CN101288791B - 一种麻醉机呼吸装置及其流量传感器的标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种呼吸装置及其流量传感器的标定方法，将设置在通气机内吸气阀后面的第二流量传感器作为标定第一流量传感器的标准流量传感器，使经过第二流量传感器和待标定的第一流量传感器的气体流速相同，信号采样处理电路分别采集和处理第一流量传感器和第二流量传感器输出的电参数，并输出到控制器，根据读取的气体流速和第一流量传感器的电参数，获得第一流量传感器的气体流速-电参数的关系曲线。本发明不需要使用测量仪器，便可对流量传感器进行自动定标，这样既能保证测量数据的准确性和可靠性，又可随时随地进行操作，极大的方便了用户的使用。

Description

一种麻醉机呼吸装置及其流量传感器的标定方法
【技术领域】
本发明涉及医疗领域用于协助病人进行呼吸的呼吸装置，尤其涉及可对用于测量呼吸力学参数的流量传感器进行标定的一种麻醉机呼吸装置及其流量传感器的标定方法。
【背景技术】
在医疗领域，根据病人的病情，经常会使用到协助病人进行呼吸的呼吸装置，例如麻醉机，麻醉机的功能是手术期间对病人进行吸入麻醉和机械通气。而机械通气的有效实现离不开各种呼吸力学参数的准确监测，所以在对病人进行机械通气的同时需要对与病人通气安全相关的呼吸力学参数进行监测，例如潮气量、呼吸频率、分钟通气量、吸气、呼气流速等，这些参数都是由可测量气体流速的流量传感器测量得到的，而且各种通气模式的实现也依赖于流量传感器的准确测量，因此流量传感器的可靠性和准确性直接决定麻醉机和呼吸机的性能。但在呼吸装置的工作过程中，流量传感器经常会因自身老化、损坏、温漂、积水或同一类型传感器的个体差异等因素导致测量值和实际值相差较大，这些问题在实际使用中非常普遍。当流量传感器测量出现较大的偏差时，为了保证通气控制的准确性和安全性，通常需要对传感器重新标定。
对流量传感器标定就是为了建立流速和流量传感器输出电压之间的对应关系。在系统的流量条件工作范围内，把多个已知流速的恒定气流施加到于初级流量传感器；对于多个已知气流流速的每一个，检测次级电子转换装置的电气输出；并把气体流速与测量系统输出电压之间的关系存储非易失存储器中。
对电动电控型麻醉机来说，可以通过对活塞的精确控制来提供设定流速的恒定气流来对流量传感器定标；但是对于目前广泛使用的气动电控型麻醉机来说，对阀门的控制无法保证实际气流的流速与设定值一致，因此必须通过外加的流速测量设备来知道实际的气体流速。
根据上述流量传感器标定原理，标定方法中通常需要有一个流速检测仪器来测量准确的气体流速，目前气动电控型麻醉机常见定标方法是根据流速检测仪器进行手动或自动定标。
1)手动定标：将呼吸机出气口连接到流速参比设备，使检测仪器和流量传感器经过的气流流速相等。将呼气阀关闭，手动调节吸气阀门开度，改变经过流量传感器的吸气流速，当流速检测设备上的读数稳定在预设的流速值时，手动确认使微处理器记下当前流量传感器输出电压值。
2)自动定标：同样将测量仪器和流量传感器串在呼吸机出气口，使两者经过的气流相等。将呼气阀关闭，软件自动将吸气阀从小到大打开，每设定一个开度等气流稳定之后，通过串口通讯读取测量仪器的流速值，并记下当前的传感器输出电压。
综上所述，现有气动电控型的麻醉机传感器标定存在的缺陷是：不管是手动定标还是自动定标都需要准备一个的测量仪器，而在用户端一般不具备符合校准要求的流速检测仪器，只能通过厂家提供维修校准来完成。因此这极大的限制了呼吸装置使用的方便性、安全性和可靠性。
【发明内容】
本发明的主要目的就是解决现有技术中的流量传感器标定的问题，提供一种新型的麻醉机呼吸装置及其流量传感器的标定方法，使用户可以根据需要方便地对流量传感器进行标定，从而保证了呼吸装置的安全性和可靠性。
为实现上述目的，本发明提供一种麻醉机呼吸装置，包括：通气机，风箱，呼吸回路，信号采样处理电路，控制器和阀门驱动装置；所述的通气机包括吸气阀和呼气阀，所述风箱中设有气囊，所述吸气阀的进气端用于接通外部气源，所述吸气阀的出气端同风箱中气囊外侧的空间连通，所述呼气阀的一端用于接通外部气源，一端同风箱中气囊外侧的空间连通，所述呼气阀的出气端用于与外界连通；所述气囊内部与呼吸回路连通；所述呼吸回路包括吸气支路、呼气支路和分别与吸气支路、呼气支路连通的病人端连接装置，所述吸气支路包括吸气单向阀，所述呼气支路包括呼气单向阀，所述病人端连接装置处设有用于测量病人呼气、吸气流速的第一流量传感器；在吸气阀和风箱之间或在风箱和吸气单向阀之间设置了用于测量其间气体流速的第二流量传感器；所述阀门驱动装置响应控制器的控制信号并控制吸气阀和呼气阀的开度，所述信号采样处理电路用于分别采集和处理第一流量传感器和第二流量传感器输出的电参数，并输出到控制器。
优选方案是所述第二流量传感器连通在吸气阀和风箱之间，所述吸气阀的出气端与第二流量传感器连通，所述第二流量传感器还与风箱中气囊外侧的空间连通。
其中，所述第二流量传感器优选为固定孔径的差压传感器，所述第一流量传感器为可变孔径的差压传感器。
为实现上述目的，本发明还提供一种呼吸装置的流量传感器的标定方法，其所应用的呼吸装置包括通气机，风箱，呼吸回路，信号采样处理电路，控制器和阀门驱动装置；所述的通气机包括吸气阀和呼气阀，所述风箱中设有气囊，所述吸气阀的进气端用于接通外部气源，所述吸气阀的出气端同风箱中气囊外侧的空间连通，所述呼气阀的一端用于接通外部气源，一端同风箱中气囊外侧的空间连通，所述呼气阀的出气端用于与外界连通；所述气囊内部与呼吸回路连通；所述呼吸回路包括吸气支路、呼气支路和分别与吸气支路、呼气支路连通的病人端连接装置，所述吸气支路包括吸气单向阀，所述呼气支路包括呼气单向阀，所述病人端连接装置处设有用于测量病人呼气、吸气流速的第一流量传感器；所述标定方法包括以下步骤：
A1、将作为标定第一流量传感器的第二流量传感器设置在吸气阀和风箱之间或风箱和吸气单向阀之间；
B1、使经过第二流量传感器和第一流量传感器的气体流速相同；
C1、改变经过第二流量传感器和第一流量传感器的气体流速；
D1、检测不同气体流速下第二流量传感器和第一流量传感器输出的电参数；
E1、根据检测的第二流量传感器的电参数和已知的第二流量传感器的气体流速-电参数关系，计算与电参数对应的气体流速；
F1、根据计算出的气体流速和第一流量传感器输出的电参数生成第一流量传感器的气体流速-电参数关系。
其中，所述步骤B1包括以下步骤：
B11、将风箱中的气囊取出；
B12、关闭呼气阀。
本发明的有益效果是：1)本发明通过在呼吸装置的吸气阀到吸气单向阀之间的气路上设置一个稳定可靠的流量传感器来替代检测仪器对流量传感器进行标定，改进了现有标定技术的不足，使用户能够根据需要及时对流量传感器进行标定，提高流量传感器的精确度，从而保证了呼吸装置的安全性和可靠性。2)将作为标准的流量传感器设置在吸气阀和风箱之间，由于流过作为标准的流量传感器的是干燥的驱动气体，它不会受病人回路中冷凝的水汽和分泌物的影响，所以其测量值更稳定，使用寿命更长，不需要经常更换。3)作为标准的流量传感器使用固定孔径的差压传感器，进一步保证了传感器的稳定性。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明一种实施例的麻醉机中的呼吸装置的结构原理图；
图2是本发明一种实施例的麻醉机中的呼吸装置的气路原理图之一；
图3是本发明一种实施例的麻醉机中的呼吸装置的气路原理图之二；
图4是本发明一种实施例的控制流程图；
图5是本发明另一种实施例的麻醉机中的呼吸装置的结构原理图。
【具体实施方式】
本发明的核心内容是在麻醉机呼吸装置的吸气阀到吸气单向阀之间的气路上设置一个作为标准的第二流量传感器，使经过该第二流量传感器的气体流速和经过待标定的第一流量传感器的气体流速相等，根据已知的第二流量传感器的气体流速-电参数关系，计算出第一流量传感器的气体流速-电参数关系，从而对第一流量传感器进行标定。
实施例一、如图1、2所示，麻醉机呼吸装置包括减压阀1、通气机、呼吸回路、风箱4、信号采样处理电路9、控制器和阀门驱动装置10。风箱4中设有气囊，通气机包括吸气阀2和呼气阀5。吸气阀2的进气端通过减压阀1接通外部气源，其出气端同风箱4中气囊外侧的空间连通。第二流量传感器3设置在吸气阀2和风箱4之间，第二流量传感器3的设置方法可根据所采用的具体流量传感器而定，这对于本领域技术人员来说是熟知的技术，例如一种设置方法是连通在吸气阀2和风箱4之间管道上，吸气阀2的出气端与第二流量传感器3连通，第二流量传感器3再与风箱4中气囊外侧的空间连通。呼气阀5的一端用于接通外部气源，一端同风箱4中气囊外侧的空间连通，所述呼气阀5的出气端用于与外界连通；所述气囊内部与呼吸回路连通；所述呼吸回路包括吸气支路7、呼气支路8和分别与吸气支路、呼气支路连通的病人端连接装置6，所述吸气支路7包括吸气单向阀70，所述呼气支路包括呼气单向阀80，所述病人端连接装置处设有用于测量病人呼气、吸气流速的第一流量传感器60；病人端连接装置6包括一个与吸气支路、呼气支路以及病人连通的三通接头63。当第一流量传感器60为双向流量传感器时，可以将其设置在病人端连接装置6的靠近病人端，如图2所示。当第一流量传感器为一个单向流量传感器，可以将其设置于病人端连接装置6的靠近吸气支路端，例如连通在吸气单向阀70和病人端连接装置的三通接头63之间。当第一流量传感器为两个单向流量传感器，可以将其分别设置于病人端连接装置6的靠近吸气支路和呼气支路端，单向吸气流量传感器61、单向呼气流量传感器62分别设置于病人呼吸回路的靠近吸气支路和呼气支路端，如图3所示，当标定时，只能对设置于病人呼吸回路的靠近吸气支路端的第一流量传感器进行标定。阀门驱动装置响应控制器的控制信号并控制吸气阀2和呼气阀5的开度，控制气流速度。控制器可以采用微处理器。
请参考图2，正常使用时，风箱4中的气囊内充有氧气和麻醉气体的混合气体，当病人吸气时，微控制器输出控制信号至控制阀门驱动装置，阀门驱动装置控制吸气阀2打开、呼气阀5关闭，由高压气瓶或中央供气系统产生的驱动气体经过减压阀1、吸气阀2、第二流量传感器3到达风箱4，进入到风箱4中气囊外侧的空间中，随着驱动气体的增多，气囊被压缩，压迫气囊中的气体通过吸气单向阀70进入到病人端连接装置6中，提供给病人。当病人呼气时，阀门驱动装置控制吸气阀2关闭、呼气阀5打开，气流由病人端连接装置6通过呼气单向阀80进入气囊中，气囊因气体充入而鼓起，压迫风箱4中气囊外侧的空间中的气体由呼气阀5排出。
位于病人端连接装置处的第一流量传感器60感应气体流速，输出电参数(例如电压)，信号采样处理电路9采样该电参数，经过放大和模数转换处理后输出到微处理器，微处理器根据读取保存在存储器中的第一流量传感器的气体流速-电参数关系，计算出对应该电参数的气体流量，根据气体的流量计算出各种呼吸力学参数。
当需要对设置在病人端连接装置处的第一流量传感器进行标定时，可先去掉风箱4内的气囊，关闭呼气阀5，那么驱动气体将经过吸气阀2、第二流量传感器3、风箱4、病人端连接装置处的第一流量传感器排向大气。这样在新鲜气体关闭的情况下，第二流量传感器3测得的气体流速就等于经过吸气阀和第一流量传感器的气体流速。微处理器通过DA转换器和阀门驱动装置10控制吸气阀2的不同开度，改变流过第二流量传感器和第一流量传感器的气体流速，通过A/D转换器采样经过放大电路放大后的第一流量传感器和第二流量传感器的输出电压，并输出到控制器，这样根据存在存储器中的第二流量传感器的气体流速-电压关系曲线，就知道了此时的气体流速，根据第二流量传感器测得的气体流速值和第一流量传感器的输出电压值就可以得到第一流量传感器的气体流速-电压关系曲线，并把第一流量传感器流速和电压之间的对应关系也存在存储器中。
在本实施例中，由于第二流量传感器被设置在吸气阀2和风箱4之间，流过第二流量传感器的是干燥的驱动气体，第二流量传感器不会受病人回路中冷凝的水汽和分泌物的影响，保证了第二流量传感器的稳定性、可靠性和使用寿命。
为进一步提高第二流量传感器的稳定性，使用固定孔径的差压传感器作为第二流量传感器，但固定孔径的差压传感器的灵敏度比可变孔径的差压传感器的灵敏度低，所以第一流量传感器仍采用可变孔径的差压传感器，以感应微小的气流。
以双向的第一流量传感器为例说明呼吸装置的标定流程，流程图如图4所示，包括以下步骤：
1、在吸气阀和呼气阀都关闭的情况下，没有气流经过流量传感器，此时采样放大电路测得的电压值就对应于流速为0时的病人端流量传感器输出电压；
2、先以某个初始值控制吸气阀的一定开度；
3、读取待标定的第一流量传感器和作为标准的第二流量传感器的输出电压，根据已知的第二流量传感器的气体流速-电压关系曲线，获得此时的气体流速；
4、判断气体流速是否超出设定范围，如果没有，则微处理器按照从小到大的顺序控制开大吸气阀，每设定一定的开度等待气流稳定之后，读取第二流量传感器测量的流速值和第一流量传感器输出的电压值；
5、当测量的气体流速已经超过了设定范围，则根据测量的一系列气体流速和第一流量传感器的输出电压值，就可以得到第一流量传感器的气体流速-电压关系正表；
6、当上面操作进行完之后，微处理器会通过上位机提示用户反转第一流量传感器，在收到上位机发送的用户反转流量传感器确认命令之后，重复上面的开阀操作就可得到第一流量传感器的气体流速-电压关系负表；
7、在整个过程结束之后，微处理器会将第一流量传感器流速和电压之间的对应关系存在存储器中。
当第一流量传感器是单向的流量传感器时，则不需要将第一流量传感器反转测量。将病人端出口对着大气，控制吸气阀的开度，则经过第二流量传感器3和第一流量传感器61的气体流速相同。同理可获得第一流量传感器61的电压值，可得到第一流量传感器61的气体流速-电压关系曲线。
新加的第二流量传感器不仅仅用于标定病人端的第一流量传感器，还可用于判断病人端的第一流量传感器是否失效，并在失效时产生报警和以新加的流量传感器为标准控制吸气阀，保证通气安全。
实施例二、如图5所示，本实施例与实施例一不同的是将用于标定的第二流量传感器3设置在风箱4和吸气单向阀70之间，具体可设置在风箱4和呼吸回路之间，或者设置在吸气支路上。
上述的第一流量传感器和第二流量传感器可以采用任何可测量气体流速的流量传感器，包括通用的差压式流量传感器和热丝式流量传感器。
综上所述，本发明不需要使用测量仪器，便可对流量传感器进行自动定标，这样既能保证测量数据的准确性和可靠性，又可随时随地进行操作，极大的方便了用户的使用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种麻醉机呼吸装置，包括：通气机，风箱，呼吸回路，信号采样处理电路，控制器和阀门驱动装置；所述的通气机包括吸气阀和呼气阀，所述风箱中设有气囊，所述吸气阀的进气端用于接通外部气源，所述吸气阀的出气端同风箱中气囊外侧的空间连通，所述呼气阀的一端用于接通外部气源，一端同风箱中气囊外侧的空间连通，所述呼气阀的出气端用于与外界连通；所述气囊内部与呼吸回路连通；所述呼吸回路包括吸气支路、呼气支路和分别与吸气支路、呼气支路连通的病人端连接装置，所述吸气支路包括吸气单向阀，所述呼气支路包括呼气单向阀，所述病人端连接装置处设有用于测量病人呼气、吸气流速的第一流量传感器；其特征在于：在吸气阀和风箱之间或在风箱和吸气单向阀之间设置了用于测量其间气体流速的第二流量传感器；所述阀门驱动装置响应控制器的控制信号并控制吸气阀和呼气阀的开度，所述信号采样处理电路用于分别采集和处理第一流量传感器和第二流量传感器输出的电参数，并输出到控制器。
2.如权利要求1所述的麻醉机呼吸装置，其特征在于：所述第二流量传感器连通在吸气阀和风箱之间，所述吸气阀的出气端与第二流量传感器连通，所述第二流量传感器还与风箱中气囊外侧的空间连通。
3.如权利要求1所述的麻醉机呼吸装置，其特征在于：所述第一流量传感器为一个双向流量传感器，所述第一流量传感器设置在病人端连接装置的靠近病人端。
4.如权利要求1所述的麻醉机呼吸装置，其特征在于：所述第一流量传感器为单向流量传感器，所述单向流量传感器设置于病人端连接装置的靠近吸气支路端。
5.如权利要求1至4中任一项所述的麻醉机呼吸装置，其特征在于：所述第二流量传感器为固定孔径的差压传感器，所述第一流量传感器为可变孔径的差压传感器。
6.一种呼吸装置的流量传感器的标定方法，其所应用的呼吸装置包括通气机，风箱，呼吸回路，信号采样处理电路，控制器和阀门驱动装置；所述的通气机包括吸气阀和呼气阀，所述风箱中设有气囊，所述吸气阀的进气端用于接通外部气源，所述吸气阀的出气端同风箱中气囊外侧的空间连通，所述呼气阀的一端用于接通外部气源，一端同风箱中气囊外侧的空间连通，所述呼气阀的出气端用于与外界连通；所述气囊内部与呼吸回路连通；所述呼吸回路包括吸气支路、呼气支路和分别与吸气支路、呼气支路连通的病人端连接装置，所述吸气支路包括吸气单向阀，所述呼气支路包括呼气单向阀，所述病人端连接装置处设有用于测量病人呼气、吸气流速的第一流量传感器；其特征在于：所述标定方法包括以下步骤：
A1、将作为标定第一流量传感器的第二流量传感器设置在吸气阀和风箱之间或风箱和吸气单向阀之间；
B1、使经过第二流量传感器和第一流量传感器的气体流速相同；
C1、改变经过第二流量传感器和第一流量传感器的气体流速；
D1、检测不同气体流速下第二流量传感器和第一流量传感器输出的电参数；
E1、根据检测的第二流量传感器的电参数和已知的第二流量传感器的气体流速-电参数关系，计算与电参数对应的气体流速；
F1、根据计算出的气体流速和第一流量传感器输出的电参数生成第一流量传感器的气体流速-电参数关系。
7.如权利要求6所述的呼吸装置的流量传感器的标定方法，其特征在于：所述步骤B1包括以下步骤：
B11、将风箱中的气囊取出；
B12、关闭呼气阀。
8.如权利要求7所述的呼吸装置的流量传感器的标定方法，其特征在于：所述第一流量传感器为一个双向流量传感器，将所述第一流量传感器设置在病人端连接装置的靠近病人端。
9.如权利要求6至8中任一项所述的呼吸装置的流量传感器的标定方法，其特征在于：所述第二流量传感器为固定孔径的差压传感器，所述第一流量传感器为可变孔径的差压传感器。
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