CN105363105B - 一种气动电控通气系统及其通气方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气动电控通气系统及其通气方法，该系统包括第一文丘里管、第一控制阀、第一顺序阀、第二文丘里管、第二控制阀和第二顺序阀，第一文丘里管的输入口和输出口分别与氧气源和系统输出口连接，第一顺序阀的输出口、空气输入口和氧气输入口分别与第一文丘里管的自吸口、空气源和氧气源连接，第一控制阀的输入口和输出口分别与氧气源和第一顺序阀的控制气输入口连接；第二文丘里管的输入口和输出口分别与氧气源和系统输出口连接，第二顺序阀的输出口、空气输入口和氧气输入口分别与第二文丘里管的自吸口、空气源和氧气源连接，第二控制阀的输入口和输出口分别与氧气源和第二顺序阀的控制气输入口连接。

Description

一种气动电控通气系统及其通气方法

【技术领域】

本发明涉及医疗设备中的呼吸机领域，具体涉及一种气动电控通气系统及其通气方法。

【背景技术】

目前，在机械通气治疗中，呼吸设备对患者执行机械通气时一般供应纯氧，然而，长期纯氧通气，会引起氧中毒，对病人身体造成严重的副作用。所以，部分呼吸设备具备空氧混合的功能，可以给病人输出不同氧浓度的气体，避免氧中毒的出现。

实现空氧混合主要有以下3种方式：

1)增加一路高压空气气源，该气源可以是高压气瓶输出、空气压缩机输出等。

2)采用涡轮方式，在设备内部设计一路低压空气气源。

3)采用文丘里原理，使设备本身可以从外界吸入一路空气气源。

其中，便携急救式呼吸设备由于考虑到设备本身重量、体积的原因，一般采用第2、3种方式。在这2种方式中，后者更可最大限度地减少设备重量、体积，故在超小型呼吸设备中被广泛应用。

然而，采用文丘里原理这种方式，存在两个问题：调节系统输出口的氧气浓度较为困难，以及控制系统输出口的输出气体流量较为困难。

【发明内容】

在机械通气过程中，设备本身、管路附件以及病人呼吸道对气路系统将产生不定的气道阻力，该气道阻力将与文丘里结构产生的负压相抵，从而降低了该结构吸入空气的能力，氧浓度将很难降低，甚至氧浓度将保持100％的状态，特别是在低流量通气时，如此，设备就无法实现空氧混合通气的功能。

只有提高文丘里结构的抗反压能力，才能解决上述问题。但提高抗反压能力的同时，其最大输出流量将大幅降低。

在采用文丘里原理的通气方案中，为了实现空氧、纯氧两种通气状态，并保证足够的输出流量(文丘里小孔通气原理决定了通过流量不可能太大)，否则在一路文丘里气路中，需设计一个比例阀置于文丘里结构前端，一个置于文丘里后端，这样必将提高了成本(比例阀一般较昂贵)。

有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种气动电控通气系统，可以有效调节系统输出口的氧气浓度。

一种气动电控通气系统，包括第一文丘里管和第一顺序阀，还包括：第一控制阀、第二文丘里管、第二控制阀和第二顺序阀，所述第一文丘里管的输入口和输出口分别与氧气源和系统输出口连接，所述第一顺序阀的输出口、空气输入口和氧气输入口分别与所述第一文丘里管的自吸口、空气源和所述氧气源连接，所述第一控制阀的输入口和输出口分别与所述氧气源和所述第一顺序阀的控制气输入口连接；所述第二文丘里管的输入口和输出口分别与所述氧气源和系统输出口连接，所述第二顺序阀的输出口、空气输入口和氧气输入口分别与所述第二文丘里管的自吸口、空气源和所述氧气源连接，所述第二控制阀的输入口和输出口分别与所述氧气源和所述第二顺序阀的控制气输入口连接。

在一个优选的方案中，还包括第一比例阀和第二比例阀，所述第一比例阀的输出口分别与第一文丘里管的输入口和第一顺序阀的氧气输入口连接，所述第一比例阀的输入口与所述第一控制阀的输入口连接；所述第二比例阀的输出口分别与第二文丘里管的输入口和第二顺序阀的氧气输入口连接，所述第二比例阀的输入口与所述第二控制阀的输入口连接。

如果第一控制阀的输入口连接到第一比例阀的输出口，可能导致气流无法通过第一控制阀，进而进入第一顺序阀的控制气输入口，从而无法控制第一顺序阀。基于同样的理由，第二控制阀的输入口连接到第二比例阀的输出口是较优的方案。

在一个优选的方案中，还包括减压阀，所述减压阀的输入口与所述氧气源连接，所述减压阀的输出口分别与所述第一比例阀的输入口、第一控制阀的输入口、第二比例阀的输入口和第二控制阀的输入口连接。

在一个优选的方案中，还包括第一流量传感器，所述第一流量传感器安装在所述系统输出口处。

在一个优选的方案中，还包括第二压力传感器，所述第二压力传感器安装在所述系统输出口处。

在一个优选的方案中，所述第一控制阀和/或第二控制阀是电磁阀。

在一个优选的方案中，还包括第一单向阀和第二单向阀，所述空气源通过所述第一单向阀与所述第一顺序阀的空气输入口连接，所述空气源通过所述第二单向阀与所述第二顺序阀的空气输入口连接。

本发明还提供了一种采用所述的气动电控通气系统的通气方法，包括如下步骤：

在系统输出口的压力较小的情况下，控制所述系统输出口输出较大流量；

在系统输出口的压力较大的情况下，控制所述系统输出口输出较小流量。

在一个优选的方案中，采用所述的气动电控通气系统，所述通气方法还包括如下步骤：

所述第一文丘里管和第二文丘里管的工作状态包括：吸入空气状态、纯氧输出状态和关闭输出状态。

本发明还提供了一种采用所述的气动电控通气系统的通气方法，所述第一文丘里管的抗反压能力大于所述第二文丘里管的抗反压能力，所述通气方法包括如下步骤：

在所述系统输出口输出的流量在设定范围内时：

当所述系统输出口需要输出第一氧气浓度的气体时，控制所述第一文丘里管工作在吸入空气的状态下，控制所述第二文丘里管关闭输出；

当所述系统输出口需要输出大于第一氧气浓度的第二氧气浓度的气体时，控制所述第一文丘里管工作在吸入空气的状态，控制第二文丘里管工作在纯氧输出的状态。

在一个优选的方案中，采用所述的气动电控通气系统，所述通气方法还包括如下步骤：

所述第一文丘里管和第二文丘里管的工作状态包括：吸入空气状态、纯氧输出状态和关闭输出状态。

本实施例的通气系统，可以有效调节系统输出口的氧气浓度，获得相对较为稳定的氧气浓度。

【附图说明】

图1是本发明一种实施例的气动电控通气系统框图；

图2是图1的气动电控通气系统在仅有一个文丘里管工作在吸入空气时的系统输出口流量与氧气浓度的关系曲线图。

【具体实施方式】

以下对发明的较佳实施例作进一步详细说明。

如图1所示，一种实施例的气动电控通气系统，包括氧气源、第一过滤器、减压阀、第一压力传感器、第一比例阀、第一文丘里管、第三单向阀、第一流量传感器、第一控制阀、第一顺序阀、第一单向阀、第二比例阀、第二文丘里管、第二控制阀、第二顺序阀、第二单向阀、第二流量传感器、第二过滤器和空气源。

减压阀的输入口通过第一过滤器与氧气源连接，减压阀的输出口分成四路分别与第一比例阀的输入口、第一控制阀的输入口、第二比例阀的输入口和第二控制阀的输入口连接。

第一压力传感器用于检测通过第一过滤器的氧气的压力。

第一比例阀的输出口分成两路分别与第一文丘里管的输入口和第一顺序阀的氧气输入口连接，第一文丘里管的输出口依次通过第三单向阀和第一流量传感器连接到系统输出口，第一文丘里管的自吸口与第一顺序阀的输出口连接。

第一控制阀的输出口与第一顺序阀的控制气输入口连接，第一顺序阀的空气输入口依次通过第一单向阀、第二流量传感器和第二过滤器与空气源连接。

第二文丘里管的输入口和输出口分别与第二比例阀的输出口和第三单向阀的输入口连接，第二顺序阀的氧气输入口和输出口分别与第二比例阀的输出口和第二文丘里管的自吸口连接，第二顺序阀的控制气输入口与第二控制阀的输出口连接，第二顺序阀的空气输入口通过第二单向阀与第二流量传感器连接。

第一单向阀的输出口位于系统输出口一侧，防止气体从系统输出口倒流入其他气路，否则可能导致病人携带的病菌污染气路。第一单向阀和第二单向阀的输入口位于第二流量传感器的一侧，以防止气体泄露到空气源中，例如外部空气中。系统输出口处可以设置第二压力传感器，用于检测系统输出口处的压力。

减压阀是具有将输入的氧气的压力降低到设定压力值进行输出的阀体，可以给气路系统提供稳定的工作压力。

比例阀是可以控制比例输出气体流量的阀体，具体来说，第一比例阀和第二比例阀可以控制输出氧气的流量。

第一控制阀和第二控制阀是可以控制打开和关闭的阀体，从而控制气体的通断，例如，第一控制阀和第二控制阀可以是电磁阀。

文丘里管是具有能够从自吸口吸入气体实现气体混合的部件，从而在空氧混合后能够降低呼吸机的氧浓度的装置。

工作时，通过控制第一电磁阀打开，第一顺序阀的空气输入口与输出口连通，此时第一文丘里管可以吸入自第一单向阀流入的空气；通过控制信号控制第一电磁阀关闭，第一顺序阀的氧气输入口与输出口连通，此时第一文丘里管不能吸入空气，而第一比例阀的输出的氧气将直接从经过第一文丘里管而从其输出口输出，避开文丘里管所带来的阻力，主气路仍可输出大流量纯氧，从而工作在纯氧状态下。

同样，通过控制第二电磁阀打开，第二顺序阀的空气输入口与输出口连通，此时第二文丘里管可以吸入空气；通过控制第二电磁阀关闭，第二顺序阀的氧气输入口与输出口连通，此时第二文丘里管不能吸入空气，而第二比例阀的输出气流将直接经过第二文丘里管而从其输出口输出，从而避开文丘里管所带来的阻力，主气路仍可输出大流量纯氧。

如图2所示，是一种实施例中图1的通气系统在第一文丘里管工作在吸入空气的状态下、第二文丘里管关闭的情况下(或者第一文丘里管关闭、第二文丘里管工作在吸入空气的状态下)，测出的系统输出口流量与该系统输出口的氧气浓度的关系曲线图。图2中具有四条曲线，分别表示当系统输出口的压力为0cmH₂O、15cmH₂O、30cmH₂O和60cmH₂O时，系统输出口流量与系统输出口的氧气浓度之间的关系。

如果一个文丘里管的抗反压能力良好，当系统输出口的压力不同时，系统输出口的流量与氧气浓度之间的曲线关系变化不大，例如，0cmH₂O与15cmH₂O时，两条曲线相差不大。如果一个文丘里管的抗反压能力很差，当系统输出口的压力不同时，系统输出口的流量与氧气浓度之间的曲线关系变化较大，因此，容易因为系统输出口的压力不同而影响整个通气系统的稳定性。

从图中可以发现，在本通气系统中，在相同的输出流量下，系统输出口的压力越小，系统输出口的氧气浓度越低，并且，在系统输出口输出的气体流量在较小的一定范围内，氧气的浓度几乎不变或者变化很小。例如，当系统输出口的压力是0cmH₂O时，在系统输出口输出3-70L/min流量时，通过调节第一比例阀的流量输出，无法有效改变输出的氧气浓度；也就是说，如果系统输出口氧气浓度在某一个范围时，例如系统输出口的压力为0cmH₂O下的35％下，可以控制第一文丘里管和/或第二文丘里管的流量，从而调节系统输出口的流量；从另一个角度来说，系统输出口的氧气浓度较为稳定，而系统输出口的流量在3L/min之前，稍微变动流量，将导致氧气浓度的大幅变动，可能使病患者无法适应而不利。再者，仅仅通过调节一个文丘里管的相关气路，无法进一步改变系统输出口的氧气浓度。

因而，在系统输出口输出的流量在设定范围内时，当需要不同氧气浓度时，可以通过以下方法进行调节输出的氧气浓度：

当所述系统输出口输出的气体需要第一氧气浓度时，分别控制所述第一文丘里管工作在吸入空气的状态下和第二文丘里管关闭输出；例如，第一氧气浓度为35％左右，当系统输出口的压力为0cmH₂O，如果系统输出口需要输出的流量为3-70L/min，则可以使第一文丘里管吸入空气，第二文丘里管关闭，即使增加第一文丘里管的氧气输入量(调节系统输出口的流量主要通过调节文丘里管的流量)，系统输出口的氧气浓度也不会产生较大变化。

当所述系统输出口输出的气体需要大于第一氧气浓度的第二氧气浓度时，控制所述第一文丘里管工作在吸入空气的状态，控制第二文丘里管工作在纯氧输出的状态；例如，如果系统输出口的氧气浓度需要达到40％，并且系统输出口的流量控制在3-70L/min，则可以通过调节第二文丘里管工作在纯氧输出的状态，从而可以提高系统输出口的氧气浓度，并且可能将流量控制在3-70L/min。否则，如果只通过调节第一文丘里管的流量来调节系统输出口的氧气浓度达到40％，系统输出口的流量将进入100L/min左右，可能并不符合病人的需要。

另外，当系统输出口的压力是0cmH₂O时，如果系统输出口的输出达到160L/min附近后，然后逐渐开始降低流量，结合图中可以看出，这时氧气浓度不降反升，直至达到100％的氧气浓度(流量为140L/min左右时)，这时若继续降低流量，氧气浓度一下子降低到45％左右，因此氧气浓度产生较大幅度的变化，可能导致病人无法适应。

因此，可以在系统输出口的压力较小的情况下，控制系统输出口输出较大流量，系统输出口的流量不容易轻易进入浓度变化的拐点(如系统输出口的压力为0cmH₂O时对应的160L/min左右的流量)。

可以在系统输出口的压力较大的情况下，控制所述系统输出口输出较小流量，这样，既不会轻易进入浓度变化的拐点，也可以防止系统输出口的压力(例如病人的气道压力)的增大而影响整个通气系统的稳定性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种气动电控通气系统，包括第一文丘里管和第一顺序阀，其特征是，还包括：第一控制阀、第二文丘里管、第二控制阀和第二顺序阀，所述第一文丘里管的输入口和输出口分别与氧气源和系统输出口连接，所述第一顺序阀的输出口、空气输入口和氧气输入口分别与所述第一文丘里管的自吸口、空气源和所述氧气源连接，所述第一控制阀的输入口和输出口分别与所述氧气源和所述第一顺序阀的控制气输入口连接；所述第二文丘里管的输入口和输出口分别与所述氧气源和系统输出口连接，所述第二顺序阀的输出口、空气输入口和氧气输入口分别与所述第二文丘里管的自吸口、空气源和所述氧气源连接，所述第二控制阀的输入口和输出口分别与所述氧气源和所述第二顺序阀的控制气输入口连接；

所述气动电控通气系统还包括第一单向阀和第二单向阀，所述空气源通过所述第一单向阀与所述第一顺序阀的空气输入口连接，所述空气源通过所述第二单向阀与所述第二顺序阀的空气输入口连接。

2.如权利要求1所述的气动电控通气系统，其特征是，还包括第一比例阀和第二比例阀，所述第一比例阀的输出口分别与第一文丘里管的输入口和第一顺序阀的氧气输入口连接，所述第一比例阀的输入口与所述第一控制阀的输入口连接；所述第二比例阀的输出口分别与第二文丘里管的输入口和第二顺序阀的氧气输入口连接，所述第二比例阀的输入口与所述第二控制阀的输入口连接。

3.如权利要求2所述的气动电控通气系统，其特征是，还包括减压阀，所述减压阀的输入口与所述氧气源连接，所述减压阀的输出口分别与所述第一比例阀的输入口、第一控制阀的输入口、第二比例阀的输入口和第二控制阀的输入口连接。

4.如权利要求1所述的气动电控通气系统，其特征是，还包括第一流量传感器，所述第一流量传感器安装在所述系统输出口处。

5.如权利要求1所述的气动电控通气系统，其特征是，还包括第二压力传感器，所述第二压力传感器安装在所述系统输出口处。