CN103893864B - 一种涡轮呼吸机压力控制通气方法 - Google Patents

一种涡轮呼吸机压力控制通气方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种涡轮呼吸机压力控制通气方法，其包括以下步骤：启动呼吸机，所述呼吸机内的控制单元控制涡轮电机以转速U旋转，所述涡轮电机为呼吸机提供高压气体；检测单元检测患者呼吸状态，若患者处于吸气状态，进行吸气相控制，若患者处于呼气状态，进行呼气相控制；并通过所述控制单元通过控制吸气阀的驱动电压V1调节吸气阀的开度，对吸气相的气压进行控制，通过所述控制单元通过控制呼气阀的驱动电压V2调节呼气阀的开度，对呼气相的呼气末正压进行控制，若呼吸机对患者的辅助供气结束，关闭呼吸机；实现了对涡轮电机转速实时同步控制，以及对呼吸机的吸气阀和呼气阀的输入电压进行实时控制，实现精确的控制电机转速和目标压力的目的。

Description

一种涡轮呼吸机压力控制通气方法
技术领域
本发明涉及呼吸机通气压力控制技术领域，尤其涉及一种涡轮呼吸机压力控制通气方法。
背景技术
目前在麻醉机和呼吸机控制中多采用容量控制或压力控制。通常情况下此两种控制方法只能对应特殊的患者群，其中压力控制，其优点是可根据医生设定压力，定时为病人提供指定压力的通气，每次供应的压力值几乎一致，可应用于肺部有病变的环境，以及婴幼儿，适应患者群广。
呼吸机通气模式中，压力控制通气是最基本的通气方式，传统呼吸机中，由于气源压力由空压机或者外部设备提供高压气体，PCV控制变为控制吸气阀的开度，然后通过压力传感器反馈，实时监测目标压力的值，然而在涡轮呼吸机中，压力由涡轮旋转产生高压气体，所以涡轮呼吸机中，PCV不但要控制目标压力，而且得计算涡轮的转速，如果转速太低会导致目标压力达不到，如果转速太高会导致目标压力不好控制，而且会有风险。
发明内容
本发明的目的在于提出一种涡轮呼吸机压力控制通气方法，能够准确的控制电机转速和目标压力，使得涡轮呼吸机具有较高的安全性、稳定性及可靠性。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种涡轮呼吸机压力控制通气方法，其包括以下步骤
步骤A：启动呼吸机，所述呼吸机内的控制单元控制涡轮电机以转速U旋转，所述涡轮电机为呼吸机提供高压气体；
步骤B：所述检测单元检测患者呼吸状态，若患者处于吸气状态，进入步骤C，若患者处于呼气状态，进入步骤D；
步骤C：所述控制单元通过控制吸气阀的驱动电压V1调节吸气阀的开度，对吸气相的气压进行控制，所述吸气相控制的结束后，进入步骤D或步骤E；
步骤D：所述控制单元通过控制呼气阀的驱动电压V2调节呼气阀的开度，对呼气相的呼气末正压进行控制，所述呼气相控制的运行结束后，进入步骤C或步骤E；
步骤E：呼吸机对患者的辅助供气结束，关闭呼吸机。
作为上述涡轮呼吸机压力控制通气方法的一种优选方案，涡轮电机的所述转速U的计算公式如下：
U=R_VCV*Qtarget+Ti*Qtarget/C_VCV+PEEP_Set
其中，R_VCV-系统阻力，Qtarget-设定流速，Ti-吸气时间，C_VCV-系统顺应性，PEEP_Set-呼吸末正压设定值；
作为上述涡轮呼吸机压力控制通气方法的一种优选方案，所述设定流速Qtarget的计算公式如下：
Qtarget=TV/T
其中，TV-潮气量反馈值，即上一周期的吸气潮气量总和，T-吸气时间。
作为上述涡轮呼吸机压力控制通气方法的一种优选方案，所述控制单元根据读取单元读取的潮气量设定值、呼吸末正压设定值、吸气时间、谁都能够流速计算公式以及电机转速计算公式计算出电机所需转速U，并控制电机以该转速U转动。
作为上述涡轮呼吸机压力控制通气方法的一种优选方案，在步骤C中，所述吸气阀的驱动电压V1的计算公式为：
feedforward_Ctrl=K1*Pset+B1;
V1=feedforward_Ctrl+kp_P*(P_set-lp_P)+kd_P*(0-(lp_P-last_lp_P))；
其中：Pset-压力设定值，K1、B1-比例系数，feedforward_Ctrl-前馈即在设定压力下吸气阀所需电压，kp_P-比例系数，P_set-压力设定值，lp_P-压力反馈值，kd_P-PID控制器的微分系数，last_lp_P-上次压力反馈值。
作为上述涡轮呼吸机压力控制通气方法的一种优选方案，比例系数K1、B1由吸气阀的特性决定，吸气阀需多次校检得到得到压力-电压曲线，并由所述曲线确定K1和B1的值。
作为上述涡轮呼吸机压力控制通气方法的一种优选方案，在步骤D中，所述呼气阀的驱动电压V2的计算公式为：
V2=k2*(Peep+DP）+B2
其中，Peep-呼吸末正压，DP-呼吸末正压设定值与监测值的差值，K2、B2-系数
作为上述涡轮呼吸机压力控制通气方法的一种优选方案，比例系数K2、B2由呼气阀的特性决定，吸气阀需多次校检得到得到压力-电压曲线，并由所述曲线确定K2和B2的值。
作为上述涡轮呼吸机压力控制通气方法的一种优选方案，在步骤C中，若压力传感器监测到压力超过报警上限、超过目标压力3cm水柱或已达到吸气时间，控制单元控制呼吸机由吸气转换成呼气。
作为上述涡轮呼吸机压力控制通气方法的一种优选方案，在步骤D中，若呼气时间结束或患者触发，控制单元控制呼吸机由呼气转换成吸气。
本发明的有益效果为：本发明通过提供一种呼吸机压力控制通气方法，其通过将呼吸机的系统阻力R_VCV、系统顺应性C_VCV、呼吸末正压设定值PEEP_Set等运行参数与涡轮转速控制结合，实现了涡轮恒流控制及实时同步控制，对呼吸机的吸气阀的输入电压以及呼气阀的输入电压进行实时控制，实现精确的控制电机转速和目标压力的目的，使得涡轮呼吸机具有较高的安全性、稳定性及可靠性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式1提供的涡轮呼吸机压力控制通气方法控制流程图；
图2是本发明具体实施方式提供的呼吸机压力控制通气方法的吸气控制流程图；
图3是本发明具体实施方式提供的呼吸机压力控制通气方法的呼气控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
如图1所示，一种涡轮呼吸机压力控制通气方法，其包括以下步骤：
步骤A：启动呼吸机，所述呼吸机内的控制单元控制涡轮电机以转速U旋转，所述涡轮电机为呼吸机提供高压气体；
步骤B：所述检测单元检测患者呼吸状态，若患者处于吸气状态，进入步骤C对呼吸机进行吸气相控制，若患者处于呼气状态，进入步骤D对呼吸机进行呼气相控制；
步骤C：所述控制单元通过控制吸气阀的驱动电压V1调节吸气阀的开度，对吸气相的气压进行控制，所述吸气相控制的结束后，进入步骤D或步骤E；
步骤D：所述控制单元通过控制呼气阀的驱动电压V2调节呼气阀的开度，对呼气相的呼气末正压进行控制，所述呼气相控制的运行结束后，进入步骤C或步骤E；
步骤E：呼吸机对患者的辅助供气结束，关闭呼吸机。
在步骤A中，涡轮控制系统中，由于涡轮反应慢，不适合实时控制，所以在通气过程中，涡轮在吸气和呼气控制中给的电压值恒定，所以涡轮转速恒定，转速的大小与系统的阻力，顺应性以及设定潮气量有关，故此，涡轮电机的转速U的计算公式如下：
U=R_VCV*Qtarget+Ti*Qtarget/C_VCV+PEEP_Set
其中，R_VCV-系统阻力，Qtarget-设定流速，Ti-吸气时间，C_VCV-系统顺应性，PEEP_Set-呼吸末正压设定值；
其中，设定流速等于潮气量除以吸气时间，因此设定流速Qtarget的计算公式如下：
Qtarget=TV/T
其中，TV-潮气量反馈值，等于上一周期的吸气潮气量总和，T-吸气时间。根据以上电机转速U的计算公式，呼吸机的控制单元根据读取单元读取的上一周期吸气潮气量总和、呼吸末正压设定值、吸气时间、以及流速计算公式和电机转速计算公式计算出电机所需转速U，并控制电机以该转速U转动。
PCV控制主要分两部分：吸气相控制和呼气相控制，在吸气相控制中，吸气相控制，控制目标为压力设定值Pset，即为压力设定值，具体的是通过控制吸气阀的开度实现的，吸气阀的开度由提供给吸气阀的驱动电压决定，在步骤C中，吸气阀的驱动电压V1的计算公式为：
feedforward_Ctrl=K1*Pset+B1;
V1=feedforward_Ctrl+kp_P*(P_set-lp_P)+kd_P*(0-(lp_P-last_lp_P))；
其中：Pset-压力设定值，K1、B1-比例系数，feedforward_Ctrl-前馈即在设定压力下吸气阀所需电压，kp_P-比例系数，P_set-压力设定值，lp_P-压力反馈值，kd_P-PID控制器的微分系数，last_lp_P-上次压力反馈值。
比例系数K1、B1由吸气阀的特性决定，吸气阀需多次校检得到得到压力-电压曲线，并由所述曲线确定K1和B1的值，若这两个值校验不准会导致目标压力控制不好。
在呼吸相控制过程中，若压力传感器监测到压力超过报警上限、超过目标压力3cm水柱或已达到吸气时间，控制单元控制呼吸机由吸气转换成呼气。
在呼气相控制过程中，其控制目标为设定的PEEP，即为呼吸末正压设定值，具体的是通过控制呼气阀的开度实现的，呼气阀的开度由提供给呼气阀的驱动电压决定，在步骤D中，呼气阀的驱动电压V2的计算公式为：
V2=k2*(Peep+DP）+B2
其中，Peep-呼吸末正压，DP-呼吸末正压设定值与监测值的差值，K2、B2-系数
其中，比例系数K2、B2由呼气阀的特性决定，吸气阀需多次校检得到得到压力-电压曲线，并由所述曲线确定K2和B2的值，它反映呼气阀电压值与气道压力值之间的比例关系。如果这两个值校验不准会导致PEEP控制不准；
在呼气相控制中，在程序中还增加了PEEP闭环调节，如果上一周期PEEP偏高，用设定值减去监测值得到DP，该值小于0，如果上一周期PEEP偏低，用设定值减去监测值得到DP，该值大于0，由此可以增加对呼气阀控制的精度。
图2是本发明具体实施方式提供的一种呼吸机压力控制通气方法的吸气控制流程图：检测单元检测患者呼吸状态，若患者需要吸气，进入吸气相控制，同时控制单元通过与控制单元相连接的压力传感器实时检测呼吸回路的压力值，若压力传感器监测到压力超过报警上限、超过目标压力3cm水柱，或者已达到设定的吸气时间，控制单元控制呼吸机由吸气转换成呼气，吸气相控制的运行结束，进入呼气相控制，此外，在吸气相控制中若需要停止给患者供气，关闭呼吸机即可。
图3是本发明具体实施方式提供的一种呼吸机压力控制通气方法的呼气控制流程图。检测单元检测患者呼吸状态，若患者需要呼气，进入呼气相控制。在呼气相控制期间实时监测是否达到呼气时间，若达到呼气时间切换至吸气相控制，在对时间监测的同时实时检测是否具有患者触发，若发生患者触发同样需要切换至呼气相控制，此外，在呼气相控制结束后，若需要停止给患者供气，直接关闭呼吸机。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种涡轮呼吸机，其特征在于，包括控制单元、涡轮电机和检测单元；
所述控制单元设置在呼吸机内，用于呼吸机启动后控制涡轮电机以转速U旋转，所述涡轮电机用于为呼吸机提供高压气体；
所述检测单元用于检测患者呼吸状态，若患者处于吸气状态，对呼吸机进行吸气相控制，若患者处于呼气状态，对呼吸机进行呼气相控制；
所述控制单元还通过控制吸气阀的驱动电压V1调节吸气阀的开度，对吸气相的气压进行控制；
所述控制单元还通过控制呼气阀的驱动电压V2调节呼气阀的开度，对呼气相的呼气末正压进行控制；
所述控制单元还用于呼吸机对患者的辅助供气结束后关闭呼吸机；
涡轮电机的所述转速U的计算公式如下：
U＝R_VCV*Qtarget+Ti*Qtarget/C_VCV+PEEP_Set
其中，R_VCV-系统阻力，Qtarget-设定流速，Ti-吸气时间，C_VCV-系统顺应性，PEEP_Set-呼吸末正压设定值。
2.根据权利要求1所述的涡轮呼吸机，其特征在于，所述设定流速Qtarget的计算公式如下：
Qtarget＝TV/T
其中，TV-潮气量反馈值，即上一周期的吸气潮气量总和，T-吸气时间。
3.根据权利要求2所述的涡轮呼吸机，其特征在于，所述控制单元根据读取单元读取的上一周期吸气潮气量总和、呼吸末正压设定值、吸气时间、以及流速计算公式以及电机转速计算公式计算出电机所需转速U，并控制电机以该转速U转动。
4.根据权利要求1所述的涡轮呼吸机，其特征在于，所述吸气阀的驱动电压V1的计算公式为：
feedforward_Ctrl＝K1*Pset+B1；
V1＝feedforward_Ctrl+kp_P*(P_set-lp_P)+kd_P*(0-(lp_P-last_lp_P))；
其中：Pset-压力设定值，K1、B1-比例系数，feedforward_Ctrl-前馈即在设定压力下吸气阀所需电压，kp_P-比例系数，P_set-压力设定值，lp_P-压力反馈值，kd_P-PID控制器的微分系数，last_lp_P-上次压力反馈值。
5.根据权利要求4所述的涡轮呼吸机，其特征在于，比例系数K1、B1由吸气阀的特性决定，吸气阀需多次校检得到压力-电压曲线，并由所述曲线确定K1和B1的值。
6.根据权利要求1所述的涡轮呼吸机，其特征在于，所述呼气阀的驱动电压V2的计算公式为：
V2＝k2*(Peep+DP)+B2
其中，Peep-呼吸末正压，DP-呼吸末正压设定值与监测值的差值，K2、B2-系数
7.根据权利要求6所述的涡轮呼吸机，其特征在于，比例系数K2、B2由呼气阀的特性决定，吸气阀需多次校检得到压力-电压曲线，并由所述曲线确定K2和B2的值。
8.根据权利要求1所述的涡轮呼吸机，其特征在于，若压力传感器监测到压力超过报警上限、或者超过目标压力3cm水柱、或已达到吸气时间，控制单元控制呼吸机由吸气转换成呼气。
9.根据权利要求1所述的涡轮呼吸机，其特征在于，若呼气时间结束或患者触发，控制单元控制呼吸机由呼气转换成吸气。
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