医用呼吸二氧化碳、笑气、氧气测量系统的研制

发布时间：2017-07-29 18:36

  本文关键词：医用呼吸二氧化碳、笑气、氧气测量系统的研制

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【摘要】：呼吸中的二氧化碳和氧气参与人体的新陈代谢,在人体的肺部完成气体的交换,这两种物质的浓度变化直接反映着人体的代谢、通气以及循环的状态。笑气在临床应用中作为一种麻醉气体被使用,在妇产科、牙科以及麻醉科应用十分广泛。在临床手术过程中对二氧化碳、氧气、笑气的浓度进行监测,可以监测病人的生理状况和呼吸机的通气故障,指导医生操作治疗,有效的提高了手术的安全性,为保障手术过程中病人的生命安全提供一道保护机制,减少医疗事故的发生,对于医疗卫生产业发展意义重大[1]。目前,国内对于多气体测量技术的研究极少,多气体监测模块大都来自国外,且价格昂贵,因此,本文提出研制一款小型的旁流式二氧化碳、笑气、氧气测量模块。本文所研制的旁流式二氧化碳、笑气以及氧气测量模块采用非弥散红外吸收的检测方法(NDIR,Non-Dispersive Infra-Red)以及数字式氧气传感器完成二氧化碳、笑气和氧气浓度的检测,主要工作包含基于红外光谱测量方法以及关键部件的调研情况,测量系统的方案设计,并对模块系统的机械设计、硬件设计、软件设计、补偿算法的研究以及模块的工程化校准等几个方面进行了详细设计,特别是在信号提取与特征分析方面进行深入研究,同步提取高清晰的二氧化碳和笑气成分信号,进行参数计算。本文中还考虑多种气体检测的软件资源需求和多通道需求,采用STM32F4系列单片机和8路斩波的多信号同步获取方案,为未来多种医用麻醉气体监测研究提供了硬件和机械系统平台。本文以呼吸气体监护仪的医疗器械行业标准为依据,制定了二氧化碳和笑气等多气体模块的验证方案。通过气体模块的系统测试,以及验证的数据和分析结果显示,本文所研制的多气体模块具有很好的稳定性、准确性以及有效性,其中二氧化碳和笑气精度:±(0.2 vol%+读数的2%)和±3.0 vol%,都超过标准的要求,并且最小抽气流量可达到50ml/min的微流程度。本文最后总结了模块目前存在的不足,气体检测研究的当前进展,以及多气体测量研究工作的未来展望。
【关键词】：多气体检测 NDIR 旁流 一体化气路 校准
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.6;TP212.3
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-14
• 1.1 医用呼吸末二氧化碳、笑气、氧气监测研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 存在的问题12
• 1.4 本论文的内容12-14
• 第2章 研究内容与意义、测量原理与方法14-25
• 2.1 研究内容与临床应用意义14-16
• 2.1.1 课题研究内容14
• 2.1.2 临床应用意义14-16
• 2.2 测量原理和测量方法16-25
• 2.2.1 测量原理16-23
• 2.2.2 气体采样方法23-25
• 第3章 系统平台设计说明25-38
• 3.1 概述25
• 3.2 机械方案设计25-28
• 3.2.1 气路系统的设计25-26
• 3.2.2 探头斩波结构的设计26-28
• 3.3 硬件方案设计28-36
• 3.3.1 关键部件选型28-30
• 3.3.2 电路系统设计需求30-36
• 3.4 本章小结36-38
• 第4章 软件设计38-52
• 4.1 PC机评估软件的设计38-40
• 4.1.1 环境说明38
• 4.1.2 功能说明38
• 4.1.3 架构说明38-40
• 4.2 模块软件设计说明40-51
• 4.2.1 环境说明40
• 4.2.2 功能说明40-41
• 4.2.3 架构说明41-42
• 4.2.4 详细设计说明42-51
• 4.3 本章小结51-52
• 第5章 自动化校准设计52-57
• 5.1 自动化校准PC软件的介绍53
• 5.2 校准主控板的设计53-56
• 5.2.1 校准主控板的硬件设计53-54
• 5.2.2 校准主控板的软件设计54-55
• 5.2.3 校准主控板软件设计55-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第6章 测试与验证57-70
• 6.1 硬件系统测试57-61
• 6.1.1 功耗测试57
• 6.1.2 电源测试57-58
• 6.1.3 模拟电路测试58-61
• 6.1.4 结论61
• 6.2 标准测试与验证61-65
• 6.2.1 测量准确度61-63
• 6.2.2 测量准确性漂移63-64
• 6.2.3 系统总响应时间64-65
• 6.2.4 结论65
• 6.3 与成熟产品对比验证65-69
• 6.3.1 测试方法65-66
• 6.3.2 评估参数66
• 6.3.3 测试结果66-68
• 6.3.4 结果分析68-69
• 6.4 本章小结69-70
• 第7章 总结与展望70-72
• 7.1 本文总结70-71
• 7.2 展望71-72
• 参考文章72-75
• 致谢75-76
• 攻读硕士学位期间的研究成果76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：590583