CN112999478A - 自适应潮气量计算方法、装置及呼吸机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自适应潮气量计算方法，包括以下步骤：S1：采集呼吸机端的流量传感器采集间隔时间Δt的实时流速F1和实时压力P1；S2：计算实时漏气流速F2；S3：计算吸气潮气量
Figure 638877DEST_PATH_IMAGE001
和/或呼气潮气量
Figure 835503DEST_PATH_IMAGE002
，其中Ti为吸气相时间，Te为呼气相时间。本发明提供一种自适应潮气量计算方法、装置及呼吸机，能够准确计算呼吸机在使用过程中的潮气量，从而提高治疗效果。

Description

自适应潮气量计算方法、装置及呼吸机
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种自适应潮气量计算方法、装置及呼吸机。
背景技术
目前呼吸机的工作模式主要包括压力控制通气模式和容量控制通气模式，压力控制是呼吸机送气达预设压力且吸气相维持该压力水平，此时潮气量主要由气道压力与呼气末正压之差以及吸气时间决定，并受呼吸系统顺应性和气道阻力影响；容量控制通气模式是呼吸机以预设的通气容量来管理通气，即呼吸机送达预设容量后停止送气，依靠肺、胸廓的弹性回缩力被动呼气。
在容量控制通气模式中，通常需要设置的参数包括潮气量、触发灵敏度、升压时间等，因此呼吸机在使用过程中需要准确计算出用户的潮气量。潮气量（Tidal volume,TV）是指平静呼吸时每次吸入或呼出的气量。它与年龄、性别、体积表面、呼吸习惯、机体新陈代谢有关。
如图4所示，现有的潮气量计算方法是通过计算出漏气基线的位置，再对漏气基线上方的阴影部分进行积分，计算得到吸气潮气量，同理呼气潮气量为基线下方的阴影部分面积。然而在呼吸机提供双水平压力支持时，吸气压力明显大于呼气压力，因此吸气相通过标准出气口的漏气量大于呼气相时的漏气量，并且压力水平越高，吸气相内的漏气量就越大，通过漏气基线计算的潮气量就越不准确。。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种自适应潮气量计算方法、装置及呼吸机，能够准确计算呼吸机在使用过程中的潮气量，从而提高治疗效果。
为实现本发明的目的，本发明提供一种自适应潮气量计算方法，包括以下步骤：
S1：采集呼吸机端的流量传感器采集间隔时间Δt的实时流速F1和实时压力P1；
S2：计算实时漏气流速F2；
S3：计算吸气潮气量和/或呼气潮气量，其中Ti为吸气相时间，Te为呼气相时间。
优选地，所述步骤2计算瞬时漏气流速F2包括以下步骤：
S21：计算实时泄露指数L，得到，其中F3和P3为实时流速F1和实时压力P1的低通滤波处理后结果；
S22：计算实现泄露流速。
优选地，所述步骤21中计算实时泄露指数的滤波因子，其中T为呼吸周期，M为漏气干扰因子。
优选地，漏气干扰因子，其中T1是当前呼吸周期时间。
优选地，T1可以是当前吸气时间且T为平均吸气时间，或T1为当前呼气时间且T为平均呼气时间。
优选地，所述漏气干扰因子，其中F2为用户的平均呼吸流速峰值，F3为用户的瞬时流速峰值。
优选地，所述步骤一中的间隔时间Δt为10-100ms。
根据本发明的另一方面，本发明还提供一种自适应潮气量计算装置，所述装置包括：数据获取模块，采集呼吸机端的流量传感器采集间隔时根据间Δt的实时流速F1和实时压力P1；数据处理模块，计算实时漏气流速F2；潮气量计算模块：计算吸气潮气量和/或呼气潮气量，其中Ti为吸气相时间，Te为呼气相时间。
根据本发明的又一方面，发明还提供一种自适应潮气量计算装置的数据处理模块计算瞬时漏气流速F2包括以下部分：计算实时泄露指数L，得到
Figure 215191DEST_PATH_IMAGE002
，其中F3和P3为实时流速F1和实时压力P1的低通滤波处理后结果；计算实现泄露流速
Figure 788124DEST_PATH_IMAGE004
。
根据本发明的又一方面，本发明还提供一种呼吸机，所述呼吸机包括上述任一项所述的自适应潮气量计算装置。
本发明的有益效果体现在：本发明自适应潮气量计算方法可以在不同的面罩漏气和不同的漏气情况下准确计算出用户潮气量，并且在漏气变化时能快速的响应变化，重新计算出正确的潮气量，为呼吸机的治疗提供精准的依据，大大提高治疗效果和使用舒适度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明自适应潮气量计算方法的流程图。
图2为本发明自适应潮气量计算装置的结构示意图。
图3为本发明自适应潮气量计算方法的原理示意图。
图4为本发明自适应潮气量计算方法的原理示意图。
图5为本发明自适应潮气量计算方法的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示，本发明提供一种自适应潮气量计算方法，包括以下步骤：
S1：采集呼吸机端的流量传感器采集间隔时间Δt的实时流速F1和实时压力P1；
S2：计算实时漏气流速F2；
S3：计算吸气潮气量
Figure 285970DEST_PATH_IMAGE006
和/或呼气潮气量
Figure 519329DEST_PATH_IMAGE008
，其中Ti为吸气相时间，Te为呼气相时间。
进一步地，上述步骤2中计算瞬时漏气流速F2包括以下步骤：S21：计算实时泄露指数L，得到
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE009
，其中F3和P3为实时流速F1和实时压力P1的低通滤波处理后结果；S22：计算实时泄露流速。
如图2所示，呼吸机主要包括呼吸机主机1、湿化器2、连接管3以及呼吸面罩4，呼吸机主机1端设有流量传感器和压力传感器，分别测得实时流速F1，但是由于面罩端存在漏气，并且面罩端的漏气包括故意漏气和非故意漏气，故意漏气是呼吸面罩4上本身的漏气孔发生的漏气，目的是避免发生二氧化碳的重新吸入，非故意漏气是由于用户面罩佩戴松脱而导致的漏气。
如图3所示，呼吸机在使用过程中提供双水平压力支持时，患者（用户）呼吸气流在零线上方的为吸气相，呼吸气流在零线下方的为呼气相。呼吸机在使用过程中，可以为用户提供双水平压力支持，即当用户处于吸气相时，呼吸机输出压力为吸气压力，当用户处于呼气相时，呼吸机输出呼气压力，从而在保证足够潮气量的基础上，通过增加压力差来增强吸气力量支持和肺泡通气量，从而降低二氧化碳水平，同时减轻呼吸肌负荷，呼气压力可维持上气道开放、消除阻塞型睡眠呼吸暂停、增加功能残气量、防止肺泡萎陷。
进一步地，在呼吸机的使用过程中，不可避免地存在故意漏气，即面罩本身的标准出气口，此外面罩包括全面罩、鼻罩和鼻枕等多种类型，出气口大小不一，不同厂家设计的出气口大小也是不同的，因此容易理解的是，佩戴不同面罩时故意漏气值也不相同。
如图4所示，当用户处于吸气相时，由于用户吸气以及呼吸机输出的吸气正压高于呼气正压，所以吸气相的实时流速F1高于漏气基线，其中实时流速F1包括用户的真实吸气气流和呼吸机产生的吸气气流，漏气基线为实时流速F1在一段时间内的平均值。当用户处于呼气相时，用户向外呼气，呼吸机提供的呼气正压较小，两者流速方向相反，所以低于漏气基线，当用户处于呼吸暂停或者呼吸平台期（没有呼吸气流）时，则实时流速F1与漏气基线重合。从图4中容易看出，因为存在故意漏气，所以漏气基线高于X轴，此外，虽然潮气量大小因人而异，但是对于同一用户，单次呼吸的吸气潮气量和呼气潮气量基本相等，即图4中漏气基线上方吸气相的阴影面积与漏气基线下方呼气相的阴影部分面积相等。
进一步地，结合图3和图4可知，吸气相内的实时流速F1包括真实吸气气流和呼吸机产生的吸气气流，而呼吸机在吸气相内的吸气压力大，也导致从标准出气口的漏气量（阴影部分B）大，而呼气相的压力较小，因此从标准出气口的漏气量也较小。此外，在非故意漏气阶段，只有标准出气口出气，而非故意漏气阶段有其他意外泄露，所以非故意漏气阶段的漏气量更大，漏气基线的位置也更高，同时为了补偿泄露，呼吸机也会提高输出的压力，从而导致在吸气相内漏气量也比故意漏气阶段的漏气量，即在图中可以看出，阴影部分B′的面积比阴影部分B的面积大。
进一步地，上述步骤S21中中计算实时泄露指数的滤波因子
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，其中T为呼吸周期，M为漏气干扰因子，漏气干扰因子M介于0到1之间，0表示未计算到非故意漏气，1表示计算到故意漏气且漏气量较大，介于0与1之间，则表示漏气相关程度。例如，用户呼吸周期为3秒，漏气干扰因子为0.8，则此时的滤波因子为1.8s，因此在漏气量发生变化时，滤波因子能快速响应变化，从而重新计算出当前泄露指数L，再得到漏气变化后的漏气流速以及用户的呼吸流速。
进一步地，在本实施例中，漏气干扰因子
Figure 520652DEST_PATH_IMAGE012
，其中T1是当前呼吸周期时间，如图4中所示，中间为漏气阶段，表示非故意漏气突然增大，此时呼吸机端采集到的压力由于存在泄漏，较预设压力低，因此呼吸机会提高风机转速，进而补充泄漏压力，所以从呼吸机端采集到的流速F较没有非故意漏气时高，并且此时计算面罩端的呼吸流速仍然采用的是之前的漏气量，所以非故意漏气开始的呼吸周期中，从吸气相到呼气相的转换点会较正常周期晚，甚至出现计算不到呼气点的情形，此时需要设置最长吸气时间，例如4s，也正因此非故意漏气突升时，呼吸周期会较长，因此当前呼吸周期T1要比平均呼吸周期T长，并且漏气越大，漏气补偿相对于用户呼吸流速越大，从而呼气点流速越高，因此也更难捕获呼气点，获取的当前呼吸周期T1越长。
进一步地，在上述实施例中，漏气干扰因子
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，T3可以是当前呼吸的吸气时间，同时T2为平均吸气时间；或者T3是当前呼气的呼气时间，同时T2为平均呼气时间。
进一步地，在其他实施例中，漏气干扰因子
Figure 671011DEST_PATH_IMAGE014
，其中F4为用户的平均呼吸流速峰值，F5为用户的瞬时流速峰值，由前述可知F3=F-F2,当发生突然漏气时，此时呼吸机端采集到的压力较预设压力低，因此呼吸机会提高风机转速，进而补偿泄露压力，所以从呼吸机端采集到的流速F较没有非故意漏气时高，并且此时计算面罩端的呼吸流速仍然采用的是之前的漏气量，所以非故意漏气突增时，用户的流速峰值F5比平均流速峰值F4大，通过监测流速峰值就可以监测漏气变化情况，从而重新获得新的漏气量。
进一步地，在其他实施例中，F4为吸气流速峰值的平均值，F5为当前呼吸的吸气流速峰值，或者F4为吸气流速峰值的平均值，F5为当前呼吸的呼气流速峰值，因此无论漏气发生在呼吸的吸气相或者呼气相，本发明的呼吸机漏气量计算方法都能快速的捕捉并改变泄露指数，当然，在其他实施例中，若F4为呼气流速峰值的平均值，F5为当前呼吸的呼气流速峰值，F4和F5由于都是负值，因此可以对F4和F5取绝对值。
进一步地，上述步骤S1中的间隔时间Δt为10-100ms，间隔时间过长导致数据失真，计算出来的潮气量精度不够，间隔时间过短导致计算量大，增大处理器的工作负荷，对系统要求也更高，在本实施例中，间隔时间Δt为20ms，每隔20ms采集一次实时流速F1，在其他实施例中，间隔时间可以是例如10ms等其他很容易想到的，同样属于本发明的保护范围。
根据本发明的另一方面，本发明还提供一种自适应潮气量计算装置，所述装置包括：数据获取模块，采集呼吸机端的流量传感器采集间隔时间Δt的实时流速F1和实时压力P1；数据处理模块，计算实时漏气流速F2；潮气量计算模块：计算吸气潮气量
Figure DEST_PATH_IMAGE015
和/或呼气潮气量
Figure 531519DEST_PATH_IMAGE008
，其中Ti为吸气相时间，Te为呼气相时间。
进一步地，上述自适应超气量菊酸装置的数据处理模块计算瞬时漏气流速F2包括以下部分：计算实时泄露指数L，得到
Figure 58316DEST_PATH_IMAGE002
，其中F3和P3为实时流速F1和实时压力P1的低通滤波处理后结果；计算实现泄露流速
Figure 992774DEST_PATH_IMAGE016
。
根据本发明的再一方面，本发明还提供一种呼吸机，所述呼吸机包括上述任一项所述的自适应潮气量计算装置。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种自适应潮气量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：通过呼吸机端的流量传感器采集间隔时间Δt的实时流速F1和实时压力P1；
S2：计算实时漏气流速F2；
S3：计算吸气潮气量
Figure DEST_PATH_IMAGE001
和/或呼气潮气量
Figure 982784DEST_PATH_IMAGE002
，其中Ti为吸气相时间，Te为呼气相时间。
2.如权利要求1所述的潮气量计算方法，其特征在于，所述步骤2计算瞬时漏气流速F2包括以下步骤：
S21：计算实时泄露指数L，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，其中F3和P3为实时流速F1和实时压力P1的低通滤波处理后结果；
S22：计算实现泄露流速
Figure 447395DEST_PATH_IMAGE004
。
3.如权利要求2所述的潮气量计算方法，其特征在于，所述步骤21中计算实时泄露指数的滤波因子
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，其中T为呼吸周期，M为漏气干扰因子。
4.如权利要求3所述的自适应潮气量计算方法，其特征在于，漏气干扰因子
Figure 40181DEST_PATH_IMAGE006
，其中T1是当前呼吸周期时间。
5.如权利要求4所述的自适应潮气量计算方法，其特征在于，T1可以是当前吸气时间且T为平均吸气时间，或T1为当前呼气时间且T为平均呼气时间。
6.如权利要求5所述的自适应潮气量计算方法，其特征在于，漏气干扰因子
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，其中F4为用户的平均呼吸流速峰值，F5为用户的瞬时流速峰值。
7.如权利要求5所述的自适应潮气量计算方法，其特征在于，所述步骤一中的间隔时间Δt为10-100ms。
8.一种自适应潮气量计算装置，其特征在于，所述装置包括：数据获取模块，采集呼吸机端的流量传感器采集间隔时间Δt的实时流速F1和实时压力P1；数据处理模块，计算实时漏气流速F2；潮气量计算模块：计算吸气潮气量
Figure 841915DEST_PATH_IMAGE008
和/或呼气潮气量
Figure 859550DEST_PATH_IMAGE002
，其中Ti为吸气相时间，Te为呼气相时间。
9.如权利要求8所述的自适应潮气量计算装置，其特征在于，所述数据处理模块计算瞬时漏气流速F2包括以下部分：计算实时泄露指数L，得到
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，其中F3和P3为实时流速F1和实时压力P1的低通滤波处理后结果；计算实现泄露流速
Figure 975622DEST_PATH_IMAGE004
。
10.一种呼吸机，其特征在于，所述呼吸机包括如权利要求8-9任一项所述的自适应潮气量计算装置。
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