主流式多种呼吸气体浓度实时监测方法
【专利摘要】本发明属于生物医学工程领域，涉及一种主流式多种呼吸气体浓度实时监测方法：利用脉冲信号控制红外光源亮灭，使四通道热释电传感器输出周期固定的调制信号；对各个通道的波峰电压或波谷电压进行采集；利用各个通道的波峰和波谷电压差值获取各个通道的交流分量；利用校正方程对三个测量通道的测量数据进行调整，得到二氧化碳通道调整后的数值；一氧化二氮通道调整后的数值；醚氛类麻醉气体通道调整后的数值；利用标定实验获取的系数和三阶多项式分别求取不同气体的浓度。本发明能够方便准确地实现多种呼吸气体浓度实时监测。
【专利说明】主流式多种呼吸气体浓度实时监测方法
【技术领域】:
[0001]本发明属于生物医学工程领域，涉及一种主流式人呼吸气体中二氧化碳、一氧化二氮和醚氛类麻醉气体浓度实时同步监测方法。
【背景技术】:
[0002]临床监测过程中对人呼吸二氧化碳浓度实时监测可以准确掌握人体新陈代谢情况，另外在手术过程中，对一氧化二氮和醚氛类麻醉气体等麻醉气体浓度实时监测可以为医生施加麻醉提供重要信息指导。目前，由于传感器的限制，少数能够实现多种呼吸气体浓度实时监测的设备主要通过抽取呼吸气体到旁流式监测模块中进行，因而存在延时和波形失真。另外在浓度测量过程中，旁流式监测利用电动机带动滤光轮旋转，使单通道传感器在不同时间接收不同波长的红外信号。由于该种监测方法存在机械振动，因而测量精度差且难以小型化。随着传感器技术的发展，多通道热释电传感器为高性能主流式多种呼吸气体浓度实时监测提供可能。
【发明内容】
[0003]本发明目的是克服现有旁流式多种呼吸气体浓度监测方法中存在延时失真，并且测量精度差且难以小型化等问题，提供一种方便准确地实现多种呼吸气体浓度实时监测的方法。本发明提出的方法，实现直接在病人呼吸管道上对呼吸气体中二氧化碳、一氧化二氮和醚氛类麻醉气体浓度实时监测，并能从浓度波形中分析出病人新陈代谢和麻醉状况，为施加麻醉和重症监护提供准确可靠的信息指导。本发明的技术方案如下:
[0004]一种主流式多种呼吸气体浓度实时监测方法，所采用的监测模块将适配器置于呼吸管道上，红外光源与四通道热·释电传感器分别固定在适配器的两端，四通道热释电传感器的四个通道分别为参考通道、二氧化碳通道、一氧化二氮通道、醚氛类麻醉气体通道，分别对无气体吸收的3.95um，被二氧化碳吸收的4.26um，被一氧化二氮吸收的4.5um和被醚氛类麻醉气体吸收的8.3um波段的红外光强度进行测量，监测方法为:
[0005](I)利用脉冲信号控制红外光源亮灭，使四通道热释电传感器输出周期固定的调制信号；
[0006](2)对各个通道的波峰电压或波谷电压进行采集；
[0007](3)利用各个通道的波峰和波谷电压差值获取各个通道的交流分量，得到参考通道交流分量二氧化碳通道交流分量Va。、一氧化二氮通道交流分量Van、醚氛类麻醉气体通道交流分量Vam;
[0008](4)利用校正方程对三个测量通道的测量数据进行调整，得到二氧化碳通道调整后的数值 De=an.Var+a12.Vac+a13.Van+a14 -Vam 氧化二氮通道调整后的数值 Dn=a21.Var+a22*Vac+a23 *V^a24 *Vam ;醚氛类麻醉气体通道调整后的数值DniZa31 *Var+a32 *Vac+a33 *Van+a34 *Vam,其中Elij为通过标定实验确定的系数。
[0009](5)利用标定实验获取的系数bu和三阶多项式分别求取不同气体的浓度，其中二氧化碳浓度Cc ^blo +bu.Dc +δηΦ; +Bu-D3c ； 一氧化二氮浓度
C,,:b10 +b2l-Dn +b22-D; +--戌遞氛类麻醉气体浓度Q =? +VA? +h?Di +V戌。
[0010]本发明的实质性特点和技术效果如下:
[0011](I)针对目前旁流式监测存在延时失真和机械振动等问题，本发明采用直接在病人呼吸管道进行监测的方式，并利用四通道热释电传感器分别对:无气体吸收的3.95um,被二氧化碳吸收的4.26um，被一氧化二氮吸收的4.5um和被醚氛类麻醉气体吸收的8.3um波段红外光强度进行测量
[0012](2)针对热释电传感器对光强信号响应弱的问题，本发明使用调制技术使传感器输出周期固定的调制信号，便于通过带通滤波放大电路改善信号信噪比。
[0013](3)针对主流式监测呼吸气流强度变化会对浓度监测造成干扰，本发明将各通道的直流成分去除，仅保留交流成分。
[0014](4)针对呼吸气流中水蒸气对气体监测造成干扰，以及不同监测气体之间也存在相互干扰，本发明利用校正方程组对各通道交流分量进行调整。
[0015](5)针对元器件的非线性使传感器输出信号与理论计算之间存在明显的偏差，本发明利用三阶多项式函数对调整后的交流分量进行拟合，从而确定不同监测气体浓度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1主流式多种呼吸气体浓度监测模块结构示意图。
[0017]图2本发明信号处理流程图。
【具体实施方式】:
[0018]本发明的气体浓度监测方法针对主流式多种呼吸气体浓度监测而提出，下面给出本发明适用的监测系统组成。
[0019]该主流式多种呼吸气体浓度监测系统由上位机、管道适配器和监测模块组成。上位机为通用计算机或监护仪。管道适配器和监测模块如图1所示，将管道适配器I插入到监测模块2中。置于监测模块2中的红外光源6发出周期固定的红外光，红外光经过管道适配器I时被呼吸气体吸收，并最终被置于另一端的四通道热释电传感器3检测。传感器3输出信号经过带通滤波放大电路4滤波放大后送入数据采集电路5中进行数据采集，并将采集数据发送到上位机中进行处理。本发明采用直接在病人呼吸管道进行监测的方式，并利用四通道热释电传感器分别对:无气体吸收的3.95um，被二氧化碳吸收的4.26um，被一氧化二氮吸收的4.5um和被醚氛类麻醉气体吸收的8.3um波段红外光强度进行测量。
[0020]本发明的主流式多种呼吸气体浓度监测方法按如下过程获取多种气体浓度波形:
[0021](I)监测模块利用脉冲信号控制光源亮灭，使四通道传感器输出周期固定的调制信号，该信号经过带通滤波放大后送入数据采集电路。
[0022](2)当调制信号达到波峰或波峰值时，数据采集电路开始对各个通道的波峰电压Vh或波谷电压V1进行采集，并将采集的数据被送入到上位机。
`[0023](3)上位机利用波峰和波谷电压差值获取各个通道的交流分量=Va=(Vh-V1)/2，从而得到参考通道交流分量Vm、二氧化碳通道交流分量Va。、一氧化二氮通道交流分量Van、醚氛类麻醉气体通道交流分量Vam。
[0024](4)利用校正方程对三个测量通道的测量数据进行调整，得到二氧化碳通道调整后的数值 De=an.Var+a12.Vac+a13.Van+a14 -Vam 氧化二氮通道调整后的数值 Dn=a21.Var+a22*Vac+a23 * V^a24 *Vam ;醚氛类麻醉气体通道调整后的数值 Dni=B31 *Var+a32 *Vac+a33 *Van+a34 文。其中Elij为通过标定实验确定的系数。
[0025](5)利用标定实验获取的系数bu和三阶多项式分别求取不同气体的浓度，其中二氧化碳浓度Cc =bl0 +bu.Dc +K2 +bn.Dl ； 一氧伺二氮浓度Cn ^b20 +b2l-D? + B22-D^ +623.Α:;醚氛类麻醉气体浓度C； =b30 +h3l-Dm +bn-D;t +h31-D3m。
【权利要求】
1.一种主流式多种呼吸气体浓度实时监测方法，所采用的监测模块将适配器置于呼吸管道上，红外光源与四通道热释电传感器分别固定在适配器的两端，四通道热释电传感器的四个通道分别为参考通道、二氧化碳通道、一氧化二氮通道、醚氛类麻醉气体通道，分别对无气体吸收的3.95um，被二氧化碳吸收的4.26um，被一氧化二氮吸收的4.5um和被醚氛类麻醉气体吸收的8.3um波段的红外光强度进行测量，监测方法为: (1)利用脉冲信号控制红外光源亮灭，使四通道热释电传感器输出周期固定的调制信号; (2)对各个通道的波峰电压或波谷电压进行采集； (3)利用各个通道的波峰和波谷电压差值获取各个通道的交流分量，得到参考通道交流分量Vm、二氧化碳通道交流分量Va。、一氧化二氮通道交流分量Van、醚氛类麻醉气体通道交流分量Vam; (4)利用校正方程对三个测量通道的测量数据进行调整，得到二氧化碳通道调整后的数值 De=an.Var+a12.Vac+a13.Vm+a14.Vam ;一氧化二氮通道调整后的数值 Dn=a21.Var+a22.Vac+a23 Ua24 -Vam ;醚氛类麻醉气体通道调整后的数值Dffl=B31 Ua32.Vja33.Vja34.ν?，其中au为通过标定实验确定的系数。 (5)利用标定实验获取的系数bu和三阶多项式分别求取不同气体的浓度，其中二氧化碳浓度 Cc =^10 +bu.Dc +b^D； +bu-Dl; 一氧化二氮浓度Q =b20 +b2l.D? +b22-D； +b2^D:；醚氛类麻醉气体浓度-- =/>30 +hrDm +b32-D`；n +by^Dl。
【文档编号】G01N21/3504GK103712941SQ201310712506
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】杨嘉琛, 王海涛, 陈波波 申请人:天津大学