一种医用便携呼吸机的控制方法及医用便携呼吸机与流程

本发明涉及医用呼吸机技术领域，特别是涉及一种医用便携呼吸机的控制方法及医用便携呼吸机。

背景技术：

在恶劣的医疗环境中，医用人员经常需要佩戴便携呼吸机以防止有害气体侵蚀其呼吸道，现有的便携呼吸机一般都是控制气泵匀速转动，以为医护人员提供清洁的空气，由于便携呼吸机一般电池容量有限，因此便携呼吸机的续航时间短。

技术实现要素：

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可提升呼吸机续航长度的医用便携呼吸机的控制方法及医用便携呼吸机。

技术方案：为实现上述目的，本发明的医用便携呼吸机的控制方法，其应用于医用便携呼吸机的控制系统，所述方法包括：

获取用户的典型呼吸参数；

获取用户的实时呼吸状态数据；

根据所述典型呼吸参数及呼吸状态数据得到实时供气量；

根据所述实时供气量调整气泵的转速。

进一步地，所述获取用户的典型呼吸参数包括：

根据初始供气量曲线调整所述气泵的转速向呼吸罩供气；

获取所述呼吸罩内、外两侧的压差数据；其中，所述压差数据为内侧气压与外侧气压的差值；

根据所述压差数据调整曲线参数以修改所述初始供气量曲线使得所述压差数据始终维持在正值，且压差数据在设定的区间内，并将调整后的曲线参数作为用户的典型呼吸参数；其中，所述典型呼吸参数包括典型周期、典型峰值、典型谷值及典型曲线饱满度。

进一步地，所述获取用户的实时呼吸状态数据包括：

获取所述呼吸状态监测传感器的实时数据；

根据所述实时数据生成呼吸状态数据；其中，所述呼吸状态数据包括呼吸阶段、及运动参数。

进一步地，所述根据所述典型呼吸参数及呼吸状态数据得到实时供气量包括：

根据所述呼吸状态数据得到呼吸各阶段的调节因子；

根据所述调节因子与所述典型呼吸参数确定所述实时供气量。

呼吸参数所述根据所述实时供气量调整气泵的转速包括：

根据所述实时供气量及气泵每转一圈的吸气量得到气泵的实时目标转速；

根据所述实时目标转速控制所述气泵按照所述实时目标转速运转。

一种医用便携呼吸机，其包括控制器，所述控制器用于执行上述的医用便携呼吸机的控制方法；还包括：

呼吸罩，其用于罩住用户的口鼻部；

供气组件，其包括过滤装置与气泵，所述气泵可吸入空气使得空气经过所述过滤装置后注入所述呼吸罩；

气压传感器，其用于获取所述气压传感器内外两侧的气压；及

呼吸状态监测传感器，其用于获取用户的呼吸状态数据。

有益效果：本发明的医用便携呼吸机的控制方法及医用便携呼吸机，可根据用户的典型呼吸参数与呼吸状态数据调节气泵运转以为用户调节足够的空气，相对于使气泵匀速转动的方案，该方案可减少气泵的耗电量，明显提升呼吸机的续航。

附图说明

附图1为医用便携呼吸机的控制方法的流程示意图；

附图2为供气量曲线的示意图；

附图3为医用便携式呼吸机的结构图；

附图4为颈挂部的正视图；

附图5为入气单元的结构图；

附图6为弹性结构的结构图；

附图7为收放装置的结构图。

图中：1-口部罩体；11-呼吸罩；12-佩戴部；13-入气单元；131-单元座；131-1-止推肩；131-2-螺纹部；132-固定件；133-气管接口；2-颈挂部；21-气泵；22-电源；23-过滤装置；24-控制器；25-壳体；251-侧部；252-中部；253-进气孔；26-弹性结构；261-中间杆；262-侧杆；263-扭簧；264-同步带；265-第一同步轮；266-第二同步轮；267-齿轮；3-气管；31-支管；32-泄压阀；33-过滤单元；4-收放装置；41-装置座；42-旋转座；43-转轴部；44-梳齿部；45-弹簧；46-卷绕部；5-呼吸状态监测传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如附图3所示为本发明之医用便携呼吸机(以下简称“呼吸机”)，其包括口部罩体1、颈挂部2以及呼吸状态监测传感器5，口部罩体1包括呼吸罩11以及佩戴部12；所述呼吸罩11具备入气单元13，所述入气单元13连通所述呼吸罩11的内外侧；如附图4所示，颈挂部2具备供气组件，所述供气组件包括气泵21、电源22、过滤装置23及控制器24，所述过滤装置23连接所述气泵21的入气口，所述气泵21的出气口通过气管3连接所述入气单元13。呼吸状态监测传感器5连接控制器24，具体地，呼吸状态监测传感器5包括加速度计，呼吸状态监测传感器5贴在用户的呼吸肌上，控制器2通过呼吸状态监测传感器5采集呼吸肌的起伏运动数据以获取用户的呼吸状态数据，呼吸状态数据包括呼吸阶段以及运动参数，呼吸阶段包括呼气阶段、吸气阶段、峰值维持阶段、谷值维持阶段，所述运动参数用以表特征呼气阶段与吸气阶段的呼吸肌运动方向、加速度与位移，控制器24根据运动参数可以判断用户所处的运动参数以及呼吸的急促程度。

上述结构通过设置分离式的口部罩体1与颈挂部2，颈挂部2通过气泵21向口部罩体输送经过过滤装置23过滤过的空气，以使得呼吸罩11内相对于呼吸罩11外形成微正压，由于微正压的存在，呼吸罩11内的气体通过呼吸罩11与用户面部之间的间隙向外排出，从而避免呼吸罩11外的气体进入呼吸罩11内部，防止了一些可通过气溶胶传播等传播机制较强的病毒通过缝隙进入呼吸罩11内，达到了较好的隔离病毒的作用，且由于微正压的存在，呼吸罩11无需紧扣在医护人员的面部，如此医护人员面部被罩住的部分空气流通与血液流通均较通畅，可避免对医护人员造成伤害。

另外，由于本发明的呼吸机采用分体式的设计结构，电源22、气泵21等部件均包含在颈挂部2内，因此可设置容量较大的电源22，以保证呼吸机有较长的续航时间，且不用着重考虑设计重量，可减少佩戴者脸部乃至头部的负重。

基于上述医用便携呼吸机，医用便携呼吸机的控制方法，其应用于医用便携呼吸机的控制系统，如附图1所示，所述方法包括如下步骤s601-s604：

步骤s601，获取用户的典型呼吸参数；

本步骤中，用户的典型呼吸参数用以表征用户的呼吸特征，如表征用户的单次呼入气体量与呼出气体量，如此控制器24可适应不同用户的特征在后续进行相应的供气量调整，智能适应各用户的呼吸特征。

步骤s602，获取用户的实时呼吸状态数据；

本步骤中，呼吸状态数据包括呼吸阶段以及运动参数，呼吸阶段包括呼气阶段、吸气阶段、峰值维持阶段、谷值维持阶段，所述运动参数用以表特征呼气阶段与吸气阶段的呼吸肌运动方向与加速度，控制器24根据运动参数可以判断用户所处的运动参数以及呼吸的急促程度。

步骤s603，根据所述典型呼吸参数及呼吸状态数据得到实时供气量；

本步骤中，由于用户不是一直按照典型呼吸参数维持呼吸，用户的呼吸状态具有波动性，如有时呼吸急促有时呼吸缓慢，控制器可根据呼吸状态数据在典型呼吸参数的基础上对实时供气量进行调整，保证有足够的供气量维持呼吸罩11内的气压相对于外界气压形成微正压。

步骤s604，根据所述实时供气量调整气泵的转速。

进一步地，上述步骤s601中所述获取用户的典型呼吸参数包括如下步骤s701-s703：

步骤s701，根据初始供气量曲线调整所述气泵的转速向呼吸罩供气；

呼吸机运转过程中，控制器24根据供气量曲线调整气泵的转速以向呼吸罩11供气，供气量曲线的形状由曲线参数决定，曲线参数包括周期、峰值、谷值以及曲线饱满度，其中，周期包括吸气阶段时间、呼气阶段时间、峰值维持时间与谷值维持时间，曲线饱满度用于表征吸气阶段时间与呼气阶段时间这两段时间所对应曲线的饱满度，如附图2所示，图中，供气量曲线a较供气量曲线b的曲线饱满度高；步骤s701中，根据预设的初始供气量曲线控制气泵转速为控制器24控制气泵运转的初始控制策略，其主要目的是让呼吸机先运转起来，并让各传感器开始采集数据，后续可根据采集的传感器数据对初始供气量曲线进行调整得到适用于佩戴呼吸机用户的控制策略。

步骤s702，获取所述呼吸罩内、外两侧的压差数据；其中，所述压差数据为内侧气压与外侧气压的差值，即内侧气压减去外侧气压的差值；

本步骤中，呼吸罩内、外两侧的气压均由气压传感器采集；

步骤s703，根据所述压差数据调整曲线参数以修改所述初始供气量曲线使得所述压差数据始终维持在正值，且压差数据在设定的区间内，并将调整后的曲线参数作为用户的典型呼吸参数；其中，所述典型呼吸参数包括典型周期、典型峰值、典型谷值及典型曲线饱满度。

上述典型呼吸参数是在用户正常呼吸状态下获得，呼吸机可设置提醒模块提醒用户正常呼吸以供控制器24采集典型呼吸参数。

本步骤中，控制器24调整曲线参数的过程是一个循环迭代的过程，直至调整出满足要求(压差数据始终维持在正值，且压差数据在设定的区间内)的供气量曲线，并以供气量曲线对应的曲线参数作为用户的典型呼吸参数。上述使压差数据在设定的区间内是为了防止控制器24无上限地调节曲线参数使得供气量远高于用户需求。

进一步地，步骤s602中所述获取用户的实时呼吸状态数据包括如下步骤s801-s802：

步骤s801，获取所述呼吸状态监测传感器5的实时数据；

步骤s802，根据所述实时数据生成呼吸状态数据；其中，所述呼吸状态数据包括呼吸阶段、及运动参数。

呼吸阶段包括呼气阶段、吸气阶段、峰值维持阶段、谷值维持阶段，所述运动参数用以表特征呼气阶段与吸气阶段的呼吸肌运动方向、加速度与位移，根据呼吸肌运动方向及位移控制器24可获知用户处于呼气阶段还是吸气阶段，还是处于呼吸肌位移与速度均较小的峰值维持阶段与谷值维持阶段，根据加速度可获知用户呼吸的急促程度。

进一步地，步骤s603中所述根据所述典型呼吸参数及呼吸状态数据得到实时供气量包括如下步骤s901-s902：

步骤s901，根据所述呼吸状态数据得到呼吸各阶段的调节因子；

步骤s902，根据所述调节因子与所述典型呼吸参数确定所述实时供气量。

上述步骤s901-s902中，引入调节因子是控制器24在用户的典型呼吸参数的基础上所进一步采取的调节策略，以使得呼吸机可根据用户实时的呼吸状态数据向用户供应合适的气体。

具体地，步骤s901中确定调节因子的方式为：在吸气阶段，根据呼吸肌的运动加速度确定第一调节因子与第二调节因子，第一调节因子用于确定吸气阶段时间，吸气阶段呼吸肌的运动加速度越高，代表用户的呼吸越急促，第一调节因子的取值就越低，用典型周期中的典型吸气阶段时间乘以第一调节因子可得到预测吸气阶段时间；第二调节因子用于确定峰值，呼吸肌的运动加速度越高，代表用户的呼吸越急促，用户需要的气体量可能更多，因此，呼吸肌的运动加速度越高，第二调节因子越高，典型峰值乘以第二调节因子可得到实时推荐峰值；此外，还可以引入第三调节因子用以调节供气量曲线的饱满度，当呼吸肌的运动加速度越高，供气量曲线的饱满度越高。上述第一调节因子、第二调节因子及第三调节因子按照加速度与第一调节因子、第二调节因子及第三调节因子的对应关系表确定，根据加速度的值所处的区间查找对应的第一调节因子、第二调节因子及第三调节因子即可。

此外，吸气阶段进行一段时间后，呼吸肌的位移进入波动小于预设最小增速的阶段，此时为峰值维持阶段，控制器24按照实时推荐峰值供气，直至峰值维持阶段结束。

在呼气阶段，根据呼吸肌的运动加速度确定第四调节因子与第五调节因子，与上述吸气阶段对应，第四、第五因子分别对应于预测呼气阶段时间与饱满度，呼吸肌的运动加速度越高，第四调节因子越低，第五调节因子也越低，典型周期中的典型呼气阶段时间乘以第四调节因子可得到预测呼气阶段时间。

在谷值维持阶段，按照典型谷值供气即可，不需要根据实时数据调节谷值数据。

进一步地，所述根据所述实时供气量调整气泵的转速包括：

根据所述实时供气量及气泵每转一圈的吸气量得到气泵的实时目标转速；

根据所述实时目标转速控制所述气泵按照所述实时目标转速运转。

优选地，对于上述便携式呼吸机，所述入气单元13相对于所述口部罩体1可拆卸，如此，可对使用过的口部罩体1进行更换或者拆洗；如附图5所示，所述入气单元13包括单元座131与固定件132；所述单元座131上具备入气孔以及用于连接所述气管3的气管接口133。所述单元座131上形成有止推肩131-1以及螺纹部131-2，所述螺纹部131-2穿过所述呼吸罩11上预留的孔洞；所述固定件132为薄型螺母，所述固定件132螺接在所述螺纹部131-2上，且所述止推肩131-1与固定件132分别置于所述呼吸罩11的内外两侧，本实施例中，将止推肩131-1置于呼吸罩11的内侧，止推肩131-1的厚度较薄，其置于呼吸罩11的内侧，可减少用户的佩戴异物感，入气单元13的大部分结构均置于呼吸罩11的外侧。

所述气管3上具备支管31，所述支管31上具备泄压阀32以及过滤单元33。设置支管31与泄压阀32可防止呼吸机失控导致呼吸罩11内气压过高，泄压阀32在支管31内的气压达到一定阈值会自动打开进行泄压，使得气管3内的气压(也即呼吸罩11内的气压)不会超出一定阈值。

所述颈挂部2包含壳体25，所述气泵21、电源22、过滤装置23及控制器24均安装在所述壳体25内。所述壳体25整体为对称的u字形结构，且在从u字形结构的底部沿其对称线往其两端的方向上，u字形结构内的区域在垂直于对称线的方向上的宽度先逐渐变宽再逐渐收窄；另外，从壳体25的侧向上看，其两个侧部251平直延伸，相对于所述壳体25的两个侧部251，其中部252偏离出其侧部251；壳体25的中部252较细而两个侧部251较粗，配搭时，中部252与用户的后脖颈接触，而两个侧部251垂在用户的前侧，并置于用户脖子的两侧，壳体25的设计符合人体工程学，使得颈挂部2佩戴在用户脖子上后具有较好的佩戴舒适度。

上述气泵21、过滤装置23及控制器24置于所述壳体25的一侧部251中，且壳体25上对应于过滤装置23的入气口的位置具备阵列式的进气孔253，电源22安装在所述壳体25的另一侧部251中，如此可保证壳体25两边配重平衡。所述中部252为柔性材质制成，所述侧部251为硬质材质制成，中部252内设置有弹性结构26，对两个侧部251施加作用力可使中部252弹性张开使得两个侧部251的相对夹角变大，当外加的作用力消失，中部252在弹性结构26的弹力作用下复原为原本状态，使得两个侧部251的相对夹角变小，如此，颈挂部2佩戴在用户脖子上不会掉落。

具体地，如附图6所示，所述弹性结构26由中间杆261及两个侧杆262组成，两个侧杆262分别铰接在中间杆261的两侧，且两者与中间杆261之间均设置有扭簧263；两个侧杆262分别固定在两个侧部251上；还包括同步机构，同步机构可使得两个侧杆262相对于中间杆261的偏转角度一致，以防止长期使用后两侧扭簧263受力长期不一致导致一侧扭簧263提前失效，可提升使用的稳定性。同步机构包括同步带组件以及齿轮267，同步带组件包括同步带264、第一同步轮265及第二同步轮266，对应于每个侧杆262均设置有一组同步带组件与齿轮267，即一共有两组同步带组件以及两个齿轮267，对应于同一侧杆262的齿轮267与第二同步轮266固定设置。第一同步轮265相对于中间杆261固定，所述第二同步轮266相对于中间杆261转动设置，对应于两个侧杆262的两个齿轮267相互啮合。如此，通过两个啮合的齿轮267可实现两个侧杆262相对于中间杆261的同步转动。

上述佩戴部12为弹性绳，由于各用户的脸型不一样，为了使口部罩体1适用于不同的用户，所述佩戴部12的实际使用长度可调节，具体地，佩戴部12的第一端直接固定在呼吸罩11上，佩戴部12的第二端通过收放装置4安装在口部罩体1上。

如附图7所示，收放装置4包括装置座41与旋转座42，所述装置座41固定在所述呼吸罩11上，且装置座41上具备转轴部43，所述旋转座42可相对于所述装置座41旋转，以及可在所述转轴部43的轴向上滑动；所述旋转座42的四周边缘形成有圆周阵列设置的若干梳齿部44，所述梳齿部44朝着所述装置座41延伸；所述转轴部43与所述旋转座42之间设置有弹簧45，所述弹簧45使得所述旋转座42具有向所述装置座41靠近的运动趋势；所述旋转座42上还安装有卷绕部46，所述佩戴部12的第二端卷绕在所述卷绕部46上，卷绕部46可随旋转座42旋转，且卷绕部46在轴向上固定。初始状态下，所述梳齿部44的端部与所述装置座41接触，当佩戴者需要调节佩戴部12的长度时，只需要向外拉所述旋转座42使得所述梳齿部44的端部离开所述装置座41，并转动装置座41即可使佩戴部12从卷绕部46上放出或将佩戴部12卷绕至卷绕部46，收放完成后，将佩戴部12嵌入至某两个相邻的梳齿部44之间，然后释放所述旋转座42使其回到初始状态即可。

本发明的医用便携呼吸机的控制方法及医用便携呼吸机，可根据用户的典型呼吸参数与呼吸状态数据调节气泵运转以为用户调节足够的空气，相对于使气泵匀速转动的方案，该方案可减少气泵的耗电量，明显提升呼吸机的续航。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。