[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

说明书

本发明公开了一种基于呼气数学模型的肺功能测试系统及方法，包括肺功能测试系统读取受试者的用力肺活量测试的呼气曲线；采用肺功能测试系统的数据处理模块对用力呼气曲线进行数据处理，系统的输出模块输出肺功能指标参数；所述的用力呼气曲线只需满足美国胸科协会/欧洲医学会建议的除呼气结束标准以外的测试质量控制标准，且用力呼气时间在3秒以上；所述肺功能指标参数主要包括用力肺活量、肺驱动压力、气道阻力、第一秒用力肺活量、一秒率。本发明解决了用力肺活量测试中呼气过早结束导致的肺功能测试质量降低的问题，实现准确的评估和诊断气道阻塞、限制障碍程度。

技术领域

本发明涉及生物医学工程技术领域，具体涉及一种基于呼气数学模型的肺功能测试系统及方法。

背景技术

限制性通气功能障碍和阻塞性通气功能障碍是常见的肺部疾病。尤其是越来越多的人遭受慢性阻塞性肺疾病(COPD)的痛苦，或因此而丧生。据统计，COPD目前居全球死亡率原因的第四位，并预计未来十年可能越剧至第三位。而据我国卫生部统计，2001年呼吸系统疾病病死率列我国城市人口病死率第四位，近几年相关研究还表明目前我国COPD患病率已达到8％，预计未来30年接近6500万人死于COPD。

肺功能检查，尤其是用力肺活量测试已成为评估和诊断气道阻塞、限制障碍程度的基本工具。用力肺活量测试中的关键指标包括用力肺活量FVC、第一秒用力肺活量FEV₁以及一秒率FEV₁/FVC。如果FVC值偏小，而FEV₁/FVC正常，可判定为限制性通气功能障碍；FEV₁/FVC偏小，而FVC正常的话则判定为阻塞性通气功能障碍。由此可见，FVC是评估肺通气功能其中一个非常关键的指标。

为了获取准确的FVC，ATS/ERS用力肺活量测试质量控制和接收标准建议测试者必须先慢慢的吸足气，然后用力、快速的呼出气体，并且呼出足够长的时间以达到容量-时间曲线上出现平台，这时方可认为测试者已达到用力肺活量测试呼气结束(EOT)标准。EOT标准对仪器性能本身、操作者、受试者都提出了严格的要求，很多用力肺活量测试因未达到EOT标准而不能满足测试接收标准。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于呼气数学模型的肺功能测试系统及方法，以解决用力肺活量测试中呼气过早结束导致的肺功能测试质量降低的问题，实现准确的评估和诊断气道阻塞、限制障碍程度。

本发明技术解决方案：一种基于呼气数学模型的肺功能测试系统，以降低当前用力肺活量测试难度，如图2所示，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。

所系统处理模块基于呼气数学模型，通过系统辨识算法，计算估计模型参数，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。

所述的呼气数学模型为：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，呼气数学模型可用以下公式描述：

所述的模型参数包括肺驱动压力P(t)，气道阻力R，用力肺活量FVC。

所述肺功能指标参数包括用力肺活量、肺驱动压力、气道阻力、第一秒用力肺活量、一秒率。

本发明：一种基于呼气数学模型的肺功能测试方法，包括以下步骤：