CN103061828B - 涡轮控制方法、装置和系统以及麻醉机和呼吸机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮控制方法、装置和系统以及麻醉机和呼吸机。该涡轮控制方法包括：获取涡轮的气体流速，其中，气体流速为涡轮向外提供气源时的流速；采集涡轮的气道压力；根据气体流速与气道压力计算涡轮的转速；以及控制涡轮以转速运行。通过本发明，涡轮在向外提供气源时，气体流速的控制精度高。

Description

涡轮控制方法、装置和系统以及麻醉机和呼吸机

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体而言，涉及一种涡轮控制方法、装置和系统以及麻醉机和呼吸机。

背景技术

传统的麻醉机或呼吸机采用高压气源做动力源，通过相关的技术实现气动电控麻醉机或呼吸机，这种方式在工作过程中耗费了大量的高压氧气或空气，造成浪费，同时，在急救或气源供给不充分的情况下，这种浪费严重影响医疗器械的使用，因此，在麻醉机或呼吸机的设计中，节省动力气源成为非常重要的考虑因素。

为解决这一问题，目前的麻醉机或呼吸机均以涡轮提供气源，采用气控或大通径的比例阀对涡轮的流量进行控制，达到控制气源气体流速的目的，但是，这种控制方式并不能精确得到麻醉机或呼吸机要求的流速。

针对相关技术中涡轮向外提供气源时，气体流速的控制精度差的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种涡轮控制方法、装置和系统以及麻醉机和呼吸机，以解决涡轮向外提供气源时，气体流速的控制精度差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种涡轮控制方法。

根据本发明的涡轮控制方法包括：获取涡轮的气体流速，其中，气体流速为涡轮向外提供气源时的目标流速；采集涡轮的气道压力；根据气体流速与气道压力计算涡轮的转速；以及控制涡轮以该转速运行。

进一步地，涡轮的转速采用以下公式得到：

$v\sqrt{(V-k_{1}P)/k_2}$

其中，V为气体流速，P为气道压力，k₁和k₂均为无量纲系数。

进一步地，获取涡轮的气体流速包括：获取涡轮预存的气体流速；或采集涡轮实际输出的气体流速。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种涡轮控制装置。

根据本发明的涡轮控制装置包括：获取模块，用于获取涡轮的气体流速，其中，气体流速为涡轮向外提供气源时的流速；采集模块，用于采集涡轮的气道压力；计算模块，用于根据气体流速与气道压力计算涡轮的转速；以及控制模块，用于控制涡轮以转速运行。

进一步地，计算模块采用以下公式进行计算：

$v=\sqrt{(V-k_{1}P)/k_2}$

其中，V为气体流速，P为气道压力，k₁和k₂均为无量纲系数。

进一步地，获取模块包括：获取子模块，用于获取涡轮预存的气体流速；以及采集子模块，用于采集涡轮实际输出的气体流速。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种涡轮控制系统。

根据本发明的涡轮控制系统包括：涡轮；控制器，用于控制涡轮向外提供气源，其中，控制器包括本发明提供的任意一种涡轮控制装置；以及第一传感器，与控制器相连接，用于检测涡轮的气道压力。

进一步地，根据本发明的涡轮控制系统还包括：第二传感器，与控制器相连接，用于采集涡轮实际输出的气体流速。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种麻醉机。

根据本发明的麻醉机包括本发明提供的任意一种涡轮控制系统。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种呼吸机。

根据本发明的呼吸机包括本发明提供的任意一种涡轮控制系统。

通过本发明，采用包括以下步骤的涡轮控制方法：获取涡轮的气体流速，其中，气体流速为涡轮向外提供气源时的目标流速；采集涡轮的气道压力；根据气体流速与气道压力计算涡轮的转速；以及控制涡轮以该转速运行，通过获取涡轮向外提供气源时的目标流速以及实时采集涡轮的气道压力，计算出以此目标流速提供气源时涡轮所需的转速，进而控制涡轮以该转速运行，解决了涡轮向外提供气源时，气体流速的控制精度差的问题，进而能够按气体流速的具体需求准确向外提供气源，达到了涡轮向外提供气源时，能够精确控制气体流速的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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是根据本发明实施例的麻醉机控制系统的框图；

图2是根据本发明实施例的涡轮控制系统的框图；

图3是根据本发明实施例的涡轮控制装置的框图；以及

图4根据本发明实施例的涡轮控制方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

首先介绍本具体实施方式提供的麻醉机。

图1是根据本发明实施例的麻醉机控制系统的框图，如图1所示，该麻醉机的呼吸模块所需的气源由涡轮提供。呼吸模块、涡轮以及涡轮的控制器和涡轮驱动器形成闭环控制：首先，控制器和涡轮驱动器通过控制涡轮的转速控制涡轮输出气体的气体流速；其次，涡轮以该气体流速向呼吸模块提供气源；最后，呼吸模块将其所需的气体流速以及其与涡轮之间的气道压力返回控制器和涡轮驱动器，以使控制器和涡轮驱动器输出控制涡轮的转速。

采用该实施例提供的麻醉机，通过采用涡轮产生气源，节省了气源的使用，解决了急救盒赈灾等野外环境携带气瓶不方便的问题，并且，在采用涡轮作为产生气源装置时，通过控制涡轮的转速控制涡轮输出气体的流速，从而能够向麻醉机提供准确气体流速的气源，提高了麻醉机的输出精度。

其次介绍本具体实施方式提供的呼吸机。

该呼吸机的控制系统与图1所示的麻醉机的控制系统原理相同，组成类似，具体工作过程不再重复。采用该实施例提供的呼吸机，也通过涡轮产生气源，节省了气源使用；并且，通过控制涡轮的转速控制涡轮输出气体的流速，提高了呼吸机的输出精度。

第三介绍涡轮控制系统的具体实施方式。

图2是根据本发明实施例的涡轮控制系统的框图，如图2所示，该涡轮控制系统包括：涡轮D；控制器A，用于控制涡轮向外提供气源，例如，在图1所示的实施例中，向麻醉机提供气源，其中，控制器A包括一种涡轮控制装置，该涡轮控制装置用于控制涡轮以一定的转速运行；以及第一传感器B，与控制器A相连接，用于检测涡轮的气道压力，该涡轮的气道压力用于计算涡轮的转速。其中，在计算涡轮的转速时，另一个输入参数为涡轮所要输出气体的气体流速。

在该实施例中，控制器A通过控制涡轮的转速达到控制涡轮气体流速的目的，涡轮气体流速的目标值和第一传感器B实时检测的气道压力值为涡轮转速的控制参数，使得涡轮能够准确的按照要求向外输出气体，提高了气体流速的控制精度。

涡轮气体流速的目标值可以为涡轮控制装置内部预存的值，也可以为医务人员临时根据医疗经验输入的值，或者通过如图2所示的第二传感器C，实时采集涡轮实际输出的气体流速的值，其中，第三种方式用于以下情况：在患者使用呼吸机或麻醉剂时，医务人员根据患者的生命体征将涡轮提供气源的气体流速人工调节到最佳，但是由于气道压力等其他实时变化的影响，使得该气体流速很难保持，因此，需要通过第二传感器C采集当前涡轮实际输出的气体流速的值，与第一传感器B采集的气道压力共同控制涡轮的转速，以使气体流速保持在最佳值。

第四介绍涡轮中控制装置的具体实施方式。

图3是根据本发明实施例的涡轮控制装置的框图，如图3所示，该涡轮控制装置包括：获取模块10，用于获取涡轮的气体流速，其中，气体流速为涡轮向外提供气源时的目标流速；采集模块20，用于通过第一传感器B采集涡轮的气道压力；计算模块30，用于根据气体流速与气道压力计算涡轮的转速；以及控制模块40，用于控制涡轮以转速运行。

在该实施例中，通过获取模块10和采集模块20获得计算涡轮的转速的输入参数，通过计算模块30根据该输入参数计算得到涡轮的转速，最后通过控制模块40控制涡轮以该转速运行，其中，该转速跟随气道压力变化，以保证涡轮输出的气体的流速一定，因此，采用该实施例提供的涡轮控制装置控制涡轮，能够提高涡轮输出气体流速的控制精度，从而在采用该涡轮向麻醉机或呼吸机提供气源时，不仅节省气源方便户外使用，而且能够准确的向麻醉机或呼吸机输出气源。

为了得到涡轮转速与气体流速之间的定量关系，优选地，计算模块采用以下公式进行计算：

$v=\sqrt{(V-k_{1}P)/k_2}$

其中，v为涡轮转速，V为气体流速，P为气道压力，k₁和k₂均为无量纲系数，通过实验计算得出。

具体确定过程如下：在给定一个涡轮的转速v₁的情况下，气体流速V和气道压力P为线性关系V＝k₁P+k₂v²，随着气道压力的增大，流速不断减小。因此给定涡轮转速v₁，每隔50ms采集一次流量和压力，通过这组数据分析出线性直线的斜率k(k＝k₁)和截距b(b＝k₂v²)，按同样的方法给定另一个涡轮转速v₂，得到另外一组数据并进行分析。通过两组数据就可以计算出k₁和k₂。

优选地，获取模块10包括：获取子模块，用于获取涡轮预存的气体流速，可以为涡轮控制装置内部存储模块预存的值，也可以为接收模块接收的医务人员临时根据医疗经验输入的值；以及采集子模块，用于通过第二传感器C采集当前涡轮实际输出的气体流速的值，以使气体流速保持当前值。

最后介绍涡轮的控制方法的具体实施方式。

图4根据本发明实施例的涡轮控制方法的流程图，如图4所示，该方法包括如下的步骤S102至步骤S108：

步骤S102：获取涡轮的气体流速，其中，气体流速为涡轮向外提供气源时的流速。

获取的渠道包括：获取涡轮内部预存的值，接收医务人员临时根据医疗经验输入的值，以及采集当前涡轮实际输出的气体流速的值。根据实际情况选择不同的获取方式。

步骤S104：采集涡轮的气道压力。

步骤S106：根据气体流速与气道压力计算涡轮的转速。

该步骤中具体的计算方法可采用如下的公式：

$v=\sqrt{(V-k_{1}P)/k_2}$

其中，V为气体流速，P为气道压力，k₁和k₂均为无量纲系数，通过实验计算得出。具体计算确定过程如上文，此处不再重复描述。

步骤S108：控制涡轮以该转速运行。

在该实施例中，通过前两个步骤获得计算涡轮转速的输入参数，包括目标气体流速和气道压力，第三个步骤根据该输入参数计算得到涡轮的转速，最后控制涡轮以该转速运行，使得涡轮能够输出目标气体流速，并且在气道压力变化时，转速能够跟随其变化，保证输出的气体流速稳定，采用该实施例提供的涡轮控制方法控制涡轮，能够提高涡轮输出气体流速的控制精度，从而在采用该涡轮向麻醉机或呼吸机提供气源时，不仅节省气源方便户外使用，而且能够准确的向麻醉机或呼吸机输出气源。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：通过获取涡轮向外提供气源时的目标流速以及实时采集涡轮的气道压力，计算出以此目标流速提供气源时涡轮所需的转速，进而控制涡轮以该转速运行，使得涡轮能够按气体流速的具体需求准确向外提供气源，提高了涡轮气体流速的控制精度。因此，采用该涡轮向麻醉机或呼吸机提供气源时，节省了气源的使用，解决了急救盒赈灾等野外环境携带气瓶不方便的问题，同时，麻醉机或呼吸机能够得到精确流速的气体。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

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 (8)

1.一种涡轮控制方法，其特征在于，包括：

获取所述涡轮的气体流速，其中，所述气体流速为所述涡轮向外提供气源时的目标流速；

采集所述涡轮的气道压力；

根据所述气体流速与所述气道压力计算所述涡轮的转速；以及

控制所述涡轮以所述转速运行，

其中，所述涡轮的转速采用以下公式得到：

$v=\sqrt{(V-k_{1}P)/k_2}$

其中，V为所述气体流速，P为所述气道压力，k₁和k₂均为无量纲系数。

2.根据权利要求1所述的涡轮控制方法，其特征在于，获取所述涡轮的气体流速包括：

获取所述涡轮预存的气体流速；或

采集所述涡轮实际输出的气体流速。

3.一种涡轮控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取所述涡轮的气体流速，其中，所述气体流速为所述涡轮向外提供气源时的流速；

采集模块，用于采集所述涡轮的气道压力；

计算模块，用于根据所述气体流速与所述气道压力计算所述涡轮的转速；以及

控制模块，用于控制所述涡轮以所述转速运行，

其中，所述计算模块采用以下公式进行计算：

$v=\sqrt{(V-k_{1}P)/k_2}$

其中，V为所述气体流速，P为所述气道压力，k₁和k₂均为无量纲系数。

4.根据权利要求3所述的涡轮控制装置，其特征在于，所述获取模块包括：

获取子模块，用于获取所述涡轮预存的气体流速；以及

采集子模块，用于采集所述涡轮实际输出的气体流速。

5.一种涡轮控制系统，其特征在于，包括：

涡轮；

控制器，用于控制所述涡轮向外提供气源，其中，所述控制器包括权利要求3至4中任一项所述的涡轮控制装置；以及

第一传感器，与所述控制器相连接，用于检测所述涡轮的气道压力。

6.根据权利要求5所述的涡轮控制系统，其特征在于，还包括：

第二传感器，与所述控制器相连接，用于采集所述涡轮实际输出的气体流速。

7.一种麻醉机，其特征在于，包括权利要求5或6所述的涡轮控制系统。

8.一种呼吸机，其特征在于，包括权利要求5或6所述的涡轮控制系统。