呼吸机自适应调节的方法及呼吸机与流程

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种呼吸机自适应调节的方法及呼吸机。

背景技术：

在用户呼吸时，呼吸机能够根据一定的方法辨别出用户的吸气动作或呼气动作，如果是吸气动作，呼吸机提供一个较高的ipap压力，将气体流入用户体内，如果是呼气动作，呼吸机将压力从ipap下降到epap，让用户顺利呼出气体。

目前，呼吸机无论升压还是降压，一般是在固定时间内将压力调整到预设值，例如：在200ms内将压力从4cmh2o上升到10cmh2o，或者在200ms内将压力从4cmh2o上升到30cmh2o。在升压或者降压过程中，使电磁阀全力运作，例如加速使得呼吸机的压力在固定时间内达到预设值，这种方法虽然能够满足压力的快速变化的需求，但对于用户的使用舒适性会带来比较严重的影响，例如短时间内变成高压的气流会对用户的整个气道产生严重的冲击，甚至造成一定的气压伤。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种呼吸机自适应调节的方法及呼吸机，旨在保证压力能够以较快的速度升压达到ipap或降压达到epap，同时由于后续利用匀速阶段及减速阶段进行缓冲，电磁阀在开闭时不会产生压力震荡，给用户提供较佳的使用舒适度，达到最佳疗效。

为实现上述目的，本发明提供一种呼吸机自适应调节的方法，所述呼吸机自适应调节的方法包括：

s1，接收用户在呼吸机上设置的压力ipap、压力epap、呼吸机的电磁阀运行的最大速度vmax、呼吸机的电磁阀在加速阶段运行的时间t1以及呼吸机的电磁阀在减速阶段运行的时间t3；

s2，在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时，根据所述压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3控制电磁阀依次进行加速运转、匀速运转及减速运转，以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀，或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。

优选地，所述步骤s2包括：

s21，在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时，根据所述最大速度vmax及时间t1计算电磁阀的加速度a1＝vmax/t1，在时间t1内控制电磁阀以加速度a1进行加速；

s22，根据所述压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3计算电磁阀匀速的时间t2，在时间t2内控制电磁阀以最大速度vmax匀速运转；

s23，根据所述最大速度vmax及时间t3计算电磁阀的减速度a2＝-vmax/t3，在时间t3内控制电磁阀以加速度a2进行减速，以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀，或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。

优选地，电磁阀匀速的时间t2＝(ipap-epap)/vmax-0.5*(t1+t3)。

优选地，所述步骤s1包括：

s11，接收用户在呼吸机上设置的用户使用类型，若用户使用类型为第一用户使用类型，则设置最大速度vmax及时间t1分别为第一最大速度及第一时间；

s12，若用户使用类型为第二用户使用类型，则设置最大速度vmax及时间t1分别为第二最大速度及第二时间，其中，所述第一最大速度大于所述第二最大速度，所述第一时间小于所述第二时间。

优选地，所述第一最大速度为3.5cmh2o/ms，所述第一时间为5ms，所述第二最大速度为2cmh2o/ms，所述第二时间为20ms，所述时间t3为100ms。

为实现上述目的，本发明还提供一种呼吸机，所述呼吸机包括：

接收模块，用于接收用户在呼吸机上设置的压力ipap、压力epap、呼吸机的电磁阀运行的最大速度vmax、呼吸机的电磁阀在加速阶段运行的时间t1以及呼吸机的电磁阀在减速阶段运行的时间t3；

控制模块，用于在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时，根据所述压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3控制电磁阀依次进行加速运转、匀速运转及减速运转，以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀，或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。

优选地，所述控制模块包括：

第一控制单元，用于在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时，根据所述最大速度vmax及时间t1计算电磁阀的加速度a1＝vmax/t1，在时间t1内控制电磁阀以加速度a1进行加速；

第二控制单元，用于根据所述压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3计算电磁阀匀速的时间t2，在时间t2内控制电磁阀以最大速度vmax匀速运转；

第三控制单元，用于根据所述最大速度vmax及时间t3计算电磁阀的减速度a2＝-vmax/t3，在时间t3内控制电磁阀以加速度a2进行减速，以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀，或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。

优选地，电磁阀匀速的时间t2＝(ipap-epap)/vmax-0.5*(t1+t3)。

优选地，所述接收模块具体用于接收用户在呼吸机上设置的用户使用类型，若用户使用类型为第一用户使用类型，则设置最大速度vmax及时间t1分别为第一最大速度及第一时间；若用户使用类型为第二用户使用类型，则设置最大速度vmax及时间t1分别为第二最大速度及第二时间，其中，所述第一最大速度大于所述第二最大速度，所述第一时间小于所述第二时间。

优选地，所述第一最大速度为3.5cmh2o/ms，所述第一时间为5ms，所述第二最大速度为2cmh2o/ms，所述第二时间为20ms，所述时间t3为100ms。

本发明的有益效果是：本发明通过设置压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3，使得在用户进行吸气动作或呼气动作时，呼吸机自适应控制电磁阀依次进行加速运转、匀速运转及减速运转，使得电磁阀在加速阶段较快达到最大速度vmax，保证压力能够以较快的速度升压达到ipap或者降压达到epap，同时由于后续利用匀速阶段及减速阶段进行缓冲，电磁阀在开闭时不会产生压力震荡，给用户提供较佳的使用舒适度，达到最佳疗效。

附图说明

图1为本发明呼吸机自适应调节的方法一实施例的流程示意图；

图2为图1所示步骤s2的细化流程示意图；

图3为电磁阀在开启时运转速度随时间变化的曲线图；

图4为与图3对应的电磁阀在开启时压力随时间变化的曲线图

图5为图1所示步骤s1的细化流程示意图；

图6为本发明呼吸机一实施例的结构示意图；

图7为图6所示控制模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，图1为本发明呼吸机自适应调节的方法一实施例的流程示意图，该呼吸机自适应调节的方法包括以下步骤：

步骤s1，接收用户在呼吸机上设置的压力ipap、压力epap、呼吸机的电磁阀运行的最大速度vmax、呼吸机的电磁阀在加速阶段运行的时间t1以及呼吸机的电磁阀在减速阶段运行的时间t3；

步骤s2，在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时，根据所述压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3控制电磁阀依次进行加速运转、匀速运转及减速运转，以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀，或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。

本实施例中，用户在呼吸机上设置压力ipap、压力epap、呼吸机的电磁阀运行的最大速度vmax、呼吸机的电磁阀在加速阶段运行的时间t1以及呼吸机的电磁阀在减速阶段运行的时间t3，用户设置上述的参数后，在使用呼吸机的过程中，呼吸机识别用户的呼吸动作，以识别出用户当前是进行吸气动作还是呼气动作。

其中，呼吸机识别用户的呼吸动作可以采用现有识别技术进行识别，例如可以采集用户呼吸的流量数据，通过流量数据的一阶导的变化情况来判断用户的呼吸动作。

在用户当前开始进行吸气动作时，呼吸机需提供一个较高的ipap压力，这时开启呼吸机的电磁阀，以向用户提供加压气体。呼吸机在升压开始前，电磁阀处于静止状态，其速度为0；在开始升压时，首先对电磁阀进行加速，在较短的时间t1内使电磁阀达到最大速度vmax；然后保持以最大速度vmax匀速运转一段时间；最后在呼吸机压力快达到ipap的时候使电磁阀开始减速，减速的时间为时间t3，当压力到达ipap时电磁阀的速度恰好减为0。其中，根据设置的压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3可以计算得出电磁阀匀速运转阶段的时间。

在用户当前开始进行呼气动作时，呼吸机需由较高的压力ipap下降到epap，这时关闭呼吸机的电磁阀，以便用户能够顺利呼出气体。呼吸机在降压开始前，电磁阀的运转速度为0；在开始降压时，首先对电磁阀进行加速，在较短的时间t1内使电磁阀达到最大速度vmax；然后保持以最大速度vmax匀速运转一段时间；最后在呼吸机压力快达到epap的时候使电磁阀开始减速，减速的时间为时间t3，当压力到达epap时电磁阀的速度恰好减为0。其中，根据设置的压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3可以计算得出电磁阀匀速运转阶段的时间。

进一步地，如果呼吸机的电磁阀在升压过程中未达到用户设置的最大速度vmax，则认为升压过程呼吸机的电磁阀在开启时不包括匀速运转阶段，而仅包括加速阶段及减速阶段，即在加速完成后直接进行减速。

与现有技术相比，本实施例通过设置压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3，使得在用户进行吸气动作或呼气动作时，呼吸机自适应控制电磁阀依次进行加速运转、匀速运转及减速运转，使得电磁阀在加速阶段较快达到最大速度vmax，保证压力能够以较快的速度升压达到ipap或者降压达到epap，同时由于后续利用匀速阶段及减速阶段进行缓冲，电磁阀在开闭时不会产生压力震荡，给用户提供较佳的使用舒适度，达到最佳疗效。

在一优选的实施例中，如图2所示，在上述图1的实施例的基础上，所述步骤s2包括：

s21，在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时，根据所述最大速度vmax及时间t1计算电磁阀的加速度a1＝vmax/t1，在时间t1内控制电磁阀以加速度a1进行加速；

s22，根据所述压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3计算电磁阀匀速的时间t2，在时间t2内控制电磁阀以最大速度vmax匀速运转；

s23，根据所述最大速度vmax及时间t3计算电磁阀的减速度a2＝-vmax/t3，在时间t3内控制电磁阀以加速度a2进行减速，以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀，或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。

本实施例中，参阅图3及图4，图3为电磁阀在开启时运转速度随时间变化的曲线图，图4为与图3对应的电磁阀在开启时压力随时间变化的曲线图。以用户当前进行吸气动作时电磁阀进行开启为例进行说明，电磁阀的控制分解为三个阶段：

加速阶段：在加速阶段中，电磁阀从静止加速到最大速度vmax，用时要求限定在时间t1内，则加速度a1＝vmax/t1。为了让压力能够尽快开始上升，加速阶段用时时间t1越小越好，优选地，最大速度vmax小于等于3.5cmh2o/ms，时间t1为5ms。

匀速阶段：在匀速阶段中，电磁阀保持vmax的速度进行开启，此时压力迅速上升，匀速持续时长为时间t2。

优选地，t2＝(ipap-epap)/vmax-0.5*(t1+t3)：

如图4所示，由于电磁阀在整个运转过程中，压力的变化值为由ipap至epap，因此根据压力的变化有：

ipap-epap＝vmax*t2+∫a1tdt+∫a2tdt，

其中，∫a1tdt对应的是加速阶段压力的总变化量，∫a2tdt对应的是减速阶段压力的总变化量，vmax*t2是匀速阶段压力的总变化量。将a1和a2(a2＝-vmax/t3)的公式带入上式，然后求解积分后，可得到以下公式：

ipap-epap＝vmax*t2+0.5*vmax*t1+0.5*vmax*t3，解得t2的计算公式为：t2＝(ipap-epap)/vmax-0.5*(t1+t3)。

另外，如果时间t2计算得出为负数，说明在升压过程中不需要达到所设置的最大速度vmax，此时整个升压过程由加速阶段及减速阶段组成，此时有：

ipap-epap＝∫a1*tdt+∫a2*tdt，

由于加速完成后立即进入减速阶段，因此有以下等式成立：

a1*t1＝a2*t3，

联合上述两式有：

ipap-epap＝0.5*a1*t1²+0.5*a2*t3²，由此解得：

t3＝sqrt(2*a1*(ipap-epap)/(a2*(a1+a2)))，t1＝a2*t3/a1。

减速阶段：减速阶段的目的是确保电磁阀能够平稳的停止，电磁阀逐渐减速到0，避免要求电磁阀突然减速为0产生剧烈的震荡，用时要求限定在时间t3内，则加速度a2＝-vmax/t3，优选地，时间t3为100ms。

当在减速阶段电磁阀的速度减速至0时，呼吸机的压力达到最大值ipap。

本实施例中，用户当前进行呼气动作时电磁阀进行关闭，电磁阀的控制也分解为加速阶段、匀速阶段及减速阶段共三个阶段，与上述的用户当前进行吸气动作时电磁阀进行开启的三个阶段类似，可分别参考上述的三个阶段，此处不再赘述。

在一优选的实施例中，如图5所示，在上述图1的实施例的基础上，上述步骤s1包括：

s11，接收用户在呼吸机上设置的用户使用类型，若用户使用类型为第一用户使用类型，则设置最大速度vmax及时间t1分别为第一最大速度及第一时间；

s12，若用户使用类型为第二用户使用类型，则设置最大速度vmax及时间t1分别为第二最大速度及第二时间，其中，所述第一最大速度大于所述第二最大速度，所述第一时间小于所述第二时间。

本实施例中，用户可以在呼吸机上设置用户使用类型，用户使用类型至少包括第一用户使用类型及第二用户使用类型，可以通过呼吸机上的某些特定参数进行设置，呼吸机根据所设置的特定参数确定对应的用户使用类型。

其中，用户使用类型可以与用户的病症对应，具有某一病症的用户使用该呼吸机上对应的一种用户使用类型，例如具有copd(慢性阻塞性肺疾病)的用户使用第一用户使用类型，具有osa(阻塞性睡眠呼吸暂停)的用户使用第二用户使用类型。

若用户使用类型为第一用户使用类型，则设置最大速度vmax及时间t1分别为第一最大速度及第一时间；若用户使用类型为第二用户使用类型，则设置最大速度vmax及时间t1分别为第二最大速度及第二时间，其中，所述第一最大速度大于所述第二最大速度，所述第一时间小于所述第二时间。

优选地，所述第一最大速度为3.5cmh2o/ms，所述第一时间为5ms，所述第二最大速度为2cmh2o/ms，所述第二时间为20ms，所述时间t3为100ms。

如图6所示，图6为本发明呼吸机一实施例的结构示意图，该呼吸机包括：

接收模块101，用于接收用户在呼吸机上设置的压力ipap、压力epap、呼吸机的电磁阀运行的最大速度vmax、呼吸机的电磁阀在加速阶段运行的时间t1以及呼吸机的电磁阀在减速阶段运行的时间t3；

控制模块102，用于在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时，根据所述压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3控制电磁阀依次进行加速运转、匀速运转及减速运转，以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀，或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。

本实施例中，用户在呼吸机上设置压力ipap、压力epap、呼吸机的电磁阀运行的最大速度vmax、呼吸机的电磁阀在加速阶段运行的时间t1以及呼吸机的电磁阀在减速阶段运行的时间t3，用户设置上述的参数后，在使用呼吸机的过程中，呼吸机识别用户的呼吸动作，以识别出用户当前是进行吸气动作还是呼气动作。

其中，呼吸机识别用户的呼吸动作可以采用现有识别技术进行识别，例如可以采集用户呼吸的流量数据，通过流量数据的一阶导的变化情况来判断用户的呼吸动作。

在用户当前开始进行吸气动作时，呼吸机需提供一个较高的ipap压力，这时开启呼吸机的电磁阀，以向用户提供加压气体。呼吸机在升压开始前，电磁阀处于静止状态，其速度为0；在开始升压时，首先对电磁阀进行加速，在较短的时间t1内使电磁阀达到最大速度vmax；然后保持以最大速度vmax匀速运转一段时间；最后在呼吸机压力快达到ipap的时候使电磁阀开始减速，减速的时间为时间t3，当压力到达ipap时电磁阀的速度恰好减为0。其中，根据设置的压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3可以计算得出电磁阀匀速运转阶段的时间。

在用户当前开始进行呼气动作时，呼吸机需由较高的压力ipap下降到epap，这时关闭呼吸机的电磁阀，以便用户能够顺利呼出气体。呼吸机在降压开始前，电磁阀的运转速度为0；在开始降压时，首先对电磁阀进行加速，在较短的时间t1内使电磁阀达到最大速度vmax；然后保持以最大速度vmax匀速运转一段时间；最后在呼吸机压力快达到epap的时候使电磁阀开始减速，减速的时间为时间t3，当压力到达epap时电磁阀的速度恰好减为0。其中，根据设置的压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3可以计算得出电磁阀匀速运转阶段的时间。

进一步地，如果呼吸机的电磁阀在升压过程中未达到用户设置的最大速度vmax，则认为升压过程呼吸机的电磁阀在开启时不包括匀速运转阶段，而仅包括加速阶段及减速阶段，即在加速完成后直接进行减速。

在一优选的实施例中，如图7所示，在上述图6的实施例的基础上，上述控制模块102包括：

第一控制单元1021，用于在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时，根据所述最大速度vmax及时间t1计算电磁阀的加速度a1＝vmax/t1，在时间t1内控制电磁阀以加速度a1进行加速；

第二控制单元1022，用于根据所述压力ipap、压力epap、最大速度vmax、时间t1以及时间t3计算电磁阀匀速的时间t2，在时间t2内控制电磁阀以最大速度vmax匀速运转；

第三控制单元1023，用于根据所述最大速度vmax及时间t3计算电磁阀的减速度a2＝-vmax/t3，在时间t3内控制电磁阀以加速度a2进行减速，以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀，或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。

本实施例中，参阅图3及图4，图3为电磁阀在开启时运转速度随时间变化的曲线图，图4为与图3对应的电磁阀在开启时压力随时间变化的曲线图。以用户当前进行吸气动作时电磁阀进行开启为例进行说明，电磁阀的控制分解为三个阶段：

加速阶段：在加速阶段中，电磁阀从静止加速到最大速度vmax，用时要求限定在时间t1内，则加速度a1＝vmax/t1。为了让压力能够尽快开始上升，加速阶段用时时间t1越小越好，优选地，最大速度vmax小于等于3.5cmh2o/ms，时间t1为5ms。

匀速阶段：在匀速阶段中，电磁阀保持vmax的速度进行开启，此时压力迅速上升，匀速持续时长为时间t2。

优选地，t2＝(ipap-epap)/vmax-0.5*(t1+t3)：

如图4所示，由于电磁阀在整个运转过程中，压力的变化值为由ipap至epap，因此根据压力的变化有：

ipap-epap＝vmax*t2+∫a1tdt+∫a2tdt，

其中，∫a1tdt对应的是加速阶段压力的总变化量，∫a2tdt对应的是减速阶段压力的总变化量，vmax*t2是匀速阶段压力的总变化量。将a1和a2(a2＝-vmax/t3)的公式带入上式，然后求解积分后，可得到以下公式：

ipap-epap＝vmax*t2+0.5*vmax*t1+0.5*vmax*t3，解得t2的计算公式为：t2＝(ipap-epap)/vmax-0.5*(t1+t3)。

另外，如果时间t2计算得出为负数，说明在升压过程中不需要达到所设置的最大速度vmax，此时整个升压过程由加速阶段及减速阶段组成，此时有：

ipap-epap＝∫a1*tdt+∫a2*tdt，

由于加速完成后立即进入减速阶段，因此有以下等式成立：

a1*t1＝a2*t3，

联合上述两式有：

ipap-epap＝0.5*a1*t1²+0.5*a2*t3²，由此解得：

t3＝sqrt(2*a1*(ipap-epap)/(a2*(a1+a2)))，t1＝a2*t3/a1。

减速阶段：减速阶段的目的是确保电磁阀能够平稳的停止，电磁阀逐渐减速到0，避免要求电磁阀突然减速为0产生剧烈的震荡，用时要求限定在时间t3内，则加速度a2＝-vmax/t3，优选地，时间t3为100ms。

当在减速阶段电磁阀的速度减速至0时，呼吸机的压力达到最大值ipap。

本实施例中，用户当前进行呼气动作时电磁阀进行关闭，电磁阀的控制也分解为加速阶段、匀速阶段及减速阶段共三个阶段，与上述的用户当前进行吸气动作时电磁阀进行开启的三个阶段类似，可分别参考上述的三个阶段，此处不再赘述。

在一优选的实施例中，在上述图6的实施例的基础上接收模块101具体用于接收用户在呼吸机上设置的用户使用类型，若用户使用类型为第一用户使用类型，则设置最大速度vmax及时间t1分别为第一最大速度及第一时间；若用户使用类型为第二用户使用类型，则设置最大速度vmax及时间t1分别为第二最大速度及第二时间，其中，所述第一最大速度大于所述第二最大速度，所述第一时间小于所述第二时间。

本实施例中，用户可以在呼吸机上设置用户使用类型，用户使用类型至少包括第一用户使用类型及第二用户使用类型，可以通过呼吸机上的某些特定参数进行设置，呼吸机根据所设置的特定参数确定对应的用户使用类型。

其中，用户使用类型可以与用户的病症对应，具有某一病症的用户使用该呼吸机上对应的一种用户使用类型，例如具有copd(慢性阻塞性肺疾病)的用户使用第一用户使用类型，具有osa(阻塞性睡眠呼吸暂停)的用户使用第二用户使用类型。

若用户使用类型为第一用户使用类型，则设置最大速度vmax及时间t1分别为第一最大速度及第一时间；若用户使用类型为第二用户使用类型，则设置最大速度vmax及时间t1分别为第二最大速度及第二时间，其中，所述第一最大速度大于所述第二最大速度，所述第一时间小于所述第二时间。

优选地，所述第一最大速度为3.5cmh2o/ms，所述第一时间为5ms，所述第二最大速度为2cmh2o/ms，所述第二时间为20ms，所述时间t3为100ms。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。