基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的家用呼吸機(jī)的研制.pdf

1、隨著全球環(huán)境污染的日益加重，各種肺部疾病與呼吸道疾病患者數(shù)量不斷增加。阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征對(duì)人體健康的危害較大，具有較高的患病率，其致病機(jī)理為呼吸道的部分塌陷，通過(guò)家用呼吸機(jī)采取持續(xù)氣道正壓的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)通氣治療可以達(dá)到顯著的療效。
　　但是國(guó)內(nèi)家用呼吸機(jī)研究起步較晚，核心技術(shù)掌握不足，在性能質(zhì)量與治療效果上，較國(guó)外產(chǎn)品仍有不小的差距。另一方面，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用，家用呼吸機(jī)市場(chǎng)對(duì)于遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控與診斷等功能具

2、有較大需求。因此，本文針對(duì)家用呼吸機(jī)的發(fā)展情況，設(shè)計(jì)了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的家用呼吸機(jī)。
　　本文分析了國(guó)內(nèi)外家用呼吸機(jī)研究的發(fā)展情況，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，確定了家用呼吸機(jī)的整體框架和各項(xiàng)功能。本文設(shè)計(jì)的家用呼吸機(jī)系統(tǒng)由呼吸機(jī)控制系統(tǒng)與濕化器控制系統(tǒng)構(gòu)成。呼吸機(jī)控制系統(tǒng)以采用Cortex-M4內(nèi)核的微控制器STM32F407為核心，在移植μC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用任務(wù)的開發(fā)，來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、呼吸信號(hào)處理、數(shù)據(jù)通信等功

3、能。濕化器控制系統(tǒng)以采用Cortex-M3內(nèi)核的微控制器STM32F103為核心，來(lái)完成濕化器的水箱水溫控制功能。
　　本文研究了呼吸流量觸發(fā)、潮氣量處理，以及濕化器水溫控制等呼吸機(jī)核心算法。呼吸機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)傳感器檢測(cè)氣道流量信號(hào)，根據(jù)呼吸流量信號(hào)完成呼吸切換過(guò)程，實(shí)現(xiàn)人機(jī)同步功能。系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)氣道壓力信號(hào)，根據(jù)治療方案的參數(shù)設(shè)定與患者的呼吸狀態(tài)，來(lái)進(jìn)行風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，從而使氣道壓力維持在設(shè)定范圍內(nèi)，采用潮氣量處理算法來(lái)進(jìn)行患者

4、吸氣潮氣量的測(cè)量，并完成對(duì)低通氣異常的檢測(cè)與處理。濕化器水溫控制過(guò)程分為間接測(cè)溫、快速加熱、穩(wěn)態(tài)加熱，以及過(guò)熱冷卻四個(gè)過(guò)程，間接測(cè)溫過(guò)程用于對(duì)水箱水溫進(jìn)行間接測(cè)量，快速加熱過(guò)程用來(lái)使水溫快速達(dá)到設(shè)定檔位的穩(wěn)態(tài)閾值，穩(wěn)態(tài)加熱過(guò)程可以將水溫維持在設(shè)定范圍內(nèi)，過(guò)熱冷卻過(guò)程用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)過(guò)調(diào)節(jié)后的保護(hù)功能。
　　為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)功能，家用呼吸機(jī)系統(tǒng)采用了Wi-Fi與藍(lán)牙技術(shù)與移動(dòng)客戶端建立數(shù)據(jù)通信，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)參數(shù)、呼吸報(bào)告、遠(yuǎn)程治療方案

5、的傳遞，通過(guò)與遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)控和診斷等功能。
　　本文最后對(duì)家用呼吸機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行了各項(xiàng)功能測(cè)試，包括呼吸機(jī)控制系統(tǒng)的呼吸信號(hào)檢測(cè)與處理、數(shù)據(jù)通信等功能，以及濕化器控制系統(tǒng)的間接測(cè)溫和水溫控制等功能。測(cè)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的家用呼吸機(jī)可以準(zhǔn)確進(jìn)行呼吸觸發(fā)動(dòng)作，及時(shí)完成呼吸治療策略的調(diào)整，能夠達(dá)到較好的人機(jī)同步效果;對(duì)于濕化器水溫控制可以達(dá)到較高精度，能夠滿足治療需求;可以進(jìn)行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，可靠地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)