[發(fā)明專利]一種人體肺氣體交換模擬方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711383373.1
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108133653B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王遠(yuǎn);李冕;葉小燦;高理升;李文;許金林;孫怡寧;徐玉兵;馬祖長;陳焱焱;周旭;楊先軍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 11251 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

本發(fā)明公開了一種人體肺氣體交換模擬方法及裝置，可用于人體氣體交換測試設(shè)備的驗(yàn)證與生產(chǎn)檢驗(yàn)。本發(fā)明運(yùn)用控制氣缸活塞運(yùn)動(dòng)模擬人體肺呼吸功能，并通過向氣缸中定量釋放特定濃度的二氧化碳來模擬人體氣體代謝，模擬精度高、重復(fù)性好。同時(shí)可以通過調(diào)節(jié)裝置參數(shù)設(shè)置改變模擬輸出量，適合模擬不同的氣體代謝速率。本發(fā)明可用于人體呼吸與氣體代謝測量儀器的系統(tǒng)標(biāo)定、檢驗(yàn)驗(yàn)證，具有結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)果準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人體能量代謝測試領(lǐng)域，具體涉及一種人體肺氣體交換模擬方法及裝置。

背景技術(shù)

靜息狀態(tài)下的人體肺交換氣體測量，即靜息態(tài)氧消耗量、二氧化碳產(chǎn)生量可用于推算人體靜息能量，及三大能量底物(碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì))的消耗速度。同時(shí)肺氣體交換測試裝置與跑步機(jī)、功率車等負(fù)載設(shè)備配合，測試人體在不同運(yùn)動(dòng)負(fù)荷下的攝氧量、二氧化碳排出量，還可作為心肺功能的評估、疾病無創(chuàng)診斷的工具。因此氣體交換測試設(shè)備是體質(zhì)健康評估、運(yùn)動(dòng)能力測評的重要工具。

但一方面受標(biāo)定氣體和設(shè)備精度、傳感器性能及采樣誤差等多方面影響，若沒有經(jīng)過可靠的測試驗(yàn)證，氣體交換能量代謝測試裝置很難保證其有效性；一方面氣體代謝一般測試過程比較長，而人體氣體能量代謝的數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)變化的，因此同類型設(shè)備真人測試對比驗(yàn)證也比較困難，因此設(shè)計(jì)對應(yīng)的模擬器用于該類設(shè)備的驗(yàn)證和檢驗(yàn)非常必要。最近CN 206075672U等發(fā)明中給出了一種呼吸通氣模擬驗(yàn)證設(shè)備，但仍無法模擬人體氧氣消耗和二氧化碳產(chǎn)生，仍不能滿足氣體能量代謝設(shè)備的驗(yàn)證需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是通過提出一種人體肺氣體交換模擬方法及裝置，模擬人體肺通氣和氣體代謝交換，可用于人體能量代謝測試儀器的研發(fā)驗(yàn)證和生產(chǎn)檢驗(yàn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的方案為：

一種人體肺氣體交換模擬裝置，該裝置由軟質(zhì)氣袋、單向閥、T型接頭、電子流速控制器、減壓閥、標(biāo)準(zhǔn)氣體組成代謝氣體產(chǎn)生單元，用于模擬人體肺的氣體交換功能，其中減壓閥安裝在標(biāo)準(zhǔn)氣體氣罐上，并經(jīng)導(dǎo)管連接到電子流速控制器，電子流速控制器再通過導(dǎo)管連接到軟質(zhì)氣袋底部，單向閥一端安裝在T型接頭旁側(cè)口上，一端連接軟質(zhì)氣袋；由轉(zhuǎn)盤、第一軸承、U型連桿、固定底座、第二軸承、第三軸承、直連桿、軸承導(dǎo)槽、活塞和氣缸組成人體呼吸模擬單元，用于模擬人體肺的呼吸通氣功能，其中U型連桿一端由第二軸承固定在固定底座上，另一端通過第三軸承連接到直連桿末端，第一軸承安裝在轉(zhuǎn)盤條形開口上，并凸出進(jìn)入U(xiǎn)型連桿中間U型槽內(nèi)，軸承導(dǎo)槽位置固定，直連桿被軸承導(dǎo)槽兩個(gè)軸承上下限制，活塞位于氣缸內(nèi)部，一端連接直連桿，氣缸出口連接T型接頭的一個(gè)直通接口。

其中，轉(zhuǎn)盤有一個(gè)條形開口，第一軸承可以在該條形開口中移動(dòng)和固定，其與轉(zhuǎn)盤的圓心間距離r可調(diào)節(jié)，另外轉(zhuǎn)盤與第二軸承圓心水平位置相同，垂直高度為b可調(diào)節(jié)。可通過調(diào)整第一軸承位置和轉(zhuǎn)盤垂直高度b改變活塞行程。

其中，轉(zhuǎn)盤通過第三軸承、U型連接件將轉(zhuǎn)盤的圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直連桿直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)利用軸承導(dǎo)槽對直連桿進(jìn)行上下限位。

其中，利用單向閥隔離軟質(zhì)氣袋和氣缸，當(dāng)氣缸排氣時(shí)，單向閥關(guān)閉，不讓排除氣體進(jìn)入軟質(zhì)氣袋，軟質(zhì)氣袋內(nèi)中逐漸積累標(biāo)準(zhǔn)氣體；氣缸抽氣時(shí)，軟質(zhì)氣袋中的積累氣體被吸入氣缸，部分外部空氣也會(huì)一同吸入。

一種人體肺氣體交換模擬方法，通過調(diào)節(jié)氣缸的行程，模擬人體不同的呼吸通氣量；通過向氣缸中釋放二氧化碳和氮?dú)饣旌蠚?，模擬人體氣體代謝，即人體二氧化碳產(chǎn)生與氧氣消耗，并由電子流速控制器控制注入混合氣的速度，模擬不同的能量代謝速率。

本發(fā)明取得的有益效果：

1、本發(fā)明一種人體肺氣體交換模擬方法及裝置，通過注入特定組分的二氧化碳、氮?dú)饣旌蠚猓o以簡單的動(dòng)力結(jié)構(gòu)，即可模擬人體肺通氣功能和復(fù)雜的肺氣體交換，并且該系統(tǒng)具有很高的準(zhǔn)確度，可用于人體能量代謝測試儀關(guān)鍵測量參數(shù)的準(zhǔn)確性、重復(fù)性驗(yàn)證與生產(chǎn)檢驗(yàn)。