一种基于CO2浓度探测的实时呼吸监测系统及方法

本发明涉及光纤，具体涉及一种利用光纤探测co2浓度实现呼吸状况监测的技术。

背景技术：

1、呼吸是人体生理体征的一个重要参数，包含了许多可供医护人员判断病人身体情况的信息。呼吸作为医疗领域的一个基本参数，对其监测是多参数监护仪等设备的必要监测项目之一。目前，医用呼吸率获取有心电图信号法、心冲击图信号法和利用多参数监护仪等。但上述几个方法是通过算法在所测量信号中获取呼吸率，无法获得与co2浓度相关的信息；同时，上述方法需要监测设备与人体连接，与皮肤直接接触，与人体接触过久会导致患者不舒适，并会引入由于接触导致的干扰信号。

2、人体呼出气体主要成分之一的co2与生理疾病息息相关，已有研究表明，人体呼出co2的含量约占呼出总量的5％。通过监测co2浓度，可以了解患者呼吸功能和肺泡通气情况。co2也是一些特定疾病的生物标志物，如哮喘、慢性阻塞性肺炎等呼吸系统疾病的典型指标。通过监测co2浓度的变化，医护人员可以及时了解患者呼吸成分是否存在异常，以做出准确快速的应对措施，这对于临床的重要性是不言而喻的。

3、近年来，光纤作为一种集成传感功能和信息传递功能于一体的光学器件，具有抗高辐射、电磁干扰、耐高温、耐腐蚀等独特优势，其在医学临床领域已有部分应用，例如光纤内窥镜、脑外伤光纤检测仪等。在生命体征监测方面，国内外虽然已开展多项通过光纤进行监测的科研活动，但大多在试验阶段。一直以来，医院对于呼吸的测量多采用多参数监测仪的方式，成本高，不方便携带；或者是通过医生观察、听诊的方式判断呼吸情况，这类方式不够科学、准确，一旦误判对于患者的影响将是巨大的。兼顾方便、精准、非接触、低成本、使用周期长等优势的呼吸测量方法存在很大空缺。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的空缺，提出不与人体接触的情况下，通过制作光纤传感单元对co2的探测实现人体呼吸的非接触式测量的方案。

2、第一方面，本发明提供了一种基于co2浓度探测的实时呼吸监测系统，包括窄线宽激光器、光纤传感单元、光功率计和数据处理系统；

3、对co2浓度敏感的光纤传感单元一侧与窄线宽激光器信号连接，另一侧与光功率计信号连接；

4、所述的传感单元用于检测呼吸引起的周期性光信号，该周期性光信号导致透射谱谐振峰发生周期性漂移，中心波长处的光功率周期性降低，功率计显示的数值呈周期性变化；

5、所述功率计与数据处理系统相连，数据处理系统采集随时间变化的相应功率数据，实时绘制出时间-功率相关曲线，完成实时呼吸波形的建立。

6、第二方面，本发明提供了一种基于co2浓度探测的实时呼吸监测方法，采用上述装置，具体是：

7、使用中心波长为λ0的窄带光源作为入射光源，当光纤传感单元因co2浓度变化了δc而发生谐振峰波长漂移δλ，波长λ0+δλ处成为新的谐振峰峰值波长，原先波长为λ0处的光强随之下降δi；

8、将这种变化关系记录下来，经处理后得出功率随时间变化关系，即得呼吸的波形，从波形中得到包含呼吸率、co2浓度水平的信息。

9、本发明具有制作成本低、无接触式测量、探测准确度高、实时测量等特点；同时，用于传感的单元是光纤，具有安全、抗电磁、小巧轻便、稳定性好、可重复性好、使用周期长的优势，为实际应用中呼出co2浓度监测提供了一种可行的解决方案。

技术特征：

1.一种基于co2浓度探测的实时呼吸监测系统，包括窄线宽激光器、光纤传感单元、光功率计和数据处理系统；

2.根据权利要求1所述的一种基于co2浓度探测的实时呼吸监测系统，其特征在于：所述的光纤传感单元由两段单模光纤以及位于两段单模光纤之间的无芯光纤组成；所述无芯光纤镀有对co2敏感的膜。

3.根据权利要求2所述的一种基于co2浓度探测的实时呼吸监测系统，其特征在于：所述的无芯光纤经过光纤拉锥机拉锥，且所述膜位于拉锥位置处。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于co2浓度探测的实时呼吸监测系统，其特征在于：所述的膜为聚六亚甲基双胍盐酸盐膜。

5.根据权利要求4所述的一种基于co2浓度探测的实时呼吸监测系统，其特征在于：所述的膜其镀制过程为：

6.基于co2浓度探测的实时呼吸监测方法，采用权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的基于co2浓度探测的实时呼吸监测方法，其特征在于：通过标定健康成年人的呼吸co2浓度，对异常co2浓度水平做出准确探测，实现对患者的实时呼吸监测。

技术总结
本发明公开了一种基于CO<subgt;2</subgt;浓度探测的实时呼吸监测系统及方法。本发明包括窄线宽激光器、光纤传感单元、光功率计和数据处理系统；对CO<subgt;2</subgt;浓度敏感的光纤传感单元一侧与窄线宽激光器信号连接，另一侧与光功率计信号连接；传感单元用于检测呼吸引起的周期性光信号；功率计与数据处理系统相连，数据处理系统采集随时间变化的相应功率数据，实时绘制出时间‑功率相关曲线，完成实时呼吸波形的建立。本发明具有制作成本低、无接触式测量、探测准确度高、实时测量等特点。

技术研发人员：郁张维,李洋,凌强,丁云莲,罗丝,陈达如
受保护的技术使用者：浙江师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4