CN109091147B - 一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器 - Google Patents

一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器 Download PDF

Info

Publication number
CN109091147B
CN109091147B CN201811125441.9A CN201811125441A CN109091147B CN 109091147 B CN109091147 B CN 109091147B CN 201811125441 A CN201811125441 A CN 201811125441A CN 109091147 B CN109091147 B CN 109091147B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electromagnetic valve
cylinder
gas
air
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201811125441.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109091147A (zh
Inventor
赖飞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201811125441.9A priority Critical patent/CN109091147B/zh
Publication of CN109091147A publication Critical patent/CN109091147A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109091147B publication Critical patent/CN109091147B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/0816—Measuring devices for examining respiratory frequency
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/082—Evaluation by breath analysis, e.g. determination of the chemical composition of exhaled breath
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08—Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/083—Measuring rate of metabolism by using breath test, e.g. measuring rate of oxygen consumption
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2560/00—Constructional details of operational features of apparatus; Accessories for medical measuring apparatus
    • A61B2560/02—Operational features
    • A61B2560/0223—Operational features of calibration, e.g. protocols for calibrating sensors

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器。心肺运动功能测试在国内已经逐渐普及，主要用于康复医学、运动医学领域，为术前评估、术后康复、竞技训练等提供可量化数据的临床指导，为临床医师提供可量化的数据参考依据。由于人在不同时间、环境、状态等条件下人体吸入和呼出的气体成分、气体浓度、气体流速是不一致的，且初始条件难以再现因此每次测得的心肺指标总是不一样的，测量结果的再现性和一致性很差，阻碍了心肺运动功能测试的进一步研究。为克服现有技术的不足，提供一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器，可以相对稳定地模拟人体吸入和呼出的气体成分、气体浓度、气体流速。

Description

一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，尤其涉及一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器。
背景技术
心肺运动功能测试在国内已经逐渐普及，主要用于康复医学、运动医学领域，为术前评估、术后康复、竞技训练等提供可量化数据的临床指导，为临床医师提供可量化的数据参考依据。
心肺运动功能测试一般包括SVC测试、FVC测试、MVV测试和CPET测试四个部分。其中SVC测试、FVC测试和MVV测试为静态肺功能测试，CPET测试为运动肺功能测试。
SVC是指慢肺活量，测试指标主要包括IVC吸气肺活量、EVC呼气肺活量、VT潮气量、IC深吸气量、VE每分钟通气量等。
FVC是指用力肺活量，测试指标主要包括FVC用力肺活量、FEV1第一秒用力呼气容积、FEV1/FVC一秒率、FEV6第六秒用力呼气容积、EV外推容积等。
MVV是指最大通气量，测试指标主要包括MVV每分钟最大通气量、BF呼吸频率等。
CPET是指心肺运动功能测试，测试指标主要包括VO 2摄氧量、VCO 2二氧化碳输出量、REF呼吸交换率、FEO 2平均呼气氧浓度、FECO 2平均呼气二氧化碳浓度、FIO 2吸气氧浓度、FICO 2吸气二氧化碳浓度等。
心肺运动功能测试所用到的测试设备一般称为心肺运动功能测试系统，其主要作用是采集在不同运动状态下人体吸入和呼出的气体成分、气体浓度、气体流速，然后通过计算机软件处理和分析这些数据最终得出上述中如EVC、VT、FEV1、MVV、VO 2等指标。
由于人在不同时间、环境、状态等条件下人体吸入和呼出的气体成分、气体浓度、气体流速是不一致的，且初始条件难以再现因此每次测得的心肺指标总是不一样的，测量结果的再现性和一致性很差，阻碍了心肺运动功能测试的进一步研究。
发明内容
为克服现有技术的不足，提供一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器，可以相对稳定地模拟人体吸入和呼出的气体成分、气体浓度、气体流速。
实现本发明目的的技术方案是：
一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器，包括显示器、计算机、操作软件和设备主机；
所述设备主机的第一种实施方案是：
一种工作状态，同步地，电磁阀一关闭、电磁阀二打开、电磁阀三关闭、电磁阀四打开、电磁阀五关闭、电磁阀六打开；偏心电机一拖动曲柄滑块一、激光位移传感器一和吸气定标筒拉杆使吸气定标筒通过模拟吸气接口、模拟呼气接口和排气口二顺序地排出已吸入的吸气气瓶中的气体；偏心电机二拖动曲柄滑块二、激光位移传感器二和呼气定标筒拉杆使呼气定标筒吸入呼气气瓶中的气体；
另一种工作状态，同步地，电磁阀一打开、电磁阀二关闭、电磁阀三打开、电磁阀四关闭、电磁阀五打开、电磁阀六关闭；偏心电机一拖动曲柄滑块一、激光位移传感器一和吸气定标筒拉杆，使吸气定标筒吸入吸气气瓶中的气体；偏心电机二拖动曲柄滑块二、激光位移传感器二和呼气定标筒拉杆，使呼气定标筒通过模拟呼气接口、模拟吸气接口和排气口一顺序地排出已吸入的呼气气瓶中的气体；
以上，两种工作状态循环往复运动，用于模拟人体的呼吸和气体代谢过程，实现心肺运动功能测试中的呼吸模拟；
心肺运动功能测试系统的咬嘴在与设备主机连接时具有方向性，咬嘴预期含入嘴中的一端与模拟呼气接口连接，另一端与模拟吸气接口连接；
吸气定标筒通过模拟吸气接口排出由吸气气瓶吸入的气体时，顺向经过咬嘴，模拟人体的吸气过程；
呼气定标筒通过模拟呼气接口排出由呼气气瓶吸入的气体时，逆向经过咬嘴，模拟人体的呼气过程；
吸气气瓶拟提供由氧气、二氧化碳和氮气组成的三组分气体，各气体组分的成分根据需要配比，用于模拟人吸入体内的大气中氧气、二氧化碳和氮气的气体成分；
呼气气瓶拟提供由氧气、二氧化碳和氮气组成的三组分气体，各气体组分的成分根据需要配比，用于模拟人经代谢后的呼出气体中氧气、二氧化碳和氮气的气体成分；
在开始试验后，剔除前组的模拟呼吸和代谢过程数据，以保证获得数据的准确性；
吸气定标筒与呼气定标筒的运动是相对的，即吸气定标筒排出气体时，呼气定标筒抽取气体，吸气定标筒吸取气体时，呼气定标筒排出气体；
电磁阀一的开启时间与吸气定标筒的吸气开始时间同步，电磁阀一的关闭时间与吸气定标筒的吸气结束时间同步；电磁阀二的开启时间与呼气定标筒的吸气开始时间同步，电磁阀二的关闭时间与呼气定标筒的吸气结束时间同步；所有电磁阀的开启和关闭时间同步；
吸气定标筒和呼气定标筒的吸取气体与排出气体过程由偏心电机带动曲柄联轴装置，再拖动曲柄滑块在滑杆上往复运动实现，有效提升运动的速率和减少往复运动的回程差；
往复运动中总会存在回程差，在滑块上安装激光位移传感器测量吸气定标筒和呼气定标筒每次排出气体时滑块在滑杆上的位移，通过已知的定标筒横截面积换算出每次排出气体的体积，经统计分析后用于校准和计量心肺运动功能测试系统测量得出的数据。
进一步地，设备主机中包含充放气囊一和充放气囊二；由吸气气瓶向充放气囊一中持续送气，多余气体由泄压孔一排放至大气；由呼气气瓶向充放气囊二中持续送气，多余气体由泄压孔二排放至大气；
充放气囊的作用在于使吸气定标筒和呼气定标筒在抽取气体时保持管路内部的压力平衡。
进一步地，设备主机中包含氧分析传感器一和二氧化碳分析传感器一，氧分析传感器一和二氧化碳分析传感器一的主要作用在于检测设备当前状态是否正常，当检测到的氧气或二氧化碳的气体成分明显低于当前应有状态时，表明设备主机中的管路有可能发生泄漏、电磁阀故障或其他故障。
进一步地，吸气定标筒的内腔体积大于呼气定标筒的内腔体积；其主要作用在于模拟人体呼吸，人体吸入的气体体积会大于呼出气体体积，内腔体积不一致的定标筒可以有效模拟这一过程。
作为本发明的一种改进，设备主机的第二种实施方案是：
一种工作状态，同步地，电磁阀一打开、电磁阀二打开、电磁阀三关闭、电磁阀四关闭、电磁阀五关闭、电磁阀六打开、电磁阀七关闭、电磁阀八打开；偏心电机一拖动曲柄滑块一、激光位移传感器一和吸气定标筒拉杆，使吸气定标筒通过模拟吸气接口、模拟呼气接口和排气口二顺序地排出大气；偏心电机二拖动曲柄滑块二、激光位移传感器二和呼气定标筒拉杆，使呼气定标筒通过进气口二吸入大气；
另一种工作状态，同步地，电磁阀一关闭、电磁阀二关闭、电磁阀三打开、电磁阀四打开、电磁阀五打开、电磁阀六关闭、电磁阀七打开、电磁阀八关闭；偏心电机一拖动曲柄滑块一、激光位移传感器一和吸气定标筒拉杆，使吸气定标筒通过进气口一吸入大气；偏心电机二拖动曲柄滑块二、激光位移传感器二和呼气定标筒拉杆，使呼气定标筒通过模拟呼气接口、模拟吸气接口和排气口一顺序地排出大气；
以上，两种工作状态循环往复运动；
吸气气瓶和呼气气瓶中的气体通过供气口向心肺运动功能测试系统中的气体收集管路供气；吸气气瓶和呼气气瓶中的多余气体经氧分析传感器一和二氧化碳分析传感器一通过泄压孔三排放至大气；
所述实施方案中剔除了充放气囊，将心肺运动功能测试系统的气体收集管路和咬嘴分开后分别连接于供气口和模拟呼吸接口，分别通过电磁阀的开或关向气体收集管路供气、通过咬嘴向流速传感器吹气，实现呼吸模拟过程；
电磁阀一的开启时间与吸气定标筒的排气开始时间同步，电磁阀一的关闭时间与吸气定标筒的排气结束时间同步；
电磁阀二的开启时间与呼气定标筒的排气开始时间同步，电磁阀二的关闭时间与呼气定标筒的排气结束时间同步；
所有电磁阀的开启和关闭时间同步。
与第一种实施方案相比，其优点在于，第二种实施方案提供了更为可靠的气路连接，降低了测试环境对设备的影响，提高了气体成分的测量精度；其缺点在于，第二种实施方案没有像第一种实施方案一样完全模拟心肺运动功能测试的真实环境。
作为本发明的进一步改进，设备主机的第三种实施方案是：
在第一种实施方案或第二种实施方案的基础上，增加连接的气瓶数量，即有一组吸气气瓶和一组呼气气瓶，每个气瓶中气体组分的成分不同；每组气体中，气瓶中气体组分的成分按照一定规律变化，例如氧气的含量递增或递减；连接气瓶的数量根据需要选择，在确认连接的气瓶管路上增加电磁阀，通过控制电磁阀的开或关，向心肺运动功能测试系统提供成分含量不同的气体。
由于人体每次呼吸吸入和排出的气体成分都是不同的，第三种实施方案为心肺运动功能测试的进一步仿真模拟提供了可能，但由于共用管路与实施方案一和实施方案二相比较多，因此气体成分的测量精度有所下降。
其中对心肺运动功能测试系统的流速传感器校准的基本原理是在一气体通路内利用给定时间内排出给定气体的体积计算流速，时间参数通过观察得到、体积参数通过激光位移传感器的位移和定标筒内腔直径计算得出、激光位移传感器和定标筒内腔直径可以得到校准；其中对心肺运动功能测试系统的氧分析传感器和二氧化碳分析传感器校准的基本原理是利用给定成分的多组分气体直接校准，给定成分的多组分气体可以得到校准。
以上所述三种方案的优点在于提供了一组可以计量成分的气体、提供了一组可以计量体积的定标筒，从而解决了心肺运动功能测试系统硬件计量和校准的溯源问题。
以上所述三种方案的优点还在于将可以计量成分的气体、可以计量体积的定标筒、管路、偏心电机等配件、以及操作软件系统的结合在一起，通过给定的程序模拟人体呼吸的过程。吸气定标筒排出吸气气瓶的气体模拟人体的吸气状态和吸气成分，呼气定标筒排出呼气气瓶的气体模拟人体的呼气状态和呼气成分，模拟人体呼吸的过程可以再现，具有相对意义的一致性。解决了人体在不同时间、环境、状态下吸入和呼出的气体一致性和再现性差的问题。
附图说明
图1是本发明第一种实施方案的设备主机的结构示意图。
图2是心肺运动功能测试系统的结构示意图。
图3是本发明第一种实施方案设备主机与心肺运动功能测试系统的连接示意图。
图4是本发明的系统控制框图。
图5是本发明第二种实施方案的设备主机的结构示意图。
图6是本发明第二种实施方案设备主机与心肺运动功能测试系统的连接示意图。
图7是本发明基于第一种实施方案改进的第三种实施方案的设备主机的结构示意图。
图8是本发明基于第二种实施方案改进的第三种实施方案的设备主机的结构示意图。
附图说明：1201、操作软件；2101、电磁阀一；2102、电磁阀二；2103、电磁阀三；2104、电磁阀四；2105、电磁阀五；2106、电磁阀六；2107、电磁阀七；2108、电磁阀八；2201、模拟吸气接口；2202、模拟呼气接口；2203、排气口一；2204、排气口二；2205、进气口一；2206、进气口二；2301、充放气囊一；2302、吸气气瓶；2303、泄压孔一；2304、充放气囊二；2305、呼气气瓶；2306、泄压孔二；2307、泄压孔三；2308、供气口；2401、氧分析传感器一；2402、二氧化碳分析传感器一；2501、曲柄滑块一；2502、激光位移传感器一；2503、吸气定标筒拉杆；2504、吸气定标筒；2505、偏心电机一；2506、滑杆一；2507、反射挡板；2508、曲柄滑块二；2509、激光位移传感器二；2510、呼气定标筒拉杆；2511、呼气定标筒；2512、偏心电机二；2513、滑杆二；2514、反射挡板；3200、心肺运动功能测试系统；3201、控制电路；3202、泄压管路；3203、氧分析传感器二；3204、二氧化碳分析传感器二；3205、气体收集管路；3206、流速传感器；3207、咬嘴；3208、流速传感器线缆。
具体实施方案
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明的第一种实施方案如图1、图2、图3和图4。将设备主机按照图3方式与心肺运动功能测试系统连接，咬嘴3207含入人体的一端接在模拟呼气接口2202上，另一端接在模拟吸气接口2201上。
打开设备主机电源，设备主机各部件复位，所有电磁阀为关闭状态，吸气定标筒拉杆2503的相对位置和呼气定标筒拉杆2510的相对位置如图1所示。
在操作软件1201中点击开始运行后，设备主机开始工作：
吸气定标筒2504做排气运动，大部分排出气体经电磁阀二2102、模拟吸气接口2201、咬嘴3207、流速传感器3206、模拟呼气接口2202、电磁阀六2106、排气口二2204排出；少部分气体在经过电磁阀六2106后，经氧分析传感器一2401、二氧化碳分析传感器一2402、排气口一2203排出；极少部分气体在经过咬嘴3207时通过气体收集管路3205被心肺运动功能测试系统3200产生的负压抽入其氧分析传感器二3203和二氧化碳分析传感器二3204中。
在吸气定标筒2504做排气运动的同时，呼气定标筒2511做吸气运动，经电磁阀四2104吸入充放气囊二2304中的气体，充放气囊二2304收缩。
吸气定标筒2504做排气运动时，电磁阀一2101关闭，吸气气瓶2302向充放气囊一2301充气，充放气囊一2301充盈，多余气体经泄压孔一2303排出；电磁阀三2103关闭确保吸气定标筒2504排出的气体流经咬嘴3207；电磁阀五2105关闭确保呼气定标筒2511抽取到充放气囊二2304中的气体。
在吸气定标筒2504做排气运动和呼气定标筒做吸气运动时，所有电磁阀的开关状态为，电磁阀一2101关闭、电磁阀二2102打开、电磁阀三2103关闭、电磁阀四2104打开、电磁阀五2105关闭、电磁阀六2106打开。
以上吸气定标筒2504和呼气定标筒2511的运动模拟人体吸气过程。
当吸气定标筒2504做吸气运动、呼气定标筒2511做排气运动时，模拟人体的呼气过程，所有电磁阀的开关状态为电磁阀一2101打开、电磁阀二2102关闭、电磁阀三2103打开、电磁阀四2104关闭、电磁阀五2105打开、电磁阀六2106关闭。呼气定标筒2511排出的大部分气体经电磁阀五2105、模拟呼气接口2202、流速传感器3206、咬嘴3207、模拟吸气接口2201、电磁阀三2103、排气口一2203排出；少部分气体流经电磁阀三2103后，经氧分析传感器一2401、二氧化碳分析传感器一2402和排气口二2204排出；极少部分气体在经过咬嘴3207时通过气体收集管路3205被心肺运动功能测试系统产生的负压抽入其氧分析传感器二3203和二氧化碳分析传感器二3204中；与此同时，吸气定标筒2504经电磁阀一2101吸取充放气囊一2301中的气体，充放气囊一2301收缩；呼气气瓶2305持续向充放气囊二2304供气，充放气囊二2304充盈；电磁阀六2106关闭，确保呼气定标筒2511排放出的气体流经咬嘴3207；电磁阀二2102关闭确保吸气定标筒2504抽取到充放气囊一2301中的气体。
流经咬嘴3207和流速传感器3206的气体通过流速传感器线缆3208向心肺运动功能测试系统3200提供流速信号；流经气体收集管路3205的气体被抽入心肺运动功能测试系统3200的氧分析传感器二3203和二氧化碳分析传感器二3204中，向心肺运动功能测试系统3200气体成分信号；流经设备主机的氧分析传感器一2401、二氧化碳分析传感器一2402的气体转化为气体成分信号，用于报警。
以上两种工作状态模拟了人体呼吸过程，两种工作状态循环往复，向心肺运动功能测试系统提供可以量化的基础数据，例如呼吸频率、单次吸气最大体积、单次呼气最大体积、单次吸入气体成分、单次呼出气体成分等，用于心肺运动功能测试系统的研发和计量。
为了获得足够的精度，设备主机开始运动后，再开始心肺运动功能测试系统的测量；提供双屏显示的计算机主机，以便于操作和之后的数据处理。
气瓶中的气体采用配置的多组分气体，吸气气瓶2302中通常配备组分为21.5％的氧气、0.5％的二氧化碳、78.0％的氮气的三组分气体；呼气气瓶2305中通常配备组分为15.0％的氧气、5.0％的二氧化碳、80.0％的氮气的三组分气体。在操作软件1201中输入气体组分信息，吸气气瓶2302中的气体成分用以描述单次吸入气体成分，呼气气瓶2305中的气体成分用以描述单次呼出气体成分。
吸气定标筒2504的内腔体积一般设定为3.0升，呼气定标筒2511的内腔体积一般设定为2.5升；吸气定标筒2504和呼气定标筒2511每次排出的气体体积存储至操作软件1201中；吸气定标筒2504每次排出气体体积的通过激光位移传感器一2502记录每次位移距离后与吸气定标筒2504的横截面积计算得出，吸气定标筒2504的横截面积记录在操作软件1201中；呼气定标筒2511每次排出气体体积的计算方法与吸气定标筒2504的方法一致；吸气定标筒2504每次排出的气体体积为单次吸气最大体积，呼气定标筒2511每次排出的气体体积为单次呼气最大体积。
呼吸频率通过在操作软件1201中设定偏心电机一2505和偏心电机二2512的转速换算后获得。
以上作业可以完成CPET的模拟测试，当完成SVC、FVC和MVV的模拟测试时，可以连接气瓶，也可以不连接气瓶，视操作者需要而定。
图5和图6示出本发明所述设备主机的第二种实施方案。
该方式剔除了第一种实施方案中的气囊，将心肺运动功能测试系统3200中的气体收集管路3205与咬嘴3207分开，单独连接在供气口2308上，咬嘴3207的连接方式与第一种实施方案中的连接方式相同；吸气气瓶2302和呼气气瓶2305分别通过电磁阀一2101和电磁阀二2102与供气口2308连接、经过氧分析传感器一2401和二氧化碳分析传感器一2402与泄压孔三2307连接；吸气定标筒2504和呼气定标筒2511的工作方式与第一种实施方展中的工作方式一致。
将设备主机按照图6方式与心肺运动功能测试系统连接，咬嘴3207含入人体的一端接在模拟呼气接口2202上，另一端接在模拟吸气接口2201上；气体收集管路3205连接在供气口2308上。
打开设备主机电源，设备主机各部件复位，所有电磁阀为关闭状态，吸气定标筒拉杆2503的相对位置和呼气定标筒拉杆2510的相对位置如图5所示。
在操作软件1201中点击开始运行后，设备主机开始工作：
吸气定标筒2504排出气体经电磁阀二2102、模拟吸气接口2201、咬嘴3207、模拟呼气接口2202、电磁阀六2106、排气口二2204；与此同时，呼气定标筒2511吸取气体经电磁阀八2108和进气口二2206吸入大气；吸气定标筒2504排出气体经流速传感器3206和流速传感器线缆向心肺运动功能测试系统传送流速信号。
吸气气瓶2302经电磁阀一2101、供气口2308、气体收集管路3205向心肺运动功能测试系统3200供气，流经心肺运动功能测试系统3200的氧分析传感器二3203和二氧化碳分析传感器二3204。
此时所有的电磁阀开启和关闭状态为：电磁阀一2101打开、电磁阀二2102打开、电磁阀三2103关闭、电磁阀四2104关闭、电磁阀五2105关闭、电磁阀六2106打开、电磁阀七2107关闭、电磁阀八2108打开。
以上模拟人体吸气过程。
吸气定标筒2504吸取气体经电磁阀七2107和进气口一2205；与此同时呼气定标筒2511排出气体经电磁阀五2105、模拟呼气接口2202、咬嘴3207、流速传感器3206、模拟吸气接口2201、电磁阀三2103、排气口一2203。
呼气定标筒2511排出气体经流速传感器3206和流速传感器线缆向心肺运动功能测试系统传送流速信号。
呼气气瓶2305经电磁阀二2102、供气口2308、气体收集管路3205向心肺运动功能测试系统3200供气，流经心肺运动功能测试系统3200的氧分析传感器二3203和二氧化碳分析传感器二3204。
此时所有的电磁阀开启和关闭状态为：电磁阀一2101关闭、电磁阀二2102关闭、电磁阀三2103打开、电磁阀四2104打开、电磁阀五2105打开、电磁阀六2106关闭、电磁阀七2107打开、电磁阀八2108关闭。
以上模拟人体呼气过程。
其余软件操作部分与第一种实施方案中的保持一致。
以上作业可以完成CPET的模拟测试，当完成SVC、FVC和MVV的模拟测试时，可以连接气瓶，也可以不连接气瓶，视操作者需要而定。
图7示出本发明所述设备主机基于第一种实施方案改进的第三种实施方案的一种模式。本方案的第一种模式是基于第二种实施方案的再一次改进，增加了吸气气瓶、呼气气瓶，以及配套的充放气囊、泄压孔、电磁阀和管路的数量；一般为4个吸气气瓶和4个呼气气瓶。具体连接的气瓶数量和每瓶气体组分的成分根据操作者需要设定；例如，分别连接2个吸气气瓶和2个呼气气瓶，第一个吸气气瓶的气体组分成分为21.0％的氧气、0.0％的二氧化碳、79.0％的氮气，第二个吸气气瓶的气体组分成分为21.9％的氧气、0.0％的二氧化碳、78.1％的氮气，第一个呼气气瓶的气体组分成分为14.9％的氧气、4.9％的二氧化碳、80.2％的氮气，第二个呼气气瓶的气体组分成分为15.1％的氧气、4.6％的二氧化碳、80.4％的氮气。
将设备主机与心肺运动功能测试系统3200按照第一种实施方案的连接方式连接。
在操作软件1201中设定对应于吸气气瓶和呼气气瓶的电磁阀的开启和关闭次序，例如前50组呼吸使用第一个吸气气瓶和第一个呼气气瓶，剩余部分均使用第二个吸气气瓶和第二个呼气气瓶，则设定对应于第一个吸气气瓶和第一个呼气气瓶的电磁阀开关次数为60次，对应于第二个吸气气瓶和第二个呼气气瓶的电磁阀开关次数为∞。
设备主机中对应于以上设置的电磁阀按照设置运行，其余部件运行方式与第一种实施方案保持一致。
图8示出本发明所述设备主机基于第二种实施方案改进的第三种实施方案的另一种模式。本方案的第二种模式是基于第二种实施方案的再一次改进，增加了吸气气瓶、呼气气瓶，以及配套的电磁阀和管路的数量；其连接方式与第二种实施方案保持一致，运行和设定与本方案的第一种模式保持一致。
图7和图8示出的模式均为增加吸气气瓶、呼气气瓶及其配套部件的数量，设计思想保持一致，为一种实施方案的两种模式。
以上所述依据发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器，包括显示器一(1101)、显示器二(1102)、计算机(1001)、操作软件(1201)和设备主机，其特征在于：所述设备主机包括充放气囊一(2301)和充放气囊二(2304)；还包括吸气定标筒(2504)，所述吸气定标筒(2504)的筒壁上设有滑杆一(2506)，所述滑杆一(2506)的一端上设有反射挡板一(2507)，滑杆一(2506)的另一端上设有偏心电机一(2505)，所述偏心电机一(2505)通过曲柄滑块一(2501)与吸气定标筒(2504)的吸气定标筒拉杆(2503)联动，所述吸气定标筒拉杆(2503)上还安装有激光位移传感器一(2502)，所述激光位移传感器一(2502)朝向反射挡板一(2507)，所述吸气定标筒(2504)通过电磁阀一(2101)与充放气囊一(2301)连通，所述充放气囊一(2301)上设有吸气气瓶(2302)和泄压孔一(2303)，所述吸气定标筒(2504)还通过电磁阀二(2102)与模拟吸气接口(2201)连通，所述电磁阀二(2102)和模拟吸气接口(2201)之间还接有电磁阀三(2103)，所述电磁阀三(2103)与排气口一(2203)连通，所述电磁阀三(2103)和排气口一(2203)之间还串接有氧分析传感器一(2401)和二氧化碳分析传感器一(2402)；
还包括呼气定标筒(2511)，所述呼气定标筒(2511)的筒壁上设有滑杆二(2513)，所述滑杆二(2513)的一端上设有反射挡板二(2514)，所述滑杆二(2513)的另一端上还设有偏心电机二(2512)，所述偏心电机二(2512)通过曲柄滑块二(2508)与呼气定标筒拉杆(2510)联动；所述呼气定标筒拉杆(2510)上设有激光位移传感器二(2509)，所述激光位移传感器二(2509)朝向反射挡板二(2514)；所述呼气定标筒(2511)通过电磁阀四(2104)与充放气囊二(2304)连通，所述充放气囊二(2304)上还设有泄压孔二(2306)和呼气气瓶(2305)，所述呼气定标筒(2511)还通过电磁阀五(2105)与模拟呼气接口(2202)连通，所述电磁阀五(2105)与模拟呼气接口(2202)之间还设有电磁阀六(2106)，所述电磁阀六(2106)与排气口二(2204)连通，所述氧分析传感器一(2401)和二氧化碳分析传感器一(2402)也串接在电磁阀六(2106)和排气口二(2204)之间；
所述显示器一(1101)和显示器二(1102)均与计算机(1001)连接，所述计算机(1001)内置有操作软件(1201)和心肺运动测试软件(3100)；计算机(1001)还通过控制电路(2001)分别与氧分析传感器一(2401)和二氧化碳分析传感器一(2402)连接，所述控制电路(2001)还分别与偏心电机一(2505)、激光位移传感器一(2502)、偏心电机二(2512)、激光位移传感器二(2509)、电磁阀一(2101)；电磁阀二(2102)、电磁阀三(2103)、电磁阀四(2104)、电磁阀五(2105)、电磁阀六(2106)连接；
一种工作状态，电磁阀一(2101)关闭、电磁阀二(2102)打开、电磁阀三(2103)关闭、电磁阀四(2104)打开、电磁阀五(2105)关闭、电磁阀六(2106)打开；偏心电机一(2505)拖动曲柄滑块一(2501)、激光位移传感器一(2502)和吸气定标筒拉杆(2503)使吸气定标筒(2504)通过模拟吸气接口(2201)、模拟呼气接口(2202)和排气口二(2204)顺序地排出已吸入的吸气气瓶(2302)中的气体；偏心电机二(2512)拖动曲柄滑块二(2508)、激光位移传感器二(2509)和呼气定标筒拉杆(2510)使呼气定标筒(2511)吸入呼气气瓶(2305)中的气体；
另一种工作状态，电磁阀一(2101)打开、电磁阀二(2102)关闭、电磁阀三(2103)打开、电磁阀四(2104)关闭、电磁阀五(2105)打开、电磁阀六(2106)关闭；偏心电机一(2505)拖动曲柄滑块一(2501)、激光位移传感器一(2502)和吸气定标筒拉杆(2503)，使吸气定标筒(2504)吸入吸气气瓶(2302)中的气体；偏心电机二(2512)拖动曲柄滑块二(2508)、激光位移传感器二(2509)和呼气定标筒拉杆(2510)，使呼气定标筒(2511)通过模拟呼气接口(2202)、模拟吸气接口(2201)和排气口一(2203)顺序地排出已吸入的呼气气瓶(2305)中的气体；
以上两种工作状态循环往复运动，实现心肺运动功能测试中的呼吸模拟。
2.根据权利要求1所述的用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器，其特征在于：还包括心肺运动功能测试系统(3200)，所述心肺运动功能测试系统(3200)包括氧分析传感器二(3203)和二氧化碳分析传感器二(3204)，所述氧分析传感器二(3203)和二氧化碳分析传感器二(3204)分别与控制电路(2001)连接，泄压管路(3202)通过气体收集管路(3205)与咬嘴(3207)连通，所述咬嘴(3207)上还设有流速传感器(3206)；所述泄压管路(3202)和气体收集管路(3205)之间串接有氧分析传感器二(3203)和二氧化碳分析传感器二(3204)，所述流速传感器(3206)通过流速传感器线缆(3208)与控制电路(2001)连接，所述咬嘴(3207)安装在模拟吸气接口(2201)和模拟呼气接口(2202)之间。
3.根据权利要求1所述的用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器，其特征在于：由吸气气瓶(2302)向充放气囊一(2301)中持续送气，多余气体由泄压孔一(2303)排放至大气；由呼气气瓶(2305)向充放气囊二(2304)中持续送气，多余气体由泄压孔二(2306)排放至大气。
4.一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器，其特征在于：包括显示器一(1101)、显示器二(1102)、计算机(1001)、操作软件(1201)和设备主机，其特征在于：所述设备主机包括吸气气瓶(2302)和呼气气瓶(2305)；所述吸气气瓶(2302)通过电磁阀一(2101)与泄压孔三(2307)连通，所述呼气气瓶(2305)通过电磁阀四(2104)与泄压孔三(2307)连通，电磁阀一(2101)与泄压孔三(2307)之间串接有氧分析传感器一(2401)和二氧化碳分析传感器一(2402)，所述电磁阀一(2101)、电磁阀四(2104)与供气口(2308)连通；吸气气瓶(2302)和呼气气瓶(2305)中的气体通过供气口(2308)向心肺运动功能测试系统(3200)中的气体收集管路(3205)供气；吸气气瓶(2302)和呼气气瓶(2305)中的多余气体经氧分析传感器一(2401)和二氧化碳分析传感器一(2402)通过泄压孔三(2307)排放至大气；
还包括吸气定标筒(2504)，所述吸气定标筒(2504)的筒壁上设有滑杆一(2506)，所述滑杆一(2506)的一端上设有反射挡板一(2507)，滑杆一(2506)的另一端上设有偏心电机一(2505)，所述偏心电机一(2505)通过曲柄滑块一(2501)与吸气定标筒(2504)的吸气定标筒拉杆(2503)联动，所述吸气定标筒拉杆(2503)上还安装有激光位移传感器一(2502)，所述激光位移传感器一(2502)朝向反射挡板一(2507)，所述吸气定标筒(2504)通过电磁阀七(2107)与进气口一(2205)连通，所述吸气定标筒(2504)还通过电磁阀三(2103)与模拟吸气接口(2201)连通，所述电磁阀三(2103)与模拟吸气接口(2201)之间还接有电磁阀三(2103)，所述电磁阀三(2103)与排气口一(2203)连通；
还包括呼气定标筒(2511)，所述呼气定标筒(2511)的筒壁上设有滑杆二(2513)，所述滑杆二(2513)的一端上设有反射挡板二(2514)，所述滑杆二(2513)的另一端上还设有偏心电机二(2512)，所述偏心电机二(2512)通过曲柄滑块二(2508)与呼气定标筒拉杆(2510)联动；所述呼气定标筒拉杆(2510)上设有激光位移传感器二(2509)，所述激光位移传感器二(2509)朝向反射挡板二(2514)；所述呼气定标筒(2511)通过电磁阀五(2105)与模拟呼气接口(2202)连通，所述呼气定标筒(2511)还通过电磁阀八(2108)与进气口二(2206)连通，所述电磁阀五(2105)和模拟呼气接口(2202)之间还设有电磁阀六(2106)，所述电磁阀六(2106)与排气口二(2204)连通；
所述显示器一(1101)和显示器二(1102)均与计算机(1001)连接，所述计算机(1001)内置有操作软件(1201)和心肺运动测试软件(3100)；计算机(1001)还通过控制电路(2001)分别与氧分析传感器一(2401)和二氧化碳分析传感器一(2402)连接，所述控制电路(2001)还分别与偏心电机一(2505)、激光位移传感器一(2502)、偏心电机二(2512)、激光位移传感器二(2509)、电磁阀一(2101)；电磁阀二(2102)、电磁阀三(2103)、电磁阀四(2104)、电磁阀五(2105)、电磁阀六(2106)连接；
一种工作状态，电磁阀一(2101)打开、电磁阀二(2102)打开、电磁阀三(2103)关闭、电磁阀四(2104)关闭、电磁阀五(2105)关闭、电磁阀六(2106)打开、电磁阀七(2107)关闭、电磁阀八(2108)打开；偏心电机一(2505)拖动曲柄滑块一(2501)、激光位移传感器一(2502)和吸气定标筒拉杆(2503)，使吸气定标筒(2504)通过模拟吸气接口(2201)、模拟呼气接口(2202)和排气口二(2204)顺序地排出大气；偏心电机二(2512)拖动曲柄滑块二(2508)、激光位移传感器二(2509)和呼气定标筒拉杆(2510)，使呼气定标筒(2511)通过进气口二(2206)吸入大气；
另一种工作状态，电磁阀一(2101)关闭、电磁阀二(2102)关闭、电磁阀三(2103)打开、电磁阀四(2104)打开、电磁阀五(2105)打开、电磁阀六(2106)关闭、电磁阀七(2107)打开、电磁阀八(2108)关闭；偏心电机一(2505)拖动曲柄滑块一(2501)、激光位移传感器一(2502)和吸气定标筒拉杆(2503)，使吸气定标筒(2504)通过进气口一(2205)吸入大气；偏心电机二(2512)拖动曲柄滑块二(2508)、激光位移传感器二(2509)和呼气定标筒拉杆(2510)，使呼气定标筒(2511)通过模拟呼气接口(2202)、模拟吸气接口(2201)和排气口一(2203)顺序地排出大气；
以上两种工作状态循环往复运动，实现心肺运动功能测试中的呼吸模拟。
5.根据权利要求4所述的用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器，其特征在于：还包括心肺运动功能测试系统(3200)，所述心肺运动功能测试系统(3200)包括氧分析传感器二(3203)和二氧化碳分析传感器二(3204)，所述氧分析传感器二(3203)和二氧化碳分析传感器二(3204)分别与控制电路(2001)连接，泄压管路(3202)通过气体收集管路(3205)与咬嘴(3207)连通，所述咬嘴(3207)上还设有流速传感器(3206)；所述泄压管路(3202)和气体收集管路(3205)之间串接有氧分析传感器二(3203)和二氧化碳分析传感器二(3204)，所述流速传感器(3206)通过流速传感器线缆(3208)与控制电路(2001)连接，所述咬嘴(3207)安装在模拟吸气接口(2201)和模拟呼气接口(2202)之间。
6.根据权利要求1-5任一项所述的用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器，其特征在于：吸气定标筒(2504)的内腔体积大于呼气定标筒(2511)的内腔体积。
CN201811125441.9A 2018-09-26 2018-09-26 一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器 Expired - Fee Related CN109091147B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811125441.9A CN109091147B (zh) 2018-09-26 2018-09-26 一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811125441.9A CN109091147B (zh) 2018-09-26 2018-09-26 一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109091147A CN109091147A (zh) 2018-12-28
CN109091147B true CN109091147B (zh) 2021-06-08

Family

ID=64866989

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811125441.9A Expired - Fee Related CN109091147B (zh) 2018-09-26 2018-09-26 一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109091147B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2784447B2 (es) * 2019-03-25 2021-07-06 Univ Cantabria Simulador de cirugía cardiotorácica
CN111481204A (zh) * 2020-04-17 2020-08-04 郭晨光 一种呼吸气囊、肺功能指标检测系统、方法及装置
CN111513721B (zh) * 2020-04-22 2023-06-02 四川中测仪器科技有限公司 一种呼吸节律发生器及其控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5060656A (en) * 1990-05-22 1991-10-29 Aerosport, Inc. Metabolic rate analyzer
CN103813825A (zh) * 2011-09-22 2014-05-21 皇家飞利浦有限公司 用于监测和控制压力支持设备的方法与装置
CN104977390A (zh) * 2015-07-08 2015-10-14 天津大学 一种模拟真实人体呼吸装置及方法
CN206183272U (zh) * 2016-08-11 2017-05-24 赛客（厦门）医疗器械有限公司 校准肺功能仪的呼吸模拟器
CN207640405U (zh) * 2017-04-10 2018-07-24 张政波 呼吸系统功能测试装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5060656A (en) * 1990-05-22 1991-10-29 Aerosport, Inc. Metabolic rate analyzer
CN103813825A (zh) * 2011-09-22 2014-05-21 皇家飞利浦有限公司 用于监测和控制压力支持设备的方法与装置
CN104977390A (zh) * 2015-07-08 2015-10-14 天津大学 一种模拟真实人体呼吸装置及方法
CN206183272U (zh) * 2016-08-11 2017-05-24 赛客（厦门）医疗器械有限公司 校准肺功能仪的呼吸模拟器
CN207640405U (zh) * 2017-04-10 2018-07-24 张政波 呼吸系统功能测试装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN109091147A (zh) 2018-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huszczuk et al. A respiratory gas exchange simulator for routine calibration in metabolic studies
CN102114290B (zh) 呼吸机的检测方法、设备及系统
CN109091147B (zh) 一种用于心肺运动功能测试的呼吸模拟器
US7913690B2 (en) Method for continuous measurement of flux of gases in the lungs during breathing
US9943249B2 (en) Respiratory gas monitor testing system and methods of use
EP2654562A1 (en) System and method for determining carbon dioxide excreted during non-invasive ventilation
JP2014100573A (ja) Ｄｌｃｏ品質制御試験用の方法およびシステム
CN103330962A (zh) 一种具有模拟呼吸功能的吸痰机
CN102663947A (zh) 一种体外主动模拟人体自主呼吸的装置及气体分析方法
CN111658918A (zh) 一种多呼吸指标同步测量系统及方法
CN218391088U (zh) 一种多呼吸道的气体检测系统
CN205434610U (zh) 呼吸暂停事件模拟设备及其气道狭窄模型
CN215866629U (zh) 体外评价吸入制剂肺部沉积分布测试装置
US11033202B2 (en) Method to determine indices of ventilation inhomogeneity e.g. lung clearance index (LCI) of a paediatric test subject
CN108133653B (zh) 一种人体肺气体交换模拟方法及装置
CN109758153A (zh) 全鼻腔气压检测设备及其应用方法
US20230169888A1 (en) System for simulating the breathing of a living being
CN104586395B (zh) 一种无创检测人体血液中二氧化碳水平的检测装置及方法
CN111513721B (zh) 一种呼吸节律发生器及其控制方法
CN115164963A (zh) 一种呼吸机质量检测仪动态校准装置及方法
CN109674476A (zh) 一种对于化学刺激的呼吸中枢驱动反应性的测定装置
CN115886784A (zh) 一种弥散肺功能仪的测试系统和测试装置
CN210144650U (zh) 全鼻腔气压检测设备
CN217567046U (zh) 一种呼吸模拟肺校准装置
CN110881976A (zh) 一种应用电磁感应法的肺容量测定技术

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210608

Termination date: 20210926