CN101791223A - 气道数据处理装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气道数据处理装置，包括传感器和数据处理电路，所述传感器用于检测病人气道参数并发送到所述数据处理电路，所述数据处理电路对来自传感器的病人气道参数进行离群处理，所述离群处理包括对病人气道参数对应的数值进行求平均值、求偏差值以及剔除离群偏差值对应的数值后求平均值。本发明还公开一种用于上述气道数据处理装置的气道数据处理方法。本发明气道数据处理装置及其方法可以提高数据采集的稳定性，降低外界突发干扰的影响，进而提高机器的检测准确性和可靠性。

Description

气道数据处理装置及其方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别是呼吸机和麻醉机的气道流量、压力、氧浓度、二氧化碳含量等传感器信号的气道数据处理装置。本发明还涉及用于上述气道数据处理装置的气道数据处理方法。

背景技术

医疗电子产品例如呼吸机，是重病患者的重要抢救工具，在临床应用越来越普遍，成为ICU(Intensive Care Unit：重症加强护理)、呼吸科、急诊科、麻醉恢复室等科室必备的设备，用于麻醉、各种原因所致的呼吸衰竭及大手术后的呼吸支持治疗。如何提高呼吸机的可靠性和稳定性，对临床参考具有重要意义。

呼吸机主要由气路结构和电气控制两大部分组成，气路结构提供病人呼吸气流回路，电气控制部分提供阀、传感器等器部件的驱动，以及对传感器信号的检测，从而实现对气流量的调节和监控，以达到给病人提供适度气流量的目的。呼吸机在工作过程中，涉及流量、压力、氧浓度、二氧化碳浓度等传感器信号的数据采集和处理。由于外界的突发干扰(如传感器漂移、开关信号、电磁辐射传导等)，使得传感器送给AD(Analog to Digital：模数转换)的数据出现偶然的凸起或者跌落，即所谓的信号“跳变”，进而导致AD采集到的数据有离群偏差。减小离群数据对检测结果的影响，提高数据处理的精度，对提高机器的可靠性有重要意义。

为了得到准确的AD采样数据，目前大部分机器上采用两种方法(1)算术平均值法：检测数据采样若干个值(点)，对这些值取算术平均数，所得到的结果为检测的量值(某一段时间内的量值，例如流量、压力、氧浓度、二氧化碳浓度等量值)；(2)剔除最值法：检测数据采样若干个值，剔除其中的最大值和最小值，再将剩余的数据取算术平均数，所得到的结果为检测的量值。

然而，以上两种数据处理方法均有缺陷。第一种算术平均值方法，完全不能排除离群值(大值或者小值)对检测结果的影响，离群值总干涉检测结果。第二种方法有所改善，剔除了最大值和最小值，对处理双边离群的数据有利，但对于单边离群的，还是存在较大误差。

现在举例说明，假设由于外界扰动，使得传感器数据出现跌落(目标值约100)，AD采集数据序列为{100.2，100.5，99.8，81.5，80.2，100}，现在采用现有技术的两种方法来获得检测参数值，第一种方法，直接采用算术平均值法，计算结果为93.7，偏差目标值约6.3％；第二种方法，采用剔除最值法，再取算术平均值，计算结果为95.4，偏差目标值约4.6％。实际产品应用中，如果数据的检测偏差大于3％，那么机器就存在功能性问题，或者校不准问题，因而有必要提高数据检测的准确度。

发明内容

为了解决现有技术的上述技术问题，有必要提供一种能够有效提高医疗设备的传感器对病人气道数据处理的稳定性，大大降低离群数据对检测结果的影响，并且提高数据检测准确性的气道数据处理装置。

还有必要提供一种上述气道数据处理装置的气道数据处理方法。

本发明提供的技术方案是：一种气道数据处理装置，包括传感器和数据处理电路，所述传感器用于检测病人气道参数并发送到所述数据处理电路，所述数据处理电路对来自传感器的病人气道参数进行离群处理，包括对病人气道参数对应的数值进行求平均值、求偏差值以及剔除离群偏差值对应的数值后求平均值。

本发明气道数据处理装置中，还包括病人气道回路，所述传感器连接所述病人气道回路。

本发明气道数据处理装置中，所述数据处理电路包括模数采样模块和数字信号处理模块，所述模数采样模块根据所述传感器检测的参数输出相应的数字信号到所述数字信号处理模块，所述数字信号处理模块对模数采样模块的信号进行离群处理。

本发明气道数据处理装置中，所述病人气道参数包括流量、压力、氧浓度和二氧化碳浓度参数。

本发明气道数据处理装置中，数据处理电路还包括模拟信号调理模块，所述模拟信号调理模块设置在传感器和模数采样模块之间，用于将传感器检测的病人气道参数处理成适合所述模数采样模块处理的数据。

一种气道数据处理方法，包括传感器检测病人气道参数并发送到数据处理电路；所述数据处理电路对所述病人气道参数进行离群处理，其中，所述离群处理具体包括对病人气道参数对应的数值进行求平均值、求偏差值以及剔除离群偏差值对应的数值后求平均值。

本发明气道数据处理方法中，所述病人气道参数包括流量、压力、氧浓度和二氧化碳浓度参数。

本发明气道数据处理方法中，所述数据处理电路对所述病人气道参数进行离群处理具体执行以下操作：对所述病人气道参数进行采样，得到n个数据序列，其中n为自然数；对所述n个数据进行算术平均值运算；分别求所述n个采样数据与其算术平均值的偏差之绝对值，得到n个偏差值；对所述n个偏差值进行排序，记录其中较大的m个偏差值，并记录所述m个较大偏差值对应的采样数据，其中m为不大于n的自然数；将所述m个较大偏差值对应的采样数据从采样数据序列中剔除，并对剩余的(n-m)个数据取算术平均值。

本发明气道数据处理方法中，其中m的值可以根据采样数据个数n的比例进行设定。

本发明气道数据处理方法中，所述病人气道参数包括流量、压力、氧浓度和二氧化碳浓度参数。

与现有技术相比，本发明数据处理装置的有益效果是利用数据处理电路对传感器检测的病人气道参数进行离群处理，包括对病人气道参数对应的数值进行求平均值、求偏差值以及剔除离群偏差值对应的数值后求平均值，能够很好的排除离群数据对于检测结果的干扰，提高参数检测准确性。

本发明气道数据处理装置进一步的有益效果是包括模数采样模块和数字信号处理模块，模数采样模块能够将病人气道参数从模拟值转换为用于数字信号处理模块处理的数字信号，数字信号处理单元对参数进行离群处理，从而提高数据残疾的稳定性以及检测的准确性和可靠性。

本发明气道数据处理装置进一步的有益效果是包括模拟信号调理模块，对传感器检测的模拟参数具有放大、缩小、滤波和保护等功能。

本发明气道数据处理装置进一步的有益效果是能够对病人气道参数中包括流量、压力、氧浓度、二氧化碳浓度等参数进行处理。

本发明气道数据处理方法具有的有益效果是利用数据处理电路对传感器检测的病人气道参数进行离群处理，包括对病人气道参数对应的数值进行求平均值、求偏差值以及剔除离群偏差值对应的数值后求平均值，能够很好的排除离群数据对于检测结果的干扰，提高参数准确性，从而提高检测的稳定性、准确性和可靠性。

本发明气道数据处理方法进一步具有的有益效果是能够对病人气道参数中包括流量、压力、氧浓度和二氧化碳浓度等参数进行处理。

本发明气道数据处理方法进一步具有的有益效果是通过对于病人气道参数求平均值、偏差值、剔除离群值后求平均值等步骤，有效地提高了病人气道参数检测的稳定性、准确性和可靠性。

附图说明

图1是本发明气道数据处理装置第一实施方式的系统结构示意图。

图2是本发明气道数据处理装置第二实施方式的系统结构示意图。

图3是本发明气道数据处理方法一种实施方式的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明实施方式作进一步说明。

请参阅图1，是本发明气道数据处理装置第一实施方式的系统结构示意图，包括传感器10和数据处理电路20，传感器10用于检测病人气道参数并将其发送到所述数据处理电路20。数据处理电路20对来自传感器10的病人气道参数进行离群处理。

请参阅图2，是本发明气道数据处理装置第二实施方式的系统结构示意图，其包括病人气道回路1，传感器2、数据处理电路3和显示装置6。数据处理电路30对来自传感器2的检测数据进行离群处理。

该气道数据处理电路3包括模拟信号调理模块30、AD采样模块(模数采样模块)40和数字信号处理电路50。传感器2连接病人气道回路1，用于检测病人气道回路1的各种参数，比如流量、压力、氧浓度、二氧化碳浓度等，并且将检测参数转换成对应的电压信号并发送到模拟信号调理模块30。模拟信号调理模块30将接收的电压信号调理成适合AD采样模块40采样范围后输出到AD采样模块40进行模数转换处理。AD采样模块40输出相应的数字信号到数字信号处理电路50，数字信号处理电路50根据接收的数字信号发送对应的显示信号到显示装置6，从而在显示装置6上以波形或数值形式显示检测结果。所述传感器2包括气出传感器和气入传感器，从而完成对病人气道回路的参数检测。所述模拟信号调理模块3具有放大、缩小、滤波和保护等功能。

如图3所示，干扰源7是可以导致病人气道回路1气路受到干扰、传感器受到干扰，或者是电路部分受到干扰的各种具有突发性的干扰源。在机器工作过程中，由于机器外部和内部的干扰源7无法预测，例如气源不稳、传感器受扰、电磁辐射、电传导等等，使得传感器2检测的流量数据出现“跳变”，产生所谓的“跳变”数据。

本发明气道数据处理装置的工作原理如下所述：传感器2检测病人回路气流量信息，经过模拟通道信号调理30，处理成满足AD采用模块40可接受的较大信号，再由AD采样模块40、数字信号处理电路50，处理成需要显示的图形或者数据信号并输出到显示装置6。

请同时参阅图3，是本发明气道数据处理方法流程示意图。本发明气道数据处理方法采用离群处理方法，其包括：

步骤201，获得原始数据序列X(i)：通过AD采用模块40采样获得原始数据序列X(i)，其中i＝1，2，3......n；

步骤202，获得序列X(i)的算术平均值X0：通过数字信号处理电路5对原始数据求算术平均值X0＝[X(1)+X(2)+X(3)+......+X(n)]/n；

步骤203，获得序列D(i)＝|X(i)-X0|：通过数字信号处理电路50对序列X(i)与平均值X0求偏差序列D(i)＝|X(i)-X0|；

步骤204，找出序列D(i)中较大的m个D(j)：对数据序列D(i)进行排序，找出其中较大的m个D(j)，1≤m，j≤9，并记录相对应的X(j)；

步骤205，将与D(j)对应的m个X(j)剔除掉：得到剩余的(n-m)个数据；

步骤206，对剩余的(n-m)个原始序列数据取平均值：剩余的(n-m)个原始数据取算术平均值，即得检测的结果值Y0。

上述气道数据处理方法对AD采样模块40采样的若干数据序列中离群的数据剔除，对剔除后的数据取算术平均数，以获得检测值，大大减小离群数据对检测结果的影响，从而提高数据处理的稳定性。上述步骤204中，m的具体值可以根据采样数据的一定比例进行设定。

下面举例进行说明。例如，假定准确值为100，对于AD采集数据序列{100.2，100.5，99.8，81.5，80.2，100}，采用离群处理方法：

得到其平均值为93.7；

偏差序列为{6.5，6.1，12.2，13.5，6.3}；

计算得到其中较大的2个离群点{12.2}和{13.5}，对应的原始数据为{81.5}和{80.2}；

从原始数据序列中剔除{81.5}和{80.2}，剩余原始数据算术平均值计算结果为100.1，相比准确值100偏差0.1％。可见，相较于现有技术，本发明气道数据处理装置及其方法采用离群处理，有效提高了数据采样和检测的稳定性和抗干扰能力。

本发明气道数据处理装置的数字信号处理电路采用离群处理方法，通过对采样数据求平均值和偏差值，并对离群“跳变”数据(离群偏差值对应的采样数据)进行剔除后求平均值，减小离群数据对整个检测目标值的影响，从而提高数据检测的稳定性，实现起来成本低廉，具有较好的实用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气道数据处理装置，其特征在于：包括传感器和数据处理电路，所述传感器用于检测病人气道参数并发送到所述数据处理电路，所述数据处理电路对来自传感器的病人气道参数进行离群处理，所述离群处理包括对病人气道参数对应的数值进行求平均值、求偏差值以及剔除离群偏差值对应的数值后求平均值。

2.如权利要求1所述的气道数据处理装置，其特征在于：还包括病人气道回路，所述传感器连接所述病人气道回路。

3.如权利要求1所述的气道数据处理装置，其特征在于：所述数据处理电路包括模数采样模块和数字信号处理模块，所述模数采样模块根据所述传感器检测的参数输出相应的数字信号到所述数字信号处理模块，所述数字信号处理模块对模数采样模块的信号进行所述离群处理。

4.如权利要求1-3任一所述的气道数据处理装置，其特征在于：所述病人气道参数包括流量、压力、氧浓度和二氧化碳浓度参数。

5.如权利要求3所述的气道数据处理装置，其特征在于：所述数据处理电路还包括模拟信号调理模块，所述模拟信号调理模块设置在传感器和模数采样模块之间，用于将传感器检测的病人气道参数处理成适合所述模数采样模块处理的数据。

6.一种气道数据处理方法，包括：

传感器检测病人气道参数并发送到数据处理电路；

所述数据处理电路对所述病人气道参数进行离群处理，其中，所述离群处理具体包括对病人气道参数对应的数值进行求平均值、求偏差值以及剔除离群偏差值对应的数值后求平均值。

7.如权利要求6所述的气道数据处理方法，其特征在于，所述病人气道参数包括流量、压力、氧浓度和二氧化碳浓度参数。

8.如权利要求6所述的气道数据处理方法，其特征在于，所述数据处理电路对所述病人气道参数进行离群处理具体执行以下操作：

对病人气道参数进行采样，得到n个数据序列，其中n为自然数；

对所述n个数据进行算术平均值运算；

分别求所述n个采样数据与其算术平均值的偏差之绝对值，得到n个偏差值；

对所述n个偏差值进行排序，记录其中较大的m个偏差值，并记录所述m个较大偏差值对应的采样数据，其中m为不大于n的自然数；

将所述m个较大偏差值对应的采样数据从采样数据序列中剔除，并对剩余的(n-m)个数据取算术平均值。

9.如权利要求8所述的气道数据处理方法，其特征在于：其中m的值可以根据采样数据个数n的比例进行设定。

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