呼吸力学参数检测系统的设计与实现

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1、呼吸力学参数检测系统的设计与实现Designandrealizationonmeasurementsystemofrespiratorymechanicsparameter学科专业：信息与通信工程作者姓名：陈波波指导教师：杨嘉琛副教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要呼吸是人体的重要生理过程，在现代医学监护技术中，呼吸监测是一个重要组成部分。在医学科学研究、运动学、军事医学中，呼吸监测都是一项重要的生理指标。目前，随着人们生活水平的提高，越来越多的人开始关注包括呼吸监测在内的身体状况的监测。而在呼吸监测中，呼吸力学参数的监测是对呼吸功能的评价的重要方法，有助于对呼

2、吸病理和生理的了解。呼吸力学参数监测在一些医疗应用中已经成为一项重要工具。目前，国内外在呼吸监测领域主要是监测出人呼吸出的二氧化碳浓度，参数较为单一。然而随着现在人们对呼吸监测的关注的逐步提高以及对自身呼吸功能监测的重视，不再满足于仅仅这一个呼吸参数的监测。本研究从呼吸力学的角度去考虑人呼吸功能的监测，以工程学的观点和方法研究呼吸力学相关参数的监测，主要是通过监测人体呼吸气体的与力学相关的参数，从而表征人的身体状况以及指导临床诊治。本研究借鉴传统的二氧化碳浓度监测平台，研制一种主流式的基于伯努利定律的呼吸力学参数监测系统。该主流式呼吸力学参数检测系统采用高精度的差压式压力传

3、感器和低功耗的处理器元件，通过采用数字滤波技术来实现对患者呼吸力学参数信息的采集。在本研究中呼吸气压是主要的采集对象，而呼吸气压的采集与设计的呼吸管道密切相关，通过有限元分析法对呼吸管道进行仿真分析，绘制出结构图，然后通过3D打印加工出呼吸管道。然后，采用已选择好的元器件和设计好的电路板搭建电路，之后对系统平台进行调试，包括气压传感器供电电压的确定，电源电路的设计等，解决由于电源带来的信号不稳等问题。最后通过在预热阶段标定进行线性补偿，实现信号监测的精确度。最后采用该系统进行相应的实验，包括呼吸管道验证实验，传感器电压选择实验，标定实验和呼吸实验。通过长时间连续性实验测试，

4、该主流式呼吸力学参数监测系统能够直接在呼吸管道上对人呼吸力学参数进行实时连续监测，而且不需要对人呼吸气体进行任何处理。多名志愿者进行测试，结果表明该系统能够准确对呼吸力学参数进行测量，具有良好的实时性和长时间连续监测性。此外，该系统具有小型化，便携性和简单操作特点，方便患者进行自己监测。因此，该设备具有一定的临床应用价值。关键词：呼吸监测，呼吸力学，伯努利定律，主流式，有限元分析，气压传感器ABSTRACTRespirationisanimportantphysiologicalprocessofhumanbeing,inthemodernmedicalmonitoring

5、technology,respiratorymonitoringisanimportantpart.Especiallyinmedicalscienceresearch,kinesiologyandmilitarymedicine,respiratorymonitoringisanimportantphysiologicalindex.Atpresent,withtheimprovementofpeople’slife,moreandmorepeoplebegintopayattentiontomonitoringofphysicalconditionincludingre

6、spiratorymonitoring.Inthemonitoringofrespiration,themonitoringofrespiratorymechanicsparametersisanimportantmethodfortheevaluationofrespiratoryfunction,whichishelpfultoknowthepathologyandphysiology.Respiratorymechanicsparametershavebecomeanimportanttoolinsomemedicalapplications.Nowadays,the

7、respiratorymonitoringmainlyfocusesontheconcentrationofcarbondioxideathomeandabroadandthemonitoringmethodissingle.However,withtheimprovementofthepeople’sattentiontotherespiratorymonitoringandemphasisonthemonitoringofself-respiratoryfunction,peoplearenotsatisfie