CN106039516A - 一种窒息报警的吸氧面罩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种窒息报警的吸氧面罩，包括：呼吸检测模块，用于检测使用者当前的呼吸信号；控制处理模块，用于根据所述呼吸信号，获取使用者当前的呼吸状态；呼吸状态指示模块，用于对所述呼吸状态进行指示，并在所述呼吸状态为窒息状态时，发出警报。采用本发明可实现简单、高效、低成本的呼吸检测和窒息报警。

Description

一种窒息报警的吸氧面罩
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种窒息报警的吸氧面罩。
背景技术
目前在医院治疗的重病病人中，很大一部分病人因疾病本身的原因存在窒息的风险，特别是在夜间发生这样的事件后，往往不能被病人家属及医护人员及时发现，错过了最佳的抢救时机。特护病人的护士巡视病人的时间间隔至少在15分钟以上，而家属虽然在床旁看护，但由于缺少专业知识，常常错误的把呼吸和心跳暂停误以为是睡着了。人脑的缺血缺氧耐受能力极差，超过5分钟就会形成缺血缺氧性脑疾病，即使病人被发现后成功地完成了心肺复苏，脑复苏也是很困难的，导致很多呼吸骤停的病人，虽然心肺复苏成功但因缺血缺氧性脑疾病致残成为植物人，造成医疗资源的浪费和病人家属的痛苦。
目前的各种呼吸机设备及部分监护一体设备都有窒息监测功能，但这些设备价格昂贵，大部分基层医院仅有少量设备不能满足病人的需要，就算是三级甲等医院也仅是部分配置，对于有呼吸窒息潜在危险的患者无法兼顾。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供了一种窒息报警的吸氧面罩，通过吸氧面罩对监测对象呼吸状态的实时监测，实现简单、高效、低成本的呼吸检测和窒息报警。
为了实现上述目的，本发明提供了一种窒息报警的吸氧面罩，包括：
呼吸检测模块，用于检测使用者当前的呼吸信号；
控制处理模块，用于根据所述呼吸信号，获取使用者当前的呼吸状态；
呼吸状态指示模块，用于对所述呼吸状态进行指示，并在所述呼吸状态为窒息状态时，发出警报。
本发明通过在普通吸氧面罩上集成呼吸检测模块、控制处理模块和呼吸状态指示模块，使用灵活方便。通过呼吸检测模块检测使用者当前的呼吸信号，通过控制处理模块获取使用者当前的呼吸状态，通过呼吸状态指示模块对所述呼吸状态进行指示，并在出现窒息时，发出警报，有利于降低呼吸检测和窒息监控的成本。
优选地，所述呼吸检测模块包括温度传感器或流量传感器中的一种或两种；
所述温度传感器，用于检测吸氧面罩内的温度变化来表征所述呼吸信号；
所述流量传感器，用于检测氧气管通路中的流量变化来表征所述呼吸信号。
本发明通过温度传感器、流量传感器可实现高灵敏度、灵活轻便的呼吸信号采样，有利于提高后续检测结果的准确性和可靠性。
优选地，所述吸氧面罩还包括：
信号调理模块，用于对所述呼吸信号进行滤波和放大，并将滤波和放大后的呼吸信号发送给所述控制处理模块。
优选地，所述控制处理模块包括：
模数转换单元，用于对所述呼吸信号进行模数转换，获取数字信号。
信号处理单元，用于对所述数字信号进行数字滤波，根据数字滤波后的所述数字信号计算呼吸频率，并检测使用者的呼吸状态。
优选地，所述信号处理单元包括：
数字滤波子单元，用于对所述数字信号进行快速傅里叶变换，获取傅里叶信号；并根据使用者的年龄、性别和体温，调整滤波的上下限截止频率，对所述傅里叶信号进行数字滤波；
呼吸阈值调整子单元，用于获取最近N个呼吸周期内的所述数字信号的最大值和最小值，并根据所述最大值和最小值计算呼吸阈值；其中，N为自然数，所述呼吸阈值Vth＝(Vmax-Vmin)/fs，Vmax为所述最大值，Vmin为所述最小值，fs为采样频率。
呼吸频率提取子单元，用于将数字滤波后的数字信号与所述呼吸阈值进行比较输出，获取方波信号；并根据所述方波信号，计算呼吸频率。
窒息检测子单元，用于记录所述方波信号的电平持续时间，当所述方波信号的高电平或低电平持续超过预设的时间阈值时，将所述呼吸状态判定为窒息状态。
优选地，所述N＝2。
优选地，所述吸氧面罩还包括：
体温检测模块，用于实时检测使用者的体温，并将所述体温发送给所述数字滤波子单元呼吸阈值调整子单元，以调整滤波的上下限截止频率。
本发明根据使用者的年龄、性别和体温，调整数字滤波的上下限截止频率，尽可能的消除噪声的影响，通过检测最近两个呼吸周期内的呼吸幅度来实时调整呼吸阈值，避免了对特殊患者呼吸频率的误测，保证了检测结果的准确性。而且可以根据患者的具体情况，针对呼吸节律的不同，设置报警时间阈值，实现对窒息的灵活监控。
优选地，所述呼吸状态指示模块包括：
呼吸灯，用于跟随所述呼吸信号进行同频率闪烁；
蜂鸣器，用于当所述呼吸状态为窒息状态时，发出蜂鸣警报。
优选地，所述呼吸状态指示模块还包括：
显示器，用于对所述体温和所述呼吸频率进行显示。
优选地，所述控制处理模块还用于根据所述呼吸信号，通过脉冲调制的方式驱动所述呼吸灯，以使得所述呼吸灯的亮度随使用者呼吸的深浅而变化。
附图说明
图1是本发明提供的窒息报警的吸氧面罩的一个实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的窒息报警的吸氧面罩的一个实施例的外观结构示意图；
图3是本发明提供的窒息报警的吸氧面罩的另一个实施例的结构示意图；
图4是如图3所示实施例提供的信号处理单元的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明提供的窒息报警的吸氧面罩的一个实施例的结构示意图。
如图1所示，所述吸氧面罩包括：
呼吸检测模块11，用于检测使用者当前的呼吸信号；
控制处理模块12，用于根据所述呼吸信号，获取使用者当前的呼吸状态；
呼吸状态指示模块13，用于对所述呼吸状态进行指示，并在所述呼吸状态为窒息状态时，发出警报。
在具体实施当中，所述呼吸检测模块11可以为检测呼吸信号的一种或多种传感器，一般设置于呼吸面罩内，用于传感相关参数的变化以表征呼吸信号，如图2所示，所述呼吸检测模块11优选包括温度传感器111或流量传感器112中的一种或两种；
所述温度传感器111，用于检测吸氧面罩内的温度变化来表征所述呼吸信号；
所述流量传感器112，用于检测氧气管通路中的流量变化来表征所述呼吸信号。
所述温度传感器设置于吸氧面罩内主要用于感应检测使用者(即病人)口鼻腔处的温度变化，所述流量传感器设置于氧气管中，主要用于检测吸氧通路上的流量变化，通过人口鼻腔处的温度变化或氧气管通路中的流量变化来表征呼吸信号。在具体实施当中，温度传感器和流量传感器可以单独使用，也可以同时使用以提高测量的准确性。
参见图2，是本发明提供的窒息报警的吸氧面罩的外观结构示意图，包括吸氧面罩21、呼吸检测模块11、系统控制板(12、13)以及氧气管22，其中，所述系统控制板上设置有控制处理模块12以及呼吸状态指示模块13。本发明通过在普通吸氧面罩上集成呼吸检测模块、控制处理模块和呼吸状态指示模块，使用灵活方便。通过呼吸检测模块检测使用者当前的呼吸信号，通过控制处理模块获取使用者当前的呼吸状态，通过呼吸状态指示模块对所述呼吸状态进行指示，并在出现窒息时，发出警报，有利于降低呼吸检测和窒息监控的成本。
本发明通过温度传感器、流量传感器可实现高灵敏度、灵活轻便的呼吸信号采样，有利于提高后续检测结果的准确性和可靠性。
参见图3，是本发明提供的窒息报警的吸氧面罩的另一个实施例的结构示意图。本实施例在图1所示实施例的基础上进一步还设置有：
信号调理模块14，用于对所述呼吸信号进行滤波和放大，并将滤波和放大后的呼吸信号发送给所述控制处理模块12。
在具体实施当中，所述信号调理模块14位于呼吸检测模块11和控制处理模块12之间。所述信号处理模块14主要包括滤波电路和放大电路。所述滤波电路用于对呼吸检测模块11获取的初始电信号进行滤波，主要是消除直流噪声、50Hz的工频噪声以及各种高频噪声；所述放大电路用于把滤波后的信号调整到合适的幅度，然后传输至控制处理模块12。
在具体实施当中，所述控制处理模块12既可以设置于所述吸氧面罩上，也可以作为独立的控制板设备单独存在，吸氧面罩内的呼吸检测模块11通过传感器导线与所述控制板的传感器接口连接，以实现呼吸信号的传输。所述控制处理模块12包括：
模数转换单元121，用于对所述呼吸信号进行模数转换，获取数字信号。
信号处理单元122，用于对所述数字信号进行数字滤波，根据数字滤波后的所述数字信号计算呼吸频率，并检测使用者的呼吸状态。
所述控制处理模块12可以为微处理器MCU，所述模数转换单元121为MCU中内置的AD转换器，用于将实时的呼吸信号从模拟信号形式转换成数字信号形式。而信号处理单元122则可通过MCU内的软件算法实现，主要用于进行软件去噪、调整呼吸阈值、提取呼吸频率和进行窒息检测。
具体地，如图4所示，所述信号处理单元122包括：
数字滤波子单元31，用于对所述数字信号进行快速傅里叶变换，获取傅里叶信号；并根据使用者的年龄、性别和体温，调整滤波的上下限截止频率，对所述傅里叶信号进行数字滤波；
健康的成年人在正常的平静状态下，呼吸频率较为稳定，成年男性每分钟呼吸次数为14-20次/分钟，成年女性每分钟呼吸次数比男生快2-4次；儿童处于发育阶段，呼吸一般较快，1岁以下的新生儿约为40-44次/分钟，1-3岁的婴儿约为24次/分钟，4-7岁的儿童约为22次/分钟，8-14岁的儿童约为20次/分钟；此外，人的体温也会影响呼吸运动，一般体温升高1℃，呼吸频率大约增加每分钟4次/分钟。针对不同人呼吸频率的不同，本发明可以根据患者年龄、性别、体温等参数来调整算法中的数字滤波器的上下限截止频率，尽可能的消除噪声的影响，保证测试结果的准确性。在一种优选的实施方式当中，可根据年龄与性别设置四个档位的滤波参数，1岁以下的婴儿的上下限截止频率分别为0.05Hz和0.73Hz，1-14岁的儿童的上下限截止频率分别为0.05Hz和0.4Hz，14岁以上男性的上下限截止频率分别为0.05Hz和0.33Hz，14岁以上女性的上下限截止频率分别为0.05Hz和0.4Hz，然后在正常体温37.5℃的基础上，体温每升高1℃，上限截止频率在原基础上增大0.06Hz。
在具体实施当中，使用者的年龄和性别可通过人工输入的方式获取，而使用者的体温数据则可以通过体温检测的设备或传感器获取，如下文的体温检测模块15。
呼吸阈值调整子单元32，用于获取最近N个呼吸周期内的所述数字信号的最大值和最小值，并根据所述最大值和最小值计算呼吸阈值；其中，N为自然数，所述呼吸阈值Vth＝(Vmax-Vmin)/fs，Vmax为所述最大值，Vmin为所述最小值，fs为采样频率。
为保证准确性和实时性，在一种优选的实施方当中，所述N＝2，即检测最近两个呼吸周期内的呼吸幅度来实时调整呼吸阈值。
正常人平静状态下的呼吸节律基本上是均匀而整齐的，但是在某些疾病的严重阶段，往往会出现各种呼吸节律的变化，包括潮式呼吸、间停呼吸、抑制性呼吸、叹息样呼吸。潮式呼吸是一种由浅慢逐渐变为深快、再由深快转为浅慢，随之出现一段呼吸暂停后，又开始重复如上变化的周期性呼吸，潮式呼吸周期可长达30秒～2分钟，暂停期可持续5～30秒。间停呼吸则表现为有规律的呼吸几次后，突然停止一段时间，又开始呼吸，周而复始。抑制性呼吸是指胸部发生剧烈疼痛所致的吸气相突然中断，呼吸运动短暂地突然受到抑制的一种呼吸，患者表情痛苦，呼吸较正常浅而快。叹息样呼吸表现为一段正常呼吸节律中插入一次深大呼吸，常伴有叹息声。
针对不同身体状况的人呼吸深度及呼吸节律大不相同的特点，本发明的算法是检测最近两个呼吸周期内的呼吸幅度来实时调整呼吸阈值，避免了对特殊患者呼吸频率的误测。而且针对呼吸节律的不同，医护人员可以根据患者具体情况来设置报警时间阈值，比如对潮式呼吸的患者可以设置报警时间阈值为30秒，当呼吸暂停超过30秒才发出报警；而由于间停呼吸比潮式呼吸危险，对于间停呼吸的患者，报警阈值时间可以设置较短(如20秒)。
呼吸频率提取子单元33，用于将数字滤波后的数字信号与所述呼吸阈值进行比较输出，获取方波信号；并根据所述方波信号，计算呼吸频率。
在一种优选的实施方式当中，获取方波信号具体算法为：用当前信号幅值Vn减去前一信号幅值Vn-1得到当前的信号电压变化，当所述信号电压变化大于所述呼吸阈值Vth，即Vn-Vn-1>Vth时，输出高电平；当所述信号电压变化小于负的呼吸阈值-Vth，即Vn-Vn-1<-Vth时，输出低电平；当所述电压变化在正负呼吸阈值之间，即-Vth<Vn-Vn-1<Vth时，保持当前的电平。
窒息检测子单元34，用于记录所述方波信号的电平持续时间，当所述方波信号的高电平或低电平持续超过预设的时间阈值时，将所述呼吸状态判定为窒息状态。
如图3所示，所述吸氧面罩还可以进一步包括：
体温检测模块15，用于实时检测使用者的体温，并将所述体温发送给所述数字滤波子单元呼吸阈值调整子单元，以调整滤波的上下限截止频率。
本发明根据使用者的年龄、性别和体温，调整数字滤波的上下限截止频率，尽可能的消除噪声的影响，通过检测最近两个呼吸周期内的呼吸幅度来实时调整呼吸阈值，避免了对特殊患者呼吸频率的误测，保证了检测结果的准确性。而且可以根据患者的具体情况，针对呼吸节律的不同，设置报警时间阈值，实现对窒息的灵活监控。
所述呼吸状态指示模块主要用于为医护人员或患者家属提供患者呼吸状态的直观显示，包括：
呼吸灯131，用于跟随所述呼吸信号进行同频率闪烁；所述呼吸灯为LED(LightEmitting Diode，发光二极管)，所述控制处理模块还用于根据所述呼吸信号，通过脉冲调制的方式驱动所述呼吸灯，以使得所述呼吸灯的亮度随使用者呼吸的深浅而变化。
蜂鸣器132，用于当所述呼吸状态为窒息状态时，发出蜂鸣警报。当患者呼吸暂停超过预设的阈值时，所述蜂鸣器发出警报，可唤起医护人员或患者家属的注意，以对患者进行及时的救治。
进一步地，所述呼吸状态指示模块还包括：
显示器133，用于对所述体温和所述呼吸频率进行显示。在具体实施当中，除了体温和呼吸频率外，所述显示器还可以用于显示病人的基本信息以及系统所检测到的其他实时数据。
使用窒息报警的吸氧面罩对病人进行有效的呼吸监测及窒息报警，可按以下步骤进行操作：为病人穿戴好本发明提供的吸氧面罩(内部安装了温度传感器、流量传感器以及体温检测模块)，将面罩上的传感器导线与控制板的传感器接口连接；给控制板接上电源，按下电源开关，系统启动；输入病人基本信息，系统在软件滤波阶段会根据病人性别及年龄选择合适的滤波器参数；然后根据病人状况，通过按键设置报警阈值时间；报警阈值时间共设3个档位，20S、30S、以及40S，系统初始默认为20S档位，按键每按下一次，档位+1，不断循环，档位指示灯指示当前所选择的档位；当设定好报警阈值时间档位之后，系统进入呼吸监测状态；监测过程中，呼吸灯指示监测对象的呼吸状态；正常情况下，LED随着监测对象的呼吸同频率闪烁，LED变亮表示吸气，LED熄灭表示呼气，且LED的亮度随着呼吸深浅而变化；显示器上实时显示监测对象的体温及呼吸频率。如果LED停止闪烁，且持续时间超过所设置的报警阈值时间，则蜂鸣器发出警报，表明监测对象出现了窒息。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现。一般情况下，凡由计算机程序完成的功能都可以很容易地用相应的硬件来实现，而且，用来实现同一功能的具体硬件结构也可以是多种多样的，例如模拟电路、数字电路或专用电路等。但是，对本发明而言更多情况下软件程序实现是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种窒息报警的吸氧面罩，其特征在于，包括：
呼吸检测模块，用于检测使用者当前的呼吸信号；
控制处理模块，用于根据所述呼吸信号，获取使用者当前的呼吸状态；
呼吸状态指示模块，用于对所述呼吸状态进行指示，并在所述呼吸状态为窒息状态时，发出警报。
2.如权利要求1所述的窒息报警的吸氧面罩，其特征在于，所述呼吸检测模块包括温度传感器或流量传感器中的一种或两种；
所述温度传感器，用于检测吸氧面罩内的温度变化来表征所述呼吸信号；
所述流量传感器，用于检测氧气管通路中的流量变化来表征所述呼吸信号。
3.如权利要求1所述的窒息报警的吸氧面罩，其特征在于，所述吸氧面罩还包括：
信号调理模块，用于对所述呼吸信号进行滤波和放大，并将滤波和放大后的呼吸信号发送给所述控制处理模块。
4.如权利要求1所述的窒息报警的吸氧面罩，其特征在于，所述控制处理模块包括：
模数转换单元，用于对所述呼吸信号进行模数转换，获取数字信号。
信号处理单元，用于对所述数字信号进行数字滤波，根据数字滤波后的所述数字信号计算呼吸频率，并检测使用者的呼吸状态。
5.如权利要求4所述的窒息报警的吸氧面罩，其特征在于，所述信号处理单元包括：
数字滤波子单元，用于对所述数字信号进行快速傅里叶变换，获取傅里叶信号；并根据使用者的年龄、性别和体温，调整滤波的上下限截止频率，对所述傅里叶信号进行数字滤波；
呼吸阈值调整子单元，用于获取最近N个呼吸周期内的所述数字信号的最大值和最小值，并根据所述最大值和最小值计算呼吸阈值；其中，N为自然数，所述呼吸阈值Vth＝(Vmax-Vmin)/fs，Vmax为所述最大值，Vmin为所述最小值，fs为采样频率。
呼吸频率提取子单元，用于将数字滤波后的数字信号与所述呼吸阈值进行比较输出，获取方波信号；并根据所述方波信号，计算呼吸频率。
窒息检测子单元，用于记录所述方波信号的电平持续时间，当所述方波信号的高电平或低电平持续超过预设的时间阈值时，将所述呼吸状态判定为窒息状态。
6.如权利要求5所述的窒息报警的吸氧面罩，其特征在于，所述N＝2。
7.如权利要求5所述的窒息报警的吸氧面罩，其特征在于，所述吸氧面罩还包括：
体温检测模块，用于实时检测使用者的体温，并将所述体温发送给所述数字滤波子单元，以调整滤波的上下限截止频率。
8.如权利要求1～7任一项所述的窒息报警的吸氧面罩，其特征在于，所述呼吸状态指示模块包括：
呼吸灯，用于跟随所述呼吸信号进行同频率闪烁；
蜂鸣器，用于当所述呼吸状态为窒息状态时，发出蜂鸣警报。
9.如权利要求8所述的窒息报警的吸氧面罩，其特征在于，所述呼吸状态指示模块还包括：
显示器，用于对所述体温和所述呼吸频率进行显示。
10.如权利要求8所述的窒息报警的吸氧面罩，其特征在于，所述控制处理模块还用于根据所述呼吸信号，通过脉冲调制的方式驱动所述呼吸灯，以使得所述呼吸灯的亮度随使用者呼吸的深浅而变化。
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