发明内容
本发明的目的在于提供一种呼吸机自适应调节的方法及呼吸机,旨在保证压力能够以较快的速度升压达到IPAP或降压达到EPAP,同时由于后续利用匀速阶段及减速阶段进行缓冲,电磁阀在开闭时不会产生压力震荡,给用户提供较佳的使用舒适度,达到最佳疗效。
为实现上述目的,本发明提供一种呼吸机自适应调节的方法,所述呼吸机自适应调节的方法包括:
S1,接收用户在呼吸机上设置的压力IPAP、压力EPAP、呼吸机的电磁阀运行的最大速度Vmax、呼吸机的电磁阀在加速阶段运行的时间T1以及呼吸机的电磁阀在减速阶段运行的时间T3;
S2,在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时,根据所述压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3控制电磁阀依次进行加速运转、匀速运转及减速运转,以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀,或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。
优选地,所述步骤S2包括:
S21,在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时,根据所述最大速度Vmax及时间T1计算电磁阀的加速度a1=Vmax/T1,在时间T1内控制电磁阀以加速度a1进行加速;
S22,根据所述压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3计算电磁阀匀速的时间T2,在时间T2内控制电磁阀以最大速度Vmax匀速运转;
S23,根据所述最大速度Vmax及时间T3计算电磁阀的减速度a2=-Vmax/T3,在时间T3内控制电磁阀以加速度a2进行减速,以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀,或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。
优选地,电磁阀匀速的时间T2=(IPAP-EPAP)/Vmax-0.5*(T1+T3)。
优选地,所述步骤S1包括:
S11,接收用户在呼吸机上设置的用户使用类型,若用户使用类型为第一用户使用类型,则设置最大速度Vmax及时间T1分别为第一最大速度及第一时间;
S12,若用户使用类型为第二用户使用类型,则设置最大速度Vmax及时间T1分别为第二最大速度及第二时间,其中,所述第一最大速度大于所述第二最大速度,所述第一时间小于所述第二时间。
优选地,所述第一最大速度为3.5cmH2O/ms,所述第一时间为5ms,所述第二最大速度为2cmH2O/ms,所述第二时间为20ms,所述时间T3为100ms。
为实现上述目的,本发明还提供一种呼吸机,所述呼吸机包括:
接收模块,用于接收用户在呼吸机上设置的压力IPAP、压力EPAP、呼吸机的电磁阀运行的最大速度Vmax、呼吸机的电磁阀在加速阶段运行的时间T1以及呼吸机的电磁阀在减速阶段运行的时间T3;
控制模块,用于在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时,根据所述压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3控制电磁阀依次进行加速运转、匀速运转及减速运转,以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀,或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。
优选地,所述控制模块包括:
第一控制单元,用于在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时,根据所述最大速度Vmax及时间T1计算电磁阀的加速度a1=Vmax/T1,在时间T1内控制电磁阀以加速度a1进行加速;
第二控制单元,用于根据所述压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3计算电磁阀匀速的时间T2,在时间T2内控制电磁阀以最大速度Vmax匀速运转;
第三控制单元,用于根据所述最大速度Vmax及时间T3计算电磁阀的减速度a2=-Vmax/T3,在时间T3内控制电磁阀以加速度a2进行减速,以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀,或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。
优选地,电磁阀匀速的时间T2=(IPAP-EPAP)/Vmax-0.5*(T1+T3)。
优选地,所述接收模块具体用于接收用户在呼吸机上设置的用户使用类型,若用户使用类型为第一用户使用类型,则设置最大速度Vmax及时间T1分别为第一最大速度及第一时间;若用户使用类型为第二用户使用类型,则设置最大速度Vmax及时间T1分别为第二最大速度及第二时间,其中,所述第一最大速度大于所述第二最大速度,所述第一时间小于所述第二时间。
优选地,所述第一最大速度为3.5cmH2O/ms,所述第一时间为5ms,所述第二最大速度为2cmH2O/ms,所述第二时间为20ms,所述时间T3为100ms。
本发明的有益效果是:本发明通过设置压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3,使得在用户进行吸气动作或呼气动作时,呼吸机自适应控制电磁阀依次进行加速运转、匀速运转及减速运转,使得电磁阀在加速阶段较快达到最大速度Vmax,保证压力能够以较快的速度升压达到IPAP或者降压达到EPAP,同时由于后续利用匀速阶段及减速阶段进行缓冲,电磁阀在开闭时不会产生压力震荡,给用户提供较佳的使用舒适度,达到最佳疗效。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
如图1所示,图1为本发明呼吸机自适应调节的方法一实施例的流程示意图,该呼吸机自适应调节的方法包括以下步骤:
步骤S1,接收用户在呼吸机上设置的压力IPAP、压力EPAP、呼吸机的电磁阀运行的最大速度Vmax、呼吸机的电磁阀在加速阶段运行的时间T1以及呼吸机的电磁阀在减速阶段运行的时间T3;
步骤S2,在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时,根据所述压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3控制电磁阀依次进行加速运转、匀速运转及减速运转,以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀,或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。
本实施例中,用户在呼吸机上设置压力IPAP、压力EPAP、呼吸机的电磁阀运行的最大速度Vmax、呼吸机的电磁阀在加速阶段运行的时间T1以及呼吸机的电磁阀在减速阶段运行的时间T3,用户设置上述的参数后,在使用呼吸机的过程中,呼吸机识别用户的呼吸动作,以识别出用户当前是进行吸气动作还是呼气动作。
其中,呼吸机识别用户的呼吸动作可以采用现有识别技术进行识别,例如可以采集用户呼吸的流量数据,通过流量数据的一阶导的变化情况来判断用户的呼吸动作。
在用户当前开始进行吸气动作时,呼吸机需提供一个较高的IPAP压力,这时开启呼吸机的电磁阀,以向用户提供加压气体。呼吸机在升压开始前,电磁阀处于静止状态,其速度为0;在开始升压时,首先对电磁阀进行加速,在较短的时间T1内使电磁阀达到最大速度Vmax;然后保持以最大速度Vmax匀速运转一段时间;最后在呼吸机压力快达到IPAP的时候使电磁阀开始减速,减速的时间为时间T3,当压力到达IPAP时电磁阀的速度恰好减为0。其中,根据设置的压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3可以计算得出电磁阀匀速运转阶段的时间。
在用户当前开始进行呼气动作时,呼吸机需由较高的压力IPAP下降到EPAP,这时关闭呼吸机的电磁阀,以便用户能够顺利呼出气体。呼吸机在降压开始前,电磁阀的运转速度为0;在开始降压时,首先对电磁阀进行加速,在较短的时间T1内使电磁阀达到最大速度Vmax;然后保持以最大速度Vmax匀速运转一段时间;最后在呼吸机压力快达到EPAP的时候使电磁阀开始减速,减速的时间为时间T3,当压力到达EPAP时电磁阀的速度恰好减为0。其中,根据设置的压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3可以计算得出电磁阀匀速运转阶段的时间。
进一步地,如果呼吸机的电磁阀在升压过程中未达到用户设置的最大速度Vmax,则认为升压过程呼吸机的电磁阀在开启时不包括匀速运转阶段,而仅包括加速阶段及减速阶段,即在加速完成后直接进行减速。
与现有技术相比,本实施例通过设置压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3,使得在用户进行吸气动作或呼气动作时,呼吸机自适应控制电磁阀依次进行加速运转、匀速运转及减速运转,使得电磁阀在加速阶段较快达到最大速度Vmax,保证压力能够以较快的速度升压达到IPAP或者降压达到EPAP,同时由于后续利用匀速阶段及减速阶段进行缓冲,电磁阀在开闭时不会产生压力震荡,给用户提供较佳的使用舒适度,达到最佳疗效。
在一优选的实施例中,如图2所示,在上述图1的实施例的基础上,所述步骤S2包括:
S21,在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时,根据所述最大速度Vmax及时间T1计算电磁阀的加速度a1=Vmax/T1,在时间T1内控制电磁阀以加速度a1进行加速;
S22,根据所述压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3计算电磁阀匀速的时间T2,在时间T2内控制电磁阀以最大速度Vmax匀速运转;
S23,根据所述最大速度Vmax及时间T3计算电磁阀的减速度a2=-Vmax/T3,在时间T3内控制电磁阀以加速度a2进行减速,以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀,或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。
本实施例中,参阅图3及图4,图3为电磁阀在开启时运转速度随时间变化的曲线图,图4为与图3对应的电磁阀在开启时压力随时间变化的曲线图。以用户当前进行吸气动作时电磁阀进行开启为例进行说明,电磁阀的控制分解为三个阶段:
加速阶段:在加速阶段中,电磁阀从静止加速到最大速度Vmax,用时要求限定在时间T1内,则加速度a1=Vmax/T1。为了让压力能够尽快开始上升,加速阶段用时时间T1越小越好,优选地,最大速度Vmax小于等于3.5cmH2O/ms,时间T1为5ms。
匀速阶段:在匀速阶段中,电磁阀保持Vmax的速度进行开启,此时压力迅速上升,匀速持续时长为时间T2。
优选地,T2=(IPAP-EPAP)/Vmax-0.5*(T1+T3):
如图4所示,由于电磁阀在整个运转过程中,压力的变化值为由IPAP至EPAP,因此根据压力的变化有:
IPAP-EPAP=Vmax*T2+∫a1tdt+∫a2tdt,
其中,∫a1tdt对应的是加速阶段压力的总变化量,∫a2tdt对应的是减速阶段压力的总变化量,Vmax*T2是匀速阶段压力的总变化量。将a1和a2(a2=-Vmax/T3)的公式带入上式,然后求解积分后,可得到以下公式:
IPAP-EPAP=Vmax*T2+0.5*Vmax*T1+0.5*Vmax*T3,解得T2的计算公式为:T2=(IPAP-EPAP)/Vmax-0.5*(T1+T3)。
另外,如果时间T2计算得出为负数,说明在升压过程中不需要达到所设置的最大速度Vmax,此时整个升压过程由加速阶段及减速阶段组成,此时有:
IPAP-EPAP=∫a1*tdt+∫a2*tdt,
由于加速完成后立即进入减速阶段,因此有以下等式成立:
a1*T1=a2*T3,
联合上述两式有:
IPAP-EPAP=0.5*a1*T1 2+0.5*a2*T3 2,由此解得:
T3=sqrt(2*a1*(IPAP-EPAP)/(a2*(a1+a2))),T1=a2*T3/a1。
减速阶段:减速阶段的目的是确保电磁阀能够平稳的停止,电磁阀逐渐减速到0,避免要求电磁阀突然减速为0产生剧烈的震荡,用时要求限定在时间T3内,则加速度a2=-Vmax/T3,优选地,时间T3为100ms。
当在减速阶段电磁阀的速度减速至0时,呼吸机的压力达到最大值IPAP。
本实施例中,用户当前进行呼气动作时电磁阀进行关闭,电磁阀的控制也分解为加速阶段、匀速阶段及减速阶段共三个阶段,与上述的用户当前进行吸气动作时电磁阀进行开启的三个阶段类似,可分别参考上述的三个阶段,此处不再赘述。
在一优选的实施例中,如图5所示,在上述图1的实施例的基础上,上述步骤S1包括:
S11,接收用户在呼吸机上设置的用户使用类型,若用户使用类型为第一用户使用类型,则设置最大速度Vmax及时间T1分别为第一最大速度及第一时间;
S12,若用户使用类型为第二用户使用类型,则设置最大速度Vmax及时间T1分别为第二最大速度及第二时间,其中,所述第一最大速度大于所述第二最大速度,所述第一时间小于所述第二时间。
本实施例中,用户可以在呼吸机上设置用户使用类型,用户使用类型至少包括第一用户使用类型及第二用户使用类型,可以通过呼吸机上的某些特定参数进行设置,呼吸机根据所设置的特定参数确定对应的用户使用类型。
其中,用户使用类型可以与用户的病症对应,具有某一病症的用户使用该呼吸机上对应的一种用户使用类型,例如具有COPD(慢性阻塞性肺疾病)的用户使用第一用户使用类型,具有OSA(阻塞性睡眠呼吸暂停)的用户使用第二用户使用类型。
若用户使用类型为第一用户使用类型,则设置最大速度Vmax及时间T1分别为第一最大速度及第一时间;若用户使用类型为第二用户使用类型,则设置最大速度Vmax及时间T1分别为第二最大速度及第二时间,其中,所述第一最大速度大于所述第二最大速度,所述第一时间小于所述第二时间。
优选地,所述第一最大速度为3.5cmH2O/ms,所述第一时间为5ms,所述第二最大速度为2cmH2O/ms,所述第二时间为20ms,所述时间T3为100ms。
如图6所示,图6为本发明呼吸机一实施例的结构示意图,该呼吸机包括:
接收模块101,用于接收用户在呼吸机上设置的压力IPAP、压力EPAP、呼吸机的电磁阀运行的最大速度Vmax、呼吸机的电磁阀在加速阶段运行的时间T1以及呼吸机的电磁阀在减速阶段运行的时间T3;
控制模块102,用于在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时,根据所述压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3控制电磁阀依次进行加速运转、匀速运转及减速运转,以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀,或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。
本实施例中,用户在呼吸机上设置压力IPAP、压力EPAP、呼吸机的电磁阀运行的最大速度Vmax、呼吸机的电磁阀在加速阶段运行的时间T1以及呼吸机的电磁阀在减速阶段运行的时间T3,用户设置上述的参数后,在使用呼吸机的过程中,呼吸机识别用户的呼吸动作,以识别出用户当前是进行吸气动作还是呼气动作。
其中,呼吸机识别用户的呼吸动作可以采用现有识别技术进行识别,例如可以采集用户呼吸的流量数据,通过流量数据的一阶导的变化情况来判断用户的呼吸动作。
在用户当前开始进行吸气动作时,呼吸机需提供一个较高的IPAP压力,这时开启呼吸机的电磁阀,以向用户提供加压气体。呼吸机在升压开始前,电磁阀处于静止状态,其速度为0;在开始升压时,首先对电磁阀进行加速,在较短的时间T1内使电磁阀达到最大速度Vmax;然后保持以最大速度Vmax匀速运转一段时间;最后在呼吸机压力快达到IPAP的时候使电磁阀开始减速,减速的时间为时间T3,当压力到达IPAP时电磁阀的速度恰好减为0。其中,根据设置的压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3可以计算得出电磁阀匀速运转阶段的时间。
在用户当前开始进行呼气动作时,呼吸机需由较高的压力IPAP下降到EPAP,这时关闭呼吸机的电磁阀,以便用户能够顺利呼出气体。呼吸机在降压开始前,电磁阀的运转速度为0;在开始降压时,首先对电磁阀进行加速,在较短的时间T1内使电磁阀达到最大速度Vmax;然后保持以最大速度Vmax匀速运转一段时间;最后在呼吸机压力快达到EPAP的时候使电磁阀开始减速,减速的时间为时间T3,当压力到达EPAP时电磁阀的速度恰好减为0。其中,根据设置的压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3可以计算得出电磁阀匀速运转阶段的时间。
进一步地,如果呼吸机的电磁阀在升压过程中未达到用户设置的最大速度Vmax,则认为升压过程呼吸机的电磁阀在开启时不包括匀速运转阶段,而仅包括加速阶段及减速阶段,即在加速完成后直接进行减速。
在一优选的实施例中,如图7所示,在上述图6的实施例的基础上,上述控制模块102包括:
第一控制单元1021,用于在识别出用户当前进行吸气动作或呼气动作时,根据所述最大速度Vmax及时间T1计算电磁阀的加速度a1=Vmax/T1,在时间T1内控制电磁阀以加速度a1进行加速;
第二控制单元1022,用于根据所述压力IPAP、压力EPAP、最大速度Vmax、时间T1以及时间T3计算电磁阀匀速的时间T2,在时间T2内控制电磁阀以最大速度Vmax匀速运转;
第三控制单元1023,用于根据所述最大速度Vmax及时间T3计算电磁阀的减速度a2=-Vmax/T3,在时间T3内控制电磁阀以加速度a2进行减速,以在识别出用户进行吸气动作时开启电磁阀,或在识别出用户进行呼气动作时关闭电磁阀。
本实施例中,参阅图3及图4,图3为电磁阀在开启时运转速度随时间变化的曲线图,图4为与图3对应的电磁阀在开启时压力随时间变化的曲线图。以用户当前进行吸气动作时电磁阀进行开启为例进行说明,电磁阀的控制分解为三个阶段:
加速阶段:在加速阶段中,电磁阀从静止加速到最大速度Vmax,用时要求限定在时间T1内,则加速度a1=Vmax/T1。为了让压力能够尽快开始上升,加速阶段用时时间T1越小越好,优选地,最大速度Vmax小于等于3.5cmH2O/ms,时间T1为5ms。
匀速阶段:在匀速阶段中,电磁阀保持Vmax的速度进行开启,此时压力迅速上升,匀速持续时长为时间T2。
优选地,T2=(IPAP-EPAP)/Vmax-0.5*(T1+T3):
如图4所示,由于电磁阀在整个运转过程中,压力的变化值为由IPAP至EPAP,因此根据压力的变化有:
IPAP-EPAP=Vmax*T2+∫a1tdt+∫a2tdt,
其中,∫a1tdt对应的是加速阶段压力的总变化量,∫a2tdt对应的是减速阶段压力的总变化量,Vmax*T2是匀速阶段压力的总变化量。将a1和a2(a2=-Vmax/T3)的公式带入上式,然后求解积分后,可得到以下公式:
IPAP-EPAP=Vmax*T2+0.5*Vmax*T1+0.5*Vmax*T3,解得T2的计算公式为:T2=(IPAP-EPAP)/Vmax-0.5*(T1+T3)。
另外,如果时间T2计算得出为负数,说明在升压过程中不需要达到所设置的最大速度Vmax,此时整个升压过程由加速阶段及减速阶段组成,此时有:
IPAP-EPAP=∫a1*tdt+∫a2*tdt,
由于加速完成后立即进入减速阶段,因此有以下等式成立:
a1*T1=a2*T3,
联合上述两式有:
IPAP-EPAP=0.5*a1*T1 2+0.5*a2*T3 2,由此解得:
T3=sqrt(2*a1*(IPAP-EPAP)/(a2*(a1+a2))),T1=a2*T3/a1。
减速阶段:减速阶段的目的是确保电磁阀能够平稳的停止,电磁阀逐渐减速到0,避免要求电磁阀突然减速为0产生剧烈的震荡,用时要求限定在时间T3内,则加速度a2=-Vmax/T3,优选地,时间T3为100ms。
当在减速阶段电磁阀的速度减速至0时,呼吸机的压力达到最大值IPAP。
本实施例中,用户当前进行呼气动作时电磁阀进行关闭,电磁阀的控制也分解为加速阶段、匀速阶段及减速阶段共三个阶段,与上述的用户当前进行吸气动作时电磁阀进行开启的三个阶段类似,可分别参考上述的三个阶段,此处不再赘述。
在一优选的实施例中,在上述图6的实施例的基础上接收模块101具体用于接收用户在呼吸机上设置的用户使用类型,若用户使用类型为第一用户使用类型,则设置最大速度Vmax及时间T1分别为第一最大速度及第一时间;若用户使用类型为第二用户使用类型,则设置最大速度Vmax及时间T1分别为第二最大速度及第二时间,其中,所述第一最大速度大于所述第二最大速度,所述第一时间小于所述第二时间。
本实施例中,用户可以在呼吸机上设置用户使用类型,用户使用类型至少包括第一用户使用类型及第二用户使用类型,可以通过呼吸机上的某些特定参数进行设置,呼吸机根据所设置的特定参数确定对应的用户使用类型。
其中,用户使用类型可以与用户的病症对应,具有某一病症的用户使用该呼吸机上对应的一种用户使用类型,例如具有COPD(慢性阻塞性肺疾病)的用户使用第一用户使用类型,具有OSA(阻塞性睡眠呼吸暂停)的用户使用第二用户使用类型。
若用户使用类型为第一用户使用类型,则设置最大速度Vmax及时间T1分别为第一最大速度及第一时间;若用户使用类型为第二用户使用类型,则设置最大速度Vmax及时间T1分别为第二最大速度及第二时间,其中,所述第一最大速度大于所述第二最大速度,所述第一时间小于所述第二时间。
优选地,所述第一最大速度为3.5cmH2O/ms,所述第一时间为5ms,所述第二最大速度为2cmH2O/ms,所述第二时间为20ms,所述时间T3为100ms。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。