CN111481779A - 基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，主要由控制模块、多参数监测模块、电子流量阀、气路转向开关、人机交互界面、通讯模块以及嵌入式软件组成。本发明有益效果时：在医疗单位氧气治疗与雾化治疗的过程中提供多种治疗模式，满足不同的临床需求。在采用呼吸频率同步的治疗模式时节省50%左右的氧气或药物资源，具有很好的社会意义。同时，氧气治疗或雾化治疗过程中实时监测多项生理参数，保证了治疗的有效性和安全性。

Description

基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统
技术领域
本发明涉及基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，属于临床使用的医疗器械。
背景技术
医用氧气输出控制设备是医疗机构行氧气治疗时必备的医疗器械，目前医疗机构常用氧气治疗设备的是氧气吸入器。同时，很多呼吸道疾病患者在氧气治疗过程中，需要雾化吸入治疗，医护人员需要另行使用雾化设备（常用的是氧气射流雾化雾化设备）。在氧气治疗和雾化治疗时，两种设备交替使用，不仅增加了医护人员的工作量，也增加了医院购买和维护两种设备的成本。
而且，现有氧气治疗设备和氧气射流雾化设备对氧气输出控制手段单一，医护人员设定输出流量值后实现氧气输出控制，期间缺乏对患者血氧饱和度值、呼吸频率等生理参数的动态监测，更无法根据患者生理参数变化的变化实现氧气输出的动态调整。2008年英国胸科协会（BTS）发布了一个完善和权威性的氧气治疗指南，首次将血氧饱和度列为人体心跳、呼吸、血压及脉搏之外的第五个生命指征，同时提出了氧气治疗必须明确目标血氧饱和度（即明确了治疗目标），在给氧过程中必须动态监测患者血氧饱和度并维持其目标血氧饱和度，可见现有氧气治疗器械已经无法满足现代医学的需要。呼吸频率也是临床诊断中的一项重要的诊断依据：呼吸过速(指呼吸频率超过24次/分），见于发热、疼痛、贫血、甲状腺功能亢进及心力衰竭等；呼吸过缓(指呼吸频率低于12次/分），见于麻醉剂或镇静剂过量和颅内压增高等；呼吸频率伴呼吸深度的变化，呼吸浅快，见于呼吸肌麻痹、严重鼓肠、腹水和肥胖等，以及肺部疾病（如肺炎、胸膜炎、胸腔积液和气胸等）。此外，当严重代谢性酸中毒时，亦出现深而慢的呼吸，常见于糖尿病酮中毒和尿毒症酸中毒等，因此在氧气治疗与雾化治疗过程中，动态监测患者的呼吸频率同样具有重要意义。
为克服以上缺陷，本发明人提出基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统。
发明内容
本发明提出了基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，主要由控制模块、多参数监测模块、电子流量阀、气路转向开关、人机交互界面、通讯模块以及嵌入式软件组成，其中：
所述的控制模块是基于核心处理器开发的集成电路，其中包含信号处理模块、电源管理模块、存储模块等，核心处理器采用中央处理器（Central Processing Unit /Processor，CPU）、微控制单元（Microcontroller Unit，MCU）或可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）中的任意一种；控制模块与多参数监测模块、电子流量阀、气路转向开关、人机交互界面、通讯模块采用集成电路或导线联通，协同工作。
所述的多参数监测模块由人体生命指征监测的医学传感器和信号处理部件构成，多参数监测模块包括血氧监测模块、呼吸频率监测模块、体温监测模块、心率监测模块、血压监测模块，多参数监测模块用于患者的血氧饱和度、脉率、呼吸频率、体温、心率、血压等生理参数的动态监测。本发明的多参数监测模块至少应满足两种以上生命指征的动态监测，且至少应包括血氧饱和度、呼吸频率的动态监测。
所述的血氧监测模块主要由血氧传感器、血氧计算模块以及导联线构成，用于动态监测患者的血氧饱和度、脉率、灌注指数（PI）。
所述的呼吸频率监测模块是用于识别患者呼气吸气动作、并计算呼吸频率的感应装置。呼吸频率监测模块采用温度传感器、或声学传感器、或压力传感器中的其中一种为核心进行制备，各种不同呼吸频率监测模块的工作原理和制备方法是：
（1）采用温度传感器为核心制备的呼吸频率监测模块：其工作原理是根据患者呼气或吸气动作时口腔或鼻孔外周的温度变化，利用温度传感器感知患者呼吸动作和频率。具体做法是，选用响应时间较快的温度传感器，将温度传感器的检测部设置在患者口腔或鼻孔外周5mm-10mm处，温度传感器输出端通过导线与控制模块的信号处理模块联通，动态监测患者呼气或吸气动作时的温度变化。由于呼气动作时人体呼出热气的温度明显高于吸气动作时吸入外部气体的温度，因此在患者口腔或鼻孔外周，呼气动作时获取的温度∆t1与吸气动作时获取的温度∆t2存在明显差异，控制模块利用这种温度差异的动态监测判定患者的呼吸动作，温度∆t1时控制模块判定为呼气动作，温度∆t2时控制模块判定为吸气动作，并根据呼吸与吸气交替周期计算出呼吸频率。
（2）采用声学传感器为核心制备的呼吸频率监测模块：其工作原理是根据患者呼气或吸气动作时呼吸道外周呈现不同的声学特征，利用声学传感器感知患者呼吸动作和频率。具体做法是，将声学传感器的检测部贴附在呼吸道外周的声学敏感部位，比如口腔、颈部、鼻腔、胸腔等，声学传感器的输出端通过导线与控制模块的信号处理模块联通。由于人体呼气或吸气动作时呈现明显不同的声学特征，控制模块利用呼气或吸气两种不同声学特征判定患者的呼吸动作，并根据呼吸与吸气交替周期计算出呼吸频率。
（3）采用压力传感器为核心制备的呼吸频率监测模块：其工作原理是根据患者呼气或吸气动作时呼吸道外周呈现不同的压力变化，利用压力传感器感知患者呼吸动作和频率。具体做法是，将小量程的压力传感器的检测部设置在患者口腔或鼻孔外周5mm-20mm处，压力传感器的输出端通过导线与控制模块的信号处理模块联通。患者呼气动作时压力传感器监测到口腔或鼻孔外周处于正压状态，而吸气动作时患者口腔或鼻孔外周处于负压状态。因此，在吸气或吸气动作时，患者口腔或鼻孔外周监测获取的压力存在明显差异，控制模块利用获取的压力值变化判定患者的呼气或吸气动作，正压时控制模块判定为呼气动作，负压时控制模块判定为吸气动作，并根据呼吸与吸气交替周期计算出呼吸频率。压力传感器设置在患者口腔或鼻孔外周更为简单的方式是，将压力传感器的检测部设置在吸氧面罩或雾化器面罩内，吸氧面罩或雾化器面罩固定在患者口腔或鼻腔外周，在吸氧治疗或雾化治疗过程中，控制模块利用获取的压力值变化判定患者的呼气或吸气动作。在另外一种实施例中，将压力传感器设置在控制模块的集成电路中，压力传感器的检测部连通一根延长的压力监测软管，压力监测软管另一端连通吸氧管路或雾化器的输出口，控制模块同样能获取患者呼气或者吸气动作时的不同压力值，判定患者的呼气或吸气动作，计算呼吸频率。
所述的体温监测模块主要由体温传感器、信号处理模块组成，属于已有的成熟技术，用于患者体温的连续监测。
所述的心率监测模块由心电电极、信号处理模块组成，属于已有的成熟技术，用于患者心率的连续监测。
所述的血压监测模块由压力传感器、微型气泵和信号处理模块组成，属于已有的成熟技术，用于患者血压的连续监测。
所述的电子流量阀用于氧气输出流量大小的电动控制，包括阀门开启、流量大小调节、阀门关闭的电动控制。电子流量阀可以采用比例阀、电磁阀、顶针阀、节流阀等任意一种适合的电子阀件；电子阀件的工作压力0.1Mpa～0.6Mpa，量程不低于0～10L，精度不低于0.5L，计量误差不超过4%。电子流量阀根据控制模块给出的流量设定值动作，输出对应流量的氧气。电子流量阀输出通路的下游位置设置流量传感器，实现输出流量的动态监测和反馈。
所述的气路转向开关用于氧气输出通路的切换控制，气路转向开关设置在电子流量阀输出通路的下游位置，气路转向开关为常闭式三口二位电磁阀，其中一口连接氧气输入管路、一口连接吸氧输出管路、一口连接雾化输出管路；初始状态的电子流量阀处于闭合状，一位时电子流量阀的吸氧输出管路连通、雾化输出管路闭合，二位时雾化输出管路连通、吸氧输出管路闭合。气路转向开关根据控制模块给出的进入氧气治疗或雾化治疗指令，实现氧气输出气路的切换控制。当选择进入氧气治疗时，气路转向开关主动切换到吸氧输出管路，氧气从吸氧通路输出，在吸氧输出管路接口连接吸氧管路即可实现氧气治疗；当选择进入雾化治疗时，气路转向开关主动切换到雾化输出管路，氧气从雾化通路输出，在雾化输出管路接口连接雾化器即可实现雾化治疗。
所述的人机交互界面主要采用液晶屏和操作功能键构成，人机交互界面用于治疗模式选择、控制参数的设置、监视信息读出以及其他功能的操作。所述的控制参数包括氧气输出流量、目标血氧饱和度、吸氧时长等，人机交互界面的操作功能键包括吸氧时长设置键、流量设置键、目标血氧值设置键、吸氧/雾化功能切换键，功能键采用按钮、编码器、触摸屏各种常规技术均可。
所述的通讯模块用于本发明监护信息、提示或警示信息远程发送到医学监护终端。通讯模块采用传统的有线传输、蓝牙、WiFi、ZigBee、或者RF等技术方式不限。
所述控制模块中设有嵌入式软件，嵌入式软件是本发明的核心控制程序。嵌入式软件中包含氧气治疗控制程序与雾化控制程序，医护人员在人机交互界面选定氧气治疗或雾化治疗功能后，控制模块进入对应的控制程序。氧气治疗控制程序主要由目标血氧值、输出流量值、吸氧时长、目标血氧控制范围、介入控制时间、流量调节范围、流量调节梯度、呼吸频率构建；氧气治疗控制程序内设有目标血氧伺服模式、呼吸同步模式以及目标血氧伺服+呼吸同步模式三种氧气输出控制方式。雾化控制程序主要由呼吸频率、输出流量值构建，雾化控制程序分为普通射流式雾化与呼吸同步雾化两种氧气输出控制模式。控制程序中各构建要素的作用及相关参数的设定方法是：
所述的目标血氧值是指氧气治疗中期望达到并稳定保持的血氧值，也就是本次氧气治疗预期达成的治疗目标。医护人员根据患者不同特征确定本次氧气治疗的目标血氧值，在人机交互界面/或上位机软件中进行设定，目标血氧值设定范围是88%～99%，常用的是：麻醉复苏患者的目标血氧值设定为96%，急性呼吸窘迫综合征患者的目标血氧值设定为92%，伴高碳酸血症风险者的目标血氧值设定为90%，新生儿常规吸氧患者的目标血氧值设定为93%，常规吸氧患者的目标血氧值设定为96%。
所述的输出流量值是氧气治疗时的医嘱氧气流量，一般以“L/min”为单位。
氧气治疗时医护人员在人机交互界面/或上位机软件中进行设定。
所述的吸氧时长是本次氧气治疗开始到结束的时间长度，一般以小时（h）为单位。吸氧时长由医护人员在人机交互界面/或上位机软件中进行设定,达到吸氧时长后控制模块给出关闭氧气输出指令，电子流量阀关闭氧气输出通路，本次氧气治疗结束。
所述的目标血氧控制范围是以目标血氧值为基准值、允许动态血氧值偏离的限定区间值，即氧气治疗中预期稳定保持的血氧饱和度的上限值与下限值范围。医护人员设定患者的目标血氧值后，目标血氧控制范围根据设定的目标血氧值±1%”或±2%”自动给出，目标血氧控制范围写入氧气治疗控制程序。举例说明，如果目标血氧控制范围按照“目标血氧值±2%”标准写入氧气治疗的控制程序，医护人员在人机交互界面设定的目标血氧值为96%，那么氧气治疗控制程序中目标血氧控制范围就确定在94%～98%之间。
所述的介入控制时间是指患者血氧值偏离目标血氧控制范围后，控制模块介入调整氧气输出流量的相应时间，介入控制时间以分钟（min）为单位。介入控制时间写入氧气治疗控制程序，介入控制时间设定范围是：增大流量介入控制时间为小于1min、降低流量调节的介入控制时间为1～10min之间。比如，在氧气治疗过程中，目标血氧控制范围就是94%～98%之间，增大流量介入控制时间为0.5min、降低流量调节的介入控制时间为3min之间，那么当患者血氧值到达目标血氧控制范围下限值94%并保持0.5min后，控制模块介入流量调整，电子流量阀增大氧气输出流量；反之，当患者血氧值到达目标血氧控制范围上限值98%并保持3min后，控制模块介入流量调整，电子流量阀降低氧气输出流量。
所述的流量调节范围是指控制模块介入调整氧气输出流量的区间值，即控制模块介入流量调整时氧气输出的最小值与最大值范围，以分钟（L/min)为单位，流量调节范围写入氧气治疗控制程序。由于患者个体差异，氧气治疗控制程序中设有不同的流量调节范围，流量调节范围分为四个调整区间：医嘱设定流量为0.5L/min～2L/min的低流量吸氧患者，流量调节范围在0.5L/min～2L/min之间；医嘱设定流量为3L/min～4L/min的中流量吸氧患者，流量调节范围在1L/min～4L/min之间；医嘱设定流量为5L/min～6L/min的高流量吸氧患者，流量调节范围在1L/min～6L/min之间；医嘱设定流量为7L/min～10L/min的超高流量吸氧，流量调节范围在1L/min～10L/min之间。
所述的流量调整梯度是指控制模块介入控制时，电子流量阀增加或者减少氧气输出流量的梯度值，以分钟（L/min)为单位。流量调整梯度写入氧气治疗控制程序，流量调节梯度在0.1L/min～1L/min之间确定；优选的方案是，流量调节梯度确定在0.2L/min～0.5L/min之间。
所述的呼吸频率包括设别患者呼气/吸气动作、计算出呼吸频次，呼吸频率在氧气治疗时动态监测获取。
在选择氧气治疗功能时，医护人员根据患者缺氧程度在人机交互界面设定目标血氧值后，氧气治疗控制程序自动确定目标血氧控制范围；医护人员设定本次氧气治疗的输出流量值（即医嘱流量）后，氧气治疗控制程序自动确定流量调节范围。氧气治疗期间，电子流量阀按照控制模块给出的工作模式输出气，多参数监测模块同步进行多项生理参数的动态监测，包括血氧饱和度、脉率、呼吸频率、体温、心率、血压等生理参数，通讯模块同步上传各项监护信息到护理终端的PC机。氧气治疗控制程序中三种氧气输出控制方式的工作原理分别是：
（1）目标血氧伺服模式：采用目标血氧伺服模式进行氧气治疗时，氧气输出流量基于设定的目标血氧值动态关联控制。当患者的血氧值偏离目标血氧控制范围时，控制模块按照嵌入式软件中定义的介入控制时间、流量调整梯度以及流量调节范围自动调整氧气输出流量，调整的手段是增大或减少氧气输出流量，直到患者血氧值稳定在目标血氧控制范围内。目标血氧伺服模式氧气治疗具体的实施方法是：在氧气治疗过程中，当患者的血氧值降低至目标血氧控制范围的下限值，控制模块按照定义的介入控制时间、流量调整梯度增加氧气输出流量，直到患者血氧值稳定在目标血氧控制范围内；控制模块增大氧气输出流量后，如果患者血氧值仍低于目标血氧控制范围的下限值，控制模块按照定义的流量调整梯度增加氧气输出流量，直到流量调节范围上限；增加的氧气输出流量到达流量调节范围上限后，如果患者血氧值仍低于目标血氧控制范围，人机界面给出血氧值偏离的报警提示，由医护人员进行处置。反之，如果患者血氧值高于目标血氧控制范围的上限值，控制模块按照定义的介入控制时间、流量调整梯度降低氧气输出流量，直到流量调节范围下限；氧气输出流量降低至流量调节范围下限后，患者血氧值仍高于目标血氧控制范围，人机交互界面给出停止吸氧的建议性信息。到达设定的吸氧时间长后，电子流量阀关闭氧气输出，并在人机界面给出吸氧结束的提示信息。
（2）呼吸同步模式：采用呼吸同步模式进行氧气治疗时，呼吸频率监测模块识别患者呼气吸气动作并计算呼吸频率，氧气输出流量与呼吸频率同步控制。在氧气治疗过程中，气路转向开关根据呼吸频率实时响应，当患者吸气动作时，气路转向开关接通吸氧输出通路，氧气按照设定流量值输出；当患者呼气动作时，气路转向开关将输出通路闭合，阻断氧气无效输出。采用呼吸同步模式进行氧气治疗，使氧气输出与患者呼吸动作保持同步，在氧气治疗期间节省50%左右的氧气消耗。
（3）目标血氧伺服+呼吸同步模式：该模式结合了以上（1）、（2）两种氧气输出控制模式的技术特征，采用目标血氧伺服+呼吸同步模式进行氧气治疗时，氧气输出基于目标血氧值动态控制，根据患者血氧值变化自动介入氧气输出流量调节，使患者血氧值稳定保持在目标血氧控制范围内；同时，氧气输出根据患者呼吸频率变化动态控制，使氧气输出与患者呼吸动作保持同步，节省50%左右的氧气消耗。
进行雾化治疗时，医护人员根据临床需要，在普通射流式雾化或呼吸同步雾化两种模式中选择其中一种。所述的普通雾化是指氧气按照设定的输出流量进入雾化杯中，强力气流射流冲击药液形成气雾，持续不断在雾化器咬嘴或罩杯中输出，这也是目前传统的气动力射流雾化方式。所述的呼吸同步雾化是指射流雾化动作与患者呼吸频率同步的雾化治疗方式，在选定呼吸同步雾化模式时，气路转向开关接通雾化输出通路，医护人员根据药物特征在人机交互界面设定氧气输出流量，雾化治疗氧气输出流量一般设定在5L/min～8L/min之间；采用呼吸同步雾化模式时，呼吸频率监测模块主动识别患者呼气吸气动作并计算呼吸频率，气路转向开关根据患者呼吸频率实时响应；当患者吸气动作时，气路转向开关接通雾化输出通路，药液在氧气射流作用下被雾化输出，喷射进入患者吸入呼吸道；当患者呼气动作时，气路转向开关将输出通路闭合，阻断氧气进入雾化杯中，药液中止雾化输出，如此反复，使药液雾化输出与患者呼吸动作保持同步，减少雾化药液在患者呼气动作时被无效释放，使雾化药液的利用率提高一倍。
本发明的有益效果是：提供了一种多功能的氧气输出控制装置，在医疗单位氧气治疗与雾化治疗的过程中提供多种治疗模式，满足不同的临床需求。在采用呼吸频率同步的治疗模式时节省50%左右的氧气或药物资源，具有很好的社会意义。同时，氧气治疗或雾化治疗过程中实时监测包括血氧饱和度、呼吸频率、脉率、体温、心率及血压多项生理参数，保证了治疗的有效性和安全性。
附图说明
图1是本发明工作原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例具体说明本发明。
实施例1：本发明的制备
本发明采用的主要部件清单：
控制模块采用ARM微控制器（MCU），型号STM32F415RGT6，ST意法半导体。
多参数监测模块由血氧监测模块、呼吸频率监测模块、体温监测模块、心率监测模块、血压监测模块五个模块构建，具体要求为血氧传感器采用双色的发光二极管PDFE833,发出波长分别是660nm 和940nm，指夹式，血氧饱和度监测范围70%～100%（70%以下无定义），测量误差不大于3%；呼吸频率传感器采用微压力传感器为核心制作，量程0～50kPa，测量精度0.01kPa，监测患者口鼻外周压力变化获取呼吸频率；体温监测模块采用贴片式热敏电阻为检测部，量程25℃～45℃，计量精度0.1℃，计量误差0.2℃；心率电极量程25cpm～250cpm，计量精度1cpm，计量误差+3cpm；血压传感器采用气体压力传感器为核心制作，量程0～700kPa，精度0.1KPa。
电子流量阀采用步进电机驱动的比例阀，流量传感器的量程为0-10L，最大耐压值0.6MPa，流量传感器量程0-15L，精度0.1L，计量误差不超过4%。
气路转向开关采用微型常闭式电磁阀，三口两位，供电电压12V，最大工作压力0.8MPa，响应时间不大于50毫秒。
通讯模块采用WiFi模块，型号QCA9377，高通公司生产，存储模块采用三星HY27US08561A （64M），供电电源采用12V、1A医用电源适配器，人机交互界面采用5寸液晶显示屏、2个编码器及3个功能按键组成，产品防护外壳采用无毒聚丙烯材料注塑成形。
各部件检验合格后，根据图1所示工作原理图，应用电子产品通用生产工艺制备PCB，采用贴片、焊接、组装等工序常规技术生产电路板，组装电子流量阀、气路转向开关各部件，加装外壳及控制按钮，仪器整装后老化测试。
根据本发明提出的软件构建要素及工作原理开发嵌入式软件，软件应满足本发明提出的氧气输出控制方法，实现氧气治疗、雾化治疗、多项生理参数的动态监测以及远程通讯等功能。
将生产完成的嵌入式软件烧录到整装完成的产品中，测试全性能，合格通过。
实施例2：本发明临床应用举例
1、应用本发明进行氧气治疗并在治疗过程中插入雾化治疗，治疗对象确诊为二氧化碳潴留的患者，咳嗽多痰，选择目标血氧伺服+呼吸同步模式。
医嘱处方：二氧化碳潴留患者，目标血氧范围是88%～92%，吸氧时长20小时、氧气流量2L/min。吸氧5小时后行雾化治疗，雾化药液配置：氨溴索0.2g溶解于庆大霉素5ml。
根据医嘱处方给出的目标血氧范围88%～92%，医护人员在人机交互界面将目标血氧值设定为90%，设定吸氧时长20小时，设定氧气流量2L/min（低流量吸氧患者，流量调节范围在0.5L/min～2L/min之间吸氧区间）。将指夹式血氧传感器与患者食指固定，呼吸频率传感器固定在患者鼻腔外周心率与温度传感器用医用胶布固定在患者左侧胸口，启动，进入氧气治疗模式。呼吸频率监测模块开始实时监测患者呼吸动作，气路转向开关根据呼吸频率变化实时响应，患者吸气时氧气正常输送到患者呼吸道，患者呼气时停止氧气输送。
如果患者血氧值稳定保持在血氧控制范围的上限值92%且超过3min时，控制模块给出降低氧气输出流量的指令，电子流量阀按照流量调整梯度降低氧气输出量，每次降低梯度为0.25L/min；当降低氧气输出流量后，患者血氧饱和度仍稳定保持在92%时，每间隔3分钟继续降低一个梯度，直到流量调节范围的最小值0.5L/min；反之，如果患者血氧值下降至目标血氧控制范围的下限值88%时，在0.5min内控制模块给出增加氧气输出流量的指令，电子流量阀按照流量调整梯度增大氧气输出量，每次增加梯度为0.25L/min，每0.5min调高一个梯度，直到流量调节范围的最大值2L。如果通过调整氧气输出量大小，但患者的目标血氧控制范围仍发生偏离目标血氧控制范围88%～92%时，控制模块给出警示信息，警示信息在人机交互界面提示并远程传输到护理终端，提示医护人员进行人工干预。
吸氧治疗5小时后，医护人员在人机交互界面切换到雾化治疗功能，选择呼吸同步雾化模式。将医用雾化器气源接头与本发明的雾化输出接口连通，将配置好的雾化药液注入雾化杯中，将雾化面罩妥善固定在患者口鼻外周；雾化面罩内设有微压力传感器，微压力传感器的输出端用导线串口连接到本发明的控制主板信号输入口，设定氧气输出流量6L/min，开启雾化。在呼雾化过程中，呼吸频率监测模块主动识别患者呼气吸气动作，气路转向开关根据患者呼吸频率实时响应；当患者吸气动作时，药液被雾化输出，喷射进入患者吸入呼吸道；当患者呼气动作时，气路转向开关将输出通路闭合，阻断氧气进入雾化杯中，药液中止雾化，如此反复。
雾化治疗结束后，医护人员重新切换到原来的氧气治疗模式，继续进行吸氧治疗。吸氧时长20小时后，电子流量阀自动关闭氧气输出，人机交互界面提示本次氧气治疗结束。
在氧气治疗和雾化治疗期间，如果患者需要监测其他生理参数，将多参数监测模块的心率传感器、体温传感器及血压传感器的串口接头分别与本发明连接，能够动态监测心率、体温及血压参数，并将获取的生理参数远程上传到医护终端。
上述附图及实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中，对本发明的保护范围不构成任何限制。

Claims (10)

1.基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，主要由控制模块、多参数监测模块、电子流量阀、气路转向开关、人机交互界面、通讯模块以及嵌入式软件组成，其中：所述的控制模块是基于核心处理器开发的集成电路，多参数监测模块由人体生命指征监测的医学传感器和信号处理部件构成，电子流量阀用于氧气输出流量大小的电动控制，气路转向开关用于氧气输出通路的切换控制；其特征在于：控制模块与多参数监测模块、电子流量阀、气路转向开关、人机交互界面、通讯模块采用集成电路或导线联通；多参数监测模块至少应满足两种以上生命指征的动态监测，且至少应包括血氧饱和度、呼吸频率的动态监测；所述控制模块中设有嵌入式软件，嵌入式软件中包含氧气治疗控制程序与雾化控制程序；气路转向开关根据控制模块给出的进入氧气治疗或雾化治疗指令，实现氧气输出气路的切换控制；当选择进入氧气治疗时，气路转向开关主动切换到吸氧输出管路，氧气从吸氧通路输出；当选择进入雾化治疗时，气路转向开关主动切换到雾化输出管路，氧气从雾化通路输出。
2.根据权利要求1所述的基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，其特征还在于：多参数监测模块包括血氧监测模块、呼吸频率监测模块、体温监测模块、心率监测模块、血压监测模块。
3.根据权利要求1所述的基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，其特征还在于：氧气治疗或雾化治疗过程中实时监测包括血氧饱和度、呼吸频率、脉率、体温、心率及血压多项生理参数。
4.根据权利要求1所述的基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，其特征还在于：氧气治疗控制程序主要由目标血氧值、输出流量值、吸氧时长、目标血氧控制范围、介入控制时间、流量调节范围、流量调节梯度、呼吸频率构建。
5.根据权利要求1所述的基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，其特征还在于：氧气治疗控制程序内设有目标血氧伺服模式、呼吸同步模式以及目标血氧伺服+呼吸同步模式三种氧气输出控制方式。
6.根据权利要求1所述的基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，其特征还在于：雾化控制程序分为普通射流式雾化与呼吸同步雾化两种氧气输出控制模式。
7.根据权利要求1所述的基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，其特征还在于：采用目标血氧伺服模式进行氧气治疗时，氧气输出流量基于设定的目标血氧值动态关联控制；当患者的血氧值偏离目标血氧控制范围时，控制模块按照嵌入式软件中定义的介入控制时间、流量调整梯度以及流量调节范围自动调整氧气输出流量，调整的手段是增大或减少氧气输出流量，直到患者血氧值稳定在目标血氧控制范围内。
8.根据权利要求1所述的基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，其特征还在于：采用呼吸同步模式进行氧气治疗时，呼吸频率监测模块识别患者呼气吸气动作并计算呼吸频率，气路转向开关根据呼吸频率实时响应，当患者吸气动作时，气路转向开关接通吸氧输出通路，氧气按照设定流量值输出；当患者呼气动作时，气路转向开关将输出通路闭合，阻断氧气无效输出。
9.根据权利要求1所述的基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，其特征还在于：采用目标血氧伺服+呼吸同步模式进行氧气治疗时，氧气输出基于目标血氧值动态控制，根据患者血氧值变化自动介入氧气输出流量调节，使患者血氧值稳定保持在目标血氧控制范围内；同时，氧气输出根据患者呼吸频率变化动态控制，使氧气输出与患者呼吸动作保持同步。
10.根据权利要求1所述的基于呼吸频率和目标血氧值协同控制的多功能氧气输出系统，其特征还在于：采用呼吸同步雾化模式时，呼吸频率监测模块主动识别患者呼气吸气动作并计算呼吸频率，气路转向开关根据患者呼吸频率实时响应；当患者吸气动作时，气路转向开关接通雾化输出通路，药液在氧气射流作用下被雾化输出，喷射进入患者吸入呼吸道；当患者呼气动作时，气路转向开关将输出通路闭合，阻断氧气进入雾化杯中，药液中止雾化输出，如此反复，使药液雾化输出与患者呼吸动作保持同步。
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