动物用力肺通气功能的测定

动物用力肺通气功能的测定

ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆＡｎｉｍａｌ

陈旭鸣

山西省人民医院太原０３００１２

ＬｕｎｇＶｅｎｔｉｌａｔｉｏｎＦｕｎｃｔｉｏｎｂｙＦｏｒｃｅ

【摘要】动物用力肺通气功能指标对于慢性阻塞性肺气肿（ＣＯＰＤ）等呼吸疾病的基础医学研究具

工程师室，山西有非常重要的意义。本文介绍了一种测量动物用力肺通气功能指标的方法，并且研制了一套测量其相关指标的系统，包括硬件部分和计算机软件自动分析部分。【关键词】呼吸机；用力肺通气功能；动物实验；传感器

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｉｎｄｅｘｏｆａｎｉｍａｌｌｕｎｇｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｂｙｆｏｗｅｐｌａｙｓａｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｆＣＯＰＤ

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【中图分类号］Ｒ３１８【文献标志码】Ａ

０３００１２．ｄｏｉ：１０．３９６９６．ｉｓｓｎ．１６７４－１６３３．２０１０．０９．００７

ｃｌＩｉ咀

【文章编号】１６７４—１６３３（２０１０）０９－００２０－－０３

临床中，用力肺通气功能指标（如ＦＶＣ、ＦＥＶｌ等）已经作为诊断和评价慢性阻塞性肺气肿（ＣＯＰＤ）疾病的必需指标。一种新的治疗方法或药物在应用于临床之前，必须首先得到相近动物实验的证实。

临床检查中，在测试用力肺通气功能的过程中，需要测试者的配合：开始时，让测试者用力吸气至肺总量ｔａＬＣ）的水平，然后再用最大力气将肺内的气体呼出至残气容积（ＲＶ）。

动物实验中，动物不能够主动配合，自身无法完成用力吸气和呼气。因此，我们设计了一种近似的方式来测量动物用力肺通气功能的相关指标，通过自动控制的方法辅助实现用力吸气和呼气的功能。

普通的机械辅助通气方式。

用力肺通气功能指标主要包括：ＦＶＣ（用力肺活量）、ＦＥＶＯ．１（用力０．１ｓ呼气容量）、ＦＥＶＯ．３（用力０．３ｓ呼气容量）、ＦＥＶｘ（用力任何时间的呼气容量，由用户设定）、ＦＥＶＸ／ＦＶＣ、ＭＥＴ（最大呼气中段时间）、ＭＭＦ（最大呼气中段流量）、ＭＴＴ（用力呼气肺量平均排出时问）、ＦＥＦ２５（呼出２５％用力肺活量时的流速）、ＦＥＦ５０（呼出５０％用力肺活量时的流速）、ＦＥＦ７５（呼出７５％用力肺活量时的流速）、ＰＥＦ（最大呼气流速）等参数。

采用体积箱法测定动物的肺容积。测定时，动物被放入一个密闭的体描箱内。动物呼吸时，胸廓的扩张与收缩压缩了箱内的气体，使箱内气体容积发生变化。容积的变化又引起箱内压力的改变。通过测量箱内气体压力的变化值，间接获取肺容积的变化。根据波义耳定律推导，肺容积变化与体描箱内压力变化呈线性关系，其比例关系大小可以通过定标确定。

１测定原理和疗法

测量过程中，动物的肺容量经过传感器、信号放大处理、模数转换为计算机可以识别和处理的数字信号，当判断为一个呼吸周期的呼气末时，计算机通过串行接Ｅｌ向呼吸机发送一个测量开始信号，呼吸机接到控制指令后，将工作方式转为持续吸气方式，当计算机监测到吸入的气量达到所设定的肺总量口ＬＣ）的时候，向呼吸机发出用力呼气的命令，呼吸机接到指令后，将工作方式转为用力呼气方式，动物将在一个负压的环境下被动用力呼气，呼气过程结束后，计算机向呼吸机发出测定结束指令，呼吸机随后转为

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压力信号通过精密压力传感器转换为模拟电信号，经胜力信号遍过精街胜刀传感稀转快为俣拟电信号，经

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ＶＯＬ．２５１‰０９

万方数据

过信号放大、滤波、Ａ／Ｄ转换转化为计算机可以处理的数孑’信号。其处理过程如图１：

其中低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。巴特沃斯滤波器是滤波器的一种设计分类，采用巴特沃斯传递函数，有高通、低通、带通、高通、带阻等多种滤波器类型。巴特沃斯滤波器在通频带内外都有平稳的幅频特性，但有较长的过渡带，在过渡带上很容易造成失真。

２系统构成

测定系统采用压力型体积描记模式，主要包括体描箱、信号调理器、智能小动物呼吸机、负压器、软件分析系统，其框图如图２：

图２动物肺功能分析测量系统结构图

体描箱是一个可以密闭的测定仓，包括活动体、固定体、密封圈、密闭螺钉等部件。活动体上含有动物支撑板、呼吸机通道、气道压力通道、肺容积通道、心电通道、自动平衡通道等。实验时，将麻醉后的动物气管做插管术后，将其与呼吸机通道相连。对于大动物，如兔子，可以采用特殊的气管插管进行无创测量。

传感器在本系统硬件设计中是一个关键性的部件，选用进口的精密硅微结构压阻式微弱压力传感器，满量程为１ｋＰａ，线性度为Ｏ．０５％，此类传感器采用三维膜片结构，并且由离子注入工艺形成、经激光修正的ｘ型电阻代替惠斯通电桥。用硅刻蚀工艺将产生的应力集中在传感器电阻处，压力更为集中，压阻的变化明显增加，大大提高了灵敏度。此传感器具有精度高、线性度好、重复性好、稳定性高、可靠性高等优点。同时此传感器由于采取了温度补偿措施，在０～７０℃范围内传感器的满量程和零点有很高的稳定性。

信号调理器的功能是对传感器送来的变化信号（气道压力、肺容量、心电、血压等）加以放大和处理，以满足系统对信号的要求。其质量、性能的优劣是决定系统精度

的另一个关键。本模块采用美国ＢＢ公司生产的高精度仪

器仪表放大单元，共模抑制比大于１２０ｄＢ，精确度误差小于０．１％。

小动物呼吸机为实验中的动物提供氧气支持，以无油空气压缩机为动力，通过单片机的智能控制，将气体有节律地输入气道，使肺扩张，以达到气体交换的目的，之后

万方数据

将交换出的二氧化碳气体排出体外。为了实现负压呼气方式，拥有两个排气通道，一个通道排出至大气，一个通道排出至负压器。呼吸频率调节范围为ｌ一３００次／ｒａｉｎ，潮气量调节为０．０１～３００ｍＬ，呼吸比调节为ｌ：１、ｌ：１．５、１：２、１：２．５、ｌ：３、３：１、２．５：ｌ、２：１、１．５：ｌ。其原理图如图３：

图３动物呼吸机原理图

负压器是产生一个稳定负压的装置，其由真空泵和平衡容器组成。负压的大小等于容器内水的高度，通过改变玻璃密闭容器内水的高度调节负压的大小。其原理图如

图４：

动钧呼吸机

玻璃密团軎嚣

图４负压器原理图

软件分析系统（见图５）包括数据采集、实时分析控制、曲线动态显示、趋势图、数据转换、数据存储、回访分析、打印等模块。程序是在ｗｉｎｄｏｗｓ

ｖｉｓｕａｌｓｔｕｄｉｏ．ＮＥＴ２００３环境

下编写的，运行于ｗｉｎｄｏｗｓ９８／２００（溉Ｐ平台，采用模块化

结构，系统为中文界面，功能很强、易于扩展、稳定性好、操作简单。数据采集模块采用独立线程，增强了处理速度和控制的实时性、不会发生丢点现象。３应用

图５软件分析系统

本系统主要用于慢性阻塞性肺气肿（ＣＯＰＤ）等阻塞性气道疾患的生理和药理学研究。气道阻塞或狭窄引起的气体流量下降，会反映出相应用力肺通气功能指标的下降。

一种新的治疗方法和药物要成功应用到临床中，必须先在相近的动物实验上得到证实，一般分为三个组，一组为正常组。一组为模型组，一组为治疗组。正常组为正常

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２１

健康的动物，模型组为患有疾病的动物，治疗组为通过某【参考文献】

种方法治疗过的动物。图６数据是一组正常组、慢性阻塞【１】ＳｔｅｖｅｎＡ，ｅｔａ１．ＰｕｌｍｏｎａｒｙＦｕｎｃｔｉｏｎＴｅｓｔｉｏｎｇＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄ

性肺气肿（ＣＯＰＤ）模型组、某中药治疗组、某西医治疗Ｐｒａｃｔｉｃｅ［Ｍ］．ＮｅｗＹｏｒｋ：ＣｈｕｒｃｈｉｌｌＬｉｖｉｏｎｇｇｔｏｎｅ，１９８４．

组的大鼠的实验数据比较曲线。纵坐标轴代表ＦＥＶ０．２／ＦＶＣ【２】ＭｉｌｌｅｒＡ．ＰｕｌｍｏｎａｒｙｆｕｎｃｔｉｏｎｔｒＯｔＳ．Ｉｎ：ＣｌｉｎｉｃａｌａｎｄＯｃｃｕｐａｔｉｏｎａｌ

的百分比值，横坐标轴代表样例顺序。从数据可以看出：ＬｕｎｇＤｉｓｅａｓｅ［Ｍ］．Ｏｒｌａｎｄｏ：Ｇｒｕｎｅ＆Ｓｔｒａｔｔｏｎ．１９８６：２４９．

某中药治疗方法与某西药治疗方法对患有慢性阻塞性肺气【３１３【美］ＫａｔｅＧｒｅｇｏｒｙ．Ｖｉｓｕａｌｃ＋＋．ＮＥＴ编程详解【Ｍ】．蔡众众，等，

肿（ＣＯＰＤ）的大鼠具有明显的治疗效果。

泽北京：电子工业出版社，２００３．

死№．２，Ｐ、『ｃ

【４】朱蕾，等．临床肺功能［Ｍ】．北京：人民卫生出版社，２００４．∞铂

ｆ５】穆津魁，林友华．肺功能测定原理与临床应用【Ｍ】．北京：中国协

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▲１和医科大学出版社，１９９２．

７５．１、一／＝Ｊ—ｒ

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［６Ｊ胡昌华．基ｑ－ＭＡＴＬＡＢ的系统分析与设计一小渡分析【ＭＪ．９３

髓

－＿・，ｒ

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●

版．西安：西安电子科技大学出版社，２００８．

５５

【７】梁虹．信号与线性系统分析——基于ＭＡＴＬＡＢ的方法与实

现【Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００６．

【８】周新，陈宇清．机械通气波形分析与临床应用［ＭＩ．北京：世界图

书出版公司，２００２．

【９】９叶榆，贺国权．基＂ｆｆ－Ｐｓｐｉｃｅ的－＇＼阶巴特沃斯低通滤波器设计与

优化Ｕ】．山西电子技术，２００６（３）：６１—６３．

【１０】金春林，邱慧芳，张皆喜．ＡＶＲ系列单片机ｃ语言编程与应用

实例ＩＭ］．北京：清华大学出版社，２００３．

图

上接第４５页

［ＡＤＤＲＥＧ．ＲＥＧ］ｈｋｃｕ，”Ｓｏｆｔｗａｒｅ＼Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ＼Ｗｉｎｄｏｗｓ＼

将Ｕ盘设置为第一启动，进入ＷＩＮＰＥ后，依次操作：开始一＞ＣｕｒｒｅｎｔＶｅｒｓｉｏｎＷｏｌｉｃｉｅｓｋＳｙｓｔｅｍ”，ＤｉｓａｂｌｅＲｅｇｉｓｔｒｙＴｏｏｌｓ，％ＲＥＧ—程序一＞克隆工具一＞诺顿ＧＨＯＳＴ３２ＶＩｌ，进入ＧＨＯＳＴ程序，ＤｗｏＭ％，０

０ｘ删ＲＥＧ＿ＢＩＮＡＲＹ＝０】【０（）０００００１：

然后将相应分区备份到光盘或者ｕ盘、硬盘中（建议将备

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份刻录成光盘保存）。

５总结

右键“解除锁定注册表．ｉｎｆ’，选“安装”即可。

有了上面的工作，不但能有效地防止人为的破坏，更４系统备份

有效防止病毒的入侵；即使设备软件中了病毒。也可以很经过上面的操作，设备的软件已经相对很安全了，但快地进行查杀，即使软件彻底损坏，也可以在短短的十几是要使软件“坚不可摧”还需要最后一步：备份（工具软件：

分钟到几十分钟之内将系统恢复到最初始的健康运行状态。ＧＨＯＳＴ，光盘版或者安装版均可）。

【参考文献１

（１）分区备份。如果工作软件所占分区较少或所占容【１１唐华．把卡巴斯基装进ｕ盘里－１１１．电脑爱好者，２００７（１０）：２６－２７．量较小，请使用该方法刻录。进入ＧＨＯＳＴ程序后，选择

【２】２唐老鸭．禁用电脑中的ｕｓＢ设备Ⅱ】．电脑知识与技术，２００５（４）：２５．Ｉ．ｍｃａｌ一＞Ｐａｒｔｉｏｎ一＞Ｔｏ

Ｉｍａｇｅ，对分区进行备份。如果要恢复

【３】李红．ＷｉｎｄｏｗｓｘＰ注册表锁定解锁方法大揭秘ⅡＪ．电脑知识

备份，选择ｌ＿Ｄｃａｌ一＞Ｐａｒｔｉｏｎ一＞ＦｒｏｍＩｍａｇｅ，对分区进行恢复（建与技术，２００６（７）：３６－３７．

议将备份刻录成光盘保存）ｏ

ｆ４】４天上人．ＧＨＯＳＴ备份教程＋１３Ｓ端１：７的另类关Ｊ；ｊ１１Ｕ／ｏｑ．黑客ｘ

（２）硬盘对刻。如果工作软件所占分区较多或所占容量档案，２００５（４）：１９—２０１２０１０—０４—１１］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｏｔｏｒｅａｄ．ｃｏｍ／

庞大，请使用该方法刻录。首先，将准备好的空白硬盘跳ｍａｇｉｌ３０１３１ｅｍａｇ．ｈｔｍｌ．

线设置为从盘，然后将硬盘接入主板。进入ＧＨＯＳＴ程序后。【５】Ｏｒａｎｇｅｙｅ．让别人羡慕去吧！一分钟打造ｕ盘舾ｔＷｉｎＰｅ［Ｊ］．网

选择Ｌｏｃａｌ一＞Ｄｉｓｋ一＞ＴｏＤｉｓｋ对硬盘进行克隆。如果要恢复，友世界，２００８（２２）：６５．

将备份的硬盘刻录回软件损坏的硬盘（建议购买同品牌，【６】６何光彤．Ｇｈｏｓｔ在医疗设备软件备份中的应用及不足Ｕ】．医疗

容量相同硬盘进行对刻，以防和主板出现不兼容问题）。

装备，２０１０（１）：７３—７４．

（３）工具软件。老毛桃ｕ盘版ＷＩＮＰＥ（供无光驱设备【７】ＩＳ０１４９７１—２００７．Ｍｅｄｉｃａｌ

ｄｅｖｉｃｅｓ－－Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

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使用）。将老毛桃ｕ盘版ＷＩＮＰＥ安装进ｕ盘，进入ＢＩＯＳ

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圈

２２

２０１０年第２５卷０９期

ＶＯＬ２．５Ｎｏ．０９

万方数据

动物用力肺通气功能的测定

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

陈旭鸣， CHEN Xu-ming

山西省人民医院,工程师室,山西太原,030012中国医疗设备

JOURNAL PRESS OF CHINA MEDICAL DEVICES2010，25(9)0次

参考文献(10条)

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