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医用呼吸机压力控制通气模式的建模与仿真

作　者: 吉志丽
导　师: 林都
学　校: 中北大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 压力-时间控制通气数学建模模拟仿真 LabVIEW 呼吸机
分类号: TH789
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 4次
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内容摘要

随着微电子技术的迅速发展，传统的压力控制通气模式由最初的压力切换转变成了压力-时间复合切换，实践证明这种模式更加适合人体生理反应。压力通气是一种流体运动，具有周期性，属于流体力学的研究范畴。本文将流体力学引入作为数学建模的对口理论对压力时间通气模式的物理过程进行分析，总结出压力时间通气模式与患者肺部参数的函数关系，推导出了通气过程相关的五个物理过程的数学函数。整理出了压力时间切换通气模式物理过程的数学模型，推导出了流速v（t）、流率Q（t）、潮气量V_T（t）、肺内压P_A（t）、气道压P_aw（t）五个随时间变化的过程函数的分段数学表达式及其定义域。根据已经推导出的数学公式，采用LabVIEW软件建立数学模型，对五个物理过程进行模拟仿真，得出最终的仿真曲线图。对仿真曲线和理论曲线进行了仔细比照，可以看出模拟曲线与同条件下的理论曲线非常相似。本文对压力时间通气模式（PCV）和添加了吸气末平台通气模式（EIP）进行了模拟仿真对比，也给设置有相同参数的两种通气系统的比较提供了理论平台，对PCV和EIP的理论认识也将进一步提高，对呼吸控制模式多样化的深入研究有一定的意义。运用LabVIEW设计了呼吸机的仿真界面，使得软件具有动态演示功能，可以进一步开发用于多媒体教学。通过数学模型和仿真实验观察得出通气过程的特性和规律，为深入研究机械辅助通气提供了较有意义的理论分析平台，对各种通气模式的仿真进行软件开发打下了坚实的基础。对于未来呼吸机的设计和性能的提高也具有一定的意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-11
1 绪论  11-19
  1.1 研究背景  11
  1.2 国内外研究现状  11-15
  1.3 本研究的目的、相关软件、运用的理论基础及主要内容  15-18
    1.3.1 研究目的  15-16
    1.3.2 压力-时间复合切换模式仿真所涉及的软件比较  16
    1.3.3 压力-时间复合切换模式仿真所涉及的软件平台  16-17
    1.3.4 主要内容  17-18
  1.4 课题研究的主要意义  18
  1.5 本章小结  18-19
2 机械通气的基本理论  19-35
  2.1 机械通气的基本原理  19
  2.2 机械通气的通气模式  19-23
    2.2.1 控制通气  20-21
    2.2.2 混合模式  21-22
    2.2.3 支持通气  22
    2.2.4 自主呼吸通气模式  22-23
  2.3 机械通气模式的过程  23-24
    2.3.1 触发过程  23
    2.3.2 控制过程  23
    2.3.3 切换过程  23-24
  2.4 通气机的基本结构  24-27
    2.4.1 动力系统  25
    2.4.2 控制系统  25-26
    2.4.3 通气源  26
    2.4.4 输出气路  26
    2.4.5 监测报警系统  26
    2.4.6 湿化及雾化系统  26-27
  2.5 通气机的主要工作参数及变量  27-31
    2.5.1 通气频率  27
    2.5.2 吸呼比  27
    2.5.3 潮气量  27
    2.5.4 通气量  27-28
    2.5.5 气道压  28
    2.5.6 吸气流率  28-29
    2.5.7 呼气末正压  29
    2.5.8 最大气道压  29-30
    2.5.9 气源工作压  30
    2.5.10 吸气末平台时间  30-31
  2.6 通气机以及通气对象的相关物理参量  31-32
    2.6.1 气管导管内径  31
    2.6.2 胸肺顺应性  31
    2.6.3 通气机内顺应性  31
    2.6.4 潮气量调节开度  31-32
    2.6.5 窒息时间  32
    2.6.6 灵敏度  32
  2.7 流体力学的基本理论  32-34
  2.8 本章小结  34-35
3 压力控制通气模式的物理过程分析和数学建模  35-49
  3.1 压力控制通气模式的物理过程分析  35-43
    3.1.1 初始状态  36
    3.1.2 吸气期  36-39
    3.1.3 吸气末平台期  39-41
    3.1.4 呼气期  41-43
    3.1.5 呼气末期  43
  3.2 函数的分段表达形式  43-48
  3.3 压力时间复合通气模式物理过程的数学建模  48
  3.4 本章小结  48-49
4 压力控制通气模式的LabVIEW仿真系统  49-56
  4.1 编程工具的选择和程序计算原理  49-50
    4.1.1 前面板  49-50
    4.1.2 流程图  50
  4.2 单位换算  50-51
  4.3 模拟系统的流程示意图  51-52
  4.4 模拟系统运行界面  52-54
  4.5 设计仿真界面的原则和步骤  54-56
    4.5.1 界面设计的原则  54-55
    4.5.2 界面设计的步骤  55
    4.5.3 本章小结  55-56
5 压力时间复合切换通气模式的LabVIEW仿真  56-70
  5.1 运行仿真程序前初始值赋值  56-57
    5.1.1 呼吸机设置  56
    5.1.2 通气参数设置  56
    5.1.3 患者参数设置  56-57
  5.2 压力时间复合切换通气过程的五个物理量的仿真程序  57-60
  5.3 仿真结果  60-62
  5.4 数据实时保存至EXCEL表格  62
  5.5 压力时间控制物理过程与理论物理过程曲线的对比  62-64
  5.6 添加吸气末平台物理过程与压力控制理论曲线及数据的对比  64-66
  5.7 仿真最终界面与运行效果  66-67
  5.8 仿真结论  67-68
  5.9 本章小结  68-70
6 总结与展望  70-72
  6.1 总结  70-71
  6.2 展望  71-72
参考文献  72-76
攻读硕士期间发表的论文  76-77
致谢  77-78

医用呼吸机压力控制通气模式的建模与仿真

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