本文關鍵詞：便攜式呼氣末二氧化碳監(jiān)測儀的研制，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：目的:動脈血二氧化碳壓力(Arterial CO2 Pressure,Pa CO2)是人體呼吸狀態(tài)的一個直接判斷指標,但該指標必須通過有創(chuàng)操作才能得到并且數(shù)據(jù)也不能持續(xù)。有創(chuàng)操作不僅增加了病人的痛苦,加大了相關并發(fā)癥的發(fā)生概率,加重了醫(yī)護人員的工作量,而且滿足不了臨床上對生理參數(shù)實時連續(xù)動態(tài)監(jiān)測的需求。目前可以通過呼氣末二氧化碳壓力(end-tidal CO2 pressure,PETCO2)監(jiān)測來作為Pa CO2的替代指標來無創(chuàng)持續(xù)地測量人體呼氣末的二氧化碳壓力水平。PETCO2是非常重要的呼吸監(jiān)護指標,具有無創(chuàng)且連續(xù)的特點,在臨床中具有非常廣泛的應用。當前,PETCO2監(jiān)護相關設備主要都由國外的廠家生產,國內僅有少數(shù)廠商推出帶有呼末CO2監(jiān)測功能的監(jiān)護儀。由于國外人力成本及相關技術成本比較高,相應的設備成本也居高不下,導致相關設備及模塊只有在一些大醫(yī)院或者僅僅在ICU或手術室等特定的小范圍內使用,遠遠沒有國外那么普及。結果是利用監(jiān)測病人呼氣末二氧化碳來進行醫(yī)療輔助診斷和確保醫(yī)療安全的這項比較好的技術使用受限,在臨床上國內還并沒有將該項檢測內容當做常規(guī)監(jiān)測內容,還不像心電、血氧、無創(chuàng)血壓等參數(shù)那樣被廣泛應用。因此,為了普及呼氣末二氧化碳監(jiān)測技術,降低使用成本,迫切需要研發(fā)輕巧便攜價格便宜的呼氣末二氧化碳監(jiān)測儀,造福廣大國內患者。方法:本文在大量的文獻調研和前人研究的基礎上探討了一套測量精度高、輕巧便攜的可以用于院前轉運及無創(chuàng)連續(xù)監(jiān)測病人呼氣末二氧化碳濃度的系統(tǒng)的搭建方法及元器件選型。系統(tǒng)采用非色散紅外光譜技術(NDIR,Non-Dispersive Infrared),基于朗伯比爾定律的原理設計,通過探測器檢測紅外光的衰減量來計算CO2氣體的濃度。硬件電路主控芯片選用ARM7內核的ADu C7026從而實現(xiàn)對探測器、信號處理電路等的控制。氣室設計選用紅外光源IRL715配套使用探測器TP2534。探測器為雙通道探測器,可以實現(xiàn)單光源雙光路的設計,該設計可以有效降低光源及探測器所造成的測量誤差,提高測量精度。紅外探測器能將接收到的光信號和溫度信號轉換成電信號,進行前置放大預處理,A/D轉化后送入微處理器進行計算和補償校準后可顯示PETCO2波形和測量值,根據(jù)波形特征來計算病人的呼吸率。內容:本文主要研究工作包括以下幾個方面:①.系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)。為了提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和測量的精度,進行紅外光源、氣室的光路以及紅外探測器等元器件的選型與設計;選擇適合的運算放大器并搭建放大電路,進行微弱信號的放大處理;為了便于存儲和查閱檢測數(shù)據(jù),設計搭建SD存儲接口電路,進行SD卡存儲模塊設計;挑選恰當?shù)囊壕吝M行顯示模塊的搭建從而對檢測結果進行顯示輸出,并利用蜂鳴器實現(xiàn)超限報警;設計搭建電源管理電路。②.系統(tǒng)軟件算法設計。編寫適當程序實現(xiàn)呼氣末二氧化碳傳感器檢測信號采樣,并設計相應程序對數(shù)據(jù)進行處理;基于閾值判斷同時與校準結果相結合,采用自適應跟蹤的方法來進行基線跟蹤;利用采樣處理后的呼氣末二氧化碳數(shù)據(jù),進行呼氣末二氧化碳數(shù)據(jù)的特征提取,獲得呼氣末二氧化碳的數(shù)值;準確采樣處理二氧化碳波形數(shù)據(jù),對波形進行檢測預處理并準確提取呼吸率;實現(xiàn)呼氣末二氧化碳波形的繪制,完成人機交互界面設計;實現(xiàn)SD卡的存儲功能。③.系統(tǒng)可靠性評估實驗。筆者分別進行了呼氣末二氧化碳監(jiān)測儀的實驗室評估和臨床對照實驗,評估了監(jiān)測系統(tǒng)對CO2濃度和呼吸率檢測的范圍和精度以及系統(tǒng)的響應時間,并與現(xiàn)有機型進行了對照和比較。結果:本系統(tǒng)經過多次調試后,進行了實驗室評估和臨床對照實驗,對結果進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)CO2濃度檢測范圍為0-99 mm Hg,其誤差率不超過5%。呼吸率誤差不超過2bpm,其檢測范圍可以達到150 bpm。系統(tǒng)響應時間為19.5秒,紅外接收器件響應時間為25毫秒。與現(xiàn)有某機型對照發(fā)現(xiàn)主要指標部分達到了臨床應用的要求。結論:該便攜式呼氣末二氧化碳檢測設備能夠提供病人的PETCO2值和呼吸頻率,結果通過數(shù)值和波形進行持續(xù)地顯示。設備能定量顯示人體呼氣末的二氧化碳局部壓力,可以快速準確地分析判斷病人的呼吸、循環(huán)和新陳代謝狀況。由于設備使用方便,輕巧便攜,非常適用于急救轉運過程中病人的生理狀況監(jiān)護,同時波形圖可以持續(xù)實時地顯示CO2的波形和變化趨勢從而有益于進一步分析病人呼吸、通氣及灌注情況,臨床使用前景廣泛。
【關鍵詞】：急救 呼氣末二氧化碳 NDIR 連續(xù)監(jiān)測 無創(chuàng)監(jiān)測
【學位授予單位】：中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R318.6
【目錄】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第1章 緒論15-20
• 1.1 課題的研究背景15-16
• 1.2 國內外現(xiàn)狀16-18
• 1.3 課題來源和研究意義18-19
• 1.4 本論文的創(chuàng)新點及組織結構19-20
• 第2章 呼氣末二氧化碳簡介20-32
• 2.1 呼氣末二氧化碳介紹20-25
• 2.1.1 呼氣末二氧化碳20-21
• 2.1.2 呼氣末二氧化碳與人體生理過程21-22
• 2.1.3 呼氣末二氧化碳監(jiān)測原理22-25
• 2.2 呼氣末二氧化碳監(jiān)測的臨床意義25-28
• 2.2.1 監(jiān)測病人通氣25-26
• 2.2.2 維持正常通氣量26
• 2.2.3 確定氣管插管位置26-27
• 2.2.4 及時發(fā)現(xiàn)呼吸機故障27
• 2.2.5 反映肺血流量變化及肺泡無效腔量27
• 2.2.6 監(jiān)測循環(huán)功能27-28
• 2.2.7 評價CPR效果28
• 2.3 呼氣末二氧化碳波形圖介紹28-32
• 2.3.1 正常的CO_2波形的四相28-29
• 2.3.2 CO_2波形圖要素29-30
• 2.3.3 異常PETCO_2波形30-32
• 第3章 呼氣末二氧化碳監(jiān)護儀硬件部分設計32-50
• 3.1 ds PIC30F6015芯片32-33
• 3.2 PETCO_2采集模塊33-41
• 3.2.1 氣室設計34-37
• 3.2.2 電壓跟隨電路37-38
• 3.2.3 放大電路設計38-40
• 3.2.4 溫度信號提取電路40-41
• 3.2.5 微處理器41
• 3.3 供電模塊41-43
• 3.4 人機交互43-45
• 3.4.1 液晶顯示43-44
• 3.4.2 功能選擇按鍵44-45
• 3.5 存儲模塊45-48
• 3.6 總體結構設計48-50
• 第4章 軟件設計50-64
• 4.1 呼氣末二氧化碳數(shù)據(jù)采樣和數(shù)據(jù)處理51-53
• 4.2 基線跟蹤算法53
• 4.3 PETCO_2計算53-54
• 4.4 呼吸率檢測算法設計54-55
• 4.5 波形顯示設計55-63
• 4.5.1 變量規(guī)劃56
• 4.5.2 界面設計56-60
• 4.5.3 界面配置60
• 4.5.4 測試修改60-61
• 4.5.5 定版歸檔61-63
• 4.6 SD卡存儲63-64
• 第5章 實驗64-70
• 5.1 實驗方案設計64-66
• 5.1.1 實驗室檢驗與評估65
• 5.1.2 臨床評估與檢驗65
• 5.1.3 評價指標及標準65
• 5.1.4 實驗內容和方法65-66
• 5.2 系統(tǒng)校準及定標66-67
• 5.3 實驗結果及分析67-69
• 5.3.1 實驗室評估結果67-68
• 5.3.2 臨床評估結果68-69
• 5.4 討論69-70
• 第6章 總結與展望70-72
• 6.1 主要的研究工作70
• 6.2 不足與展望70-72
• 參考文獻72-76
• 附錄76-85
• 代表性論著全文85-86
• 作者簡歷86-87
• 致謝87

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 吳衛(wèi)平,范曉琳,黃輝;氣管插管全麻術中持續(xù)監(jiān)測呼氣末二氧化碳對維持呼吸道通暢的意義[J];青海醫(yī)藥雜志;1998年11期

2 招偉賢;;P(a-et)CO_2的變異及其臨床意義[J];醫(yī)療保健器具;2008年04期

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本文編號：252627