本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，為涉及一種人呼吸末二氧化碳濃度精確監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

在臨床等醫(yī)療監(jiān)測(cè)中人呼吸中二氧化碳濃度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)越來越受到重視，尤其呼氣末二氧化碳分壓成為六個(gè)基本生命特征。當(dāng)前基于非分光紅外原理的呼吸末二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量主要可分為兩種：直接測(cè)量的主流式監(jiān)測(cè)和通過抽取呼吸氣體測(cè)量的旁流式監(jiān)測(cè)。

旁流式監(jiān)測(cè)可以對(duì)引出氣體除濕、穩(wěn)壓使得測(cè)量精度較高，但由于抽取氣流的延時(shí)使顯示波形有明顯的失真而且設(shè)備比較繁瑣。而主流式監(jiān)測(cè)大多可分為熱電堆傳感器監(jiān)測(cè)和熱釋電傳感器監(jiān)測(cè)，雖然熱電堆傳感器監(jiān)測(cè)可以使電路電源穩(wěn)定，但由于呼吸氣流的干擾使監(jiān)測(cè)結(jié)果誤差較大，而且在長時(shí)間連續(xù)監(jiān)測(cè)時(shí)波形還易出現(xiàn)漂移問題。熱釋電傳感器出現(xiàn)使得監(jiān)測(cè)性能得到極大的提升，其具有感應(yīng)波長范圍寬，響應(yīng)速度快，性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著輸出信號(hào)弱，易受電路噪聲干擾等問題。

雖然當(dāng)前主流式二氧化碳監(jiān)測(cè)技術(shù)相應(yīng)快，性能穩(wěn)定，但精度不高，測(cè)量過程繁瑣的現(xiàn)象仍然存在，本文中針對(duì)人呼吸末二氧化碳濃度較低和測(cè)量過程，對(duì)測(cè)量過程和方法來進(jìn)行改進(jìn)，從而來提高測(cè)量精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服當(dāng)前主流式二氧化碳監(jiān)測(cè)技術(shù)精度不高，測(cè)量過程繁瑣的現(xiàn)象，提供一種測(cè)量精度較高的主流式人呼吸末二氧化碳濃度測(cè)量方法。技術(shù)方案如下：

一種主流式人呼吸末二氧化碳濃度測(cè)量方法，包括下列步驟：

1)在波形正常情況下測(cè)量參考通道和測(cè)量通道兩個(gè)通道輸出調(diào)制波形的峰峰值，然后對(duì)兩個(gè)通道進(jìn)行一致性分析，求得未呼吸時(shí)兩個(gè)通道輸出調(diào)制波形一致性調(diào)節(jié)參數(shù)k1，k2；

2)進(jìn)行呼吸實(shí)驗(yàn)，當(dāng)雙通道熱釋電傳感器輸出電壓達(dá)到波峰V_H或波谷點(diǎn)V_L時(shí)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)化器開始區(qū)域采樣；

3)采樣時(shí)，對(duì)測(cè)量通道電壓值和參考通道電壓值交叉采樣，分別在每個(gè)通道采集數(shù)據(jù)，對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，來濾除突發(fā)噪聲，然后對(duì)每個(gè)剩余的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，對(duì)波峰值數(shù)據(jù)組取得最大值作為該波峰處的采樣值；同理在對(duì)波谷值數(shù)據(jù)組取得最小值作為該波谷處的采樣值；

4)對(duì)接收數(shù)據(jù)大小進(jìn)行判斷可得到測(cè)量通道峰值電壓V_MH和谷值電壓V_ML；及參考通道峰值電壓V_RH和谷值電壓V_RL；

5)計(jì)算出各通道的幅度值信息，即測(cè)量通道U_M＝V_MH-V_ML，參考通道為U_R＝V_RH-V_RL；

6)對(duì)兩個(gè)通道初始幅值進(jìn)行一致性補(bǔ)償，即

7)根據(jù)標(biāo)定試驗(yàn)，獲取擬合參數(shù)K,則可得當(dāng)前的呼吸CO2濃度：

本發(fā)明針對(duì)人呼吸末二氧化碳濃度較低和測(cè)量過程，對(duì)測(cè)量過程和方法來進(jìn)行改進(jìn)，從而來提高測(cè)量精度。

附圖說明

圖1主流式人呼吸末CO₂監(jiān)測(cè)模塊。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)方法針對(duì)主流式氣體監(jiān)測(cè)而提出，下面給出本發(fā)明適用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成。

該主流式呼吸二氧化碳濃度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由上位機(jī)和監(jiān)測(cè)模塊組成。上位機(jī)為通用計(jì)算機(jī)或監(jiān)護(hù)儀。監(jiān)測(cè)模塊如圖1所示，1表示光源模塊，2表示傳感器模塊，3為透明的玻璃片，4為氣體通路。其中3和4構(gòu)成管道適配器，可以直接安裝在人呼出氣體官道上。而光源模塊分立在管道適配器的兩邊。傳感器模塊具有三個(gè)通道，在每個(gè)通道口處均安裝濾光片，其中CO₂通道的濾光片為4.26μm,參考通道的濾光片為3.95μm。

當(dāng)前傳感器采用雙通道測(cè)量方案，其中一個(gè)為測(cè)量通道，另一個(gè)通道為參考通道，參考通道引入的目的為了避免光源不穩(wěn)定，元器件漂移等問題，然而在初始校準(zhǔn)情況下，兩通道的初始輸出調(diào)制波形幅值情況不一致會(huì)影響后續(xù)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，本發(fā)明提出了對(duì)兩通道一致性分析，為兩通道進(jìn)行初始補(bǔ)償，避免誤差，提高精度。

當(dāng)前二氧化碳濃度測(cè)量的方法中均依據(jù)朗伯-比爾定律，即：

I＝I₀exp(-KcL) (1)

其中，I₀和I分別為初始入射光強(qiáng)度和出射光強(qiáng)度，c是被測(cè)氣體濃度，L是氣室長度，K是氣體紅外光吸收系數(shù)。然而該方法計(jì)算過程對(duì)低濃度氣體測(cè)量誤差較大，本文中根據(jù)人呼出末二氧化碳濃度較低情況，對(duì)該測(cè)量方法進(jìn)行改進(jìn)，即通過泰勒展開式：

I＝I₀(1-KcL) (2)

從而將測(cè)量方案調(diào)整為測(cè)量兩個(gè)通道的輸出電壓，然后將電壓相減，并比上參考通道的電壓，此時(shí)該電壓值與呼出末二氧化碳濃度值呈線性關(guān)系，通過標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，我們就可以得到該線性關(guān)系參數(shù)。

操作過程為：

(1)上電自檢，在無管道無氣流通過時(shí)，打開電源，檢查傳感器兩個(gè)通道波形是否正常。

(2)在波形正常情況下測(cè)量兩個(gè)通道輸出調(diào)制波形的峰峰值，然后對(duì)兩個(gè)通道進(jìn)行一致性分析，求得未呼吸時(shí)兩個(gè)通道輸出調(diào)制波形一致性調(diào)節(jié)參數(shù)k1，k2。

(3)進(jìn)行呼吸實(shí)驗(yàn)，監(jiān)測(cè)模塊發(fā)出脈沖信號(hào)控制光源亮滅，雙通道熱釋電傳感器輸出幅值連續(xù)變化的調(diào)制信號(hào)，然后監(jiān)測(cè)模塊開始計(jì)時(shí)等待，當(dāng)雙通道熱釋電傳感器輸出電壓達(dá)到波峰V_H或波谷點(diǎn)V_L時(shí)啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)化器開始區(qū)域采樣；

(4)采樣時(shí)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)測(cè)量通道電壓值和參考通道電壓值交叉采樣，分別在每個(gè)通道采集數(shù)據(jù)，所采集的數(shù)據(jù)按照16個(gè)一組進(jìn)行下述的初步處理：首先通過去除每通道10個(gè)數(shù)據(jù)中3個(gè)最大值和3個(gè)最小值，來濾除突發(fā)噪聲，然后對(duì)每個(gè)剩余9個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，對(duì)波峰值數(shù)據(jù)組取得最大值作為該波峰處的采樣值；同理在對(duì)波谷值數(shù)據(jù)組取得最小值作為該波谷處的采樣值。

(5)每個(gè)通道的處理結(jié)果發(fā)送到上位機(jī)；上位機(jī)對(duì)接收數(shù)據(jù)大小進(jìn)行判斷可得到測(cè)量通道峰值電壓V_MH和谷值電壓V_ML；及參考通道峰值電壓V_RH和谷值電壓V_RL。

(6)計(jì)算出各通道的幅度值信息，即測(cè)量通道U_M＝V_MH-V_ML，參考通道為U_R＝V_RH-V_RL。

(7)對(duì)兩個(gè)通道初始幅值進(jìn)行一致性補(bǔ)償，即其中k1，k2為未呼吸時(shí)兩個(gè)通道輸出調(diào)制波形一致性調(diào)節(jié)參數(shù)。

(8)根據(jù)標(biāo)定試驗(yàn)，獲取擬合參數(shù)K,則可得當(dāng)前的呼吸CO2濃度：