[其他]高灵敏度呼吸参数获得方法

说明书

本发明属于生物医学工程领域，属于根据呼吸气流物理性质取得人或动物呼吸参数的高灵敏度方法发明。

根据呼吸气流热物理参数取得呼吸讯号的方法有三种，第一种采用置于呼吸气流中的热电偶测量呼吸气流温差，第二种采用半导体热敏电阻置于呼吸气流中测量温度或散热量，第三种根据热线风速计原理采用加热的细金属丝置于呼吸气流通道上，测量金属丝由于环境散热条件变化而引起的电阻变化或加热功率变化。第一种方法流阻小，对气流扰动小，但输出电平很低，为讯号后续处理造成困难。第二种方法成本低，但由于半导体热敏电阻有一层绝缘包膜复盖着感温体，响应速度低，不能检测微弱的呼吸过程和反映呼吸过程的细节变化。第三种方法灵敏度较高，但检测元件所占空间大，耗电多，易损，成本高。采用以上方法的如SU944537、SU946508、SU940743、CA1141990、DE3247104等。

本发明针对上述方法的局限性提出一种新的方案，根据人或动物呼吸气流温度及热交换特性的差异取得呼吸过程参数，应目前生理研究、医学临床诊断护理之急需。

图1呼吸气流温度T随时间t变化的波形。

图2用热电偶、半导体热敏电阻和采用本发明的方案获得的呼吸过程电压讯号波形。1-用热电偶获得的波形，2-用半导体热敏电阻获得的波形，3-采用本发明的方案获得的波形。

图3a串联输出的双P-n结检测电路原理图。4-金属感温面正对呼出气流的P-n结，5-金属感温面正对吸入气流的P-n结，6-限流电阻，7-限流电阻，8-失调调整电位器，9-运算放大器，10-反馈电阻，11-隔直流电容，12-输出呼吸波形，13-直流电源。

图3b独立输出的双P-n结检测电路原理图。14-金属感温面正对呼出气流的P-n结，15-金属感温面正对吸入气流的P-n结，16-限流电阻，17-限流电阻，18-直流电源，19-运算放大器，20-反馈电阻，21-隔直流电容，22-输出呼吸波形。

图4联结在“Y”形导气管出口端的呼吸检测元件安装示意图。23-检测元件，24-护管，25-“Y”形导气管，26-左鼻孔，27-右鼻孔。

图5具有金属感温面的晶体管呼吸传感元件结构示意图。28-检测元件柱形护套，29-金属感温面，30-晶体管管芯，31-晶体管电极引线，32-晶体管管芯的保护介质，33-输出讯号和为晶体管供电的外引线，34-联结鼻腔和护套的软胶管。

图6应用具有金属感温面的晶体管呼吸传感元件取得讯号的一种电路原理图。35-晶体管检测元件，36-直流电源，37-运算放大器，38-分压电阻，39-分压电阻，40-发射极电阻，41-分压电阻，42-分压电阻，43-隔直流电容，44-输出呼吸波形。

采用具有金属感温面的P-n结、肖特基二极管、晶体管、场效应管或半导体集成电路，置于呼吸气流通道上，通过金属感温面与呼吸气流进行热量交换引起P-n结、肖特基二极管、晶体管、场效应管或半导体集成电路电参数变化，以此电参数的变化量做为表征相应呼吸过程的电信号。这种具有金属感温面的P-n结、肖特基势垒二极管、晶体管、场效应管或半导体集成电路有两种工作状态，在第一种工作状态下其温度低于呼吸气流温度，通过金属感温面从呼吸气流吸取热量，引起自身温度变化，输出与自身温度变化量相关的电信号。在第二种工作状态下其温度高于呼吸气流温度，通过金属感温面向呼吸气流散发热量，由于呼吸气流热物理性质的差异，在呼出和吸入气流中散发的热量不相同，在加热功率不变的情况下引起自身温度变化，在保持自身温度不变的情况下引起加热功率变化，输出与自身温度变化量或加热功率变化量相关的电信号。

呼吸信号产生过程发生在上述器件的结区内，结区所占的空间很小，可以保证采用以上方法检测呼吸信号时具有小的气流阻力和小的热容量。金属介质兼做上述器件的保护界面和感温面，上述器件通过金属介质直接与呼吸气流交换热量，由于金属材料导热系数远大于绝缘材料，可以保证以上方法检测呼吸信号具有高的响应速度。呼吸气流温度波形如图1所示。采用热电偶、半导体热敏电阻和具有金属感温面的P-n结、肖特基二极管、晶体管、场效应管或半导体集成电路获得的相应呼吸过程电压讯号如图2所示。

上述器件以低热阻方式附着在金属感温面上，附着方式可采用烧结、焊接、粘结或镶嵌。器件管芯不与金属感温面接触的部分复以防水绝缘材料。