一种气囊管理型呼吸机的制作方法

本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种气囊管理型呼吸机。

背景技术：

有创正压通气是指通过建立人工气道进行正压机械通气的通气方式，人工气道是由气管导管经鼻或经口插入患者气道所建立的气体通道。有创呼吸机则是能进行有创正压通气的一种的机械通气装置，其作用是辅助或控制患者呼吸运动，达到交换肺内气体，降低人体消耗的目的，有利于患者的呼吸功能恢复。

对于绝大多数患者而言，建立人工气道的主要目的是进行机械通气。然而，人工气道的建立也在一定程度上影响了机体正常的生理功能，特别是患者的气道中插入气管导管后，患者的吞咽受限，口腔分泌物及胃食道反流物受气囊阻隔，滞留于气囊上方，形成气囊上滞留物。如果人工气道气囊封闭不严，将导致气囊上滞留物沿气囊壁渗漏到下呼吸道，造成患者误吸，引发呼吸机相关性肺炎。如果为了提高气囊密闭性，气囊压力设置过高，会使气囊显著压迫气道黏膜组织，造成黏膜缺血、坏死，继而导致气道狭窄甚至穿孔，形成气管食管瘘。因此，适宜的人工气道气囊密闭性是确保有效通气量并预防误吸、呼吸机相关性肺炎和气道黏膜损伤等高危并发症的关键，是急重症医学研究的重点和难点。

传统的人工气道气囊是将气囊压力值维持在多项呼吸机相关性肺炎预防指南推荐的25～30cmH₂O范围内，但气囊密闭性受到呼吸机模式及参数、气管导管使用时间、气管导管型号、负压吸引、呼气末正压、气囊的形状和材质等诸多因素挑战而持续动态变化，所以人工气道气囊密闭性必须动态监测并控制才能实现气道的有效密闭。目前的呼吸机无法做到对人工气道气囊密闭性进行精细化管理。

因此，如何精确监测并同步调控人工气道气囊密闭性是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种气囊管理型呼吸机，其能够对人工气道气囊密闭性进行精确监测并同步调控，从而确保人工气道气囊密闭性处于最适宜的状态。

为实现上述目的，本发明提供了一种气囊管理型呼吸机，包括呼吸机本体和连接所述呼吸机本体用以插入气道的气管导管，所述气管导管设有用以阻塞气道的气囊，所述气囊设有调压管，所述呼吸机本体设有用以连接所述调压管的调压通道，所述调压通道连有用以测量所述气囊压力的测压装置，所述气管导管还设有当所述气管导管插入气道后用以抽取所述气囊与声门间气体的二氧化碳采集管，所述呼吸机本体设有用以连接所述二氧化碳采集管的测量通道，所述检测通道连有用以检测二氧化碳浓度的二氧化碳检测装置，所述测压装置连有用以当测得的二氧化碳浓度调整大于预设的二氧化碳浓度阈值时增加所述气囊压力的控制单元。

优选地，所述呼吸机本体包括用以向气道输送气体的输送气源，所述调压通道与所述输送气源相连，所述调压通道设有减压阀、由所述控制单元控制以执行调压操作的压力控制阀、用以当管路压力过高时进行紧急泄压的安全阀。

优选地，所述二氧化碳检测装置包括：用以通过所述二氧化碳采集管采集声门与所述气囊间气体的采集装置，与所述采集装置相连、用以分析气体样本二氧化碳浓度的分析装置，与所述分析装置相连、用以对分析装置分析结果数据进行处理并将处理结果发送给控制单元的处理装置。

优选地，所述检测通道还设有用以向所述气囊和声门间充气的充气管，所述充气管与所述调压通道相连，所述充气管设有用以控制所述充气管中气体流量的流量阀。

优选地，所述检测通道设有气体干燥装置。

优选地，所述控制单元包括：与所述二氧化碳检测装置相连、用以比较二氧化碳浓度与预设的二氧化碳阈值的第一判断装置；与所述第一判断装置相连、用以当二氧化碳浓度高于预设的二氧化碳浓度阈值时，调整所述气囊压力的气囊压力控制器。

优选地，所述控制单元还包括与所述测压装置相连、用以比较所述气囊当前压力与预设的压力阈值的第二判断装置；所述气囊压力控制器与所述第二判断装置相连；当所述气囊的压力超过预设的压力阈值上限且二氧化碳浓度低于预设的二氧化碳浓度阈值下限时，所述气囊压力控制器减小所述气囊的压力。

优选地，还包括与所述第一判断装置和所述第二判断装置相连、用以当所述气囊压力超过预设的压力阈值上限且二氧化碳浓度高于预设的二氧化碳浓度下限，或所述气囊压力低于预设的压力阈值下限且二氧化碳浓度低于预设的二氧化碳浓度下限时发出报警的报警装置。

优选地，所述控制单元还包括用以检测环境中二氧化碳浓度的环境检测装置，所述环境检测装置用以根据环境中二氧化碳浓度在测量之前对所述二氧化碳检测装置进行校零的校零装置。

气管导管的密闭性是由气囊压力控制的，而现有技术中的气囊压力维持在25～30cmH₂O范围内，无法做到根据气囊实际的密封状况及时动态地调整气囊压力。

患者呼出的气体中具有较高浓度的二氧化碳，如果气囊与气道之间发生泄漏，患者呼出的气体会沿泄漏的空隙进入气囊与声门之间，使气囊与声门间气体的二氧化碳浓度升高，实时检测患者声门与气囊间气体的二氧化碳浓度可以实现对气囊密闭性的动态监测。

本发明所提供的气囊管理型呼吸机通过二氧化碳采集管采集气囊与声门间的气体，通过二氧化碳检测装置检测该气体的二氧化碳浓度，控制单元以该气体的二氧化碳浓度作为气囊压力调整的依据，通过调压通道对气囊压力进行调整，达到气囊压力动态监测和调整的目的，提高了人工气道气囊密闭性的精确调控。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种具体实施方式所提供的有创呼吸机的结构示意图；

图2为本发明中人工气道气囊压力调整的流程图；

图3为本发明所提供的气管导管的结构示意图；

图4为图1中控制单元的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明一种具体实施方式所提供的有创呼吸机的结构示意图；图2为本发明中人工气道气囊压力调整的流程图；图3为本发明所提供的气管导管的结构示意图。

本发明所提供的气囊管理型呼吸机，包括呼吸机本体1和气管导管2，气管导管2与呼吸机本体1相连，当患者需要正压通气时，气管导管2被插入患者的气道4中，气管导管2包括气囊21和调压管23，当气管导管2插入患者气道4时，气囊21将气道4阻塞，防止通入患者体内的气体自气囊21与气道4间泄露；气囊21与调压管23相连，调压管23用于调节气囊21的压力；呼吸机本体1设有与调压管23相连的调压通道125，调压通道125连有测量气囊21压力的测压装置124；气管导管2还设有当气管导管2插入气道4后用来抽取气囊21与声门41间腔隙内气体的二氧化碳采集管22；呼吸机本体1还包括测量通道116、二氧化碳检测装置11和控制单元126，检测通道116与二氧化碳采集管22相连，二氧化碳检测装置11与检测通道116相连，二氧化碳检测装置11能够通过检测通道116和二氧化碳采集管22抽取气囊21与声门41间腔隙内的气体，并测量该气体中二氧化碳的浓度，控制单元126与测压装置124相连，并能够根据二氧化碳检测装置11测得的二氧化碳浓度调整气囊21的压力。

如说明书附图1所示，呼吸机本体1与气管导管2相连，气管导管2插入患者气道4内，气管导管2的气囊21与患者的气道4密闭，从而使呼吸机本体1送出的气体能够经由气管导管2和患者气道4通入患者的肺部，实现对患者的正压通气。

本发明中，气管导管2的管壁设有二氧化碳采集孔，二氧化碳采集孔位于气囊21以上声门41以下的位置处，二氧化碳采集孔与二氧化碳采集管22相连，二氧化碳采集管22通过检测通道116与二氧化碳检测装置11相连，二氧化碳检测装置11通过二氧化碳采集孔采集气囊21与声门41间腔隙内的气体，检测该气体中二氧化碳的浓度，如果该气体中二氧化碳浓度较高则说明气囊21与气道4间发生了泄露。

现有技术中气囊21的压力维持在25～30cmH₂O范围内，但该范围内，气囊21与气道4间仍有较大的泄露可能性。本发明中，气囊管理型呼吸机设有控制单元126，控制单元126根据二氧化碳检测装置11所测得气囊21与声门41间腔隙内气体的二氧化碳浓度调整气囊21压力，当该气体的二氧化碳浓度较高时，提高气囊21压力，使气囊21与气道4贴合得更紧密，从而阻止泄露。显然，控制单元126与二氧化碳检测装置11也存在有连接关系。控制单元126可以为以单片机或处理器，例如控制单元126可具体为C8051F005单片机，C8051F005单片机中两个比较器，能够满足本发明比较测得的二氧化碳浓度调整与预设的二氧化碳浓度阈值的需求，比较电路的其他部分可参考现有技术，在此不再赘述。

测压装置124可具体为压力传感器，测压装置124连接于调压通道125靠近气囊21的一端，从而减少调压通道125上其他装置对压力测量结果的干扰。

呼吸机本体1包括混合装置10和输送气源，混合装置10将空气和氧气按照一定比例进行混合，形成混合气体，输送气源连接于混合装置10之后，将混合气体输送至患者气道4，调压通道125与输送气源相连，利用输送气源中的混合气体向气囊21充压，调压通道125设有减压阀121、压力控制阀122和安全阀123。

呼吸机本体1机械通气的过程由吸气阀32和呼气阀33控制，吸气阀32设置于输送气源的管路末端，呼气阀33与吸气阀32并联于气管导管2的一端，呼气阀33的出口与大气连通。当呼吸机本体1向通气时，吸气阀32打开，呼气阀33关闭，混合气体由输送气源经气管导管2通入患者体内；当患者呼气时，吸气阀32关闭，呼气阀33打开，患者呼出的气体由呼气阀33排往大气。其中，混合装置10和输送气源的结构可参考现有技术。

控制单元126通过向气囊21充气和放气调整气囊21压力，本发明为使气囊21压力调整过程与呼吸过程同步，将调压通道125与气囊管理型呼吸机的混合装置10后的输送气源相连，以输送气源作为气囊21压力调整的气源。

由于混合装置10后的气体压力较高，本发明在调压通道125设置了减压阀121，通过减压阀121降低再输入压力控制阀122。引入调压通道125中的气体的压力，使其满足调整气囊21压力的要求，防止气囊21过充等状况的发生。

调压通道125还设有压力控制阀122，压力控制阀122能够控制调压通道125向气囊21充压、气囊21向大气泄压或维持气囊21的压力不变，压力控制阀122可具体为三位四通阀或其他形式的控制阀。

一旦压力控制阀122泄露或减压阀121失效，过量的气体经由调压通道125充入气囊21当中，会造成气囊21压力过高，对患者的气道4造成较大损害。为防止此类事件发生，调压通道125还设有安全阀123，当调压通道125的压力过高时，安全阀123起跳，对调压通道125进行泄压，从而降低调压通道125中压力，避免气囊21超压对患者造成伤害，当调压通道125中压力低于安全阀123的起跳压力值时，安全阀123复位停止泄压。

本实施例一种优选的实施方案为减压阀121、压力控制阀122和安全阀123在调压通道125中沿充压气流方向依次设置。

本发明中调压通道125、减压阀121、压力控制阀122、安全阀123和测压装置124共同构成气囊调压系统12，控制单元126能够控制压力控制阀122、测压装置124等完成。

二氧化碳检测装置11包括：依次连接的采集装置111、分析装置112和处理装置113。采集装置111能够通过二氧化碳采集管22采集声门41与气囊21间气体，分析装置112能够分析气体样本的二氧化碳浓度，处理装置113对分析结果进行处理后发送给控制单元126。

其中，采集装置111可具体为微型气泵，采集装置111通过二氧化碳采集管22吸取气囊21与声门41间腔隙内气体，并将样品输送至分析装置112。

分析装置112可具体为二氧化碳传感器，例如，红外线二氧化碳传感器或半导体二氧化碳传感器等，采集装置111完成采样后将样品输送至分析装置112，分析装置112对样品进行分析，得到样品中二氧化碳的含量。

处理装置113将分析数据处理成控制单元126判断所需的信号，处理装置113与控制单元126相连，将处理后的数据发送给控制单元126，处理装置113可将电流信号转换为电压信号或将电压信号转换为电流信号的转换器，具体的转换器形式需要由分析装置112输出的信号形式和控制单元126的比较电路决定，在此不再赘述。

本发明每次分析需要从气囊21与声门41间腔隙内采集气体，由于气囊21与声门41间腔隙内的空间为半密封状态，长时间采集会使该空间内的气体减少，甚至有可能使气体被抽光而产生负压，进而对患者造成伤害。为避免此类情况的发生，检测通道116还设有用以向气囊21和声门41间充气的充气管，充气管连接于减压阀121与压力控制阀122间的管路上，充气管中设有流量阀114，流量阀114能够控制充气的流量。

本实施例一种优选的充气方式为采集装置111每次采集一定体积的气体，完成采样后流量阀114打开向气囊21与声门41间腔隙内充入等量的气体，以维持气囊21与声门41间腔隙内气体体积不变。当然，流量阀114也可以在若干次采样后向气囊21与声门41间腔隙内充入等于所采样品总和的气体。

另外，由于气囊21与声门41间腔隙内存留有患者的分泌物，采集装置111所采得的样品中可能混有液体，液体的存在会对二氧化碳分析结果造成影响，因此，本发明的检测通道116设有气体干燥装置115，气体干燥装置115能够吸收气体中的水分，使进入二氧化碳检测装置11中的气体保持干燥，干燥装置115可以具体为装有干燥剂或吸附剂的干燥器。

本实施例中，气囊管理型呼吸机设有二氧化碳检测装置11和控制单元126，二氧化碳检测装置11能够采集气囊21与声门41间腔隙内气体，分析其中的二氧化碳浓度，控制单元126根据分析结果判断气囊21与气道4间的密闭情况，给压力控制阀122发出指令，压力控制阀122调整气囊21压力，以使气囊21与气道4密闭，从而实现气囊21压力的动态控制。

控制单元126包括第一判断装置1261和气囊压力控制器1263，如图4所示，第一判断装置1261与二氧化碳检测装置11相连，能够比较二氧化碳浓度与预设的二氧化碳阈值；气囊压力控制器1263与第一判断装置1261相连，当二氧化碳浓度高于预设的二氧化碳浓度阈值时，气囊压力控制器1263对气囊21的压力进行调整。

控制单元126需要根据气囊21与声门41间腔隙内的密闭性调整气囊21压力。第一判断装置1261的作用是判断气囊21的密闭性，第一判断装置1261与二氧化碳检测装置11相连，具体的第一判断装置1261是与处理装置113相连，处理装置113将处理后的分析结果传输给第一判断装置1261，第一判断装置1261将分析结果与预设的二氧化碳阈值进行对比，如果分析结果低于预设的二氧化碳阈值，说明气囊21的密闭性较好；如果分析结果高于预设的二氧化碳浓度阈值，说明气囊21的密闭性较差，第一判断装置1261将比较结果传输给气囊压力控制器1263，气囊压力控制器1263根据比较结果调整压力控制阀122，从而实现对气囊21压力的调整。显然，气囊压力控制器1263与压力控制阀122也存在某种连接关系，具体的连接方式由压力控制阀122的形式决定，在此不做限定。

二氧化碳阈值包括阈值上限和阈值下限，当分析结果小于阈值下限时，说明气囊21与气道4间密封较好；当分析结果大于阈值下限小于阈值上限时，说明气囊21发生了轻微的泄露，此时气囊压力控制器控制压力控制阀122向气囊21充气，将气囊21压力提高1cmH₂O；当分析结果大于阈值上限时，说明气囊21泄露较为严重，此时气囊压力控制器控制压力控制阀122按照预设算法向气囊21充气，预设算法可以为几何算法或积分算法等，使气囊21快速充压以减少泄露量。气囊21完成升压后二氧化碳检测装置11可以再次检测气囊21与声门41间腔隙内气体，对调压结果进行验证，如果气囊21与气道4间存在泄漏则继续调压，直至气囊21与气道4间实现良好密闭。

本实施例中，二氧化碳阈值包括阈值上限和阈值下限为一种优选的实施方式，其目的在于当气囊21泄露较轻微时，缓慢充压，注重的是调压的安全性；当气囊21泄露较严重时，快速充压，注重的是调压的高效性。其他实施方式中，可选择使二氧化碳阈值的阈值上限和阈值下限相等，当分析结果大于二氧化碳阈值时进行充压；显然，用户也可以根据需要设置多个二氧化碳阈值，并根据二氧化碳阈值设置不同的充压速度。

控制单元还包括第二判断装置1262，第二判断装置1262与测压装置124相连，第二判断装置1262比较气囊21当前压力与预设的压力阈值；气囊压力控制器1263与第二判断装置1262相连；当气囊21的压力超过预设的压力阈值上限、且二氧化碳浓度低于预设的二氧化碳浓度阈值下限时，气囊压力控制器1263减小气囊21的压力。

气囊21压力对患者的健康有着十分重要的影响，如果气囊21压力过高则会对患者的气道4造成压迫，损伤患者气道4。本实施例中气囊压力控制器与测压装置124相连，对气囊21压力进行监控，如果二氧化碳浓度低于阈值下限说明气囊21密闭较好，此时如果气囊21压力高于压力阈值上限，则说明气囊21压力过高，气囊压力控制器1263将气囊21压力降低1cmH₂O，能够减少气囊21对患者气道4的压迫，气囊21压力调整之后可重新采样检测气囊21密闭性。

本实施例中，调压通道125还设有泄压支路，泄压支路连接于安全阀123与测压装置124之间的管路上，泄压支路上设有电磁压力控制阀，电磁压力控制阀与测压装置124通过电路连接，当需要泄压时，电磁压力控制阀打开，气囊21的压力降低1cmH₂O后，电磁压力控制阀关闭完成气囊泄压。

本发明还包括与第一判断装置1261和第二判断装置1262相连的报警装置，当气囊21的压力超过预设的压力阈值上限、且二氧化碳浓度高于预设的二氧化碳浓度下限，或气囊压力低于预设的压力阈值下限、且二氧化碳浓度低于预设的二氧化碳浓度下限时，报警装置发出报警。

本发明中的气囊21压力阈值根据文献中的研究成果进行设定，临床上仍不排除实际适合患者的气囊21压力在预设的压力阈值范围之外的可能性。当此类情况发生时，医生需要根据患者的状况进行判断，改变气囊21压力阈值范围，本实施例中，气囊管理型呼吸机设置了报警装置，提醒医生预设的压力阈值不适合当前患者。

第一判断装置1261在完成密闭性的判断后，第二判断装置1262对气囊21压力的适宜性进行判断，以确定气囊21压力是否存在过高或过低的情况。具体的，第二判断装置1262接收测压装置124测得的气囊21当前压力，将气囊21当前压力与气囊21压力阈值进行比较。如图2所示，如果发现气囊21泄露，则对气囊21进行充压，充压后第二判断装置1262比较气囊21当前压力与压力阈值上限，如果气囊21当前压力超过压力阈值上限，则说明患者适宜的气囊21压力值高于压力阈值范围，此时，报警装置发出报警，提醒医生气囊21压力阈值过低，医生根据实际状况进行调整。

另外，上文所述的情况为气囊21压力超过压力阈值上限，仍然密闭性较差，需要医生根据具体情况提高压力阈值范围。当然也存在这样一种情况，气囊21密闭性较好，而气囊21当前的压力低于压力阈值下限，这说明压力阈值可能设定过高，此时，报警装置发出报警，提醒医生气囊21压力阈值过高，医生根据实际状况进行调整。本实施例中的报警装置可以为报警灯、蜂鸣器或用于向移动设备发送报警信息的信号发射器。

本发明所提供的气囊管理型呼吸机还包括环境检测装置，环境检测装置能够检测环境中二氧化碳浓度，设有校零装置，校零装置与环境检测装置相连，能够根据环境中二氧化碳浓度对二氧化碳检测装置11的检测之前进行校零。

由于环境中的气体本身具有一定浓度二氧化碳，这些二氧化碳会对二氧化碳检测装置11的检测结果造成影响，本实施例中设置了环境检测装置，环境监测装置可具体为电磁二位三通阀，电磁二位三通阀位于检测装置11之前，当需要检测环境中二氧化碳浓度时，电磁二位三通阀将与分析装置相连的检测通道116连通大气，通过分析装置112分析大气中的二氧化碳浓度。二氧化碳检测装置11中设有校零装置，校零装置能够对环境中的二氧化碳浓度进行校零操作，以排除环境对检测装置检测结果造成的影响。校零装置可参考现有技术，在此不再赘述。

本实施例中，控制单元126中设置了第一判断装置1261、第二判断装置1262和气囊压力控制器1263，第一判断装置1261和第二判断装置1262能够分别对气囊21的密闭性和气囊21压力阈值的适宜性进行判断，气囊压力控制器1263能够根据判断结果调整气囊21的压力，从而达到既能保证气囊21与气道4间密闭，又能保证气囊21不压迫气道4的目的。

本发明所要保护的主体为气囊管理型呼吸机的组成部件，以及各部件之间的连接关系，呼吸机的各个部件不仅限于说明书举例中所提到的设备。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的气囊管理型呼吸机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。