背心式呼吸感应体积描记系统设计

　　呼吸感应体积描记术(respiratory inductiveplethysmograph,RIP)是一种性能优良的呼吸测量技术,该技术能够准确描记胸、腹呼吸运动曲线,经过标定能够定量呼吸容积,获得潮气量、肺通气量等定量信息,是无创、动态呼吸模式监测的有效手段。通过该技术还可以获得丰富的呼吸系统生理参数,如呼吸率、吸气时间分数、吸/呼比等时间参数,潮气量、每分通气量、胸腹呼吸贡献比等容积参数,还能获得呼吸流速、峰值吸气流速等呼吸力学参数。呼吸感应体积描记技术是迄今最为优良的呼吸测量技术,相对其他呼吸测量技术具有信号灵敏准确、获取定量信息、抗运动干扰*基金项目:总后科研基金资助项目(04Z011)能力强、使用方便、对病人负荷低等优点,特别适合长时间动态测量使用。尤其在航空、航天环境以及某些特殊作业环境下,需要对作业人员的生理参数进行长时间的动态监测,呼吸感应体积描记技术的低负荷特性以及能获得准确的通气指标、可对呼吸模式进行定量分析的优点[1],可以满足该领域的应用需求,可进行全程动态监测,提供丰富的生理、心理状态变化信息。现有的呼吸感应体积描记技术系统功耗不够低,不能满足电池供电情况下的长时间测量使用,存在高信噪比(高激励功率)与低系统功耗之间的突出矛盾,胸、腹线圈之间也存在一定的耦合干扰。传统的两条缚带的使用形式,在使用过程会出现带子滑动、接插件脱落等问题,不便于长时间动态测量使用。本设计发展了呼吸感体积描记技术,采用脉冲式分时激励2检测的思路,设计出新型呼吸感应体积描记技术,并改造了呼吸感应体积描记技术的传感器结构,以可穿戴技术的设计理念设计了背心式呼吸感应体积描记系统。最后以背心式呼吸感应体积描记技术为平台,开展了初步的应用研究。

　　新型呼吸感应体积描记技术设计

　　呼吸感应体积描记技术基本原理

　　呼吸感应体积描记技术利用电磁感应的基本原理测量胸、腹呼吸运动。Goldberg[2]等人在1973年的专利中提出了用电磁感应原理测量物体截面积或者截面积变化量的方法:用弯曲成一定形状的绝缘线圈作为信号拾取传感器,线圈围绕在被测对象的横断面上,使用外加磁场的方法或者线圈中通入交变电流自身产生磁场的方法,实现横断面积(或者变化量)的测量。后一种方法由Sackner和W atson[3]等人逐步发展为一种简便、优良的呼吸测量技术———呼吸感应体积描记技术。现有呼吸感应体积描记技术的实现方法是:将附着在弹性缚带上的传感线圈作为电容三点式谐振电路的电感元件,呼吸运动引起线圈电感量的改变,导致谐振电路谐振条件改变,从而引起谐振幅度和谐振频率随呼吸运动而变化,采用调幅-检波思路或者调频-鉴频思路,就可实现呼吸运动的检测,通过胸、腹两条缚带,就可同时描记出胸、腹呼吸运动曲线。呼吸感应体积描记技术由于采用电感线圈作为传感器,因而测量的是肺通气过程中的呼吸腔体容积变化,虽然影响线圈自感量变化的因素较多,但W atson[4]等实验证明呼吸感应体积描记方法能够较准确测量截面积的变化,在一定范围内输出电压和截面积成线性关系。