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    重庆时时彩如何杀后二: 一种人体呼吸道仿真系统.pdf

    关 键 词:
    一种 人体 呼吸道 仿真 系统
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    摘要
    申请专利号:

    CN201510116132.5

    申请日:

    2015.03.17

    公开号:

    CN104700697A

    公开日:

    2015.06.10

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):G09B 23/28申请日:20150317|||公开
    IPC分类号: G09B23/28 主分类号: G09B23/28
    申请人: 中山大学
    发明人: 罗语溪; 候倩; 蒋庆; 梁九兴; 李嘉权
    地址: 510275广东省广州市海珠区新港西路135号
    优先权:
    专利代理机构: 广东世纪专利事务所44216 代理人: 刘卉
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510116132.5

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.04.12|||2015.07.08|||2015.06.10

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    一种人体呼吸道仿真系统,包括多导睡眠检测仪、信号接收及处理装置、弹性密封可调节蝴蝶阀、蝴蝶阀电动执行机构、模拟肺、模拟肺电动执行机构、模拟气道和待测试呼吸机。本发明由于使用了多导睡眠检测仪采集的真实的人体信号进行输入控制,可以更好地将呼吸系统拟人化,从而既可分别模拟中枢性睡眠呼吸事件及阻塞性睡眠呼吸事件,也可反映混合型睡眠呼吸事件;同时由于使用了配有可调节蝶阀的管道作为模拟气道,并使用下颌肌电作为可调节蝶阀的输入,控制蝶阀开闭程度来模拟气道塌陷程度,从而能够更精确地将呼吸事件输入给呼吸机,并实现了上气道塌陷程度的在线调节;且本发明通过模拟真实人体睡眠呼吸事件,能有效地测试及设计呼吸机对呼吸事件的响应速度和精度,以缩短研发周期,并提高呼吸机性能。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种人体呼吸道仿真系统,其特征在于包括多导睡眠检测仪、信号接收及处理装置、弹性密封可调节蝴蝶阀、蝴蝶阀电动执行机构、模拟肺、模拟肺电动执行机构、模拟气道和待测试呼吸机,其中所述多导睡眠检测仪用于采集胸腹带呼吸信号和下颌肌电信号并将采集到的信号输入信号接收及处理装置,所述信号接收及处理装置将接收到的下颌肌电信号处理后输送给蝴蝶阀电动执行机构,所述蝴蝶阀电动执行机构根据输入的信号大小来控制弹性密封可调节蝴蝶阀的开闭程度以调节模拟气道阻力及模拟气道输出气体流量,同时所述信号接收及处理装置将接收到的胸腹带呼吸信号转换为模拟肺的控制信号后输送给模拟肺电动执行机构,所述模拟肺电动执行机构根据输入的控制信号来调节模拟肺的呼吸频率和潮气量,所述模拟肺经调节后输出的气流依序流经模拟气道及弹性密封可调节蝴蝶阀后输入到待测试呼吸机。

    2.  根据权利要求1所述的人体呼吸道仿真系统,其特征在于上述模拟肺的控制信号是由胸带呼吸信号和腹带呼吸信号在信号接收及处理装置中通过公式signal=k*(1.3Tho+Abd)叠加形成,其中k为常数,因人体不同情况而异,Tho代表胸带呼吸信号,Abd代表腹带呼吸信号,signal为计算得到的模拟肺的控制信号。

    3.  根据权利要求1所述的人体呼吸道仿真系统,其特征在于上述下颌肌电信号经处理后输出的信号范围为4~20mA。

    4.  根据权利要求1所述的人体呼吸道仿真系统,其特征在于上述信号接收及处理装置为PC机或其它计算装置。

    说明书

    说明书一种人体呼吸道仿真系统
    技术领域
    本发明属于医疗器械技术领域,具体是涉及一种人体呼吸道仿真系统。
    背景技术
    在呼吸机测试领域,测试呼吸机对呼吸事件的压力响应,以及时调整呼吸机输出压力提高呼吸机治疗效果是必不可少的一步。
    睡眠呼吸暂停低通气综合征(Sleep Apnea Hypopnea Syndrome, SAHS)近年来发病率逐步上升,是指每晚睡眠过程中呼吸暂停反复发作30次以上或者睡眠呼吸暂停低通气指数(AHI)≥5次/小时并伴有嗜睡等临床症状。其发病区分为中枢型(CSAS)、阻塞型(OSAS)与混合型(MSAS)三种。此疾病会导致患者睡眠时出现打鼾并伴有呼吸暂停和/或呼吸浅表(低通气)、憋醒、白天过度嗜睡及夜间睡眠结构破坏等症状,除此之外还可能引起或加重肺动脉高压、肺源性心脏病、呼吸衰竭、高血压、心律失常、脑卒中等疾病。SAHS极大地影响了患者的生活质量,是近年来逐渐被人们认识和重视的疾病。
    SAHS中呼吸事件包括:
    1)中枢性呼吸暂停,与控制呼吸的大脑系统功能失调有关,而不是气道的阻塞,上气道无气流通过时间大于10s,无胸腹呼吸运动;
    2)阻塞性呼吸暂停,是由于上呼吸道,尤其是鼻和鼻咽部、口咽和软腭部位、以及舌根部发生狭窄、塌陷、阻塞导致;
    3)陈—施呼吸,又称潮式呼吸,症状是呼吸逐渐增强增快又逐渐减弱减慢与呼吸暂停交替出现,每个周期约45s-3min。在缺氧、睡眠、脑干损伤、心里衰竭情况下均可出现,主要原因是肺-脑循环时间延长和呼吸中枢反馈增益增加;
    4)低通气事件,指呼吸气流降低幅度超过气流的50%以上,并伴有4%以上的血氧饱和度下降。
    其中,阻塞性呼吸暂停和低通气事件是由于上气道肌肉塌陷所导致,上气道神经肌肉功能受多种因素影响,如年龄、性别、上气道肌肉病理损伤、肺容量、呼吸调控和觉醒反射等。已证实下颌肌电可很好地反应上气道功能及上气道肌肉活性,尤其是颏舌肌活性,颏舌肌活性在呼吸暂停起始时显著降低,呼吸暂停结束时明显升高,从而结束呼吸事件。
    呼吸机对呼吸事件的压力响应是呼吸机重要性能之一,此功能可根据呼吸事件次数的增加或减少实时调整输出压力,决定了呼吸机的治疗效果是否良好及病人体验是否舒适,并可防治呼吸机失准、故障等隐患威胁患者安全。
    现有的呼吸机对呼吸事件的压力响应测试系统多为使用模拟肺来模拟人体呼吸,模拟肺分为被动模拟肺与主动模拟肺。
    现在国内常见呼吸机测试系统为被动模拟肺。被动模拟肺无动力源,一般采用双夹板气囊结构,气囊可以更换,以模拟不同的潮气量。夹板的弹性可以调节,以模拟肺的顺应性。利用球阀模拟呼吸道阻力,可以调节螺钉模拟管道的漏气情况。这种模拟肺结构简单,成本低,但是无法模拟患者的自主呼吸状态,无法测试、评价呼吸机。
    主动模拟肺有动力原件,可以自主的模拟多种呼吸状态,其基本构成有两部分:执行部件和被动部件。被动部件在执行部件驱动下,产生符合生理、病理特征的呼吸流量、压力信号。现有三种主要类型的模拟肺:
    1)气囊弹簧结构,代表是美国Michigan仪器公司生产的TTL型主动模拟肺,采用两个气囊模拟双肺,每个气囊上有加载弹簧(顺应性原件),以模拟肺双肺顺应性。呼吸道阻力通过更换具有不同阻力值的管道实现。执行部件可采用驱动呼吸机或者流量发生器;可以模拟自主呼吸和被动呼吸;
    2)箱-囊式结构,具有一定顺应性的气囊安装在刚性箱体内部,气囊容积小于箱体,二者之间有一定空间用于模拟胸膜腔;呼吸道阻力通过更换具有不同阻力值的管道实现;执行部件可是高压喷射气流、函数发生器或是真空泵;可以模拟自主呼吸和被动呼吸;
    3)活塞结构,活塞和缸体形成一个密闭空间,活塞在执行部件的带动下移动,使密闭空间收缩或者扩张,产生流量和压力信号;呼吸道阻力应用一个自动控制的阻力阀门模拟,阻力值可在线调节;模拟被动呼吸较困难。
    此外,为模拟阻塞型呼吸暂?;虻屯ㄆ录?,一般在模拟肺与被测试呼吸机之间接入可塌陷软管,通过软管夹来模拟呼吸暂?;虻屯ㄆ录?。
    以上方法主要有以下缺点:
    1)主动模拟肺的执行部件,多采用函数发生器、信号发生器等来模拟呼吸运动,未使用真实人体信号作为输入,与人体真实呼吸运动有所差距,不能反映人体呼吸事件的多样性;
    2)大多数主动模拟肺是使用不同气道阻力的管道来模拟气道,不能在线调节气道阻力;而且对气道塌陷的模拟,所使用的可塌陷软管及软管夹模拟呼吸暂停的方法是手动控制,无法精确确定气道塌陷程度,且不能在线调整上气道塌陷程度及塌陷次数,同时不能由真实人体信号控制,因此对气道塌陷引起的呼吸暂停和低通气事件的模拟,与真实情况有所差距;
    3)上述对呼吸系统的模拟方式中,并未明确区分中枢性呼吸暂停和阻塞型呼吸暂停,而均使用模拟肺模拟呼吸运动,使用不同阻力管道或软管夹模拟呼吸事件,所以无法区分中枢性呼吸暂停时间与阻塞型呼吸暂停时间,且无法表征一些中枢性呼吸暂停与阻塞型呼吸暂停同时发生的呼吸事件。
    发明内容
    本发明的目的在于针对上述存在问题和不足,提供一种使用了PSG采集的真实的人体信号进行输入控制,可以更好地将呼吸系统拟人化,既能实现上气道塌陷程度的在线调节,又能分别模拟中枢性睡眠呼吸事件及阻塞性睡眠呼吸事件,同时也可反映混合型睡眠呼吸事件的人体呼吸道仿真系统。
    本发明的技术方案是这样实现的:
    本发明所述的人体呼吸道仿真系统,其特点是包括多导睡眠检测仪、信号接收及处理装置、弹性密封可调节蝴蝶阀、蝴蝶阀电动执行机构、模拟肺、模拟肺电动执行机构、模拟气道和待测试呼吸机,其中所述多导睡眠检测仪用于采集胸腹带呼吸信号和下颌肌电信号并将采集到的信号输入信号接收及处理装置,所述信号接收及处理装置将接收到的下颌肌电信号处理后输送给蝴蝶阀电动执行机构,所述蝴蝶阀电动执行机构根据输入的信号大小来控制弹性密封可调节蝴蝶阀的开闭程度以调节模拟气道阻力及模拟气道输出气体流量,同时所述信号接收及处理装置将接收到的胸腹带呼吸信号转换为模拟肺的控制信号后输送给模拟肺电动执行机构,所述模拟肺电动执行机构根据输入的控制信号来调节模拟肺的呼吸频率和潮气量,所述模拟肺经调节后输出的气流依序流经模拟气道及弹性密封可调节蝴蝶阀后输入到待测试呼吸机。
    为了使胸腹带呼吸信号可有效地作为主动模拟肺的输入,上述模拟肺的控制信号是由胸带呼吸信号和腹带呼吸信号在信号接收及处理装置中通过公式signal=k*(1.3Tho+Abd)叠加形成,其中k为常数,因人体不同情况而异,Tho代表胸带呼吸信号,Abd代表腹带呼吸信号,signal为计算得到的模拟肺的控制信号。
    为了使下颌肌电信号能够满足蝴蝶阀电动执行机构的输入范围,上述下颌肌电信号经处理后输出的信号范围为4~20mA。
    为了使信号的接收及处理方便,上述信号接收及处理装置为PC机或其它计算装置。
    与现有技术相比,本发明具有如下优点:
    1、使用了多导睡眠检测仪采集的真实的人体信号(胸腹带呼吸信号和下颌肌电信号)进行输入控制,可以更好地将呼吸系统拟人化,从而能更好地还原人体呼吸运动及呼吸事件,达到既可分别模拟中枢性睡眠呼吸事件及阻塞性睡眠呼吸事件,也可反映混合型睡眠呼吸事件的目的;
    2、使用了配有可调节蝶阀的管道作为模拟气道,通过蝶阀开闭程度来模拟气道塌陷程度,并使用下颌肌电作为可调节蝶阀的输入,控制蝶阀开闭程度,从而能够更加精确地将呼吸事件输入给呼吸机,并有效地实现了上气道塌陷程度的在线调节;
    3、提出了一种完整的呼吸系统模型,通过模拟真实人体睡眠呼吸事件,能有效地测试及设计呼吸机对呼吸事件的响应速度和精度,以缩短研发周期,并提高了呼吸机性能。
    下面结合附图对本发明作进一步的说明。
    附图说明
    图1为本发明的结构方框图。
    具体实施方式
    如图1所示,本发明所述的人体呼吸道仿真系统,包括多导睡眠检测仪(PSG)、信号接收及处理装置、弹性密封可调节蝴蝶阀、蝴蝶阀电动执行机构、模拟肺、模拟肺电动执行机构、模拟气道和待测试呼吸机,其中所述多导睡眠检测仪用于采集胸腹带呼吸信号和下颌肌电信号并将采集到的信号输入信号接收及处理装置,所述信号接收及处理装置将接收到的下颌肌电信号处理后输送给蝴蝶阀电动执行机构,所述蝴蝶阀电动执行机构根据输入的信号大小来控制弹性密封可调节蝴蝶阀的开闭程度以调节模拟气道阻力及模拟气道输出气体流量,同时所述信号接收及处理装置将接收到的胸腹带呼吸信号转换为模拟肺的控制信号后输送给模拟肺电动执行机构,所述模拟肺电动执行机构根据输入的控制信号来调节模拟肺的呼吸频率和潮气量,所述模拟肺用于模拟肺部运动且经调节后输出的气流依序流经模拟气道及弹性密封可调节蝴蝶阀后输入到待测试呼吸机。为了使胸腹带呼吸信号可有效地作为主动模拟肺的输入,所述模拟肺的控制信号是由胸带呼吸信号和腹带呼吸信号在信号接收及处理装置中通过公式signal=k*(1.3Tho+Abd)叠加形成,其中k为常数,因人体不同情况而异,Tho代表胸带呼吸信号,Abd代表腹带呼吸信号,signal为计算得到的模拟肺的控制信号。为了使下颌肌电信号能够满足蝴蝶阀电动执行机构的输入范围,所述下颌肌电信号经处理后输出的信号范围为4~20mA。为了使信号的接收及处理方便,所述信号接收及处理装置为PC机或其它计算装置。
    本发明的工作流程为:
    由多导睡眠检测仪采集到的下颌肌电信号输入信号接收及处理装置后,信号接收及处理装置对信号按比例进行放大及幅值调整,使其满足蝴蝶阀电动执行机构的输入范围:4~20mA,蝴蝶阀电动执行机构将按照控制信号大小比例进行动作,使弹性密封可调节蝴蝶阀的阀门开到相对应的程度,其中输入4mA时阀门全闭,输入20mA时阀门全开。由于在呼吸暂停起始时,下颌肌电活性显著降低,表明呼吸事件开始,在呼吸暂停结束时,下颌肌电活性明显升高,表明呼吸事件结束,所以在信号接收及处理装置的处理过程中需要对原下颌肌电信号进行放大及调整,使在阻塞型呼吸暂停事件起始时的下颌肌电值对应输出值为4mA,平静呼吸时或呼吸事件结束时的下颌肌电值对应输出值为20mA,按信号大小比例来控制阀门闭合程度,从而可以根据下颌肌电活性变化调整气道阻力,达到模拟阻塞性呼吸暂停和低通气事件的目的。蝴蝶阀电动执行机构根据输入信号大小来控制弹性密封可调节蝴蝶阀的开闭程度,当输入最大下颌肌电,即为平静呼吸下颌肌电值时,蝶阀全开,当输入最小下颌肌电值,即呼吸暂停发生时候的下颌肌电值时,蝶阀全闭,以调节模拟气道阻力及气道输出气体流量,从而用以模拟不同气道塌陷程度下的通气量变化,模拟低通气事件及阻塞性呼吸暂停事件。
    由多导睡眠检测仪采集到的胸腹带呼吸信号可作为主动模拟肺的输入,但是二者需进行叠加后才可作为主动模拟肺输入,可采用signal=k*(1.3Tho+Abd)在信号接收及处理装置中叠加,其中k为常数,因人体不同情况而异,Tho代表胸带呼吸信号,Abd代表腹带呼吸信号,signal为计算得到的模拟肺的控制信号,模拟肺的控制信号用于控制模拟肺电动执行机构,模拟肺电动执行机构驱动模拟肺,将呼吸信号输入给模拟肺,调节模拟肺的呼吸频率、潮气量等呼吸参数,从而模拟人体真实呼吸运动,并可模拟因控制呼吸的大脑中枢障碍所导致的无胸腹呼吸运动的中枢性呼吸暂停事件。
    模拟肺的输出气流依序流经模拟气道及可调节蝴蝶阀后输入到待测试呼吸机中,其中模拟肺可模拟胸腹呼吸运动及中枢性呼吸暂停时间,弹性密封可调节蝴蝶阀可模拟由上气道塌陷所引起的阻塞型睡眠呼吸事件。
    此系统可分别模拟:单纯中枢性睡眠呼吸暂停时间、单纯阻塞型睡眠呼吸暂停事件、混合型睡眠呼吸暂停时间、低通气事件、陈-施呼吸事件等,使呼吸系统更加拟人化,从而更加精确的检测呼吸机对睡眠呼吸事件的压力响应。
    本发明是通过实施例来描述的,但并不对本发明构成限制,参照本发明的描述,所公开的实施例的其他变化,如对于本领域的专业人士是容易想到的,这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

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