本实用新型属于医疗卫生领域，特别是涉及一种呼吸机。
背景技术：
呼吸机广泛用于临床医疗，是一种能够起到预防和治疗呼吸衰竭，减少并发症，挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备；能够代替、控制或改变人的正常生理呼吸，增加肺通气量，改善呼吸功能，减轻呼吸功消耗。
呼吸机在使用过程中，针对自主呼吸能力不同的患者，设置的呼吸参数往往不同。但是，现有的呼吸机都不能评估患者的自主呼吸能力，无法给出建议的参数设置。因此，目前对于设置参数是否合理的判断，很大程度上依赖于医生的经验，尤其是患者慢慢脱离呼吸机的过程，需要医生慢慢的尝试。
通常，需要使用呼吸机进行机械通气的患者，往往伴随自主排痰能力弱，肺部有痰液淤积的问题。很多机械通气的患者，会因为器械的排痰效果差导致严重的肺部感染，严重的会引起死亡。目前，临床上的排痰手段包括吸痰管吸痰、体外振动排痰机、机械吸排气式排痰机，以及可与呼吸机连用的负压排痰机。但是，现有的这些排痰手段均具有一定的局限性，例如：吸痰管无法清理肺深部的痰液，而且是侵入式操作，容易引起气道划伤，带入细菌；体外振动式排痰机只能使痰液松动，需要配合其他手段将痰液排出体外；机械吸排气式排痰机需要断开呼吸机，对患者机械通气影响较大；可以与呼吸机连用的排痰机，虽然在很大程度上可以解决上述问题，但是仍然无法避免对患者的机械通气产生影响，且会导致呼吸机报警，给临床使用带来不便。由此可知，目前的呼吸机都无法在排痰方面对患者带来足够的帮助。
另外，对于长期使用呼吸机进行机械通气的患者，往往会出现呼吸肌的废用性萎缩，使患者产生呼吸机依赖，无法脱机。目前的呼吸机虽然能够帮助患者解决通气不足的问题，却无法帮助患者恢复自主呼吸的能力。
例如，申请号为CN201310010089.5的中国发明专利申请提供了一种有排痰功能的呼吸机，其将呼吸机与排痰机相结合，以实现在辅助人体呼吸的同时，协助病人排出肺部痰液。但是其仍然有以下缺点：第一、没有对呼吸肌进行监测及治疗；第二、其仍然为在呼吸机气路之外增加单独的负压支路，没有将排痰的支路真正融入到呼吸机气路，增加了系统复杂度的同时，无法很好的协调二者的工作；第三，该呼吸机的负压源由储气罐和真空泵组成，结构过于简单，很难平衡设备体积和设备有效性的要求：如果储气罐的容积小或者真空泵的流量小，当进行排痰操作时，储气罐的压力很难快速建立，形成连续的有效的排痰，甚至会造成患者排气不充分；如果储气罐的容积足够大或者真空泵的流量够大，机器会显得笨重；第四、其负压支路没有足够的安全及监测机制保证患者的安全。
综上所述，本领域需要一种更优的解决方案，可以更好的解决患者机械通气过程中遇到的排痰不畅、呼吸肌萎缩等问题。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种呼吸机，其可以将呼吸、排痰、呼吸肌监测及治疗有机的结合为一个整体，在提供呼吸支持的同时，可以监测患者呼吸肌的状态，帮助医护人员更优的设置呼吸机参数；排痰时智能地模拟人的咳嗽，帮助患者将肺深部的分泌物排出；并且能够帮助患者的呼吸肌尽早恢复，有助于提早撤机。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：
一种呼吸机，其包括：
控制系统；
吸气模块，与控制系统连接；
呼气模块，
其特征在于，所述呼气模块包括：
切换阀，与控制系统连接，其具有第一接口、第二接口，以及用于接通或切断第一接口和第二接口的开关件，
呼气支路，其第一端连接患者端，其第二端连接切换阀的第一接口，
排痰支路，其第一端连接切换阀的第二接口，其第二端连接负压源的负压接口，
调压阀，设于呼气支路，与控制系统连接，用于维持呼气支路的气体压力在预定范围内，气体压力包括正压P+和负压P-。
借助上述结构的设置，本实用新型的呼吸机，在现有呼吸机的基础上增加了负压排痰功能，能够模拟人的正常咳嗽，解决了临床机械通气患者排痰困难的问题；而且，相对于现有的呼吸机与排痰机组合使用而言，本实用新型的结构更加简单、紧凑，具体是指，呼气时，切换阀呈关闭状态，只使用呼气支路，并利用调压阀调节呼气支路的正压P+，咳痰时，切换阀呈打开状态，利用切换阀将呼气支路和排痰支路串接起来用于排痰，并利用调压阀调节排痰支路的负压P-。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其负压源设置有气容、风机和气泵，其中，气容具有容置空间及与之连通的第一接口、第二接口和第三接口，风机通过第一接口对气容抽气，使得容置空间达到第一负压P1，气泵通过第二接口对气容抽气，使得容置空间达到第二负压P2，第一负压P1的绝对值小于第二负压P2的绝对值，气容的第三接口构成负压源的负压接口。借此，可以克服现有呼吸机中的负压源存在的如下缺陷：因为流量与负压相互制约导致很难同时实现大流量与大负压，同时满足二者往往会带来负压源的体积、噪声过大等问题，本实用新型的呼吸机中的负压源能够同时实现高负压和大流量，并且可以达到更低的噪声水平、更小的体积及更低的能耗等，尤其是，启动咳痰时，利用风机快速将气容内抽到一定的负压值，然后气泵进一步把气容中的压力抽到更低的预定负压，使得咳嗽开始阶段形成峰值的流速，后期流速有所下降，压力值也降到较低的负压，令气流波形上更接近于正常咳嗽的气流，后期较小的负压对患者也是较好的保护，而且患者整个呼气过程都会感到很顺畅。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其中，负压源还设置有单向阀，单向阀设于气容的第一接口与风机的负压端之间，选择性地由气容向风机通气。例如，当风机抽气结束后或者在气泵抽气前，关闭单向阀，有利于进一步负压的形成。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其中，负压源还包括安全阀和气压传感器，设于排痰支路的第二端与气容的第三接口之间。较佳的，安全阀靠近气容设置，气压传感器靠近第三接口设置。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其中，调压阀同时设有正压接口和负压接口，正压接口用于维持正压P+在预定范围内，负压接口用于维持负压P-在预定范围内。
较佳的，调压阀设于呼气支路靠近切换阀的一端。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其中，调压阀的正压接口和负压接口为并列设置的两个接口。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其中，调压阀的正压接口和负压接口为同一个接口，该接口正向开启时，为正压接口，该接口反向开启时，为负压接口。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其中，正压P+的预定调节范围为0～80cmH2O。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其中，负压P-的预定调节范围为-10～-150cmH2O。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其还包括呼吸肌同步运动模块，呼吸肌同步运动模块包括用于监测呼吸肌肌电信号的呼吸肌肌电检测子模块。借此，可以检测患者的呼吸肌运动状况。
本实用新型一个较佳实施例的呼吸机，其还包括呼吸肌肌力评价子模块，用于对呼吸肌肌力进行评价，评价时所使用的参考信号包括呼吸肌肌电信号，例如呼吸肌肌电检测子模块检测得到的呼吸肌肌电信号。
其中，评价呼吸肌肌力的方法为，根据患者的自主吸气能力、呛咳力度、膈肌肌电信号强度，将患者的自主呼吸能力划分为若干级。例如，最低级别为完全无呼吸，建议使用控制模式通气；最高级别为可以完全自主呼吸，建议采用自主呼吸通气模式或者尝试脱机。
本实用新型一个较佳实施例的呼吸机，其还包括用于优化人机同步的人机同步优化子模块，优化人机同步所使用的参考信号包括呼吸肌肌电信号，例如呼吸肌肌电检测子模块检测得到的呼吸肌肌电信号。
本实用新型一个较佳实施例的呼吸机，其呼吸肌同步运动模块还包括呼吸肌刺激子模块，用于同步患者的呼吸肌活动与呼吸机的正压通气。借此，可以刺激患者呼吸肌使其产生与正压通气同步的肌肉运动，更好地模拟正常呼吸，减少因机械通气导致的呼吸肌废退，有利于保持呼吸肌的活力，令患者可以尽早恢复、脱机。
其中，呼吸肌刺激子模块较佳的包括膈神经刺激单元和腹肌刺激单元。
实施时，膈神经刺激单元的刺激位置是两侧胸锁乳突肌下缘三分之一处，或者项部膈神经根处；腹肌刺激单元的刺激电极位于腹直肌和/或腹横肌处。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其还包括参数显示模块，参数显示模块包括肌电检测结果显示子模块和患者呼吸肌肌力评价结果显示子模块。例如，显示肌电检测的波形和对患者呼吸肌肌力的评分。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其控制系统包括参数设置模块，其中，参数设置模块包括：咳痰时吸气潮气量设置子模块、咳痰时吸气压力设置子模块、咳痰时咳痰负压设置子模块、吸气气流振荡设置子模块、呼气气流振荡设置子模块和呼吸肌同步运动模块参数设置子模块中的任一个或任几个。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其同时设置有咳痰时吸气潮气量设置子模块和正常呼吸时的潮气量设置子模块，且二者为可独立设置的。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其同时设置有咳痰时吸气压力设置子模块和正常呼吸时的吸气压力设置子模块，且二者为可独立设置的。
(三)有益效果
本实用新型的有益效果是：
本实用新型的呼吸机在现有呼吸机的基础上增加了负压排痰功能，能够模拟人的正常咳嗽，解决了临床机械通气患者排痰困难的问题，且其结构更加简单、紧凑。
本实用新型呼吸机的呼吸肌同步运动模块，可以实时检测患者的呼吸肌活动情况，结合呼吸力学参数，更好的评估患者的呼吸能力，给出客观的呼吸能力评价，帮助临床确定治疗措施。同时，呼吸肌刺激模块可以同步患者的呼吸肌活动与呼吸机的正压通气，帮助患者保持和回复呼吸肌的肌力，同时减少正压伤的发生。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的呼吸机的气路示意图。
【附图标记说明】
1：涡轮风机；2：稳压阀；3：流量控制阀；4：流量计；5：混合腔；6：开关阀；7：振荡器；8：流量计；9：安全阀；10：气压传感器；11：气压传感器；12：涡轮风机；13：气泵；14：气容；15：安全阀；16：切换阀；17：调压阀；18：振荡器；19：流量计；20：气压传感器；21：压力传感器；22：单向阀；23：过滤器。
具体实施方式
为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。
本实用新型一个实施例的呼吸机，其包括控制系统、吸气模块和呼气模块，所述呼气模块包括：
切换阀，其具有第一接口、第二接口，以及用于接通或切断第一接口和第二接口的开关件；
呼气支路，其第一端连接患者端，其第二端连接切换阀的第一接口；
排痰支路，其第一端连接切换阀的第二接口，其第二端连接负压源的负压接口；
调压阀，设于呼气支路，用于维持呼气支路的气体压力在预定范围内，气体压力包括正压P+和负压P-。
借助上述结构的设置，本实用新型的呼吸机，在现有呼吸机的基础上增加了负压排痰功能，能够模拟人的正常咳嗽，解决了临床机械通气患者排痰困难的问题，而且，相对于现有的呼吸机与排痰机组合使用而言，本实用新型的呼吸机结构更加简单、紧凑。
参见图1，本实用新型一个较佳实施例的呼吸机，其在为患者提供呼吸支持的同时，还能够帮助患者排痰，清理肺深部的痰液；同时呼吸肌同步运动模块，可以检测患者的呼吸肌运动状况，也可以刺激患者呼吸肌使其产生与正压通气同步的肌肉运动。
本实施例中的呼吸机包括控制系统、吸气模块和呼气模块，其中：
控制系统，包括中央控制单元、人机交互界面，以及外围设备的驱动，用于整个呼吸机的控制；
吸气模块，用于产生正压气流，为患者提供呼吸支持，吸气模块通过吸气支路连接到患者；
呼气模块，用于患者呼出气体以及帮助患者排痰，其排痰支路通过呼气支路连接到患者。
其中，吸气模块包括：产生正压空气的气源或者外部气源接口，以及高压氧气接口、混氧结构及氧浓度检测机构、控制吸气支路与患者连通的开关阀、限制正压范围的限压阀(安全阀)9、使吸气支路内产生气流振荡的振荡器7、控制吸气模块与吸气支路连通的开关阀6。
本实用新型的一个实施例中，吸气模块包括涡轮风机1，用于得到正压空气；稳压阀2，用于稳定输入的高压氧气的压力；流量控制阀3，用于控制氧气和/或空气的流量；流量计4，用于检测需要混合的氧气和/或空气流量大小；混合腔5，用于将氧气及空气混合均匀；开关阀6，控制呼吸机吸气支路的气流通断；振荡器7，用于吸气支路内的气流产生振荡，其振荡频率可以设定为10～30Hz；流量计8，用于测定吸气时吸入的气体流量，并可据此计算得到吸气潮气量；安全阀9，在气路内正压过高时自动打开，防止气路压力过高，保护患者安全，例如可以设定安全压力为8KPa；过滤器23，过滤进入呼吸机的氧气及空气；气压传感器10，用于监测进入呼吸机的空气及氧气的压力；气压传感器11，用于监测氧气与空气的混合气体的压力。
其中，振荡器7可以设置为在吸气阶段振荡，或者只在屏气时振荡，也可以始终振荡或者始终处于关闭状态。
其中，呼气模块包括负压源、排痰支路、切换阀、调压阀和呼气支路。
其中，负压源包括涡轮风机12、负压气泵13、气容14。
使用时，涡轮风机12快速将气容14内抽到一定的负压值，然后气泵13进一步把气容14中的压力抽到更低的预定负压。
较佳的，还包括单向阀22、限压阀15以及压力传感器21。
本实用新型的一个实施例中，呼气模块包括涡轮风机12，用于产生低压大流量气流，例如可产生大于150L/min的流量；气泵13，用于产生较高负压，例如可产生200cmH2O的负压；气容14用作负压腔，在排痰开始前准备足够大的负压和容积，例如其容量可以为2～5L；安全阀(负压限压阀)15，用于防止气容14负压过高，保护气路安全，当气容14内的负压达到一定阈值时，安全阀(限压阀)15自动打开泄压；切换阀16，用于切换排痰支路、呼气支路，正常呼气时切换阀16关闭，负压气容14与呼气支路隔离，咳痰时切换阀16打开使负压气容14与呼气支路连通；调压阀17，在排痰模式时，用于控制气路负压大小，例如负压调节范围为-10～-150cmH2O，在正常呼气模式时，用于调节呼气末正压，例如正压调节范围为0～80cmH2O；振荡器18，用于使气道内的气流产生振荡，促进痰液的松动，例如振荡频率可以为10～30Hz；流量计19，用于测定呼气/排痰时呼/排出的气体流量；气压传感器20，用于监测呼气支路内的压力；压力传感器21，用于监测气容14内的压力大小；单向阀22，允许气流从气容14到涡轮风机12单向流动。
其中，启动咳痰时，涡轮风机12快速将气容14内抽到一定的负压值，然后气泵13进一步把气容14中的压力抽到更低的预定负压，此时单向阀22自动关闭。咳痰过程中的前期，气容14中的高负压在呼气支路中建立起高速的咳嗽气流，随着患者呼气的潮气量增大，气容14中的压力下降，患者的呼气气流也开始下降。咳嗽过程的后期，气容14中的压力下降到涡轮风机12的抽吸压力以下时，单向阀22打开，患者在涡轮风机12的作用下快速呼出剩余的气体。于是咳嗽开始阶段形成峰值的流速，后期流速有所下降，压力值也降到较低的负压。从气流波形上更接近于正常咳嗽的气流，后期较小的负压对患者也是较好的保护，而且患者整个呼气过程都会感到很顺畅。负压限压阀15和传感器21可以保证气容14内的负压在20Kpa以下。
本实用新型一个较佳实施例中，所述切换阀16关闭时，在20Kpa的压力下不会产生泄露；所述切换阀16打开时，在300L/min的流量下，形成的压降不会超过1Kpa。
其中，正负压调节阀17包含正压和负压调节功能。呼气支路内的正压超过正压上限值时，正压端口自动打开，正压小于正压上限值时正压端口自动关闭。当呼气支路中为负压时，正压端口始终关闭。呼气支路内的负压超过负压上限值时，负压端口自动打开，负压小于负压上限值时负压端口自动关闭。当呼气支路内为正压时，负压端口始终关闭。
其中，振荡器18可以设置为在呼气阶段振荡，或者处于关闭状态。
本实用新型的一个较佳实施例中，呼吸机还包括呼吸肌同步运动模块，包括呼吸肌肌电检测子模块和呼吸肌刺激子模块。呼吸肌肌电检测子模块用于监测呼吸肌的肌电信号，可以作为判断呼吸肌肌力和优化人机同步的参考信号。即有利于通气质量的改善，帮助呼吸肌的恢复，又有助于提升排痰的效果。
其中，肌电检测包括对膈肌肌电的检测。膈肌肌电检测电极位于锁骨中线和第七第八肋间交叉点。
患者肌力的评价方法为，根据患者的自主吸气能力、呛咳力度、膈肌肌电信号强度，将患者的自主呼吸能力划分为若干级。最低级别为完全无呼吸，建议使用控制模式通气；最高级别为可以完全自主呼吸，建议采用自主呼吸通气模式或者尝试脱机。
其中，呼吸肌刺激包括膈神经刺激和腹肌刺激。膈神经刺激的刺激位置是两侧胸锁乳突肌下缘三分之一处，或者项部膈神经根处；腹肌刺激电极位于腹直肌和/或腹横肌处。
吸气过程开始时，所述控制系统控制呼吸肌同步运动模块产生吸气时的肌肉动作，例如使膈肌收缩；呼气过程开始时，所述控制系统控制呼吸肌同步运动模块产生呼气时的肌肉动作，例如使腹肌收缩。
所述呼吸肌同步运动模块中，膈神经刺激的方式，可以是电刺激，也可以是磁刺激。
其中，控制系统的参数设置方面，除包含现有呼吸机常有的参数外，还包括咳痰时吸气潮气量设置、咳痰时吸气压力设置、咳痰时咳痰负压设置、吸气气流振荡设置、呼气气流振荡设置、呼吸肌同步运动模块参数设置。其中咳痰时吸气潮气量和咳痰时吸气压力与正常呼吸时的潮气量、吸气压力设置相独立。
参数显示方面，除常规的呼吸机参数显示外，还可显示肌电检测的波形和对患者呼吸肌肌力的评分。
本实用新型一个实施例的呼吸机可以按照如下方式运行。
正常呼吸时，吸气相开关阀6打开，使吸气模块通过吸气支路与患者联通，向患者实施正压通气，切换阀16关闭，调压阀17正压限制设置为吸气压力上限。振荡模块7根据设定值启动或关闭振荡。控制系统根据设定的工作模式和参数控制气源和阀门向患者通气，如吸气潮气量和吸气压力，且通过流量阀4和气压传感器11检测正压通气的流量和压力。呼气相，开关阀6关闭，调压阀17的正压限制设置为呼气末正压，患者通过呼气支路及调压阀17的正压端呼气。呼气过程中，振荡器18根据设定值启动或关闭。控制系统根据设定的模式和参数控制调压阀，并通过流量计19和气压传感器20检测呼气支路的流量和压力。
咳嗽时，吸气相开关阀6打开，切换阀16关闭，调压阀17正压限制设置为吸气压力上限，负压上限设置为咳痰时负压值；振荡模块7根据设定值启动或关闭振荡。控制系统根据设定的工作模式和参数控制气源和阀门向患者通气，如咳痰时吸气潮气量、咳痰时的吸气压力设置，且通过流量计8和气压传感器11检测正压通气的流量和压力。呼气相，开关阀6关闭，调压阀17的负压限制设置为咳痰时负压值。切换阀16快速打开，使呼气支气路突然暴露在负压气容14的负压之下，产生高速的咳嗽气流。咳嗽过程中，振荡器18根据设定值启动或关闭。控制系统根据设定的模式和参数控制调压阀，并通过流量计19和气压传感器20检测呼气支路的流量和压力，在检测到呼气潮气量接近患者吸入的潮气量时，或者呼气气流小于某一阈值时立即关闭切换阀16使患者与负压气容14隔离。
综上所述，本实用新型呼吸机在现有呼吸机的基础上增加了负压排痰功能，能够模拟人的正常咳嗽，解决了临床机械通气患者排痰困难的问题。
本实用新型呼吸机的呼吸肌同步运动模块，可以实时检测患者的呼吸肌活动情况，结合呼吸力学参数，更好的评估患者的呼吸能力，给出客观的呼吸能力评价，帮助临床确定治疗措施。同时，呼吸肌刺激模块可以同步患者的呼吸肌活动与呼吸机的正压通气，帮助患者保持和回复呼吸肌肌力，同时减少正压伤的发生。