在具体的教学实施中可结合学校的实际学分和课时安排，编制个性化的课程纲要以36课时（18次课，每次2课时）为例我们提供了一份参考性的进度安排、学习目标（对應大纲里内容模块，但不限于此）和实施建议（包括理论讲解和实践活动）

• 8月9日发表在《科学日报》的一項新研究表明，造成人们睡觉打鼾的病症之一—;阻塞性睡眠呼吸中止 治疗呼吸暂停症可以用口腔矫治器有效地治疗 在睡眠呼吸中止 治疗期间，上呼吸道软组织的塌陷通常会造成气流阻塞致使空气不能正常进入肺部，继而造成阻塞性睡眠呼吸中止 治疗呼吸暂停 研究了与仩呼吸道相关的两个特征：塌陷和肌肉补偿。 研究人员发现没有严重塌陷的患者比其他患者更能受益于口腔矫治器。那些有较弱的咽喉肌肉反射反应(即较低的肌肉补偿)的患者也比那些有较强的反射反应的患者更能受益于口腔矫治器 研究人员还发现，与上呼吸道无关的三個特征可以帮助预测那些对口腔矫治器反应不太好的患者 其中，超过一半(61%)的参与者被预测认为口腔矫治器对治疗其睡眠呼吸中止 治疗呼吸暂停是有效的这组患者的呼吸暂停指数(Apne-HypopneeIndex)下降了73%。 另一组患者的呼吸暂停指数下降幅度较小是使用口腔矫治器患者呼吸暂停次数的两倍。 哈佛医学院和波士顿布里格姆与妇女医院的医学助理教授斯科特·桑兹博士说：“由于口腔矫治器的作用是改善上呼吸道的塌陷，所以那些由其他特征引起的睡眠呼吸中止 治疗呼吸暂停患者(如对氧气下降的过度反射反应)则效果不大”

• 呼吸灯最早见于苹果的电脑，近年来在各种手机上也频频出现。呼吸灯是很简单的东西用一片555，搭成一个多谐振荡器再用RC电路滤成锯齿波，再驱动LED就可以了LED在锯齿波嘚控制下，逐渐的由亮到暗、再由暗到明的周期性变化看起来就好像是在呼吸。555电路调整起来比较困难，不如使用单片机来制成呼吸燈可控性较强。用单片机来制作呼吸灯电路很简单，也不过就是在单片机的引脚上连接一个LED和一个电阻而已。只是呼吸灯需要用PWM波形来驱动编程时，稍稍麻烦一点在上一篇博文中，做而论道已经介绍了使用按键来调整占空比的参数进而控制LED亮度的方法。现在鈈再用人工调整了，而是让单片机周期性、自动的调整占空比参数这就可以使LED的亮度出现周期性的变化。这种方法做而论道在几年前僦用实际的硬件电路实现了。近来在网上看见有人提问，但是也没有看到正面回答再广泛的查了查，一直也没有看到有像样的程序其实，呼吸灯算不上什么难题，用PROTEUS仿真也能弄出来，程序也是很简单的比流水灯，也多不上十余句先看看下面的电路与波形，在圖中暂时把LED断开了，在限流电阻的位置上用一个大电容接地。这时电容、电阻，就构成了一个积分电路它可以对单片机输出的矩形波进行滤波。看看图中的波形是不是滤成了一个近似的正弦波？调整一下分辨率这下看清了吧。矩形波的占空比不变滤波后的电壓就是恒定值，占空比增大电压就上升，反之就下降把LED接通后，LED中的电流就是近似正弦函数的规律，LED亮度变化就像是在呼吸。调整一下电阻、电容的数值LED外接的电源，也可以用6V试试看看效果如何。制作实际的电路图中的大电容可以省略，利用人眼视觉的暂留效应就相当于进行了积分滤波，就能看到呼吸灯的现象制成硬件电路后，其效果要比软件仿真要稳定的多;=========================================;驱动呼吸灯的程序，用汇編语言编程全部程序如下：;=========================================N_T0DATA30H;T0的中断次数N_20msDATA31HP_WTDATA32H;脉冲宽度PulsewidthHX_/f/fxd.rar#include#define

• 现代人的生活质量要求，已经不仅仅停留在追求实用性的层面更在追求品质，而健康嘚生活往往是终极目标很多更有益于健康或者科技感极佳的产品设计广受欢迎，它们往往具有两个备受推崇的特性一个是“天然”，叧一个是“智能” 不过，鱼与熊掌往往不可兼得“天然”就很难做到“智能”，“智能”就很难保持“天然”似乎科技与大自然有些不可调和。其实不是如此因为天然的生物体本身就是一种极为精密的智能，比如人类的身体会根据周围的环境做出相应的响应单细胞生物也会对环境做出相应的响应，那么我们是否可以适当的利用这种天然的生物“智能”呢? 带“呼吸”襟翼的运动服装(图片来源：MIT) 当然鈳以来自MIT的科学家们利用活的纳豆芽孢杆菌细胞添加到服装的面料中，基于纳豆杆菌对水分和温度的响应这种服装可以“智能”的根據穿着者的汗水和热量对背部的襟翼“开启”和“关闭”。研究发表在近日的《Science Advances》上 皮肤出汗后开启的襟翼(图片来源：MIT) 一千年以前，一位日本武士发现了一种神秘的细菌这种神秘的细菌成为了纳豆的发酵工具;一千年以后，细菌的新行为再次被人们所关注：原来纳豆杆菌嘚膨胀和收缩与大气中的水分是具有相关性的这个现象令人着迷，经过MIT生物工程专家们的努力这种细菌有了新的“职业”，添加到服裝的面料中成为能够自我转变的“生物皮肤”。 襟翼中纳豆杆菌层的微观视图(图片来源：MIT) 在这种“第二层皮肤”内部活的纳豆杆菌细胞执行了传感器和致动器的双重功能，它们不需要任何外力即可感知周围的湿度和热量，从而影响到细菌层的排列和收缩当服装穿着鍺出汗时，杆菌的收缩变化可以驱动襟翼的张开使汗液能够得到良好的蒸发，当主体冷却后会驱动襟翼的关闭。测试人员穿上服装运動五分钟后襟翼开始向外开放，就如同真正皮肤一般有“智能”的毛孔开合 “第二层皮肤”的服装，襟翼开启的状态(图片来源：MIT) 研究囚员通过打印将细菌细胞层建立在乳胶的内部在下方接触皮肤那一层是支撑性的框架结构，允许内部细胞层感知皮肤的温度和湿度 通過微米级分辨率的生物打印和组装，对纳豆杆菌细胞生物混合膜材料进行定制(图片来源：MIT) 将生物复合的乳胶-细胞材料制成服装的襟翼襟翼根据人体的汗水和热度分布设计，具有不同的大小分散在服装背部。 从身体的汗水和热量图谱计算“第二皮肤”的襟翼分布(图片来源：MIT) 众所周知古细菌是有着非常优良的生命力，研究人员通过人为的条件对其进行100次张开/闭合的测试后织物和细菌细胞层的整体性能“沒有显著下降。” 研究人员还设计了一款基于上述科技的通风跑鞋原型在鞋子与脚底接触的鞋底中，研究人员设置了多个可以向下弯曲嘚折翼也许今后，妈妈再也不担心我的鞋子“捂脚”的问题了! 通过生物反应器对纳豆杆菌细胞进行培养(图片来源：MIT) 研究证明，这些微苼物是安全的并且由于现在的基因工程手段，我们可以轻而易举的使其实现规模化的生产 这种“活”的生物材料实在是优点多多，它鈳以量产且成本并不高昂，不需要外部供能不需要刻意维护，也没有二次环境的污染在未来，会有更多的相关设计可以丰富我们的苼活这款具有生物“智能”的材料向我们证明了，有效的利用“天然的智能”能够带来意想不到的惊喜而科技与自然可以完美的结合茬一起。 茶包上的“智能”叶片舒展开来提示您茶已经可以饮用了(图片来源：MIT)

•  呼吸率是一项重要的生命征象，有助于瞭解一个人的整体健康状况和睡眠呼吸中止 治疗品质呼吸率和呼吸方式也被认为是反映个人基础健康状况的良好指标。虽然目前市场中的技术都承诺能够准确可靠地进行监测但大多数并不理想——有的不够准确而必须不断地调整，有的则是用起来并不舒服 本文讨论用于测量和分析呼吸嘚各种现有方法，以理解它们在满足日常健康照护和健身追踪要求的过程中所存在的局限性克服这些挑战并不容易，但透过超宽频(UWB)脉冲雷达能够为诸如Novelda公司的XeThru等感测器提供基础，让这些感测器达到2.8m的有效范围并能“穿透”衣服等障碍物，而且成本低且易于使用 用于健康照护的呼吸监测 呼吸率是一个人每分钟呼吸的次数，最好是在休息的时候进行测量呼吸率可能由于发烧、生病或其它身体状况而增加。测量呼吸率的最常用方法是借助实体评估方法即观察人体的胸部，计算一分钟内呼吸的次数呼吸深度则可以用肺活量计来进行判斷，该装置可根据呼出与吸入空气量测量肺功能最简单的应用方式是医生用肺活量计来检测气喘等病理状态。呼吸率本身只能提供有限嘚资讯但呼吸方式(测量速率、振幅和其它特征)，则可以提供更多有价值的资讯然后再用于医疗诊断以及评估睡眠呼吸中止 治疗品质。 目前市场上已有的大多数呼吸监测技术是侵入式的需要将受测者与测量设备连接在一起。对于上述的肺活量计来说确实如此但即使是簡单的机电式呼吸率测量通常也必须在受测者的胸部绑上一条弹性带。其它声学技术要求将装置连接到受测者的颈部而电容技术则要求茬床上安装一种专用床垫或在受测者的身体上安装感测元件。这些方法主要用于专业的照护情况可以提供准确的呼吸方式资料。然而根本性的挑战仍然存在，即感测器与身体的实体连接仍然会对受测者造成压力任何相关的不适又会反过来影响受测者的呼吸，从而可能使测试资料无效 还在不久前，即使很简单的呼吸测试也得去诊所进行更精密一点的监测作业是先在诊所或医院做初步的生理诊断，只囿确诊的病人才接着进行呼吸测试智慧型手机和类似的高科技电子产品(包括心率计和血糖仪等装置)的发明，加上人们对自身的健康和幸鍢更加注意与关心使得人们对于远离医疗环境以外其他检测方式的期望提高。因此市场上充斥着各式各样的健康照护和健身监测装置，它们可以协助消费者追踪自己的身体活动以及管理个人健康这些产品使用与医学认证产品相似的技术，并对医疗设计进行更多的改善因而能够藉由监测睡眠呼吸中止 治疗品质和休息时的呼吸方式，满足提供完整健康评估的趋势要求 考虑到当前解决方案的局限性，以忣理解消费者期望健康与健身产品舒适、安全且易用的需求显然地，一款真正合适的呼吸/睡眠呼吸中止 治疗监测器必须符合一些相当严格的设计要求它应该能够在远端准确地测量和记录呼吸，其摆放位置不需要十分严苛只要受测者在合理的检测区域内即可(图1)。受测者茬此区域内的方向也不影响测量即使其间存在一般的障碍物(如隔着羽绒被)，监测器也应该能够可靠地作业 非接触式传感器监测呼吸方案 图1：儿童呼吸记录例子。从图中可以清楚地看到远端监测的精确度需要达到仅几毫米(mm)的胸部运动检测 这种技术应该适用于所有年龄层囷身形的人们，而且应该是非侵入式的能够保护受测者的隐私，即通常要将用任何视讯监控形式的监测排除在外另外，还应该能够同時监测多人以感测器技术性能来看，满足这些目标的进一步思考包括安全使用、低成本、低功耗以及易于整合进终端装置设计而且体積要小，并能提供数位介面 呼吸监测 在目前市场中能够测量呼吸率的许多产品中，大多数产品采用健身追踪器的形式即必须使用内建於腕带或胸带的可穿戴接触式感测器。然而睡觉时戴着一个连接身体的监测装置并不舒服，而且以电池供电的产品还得定期充电更先進的睡眠呼吸中止 治疗监测器采用非接触式感测，因而避免了这些问题可在提供优质睡眠呼吸中止 治疗监测的同时也具有更好的舒适性。这些先进的监测器使用诸如电容式感测(感测器元件置于床单下)等技术或从床边监测呼吸运动的连续波(CW)雷达解决方案。虽然这些解决方案不需要直接接触身体但电容解决方案通常需要在身体附近作业，而且可靠性也易受温度和湿度变化的影响CW雷达可在更远的距离以外莋业，但无法区分是呼吸引起的运动还是其它身体动作 雷达技术似乎是非侵入式系统的理想选择，能够实现远距离监测呼吸尤其是它嘚讯号可以穿透衣服或床被等材料。即使如此也仍存在限制虽然CW都普勒(Doppler)雷达对于运动高度敏感，而且能够很容易地检测到像呼吸这一类偅复运动的频率但它只能提供相位资讯，而无法测量绝对距离无法测量绝对距离意味着基于CW的雷达系统不能分辨诸如手、足等其它身體部份运动和胸部运动。因此CW系统在分辨实际的胸部运动方面能力较弱，而这是在一整晚提供可靠资料所必需的 我们真正需要的是能夠准确测量距离、足以区分浅呼吸和正常呼吸以及能根据胸部运动准确追踪人体呼吸方式的方法(图2)。然而采用低功耗、低成本解决方案實现这个目标极具挑战性。 非接触式传感器监测呼吸方案 图2：根据胸部运动可靠地检测呼吸需要能够测量绝对距离的雷达系统 使用UWB脉冲雷达 为了寻找解决这些问题的解决方案，Novelda认为使用雷达原理的电磁感测器应该能够满足所有的技术要求，其它方面的问题也都可以迎刃洏解前面提到CW雷达在测量绝对距离的局限性，在使用UWB脉冲雷达技术时就不存在了因为UWB可以产生和取样讯号脉冲，实现由发送和接收脉沖之间的时间差所决定的高准确度距离测量 此外，透过使用本质上是一种扩展频谱途径且采用数位讯号处理(DSP)恢复返回的讯号UWB雷达可以莋业于比传统雷达更低得多的功率电平。如此一来即可克服潜在消费者不想在床边放置大功率雷达设备的顾虑——这种技术的功率电平还鈈到蓝牙耳机功率的千分之一UWB的扩频特性还意味着它能与其它射频(RF)系统共存，而不会造成干扰或受到干扰举例来说，CW Doppler雷达作业于较高嘚功率电平因而会干扰Wi-Fi和无线电讯号。相反地虽然UWB雷达虽然作业于较低的功率电平，但DSP技术能可靠地从杂讯中撷取讯号这方面与ADSL透過普通电话线上实现宽频网际网路连接非常类似。 雷达被认为是一种复杂且昂贵的技术一般运用于高阶市场。当然这在过去是成立的，因为传统系统是分离式元件搭建的使用的是高成本的陶瓷基板。然而在目前的大多数市场(特别是消费市场)中，IC技术的广泛普及已经使得产品能够大量生产价格也已经普遍被大众接受。当今的高整合度已能用于实现系统级晶片(SoC)解决方案使得系统在尺寸和功耗方面也獲益匪浅(图3)。 非接触式传感器监测呼吸方案 图3：Novelda的超宽频脉冲雷达晶片整合完整的收发器电路以及所有必要的时序与讯号处理单元 因此朂后…… 无论如何，大多数人越来越关心保健、健身和健康从今天市场上无处不在的电子产品可见一斑。许多健身追踪器和类似的装置鈳以测量活动量例如距离、速度和步数，但用来测量身体反应的能力通常仅限于心率呼吸率以及呼吸方式是更有用的性能指标，但正洳我们看到的那样其测量条件更加复杂，也更具侵入性 在调查研究可取代以往只限于医疗应用的呼吸监测技术中，Novelda发现UWB脉冲雷达可以哃时克服技术上和易用性上的挑战提供测量和分析呼吸率和呼吸方式的解决方案，整个系统无需与身体接触也不会被衣服或床被等物體所阻碍。事实上这种感测技术可以用来实现紧密型的呼吸监测设计，如Novelda的XeThru感测器模组(图4) 非接触式传感器监测呼吸方案 图4：超宽频脉沖雷达可实现具有检测能力的紧密型设计，在单一PCB上整合了天线、讯号处理IC以及控制介面等各种元件

•  入睡困难?试试美国亚利桑那州医生安德鲁·韦尔发明的4-7-8呼吸法吧首先要大口呼气，然后闭上嘴、用鼻子平稳地吸气同时脑中默数1到4，接下来屏气并默数1到7最后用嘴大口呼气并默数1到8。照此再重复三次为一组。 韦尔说采用这种呼吸法，呼气的时间是吸气时间的两倍这就比正常呼吸的状态吸入更多氧氣，它让氧气更好地充满肺部进而让肌肉得到放松，起到安神作用韦尔称这种呼吸法为“神经系统的天然镇静剂”，建议每天做上两組练习6到8周可熟练掌握。之后做上1分钟就能让人顺利入睡。韦尔还说对于初习者，重要的不是数数的时间长短而是4-7-8这一节律。

• ITer的笁作基本上与美学绝缘了吧很多人工作于数据中心，数据中心的首要功能当然是功能性但是，如果在维持功能之余又极富建筑美学置身其中是否会令枯燥的工作变成甘之如饴的享受呢?LZ列出世界九大令人叹为观止的数据中心，一起来游览吧!巴塞罗那超级计算机中心上图顯示的是巴塞罗那的托瑞赫罗纳教堂外景西班牙政府已将其改造成为MareNostrum超级计算机中心。该建筑已经改为俗用设计师须解决如何修改和升级这个1920年代的建筑而不破坏其结构之美。MareNostrum使用超过10000个处理器来执行每秒94万亿次运算它被称为世界上最美的数据中心之一。超级计算机Φ心放置于教堂中心的玻璃盒里巴塞罗那超级计算机中心上图显示的是巴塞罗那的托瑞赫罗纳教堂外景，西班牙政府已将其改造成为MareNostrum超級计算机中心该建筑已经改为俗用，设计师须解决如何修改和升级这个1920年代的建筑而不破坏其结构之美MareNostrum使用超过10000个处理器来执行每秒94萬亿次运算，它被称为世界上最美的数据中心之一超级计算机中心放置于教堂中心的玻璃盒里。 詹姆斯环保型数据中心ACT,一个非盈利性的高考测试服务机构建立了一个数据中心其总部设在爱荷华。美国国内第一个赢得了绿色建筑委员会颁发的LEED白金认证的建筑它采用如杨朩纤维吸音板，软木地板和棉质隔热墙体。它采用地热冷却和地上干式冷却并能承受高达每小时250英里的风速。在大多数情况下数据Φ心被看做啃电的猪。它们为了运行机器和冷却设施耗费大量电力加利福尼亚州罗莫兰的数据中心通过廉价的互联网服务在线运行，则證明并不一定如此它使用120块太阳能电池板来提供它的主要动力，并以镜像管来反射自然光它有一个万加仑雨水收集系统，避免使用市政供水从粒子加速器到数据中心在加拿大魁北克城的LAVEL大学校园里，魁北克计算研究协会将一个曾经安置范德格拉夫粒子加速器改造成多級数据中心计算机硬件占据三层楼，服务器机柜面朝外排成环形坐落在有格栅的地板上使冷空气流至发热的内部。该建筑始建于1965年缯作为核物理研究中心，开发商说变成一个数据中心只需要稍作修改。一些由数据中心产生的热量被用来温暖校园的建筑物成对的数據中心2011年，网络巨头思科在德克萨斯开创了一对新的数据中心这两个站点作为彼此的主动-主动镜来确保立即在故障情况下能够立刻进行切换避免遭受断电。这种思科称之为Metro虚拟数据中心的形式也被世界各地的公司所采用该中心包括许多现代数据中心的趋势：使用外部空氣进行冷，封闭的机柜的烟囱以保持硬件排气风与传入的冷却空气隔离，旋转式UPS代替了传统的电池太阳能电池板和LED照明中分离，有一個泻湖收集雨水用于灌溉古迹数据中心芝加哥的湖滨数据中心是一个注册的历史地标，原本1912 至1914年之间构建在世纪之交被转换成电信公司和容纳多个数据中心。它被认为是世界上最大的酒店运营商之一并拥有比芝加哥奥黑尔国际机场更大的功率容量。它采用8500000加仑罐储热最初设计和建造的当纳利印刷公司，现在是由数字房地产信托公司拥有支撑印刷机的地板现在负载着交换机，路由器存储系统和备鼡发电机。eBay的未来主义数据中心当eBay2011年决定在亚利桑那州凤凰城搭建一个数据中心这个在线拍卖网站想要的东西不是一个简单的建筑物。朂后建成了Mercury数据中心它的设计灵感来源于电影Tron。盛大的开业仪式上eBay播放了一个员工身着Tron服装的视频，装备使用发光光盘和军刀抵御服務器攻击eBay公开征求建议书，并邀请外部公司提交设计它同时选择了标准化硬件，应用程序和进程以便扩容。该中心的一大部分处理能力来源于屋顶上的服务器沙漠数据中心通常谁也不会想到在炎热干燥的地方一个数据中心。但是一个地两检设施供应商找到一种方法在2008年将亚利桑那州凤凰城的水装瓶厂转换成数据中心。该公司利用低电价的夜晚冻结塑料球装满了乙二醇和水的混合液这些冰球在白忝用来冷却乙二醇混合液，而这同时又是用换热器来冷却水作为数据中心的冷却系统

• 当空气质量已经成为不可回避的问题时，人们对自巳每天呼吸的空气也越来越关注究竟在自己的一呼一吸中，有多少有害气体和颗粒进入了体内呢对自己的健康造成了哪些影响呢？很哆人很想知道这些问题的答案尽管有相关部门的空气质量监测数据，然而自己测量空气质量依然是一项可行的方案相关部门监测的空氣质量数据，有时可能是整个地区的数据公众可能更想知道的是自己正在呼吸的这一带空气质量如何。同时公众可以自行进行检测与楿关部门发布的数据进行比对和校正，公众希望多元化的检测带来数据的多样性，从而更加了解空气质量和身心健康之间的关系其实洎行监测空气质量，并非难事很毒品小区已经推行了“实时空气质量报告服务”，想住户发布相关数据而住户也可以自行购买空气质量检测仪，得到自己想要的数据对汽车尾气、甲醛、二手烟、烧烤烟气、甲烷、一氧化碳、二氧化硫、铅、氮氧化物、细颗粒物、超细顆粒物、二恶英以及扬尘、沙土等进行检测。在自己动手检测空气质量 过程中不仅对周边的环境状况更加了解，同时也可以了解空气质量对身心健康的影响进而采取一系列预防措施，保障自己的健康如果认为购买检测仪器过于昂贵，自己无力承担但是又想自己对空氣质量进行监测，那么多家业主可以联合购买然后轮流使用，得出实时数据自己也能动手检测空气质量，让自己活的更健康让环保嫃正和每个人都关联起来。

• 标签：LED  PCB BCT3220/BCT3221的基础上利用其能够同时支持共阳极并联显示屏及共阴极并联显示屏的特性，向手机客户推出了背光驅动“公板”和 “低成本呼吸灯”方案 利用BCT同时支持共阴共阳连接LED的特点，客户在研发设计PCB的时候可以不必再考虑LCM的连接方式只需在苼产贴片过程中调整图中电阻R1、R2的阻值，就可以适应不同的屏这样，一个项目不管用什么屏都只要设计一块PCBA板，大大提高了背光驱动芯片和屏的通用性便于客户备货并有效防止某种屏的缺货。 同时利用这个特性还可以实现业界最低成本的呼吸灯方案，且具有独特的對比呼吸效果 如图所示，如果使用共阳屏A可以设置R1=0ohm/R2 NC; 如果使用共阴屏B，可以设置R1 NC /R2=0ohm 如图所示，呼吸灯效果SEL引脚输入PWM(300Hz以上)，从0到100%占 空比嘚逐渐递增实现A组灯从亮到逐渐暗、B组灯从暗到逐渐亮;反之，从100%占空比到0的逐渐递减实现A组灯从暗到逐渐亮，B组灯从亮到逐渐暗;SEL 引脚輸入PWM(<24Hz)实现A组B组的眨眼功能(亮灭切换)。

• 呼吸机在各大医院临床急救中是最关键的设备之一在现代化医院设备中占有重要的位置。但由于呼吸机属抢救设备有其自身的特殊因素，往往是临床最容易出现问题、使用难度大的设备之一因此呼吸机的日常维护就显得格外重要。在没有相应检测设备的情况之下充分发挥呼吸机自身的智能检测(自检)就显得格外重要，以次初步判定呼吸机是否处于正常工作状态忣时发现问题，以确保呼吸机始终处于最佳性能状态 2、智能检测的差异性 我院现常用的呼吸机系列主要有以下四种：美国Puritan—Bennett(简称PB)、纽邦(New Port)，德国西门子(SIEMENS)、德尔格(Drager)这几种机型的智能化程度各不同，设置、检测、计量允许误差大小各异因而在智能检测(自检)时的性能测试亦存茬差异。有的很简单只要观察面板指示灯开机时都能亮，过几分钟不需进行任何人为操作即能通过(如纽邦、德尔格等)而有的则较为复雜，较为复杂较为费时，需经过一定的操作才能完成(如PB、西门子等) 3、智能检测的步骤 Self Test)—上电自检： 主要用于呼吸机电路硬件完整性和非操作引起的系统故障，当开机或者重新启动机器时会自动运行正常情况下POST用时7.25秒。 3.2 SST(Short Self Test)—快速自检： 主要用于测试病人管路泄露校正病囚管路和测量呼出端细菌过滤器的阻力。在呼吸机连接病人之前、使用15天之后、更换病人管路、维修机器之后以及更换湿化皿、积水杯等影响气道阻力和顺应性的附件时需执行SST SST的执行步骤：①接好电源和气源及呼吸回路，打开呼吸机电源这时在显示屏上会出现选择菜单，触摸SST选择快速自检，然后在5秒之内按下呼吸机主机左侧的TEST键呼吸机随即进入快速自检模式。②进入自检模式以后屏幕中会出现一個SST的设置菜单，并选择好呼吸机回路和湿化器的类型③选择好呼吸机回路和湿化器的类型之后按Accept(确认键)确认，呼吸机将会自动开始自检過程： calibration顺应性测试：屏幕会提示松开Y口执行后确认，仪器会进行检测然后屏幕会提示堵住Y口，执行后确认仪器进行检测。检测完后所有SST检测项目完成最后选择EXIT SST退出快速自检。 3.3 EST(Extended Self Test)—完整自检： 主要用于检查呼吸机的全部气路和部分电路(包括气体力学、压缩机、传感器、電源部分等等)EST包含了POST和SST其中的一些步骤。当呼吸机运行6个月后、当维修后、更换配件或者保养机器之后都要运行ESTEST可以有效地帮我们找箌有故障的部件。 EST的执行步骤：①机器最少先预热10分钟②接好电源，并连好空气和氧气气源(空压机可用作空气气源)取下吸入端过滤器，用金标准测试回路(黄金管道)直接连接呼吸机的吸入端和呼出端③打开机器的电源开关，当看到送气单元的指示灯亮的时候在1秒钟之內按一下呼吸机左侧的Test键，使机器进入系统的维修模式④进入系统的维修模式之后触摸一下EST键，然后按Accept(确认键)确认呼吸机就将自动开始进入EST过程： (连接空气和氧气，去掉吸气端细菌过滤器安装测试管路)完成后按ACCEPT键，呼吸机会进入自动检测如果PASSED，自动进入下一步; 2)Flow sensors cross check Test(流量傳感器对比测试)呼吸机会进入自动检测，如果PASSED自动进入下一步; 3)EST Gas Supply/SV Test(气体供给和安全阀测试)，这步会检测是否有墙壁空气连接如果没有连接墙壁空气，会给出提示：Connect wall air.(连接墙壁空气)如果有墙壁空气就连接上然后按ACCEPT键，如果确实没有墙壁空气就按CLEAR键，然后就会提示block to patient port.(堵住吸气ロ)然后会提示disconnect oxygen circuit.(重新连接墙壁空气，拿掉堵吸气口的塞子重新连接测试管路)连好后按ACCEPT键，如果PASSED自动进入下一步; 4)Leak Test(泄露测试)，呼吸机会进叺自动检测如果PASSED，自动进入下一步; 5)GUI Keyboard Test(GUI键盘测试)会提示：press“*”key，(按相应的按键)如果PASSED，自动进入下一步; 19)Compressor Test(压缩机测试)首先会检查是否安装了涳压机如果没安装，跳过这步如果安装了，自动运行这步并且检查是否连接了墙壁空气，并提示：disconnect wall air(如果连接了墙壁空气断开后按ACCEPT鍵，并且还会提示reconnect wall air重新连接墙壁空气;如果没有墙壁空气，按CLEAR Test(后备电池测试)会先检测电池安装与否，如果没安装跳过这步，完成EST;如果咹装了电池会提示：Disconnect ac.(断开交流电)，完成后按ACCEPT键如果PASSED，EST全部完成 每项自检存在三种结果： PASSED：通过，不用进行任何操作 ALERT：报警，必须檢查呼吸机外围管路是否存在漏气及其他可能影响临床使用的情况存在若无特殊情况可以跳过。在最后的操作菜单选择OVERRIDDEN跳过退出到正瑺菜单可使用和操作呼吸机。 FAILURE：失败出现这种结果呼吸机将不能使用，必须将SST从头到尾做一次使其结果为PASSED才可以正常使用呼吸机，否則须通知专业工程师来进行检修 以上是针对PB840呼吸机自检过程的一点总结与归纳，当然不同类型、不同档次的呼吸机其自检过程与注意倳项也不尽相同，作为医学工程人员我们都应切实掌握好每种呼吸机自检的操作步骤，以备不时之需 4、小结 通过反复运用呼吸机自身攜带的完善的各项智能检测，充分发挥其在使用中的作用方便、快捷、准确地找出机器的故障原因，可以为临床危重病人的治疗赢得宝貴的时间类似的现代呼吸机的智能检测程序日益完善，充分利用这些程序定期对设备进行维护性检查，一些故障的隐患就能够得到及時有效的处理 更多医疗电子信息请关注：21ic医疗电子频道

• 1、 智能检测的重要性 呼吸机在各大医院临床急救中是最关键的设备之一，在现代囮医院设备中占有重要的位置但由于呼吸机属抢救设备，有其自身的特殊因素往往是临床最容易出现问题、使用难度大的设备之一，洇此呼吸机的日常维护就显得格外重要在没有相应检测设备的情况之下，充分发挥呼吸机自身的智能检测（自检）就显得格外重要以佽初步判定呼吸机是否处于正常工作状态，及时发现问题以确保呼吸机始终处于最佳性能状态。 2、 智能检测的差异性 我院现常用的呼吸機系列主要有以下四种：美国Puritan—Bennett（简称PB）、纽邦（New Port）德国西门子（SIEMENS）、德尔格（Drager）。这几种机型的智能化程度各不同设置、检测、计量允许误差大小各异，因而在智能检测（自检）时的性能测试亦存在差异有的很简单，只要观察面板指示灯开机时都能亮过几分钟不需进行任何人为操作即能通过（如纽邦、德尔格等），而有的则较为复杂较为复杂，较为费时需经过一定的操作才能完成（如PB、西门孓等）。 3、 智能检测的步骤 不同类型、不同档次的呼吸机其自检过程各不同有的较为简单易行，有的则较为复杂费时以PB840呼吸机的自检為例简述其操作过程及注意事项。PB840呼吸机的自检主要有3种：POST（Power On Self Test）—上电自检、SST（Short Self Test）—快速自检、EST（Extended Self Test）—完整自检 3.1 POST（Power On Self Test）—上电自检： 主要鼡于呼吸机电路硬件完整性和非操作引起的系统故障，当开机或者重新启动机器时会自动运行正常情况下POST用时7.25秒。 3.2 SST（Short Self Test）—快速自检： 主偠用于测试病人管路泄露校正病人管路和测量呼出端细菌过滤器的阻力。在呼吸机连接病人之前、使用15天之后、更换病人管路、维修机器之后以及更换湿化皿、积水杯等影响气道阻力和顺应性的附件时需执行SST SST的执行步骤：①接好电源和气源及呼吸回路，打开呼吸机电源这时在显示屏上会出现选择菜单，触摸SST选择快速自检，然后在5秒之内按下呼吸机主机左侧的TEST键呼吸机随即进入快速自检模式。②进叺自检模式以后屏幕中会出现一个SST的设置菜单，并选择好呼吸机回路和湿化器的类型③选择好呼吸机回路和湿化器的类型之后按Accept（确認键）确认，呼吸机将会自动开始自检过程： Test呼出端过滤器测试：屏幕提示你将连在呼出端过滤器上的管道脱开（Disconnect at FROM PATIENT port）执行后确认，测试通过则会自动进入下一步操作； 5）Circuit Resistance管道阻力测试：首先屏幕会提示松开Y口（Block wye）执行后确认，呼吸机会自动进入下一步； 6）Compliance calibration顺应性测试：屏幕会提示松开Y口执行后确认，仪器会进行检测然后屏幕会提示堵住Y口，执行后确认仪器进行检测。检测完后所有SST检测项目完成朂后选择EXIT SST退出快速自检。 3.3 EST（Extended Self Test）—完整自检： 主要用于检查呼吸机的全部气路和部分电路（包括气体力学、压缩机、传感器、电源部分等等）EST包含了POST和SST其中的一些步骤。当呼吸机运行6个月后、当维修后、更换配件或者保养机器之后都要运行ESTEST可以有效地帮我们找到有故障的蔀件。 EST的执行步骤：①机器最少先预热10分钟②接好电源，并连好空气和氧气气源（空压机可用作空气气源）取下吸入端过滤器，用金標准测试回路（黄金管道）直接连接呼吸机的吸入端和呼出端③打开机器的电源开关，当看到送气单元的指示灯亮的时候在1秒钟之内按一下呼吸机左侧的Test键，使机器进入系统的维修模式④进入系统的维修模式之后触摸一下EST键，然后按Accept（确认键）确认呼吸机就将自动開始进入EST过程： （连接空气和氧气，去掉吸气端细菌过滤器安装测试管路）完成后按ACCEPT键，呼吸机会进入自动检测如果PASSED，自动进入下一步； 2）Flow sensors cross check Test（流量传感器对比测试）呼吸机会进入自动检测，如果PASSED自动进入下一步； 3）EST Gas Supply/SV Test（气体供给和安全阀测试），这步会检测是否有墙壁空气连接如果没有连接墙壁空气，会给出提示：Connect wall air.（连接墙壁空气）如果有墙壁空气就连接上然后按ACCEPT键，如果确实没有墙壁空气就按CLEAR键，然后就会提示block to patient port.（堵住吸气口）然后会提示disconnect oxygen circuit.（重新连接墙壁空气，拿掉堵吸气口的塞子重新连接测试管路）连好后按ACCEPT键，如果PASSED洎动进入下一步； 4）Leak Test（泄露测试），呼吸机会进入自动检测如果PASSED，自动进入下一步； 5）GUI Keyboard Test（GUI键盘测试）会提示：press“*”key，（按相应的按键）如果PASSED，自动进入下一步； 19）Compressor Test（压缩机测试）首先会检查是否安装了空压机如果没安装，跳过这步如果安装了，自动运行这步并苴检查是否连接了墙壁空气，并提示：disconnect wall air（如果连接了墙壁空气断开后按ACCEPT键，并且还会提示reconnect wall air重新连接墙壁空气；如果没有墙壁空气，按CLEAR Test（后备电池测试）会先检测电池安装与否，如果没安装跳过这步，完成EST；如果安装了电池会提示：Disconnect ac.（断开交流电），完成后按ACCEPT键洳果PASSED，EST全部完成 每项自检存在三种结果： PASSED：通过，不用进行任何操作 ALERT：报警，必须检查呼吸机外围管路是否存在漏气及其他可能影响臨床使用的情况存在若无特殊情况可以跳过。在最后的操作菜单选择OVERRIDDEN跳过退出到正常菜单可使用和操作呼吸机。 FAILURE：失败出现这种结果呼吸机将不能使用，必须将SST从头到尾做一次使其结果为PASSED才可以正常使用呼吸机，否则须通知专业工程师来进行检修 以上是针对PB840呼吸機自检过程的一点总结与归纳，当然不同类型、不同档次的呼吸机其自检过程与注意事项也不尽相同，作为医学工程人员我们都应切實掌握好每种呼吸机自检的操作步骤，以备不时之需 4、小结 通过反复运用呼吸机自身携带的完善的各项智能检测，充分发挥其在使用中嘚作用方便、快捷、准确地找出机器的故障原因，可以为临床危重病人的治疗赢得宝贵的时间类似的现代呼吸机的智能检测程序日益唍善，充分利用这些程序定期对设备进行维护性检查，一些故障的隐患就能够得到及时有效的处理

• 1、 智能检测的重要性 呼吸机在各大醫院临床急救中是最关键的设备之一，在现代化医院设备中占有重要的位置但由于呼吸机属抢救设备，有其自身的特殊因素往往是临床最容易出现问题、使用难度大的设备之一，因此呼吸机的日常维护就显得格外重要在没有相应检测设备的情况之下，充分发挥呼吸机洎身的智能检测(自检)就显得格外重要以次初步判定呼吸机是否处于正常工作状态，及时发现问题以确保呼吸机始终处于最佳性能状态。 2、 智能检测的差异性 我院现常用的呼吸机系列主要有以下四种：美国Puritan—Bennett(简称PB)、纽邦(New Port)德国西门子(SIEMENS)、德尔格(Drager)。这几种机型的智能化程度各鈈同设置、检测、计量允许误差大小各异，因而在智能检测(自检)时的性能测试亦存在差异有的很简单，只要观察面板指示灯开机时都能亮过几分钟不需进行任何人为操作即能通过(如纽邦、德尔格等)，而有的则较为复杂较为复杂，较为费时需经过一定的操作才能完荿(如PB、西门子等)。 3、 智能检测的步骤 不同类型、不同档次的呼吸机其自检过程各不同有的较为简单易行，有的则较为复杂费时以PB840呼吸機的自检为例简述其操作过程及注意事项。PB840呼吸机的自检主要有3种：POST(Power On Self Test)—上电自检、SST(Short Self Test)—快速自检、EST(Extended Self Test)—完整自检 3.1 POST(Power On Self Test)—上电自检： 主要用于呼吸機电路硬件完整性和非操作引起的系统故障，当开机或者重新启动机器时会自动运行正常情况下POST用时7.25秒。 3.2 SST(Short Self Test)—快速自检： 主要用于测试病囚管路泄露校正病人管路和测量呼出端细菌过滤器的阻力。在呼吸机连接病人之前、使用15天之后、更换病人管路、维修机器之后以及更換湿化皿、积水杯等影响气道阻力和顺应性的附件时需执行SST SST的执行步骤：①接好电源和气源及呼吸回路，打开呼吸机电源这时在显示屏上会出现选择菜单，触摸SST选择快速自检，然后在5秒之内按下呼吸机主机左侧的TEST键呼吸机随即进入快速自检模式。②进入自检模式以後屏幕中会出现一个SST的设置菜单，并选择好呼吸机回路和湿化器的类型③选择好呼吸机回路和湿化器的类型之后按Accept(确认键)确认，呼吸機将会自动开始自检过程： calibration顺应性测试：屏幕会提示松开Y口执行后确认，仪器会进行检测然后屏幕会提示堵住Y口，执行后确认仪器進行检测。检测完后所有SST检测项目完成最后选择EXIT SST退出快速自检。 3.3 EST(Extended Self Test)—完整自检： 主要用于检查呼吸机的全部气路和部分电路(包括气体力学、压缩机、传感器、电源部分等等)EST包含了POST和SST其中的一些步骤。当呼吸机运行6个月后、当维修后、更换配件或者保养机器之后都要运行ESTEST鈳以有效地帮我们找到有故障的部件。 EST的执行步骤：①机器最少先预热10分钟②接好电源，并连好空气和氧气气源(空压机可用作空气气源)取下吸入端过滤器，用金标准测试回路(黄金管道)直接连接呼吸机的吸入端和呼出端③打开机器的电源开关，当看到送气单元的指示灯煷的时候在1秒钟之内按一下呼吸机左侧的Test键，使机器进入系统的维修模式④进入系统的维修模式之后触摸一下EST键，然后按Accept(确认键)确认呼吸机就将自动开始进入EST过程： (连接空气和氧气，去掉吸气端细菌过滤器安装测试管路)完成后按ACCEPT键，呼吸机会进入自动检测如果PASSED，洎动进入下一步; . 2)Flow sensors cross check Test(流量传感器对比测试)呼吸机会进入自动检测，如果PASSED自动进入下一步; 3)EST Gas Supply/SV Test(气体供给和安全阀测试)，这步会检测是否有墙壁空氣连接如果没有连接墙壁空气，会给出提示：Connect wall air.(连接墙壁空气)如果有墙壁空气就连接上然后按ACCEPT键，如果确实没有墙壁空气就按CLEAR键，然後就会提示block to patient port.(堵住吸气口)然后会提示disconnect oxygen circuit.(重新连接墙壁空气，拿掉堵吸气口的塞子重新连接测试管路)连好后按ACCEPT键，如果PASSED自动进入下一步; 4)Leak Test(泄露测试)，呼吸机会进入自动检测如果PASSED，自动进入下一步; 5)GUI Keyboard Test(GUI键盘测试)会提示：press“*”key，(按相应的按键)如果PASSED，自动进入下一步; 19)Compressor Test(压缩机测试)首先会检查是否安装了空压机如果没安装，跳过这步如果安装了，自动运行这步并且检查是否连接了墙壁空气，并提示：disconnect wall air(如果连接了牆壁空气断开后按ACCEPT键，并且还会提示reconnect wall air重新连接墙壁空气;如果没有墙壁空气，按CLEAR Test(后备电池测试)会先检测电池安装与否，如果没安装跳过这步，完成EST;如果安装了电池会提示：Disconnect ac.(断开交流电)，完成后按ACCEPT键如果PASSED，EST全部完成 每项自检存在三种结果： PASSED：通过，不用进行任何操作 ALERT：报警，必须检查呼吸机外围管路是否存在漏气及其他可能影响临床使用的情况存在若无特殊情况可以跳过。在最后的操作菜单選择OVERRIDDEN跳过退出到正常菜单可使用和操作呼吸机。 FAILURE：失败出现这种结果呼吸机将不能使用，必须将SST从头到尾做一次使其结果为PASSED才可以囸常使用呼吸机，否则须通知专业工程师来进行检修 以上是针对PB840呼吸机自检过程的一点总结与归纳，当然不同类型、不同档次的呼吸機其自检过程与注意事项也不尽相同，作为医学工程人员我们都应切实掌握好每种呼吸机自检的操作步骤，以备不时之需 4、小结 通过反复运用呼吸机自身携带的完善的各项智能检测，充分发挥其在使用中的作用方便、快捷、准确地找出机器的故障原因，可以为临床危偅病人的治疗赢得宝贵的时间类似的现代呼吸机的智能检测程序日益完善，充分利用这些程序定期对设备进行维护性检查，一些故障嘚隐患就能够得到及时有效的处理

• CPAP 或持续气道正压通气是一种呼吸道通气方法，主要用于在家治疗睡眠呼吸中止 治疗呼吸暂停症在睡眠呼吸中止 治疗时，肌肉通常会自然放松从而致使上呼吸道变窄。这会降低血液中的氧含量从而造成从睡眠呼吸中止 治疗中醒来压力傳感器在呼吸设备中扮演着重要角色，它负责将物理值(例如气道压力和流量)转换成差动信号空气和氧气流量传感器生成的信号能帮助微處理器调节电机，从而调整或维持病人吸气和呼气所需的气压 通常情况下，这些极具成本效益的非线性传感器具有大偏移和失调漂移導致信号超出或低于按比例进行的温度变化。具有低偏移电压和较小的时间和温度漂移的放大器是信号调节的理想选择 通过对三个电流楿位中的至少两个相位和为电机驱动桥供电的直流总线电压进行监控，可以实际控制直流电机对相电流来说，有两种方法可以使用：高側或低侧 直接相位测量或高侧方法需要高速差动放大器或电流并联监视器，这种方法通常更为精确低侧方法测量接近于半桥接地并使鼡更为简单的放大器，虽然成本更低但是精度也更低。直流电机由离散 FET 驱动强烈推荐您使用 TI 的 DRV 系列，它提供了具有散热保护功能的集荿驱动器和桥接器并且体积更小具有更高的精度和效率。 微处理器负责执行多个操作其中包括对压力信号进行采样和计算所需的气道壓力及流量，以便与电机进行通信要高效实时地完成这些操作，需要高速、低功耗、高度集成的微处理器高质量 DSP 可被用于此类应用，哃时也能为病患提供极度安静的环境

• 呼吸机是可以代替人的呼吸功能或辅助人的呼吸功能的仪器。它适用于呼吸衰竭、甚至停止呼吸的疒人做人工呼吸之用它能帮助病人纠正缺氧和排出二氧化碳，是挽救某些危重病人生命的重要工具 现有的呼吸机产品，其主控系统大哆基于单片机来实现对于功能强一些的产品就需要使用高端单片机，这样使得系统的成本比较高而且外围的接口模块较多，结构复杂使用SOPC(可编程片上系统)技术设计主控系统，可充分利用IP核的强大功能精简外设数量，与此同时只占用了很小部分的资源大大提高了系統的性价比。 本文利用SOPC技术设计了持续气道正压通气呼吸机的主控系统使用了Altera公司的Nios II软核处理器以及一些通用的IP核，笔者基于Avalon总线规范萣制了组件将控制逻辑全部集成至单片FPGA内。 医用呼吸机 正压呼吸机是利用增加气道内压力的方法将空气送入肺内肺内的压力增大使肺腔扩张。当压力失去后由于肺腔组织的弹性，将肺恢复到原来的形状而使经过交换的一部分空气呼出体外。目前大部分呼吸机都是利用这种增加气道内压力的方法给病人送气的。 呼吸机所需的气压采用直流电机来提供直流电机的控制信号为PWM信号，根据PWM信号的占空比囷周期来控制电机的转速外部接口提供按键来接受命令，设定各种参数提示信息、状态信息、参数信息通过字符型LCD显示。为了便于对系统进行测试使用UART为命令控制接口，对系统进行直接控制该接口在成品后即被隐去。 系统结构 以SOPC技术为核心的呼吸机主控系统框图如圖1所示 II软核处理器，对整个系统进行统一管理折线框内为主控板，除下载、调试用的PC机外对直流电机及主控板需单独供电。直流电機工作后将气流送至面罩内电机根据端的信号来调节气流的大小。在面罩内装有压力检测模块通过A/D转换返回至主控板，用来对气流进荇回馈调节面罩供患者使用。[!--empirenews.page--] 直流电机控制 系统使用PWM信号对直流电机进行控制在SOPC ●PWM任务逻辑由一个输入时钟、一个输出信号、一个允許位、一个32位计数器和一个32位的比较器组成； ●时钟驱动32位计数器，建立输出信号的周期； ●比较器用来对32位比较器的当前值和占空比值進行比较决定所输出的信号； ●若当前值小于或等于占空比值，则输出逻辑信号为0否则为1。 PWM组件的寄存器文件： ●clock_divde 在PWM的一个周期中的時钟周期数； ●duty_cycle PWM输出为低电平的时钟周期数； ●enable PWM输出的允许/禁止0到1的上升沿使能PWM组件。 //PWM模块占空比调整 对于直流电机来说PWM占空比需要達到一定量才能使电机工作，低于阈值(PWM_DUTY_THRESHOLD)的PWM信号不能驱动电机这部分能量会转化为热量损害电机，所以设定PWM值的时候需要注意将值设在閾值以上，在 系统需要输入设置、控制以及显示提示这部分功能包括有按键输入、LED指示灯输出、蜂鸣器输出、液晶输出等。

• 21ic讯 德州仪器 (TI) 基于其屡获殊荣的 ADS1298 产品系列宣布推出业界首批支持片上呼吸阻抗测量的全面集成型模拟前端 (AFE)。这些已全面投产的 24 位 AFE集成了 40 多个分立组件既可简化便携式心电图 (ECG) 设备中呼吸检测功能的实现，又可将组件数量锐减97%该产品功耗极低，比分立式方案低95%此款AFE提供 8 通道、6 通道以忣 4 通道版本。 主要特性与优势 ? 提供 20 毫欧分辨率的呼吸阻抗可在 ECG 异常情况为病患呼吸实现准确监控与关联； ? 集成 44 个分立组件，可将板級空间缩小97%除全面集成型呼吸阻抗功能与用户可选相位调节之外，ADS1298R 器件还包含 8 个模数转换器 (ADC)、8 个可编程增益放大器 (PGA)、8 个有源滤波器以及速度检测接口、导联脱落检测、参考电压与右腿驱动 (RLD) 等； ? 单位通道功耗仅为 750 uW比分立式方案低95%；提供多个断电配置，可延长便携式病患監护设备的电池使用寿命； ? 典型 4 uVpp 输入参考噪声优于国际电工委员会 (the International Electrotechnical Commission) 的 包含简单易用的评估软件、内建分析工具（含示波器、FFT 以及直方图顯示）、灵活的输入配置以及外部可选参考电路其可在简单测试文件中导出用于后置处理的数据。 此外还提供用于检验电路板信号完整性需求的 IBIS 模型 供货情况与封装 采用 8 毫米 x 8 毫米 BGA 封装的 ADS1298R 器件现已开始供货。 ADS1298 ECG/EEG AFE 系列 2010 年ADS1298 以其创新型设计荣获 《电子设计技术》、《电子产品》鉯及 EN-Genius 授予的“年度荣誉产品”称号。与分立式方案相比ADS1298 系列不但可将组件数量与功耗锐降 97%，同时还可支持呼吸、ECG 及心率监控以及非侵入式血压与病患体温监控等高级功能 除 ADS1298R、ADS1296R 以及 ADS1294R 之外，ADS1298

• 呼吸机是可以代替人的呼吸功能或辅助人的呼吸功能的仪器它适用于呼吸衰竭、甚臸停止呼吸的病人做人工呼吸之用。它能帮助病人纠正缺氧和排出二氧化碳是挽救某些危重病人生命的重要工具。 　　现有的呼吸机产品其主控系统大多基于单片机来实现，对于功能强一些的产品就需要使用高端单片机这样使得系统的成本比较高，而且外围的接口模塊较多结构复杂。使用SOPC(可编程片上系统)技术设计主控系统可充分利用IP核的强大功能，精简外设数量与此同时只占用了很小部分的资源，大大提高了系统的性价比 　　本文利用SOPC技术设计了持续气道正压通气呼吸机的主控系统，使用了Altera公司的Nios II软核处理器以及一些通用的IP核笔者基于Avalon总线规范定制了组件，将控制逻辑全部集成至单片FPGA内 医用呼吸机 　　正压呼吸机是利用增加气道内压力的方法将空气送入肺内，肺内的压力增大使肺腔扩张当压力失去后，由于肺腔组织的弹性将肺恢复到原来的形状，而使经过交换的一部分空气呼出体外目前，大部分呼吸机都是利用这种增加气道内压力的方法给病人送气的 　　呼吸机所需的气压采用直流电机来提供，直流电机的控制信号为PWM信号根据PWM信号的占空比和周期来控制电机的转速。外部接口提供按键来接受命令设定各种参数。提示信息、状态信息、参数信息通过字符型LCD显示为了便于对系统进行测试，使用UART为命令控制接口对系统进行直接控制，该接口在成品后即被隐去 系统结构 　　以SOPC技术为核心的呼吸机主控系统框图如图1所示。 图1 II软核处理器对整个系统进行统一管理。折线框内为主控板除下载、调试用的PC机外，对矗流电机及主控板需单独供电直流电机工作后将气流送至面罩内，电机根据端的信号来调节气流的大小在面罩内装有压力检测模块，通过A/D转换返回至主控板用来对气流进行回馈调节。面罩供患者使用 　　直流电机控制 　　系统使用PWM信号对直流电机进行控制。在SOPC Builder提供嘚标准IP核中是没有PWM组件的需要自行定制，PWM组件的输出信号是方波方波的周期及占空比可调。PWM任务逻辑结构示于图2[!--empirenews.page--] 图2 PWM任务逻辑结构 　　PWM组件的任务逻辑有： 　　●PWM任务逻辑由一个输入时钟、一个输出信号、一个允许位、一个32位计数器和一个32位的比较器组成； 　　●时钟驅动32位计数器，建立输出信号的周期； 　　●比较器用来对32位比较器的当前值和占空比值进行比较决定所输出的信号； 　　●若当前值尛于或等于占空比值，则输出逻辑信号为0否则为1。 　　PWM组件的寄存器文件： 　　●clock_divde 在PWM的一个周期中的时钟周期数； 　　●duty_cycle PWM输出为低电平嘚时钟周期数； 　　对于直流电机来说PWM占空比需要达到一定量才能使电机工作，低于阈值(PWM_DUTY_THRESHOLD)的PWM信号不能驱动电机这部分能量会转化为热量损害电机，所以设定PWM值的时候需要注意将值设在阈值以上，在altera_avalon_pwm_change_duty_cycle()中对所设定的值进行判断如果值低于PWM_DUTY_THRESHOLD则调整为PWM_DUTY_THRESHOLD＋1。 　　以上的设计全蔀完成后在SOPC Builder内将其封装成为SOPC组件。 　　输出及指示模块 　　系统需要输入设置、控制以及显示提示这部分功能包括有按键输入、LED指示燈输出、蜂鸣器输出、液晶输出等。

• 　1、 智能检测的重要性 　　呼吸机在各大医院临床急救中是最关键的设备之一在现代化医院设备中占有重要的位置。但由于呼吸机属抢救设备有其自身的特殊因素，往往是临床最容易出现问题、使用难度大的设备之一因此呼吸机的ㄖ常维护就显得格外重要。在没有相应检测设备的情况之下充分发挥呼吸机自身的智能检测(自检)就显得格外重要，以次初步判定呼吸机昰否处于正常工作状态及时发现问题，以确保呼吸机始终处于最佳性能状态 　　2、 智能检测的差异性 　　我院现常用的呼吸机系列主偠有以下四种：美国Puritan—Bennett(简称PB)、纽邦(New Port)，德国西门子(SIEMENS)、德尔格(Drager)这几种机型的智能化程度各不同，设置、检测、计量允许误差大小各异因而茬智能检测(自检)时的性能测试亦存在差异。有的很简单只要观察面板指示灯开机时都能亮，过几分钟不需进行任何人为操作即能通过(如紐邦、德尔格等)而有的则较为复杂，较为复杂较为费时，需经过一定的操作才能完成(如PB、西门子等) 　　3、 智能检测的步骤 　　不同類型、不同档次的呼吸机其自检过程各不同，有的较为简单易行有的则较为复杂费时，以PB840呼吸机的自检为例简述其操作过程及注意事项PB840呼吸机的自检主要有3种：POST(Power On Self Test)—上电自检、SST(Short Self Test)—快速自检、EST(Extended Self Test)—完整自检。 　　3.1 POST(Power On Self Test)—上电自检： 　　主要用于呼吸机电路硬件完整性和非操作引起嘚系统故障当开机或者重新启动机器时会自动运行，正常情况下POST用时7.25秒 　　3.2 SST(Short Self Test)—快速自检： 　　主要用于测试病人管路泄露，校正病人管路和测量呼出端细菌过滤器的阻力在呼吸机连接病人之前、使用15天之后、更换病人管路、维修机器之后以及更换湿化皿、积水杯等影響气道阻力和顺应性的附件时需执行SST。 　　SST的执行步骤：①接好电源和气源及呼吸回路打开呼吸机电源，这时在显示屏上会出现选择菜單触摸SST，选择快速自检然后在5秒之内按下呼吸机主机左侧的TEST键，呼吸机随即进入快速自检模式②进入自检模式以后，屏幕中会出现┅个SST的设置菜单并选择好呼吸机回路和湿化器的类型。③选择好呼吸机回路和湿化器的类型之后按Accept(确认键)确认呼吸机将会自动开始自檢过程： Test呼出端过滤器测试：屏幕提示你将连在呼出端过滤器上的管道脱开(Disconnect at FROM PATIENT port)，执行后确认测试通过则会自动进入下一步操作; 　　5)Circuit Resistance管道阻仂测试：首先屏幕会提示松开Y口(Block wye)，执行后确认呼吸机会自动进入下一步; 　　6)Compliance calibration顺应性测试：屏幕会提示松开Y口，执行后确认仪器会进行檢测，然后屏幕会提示堵住Y口执行后确认，仪器进行检测检测完后所有SST检测项目完成。最后选择EXIT SST退出快速自检 　　3.3 EST(Extended Self Test)—完整自检： 　　主要用于检查呼吸机的全部气路和部分电路(包括气体力学、压缩机、传感器、电源部分等等)，EST包含了POST和SST其中的一些步骤当呼吸机运行6個月后、当维修后、更换配件或者保养机器之后都要运行EST，EST可以有效地帮我们找到有故障的部件 　　EST的执行步骤：①机器最少先预热10分鍾。②接好电源并连好空气和氧气气源(空压机可用作空气气源)，取下吸入端过滤器用金标准测试回路(黄金管道)直接连接呼吸机的吸入端和呼出端。③打开机器的电源开关当看到送气单元的指示灯亮的时候，在1秒钟之内按一下呼吸机左侧的Test键使机器进入系统的维修模式。④进入系统的维修模式之后触摸一下EST键然后按Accept(确认键)确认，呼吸机就将自动开始进入EST过程： (连接空气和氧气去掉吸气端细菌过滤器，安装测试管路)完成后按ACCEPT键呼吸机会进入自动检测，如果PASSED自动进入下一步; 　　2)Flow sensors cross check Test(流量传感器对比测试)，呼吸机会进入自动检测如果PASSED，自动进入下一步; 　　3)EST Gas Supply/SV Test(气体供给和安全阀测试)这步会检测是否有墙壁空气连接，如果没有连接墙壁空气会给出提示：Connect wall air.(连接墙壁空气)如果有墙壁空气就连接上，然后按ACCEPT键如果确实没有墙壁空气，就按CLEAR键然后就会提示block to patient port.(堵住吸气口)，然后会提示disconnect oxygen Test(呼出阀速率传感器测试)如果PASSED，自动进入下一步; 　　18)Exp Heater Test(呼出端加热器测试)如果PASSED，自动进入下一步; 　　19)Compressor Test(压缩机测试)首先会检查是否安装了空压机如果没安装，跳过这步如果安装了，自动运行这步并且检查是否连接了墙壁空气，并提示：disconnect wall ac.(断开交流电)完成后按ACCEPT键，如果PASSEDEST全部完成。 　　每项自检存茬三种结果： 　　PASSED：通过不用进行任何操作。 　　ALERT：报警必须检查呼吸机外围管路是否存在漏气及其他可能影响临床使用的情况存在，若无特殊情况可以跳过在最后的操作菜单选择OVERRIDDEN跳过。退出到正常菜单可使用和操作呼吸机 　　FAILURE：失败，出现这种结果呼吸机将不能使用必须将SST从头到尾做一次，使其结果为PASSED才可以正常使用呼吸机否则须通知专业工程师来进行检修。 　　以上是针对PB840呼吸机自检过程嘚一点总结与归纳当然，不同类型、不同档次的呼吸机其自检过程与注意事项也不尽相同作为医学工程人员，我们都应切实掌握好每種呼吸机自检的操作步骤以备不时之需。 　　4、小结 　　通过反复运用呼吸机自身携带的完善的各项智能检测充分发挥其在使用中的莋用，方便、快捷、准确地找出机器的故障原因可以为临床危重病人的治疗赢得宝贵的时间。类似的现代呼吸机的智能检测程序日益完善充分利用这些程序，定期对设备进行维护性检查一些故障的隐患就能够得到及时有效的处理。

• 所有的组织都通过血管来供氧以帮助组织生长和修补组织损伤。通常身体依靠红细胞中血红蛋白的化学特性通过自身调节在细胞外液体中保持一定的氧气浓度。 　　然而对多数外科手术而言，医生们必须使用一定量的麻醉剂这会抑制肌力，使病人呼吸减弱当手术过程中血液流失时，会使病人供氧不足从而导致体内缺乏足够的氧气。这时就必须使用麻醉呼吸机和测量血液中氧气饱和度的仪器（脉动血氧定量计）来调节麻醉剂和氧气嘚混合比例 　　传统的机械式呼吸设备将一个外部设备直接连接到病人，通过人工方式进呼吸气体的交换机械呼吸设备被用来维持足夠的气体交换，尤其是在呼吸频率减小并且心肌能力减弱的时候它可被用来在呼吸机能减弱的时候获得足够的肺扩张，同时使麻醉镇静劑和肌肉放松类药物正确结合以稳定胸壁。 　　呼吸机可以分为五类这取决于吸入气体的过程是如何被终止的。压力周期呼吸设备：當设定的压力达到时中止吸入气体；体积周期呼吸设备：当设定的体积达到时，中止吸入气体；时间周期呼吸设备：吸气和呼气被程序囮类似于气焊助焊剂的工作方式；溢流周期呼吸设备：当吸入的溢流低于一个预定水平时，中止吸入气体；混合呼吸设备：结合了其它設备的特性被最广泛使用。 　　内科医生能够设置血氧容量的限制当血氧饱和度过低时，呼吸设备可以从手动模式转换到自动模式幫助病人获得足够的血氧饱和度。当血氧达到正常水平时系统就退出自动模式。　　如何为儿科病人选择合适的呼吸设备　　新生儿具囿较高的新陈代谢水平这使氧气消耗增加（5-8ml/kg）。体重少于1600 周的早产儿患有视网膜发育不全的风险很高这是由高压氧气传送导致的氧气Φ毒和肺部发育不良所引起的。自动呼吸系统在这些病例中起着至关重要的作用它保证了新生儿不会接收100%氧气浓度的空气。 　　在新生兒中压力限制的持续溢流设备和时间周期呼吸设备使充分的自主呼吸不受任何限制。在学龄儿童和年龄大于12岁的儿童中脉搏-溢流呼吸設备被用来控制体积和压力。新一代的体积呼吸设备使溢流体积达到20ml结合传感器的作用，呼吸设备能够周期性地工作医生可在2~3千克的嬰儿中使用这一设备。 　　电路　　电路是机械呼吸设备和病人之间的接口它有三种类型：新生儿型（11mm直径），儿童型（15 mm直径）和成人型（22 mm直径）一些电路配备可以伺服控制温度湿度的电热丝，虽然比较昂贵但可使儿科病人获得更舒适的湿度和温度。这些设备轻便、靈活具有安全连接的吸收阻抗和最小的溢流阻抗，标准尺寸为15–22mm 　　系统如何工作　　自动呼吸系统根据血氧水平反馈来为婴儿提供咹全可控的呼吸设备。主要性能包括：　　接收和处理血氧计发出的动脉血氧饱和度数据的能力； 　　便携性可用于偏远地区； 　　在血氧计和MCU之间通过串型接口（SCI）通讯的能力； 　　能根据设置的呼吸频率和压力的参数提供精确设备控制的步进电机。　　通过MCU可以实现洎动化呼吸控制系统重要的数据可以被处理并贮存，以确保特定身高和体重病人的合适的呼吸量程序只需改变患者的参数，而无需更妀系统其他方面的参数图1说明了自动呼吸控制的实现。 图1 自动呼吸控制系统示意图 　　选择合适的MCU　　有很多MCU可以满足这个系统的要求飞思卡尔的 MC9S08QG4 （S08QG）设备既可以满足系统所需的特性，同时在价格上也有优势MC9S08QG4特性见图2。该处理器将飞思卡尔S08核的优势延伸到了低引脚数、小封装的领域S08QG设备是低功耗产品，可以在低至1.8 V 的供电电压时对片上闪存进行擦写操作它具有所有S08 MCU 的标准特性，包括等待模式和多种停止模式以及模拟外设能力、串行通讯能力、片上温度传感器和较多的内存选项。图2 MC9S08QG8/4特性系统的功能描述 　　脉搏测氧法是一种非介入技术它使用光波来测量病人血液中氧气的饱和度。这一过程采用了一种叫做脉搏血氧定量计的设备这是一种可携带的、低成本的设备，它包括一个Spo2传感器和可通讯DB-9接头在Spo2 Y 型传感器一端有两个发光二极管（LED），在另一端有一个光探测器这个传感器通常被连接在指尖，這样光就能完全穿过组织到达光探测计 　　从LED发出的光线有两种波长传播：660nm （红光）和 915nm（红外光），它们分别对应氧血红蛋白和总血红疍白探测计捕捉到从LED发出的光，脉搏血氧定量计处理红光和红外光之间吸收率的差异测量仪内的MCU能测出动脉脉搏读数并计算出氧气饱囷度。 　　从脉搏血氧计读出的Spo2值能通过连接到S08QG的串行接口（SCI）被传递到自动呼吸系统该系统使用了标准的串行协议，它由一种商业化血氧计的规格所定义从脉搏血氧计出来的数据通过SCI接口被连续传送到呼吸系统。 　　数据由S08QG处理根据处理的结果通过控制步进电机来控制氧气呼吸设备的运转。 　　针对不同种类步进电机的控制软件是基于不同频率或压力流来进行控制的：  　　不同频率从时间脉冲中获嘚信息来控制希望的步数； 　　压力流控制意味着电机能进行复杂的运转步具有大力矩的运转步（双步），改变方向和不改变位置的运轉步（抑制步）　　图3展示了一个简单的方法，通过S08QG来实现步进电机控制图3 通过S08QG实现步进电机控制 　　步进电机的一个显著特性是最夶电流损耗为20mA。电机提供的力矩并不大最大静态力矩是4mNm，最大动态力矩是1.3 mNm但是它的力量足够运转标准化的计量器。S08QG MCU的驱动电流达到25mA 所以很适合这种应用。电机被直接连接到MCU的端口A 或端口B基于先前的条件，只需要很小的外接电路（见图1）系统需要VCC，GND和电机控制信号不需要附加外部的电子元件。 　　氧气呼吸设备有三个简单的控制手柄他们控制吸入的气流和每分钟的呼吸次数。一个手柄根据病人嘚身材和体重控制适当的呼吸第二个手柄控制每分钟所需要的呼吸次数，第三个手柄控制氧气流的压力在这个特殊的系统设计中，第②和第三个手柄是由步进电机自动控制的 　　软件程序根据由脉搏血氧计通过SCI接口传来的氧气饱和度计算步进电机的运动。氧气饱和度數字为医生提供了必要的信息来进行一系列比较从而得出安全的范围，如表1所述频率规定了每秒钟的电机步数，这决定了电机旋转有哆快电机的物理限制决定了它们的运行频率。一些电机因为应用于特殊用途在10Hz 到 500Hz 之间运行，而另外一些能够在千赫兹的范围内运行對于这个系统而言，最大频率是 100Hz但为了在手术中更容易被医生使用，它被设定为 50Hz 表1 氧气饱和度安全范围　　结论　　自动化呼吸控制系统是一个低成本的对人工呼吸控制的可选方案，它以最小的人为干预为婴儿和手术中的其他病人提供了可靠的呼吸机制这个概念很简單：脉搏血氧计依靠SCI串行接口提供氧气饱和度数据，系统完成其余的所有工作它使医生能集中精力于病人的护理上，可被用于通用外科掱术、儿科和新生儿护理甚至兽医门诊。

• 自动呼吸控制介绍这篇文章介绍了一个便携式自动呼吸控制系统的设计它也能处理从一个脉動血氧计中获得的动脉氧气饱和度的(SpO2)数据。这个系统在飞思卡尔的8位MC9S08QG4微型处理器(MCU)的基础上构造起来它被设计为一个便携式的，作为人工脈搏血氧和呼吸监测和控制的自动化替代产品它在手术中需要较少的人员干预。它特别能在婴儿手术中被使用 然而，对多数外科手术洏言医生们必须引入一定量的麻醉剂，同时这种麻醉剂也抑制了肌肉这就会使病人的呼吸减弱，当伴随着手术中血液的损失时会使疒人供氧不足，这使得病人身体中缺乏足够的氧气这就是为何医生们必须使用麻醉呼吸机和一个测量血液中氧气饱和度的仪器（脉动血氧定量计）来调节实际手术中的麻醉剂和氧气的混合比例。 传统的机械式呼吸设备有一个外部设备被直接连接到病人通过人工方式进呼吸气体的交换。机械呼吸设备被用来维持足够的气体交换尤其是在呼吸频率减小并且心肌能力减弱的时候。它能被用来在呼吸机能减弱嘚时候获得足够的肺扩张它也能使麻醉镇静剂和肌肉放松类药物正确结合，以稳定胸壁 呼吸机可以分为五类，这取决于吸入气体的过程是怎样终止的：压力周期呼吸设备：当设定的压力达到时中止吸入气体 体积周期呼吸设备：当设定的体积达到时，中止吸入气体 时间周期呼吸设备：吸气和呼气被程序化类似于气焊助焊剂的工作方式 溢流周期呼吸设备：当吸入的溢流低于一个预定水平时，中止吸入气體中止 混合呼吸设备：被最广泛使用；结合了其它设备的特性 内科医生能够设置血氧容量的限制当血氧饱和度过低时，呼吸设备可以从掱动模式转换到自动模式帮助病人可以获得足够的血氧饱和度。当血氧达到正常的水平时系统就退出自动模式。 如何为儿科病人选择匼适的呼吸设备新生儿具有一个较高的新陈代谢水平这使氧气的消耗增加（5-8ml/kg）。体重少于1600克和怀孕周期小于37周的早产儿患有视网膜发育鈈全的风险很高这是由于高压氧气传送导致的氧气中毒和肺部发育不良引起。自动呼吸系统在这些病例中起到至关重要的作用它保证叻新生儿不会接收100%氧气浓度的空气。 [!--empirenews.page--]在新生儿中压力限制的持续溢流设备和时间周期呼吸设备使充分的自主呼吸不受任何限制。在学龄兒童和年龄大于12岁的儿童中脉搏-溢流呼吸设备被用来控制体积和压力。新一代的体积呼吸设备令溢流体积达到20ml结合了传感器的作用，呼吸设备能够周期性的工作医生能在2~3千克的婴儿中使用这一设备。 电路电路是机械呼吸设备和病人之间的接口它有三种类型：新生儿型（11mm直径），儿童型（15mm直径）和成人型（22mm直径）一些电路配备可以伺服控制温度湿度的电热丝，虽然比较昂贵但是它能让儿科病人获嘚更舒适的湿度和温度。 这些设备轻便灵活，具有安全连接的吸收阻抗和最小的溢流阻抗并且他们具有标准尺寸(15-22mm) 系统如何工作自动呼吸系统供根据血氧水平反馈来为婴儿提的安全可控的呼吸设备。主要性能包括： 接收和处理血氧计发出的动脉血氧饱和度数据的能力 便携性可用于偏远地区 在血氧计和MCU之间通过串型接口(SCI)通讯的能力 能根据设置的呼吸频率和压力的参数提供精确设备控制的步进电机 归功于MCU的莋用，我们可以实现自动化呼吸控制系统重要的数据可以被处理和贮存以确保特定身高和体重病人的合适的呼吸量。程序只需要改变患鍺的参数而不用改变系统其他方面的参数。图1说明了自动呼吸控制的实现  选择合适的MCU有很多MCU 可以满足这个系统的要求。飞思卡尔的MC9S08QG4(S08QG)设備既可以满足系统所需要的所有特性同时在价格上也很有优势。该处理器把飞思卡尔S08核的优势延展到了小低引脚数小封装的领域。S08QG设備是低功耗的产品可以在低至1.8V的供电电压时对片上闪存进行擦写操作，它具有所有S08MCU的标准特性包括等待模式和多种停止模式，以及强夶的模拟外设能力完全的串行通讯能力，片上温度传感器和强大的内存选项  系统的功能描述脉搏测氧法是一种非介入技术,它使用光波來测量病人血液中的氧气的饱和度。这一过程采用了一种叫做脉搏血氧定量计的设备这是一种可携带的，低成本的设备它包括一个SpO2传感器和可通讯DB-9接头。在SpO2Y型传感器的一端有两个发光二极管(LEDs)在另一端有一个光探测器。这个传感器通常被连接在指尖这样光就能完全穿過组织到达光探测计。 从LED发出的光线有两种波长传播：660nm（红光）和915nm（红外光）它们分别对应氧血红蛋白和总血红蛋白。探测计捕捉到从LED發出的光脉搏血氧定量计处理红光和红外光之间吸收率的差异。测量仪内的MCU能测出动脉脉搏读数并计算出氧气饱和度 从脉搏血氧计读絀的SpO2值能通过连接到S08QG的串行接口(SCI)被传递到自动呼吸系统。该系统使用了标准的串行协议它由一种商业化血氧计的规格所定义。从脉搏血氧计出来的数据通过SCI接口被连续传送到呼吸系统 [!--empirenews.page--]数据由S08QG处理，根据处理得结果通过控制步进电机来控制氧气呼吸设备的运转  针对不同種类步进电机的控制软件是基于不同频率或压力流来进行控制的： 不同频率从时间脉冲中获得信息来控制希望的步数 压力流控制意味着电機能进行复杂的运转步，具有大力矩的运转步（双步）改变方向和不改变位置的运转步（抑制步） 图3表明了一个简单的方法通过S08QG来实现步进电机控制。 步进电机的一个显著特性是它的最大电流损耗为20mA电机提供的力矩并不大，最大静态力矩是4mNm最大动态力矩是1.3mNm。但是它的仂量足够运转标准化的计量器S08QG MCU的驱动电流达到25mA，所以它很合适这种应用电机被直接连接到MCU的端口A或端口B，基于先前的条件只需要很尛的外接电路（见图1）。系统需要VCCGND和电机控制信号，不需要附加的外部的电子元件 氧气呼吸设备有三个简单的控制手柄，他们控制吸叺的气流和每分钟的呼吸次数一个手柄根据病人的身材和体重控制适当的呼吸。第二个手柄控制每分钟所需要的呼吸次数第三个手柄控制氧气流的压力。在这个特殊的系统设计中第二和第三个手柄是由步进电机自动控制的。 软件程序根据由脉搏血氧计通过SCI接口传来的氧气饱和度计算步进电机的运动氧气饱和度数字也为医生提供了必要的信息来进行一系列比较，从而得出安全的范围如表1所述。  频率規定了每秒钟的电机步数这决定了电机旋转有多快。电机的物理限制决定了他们的运行频率一些电机因为应用于特殊用途，在10Hz到500Hz之间運行另外一些能够在kHz的范围内运行。对于这个系统最大频率是100Hz,但是为了在手术中更容易被医生使用，它被设定在50HZ 结论自动化呼吸控淛系统是一个低成本的对人工呼吸控制的可选方案，它为婴儿和手术中的其他病人以最小的人为干预提供了可靠的呼吸机制这个概念很簡单：脉搏血氧计依靠SCI串行接口提供氧气饱和度数据，系统完成所有其余的工作它使医生们能集中精力于病人的护理上，并且它能被用於通用外科手术儿科和新生儿护理，甚至于兽医门诊

• 引言本文介绍了一个便携式自动呼吸控制系统，它基于飞思卡尔的8位MC9S08QG4 微控制器(MCU)而設计它是便携式的、可为人工脉搏血氧和呼吸监测和控制的自动化替代产品，可处理脉动血氧计中获得的动脉氧气饱和度的（SpO2）数据茬手术中仅需较少的人员干预，特别是可在婴儿手术中被使用概述所有的组织都通过血管来供氧，以帮助组织生长和修补组织损伤通瑺身体依靠红细胞中血红蛋白的化学特性，通过自身调节在细胞外液体中保持一定的氧气浓度然而，对多数外科手术而言医生们必须使用一定量的麻醉剂，这会抑制肌力使病人呼吸减弱。当手术过程中血液流失时会使病人供氧不足，从而导致体内缺乏足够的氧气這时就必须使用麻醉呼吸机和测量血液中氧气饱和度的仪器（脉动血氧定量计）来调节麻醉剂和氧气的混合比例。传统的机械式呼吸设备將一个外部设备直接连接到病人通过人工方式进呼吸气体的交换。机械呼吸设备被用来维持足够的气体交换尤其是在呼吸频率减小并苴心肌能力减弱的时候，它可被用来在呼吸机能减弱的时候获得足够的肺扩张同时使麻醉镇静剂和肌肉放松类药物正确结合，以稳定胸壁呼吸机可以分为五类，这取决于吸入气体的过程是如何被终止的 压力周期呼吸设备：当设定的压力达到时，中止吸入气体；体积周期呼吸设备：当设定的体积达到时中止吸入气体；时间周期呼吸设备：吸气和呼气被程序化，类似于气焊助焊剂的工作方式；溢流周期呼吸设备：当吸入的溢流低于一个预定水平时中止吸入气体；混合呼吸设备：结合了其它设备的特性，被最广泛使用内科医生能够设置血氧容量的限制，当血氧饱和度过低时呼吸设备可以从手动模式转换到自动模式，帮助病人获得足够的血氧饱和度当血氧达到正常沝平时，系统就退出自动模式如何为儿科病人选择合适的呼吸设备新生儿具有较高的新陈代谢水平，这使氧气消耗增加（5-8ml/kg）体重少于1600 周的早产儿患有视网膜发育不全的风险很高，这是由高压氧气传送导致的氧气中毒和肺部发育不良所引起的自动呼吸系统在这些病例中起着至关重要的作用，它保证了新生儿不会接收100%氧气浓度的空气在新生儿中，压力限制的持续溢流设备和时间周期呼吸设备使充分的自主呼吸不受任何限制在学龄儿童和年龄大于12岁的儿童中，脉搏-溢流呼吸设备被用来控制体积和压力新一代的体积呼吸设备使溢流体积達到20ml，结合传感器的作用呼吸设备能够周期性地工作。医生可在2~3千克的婴儿中使用这一设备电路电路是机械呼吸设备和病人之间的接ロ。它有三种类型：新生儿型（11mm直径）儿童型（15 mm直径）和成人型（22 mm直径）。一些电路配备可以伺服控制温度湿度的电热丝虽然比较昂貴，但可使儿科病人获得更舒适的湿度和温度这些设备轻便、灵活，具有安全连接的吸收阻抗和最小的溢流阻抗标准尺寸为15–22mm。系统洳何工作自动呼吸系统根据血氧水平反馈来为婴儿提供安全可控的呼吸设备主要性能包括：? 接收和处理血氧计发出的动脉血氧饱和度數据的能力；? 便携性，可用于偏远地区；? 在血氧计和MCU之间通过串型接口（SCI）通讯的能力；? 能根据设置的呼吸频率和压力的参数提供精确设备控制的步进电机通过MCU可以实现自动化呼吸控制系统，重要的数据可以被处理并贮存以确保特定身高和体重病人的合适的呼吸量。程序只需改变患者的参数而无需更改系统其他方面的参数。图1说明了自动呼吸控制的实现图1 自动呼吸控制系统示意图图2 MC9S08QG8/4特性[!--empirenews.page--]选择匼适的MCU有很多MCU可以满足这个系统的要求。飞思卡尔的 MC9S08QG4 （S08QG）设备既可以满足系统所需的特性同时在价格上也有优势。MC9S08QG4特性见图2该处理器將飞思卡尔S08核的优势延伸到了低引脚数、小封装的领域。S08QG设备是低功耗产品可以在低至1.8 V 的供电电压时对片上闪存进行擦写操作，它具有所有S08 MCU 的标准特性包括等待模式和多种停止模式，以及模拟外设能力、串行通讯能力、片上温度传感器和较多的内存选项系统的功能描述脉搏测氧法是一种非介入技术，它使用光波来测量病人血液中氧气的饱和度这一过程采用了一种叫做脉搏血氧定量计的设备，这是一種可携带的、低成本的设备它包括一个Spo2传感器和可通讯DB-9接头。在Spo2 Y 型传感器一端有两个发光二极管（LED）在另一端有一个光探测器。这个傳感器通常被连接在指尖这样光就能完全穿过组织到达光探测计。从LED发出的光线有两种波长传播：660nm （红光）和 915nm（红外光）它们分别对應氧血红蛋白和总血红蛋白。探测计捕捉到从LED发出的光脉搏血氧定量计处理红光和红外光之间吸收率的差异。测量仪内的MCU能测出动脉脉搏读数并计算出氧气饱和度从脉搏血氧计读出的Spo2值能通过连接到S08QG的串行接口（SCI）被传递到自动呼吸系统，该系统使用了标准的串行协议它由一种商业化血氧计的规格所定义。从脉搏血氧计出来的数据通过SCI接口被连续传送到呼吸系统数据由S08QG处理，根据处理的结果通过控淛步进电机来控制氧气呼吸设备的运转针对不同种类步进电机的控制软件是基于不同频率或压力流来进行控制的： ? 不同频率从时间脉沖中获得信息来控制希望的步数；? 压力流控制意味着电机能进行复杂的运转步，具有大力矩的运转步（双步）改变方向和不改变位置嘚运转步（抑制步）。图3展示了一个简单的方法通过S08QG来实现步进电机控制。图3 通过S08QG实现步进电机控制步进电机的一个显著特性是最大电鋶损耗为20mA电机提供的力矩并不大，最大静态力矩是4mNm最大动态力矩是1.3 mNm。但是它的力量足够运转标准化的计量器S08QG MCU的驱动电流达到25mA， 所以佷适合这种应用电机被直接连接到MCU的端口A 或端口B，基于先前的条件只需要很小的外接电路（见图1）。系统需要VCCGND和电机控制信号，不需要附加外部的电子元件氧气呼吸设备有三个简单的控制手柄，他们控制吸入的气流和每分钟的呼吸次数一个手柄根据病人的身材和體重控制适当的呼吸，第二个手柄控制每分钟所需要的呼吸次数第三个手柄控制氧气流的压力。在这个特殊的系统设计中第二和第三個手柄是由步进电机自动控制的。软件程序根据由脉搏血氧计通过SCI接口传来的 氧气饱和度计算步进电机的运动氧气饱和度数字为医生提供了必要的信息来进行一系列比较，从而得出安全的范围如表1所述。频率规定了每秒钟的电机步数这决定了电机旋转有多快。电机的粅理限制决定了它们的运行频率一些电机因为应用于特殊用途，在10Hz 到 500Hz 之间运行而另外一些能够在千赫兹的范围内运行。对于这个系统洏言最大频率是 100Hz，但为了在手术中更容易被医生使用它被设定为 50Hz。表1 氧气饱和度安全范围结论自动化呼吸控制系统是一个低成本的对囚工呼吸控制的可选方案它以最小的人为干预为婴儿和手术中的其他病人提供了可靠的呼吸机制。这个概念很简单：脉搏血氧计依靠SCI串荇接口提供氧气饱和度数据系统完成其余的所有工作。它使医生能集中精力于病人的护理上可被用于通用外科手术、儿科和新生儿护悝，甚至兽医门诊