CN104874083A - Peep阀校验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PEEP阀校验方法，包括以下步骤:采集PEEP阀在N个气压设置值{x₁，x₂……x_N}下对应的N个电信号值{y₁，y₂……y_N}，其中N为正整数；根据{x₁，x₂……x_N}和{y₁，y₂……y_N}，通过最小二乘直线拟合计算模型参数，确定PEEP阀线性模型；以及根据PEEP阀线性模型，对PEEP阀进行校验。本发明具有简便易行，模拟真实度好，校验结果准确的优点。

Description

PEEP阀校验方法

技术领域

本领域属于医疗器械领域，具体涉及一种PEEP（positive end-expiratory pressure，呼气末正压）阀校验方法。

背景技术

PEEP即呼气终末正压，为机械呼吸机在吸气相产生正压，气体进入肺部，在呼气末气道开放时，气道压力仍保持高于大气压，以防止肺泡萎缩塌陷。在治疗呼吸窘迫综合征ARDS、非心源性肺水肿、肺出血时起重要作用。

目前市场上的呼吸机，PEEP的控制都是需要提前校验的，有的PEEP阀的校验曲线是线性的，有的是非线性的，这和阀的特性有关，目前没有统一校验方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种适用电压/电流-压力曲线呈近线性关系的PEEP阀校验方法。

为了实现上述目的，根据本发明实施例的PEEP阀校验方法，包括以下步骤:采集所述PEEP阀在N个气压设置值{x₁，x₂……x_N}下对应的N个电信号值{y₁，y₂……y_N}，其中N为正整数；根据所述{x₁，x₂……x_N}和所述{y₁，y₂……y_N}，通过最小二乘直线拟合计算模型参数，确定PEEP阀线性模型；以及根据所述PEEP阀线性模型，对PEEP阀进行校验。

根据本发明实施例的PEEP阀校验方法，具有简便易行，模拟真实度好，校验结果准确的优点。

另外，根据本发明实施例的PEEP阀校验方法还具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述电信号为电压信号或电流信号。

在本发明的一个实施例中，所述模型参数包括：截距参数a₀和斜率参数a₁。

在本发明的一个实施例中，所述通过最小二乘直线拟合计算模型参数的计算公式为：

${\hat{a}}_0=\frac{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)\left(\mathrm{\Σ}{y}_i\right)-\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)\left(\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i\right)}{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}$

${\hat{a}}_1=\frac{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i\right)-\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)\left(\mathrm{\Σ}{y}_i\right)}{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}$

其中，和分别为所述a₀和a₁的最佳估计值，下标i表示序号，i为整数且1≤i≤N。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的PEEP阀校验方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明旨为呼吸设备上的PEEP阀校验提出一种通用的校验方法，不管PEEP阀是电压控制或者是电流控制都适用此方法。本发明的方法的优点是实现简单，不需要复杂的数学模型，适用近似线性的电压-压力曲线。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，首先介绍PEEP阀工作原理。PEEP阀在呼吸机中处于呼气排气口，相当于一个开关，开度的大小取决于提供的电压值或电流值。电压越大，PEEP就越高。电压与PEEP的关系近似线性的关系。PEEP阀一般在呼气时起作用，根据设置的目标PEEP值，提供相应的电压，就能保证呼气末正压PEEP的值接近于设置值。

再来介绍曲线拟合。曲线拟合中最基本和最常用的是直线拟合。设x和y之间的函数关系符合下列直线方程：

y＝a₀+a₁x      (1)

式中有两个待定参数，a₀代表截距参数，a₁代表斜率参数。对于等精度测量所得到的N组数据（x_i，y_i），i＝1，2……，N，x_i值被认为是准确的，所有的误差只联系着y_i。可以利用最小二乘法把观测数据拟合为直线。

前面指出，用最小二乘法估计参数时，要求观测值y_i的偏差的加权平方和为最小，即：

$\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-(a_0+a_1{x}_i)]}^2{|}_{a=\hat{a}}---\left(2\right)$

最小即对参数a（代表a₀，a₁）最佳估计，要求观测值y_i的偏差的平方和为最小，对a₀，a₁求偏导数并使两个等式等于0，可解得a₀，a₁的值。

$\frac{\∂}{\∂a_0}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-(a_0+a_1{x}_i)]}^2{|}_{a=\hat{a}}=-2\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(y_i-{\hat{a}}_0-{\hat{a}}_1{x}_i)=0$

$\frac{\∂}{\∂a_1}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{[y_i-(a_0+a_1{x}_i)]}^2{|}_{a=\hat{a}}=-2\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(y_i-{\hat{a}}_0-{\hat{a}}_1{x}_i)=0$

整理后得到正规方程组

$\left\{\begin{array}{c}{\hat{a}}_{0}N+{\hat{a}}_1\mathrm{\Σ}{x}_i=\mathrm{\Σ}{y}_i\\ {\hat{a}}_0\mathrm{\Σ}{x}_i+{\hat{a}}_1\mathrm{\Σ}{x}_i^2=\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i\end{array}\right.$

解正规方程组便可求得直线参数a₀和a₁的最佳估计值和即

${\hat{a}}_0=\frac{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)\left(\mathrm{\Σ}{y}_i\right)-\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)\left(\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i\right)}{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}---\left(3\right)$

${\hat{a}}_1=\frac{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i\right)-\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)\left(\mathrm{\Σ}{y}_i\right)}{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}---\left(4\right)$

求出的a₀和a₁就是我们直线方程的截距和斜率，所以可以求出直线方程y＝a₀+a₁x。

下面结合说明书附图来说明本发明的技术方案。

如图1所示，根据本发明实施例的PEEP阀校验方法，包括如下步骤:

S1.采集PEEP阀在N个气压设置值{x₁，x₂……x_N}下对应的N个电信号值{y₁，y₂……y_N}，其中N为正整数。

S2.根据{x₁，x₂……x_N}和{y₁，y₂……y_N}，通过最小二乘直线拟合计算模型参数，确定PEEP阀线性模型。

S3.根据PEEP阀线性模型，对PEEP阀进行校验。

根据本发明实施例的PEEP阀校验方法，具有简便易行，模拟真实度好，校验结果准确的优点。

另外，根据本发明实施例的PEEP阀校验方法还具有如下附加技术特征：

在本发明的一个实施例中，电信号为电压信号或电流信号。

在本发明的一个实施例中，模型参数包括：截距参数a₀和斜率参数a₁。

在本发明的一个实施例中，通过最小二乘直线拟合计算模型参数的计算公式为：

${\hat{a}}_0=\frac{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)\left(\mathrm{\Σ}{y}_i\right)-\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)\left(\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i\right)}{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}$

${\hat{a}}_1=\frac{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i\right)-\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)\left(\mathrm{\Σ}{y}_i\right)}{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}$

其中，和分别为a₀和a₁的最佳估计值，下标i表示序号，i为整数且1≤i≤N。

为使本领域技术人员更好地理解本发明，下面详细介绍一个实施例。

在某次PEEP阀校验过程中，计划采集十组数据，求取线性拟合模型，然后进行校验。

首先，连接呼吸回路，并接上模拟肺，打开比例阀，让空气从吸气管道进入肺里，慢慢增加PEEP阀的控制电压，然后采样管路里的压力。采集第一个点时，如果管路压力等于2cmH₂O左右，记录下此时的PEEP阀的控制电压，这就是校验的第一个点，记为(2,V1)。用同样的方法找出第二个点的电压值，记录为(4,V2)。依次类推，找出这十个点的坐标。采集结果见表1。

表1采样记录

采样点序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
											X(cmH2O)	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
Y（V）	0.1	0.21	0.29	0.42	0.5	0.63	0.7	0.78	0.83	0.92

然后，根据前面介绍的最小二乘法的公式计算截距参数a₀和斜率参数a₁的值：

${\hat{a}}_0=\frac{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)\left(\mathrm{\Σ}{y}_i\right)-\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)\left(\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i\right)}{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}$

${\hat{a}}_1=\frac{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i\right)-\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)\left(\mathrm{\Σ}{y}_i\right)}{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}$

把数据代入公式，得a₀=0.01和a₁=0.0474，得到直线方程：

Y=0.047x+0.01。

最后，对校验结果进行验证。将呼吸机的通气模式选择容量通气，VT（潮气量，一个周期送入病人肺中的潮气量）=400ml，吸气时间T=1s，频率f=15，PEEP的气压值依次设置为5cmH₂O、15cmH₂O、30cmH₂O。实验结果见表2：

表2实验结果

PEEP设置值(cmH2O)	5	15	30
				呼吸机PEEP监测值(cmH2O)	4.7	15.1	31

根据PEEP设置值代入方程Y=0.047x+0.01三个控制电压分别为y1=0.047*5+0.01=0.245，y2=0.715，y3=1.42。如表2所示，当PEEP设置为5时，呼吸机监测值PEEP=4.7cmH2O,当设置PEEP=15，监测值PEEP=15.1cmH2O，PEEP设置为30cmH2O时，机器监测值PEEP=31，由于呼吸机对PEEP的误差要求为正负2cmH2O,所以PEEP控制在精度范围之内，满足要求。根据监测结果，PEEP控制在精度范围之内，满足要求。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (4)

1.一种PEEP阀校验方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集所述PEEP阀在N个气压设置值{x₁，x₂……x_N}下对应的N个电信号值{y₁，y₂……y_N}，其中N为正整数；

根据所述{x₁，x₂……x_N}和所述{y₁，y₂……y_N}，通过最小二乘直线拟合计算模型参数，确定PEEP阀线性模型；以及

根据所述PEEP阀线性模型，对PEEP阀进行校验。

2.如权利要求1所述的PEEP阀校验方法，其特征在于，所述电信号为电压信号或电流信号。

3.如权利要求1和2所述的PEEP阀校验方法，其特征在于，所述模型参数包括：截距参数a₀和斜率参数a₁。

4.如权利要求3所述的PEEP阀校验方法，其特征在于，所述通过最小二乘直线拟合计算模型参数的计算公式为：

${\hat{a}}_0=\frac{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)\left(\mathrm{\Σ}{y}_i\right)-\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)\left(\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i\right)}{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}$

${\hat{a}}_1=\frac{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i{y}_i\right)-\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)\left(\mathrm{\Σ}{y}_i\right)}{N\left(\mathrm{\Σ}{x}_i^2\right)-{\left(\mathrm{\Σ}{x}_i\right)}^2}$

其中，和分别为所述a₀和a₁的最佳估计值，下标i表示序号，i为整数且1≤i≤N。