CN102743177B - 一种气体检测的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医用气体检测技术领域，具体涉及一种气体检测的控制方法及装置；本发明提出一种气泵抽气速度可以根据呼吸波信号的频率变化而自适应调整的气体检测的控制方法。在满足系统测量精度需求的前提下，尽可能降低气泵的抽气速度，有效的延长了其工作寿命，提供了系统的长期可靠性，同时也降低了系统功耗和硬件成本。

Description

一种气体检测的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及医用气体检测技术领域，具体涉及一种气体检测的控制方法及装置。

背景技术

医用领域的呼吸气体浓度检测方法通常可以分为主流和旁流两种。主流气体浓度测量装置通常放在呼吸回路中靠近患者嘴部或气管的位置，直接测量呼吸气流中的气体浓度。而旁流气体浓度测量装置则使用气泵（通常为隔膜泵），通过一条长约2米的细管，将气流从呼吸回路抽取到气体浓度测量装置所在的位置进行测量。主流气体浓度测量装置的优势在于可提供呼吸回路中待测气体的包括气体浓度等即时的中间处理数据信息，通常用于插管病人。旁流装置则可以在插管患者和不插管患者身上都可以使用，不会增加靠近患者连接部分的重量，尤其适用于新生儿和婴儿。一般而言，旁流气体浓度测量装置的患者应用范围比主流的测量装置更广泛。

业内常见的旁流气体浓度检测装置，在测量气体浓度的过程中，气泵是以恒定的速度从患者的呼吸回路中进行抽气。为了保证采样气体的速度恒定，一般在装置内部会有流量传感器对气流速度进行监测。常见的旁流检测装置会设定两个固定的流量，当患者是成人时，医护人员需设置检测装置在成人模式下工作，气泵以预设的某个流量固定抽取气体；当患者是婴儿或新生儿时，医护人员需设置检测模式在新生儿模式下工作，气泵以预设的另一个流速抽取气体，这个流量会比成人模式的流量会低。

对旁流装置而言，气泵的工作寿命是一大局限。内部采用有刷电机的气泵，由于电机工作的特性，在工作时电刷会不断与定子摩擦，不可避免会出现发热和磨损。气泵抽气速度越高，电刷转速越快，气泵的工作寿命越短。而采用无刷电机的气泵，其工作寿命会有很大提高，但是价格比有刷电机的气泵会高很多，另外，目前业内气体测量装置采用固定设置了抽气的速率的方式，针对某些特别气体测量应用场景，会导致系统功耗的增加，工作效率的低下，综上所示，业内尚缺乏一种优化的气泵使用方式，既能提高气泵寿命，又能提供了系统的长期可靠性，降低了系统功耗和硬件成本。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的即在于一种气体检测的控制方法及装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明一种气体检测的控制方法，主要包括：

步骤Ⅰ，预设常态和特殊应用场景的阈值及其对应的气泵抽气速率；

步骤Ⅱ，气泵在常态应用场景下抽取呼吸回路的气体；

步骤Ⅲ，对抽取的气体进行浓度测量；

步骤Ⅳ，判断是否进入特殊应用场景；

步骤Ⅴ，如果是，则气泵在特殊应用场景下抽取呼吸回路的气体，如果否，则返回步骤Ⅱ。

更进一步的，所述的特殊应用场景包括，低呼吸模式应用场景和\或无呼吸模式应用场景。

更进一步的，所述的步骤Ⅴ之前还包括，判断是否在预定时长内符合所述步骤Ⅳ的判断条件，如是，则进入步骤Ⅴ，否则则返回步骤Ⅱ。

更进一步的，所述的预设常态和特殊应用场景的阈值是根据测量气体浓度得到的呼吸波信号的频率范围值设定。

更进一步的，所述的对抽取的气体进行浓度测量采用了红外光测量法。

本发明一种气体检测的控制方法及装置，包括了，

气泵；

参数预设模块，用于预设常态和特殊应用场景的阈值及其对应的气泵抽气速率；

常态抽气模块，与所述的气泵和参数预设模块相连接，用于控制气泵在常态应用场景下抽取呼吸回路的气体；

浓度测量模块，与所述的常态抽气模块相连接，用于对抽取的气体进行浓度测量；

特殊场景判断模块，与所述的浓度测量模块和常态抽气模块相连接，用于根据所述参数预设模块预设定的特殊应用场景的阈值判断是否进入特殊应用场景；

特殊场景抽气模块，与所述的特殊场景判断模块、浓度测量模块403和气泵相连接，用于控制气泵在特殊应用场景下抽取呼吸回路的气体。

进一步的，所述的特殊场景判断模块还包括，低呼吸模式判断单元和\或无呼吸模式判断单元，

所述的低呼吸模式判断单元用于根据所述参数预设模块预设定的特殊应用场景的阈值判断是否进入低呼吸模式应用场景；所述的无呼吸模式判断单元用于根据所述参数预设模块预设定的特殊应用场景的阈值判断是否进入无呼吸模式应用场景。

本发明提出一种气泵抽气速度可以根据呼吸波信号的频率变化而自适应调整的气体检测的控制方法。在满足系统测量精度需求的前提下，尽可能降低气泵的抽气速度，有效的延长了其工作寿命，提供了系统的长期可靠性，同时也降低了系统功耗和硬件成本。

附图说明

为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。

图1为本发明的一种气体检测的控制方法的工作流程示意图；

图2为本发明的一种气体检测控制方法的一个实施例工作流程示意图；

图3为本发明的一种气体检测控制方法的另一个实施例工作流程示意图；

图4为本发明的一种气体检测的控制装置的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明一种气体检测的控制方法具体步骤描述如下：

101.预设常态和特殊应用场景的阈值及其对应的气泵抽气速率；

开机启动并初始化，预设参数，主要包括，根据测量气体的浓度，得到呼吸波信号，并根据呼吸波信号频率范围阈值，预设常态应用场景和特殊应用场景，特殊应用场景优选包括低呼吸模式应用场景和\或无呼吸模式应用场景，并预设各个应用场景对应的气泵抽气速率。

102.气泵在常态应用场景下抽取呼吸回路的气体；

开机初始化完成后，系统进入常态应用场景，气泵在常态应用场景下抽取呼吸回路的气体；

103.对抽取的气体进行浓度测量；

对常态模式下气泵抽取的气体进行浓度测量，气泵保持了稳定的抽气速率，采用常规的方法（常为红外光测量法），完成预定时长内的气体浓度测量。

104.判断是否进入特殊应用场景；

根据气体浓度的测量得到呼吸波信号的频率值，计算气体浓度信号中的呼吸波频率（呼吸率），将呼吸频率与预设的特殊应用场景阈值比较，如果在某个预设的特殊场景阈值范围内，则进入该特殊应用场景模式中，特殊应用场景模式优选包括低呼吸模式应用场景和\或无呼吸模式应用场景。如果否，则不进入特殊场景，可优选回到步骤102，回到常态模式。

105.气泵在特殊应用场景下抽取呼吸回路的气体；

此步骤中，系统进入某个特殊应用场景模式，特殊应用场景模式优选包括低呼吸模式应用场景和\或无呼吸模式应用场景，自动调整对应的驱动气泵的功率，让气泵按照预先在此特殊模式下的抽气速率进行抽气。此步骤结束后，将回到步骤103，进行下一个预订时长的气体浓度测量。

在以上的步骤中，气泵在整个工作过程的工作状况得以优化和改善，大大减小了其工作疲劳度，有效延长了其使用寿命，提高系统的可靠性。

在本专利中，所提到气体浓度信号中的呼吸波，是指因为被测者存在呼吸而导致的气体浓度信号曲线的波动。由于该气体如氧气、二氧化碳、麻醉气体等，参与了人体肺部的气体循环，会被消耗或产生，所以其浓度会出现了规律性的变化。该气体的浓度信号不再是平稳的直线，而是波动的曲线。此波动的曲线称为呼吸波，能够反映被测者的呼吸率、呼吸末端浓度值、呼吸状态等信息的中间值。本发明就是根据其中的呼吸波信号的频率来实现对气泵的自动控制。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明一种气体检测控制方法的一个实施例工作流程示意图，如图2所示，具体描述如下：

200.初始化

初始化步骤主要包括预设无呼吸场景的呼吸波信号频率范围阈值。并预设无呼吸场景下的气泵抽气速率。

201. 常态抽气模式

步骤200完成后进入常态抽气模式，在此模式下，气泵安装常态模式下预设的速率抽气患者呼吸回路中的气体。

202. 气体浓度测量

步骤201完成后气泵就保持了稳定的抽气速率，进入步骤202. 此步骤中采用常规的方法（常为红外光测量法），完成单个时间段的气体浓度测量。

203. 判断是否进入无呼吸模式

步骤203中，系统监测气体浓度的波形数据，当波形数据得到的呼吸波信号频率达到阈值范围时，进入无呼吸应用场景模式，当然，也可优选，当波形数据得到的呼吸波信号频率达到阈值范围后持续的时间超过预设无呼吸模式的时间阈值时，比如预定时间阈值为10分钟，则本步骤的判断为真，进入步骤204. 如果否，则回到步骤202，按照常态模式的设定速率控制气泵进行抽气。

204. 无呼吸模式抽气

本步骤中，系统控制气泵按照无呼吸模式下预设的速率进行抽气。在此情况下，一般预设的气泵抽气速率很低，比如为10ml/min，可以大大降低气泵的工作损耗（一般旁流气体浓度测量装置的抽气速率在100ml/min甚至更高）。无呼吸的场景在医用环境中经常出现，如采样管从病人呼吸回路中滑落，或者在没有病人需要呼吸气体浓度测量的时候医护人员却未能及时将系统设置为待机。在此情况下保持非常低流量的抽气速度，既可以减少气泵损耗，一旦医护人员将采样管接入病人回路中，又能及时检测到呼吸波，自动回到常态测量，具体无呼吸应用场景模式的呼吸波信号频率范围阈值一般根据系统的软硬件情况和实验数据得到。

本步骤完成后，回到步骤202，进行下一个时间段的气体浓度测量。

为便于进一步理解本专利，图3给出了另外一种气体检测控制方法的实施例。具体包括：

300. 初始化

初始化步骤主要包括预设低呼吸率应用场景模式的呼吸波信号频率范围阈值。并预设低呼吸率场景下的气泵抽气速率。

301. 常态抽气模式

步骤300完成后进入常态抽气模式，在此模式下，气泵安装常态模式下预设的速率抽气患者呼吸回路中的气体。

302. 气体浓度测量

步骤301完成后气泵就保持了稳定的抽气速率，进入步骤302. 此步骤中采用常规的方法（常为红外光测量法），完成单个时间段的气体浓度测量。

303. 判断是否进入低呼吸率模式

步骤303中，系统监测气体浓度的波形数据，统计呼吸波的呼吸频率值。当呼吸频率值低于预设低呼吸率的阈值时，比如说10BPM（10次每分钟），则本步骤的判断为真，进入步骤304。当然，也可优选，当波形数据得到的呼吸波信号频率达到阈值范围后持续的时间超过预设低呼吸模式的时间阈值时，则本步骤的判断为真，进入步骤304。如果否，则回到步骤302，按照常态模式的设定速率控制气泵进行抽气。

304. 低呼吸率模式抽气

本步骤中，系统控制气泵按照低呼吸率模式下预设的速率，比如将该速率设为40ml/min，以此速率进行抽气。在低呼吸率的情况下降低抽取气体的速度，会造成气体浓度波形有更多的延迟，减缓呼吸波形上升速度，但由于此时呼吸率较低，仍能够获得正确的呼末气体的浓度值。

步骤304完成后，回到步骤302进行下一个时间段的气体浓度测量。

当患者的呼吸率升得较高时，如80BPM，达到常态模式的阈值时，只需要将抽气速率控制调整回到常态模式下的预设抽气速率即可。因为过高的抽气速率并不能带来气体浓度波形的显著改善，却会较快的降低气泵寿命，耗费不必要的功耗。而且，过高的抽气速率可能会给呼吸功能较弱的患者带来不适。

图2和图3的两个实施例可以分别实现也可以同时实现。

为便于理解本发明，图4给出了本发明的一种气体检测的控制装置的一个实施例的原理图。

400.气泵

通过气管连接于呼吸气路中，是主动气动元件，将气体从病人呼吸回路抽出，通过采样气管，进入到气体分析腔，在气体分析腔中对气体浓度进行测量，接着再到达气泵并排出。

401.参数预设模块

预设常态和特殊应用场景的阈值及其对应的气泵抽气速率；

402.常态抽气模块

与所述的气泵400和参数预设模块401相连接，用于控制气泵在常态应用场景下抽取呼吸回路的气体；

403.浓度测量模块

与所述的常态抽气模块402相连接，用于对抽取的气体进行浓度测量；

此模块通常包括红外光源、红外传感器、信号调理电路和ADC模数转换电路。红外光源发出的红外光通过气体分析腔，被该处的气体吸收特定波长的红外光，红外传感器接收到剩余的透射光并转化为电信号，电信号通过信号调理电路被放大和调理，再由ADC进行模数转换后输出进行浓度测量；

404.特殊场景判断模块

与所述的浓度测量模块403和常态抽气模块402相连接，用于判断是否进入特殊应用场景；

405.特殊场景抽气模块

与所述的特殊场景判断模块404、浓度测量模块403和气泵400相连接，用于控制气泵在特殊应用场景下抽取呼吸回路的气体；

此外，所述的特殊场景判断模块404还包括，低呼吸模式判断单元和\或无呼吸模式判断单元，所述的低呼吸模式判断单元用于判断是否进入低呼吸模式应用场景，所述的无呼吸模式判断单元用于判断是否进入无呼吸模式应用场景。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (1)

1.一种气体检测的控制方法，其特征在于，包括了如下步骤，

步骤Ⅰ，预设常态和特殊应用场景的阈值及其对应的气泵抽气速率；

步骤Ⅱ，气泵在常态应用场景下抽取呼吸回路的气体；

步骤Ⅲ，对抽取的气体进行浓度测量；

步骤Ⅳ，判断是否进入特殊应用场景；

步骤Ⅴ，如果是，则气泵在特殊应用场景下抽取呼吸回路的气体，如果否，则返回步骤Ⅱ；

其中步骤Ⅰ中所述常态和特殊应用场景的阈值为呼吸波信号频率范围阈值，所述的特殊应用场景为低呼吸模式应用场景和\或无呼吸模式应用场景。

2.根据权利要求1所述的一种气体检测的控制方法，其特征在于，所述的步骤Ⅴ之前还包括，判断是否在预定时长内符合所述步骤Ⅳ的判断条件，如是，则进入步骤Ⅴ，否则返回步骤Ⅱ。

3.根据权利要求1所述的一种气体检测的控制方法，其特征在于，所述的预设常态和特殊应用场景的阈值是根据测量气体浓度得到的呼吸波信号的频率范围值设定。

4.根据权利要求1所述的一种气体检测的控制方法，其特征在于，所述的对抽取的气体进行浓度测量采用了红外光测量法。

5.一种气体检测的控制装置，其特征在于，包括了：

气泵；

参数预设模块，用于预设常态和特殊应用场景的阈值及其对应的气泵抽气速率；

常态抽气模块，与所述的气泵和参数预设模块相连接，用于控制气泵在常态应用场景下抽取呼吸回路的气体；

浓度测量模块，与所述的常态抽气模块相连接，用于对抽取的气体进行浓度测量；

特殊场景判断模块，与所述的浓度测量模块和常态抽气模块相连接，用于根据所述参数预设模块预设定的特殊应用场景的阈值判断是否进入特殊应用场景；

特殊场景抽气模块，与所述的特殊场景判断模块、浓度测量模块和气泵相连接，用于控制气泵在特殊应用场景下根据所述参数预设模块预设定的气泵抽气速率抽取呼吸回路的气体；

其中参数预设模块中预设常态和特殊应用场景的阈值为呼吸波信号频率范围阈值，所述的特殊应用场景为低呼吸模式应用场景和\或无呼吸模式应用场景。

6.根据权利要求5所述的一种气体检测的控制装置，其特征在于，

所述的低呼吸模式判断单元用于根据所述参数预设模块预设定的特殊应用场景的阈值判断是否进入低呼吸模式应用场景；

所述的无呼吸模式判断单元用于根据所述参数预设模块预设定的特殊应用场景的阈值判断是否进入无呼吸模式应用场景。

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