具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
一种经鼻压力发生器自适应校准系统,用于使经鼻持续气道正压通气呼吸机的压力发生器能准确的控制输出气道压力。经鼻持续气道正压通气呼吸机将新鲜空气经呼吸管路传输至压力发生器,压力发生器对空气进行加压,输入至病人供病人呼吸。如图1所示,经鼻压力发生器自适应校准系统的一实施例包括流量检测装置110、压力检测装置120和控制装置130,控制装置130分别连接流量检测装置110和压力检测装置120。
流量检测装置110用于对流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的流量进行检测,获取检测信号并发送至控制装置130;如图2所示,压力检测装置120与压力发生器140连接,压力检测装置120用于对压力发生器140的气道压力进行检测,获取检测信号并发送至控制装置130;控制装置130用于接收流量检测装置110发送的检测信号得到第一检测信号,接收压力检测装置120发送的检测信号得到第二检测信号;控制装置130对第一检测信号和第二检测信号进行模数转换得到第一检测数据和第二检测数据,并记录第二检测数据等于最大压力阈值时对应的最大第一检测数据以及第二检测数据等于最小压力阈值时对应的最小第一检测数据,并根据最大第一检测数据和最小第一检测数据,对第一检测数据区间按一定间隔提取N个第一检测数据;控制装置130控制流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的流量为对应的N个第一检测数据,控制装置130得到与N个第一检测数据对应的N个第二检测数据,建立N个第二检测数据与N个第一检测数据的对应关系表并输出。
具体地,压力检测装置120可采用高精度差压式压力传感器,测量范围为1PSI,输出信号为差分信号。调节流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的气体流量的大小,压力发生器140的气道压力也随之改变。对流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的气体流量进行调节,获取压力发生器140的气道压力,即获取第二检测数据,并记录第二检测数据为最大压力阈值和最小压力阈值时所对应的最大气体流量和最小气体流量,即最大第一检测数据和最小第一检测数据,其中最大压力阈值和最小压力阈值是预先设置的。控制装置130对第一检测数据的区间按照一定的间隔提取N个第一检测数据,根据该N个第一检测数据对输入气体流量进行调节,得到N个对应的第二检测数据,建立N个第二检测数据与N个第一检测数据的对应关系表并输出,可实现各种压力发生器140的流量对应输出气道压力关系的校准,即可实现确定压力发生器140的流量和输出气道压力之间的关系。当设定需要的气道压力时,能快速找到对应的流量,实现气道压力的高精度控制输出。
上述经鼻压力发生器自适应校准系统,通过对压力发生器140的流量与输出气道压力之间关系的自适应校准,解决了经鼻持续气道正压通气呼吸机气路分流设计和压力发生器140的差异带来的影响,并校准过程无人为干预,校准数据可靠、稳定,为经鼻持续气道正压通气呼吸机实现全自动快速控制压力输出提供了参数数据;并无论使用什么样的压力发生器140,只要使用前采用上述系统对压力发生器140进行校准,就能得到流量和压力控制对应关系,根据对应关系就能快速的实现压力精确控制输出,从而降低了临床使用风险。
医护人员使用经鼻持续气道正压通气呼吸机,设定需要的气道压力值不在上述对应关系表中时,控制装置130根据已有对应关系的流量与气道压力值,进行线性拟合,得到最能描述流量和气道压力之间关系的特征曲线,再找到设定的气道压力值对应的流量。
根据不同的压力发生器140,对最大压力阈值及最小压力阈值可进行调整。在本具体实施例中,最大压力阈值优选为15,最小压力阈值优选为0.5。按照一定间隔在第一检测数据区间进行提取数据时,可以是按照相等的间隔进行取值,也可按照不等的间隔进行取值。
如图2所示,上述经鼻压力发生器自适应校准系统还包括流量控制装置150,流量控制装置150分别与流量检测装置110和控制装置130连接,控制装置130对流量控制装置150进行控制,流量控制装置150用于对流量进行控制。即当需要对流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的气体流量进行调节,通过流量控制装置150实现对气体流量的控制。
上述经鼻压力发生器自适应校准系统还包括氧气检测装置160,用于对流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的气体中氧气浓度进行检测,具体地,氧气检测装置160采用氧传感器对氧气浓度进行检测。其中,流量控制装置150与流量检测装置110流量输入端连接,流量检测装置110检测的是流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的总流量,即检测的是部分流入氧气检测装置160的气体流量和部分流入压力发生器140的气体流量的总和。流量检测装置110的流量输出端与氧气检测装置160连接,且流量检测装置110的流量输出端通过直径为15毫米的接头与呼吸管路170连接,并通过呼吸管路170与压力发生器140连接,流经流量检测装置的气体流量通过呼吸管路170部分流入压力发生器140,气体流量产生分流,在压力发生器140的气道压力采样管处连接压力采样端口,将压力检测装置120与压力采样端口连接,对压力采样端口输出的气体进行检测,实时监测压力发生器140的气道压力。压力发生器140对流入其内部的气体进行加压后输出至病人。
在其中一个实施例中,如图3所示,压力检测装置120包括检测电路122,检测电路122包括第一运算放大器U1A、第一电阻R189和压力检测器U2,第一运算放大器U1A的同相输入端+连接恒压源接入端VDRI,反相输入端-连接压力检测器U2,具体连接压力检测器U2的端口-IN,并通过第一电阻R189接地,第一运算放大器U1A的输出端连接压力检测器U2,具体连接压力检测器U2的端口+IN。压力检测器U2连接控制装置130,具体可通过端口-OUT和端口+OUT与控制装置130连接。本实施例中第一运算放大器U1A采用LMC6482AIM芯片,压力检测器U2采用NPC-1210芯片。
本实施例中压力检测装置120采用恒流源驱动方式,利用第一运算放大器U1A和第一电阻R189实现恒流源设计,对压力检测器U2的驱动电流可设置为1mA。压力检测器U2用于对压力发生器140的气道压力进行检测,获取检测信号并发送至控制装置130。此外,检测电路122还可包括电容C162,电容C162一端连接第一运算放大器U1A的输出端,另一端通过第一电阻R189接地。
在其中一个实施例中,继续参照图3,压力检测装置120还可包括信号放大电路124,信号放大电路124连接压力检测器U2和控制装置130,用于对压力检测器U2发送的检测信号进行放大后传输至控制装置130。
具体地,信号放大电路124包括仪表运算放大器U3、第二电阻R143、第三电阻R140和第四电阻R193,仪表运算放大器U3的同相输入端IN+通过第二电阻R143与压力检测器U2连接,具体连接压力检测器U2的端口+OUT。仪表运算放大器U3的反相输入端IN-通过第三电阻R140与压力检测器U2连接,具体连接压力检测器U2的端口-OUT。仪表运算放大器U3的输出端OUT通过第四电阻R193连接控制装置130,仪表运算放大器U3的反馈端REF接入恒定电压。
信号放大电路124还可包括电阻R144,电容C163、电容C166、电容C164和电容C205。电阻R144一端连接仪表运算放大器U3的端口RG+,另一端连接仪表运算放大器U3的端口RG-。电容C163一端连接第三电阻R140和仪表运算放大器U3的公共端,另一端接地。电容C166一端连接第三电阻R140和仪表运算放大器U3的公共端,另一端连接第二电阻R143和仪表运算放大器U3的公共端。电容C164一端连接第二电阻R143和仪表运算放大器U3的公共端,另一端接地。电容C205一端连接第四电阻R193远离仪表运算放大器U3的一端,电容C205另一端接地。
本实施例中仪表运算放大器U3采用AD623芯片,具有高输入阻抗、高共模抑制比、低噪声、低漂移、温度稳定性好、放大频带宽、噪声系数小的特点,运算放大器放大35倍。通过信号放大电路124对检测信号进行放大后传输至控制装置130,可提高数据采集准确度。
进一步地,压力检测装置120还可包括信号过滤电路126,信号过滤电路126连接信号放大电路124和控制装置130,用于对信号放大电路124输出的信号进行滤波处理后传输至控制装置130。
具体地,信号过滤电路126可包括第二运算放大器U1B、第五电阻R190、第六电阻R191和第七电阻R192,第五电阻R190和第六电阻R191串联,第五电阻R190的另一端连接信号放大电路124,具体连接第四电阻R193。第六电阻R191的另一端连接第二运算放大器U1B的同相输入端,第二运算放大器U1B的反相输入端连接第二运算放大器U1B的输出端,第二运算放大器U1B的输出端通过第七电阻R192与控制装置130连接,具体可经端口ADC_Pressure与控制装置130连接。
信号过滤电路126还可包括电容C176、电容C178和电容C187。电容C176一端连接第六电阻R191与第二运算放大器U1B的公共端,另一端接地。电容C178一端连接第五电阻R190和第六电阻R191的公共端,另一端连接第二运算放大器U1B的输出端。电容C187一端连接第七电阻R192远离第二运算放大器U1B的一端,电容C187另一端接地。
第二运算放大器U1B可采用TLC2272ACDR芯片,本实施例中利用二阶有源滤波电路对信号放大电路124输出的信号进行滤波处理后传输至控制装置130,可进一步提高数据检测的准确度。
在其中一个实施例中,控制装置130计算得到第二检测数据后,还用于对第二检测数据进行滤波处理,得到压力数据;控制装置130记录压力数据等于最大压力阈值时对应的最大第一检测数据以及压力数据等于最小压力阈值时对应的最小第一检测数据,并根据最大第一检测数据和最小第一检测数据,对第一检测数据区间按一定间隔提取N个第一检测数据;对经鼻持续气道正压通气呼吸机分别输入N个第一检测数据对应的流量,控制装置130得到与N个第一检测数据对应的N个压力数据,建立N个压力数据与N个第一检测数据的对应关系表并输出。
本实施例中控制装置130对第一检测数据和第二检测数据进行滤波得到的压力数据,通过对第二检测数据进行滤波处理使滤波后得到的压力数据更稳定、精度高,控制装置130根据滤波后得到的压力数据得到压力发生器140的流量与气道压力之间的对应关系的校准更准确。
在其中一个实施例中,如图4所示,经鼻压力发生器自适应校准系统还包括校零装置180,校零装置180连接压力检测装置120和控制装置130,并与压力发生器140连通。控制装置130定时控制校零装置180对压力检测装置120进行校准,接收压力检测装置120发送的校准信号并计算得到校准数据。
控制装置130计算得到压力数据后,还用于根据校准数据分别对压力数据进行校准处理,得到压力校正数据;控制装置130记录压力校正数据等于最大压力阈值时对应的最大第一检测数据以及压力校正数据等于最小压力阈值时对应的最小第一检测数据,并根据最大第一检测数据和最小第一检测数据,对第一检测数据区间按一定间隔提取N个第一检测数据;控制装置130控制流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的流量为对应的N个第一检测数据,控制装置130得到与N个第一检测数据对应的N个压力校正数据,建立N个压力校正数据与N个第一检测数据的对应关系表并输出。
本实施例中还定时对压力检测装置120进行校准处理并计算得到校准数据。根据校准数据对压力数据进行校准处理得到对应的压力校正数据,然后根据压力校正数据得到N个压力校正数据与N个第一检测数据的对应关系表并输出。对压力数据进行校准,修正压力检测装置120温度漂移及零点漂移带来的影响,可提高数据监测精确度。进一步地,控制装置130还可将得到的压力校正数据与第一检测数据的N个对应关系表通过显示界面显示,以便医护人员观察。
在其中一个实施例中,如图5和图6所示,校零装置180包括校零阀182和校零控制电路184。
校零阀182用于对压力检测装置120进行零点信号校准,本实施例中校零阀182采用三通阀,属于2位3通型阀门,通过三通阀对传感器校零,能解决温漂、重复性等导致压力监测精度低、误差大的问题。
具体地,校零阀182包括采样端3、大气端1和输出端2,校零阀182的采样端3与呼吸管路170的气体输入端口连通,校零阀182的大气端1用于接入环境气体,环境气体具体指经鼻压力发生器自适应校准系统所处环境的气体,本实施例中大气端1接入大气,压力输入为0。校零阀182的输出端2连接压力检测装置120。
压力检测装置120正常工作,对压力发生器140的气道压力进行检测时,采样端3与输出端2连通,对压力检测装置120校零时,采样端3关闭,输出端2与大气端1连通,压力检测装置120根据接入的环境气体生成对应的校准信号发送至控制装置130。控制装置130根据校准信号计算得到校准数据后,同样也可对校准数据进行滤波处理,提高数据准确性。控制装置130可以是每半小时、一小时或两小时发送一次校零指令,校零指令可以是高电平也可以是低电平。
校零控制电路184连接校零阀182和控制装置130,控制装置130还用于定时发送校零指令至校零控制电路184;校零控制电路184在未接收到校零指令时控制校零阀182的采样端3与输出端2连通,在接收到校零指令时控制校零阀182的大气端1与输出端2连通。
在其中一个实施例中,校零控制电路184包括开关管Q17、第八电阻R1和第九电阻R2。开关管Q17的输入端通过连接端口SOLVALVE的管脚2与校零阀182连接,电源接入端POWER通过连接端口SOLVALVE的管脚1连接校零阀182。开关管Q17的控制端通过第九电阻R2连接开关管Q17的输出端,并通过第八电阻R1连接控制装置130,具体经端口CTRL_VALVE与控制装置130连接;开关管Q17的输出端接地。开关管Q17具体可以是三极管或MOS管,本实施例中开关管Q17为IRLML2502TRPBF型号的N沟道MOS管。
开关管Q17在其控制端为高电平时导通,在其控制端为低电平时关断。校零阀182根据开关管Q17的通断状态改变具体的连通状态。以校零指令为高电平为例,开关管Q17在其控制端接收到校零指令时导通,校零阀182的大气端1与输出端2连通,以便对压力检测装置120进行校准处理。开关管Q17在其控制端未接收到校零指令时关断,校零阀182的采样端3与输出端2连通,以便压力检测装置120对呼吸管路170内的气道压力进行检测。
此外,校零控制电路184还可包括二极管D1、电容C1、电容C2、电阻R3、电阻R4和电阻R5。二极管D1的阴极与连接端口SOLVALVE的管脚1连接,阳极与连接端口SOLVALVE的管脚2连接。电容C1一端与连接端口SOLVALVE的管脚1连接,另一端与连接端口SOLVALVE的管脚2连接。电阻R3和电阻R4串联且公共端通过电阻R5连接控制装置130,具体经端口TEST_VALVE与控制装置130连接。电阻R3的另一端与连接端口SOLVALVE的管脚2连接,电阻R4的另一端接地。电容C2一端连接电阻R5与控制装置130的公共端,另一端接地。
通过电阻R3和电阻R4对校零阀182的状态进行检测生成采样信号发送至控制装置130。控制装置130还可根据采样信号判断校零阀182是否出现异常,如当校零控制电路184控制校零阀182的采样端3与输出端2连通时,若根据采样信号判断采样端3与输出端2未连通或未完全连通,则判定校零阀182出现异常。控制装置130可输出提醒信息以告知监护人员及时进行检修,避免硬件故障对数据检测造成影响,提高经鼻压力发生器自适应校准系统的可靠性。
本发明还提供了一种经鼻压力发生器自适应校准方法,基于上述经鼻压力发生器自适应校准系统实现,用于使经鼻持续气道正压通气呼吸机的压力发生器能准确的控制输出气道压力。经鼻持续气道正压通气呼吸机将新鲜空气经呼吸管路传输至压力发生器,压力发生器对空气进行加压,输入至病人供病人呼吸。如图7所示,经鼻压力发生器自适应校准方法包括以下步骤:
S110:流量检测装置对经鼻持续气道正压通气呼吸机的输入的气体流量进行检测,获取检测信号并发送至控制装置。
S120:压力检测装置对压力发生器的输出压力进行检测,获取检测信号并发送至控制装置。
S130:控制装置接收流量检测装置发送的检测信号得到第一检测信号,接收压力检测装置发送的检测信号得到第二检测信号。
S140:控制装置对第一检测信号和第二检测信号进行模数转换得到第一检测数据和第二检测数据。
S150:控制装置记录第二检测数据等于最大压力阈值时对应的最大第一检测数据以及第二检测数据等于最小压力阈值时对应的最小第一检测数据。
S160:根据最大第一检测数据和最小第一检测数据,对第一检测数据区间按一定间隔提取N个第一检测数据。
S170:控制装置控制流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的流量为对应的N个第一检测数据,控制装置得到与N个第一检测数据对应的N个第二检测数据,建立N个第二检测数据与N个第一检测数据的对应关系表并输出。
以上步骤的具体实施方式在上述经鼻压力发生器自适应校准系统中进行了详细的解释说明,在此不再赘述。
上述经鼻压力发生器自适应校准方法,通过对压力发生器的流量与输出气道压力之间关系的自适应校准,解决了经鼻持续气道正压通气呼吸机气路分流设计和压力发生器的差异带来的影响,并校准过程无人为干预,校准数据可靠、稳定,为经鼻持续气道正压通气呼吸机实现全自动快速控制压力输出提供了参数数据;并无论使用什么样的压力发生器,只要使用前采用上述系统对压力发生器进行校准,就能得到流量和压力控制对应关系,根据对应关系就能快速的实现压力精确控制输出,从而降低了临床使用风险。
如图8所示,在其中一个实施例中,上述步骤S150包括以下步骤:
S152:控制装置对第二检测数据进行滤波处理,得到压力数据。
S154:控制装置记录压力数据等于最大压力阈值时对应的最大第一检测数据以及压力数据等于最小压力阈值时对应的最小第一检测数据。
上述步骤S170具体为:
控制装置控制流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的流量为对应的N个第一检测数据,控制装置得到与N个第一检测数据对应的N个压力数据,建立N个压力数据与N个第一检测数据的对应关系表并输出。
本实施例中通过对第二检测数据进行滤波处理使滤波后得到的压力数据更稳定、精度高,控制装置根据滤波后得到压力数据与第一检测数据的对应关系表,可提高对应关系的准确度。
进一步地,在其中一个实施例中,经鼻压力发生器自适应校准方法还包括步骤:
控制装置定时控制校零装置对压力检测装置进行校准,接收压力检测装置发送的校准信号并计算得到校准数据。
如图9所示,上述步骤S154包括步骤:
步骤S1542:控制装置根据校准数据对压力数据进行校准处理,得到压力校正数据。
步骤S1544:控制装置记录压力校正数据等于最大压力阈值时对应的最大第一检测数据以及压力校正数据等于最小压力阈值时对应的最小第一检测数据。
控制装置控制流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的流量为对应的N个第一检测数据,控制装置得到与N个第一检测数据对应的N个压力数据,建立N个压力数据与N个第一检测数据的对应关系表并输出的步骤具体为:
控制装置控制流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的流量为对应的N个第一检测数据,控制装置得到与N个第一检测数据对应的N个压力校正数据,建立N个压力校正数据与N个第一检测数据的对应关系表并输出。
本实施例中即是还定时对压力检测装置进行校准处理并计算得到校准数据。具体校准方式在上述经鼻压力发生器自适应校准系统中进行了详细的解释说明,在此不再赘述。
根据校准数据对压力数据进行校准处理得到对应的压力校正数据,然后根据压力校正数据得到压力校正数据与第一检测数据的对应关系表。对压力数据进行校准,修正压力检测装置温度漂移及零点漂移带来的影响,可提高数据监测精确度。
进一步地,上述控制装置控制流入经鼻持续气道正压通气呼吸机的流量为对应的N个第一检测数据,控制装置得到与N个第一检测数据对应的N个压力校正数据,建立N个压力校正数据与N个第一检测数据的对应关系表并输出的步骤之后,还可包括控制装置将得到的压力校正数据与第一检测数据的N个对应关系表通过显示界面显示的步骤,以便医护人员的观察。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。