睡眠呼吸机-相关检测算法的实现原理
以下内容整理自《基于μC_OS的呼吸机软件关键技术研究与系统设计》-李洁。内容含有个人理解。
差压-流量算法
通过差压传感器获得流量信息。
根据伯努利方程，按流量计上得到的流量值和主控板上的差压的算数平方根，在matlab/mathematica中进行拟合曲线，可以得到关系方程。
但是这个关系和结构息息相关，最好的方式就是根据流体力学在fluent等仿真软件建模，再去打样回来测试数据。
这个算法可以说是流量触发的前提。
漏气检测与补偿
因为风机工作在PI算法下，所以压力不受漏气的影响。所以根据不同漏气情况下流量值偏大，且波动较平缓。
根据这一特性，根据流量均值和呼吸指数RI（反应波动情况），监测漏气情况。
漏气补偿的基本方法就是增加风机转速，提高治疗压力。
低通气检测与补偿
首先需要明确两个参数：吸气潮气量和分钟通气量。
通常选择其中一个作为判断低通气的依据。
吸气潮气量
潮气量：是指正常呼吸时每次吸入或呼出的气体容量。
潮气量的计算子程序是根据呼吸触发过程将吸气相（一个相）的流量值积分。在特定的采样频率 \(f_s\)下，吸气潮气量计算公式为：
其中，\(Q_n\) 是滤除漏气量的呼吸流量，\(L\) 为呼吸过程的采样点数。
正常吸气潮气量的值为300-700ml。根据实际潮气量与正常吸气潮气量的比值,可以判断低通气的发生。
呼吸频率
呼吸频率Respiratory rate：胸部的一次起伏就是一次呼吸，即一次吸气一次呼气。每分钟呼吸的次数称为呼吸频率。
健康成年人休息时的典型呼吸频率为每分钟12-20次呼吸，即完成一次呼吸大约在3-5s。
分钟通气量
分钟通气量：是指每分钟进或出肺的气体总量。
在数值上等于（吸气）潮气量与呼吸频率的乘积。即：
\(Q_{min}\) = \(V_{ins} * RR\)
RR表示呼吸频率。
通常可以通过在用户接口出连接流量传感器直接得出。
低通气检测
吸气潮气量降低50%以上，或者分钟通气量低于正常值的70%，即代表低通气的发生。如图：
本文设计提出双参数监测的方法,实现低通气判断与预测。
首先判断当前的分钟通气量值是否低于通气量阈值若是，则直接判断为低通气；
否则，根据当前以及前3-5个完整呼吸过程的潮气量，通过计算当前潮气量与前一呼吸过程潮气量的变化差值序列并计算其变化速率，判断潮气量的变化趋势，若序列呈现持续下降趋势且下降速率逐渐升高,则判为有低通气预示发生。当低通气预示情况出现次数大于阈值,则表示低通气发生，同时发出低通气报警。具体判断过程如图3-14所示。
呼吸暂停检测
呼吸暂停（Respiration Index, RI）：当口鼻端停止呼吸10s以上时，即判断为呼吸暂停发生。
根据低通气流量信号在时域幅度明显降低的特性,可以利用呼吸信号的振幅离散程度判定为呼吸暂停的发生。
简单说，就是检测有没有较大的波动。
振幅分布的离散程度可以用方差或者标准差反应。
方差描述随机变量对于数学期望的偏离程度，衡量数据的波动大小。方差越小越稳定。
所以呼吸暂停时，方差相较正常呼吸时要小很多。
方差公式为：
其中，N为样本总个数，x(i) 为每个样本，u为样本的均值，VAR表示样本的方差，STD表示标准差。
根据呼吸正常情况下 \(RI\) 的范围设定一个呼吸暂停阈值，当小于阈值的连续时间达到10s，则判定为SA。
