[发明专利]呼出气中呼吸与循环系统气体分子浓度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及呼出气中气体分子浓度测量的方法。

背景技术

已知人体呼出气体的多种气体分子成分及其浓度的测量可以辅助医生诊断患者所患疾病，监控疾病状态及观察治疗效果等。呼气中某种气体分子X的来源主要是呼吸系统产生并呼出的气体X1的和其他系统产生经过循环系统传递到呼吸系统并呼出的气体X2之和。而呼吸系统又可细分为气道部位和肺泡部位，所以X又可细分为气道产生并呼出的气体X11、肺泡产生并呼出的气体X12、其它系统产生经循环系统传递到肺泡的气体X2之和。

CASE1：对某些气体分子X，例如CH4、H2、NH3等，呼出气X仅来源于其它系统产生经循环传递到呼吸系统的气体X2，主要是肠胃或消化系统产生的气体。

CASE2：对内源性气体分子NO等，呼吸系统产生并呼出的气体X1浓度远大于其它系统产生经循环传递到呼吸系统的气体X2浓度，主要是呼吸系统产生的气体。

CASE3：对内源性CO或甚至H2S及VOC等，其它系统产生经循环传递到呼吸系统的气体X2浓度远大于呼吸系统产生并呼出的气体X1浓度。

NO、CO与H2S是目前国际公认的气体信号分子，而CH4、NH3则是最近建议的新的气体信号分子。

用于临床诊断，我们希望知道这些气体产生的部位，从而帮助判断或检查监测哪些部位或系统出了问题。

但目前，尤其对CASE2与CASE3尚无技术和产品可以区分气道产生并呼出的气体X11、肺泡产生并呼出的气体X12、其它系统产生经循环系统传递到肺泡的气体X2。例如对呼气CO分子而言，CareFusion公司的Micro CO分析仪或是Natus Medical，Inc.的CO-STAT呼气末分析仪都只用于分析测量呼气末CO浓度，无法区分该CO浓度是来自于肺泡产生的气体X12浓度还是其他系统产生循环到肺泡区的气体X2浓度。而对呼气NO分子而言，现有技术J. Breath Res. 6 (2012) 047103中提出了区分气道气NO及肺泡气NO,该技术区分的是气道NO(X11)和肺泡NO（X12与X2之和），却不能区分肺泡产生的X12与其他系统产生扩散至肺泡X2。

由于不能区分肺泡与其它系统产生的CO或NO，目前呼气末CO或肺泡区NO的测定还未形成规范化或定量化的诊断技术。因此，最近的一些权威综述均希望开发这样一种技术，以拓展呼呼气CO或NO的临床应用，尤其是区分气道与全身炎症。

发明内容

本发明的目的是提供呼出气中呼吸与循环系统气体分子浓度的测量方法，以实现肺泡区产生的气体X12和其他系统产生的经过循环系统传递到呼吸系统的气体X2。

本发明提供了一种呼出气中呼吸与循环系统气体分子浓度的测量方法，其实现过程包括:

通过CO2曲线显示的呼气状态，测量至少两个时间下呼出气处于肺泡区的呼出气体X的浓度，通过及联立二元一次方程组，或标准曲线法拟合曲线，计算出肺泡区X浓度Ca及其他组织产生的经过血液循环进入肺泡的X浓度Cw。要求潮气呼吸流量下大于150ml/s，气道保留时间小于1s。CO2监测模块监控整个潮气呼吸过程中CO2浓度的变化，通过不少于两次的潮气呼吸的结果取平均值。

上述方法测量的呼出气中呼吸与循环系统气体X至少包括一氧化碳和一氧化氮，用于测量气体分子浓度的装置包括化学发光分析仪、色谱质谱光谱仪及传感器，

用于分析测量一氧化氮浓度的检测器的检测下限低于3ppb，用于分析测量一氧化氮浓度的检测器的检测下限低于2ppm。潮气呼吸流量下大于150ml/s，气道保留时间小于1s。CO2监测模块监控整个潮气呼吸过程中CO2浓度的变化，通过对受试者的不少于两次的潮气呼吸结果进行计算取平均值。

肺泡区是一个柔性或膨胀的区间，代表了细支气管和肺泡区（气管18级及以下）。两室周围被一层组织包围，表现为气道区的支气管粘膜和肺泡区的肺泡膜。血液循环，表现为支气管循环和肺循环分别远离气道区和肺泡区。支气管黏膜和肺泡膜细胞是肺泡区X主要的产生来源，因此，我们假设X分别在气道和肺泡周围的组织的单位体积以恒定的速率产生。

X从产生到转移到支气管血液是通过菲克第一定律所描述的分子扩散进行的。组织中X浓度的轴向或是角向运动被忽略。所以X在组织中的传输可以用一维扩散方程来描述。与血液半径相比，小组织的厚度可以使用简单的笛卡尔坐标。由于X与血液中的血红蛋白的反应充分快速，血液与组织表面之间的自由X浓度基本为0。肺泡腔内和组织之间，假设符合亨利定律的热力学平衡。这样，组织中X产生符合微分质量二阶偏微分方程：

公式1