阅读说明：本技术 一种用于吸入暴露系统的吸入量监测装置及系统 (Inhalation amount monitoring device and system for inhalation exposure system ) 是由 董超 王龙法 于 2019-12-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于吸入暴露系统的吸入量监测装置及系统,其中监测装置包括：通道管,用于容纳动物,其尾部设有通孔,近尾部的侧面设有通气孔,前部连通用于供应待吸入气体的第一设备；调节杆,穿过通孔并与通孔之间密封,位于通道管内的一端上设有用于推进动物前进的压盘,位于通道管外的一端上设有把手模块,且压盘与通道管之间留存有用于气体流动的空隙；硅胶圈,设于通道管近前部位置,用于在动物穿过自身时将通道管的内腔分隔为两个气体互不流通的部分；流量传感器、设于通气孔中,用于测量从通道管流向外界的气体流量。与现有技术相比,本发明具有更准确反映实验过程中动物的实际吸入气量,从而使得吸入剂量这一实验数据更为准确。(The present invention relates to an inhalation amount monitoring device and system for an inhalation exposure system, wherein the monitoring device comprises: the passage pipe is used for accommodating animals, the tail part of the passage pipe is provided with a through hole, the side surface close to the tail part of the passage pipe is provided with a vent hole, and the front part of the passage pipe is communicated with first equipment for supplying gas to be inhaled; the adjusting rod penetrates through the through hole and is sealed with the through hole, a pressure plate for propelling the animal to move forwards is arranged at one end inside the channel pipe, a handle module is arranged at one end outside the channel pipe, and a gap for gas flowing is reserved between the pressure plate and the channel pipe; the silica gel ring is arranged at the position close to the front part of the channel tube and is used for dividing the inner cavity of the channel tube into two parts of which the gases are not communicated with each other when the animal passes through the silica gel ring; and the flow sensor is arranged in the vent hole and used for measuring the gas flow flowing from the channel pipe to the outside. Compared with the prior art, the invention can more accurately reflect the actual inhaled air quantity of animals in the experimental process, thereby ensuring that the experimental data of the inhaled dose is more accurate.)

一种用于吸入暴露系统的吸入量监测装置及系统

技术领域

本发明涉及一种吸入暴露系统的组成模块，尤其是涉及一种用于吸入暴露系统的吸入量监测装置及系统。

背景技术

吸入暴露系统是一种实验室设备，用于吸入给药或吸入毒理的研究。呼吸系统是氧气进入人体的主要途径，药物或毒性物质也可以通过呼吸系统进入人体。吸入暴露系统，就是在实验室条件下以可控的方式让实验动物吸入药物或毒性物质，进行药物安全性和有效性或毒理作用等方面的研究。

在暴露实验中，吸入(或给药)剂量是一项重要的数据，剂量需要根据动物呼吸的气量来计算。目前，动物呼吸气量数据是根据体重进行估算的，常用的估算方法是：

RMV(L/min)＝0.608·BW(kg)^0.852

其中：RMV(Respiratory Minute Volume)为动物每分钟呼吸气量，BW(BodyWeight)为实验动物的体重。

虽然以上方式在烟草等领域取得了不错的效果，并且在大多数时候都是可行的，但是随着医疗技术的演进，药物的计量研究越来越精确的情况，可能会面临不准确的问题，主要在于，在实验过程中，动物的呼吸容易受周围环境以及自身生理状态的影响，所以这种方法存在的主要缺陷是估算数据与实际吸入量通常存在较大偏差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于吸入暴露系统的吸入量监测装置及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于吸入暴露系统的吸入量监测装置，包括：

通道管，用于容纳动物，其尾部设有通孔，近尾部的侧面设有通气孔，前部连通用于供应待吸入气体的第一设备；

调节杆，穿过所述通孔并与通孔之间密封，位于通道管内的一端上设有用于推进动物前进的压盘，位于通道管外的一端上设有把手模块，且所述压盘与通道管之间留存有用于气体流动的空隙；

硅胶圈，设于通道管近前部位置，用于在动物穿过自身时将通道管的内腔分隔为两个气体互不流通的部分；

流量传感器、设于通气孔中，用于测量从通道管流向外界的气体流量。

所述通道管包括可拆卸连接的管主体和端盖，所述通孔设于所述端盖上，所述通气孔设于端盖的侧面或管主体的侧面，所述管主体和端盖连接时两者之间密封。

所述通气孔设于管主体的侧面。

所述流量传感器为压差式微流量传感器。

所述压差式微流量传感器包括多孔层流器和压差传感器，所述多孔层流器的侧面设有两个用于测量压差的气孔，两个气孔之间的部分设有多个沿轴向布置的通气通道。

所述多孔层流器，其作用是使得流过气孔的气流符合层流特征即雷诺数小于2000。

所述通道管前部和第一设备的连接处密封。

一种含有上述的监测装置的监测系统，包括监测装置和控制处理装置，所述控制处理装置与监测装置中的流量传感器连接，用于根据测量得到的气体流量得到呼吸流量实时曲线，并进一步得到至少包括呼吸频率、潮气量、分钟通气量在内的动物呼吸的特征数据。

所述控制处理装置包括计算机和数据采集和处理单元，所述数据采集和处理单元的一端连接流量传感器，另一端连接计算机。

所述数据采集和处理单元通过USB、网络或WIFI的方式与计算机连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)通过硅胶圈密封、通孔处密封，压盘处不密封的设计，使得通道管后端的空间形成一个只有通气孔作为出口的腔体，东西胸腔的扩大直接体现在这个腔体中，可以得到更加准确的吸入量测量。

2)通过设计特殊的压差式微流量传感器，并且使得雷诺数小于2000，可以满足层流的要求，从而得到精确的流量测量。

附图说明

图1为本发明监测装置的结构示意图；

图2为多孔层流器的侧视示意图；

图3为多孔层流器的主视示意图；

其中：1、通道管，2、调节杆，3、第一设备，4、硅胶圈，5、多孔层流器，11、通气孔，12、管主体，13、端盖，21、压盘，51、气孔，52、通气通道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种用于吸入暴露系统的吸入量监测装置，如图1所示，包括：

通道管1，用于容纳动物，其尾部设有通孔，近尾部的侧面设有通气孔11，前部连通用于供应待吸入气体的第一设备3，通道管1前部和第一设备3的连接处密封；

调节杆2，穿过通孔并与通孔之间密封，位于通道管1内的一端上设有用于推进动物前进的压盘21，位于通道管1外的一端上设有把手模块，且压盘21与通道管1之间留存有用于气体流动的空隙；

硅胶圈4，设于通道管1近前部位置，用于在动物穿过自身时将通道管1的内腔分隔为两个气体互不流通的部分；

流量传感器、设于通气孔11中，用于测量从通道管1流向外界的气体流量。流量传感器为压差式微流量传感器。

通道管1包括可拆卸连接的管主体12和端盖13，通孔设于端盖13上，通气孔11设于端盖13的侧面或管主体12的侧面，管主体12和端盖13连接时两者之间密封。优选的，通气孔11设于管主体12的侧面。

由于在动物颈部位置增加了硅胶圈4，同时在通道管1后端设计有一个孔径5～10mm的通气孔11，内置一个压差式微流量传感器。使用调节杆2将动物推送到最前端位置后，硅胶圈4在动物颈部位置形成了一个基本密封的结构。颈部的密封使得动物身体所处的腔室只有压差式微流量传感器一个通气路径。根据这种设计，动物在呼吸时胸腹部的起伏推动几乎等量的气体流过压差式微流量传感器，于是可以采用这里的瞬时气体流量来表示动物口鼻呼吸气体流量。

压差式微流量传感器包括多孔层流器5和压差传感器，如图2和图3所示，多孔层流器5的侧面设有两个用于测量压差的气孔51，两个气孔51之间的部分设有多个沿轴向布置通气通道52。

在一小段管路中，如果气流处于层流状态，则气体压差与流量成正比，如下式：

其中：ΔP为压差，μ为空气的动态粘度(Dynamic Viscosity)，L为管路长度，D为管路直径，Q为流量，π为圆周率。

因此可以使用测量压差的方法来计算气体流量：使用标准流量计对压差和流量进行系数标定之后，即可以用压差测量得到动物呼吸流量数据，成为压差式微流量传感器。

但是由于上述线性关系必须是在层流状态下才成立，所以需要设计一个层流器以保证在动物正常呼吸时测量段管路中的气流处于层流状态。符合层流特征的条件是雷诺数小于2000，雷诺数按下式计算：

其中：Re为雷诺数，D为孔直径，V为空气流速，ρ为空气密度，μ为空气的动态粘度。由上式可以看出，为了保证雷诺数小于2000，层流器应设计为多孔结构，以降低单孔直径，从而使得雷诺数减小。

所以，多孔层流器的长度、气孔的数量以及孔径的设计，是根据呼吸流量的大小、压差传感器的测量范围以及雷诺数小于2000的条件来设计的。

对于某个种类的实验动物，通常可以根据过去的实验数据获得其呼吸流量的大致范围。压差传感器一般选择量程尽可能小的(比如±125Pa的压差传感器)，以尽可能减小传感器对动物呼吸的影响，提高测量准确度。

多孔层流器相当于多孔并联，压差相等，流量相加。

根据以上叙述，总结层流器长度、气孔数量和孔径的设计步骤：

1.根据实验动物种类，查阅获取潮气量数据，并计算确定呼吸流量的大致范围。

2.根据流量范围，设计合适的层流器长度、气孔数量和孔径，使得在呼吸流量范围内层流器压差基本吻合压差传感器的测量范围。

3.调整气孔数量和孔径，使得呼吸气流经过层流器时符合层流特征，即雷诺数小于2000。

利用以上监测装置设计得到一种用于吸入暴露系统的呼吸气量监测系统，包括监测装置和控制处理装置，控制处理装置与监测装置中的流量传感器连接，用于根据测量得到的气体流量得到呼吸流量实时曲线，并进一步得到至少包括呼吸频率、潮气量、分钟通气量在内的动物呼吸的特征数据。

控制处理装置包括计算机和数据采集和处理单元，数据采集和处理单元的一端连接流量传感器，另一端连接计算机，计算机中搭载有相应的软件。数据采集和处理单元通过USB、网络或WIFI的方式与计算机连接。

数据采集和处理单元，是一个数据采集和处理的电路模块。它首先对压差数据进行快速连续采集，根据压差式微流量传感器的标定系数换算为呼吸流量，然后对呼吸流量实时曲线进行分析计算可以得到呼吸频率、潮气量、分钟通气量等实验动物呼吸的特征数据。

上述的软件，是一个运行于上位机电脑，为用户提供操作界面，展示吸入暴露实验过程中动物吸入量特征数据的软件。运行界面软件的上位机电脑与数据采集和处理单元之间可以以USB、网络或WIFI的方式实现数据通讯。界面软件则以某种标准的或自定义的通讯协议从数据采集和处理单元获取吸入量数据，以曲线和数据表格的形式展示给用户。同时把历史数据保存入数据库，以供用户查看和进一步的处理。