氮的絕對(duì)濃度值。
[0012] 進(jìn)一步的，所述顯示器測(cè)試結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。
[0013] 本發(fā)明的工作原理是：所述LED光源產(chǎn)生一定波長(zhǎng)范圍的寬帶光波信號(hào)，光傳播 經(jīng)過(guò)諧振腔時(shí)由于一氧化氮的吸收作用發(fā)生光強(qiáng)衰減，通過(guò)測(cè)量透過(guò)諧振腔后的光強(qiáng)得到 腔內(nèi)一氧化氮?dú)怏w的濃度，所以只要測(cè)得光強(qiáng)度變化就可以實(shí)時(shí)快速地計(jì)算出患者呼出的 一氧化氮的濃度水平。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：LED光源是寬帶光源，可測(cè)的吸收區(qū)域更多， 為利用吸收光譜技術(shù)檢測(cè)一氧化氮提供了更多高吸收線強(qiáng)的的吸收譜線，使檢測(cè)極限達(dá)到 ppm甚至更低濃度量級(jí)；且選擇光源的波長(zhǎng)范圍處于一氧化氮吸收峰特征波長(zhǎng)處，避免其 它物質(zhì)干擾，特異性好；光學(xué)諧振腔增加了有效吸收光程，顯著的提高了檢測(cè)的靈敏度；系 統(tǒng)可以實(shí)時(shí)在線檢測(cè)患者呼出氣體中的一氧化氮濃度，無(wú)創(chuàng)式采樣，直接檢測(cè)且不需要對(duì) 呼氣樣品進(jìn)行處理，避免了樣品污染。綜合以上幾點(diǎn)，本發(fā)明具有靈敏度高，特異性好，無(wú)污 染和實(shí)時(shí)在線等優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015] 附圖為本發(fā)明的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 其中：LED光源驅(qū)動(dòng)1，LED發(fā)光二極管2,光纖3、14,準(zhǔn)直透鏡4、13凸透鏡5、11， 濾光片6,凹球面高反鏡7、11，進(jìn)氣口 10,洗氣排氣口 8、9,光譜分析儀15,數(shù)據(jù)采集及處理 系統(tǒng)16,顯不器17。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 參閱附圖為本發(fā)明一種基于寬帶光源腔增強(qiáng)吸收光譜的FEN0檢測(cè)系統(tǒng)的具體實(shí) 施例。一種基于寬帶光源腔增強(qiáng)吸收光譜的FEN0檢測(cè)系統(tǒng)，包括：LED光源驅(qū)動(dòng)1，LED發(fā) 光二極管2,光纖3、14,準(zhǔn)直透鏡4、13,凸透鏡5、11，濾光片6,凹球面高反鏡7、11組成的 光學(xué)諧振腔，進(jìn)氣口 10,洗氣排氣口 8、9,光譜分析儀15,數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)16和顯示器 17。本發(fā)明如附圖所示，首先在洗氣排氣口 8、9通入足量氮?dú)鈱?duì)光學(xué)諧振腔進(jìn)行清洗，目的 是保證檢測(cè)時(shí)患者的呼出氣體不受其它空氣成分干擾，采用寬帶光源LED發(fā)光二極管2作 為光源，由LED光源驅(qū)動(dòng)1驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光二極管2發(fā)出一定強(qiáng)度和波長(zhǎng)范圍的光波，光經(jīng)過(guò) 光纖3傳輸，再由準(zhǔn)直透鏡4準(zhǔn)直后經(jīng)過(guò)凸透鏡5匯聚，匯聚后的光束穿過(guò)濾光片6,經(jīng)過(guò)濾 光片6后的光束進(jìn)入光學(xué)諧振腔，患者通過(guò)進(jìn)氣口 10向腔內(nèi)吹氣，光在凹球面高反鏡7、11 的反射作用下在腔內(nèi)多次傳播，經(jīng)過(guò)呼出氣體中一氧化氮吸收后的光由光學(xué)諧振腔出射， 出射光經(jīng)過(guò)凸透鏡12匯聚，然后再由另一個(gè)準(zhǔn)直透鏡13耦合進(jìn)入光纖14內(nèi)，由光纖14將 衰減后的光信號(hào)輸入給光譜儀15,光譜儀15對(duì)信號(hào)做初步的光譜分析，然后將信號(hào)傳遞至 數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)16,光信號(hào)在這里轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并進(jìn)行計(jì)算分析，根據(jù)光強(qiáng)度變化與一 氧化氮濃度關(guān)系，實(shí)時(shí)在線得到患者的呼出氣體中的一氧化氮濃度絕對(duì)值，最后將此結(jié)果 呈現(xiàn)在顯示器17上，得到檢測(cè)結(jié)果。
[0018] 以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，但本發(fā)明的技術(shù)特征并不局限于此，任何本 領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明的領(lǐng)域內(nèi)，所作的變化或修飾皆涵蓋在本發(fā)明的專利范圍之中。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于寬帶光源腔增強(qiáng)吸收光譜的FENO檢測(cè)系統(tǒng)，主要由光源部分、FENO濃度檢 測(cè)部分和NO吸收信號(hào)分析部分組成。所述的光源部分由LED驅(qū)動(dòng)電源、LED發(fā)光二極管組 成；FENO濃度檢測(cè)部分由兩個(gè)準(zhǔn)直透鏡、兩個(gè)凸透鏡、濾光片、兩個(gè)凹球面高反鏡組成的光 學(xué)諧振腔以及進(jìn)氣口和兩個(gè)洗氣排氣口組成；NO吸收信號(hào)分析部分則由光譜儀、數(shù)據(jù)采集 處理系統(tǒng)和顯示器組成，三個(gè)部分通過(guò)兩根光纖連接在一起進(jìn)行工作。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于寬帶光源腔增強(qiáng)吸收光譜的FENO檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于：所述光學(xué)諧振腔由兩個(gè)凹球面高反鏡組成，且在光學(xué)諧振腔的兩側(cè)分別有進(jìn)氣口和兩 個(gè)洗氣排氣口，患者使用前，先通過(guò)洗氣排氣口通入足量氮?dú)鈱?duì)諧振腔進(jìn)行清潔，以保證腔 內(nèi)沒(méi)有其他氣體的干擾，患者呼出氣體由進(jìn)氣口吹入諧振腔，光束在諧振腔內(nèi)多次來(lái)回傳 播，經(jīng)過(guò)呼出氣體中一氧化氮吸收后的光束出射的光傳遞至第二個(gè)凸透鏡。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于寬帶光源腔增強(qiáng)吸收光譜的FENO檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在 于：所述數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)首先將光信號(hào)采集轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后進(jìn)行分析處理，計(jì)算出 經(jīng)過(guò)吸收后的光強(qiáng)度變化，得到患者呼出氣體中一氧化氮的絕對(duì)濃度值。
【文檔編號(hào)】G01N21/31GK104142308SQ201310178821
【公開(kāi)日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月8日
【發(fā)明者】邵杰, 韓葉星, 郭杰, 王理明, 鄭倩瑛 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)