CN107961423B - 呼吸机触发吸气的方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种呼吸机触发吸气的方法及应用，包括如下步骤：步骤1)，采集呼吸机面罩端的流量，获得滤波后的实时流量值xi；步骤2)，对步骤1)获得的实时流量值xi进行平均处理获得平均流量值f；步骤3)，对步骤2)获得的平均流量值f求取得到带有凸点的图形；步骤4)，计算步骤3)中凸点之间的斜率，比对斜率后，计算斜率的凸点之间的垂直落差，判断垂直落差是否超过3LPM，进而获得吸气触发特征，触发呼吸机提供吸气压力。本发明的方法能够减少呼吸机的误判情况，避免现有技术中漏气量计算的依赖性，能够快速准确判断病人的呼吸情况，触发吸气，避免及其判断延迟或提前带来的问题，提升病人的舒适性同时提升人机同步能力。

Description

呼吸机触发吸气的方法及应用

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种呼吸机触发吸气的方法及应用。

背景技术

呼吸机在进行流量和压力采集的时候，通常是以一定的频率采集到的离散点，这些点受工频干扰的影响，因此存在一定的噪声，使得采集到的数据点连成的曲线呈现出上下波动的特征，如果在某一时刻干扰很强，那么就会产生脉冲式的干扰，如果不严加区分，会容易认为是流量在大幅度上升，符合人体的自主吸气流量特征，从而容易引发机器的误判。

现在使用的技术，通常是计算出实时漏气量，然后在流量上升到漏气量以后再进行判断，并且为了判断的准确性，通常还需要等到流量超过漏气量一定数值后才能进行准确判断。如业内普遍宣传的飞利浦的容积触发就是要等到吸气气流高于漏气量，且持续吸入6ml以上时，才能判定触发。现有技术对漏气量计算的准确性具有很强的依赖性，由于无创呼吸机的漏气量只能估算，因此在时效性和准确性上通常会打折扣，这样的话在触发时的实时性和准确性就会受到影响。同时，由于必须等待流量超过漏气量后才开始进行判定，存在一定的延迟问题。如何用更快更准的方法判断病人的呼吸触发呼吸机吸气，从而提升病人的舒适性以及提升人机同步能力是目前呼吸机的一个重要研究方向。

CN201510344583.4公开一种吸气触发控制方法，所述吸气触发控制方法包括以下步骤：检测预置于待测物体上的气囊的第一压力信息；根据所述第一压力信息与预置的标准值确定所述待测物体的呼吸状态；当所述呼吸状态为吸气状态时，输出吸气触发控制信号。本发明还公开了一种吸气触发控制装置。本发明降低了呼吸检测的成本，而且实现了在无创呼吸机中可靠的实现吸气触发识别。

CN201510460729.1涉及一种用于正压通气治疗机的呼吸信号判定算法，MCU根据递推法采集正压通气治疗机流量数据，并计算气体流量变化量；根据患者当前的呼吸状态，调整呼吸机压力状态。本发明不受基础气流的影响，在基础气流测量不准确时也可以得到准确的呼吸信号判定；算法简单，响应速度快；判定阀值可调，不同患者使用的时都可以得到最适合自己的参数。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种呼吸机触发吸气的方法及应用，根据呼吸机检测到的气体流量进而能够准确判断呼吸的情况，触发吸气进而提升呼吸的舒适性。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一方面，本发明提供一种呼吸机触发吸气的方法，包括如下步骤：

步骤1)，采集呼吸机面罩端的流量，获得滤波后的实时流量值xi；

步骤2)，对步骤1)获得的实时流量值xi进行平均处理获得平均流量值f，具体公式如下：

其中，f是平均流量值，N为取值点，xi是实时流量值；

步骤3)，对步骤2)获得的平均流量值f求取得到带有凸点的图形；

步骤4)，计算步骤3)中凸点之间的斜率，具体公式如下：K_NN+1＝(f_LN-f_LN+1)/(T_LN-T_LN+1)，比对斜率后，计算斜率的凸点之间的垂直落差Y，具体公式如下：Y＝|f_LN-f_LN+1|，判断垂直落差是否超过3LPM，进而获得吸气触发特征，触发呼吸机提供吸气压力；其中，N为取值点，f_LN和f_LN+1分别表示LN和LN+1点对应的流量值大小，T_LN和T_LN+1分别表示LN和LN+1点对应的时间。

进一步地，所述步骤1)中呼吸机的采样频率设定为100～1000Hz，优选为500Hz。

进一步地，所述步骤1)中滤波采用硬件电路进行低通滤波。

进一步地，所述步骤2)中以50～500ms为节点进行计算，平均处理的周期设为2～50ms，以2ms作为一个取值点。优选以200ms为节点进行计算，平均处理周期为10ms。

进一步地，所述步骤3)中，平均流量值f的第一个点值视为第一个凸点L1，各平均流量值f均与第一个凸点L1形成的极角θ，判断极角处于逐渐增大又逐渐缩小的平均流量值f所在的点，进而找到第二个凸点L2，依次类推，找出第三个凸点L3，第四个凸点L4，……第N个凸点LN，第N+1个凸点LN+1；所有凸点围成带有凸点的图形；极角θ的公式如下：θ＝arctanY/T，其中θ是极角角度大小，Y是两凸点之间的垂直落差大小，T是两凸点之间的时间之差。

进一步地，所述步骤4)中，比对斜率是指将相邻斜率的大小进行比对，若斜率出现下降则继续进行比对下一个斜率，直至找到斜率上升的第一个点，将找到的第一个点与其相邻的第二个点进行计算得出点之间的垂直落差。

更进一步地，所述步骤4)中，a)若垂直落差小于或等于3LPM，则比对第二个点的斜率变化；

b)若垂直落差超过3LPM，则判断吸气触发特征成立，呼吸机触发，提供吸气压力。

更进一步地，所述步骤4)中，若斜率转为负数，则认定第二个点为波动，从第三个点开始返回重新比对斜率；若斜率为正数，则计算第一个点与下一个点，即第三个点的垂直落差，直至确定垂直落差超过3LPM。

另一方面，本发明提供一种呼吸机，在触发吸气过程中，使用本发明所述的检测方法。

另一方面，本发明提供一种麻醉机，在触发吸气过程中，使用本发明所述的检测方法。

本发明具有如下有益效果：

本发明提供一种呼吸机触发吸气的方法及应用，通过采集实时流量进行低通滤波处理获得实时流量值，再经平均处理获得平均流量值，经平均流量值的计算得到凸点图形后，进行斜率、垂直落差计算，进而得到吸气触发特征，触发呼吸机提供吸气压力。本发明的方法计算方式合理，能有效去除干扰，使得呼吸机的检测结果较为准确，能够有效准确判断用户的吸气情况，利于呼吸机进行下一步的触发，使用效果好，用户体验的舒适度高。

采用本发明的方法能够减少呼吸机的误判情况，避免现有技术中漏气量计算的依赖性，能够快速准确判断病人的呼吸情况，触发吸气，避免及其判断延迟或提前带来的问题，提升病人的舒适性同时提升人机同步能力。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明优选实施例中经过低通滤波处理的实时流量示意图。

图2是图1中某个吸气时刻的波形图。

图3是本发明优选实施例中步骤3)得到的带有凸点的图形。

具体实施方式

下面将结合本发明具体实施例，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的一部分实施例，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作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。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

下面结合具体实施例对本发明进行详细的描述。实施例中未进行详细说明的步骤，通常按照常规步骤进行处理。

实施例1

如图1～3所示，本发明提供一种呼吸机触发吸气的方法，具体过程如下：

首先，确定呼吸机的采样频率设定为500Hz，采集呼吸机面罩端的流量，所有的流量数据均采用硬件(本实施例采用硬件上的硬件电路进行低通滤波，该滤波方式为业内普遍使用的滤波方式，主要通过电容电阻组合进行滤波，此处不再赘述)进行低通滤波处理，获得滤波后的实时流量值xi；这一过程基本能保证获取的数据没有脉冲式干扰，剩余的仅仅是较轻的工频干扰，具体图形如图1所示，图中横轴表示时间(单位ms)，纵轴表示流量(单位LPM)。

其次，在获得如图1所示的波形后，后续采用图论中的凸多边形算法对呼吸机的吸气触发点进行判定，本实施例选取图1中的一个吸气时刻的波形进行处理，将该吸气时刻的波形进行放大后，如图2所示。图2对应的是200ms内的一段吸气流量的波形，图中A点表示用户或病人开始吸气的起始点，起始点的确定越及时后续处理的数据越准确，进而呼吸机送气也越及时越准确，这样人机对抗程度越低，疗效也就越好。为使本发明的方法实时准确，对获得的实时流量值xi进行平均处理，以10ms作为一个周期，以2ms作为一个取值点，将10ms内的全部数据进行平均计算获得平均流量值f，具体公式如下：

其中，f是平均流量值，N为取值点，xi是实时流量值；在本发明实施例中N取值为5，在10ms的周期内有5个取值点。

第三，将图2中200ms内的全部数据均进行平均计算获得所有的平均流量值f，最终得到约20个离散的点，将这20个离散的点求取包含他们的凸包，得到带有凸点的图形，如图3所示；具体的计算过程如下：将平均流量值f的第一个点值视为第一个凸点L1，从左至右依次计算各平均流量值f与第一个凸点L1所形成的极角，极角的公式如下：θ＝arctan Y/T，其中θ是极角角度大小，Y是两凸点之间的垂直落差大小，T是两凸点之间的时间之差，从图3可以看出，极角θ逐渐增大又逐渐缩小的平均流量值f所在的点为第二个凸点L2，依次类推，找出第三个凸点L3，第四个凸点L4，第五个凸点L5，第六个凸点L6，第七个凸点L7；所有凸点围成带有凸点的图形，其中L7确定与否不影响整个方法的判断(在本发明中，流量的采集制定规则为从左至右依次采集，L7处于L6的左侧，不具有实际意义，因此不用于判断。)。

第四，将带有凸点的图形绘制后，分别计算凸点L1～L6之间的斜率，即计算相邻两个凸点之间的斜率，以L1和L2点之间的斜率为例：K₁₂＝(f_L1-f_L2)/(T_L1-T_L2)，其中，f_L1和f_L2分别表示L1和L2点对应的流量值大小，T_L1和T_L2分别表示L1和L2点对应的时间，进而得到全部斜率K₁₂，K₂₃，K₃₄，K₄₅，K₅₆。将相邻斜率进行大小比对，若斜率出现下降则继续进行比对下一个斜率，直至找到斜率上升的第一个点，将找到的第一个点与其相邻的第二个点进行计算得出凸点之间的垂直落差Y，Y＝|f_LN-f_LN+1|，其中N为取值点，以L1和L2点之间的垂直落差为例：Y＝|f_L1-f_L2|，即两凸点的差的数值取绝对值。例如将K₁₂和K₂₃进行比对，斜率是下降的；将K₃₄和K₄₅比对，斜率是上升的。在找到斜率上升的凸点后，查看流量的绝对变化量。在本发明的实施例中，L4是斜率上升的第一个点，即说明L4是最可能的流量拐点，计算L5和L4之间的垂直落差Y，即流量在这两点之间的变化情况。若垂直落差小于或等于3LPM，则流量未上升，返回继续采集下一点与第一个点之间的垂直落差；若落差超过3LPM，则判断吸气触发特征成立，呼吸机触发，提供吸气压力。在本发明的实施例中，若L5-L4＜3LPM，则很可能只是一次波动，则继续查看L5点对应的斜率变化，若此时斜率转为负数，则认定L5是一次波动，跳过L5点，从L6点开始重新进行斜率的比对，直至找到下一个斜率上升的点并在此进行确认和比对；若斜率为正数，则继续计算下一个点与第一个点之间的垂直落差，在本实施例中L6-L4，直至确定流量变化超过3LPM，则判断吸气触发特征成立，呼吸机将会触发提供IPAP压力。呼吸机触发提供吸气压力后，保证呼吸的舒适性。

采用本发明的方法能够减少呼吸机的误判情况，避免现有技术中漏气量计算的依赖性，能够快速准确判断病人的呼吸情况，触发吸气，避免及其判断延迟或提前带来的问题，提升病人的舒适性同时提升人机同步能力。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。

Claims (8)

1.一种呼吸机触发吸气的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)，采集呼吸机面罩端的流量，获得滤波后的实时流量值xi；

步骤2)，对步骤1)获得的实时流量值xi进行平均处理获得平均流量值f，具体公式如下：

其中，f是平均流量值，N为取值点，xi是实时流量值；

步骤3)，对步骤2)获得的平均流量值f求取得到带有凸点的图形；平均流量值f的第一个点值视为第一个凸点L1，各平均流量值f均与第一个凸点L1形成的极角θ，判断极角处于逐渐增大又逐渐缩小的平均流量值f所在的点，进而找到第二个凸点L2，依次类推，找出第三个凸点L3，第四个凸点L4，……第N个凸点LN，第N+1个凸点LN+1；所有凸点围成带有凸点的图形；极角θ的公式如下：θ＝arctan Y/T，其中θ是极角角度大小，Y是两凸点之间的垂直落差大小，T是两凸点之间的时间之差；

步骤4)，计算步骤3)中凸点之间的斜率，具体公式如下：K_NN+1＝(f_LN-f_LN+1)/(T_LN-T_LN+1)，比对斜率后，计算斜率的凸点之间的垂直落差Y，具体公式如下：Y＝|f_LN-f_LN+1|，判断垂直落差是否超过3LPM，进而获得吸气触发特征，触发呼吸机提供吸气压力；其中，N为取值点，f_LN和f_LN+1分别表示LN和LN+1点对应的流量值大小，T_LN和T_LN+1分别表示LN和LN+1点对应的时间；比对斜率是指将相邻斜率的大小进行比对，若斜率出现下降则继续进行比对下一个斜率，直至找到斜率上升的第一个点，将找到的第一个点与其相邻的第二个点进行计算得出点之间的垂直落差Y。

2.根据权利要求1所述呼吸机触发吸气的方法，其特征在于，所述步骤1)中呼吸机的采样频率设定为100～1000Hz。

3.根据权利要求1所述呼吸机触发吸气的方法，其特征在于，所述步骤1)中滤波采用硬件电路进行低通滤波。

4.根据权利要求1所述呼吸机触发吸气的方法，其特征在于，所述步骤2)中以50～500ms为节点进行计算，平均处理的周期设为2～50ms，以2ms作为一个取值点。

5.根据权利要求1所述呼吸机触发吸气的方法，其特征在于，所述步骤4)中，a)若垂直落差小于或等于3LPM，则比对第二个点的斜率变化；

b)若垂直落差超过3LPM，则判断吸气触发特征成立，呼吸机触发，提供吸气压力。

6.根据权利要求5所述呼吸机触发吸气的方法，其特征在于，所述步骤4)中，若斜率转为负数，则认定第二个点为波动，从第三个点开始返回重新比对斜率；若斜率为正数，则计算第一个点与下一个点，即第三个点的垂直落差，直至确定垂直落差超过3LPM。

7.一种呼吸机，其特征在于，所述呼吸机在触发吸气过程中，使用权利要求1～6任一所述的方法。

8.一种麻醉机，其特征在于，所述麻醉机在触发吸气过程中，使用权利要求1～6任一所述的方法。

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