作者/ 孙晓伟 泰锐菲克(天津)医疗科技有限公司(天津 300384)
孙晓伟(1985-)，男，硕士，中级工程师，研讨方向：医疗器械研制与规划作业。
摘要：家用呼吸机是针对睡觉呼吸暂停低通气综合症患者家庭医治的设备，检测患者呼吸管路中通气压力与流量，判别患者低通气状况与打鼾状况，依据上述参数调整风机状况，按捺患者疾病开展，树立测验渠道，树立各种患者呼吸体系数学模型，在原算法基础上进行改善，使患者感触更舒适。
序文
家用呼吸机简称继续气道内正压通气，它是医治睡觉呼吸暂停低通气综合症有用的方法。在睡觉时佩带一个鼻面罩，鼻面罩与呼吸机衔接，经过呼吸机供给一个压力，将上呼吸道冲开，使得上气道晓畅，减轻气流堵塞，到达医治打鼾与呼吸暂停等症状[1]。
1 体系组成
体系组成如图1所示，包含主体系、辅佐体系、风机、人机界面、压力传感器、流量传感器等。
主体系完结压力流量传感器采样、风机调速、人机界面交互、数据存储等功用。
辅佐体系完结温湿度调理与加热板操控等功用，辅佐主体系作业。
除上述功用外，还需求将收集的数据存储在SD卡上，便于医生读取收集数据，依据患者状况调整医治方案。一起，参加血氧模块剖析睡觉质量，参加无线WIFI将数据传输到云端等功用。
2 硬件电路
体系中选用电源适配器将交流电转换为直流24V供电机运用，体系其余部分电压为3.3V，考虑到电压差过大，选用两级电源轨，先将24V转换为5V，选用DC/DC方法，因LDO方法不适宜用于压差较大电路，5V转3.3V电源轨选用LDO方法。这样的电源轨方法可保证体系牢靠运转。
风机选用南北极三相无刷无霍尔直流电动机外加双叶轮组成，选用BLDC操控方法。电机驱动芯片选用TI公司的DRV10983，与主控芯片采纳I2C通讯方法，输出信号U、V、W接电机三相绕组，电机额外转速15000转/分钟，负载10cmH2O，图2为其原理框图。
压力传感器选用霍尼韦尔公司的电路板级传感器，压力传感器精度要求为±1.5%，因呼吸机监测需求确保压力差错≤0.5cmH2O，接口选用I2C形式。
流量传感器选用Sensirion的板级传感器SDP711，流量传感器精度要求为±5%，流量监测目标要求差错≤20%，接口相同选用I2C形式。该流量传感器为压差式传感器，需求依据压力差值对应数据表，核算出实践流量值。
温/湿度传感器选用Sensirion新一代SHT20传感器，它嵌入了适于回流焊的双列扁平无引脚DFN封装，传感器输出经过标定的数字信号，规范I2C格局。SHT20 的分辨率能够经过输入指令进行改动，传感器能够检测到电池低电量状况，而且输出校验和有助于进步通讯的牢靠性[2]。
LCD选用深圳天马微电子类型为TM176220B5NFWGWC4的显现屏，该类型显现屏为2.4寸TFT液晶显现屏，能够选用并行接口与SPI接口方法完结与主体系的衔接，然后完结人机界面功用。
此外，体系还具有SD卡功用，能够将患者的医治信息保存在SD卡中，患者可将SD卡取出交给主治医生，主治医生依据上位机软件检查患者低通气、打鼾等信息，依据收集信息调整医治方案。
3 软件部分
3.1 下位机部分
下位机指呼吸机本体部分，需求完结如下作业：呼吸进程陡峭程度与漏气量核算、压力收集及核算、管路损失和流量收集与核算、临床信息配备、LCD界面配备、BLDC电机操控、呼吸状况断定、睡觉状况断定、数据贮存、输入呼应、呼吸机算法等11部分组成。体系调度有USCOSⅢ体系，将体系分为5个优先级。依据呼吸陡峭程度对呼吸机算法进行改善，引进呼吸陡峭程度系数，对呼吸流速约束起到了辅导作用。波形越大，流速约束越大。
详细核算进程如下：(1)当时的呼吸状况与相同继续时间和均匀起伏的参阅呼吸状况成份额关系，因而，首要完结参数的归一化处理;(2)正常的呼吸状况与参阅呼吸状况是否彻底无法匹配，若是，则该呼吸状况是过错的;(3)呼吸状况的均匀值取超越5次的呼吸状况;(4)核算均方根差错值;(5)陡峭程度=均方根差错/参阅呼吸幅值。
3.2 上位机部分
上位机首要完结SD卡数据读取，便于医生检查患者疾病状况，调整通气战略。
经过上述界面右侧的总览按钮能够检查患者SD卡中存储的信息，其间包含：呼吸暂停低通气指数、压力、漏气量、呼吸容量、呼吸频率、分钟通气率等信息。
4 测验渠道
前面现已完结了家用呼吸机包含硬件、软件的树立作业，测验渠道的树立首要完结呼吸机功用验证及查验作业。经过上述测验渠道完结呼吸机的查验作业，首要注册呼吸机，调理自动模仿肺，首要调整气阻与适应性等参数，不同的参数代表不同的患者状况，依据不同状况测得的数据树立人体呼吸气路的数学模型，依据数学模型经过Matlab拟合数据，使呼吸机设定的压力波形与实践压力波形挨近，然后适应人体气路条件，调整通气战略[3]。
测验渠道除了盯梢压力波形外，还需做如下测验：
(1)最大压力约束确保呼吸机即便在毛病状况下，送气压力小于30cmH2O;
(2)呼吸气道压力丈量(压力显现精度)精度应满意±(2%满刻度+4%实践读数);
(3)动态差错压力(实测值与设定值)≤±0.5 cmH2O;
(4)静态压力安稳度在呼吸管路患者衔接口处每30min测一次，继续8h。参阅仪器设定值核算最大正差错和最大负差错，承认丈量的均匀静态压力值在静态压力精确限值范围内;
(5)最大流速测验
1)将长度为1.9m±0.15m的呼吸管路衔接到睡觉呼吸暂停设备上;
2)将一个压力丈量设备及流量计接到患者衔接口处;
3)在患者衔接口处参加一个调理阀门;
4)将压力设定到其最小设定值Pmin，翻开调理阀，直至实测压力值低于压力设定值1cmH2O±0.1 cmH2O，读出相应的丈量压力值及流速值;
5)重复10次过程4)，记载这10次丈量成果的均匀值;
6)顺次丈量最小压力值、中心压力值和最大压力值三个数据点。测验渠道如图3所示。
图中标号表述如下：1、呼吸机; 2、流量传感器;3、气阻; 4、ASL5000自动模仿肺;5、压力传感器;6、瑞典奥利科PF-300气流剖析仪，能够丈量流量、压力、频率、呼吸比;7、呼吸通气体系。
5 定论
睡觉呼吸暂停低通气综合症是与高血压糖尿病等多种疾病有相关，家用呼吸机能够有用地医治该疾病，经过调整通气战略使患者减轻苦楚，在算法上的改善能够保证人机和谐，家用呼吸机现已列入十三五国家全民健康方案，其监测规范也列入辅导准则中，本文说到的呼吸机现现已过测验渠道的查验契合行业规范，跟着公民对健康认识的进步，该产品会有宽广的使用远景。
参阅文献：
[1]王建峰.呼吸力学监测新技能[J].医疗配备,2004,10.
[2]李德旺,仇原鹰,叶继伦.呼吸力学参数监测体系的电路规划[J].我国医疗器械杂志,2005,2.
[3]俞森洋.呼吸机参数的设置和调整[J].我国呼吸与危重监护杂志,2004(3).
[4]李振华,郑欲如,彭卫平. Bi-Level 技能解析及其临床使用[J].医疗配备,2003,16(4):10-11.
[5]俞志凌,薛辛东.肺适应性关于呼吸困顿综合症前期确诊的临床含义[J].我国优生与遗传杂志,2005,13(1):86-88.
[6]李缨,罗群,黎毅敏,等.无创正压通气不同压力支撑水平对正常人呼吸做功的影响[J].广州医学院学报,2003,31(1):18-23.
[7]邓乃沙,罗海燕.压力支撑通气和同步间歇指令通气用于呼吸机撤离调查[J].现代医药卫生,2004,20(11):1003-1004.
[8]邱海波,刘晓岩,杜斌,等.测定患者呼吸功对调整压力支撑通气水平的含义[J].我国危重病急救医学,1997,9(1):33-35.
[9]曹玉书,童皖宁,曾葭.缓慢呼吸衰竭患者无创份额辅佐通气和压力支撑通气的比较[J].我国呼吸与危重监护杂志,2006,5(4):275-277.
[10]易韦韦,张玘,王跃科.根据虚拟仪器技能的呼吸机测验[J].电子丈量技能,2008,31(1):186-188.
[11]黄河,陈荣昌.数学模型在机械通气是继续呼吸力学动态监测中的使用[J].国外医学呼吸体系分册,2003,23(5):237-239.
本文来源于《电子产品世界》2017年第6期第37页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
