一種便攜式肺功能儀器及肺功能檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種便攜式肺功能儀器及肺功能檢測(cè)方法，包括一次性超聲呼吸管道、控制主板和液晶顯示器，超聲呼吸管道包括具有一端為喇叭狀進(jìn)口，另一端為封閉出口的筒狀的主管道；主管道的頂部側(cè)壁和底部側(cè)壁上頂部窗口和底部窗口，頂部窗口和底部窗口相對(duì)呈一定傾斜角度設(shè)置；頂部窗口和底部窗口處各有一薄片密封，位于頂部窗口處的薄片外側(cè)按照傾斜角度的延伸方向還設(shè)有第一管道；位于底部窗口處的薄片外側(cè)按照傾斜角度的延伸方向還設(shè)有第二管道；第一管道與第二管道內(nèi)設(shè)有第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器；該儀器具有高度集成一體化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，方便攜帶，其利用超聲波原理進(jìn)行肺功能檢測(cè)，檢測(cè)精度更高，檢測(cè)結(jié)果更有助于患者的醫(yī)療診斷。
【專利說(shuō)明】一種便攜式肺功能儀器及肺功能檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種便攜式肺功能儀器及肺功能檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]肺功能檢查是臨床上胸肺疾病及呼吸生理的重要檢查內(nèi)容。對(duì)于早期檢出肺、氣道病變，鑒別呼吸困難的原因，診斷病變部位，評(píng)估疾病的病情嚴(yán)重度及其預(yù)后，評(píng)定藥物或其它治療方法療效，評(píng)估肺功能對(duì)手術(shù)的耐受力或勞動(dòng)強(qiáng)度耐受力及對(duì)危重病人的監(jiān)護(hù)等，肺功能檢查均是必不可少的。
[0003]在醫(yī)療器械領(lǐng)域，肺功能檢測(cè)設(shè)備被大量使用在諸多肺功能檢查項(xiàng)目上；其中，肺功能檢測(cè)設(shè)備(即現(xiàn)有的肺功能檢測(cè)儀)可以進(jìn)行肺功能測(cè)試并追蹤肺部健康情況，可測(cè)量包含F(xiàn)VC (即用力肺活量)、FEV1 (即第一秒肺活量)、FEV1/FVC(即一秒率，第一秒肺活量占用力肺活量的比率)等常用肺功能檢測(cè)參數(shù)。
[0004]但是現(xiàn)有的肺功能檢測(cè)設(shè)備主要使用的是機(jī)械檢測(cè)結(jié)構(gòu)和機(jī)械測(cè)量原理，主要包括兩種類型檢測(cè)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的肺功能檢測(cè)，即一種為渦輪旋轉(zhuǎn)檢測(cè)(例如:葉輪式和渦輪式肺功能檢測(cè)設(shè)備)，另一種為壓差式檢測(cè)(例如:壓差式流量計(jì))；
[0005]其中，葉輪式和潤(rùn)輪式流量計(jì)(Vortex shedding)。依據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)部件(葉輪或潤(rùn)輪)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度與流體速度 成正比的特性進(jìn)行測(cè)量。氣流通過(guò)時(shí)推動(dòng)葉輪或渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，葉輪式采用光電調(diào)調(diào)制原理，通過(guò)光電效應(yīng)，渦輪式采用磁電調(diào)制原理，通過(guò)磁電效應(yīng)，把葉輪或渦輪的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。由于葉輪的運(yùn)動(dòng)慣性和轉(zhuǎn)軸與軸承間摩擦力矩等因素，會(huì)影響傳感器的精度。而且最為重要的是，其并不適應(yīng)于病情較重的患者進(jìn)行檢測(cè)測(cè)量，因?yàn)樯鲜龌颊叩暮粑δ芤呀?jīng)變得非常薄弱，這樣帶來(lái)檢測(cè)精度誤差必然很大，甚至患者無(wú)力吹得動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致無(wú)法得到檢測(cè)數(shù)據(jù)。
[0006]其中，壓差式流量計(jì)(pressure differential flowmeter):利用在一定形狀的流通管道中氣流的壓力降落與流速的依從關(guān)系測(cè)定流量。壓差式傳感器包括兩部分:流量傳感器:實(shí)現(xiàn)氣體流速與壓差的一次變換，根據(jù)流經(jīng)該變換器的氣流速度大小不同，變換器兩端敏感出相應(yīng)的壓力差，即壓差信號(hào)。壓差傳感器:將與流量成一定比例關(guān)系的壓差信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定的電信號(hào)，經(jīng)處理后以數(shù)字或曲線圖形顯示。此流量計(jì)的流速傳感器上有一篩狀隔網(wǎng)，氣流通過(guò)該網(wǎng)時(shí)受網(wǎng)的阻力而流速下降，結(jié)果使網(wǎng)眼的另一端的壓力輕微下降。網(wǎng)眼兩端形成壓降差。壓差傳感器可據(jù)此壓差感應(yīng)，產(chǎn)生電信號(hào)。流速越快，壓降越大，則產(chǎn)生壓差電信號(hào)越強(qiáng)。但是上述隔網(wǎng)容易沉積有害物質(zhì)指示網(wǎng)眼堵塞以及細(xì)菌，上述壓差式肺功能檢測(cè)設(shè)備清潔消毒較為困難，另外這樣的機(jī)械式檢測(cè)方法在高流量測(cè)定時(shí)誤差也非常大。
[0007]另外，現(xiàn)有的肺功能檢測(cè)設(shè)備由于使用機(jī)械機(jī)構(gòu)檢測(cè)，因此占地比較龐大，不能隨身攜帶，只能在治療現(xiàn)場(chǎng)使用，不能隨便移動(dòng)使用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種便攜式肺功能儀器及肺功能檢測(cè)方法，以解決上述問(wèn)題。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0010]本發(fā)明提供了一種便攜式肺功能儀器，包括一次性超聲呼吸管道、控制主板和液晶顯示器，其中:
[0011]所述一次性超聲呼吸管道包括具有一端為喇叭狀進(jìn)口，另一端為封閉出口的筒狀的主管道；所述主管道的頂部側(cè)壁和底部側(cè)壁上頂部窗口和底部窗口，所述頂部窗口和底部窗口相對(duì)呈一定傾斜角度設(shè)置；所述頂部窗口和所述底部窗口處各有一個(gè)薄片密封，位于頂部窗口處的薄片外側(cè)按照所述傾斜角度的延伸方向還設(shè)有第一管道；位于底部窗口處的薄片外側(cè)按照所述傾斜角度的延伸方向還設(shè)有第二管道；所述第一管道與第二管道內(nèi)設(shè)有第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器；所述控制主板分別與所述液晶顯示器以及所述第一超聲波傳感器和所述第二超聲波傳感器電連接；[0012]其中，所述第一超聲波傳感器包括第一發(fā)射裝置和第一接收裝置；所述第二超聲波傳感器包括第二發(fā)射裝置和第二接收裝置；所述第一超聲波傳感器上的第一發(fā)射裝置和第一接收裝置分別安裝在第一管道的末端和第二管道的末端，第一發(fā)射裝置和第一接收裝置相對(duì)所呈一定角度，且等于所述傾斜角度；所述第二超聲波傳感器上的第二發(fā)射裝置和第二接收裝置分別安裝在所述第二管道的末端和第一管道的末端；第二發(fā)射裝置和第二接收裝置相對(duì)所呈一定角度，且等于所述傾斜角度；
[0013]所述第一超聲波傳感器上的第一發(fā)射裝置與所述第二超聲波傳感器上的第二發(fā)射裝置相對(duì)發(fā)射超聲波檢測(cè)信號(hào)；所述第一超聲波傳感器，用于計(jì)算第一接收裝置接收源自第一發(fā)射裝置發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間tl ;所述第二超聲波傳感器，用于計(jì)算第二接收裝置接收源自第二發(fā)射裝置發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間t2 ；
[0014]所述控制主板，用于預(yù)設(shè)時(shí)間的差值Λ t = (tl-t2)與主管道通過(guò)氣體流量值的正比例關(guān)系數(shù)值；還用于在每次進(jìn)行氣體流量值檢測(cè)操作時(shí)，計(jì)算當(dāng)前檢測(cè)操作的時(shí)間的差值Λ t，并通過(guò)所述正比例關(guān)系數(shù)值求解得到當(dāng)前檢測(cè)操作通過(guò)主管道的氣體流量值。
[0015]較佳地，還包括觸控屏以及主機(jī)殼體；
[0016]所述一次性超聲呼吸管道、控制主板均設(shè)置在所述主機(jī)殼體內(nèi)部；所述液晶顯示器和所述觸控屏嵌入在所述主機(jī)殼體表面。
[0017]較佳地，所述液晶顯示器為T(mén)FT IXD屏。
[0018]較佳地，所述控制主板上集成有A核心處理器、B核心處理器、液晶屏控制器、觸控屏控制器、電源管理系統(tǒng)和鋰電池、SPI存儲(chǔ)寄存器、空氣流量傳感器、無(wú)線藍(lán)牙通信模塊和USB2UART驅(qū)動(dòng)以及CH376-USB管理控制芯片和USB-A接口 ；
[0019]上述各個(gè)器件的連接方式如下:
[0020]所述A核心處理器通過(guò)液晶屏控制器與所述TFT IXD屏電連接；所述A核心處理器通過(guò)觸控屏控制器與所述觸控屏電連接；所述A核心處理器通過(guò)所述電源管理系統(tǒng)與所述鋰電池電連接；所述A核心處理器通過(guò)B核心處理器與CH376-USB管理控制芯片和USB-A接口電連接；所述A核心處理器還分別與所述SPI存儲(chǔ)寄存器、空氣流量傳感器、無(wú)線藍(lán)牙通信模塊和USB2UART驅(qū)動(dòng)電連接。[0021]較佳地,所述主管道的內(nèi)管直徑范圍為15mm-25mm。
[0022]較佳地，所述頂部窗口與所述底部窗口的相對(duì)的傾斜角度范圍選取為40-50度。
[0023]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種肺功能檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0024]控制主板預(yù)設(shè)時(shí)間的差值Λ t = (tl-t2)與主管道通過(guò)氣體流量值的正比例關(guān)系數(shù)值，并存儲(chǔ)所述正比例關(guān)系數(shù)值；
[0025]待檢測(cè)氣體流通并進(jìn)入主管道 時(shí)，第一超聲波傳感器上的第一發(fā)射裝置與第二超聲波傳感器上的第二發(fā)射裝置相對(duì)發(fā)射超聲波檢測(cè)信號(hào)；
[0026]所述第一超聲波傳感器計(jì)算第一接收裝置接收源自第一發(fā)射裝置發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間tl，并將所述時(shí)間tl發(fā)送給控制主板；
[0027]所述第二超聲波傳感器計(jì)算第二接收裝置接收源自第二發(fā)射裝置發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間t2，并將所述時(shí)間t2發(fā)送給控制主板；
[0028]所述控制主板計(jì)算當(dāng)前檢測(cè)操作的時(shí)間的差值Λ t，并通過(guò)所述正比例關(guān)系數(shù)值求解得到當(dāng)前檢測(cè)操作通過(guò)主管道的氣體流量值。
[0029]較佳地，在控制主板計(jì)算當(dāng)前檢測(cè)操作的時(shí)間的差值A(chǔ)t，并通過(guò)所述正比例關(guān)系數(shù)值求解得到當(dāng)前檢測(cè)操作通過(guò)主管道的氣體流量值之后，還包括如下步驟:
[0030]液晶顯示器顯示當(dāng)前檢測(cè)操作通過(guò)主管道的氣體流量值。
[0031]較佳地，所述第一超聲波傳感器和所述第二超聲波傳感器發(fā)射頻率是每分鐘發(fā)射100-1000次檢測(cè)信號(hào)。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0033]本發(fā)明提供的一種便攜式肺功能儀器及肺功能檢測(cè)方法，其中，分析上述超聲波傳感器的結(jié)構(gòu)原理可知，第一傳感器和第二傳感器均在第一管道與第二管道內(nèi)的兩側(cè)放置；兩對(duì)超聲波傳感器上的發(fā)射裝置和接收裝置相對(duì)，由于超聲波必須借助媒介(即空氣)進(jìn)行傳播，超聲波傳播速度將會(huì)受到患者對(duì)主管道內(nèi)的呼吸氣流影響，本發(fā)明提供的肺功能檢測(cè)方法正是利用了上述超聲波的聲波傳輸原理實(shí)現(xiàn)對(duì)氣流流量的精密檢測(cè)；具體地，當(dāng)氣流通過(guò)主管道時(shí)(例如患者呼出氣體時(shí))，受氣流影響，與氣流同向發(fā)射的超聲播檢測(cè)信號(hào)傳播速度加快(由一超聲波傳感器發(fā)射)，而與此同時(shí)與氣流反向的超聲波檢測(cè)信號(hào)傳播速度減慢(即相對(duì)設(shè)置的另一個(gè)超聲波傳感器發(fā)射)，所以就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)時(shí)間差；這兩個(gè)時(shí)間的差值Λ t與主管道通過(guò)氣體流量值的大小存在成正比關(guān)系；上述技術(shù)方案經(jīng)過(guò)多次實(shí)現(xiàn)得到了這樣的正比例關(guān)系數(shù)值，并將上述正比例關(guān)系數(shù)值(即通過(guò)程序設(shè)計(jì)，設(shè)置了這樣一個(gè)關(guān)系式燒進(jìn)了控制主板上的處理器內(nèi)了。)另外，在沒(méi)有氣體通過(guò)主管道時(shí)(即流量為零時(shí))，tl = t2,所以Λ t = (tl-t2) = O ；
[0034]分析上述檢測(cè)方法和原理可知:首先控制主板預(yù)設(shè)時(shí)間的差值Λ t = (tl-t2)與主管道通過(guò)氣體流量值的正比例關(guān)系數(shù)值，并存儲(chǔ)所述正比例關(guān)系數(shù)值(即通過(guò)程序設(shè)計(jì)，設(shè)置了這樣一個(gè)關(guān)系式，其中:);
[0035]然后，在每次進(jìn)行氣體流量值檢測(cè)時(shí)都執(zhí)行下述操作:此時(shí)檢測(cè)氣體流通并進(jìn)入主管道時(shí)，第一超聲波傳感器上的第一發(fā)射裝置與第二超聲波傳感器上的第二發(fā)射裝置相對(duì)發(fā)射超聲波檢測(cè)信號(hào)；第一超聲波傳感器計(jì)算第一接收裝置接收源自第一發(fā)射裝置發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間tl，并將所述時(shí)間tl發(fā)送給控制主板；第二超聲波傳感器計(jì)算第二接收裝置接收源自第二發(fā)射裝置發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間t2，并將所述時(shí)間t2發(fā)送給控制主板；[0036]控制主板運(yùn)行相應(yīng)的程序并計(jì)算當(dāng)前這一次檢測(cè)操作的時(shí)間的差值A(chǔ)t，并通過(guò)所述正比例關(guān)系數(shù)值求解得到當(dāng)前檢測(cè)操作通過(guò)主管道的氣體流量值。
[0037]上述頂部窗口與上述底部窗口的相對(duì)的傾斜角度范圍選取為40-50度。該傾斜角度有利于上述傳播距離的延長(zhǎng)，由于兩個(gè)超聲波傳感器的傳播距離的延長(zhǎng)，也增加了超聲波檢測(cè)的檢測(cè)精度。因?yàn)槌暡▊鞲衅鞯陌l(fā)射頻率大約為每分鐘發(fā)射100-1000次檢測(cè)信號(hào)(即每秒鐘輸出100-1000次流量信號(hào))，這樣其超聲波傳感器得到的檢測(cè)時(shí)間是很多次的聲波的檢測(cè)數(shù)據(jù)，然后最終換算得到的結(jié)果，這樣的檢測(cè)結(jié)果具有很高的檢測(cè)精度，同時(shí)超聲波信號(hào)不同于機(jī)械檢測(cè)，其檢測(cè)精度不會(huì)像現(xiàn)有技術(shù)中的任何機(jī)械機(jī)構(gòu)因機(jī)械誤差(包括安裝裝配誤差、機(jī)械加工誤差等)而影響檢測(cè)精度，也不會(huì)因?yàn)榛颊叩暮粑δ芟陆刀绊憴z測(cè)精度，因?yàn)槠浞喂δ芰髁繖z測(cè)不需要依靠任何機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。具體地，當(dāng)氣流通過(guò)主管道時(shí)，與氣流同向的超聲波檢測(cè)信號(hào)傳播加快，而與氣流反向的超聲波檢測(cè)信號(hào)傳播減慢，所以時(shí)間的差值A(chǔ)t與氣體流量值的大小成正比關(guān)系。由于時(shí)間差A(yù)t就是流量引起的，所以我們就直接測(cè)量到了呼吸流量，不需要定標(biāo)校正，也不存在傳統(tǒng)流量傳感器非線性失真和測(cè)量范圍限制等等問(wèn)題，非常微弱或很大流量都能被準(zhǔn)確的測(cè)量，是性能最好的、最精密的流量傳感器。[0038]上述結(jié)構(gòu)中的便攜式肺功能儀器的具有高度集成化的特點(diǎn)，占地面積更小(由于其避免了使用葉輪式和渦輪式流量計(jì)內(nèi)部的大型渦輪(葉輪)機(jī)械機(jī)構(gòu)，避免了壓差肺功能檢測(cè)設(shè)備內(nèi)置的(變換器和隔網(wǎng))等大型機(jī)構(gòu))，便于攜帶；其控制主板上采用更為先進(jìn)的處理器和芯片，提升了超聲波檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)算速度，提升了檢測(cè)精度。同時(shí)控制主板上還集成了 CH376-USB管理控制芯片、USB-A接口、無(wú)線藍(lán)牙通信模塊和USB2UART ；CH376通常是USB管理控制芯片，用于單片機(jī)系統(tǒng)讀寫(xiě)U盤(pán)或者SD卡中的文件。CH376支持USB設(shè)備方式和USB主機(jī)方式，并且內(nèi)置了 USB通訊協(xié)議的基本固件。USB2UART驅(qū)動(dòng)為USB轉(zhuǎn)串口的驅(qū)動(dòng)；USB-A是一種USB接口類型。通過(guò)上述硬件結(jié)構(gòu)的集成連接，可以實(shí)現(xiàn)便攜式肺功能儀器與通過(guò)USB接口或是串口、或者是無(wú)線藍(lán)牙通信模塊實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)設(shè)備(電腦或是服務(wù)器)建立通信連接；實(shí)現(xiàn)便攜式檢測(cè)設(shè)備測(cè)試出的檢測(cè)數(shù)據(jù)輸出給上位機(jī)設(shè)備。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0039]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的便攜式肺功能儀器的外觀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的便攜式肺功能儀器的超聲波檢測(cè)工作原理示意圖；
[0041]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的便攜式肺功能儀器中控制主板的整體電路結(jié)構(gòu)圖；
[0042]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的便攜式肺功能儀器中的CPU JTAG電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的便攜式肺功能儀器中的CPU啟動(dòng)電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的便攜式肺功能儀器中CPU實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖7為本發(fā)明實(shí)施例提供的肺功能檢測(cè)方法的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046]下面通過(guò)具體的實(shí)施例子并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0047]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種便攜式肺功能儀器，包括設(shè)置在主機(jī)殼體A內(nèi)部的一次性超聲呼吸管道(即主管道I)、控制主板2 (請(qǐng)參見(jiàn)圖3)(集成有多種處理器、計(jì)算器和存儲(chǔ)器等電子器件)和嵌入在上述主機(jī)殼體A表面的液晶顯示器3 (即上述液晶顯示器為T(mén)FT IXD屏)，其中:
[0048]另參見(jiàn)圖2，一次性超聲呼吸管道包括具有一端為喇叭狀進(jìn)口，另一端為封閉出口的筒狀的主管道I;主管道I的頂部側(cè)壁和底部側(cè)壁上頂部窗口 10和底部窗口 11，頂部窗口 10和底部窗口 11相對(duì)呈一定傾斜角度α設(shè)置；頂部窗口 10和底部窗口 11處各有一個(gè)薄片用于密封上述窗口(該薄片可以密封上述窗口，不泄露空氣，但是可以濾過(guò)超聲波，圖2中陰影部分所示意的結(jié)構(gòu)即為薄片)，位于頂部窗口 10處的薄片外側(cè)按照傾斜角度α的延伸方向還設(shè)有第一管道12 ;位于底部窗口 11處的薄片外側(cè)按照傾斜角度α的延伸方向還設(shè)有第二管道13 ;第一管道12與第二管道13內(nèi)設(shè)有第一超聲波傳感器14和第二超聲波傳感器15 ;控制主板分別與液晶顯示器以及第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器電連接；
[0049]其中，第一超聲波傳感器14包括第一發(fā)射裝置140和第一接收裝置141 ;第二超聲波傳感器15包括第二發(fā)射裝置150和第二接收裝置151 ;第一超聲波傳感器14上的第一發(fā)射裝置140和第一接收裝置141分別安裝在第一管道12的末端和第二管道13的末端，第一發(fā)射裝置140和第一接收裝置141相對(duì)所呈一定角度，且等于上述傾斜角度α ;第二超聲波傳感器15上的第二發(fā)射裝置150和第二接收裝置151分別安裝在第二管道13的末端和第一管道12的末端；第二發(fā)射裝置150和第二接收裝置151相對(duì)所呈一定角度，且等于上述傾斜角度α ;
[0050]第一超聲波傳感器14上的第一發(fā)射裝置140與第二超聲波傳感器15上的第二發(fā)射裝置150相對(duì)發(fā)射超聲波檢測(cè)信號(hào)；第一超聲波傳感器，用于計(jì)算第一接收裝置141接收源自第一發(fā)射裝置140發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間tl ;第二超聲波傳感器，用于計(jì)算第二接收裝置151接收源自第二發(fā)射裝置150發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間t2 ；
[0051]控制主板2，用于預(yù)設(shè)時(shí)間的差值A(chǔ)t= (tl-t2)與主管道通過(guò)氣體流量值的正比例關(guān)系數(shù)值；還用于在每次進(jìn)行氣體流量值檢測(cè)操作時(shí)，計(jì)算當(dāng)前檢測(cè)操作的時(shí)間的差值Δ t，并通過(guò)正比例關(guān)系數(shù)值求解得到當(dāng)前檢測(cè)操作通過(guò)主管道的氣體流量值。
[0052]需要說(shuō)明的是:下面介紹一下本發(fā)明實(shí)施例提供的便攜式肺功能儀器的超聲波檢測(cè)原理(即超聲法呼吸流量測(cè)量技術(shù)):超聲流量傳感器的原理:在呼吸管道的兩側(cè)放置兩對(duì)超聲波的發(fā)射裝置和接收裝置，由于超聲波必須借助媒介(即空氣)進(jìn)行傳播，傳播所需的時(shí)間取決于傳播距離(與第一傳感器與第二傳感器之間的距離決定的，例如:主管道內(nèi)壁管徑大小；因此，有必要限定一下，上述主管道I的內(nèi)管直徑d范圍為15mm-25mm。)，分別為tl和t2(見(jiàn)圖2)。在流量為零時(shí)，tl = t2，所以At= (tl-t2) = O ；
[0053]需要說(shuō)明的是上述超聲波傳感器測(cè)量核心數(shù)據(jù):超聲波傳感器傳輸?shù)男盘?hào)是呼吸流量信號(hào)，單位L/s(升/秒)，每秒鐘輸出100-1000次流量信號(hào)。通過(guò)積分運(yùn)算，計(jì)算出容量L。呼吸流量:測(cè)量范圍:0L/s~±16L/s，測(cè)量誤差:±3%，分辨率:10mL/s ;呼吸容積:測(cè)量范圍:0L~20L，測(cè)量誤差:±3%或±5mL，分辨率=IOmL0
[0054]上述頂部窗口與上述底部窗口的相對(duì)的傾斜角度范圍選取為40-50度。該傾斜角度有利于上述傳播距離的延長(zhǎng)，由于兩個(gè)超聲波傳感器的傳播距離的延長(zhǎng)，也增加了超聲波檢測(cè)的檢測(cè)精度。因?yàn)槌暡▊鞲衅鞯陌l(fā)射頻率大約為每分鐘發(fā)射100-1000次檢測(cè)信號(hào)(即每秒鐘輸出100-1000次流量信號(hào))，這樣其超聲波傳感器得到的檢測(cè)時(shí)間是很多次的聲波的檢測(cè)數(shù)據(jù)，然后最終換算得到的結(jié)果，這樣的檢測(cè)結(jié)果具有很高的檢測(cè)精度，同時(shí)超聲波信號(hào)不同于機(jī)械檢測(cè)，其檢測(cè)精度不會(huì)像現(xiàn)有技術(shù)中的任何機(jī)械機(jī)構(gòu)因機(jī)械誤差(包括安裝裝配誤差、機(jī)械加工誤差等)而影響檢測(cè)精度，也不會(huì)因?yàn)榛颊叩暮粑δ芟陆刀绊憴z測(cè)精度，因?yàn)槠浞喂δ芰髁繖z測(cè)不需要依靠任何機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。具體地，當(dāng)氣流(Gasflow,即圖2中G所示意的氣體流動(dòng)方向)通過(guò)主管道時(shí)，與氣流同向的超聲波檢測(cè)信號(hào)傳播加快，而與氣流反向的超聲波檢測(cè)信號(hào)傳播減慢，所以時(shí)間的差值Λ t與氣體流量值的大小成正比例關(guān)系。由于時(shí)間差Λ t就是流量引起的，所以我們就直接測(cè)量到了呼吸流量，不需要定標(biāo)校正，也不存在傳統(tǒng)流量傳感器非線性失真和測(cè)量范圍限制等等問(wèn)題，非常微弱或很大流量都能被準(zhǔn)確的測(cè)量，是性能最好的、最精密的流量傳感器。
[0055]需要補(bǔ)充的是，在主管道的兩側(cè)放置兩對(duì)超聲波發(fā)射和接收裝置，由于超聲波必須借助媒介(即空氣)進(jìn)行傳播，傳播所需的時(shí)間取決于傳播距離(主管道內(nèi)管徑的大小)。因此，主管道的內(nèi)管直徑?jīng)Q定了正比例關(guān)系數(shù)值的大小(為了一體化設(shè)計(jì)，主管道的內(nèi)外徑尺寸不能太大)，一般地，當(dāng)便攜式肺功能儀器的主管道的內(nèi)管直徑確定以及兩對(duì)傳感器之間的傳播距離確定之后，上述正比例關(guān)系數(shù)值將為定值；通過(guò)上述關(guān)系式以及定值便可以求解出每一次待檢測(cè)的氣體流量值。上述頂部窗口與底部窗口相對(duì)并呈傾斜角度設(shè)置，是為了在一定程度上增加檢測(cè)時(shí)長(zhǎng)(傾斜要比豎直放置時(shí)發(fā)射裝置與接收裝置的發(fā)射接收距離更大)，這樣通過(guò)檢測(cè)距離的增加也便于增強(qiáng)器檢測(cè)精度。由此也可以看出本發(fā)明實(shí)施例中超聲波呼吸管道的筒狀主管道在通過(guò)有限的尺寸條件下(直徑尺寸只有15mm-25mm,非常小),也可以看出如何通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)改進(jìn),最大限度的保證其檢測(cè)精度的難度。
[0056]較佳地，還包括觸控屏20以及主機(jī)殼體A ；
[0057]上述一次性超 聲呼吸管道(即主管道I)、控制主板均設(shè)置在所述主機(jī)殼體A內(nèi)部；所述液晶顯示器21 (即TFT IXD屏)和所述觸控屏20均嵌入在所述主機(jī)殼體A表面。
[0058]需要說(shuō)明的是，上述便攜式肺功能儀器其大大節(jié)省了使用和占地空間，由于其避免了使用葉輪式和渦輪式流量計(jì)內(nèi)部的大型渦輪(葉輪)機(jī)械機(jī)構(gòu)，也避免采用壓差肺功能檢測(cè)設(shè)備內(nèi)置的(變換器和隔網(wǎng))等大型機(jī)構(gòu)，而且上述便攜式肺功能儀器采用了高度集成化的主控制板以及體積很小的超聲波檢測(cè)結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)，這樣本發(fā)明實(shí)施例提供的便攜式肺功能儀器節(jié)省了大量使用空間，方便攜帶，擴(kuò)大了適用范圍。
[0059]下面介紹一下本發(fā)明實(shí)施例的核心控制部分(即控制主板):
[0060]參見(jiàn)圖3，所述控制主板2上集成有A核心處理器22、B核心處理器23、液晶屏控制器24、觸控屏控制器25、電源管理系統(tǒng)26和鋰電池27、SPI存儲(chǔ)寄存器28、空氣流量傳感器29、無(wú)線藍(lán)牙通信模塊30和USB2UART驅(qū)動(dòng)31以及CH376-USB管理控制芯片32 (即CH376 芯片)和 USB-A 接口 33 ;
[0061]上述各個(gè)器件的連接方式如下:
[0062]所述A核心處理器22通過(guò)液晶屏控制器24與所述液晶顯示器21 (TFT IXD屏)電連接；所述A核心處理器22通過(guò)觸控屏控制器25與所述觸控屏20電連接；所述A核心處理器22通過(guò)所述電源管理系統(tǒng)26與所述鋰電池27電連接；所述A核心處理器22通過(guò)B核心處理器23與CH376-USB管理控制芯片32和USB-A接口電33連接；所述A核心處理器22還分別與所述SPI存儲(chǔ)寄存器28、空氣流量傳感器29、無(wú)線藍(lán)牙通信模塊30和USB2UART驅(qū)動(dòng)31電連接。
[0063]需要說(shuō)明的是上述控制主板上的硬件電路結(jié)構(gòu)；
[0064]本電路為手持肺量?jī)x控制系統(tǒng)硬件電路，可以運(yùn)行UCGUI圖形化界面，用于人機(jī)交互,超聲波式呼吸測(cè)量,數(shù)據(jù)分析與顯示,測(cè)量結(jié)果打印。電路核心采用雙ARM Cortex-M3處理器，并提供基本存儲(chǔ)空間和無(wú)線藍(lán)牙通訊接口，為肺功能定制化硬件產(chǎn)品。
[0065]整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明:電路設(shè)計(jì)以兩片M3處理器為核心(CPUM3A與CPU M3B)，均運(yùn)行主頻72MHz。M3-A外部配套8M與32.768K晶振，采用FSMC接口連接液晶屏控制器；SPI1連接觸摸屏控制器；SPI2連接FLASH數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片；串口 I通過(guò)轉(zhuǎn)換連接USB接口；串口 2連接無(wú)線藍(lán)牙模塊；串口 3連接到擴(kuò)展接口，用于連接外部超聲波測(cè)量板；使用GPIO驅(qū)動(dòng)LED，電源開(kāi)關(guān)管理等。M3-B主要用于驅(qū)動(dòng)打印機(jī)，SPI2接口連接USB HOST控制芯片。AB兩個(gè)處理器之間用串口連接。整體電路結(jié)構(gòu)圖3如下:
[0066]1、電路原理設(shè)計(jì)說(shuō)明
[0067]主要部件與接口說(shuō)明
【權(quán)利要求】
1.一種便攜式肺功能儀器，其特征在于，包括一次性超聲呼吸管道、控制主板和液晶顯示器，其中: 所述一次性超聲呼吸管道包括具有一端為喇叭狀進(jìn)口，另一端為封閉出口的筒狀的主管道；所述主管道的頂部側(cè)壁和底部側(cè)壁上頂部窗口和底部窗口，所述頂部窗口和底部窗口相對(duì)呈一定傾斜角度設(shè)置；所述頂部窗口和所述底部窗口處各有一個(gè)薄片密封，位于頂部窗口處的薄片外側(cè)按照所述傾斜角度的延伸方向還設(shè)有第一管道；位于底部窗口處的薄片外側(cè)按照所述傾斜角度的延伸方向還設(shè)有第二管道；所述第一管道與第二管道內(nèi)設(shè)有第一超聲波傳感器和第二超聲波傳感器；所述控制主板分別與所述液晶顯示器以及所述第一超聲波傳感器和所述第二超聲波傳感器電連接； 其中，所述第一超聲波傳感器包括第一發(fā)射裝置和第一接收裝置；所述第二超聲波傳感器包括第二發(fā)射裝置和第二接收裝置；所述第一超聲波傳感器上的第一發(fā)射裝置和第一接收裝置分別安裝在第一管道的末端和第二管道的末端，第一發(fā)射裝置和第一接收裝置相對(duì)所呈一定角度，且等于所述傾斜角度；所述第二超聲波傳感器上的第二發(fā)射裝置和第二接收裝置分別安裝在所述第二管道的末端和第一管道的末端；第二發(fā)射裝置和第二接收裝置相對(duì)所呈一定角度，且等于所述傾斜角度； 所述第一超聲波傳感器上的第一發(fā)射裝置與所述第二超聲波傳感器上的第二發(fā)射裝置相對(duì)發(fā)射超聲波檢測(cè) 信號(hào)；所述第一超聲波傳感器，用于計(jì)算第一接收裝置接收源自第一發(fā)射裝置發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間tl ;所述第二超聲波傳感器，用于計(jì)算第二接收裝置接收源自第二發(fā)射裝置發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間t2 ； 所述控制主板，用于預(yù)設(shè)時(shí)間的差值A(chǔ)t= (tl-t2)與主管道通過(guò)氣體流量值的正比例關(guān)系數(shù)值；還用于在每次進(jìn)行氣體流量值檢測(cè)操作時(shí)，計(jì)算當(dāng)前檢測(cè)操作的時(shí)間的差值Δ t，并通過(guò)所述正比例關(guān)系數(shù)值求解得到當(dāng)前檢測(cè)操作通過(guò)主管道的氣體流量值。
2.如權(quán)利要求1所述的便攜式肺功能儀器，其特征在于， 還包括觸控屏以及主機(jī)殼體； 所述一次性超聲呼吸管道、控制主板均設(shè)置在所述主機(jī)殼體內(nèi)部；所述液晶顯示器和所述觸控屏嵌入在所述主機(jī)殼體表面。
3.如權(quán)利要求1所述的便攜式肺功能儀器，其特征在于， 所述液晶顯示器為T(mén)FT IXD屏。
4.如權(quán)利要求3所述的便攜式肺功能儀器，其特征在于， 所述控制主板上集成有A核心處理器、B核心處理器、液晶屏控制器、觸控屏控制器、電源管理系統(tǒng)和鋰電池、SPI存儲(chǔ)寄存器、空氣流量傳感器、無(wú)線藍(lán)牙通信模塊和USB2UART驅(qū)動(dòng)以及CH376-USB管理控制芯片和USB-A接口 ； 上述各個(gè)器件的連接方式如下: 所述A核心處理器通過(guò)液晶屏控制器與所述TFT IXD屏電連接；所述A核心處理器通過(guò)觸控屏控制器與所述觸控屏電連接；所述A核心處理器通過(guò)所述電源管理系統(tǒng)與所述鋰電池電連接；所述A核心處理器通過(guò)B核心處理器與CH376-USB管理控制芯片和USB-A接口電連接；所述A核心處理器還分別與所述SPI存儲(chǔ)寄存器、空氣流量傳感器、無(wú)線藍(lán)牙通信模塊和USB2UART驅(qū)動(dòng)電連接。
5.如權(quán)利要求1所述的便攜式肺功能儀器，其特征在于，所述主管道的內(nèi)管直徑范圍為15mm-25mm。
6.如權(quán)利要求1所述的便攜式肺功能儀器，其特征在于， 所述頂部窗口與所述底部窗口的相對(duì)的傾斜角度范圍選取為40-50度。
7.一種肺功能檢測(cè)方法，其特征在于，包括如下步驟: 控制主板預(yù)設(shè)時(shí)間的差值A(chǔ)t= (tl-t2)與主管道通過(guò)氣體流量值的正比例關(guān)系數(shù)值，并存儲(chǔ)所述正比例關(guān)系數(shù)值； 待檢測(cè)氣體流通并進(jìn)入主管道時(shí)，第一超聲波傳感器上的第一發(fā)射裝置與第二超聲波傳感器上的第二發(fā)射裝置相對(duì)發(fā)射超聲波檢測(cè)信號(hào)； 所述第一超聲波傳感器計(jì)算第一接收裝置接收源自第一發(fā)射裝置發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間tl，并將所述時(shí)間tl發(fā)送給控制主板； 所述第二超聲波傳感器計(jì)算第二接收裝置接收源自第二發(fā)射裝置發(fā)射檢測(cè)信號(hào)的時(shí)間t2，并將所述時(shí)間t2發(fā)送給控制主板； 所述控制主板計(jì)算當(dāng)前檢測(cè)操作的時(shí)間的差值A(chǔ)t，并通過(guò)所述正比例關(guān)系數(shù)值求解得到當(dāng)前檢測(cè)操作通過(guò)主管道的氣體流量值。
8.如權(quán)利要求7所述的肺功能檢測(cè)方法，其特征在于， 在控制主板計(jì)算當(dāng)前檢測(cè)操作的時(shí)間的差值Δ t，并通過(guò)所述正比例關(guān)系數(shù)值求解得到當(dāng)前檢測(cè)操作通過(guò)主管道的氣體流量值之后，還包括如下步驟: 液晶顯示器顯示當(dāng)前檢測(cè)操作通過(guò)主管道的氣體流量值。
9.如權(quán)利要求7所述的肺功能檢測(cè)方法，其特征在于， 所述第一超聲波傳感器和所述第二超聲波傳感器發(fā)射頻率是每分鐘發(fā)射100-1000次檢測(cè)信號(hào)。
【文檔編號(hào)】A61B5/087GK103948401SQ201410213832
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】夏云, 李鐸 申請(qǐng)人:夏云