[发明专利]一种基于呼气数学模型的肺功能测试系统及方法

权利要求书

1.一种基于呼气数学模型的肺功能测试系统，其特征在于：所述系统包括输入模块、处理模块和输出模块；

所述输入模块读取受试者的用力肺活量测试的呼气曲线；

所系统处理模块基于呼气数学模型，通过系统辨识算法，估计模型参数，使得通过呼气数学模型构造的呼气曲线与输入模块读取的呼气曲线最为接近；根据模型参数和呼气曲线计算肺功能指标参数，以综合评估肺功能；

所述输出模块用于输出数学模型参数以及肺功能指标参数；

所述呼气数学模型为：呼气流速Q(t)通过产生于肺部的驱动压力P(t)与气道阻力R的比值得到，P(t)表示为关于用力肺活量FVC的函数，呼气数学模型用以下公式描述：

所用的呼气数学模型为：

其中，Q(t)为t时刻的呼气流速，P(t)为t时刻肺部的驱动压力，V_e为t_e时刻呼出容积，R为气道阻力，标识为关于V_e的分段函数R(V_e)，E_max为收缩的最大水平，描述为压力-容积率，单位为mmHg/mL，τ为时间收缩因子，取值范围为0～1，单位为s，FVC为用力肺活量；P(t)和R(V_e)的表达式分别如下：

P(t)＝E_max(1-e^-t/τ)(FVC-V_e(t))(2)

其中q表示将呼气容积Ve按照1升分段的数目，a_i为气道阻力R在V_i段的系数；

所述的呼气数学模型参数包括用力肺活量FVC、E_max、时间收缩因子τ、气道阻力系数(a₀,a₁,…a_q,)，由模型参数计算出的肺功能指标参数有FVC、肺驱动压力P、气道阻力R，再结合实测的呼气曲线可计算出其它肺功能指标参数，包括第一秒用力肺活量FEV1，采用公式(4)、一秒率FEV1％，采用公式(5)；

FEV1＝实测呼气曲线0到1秒种对应的列之间的积分面积 (4)

FEV1％＝FEV1/FVC (5)。

2.一种如权利要求1所述的基于呼气数学模型的肺功能测试系统的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)读取受试者的用力肺活量测试的呼气曲线；

(2)采用待测试的肺功能仪的数据处理模块对步骤(1)中的用力呼气曲线进行数据处理，获取肺功能的指标参数；

所述步骤(1)是由待测肺功能测试仪的数据输入模块读取受试者呼出的用力呼气曲线；

所述用力呼气曲线满足用力呼气时间在3秒以上，且还需满足美国胸科协会/欧洲医学会建议的以下标准：

(1)达到满意的测试呼气起始标准；

(2)用力呼气第1秒无咳嗽，曲线平滑，且1秒后亦无影响结果的咳嗽；

(3)用力呼气过程中没有声门关闭；

(4)用力呼气过程中没有漏气；

(5)牙齿或舌头无堵塞咬口器；

(6)用力呼气期间没有再吸气。