CN113648497A - 一种供氧方法和供氧系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种供氧方法和供氧系统，所述供氧方法包括：S1：选择呼吸模式；S2：根据所述呼吸模式，确定呼吸周期内供氧电磁阀的开放时长S3：根据所述开放时长，控制所述供氧电磁阀的开启和/或关闭；S4：获取所述供氧电磁阀开启时的氧气数据、用户的呼吸数据以及血氧浓度；S5：根据所述氧气数据、呼吸数据以及所述血氧浓度，控制所述供氧电磁阀的开启和/或关闭。本发明公开的供氧方法和供氧系统，解决了现有技术中供氧时的滞后性问题，提供了呼吸预测功能以达到提前供氧的目的。
Description
技术领域
本发明涉及供氧技术领域，具体涉及一种供氧方法和供氧系统。
背景技术
高原反应，也称高原病，是人进入海拔3000米以上高原暴露于低压低氧环境后所产生的不适症状，是高原地区独有的常见病。当人处于氧气浓度为15％～19％的环境中时，工作效率会降低，并可导致头部、肺部和循环系统出现问题；当氧气浓度为8％～10％时，会导致人体智力丧失、昏厥、无意识、脸色苍白、嘴唇发紫以及恶心呕吐等症状。高原反应对于人体的危害极大，因此降低高原反应对于心理和生理影响是具有重要意义，因此，迫切需要对高原作业人群提供便携以及智能化的供氧系统。
现有的部分便携式高原呼吸增氧装置，包括面罩、增氧器和缓冲导管，适用于初上高原人群，但不能实现智能化增氧，氧气利用率低，不能实现实时监测人体内的血氧浓度变化，可能会出现增氧不及时的情况，无法取得良好的供氧效果。另外一些便携式高原吸氧装置，包括氧气瓶、瓶头阀、减压器、供氧调节器、供氧浓度调节阀、口鼻式吸氧面罩，可以调节高原人员吸入氧气的浓度，该装置存在面罩设计不合理的问题，即在佩戴面罩时，易将嘴也罩住，不利于呼出气体的排出也不利于人说话，影响使用效果。此外还有一些适用于高原地区的便携式制氧机，其在传统制氧机基础之上增加了一系列的智能判断装置，对输出氧气流量进行调节，形成脉冲式供氧，但该装置体积较大不适合单人携带，只能适用于非移动场景使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种供氧方法和供氧系统，解决了现有技术中供氧时的滞后性问题，提供了呼吸预测功能以达到提前供氧的目的。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明提供一种供氧方法，所述供氧方法包括：
S1：选择呼吸模式；
S2：根据所述呼吸模式，确定呼吸周期内供氧电磁阀的开放时长；
S3：根据所述开放时长，控制所述供氧电磁阀的开启和/或关闭；
S4：获取所述供氧电磁阀开启时的氧气数据、用户的呼吸数据以及血氧浓度；
S5：根据所述氧气数据、呼吸数据以及所述血氧浓度，控制所述供氧电磁阀的开启和/或关闭。
可选择地，所述步骤S2包括以下分步骤：
S21：根据所述呼吸模式，确定血氧饱和度；
S22：根据所述呼吸模式和所述血氧饱和度，求解气体交换效率参数；
S23：根据所述气体交换效率参数，搭建呼吸习惯预测模型；
S24：根据所述呼吸习惯预测模型，确定呼吸频率和呼吸周期内的需氧量；
S25：根据所述呼吸频率和所述需氧量，确定呼吸周期内供氧电磁阀的开放时长。
可选择地，所述步骤S22中，所述气体交换效率参数为：
其中，ni为吸氧浓度，no为面罩氧浓度，v为面罩体积，qo为氧气流量，t为吸气时间，va为吸入空气体积。
基于上述技术方案，本发明还提供一种供氧系统，所述供氧系统包括：氧气瓶、输气管、吸气鼻罩、中央控制盒和呼吸传感器，所述输气管连接所述氧气瓶和所述吸气鼻罩，所述氧气瓶用于通过所述输气管给所述吸气鼻罩提供氧气来源，所述中央控制盒设置于所述输气管上，所述呼吸传感器设置于所述吸气鼻罩中，以用于获取用户呼吸信号，并且所述呼吸传感器通过信号线连接所述中央控制盒。
可选择地，所述输气管具有连接所述吸气鼻罩的输入端和连接所述氧气瓶的输出端，所述中央控制盒设置于所述输入端。
可选择地，所述供氧系统还包括气流传感器，所述气流传感器设置于所述吸气鼻罩上，所述气流传感器用于获取所述输气管中氧气的气体含量。
可选择地，所述气流传感器设置于所述输气管的管道通路上。
可选择地，所述供氧系统还包括内耳式血氧心率传感器，所述内耳式血氧心率传感器用于插入用户耳中以获取用户血氧和心率信号，并且，所述内耳式血氧心率传感器通过所述信号线连接所述中央控制盒。
可选择地，述内耳式血氧心率传感器包括心率监测芯片、光敏元件和血氧监测芯片，所述光敏元件用于与用户耳朵接触，以获取所述用户的心率和血氧信号，所述心率监测芯片用于识别并传输所述心率信号，所述血氧监测芯片用于识别并传输所述血氧信号。
可选择地，所述中央控制盒包括电源模块、电磁阀、中央处理器和数据存储模块，所述电源模块用于给所述中央控制盒提供电源，所述电磁阀用于开启和/或关闭氧气瓶，所述电源模块和所述电磁阀模块同时与所述中央处理器连接，所述数据存储模块连接所述中央处理器。
本发明具有以下有益效果：
本发明解决了现有技术中供氧时的滞后性问题，提供了呼吸预测功能以达到提前供氧的目的。本发明中的系统具有高效用氧、氧气供给持续时间长等优点，实现了供氧时的智能性，可以进行多参数融合、长周期评估控制供氧。
附图说明
图1为本发明所提供的供氧方法的流程图；
图2为图1中步骤S2的分步骤流程图；
图3为本发明所提供的供氧系统的结构示意图；
图4为本发明所提供的供氧系统的吸气鼻罩的结构示意图；
图5为本发明所提供的供氧系统的内耳式血氧心率传感器的内部结构示意图；
图6为本发明所提供的供氧系统的中央控制盒的内部结构示意图。
附图标记说明
1-氧气瓶；2-输气管；21-输入端；22-输出端；3-吸气鼻罩；4-中央控制盒；41-电源模块；42-电磁阀；43-中央处理器；44-数据存储模块；5-呼吸传感器；6-气流传感器；7-内耳式血氧心率传感器；71-心率监测芯片；72-光敏元件；73-血氧监测芯片；8-信号线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
本发明提供一种供氧方法，参考图1所示，所述供氧方法包括：
S1：选择呼吸模式；
S2：根据所述呼吸模式，确定呼吸周期内供氧电磁阀的开放时长；
S3：根据所述开放时长，控制所述供氧电磁阀的开启和/或关闭；
S4：获取所述供氧电磁阀开启时的氧气数据、用户的呼吸数据以及血氧浓度；
S5：根据所述氧气数据、呼吸数据以及所述血氧浓度，控制所述供氧电磁阀的开启和/或关闭。
可选择地，参考图2所示，所述步骤S2包括以下分步骤：
S21：根据所述呼吸模式，确定血氧饱和度；
S22：根据所述呼吸模式和所述血氧饱和度，求解气体交换效率参数；
S23：根据所述气体交换效率参数，搭建呼吸习惯预测模型；
S24：根据所述呼吸习惯预测模型，确定呼吸频率和呼吸周期内的需氧量；
S25：根据所述呼吸频率和所述需氧量，确定呼吸周期内供氧电磁阀的开放时长。
可选择地，所述步骤S22中，所述气体交换效率参数为：
其中，ni为吸氧浓度，no为面罩氧浓度，v为面罩体积，qo为氧气流量，t为吸气时间，va为吸入空气体积。
A1：获取供氧相关参数；
A2：利用LMS算法，建立所述供氧相关参数的多因素回归模型；
A3：利用所述多因素回归模型调整所述供氧相参数，得到新的供氧相关参数。
可选择地，所述步骤A1中，所述供氧相关参数包括外部环境参数和生理参数。
可选择地，所述外部环境参数包括：海拔高度和温湿度；和/或
所述生理参数包括：血氧参数、心率参数和呼吸参数。
可选择地，所述步骤A1包括以下分步骤：
A11：设计多组外部环境参数；
A12：利用各组所述外部环境参数进行供氧正交试验；
A13：收集不同组别的供氧正交试验的高原供氧相关参数，得到所述供氧相关参数。
可选择地，所述步骤A2包括：
A21：设置所述LMS算法的学习率和迭代次数；
A22：赋初始值于所述LMS算法的初始权值向量矩阵和初始误差输出信号；
A23：对所述初始值进行迭代，得到变化值；
A24：判断所述变化值是否达到所述迭代次数，若是，结束迭代并进入步骤A25，否则返回步骤A23；
A25：将所述供氧相关参数作为原始输入信号输入；
A26：根据所述原始输入信号和所述初始权值向量矩阵，得到实际输出信号；
A27：计算所述实际输出信号和期望输出信号之间的误差；
A28：根据所述初始权值向量矩阵、所述学习率、所述误差输出信号和所述输入原始信号，得到新的权值向量矩阵；
A29：将所述新的权值向量矩阵作为所述供氧相关参数的多因素回归模型输出。
可选择地，所述步骤A26中，所述根据所述原始输入信号和所述初始权值向量矩阵，得到实际输出信号为：
y(i)＝x(h,b,r,a,t)(i)*WT(i)
其中，y(i)表示实际输出信号；x(h,b,r,a,t)(i)表示原始输入信号；WT(i)表示权值向量矩阵W(i)的转置，h表示心率数据；b表示血氧饱和度数据；r表示呼吸数据；a表示海拔高度；t表示温度数据。
可选择地，所述步骤A28中，所述根据所述初始权值向量矩阵、所述学习率、所述误差输出信号和所述输入原始信号，得到新的权值向量矩阵为：
W(i+1)＝W(i)+2*μ*e(i)*x(h,b,r,a,t)(i)
其中，W(i+1)表示新的权值向量矩阵；W(i)表示权值向量矩阵；μ表示学习率；e(i)表示误差输出信号；x(h,b,r,a,t)(i)表示原始输入信号。
基于上述技术方案，本发明还提供一种供氧系统，参考图3所示，所述供氧系统包括：氧气瓶、输气管、吸气鼻罩、中央控制盒和呼吸传感器5，所述输气管连接所述氧气瓶和所述吸气鼻罩，所述氧气瓶用于通过所述输气管给所述吸气鼻罩提供氧气来源，所述中央控制盒设置于所述输气管上，所述呼吸传感器5设置于所述吸气鼻罩中，以用于获取用户呼吸信号，并且所述呼吸传感器5通过信号线8连接所述中央控制盒。
本发明具有以下有益效果：
本发明解决了现有技术中供氧时的滞后性问题，提供了呼吸预测功能以达到提前供氧的目的。本发明中的系统具有高效用氧、氧气供给持续时间长等优点，实现了供氧时的智能性，可以进行多参数融合、长周期评估控制供氧。
当然，本发明对于中央控制盒4的设置位置并不限制，本领域技术人员可根据实际情况选择中央控制盒4的设置位置，在本发明中，作为一种实施例，可选择地，所述输气管2具有连接所述吸气鼻罩3(参考图4所示，)的输入端21和连接所述氧气瓶1的输出端22，所述中央控制盒4设置于所述输入端21。
为了确保能够给用户提供恰到好处的氧气气流，可选择地，所述供氧系统还包括气流传感器6，所述气流传感器6设置于所述吸气鼻罩3上，所述气流传感器6用于获取所述输气管2中氧气的气体含量。这样，适合于用户的氧气气流能够被传输至用户体内，从而能够在确保用户需求的情况下防止氧气浪费。
可选择地，为了确保获得可靠的气流数据，所述气流传感器6设置于所述输气管2的管道通路上。
可选择地，参考图5所示，所述供氧系统还包括内耳式血氧心率传感器7，所述内耳式血氧心率传感器7用于插入用户耳中以获取用户血氧和心率信号，并且，所述内耳式血氧心率传感器7通过所述信号线8连接所述中央控制盒4。
可选择地，所述内耳式血氧心率传感器7包括心率监测芯片71、光敏元件72和血氧监测芯片73，所述光敏元件72用于与用户耳朵接触，以获取所述用户的心率和血氧信号，所述心率监测芯片71用于识别并传输所述心率信号，所述血氧监测芯片73用于识别并传输所述血氧信号。
可选择地，参考图6所示，所述中央控制盒4包括电源模块41、电磁阀42和中央处理器43，所述电源模块41用于给所述中央控制盒4提供电源，所述电磁阀42用于开启和/或关闭氧气瓶1，所述电源模块41和所述电磁阀42模块同时与所述中央处理器43连接。
这里，为了确保电源的供电性能，可选择地，所述供电模块为锂电池。当然，本领域技术人员可结合本发明和实际情况选择供电方式，例如在一些实施例中，采用插座供电和/或常规电池供电。
可选择地，所述中央控制盒4还包括数据存储模块44，所述数据存储模块连接44所述中央处理器43。
本发明的工作原理如下：气流传感器6监测呼吸，内耳式血氧心率传感器7监测血氧浓度以及心率然后传递给中央处理器43，中央处理器43控制电磁阀42开关。中央处理器43先提取人体呼吸模式，确定血氧饱和度；然后进行气体交换效率参数求解，构建气体交换模型，依据搭建的呼吸习惯预测呼吸规律模型；最后确定呼吸频率和一个呼吸周期需氧量，确定一个呼吸周期内电磁阀42开放时长。电磁阀42精准控制氧气的释放与关闭，当人吸气时把氧气及时传递到吸气鼻罩3。上述过程执行完毕后再由气流传感器6，内耳式血氧心率传感器7进行气体浓度、血氧浓度以及心率的反馈检测，并开始新一轮的工作循环。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种供氧方法，其特征在于，所述供氧方法包括：
S1：选择呼吸模式；
S2：根据所述呼吸模式，确定呼吸周期内供氧电磁阀的开放时长；
S3：根据所述开放时长，控制所述供氧电磁阀的开启和/或关闭；
S4：获取所述供氧电磁阀开启时的氧气数据、用户的呼吸数据以及血氧浓度；
S5：根据所述氧气数据、呼吸数据以及所述血氧浓度，控制所述供氧电磁阀的开启和/或关闭。
2.根据权利要求1所述的供氧方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：
S21：根据所述呼吸模式，确定血氧饱和度；
S22：根据所述呼吸模式和所述血氧饱和度，求解气体交换效率参数；
S23：根据所述气体交换效率参数，搭建呼吸习惯预测模型；
S24：根据所述呼吸习惯预测模型，确定呼吸频率和呼吸周期内的需氧量；
S25：根据所述呼吸频率和所述需氧量，确定呼吸周期内供氧电磁阀的开放时长。
3.根据权利要求2所述的供氧方法，其特征在于，所述步骤S22中，所述气体交换效率参数为：
其中，ni为吸氧浓度，no为面罩氧浓度，v为面罩体积，qo为氧气流量，t为吸气时间，va为吸入空气体积。
4.一种基于权利要求1-3中任意一项所述的供氧方法的供氧系统，其特征在于，所述供氧系统包括：氧气瓶(1)、输气管(2)、吸气鼻罩(3)、中央控制盒(4)和呼吸传感器(5)，所述输气管(2)连接所述氧气瓶(1)和所述吸气鼻罩(3)，所述氧气瓶用于通过所述输气管(2)给所述吸气鼻罩(3)提供氧气来源，所述中央控制盒(4)设置于所述输气管(2)上，所述呼吸传感器(5)设置于所述吸气鼻罩(3)中，以用于获取用户呼吸信号，并且所述呼吸传感器(5)通过信号线(8)连接所述中央控制盒(4)。
5.根据权利要求4所述的供氧系统，其特征在于，所述输气管(2)具有连接所述吸气鼻罩(3)的输入端(21)和连接所述氧气瓶(1)的输出端(22)，所述中央控制盒(4)设置于所述输入端(21)。
6.根据权利要求1所述的供氧系统，其特征在于，所述供氧系统还包括气流传感器(6)，所述气流传感器(6)设置于所述吸气鼻罩(3)上，所述气流传感器(6)用于获取所述输气管(2)中氧气的气体含量，所述气流传感器(6)设置于所述输气管(2)的管道通路上。
7.根据权利要求1所述的供氧系统，其特征在于，所述供氧系统还包括内耳式血氧心率传感器(7)，所述内耳式血氧心率传感器(7)用于插入用户耳中以获取用户血氧和心率信号，并且，所述内耳式血氧心率传感器(7)通过所述信号线(8)连接所述中央控制盒(4)。
8.根据权利要求7所述的供氧系统，其特征在于，所述内耳式血氧心率传感器(7)包括心率监测芯片(71)、光敏元件(72)和血氧监测芯片(73)，所述光敏元件(72)用于与用户耳朵接触，以获取所述用户的心率和血氧信号，所述心率监测芯片(71)用于识别并传输所述心率信号，所述血氧监测芯片(73)用于识别并传输所述血氧信号。
9.根据权利要求4-8中任意一项所述的供氧系统，其特征在于，所述中央控制盒(4)包括电源模块(41)、电磁阀(42)、中央处理器(43)和数据存储模块(44)，所述电源模块(41)用于给所述中央控制盒(4)提供电源，所述电磁阀(42)用于开启和/或关闭氧气瓶(1)，所述电源模块(41)和所述电磁阀(42)模块同时与所述中央处理器(43)连接，所述数据存储模块(44)连接所述中央处理器(43)。
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-
2021
- 2021-09-24 CN CN202111121047.XA patent/CN113648497A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115337157A (zh) * | 2022-10-18 | 2022-11-15 | 昌乐县人民医院 | 一种护理床 |
| CN115337157B (zh) * | 2022-10-18 | 2022-12-13 | 昌乐县人民医院 | 一种护理床 |
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