CN115211838A

CN115211838A - 基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备

Info

Publication number: CN115211838A
Application number: CN202211146145.3A
Authority: CN
Inventors: 方宇
Original assignee: Shenzhen Jianyikang Medical Instrument Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Jianyikang Medical Instrument Technology Co ltd
Priority date: 2022-09-20
Filing date: 2022-09-20
Publication date: 2022-10-21

Abstract

本发明涉及肺功能检测技术领域，具体地说，涉及基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备。其包括设备本体，所述设备本体包括气流通道和检测组件外壳，气流通道用于收集嘴部吹出的气流，检测组件外壳设置在气流通道外部，检测组件外壳内设置检测平台。本发明中通过无线通信模块与云数据中心实现数据的耦合交互，从而能够远程监控、维护、升级、智能数据分析和数据共享的功能，同时克服上述现有技术存在的缺陷，使得肺功能检测设备能完全小型化，同时让气流通道变为可拆卸模块，更易于更换，并且无交叉感染风险。

Description

基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备

技术领域

本发明涉及肺功能检测技术领域，具体地说，涉及基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备。

背景技术

肺是人体中重要的器官，肺功能检查是呼吸***疾病的必要检查之一，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，评定药物或其它治疗方法的疗效。

以往的功能测量装置采样频率低，结果受到环境干扰大；设备体积都较大，即便有小型化肺功能测量装置也需要通过有线方式与电脑主机相连，不便于用户的多场景的肺功能检测需求，例如：

气流通道不是模块化，更换成本高，无法做到一人一用，有巨大的交叉感染的风险；通常设备的升级要线下一台一台操作，效率很低；设备的运行情况，厂家无法监测；设备也只能出简单的数据，无法通过云数据进行大数据和人工智能分析；用户和检查机构很难对过往数据实时跟踪。

发明内容

本发明的目的在于提供基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，包括设备本体，所述设备本体包括气流通道和检测组件外壳，气流通道用于收集嘴部吹出的气流，检测组件外壳设置在气流通道外部，检测组件外壳内设置检测平台，检测组件外壳内通过支架对检测平台的组成部件进行放置和固定，所述检测平台包括传感模块，传感模块设置在气流通道内气流的进入侧，用于检测环境数据和气流压差数据，传感模块的输出端连接微型控制器，微型控制器用于计算肺通气信息和肺活量信息，微型控制器的输出端连接无线通信模块，无线通信模块接收肺通气信息和肺活量信息，并向外界接收端发出形成信息的耦合交互，传感模块、微型控制器和无线通信模块的输入端连接有电源模块，电源模块用于对传感模块、微型控制器和无线通信模块进行供电。

作为本技术方案的进一步改进，所述传感模块包括环境传感器和压差传感器，其中：

环境传感器用于测量当前环境数据，环境传感器配置在检测组件外壳内；

压差传感器用于测量气流通道内压差变化数据，压差传感器配置在检测组件外壳内，并通过气体软管与气流通道连通。

作为本技术方案的进一步改进，所述微型控制器包括多路转换开关、高频采集芯片、自校正电路和***电路，其中：

环境传感器和压差传感器分别连接多路转换开关、自校正电路和***电路；

自校正电路用于对环境传感器和压差传感器进行校准；

***电路用于连接电源模块对环境传感器和压差传感器进行供电。

作为本技术方案的进一步改进，所述高频采集芯片接收环境数据和压差变化数据，并根据环境数据和压差变化数据实时计算肺通气信息和肺活量信息。

作为本技术方案的进一步改进，所述高频采集芯片测量算法步骤如下：

S1、获取环境传感器和压差传感器测量的环境数据和压差变化数据；

S2、对环境数据和压差变化数据进行去干扰处理；

S3、获取测量过程中的肺通气信息和肺活量信息。

作为本技术方案的进一步改进，所述S2中去干扰处理步骤如下：

S2.1、对压差变化数据进行小滤波和平滑处理，并用多项式拟合法去除基线漂移，得到压差变化参数；

S2.2、计算S2.1中所得数据幅值变化的阈值和斜率，并提取人体呼吸参数；

S2.3、将压差变化参数和呼吸参数相减，并做平滑处理，得到监测过程中的压差；

S2.4、根据环境数据获取环境参数，进行呼吸气体的环境补偿和还原；

S2.5、计算出肺通气信息和肺活量信息。

作为本技术方案的进一步改进，所述S.中环境参数包括当前环境的温度参数、湿度参数和环境压强参数。

作为本技术方案的进一步改进，所述气流通道包括进气端和出气端，进气端收集嘴部吹出的气流，并与出气端连接形成呼吸时气体出入的气流路径。

作为本技术方案的进一步改进，所述气流通道贯穿检测组件外壳，并与其插接配合。

作为本技术方案的进一步改进，所述检测组件外壳的底部设置握把，握把沿纵向开设有多个环形槽，且握把底部向出气端倾斜。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、该基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备中，通过无线通信模块与云数据中心实现数据的耦合交互，从而能够远程监控、维护、升级、智能数据分析和数据共享的功能，同时克服上述现有技术存在的缺陷，使得肺功能检测设备能完全小型化，同时让气流通道变为可拆卸模块，更易于更换，并且无交叉感染风险。

2、该基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备中，云数据中心存储检测数据，有助于及时发现肺功能的早期下降，便于早期筛查发现COPD症状，实现COPD的早诊早治。

3、该基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备中，采用高频采集器器进行校准，克服不同芯片性能之间的差异及同一芯片性能的漂移，实现高精度数据测量。

附图说明

图1为本发明实施例1的整体结构示意图；

图2为本发明实施例1的检测平台模块流程框图其一；

图3为本发明实施例1的检测平台模块流程框图其二。

图中各个标号意义为：

100、设备本体；

110、气流通道；120、检测组件外壳；130、握把；

200、检测平台；

210、传感模块；220、微型控制器；230、无线通信模块；240、电源模块。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明提供基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，请参阅图1所示，包括设备本体100，设备本体100包括气流通道110和检测组件外壳120，气流通道110用于收集嘴部吹出的气流，具体的，气流通道110包括进气端和出气端，进气端收集嘴部吹出的气流，并与出气端连接形成呼吸时气体出入的气流路径，并且，气流通道110贯穿检测组件外壳120，并与其插接配合，以实现对气流通道110的拆卸，提高测量时的卫生程度，另外，检测组件外壳120的底部设置握把130，握把130沿纵向开设有多个环形槽，且握把130底部向出气端倾斜，以便于使用时进行握持，检测组件外壳120设置在气流通道110外部，检测组件外壳120采用人体工程学易于小型化的形状，从而便于对设备本体100进行携带，检测组件外壳120内设置检测平台200，检测组件外壳120内通过支架对检测平台200的组成部件进行放置和固定，请参阅图2所示，检测平台200包括传感模块210，传感模块210设置在气流通道110内气流的进入侧，用于检测环境数据和气流压差数据，传感模块210的输出端连接微型控制器220，微型控制器220用于计算肺通气信息和肺活量信息，微型控制器220的输出端连接无线通信模块230，无线通信模块230接收肺通气信息和肺活量信息，并向外界接收端发出形成信息的耦合交互，接收端包括设备端和云数据中心，用于与云服务器进行信息交互，接受云数据中心的远程升级指令实现自身的升级，无线通信模块230将卫星控制器或者传感器的故障信号发送给云数据中心，具体通过4G、5G、蓝牙、WiFi或者数传模块的数据传输，将测量结果发送给云数据中心，传感模块210、微型控制器220和无线通信模块230的输入端连接有电源模块240，电源模块240用于对传感模块210、微型控制器220和无线通信模块230进行供电，具体通过供电装置或者内置电池进行供电。

本实施例中，请参阅图3所示，传感模块210包括环境传感器和压差传感器，其中：

环境传感器用于测量当前环境数据，环境传感器配置在检测组件外壳120内；

压差传感器用于测量气流通道110内压差变化数据，压差传感器配置在检测组件外壳120内，并通过气体软管与气流通道110连通。

进一步的，微型控制器220包括多路转换开关、高频采集芯片、自校正电路和***电路，其中：

自校正电路用于对环境传感器和压差传感器进行校准；

***电路用于连接电源模块240对环境传感器和压差传感器进行供电。

具体的，高频采集芯片接收环境数据和压差变化数据，并根据环境数据和压差变化数据实时计算肺通气信息和肺活量信息。

此外，高频采集芯片测量算法步骤如下：

S2、对环境数据和压差变化数据进行去干扰处理；

S3、获取测量过程中的肺通气信息和肺活量信息。

除此之外，S2中去干扰处理步骤如下：

S2.1、对压差变化数据进行小滤波和平滑处理，并用多项式拟合法去除基线漂移，得到压差变化参数。

S2.4、根据环境数据获取环境参数（环境参数包括当前环境的温度参数、湿度参数和环境压强参数），进行呼吸气体的环境补偿和还原；

S2.5、计算出肺通气信息和肺活量信息。

本实施例以胸阻抗的运动肺功能测量进行举例：首先利用自校准电路对环境传感器和压差传感器进行校准，获得测量到压差数据与环境数据之间的拟合关系，压差传感器获得压差数据，采用电压测量***获得运动时连续监测的模拟信号t1(n)，采样率为128bit；

然后对胸阻抗信号进行小波滤波和平滑处理，具体地，测量信号的最通用模型具有以下形式：t(n)＝f(n)+e(n)，其中时间n等距，去噪是为了抑制信号t(n)的噪声部分e(n)并恢复有用信号f (n)，其原理是：

已知信号是有一定连续性的，在小波域有效信号所产生的小波系数其模值往往较大；而高斯白噪声在空间上(或者时间域)是没有连续性的，噪声经过小波变换在小波域仍然表现为很强的随机性，仍满足高斯白噪声分布；

在小波域中，若噪声的小波系数对应的方差为σ，已知高斯分布的特性，所以绝大部分噪声系数都位于[-2σ，2σ]区间内，因此，只要将区间[-2σ，2σ]内的系数设为零，就能够极大程度的抑制噪声，同时保留有效信号，将经过阈值处理后的小波系数重构，就可以得到去噪后的有用电压信号。

而后采用多项式拟合法去除基线漂移，首先对含有线性趋势的信号进行多项式拟合得到拟合的基线，然后从原始信号中减去基线拟合信号，可得到去除基线漂移的信号，为了提取呼吸的电压信号，需要将模拟信号及环境引入的高频噪声滤除掉，本实施例采用小波阈值滤波的方法，从而滤除高频噪声干扰并保持重构呼吸信号，获得较高的信噪比，其中，小波阈值滤波采用固定式硬阈值，根据第一层小波分解的噪声水平估计进行调整，调整后，对所得信号幅值及斜率变化进行环境补偿，提取准确的数据信号，然后将压差变化参数和呼吸参数相减，并做平滑处理，得到监测过程中的压差，最后通过无线通信模块230进行4G、5G、蓝牙、WiFi和数传模块的数据传输，将测量结果发送给云数据中心，云数据中心通过算法计算不同时间点传感器包括流量传感器、流速传感器、压力传感器，分别测量获得的气流通道110的流量、流速和压力数据，最终获得人体的肺功能数据。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，包括设备本体（100），所述设备本体（100）包括气流通道（110）和检测组件外壳（120），气流通道（110）用于收集嘴部吹出的气流，检测组件外壳（120）设置在气流通道（110）外部，检测组件外壳（120）内设置检测平台（200），其特征在于：所述检测平台（200）包括传感模块（210），传感模块（210）设置在气流通道（110）内气流的进入侧，用于检测环境数据和气流压差数据，传感模块（210）的输出端连接微型控制器（220），微型控制器（220）用于计算肺通气信息和肺活量信息，微型控制器（220）的输出端连接无线通信模块（230），无线通信模块（230）接收肺通气信息和肺活量信息，并向外界接收端发出形成信息的耦合交互，传感模块（210）、微型控制器（220）和无线通信模块（230）的输入端连接有电源模块（240），电源模块（240）用于对传感模块（210）、微型控制器（220）和无线通信模块（230）进行供电。

2.根据权利要求1所述的基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，其特征在于：所述传感模块（210）包括环境传感器和压差传感器，其中：

环境传感器用于测量当前环境数据；

压差传感器用于测量气流通道（110）内压差变化数据。

3.根据权利要求2所述的基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，其特征在于：所述微型控制器（220）包括多路转换开关、高频采集芯片、自校正电路和***电路，其中：

自校正电路用于对环境传感器和压差传感器进行校准；

***电路用于连接电源模块（240）对环境传感器和压差传感器进行供电。

4.根据权利要求3所述的基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，其特征在于：所述高频采集芯片接收环境数据和压差变化数据，并根据环境数据和压差变化数据实时计算肺通气信息和肺活量信息。

5.根据权利要求4所述的基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，其特征在于：所述高频采集芯片测量算法步骤如下：

S2、对环境数据和压差变化数据进行去干扰处理；

S3、获取测量过程中的肺通气信息和肺活量信息。

6.根据权利要求5所述的基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，其特征在于：所述S2中去干扰处理步骤如下：

S2.5、计算出肺通气信息和肺活量信息。

7.根据权利要求6所述的基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，其特征在于：所述S2.4中环境参数包括当前环境的温度参数、湿度参数和环境压强参数。

8.根据权利要求1所述的基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，其特征在于：所述气流通道（110）包括进气端和出气端，进气端收集嘴部吹出的气流，并与出气端连接形成呼吸时气体出入的气流路径。

9.根据权利要求8所述的基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，其特征在于：所述气流通道（110）贯穿检测组件外壳（120），并与其插接配合。

10.根据权利要求9所述的基于耦合交互的肺功能检测的小型化智能设备，其特征在于：所述检测组件外壳（120）的底部设置握把（130），握把（130）沿纵向开设有多个环形槽，且握把（130）底部向出气端倾斜。