主流式呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度同步監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，涉及一種主流式呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度同步監(jiān)測(cè)方法：通過控制光源閃爍使雙通道紅外傳感器輸出周期固定的調(diào)制信號(hào)；獲取雙通道紅外傳感器的測(cè)量通道電壓、參考通道電壓和絕壓式氣壓傳感器的輸出值；對(duì)于呼吸二氧化碳監(jiān)測(cè)，利用測(cè)量通道電壓峰值與谷值之差提取測(cè)量通道交流分量和參考通道交流分量；利用兩通道交流分量差值和預(yù)先擬合的公式，確定當(dāng)前呼吸二氧化碳濃度；利用氣壓傳感器的輸出值，根據(jù)預(yù)先的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)和二階多項(xiàng)式擬合所確定的公式，確定當(dāng)前呼吸氣壓；得到呼吸氣流實(shí)時(shí)速度和呼吸流量；獲得肺容量。本發(fā)明能夠能夠方便快捷的實(shí)現(xiàn)呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度同步監(jiān)測(cè)。
【專利說明】主流式呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度同步監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，涉及一種主流式人呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度同步監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]人呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)是醫(yī)療監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容，為臨床監(jiān)測(cè)和疾病診斷提供重要信息。目前，呼吸氣壓監(jiān)測(cè)主要是在監(jiān)護(hù)病房中利用高檔呼吸機(jī)完成，設(shè)備笨重、昂貴且難以應(yīng)用在便攜式監(jiān)測(cè)設(shè)備中。呼吸二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)可分為主流式和旁流式，主流式直接在病人呼吸管道上進(jìn)行監(jiān)測(cè)，避免了旁流式的延時(shí)和失真的問題，然而易受呼吸中水蒸氣和排泄物的干擾。呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度能夠從不同角度反映人生命體征狀況，因此有必要實(shí)現(xiàn)二者的同步監(jiān)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是在克服現(xiàn)有主流式呼吸二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)易受呼吸氣流干擾、呼吸氣壓監(jiān)測(cè)使用范圍受限，提供一種能夠方便快捷的實(shí)現(xiàn)呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度同步監(jiān)測(cè)的方法。本發(fā)明提出的主流式呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度同步監(jiān)測(cè)方法，能夠直接在病人呼吸管道上實(shí)現(xiàn)呼吸氣壓、呼吸二氧化碳濃度以及其他相關(guān)生命體征參數(shù)同步實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為臨床監(jiān)測(cè)和疾病診斷提供信息指導(dǎo)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0004]一種主流式呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度同步監(jiān)測(cè)方法，所采用的傳感器為絕壓式氣壓傳感器和雙通道紅外傳感器，所采用的管道適配器置于呼吸管道上，將絕壓式氣壓傳感器的取壓點(diǎn)設(shè)置在管道適配器的內(nèi)側(cè)，紅外光源與雙通道紅外傳感器固定在適配器的兩端，雙通道紅外傳感器的一個(gè)通道為測(cè)量通道，另一個(gè)通道為參考通道，監(jiān)測(cè)方法為:
[0005]I)通過控制光源閃爍使雙通道紅外傳感器輸出周期固定的調(diào)制信號(hào)；
`[0006]2)獲取雙通道紅外傳感器的測(cè)量通道電壓D。、參考通道電壓&、絕壓式氣壓傳感器的輸出值Dp ；
[0007]3)對(duì)于呼吸二氧化碳監(jiān)測(cè)，利用測(cè)量通道電壓峰值與谷值之差提取測(cè)量通道交流分量Da。，同理得到參考通道交流分量Dm ；
[0008]4)利用兩通道交流分量差值Ds = D?-D?，根據(jù)預(yù)先的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)和三階多項(xiàng)式擬合所確定的公式，確定當(dāng)前呼吸二氧化碳濃度〔a3、a2、&1、a0為標(biāo)定實(shí)驗(yàn)所確定的參數(shù)；
[0009]5)對(duì)于呼吸氣壓監(jiān)測(cè)，利用氣壓傳感器的輸出值Dp，根據(jù)預(yù)先的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)和二階多項(xiàng)式擬合所確定的公式，確定當(dāng)前呼吸氣壓Pw =?*/?+VDp+Zv其中b2、bp b0為標(biāo)定實(shí)驗(yàn)所確定的參數(shù)；
[0010]6)根據(jù)氣流伯努利定律中氣壓與流速的關(guān)系，得到呼吸氣流實(shí)時(shí)速度為:V(n) =C1*^Ic1-p(?) ’其中C1是由空氣密度值決定的系數(shù)，C2為無氣流流動(dòng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；[0011]7)利用呼吸氣流速度得到呼吸流量為:Q(n)=K*V(n)，其中K為絕壓式氣壓傳感器所在位置的管道適配器的截面積；
[0012]8)當(dāng)呼吸氣壓強(qiáng)度P(n)小于預(yù)設(shè)閥值Pg時(shí)進(jìn)行呼吸過程判斷，此時(shí)先提取呼吸二氧化碳濃度值序列中當(dāng)前值之前的第十個(gè)濃度值c(n_1(l)，然后將該值與預(yù)設(shè)值Ctl進(jìn)行比較，若C(n_1(l) < Ctl，則認(rèn)為現(xiàn)在是吸氣過程，否則認(rèn)為是吸氣過程；
[0013]9)根據(jù)呼吸過程，在吸氣過程中將呼流量Q(n)進(jìn)行累加操作，而在呼氣過程中將流量Q(n)進(jìn)行累減操作，從而獲得當(dāng)前肺容量曲線L(n)。
[0014]所述的雙通道紅外傳感器，測(cè)量通道和參考通道分別接收被二氧化碳分子吸收的
4.26 μ m紅外光和沒有被任何氣體分子吸收的3.95 μ m紅外光。
[0015]本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和技術(shù)效果如下:
[0016](I)為實(shí)現(xiàn)呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度同步監(jiān)測(cè)，本發(fā)明制作一款主流式呼吸監(jiān)測(cè)模塊，在管道適配器上端放置絕壓式氣壓傳感器實(shí)現(xiàn)氣壓監(jiān)測(cè)，在管道適配器兩側(cè)分別放置紅外光源和紅外傳感器實(shí)現(xiàn)二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)，如圖1。
[0017](2)絕壓式氣壓傳感器通過與管道適配器上的采樣口相連引入呼吸氣流，從而獲取呼吸氣壓信息實(shí)現(xiàn)呼吸氣壓監(jiān)測(cè)。[0018](3)呼吸二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)利用雙通道紅外傳感器獲取被二氧化碳吸收的紅外光強(qiáng)度和未被任何氣體吸收的紅外光強(qiáng)度。根據(jù)朗伯比爾定律中氣體濃度與吸收強(qiáng)度的關(guān)系計(jì)算出呼吸二氧化碳濃度。
[0019](4)由于元器件的非線性使實(shí)際測(cè)量結(jié)果與理論上的對(duì)應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化，因此呼吸二氧化碳濃度標(biāo)定采用三階多項(xiàng)式擬合而非指數(shù)擬合確定最終呼吸二氧化碳濃度。
[0020](5)根據(jù)流氣體體力學(xué)定律和呼吸規(guī)律，利用呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度計(jì)算出呼吸流量、肺容量等生命體征參數(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1主流式呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)模塊結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖2本發(fā)明呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)方法流程。
【具體實(shí)施方式】:
[0023]本發(fā)明的呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度同步監(jiān)測(cè)方法針對(duì)主流式呼吸監(jiān)測(cè)而提出，下面給出本發(fā)明適用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。
[0024]該主流式呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由上位機(jī)和監(jiān)測(cè)模塊組成。上位機(jī)為通用計(jì)算機(jī)或監(jiān)護(hù)儀。監(jiān)測(cè)模塊如圖1所示，將絕壓式氣壓傳感器2置于管道適配器I上方，并分別將紅外光源5和雙通道紅外傳感器3置于管道適配器I兩側(cè)。當(dāng)呼吸氣流在管道適配器I中流動(dòng)時(shí)，通過控制紅外光源5閃爍使紅外傳感器3輸出周期固定的調(diào)制信號(hào)，該信號(hào)被采集處理電路4采集。與此同時(shí)，管道適配器I上采樣口處的氣壓值也通過絕壓式氣壓傳感器2被采集處理電路4采集。最終這幾路信號(hào)均被發(fā)送到上位機(jī)中進(jìn)行分析和顯示。本發(fā)明中監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要獲取呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度實(shí)時(shí)曲線，并由這兩組信號(hào)分析出呼吸流量、肺容量的信息。本發(fā)明按如下過程執(zhí)行獲取多種參數(shù):
[0025](I)首先微控制器通過控制光源閃爍使傳感器輸出周期固定的調(diào)制信號(hào)。當(dāng)該調(diào)制信號(hào)電壓達(dá)到波峰或波谷時(shí)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲取紅外傳感器測(cè)量通道電壓D。、紅外傳感器參考通道交流分量W、絕壓式氣壓傳感器Dp。并將這三路信號(hào)發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)一步處理。
[0026](2)對(duì)于呼吸二氧化碳監(jiān)測(cè)，利用測(cè)量通道電壓峰值Dh。與谷值Dle之差提取測(cè)量通道交流Da。分量，即:Da。= (Dhc-Dlc) /2，同理得到參考通道交流分量Dm分量。
[0027](3)利用兩通道交流分量差值:DS = Dac-Dar進(jìn)行三階多項(xiàng)式擬合確定當(dāng)前呼吸二
氧化碳濃度:Cw = a3 *D3s+a2 +U1 +α。，其中a3、a2、&1、a0為標(biāo)定實(shí)驗(yàn)所確定的參數(shù)。
[0028](4)對(duì)于呼吸氣壓監(jiān)測(cè)，直接利用氣壓傳感器Dp電壓值進(jìn)行二階多項(xiàng)式擬合確定當(dāng)前呼吸氣壓:? =Vg+CA+?，其中b2、Vbtl為標(biāo)定實(shí)驗(yàn)所確定的參數(shù)。
[0029](5)根據(jù)氣流伯努利定律中氣壓與流速的關(guān)系，得到呼吸氣流實(shí)時(shí)速度為:
Κ,,? Nc2-Kn，其中C1是由空氣密度值決定的系數(shù)，C2為無氣流流動(dòng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
[0030](6)利用呼吸氣流速度得到呼吸流量為:Q(n)=K*V(n)，其中K為絕壓式氣壓傳感器所在位置的管道適配器的截面積。
[0031](7)當(dāng)呼吸氣壓強(qiáng)度P(n)小于預(yù)設(shè)閥值Pgate時(shí)進(jìn)行呼吸過程判斷。此時(shí)先提取呼吸二氧化碳濃度值序列中當(dāng)前值之前的第十個(gè)濃度值c(n_1(l)，然后將該值與預(yù)設(shè)值Ctl進(jìn)行比較，若c(n_1(l) < Ctl，則認(rèn)為現(xiàn)在是呼氣過程，否則認(rèn)為是吸氣過程。
[0032](8)根據(jù)呼吸過程，在吸氣過程中將呼流量Q(n)進(jìn)行累加操作，而在呼氣過程中將流量Q(n)進(jìn)行累減操作，從而獲得當(dāng)前肺容量曲線L(n)。
[0033](9)根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪·制實(shí)時(shí)呼吸氣壓曲線P(n)、呼吸二氧化碳濃度曲線C(n)、呼吸流量曲線Q(n)和肺容量曲線L(n)，詳細(xì)流程見圖2。
【權(quán)利要求】
1.一種主流式呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度同步監(jiān)測(cè)方法，所采用的傳感器為絕壓式氣壓傳感器和雙通道紅外傳感器，所采用的管道適配器置于呼吸管道上，將絕壓式氣壓傳感器的取壓點(diǎn)設(shè)置在管道適配器的內(nèi)側(cè)，紅外光源與雙通道紅外傳感器固定在適配器的兩端，雙通道紅外傳感器的一個(gè)通道為測(cè)量通道，另一個(gè)通道為參考通道，監(jiān)測(cè)方法為: 1)通過控制光源閃爍使雙通道紅外傳感器輸出周期固定的調(diào)制信號(hào)； 2)獲取雙通道紅外傳感器的測(cè)量通道電壓D。、參考通道電壓W、絕壓式氣壓傳感器的輸出值Dp ； 3)對(duì)于呼吸二氧化碳監(jiān)測(cè)，利用測(cè)量通道電壓峰值與谷值之差提取測(cè)量通道交流分量Dac,同理得到 參考通道交流分量Dm ； 4)利用兩通道交流分量差值Ds= Dae-Dm，根據(jù)預(yù)先的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)和三階多項(xiàng)式擬合所確定的公式，確定當(dāng)前呼吸二氧化碳濃度:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主流式呼吸氣壓和呼吸二氧化碳濃度同步監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的雙通道紅外傳感器，測(cè)量通道和參考通道分別接收被二氧化碳分子吸收的.4.26 μ m紅外光和沒有被任何氣體分子吸收的3.95 μ m紅外光。
【文檔編號(hào)】A61B5/087GK103705244SQ201310712507
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】楊嘉琛, 王海濤, 陳波波 申請(qǐng)人:天津大學(xué)