專利名稱：氣道內(nèi)雙水平壓力的控制系統(tǒng)和方法、呼吸機(jī)及麻醉機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以控制壓力為目標(biāo)的機(jī)械通氣方法，尤其是一種用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi) 雙水平壓力的控制系統(tǒng)和方法，本發(fā)明還涉及具有該控制系統(tǒng)的呼吸機(jī)和麻醉機(jī)等相關(guān)醫(yī) 療設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前常見的醫(yī)療設(shè)備所用的雙水平氣道正壓通氣一般采用比例閥加電子PEEP閥 加閉環(huán)控制的方式實(shí)現(xiàn)。通過單片微型計(jì)算機(jī)(MCU，Single Chip Microcomputer)對(duì)比例閥和電子PEEP 閥的控制，實(shí)現(xiàn)在氣道內(nèi)的雙水平壓力控制。當(dāng)MCU通過相關(guān)的壓力傳感器發(fā)現(xiàn)控制對(duì)象發(fā)生超差后，通過閉環(huán)控制對(duì)控制對(duì) 象進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)，達(dá)到預(yù)定的控制目標(biāo)。但是控制過程復(fù)雜，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高昂，不利于 推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制系統(tǒng)和方法，其簡(jiǎn) 單易行，可降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有上述控制系統(tǒng)的麻醉機(jī)和呼吸機(jī)。為此，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制系 統(tǒng)，其包括第一電磁閥，設(shè)置在氣道的進(jìn)氣口，呼氣閥，設(shè)置在氣道的呼氣口，其控制端由 并聯(lián)的第一氣路和第二氣路控制，第一氣路中設(shè)有用于控制第一氣路中氣流通斷的第二電 磁閥，第二氣路中設(shè)有控制第二氣路中氣流量的第一節(jié)流閥，壓力傳感器，用于檢測(cè)氣道內(nèi) 的壓力，以及控制器，根據(jù)呼吸設(shè)置和壓力傳感器提供的壓力信號(hào)，用于控制第一電磁閥和 第二電磁閥的通斷。優(yōu)選地，上述控制器為單片微型計(jì)算機(jī)。優(yōu)選地，上述氣道還設(shè)有控制氣道氣流量的第二節(jié)流閥。優(yōu)選地，上述氣道和第一、第二氣路共用同一供氣氣源。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種呼吸機(jī)，其包括上述構(gòu)造的用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi) 雙水平壓力的控制系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種麻醉機(jī)，其包括上述構(gòu)造的用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi) 雙水平壓力的控制系統(tǒng)。另外，本發(fā)明還提供了一種用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制方法，其包括以下 步驟使氣道的進(jìn)氣端與供氣氣源之間處于截止?fàn)顟B(tài)或?qū)顟B(tài)；使氣道的出氣端與外接 大氣之間處于截止?fàn)顟B(tài)或?qū)顟B(tài)，其由呼氣閥實(shí)現(xiàn)；使呼氣閥的控制端的控制氣路與供 氣氣源連通，并使控制氣路維持在節(jié)流狀態(tài)或全導(dǎo)通狀態(tài)中，其中，通過在節(jié)流狀態(tài)調(diào)節(jié)控 制氣路的節(jié)流量設(shè)定氣道的低水平壓力；以及根據(jù)呼吸設(shè)置和檢測(cè)到的氣道的壓力控制氣道的進(jìn)氣端所處的狀態(tài)和呼氣閥的控制氣路所處的狀態(tài)。優(yōu)選地，上述方法中，在設(shè)定的吸氣時(shí)間段內(nèi)，使控制氣路處于全導(dǎo)通狀態(tài)和使氣 道的進(jìn)氣端處于導(dǎo)通狀態(tài)；其中，若檢測(cè)到氣道內(nèi)達(dá)到高水平壓力時(shí)，則使氣道的進(jìn)氣端處 于截止?fàn)顟B(tài)；若檢測(cè)到氣道內(nèi)的壓力超過高水平壓力一預(yù)定值時(shí)，使控制氣路處于全導(dǎo)通 狀態(tài)，轉(zhuǎn)為呼氣；在設(shè)定的呼氣時(shí)間段內(nèi)，使控制氣路處于節(jié)流狀態(tài)和使氣道的進(jìn)氣端處于 截止?fàn)顟B(tài)；其中，若檢測(cè)到氣道內(nèi)的壓力低于低水平壓力一預(yù)定值時(shí)，則使控制氣路處于全 導(dǎo)通狀態(tài)和使氣道的進(jìn)氣端處于導(dǎo)通狀態(tài)，轉(zhuǎn)為吸氣。優(yōu)選地，上述控制氣路包括帶有節(jié)流閥的第一氣路和與第一氣路并聯(lián)的帶有電磁 閥的第二氣路。優(yōu)選地，上述氣道的進(jìn)氣端與供氣氣源之間所處的截止?fàn)顟B(tài)或?qū)顟B(tài)由電磁閥 實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了采用比例閥加電子PEEP閥加閉環(huán)控制的方 式所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，而且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低廉。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。 下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。


構(gòu)成本說明書的一部分、用于進(jìn)一步理解本發(fā)明的附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施 例，并與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理。圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的壓力控制方法的原理框圖；以及圖2是使用根據(jù)本發(fā)明的壓力控制方法來控制呼吸的一效果圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型可以由權(quán)利 要求限定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的壓力控制方法的原理框圖。本發(fā)明提供了一套完整的氣 路、電路和程序的控制系統(tǒng)。氣源提供壓縮氣體，通過圖1中的主氣道22中箭頭所指方向向主氣道22提供氣 體給患者肺，通過主氣道22上的呼氣閥14將主氣道22內(nèi)的氣體排出到外界大氣。在主氣道22上，通過電磁閥11控制吸氣，即將壓縮氣體提供給患者肺，也就是吸氣。在主氣道22上，通過控制電磁閥11的通斷，可以實(shí)現(xiàn)主氣道是否通氣，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 對(duì)肺的充氣。還可加入一個(gè)節(jié)流閥(圖中未示出)控制氣流的流量。在主氣道22上，通過呼氣閥14將主氣道22中的氣體排出到外界大氣，也就是呼氣。該呼氣閥14設(shè)置在主氣道22的呼氣口，為一個(gè)薄膜結(jié)構(gòu)的呼氣閥。一邊連接主 氣道，另一邊與外界大氣相通。通過控制呼氣閥14的控制端的壓力，實(shí)現(xiàn)主氣道22內(nèi)的氣體是否連通外界大氣、 實(shí)現(xiàn)呼氣的功能。具體的來說，當(dāng)控制端的壓力大于氣道內(nèi)的壓力時(shí)，薄膜被控制端的氣體壓住，導(dǎo)致呼氣通道被切斷，呼氣停止；當(dāng)控制端的壓力小于氣道內(nèi)的壓力時(shí)，薄膜被氣道 內(nèi)的壓力頂起，氣道內(nèi)的氣體連通大氣，實(shí)現(xiàn)呼氣；此時(shí)，呼吸的流速將由頂起的間隙決定。在上述呼氣閥的控制端，設(shè)計(jì)了控制氣路21來控制呼氣閥14。該控制氣路21包 括兩路氣體共同控制該呼氣閥。此兩路氣體的氣流都來自呼吸機(jī)的氣源。呼氣閥14的控制端的兩路控制氣體的流向如圖1中箭頭所示。在其中一路上裝 有電磁閥12，通過該電磁閥12，控制呼氣電磁閥是否呼氣。另一路裝有節(jié)流閥13，通過節(jié)流閥13，可以調(diào)節(jié)該路氣體的流量，進(jìn)而控制該路 氣體的壓力，使得整個(gè)氣路可以有持續(xù)的氣體溢出，同時(shí)，在氣路內(nèi)部，又保證了有一個(gè)較 為恒定的壓力，形成一個(gè)壓力平臺(tái)。該節(jié)流閥13的作用是可以手動(dòng)調(diào)節(jié)控制氣路中氣體的壓力，從而可以達(dá)到手動(dòng) 調(diào)節(jié)主氣道22中氣體的壓力，形成圖2所示的低壓平臺(tái)，也就是低水平壓力。主氣道22中還設(shè)置有壓力傳感器15，該壓力傳感器15將主氣道22中的壓力信號(hào) 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過圖1中所示L3通道提供給MCU。在電路上，通過MCU控制兩個(gè)電磁閥11、12的通斷；通過一個(gè)壓力傳感器，將氣道 內(nèi)的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)反饋給MCU，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)壓力的反饋。即MCU同時(shí)也通過Ll和 L2兩個(gè)通道，分別控制電磁閥11和電磁閥12。通過L3通道接收壓力傳感器15的壓力信號(hào)。在軟件中，與目前的常用設(shè)置一樣，需要設(shè)置呼吸頻率，吸氣時(shí)間，高壓吸氣目標(biāo) 壓力平臺(tái)。應(yīng)用實(shí)例一形成一個(gè)吸氣時(shí)間為ls，呼吸頻率為20，高壓15cmH20，低壓IOcmH2O 的雙水平正壓通氣。首先，通過調(diào)節(jié)呼氣閥控制端的節(jié)流閥，調(diào)節(jié)主氣道內(nèi)最低壓力為IOcmH2O，得到 第一個(gè)低壓平臺(tái)。然后，通過軟件使進(jìn)氣口的電磁閥11打開，同時(shí)，打開呼氣閥14控制端的電磁閥 12，關(guān)閉呼氣，為主氣道22通氣。當(dāng)主氣道22內(nèi)的壓力達(dá)到15cmH20時(shí)，關(guān)閉進(jìn)氣口電磁 閥11，維持主氣道內(nèi)的壓力為15cmH20，得到第二個(gè)高壓平臺(tái)。在實(shí)際控制中，在吸氣過程中，控制進(jìn)氣口的電磁閥的打開時(shí)間是ls，同時(shí)，在這 Is內(nèi)，關(guān)閉呼氣電磁閥，即可保證肺在高壓平臺(tái)下的吸氣時(shí)間為Is。根據(jù)計(jì)算可知，當(dāng)吸氣 時(shí)間為ls，呼吸頻率為20時(shí)，呼氣時(shí)間為2s。當(dāng)MCU計(jì)算得到Is的吸氣時(shí)間已經(jīng)完成時(shí)， 關(guān)閉呼氣閥控制端的電磁閥12，開始呼氣過程，直到k后，再次開始下一次的吸氣過程。在吸氣和呼氣過程中，如在達(dá)到目標(biāo)平臺(tái)后，經(jīng)過壓力傳感器15的檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氣 道壓力比目標(biāo)壓力平臺(tái)下降3cmH20，則認(rèn)為病人有吸氣需要，需要在此階段吸氣。MCU控制 吸氣口電磁閥11，重新對(duì)主氣道進(jìn)行通氣，實(shí)現(xiàn)對(duì)病人的通氣。當(dāng)主氣道內(nèi)的壓力大于氣 道目標(biāo)壓力3cmH20時(shí)，由于病人的自主呼吸而觸發(fā)的本次呼吸停止通氣。直到下次通氣開 始。應(yīng)用實(shí)例二形成一個(gè)吸氣時(shí)間為1. 5s,呼吸頻率為20，高壓10cmH20，低壓 5cmH20的雙水平正壓通氣。首先，通過調(diào)節(jié)呼氣閥控制端的節(jié)流閥13，調(diào)節(jié)氣道內(nèi)最低壓力為5cmH20，得到第 一個(gè)低壓平臺(tái)，也就是低水平壓力。
然后，通過軟件使進(jìn)氣口的電磁閥11打開，同時(shí)，打開電磁閥12，關(guān)閉呼氣，為主 氣道22通氣。當(dāng)主氣道內(nèi)的壓力達(dá)到IOcmH2O時(shí)，關(guān)閉電磁閥11，維持主氣道內(nèi)的壓力為 IOcmH2O0得到第二個(gè)高壓平臺(tái)，也就是高水平壓力。在吸氣過程中，電磁閥11的打開時(shí)間是1. 5s,同時(shí)，在這1. 5s內(nèi)，打開電磁閥12， 即可保證肺在高水平壓力平臺(tái)IOcmH2O下的吸氣時(shí)間為l』s。根據(jù)計(jì)算可知，當(dāng)吸氣時(shí)間 為1. 5s,呼吸頻率為20時(shí)，呼氣時(shí)間為1. k。當(dāng)MCU計(jì)算得到1. 5s的吸氣時(shí)間已經(jīng)完成 時(shí)，關(guān)閉呼氣閥14控制端的電磁閥12，開始呼氣過程，直到1. 后，再次開始下一次的吸氣 過程。在吸氣和呼氣過程中，如在達(dá)到目標(biāo)平臺(tái)后，經(jīng)過壓力傳感器的檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)氣道壓 力比目標(biāo)壓力平臺(tái)下降3cmH20，則認(rèn)為病人有吸氣需要，需要在此階段吸氣。MCU控制吸氣 口電磁閥11，重新對(duì)氣道進(jìn)行通氣，實(shí)現(xiàn)對(duì)病人的通氣。當(dāng)氣道內(nèi)的壓力大于氣道目標(biāo)壓力 3cmH20時(shí)，停止通氣，并轉(zhuǎn)為呼氣。達(dá)到目標(biāo)壓力平臺(tái)時(shí)，停止呼氣。病人連續(xù)在高水平壓 力平臺(tái)下和低水平壓力平臺(tái)下的自主呼吸波形如圖2所示。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)可靠性高。對(duì)于醫(yī)療設(shè)備，尤其是國 內(nèi)相關(guān)醫(yī)療設(shè)備，本方法可以有效增強(qiáng)其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人 員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、 等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括 第一電磁閥(11)，設(shè)置在氣道02)的進(jìn)氣口，呼氣閥(14)，設(shè)置在所述氣道0 的呼氣口，其控制端由并聯(lián)的第一氣路和第二氣路 控制，所述第一氣路中設(shè)有用于控制所述第一氣路中氣流通斷的第二電磁閥(12)，所述第 二氣路中設(shè)有控制所述第二氣路中氣流量的第一節(jié)流閥(13)， 壓力傳感器(15)，用于檢測(cè)所述氣道02)內(nèi)的壓力，以及控制器，根據(jù)呼吸設(shè)置和所述壓力傳感器(1 提供的壓力信號(hào)，用于控制所述第一電 磁閥(11)和第二電磁閥(12)的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 控制器為單片微型計(jì)算機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 氣道還設(shè)有控制所述氣道氣流量的第二節(jié)流閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述 氣道和所述第一、第二氣路共用同一供氣氣源。
5.一種呼吸機(jī)，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于實(shí) 現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制系統(tǒng)。
6.一種麻醉機(jī)，其特征在于，包括根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的用于實(shí) 現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制系統(tǒng)。
7.一種用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制方法，其特征在于，包括以下步驟 使氣道0 的進(jìn)氣端與供氣氣源之間處于截止?fàn)顟B(tài)或?qū)顟B(tài)；使氣道0 的出氣端與外接大氣之間處于截止?fàn)顟B(tài)或?qū)顟B(tài)，其由呼氣閥(14)實(shí)現(xiàn)；使所述呼氣閥(14)的控制端的控制氣路與所述供氣氣源連通，并使所述控制 氣路維持在節(jié)流狀態(tài)或全導(dǎo)通狀態(tài)中，其中，通過在所述節(jié)流狀態(tài)調(diào)節(jié)所述控制氣路 (21)的節(jié)流量設(shè)定所述氣道0 的低水平壓力；以及根據(jù)呼吸設(shè)置和檢測(cè)到的氣道0 的壓力控制所述氣道0 的進(jìn)氣端所處的狀態(tài)和 所述呼氣閥(14)的控制氣路所處的狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制方法，其特征在于， 在設(shè)定的吸氣時(shí)間段內(nèi)，使所述控制氣路處于全導(dǎo)通狀態(tài)和使所述氣道02)的進(jìn)氣端處于導(dǎo)通狀態(tài)；其中，若檢測(cè)到氣道02)內(nèi)達(dá)到高水平壓力時(shí)，則使所述氣道02) 的進(jìn)氣端處于截止?fàn)顟B(tài)；若檢測(cè)到所述氣道0 內(nèi)的壓力超過所述高水平壓力一預(yù)定值 時(shí)，使所述控制氣路處于全導(dǎo)通狀態(tài)，轉(zhuǎn)為呼氣；在設(shè)定的呼氣時(shí)間段內(nèi)，使所述控制氣路處于節(jié)流狀態(tài)和使所述氣道0 的進(jìn) 氣端處于截止?fàn)顟B(tài)；其中，若檢測(cè)到氣道0 內(nèi)的壓力低于所述低水平壓力一預(yù)定值時(shí)， 則使所述控制氣路處于全導(dǎo)通狀態(tài)和使所述氣道0 的進(jìn)氣端處于導(dǎo)通狀態(tài)，轉(zhuǎn)為 吸氣。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制方法，其特征在于，所述 控制氣路包括帶有節(jié)流閥(1 的第一氣路和與所述第一氣路并聯(lián)的帶有電磁閥(12) 的第二氣路。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制方法，其特征在于，所述氣道0 的進(jìn)氣端與供氣氣源之間所處的截止?fàn)顟B(tài)或?qū)顟B(tài)由電磁閥(11)實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于實(shí)現(xiàn)氣道內(nèi)雙水平壓力的控制方法和控制系統(tǒng)，其中控制方法包括使氣道的進(jìn)氣端處于截止?fàn)顟B(tài)或?qū)顟B(tài)；使氣道的出氣端與外接大氣之間處于截止?fàn)顟B(tài)或?qū)顟B(tài)，其由呼氣閥實(shí)現(xiàn)；使呼氣閥的控制端的控制氣路與供氣氣源連通，并使控制氣路維持在節(jié)流狀態(tài)或全導(dǎo)通狀態(tài)中，其中，通過在節(jié)流狀態(tài)調(diào)節(jié)控制氣路的節(jié)流量設(shè)定氣道的低水平壓力；以及根據(jù)呼吸設(shè)置和檢測(cè)到的氣道的壓力控制氣道的進(jìn)氣端所處的狀態(tài)和呼氣閥的控制氣路所處的狀態(tài)。本發(fā)明還公開了具有上述控制系統(tǒng)的麻醉機(jī)和呼吸機(jī)。根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)完全實(shí)現(xiàn)了采用比例閥加電子PEEP閥加閉環(huán)控制的方式所能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，而且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本低廉。
文檔編號(hào)A61M16/01GK102114293SQ20091021757
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者劉建軍 申請(qǐng)人:北京誼安醫(yī)療系統(tǒng)股份有限公司