肺量计校准的验证方法技术

技术编号:22555818 阅读:22 留言:0更新日期:2019-11-16 00:28
本发明专利技术涉及一种验证超声肺量计的校准的方法,所述方法包括如下步骤:a)测定肺量计中第一超声传感器与第二超声传感器之间的距离的实际值,b)确定所述距离的实际值与指定给所述肺量计的标称值的差值,然后,c1)当所述差值的绝对值小于或等于第一阈值时,接受肺量计的实际校准,或者c2)当所述差值的绝对值大于第一阈值时,拒绝肺量计的实际校准,其中,所述第一阈值是所述距离的标称值的5%。本发明专利技术还涉及适于实施上述方法的肺量计以及肺量计的校准方法。

Verification method of spirometry calibration

The invention relates to a method for verifying the calibration of an ultrasonic spirometer, the method comprises the following steps: a) determining the actual value of the distance between the first ultrasonic sensor and the second ultrasonic sensor in the spirometer, b) determining the difference between the actual value of the distance and the nominal value assigned to the spirometer, and then, C1) connecting when the absolute value of the difference is less than or equal to the first threshold value Subject to the actual calibration of the spirometer, or C2) reject the actual calibration of the spirometer when the absolute value of the difference is greater than the first threshold, wherein the first threshold is 5% of the nominal value of the distance. The invention also relates to a spirometer suitable for carrying out the above method and a calibration method of the spirometer.

【技术实现步骤摘要】
肺量计校准的验证方法
本专利技术涉及如权利要求1的前序部分所述的验证肺量计的校准的方法,还涉及如权利要求13的前序部分所述的肺量计,还涉及如权利要求15的前序部分所述的肺量计的校准方法。
技术介绍
超声肺量计是用于测量沿着超声波传输途径流动气体的平均速度的装置,基于所述速度可以测定流动气体的流动速率。此外如果还可以测量时间,那么一个病人产生和呼出的呼吸气体(例如呼吸空气)的体积就可以被测定。对于所述数据进行分析可以被用于获得病人的肺部以及病人肺内部的气体交换情况的分析或诊断信息。一种超声肺量计通常包括两个超声传感器,所述传感器被安装在肺量计的外壳上。所述超声传感器通常以一种缓冲的方式安装,以避免结构传播噪声。所述结构传播噪声是一种由第一超声传感器传播至第二超声传感器时通过肺量计的外壳(或者肺量计的其他部分)产生的噪声,例如通过气流管。结构传播噪声会导致不正确的测量。由于超声传感器的实际位置经常会有小的改变,因此肺量计需要在使用之前进行校准。根据本领域现有的技术,一种体积被准确定义的气体被引导通过肺量计。通过测量体积被准确定义的气体的流动速率以及通过肺量计所需的时间,所述气体的体积被测得。校准是通过定义和调整一个系数来实现的,所述系数的作用是使实际测量的气体体积与被引导通过肺量计的确切已知的气体体积一致。肺量计ATS/ERS指导手册(M.R.Milleretal.StandardisationofSpirometry.EuropeanRespiratoryJournal,2005,26:319-338)要求肺量计室温的校准至少每天进行一次。指导手册又要求引导体积确定的气体通过肺量计。通常来说,一个3L的泵(提供精确的3L气体)被用于校准或再-校准肺量计。所述泵被称为校准泵而且也需要对自身进行校准以确保能精确地提供3L气体。然而,由于一些原因通过所述校准泵进行校准时会导致不准确。主要导致不准确的因素如下:■校准泵和肺量计之间错误的连接;■校准泵本身流体密封性的缺陷(此外,与泵速有关的流体密封性的动态缺陷);■用户错误的执行校准(泵速过高或过低或者不完整的泵冲程)。因此,校准肺量计是一个与一系列不确定来源有关的艰难的过程。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供肺量计的校准方法、再校准方法以及验证校准的方法,所述方法比现有技术中已知的校准方法更容易实施。本专利技术的这一目的,是通过具有如权利要求1所述的特征的超声肺量计校准验证方法来实现。所述方法包括下文中所说明的步骤。因此,在下文中,术语“肺量计”代指“超声肺量计”。第一步,测定肺量计中第一超声传感器与第二超声传感器之间的距离的实际值。然后,计算所述距离的实际值与所述距离的标称值之间的差值。因此,所述距离的标称值被事先指定给所述肺量计。然后,所述差值的绝对值被用于决定肺量计的实际校准是否被视为仍然有效。更准确的说,如果所述差值的绝对值小于或等于第一阈值,则所述肺量计的实际校准被接受为仍然正确。相反,如果所述差值的绝对值大于第一阈值,则所述肺量计的实际校准被拒绝。结果证明,如果第一阈值是所述距离的标称值的5%,则可以获得足够高的准确度。这种验证肺量计校准的新方法不再需要任何校准泵。相反,它可以以一种完全自动的方式进行,来确认肺量计的原始校准是否仍然有效。这种校准的验证可以根据用户的要求在任何时候进行,或者,例如在预定义的时间间隔自动进行,例如每天一次、每周两次、每周一次、每月两次或每月一次。由于这种自动化处理不再取决于用户的技术能力或者校准泵的质量,因此本专利技术所主张的方法比现有技术中已知的方法更可靠。与现有技术中已知的采用校准泵的方法相比,肺量计出现错误校准的可能性显著降低。如果所述超声传感器被精确地安装在肺量计的外壳上,所述方法尤其适用。在一个实施例中,所述方法应用于第一超声传感器与第二超声传感器之间的距离的精度在±0.2mm的肺量计中。第一超声传感器与第二超声传感器之间的总距离通常在50㎜左右。±0.2mm的距离差值会导致气流校准有接近±0.4%的偏差。具体实施方式在一个实施例中,第一阈值是距离标称值的4.5%,特别是距离标称值的4.0%,特别是距离标称值的3.5%,特别是距离标称值的3.0%,特别是距离标称值的2.5%,特别是距离标称值的2.0%,特别是距离标称值的1.5%,特别是距离标称值的1.0%,特别是距离标称值的0.5%。阈值越低,为了通过校准验证,需要与所述距离的标称值对应的距离的实际值越准确。如果校准的验证导致当前的校准被拒绝,这是明确指示所述肺量计出现了故障,需要维护。视情况,再次成功通过校准验证之前,将无法使用相应的肺量计进行进一步的测量。所述第一超声传感器与第二传感器之间的计算距离被用于以下公式(1)中以确定流动穿过肺量计的气体流速。因此,F是第一传感器与第二传感器之间的超声波传输线路区域内的流动穿过肺量计的气体的平均流速;a是考虑如超声路径尺寸等几何参数并且与流动气体的速度有关的系数;L是校准中所测定以及校准验证中所验证的第一超声传感器与第二超声传感器之间的距离;α是气体流动方向与超声路径之间的角度;t1是超声波脉冲从第一超声传感器到第二超声传感的传输时间,以及t2是超声波脉冲从第二超声传感器到第一超声传感的传输时间。所述系数a从10%到40%不等,特别是20%到30%不等,介于流动气体的低速与高速之间。因此,它是流动速度的函数。通常,对于特定设置的肺量计,它是凭经验确定的。如果气体是流动的,由于超声脉冲在下游方向(沿着气流)比上游方向(逆着气流)快,所以所述传输时间t1和t2是不同的。在验证方法的一个实施例中,第一超声传感器与第二超声传感器之间的距离的实际值是通过超声测量来测定。所述测量在第一超声传感器与第二超声传感器之间存在气体时进行,其中,所述气体不流动,也就是,气体的流动速率是零。在这种情况下,超声脉冲由第一超声传感器传输至第二超声传感器的传输时间t1,在理想状态下,正好与超声脉冲由第二超声传感器传输至第一超声传感器的传输时间t2一样长。在实际状态下,即使在明显的非流动气体的情况下,t1和t2之间的微小偏差仍可以检测出来。所述长度由如下方程(2)确定:其中,L是所述第一超声传感器与第二超声传感器之间的距离,t1,2是超声脉冲的传输时间,通过超声脉冲由第一超声传感器到第二超声传感器的传输时间计算,或者通过超声脉冲由第二超声传感器到第一超声传感器的传输时间计算,或是超声脉冲传输时间的平均(均值),即计算由第一超声传感器到第二超声传感器的超声脉冲传输时间和由第二超声传感器到第一超声传感器的超声脉冲的传输时间的平均值;κ是恒定压力cP下气体的比热容与恒定体积cV下气体的比热容之间的比值,也就是,cP/cV;R是通用气体常数(约8.314J/(mol·K)),T是气体的绝对温度(以K表示);M是气本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种超声肺量计校准的验证方法,所述方法包括以下步骤:/na)测定肺量计中第一超声传感器与第二超声传感器之间的距离的实际值;/nb)确定所述距离的实际值与指定给所述肺量计的标称值之间的差值;然后/nc1)如果所述差值的绝对值小于或等于第一阈值,则接受肺量计的实际校准,或者/nc2)如果所述差值的绝对值大于第一阈值,则拒绝肺量计的实际校准,/n其中所述第一阈值是所述距离的标称值的5%。/n

【技术特征摘要】
20180507 EP 18170990.81.一种超声肺量计校准的验证方法,所述方法包括以下步骤:
a)测定肺量计中第一超声传感器与第二超声传感器之间的距离的实际值;
b)确定所述距离的实际值与指定给所述肺量计的标称值之间的差值;然后
c1)如果所述差值的绝对值小于或等于第一阈值,则接受肺量计的实际校准,或者
c2)如果所述差值的绝对值大于第一阈值,则拒绝肺量计的实际校准,
其中所述第一阈值是所述距离的标称值的5%。


2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述距离的实际值是在第一超声传感器与第二超声传感器之间有非流动气体时,通过超声波测量确定,采用如下方程(2)



其中,
L是所述第一超声传感器与所述第二超声传感器之间的距离;
t1,2是超声脉冲的传输时间,通过超声脉冲由第一超声传感器到第二超声传感器的传输时间计算,或者通过超声脉冲由第二超声传感器到第一超声传感器的传输时间计算,或是超声脉冲平均传输时间,通过计算超声脉冲由第一超声传感器到第二超声传感器的传输时间和超声脉冲由第二超声传感器到第一超声传感器的传输时间的平均;
κ是cP/cV的比值,cP是指恒定压力下气体的比热容和cV是指恒定体积下气体的比热容;
R是通用气体常数;
T是气体的绝对温度;
M是气体的摩尔质量。


3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述气体是由不同气体混合物组分组成的气体混合物,其中所述气体混合物的摩尔质量通过如下方程(3)计算:



其中,
fi是气体混合物组分i在所述气体混合物中的比例;
Mi是气体混合物组分i在所述气体混合物中的摩尔质量;
n是气体混合物中气体混合物组分的数量。


4.根据权利要求2或3所述的方法,其特征在于,所述气体是由不同气体混合物组分组成的气体混合物,其中使用所述气体混合物的估计组成来计算它的摩尔质量。


5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述气体混合物是环境空气,其中所述空气的摩尔质量在25到34g/mol之间。


6.根据前述权利要求中任何一项中所述的方法,其特征在于,所述气体的绝对温度被设置为所述肺量计的气流管支架的绝对温度。


7.根据前述权利要求中任何一项中所述的方法,...

【专利技术属性】
技术研发人员:克里斯蒂安·比斯
申请(专利权)人:NDD医药技术股份有限公司
类型:发明
国别省市:瑞士;CH

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