本發(fā)明屬于醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種醫(yī)用氣體的辨別裝置與辨別方法。

背景技術(shù)：

腹腔鏡手術(shù)是指利用腹腔鏡及其相關(guān)器械進(jìn)行的手術(shù)，是一門新發(fā)展起來的微創(chuàng)方法，也是未來手術(shù)方法發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。利用腹腔鏡對(duì)患者進(jìn)行手術(shù)治療時(shí)需要一個(gè)操作空間，通常使用腔鏡氣腹機(jī)連接中心供氣系統(tǒng)，在患者腹腔內(nèi)注入氣體，為醫(yī)生提供足夠的腹腔操作空間。二氧化碳?xì)怏w屬于一種無色無味、不助燃、不可燃的氣體，是目前建立氣腹的首選氣體。目前，醫(yī)院的中心供氣系統(tǒng)會(huì)有多個(gè)供氣通道，除了可以供應(yīng)二氧化碳?xì)怏w，還有氧氣、壓縮空氣等。腔鏡氣腹機(jī)并不能對(duì)醫(yī)用氣體進(jìn)行識(shí)別，如果醫(yī)務(wù)人員錯(cuò)誤的把腔鏡氣腹機(jī)與氧氣通道連接，醫(yī)務(wù)人員在使用電凝鉤或超聲刀等器械時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生火花，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生爆炸，造成不可挽回的損失。

另外，現(xiàn)有的氣體檢測(cè)方法，主要是對(duì)已知?dú)怏w的濃度進(jìn)行檢測(cè)，即利用兩個(gè)不同波長的光在相同氣體中的吸收比值，對(duì)氣體濃度進(jìn)行計(jì)算。但是，兩個(gè)不同波長光的光強(qiáng)很難一致，并且所使用的的光源具有一定的帶寬，不能杜絕兩個(gè)波長之間無交叉，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果存在較大誤差，影響了醫(yī)務(wù)人員的判斷，不利于手術(shù)治療。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不能對(duì)醫(yī)用氣體進(jìn)行辨別，并且氣體濃度測(cè)試誤差大的缺陷，提出一種醫(yī)用氣體的辨別裝置與辨別方法，防止在患者腹腔內(nèi)通入錯(cuò)誤的氣體，提高二氧化碳?xì)怏w濃度的測(cè)試準(zhǔn)確度，降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，提高手術(shù)安全性。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種醫(yī)用氣體的辨別裝置，包括檢測(cè)通道、參考通道、光纖激光器、1×2光纖耦合器、2個(gè)光纖準(zhǔn)直器、2個(gè)熱釋電探測(cè)器、數(shù)據(jù)處理電路；所述1×2光纖耦合器具有1個(gè)輸入端口、2個(gè)輸出端口；所述光纖準(zhǔn)直器具有輸入端口和輸出端口；所述熱釋電探測(cè)器具有激光入射端口和電流輸出端口；所述檢測(cè)通道焊接在參考通道上面，檢測(cè)通道兩端為開口設(shè)計(jì)，兩側(cè)對(duì)稱設(shè)計(jì)有通孔，在通孔處封裝有窄帶濾光片；所述參考通道兩端密封，兩側(cè)對(duì)稱設(shè)計(jì)有通孔，在通孔處封裝有窄帶濾光片，內(nèi)部抽真空；所述光纖準(zhǔn)直器中的一個(gè)通過該光纖準(zhǔn)直器的輸出端口安裝在檢測(cè)通道一側(cè)的通孔處，另一個(gè)光纖準(zhǔn)直器通過該光纖準(zhǔn)直器的輸出端口安裝在參考通道一側(cè)的通孔處；所述熱釋電探測(cè)器中的一個(gè)通過該熱釋電探測(cè)器的激光入射端口安裝在檢測(cè)通道另一側(cè)的通孔處，另一個(gè)熱釋電探測(cè)器通過該熱釋電探測(cè)器的激光入射端口安裝在參考通道另一側(cè)的通孔處；所述檢測(cè)通道上安裝的光纖準(zhǔn)直器的輸出端口與熱釋電探測(cè)器的激光入射端口對(duì)準(zhǔn)；所述參考通道上安裝的光纖準(zhǔn)直器的輸出端口與熱釋電探測(cè)器的激光入射端口對(duì)準(zhǔn)；所述熱釋電探測(cè)器的電流輸出端口焊接在數(shù)據(jù)處理電路上；所述光纖激光器安裝在數(shù)據(jù)處理電路上；所述1×2光纖耦合器的輸入端口與所述光纖激光器連接，2個(gè)輸出端口分別與2個(gè)光纖準(zhǔn)直器的輸入端口連接。

優(yōu)選地，所述檢測(cè)通道兩側(cè)通孔的距離與參考通道兩側(cè)通孔的距離相同，采用環(huán)氧樹脂把窄帶濾光片分別封裝在檢測(cè)通道和參考通道的通孔處。

優(yōu)選地，所述窄帶濾光片的中心波長是4.26μm，帶寬不大于200nm。

優(yōu)選地，所述光纖準(zhǔn)直器的工作波長是4.26μm，輸入端口具有FC/PC接口。

優(yōu)選地，所述1×2光纖耦合器的耦合比是50∶50，中心波長是4.26μm，輸入端口和輸出端口均具有FC/PC接頭。

優(yōu)選地，所述光纖激光器是脈沖激光器，輸出的激光中心波長是4.26μm，峰值功率不小于2μW。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理電路包括2個(gè)CMOS放大電路、2個(gè)二級(jí)放大電路、2個(gè)高速數(shù)據(jù)采集電路、E2PROM、DSP處理器、顯示器、電源。

優(yōu)選地，所述熱釋電探測(cè)器的電流輸出端通過引腳與CMOS放大電路連接。

本發(fā)明還提供一種如上所述醫(yī)用氣體辨別裝置的辨別方法，包括以下步驟：

步驟A：把醫(yī)用氣體辨別裝置的檢測(cè)通道與中心供氣系統(tǒng)的氧氣通道連接；

步驟B：啟動(dòng)醫(yī)用氣體辨別裝置，光纖激光器輸出脈沖激光，該脈沖激光通過1×2光纖耦合器變成峰值功率相同的兩束脈沖激光；一束脈沖激光作為檢測(cè)光束，經(jīng)檢測(cè)通道上的光纖準(zhǔn)直器之后變成平行光束，透過檢測(cè)通道一側(cè)的窄帶濾光片進(jìn)入檢測(cè)通道，被檢測(cè)通道中的氣體吸收之后，透過檢測(cè)通道另一側(cè)的窄帶濾光片入射到檢測(cè)通道上的熱釋電探測(cè)器中，熱釋電探測(cè)器產(chǎn)生與入射脈沖激光峰值功率成正比的電流信號(hào)；另一束脈沖激光作為參考光束，經(jīng)參考通道上的光纖準(zhǔn)直器之后變成平行光束，透過參考通道一側(cè)的窄帶濾光片進(jìn)入?yún)⒖纪ǖ?，在參考通道的真空中傳輸之后，透過參考通道另一側(cè)的窄帶濾光片入射到參考通道上的熱釋電探測(cè)器中，熱釋電探測(cè)器產(chǎn)生與入射脈沖激光峰值功率成正比的電流信號(hào)；兩個(gè)熱釋電探測(cè)器產(chǎn)生的電流信號(hào)分別經(jīng)過后續(xù)的電路處理，轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)，并在顯示器中同時(shí)顯示；

步驟C：等間隔改變中心供氣系統(tǒng)輸出氣體的濃度P_k(k＝1，2，…，n)，記錄不同氣體濃度時(shí)，檢測(cè)通道上熱釋電探測(cè)器產(chǎn)生的電壓信號(hào)V_i(i＝1，2，…，n)和參考通道上熱釋電探測(cè)器產(chǎn)生的電壓信號(hào)V_J(j＝1，2，…，n)，然后計(jì)算電壓V_i與電壓V_j的電壓比值R_k(k＝1，2，…，n)，其中n是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；

步驟D：計(jì)算電壓比值R_k(k＝1，2，…，n)的平均值R_a和區(qū)間半寬度α，則氧氣電壓比值的閾值R_t是R_a-α，并把該閾值R_t存入E2PROM；

步驟E：關(guān)閉中心供氣系統(tǒng)的氧氣通道，把醫(yī)用氣體辨別裝置的檢測(cè)通道與中心供氣系統(tǒng)的二氧化碳?xì)怏w通道連接，重復(fù)步驟B～C；

步驟F：采用非線性最小二乘法擬合二氧化碳?xì)怏w濃度P與二氧化碳?xì)怏w電壓比值R的線性關(guān)系：P＝a·R+b，并把該線性關(guān)系存入E2PROM，其中a、b是擬合系數(shù)；

步驟G：在使用醫(yī)用氣體的辨別裝置時(shí)，DSP處理器自動(dòng)計(jì)算檢測(cè)通道上熱釋電探測(cè)器輸出電壓與參考通道上熱釋電探測(cè)器輸出電壓的比值R₀，并把該比值與E2PROM中的閾值R_t進(jìn)行比較；若R₀大于等于R_t，則檢測(cè)通道通入的是氧氣，并在顯示器中顯示“氧氣”；若R₀小于R_t，則檢測(cè)通道通入的是二氧化碳?xì)怏w，并根據(jù)E2PROM中存入的二氧化碳?xì)怏w濃度與二氧化碳?xì)怏w電壓比值的線性關(guān)系，計(jì)算二氧化碳?xì)怏w的濃度：P＝a·R₀+b，并在顯示器中顯示“二氧化碳與濃度”。

優(yōu)選地，所述步驟D中氧氣電壓比值的平均值計(jì)算方法是：

氧氣電壓比值的區(qū)間半寬度計(jì)算方法是：

α＝(R_max-R_min)/2

式中R_max是氧氣電壓比值R_k(k＝1，2，…，n)的最大值，R_min是氧氣電壓比值R_k(k＝1，2，…，n)的最小值。

本發(fā)明所述的一種醫(yī)用氣體的辨別裝置與辨別方法，可以準(zhǔn)確辨別出中心供氣系統(tǒng)輸出的氧氣和二氧化碳，并且提高了二氧化碳?xì)怏w濃度的測(cè)試準(zhǔn)確度，降低了手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明檢測(cè)通道的兩個(gè)側(cè)面示意圖。

圖3是本發(fā)明參考通道的兩個(gè)側(cè)面示意圖。

圖4是本發(fā)明數(shù)據(jù)處理電路的模塊連接關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1～圖4所示，一種醫(yī)用氣體的辨別裝置，包括檢測(cè)通道1、參考通道2、光纖激光器3、1×2光纖耦合器4、光纖準(zhǔn)直器5、光纖準(zhǔn)直器6、熱釋電探測(cè)器7、熱釋電探測(cè)器8、數(shù)據(jù)處理電路9。

所述檢測(cè)通道1焊接在參考通道2上面，檢測(cè)通道1兩端11和12為開口設(shè)計(jì)，其中檢測(cè)通道1的端口11與中心供氣系統(tǒng)連接，另一端口12與腔鏡氣腹機(jī)連接；檢測(cè)通道1的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)計(jì)有通孔13和14，在通孔13和14處均封裝有窄帶濾光片15和16。所述參考通道2兩端21和22密封，兩側(cè)對(duì)稱設(shè)計(jì)有通孔23和24，在通孔23和24處均封裝有窄帶濾光片25和26，參考通道2的內(nèi)部抽真空，使脈沖激光在參考通道內(nèi)部無損耗的傳輸。此裝置通過在檢測(cè)通道1和參考通道2兩側(cè)設(shè)計(jì)通孔13、14、23、24，并封裝窄帶濾光片15、16、25、26，不僅可以讓檢測(cè)氣體的激光進(jìn)入檢測(cè)通道1和參考通道2，而且還可以防止環(huán)境中的氣體進(jìn)入檢測(cè)通道1和參考通道2，提高測(cè)試準(zhǔn)確度。

所述光纖激光器3是脈沖激光器，輸出的激光中心波長是4.26μm，峰值功率不小于2μW，安裝在數(shù)據(jù)處理電路9上。二氧化碳?xì)怏w對(duì)4.26μm激光具有較高的吸收率，吸收的光強(qiáng)與氣體濃度相關(guān)；氧氣則對(duì)4.26μm激光沒有吸收。因此，此裝置可以使用4.26μm激光對(duì)氧氣和二氧化碳進(jìn)行檢測(cè)。

所述1×2光纖耦合器4的耦合比是50∶50，中心波長是4.26μm，具有1個(gè)輸入端口、2個(gè)輸出端口，輸入端口和輸出端口均具有FC/PC接頭。所述光纖準(zhǔn)直器5和6的工作波長是4.26μm，具有輸入端口和輸出端口，輸入端口具有FC/PC接口。所述光纖準(zhǔn)直器6通過其輸出端口安裝在檢測(cè)通道1的通孔13處，另一個(gè)光纖準(zhǔn)直器5通過其輸出端口安裝在參考通道2的通孔23處。所述1×2光纖耦合器4的輸入端口與所述光纖激光器3連接，2個(gè)輸出端口分別與光纖準(zhǔn)直器5和6的輸入端口連接。本發(fā)明可以把光纖激光器3輸出的脈沖激光分成峰值功率相同的兩束脈沖激光，減小由于兩束激光功率不同引入的測(cè)量誤差，提高氣體測(cè)試準(zhǔn)確度。并且1×2光纖耦合器4、光纖準(zhǔn)直器5和6的工作波長與光纖激光器3輸出的激光中心波長匹配，方便激光傳輸。

所述數(shù)據(jù)處理電路9包括CMOS放大電路911和912、二級(jí)放大電路921和922、高速數(shù)據(jù)采集電路931和932、E2PROM 94、DSP處理器95、顯示器96、電源97。

所述熱釋電探測(cè)器7和8具有激光入射端和電流輸出端，電流輸出端通過引腳分別與CMOS放大電路911和912連接。所述熱釋電探測(cè)器7通過其激光入射端口安裝在檢測(cè)通道1的通孔14處，另一個(gè)熱釋電探測(cè)器8通過其激光入射端口安裝在參考通道2的通孔24處.所述檢測(cè)通道1上安裝的光纖準(zhǔn)直器6的輸出端口與熱釋電探測(cè)器7的激光入射端口對(duì)準(zhǔn)；所述參考通道2上安裝的光纖準(zhǔn)直器5的輸出端口與熱釋電探測(cè)器8的激光入射端口對(duì)準(zhǔn)。此裝置可以使脈沖激光垂直入射到熱釋電探測(cè)器7和8中，進(jìn)一步保證檢測(cè)通道1與參考通道2的光路相同，提高測(cè)試準(zhǔn)確度。

所述檢測(cè)通道1兩側(cè)通孔13和14的距離與參考通道2兩側(cè)通孔23和24的距離相同，則光纖激光器3輸出的脈沖激光經(jīng)1×2光纖耦合器4分成的兩束脈沖激光，在檢測(cè)通道1和參考通道2中傳輸?shù)木嚯x相同，提高氣體測(cè)試準(zhǔn)確度。采用環(huán)氧樹脂把窄帶濾光片15、16分別封裝在檢測(cè)通道1的通孔13、14處，把窄帶濾光片25、26分別封裝在參考通道2的通孔23、24處，降低了通孔13、14、23、24處的漏氣率，保證了氣體的測(cè)試準(zhǔn)確度。

所述窄帶濾光片15、16、25、26的中心波長是4.26μm，帶寬不大于200nm，減小了進(jìn)入檢測(cè)通道1和參考通道2的脈沖激光的波長帶寬，降低了室內(nèi)日光燈、環(huán)境輻射等其它波長的光對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

采用圖1所示的醫(yī)用氣體辨別裝置的辨別方法是：

步驟A：把醫(yī)用氣體辨別裝置的檢測(cè)通道1與中心供氣系統(tǒng)的氧氣通道連接；

步驟B：啟動(dòng)醫(yī)用氣體辨別裝置，光纖激光器3輸出脈沖激光，該脈沖激光通過1×2光纖耦合器4變成峰值功率相同的兩束脈沖激光；一束脈沖激光作為檢測(cè)光束，經(jīng)檢測(cè)通道1上的光纖準(zhǔn)直器6之后變成平行光束，透過檢測(cè)通道1一側(cè)的窄帶濾光片15進(jìn)入檢測(cè)通道1，被檢測(cè)通道1中的氣體吸收之后，透過檢測(cè)通道1另一側(cè)的窄帶濾光片16入射到檢測(cè)通道1上的熱釋電探測(cè)器7中，熱釋電探測(cè)器7產(chǎn)生與入射到熱釋電探測(cè)器7的脈沖激光峰值功率成正比的電流信號(hào)；另一束脈沖激光作為參考光束，經(jīng)參考通道2上的光纖準(zhǔn)直器5之后變成平行光束，透過參考通道2一側(cè)的窄帶濾光片25進(jìn)入?yún)⒖纪ǖ?，在參考通道2的真空中傳輸之后，透過參考通道2另一側(cè)的窄帶濾光片26入射到參考通道2上的熱釋電探測(cè)器8中，熱釋電探測(cè)器8產(chǎn)生與入射到熱釋電探測(cè)器8的脈沖激光峰值功率成正比的電流信號(hào)；兩個(gè)熱釋電探測(cè)器7和8產(chǎn)生的電流信號(hào)分別經(jīng)過后續(xù)的數(shù)據(jù)處理電路9處理，轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)，并在顯示器96中同時(shí)顯示；

步驟C：等間隔改變中心供氣系統(tǒng)輸出氣體的濃度P_k(k＝1，2，…，n)，記錄不同氣體濃度時(shí)，檢測(cè)通道1上熱釋電探測(cè)器7產(chǎn)生的電壓信號(hào)V_i(i＝1，2，…，n)和參考通道2上熱釋電探測(cè)器8產(chǎn)生的電壓信號(hào)V_j(j＝1，2，…，n)，然后計(jì)算電壓V_i與電壓V_j的電壓比值R_k(k＝1，2，…，n)，其中n是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)；

步驟D：計(jì)算電壓比值R_k(k＝1，2，…，n)的平均值R_a和區(qū)間半寬度α：

氧氣電壓比值的平均值計(jì)算方法是：

氧氣電壓比值的區(qū)間半寬度計(jì)算方法是：

α＝(R_max-R_min)/2

式中R_max是氧氣電壓比值R_k(k＝1，2，…，n)的最大值，R_min是氧氣電壓比值R_k(k＝1，2，…，n)的最小值。

則氧氣電壓比值的閾值R_t是R_a-α，并把該閾值R_t存入E2PROM 94；

步驟E：關(guān)閉中心供氣系統(tǒng)的氧氣通道，把醫(yī)用氣體辨別裝置的檢測(cè)通道1與中心供氣系統(tǒng)的二氧化碳?xì)怏w通道連接，重復(fù)步驟B～C；

步驟F：采用非線性最小二乘法擬合二氧化碳?xì)怏w濃度P與二氧化碳?xì)怏w電壓比值R的線性關(guān)系：P＝a·R+b，并把該線性關(guān)系存入E2PROM 94，其中a、b是擬合系數(shù)；

步驟G：在使用醫(yī)用氣體的辨別裝置時(shí)，DSP處理器95自動(dòng)計(jì)算檢測(cè)通道1上熱釋電探測(cè)器7輸出電壓與參考通道2上熱釋電探測(cè)器8輸出電壓的比值R₀，并把該比值與E2PROM 94中的閾值R_t進(jìn)行比較；若R₀大于等于R_t，則檢測(cè)通道1通入的是氧氣，并在顯示器96中顯示“氧氣”；若R₀小于R_t，則檢測(cè)通道1通入的是二氧化碳?xì)怏w，并根據(jù)E2PROM 94中存入的二氧化碳?xì)怏w濃度與二氧化碳?xì)怏w電壓比值的線性關(guān)系，計(jì)算二氧化碳?xì)怏w的濃度：P＝a·R₀+b，并在顯示器96中顯示“二氧化碳與濃度”。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。