[发明专利]主流式人呼吸二氧化碳浓度实时监测方法

说明书

技术领域：

本发明属于生物医学工程领域，涉及一种主流式人呼吸二氧化碳浓度实时监测方法。

背景技术：

人呼吸二氧化碳浓度实时监测在医疗监测中起到了越来越重要的作用。基于非分光红外原理的呼吸二氧化碳浓度监测系统按照测量位置不同可分为：直接测量的主流式监测和通过抽取呼吸气体测量的旁流式监测。旁流式监测由于对呼吸气流进行除湿、稳流等预处理，能够较准确的测量呼吸气体浓度，但由于抽取气流的延时使显示波形有明显的失真。目前主流式监测多采用热电堆传感器和恒定强度辐射源，虽然避免了波形失真的问题，但由于呼吸气流的干扰使监测结果误差较大，而且在长时间连续监测时波形还易出现漂移问题。传感器技术的发展使热释电传感器性能得到极大的提升，其具有感应波长范围宽，响应速度快，性能稳定等优点，但也存在着输出信号弱，易受电路噪声干扰等问题。

发明内容

本发明目的是克服现有主流式呼吸监测测量误差大、易出现波形漂移等问题，提供一种快捷、稳定、准确地实现对人呼吸二氧化碳浓度监测的方法。本发明提出的实现直接在呼吸管道上对病人的呼吸二氧化碳浓度实时监测，并能从浓度波形中分析出病人生命体征状况和相关信息，给医生提供准确可靠的信息指导。本发明的技术方案如下：

一种主流式人呼吸二氧化碳浓度实时监测方法，所采用的监测模块将适配器置于呼吸管道上，红外光源与双通道热释电传感器固定在适配器的两端，双通道热释电传感器的一个通道为测量通道，另一个通道为参考通道，微控制器发送的脉冲信号通过光源驱动电路驱动红外光源发出调制光源信号，监测方法如下：

（1）对监测系统的参数进行自校准；

（2）首先监测模块发出脉冲信号控制光源亮灭，双通道热释电传感器输出幅值连续变化的调制信号，然后监测模块开始计时等待，当双通道热释电传感器输出电压达到波峰V_h或波谷点V_l时启动模数转化器开始平顶采样；

（3）采样时，模数转换器对测量通道电压值和参考通道电压值交叉采样，分别在每个通道采集数据，所采集的数据按照10个一组进行下述的初步处理：首先通过去除每通道10个数据中3个最大值和3个最小值，以滤除脉冲噪声，然后对每个通道中剩余4个数据取均值以滤除随机白噪声；

（4）将每个通道的处理结果发送到上位机；

（5）上位机接收数据后，对于每个通道的数据，首先通过幅值判断是波峰V_h或是波谷V_l，然后利用峰谷的和、差值提取交流分量和直流分量；最终得到测量通道交流分量V_ac、测量通道直流分量V_dc、参考通道交流分量V_ar和参考通道直流分量V_dr四个分量；

（6）舍去两直流分量V_dc和V_dr，保留两通道交流分量差值：D_s=V_ac–V_ar，从而滤除管道中水蒸气干扰和气流干扰；

（7）对交流分差值进行基准值调整：D_e=a₁*D_s–a₂，其中，a₁、a₂为第（1）步的的自校准步骤确定的参数；

（8）根据标定实验获取的拟合参数d₁和d₂确定当前呼吸CO₂浓度：C=d₁*ln(D_e)+d₂，示；

作为优选实施方式，步骤（1）的过程如下：

（1）监测模块对两个通道接收的数据进行滤波处理后，发送给上位机；

（2）上位机先将接收的每个通道的波峰、波谷值转化为交流、直流分量，并对获得的测量通道交流分量V_ac、测量通道直流分量V_dc、参考通道交流分量V_ar和参考通道直流分量V_dr四个分量进行实时存储；

（3）计算各个分量的平均值，即：K_ac=Mean(V_ac)、K_dc=Mean(V_dc)、K_ar=Mean(V_ar)、K_a0=Mean(V_ar)；