[发明专利]主流式人呼吸流量和二氧化碳浓度同步监测装置与方法

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流量和二氧化碳浓度同步监测装置与方法。

背景技术

人呼吸流量和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。随着医学科技和相关理论的发展，呼吸流量和二氧化碳浓度检测技术发展迅速，检测方法也越来越多。呼吸流量的检测方法可以分为间接法和直接法。间接检测法是通过检测呼吸产生的一些附加现象，来提取呼吸流量信号。直接检测法主要包括仿生微机器人法和流量压力传感器法，其中流量压力传感器法由于测量准确且实现较为简单而成为目前研究的热点。相对于间接法，直接法可以提高检测精度，实现对呼吸流量的实时检测。二氧化碳浓度监测方式可分为主流式和旁流式。相对于旁流式，主流式具有响应速度快、实时监测等优点。目前虽然有少数主流式呼吸监测设备实现了呼吸流监测，但由于呼吸气流的干扰使监测结果误差较大，而且存在输出信号弱等问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种主流式人呼吸流量和二氧化碳浓度同步监测装置与方法，克服现有技术中主流式呼吸监测参数比较单一、测量误差大的问题。

本发明的技术方案是：

一种主流式人呼吸流量和二氧化碳浓度同步监测装置，由上位机、监测模块和呼吸管道组成，所述上位机为通用计算机或监护仪，所述监测模块包括差压式气压传感器、红外光源和四通道红外传感器三部分，所述呼吸管道中部设有两个取压孔，差压式气压传感器置于呼吸管道的两个取压孔之间，呼吸管道中部上方设有凸出的节流装置，节流装置下方为监测窗口，红外光源和双通道红外传感器置于监测窗口两侧。

所述呼吸管道分进气口、中间段和出气口三部分，所述进气口和出气口为圆柱形结构，中间段为长方体结构，所述节流装置为长方体结构，直角壁为圆倒角。

一种主流式人呼吸流量和二氧化碳浓度同步监测方法，首先对整个系统进行一个上电预热过程，预热时间1分钟，通过微控制器给差压式气压传感器提供一个稳定激励，微控制器能够提供不同的激励，为了寻找最佳的差压式气压传感器激励，可以通过提供不同的激励测实验结果，然后通过比较不同激励的情况下差压式气压传感器的输出采用数学统计的方法来确定最佳激励，选择差异系数CV来确定，CV值越小代表传感器的激励选择越好；同时微控制器通过控制光源闪烁使双通道传感器输出周期固定的调制信号，当该调制信号电压达到波峰或波谷时启动模数转化器获取红外传感器测量通道电压D_c、红外传感器参考通道电压D_r，并将信号发送到上位机处理。

所述方法包括呼吸流量监测和二氧化碳浓度监测两部分，步骤如下：

(1)在不通入气流的情况下采集30秒的输出的电压数据，对这些数据进行求平均值S₀，接着通入某一流速的气流，再采集1分钟的数据S₁,S₂,S₃……S_n，然后通入不同流速的气流，进行同样的实验；

(2)将上一步骤采集到的数据进行处理进行二阶多项式拟合，首先计算出ΔS_n＝S_n-S₀，计算出不同流速下的差值，然后将这些差值和流速通过最小二乘法进行标定，得到拟合公式ΔS＝aX²+bX+c，其中a,b,c为标定实验所确定的参数,X为流速；

(3)使用该平台进行检测人的呼吸，通过采集人呼吸的数据，计算出与不通入气流的情况下采集的数据的差值，然后通过标定的逆过程求得人呼吸流量；

(4)根据呼吸结果绘制实时呼吸气压曲线，呼吸流量曲线；

(5)对于呼吸二氧化碳监测，利用测量通道电压峰值D_hc与谷值D_lc之差提取测量通道交流D_ac分量，即：D_ac＝(D_hc-D_lc)/2，同理得到参考通道交流分量D_ar分量；

(6)利用两通道交流分量差值：D_s＝D_ac-D_ar进行三阶多项式拟合确定当前呼吸二氧化碳浓度：其中p₃、p₂、p₁、p₀为标定实验所确定的参数；

(7)根据呼吸结果绘制实时呼吸二氧化碳浓度曲线。