基于构件的无创双水平呼吸机软件系统设计

论文摘要

无创双水平呼吸机是治疗睡眠呼吸障碍、睡眠呼吸暂停综合症、慢性阻塞性肺病患者、二型呼吸衰竭、气管切开恢复期等患者的医疗仪器。当代呼吸机普遍具有电子化，智能化的特点，对呼吸机控制软件的要求甚高。在开发新款呼吸机时，往往是在旧的治疗模式之上增加新的治疗模式或者新的扩展功能，若从头再对旧的治疗模式做开发费时费力，并且很难达到更好的效果。本文提出在呼吸机开发中复用构件的开发方法。这样，在成功开发出第一款多功能无创双水平呼吸机之后，就可以生成大量可重用的构件，在开发新型呼吸机时可以不用从零开发，而是直接使用已有构件进行组装，并且仅仅需要设计开发以前没有的构件即可。由于呼吸机软件是典型的基于实时操作系统（RTOS）的嵌入式软件，因此，为了更好的建立构件模型，本文在对嵌入式系统的软件体系结构和嵌入式系统的特性进行了研究之后，根据普通构件的定义与结构，结合嵌入式系统的运行环境和特殊要求，本文认为，嵌入式软件构件除了具有普通构件的全部属性描述之外，还应当具有非功能性属性的描述，并且在组装时应当在设计阶段进行静态组装。基于此，本文提出了一个适合于无创双水平呼吸机的嵌入式构件模型，用该模型生成了开发的呼吸机软件系统中的构件，并且最终通过构件的组装开发出一台包括当前主流的五种治疗模式的无创双水平呼吸机，这五种治疗模式分别是：自主呼吸模式，时间控制模式，持续气道正压通气模式，压力控制模式和自主/时间控制模式。生成的构件保存在嵌入式软件构件库当中，供今后新型呼吸机开发复用。本文还重点对病人呼吸状态转换和增压算法做了详细设计，使得本文中开发的呼吸机具有高度的灵敏度，舒适性和安全性。本文开发的呼吸机软件在UC/OS-II操作系统下运行。经测试，本文设计的无创双水平呼吸机在治疗功能上达到设计要求。与美国伟康公司的BiPap Synchrony呼吸机相比，各功能均与其基本持平，且在响应患者呼吸状态上比之有更好的灵敏性。这意味着，通过本文的系统设计生成的构件是可用的，并且是符合呼吸机性能要求的。这些构件可以在今后被复用，为新型号的呼吸机开发节约大量的成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究背景和研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 呼吸机产品现状
• 1.3.2 构件模型国内外研究现状
• 1.4 本文主要工作和目的
• 1.5 本文结构
• 第2章 无创双水平呼吸机简介
• 2.1 呼吸机发展简史
• 2.1.1 呼吸机雏形
• 2.1.2 现代呼吸机
• 2.1.3 现代呼吸机快速发展
• 2.2 呼吸机专业术语介绍
• 2.3 无创双水平呼吸机介绍
• 2.3.1 无创通气及无创双水平呼吸机简介
• 2.3.2 无创双水平呼吸机硬件介绍
• 2.3.3 无创双水平呼吸机工作原理
• 2.4 无创双水平呼吸机治疗模式
• 2.4.1 持续气道正压通气模式
• 2.4.2 自主呼吸模式
• 2.4.3 时间控制模式
• 2.4.4 自主/时间控制模式
• 2.4.5 压力控制模式
• 2.5 无创双水平呼吸机其他功能
• 2.5.1 爬坡功能
• 2.5.2 平均容积保证压力支持功能
• 2.5.3 舒适度功能
• 2.5.4 低分钟通气量检测
• 2.5.5 呼吸暂停检测
• 2.5.6 患者断开连接检测
• 2.6 本章小结
• 第3章 嵌入式软件体系结构与构件
• 3.1 构件的定义
• 3.2 构件的特征
• 3.2.1 构件的属性特征
• 3.2.2 构件的特点
• 3.3 构件的结构分析
• 3.4 嵌入式软件体系结构
• 3.5 嵌入式系统特点和嵌入式构件
• 3.5.1 嵌入式系统特点
• 3.5.2 嵌入式构件的结构
• 3.6 嵌入式构件的形式化语言描述
• 3.7 嵌入式构件的一个例子
• 3.8 嵌入式构件库的管理
• 3.9 本章小结
• 第4章 呼吸机软件系统设计
• 4.1 呼吸机整体体系结构
• 4.1.1 硬件部分
• 4.1.2 驱动层
• 4.1.3 操作系统层
• 4.1.4 算法层
• 4.1.5 应用层
• 4.2 软件系统架构
• 4.3 呼吸机最小构件的生成
• 4.4 重点算法设计
• 4.4.1 图形触发/撤换算法
• 4.4.2 容积触发算法
• 4.4.3 呼气阈值撤换算法
• 4.4.4 增压算法
• 4.5 呼吸机构件的组装
• 4.6 本章小结
• 第5章 呼吸机软硬件环境及测试
• 5.1 呼吸机医疗标准
• 5.2 呼吸机硬件环境
• 5.2.1 传感器
• 5.2.2 电机
• 5.2.3 阀门
• 5.2.4 整机
• 5.3 呼吸机软件环境
• 5.3.1 UC/OS-II 系统简介
• 5.3.2 UC/OS-II 系统任务
• 5.3.3 呼吸机任务
• 5.4 呼吸机界面
• 5.5 测试结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录