基于退化电极的肺通气分区评估系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于退化电极的肺通气分区评估系统，包括电刺激模块、激励电源模块、信号采集模块、信号处理模块、肺部分区模块、肺部分区阻抗计算模块、肺通气状态评估模块；本发明专利技术采用了退化电极技术对肺部进行了简单分区，并建立肺通气状态参数与肺部分区阻抗之间的函数关系，对肺部通气状态进行分区辨别其好坏，为医生初步诊断提供了依据。为医生初步诊断提供了依据。为医生初步诊断提供了依据。

【技术实现步骤摘要】
基于退化电极的肺通气分区评估系统


[0001]本专利技术涉及肺功能评估领域，具体是基于退化电极的肺通气分区评估系统。

技术介绍

[0002]肺通气状态是判断人体肺部健康程度的重要因素，其对气道受阻类型和程度、气道高反应性以及气道受阻可逆性有着重要的参考价值。
[0003]常用于肺通气状态评估的参数包括用力肺活量FVC、一秒内用力呼气量FEV1。这些参数可以对肺通气功能类型和通气障碍的严重程度进行判定。
[0004]另外，在肺功能检测的同时，通常还需要对肺的不同区域的肺通气状态进行确认，因此，需要一个可以反应不同区域肺通气状态的分区技术。
[0005]目前为止，通常在临床过程中普遍使用的是电阻抗断层成像，但是现有的电阻抗断层成像系统大多采用16个电极，也有32、64电极的系统。增加电极数虽然能增加系统的分辨率和成像质量，但数据处理量会增大，对计算速度有很高要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供基于退化电极的肺通气分区评估系统，包括电刺激模块、激励电源模块、信号采集模块、信号处理模块、肺部分区模块、肺部分区阻抗计算模块、肺通气状态评估模块；
[0007]所述电刺激模块包括4个电极；
[0008]所述四个电极布置在用户胸腔表面；
[0009]所述激励电源模块对四个电极分别施加电流激励；
[0010]所述信号采集模块采集每个电极的电压信息，并传输至肺部分区阻抗计算模块；
[0011]所述肺部分区模块将用户胸腔横断面划分成四个肺部分区；其中，每个肺部分区在用户胸腔表面的投影区域内设置有一个电极；
[0012]所述肺部分区阻抗计算模块对电极的电压信息进行处理，建立电压信息与电流激励之间的转移阻抗矩阵；
[0013]所述肺部分区阻抗计算模块将转移阻抗矩阵转换成对应肺部分区的肺部分区阻抗矩阵；
[0014]所述肺部分区阻抗计算模块将肺部分区阻抗矩阵传输至肺通气状态评估模块；
[0015]所述肺通气状态评估模块根据肺部分区阻抗矩阵计算得到肺通气参数。
[0016]进一步，所述用户胸腔为用户前胸，即四个电极布置在用户前胸表面，所述肺部分区模块将用户前胸横断面划分成四个肺部分区。
[0017]进一步，所述转移阻抗矩阵如下所示：
[0018][0019]式中，U1(s)、U2(s)、U3(s)、U4(s)分别表示四个电极作为测量电极时输出的电压信息；I1(s)、I2(s)、I3(s)、I4(s)分别表示四个电极作为激励电极时接收的电流激励；Δ
kj
＝Δ
jk
为四个电极组成的网络的节点导纳；h＝j＝1,2,3,4；Δ为节点导纳矩阵的行列式。
[0020]进一步，所述肺部分区阻抗计算模块将转移阻抗矩阵转换成对应肺部分区的肺部分区阻抗矩阵的步骤包括：
[0021]1)对转移阻抗矩阵(1)进行转换，得到：
[0022][0023]式中，阻抗矩阵阻抗
[0024]2)将计算第i个肺部分区阻抗的模，即：
[0025][0026]式中，Z
i
是转换后的第i个肺部分区的分区阻抗模，i指的是胸腔分区的编号，i＝1,2,3,4；w
pi
为阻抗Z
(5
‑
p)p
(s)对第i个肺部分区阻抗的贡献率；
[0027]3)基于所有肺部分区阻抗的模，建立肺部分区阻抗矩阵。
[0028]进一步，所述肺通气参数包括用力肺活量FVC、一秒内用力呼气量FEV1。
[0029]进一步，计算肺通气参数的步骤包括：
[0030]1)建立肺部分区阻抗随时间变化的阻抗曲线，并获取阻抗曲线的波峰、波谷；
[0031]2)计算第j个呼吸周期T
j
；所述呼吸周期T
j
为相邻峰值P
j+1
、P
j
之间的时间差；
[0032]3)计算呼吸频率RR，即：
[0033][0034]式中，h为呼吸周期数量；
[0035]4)计算相邻波峰与波谷之间的差值(ΔZ
FVC
)
j
，并取相邻波峰与波谷之间差值的最大值作为肺分区阻抗模数的变化极差ΔZ
FVC
；
[0036]波峰处开始计时，计算得出1秒内肺分区阻抗模值的变化量(ΔZ
FEV1
)
j
，重复h次，取肺分区阻抗模的最大变化量，记为ΔZ
FEV1
；
[0037]5)计算肺通气参数，即：
[0038][0039][0040]式中，Z
max
为肺分区阻抗的最大模数；p
f
表示比例系数，p
s
表示幂系数，p
t
表示常系数。
[0041]进一步，所述肺通气参数用于评估肺通气状态等级；
[0042]进一步，所述激励电源模块对四个电极施加的电流激励为恒流源信号。
[0043]本专利技术的技术效果是毋庸置疑的，本专利技术的有益效果如下：
[0044]本专利技术通过减少测试电极，大大减少了计算量的同时，也可以达到肺部分区简易成像的目的，通过呼吸曲线来来区分每个区域肺通气状态的好坏。
[0045]本专利技术采用了退化电极技术对肺部进行了简单分区，并建立肺通气状态参数与肺部分区阻抗之间的函数关系，对肺部通气状态进行分区辨别其好坏，为医生初步诊断提供了依据。
[0046]现有技术在进行肺部成像时至少需要8个电极，本专利技术采用了退化电极技术，用4个电极简易成像的同时，通过分区肺阻抗的分布来反应每个分区的肺通气状态。
[0047]退化电极技术描述为：通过4个电极就可以测量得到4个区域肺阻抗分布情况，从而根据肺阻抗分布来进一步反映每个区域的肺通气状态。
[0048]根据建立肺部分区阻抗与肺通气状态参数之间的函数关系，得到呼吸过程中4个肺部分区的阻抗分布，进一步通过阻抗分布来反映每个分区的肺通气状态。
[0049]本专利技术利用退化电极的方法对肺通气状态分区进行识别，为医生初步诊断提供了依据。
[0050]本专利技术建立胸腔横断面的等效多端口网络模型，根据电极相对位置的不同将肺部划分成了4个区域；
[0051]本专利技术推导不同分区的肺阻抗的模与测量模式下测得的阻抗之间的函数关系；
[0052]本专利技术建立了分区肺阻抗与肺功能通气状态参数之间的函数关系。
附图说明
[0053]图1为使用基于退化电极的肺通气分区评估系统的流程图；
[0054]图2为肺部分区示意图；
[0055]图3为多端口网络示意图；
[0056]图4为肺部分区阻抗
‑
时间变化曲线；
[0057]图5为肺功能参数对应的肺部分区阻抗模数变化量。
具体实施方式
[0058]下面结合实施例对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于退化电极的肺通气分区评估系统，其特征在于，包括所述电刺激模块、激励电源模块、信号采集模块、信号处理模块、肺部分区模块、肺部分区阻抗计算模块、肺通气状态评估模块。所述电刺激模块包括4个电极。所述四个电极布置在用户胸腔表面；所述激励电源模块对四个电极分别施加电流激励；所述信号采集模块采集每个电极的电压信息，并传输至肺部分区阻抗计算模块；所述肺部分区模块将用户胸腔横断面划分成四个肺部分区；其中，每个肺部分区在用户胸腔表面的投影区域内设置有一个电极；所述肺部分区阻抗计算模块对电极的电压信息进行处理，建立电压信息与电流激励之间的转移阻抗矩阵；所述肺部分区阻抗计算模块将转移阻抗矩阵转换成对应肺部分区的肺部分区阻抗矩阵；所述肺部分区阻抗计算模块将肺部分区阻抗矩阵传输至肺通气状态评估模块；所述肺通气状态评估模块根据肺部分区阻抗矩阵计算得到肺通气参数。2.根据权利要求1所述的基于退化电极的肺通气分区评估系统，其特征在于，所述用户胸腔为用户前胸，即四个电极布置在用户前胸表面，所述肺部分区模块将用户前胸横断面划分成四个肺部分区。3.根据权利要求1所述的基于退化电极的肺通气分区评估系统，其特征在于，所述转移阻抗矩阵如下所示：式中，U1(s)、U2(s)、U3(s)、U4(s)分别表示四个电极作为测量电极时输出的电压信息；I1(s)、I2(s)、I3(s)、I4(s)分别表示四个电极作为激励电极时接收的电流激励；Δ
kj
＝Δ
jk
为四个电极组成的网络的节点导纳；k＝j＝1,2,3,4；Δ为节点导纳矩阵的行列式。4.根据权利要求1所述的基于退化电极的肺通气分区评估系统，其特征在于，所述肺部分区阻抗计算模块将转移阻抗矩阵转换成对应肺部分区的肺部分区阻抗矩阵的步骤包括：1)对转移阻抗矩阵(1)进行转换，得到：
式中，阻抗矩阵阻抗2)将计算第i个肺部分区阻抗的模，即：式中，Z
i
是转换后的第i个肺部分区的分区阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪金刚，何为，宋承昕，张占龙，刘振友，张亚鹏，王啸，陈晓，赵楚翘，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：