一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统技术方案

一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统，包括肺部成像系统、PID控制系统和模糊控制系统；所述模糊控制系统包括比较模块和模糊控制器；所述肺部成像系统用于实时反馈患者血氧饱和度和呼吸频率；所述比较模块用于将实时接收的血氧饱和度与预设值做差，输出血氧饱和度偏差；所述模糊控制器用于根据所述血氧饱和度偏差和所述呼吸频率进行模糊计算，得到修正系数；所述PID控制系统用于将当前控制系数与所述修正系数之和作为新的控制系数，控制空气输出流量和氧气流量的大小；本发明专利技术实现了治疗过程中对供氧浓度和流量大小的动态自适应调节，大大提高升了HFNC装备临床治疗效果和患者依从性。患者依从性。患者依从性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统


[0001]本专利技术涉及医疗设备
，更具体的说是涉及一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统。

技术介绍

[0002]呼吸衰竭是各种原因引起的肺通气和(或)换气功能严重障碍，以致不能进行有效的气体交换，导致缺氧伴(或不伴)二氧化碳潴留，从而引起一系列生理功能和代谢紊乱的临床综合征。会造成患者呼吸困难、急促，甚至会引发精神神经症状等，并发肺性脑病时，还可有消化道出血,给患者带来极大痛苦，严重时直接危害生命。
[0003]经鼻高流量氧疗(High
‑
FlowNasal Cannula Oxygen Therapy，HFNC)是通过无需密封的鼻塞导管直接将一定氧浓度的空氧混合高流量气体输送给患者的一种氧疗方式。经鼻高流量氧疗(HFNC)最初是作为替代经鼻持续正压通气(NCPAP)的呼吸支持手段而广泛应用于新生儿呼吸窘迫综合征(NRDS)，并且取得了肯定的疗效。随着HFNC在成人的应用越来越多，医务人员在使用过程中也认识到它不同于普通氧疗及无创机械通气的独特优势。该技术可同时满足使用者气道湿化、温度和吸入氧气流速的要求，具有氧浓度恒定、良好的温湿化效果、能冲刷鼻咽部死腔、能产生一定气道正压、舒适性耐受性好等优点。因而受到临床医生和护理人员的普遍欢迎。目前在临床上广泛用于纠正低血氧症和高碳酸症，HFNC呼吸机由一个封闭系统组成，在这个系统中，空气和氧气的混合物可以在可变的气体流量下产生。这些气体加热至接近体温，加湿后通过鼻插管输送给忠者。但目前国内外HFNC呼吸机还不具备智能化，人机协调性不够，临床上无法实现患者的个体化精准氧疗。
[0004]因此，如何提供一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统，来实现治疗过程中对供氧浓度和流量大小的动态自适应调节，提升装备智能化与人机协调性是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统，实现了治疗过程中对供氧浓度和流量大小的动态自适应调节，提升了装备智能化与人机协调性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统，包括肺部成像系统、PID控制系统和模糊控制系统；所述模糊控制系统包括比较模块和模糊控制器；
[0008]所述肺部成像模块用于实时反馈患者血氧饱和度和呼吸频率；
[0009]所述比较模块用于将实时接收的血氧饱和度与预设值做差，输出血氧饱和度偏差；
[0010]所述模糊控制器用于根据所述血氧饱和度偏差和所述呼吸频率进行模糊计算，得到修正系数；
[0011]所述PID控制系统用于将当前控制系数与所述修正系数之和作为新的控制系数，控制空气输出流量和氧气流量的大小。
[0012]进一步的，所述肺部成像模块用于采用电阻抗成像算法通过分析电阻抗周期变化的规律计算呼吸频率，并通过分析电阻抗的阻值分布，计算患者血氧饱和度。
[0013]进一步的，所述模糊控制器采用二输入六输出的工作模式，以所述血氧饱和度偏差和所述呼吸频率为输入，六个PID修正系数作为输出；所述六个PID修正系数分别为，空气比例调节系数、空气积分调节系数、空气微分调节系数、氧气比例调节系数、氧气积分调节系数和氧气微分调节系数。
[0014]进一步的，，所述模糊控制器还用于对所述血氧饱和度偏差、所述呼吸频率以及所述PID修正系数分别进行模糊化。
[0015]进一步的，所述模糊控制器还用于设置模糊规则，并根据所述血氧饱和度偏差等级和所述呼吸频率等级之间不同的相对关系，以及所述模糊规则确认所述PID修正系数的等级。
[0016]进一步的，所述模糊控制器还用于根据所述修正系数的等级解模糊化，输出修正系数。
[0017]进一步的，所述PID控制系统包括空气流量PID控制器、氧气流量PID控制器、空气流量比例阀、氧气流量比例阀和混合输出装置；
[0018]所述空气流量PID控制器用于发出空气流量控制信号，并控制所述空气流量比例阀输出空气流量的大小；
[0019]所述氧气流量PID控制器用于发出氧气流量控制信号，并控制所述氧气流量比例阀输出氧气流量的大小；
[0020]所述混合输出装置用于将所述空气流量比例阀输出的空气与所述氧气流量比例阀输出的氧气混合后进行输出。
[0021]进一步的，所述PID控制系统还包括第一运算放大器和第二运算放大器，所述第一运算放大器与所述空气流量PID控制器连接，用于对所述空气流量控制信号进行放大处理；
[0022]所述第二运算放大器与所述氧气流量PID控制器连接，用于对所述氧气流量控制信号进行放大处理。
[0023]本专利技术的有益效果：
[0024]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统，实现了治疗过程中对供氧浓度和流量大小的动态自适应调节，解决了目前国内外装备智能化缺失，人机协调性不够的问题，大大提高升了HFNC装备临床治疗效果和患者依从性。同时采用肺部电阻抗成像技术，可对患者的呼吸频率和血氧饱和度进行实时长期的检测，实时反馈给模糊控制系统，且电阻抗成像技术具有非侵入性、无放射无创伤、设备简单易于操作、成本低廉等优势。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据
提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1附图为本专利技术提供的一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统结构示意图；
[0027]图2附图为本专利技术中血氧饱和度偏差隶属度函数图；
[0028]图3附图为本专利技术中呼吸频率隶属度函数图。
具体实施方式
[0029]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]本专利技术实施例公开了一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统，包括肺部成像系统、PID控制系统和模糊控制系统；模糊控制系统包括比较模块和模糊控制器；
[0031]肺部成像系统用于实时反馈患者血氧饱和度和呼吸频率；
[0032]比较模块用于将实时接收的血氧饱和度与预设值做差，输出血氧饱和度偏差；
[0033]模糊控制器用于根据血氧饱和度偏差和呼吸频率进行模糊计算，得到修正系数；
[0034]PID控制系统用于将当前控制系数与修正系数之和作为新的控制系数，控制空气输出流量和氧气流量的大小。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统，其特征在于，包括肺部成像系统、PID控制系统和模糊控制系统；所述模糊控制系统包括比较模块和模糊控制器；所述肺部成像系统用于实时反馈患者血氧饱和度和呼吸频率；所述比较模块用于将实时接收的血氧饱和度与预设值做差，输出血氧饱和度偏差；所述模糊控制器用于根据所述血氧饱和度偏差和所述呼吸频率进行模糊计算，得到修正系数；所述PID控制系统用于将当前控制系数与所述修正系数之和作为新的控制系数，控制空气输出流量和氧气流量的大小。2.根据权利要求1所述的一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统，其特征在于，所述肺部成像模块用于采用电阻抗成像算法通过分析电阻抗周期变化的规律计算呼吸频率，并通过分析电阻抗的阻值分布，计算患者血氧饱和度。3.根据权利要求1所述的一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统，其特征在于，所述模糊控制器采用二输入六输出的工作模式，以所述血氧饱和度偏差和所述呼吸频率为输入，六个PID修正系数作为输出；所述六个PID修正系数分别为，空气比例调节系数、空气积分调节系数、空气微分调节系数、氧气比例调节系数、氧气积分调节系数和氧气微分调节系数。4.根据权利要求3所述的一种基于肺部成像的经鼻高流量氧疗智能调节系统，其特征在于，所述模糊控制器还用于对所述血氧饱和度偏差、所述呼吸频率以及所述PID修正系数分别进行模糊化。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：石岩，丁艺珂，牛燕霞，常佳琪，王一轩，王娜，孙治博，
申请(专利权)人：北京航空航天大学江西研究院景德镇分院，
类型：发明
国别省市：