一种智能呼吸机的制作方法

本发明涉及一种呼吸领域，尤其是涉及一种智能呼吸机。

背景技术：

呼吸机常用于病人辅助呼吸，常规的呼吸机有手动式，电动式，现有的呼吸机通常是单气缸型的，气压波动较大。现有的呼吸机有几类，其中一种被称为双水平呼吸机(bipap)，是一种功能最全面的双气道压力呼吸机，可分别设置较高的吸气压和较低的呼气压，该呼吸机提供较高的吸气压力以保持气道开放，呼气时提供较低的呼气压力，以保证患者呼吸顺畅。机器与呼吸保持同步，双水平呼吸机适合各类睡眠呼吸暂停综合症病人及所有需用无创通气治疗的病人，尤其是一些危重病。

双水平呼吸机要求提供联系的正压，而目前的呼吸机通常是采用风机进行控制，由于风机旋转的原因造成流量无法精确控制。同时呼吸的频率、流量控制都是控制的难点。现有的双水平呼吸机通常操作不够精确，系统结构复杂，使用起来比较麻烦。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明由此提供了一种智能呼吸机，包括控制单元ecu，电机，所述控制单元用于控制所述电机的转速从而控制呼吸机的排气量，还包括排气阀，用于控制呼吸机的排气管的排气压力；还包括人体变化量测量单元，所述人体变化量测量单元包括腹围变化量测量单元和/或胸围变化量测量单元，用于根据腹围变化量和/或胸围变化量的参数控制电机的转速和排气阀的开闭参数，还包括云处理服务器用于接收ecu收集的用户参数并进行计算后返回所述ecu。

进一步的，所述人体变化量测量单元包括弹性围带以及应力监测单元，所述弹性围带用于套在用户的腹部或胸部上，所述应力监测单元用于监测弹性围带的应力变化情况以及应力持续时间，从而获得用户的呼吸频率和振幅，所述应力监测单元还包括无线通信模块，用于与所述ecu进行通信。

进一步的，所述应力监测单元根据监测弹性围带的应力变化情况和应力持续时间获得在特定时间内的吸气持续时间t1、吸气过程的末端平稳时间t2，呼气持续时间t3、呼气过程的末端平稳时间t4并发送给所述ecu，同时还记录在吸气持续时间t1内的应力波峰值n1，并将该波峰值n1发送给ecu。

进一步的，所述ecu根据所述用户参数预设所述电机的转速从而控制呼吸机的初始排气流量；所述ecu将所述特定时间内的吸气应力波峰值n1累加后求出该特定时间内吸气应力平均波峰值nk，并将该平均波峰值nk与预定的值ny比较，所述ecu根据nk与ny的比较结果控制电机在下一个特定时间内的转速。

进一步的，所述ecu根据所述用户参数预设排气阀的开闭程度以及维持时间，从而控制呼吸机的初始排气压力和压力维持时间；所述ecu计算所述特定时间内t1和t2之和在该特定时间内的平均值tp1，根据该平均值tp1确定下一个特定时间内吸气过程的正压保持时间；同时计算所述特定时间内t3和t4之和在该特定时间内的平均值tp2，根据该平均值tp2确定下一个特定时间呼气过程的正压保持时间。

进一步的，所述呼吸机包括两个压气机单元，所述两个压气机单元并列设置；所述两个压气机单元的每一个都包括气缸和在所述气缸中自由运动的活塞，还包括与所述活塞固定连接的活塞杆，还包括进气阀和排气阀，当活塞下行时，进气阀打开而排气阀关闭，当活塞上行时，进气阀关闭而排气阀打开；还包括传动单元，所述传动单元包括设置在所述两个压气机单元的活塞杆之间的电机，所述电机用于驱动主动轮旋转，所述主动轮与蜗杆上的蜗旋线部分呈垂直接触，构成蜗杆传动系统，当电机转动时，带动蜗杆转动；所述蜗杆的两端分别配置有一个齿轮，其中一个齿轮用于与其中一个压气机单元的活塞杆两侧分别设置的条形齿相接触，另一个齿轮用于与另一个压气机单元的活塞杆两侧分别设置的条形齿相接触；每个齿轮都包括基圆部分和齿部分，所述齿部分沿着所述齿轮的外周成180度连续分布；每个齿轮都具有中心孔用于与蜗杆固定连接；每一个活塞杆都包括基杆部分以及从所述基杆部分的两侧垂直向着电机方向伸出的两个条形齿，两个条形齿为对置配置。

进一步的，所述两个压气机单元的齿轮之间的相位相差为180度，所述两个压气机单元的活塞之间的相位差为180度。

进一步的，所述呼吸机还包括配气系统，所述配气系统包括进气管以及进气腔，进气腔具有进气支管分别与每个压气机的进气阀连通；还包括排气管，以及排气腔，排气腔分别具有支管与每个压气机的排气阀连通。

进一步的，在所述排气管上还配置有缓冲气缸，所述缓冲气缸内部具有缓冲活塞，所述缓冲活塞通过弹簧连接到缓冲气缸的底部，所述缓冲气缸与所述排气管之间通过进气口连通，从而在所述进气口与缓冲活塞之间形成密封的缓冲腔。

进一步的，所述排气阀布置在所述排气管上并位于所述缓冲气缸的后方

本发明的智能呼吸机构造简单、操作简易，可以时刻监测病人的生理数据作出相应的压力调整可以有效地治疗呼吸综合症，可以实现空气的连续输出而不必变化电机的旋转方向，省去了电机的复杂控制系统，提供了一种双水平呼吸机的简易操控。

附图说明

当结合附图考虑时，参考下面的描述能够很好的理解本发明的结构、原理、工作特点和优点，但此处说明的附图用来对本发明的进一步解释，所附示意图只是为了更好的对本发明进行说明，并不对本发明构成不当限定，其中：

图1为本发明的智能呼吸机的系统组成示意图；

图2是本发明的智能呼吸机排气阀的结构示意图；

图3是本发明的智能呼吸机的人体变化量测量单元的结构示意图；

图4为发明的智能呼吸机的人体呼吸应力数据图；

图5为本发明的智能呼吸机的呼吸机的结构示意图；

图6中左图为图5中的压气机1的传动装置的右视图，图6中的右图为图5中的压气机2的传动装置的左视图；

图7为本发明本发明的智能呼吸机的呼吸机的活塞杆的结构示意图。

图8为本本发明的智能呼吸机的呼吸机的配气消除波动的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合实例和附图对本发明作进一步的描述，应当指出的是，以下实施例仅仅为示意性的，其并非意图限制本发明。

参考图1，本发明的智能呼吸机包括控制单元ecu6，还包括电机30，所述控制单元6用于控制电机30的转速从而控制呼吸机1的输气量，还包括排气阀5，用于控制呼吸机的1的排气管的排气压力，还包括人体变化量测量单元7，所述人体变化量测量单元包括腹围变化量和/或胸围变化量测量单元，用于根据腹围变化量和/或胸围变化量的参数控制电机30的转速和排气阀5的开闭量，从而控制呼吸机的排气量和排气压力。还包括云处理服务器8用于接收ecu收集的用户参数并进行计算后返回所述ecu。云处理服务器8例如用于根据用户的呼吸数据参数确定呼吸机的基准排气量和排气压力。

参考图2，所述排气阀5包括蝶排气阀片51，排气阀杆52的一端与蝶排气阀片51固定连接，另一端穿过排气管，并在该另一端的端部配置有斜齿轮53。排气阀杆52与排气管44之间使用密封圈进行密封。还包括电机55，电机55通过导线56连接到ecu6，并且电机55的输出轴上配置有斜齿轮54用于驱动排气阀杆52的斜齿轮53旋转，从而控制控制排气阀5的开闭程度，进而控制排气管的排气压力。

对于双水平呼吸机而言，需要在用户呼吸的全过程中都保持正压，在吸气时的正压大于呼气时的正压。因此需要精确地控制排气阀5的开闭程度以及持续时间。

参考图3，腹围变化量测量单元和/胸围变化量测量单元包括弹性围带71以及应力监测单元72，所述弹性围带71用于套在用户的腹部或胸部上，所述应力监测单元72用于监测弹性围带71的受力变化情况以及受力持续时间，从而获得用户的呼吸频率和振幅。所述应力监测单元72包括无线通信模块，用于与ecu6进行通信。

如图4所示，典型应力监测单元72监测到的呼吸频率和振幅如图所示。在吸气持续时间t1中，应力逐渐增大，在吸气过程的末端应力有一段平稳的时间t2，之后进入呼气持续时间t3，应力逐渐减小，在呼气过程的末端应力有一段平稳时间t4，之后再次进入吸气持续时间，依次循环。应力监测单元72记录上述过程的持续时间并发送给ecu6，同时还记录吸气持续时间t1的波峰值n1和呼气持续时间t3中应力的波谷值n2。并将波峰值n1和波谷值n2发送给ecu6。应当知晓的是，用户的吸气过程和呼气过程由应力监测单元72监控，因此当应力监测单元72监控到应力开始增大时，判断用户进了吸气过程，当监测到应力开始减小时，判断用户进行了呼气呼气过程，从而排气阀5的开闭变化时间受到监测单元72所监测的参数而控制。

ecu6中存储有用户数据，例如基准排气量和排气压力。根据该用户数据预设电机30的转速从而控制呼吸机1的排气流量，病根该用户数据预设排气阀5的开闭程度以及维持时间，从而控制呼吸机1的排气压力和压力维持时间。当ecu6监测到上述波峰值n1发送变化时，根据变化量控制电机30的转速。这样就可以实现对呼吸机的排气量的动态调整。

在特定的实施例中，所述ecu6收集每隔特定时间例如30秒内的吸气应力波峰值n1并累加后求出该特定时间内吸气应力平均波峰值nk，并该平均波峰值nk与预定的值ny比较，ecu6根据nk与ny的差值控制电机在下一个特定时间内的转速。ny可以是基于用户参数预设的值，该值与例如人体的身高，年龄有关。这样就实现了根据用户的吸气量大小动态地控制呼吸机1的排气量。呼吸机的排气量也可以通过控制排气阀的开度实现。即ecu6根据nk与ny的差值控制排气阀在下一个特定时间内的开闭程度。

在特定实施例中ecu6收集每隔特定时间例如30秒内的在吸气持续时间t1、平稳时间t2、呼气持续时间t3，平稳时间t4的值，并计算t1和t2之和在该特定时间内的平均值tp1，根据该平均值tp1确定下一个特定时间吸气过程的正压保持时间；同时计算t3和t4之和在该特定时间内的平均值tp2，根据该平均值tp2确定下一个特定时间呼气过程的正压保持时间。

在所述下一个特定时间内，上述正压保持时间的调节由排气阀5进行。调节排气阀5在吸气过程中通常维持最大开度，该最大开度的维持时间由tp1确定；调节排气阀5在呼气过程中通常维持较小开度，该较小开度的维持时间由tp2确定。由此，便实现了呼吸机的排气压力的动态调整。例如，在特定时间内的多个t1+t2之和的平均值为1.4秒，而在特定时间内的多个t3+t4之和的平均值为2.1秒，则控制排气阀5维持较大开度为1.4秒，而较小开度为2.1秒。

上述排气量和排气压力的动态调整利用了过往特定时间内的呼吸参数来确定下一特定时间的呼吸参数，实现了呼吸机1的自我学习和调节，这种动态地调整方法尤其具有优势。

本发明的呼吸机1的具体结构，如图5-8。

参考图5，本发明的一种呼吸机包括至少两个压气机单元1和2，所述两个压气机单元并列设置。压气机单元1包括气缸11和在气缸11中自由运动的活塞12，还包括与活塞12固定连接的活塞杆13，此外还包括进气阀14和排气阀15。当活塞12下行时，进气阀14打开而排气阀15关闭，当活塞12上行时，进气阀14关闭而排气阀15打开。压气机单元2包括气缸21和在气缸21中自由运动的活塞22，还包括与活塞22固定连接的活塞杆23，此外还包括进气阀24和排气阀25。当活塞22下行时，进气阀24打开而排气阀25关闭，当活塞22上行时，进气阀24关闭而排气阀25打开。还包括传动单元3，该传动单元3包括设置在两个压气机1的活塞杆13和压气机2的活塞杆23之间电机，该电机驱动主动轮31旋转，主动轮与蜗杆33上的蜗旋线部分32呈垂直接触，构成蜗杆传动系统，当电机转动时，将带动蜗杆33转动。

参考图5和6，蜗杆33的两端分别配置有齿轮36和齿轮35，其中齿轮36与压气机1的活塞杆13上的条形齿131和132接触，齿轮36包括基圆部分和齿部分361，所述齿部分361沿着齿轮36的外周成180度连续分布，这样齿轮36为一种只具有“一半”齿部分的半齿轮，齿轮36具有中心孔362用于与蜗杆33的一端固定连接。齿轮35与压气机2的活塞杆23上的条形齿231和232接触，齿轮35包括基圆部分和齿部分351，所述齿部分351沿着齿轮35的外周成180度连续分布，这样齿轮35为一种只具有“一半”齿部分的半齿轮，齿轮35具有中心孔352用于与蜗杆33的另一端固定连接。

参考图6和图7，示出了活塞杆13和23的具体结构实体图。活塞杆13包括基杆部分以及从该基杆部分的两侧垂直向着电机方向伸出的条形齿131和132，条形齿131和132为对置配置，齿轮36配置在该对置的条形齿131和132之间，当齿轮36转动时，齿轮36的齿部分361可以与条形齿131或条形齿132之一接触。

活塞杆23同样包括基杆部分以及从该基杆部分的两侧垂直向着电机方向伸出两根的条形齿，两根条形齿为对置配置，齿轮35配置在该两根对置的条形齿之间，当齿轮35转动时，齿轮35的齿部分351可以与该两根对置的条形齿的其中之一接触。

当电机转动时，蜗杆33带动齿轮36转动。参照图3，齿轮36顺时针连续转动，当齿轮36的齿部分361与左侧的条形齿132接触时，将带动活塞杆13向上运动，当齿轮36的齿部分361与右侧的条形齿131接触时，将带动活塞杆13向下运动。从而实现压气机1的活塞12上下运动，完成进气和排气冲程。

当电机转动时，蜗杆33同样带动齿轮35转动。参照图3，齿轮35将逆时针连续转动，当齿轮35的齿部分351与左侧的条形齿接触时，将带动活塞杆23向下运动，当齿轮35的齿部分351与右侧的条形齿接触时，将带动活塞杆23向上运动。从而实现压气机2的活塞22上下运动，完成进气和排气冲程。

所述齿轮36和齿轮36的相位相差180度，当电机连续转动时，压气机1的活塞12在齿轮36的驱动下向上运动时，压气机2的活塞22在齿轮35的驱动下向下运动；当压气机1的活塞12在齿轮36的驱动下向下运动时，压气机2的活塞22在齿轮35的驱动下向上运动。调整所述活塞12和活塞22的相位也相差180度，这样当压气机1进行吸气冲程时，压气机2进行排气冲程，当压气机1进行排气冲程时，压气机2进行吸气冲程。这就实现了本发明的呼吸机的连续输出，而不必像现有技术那样呼吸机为脉动式输出。这样，由于采用了双齿条结构，不论电机是正转还是反转，都不影响呼吸机的运转。例如参考图2，当左侧齿轮顺时针转动时，右侧的齿轮逆时针转动，此时左侧的活塞杆向下运动，右侧的活塞杆向上运动；当左侧齿轮逆时针转动时，右侧的齿轮顺时针转动，此时左侧的活塞杆仍然向下运动，右侧的活塞杆仍然向上运动当。

再参考图8，本发明的呼吸机的配器系统包括进气管43以及进气腔41，进气腔41具有进气支管分别于压气机1的进气阀14和压气机2的进气阀24连通。还包括排气管44，以及排气腔42，排气腔42分别具有支管与压气机1的排气阀15和压气机2的排气阀5连通。由于采用了进气腔41和排气腔42，可以使得进气压力和排气压力趋于稳定，实现了进气和排气地连续进行。

特别地，在排气管44上还配置有缓冲气缸47，缓冲气缸47内部具有缓冲活塞48，缓冲活塞48通过弹簧连接到缓冲气缸47的底部。缓冲气缸47具有排气管之间通过进气口45连通。从而在进气口45与缓冲活塞48之间形成密封的缓冲腔。当排气地压力发生波动时(这种波动可以是因为进气压力发生变化，或者马达转速发生变化引起)，如果排气压力过大，则部分排气将进入缓冲腔中，在弹簧和缓冲活塞48的作用下，缓冲腔与排气管之间的气压达到稳定，从而消除了排气管中的压力脉动。排气管43上还具有排气阀46布置在排气管45上并位于缓冲气缸47的后方，可以对排气的速度进行调整。根据呼吸的压力调整排气的出口速度。

本发明的呼吸机结构简单，操作简易，不需要像现有技术那样采用复杂的控制方法，频繁地变换马达的转动方向来实现气流地连续输出。当电机连续转动时，由于压气机1和压气机2的活塞相位相差180，同时驱动齿轮也相差180度，因此可以实现气流地连续输入和输出。

本发明的智能呼吸机通过采用半齿轮的形式，实现了单个压气机在不变换马达转动方向的情况下，完成进气和排气冲程，可以实现气流地稳定输出，构造了一种双水平呼吸机。同时根据用户的数据对呼吸机的排气量和排气压力进行了动态调整，由此可以对用户的呼吸综合症进行有效治疗，提高了用户适应度。

尽管已经结合实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解地是，本发明并非仅限于特定实施例，相反，在没有超出本申请精神和实质的各种修正，变形和替换都落入到本申请的保护范围之中。