主流式多種呼吸氣體濃度和呼吸氣壓同步監(jiān)測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，涉及一種主流式多種呼吸氣體濃度和呼吸氣 壓同步監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 人呼吸氣體濃度和呼吸氣壓監(jiān)測是醫(yī)療監(jiān)測的重要內(nèi)容，為臨床監(jiān)測和疾病診斷 提供重要信息。目前，呼吸氣壓監(jiān)測主要是在監(jiān)護病房中利用高檔呼吸機完成，設(shè)備笨重、 昂貴且難以應(yīng)用在便攜式監(jiān)測設(shè)備中。呼吸氣體濃度監(jiān)測可分為主流式和旁流式，主流式 直接在病人呼吸管道上進行監(jiān)測，避免了旁流式的延時和失真的問題，然而易受呼吸中水 蒸氣和排泄物的干擾。呼吸氣體濃度和呼吸氣壓能夠從不同角度反映人生命體征狀況，因 此有必要實現(xiàn)同步監(jiān)測。 【實用新型內(nèi)容】
[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提供一種主流式多種呼吸氣體濃度 和呼吸氣壓同步監(jiān)測裝置，克服現(xiàn)有技術(shù)中主流式呼吸氣體濃度監(jiān)測易受呼吸氣流干擾、 呼吸氣壓監(jiān)測使用范圍受限的問題。
[0004] 本實用新型的技術(shù)方案是：一種主流式多種呼吸氣體濃度和呼吸氣壓同步監(jiān)測裝 置，由上位機、監(jiān)測模塊和呼吸管道組成，所述上位機為通用計算機或監(jiān)護儀，所述監(jiān)測模 塊包括差壓式氣壓傳感器、紅外光源和四通道紅外傳感器三部分，所述呼吸管道中部設(shè)有 兩個取壓孔，差壓式氣壓傳感器置于呼吸管道的兩個取壓孔之間，呼吸管道中部上方設(shè)有 凸出的節(jié)流裝置，節(jié)流裝置下方為監(jiān)測窗口，紅外光源和四通道紅外傳感器置于監(jiān)測窗口 兩側(cè)。
[0005] 所述四通道熱釋電傳感器的四個通道分別為參考通道、二氧化碳通道、一氧化二 氮通道、醚氛類麻醉氣體通道。
[0006] 所述節(jié)流裝置為長方體結(jié)構(gòu)，直角壁為圓倒角。
[0007] -種主流式多種呼吸氣體濃度和呼吸氣壓同步監(jiān)測裝置監(jiān)測方法，包括如下步 驟：
[0008] (1)首先對整個系統(tǒng)進行一個上電預(yù)熱過程，預(yù)熱時間1分鐘；
[0009] (2)利用脈沖信號控制紅外光源亮滅，使四通道熱釋電傳感器輸出周期固定的調(diào) 制信號；
[0010] (3)對各個通道的波峰電壓或波谷電壓進行采集；
[0011] (4)利用各個通道的波峰和波谷電壓差值獲取各個通道的交流分量，得到參考通 道交流分量V&、二氧化碳通道交流分量va。、一氧化二氮通道交流分量van、醚氛類麻醉氣體 通道交流分量vani;
[0012] (5)利用校正方程對三個測量通道的測量數(shù)據(jù)進行調(diào)整，得到二氧化碳通 道調(diào)整后的數(shù)值
-氧化二氮通道調(diào)整后的 數(shù)倡
；醚氛類麻醉氣體通道調(diào)整后的數(shù)值D"=
其中aij為通過標(biāo)定實驗確定的系數(shù)；
[0013] (6)利用標(biāo)定實驗獲取的系數(shù)bij和三階多項式分別求取不同氣體的濃度，其中 二氧化碳濃度
：一氧化二氮濃度 ,""
醚氛類麻醉氣體濃度
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[0014] (7)對于呼吸氣壓監(jiān)測，利用氣壓傳感器的輸出值Dp，根據(jù)預(yù)先的標(biāo)定實驗和二 階多項式擬合所確定的公式，確定當(dāng)前呼吸氣k
其中b2、bl、b0為 標(biāo)定實驗所確定的參數(shù)；
[0015] (8)根據(jù)氣流伯努利定律中氣壓與流速的關(guān)系，得到呼吸氣流實時速度為：
其中cl是由空氣密度值決定的系數(shù)，c2為無氣流流動時的標(biāo)準(zhǔn)大氣 壓；
[0016] (9)利用呼吸氣流速度得到呼吸流量為：QW= K*V w，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；
[0017] (10)當(dāng)呼吸氣壓強度P(n)小于預(yù)設(shè)閥值Pg時進行呼吸過程判斷，此時先提取呼 吸二氧化碳濃度值序列中當(dāng)前值之前的第十個濃度值C (n-10)，然后將該值與預(yù)設(shè)值C0進 行比較，若C(n 1(]) < C。，則認(rèn)為現(xiàn)在是吸氣過程，否則認(rèn)為是吸氣過程；
[0018] (11)根據(jù)呼吸過程，在吸氣過程中將呼流量Q(n)進行累加操作，而在呼氣過程中 將流量Q(n)進行累減操作，從而獲得當(dāng)前肺容量曲線L(n)。
[0019] 本實用新型的有益效果為：
[0020] (1)為實現(xiàn)呼吸氣體濃度和呼吸氣壓同步監(jiān)測，本實用新型制作一款主流式呼吸 監(jiān)測模塊，在管道適配器上端放置差壓式氣壓傳感器實現(xiàn)氣壓監(jiān)測，在管道適配器兩側(cè)分 別放置紅外光源和紅外傳感器實現(xiàn)呼吸氣體濃度監(jiān)測。
[0021] (2)差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 取呼吸氣壓信息實現(xiàn)呼吸氣壓監(jiān)測。
[0022] (3)呼吸氣體濃度監(jiān)測利用四通道紅外傳感器獲取被氣體吸收的紅外光強度和未 被任何氣體吸收的紅外光強度。根據(jù)朗伯比爾定律中氣體濃度與吸收強度的關(guān)系計算出呼 吸氣體濃度。
[0023] (4)由于元器件的非線性使實際測量結(jié)果與理論上的對應(yīng)關(guān)系發(fā)生變化，因此呼 吸氣體濃度標(biāo)定采用三階多項式擬合而非指數(shù)擬合確定最終呼吸氣體濃度。
[0024] (5)根據(jù)流氣體體力學(xué)定律和呼吸規(guī)律，利用呼吸氣體濃度和呼吸氣壓計算出呼 吸流量、肺容量等生命體征參數(shù)。
[0025] 本實用新型提出的主流式呼吸氣體濃度和呼吸氣壓同步監(jiān)測裝置，能夠直接在病 人呼吸管道上實現(xiàn)呼吸氣體濃度、呼吸氣壓以及其他相關(guān)生命體征參數(shù)同步實時監(jiān)測，為 臨床監(jiān)測和疾病診斷提供信息指導(dǎo)。能夠能夠方便快捷的實現(xiàn)多種氣體濃度和呼吸氣壓的 同步監(jiān)測。
【附圖說明】
[0026] 圖1主流式呼吸氣體濃度和呼吸氣壓監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖2本實用新型呼吸氣體濃度和呼吸氣壓監(jiān)測方法流程；
[0028] 圖3主流式多種呼吸氣體濃度和呼吸氣壓監(jiān)測裝置呼吸電路示意圖。
【具體實施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明。
[0030] 該主流式呼吸氣體濃度和呼吸氣壓監(jiān)測系統(tǒng)由上位機、監(jiān)測模塊和呼吸管道組 成。上位機為通用計算機或監(jiān)護儀。監(jiān)測模塊如圖1所示，將差壓式氣壓傳感器置于呼吸 管道的兩個取壓孔1之間，并分別將紅外光源和四通道紅外傳感器置于呼吸管道的監(jiān)測窗 口 6兩側(cè)。當(dāng)呼吸氣流由進氣口 4進入在管道中流動時，通過控制紅外光源閃爍使紅外傳 感器輸出周期固定的調(diào)制信號，該信號被采集處理電路采集。與此同時，氣流遇到節(jié)流裝置 2時，在節(jié)流裝置的前后會產(chǎn)生一個壓差降，當(dāng)氣流遇到直角壁產(chǎn)生渦流的現(xiàn)象，對實驗結(jié) 果有影響，所以為了避免渦流的出現(xiàn)，將節(jié)流裝置的直角壁改成如圖1中所示圓倒角3,可 以通過兩個取壓孔1獲得的壓力求得，氣壓值也通過差壓式氣壓傳感器被采集處理電路采 集，最后氣流經(jīng)過出氣口 5流出。監(jiān)測模塊除了呼吸管道還包括呼吸電路，如圖3所示，主 要有微控制器電路、放大電路以及串口通信電路。最終這幾路信號均被發(fā)送到上位機中進 行分析和顯示。本實用新型中監(jiān)測系統(tǒng)主要獲取呼吸氣體濃度和呼吸氣壓實時曲線，并由 這兩組信號分析出呼吸流量、肺容量的信息。本實用新型按如下過程執(zhí)行獲取多種參數(shù)：
[0031] (1)首先對整個系統(tǒng)進行一個上電預(yù)熱過程，預(yù)熱時間1分鐘；
[0032] (2)監(jiān)測模塊利用脈沖信號控制紅外光源亮滅，使四通道熱釋電傳感器輸出周期 固定的調(diào)制信號，該信號經(jīng)過帶通濾波放大后送入數(shù)據(jù)采集電路。；
[0033] (3)當(dāng)調(diào)制信號達到波峰或波峰值時，數(shù)據(jù)采集電路開始對各個通道的波峰電壓 Vh或波谷電壓VI進行采集，并將采集的數(shù)據(jù)被送入到上位機；
[0034] (4)上位機利用波峰和波谷電壓差值獲取各個通道的交流分量：Va = (Vh-Vl)/2， 從而得到參考通道交流分量Var、二氧化碳通道交流分量Vac、一氧化二氮通道交流分量 Van、醚氛類麻醉氣體通道交流分量Vam ;
[0035] (5)利用校正方程對三個測量通道的測量數(shù)據(jù)進行調(diào)整，得到二氧化碳通 道調(diào)整后的數(shù)值
一氧化二氮通道調(diào)整后的 數(shù)值
。醚氛類麻醉氣體通道調(diào)整后的數(shù)值D"= .，
_ 其中aij為通過標(biāo)定實驗確定的系數(shù)；
[0036] (6)利用標(biāo)定實驗獲取的賽翁hi i和二階名邡忒令別求取不同氣體 的濃度，其中二氧化碳濃度
?氧化二氮濃度
"
一 _ 醚氛類麻醉氣體濃度.............;
[0037] (7)對于呼吸氣壓監(jiān)測，利用氣壓傳感器的輸出值Dp，根據(jù)預(yù)先的標(biāo)定實驗和二 階多項式擬合所確定的公式，確定當(dāng)前呼吸氣壓1
其中b2、bl、b0 為標(biāo)定實驗所確定的參數(shù)；
[0038] (8)根據(jù)氣流伯努利定律中氣壓與流速的關(guān)系，得到呼吸氣流實時速度為：
其中cl是由空氣密度值決定的系數(shù)，c2為無氣流流動時的標(biāo)準(zhǔn)大氣 壓；
[0039] (9)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；
[0040] (10)當(dāng)呼吸氣壓強度P(n)小于預(yù)設(shè)閥值Pg時進行呼吸過程判斷，此時先提取呼 吸二氧化碳濃度值序列中當(dāng)前值之前的第十個濃度值C (n-10)，然后將該值與預(yù)設(shè)值C0進 行比較，若C(n 1(]) < C。，則認(rèn)為現(xiàn)在是吸氣過程，否則認(rèn)為是吸氣過程；
[0041] (11)根據(jù)呼吸過程，在吸氣過程中將呼流量Q(n)進行累加操作，而在呼氣過程中 將流量Q(n)進行累減操作，從而獲得當(dāng)前肺容量曲線L(n)。
[0042] (12)根據(jù)計算結(jié)果繪制實時呼吸氣體濃度和呼吸氣壓曲線。
[0043] 盡管上面結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行了描述，但是本實用新型并不 局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型宗旨和權(quán)利要求所保護的 范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種主流式多種呼吸氣體濃度和呼吸氣壓同步監(jiān)測裝置，由上位機、監(jiān)測模塊和呼 吸管道組成，其特征在于，所述上位機為通用計算機或監(jiān)護儀，所述監(jiān)測模塊包括差壓式氣 壓傳感器、紅外光源和四通道紅外傳感器三部分，所述呼吸管道中部設(shè)有兩個取壓孔，差壓 式氣壓傳感器置于呼吸管道的兩個取壓孔之間，呼吸管道中部上方設(shè)有凸出的節(jié)流裝置， 節(jié)流裝置下方為監(jiān)測窗口，紅外光源和四通道紅外傳感器置于監(jiān)測窗口兩側(cè)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述主流式多種呼吸氣體濃度和呼吸氣壓同步監(jiān)測裝置，其特征 在于，所述四通道熱釋電傳感器的四個通道分別為參考通道、二氧化碳通道、一氧化二氮通 道、醚氛類麻醉氣體通道。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述主流式多種呼吸氣體濃度和呼吸氣壓同步監(jiān)測裝置，其特征在 于，所述節(jié)流裝置為長方體結(jié)構(gòu)，直角壁為圓倒角。
【專利摘要】本實用新型公開了一種主流式多種呼吸氣體濃度和呼吸氣壓同步監(jiān)測裝置：由上位機、監(jiān)測模塊和呼吸管道組成，所述上位機為通用計算機或監(jiān)護儀，所述監(jiān)測模塊包括差壓式氣壓傳感器、紅外光源和四通道紅外傳感器三部分，所述呼吸管道中部設(shè)有兩個取壓孔，差壓式氣壓傳感器置于呼吸管道的兩個取壓孔之間，呼吸管道中部上方設(shè)有凸出的節(jié)流裝置，節(jié)流裝置下方為監(jiān)測窗口，紅外光源和四通道紅外傳感器置于監(jiān)測窗口兩側(cè)。本實用新型能夠方便快捷的實現(xiàn)多種氣體濃度和呼吸氣壓的同步監(jiān)測。
【IPC分類】A61B5/08, A61B5/091, A61B5/087, G01N21/3504
【公開號】CN204950950
【申請?zhí)枴緾N201520714391
【發(fā)明人】楊嘉琛, 陳波波, 周建雄
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年9月15日