CN1046397A

CN1046397A - 计算机控制呼吸机系统

Info

Publication number: CN1046397A
Application number: CN89102340A
Authority: CN
Inventors: 周显建; 文俊; 陆星海; 任大健; 刘宁荣; 温文钊; 梁江雨; 罗炳炎; 洪武; 黄波云; 刘浩; 苏坚
Original assignee: Liuzhou Biochemical Instrument Research Institute; LIUZHOU ROLLING STOCK PLANT MINISTRY OF RAILWAYS
Current assignee: Liuzhou Biochemical Instrument Research Institute; LIUZHOU ROLLING STOCK PLANT MINISTRY OF RAILWAYS
Priority date: 1989-04-15
Filing date: 1989-04-15
Publication date: 1990-10-24

Abstract

一种计算机控制呼吸机系统，其特征在于：以单板计算机作为控制中心，以呼吸机专用键盘输入代替参数调节旋钮，用以步进电机、供气泵、衡压泵等组成的供气机构代替由氧气瓶之高压氧直接供气的方式，能在程序控制下，自动显示和打印出各种实时呼吸波形和参数，能方便地进行修改、替换，完成IPPB(间歇正压指令呼吸)等十一种功能之中的一种以及多种功能的组合和叠加，该系统还有监控、报警、安全机构以及手动控制机构。具有参数大范围可调、精度高、性能可靠，控制灵活等优点，适用于临床上抢救治疗病人，并能满足从事病历研究和临床教学等各方面的需要。

Description

本发明涉及一种计算机控制呼吸机系统。

医学上治疗和抢救病人过程中，既具有限量切换又具有限压切换功能的呼吸机应用范围很广，目前，已出现了采用大规模集成电路控制和单板机控制的双切换型呼吸机。但一般仍然是以高压氧气直接作为供气源，参数调节是采用旋钮按刻度进行，因而存在气路压力不均衡，有时气流过猛、氧浓度调节精度低、范围窄，特别是低氧范围下不来，功能少，不能显示和打印呼吸波形等问题，不能很好地满足临床治疗、抢救以及科研教学的需要。

本发明的目的在于提供一种由单板计算机控制、采用专用键盘输入、工作过程由程序自动控制，参数大范围可调，精度高，性能可靠，能显示和打印各种呼吸参数及波形，能实现双切换（压力切换及容量切换）和双同步的多功能呼吸机。

本发明的要点是：

以单板计算机作为控制中心，以呼吸机专用键盘输入代替调节旋钮，用以步进电机、供气泵、衡压泵等组成的供气机构代替由氧气瓶之高压氧直接供气的方式，增加显示和打印功能，并在程序控制下对呼吸过程进行实时追踪及监测，在显示器上显示出各种参数及波形，能方便地进行修改、替换，完成IPPB（间歇正压指令呼吸）、AMV（辅助呼吸）、IAV（间歇辅助呼吸）、IMV（间歇指令呼吸）、SIMV（同步间歇指令呼吸）、PEEP（呼气末正压呼吸）、CPAP（持续气道正压）、MMV（每分钟指令通气）、SIGH（叹息功能）、EIP（吸气坪台）、SPEEP（同步呼气末正压呼吸）等十一种功能之中的任何一种，并能进行功能的叠加和组合。还能将各种实时呼吸波形及呼吸参数通过打印机打印出来。

本计算机控制呼吸机系统还安有监控、报警、安全排压机构，能在计算机控制下进行呼吸频率的上、下限声光报警，吸入压的上、下限声光报警，在危急时刻有紧急通气功能。

作为本发明的又一特征，是它还有一个手控工作机构，在突然停电的情况下及无电地区仍可对患者供气，实施呼吸过程。

以下，结合附图对本发明之计算机控制呼吸机系统的结构特征作进一步描述。

图1：计算机控制呼吸机系统原理框图。

图2：计算机控制呼吸机系统工作原理示意图

图3：计算机控制呼吸机系统结构框图

图4：计算机控制呼吸机系统电控原理图

图5：专用键盘接口线路原理图

图6：电磁阀驱动控制电路图

图7：微动开关K₁的控制模式

图8：限位开关K₂、K₃与PIO连接图

图9：步进电机驱动控制电路图

图10：气控三通阀结构示意图

图11：呼气阀结构示意图

图12：手动控制阀结构示意图

图13：重力单向阀、氧-空混合器结构示意图

图14：计算机控制呼吸工作流程图

图15：计算机控制呼吸机系统软件控制主流程

图1、图2中：

（1）-单板计算机（2）-步进电机

（3）-传动装置（4）-供气泵

（5）-输入单向阀（6）-气控三通阀

（7）-衡压泵（8）-加压单向阀

（9）-安全阀（10）-人工肺

（11）-手控机构（12）-呼气阀

（13）-专用键盘（14）-键盘接口

（15）-打印机（16）-打印机接口

（17）-显示器接口（18）-显示器

（19）-步进电机驱动电路（20）-DC₃控制电路

（21）-电磁阀DC₃（22）-DC₂控制电路

（23）-电磁阀DC₂（24）电磁阀DC₁（25）DC₁控制电路（26）压力传感器

（27）放大器（28）A/D接口

（29）-声光报警电路（30）-手动控制阀

（31）-重力单向阀（32）-氧-空混合器

（33）-微动开关K₁（34）-限位开关K₂

（35）-限位开关K₃

如图1图2所示，本发明之计算机控制呼吸机系统包括：

单板计算机（1）;

由顺次相连的步进电机（2）、传动装置（3）、供气泵（4）、输入单向阀（5）、气控三通阀（6）、衡压泵（7）、加压单向阀（8）构成的供气机构;

由步进电机驱动电路（19）、电磁阀控制电路（20）、（22）、（25）、电磁阀（21）、（23）、（24）、声光报警电路（29）、微动开关K₁（33）、限位开关K₂（34）、K₃（35）组成的电控机构;

呼气阀（12）;

专用键盘（13）、它通过键盘接口（14）与单板计算机（1）相连;

能实时地将键盘输入的各种呼吸参数及现行功能或其叠加进行显示、修改或替换的显示器（18）、它通过显示器接口（17）与单板计算机（1）相连;

能自动打印出各种实时呼吸波形及呼吸参数的打印机（15）、它通过打印机接口（16）与单板计算机（1）相连;

计算机控制软件;

工作电源等部份。

单板计算机（1）是控制中心，通过软件及相应的接口电路（14）、（16）、（17）和电控机构按程序自动控制整个呼吸机系统的工作。

与单板计算机相连的部件如图3所示，他们是：键盘管理及控制模块、数据采集控制模块、工作报警控制模块、执行机构、工作电源等部份，他们的连接关系及电控原理如图4所示，此处不再赘述。

为提高系统的可靠性，本发明之计算机控制呼吸机系统还有一个由压力传感器（26）、放大器（27）、A/D接口（28）、安全阀（9）组成的监控、报警、安全系统。压力传感器（26）与人肺（10）气道相连，将检测到的呼吸压力值经放大器（27）放大后传到A/D接口（28），变换成数字量后存入计算机内存，经软件处理后生成呼吸波形信号在显示器上显示，并通过传感器（26）检测同步信号及报警信号，经CPU软件处理后，与预置压力值或频率值进行比较，再由计算机控制声光报警电路进行吸入压的上、下限声光报警和呼吸频率的上、下限声光报警;安全阀（9）置于加压单向阀（8）之一侧，当肺道气压超过安全值时，该阀自动放气减压。在危急时刻，有紧急通气功能，此时只需按动紧急通气按钮，计算机即按预先编制的紧急通气时的各项参数，及时向病人供气。

为应付突然停电后给病人造成的危害，本发明之计算机控制呼吸机系统还有一个由手动控制阀（30）、重力单向阀（31）、氧-空混合器（32）构成的手动控制机构（11），氧-空混合器（32）之出口直接与人肺气道相连。当停电时，接通高压气源，按动手动控制阀按钮，则可继续对病人施行呼吸过程。

以下，就本发明的各关键部份，结合附图分别作进一步地描述，以了解本发明之特征。

1.专用键盘电路及接口：（参见附图5）

本发明之专用键盘的作用是向计算机输入呼吸参数与功能，进行参数修改及功能的转换及叠加，其目的是通过键盘管理电路产生中断信号，通知CPU接受操作者发出的指令，继而由CPU控制其他电路动作。其工作原理是采用了一种称之为“线反转”的方法来识别按键，选出键码，并通过接口向CPU发出键盘中断请求，由键盘中断服务程序来完成键盘管理工作。

2.电磁阀控制电路（参见附图6）

如图2所示，本发明之计算机控制呼吸机系统中，由电磁阀DC₁（24）来控制衡压泵中的氧气量，电磁阀DC₁吸合，接通高压氧气通路，衡压泵进行充氧，氧气充满，DC₁释放;电磁阀DC₂（23）控制气控三通阀（6）的开闭，给供气泵提供氧和空气;电磁阀DC₃（21）控制呼气阀H的开闭。三个电磁阀的动作均由单板计算机（1）发出指令，通过计算机软件和如图6所示的电磁阀控制电路来实现控制。

3.微动开关K₁

微动开关K₁（33）的作用是控制衡压泵的充氧量。当衡压泵中充满氧气时，微动开关K₁（33）闭合，电磁阀DC₁（24）释放，切断供氧气路，同时，电磁阀DC₂（23）吸合，接通衡压泵（7）与供气泵（4）之间的气路，为抽氧和抽空气作好准备。电磁阀DC₁（24）的吸合受电磁阀DC₂（23）和微动开关K₁（33）状态的控制，只有在电磁阀DC₂（23）释放（气控三通阀（6）阻断通向供气泵的气路）、微动开关K₁（33）断开（衡压泵中氧气不满）时，电磁阀DC₁（24）才能吸合，继续对衡压泵（7）充氧。因此，可由微动开关K₁（33）和电磁阀DC₂（23）的状态来控制电磁阀DC₁（24）的动作，电磁阀DC₂（23）之动作由单板计算机（1）通过软件和相应的控制电路控制，微动开关K₁（33）由衡压泵控制，从而使衡压泵（7）与供气泵（4）能协调工作，并能减少CPU控制，提高CPU的控制速度。这是本发明的特点之一。电磁阀DC₁（24）的受控状态见下面的真值表：

K₁＝0，闭合，K₁＝1断开

DC₂＝0释放，DC₂＝1吸合

DC₁＝0释放，DC₁＝1吸合

由上表可知，只有在微动开关K₁（33）断开（K₁＝1）及电磁阀DC₂（23）释放（DC₂＝0）的情况下，电磁阀DC₁（24）才能吸合（DC₁＝1），使衡压泵进行充氧。由此真值表可得如图7所示的控制模式。

4.供气泵限位开关K₂、K₃

供气泵限位开关K₂（34）、K₃（35）是一种微动开关，其作用是限制供气泵（4）的行程，通过限位开关K₂（34）、K₃（35）的闭合，分别由PIO口向单板计算机（1）的CPU送出中断请求信号，单板计算机（1）的CPU响应中断，迫使电机（2）停转，限位开关K₂（34）、K₃（35）与PIO口的连接如图8所示。

5.步进电机驱动及接口电路（参见附图9）

该电路的特点是采用了一种较为先进的VMOS器件作为大功率驱动管，取代了常规采用晶体管作为步进电机驱动器之作法，使得控制灵活方便、电路简单、成本低、运行效果好。作为降低功耗、满足步进电机大电流、高频率、大转矩运行的另一方法，还可以采用双电源对步进电机驱动，驱动元件仍采用VMOS器件。供气过程由单板计算机控制，抽氧步数与抽空气步数均由单板计算机计算后由CPU通过PIO口控制步进电机执行。

6.供气机构及其衡压泵

本发明采用以步进电机（2）、传动装置（3）、供气泵（4）、输入单向阀（5）、气控三通阀（6）、衡压泵（7）、加压单向阀（8）构成的供气机构供气代替以高压氧气作气源直接供气的方式，这是本发明的重要特征。而这种供气机构供气的关键是采用衡压泵（7）将高压氧气减压至接近常压，再在单板计算机控制下，由步进电机驱动电路指挥步进电机（2）通过气控三通阀（6）准确地抽取一定量的接近常压的氧气和常压的空气，经输入单向阀（5）在供气泵（4）中混合成高精度的不同氧浓度的混合气体，再经过加压单向阀（8）输出到人肺。

将高压氧气减压至接近常压的重要装置-衡压泵是采用具有伸缩性的皮囊组成，上有一高压氧气进气管和一低压氧气出气管，内有一限位金属板;微动开关K₁（33）与衡压泵底部相连。当电磁阀DC₁（24）闭合，高压氧气进入衡压泵自动减压至接近常压，到氧气充满衡压泵时，推动限位金属板向下运动至泵底，微动开关K₁（33）闭合，电磁阀DC₁（24）立即释放，切断高压氧气供氧气路，同时，电磁阀DC₂（23）吸合，接通衡压泵（7）与供气泵（4）之间的气路，为步进电机（2）抽氧和抽空气作好准备。

7.气控三通阀

气控三通阀之结构如图10所示。

图中：

（101）-接咀（气控三通阀的F₁口）

（102）、（111）、（112）、（118）-垫圈

（103）-气阀盖（104）-环形活瓣

（105）、（113）、（117）-逼帽

（106）、（114）-阀体（107）-弹簧

（108）-阀杆（119）-螺钉

（109）-氧气进气管（气控三通阀的F₂口）

（110）-氧气阀口（115）-阀门柱

（116）-出气管（气控三通阀的F₄口）

（120）-空气阀（气控三通阀的F₃口）

如图10所示，本发明之计算机控制呼吸机系统中的气控三通阀（6）主要由阀体、阀杆、阀门柱、气阀盖等部份构成，阀体（106）、（114）为两内壁孔径不一的空心园柱体，通过氧气阀口（110）和逼帽（113）相连，内有阀杆（108），园柱形的阀门柱（115）上紧在阀杆（108）上，气阀盖（103）与阀体（106）靠螺纹相连，两者之间形成一气室，内有一环形活瓣（104）顶住伸进气室的阀杆（108），弹簧（107）从另一端顶住阀杆（108），高压氧气进口-接咀（101）位于气阀盖（103）中心并直通入气室，空气阀（120）位于阀体（114）另一端，通过逼帽（117）与阀体（114）上紧，低压氧气进气管（109）和出气管（116）位于阀体同一侧。

在供气过程中，气控三通阀（6）之作用在于配合衡压泵，在步进电机抽气时，准确地向供气泵输送氧气或空气，以配制某一氧浓度的混合气体。其动作过程是：当衡压泵（7）中充满一定量氧气时，微动开关K₁（33）闭合，电磁阀DC₁（24）释放，切断衡压泵（7）的高压氧气气路，电磁阀DC₂（23）闭合，一部份高压氧气从接咀（101）-即气控三通阀的F₁口进入气室，压迫环形活瓣（104），推动阀杆（108）带动阀门柱（115）盖住空气阀（120）之阀口-即气控三通阀的F₃口，衡压泵（7）中的氧气经氧气进气管（109）-即气控三通阀的F₂口进入阀体，从出气管（116）-即气控三通阀的F₄口输出，经输入单向阀（5）进入供气泵（4）。当电磁阀DC₂（23）释放，断掉高压氧气通路时，阀杆（108）复位，空气从空气阀（120）之阀口（F₃口）进入，从出气管（116）（F₄口）输出，经输入单向阀（5）进入供气泵（4）。

8.呼气阀

为能适应在有电源情况下的计算机控制呼吸过程和无电源情况下的手动控制机构工作，本发明之呼气阀具有两个控制通道，其结构如图11所示。

图中：

（201）-接管（呼气阀之H_C口）

（202）-呼气阀盖1 （203）-呼气阀杆1

（204）-塔型弹簧（205）-呼气阀逼帽1

（206）-活瓣1 （207）-呼气阀活瓣套

（208）-呼气阀片1 （209）-呼气阀体

（210）-呼气口（呼气阀之H_B口）

（211）-呼气阀片2 （212）-呼气阀杆2

（213）-弹簧（214）-呼气阀滑套

（215）-环形活瓣（216）-呼气阀逼帽2

（217）-气阀盖（218）-垫圈

（219）-高压氧气进气咀（呼气阀之H_A口）

（220）-呼气阀之H_D口

如图11所示，本发明之呼气阀H（12）的阀体（209）为开有呼气口H_B、H_D等4个气道的中空园柱体，由依次相连的接管（201）、呼气阀盖1（202）、呼气阀杆1（203）、塔型弹簧（204）、呼气阀逼帽1（205）、活瓣1（206）、呼气阀活瓣套（207）、呼气阀片1（208）、呼气阀体（209）组成一控制通道，专供单板计算机控制呼吸用;由高压氧气进气咀（219）、气阀盖（217）、呼气阀逼帽2（216）、环形活瓣（215）、呼气阀滑套（214）、弹簧（213）、呼气阀杆2（212）、呼气阀片2（211）、呼气阀体（209）组成另一控制通道，供使用手动控制机构时控制呼吸用。此通道在单板计算机控制呼吸时，也同时受控开闭。呼气阀的动作过程详见P10页呼吸机动作过程。

9.手动控制阀

手动控制阀结构如图12所示。

图中：

（301）-阀体（302）-阀芯

（303）-阀体盖（304）-垫片

（305）-螺母（306）-按钮

（307）-机壳（308）-接咀（高压氧气进口）

（309）-弹簧（310）-螺堵

（312）-出气口（313）、（314）-回气口

如图12所示，本发明之手动控制阀的阀体（301）为一中空园柱体，内有双活塞形、与阀体相配合的阀芯（302），在阀体上开有四个小园孔，分别作为回气口（313）、（314），出气口（312）和高压氧气进口[连接咀（308）]，阀体盖（303）通过螺纹与阀体（301）上紧，内有与阀芯（302）相连的按钮（306），螺堵（310）位于阀体另一端，通过弹簧（309）顶住阀芯（302），使之堵住出气口（312）和接咀（308）之高压氧气进口。

手动控制阀的动作过程详见呼吸机动作过程。

10.重力单向阀、氧-空混合器

本发明之重力单向阀、氧-空混合器是在停电时，使用手动控制机构时使用，其最大特点是采用封闭式“文丘理”效应，空气从尾部进入，整个“文丘理”管被封闭，完全可以防止通常呼吸机的开放式“文丘理”效应的反冲及扩散现象而造成的氧浓度比例失调的情况，其结构如图13所示。

图中：

（401）-滤网夹片（402）-空气活瓣逼帽

（403）-喷咀（404）-主体

（405）-垫圈（406）-阀片

（407）-空气进气管3 （408）-堵口螺钉

（409）-氧混合器定位圈（410）-氧混合器喷口

（411）-出气接管（412）-滤网逼帽

（413）-滤网片（414）-机壳

（415）、（417）、（420）-垫圈

（416）-空气进气管1 （418）-阀片

（419）-空气进气管2

（421）-小接咀（高压氧气进口）

如图13所示，本发明的重力单向阀（31）由依靠阀片（418）相通的空气管1（416）和空气进气管2（419）构成，它与氧-空混合器（32）联成一体，氧-空混合器主体（404）为一中空园柱体，其一端与“文丘理”管式的氧混合器喷口（410）相连，另一端与空气进气管2（419）相接，另一空气进气管3（407）位于主体（404）上方，高压氧气进口-即小接咀（421）位于氧-空混合器主体（404）下方，氧混合器喷咀位于主体（404）内中心。

在停电情况下，使用手动控制机构工作时，从手动控制阀（30）送过来的高压氧气从小接咀（421）进入，通过喷咀（403）喷出，在“文丘理”管式的喷口（410）内产生“文丘理”效应，喷口内形成一负压，空气从重力单向阀的进气管1（416）进入，推开阀片（418）进入空气进气管2（419），一部份空气继续推开阀片（406）进入空气进气管3（407），一部份空气在负压效应下，通过氧混合器主体（404）被高压氧气吹入喷口（410），与原先喷入的氧气混合成含一定比例氧气的混合气体，进入空气进气管3（407）的空气从喷口外侧输入，与从“文丘理”管出来的混合气体在喷口出口处进一步混合，成为氧浓度较适宜的混合气体，从出气接管（411）输出，供病人呼吸用。

本发明之计算机控制呼吸机的动作过程如下：（参见图2）

1.步进电机（2）向前驱动，将供气泵（4）中的残留气体排出，供气泵QB（4）复位（压紧），限位开关K₂（34）接通，CPU控制步进电机（2）停止运动。

2.电磁阀DC₁（24）吸合，接通高压氧气通路，衡压泵HB（7）开始充氧，此时，气控三通阀F（6）处于原始状态（F₂口闭塞），衡压泵（7）充满氧气后，微动开关K₁（33）接通，电磁阀DC₁（24）立即释放，切断衡压泵的高压氧气通路。

至此，系统初始化完毕。

3.屏幕上揭示输入各种所需参数，根据需求的氧浓度配制气体，根据I/E、F、VT（压力切换时，根据压力预置值计算VT，容量切换时，由用户预置VT）计算电机进给步数，进入呼气周期（电机抽气）：

①电磁阀DC₂（23）吸合，打开气控三通阀（6），使该阀的空气入口-F₃闭塞，氧气入口-F₂与出气口-F₄接通;

②电机向后运动，抽氧气，氧气通路如下：

衡压泵（7）→F₂口→气控三通阀F（6）→F₄口→输入单向阀（5）-→供气泵（4）;

③供气泵（4）中氧气抽到预定值时，电磁阀DC₂（23）释放，气控三通阀F（6）复位，关闭氧气通路F₂口，开放空气入口F₃接通空气通路，同时电磁阀DC₁（24）吸合，向衡压泵（7）供高压氧气直至微动开关K₁（33）闭合为止;

④电机继续拉气，这时氧路闭塞，空气通路为：

空气PB→F₃口→气控三通阀F（6）→F₄口→输入单向阀（5）-→供气泵（4）与氧气混合至预定氧浓度。

⑤供气泵（4）抽气到预定的VT值后，电机停止工作，呼气周期结束。

⑥计算公式：

a.电机驱动总步数（Bs）

Bs＝VT·Bml

式中：VT-预定潮气量 Bml-每ml步数

b.抽氧步数BO₂

BO₂＝（O₂%-0.21）/0.79＊Bs

c.抽空气步数B_PB：

B_PB＝Bs-BO₂

4.根据预定的工作方式（压力或容量切换及呼吸方式）和频率，将供气泵（4）中的气体压入病人肺部I（10），进入吸气周期：

①根据预置功能，CPU进行工作方式转换及计算;

②根据预定的呼吸频率，CPU计算电机进给速度;

③释放电磁阀DC₂（23），关闭氧气通路，空气通路由于电机停止抽气而被输入单向阀G（5）堵断，电磁阀DC₃（21）吸合，接通高压氧气通路，高压氧气经呼气阀的H_A口（219）进入呼气阀，推动环形活瓣（215），带动呼气阀杆2（212），压住呼气阀片2（211），使呼气阀片2（211）挡住呼气阀之呼气口H_B，禁止病人呼气;

④步进电机（2）向前驱动，开始时由于加压单向阀D（8）中弹簧的作用，部份混合气体从呼气阀的H_C口（201）进入呼气阀H，压迫呼气阀H（12）的活瓣1（206）推动呼气阀杆1（203）向前移动而顶住呼气阀片1（208），断掉呼气通路，此后，随着电机前进，加压单向阀D（8）表面承受的压力逐渐加大，当克服D中弹簧压力时，混合气体经由加压单向阀D（8）直接进入病人肺部，同时将有关参数传给压力传感器P（26），经放大器（27）放大后传到A/D接口（28）经转换后送入CPU处理，形成控制和显示数据，这种状态一直保持到吸气周期结束。

5.吸气周期结束时，电磁阀DC₃（21）释放，切断呼气阀H（12）H_A口的高压氧气通路，呼气阀杆2（212）复位，这时H_C口仍有一定的压力，呼气阀杆1（203）仍顶住呼气阀片1（208），呼气仍受阻。

6.电机反向，进入呼气周期，由于电机抽气，呼气阀H（12）的H_C口承受了反向力，呼气阀杆1（203）在弹簧A的作用下复位，呼气阀片1（208）上的压力为零，呼气阀的H_B口开放，呼出的气体顶开呼气阀片1（208），从呼气阀的H_D口（220）送出，至呼气周期结束。

7.电机进入等待周期，准备进行下一个吸气周期。

上述过程，可由图14表示。

当突然停电时，可按、放手动控制阀的按钮（306），则本系统的手控机构继续向病人供气，其动作过程如下：

若病人吸气，按下手动控制阀（30）的按钮（306），推动该阀的阀芯（302）向前运动，高压氧气进气口-接咀（308）和出气口（312）打开，回气口（313）、（314）关闭，高压氧气从接咀（308）进入阀体，经出气口（312）输出到氧-空混合器（32），与从重力单向阀（31）进入的空气混合成一定氧浓度的混合气体进入人肺，同时，手动控制阀还输出一部份高压氧气到呼气阀H（12）的H_A口（219）进入呼气阀，推动环形活瓣（215），带动呼气阀杆2（212），压住呼气阀片（211），使呼气阀片2（211）挡住呼气阀之呼气口H_B（210），禁止病人呼气，使病人只能进行吸气。

当病人呼气时，松开手动控制阀的按钮（306），在弹簧（309）的作用下，阀芯（306）复位退回，关闭高压氧气进气口（308）和出气口（312），呼气阀H（12）内的残余高压氧气经回气口（313）进入阀体，从出气口（314）排出，呼气阀H之呼气口H_B不受阻，病人呼出的CO₂从H_B口-到H_D口排出，病人进行呼气，至此，吸、呼过程完成。

如此反复按、放按钮（306），即可对病人实施呼吸。

本发明之计算机控制呼吸机系统具有如下优点：

1.工作过程由计算机通过程序（软件）控制，精度高、性能可靠、控制灵活。

2.采用由步进电机、供气泵、衡压泵组成的供气机构，步进电机根据呼吸比和频率决定电机步进速度和抽氧、抽空气步数，并在供气泵中混合均匀，从而可获得各种氧浓度（从21%～98%）的均匀混合空气，临床上抢救和治疗应用范围广。且供气压力均匀、克服了供气过猛，对病人气道产生不适感的弊病。

3.可在屏幕上显示并通过打印机打印出各种呼吸参数和实时波形，便于从事病历研究和临床教学。能显示的参数有：O₂%、I/E、VT、F、HP、LP、HF、LF、NS。

4.功能齐全：

该机具有IPPB（间歇正压指令呼吸）、AMV（辅助呼吸）等11种功能，并能将11种功能进行组合和叠加，在显示器上显示，还能方便地进行修改、替换;能实现双切换（压力和容量切换）和双同步（压力和容量同步）。

除适用于抢救病人外，还能使停止呼吸的病人复苏及一般病人的呼吸护理。

5.采用键盘输入，操作简便;准确可靠。

由于具有上述优点，本发明之计算机控制呼吸机系统广泛用于成人、小儿呼吸管理及呼吸系统疾病治疗和抢救病人，系一种具有生理反馈型的多功能呼吸机。经在广西医学院附属医院内部试用一年，效果很好。（详见广西医学院附属医院临床使用效果报告）。

Claims

1、一种计算机控制呼吸机系统，包括单板计算机(1)、供气机构、电控机构、呼气阀(12)、专用键盘(13)、显示器(18)、计算机软件、工作电源等部份，单板计算机(1)是控制中心，通过软件及相应接口(14)、(17)和电控机构按程序自动控制整个呼吸机系统的工作，其特征在于：

该系统的供气机构由顺次相连的步进电机(2)、传动装置(3)、供气泵(4)、输入单向阀(5)、气控三通阀(6)、衡压泵(7)、加压单向阀(8)构成。

所述的电控机构由步进电机驱动电路(19)、电磁阀控制电路(20)、(22)、(25)、电磁阀(21)、(23)、(24)、声光报警电路(29)、微动开关K₁(33)、限位开关K₂(34)、K₃(35)组成。

2、如权利要求1所述的计算机控制呼吸机系统，其特征在于：所述的供气机构中，高压氧气经衡压泵（7）减压至接近常压，再在计算机控制下，由步进电机驱动电路（19）指挥步进电机（2）通过气控三通阀（6）准确地抽取一定量的接近常压的氧气和常压的空气，经输入单向阀（5）在供气泵（4）中混合成不同氧浓度的混合气体，再经过加压单向阀（8）输出到人肺（10）。

3、如权利要求1所述的计算机控制呼吸机系统，其特征在于：所述的显示器（18）系能在程序控制下，实时地将键盘输入的各种呼吸参数及现行功能（或功能叠加）进行显示，并能方便地进行修改、替换之专用显示器，它通过显示器接口（17）与单板计算机（1）相连。

4、如权利要求1所述的计算机控制呼吸机系统，其特征在于：该系统还有一个能自动打印出各种实时呼吸波形及呼吸参数的打印机（15），该机通过接口（16）与单板计算机（1）相连，由软件控制其工作。

5、如权利要求1所述的计算机控制呼吸机系统，其特征在于：该系统还有一个由压力传感器（26）、放大器（27）、A/D接口（28）、安全阀（9）组成的监控、报警、安全机构，压力传感器（26）与人肺气道相连，将检测的呼吸压力值经放大器（27）放大后传到A/D接口（28）、变换成数字量后存入计算机内存，经软件处理后生成呼吸波形信号在显示器上显示，并通过传感器（26）检测同步信号及报警信号，经计算机CPU处理后，由单板计算机控制声光报警电路（29）进行吸入压的上、下限声光报警和呼吸频率的上、下限声光报警。安全阀（9）置于加压单向阀（8）之一侧，当肺道气压超过安全值时，该阀自动放气减压。

6、如权利要求1所述的计算机控制呼吸机系统，其特征在于：所述的连接单板计算机（1）与专用键盘（13）之间的接口（14）之电路是采用“线反转”的方法来识别按键，选出键码，并通过接口（14）向CPU发出键盘中断请求，由键盘中断服务程序来完成键盘管理工作。

7、如权利要求1所述的计算机控制呼吸机系统，其特征在于：所述的步进电机驱动电路（19）是采用VMOS器件为大功率驱动管，亦可采用双电源对步进电机驱动，供气过程由单板计算机控制，抽氧步数与抽空气步数由单板计算机根据预置参数计算后由CPU通过PIO口控制步进电机执行。

8、如权利要求1所述的计算机控制呼吸机系统，其特征在于：电磁阀DC₁（24）的状态由微动开关K₁（33）、电磁阀DC₂（23）的状态来决定，电磁阀DC₂（23）的状态由单板计算机（1）控制，微动开关K₁（33）的状态由衡压泵（7）控制，只有当微动开关K₁（33）断开，电磁阀DC₂（23）释放时，电磁阀DC₁（24）才吸合，衡压泵（7）进入充氧阶段。

9、如权利要求1所述的计算机控制呼吸机系统，其特征在于：所述的气控三通阀（6）主要由阀体（106）、（114）、阀杆（108）、阀门柱（115）、气阀盖（103）等部份组成，阀体（106）、（114）为两内壁孔径不一的空心园柱体，通过氧气阀口（110）和逼帽（113）相连，内有阀杆（108），园柱形的阀门柱（115）上紧在阀杆上，气阀盖（103）与阀体（106）靠螺纹相连，两者之间形成一气室，内有环形活瓣（104）和弹簧（107）分别从左、右两端顶住伸进气室的阀杆（108），高压氧气进口-接咀（101）位于气阀盖（103）中心并通入气室，空气阀（120）位于阀体（114）另一端，通过逼帽（117）与阀体（114）上紧，低压氧气进气管（109）和出气管（116）位于阀体同一侧。

10、如权利要求1所述的计算机控制呼吸机系统，其特征在于：所述的呼气阀（12）之阀体（209）为开有呼气口H_B、H_D等4个气道的中空园柱体，由依次相连的接管（201）、呼气阀盖1（202）、呼气阀杆1（203）、塔型弹簧（204）、呼气阀逼帽1（205）、活瓣1（206）、呼气阀活瓣套（207）、呼气阀片1（208）、呼气阀体（209）组成一控制通道，供计算机控制呼吸用;由高压氧气进气咀（219）、气阀盖（217）、呼气阀逼帽2（216）、环形活瓣（215）、呼气阀滑套（214）、弹簧（213）、呼气阀杆2（212）、呼气阀片2（211）组成另一控制通道，供使用手控机构时控制呼吸用，此通道在单板计算机控制呼吸时，也同时受控开、闭。

11、如权利要求1所述的计算机控制呼吸机系统，其特征在于：该系统还有由手动控制阀（30）、重力单向阀（31）、氧-空混合器（32）构成的手控机构（11），氧-空混合器（32）之出口直接与人肺（10）气道相连。

12、如权利要求11所述的计算机控制呼吸机系统，其特征在于：所述的手动控制阀（30）的阀体（301）为一中空园柱体，内有双活塞形、与阀体相配合的阀芯（302），在阀体上开有四个小园孔，分别作为回气口（313）、（314），出气口（312）和高压氧气进口[连接咀（308）]，阀体盖（303）通过螺纹与阀体（301）上紧，内有与阀芯相连的按钮（306），螺堵（310）位于阀体另一端，通过弹簧（309）顶住阀芯（302），使之堵住出气口（312）和接咀（308）之高压氧气进口。

13、如权利要求11、12所述的计算机控制呼吸机系统，其特征在于：所述的重力单向阀（31）、氧-空混合器（32）连成一体，氧-空混合器（32）之主体（404）为一中空园柱体，其一端与“文丘理”管式的氧混合器喷口（410）相连，另一端与由空气进气管2（419）和空气进气管1（416）构成的重力单向阀（31）相连，空气进气管1（416）隔着一阀片（418）与空气进气管2（419）相通，空气进气管3（407）位于氧-空混合器主体上方，高压氧气进口-即小接咀（421）位于氧-空混合器主体（404）下方，氧混合器喷咀（403）位于氧混合器主体（404）内中心。