CN112370625B - 一种氧气呼吸器的控制方法及控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氧气呼吸器的控制方法及控制装置，该控制方法包括：监测氧气呼吸器的出气管内的压力和流量，建立使用者的呼吸模型；根据呼吸模型，提取出包括呼吸周期Pb、吸气相Pi、呼气相Pe在内的呼吸特征参数；根据呼吸特征参数，确定供氧控制参数，在吸气相时打开阀门供氧，在呼吸相时关闭阀门停止供氧。采用本发明的技术方案，根据每个使用者的不同，通过检测呼吸气道的压力和流量的变化，判断出呼吸周期中的吸气相和呼气相，在吸气相开始的时候，打开供氧，保证氧气的输出，在吸气相结束前，阻断氧气的输出，从而大大地延长了供氧时间。另外，在用氧时无需人为干预控制，减少操作上的不便利，实现了自动控制。
Description
技术领域
本发明属于氧气呼吸器技术领域，尤其涉及一种氧气呼吸器的控制方法及控制装置。
背景技术
在多种场合和情况下，吸氧对身体是必需的或者非常有益的。比如怀孕期间，大部分孕妇有不同程度的缺氧，及时和定期的补养不仅可以防止各种缺氧症状（胸闷气短、心悸恶心和心烦失眠等），同时有利于胎儿的健康成长。心血管疾病、糖尿病、呼吸系统疾病等是我国老人的常见慢性疾病，这些常见的疾病容易导致缺氧。还比如长期加班、老累、精神紧张、疲惫和困乏状态下，以及去高原地区旅游有缺氧的情况下。上述这些情况通过吸氧都可以缓解症状。
现有的便携式氧气呼吸器都是通过灌装的高压氧气，在需要的时候，有两种出氧方式：1. 面罩式按压用氧，可以根据使用者自己的呼吸状态，在吸气开始，按压按钮，输出氧气。2. 鼻吸式用氧，将鼻吸管插入出氧口，鼻吸管另一端放入鼻腔，鼻吸管可套在耳朵上，调节流量旋钮至呼吸舒适位置。方式1吸氧，由于每次呼吸，都需要使用者操作，使用不便，1000ml的氧气，可以使用100-150次。方式2吸氧，由于氧气持续输出，在自然呼吸周期的呼气相的时候，氧气完全浪费了，1000ml的氧气，可以使用10-30分钟。这两种吸氧方式，要么操作不便，要么浪费大量的氧气，不经济实用。
发明内容
针对以上技术问题，本发明公开了一种氧气呼吸器的控制方法及控制装置，解决了现有的操作不方便以及氧气的浪费问题，减少了氧气的浪费，大大地延长了氧气罐或氧气袋的供氧时间。
对此，本发明采用的技术方案为：
一种氧气呼吸器的控制方法，其包括：
监测氧气呼吸器的出气管内的压力和流量，建立使用者的呼吸模型；
根据呼吸模型，提取出包括呼吸周期Pb、吸气相Pi、呼气相Pe在内的呼吸特征参数；
根据呼吸特征参数，确定供氧控制参数，在吸气相时打开阀门供氧，在呼吸相时关闭阀门停止供氧。
其中呼吸特征参数中的呼吸周期Pb为一个呼吸周期的时间，吸气相Pi为一个呼吸周期内的吸气段的时间、呼气相Pe为一个呼吸周期内的呼气段的时间。
采用此技术方案，根据每个使用者的不同，通过建立不同的使用者的呼吸模型，并提取呼吸特征参数，以使用者的呼吸特征参数作为控制依据，控制供氧开启或关闭，无需人为按压和干预，可以实现自动供氧，并减少了氧气的浪费，显著了延长了氧气供应装置的供氧时间，也降低了使用者的费用。
作为本发明的进一步改进，所述氧气呼吸器的控制方法还包括：提取出呼吸特征参数后，持续监测出气管内的压力和流量，分析使用者的呼吸变化，调整呼吸特征参数，并将新的呼吸特征参数作为供氧控制参数进行控制。
作为本发明的进一步改进，建立使用者的呼吸模型时，以氧气呼吸器工作开始后的前N个呼吸周期为呼吸特征分析期，其中N为大于1的自然数。进一步的，N满足：1<N≤5。
作为本发明的进一步改进，建立使用者的呼吸模型时，氧气呼吸器持续供氧或按照人正常每分钟的呼吸频率打开供氧开关供氧。
作为本发明的进一步改进，建立使用者的呼吸模型包括，以固有频率采集出气管内的压力数据和流量数据，建立压力/流量-时间曲线，通过分析最近N个周期的压力/流量-时间曲线，得到使用者的呼吸模型。
本发明公开了一种氧气呼吸器的控制装置，其包括：
呼吸模型建立模块，监测氧气呼吸器的出气管内的压力和流量，建立使用者的呼吸模型；
呼吸特征参数提取模块，根据呼吸模型，提取出包括呼吸周期Pb、吸气相Pi、呼气相Pe在内的呼吸特征参数；
供氧控制模块，根据呼吸特征参数，确定供氧控制参数，在吸气相时打开阀门供氧，在呼吸相时关闭阀门停止供氧。
作为本发明的进一步改进，所述氧气呼吸器的控制装置包括：
监测模块，提取出呼吸特征参数后，持续监测出气管内的压力和流量，分析使用者的呼吸变化，调整呼吸特征参数，并将新的呼吸特征参数反馈给供氧控制模块作为新的供氧控制参数进行控制。
作为本发明的进一步改进，所述呼吸模型建立模块在建立使用者的呼吸模型时，以氧气呼吸器工作开始后的前N个呼吸周期为呼吸特征分析期，其中N为大于1的自然数。进一步的，N满足：1<N≤5。
作为本发明的进一步改进，在建立使用者的呼吸模型时，所述供氧控制模块持续供氧或按照人正常每分钟的呼吸频率打开供氧开关供氧。
作为本发明的进一步改进，所述呼吸模型建立模块包括，以固有频率采集出气管内的压力数据和流量数据，建立压力/流量-时间曲线，通过分析最近N个周期的压力/流量-时间曲线，得到使用者的呼吸模型。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
采用本发明的技术方案，根据每个使用者的不同，通过检测呼吸气道的压力和流量的变化，判断出呼吸周期中的吸气相和呼气相，通过精确的算法实现呼气与吸氧的转换，在吸气相开始的时候，打开供氧，保证氧气的输出，在吸气相结束前，阻断氧气的输出，从而大大地延长了供氧时间。另外，在用氧时无需人为干预控制，减少操作上的不便利，实现了自动控制。
附图说明
图1是本发明实施例的一个呼吸周期的气体流速变化时间曲线。
图2是本发明实施例的控制流程图。
图3是本发明实施例的一种氧气呼吸器的控制装置的电路框图。
具体实施方式
下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。
一种氧气呼吸器的控制方法，其包括：
监测氧气呼吸器的出气管内的压力和流量，建立使用者的呼吸模型；
根据呼吸模型，提取出包括呼吸周期Pb、吸气相Pi、呼气相Pe在内的呼吸特征参数；其中呼吸特征参数中的呼吸周期Pb为一个呼吸周期的时间，吸气相Pi为一个呼吸周期内的吸气段的时间、呼气相Pe为一个呼吸周期内的呼气段的时间。
根据呼吸特征参数，确定供氧控制参数，在吸气相时打开阀门供氧，在呼吸相时关闭阀门停止供氧；
提取出呼吸特征参数后，持续监测出气管内的压力和流量，分析使用者的呼吸变化，调整呼吸特征参数，并将新的呼吸特征参数作为供氧控制参数进行控制。
在建立使用者的呼吸模型时，以氧气呼吸器工作开始后的前N个呼吸周期为呼吸特征分析期，其中N为大于1的自然数。进一步的，N满足：1<N≤5。具体而言，在建立使用者的呼吸模型时，以固有频率采集出气管内的压力数据和流量数据，建立压力/流量-时间曲线，如图1所示，通过分析最近N个周期的压力/流量-时间曲线，得到使用者的呼吸模型。进一步的，可以采用平均值法或加权平均法等方法，确定使用者的呼吸模型，从而提取包括呼吸周期Pb、吸气相Pi、呼气相Pe在内的呼吸特征参数。这前N个呼吸周期，氧气呼吸器持续供氧或按照人正常每分钟的呼吸频率打开供氧开关供氧。
具体而言，如图2的流程图所示，在使用者带上鼻氧管或者面罩开始，以Fs Hz频率检测鼻氧管或者面罩内的压力和流量，并检查呼吸周期，若完成N个呼吸周期的检测，得到N个呼吸周期的压力/流量-时间曲线，根据该曲线，分析并建立使用者的呼吸模块，其中可以通过曲线拟合等方法，获得最合适的呼吸模块曲线，并得到使用者呼吸特征参数。然后分成监测和供氧控制两个循环并行任务，。供氧控制循环依据呼吸特征参数，在吸气相打开氧气阀，并监测氧气流量，在呼气相关闭氧气阀以节省氧气用量。监测循环会以Fs Hz频率持续监测鼻氧管或者面罩内的压力和流量，分析压力和流量的变化，分析使用者的呼吸变化，不断调整呼吸特征参数。同时，反馈给供氧控制部分，以新的呼吸特征参数作为供氧控制参数进行控制。
如图1所示，一个完整的呼吸周期中的供氧曲线，其中吸入到肺部的供氧时间只占整个呼吸周期的1/4左右，也就是说，如果是持续供氧的话，有3/4左右的氧气被浪费了。而采用本实施例的技术方案，根据每个使用者的不同，通过建立不同的使用者的呼吸模型，并提取相应的呼吸特征参数，以使用者的呼吸特征参数作为控制依据，控制供氧开启或关闭，减少了氧气的浪费，显著了延长了氧气供应装置的供氧时间。而且不需要人为干预，实现自动控制。与现有的便携式氧气供应装置相比，一般情况下，可以延长至3-4倍的时间，若原来的用氧时间是10-30分钟，则采用本发明的技术方案后，用氧时间可以增至30-120分钟，相当于买一罐氧气，只需要原来的1/4价钱，也可以显著地增加用氧时间。
本发明的实施例还公开了一种氧气呼吸器的控制装置，其包括：
呼吸模型建立模块，监测氧气呼吸器的出气管内的压力和流量，建立使用者的呼吸模型；
呼吸特征参数提取模块，根据呼吸模型，提取出包括呼吸周期Pb、吸气相Pi、呼气相Pe在内的呼吸特征参数；
供氧控制模块，根据呼吸特征参数，确定供氧控制参数，在吸气相时打开阀门供氧，在呼吸相时关闭阀门停止供氧；
监测模块，提取出呼吸特征参数后，持续监测出气管内的压力和流量，分析使用者的呼吸变化，调整呼吸特征参数，并将新的呼吸特征参数反馈给供氧控制模块作为新的供氧控制参数进行控制。
所述呼吸模型建立模块在建立使用者的呼吸模型时，以氧气呼吸器工作开始后的前N个呼吸周期为呼吸特征分析期，其中N为大于1的自然数。进一步的，N满足：1<N≤5。
在建立使用者的呼吸模型时，所述供氧控制模块持续供氧或按照人正常每分钟的呼吸频率打开供氧开关供氧。
所述呼吸模型建立模块包括，以固有频率采集出气管内的压力数据和流量数据，建立压力/流量-时间曲线，通过分析最近N个周期的压力/流量-时间曲线，得到使用者的呼吸模型。
如图3所示，该控制装置包括控制单元、电磁阀、减压阀、流量传感器、压力传感器、进气口和出气口，进气口与氧气罐或氧气袋等输出口连接，所述进气口通过电磁阀与减压器连接，所述控制单元与电磁阀连接，所述流量传感器、压力传感器位于出气口，反馈出气口的流量和压力信号给控制单元，控制单元通过检测出气口的压力和流量的变化，判断出呼吸周期中的吸气相和呼气相，在吸气相开始的时候，迅速打开供氧的电磁阀，保证氧气的输出，在吸气相结束前，关闭电磁阀，阻断氧气的输出，从而大大地延长了供氧时间。
该控制装置接入的氧气端口可以适用于便携式氧气罐、便携式氧气袋、微型制氧机，以及直接接入医院床头氧气出气口，或者其他供人呼吸使用的氧气发生装置。该控制装置的氧气出口可以直接接入便携式面罩，鼻吸吸氧管，耳戴式吸氧管等，具体吸氧方式由吸氧者自己决定。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种氧气呼吸器的控制方法，其特征在于，其包括：
监测氧气呼吸器的出气管内的压力和流量，建立使用者的呼吸模型；
根据呼吸模型，提取出包括呼吸周期Pb、吸气相Pi、呼气相Pe在内的呼吸特征参数；
根据呼吸特征参数，确定供氧控制参数，在吸气相时打开阀门供氧，在呼气相时关闭阀门停止供氧；
建立使用者的呼吸模型时，以氧气呼吸器工作开始后的前N个呼吸周期为呼吸特征分析期，其中N为大于1的自然数；
建立使用者的呼吸模型包括，以固有频率采集出气管内的压力数据，建立压力/流量-时间曲线，通过分析最近N个周期的压力/流量-时间曲线，得到使用者的呼吸模型。
2.根据权利要求1所述的氧气呼吸器的控制方法，其特征在于，还包括：提取出呼吸特征参数后，持续监测出气管内的压力和流量，分析使用者的呼吸变化，调整呼吸特征参数，并将新的呼吸特征参数作为供氧控制参数进行控制。
3.根据权利要求2所述的氧气呼吸器的控制方法，其特征在于：建立使用者的呼吸模型时，氧气呼吸器持续供氧或按照人正常每分钟的呼吸频率打开供氧开关供氧。
4.一种氧气呼吸器的控制装置，其特征在于，其包括：
呼吸模型建立模块，监测氧气呼吸器的出气管内的压力和流量，建立使用者的呼吸模型；建立使用者的呼吸模型时，以氧气呼吸器工作开始后的前N个呼吸周期为呼吸特征分析期，其中N为大于1的自然数；
建立使用者的呼吸模型包括，以固有频率采集出气管内的压力数据，建立压力/流量-时间曲线，通过分析最近N个周期的压力/流量-时间曲线，得到使用者的呼吸模型；
呼吸特征参数提取模块，根据呼吸模型，提取出包括呼吸周期Pb、吸气相Pi、呼气相Pe在内的呼吸特征参数；
供氧控制模块，根据呼吸特征参数，确定供氧控制参数，在吸气相时打开阀门供氧，在呼气相时关闭阀门停止供氧。
5.根据权利要求4所述的氧气呼吸器的控制装置，其特征在于，还包括：
监测模块，提取出呼吸特征参数后，持续监测出气管内的压力和流量，分析使用者的呼吸变化，调整呼吸特征参数，并将新的呼吸特征参数反馈给供氧控制模块作为新的供氧控制参数进行控制。
6.根据权利要求5所述的氧气呼吸器的控制装置，其特征在于：在建立使用者的呼吸模型时，所述供氧控制模块持续供氧或按照人正常每分钟的呼吸频率打开供氧开关供氧。
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