[发明专利]主流式人呼吸末二氧化碳波形滤波方法

说明书

本发明涉及一种主流式人呼吸末二氧化碳波形滤波方法，包括下列步骤：(1)在响应稳定的平顶周期内获得二氧化碳传感器的采样信号；(2)经过卡尔曼滤波算法，对采样信号进行滤波；(3)对经过卡尔曼滤波的采样数据从小到大排列，将序列中的中值当做采样的值；(4)考虑到周期性的噪声和波形的不平滑的特性，采用平滑滤波对输出波形进行有效滤波。

技术领域

本发明属于生物医学工程领域，对一种人呼吸末二氧化碳数据采集生成的原始波形进行滤波有效的去除波形的毛刺使得获得的原始波形能很好的反应波形的变化。

背景技术

目前在生物医学测量的过程中，对测量波形的分析是决定测量精度的重要因素。目前，呼吸气体监测技术分为两类：主流式和旁流式，主流设备可用于测试CO2浓度和气体流量，当气道安装有适配器可以提供实时精确的测量结果。和远端的主流呼吸设备相比，可以同时测量流量和浓度的近呼吸端的主流设备可以更好的显示患者的基本的生理和病理参数。主流设备还可以允许同时测量实时的二氧化碳的浓度和流量。综上所述，本文采用可以协同测量的装置来测量二氧化碳的浓度和流量。并基于NDIR技术测量二氧化碳的浓度，同时用伯努利原理测量呼吸流量也取得了一定的进展。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以有效改进测量精度的主流式人呼吸末二氧化碳波形滤波方法。本发明的技术方案如下：

一种主流式人呼吸末二氧化碳波形滤波方法，包括下列步骤：

(1)在响应稳定的平顶周期内获得二氧化碳传感器的采样信号；

(2)经过卡尔曼滤波算法，对采样信号进行滤波；

(3)对经过卡尔曼滤波的采样数据从小到大排列，将序列中的中值当做采样的值；

(4)考虑到周期性的噪声和波形的不平滑的特性，采用平滑滤波对输出波形进行有效滤波。

本发明在对气体浓度的测量上应用了卡尔曼滤波，通过观测系统的输入输出数据，得出一种可以对系统状态进行最优估计的算法。由于观测数据中包括系统中的噪声和干扰的影响，所以最优估计也可看作是滤波过程，利用这一特点实现了对浓度数据的最优估计。在呼吸流量方面使用滑动平均滤波法，有效的降低硬件的使用成本。本发明克服了当前主流式二氧化碳监测技术理论和实际测量间的偏差，测量精度不高的缺点，有效的改进了测量精度。

具体实施方式

本发明的二氧化碳浓度监测优化设计是根据呼吸原理设计得出，下面给出发明适用的监测系统设计方案。

本发明采用的系统采用热释电传感器测量二氧化碳的浓度和压阻式硅传感器测量呼吸流量，此系统的二氧化碳浓度监测方法是基于二氧化碳吸收特定波长的红外光的准则，这一法则叫做NDIR(Non-dispersive infrared absorption)，NDIR依据的是朗伯比尔定律：

I＝I₀e^-αCL 公式1

其中I是照射到传感器的光的强度，I₀是真空时候照射到传感器的光的强度。C是二氧化碳的浓度，L是吸收路径的长度。

该系统通过适配器测量气道内两个压力口的压力差来测量呼吸流量，这种呼吸流量测量方法简单、准确。气流通过管道适配器的时会产生低压的高速气流和高压的低速气流。基于差压确定流量的伯努利法则为：

其中ρ是空气的密度，v_A和v_B是A和B点的流速，p_A和p_B是A和B两点的压强的大小。