CN102114293B - 气道内双水平压力的控制系统和方法、呼吸机及麻醉机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于实现气道内双水平压力的控制方法和控制系统，其中控制方法包括：使气道的进气端处于截止状态或导通状态；使气道的出气端与外接大气之间处于截止状态或导通状态，其由呼气阀实现；使呼气阀的控制端的控制气路与供气气源连通，并使控制气路维持在节流状态或全导通状态中，其中，通过在节流状态调节控制气路的节流量设定气道的低水平压力；以及根据呼吸设置和检测到的气道的压力控制气道的进气端所处的状态和呼气阀的控制气路所处的状态。本发明还公开了具有上述控制系统的麻醉机和呼吸机。根据本发明的方法和系统完全实现了采用比例阀加电子PEEP阀加闭环控制的方式所能够实现的功能，而且设计简单，成本低廉。

Description

气道内双水平压力的控制系统和方法、呼吸机及麻醉机

技术领域

本发明涉及一种以控制压力为目标的机械通气方法，尤其是一种用于实现气道内双水平压力的控制系统和方法，本发明还涉及具有该控制系统的呼吸机和麻醉机等相关医疗设备。

背景技术

目前常见的医疗设备所用的双水平气道正压通气一般采用比例阀加电子PEEP阀加闭环控制的方式实现。

通过单片微型计算机(MCU，Single Chip Microcomputer)对比例阀和电子PEEP阀的控制，实现在气道内的双水平压力控制。

当MCU通过相关的压力传感器发现控制对象发生超差后，通过闭环控制对控制对象进行实时的调节，达到预定的控制目标。但是控制过程复杂，结构复杂，成本高昂，不利于推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于实现气道内双水平压力的控制系统和方法，其简单易行，可降低生产成本。

本发明的另一目的在于提供一种具有上述控制系统的麻醉机和呼吸机。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种用于实现气道内双水平压力的控制系统，其包括：第一电磁阀，设置在气道的进气口，呼气阀，设置在气道的呼气口，其控制端由并联的第一气路和第二气路控制，第一气路中设有用于控制第一气路中气流通断的第二电磁阀，第二气路中设有控制第二气路中气流量的第一节流阀，压力传感器，用于检测气道内的压力，以及控制器，根据呼吸设置和压力传感器提供的压力信号，用于控制第一电磁阀和第二电磁阀的通断。

优选地，上述控制器为单片微型计算机。

优选地，上述气道还设有控制气道气流量的第二节流阀。

优选地，上述气道和第一、第二气路共用同一供气气源。

根据本发明的第二方面，提供了一种呼吸机，其包括上述构造的用于实现气道内双水平压力的控制系统。

根据本发明的第三方面，提供了一种麻醉机，其包括上述构造的用于实现气道内双水平压力的控制系统。

另外，本发明还提供了一种用于实现气道内双水平压力的控制方法，其包括以下步骤：使气道的进气端与供气气源之间处于截止状态或导通状态；使气道的出气端与外接大气之间处于截止状态或导通状态，其由呼气阀实现；使呼气阀的控制端的控制气路与供气气源连通，并使控制气路维持在节流状态或全导通状态中，其中，通过在节流状态调节控制气路的节流量设定气道的低水平压力；以及根据呼吸设置和检测到的气道的压力控制气道的进气端所处的状态和呼气阀的控制气路所处的状态。

优选地，上述方法中，在设定的吸气时间段内，使控制气路处于全导通状态和使气道的进气端处于导通状态；其中，若检测到气道内达到高水平压力时，则使气道的进气端处于截止状态；若检测到气道内的压力超过高水平压力一预定值时，使控制气路处于全导通状态，转为呼气；在设定的呼气时间段内，使控制气路处于节流状态和使气道的进气端处于截止状态；其中，若检测到气道内的压力低于低水平压力一预定值时，则使控制气路处于全导通状态和使气道的进气端处于导通状态，转为吸气。

优选地，上述控制气路包括带有节流阀的第一气路和与第一气路并联的带有电磁阀的第二气路。

优选地，上述气道的进气端与供气气源之间所处的截止状态或导通状态由电磁阀实现。

根据本发明的方法和系统完全实现了采用比例阀加电子PEEP阀加闭环控制的方式所能够实现的功能，而且设计简单，成本低廉。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本说明书的一部分、用于进一步理解本发明的附图示出了本发明的优选实施例，并与说明书一起用来说明本发明的原理。图中：

图1示出了根据本发明的压力控制方法的原理框图；以及

图2是使用根据本发明的压力控制方法来控制呼吸的一效果图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1示出了根据本发明的压力控制方法的原理框图。本发明提供了一套完整的气路、电路和程序的控制系统。

气源提供压缩气体，通过图1中的主气道22中箭头所指方向向主气道22提供气体给患者肺，通过主气道22上的呼气阀14将主气道22内的气体排出到外界大气。

在主气道22上，通过电磁阀11控制吸气，即将压缩气体提供给患者肺，也就是吸气。

在主气道22上，通过控制电磁阀11的通断，可以实现主气道是否通气，进而实现对肺的充气。还可加入一个节流阀(图中未示出)控制气流的流量。

在主气道22上，通过呼气阀14将主气道22中的气体排出到外界大气，也就是呼气。

该呼气阀14设置在主气道22的呼气口，为一个薄膜结构的呼气阀。一边连接主气道，另一边与外界大气相通。

通过控制呼气阀14的控制端的压力，实现主气道22内的气体是否连通外界大气、实现呼气的功能。具体的来说，当控制端的压力大于气道内的压力时，薄膜被控制端的气体压住，导致呼气通道被切断，呼气停止；当控制端的压力小于气道内的压力时，薄膜被气道内的压力顶起，气道内的气体连通大气，实现呼气；此时，呼吸的流速将由顶起的间隙决定。

在上述呼气阀的控制端，设计了控制气路21来控制呼气阀14。该控制气路21包括两路气体共同控制该呼气阀。此两路气体的气流都来自呼吸机的气源。

呼气阀14的控制端的两路控制气体的流向如图1中箭头所示。在其中一路上装有电磁阀12，通过该电磁阀12，控制呼气电磁阀是否呼气。

另一路装有节流阀13，通过节流阀13，可以调节该路气体的流量，进而控制该路气体的压力，使得整个气路可以有持续的气体溢出，同时，在气路内部，又保证了有一个较为恒定的压力，形成一个压力平台。

该节流阀13的作用是可以手动调节控制气路中气体的压力，从而可以达到手动调节主气道22中气体的压力，形成图2所示的低压平台，也就是低水平压力。

主气道22中还设置有压力传感器15，该压力传感器15将主气道22中的压力信号转换成电信号，通过图1中所示L3通道提供给MCU。

在电路上，通过MCU控制两个电磁阀11、12的通断；通过一个压力传感器，将气道内的压力信号转换为电信号反馈给MCU，实现对目标压力的反馈。即MCU同时也通过L1和L2两个通道，分别控制电磁阀11和电磁阀12。通过L3通道接收压力传感器15的压力信号。

在软件中，与目前的常用设置一样，需要设置呼吸频率，吸气时间，高压吸气目标压力平台。

应用实例一：形成一个吸气时间为1s，呼吸频率为20，高压15cmH₂O，低压10cmH₂O的双水平正压通气。

首先，通过调节呼气阀控制端的节流阀，调节主气道内最低压力为10cmH₂O，得到第一个低压平台。

然后，通过软件使进气口的电磁阀11打开，同时，打开呼气阀14控制端的电磁阀12，关闭呼气，为主气道22通气。当主气道22内的压力达到15cmH₂O时，关闭进气口电磁阀11，维持主气道内的压力为15cmH₂O，得到第二个高压平台。

在实际控制中，在吸气过程中，控制进气口的电磁阀的打开时间是1s，同时，在这1s内，关闭呼气电磁阀，即可保证肺在高压平台下的吸气时间为1s。根据计算可知，当吸气时间为1s，呼吸频率为20时，呼气时间为2s。当MCU计算得到1s的吸气时间已经完成时，关闭呼气阀控制端的电磁阀12，开始呼气过程，直到2s后，再次开始下一次的吸气过程。

在吸气和呼气过程中，如在达到目标平台后，经过压力传感器15的检验，发现气道压力比目标压力平台下降3cmH₂O，则认为病人有吸气需要，需要在此阶段吸气。MCU控制吸气口电磁阀11，重新对主气道进行通气，实现对病人的通气。当主气道内的压力大于气道目标压力3cmH₂O时，由于病人的自主呼吸而触发的本次呼吸停止通气。直到下次通气开始。

应用实例二：形成一个吸气时间为1.5s，呼吸频率为20，高压10cmH2O，低压5cmH2O的双水平正压通气。

首先，通过调节呼气阀控制端的节流阀13，调节气道内最低压力为5cmH₂O，得到第一个低压平台，也就是低水平压力。

然后，通过软件使进气口的电磁阀11打开，同时，打开电磁阀12，关闭呼气，为主气道22通气。当主气道内的压力达到10cmH₂O时，关闭电磁阀11，维持主气道内的压力为10cmH₂O。得到第二个高压平台，也就是高水平压力。

在吸气过程中，电磁阀11的打开时间是1.5s，同时，在这1.5s内，打开电磁阀12，即可保证肺在高水平压力平台10cmH₂O下的吸气时间为1.5s。根据计算可知，当吸气时间为1.5s，呼吸频率为20时，呼气时间为1.5s。当MCU计算得到1.5s的吸气时间已经完成时，关闭呼气阀14控制端的电磁阀12，开始呼气过程，直到1.5s后，再次开始下一次的吸气过程。

在吸气和呼气过程中，如在达到目标平台后，经过压力传感器的检验，发现气道压力比目标压力平台下降3cmH₂O，则认为病人有吸气需要，需要在此阶段吸气。MCU控制吸气口电磁阀11，重新对气道进行通气，实现对病人的通气。当气道内的压力大于气道目标压力3cmH₂O时，停止通气，并转为呼气。达到目标压力平台时，停止呼气。病人连续在高水平压力平台下和低水平压力平台下的自主呼吸波形如图2所示。

根据本发明的系统结构简单，易于实现，系统可靠性高。对于医疗设备，尤其是国内相关医疗设备，本方法可以有效增强其市场竞争力。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于实现气道内双水平压力的控制系统，其特征在于，包括：

第一电磁阀（11），设置在气道（22）的进气口，

呼气阀（14），设置在所述气道（22）的呼气口，其控制端由并联的第一气路和第二气路控制，所述第一气路中设有用于控制所述第一气路中气流通断的第二电磁阀（12），所述第二气路中设有控制所述第二气路中气流量的第一节流阀（13），

压力传感器（15），用于检测所述气道（22）内的压力，以及

控制器，根据呼吸设置和所述压力传感器（15）提供的压力信号，用于控制所述第一电磁阀（11）和第二电磁阀（12）的通断。

2.根据权利要求1所述的用于实现气道内双水平压力的控制系统，其特征在于，所述控制器为单片微型计算机。

3.根据权利要求1所述的用于实现气道内双水平压力的控制系统，其特征在于，所述气道还设有控制所述气道气流量的第二节流阀。

4.根据权利要求1所述的用于实现气道内双水平压力的控制系统，其特征在于，所述气道和所述第一、第二气路共用同一供气气源。

5.一种呼吸机，其特征在于，包括根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的用于实现气道内双水平压力的控制系统。

6.一种麻醉机，其特征在于，包括根据权利要求1至4中任一项权利要求所述的用于实现气道内双水平压力的控制系统。

7.一种用于实现气道内双水平压力的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

使气道（22）的进气端与供气气源之间处于截止状态，使气道（22）的出气端与外接大气之间处于截止状态，其由呼气阀（14）实现；

使所述呼气阀（14）的控制端的控制气路（21）与所述供气气源连通，并使所述控制气路（21）维持在节流状态中，其中，通过在所述节流状态调节所述控制气路（21）的节流量设定所述气道（22）的低水平压力；或

使所述呼气阀（14）的控制端的控制气路（21）与所述供气气源连通，打开所述呼气阀（14）的控制端的电磁阀（12），以使所述控制气路（21）维持在全导通状态中，使所述气道（22）的进气端与所述供气气源之间处于导通状态，以得到需要的所述气道（22）的高水平压力；

根据呼吸设置和检测到的气道（22）的压力控制所述气道（22）的进气端所处的状态和所述呼气阀（14）的控制气路（21）所处的状态。

8.根据权利要求7所述的用于实现气道内双水平压力的控制方法，其特征在于，

在设定的吸气时间段内，使所述控制气路（21）处于全导通状态和使所述气道（22）的进气端处于导通状态；其中，若检测到气道（22）内达到高水平压力时，则使所述气道（22）的进气端处于截止状态；若检测到所述气道（22）内的压力超过所述高水平压力一预定值时，使所述控制气路（21）处于节流状态，转为呼气；

在设定的呼气时间段内，使所述控制气路（21）处于节流状态和使所述气道（22）的进气端处于截止状态；其中，若检测到气道（22）内的压力低于所述低水平压力一预定值时，则使所述控制气路（21）处于全导通状态和使所述气道（22）的进气端处于导通状态，转为吸气。

9.根据权利要求7所述的用于实现气道内双水平压力的控制方法，其特征在于，所述控制气路（21）包括带有节流阀（13）的第一气路和与所述第一气路并联的带有电磁阀（12）的第二气路。

10.根据权利要求7所述的用于实现气道内双水平压力的控制方法，其特征在于，所述气道（22）的进气端与供气气源之间所处的截止状态或导通状态由电磁阀（11）实现。