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CN106730065B - 一种负压产生系统及负压产生方法 - Google Patents

一种负压产生系统及负压产生方法 Download PDF

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CN106730065B
CN106730065B CN201710034306.2A CN201710034306A CN106730065B CN 106730065 B CN106730065 B CN 106730065B CN 201710034306 A CN201710034306 A CN 201710034306A CN 106730065 B CN106730065 B CN 106730065B
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cavity
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Abstract

本发明涉及一种负压产生系统及负压产生方法，其负压产生系统包括：负压腔体，其具有第一、第二和第三接口，其中，第一和第二接口为对负压腔体抽气的抽气接口，第三接口直接或间接作为负压产生系统的负压接口；第一抽气装置，其通过负压腔体的第一接口对负压腔体抽气，其功率为W1时，在第一接口处的气体流量为L1，产生负压P1；和第二抽气装置，其通过负压腔体的第二接口对负压腔体抽气，其功率为W2时，在第一接口处的气体流量为L2，产生负压P2，其中，L1大于L2，|P1|小于|P2|。可先以第一抽气装置或者先以第一抽气装置和第二抽气装置的组合将负压腔体内抽至预定负压P1；再以第二抽气装置将负压腔体内抽至预定负压P2。

Description

一种负压产生系统及负压产生方法
技术领域
本发明涉及一种负压产生系统及其负压产生方法，尤其是一种响应速度快，且便于因需调节的负压产生系统及负压产生方法。
背景技术
现有的负压源，通常来说，在某一功率下，其流量参数和负压参数是呈反比关系的，要想改变流量参数或负压参数，例如既要求大流量，又要求更低的负压时，则要么调整负压源的功率，要么更换新的负压源。也就是说，现有的负压源，受其自身性能的限制，其适用范围较小。这就导致现有的负压源至少具有如下不足之处：
1、由于其流量与负压值之间是相互牵制的，也就是说，流量达到要求时，则其所能达到的负压值可能不能满足需求，而负压值达到要求时，其流量可能不能满足需求，导致负压产生过慢，对于需要快速达到预定负压值的场合无法适用；
2、当既要求大流量，又要求更低的负压时，则只能通过加大功率来达到，此时，其噪声水平和体积可能是难以接受的，可能会因噪声超标或体积过大而无法使用。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种负压产生系统，其流量参数与负压参数可以单独调节，且可以快速达到预定负压值。
本发明还提供一种负压产生方法，其可以快速达到预定负压值，且其流量参数与负压参数可以单独调节。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种负压产生系统，其包括：
负压腔体，其具有第一接口、第二接口和第三接口，其中，第一接口和第二接口为对负压腔体抽气的抽气接口，第三接口直接或间接作为负压产生系统的负压接口；
第一抽气装置，通过负压腔体的第一接口对负压腔体抽气，其功率为W1时，在第一接口处的气体流量为L1，产生负压P1；
第二抽气装置，通过负压腔体的第二接口对负压腔体抽气，其功率为W2时，在第一接口处的气体流量为L2，产生负压P2，
其中，L1大于L2，|P1|小于|P2|。
本发明一个实施例的负压产生系统，其中：
W1大于、小于或等于W2。
本发明一个实施例的负压产生系统，其中：
第一抽气装置为负压风机。
本发明一个实施例的负压产生系统，其中：
第二抽气装置为空气泵。
本发明一个实施例的负压产生系统，其中：
第一抽气装置与负压腔体的第一接口之间设置有单向阀，以防止气体由第一抽气装置向负压腔体流动。
本发明一个实施例的负压产生系统，其中：
负压产生系统的负压接口前临近第三接口处设置有安全阀。
本发明一个实施例的负压产生系统，其中：
负压产生系统的负压接口处设置有压力传感器。
本发明一个实施例的负压产生系统，其还包括控制中心，控制中心对第一抽气装置和第二抽气装置分别控制。例如可以通过分别控制W1和W2来控制负压产生系统的流量和负压。
一种负压产生方法，其采用上述任一种负压产生系统，
先以第一抽气装置或者先以第一抽气装置和第二抽气装置的组合将负压腔体内抽至预定负压P1；
再以第二抽气装置将负压腔体内抽至预定负压P2。
本发明一个实施例的负压产生方法，其中：
对第一抽气装置和第二抽气装置的功率分别控制。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明借助第一抽气装置和第二抽气装置相配合的结构，克服了现有技术中的负压源的流量和负压因呈反比关系而彼此牵制的问题，使得其流量参数与负压参数可以单独调节，还可以先以大流量将负压腔体内的气体抽出，达到第一阶梯的预定负压P1后，再以高真空气泵继续从负压腔体中抽气，直至达到第二阶梯的预定负压P2，可以实现对负压腔体的快速抽负压。同时，本发明通过对第一抽气装置和第二抽气装置的功率的分别调节控制，还可以调节负压腔体内的负压值，使其更容易维持在预定值，且其可调节的范围更大，应用范围更广，例如，当需要快速抽负压时，负压产生系统整体的体积、功率不会显著增加，体积和噪声水平可以满足更严苛的需求。尤其是，可以应用于排痰机或带有排痰功能的呼吸机，作为负压源使用时，可以满足体积小、噪声低、可快速抽负压、负压可调节的需求。
附图说明
图1为本发明一个实施例的负压产生系统的整体结构示意图；
图2为本发明第一实施例的负压产生方法的流程图；
图3为本发明第二实施例的负压产生方法的流程图；
图4为本发明一个实施例的负压产生系统在呼吸机中的应用示意图。
【附图标记说明】
1：负压腔体；2：负压风机；3：空气泵；4：单向阀；5：安全阀；6：压力传感器；7：控制中心；
A：呼气排痰模块；A1：负压腔体；A2：涡轮风机；A3：空气泵；A4：单向阀；A5：安全阀；A6：压力传感器；A8：切换阀；A9：调压阀；A10：振荡器；A11：流量计；A12：气压传感器；
B：吸气模块；B1：涡轮风机；B2：稳压阀；B3：流量控制阀；B4：流量计；B5：混合腔；B6：开关阀；B7：振荡器；B8：流量计；B9：安全阀；B10：气压传感器；B11：气压传感器；B12：过滤器；
C：控制系统；D：呼吸肌同步运动模块。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
参见图1，本发明一个实施例的负压产生系统，其包括：
负压腔体，其具有第一接口、第二接口和第三接口，其中，第一接口和第二接口为对负压腔体抽气的抽气接口，第三接口直接或间接作为负压产生系统的负压接口；
作为第一抽气装置的负压风机，通过负压腔体的第一接口对负压腔体抽气，其功率为W1时，在第一接口处的气体流量为L1，产生负压P1；
作为第二抽气装置的空气泵，通过负压腔体的第二接口对负压腔体抽气，其功率为W2时，在第一接口处的气体流量为L2，产生负压P2，
其中，L1大于L2，|P1|小于|P2|，即负压风机单位时间内能够抽取的气体体积大于空气泵单位时间内能够抽取的气体体积，而空气泵所能够抽取达到的真空度比负压风机更高，由于在抽真空的开始阶段，负压腔体中的压力较高，气体密度较大，使用负压风机可以在单位时间内抽取出更多的气体，而在负压腔体中的压力达到一定值时，负压风机的抽取效率逐渐降低，直至接近、等于、低于空气泵的抽取效率，而通过空气泵可以继续对负压腔体抽真空，直至达到预定负压值，借此可以缩短对负压腔体的抽真空时间。
其中，负压风机可以是涡轮风机。
较佳的，负压风机与负压腔体的第一接口之间设置有单向阀，以防止气体由负压风机向负压腔体流动。
本实施例中，负压产生系统的负压接口连接有管路，管路上设置有安全阀和压力传感器。其中，安全阀更靠近第三接口。
在其他实施例中，负压产生系统的负压接口也可以直接作为负压产生系统的负压接口。
在其他实施例中，负压产生系统的负压接口也可以不设置安全阀和压力传感器，或者只设置安全阀和压力传感器其中之一。
其设置位置并不局限于上述实施例，安全阀可以避免负压过高即可，压力传感器可以检测负压腔体内的压力或者负压产生系统对外的压力即可。
较佳的，负压产生系统还包括控制中心，控制中心对第一抽气装置和第二抽气装置分别控制，借此来控制抽真空效率和调节负压腔体内的负压P，可以根据需要在预定的时间内达到预定的负压值，且负压产生系统的体积和噪声便于控制。
其中，负压风机的功率W1可以大于、小于或等于空气泵的功率W2。
参见图2，本发明第一实施例的负压产生方法，其是采用上述任一种负压产生系统产生负压，具体包括：
先以第一抽气装置将负压腔体内抽至预定负压P1；
再以第二抽气装置将负压腔体内抽至预定负压P2。
借此，本发明可以快速产生预定负压，且其设备的体积、功率可控、可调，不会因调整功率大小而造成噪音过大。
参见图3，本发明第二实施例的负压产生方法，其是采用上述任一种负压产生系统产生负压，具体包括：
先以第一抽气装置和第二抽气装置的组合将负压腔体内抽至预定负压P1；
再以第二抽气装置将负压腔体内抽至预定负压P2。
上述任一个实施例的负压产生方法，其中，较佳的，通过对第一抽气装置和第二抽气装置的功率分别控制，以此控制抽真空效率的高低，并借此调节负压腔体内的负压P，使其可以在预定时间内达到预定负压，且其功率可控、可调，负压值稳定。
为了对本发明的负压产生系统作进一步说明，本发明还提供了一个实施例的负压产生系统在呼吸机中的应用，其负压接口连接呼气排痰模块，作为呼气排痰模块的负压源。
参见图4，本应用例中的呼吸机包括控制系统C、吸气模块B和呼气排痰模块A，其中：
控制系统C，包括中央控制单元、人机交互界面，以及外围设备的驱动，用于整个呼吸机的控制，其中，负压产生系统的控制中心也设于控制系统C中；
吸气模块B，用于产生正压气流，为患者提供呼吸支持，吸气模块B通过吸气支路连接到患者；
呼气排痰模块A，用于患者呼出气体以及帮助患者排痰，其排痰支路通过呼气支路连接到患者。
其中，吸气模块B包括：产生正压空气的气源或者外部气源接口，以及高压氧气接口、混氧结构及氧浓度检测机构、控制吸气支路与患者连通的开关阀、限制正压范围的限压阀(安全阀)B9、使吸气支路内产生气流振荡的振荡器B7、控制吸气模块B与吸气支路连通的开关阀B6。
具体的，吸气模块B包括涡轮风机B1，用于得到正压空气；稳压阀B2，用于稳定输入的高压氧气的压力；流量控制阀B3，用于控制氧气和/或空气的流量；流量计B4，用于检测需要混合的氧气和/或空气流量大小；混合腔B5，用于将氧气及空气混合均匀；开关阀B6，控制呼吸机吸气支路的气流通断；振荡器B7，用于吸气支路内的气流产生振荡，其振荡频率可以设定为10～30Hz；流量计B8，用于测定吸气时吸入的气体流量，并可据此计算得到吸气潮气量；安全阀B9，在气路内正压过高时自动打开，防止气路压力过高，保护患者安全，例如可以设定安全压力为8KPa；过滤器B12，过滤进入呼吸机的氧气及空气；气压传感器B10，用于监测进入呼吸机的空气及氧气的压力；气压传感器B11，用于监测氧气与空气的混合气体的压力。
其中，振荡器B7可以设置为在吸气阶段振荡，或者只在屏气时振荡，也可以始终振荡或者始终处于关闭状态。
其中，呼气排痰模块A包括负压源、排痰支路、切换阀A8、调压阀A9和呼气支路。
其中，负压源为前述任一实施例中的负压产生系统，其包括涡轮风机A2、空气泵A3、负压腔体A1。
使用时，涡轮风机A2快速将负压腔体A1内抽到一定的负压值，然后空气泵A3进一步把负压腔体A1中的压力抽到更低的预定负压。
较佳的，还包括单向阀A4、安全阀A5以及压力传感器A6。
其中，呼气排痰模块A包括涡轮风机A2，用于产生低压大流量气流，例如可产生大于150L/min的流量；空气泵A3，用于产生较高负压，例如可产生200cmH2O的负压；负压腔体A1在排痰开始前准备足够大的负压和容积，例如其容量可以为2～5L；安全阀A5，用于防止负压腔体A1负压过高，保护气路安全，当负压腔体A1内的负压达到一定阈值时，安全阀(限压阀)A5自动打开泄压；切换阀A8，用于切换排痰支路、呼气支路，正常呼气时切换阀A8关闭，负压腔体A1与呼气支路隔离，咳痰时切换阀A8打开使负压腔体A1与呼气支路连通；调压阀A9，在排痰模式时，用于控制气路负压大小，例如负压调节范围为-10～-150cmH2O，在正常呼气模式时，用于调节呼气末正压，例如正压调节范围为0～80cmH2O；振荡器A10，用于使气道内的气流产生振荡，促进痰液的松动，例如振荡频率可以为10～30Hz；流量计A11，用于测定呼气/排痰时呼/排出的气体流量；气压传感器A12，用于监测呼气支路内的压力；压力传感器A6，用于监测负压腔体A1内的压力大小；单向阀A4，允许气流从负压腔体A1到涡轮风机A2单向流动。
其中，启动咳痰时，涡轮风机A2快速将负压腔体A1内抽到一定的负压值，然后空气泵A3进一步把负压腔体A1中的压力抽到更低的预定负压，此时单向阀A4自动关闭。咳痰过程中的前期，负压腔体A1中的高负压在呼气支路中建立起高速的咳嗽气流，随着患者呼气的潮气量增大，负压腔体A1中的压力下降，患者的呼气气流也开始下降。咳嗽过程的后期，负压腔体A1中的压力下降到涡轮风机A2的抽吸压力以下时，单向阀A4打开，患者在涡轮风机A2的作用下快速呼出剩余的气体。于是咳嗽开始阶段形成峰值的流速，后期流速有所下降，压力值也降到较低的负压。从气流波形上更接近于正常咳嗽的气流，后期较小的负压对患者也是较好的保护，而且患者整个呼气过程都会感到很顺畅。负压限压阀A5和传感器A6可以保证负压腔体A1内的负压在20Kpa以下。
其中，所述切换阀A8关闭时，在20Kpa的压力下不会产生泄露；所述切换阀A8打开时，在300L/min的流量下，形成的压降不会超过1Kpa。
其中，正负压调节阀A9包含正压和负压调节功能。呼气支路内的正压超过正压上限值时，正压端口自动打开，正压小于正压上限值时正压端口自动关闭。当呼气支路中为负压时，正压端口始终关闭。呼气支路内的负压超过负压上限值时，负压端口自动打开，负压小于负压上限值时负压端口自动关闭。当呼气支路内为正压时，负压端口始终关闭。
其中，振荡器A10可以设置为在呼气阶段振荡，或者处于关闭状态。
其中，呼吸机还包括呼吸肌同步运动模块D，包括呼吸肌肌电检测子模块和呼吸肌刺激子模块。呼吸肌肌电检测子模块用于监测呼吸肌的肌电信号，可以作为判断呼吸肌肌力和优化人机同步的参考信号。即有利于通气质量的改善，帮助呼吸肌的恢复，又有助于提升排痰的效果。
其中，肌电检测包括对膈肌肌电的检测。膈肌肌电检测电极位于锁骨中线和第七第八肋间交叉点。
患者肌力的评价方法为，根据患者的自主吸气能力、呛咳力度、膈肌肌电信号强度，将患者的自主呼吸能力划分为若干级。最低级别为完全无呼吸，建议使用控制模式通气；最高级别为可以完全自主呼吸，建议采用自主呼吸通气模式或者尝试脱机。
其中，呼吸肌刺激包括膈神经刺激和腹肌刺激。膈神经刺激的刺激位置是两侧胸锁乳突肌下缘三分之一处，或者项部膈神经根处；腹肌刺激电极位于腹直肌和/或腹横肌处。
吸气过程开始时，所述控制系统C控制呼吸肌同步运动模块D产生吸气时的肌肉动作，例如使膈肌收缩；呼气过程开始时，所述控制系统C控制呼吸肌同步运动模块D产生呼气时的肌肉动作，例如使腹肌收缩。
所述呼吸肌同步运动模块D中，膈神经刺激的方式，可以是电刺激，也可以是磁刺激。
其中，控制系统C的参数设置方面，除包含现有呼吸机常有的参数外，还包括咳痰时吸气潮气量设置、咳痰时吸气压力设置、咳痰时咳痰负压设置、吸气气流振荡设置、呼气气流振荡设置、呼吸肌同步运动模块D参数设置。其中咳痰时吸气潮气量和咳痰时吸气压力与正常呼吸时的潮气量、吸气压力设置相独立。
参数显示方面，除常规的呼吸机参数显示外，还可显示肌电检测的波形和对患者呼吸肌肌力的评分。
本应用例的呼吸机可以按照如下方式运行。
正常呼吸时，吸气相开关阀B6打开，使吸气模块B通过吸气支路与患者联通，向患者实施正压通气，切换阀A8关闭，调压阀A9正压限制设置为吸气压力上限。振荡模块B7根据设定值启动或关闭振荡。控制系统C根据设定的工作模式和参数控制气源和阀门向患者通气，如吸气潮气量和吸气压力，且通过流量阀B4和气压传感器B11检测正压通气的流量和压力。呼气相，开关阀B6关闭，调压阀A9的正压限制设置为呼气末正压，患者通过呼气支路及调压阀A9的正压端呼气。呼气过程中，振荡器A10根据设定值启动或关闭。控制系统C根据设定的模式和参数控制调压阀，并通过流量计A11和气压传感器A12检测呼气支路的流量和压力。
咳嗽时，吸气相开关阀B6打开，切换阀A8关闭，调压阀A9正压限制设置为吸气压力上限，负压上限设置为咳痰时负压值；振荡模块B7根据设定值启动或关闭振荡。控制系统C根据设定的工作模式和参数控制气源和阀门向患者通气，如咳痰时吸气潮气量、咳痰时的吸气压力设置，且通过流量计B8和气压传感器B11检测正压通气的流量和压力。呼气相，开关阀B6关闭，调压阀A9的负压限制设置为咳痰时负压值。切换阀A8快速打开，使呼气支气路突然暴露在负压腔体A1的负压之下，产生高速的咳嗽气流。咳嗽过程中，振荡器A10根据设定值启动或关闭。控制系统C根据设定的模式和参数控制调压阀，并通过流量计A11和气压传感器A12检测呼气支路的流量和压力，在检测到呼气潮气量接近患者吸入的潮气量时，或者呼气气流小于某一阈值时立即关闭切换阀A8使患者与负压腔体A1隔离。
综上所述，本应用例呼吸机的负压排痰功能，能够模拟人的正常咳嗽，解决了临床机械通气患者排痰困难的问题，而负压产生系统由于克服了现有技术中流量与负压相牵制的技术问题，能为其提供及时、稳定的负压，使其能够更好地模拟人的正常咳嗽，排痰效果更佳。

Claims (8)

1.一种负压产生方法，其特征在于，采用负压产生系统，负压产生系统包括：
负压腔体，其具有第一接口、第二接口和第三接口，其中，第一接口和第二接口为对负压腔体抽气的抽气接口，第三接口直接或间接作为负压产生系统的负压接口；
第一抽气装置，通过负压腔体的第一接口对负压腔体抽气，其功率为W1时，在第一接口处的气体流量为L1，产生负压P1；
第二抽气装置，通过负压腔体的第二接口对负压腔体抽气，其功率为W2时，在第二接口处的气体流量为L2，产生负压P2，
其中，L1大于L2，|P1|小于|P2|；
先以第一抽气装置或者先以第一抽气装置和第二抽气装置的组合将负压腔体内抽至负压P1；
当第一抽气装置的抽取效率逐渐降低至等于或低于第二抽气装置的抽取效率后，再以第二抽气装置将负压腔体内抽至负压P2；
所述第三接口连接呼气排痰模块；
所述呼气排痰模块包括切换阀，所述第三接口与所述切换阀连通，所述切换阀能够使所述呼气排痰模块在排痰支路和呼气支路之间切换；
当所述呼气排痰模块切换至所述排痰支路时，所述负压腔体与所述呼气支路连通，当所述呼气排痰模块切换至所述呼气支路时，所述负压腔体与所述呼气支路隔离；
所述负压产生系统还包括控制中心，控制中心对第一抽气装置和第二抽气装置分别控制。
2.如权利要求1所述的负压产生方法，其特征在于：
W1大于、小于或等于W2。
3.如权利要求1所述的负压产生方法，其特征在于：
第一抽气装置为负压风机。
4.如权利要求1所述的负压产生方法，其特征在于：
第二抽气装置为空气泵。
5.如权利要求1所述的负压产生方法，其特征在于：
第一抽气装置与负压腔体的第一接口之间设置有单向阀，以防止气体由第一抽气装置向负压腔体流动。
6.如权利要求1所述的负压产生方法，其特征在于：
负压产生系统的负压接口前临近第三接口处设置有安全阀。
7.如权利要求1所述的负压产生方法，其特征在于：
负压产生系统的负压接口处设置有压力传感器。
8.如权利要求1所述的负压产生方法，其特征在于：
对第一抽气装置和第二抽气装置的功率分别控制。
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