面向人体呼吸特征和气体组分精准控制的主动模拟肺研究

作     者：祖明宇 马嵩华 胡天亮 马德东 ZU Mingyu;MA Songhua;HU Tianliang;MA Dedong

作者机构：山东大学机械工程学院山东济南250061 高效洁净机械制造教育部重点实验室山东济南250061 机械工程国家级实验教学示范中心山东济南250061 山东大学齐鲁医院山东济南250012 山东大学国家卫生健康委员会耳鼻喉科学重点实验室山东济南250012 

出 版 物：《液压与气动》 (Chinese Hydraulics & Pneumatics)

年 卷 期：2025年第49卷第1期

页      面：95-106页

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 1004[医学-公共卫生与预防医学(可授医学、理学学位)] 080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 10[医学] 

基　　金：山东省重点研发计划(重大科技创新工程)(2023CXGC010508) 泰山学者特别基金 山东大学齐鲁学者特别基金 

主　　题：模拟肺 模糊PID 气体组分 电气比例阀 

摘      要：为配合呼吸机测试、临床人员培训和呼吸诊疗设备研发等工作,设计了一套主动模拟肺设备。介绍了该主动模拟肺设备的系统设计方案,使用电气比例阀作为执行部件,通过增量PI和模糊PID控制算法,调节每条支气路气体流量,实现对呼吸特征和气体组分的精确控制。对人体正常呼吸和麻醉呼吸模式下的呼吸动作进行模拟,流量曲线的跟随性较好,均方根误差在可接受阈值内,其潮气量、峰值流量等呼吸特征均达到要求;同时,该模拟肺对于气体组分的控制能够满足对血氧交换过程的模拟需求,代替人体完成面向不同类型呼吸疾病和不同病程的呼吸诊疗设备校验和调整。