一种双水平呼吸机压力控制装置及压力控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种双水平呼吸机压力控制装置及压力控制方法，其特征在于：包括：涡轮风机：用于产生压缩空气；涡轮风机驱动控制器：用于驱动所述涡轮风机，所述涡轮风机驱动控制器包括伺服控制器，所述伺服控制器是由前馈控制器和反馈控制器复合控制的闭环系统；传感器：用于实时检测患者气道的实际压力；气路：由软管连接形成。本发明提供的一种双水平呼吸机压力控制装置及压力控制方法，设计合理，具备实时检测、实时调整第一输出压力和最终输出压力，且具有抗干扰的功能，更加智能化和安全可靠。
【专利说明】一种双水平呼吸机压力控制装置及压力控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种双水平呼吸机，尤其涉及一种控制双水平呼吸机压力的装置和方法，属于医疗器械领域。
【背景技术】
[0002]打鼾是一种普遍存在的睡眠现象，目前大多数人认为这是司空见惯的，而不以为然，还有人把打鼾看成睡得香的表现。其实打鼾是健康的大敌，目前，随着人们对呼吸不畅，如打鼾可引发各种疾病的认识的提高，在家庭康复中经常会用到呼吸机。打鼾的原因一般可分为三种:一是由于患者气道变小，如由鼻息肉等疾病导致；二是由于室内缺氧，导致患者睡眠时张嘴呼吸；三是由植物神经控制的睡眠呼吸暂停综合症，即窒息一会后又打鼾，这种情况很严重，甚至有生命危险，夜间呼吸暂停时间超过120秒容易在凌晨发生猝死；另外，由于打鼾使睡眠呼吸反复暂停，造成大脑、血液严重缺氧，形成低血氧症，而诱发高血压、糖尿病、脑心病、心率失常、心肌梗死、心绞痛等各种疾病。由上可见，打鼾的危害不容忽视，家用型呼吸机的使用也越来越普遍，呼吸机是一种人工的机械通气装置，用于辅助或控制患者的自主呼吸运动，以达到肺内气体交换的功能，降低人体的消耗，以利于呼吸功能的恢复。
[0003]利用呼吸机治疗肺功能差、肺衰竭、睡眠呼吸暂停综合症患者的治疗原理为:呼吸机产生适当的持续正压通气(包括恒定正压、变化正压等)，经鼻面罩或口鼻面罩提供给患者，可有效避免患者呼吸道 塌陷或部分塌陷，从而保证患者呼吸通畅。治疗由肺功能差、肺衰竭、睡眠呼吸暂停综合症等原因导致的呼吸障碍的呼吸机为双水平呼吸机，双水平呼吸机的概念是为患者提供设定好的较高的吸气压和较低的呼气压，在患者呼吸过程中自动转换。但是，由于患者的呼吸生理复杂度较高，气道阻力经常会由于睡眠姿势变化、喝酒等状态影响而不断的升压、减压、导致压力波动较多，目前各个厂家的产品都存在不同程度的无法满足治疗效果的缺陷。
[0004]目前呼吸机的输出压力控制方式一般为:先预先设置机器的呼气流量、吸呼时间、吸呼频率和控制压力，正常工作后机器按照设置的吸气流量产生吸气动作，气道压力增加，当气道压力到达设定的控制压力后，减少吸气流量，维持恒定的压力直到吸气末。此种控制方法的缺点是:呼吸频率不能发生较大幅度的变化，否则会导致呼吸机的输入压力(即吸气时高压，呼气时低压)与患者的呼吸状态不匹配，进一步加剧患者的呼吸障碍，严重甚至危及患者的生命安全。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，提供一种实时检测，实时调整输出压力且具有抗干扰功能的双水平呼吸机压力控制装置及压力控制方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为:
一种双水平呼吸机压力控制装置，其特征在于:包括:涡轮风机:用于产生压缩空气；
涡轮风机驱动控制器:用于驱动所述涡轮风机，所述涡轮风机驱动控制器包括伺服控制器，所述伺服控制器是由前馈控制器和反馈控制器复合控制的闭环系统；
传感器:用于实时检测患者气道的实际压力；
气路:由软管连接形成，所述涡轮风机通过软管与鼻面罩相连并形成气路，所述传感器和所述涡轮风机驱动控制器之间以及所述涡轮风机驱动控制器和涡轮风机之间通过电线连接，所述传感器还与所述软管连通。
[0007]所述前馈控制器用于根据所述患者气道的实际压力来实时调节涡轮风机的第一输出压力，即当患者从呼气状态转变为吸气状态时，所述传感器检测到患者气道的实际压力由大变小，则所述前馈控制器输出一个升高的阶跃控制信号给所述伺服控制器，使涡轮风机瞬间加速，从而迅速升高涡轮风机的第一输出压力，以帮助患者顺利吸气；当患者从吸气状态转变为呼气状态时，所述传感器检测到患者气道的实际压力由小变大，则所述前馈控制器输出一个降低的阶跃控制信号给所述伺服控制器，使涡轮风机瞬间减速，从而迅速降低涡轮风机的第一输出压力，以帮助患者顺利呼气。
[0008]所述反馈控制器具有抗干扰功能，用于补偿患者呼吸对气道压力产生的扰动以及涡轮风机的非线性因素引起的不稳定，实现控制涡轮风机最终输出压力的功能。
[0009]所述涡轮风机驱动控 制器采用PID算法实现对涡轮风机的第一输出压力和最终输出压力的实时调节。
[0010]所述传感器为压力和/或流量传感器。
[0011]一种双水平呼吸机压力控制方法，其特征在于:包括以下步骤:
步骤一:利用传感器实时检测患者气道的实际压力；
步骤二:涡轮风机驱动控制器实时采集接收所述传感器监测到的患者气道的实际压力，并根据压力变化来调整涡轮风机的转速，以实现控制涡轮风机第一输出压力的功能；步骤三:利用反馈控制器具有抗干扰功能功能，进一步补偿调整第一输出压力，实现控制涡轮风机最终输出压力的功能。
[0012]本发明提供的一种双水平呼吸机压力控制装置及压力控制方法，采用传感器实时检测患者气道的实际压力，并将信息实时传递给涡轮风机驱动控制器，当患者气道的实际压力变化较大时，通过传感器判断出是由呼气状态转变为吸气状态，还是由吸气状态转变为呼气状态，当是由呼气状态转变为吸气状态时，患者气道的实际压力瞬间变小，则前馈控制器输出一个升高的阶跃控制信号给所述伺服控制器，使涡轮风机瞬间加速，从而迅速升高涡轮风机的第一输出压力，以帮助患者顺利吸气；当患者从吸气状态转变为呼气状态时，所述传感器检测到患者气道的实际压力瞬间变大，则所述前馈控制器输出一个降低的阶跃控制信号给所述伺服控制器，使涡轮风机瞬间减速，从而迅速降低涡轮风机的第一输出压力，以帮助患者顺利呼气；另外，反馈控制器具有抗干扰功能，能够补偿患者呼吸对气道压力产生的扰动以及涡轮风机的非线性因素引起的不稳定，进一步调整第一输出压力，形成最终输出压力；通过前馈控制器和反馈控制器设置，使涡轮风机的最终输出压力更加稳定可靠，并且，实时检测并传递信号的传感器保证了呼吸机的第一输出压力是随着患者的呼吸频率来发生变化，更加智能，不会出现呼吸机的输入压力(即吸气时高压，呼气时低压)与患者的呼吸状态不匹配的现象。本发明提供的一种双水平呼吸机压力控制装置及压力控制方法，设计合理，具备实时检测、实时调整第一输出压力和最终输出压力，且具有抗干扰的功能，更加智能化和安全可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明的结构示意图；
其中Gp为涡轮风机的经前馈控制器调整的第一输出压力，Ge和Gr分别为反馈控制器和前馈控制器，Ul和u2分别为反馈控制器输出电压和前馈控制器输出电压，D为患者呼吸对气道产生的压力扰动，Ps为涡轮风机，Pu为Gp经反馈控制器调整的输出压力，即涡轮风机的最终输出压力。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0015]如图1所示，一种双水平呼吸机压力控制装置，其特征在于:包括:
涡轮风机:用于产生压缩空气；
涡轮风机驱动控制器:用于驱动所述涡轮风机，所述涡轮风机驱动控制器包括伺服控制器，所述伺服控制器是由前馈控制器和反馈控制器复合控制的闭环系统；
传感器:用于实时检测患者气道的实际压力；
气路:由软管连接形成，所述涡轮风机通过软管与鼻面罩相连并形成气路，所述传感器和所述涡轮风机驱动控制器之间以及所述涡轮风机驱动控制器和涡轮风机之间通过电线连接，所述传感器还与所述软管连通。
[0016]所述前馈控制器用于根据`所述患者气道的实际压力来实时调节涡轮风机的第一输出压力，即当患者从呼气状态转变为吸气状态时，所述传感器检测到患者气道的实际压力由大变小，则所述前馈控制器输出一个升高的阶跃控制信号给所述伺服控制器，使涡轮风机瞬间加速，从而迅速升高涡轮风机的第一输出压力，以帮助患者顺利吸气；当患者从吸气状态转变为呼气状态时，所述传感器检测到患者气道的实际压力由小变大，则所述前馈控制器输出一个降低的阶跃控制信号给所述伺服控制器，使涡轮风机瞬间减速，从而迅速降低涡轮风机的第一输出压力，以帮助患者顺利呼气。
[0017]所述反馈控制器具有抗干扰功能，用于补偿患者呼吸对气道压力产生的扰动以及涡轮风机的非线性因素引起的不稳定，实现控制涡轮风机最终输出压力的功能。
[0018]所述涡轮风机驱动控制器采用PID算法实现对涡轮风机的第一输出压力和最终输出压力的实时调节。
[0019]所述传感器为压力和/或流量传感器。
[0020]一种双水平呼吸机压力控制方法，其特征在于:包括以下步骤:
步骤一:利用传感器实时检测患者气道的实际压力；
步骤二:涡轮风机驱动控制器实时采集接收所述传感器监测到的患者气道的实际压力，并根据压力变化来调整涡轮风机的转速，以实现控制涡轮风机第一输出压力的功能；步骤三:利用反馈控制器具有抗干扰功能功能，进一步补偿调整第一输出压力，实现控制涡轮风机最终输出压力的功能。
[0021]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本 发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种双水平呼吸机压力控制装置，其特征在于:包括: 涡轮风机:用于产生压缩空气； 涡轮风机驱动控制器:用于驱动所述涡轮风机，所述涡轮风机驱动控制器包括伺服控制器，所述伺服控制器是由前馈控制器和反馈控制器复合控制的闭环系统； 传感器:用于实时检测患者气道的实际压力； 气路:由软管连接形成，所述涡轮风机通过软管与鼻面罩相连并形成气路，所述传感器和所述涡轮风机驱动控制器之间以及所述涡轮风机驱动控制器和涡轮风机之间通过电线连接，所述传感器还与所述软管连通。
2.根据权利要求1所述的一种双水平呼吸机压力控制装置，其特征在于:所述前馈控制器用于根据所述患者气道的实际压力来实时调节涡轮风机的第一输出压力，即当患者从呼气状态转变为吸气状态时，所述传感器检测到患者气道的实际压力由大变小，则所述前馈控制器输出一个升高的阶跃控制信号给所述伺服控制器，使涡轮风机瞬间加速，从而迅速升高涡轮风机的第一输出压力，以帮助患者顺利吸气；当患者从吸气状态转变为呼气状态时，所述传感器检测到患者气道的实际压力由小变大，则所述前馈控制器输出一个降低的阶跃控制信号给所述伺服控制器，使涡轮风机瞬间减速，从而迅速降低涡轮风机的第一输出压力，以帮助患者顺利呼气。
3.根据权利要求1所述的一种双水平呼吸机压力控制装置，其特征在于:所述反馈控制器具有抗干扰功能，用于补偿患者呼吸对气道压力产生的扰动以及涡轮风机的非线性因素引起的不稳定，实现控制涡轮风机最终输出压力的功能。
4.根据权利要求1所述的一种双水平呼吸机压力控制装置，其特征在于:所述涡轮风机驱动控制器采用PID算法实现对涡轮风机的第一输出压力和最终输出压力的实时调节。
5.根据权利要求1所述的一种双水平呼吸机压力控制装置，其特征在于:所述传感器为压力和/或流量传感器。
6.一种双水平呼吸机压力控制方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤一:利用传感器实时检测患者气道的实际压力； 步骤二:涡轮风机驱动控制器实时采集接收所述传感器监测到的患者气道的实际压力，并根据压力变化来调整涡轮风机的转速，以实现控制涡轮风机第一输出压力的功能； 步骤三:利用反馈控制器具有抗干扰功能功能，进一步补偿调整第一输出压力，实现控制涡轮风机最终输出压力的功能。
【文档编号】A61M16/00GK103736183SQ201310683803
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】庞文明 申请人:科迈（常州）电子有限公司