CN100482292C - 差压触发无创正压呼吸机 - Google Patents

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本发明所述的一种差压触发无创正压呼吸机。使用差压传感来测量呼吸机管道内的压力变化并得到测算病人气流的变化。此发明直接监测病人气道口的气流变化,使其比现有的压力和流量触发呼吸机更灵敏,提高了人机同步性。本发明用差压传感器代替流量传感器,降低了呼吸机的生产和维护成本。

Description

差压触发无创正压呼吸机
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域,尤其涉及一种差压触发无创正压呼吸机。
背景技术
现在,在医疗救护及家庭康复中经常会用到呼吸机,呼吸机可分为有创式与无创式两类,有创呼吸机是通过气管切开或将管道插入气管内的机械通气方式,在治疗过程中需要专业的医生将病人的气管切开,或直接插入有创式呼吸机的管道。有创呼吸机一般多用于紧急救护中,使用中会造成病人气道的伤害,容易引发肺部感染等并发症。其显然不适用于家庭中的普通救护需要。
无创呼吸机采用无创通气的方式,无创通气是指无需气管插管和气管切开的机械通气方式。无创正压通气(NIPPV)是在气道口提供正气压的通气模式。无创正压通气技术在多种常见疾病中显示良好疗效,在临床中的应用日益广泛包括对慢性阻塞性肺疾病(COPD),充血性心力衰竭(CHF)、支气管哮喘急性发作,阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(OSAS),严重急性呼吸综合征(SARS)合并呼吸衰竭,等疾病的治疗机康复。无创正压通气避免了许多有创通气带来的并发症风险。随着正压通气技术的逐步完善,其临床应用的适应症也在增加并在许多机械通气治疗中取代了有创呼吸机。
无创正压通气大多用在有自主呼吸的病人,呼吸机和病人的呼吸同步是无创正压通气治疗成功的关键。呼吸机和病人呼吸不同步部不但会影响治疗效果还会造成病人呼吸功增加,病人舒适度降低乃至治疗失败。无创正压通气与传统的有创通气相比有其特殊之处,如呼吸回路的漏气问题、非密闭气路环境下的触发与同步问题等因素均会对呼吸机的控制造成较大的影响。
人类的自主呼吸是通过呼吸肌肉的运动来实现的。在吸气时相,呼吸肌运动产生胸腔负压,空气从气道口(鼻,嘴)进入肺至肺泡进行氧交换。吸气结束时肺已括张,呼气即将开始。在呼气时相,呼吸肌肉松弛,胸腔及肺的弹力产生胸内正压,气体从气道口被排出。因此,呼吸的变化造成气道口气流或压力变化。气道口气流的方向(出或入)反映了病人的呼吸相位。吸气时空气进入气道口,呼气时气体流出气道口。目前无创正压呼吸机是通过直接或间接的检测气道口气流或压力变化来判断病人的呼吸相位并触发呼吸机不同的压力支持,如吸气正压,呼气正压。根据以压力或气流变化判断来触发呼吸机的不同相位,无创正压呼吸机分压力触发和流量触发二大类。
如图1所示为压力触发的无创正压呼吸机,压力传感器检测病人端气道口(呼吸机远端)的压力相对大气压的变化,并将检测结果输出到呼吸状态判别模块、漏气估算模块与压力控制模块,压力控制模块根据压力设定模块设定的工作参数结合压力传感器的检测结果与气源设备负载模块反馈气源设备的工作参数输出控制信息,用来通过气源设备控制模块控制气源设备的输出压力,实现无创正压通气。
这种方式,压力触发是通过检测气道口压力(相对大气压)变化来判断病人的呼吸状态。但由于病人呼吸造成的气道口压力变化通常要远小于正压呼吸机提供的压力,加上系统漏气等原因,这种压力触发的灵敏一般较差,容易导致误触发。
如图2所示为流量触发的无创正压呼吸机。目前气体流量传感器需要被测气体流过传感器,由于呼吸机提供的气流常需加温湿华加上病人呼出的气体往往会带有粘液等,影响流量传感器的工作环境,对其精度的影响非常大,在临床应用上不适宜将其置放在病人端气道口(呼吸机远端)。目前一般无创正压呼吸机的流量传感器是置于呼吸机的气源设备端,病人呼吸流量变化造成通气管路内的气流变化,此变化被呼吸机内的流量传感器测量到。流量传感器将检测结果输出到呼吸状态判别模块、漏气估算模块与压力控制模块,压力控制模块根据压力设定模块设定的工作参数结合流量传感器的检测结果与气源设备负载模块反馈气源设备的工作参数输出控制信息,用来通过气源设备控制模块控制气源设备工作,实现无创正压通气。
这种方式,流量传感器设于通气管路的气源设备端,距离病人较远,测量远端病人气道口的气流变化时间上有延迟。延迟大小和呼吸机管道的长短有关,无法快速准确地反应病人的呼吸状态。同时,流量传感器成本高,对呼吸机生产和使用维护的要求也较高。
因此,需要提出一种新的技术方案,能够经济、方便和快速地实现精确的反应病人的呼吸状态,提高无创正压呼吸机的合适度的同时,不会给使用者造成经济负担与使用不便。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题,本发明的目的是提供一种差压触发无创正压呼吸机,能够经济、方便和快速地实现精确的反应病人的呼吸状态,提高无创正压呼吸机的合适度的同时,不会给使用者造成经济负担与使用不便。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种差压触发无创正压呼吸机,包括气源设备、通气管路与呼吸状态判别和闭路压力控制装置,气源设备通过通气管路末端的面罩连接病人,并在呼吸状态判别和闭路压力控制装置的控制下实现差压触发无创正压通气,还包括:
差压式检测装置:在通气管路的气源设备端与病人气道口端分别设有压力检测点,用于测试两点的气道压力,输出测控信号至呼吸状态判别和闭路压力控制装置,所述的呼吸状态判别和闭路压力控制装置根据所述的输出测控信号来控制实现差压触发无创正压通气。
所述的差压式检测装置包括:
前端压力传感器:检测点设于通气管路的气源设备端,用于检测通气管路的气源设备端的前端气道压力P1;
末端压力传感器:检测点设于通气管路的病人气道口端,用于检测通气管路的病人气道口端的末端气道压力P2;
差压处理模块:接收前端压力传感器检测的前端气道压力P1与末端压力传感器检测的末端气道压力P2,并根据二者的压力差值输出测控信号至呼吸状态判别和闭路压力控制装置。
所述的差压式检测装置包括:
差压传感器:两个检测点分别设于通气管路的气源设备端与病人气道口端,分别检测气源设备端的前端气道压力P1与病人气道口端的末端气道压力P2,并根据二者的压力差值输出测控信号至呼吸状态判别和闭路压力控制装置。
所述的呼吸状态判别和闭路压力控制装置包括:
漏气估算模块:用于根据差压式检测装置输出的测控信号输出漏气估算参数;
呼吸状态判别模块:用于接收差压式检测装置输出的测控信号与漏气估算模块输出的漏气估算参数,经处理后输出呼吸状态参数至压力控制模块;
压力设定模块:用于预先设定控制压力参数;
气源设备负载模块:用于接收气源设备的工作参数,输出至压力控制模块;
压力控制模块:用于接收差压式检测装置输出的测控信号、病人端气道口的压力,漏气估算模块输出的漏气估算参数、压力设定模块预先设定控制压力参数、气源设备负载模块输出的气源设备的工作参数以及呼吸状态判别模块输出的呼吸状态参数,经处理后输出控制信号;
气源设备控制模块:用于接收压力控制模块输出的控制信息,控制气源设备输出压力,实现对呼吸机在病人端压力的控制。
所述的气源设备控制模块通过机电阀门控制气源输出压力,或者,通过对气源输出功率的控制气源输出压力。
所述的呼吸状态判别和闭路压力控制装置还包括:
原压力传感器:用于检测通气管路的病人端的气道压力,输出检测结果至漏气估算模块、呼吸状态判别模块和压力控制模块,实现呼吸机压力的闭路控制。
由上述本发明提供的技术方案可以看出,本发明所述的一种差压触发无创正压呼吸机。使用差压传感来测量呼吸机管道内的压力变化并得到测算病人气流的变化。此发明直接监测病人气道口的气流变化,使其比现有的压力和流量触发呼吸机更灵敏,提高了人机同步性。本发明用差压传感器代替流量传感器,降低了呼吸机的生产和维护成本。
附图说明
图1为现有技术的压力触发无创正压呼吸机基本的结构原理图;
图2为现有技术的流量触发无创正压呼吸机基本的结构原理图;
图3为本发明的实施方式一所述的差压触发无创正压呼吸机的结构原理图;
图4为本发明的实施方式二所述的差压触发无创正压呼吸机的结构原理图。
具体实施方式
本发明所述的差压触发无创正压呼吸机,包括气源设备、通气管路与呼吸状态判别和闭路压力控制装置,气源设备通过通气管路末端的面罩连接病人,并在呼吸状态判别和闭路压力控制装置的控制下实现差压触发无创正压通气,本发明的特点是,包括一个差压式检测装置,差压式检测装置在通气管路的气源设备端与病人端分别设有压力检测点,用于测试两点的通气管道压力,输出测控信号至呼吸状态判别和闭路压力控制装置,所述的呼吸状态判别和闭路压力控制装置根据所述的输出测控信号及其它信号来控制实现差压触发无创正压通气。
实施例一
如图3所示:本发明的一个实施方式中,所述的差压式检测装置采用两个压力传感器和一个处理模块实现,具体包括:
前端压力传感器:检测点设于通气管路的气源设备端,用于检测通气管路的气源设备端的前端气道压力P1;
末端压力传感器:检测点设于通气管路的病人端,用于检测通气管路的病人端的末端气道压力P2;
差压处理模块:接收前端压力传感器检测的前端气道压力P1与末端压力传感器检测的末端气道压力P2,并根据二者的压力差值输出测控信号至呼吸状态判别和闭路压力控制装置。
实施例二
如图4所示,本发明的另一个实施方式中所述的差压式检测装置直接采用差压传感器,差压传感器的两个检测点分别设于通气管路的气源设备端与病人端,分别检测气源设备端的前端气道压力P1与病人端的末端气道压力P2,并根据二者的压力差值输出测控信号至呼吸状态判别和闭路压力控制装置。
上述的呼吸状态判别和闭路压力控制装置同普通的呼吸机的结构,其工作原理也相近,具体包括:
漏气估算模块:用于根据差压式检测装置输出的测控信号及病人端压力值,输出漏气估算参数;
呼吸状态判别模块:用于接收差压式检测装置输出的测控信号与漏气估算模块输出的漏气估算参数,经处理后输出呼吸状态参数至压力控制模块;
压力设定模块:用于预先设定控制压力参数;
气源设备负载模块:用于接收气源设备的工作参数,输出至压力控制模块;
压力控制模块:用于接收差压式检测装置输出的测控信号、漏气估算模块输出的漏气估算参数、压力设定模块预先设定控制压力参数、气源设备负载模块输出的气源设备的工作参数以及呼吸状态判别模块输出的呼吸状态参数,经处理后输出控制信息;
气源设备控制模块:用于接收压力控制模块输出的控制信息,控制所源设备的工作,实现差压触发无创正压通气;
所述的呼吸状态判别和闭路压力控制装置还可包括原压力传感器,用于检测通气管路的病人端的气道压力,输出检测结果至漏气估算模块、呼吸状态判别模块和/或压力控制模块。
无创正压呼吸机的闭路压力控制是通过对气道口的压力监测及压力控制模块来实现的。压力监测是通过一根细小的压力管联结病人气道口和呼吸机内的压力传感器。压力管可直接连到鼻,面罩上的压力采集口或置于呼吸管道中,通道近病人的鼻,面罩内。
本发明是利用高灵敏差压传感器检测通气管路的气源设备端与病人端的压力差,来代替流量传感器监测病人呼吸气流的变化。差压传感器的一端在呼吸机内通过三通连接器联到通到气源设备出口端的通气管路上,测得气道口的前端气道压力P1,另一端联到呼吸机气源出口或通气管路病人端(呼吸管道的近端),测得气道口的末端气道压力P2。即差压传感器的输出的测控信号Qp是:Qp=P2-P1。呼吸机管道内的气流变化将导致管道二端的压力(Qp)的微小变化。通过对Qp的检测来判断病人的呼吸变化。
Qp=R_circuit×Qtot;................................................(式1)
Qtot=Q_patient+Q_exh+Q_leak;..............................(式2)
其中:R_circuit是管道内的气流阻力系数;
      Q_patient是病人的呼吸气流量;
      Q_exh是排气口的流量,或系统漏气;
      Q_leak是系统漏气外的各种漏气量,如面罩漏气等。
呼吸机内的漏气计算模块是通过对呼吸机实时压力,呼吸特征等因素的分析来估算平均漏气。在去掉漏气的影响后(见式2),管道内的流量变化接近于病人的呼吸变化:
Qtot≈Q_patient;................................................(式3)
呼吸机的同步关键是制是通过对病人的呼吸改变来判断其呼吸相位。在呼吸相切换时,病人的气流变化明显并由其特征。而漏气量的大小主要是和压力有关。在正压通气支持中,呼吸相位转换时由病人呼吸产生的压力变化相对较小,由此造成的漏气变化也较小。因此,在呼吸相位变化式3也是成立的。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1、一种差压触发无创正压呼吸机,包括气源设备、通气管路与呼吸状态判别和闭路压力控制装置,气源设备通过通气管路末端的面罩连接病人,并在呼吸状态判别和闭路压力控制装置的控制下实现差压触发无创正压通气,其特征在于,包括:
差压式检测装置:在通气管路的气源设备端与病人气道口端分别设有压力检测点,用于测试两点的气道压力,输出测控信号至呼吸状态判别和闭路压力控制装置,所述的呼吸状态判别和闭路压力控制装置根据所述的输出测控信号来控制实现差压触发无创正压通气。
2、根据权利要求1所述的差压触发无创正压呼吸机,其特征在于,所述的差压式检测装置包括:
前端压力传感器:检测点设于通气管路的气源设备端,用于检测通气管路的气源设备端的前端气道压力P1;
末端压力传感器:检测点设于通气管路的病人气道口端,用于检测通气管路的病人气道口端的末端气道压力P2;
差压处理模块:接收前端压力传感器检测的前端气道压力P1与末端压力传感器检测的末端气道压力P2,并根据二者的压力差值输出测控信号至呼吸状态判别和闭路压力控制装置。
3、根据权利要求1所述的差压触发无创正压呼吸机,其特征在于,所述的差压式检测装置包括:
差压传感器:两个检测点分别设于通气管路的气源设备端与病人气道口端,分别检测气源设备端的前端气道压力P1与病人气道口端的末端气道压力P2,并根据二者的压力差值输出测控信号至呼吸状态判别和闭路压力控制装置。
4、根据权利要求1、2或3所述的压力触发无创正压呼吸机,其特征在于,所述的呼吸状态判别和闭路压力控制装置包括:
漏气估算模块:用于根据差压式检测装置输出的测控信号输出漏气估算参数;
呼吸状态判别模块:用于接收差压式检测装置输出的测控信号与漏气估算模块输出的漏气估算参数,经处理后输出呼吸状态参数至压力控制模块;
压力设定模块:用于预先设定控制压力参数;
气源设备负载模块:用于接收气源设备的工作参数,输出至压力控制模块;
压力控制模块:用于接收差压式检测装置输出的测控信号、病人端气道口的压力,漏气估算模块输出的漏气估算参数、压力设定模块预先设定控制压力参数、气源设备负载模块输出的气源设备的工作参数以及呼吸状态判别模块输出的呼吸状态参数,经处理后输出控制信号;
气源设备控制模块:用于接收压力控制模块输出的控制信息,控制气源设备输出压力,实现对呼吸机在病人端压力的控制。
5、根据权利要求4所述的差压触发无创正压呼吸机,其特征在于,所述的气源设备控制模块通过机电阀门控制气源输出压力,或者,通过对气源输出功率的控制气源输出压力。
6、根据权利要求4所述的差压触发无创正压呼吸机,其特征在于,所述的呼吸状态判别和闭路压力控制装置还包括:
原压力传感器:用于检测通气管路的病人端的气道压力,输出检测结果至漏气估算模块、呼吸状态判别模块和压力控制模块,实现呼吸机压力的闭路控制。
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