CN111760146B - 一种基于simv通气模式下呼吸机流速波形的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法，包括打开呼吸机，将呼吸机设定为SIMV通气模式；首先设定潮气量、呼吸频率、峰流速和吸气暂停时间，控制器按公式控制呼吸机进行流速波形输出；控制器控制气体流量阀输出峰流速的气体，然后控制器控制气体流量阀使气体流速成线性递减方式输送，当气体流量阀输送气体流速达1/3峰流速，停止吸气阀吸气；当经过吸气暂停时间后，打开呼气阀，控制器按吸呼比对应地控制呼气阀打开的时间；关闭呼气阀完成呼吸机一个吸呼周期的通气运作，并重复步骤使得吸气阀、气体流量阀和呼气阀形成周期循环运作。本发明有效降低了传统呼吸机在使用过程中潜在的使用副作用和风险。

Description

一种基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法
技术领域：
本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法。
背景技术：
随着危重病与急救医学事业的迅速发展，人们越来越体会到呼吸机是各种危重病抢救和综合救治必不可少的仪器设备，呼吸机治疗技术更是抢救成败的关键环节。一些病人手术后会处于昏迷的状态，此时病人无法自主呼吸，一般会使用呼吸机对其进行辅助呼吸。而PCO2(二氧化碳分压)是反应呼吸性酸碱平衡障碍的重要指标；二氧化碳分压的高低直接受呼吸作用的调节，其值的大小则影响血液的pH值，因此测定二氧化碳分压可反应呼吸功能对酸碱平衡的调节能力。
而二氧化碳分压增高，是指血液中二氧化碳的压力高于正常范围。二氧化碳分压增高常见于慢性阻塞性肺病患者，这类疾病由于肺弹性回缩力下降，在呼气的时候，不能把人体产生的二氧化碳充分呼出体外，导致二氧化碳潴留，会引起二氧化碳分压增高，这种情况也称作二型呼吸衰竭。二氧化碳分压增高以后血液中碳酸氢根的离子浓度增高，会出现呼吸性酸中毒，病人可以出现呼吸深大、频率增快。PCO2升高见于各种原因造成的上呼吸道阻塞、肺泡通气不足、呼吸功能减退、二氧化碳在体内积聚，如慢性支气管炎、肺气肿、肺水肿、肺心病、大面积肺不张、严重哮喘发作、胸廓胸膜疾病等，均可造成呼吸性酸中毒。
在机械通气时，呼吸机模式和参数的设置直接影响患者的血液动力学、氧合状态和自主呼吸水平。而传统的呼吸机在SIMV容量控制通气模式下，呼吸机流量(Flow)与时间(T)的波形及参数设计上，虽然能实现呼吸机送气辅助呼吸，但是其对应人体二氧化碳分压控制效果不理想，不能适应性降低患者的二氧化碳分压。
因此，提出一种基于呼吸机波形精准控制呼吸机以解决上述问题。
发明内容：
本发明的目的在于，提供一种基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法，通过在SIMV通气模式下呼吸机各参数设置值之间的关系设定提取新的呼吸机流速波形，在实现呼吸机辅助呼吸功能的同时，有效降低了传统呼吸机在使用过程中潜在的使用副作用和风险。
本发明提供了具体的技术方案如下：
一种基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法，包括如下步骤：
S1、打开呼吸机，将呼吸机设定为SIMV通气模式，气体流量阀、吸气阀、呼气阀与控制器电性相连；
S2、首先设定潮气量VT、呼吸频率R、峰流速Pflow和吸气暂停时间TP，控制器按公式：
Figure BDA0002626575200000021
控制呼吸机进行流速波形输出；
S3、控制器控制吸气阀打开，并控制气体流量阀输出峰流速Pflow的气体，并使气体流速成线性递减方式输送，当所述气体流量阀输送气体流速达1/3Pflow，关闭吸气阀；
S4、经过吸气暂停时间TP后达到一个吸呼周期内吸呼比I:E对应的吸气时间，此时控制器控制呼气阀打开；
S5、控制器控制呼气阀工作达到吸呼比I:E对应的呼气时间时，关闭呼气阀完成呼吸机一个吸呼周期的通气运作，然后重复步骤S3继续，使得所述吸气阀、气体流量阀和呼气阀进行吸呼周期循环运作。
作为本发明的进一步改进，所述气体流量阀上安装有流速传感器，所述流速传感器在毫秒级时间内监测所述气体流量阀输出气体的流量。
作为本发明的进一步改进，所述呼气阀末端还连接有PEEP阀，所述PEEP阀维持呼气末气道的压力为正压。
作为本发明的进一步改进，当使用者呼吸功能正常时，吸呼比I:E的设置范围为1：(1.5-2)；当使用者有阻塞性通气障碍时，吸呼比I:E的设置范围为1：(2-2.5)；当使用者限制性通气障碍时，吸呼比I:E的设置范围为1：(1-1.5)。
作为本发明的进一步改进，所述SIMV通气模式中设有用于识别使用者自主呼吸的触发窗，所述触发窗采用流速触发，流速触发值设定为2L/min。
作为本发明的进一步改进，还包括在SIMV通气模式下自主呼气的识别方法，包括以下识别步骤：
F1、所述SIMV通气模式下的一个吸呼周期中呼气阀打开状态的时间内，呼吸机检测到呼气流速递减到零的时间等于所述呼气阀打开状态的时间，则判断为患者被动呼气；
F2、所述SIMV通气模式下的一个吸呼周期中呼气阀打开状态的时间内，呼吸机检测到呼气流速递减到零的时间小于所述呼气阀打开状态的时间，则判断为患者主动呼气；
F3、所述SIMV通气模式下的一个吸呼周期中呼气阀打开状态的时间内，呼吸机检测到呼气流速递减到零的时间大于所述呼气阀打开状态的时间，则判断为患者阻塞性呼气。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明的基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法，通过在SIMV通气模式下呼吸机各参数设置值之间的关系设定提取新的呼吸机流速波形，在实现呼吸机辅助呼吸功能的同时，可适应性降低患者的二氧化碳分压，有效降低了传统呼吸机在使用过程中潜在的使用副作用和风险。
(2)本发明的基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法，可识别患者的主动或被动呼气，有效地判断患者呼吸状况，为患者治疗提供了快速准确的数据信息支持；SIMV通气模式下给患者提供了自主呼气的锻炼时机，同时也保证了患者最低吸气量。
附图说明：
为了易于说明，本发明由下述的具体实施例及附图作以详细描述。
图1为本发明的基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法下形成的单个吸呼周期的流速波形；
图2为本发明的基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形与传统呼吸机流速波形在使用过程中二氧化碳分压值的数据分布对比图；
图3为本发明的基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法下形成的单个吸呼周期内的不同状态的呼气识别的流速波形图。
具体实施方式：
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述：
参照图1-3，一种基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法，包括如下步骤：
S1、打开呼吸机，将呼吸机设定为SIMV通气模式，气体流量阀、吸气阀、呼气阀与控制器电性相连；
S2、首先设定潮气量VT、呼吸频率R、峰流速Pflow和吸气暂停时间TP，控制器按公式：
Figure BDA0002626575200000051
控制呼吸机进行流速波形输出；
S3、控制器控制吸气阀打开，并控制气体流量阀输出峰流速Pflow的气体，并使气体流速成线性递减方式输送，当所述气体流量阀输送气体流速达1/3Pflow，关闭吸气阀；
S4、经过吸气暂停时间TP后达到一个吸呼周期内吸呼比I:E对应的吸气时间，此时控制器控制呼气阀打开；
S5、控制器控制呼气阀工作达到吸呼比I:E对应的呼气时间时，关闭呼气阀完成呼吸机一个吸呼周期的通气运作，然后重复步骤S3继续，使得所述吸气阀、气体流量阀和呼气阀进行吸呼周期循环运作。
本发明的实施例考虑到SIMV通气模式下给予患者自主充分呼气的容量，将一个吸呼周期的吸气阶段末端的吸气阀流速递减控制到1/3Pflow，同时通过函数关系设定呼吸机各参数之间的工作关系，使得呼吸机在SIMV通气模式下形成新的流速波形，通过该流速波形的控制方法并基于新的参数之间的函数关系，在患者使用呼吸机辅助呼吸过程中根据患者自身状况重新设定各参数，从而稳定输出新的流速波形进行运作。
下面就呼吸机具体的设置参数潮气量VT、峰流速Pflow、呼吸频率R、吸气暂停时间TP与对应吸呼比I:E的之间的函数关系，结合图1的递减流速波形，可知：
VT＝SABCD，式中SABCD为流速波形中梯形ABCD的面积，代表潮气量VT，单位为L(升)；
AG＝60/R，式中AG为一个吸呼周期，单位为s(秒)，其中呼吸频率R为一分钟内呼吸的次数；
Pflow＝AB，式中AB代表峰流速Pflow，单位为L/min(升/分)；
TP＝DE，式中DE代表吸气暂停时间TP，即SIMV通气模式下给患者自主吸气的预留时间减去吸气阀打开状态时间的差值，单位为s(秒)；
I:E＝AE:EG，式中AE:EG代表吸呼比I:E；
本流速波形的控制方法的关键步骤在于，采用线性递减波形，且设定CD＝
1/3AB，即吸气阀控制流速递减并在关闭前的最终流速设定为1/3Pflow。
下面给出公式演算方法如下：
(1)AD+EG+TP＝60/R，表示周期内时间关系；
并将上述参数带入到算式(1)中，得到：
Figure BDA0002626575200000061
(2)SABCD＝1/2(AB+CD)·AD，表示梯形递减波的面积关系；
并将上述参数及算式(1)演化得到的值带入到算式(2)中，得到：
Figure BDA0002626575200000062
进一步换算得到：
Figure BDA0002626575200000063
进一步统一时间单位均采用s(秒)换算得到：
Figure BDA0002626575200000064
最终换算得到新的流速波形对应的公式如下：
Figure BDA0002626575200000065
在该公式下运行的流速波形，首先设置2组呼吸机基础参数。第一组基础参数VT为0.76L，R为12次/分，Vmax为40L/min，TP为0.25s，I:E为1：1.9；第二组基础参数VT为0.52L，R为14次/分，Vmax为29L/min，TP为0.15s，I:E为1：1.7。然后单变量调节每组呼吸机参数，R由14次/分每次递增1次，每组6例；Vmax由15L/min每次递增5L/min，每组6例；TP由0.5s每次递减0.1s，每组3例；I:E由1:1.2有序递增，每组6例；总共21例数据，观察并记录单变量下的VT结果，并检测患者二氧化碳负压，得到一组PCO2值。
将上述21例中所有参数输入至传统常用的相同元件配置的呼吸机上，在传统呼吸机SIMV通气模式下常用固定的50％Pflow递减波形下检测二氧化碳负压得到另一组PCO2值。
表1：同参数不同流速波形下二氧化碳分压值对比表(单位：mmHg)
Figure BDA0002626575200000071
Figure BDA0002626575200000081
通过上述数据对比表，结合图2中PCO2数据分布图，可以明显看出本实施例的控制方法对应的新的流速波形，在呼吸机实际运用过程中能够适应性地降低患者二氧化碳负压，并有效降低了传统呼吸机在使用过程中潜在的使用副作用和风险，为患者的正常使用提供了更加科学稳定的保障。
在本发明的一些实施例中，所述气体流量阀上安装有流速传感器，所述流速传感器在毫秒级时间内监测所述气体流量阀输出气体的流量。所述呼气阀末端还连接有PEEP阀，所述PEEP阀维持呼气末气道的压力为正压。PEEP阀使得呼吸机在吸气时产生正压，气体进入肺部，在呼气末，气道压力仍保持高于大气压，可以防止小气道和肺泡萎缩，呼气末肺容量增加，可以减轻肺损伤和肺泡水肿，改善肺泡弥散功能和通气/血流比值，达到改善血氧饱和度和肺顺应性的目的。
在本发明的一些实施例中，当使用者呼吸功能正常时，吸呼比I:E的设置范围为1：(1.5-2)；当使用者有阻塞性通气障碍时，吸呼比I:E的设置范围为1：(2-2.5)；当使用者限制性通气障碍时，吸呼比I:E的设置范围为1：(1-1.5)。该设置比是为了稳定患者使用呼吸时间的比例，避免过快或过慢，吸呼差异过大，以及针对不同症状的患者适应性调节，以保证呼吸机更佳的使用效果。
在本发明的一些实施例中，所述SIMV通气模式中设有用于识别使用者自主呼吸的触发窗，所述触发窗采用流速触发，流速触发值设定为2L/min。这一流速触发值是相对保守的值，以保证患者能有效进行自主呼吸触发，从而在得到呼吸锻炼的同时又能保证得到正常呼吸所需的气体容量。
在本发明的一些实施例中，还包括在SIMV通气模式下自主呼气的识别方法，包括以下识别步骤：
F1、所述SIMV通气模式下的一个吸呼周期中呼气阀打开状态的时间内，呼吸机检测到呼气流速递减到零的时间等于所述呼气阀打开状态的时间，则判断为患者被动呼气，如图3中FG段波形；
F2、所述SIMV通气模式下的一个吸呼周期中呼气阀打开状态的时间内，呼吸机检测到呼气流速递减到零的时间小于所述呼气阀打开状态的时间，则判断为患者主动呼气，如图3中F2G2段波形；
F3、所述SIMV通气模式下的一个吸呼周期中呼气阀打开状态的时间内，呼吸机检测到呼气流速递减到零的时间大于所述呼气阀打开状态的时间，则判断为患者阻塞性呼气，如图3中F1G1段波形。
该基于SIMV通气模式下自主呼气的识别方法，可识别患者的主动或被动呼气，有效地判断患者呼吸状况，为患者治疗提供了快速准确的数据信息支持。
本发明中所称的SIMV通气模式，是常见医用呼吸机的一种通气模式，即同步间歇指令通气。此模式是指通气机在每分钟内按预设的呼吸参数(呼吸频率、潮气量、呼吸比等)给予患者指令通气，在触发窗内出现自主呼吸，便协助患者完成自主呼吸；如触发窗内无自主呼吸，则在触发窗结束时给予间隙正压通气。该SIMV通气模式的工作原理为呼吸机领域的现有技术，本领域技术人员可直接选用。
该以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、打开呼吸机，将呼吸机设定为SIMV通气模式，气体流量阀、吸气阀、呼气阀与控制器电性相连；
S2、首先设定潮气量VT、呼吸频率R、峰流速Pflow和吸气暂停时间TP，控制器按公式：
Figure FDA0003898224350000011
控制呼吸机进行流速波形输出；
S3、控制器控制吸气阀打开，并控制气体流量阀输出峰流速Pflow的气体，并使气体流速成线性递减方式输送，当所述气体流量阀输送气体流速达1/3Pflow，关闭吸气阀；
S4、经过吸气暂停时间TP后达到一个吸呼周期内吸呼比I:E对应的吸气时间，此时控制器控制呼气阀打开；
S5、控制器控制呼气阀工作达到吸呼比I:E对应的呼气时间时，关闭呼气阀完成呼吸机一个吸呼周期的通气运作，然后重复步骤S3继续，使得所述吸气阀、气体流量阀和呼气阀进行吸呼周期循环运作。
2.如权利要求1所述的基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法，其特征在于，所述气体流量阀上安装有流速传感器，所述流速传感器在毫秒级时间内监测所述气体流量阀输出气体的流量。
3.如权利要求2所述的基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法，其特征在于，所述呼气阀末端还连接有PEEP阀，所述PEEP阀维持呼气末气道的压力为正压。
4.如权利要求1或2所述的基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法，其特征在于，当使用者呼吸功能正常时，吸呼比I:E的设置范围为1：(1.5-2)；当使用者有阻塞性通气障碍时，吸呼比I:E的设置范围为1：(2-2.5)；当使用者限制性通气障碍时，吸呼比I:E的设置范围为1：(1-1.5)。
5.如权利要求1或2所述的基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法，其特征在于，所述SIMV通气模式中设有用于识别使用者自主呼吸的触发窗，所述触发窗采用流速触发，流速触发值设定为2L/min。
6.如权利要求1所述的基于SIMV通气模式下呼吸机流速波形的控制方法，其特征在于，还包括在SIMV通气模式下自主呼气的识别方法，包括以下识别步骤：
F1、所述SIMV通气模式下的一个吸呼周期中呼气阀打开状态的时间内，呼吸机检测到呼气流速递减到零的时间等于所述呼气阀打开状态的时间，则判断为患者被动呼气；
F2、所述SIMV通气模式下的一个吸呼周期中呼气阀打开状态的时间内，呼吸机检测到呼气流速递减到零的时间小于所述呼气阀打开状态的时间，则判断为患者主动呼气；
F3、所述SIMV通气模式下的一个吸呼周期中呼气阀打开状态的时间内，呼吸机检测到呼气流速递减到零的时间大于所述呼气阀打开状态的时间，则判断为患者阻塞性呼气。
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