一种呼吸机的控制方法及其控制系统

摘要

本发明公开了一种呼吸机的控制方法及其控制系统，其中控制方法是：通过传感器采集吸气和呼气信号；根据采集到的吸气和呼气信号，微控制器利用自相关方法计算呼吸率，并根据呼吸率与睡眠期的相关性推导当前睡眠状态；微控制器输出当前睡眠状态，呼吸机按照该睡眠状态进行相应力度和节奏的供气，达到人机同步。呼吸机控制系统包括设定模块、电机功率放大器、传感器和微控制器，设定模块输出端连接微控制器输入端，传感器输出端连接微控制器输入端，微控制器输出端连接电机功率放大器输入端，呼吸机控制系统控制呼吸机供气，与人的睡眠期（清醒期、浅睡期、深睡期和REM期）生理状态相结合，符合呼吸生理需求。

主权项

一种呼吸机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.通过传感器采集吸气和呼气信号；S2.根据采集到的吸气和呼气信号，微控制器利用自相关方法计算呼吸率，并根据呼吸率与睡眠期的相关性推导当前睡眠状态；S3.微控制器输出当前睡眠状态，呼吸机按照该睡眠状态供气；所述步骤S2的具体实现方式为：S21.根据采集到的吸气和呼气信号，微控制器利用自相关方法计算呼吸率:a.根据公式计算呼吸信号传感器每30秒的平均呼吸率，其中s，τ和N表示吸气和呼气信号，时间延迟和每30秒里的数据点数；b.通过原始信号计算得出的自相关的值随平均呼吸间隔周期性的波动，在检测到第一个延迟后，利用公式计算平均呼吸率，其中τ_peak，f_s和f_rate表示第一个峰值的延迟，采样率和呼吸率的估计值；c.用局部加权散点图法对信号进行平滑，利用公式计算平滑后的呼吸率，其中W，r和S表示权矩阵，平均呼吸率和平滑后的呼吸率，在此基础上计算呼吸率的方差，然后得出绝对值，进一步估计总的呼吸率方差参数；S22.微控制器根据呼吸率与睡眠期的相关性推导睡眠期：d.去除每个睡眠期开始后第一个45秒和结束前最后一个45秒，去除15秒以上和1.5秒以下的数据；去除所有睡眠期中不显示的呼吸间隔，消除各个睡眠期代表局部趋势的大波动；e.利用自相关功能定义$C\left(s\right)\equiv <{\mathrm{\Delta \tau }}_i{\mathrm{\Delta \tau }}_{i+s}>=\frac{1}{L-s}\underset{i=1}{\overset{L-s}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta \tau }}_i{\mathrm{\Delta \tau }}_{i+s},$得到被s分析的呼吸间隔τ_i的相关，其中L是记录中的呼吸数量，Δτ_i≡τ_i‑<τ>，<τ>是呼吸间隔的平均值；Δτ_i不相关，C(s)就是0，对于s的正向；存在一个相关的值s_×，相关功能会正向到s_×，消失在s_×以上；f.对于长程的相关性，C(s)按照能量公式C(s)～S^‑γ，0＜γ＜1计算；g.引入去趋势波动分析DFA在有噪声情况下的长程相关性，消除直接计算C(s)有限记录中噪声程度的阻碍和数据中非动态因素的影响，避免检测到假的相关性。