CN113413529A - 适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块，包括吸气系统、呼气系统以及输气总管；所述吸气系统包括空气输送系统、低压氧气输送系统以及高压氧气输送系统，空气输送系统、低压氧气输送系统和高压氧气输送系统交汇连接有气体混合腔室，气体混合腔室的出气端连接有吸气主管，吸气主管上设置有可变速涡轮，吸气主管上还设置有第一单向阀，吸气主管上连接设置有与第一单向阀并联设置的气阻通路。本发明取消了大通径吸气阀，由涡轮变速来实现所需的气体流量和压力的变化，从而带来重量、体积和成本的优势。本发明与第一单向阀并联设置的气阻通路，进而当呼气阀堵塞时，病人呼出的气体能够通过气阻通路排入大气。

Description

适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，更具体涉及一种适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块。
背景技术
在现代临床医学中，呼吸机作为一项能人工替代自主通气功能的有效手段，已普遍用于各种原因所致的呼吸衰竭、大手术期间的麻醉呼吸管理、呼吸支持治疗和急救复苏中，在现代医学领域内占有十分重要的位置。呼吸机是一种能够起到预防和治疗呼吸衰竭，减少并发症，挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备。
呼吸机是为需要提供呼吸支持、呼吸治疗及急救复苏的患者设计的人工机械通气的呼吸设备，通常采用高压气源为需要提供呼吸支持、呼吸治疗及急救复苏的患者提供人工机械通气。
目前，支持有创通气的双管、电动机械通气模块通常包含大通径吸气阀和安全阀等模块，复杂度高，而且增加了重量、体积和成本，这对于应用于野外环境下、要求体积小重量轻的便携式通用生命支持系统来说是不利的。并且，若机械通气模块上的阀门发生堵塞现象时，因呼气通道单一，病人呼出的气体无法排出，对病人的人身安全造成影响。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块，以解决目前的机械通气模块无法适用于便携式通用生命支持系统以及机械通气模块上的阀门发生堵塞现象时病人呼出气体无法排出的问题，以对机械通气模块进行简化，满足便携式通用支持系统对于重量和体积的要求，并防止机械通气模块上的阀门发生堵塞现象时无法排气的情况发生。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块，包括用于为病人提供气源的吸气系统、用于将病人呼出气体排入大气的呼气系统以及连通设置在吸气系统和呼气系统之间的输气总管；所述吸气系统包括用于输入环境中空气的空气输送系统、用于输入低压氧气的低压氧气输送系统以及用于输入高压氧气的高压氧气输送系统，空气输送系统、低压氧气输送系统和高压氧气输送系统交汇连接有气体混合腔室，气体混合腔室的出气端连接有为病人提供气源的吸气主管，吸气主管上设置有用于对气体混合腔室内混合气体进行抽送并通过变速的方式来调整输出气体流量和压力参数的可变速涡轮，吸气主管上还设置有防止呼气系统呼出的气体进入到气体混合腔室内的第一单向阀，第一单向阀的进气端和第一单向阀的出气端之间的吸气主管上连接设置有与第一单向阀并联设置的气阻通路；
所述呼气系统包括与输气总管相连通的呼气主管，呼气主管上依次设置有用于检测呼气主管上气体流量和压力的呼气检测机构、用于控制病人呼出气体压力和流速的呼气阀以及用于防止外界气体进入呼气主管的第三单向阀。
进一步优化技术方案，所述可变速涡轮与第一单向阀之间的吸气主管上设置有用于检测吸气主管上气体流量的第一流量传感器。
进一步优化技术方案，所述吸气主管上还设置有用于检测吸气主管上气体压力的第一压力检测机构。
进一步优化技术方案，所述第一压力检测机构包括连接设置在吸气主管侧部上的第一连接支管，第一连接支管上依次设置有用于对待检测气体进行过滤的第六过滤器、用于控制第一连接支管通断的第一电磁阀以及用于检测第一连接支管内气体压力的第一压力传感器。
进一步优化技术方案，所述空气输送系统包括一端与外界大气相连通且另一端与气体混合腔室相连通的空气输送管路，空气输送管路上设置有第一过滤器和第二过滤器。
进一步优化技术方案，所述低压氧气输送系统包括一端与低压氧气输送装置相连通且另一端与气体混合腔室相连通的低压氧气输送管路，低压氧气输送管路上设置有第二单向阀、第三过滤器和第二流量传感器。
进一步优化技术方案，所述高压氧气输送系统包括一端与高压氧气输送装置相连通且另一端与低压氧气输送管路相连通的高压氧气输送管路，高压氧气输送管路上设置有第四过滤器、第二压力传感器和比例阀。
进一步优化技术方案，所述呼气检测机构包括设置在呼气主管上的第三流量传感器以及与第三流量传感器并联设置在呼气主管上的呼气压力检测单元。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明可用于但不限便携式通用生命支持系统、电池管理模块，对电动机械通气模块进行了简化，从而满足便携式通用支持系统对于重量和体积的要求，而且是可用于有创通气的双管设计。
本发明取消了大通径吸气阀，由涡轮变速来实现所需的气体流量和压力的变化，从而带来重量、体积和成本的优势；本发明取消安全阀设计，也带来了重量、体积和成本的优势。
本发明第一单向阀的进气端和第一单向阀的出气端之间的吸气主管上连接设置有与第一单向阀并联设置的气阻通路，进而当呼气阀堵塞时，病人呼出的气体能够通过气阻通路排入大气，有效防止了机械通气模块上的阀门发生堵塞现象时无法排气的情况发生。
附图说明
图1为本发明的原理图。
其中：1、空气输送管路，2、低压氧气输送管路，3、高压氧气输送管路，4、气体混合腔室，5、可变速涡轮，6、吸气主管，7、第一单向阀，8、气阻通路，9、第一压力检测机构，91、第一连接支管，92、第一电磁阀，93、第一压力传感器，94、第六过滤器，10、第一过滤器，11、第二过滤器，12、第二单向阀，13、第三过滤器，14、第二压力传感器，15、第四过滤器，16、第一流量传感器，17、第二流量传感器，18、呼气主管，19、呼气检测机构，191、第三流量传感器，192、呼气支管，193、第五过滤器，194、第七过滤器，195、第二电磁阀，196、第三电磁阀，197、第三压力传感器，198、第四压力传感器，20、呼气阀，21、第三单向阀，22、输气总管，23、比例阀。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块，结合图1所示，包括用于为病人提供气源的吸气系统、用于将病人呼出气体排入大气的呼气系统以及连通设置在吸气系统和呼气系统之间的输气总管22。
吸气系统包括空气输送系统、低压氧气输送系统、高压氧气输送系统、气体混合腔室4、吸气主管6、可变速涡轮5、第一单向阀7和气阻通路8。
空气输送系统用于输入环境中空气，空气输送系统包括一端与外界大气相连通且另一端与气体混合腔室4相连通的空气输送管路1，空气输送管路1上设置有第一过滤器10和第二过滤器11，设置的第一过滤器10和第二过滤器11用于对外界空气进行过滤。
低压氧气输送系统用于输入低压氧气，低压氧气输送系统包括一端与低压氧气输送装置相连通且另一端与气体混合腔室4相连通的低压氧气输送管路2，低压氧气输送管路2上设置有第二单向阀12、第三过滤器13和第二流量传感器17。设置的第二单向阀12用于防止气体混合腔室4内的混合器以及高压氧气输送系统中的高压氧气进入到低压氧气输送装置内。第三过滤器13用于对低压氧气输送管路2上低压氧气进行过滤。第二流量传感器17用于检测低压氧气输送系统以及高压氧气输送系统输送的氧气总流量。
高压氧气输送系统用于输入高压氧气，高压氧气输送系统包括一端与高压氧气输送装置相连通且另一端与低压氧气输送管路2相连通的高压氧气输送管路3，高压氧气输送管路3上设置有第四过滤器15、第二压力传感器14和比例阀23。第四过滤器15用于对高压氧气进行过滤，第二压力传感器14用于检测高压氧气输送管路3上的气压。比例阀23用于调节高压氧气的流速。
空气输送系统、低压氧气输送系统和高压氧气输送系统交汇连接有气体混合腔室4，气体混合腔室4的出气端连接有为病人提供气源的吸气主管6，吸气主管6上设置有可变速涡轮5，可变速涡轮5用于对气体混合腔室4内混合气体进行抽送并通过变速的方式来调整输出气体流量和压力参数。
吸气主管6上还设置有防止呼气系统呼出的气体进入到气体混合腔室4内的第一单向阀7，第一单向阀的进气端和第一单向阀的出气端之间的吸气主管6上连接设置有与第一单向阀7并联设置的气阻通路8。
可变速涡轮5与第一单向阀7之间的吸气主管6上设置有用于检测吸气主管6上气体流量的第一流量传感器16。
吸气主管6上还设置有用于检测吸气主管6上气体压力的第一压力检测机构9。第一压力检测机构9包括连接设置在吸气主管6侧部上的第一连接支管91，第一连接支管91上依次设置有第六过滤器94、第一电磁阀92以及第一压力传感器93，第六过滤器94用于对待检测气体进行过滤，第一电磁阀92用于控制第一连接支管91通断，第一压力传感器93用于检测第一连接支管91内气体压力。
呼气系统包括与输气总管22相连通的呼气主管18，呼气主管18上依次设置有呼气检测机构19、呼气阀20以及第三单向阀21。
呼气检测机构19用于检测呼气主管18上气体流量和压力。呼气检测机构19包括设置在呼气主管18上的第三流量传感器191以及与第三流量传感器191并联设置在呼气主管18上的呼气压力检测单元。
呼气压力检测单元包括与第三流量传感器191并联设置在呼气主管18上的呼气支管192，呼气支管192上依次设置有第五过滤器193、第二电磁阀195、第三压力传感器197、第四压力传感器198、第三电磁阀196、第七过滤器194。第五过滤器193、第七过滤器194用于对病人呼出的气体进行过滤。第三压力传感器197、第四压力传感器198用于对呼气主管18上的气压进行检测。
呼气阀20用于控制病人呼出气体压力和流速。
第三单向阀21用于防止外界气体进入呼气主管18。
本发明相对于传统的电动机械通气模块的缺点，采取了以下措施：
A.取消了传统电动机械通气模块在涡轮下游的大通径吸气阀(注：大通径吸气阀为可电控阀门，通过调节阀门的开度来调整涡轮输出气体的流量和压力参数)，直接由涡轮的变速来调整输出气体的流量和压力参数。
B.与步骤A相应地，改变涡轮驱动电路和驱动软件(或算法)，由定速控制改为变速控制。
C.因为取消了大通径吸气阀，因此取消传统电动机械通气模块的安全阀(注：传统安全阀通过电磁铁配合大通径阀门来实现，用于在呼吸机故障时提供自主吸气通路)，改由涡轮进气口—涡轮直接提供自主吸气通路。
D.因为取消了大通径吸气阀，所以在吸气主管增加第一单向阀，避免双管通气呼气相时，呼出气体回流至吸气主管，从而造成CO2重复吸入的危害。
E.因为在吸气主管增加了第一单向阀，所以在第一单向阀上并联一个气阻通路，防止单一故障时(呼气阀堵塞)病人没有呼气通路。当呼气阀堵塞时，病人呼出的气体能够通过气阻通路8排入大气。
本发明的工作原理如下。
当可变速涡轮5工作时，环境中的空气经由第一过滤器10和第二过滤器11被吸入模块内，同时，高压氧气(O2)通过高压氧气输入口进入模块后，经由第四过滤器15过滤，第二压力传感器14进行气压检测之后，由比例阀23来调节其流速(配合第二流量传感器17)，然后也被可变速涡轮5吸入。而低压氧气(O2)通过低压氧气输入口和第二单向阀12进入模块后，也被可变速涡轮5吸入。需要说明的是，高压氧气和低压氧气不会通气连接。
上述空气和氧气被吸入后，通过可变速涡轮5的变速运转，将其以所需的压力或流速的形式输出至下游(配合第一压力传感器93或第一流量传感器16)，并最终通过第一单向阀7之后输出模块之外。以上为吸气系统的工作原理。
对于呼气系统，病人呼出的气体进入模块之后，通过呼气阀20来控制病人呼出气体的压力和流速(配合第三流量传感器191)，并最终经由第三单向阀21排出模块之外。
当病人吸气时，可变速涡轮5的转速提高，进而使得混合后的气体能够十分迅速地给病人进行补充；当病人呼气时，可变速涡轮5的转速降低，使得病人呼出的气体能够通过呼气主管18排出。当呼气阀20堵塞时，因可变速涡轮5的转速十分低，病人呼出的气体能够通过气阻通路8进入到吸气主管6内，再依次经过气体混合腔室4、空气输送管路1，经空气输送管路1上的第一过滤器10和第二过滤器11过滤后排入至大气。

Claims (8)

1.适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块，包括用于为病人提供气源的吸气系统、用于将病人呼出气体排入大气的呼气系统以及连通设置在吸气系统和呼气系统之间的输气总管(22)；其特征在于：所述吸气系统包括用于输入环境中空气的空气输送系统、用于输入低压氧气的低压氧气输送系统以及用于输入高压氧气的高压氧气输送系统，空气输送系统、低压氧气输送系统和高压氧气输送系统交汇连接有气体混合腔室(4)，气体混合腔室(4)的出气端连接有为病人提供气源的吸气主管(6)，吸气主管(6)上设置有用于对气体混合腔室(4)内混合气体进行抽送并通过变速的方式来调整输出气体流量和压力参数的可变速涡轮(5)，吸气主管(6)上还设置有防止呼气系统呼出的气体进入到气体混合腔室(4)内的第一单向阀(7)，第一单向阀的进气端和第一单向阀的出气端之间的吸气主管(6)上连接设置有与第一单向阀(7)并联设置的气阻通路(8)；
所述呼气系统包括与输气总管(22)相连通的呼气主管(18)，呼气主管(18)上依次设置有用于检测呼气主管(18)上气体流量和压力的呼气检测机构(19)、用于控制病人呼出气体压力和流速的呼气阀(20)以及用于防止外界气体进入呼气主管(18)的第三单向阀(21)。
2.根据权利要求1所述的适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块，其特征在于：所述可变速涡轮(5)与第一单向阀(7)之间的吸气主管(6)上设置有用于检测吸气主管(6)上气体流量的第一流量传感器(16)。
3.根据权利要求1所述的适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块，其特征在于：所述吸气主管(6)上还设置有用于检测吸气主管(6)上气体压力的第一压力检测机构(9)。
4.根据权利要求3所述的适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块，其特征在于：所述第一压力检测机构(9)包括连接设置在吸气主管(6)侧部上的第一连接支管(91)，第一连接支管(91)上依次设置有用于对待检测气体进行过滤的第六过滤器(94)、用于控制第一连接支管(91)通断的第一电磁阀(92)以及用于检测第一连接支管(91)内气体压力的第一压力传感器(93)。
5.根据权利要求1所述的适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块，其特征在于：所述空气输送系统包括一端与外界大气相连通且另一端与气体混合腔室(4)相连通的空气输送管路(1)，空气输送管路(1)上设置有第一过滤器(10)和第二过滤器(11)。
6.根据权利要求1所述的适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块，其特征在于：所述低压氧气输送系统包括一端与低压氧气输送装置相连通且另一端与气体混合腔室(4)相连通的低压氧气输送管路(2)，低压氧气输送管路(2)上设置有第二单向阀(12)、第三过滤器(13)和第二流量传感器(17)。
7.根据权利要求6所述的适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块，其特征在于：所述高压氧气输送系统包括一端与高压氧气输送装置相连通且另一端与低压氧气输送管路(2)相连通的高压氧气输送管路(3)，高压氧气输送管路(3)上设置有第四过滤器(15)、第二压力传感器(14)和比例阀(23)。
8.根据权利要求1所述的适应野外环境的便携式通用生命支持系统用机械通气模块，其特征在于：所述呼气检测机构(19)包括设置在呼气主管(18)上的第三流量传感器(191)以及与第三流量传感器(191)并联设置在呼气主管(18)上的呼气压力检测单元。
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