一种通过标定K值来控制气量精度的方法及装置与流程

本发明涉及一种通过标定k值来控制气量精度的方法及装置，尤其可应用于医学模拟教学过程中潮气量、肺活量的检测和气管插管检测。
背景技术：
：潮气量（tv）是指平静呼吸时每次吸入或呼出的气量。肺活量是指在不限时间的情况下，一次最大吸气后再尽最大能力所呼出的气体量，这代表肺一次最大的机能活动量，是反映人体生长发育水平的重复机能指标之一。肺活量能够显示一个人的心肺功能，肺活量大的人，身体供氧能力更强。现在大多数医学教育产品上的潮气量检测方法是采用文丘里管连接压差传感器，将压差信号转化为流量信号，再通过积分将流量换算为吹气量来模拟气量检测，需要进行多次重复标定，过程繁锁。全麻病人或危重病人需要在其呼吸道内及时准确地插入气管插管通气来挽救生命。气管插管能准确插入气管而不是食管，这就是医疗技艺的关键。气管插管训练用模型在教学中很常用，但是学生在练习时，往往只是盲插，并不知道自己是否将气管插管准确的插到了模型人的气管中，这种练习是无效的。寻求一种方法能检测到气管是否正确插入气管中显得相当重复。目前市面上的医学教学模型中，进行气管插管操作时多数是采用光电反射传感器检测气管插入的位置是否正确。技术实现要素：本发明的目的在于一种通过标定k值来控制气量精度的方法，进一步实现潮气量检测方法，摒弃了文丘里管和各种传感器，不需要繁复精确的标定，通过自定义的标定算法即可得到精确的潮气量数据，还可以通过该方法判断气管插管操作是否正确。本发明公开了一种通过标定k值控制气量精度的方法，具体技术方案是，步骤s101：控制模块将差压传感器采集到的采样值ps转换成瞬时压力值pv，其中ps是进气装置给气路装置充气时采集到的瞬时采样值；步骤s103：检测单位时间内气路装置的瞬时气体流速f，单位是l/min，f可由气体流量计检测获得；步骤s105：控制模块计算气路装置的气体流速f1；f1=k1*pv*pv+k2*pv+b，其中k1和k2为预设的经验值，b为控制调整的比例因子；步骤s107：根据f1调整气路装置的实际气体流速f2，f2=k*f1，其中k为控制调整的比例因子；步骤s109：判断实时采样值ps<=ps’,如果是，实际气体流速f2为0，执行步骤s111;否则执行步骤s113，其中，ps’是差压传感器静态工作的情况下（即没有给传感器施加任何压力或者给气的情况下）得到的采样值；步骤s111：实际进气量v=0,返回步骤s101；步骤s113：控制模块根据f2计算气路装置的实际进气量v，v=f2*ft/60，其中ft为总采样时间；步骤s115：判定v是否达到接近真实值的精度要求，如果达到精度要求，执行步骤s117如果未达到精度要求，则执行步骤s107；步骤s117:确定k值；进一步地，所述步骤s101中的瞬时压力值pv，为：pv=pt/ff，其中pt为平均值，ff为差压传感器内定系数；所述的pt是将单位时间内压差传感器多次采样获得的多个瞬时采样值ps通过卡尔曼滤波递归算法/平均值算法获得最终的平均值；进一步地，所述步骤s107中的k的取值范围为[1，100]；进一步地，所述步骤s115中真实值为进气装置随机输入到气路装置的气量值；精度是指测量值与真值的接近程度，本发明中所述的精度是指气路装置的实际进气量v是到进气装置随机输入到气路装置的气量值的接近程度，误差率为4%。本发明在一种通过标定k值控制气量精度的方法的基础上还公开了一种潮气量检测方法，具体方法：1)执行一种通过标定k值控制气量精度的方法的基础上确定k值；2)返回执行步骤s101→步骤105→步骤s107→步骤s109→步骤s111→步骤s113，进一步地：3)步骤s119:计算气路装置最终潮气量v'，v'+=v，其中，v'为正数表示呼气，v'为负数表示吸气；本发明在一种潮气量检测方法的基础上还公开了一种气管插管检测方法，具体方法：1)执行一种通过标定k值控制气量精度的方法，确定k左，k右和k食；2)返回执行步骤s101→步骤s105→步骤s107→步骤s109→步骤s111→步骤s113以及步骤s119得到最终进气量v左，v右，v食,其中v左为左支气管路的进气量，v右为右支气管路的进气量，v食为食管的进气量；3)比较v左，v右，v食三者之间的关系，具体为：步骤s121:判断是否v食>0，如果是，表示气管插管操作错误，否则执行步骤s123；步骤s123：判断是否v食=0，如果是，执行步骤s125；步骤s125:判断是否v左≈v右，表示气管插管操作正确，否则执行步骤s127；步骤s127：判断是否(v左-v右)/v左>=0.8或（v左-v右)/v左<=-0.8，如果是，表示气管插管插入左支过深或插入右支过深，进一步地；步骤s129:判断当v左=0或者v右=0，气管插管错误，并且为绝对过深；本发明还公开了一种通过标定k值来控制气量精度的装置，包括进气装置，气路装置、差压传感器、气体流量计和控制模块；气路装置设置有进气孔和出气孔，进气孔连接进气装置，出气孔至少两个，分别连接差压传感器和气体流量计；气体流量计采集气孔装置出气孔出气量的瞬时流速f；差压传感器连接控制模块，并采集出气孔出气量的压力值或电压值；控制模块对差压传感器采集到的数据进行气量计算及比较；进一步地，所述的控制模块通过a\d采样得到差压传感器的输出数据ps，将此输出数据通过算法换算成瞬时气体流速f2，再通过积分计算得到气量v，并进行判断是否达到精度要求，以此循环，直到气量达到控制精度要求。进一步地，所述的进气装置可以是但不仅限于气泵；本发明的有益效果在于，依据本发明公开的方法，还可用于潮气量检测和气管插管的检测；在潮气量检测过程中摒弃了文丘里管，不需要繁复精确的标定，通过自定义的标定算法即可得到精确的气量数据，大大的节省了开发成本和工时；在气管插管过程中，摒弃了各种传感器，只通过各路数值的比较，就可判断气管插管是否正确。附图说明图1是本发明的一种通过标定k值来控制气量精度的方法的流程图。图2是根据本发明实施例的潮气量检测方法的流程图。图3是根据本发明实施例的潮气量检测装置的结构图。图4是根据本发明实施例的气管插管检测方法的流程图。图5是本发明计算瞬时气体流速标定曲线图。具体实施方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释，并不用于限定本发明。参照图1，为本发明的一种通过标定k值来控制气量精度的方法的流程图。步骤s101：控制模块将差压传感器采集到的采样值ps转换成瞬时压力值pv，其中ps是进气装置给气路装置充气时采集到的瞬时采样值；具体方法为：步骤s1001：差压传感器采集实时采样值，记作ps，此数据ps为2个字节的补码，将之转换成原码，可能是正数也可能是负数；步骤s1002：将获得的多个瞬时采样值ps通过卡尔曼滤波递归算法或者采用平均值算法获得最终的平均值，记为pt；步骤s1003：控制模块将得到的平均值pt转算成瞬时压力值（浮点数），记此值为pv，单位为v，计算公式为：pv=pt/ff;其中，ff为差压传感器内定系数，不同传感器不一样，若无特殊说明，一般认为ff为1。步骤s103：检测单位时间内气路装置的瞬时气体流速f，单位是l/min，f可由气体流量计检测获得；步骤s105：控制模块根据pv和f进行多项式拟合得到公式，并且计算气路装置的气体流速f1；f1=k1*pv*pv+k2*pv+b，其中k1和k2为预设的经验值，b为控制调整的比例因子；步骤s107：根据f1调整气路装置的实际气体流速f2，f2=k*f1，其中k为控制调整的比例因子，k的取值范围为[1,100]；步骤s109：判断实时采样值ps<=ps’,如果是，实际气体流速f2为0，执行步骤s111;否则执行步骤s113，其中，ps’是差压传感器静态工作的情况下（即没有给传感器施加任何压力或者给气的情况下）得到的采样值；步骤s111：则实际进气量v=0，返回步骤s101；步骤s113：控制模块根据f2计算气路装置的实际进气量v，v=f2*ft/60，其中ft为总采样时间；步骤s115：判定v是否达到接近真实值的精度要求，如果达到精度要求，执行步骤s117如果未达到精度要求，则执行步骤s107；步骤s117:确定k值；确定k值后，只需标定一次，之后直接采用该值进行计算获得潮气量值和气管插管过程中各路进气量；进一步地，所述步骤s115中真实值为进气装置随机输入到气路装置的气量值；参照图5是本发明中标定k值时控制模块根据pv和f进行多项式拟合得到瞬时气体流速f1公式的曲线图，其中数据越多，精度越高，这里采用11组数据，下表为多项式拟合标定数据：压力瞬时值pv瞬时气体流速f6.725.0512.089.6813.9610.7214.0210.8114.0910.8118.4713.3919.3013.5922.0715.8523.1716.8223.2416.8823.3016.99压力瞬时值pv与气体流量计捕获的瞬时气体流速值f进行多项式曲线拟合，得到多项式公式，对应关系为：其中k1和k2为预设的经验值，为多项式拟合后得到系数，b为控制调整的比例因子；参照图3实现本方法所应用的设备,一种标定k值控制气量精度的装置，包括：进气装置1、气路装置2、差压传感器4，气体流量计3和控制模块5；气路装置2有进气孔和出气孔，进气孔连接进气装置1，出气孔设有两个，分别连接差压传感器4和气体流量计3，差压传感器4连接控制模块5；控制模块5对差压传感器采集到的数据来进行潮气量的计算。所述进气装置1可以是但不仅限于气泵。本实施例中，所述的气路装置2采用三通部件，一端作为进气孔连接进气装置1，另两端作为出气孔分别连接差压传感器4和气体流量计3；本方法实施的原理及工作过程为：控制模块5通过a\d采样得到差压传感器4的采样值ps，将此采样值换算成瞬时气体流速f2，再得到气量v，并进行判断v是否达到精度要求，直到气量达到控制精度。本发明中的气体流量计3只在进行标定k值时使用，当k值确定后，进行潮气量检测和气管插管检测都不需要该部件，直接使用多项式拟合后的公式计算瞬时气体流速f1即可，而且k值也只需标定一次，k值可以是整数，也可以是小数。另：每路流量检测必须使用带多路ad采样的同一个控制模块，但差压传感器型号可以不一样，不同的差压传感器，输出的数据不一样，有的输出直接为压力值，有的输出为电压值。无论差压传感器的直接输出数据为何数据，流量计算方式都可套用图1所述的方法。若差压传感器直接输出为电压值，则pv=pt/ff的输出值为电压值，单位为v;若差压传感器直接输出为压力值，则pv=pt/ff的输出值为压力值，单位为pa。实施例一：参照图2，根据本发明实施例的潮气量的检测方法包括以下步骤：步骤s101：控制模块将差压传感器采集到的采样值ps转换成瞬时压力值pv，其中ps是差压传感器采到的采样值，具体方法为：步骤s1001：差压传感器采集实时采样值，记作ps，此数据ps为2个字节的补码，将之转换成原码，可能是正数也可能是负数；步骤s1002：将获得的多个瞬时采样值ps通过卡尔曼滤波递归算法或者采用平均值算法获得最终的平均值，记为pt；步骤s1003：控制模块将得到的平均值pt转算成瞬时压力值（浮点数）,记此值为pv，单位为v，计算公式为：pv=pt/ff;其中，ff为差压传感器内定系数，不同传感器不一样，若无特殊说明，一般认为ff为1。步骤s103：检测单位时间内的多个瞬时气体流速f（设置采样频率为20ms，1s内采样50次），单位为l/min，f可由气体流量计检测获得；步骤s105：根据pv和f进行多项式拟合，得到气体流速公式并计算气路装置的瞬时气体流速f1，f1=k1*pv*pv+k2*pv+b，其中k1和k2为预设的经验值，b为控制调整的比例因子；步骤s107：计算气路装置的瞬时气体流速f2，f2=k*f1，其中k为控制调整的比例因子，由于气路装置管路粗细长短和差压传感器精度影响，当前环境标定下的结果可能因管路变细/变粗/变长/变短而显得结果并不可靠，因而需要进行再次微调，k的取值范围为[1,100]；步骤s109：判断实时采样值ps<=ps’，如果是，实际气体流速f2为0，执行步骤s111；否则执行步骤s113；步骤s111：实际潮气量v=0，返回步骤s101；步骤s113：计算潮气量v,单位为ml，v=f2*ft/60，其中ft为总采样时间，单位为ms，换算公式推导如下：ml=l/min*(ms/1000/60)*1000=l/min*(ms/60)；步骤s115：判定v是否达到精度要求，如果未达到精度要求，则执行步骤s109;如果达到精度要求，则执行步骤s117；计算获得潮气量v后，与进气装置（容积为1500ml）出气量进行比较，判断此值是否达到精度要求，出气量为500ml，实际计算得到的潮气量v为400ml，则需步骤s109;调整系数k，k的取值范围为[1，100]，直至v接近500ml，误差率为4%；步骤s117：确定k值，返回步骤s101；步骤s101：控制模块将差压传感器采集到的采样值ps转换成瞬时压力值pv，其中ps是差压传感器采到的采样值，具体方法为：步骤s1001：差压传感器采集实时采样值，记作ps，此数据ps为2个字节的补码，将之转换成原码，可能是正数也可能是负数；步骤s1002：将获得的多个瞬时采样值ps通过卡尔曼滤波递归算法或者采用平均值算法获得最终的平均值，记为pt；步骤s1003：控制模块将得到的平均值pt转算成瞬时压力值（浮点数），记此值为pv，单位为v，计算公式为：pv=pt/ff;其中，ff为差压传感器内定系数，不同传感器不一样，若无特殊说明，一般认为ff为1。步骤s105：根据pv和f进行多项式拟合,得到气体流速公式并计算气路装置的瞬时气体流速f1，f1=k1*pv*pv+k2*pv+b，其中k1和k2为预设的经验值，b为控制调整的比例因子；步骤s107：计算气路装置的瞬时气体流速f2，f2=k*f1，其中k为控制调整的比例因子，由于气路装置管路粗细长短和差压传感器精度影响，当前环境标定下的结果可能因管路变细/变粗/变长/变短而显得结果并不可靠，因而需要进行再次微调，k的取值范围为[1,100]；步骤s109：判断实时采样值ps<=ps’，如果是，实际气体流速f2为0，执行步骤s111；否则执行步骤s113；步骤s111：实际进气量v=0,返回步骤s101；步骤s113：计算气路装置的潮气量v,单位为ml，v=f2*ft/60，其中ft为总采样时间，单位为ms，换算公式推导如下：ml=l/min*(ms/1000/60)*1000=l/min*(ms/60)；步骤s117:计算气路装置实际潮气量v'+=v;所述的潮气量v'为正数表示呼气，v'为负数表示吸气；单位时间内只要一直为正数（或者负数）就认定为一直在呼气（或者吸气）；实施例二：采用本发明公开的方法还可以同时检测多路，例如采用本方法可进行判定气管插管的正确性，气管插管检测是通过同时采集三路通道（左支气管、右支气管和食管）的进气量,本发明中的气路装置包括一个进气孔连接进气装置，三个进气孔分别连接管路，第1管路为左支气管路，第2管路为食管，第3管路为右支气管路和食管，v左为左支气管路的进气量，v右为右支气管路的进气量，v食为食管的进气量；比较三路管路的进气量，判定气管插管操作是否正确。在进行气管插管检测标定k值时，如果标定时所需的硬件设备，比如多个气路装置（包括孔径、长短、粗细）、传感器的型号完全一致时，只需要标定一个k值，即k左=k右=k食，否则要循环进行3次标定，即反复标定k左、k右和k食，且k左、k右、k食三值不完全相等；参照图4，根据本发明实施例的检测气管插管操作的流程图，具体步骤为：步骤s101：控制模块将差压传感器采集到的采样值ps转换成瞬时压力值pv，其中ps是差压传感器采到的采样值，具体方法为：步骤s1001：差压传感器采集实时采样值，记作ps，此数据ps为2个字节的补码，将之转换成原码，可能是正数也可能是负数；步骤s1002：将获得的多个瞬时采样值ps通过卡尔曼滤波递归算法或者采用平均值算法获得最终的平均值，记为pt；步骤s1003：控制模块将得到的平均值pt转算成瞬时压力值（浮点数），记此值为pv，单位为v，计算公式为：pv=pt/ff;其中，ff为差压传感器内定系数，不同传感器不一样，若无特殊说明，一般认为ff为1。步骤s103:检测单位时间内的多个瞬时气体流速f，单位是l/min，f可由气体流量计检测获得；步骤s105:根据pv和f进行多项式拟合，得到气体流速公式并计算气路装置的瞬时气体流速f1；f1=k1*pv*pv+k2*pv+b，其中k1和k2为预设的经验值，b为控制调整的比例因子；步骤s107：计算气路装置的瞬时气体流速f2，f2=k左*f1，其中k为控制调整的比例因子，由于气路装置管路粗细长短和差压传感器精度影响，当前环境标定下的结果可能因管路变细/变粗/变长/变短而显得结果并不可靠，因而需要进行再次微调k，k的取值范围为[1,100]；步骤s109：判断实时采样值ps<=ps’,如果是，实际气体流速f2为0，执行步骤s111;否则执行步骤s113；步骤s111：实际进气量v=0,返回步骤s101；步骤s113：控制模块根据f2计算气路装置的实际进气量v，v=f2*ft/60，其中ft为总采样时间；步骤s115：判定v是否达到接近真实值的精度要求，如果达到精度要求，执行步骤s117如果未达到精度要求，则执行步骤s107；步骤s117:确定k左值；返回执行步骤s101,分别执行各步骤分别确定k右，k中（方法与确定k左的方法相同）；返回开始执行步骤s101：控制模块同时实时采集瞬时采样值ps左、ps右、ps食，并计算转换成单位时间内的瞬时压力值pv左、pv右、pv食，采样值ps可由差压传感器检测获得；步骤s105:计算气路装置的瞬时气体流速f1左、f1右、f1食，f1左=k1*pv左*pv左+k2*pv左+b；f1右=k1*pv右*pv右+k2*pv右+b；f1食=k1*pv食*pv食+k2*pv食+b，其中k1和k2为预设的经验值，b为控制调整的比例因子；步骤s107：调整瞬时气体流速f2左、f2右、f2食，f2左=k左*f1左，其中k左为控制调整的比例因子；f2右=k右*f1右，其中k右为控制调整的比例因子；f2食=k食*f1食，其中k食为控制调整的比例因子；步骤s109:判断实时采样值ps左<=ps左',ps右<=ps右'，ps食<=ps食'，如果是，实际气体流速f2左、f2右、f2食为0，执行步骤s111;否则执行步骤s113；步骤s111：各路进气量v左'=0、v右'=0、v食'=0,返回步骤s101；步骤s113：分别计算进气量v左'、v右'、v食'；v左'=f2左*ft/60，其中ft为总采样时间，f2左为调整后的气路装置的瞬时气体流速；v右'=f2右*ft/60，其中ft为总采样时间，f2右为调整后的气路装置的瞬时气体流速；v食'=f2食*ft/60，其中ft为总采样时间，f2食为调整后的气路装置的瞬时气体流速；其中，v左'为左支气管的进气量；v右'为右支气管的进气量；v食'为食管的进气量；步骤s119:计算最终进气量：v左+=v左'；v右+=v右'v食+=v食'其中，v左为最终左支气管的进气量；v右为最终右支气管的进气量；v食最终为食管的进气量；步骤s121:判断是否v食>0，如果是，表示气管插管操作错误，否则执行步骤s123；步骤s123：判断是否v食=0，如果是，执行步骤s125；步骤s125:判断是否v左≈v右，表示气管插管操作正确，否则执行步骤s127；步骤s127：判断是否(v左-v右)/v左>=0.8或（v左-v右)/v左<=-0.8，如果是，表示气管插管插入左支过深或插入右支过深，进一步地；步骤s129:判断当v左=0或者v右=0，气管插管错误，表示气管插管插入左支绝对过深或插入右支绝对过深；本发明中提到的“单位时间内的多次采样”是指1s内采样50次，采样频率为20ms。依据本发明一种标定k值控制气量精度的方法，还可以实现肺活量的检测。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12