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1、第7章 呼吸测量,7.1 概 述,肺功能：呼吸时，气体交换过程（表7-1） 肺功能测试：成分的测试和评价,通气量：流量，压力和容积 弥散功能：pH值、Po2和Pco2 气体消耗：,7.2 呼吸系统模型,影响呼吸系统能力因素： 1、各组成部分：气道、横膈膜及有关肌肉 2、肺本身与血液交换气体性质 机械结构模型 气体传输模型,呼吸系统机械等效图,(a)肺、胸廓系统模型 (b) 肺、胸廓系统电类比电路,7.3.1 呼吸测量的主要参数,1.呼吸频率 2潮气量 3每分钟通气量 4补吸气量 5深吸气量 6补呼气量,7.3 呼吸系统通气功能测量,7残气量和功能残气量 8. 肺活量 9. 肺总量 10. 时间
2、肺活量 11. 瞬时呼吸流量 12. 累计呼吸流量 13呼吸时间比,7.3.1 呼吸测量的主要参数,肺量图,1,2,5,6,7,3,4,我国成年人肺容量的统计,以上这些呼吸功能参数都可以从肺量计或其它呼吸测量仪上直接测定或者通过计算后间接测得，但残气量或功能残气量除外。残气量不可能用肺量计直接测定，一般是先求得功能残气量，然后从功能残气量中减去补呼气量得出残气量。,测量功能残气量,1、平静呼气末吸入纯氧，呼出气体收集在贮气袋中,持续约七分钟。 2、测定贮气袋中气体的总量，计算贮气袋中含氮的总 3、计算功能残气总量。,二、呼吸测量的主要方法,属于气体流量的测量。 用来连续测定单位时间内流过多少体
3、积流量的仪表称为流量计。因为它所测定的是体积流量，所以这样的流量计又特别称作体积流量计。 流量计大致可以分为两种基本测量原理： 容积式流量计 速度式流量计,体积流量公式 借助流体本身动量对流体体积增量连续测定。 活塞式流量计、摇摆式流量计、薄膜式流量计、回转式容积流量计等等。如湿式气量计，钟罩式气量计,1容积式流量计,速度流量公式：Q=Av,2、速度式流量计,间接测量式流量计。 差压式流量计、叶轮式流量计、电磁式流量计、热式流量计、转子式流量计、涡轮式流量计和超声多普勒流量计等。,7.4 呼吸频率测量,在临床或研究工作中，有时并不需要测量全部的呼吸参数，而只要求测量呼吸频率，以此作为一种监视指
4、标。几种比较常见的呼吸频率传感器。 一、热敏电阻式呼吸率传感器 二、应变式呼吸传感器 三、阻抗式呼吸频率传感器 四、变压器式婴儿呼吸监示器,7.4.1热敏电阻式呼吸率传感器,依据热敏电阻温度特性设计的，属于热式气体流速传感器。,7.4.2 应变式呼吸传感器,将水银或其它电介液（如硫酸铜溶液）密封在细而软的弹性橡皮管内，两端用充当电极的金属塞堵住,外径2mm，内径0.5mm，长度100mm,出现断裂缝隙，导电橡胶,7.4.3阻抗式呼吸频率传感器,呼吸阻抗（也称肺阻抗）与肺容积之间存在着一定的对应关系。,7.4.4变压器式婴儿呼吸监示器,条件： 1、几何形状相同； 2、中心轴线同心 3、原边幅值和
5、频率不变,婴儿呼吸监示器的方框图,7.5 肺活量测量,肺活量（包括时间肺活量）也是呼吸测量的重要参数，经常作为一项单项指标加以考核，特别在体检普查工作中更常使用。测量肺活量单项指标的仪器种类不少，但从测量原理上看，以容积式测量为主。 一、湿式气量计 二、钟罩式肺活量计 三、钟罩式呼吸代谢率测定器,湿式气量计的结构示意图,7.5.1 湿式气量计,7.5.2 钟罩式呼吸代谢率测定器,功能 测定肺活量，呼吸率、潮气量以及呼吸代谢率等指标 作用原理 钟罩式肺活量计基本作用原理相似的仪器，增加了二氧化碳吸收器和记录系统，,7.6 肺顺应性测量,肺的顺应性是肺内气体容量的变化与相应胸腔内压力变化之比,小结
6、（十二）,7.7 应变计式呼吸传感器,应变计式呼吸测量仪由呼吸流量传感器和显示记录器两部分组成。 是一种速度式气体流量传感器，通过感受气流动量达到测量气流速度进而测定气体流量的目的。 显示或记录用的二次仪表可采用通用的显示记录仪器。,7.7.1应变计式呼吸传感器结构和工作原理,电阻丝应变计组合件,100欧,二、应变计式呼吸传感器测量线路,应变计式呼吸传感器的输出曲线,1段为水平线，表明气流流量为零，被测者不作呼吸动作。这条水平线以上为传感器的正输出，相应于呼气过程。水平线以下为传感器负输出，相应于吸气过程。段为深呼气。段为正常呼吸波形。段为深吸气,7.8 叶轮式和涡轮式呼吸传感器,叶轮式和涡轮
7、式呼吸传感器都属于速度式流量传感器，它们都是利用转动部件（叶轮或涡轮）的转动速度与流体流速成正比的特性测量流量的。,一、叶轮式呼吸传感器 叶轮式呼吸传感器的结构示意图,叶轮式呼吸传感器输出特性校准曲线的示例,叶轮是传感器的一次变换器，它将气体的流速变换为叶轮的转速，在一定的测量范围内，气体流速与叶轮转速成正比。,可以测量的参数： 呼吸曲线、呼吸频率、潮气量、呼气流量及最大流量等。,误差的来源： 由于叶轮的运动惯性及叶轮转轴与轴承间摩擦力矩等因素的存在，将会影响到传感器动态使用时的精度。 例题： 测定潮气量时，当潮气量较小呼吸频率又较低时，测量值将略低于实际值，出现负偏差；而潮气量较大，呼吸频率
8、也较高（大于25次分）时，测量值将略高于实际值，,轮式呼吸传感器动态校验曲线,应用：呼吸、耗氧量和温度数据,7.8.2 涡轮式呼吸传感器,涡轮式呼吸传感器的作用原理与叶轮式呼吸传感器有相似之处。涡轮旋转系统构成传感器的一次变换器。在气流作用下涡轮发生旋转。将气流的一部分动能转换成涡轮旋转的机械能，实现了气体流速到涡轮转速的变换。 在一定的测量范围内，即气流的雷诺数在一定范围之内，涡轮的旋转速度与气流速度成正比。磁电变换器构成了传感器的二次变换器，实现机械能到电能的转换。,涡轮转速与气体流量成正比，所以感应线圈中感应电势信号的脉动频率也与流量成正比。气体流量Q、感应电势信号频率f之间的关系可表达
9、为：,感应电势信号一般都比较微弱，传输过程中易受外界干扰。所以本着信号“就近处理”的原则，可采用一个简单的前置放大线路将磁电变换器感应线圈的电势信号加以放大，然后再输送给相应的显示或记录仪器。 感应电势信号一般为毫伏级（有效值），经过前置放大器放大后可达伏级。前置放大器的体积很小，可以与磁电变换器组装在同一个壳体内。,涡轮式传感器与叶轮式传感器异同点,1区别：一次变换原理是相同的，但是二次变换原理不一样。 2原理：叶轮式传感器采用光电调制原理，通过光电效应把叶轮的机械转动变换成电信号输出。涡轮传感器则采用磁电调制原理，通过磁电效应把涡轮的转动变换成电信号。 3优缺点：光电调制法对叶轮的转动不产
10、生阻尼效应，但结构比较复杂，并需要为光电元件和线路配备专门电源。磁电调制法结构相对简单些，磁电变换部分不需电源，但因为磁路系统的存在，对涡轮转动有一定阻尼作用。,三、便携式叶轮呼吸计,便携式叶轮呼吸计优缺点,便携式叶轮呼吸计的测量精度不如标准肺量计一类仪器，但对于一般精度要求不很高的测量来说，是可以满足的。它还具有一些明显的优点：体积小、便于携带；不需要附加能源和设备；读数直观，使用方便；成本低因此，很适合于临。床或家庭使用，可以作为患者自我检查的工具。例如，哮喘病、慢性支气管炎等患者可用它来观察药物疗效。,7.9 压差式呼吸传感器,利用在一定形状的流通管路中气流的压力降落与流速的依从关系测定
11、流量的。 包括两个主要组成部分： 流量变换器 压差变换器,一、层流元件式流量变换器,由层流元件构成的流量变换器，它的主要特点是压力差与流量呈线性关系。 实现流量与压差变换的关键部分是安装在变换器壳体内的层流元件，它们是由一簇三角形的通道构成的 条件：层流 关系：压差流量,层流元件式流量变换器的结构,影响测量精度的因素： 1、气体流量-不同口径 2、环境温度-恒温器,F1eisch型流量变换器产品系列规格,7.9.2 电容式和差动变压器式压差变换器,用于压差测量的换能原理不少，根据不同换能原理制作的压差变换器的种类也较多，这里只介绍两种可以与层流元件式流量变换器配套使用的压差变换器：电容式压差变
12、换器和差动变压器式压差变换器,1、电容式压差变换器,2、差动变压器式压差变换器,压差式呼吸测量仪方框图,三 阻挡块式压差呼吸传感器,这是一种新型的压差式呼吸传感器，原理上也是一种节流式压差气体流量传感器，具有灵敏度高、尺寸小、重量轻、结构简单等特点。,阻挡块式压差呼吸传感器结构示意图,阻挡块与压差测头的不同结构形式,传感器使用时的安装形式,7.10 热式呼吸传感器,热式呼吸传感器也是一种速度型气体流量传感器：它是依据热量传导与气体流量相关的原理设计的。气流经过热式流量传感器内的热源时将会带走一部分热量，流量越大，交换的热量也越大。,由于气流所造成的热量的变化量可用下式表达， QAqBq2+ q
13、为气体比热与气体质量流量的乘积，即： q=气体比热质量流量 对于一般气体来说，在相当大的压力和温度范围内，其比热与压力和温度无关，可以在此范围内把气体比热当作常数。因此，热式流量传感器的热量变化量仅是气体质量流量的函数，是一种质量流量传感器。,一、热管式呼吸流量传感器,二、热丝式呼吸流量传感器,三、热线式呼吸流量传感器,为了判断呼吸气流的方向，克服上述热丝式传感器的不足，热线式呼吸流量传感器较好地解决了识别呼气和吸气气流方向的难点。,热线式呼吸流量传感器,钨丝桥路提供的气流方向识别信号,小结（十）,1、呼吸测量的主要参数； 2、呼吸频率测量 3、肺活量测量 4、呼吸流量测量 应变计 叶轮式和涡
14、轮式 压差式 热式,作业（七）,1、常见的呼吸频率传感器有： ， ， 和变压器式婴儿呼吸监示器。 2、下列哪种呼吸流量测量属于速度式流量测量方法：（ ） A、湿式气量计 B、钟罩式肺活量计 C、应变计式呼吸测量仪 D、叶轮式呼吸传感器,3、从下图呼吸代谢率测定器描记的呼吸曲线中不能读出的参数有：（ ） A、呼吸率、 B、潮气量 C、耗氧速度 D、功能残气量,4、试说明用速度流量方法测量呼吸参数的测量原理及它们的特点。,5、从下图应变计式呼吸流量计描记的呼吸曲线中不能读出的参数有：（ ） A、呼吸率、 B、潮气量 C、耗氧速度 D、功能残气量,关于应变计式呼吸传感器，下列哪个说法是错误的（ ） A可以测量呼吸气体流量B可以判别呼气和吸气状态 C8个金属丝应变计正反面胶接的目的是增大灵敏度 D 若采用半导体应变片灵敏度没金属应变片高,
