[发明专利]一种人体肺气体交换模拟方法及装置

说明书

本发明公开了一种人体肺气体交换模拟方法及装置，可用于人体气体交换测试设备的验证与生产检验。本发明运用控制气缸活塞运动模拟人体肺呼吸功能，并通过向气缸中定量释放特定浓度的二氧化碳来模拟人体气体代谢，模拟精度高、重复性好。同时可以通过调节装置参数设置改变模拟输出量，适合模拟不同的气体代谢速率。本发明可用于人体呼吸与气体代谢测量仪器的系统标定、检验验证，具有结构简单、结果准确可靠的优点。

技术领域

本发明涉及人体能量代谢测试领域，具体涉及一种人体肺气体交换模拟方法及装置。

背景技术

静息状态下的人体肺交换气体测量，即静息态氧消耗量、二氧化碳产生量可用于推算人体静息能量，及三大能量底物(碳水化合物、脂肪和蛋白质)的消耗速度。同时肺气体交换测试装置与跑步机、功率车等负载设备配合，测试人体在不同运动负荷下的摄氧量、二氧化碳排出量，还可作为心肺功能的评估、疾病无创诊断的工具。因此气体交换测试设备是体质健康评估、运动能力测评的重要工具。

但一方面受标定气体和设备精度、传感器性能及采样误差等多方面影响，若没有经过可靠的测试验证，气体交换能量代谢测试装置很难保证其有效性；一方面气体代谢一般测试过程比较长，而人体气体能量代谢的数据是动态变化的，因此同类型设备真人测试对比验证也比较困难，因此设计对应的模拟器用于该类设备的验证和检验非常必要。最近CN 206075672U等发明中给出了一种呼吸通气模拟验证设备，但仍无法模拟人体氧气消耗和二氧化碳产生，仍不能满足气体能量代谢设备的验证需求。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种人体肺气体交换模拟方法及装置，模拟人体肺通气和气体代谢交换，可用于人体能量代谢测试仪器的研发验证和生产检验。

为了达到上述目的，本发明所采用的方案为：

一种人体肺气体交换模拟装置，该装置由软质气袋、单向阀、T型接头、电子流速控制器、减压阀、标准气体组成代谢气体产生单元，用于模拟人体肺的气体交换功能，其中减压阀安装在标准气体气罐上，并经导管连接到电子流速控制器，电子流速控制器再通过导管连接到软质气袋底部，单向阀一端安装在T型接头旁侧口上，一端连接软质气袋；由转盘、第一轴承、U型连杆、固定底座、第二轴承、第三轴承、直连杆、轴承导槽、活塞和气缸组成人体呼吸模拟单元，用于模拟人体肺的呼吸通气功能，其中U型连杆一端由第二轴承固定在固定底座上，另一端通过第三轴承连接到直连杆末端，第一轴承安装在转盘条形开口上，并凸出进入U型连杆中间U型槽内，轴承导槽位置固定，直连杆被轴承导槽两个轴承上下限制，活塞位于气缸内部，一端连接直连杆，气缸出口连接T型接头的一个直通接口。

其中，转盘有一个条形开口，第一轴承可以在该条形开口中移动和固定，其与转盘的圆心间距离r可调节，另外转盘与第二轴承圆心水平位置相同，垂直高度为b可调节。可通过调整第一轴承位置和转盘垂直高度b改变活塞行程。

其中，转盘通过第三轴承、U型连接件将转盘的圆周运动转换为直连杆直线运动，同时利用轴承导槽对直连杆进行上下限位。

其中，利用单向阀隔离软质气袋和气缸，当气缸排气时，单向阀关闭，不让排除气体进入软质气袋，软质气袋内中逐渐积累标准气体；气缸抽气时，软质气袋中的积累气体被吸入气缸，部分外部空气也会一同吸入。

一种人体肺气体交换模拟方法，通过调节气缸的行程，模拟人体不同的呼吸通气量；通过向气缸中释放二氧化碳和氮气混合气，模拟人体气体代谢，即人体二氧化碳产生与氧气消耗，并由电子流速控制器控制注入混合气的速度，模拟不同的能量代谢速率。

本发明取得的有益效果：

1、本发明一种人体肺气体交换模拟方法及装置，通过注入特定组分的二氧化碳、氮气混合气，辅以简单的动力结构，即可模拟人体肺通气功能和复杂的肺气体交换，并且该系统具有很高的准确度，可用于人体能量代谢测试仪关键测量参数的准确性、重复性验证与生产检验。