主流式多種呼吸氣體濃度實(shí)時監(jiān)測裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于生物醫(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)時監(jiān)測 裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 臨床監(jiān)測過程中對人呼吸二氧化碳濃度實(shí)時監(jiān)測可以準(zhǔn)確掌握人體新陳代謝情 況，另外在手術(shù)過程中，對一氧化二氮和醚氛類麻醉氣體等麻醉氣體濃度實(shí)時監(jiān)測可以為 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)時監(jiān)測的設(shè)備主要通過抽取呼吸氣體到旁流式監(jiān)測模塊中進(jìn)行，因而存在延時和波形 失真。另外在濃度測量過程中，旁流式監(jiān)測利用電動機(jī)帶動濾光輪旋轉(zhuǎn)，使單通道傳感器在 不同時間接收不同波長的紅外信號。由于該種監(jiān)測方法存在機(jī)械振動，因而測量精度差且 難以小型化。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供一種主流式多種呼吸氣體濃度 實(shí)時監(jiān)測裝置，克服現(xiàn)有技術(shù)中旁流式多種呼吸氣體濃度監(jiān)測方法中存在延時失真，并且 測量精度差且難以小型化的問題。
[0004] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是：一種主流式呼吸多種氣體濃度實(shí)時監(jiān)測裝置，由上位 機(jī)、呼吸管道和監(jiān)測模塊組成，所述上位機(jī)為通用計算機(jī)或監(jiān)護(hù)儀，呼吸氣流從進(jìn)氣口進(jìn)入 管道，經(jīng)過出氣口流出，氣體通過監(jiān)測窗口組成的氣室，所述監(jiān)測模塊包括紅外光源和四通 道熱釋電傳感器，分別置于監(jiān)測窗口上，紅外光經(jīng)過氣室被呼吸氣體吸收，并最終被四通 道熱釋電傳感器監(jiān)測，四通道熱釋電傳感器的四個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)行測量；傳感器的輸出信號經(jīng)過濾波放大電路濾波放大后送入數(shù)據(jù)采集電路中進(jìn)行數(shù)據(jù) 采集，并通過串口電路將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)中進(jìn)行處理，在上位機(jī)上顯示出多種氣體 濃度的波形。
[0005] -種主流式呼吸多種氣體濃度實(shí)時監(jiān)測方法，包括如下步驟：
[0006] (1)首先對整個系統(tǒng)進(jìn)行一個上電預(yù)熱過程，預(yù)熱時間1分鐘；
[0007] (2)利用脈沖信號控制紅外光源亮滅，使四通道熱釋電傳感器輸出周期固定的調(diào) 制信號；
[0008] (3)對各個通道的波峰電壓或波谷電壓進(jìn)行采集；
[0009] (4)利用各個通道的波峰和波谷電壓差值獲取各個通道的交流分量，得到參考通 道交流分量V al^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V ani;
[0010] (5)利用校正方程對三個測量通道的測量數(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Dc= a n · Var+a12 · VaJa13 · Van+a14 · Vani; -氧化二氮通道調(diào)整后的數(shù) 值Dn = a 21 · V"+a22 · Ua23 · Van+a24 · Vani;醚氛類麻醉氣體通道調(diào)整后的數(shù)值D " = a31 · Val^a32 · VaJa33 · Van+a34 · Vam，其中Blj為通過標(biāo)定實(shí)驗確定的系數(shù)；
[0011] (6)利用標(biāo)定實(shí)驗獲取的系數(shù)和三階多項式分別求取不同氣體 的濃度，其中二氧化碳濃度
一氧化二氮濃度
醚氛類麻醉氣體濃度
[0012] 本實(shí)用新型的有益效果為：
[0013] (1)針對目前旁流式監(jiān)測存在延時失真和機(jī)械振動等問題，本實(shí)用新型采用直 接在病人呼吸管道進(jìn)行監(jiān)測的方式，并利用四通道熱釋電傳感器分別對：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)行測量。
[0014] (2)針對熱釋電傳感器對光強(qiáng)信號響應(yīng)弱的問題，本實(shí)用新型使用調(diào)制技術(shù)使傳 感器輸出周期固定的調(diào)制信號，便于通過帶通濾波放大電路改善信號信噪比。
[0015] (3)針對主流式監(jiān)測呼吸氣流強(qiáng)度變化會對濃度監(jiān)測造成干擾，本實(shí)用新型將各 通道的直流成分去除，僅保留交流成分。
[0016] (4)針對呼吸氣流中水蒸氣對氣體監(jiān)測造成干擾，以及不同監(jiān)測氣體之間也存在 相互干擾，本實(shí)用新型利用校正方程組對各通道交流分量進(jìn)行調(diào)整。
[0017] (5)針對元器件的非線性使傳感器輸出信號與理論計算之間存在明顯的偏差，本 實(shí)用新型利用三階多項式函數(shù)對調(diào)整后的交流分量進(jìn)行擬合，從而確定不同監(jiān)測氣體濃 度。
【附圖說明】
[0018] 圖1主流式多種呼吸氣體濃度實(shí)時監(jiān)測裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019] 圖2本實(shí)用新型多種呼吸氣體濃度監(jiān)測裝置使用方法流程圖；
[0020] 圖3主流式多種呼吸氣體濃度監(jiān)測裝置呼吸電路示意圖；
[0021] 其中：1、進(jìn)氣口；2、出氣口；3、氣室；4、四通道熱釋電傳感器；5、紅外光源。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0023] 本發(fā)明主流式多種呼吸氣體濃度監(jiān)測裝置由上位機(jī)、呼吸管道和監(jiān)測模塊組成。 上位機(jī)為通用計算機(jī)或監(jiān)護(hù)儀。呼吸管道如圖1所示，呼吸氣流從進(jìn)氣口 1進(jìn)入管道，經(jīng)過 出氣口 2流出，氣體通過監(jiān)測窗口組成的氣室3,紅外光源5和四通道熱釋電傳感器4分別 置于監(jiān)測窗口，紅外光經(jīng)過氣室被呼吸氣體吸收，并最終被四通道熱釋電傳感器監(jiān)測。監(jiān)測 模塊除了呼吸管道還包括呼吸電路，如圖3所示，主要有微控制器電路、放大電路以及串口 通信電路。傳感器的輸出信號經(jīng)過濾波放大電路濾波放大后送入數(shù)據(jù)采集電路中進(jìn)行數(shù)據(jù) 采集，并通過串口電路將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)中進(jìn)行處理，在上位機(jī)上顯示出多種氣體 濃度的波形。
[0024] 本實(shí)用新型的主流式多種呼吸氣體濃度監(jiān)測方法按如下過程獲取多種氣體濃度 波形：
[0025] (1)監(jiān)測模塊利用脈沖信號控制光源亮滅，使四通道傳感器輸出周期固定的調(diào)制 信號，該信號經(jīng)過帶通濾波放大后送入數(shù)據(jù)采集電路。
[0026] (2)當(dāng)調(diào)制信號達(dá)到波峰或波峰值時，數(shù)據(jù)采集電路開始對各個通道的波峰電壓 Vh或波谷電壓Vl進(jìn)行采集，并將采集的數(shù)據(jù)被送入到上位機(jī)。
[0027] (3)上位機(jī)利用波峰和波谷電壓差值獲取各個通道的交流分量：Va = (Vh-Vl)/2， 從而得到參考通道交流分量Var、二氧化碳通道交流分量Vac、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。
[0028] (4)利用校正方程對三個測量通道的測量數(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D c= a n · Var+a12 · VaJa13 · Van+a14 · Vani; -氧化二氮通道調(diào)整后的數(shù) 值Dn = a 21 · V"+a22 · Ua23 · Van+a24 · Vani;醚氛類麻醉氣體通道調(diào)整后的數(shù)值D " = a31 · Val^a32 · VaJa33 · Van+a34 · Va^其中aij為通過標(biāo)定實(shí)驗確定的系數(shù)。
[0029] (5)利用標(biāo)定實(shí)驗獲取的系數(shù)bij和三階多項式分別求取不同氣體 的濃度，其中二氧化碳濃度
一氧化二氮濃度
:醚氛類麻醉氣體濃度
[0030] 盡管上面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不 局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的 范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種主流式呼吸多種氣體濃度實(shí)時監(jiān)測裝置，由上位機(jī)、呼吸管道和監(jiān)測模塊組成， 其特征在于，所述上位機(jī)為通用計算機(jī)或監(jiān)護(hù)儀，呼吸氣流從進(jìn)氣口進(jìn)入管道，經(jīng)過出氣口 流出，氣體通過監(jiān)測窗口組成的氣室，所述監(jiān)測模塊包括紅外光源和四通道熱釋電傳感器， 分別置于監(jiān)測窗口上，紅外光經(jīng)過氣室被呼吸氣體吸收，并最終被四通道熱釋電傳感器監(jiān) 測，四通道熱釋電傳感器的四個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)行測量；傳感器的 輸出信號經(jīng)過濾波放大電路濾波放大后送入數(shù)據(jù)采集電路中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過串口電 路將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)中進(jìn)行處理，在上位機(jī)上顯示出多種氣體濃度的波形。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種主流式多種呼吸氣體濃度實(shí)時監(jiān)測裝置：由上位機(jī)、呼吸管道和監(jiān)測模塊組成，所述上位機(jī)為通用計算機(jī)或監(jiān)護(hù)儀，呼吸氣流從進(jìn)氣口進(jìn)入管道，經(jīng)過出氣口流出，氣體通過監(jiān)測窗口組成的氣室，所述監(jiān)測模塊包括紅外光源和四通道熱釋電傳感器，分別置于監(jiān)測窗口上，紅外光經(jīng)過氣室被呼吸氣體吸收，并最終被四通道熱釋電傳感器監(jiān)測；傳感器的輸出信號經(jīng)過濾波放大電路濾波放大后送入數(shù)據(jù)采集電路中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并通過串口電路將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機(jī)中進(jìn)行處理，在上位機(jī)上顯示出多種氣體濃度的波形。本實(shí)用新型能夠快捷、穩(wěn)定、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)多種呼吸氣體濃度的監(jiān)測。
【IPC分類】G01N21/3504, A61B5/08, A61B5/087, A61B5/091
【公開號】CN204995478
【申請?zhí)枴緾N201520717076
【發(fā)明人】楊嘉琛, 陳波波, 周建雄
【申請人】天津大學(xué)
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年9月15日