一种同步测量呼吸气体流量和含量的肺功能仪及方法技术

本发明专利技术涉及一种同步测量呼吸气体流量和含量的肺功能仪及方法，装置包括：双功能传感器单元、内部信号传输单元、数据处理单元和软件单元、数据存储单元、用户界面单元、打印单元、外部信号传输单元、电源单元。方法包括：运用双功能传感器单元测量顺流传播时间Tf、逆流传播时间Tb、以及实时红外辐射强度信号；利用数据处理单元和软件单元计算呼吸气体的流量、实时二氧化碳的含量C，以图形实时显示在用户界面上、以及输出测试报告。本发明专利技术方法在同一个集成传感器中实施同步地测量肺功能的通气功能和换气功能，极大提高诊断效率，通过无线数据传输实现在远程医疗中的应用。

A lung function instrument and method for simultaneous measurement of respiratory gas flow and content

The invention relates to a lung function instrument and method for measuring the flow and content of breathing gas synchronously. The device comprises a dual function sensor unit, an internal signal transmission unit, a data processing unit and a software unit, a data storage unit, a user interface unit, a printing unit, an external signal transmission unit, and a power unit. The methods include: using the dual function sensor unit to measure the flow time Tf, the counter current propagation time Tb, and the real-time infrared radiation intensity signal. The data processing unit and software unit are used to calculate the flow of breathing gas and the content of real time carbon dioxide in real time, which is displayed on the user interface in real time, and the output test newspaper is displayed in real time. Tell me. The method is used in the same integrated sensor to synchronously measure the ventilation function and ventilation function of the lung function, greatly improve the diagnostic efficiency, and realize the application in telemedicine through wireless data transmission.

【技术实现步骤摘要】
一种同步测量呼吸气体流量和含量的肺功能仪及方法
本专利技术涉及呼吸气体流量及成份测量领域，具体的说是一种同步测量呼吸气体流量和含量的肺功能仪及方法。
技术介绍
肺功能检查包括通气功能、换气功能、呼吸调节功能及肺循环功能等。呼吸流量测量被广泛应用在肺功能检查领域。基本肺功能检查是一种物理检查方法，通过简单呼吸流量测量可以得到一些基本肺功能参数如：容量指标，通气指标，气道阻力等通气功能指标。可以筛查常见慢性肺部疾病如：肺气肿，哮喘、慢性阻塞性肺疾病。这种测量只能检查通气功能。大部分肺功能仪流量测量是采用涡轮，热线或压差传感器进行测量，精度，可靠性，稳定和重复性，安全性，使用成本都不能满足临床对肺功能检查仪器性能的要求。超声气体流量测量技术则可克服如上缺点：(1)精度高；(2)无移动部件，可靠长寿；(3)流量测量结果受环境参数如气体组分，压力，温度，湿度影响小，重复性好；(4)稳定性好，免去经常校对的麻烦；(5)容易消毒避免交叉感染。对换气功能检查所需测量的弥散功能指标则必须使用复杂昂贵的具有弥散测试功能的专用仪器。这就限制了换气功能检查的广泛应用。市场急需一种可供先进的更多组合功能的肺功能仪使用的传感技术：能方便，可靠和低成本的可同时测量流量和主要气体成分的传感器。借助于这种传感技术所建立的肺功能仪使在一次检查中同时得到通气功能、换气功能数据成为可能，极大提高筛查和诊断效率，降低医患成本。中红外吸收测量呼末二氧化碳(ETCO2)目前已广泛应用于急症领域如：(1)麻醉机和呼吸机的安全应用；(2)各类呼吸功能不全；(3)心肺复苏；(4)严重休克；(5)心力衰竭和肺梗死；(6)确定全麻气管内插管的位置。除此之外ETCO2的实时检测性能和取得的非常有价值的参数可实现快速，准确，安全，无创的换气功能的检查，结合通气功能检查，对于门诊诊断提供了更先进，准确和快速的工具。但目前尚无此类门诊仪器和应用。鉴于超声呼吸流量测量和ETCO2都属于非侵入形式实时精确测量手段并分别提供最有诊断参考价值的通气功能、换气功能的信息，二者有机结合则可开辟全新的诊断研究领域和实用方法。由于呼吸通气和换气是在呼吸循环中同步和相继发生的，两者时间关联性极强，信息丰富。深入研究带有时间相关的信息可预期推断出比单独使用任何一种方法更多和可靠的诊断信息。同时这对于传感器提出了更高的要求：(1)两种传感器必须在同一装置内；(2)测量数据采样必须时间高分辨；(3)测量数据采样必须同时发生，互不干扰；(4)采集到的数据必须实时处理；(5)处理后的两组实时数据必须以固定和最小的时间差以最简单方式向中心处理部分传输给肺功能仪。肺功能仪必须具备这种同步信号的处理，显示和数据判断，辅助诊断能力。目前尚无个人，机构或公司有能同时满足以上要求的技术或产品出现。本专利技术提供了有效的解决方案和方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术主要是解决现有的仅使用单功能传感器的肺功能仪所存在的无法在同一次检查中进行呼吸通气和换气功能的测试的技术障碍：提供了一个通过集成的双功能传感器，实时同步信息采集与处理、传输，来实现完成此项功能的解决方案和方法。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种同步测量呼吸气体流量和含量的肺功能仪及方法。一种同步测量呼吸气体流量和含量的肺功能仪，包括：双功能传感器单元，连接内部信号传输单元；内部包括超声流量传感器子单元、中红外呼吸末二氧化碳传感器子单元；用于测量顺流传播时间Tf、逆流传播时间Tb、实时采集呼吸末二氧化碳红外辐射强度信号，并输出给内部信号传输单元；内部信号传输单元，连接数据处理单元和软件单元，用于转发其接收的信号和数据给数据处理单元和软件单元；数据处理单元和软件单元，连接双功能传感器单元，用于驱动和控制双功能传感器单元工作、接收双功能传感器单元输出的信号和数据；还用于运用接收的顺流传播时间Tf和逆流传播时间Tb计算呼吸气体的容量、以及根据接收的红外辐射强度信号计算实时二氧化碳的含量C；再将呼吸气体的容量、以及实时二氧化碳的含量C输出给数据存储单元进行保存；数据存储单元，连接数据处理单元和软件单元，用于保存应用程序、数据库形式的患者及诊断数据、测试报告；用户界面单元，为触摸屏，连接数据处理单元和软件单元；用于显示曲线、数值、表格信息、以及通过相应的触摸屏操作实现用户信息录入、用户信息查询、启动肺功能检查、存储检查数据功能；打印单元，连接数据处理单元和软件单元，用于输出纸质报告；外部信号传输单元，连接数据处理单元和软件单元，采用时间区交错编码打包方法，将数据存储单元保存的呼吸气体的流量、以及实时二氧化碳的含量C给肺功能仪主机或因特网数据中心；电源单元，连接上述单元，用于为上述单元提供工作电源。所述超声流量传感器子单元，包括：被测气体测量通道，用于引导被测呼吸气体；两个超声传感器，斜向置于测量气流通道的两端，之间距离为Lu，且超声传感器的轴线与被测气体测量通道的轴线夹角为θ，用于发射超声波信号、接收超声波回波信号；所述两个超声传感器交替发射和接收超声波信号；功率驱动单元，连接数据处理单元和软件单元、两个超声传感器、计时单元；用于在数据处理单元和软件单元的控制下，交替控制两个超声传感器发射或者接收超生波信号，同时输出脉冲信号驱动计时单元工作；信号初步调理单元，连接两个超声传感器；对超声传感器输出的超声信号进行滤波、整形和平均处理，然后输出给电平甄别单元；电平甄别单元，连接信号调理单元；对信号调理单元输出的信号进行域值检测，当信号达到预设阈值时触发计时模块停止计时；计时单元，连接电平甄别单元；用于记录超声脉冲顺流传播时间Tf和逆流传播时间Tb，并输出给接口单元；接口单元，连接数据处理单元和软件单元、计时单元；用于输出顺流传播时间Tf和逆流传播时间Tb给数据处理单元和软件单元。所述中红外呼吸末二氧化碳传感器子单元，包括：中红外发射器，开孔安装固定于被测气体测量通道外壁，且其发射窗口面暴露在呼吸气体中；用于向被测气体发射脉冲调制的红外辐射信号；红外探测器，开孔安装固定于被测气体测量通道外壁，且其接收窗口面暴露在呼吸气体中，并与中红外发射器相对放置；用于实时采集被测气体中的红外辐射强度信号；功率驱动单元，连接数据处理单元和软件单元、中红外发射器、锁相放大模块；用于在数据处理单元和软件单元的控制下，发射脉冲信号驱动中红外发射器工作，同时输出同步控制信号给锁相放大单元；锁相放大单元，连接红外探测器；用于对接收的红外辐射强度信号进行放大处理；信号初步调理单元，连接锁相放大单元；用于对红外辐射强度放大信号进行积分和平均处理，然后输出给电平甄别单元；电平甄别单元，连接信号初步调理单元；用于对接收的信号进行电平检测，然后定时输出实时红外辐射强度信号给接口单元；接口单元，连接数据处理单元和软件单元；用于转发实时红外辐射强度信号给数据处理单元和软件单元。所述双功能传感器单元中还包括环境条件测试单元；所述环境条件测试单元包括：温度传感器，压力传感器，湿度传感器；所述每个传感器内部都有驱动与信号调理单元；用于采集、调理温度信号、压力信号、湿度信号并送往数据处理单元和软件单元中的中心处理单元，所述调理包括放大、滤波、零点稳定。所述数据处理单元和软件本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种同步测量呼吸气体流量和含量的肺功能仪，其特征在于，包括：双功能传感器单元，连接内部信号传输单元；内部包括超声流量传感器子单元、中红外呼吸末二氧化碳传感器子单元；用于测量顺流传播时间Tf、逆流传播时间Tb、实时采集呼吸末二氧化碳红外辐射强度信号，并输出给内部信号传输单元；内部信号传输单元，连接数据处理单元和软件单元，用于转发其接收的信号和数据给数据处理单元和软件单元；数据处理单元和软件单元，连接双功能传感器单元，用于驱动和控制双功能传感器单元工作、接收双功能传感器单元输出的信号和数据；还用于运用接收的顺流传播时间Tf和逆流传播时间Tb计算呼吸气体的容量、以及根据接收的红外辐射强度信号计算实时二氧化碳的含量C；再将呼吸气体的容量、以及实时二氧化碳的含量C输出给数据存储单元进行保存；数据存储单元，连接数据处理单元和软件单元，用于保存应用程序、数据库形式的患者及诊断数据、测试报告；用户界面单元，为触摸屏，连接数据处理单元和软件单元；用于显示曲线、数值、表格信息、以及通过相应的触摸屏操作实现用户信息录入、用户信息查询、启动肺功能检查、存储检查数据功能；打印单元，连接数据处理单元和软件单元，用于输出纸质报告；外部信号传输单元，连接数据处理单元和软件单元，采用时间区交错编码打包方法，将数据存储单元保存的呼吸气体的流量、以及实时二氧化碳的含量C给肺功能仪主机或因特网数据中心；电源单元，连接上述单元，用于为上述单元提供工作电源。...

【技术特征摘要】
1.一种同步测量呼吸气体流量和含量的肺功能仪，其特征在于，包括：双功能传感器单元，连接内部信号传输单元；内部包括超声流量传感器子单元、中红外呼吸末二氧化碳传感器子单元；用于测量顺流传播时间Tf、逆流传播时间Tb、实时采集呼吸末二氧化碳红外辐射强度信号，并输出给内部信号传输单元；内部信号传输单元，连接数据处理单元和软件单元，用于转发其接收的信号和数据给数据处理单元和软件单元；数据处理单元和软件单元，连接双功能传感器单元，用于驱动和控制双功能传感器单元工作、接收双功能传感器单元输出的信号和数据；还用于运用接收的顺流传播时间Tf和逆流传播时间Tb计算呼吸气体的容量、以及根据接收的红外辐射强度信号计算实时二氧化碳的含量C；再将呼吸气体的容量、以及实时二氧化碳的含量C输出给数据存储单元进行保存；数据存储单元，连接数据处理单元和软件单元，用于保存应用程序、数据库形式的患者及诊断数据、测试报告；用户界面单元，为触摸屏，连接数据处理单元和软件单元；用于显示曲线、数值、表格信息、以及通过相应的触摸屏操作实现用户信息录入、用户信息查询、启动肺功能检查、存储检查数据功能；打印单元，连接数据处理单元和软件单元，用于输出纸质报告；外部信号传输单元，连接数据处理单元和软件单元，采用时间区交错编码打包方法，将数据存储单元保存的呼吸气体的流量、以及实时二氧化碳的含量C给肺功能仪主机或因特网数据中心；电源单元，连接上述单元，用于为上述单元提供工作电源。2.根据权利要求1所述的一种同步测量呼吸气体流量和含量的肺功能仪，其特征在于，所述超声流量传感器子单元，包括：被测气体测量通道，用于引导被测呼吸气体；两个超声传感器，斜向置于测量气流通道的两端，之间距离为Lu，且超声传感器的轴线与被测气体测量通道的轴线夹角为θ，用于发射超声波信号、接收超声波回波信号；所述两个超声传感器交替发射和接收超声波信号；功率驱动单元，连接数据处理单元和软件单元、两个超声传感器、计时单元；用于在数据处理单元和软件单元的控制下，交替控制两个超声传感器发射或者接收超生波信号，同时输出脉冲信号驱动计时单元工作；信号初步调理单元，连接两个超声传感器；对超声传感器输出的超声信号进行滤波、整形和平均处理，然后输出给电平甄别单元；电平甄别单元，连接信号调理单元；对信号调理单元输出的信号进行域值检测，当信号达到预设阈值时触发计时模块停止计时；计时单元，连接电平甄别单元；用于记录超声脉冲顺流传播时间Tf和逆流传播时间Tb，并输出给接口单元；接口单元，连接数据处理单元和软件单元、计时单元；用于输出顺流传播时间Tf和逆流传播时间Tb给数据处理单元和软件单元。3.根据权利要求1所述的一种同步测量呼吸气体流量和含量的肺功能仪，其特征在于，所述中红外呼吸末二氧化碳传感器子单元，包括：中红外发射器，开孔安装固定于被测气体测量通道外壁，且其发射窗口面暴露在呼吸气体中；用于向被测气体发射脉冲调制的红外辐射信号；红外探测器，开孔安装固定于被测气体测量通道外壁，且其接收窗口面暴露在呼吸气体中，并与中红外发射器相对放置；用于实时采集被测气体中的红外辐射强度信号；功率驱动单元，连接数据处理单元和软件单元、中红外发射器、锁相放大模块；用于在数据处理单元和软件单元的控制下，发射脉冲信号驱动中红外发射器工作，同时输出同步控制信号给锁相放大单元；锁相放大单元，连接红外探测器；用于对接收的红外辐射强度信号进行放大处理；信号初步调理单元，连接锁相放大单元；用于对红外辐射强度放大信号进行积分和平均处理，然后输出给电平甄别单元；电平甄别单元，连接信号初步调理单元；用于对接收的信号进行电平检测，然后定时输出实时红外辐射强度信号给接口单元；接口单元，连接数据处理单元和软件单元；用于转发实时红外辐射强度信号给数据处理单元和软件单元。4.根据权利要求1所述的一种同步测量呼吸气体流量和含量的肺功能仪，其特征在于，所述双功能传感器单元中还包括环境条件测试单元；...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄勇，张玉谦，傅佳萍，边宏亮，龙峰，舒文秀，马绍嘉，简越，
申请(专利权)人：沈阳新松医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21