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CN111184932A - 呼吸支持设备漏气量检测方法及呼吸支持设备 - Google Patents

呼吸支持设备漏气量检测方法及呼吸支持设备 Download PDF

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CN111184932A CN201911215001.7A CN201911215001A CN111184932A CN 111184932 A CN111184932 A CN 111184932A CN 201911215001 A CN201911215001 A CN 201911215001A CN 111184932 A CN111184932 A CN 111184932A
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Abstract

本发明涉及呼吸支持设备漏气量检测方法及呼吸支持设备。呼吸支持设备漏气量检测方法，包括步骤：S1、呼吸支持设备采集运行周期内出气口的n个流量值和m个压力值，依时间顺序分别组成流量值组和压力值组，并计算流量值组中相邻两个流量值的斜率值，按照顺序得到具有n个斜率值的斜率值组；S2、计算斜率值组中后i+1个斜率值中的后i个斜率值的第一斜率方差值和前i个斜率值的第二斜率方差值。通过计算运行周期内的采样数据，计算得到第一斜率方差值和第二斜率方差值后，分别与斜率方差阈值进行比较，再通过判断平均压力值与压力设定值的差值是否小于压力阈值，然后判断是否更新漏气量的值，快捷简单，可连续测量。

Description

呼吸支持设备漏气量检测方法及呼吸支持设备
技术领域
本发明涉及呼吸支持设备检测领域，尤其涉及呼吸支持设备漏气量检测方法及呼吸支持设备。
背景技术
无创呼吸支持设备的触发灵敏度关系到用户的舒适度和治疗效果，触发灵敏度提升则呼吸轻松但容易产生依赖，触发灵敏度降低则呼吸费力，但可以锻炼呼吸肌肉，因此在不同的场景下有不同的应用。如何准确估算漏气量，达到可以调节呼吸支持设备触发灵敏度的目的始终是一个关键技术点，同时也是一个难点。由于非故意性漏气的普遍存在，且无法预估出现非故意性漏气出现的位置，因此无创呼吸支持设备都无法安装传感器用于测量实时漏气量的大小，只能通过估算的方法来得到近似的漏气量大小。
专利号为ZL 201711103302.1的专利文献公开了高精度呼吸支持设备漏气补偿算法，利用积分微分控制进行自动化实现呼吸支持设备漏气补偿计算，其使用的方法也是传统的估算方法，其估算方式是通过一段时间(5-10S)内累加总流量和压力值的均方根，计算出他们之间的比值，然后再用实时压力的均方根乘以该比值得到漏气估算量。由于是每隔一段时间将数据累加后然后计算，这样计算会产生一个周期性的效应，总流量和压力值均方根的比值每过一个周期才会更新，当漏气量发生剧烈变化的时候，会造成比值更新的滞后，从而导致漏气量的更新滞后。传统的呼吸支持设备漏气量估算方式存在估算准确率低的缺点。
因此，在呼吸支持设备计量漏气量方面存在不足，亟需发明人对此进行研发与创新。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供呼吸支持设备漏气量检测方法及呼吸支持设备，能够通过计算一定采样周期内流量值的斜率方差值，然后对比斜率方差值与斜率方差阈值的大小，来决定是否更新当前漏气量的值，可以更快速准备的估算呼吸支持设备的漏气量。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
呼吸支持设备漏气量检测方法，包括步骤：
S1、呼吸支持设备采集运行周期内出气口的n个流量值和m个压力值，依时间顺序分别组成流量值组和压力值组，并计算流量值组中相邻两个流量值的斜率值，按照顺序得到具有n个斜率值的斜率值组；
S2、计算斜率值组中后i+1个斜率值中的后i个斜率值的第一斜率方差值和前i个斜率值的第二斜率方差值；
S3、当所述第一斜率方差值大于斜率方差阈值且所述第二斜率方差值小于斜率方差阈值时，执行步骤S4；否则，执行步骤S5；
S4、计算压力值组中后j个压力值的平均压力值，并判断与压力设定值的差值是否小于压力阈值，若是，则执行步骤S6；所否，则执行步骤S5；
S5、再次检测1个流量值和1个压力值，按照时间顺序分别添加到所述流量值组和所述压力值组中，并执行步骤S2；
S6、获得流量均值作为漏气量值输出。
优选的所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，所述斜率值的计算公式为：
Figure BDA0002299263600000021
其中，Kn为第n个斜率，即第n个流量值和第n-1个流量值之间的斜率；Fn为第n个流量值；Fn-1为第n-1个流量值；Tn为第n个流量值的取值时间；Tn-1为第n-1个流量值的取值时间。
优选的所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，所述第一斜率方差值和所述第二斜率方差值使用方差公式进行计算，所述方差公式为：
Figure BDA0002299263600000022
其中，S2为斜率方差；Kn(n＝1、2、…i)为第n个流量值的斜率；
Figure BDA0002299263600000023
为个斜率值的平均斜率值。
优选的所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，步骤S6中，所述流量均值为所述流量值组中后i+1个流量值中的前i个流量值的缓存流量值使用四分位数方法计算。
优选的所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，所述四分位数方法为：
先将流量数组中的所有流量值数据进行大小的排序，排序后取所述数组中排列位置分布在25％-75％的流量值做平均值，作为所述流量均值。
优选的所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，所述斜率方差阈值的初始值为调试设定。
优选的所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，在步骤S6中，将所述第一斜率方差值精确到小数点后2位，作为新的斜率方差阈值。
优选的所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，步骤S1具体包括：
S11、设定测量个数值n和m；
S12、检测流量值和压力值，分别按照时间顺序组成流量值组和压力值组；
S13、检测所述流量值组中数据个数是否大于或等于n，所述压力值组中的数据个数是否大于或等于m，若是则执行步骤S2；若否，则执行步骤S12。
优选的所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，设定采样时间；所述测量个数值由单一运行周期时间和采样时间确定。
优选的所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，还包括步骤：
S7、将所述漏气量值作为下一运行周期的流量值输出。
一种呼吸支持设备，使用所述的呼吸支持设备漏气量检测方法进行漏气检测。
相较于现有技术，本发明提供的呼吸支持设备漏气量检测方法及呼吸支持设备，通过计算运行周期内的采样数据，计算得到第一斜率方差值和第二斜率方差值后，分别与斜率方差阈值进行比较，再通过判断平均压力值与压力设定值的差值是否小于压力阈值，然后判断是否更新漏气量的值，快捷简单，可连续测量，可在漏气量在发生剧烈变化的时候，能够迅速反馈，弥补本领域的不足。
附图说明
图1是本发明提供的呼吸支持设备漏气量检测方法流程图；
图2是本发明提供的模拟使用的呼吸波形图；
图3是本发明提供的计算获得需求输出流量值以及触发时刻的波形图；
图4是本发明提供的获得流量值与该时刻实际值比较图；
图5是本发明提供的计算获得流量值的误差分析图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请着重参阅图1，本发明提供呼吸支持设备漏气量检测方法，包括步骤：
S1、呼吸支持设备采集运行周期内出气口的n个流量值和m个压力值，依时间顺序分别组成流量值组和压力值组，并计算流量值组中相邻两个流量值的斜率值，按照顺序得到具有n个斜率值的斜率值组；所述流量值和所述压力值是呼吸支持设备的涡轮出气口的流量和压力，由流量传感器和压力传感器采集后，传送的呼吸支持设备的控制器中；所述流量传感器和压力传感器以及控制器都是呼吸支持设备中的现有装置，不做具体限定；
S2、计算斜率值组中后i+1个斜率值中的后i个斜率值的第一斜率方差值和前i个斜率值的第二斜率方差值；
S3、当所述第一斜率方差值大于斜率方差阈值且所述第二斜率方差值小于斜率方差阈值时，执行步骤S4；否则，执行步骤S5；
S4、计算压力值组中后j个压力值的平均压力值，并判断与压力设定值的差值是否小于压力阈值，若是，则执行步骤S6；所否，则执行步骤S5；
S5、再次检测1个流量值和1个压力值，按照时间顺序分别添加到所述流量值组和所述压力值组中，并执行步骤S2；
S6、获得流量均值作为漏气量值输出。
相应的，本发明还提供一种呼吸支持设备，使用上述方法进行漏气量检测。
具体的，在设备运行中，在呼吸支持设备的运行周期内，采集n个流量值和m个压力值，正常情况下，流量值和压力值的采集的数量可以相同，也可以设定为不同的采集个数，采集的个数根据实际需求设定，例如一个运行周期5-10s，每个运行周期能够采集500-1000次；但，因为n和m是本运行周期内第一次检测时的基础数据组的数据个数，为了保证检测的精度，因此可以设定n和m的取值范围为20-100；也同样需要说明，i和j的个数也不做限定，具体以提供精度为准，i和j的取值范围为10-50。在数据使用中，所述流量值组和所述压力值组都是按照时间顺序形成的数据组，即可认为是按照检测顺序形成的数组，先检测的在前面，后检测的数据在后面，依次排列；同时，需要根据实际情况(例如不同的病理情况)先设定斜率方差阈值和压力设定值以及压力阈值；首先对流量值组进行处理，相邻两个流量值意味着最近的两次检测之间的增长斜率(可以为正，为上升；也可以为负，为下降)，得到n个斜率值(例如，第n个斜率，即第n个流量值和第n-1个流量值之间的斜率)，依然是按照时间顺序组成斜率值组。为了保证在实施过程中，数据的准确性，要取靠后检测到的值为最佳选择，同时参与计算的数据越多，准确性越高，所以i和j的值可以尽可能的调整大一些。
在具体实施中，为了保证准确性，首先，所述第一斜率方差值和所述第二斜率方差值同时计算，并同时与所述斜率方差阈值进行比对判定，若是同时满足第一斜率方差值大于所述斜率方差阈值和所述第二斜率方差值小于所述斜率方差阈值的情况下，则进行平均压力值与所述压力设定值之间的差值与所述压力阈值之间的对比判定，最终确定是否更新漏气量值。否则就是设备正常运转，不需要更新漏气量的值。在正常情况下，漏气量的值等于流量值，只有在使用过程中，使用者进行吸气的情况下，漏气量的值才会引起激烈变化，此时，所述第一斜率方差值和所述第二斜率方差值就会产生上述情况，此时进行更新就是最佳时刻。
作为优选方案，本实施例中，所述斜率值的计算公式为：
Figure BDA0002299263600000051
其中，Kn为第n个斜率，即第n个流量值和第n-1个流量值之间的斜率；Fn为第n个流量值；Fn-1为第n-1个流量值；Tn为第n个流量值的取值时间；Tn-1为第n-1个流量值的取值时间。
作为优选方案，本实施例中，所述第一斜率方差值和所述第二斜率方差值使用方差公式进行计算，所述方差公式为：
Figure BDA0002299263600000052
其中，S2为斜率方差；Kn(n＝1、2、…i)为第n个流量值的斜率；
Figure BDA0002299263600000053
为个斜率值的平均斜率值。具体的，上述两个公式为常规使用，不做限定。同时，所述平均压力值的计算也是使用平均值计算的常用公式，不涉及加权平均等问题，不做具体限定。
作为优选方案，本实施例中，步骤S6中，所述流量均值为所述流量值组中后i+1个流量值中的前i个流量值的缓存流量值使用四分位数方法计算。
作为优选方案，本实施例中，所述四分位数方法为：
先将流量数组中的所有流量值数据进行大小的排序，排序后取所述数组中排列位置分布在25％-75％的流量值做平均值，作为所述流量均值。
具体的，使用所述四分位数方法进行计算也是为了保证数据的公正性。取中间的50％数据作为参与求值的运算使数据更加稳定。上述的做平均值也不涉及加权平均等情况，为通用方法。
作为优选方案，本实施例中，所述斜率方差阈值的初始值为调试设定。
作为优选方案，本实施例中，在步骤S6中，将所述第一斜率方差值精确到小数点后2位，作为新的斜率方差阈值。
具体的，所述调试设定为在设备开始阶段，慢慢调试使呼吸支持设备的工作状态，能够适应使用者的呼吸节奏或者适应相应的病理症状，同时以能够满足在上述步骤S1-S6能够正常运行为准，没有标准设定值，不做具体值的限定。
作为优选方案，本实施例中，步骤S1具体包括：
S11、设定测量个数值n和m；
S12、检测流量值和压力值，分别按照时间顺序组成流量值组和压力值组；
S13、检测所述流量值组中数据个数是否大于或等于n，所述压力值组中的数据个数是否大于或等于m，若是则执行步骤S2；若否，则执行步骤S12。
作为优选方案，本实施例中，设定采样时间；所述测量个数值由单一运行周期时间和采样时间确定。
具体的，所述采样时间用于间隔两次采集数据的时间，优选的取值范围为5-30ms，例如，所述采样时间为10ms，则每隔10ms采集一次流量值和压力值。所述测量个数值是指初次进入运算的数据个数值，一般是本运行周期内的采集总次数的一半，所述采集总次数为本运行周期时间除以采样时间得到。
作为优选方案，本实施例中，还包括步骤：
S7、将所述漏气量值作为下一运行周期的流量值输出。
请一并参阅图2-图5，使用本发明提供的方法进行测试，得到的相关数据比对，其中图2是实验装置在运行中实际的流量值波形图和压力值波形图，其中Flow为流量值，Press为压力值。图3是计算获得需求输出的流量值和触发时刻波形图，其中Flow是真实流量，Calculate-Flow是计算的流量值，Press是压力值，K-average斜率波形图，K-var是第一斜率方差值波形图。图4是本发明提供的获得流量值与该时刻实际值比较图，其中带星号段线是实际流量值，带圆圈段线是计算流量值；图5是本发明提供的计算获得流量值的误差分析图。
从模拟实验可以看到，流量值的实际值和计算值的偏差在0.5L/Min以内，而漏气量值等于流量值，因此证明本发明提供的方法，可以快速准确的对呼吸支持设备的漏气量进行计算，满足机器的使用需求。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.呼吸支持设备漏气量检测方法，其特征在于，包括步骤：
S1、呼吸支持设备采集运行周期内出气口的n个流量值和m个压力值，依时间顺序分别组成流量值组和压力值组，并计算流量值组中相邻两个流量值的斜率值，按照顺序得到具有n个斜率值的斜率值组；
S2、计算斜率值组中后i+1个斜率值中的后i个斜率值的第一斜率方差值和前i个斜率值的第二斜率方差值；
S3、当所述第一斜率方差值大于斜率方差阈值且所述第二斜率方差值小于斜率方差阈值时，执行步骤S4；否则，执行步骤S5；
S4、计算压力值组中后j个压力值的平均压力值，并判断与压力设定值的差值是否小于压力阈值，若是，则执行步骤S6；所否，则执行步骤S5；
S5、再次检测1个流量值和1个压力值，按照时间顺序分别添加到所述流量值组和所述压力值组中，并执行步骤S2；
S6、获得流量均值作为漏气量值输出。
2.根据权利要求1所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，其特征在于，所述斜率值的计算公式为：
Figure FDA0002299263590000011
其中，Kn为第n个斜率，即第n个流量值和第n-1个流量值之间的斜率；Fn为第n个流量值；Fn-1为第n-1个流量值；Tn为第n个流量值的取值时间；Tn-1为第n-1个流量值的取值时间。
3.根据权利要求2所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，其特征在于，所述第一斜率方差值和所述第二斜率方差值使用方差公式进行计算，所述方差公式为：
Figure FDA0002299263590000012
其中，S2为斜率方差；K1、K2、…Ki分别为第1、2、…i个斜率值；
Figure FDA0002299263590000013
为i个斜率值的平均斜率值。
4.根据权利要求1所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，其特征在于，步骤S6中，所述流量均值为所述流量值组中后i+1个流量值中的前i个流量值的缓存流量值使用四分位数方法计算。
5.根据权利要求4所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，其特征在于，所述四分位数方法为：
先将流量数组中的所有流量值数据进行大小的排序，排序后取所述数组中排列位置分布在25％-75％的流量值做平均值，作为所述流量均值。
6.根据权利要求1所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，其特征在于，所述斜率方差阈值的初始值为调试设定。
7.根据权利要求6所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，其特征在于，在步骤S6中，将所述第一斜率方差值精确到小数点后2位，作为新的斜率方差阈值。
8.根据权利要求1所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
S11、设定测量个数值n和m；
S12、检测流量值和压力值，分别按照时间顺序组成流量值组和压力值组；
S13、检测所述流量值组中数据个数是否大于或等于n，所述压力值组中的数据个数是否大于或等于m，若是则执行步骤S2；若否，则执行步骤S12。
9.根据权利要求8所述的呼吸支持设备漏气量检测方法，其特征在于，还包括步骤：
S7、将所述漏气量值作为下一运行周期的流量值输出。
10.一种呼吸支持设备，其特征在于，使用权利要求1-9任一所述的呼吸支持设备漏气量检测方法进行漏气检测。
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