便携式呼吸监测系统设计方案的改进和算法研究

摘要

呼吸是一个重要的生理过程，它可以维持人的生命体征的稳定。呼吸疾病比如哮喘、慢性支气管炎、支气管扩张、间歇性睡眠综合症在全世界广泛的发生。根据WHO在2016的社会调查中发现，超过2亿3500万人患有哮喘，每年有超过300万人死于慢性阻塞性肺病。因此为了有效地、准确地评价心肺功能，呼吸监测是呼吸系统疾病及ICU管理中的一个重要组成部分。 本研究从呼吸力学的角度结合数学方法去优化人的呼吸参数，在满足测量设备的便携性的基础上，采用数学方法和上位机处理相结合的方式有效的对测量精度进行优化。本研究的呼吸监测系统采用高精度的差压式呼吸传感器结合差压呼吸管道，在管道的设计方面，在采用了有限元分析方法的基础上利用控制变量法有效的对在临床试验上的偏差进行优化达到更接近理论值的效果。同时借助传统的呼吸力学的测量理论，包括测量流量的伯努利方程和气体质量守恒方程以及测量浓度的非分光红外方法，结合神经网络对这些数据进行滤波，拟合，预测最终得出满意的结果。 最后采用该系统进行相应的实验，应用控制变量法对采集的数据对呼吸管道进行改进，对呼吸流量和浓度进行临床实验并和专业的呼吸机进行比较。通过长时间的大跨度时间间隔的实验，表明该呼吸机不需要对呼吸气体进行提前的处理，具有良好的稳定性。

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第1章 绪 论

1.1研究背景

1.1.1呼吸力学参数的临床的意义

1.1.2 呼吸设备的发展进程

1.1.3目前呼吸机在国内外的发展的现状

1.2研究的目的和意义

1.3 本课题的研究介绍

第2章 气体流量和浓度监测的研究理论

2.1呼吸力学监测的基本的理论依据

2.1.1 气体流量的基本原理

2.1.2 气体浓度的基本原理

2.2高斯滤波函数的应用

2.3 BP神经网络用于线性拟合函数的作用

2.4 本章小结

第3章 气体流量测量的设计实现

3.1 流量测量改进的设计路线

3.1.1主流呼吸设备流量监测的设计与改进方案

3.1.2流量监测管道的改进方案

3.1.3 BP神经网络模型拟合方案的设计

3.2 流量监测设备改进的实现

3.2.1主流设备的设计改进

3.2.2 BP神经网络模型的设计

3.2.3 气体管道分析

3.2.4 标定分析

3.2.5 滤波算法的分析

3.3 结果的讨论

3.3.1 气道导管的设计

3.3.2 标定和测试

3.3.3 BP神经网络参数的设置

3.4 本章小结

第4章 气体浓度测量的设计实现

4.1浓度测量改进的设计路线

4.1.1主流呼吸设备浓度监测的设计与改进方案

4.1.2浓度监测设备基本原理改进方案

4.1.3抗干扰能力的改进方案

4.1.4滤波算法的改进方案

4.2 朗伯比尔定律的改进

4.3 抗干扰能力的改进

4.3.1 调制技术的应用

4.3.2 信号的补偿措施

4.3.3 温度干扰的补偿

4.3.4 滤波算法的应用

4.4 本章小结

第5章 综合实验和数据分析

5.1 实验数据分析

5.1.1 流量数据的分析和改进方案

5.1.2二氧化碳浓度数据的分析

5.2 浓度和流量测量的联合分析

5.3 本章小结

第6章 结 论

参考文献

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