呼气中酒精含量的检测外文翻译资料

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呼气中酒精含量的检测

Lars Lindberg^a,*, David Grubb^a, Daniel Dencker^b, Mikael Finnhult^b, Sven-Gunnar Olsson^b

摘要：在执法人员进行酒精呼气测试期间，虚高呼气酒精浓度最常见的原因是存在口腔酒精。在现场检测口腔酒精的过程中，一种快速可靠的检测将有利于警察为适当的起诉作证据。一种用口呼出的水蒸气作为参考气体来定位酒精的技术得到了验证。呼气酒精和水蒸气作为已知口腔酒精成分被添加到现有血液酒精中。在不存在口腔酒精的情况下，缓慢呼气中水总是多于酒精的。在存在口腔酒精的情况下，这种关系颠倒了。从相同部分发出的口腔酒精的水蒸气浓度与呼气酒精浓度的散点图显示了它们的相对位置是如何变化的。口腔酒精的测量被定义为散点图曲线与虚构线性关系之间的偏差区域。采用受试者工作特征曲线分析法测定了检测口腔酒精的偏差区域的准确性和截止值。受试者工作特征曲线下面积为0.95（95%可信区间为0.90 - 1）表明优异的区分能力。最佳截止的偏差区域为存在口腔酒精ge;0.010毫克/升（1微克/100毫升，0.002克/ 210 L）或者不存在口腔酒精为-0.35，具有0.91的敏感性和0.95的特异性。呼气酒精浓度与水蒸气浓度的分析是一种实用的方法来检测和确认高可靠性的口腔酒精污染。

关键字：呼吸酒精；口腔酒精；法医学；呼吸分析；水蒸气；乙醇

1、引言

呼气酒精含量的测定是测试受试者是否低于或高于法定酒精极限的一种广泛使用的定量的方法。肺毛细血管的血液酒精与以分压梯度和溶解性质在肺泡中的空气瞬间达到平衡^[1]。空气中呼出的酒精蒸气被吸收到气道粘膜，在酒精蒸气被吐出到空气中之前扩散到深气道^{[ 2 ]}。呼气酒精测量结合标准化肺泡水蒸气预测肺毛细血管血液中的酒精浓度^[3]和测定动脉血液酒精浓度一样精确^[4]。动脉血液酒精浓度/呼气酒精浓度是恒定的，在后吸收阶段没有固定的或比例的偏置^{[ 3 ]}。动脉血被转移到身其他部位从而导致醉酒^{[ 3 ]-[ 5 ]}。然而，一个准确的呼气酒精浓度总是假定测量发生在呼出的肺的深部。在口腔酒精的存在下，残余的酒精附着在口腔粘膜上，当它到达口腔时，通过污染深肺部的空气，可能导致虚高呼吸酒精浓度的显示^{[ 6 ]-[ 8 ]}。

口腔酒精出现在最近摄入酒精情况后，胃内不全含酒精的东西或使用其他含酒精的产品，如口腔洗涤剂，药品和某些食品^{[ 9 ]-[ 11 ]}。谁违反了法定呼气酒精浓度限定的事实已被用来作为法院的一个防守战术。在证据呼气酒精测试被引入前它已经导致引入了一个15分钟到20分钟的匮乏时期。这个时间导致分析延误，在酒精代谢和特殊情况下，可以降低酒精浓度使其低于法定限制。然而，更重要的是，每一个受害者都占据了警察15至20分钟，因此等待期需要严格的监控，以防止后期饮酒，并保证不出现胃内容不全的反流。它也排除了司法问题的可能性，没有任何疑问的可以作为受试者存在口腔酒精并且超过法定呼气酒精浓度限值的证据^{[ 12 ]-[ 14 ]}。

因此不同的策略被开发用来检测口腔酒精和一些呼气酒精分析仪已经被纳入口腔酒精检测算法，以验证呼气样本的有效性。一种算法是基于对存在口腔酒精导致酒精呼气轮廓的初始峰值浓度的检测。然而，在血液酒精存在鲜明峰值特征轮廓消失几分钟后摄入酒精，尽管呼吸样本含有大量的口腔酒精，但这项技术还是不可靠。当酒精浓度下降到大约类似于从肺的深层浓度时，酒精轮廓的峰值浓度实际上消失了^[8]。

另一种算法是基于延迟不小于2分钟的测量周期，加上已知的差异，消除动力学的口腔酒精和血液酒精。当使用燃料电池时，这种技术也被证明是不可靠的^{[ 12 ][ 15 ]}。

在呼气期间口腔粘膜包含和释放水蒸气是一个常识。有没有可能使用口中蒸发的水的位置作为基准来定位呼出酒精的来源？一个有效的口腔酒精检测系统，可以毫无疑问的证明在犯罪现场安全及时测量到存在大量的口腔酒精，避免了在观察期间需要监视受试者以防其进一步消除酒精，并在法庭上尽量减少口腔酒精作为一种防守战术。

本研究的目的是要说明，在定位呼出口腔酒精并确定呼出水蒸汽和酒精的位置时，可以使用一个新的方法来排除和检测口腔酒精。

2、材料与方法

2.1 受试者

八名健康志愿者，六名男性和2名女性，年龄从35岁至71岁不等，体重从60到89公斤不等，参加了这项研究。所有的中度饮酒的酒精饮料，都获得了他们的知情同意。这项研究是由隆德大学伦理委员会批准。

2.2 计划

所有的实验都是在至少禁食2小时之后进行。经过基准酒精呼气测试，以确保受试者体内没有酒精，每个受试者摄入0.4g/kg的酒精。该酒精是从杜松子酒制备（40％（V / V）），由相同体积的自来水稀释到20％。每一个受试者定期间隔的向呼吸分析仪呼气，直到每一个受试者的线性减少酒精浓度被确定，这表明了已经达到消除阶段。在预先存在的血液中的酒精成分上添加口腔酒精成分，受试者用30ml未稀释杜松子酒清洗嘴巴30秒而不吞咽任何东西。消除杜松子酒的时间发生在摄入酒精90分钟后。然后受试者给出呼出到分析仪长达40分钟后排出的酒精量。

2.3 口腔酒精检测

在后吸收阶段，呼气酒精浓度从口腔酒精发散的消除被描述为一个线性的零阶消除功能。线性函数的参数通过线性回归确定，测定方法为在口腔被酒精漂洗之前测定4个呼气酒精浓度和在摄入酒精时间大于25分钟后测定4个呼气酒精浓度。这表面了在后吸收阶段的的任一特定时间，呼气酒精浓度取决于口腔酒精（图1）。每个实验都是被控制的。口腔酒精增加了从肺的深部中传来的酒精。在受试者作出含有口腔酒精和肺的深部的酒精的测量后，从肺的深部传来的酒精组分是由特定的主体对时间的线性曲线外推法估计的测量。用方程（口腔酒精=来自于口腔酒精和肺的深部的呼气酒精浓度-来自于肺的深部的呼气酒精浓度）计算了其分量，而这一浓度被认为是“金标准”。进一步的分析是从用口腔酒精漂洗高达25分钟后的测量得到的。

图1 口腔酒精的浓度是如何确定的。来源于肺的深部的呼气酒精浓度被测量在口腔被酒精漂洗之前，通过测定4个呼气酒精浓度和在摄入酒精时间大于25分钟后测定4个呼气酒精浓度。单呼气的呼气酒精浓度的测量包含来自于肺的深部的酒精和增加的口腔酒精浓度。口腔酒精浓度的计算时由测量的呼气酒精浓度和估计的从肺的深部来的呼气酒精浓度的差异确定的。

2.4 测量方法

通过利用红外光吸收的呼吸分析仪测量主流气体浓度。三个过滤器分别允许通过红外线吸收方式计算的波长为3.32，3.40和3.49微米的酒精气体。三个附加的过滤器也安装在盘上，一个作为参考过滤器（3.70微米），一个用于测定水蒸汽（2.58微米），还有一个用于测定二氧化碳（4.40微米）。盘转速为33赫兹。酒精和水蒸气的浓度因此几乎每秒被确定33次。测量室的壁是电加热和恒温控制的，当流入空气时调节到55℃，然后流出空气，通过玻璃隔离保持45℃以避免在分析仪内凝结。

受试者在测量发生的位置用力吹经过最大吸入后通过无流量限制的分析器。吹气嘴在60度的增温箱中预热然后测量避免冷凝。分析器在酒精和水蒸气被蒸发的实验前被校准。检测的红外线传感器无漂移。呼气流速用一个呼吸速度（弗莱施2号，古尔德公司，克利夫兰，俄亥俄州，美国），并用一个压差传感器的压力差计（Validyne模型OP103-12，北岭，加利福尼亚州，美国）外嵌在分析仪的测量玻璃出口。在全面和线性的呼吸描记器校准和控制之前输出plusmn;6 V的电压。由于测量在呼出浓度和呼出体积时没有滞后时间。分析器存储的所有数据被转移和分析到单独的计算机上。

2.5 数据分析

2.5.1 缓慢呼气的容量

缓慢呼气的容量即在单次呼气中同时呼出酒精和水蒸气浓度计算的呼出量。醇和水蒸气的最大浓度标准化为1.0（100％），以合并成在y轴相同的比例。通过在时间微分递增排出气流量得到呼气体积，然后将呼气体积加入到单呼出的X轴上。典型的缓慢呼出容量允许三个连续呼出的隔间识别。首先由包含房间和环境空气的仪器和封闭空间呼出（阶段一）。这种体积很小，被排除在外。其次是从近端降低气道的渐进排空产生的呼出气体的浓度增加（阶段二）。通过第二阶段的点被提及作为过渡区域，并表示为一个新鲜空气在近端气道尚未参与气体交换和在气道交换中约有50%的混合气体与呼出的气体充分混合的点。最后，从下呼吸道和肺泡气体被呼出（第三阶段）。

2.5.2 呼出的水蒸气浓度对呼气酒精浓度偏差区域的散点图

为了说明呼气中的酒精与水蒸汽是如何分离的，在相同呼出量测得的绝对浓度的酒精和绝对浓度的水蒸气被绘制在一个散点图中。呼气酒精浓度与水蒸气浓度散点图表示为在呼气期间的两种气体的浓度的曲线。由于水蒸气通常从口腔开始呼出，呼气酒精来自肺的深部，所以散点图将在显示水蒸气浓度（x值）增加的同时伴随着呼气酒精浓度（y值）的增加。在一个受试者有高浓度口腔酒精时，呼气酒精浓度在第一部分呼出量（口腔）已经呼出并迅速增加。散点图曲线偏离向上几乎与Y轴（呼气酒精浓度）平行同时伴随着水蒸气浓度的增加。完美的直线型散点图是在呼气期间呼气酒精浓度与水蒸气浓度以类似的方式增加，意味着在呼出体积的所有分数中平行呼出的气体，并表示该气体仍然来自于类似于气道的地方。由于从口腔呼出的呼气酒精浓度散点图变淡会逐渐恢复，并按照x轴（水蒸气浓度）再次回到下方直线的线性关系的位置。然而，它可以在第一分数呼出体积看到一个低口腔酒精水平，第一浓度的水蒸汽和酒精仍然遵循一个线性关系，直到它从线性关系偏离向下，这表明少量口腔酒精仍然来自口腔。偏差区域被定义为一个由呼气酒精浓度，水蒸气浓度和环境气体浓度构造为44毫克/升的肺泡水蒸气浓度的虚构直线线性关系的散点图形成的区域。该偏差区域由积分确定。当区域为虚构的线性关系时，偏差区域为正，散点图偏离Y轴上的线性关系时，表明了口腔酒精的存在。当散点图为线性关系时，偏差区域为零，但仍然表明了口腔酒精的存在（呼气酒精浓度和水蒸气酒精浓度在相同的近端处呼出）。当偏差区域为负时（该区域位于线性关系下），将有一个面积为负的不定时刻，并且口腔酒精将变淡消失。对于偏差区域的值与存在或不存在口腔酒精的关系是根据公式（口腔酒精=来自于口腔酒精和肺的深部的呼气酒精浓度-来自于肺的深部的呼气酒精浓度）确定的。并且偏差区域的不定区域的最佳截止是由接收器工作特性曲线分析确定的。

初始的呼气酒精浓度和水蒸气浓度是酒精浓度为0毫克/升和水蒸气浓度大约为8毫克/升的环境浓度。被选定四个等级，以图形说明一个受试者缓慢呼气的容量和偏差区域的典型划分;无口腔酒精，存在口腔酒精具有低水平（0.05ge;口腔酒精gt;0.01毫克/升），中等水平（0.1ge;口腔酒精gt;0.05毫克/升）和高浓度（gt;0.1毫克/升）。因为受试者是不可能为了说明缓慢呼气的容量或与来自所有受试者平均值散点图之间不同所以关系连续地变化。

2.5.3 接收器工作特性曲线

接收器工作特性曲线是一个图形化的散点图的灵敏度（真阳性率）与特异性（假阳性率）的曲线。接收器工作特性曲线通过演示测试的能力来区分事件替代状态的频谱的条件，提供了指标的准确性，在不同截至区域值的情况下区分存在和不存在口腔酒精的能力。它是基于区域的接收器工作特性曲线下来计算的。接收器工作特性曲线分析被用来确定该截至区域的最佳截止值与灵敏度和特异性的最高总和相关联的值，以确定口腔酒精。一个良好的实验截止值被用来对应与接收机工作特性曲线最接近的接收机工作特性曲线图的左上角点。口腔酒精中的差异性水平设定为ge;0.010毫克/升，这是远低于OIML R126:2012在维护模式接受的最大允许误差0.020毫克/升和0.030毫克/升，当呼气酒精浓度在0和2毫克/升之间时被用作证明呼气酒精浓度。它也符合在测量模式中呼气酒精分析仪的刻度间隔至少应该是0.01毫克/升的要求限制。在0.01毫克/升没有发现口腔酒精的情况下，将仅仅增加可接受的最大允许误差的范围内所测量的呼吸酒精浓度。

检测口中酒气的方法的准确性取决于测试如何鉴别或分离酒精呼气测试中存在口腔酒精和不存在口腔酒精的情况。精度是由该区域的接收器工作特性曲线下测得的，传统的分为：失败接受工作特性曲线下的区域0.5-0.6，中下接受工作特性曲线下的区域0.6-0.7，中等接受工作特性曲线下的区域0.7-0.8，好接受工作特性曲线下的区域0.8-0.9和完美接受工作特性曲线下的区域0.0-1.0 。

3 结果

在不存在口腔酒精的缓慢呼气的容积里的水蒸气总是比酒精提前呼出。这显示在呼气酒精浓度和水蒸气浓度散点图上时水蒸气浓度迅速增加，因为空气中呼出的水蒸气出现较早，并且已经达到了在上气道完全饱和的状态，因此，比来源于肺的深部的呼吸道酒精快。表现为在44毫升/升（肺泡条件）下面的酒精和水蒸气和水蒸气的环境浓度之间的直线线性关系的曲线。这产生了截止区域为负值的情况(图2）。

图2 (A)在一个没有口腔酒精的单呼气的缓慢呼气容积中同时测量酒精和水蒸气。水蒸气浓度的增加比酒精浓度增加更快速。酒精和水蒸气的最大浓度标准化为1.0(100%)。(B)在同一无口腔酒精的受试者中，呼气酒精浓度的绝对浓度暗自对抗着同时测量的水蒸气的浓度。直线型的曲线被绘制通过环境和最后呼气量的呼气酒精浓度和水蒸气浓度之间。通过这条线和呼气时的呼气酒精浓度与水蒸气浓度曲线散点图包围的区域被称为截止区域。注意，在没有口腔酒精的情况下，水蒸气被立即测定定位在直线的下方，这产生了负的截止值。

直接用酒精漱口，在高浓度口腔酒精的存在下，来源于口腔的酒精

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