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研究生:劉展嘉
研究生(外文):Chan-Chia Liu
論文名稱:呼吸器之智慧型通氣系統設計
論文名稱(外文):Intelligent Ventilation System Design for Ventilator
指導教授:徐國鎧
指導教授(外文):Kuo-Kai Shyu
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:電機工程學系
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:96
中文關鍵詞:順應性支持模式壓力輔助模式最佳每分鐘通氣量
外文關鍵詞:adaptive support ventilationpressure support ventilationoptimal minute volume
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呼吸器在重症醫學領域中具有重要的功能,其最大的功用是給予呼吸衰竭的病人機械通氣,使病人減少呼吸作功(Work of Breathing;WOB)維持足夠氣體交換。本實驗室先前設計順應性支持通氣(Adaptive Support Ventilation;ASV)模式之自動調控每分鐘通氣量百分比(%Minute Volume;%MinVol)系統,以達到臨床要測量的最佳每分鐘通氣量(Optimal Minute Volume;OMV)[1]。
本研究仍以ASV之Otis equation為理論基礎,但延展至傳統型之壓力輔助模式(Pressure Support Ventilation;PSV) ,使能運用於各廠牌呼吸器,此模式可適時調整壓力輔助大小,仍可輔助臨床測到最佳每分鐘通氣量,將此參數推廣至作為病人脫離呼吸器的重要判斷依據與床邊監視器喘的指標。由於醫護人員調整呼吸器的壓力輔助,花費許多時間尋找病患需要的每分鐘通氣量(Minute Volume;MinVol),間接造成醫療人力的負擔,因此本論文將先前的設計理論延伸至每台呼吸器都有的壓力輔助模式。
本論文的主要設計是將測量OMV的過程自動化,且利用模擬肺,模擬三種不同情形的肺臟來驗證OMV成效。設計的智慧型通氣系統架構以計算病人之OMV為主軸,並將病人的呼吸生理資訊顯示在監控系統的介面,並整合電子病歷系統紀錄病患的呼吸生理變化趨勢與開發智慧型手機應用程式,讓醫護人員可以隨時掌握病患生理狀況,大幅提升醫療人員的效率。



Mechanical ventilator performs essential functions in critical care medicine. Mechanical ventilator provides respiratory failure patients with mechanical ventilation which makes patients reduce work of breathing (WOB) and maintain gas exchange. PESP laboratory designed a system for optimal minute volume (OMV) which is needed in clinic. The system regulated the percentage minute volume(%MinVol) automatically in ASV.
This thesis is based on adaptive support ventilation(ASV) Otis equation used to build in conditional pressure support ventilation(PSV) which applicate all mechanical ventilator brands. Clinician measures OMV by adjusting pressure value of mechanical ventilator in PSV. The percentage OMV(%OMV) can be the criteria of weaning mechanical ventilator from patients and the asthma index of physiologic monitor. Owing to regulating pressure value of mechanical ventilator, paramedics spend much time finding patients’ minute volume so that the hospitals increase the burdens of human resource indirectly. As a result, this thesis build in PSV which applicate every mechanical ventilator.
The primary design of this thesis is the process of measuring OMV automatically. The experiment, which is used to simulate three different kinds of lung models verify OMV results. The methods of intelligent ventilation system are to measure OMV and demonstrate patients’ physiological information on monitoring interface. This thesis integrates the trends of patients’ physiological with electronic medical records(EMR). Application of smart phone are developed to make paramedics handle patients’ physiological conditions all the time and increase paramedics’ efficiencies.

摘要 i
Abstract ii
致謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1-1研究動機 1
1-2論文大綱 3
第二章 人體呼吸系統原理 4
2-1肺部生理機制 4
2-1-1呼吸系統 4
2-1-2呼吸作用 6
2-2肺通氣作用 7
2-3肺通氣的阻抗[10] 7
2-4呼吸功(Work of Breathing)[12] 10
2-4-1評估呼吸功的方法[12] 11
2-4-2呼吸治療 13
2-4-3使用呼吸器之併發症 14
2-4-4呼吸器脫離 14
第三章 呼吸治療相關之儀器設備 15
3-1呼吸器 15
3-2呼吸器常用模式[17] 18
3-3呼吸器之呼吸參數簡介 21
第四章 呼吸器之智慧型通氣系統設計 24
4-1研究理論基礎 24
4-2研究方法 24
4-3 ASV基本概念介紹 25
4-4智慧型通氣系統監控架構 33
4-5全自動化呼吸器 43
4-5-1微處理器之選配原則 43
4-5-2 PIC32MX795F512L之特點 44
4-5-3旋鈕控制電路設計與實現 46
第五章 實驗與討論 49
5-1實驗平台 49
5-2實驗設計說明 50
5-3實驗結果與討論 54
5-4智慧型通氣量之監控系統 72
5-4-1帳號與密碼登入系統 72
5-4-1電子病歷 73
5-4-2智慧型通氣系統人機介面 74
第六章 結論與未來展望 79
參考文獻 80


[1] 呼吸器之最佳通氣量監控設計
[2] 內科學誌2008;19:465-471
[3] Chin-Pyng Wu MD PhD, Hen-I Lin MD, Wann-Chern Perng MD, Shih-Hsing Yang MSc,Chien-Wen Chen MD, Yuh-Chin T Huang MD MHS, and Kun-Lun Huang MD PhD” Correlation Between the %MinVol Setting and Work of Breathing During Adaptive Support Ventilation in Patients with Respiratory Failure” Respiratory Care 2010 ; 55(3):334 –341.
[4] 中時健康—加護病房病人救星 呼吸器自動化時代來臨。報導日期:2009年7月14日。網址:http://health.chinatimes.com/。
[5] 壢新醫院—首創自動化人工呼吸器 增加醫療即時性。報導日期:2012年4月29日。網址:http://www.landseedhospital.com.tw/lishin/index_citi.php。
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[7] T. Kevin and Patton, Anatomy & Physiology, 3th Edition.1996.
[8] 人體生理學 第二版 藝軒圖書出版社
[9] 新編生理學 高毓儒等編著
[10] 生理學大綱 第二版 藝軒圖書出版社
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[12] 內科學誌2011:22:91-98
[13] 高雄榮民總醫院
網址:www.vghks.gov.tw/icu/pdf/23
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[15] 吳清平,人工呼吸器的脫離。Taiwan Crit. Care Med. 1999年。
[16] J. M. Cairo and Pilbeam. Respiratory Care Equipment, 8th Edition. Mosby Elsevier, 2009.
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網址: http://msicu1.pixnet.net/blog/post/28057230
[18] HAMILTON·G5 intelligent Ventilation Operator’s manual Software version 1.2X July , 2009 p372
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