CN113599648A - 一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置。其包括湿化瓶、氧气进气管以及湿化氧气出气管；还包括氧气流量阀、湿化液加热装置、湿化温度传感器、血氧饱和度传感器、经皮二氧化碳分压传感器以及供氧控制器；供氧控制器根据所预设的血氧饱和度目标值、湿化温度传感器采集的湿化当前温度、血氧饱和度传感器采集的血氧饱和度当前值以及经皮二氧化碳分压传感器采集的二氧化碳分压当前值能实时调节氧气流量阀的开度、湿化液加热装置的加热功率，以使得利用湿化氧气出气管进行高流量湿化供氧时，血氧饱和度传感器所采集的血氧饱和度当前值与预设的血氧饱和度目标值匹配更为稳定和准确。本发明以适应复杂临床的供氧需求，智能化程度高。

Description

一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置

技术领域

本发明涉及一种供氧装置，尤其是一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，具体地说是一种以随机共振控制为特点的多参数自适应控制高流量湿化供氧装置。

背景技术

目前，氧疗是临床治疗各种急慢性疾病的常规治疗方案，能显著改善机体的缺氧症状，促进患者康复。临床上，常见的鼻导管吸氧通常采用开放式氧气湿化瓶，其能对氧气进行简单的加湿处理，提高氧气的湿度，经过湿化的氧气可以减小对人体呼吸道的刺激。但是这种开放式的加湿方式不能达到足够的湿度，也无法有效实现对对氧气的加热。高流量吸氧在临床上对于各种呼吸衰竭的病人具有一定的治疗作用，但是由于加温和加湿不够，因此，限制了临床上鼻导管的使用。

此外，绝大部分传统氧疗用装置和高流量吸氧装置均是针对湿化供氧进行固定参数的设置和控制，无法自适应的与病人实际生理状态匹配，更无法以病人血氧饱和度为优化目标进行调控供氧流量和温度；少数具备参数自动调整功能的供氧装置对复杂临床场景的适应性较低，难以满足实际医疗中的需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，其在自适应控制中引入随机共振因子，以病人血氧饱和度为优化目标进行调控供氧流量和湿化加热，能适应复杂临床的供氧需求，智能化程度高，安全可靠。

按照本发明提供的技术方案，所述多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，包括用于盛放湿化液的湿化瓶、能将氧气通入所述湿化瓶内的氧气进气管以及能将湿化瓶内湿化后氧气输出的湿化氧气出气管；还包括能调节经由氧气进气管进入湿化瓶内氧气流量的氧气流量阀、能对湿化瓶内湿化液进行加热的湿化液加热装置、用于监测湿化瓶内温度状态的湿化温度传感器、用于采集血氧饱和度的血氧饱和度传感器、用于采集二氧化碳分压的经皮二氧化碳分压传感器以及用于控制供氧状态的供氧控制器；所述供氧控制器与氧气流量阀、湿化温度传感器、血氧饱和度传感器以及经皮二氧化碳分压传感器电连接；

在供氧控制器内预设血氧饱和度目标值，供氧控制器根据所预设的血氧饱和度目标值、湿化温度传感器采集的湿化当前温度、血氧饱和度传感器采集的血氧饱和度当前值以及经皮二氧化碳分压传感器采集的二氧化碳分压当前值能实时调节氧气流量阀的开度、湿化液加热装置的加热功率，以使得利用湿化氧气出气管进行高流量湿化供氧时，血氧饱和度传感器所采集的血氧饱和度当前值与预设的血氧饱和度目标值匹配。

供氧控制器调整氧气流量阀开度后，得到

其中，F(t)为调整氧气流量阀开度后经由氧气进气管进入湿化瓶内的气体流量，F₀(t)为氧气流量阀开度调整前经由所述氧气进气管进入湿化瓶内的气体流量，S(t)为血氧饱和度传感器采集的血氧饱和度当前值，S₀为血氧饱和度目标值，C(t)为经皮二氧化碳分压传感器采集的经皮二氧化碳分压当前值，t为当前时刻，N₂(t)为流量随机共振因子，N₂(t)＝d₂G(0,1)，G(0,1)是均值为0、方差为1的正态分布函数；

供氧控制器调整湿化液加热装置的加热功率后，得到

其中，P(t)为湿化液加热装置(28)调整后的加热功率，P₀(t)为湿化液加热装置(28)调整前的加热功率，N₁(t)为加热随机共振因子，N₁(t)＝d₁U(0,1)，U(0,1)是[0,1]的均匀分布函数，a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂、d₁、d₂均为比例系数，t＝qΔt，Δt为采样周期，q为正整数；

为血氧饱和度传感器采集的血氧饱和度当前值对时间t的一阶导数，

为经皮二氧化碳分压传感器采集的经皮二氧化碳分压值对时间t的二阶导数。

在所述湿化瓶内设置与所述湿化瓶适配的内杯体，内杯体的外壁与湿化瓶内壁间形成真空隔离腔，所述内杯体与封闭湿化瓶瓶口的瓶口封盖适配连接，通过内杯体能盛放湿化液，氧气进气管的一端伸入所述内杯体内，且湿化氧气出气管与内杯体相连通；

在所述内杯体的内壁设置吸声涂层，在所述内杯体内的上部设置多孔板，所述多孔板与瓶口封盖固定连接，所述多孔板上设置若干气孔。

还包括能向所述内杯体内添加湿化液的湿化液进液机构以及能监测内杯体内湿化液液位的湿化液液位计，所述湿化液进液机构以及湿化液液位计均与供氧控制器电连接，供氧控制器通过湿化液液位计获取湿化液的液位，当所获取的湿化液液位低于供氧控制器内的湿化液位阈值时，通过供氧控制器能输出湿化液待添加的指示信息，或供氧控制器通过湿化液进液机构向内杯体内添加所需的湿化液。

所述湿化液加热装置包括设置于内杯体底部的若干加热体以及设置于湿化瓶瓶底的加热线圈，所述加热线圈与供氧控制器电连接。

所述湿化液进液机构包括能伸入内杯体内的湿化液进液管；在所述湿化液进液管位于内杯体内的端部设置超声汽化装置，所述超声汽化装置与供氧控制器电连接，供氧控制器控制超声汽化装置工作时，能通过所述超声汽化装置汽化内杯体内的湿化液，以能在内杯体内的上部形成雾化环境。

还包括与湿化氧气出气管适配的出气保温机构，通过出气保温机构能对由湿化氧气出气管输出的湿化氧气进行保温。

在所述湿化氧气出气管的一端与内杯体适配连接，湿化氧气出气管的另一端与氧气输送延长管连接并连通，在所述湿化氧气出气管上设置消声器；

所述出气管保温机构包括设置于氧气输送延长管上的保温套或设置于所述氧气输送延长管上的加热保温装置，所述加热保温装置与供氧控制器电连接，通过供氧控制器能控制所述加热保温装置的工作状态。

所述出气保温机构包括能与湿化氧气出气管连接并连通的出气保温管，在出气保温管内设置红外LED加热单元以及能检测位于出气保温管内湿化氧气温度的温控管路温度传感器，所述温控管路温度传感器、红外LED加热单元均与供氧控制器电连接；

在供氧控制器内设置出气保温目标温度值，供氧控制器将温控管路温度传感器检测的湿化出气温度值与出气保温目标温度值比较，并根据所述比较结果调节出气保温管内红外LED加热单元的工作状态，以能使得温控管路温度传感器检测的湿化出气温度值与出气保温目标温度值匹配。

所述红外LED加热单元包括N组相互独立的红外LED加热体，所述红外LED加热体埋设于出气保温管内，每个红外LED加热体内包括M个红外LED单元；

供氧控制器调节红外LED加热单元的工作状态时，能控制每组红外LED加热体内红外LED单元的开启工作数量，其中，每组红外LED加热体内红外LED单元的开启工作数量O(n,t)为：

其中，

表示小于且最接近的整数值的运算，t为当前时刻，n为红外LED加热体的序号，n∈[1,N]，M为每组红外LED加热体内红外LED单元的数量，T为温控管路温度传感器检测得到的湿化出气温度值，T_c为出气保温目标温度值，W(t)为温度调控强度，温度调控强度W(t)为：

A为整体增益，B为阻尼系数，D为积分增益。

本发明的优点：在供氧时，根据预设血氧饱和度目标值、湿化温度传感器采集的湿化当前温度、血氧饱和度传感器采集的血氧饱和度当前值以及经皮二氧化碳分压传感器采集的二氧化碳分压当前值能实时调节氧气流量阀的开度、湿化液加热装置的加热功率，以使得利用湿化氧气出气管进行高流量湿化供氧时，血氧饱和度传感器所采集的血氧饱和度当前值与预设的血氧饱和度目标值匹配，从而能适应复杂临床的供氧需求，智能化程度高，安全可靠。

附图说明

图1为本发明的示意图。

图2为本发明的电路框图。

图3为本发明出气保温机构的另一种实施结构示意图。

附图标记说明：1-氧气进气管、2-氧气流量阀、3-氧气流量计、4-湿化瓶、5-真空隔离腔、6-内杯体、7-吸声涂层、8-加热体、9-加热线圈、10-加液口、11-湿化液进液管、12-超声汽化装置、13-浮球、14-弹簧测力计、15-多孔板、16-湿化氧气出气管、17-消声器、18-可调节阀、19-红外加热装置、20-加热控制开关、21-吸收涂层、22-氧气输送延长管、23-连管接头、24-可弯曲软管、25-鼻夹、26-供氧控制器、27-湿化液进液机构、28-湿化液加热装置、29-湿化温度传感器、30-血氧饱和度传感器、31-经皮二氧化碳分压传感器、32-温控管路温度传感器、33-温控LED控制电路、34-全反射膜、35-出气保温管、36-冷凝水吸附层、37-红外LED加热体以及38-出气保温线缆。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示：为了能适应复杂临床的供氧需求，提高智能化程度，本发明包括用于盛放湿化液的湿化瓶4、能将氧气通入所述湿化瓶4内的氧气进气管1以及能将湿化瓶4内湿化后氧气输出的湿化氧气出气管16；还包括能调节经由氧气进气管1进入湿化瓶4内氧气流量的氧气流量阀2、能对湿化瓶4内湿化液进行加热的湿化液加热装置28、用于监测湿化瓶4内温度状态的湿化温度传感器29、用于采集血氧饱和度的血氧饱和度传感器30、用于采集二氧化碳分压的经皮二氧化碳分压传感器31以及用于控制供氧状态的供氧控制器26；所述供氧控制器26与氧气流量阀2、湿化温度传感器29、血氧饱和度传感器30以及经皮二氧化碳分压传感器31电连接；

在供氧控制器26内预设血氧饱和度目标值，供氧控制器26根据所预设的血氧饱和度目标值、湿化温度传感器29采集的湿化当前温度、血氧饱和度传感器30采集的血氧饱和度当前值以及经皮二氧化碳分压传感器31采集的二氧化碳分压当前值能实时调节氧气流量阀2的开度、湿化液加热装置28的加热功率，以使得利用湿化氧气出气管16进行高流量湿化供氧时，血氧饱和度传感器30所采集的血氧饱和度当前值与预设的血氧饱和度目标值匹配。

具体地，湿化瓶4需要采用符合医用标准的材料制成，湿化瓶4呈透明状，如可以采用聚丙烯等医用材质，具体材料类型可以根据需要进行选择。通过湿化瓶4能盛放湿化液，湿化液具体可以采用现有常用的液体形式，如为无菌蒸馏水或生理盐水，具体可以根据需要进行选择。通过氧气进气管1能将待湿化的氧气送入湿化瓶4内，进入湿化瓶4内的氧气能与湿化瓶4内的湿化液充分接触，实现对氧气的湿化，湿化后的氧气通过湿化氧气出气管16排出湿化瓶4，以便满足病患等的供氧使用需求，具体氧气湿化后的供氧方式可与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

本发明实施例中，氧气进气管1的一端连接供氧设备，氧气进气管1的另一端伸入湿化瓶4内，一般地，氧气进气管1位于湿化瓶4内的端部靠近湿化瓶4的底部，以便尽可能地将氧气进气管1的端部位于湿化液内，提高湿化液对氧气湿化的效率。氧气流量阀2与氧气进气管1适配连接，氧气流量阀2可以为电磁阀或手动阀门，当为电磁阀时，氧气流量阀2与供氧控制器26电连接，以能由供氧控制器26控制氧气流量阀2的开度大小。当氧气流量阀2关闭时，氧气无法通过氧气进气管1进入湿化瓶4内，氧气流量阀2具体可以采用现有常用电磁阀，供氧控制器26可以采用常用的微处理器，具体形式可以根据实际需要进行选择。

通过湿化液加热装置28能对湿化瓶4内的湿化液进行加热，通过湿化温度传感器29能对湿化瓶4内湿化液的温度进行监控。湿化温度传感器29可以采用现有常用的温度监控形式，具体测温的方式可以根据实际需要进行选择，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

当通过湿化氧气出气管16输出的湿化氧气进行供氧时，利用血氧饱和度传感器30能采集吸氧者的血氧饱和度，同时，利用经皮二氧化碳分压传感器31能采集吸氧者在吸氧过程中呼出气体中的二氧化碳分压值，血氧饱和度传感器30、经皮二氧化碳分压传感器31具体可以采用现有常用的形式，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。通过血氧饱和度传感器30采集得到血氧饱和度的具体过程，以及利用经皮二氧化碳分压传感器31采集得到二氧化碳分压的具体过程与现有相一致，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

本技术领域人员可知，利用湿化氧气出气管16对吸氧者进行供氧时，吸氧者的血氧饱和度为重要指标，为了能适应复杂的供氧需求，在供氧控制器26内需要根据吸氧者的具体情况设置血氧饱和度目标值。在供氧过程中，供氧控制器26能同时接收湿化温度传感器29采集得到的湿化当前温度、血氧饱和度传感器30采集的血氧饱和度当前值、以及经皮二氧化碳分压传感器31采集的二氧化碳分压当前值，供氧控制器26根据血氧饱和度目标值、湿化当前温度、血氧饱和度当前值以及二氧化碳分压当前值能确定流入湿化瓶4内氧气的流量，以及湿化瓶4内湿化液的温度，从而在调整后，能使得血氧饱和度传感器30所采集的血氧饱和度当前值能与预设的血氧饱和度目标值匹配。具体地，血氧饱和度当前值与血氧饱和度目标值匹配，具体是指血氧饱和度当前值与血氧饱和度目标值相等，或者血氧饱和度当前值与血氧饱和度目标值间的差值稳定在一个允许的范围内，具体可以根据实际需要选择确定。

本发明实施例中，当需要调节进入湿化瓶4内氧气流量时，可以通过调节氧气流量阀2内的开度实现，当流入湿化瓶4内的氧气流量降低或增大时，通过湿化氧气出气管16输出湿化氧气的流量会跟随降低或增大。湿化瓶4内湿化液的温度，可以通过调节湿化液加热装置28的加热功率进行调节，当湿化液加热装置28的加热功率调节后，并在利用所述湿化液加热装置28对湿化液加热后，加热后，湿化瓶4内湿化液的温度可以由湿化温度传感器29进行检测得到。

此外，供氧控制器26还可以与环境温度传感器连接，通过环境温度传感器能获取当前的环境温度，在控制湿化液加热装置28加热时，可以参考当前的环境温度，进一步提高高流量吸氧中的舒适性与可靠性。

进一步地，供氧控制器26调整氧气流量阀2开度后，得到

其中，F(t)为调整氧气流量阀2开度后经由氧气进气管1进入湿化瓶4内的气体流量，F₀(t)为氧气流量阀2开度调整前经由所述氧气进气管1进入湿化瓶4内的气体流量，S(t)为血氧饱和度传感器30采集的血氧饱和度当前值，S₀为血氧饱和度目标值，C(t)为经皮二氧化碳分压传感器31采集的经皮二氧化碳分压当前值，t为当前时刻，N₂(t)为流量随机共振因子，N₂(t)＝d₂G(0,1)，G(0,1)是均值为0、方差为1的正态分布函数；

供氧控制器26调整湿化液加热装置28的加热功率后，得到

其中，P(t)为湿化液加热装置28调整后的加热功率，P₀为湿化液加热装置28调整前的加热功率，N₁(t)为加热随机共振因子，N₁(t)＝d₁U(0,1)，U(0,1)是[0,1]的均匀分布函数，a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂均为比例系数，t＝qΔt，Δt为采样周期，q为正整数；

为血氧饱和度传感器30采集的血氧饱和度当前值对时间t的一阶导数，

为经皮二氧化碳分压传感器31采集的经皮二氧化碳分压值对时间t的二阶导数。

本发明实施例中，氧气流量阀2可采用电磁阀，供氧控制器26能调整氧气流量阀2的开度。对于比例系数a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂，具体的取值范围均为-10～10之间，d₁、d₂的取值范围在0～3之间，采样周期Δt取值为0.1秒～10秒之间。具体计算时，取t＝qΔt进行离散化，其中q为正整数，

由

计算得到；

由

计算得到。

具体工作时，供氧控制器26采用上述方式计算得到氧气流量阀2的开度，以及湿化液加热装置28的加热功率，并在调整后，能使得利用血氧饱和度传感器30所监测的血氧饱和度当前值接近血氧饱和度目标值，或与血氧饱和度目标值匹配。

具体实施时，在供氧过程中，由血氧饱和度传感器30采集的血氧饱和度当前值以及由经皮二氧化碳分压传感器31采集的经皮二氧化碳分压值会存在变化，因此，在调整氧气流量阀2的开度以及湿化液加热功率28过程中，供氧控制器26需要不断地对氧气流量阀2以及湿化液加热功率28的功率进行相应的调整，以能使得供氧过程中的血氧饱和度当前值与血氧饱和度目标值的匹配。

进一步地，在所述湿化瓶4内设置与所述湿化瓶4适配的内杯体6，内杯体6的外壁与湿化瓶4内壁间形成真空隔离腔5，所述内杯体6与封闭湿化瓶4瓶口的瓶口封盖适配连接，通过内杯体6能盛放湿化液，氧气进气管1的一端伸入所述内杯体6内，且湿化氧气出气管16与内杯体6相连通；

在所述内杯体6的内壁设置吸声涂层7，在所述内杯体6内的上部设置多孔板15，所述多孔板15与瓶口封盖固定连接，所述多孔板15上设置若干气孔。

本发明实施例中，内杯体6一般采用医用透明的材料制成，内杯体6小于湿化瓶4，内杯体6置于湿化瓶4内，且内杯体6置于湿化瓶4内后，能形成真空隔离腔5，通过真空隔离腔5能进行绝热，提高加热过程中或加热后湿化液温度的稳定性，降低热量的损失以及加热的功耗。具体实施时，在湿化瓶4的瓶口设置瓶口封盖，通过瓶口封盖能封闭湿化瓶4的瓶口，内杯体6置于湿化瓶4内后，内杯体6的杯口通过与瓶口封盖连接，即通过瓶口封盖也能实现对内杯体6的密封，从而能使得进入湿化瓶4内的氧气只能湿化后通过湿化氧气出气管16排出湿化瓶4。在设置内杯体6后，所有的湿化液只会存放在内杯体6内，此时，氧气进气管1的一端伸入所述内杯体6内，且湿化氧气出气管16与内杯体6相连通。

吸声涂层7具体可以采用现有常用的涂层形式，具体涂层的材料等可以根据需要进行选择，优先地，吸声涂层7涂满内杯体6的内壁，通过吸声涂层7能将声能变为热能，加热的同时能降低氧气进入湿化瓶4时产生的噪声。多孔板15位于内杯体6内，多孔板15具有多个气孔，多孔板15与瓶口封盖固定，通过多孔板15能降低氧气通过湿化氧气出气管16排出内杯体6时的噪声。

进一步地，还包括与氧气进气管1适配的氧气流量计3，氧气流量阀2设置于所述氧气进气管1上，所述氧气流量计3与供氧控制器26电连接，供氧控制器26能对氧气流量计3所统计的氧气进气流量进行存储或显示输出。

本发明实施例中，氧气流量计3可以采用电子流量计或机械式的流量计，具体可以根据实际情况进行选择。当采用电子流量计时，氧气流量计3与供氧控制器26电连接，供氧控制器26能对氧气流量计3所统计的氧气进气流量进行存储或显示输出，从而能对吸氧过程进行有效监控。氧气流量计3与氧气进气管1间可以采用现有常用的配合形式，具体可根据氧气流量计3的具体形式进行选择，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。

进一步地，还包括能向所述内杯体6内添加湿化液的湿化液进液机构27以及能监测内杯体6内湿化液液位的湿化液液位计14，所述湿化液进液机构27以及湿化液液位计14均与供氧控制器26电连接，供氧控制器26通过湿化液液位计14获取湿化液的液位，当所获取的湿化液液位低于供氧控制器26内的湿化液位阈值时，通过供氧控制器26能输出湿化液待添加的指示信息，或供氧控制器26通过湿化液进液机构27向内杯体6内添加所需的湿化液。

本发明实施例中，对氧气湿化过程中，氧气能带走内杯体6中的部分湿化液，通过湿化液液位计30能对内杯体6中湿化液的液位进行监控。湿化液液位计30可以采用电子式或机械式的形式，具体可以根据需要进行选择。当采用电子式的湿化液液位计30时，湿化液液位计30与供氧控制器26电连接。在具体工作时，可以在供氧控制器26内设置湿化液位阈值，所述湿化液位阈值可以根据需要进行选择，一般地，低于所述湿化液位阈值时，无法通过湿化液对氧气进行湿化，从而通过供氧控制器26能输出湿化液待添加的指示信息，或供氧控制器26通过湿化液进液机构27能内杯体6内添加所需的湿化液。一般地，在内杯体6上或湿化瓶4上设置刻度线，通过刻度线能直接指示内杯体6内湿化液的液位情况。

一般地，可以采用指示灯、显示屏等显示输出湿化液待添加的指示信息，当然，供氧控制器26还可以通过无线模块传输所述湿化液待添加的指示信息，无线模块可以采用5G模块等形式，具体可以根据需要进行选择，此处不再赘述。图1中示出了一种机械式湿化液液位计的形式，具体包括弹簧测力计14以及浮球13，浮球13位于内杯体6内，通过浮球13在内杯体6的漂浮状态等，可以实现对内杯体6内湿化液的液位监测。

进一步地，所述湿化液进液机构27包括伸入内杯体6内的湿化液进液管11；在所述湿化液进液管11位于内杯体6内的端部设置超声汽化装置12，所述超声汽化装置12与供氧控制器26电连接，供氧控制器26控制超声汽化装置12工作时，能通过所述超声汽化装置12汽化内杯体6内的湿化液，以能在内杯体6内的上部形成雾化环境。

本发明实施例中，湿化液进液管11穿过瓶口封盖进入内杯体6内，湿化液进液管11位于内杯体6外的端部形成加液口10，湿化液进液管11位于内杯体6内的端部设置超声汽化装置12，超声汽化装置12具体可以采用现有常用的超声汽化形式，具体类型可以根据需要进行选择，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。所述超声汽化装置12与供氧控制器26电连接，供氧控制器26控制超声汽化装置12工作时，能通过所述超声汽化装置12汽化内杯体6内的湿化液，以能在内杯体6内的上部形成雾化环境，能加强湿化效果。

具体实施时，待添加的湿化液位于包装袋内，包装袋内的湿化液与加液口10适配，从而包装袋内的湿化液通过加液口10以及湿化液进液管11添加到内杯体6内。对于采用包装袋的湿化液，可以实现一次性更换包装袋的湿化液。在添加湿化液时，超声汽化装置12不会影响湿化液通过湿化液进液管11进入内杯体6内。当然，在湿化液进液管11上还可以设置加液电磁阀，供氧控制器26与加液电磁阀电连接，供氧控制器26可以通过湿化液液位计30所监测的液位，控制加液电磁阀的工作状态，即可以实现湿化过程中的自动加液。

进一步地，所述湿化液加热装置28包括设置于内杯体6底部的若干加热体8以及设置于湿化瓶4瓶底的加热线圈9，所述加热线圈9与供氧控制器26电连接。

本发明实施例中，加热体8为与加热线圈9适配的形式，一般地，加热体8可以现在铁块，为了避免被氧化，加热体8的表面有防氧化涂层，所述防氧化涂层可以采用聚四氟乙烯层。加热体8在内杯体6的底部呈均匀分布，且布满内杯体6的底部。加热线圈9位于湿化瓶4外，加热线圈9与供氧控制器26电连接，通过供氧控制器26能控制加热线圈9加热工作时的加热功率等工作参数，从而能对加热过程进行控制。通过加热线圈9与加热体8配合，能实现对内杯体6内的湿化液进行有效加热。当然，湿化液加热装置8还可以采用其他的加热形式，具体可以根据需要进行选择，只要能满足对湿化液加热需要均可，此处不再赘述。

进一步地，还包括与湿化氧气出气管16适配的出气保温机构，通过出气保温机构能对由湿化氧气出气管16输出的湿化氧气进行保温。

本发明实施例中，对于长距离输送湿化后的氧气，还可以通过出气保温机构进行保温操作，避免湿化后的氧气在输送过程中发生温度骤变情况，提高吸氧人员对湿化后氧气适应性。

图1中示出了出气保温机构的示意图，具体地，在所述湿化氧气出气管16的一端与内杯体6适配连接，湿化氧气出气管16的另一端与氧气输送延长管22连接并连通，在所述湿化氧气出气管16上设置消声器17；

所述出气管保温机构包括设置于氧气输送延长管22上的保温套或设置于所述氧气输送延长管22上的加热保温装置19，所述加热保温装置19与供氧控制器26电连接，通过供氧控制器26能控制所述加热保温装置19的工作状态。

本发明实施例中，在所述氧气输送延长管22的一端与湿化氧气出气管16连接并连通，氧气输送延长管22的另一端与可弯曲软管24连接，在所述湿化氧气出气管16上还设置可调节阀18。氧气输送延长管22能延长湿化氧气出气管16的长度，氧气输送延长管22具体可以采用现有常用的形式。消声器17以及可调节阀18具体可以采用现有常用的形式，通过消声器17能阻挡声音的传播，消声器17具体可以采用现有常用的形式，通过可调节阀18能防止喘振。可调节阀18可以采用手动式或电子阀，具体可以根据需要进行选择。氧气输送延长管22通过连管接头23与氧气输送延长管22连接。在可弯曲软管24上设置鼻夹25，可弯曲软管24能进行所需的弯曲，通过鼻夹25能实现与患者鼻部的连接，即通过可弯曲软管24能提高吸氧的便捷性。

本发明实施例中，加热保温装置19呈管状，即包裹氧气输送延长管22上，通过供氧控制器26能控制红加热保温装置19的工作状态。具体实施时，还可以设置温度传感器，即通过温度传感器监控加热保温装置19加热时的温度，避免产生过加热等情况。通过加热保温装置19的加热，能使得氧气在氧气输送延长管22传输过程中进一步保温。氧气输送延长管22内部有吸水涂层，吸收少量的回流的冷凝水，防止患者在使用时吸入冷凝水造成不适。此外，在氧气输送延长管22上设置加热控制开关20，加热控制开关20与供氧控制器26电连接，通过加热控制开关20能开启加热保温装置19的加热或关闭通过加热保温装置19进行加热。加热保温装置19具体可以采用现有常用的电阻等加热形式，具体可以根据实际需要选择，此处不再赘述。

如图3所示，出气保温机构还可以采用另一种实施形式，具体地，所述出气保温机构包括能与湿化氧气出气管16连接并连通的出气保温管35，在出气保温管35内设置红外LED加热单元以及能检测位于出气保温管35内湿化氧气温度的温控管路温度传感器32，所述温控管路温度传感器32、红外LED加热单元均与供氧控制器26电连接；

在供氧控制器26内设置出气保温目标温度值，供氧控制器26将温控管路温度传感器32检测的湿化出气温度值与出气保温目标温度值比较，并根据所述比较结果调节出气保温管35内红外LED加热单元的工作状态，以能使得温控管路温度传感器32检测的湿化出气温度值与出气保温目标温度值匹配。

本发明实施例中，出气保温目标温度值一般与吸氧人员鼻部的温度相关，具体可以由医务人员根据吸氧人员的实际情况进行选择确定。供氧控制器26调节洋气流量阀2的开度以及湿化液加热装置28的功率后，为了减少湿化氧气输送过程中受外界温度等的影响，通过出气保温机构能进一步提高供氧时的可靠性，确保吸氧过程中的血氧饱和度当前值能与血氧饱和度目标值之间匹配。

出气保温管35能与湿化氧气出气管16连接并连通，当然，出气保温管35还可以为湿化氧化出气管16的一部分，具体可以根据需要选择连接配合形式，此处不再赘述。在出气保温管35内埋设红外LED加热单元，并通过温控管路温度传感器32能检测流经出气保温管35时湿化氧气的温度。

供氧控制器26内设置出气保温目标温度值，供氧控制器26将温控管路温度传感器32检测得到的湿化出气温度值与预设的出气保温目标温度值直接比较，并根据比较结果控制红外LED加热单元的工作状态，具体控制红外LED加热单元的工作状态为降低红外LED加热单元的加热功率、保持红外LED加热单元的加热功率或提高红外LED加热单元的加热功率，如湿化出气温度值低于出气保温目标温度值时，则供氧控制器26提高红外LED加热单元的加热功率，即能使得温控管路温度传感器32检测的湿化出气温度值与出气保温目标温度值匹配。

进一步地，所述红外LED加热单元包括N组相互独立的红外LED加热体，所述红外LED加热体埋设于出气保温管35内，每个红外LED加热体内包括M个红外LED单元；

供氧控制器26调节红外LED加热单元的工作状态时，能控制每组红外LED加热体内红外LED单元的开启工作数量，其中，每组红外LED加热体内红外LED单元的开启工作数量O(n,t)为：

其中，

表示小于且最接近的整数值的运算，t为当前时刻，n为红外LED加热体的序号，n∈[1,N]，M为每组红外LED加热体内红外LED单元的数量，T为温控管路温度传感器32检测得到的湿化出气温度值，T_c为出气保温目标温度值，W(t)为温度调控强度，温度调控强度W(t)为：

A为整体增益，B为阻尼系数，D为积分增益。

本发明实施例中，N组相互独立的红外LED加热体37沿所述出气保温管35的长度方向分布，一般地，可以每间隔1cm～5cm的长度设置一组红外LED加热体37。红外LED加热体37间相互独立，具体是指每组红外LED加热体37间的工作相互独立，即一组红外LED加热体37间的工作状态不受其他组红外LED加热体37工作状态的影响。一般地，出气保温管35内红外LED加热体37的数量N可以根据出气保温管35的长度进行设定，红外LED加热体内红外LED单元的数量也可以根据需要选择，如M可为5～10。具体地，对于整体增益A通常可为0.1～10；阻尼系数B通常可为0.01～1；积分增益D通常可为0.001～0.1。对于

为(T-T_c)对时间t的一阶导数，具体可以参考上述的计算说明，此处不再赘述。

在出气保温管35内，N组红外LED加热体37埋设在出气保温管35内，每组红外LED加热体37在出气保温管35内呈圆环形，即环绕出气保温管35的轴线。N组红外LED加热体37在出气保温管35内可呈均匀分布。对于N组红外LED加热体37的序号n，具体地，在对吸氧人员供氧时，沿靠近吸氧人员鼻部的方向，序号n逐次减小，如出气保温管35内，最靠近吸氧人员鼻部的红外LED加热体37的序号n为1，最远离吸氧人员鼻部的红外LED加热体37的序号n为N。

具体地，供氧控制器26控制红外LED加热体37的工作状态时，具体是指控制或选择红外LED加热体37内处于开启工作状态的红外LED单元的数量，红外LED单元处于工作状态时，能发射红外线，利用所发射的红外线能对出气保温管35内的湿化氧气进行红外加热。

本发明实施例中，在供氧控制器26内设置出气保温目标温度值后，将温控管路温度传感器32采集的湿化出气温度T与出气保温目标温度值间的具体关系，能得到每组红外LED加热体37内开启工作的红外LED单元的数量。当供氧控制器26选择每组红外LED加热体37内红外LED单元的工作数量后，通过所有被选择的红外LED单元能对流经出气保温管35的湿化氧气进行保温。

进一步地，在所述出气保温管35的内壁设置冷凝水吸附层36，在出气保温管35的外壁上设置全反射膜34，红外LED单元工作时发出的红外波长为1μm～100μm。

本发明实施例中，冷凝水吸附层36可为吸水树脂材料制成，具备高吸水功能，并且保水性能优良，一旦吸水膨胀成为水凝胶时，即使加压也很难把水分离出来。冷凝水吸附层36可将出气保温管35中产生的少量冷凝水就地吸附。全反射膜34可以采用现有常用的反射膜，通过全反射膜34能对红外LED单元发射的红外线进行全反射，提高加热保温的效率与可靠性。具体实施时，红外LED单元工作时发出红外线的波长为1μm～100μm。

此外，在具体实施时，还包括温控LED控制电路33，温控LED控制电路33能与埋设于出气保温管35内的红外LED加热单元电连接，温控LED控制电路33与供氧控制器26电连接，供氧控制器26通过温控LED控制电路33能实现对红外LED加热单元工作进行驱动与控制，温控LED控制电路33可以采用现有常用的电路形式，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。当然，还包括出气保温线缆38，通过出气保温线缆38能实现与温控LED控制电路33以及供养控制器26间的电连接。

Claims (10)

1.一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，包括用于盛放湿化液的湿化瓶(4)、能将氧气通入所述湿化瓶(4)内的氧气进气管(1)以及能将湿化瓶(4)内湿化后氧气输出的湿化氧气出气管(16)；其特征是：还包括能调节经由氧气进气管(1)进入湿化瓶(4)内氧气流量的氧气流量阀(2)、能对湿化瓶(4)内湿化液进行加热的湿化液加热装置(28)、用于监测湿化瓶(4)内温度状态的湿化温度传感器(29)、用于采集血氧饱和度的血氧饱和度传感器(30)、用于采集二氧化碳分压的经皮二氧化碳分压传感器(31)以及用于控制供氧状态的供氧控制器(26)；所述供氧控制器(26)与氧气流量阀(2)、湿化温度传感器(29)、血氧饱和度传感器(30)以及经皮二氧化碳分压传感器(31)电连接；

在供氧控制器(26)内预设血氧饱和度目标值，供氧控制器(26)根据所预设的血氧饱和度目标值、湿化温度传感器(29)采集的湿化当前温度、血氧饱和度传感器(30)采集的血氧饱和度当前值以及经皮二氧化碳分压传感器(31)采集的二氧化碳分压当前值能实时调节氧气流量阀(2)的开度、湿化液加热装置(28)的加热功率，以使得利用湿化氧气出气管(16)进行高流量湿化供氧时，血氧饱和度传感器(30)所采集的血氧饱和度当前值与预设的血氧饱和度目标值匹配。

2.根据权利要求1所述的一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，其特征是：供氧控制器(26)调整氧气流量阀(2)开度后，得到

其中，F(t)为调整氧气流量阀(2)开度后经由氧气进气管(1)进入湿化瓶(4)内的气体流量，F₀(t)为氧气流量阀(2)开度调整前经由所述氧气进气管(1)进入湿化瓶(4)内的气体流量，S(t)为血氧饱和度传感器(30)采集的血氧饱和度当前值，S₀为血氧饱和度目标值，C(t)为经皮二氧化碳分压传感器(31)采集的经皮二氧化碳分压当前值，t为当前时刻，N₂(t)为流量随机共振因子，N₂(t)＝d₂G(0,1)，G(0,1)是均值为0、方差为1的正态分布函数；

供氧控制器(26)调整湿化液加热装置(28)的加热功率后，得到

其中，P(t)为湿化液加热装置(28)调整后的加热功率，P₀(t)为湿化液加热装置(28)调整前的加热功率，N₁(t)为加热随机共振因子，N₁(t)＝d₁U(0,1)，U(0,1)是[0,1]的均匀分布函数，a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂、d₁、d₂均为比例系数，t＝qΔt，Δt为采样周期，q为正整数；

为血氧饱和度传感器(30)采集的血氧饱和度当前值对时间t的一阶导数，

为经皮二氧化碳分压传感器(31)采集的经皮二氧化碳分压值对时间t的二阶导数。

3.根据权利要求1或2所述的一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，其特征是：在所述湿化瓶(4)内设置与所述湿化瓶(4)适配的内杯体(6)，内杯体(6)的外壁与湿化瓶(4)内壁间形成真空隔离腔(5)，所述内杯体(6)与封闭湿化瓶(4)瓶口的瓶口封盖适配连接，通过内杯体(6)能盛放湿化液，氧气进气管(1)的一端伸入所述内杯体(6)内，且湿化氧气出气管(16)与内杯体(6)相连通；

在所述内杯体(6)的内壁设置吸声涂层(7)，在所述内杯体(6)内的上部设置多孔板(15)，所述多孔板(15)与瓶口封盖固定连接，所述多孔板(15)上设置若干气孔。

4.根据权利要求3所述的一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，其特征是：还包括能向所述内杯体(6)内添加湿化液的湿化液进液机构(27)以及能监测内杯体(6)内湿化液液位的湿化液液位计(14)，所述湿化液进液机构(27)以及湿化液液位计(14)均与供氧控制器(26)电连接，供氧控制器(26)通过湿化液液位计(14)获取湿化液的液位，当所获取的湿化液液位低于供氧控制器(26)内的湿化液位阈值时，通过供氧控制器(26)能输出湿化液待添加的指示信息，或供氧控制器(26)通过湿化液进液机构(27)向内杯体(6)内添加所需的湿化液。

5.根据权利要求3所述的一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，其特征是：所述湿化液加热装置(28)包括设置于内杯体(6)底部的若干加热体(8)以及设置于湿化瓶(4)瓶底的加热线圈(9)，所述加热线圈(9)与供氧控制器(26)电连接。

6.根据权利要求4所述的一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，其特征是：所述湿化液进液机构(27)包括能伸入内杯体(6)内的湿化液进液管(11)；在所述湿化液进液管(11)位于内杯体(6)内的端部设置超声汽化装置(12)，所述超声汽化装置(12)与供氧控制器(26)电连接，供氧控制器(26)控制超声汽化装置(12)工作时，能通过所述超声汽化装置(12)汽化内杯体(6)内的湿化液，以能在内杯体(6)内的上部形成雾化环境。

7.根据权利要求1或2所述的一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，其特征是：还包括与湿化氧气出气管(16)适配的出气保温机构，通过出气保温机构能对由湿化氧气出气管(16)输出的湿化氧气进行保温。

8.根据权利要求7所述的一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，其特征是：在所述湿化氧气出气管(16)的一端与内杯体(6)适配连接，湿化氧气出气管(16)的另一端与氧气输送延长管(22)连接并连通，在所述湿化氧气出气管(16)上设置消声器(17)；

所述出气管保温机构包括设置于氧气输送延长管(22)上的保温套或设置于所述氧气输送延长管(22)上的加热保温装置(19)，所述加热保温装置(19)与供氧控制器(26)电连接，通过供氧控制器(26)能控制所述加热保温装置(19)的工作状态。

9.根据权利要求7所述的一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，其特征是：所述出气保温机构包括能与湿化氧气出气管(16)连接并连通的出气保温管(35)，在出气保温管(35)内设置红外LED加热单元以及能检测位于出气保温管(35)内湿化氧气温度的温控管路温度传感器(32)，所述温控管路温度传感器(32)、红外LED加热单元均与供氧控制器(26)电连接；

在供氧控制器(26)内设置出气保温目标温度值，供氧控制器(26)将温控管路温度传感器(32)检测的湿化出气温度值与出气保温目标温度值比较，并根据所述比较结果调节出气保温管(35)内红外LED加热单元的工作状态，以能使得温控管路温度传感器(32)检测的湿化出气温度值与出气保温目标温度值匹配。

10.根据权利要求9所述的一种多参数自适应控制高流量湿化供氧装置，其特征是：所述红外LED加热单元包括N组相互独立的红外LED加热体，所述红外LED加热体埋设于出气保温管(35)内，每个红外LED加热体内包括M个红外LED单元；

供氧控制器(26)调节红外LED加热单元的工作状态时，能控制每组红外LED加热体内红外LED单元的开启工作数量，其中，每组红外LED加热体内红外LED单元的开启工作数量O(n,t)为：

其中，

表示小于且最接近的整数值的运算，t为当前时刻，n为红外LED加热体的序号，n∈[1,N]，M为每组红外LED加热体内红外LED单元的数量，T为温控管路温度传感器(32)检测得到的湿化出气温度值，T_c为出气保温目标温度值，W(t)为温度调控强度，温度调控强度W(t)为：

A为整体增益，B为阻尼系数，D为积分增益。

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