一种呼吸机及其呼吸压力调控系统和调控方法
【专利摘要】本发明公开了一种呼吸机及其呼吸压力调控系统和调控方法，包括压力跟随器、呼气吸气判别器和压力速降器，所述压力跟随器分为第一压力跟随器和第二压力跟随器，首先，呼吸判别器检测当前的流量变化，当从呼气转变为吸气时，通过第一压力跟随器，提高电机转速，将压力维持在适合吸气的水平；其次，当呼吸判别器检测到流量处于吸气末呼气初时，压力速降器将电机制动，压力迅速下降；最后，当压力下降接近呼气水平时，关闭制动，利用第二压力跟随器使下降速率减缓，并平稳降至适合呼气的压力水平。采用本发明不仅适用于呼吸机中的呼吸周期压力控制，同时还可以用于漏气压力补偿，自动海拔压力补偿等其他调压场合。
【专利说明】一种呼吸机及其呼吸压力调控系统和调控方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及医用设备，尤其涉及的是一种呼吸机及其呼吸压力调控系统和调控方法。
【背景技术】
[0002]人在使用呼吸机的过程中，吸气会产生胸腔负压引起面罩处压力下降；呼气会产生胸腔正压引起面罩处压力上升。呼吸周期中压力的起伏会造成呼吸对抗，需要调节压力应对这种震荡。在某些环境条件下，如发生泄漏，那么压力会降低；如发生阻塞，压力会上升；所处海拔高度不同，那么压力也会有所不同，当压力偏差治疗压力过大，将影响治疗效果。除此之外，人在呼气时因胸腔产生的正压与呼吸机持续输出的正压相抵触，导致呼气困难且有明显的人机对抗现象，通过合理切换呼吸过程中的压力水平，使得呼吸体验更顺畅。[0003]现有解决上述的问题的技术有两种，第一种是中国专利申请号为200910235634.4的公开技术文件中，公布了一种呼吸机减压装置的输出压力的调节方法。该方法的主要思想是，通过比较目标压力值与实际压力值的偏差大小，调节输出压力。第二种是中国专利申请号为201110045661.2的公开技术文件中，公布了一种改善CPAP舒适性的方法与装置，该方法的主要思想是，检测到吸气转变到呼气时，将送风电动机断电待压力降至一定水平再次通电稳定至呼气的压力水平，最后检测到呼气向吸气转变时提升压力。
[0004]方法一的缺点是:在吸气转变为呼气时，采用此方法降压，电机转速是逐级下调，并且电机有固有的惯性转动，导致压力下降较为缓慢，实测大约200ms下降lcmH20。而人在呼气时，200ms之内迅速下降至适合呼吸的压力水平将大大缓解呼气时的压力对抗。因此，其在降压过程中并不能解决压力对抗的问题。
[0005]方法二的缺点是:在发生泄露，阻塞或者所处海拔高度不同时，压力会相较于设定的治疗压力发生偏移，导致治疗效果不佳，故其不能将治疗压力稳定在正常水平，稳定性较差。
[0006]因此，现有技术还有待于改进和发展。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种呼吸机及其呼吸压力调控系统和调控方法，旨在解决现有的呼吸机不能有效解决任何压力变化下的压力对抗和压力稳定性的问题。
[0008]本发明的技术方案如下:
[0009]一种呼吸机的呼吸压力调控系统，其包括压力跟随器、呼气吸气判别器和压力速降器，所述压力跟随器分为第一压力跟随器和第二压力跟随器，所述第一压力跟随器，主要用于吸气状态，将压力保持在设定的目标治疗压力水平，且当前压力与目标治疗压力偏差越大那么调整速率越快；所述第二压力跟随器，主要用于呼气状态，将压力保持在设定的目标治疗压力水平，且当前压力与目标治疗压力偏差越大那么调整速率越快；所述呼气吸气判别器，用于通过流量或者压力判断吸气与呼气的转换点，当发现呼气切换至吸气时，关闭第二压力跟随器，打开第一压力跟随器；当发现吸气切换至呼气时，关闭第一压力跟随器，打开压力速降器；所述压力速降器，用于发生呼气时，迅速拉低压力直至适合呼气的压力水平，然后关闭压力速降器，打开第二压力跟随器维持新的压力水平。
[0010]所述的呼吸机的呼吸压力调控系统，其中，在一次呼吸周期中，系统会进行以下几个步骤调压:首先，呼吸判别器检测当前的流量变化，当从呼气转变为吸气时，通过第一压力跟随器，提高电机转速，将压力维持在适合吸气的水平；其次，当呼吸判别器检测到流量处于吸气末呼气初时，压力速降器将电机制动，压力迅速下降；最后，当压力下降接近呼气水平时，关闭制动，利用第二压力跟随器使下降速率减缓，并平稳降至适合呼气的压力水平。
[0011]一种呼吸机的呼吸压力调控方法，其包括以下步骤:
[0012]步骤S1:设定目标压力的期望值；
[0013]步骤S2:获取当前输出压力值，将期望值与当前输出压力值做差，得到压力偏差值；
[0014]步骤S3:根据偏差值，当检测到输出的压力值与目标值偏差量在±1%，维持当前电机转速不变，否则，计算下一时刻需要补偿输出的转速增量，根据补偿输出的转速增量调整电机转速；
[0015]步骤S4:重复步骤S2，
[0016]所述目标压力值所能达到的上限取决于电机的最大转速，当腔体环境一定时，电机转速越大，所能达到的压力也越大；所述偏差值越大，那么调整量也越大，表现出调整速率也要加快。
[0017]所述的呼吸机的呼吸压力调控方法，其中，根据压力偏差值，计算电机转速增量Au (η)的具体公式为:
[0018]
【权利要求】
1.一种呼吸机的呼吸压力调控系统，其特征在于，包括压力跟随器、呼气吸气判别器和压力速降器，所述压力跟随器分为第一压力跟随器和第二压力跟随器，所述第一压力跟随器，主要用于吸气状态，将压力保持在设定的目标治疗压力水平，且当前压力与目标治疗压力偏差越大那么调整速率越快；所述第二压力跟随器，主要用于呼气状态，将压力保持在设定的目标治疗压力水平，且当前压力与目标治疗压力偏差越大那么调整速率越快；所述呼气吸气判别器，用于通过流量或者压力判断吸气与呼气的转换点，当发现呼气切换至吸气时，关闭第二压力跟随器，打开第一压力跟随器；当发现吸气切换至呼气时，关闭第一压力跟随器，打开压力速降器；所述压力速降器，用于发生呼气时，迅速拉低压力直至适合呼气的压力水平，然后关闭压力速降器，打开第二压力跟随器维持新的压力水平。
2.根据权利要求1所述的呼吸机的呼吸压力调控系统，其特征在于，在一次呼吸周期中，系统会进行以下几个步骤调压:首先，呼吸判别器检测当前的流量变化，当从呼气转变为吸气时，通过第一压力跟随器，提高电机转速，将压力维持在适合吸气的水平；其次，当呼吸判别器检测到流量处于吸气末呼气初时，压力速降器将电机制动，压力迅速下降；最后，当压力下降接近呼气水平时，关闭制动，利用第二压力跟随器使下降速率减缓，并平稳降至适合呼气的压力水平。
3.—种呼吸机的呼吸压力调控方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤S1:设定目标压力的期望值； 步骤S2:获取当前输出压力值，将期望值与当前输出压力值做差，得到压力偏差值； 步骤S3:根据偏差值，当检测到输出的压力值与目标值偏差量在±1%，维持当前电机转速不变，否则，计算下一时刻需要补偿输出的转速增量，根据补偿输出的转速增量调整电机转速； 步骤S4:重复步骤S2， 所述目标压力值所能达到的上限取决于电机的最大转速，当腔体环境一定时，电机转速越大，所能达到的压力也越大；所述偏差值越大，那么调整量也越大，表现出调整速率也要加快。
4.根据权利要求3所述的呼吸机的呼吸压力调控方法，其特征在于，根据压力偏差值，计算电机转速增量Λ u(n)的具体公式为:
5.根据权利要求4所述的呼吸机的呼吸压力调控方法，其特征在于，转速增量Λu (η)在每一时刻都需要进行计算更新，并将其与当前电机转速u(n)求和，作为下一时刻的转速。
6.根据权利要求5所述的呼吸机的呼吸压力调控方法，其特征在于，在降压时，采取对电机制动的方式达到快速降压，其实现步骤如下: 步骤a:检测吸气末呼气初的临界点； 步骤b:关闭第一压力跟随器，确定目标压力；步骤C:启动电机制动； 步骤d:实时计算压力偏差值； 步骤e:当压力偏差值下降至接近O值时，关闭电机制动同时启动第二压力跟随器。
7.根据权利要求4所述的呼吸机的呼吸压力调控方法，其特征在于，呼气吸气判别器会根据呼吸周期的流量或压力判断，提前切换至呼气状态。
8.根据权利要求6所述的呼吸机的呼吸压力调控方法，其特征在于，检测吸气呼气的临界点的具体方法步骤如下: 步骤al:在流量信号进入正值区域时，检测最高峰值点； 步骤a2:记录最高峰值点的值，根据O值点到峰值点高度差的百分比划定灵敏度等级，峰值点的45%为I等级，60%为2等级，75%为3等级； 步骤a3:当流量信号低于设定的灵敏度等级所确定的阈值，并且有下降的延续性，发出吸气末呼气初响应， 流量信号为正时，检测峰值，当流量下降至设定的灵敏度等级所确定的阈值后，呼气吸气判别器发出吸气末呼气初响应。
9.根据权利要求8所述的呼吸机的呼吸压力调控方法，其特征在于，将流量信号高于或低于O值点的某一阈值定义为过滤阈值，流量信号为正时，检测峰值，当流量信号进入正值区域发生零交叉，如果在过滤阈值范围内形成的峰值，不更新峰值记录点，直至向上突破，突破之后如果形成新的，更高的峰值点，更新峰值记录点，当流量信号出现下降的延续性，并且低于设定的灵敏度等级所确定的阈值，发出吸气末呼气初响应；流量信号为负时，检测谷值，如果在过滤阈值范围内形成谷值，不更新谷值记录点，直至向下突破，突破之后如果形成新的，更低的谷值点，更新谷值记录点，当流量信号出现上升的延续性，并且高于设定的灵敏度等级所确定的阈值，发出呼气末吸气初响应。
10.一种呼吸机，其特征在于，包括采用如上述权利要求1至2任意一项所述的呼吸压力调控系统。
【文档编号】G05D16/20GK103920214SQ201410173169
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】沈翰宁 申请人:深圳市帝迈生物技术有限公司