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研究生:馮俊瑋
研究生(外文):Jun-Wei Feng
論文名稱:以呼吸道阻抗和肺順應性為指標的機械耗能通氣裝置
論文名稱(外文):The Mechanical Effort for the Ventiation Device Based on the Index of Airway Resistance and Lung Compliance
指導教授:林賢龍林賢龍引用關係
指導教授(外文):Shyan-Lung Lin
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:自動控制工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
論文頁數:89
中文關鍵詞:呼吸控制模擬器送氣裝置人工肺呼吸道阻抗肺順應性回授系統最佳化
外文關鍵詞:respiratory control simulatorventilation deviceartificial lungairway resistancelung compliancefeedback systemoptimal
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本研究結合了先前幾項研究,包含了人體呼吸控制模擬器(最佳化控制器、類神經網路控制器)、送氣裝置之設計、人工肺與、以及人工肺通氣後的呼吸訊號量測擷取介面軟體PneuView®等,做一個完整的系統整合。主要運用擷取卡(AT-MIO-16F-5)為介面,把呼吸控制模擬器模擬出的最佳化氣流波形,來控制並驅動一套自製的送氣裝置。在先前設計的送氣裝置中,受限於調壓閥與比例控制閥響應時間過慢的機械特性,經進一步改良後,已可有效實現模擬器所模擬出的最佳化送氣波形。
本論文旨在研究架構一套可量測呼吸機械特性的回授系統,系統需能量測出動態與靜態定義下的呼吸道阻抗與肺順應性。接著針對先前裝置完成的「人體呼吸控制模擬機構」作一個回授控制的機制,賦予這個回授系統能具備量測呼吸機械特性改變的能力。當由人工肺所模擬的病患,其呼吸機械特性一旦改變時,回授系統將量測的訊號傳送回控制器界面進行訊號處理,使呼吸控制模擬器能迅速地因應。模擬器在更新的參數下,重新進行最佳化運算,把產生的最佳送氣波形與呼吸範型,重新驅動機械送氣裝置,對人工肺進行通氣。本系統的完成與整合,希能使本系列實驗研究更趨完備,並期能增加臨床上的應用參考價值。
Current research consists of the previous results, including the Human Respiratory Control Simulator (with optimal controller or neural network controller), implementation of a ventilation device, an artificial lung, and the PneuView® interfacing software that was applied to measure and acquire the observed breathing signals. The ventilation device utilized in the study is interfaced by a data acquisition card and driven by the optimized airflow profiles that were simulated by the simulator. In an earlier design, the device was known to be restricted due to some elements such as pressure regulator valve and proportional solenoid valve. However, it was further improved such that the optimized airflow profiles can be realized effectively through the ventilation device and be applied to the artificial lung.
The main object of the study is to construct a measurement system for respiratory mechanics, including both static and dynamic respiratory mechanics. Furthermore, the implementation of a feedback respiratory control system is aimed based on the earlier simulator and ventilation device. This feedback control mechanism should enable the original system to detect and measure any variations induced form the change of the respiratory mechanics such as the airway resistance and lung compliance. Once the change of respiratory mechanics occurs, the variation signals will be transmitted to feedback controller for further processing. The control simulator was also modified hence this oncoming signals can be processed and optimization process can be invoked. The regulated optimal respiratory breathing patterns and airflow waveforms will be issued to control and drive the mechanical ventilation device. The fulfillment of the integrated system is expected to decrease the gap between current results and future clinical needs.
中文摘要i
Abstractii
目錄iii
圖目錄v
表目錄vii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的1
1.3 國內外相關研究2
1.3.1 國內相關的研究3
1.3.2 國外相關研究4
1.4 前期研究的內容6
1.4 論文架構10
第二章 理論與方法11
2.1 呼吸力學11
2.1.1 呼吸道阻抗(Airway Resistance)12
2.1.2 組織之阻力:肺之阻力(Lung Resistance)12
2.1.3 肺順應性(Compliance)13
2.1.4 內聚性(Cohesion)13
2.1.5 呼吸功(Work of Breathing)14
2.2 為何要量測肺順應性與呼吸道阻抗15
2.2.1 疾病時肺的順應性變化17
2.2.2 疾病時呼吸道阻抗18
2.3 量測的原理與方法19
2.3.1 靜態呼吸機械特性方程式的推導20
2.3.2 動態呼吸機械特性方程式的推導25
第三章 實驗架構28
3.1 機械送氣裝置29
3.1.1 壓力感測器30
3.1.2 差壓式感測器31
3.2 人工測試肺33
3.3 人工肺訊號監測軟體─PneuView®37
3.3.1 訊號的擷取37
3.3.2 流量感測器─人工肺的另一功能38
3.3 整合後的人體呼吸控制模擬器39
第四章 量測系統與模擬環境43
4.1 呼吸機械特性量測系統44
4.1.1 靜態呼吸機械特性量測系統(Static Respiratory Mechanics)44
4.1.2 動態呼吸機械特性量測系統(Dymanic Respiratory Mechanics)45
4.2 人工呼吸器NPB7200的操作47
4.2.1 靜態呼吸特性量測之操作47
4.2.2 動態呼吸特性量測之操作48
4.3 量測的結果49
4.3.1 靜態呼吸機械特性量測結果50
4.3.2 動態呼吸機械特性量測結果59
4.4 敘述統計60
4.4.1 靜態呼吸機械特性參數60
4.4.2 動態呼吸機械特性參數66
4.5 靜態呼吸機械特性的成對t-test檢定67
第五章 送氣裝置的回授控制70
5.1 控制流程70
5.2 程式操作流程72
5.3 實驗結果74
第六章結論與討論76
6.1 影響呼吸道阻抗量測的原因76
6.2 肺順應性較小變動的原因77
6.3 未來方向77
6.3.1 呼吸功的量測77
6.3.2 人工呼吸器之外加回授控制系統的研發78
6.3.3 主動模式下的機械通氣78
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12. 尉天驄 <由飄泊到尋根-工業文明下的台灣新文學> 《中國論壇》
13. 黃勝雄 <族群、社會文化與空間意涵> 《思與言》 第34卷3期
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