CN115164963A - 一种呼吸机质量检测仪动态校准装置及方法 - Google Patents

一种呼吸机质量检测仪动态校准装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种呼吸机质量检测仪动态校准装置及方法。所述装置包括呼吸模拟器、呼吸机质量检测仪、模拟肺、数字压力计和用于控制呼吸模拟运动的计算机，呼吸模拟器、呼吸机质量检测仪和模拟肺依次通过呼吸管路连接，且计算机与呼吸模拟器相连接以控制呼吸模拟器，数字压力计设置在连接呼吸机质量检测仪和模拟肺的呼吸管路上。所述方法能够对呼吸机质量检测仪的潮气量、流量、呼吸频率、压力和氧气浓度的进行动态校准，其中压力参数包括峰值压力和呼气末正压。本发明能实现呼吸机质量检测仪参数的动态校准。

Description

一种呼吸机质量检测仪动态校准装置及方法
技术领域
本发明属于呼吸机质量检测仪的计量校准领域，尤其涉及一种呼吸机质量检测仪参数的动态计量校准装置及方法。
背景技术
呼吸机质量检测仪(也称呼吸机测试仪、气流分析仪)是用来对呼吸机的各通气参数进行测量的仪器，如流量、潮气量、呼吸频率、压力、氧浓度等，广泛应用于呼吸机生产厂家、呼吸机使用单位的质控部门以及各计量实验室中。呼吸机质量检测仪的量值准确与否直接影响医疗机构呼吸机的质量控制好坏，关系到危重症患者的治疗效果和生命安全。
目前没有针对呼吸机质量检测仪校准或者检测的校准规范或国家标准，只有少数几个生产厂家可以研制出呼吸机质量检测仪，技术标准都是自己的企业标准，所以查询不到相关设备的技术资料。国内计量技术单位中仅有中国计量科学研究院和中国测试技术研究院对呼吸机质量检测仪进行了校准服务，但是技术依据都是自己单位起草的校准方法文件，特别是对于呼吸机质量检测仪动态参数的校准，例如潮气量、峰值压力和呼气末正压等，国内没有公认的方法，所以现在国内外都没有统一的方法对呼吸机质量检测仪进行校准，由于不是公开的文献资料，所以无从知道各厂家和计量技术机构使用的校准装置和校准方法的相关情况。
公开发布的文献中，只有中国计量科学研究院于2018.7.15在《计量技术》期刊中发表的论文《呼吸机质量检测仪校准中应注意的问题》中有提到呼吸机质量检测仪校准要注意的问题，但是文中也没有提到潮气量校准时是静态校准还是动态校准，也没有说明具体的校准方法和步骤。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种呼吸机质量检测仪动态校准装置及方法，以对呼吸机质量检测仪进行动态校准。
为了实现本发明目的，本发明还提供了一种呼吸机质量检测仪的动态校准装置，包括呼吸模拟器、呼吸机质量检测仪、模拟肺、数字压力计和用于控制呼吸模拟运动的计算机，呼吸模拟器、呼吸机质量检测仪和模拟肺依次通过呼吸管路连接，且计算机与呼吸模拟器相连接以控制呼吸模拟器，数字压力计设置在连接呼吸机质量检测仪和模拟肺的呼吸管路上。
对本发明的进一步改进，呼吸模拟器包括控制器、伺服电机、腔体和活塞筒，控制器与伺服电机信号连接，活塞筒设置在腔体内，伺服电机和活塞筒驱动连接以驱动活塞筒在腔体内往复运动。
对本发明的进一步改进，呼吸模拟器为双向运动模式的装置，通过相应的软件控制，可以使呼吸模拟器按照设定的潮气量、流量、呼吸频率，峰值压力和呼气末正压等参数进行运动。呼吸模拟器的技术指标为：潮气量示值误差优于±1％，流量示值误差优于±1％，呼吸频率示值误差优于±1％。氮中氧气标准气体的氧气浓度的不确定度不超过1％(k＝2)。数字压力计具有数据实时记录功能，能够动态的显示压力值并实时记录下来。数字压力计的技术指标为：压力示值误差优于±0.03kPa。
对本发明的进一步改进，还包括标准气体气瓶，用于给呼吸管路内通入标准气体。
对本发明的进一步改进，还包括三通阀门，标准气体气瓶通过三通阀门与呼吸管路连通。
本发明还提供采用前述呼吸机质量检测仪动态校准装置进行校准的校准方法。
一种呼吸机质量检测仪动态校准方法，包括以下步骤：
将呼吸机模拟器、呼吸机质量检测仪和模拟肺用呼吸管路连接，预热，设定好呼吸模拟器的潮气量、流量和呼吸频率值，开启呼吸模拟器，待呼吸机质量检测仪的数值稳定后，读取此时的潮气量、流量和呼吸频率值，并计算呼吸机质量检测仪的各参数的示值误差；
呼吸模拟器结束上一模拟行程后，返回至起始位置，设置呼吸模拟器，使活塞筒朝向腔体内压力增加的方向运动一段距离，读取此时的数字压力计的数值，即为呼吸模拟器的呼气末正压值，开启呼吸模拟器的运动，读取运动过程中数字压力计的最大压力值，即为呼吸模拟器的峰值压力，待呼吸机质量检测仪的峰值压力和呼气末正压数值稳定后，读取其压力值，并计算呼吸机质量检测仪的峰值压力和呼气末正压示值误差；
将标准气体气瓶与呼吸管路连通，使呼吸管路内都充满标准气体，无残余空气后，开启呼吸模拟器，使标准气体在呼吸管路内充分运动，待呼吸机质量检测仪的氧浓度数值稳定后，读取其氧浓度示值，并计算呼吸机质量检测仪的氧浓度示值误差。
进一步地，所述计算呼吸机质量检测仪各参数的示值误差中，计算公式为：
Figure BDA0003643140530000031
式中，δM为示值误差；
Figure BDA0003643140530000041
为呼吸机质量检测仪各参参数多次读数后的平均值；M为呼吸模拟器的标准值。
进一步地，所述计算呼吸机质量检测仪的峰值压力和呼气末正压示值误差中，计算公式为
Figure BDA0003643140530000042
式中：δP为压力示值误差；
Figure BDA0003643140530000043
为呼吸机质量检测仪峰压或呼气末正压多次读数的平均值；P为标准数字压力计的标准值。
进一步地，所述使呼吸管路内都充满标准气体，无残余空气后，通过开启标准气体气瓶的阀门，并开启三通阀门，以将呼吸管路的空气排空后，关闭三通阀门。
进一步地，所述计算呼吸机质量检测仪的氧浓度示值误差中，计算公式为
Figure BDA0003643140530000044
式中：δm为氧浓度示值误差；
Figure BDA0003643140530000045
为呼吸机质量检测仪氧浓度多次读数的平均值；m为标准气体的氧浓度标准值。
本发明相对于现有技术，至少具有如下有益效果：
(1)本发明提出使用呼吸模拟器作为动态校准呼吸机质量检测仪的装置，可以实现呼吸机质量检测仪中流量、潮气量、和压力参数的动态校准，跟呼吸机质量检测仪的实际模式更契合。
(2)本发明提出使用数字压力计用于对呼吸机质量检测仪中压力参数的溯源，该数字压力计的准确度达到±0.03kPa，且具有动态记录功能，能实现压力参数的动态溯源。
(3)本发明采用氮中氧气标准气体来校准呼吸机质量检测仪中氧气浓度参数。用标准气体来校准呼吸机质量检测仪中的氧气浓度参数，具有结构简单，成本低，实现简单等特点。
附图说明
为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1为本发明实施例提供的校准装置示意图。
图2为呼吸模拟器的内部结构示意图。
图3为校准呼吸机质量检测仪的氧浓度参数时的示意图。
图中，呼吸模拟器1、呼吸机质量检测仪2、模拟肺3、数字压力计5、计算机4、活塞筒6、呼吸管路7、伺服电机8、控制器9、标准气体气瓶10。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供的一种呼吸机质量检测仪动态校准装置，能够对潮气量、流量、呼吸频率、峰值压力、呼气末正压和氧浓度等参数进行动态校准。所述装置包括呼吸模拟器1、呼吸机质量检测仪2、模拟肺3、数字压力计5和用于控制呼吸模拟器1运动和显示数据的的计算机4，计算机4、呼吸模拟器1、呼吸机质量检测仪2和模拟肺3依次连接，在校准呼吸机质量检测仪2的压力参数时，数字压力计5、呼吸机质量检测仪2与模拟肺3通过三通相互连接在一起。呼吸机质量检测仪2为被校准的仪器；模拟肺3的作用是模拟人体的肺部组织，给通气管路模拟跟人体肺组织相仿的顺应性和气道阻力；数字压力计5的作用是给出标准的压力值，提供校准时的压力标准值。
在本发明其中一个实施例中，呼吸模拟器1为往复运动方式，用于模拟动态呼吸过程。
在本发明的其中一些实施例中，呼吸模拟器1为双向运动模式的装置，呼吸模拟器1包括伺服电机8、控制器9和活塞筒6，控制器9与伺服电机8信号连接，伺服电机8与活塞筒6驱动连接以驱动活塞筒6在腔体内往复运动，呼吸模拟器1通过呼吸管路7与呼吸机质量检测仪2连接。通过计算机4控制控制器9，控制器9给出信号到伺服电机8，伺服电机8驱动活塞筒6往复运动，气体介质即可在呼吸管路7中按照设定的潮气量、流量、呼吸频率、峰值压力和呼气末正压等参数进行运动。
在本发明的其中一些实施例中，所述校准装置还包括标准气体气瓶10，用于给呼吸管路7内通入标准气体。校准呼吸机质量检测仪的氧浓度时使用氮中氧气标准气体，并配合呼吸模拟器1进行校准。氮中氧气标准气体的氧浓度确定度优于1％(k＝2)。
静态方法校准呼吸机质量检测的流量和压力参数时气体介质的运动方向为单一方向。而本发明在校准呼吸机质量检测仪2时，气体介质在封闭的校准管路中进行往复运动(校准管路指的是从呼吸模拟器1、被校准的呼吸机质量检测仪2、数字压力计5和模拟肺3之间的封闭通路)。通过往复运动，能够更好地和呼吸机质量检测仪2的应用模式保持一致，此时气体介质在校准管路中不是单向运动。
在本发明的其中一些实施例中，呼吸模拟器1的技术指标为：潮气量示值误差优于±1％，流量示值误差优于±1％，呼吸机频率示值误差优于±1％。
在呼吸模拟器1上设置潮气量和流量参数时，可以进行气体类型的修正，可以使用环境温度大气压模式(ATP模式)和体温饱和蒸压模式(BTPS模式)进行修正。
在本发明其中一个实施例中，数字压力计5有数据实时记录功能，数字压力计5能高速率的对实时压力值进行采集，并计算出呼气末正压和峰值压力，以此实现压力参数的动态校准。
使用的数字压力计5具有数据实时记录功能，能够动态地显示压力值并实时记录下来。数字压力计的技术指标为：压力示值误差优于±0.03kPa。
本发明还提供采用前述装置进行呼吸机质量检测仪动态校准方法。
在本发明其中一个实施例中，提供的一种动态校准方法，包括以下步骤：
步骤1：将呼吸机模拟装置1、呼吸机质量检测仪2和模拟肺3用呼吸管路连接好，模拟肺3的作用是模拟人体的呼吸环境，使管路中的顺应性和气道阻力和人体的肺组织类似，预热10分钟左右，在计算机4上打开呼吸模拟器1的软件，在软件中设定好呼吸模拟器1的潮气量、流量和呼吸频率值，开启呼吸模拟器1，待呼吸机质量检测仪3的数值稳定后，读取其潮气量、流量和呼吸频率值，并计算呼吸机质量检测仪2各参数的示值误差，示值误差的计算方法按公式1计算，呼吸机质量检测仪的各参数技术指标要求是否符合要求，是通过示值误差来体现的；
Figure BDA0003643140530000081
式中：δM─示值误差，％；
Figure BDA0003643140530000082
─呼吸机质量检测仪各参赛三次读数的平均值；
M─呼吸模拟器的标准值。
步骤2：呼吸模拟器1结束上一模拟行程后，返回至起始位置，设置呼吸模拟器1，使活塞筒6朝向腔体内压力增加的方向运动一段距离，使腔体内产生一个正压，模拟呼气末正压产生的方法，运动距离达到设定的呼气末正压即可，读取此时的数字压力计5的数值，即为呼吸模拟器1的呼气末正压值，开启呼吸模拟器1的运动，读取运动过程中数字压力计5的最大压力值，即为呼吸模拟器1的峰值压力，待呼吸机质量检测仪2的峰值压力和呼气末正压数值稳定后，读取其压力值，并计算呼吸机质量检测仪2的峰值压力和呼气末正压示值误差，峰值压力和呼气末正压示值误差的计算按公式(2)进行；
Figure BDA0003643140530000083
式中：δP─压力示值误差，kPa；
Figure BDA0003643140530000084
─呼吸机质量检测仪峰压或呼气末正压三次读数的平均值，kPa；
P─标准数字压力计的标准值，kPa。
步骤3：将氮中氧标准气体气瓶10用三通管和三通阀门与呼吸机质量检测仪2、呼吸模拟器1、模拟肺3连接起来，开启标准气体气瓶10的阀门，通过三通阀门将呼吸管路7内的空气排空后，关闭三通阀门，使其管路内都充满标准气体，无残余空气，开启呼吸模拟器1，使标准气体在呼吸管路7内充分运动，此处的步骤是为了将标准气体引入校准管路中，但是呼吸管路7中有空气，如果不进行排空操作，会影响校准结果，待呼吸机质量检测仪2的氧浓度数值稳定后，读取其氧浓度示值，并计算呼吸机质量检测仪2的氧浓度示值误差。
氧浓度示值误差按公式(3)计算：
Figure BDA0003643140530000091
式中：δm─氧浓度示值误差，％；
Figure BDA0003643140530000092
─呼吸机质量检测仪氧浓度三次读数的平均值，％；
m─标准气体的氧浓度标准值，％。
校准氧浓度示值误差时，标准气体在呼吸管路7中动态运动，和呼吸机质量检测仪2的使用模式吻合，也实现了动态校准。
如上所述，本发明提出使用呼吸模拟器1对呼吸机质量检测仪2的参数进行动态校准(量值传递)。传统的校准方法是分参数进行静态的校准，一个参数一个校准装置，装置多，参数涉及计量的几个领域。本发明创新地提出使用呼吸模拟器1对呼吸机质量检测仪2的潮气量、流量、呼吸频率、压力和氧气浓度进行动态校准，解决了呼吸机质量检测仪2的参数动态溯源方法。
本发明实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种呼吸机质量检测仪动态校准装置，其特征在于，包括呼吸模拟器(1)、呼吸机质量检测仪(2)、模拟肺(3)、数字压力计(5)和用于控制呼吸模拟运动的计算机(4)，呼吸模拟器(1)、呼吸机质量检测仪(2)和模拟肺(3)依次通过呼吸管路(7)连接，且计算机(4)与呼吸模拟器(1)相连接以控制呼吸模拟器(1)，数字压力计(5)设置在连接呼吸机质量检测仪(2)和模拟肺(3)的呼吸管路上。
2.根据权利要求1所述的一种呼吸机质量检测仪动态校准装置，其特征在于，呼吸模拟器(1)包括控制器(9)、伺服电机(8)、腔体和活塞筒(6)，控制器(9)与伺服电机(8)信号连接，活塞筒(6)设置在腔体内，伺服电机(8)和活塞筒(6)驱动连接以驱动活塞筒(6)在腔体内往复运动。
3.根据权利要求1所述的一种呼吸机质量检测仪动态校准装置，其特征在于，呼吸模拟器(1)的技术指标为：潮气量示值误差优于±1％，流量示值误差优于±1％，呼吸机频率示值误差优于±1％。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种呼吸机质量检测仪动态校准装置，其特征在于，还包括标准气体气瓶(10)，用于给呼吸管路(7)内通入标准气体。
5.根据权利要求4所述的一种呼吸机质量检测仪动态校准装置，其特征在于，还包括三通阀门，标准气体气瓶(10)通过三通阀门与呼吸管路(7)连通。
6.一种呼吸机质量检测仪动态校准方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述装置进行校准，所述校准方法包括以下步骤：
将呼吸机模拟器(1)、呼吸机质量检测仪(2)和模拟肺(3)用呼吸管路连接，预热，设定好呼吸模拟器(1)的潮气量、流量和呼吸频率值，开启呼吸模拟器(1)，待呼吸机质量检测仪(2)的数值稳定后，读取此时的潮气量、流量和呼吸频率值，并计算呼吸机质量检测仪(2)的各参数的示值误差；
呼吸模拟器(1)结束上一模拟行程后，返回至起始位置，设置呼吸模拟器(1)，使活塞筒(6)朝向腔体内压力增加的方向运动一段距离，读取此时的数字压力计(5)的数值，即为呼吸模拟器(1)的呼气末正压值，开启呼吸模拟器(1)的运动，读取运动过程中数字压力计的最大压力值，即为呼吸模拟器(1)的峰值压力，待呼吸机质量检测仪(2)的峰值压力和呼气末正压数值稳定后，读取其压力值，并计算呼吸机质量检测仪(2)的峰值压力和呼气末正压示值误差；
将标准气体气瓶(10)与呼吸管路(7)连通，使呼吸管路(7)内都充满标准气体，无残余空气后，开启呼吸模拟器(1)，使标准气体在呼吸管路(7)内充分运动，待呼吸机质量检测仪(2)的氧浓度数值稳定后，读取其氧浓度示值，并计算呼吸机质量检测仪(2)的氧浓度示值误差。
7.根据权利要求6所述的一种呼吸机质量检测仪动态校准方法，其特征在于，所述计算呼吸机质量检测仪(2)各参数的示值误差中，计算公式为：
Figure FDA0003643140520000021
式中，δM为示值误差；
Figure FDA0003643140520000022
为呼吸机质量检测仪各参参数多次读数后的平均值；M为呼吸模拟器的标准值。
8.根据权利要求6所述的一种呼吸机质量检测仪动态校准方法，其特征在于，所述计算呼吸机质量检测仪(2)的峰值压力和呼气末正压示值误差中，计算公式为
Figure FDA0003643140520000031
式中：δP为压力示值误差；
Figure FDA0003643140520000032
为呼吸机质量检测仪峰压或呼气末正压多次读数的平均值；P为标准数字压力计的标准值。
9.根据权利要求6所述的一种呼吸机质量检测仪动态校准方法，其特征在于，所述使呼吸管路(7)内都充满标准气体，无残余空气后，通过开启标准气体气瓶(10)的阀门，并开启三通阀门，以将呼吸管路(7)的空气排空后，关闭三通阀门。
10.根据权利要求6-9任一所述的一种呼吸机质量检测仪动态校准方法，其特征在于，所述计算呼吸机质量检测仪的氧浓度示值误差中，计算公式为
Figure FDA0003643140520000033
式中：δm为氧浓度示值误差；
Figure FDA0003643140520000034
为呼吸机质量检测仪氧浓度多次读数的平均值；m为标准气体的氧浓度标准值。
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