一种呼吸机气流控制装置的制作方法

专利名称：一种呼吸机气流控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种人工呼吸机，特别涉及一种呼吸机连续气流控制装置。
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。[0008]本实用新型者基于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。

实用新型内容本实用新型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。 本实用新型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。其中，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。其中，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。其中，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。其中，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，用于接收锯齿波信号并计算出气道充盈过 程中的实际潮气量。优选地，阻力阀门可以为光圈式阻力阀。[0020]与现有 技术相比，本实用新型的呼吸机气流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是本实用新型控制装置工作原理示意图；图2是本实用新型呼吸机指令通气工作模式下的流程图；图3是本实用新型呼吸机自主呼吸工作模式下的流程图。结合附图在其上标记以下附图标记1-主气道；2-排气口 ；3-气压压力传感器；4-双向流量传感器；5-接口 ；6_风机 送风；7-呼吸机主控阀门(位于A点位置)；8-阀门往返于A、B两点间的运动(切换呼吸 节奏)；9-主控阀门移位到BO点时的位置；10-调整后确定的A-Bl行程(类推B2) ；11-阀 门行程的PEEP高度(位置)；12-阀门的A、B两点最大行程Α-Β0 (通气力度)；13-阀门与 主气道开口处最小间距。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型的几个具体实施方式
进行详细描述，但应当理解本 实用新型的保护范围并不受具体实施方式
的限制。首先介绍一下本实用新型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。下面介绍一下本实用新型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模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[0042]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；[0059]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。自主呼吸工作模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；[0074]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[0114]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。以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型并非局限于此， 任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
权利要求1.一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。
2.根据权利要求1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。
3.根据权利要求2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。
4.根据权利要求1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。
5.根据权利要求4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。
6.根据权利要求1至5中任意一项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。
专利摘要本实用新型公开了一种呼吸机气流控制装置，该装置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；控制模式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。上述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G05D7/06GK201862094SQ20102057725
公开日2011年6月15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