專利名稱：一種脈沖供氧時探測呼吸狀態的方法
技術領域：
本發明屬于氧氣供應領域，涉及脈沖供氧時探測呼吸狀態的方法。
背景技術：
脈沖供氧是近年開展的一種新的供氧方法，它可以實現吸氣期自動 送氧，呼氣期自動停止送氧。首先脈沖吸氧僅在病人的吸氣初期噴氧， 絕不會發生病人呼氣時鼻導管供氧的"對沖現象"。其次，脈沖吸氧保證 了病人吸氧末期不再吸入無效的干燥氣體，供氧時不再需要施加濕化瓶， 保護了呼吸道，病人不易招致感染。
但是，在以往的脈沖供氧技術中始終存在一些技術缺陷，即呼吸狀 態探測的準確度問題。如何能夠更準確的探測出呼吸狀態，保證使用者 在每次呼吸時都能得到氧氣，而且避免出現漏噴(使用者吸氣時未提供 氧氣)或連噴(在一次呼吸周期里多次提供氧氣)現象，是供氧技術需 要解決的首要問題。
在實際的呼吸探測中，需要考慮以下幾個問題或環節
(1) 如何判斷是吸氣狀態還是呼氣狀態。
(2) 如何消除漏噴或連噴現象。
(3) 噴出氧氣后的滯后探測時間在每次為吸氣提供氧氣結束后，呼吸 探測要關閉一段時間，目的是避免由呼氣造成的壓差波動而錯誤的噴出 氧氣，從而減少氧量的浪費。
發明內容
本發明的目的為了能夠更準確的探測出呼吸狀態，保證使用者在每 次呼吸時都能得到氧氣，而且避免出現漏噴(使用者吸氣時未提供氧氣) 或連噴(在一次呼吸周期里多次提供氧氣)現象。人體呼吸壓力變化波形如圖2所示。從圖2中可以看出，每次吸氣 時壓力呈一種負壓狀態，即在水平基準壓之下；而呼氣時壓力則呈現一 種正壓狀態，即在水平基準壓之上。吸氣時的壓力幅度變化要低于呼氣 時的壓力幅度變化，而且一個呼吸周期內吸氣時間要短于呼氣時間，一 個呼吸周期大約持續2-4秒。
不同人群的呼吸壓力變化幅度不同，整體特征如下男性呼吸正負 壓變化幅度大于女性呼吸正負壓變化幅度；年輕者呼吸正負壓變化幅度 大于年老者呼吸正負壓變化幅度；正常人呼吸正負壓變化幅度大于病患 者呼吸正負壓變化幅度。
本發明方法的呼吸探測原理基于呼吸生理學。不同性別，年齡，身 體狀況的人呼吸的頻率以及幅度是不同的，為了更好的探測呼吸狀態， 必須要研究不同人群的呼吸波形，從中找到適合所有人群的供氧控制方 法。
一種脈沖供氧時探測呼吸狀態的方法。通過壓力傳感器探測呼吸壓 力，采用三點壓力探測法判斷呼吸狀態，同時將壓力探測滯后法和呼吸 經驗判斷法作為輔助方法進行校正，提高判斷呼吸狀態的準確性。供氧 頻率完全由呼吸者決定，消除了氧氣的漏噴、連噴現象。
三點壓力探測法是壓力傳感器每隔一定時間探測一次呼吸壓力， 主控芯片將記錄壓力傳感器探測到的壓力值。按探測時間先后排序，設 最近探測到的三個壓力值分別為P1， P2， P3，其中P3為最新探測的壓 力數據。當三個時間點的壓力值滿足P1>P2>P3即曲線斜率為負時，判 定為吸氣待定狀態。從圖2上可以明顯看出， 一個呼吸周期內曲線斜率為負值的情況出現了兩次，分別為吸氣過程初期以及呼氣過程末期。為
了區別吸氣狀態和非吸氣狀態，當滿足P^P2〉P3條件時，附加判斷P1， P2， P3是否低于基準壓力P0，若三點壓力值均低于PO，則認為呼吸過 程處于吸氣狀態；若三點中任有一點壓力值高于PO，則認為呼吸過程處 于非吸氣狀態。
本發明硬件電路部分包括壓力傳感器1探測電路，信號放大電路2， 模數轉換3，穩壓電路4，報警電路6以及主控芯片5。根據圖l，壓力 傳感器1輸出的電壓信號通過一個比例放大電路2進行信號放大，將放 大后的電壓信號傳給主控芯片5的模數轉換3端口，經模數轉換送入主 控芯片5，主控芯片5通過呼吸狀態探測方法判斷呼吸狀態。由于需要 高精度的呼吸探測信號，所以呼吸探測信號所進行的模數轉換需求的參 考電壓需要高度穩定。本發明通過一個高度穩壓電路4為模數轉換提供 了高精度的參考電壓，從而消除了因參考電壓抖動而帶來的誤判現象。
在實際呼吸時，由于壓力傳感器靈敏度有限，而且呼吸管連接可能 會松動，漏氣，傳感器可能長時間無法探測到使用者的呼吸狀態。 一旦 出現上面的情況，提供氧氣的閥門將不會打開，呼吸者將無法吸入氧氣。 基于以上情況，本發明增加了一個報警電路，當壓力傳感器長時間沒有 探測到呼吸信號時，蜂鳴器將會自動報警。
為了避免呼氣造成的壓差波動而錯誤地噴出氧氣，本發明在每次呼吸 供氧結束后壓力傳感器都要關閉一段時間。由于每個呼吸周期只有在吸 氣最早期提供的氧氣可以被人體最佳吸收利用，所以本發明方法在一個 吸氣過程中提供一次氧氣，避免了氧氣的浪費。所以本發明提供了另一個附加判斷方法——壓力滯后探測方法每次供氧結束后壓力傳感器1 將關閉一段時間。當傳感器重新開啟后，將新采集的壓力值與基準值進 行比較，如果新采集壓力值高于基準值則認為吸氣已經結束可以進行下 次呼吸判斷；若低于基準值，則認為仍為吸氣狀態，傳感器將會繼續關
閉一段時間。通過此判斷方法，可以有效的消除連噴現象，大幅提高了 供氧的穩定性，節約用氧。
本發明還包括一個呼吸經驗判定方法。在使用者以一定較穩定的頻率 呼吸一段時間后，記錄下使用者穩定的呼吸頻率，在使用者以較穩定的 頻率進行呼吸一定時間后，經驗模式將被啟用。程序會根據使用者之前 的吸氣時間間隔來進行判斷， 一旦兩次吸氣時間間隔與之前間隔明顯有 差別時，主控芯片會按照以往頻率進行供氧。當長時間出現使用者呼吸 頻率與以往頻率不符時，舊的頻率將會被新的穩定頻率所取代，從而保 證正常供氧。
本發明為自動報警電路提供了一種呼吸探測報警方法當使用者的 呼吸壓力長時間沒有被傳感器探測到時，即壓力傳感器探測壓力長時間 處于一個定值，此時蜂鳴器將會報警，以便使用者查找原因及時做出處 理。
圖1是一種脈沖供氧時探測呼吸狀態的方法的電路框圖； 圖2是人體呼吸壓力波形示意圖； 圖3是三點壓力探測法軟件流程圖； 圖4是壓力滯后探測法軟件流程圖
具體實施例方式
本發明通過壓力傳感器探測使用者的呼吸壓力，當使用者呼吸時， 管內的壓力會發生變化，吸氣時壓力傳感器探測到負壓，呼氣時壓力傳 感器探測到正壓。壓力傳感器的壓力信號以電壓形式從管腳輸出，電壓 的變化對應著呼吸壓力的變化。
根據圖l，本發明硬件電路部分包括壓力傳感器l探測電路，信號
放大電路2，模數轉換3，穩壓電路4，報警電路6以及主控芯片5;
考慮到測量精度，壓力傳感器1輸出的信號通過比例放大電路2進 行信號放大，將放大后的電壓信號傳給主控芯片5的模數轉換3端口， 經模數轉換送入主控芯片5，主控芯片5通過呼吸狀態探測方法判斷呼 吸狀態。
由于需要高精度的呼吸探測信號，所以呼吸探測信號所進行的模數 轉換需求的參考電壓需要高度穩定。本發明通過一個高度穩壓電路4為 模數轉換提供了高精度的參考電壓，從而消除了因參考電壓抖動而帶來 的誤判斷現象。
硬件電路中還增加了一個報警電路6，當壓力傳感器長時間沒有探測
到呼吸信號時，蜂鳴器將會自動報警。
圖3、圖4分別為三點壓力探測法和壓力滯后探測法的框圖。
權利要求
1. 一種脈沖供氧時探測呼吸狀態的方法，其特征是通過壓力傳感器探測呼吸壓力，采用三點壓力探測法判斷呼吸狀態，同時將壓力探測滯后法和呼吸經驗判斷法作為輔助方法進行校正，提高判斷呼吸狀態的準確性；三點壓力探測法是壓力傳感器每隔一定時間探測一次呼吸壓力，主控芯片將記錄壓力傳感器探測到的壓力值；按探測時間先后排序，設最近探測到的三個壓力值分別為P1，P2，P3，其中P3為最新探測的壓力數據，當三個時間點的壓力值滿足P1>P2>P3即曲線斜率為負時，判定為吸氣待定狀態；吸氣過程初期以及呼氣過程末期；為了區別吸氣狀態和非吸氣狀態，當滿足P1>P2>P3條件時，附加判斷P1，P2，P3是否低于基準壓力P0，若三點壓力值均低于P0，則認為呼吸過程處于吸氣狀態；若三點中任有一點壓力值高于P0，則認為呼吸過程處于非吸氣狀態。
2. 如權利要求1所述一種脈沖供氧時探測呼吸狀態的方法，其特征 是每次呼吸供氧結束后壓力傳感器都要關閉一段時間，在一個吸氣過程 中提供一次氧氣；作為另一個附加判斷方法——壓力滯后探測方法每 次供氧結束后壓力傳感器將關閉一段時間。當傳感器重新開啟后，將新 采集的壓力值與基準值進行比較，如果新采集壓力值高于基準值則認為 吸氣已經結束進行下次呼吸判斷；若低于基準值，則認為仍為吸氣狀態， 傳感器將會繼續關閉一段時間。
3. 如權利要求1所述一種脈沖供氧時探測呼吸狀態的方法，其特征 是呼吸經驗判定方法是指在使用者以穩定的頻率呼吸一段時間后，記、 錄下使用者穩定的呼吸頻率，在使用者以穩定的頻率進行呼吸一定時間 后，經驗模式將被啟用；程序會根據使用者之前的吸氣時間間隔來進行 判斷， 一旦兩次吸氣時間間隔與之前間隔明顯有差別時，主控芯片會按 照以往頻率進行供氧；當長時間出現使用者呼吸頻率與以往頻率不符時，舊的頻率將會被新的穩定頻率所取代，從而保證正常供氧。
4. 如權利要求1所述一種脈沖供氧時探測呼吸狀態的方法，其特征是硬件電路部分包括壓力傳感器(1)、信號放大電路(2)、模數轉換(3)、穩壓電路(4)以及主控芯片(5);壓力傳感器(1)輸出的電壓 信號通過一個信號放大電路(2)進行信號放大，將放大后的電壓信號傳 給主控芯片(5)的模數轉換(3)端口，經模數轉換送入主控芯片(5)， 主控芯片(5)通過呼吸狀態探測方法判斷呼吸狀態；通過一個高度穩壓 電路(4)為模數轉換提供了高精度的參考電壓，從而消除了因參考電壓 抖動而帶來的誤判現象。
5. 如權利要求4所述一種脈沖供氧時探測呼吸狀態的方法，其特征 是硬件電路部分增加了一個報警電路(6)，當壓力傳感器長時間沒有探 測到呼吸信號時，蜂鳴器將會自動報警。
全文摘要
本發明屬于氧氣供應領域，涉及一種脈沖供氧時探測呼吸狀態的方法。其特征是通過壓力傳感器探測呼吸壓力，采用三點壓力探測法判斷呼吸狀態，同時將壓力探測滯后法和呼吸經驗判斷法作為輔助方法進行校正，提高判斷呼吸狀態的準確性。本發明壓力傳感器輸出的電壓信號通過一個信號放大電路進行信號放大，將放大后的電壓信號傳給主控芯片的模數轉換端口，經模數轉換送入主控芯片，主控芯片通過呼吸狀態探測方法判斷呼吸狀態；通過一個高度穩壓電路為模數轉換提供了高精度的參考電壓，從而消除了因參考電壓抖動而帶來的誤判現象，提高判斷呼吸狀態的準確性，供氧頻率完全由呼吸者決定，消除了氧氣的漏噴、連噴現象。
文檔編號A61M16/00GK101543655SQ200910082790
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月29日 優先權日2009年4月29日
發明者侯慶文, 劉應書, 劉文海, 輝 張, 曹永正, 李永玲, 林征宇, 鑫 金, 斌 錢 申請人:江蘇萬泰科技股份有限公司;北京科技大學