开题报告 呼吸信号检测

北京石油化工学院

本科毕业设计（论文）开题报告

题目名称：呼吸信号检测方法的研究

题目类型：测控系统设计类

学生姓名：贾海玉

专业：机械电子工程

学院：机械工程系

年级：11级

指导教师：林顺英

2015 年 03 月 18 日

一．选题背景、研究意义及文献综述

1.选题背景

随着社会进步和人民生活水平的不断提高，人们已经不再满足有病才看医生的被动模式，他们更希望能在疾病爆发之前就得到预警，或是在无法实现住院治疗的情况下了解自身的健康状况。这样，能够实现实时、动态、连续监护人体生理指标的便携式监护设备就成为未来家庭健康保健的首选，也是临床诊断和治疗所必不可少的。现代监护技术要求连续监测各种生理参数，做到无创、准确、稳定，尽可能减少不适感，无过敏反映，这其中需要解决的问题颇多。呼吸监护同样面临这样的困难，它已经不仅仅局限于对呼吸频率、呼吸节律、动脉血气以及普通胸片等常规项目的检查，能确切反映患者通气 E 氧合状况并能指导机械通气治疗参数调节和临床用药的指标更加受到重视。但在现有的技术条件下，要实现用便携式呼吸监护设备实时动态连续监护这一系列的生理参数，是非常困难的。

2.研究意义

人体与外界环境进行气体交换的总过程，称为呼吸（respiration）。通过呼吸，人体不断地从外界环境摄取氧，以氧化体内营养物质，供应能量和维持体

温；同时将氧化过程中产生的CO

2排出体外，以免 CO

2

过多扰乱人体机能，从而

保证新陈代谢的正常进行[1]。所以，呼吸是人体重要的生理过程，对人体呼吸的监护检测也是现代医学监护技术的一个重要组成部分，在运动医学、军事医学以及医学科学研究中，呼吸检测都是一项重要的生理指标。但目前呼吸监护技术的发展滞后于心血管监护技术，临床医生重“心”轻“肺”的现象普遍存在。

总之，呼吸能够反映人体的重要新陈代谢知识，而且呼吸所引起的变化我们是易于用传感器来检测的，所以，呼吸的测量既具有实用价值，又有重大的医学意义。

3.文献综述

3.1呼吸信号简介

呼吸(Res Piration，简称RSP)是指人体与外界环境进行气体交换的总过程。人的呼吸过程包括三个互相联系的环节：外呼吸，包括肺通气和肺换气；气体在

血液中的运输;内呼吸，指组织细胞与血液间的气体交换。外呼吸的时候机体不断地从外界环境摄入氧气，进行新陈代谢，供应机体能量和维持身体温度；外呼吸同时会将产生的二氧化碳排出体外减少干扰。所以，人体的呼吸系统相当于一个能量供给来源以及体内空气净化器。正常成人每分钟呼吸16-20次，即3～4s 每次，每次吸入和呼出的气体量大约为500毫升，称为潮气量。当人用力吸气，一直到不能再吸的时候为止；然后再用力呼气，一直呼到不能再呼的时候为止，这时呼出的气体量称为肺活量。

呼吸信号涉及的指标较多，主要包括呼吸频率、呼吸幅度、动脉血气、潮气量、呼吸节律、月市活量以及普通胸片等。呼吸频率是呼吸作用一个关键的参数，其中蕴含着丰富的内在的生理信息，并且测量呼吸频率相对来说要简单些。

呼吸作用存在个体差异性，不同的个体其，呼吸状况会有所不同，呼吸的速率、幅度分布范围和分布特点也会有点不同。不过并不是说所有的个体的呼吸作用都是不相同的，也有一些不同个体其呼吸作用大致相同的。它们之间的特征序列会存在相同的地方[2]。

呼吸作用除了受主观因素影响外，还要受客观因素影响，一般工作量越大，呼吸作用就会越快。此外，呼吸可以说明自主神经系统保持在警惕状态，这时候的情感反应是在大脑负荷的情况下进行的。呼吸系统的速度和深度会随着情绪的变化而变化。

图1 呼吸信号

呼吸信号的变化情感能够反应出情绪变化，对研究情感识别是非常有用的。深沉而缓慢的呼吸表明一种轻松的状态；深沉而快的呼吸表明是激动的状态；肤浅而慢的呼吸表明是平静或是消极的状态；肤浅而急促的呼吸表明紧张情绪。3.2呼吸信号研究现状

3.2.1发展历程

第1代源于19～20世纪中叶,结构和功能均较简单，如铁肺、胸甲呼吸机和压差室呼吸机。

第2代上世纪60年代后,电子技术开始渗入呼吸机，使其有了较好的同步功能、通气方式及报警功能，如纽邦E-100型呼吸机等。

第3代上世纪80年代后,尤其是进入90年代以来，计算机技术的应用使呼吸机的性能得到进一步的完善，使之具备了全面的报警功能及各种监测和显示系统，如SIEMENS300、Bird8400、Bear1000、DragerEvita2等呼吸机[3]。

3.2.2国内研究现状

我国呼吸机的研制起步较晚，1958年在上海制成钟罩式正负压呼吸机。1971年制成电动时间切换定容呼吸机。直到20世纪90年代中末期开始，国产呼吸机的开发力度才有所加大，质量得到了普遍提高。目前，国产呼吸机在技术上大多数还处于借鉴和模仿国外产品技术，在功能质量方面，尤其是在可靠性上落后于国外发达国家。目前大部分关键元部件还是以“拿来主义”的方式为主。通气模式为常用的基本通气模式，基本上能够满足临床使用要求。

国内的呼吸机主要有北京航天长峰股份有限公司的ACM803呼吸机、浙江绍兴三五仪表厂的KTH型系列呼吸机、扬州市宁泰医疗设备厂的HVJ型系列呼吸机、江苏凯泰医疗设备有限公司的HVJ-880C呼吸机、由南昌飞机制造公司飞机设计研究所研制的XHC-IA型程控双向喷射呼吸机和XHY-IA型仙鹤牌应急喷射呼吸机、江西特力麻醉呼吸设备有限公司的TPR-4000电脑多功能呼吸机、上海医疗器械厂的SC型系列呼吸机，以及山东淄博科创电子有限公司的KCH606型系列呼吸机[4]。

1、国内的呼吸检测仪器

（1）江西特力麻醉呼吸设备有限公司TPR-4000电脑多功能呼吸机

图2TPR-4000电脑多功能呼吸机

它采用了国外先进呼吸设备的伺服呼气阀的技术，使呼气切换灵敏，阻力甚小，减少了呼吸气过程中机械死腔。

技术参数：

间歇正压通气频率：6～60次/分

呼吸比值：1:1～1:3

潮气量：100～1500ml/次

输出气体氧浓度：40%～76%可调

吸气时间显示：0.8～2s

IPPV吸气流量：0.1～1.5L/S

（3）深圳迈瑞公司SynoVent E3呼吸机SynoVent E5呼吸机

图3 SynoVent E3呼吸机图4SynoVent E5呼吸机

气道阻力、顺应性及呼吸功等参数的测定，充分监测病人呼吸力学的变化，为治疗方案的制定、治疗效果的评定提供了更完善的依据。实时描记各种呼吸曲线、呼吸环，且每个呼吸环可存储、对比，帮助医生判断病情发展的治疗效果。可配备呼气末CO2模块，连续、动态地显示EtCO2的数值及波形，实时观察患者呼吸功能状况和动态变化。

技术参数：

潮气量25-2500ml

峰流速3-150L/min(1BW>24kg)、3-60L/min(1BW24kg)

吸气压力5-90cmH

O

2

吸气时间0.2-8.0秒

吸呼比149:1-1:249

（4）奥利科公司PF-300型呼吸机质量检测仪