CN101002972B - 判断流量传感器反接的方法及其呼吸力学测量模块 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种判断流量传感器是否反接的方法，包括采集四个连续采样时刻的压强时间序列x1、x2、x3、x4，以及该时间序列后段的流量值s2、s3作为判断依据，定义变量：dx1＝x1-x2，dx2＝x2-x3，dx3＝x3-x4；当出现状态一：x1、x2、x3全部小于零且x1和x3同时大于或等于x2，并且流量值s2小于某一设定的第一阈值f1；或者状态二：dx1、dx2和dx3全部大于零且dx1和dx3同时小于或等于dx2，s2和s3都大于某一设定的第二阈值f2时，即可认定流量传感器反接，系统向上位机发出流量传感器反接的警报信号。本发明方法大大节约了呼吸力学测量模块的制造成本，能判断出病人端反接的情况，从而提高了效率，更大程度保证了呼吸力学模块的可靠性和安全性。

Description

判断流量传感器反接的方法及其呼吸力学测量模块

技术领域

本发明涉及测量呼吸流量的装置，尤其涉及呼吸力学测量的模块及其判断该模块的流量传感器是否反接的方法。

背景技术

流量传感器作为呼吸力学模块或麻醉机的附件，是把流通于病人和麻醉机之间的气路信息引入到监测模块的关键器件，对病人的呼吸力学参数监测和麻醉机工作状态的监测起着重要作用。手术期间对病人的呼吸力学参数的监测不但决定了呼吸力学模块对病人肺通气过程监测的准确性和安全性，而且对麻醉机所能实现的通气模式和性能指标也起着决定性作用。

目前市面带呼吸力学参数监测的监护仪或麻醉机并没有针对流量传感器的安装状态做监测，也没有发现这种情况的解决方案和相关专利。最常用的方法是在传感器模块端将气嘴外径做成不同大小以防止盲插，或者标识颜色引导用户正确安装。这种做法虽然起了一定作用，但是对没有工程学经验的使用者来说，不足以避免错误的发生，并且这种连接方法也不能与市面流通的传感器气管相匹配。

还有一种呼吸力学模块在流量传感器的后端设置一个梯形插座和一个光藕电路可以识别流量传感器的类型和防止流量传感器反接。这种解决方案及时可靠，其缺点在于成本相对较高，而且也不能解决传感器病人端反接的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种判断流量传感器是否反接的方法及其呼吸力学模块。

本发明通过采用如下技术方案来实现上述发明目的：

一种在呼吸力学测量中判断流量传感器反接的方法，包括如下步骤：

a.把流量传感器接入呼吸力学测量模块中；

b.流量传感器对在病人与麻醉机之间流动的呼吸气体进行气道压强和流量值的连续采样；

c.出现下列两种状态中的任何一种，即可认定流量传感器反接，系统向上位机发出流量传感器反接的警报信号：

状态一：当气道压强变化到最低点时，流量值为病人处于吸气状态的负值；

状态二：当气道压强减小最快的临近时刻，流量值为正值。

其中状态一适用于自主呼吸模式，状态二适用于机械通气模式。

步骤b所述的流量传感器对在病人与麻醉机之间流动的呼吸气体进行气道压强和流量值的连续采样的过程是：以任意某一时间段四个连续采样时刻的压强时间序列x1、x2、x3、x4，以及该采样时刻对应的流量值s2作为判断依据，定义如下三个压强差变量：dx1＝x1-x2，dx2＝x2-x3，dx3＝x3-x4；

步骤c所述的出现其中之一，便可认定流量传感器反接的两种状态如下：

状态一：x1、x2、x3全部小于零且x1和x3同时大于或等于x2，并且流量值s2小于某一设定的第一阈值f1；

状态二：dx1、dx2和dx3全部大于零且dx1和dx3同时小于或等于dx2，s2大于某一设定的第二阈值f2。

所述第一阈值f1设定为-2升/分钟，所述第二阈值f2设定为3升/分钟，所述第一阈值f1和第二阈值f2用于排除微弱干扰所造成的误判。

接到流量传感器反接的警报信号后，操作者将停机重新连接安装流量传感器。如果系统没有接到报警信号，说明原来流量传感器的连接正确，使用者可以放心地使用呼吸力学测量模块。

本发明所采用的技术方案还包括：一种呼吸力学测量模块，包括顺序连接的流量传感器、压差传感器和采样信号处理电路，该信号处理电路的计算结果向上位机输出；本发明装置有别于现有技术的特征在于：

还包括流量传感器反接判断模块和报警，所述流量传感器反接判断模块根据所述压差传感器的输出信号判断流量传感器是否反接，报警用于当所述流量传感器反接判断模块认定所述流量传感器反接时向上位机发出所述流量传感器反接的提示信号。

所述信号处理电路包括与压差传感器的信号输出端连接的放大电路、模数转换、增益控制和单片机；所述单片机分别与模数转换和上位机双向连接。

所述流量传感器反接判断模块是固化在所述单片机的算法程序。

与现有的技术相比较，本发明判断流量传感器反接的方法及其呼吸力学测量模块具有如下优点：大大节约了呼吸力学测量模块的制造成本，能判断出病人端反接的情况，从而提高了效率，更大程度保证了呼吸力学模块的可靠性和安全性。

附图说明

图1是流量传感器的结构示意图；

图2是本发明呼吸力学模块系统结构的一级原理框图；

图3是本发明呼吸力学模块系统结构的二级原理框图；

图4是本发明主动呼吸状态下的正常压强、流量波形示意图；

图5是在主动呼吸状态下，传感器反接时的压强、流量波形示意图；

图6是被动呼吸状态下的正常压强、流量波形示意图；

图7是被动呼吸状态下，传感器反接时的压强、流量波形示意图。

具体实施方式

以下结合附图及附图所示之最佳实施例对本发明呼吸力学模块和判断流量传感器反接的方法作进一步详述。

呼吸力学模块测量的基本参数包括气道的实时压强和气道的实时流量。其测量原理是通过流量传感器感应到气道的绝对压强(相对与大气压)和两条管路中的压强差，再通过这个压强差对流量进行标定从而间接测量出流量值。其他实时参数以及呼吸周期状态参数都是在这两个参数基础上计算出来的。

图1是流量传感器的结构示意图。其中两软管为传感器模块端，气道接头右端口为侧为病人端。出现流量传感器反接的情况有两种：1.传感器病人一端反接；2.传感器模块一端反接。所谓传感器模块端反接是指传感器的两根导管位置接反。对没有太多工程学经验的使用者而言，这种反接是难以避免的。无论是病人端反接还是模块端反接，都会直接导致测量结果错误从而导致诊断结果的错误。

如图2所示，本发明的呼吸力学测量模块包括：顺序连接的流量传感器1、压差传感器2和采样信号处理电路3，还包括流量传感器反接判断模块5和报警6，所述流量传感器反接判断模块5根据所述压差传感器2的输出信号判断流量传感器1是否反接，报警6用于当所述流量传感器反接判断模块5认定所述流量传感器反接时向上位机4发出所述流量传感器反接的提示信号。所述信号处理电路3的计算结果向上位机4输出。

图3是本发明呼吸力学模块系统结构的二级原理框图，在图3中的虚线标识气路连接，箭头标识信号流。所述信号处理电路3包括与压差传感器2的信号输出端连接的放大电路、模数转换、增益控制和单片机；所述单片机分别与模数转换和上位机双向连接。

所述流量传感器反接判断模块5是固化在所述单片机的算法程序。有了上述呼吸力学模块的软硬件环境后，就可以通过研究呼吸力学被测量参数的特点找出判断流量传感器反接的方法。

呼吸力学的测量分为主动呼吸状态下的测量和被动呼吸状态下的测量。在这两种状态下，压强和流量两参数的特点也各不相同。因此，判断传感器反接需要分别分析主动呼吸和被动呼吸两种情况。

在主动呼吸状态下，气道压强和流量值的特征波形如图4所示。在稳定呼吸状态下，气道的压强和流量值大致以相同的周期变化。流量传感器1无论是正接还是反接，对气道压强的正负都没有影响，但却影响流速的正反方向。利用这个特点，可以发现，当气道压强变化到最低点的时候，呼吸一定是处于吸气状态。在这个时刻附近，如果流量传感器1正接，流量值一定是正值，而在反接状态下流量值则为负(如图5所示)。这是由于当吸气时，气路中气体的压强大于肺中压强但等于或小于大气压，此时的气体流向一定是从大气经管路进入肺腔。呼吸力学模块一般将此方向定义为正方向。利用这种规律，可以在呼吸力学测量的下位机中设置软件算法：

a)在识别出呼吸波形的情况下连续记录三个实时压强采样点x1，x2，x3及该三个实时采样点中间的流量值s2。

b)当出现x1，x2，x3全部小于零且x1和x3同时大于或等于x2时，检查流量值s2。

c)当流量值s2小于某个门限(称第一阈值f1)时向上位机发出一次警报，提示流量传感器1反接，这个门限是用来排除微弱干扰所造成的误判，例如可设定第一阈值f1为-2升/分。另外，还可以在识别出呼吸波形的情况下记录流量值，当流量值处于低谷的时候检查压强值来判断反接进行报警。

在被动呼吸的状态下，呼吸是由机械装置产生压强形成的。因此人体肺器官(或模拟肺)进行的是被动呼吸。被动呼吸状态下气道压强和流量的特征波形如图6所示。

稳定状态下被动呼吸的参数特点是，气道压强值一直保持大于零的状态，气道的压强和流量值以相同的周期变化。经过长时间的实验观察和反复验证，设计者发现，在流量传感器正接的情况下，气道流量值的低谷总是出现在气道压强减小最迅速的时候，如图6所示。

前面已经讨论过，无论流量传感器反接与否，所测量出的气道内绝对压强的正负都不会受到影响。利用上述规律，很容易推断出，如果传感器反接，在气道压强减小最快的临近时刻的流量值一定为正，如图7所示。据此，可以在下位机中设置软件算法：

a)识别出呼吸波形的情况下连续记录4个实时压强采样点x1，～x4及流量值采样点s2。

b)定义3个变量dx1～dx3，dx1＝x1-x2，dx2＝x2-x3，dx3＝x3-x4。

c)当出现dx1，dx2，dx3同大于0且dx1和dx3同时小于等于dx2时，检查流量值s2。

d)当流量值s2大于某个门限(称第二阈值f2)时向上位机发出一次警报，提示流量传感器反接。这个门限也是用来排除微弱干扰所造成的误判，例如可设定的第二阈值f2为3升/分。

根据上述分析结果可以归纳出包括如下步骤的在呼吸力学测量中判断流量传感器反接的方法：

a.把流量传感器接入呼吸力学测量模块中；

b.流量传感器对在病人与麻醉机之间流动的呼吸气体进行连续采样，以任意某一时间段四个连续采样时刻的压强时间序列x1、x2、x3、x4，以及该时间序列后段的流量值s2作为判断依据，定义如下三个压强差变量：dx1＝x1-x2，dx2＝x2-x3，dx3＝x3-x4；

c.出现下列两种状态中的任何一种，即可认定流量传感器反接，系统向上位机发出流量传感器反接的警报信号：

状态一：x1、x2、x3全部大于零且x1和x3同时大于或等于x2，并且流量值s2小于某一设定的第一阈值f1；

状态二：dx1、dx2和dx3全部大于零且dx1和dx3同时小于或等于dx2，s2大于某一设定的第二阈值f2。

所述第一阈值f1设定为-2升/分钟，所述第二阈值f2设定为3升/分钟，两阈值用于排除微弱干扰所造成的误判。

Claims (5)

1.一种在呼吸力学测量中判断流量传感器反接的方法，其特征在于包括如下步骤：

a.把流量传感器接入呼吸力学测量模块中；

b.流量传感器对在病人与麻醉机之间流动的呼吸气体进行气道压强和流量值的连续采样；

c.出现下列两种状态中的任何一种，即可认定流量传感器反接，系统向上位机发出流量传感器反接的警报信号：

状态一：当气道压强变化到最低点时，流量值为病人处于吸气状态的负值；

状态二：当气道压强减小最快的临近时刻，流量值为正值。

2.根据权利要求1所述的判断流量传感器反接的方法，其特征在于：

步骤b所述的流量传感器对在病人与麻醉机之间流动的呼吸气体进行气道压强和流量值的连续采样过程是：以任意某一时间段四个连续采样时刻的压强时间序列x1、x2、x3、x4，以及该压强时间序列中x2对应的流量值s2作为判断依据，定义如下三个压强差变量：dx1＝x1-x2，dx2＝x2-x3，dx3＝x3-x4；

步骤c所述的出现其中之一，便可认定流量传感器反接的两种状态如下：

状态一：x1、x2、x3全部小于零且x1和x3同时大于或等于x2，并且流量值s2小于某一设定的第一阈值f1；

状态二：dx1、dx2和dx3全部大于零且dx1和dx3同时小于或等于dx2，s2大于某一设定的第二阈值f2；

所述第一阈值f1设定为-2升/分钟，所述第二阈值f2设定为3升/分钟，所述第一阈值f1和第二阈值f2用于排除微弱干扰所造成的误判。

3.一种呼吸力学测量模块，包括顺序连接的流量传感器(1)、压差传感器(2)和采样信号处理电路(3)，该信号处理电路(3)的计算结果向上位机(4)输出；其特征在于：

还包括流量传感器反接判断模块(5)和报警(6)，所述流量传感器反接判断模块(5)根据所述压差传感器(2)的输出信号和所述流量传感器(1)的输出信号来判断流量传感器(1)是否反接，报警(6)用于当所述流量传感器反接判断模块(5)认定所述流量传感器反接时向上位机(4)发出所述流量传感器反接的提示信号；

所述流量传感器反接判断模块(5)根据所述压差传感器(2)的输出信号和所述流量传感器(1)的输出信号来判断流量传感器(1)是否反接的判断方法步骤为：

a.流量传感器对在病人与麻醉机之间流动的呼吸气体进行气道压强和流量值的连续采样：以任意某一时间段四个连续采样时刻的压强时间序列x1、x2、x3、x4，以及该压强时间序列中x2对应的流量值s2作为判断依据，定义如下三个压强差变量：dx1＝x1-x2，dx2＝x2-x3，dx3＝x3-x4；

b.当任意出现如下两种状态之一时便可认定流量传感器反接：

状态一：x1、x2、x3全部小于零且x1和x3同时大于或等于x2，并且流量值s2小于某一设定的第一阈值f1；

状态二：dx1、dx2和dx3全部大于零且dx1和dx3同时小于或等于dx2，s2大于某一设定的第二阈值f2；

所述第一阈值f1设定为-2升/分钟，所述第二阈值f2设定为3升/分钟，所述第一阈值f1和第二阈值f2用于排除微弱干扰所造成的误判。

4.根据权利要求3所述的呼吸力学测量模块，其特征在于：所述信号处理电路(3)包括与压差传感器(2)的信号输出端连接的放大电路、模数转换、增益控制和单片机；所述单片机分别与模数转换和上位机双向连接。

5.根据权利要求4所述的呼吸力学测量模块，其特征在于：所述流量传感器反接判断模块(5)是固化在所述单片机的算法程序。

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