CN106552308A - 一种全自动无创咳痰机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全自动无创咳痰机，在咳痰管路上设有用以监测压力的压力传感器(211)和用以监测流量的压差传感器(210)，所述全自动无创咳痰机根据所述压力传感器(211)和压差传感器(210)采集的数据进行如下操作：当满足咳痰起始条件时，则启动咳痰，通过咳痰管路对病人(101)输出负压；当满足咳痰结束条件时，则结束咳痰，终止通过咳痰管路对病人(101)输出负压。所述全自动无创咳痰机可以自动检测呼吸进程、自动触发咳痰。

Description

一种全自动无创咳痰机

技术领域

本发明属于辅助咳痰的医疗器械领域，具体涉及一种能够自动检测呼吸进程、自动触发咳痰的全自动无创咳痰机。

背景技术

咳嗽是人体清除呼吸道内的分泌物或异物的保护性呼吸反射动作，结合纤毛的不断运动，可以将分泌物持续排出体外，对于维持人体呼吸系统、循环系统等的正常生理活动，具有重要意义。但是，人体正常的咳痰功能可能会因为罹患某种疾病或其他原因而减弱或消失，例如肺气肿、肌肉萎缩症、脊髓灰质炎、慢性支气管炎、囊性纤维化病变、肌萎缩侧索硬化症、运动神经元病(MND)、新生儿及老年肺炎、呼吸机依赖、气管切开术后等病人。临床上除了吸痰管吸痰，还采用一些辅助咳痰设备帮助病人咳痰，如咳痰背心，无创咳痰机等。目前市场上的无创咳痰机，如飞利浦伟康的Coughassist，英国NIPPY的Clearway等，大致结构及原理几乎相同，都是采用了模拟咳嗽的原理，即交替对病人进行正负压送气和排气，依靠气流的突然性及痰液的惯性，势能转化为动能，将痰液排出。送气和排气压力、流量、时间可以调节。但是这些咳痰机普遍有以下缺点：

1、采用用户设置咳痰持续时间或存在安全隐患，或者咳痰效果不佳

CoughAssist等咳痰机通常由用户不得不自行决定咳痰持续的时间，例如，用户可能设置咳痰时间为1秒或2秒，或更长时间。但真实情况是，对于一个特定的病人，咳痰应该设置多长时间，用户只能依靠猜测。这就会带来一个很严重的问题：咳痰设置的时间过长或者过短。如果咳痰设置的时间过长，这就有可能造成过抽，负压作用在肺上，肺泡塌陷，导致肺不张。那如果咳痰设置的时间过短，可以想象，当咳痰停止的时候，肺内还有很多空气的时候，这实际上意味着本次咳痰没有达到最好的效果。

2、正压深吸气时患者不舒适，体验效果差。

CoughAssist等咳痰机，如前所述，病人在使用咳痰机咳痰之前，必须由操作者每次设置深吸气持续时间、压力、流量，这在大多情况下，显然和病人的正常呼吸无法合拍，在进行深吸气时，病人不得不去适应机器的节拍，因此会感觉特别不舒服。

发明内容

针对上述缺点，本发明的目的在于提出一种自动检测呼吸进程、自动触发咳痰的全自动无创咳痰机。

本发明的全自动无创咳痰机，在咳痰管路上设有用以监测压力的压力传感器和用以监测流量的压差传感器，所述全自动无创咳痰机根据所述压力传感器和压差传感器采集的数据进行如下操作：当满足咳痰起始条件时，则启动咳痰，通过咳痰管路对病人输出负压；当满足咳痰结束条件时，则结束咳痰，终止通过咳痰管路对病人输出负压。

其中，所述全自动无创咳痰机还可根据所述压力传感器采集的压力数据和压差传感器采集的压差数据进行如下操作：当病人自主呼气结束，则启动深吸气，通过咳痰管路对病人输出正压。

其中，所述全自动无创咳痰机还包括：至少一压力元件，提供正压、负压；以及一控制阀，使病人与压力元件不连接，或者与压力元件的正压输出端连接，或者与压力元件的负压输出端连接。

优选地，所述压力元件是风机，所述控制阀是三位切换阀或由步进电机、旋转电磁铁或同步电机驱动的旋转阀。

优选地，风机被控制以输出的可选流量波形包括：方波、加速波、减速波、正弦波、叹息波。

其中，所述全自动无创咳痰机还包括一风机控制处理器，所述风机控制处理器调节风机的转速以满足设定的深吸气流量波形及流量参数，或者达到设定的风机负压。

其中，所述全自动无创咳痰机还包括一具有正压输出端和负压输出端的风机，以及：

中央处理器，向各个模块发出指令，监测、协调各个模块内的处理器，以及作为一个中转站传递、转送数据；

风机控制模块，包括风机控制处理器，调节风机转速以满足设定的深吸气流量波形及流量参数，或者达到设定的风机负压；

吸排气控制模块，其中的吸排气控制处理器控制三位切换阀进行病人气道与风机无输出、正压输出端、负压输出端的切换；

传感器模块，包括所述压力传感器、压差传感器和压力信息处理器，所述压力信息处理器基于压力传感器、压差传感器的信号，进行校准、计算和判断压力和流量、潮气量的临界值，同时也作为一个中转站，把该两个传感器输出的连续传感信息经中央处理器传递给用户界面模块；

用户界面模块，监测和接受用户的控制设置；

电源模块。

优选地，风机控制处理器，根据深吸气流量波形及流量参数或风机负压参数调节风机转速，并根据压差传感器采集的数据与深吸气流量波形及流量参数的偏差，修正风机的转速。

优选地，还包括：用于对压力传感器和压差传感器的吹扫提供压缩气体的气泵，和用于控制吹扫进程的吹扫阀。

优选地，当压力传感器采集到的数值达到预设的最大压力值时，或当压力传感器、压差传感器采集到的数值达到最小压力值或最小流量值时，所述全自动无创咳痰机结束咳痰，终止通过咳痰管路对病人输出负压。

本发明提出了在无创咳痰管路上增加压力传感器和压差传感器，以实时监测和计算病人吸气和呼气、深吸气、咳痰时的压力、流量、潮气量等动力学参数，根据上述数据实施从深吸气的启动到咳痰结束的全程(或部分过程)的全自动咳痰控制。

同时考虑到痰液或潮湿的气体可能会影响传感器性能，增加了传感器吹扫功能。

与前述CoughAssist等咳痰机相比，具有以下特点，从而克服了前述咳痰机安全及舒适性方面的问题。

1、本发明咳痰结束时采用由压力或流量传感器感应的流量或压力的极限值来决定咳痰是否结束，避免了coughAssist等咳痰机，采用单纯的时间控制带来的安全风险。即便本发明同样也提供了时间控制，但是如果咳痰时间未到，但是已达到极限最小流量或最小压力值，则停止咳痰，并报警，使咳痰更安全。

2、深吸气引入与呼吸机相同的吸气模式和波形，增加了病人深吸气的舒适度。根据不同的病人可以选择方波、加速波、减速波、正弦波、叹息(sign)等流量波形。这不同于CoughAssist等咳痰机等只有一个减量波形。这些波形通过实时控制送气风机的转速，最终控制风机的压力和流量来实现。

3、本发明的另一个功能是深吸气可以选择病人自主深吸气完成，而不是咳痰机，不仅使病人有更舒适的深吸气，而且还使用户增加了更多的选择。

附图说明

图1是本发明的全自动无创咳痰机的一个实施例的功能框图；

图2是本发明的全自动无创咳痰机的一个实施例的控制原理图；

图3是本发明的全自动无创咳痰机的一个实施例的气路图；

图4是本发明的全自动无创咳痰机的另一实施例的功能框图；

图5是本发明的全自动无创咳痰机的另一实施例的控制原理图；

图6是本发明的全自动无创咳痰机的另一实施例的气路图。

具体实施方式

下面参照附图描述本发明的实施方式，其中相同的部件用相同的附图标记表示。

本发明提出一种全自动无创咳痰机，在咳痰管路上设有用以监测压力的压力传感器211和用以监测流量的压差传感器210，所述全自动无创咳痰机根据所述压力传感器211和压差传感器210采集的数据进行如下操作：当满足咳痰起始条件时，则启动咳痰，通过咳痰管路对病人101输出负压；当满足咳痰结束条件时，则结束咳痰，终止通过咳痰管路对病人101输出负压。

图1是一个本发明具有全自动咳痰功能的咳痰机功能架构框图。根据本发明的一个实施例，该系统的咳痰管路包括一个风机108，具体地可能是一个离心风机或微涡轮风机，并且由一个直流无刷电机驱动。该风机把电能转换成压力势能，即抽吸室内空气从空气进口107，进入风机的进气口，风机108对空气进行增压，然后通过风机排气口，经过三位切换阀111、输出输入口106、咳痰管路104、压力&流量信号监测元件103，软管102、面罩119、输送压缩气体交付给病人101，使病人的肺部充盈空气，即相当于正常人咳痰前的深吸气。该风机108还可以通过三位切换阀111切换进气口、排气口与病人气路交替相通，即不但可以如前所述，风机的排气口与病人气路相通，以交付正压气体，模拟深呼吸，还可以通过三位切换阀111使风机108的进气口与病人相通，产生负压，与病人之前肺内进入的正压空气形成一个大的势能压力差，从而在切换的一霎那，形成快速而突然的冲击气流，将痰液带出，从而完成一次模拟咳嗽过程。此时风机的排气口是通向大气的，因此，病人肺内咳出的气体将经过面罩119、软管102、压力&流量信号监测元件103、咳痰管路104、输出输入口106、三位切换阀111、风机108、风机排气口、空气排口110、消声器112排向大气。三位切换阀111可以如图3、图6所示，是一三位六通双电磁铁切换阀，另一个可以选择的方案，也可以是一个由步进电机、旋转电磁铁或同步电机等驱动的旋转阀。切换阀也不限为三位。

本领域技术人员可以理解，风机不限一个，还可以采用两个，一个用来产生正压，一个用来产生负压，或者更多，用于其他目的。并且用于产生正压、负压的设备也不限为风机，还可以采用其它可以产生正压、负压的设备，只要其压力、流量可控。所述变换均在本领域技术人员可以实现的范围内。

深吸气考虑到病人的舒适度，输出的流量波形可以是：方波、加速波、减速波、正弦波、叹息(sign)等流速波形，这种依靠压力和流量变化产生预期波形的调节由风机控制模块109来完成，典型的风机控制模块，例如是一个可以对风机108内的直流无刷电机调节转速的装置，其由一个相关处理器输出交变电流或PWM方波来驱动，调节占空比可以调节风机转速，从而最终实现调节风机108输出压力和流量的目的，详细的介绍见后面控制章节的描述。

在风机108通往病人的咳痰管路上，本发明与前述的飞利浦coughAssist等咳痰机不同的是，增加了压力及流量信号监测元件103，如前所述，只有时刻监测病人呼吸状态、以及正压深吸气和咳痰状态的流量、压力、潮气量等参数，才能做到自动咳痰、科学咳痰、定量咳痰、舒适咳痰、安全咳痰。详细地介绍见后面描述。

在无创咳痰管路内，虽然不如需要加湿的有创呼吸管路内部湿度大，但依然有可能由于病人呼出的潮湿气体和咳出的痰附着在咳痰管路上，使压力及流量传感器113的监测管路堵塞或影响监测精度，或根本不能监测。因此，在一个可以选择的实施例里，增加了吹扫阀115和气泵114，吹扫阀115用于控制吹扫进程，气泵114为吹扫提供压缩气体。

用户界面模块116是本发明咳痰机与用户或其它外围设备的接口，例如给用户提供信息：病人状态的声音和视觉的反馈、报警、机器状态等。还可以监测和接受用户的控制设置、报警条件等的输入(例如通过按钮、触摸屏)，例如，设置深吸气送气的波形、自主深吸气模式、同步深吸气模式、咳痰扰动模式，设置深吸气潮气量、深吸气末压力，深吸气时间、咳痰潮气量、咳痰末流量、咳痰末压力，咳痰时间等技术参数。

此外，用户界面模块217还具备维护设置、通过非易失性存储器存储机器事件记录和控制设置更改记录、进行外部通讯、看门狗等功能。此外，用户界面模块还可以监测及控制电源模块117。

电源模块117包括AC/DC直流电源、可以输入外部直流或交流电源的输入口，电源还可以包括可更换的可充电电池以及配套的充电系统、以及为了防止更换电池时信息丢失，可以进行短暂供电的备用电池等。

在图2中，本发明的全自动无创咳痰机的电子架构可以被分成六个部分：中央处理器220、风机控制模块109、吸排气控制模块204、传感器模块206、用户界面模块116、电源模块117。下面针对每个模块做更详细的描述。

中央处理器220分别通过高速同步串口201、223、221、203分别与吸排气控制处理器202、用户界面模块116内的处理器(未标示出)、风机控制处理器220、压力信息处理器207连接通讯，用户界面模块内的处理器则与电源模块通过一个SMBUS接口224进行通讯，以监测和控制电源模块。

中央处理器222向各个子模块发出指令，监测、协调各个子模块内的处理器，来控制整个咳痰机的功能，以及作为一个中转站传递、转送数据。

风机控制模块109的功能是：病人在深吸气状态下，根据用户设定的深吸气流量波形对应的流量数值，时刻调节交付病人的流量；在咳痰状态下，负责产生负压，实现气流突然而快速地呼出。在风机控制模块109内部，风机控制处理器220可以控制风机内的直流无刷电机(即BLDC电机)215的转速，从而实质控制风机叶轮的转速，以达到调节风机输出流量的目的。直流无刷电机215的定子绕组某一相通电时，产生的磁场与转子的永久磁钢的磁场相互作用，驱动转子运动。无刷电机中的霍尔传感器214，时刻传感磁钢转子的角度位置、转速信息，并把该信息转换成电信号，输入到模拟数字(A/D)转换电路219，进行采样，并且把模拟信号转换成数字信号后，再进入风机控制处理器220，风机控制处理器220输出逻辑电平信号给逆变器218，逆变器218把该信号转换成大功率交变电流或调制的PWM方波去驱动直流无刷电机215形成连续转动。

当用户调节交变电流或方波的占空比，可以实现转速的调节，最终实现流量的控制。但是这种单纯地依靠转速控制流量并不精确，因此，在交付深吸气给病人的管路上，压差传感器210，时刻监测风机交付给病人的压力差，经过放大器209的放大、滤波处理，数字模拟转换电路(DAC)208进行流量补偿后，进入压力信息处理器207采样，模拟数字转换后，经中央处理器222中转，交给风机控制处理器220，风机控制处理器220再与用户设定的深吸气流量波形(其模式由用户设定信息，经用户界面模块116进行处理后，经由中央处理器222发送给风机控制处理器进行存储)中存储的流量数值对照、计算，得出偏差，修正风机的转速，从而实现流量的闭环控制，使流量控制更精确。

另一个可选择的方案，是采用无霍尔无刷直流(BLDC)电机，可以减小设备的体积，控制变得更简单。

吸排气控制模块204主要负责风机108进排气口的切换，即病人气道与风机108正负压口的切换，以实现咳痰前的深吸气以及咳痰后的快速呼气。其核心部件是一个三位切换阀111，驱动其的是一电磁阀驱动器205，其接收吸排气控制处理器202发出的控制信号，并转换成大功率电流驱动三位切换阀111，使三位切换阀111换向。

吸排气控制处理器202负责接收来自中央处理器222的控制指令，并且对电磁阀驱动器205发出逻辑电平控制信号。

传感器模块206包括感应咳痰管路气道压力和流量的压力传感器211、压差传感器210。两个传感器采集的信号经过放大器209放大、滤波处理后，进入压力信息处理器207进行采样、模拟数字转换等处理。压力信息处理器207，基于经过上述处理后的信号，进行校准、计算和判断压力和流量、潮气量的临界值，同时也作为一个中转站，把两个传感器输出的经放大滤波处理的连续传感信息经中央处理器222，传递给用户界面模块116，以供其显示实时压力、流量、潮气量等信息或输出实时曲线。在利用压差原理进行测量时，由于温度、海拔等原因导致流量测量偏差，采用一个程控的数字模拟转换电路(DAC)208可以对流量数据进行偏移补偿。

如前所述，气泵114负责对压力传感器和压差传感器的吹扫提供气源，驱动其的是气泵驱动器212，气泵驱动器212接收压力信息处理器207输出的开启关闭信号，转换成可以驱动气泵114的大功率信号发送给气泵，使气泵开启和关闭。

吹扫阀115负责启动吹扫和停止吹扫，同样的，驱动其的是电磁阀驱动器213，电磁阀驱动器213接收压力信息处理器207输出的开启关闭信号，转换成大功率电流信号发送给吹扫阀115，使吹扫阀开启或关闭。

作为一个能正常运行的咳痰系统，需要配置用户界面模块117和电源模块116。因为不涉及到本发明重点阐述的控制过程，因此这里不再赘述。

图3为本发明无创咳痰机气路的一个实施方案，下面结合图1、图2，具体描述本发明无创咳痰机的工作过程。

在图3的系统中，当三位切换阀处在中间位置时，病人101的咳痰管路是与大气相通的，此时，即使病人扣上面罩，也可以自由而正常地呼吸。当病人需要咳痰时，用户首先通过用户界面模块116设置咳痰参数，例如深吸气流量波形及流量参数、深吸气潮气量(或深吸气末压力，或深吸气时间。深吸气潮气量、深吸气末压力、深吸气时间这三者不能同时设置，只能设置一项)、咳痰潮气量(或咳痰末流量，或咳痰末压力，或咳痰时间。咳痰潮气量、咳痰末流量、咳痰末压力、咳痰时间这四者只能设置一项，不能同时设置，咳痰末压力和咳痰末流量也可以系统默认)，然后病人扣上面罩，按下用户界面模块116内的启动咳痰按钮，用户界面模块116追踪到启动咳痰按钮的信息后，向中央处理器222输出咳痰指令及咳痰设置参数，中央处理器接到咳痰指令及咳痰设置参数后，一方面向吸排气控制处理器202发出吸气控制指令，另一方面向传感器模块206发出深吸气临界结束参数监控指令，并把结束临界参数值(由用户设定或系统默认)发送给传感器模块；同时还向风机控制处理器220发送启动风机108的指令及用户设定的深吸气流量波形及流量参数。吸排气控制处理器202接到吸气控制指令后，向电磁阀驱动器205发出电磁铁A得电、电磁铁B失电指令，电磁阀驱动器205给电磁铁A一个大功率驱动电流，电磁铁A推动三位切换阀111阀芯换位，阀芯的上位与咳痰管路接通，使风机108的排气口与病人的咳痰管路相通；同时，风机控制处理器220接到启动风机的指令和波形技术参数后，根据流量波形数据，检索流量/转速表格，调节风机转速，并如前所述，与压差传感器210形成闭环控制，精确调节流量。风机108的排气口输出压缩空气，经由三位切换阀111上部的气路、节流差压装置307、管路102、面罩119，交付给病人101正压空气，此时，接到临界参数监控指令的传感器模块206内的压力信息处理器207，时刻接收来自压力传感器211、压差传感器210的传感信息，经放大器209放大，过滤，DAC208流量补偿后，进入压力信息处理器207进行模拟数字转换、校准、计算等，与接收到的深呼吸结束临界值进行对比，这些结束临界值可以包括：深吸气潮气量、深吸气末压力，一旦监测或计算到病人深呼吸潮气量或者深呼吸末压力达到用户设置值，将向中央处理器222发出请求停止深吸气、转到咳痰的指令，中央处理器222再向吸排气控制处理器202发出指令及咳痰参数数值，启动咳痰。

需要指出的是，病人深吸气还有一个结束临界值，即深吸气时间，一个具体实施例是吸排气控制处理器202内置有实时时钟，当吸排气控制处理器202向电磁阀驱动器205发出电磁铁A得电的指令的一瞬间，实时时钟开始计时，当达到用户预设的深吸气时间，吸排气控制处理器202即向中央处理器222发出请求停止深吸气、转到咳痰的指令，同样地，中央处理器222向吸排气控制处理器202发出指令及预设的咳痰参数数值，启动咳痰。

时间控制以及潮气量控制深吸气可能会导致顺应性比较差或不稳定的病人吸气压力超过正常值，损伤气道，因此，采用时间深吸气或者潮气量深吸气时，通常系统会默认一个最大压力极限值，压力传感器211会时刻监测深吸气进程，一旦还未到深吸气时间，或者未到预定的潮气量，而已经达到最大压力值，则压力信息处理器207将把停止咳痰的信息发送给中央处理器222，中央处理器222一方面向吸排气控制处理器202、风机控制处理器220发出停止咳痰的信息，另一方面向用户界面模块116发出报警指令，启动声光报警，例如指示灯，蜂鸣器(未标示出)。

另一个需要指出的是，如果深吸气结束临界值采用深吸气末压力，则具有补偿无创咳痰机面罩漏气的功能，因为吸气的结束值取决于压力，如果泄露，将不能及时达到预期的压力，采用压力结束深吸气，则确保即使在面罩泄露的情况下，病人肺内仍能吸入确定量的空气。

吸排气控制处理器202接到咳痰(排气)控制指令后，向电磁阀驱动器205发出电磁铁B得电，电磁铁A失电指令，电磁阀驱动器205给电磁铁B一个大功率驱动电流，电磁铁B推动三位切换阀111阀芯换位，阀芯的下位与咳痰管路接通，使风机108的吸气口与病人的咳痰管路相通，此时，病人肺内的压缩空气与风机108产生的负压值瞬间产生一个很大的压力差，这种压力差导致病人肺内的空气以很高的流速快速流出，通常每分钟可以达到170L/Min以上，通过惯性，能将病人肺内的痰液带出。流出的咳痰气流将经过面罩119、软管102、节流差压装置307、三位切换阀111的下位气路、风机108的进气口、风机108的排气口、三位切换阀111的下位气路、经消声器306排到大气中。

在中央处理器222向吸排气控制处理器202发出咳痰命令的同时，也向传感器模块206内的压力信息处理器207发出咳痰结束临界参数监控指令和咳痰结束临界参数值(由用户设定或系统默认)，压力信息处理器207接到中央处理器222的指令后，时刻监控时刻接收来自压力传感器211、压差传感器210的传感信息，经放大器209放大，过滤，DAC208流量补偿后，进入压力信息处理器207进行模拟数字转换、校准、计算等，与接收到的咳痰结束临界值进行对比，这些结束临界值可以包括；咳痰潮气量、咳痰末压力、咳痰末流量，一旦监测或计算到病人咳痰潮气量或者咳痰末压力、咳痰末流量达到用户设置值或系统默认值，将向中央处理器222发出请求停止咳痰的指令，中央处理器222再向吸排气控制处理器202发出指令，结束本次咳痰。

同样需要指出的是，病人咳痰还有一个结束临界值，即咳痰时间，一个具体实施例是吸排气控制处理器202同样内置有实时时钟，当吸排气控制处理器202向电磁阀驱动器205发出电磁铁B得电的指令的一瞬间，实时时钟开始计时，当达到用户预设的咳痰时间，吸排气控制处理器202即向中央处理器222发出请求停止咳痰的指令，中央处理器222同样再向吸排气控制处理器202发出指令，结束本次咳痰。

随后可根据用户设置的要求，或关闭风机，三位切换阀切换到中位，结束全部咳痰，或者切换到上位，病人再次深吸气，继续下一次咳痰。

如前所述，时间控制咳痰或潮气量控制咳痰可能会导致咳痰效果不佳或者对患者肺部造成塌陷或肺不张，因此，采用时间咳痰时，通常系统会默认一个最小压力或流量极限值，压力传感器211、压差传感器210也会时刻监测咳痰进程，一旦还未到咳痰时间或未到预设的潮气量，而已经达到最小压力或者最小流量值，则压力信息处理器207将把停止咳痰的信息发送给中央处理器222，中央处理器222一方面向吸排气控制处理器202、风机控制处理器220发出停止咳痰的信息，另一方面向用户界面模块116发出报警指令，启动声光报警，例如指示灯，蜂鸣器(未标示出)。

第二点需要指出的是，咳痰末压力和咳痰末流量的设置是有底限的，或者根据病人的情况设定底限，并且深吸气的潮气量和咳痰的潮气量的差值也应有一定的范围，超过范围是不允许用户设置的。这些措施可以确保病人肺内的气体抽吸不过量而避免了可能导致肺泡塌陷和肺不张，从而比前述coughasist等咳痰机更安全。

吸排气控制处理器202接到指令后，根据指令的不同，比如停止咳痰或者继续下一次咳痰。如果停止咳痰，则吸排气处理器202向电磁阀驱动器发出电磁铁B失电的指令，此时，电磁铁A和B都不得电，三位切换阀111处于中位，即切断了病人101与风机108进气口、排气口之间的通路，病人与外界大气相通，自由呼吸，此时相当于结束了咳痰。同时，中央处理器222还向风机控制处理器220发出关闭风机的指令。关闭风机108。

如果继续下一次咳痰，则风机108不停机，吸排气处理器202向电磁阀驱动器发出电磁铁A得电，电磁铁B失电的指令，此时，三位切换阀111处于上位，风机108开始给病人按设置深吸气波形送气，继续下一次咳痰循环。

上面所述为咳痰全过程控制，包括深吸气过程控制、咳痰启动控制、咳痰过程控制和咳痰结束控制。深吸气过程控制调节风机转速达到设定的深吸气流量波形及流量参数，咳痰启动控制为当深吸气末参数满足条件时启动咳痰，咳痰过程控制调节风机转速达到设定的风机负压，咳痰结束控制为当咳痰末参数满足条件时结束咳痰。

本咳痰系统的另一个功能是深吸气可以由病人自主来完成，风机108负责产生咳痰负压。其具体工作如下：首先用户在用户界面模块116把深吸气模式设置成自主吸气模式，设置咳痰参数，例如风机负压、深吸气潮气量(或深吸气末压力，或深吸气时间)、咳痰末流量(或咳痰末压力，或咳痰时间，三者不能同时设置，只能设一项，咳痰末压力和咳痰末流量也可以系统默认)，然后将面罩119扣在病人101的面部，按下用户界面模块116上的咳痰启动按钮(未标示出)，此时，病人处于正常呼吸状态，用户界面模块116追踪到启动咳痰按钮的信息后，向中央处理器222输出咳痰指令及咳痰设置参数，中央处理器222接收到咳痰指令及咳痰设置参数后，一方面向风机控制处理器202发出启动指令和用户设置的风机负压信息，风机控制处理器220接到中央处理器222传递过来的指令及参数信息后，通过负压/转速表格检索或计算出对应的直流无刷电机215的转速，控制直流无刷电机215至该转速，此时，风机控制处理器220还接收风压传感器216的经过放大器217处理的实际负压信息，与中央处理器222提供的用户设定的负压参数进行比较、计算等处理后，输出新的逻辑电平换向信号给逆变器218，逆变器218再把来自风机控制处理器220的新的逻辑电平换向信号转换成新的交变电流或调制的新的PWM方波电流，以驱动BLDC电机215，从而可以达到最终对BLDC电机215增速及减速的目的，以实现风机负压闭环控制。另一方面，向压力信息处理器207发出病人自主呼吸进程监控指令，压力信息处理器207接到指令后，时刻接受来自经过处理的压力传感器211、流量传感器210的信息，并对照、计算，以判断呼吸进程以及是否满足咳痰条件。当压力信息处理器207判断出，吸气即将完成，呼气即将开始，且满足设定的咳痰条件，例如潮气量足够大，将向中央处理器222发出咳痰请求，中央处理器222随即向吸排气控制处理器202发出咳痰的指令，吸排气控制处理器202接到咳痰(排气)控制指令后，向电磁阀驱动器205发出电磁铁B得电，电磁铁A失电指令，电磁阀驱动器205给电磁铁B一个大功率驱动电流，电磁铁B推动三位切换阀111阀芯换位，阀芯的下位与咳痰管路接通，使风机108的吸气口与病人的咳痰管路相通，如前所述，完成一次咳痰。

上面所述的自主深吸气模式为咳痰过程控制，包括咳痰启动控制、咳痰过程控制和咳痰结束控制。咳痰启动控制为当深吸气末参数满足条件时启动咳痰，咳痰过程控制调节风机转速达到设定的风机负压，咳痰结束控制为当咳痰末参数满足条件时结束咳痰。

本咳痰系统的还有一个功能是深吸气与病人吸气同步的功能，其具体工作如下：首先用户在用户界面模块116把深吸气模式设置成同步吸气模式，然后用户通过用户界面模块116设置咳痰参数，例如深吸气流量波形及流量参数、深吸气潮气量(或深吸气末压力，或深吸气时间。深吸气潮气量、深吸气末压力、深吸气时间这三者不能同时设置，只能设置一项)、咳痰潮气量(或咳痰末流量，或咳痰末压力，或咳痰时间。咳痰潮气量、咳痰末流量、咳痰末压力、咳痰时间这四者只能设置一项，不能同时设置，咳痰末压力和咳痰末流量也可以系统默认)，然后将面罩119扣在病人101的面部，按下用户界面模块116上的咳痰启动按钮(未标示出)，此时，病人处于正常呼吸状态，用户界面模块116追踪到启动咳痰按钮的信息后，向中央处理器222输出咳痰指令及咳痰设置参数，中央处理器222接收到咳痰指令及咳痰设置参数后，并不会先咳痰，而是向压力信息处理器207发出病人同步吸气进程监控指令，压力信息处理器207接到指令后，时刻接受来自经过处理的压力传感器211、流量传感器210的信息，并对照、计算，以判断呼吸进程。当压力传感器和压差传感器检测到病人呼气结束，吸气即将开始时，将向中央处理器222发出深吸气指令，中央处理器222指挥系统完成深吸气及咳痰。

上面所述的深吸气与病人吸气同步模式，为在前面所述的咳痰全过程控制之外，进一步包括深吸气启动控制。深吸气启动控制为根据压力传感器采集的压力数据判断病人自主呼气结束，则启动深吸气，即启动风机并为病人提供正压。

图3中两个两位三通阀301、302分别控制对节流差压装置307的两个压力检测口C、D进行吹扫，气泵114负责给吹扫提供气源，由于吹扫时的用气量很少，储气罐303的作用是储存气泵产生的多余的气体，节流阀304负责泄放多余的气体，泄放的气量可以调节，通过调节。气泵不用频繁关机、连续运行的情况下，产生的总气量和吹扫的用气量加上泄放量形成一种动态平衡，使吹扫正常进行。当对压力监测口C、D进行定期吹扫时，压力信息处理器207内置有实时时钟，到时间后，输出逻辑电平控制信号给电磁阀驱动器213，电磁阀驱动器213再把逻辑电平信号转换成大功率驱动电流，使两位三通电磁阀301和302分别得电，电磁阀301的左位连入气路，电磁阀302的右位接入气路，使气泵分别与节流差压装置307的两个压力传感口联通，进行吹扫。吹扫用时间来控制，当吹扫到时间，压力信息处理器207输出信号给电磁阀驱动器213，使电磁阀驱动器213停止给两位三通阀301、302供电，电磁阀301、302分别回到图3中的位置，结束吹扫。

以上是本发明全自动无创咳痰机有关功能框图、控制原理图、气路图的说明，如前所述，在大多数情况下，咳痰管路内的潮湿气体，咳出的痰液(通常停流在病人嘴里，咳痰后需要负压吸引器将其及时吸出)并不多，为了简化装置，降低成本，也可以取消压力传感口吹扫装置。实施后的功能框图、控制原理图、气路图分别见图4、图5、图6。由于基本的功能、控制和前面的具有吹扫功能的全自动无创呼吸机相同，仅仅减少了吹扫组件，因此相对更简单，本领域技术人员有足够能力理解图4、图5、图6，这里不再做重复性的描述。

本发明中涉及的参数既可以用户设定，也可以系统默认，包括如下参数：

深吸气过程参数，如深吸气流量波形及流量参数，通过调节风机转速达到；

深吸气末参数，如深吸气潮气量或深吸气末压力(通过压力传感器采集)或深吸气时间的一定数值，是启动咳痰的依据，当深吸气潮气量(或深吸气末压力，或深吸气时间)达到深吸气末参数时，即满足咳痰起始条件时，启动咳痰，即启动风机并为病人提供负压；

咳痰过程参数，如风机负压，通过调节风机转速达到；

咳痰末参数，如咳痰潮气量或咳痰末流量(通过压差传感器采集)或咳痰末压力(通过压力传感器采集)或咳痰时间的一定数值，是结束咳痰的依据，当咳痰潮气量(或咳痰末流量，或咳痰末压力，或咳痰时间，)达到咳痰末参数时，即满足咳痰结束条件时，结束咳痰，即停止风机。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种全自动无创咳痰机，其特征在于，在咳痰管路上设有用以监测压力的压力传感器(211)和用以监测流量的压差传感器(210)，所述全自动无创咳痰机根据所述压力传感器(211)和压差传感器(210)采集的数据进行如下操作：当满足咳痰起始条件时，则启动咳痰，通过咳痰管路对病人(101)输出负压；当满足咳痰结束条件时，则结束咳痰，终止通过咳痰管路对病人(101)输出负压。

2.根据权利要求1的全自动无创咳痰机，其特征在于，所述全自动无创咳痰机还根据所述压力传感器(211)采集的压力数据和压差传感器(210)采集的压差数据进行如下操作：当病人自主呼气结束，则启动深吸气，通过咳痰管路对病人(101)输出正压。

3.根据权利要求1的全自动无创咳痰机，其特征在于，所述全自动无创咳痰机还包括：至少一压力元件，提供正压、负压；以及

一控制阀，使病人(101)与压力元件不连接，或者与压力元件的正压输出端连接，或者与压力元件的负压输出端连接。

4.根据权利要求3的全自动无创咳痰机，其特征在于，所述压力元件是风机(108)，所述控制阀是三位切换阀(111)或由步进电机、旋转电磁铁或同步电机驱动的旋转阀。

5.根据权利要求4的全自动无创咳痰机，其特征在于，风机(108)被控制以输出的可选流量波形包括：方波、加速波、减速波、正弦波、叹息波。

6.根据权利要求4或5的全自动无创咳痰机，其特征在于，所述全自动无创咳痰机还包括一风机控制处理器(220)，所述风机控制处理器(220)调节风机(108)的转速以满足设定的深吸气流量波形及流量参数，或者达到设定的风机负压。

7.根据权利要求1的全自动无创咳痰机，其特征在于，所述全自动无创咳痰机还包括一具有正压输出端和负压输出端的风机(108)，以及：

中央处理器(222)，向各个模块发出指令，监测、协调各个模块内的处理器，以及作为一个中转站传递、转送数据；

风机控制模块(109)，包括风机控制处理器(220)，调节风机转速以满足设定的深吸气流量波形及流量参数，或者达到设定的风机负压；

吸排气控制模块(204)，其中的吸排气控制处理器(202)控制三位切换阀(111)进行病人(101)气道与风机(108)无输出、正压输出端、负压输出端的切换；

传感器模块(206)，包括所述压力传感器(211)、压差传感器(210)和压力信息处理器(207)，所述压力信息处理器(207)基于压力传感器(211)、压差传感器(210)的信号，进行校准、计算和判断压力和流量、潮气量的临界值，同时也作为一个中转站，把该两个传感器输出的连续传感信息经中央处理器(222)传递给用户界面模块(116)；

用户界面模块(116)，监测和接受用户的控制设置；

电源模块(117)。

8.根据权利要求7的全自动无创咳痰机，其特征在于，风机控制处理器(220)，根据深吸气流量波形及流量参数或风机负压参数调节风机(108)转速，并根据压差传感器(210)采集的数据与深吸气流量波形及流量参数的偏差，修正风机(108)的转速。

9.根据权利要求1的全自动无创咳痰机，其特征在于，还包括：用于对压力传感器(211)和压差传感器(210)的吹扫提供压缩气体的气泵(114)，和用于控制吹扫进程的吹扫阀(115)。

10.根据权利要求1的全自动无创咳痰机，其特征在于，当压力传感器(211)采集到的数值达到预设的最大压力值时，或当压力传感器(211)、压差传感器(210)采集到的数值达到最小压力值或最小流量值时，所述全自动无创咳痰机结束咳痰，终止通过咳痰管路对病人(101)输出负压。