一种运动心肺评测系统的制作方法

本实用新型涉及肺功能评测设备技术领域，具体来说，涉及一种运动心肺评测系统。

背景技术：

心肺评测是对人的肺与心脏功能进行的整体评测，一般用于检测人的呼吸循环系 统与血液循环系统以及代谢功能，是检测人体心肺功能的主要方法。

肺功能检查是呼吸系统疾病的必要检查之一，肺功能检查包括通气功能、换气功能、呼吸调节功能及肺循环功能等，均需要对气体流量进行测量。传统流量测量存在精度差，清洗消毒不方便等问题。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种运动心肺评测系统，采用压差的方式测量呼吸过程中的气体流量，测量精度高，一次性使用，无需清洗消毒。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种运动心肺评测系统，包括运动心肺分析单元，所述运动心肺分析单元包括电脑，所述运动心肺分析单元分别连接有运动心电采集单元和肺功能采集单元，所述运动心电采集单元包括心电仪，所述肺功能采集单元包括压差流量传感器，所述肺功能采集单元连接有肺功能人体采样单元，所述肺功能人体采样单元包括压差发生器，所述压差发生器包括采样管，所述采样管内在其进口端和其出口端之间设置有分流柱，所述分流柱与所述采样管的内壁之间设置有若干能供气流通过的空隙，所述分流柱内设置有相互隔离的两个采集腔，两个所述采集腔上均开设有与所述压差流量传感器相对应的取压接口，其中一个所述采集腔通过其上开设的采集口与所述进口端相连通，另一个所述采集腔通过其上开设的采集口与所述出口端相连通。

进一步地，所述采样管内在靠近所述进口端的位置处设置有过滤网，所述进口端连接有咬口或面罩。

进一步地，所述运动心肺分析单元还分别连接有运动血压采集单元和运动功率发生计量单元，所述运动血压采集单元包括电子血压计，所述运动功率发生计量单元包括功率车、跑台、四肢联动康复训练仪中的一种或多种。

进一步地，所述肺功能采集单元还连接有运动血氧采集单元，所述运动血氧采集单元包括血氧探头。

进一步地，所述肺功能人体采样单元还包括气体采样管，所述气体采样管设置在与所述采样管可拆卸连接的测量插头内，所述气体采样管的首端连接有取压管，所述取压管与所述取压接口相配合连通，所述取压管上设置所述压差发生器，所述气体采样管的末端设置有成分测量口。

进一步地，所述肺功能采集单元还包括气体成分传感器，所述气体成分传感器连接所述成分测量口，所述气体成分传感器包括氧气传感器、二氧化碳传感器、内部温度传感器和管路压力传感器。

进一步地，所述肺功能采集单元通过肺功能标定单元连接所述运动心肺分析单元，所述肺功能标定单元包括环境标定模块、流量标定模块和气体成分标定模块，所述环境标定模块包括温湿度传感器和气体压力传感器，所述流量标定模块包括手动定标模块或自动定标模块，所述手动定标模块包括用于连接所述压差流量传感器的定标桶，所述自动定标模块包括稳流管路，所述稳流管路的进风口设置有风机，所述稳流管路的出风口分别设置有高精度流量传感器以及用于连接所述压差流量传感器的流量输出接口，所述风机和所述高精度流量传感器均连接处理器，所述处理器上设置有用于连接所述压差流量传感器的接口，所述气体成分标定模块包括与所述气体成分传感器相对应的两根模拟管，两根所述模拟管各通过减压阀连接一个气罐，其中一个气罐中盛装有人体吸入的标准气体，另一个气罐中盛装有人体呼出的标准气体，所述模拟管上设置有电磁阀，所述电磁阀和所述气体成分传感器均连接所述处理器。

进一步地，所述肺功能采集单元无线通信连接所述肺功能标定单元。

进一步地，所述运动心肺分析单元还分别连接有显示单元和打印单元。

进一步地，所述采样管的中部外壁上设置有卡块和导向块，所述测量插头上设置有与所述卡块相配合的卡爪，所述卡爪上设置有与所述导向块相配合的导向槽。

本实用新型的有益效果：采用压差的方式测量呼吸过程中的气体流量，测量精度高，压差发生器与测量插头之间设置有可拆卸结构，实现了压差发生器的一次性使用，无需清洗消毒；具有标定功能，有效提高了数据的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是根据本实用新型实施例所述的运动心肺评测系统的原理框图；

图2是根据本实用新型实施例所述的压差发生器的示意图；

图3是根据本实用新型实施例所述的压差发生器的剖视图；

图4是根据本实用新型实施例所述的分流柱的示意图；

图5是根据本实用新型实施例所述的压差发生器与测量插头连接后的示意图；

图6是根据本实用新型实施例所述的自动定标模块的原理框图。

图中：

1、采样管；2、进口端；3、出口端；4、分流柱；5、采集腔；6、取压接口；7、采集口；8、过滤网；9、成分测量口；10、卡块；11、导向块；12、卡爪；13、测量插头；14、出线口。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-6所示，根据本实用新型实施例所述的一种运动心肺评测系统，包括运动心肺分析单元，所述运动心肺分析单元包括电脑，所述运动心肺分析单元分别连接有运动心电采集单元和肺功能采集单元，所述运动心电采集单元包括心电仪，其特征在于，所述肺功能采集单元包括压差流量传感器，所述肺功能采集单元连接有肺功能人体采样单元，所述肺功能人体采样单元包括压差发生器，所述压差发生器包括采样管1，所述采样管1内在其进口端2和其出口端3之间设置有分流柱4，所述分流柱4与所述采样管1的内壁之间设置有若干能供气流通过的空隙，所述分流柱4内设置有相互隔离的两个采集腔5，两个所述采集腔5上均开设有与所述压差流量传感器相对应的取压接口6，其中一个所述采集腔5通过其上开设的采集口7与所述进口端2相连通，另一个所述采集腔5通过其上开设的采集口7与所述出口端3相连通。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述采样管1内在靠近所述进口端2的位置处设置有过滤网8，所述进口端2连接有咬口或面罩。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述运动心肺分析单元还分别连接有运动血压采集单元和运动功率发生计量单元，所述运动血压采集单元包括电子血压计，所述运动功率发生计量单元包括功率车、跑台、四肢联动康复训练仪中的一种或多种。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述肺功能采集单元还连接有运动血氧采集单元，所述运动血氧采集单元包括血氧探头。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述肺功能人体采样单元还包括气体采样管，所述气体采样管设置在与所述采样管1可拆卸连接的测量插头13内，所述气体采样管的首端连接有取压管，所述取压管与所述取压接口6相配合连通，所述取压管上设置所述压差发生器，所述气体采样管的末端设置有成分测量口9。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述肺功能采集单元还包括气体成分传感器，所述气体成分传感器连接所述成分测量口9，所述气体成分传感器包括氧气传感器、二氧化碳传感器、内部温度传感器和管路压力传感器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述肺功能采集单元通过肺功能标定单元连接所述运动心肺分析单元，所述肺功能标定单元包括环境标定模块、流量标定模块和气体成分标定模块，所述环境标定模块包括温湿度传感器和气体压力传感器，所述流量标定模块包括手动定标模块或自动定标模块，所述手动定标模块包括用于连接所述压差流量传感器的定标桶，所述自动定标模块包括稳流管路，所述稳流管路的进风口设置有风机，所述稳流管路的出风口分别设置有高精度流量传感器以及用于连接所述压差流量传感器的流量输出接口，所述风机和所述高精度流量传感器均连接处理器，所述处理器上设置有用于连接所述压差流量传感器的接口，所述气体成分标定模块包括与所述气体成分传感器相对应的两根模拟管，两根所述模拟管各通过减压阀连接一个气罐，其中一个气罐中盛装有人体吸入的标准气体，另一个气罐中盛装有人体呼出的标准气体，所述模拟管上设置有电磁阀，所述电磁阀和所述气体成分传感器均连接所述处理器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述肺功能采集单元无线通信连接所述肺功能标定单元。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述运动心肺分析单元还分别连接有显示单元和打印单元。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述采样管1的中部外壁上设置有卡块10和导向块11，所述测量插头13上设置有与所述卡块10相配合的卡爪12，所述卡爪12上设置有与所述导向块11相配合的导向槽。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

本实用新型所述的压差发生器采用差压（两个采集腔5内的压力差）方式测量呼吸过程中的双向气体流量，由于其通过测量压差来实现流量测定，相对于传统的流量传感器，具有精度高，稳定性好，震动不敏感，成本低等优点。

采样管1的中部向内收缩，分流柱4设置在采样管1的中部。分流柱4为菱形柱。压差发生器通过采样管1中部向内收缩的结构和分流柱4，能在大流程比下稳定气体分流点，使气体瞬时流量测量精度在3%以内。

进口端2处设置过滤网8，可在不干扰流量检测前提下拦截异物，唾液等。

压差发生器和测量插头13之间设置有可拆卸结构，可使测量插头13与压差发生器快速分离，实现压差发生器的一次性使用，免去清洗消毒。

采样管1上具有减缩的流道（即中部向内收缩）和菱形的分流柱4，能在大流程比下稳定气体分流点，使气体瞬时流量测量精度在当前测量值的3%内，通过测量两个分流点（即采集口7）的压力差，即可推算出被测者呼吸气体的双向气体流量。测量插头13集成有压差传感器，有与取压接口6相配的取压管和成分测量口9，测量插头13通过卡爪12与采样管1相连，采样管1外侧设有卡块10和导向块11，方便与卡爪12卡接，从而实现采样管1与测量插头13的快速结合分离；采样管1可一次性使用，免去清洗消毒，避免交叉感染、方便易用。

测量插头13内具有气体采样管，与进口端2相连通的气体采样管上连接有除湿管，除湿管能将被测者呼出的气体中的水蒸气排出，使采样到的气体湿度和环境湿度相等。好处在于：测量环境湿度比测量人呼出气体的湿度更容易，设计的复杂性低，提高测量数据的精准度。测量插头13上开设有供导线穿过的出线口14。

测量插头13用于采集被测者呼吸的实时流量和流速、呼吸气体的氧气和二氧化碳的实时成分值。

压差流量传感器，用于测量压差发生器产生的气体压差并转化成数字信号，用于流速和流量的计算。

气体成分传感器用于测量被测者在运动情况下，呼吸时的实时成分值。氧气传感器和二氧化碳传感器均为快反应式传感器，响应时间T90要小于200ms，即在200ms之内测量的数据达到实际值并稳定。消除了气体成分传感器的误差，使测试结果更加精准。

压差发生器在具体使用时，将采样管1的进口端2与面罩或咬口可拆卸连接，采样管1与测量插头13连接，被测者带好面罩或咬口呼吸，呼气时，气流从进口端2流向出口端3，吸气时，气流从出口端3流向进口端2，气流流经分流柱4时，经采集口7进入采集腔5，并从取压接口6流入取压管，压差发生器测量到两个取压管内的气体压差并转化成数字信号，气流从取压管流出后经气体采样管从成分测量口9流出，气体成分传感器测量成分测量口9处的氧气和二氧化碳的实时成分值。

肺功能人体采样单元包括咬口或面罩、压差发生器、气体采样管，咬口或面罩用于将被测者呼吸的气体收集，并导向传递给压差发生器和气体采样管。医生可以根据测试者的实际情况，为被测者进行选择。

压差发生器采用独特的气体导流结构，能在大量程比下稳定气体分流点，使气体瞬时流量测量精度在3%内，通过测量两个分流点的压力差，即可推算出被测者呼吸气体的双向流量。

气体采样管通过除湿管，能将被测者呼出的气体中的水蒸气排出管路，使采样到的气体湿度和环境湿度相等。

肺功能采集单元用于采集被测者呼吸的实时流量和流速、呼吸气体的氧气和二氧化碳的实时成分。肺功能采集单元包括压差流量传感器、氧气传感器、二氧化碳传感器、内部温度传感器、管路压力传感器。

压差流量传感器用于测量压差发生器产生的气体压差并转化成数字信号，用于流速和流量的计算。

氧气传感器和二氧化碳传感器，用于测量被测者在运动情况下，呼吸时的实时成分值。均为快反应式传感器，响应时间T90要小于200ms，即在200ms之内测量的数据达到实际值并稳定。同时采用动态补偿算法对测试的成分曲线进行修正，相应响应时间提升到T90小于80ms，消除传感器的误差，使测试结果更加精准。

由于气体成分采样受温度、压力影响比较大，因此增加内部温度传感器、管路压力传感器，内部温度传感器可以实时对氧气传感器和二氧化碳传感器的数据进行温度补偿，提高数据精度。

管路压力传感器，能检测气体采样管里的压力变化，对管路的异常情况进行预警。

肺功能采集单元采用电池供电、便携设计、无线传输（具有无线通信模块），方便佩戴。

肺功能标定单元包含环境标定模块、流量标定模块和气体成分标定模块。用于对压差流量传感器和气体成分传感器（包括氧气传感器、二氧化碳传感器）进行标定和校准。

环境定标模块，主要由温湿度传感器和气体压力传感器组成，能测量当前环境温湿度和大气压力，用于对呼吸过程中气体流速流量和气体成分进行归一化处理。由于气体流量和成分的数值受环境温度、湿度和压力的影响很大，为了测量的精准性，需要将不同环境条件下测得的气体流量和成分数值，转换成标准温度、湿度和压力下的气体流量和成分数值，以便临床判断。

流量标定模块，可选配手动定标模块和自动定标模块。手动定标模块中流量发生装置为3L的定标桶，将压差发生器和定标桶连接，推拉定标桶进行流速流量的双向标定，计算出标定系数。自动定标模块采用风机、更高精度的流量传感器以及处理器，将压差发生器和自动定标模块相连，自动进行双向定标，方便快捷不需人为干预。该模块可提高压差流量传感器测试精度、保证测试的有效性，其中风机用于产生不同流速的气流。气流经过稳流管路，形成流速稳定的气流，以便提高后续测量的精度。气流经过高精度流量传感器，高精度流量传感器测得气流的实际流量大小。气流经过流量输出接口，流量输出接口用于安装连接压差发生器。处理器包括单片机，用于控制风机，使风机产生不同流速的气流，同时可获取高精度流量传感器的流量数值，并获取待标定流量传感器的流量数值，通过将获取到的流量数值进行对比，可得出标定系数。具体使用时，将压差发生器安装在流量输出接口位置，将压差流量传感器与处理器通信连接，处理器控制风机，使其产生不同流速的气流，气流通过稳流管路稳流后分别被高精度流量传感器和压差流量传感器检测到，高精度流量传感器将检测到的流量数值发送给处理器作为标准值，压差流量传感器将检测到的流量数值发送给处理器作为测定值，处理器将标准值与测定值进行比较，得出标定系数，处理器（也可采用其他标定仪器）对压差流量传感器进行标定。

气体成分定标模块，由两瓶装有标准气体的气罐、模拟管、减压阀、电磁阀、处理器组成，气罐和减压阀用于模拟人体正常呼吸。两根模拟管共用一个连接接口，测量时通过该连接接口与压差发生器连接，气体成分定标模块用于对氧气传感器和二氧化碳传感器进行动态标定，提高测试精度。一瓶气罐中的标准气体的各成分的体积百分数如下： 0.05%的CO2， 21%的 O2， 78.5%的N2（人吸入的气体成分）；另一瓶气罐中的标准气体的各成分的体积百分数如下：5%的CO2， 16%的O2，79%N2（人呼出的气体成分）；两瓶气罐中的标准气体分别表示人吸入的空气中的气体成分和人呼出的肺泡里的气体成分。气罐内的高压力的标准气体流经减压阀，压力降低，处理器控制电磁阀切换两种气体按照一定频率切换输出给肺功能采集单元的气体，模拟人吸气和呼气的状态。肺功能采集单元采集的氧气和二氧化碳的成分值和标准气体已知的成分值进行比较，计算出标定系数。该标定过程自动进行，方便快捷不许人为干预。该模块大大调高了氧气传感器和二氧化碳传感器的测量精度、保证测试的有效性。

运动血氧采集单元和肺功能采集单元相连，采集运动状态下人体内的血样含量，血氧探头可以是耳夹式或者指夹式。

运动心电采集单元提供测试过程中心电相关的各项参数，采用无线或有线方式传输心电数据。

运动血压采集单元提供测试过程中的血压参数。

运动功率发生计量单元提供测试过程中的运动负载和负载参数，便于运动心肺评测模块根据不同的负载状态评测被测者的心肺指标，可选择功率车、跑台、四肢联动康复训练仪等。

运动心肺分析单元由电脑组成。

肺功能标定单元、运动心电采集单元、运动血压采集单元、运动功率发生计量单元均和电脑相连，数据通过接口传递给电脑，在不需要标定时，肺功能人体采样单元收集呼吸的气体供肺功能采集单元采集相关数据，气体供肺功能采集单元和运动血氧采集单元将数据通过无线的方式发送给肺功能标定单元，肺功能标定单元直接将数据传递给电脑，在需要标定时，将肺功能人体采样单元中的压差发生器与肺功能标定单元连接，对肺功能采集单元进行标定。电脑里安装有运动心肺测试软件，运动心肺测试软件包含静态肺功能评测模块和运动心肺评测模块。

静态肺功能评测模块用于测试并评估患者静态肺通气、换气等功能的指标，这些数据可以自动输入到运动心肺评测模块，提高运动心肺评测模块的准确性。常用参数主要包含（但不限于）吸气肺活量（VC IN）、用力肺活量（FVC）、一秒量（FEV1）、用力呼气峰流速（PEF）、 75%用力呼气流速（MEF75）、 50%用力呼气流速（MEF50）、用力呼气流速（MEF25）、每分钟最大通气量（MVV）、潮气量（VT）、流速流量环等。

运动心肺评测模块包含动态肺功能和运动心功能的测试和评估，用于评测患者的新运动状态下的心肺指标。可以定制被测者的运动负载曲线，并控制功率发生计量单元进行实现；在测试过程中可以实时采集肺功能采集单元、运动血氧采集单元、运动心电采集单元、运动血压采集单元、运动功率发生计量单元的实时数据，按照Wasserman9图格式进行显示，医生可以根据临床需要定制要展现的实时数据和曲线，并设定预警限值。常用的参数主要包含呼气时氧气分压（PEO2）、呼气时二氧化碳分压（PECO2）、吸气时氧气分压（PIO2）、吸气时二氧化碳分压（PICO2）、呼气末时刻氧气分压（PETO2）、呼气末时刻二氧化碳分压（PETCO2）、摄氧量（VO2）、二氧化碳排出量（VCO2）、氧通气当量（EqO2）、二氧化碳通气当量（EqCO2）、呼吸交换率(RER)、呼吸储备（BR）、死腔潮气比（VD/VT）、公斤摄氧量（VO2/kg）、心排量等。测试完成后自动进行智能评估，可以自动或者手动确定运动极值和无氧阈值及相关参数，也可以进行动态流速流量环、内呼吸曲线、呼吸动力学曲线、基础代谢和能量代谢等分析。

显示单元包括两个显示屏，将心功能和肺功能双屏显示，便于观察和操作；

打印单元，包括打印机，用于打印测试和评估报告。

上述所有单元均集成在一台工作台车上，由双屏分别显示心肺功能相关测试曲线和参数，以及心电测试的曲线和参数。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，其主要是供医疗机构的康复科使用，主要用于心肺功能不良的患者、需要监测心肺功能状况的患者、患有慢性疾病的患者。通过患者在跑台或功率车上进行负荷递增的运动，诱发早期症状的出现，早发现早治疗。 同时可以根据评测的结果指定个性化的安全的运动处方，对患者进行康复治疗。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。