CN102397608B - 吸气阀和呼气阀协同控制的麻醉机、呼吸机压力控制方法 - Google Patents

吸气阀和呼气阀协同控制的麻醉机、呼吸机压力控制方法 Download PDF

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吸气阀和呼气阀协同控制的麻醉机、呼吸机压力控制方法，其特征在于：在压力控制模式下，采用传统的流量压力协同模糊控制方法，对吸气阀压力进行流速估算模糊控制；利用压力传感器监测系统内压力变换情况，将系统内压力变化情况传递给呼气阀控制单元，计算出呼气阀控制偏差；呼气阀在吸气过程中利用压力传感器对吸气设定压力进行PID控制，在呼气过程对呼气末正压进行PID控制；为呼气阀PID控制参数分档，分档范围在1cmH2O～80cmH2O中按照所需关注点分档，分档后用曲线拟合法或折线近似法将关注点内的各压力之下的PID控制参数进行拟和，在控制过程中对吸气和呼气两个阀门同时控制。

Description

吸气阀和呼气阀协同控制的麻醉机、呼吸机压力控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于实现麻醉机和呼吸机的高性能、高精度压力控制通气方式，属于医疗设备制造技术领域。
背景技术
在麻醉机和呼吸机控制中需要对某些特殊病人进行压力控制通气。目前知晓的压力控制方法有三种：
采用压力PID控制直接对患者进行压力控制，此种方法优点是，算法实现简单，在使用高性能处理器情况下所实现的PID压力控制可用于绝大多数特殊病变患者。缺点是，对于不同病变的患者其自身的R、C值不同，利用传统的压力控制方式单纯根据监测到的压力对整个系统进行控制无法很好地适应各种R、C下的压力变化，容易出现通气不足或超调现象，对病人产生严重危害，而且要实现高性能的控制，适用更多的R、C值患者，需要采用高性能的处理器进行实时控制处理，硬件成本高。
利用模糊控制技术，采用压力传感器进行压力直接PID控制。优点是，对于不同病变的患者其自身的R、C值不同，利用压力模糊控制方式可以很好的解决由于患者R、C值变化对整个PID控制参数的影响。缺点是，在设计过程中模糊控制规则中的论域档位和隶属函数的隶属关系多少对控制算法的影响比较大，档位和隶属关系过密控制算法计算时间过长，需要用昂贵的DSP可以快速实现，档位和隶属关系过疏，规则包含度不够，会有某些R、C值下的控制值覆盖不到，导致通气过程中出现超调现象，尤其是在极个别特殊情况下会出现震荡现象，会加重这些特殊R、C值情况下病人的通气负担，引发并发症。
利用模糊控制技术和经典公式结合实现的流速压力控制，此方法优点是，解决了以上两种方法存在的不足，使得适应人群更广，安全性和可靠性更高。
但从舒适度角度来讲，以上三种方法都有一个缺陷，当供气流量降到0LPM后，由于病人或系统外界干扰而引入的压力升高，此情况下通过简单的打开呼气阀无法在短时间内将压力重新建立到设定压力，使得患者舒适度大打折扣。
发明内容
为了能解决因麻醉机和呼吸机在压力控制中供气流速降到0LPM以后由外界所应起的压力升高问题，本发明提供一种吸气阀和呼气阀协同控制的麻醉机、呼吸机压力控制方法，用以解决因控制流速归零后引起的压力升高问题。
本发明的技术方案如下：
吸气阀和呼气阀协同控制的麻醉机、呼吸机压力控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.在压力控制模式下，采用传统的流量压力协同模糊控制方法，对吸气阀的压力进行流速估算模糊控制；
步骤2.利用压力传感器监测系统内压力变换情况，将系统内压力变化情况传递给呼气阀控制单元，计算出呼气阀控制偏差；
步骤3.呼气阀在吸气过程中利用压力传感器对吸气设定压力进行PID控制，在呼气过程对呼气末正压进行PID控制；
步骤4.为呼气阀PID控制参数分档，分档范围在1cmH2O～80cmH2O中按照所需关注点分档，分档后用曲线拟合法或折线近似法将关注点内的各压力之下的PID控制参数进行拟和；
步骤5.通过微调吸气阀的PID控制参数和Kalman反馈估算系数，并微调呼气阀的PID控制参数和Kalman反馈估算系数，将两个阀门自身的关系调整到一个最佳状态，在控制过程中对吸气和呼气两个阀门同时控制。
上述方法中，吸气控制和呼气控制算法采用相同反馈控制时间。
上述方法中，通过在呼气阀PID控制单元添加偏流限制参数实现吸气和呼气状态下不同情况下偏流调节。
上述方法中，所述PID控制的反馈控制周期为1～10ms内任意一种固定值。
本发明利用吸气流量控制阀和呼气阀协同控制，按照设定压力进行吸气相压力和呼气相压力双重控制，解决了因麻醉机和呼吸机在压力控制中供气流速降到0LPM以后由外界所应起的压力升高问题，并且附带解决了传统算法中呼气末正压建立慢，吸气向呼气转换时，压力从设定压力降到呼气末正压速度慢的问题，提升了患者舒适度。
附图说明
图1为本发明的实现过程框图。
具体实施方式
图1所示，本发明的吸气阀和呼气阀协同控制的麻醉机、呼吸机压力控制方法包括：
吸气阀按照传统的流量压力协同模糊控制方法，利用模糊PID控制器对吸气阀的压力进行流量控制；
利用压力PID控制对呼气阀的压力进行压力控制；
协调两个阀门之间的关系，通过微调吸气阀的PID控制参数和Kalman反馈估算系数，并微调呼气阀的PID控制参数和Kalman反馈估算系数，将两个阀门自身的关系调整到一个最佳状态。
在控制过程中对吸气和呼气两个阀门同时控制。根据吸气、呼气流量传感器、压力传感器及两阀门之间的协调关系，进行压力反馈控制。比如：在吸气相，传统的流量压力协同模糊控制方法计算出吸气阀所需控制流量，调节阀门以达到控制流量，呼气阀按照设定压力逐渐关闭阀门，直到阀门输出流量达到限制流量，同过不断的反馈控制，将两者的输入输出达成一种协调状态，便可实现吸气压力控制。
本发明的具体实现方式如下：
步骤1.在压力控制模式下，采用传统的流量压力协同模糊控制方法，对吸气阀的压力进行流速估算模糊控制；
步骤2.利用压力传感器监测系统内压力变换情况，将系统内压力变化情况传递给呼气阀控制单元，计算出呼气阀控制偏差；
步骤3.呼气阀在吸气过程中利用压力传感器对吸气设定压力进行PID控制，在呼气过程对呼气末正压进行PID控制；
步骤4.为呼气阀PID控制参数分档，分档范围在1cmH2O～80cmH2O中按照所需关注点分档，分档后用曲线拟合法或折线近似法将关注点内的各压力之下的PID控制参数进行拟和；
步骤5.通过微调吸气阀的PID控制参数和Kalman反馈估算系数，并微调呼气阀的PID控制参数和Kalman反馈估算系数，将两个阀门自身的关系调整到一个最佳状态，在控制过程中对吸气和呼气两个阀门同时控制。
本发明的吸气控制和呼气控制算法采用相同反馈控制时间，相同的反馈控制时间下控制效果最佳。
本发明通过在呼气阀PID控制单元添加偏流限制参数实现吸气和呼气状态下不同情况下偏流调节，此部分工作可以提升患者舒适度，通过此偏流限制，可以在触发控制模式下，提升患者触发灵敏度，使得患者自主吸气更顺畅。
本发明的PID控制的反馈控制周期为1～10ms内任意一种固定值，在此时间范围内控制效果最佳，反馈时间的设定根据所选微处理器的特性而定，反馈周期时间越短，患者舒适度越高，大于10ms情况下的反馈控制周期也可实现此吸气呼气阀协同控制算法，但患者舒适度不是特别理想。

Claims (4)

1.吸气阀和呼气阀协同控制的麻醉机、呼吸机压力控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1.在压力控制模式下，采用传统的流量压力协同模糊控制方法，对吸气阀的压力进行流速估算模糊控制；
步骤2.利用压力传感器监测系统内压力变换情况，将系统内压力变化情况传递给呼气阀控制单元，计算出呼气阀控制偏差；
步骤3.呼气阀在吸气过程中利用压力传感器对吸气设定压力进行PID控制，在呼气过程对呼气末正压进行PID控制；
步骤4.为呼气阀PID控制参数分档，分档范围在1cmH2O～80cmH2O中按照所需关注点分档，分档后用曲线拟合法或折线近似法将关注点内的各压力之下的PID控制参数进行拟和；
步骤5.通过微调吸气阀的PID控制参数和Kalman反馈估算系数，并微调呼气阀的PID控制参数和Kalman反馈估算系数，将两个阀门自身的关系调整到一个最佳状态，在控制过程中对吸气和呼气两个阀门同时控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：吸气控制和呼气控制算法采用相同反馈控制时间。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过在呼气阀PID控制单元添加偏流限制参数实现吸气和呼气状态下不同情况下偏流调节。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述PID控制的反馈控制周期为1～10ms内任意一种固定值。
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