專利名稱：一種呼吸機氣流控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種人工呼吸機，特別涉及一種呼吸機連續氣流控制裝置。
背景技術：
呼吸機是一種為呼吸衰竭病人提供通氣和氧合支持的關鍵生命支持設備。目前， 主流呼吸機的工作均采用模擬呼吸動作，也就是說，依靠呼吸機對病人氣道進行周期性正 壓氣流灌注來為肺的充盈提供呼吸動力支持。就呼吸機技術而言，要改善呼吸支持的品質， 就要盡可能降低呼吸支持時的氣道壓力和呼吸功消耗，就必須改善呼吸機工作與病人自主 呼吸的同步性和協調性。現代呼吸機在這些方面雖取得一定技術進步，但由于模擬型通氣 時，病人自主呼吸是周期性的而呼吸機氣流輸出也是周期性的，要使呼吸機工作能完全順 服病人的自主呼吸，就必須使這兩個高度動態的過程完全同步和協調，這就要求相當復雜 的氣流控制技術和昂貴的制作成本，而且也難于實現兩者間的完全同步和協調。現有技術中的容量型通氣和壓力型通氣是現代主流呼吸機的兩類基本通氣支持 機制。這兩類通氣方式都是由呼吸機工作氣源周期性地向氣道內送入正壓氣流來對病人提 供壓力支持的。因為病人的呼吸是周期性的，而且，病人的氣道和肺臟是一個復雜的管道系 統，所以呼吸機氣流輸出必須在氣流輸出的激發、流量的設定和變化、時相轉換、氣道壓力 和潮氣量等各個方面配合病人的吸氣需要、順服其氣道摩擦阻力和胸、肺組織順應性的即 時變化；任何這些指標的設定不當，都可能造成病人的不適、過高的氣道壓力、甚至與呼吸 機的對抗。這些缺點在容量型通氣工作方式、特別是在氣道病變復雜和嚴重的病人表現得尤 為突出，因為容量型通氣的流量輸出是設定而不隨氣道狀況和病人吸氣需要的變化而改 變的。現在已經明確，過高的氣道壓力是造成呼吸機肺損傷的主要原因。所以改善呼吸機 治療的安全性、通氣效率和舒適性一直是呼吸機技術和呼吸機治療的注意焦點，其探索的 目的和帶來的結果，正是氣道壓力的降低。過去二十年來，包括壓力支持通氣和壓力控制通氣的壓力型通氣方式的廣泛應用 是機械通氣最重要的技術進步。壓力型通氣方式的氣流輸出能較好地順服氣道狀況和吸氣 需要的性能，已經明顯地降低了病人的氣道壓力、改善了病人的舒適性，否則，如果仍然采 用定容型通氣方式，對于多數情況特別在嚴重肺、氣道病變的病人，呼吸支持要更為難于應 付。無論是容量型通氣或壓力型通氣，通氣效果都取決于正壓氣流與氣道狀況的互 動，正壓氣流的生成和輸出都是周期性的，在正壓氣流被周期性地壓入氣道的過程中，很難 完全避免與病人的氣道狀況及吸氣需要之間的不匹配情況。近年來，在某些呼吸機上出現了名為Bi-Ievel的新的工作方式。Bi-Ievel可以非 常容易、非常迅速地緩解呼吸機病人的呼吸困難而無需鎮靜藥物的幫助；同時，在取得同樣 水平通氣容量的前提下，Bi-Ievel所造成的氣道壓力要明顯低于常規通氣方式甚至壓力支 持通氣和壓力控制通氣方式。Bi-Ievel臨床應用的實際表現體現了其良好的通氣品質。[0008]本實用新型者基于Bi-Ievel的工作，提出了一種氣道正壓切換型通氣方式的概 念。氣道正壓切換通氣是一種與現時容量型通氣和壓力型通氣兩類主流通氣方式完全不同 的、以連續氣流終端限流機制為工作基礎的通氣方式。氣道正壓切換通氣的工作氣源對管 道系統提供高流量連續氣流，當氣流被設置在系統終端開口的壓力閥上產生的阻力所限制 時，整個管道系統內的壓力就會相應升高。呼吸機治療時病人氣道與呼吸機管道貫通為同 一系統，吸氣末與呼氣末氣道內氣流運動停止時，系統內包括氣道的壓力都處在同一水平， 所以系統壓力代表著氣道和肺內壓力；氣道正壓切換通氣所造成的系統壓力切換實際也就 是氣道內壓和肺內壓力的切換。作為一個彈性空腔，肺的容量的變化總是隨著肺內的壓力 而變化的，兩者的關系表現為壓力-容量曲線。在壓力-容量曲線上，較高的氣道壓力和 肺內壓力總是代表著較大的肺容量。氣道正壓切換通氣時，肺內氣道壓力在兩個不同的高 度上切換也就造成了肺容量在兩個不同水平的相應變換，這正意味著通氣的進行。改善通氣與氧合是呼吸機治療的兩個基本目的，生理學上，這兩個過程分別與通 氣容量及肺功能殘氣量相關。氣道正壓切換通氣時，通氣壓力決定著通氣容量的大小，而氣 道基礎壓力則決定著肺功能殘氣量的大小，所以這兩個指標是呼吸支持中的最重要指標。氣道正壓切換通氣的原理類似于水庫內水位的變化，河道水流被大壩攔蓄，上游 水位自然提高，閘門的高度決定著庫內的水位。氣道正壓切換通氣時，肺的容量變化并非直 接因為間歇性氣流被送入肺內而造成，而是伴隨整個呼吸機管道壓力變化的間接結果，呼 吸機通氣造成的容量變化不受病人呼吸動作的影響，因而不再存在呼吸機氣流輸出與病人 氣道狀況及吸氣需要的匹配問題。Bi-Ievel至今還是作為一種比較次要的工作方式配置在以容量型通氣方式和壓 力型通氣方式為基礎的先進的主流呼吸機上，其壓力的轉換也還是簡單的時間切換，即以 預先設置的頻率和時間比進行轉換控制。現代危重病搶救醫學的進步，正在使得越來越多的嚴重肺、氣道病變的病人有了 呼吸和生命支持的機會，因而，對呼吸機治療的安全性、有效性和舒適性的要求也越來越 高；盡可能降低通氣支持時的氣道壓力，盡可能讓病人的自主呼吸主導呼吸機的工作，使呼 吸機的工作更能順服病人需要，正在成為呼吸機治療中的新趨勢，也是對呼吸機技術發展 的新的要求。Bi-Ievel的實際性能表明，氣道正壓切換型通氣將會是通氣支持的一個新的 技術方向；將氣道正壓切換型通氣方式進一步發展、完善成一種獨立的新型呼吸機將是技 術和臨床發展的需要。
實用新型內容本實用新型是為了克服上述現有技術中缺陷，通過指令通氣與自主呼吸工作方 式、目標潮氣量自動調控、呼吸暫停自動處置等一系列配套調控形成一種完全以氣道正壓 切換通氣為技術基礎的獨立而完整的呼吸機系統。 本實用新型提供了一種呼吸機氣流控制裝置，包括可提供連續氣流的氣源、中央 處理器以及位于氣道出口端的阻力閥門和閥門控制器，還包括指令通氣控制芯片和自主呼 吸控制芯片；其中，指令通氣控制芯片按設定的參數控制閥門移動的頻率和吸呼時比，并根 據位于患者氣道接口段的壓力、流量傳感器實時檢測到的壓力、流量數據，在通氣過程中動 態地校正閥門的A點位置以及調整閥門的移動距離B ；所述中央處理器根據每次校正和調整的結果并以預設的頻率通過閥門控制器控制閥門在兩點間移動，從而在通氣過程中維持 設定的目標潮氣量為患者提供指令性通氣支持；自主呼吸控制芯片通過參數的設置以及位 于患者氣道接口段的壓力、流量傳感器實時檢測到的壓力、流量數據，確定患者吸氣動作的 開始和終止，并實現閥門的基礎位置A點的校正以及閥門的移動距離B的動態調整，中央處 理器根據校正和調整結果以患者的自主呼吸節奏控制閥門在兩點間移動，使氣道內的壓力 切換完全順從患者的呼吸動作，在通氣過程中維持設定的目標潮氣量或在患者出現呼吸停 頓時適應性地降低目標潮氣量以維持自主呼吸的通氣支持。其中，指令通氣控制芯片包括 基礎氣道壓控制模塊，用于根據設置的基礎氣道壓 參數以及通氣過程中所述壓力傳感器檢測的實際壓力數據，動態地校準閥門的基礎位置A 點；目標潮氣量調控模塊，用于根據設置的目標潮氣量參數以及通氣過程中所述流量傳感 器檢測的實際流量數據，動態地調整閥門的移動距離B ；時相控制模塊，用于根據設置的指 令通氣頻率和呼吸時間比，提供閥門自A點移動距離B后，再瞬間返回A點的頻率和時間控 制。其中，目標潮氣量調控模塊具體包括流量處理模塊，用于將檢測到的流量數據分 解成表現為鋸齒波的實際進入氣道的流量曲線數據和表現為矩形底部的基礎流量數據，并 經濾波保留所述鋸齒波；潮氣量運算模塊，用于接收所述鋸齒波信號并計算出氣道充盈過 程中的實際潮氣量。其中，自主呼吸控制芯片包括基礎氣道壓控制模塊，用于根據設置的基礎氣道 壓參數以及通氣過程中所述壓力傳感器檢測的實際壓力數據，動態地校準閥門的基礎位置 A點；目標潮氣量調控模塊，用于根據設置的目標潮氣量參數以及通氣過程中所述流量傳 感器檢測的實際流量數據，動態地調整閥門的移動距離B ；吸氣相轉換模塊，用于設置吸氣 相觸發靈敏度閾值，并當檢測到進入患者氣道接口段的吸入流量出現符合自主呼吸吸氣開 始的流量變化特征、而且流量達到所述設置的吸氣相觸發靈敏度閾值時，判斷吸氣開始并 將吸氣開始的信號傳送至中央處理器，以便觸發閥門自A點開始移動；呼氣相轉換模塊，用 于設置呼氣相轉換靈敏度閾值，并當檢測到進入患者氣道接口段的吸入流量出現符合自主 呼吸吸氣結束的流量變化特征、而且流量達到所述設置的呼氣相轉換靈敏度閾值時，判斷 呼氣開始并將呼氣開始的信號傳送至中央處理器，以便觸發閥門瞬間返回A點；呼吸停頓 自動處置模塊，用于在出現首次呼吸停頓時，按最初設定的目標潮氣量進行一次指令通氣； 在二次出現呼吸停頓時，將目標潮氣量下調一定比例后進行一次指令通氣；在第三次出現 呼吸停頓時，將目標潮氣量繼續下調一定比例后進行一次指令通氣；每次指令通氣后如自 主呼吸節奏恢復穩定，則維持該次指令通氣設定的目標潮氣量繼續自主呼吸工作模式的通 氣；如兩次調整目標潮氣量后仍出現呼吸暫停，則判斷呼吸暫停為中樞性病變所致，此時立 即啟動指令通氣工作模式。其中，目標潮氣量調控模塊具體包括流量處理模塊，用于將檢測到的流量數據分 解成表現為鋸齒波的實際進入氣道的流量曲線數據和表現為矩形底部的基礎流量數據，并 經濾波保留所述鋸齒波；還用于判斷是否在通氣過程中出現呼吸停頓并將呼吸停頓的信號 發至呼吸停頓自動處置模塊；潮氣量運算模塊，用于接收鋸齒波信號并計算出氣道充盈過 程中的實際潮氣量。優選地，阻力閥門可以為光圈式阻力閥。[0020]與現有 技術相比，本實用新型的呼吸機氣流控制裝置具有兩種工作模式，可為患 者提供不同的呼吸支持，使用連續氣流避免了間歇氣流帶來的與呼吸不同步和設備較為復 雜的問題，具體如下1、在指令通氣模式下，中央處理器根據閥門基礎位置A點和閥門移動距離B向呼 吸機的阻力閥門的控制器發出指令，以預設的頻率使閥門在兩點之間運動，從而對病人提 供指令性通氣支持。該模式是在對呼吸沖動不穩定的病人提供通氣支持時應該選擇的工作 方式，以確保病人不致在呼吸機上發生呼吸停頓；或者，根據病情和治療需要時選擇用來對 病人提供特定水平的通氣支持，這種控制性的工作方式對于作為生命支持裝備的呼吸機而 言是不可缺少的。2、在自主呼吸模式下，中央處理器通過檢測進入病人氣道的流量變化，來對呼吸 機阻力閥門的控制器發出指令，使機器的通氣動作對病人的呼吸動作保持同步，而且通過 對閥門位置的自動調控使呼吸機對病人提供的潮氣量維持在設定的目標水平；該模式中如 果判斷呼吸長時間停頓，可通過減少目標潮氣量的方式支持自主呼吸，如果通過減少目標 潮氣量的方式仍沒有自主呼吸跡象，則可轉入指令通氣模式對患者進行呼吸支持。
圖1是本實用新型控制裝置工作原理示意圖；圖2是本實用新型呼吸機指令通氣工作模式下的流程圖；圖3是本實用新型呼吸機自主呼吸工作模式下的流程圖。結合附圖在其上標記以下附圖標記1-主氣道；2-排氣口 ；3-氣壓壓力傳感器；4-雙向流量傳感器；5-接口 ；6_風機 送風；7-呼吸機主控閥門(位于A點位置)；8-閥門往返于A、B兩點間的運動(切換呼吸 節奏)；9-主控閥門移位到BO點時的位置；10-調整后確定的A-Bl行程(類推B2) ；11-閥 門行程的PEEP高度(位置)；12-閥門的A、B兩點最大行程Α-Β0 (通氣力度)；13-閥門與 主氣道開口處最小間距。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的幾個具體實施方式
進行詳細描述，但應當理解本 實用新型的保護范圍并不受具體實施方式
的限制。首先介紹一下本實用新型呼吸機的通氣工作原理流量穩定的高流量氣流由氣源(即風機送風)輸出進入系統，因為氣流出口端的 阻力閥限制了氣流流出，就在系統內形成高于大氣的正壓。這樣，通過阻力閥的開閉程度 的變化(即控制阻力閥的阻力變換)，即可相應地在系統內包括主氣道和肺內造成兩個不 同高度的壓力切換。因為人體的肺具有彈性，不同的肺內壓高度就意味著不同的肺容量大 小。阻力閥向主氣道出口端移動時，主氣道壓力升高，肺內壓力和容量也相應升高，肺因此 而獲得充盈；一旦阻力閥快速退回初始位置，主氣道壓力迅速下降，肺內壓力也相應快速下 降，此時肺內氣流就會在肺組織彈性回縮壓迫下返回主氣道，開始呼氣相的氣流排空過程， 直至排空氣流停止。系統壓力在相應的兩個高度不斷切換，就造成肺充盈和排空狀態的不 斷交替，這在生理學上稱為通氣過程；充盈和排空時的氣量變化，就是進出肺的容量，即潮氣量。 阻力閥的切換控制包括節奏控制和力度控制，節奏控制指阻力切換的方式、頻率 和節奏的控制；力度控制指高低阻力間差的控制，它體現了通氣支持的力度，表現為潮氣量 的大小。如圖1所示，阻力閥，即呼吸機主控閥門(以下簡稱閥門)的開閉程度決定著系統 內部主氣道壓力的變換。例如閥門在A點時開口最大，因此閥門在此位置時系統內部維持 的氣壓壓力最低，這個壓力稱為“基礎氣道壓”;當閥門自A向B移動時，閥門開口隨之縮小， 閥門產生的阻力和相應的系統內部壓力隨之升高，即閥門開口 A、B兩點間移動將直接控制 系統壓力的變換。因此，A點的位置決定了基礎氣道壓的高度；A點至B點之間的距離決定 了氣道壓力的變化高度(即變化幅度)，也就是通氣力度或通氣強度；A點至B點之間切換 的時間間隔決定了切換的節奏控制。即前面提到的力度控制和節奏控制。下面介紹一下本實用新型呼吸機在采用上述通氣原理的前提下的兩種工作模式 即指令通氣工作模式和自主呼吸工作模式。指令通氣工作模式是對病人在通氣支持的力度和充盈_排空的節奏上進行指令 控制。該模式是在對呼吸沖動不穩定的病人提供通氣支持時應該選擇的工作方式，以確保 病人不致在呼吸機上發生呼吸停頓；或者，根據病情和治療需要時選擇用來對病人提供特 定水平的通氣支持，這種控制性的工作方式對于作為生命支持裝備的呼吸機而言是不可缺 少的。具體地說，在指令通氣模式下，通過“指令通氣控制芯片”控制閥門在A、B間位置變 換的頻率和時間比；而通過“目標潮氣量調控模塊”調控閥門在A、B間的變換距離。自主呼吸工作模式是以病人的自主呼吸來控制流出阻力切換，從而控制氣道正壓 水平的工作方式。該模式的實現是由病人接口段內的流量變化來確定病人吸氣動作的開始 和終止，并以此來控制阻力閥的開啟程度。采用自主呼吸工作方式時，氣道壓力的切換完全 順從病人的呼吸動作，可以為病人提供最舒適的通氣支持。具體地說，該模式選擇進入病人 氣道的特定流量變化作為指標來確定呼吸周期的起始點和終止點；通過“自主呼吸控制芯 片”來控制閥門在A、B間的移動，其頻率和時間比是隨患者自主呼吸變化的；而閥門在A、B 間的變換距離仍由“目標潮氣量調控模塊”來調控。因此，無論是指令通氣工作模式還是自主呼吸工作模式，都需要通過閥門的動作 來對通氣的節奏和力度進行控制。其中，由閥門在AB間移動的時間點(或動作變換時刻) 來決定通氣節奏(how)；而閥門的移動位移則決定通氣力度的大小(how much)，即閥門移 動多少，移動到什么位置，這是由目標潮氣量調控芯片來完成的，它用于控制通氣強度(或 者說通氣力度)。正是上述兩個指標的共同作用，決定了閥門在AB間的往復運動規律和軌 跡。下面對指令通氣模式進行詳細說明指令通氣模式實施例指令通氣模式下主要由三個工作模塊組成，S卩“時相控制模塊”、“基礎氣道壓 (PEEP)控制模塊”以及“目標潮氣量調控模塊”，三個模塊在中央處理器的協調管理下完成 操作控制任務。下面請參見圖2具體說明該模式的實施步驟步驟1，由控制面板選擇進入指令通氣工作模式；步驟2，工作參數設置[0042]按完成步驟1后所顯示的面板提示，對參數進行逐項設置。需設置的參數包括 “指令通氣頻率和呼吸時間比”、“目標潮氣量”以及“基礎氣道壓”；
根據設置的基礎氣道壓可決定閥門的基礎位置。基礎氣道壓設定后，“基礎氣道壓 控制模塊”將據此按模塊中已經預設的設計數據，即氣道壓力10厘米水柱的A點位置，計算 出相應的閥門基礎位置即AO點；“時相控制模塊”將按“指令通氣頻率和呼吸時間比”的設置調定閥門在A、B兩點 之間的移動頻率和往返時比；步驟3，啟動初次通氣中央處理器發出指令，按照步驟2中設定的閥門位移要素，進行初次通氣。此時，“時相控制模塊”按步驟2設定的指令通氣頻率和呼吸時間比，提供從A點移動到 B點，然后返回A點的時間控制；閥門A點位置由“基礎氣道壓模塊”按步驟2的設定經計算給出。即閥門按步驟 2 “基礎氣道壓模塊”所計算的AO點位置，移動到此基礎位置；閥門移動距離(即A-B的距離，以下簡稱移動距離B)則由“目標潮氣量調控模塊” 按預置數據給出。此設計數據預置該模塊中，可使正常人獲得300到500毫升左右的潮氣 量，移動距離B以AO位置為起點；步驟4，初次通氣過程中的流量和壓力檢測位于氣道接口段內的流量傳感器和壓力傳感器對整個通氣過程中進入氣道接口 段的瞬時流量和氣道壓力進行檢測；流量傳感器將瞬時流量信號輸送給“流量處理模塊”，由其分解為實際進入氣道 的流量曲線數據和因為可能存在泄露而造成的基礎流量數據兩種成分。對流量信號進行濾 波處理，即每個通氣周期的充盈相曲線可以被分解成為上部的鋸齒波和可能存在的矩形底 部兩部分，其中上部的鋸齒波為真正進入氣道內的氣流信號，而矩形底部高度為基礎流量 值，反映管道接口部位可能出現的泄漏流量。該鋸齒波再被輸送至“潮氣量運算模塊”，由該 模塊運算得出充盈過程進入氣道的總氣量，即潮氣量；壓力傳感器檢測到的壓力信號則送入“基礎氣道壓控制模塊”，給出實際基礎氣道 壓測值；步驟5，目標潮氣量初始通氣的閥門移動距離確定初次通氣閥門返回A點后，“目標潮氣量調控模塊”立即按設定的目標潮氣量，根據 初次通氣執行的預設閥門移動距離和步驟4 “潮氣量運算模塊”所測算的初次通氣潮氣量 實際結果，計算出為取得設定目標潮氣量所需的閥門移動距離的初始值B0;步驟6，基礎氣道壓的校準“基礎氣道壓控制模塊”按步驟4所測出的實際基礎氣道壓，對A點位置進行校準。 實際基礎氣道壓為“時相控制模塊”發出閥門向B點移動指令前即刻，由壓力傳感器在病人 氣道接口段所測到的壓力，這個點的壓力應為整個通氣周期中的最低水平。基礎氣道壓的 校準是通過調整圖1中閥門的A點位置來實現的，其具體過程為檢測到的壓力信號輸入“基礎氣道壓控制模塊”，與步驟2設置的基礎氣道壓相比 較如果兩者誤差彡士3%，則簡單采用步驟2中的AO計算結果；如兩者誤差> 士3%，則需 根據實測壓力與初次通氣的A點位置重新計算并將閥片移動至Ax位置；[0059]步驟7，啟動目標潮氣量初始通氣根據步驟5和步驟6計算調整的A點位置和位移距離B0，由中央處理器發出指令， 進行目標潮氣量初始通氣。初次通氣為目標潮氣量的實施取得最為關鍵的病人實際數據，即病人潮氣量與 閥門移動距離兩者的基本數量關系，目標潮氣量的調控因此才有實施的大概依據。目標潮 氣量初始通氣，由“目標潮氣量調控模塊”主導，其要素為a.標準基礎氣道壓，即“基礎氣道壓控制模塊”根據前述步驟6的校準結果，確定 閥門移動的起始位置Ax;b.初設的目標潮氣量閥門移動距離，即“目標潮氣量控制模塊”根據步驟5計算得 到的初次通氣潮氣量與初次通氣的閥門移動距離B，計算出為取得設定的目標潮氣量所需 的閥門移動距離B0;c.設定的頻率和呼吸時間比，即在“時相控制模塊”的設定頻率和時比指令下，開 始閥門從Ax點移動B0、然后返回到Ax點的目標潮氣量初始通氣動作；步驟8，目標潮氣量通氣的繼續目標潮氣量初始通氣后，指令通氣閥門工作要素構筑完成。但是，由于諸多呼吸道 動、靜態阻力和呼吸狀況等因素的影響，病人潮氣量與氣道充盈壓力的數量關系是不斷變 化的，要維持目標潮氣量的穩定就需要隨時相應調整閥門移動距離即調整氣道充盈壓力， 這個調控需要持續于病人接受呼吸機治療的整個通氣支持過程，“目標潮氣量模塊”就是體 現了這種逐次自動計算調控的微機技術。即在步驟7后，不斷逐次按周期重復步驟4至步驟7，按前次閥門移動距離和實際 潮氣量調整下次的閥門移動距離Bx，即在目標潮氣量通氣過程中動態地反復進行閥門移動 距離的調整以及基礎氣道壓的校準。從這一步驟開始，呼吸機工作的過程進入“動作-測 量-計算-調整_再動作”的循環，即重復流量和壓力檢測_基礎氣道壓的再次校準_再 次調整閥門移動距離以進行下一次目標潮氣量的指令通氣；步驟9，指令通氣的改變或終止即直至改變任何參數設定，重新按設定進行相應調整；或者在前述任何步驟上的 一點切斷工作。綜上所述，在指令通氣模式下，中央處理器根據閥門基礎位置A點和閥門移動距 離B向呼吸機的阻力閥門的控制器發出指令，以預設的頻率使閥門在兩點之間運動，從而 對病人提供指令性通氣支持。該模式是在對呼吸沖動不穩定的病人提供通氣支持時應該選 擇的工作方式，以確保病人不致在呼吸機上發生呼吸停頓；或者，根據病情和治療需要時選 擇用來對病人提供特定水平的通氣支持，這種控制性的工作方式對于作為生命支持裝備的 呼吸機而言是不可缺少的。自主呼吸工作模式實施例自主呼吸工作模式下主要由五個工作模塊組成，即“基礎氣道壓(PEEP)控制模 塊”、“目標潮氣量調控模塊”以及“吸氣相轉換模塊”、“呼氣相轉換模塊”和“呼吸停頓自動 處置模塊”，五個模塊在中央處理器的協調管理下完成操作控制任務。下面請參見圖3具體 說明該模式的實施步驟步驟1，由控制面板選擇進入自主呼吸工作模式；[0074]步驟2，工作參數設置和閥門運動要素的提供自主呼吸工作模式參數設置包括“目標潮氣量”、“基礎氣道壓”，和“吸氣相觸發 靈敏度”和“呼氣相轉換靈敏度”。步驟201，“基礎氣道壓控制模塊”定出閥門的AO點位置基礎氣道壓設定后，“基礎氣道壓控制模塊”根據預置在模塊內的10厘米水柱A點 位置的設計數據，計算出基礎氣道壓設定值相應的AO點位置；步驟202，給出預置的初次通氣的閥門移動距離“目標潮氣量控制模塊”給出預置在模塊中初次通氣閥門移動距離B的設計數據；步驟203，設置吸氣相觸發零敏度吸氣相觸發靈敏度自動設置在2升/分，選擇范圍為1-12升/分，表示相對于吸 氣開始前即刻基礎流量的流量值即病人氣道接口段的吸入流量。當“流量處理模塊”檢測到進入病人氣道接口段的吸入流量出現符合自主呼吸吸 氣開始的流量升高變化特征、而且流量達到此設定的觸發閾值時，由中央處理器給出指令， 觸發閥門開始移動；步驟204，設置呼氣相轉換靈敏度呼氣相轉換靈敏度自動設置在0升/分，選擇范圍為0-10升/分，表示相對于吸 氣開始前即刻的充盈流量值。當“流量處理模塊”檢測到進入的病人氣道接口段內的充盈流量下降到與相對于 吸氣開始前即刻的流量值時，由中央處理器發出指令，閥門立即退回A點；步驟3，將病人氣道與呼吸機管道相接；步驟4，吸入流量的檢測和處理設置在病人接口段內的流量傳感器開始檢測該段內的進出流量；檢出的瞬時流量信號輸入“流量處理模塊”，對流量曲線進行濾波處理，每個通氣 周期的充盈相曲線可以被分解成為上部的鋸齒波和可能存在的矩形底部兩部分。上部的鋸 齒波為真正進入氣道內的氣流信號，鋸齒波信號由“潮氣量運算芯片”進行積分運算，計算 出進入肺內的總氣量，即潮氣量；矩形底部高度為基礎流量值，反映管道接口部位可能出現 的泄漏流量；步驟5，初次通氣和后續調整如果在10秒內，“流量處理模塊”檢測到步驟203所定義的自主吸氣開始的流量 變化特征和設定的閥門移動觸發閾值時(即達到2升/分時)，中央處理器指令閥門開始移 動、進行氣道充盈，初次通氣的參數為步驟201、202、203和204所決定；隨后，當充盈流量下降到步驟204所定義的呼氣轉換流量值時(即達到0升/分 時)，中央處理器即指令閥門在瞬間退回A點。初次通氣過程中，流量和壓力傳感器收集實測數據，作為下次通氣即目標潮氣量 初始通氣動作調整的依據步驟501，基礎氣道壓的校準基礎氣道壓的校準是通過“基礎氣道壓控制模塊”對圖1中的閥片的A點位置的 調整來實現的，其過程為在“流量處理模塊”檢測出自主呼吸出現開始前即刻，由壓力傳感器在病人氣道接口段所測到的壓力為實際基礎氣道壓，這個點的壓力應為整個通氣周期中的最低水平。此 壓力信號輸入“基礎氣道壓控制模塊”，并與步驟201設定的基礎氣道壓進行對比如果兩 者誤差彡士3%，則執行步驟201設定的基礎氣道壓；如果兩者誤差> 士3%，則需根據實測 壓力與初次通氣的A點位置重新計算并將閥門移動至Ax位置；步驟502，目標潮氣量初始通氣閥門移動距離的提供通過前述初次通氣，得到該病人潮氣量與由閥門移動距離所控制的氣道壓變化兩 者間相關關系大致數據，“目標潮氣量控制模塊”可以據此計算目標潮氣量所需的閥門移動 距離，由此可開始目標潮氣量的通氣過程。具體如下閥門退回A點后，“流量處理模塊”將經濾波處理后的吸氣相流量積分運算結果輸 入“目標潮氣量控制模塊”，進行初始化運算，根據初次通氣的閥門移動距離B和實際取得 的潮氣量，按比例計算出設定的目標潮氣量所需的閥門移動距離B0，作為下次通氣即目標 潮氣量初始通氣的閥門移動參數；步驟6，目標潮氣量初始通氣如果在初次通氣開始后的10秒內再次檢測到自主呼吸開始的流量變化特征和設 定的閥門移動觸發閾值時，中央處理器即給出指令，開始按設定的目標潮氣量指令閥門移 動(即開始初始通氣過程，此時的閥門運動要素A點位置為Ax ；B點移動距離為BO ；)步驟601，在初始通氣過程中重復步驟501，對基礎氣道壓即閥門基礎位置Ax進 行校準；步驟602，在初始通氣過程中重復步驟502，對閥門移動距離Bx進行調控，以維持 設定的目標潮氣量；步驟7，繼續自主呼吸模式的目標潮氣量通氣如果自主呼吸節奏穩定，即不斷重復步驟6，直至改變工作參數或改變呼吸機工作 模式；步驟8，呼吸停頓的自動處置步驟801，如果出現首次呼吸停頓，按設定目標潮氣量自動替代通氣一次即步驟7后，“流量處理模塊”在前次閥片移動的第10秒時還不能根據流量傳感器 的流量信號檢出標志自主吸氣開始的流量變化特征和設定的閥門移動觸發閾值時，該模塊 將立即發出信號給“呼吸停頓自動處置模塊”，由其立即發出指令，開始閥門向B點的移動， 即實施一次指令通氣，其A點位置和B點移動距離均重復前次自主呼吸工作模式的參數；步驟802，如果自主呼吸節奏恢復穩定，繼續自主呼吸模式的原設定目標潮氣量通 氣即在步驟801后，如果下次自主呼吸開始在10秒內，則重復步驟7 ；步驟803，如再次出現呼吸停頓，以目標潮氣量的80%實施指令替代通氣一次即如果步驟801后，再次在10秒時不能根據流量傳感器的流量信號檢出標志自主 吸氣開始的流量變化特征和設定的閥門移動觸發閾值時，則模塊再次立即發出信號給“呼 吸停頓自動處置模塊”，由其立即發出閥門移動指令，但是其B點移動距離將由“目標潮氣 量調控模塊”根據步驟801實際取得的潮氣量和B點移動距離，按設定目標潮氣量的80% 重新按比例計算修改；步驟804，自主呼吸節奏恢復穩定，維持較低潮氣量通氣[0114]即按設定目標潮氣量的80%進行一次指令通氣后，如果呼吸停頓不再出現，“呼吸 停頓自動處置模塊”將發出指令，將目標潮氣量設定值修改成為原設定值的80%并重復步 驟7;步驟805，如仍出現呼吸暫停，則再次嘗試降低潮氣量設定即如果將潮氣量降低80%后，仍然出現呼吸暫停，則再次由呼吸停頓自動處置模 塊實施替代指令通氣一次，其Bx移動距離按原設定目標潮氣量的60%由“目標潮氣量調控 模塊”計算修改；步驟806，如仍出現呼吸暫停，改行指令通氣工作模式如果潮氣量降低60%后仍不能消除呼吸停頓，則可判定其原因并非生理性的過度 動力支持，而為中樞性病變所致，因此可判斷不適合采用自主呼吸工作模式。“呼吸停頓自 動處置模塊”立即自動將呼吸機工作模式轉變為指令通氣工作模式，而維持原先所設定的 基礎氣道壓和目標潮氣量設定，其通氣頻率和時比則設定為12次/分和1 2，以保證病人 在呼吸機上的通氣安全。轉為指令通氣后，也可對工作參數另加調整。綜上所述，在自主呼吸模式下，中央處理器通過檢測進入病人氣道的流量變化，來 對呼吸機阻力閥門的控制器發出指令，使機器的通氣動作對病人的呼吸動作保持同步，而 且通過對閥門位置的自動調控使呼吸機對病人提供的潮氣量維持在設定的目標水平；該模 式中如果判斷呼吸長時間停頓，可通過減少目標潮氣量的方式支持自主呼吸，如果通過減 少目標潮氣量的方式仍沒有自主呼吸跡象，則轉入指令通氣模式對患者進行呼吸支持。以上公開的僅為本實用新型的幾個具體實施例，但是，本實用新型并非局限于此， 任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種呼吸機氣流控制裝置，其特征在于，包括可提供連續氣流的氣源、中央處理器以 及位于氣道出口端的阻力閥門和閥門控制器，還包括指令通氣控制芯片和自主呼吸控制芯 片；其中，指令通氣控制芯片按設定的參數控制閥門移動的頻率和吸呼時比，并根據位于患者氣 道接口段的壓力、流量傳感器實時檢測到的壓力、流量數據，在通氣過程中動態地校正閥門 的A點位置以及調整閥門的移動距離B ；所述中央處理器根據每次校正和調整的結果并以 預設的頻率通過所述閥門控制器控制閥門在兩點間移動，從而在通氣過程中維持設定的目 標潮氣量為患者提供指令性通氣支持；自主呼吸控制芯片通過參數的設置以及位于患者氣道接口段的壓力、流量傳感器實時 檢測到的壓力、流量數據，確定患者吸氣動作的開始和終止，并實現閥門的基礎位置A點的 校正以及閥門的移動距離B的動態調整，中央處理器根據所述校正和調整結果以患者的自 主呼吸節奏控制閥門在兩點間移動，使氣道內的壓力切換完全順從患者的呼吸動作，在通 氣過程中維持設定的目標潮氣量或在患者出現呼吸停頓時適應性地降低目標潮氣量以維 持自主呼吸的通氣支持。
2.根據權利要求1所述的呼吸機氣流控制裝置，其特征在于，所述指令通氣控制芯片 包括基礎氣道壓控制模塊，用于根據設置的基礎氣道壓參數以及通氣過程中所述壓力傳感 器檢測的實際壓力數據，動態地校準閥門的基礎位置A點；目標潮氣量調控模塊，用于根據設置的目標潮氣量參數以及通氣過程中所述流量傳感 器檢測的實際流量數據，動態地調整閥門的移動距離B ；時相控制模塊，用于根據設置的指令通氣頻率和呼吸時間比，提供閥門自A點移動距 離B后，再瞬間返回A點的頻率和時間控制。
3.根據權利要求2所述的呼吸機氣流控制裝置，其特征在于，所述目標潮氣量調控模 塊具體包括流量處理模塊，用于將檢測到的流量數據分解成表現為鋸齒波的實際進入氣道的流量 曲線數據和表現為矩形底部的基礎流量數據，并經濾波保留所述鋸齒波；潮氣量運算模塊，用于接收所述鋸齒波信號并計算出氣道充盈過程中的實際潮氣量。
4.根據權利要求1所述的呼吸機氣流控制裝置，其特征在于，所述自主呼吸控制芯片 包括基礎氣道壓控制模塊，用于根據設置的基礎氣道壓參數以及通氣過程中所述壓力傳感 器檢測的實際壓力數據，動態地校準閥門的基礎位置A點；目標潮氣量調控模塊，用于根據設置的目標潮氣量參數以及通氣過程中所述流量傳感 器檢測的實際流量數據，動態地調整閥門的移動距離B ；吸氣相轉換模塊，用于設置吸氣相觸發靈敏度閾值，并當檢測到進入患者氣道接口段 的吸入流量出現符合自主呼吸吸氣開始的流量變化特征、而且流量達到所述設置的吸氣相 觸發靈敏度閾值時，判斷吸氣開始并將吸氣開始的信號傳送至中央處理器，以便觸發閥門 自A點開始移動；呼氣相轉換模塊，用于設置呼氣相轉換靈敏度閾值，并當檢測到進入患者氣道接口段 的吸入流量出現符合自主呼吸吸氣結束的流量變化特征、而且流量達到所述設置的呼氣相轉換靈敏度閾值時，判斷呼氣開始并將呼氣開始的信號傳送至中央處理器，以便觸發閥門 瞬間返回A點；呼吸停頓自動處置模塊，用于在出現首次呼吸停頓時，按最初設定的目標潮氣量進行 一次指令通氣；在二次出現呼吸停頓時，將目標潮氣量下調一定比例后進行一次指令通氣； 在第三次出現呼吸停頓時，將目標潮氣量繼續下調一定比例后進行一次指令通氣；每次指 令通氣后如自主呼吸節奏恢復穩定，則維持該次指令通氣設定的目標潮氣量繼續自主呼吸 工作模式的通氣；如兩次調整目標潮氣量后仍出現呼吸暫停，則判斷呼吸暫停為中樞性病 變所致，此時立即啟動指令通氣工作模式。
5.根據權利要求4所述的呼吸機氣流控制裝置，其特征在于，所述目標潮氣量調控模 塊具體包括流量處理模塊，用于將檢測到的流量數據分解成表現為鋸齒波的實際進入氣道的流量 曲線數據和表現為矩形底部的基礎流量數據，并經濾波保留所述鋸齒波；還用于判斷是否 在通氣過程中出現呼吸停頓并將呼吸停頓的信號發至呼吸停頓自動處置模塊；潮氣量運算模塊，用于接收所述鋸齒波信號并計算出氣道充盈過程中的實際潮氣量。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的呼吸機氣流控制裝置，其特征在于，所述阻力 閥門為光圈式阻力閥。
專利摘要本實用新型公開了一種呼吸機氣流控制裝置，該裝置將流量穩定的連續氣流由氣源輸入呼吸機系統，并通過控制氣流出口端的閥門移動頻率和距離動態地調整氣道內的通氣節奏和通氣力度，從而實現對患者的呼吸支持；控制模式包括指令通氣模式和自主呼吸工作模式，在自主呼吸模式中如出現呼吸停頓，可使用降低目標潮氣量的方式維持自主呼吸，當潮氣量下降至預定值仍出現呼吸停頓則判斷為中樞性病變而轉入指令通氣工作模式。上述裝置通過目標潮氣量自動調控、自主呼吸與指令通氣工作方式、呼吸暫停自動處置等一系列配套調控形成了一種完全以氣道正壓切換通氣為技術基礎的獨立而完整的呼吸機系統。
文檔編號G05D7/06GK201862094SQ20102057725
公開日2011年6月15日 申請日期2010年10月19日 優先權日2010年10月19日
發明者袁含光 申請人:袁含光