CN106955106A - 一种用于检测气道可逆性的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种用于检测气道可逆性的装置，包括体感游戏模块、信号采集单元以及信号处理显示单元；体感游戏模块包括人体感知单元、控制单元、运动屏幕，人体感知单元采集受试者的运动信息并传输至控制单元，通过运动屏幕显示一个以预设速度运动的卡通儿童引领受试者运动，运动过程中受试者在运动屏幕中的影像与卡通儿童保持恒定距离至结束；信号采集单元分别采集受试者进行体感游戏前后的呼吸肌肌电信号及气流信号并传输给信号处理显示单元处理，进而判断其气道可逆性。本发明通过趣味性的体感游戏代替平板运动或吸入组织胺诱发支气管的收缩，用呼吸肌肌电信号代替肺通气功能，从而解决部分病人特别是学龄前儿童难以完成支气管激发试验的问题。

Description

一种用于检测气道可逆性的装置
技术领域
本发明涉及气道检测领域，特别涉及一种用于检测气道可逆性的装置。
背景技术
传统检测气道可逆性是通过吸入小剂量组织胺激发支气管收缩，然后观察吸入组织胺前后的肺功能特别是第一秒的用力呼气量的变化。虽然肺功能检查是判断气道可逆性的常用方法，但是许多儿童及存在语言障碍、领会力差的成年人常不能完成这一检查。
另外，组织胺吸入也有赖于受试者和操作者的配合，许多受试者由于不能配合造成假阴性结果。比如，由于组胺对上气道的刺激及其所致的频繁咳嗽，受试者难以耐受，不得不提前终止试验，造成检查失败。
虽然临床上有时采用平板运动诱发哮喘，但当患者运动速度与平板运行速度不协调时，受试者有摔倒的危险。而且，这一检查枯燥乏味，许多儿童拒绝配合，同样造成检查失败。
鉴于此，有必要提供一种新的气道可逆性检测装置来解决上述问题，满足需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于检测气道可逆性的装置。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：
一种用于检测气道可逆性的装置，包括体感游戏模块、信号采集单元以及信号处理显示单元，其中
体感游戏模块，包括人体感知单元、控制单元、运动屏幕，所述人体感知单元通过红外线摄像头采集受试者的运动信息并将该信息传输给控制单元，控制单元对该信息处理后执行相应的动作并最终体现在运动屏幕；运动屏幕还包括显示一个卡通儿童以预设速度运动引领受试者运动，要求受试者在运动过程中与卡通儿童保持恒定距离(即受试者的运动速度与卡通儿童的运动速度相等)，完成任务将获得奖品。卡通儿童的预设运动速度从慢速开始，渐渐增加并要求达到最大速度(公里/小时)＝(0.7+0.02身高(cm))*1.6。
信号采集单元，包括用于采集呼吸肌肌电信号的电极，放大滤波器，通过食道电极或体表电极采集受试者体感游戏前后的呼吸肌肌电信号，通过流量计采集气流信号，经放大滤波器处理，再传输给信号处理显示单元。信号处理显示单元具有处理呼吸肌肌电信号，自动去除干扰包括心电的干扰并自动计算均方根功能，并具有比较体感游戏前后呼吸肌肌电变化。如果体感游戏后的呼吸肌肌电显著大于体感游戏前，则认为受试者的气道可逆性为阳性，反之，则气道可逆性判断为阴性；信号处理显示单元还能对气流信号进行积分、平均等处理，并计算和显示受试者体感游戏前后呼吸肌肌电与气流比值的变化，判断气道可逆性。
信号处理显示单元，分别对体感游戏前后所获得的呼吸肌肌电信号与气流信号进行处理，并进行对比，如果体感游戏后所获得的呼吸肌肌电信号或呼吸肌肌电信号与气流的比值显著大于运动前，则判断为支气管激发试验阳性，否则为支气管激发试验阴性。
所述人体感知单元包括红外线摄像头，通过红外线摄像头持续拍摄受试者，利用视频动作捕捉技术分析，通过控制单元将受试者的动作实时显示在运动屏幕。
所述用于采集呼吸肌肌电信号的电极包括食道电极、置于受试者胸部表面的体表电极。
所述信号采集单元，还包括连接受试者气道与流量计的连接器(如面罩或接口器)、流量计记录受试者气流信号，并传输给信号处理显示单元。
所述信号处理显示单元能自动去除心电对呼吸肌肌电信号的干扰并可自动计算显示均方根。
所述信号处理显示单元能通过气流信号，自动计算潮气量、平均峰流速、峰流速气流指标。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明通过趣味性的体感游戏运动来代替平板运动和吸入小剂量组织胺诱发支气管收缩技术，解决部分人群，特别是儿童不愿配合检查的困难。
2、通过比较体感游戏前后的安静时呼吸肌肌电、呼吸肌肌电与气流比值的变化判断气道可逆性。由于受试者只需平静呼吸获取呼吸肌肌电和气流信号，不必配合做最大用力呼吸动作，病人容易掌握，从而显著提高检查成功率。
附图说明
图1为体感游戏模块的结构示意图。
图2为信号采集单元以及信号处理显示单元的结构示意图。
图3为呼吸肌肌电信号采集和处理的示意图。
其中1-受试者；2-人体感知单元采集受试者的图像；3-预设速度运功的卡通儿童；4-受试者心率的显示窗口；5-红外线摄像头；6-激励奖品；7、8为体表电极用于记录呼吸肌肌电；9-第一放大滤波器；10-第一信号处理显示单元；11-呼吸肌肌电数据均方根处理后的波形图；12-用于记录气流信号的流量计；13-第二放大滤波器；14-第二信号处理显示单元；15-气流信号波形图；16、17、18、19、20、21为三对电极分别记录不同部位的呼吸肌肌电，例如胸骨旁肌、右侧与左侧膈肌的肌电；22、24、26为胸骨旁肌、右侧与左侧膈肌肌电的原始数据波形图；23、25、27为胸骨旁肌、右侧与左侧膈肌肌电均方根数据波形图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
一种用于检测气道可逆性的装置，其工作过程具体如下：
S1、如图2，进行体感游戏前，受试者胸部体表放置表面电极对7和8(即图3中标号16-21)，记录呼吸肌肌电信号(即图3中22、24、26)；受试者佩戴面罩连接流量计12记录气流信号15；将受试者的呼吸肌肌电信号与气流信号分别经第一放大滤波器9、第二放大滤波器13后再传输至第一信号处理显示单元10、第二信号处理显示单元14。
此处采集的呼吸肌肌电信号与气流信号的放大滤波器、信号处理显示单元是分别独立的，也可以设计成共用一个放大滤波器、信号处理显示单元。
S2、如图1，受试者进行体感游戏，所述人体感知单元通过红外线摄像头5采集受试者1的运动信息并将该信息传输给控制单元，控制单元对该信息处理后执行相应的动作并最终体现在运动屏幕2上；；运动屏幕还包括显示一个卡通儿童3以预设运动速度引领受试者运动，要求受试者在运动过程中与卡通儿童保持恒定距离(即受试者的运动速度与卡通儿童的运动速度相等)，运动结束获得激励奖品6。卡通儿童的预设运动速度为起始速度1.6-3.2公里/小时，最大速度(公里/小时)＝(0.7+0.02身高(cm))*1.6。当受试者在运动过程中能与卡通儿童的运动速度相同时，运动屏幕会出现相应的卡通人物作为激励奖品6。
S3、受试者通过进行体感游戏达到需要的运动量(即达到80％目标心率，通过受试者心率的显示窗口4进行观察，继续4-6分钟)后，终止体感游戏。
S4、进行体感游戏后，再次将受试者的呼吸肌肌电信号与气流信号传输至信号处理单元；
S5、信号处理单元，分别对体感游戏前后的呼吸肌肌电信号进行自动去心电的干扰和计算均方根处理(图2中11，图3中23、25、27)，以及对气流信号进行平均、积分等处理，再比较体感游戏前后呼吸肌肌电、呼吸肌肌电与气流比值的变化，判断受试者气道可逆性；当体感游戏后的呼吸肌肌电、呼吸肌肌电与气流的比值显著大于体感游戏前，则判断为气道可逆性阳性，否则为气道可逆性阴性，并将结果显示出来。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于检测气道可逆性的装置，其特征在于：包括体感游戏模块、信号采集单元以及信号处理显示单元，其中
体感游戏模块，包括人体感知单元、控制单元、运动屏幕，人体感知单元采集受试者的运动信息并将该信息传输给控制单元，控制单元对所接受的信息处理后执行相应的动作并最终体现在运动屏幕上；通过运动屏幕显示一个以预设速度运动的卡通儿童来引领受试者运动，运动过程中受试者在运动屏幕中的影像与卡通儿童保持恒定距离至运动结束，成功完成任务将获得奖品；
信号采集单元，包括用于采集呼吸肌肌电信号的电极、放大滤波器、流量计，用于采集受试者体感游戏前后的呼吸肌电信号和气流信号并传输给信号处理显示单元；
信号处理显示单元对来自受试者体感游戏前、后的呼吸肌肌电信号进行均方根处理，并对气流信号进行积分、平均处理，再比较体感游戏前后呼吸肌肌电、呼吸肌肌电与气流比值的变化，进而判断受试者的气道可逆性。
2.根据权利要求1所述用于检测气道可逆性的装置，其特征在于：所述人体感知单元包括红外线摄像头，通过红外线摄像头持续拍摄受试者，利用视频动作捕捉技术，并通过控制单元将受试者的动作实时显示在运动屏幕。
3.根据权利要求1所述用于检测气道可逆性的装置，其特征在于：所述用于采集呼吸肌肌电信号的电极包括食道电极、置于受试者胸部表面的体表电极。
4.根据权利要求1所述用于检测气道可逆性的装置，其特征在于：所述信号采集单元，还包括连接受试者气道与流量计的连接器，流量计记录受试者气流信号，并传输给信号处理显示单元。
5.根据权利要求1所述用于检测气道可逆性的装置，其特征在于：所述信号处理显示单元能够自动去除心电对呼吸肌肌电信号的干扰并自动计算显示均方根。
6.根据权利要求1所述用于检测气道可逆性的装置，其特征在于：所述信号处理显示单元能够通过气流信号自动计算潮气量、平均峰流速、峰流速气流指标。
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