基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的家用呼吸機的研制.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人體健康的危害較大，具有較高的患病率，其致病機理為呼吸道的部分塌陷，通過家用呼吸機采取持續(xù)氣道正壓的方式來實現(xiàn)無創(chuàng)通氣治療可以達到顯著的療效。
　　但是國內(nèi)家用呼吸機研究起步較晚，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)護領(lǐng)域的應(yīng)用，家用呼吸機市場對于遠程醫(yī)療監(jiān)控與診斷等功能具

2、有較大需求。因此，本文針對家用呼吸機的發(fā)展情況，設(shè)計了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的家用呼吸機。
　　本文分析了國內(nèi)外家用呼吸機研究的發(fā)展情況，根據(jù)相關(guān)標準規(guī)范的要求，確定了家用呼吸機的整體框架和各項功能。本文設(shè)計的家用呼吸機系統(tǒng)由呼吸機控制系統(tǒng)與濕化器控制系統(tǒng)構(gòu)成。呼吸機控制系統(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操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行應(yīng)用任務(wù)的開發(fā)，來實現(xiàn)人機交互、呼吸信號處理、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核心算法。呼吸機控制系統(tǒng)通過傳感器檢測氣道流量信號，根據(jù)呼吸流量信號完成呼吸切換過程，實現(xiàn)人機同步功能。系統(tǒng)通過檢測氣道壓力信號，根據(jù)治療方案的參數(shù)設(shè)定與患者的呼吸狀態(tài)，來進行風(fēng)機轉(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進行患者

4、吸氣潮氣量的測量，并完成對低通氣異常的檢測與處理。濕化器水溫控制過程分為間接測溫、快速加熱、穩(wěn)態(tài)加熱，以及過熱冷卻四個過程，間接測溫過程用于對水箱水溫進行間接測量，快速加熱過程用來使水溫快速達到設(shè)定檔位的穩(wěn)態(tài)閾值，穩(wěn)態(tài)加熱過程可以將水溫維持在設(shè)定范圍內(nèi)，過熱冷卻過程用于實現(xiàn)系統(tǒng)過調(diào)節(jié)后的保護功能。
　　為實現(xiàn)遠程醫(yī)療服務(wù)功能，家用呼吸機系統(tǒng)采用了Wi-Fi與藍牙技術(shù)與移動客戶端建立數(shù)據(jù)通信，可以進行實時參數(shù)、呼吸報告、遠程治療方案

5、的傳遞，通過與遠程醫(yī)療服務(wù)器進行數(shù)據(jù)交互，可以實現(xiàn)遠程醫(yī)療監(jiān)控和診斷等功能。
　　本文最后對家用呼吸機系統(tǒng)進行了各項功能測試，包括呼吸機控制系統(tǒng)的呼吸信號檢測與處理、數(shù)據(jù)通信等功能，以及濕化器控制系統(tǒng)的間接測溫和水溫控制等功能。測試結(jié)果表明，本文設(shè)計的家用呼吸機可以準確進行呼吸觸發(fā)動作，及時完成呼吸治療策略的調(diào)整，能夠達到較好的人機同步效果;對于濕化器水溫控制可以達到較高精度，能夠滿足治療需求;可以進行穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸，可靠地實現(xiàn)遠