CN110237375B - 一种呼吸机和负压排痰机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种呼气控制方法，计算需求的呼气末正压对应的肺内气体容积Vp，在吸气阶段计算患者肺内总量Vi，在呼气阶段实时监测呼出的气体量Vo；当肺内剩余的气体容积Vi–Vo小于或等于Vp时，关闭呼气阀。所述方法还包括：计算需求的呼气末正压对应的肺内气体容积Vp，在吸气阶段计算患者肺内总量Vi，在呼气阶段实时监测呼出的气体量Vo，以及如果立即关闭呼气阀则在呼气阀关闭过程中预计呼出的气体量Vl；当肺内剩余的气体容积Vi–Vo小于或等于Vp+Vl时，关闭呼气阀。本发明提供的呼气控制方法，能够在保持呼气末正压的前提下，减小呼气阻力，达到患者快速顺畅呼气的目的。

Description

一种呼吸机和负压排痰机
技术领域
本发明属于医疗卫生技术领域，尤其涉及一种呼气控制方法。
背景技术
通过医疗设备控制或辅助患者通气是临床上非常重要的治疗手段。对于危重症患者，通过医疗设备控制/辅助通气往往是必要的挽救生命的治疗措施，例如呼吸衰竭的患者、接受全身麻醉的患者等。
控制/辅助患者通气的医疗设备包括正压呼吸机、负压呼吸机以及正负压交替的呼吸设备等。现代呼吸机发明于上世纪初，目前已经成为呼吸治疗领域和危重症治疗领域最为重要的工具。据统计，2015年中国治疗呼吸机总数达到62.5万台，美国接近100万台，西欧70万台，并且以较快的速度增长。
上世纪50年代，以正负压交替作用的方式治疗患者的肺深部及气道分泌物储留的设备——机械吸排气设备被发明。上世纪80年代后，该技术发展缓慢，直到21世纪初随着临床治疗和护理的精细化重新获得临床的重视，并取得了广泛的应用。
目前应用最为广泛的正压呼吸机的工作原理是，在吸气阶段向患者的提供一个正压支持，控制或者辅助患者完成吸气；在呼气阶段，呼吸机降低或者撤除吸气阶段提供的正压，让患者通过自身的努力呼出气体，主要是靠胸壁的回弹力压出肺内气体。而机械吸排气设备的工作原理是，在吸气阶段向患者气道提供一个正压支持，控制或辅助患者完成吸气；呼气阶段，向患者气道提供一个负压，在患者呼气努力基础上，通过负压抽吸帮助患者以更快的速度呼出肺内的气体，从而达到清理气道的目的。
需要医疗设备控制或辅助呼吸的患者往往存在容易出现肺泡塌陷的问题，一旦出现肺泡塌陷就会导致患者的氧合受到严重影响，需要通过复杂的肺复张手段恢复肺部的正常通气。为了避免肺泡的塌陷，呼吸治疗中需保证在呼气末患者肺内保持一个正压，临床成为呼气末正压(PEEP)。
目前所有的机械吸排气设备都不能为患者呼气末正压的保护。而绝大多说治疗型呼吸机虽然都可以提供PEEP的控制，但是其控制方式会导致患者呼气不畅。绝大多数的呼吸机提供PEEP的方法为在呼气阀上预设一个等于PEEP力，一旦患者的气道压力下降到PEEP时，阀门自动关闭。这个方法的缺点时，在整个呼气阶段呼气阀都会产生一个力作用于患者的呼气气流，形成比较大的呼气阻力，使得患者呼气不够通畅。而顺畅的呼气时改善患者感受和生存质量的重要因素，同时也会对患者的血流动力学产生影响；较大的呼气气流也是患者能够清理气道的重要保证。
如何在为患者提供PEEP控制的同时，保证患者呼气顺畅，甚至产生模拟咳嗽的气流来清理气道，是目前亟待解决的技术难题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种呼气控制方法，能够在保持呼气末正压的前提下，减小呼气阻力，达到患者快速顺畅呼气的目的。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种呼气控制方法，计算需求的呼气末正压对应的肺内气体容积Vp，在吸气阶段计算患者肺内总量Vi，在呼气阶段实时监测呼出的气体量Vo；
当肺内剩余的气体容积Vi–Vo小于或等于Vp时，关闭呼气阀。
优选地，所述方法还包括：
计算需求的呼气末正压对应的肺内气体容积Vp，在吸气阶段计算患者肺内总量Vi，在呼气阶段实时监测呼出的气体量Vo，以及如果立即关闭呼气阀则在呼气阀关闭过程中预计呼出的气体量Vl；
当肺内剩余的气体容积Vi–Vo小于或等于Vp+Vl时，关闭呼气阀。
优选地，所述方法还包括：
当呼气进行时间t达到预设时间点T1，或者呼出的气体量Vo达到预设值时；
则计算T2时间点，当呼气进行时间t达到时间点T2时，关闭呼气阀。
优选地，T2时间点的计算式为：
T2＝T1+(Vi-Vp-Vl)/Fm
其中，Fm为预测的在呼出体积为Vi-Vp-Vl的过程中的气体平均流量。
优选地，所述方法还包括：
当呼气进行时间t加上△T小于T2时；
则继续监测当前呼出的气体量Vo；
当呼气进行时间t加上△T大于T2时；
则等待当呼气进行时间t达到T2时，关闭呼气阀。
优选地，在计算出关闭呼气阀的时间时间点后，提前一小段时间将呼气阀的压力设置为PEEP对应的压力值，使得患者在快速呼气阶段以高速气流呼出大多数气体，然后进入慢速呼气阶段，慢速呼出剩余气体直至肺内压力达到PEEP。
优选地，预设时间点T1为20ms；
预设值为30ml。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的一种呼气控制方法，
其能够做到：1.保持呼气末正压；2.使得患者可以快速呼气，减小呼气阻力，甚至产生模拟咳嗽的气流来清理气道。
附图说明
图1为本发明提供的一种呼气控制方法的实施例中的方法流程示意图；
图2为本发明提供的一种呼气控制方法的实施例中的方法流程示意图；
图3为本发明提供的一种呼气控制方法的实施例中的方法流程示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本实施例中，应说明的是：正常人的呼气过程包括吸气和呼气两个阶段，呼气阶段又可以分为快速呼气阶段、缓慢呼气阶段以及呼气末暂停阶段，快速呼气阶段处于呼气开始时刻，并持续较短的时间，这个阶段呼气流速最大，短时间呼出大量的气体，是保证顺畅呼气的重要阶段。
咳嗽是正常人清理肺深部及气道分泌物的重要生理过程。在咳嗽的最初阶段，呼气气流达到峰值，并持续约0.03～0.05s，之后呼气气流趋于缓和。这个阶段高速的气流将分泌物带出气道，是咳嗽时起关键作用的阶段。
在此，将正常呼气和咳嗽时呼气阶段统称为呼气阶段。
综上所述，在呼气阶段为了保证呼气的顺畅性，最为重要的是保证患者在呼气第一阶段时，即高流速阶段时，能够降低呼气阻力建立呼气高流速。
人的肺部可以等效为一个有一定顺应性和充放气阻力的弹性腔体肺内的气体量为V，顺应为C时，肺内的压力可以简单描述为：
P1＝K1*V/C
即肺内的压力与容量成正比，与顺应性C成反比。当肺部的顺应性不变的情况下，肺内压力与肺内的气体量有直接的对应关系。因此为了保证肺内有一定压力，只需要保证肺内充盈一定的气体量即可。
通过设备控制患者通气时，呼气阶段往往是通过一个阀门开度或者闭合力来控制患者的呼气末正压，呼气阶段的呼气流速为F，则
F＝K2*(P1-P2)/R
其中R包括肺部及气道固有的阻力(R1)，以及由控制呼气的管路和阀门带来的阻力(R2)。呼吸机在控制患者呼气时，为了保证呼气末正压状态，往往使用阀门预设一个与呼气末正压相等阻力，使得患者呼气末保持一个需要的压力。但是这个阻力增加R值，使得呼气气流F较小，患者呼气不畅。
机械吸排气装置，在呼气阶段将P2设为负压，并尽力减小R2，虽然增大呼气气流，但是会导致无法监测和控制患者呼气时的肺内压，也无法保持患者的呼气末正压，导致肺内的气体被过度抽出，V下降到接近0，进一步导致肺泡塌陷。
本实施例提供一种呼气控制方法，计算需求的呼气末正压对应的肺内气体容积Vp，在吸气阶段计算患者肺内总量Vi，在呼气阶段实时监测呼出的气体量Vo；
当肺内剩余的气体容积Vi–Vo小于或等于Vp时，关闭呼气阀。
如图1所示本实施例中所述的方法还包括：
计算需求的呼气末正压对应的肺内气体容积Vp，在吸气阶段计算患者肺内总量Vi，在呼气阶段实时监测呼出的气体量Vo，以及如果立即关闭呼气阀则在呼气阀关闭过程中预计呼出的气体量Vl；
当肺内剩余的气体容积Vi–Vo小于或等于Vp+Vl时，关闭呼气阀。
应说明的是，其中Vl的计算方法是，在呼气阀预计的关闭时间内，对预测的呼气流量进行积分；或者简化为阀门关闭时间乘以预测的阀门关闭过程中的流量均值，其中流量均值预测方可以是，通过测试建立关闭起始时刻的流量值与关闭过程中流量均值的对应关系。
如图2所示：本实施例中所述的方法还包括：
计算需求的呼气末正压对应的肺内气体容积Vp，在吸气阶段计算患者肺内总量，在呼气阶段实时监测呼出的气体量，以及如果立即关闭呼气阀则在呼气阀关闭过程中预计呼出的气体量Vl，当肺内剩余的气体容积小于或等于(Vp+Vl)时，关闭呼气阀；
当呼气进行时间t达到预设时间点T1，或者呼出的气体量Vo达到预设值时；
则计算T2时间点，当呼气进行时间t达到时间点T2时，关闭呼气阀。
应说明的是，本实施例中T2时间点的计算式为：
T2＝T1+(Vi-Vp-Vl)/Fm
其中，Fm为预测的在呼出体积为Vi-Vp-Vl的过程中的气体平均流量。除此以外，T2还可以通过其他工程师常用的手段获得，例如通过查找表、建模等。
如图3所示：本实施例中所述的方法还包括：
当呼气进行时间t加上△T小于T2时；
则继续监测当前呼出的气体量Vo；
当呼气进行时间t加上△T大于T2时；
则等待当呼气进行时间t达到T2时，关闭呼气阀。
上述△T为一个单元时间，是处理器在执行该算法时，每一次循环所耗费最长时间。
最后，应说明的是：在计算出关闭呼气阀的时间时间点后，提前一小段时间将呼气阀的压力设置为PEEP对应的压力值，使得患者在快速呼气阶段以高速气流呼出大多数气体，然后进入慢速呼气阶段，慢速呼出剩余气体直至肺内压力达到PEEP。
本实施例中预设时间点T1为20ms；预设值为30ml。
本发明的第一个实施例是使用该算法控制呼气过程的呼吸机。在吸气阶段，呼吸机通过几个呼吸周期计算患者肺部的力学参数，包括气阻、顺应性，简历肺内气体容积与肺内压力的对应关系，得到与呼气末正压(PEEP)相对应的肺内气体容积Vp。呼气阶段开始时，呼气阀全部打开，保证患者呼气顺畅。同时，实时监测呼出的流量，并计算呼出的气体容积，以及预测阀门关闭过程中的呼出气量Vl。当检测到患者肺部剩余的气体容积小于或等于Vl+Vp时，立即关闭呼气阀，或将呼气阀的压力设置为PEEP对应的压力值；如果还没有达到小于或等于Vl+Vp，则判断呼气时间是否达到20ms，或者呼气量达到30ml，如果未达到则返回继续监测呼气流量和呼出的气体容积；如果已经达到，则计算总的呼气时间T2。如果呼气时间已经接近T2，且差别小于△T，则等待呼气时间到达T2时关闭呼气阀，或者将呼气阀的压力设置为PEEP对应的压力值。
本发明的第二个实施例是使用该算法控制呼气过程的负压排痰机。在吸气阶段，排痰机通过几个呼吸周期计算患者肺部的力学参数，包括气阻、顺应性，简历肺内气体容积与肺内压力的对应关系，得到与呼气末正压(PEEP)相对应的肺内气体容积Vp。呼气阶段开始时，呼气阀全部打开，负压直接作用于患者，保证患者呼气气流最大。同时，实时监测呼出的流量，并计算呼出的气体容积，以及预测阀门关闭过程中的呼出气量Vl。当检测到患者肺部剩余的气体容积小于或等于Vl+Vp时，立即关闭呼气阀；如果还没有达到小于或等于Vl+Vp，则判断呼气时间是否达到20ms，或者呼气量达到30ml，如果未达到则返回继续监测呼气流量和呼出的气体容积；如果已经达到，则计算总的呼气时间T2。如果呼气时间已经接近T2，且差别小于△T，则等待呼气时间到达T2时关闭呼气阀。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种呼吸机，其特征在于，所述呼吸机采用如下控制方法控制呼吸过程：
所述控制方法为：
计算需求的呼气末正压对应的肺内气体容积Vp，在吸气阶段计算患者肺内总量Vi，在呼气阶段实时监测呼出的气体量Vo；
以及如果立即关闭呼气阀则在呼气阀关闭过程中预计呼出的气体量Vl；
当肺内剩余的气体容积Vi–Vo小于或等于Vp+Vl时，关闭呼气阀；
如果肺内剩余的气体容积Vi–Vo大于Vp+Vl时，则判断呼气进行时间t是否达到预设时间点T1，或者呼出的气体量Vo是否达到预设值；
如果当呼气进行时间t达到预设时间点T1，或者呼出的气体量Vo达到预设值时；
则计算T2时间点，当呼气进行时间t达到时间点T2时，关闭呼气阀；
T2时间点的计算式为：
T2＝T1+(Vi-Vp-Vl)/Fm
其中，Fm为预测的在呼出体积为Vi-Vp-Vl的过程中的气体平均流量。
2.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于，
所述方法还包括：
当呼气进行时间t加上△T小于T2时；
则继续监测当前呼出的气体量Vo；
当呼气进行时间t加上△T大于T2时；
则等待当呼气进行时间t达到T2时，关闭呼气阀；
所述△T为一个单元时间，是处理器在执行该方法时，每一次循环所耗费最长时间。
3.根据权利要求2所述的呼吸机，其特征在于，
在计算出关闭呼气阀的时间点后，提前一小段时间将呼气阀的压力设置为PEEP对应的压力值，使得患者在快速呼气阶段以高速气流呼出大多数气体，然后进入慢速呼气阶段，慢速呼出剩余气体直至肺内压力达到PEEP。
4.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于，
预设时间点T1为20ms；
预设值为30ml。
5.一种负压排痰机，其特征在于，所述负压排痰机采用如下控制方法控制呼吸过程：
所述控制方法为：
计算需求的呼气末正压对应的肺内气体容积Vp，在吸气阶段计算患者肺内总量Vi，在呼气阶段实时监测呼出的气体量Vo；
以及如果立即关闭呼气阀则在呼气阀关闭过程中预计呼出的气体量Vl；
当肺内剩余的气体容积Vi–Vo小于或等于Vp+Vl时，关闭呼气阀；
如果肺内剩余的气体容积Vi–Vo大于Vp+Vl时，则判断呼气进行时间t是否达到预设时间点T1，或者呼出的气体量Vo是否达到预设值；
如果当呼气进行时间t达到预设时间点T1，或者呼出的气体量Vo达到预设值时；
则计算T2时间点，当呼气进行时间t达到时间点T2时，关闭呼气阀；
T2时间点的计算式为：
T2＝T1+(Vi-Vp-Vl)/Fm
其中，Fm为预测的在呼出体积为Vi-Vp-Vl的过程中的气体平均流量。
6.根据权利要求5所述的负压排痰机，其特征在于，
所述方法还包括：
当呼气进行时间t加上△T小于T2时；
则继续监测当前呼出的气体量Vo；
当呼气进行时间t加上△T大于T2时；
则等待当呼气进行时间t达到T2时，关闭呼气阀；
所述△T为一个单元时间，是处理器在执行该方法时，每一次循环所耗费最长时间。
7.根据权利要求6所述的负压排痰机，其特征在于，
在计算出关闭呼气阀的时间点后，提前一小段时间将呼气阀的压力设置为PEEP对应的压力值，使得患者在快速呼气阶段以高速气流呼出大多数气体，然后进入慢速呼气阶段，慢速呼出剩余气体直至肺内压力达到PEEP。
8.根据权利要求5所述的负压排痰机，其特征在于，
预设时间点T1为20ms；
预设值为30ml。
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