CN102114295A - 用于电动呼吸机的混氧方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于电动呼吸机的混氧方法，包括以下步骤：根据电动呼吸机的当前运行参数、吸气开始时的初始运行参数与预设的目标氧浓度计算得到目标给氧量；根据目标给氧量与预设的混氧阀流速确定目标开阀时间；根据目标开阀时间控制混氧阀。本发明提高了混氧控制的精度，实现了氧浓度从21％到100％的连续可调，克服了相关技术中的手动混氧方法的混氧精度较差，且无法实现氧浓度21％到100％的连续可调的问题。

Description

用于电动呼吸机的混氧方法

技术领域

本发明涉及医疗领域，具体而言，涉及一种用于电动呼吸机的混氧方法。

背景技术

为了使得呼吸机输出氧浓度可调的气体，需要对呼吸机进行混氧控制。

相关技术中提供了一种用于电动呼吸机的混氧方法，该方法由人工来完成混氧。

发明人发现相关技术中的手动混氧方法的混氧精度较差，且无法实现氧浓度21％到100％的连续可调。

发明内容

本发明旨在提供一种用于电动呼吸机的混氧方法，能够解决相关技术中的手动混氧方法的混氧精度较差，且无法实现氧浓度21％到100％的连续可调的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于电动呼吸机的混氧方法，包括以下步骤：根据电动呼吸机的当前运行参数、吸气开始时的初始运行参数与预设的目标氧浓度计算得到目标给氧量；根据目标给氧量与预设的混氧阀流速确定目标开阀时间；根据目标开阀时间控制混氧阀。

优选地，在上述方法中，在根据电动呼吸机的当前运行参数、吸气开始时的初始运行参数与预设的目标氧浓度计算得到目标给氧量之后，还包括：检测当前氧浓度，并将当前氧浓度与目标氧浓度进行比较；若当前氧浓度不等于目标氧浓度，则根据当前氧浓度与目标氧浓度的差值对目标给氧量进行调整，并将目标给氧量更新为调整后的给氧量。

优选地，在上述方法中，根据当前氧浓度与目标氧浓度的差值对目标给氧量进行调整包括：若当前氧浓度大于目标氧浓度，则减少目标给氧量。

优选地，在上述方法中，根据当前氧浓度与目标氧浓度的差值对目标给氧量进行调整包括：若当前氧浓度小于目标氧浓度，则增加目标给氧量。

优选地，在上述方法中，根据电动呼吸机的当前运行参数、吸气开始时的初始运行参数与预设的目标氧浓度计算得到目标给氧量包括：根据当前运行参数与初始运行参数计算得到电动呼吸机的活塞行程；根据目标氧浓度、活塞行程与活塞的截面积计算得到目标给氧量。

优选地，在上述方法中，根据当前运行参数与初始运行参数计算得到电动呼吸机的活塞行程包括：根据电动呼吸机的电机的当前位置参数、初始位置参数与减速比计算得到电机的转动角度；根据电机的转动角度、曲柄连杆结构参数与活塞的呼气后位置参数计算得到活塞行程。

上述实施例首先根据电动呼吸机的当前运行参数、吸气开始时的初始运行参数与预设的目标氧浓度计算得到目标给氧量，然后根据目标给氧量与预设的混氧阀流速确定目标开阀时间，最后根据目标开阀时间控制混氧阀，使得曲柄连杆机构的电动电控呼吸机在吸气前已混合好了满足目标氧浓度的气体，吸气时直接把混合气体送入患者的肺里，因为目标给氧量的计算过程考虑了目标氧浓度，所以提高了混氧控制的精度，实现了氧浓度从21％到100％的连续可调，克服了相关技术中的手动混氧方法的混氧精度较差，且无法实现氧浓度21％到100％的连续可调的问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明第一实施例的混氧方法的流程图；

图2示出了电动呼吸机的曲柄连杆结构的物理模型示意图；

图3示出了根据本发明第二实施例的混氧阀给氧量与开阀时间之间的关系曲线图；

图4示出了根据本发明第三实施例的混氧方法的流程图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

图1示出了根据本发明第一实施例的混氧方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤101，根据电动呼吸机的当前运行参数、吸气开始时的初始运行参数与预设的目标氧浓度计算得到目标给氧量；

步骤102，根据目标给氧量与预设的混氧阀流速确定目标开阀时间；

步骤103，根据目标开阀时间控制混氧阀。

本实施例首先根据电动呼吸机的当前运行参数、吸气开始时的初始运行参数与预设的目标氧浓度计算得到目标给氧量，然后根据目标给氧量与预设的混氧阀流速确定目标开阀时间，最后根据目标开阀时间控制混氧阀，使得曲柄连杆机构的电动电控呼吸机在吸气前已混合好了满足目标氧浓度的气体，吸气时直接把混合气体送入患者的肺里，因为目标给氧量的计算过程考虑了目标氧浓度，所以提高了混氧控制的精度，实现了氧浓度从21％到100％的连续可调，克服了相关技术中的手动混氧方法的混氧精度较差，且无法实现氧浓度21％到100％的连续可调的问题。

在电动电控呼吸机中，其执行机构为曲柄连杆结构，其物理模型如图2所示，其中曲柄OQ的长度为R，通过连接轴(该连接轴与图2所示平面垂直，图2以O点示出)与电机相连接，故曲柄OQ与电机同步旋转，曲柄OQ的运动轨迹落在半径为R的圆周上，连杆PQ的长度为L，其一端Q与曲柄相连接，其另一端P与活塞相连接，活塞沿X轴来回运动。图2中的虚线示出了吸气开始时的曲柄初始位置OQ₀与连杆初始位置P₀Q₀，X₀为P₀的横坐标(即活塞初始位置)，θ为此时曲柄初始位置OQ₀与X轴的夹角(由于曲柄与电机同步旋转，故此时的曲柄与X轴夹角即电机初始角度)；实线示出了曲柄当前位置OQ与连杆当前位置PQ，此时的曲柄当前位置OQ相比曲柄初始位置OQ₀而言，转动的角度为β。

由图2所示的物理模型可知，电机的运行曲线与活塞的运行曲线之间的关系较复杂，为了实现精确混氧，需要活塞运行需要的容量(即氧气的需求量)与混氧阀的给氧量(即氧气的供给量)之间实现很好的配合，使得氧气需求量与氧气供给量达到平衡，如果活塞运行需要的容量小于给氧量，则易使执行结构内出现正压，对潮气量的控制精度带来不利影响；如果活塞运行需要的容量大于给氧量，则会吸入更多空气，从而使得氧浓度较低。本实施例根据电动呼吸机的当前运行参数、吸气开始时的初始运行参数与预设的目标氧浓度得到氧气需求量，并以此为目标给氧量进行混氧控制，从而使得氧气需求量与氧气供给量达到平衡。

图3示出了根据本发明第二实施例的混氧阀给氧量与开阀时间之间的关系曲线图，其中的三条曲线(即图3中的1、2、3)分别对应于三个备选的混氧阀流速，按流速大小排列依次为：曲线1＞曲线2＞曲线3，混氧阀流速的大小一般根据活塞行程和目标氧浓度来确定。以曲线1为例，若混氧阀的开阀时间为500ms，则混氧阀总共给出1000ml的氧气，满足最小回缸时间的要求。优选地，在上述方法中，步骤102包括：根据预设的混氧阀流速选取对应的曲线(即根据预设的混氧阀流速确定应采用图3中的哪一条曲线来确定开阀时间)；以目标给氧量为纵坐标查询该选取曲线的横坐标，该横坐标即为开阀时间。本实施例采用关系曲线法来确定开阀时间，由于关系曲线由实验数据统计得到，故与实际情况的符合程度较好，使得计算得到的开阀时间可靠性较高，有利于提高混氧精度。

优选地，在上述方法中，在步骤101之后，还包括：检测当前氧浓度，并将当前氧浓度与目标氧浓度进行比较；若当前氧浓度不等于目标氧浓度，则根据当前氧浓度与目标氧浓度的差值对目标给氧量进行调整，并将目标给氧量更新为调整后的给氧量。

本实施例在计算得到目标给氧量之后，还包括根据当前氧浓度对目标给氧量进行闭环控制的步骤：首先由氧浓度传感器检测当前氧浓度，然后再与预设的目标氧浓度进行比较，若两者相等，则不调整目标给氧量，仍以步骤101中计算得到的目标给氧量来计算开阀时间；若两者不相等，则对目标给氧量进行调整，并将目标给氧量更新为调整后的给氧量，即以调整后的给氧量来计算开阀时间。本实施例根据检测得到的当前氧浓度与目标氧浓度的差值实时调整给氧量，实现了给氧量的闭环控制，相比开环控制而言，不仅提高了氧浓度的控制精度，也提高了氧浓度控制的实时性。

优选地，在上述方法中，根据当前氧浓度与目标氧浓度的差值对目标给氧量进行调整包括：若当前氧浓度大于目标氧浓度，则减少目标给氧量。

本实施例为当前氧浓度大于目标氧浓度的情况，此时已供给的氧气量过大，故应减少目标给氧量，以使得最终的给氧量与需求量达到平衡。这样做，通过闭环控制提高了当前氧浓度过大时的混氧精度。

优选地，在上述方法中，根据当前氧浓度与目标氧浓度的差值对目标给氧量进行调整包括：若当前氧浓度小于目标氧浓度，则增加目标给氧量。

本实施例为当前氧浓度小于目标氧浓度的情况，此时已供给的氧气量过小，故应增加目标给氧量，以使得最终的给氧量与需求量达到平衡。这样做，通过闭环控制提高了当前氧浓度过小时的混氧精度。

优选地，在上述方法中，步骤101包括：根据当前运行参数与初始运行参数计算得到电动呼吸机的活塞行程X；根据目标氧浓度Y、活塞行程X与活塞的截面积S计算得到目标给氧量。

由于呼吸机的电机运行与活塞运行满足一定的规律，故根据当前运行参数与初始运行参数可计算得到呼吸机的活塞在吸气过程中的活塞行程X，由于活塞的截面积S一定，故由活塞行程X与目标氧浓度Y可计算得到目标给氧量Z，综上所述，根据目标氧浓度Y、活塞行程X与活塞的截面积S即可计算得到目标给氧量Z，公式如下：

$Z=\frac{Y-0.21}{0.79}\·X\·S,---\left(1\right)$

其中，0.21≤Y≤1，0.21为空气中的氧浓度。本实施例根据当前运行参数、初始运行参数与目标氧浓度Y计算得到目标给氧量Z的过程简单易行，准确性较高。

优选地，在上述方法中，根据当前运行参数与初始运行参数计算得到电动呼吸机的活塞行程X包括：根据电动呼吸机的电机的当前位置参数、初始位置参数与减速比计算得到电机的转动角度β；根据电机的转动角度β、曲柄连杆结构参数与活塞的呼气后位置参数计算得到活塞行程X。

因为电机的转速(角速度)与活塞的运行速度(线速度)之间的关系复杂，为了使活塞运动的需氧量和混氧阀的给氧量达到平衡，需要不断变化电机的转速，故电机转动角度β与时间为非线性关系，故本实施例中通过电机的当前位置参数与吸气开始时的初始位置参数来确定电机转动角度β，公式为：

其中，由于电机每转动单位角度便会发出一个反馈信号，故当前信号数与初始信号数分别表征了当前位置参数与初始位置参数，再根据减速比即可得到电机转动角度β。

在得到电机转动角度β之后，可得到活塞行程X的计算公式为：

$X=R\·\cos (\mathrm{\θ}-\mathrm{\β})+\sqrt{L^2-R^2{\sin }^2(\mathrm{\θ}-\mathrm{\β})}-X_0,---\left(3\right)$

其中，R为曲柄长度，L为连杆长度，θ为电机初始角度，β为电机转动角度，X₀为活塞初始位置。本实施例当前运行参数与初始运行参数计算得到电动呼吸机的活塞行程X的过程简单，易于实现，准确性较高。

图4示出了根据本发明第三实施例的混氧方法的流程图，该方法包括以下步骤：

步骤401，将电机的当前信号数、初始信号数与减速比带入(2)式，计算得到电机转动角度β；

步骤402，将电机转动角度β，曲柄长度R、连杆长度L、电机初始角度θ、活塞初始位置X₀带入(3)式，计算得到活塞行程X；

步骤403，将活塞行程X、目标氧浓度Y与活塞截面积S带入(1)式，计算得到目标给氧量Z，比如当设定Y为70％，且当前活塞运动产生的容积为400ml时，得到给氧量Z为245ml；

步骤404，判断当前氧浓度是否满足目标氧浓度Y的要求，以确定是否对目标给氧量Z进行调节，若需要调节，则转到步骤405；否则，转到步骤406；

步骤405，当需要调节给氧量时，根据需求减少或增加给氧量，并将目标给氧量Z更新为调节后的给氧量；

步骤406，根据目标给氧量Z与预设的混氧阀流速结合图3所示的曲线关系确定开阀时间，当Y＝70％，Z＝245ml时，根据中间的曲线关系得到开阀时间为136ms；

步骤407，根据开阀时间控制混氧阀。

本实施例实现了对混氧的闭环控制，故实现了21％～100％连续可调的混氧控制，既保证了混氧控制精度，又不会使缸桶内出现正压，从而保证了潮气量的控制精度，改善了患者的通气和氧合，使患者呼吸更顺畅，具有很好的临床实验效果。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例提高了混氧控制的精度，实现了氧浓度从21％到100％的连续可调。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述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 (6)

1.一种用于电动呼吸机的混氧方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据电动呼吸机的当前运行参数、吸气开始时的初始运行参数与预设的目标氧浓度计算得到目标给氧量；

根据所述目标给氧量与预设的混氧阀流速确定目标开阀时间；

根据所述目标开阀时间控制所述混氧阀。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据电动呼吸机的当前运行参数、吸气开始时的初始运行参数与预设的目标氧浓度计算得到目标给氧量之后，还包括：

检测当前氧浓度，并将所述当前氧浓度与所述目标氧浓度进行比较；

若所述当前氧浓度不等于所述目标氧浓度，则根据所述当前氧浓度与所述目标氧浓度的差值对所述目标给氧量进行调整，并将所述目标给氧量更新为调整后的给氧量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述当前氧浓度与所述目标氧浓度的差值对所述目标给氧量进行调整包括：

若所述当前氧浓度大于所述目标氧浓度，则减少所述目标给氧量。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述当前氧浓度与所述目标氧浓度的差值对所述目标给氧量进行调整包括：

若所述当前氧浓度小于所述目标氧浓度，则增加所述目标给氧量。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，根据电动呼吸机的当前运行参数、吸气开始时的初始运行参数与预设的目标氧浓度计算得到目标给氧量包括：

根据所述当前运行参数与所述初始运行参数计算得到所述电动呼吸机的活塞行程；

根据所述目标氧浓度、所述活塞行程与所述活塞的截面积计算得到所述目标给氧量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述当前运行参数与所述初始运行参数计算得到所述电动呼吸机的活塞行程包括：

根据所述电动呼吸机的电机的当前位置参数、初始位置参数与减速比计算得到所述电机的转动角度；

根据所述电机的转动角度、曲柄连杆结构参数与所述活塞的呼气后位置参数计算得到所述活塞行程。

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