主流式多種呼吸氣體濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，涉及一種主流式多種呼吸氣體濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法：利用脈沖信號(hào)控制紅外光源亮滅，使四通道熱釋電傳感器輸出周期固定的調(diào)制信號(hào)；對(duì)各個(gè)通道的波峰電壓或波谷電壓進(jìn)行采集；利用各個(gè)通道的波峰和波谷電壓差值獲取各個(gè)通道的交流分量；利用校正方程對(duì)三個(gè)測(cè)量通道的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，得到二氧化碳通道調(diào)整后的數(shù)值；一氧化二氮通道調(diào)整后的數(shù)值；醚氛類麻醉氣體通道調(diào)整后的數(shù)值；利用標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲取的系數(shù)和三階多項(xiàng)式分別求取不同氣體的濃度。本發(fā)明能夠方便準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)多種呼吸氣體濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
【專利說明】主流式多種呼吸氣體濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，涉及一種主流式人呼吸氣體中二氧化碳、一氧化二氮和醚氛類麻醉氣體濃度實(shí)時(shí)同步監(jiān)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]臨床監(jiān)測(cè)過程中對(duì)人呼吸二氧化碳濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以準(zhǔn)確掌握人體新陳代謝情況，另外在手術(shù)過程中，對(duì)一氧化二氮和醚氛類麻醉氣體等麻醉氣體濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)可以為醫(yī)生施加麻醉提供重要信息指導(dǎo)。目前，由于傳感器的限制，少數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)多種呼吸氣體濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的設(shè)備主要通過抽取呼吸氣體到旁流式監(jiān)測(cè)模塊中進(jìn)行，因而存在延時(shí)和波形失真。另外在濃度測(cè)量過程中，旁流式監(jiān)測(cè)利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)濾光輪旋轉(zhuǎn)，使單通道傳感器在不同時(shí)間接收不同波長(zhǎng)的紅外信號(hào)。由于該種監(jiān)測(cè)方法存在機(jī)械振動(dòng)，因而測(cè)量精度差且難以小型化。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，多通道熱釋電傳感器為高性能主流式多種呼吸氣體濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有旁流式多種呼吸氣體濃度監(jiān)測(cè)方法中存在延時(shí)失真，并且測(cè)量精度差且難以小型化等問題，提供一種方便準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)多種呼吸氣體濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的方法。本發(fā)明提出的方法，實(shí)現(xiàn)直接在病人呼吸管道上對(duì)呼吸氣體中二氧化碳、一氧化二氮和醚氛類麻醉氣體濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能從濃度波形中分析出病人新陳代謝和麻醉狀況，為施加麻醉和重癥監(jiān)護(hù)提供準(zhǔn)確可靠的信息指導(dǎo)。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0004]一種主流式多種呼吸氣體濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，所采用的監(jiān)測(cè)模塊將適配器置于呼吸管道上，紅外光源與四通道熱·釋電傳感器分別固定在適配器的兩端，四通道熱釋電傳感器的四個(gè)通道分別為參考通道、二氧化碳通道、一氧化二氮通道、醚氛類麻醉氣體通道，分別對(duì)無氣體吸收的3.95um，被二氧化碳吸收的4.26um，被一氧化二氮吸收的4.5um和被醚氛類麻醉氣體吸收的8.3um波段的紅外光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，監(jiān)測(cè)方法為:
[0005](I)利用脈沖信號(hào)控制紅外光源亮滅，使四通道熱釋電傳感器輸出周期固定的調(diào)制信號(hào)；
[0006](2)對(duì)各個(gè)通道的波峰電壓或波谷電壓進(jìn)行采集；
[0007](3)利用各個(gè)通道的波峰和波谷電壓差值獲取各個(gè)通道的交流分量，得到參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、醚氛類麻醉氣體通道交流分量Vam;
[0008](4)利用校正方程對(duì)三個(gè)測(cè)量通道的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，得到二氧化碳通道調(diào)整后的數(shù)值 De=an.Var+a12.Vac+a13.Van+a14 -Vam 氧化二氮通道調(diào)整后的數(shù)值 Dn=a21.Var+a22*Vac+a23 *V^a24 *Vam ;醚氛類麻醉氣體通道調(diào)整后的數(shù)值DniZa31 *Var+a32 *Vac+a33 *Van+a34 *Vam,其中Elij為通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)確定的系數(shù)。
[0009](5)利用標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲取的系數(shù)bu和三階多項(xiàng)式分別求取不同氣體的濃度，其中二氧化碳濃度Cc ^blo +bu.Dc +δηΦ; +Bu-D3c ； 一氧化二氮濃度
C,,:b10 +b2l-Dn +b22-D; +--戌遞氛類麻醉氣體濃度Q =? +VA? +h?Di +V戌。
[0010]本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和技術(shù)效果如下:
[0011](I)針對(duì)目前旁流式監(jiān)測(cè)存在延時(shí)失真和機(jī)械振動(dòng)等問題，本發(fā)明采用直接在病人呼吸管道進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方式，并利用四通道熱釋電傳感器分別對(duì):無氣體吸收的3.95um,被二氧化碳吸收的4.26um，被一氧化二氮吸收的4.5um和被醚氛類麻醉氣體吸收的8.3um波段紅外光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量
[0012](2)針對(duì)熱釋電傳感器對(duì)光強(qiáng)信號(hào)響應(yīng)弱的問題，本發(fā)明使用調(diào)制技術(shù)使傳感器輸出周期固定的調(diào)制信號(hào)，便于通過帶通濾波放大電路改善信號(hào)信噪比。
[0013](3)針對(duì)主流式監(jiān)測(cè)呼吸氣流強(qiáng)度變化會(huì)對(duì)濃度監(jiān)測(cè)造成干擾，本發(fā)明將各通道的直流成分去除，僅保留交流成分。
[0014](4)針對(duì)呼吸氣流中水蒸氣對(duì)氣體監(jiān)測(cè)造成干擾，以及不同監(jiān)測(cè)氣體之間也存在相互干擾，本發(fā)明利用校正方程組對(duì)各通道交流分量進(jìn)行調(diào)整。
[0015](5)針對(duì)元器件的非線性使傳感器輸出信號(hào)與理論計(jì)算之間存在明顯的偏差，本發(fā)明利用三階多項(xiàng)式函數(shù)對(duì)調(diào)整后的交流分量進(jìn)行擬合，從而確定不同監(jiān)測(cè)氣體濃度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1主流式多種呼吸氣體濃度監(jiān)測(cè)模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2本發(fā)明信號(hào)處理流程圖。
【具體實(shí)施方式】:
[0018]本發(fā)明的氣體濃度監(jiān)測(cè)方法針對(duì)主流式多種呼吸氣體濃度監(jiān)測(cè)而提出，下面給出本發(fā)明適用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。
[0019]該主流式多種呼吸氣體濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由上位機(jī)、管道適配器和監(jiān)測(cè)模塊組成。上位機(jī)為通用計(jì)算機(jī)或監(jiān)護(hù)儀。管道適配器和監(jiān)測(cè)模塊如圖1所示，將管道適配器I插入到監(jiān)測(cè)模塊2中。置于監(jiān)測(cè)模塊2中的紅外光源6發(fā)出周期固定的紅外光，紅外光經(jīng)過管道適配器I時(shí)被呼吸氣體吸收，并最終被置于另一端的四通道熱釋電傳感器3檢測(cè)。傳感器3輸出信號(hào)經(jīng)過帶通濾波放大電路4濾波放大后送入數(shù)據(jù)采集電路5中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)中進(jìn)行處理。本發(fā)明采用直接在病人呼吸管道進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方式，并利用四通道熱釋電傳感器分別對(duì):無氣體吸收的3.95um，被二氧化碳吸收的4.26um，被一氧化二氮吸收的4.5um和被醚氛類麻醉氣體吸收的8.3um波段紅外光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。
[0020]本發(fā)明的主流式多種呼吸氣體濃度監(jiān)測(cè)方法按如下過程獲取多種氣體濃度波形:
[0021](I)監(jiān)測(cè)模塊利用脈沖信號(hào)控制光源亮滅，使四通道傳感器輸出周期固定的調(diào)制信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過帶通濾波放大后送入數(shù)據(jù)采集電路。
[0022](2)當(dāng)調(diào)制信號(hào)達(dá)到波峰或波峰值時(shí)，數(shù)據(jù)采集電路開始對(duì)各個(gè)通道的波峰電壓Vh或波谷電壓V1進(jìn)行采集，并將采集的數(shù)據(jù)被送入到上位機(jī)。
`[0023](3)上位機(jī)利用波峰和波谷電壓差值獲取各個(gè)通道的交流分量=Va=(Vh-V1)/2，從而得到參考通道交流分量Vm、二氧化碳通道交流分量Va。、一氧化二氮通道交流分量Van、醚氛類麻醉氣體通道交流分量Vam。
[0024](4)利用校正方程對(duì)三個(gè)測(cè)量通道的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，得到二氧化碳通道調(diào)整后的數(shù)值 De=an.Var+a12.Vac+a13.Van+a14 -Vam 氧化二氮通道調(diào)整后的數(shù)值 Dn=a21.Var+a22*Vac+a23 * V^a24 *Vam ;醚氛類麻醉氣體通道調(diào)整后的數(shù)值 Dni=B31 *Var+a32 *Vac+a33 *Van+a34 文。其中Elij為通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)確定的系數(shù)。
[0025](5)利用標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲取的系數(shù)bu和三階多項(xiàng)式分別求取不同氣體的濃度，其中二氧化碳濃度Cc =bl0 +bu.Dc +K2 +bn.Dl ； 一氧伺二氮濃度Cn ^b20 +b2l-D? + B22-D^ +623.Α:;醚氛類麻醉氣體濃度C； =b30 +h3l-Dm +bn-D;t +h31-D3m。
【權(quán)利要求】
1.一種主流式多種呼吸氣體濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，所采用的監(jiān)測(cè)模塊將適配器置于呼吸管道上，紅外光源與四通道熱釋電傳感器分別固定在適配器的兩端，四通道熱釋電傳感器的四個(gè)通道分別為參考通道、二氧化碳通道、一氧化二氮通道、醚氛類麻醉氣體通道，分別對(duì)無氣體吸收的3.95um，被二氧化碳吸收的4.26um，被一氧化二氮吸收的4.5um和被醚氛類麻醉氣體吸收的8.3um波段的紅外光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量，監(jiān)測(cè)方法為: (1)利用脈沖信號(hào)控制紅外光源亮滅，使四通道熱釋電傳感器輸出周期固定的調(diào)制信號(hào); (2)對(duì)各個(gè)通道的波峰電壓或波谷電壓進(jìn)行采集； (3)利用各個(gè)通道的波峰和波谷電壓差值獲取各個(gè)通道的交流分量，得到參考通道交流分量Vm、二氧化碳通道交流分量Va。、一氧化二氮通道交流分量Van、醚氛類麻醉氣體通道交流分量Vam; (4)利用校正方程對(duì)三個(gè)測(cè)量通道的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，得到二氧化碳通道調(diào)整后的數(shù)值 De=an.Var+a12.Vac+a13.Vm+a14.Vam ;一氧化二氮通道調(diào)整后的數(shù)值 Dn=a21.Var+a22.Vac+a23 Ua24 -Vam ;醚氛類麻醉氣體通道調(diào)整后的數(shù)值Dffl=B31 Ua32.Vja33.Vja34.ν?，其中au為通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)確定的系數(shù)。 (5)利用標(biāo)定實(shí)驗(yàn)獲取的系數(shù)bu和三階多項(xiàng)式分別求取不同氣體的濃度，其中二氧化碳濃度 Cc =^10 +bu.Dc +b^D； +bu-Dl; 一氧化二氮濃度Q =b20 +b2l.D? +b22-D； +b2^D:；醚氛類麻醉氣體濃度-- =/>30 +hrDm +b32-D`；n +by^Dl。
【文檔編號(hào)】G01N21/3504GK103712941SQ201310712506
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】楊嘉琛, 王海濤, 陳波波 申請(qǐng)人:天津大學(xué)