一種呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備中的人體監(jiān)控領(lǐng)域，具體而言是一種呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在科學(xué)技術(shù)高度發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中，人類已進(jìn)入瞬息萬(wàn)變的信息時(shí)代，人們?cè)趶氖鹿I(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等活動(dòng)中，主要依靠對(duì)信息資源的開發(fā)、獲取、傳輸和處理。傳感器處于研究對(duì)象與測(cè)控系統(tǒng)的接口位置，是感知、獲取與檢測(cè)信息的窗口，一切科學(xué)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)過(guò)程，特別是在自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)中獲取的原始信息，都要通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為容易傳輸與處理的電信號(hào)。同時(shí)由于科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是微電子加工技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)及信息處理技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)住處資源的需要日益增長(zhǎng)，作為提供信息的傳感器技術(shù)及傳感器愈來(lái)愈引起人們的重視，而各種先進(jìn)技術(shù)的傳感器技術(shù)了也進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的階段。[1]
[0003]同時(shí)由于工業(yè)化的影響使得空氣污染越來(lái)越嚴(yán)重，肺方面的疾病也有增加的趨勢(shì)，呼吸疾病是威脅人類健康的主要疾病之一，早期診斷和治療是預(yù)防呼吸疾病的有效途徑，而呼吸監(jiān)護(hù)儀在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而以往由于呼吸監(jiān)測(cè)措施的缺乏和不成熟，不能準(zhǔn)確地反映出呼吸通道的流量、壓力和人(主要是病人)的呼吸的氣體容積等生理參數(shù)，不能為臨床提供豐富的參考數(shù)據(jù)，從而容易給病人帶來(lái)氣壓力、容積傷、循環(huán)紊亂及肺膨脹不全等不良作用。購(gòu)買國(guó)外提供提供呼吸參數(shù)監(jiān)測(cè)功能的監(jiān)護(hù)儀則價(jià)格昂貴。所以呼吸監(jiān)護(hù)儀的作用也日益突出，研究新的呼吸監(jiān)護(hù)儀是一個(gè)新的課題?；谶@種情況，將傳感器技術(shù)和呼吸監(jiān)護(hù)儀結(jié)合在一起也是一種趨勢(shì)。而本發(fā)明所研究的正是這種技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，開發(fā)一種呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的呼吸監(jiān)護(hù)儀只能測(cè)量一個(gè)呼吸參數(shù)不同，本系統(tǒng)可同時(shí)測(cè)量多個(gè)呼吸參數(shù)，同時(shí)在傳感器中應(yīng)用單片機(jī)技術(shù)，單片機(jī)的可編程性使得其適應(yīng)性、靈活性大大增強(qiáng)。它使用方便，只需將人(主要是病人)的氣道對(duì)準(zhǔn)流量傳感器，而流量傳感器將感受到的信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的處理，最后通過(guò)顯示屏顯示出來(lái)。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是:
[0006]第一方面，本系統(tǒng)包括流量傳感器、氣路連接管路、壓力傳感器、壓差放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)。
[0007]進(jìn)一步的，所述流量傳感器采用差壓式流量傳感器，該差壓式流量傳感器由節(jié)流裝置和差壓計(jì)或差壓變送器組成。
[0008]進(jìn)一步的，所述壓力傳感器選用壓阻式壓力傳感器。
[0009]進(jìn)一步的，所述單片機(jī)采用TI公司于的MSP430系列單片機(jī)，該單片機(jī)包含CPU、程序存儲(chǔ)器(RAM)、運(yùn)行控制、外圍模塊、振蕩器和倍頻器等主要功能模塊。
[0010]另一方方面，本發(fā)明的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用方法，包括以下步驟:
[0011]I)使用時(shí)，將流量傳感器接在呼吸機(jī)和病人的呼吸道兩端；
[0012]2)當(dāng)呼吸氣流通過(guò)流量傳感器時(shí)，獲得呼吸氣道中的流量；
[0013]3)壓力傳感器二用于測(cè)量病人呼吸氣道中的壓力；
[0014]4)輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字化的氣路狀態(tài)信息，再進(jìn)一步通過(guò)相應(yīng)的算法和波形特征識(shí)別出有關(guān)參數(shù)和曲線，這些參數(shù)和曲線將是構(gòu)成評(píng)價(jià)氣路狀態(tài)的客觀指標(biāo)。
[0015]5)即時(shí)對(duì)呼吸頻率、峰值壓力、順應(yīng)性、潮氣量和每分鐘的通氣量等十多項(xiàng)呼吸力學(xué)參數(shù)的監(jiān)測(cè)；
[0016]6)根據(jù)監(jiān)測(cè)信息，有效指導(dǎo)呼吸機(jī)的使用，確保病人安全。
[0017]呼吸監(jiān)護(hù)儀在使用時(shí)，將流量傳感器接在呼吸機(jī)和病人的呼吸道兩端。當(dāng)呼吸氣流通過(guò)流量傳感器時(shí)，其內(nèi)部的限流孔會(huì)感應(yīng)到一個(gè)壓力差。這個(gè)壓力差經(jīng)氣路連接管傳遞給壓力傳感器一測(cè)量，最終用于計(jì)算呼吸氣道中的流量。壓力傳感器二用于測(cè)量病人呼吸氣道中的壓力。輸出的兩路壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字化的氣路狀態(tài)信息，再進(jìn)一步通過(guò)相應(yīng)的算法和波形特征識(shí)別出有關(guān)參數(shù)和曲線。這些參數(shù)和曲線將是構(gòu)成評(píng)價(jià)氣路狀態(tài)的客觀指標(biāo)。
[0018]由以上本發(fā)明的技術(shù)方案可知，本發(fā)明與傳統(tǒng)的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，其具有以下優(yōu)勢(shì)和有益的效果:
[0019]1、本發(fā)明與一般的呼吸監(jiān)護(hù)儀最大的不同是可以同時(shí)測(cè)量多個(gè)呼吸參量，能為分析人的呼吸機(jī)能提供更加豐富的資源。
[0020]2、本發(fā)明可有效指導(dǎo)呼吸機(jī)的使用，確保病人安全。
[0021]3、本發(fā)明比以住的呼吸監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在性能和經(jīng)濟(jì)方面都有很大的提高，且成本低廉
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【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施例系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明；如圖1示，本發(fā)明的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由流量傳感器、氣路連接管路、壓力傳感器、壓差放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)系統(tǒng)等組成。呼吸監(jiān)護(hù)儀在使用時(shí)，將流量傳感器接在呼吸機(jī)和病人的呼吸道兩端。當(dāng)呼吸氣流通過(guò)流量傳感器時(shí)，其內(nèi)部的限流孔會(huì)感應(yīng)到一個(gè)壓力差。這個(gè)壓力差經(jīng)氣路連接管傳遞給壓力傳感器一測(cè)量，最終用于計(jì)算呼吸氣道中的流量。壓力傳感器二用于測(cè)量病人呼吸氣道中的壓力。輸出的兩路壓力信號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字化的氣路狀態(tài)信息，再進(jìn)一步通過(guò)相應(yīng)的算法和波形特征識(shí)別出有關(guān)參數(shù)和曲線。這些參數(shù)和曲線將是構(gòu)成評(píng)價(jià)氣路狀態(tài)的客觀指標(biāo)。
[0024]本發(fā)明監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的生理指標(biāo)包括:
[0025]1.潮氣量:每次吸氣吸進(jìn)的氧氣量，范圍為100?100ml/次；
[0026]2.每分鐘的通氣量:每分鐘吸入的氧氣量，范圍為4?20L/min ；
[0027]正常情況下，潮氣量(VT)和每分鐘通氣量(VE)因性別、年齡和體表面積不同而有差異，男性VT約為7。8ml/kg，女性為6。6ml/kg，VE為5?7L/min。呼吸抑制(如麻醉、鎮(zhèn)痛藥、肌松藥等)和呼吸衰竭時(shí)VT減少，手術(shù)刺激和PaC02升高時(shí)，VT增加。如潮氣量減少，頻率相應(yīng)增加(VE=VTXf),若超過(guò)25?30bpm,則提示呼吸機(jī)械運(yùn)動(dòng)已不能滿足機(jī)體需要，并且可導(dǎo)致呼吸肌疲勞。機(jī)械通氣時(shí)，成人VT需要8?10ml/kg，小兒為10?12ml/kg，可根據(jù)PaC02或呼氣末C02分壓(PETC02)進(jìn)行調(diào)節(jié)，VT過(guò)大時(shí)，使氣道壓力升高，影響循環(huán)功能。VE>10L/min，不能撤離呼吸機(jī)。
[0028]3.呼吸頻率:每分鐘吸氣或呼氣的次數(shù)，一般在15?30/次/min，允許誤差:±15% ；
[0029]4.呼吸比:吸氣時(shí)間與呼氣時(shí)間的比值，一般為1:2 ；
[0030]5.吸氣時(shí)間:每次吸氣氣用的時(shí)間，單位為s ;
[0031]本發(fā)明的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)對(duì)以上所監(jiān)測(cè)的生理指標(biāo)的設(shè)定，當(dāng)生理指標(biāo)超標(biāo)和危險(xiǎn)情況發(fā)生時(shí)，可進(jìn)行報(bào)警或控制呼吸機(jī)的使用，保證被監(jiān)護(hù)病人的安全。
[0032]本發(fā)明的實(shí)施例主要設(shè)備的選擇包括:
[0033]一、傳感器的選型
[0034]1.差壓式流量傳感器又稱節(jié)流式流量傳感器，它是利用管路內(nèi)的節(jié)流裝置，將管道中流體的瞬時(shí)流量轉(zhuǎn)換成節(jié)流裝置前后的壓力差的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。差壓式流量傳感器流量測(cè)量系統(tǒng)主要由節(jié)流裝置和差壓計(jì)(或差壓送器)組成。
[0035]2.本設(shè)計(jì)中壓力傳感器選用壓阻式壓力傳感器。壓阻式壓力傳感器的壓力敏感元件是壓阻元件，它是基于壓阻效應(yīng)工作的。所謂的壓阻元件實(shí)際上就是指在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻，當(dāng)它受外力作用時(shí)，其阻值由于電阻率的變化而變化。擴(kuò)散電阻正常工作時(shí)需依附于彈性元件，常用的是單晶硅膜片。本設(shè)計(jì)中的兩個(gè)壓差傳感器分別選用NPC —103陶瓷封裝硅壓力傳感器和NPC —12010系列中的任何一款。
[0036]二、微處理器(單片機(jī))的選型
[0037]TI公司于2000年推出的MSP430系列單片機(jī)是一種超低功耗的16位Flash單片機(jī)，他們針對(duì)不同的應(yīng)用而由不同的模塊組成的。成功的解決了功能強(qiáng)大又功耗低的難題，比較適合于便攜式控制系統(tǒng)應(yīng)用。這些微控制器被設(shè)計(jì)為可用電池工作，而且可以有很長(zhǎng)使用時(shí)間的應(yīng)用。MSP430系列單片機(jī)器件包含CPU、程序存儲(chǔ)器(RAM)、運(yùn)行控制、外圍模塊、振蕩器和倍頻器等主要功能模塊。他們具有16位RISC結(jié)構(gòu)，CPU中的16個(gè)寄儲(chǔ)器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430微控制器能達(dá)到最高的代碼率；靈活的時(shí)鐘源可以使器件達(dá)到最高的代碼效率，數(shù)字控制的振蕩器可以使器件從低功耗模塊迅速喚醒，在少于6us的時(shí)間內(nèi)激活到活躍的工作方式。
[0038]綜上所述，本實(shí)施例的發(fā)明具有多方面的優(yōu)勢(shì)，其完善的功能得以充分發(fā)揮:
[0039]1.先進(jìn)性和可靠性；
[0040]2.經(jīng)濟(jì)實(shí)用性；充分利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，盡可能減少硬件開支；
[0041]3.操作和維護(hù)的方便性；人力成本的價(jià)值在大幅度增加，系統(tǒng)做到操作和維護(hù)更方便，提高工作效率，降低人力成本；
[0042]以上說(shuō)明書文字與附圖僅為對(duì)本發(fā)明的解釋和說(shuō)明，不以任何形式對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制和限定，本發(fā)明的范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)，一切不超出本發(fā)明宗旨的顯而易見(jiàn)的修改、變換和替代方案均在本發(fā)明范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括流量傳感器、氣路連接管路、壓力傳感器、壓差放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述流量傳感器采用差壓式流量傳感器，該差壓式流量傳感器由節(jié)流裝置和差壓計(jì)或差壓變送器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述壓力傳感器選用壓阻式壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述單片機(jī)采用TI公司于的MSP430系列單片機(jī)，該單片機(jī)包含CPU、程序存儲(chǔ)器(RAM)、運(yùn)行控制、外圍模塊、振蕩器和倍頻器等主要功能模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的使用方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)使用時(shí)，將流量傳感器接在呼吸機(jī)和病人的呼吸道兩端； 2)當(dāng)呼吸氣流通過(guò)流量傳感器時(shí)，獲得呼吸氣道中的流量； 3)壓力傳感器二用于測(cè)量病人呼吸氣道中的壓力； 4)輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換后得到數(shù)字化的氣路狀態(tài)信息，再進(jìn)一步通過(guò)相應(yīng)的算法和波形特征識(shí)別出有關(guān)參數(shù)和曲線，這些參數(shù)和曲線將是構(gòu)成評(píng)價(jià)氣路狀態(tài)的客觀指標(biāo)。 5)即時(shí)對(duì)呼吸頻率、峰值壓力、順應(yīng)性、潮氣量和每分鐘的通氣量等十多項(xiàng)呼吸力學(xué)參數(shù)的監(jiān)測(cè)； 6)根據(jù)監(jiān)測(cè)信息，指導(dǎo)呼吸機(jī)的使用，確保病人安全。
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種呼吸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其使用方法，該系統(tǒng)包括流量傳感器、氣路連接管路、壓力傳感器、壓差放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)；該發(fā)明其具有以下優(yōu)勢(shì)和有益的效果：具有先進(jìn)性和易操作性；可有效指導(dǎo)呼吸機(jī)的使用，確保病人安全；在性能方面有很大的提高，且成本低廉。
【IPC分類】A61B5-08, A61B5-087
【公開號(hào)】CN104545922
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310500847
【發(fā)明人】杜菁
【申請(qǐng)人】鎮(zhèn)江石鼓文智能化系統(tǒng)開發(fā)有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2013年10月22日