严重的空气污染和快速的老龄化,导致我国的呼吸道疾病发病率呈逐年上升趋势,如今慢性呼吸道疾病死亡率已占全国疾病死亡率的16.0%。随着人民生活水平的提高,人们对自身健康状况的关注程度也迅速提升,对慢性呼吸道疾病的日常监测越来越受到个人和家庭的重视。肺功能检查是慢性呼吸系统疾病的必要检查之一,对于早期检出肺、气道病变,评估疾病的病情严重程度,评定药物或治疗方法的疗效,鉴别呼吸困难的原因,诊断病变部位,评估肺功能对手术的耐受力或劳动强度耐受力及对危重病人的监护等方面均有重要的指导意义。机体为维持生命活动而摄取必需的O2,同时排出体内物质代谢所产生的CO2,这种机能活动称为呼吸(respiration)。肺泡内的空气与血液间的气体交换称为外呼吸或肺呼吸,血液与组织细胞间的气体交换称为内呼吸或细胞呼吸。细胞呼吸也叫组织呼吸,组织呼吸多半是指细胞内物质代谢过程中的H+转运而言。归根结底,呼吸就是以血液作为中间媒介,将空气中的02运送到组织,将组织中的CO2排出体外的过程。当肺中O2少,CO2多时,呼出气与外界空气进行交换,这个过程叫做通气(ventilation),通气要靠呼吸运动来实现。描记呼吸运动过程的曲线的方法叫做呼吸曲线描记法(pneumogram),本课题旨在研究有关肺呼吸(或外呼吸)测量的新方法。目前对肺功能的测量方法主要借助于各类流量计：压差式流量计、热敏式流量计、叶轮式和涡轮式流量计和超声音式流量计。虽然这些方法及其产品发展已比较成熟且测量精度也比较高,但相应仪器产品价格昂贵,而且直接通过口腔对流量计吸气与呼气进行测量,在长时间监护应用上十分不便。故传统肺功能的测量方法至今难于进入社区和家庭,无法让人们适时获得自身的肺功能状况及早做好预防措施,因此,研发适用于家庭和社区的、操作简便、低成本的肺功能测量方法与装置,对慢性呼吸道疾病的预防和治疗具有非常重要的意义。基于上述需求,本文首次提出了应用生物阻抗法的原理检测肺功能的新方法,并以此为基础研制了胸阻抗测量仪实验样机。样机以TI公司的16位超低功耗单片机MSP430为核心,辅以外围电路,即高频激励输出模块,压控恒流源,包络检波、放大、滤波、电平转换等电路共同组成,以实现胸阻抗的测量。基于生物阻抗法的原理样机采用二电极方法,提取人体在呼吸过程中胸阻抗的变化以及变化率来检测反映肺功能的主要参数。由于呼气时胸腔的收缩使肺泡和气路受到压迫,使气体进入支气管,同样支气管受到压迫而塌陷,迫使气体呼出体外,随着支气管的塌陷和气路的阻力的增加,限制了气流速率的进一步增大。胸阻抗变化的曲线表明最大呼气速率随着肺容量的减小而减小,这与已知的人体呼吸生理过程是相吻合的。样机测量提取的主要参数是：(1)用力肺活量FVC:(forced vital capacity):它是从最大吸气位置(即TLC)用力迅速呼出时的总呼出量；(2)一秒率(FEV1/FVC, FEV1%:forced expiratory volume in one second):它是从最大吸气位置用力呼出经1s时间呼出的气体量,与用力肺活量之比,即FEV1%=(FEV1/FVC)×100%;(3)峰值流量(PEF, peak expiratory flow):即最高呼气流量,是指用力肺活量测定过程中,呼气流量最快时的瞬间流速。测量的基本方法如下：利用极值加阈值的算法,经过多次检测实验,从波形里超过阈值的数据中寻找极大值和极小值,完成对呼吸波的波峰及波谷的提取,再经计算处理从而获得用力肺活量和一秒率；利用差分法寻找前后阻抗差值的最大值并以此对应呼吸波斜率的最大值,并加以计算处理获得峰值流量。所研制的基于生物阻抗法原理的肺功能仪与基于流量计测量的传统肺功能仪相比有如下优点：1.体积小,重量轻,便于携带,可在社区医院与家庭有限的空间环境里有效使用；2.价格低廉,与上万元的市售传统肺功能仪相比更易于广大民众所接受；3.使用方便,只需在胸前贴上电极便可进行测量,而传统肺功能仪测量时对流量计的使用要求十分严格,没有专业人员指导难以完成。为验证所提新方法的有效性,利用本文所研制的实验样机与基于传统流量计法的MIR公司的spirolabⅢ肺功能仪,进行了肺功能测量对比试验。试验对象为23例健康人,所测肺功能主要参数包括：用力肺活量(FVC:forced vital capacity)、一秒率(FEV1/FVC,FEV1:forced expiratory volume in one second)和峰值流量(PEF, peak expiratory flow)。本文最后采用了比较两种测试方法一致性的Bland-Altman法,对所测数据进行了统计分析,两种测量方法数据的差值均落在其均值的正负2倍方差以内,根据Bland-Altman法对此结果的分析表明两种测量方法具有较高的一致性。