一种肺通气量检测系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种肺通气量检测系统及其使用方法。

背景技术

肺通气量指单位时间内出入肺的气体量。一般指肺的动态气量，它反映肺的通气功能。临床上常可见有些呼吸浅的病人会出现通气量不足和缺氧现象，肺通气量的测定对于评估人体肺部功能具有重要意义。

现有的肺通气量计，包括呼吸罩，在呼吸罩的出气管中安装有气体流量计，人体佩戴呼吸罩后，通过流量计测量气体流量，进而计算出呼出气体总量。然而，人体正常呼吸过程较为平缓，呼出气体的流速较低且流速大小不均匀；因此，依靠测量呼出气体流速的方式测定肺通气量的方式测量精度较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有肺通气量计通过测量呼出气体流速的方式计算肺通气量，呼出气体的流速较低且流速大小不均匀，导致测量精度较低。

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种肺通气量检测系统，包括：

呼吸罩，所述呼吸罩连接设有出气管；

集气囊，所述集气囊与所述出气管的中部连通；

负压罐，所述负压罐与所述出气管远离所述呼吸罩的一端连通，所述负压罐中设有温度传感器和第一气压传感器；

第一控制阀，所述第一控制阀设置在所述出气管中，且所述第一控制阀布置在所述呼吸罩与所述集气囊之间；

第二控制阀，所述第二控制阀设置在所述出气管中，且所述第二控制阀布置在所述集气囊与所述负压罐之间；

第一监测装置，用于监测人体呼气和吸气节奏；

第二监测装置，用于监测压瘪的所述集气囊的充气程度；

控制系统，所述第一控制阀、所述第二控制阀、所述第一监测装置和所述第二监测装置均与所述控制系统电连接；所述第一监测装置监测到人体呼气时，所述控制系统控制所述第一控制阀开启且控制所述第二控制阀关闭；所述第一监测装置监测到人体吸气且所述第二监测装置监测到所述集气囊充气至设定体积时，所述控制系统控制所述第一控制阀关闭且控制所述第二控制阀开启。

作为优选方案，所述第二监测装置包括设有容纳腔的箱体和设置在所述容纳腔中的红外传感器，所述集气囊设置在所述容纳腔中且与所述红外传感器间隔布置，充气至所述设定体积的所述集气囊遮挡所述红外传感器的检测光线，所述红外传感器与所述控制系统电连接。

作为优选方案，所述集气囊的一侧与所述述容纳腔的第一侧粘合，所述红外传感器靠近所述容纳腔的第二侧设置，所述容纳腔的第二侧与所述容纳腔的第一侧相对布置。

作为优选方案，所述红外传感器为光栅式红外传感器。

作为优选方案，所述容纳腔中滑动导向设有可从所述容纳腔的第二侧滑动至所述容纳腔的第一侧移动的压板。

作为优选方案，所述出气管中设有第二气压传感器，所述第二气压传感器设置在所述第一控制阀与所述第二控制阀之间；所述第二气压传感器的测量值小于大气压时，所述控制系统控制所述第二控制阀关闭。

作为优选方案，所述呼吸罩设有进气口，所述进气口处设有第三控制阀，所述第三控制阀与所述控制系统电连接；

所述第一监测装置监测到人体吸气时，所述控制系统控制所述第三控制阀开启，所述第一监测装置监测到人体呼气时，所述控制系统控制所述第三控制阀关闭。

作为优选方案，所述第一监测装置为胸廓运动监测器，所述胸廓运动监测器监测人体胸廓扩张时为吸气，所述胸廓运动监测器监测人体胸廓收缩时为呼气。

一种上述的肺通气量检测系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤S1、打开第一控制阀，压瘪集气囊，排出所述集气囊内的气体；

步骤S2、将呼吸罩佩戴在人体上、将第一监测装置与人体连接；

步骤S3、记录温度传感器的初始读数和第一气压传感器初始读数；

步骤S4、开始测试；

步骤S5、测试结束后，记录温度传感器的最终读数和第一气压传感器最终读数；

步骤S6、将所述温度传感器的变化值以及所述第一气压传感器的变化值代入理想气体状态方程，计算负压罐内的气体体积变化值。

作为优选方案，所述步骤S1中，压瘪所述集气囊包括：推动压板顶压所述集气囊，以排出所述集气囊内的气体。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明的肺通气量检测系统，包括呼吸罩、集气囊、负压罐、第一控制阀、第二控制阀、用于监测人体呼气和吸气节奏的第一监测装置、用于监测压瘪后的集气囊的充气程度的第二监测装置和控制系统，呼吸罩连接有出气管，集气囊与出气管的中部连通，负压罐与出气管远离呼吸罩的一端连通，负压罐中设有温度传感器和第一气压传感器，第一控制阀设置在呼吸罩与集气囊之间，第二控制阀设置在集气囊与负压罐之间；第一控制阀、第二控制阀、第一监测装置和集气囊膨胀度监测装置均与控制系统电连接，第一监测装置监测到人体吸气时，控制系统控制第一控制阀开启且控制第二控制阀关闭，呼出气体通过出气管进入压瘪的集气囊，向压瘪的集气囊通气时，压瘪的集气囊内气压不变，保证了人体呼出的气体能够顺利流入集气囊，避免了集气囊内存在正压导致的气体无法流入，或者集气囊内存在负压导致集气囊吸入的气体量大于人体呼出气体，第二监测装置监测到集气囊充气到设定体积且第一监测装监测到人体处于吸气状态时，控制系统控制第一控制阀关闭且控制第二控制阀开启，使得负压罐与集气囊连通，负压罐的负压将集气囊内的气体流入负压罐，与此同时将集气囊抽瘪，在人体由吸气转为呼气时，控制系统再控制第二控制阀关闭并控制第一控制阀打开，从而使得从人体呼出的气体能够继续流入吸瘪后的集气囊；如此循环，能够将人体呼出的气体不断地存入负压罐，测试完毕后根据第一气压传感器记录的负压罐内的气压变化和温度传感器记录的温度变化，依据理想气体状态方程能够计算出负压罐内的气体体积增加量，从而计算出人体在测试时间段内呼出气体的总量，测量过程不受呼出气体流速的影响，提高了肺通气量的测量精度。

附图说明

图1为本发明的肺通气量检测系统的示意图；

图2为第二监测装置的结构示意图；

图3为图2中A-A出截面图；

图中，1、呼吸罩；2、出气管；3、集气囊；4、负压罐；51、第一控制阀；52、第二控制阀；53、第三控制阀；61、箱体；62、红外传感器；621、发射光栅；622、接收光栅；63、压板；631、握持部；7、第二气压传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

如图1至图3所示，本发明一种肺通气量检测系统的优选实施例，包括呼吸罩1、集气囊3、负压罐4、第一控制阀51、第二控制阀52、第一监测装置、第二监测装置和控制系统，所述呼吸罩1连接设有出气管2；所述集气囊3与所述出气管2的中部连通；所述负压罐4与所述出气管2远离所述呼吸罩1的一端连通，所述负压罐4中设有温度传感器和第一气压传感器；所述第一控制阀51设置在所述出气管2中，且所述第一控制阀51布置在所述呼吸罩1与所述集气囊3之间；所述第二控制阀52设置在所述出气管2中，且所述第二控制阀52布置在所述集气囊与所述负压罐之间；第一监测装置用于监测人体呼气和吸气节奏；第二监测装置用于监测压瘪的所述集气囊3的充气程度；所述第一控制阀51、所述第二控制阀52、所述第一监测装置和所述第二监测装置均与所述控制系统电连接。

具体的，第一监测装置监测到人体吸气时，控制系统控制第一控制阀51开启且控制第二控制阀52关闭，呼出气体通过出气管2进入压瘪的集气囊3，在充气过程中，压瘪的集气囊3内的气压不变，保证了人体呼出的气体能够顺利流入集气囊3，避免了集气囊3内存在正压导致的气体无法流入，或者集气囊3内存在负压导致集气囊3吸入的气体量大于人体呼出气体，第二监测装置监测到集气囊3充气到设定量且第一监测装监测到人体处于吸气状态时，控制系统控制第一控制阀51关闭且控制第二控制阀52开启，使得集气囊3与呼吸罩1隔绝，且负压罐4与集气囊3连通，负压罐4的负压将集气囊3内的气体流入负压罐4，与此同时将集气囊3抽瘪，在人体由吸气转为呼气时，控制系统再控制第二控制阀52关闭并控制第一控制阀51打开，从而使得集气囊3与负压罐4隔绝，避免负压罐4内的负压导致进气管内整体呈负压；而且集气囊3与呼吸罩1连通，从人体呼出的气体能够继续流入吸瘪后的集气囊3；如此循环，能够将人体呼出的气体不断地存入负压罐4，测试完毕后根据负压罐4内的气压变化和温度变化能够计算出负压罐4内的气体体积增加量，依据理想气体状态方程从而计算出人体在测试时间段内呼出气体的总量，测量过程不受呼出气体流速的影响，提高了肺通气量的测量精度。

进一步地，为避免第二控制阀频繁启闭导致集气囊内的气压波动，本实施例中，所述第一监测装置监测到人体吸气且第二监测装置监测到集气囊3的充气程度未达到设定体积时：控制系统控制第一控制阀51关闭且控制第二控制阀52保持关闭。

其中，如图2、图3所示，所述第二监测装置包括设有容纳腔的箱体61和设置在所述容纳腔中的红外传感器62，所述集气囊3设置在所述容纳腔中且与所述红外传感器62间隔布置，充气至设定体积的所述集气囊3遮挡所述红外传感器的检测光线，所述红外传感器62与所述控制系统电连接。集气囊3遮挡所述红外传感器的检测光线说明集气囊3充气到位。箱体61不仅起到对红外传感器的支撑作用，而且起到对集气囊3的保护作用，第二监测装置便于对集气囊3的充气程度进行监测，且结构简单，便于加工制造。本实施例中，集气囊3采用柔性较好的薄膜材质制成，薄膜材质较软，集气囊3充气至设定体积时并未发生膨胀，此时集气囊3内的气压仍为大气压；具体的，本实施例中，设定体积小于集气囊3的薄膜发生伸缩变形时的体积。

进一步地，为保证红外传感器62对集气囊3监测的稳定性，所述集气囊3的一侧与所述述容纳腔的第一侧粘合，所述红外传感器62靠近所述容纳腔的第二侧设置，所述容纳腔的第二侧与所述容纳腔的第一侧相对布置。将集气囊3的一侧与所述述容纳腔的第一侧粘合，避免了集气囊3位置变动导致的红外传感器62误触发，进一步提高了本实施例的第二监测装置的稳定性。

进一步地，所述红外传感器62为光栅式红外传感器。具体的，本实施例的集气囊3膨胀后的形状为长方体，集气囊3的一侧与容纳腔的第一侧粘和，红外传感器62包括发射光栅621和接收光栅622，发射光栅621和接收光栅622均为柱体，如图3所示，集气囊3的宽度小于容纳腔的宽度，发射光栅621和接收光栅622均分别设置在容纳腔的第三侧和容纳腔的第四侧，且发射光栅621和接收光栅622之间的距离大于集气囊3的宽度，集气囊3充气膨胀后会进入发射光栅621和接收光栅622之间的间隔中，从而遮挡发射光栅621所发射的红外线，激发红外传感器；将红外传感器62设置为光栅式红外传感器，增加了红外线的检测范围，进一步提高了本实施例的第二监测装置对集气囊3的充气检测准确性。

进一步地，所述容纳腔中滑动导向设有可从所述容纳腔的第二侧滑动至所述容纳腔的第一侧移动的压板63。具体的，如图2所示，压板63滑动导向安装在容纳腔中，在非工作状态下，压板63靠近容纳腔的第二侧布置，开始对人体进行肺通气量检测前，推动压板63向靠近集气囊3的方向移动，压板63先穿过发射光栅621和接收光栅622之间的间隔，之后顶压集气囊3，从而将集气囊3内的空气排尽，避免测试开始前集气囊3内的残留空气对测量精度的影响。

为便于作业人员移动压板63，如图2所示，本实施例中，压板的一端设有向外凸出于箱体61外的握持部631，箱体设有供握持部穿出箱体的导向槽，导向槽的长度方向从容纳腔的第一侧至第二侧延伸，从而使得工作人员能够手持握持部631从容纳腔的第二侧向容纳腔的第一侧顶推压板63，在压板63将集气囊3完全压瘪后，工作人员再手持握持部631将压板63移动至容纳腔的第二侧，避免压板影响集气囊3的充气。进一步地，箱体61采用透明亚克力板材制作，从而便于工作人员观察箱体61内部部件的工作状况，进而及时排除故障。

本实施例中，所述出气管2中设有第二气压传感器7，所述第二气压传感器7设置在所述第一控制阀51与所述第二控制阀52之间。在负压罐4吸出集气囊3中的气体时，第二气压传感器能够实时监测集气囊3内的气体压力，当第二气压传感器7检测到的气压低于大气压时，控制系统控制第二控制阀52关闭，从而避免集气囊3以及出气管2中出现负压，进一步保证了本实施例的肺通气量检测系统对肺通气量的测量精度。

本实施例中，呼吸罩包括密封贴合在人体口鼻外侧的罩体，所述罩体与人体面部围合成通气腔，所述出气管与所述通气腔连通，即本实施例中，人体口腔出气口和鼻腔出气口均与呼吸罩的通气腔连通，对人体进行肺通气量进行测量时，若被测对象说话，会导致呼出气体从口腔流出，本实施例中的呼吸罩能够将从口腔流出的呼出气体收集至负压罐；所述呼吸罩1设有进气口，所述进气口处设有第三控制阀53，所述第三控制阀53与所述控制系统电连接。具体的，人体呼气时，控制系统控制第三控制阀53关闭，避免呼出气体外流；人体吸气时，控制系统控制第三控制阀53开启，使得人体能够吸入新鲜空气。本发明的其他实施例中，呼吸罩可以仅密封贴合在人体鼻孔外侧或仅贴合在人体口腔外侧，若呼吸罩仅密封贴合在人体鼻孔外侧时，在对人体进行通气量测量前，医生告诉被测对象使用口腔吸气，且使用鼻腔呼气，从而对鼻腔呼出气体进行收集；若呼吸罩仅密封贴合在人体口腔外侧时，在对人体进行通气量测量前，医生告诉被测对象使用鼻腔吸气，且使用口腔呼气，从而对口腔呼出气体进行收集。

本实施例中，所述第一监测装置为胸廓运动监测器，所述胸廓运动监测器监测人体胸廓扩张时为吸气，所述胸廓运动监测器监测人体胸廓收缩时为呼气。具体的，胸廓运动检测器的实现方式有多种，本实施例中，胸廓运动检测器包括套设在人体胸廓外侧的弹性测量带，弹性测量带包括张力传感器和弹性带，弹性带的一端与张力传感器的一端连接，弹性带的另一端与张力传感器的另一端连接，弹性带与张力传感器连接形成环型结构，胸廓扩张时张力传感器检测值增大，胸廓收缩时张力传感器检测值降低，从而判断人体的呼气和吸气；本发明的其他实施例中，胸廓运动检测器可以采用现有的胸廓运动检测设备。

本实施例中，负压罐4包括密封罐和与所述密封罐连通的真空泵。测试开始前，启动负压泵对负压罐4内抽负压。通过合理设计负压罐4的体积，使得负压罐4内的气压等于0.9倍大气压的情况下，负压罐4内的罐腔体积大于需要测试时间内的肺通气总量，从而保证负压罐4的容积足够单次使用。

一种上述的肺通气量检测系统的使用方法的实施例，包括以下步骤：

步骤S1、打开第一控制阀51，压瘪集气囊3，排出所述集气囊3内的气体；

步骤S2、将呼吸罩1佩戴在人体上、将第一监测装置与人体连接；

步骤S3、记录温度传感器的初始读数和第一气压传感器初始读数；

步骤S4、开始测试；

步骤S5、测试结束后，记录温度传感器的最终读数和第一气压传感器最终读数；

步骤S6、将所述温度传感器的变化值以及所述第一气压传感器的变化值代入理想气体状态方程，计算所述负压罐内的气体体积变化值。

其中，所述步骤S1中，压瘪集气囊包括：推动压板63顶压集气囊3，以排出集气囊3内的气体。

综上，本发明的肺通气量检测系统，包括呼吸罩1、集气囊3、负压罐4、第一控制阀51、第二控制阀52、用于监测人体呼气和吸气的第一监测装置、用于监测压瘪后的集气囊的充气程度的第二监测装置和控制系统，呼吸罩1、第一控制阀51、集气囊3、第二控制阀52和负压罐4依次连通；控制系统根据第一监测装置和第二监测装置的监测信息，控制第一控制阀51和第二控制阀52的开闭，在第一监测装置监测到人体吸气时，控制系统控制第一控制阀51开启且控制第二控制阀52关闭，呼出气体通过出气管2进入压瘪的集气囊3，在充气过程中，压瘪的集气囊3内的气压不变，保证了人体呼出的气体能够顺利流入集气囊3，避免了集气囊3内存在正压导致的气体无法流入，或者集气囊3内存在负压导致集气囊3吸入的气体量大于人体呼出气体，第二监测装置监测到集气囊3充气到设定量且第一监测装监测到人体处于吸气状态时，控制系统控制第一控制阀51关闭且控制第二控制阀52开启，使得集气囊3与呼吸罩1隔绝，且负压罐4与集气囊3连通，负压罐4的负压将集气囊3内的气体流入负压罐4，与此同时将集气囊3抽瘪，在人体由吸气转为呼气时，控制系统再控制第二控制阀52关闭并控制第一控制阀51打开，从而使得集气囊3与负压罐4隔绝，避免负压罐4内的负压导致进气管内整体呈负压；而且集气囊3与呼吸罩1连通，从人体呼出的气体能够继续流入吸瘪后的集气囊3；如此循环，能够将人体呼出的气体不断地存入负压罐4，测试完毕后根据负压罐4内的气压变化和温度变化能够计算出负压罐4内的气体体积增加量，从而计算出人体在测试时间段内呼出气体的总量，测量过程不受呼出气体流速的影响，提高了肺通气量的测量精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。