針對振蕩呼吸測量的模型研究

針對振蕩呼吸測量的模型研究

摘要

呼吸系統疾病是威脅人類健康的主要病因之一。呼吸阻抗的測定對于一些肺部疾病，如慢性阻塞性肺疾病（COPD），的診斷分級有重要意義。強迫振蕩技術（FOT）是近年來發展起來的一項肺功能檢測技術，其利用系統辨識的思想，通過外加強迫振蕩信號對呼吸系統進行探測，并獲取阻抗信息。本文將圍繞不同模型對振蕩呼吸測量法檢測呼吸系統特征參數的影響開展研究，通過強迫振蕩信號的選取、呼吸系統生理模型的選取，以及阻抗的估計算法是實現強迫振蕩法測量呼吸阻力。

本文主要研究工作如下：

1.根據呼吸系統的生理結構背景，建立了多個不同復雜度的自主呼吸集中參數仿真模型，有效模擬了自主呼吸狀態下的力學特征；將仿真結果與文獻資料中結果對比，驗證本文模型符合呼吸系統生理學、呼吸力學等基本理論。

2. 選取不同的強迫振蕩信號，如正弦波信號、矩形波信號等，研究不同強迫振蕩信號作用于人體呼吸系統的生理響應，以及不同層次模型對強迫振蕩信號的響應。

3.研究呼吸阻抗辨識算法，以及其對呼吸力學特征的提取效果�；�于不同復雜程度的呼吸系統，對其運用最小二乘法進行參數估計，實現呼吸阻抗的辨識。

關鍵字：強迫振蕩，呼吸系統，參數估計，系統辨識

Abstract

...

目錄

1  緒論1

   1.1研究背景和意義1

   1.2研究現狀分析1

   1.3研究方案4

   1.4研究內容及工作安排5

2 自主呼吸模型的建立7

   2.1自主呼吸預實驗7

     2.1.1 呼吸運動7

     2.1.2 預實驗7

   2.2呼吸系統建模原理8

     2.2.1 呼吸系統相關參數9

     2.2.2 Simulink介紹10

   2.3自主呼吸不同復雜程度建模11

     2.3.1 自主呼吸動力來源11

     2.3.2 三種不同的自主呼吸模型12

   2.4本章小結15

3 自主呼吸模型驗證16

   3.1 自主呼吸模型參數設置16

   3.2 不同模型的呼吸力學特征描述16

   3.3 自主呼吸模型驗證19

     3.3.1 呼吸系統生理學19

     3.3.2 自主呼吸模擬結果21

   3.4 本章小結22

4 強迫振蕩模擬23

   4.1 強迫振蕩原理介紹23

     4.1.1 強迫振蕩技術分類23

     4.1.2 強迫振蕩阻抗分析24

     4.1.3強迫振蕩信號介紹25

   4.2 強迫振蕩模擬后輸出26

   4.3 本章小結27

5 呼吸阻抗辨識及模型驗證28

   5.1 參數估計28

     5.1.1 參數估計——最小二乘法原理28

     5.1.2 最小二乘法的相關應用31

   5.2 模型參數估計31

   5.3 參數估計結果與分析38

   5.4 本章小結38

結果及討論39

致謝40

參考文獻41

附錄44

   附錄 A  Simulink呼吸系統建模44

   附錄B  呼吸系統口端阻力47