一种呼吸机气流控制方法以及控制装置的制作方法

专利名称：一种呼吸机气流控制方法以及控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种人工呼吸机，特别涉及一种呼吸机连续气流控制方法以及控制装置。
背景技术：
呼吸机是一种为呼吸衰竭病人提供通气和氧合支持的关键生命支持设备。目前， 主流呼吸机的工作均采用模拟呼吸动作，也就是说，依靠呼吸机对病人气道进行周期性正压气流灌注来为肺的充盈提供呼吸动力支持。就呼吸机技术而言，要改善呼吸支持的品质， 就要尽可能降低呼吸支持时的气道压力和呼吸功消耗，就必须改善呼吸机工作与病人自主呼吸的同步性和协调性。现代呼吸机在这些方面虽取得一定技术进步，但由于模拟型通气时，病人自主呼吸是周期性的而呼吸机气流输出也是周期性的，要使呼吸机工作能完全顺服病人的自主呼吸，就必须使这两个高度动态的过程完全同步和协调，这就要求相当复杂的气流控制技术和昂贵的制作成本，而且也难于实现两者间的完全同步和协调。现有技术中的容量型通气和压力型通气是现代主流呼吸机的两类基本通气支持机制。这两类通气方式都是由呼吸机工作气源周期性地向气道内送入正压气流来对病人提供压力支持的。因为病人的呼吸是周期性的，而且，病人的气道和肺脏是一个复杂的管道系统，所以呼吸机气流输出必须在气流输出的激发、流量的设定和变化、时相转换、气道压力和潮气量等各个方面配合病人的吸气需要、顺服其气道摩擦阻力和胸、肺组织顺应性的即时变化；任何这些指标的设定不当，都可能造成病人的不适、过高的气道压力、甚至与呼吸机的对抗。这些缺点在容量型通气工作方式、特别是在气道病变复杂和严重的病人表现得尤为突出，因为容量型通气的流量输出是设定而不随气道状况和病人吸气需要的变化而改变的。现在已经明确，过高的气道压力是造成呼吸机肺损伤的主要原因。所以改善呼吸机治疗的安全性、通气效率和舒适性一直是呼吸机技术和呼吸机治疗的注意焦点，其探索的目的和带来的结果，正是气道压力的降低。过去二十年来，包括压力支持通气和压力控制通气的压力型通气方式的广泛应用是机械通气最重要的技术进步。压力型通气方式的气流输出能较好地顺服气道状况和吸气需要的性能，已经明显地降低了病人的气道压力、改善了病人的舒适性，否则，如果仍然采用定容型通气方式，对于多数情况特别在严重肺、气道病变的病人，呼吸支持要更为难于应付。无论是容量型通气或压力型通气，通气效果都取决于正压气流与气道状况的互动，正压气流的生成和输出都是周期性的，在正压气流被周期性地压入气道的过程中，很难完全避免与病人的气道状况及吸气需要之间的不匹配情况。近年来，在某些呼吸机上出现了名为Bi-Ievel的新的工作方式。Bi-Ievel可以非常容易、非常迅速地缓解呼吸机病人的呼吸困难而无需镇静药物的帮助；同时，在取得同样水平通气容量的前提下，Bi-Ievel所造成的气道压力要明显低于常规通气方式甚至压力支持通气和压力控制通气方式。Bi-Ievel临床应用的实际表现体现了其良好的通气品质。本发明者基于Bi-Ievel的工作，提出了一种气道正压切换型通气方式的概念。气道正压切换通气是一种与现时容量型通气和压力型通气两类主流通气方式完全不同的、以连续气流终端限流机制为工作基础的通气方式。气道正压切换通气的工作气源对管道系统提供高流量连续气流，当气流被设置在系统终端开口的压力阀上产生的阻力所限制时，整个管道系统内的压力就会相应升高。呼吸机治疗时病人气道与呼吸机管道贯通为同一系统，吸气末与呼气末气道内气流运动停止时，系统内包括气道的压力都处在同一水平，所以系统压力代表着气道和肺内压力；气道正压切换通气所造成的系统压力切换实际也就是气道内压和肺内压力的切换。作为一个弹性空腔，肺的容量的变化总是随着肺内的压力而变化的，两者的关系表现为压力-容量曲线。在压力-容量曲线上，较高的气道压力和肺内压力总是代表着较大的肺容量。气道正压切换通气时，肺内气道压力在两个不同的高度上切换也就造成了肺容量在两个不同水平的相应变换，这正意味着通气的进行。改善通气与氧合是呼吸机治疗的两个基本目的，生理学上，这两个过程分别与通气容量及肺功能残气量相关。气道正压切换通气时，通气压力决定着通气容量的大小，而气道基础压力则决定着肺功能残气量的大小，所以这两个指标是呼吸支持中的最重要指标。气道正压切换通气的原理类似于水库内水位的变化，河道水流被大坝拦蓄，上游水位自然提高，闸门的高度决定着库内的水位。气道正压切换通气时，肺的容量变化并非直接因为间歇性气流被送入肺内而造成，而是伴随整个呼吸机管道压力变化的间接结果，呼吸机通气造成的容量变化不受病人呼吸动作的影响，因而不再存在呼吸机气流输出与病人气道状况及吸气需要的匹配问题。Bi-Ievel至今还是作为一种比较次要的工作方式配置在以容量型通气方式和压力型通气方式为基础的先进的主流呼吸机上，其压力的转换也还是简单的时间切换，即以预先设置的频率和时间比进行转换控制。现代危重病抢救医学的进步，正在使得越来越多的严重肺、气道病变的病人有了呼吸和生命支持的机会，因而，对呼吸机治疗的安全性、有效性和舒适性的要求也越来越高；尽可能降低通气支持时的气道压力，尽可能让病人的自主呼吸主导呼吸机的工作，使呼吸机的工作更能顺服病人需要，正在成为呼吸机治疗中的新趋势，也是对呼吸机技术发展的新的要求。Bi-Ievel的实际性能表明，气道正压切换型通气将会是通气支持的一个新的技术方向；将气道正压切换型通气方式进一步发展、完善成一种独立的新型呼吸机将是技术和临床发展的需要。

发明内容
本发明是为了克服上述现有技术中缺陷，通过指令通气与自主呼吸工作方式、目标潮气量自动调控、呼吸暂停自动处置等一系列配套调控形成一种完全以气道正压切换通气为技术基础的独立而完整的呼吸机系统。本发明提供一种呼吸机气流控制方法，将流量稳定的连续气流由气源输入呼吸机系统，并通过控制气流出口端的阀门移动频率和距离动态地调整气道内的通气节奏和通气力度，从而实现对患者的呼吸支持，包括如下两种工作模式指令通气工作模式，用于在患者呼吸冲动不稳定或为患者提供特定水平的通气支持时使用，在指令通气工作模式下，中央处理器根据所述阀门的基础位置A点的校正以及阀门的移动距离B的动态调整，控制阀门以预设的频率在两点间移动，从而在通气过程中维持设定的目标潮气量为患者提供指令性通气支持；自主呼吸工作模式，通过气道接口段动态的压力和流量检测确定患者吸气动作的开始和终止，实现阀门的基础位置A点的校正以及阀门的移动距离B的动态调整，中央处理器根据所述校正和调整结果以患者的自主呼吸节奏控制阀门在两点间移动，使气道内的压力切换完全顺从患者的呼吸动作，在通气过程中维持设定的目标潮气量或在患者出现呼吸停顿时适应性地降低目标潮气量以维持自主呼吸的通气支持。其中，指令通气工作模式包括如下步骤对指令通气频率和呼吸时间比、目标潮气量以及基础气道压进行参数设置并将设置的目标潮气量和基础气道压换算成阀门的位移要素，所述阀门位移要素为基础位置A和移动距离B;根据所述阀门的位移要素，中央处理器控制启动初次通气；在初次通气过程中，对气道接口段的瞬时流量和气道压力进行检测， 并根据实际测得的压力和流量数据进行分析和运算，分别得出校准后的A点位置以及调整后的阀门的移动距离B并将其作为目标潮气量初始通气的阀门位移要素；中央处理器控制启动目标潮气量初始通气，根据在初次通气过程中确定的校准后的A点位置和调整后的阀门移动距离B，并以预先设定的所述指令通气频率和呼吸时间比执行所述初始通气；初始通气后，继续目标潮气量的通气并逐次按周期地重复校准阀门的A点位置和调整阀门的移动距离B，这种动态的校准和调整贯穿于整个通气支持过程直至指令通气的改变或终止。其中，自主呼吸工作模式包括如下步骤对目标潮气量、基础气道压以及吸气相触发灵敏度、呼气相转换灵敏度进行参数设置并将设置的目标潮气量和基础气道压换算成阀门的位移要素，所述阀门位移要素为基础位置A和移动距离B;自主呼吸吸入流量的检测和处理；当在设定的时间内检测到的自主吸气开始的流量变化特征满足设定的所述吸气相触发灵敏度阈值时，判断吸气开始，根据所述阀门的位移要素，中央处理器控制启动初次通气，阀门自A点开始向B移动；当检测到的流量下降到设定的呼气相转换灵敏度阈值时，判断呼气开始，此时中央处理器指令阀门在瞬间返回A点；在初次通气过程中，对气道接口段的瞬时流量和气道压力进行检测，并根据实际测得的压力和流量数据进行分析和运算，分别得出校准后的A点位置以及调整后的阀门的移动距离B并将其作为目标潮气量初始通气的阀门位移要素；当在初次通气开始后的所述设定时间内再次检测到自主呼吸开始的流量变化特征满足设定的所述吸气相触发灵敏度阈值时，中央处理器控制启动目标潮气量初始通气，根据在初次通气过程中确定的校准后的A点位置和调整后的阀门移动距离B，并以患者自身的呼吸节奏执行所述目标潮气量初始通气；初始通气后，继续目标潮气量的通气并逐次按周期地重复校准阀门的A点位置和调整阀门的移动距离B，这种动态的校准和调整贯穿于整个自主呼吸的通气支持过程直至自主呼吸工作过程的改变或终止。其中，在自主呼吸工作模式下，当在设定的时间内首次出现呼吸停顿，则按前次自主呼吸工作模式中的阀门位移要素实施一次指令通气，在自主呼吸节奏恢复稳定时，继续自主呼吸模式的原设定的目标潮气量通气；当在设定的时间内再次出现呼吸停顿，则按下调一定比例后的目标潮气量实施一次指令通气，此时的阀门位移要素按比例计算修改，在自主呼吸节奏恢复稳定时，继续自主呼吸模式的维持下调后的目标潮气量通气；当在设定的时间内仍出现呼吸暂停，则进一步下调一定比例的目标潮气量实施一次指令通气，此时的阀门位移要素仍然按比例计算修改，如果自主呼吸节奏恢复稳定，则继续自主呼吸模式的维持再次下调后的目标潮气量通气；如果仍不能消除呼吸暂停，则判断呼吸暂停为中枢性病变所致，此时立即启动指令通气工作模式并以最初设定的基础气道压和目标潮气量参数进行指令通气。本发明还提供了一种呼吸机气流控制装置，包括可提供连续气流的气源、中央处理器以及位于气道出口端的阻力阀门和阀门控制器，还包括指令通气控制芯片和自主呼吸控制芯片；其中，指令通气控制芯片按设定的参数控制阀门移动的频率和吸呼时比，并根据位于患者气道接口段的压力、流量传感器实时检测到的压力、流量数据，在通气过程中动态地校正阀门的A点位置以及调整阀门的移动距离B ；所述中央处理器根据每次校正和调整的结果并以预设的频率通过阀门控制器控制阀门在两点间移动，从而在通气过程中维持设定的目标潮气量为患者提供指令性通气支持；自主呼吸控制芯片通过参数的设置以及位于患者气道接口段的压力、流量传感器实时检测到的压力、流量数据，确定患者吸气动作的开始和终止，并实现阀门的基础位置A点的校正以及阀门的移动距离B的动态调整，中央处理器根据校正和调整结果以患者的自主呼吸节奏控制阀门在两点间移动，使气道内的压力切换完全顺从患者的呼吸动作，在通气过程中维持设定的目标潮气量或在患者出现呼吸停顿时适应性地降低目标潮气量以维持自主呼吸的通气支持。与现有技术相比，本发明的呼吸机气流控制方法及控制装置具有两种工作模式， 可为患者提供不同的呼吸支持，使用连续气流避免了间歇气流带来的与呼吸不同步和设备较为复杂的问题，具体如下1、在指令通气模式下，中央处理器根据阀门基础位置A点和阀门移动距离B向呼吸机的阻力阀门的控制器发出指令，以预设的频率使阀门在两点之间运动，从而对病人提供指令性通气支持。该模式是在对呼吸冲动不稳定的病人提供通气支持时应该选择的工作方式，以确保病人不致在呼吸机上发生呼吸停顿；或者，根据病情和治疗需要时选择用来对病人提供特定水平的通气支持，这种控制性的工作方式对于作为生命支持装备的呼吸机而言是不可缺少的。2、在自主呼吸模式下，中央处理器通过检测进入病人气道的流量变化，来对呼吸机阻力阀门的控制器发出指令，使机器的通气动作对病人的呼吸动作保持同步，而且通过对阀门位置的自动调控使呼吸机对病人提供的潮气量维持在设定的目标水平；该模式中如果判断呼吸长时间停顿，可通过减少目标潮气量的方式支持自主呼吸，如果通过减少目标潮气量的方式仍没有自主呼吸迹象，则可转入指令通气模式对患者进行呼吸支持。


图1是本发明呼吸机气流控制的工作原理示意图；图2是本发明呼吸机指令通气工作模式下的流程图；图3是本发明呼吸机自主呼吸工作模式下的流程图。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的几个具体实施方式
进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式
的限制。首先介绍一下本发明呼吸机的通气工作原理
流量稳定的高流量气流由气源(即风机送风)输出进入系统，因为气流出口端的阻力阀限制了气流流出，就在系统内形成高于大气的正压。这样，通过阻力阀的开闭程度的变化(即控制阻力阀的阻力变换)，即可相应地在系统内包括主气道和肺内造成两个不同高度的压力切换。因为人体的肺具有弹性，不同的肺内压高度就意味着不同的肺容量大小。阻力阀向主气道出口端移动时，主气道压力升高，肺内压力和容量也相应升高，肺因此而获得充盈；一旦阻力阀快速退回初始位置，主气道压力迅速下降，肺内压力也相应快速下降，此时肺内气流就会在肺组织弹性回缩压迫下返回主气道，开始呼气相的气流排空过程， 直至排空气流停止。系统压力在相应的两个高度不断切换，就造成肺充盈和排空状态的不断交替，这在生理学上称为通气过程；充盈和排空时的气量变化，就是进出肺的容量，即潮气量。阻力阀的切换控制包括节奏控制和力度控制，节奏控制指阻力切换的方式、频率和节奏的控制；力度控制指高低阻力间差的控制，它体现了通气支持的力度，表现为潮气量的大小。如图1所示，阻力阀，即呼吸机主控阀门(以下简称阀门)的开闭程度决定着系统内部主气道压力的变换。例如阀门在A点时开口最大，因此阀门在此位置时系统内部维持的气压压力最低，这个压力称为“基础气道压”;当阀门自A向B移动时，阀门开口随之缩小， 阀门产生的阻力和相应的系统内部压力随之升高，即阀门开口 A、B两点间移动将直接控制系统压力的变换。因此，A点的位置决定了基础气道压的高度；A点至B点之间的距离决定了气道压力的变化高度(即变化幅度)，也就是通气力度或通气强度；A点至B点之间切换的时间间隔决定了切换的节奏控制。即前面提到的力度控制和节奏控制。下面介绍一下本发明呼吸机在采用上述通气原理的前提下的两种工作模式即指令通气工作模式和自主呼吸工作模式。指令通气工作模式是对病人在通气支持的力度和充盈-排空的节奏上进行指令控制。该模式是在对呼吸冲动不稳定的病人提供通气支持时应该选择的工作方式，以确保病人不致在呼吸机上发生呼吸停顿；或者，根据病情和治疗需要时选择用来对病人提供特定水平的通气支持，这种控制性的工作方式对于作为生命支持装备的呼吸机而言是不可缺少的。具体地说，在指令通气模式下，通过“指令通气控制芯片”控制阀门在A、B间位置变换的频率和时间比；而通过“目标潮气量调控模块”调控阀门在A、B间的变换距离。自主呼吸工作模式是以病人的自主呼吸来控制流出阻力切换，从而控制气道正压水平的工作方式。该模式的实现是由病人接口段内的流量变化来确定病人吸气动作的开始和终止，并以此来控制阻力阀的开启程度。采用自主呼吸工作方式时，气道压力的切换完全顺从病人的呼吸动作，可以为病人提供最舒适的通气支持。具体地说，该模式选择进入病人气道的特定流量变化作为指标来确定呼吸周期的起始点和终止点；通过“自主呼吸控制芯片”来控制阀门在A、B间的移动，其频率和时间比是随患者自主呼吸变化的；而阀门在A、B 间的变换距离仍由“目标潮气量调控模块”来调控。因此，无论是指令通气工作模式还是自主呼吸工作模式，都需要通过阀门的动作来对通气的节奏和力度进行控制。其中，由阀门在AB间移动的时间点(或动作变换时刻) 来决定通气节奏(how)；而阀门的移动位移则决定通气力度的大小(how much)，即阀门移动多少，移动到什么位置，这是由目标潮气量调控芯片来完成的，它用于控制通气强度(或者说通气力度)。正是上述两个指标的共同作用，决定了阀门在AB间的往复运动规律和轨迹。下面对指令通气模式进行详细说明指令通气樽式实施例指令通气模式下主要由三个工作模块组成，S卩“时相控制模块”、“基础气道压 (PEEP)控制模块”以及“目标潮气量调控模块”，三个模块在中央处理器的协调管理下完成操作控制任务。下面请参见图2具体说明该模式的实施步骤步骤1，由控制面板选择进入指令通气工作模式；步骤2，工作参数设置按完成步骤1后所显示的面板提示，对参数进行逐项设置。需设置的参数包括 “指令通气频率和呼吸时间比”、“目标潮气量”以及“基础气道压”；根据设置的基础气道压可决定阀门的基础位置。基础气道压设定后，“基础气道压控制模块”将据此按模块中已经预设的设计数据，即气道压力10厘米水柱的A点位置，计算出相应的阀门基础位置即AO点；“时相控制模块”将按“指令通气频率和呼吸时间比”的设置调定阀门在A、B两点之间的移动频率和往返时比；步骤3，启动初次通气中央处理器发出指令，按照步骤2中设定的阀门位移要素，进行初次通气。此时，“时相控制模块”按步骤2设定的指令通气频率和呼吸时间比，提供从A点移动到 B点，然后返回A点的时间控制；阀门A点位置由“基础气道压模块”按步骤2的设定经计算给出。即阀门按步骤 2 “基础气道压模块”所计算的AO点位置，移动到此基础位置；阀门移动距离(即A-B的距离，以下简称移动距离B)则由“目标潮气量调控模块” 按预置数据给出。此设计数据预置该模块中，可使正常人获得300到500毫升左右的潮气量，移动距离B以AO位置为起点；步骤4，初次通气过程中的流量和压力检测位于气道接口段内的流量传感器和压力传感器对整个通气过程中进入气道接口段的瞬时流量和气道压力进行检测；流量传感器将瞬时流量信号输送给“流量处理模块”，由其分解为实际进入气道的流量曲线数据和因为可能存在泄露而造成的基础流量数据两种成分。对流量信号进行滤波处理，即每个通气周期的充盈相曲线可以被分解成为上部的锯齿波和可能存在的矩形底部两部分，其中上部的锯齿波为真正进入气道内的气流信号，而矩形底部高度为基础流量值， 反映管道接口部位可能出现的泄漏流量。该锯齿波再被输送至“潮气量运算模块”，由该模块运算得出充盈过程进入气道的总气量，即潮气量；压力传感器检测到的压力信号则送入“基础气道压控制模块”，给出实际基础气道压测值；步骤5，目标潮气量初始通气的阀门移动距离确定初次通气阀门返回A点后，“目标潮气量调控模块”立即按设定的目标潮气量，根据初次通气执行的预设阀门移动距离和步骤4 “潮气量运算模块”所测算的初次通气潮气量实际结果，计算出为取得设定目标潮气量所需的阀门移动距离的初始值B0;步骤6，基础气道压的校准“基础气道压控制模块”按步骤4所测出的实际基础气道压，对A点位置进行校准。 实际基础气道压为“时相控制模块”发出阀门向B点移动指令前即刻，由压力传感器在病人气道接口段所测到的压力，这个点的压力应为整个通气周期中的最低水平。基础气道压的校准是通过调整图1中阀门的A点位置来实现的，其具体过程为检测到的压力信号输入“基础气道压控制模块”，与步骤2设置的基础气道压相比较如果两者误差彡士3%，则简单采用步骤2中的AO计算结果；如两者误差> 士3%，则需根据实测压力与初次通气的A点位置重新计算并将阀片移动至Ax位置；步骤7，启动目标潮气量初始通气根据步骤5和步骤6计算调整的A点位置和位移距离B0，由中央处理器发出指令， 进行目标潮气量初始通气。初次通气为目标潮气量的实施取得最为关键的病人实际数据，即病人潮气量与阀门移动距离两者的基本数量关系，目标潮气量的调控因此才有实施的大概依据。目标潮气量初始通气，由“目标潮气量调控模块”主导，其要素为a.标准基础气道压，即“基础气道压控制模块”根据前述步骤6的校准结果，确定阀门移动的起始位置Ax;b.初设的目标潮气量阀门移动距离，即“目标潮气量控制模块”根据步骤5计算得到的初次通气潮气量与初次通气的阀门移动距离B，计算出为取得设定的目标潮气量所需的阀门移动距离B0;c.设定的频率和呼吸时间比，即在“时相控制模块”的设定频率和时比指令下，开始阀门从Ax点移动B0、然后返回到Ax点的目标潮气量初始通气动作；步骤8，目标潮气量通气的继续目标潮气量初始通气后，指令通气阀门工作要素构筑完成。但是，由于诸多呼吸道动、静态阻力和呼吸状况等因素的影响，病人潮气量与气道充盈压力的数量关系是不断变化的，要维持目标潮气量的稳定就需要随时相应调整阀门移动距离即调整气道充盈压力， 这个调控需要持续于病人接受呼吸机治疗的整个通气支持过程，“目标潮气量模块”就是体现了这种逐次自动计算调控的微机技术。即在步骤7后，不断逐次按周期重复步骤4至步骤7，按前次阀门移动距离和实际潮气量调整下次的阀门移动距离Bx，即在目标潮气量通气过程中动态地反复进行阀门移动距离的调整以及基础气道压的校准。从这一步骤开始，呼吸机工作的过程进入“动作-测量-计算-调整-再动作”的循环，即重复流量和压力检测-基础气道压的再次校准-再次调整阀门移动距离以进行下一次目标潮气量的指令通气；步骤9，指令通气的改变或终止即直至改变任何参数设定，重新按设定进行相应调整；或者在前述任何步骤上的一点切断工作。综上所述，在指令通气模式下，中央处理器根据阀门基础位置A点和阀门移动距离B向呼吸机的阻力阀门的控制器发出指令，以预设的频率使阀门在两点之间运动，从而对病人提供指令性通气支持。该模式是在对呼吸冲动不稳定的病人提供通气支持时应该选择的工作方式，以确保病人不致在呼吸机上发生呼吸停顿；或者，根据病情和治疗需要时选择用来对病人提供特定水平的通气支持，这种控制性的工作方式对于作为生命支持装备的呼吸机而言是不可缺少的。自主呼吸工作樽式实施例自主呼吸工作模式下主要由五个工作模块组成，即“基础气道压(PEEP)控制模块”、“目标潮气量调控模块”以及“吸气相转换模块”、“呼气相转换模块”和“呼吸停顿自动处置模块”，五个模块在中央处理器的协调管理下完成操作控制任务。下面请参见图3具体说明该模式的实施步骤步骤1，由控制面板选择进入自主呼吸工作模式；步骤2，工作参数设置和阀门运动要素的提供自主呼吸工作模式参数设置包括“目标潮气量”、“基础气道压”，和“吸气相触发灵敏度”和“呼气相转换灵敏度”。步骤201，“基础气道压控制模块”定出阀门的AO点位置基础气道压设定后，“基础气道压控制模块”根据预置在模块内的10厘米水柱A点位置的设计数据，计算出基础气道压设定值相应的AO点位置；步骤202，给出预置的初次通气的阀门移动距离“目标潮气量控制模块”给出预置在模块中初次通气阀门移动距离B的设计数据；步骤203，设置吸气相触发零敏度吸气相触发灵敏度自动设置在2升/分，选择范围为1-12升/分，表示相对于吸气开始前即刻基础流量的流量值即病人气道接口段的吸入流量。当“流量处理模块”检测到进入病人气道接口段的吸入流量出现符合自主呼吸吸气开始的流量升高变化特征、而且流量达到此设定的触发阈值时，由中央处理器给出指令， 触发阀门开始移动；步骤204，设置呼气相转换灵敏度呼气相转换灵敏度自动设置在0升/分，选择范围为0-10升/分，表示相对于吸气开始前即刻的充盈流量值。当“流量处理模块”检测到进入的病人气道接口段内的充盈流量下降到与相对于吸气开始前即刻的流量值时，由中央处理器发出指令，阀门立即退回A点；步骤3，将病人气道与呼吸机管道相接；步骤4，吸入流量的检测和处理设置在病人接口段内的流量传感器开始检测该段内的进出流量；检出的瞬时流量信号输入“流量处理模块”，对流量曲线进行滤波处理，每个通气周期的充盈相曲线可以被分解成为上部的锯齿波和可能存在的矩形底部两部分。上部的锯齿波为真正进入气道内的气流信号，锯齿波信号由“潮气量运算芯片”进行积分运算，计算出进入肺内的总气量，即潮气量；矩形底部高度为基础流量值，反映管道接口部位可能出现的泄漏流量；步骤5，初次通气和后续调整如果在10秒内，“流量处理模块”检测到步骤203所定义的自主吸气开始的流量变化特征和设定的阀门移动触发阈值时(即达到2升/分时)，中央处理器指令阀门开始移动、进行气道充盈，初次通气的参数为步骤201、202、203和204所决定；随后，当充盈流量下降到步骤204所定义的呼气转换流量值时(即达到0升/分时)，中央处理器即指令阀门在瞬间退回A点。初次通气过程中，流量和压力传感器收集实测数据，作为下次通气即目标潮气量初始通气动作调整的依据步骤501，基础气道压的校准基础气道压的校准是通过“基础气道压控制模块”对图1中的阀片的A点位置的调整来实现的，其过程为在“流量处理模块”检测出自主呼吸出现开始前即刻，由压力传感器在病人气道接口段所测到的压力为实际基础气道压，这个点的压力应为整个通气周期中的最低水平。此压力信号输入“基础气道压控制模块”，并与步骤201设定的基础气道压进行对比如果两者误差彡士3%，则执行步骤201设定的基础气道压；如果两者误差> 士3%，则需根据实测压力与初次通气的A点位置重新计算并将阀门移动至Ax位置；步骤502，目标潮气量初始通气阀门移动距离的提供通过前述初次通气，得到该病人潮气量与由阀门移动距离所控制的气道压变化两者间相关关系大致数据，“目标潮气量控制模块”可以据此计算目标潮气量所需的阀门移动距离，由此可开始目标潮气量的通气过程。具体如下阀门退回A点后，“流量处理模块”将经滤波处理后的吸气相流量积分运算结果输入“目标潮气量控制模块”，进行初始化运算，根据初次通气的阀门移动距离B和实际取得的潮气量，按比例计算出设定的目标潮气量所需的阀门移动距离B0，作为下次通气即目标潮气量初始通气的阀门移动参数；步骤6，目标潮气量初始通气如果在初次通气开始后的10秒内再次检测到自主呼吸开始的流量变化特征和设定的阀门移动触发阈值时，中央处理器即给出指令，开始按设定的目标潮气量指令阀门移动(即开始初始通气过程，此时的阀门运动要素A点位置为Ax ；B点移动距离为BO ；)步骤601，在初始通气过程中重复步骤501，对基础气道压即阀门基础位置Ax进行校准；步骤602，在初始通气过程中重复步骤502，对阀门移动距离Bx进行调控，以维持设定的目标潮气量；步骤7，继续自主呼吸模式的目标潮气量通气如果自主呼吸节奏稳定，即不断重复步骤6，直至改变工作参数或改变呼吸机工作模式；步骤8，呼吸停顿的自动处置步骤801，如果出现首次呼吸停顿，按设定目标潮气量自动替代通气一次即步骤7后，“流量处理模块”在前次阀片移动的第10秒时还不能根据流量传感器的流量信号检出标志自主吸气开始的流量变化特征和设定的阀门移动触发阈值时，该模块将立即发出信号给“呼吸停顿自动处置模块”，由其立即发出指令，开始阀门向B点的移动， 即实施一次指令通气，其A点位置和B点移动距离均重复前次自主呼吸工作模式的参数；步骤802，如果自主呼吸节奏恢复稳定，继续自主呼吸模式的原设定目标潮气量通气即在步骤801后，如果下次自主呼吸开始在10秒内，则重复步骤7 ；步骤803，如再次出现呼吸停顿，以目标潮气量的80%实施指令替代通气一次即如果步骤801后，再次在10秒时不能根据流量传感器的流量信号检出标志自主吸气开始的流量变化特征和设定的阀门移动触发阈值时，则模块再次立即发出信号给“呼吸停顿自动处置模块”，由其立即发出阀门移动指令，但是其B点移动距离将由“目标潮气量调控模块”根据步骤801实际取得的潮气量和B点移动距离，按设定目标潮气量的80% 重新按比例计算修改；步骤804，自主呼吸节奏恢复稳定，维持较低潮气量通气即按设定目标潮气量的80%进行一次指令通气后，如果呼吸停顿不再出现，“呼吸停顿自动处置模块”将发出指令，将目标潮气量设定值修改成为原设定值的80%并重复步骤7;步骤805，如仍出现呼吸暂停，则再次尝试降低潮气量设定即如果将潮气量降低80%后，仍然出现呼吸暂停，则再次由呼吸停顿自动处置模块实施替代指令通气一次，其Bx移动距离按原设定目标潮气量的60%由“目标潮气量调控模块”计算修改；步骤806，如仍出现呼吸暂停，改行指令通气工作模式如果潮气量降低60%后仍不能消除呼吸停顿，则可判定其原因并非生理性的过度动力支持，而为中枢性病变所致，因此可判断不适合采用自主呼吸工作模式。“呼吸停顿自动处置模块”立即自动将呼吸机工作模式转变为指令通气工作模式，而维持原先所设定的基础气道压和目标潮气量设定，其通气频率和时比则设定为12次/分和1 2，以保证病人在呼吸机上的通气安全。转为指令通气后，也可对工作参数另加调整。综上所述，在自主呼吸模式下，中央处理器通过检测进入病人气道的流量变化，来对呼吸机阻力阀门的控制器发出指令，使机器的通气动作对病人的呼吸动作保持同步，而且通过对阀门位置的自动调控使呼吸机对病人提供的潮气量维持在设定的目标水平；该模式中如果判断呼吸长时间停顿，可通过减少目标潮气量的方式支持自主呼吸，如果通过减少目标潮气量的方式仍没有自主呼吸迹象，则转入指令通气模式对患者进行呼吸支持。以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种呼吸机气流控制方法，其特征在于，将流量稳定的连续气流由气源输入呼吸机系统，并通过控制气流出口端的阀门移动频率和距离动态地调整气道内的通气节奏和通气力度，从而实现对患者的呼吸支持，包括如下两种工作模式指令通气工作模式，用于在患者呼吸冲动不稳定或为患者提供特定水平的通气支持时使用，在指令通气工作模式下，中央处理器根据所述阀门的基础位置A点的校正以及阀门的移动距离B的动态调整，控制阀门以预设的频率在两点间移动，从而在通气过程中维持设定的目标潮气量为患者提供指令性通气支持；自主呼吸工作模式，通过气道接口段动态的压力和流量检测确定患者吸气动作的开始和终止，实现阀门的基础位置A点的校正以及阀门的移动距离B的动态调整，中央处理器根据所述校正和调整结果以患者的自主呼吸节奏控制阀门在两点间移动，使气道内的压力切换完全顺从患者的呼吸动作，在通气过程中维持设定的目标潮气量或在患者出现呼吸停顿时适应性地降低目标潮气量以维持自主呼吸的通气支持。
2.根据权利要求1所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述指令通气工作模式包括如下步骤对指令通气频率和呼吸时间比、目标潮气量以及基础气道压进行参数设置并将设置的目标潮气量和基础气道压换算成阀门的位移要素，所述阀门位移要素为基础位置A和移动距离B ；根据所述阀门的位移要素，中央处理器控制启动初次通气；在初次通气过程中，对气道接口段的瞬时流量和气道压力进行检测，并根据实际测得的压力和流量数据进行分析和运算，分别得出校准后的A点位置以及调整后的阀门的移动距离B并将其作为目标潮气量初始通气的阀门位移要素；中央处理器控制启动目标潮气量初始通气，根据在初次通气过程中确定的校准后的A 点位置和调整后的阀门移动距离B，并以预先设定的所述指令通气频率和呼吸时间比执行所述初始通气；初始通气后，继续目标潮气量的通气并逐次按周期地重复校准阀门的A点位置和调整阀门的移动距离B，这种动态的校准和调整贯穿于整个通气支持过程直至指令通气的改变或终止。
3.根据权利要求2所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述根据实际测得的流量进行分析和运算具体为实际测得的流量数据由实际进入气道的流量曲线数据和因为可能存在泄露而造成的基础流量数据两部分组成，分别表现为上部的锯齿波和可能存在的矩形底部两部分波形信号，通过对所述波形信号的滤波处理，保留所述锯齿波信号并据此计算出实际潮气量，以所述实际潮气量和目标潮气量的差值作为阀门移动距离B的调整依据。
4.根据权利要求2或3所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述根据实际测得的压力数据进行分析和运算具体为将实际检测到的压力数据与参数设置过程中设置的基础气道压进行比较，如果两者误差彡士3%，则采用原基础气道压对应的初次通气的阀门A点位置；如果两者误差> 士3%， 则根据实测压力与初次通气的阀门A点位置重新按比例计算更新的阀门A点位置。
5.根据权利要求2所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述指令通气的改变或终止具体指指令通气的改变指根据需要改变在参数设定过程中设定的参数，此时需按重新设定的参数进行相应调整；指令通气的终止指在通气过程中的任意时点切断工作。
6.根据权利要求2所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述设定的目标潮气量为300至500毫升。
7.根据权利要求1所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述自主呼吸工作模式包括如下步骤对目标潮气量、基础气道压以及吸气相触发灵敏度、呼气相转换灵敏度进行参数设置并将设置的目标潮气量和基础气道压换算成阀门的位移要素，所述阀门位移要素为基础位置A和移动距离B ；自主呼吸吸入流量的检测和处理；当在设定的时间内检测到的自主吸气开始的流量变化特征满足设定的所述吸气相触发灵敏度阈值时，判断吸气开始，根据所述阀门的位移要素，中央处理器控制启动初次通气，阀门自A点开始向B移动；当检测到的流量下降到设定的呼气相转换灵敏度阈值时，判断呼气开始，此时中央处理器指令阀门在瞬间返回A点；在初次通气过程中，对气道接口段的瞬时流量和气道压力进行检测，并根据实际测得的压力和流量数据进行分析和运算，分别得出校准后的A点位置以及调整后的阀门的移动距离B并将其作为目标潮气量初始通气的阀门位移要素；当在初次通气开始后的所述设定时间内再次检测到自主呼吸开始的流量变化特征满足设定的所述吸气相触发灵敏度阈值时，中央处理器控制启动目标潮气量初始通气，根据在初次通气过程中确定的校准后的A点位置和调整后的阀门移动距离B，并以患者自身的呼吸节奏执行所述目标潮气量初始通气；初始通气后，继续目标潮气量的通气并逐次按周期地重复校准阀门的A点位置和调整阀门的移动距离B，这种动态的校准和调整贯穿于整个自主呼吸的通气支持过程直至自主呼吸工作过程的改变或终止。
8.根据权利要求7所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，当在所述设定的时间内首次出现呼吸停顿，则按前次自主呼吸工作模式中的阀门位移要素实施一次指令通气，在自主呼吸节奏恢复稳定时，继续自主呼吸模式的原设定的目标潮气量通气。
9.根据权利要求8所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，当在所述设定的时间内再次出现呼吸停顿，则按下调一定比例后的目标潮气量实施一次指令通气，此时的阀门位移要素按比例计算修改，在自主呼吸节奏恢复稳定时，继续自主呼吸模式的维持下调后的目标潮气量通气。
10.根据权利要求9所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，当在所述设定的时间内仍出现呼吸暂停，则进一步下调一定比例的目标潮气量实施一次指令通气，此时的阀门位移要素仍然按比例计算修改，如果自主呼吸节奏恢复稳定，则继续自主呼吸模式的维持再次下调后的目标潮气量通气；如果仍不能消除呼吸暂停，则判断呼吸暂停为中枢性病变所致，此时立即启动指令通气工作模式并以最初设定的基础气道压和目标潮气量参数进行指
11.根据权利要求10所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，判断呼吸暂停为中枢性病变所致而将自主呼吸工作模式转变为指令通气工作模式时，指令通气模式的通气频率和呼吸时间比分别设置为12次/分和1 2，用以保证通气安全。
12.根据权利要求7所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述设定的时间为10秒。
13.根据权利要求7所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述吸气相触发灵敏度阈值选择范围为为1-12升/分。
14.根据权利要求13所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述吸气相触发灵敏度阈值具体为2升/分。
15.根据权利要求7所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述呼气相转换灵敏度阈值选择范围为为0-10升/分。
16.根据权利要求15所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述呼气相转换灵敏度阈值具体为0升/分。
17.根据权利要求7所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述根据实际测得的流量进行分析和运算具体为实际测得的流量数据由实际进入气道的流量曲线数据和因为可能存在泄露而造成的基础流量数据两部分组成，分别表现为上部的锯齿波和可能存在的矩形底部两部分波形信号，通过对所述波形信号的滤波处理，保留所述锯齿波信号并据此计算出实际潮气量，以所述实际潮气量和目标潮气量的差值作为阀门移动距离B的调整依据。
18.根据权利要求7所述的呼吸机气流控制方法，其特征在于，所述根据实际测得的压力数据进行分析和运算具体为将实际检测到的压力数据与参数设置过程中设置的基础气道压进行比较，如果两者误差彡士3%，则采用原基础气道压对应的初次通气的阀门A点位置；如果两者误差> 士3%， 则根据实测压力与初次通气的阀门A点位置重新按比例计算更新的阀门A点位置。
19.一种呼吸机气流控制装置，其特征在于，包括可提供连续气流的气源、中央处理器以及位于气道出口端的阻力阀门和阀门控制器，还包括指令通气控制芯片和自主呼吸控制芯片；其中，指令通气控制芯片按设定的参数控制阀门移动的频率和吸呼时比，并根据位于患者气道接口段的压力、流量传感器实时检测到的压力、流量数据，在通气过程中动态地校正阀门的A点位置以及调整阀门的移动距离B ；所述中央处理器根据每次校正和调整的结果并以预设的频率通过所述阀门控制器控制阀门在两点间移动，从而在通气过程中维持设定的目标潮气量为患者提供指令性通气支持；自主呼吸控制芯片通过参数的设置以及位于患者气道接口段的压力、流量传感器实时检测到的压力、流量数据，确定患者吸气动作的开始和终止，并实现阀门的基础位置A点的校正以及阀门的移动距离B的动态调整，中央处理器根据所述校正和调整结果以患者的自主呼吸节奏控制阀门在两点间移动，使气道内的压力切换完全顺从患者的呼吸动作，在通气过程中维持设定的目标潮气量或在患者出现呼吸停顿时适应性地降低目标潮气量以维持自主呼吸的通气支持。
20.根据权利要求19所述的呼吸机气流控制装置，其特征在于，所述指令通气控制芯片包括基础气道压控制模块，用于根据设置的基础气道压参数以及通气过程中所述压力传感器检测的实际压力数据，动态地校准阀门的基础位置A点；目标潮气量调控模块，用于根据设置的目标潮气量参数以及通气过程中所述流量传感器检测的实际流量数据，动态地调整阀门的移动距离B ；时相控制模块，用于根据设置的指令通气频率和呼吸时间比，提供阀门自A点移动距离B后，再瞬间返回A点的频率和时间控制。
21.根据权利要求20所述的呼吸机气流控制装置，其特征在于，所述目标潮气量调控模块具体包括流量处理模块，用于将检测到的流量数据分解成表现为锯齿波的实际进入气道的流量曲线数据和表现为矩形底部的基础流量数据，并经滤波保留所述锯齿波；潮气量运算模块，用于接收所述锯齿波信号并计算出气道充盈过程中的实际潮气量。
22.根据权利要求19所述的呼吸机气流控制装置，其特征在于，所述自主呼吸控制芯片包括基础气道压控制模块，用于根据设置的基础气道压参数以及通气过程中所述压力传感器检测的实际压力数据，动态地校准阀门的基础位置A点；目标潮气量调控模块，用于根据设置的目标潮气量参数以及通气过程中所述流量传感器检测的实际流量数据，动态地调整阀门的移动距离B ；吸气相转换模块，用于设置吸气相触发灵敏度阈值，并当检测到进入患者气道接口段的吸入流量出现符合自主呼吸吸气开始的流量变化特征、而且流量达到所述设置的吸气相触发灵敏度阈值时，判断吸气开始并将吸气开始的信号传送至中央处理器，以便触发阀门自A点开始移动；呼气相转换模块，用于设置呼气相转换灵敏度阈值，并当检测到进入患者气道接口段的吸入流量出现符合自主呼吸吸气结束的流量变化特征、而且流量达到所述设置的呼气相转换灵敏度阈值时，判断呼气开始并将呼气开始的信号传送至中央处理器，以便触发阀门瞬间返回A点；呼吸停顿自动处置模块，用于在出现首次呼吸停顿时，按最初设定的目标潮气量进行一次指令通气；在二次出现呼吸停顿时，将目标潮气量下调一定比例后进行一次指令通气； 在第三次出现呼吸停顿时，将目标潮气量继续下调一定比例后进行一次指令通气；每次指令通气后如自主呼吸节奏恢复稳定，则维持该次指令通气设定的目标潮气量继续自主呼吸工作模式的通气；如两次调整目标潮气量后仍出现呼吸暂停，则判断呼吸暂停为中枢性病变所致，此时立即启动指令通气工作模式。
23.根据权利要求22所述的呼吸机气流控制装置，其特征在于，所述目标潮气量调控模块具体包括流量处理模块，用于将检测到的流量数据分解成表现为锯齿波的实际进入气道的流量曲线数据和表现为矩形底部的基础流量数据，并经滤波保留所述锯齿波；还用于判断是否在通气过程中出现呼吸停顿并将呼吸停顿的信号发至呼吸停顿自动处置模块；潮气量运算模块，用于接收所述锯齿波信号并计算出气道充盈过程中的实际潮气量。
24.根据权利要求19至23所述的呼吸机气流控制装置，其特征在于，所述阻力阀门为光圈式阻力阀。
全文摘要
本发明公开了一种呼吸机气流控制方法，将流量稳定的连续气流由气源输入呼吸机系统，并通过控制气流出口端的阀门移动频率和距离动态地调整气道内的通气节奏和通气力度，从而实现对患者的呼吸支持；包括指令通气模式和自主呼吸工作模式，在自主呼吸模式中如出现呼吸停顿，可使用降低目标潮气量的方式维持自主呼吸，当潮气量下降至预定值仍出现呼吸停顿则判断为中枢性病变而转入指令通气工作模式。本发明还相应公开了一种呼吸机气流控制装置。上述方法和装置通过目标潮气量自动调控、自主呼吸与指令通气工作方式、呼吸暂停自动处置等一系列配套调控形成了一种完全以气道正压切换通气为技术基础的独立而完整的呼吸机系统。
文档编号A61M16/00GK102451506SQ201010517149
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月19日 优先权日2010年10月19日
发明者袁含光 申请人:袁含光