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了解肺功能仪的结构组成及其工作原理,可对肺功能仪的技术故障有相应的了解,对检查的伪差作出准确的判断,使对病人的肺功能评价更为准确。因此,这对一个优秀的肺功能检测者尤为必要。

肺量计是指用于测定肺的气体容量或流量的仪器。

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依物理学定律,设某一瞬间的体积流量为Q,一定时间t内流过的流体的体积为V,则有V=Qdt 或Q=dV/dt,而体积流量是流体流速为 v与流经截面积为A的乘积,即Q=A·v,可见流速与容量可相应转换,通过测定吸/呼气体的流速及吸/呼气体时间可求出吸/呼气容量。反之亦然。
肺量计可分为容量型肺量计和流量型肺量计
容量测定型肺量计先测定流体的体积,而后得出流量。
水封式肺量计(water-sealed spirometer) 
其结构简单、测量准确,但测量指标较少,不易于自动转换为流速参数,其容量所测为室温容量(ATPS状态),应将之矫正为体温容积(BTPS状态)。目前已较少使用,仅在一些基层医院或生理学实验室中尚有使用,如Collins肺量计。其构造如图,钠石灰是CO2吸收剂,鼓风机为了减少机器的阻力,容量的变化记录于记纹鼓,这种设备的死腔量较大,一般为6~8L。
由水将浮筒内外分隔,带有单向阀的管道与盛有CO2吸收剂的容器相连,浮筒内与病者以密封闭回路方式相连。浮筒经一滑轮悬拉,连至另一端与记录笔相连,记录笔可将浮筒位置的改变记录于记纹鼓上。当病人从浮筒中吸气或呼气记录笔垂直上下移动,移动的幅度取决于吸/呼气的容量大小。
记纹鼓与一电机相连,电机转动时记纹鼓动转动的速度恒定,并可选择不同速度,在描记笔水平记录。是为描记图的时间轴,而描记笔的垂直运动为插记图的容量轴,测试中描记出时间-容量曲线,从中可求出多个容量及流速参数。
流速式流量计则先测出流经截面积一定的管路的流体速度,然后求出流量,也称为间接测量式流量计。按其测定原理可分为压差式流量计、热线式流量计、涡流式流量计等。
压差式流量计(pressure differential flowmeter)
利用在一定形状的流通管道中气流的压力降落与流速的依从关系测定流量。压差式传感器包括两部分:流量传感器:实现气体流速与压差的一次变换,根据流经该变换器的气流速度大小不同,在变换器两端敏感出相应的压力差,即压差信号。压差传感器:将与流量成一定比例关系的压差信号转换成一定的电信号,经处理后以数字或曲线图形显示。
压差式流量传感器有比托管和Fleish pneumotachograph两种。后者是较为常用的压差式流量计。其原理是流量计的流速传感器上有一筛状隔网或毛细管网,气流通过该网时受网的阻力而流速下降,结果使网眼的另一端的压力轻微下降。网眼两端形成压降差。压差传感器可将此压差感应,产生电信号。流速通过越快,压降越大,则产生压差电信号越强。气流应尽可能是层流,锥形体的保护网及毛细网可提供此种气流方式,流量计上的加热器可使毛细网加温,避免呼出的饱和水蒸汽在筛状隔网上冷凝沉积,阻塞网眼。
压差式流量计准确度高、敏感度较高、漂移少、与气体导热性无关而与气体粘滞度有关。因受隔网影响气流阻力稍大,在高流量测定时误差偏大,常需电脑作矫正。
一次性丢弃式传感器(如美国麦加菲公司,Medgraphicsy产品)为一次性使用,减少交叉感染,但增加了消耗成本。网眼式传感器(如德国耶格,Jaeger公司及美国森迪斯,SensorMEDIcs公司产品)的网眼部分还能起到滤过细菌的作用,以减少细菌污染和空气传播,但清洗略显繁琐。Fleish pneumotachograph 可用于测量气体流速,容量及呼吸频率,与其它分析仪结合可作诸如残气量、气体分布等测定。
Grould 2800, SensorMEDIcs 6200, Medgraphs FUKUDA ST-350,ST-90 Multispiro -SX系列,Vitalograph等肺功能仪属此类压差流量计测定。
热敏式流量计(Thermal flowmeter):
依据热量传导与气体流量相关的原理而设计。核心部分为温度依赖性电阻元件,热线(hot wire)或热珠(thermistor bead)接通电源时该元件加温,当气流通过热敏件时可使其温度下降,并改变电阻,(热珠温度下降时电阻增加,热线温度下降时电阻减少)。维持热线温度的电流的改变与气体流速成正比。热线式传感器灵敏度较高,准确性较好,气流阻力小,不受气体粘滞度变化的干扰,缺点是易损耗,污物沾染后不易清洗,有时漂移,与气体导热性有关。易受外环境因素影响,如气压的改变,海拔高度,气体密度(如呼出气氧浓度不同)等。,在环境温度、压力与标定温度、压力相差较多时其流速(或容量)测定值可发生偏差,应对测量值进行应作标化补偿,温度、压力修正。此外该传感器在低流量测定时线性反应稍差。
MINATO AS系列肺功能机,Gould 218X系列, Sensormedics Vmax229等属热线式肺量计。
叶轮式和涡轮式流量计(Vortex shedding)

依据转动部件(叶轮或涡轮)的转动速度与流体速度成正比的特性而测量。气流通过时引起叶轮或涡轮推动其转动,叶轮式采用光电调制原理,通过光电效应,涡轮式采用磁电调制原理,通过磁电效应,把叶(涡)轮的机械转动信号转换成电信号输出。


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标题:肺功能仪的原理介绍

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