脉冲振荡呼吸阻抗检测方法及检测系统与流程

1.本发明涉及医疗检测技术领域，具体涉及一种脉冲振荡呼吸阻抗检测方法及检测系统。

背景技术：

2.肺功能检测是呼吸系统疾病的必要检查方法之一，主要用于检测呼吸道的通畅程度、肺容量大小等，对于早期检出肺、气道病变，评估疾病的病情严重程度及预后，评估对手术的耐受力或劳动强度耐受力等方面有着重要的临床价值。
3.呼吸阻抗包括气道阻力以及胸肺组织产生的阻力，能够真实的反应受试者的呼吸状态，是肺功能检测的一种常规且重要的检测方法，通过计算受试者的呼吸阻抗，能够了解受试者肺部健康状况。现有技术通常采用阻断法、食道测压法、体描法或强迫振荡法来测试呼吸阻抗。但阻断法是用阻断后的口腔压代替阻断前的肺泡压，仅适于测定气道阻力；食道测压法也可用于测定肺阻力，但通常需要其他方法测定气道阻力；体描法需要先阻断呼吸通路，并让受试者继续保持呼吸动作，通过测量口腔压和体描箱内压力的变化在计算出胸腔气量，该测试方法步骤复杂，适用范围较窄；而强迫振荡法通过外置信号源，由振荡器产生外加压力信号，测量受试者呼吸系统在该压力下发生的流速改变，从而获取呼吸阻抗数据，但在测试过程中，振荡器产生的振荡波会与受试者的呼吸波产生叠加，呼吸波会对呼吸阻抗的测量产生干扰，从而使得呼吸阻抗检测结果可靠性低。

技术实现要素：

4.基于此，本发明提供了一种呼吸阻抗检测方法，通过脉冲振荡产生振荡波，再从振荡波和呼吸波的叠加波中分离出呼吸波，提高了呼吸阻抗检测的准确性。
5.本发明的一个目的在于提供一种脉冲振荡呼吸阻抗检测方法，包括以下步骤：s1、在固定频率f下产生振荡气流，分别采集受试者呼吸压力和呼吸流量数据，获得受试者的脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线；所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线的横坐标为采样数据长度，纵坐标分别为采集到的呼吸压力数据和呼吸流量数据；所述采样数据长度为采样时长和采样频率的乘积，所述采样时长为30至90秒，所述采样频率为128至1000hz；s2、分别对所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线进行样条曲线拟合，获得干扰压力曲线和干扰流量曲线；s3、从所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线中去除所述干扰压力曲线，获得脉冲压力曲线；从所述脉冲-呼吸叠加波流量曲线中去除所述干扰流量曲线，获得脉冲流量曲线；s4、根据所述脉冲压力曲线和脉冲流量曲线确定呼吸阻抗。
6.进一步地，所述步骤s2为：按所述振荡气流的每个脉冲信号对所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线进行分段，并分别对各段脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线进行样条曲线拟合。
7.进一步地，按振荡气流的脉冲时间段拟合的方法为：将脉冲振荡电压信号正信号的起始时间点对应所述脉冲-呼吸叠加波正脉冲的起始时间点，脉冲振荡电压信号正信号的结束时间点对应所述脉冲-呼吸叠加波正脉冲的结束时间点；将脉冲振荡电压信号负信号的起始时间点对应所述脉冲-呼吸叠加波负脉冲的起始时间点，脉冲振荡电压信号负信号的结束时间点对应所述脉冲-呼吸叠加波负脉冲的结束时间点。
8.进一步地，脉冲波样条曲线拟合过程中，由前一个脉冲与当前脉冲、后一个脉冲与当前脉冲时间间隔的中点引导样条曲线的拟合方向。
9.进一步地，根据所述脉冲压力曲线和脉冲流量曲线确定脉冲呼吸阻力-频率曲线和脉冲呼吸电抗-频率曲线，由所述脉冲呼吸阻力-频率曲线和所述脉冲呼吸电抗-频率曲线确定呼吸阻抗。
10.本发明的第二个目的在于提供一种脉冲振荡呼吸阻抗检测系统，用于检测受试者的呼吸阻抗，所述呼吸阻抗包括呼吸阻力和呼吸电抗，包括振荡器、压力传感器、流量传感器、处理器和存储单元，所述振荡器用于向受试者气道产生固定频率为f的振荡气流，所述f为1至3hz；所述压力传感器，用于检测受试者气道的呼吸压力；所述流量传感器，用于检测受试者气道的呼吸流量；所述处理器连接所述压力传感器和流量传感器并接收所述呼吸压力和呼吸流量信号；所述存储单元内储存有多条指令，所述指令被所述处理器执行时使所述处理器执行上述任一项所述的呼吸阻抗检测方法。
11.进一步地，所述呼吸检测系统包括呼吸回路，所述呼吸回路连通受试者口部和大气环境，所述流量传感器和压力传感器设置在所述呼吸回路中；所述振荡器为外置的扬声器，用于向受试者产生振荡气流。
12.本发明提供的呼吸阻抗检测方法，能够去除检测过程中由于受试者本身呼吸波造成的干扰，其该检测结果更准确，能够真实地反应受试者胸肺健康状态。
附图说明
13.图1是本发明呼吸阻抗检测系统的结构示意图。
14.图2是第一实施例呼吸阻抗检测系统的结构示意图。
15.图3是第一实施例中的脉冲-呼吸叠加波压力曲线。
16.图4是第一实施例中的脉冲-呼吸叠加波流量曲线。
17.图5是第一实施例中的干扰压力曲线。
18.图6是第一实施例中的干扰流量曲线。
19.图7是第一实施例中的脉冲压力曲线。
20.图8是第一实施例中的脉冲流量曲线。
21.图9是第一实施例中脉冲呼吸阻力-频率曲线。
22.图10是第一实施例中脉冲呼吸电抗-频率曲线。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本发明进行进一步详细说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是
使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
24.除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
25.参考图1，本发明提供了一种脉冲振荡呼吸阻抗检测系统，用于检测受试者的呼吸阻抗，包括呼吸阻力r和呼吸电抗x，所述呼吸阻抗检测系统包括振荡器、压力传感器、流量传感器、处理器和存储介质，所述振荡器用于向受试者气道产生固定频率为f的振荡气流，所述固定频率f为1至3hz；所述压力传感器用于检测受试者受振荡气流作用时气道的呼吸压力；所述流量传感器用于检测受试者受振荡气流作用时气道的呼吸流量；所述处理器连接所述压力传感器和流量传感器并接收所述压力传感器和流量传感器采集到的呼吸压力信号和呼吸流量信号；所述存储单元内储存有多条指令，所述指令被所述处理器执行时使所述处理器根据采集到的呼吸压力信号和呼吸流量信号获取呼吸阻抗。
26.参考图2，本发明第一实施例中，所述呼吸检测系统包括呼吸回路，所述呼吸回路连通受试者口部和大气环境，所述流量传感器和压力传感器设置在所述呼吸回路中；所述振荡器为外置的扬声器，用于向受试者产生振荡气流。
27.进一步地，本实施例中，所述呼吸回路中还设有过滤器，所述过滤器设于所述受试者口部和大气环境之间，用于过滤从受试者口部呼出的呼出气体；所述呼吸回路通过吹嘴与受试者口部连接。
28.本实施例中，设置所述扬声器产生固定频率f为2.5hz的振荡气流；采样时长为60s，采样频率为500hz。
29.根据采集到的呼吸压力信号和呼吸流量信号和呼吸流量信号获取呼吸阻抗的具体方法包括以下步骤：（1）所述处理器接收呼吸压力信号和呼吸流量信号，并获得如图3所示的脉冲-呼吸叠加波压力曲线和如图4所示的脉冲-呼吸叠加波流量曲线，所述脉冲-呼吸波叠加压力曲线的横坐标为采样数据长度，纵坐标为振荡气流作用下呼吸回路中压力传感器采集的数据；所述脉冲-呼吸波叠加流量曲线的横坐标为采样数据长度，纵坐标为振荡气流作用下呼吸回路中流量传感器采集的数据；所述采样数据长度为采样时长和采样频率的乘积，所述采样时长为30至90秒，所述采样频率为128至1000hz；（2）参考图5和图6、分别对所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线进行样条曲线拟合，获得干扰压力曲线和干扰流量曲线；（3）从所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线中去除所述干扰压力曲线，获得如图7所示的脉冲压力曲线；从所述脉冲-呼吸波叠加流量曲线中去除所述干扰流量曲线，获得如图8所示的脉冲流量曲线；（4）根据所述脉冲压力曲线和脉冲流量曲线确定呼吸阻抗，包括呼吸阻力和呼吸电抗。
30.本发明中，通过样条曲线拟合获得的干扰压力曲线和干扰流量曲线实际上是受试者的呼吸波，将处理器接收压力传感器和流量传感器实时检测数据并获取的压力曲线和流量曲线，去除相应的呼吸波后，能够获得受试者响应振荡气流产生的脉冲波，该检测结果更准确，能够真实地反应受试者胸肺健康状态。
31.步骤（2）中，优选根据所述振荡器每个脉冲信号对所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线的进行分段，并分别对各段脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线进行样条曲线拟合。
32.具体的，是指按照每个脉冲信号起始点和结束点为依据进行分段；即按照振荡器的正电压信号的起始点在时间上对应所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线的起始点；结束点在时间上对应所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线的结束点。
33.由于每个脉冲波下产生的呼吸参数均具有特殊性，通过分段拟合能够使检测结果更准确。
34.所述步骤（4）中，通过上述脉冲压力曲线和脉冲流量曲线计算呼吸阻抗的具体方法为：压力经过傅立叶变换获得实部ap和虚部bp；流量经过傅立叶变换获得实部av和虚部bv；对曲线中的压力p和流量v进行自谱和互谱计算，其中自谱；互谱；阻抗z(f)=/=r+jx；阻抗夹角θ=-tg-1
（avbp-apbv）/（avap+bvbp）；进而得到呼吸阻力r= zcos(θ)；呼吸电抗x = zsin(θ)。
35.本发明第一实施例中，根据上述方法，获取如图9所示的脉冲呼吸阻力-频率曲线和如图10所示的脉冲呼吸电抗-频率曲线；所述脉冲呼吸阻力-频率曲线和脉冲呼吸电抗-频率曲线能够真实反映受试者响应振荡气流的呼吸情况。
36.表1中计算并分别对比了标准呼吸阻力-频率曲线、采用本技术方法获取的呼吸阻力-频率曲线、现有技术常规移动平均滤波拟合的呼吸阻力-频率曲线的误差，及标准呼吸电抗-频率曲线、采用本技术方法获取的呼吸电抗-频率曲线、现有技术常规移动平均滤波拟合的呼吸电抗-频率曲线的误差。可以明显看出，本技术中方法获得的呼吸阻力和呼吸电抗与标准曲线之间的误差更小，检测结果更准确。
37.表1 图9和图10中各曲线的误差比较
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种脉冲振荡呼吸阻抗检测方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、在固定频率f下产生振荡气流，分别采集受试者呼吸压力和呼吸流量数据，获得受试者的脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线；所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线的横坐标为采样数据长度，纵坐标分别为采集到的呼吸压力数据和呼吸流量数据；所述采样数据长度为采样时长和采样频率的乘积，所述采样时长为30至90秒，所述采样频率为128至1000hz；s2、分别对所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线进行样条曲线拟合，获得干扰压力曲线和干扰流量曲线；s3、从所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线中去除所述干扰压力曲线，获得脉冲压力曲线；从所述脉冲-呼吸叠加波流量曲线中去除所述干扰流量曲线，获得脉冲流量曲线；s4、根据所述脉冲压力曲线和脉冲流量曲线确定呼吸阻抗。2.根据权利要求1所述的脉冲振荡呼吸阻抗检测方法，其特征在于，所述步骤s2为：按所述振荡气流的每个脉冲信号对所述脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线进行分段，并分别对各段脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线进行样条曲线拟合。3.根据权利要求2所述的脉冲振荡呼吸阻抗检测方法，其特征在于，按振荡气流的脉冲时间段拟合的方法为：将脉冲振荡电压信号正信号的起始时间点对应所述脉冲-呼吸叠加波正脉冲的起始时间点，脉冲振荡电压信号正信号的结束时间点对应所述脉冲-呼吸叠加波正脉冲的结束时间点；将脉冲振荡电压信号负信号的起始时间点对应所述脉冲-呼吸叠加波负脉冲的起始时间点，脉冲振荡电压信号负信号的结束时间点对应所述脉冲-呼吸叠加波负脉冲的结束时间点。4.根据权利要求3所述的脉冲振荡呼吸阻抗检测方法，其特征在于，脉冲波样条曲线拟合过程中，由前一个脉冲与当前脉冲、后一个脉冲与当前脉冲时间间隔的中点引导样条曲线的拟合方向。5.根据权利要求1所述的脉冲振荡呼吸阻抗检测方法，其特征在于，根据所述脉冲压力曲线和脉冲流量曲线确定脉冲呼吸阻力-频率曲线和脉冲呼吸电抗-频率曲线，由所述脉冲呼吸阻力-频率曲线和所述脉冲呼吸电抗-频率曲线确定呼吸阻抗。6.一种脉冲振荡呼吸阻抗检测系统，其特征在于，用于检测受试者的呼吸阻抗，所述呼吸阻抗包括呼吸阻力和呼吸电抗，其特征在于，包括：振荡器，用于向受试者气道产生固定频率为f的振荡气流，所述f为1至3hz；压力传感器，用于检测受试者气道的呼吸压力；流量传感器，用于检测受试者气道的呼吸流量；处理器，所述处理器连接所述压力传感器和流量传感器并接收所述呼吸压力和呼吸流量信号；存储单元，所述存储单元内储存有多条指令，所述指令被所述处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1至4中任一项所述的呼吸阻抗检测方法。7.根据权利要求5所述的脉冲振荡呼吸阻抗检测系统，其特征在于，所述呼吸检测系统包括呼吸回路，所述呼吸回路连通受试者口部和大气环境，所述流量传感器和压力传感器设置在所述呼吸回路中；所述振荡器为外置的扬声器，用于向受试者产生振荡气流。

技术总结

本发明提供了一种脉冲振荡呼吸阻抗检测方法，包括以下步骤：在固定频率下产生振荡气流，分别采集受试者呼吸压力和呼吸流量数据，获得脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线；S2、分别对脉冲-呼吸叠加波压力曲线和脉冲-呼吸叠加波流量曲线进行样条曲线拟合，获得干扰压力曲线和干扰流量曲线；从脉冲-呼吸叠加波压力曲线中去除干扰压力曲线，获得脉冲压力曲线；从脉冲-呼吸叠加波流量曲线中去除干扰流量曲线，获得脉冲流量曲线；根据所述脉冲压力曲线和脉冲流量曲线确定呼吸阻抗。本发明还提供了一种采用上述方法的呼吸阻抗检测系统。本发明的方法和系统结构简单，检测精确度高，能够真实反映受试者健康状态。能够真实反映受试者健康状态。能够真实反映受试者健康状态。