一种呼吸监测系统及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医疗设备中的人体监控领域，具体而言是一种呼吸监测系统及其使用方法。
【背景技术】
[0002]在科学技术高度发展的现代社会中，人类已进入瞬息万变的信息时代，人们在从事工业生产和科学实验等活动中，主要依靠对信息资源的开发、获取、传输和处理。传感器处于研究对象与测控系统的接口位置，是感知、获取与检测信息的窗口，一切科学实验和生产过程，特别是在自动检测和自动控制系统中获取的原始信息，都要通过传感器转换为容易传输与处理的电信号。同时由于科学技术的飞速发展，特别是微电子加工技术，计算机技术及信息处理技术的发展，人们对住处资源的需要日益增长，作为提供信息的传感器技术及传感器愈来愈引起人们的重视，而各种先进技术的传感器技术了也进入了一个飞速发展的阶段。[1]
[0003]同时由于工业化的影响使得空气污染越来越严重，肺方面的疾病也有增加的趋势，呼吸疾病是威胁人类健康的主要疾病之一，早期诊断和治疗是预防呼吸疾病的有效途径，而呼吸监护仪在其中发挥着至关重要的作用。然而以往由于呼吸监测措施的缺乏和不成熟，不能准确地反映出呼吸通道的流量、压力和人(主要是病人)的呼吸的气体容积等生理参数，不能为临床提供丰富的参考数据，从而容易给病人带来气压力、容积伤、循环紊乱及肺膨胀不全等不良作用。购买国外提供提供呼吸参数监测功能的监护仪则价格昂贵。所以呼吸监护仪的作用也日益突出，研究新的呼吸监护仪是一个新的课题。基于这种情况，将传感器技术和呼吸监护仪结合在一起也是一种趋势。而本发明所研究的正是这种技术。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的缺陷，开发一种呼吸监测系统系统，与传统的呼吸监护仪只能测量一个呼吸参数不同，本系统可同时测量多个呼吸参数，同时在传感器中应用单片机技术，单片机的可编程性使得其适应性、灵活性大大增强。它使用方便，只需将人(主要是病人)的气道对准流量传感器，而流量传感器将感受到的信号经过一系列的处理，最后通过显示屏显示出来。
[0005]本发明为实现发明目的，采用的技术方案是:
[0006]第一方面，本系统包括流量传感器、气路连接管路、压力传感器、压差放大器、模数转换电路和单片机。
[0007]进一步的，所述流量传感器采用差压式流量传感器，该差压式流量传感器由节流装置和差压计或差压变送器组成。
[0008]进一步的，所述压力传感器选用压阻式压力传感器。
[0009]进一步的，所述单片机采用TI公司于的MSP430系列单片机，该单片机包含CPU、程序存储器(RAM)、运行控制、外围模块、振荡器和倍频器等主要功能模块。
[0010]另一方方面，本发明的呼吸监测系统的使用方法，包括以下步骤:
[0011]I)使用时，将流量传感器接在呼吸机和病人的呼吸道两端；
[0012]2)当呼吸气流通过流量传感器时，获得呼吸气道中的流量；
[0013]3)压力传感器二用于测量病人呼吸气道中的压力；
[0014]4)输出的信号经过放大滤波和模数转换后得到数字化的气路状态信息，再进一步通过相应的算法和波形特征识别出有关参数和曲线，这些参数和曲线将是构成评价气路状态的客观指标。
[0015]5)即时对呼吸频率、峰值压力、顺应性、潮气量和每分钟的通气量等十多项呼吸力学参数的监测；
[0016]6)根据监测信息，有效指导呼吸机的使用，确保病人安全。
[0017]呼吸监护仪在使用时，将流量传感器接在呼吸机和病人的呼吸道两端。当呼吸气流通过流量传感器时，其内部的限流孔会感应到一个压力差。这个压力差经气路连接管传递给压力传感器一测量，最终用于计算呼吸气道中的流量。压力传感器二用于测量病人呼吸气道中的压力。输出的两路压力信号经过放大滤波和模数转换后得到数字化的气路状态信息，再进一步通过相应的算法和波形特征识别出有关参数和曲线。这些参数和曲线将是构成评价气路状态的客观指标。
[0018]由以上本发明的技术方案可知，本发明与传统的呼吸监测系统相比，其具有以下优势和有益的效果:
[0019]1、本发明与一般的呼吸监护仪最大的不同是可以同时测量多个呼吸参量，能为分析人的呼吸机能提供更加丰富的资源。
[0020]2、本发明可有效指导呼吸机的使用，确保病人安全。
[0021]3、本发明比以住的呼吸监护系统在性能和经济方面都有很大的提高，且成本低廉
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【附图说明】
[0022]图1是本发明的呼吸监测系统实施例系统示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明；如图1示，本发明的呼吸监测系统主要由流量传感器、气路连接管路、压力传感器、压差放大器、模数转换电路和单片机系统等组成。呼吸监护仪在使用时，将流量传感器接在呼吸机和病人的呼吸道两端。当呼吸气流通过流量传感器时，其内部的限流孔会感应到一个压力差。这个压力差经气路连接管传递给压力传感器一测量，最终用于计算呼吸气道中的流量。压力传感器二用于测量病人呼吸气道中的压力。输出的两路压力信号经过放大滤波和模数转换后得到数字化的气路状态信息，再进一步通过相应的算法和波形特征识别出有关参数和曲线。这些参数和曲线将是构成评价气路状态的客观指标。
[0024]本发明监测系统监测的生理指标包括:
[0025]1.潮气量:每次吸气吸进的氧气量，范围为100?100ml/次；
[0026]2.每分钟的通气量:每分钟吸入的氧气量，范围为4?20L/min ；
[0027]正常情况下，潮气量(VT)和每分钟通气量(VE)因性别、年龄和体表面积不同而有差异，男性VT约为7。8ml/kg，女性为6。6ml/kg，VE为5?7L/min。呼吸抑制(如麻醉、镇痛药、肌松药等)和呼吸衰竭时VT减少，手术刺激和PaC02升高时，VT增加。如潮气量减少，频率相应增加(VE=VTXf),若超过25?30bpm,则提示呼吸机械运动已不能满足机体需要，并且可导致呼吸肌疲劳。机械通气时，成人VT需要8?10ml/kg，小儿为10?12ml/kg，可根据PaC02或呼气末C02分压(PETC02)进行调节，VT过大时，使气道压力升高，影响循环功能。VE>10L/min，不能撤离呼吸机。
[0028]3.呼吸频率:每分钟吸气或呼气的次数，一般在15?30/次/min，允许误差:±15% ；
[0029]4.呼吸比:吸气时间与呼气时间的比值，一般为1:2 ；
[0030]5.吸气时间:每次吸气气用的时间，单位为s ;
[0031]本发明的监测系统通过对以上所监测的生理指标的设定，当生理指标超标和危险情况发生时，可进行报警或控制呼吸机的使用，保证被监护病人的安全。
[0032]本发明的实施例主要设备的选择包括:
[0033]一、传感器的选型
[0034]1.差压式流量传感器又称节流式流量传感器，它是利用管路内的节流装置，将管道中流体的瞬时流量转换成节流装置前后的压力差的原理来实现的。差压式流量传感器流量测量系统主要由节流装置和差压计(或差压送器)组成。
[0035]2.本设计中压力传感器选用压阻式压力传感器。压阻式压力传感器的压力敏感元件是压阻元件，它是基于压阻效应工作的。所谓的压阻元件实际上就是指在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，当它受外力作用时，其阻值由于电阻率的变化而变化。扩散电阻正常工作时需依附于弹性元件，常用的是单晶硅膜片。本设计中的两个压差传感器分别选用NPC —103陶瓷封装硅压力传感器和NPC —12010系列中的任何一款。
[0036]二、微处理器(单片机)的选型
[0037]TI公司于2000年推出的MSP430系列单片机是一种超低功耗的16位Flash单片机，他们针对不同的应用而由不同的模块组成的。成功的解决了功能强大又功耗低的难题，比较适合于便携式控制系统应用。这些微控制器被设计为可用电池工作，而且可以有很长使用时间的应用。MSP430系列单片机器件包含CPU、程序存储器(RAM)、运行控制、外围模块、振荡器和倍频器等主要功能模块。他们具有16位RISC结构，CPU中的16个寄储器和常数发生器使MSP430微控制器能达到最高的代码率；灵活的时钟源可以使器件达到最高的代码效率，数字控制的振荡器可以使器件从低功耗模块迅速唤醒，在少于6us的时间内激活到活跃的工作方式。
[0038]综上所述，本实施例的发明具有多方面的优势，其完善的功能得以充分发挥:
[0039]1.先进性和可靠性；
[0040]2.经济实用性；充分利用软件来实现系统功能，尽可能减少硬件开支；
[0041]3.操作和维护的方便性；人力成本的价值在大幅度增加，系统做到操作和维护更方便，提高工作效率，降低人力成本；
[0042]以上说明书文字与附图仅为对本发明的解释和说明，不以任何形式对本发明构成限制和限定，本发明的范围以权利要求书为准，一切不超出本发明宗旨的显而易见的修改、变换和替代方案均在本发明范围内。
【主权项】
1.一种呼吸监测系统，其特征在于，包括流量传感器、气路连接管路、压力传感器、压差放大器、模数转换电路和单片机。
2.根据权利要求1所述的呼吸监测系统，其特征在于，所述流量传感器采用差压式流量传感器，该差压式流量传感器由节流装置和差压计或差压变送器组成。
3.根据权利要求1所述的呼吸监测系统，其特征在于，所述压力传感器选用压阻式压力传感器。
4.根据权利要求1所述的呼吸监测系统，其特征在于，所述单片机采用TI公司于的MSP430系列单片机，该单片机包含CPU、程序存储器(RAM)、运行控制、外围模块、振荡器和倍频器等主要功能模块。
5.根据权利要求1所述的呼吸监测系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)使用时，将流量传感器接在呼吸机和病人的呼吸道两端； 2)当呼吸气流通过流量传感器时，获得呼吸气道中的流量； 3)压力传感器二用于测量病人呼吸气道中的压力； 4)输出的信号经过放大滤波和模数转换后得到数字化的气路状态信息，再进一步通过相应的算法和波形特征识别出有关参数和曲线，这些参数和曲线将是构成评价气路状态的客观指标。 5)即时对呼吸频率、峰值压力、顺应性、潮气量和每分钟的通气量等十多项呼吸力学参数的监测； 6)根据监测信息，指导呼吸机的使用，确保病人安全。
【专利摘要】本发明提出的一种呼吸监测系统及其使用方法，该系统包括流量传感器、气路连接管路、压力传感器、压差放大器、模数转换电路和单片机；该发明其具有以下优势和有益的效果：具有先进性和易操作性；可有效指导呼吸机的使用，确保病人安全；在性能方面有很大的提高，且成本低廉。
【IPC分类】A61B5-08, A61B5-087
【公开号】CN104545922
【申请号】CN201310500847
【发明人】杜菁
【申请人】镇江石鼓文智能化系统开发有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月22日