CN112843409A - 一种vcv模式控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及呼吸机，麻醉机技术领域，公开了一种VCV模式控制方法及系统，用于对呼吸机或麻醉机的通气容量进行控制，所述方法包括：根据预设的潮气量、频率和吸呼比，计算得到目标流量；根据预先建立的吸气阀校准曲线由目标流量得到吸气阀控制电压值；将吸气阀的电压设置为吸气阀控制电压值；使用流量监测仪监测流量，通过调节吸气阀的电压使得流量与目标流量一致。本发明提出的VCV模式控制方法，结合大闭环和小闭环，能够做到调整速度快，且潮气量控制精度高。

Description

一种VCV模式控制方法及系统
技术领域
本发明涉及呼吸机，麻醉机技术领域，尤其涉及一种VCV模式控制方法及系统。
背景技术
VCV模式为容量控制通气模式，是麻醉机、呼吸机最常用的一种机控通气模式。呼吸机将根据医生设置的潮气量、频率、吸呼比，计算出吸气流速、吸气时间，通过控制吸气阀，给出所需的潮气量。由于吸气阀非线性的特点，以及阀的漂移，开环控制潮气量误差会很大。因此需要根据监测参数反馈进行闭环调节。现有技术包括大闭环调节和小闭环调节。
在一个通气周期开始时，根据上一个周期的潮气量监测来反馈调节吸气阀的方式，称为大闭环调节。大闭环VCV模式控制方法是采用PID控制算法，在吸气开始时，根据上一个周期的潮气量监测值反馈调节潮气量控制目标，再根据潮气量Vt，频率Freq，吸呼比I:E，计算出目标流量Q＝Vt/(60/Freq*I/(I+E))，根据吸气阀校准曲线得到吸气阀控制电压。当吸气阀曲线漂移时，第一次给定的潮气量误差会比较大，要经过很多个周期才能调整到目标潮气量。尤其当潮气量比较小，阀的重复性比较差时，会出现通气断断续续的情况。
在一个通气周期内，根据流速反馈调节吸气阀的方式，称为小闭环调节。小闭环VCV模式控制方法是采用PID控制算法，在吸气开始时，根据潮气量Vt，频率Freq，吸呼比I:E，计算出目标流量Q＝Vt/(60/Freq*I/(I+E))，在一个通气周期的吸气时间内，根据流量反馈调节吸气阀电压，使实际流量等于目标流量Q。当吸气时间比较短时，吸气时间结束时吸气阀可能还没有调整到目标流速，尤其当吸气阀曲线漂移时，吸气阀调整到目标流速需要的时间会比较长，因此潮气量误差会比较大。
单纯的大闭环调节在吸气阀线性差和漂移的情况下，往往需要多个周期才能调整到位，调整速度比较慢。单纯的小闭环调节在吸气时间比较短的情况下，调整不到位，潮气量偏差较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种VCV模式控制方法及系统。
为了实现上述目的，本发明提出了一种VCV模式控制方法，用于对呼吸机或麻醉机的通气容量进行控制，所述方法包括：
根据预设的潮气量、频率和吸呼比，计算得到目标流量；
根据预先建立的吸气阀校准曲线由目标流量得到吸气阀控制电压值；
将吸气阀的电压设置为吸气阀控制电压值；
监测流量值，通过调节吸气阀的电压使得流量与目标流量一致。
作为上述方法的一种改进，所述根据预设的潮气量、频率和吸呼比，计算得到目标流量；具体包括：
根据预设的潮气量Vt、频率Freq和吸呼比I/E，计算得到目标流量Q为：
Q＝Vt/(60/Freq*I/(I+E))
其中，I和E分别为吸呼比的分子和分母。
作为上述方法的一种改进，所述吸气阀校准曲线为吸气阀电压值与气体流量的关系曲线。
作为上述方法的一种改进，所述方法还包括吸气阀校准曲线的建立步骤；具体包括：
步骤1)关闭吸气阀；
步骤2)按照设定的步进值增加吸气阀控制电压使得吸气阀打开，使用流量监测仪测量气体流量，对气体流量进行滤波处理，得到该步进值下的吸气阀电压值以及对应的气体流量；
步骤3)按照设定的步进值继续增加吸气阀控制电压，如果未达到预设的采集个数，转至步骤2)；否则，转至步骤4)；
步骤4)以吸气阀电压为横轴，气体流量为纵轴，根据所有的吸气阀电压值以及对应的气体流量绘制吸气阀校准曲线。
一种VCV模式控制系统，其特征在于，所述系统包括：目标流量计算模块、控制电压获取模块、电压预设模块和流量调节模块；其中，
所述目标流量计算模块，用于根据预设的潮气量、频率和吸呼比，计算得到目标流量；
所述控制电压获取模块，用于根据预先建立的吸气阀校准曲线由目标流量得到吸气阀控制电压值；
所述电压预设模块，用于将吸气阀的电压设置为吸气阀控制电压值；
所述流量调节模块，用于监测流量值，通过调节吸气阀的电压使得流量与目标流量一致。
作为上述系统的一种改进，所述目标流量计算模块的具体实现为：
根据预设的潮气量Vt、频率Freq和吸呼比I/E，计算得到目标流量Q为：
Q＝Vt/(60/Freq*I/(I+E))
其中，I和E分别为吸呼比的分子和分母。
作为上述系统的一种改进，所述吸气阀校准曲线为吸气阀电压值与气体流量的关系曲线。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明提出的VCV模式控制方法，结合大闭环和小闭环，能够做到调整速度快，且潮气量控制精度高。
附图说明
图1是吸气阀校准曲线图；
图2是本发明的VCV模式控制方法流程图。
具体实施方式
如图1所示为吸气阀校准曲线图，表征吸气阀的电压与流量关系，从图中可以看出，吸气阀的曲线不是线性的，麻醉机、呼吸机对吸气阀进行校准，并将校准数据保存在Fram中。在VCV控制通气时，根据校准数据计算得到对应的控制电压，并且对吸气阀的曲线做了小范围的线性处理。这样就会导致流量输出理论值与实际不符，尤其当吸气阀发生漂移时，理论值与实际值偏差会更大。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
如图2所示，本发明的实施例1提出了一种VCV模式控制方法，结合小闭环和大闭环的模式，包括以下步骤：
根据预设的潮气量、频率和吸呼比，计算得到目标流量；
根据预先建立的吸气阀校准曲线由目标流量得到吸气阀控制电压值；
将吸气阀的电压设置为吸气阀控制电压值；
使用流量监测仪监测流量，通过调节吸气阀的电压使得流量与目标流量一致。
小闭环加大闭环的VCV模式控制方法也是采用PID算法，在吸气开始时，根据上一个周期的潮气量监测值反馈调节潮气量控制目标，再根据潮气量(Vt+deltaVt)，频率Freq，吸呼比I:E，计算出目标流量Q＝Vt/(60/Freq*I/(I+E))，在一个通气周期的吸气时间内，根据流量反馈调节吸气阀电压，使实际流量等于目标流量Q。这样，吸气阀曲线漂移时，可以通过小闭环调节提高调整速度；同时当吸气时间比较短或吸气阀漂移严重时，通过大闭环调节，减小潮气量控制误差。并且，当阀的重复性比较差时，可以在一个吸气周期内调整吸气阀达到目标流速，避免由于阀电压只给定一次，没有潮气量输出的情况。
吸气阀校准曲线预先得到，吸气阀校准曲线的横轴为吸气阀电压值，纵轴为流量。吸气阀曲线由校准得到，首先关闭吸气阀，然后按照既定的步进值增加吸气阀控制电压，吸气阀获得电压后打开，有气体通过，使用流量监测仪测量通过的气体流量，经软件滤波后记录流量值，同理继续进行下一个点的校准。所有点的流量值都采集完成后，将电压和流量曲线保存。
实施例2
本发明的实施例2提出了一种VCV模式控制系统，该系统包括：目标流量计算模块、控制电压获取模块、电压预设模块和流量调节模块；其中，
所述目标流量计算模块，用于根据预设的潮气量、频率和吸呼比，计算得到目标流量；
所述控制电压获取模块，用于根据预先建立的吸气阀校准曲线由目标流量得到吸气阀控制电压值；
所述电压预设模块，用于将吸气阀的电压设置为吸气阀控制电压值；
所述流量调节模块，使用流量监测仪监测流量，通过调节吸气阀的电压使得流量与目标流量一致。
具体的实现同实施例1的方法。
测试方法：将麻醉机连接气源和夹板肺，设置为VCV模式，Vt＝500，Freq＝12，I:E＝1:2，Tp＝10，PEEP＝OFF。
根据Q＝Vt/(60/Freq*I/(I+E))，计算得到目标流量；
根据吸气阀校准曲线由目标流量得到吸气阀控制电压值；
将吸气阀的电压设置为吸气阀控制电压值；
使用流量监测仪监测流量，通过调节吸气阀的电压使得流量与目标流量一致。
分别采用仅大闭环控制方式、仅小闭环控制方式以及本发明的方法进行调节，以达到潮气量Vt＝500。
实际潮气量 仅大闭环 仅小闭环 大闭环加小闭环
第一个周期潮气量监测 390 476 472
第二个周期潮气量监测 446 476 495
第三个周期潮气量监测 479 477 497
第四个周期潮气量监测 488 477 497
第五个周期潮气量监测 500 478 499
由数据可知，仅大闭环控制方式在5个周期后，调整到控制误差范围内；仅小闭环控制误差一直存在；采用本发明的大闭环加小闭环的VCV模式控制方式在第二个周期就已经达到控制误差范围内。
本发明的方法和系统已应用于谊安AG70麻醉机，收到很好的效果。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照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，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种VCV模式控制方法，用于对呼吸机或麻醉机的通气容量进行控制，所述方法包括：
根据预设的潮气量、频率和吸呼比，计算得到目标流量；
根据预先建立的吸气阀校准曲线由目标流量得到吸气阀控制电压值；
将吸气阀的电压设置为吸气阀控制电压值；
监测流量值，通过调节吸气阀的电压使得流量与目标流量一致。
2.根据权利要求1所述的VCV模式控制方法，其特征在于，所述根据预设的潮气量、频率和吸呼比，计算得到目标流量；具体包括：
根据预设的潮气量Vt、频率Freq和吸呼比I/E，计算得到目标流量Q为：
Q＝Vt/(60/Freq*I/(I+E))
其中，I和E分别为吸呼比的分子和分母。
3.根据权利要求1所述的VCV模式控制方法，其特征在于，所述吸气阀校准曲线为吸气阀电压值与气体流量的关系曲线。
4.根据权利要求1所述的VCV模式控制方法，其特征在于，所述方法还包括吸气阀校准曲线的建立步骤；具体包括：
步骤1)关闭吸气阀；
步骤2)按照设定的步进值增加吸气阀控制电压使得吸气阀打开，使用流量监测仪测量气体流量，对气体流量进行滤波处理，得到该步进值下的吸气阀电压值以及对应的气体流量；
步骤3)按照设定的步进值继续增加吸气阀控制电压，如果未达到预设的采集个数，转至步骤2)；否则，转至步骤4)；
步骤4)以吸气阀电压为横轴，气体流量为纵轴，根据所有的吸气阀电压值以及对应的气体流量绘制吸气阀校准曲线。
5.一种VCV模式控制系统，其特征在于，所述系统包括：目标流量计算模块、控制电压获取模块、电压预设模块和流量调节模块；其中，
所述目标流量计算模块，用于根据预设的潮气量、频率和吸呼比，计算得到目标流量；
所述控制电压获取模块，用于根据预先建立的吸气阀校准曲线由目标流量得到吸气阀控制电压值；
所述电压预设模块，用于将吸气阀的电压设置为吸气阀控制电压值；
所述流量调节模块，用于监测流量值，通过调节吸气阀的电压使得流量与目标流量一致。
6.根据权利要求5所述的VCV模式控制系统，其特征在于，所述目标流量计算模块的具体实现为：
根据预设的潮气量Vt、频率Freq和吸呼比I/E，计算得到目标流量Q为：
Q＝Vt/(60/Freq*I/(I+E))
其中，I和E分别为吸呼比的分子和分母。
7.根据权利要求5所述的VCV模式控制系统，其特征在于，所述吸气阀校准曲线为吸气阀电压值与气体流量的关系曲线。
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