CN103889491B - 高频振荡呼吸机控制系统 - Google Patents

Abstract

一种高频振荡呼吸机包括振荡活塞控制系统和平均气道压力控制系统。所述振荡活塞控制系统和所述平均气道压力控制系统是闭环控制系统。所述振荡活塞控制系统独立于所述平均气道压力控制系统。

Description

高频振荡呼吸机控制系统

背景技术

高频振荡（HFO）呼吸机通常具有依赖于彼此的多个开环控制系统。例如，如果期望增加HFO呼吸机上的振荡压力幅度，则需要医生通过标度盘手动调节压力幅度控制器。相应地，依赖于压力幅度的HFO呼吸机的其他参数由于医生调整压力幅度而自动改变。因此，医生不得不同时调节其他参数。

发明内容

本文公开一种高频振荡呼吸机，其包括振荡活塞控制系统和平均气道压力控制系统。所述振荡活塞控制系统和所述平均气道压力控制系统是闭环控制系统。所述振荡活塞控制系统独立于所述平均气道压力控制系统。

附图说明

图1示出根据本发明实施例的HFO呼吸机的示例。

图2示出根据本发明实施例的MAP控制系统的示例。

图3示出根据本发明实施例的偏压流量控制系统的示例。

图4示出根据本发明实施例的控制HFO呼吸机的方法的示例。

除非特别说明，在本说明书中提到的图示不应理解为按比例绘制。

具体实施方式

现在将详细参考本技术的实施例，本技术的示例在附图中示出。尽管将结合各种实施例对本技术进行描述，但应理解它们并非意在将本发明的技术限制于这些实施例。相反，本技术旨在涵盖由所附权利要求定义的各种实施例的精神和范围中包括的替换、修改和等价物。

另外，在以下的实施例描述中，阐述许多具体细节以便提供对本技术的全面理解。然而，本技术可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，未对众所周知的方法、过程、部件和电路进行详细描述，以避免不必要地模糊当前实施例的各个方面。

通常，HFO呼吸机采用主动通气设备，其中气体在呼吸机的振荡活塞的交替循环期间被推入患者肺部并从患者肺部抽出。活塞的一次运动在患者气道中产生相对于静态压力的正向压力。随着活塞在相反的方向运动，产生的动态压力从正向逆转成负向。相应地，产生的双极动态压力波形提供呼吸气体交换。

图1描绘HFO呼吸机100的实施例。以下给出与HFO呼吸机100的实施例有关的讨论。首先，该讨论将描述HFO呼吸机100的各种实施例的结构或部件。然后，该讨论将描述HFO呼吸机100的操作说明。

HFO呼吸机100包括振荡活塞控制系统110、平均气道压力（MAP）控制系统120、振荡压力幅度控制系统130以及偏压流量控制系统300。

振荡活塞控制系统110被配置为控制振荡活塞115。振荡活塞115的中立位置被维持。在一个实施例中，振荡活塞115产生3赫兹（Hz）～20Hz之间的振荡压力。

振荡活塞控制系统110控制振荡活塞115以产生具有高阶谐波频率而非基准线设定频率的振荡波形。产生的振荡波形可以是但不限制于方波和正弦波。应理解HFO呼吸机100能够调谐波形的形状。

MAP控制系统120被配置为控制HFO呼吸机100的平均气道压力。平均气道压力是一个吸气/呼气周期内的平均压力。特别地，MAP控制系统120控制呼气阀230。MAP控制系统120的一个实施例在图2中绘出，其在下文详细描述。

振荡压力幅度控制系统130被配置为控制HFO呼吸机100的振荡压力幅度。在一个实施例中，振荡压力幅度至少为5cm H₂O（厘米水柱）。在另一实施例中，振荡压力幅度的精度小于1cm H₂O。

在各个实施例中，振荡活塞控制系统110、MAP控制系统120、振荡压力幅度控制系统130和偏压流量控制系统是闭环系统。换言之，振荡活塞控制系统110包括有利于控制振荡活塞115的反馈环，MAP控制系统120包括有利于控制平均气道压力的反馈环，并且振荡压力幅度控制系统130包括有利于控制振荡压力幅度的反馈环。

相反，在常规呼吸机中，用于各种参数（例如，活塞、平均气道压力、压力幅度）的控制系统是开环系统。

在各个实施例中，振荡活塞控制系统110、MAP控制系统120、振荡压力幅度控制系统130和偏压流量控制系统300是相互独立的（例如，彼此被解耦）。换言之，可以彼此独立地调节每个控制系统。例如，如果振荡活塞的频率被调节，则保证相同的振荡压力幅度被传递至患者。在另一示例中，HFO100向患者传递独立于MAP设定值的振荡压力幅度。

特别地，可以彼此独立地调节设定值170。例如，可以彼此独立地调节振荡频率设定值171、振荡幅度设定值172、MAP设定值173和偏压流量设定值174。

图2描绘MAP控制系统120的实施例。MAP控制系统120包括MAP控制器220、呼气阀230、高频振荡器240、气道压力传感器250以及MAP过滤器260。

在HFO呼吸机100的使用过程中，向MAP控制系统120提供MAP设定点210。相应地，部分基于反馈270来调节MAP280。

图3描绘偏压流量控制系统300的实施例。偏压流量控制系统300包括偏压流量控制器320、流量控制阀330、高频振荡器340以及偏压流量传感器350。特别地，偏压流量控制系统300控制流量控制阀330。

在HFO呼吸机100的使用过程中，向偏压流量控制系统300提供偏压流量设定点310。相应地，部分基于反馈360来控制偏压流量370。通常，偏压流量370是通过振荡器传送至患者的气流的速率。

图4描绘根据本发明实施例的控制高频振荡呼吸机的方法400。在各实施例中，在计算机可读和计算机可执行指令的控制下通过处理器和电子组件来执行方法400。计算机可读和计算机可执行指令驻存在例如数据存储介质中，如计算机可用易失性和非易失性存储器。但是，计算机可读和计算机可执行指令可驻存在任何类型的计算机可读存储介质中。在一些实施例中，至少由图1所示的HFO呼吸机100执行方法400。

在410处，基于振荡活塞控制系统中的反馈独立地控制振荡活塞。例如，通过闭环振荡活塞控制系统110独立地控制振荡活塞115。

在415处，基于平均气道压力控制系统中的反馈独立地控制平均气道压力。例如，基于MAP控制系统120中的反馈270独立地控制平均气道压力280。

在420处，基于振荡压力幅度控制系统中的反馈独立地控制振荡压力幅度。例如，振荡压力幅度取决于在闭环振荡压力幅度控制系统130中产生的反馈。

在425处，产生3Hz～20Hz之间的振荡压力频率。在430处，产生大致方形的波形。应理解，产生的波形可以是但不限制于正弦波形。在435处，产生至少为5cm H₂O的振荡压力幅度。在440处，振荡压力幅度精度维持为小于1cm H₂O。在445处，维持振荡活塞的中立位置。

因此描述了本发明的各个实施例。尽管本发明已经在具体实施例中描述，应理解，本发明不应该被解释为局限于这些实施例，而应根据随附的权利要求进行解释。

本文所描述的所有元件、部件和步骤优选包括在内。应理解，对本领域技术人员来说显而易见的是，这些元件、部件和步骤中的任一个可以被其他元件、部件和步骤代替或者完全删除。

概念

本文至少公开以下概念。

概念1.一种高频振荡呼吸机，其包括：

振荡活塞控制系统；以及

平均气道压力控制系统，其中所述振荡活塞控制系统和所述平均气道压力控制系统是闭环控制系统，并且其中所述振荡活塞控制系统独立于所述平均气道压力控制系统。

概念2.如概念1所述的高频振荡呼吸机，其进一步包括：

振荡压力幅度控制系统，其中所述振荡压力幅度控制系统是闭环控制系统，并且其中所述振荡压力幅度控制系统独立于所述振荡活塞控制系统和所述平均气道压力控制系统。

概念3.如概念1所述的高频振荡呼吸机，其进一步包括：

在3Hz～20Hz之间的振荡压力频率。

概念4.如概念1或2所述的高频振荡呼吸机，其进一步包括：

振荡压力幅度至少为5cm H₂O。

概念5.如概念1、2或3所述的高频振荡呼吸机，其中所述振荡活塞控制系统包括：

自定心振荡活塞。

概念6.如任一前述概念所述的高频振荡呼吸机，其进一步包括：

流量控制阀。

概念7.如任一前述概念所述的高频振荡呼吸机，其进一步包括：

呼气阀。

概念8.一种用于控制高频振荡呼吸机的方法，所述方法包括：

基于振荡活塞控制系统中的反馈独立地控制振荡活塞；以及

基于平均气道压力控制系统中的反馈独立地控制平均气道压力。

概念9.如概念8所述的方法，其进一步包括：

基于振荡压力幅度控制系统中的反馈独立地控制振荡压力幅度。

概念10.如概念8或9所述的方法，其进一步包括：

生成在3Hz～20Hz之间的振荡压力频率。

概念11.如概念8、9或10所述的方法，其进一步包括：

生成大致方形的波形。

概念12.如任一概念8-11所述的方法，其进一步包括：

生成至少为5cm H₂O的振荡压力幅度。

概念13.如任一概念8-12所述的方法，其进一步包括：

维持振荡压力幅度精度小于1cm H₂O。

概念14.如任一概念8-13所述的方法，其进一步包括：

维持振荡活塞的中立位置。

Claims (9)

1.一种高频振荡呼吸机，其包括：

振荡活塞控制系统，其包括自定心振荡活塞；

平均气道压力控制系统，其包括平均气道压力控制器和呼气阀，其中所述振荡活塞控制系统和所述平均气道压力控制系统是闭环控制系统，并且其中所述振荡活塞控制系统独立于所述平均气道压力控制系统；以及

振荡压力幅度控制系统，其包括促进所述振荡压力幅度的控制的反馈环，其中所述振荡压力幅度控制系统是闭环控制系统，并且其中所述振荡压力幅度控制系统独立于所述振荡活塞控制系统和所述平均气道压力控制系统。

2.如权利要求1所述的高频振荡呼吸机，其中：

振荡压力频率在3Hz～20Hz之间。

3.如权利要求1所述的高频振荡呼吸机，其中：

振荡压力幅度至少为5cm H₂O。

4.如权利要求1所述的高频振荡呼吸机，其进一步包括：

流量控制阀。

5.如权利要求1所述的高频振荡呼吸机，其进一步包括：

气道压力传感器。

6.如权利要求1所述的高频振荡呼吸机，其中所述振荡压力幅度控制系统、所述振荡活塞控制系统和所述平均气道压力控制系统被配置成分别基于振荡压力幅度设定值、振荡压力频率设定值和平均气道压力设定值而被调节，并且其中所述振荡压力幅度设定值、所述振荡压力频率设定值和所述平均气道压力设定值可以被彼此独立地调节。

7.如权利要求6所述的高频振荡呼吸机，其中使用所述振荡活塞控制系统或所述平均气道压力控制系统调节振荡压力频率或平均气道压力不影响所述振荡压力幅度控制系统产生的所述振荡压力幅度。

8.如权利要求1所述的高频振荡呼吸机，进一步包括闭环偏压流量控制系统，所述闭环偏压流量控制系统包括偏压流量控制器、偏压流量传感器和流量控制阀。

9.如权利要求8所述的高频振荡呼吸机，其中所述偏压流量控制器被配置成基于偏压流量设定点和从所述偏压流量传感器接收的偏压反馈操作所述流量控制阀。