一种呼吸机跟随性能的评估方法、装置以及无创呼吸机与流程

本发明实施例涉及呼吸机制备技术领域，特别是涉及一种呼吸机跟随性能的评估方法、装置以及无创呼吸机。

背景技术：

呼吸机为一种能代替、控制或改变人的正常生理呼吸，增加肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸功消耗，节约心脏储备能力的装置。呼吸机需要依次循环进行向肺充气、吸气向呼气转换，排出肺泡气以及呼气向吸气转换，故需要具备能提供输送气体的动力，代替人体呼吸肌的工作；能产生一定的呼吸节律，包括呼吸频率和吸呼比，以代替人体呼吸中枢神经支配呼吸节律的功能；能提供合适的潮气量或分钟通气量，以满足呼吸代谢的需要；供给的气体经过加温和湿化，代替人体鼻腔功能，并能供给高于大气中所含的氧气量，以提高吸入氧气浓度，改善氧合。

呼吸机通过一根软管以及面罩或鼻罩与使用者相连，由风机产生加压气体，经管路输送到呼吸机使用者端，在呼吸机使用者呼吸时，呼吸机根据判断当前使用者的呼吸动作，当判定为吸气动作时，则输送较高的IPAP压力，辅助使用者进行通气；当判定为呼气动作时，则将压力及时撤换为EPAP，确保使用者顺利呼出气体。

在呼吸机使用过程中，由于受到外界各种因素的影响，呼吸机的撤换与使用者的呼吸动作不一致，即人机不同步的现象发生。现有技术往往是针对有创呼吸机进行人机跟随性能的评估，有创呼吸机为双管路呼吸机，在没有使用者呼吸时流量为0，吸气时为正流量，呼气时为负流量，因此可以很方便的进行数据处理，例如将吸气时的流量全部处理成0，只使用负流量进行傅里叶变化，从而完成对人机跟随性能的判断。

但是，无创呼吸机为单管路结构，且有泄漏孔的存在，故呼吸机气道内时刻存在大于0的正向流量，仅在呼气用力较大时会出现短暂的(不超过1s)负流量。可见，现有技术中的技术方案无法实现无创呼吸机的人机跟随性能评估。

故，如何实现对无创呼吸机的人机跟随性能进行评价，是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种呼吸机跟随性能的评估方法、装置以及无创呼吸机，有利于及时对呼吸机进行调整，以满足使用者的呼吸需求。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种呼吸机跟随性能的评估方法，包括：

分别获取呼吸机中流量传感器以及压力传感器采集的流量数据和压力数据，并按照预设时间长度对所述流量数据以及所述压力数据进行分段；

对每一段所述流量数据和所述压力数据进行快速傅里叶变化，以分别得到所述流量数据对应的频谱信息以及所述压力数据对应的频谱信息，并根据各自所述频谱信息生成流量频谱图以及压力频谱图；

当所述流量频谱图与所述压力频谱图中存在满足预设条件的波峰时，则判定该数据段人机同步；反之，则人机不同步；

根据人机不同步的数据段个数，数据段总个数得到人机同步指标参数，根据所述人机同步指标参数对所述呼吸机的跟随性能进行评估。

可选的，所述当所述流量频谱图与所述压力频谱图中存在满足预设条件的波峰时，则判定该数据段人机同步为：

当所述流量频谱图中存在预设个数相邻的波峰，且每个所述波峰对应的时间，与相应的压力频谱图中波峰对应时间的差值不大于时间阈值时，则判定该数据段人机同步。

可选的，所述根据人机不同步的数据段个数，数据段总个数得到人机同步指标参数，根据所述人机同步指标参数对所述呼吸机跟随性能进行评估包括：

统计人机不同步的数据段个数，并计算所述数据段个数与数据段总个数的比值，以作为所述人机同步指标参数；

当所述人机同步指标参数不大于指标阈值时，则所述呼吸机跟随性能好；反之，则所述呼吸机跟随性能不好。

可选的，在所述对每一段所述流量数据和所述压力数据进行快速傅里叶变化之前还包括：

对分段后的每一段流量数据和压力数据进行低通滤波处理。

可选的，所述预设时间长度为20s。

可选的，所述时间阈值为200ms。

可选的，所述指标阈值为10％。

本发明实施例另一方面提供了一种呼吸机跟随性能的评估装置，包括：

获取数据模块，用于分别获取呼吸机中流量传感器以及压力传感器采集的流量数据和压力数据，并按照预设时间长度对所述流量数据以及所述压力数据进行分段；

频谱处理模块，用于对每一段所述流量数据和所述压力数据进行快速傅里叶变化，以分别得到所述流量数据对应的频谱信息以及所述压力数据对应的频谱信息，并根据各自所述频谱信息生成流量频谱图以及压力频谱图；

评估性能模块，用于当所述流量频谱图与所述压力频谱图中存在满足预设条件的波峰时，则判定该数据段人机同步；反之，则人机不同步；根据人机不同步的数据段个数，数据段总个数得到人机同步指标参数，根据所述人机同步指标参数对所述呼吸机的跟随性能进行评估。

可选的，还包括：

滤波处理模块，用于对分段后的每一段流量数据和压力数据进行低通滤波处理。

本发明实施例还提供了一种无创呼吸机，包括压力传感器、流量传感器以及如上任意一项所述的呼吸机跟随性能的评估装置。

本发明实施例提供了一种呼吸机跟随性能的评估方法，通过对分段处理后的流量数据和压力数据进行快速傅里叶变化(FFT)，在频域中对压力数据以及流量数据进行判断，当单段数据中流量频谱图与压力频谱图中存在满足预设条件的波峰时，则判定该数据段人机同步；反之，则人机不同步；然后根据人机不同步的数据段个数，数据段总个数得到整机的人机同步指标参数，以对所述呼吸机的跟随性能进行评估。

本申请提供的技术方案的优点在于，由于流量数据可反映用户的呼吸动作，当人机不同步时，压力波形图与流量波形图会发生不一致现象，反映在频谱上会出现较大的差距，故可通过采用频谱准确的分析人机同步性，得到准确度高的人机跟随性能分析结果，有利于及时对呼吸机进行调整，以满足使用者的呼吸需求；此外，在进行频域处理之前，对数据进行分段处理，可减少每次进行FFT的数据量，有利于提高系统运行速度，提高人机跟随性能分析的效率。

此外，本发明实施例还针对呼吸机跟随性能的评估方法提供了相应的实现装置以及一种无创呼吸机，进一步使得所述方法更具有实用性，所述装置及无创呼吸机具有相应的优点。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的人机同步时流量与压力的波形示意图；

图2为本发明实施例提供的一种人机同步时流量与压力的波形示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种人机同步时流量与压力的波形示意图；

图4为本发明实施例提供的一个示意性例子的应用场景框架示意图；

图5为本发明实施例提供的一种呼吸机跟随性能评估方法的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种流量频谱示意图；

图7为本发明实施例提供的一种压力频谱示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种流量频谱示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种压力频谱示意图；

图10为本发明实施例提供的呼吸机跟随性能的评估装置的一种具体实施方式结构图；

图11为本发明实施例提供的无创呼吸机的一种具体实施方式结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

本申请的发明人经过研究发现，呼吸机内部的流量传感器以及压力传感器采集到的流量数据以及压力数据，根据流量数据以及压力数据生成流量曲线和压力曲线。正常呼吸时，请参阅图1，图1上边的波形图为流量曲线，下边的波形图为压力曲线，随着用户的吸气，流量曲线首先开始上升，此时，如果人机同步正常，则呼吸机也能立刻检测到用户的吸气动作，然后升高呼吸机的输出压力，配合用户的吸气。相同的，在用户呼气的时候，随着流量的下降，呼吸机也立即将压力下降，以让用户能够正常呼出。

当人机不同步时，流量曲线与压力曲线例如可参阅图2以及图3所示，图2中，在用户没有吸气努力的时候，呼吸机发生了一次误触发，压力上升了，但是流量并没有变化。图3中，用户还没有开始呼气，但是压力已经下降，此时用户仍然处于吸气过程中，因此出现了流量下降后又再次上升的情况。

鉴于此，本申请通过对分段处理后的流量数据和压力数据进行FFT处理，在频域中对压力数据以及流量数据进行判断，当单段数据中流量频谱图与压力频谱图中存在满足预设条件的波峰时，则判定该数据段人机同步；反之，则人机不同步；然后根据人机不同步的数据段个数，数据段总个数得到整机的人机同步指标参数，以对所述呼吸机的跟随性能进行评估。

基于上述本发明实施例的技术方案，下面首先结合图4对本发明实施例的技术方案涉及的一些可能的应用场景进行举例介绍，图4为本发明实施例提供的示例性例子的框架示意图。

如图4所示，数据采集盒包括进气气道，流量传感器，压力传感器，采集电路，存储器以及出气气道，用于采集流量数据以及压力数据。气体经由进气气道到达传感器处，在通过传感器的时候，由各传感器收集到流量和压力值，经由采集电路放大和处理，将最终得到的数据保存到存储器内，气体最终从出气气道流出。

在呼吸机使用过程中，数据采集盒进气端与呼吸机的出气端相连，数据采集盒的出气端与病人相连，在治疗完成后，数据采集盒便已收集完成全部数据。

对数据采集盒采集到的流量数据和压力数据进行分段处理，然后进行FFT处理，当单段数据中流量频谱图与压力频谱图中存在满足预设条件的波峰时，则判定该数据段人机同步；反之，则人机不同步；然后根据人机不同步的数据段个数，数据段总个数得到整机的人机同步指标参数，根据人机同步指标参数对所述呼吸机的跟随性能进行评估。

需要注意的是，上述应用场景仅是为了便于理解本申请的思想和原理而示出，本申请的实施方式在此方面不受任何限制。相反，本申请的实施方式可以应用于适用的任何场景。

在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图5，图5为本发明实施例提供的一种呼吸机跟随性能评估方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：

S501：分别获取呼吸机中流量传感器以及压力传感器采集的流量数据和压力数据，并按照预设时间长度对所述流量数据以及所述压力数据进行分段。

在呼吸机中存在风机提供气体以及用户呼吸的气体，当气体经过进气管道到达传感器时，传感器会以一定的采样频率进行采集数据。在呼吸机使用过程中，流量传感器以及压力传感器会一直进行采集气体相关的流量数据以及压力数据。由于传感器采集的原始数据的时间较长，例如5-8小时，为了提高后续数据进行FFT变化的效率，对原始数据可进行分割。

可采用20s时间作为时间长度对原始数据进行分割，也可采用其他时间长度，这均不影响本申请的实现。根据原始数据的时间长度以及预设时间长度可决定分割的数据段的个数。举例来说，对1h的数据以20s的周期进行分段，可得到180段数据。

当然，也可根据其他方式进行切割数据，例如根据数据的大小进行切割，举例来说，采集到数据的大小为1M，可按照20k的大小对数据进行分割。

S502：对每一段所述流量数据和所述压力数据进行快速傅里叶变化，以分别得到所述流量数据对应的频谱信息以及所述压力数据对应的频谱信息，并根据各自所述频谱信息生成流量频谱图以及压力频谱图。

可针对每段数据先生成时域内的压力波形图以及流量波形图，然后根据快速傅里叶变化进行转换为频域的压力频谱图以及流量频谱图，例如图6-图9，为每一段数据对应的流量频谱图以及压力频谱图。

当然也可直接对每段数据先进行FFT变化，生成频域数据，然后在根据各个数据生成频谱图。

S503：当所述流量频谱图与所述压力频谱图中存在满足预设条件的波峰时，则判定该数据段人机同步；反之，则人机不同步。

当每一段压力数据以及相应的流量数据生成频谱图后，判断流量频谱图与相应的压力频谱图中是否存在满足预设条件的波峰。

预设条件可为两幅谱图中存在预设个数相邻的波峰，且每个所述波峰对应的时间差值不大于时间阈值。

时间阈值可为200ms，也可为其他数值；预设个数相邻的波峰可为3个，当然，也可为其他个数，本领域技术人员可根据自身经验以及实际情况进行选取，本申请不做任何限定。

举例来说，图6为人机同步时的单段数据的流量频谱图，图7为相应的压力频谱图，由图可知，二者的波形基本一致。

在判断是否满足预设条件时，可从第一个波峰开始，逐一对比每个幅度下对应的时间，如果连续三个波峰(图中标出的1，2，3)，两者之间差距都小于200ms，则可以认为人机同步性良好，两个波形曲线基本一致；反之，则认为人机不同步。

图8为人机不同步时的单段数据的流量频谱图，图9为相应的压力频谱图，由图可知，两者第二波峰之间有明显的时间差距，故判定在该段时间中人机不同步。

需要说明的是，分割后的每段数据对应的两幅频谱图中，若存在满足预设条件的波峰，则认为该数据段对应的时间内，人机同步。

S504：根据人机不同步的数据段个数，数据段总个数得到人机同步指标参数，根据所述人机同步指标参数对所述呼吸机的跟随性能进行评估。

有S501中可得知，总共将原始数据分割为多少段的数据，即数据段总个数。

统计人机不同步的数据段个数，并计算所述数据段个数与数据段总个数的比值，以作为所述人机同步指标参数；

当所述人机同步指标参数不大于指标阈值时，则所述呼吸机跟随性能好；反之，则所述呼吸机跟随性能不好。

指标阈值可为10％，当然，也可为其他数值吗，这均不影响本申请的实现。例如，以20s对原始数据(1h)进行分段，得到1*3600/20＝180个数据。判断每一个20S区间内人机同步是否良好，将人机不同步的区间段个数相加，得到人机不同步的数据段个数n；与数据段总个数N做商，即将n/N作为人机同步的指标参数AI。如果n达到18个，即AI＝n/N＝18/180＝0.1，则认为人机同步性不佳，反之，则认为人机同步性良好。

在本申请技术方案中，由于流量数据可反映用户的呼吸动作，当人机不同步时，压力波形图与流量波形图会发生不一致现象，反映在频谱上会出现较大的差距，故可通过采用频谱准确的分析人机同步性，得到准确度高的人机跟随性能分析结果，有利于及时对呼吸机进行调整，以满足使用者的呼吸需求；此外，在进行频域处理之前，对数据进行分段处理，可减少每次进行FFT的数据量，有利于提高系统运行速度，提高人机跟随性能分析的效率。

由于传感器在采集数据时会受到外界各种因素的干扰，以及传感器本身的干扰，故采集的数据在生成波形图会存在噪声，因此，在对数据进行FFT变化时，可对分段后的每一段流量数据和压力数据进行低通滤波处理，以滤出采集数据中的噪声、杂波，有利于提高频谱图的准确性，从而有利于提高人机跟随性能评估的准确度。

本发明实施例还针对呼吸机跟随性能的评估方法提供了相应的实现装置，进一步使得所述方法更具有实用性。下面对本发明实施例提供的呼吸机跟随性能的评估装置进行介绍，下文描述的呼吸机跟随性能的评估装置与上文描述的呼吸机跟随性能的评估方法可相互对应参照。

请参见图10，图10为本发明实施例提供的呼吸机跟随性能的评估装置在一种具体实施方式下的结构图，该装置可包括：

获取数据模块1001，用于分别获取呼吸机中流量传感器以及压力传感器采集的流量数据和压力数据，并按照预设时间长度对所述流量数据以及所述压力数据进行分段；

频谱处理模块1002，用于对每一段所述流量数据和所述压力数据进行快速傅里叶变化，以分别得到所述流量数据对应的频谱信息以及所述压力数据对应的频谱信息，并根据各自所述频谱信息生成流量频谱图以及压力频谱图；

评估性能模块1003，用于当所述流量频谱图与所述压力频谱图中存在满足预设条件的波峰时，则判定该数据段人机同步；反之，则人机不同步；根据人机不同步的数据段个数，数据段总个数得到人机同步指标参数，根据所述人机同步指标参数对所述呼吸机的跟随性能进行评估。

可选的，在一种具体实施方式中，所述装置还可包括：

滤波处理模块1004，用于对分段后的每一段流量数据和压力数据进行低通滤波处理。

本发明实施例所述呼吸机跟随性能的评估装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，由于流量数据可反映用户的呼吸动作，当人机不同步时，压力波形图与流量波形图会发生不一致现象，反映在频谱上会出现较大的差距，故可通过采用频谱准确的分析人机同步性，得到准确度高的人机跟随性能分析结果，有利于及时对呼吸机进行调整，以满足使用者的呼吸需求；此外，在进行频域处理之前，对数据进行分段处理，可减少每次进行FFT的数据量，有利于提高系统运行速度，提高人机跟随性能分析的效率。。

本发明实施例还提供了一种无创呼吸机，请参见图11，可包括：

流量传感器1101、压力传感器1102、以及如上所述的呼吸机跟随性能的评估装置1103。

流量传感器1101用于实时采集当前用户在预设时间段内呼吸的容量值，以及呼吸机管道的气体流量。

压力传感器1102用于实时采集呼吸机管道、风机出气口以及整机出气口的压力值。

呼吸机跟随性能的评估装置1103的功能与具体实现请参阅上述实施例，此处就不再赘述。

当然，所述无创呼吸机还包括其他元件，例如风机，此处就不再赘述。

本发明实施例所述无创呼吸机的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

由上可知，由于流量数据可反映用户的呼吸动作，当人机不同步时，压力波形图与流量波形图会发生不一致现象，反映在频谱上会出现较大的差距，故可通过采用频谱准确的分析人机同步性，得到准确度高的人机跟随性能分析结果，有利于及时对呼吸机进行调整，以满足使用者的呼吸需求；此外，在进行频域处理之前，对数据进行分段处理，可减少每次进行FFT的数据量，有利于提高系统运行速度，提高人机跟随性能分析的效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的一种呼吸机跟随性能的评估方法、装置以及无创呼吸机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。