一种运动性支气管炎和运动性哮喘的检测装置及方法

摘要

本发明公开了一种运动性支气管炎和运动性哮喘的检测装置及方法，装置包括高压存气瓶、减压调节器、呼吸装置、数字气压计、呼吸嘴、内设有GUI软件的计算机，方法利用MATLAB平台开发了一套与实验装置相配套的GUI软件进行EVH实验。和其他EVH实验装置相比，本发明目移除了所有笨重、昂贵的设备（如需求复苏计，气象气球，转子流量计，气体流量计，数据采集单元），研发了一套简约，低成本，高EIA/EIB识别率的EVH实验系统并包含GUI软件。

说明书

技术领域

本发明涉及EVH实验系统领域，具体是一种运动性支气管炎和运动性哮喘 的检测装置及方法。

背景技术

运动性支气管炎是与一种不包含慢性哮喘，因运动刺激诱发的呼吸气道阻 塞，运动性哮喘是一种因运动引发的哮喘症状。运动性支气管炎和运动性哮喘常 常被误诊和错诊。现有的诊断方法存在灵敏度低，价格昂贵，装置笨重等缺点。 运动性支气管炎诊断方法一般分为直接和间接判断两种方法。直接判断通常通过 药物诱导气道平滑肌的直接收缩。间接判断包括体能测试，EVH实验和渗透测试 的实验。判断EIA或EIB的方法已被研究多年，目前国际奥委会医学委员会视 EVH实验为最可靠的判断EIA/EIB的检测方法。EVH检测法的安全可靠性已经通 过成千成万的实验验证。EVH测试要求参与者在不进行体能锻炼的情况下进行自 愿过度呼吸或快速呼吸干燥空气(含5％二氧化碳，21％的氧气和74％氮气)6分 钟。该实验通过吸入一定量的二氧化碳增加气道表面的渗透压，激活肥大细胞释 放炎症介质，从而产生气道变狭窄诱发支气管收缩，类似于体育锻炼。EVH测试 法被广泛的用来检测EIB或者EIA，如果测量前后一秒钟用力通气量(FEV₁)下 降超过10％被视为EIB阳性。虽然EVH检测方法已被公认为检测EIB有效方法， 但因其检测设备具有笨重和价格高昂的缺点，该检测方法并没有被广泛应用于医 疗机构。现有的EVH测试系统基本处于实验室研究阶段，通常由十多个或更多的 关键硬件组成并且没有相匹配的软件。

发明内容

本发明的目的是提供一种运动性支气管炎和运动性哮喘的检测装置及方法， 以解决现有技术EVH实验没有合适设备的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种运动性支气管炎和运动性哮喘的检测装置，其特征在于：包括高压存气 瓶、减压调节器、呼吸装置、数字气压计、呼吸嘴、内设有GUI软件的计算机， 高压存气瓶内存储有检测用混合气体，高压存气瓶顶部垂直连接有连接端口，连 接端口中安装有开关控制阀，所述减压调节器内分为高压调节室和低压调节室， 减压调节器的高压调节室输入口旁路连通至高压存气瓶顶部连接端口，所述呼吸 装置通过低压通气管连通至减压调节器的低压调节室，所述数字气压计输入口通 过高压通气管连通至减压调节器的高压调节室，数字气压计的信号输出端通过信 号线连接至计算机，所述呼吸嘴安装在呼吸装置上。

所述的一种运动性支气管炎和运动性哮喘的检测装置，其特征在于：所述减 压调节器包括端盖、圆柱形的外壳；其中外壳前端面同轴连接有瓶口，外壳后端 面向外壳中设置有圆柱形内腔作为低压调节室，瓶口前端向瓶口、外壳中设置有 管形内腔作为高压调节室，所述高压调节室直径小于低压调节室，且高压调节室 通过其后端同轴连通至低压调节室；

在低压调节室内与高压调节室连通处设置有硅胶气垫膜，所述硅胶气垫膜由 圆座和同轴连接在圆座前端面的圆柱轴构成，硅胶气垫膜的圆座直径大于高压调 节室直径，硅胶气垫膜的圆柱轴直径与高压调节室直径匹配，硅胶气垫膜内同轴 设置有贯通其圆座和圆柱轴的气孔，所述硅胶气垫膜通过其圆座盖合安装在低压 调节室内与高压调节室连通处，且硅胶气垫膜的圆柱轴伸入高压调节室后端中；

所述高压调节室内从后向前依次设置有高压座、高压弹簧、高压过滤器、调 节弹簧、圆盖形的气体调节盖、O形圈和圆环形的保持固定架，其中高压座由圆 座和同轴连接在圆座前端面的圆柱轴构成，高压座内同轴设置有贯通其圆座和圆 柱轴的气孔，高压座设置在高压调节室内后端处，高压座中圆座压在硅胶气垫膜 的圆柱轴前端，且高压座内气孔与硅胶气垫膜内气孔同轴连通；所述高压过滤器 包括矩形座，矩形座后端面同轴连接有圆柱轴，高压过滤器内同轴设置有贯通其 矩形座和圆柱轴的气孔，所述高压过滤器设置在高压调节室内高压座前方，高压 过滤器中圆柱轴与高压座中圆柱轴对接，且高压过滤器内气孔与高压座内气孔同 轴连通，所述高压弹簧套在高压过滤器、高压座的圆柱轴外，且高压弹簧两端分 别连接在高压过滤器的矩形座、高压座的圆座上；所述气体调节盖、O形圈和保 持固定架依次设置在高压调节室内高压过滤器前方，所述调节弹簧连接在气体调 节盖与高压过滤器的矩形座之间，所述气体调节盖与高压调节室内壁之间间隙配 合，所述保持固定架固定在高压调节室内前端即瓶口前端内，所述气体调节盖压 在保持固定架上，且O形圈设置在气体调节盖与保持固定架之间；

所述端盖包括圆座和同轴连接在圆座前端面的圆柱轴，端盖的圆座直径与外 壳直径匹配，端盖的圆柱轴直径与外壳内低压调节室直径匹配，端盖内同轴设置 有贯通其圆座和圆柱轴的气孔，所述端盖通过其圆座盖合安装在外壳后端面上， 端盖的圆柱轴伸入外壳内低压调节室中；

所述外壳的低压调节室内还设置有圆形的低压膜片、大O形圈、圆形的低 压座、低压弹簧、小O形圈，其中低压膜片直径与低压调节室直径匹配，低压 膜片通过其前端面压在低压调节室内硅胶气垫膜的圆座上，大O形圈设置在低 压膜片后端面上，所述低压座由圆片和同轴连接在圆片后端面上的圆柱轴构成， 低压座中同轴设置有贯通其圆片、圆柱轴的气孔，低压座其圆片设置在大O形 圈内，低压座的圆柱轴轴端压在端盖的圆柱轴轴端上，且端盖的气孔与低压座中 气孔同轴连通，所述小O形圈设置在低压座的圆柱轴轴端与端盖的圆柱轴轴端 之间，所述低压弹簧套在低压座的圆柱轴外，且低压弹簧两端分别连接在低压座 的圆片与端盖的圆柱轴之间；

所述减压调节器中，外壳连接的瓶口前端作为高压调节室输入口旁路连通至 高压存气瓶顶部连接端口，减压调节器中外壳侧壁开有连通低压调节室的通孔作 为出口端口，减压调节器中端盖后端面的气孔后端作为另一出口端口，所述数字 气压计输入口通过高压通气管连通至减压调节器中外壳侧壁的出口端口，所述呼 吸装置通过低压通气管连通至减压调节器中端盖后端面的出口端口。

所述的一种运动性支气管炎和运动性哮喘的检测装置，其特征在于：所述呼 吸装置包括圆筒形的外壳、倒T形的三通口，外壳顶部筒口连通至三通口的三 通处底部，且外壳与三通口上端管口共中心轴，所述三通口左、右侧管口之间安 装有气管，气管侧壁上开有气孔，气管左、右端分别延伸至三通口左、右侧管口， 且气管左、右端与三通口左、右侧管口齐平，以气管右端作为气体输入端口，气 管内左端安装有压力控制旋钮，压力控制旋钮朝向气管内的端面连接有凸圆轴， 气管内右端设置为缩径口，且气管上对应缩径口位置安装有气压调节阀，气管内 还同轴安装有圆管形的气室，气室侧壁上开有气孔，气室左端压在压力控制旋钮 朝向气管内的端面上，且气室左端与压力控制旋钮之间设置有O形环，气室右 端压在气管内右端缩径口上，气室内右端安装有底座，底座朝向气室内的端面连 接有凸圆轴，且底座中同轴设置有贯通底座及凸圆轴的气孔，所述底座与压力控 制旋钮之间连接有套在压力控制旋钮上凸圆轴和底座凸圆轴上的弹簧；所述外壳 内上部靠近与三通口连通处设置有气压隔膜，外壳底部筒口盖合安装有气压隔膜 盖，气压隔膜盖朝向外壳内的一面连接有凸圆轴，且气压隔膜盖中设置有多个贯 通气压隔膜盖和凸圆轴的气孔，所述气压隔膜盖盖合在外壳底部筒口处，气压隔 膜盖连接的凸圆轴压在外壳内的气压隔膜上，且凸圆轴与气压隔膜之间设置有密 封圈；所述减压调节器中的低压调节室通过低压通气管连通至呼吸装置中气体输 入端口，所述呼吸嘴包括同轴连通的输出端口、呼吸嘴端口，呼吸嘴通过其呼吸 嘴端口插装在呼吸装置中三通口的上端管口上。

一种运动性支气管炎和运动性哮喘的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、操作者利用计算机中GUI软件的GUI界面中的个人信息窗口记录参 与者的个人信息(图9)；

(2)、在EVH实验前，操作者测量参与者的肺功能三次，并在GUI界面 中检测前(Pre-test)窗口记录EVH实验中的第一秒用力通气量FEV₁值；

(3)、操作者在检测前(Pre-test)窗口填写参与者的呼吸率参考值，应为 22到30之间；

(4)、操作者控制计算机，通过GUI软件自动显示EVH实验开始前的最大 FEV₁值，预估呼吸频率(Targetflowrate)和预估呼吸气体总量(Targettotal volume)；

(5)、操作者开启数字气压计，读取并记录包括EVH实验开始前高压存气 瓶内气压P_S、工作气压P_cylinder，以及高压存气瓶的容积量V_cylinder；

(6)、操作者控制计算机，通过GUI软件获取目标通气量V_T以及EVH实 验结束时的高压存气瓶内预估目标气压值P_TE；

(7)、预备开始EVH实验，开启高压存气瓶顶部的开关控制阀，开始EVH 实验并记录开始时间StartTime；

(8)、操作者观察数字气压计变化，当高压存气瓶内的气压降低到预估目标 气压值(P_TE)，关闭开关控制阀停止EVH实验；

(9)、操作者从数字气压计读取实验停止时间EndTime和停止时高压存气 瓶内的气压P_SE，并将相应数据记录在计算机的GUI软件中；

(10)、操作者在EVH实验结束的第5、10、15分钟分别对参与者进行三次 肺功能测量并记录FEV₁值到计算机的GUI软件中；

(11)、操作者利用GUI软件分析测量数据并得出实验结果。

本发明涉及一套由计算机控制GUI的EVH实验系统，利用MATLAB平台开发 了一套与实验装置相配套的GUI软件，从而提供了一个可视化和易操作的EVH 实验平台，能更有效和准确地识别EIB/EIA。和其他EVH实验装置相比，本发明 目移除了所有笨重、昂贵的设备(如需求复苏计，气象气球，转子流量计，气体 流量计，数据采集单元)，研发了一套简约，低成本，高EIA/EIB识别率的EVH 实验系统并包含GUI软件。

附图说明

图1为本发明装置整体结构示意图。

图2为本发明装置高压存气瓶示意图。

图3为本发明装置减压调节器示意图。

图4为本发明装置减压调节器中外壳部分结构示意图，其中：

图4a为外壳及内部部件剖视图，

图4b为外壳及内部部件装配剖视图。

图5为本发明装置减压调节器中外壳与端盖装配示意图，其中：

图5a为外壳与端盖装配内部结构剖视图。图5b为端盖示意图。

图6为本发明装置呼吸装置及呼吸嘴装配示意图。

图7为本发明装置呼吸装置及呼吸嘴装配内部结构剖视图。

图8为EVH实验配套的GUI软件界面图。

图9为GUI软件个人信息界面图。

图10为GUI软件EVH实验前和实验结果分析图。

图11为一名32岁女性的EVH实验测试结果图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种运动性支气管炎和运动性哮喘的检测装置，包括高 压存气瓶1、减压调节器2、呼吸装置3、数字气压计4、呼吸嘴5、内设有GUI 软件的计算机6，高压存气瓶1内存储有检测用混合气体，高压存气瓶1顶部连 接到连接端口101，连接端口101中安装有开关控制阀102，减压调节器2内分 为高压调节室和低压调节室，减压调节器2的高压调节室输入口旁路连通至高压 存气瓶1顶部连接端口101，呼吸装置3通过低压通气管550连通至减压调节器 2的低压调节室，数字气压计4输入口通过高压通气管560连通至减压调节器2 的高压调节室，数字气压计4的信号输出端通过信号线570连接至计算机6，呼 吸嘴5安装在呼吸装置3上。

如图3、图4、图5所示，减压调节器2包括端盖220、圆柱形的外壳200； 其中外壳200前端面同轴连接有瓶口210，外壳200后端面向外壳200中设置有 圆柱形内腔作为低压调节室209，瓶口210前端向瓶口210、外壳200中设置有 管形内腔作为高压调节室208，高压调节室208直径小于低压调节室209，且高 压调节室208通过其后端同轴连通至低压调节室209；

在低压调节室209内与高压调节室208连通处设置有硅胶气垫膜212，硅胶 气垫膜212由圆座和同轴连接在圆座前端面的圆柱轴构成，硅胶气垫膜212的圆 座直径大于高压调节室208直径，硅胶气垫膜212的圆柱轴直径与高压调节室 208直径匹配，硅胶气垫膜212内同轴设置有贯通其圆座和圆柱轴的气孔，硅胶 气垫膜212通过其圆座盖合安装在低压调节室209内与高压调节室208连通处， 且硅胶气垫膜212的圆柱轴伸入高压调节室208后端中；

高压调节室208内从后向前依次设置有高压座221、高压弹簧222、高压过 滤器223、调节弹簧224、圆盖形的气体调节盖225、O形圈226和圆环形的保持 固定架227，其中高压座221由圆座和同轴连接在圆座前端面的圆柱轴构成，高 压座221内同轴设置有贯通其圆座和圆柱轴的气孔，高压座221设置在高压调节 室208内后端处，高压座221中圆座压在硅胶气垫膜212的圆柱轴前端，且高压 座221内气孔与硅胶气垫膜212内气孔同轴连通；高压过滤器223包括矩形座， 矩形座后端面同轴连接有圆柱轴，高压过滤器223内同轴设置有贯通其矩形座和 圆柱轴的气孔，高压过滤器223设置在高压调节室208内高压座221前方，高压 过滤器223中圆柱轴与高压座221中圆柱轴对接，且高压过滤器223内气孔与高 压座221内气孔同轴连通，高压弹簧222套在高压过滤器223、高压座221的圆 柱轴外，且高压弹簧222两端分别连接在高压过滤器223的矩形座、高压座221 的圆座上；气体调节盖225、O形圈226和保持固定架227依次设置在高压调节 室208内高压过滤器223前方，调节弹簧224连接在气体调节盖225与高压过滤 器223的矩形座之间，气体调节盖225与高压调节室208内壁之间间隙配合，保 持固定架227固定在高压调节室208内前端即瓶口210前端内，气体调节盖225 压在保持固定架227上，且O形圈226设置在气体调节盖225与保持固定架227 之间；

端盖220包括圆座和同轴连接在圆座前端面的圆柱轴，端盖220的圆座直径 与外壳200直径匹配，端盖220的圆柱轴直径与外壳200内低压调节室209直径 匹配，端盖220内同轴设置有贯通其圆座和圆柱轴的气孔，端盖220通过其圆座 盖合安装在外壳200后端面上，端盖220的圆柱轴伸入外壳200内低压调节室 209中；

外壳200的低压调节室209内还设置有圆形的低压膜片213、大O形圈214、 圆形的低压座215、低压弹簧216、小O形圈217，其中低压膜片213直径与低 压调节室209直径匹配，低压膜片通213过其前端面压在低压调节室209内硅胶 气垫膜的圆座上，大O形圈214设置在低压膜片213后端面上，低压座215由 圆片和同轴连接在圆片后端面上的圆柱轴构成，低压座215中同轴设置有贯通其 圆片、圆柱轴的气孔，低压座215其圆片设置在大O形圈214内，低压座215 的圆柱轴轴端压在端盖220的圆柱轴轴端上，且端盖220的气孔与低压座215 中气孔同轴连通，小O形圈217设置在低压座215的圆柱轴轴端与端盖220的 圆柱轴轴端之间，低压弹簧216套在低压座215的圆柱轴外，且低压弹簧216 两端分别连接在低压座215的圆片与端盖220的圆柱轴之间；

减压调节器2中，外壳200连接的瓶口210前端作为高压调节室输入口201 旁路连通至高压存气瓶1顶部连接端口101，减压调节器2中外壳200侧壁开有 连通低压调节室209的通孔作为出口端口202，减压调节器2中端盖220后端面 的气孔后端作为另一出口端口203，数字气压计4输入口通过高压通气管560连 通至减压调节器2中外壳200侧壁的出口端口202，呼吸装置3通过低压通气管 550连通至减压调节器2中端盖220后端面的出口端口203。

如图6、图7所示，呼吸装置3包括圆筒形的外壳320、倒T形的三通口 310，外壳320顶部筒口连通至三通口310的三通处底部，且外壳320与三通口 310上端管口340共中心轴，三通口310左、右侧管口301、302之间安装有气 管360，气管360侧壁上开有气孔361，气管360左、右端分别延伸至三通口310 左、右侧管口301、302，且气管360左、右端与三通口310左、右侧管口301、 302齐平，以气管360右端作为气体输入端口362，气管360内左端安装有压力 控制旋钮323，压力控制旋钮323朝向气管360内的端面连接有凸圆轴，气管360 内右端设置为缩径口，且气管360上对应缩径口位置安装有气压调节阀327，气 管360内还同轴安装有圆管形的气室350，气室350侧壁上开有气孔351，气室 350左端压在压力控制旋钮323朝向气管360内的端面上，且气室350左端与压 力控制旋钮323之间设置有O形环324，气室350右端压在气管360内右端缩径 口上，气室350内右端安装有底座326，底座326朝向气室350内的端面连接有 凸圆轴，且底座326中同轴设置有贯通底座326及凸圆轴的气孔，底座326与压 力控制旋钮323之间连接有套在压力控制旋钮323上凸圆轴和底座326凸圆轴上 的弹簧325；外壳320内上部靠近与三通口310连通处设置有气压隔膜321，外 壳320底部筒口盖合安装有气压隔膜盖330，气压隔膜盖330朝向外壳320内的 一面连接有凸圆轴，且气压隔膜盖330中设置有多个贯通气压隔膜盖330和凸圆 轴的气孔303，气压隔膜盖330盖合在外壳320底部筒口处，气压隔膜盖330连 接的凸圆轴压在外壳320内的气压隔膜321上，且凸圆轴与气压隔膜321之间设 置有密封圈322；减压调节器2中的低压调节室209通过低压通气管550连通至 呼吸装置3中气体输入端口，呼吸嘴5包括同轴连通的输出端口510、呼吸嘴端 口520，呼吸嘴5通过其呼吸嘴端口520插装在呼吸装置3中三通口310的上端 管口340上。

一种运动性支气管炎和运动性哮喘的检测方法，包括以下步骤：

(1)、操作者利用计算机中GUI软件的GUI界面中的个人信息窗口记录参 与者的个人信息；

(2)、在EVH实验前，操作者测量参与者的肺功能三次，并在GUI界面 中个人信息窗口记录EVH实验中的第一秒用力通气量FEV₁值；

(3)、操作者在检测前(Pre-test)窗口填写参与者的呼吸率参考值，应为 22到30之间；

(4)、操作者控制计算机，通过GUI软件自动显示EVH实验开始前的最大 FEV₁值，预估呼吸频率和预估呼吸气体总量；

(5)、操作者开启数字气压计，读取并记录包括EVH实验开始前高压存气 瓶内气压P_S、工作气压P_cylinder，以及高压存气瓶的容积量V_cylinder；

(6)、操作者控制计算机，通过GUI软件获取目标通气量V_T以及EVH实 验结束时的高压存气瓶内预估目标气压值P_TE；

(7)、预备开始EVH实验，开启高压存气瓶顶部的开关控制阀，开始EVH 实验并记录开始时间StartTime；

(8)、操作者观察数字气压计变化，当高压存气瓶内的气压降低到预估目标 气压值P_TE，关闭开关控制阀停止EVH实验；

(9)、操作者从数字气压计读取实验停止时间EndTime和停止时高压存气 瓶内的气压P_SE，并将相应数据记录在计算机的GUI软件中；

(10)、操作者在EVH实验结束的第5、10、15分钟分别对参与者进行三次 肺功能测量并记录FEV₁值到计算机的GUI软件中；

(11)、操作者利用GUI软件分析测量数据并得出实验结果。

本发明中，利用发明的GUI软件来控制运动性支气管炎和运动性哮喘的检 测装置，同时通过预测检测结束时高压存气瓶内的气压值来结束过度通气。GUI 软件包含用户信息界面PatientInformation，以及过度通气检测界面PData。用 户信息界面方便操作者填写被检查者的个人信息、病史和紧急联系人。过度通气 检测界面包含检测前Pre-test，过度通气EVH,过度通气后Post-test，结果Result 以及分析图等5个部分。检测前,操作者测量参与者的肺功能三次，并在GUI 界面中检测前Pre-test窗口记录EVH实验中的第一秒用力通气量FEV₁值,从而 获得最大FEV₁值，平均FEV₁值，目标通气率Targetflowrate以及目标通气量 Targettotalvolume。操作者在EVH窗口填写高压存气瓶的信息，从而在过度通 气后Post-test窗口获得目标停止气压TargetEndPressure,该数值是过度通气实验 结束的标准。过度通气时当高压存气瓶内的气压达到目标停止气压时即可让检查 者停止过度呼气。通过GUI软件获得过度通气过程中，检查者实际通气量Actual totalvolumeVE、实际通气率Actualflowrate、通气开始和结束时高压存气瓶内 的气压等一系列数值。该GUI软件同时可以监测在过度通气过程中被检查者的 通气频率，分析比较测量结果，使用者可获得完整的报告。

本发明中，高压存气瓶1内存储有EVH检测所需的压缩混合气体110，根据 菲利普EVH装置，18℃恒温下混合气体的比例为5％的二氧化碳，21％的氧气和74％ 的氮气。高压存气瓶1和混合气体可以从当地的天然气供应商订购。高压存气瓶 1的连接端口101连接着减压调节器2以便于气体输送，连接端口101通过开关 控制阀102控制整套设备的开关。

本发明中，减压调节器2中外壳200侧壁开有连通低压调节室209的通孔作 为出口端口202，出口端口202连接到数字气压计用来测量高压存气瓶内的气体 压强，减压调节器2中端盖220后端面的气孔后端作为另一出口端口203，出口 端口203连接呼吸装置用于输出气体到人体肺部。如果在实验系统设置中没有呼 吸装置，那么可通过盖204堵入出口端口203关闭减压调节器2。高压调节室208 和低压调节室209由低压膜片213隔开。减压调节器2具有降低高压(约140-160 bar)至低压级(1-1.5bar)的能力。如果打开开关控制阀102，高压存气瓶1 内的混合气体将通过高压调节室输入口201流入到高压调节室208，通过调节后 流到低压调节室209。整个过程中，高压调节室208和低压调节室209之间硅胶 气垫膜212、高压座221构成的阀门211保持打开直到低压调节室209的气体到 达实验所需的气体压强。一旦低压腔中的气体达到所需的压强，阀门211将关闭。 当参与者通过呼气装置3吸入从低压调节室209流出的气体。在力和气压的作用 下低压调节室内的气压下降，气体被释放，高压调节室208输入口201被打开。 气体从高压调节室208进入低压调节室209，直到低压调节室内的气体达到所需 的气压，随后阀门211被再次关闭。

本发明呼吸装置3像许多其他的呼吸设备一样具有一定的气体调节功能，将 便于用户的使用。呼吸装置中三通口310上端管口340连接着呼吸嘴端口520， 三通口310右侧管口302通过低压通气管连接到减压调节器2。该呼吸装置3将 进一步降低压调节室209内的气压(约1-1.5bar)到一个大气压，以便于使用 者轻松安全的吸入混合气体。值得注意的是，呼吸装置的主要功能是输送气体到 使用者的肺部，重要的气压调节环节由减压调节器2来完成。

本发明中，呼吸装置包括外壳320，压力控制旋钮323，O形环324，弹簧 325，底座326，气室350和气室侧壁的气孔351，气管360和气管侧壁的气孔 361，气压隔膜321以及气压调节阀327，密封圈322，气压隔膜盖330及气孔 303。气体输入端口362通过低压通气管550连接到减压调节器2的底部低压调 节室用于输送已经减压后的气体到呼吸装置，呼吸装置中三通口310上端管口 340连接呼吸嘴5的输出端口510输送气体到人体肺部。

当参与者吸气时，产生压力，导致气压隔膜321周围产生气压差，气压调节 阀327被打开，气体通过气孔351被释放，可以通过呼吸嘴输入到使用者肺部。 当使用者停止吸气并离开呼吸嘴时，储存室中还有少量的未被输出的气体，该气 体可以通过手动挤压气压隔膜盖330的形式通过气孔303排出。在吸气过程中， 使用者通过吸入阀组件发送压力到气压隔膜321和气压调节阀327。压力造成气 压调节阀327移动，打开气孔351，允许气体从低压调节室209进入气管360， 然后流经吸入气孔351到吸入外壳320内。随后气体通过包括呼吸嘴在内的气体 呼吸装置通道进入使用者的呼吸道及肺部。

当参与者呼气时，压力将推动气压隔膜321，气压调节阀327将再次被移动 到打开位置的压力(称为裂压)，呼出的气体通过盖子底部的气孔303排出。裂 压越小，呼吸阻力越小，压力控制旋钮323可以用来控制所需的吸气压。如果裂 压过高，使用者将会感到空气饥饿感。

减压调节器2的一端连接到存气瓶1的连接端口101，另外一端通过呼吸嘴 连接到人体口腔，数字气压计4的一端通过高压通气管560链接到减压调节器的 端口，另外一端通过USB连接线570连接到电脑6用来对监控检测过程和分析 检测数据。检测时，人体通过呼吸装置和调节器急速的吸入储存在高压压缩瓶内 的混合气体，数字气压计准确的监控储存瓶内剩余气体的压强，吸入气体的时间 以及速度，计算机通过该EVH设备配套的GUI界面(图8-图10)评估EVH实验 所需吸入气体的体积，结束实验的时间，呼气速度以及分析实验数据并评估肺部 健康情况。该计算机系统同时可记录病人的基本信息和病史(图9)。

如图10所示，EVH实验开始前，需记录实验日期和使用者的FEV₁值在预测 试界面。然后点击Ok按钮641，实验前界面(Pre-Test,640)，EVH界面将出现， 允许用户完成EVH设置信息(包括存气瓶类型，大小，工作压力和气体温度)。 此信息通常由天然气供应商提供，记录的实验开始和结束的时间，然后预估目标 通气率(TargetFlowRate)和预估目标通气总量(V_T)可以用下面的公式计算：

TargetFlowRate＝MultifactorxV_T(1)

V_T＝TargetFlowRatex(EndTime-StartTime)(2)

Multifactor指目标呼吸参数一般约为22--33，FEV₁为第1秒用力呼气量， 可以在EVH实验前利用肺活量计测试参与者的第一秒用力呼吸量数值。Target FlowRate和V_T分别代表预估目标通气率和预估目标通气总量。StartTime和 EndTime分别为EVH实验开始和结束的时间，其数值可以通过数字气压计或电 子时钟获得。

点击EVH屏幕上Ok按钮651，EVH实验结束后界面660将弹出，显示实验结 束后储存气瓶内的气压称为预估目标气压(P_TE)：

P_TE＝P_S-P_cylinderV_T/V_cylinder(3)

P_TE代表预估目标气压，P_S指EVH实验开始前存气瓶内的气压值，可以从气 压计读取。P_cylinder是存气瓶的工作气压值由供应商提供。V_T代表参与者的目标 通气量,V_cylinder为存气瓶的容积，其数值由存气瓶生产商或供应商提供。

EVH实验结束后，参与者真实的通气量(V_E)可以通过以下公式计算:

V_E＝(P_S-P_SE)xV_cylinder/P_cylinder(4)

V_E代表参与者在EVH实验过程中真实的通气量，P_SE为EVH实验结束时高压瓶 内的气压，P_s、V_cylinder和P_cylinder参见上述解释。

系统操作者需要记录EVH实验开始前,以及EVH实验结束后第5分钟，10分 钟和15分钟参与者的FEV₁值。点击实验准备界面(Post-Testscreen660)中 的Ok键661，将显示检测结果和吸入气体变化图窗口，该GUI软件对EVH实验 数据进行分析从而评估参与者的呼吸道和肺部健康状况。

EVH实验检测对呼吸道变窄的影响程度是通过FEV₁的下降率来计算的：