CN106730199B - 持续正压力通气稳压的装置及呼吸机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种持续正压力通气稳压的方法、装置及呼吸机，方法包括：按照预设时间间隔接收流量传感器测得的加压流中能呼吸气体的流量；确定预设时间点的流量的二阶导数；获取平均流量、漏气量、吸气潮气量、吸气时间；判断平均流量是否大于漏气量；若是，确定增益值为吸气潮气量除以吸气时间的商与漏气量相减后的值与第一系数的乘积；否则，确定增益值为吸气潮气量除以吸气时间的商与漏气量相减后的值与第二系数的乘积，第一系数大于第二系数；确定呼吸矢量，呼吸矢量为增益值与二阶导数的乘积；基于呼吸矢量和压力生成器控制基线配置压力生成器的驱动信号。此方法通过呼吸矢量预知流量变化趋势，控制当前时间点流量，保证呼吸机输出压力稳定。

Description

持续正压力通气稳压的装置及呼吸机

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种持续正压力通气稳压的装置以及包括上述装置的呼吸机。

背景技术

CPAP即持续正压通气(Continuous Positive Airway Pressure)，即用面罩将持续的正压气流送入气道.用此种方式给氧的机器称CPAP呼吸机。在自主呼吸条件下，患者应有稳定的呼吸驱动力和适当潮气量，在整个呼吸周期内人为地施以一定程度的气道内正压，从而有利于防止气道萎陷，增加功能残气量，改善肺顺应性，并提高氧合作用。

然而，当前患者在使用CPAP呼吸机，特别是在患者呼气和吸气时，气体流速瞬时激变造成压力剧烈波动，CPAP呼吸机压力的稳定性与产品的性能，对患者的治疗效果和患者对治疗压力的耐受等有很大的影响。

因此，如何保证呼吸机输出压力的稳定性，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种持续正压力通气稳压的方法，能够保证呼吸机输出压力的稳定性。本发明的另一目的是提供一种持续正压力通气稳压的装置，能够保证呼吸机输出压力的稳定性。本发明的另一目的是提供一种包括上述装置的呼吸机，输出压力较稳定。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种持续正压力通气稳压的方法，包括：

按照预设时间间隔接收流量传感器测得的加压流中的能呼吸气体的流量；

确定预设时间点的流量的二阶导数；

获取平均流量、漏气量、吸气潮气量以及吸气时间；

判断所述平均流量是否大于所述漏气量；

若是，确定增益值为吸气潮气量除以吸气时间的商与漏气量相减后的值与第一系数的乘积；

否则，确定所述增益值为吸气潮气量除以吸气时间的商与漏气量相减后的值与第二系数的乘积，其中，所述第一系数大于所述第二系数；

确定呼吸矢量，所述呼吸矢量为所述增益值与所述二阶导数的乘积；

基于所述呼吸矢量和压力生成器控制基线配置压力生成器的驱动信号。

优选地，所述第一系数为1/4，所述第二系数为1/10。

优选地，所述确定预设时间点的流量的二阶导数包括：

计算所述预设时间点前的第一流量数列中每相邻两个值的第一平均流速；

计算所述预设时间点后的第二流量数列中每相邻两个值的第二平均流速，其中，所述第一流量数列或所述第二流量数列包括所述预设时间点的流量；

计算所有所述第一平均流速的平均数得到第一一阶导数；

计算所有所述第二平均流速的平均数得到第二一阶导数；

计算所述第二一阶导数与所述第一一阶导数的差值。

优选地，所述确定预设时间点的流量的二阶导数包括：

根据最小二乘法计算所述预设时间点前的第一流量数列的第一一阶导数；

根据最小二乘法计算所述预设时间点后的第二流量数列的第二一阶导数，其中，所述第一流量数列或所述第二流量数列包括所述预设时间点的流量；

计算所述第二一阶导数与所述第一一阶导数的差值。

优选地，所述第二流量数列中流量的个数为2个，所述第一流量数列中流量的个数为6个，所述第一流量数列中的流量包括所述预设时间点的流量。

优选地，所述按照预设时间间隔获取加压流中的能呼吸气体的流量包括：

等时间间隔获取加压流中的能呼气气体的流量。

一种持续正压力通气稳压的装置，包括：

第一接收模块，按照预设时间间隔接收流量传感器测得的加压流中的能呼吸气体的流量；

二阶导模块，用于确定预设时间点的流量的二阶导数；

第二接收模块，用于获取平均流量、漏气量、吸气潮气量以及吸气时间；

判断模块，用于判断所述平均流量是否大于所述漏气量，若是，触发第一增益模块，否则，触发第二增益模块；

所述第一增益模块，用于确定增益值为吸气潮气量除以吸气时间的商与漏气量相减后的值与第一系数的乘积；

所述第二增益模块，确定所述增益值为吸气潮气量除以吸气时间的商与漏气量相减后的值与第二系数的乘积，其中，所述第一系数大于所述第二系数；

呼吸矢量模块，用于确定呼吸矢量，所述呼吸矢量为所述增益值与所述二阶导数的乘积；

驱动模块，用于基于所述呼吸矢量和压力生成器控制基线配置压力生成器的驱动信号。

一种呼吸机，包括上述的持续正压力通气稳压的装置。

本发明提供的持续正压力通气稳压的方法可以通过呼吸矢量提前预知流量变化趋势，并根据呼吸矢量控制当前时间点的流量，从而可以在大的流量激变来临前，提前提升压力生成器的驱动功率，增加加压流中的压力和流量参数，从而降低因大流量造成的压力生成器输出延时而引起加压流压力塌陷，防止造成压力剧烈波动，使流量的波形稳定，响应快速，使使用者呼吸舒适。

本发明提供的持续正压力通气稳压的装置，能够保证呼吸机输出压力的稳定性。

本发明本发明提供的包括上述装置的呼吸机，输出压力较稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供持续正压力通气稳压的方法的具体实施例的流程图；

图2为本发明所提供持续正压力通气稳压的方法的具体实施例中步骤2的流程图；

图3为本发明所提供呼吸机的具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种持续正压力通气稳压的方法，能够保证呼吸机输出压力的稳定性。本发明的另一核心是提供一种持续正压力通气稳压的装置，能够保证呼吸机输出压力的稳定性。本发明的另一核心是提供一种包括上述装置的呼吸机，输出压力较稳定。

请参考图1图1为本发明所提供持续正压力通气稳压的方法的具体实施例的流程图；图2为本发明所提供持续正压力通气稳压的方法的具体实施例中步骤2的流程图；图3为本发明所提供呼吸机的具体实施例的结构示意图。

本发明所提供持续正压力通气稳压的方法的一种具体实施例中，包括以下步骤：

步骤S1：按照预设时间间隔接收流量传感器测得的加压流中的能呼吸气体的流量。

其中，每个流量均为矢量，按照在测量点的流动方向设定正向和反向，通常，将呼气时的流量方向设为反向，吸气时的流量方向设为正向。

步骤S2：确定预设时间点的流量的二阶导数。

其中，预设时间点为当前时间点之前的一个时间点，每个当前时间点对应一个预设时间点，即预设时间点设定的是与当前时间点相距一定时间间隔的时间点，根据预设时间点的流量的二阶导数来控制压力生成器提供的当前时间点的流量。

步骤S3：获取平均流量、漏气量、吸气潮气量以及吸气时间。

其中，平均流量为矢量，具体为选取的包含预设时间点的一系列流量的平均数，漏气量、吸气潮气量、吸气时间可以直接获得或者根据应用系统中可以测得的量计算得到，也可以根据经验进行设定，即增益值可以是动态的或固定的。

步骤S4：判断平均流量是否大于漏气量。

如果平均流量大于漏气量，则继续执行步骤S5，否则，继续执行步骤S6。

步骤S5：确定增益值为吸气潮气量除以吸气时间的商与漏气量相减后的值与第一系数的乘积。

步骤S6：确定增益值为吸气潮气量除以吸气时间的商与漏气量相减后的值与第二系数的乘积，其中，第一系数大于第二系数。

其中，每一时刻，平均流量、吸气潮气量、吸气时间与漏气量的值是确定的，根据当前时间点的平均流量与漏气量的大小关系，确定增益值是通过第一系数计算出的较大值，还是通过第二系数计算出的较小值。

平均流量大于漏气量时，可以确定测量点处于吸气状态，确定的增益值应为较大值，以满足吸气时测量点的正压要求；平均流量不大于漏气量时，可以确定测量点处于呼气状态或者屏息状态，确定的增益值应为较小值，以满足呼气时或者屏息时测量点的正压要求。

增益值的具体计算公式如下：

其中，Vte为吸气潮气量，Ti为吸气时间，1/m为第一系数，1/n为第二系数。

步骤S7：确定呼吸矢量，呼吸矢量为增益值与二阶导数的乘积。

其中，呼吸矢量为确定的增益值与当前时间点的二阶导数的乘积。呼吸矢量的计算公式为Qe＝G×△P，△P为预设时间点的流量的二阶导数。

步骤S8：基于呼吸矢量和压力生成器控制基线配置压力生成器的驱动信号。

利用流量变化的二阶导数计算呼吸矢量结合压力生成器控制曲线生成驱动信号，可以提前补偿压力变化，修正压力生成器的输出参数，以达到稳定压力的目的。

驱动压力生成器提供相应压力的气体。压力生成器控制基线为F＝F(P，L)，其中P为压力参数，L为流量参数，则驱动模块输出D＝F+Qe。

可见，此种持续正压力通气稳压的方法可以通过呼吸矢量提前预知流量变化趋势，并根据呼吸矢量控制当前时间点的流量，从而可以在大的流量激变来临前，提前提升压力生成器的驱动功率，增加加压流中的压力和流量参数，从而降低因大流量造成的压力生成器输出延时而引起加压流压力塌陷，防止造成压力剧烈波动，使流量的波形稳定，响应快速，使使用者呼吸舒适。

上述实施例中，第一系数具体可以为1/4，第二系数具体可以为1/10，对于不同呼吸状态下的稳压效果较好。当然，第一系数、第二系数的设置不限于此。

上述各个实施例中，确定预设时间点的流量的二阶导数具体可以包括：

计算预设时间点前的第一流量数列中每相邻两个值的第一平均流速；

计算预设时间点后的第二流量数列中每相邻两个值的第二平均流速；

计算所有第一平均流速的平均数得到第一一阶导数；

计算所有第二平均流速的平均数得到第二一阶导数，其中，第一流量数列或第二流量数列包括预设时间点的流量；

计算第二一阶导数与第一一阶导数的差值。

一种具体的实施例中，如图2所示，第一流量数列包括M个时间点的流量，第二流量数列包括N个时间点的流量:

步骤1：处理器在存储器开辟一块样本空间为M+N存储区，流量传感器采集数据流以队列形式逐一流入存储区；

步骤2：当存储区数据流满后，计算存储区中Kn＝Dn+1-Dn，共n-1个导数，同理，KHm＝Hm+1-Hm，其中，Hm为流量传感器最新流量，即最接近当前时间点的流量，D1为预设时间点的流量。

步骤3：计算所有n-1个第一平均流速Kn的平均值P1，同理，计算m-1个第二平均流速KHm的平均值P2。

步骤4：计算预设时间点的流量的二阶导数△P＝P2–P1。

此种计算方式可以更加精确地计算流量变化速率，提高呼吸矢量的精度与准确度，有利于进一步提高压力的稳定性。

又或者，确定预设时间点的流量的二阶导数具体可以包括以下步骤：

根据最小二乘法计算预设时间点前的第一流量数列的第一一阶导数；

根据最小二乘法计算预设时间点后的第二流量数列的第二一阶导数，其中，第一流量数列或第二流量数列包括预设时间点的流量；

计算第二一阶导数与第一一阶导数的差值。

此种计算方式通过最小二乘法计算预设时间点的流量的一阶导数，能够提高呼吸矢量的精度与准确度，有利于进一步提高压力的稳定性。

上述各个实施例中，第二流量数列中流量的个数可以为2个，第一流量数列中流量的个数可以为6个，第一流量数列中的流量包括预设时间点的流量。在预设时间点之后取得的流量个数较少，有利于预设时间点与当前时间点较为接近，预设时间点的流量情况与当前时间点的流量情况较为一致，而预设时间点之前的取得的流量个数较多，有利于更加准确地计算流量的变化趋势，减小误差。当然，第一流量数列、第二流量数列中流量的个数的设置不限于此。

上述各个实施例中，按照预设时间间隔获取加压流中的能呼吸气体的流量具体可以包括：

等时间间隔获取加压流中的能呼气气体的流量。

其中，具体时间间隔可以根据实际精度需要进行设定，便于操作与设定。

除了上述持续正压力通气稳压的方法，本发明还提供了一种应用上述持续正压力通气稳压的方法的装置，该装置具体包括：

第一接收模块，按照预设时间间隔接收流量传感器测得的加压流中的能呼吸气体的流量；

二阶导模块，用于确定预设时间点的流量的二阶导数；

第二接收模块，用于获取平均流量、漏气量、吸气潮气量以及吸气时间；

判断模块，用于判断平均流量是否大于漏气量，若是，触发第一增益模块，否则，触发第二增益模块；

第一增益模块，用于确定增益值为吸气潮气量除以吸气时间的商与漏气量相减后的值与第一系数的乘积；

第二增益模块，确定增益值为吸气潮气量除以吸气时间的商与漏气量相减后的值与第二系数的乘积，其中，第一系数大于第二系数；

呼吸矢量模块，用于确定呼吸矢量，呼吸矢量为增益值与二阶导数的乘积；

驱动模块，用于基于呼吸矢量和压力生成器控制基线配置压力生成器的驱动信号。

由于采用了上述持续正压力通气稳压的方法，此种装置可以通过呼吸矢量提前预知流量变化趋势，并根据呼吸矢量控制当前时间点的流量，从而可以在大的流量激变来临前，提前提升压力生成器的驱动功率，增加加压流中的压力和流量参数，从而降低因大流量造成的压力生成器输出延时而引起加压流压力塌陷，防止造成压力剧烈波动，使流量的波形稳定，响应快速，使使用者呼吸舒适。

除了上述持续正压力通气稳压的方法与装置，本发明还提供了一种包括上述装置的呼吸机。该呼吸机由于采用了上述持续正压力通气稳压的装置，可以通过呼吸矢量提前预知流量变化趋势，并根据呼吸矢量控制当前时间点的流量，从而可以在大的流量激变来临前，提前提升压力生成器的驱动功率，增加加压流中的压力和流量参数，从而降低因大流量造成的压力生成器输出延时而引起加压流压力塌陷，防止造成压力剧烈波动，使流量的波形稳定，响应快速，使使用者呼吸舒适。

其中，呼吸机具体可以包括：

压力生成器1，配置为生成可控受试者呼吸的空气加压流；

流量传感器2，配置为采集压力生成器1输出的加压流的流量信号；

压力传感器3，配置为采集压力生成器1输出的加压流的压力信号；

流体参数采集模块，配置为采集压力生成器1输出的加压流的压力参数和流量参数，并对使用滤波算法，输出稳定，平滑的受试者呼吸的加压流参数。

治疗方案模块，配置为由专业(医护)人员输入的适合受试者呼吸或治疗的加压流信息。治疗方案模块与持续正压力通气稳压的装置可以设置在呼吸机的处理器5中；

用户接口4，配置为呼吸机系统所有的外设接口，例如：按键、旋钮、开关等输入接口，显示屏、触摸屏接口，扬声器接口、麦克风接口、无线模块接口(wifi、zigbee、蓝牙等等)，可听报警接口、打印机接口等。

存储器6，配置为存储本呼吸机中的治疗方案数据、压力生成器控制基线数据、系统运行数据等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的持续正压力通气稳压的方法、装置及呼吸机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种持续正压力通气稳压的装置，其特征在于，包括：

第一接收模块，按照预设时间间隔接收流量传感器测得的加压流中的呼吸气体的流量；

二阶导模块，用于确定预设时间点的流量的二阶导数；

第二接收模块，用于获取平均流量、漏气量、吸气潮气量以及吸气时间；

判断模块，用于判断所述平均流量是否大于所述漏气量，若是，触发第一增益模块，否则，触发第二增益模块；

所述第一增益模块，用于确定增益值为吸气潮气量除以吸气时间的商与漏气量相减后的值与第一系数的乘积；

所述第二增益模块，确定增益值为吸气潮气量除以吸气时间的商与漏气量相减后的值与第二系数的乘积，其中，所述第一系数大于所述第二系数；

呼吸矢量模块，用于确定呼吸矢量，所述呼吸矢量为增益值与所述二阶导数的乘积；

驱动模块，用于基于所述呼吸矢量和压力生成器控制基线配置压力生成器的驱动信号，所述压力生成器控制基线为F=F(P，L)，其中P为压力参数，L为流量参数，则驱动模块输出D=F+Qe，其中，Qe为呼吸矢量。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一系数为1/4，所述第二系数为1/10。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述确定预设时间点的流量的二阶导数包括：

计算所述预设时间点前的第一流量数列中每相邻两个值的第一平均流速；

计算所述预设时间点后的第二流量数列中每相邻两个值的第二平均流速，其中，所述第一流量数列或所述第二流量数列包括所述预设时间点的流量；

计算所有所述第一平均流速的平均数得到第一一阶导数；

计算所有所述第二平均流速的平均数得到第二一阶导数；

计算所述第二一阶导数与所述第一一阶导数的差值，所述差值为所述预设时间点的流量的二阶导数。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述确定预设时间点的流量的二阶导数包括：

根据最小二乘法计算所述预设时间点前的第一流量数列的第一一阶导数；

根据最小二乘法计算所述预设时间点后的第二流量数列的第二一阶导数，其中，所述第一流量数列或所述第二流量数列包括所述预设时间点的流量；

计算所述第二一阶导数与所述第一一阶导数的差值，所述差值为所述预设时间点的流量的二阶导数。

5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述第二流量数列中流量的个数为2个，所述第一流量数列中流量的个数为6个，所述第一流量数列中的流量包括所述预设时间点的流量。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述按照预设时间间隔接收流量传感器测得的加压流中的呼吸气体的流量包括：

等时间间隔获取加压流中的呼气气体的流量。

7.一种呼吸机，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的持续正压力通气稳压的装置。