CN103908722A - 一种呼吸机氧浓度的监测与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种呼吸机氧浓度的监测与控制方法，包括以下步骤：步骤S00、呼吸机进入正常通气模式；步骤S10、控制单元读取所述呼吸机的当前氧浓度设定值；步骤S20、根据所述当前氧浓度设定值，所述控制单元分别控制呼吸机内空气控制阀和氧气控制阀的参数，以对患者进行通气；步骤S30、所述控制单元控制顺磁氧传感器实时读取所述呼吸机中的当前氧浓度监测值；步骤S40、根据所述当前氧浓度监测值，所述控制单元实时调整所述空气控制阀的参数和所述氧气控制阀的参数，使所述当前氧浓度监测值与所述当前氧浓度设定值保持一致。该方法可以提高呼吸机氧浓度的监测精度，加快氧浓度监测的时间，此外，顺磁氧传感器为纯物理测量原理，无消耗，寿命较长。

Description

一种呼吸机氧浓度的监测与控制方法

技术领域

本发明涉及呼吸机领域，更具体的，涉及一种呼吸机氧浓度的监测与控制方法。

背景技术

呼吸机作为一种生命支持手段，一般都能进行氧浓度设定和监测，但是常规的氧浓度传感器监测反应速度慢，一般大于10s，使用寿命短，一般一年需要更换一次，并且不是非常准确，不利于医生对病人的加氧治疗。而且一旦空气氧气混合器发生故障，造成氧浓度失控，尤其是当氧浓度过高，甚至接近纯氧时，病人就会引起氧中毒，严重者会危及生命。

然而常规的氧浓度传感器是通过化学反应进行测量的，是消耗品，需要定期进行维护和更换，所以在使用寿命上有限制，而且检测精度不能满足要求，反应较慢，检测时间较长，且利用氧浓度传感器的系统都是开环控制系统。并且，由于传统化学氧浓度传感器较差的检测精度和较慢的反应速度，该氧浓度传感器不适宜应用于闭环控制系统中。

基于上述描述，亟需要寻找一种反应速度快、监测精度高的氧浓度传感器完成的氧浓度监测，并且由于氧浓度传感器对氧浓度反应速度快，所以可以用来实现对氧浓度控制的闭环反馈。以解决现有技术中采用的氧浓度传感器精度不高、反应较慢、并且寿命上受限制的问题。

发明内容

为解决以上所述问题，本发明的目的在于提供一种呼吸机氧浓度的监测与控制方法，该方法采用顺磁氧传感器进行氧浓度的监测，可以提高呼吸机氧浓度的监测精度，加快氧浓度监测的时间，可以用于氧浓度的闭环控制，此外顺磁氧传感器为纯物理测量原理，无消耗，寿命较长。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种呼吸机氧浓度的监测与控制方法，包括以下步骤：

步骤S00、呼吸机进入正常通气模式；

步骤S10、控制单元读取所述呼吸机的当前氧浓度设定值；

步骤S20、根据所述当前氧浓度设定值，所述控制单元分别控制空气控制阀和氧气控制阀的参数，以对患者进行通气；

步骤S30、所述控制单元通过顺磁氧传感器实时读取所述呼吸机中的当前氧浓度监测值；

步骤S40、根据所述当前氧浓度监测值，所述控制单元实时调整所述空气控制阀的参数和所述氧气控制阀的参数，使所述当前氧浓度监测值与所述当前氧浓度设定值保持一致。

作为优选，在所述步骤S40中，所述控制单元对所监测的所述空气控制阀和所述氧气控制阀的控制为闭环控制。

作为优选，步骤S40中至少包括以下步骤：

步骤S50、计算单元以所述当前氧浓度监测值作为参考值，采用控制算法计算反馈值；

步骤S60、根据步骤S50中计算出的所述反馈值，所述控制单元对所述空气控制阀和所述氧气控制阀进行调整；

步骤S70、所述控制单元控制顺磁氧传感器实时获取所述呼吸机中调整后的当前氧浓度监测值；

步骤S80、判断单元判断调整后的当前氧浓度监测值与步骤S10中的所述当前氧浓度设定值是否保持一致，如果不一致，则执行步骤S50，如果一致，则结束调节过程。

作为优选，在步骤S50中，所采用的控制算法为PID控制算法。

作为优选，在步骤S60中，如果所述当前氧浓度监测值高于所述当前氧浓度设定值，则所述控制单元调整所述空气控制阀和所述氧气控制阀的参数，降低当前氧浓度；

如果所述当前氧浓度监测值低于所述当前氧浓度设定值，则所述控制单元调整所述空气控制阀和所述氧气控制阀的参数，提高当前氧浓度。

作为优选，在步骤S30中，所述顺磁氧传感器读取的所述当前氧浓度监测值还通过显示器件显示出来。

作为优选，在步骤S20和/或步骤S40中，所述控制单元控制所述空气控制阀的参数和所述氧气控制阀的开度。

本发明的方法至少具有如下有益效果：

（1）由于本发明在呼吸机氧浓度的监测与控制方法中采用顺磁氧传感器进行氧浓度的监测，由于顺磁氧传感器对氧浓度的反应速度快，加快了氧浓度监测的时间，所以可以用来实现对氧浓度控制的闭环反馈，可以实现对氧浓度的闭环控制。由于顺磁氧传感器的工作原理为纯物理测量原理，无消耗，所以从理论上来讲顺磁氧传感器寿命没有期限。由于顺磁氧传感器监测到的氧浓度值可以显示出来，所以可实现提供氧浓度的实时显示。

（2）由于本方法把接收到的当前的氧浓度作为参考值，并采用PID控制算法进行计算，并根据计算结果对空气端控制阀和氧气端控制阀进行微调，使监测的氧浓度与设定的氧浓度保持一致，采用PID控制算法精度较高，所以可使呼吸机的氧浓度与设定的氧浓度保持一致，使病人的安全得到了保障。

附图说明

图1为本发明提供的第一实施例中的呼吸机氧浓度的监测与控制方法的流程图；

图2为本发明提供的第二实施例中的呼吸机氧浓度的监测与控制方法流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

图1为本发明提供的呼吸机氧浓度的监测与控制方法的第一个实施例的流程图。如图1所示，该种呼吸机氧浓度控制与监测方法，包括以下步骤：

步骤S00、进入呼吸机正常通气模式。

步骤S10、控制单元读取所述呼吸机的当前氧浓度设定值。

步骤S20、根据所述当前氧浓度设定值，所述控制单元分别控制空气控制阀和氧气控制阀的参数，以对患者进行通气。进一步的，所述控制单元分别控制空气控制阀和氧气控制阀的开度。

步骤S30、所述控制单元控制顺磁氧传感器实时读取所述呼吸机中的当前的氧浓度监测值，把读取的氧浓度监测值传递给计算模块。

由于常规的氧浓度传感器是通过化学反应进行测量的，是消耗品，需要定期进行维护和更换，所以在使用寿命上有限制，而且检测精度不能满足要求，反应较慢，检测时间较长，不适宜应用于闭环控制系统中。

而顺磁氧传感器利用了氧气具有顺磁性这一物理特性将它检测出来。氧气是顺磁性气体，当外界存在强磁场，便会被吸入到磁场中。顺磁氧传感器气室内的两个磁极之间，安装了两个充满氮气的玻璃球（俗称“哑铃”），它们固定在一个可以转动的同轴支架上。被测气体中的氧气会被吸入磁场，产生对球体的作用力，从而对转轴产生一个力矩，这个力矩大小和氧气的含量具有线性关系。因为这是纯物理测量原理，无消耗，理论上来讲顺磁氧传感器寿命没有期限。顺磁氧传感器的量程通常在0.05%到100%之间。

还需要指出的是，由于本发明在呼吸机氧浓度控制与监测的方法中采用顺磁氧传感器进行氧浓度的检测，由于顺磁氧传感器对氧浓度的反应速度快，加快了氧浓度监测的速度，所以可以用来实现对氧浓度控制的闭环反馈，可以实现对氧浓度的闭环控制。并且，由于顺磁氧传感器的工作原理为纯物理测量原理，无消耗，所以从理论上来讲顺磁氧传感器寿命没有期限。

优选的，可以把读取的当前氧浓度传感器的数值通过显示器或其它显示器件显示出来。由于顺磁氧传感器监测到的氧浓度值可以显示出来，所以可实现提供氧浓度的实时显示。

步骤S40、根据所述当前氧浓度监测值，计算模块根据氧浓度监测值，计算出下一步对空气控制阀和氧气控制阀进行调整的调整量，即反馈到空气控制阀和氧气控制阀的反馈值，所述控制单元根据反馈值随时调整空气控制阀的参数和氧气控制阀的参数，使氧浓度的当前监测值与当前设定值保持一致。

进一步的，所述控制单元通过控制所述空气控制阀的参数和所述氧气控制阀的开度来控制空气控制阀和氧气控制阀。

具体的调整过程为：如果所述当前氧浓度监测值高于所述当前氧浓度设定值，则所述控制单元调整所述空气控制阀和所述氧气控制阀的参数，降低当前氧浓度监测值；如果所述当前氧浓度监测值低于所述当前氧浓度设定值，则所述控制单元调整所述空气控制阀和所述氧气控制阀的参数，提高当前氧浓度监测值。

更优选的，步骤S40中根据所检测到的当前氧浓度监测值对空气控制阀和氧气控制阀的控制可以为闭环控制。

图2为本发明提供的一种实施例的呼吸机氧浓度的监测与控制方法的第二实施例的流程图。如图2所示，该反馈控制方法包括以下步骤：

步骤S00、进入呼吸机正常通气模式。

步骤S10、控制单元读取所述呼吸机的当前氧浓度设定值。

步骤S20、根据所述当前氧浓度设定值，所述控制单元分别控制空气控制阀和氧气控制阀的参数，以对患者进行通气。进一步的，所述控制单元分别控制空气控制阀和氧气控制阀的开度。

步骤S30、所述控制单元控制顺磁氧传感器实时读取所述呼吸机中的当前的氧浓度监测值，把读取的氧浓度监测值传递给计算模块。

由于本发明在呼吸机氧浓度控制与监测的方法中采用顺磁氧传感器进行氧浓度的检测，由于顺磁氧传感器对氧浓度的反应速度快，加快了氧浓度监测的速度，所以可以用来实现对氧浓度控制的闭环反馈，可以实现对氧浓度的闭环控制。

优选的，可以把读取的当前氧浓度传感器的数值通过显示器或其它显示器件显示出来。由于顺磁氧传感器监测到的氧浓度值可以显示出来，所以可实现提供氧浓度的实时显示。

接下来，麻醉机中的控制单元随时调整空气控制阀的参数和氧气控制阀的参数使氧浓度的当前监测值与当前设定值保持一致，其至少包括如下步骤：

步骤S50、运算单元以所述当前氧浓度监测值作为参考值，采用PID控制算法进行反馈值的计算。当然，可替换的，也可以采用其它的控制算法进行反馈值的计算。

步骤S60、控制单元根据步骤S50中计算出的反馈值结果对所述空气控制阀和所述氧气控制阀进行调整。

在该步骤S60中具体的调整过程为：如果所述当前氧浓度监测值高于所述当前氧浓度设定值，则所述控制单元调整所述空气控制阀和所述氧气控制阀的参数，降低当前氧浓度监测值；如果所述当前氧浓度监测值低于所述当前氧浓度设定值，则所述控制单元调整所述空气控制阀和所述氧气控制阀的参数，提高当前氧浓度监测值。

步骤S70、所述控制单元控制顺磁氧传感器实时获取所述呼吸机中调整后的当前氧浓度监测值；

步骤S80、判断单元判断所述调整后的当前氧浓度监测值与所述当前氧浓度设定值是否保持一致，如果不一致，则继续执行步骤S50，如果一致，则结束调节过程。

重复以上调节过程，直到监测到的当前氧浓度监测值与步骤S10中的当前氧浓度设定值保持一致。也就是说，控制单元根据所检测到的当前氧浓度监测值对空气控制阀和氧气控制阀的控制可以为闭环控制。

由于该反馈控制方法中把接收到的当前的氧浓度作为参考值，并采用PID控制算法进行计算，根据计算结果对空气端控制阀和氧气端控制阀进行微调，使监测的氧浓度与设定的氧浓度保持一致。PID控制算法为比例-积分-微分控制，主要采用PID调节器在数字PID控制系统中来完成此算法，PID调节器由比例调节器,积分调节器和微分调节器构成。它通过对偏差值的比例、积分和微分运算后，用计算所得的控制量来控制被控对象。数字PID控制系统是时间的离散系统，计算机对生产过程的控制是断续的过程。即在每一个采样周期内，传感器将所测数据转换成统一的标准信号后输入给调节器，在调节器中与设定值进行比较得出偏差值，经PID运算得出本次的控制量，输出到执行器后才完成了本次的调节任务。采用PID控制算法精度较高，所以可使呼吸机的氧浓度与设定的氧浓度保持一致，使病人的安全得到了保障。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。本领域技术人员容易理解的是，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 (7)

1.一种呼吸机氧浓度的监测与控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S00、呼吸机进入正常通气模式；

步骤S10、控制单元获取所述呼吸机的当前氧浓度设定值；

步骤S20、根据所述当前氧浓度设定值，所述控制单元分别控制呼吸机内空气控制阀和氧气控制阀的参数，以对患者进行通气；

步骤S30、所述控制单元控制顺磁氧传感器实时获取所述呼吸机中的当前氧浓度监测值；

步骤S40、根据所述当前氧浓度监测值，所述控制单元实时调整所述空气控制阀的参数和所述氧气控制阀的参数，使所述当前氧浓度监测值与所述当前氧浓度设定值保持一致。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S40中，所述控制单元对所监测的所述空气控制阀和所述氧气控制阀的控制为闭环控制。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S40至少包括以下步骤：

步骤S50、计算单元以所述当前氧浓度监测值作为参考值，计算反馈值；

步骤S60、根据步骤S50中计算出的所述反馈值，所述控制单元对所述空气控制阀和所述氧气控制阀进行调整；

步骤S70、所述控制单元控制顺磁氧传感器实时获取所述呼吸机中调整后的当前氧浓度监测值；

步骤S80、判断单元判断所述调整后的当前氧浓度监测值与所述当前氧浓度设定值是否保持一致，如果不一致，则继续执行步骤S50，如果一致，则结束调节过程。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

在步骤S50中，采用PID控制算法计算所述反馈值。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

在步骤S60中，如果所述当前氧浓度监测值高于所述当前氧浓度设定值，则所述控制单元调整所述空气控制阀和所述氧气控制阀的参数，降低当前氧浓度；

如果所述当前氧浓度监测值低于所述当前氧浓度设定值，则所述控制单元调整所述空气控制阀和所述氧气控制阀的参数，提高当前氧浓度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在步骤S20和/或步骤S40中，所述控制单元控制所述空气控制阀的开度和所述氧气控制阀的开度。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在步骤S30中，所述顺磁氧传感器读取的所述当前氧浓度监测值还通过显示器件显示出来。