潮气量的监测装置及呼吸机的制作方法

本发明涉及无创通气的技术领域，特别是无创通气时的潮气量的监测装置及呼吸机。

背景技术：

在医疗领域，新生儿、早产儿的临床学界一直在探索新的无创通气方式，并取得了长足的发展；从鼻塞式持续正压通气(nasalcontinuouspositiveairwaypressure，ncpap)到鼻塞式间歇正压通气(nasalintermittentpositivepressureventilation，nippv)，无创通气也越来越被重症医学科看重，支持比例持续上升。

无创通气中的高级自动反馈式系统需要临床信息的反馈，完成系统的开发，其中最主要的就是潮气量的反馈。但是在进行无创通气时，该方式无论是在吸气的过程中，还是呼气的过程中，都存在一定量的气体泄漏，而且无法通过改变鼻塞管尺寸的方式杜绝气体泄漏这一现象，只能是稍加改善，无法完成潮气量的监测；因此潮气量的监测成为了无创通气发展的难题，以潮气量反馈为基础的自动反馈式系统的开发也难以实现，实现潮气量的监测成为了无创通气领域当前要解决的必要技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供一种潮气量的监测装置及呼吸机，用以实现无创通气时，潮气量的监测。

为实现上述目的，现提出的方案如下：

本发明提供一种潮气量的监测装置，应用于呼吸机，包括：

第一采集单元，用于采集所述呼吸机的吸气管路中气体的气体容积流量数据，并将所述呼吸机的吸气管路中气体的气体容积流量数据输出；

第二采集单元，用于采集所述呼吸机的呼气管路中气体的气体容积流量数据，并将所述呼吸机的呼气管路中气体的气体容积流量数据输出；

分别与所述第一采集单元和所述第二采集单元相连的数据处理单元，用于接收所述第一采集单元采集气体的气体容积流量数据和所述第二采集单元采集气体的气体容积流量数据，并根据所述第一采集单元采集气体的气体容积流量数据和所述第二采集单元采集气体的气体容积流量数据计算潮气量。

可选的，所述潮气量的监测装置，还包括：

呼吸控制单元，用于接收所述数据处理单元输出的潮气量，并根据所述数据处理单元输出的潮气量控制所述呼吸机的参数。

可选的，所述第一采集单元是气体容积流量传感器。

可选的，所述气体容积流量传感器是层流式气体容积流量传感器，或者是加热电阻式气体容积流量传感器，或者是涡轮式气体容积流量传感器，或者是光导纤维式气体容积流量传感器。

可选的，所述第二采集单元是气体容积流量传感器。

可选的，所述气体容积流量传感器是层流式气体容积流量传感器，或者是加热电阻式气体容积流量传感器，或者是涡轮式气体容积流量传感器，或者是光导纤维式气体容积流量传感器。

可选的，所述第一采集单元，设置于所述呼吸机内部，或者设置于所述呼吸机外部的所述吸气管路中。

可选的，所述第二采集单元，设置于所述呼吸机外部的所述呼气管路中。

可选的，所述数据处理单元，包括：

与所述第一采集单元相连的第一数据处理单元，用于接收所述第一采集单元采集气体的气体容积流量数据，将所述第一采集单元采集气体的气体容积流量数据转换成第一流量信号，并将所述第一流量信号输出；

与所述第二采集单元相连的第二数据处理单元，用于接收所述第二采集单元采集气体的气体容积流量数据，将所述第二采集单元采集气体的气体容积流量数据转换成第二流量信号，并将所述第二流量信号输出；

分别与所述第一数据处理单元和所述第二数据处理单元相连的潮气量计算单元，用于接收所述第一流量信号和所述第二流量信号，并根据所述第一流量信号和所述第二流量信号计算潮气量；

其中，所述潮气量计算单元的输出即为所述数据处理单元的输出。

本发明还提供一种呼吸机，包括呼吸机本体和上述任意一项所述的潮气量的监测装置。

从上述技术方案可以看出，本发明提供的一种潮气量的监测装置，第一采集单元在吸气管路中采集气体的气体容积流量数据，第二采集单元在呼气管路中采集气体的气体容积流量数据，第一采集单元和第二采集单元分别将采集到的数据传输至设置于呼吸机内的数据处理单元，数据处理单元通过第一采集单元和第二采集单元传输的数据进行计算，得到潮气量。通过该装置能够得到呼吸时的潮气量，能为无创通气的自动反馈式系统提供准确的临床参数，突破无创通气的发展瓶颈。

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为本发明实施例公开的一种潮气量的监测装置的结构图；

图2为本发明实施例公开的另一种数据处理单元的结构图；

图3为本发明实施例公开的一种潮气量的监测装置应用于系统泄漏量测量的工作原理图；

图4为本发明实施例公开的一种潮气量的监测装置应用于测系统泄漏量时的气体流量监测图；

图5为本发明实施例公开的一种潮气量的监测装置应用于患者吸气时的工作原理图；

图6为本发明实施例公开的一种潮气量的监测装置应用于患者吸气时的气体流量监测图；

图7为本发明实施例公开的一种潮气量的监测装置应用于患者呼气时的工作原理图；

图8为本发明实施例公开的一种潮气量的监测装置应用于患者呼气时的气体流量监测图；

图9为本发明实施例公开的另一种潮气量的监测装置的结构图。

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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

参见图1，本发明实施例提供一种潮气量的监测装置，包括：

第一采集单元101，用于采集所述呼吸机的吸气管路中新鲜气体的气体容积流量数据，并将所述呼吸机的吸气管路中新鲜气体的气体容积流量数据输出。

可选的，本申请的另一实施例中，第一采集单元101是气体容积流量传感器。所述气体容积流量传感器，通过特定的敏感元件，感知气体流量，再由转换元件，将气体流量转化为电信号。

例如，加热电阻式气体容积流量传感器，敏感元件为加热电阻，利用的是流体流过发热物体时,吸收发热物体的热量的原理，发热物体热量散失的多少与流体的流量呈一定的比例关系。在传感器中设置两个相同的加热电阻，流体流过一个发热电阻时，会吸收部分热量，使得发热电阻温度降低，即两个加热电阻存在温度差，得到的温度差与流体的流量呈现一个线性关系，将温度差通过电子微控制电路转换为电信号，实现流体的流量监测。

可选的，本申请的另一实施例中，所述气体容积流量传感器除了可以是加热电阻式气体容积流量传感器，还可以是层流式气体容积流量传感器，或者是涡轮式气体容积流量传感器，或者是光导纤维式气体容积流量传感器等。

可选的，本申请的另一实施例中，第一采集单元101的一种实施方式，将第一采集单元101设置于所述呼吸机内部。

需要说明的是，第一采集单元101采集的是呼吸机输出到呼吸管路中的新鲜气体，不存在沾染上病菌的可能，所以没有严格要求第一采集单元101的安装位置。第一采集单元101安装至呼吸内部，第一采集单元101采集气体的气体容积流量数据比较接近于呼吸机输出气体的气体容积流量数据。

当然，第一采集单元101的另一种实施方式中，第一采集单元101设置于所述呼吸机外部的所述吸气管路中。

其中，所述第一采集单元101属于电子器件，可能因为长期的使用而发生故障，吸气管路中的气体是供应于患者呼吸，器件的故障可能会对患者的呼吸造成影响，影响患者的健康。因此，第一采集单元101安装于吸气管路中，可根据需要进行更换，管理等操作。

第二采集单元102，用于采集所述呼吸机的呼气管路中气体的气体容积流量数据，并将所述呼吸机的呼气管路中气体的气体容积流量数据输出。

其中，呼气管路中的气体流量会随患者的呼吸而变化。基于呼吸机没有患者使用时采集的气体容积流量数据上，患者进行吸气时，呼气管路中回收的新鲜气体流量与没有患者使用时的气体流量对比会有所减小；而患者进行呼气时，呼气管路中回收的气体包含新鲜气体和患者呼出的气体，回收的气体流量与呼吸机没有患者使用时的气体流量对比会有所增加，吸气和呼气是一个连续的过程，因此，所呈现的图形是一个波浪形，具体参见如下的潮气量的监测装置的应用。

可选的，本申请的另一实施例中，第二采集单元102是气体容积流量传感器，具体可参见上述第一采集单元101的内容，此处不再赘述。

可选的，本申请的另一实施例中，所述气体容积流量传感器是层流式气体容积流量传感器，或者是加热电阻式气体容积流量传感器，或者是涡轮式气体容积流量传感器，或者是光导纤维式气体容积流量传感器。

可选的，本申请的另一实施例中，第二采集单元102的一种实施方式，将第二采集单元102设置于所述呼吸机外部的所述呼气管路中。

其中，第二采集单元102与第一采集单元101不同的是，第二采集单元102所采集的呼气管路中的气体包含患者呼出的气体，在治疗过程中，患者呼出的气体会进入到呼气管路中，呼出的气体可能携带病菌，第二采集单元102可能会沾染呼气管路中的病菌，所以，需要经常进行消毒处理，因此，必须装置与呼气管路中，便于拆解下来，进行消毒处理。

分别与第一采集单元101和第二采集单元102相连的数据处理单元103，用于接收第一采集单元101采集气体的气体容积流量数据和第二采集单元102采集气体的气体容积流量数据，并根据第一采集单元101采集气体的气体容积流量数据和第二采集单元102采集气体的气体容积流量数据计算潮气量。

其中，数据处理单元103可采用呼吸机内部的控制芯片，完成潮气量的计算，采用呼吸机内部芯片时，可将数据处理单元103集成与呼吸机内部电路中，实现一体化；还可以在数据处理单元103中设置拥有独立控制芯片的控制电路，此时的数据处理单元103便独立于呼吸机，在需要测潮气量时，配合于呼吸机完成测量，该方案采用独立于呼吸机运行的工作方式提高了该装置的灵动性；所述控制芯片用于承载数据处理单元所需要运行的程序。

本发明提供的一种潮气量的监测装置，第一采集单元101在吸气管路中采集气体的气体容积流量数据，第二采集单元102在呼气管路中采集气体的气体容积流量数据；采集到数据的第一采集单元101、第二采集单元102分别将数据传输给设置于呼吸机内部的数据处理单元103，通过该数据处理单元103，计算出对应的潮气量。该装置能够得到准确的潮气量，能为无创通气的自动反馈式系统提供准确的临床参数，突破无创通气的发展瓶颈。

可选的，参见图2，本申请的另一实施例中，数据处理单元103的一种实施方式，包括：

与第一采集单元101相连的第一数据处理单元201，用于接收第一采集单元101采集气体的气体容积流量数据，将第一采集单元101采集气体的气体容积流量数据转换成第一流量信号，并将所述第一流量信号输出。

与第二采集单元102相连的第二数据处理单元202，用于接收第二采集单元102采集气体的气体容积流量数据，将第二采集单元102采集气体的气体容积流量数据转换成第二流量信号，并将所述第二流量信号输出。

分别与第一数据处理单元201和第二数据处理单元202相连的潮气量计算单元203，用于接收所述第一流量信号和所述第二流量信号，并根据所述第一流量信号和所述第二流量信号计算潮气量。

其中，潮气量计算单元203的输出即为数据处理单元103的输出。

参见图3，为了计算出潮气量，需先计算系统泄漏量：

系统泄漏量是在没有患者使用的情况下计算的，具体如下：

启动呼吸机，让呼吸机正常工作。

第一采集单元101采集吸气管路中的气体流量，得到气体容积流量数据d1；第二采集单元102采集呼气管路中的气体流量，得到气体容积流量数据d2；第一采集单元101采集气体的气体容积流量数据d1通过第一数据处理单元201处理后得到第一流量信号f1；第二采集单元102采集气体的气体容积流量数据d2通过第二数据处理单元202处理后得到第二流量信号f2。

参见图4，f1为呼吸输出的总的气体流量信号，即第一流量信号；f2为所述呼吸机回收的气体流量信号，即第二流量信号；因患者未参与呼吸机的气体交换，因此，系统泄漏量f3为：

f3＝f1-f2

在患者未参与呼吸机的气体交换的情况下，如上式，呼吸机输出的总的气体流量等于系统泄漏量与回收新鲜气体流量的和；从而得到系统的泄漏量，所述系统泄漏量，用于吸气潮气量和呼气潮气量的计算。

参见图5，在投入使用中，患者吸气时的潮气量计算：

第一采集单元101采集到吸气管路中的气体流量，得到气体容积流量数据d1；此时，在患者使用过程中发生了气体交换，呼气管路中的气体流量随患者的呼吸而变化，所以，在患者吸气时，第二采集单元102采集到的呼气管路中的气体流量，得到气体容积流量数据d4；第一采集单元101采集气体的气体容积流量数据d1通过第一数据处理单元201处理后得到第一流量信号f1；第二采集单元102采集气体的气体容积流量数据d4通过第二数据处理单元202处理后得到f4，即第四流量信号；系统泄漏量为f3；分别将f1、f3、f4传入潮气量计算单元203，在吸气时间ti内对三个信号进行积分运算，得到vi1、vi3、vi4。

参见图6，f1为呼吸输出的总的气体流量信号，即第一流量信号；f3为该呼吸机存在的系统泄漏量，即第三流量信号；f4为在患者进行吸气时呼气管路中的气体流量信号，即第四流量信号；所述呼吸机所输出的气体等于回收的新鲜气体和系统泄漏的新鲜气体及患者吸入的新鲜气体之和。因此，患者吸入的潮气量为：

q1＝vi1-vi4-vi3

从而得到患者吸入的潮气量q1。其中，潮气量＝吸气时间*供养流速，从而可知，吸气时间越长，吸气潮气量越大。

参见图7，在投入使用中，患者呼气时的潮气量计算：

第一采集单元101采集吸气管路中的气体流量，得到气体容积流量数据d1；此时，在患者使用过程中发生了气体交换，呼气管路中的气体流量随患者的呼吸而变化，所以，第二采集单元102采集呼气管路中的气体流量，得到气体容积流量数据d5；第一采集单元101采集气体的气体容积流量数据d1通过第一数据处理单元201处理后得到f1，即第一流量信号；第二采集单元102采集气体的气体容积流量数据d5通过第二数据处理单元202处理后得到f5，即第五流量信号；系统泄漏量为f3；将f1、f3、f5传入潮气量计算单元203，在呼气时间te内对三个信号进行积分运算，得到ve1、ve3、ve5。

参见图8，f1为呼吸输出的总的气体流量信号，即第一流量信号；f3为该呼吸机存在的系统泄漏量；f5为在患者进行呼气时呼气管路中的气体流量信号，即第五流量信号；呼吸机输出的气体，并未被患者吸入，此时，呼吸机输出的气体只有回收部分和泄漏部分，而患者呼出的气体也只有回收部分和泄漏部分。患者呼出的潮气量为：

q2＝ve5-ve1+ve3

从而得到患者呼出的潮气量q2。

潮气量(tidalvolume,tv)是指平静呼吸时每次吸入或呼出的气量。它与年龄、性别、体积表面、呼吸习惯、肌体新陈代谢有关。设定的潮气量通常指吸入气量。潮气量的设定并非恒定，应根据病人的血气分析进行调整。正常情况下：成人：8-10ml/kg，小儿：6-10ml/kg。呼吸机新鲜气体的输出一定要大于人的生理潮气量，生理潮气量为6～10毫升/公斤，而呼吸机的输出量可达10～15毫升/公斤，往往是生理潮气量的1～2倍。还要根据胸部起伏、听诊两肺进气情况、血气分析及吸呼比等参数进一步调节。

可选的，所述潮气量的监测装置，参见图9，除包括潮气量的检测装置之外，还包括：

呼吸控制单元301，用于接收所述数据处理单元输出的潮气量，并根据所述数据处理单元输出的潮气量控制所述呼吸机的参数。

在潮气量计算单元计算出潮气量后，需要将潮气量输出，用于调节呼吸机参数，从而实现自动反馈式系统的应用。

例如，通气压力的设置，第一采集单元采集呼吸机输出的气体流量数据，第二采集单元采集呼气管路中的气体流量数据，由数据处理单元根据采集到的数据计算，得到吸入潮气量和呼出潮气量，将所得的潮气量反馈给呼吸控制单元，呼吸控制单元接收到患者的吸入潮气量和呼出潮气量后，根据胸部起伏、听诊两肺进气情况、血气分析等情况来调节呼吸机的通气压力。

本发明另一实施例还提供一种呼吸机，包括呼吸机本体和本发明所提供的实施例中的任意一种潮气量的监测装置。

其中，包含呼吸管路的呼吸机本体，用于输出新鲜气体，将新鲜气体传输至呼吸机外部的吸气管路中；还用于接收呼吸机外部的呼气管路中的气体。所述吸气管路与所述呼气管路均属于呼吸机的呼吸管路的一部分，吸气管路用于传输新鲜气体，呼吸管路用于回收气体；呼吸机根据输出的气体及回收的气体，自动调节呼吸机的通气压力、流体流量、吸呼比、呼吸机输出的潮气量等参数。

其中，所述呼吸机所输出的潮气量一定要大于人的生理潮气量，生理潮气量为6～10毫升/公斤，而呼吸机的潮气输出量可达10～15毫升/公斤，往往是生理潮气量的1至2倍。还要根据胸部起伏、听诊两肺进气情况、血气分析等情况进一步调节，选择合适的输出量，辅助治疗。

潮气量的监测装置，包括：

第一采集单元101，用于采集所述呼吸机的吸气管路中气体的气体容积流量数据，并将所述呼吸机的吸气管路中气体的气体容积流量数据输出。

第二采集单元102，用于采集所述呼吸机的呼气管路中气体的气体容积流量数据，并将所述呼吸机的呼气管路中气体的气体容积流量数据输出。

分别与第一采集单元101和第二采集单元102相连的数据处理单元103，用于接收第一采集单元101采集气体的气体容积流量数据和第二采集单元102采集气体的气体容积流量数据，并根据第一采集单元101采集气体的气体容积流量数据和第二采集单元102采集气体的气体容积流量数据计算潮气量。

其中，潮气量的监测装置与呼吸机内部的呼吸控制单元301相连，与所述呼吸机外部的呼吸管路相连。潮气量的监测装置采集所述呼吸管路中的气体流量数据，计算得到潮气量，并将潮气量输出给呼吸控制单元301。

本发明提供的一种呼吸机，适用于无创通气领域，所治疗对象为胸廓尚未发育完全，无法约束肺部的过度膨胀的早产儿或新生儿。通过潮气量的监测装置采集呼吸管路中的气体流量，所采集到的气体流量再经所述潮气量的监测装置中的数据处理单元103，进行计算，得到潮气量，将所得潮气量传输至呼吸控制单元301，完成潮气量的反馈。患者通过呼吸所得的潮气量作为反馈，自动调节呼吸机参数，为患者提供合适的通气压力等参数，实现更好的护理治疗。同时，潮气量的反馈为呼吸机自动反馈式系统提供了依据，实现了自动反馈式系统的应用，为无创通气领域提供了有效的临床参数，突破自动反馈式系统的发展瓶颈。

可选的，所述潮气量的监测装置，还包括：

呼吸控制单元301，用于接收数据处理单元103输出的潮气量，并根据数据处理单元103输出的潮气量控制所述呼吸机的参数。

可选的，第一采集单元101是气体容积流量传感器。

可选的，所述气体容积流量传感器是层流式气体容积流量传感器，或者是加热电阻式气体容积流量传感器，或者是涡轮式气体容积流量传感器，或者是光导纤维式气体容积流量传感器。

可选的，第二采集单元102是气体容积流量传感器。

可选的，所述气体容积流量传感器是层流式气体容积流量传感器，或者是加热电阻式气体容积流量传感器，或者是涡轮式气体容积流量传感器，或者是光导纤维式气体容积流量传感器。

可选的，采集单元101，设置于所述呼吸机内部，或者设置于所述呼吸机外部的所述吸气管路中。

可选的，第二采集单元102，设置于所述呼吸机外部的所述呼气管路中。

可选的，数据处理单元103，包括：

与第一采集单元101相连的第一数据处理单元201，用于接收第一采集单元101采集气体的气体容积流量数据，将第一采集单元101采集气体的气体容积流量数据转换成第一流量信号，并将所述第一流量信号输出。

与第二采集单元102相连的第二数据处理单元202，用于接收第二采集单元102采集气体的气体容积流量数据，将第二采集单元102采集气体的气体容积流量数据转换成第二流量信号，并将所述第二流量信号输出。

分别与第一数据处理单元201和第二数据处理单元202相连的潮气量计算单元203，用于接收所述第一流量信号和所述第二流量信号，并根据所述第一流量信号和所述第二流量信号计算潮气量。

其中，潮气量计算单元203的输出即为数据处理单元103的输出。

本发明上述几个实施例中，呼吸机中的潮气量的监测装置中各个部件的工作过程，可参见上述潮气量的监测装置对应实施例的内容，此处不再赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。