CN113842528B - 一种压差控制的高流量通气方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种压差控制的高流量通气方法和系统，所述方法用于将空气和氧气的混合气体输送至患者的鼻腔或气道，所述方法具体包括：获得输送混合气体管路的位于气体流动方向上不同位置的压差，通过所述压差控制混合气体的流量大小。通过以下公式具体实现混合气体的流量大小的控制：Q＝a+c*P，其中，Q为通气流量差，P为所述压差，a为气体温湿度系数，c为管径系数。本发明可实现气道压差控制下的流量调节的高流量通气模式(flow regulation differential pressure control‑FRDPC)和压差控制双水平流量释放通气高流量通气模式(Bilevel Flow Release Ventilation mode—BiFRV)，可以最大限度地减少气流压力对气道/肺泡的损伤，克服了目前只有流量调节易产生过度通气的医源性损伤的高流量治疗缺点，使病人治疗更加安全有效。

Description

一种压差控制的高流量通气方法和系统
技术领域
本发明属于医疗呼吸设备或高流量治疗设备技术领域，涉及向患者提供呼吸支持与治疗系统，特别是一种压差控制的高流量通气方法和系统。
背景技术
湿化经鼻高流量通气/氧疗(Humidified high flow nasal cannula,HHFNC)就是在医学治疗情况下把加温湿化后的空氧混合气体输送到病人气道，提供安全的气体交换，减少呼吸功，改善患者与呼吸机的相互作用，显著改善病人的低氧血症，最大限度地减少医源性损伤，并促进及时从机械通气中脱机。高流量通气被广泛应用于不能保持正常血气交换、有气道问题的人的呼吸治疗，血气交换的缺陷(无法维持正常血气交换)产生低血氧综合症、高碳酸血症或两者兼而有之的呼吸衰竭，湿化经鼻高流量通气/氧疗是呼吸治疗的基本手段，能实现良好的血气交换，在临床上被应用于呼吸窘迫综合症(RDS)、呼吸衰竭、呼吸暂停(AOP)、肺炎等呼吸系统疾病及早产儿肺透明膜病(HMD)、细支气管炎等新生儿疾病。因而在各种病房，尤其重症监护病房(ICU/NICU/PICU)中被广泛使用。
湿化经鼻高流量通气/氧疗也是一种新的呼吸支持技术，除具有正压通气治疗的功能外，还因其安全有效、护理简单操作、治疗过程中无损伤与良好的舒适性广泛应用于病患的呼吸治疗。目前湿化经鼻高流量通气/氧疗设备按照预定流量数值给病人进行高流量通气，现有技术存在如下缺陷：
(1)机器没有监测与控制气道压差，输入的高流量气体产生过高气道压力，存在肺泡过度通气与给肺部产生气压伤等医源性损伤的问题。
(2)机器没有感知患者的呼吸波形，呼气时输入高流量气体产生血气二氧化碳分压PCO2过高，导致高碳酸血症。这种不确定性给治疗带来安全风险，大大降低了临床治疗效果。
(3)机器不能灵敏感知患者的呼吸规律，人机不同步，增加病人呼吸功，产生人机对抗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种压差控制的高流量通气方法和系统，可实现气道压差控制下的流量调节的高流量通气模式(flow regulation differential pressurecontrol-FRDPC)和压差控制双水平流量释放通气高流量通气模式(Bilevel FlowReleaseVentilation mode—BiFRV)，可以最大限度地减少气流压力对气道/肺泡的损伤，克服了目前只有流量调节易产生过度通气的医源性损伤的高流量治疗缺点，使病人治疗更加安全有效。
实现本发明上述目的的技术方案为：
一种压差控制的高流量通气方法，所述方法用于将空气和氧气的混合气体输送至患者的鼻腔或气道，获得混合气体的输送管路上气体流动方向上不同位置的压差，通过所述压差控制混合气体的流量大小。
进一步地，获得压差的输送管路气体流动方向上不同位置位于人体外部。
进一步地，通过所述压差控制混合气体的流量大小具体包括：当所述压差变大时，增大混合气体的流量；当所述压差变小时，减小混合气体的流量。
进一步地，通过公式(1)具体实现混合气体的流量大小的控制：
Q＝a+c*P (1)
其中，Q为通气流量差，P为所述压差，a为气体温湿度系数，c为管径系数；
所述a和c的获得方法为：
当增加流量Q1时，压差为P11，当增加流量Q2时，压差为P22，根据公式(1)得出：
本发明还包括一种压差控制的高流量通气系统，包括流量调节器、压差控制器、压差管、呼吸管路、气道导管或高流量鼻导管，空气和氧气的混合气体经过所述流量调节器后通过呼吸管路与压差管进口连接，所述压差管的出口与所述气道导管或高流量鼻导管连接；
所述压差控制器用于获取压差管气体流动方向上不同位置的压差并根据所述压差控制流量调节器调节混合气体的流量大小。
进一步地，还包括空氧混合器，空气和氧气经过所述空氧混合器后流入所述流量调节器。
进一步地，还包括加温湿化器，所述加温湿化器设置于所述流量调节器和压差管之间。
进一步地，还包括Y形接头、呼气回路、呼气阀、呼气阀控制器，所述流量调节器通过呼吸管路与Y形接头的一个接口连接，所述呼气阀通过所述呼气回路与Y形接头的第二个接口连接，所述Y形接头的第三个接口与压差管连接，所述呼气阀控制器分别与压差控制器和呼气阀连接，所述压差控制器根据获取的所述压差通过所述呼气阀控制器控制呼气阀的开度。
进一步地，还包括压差管路，所述压差管路连接所述压差管气体流动方向上不同位置与压差控制器。
一种高流量呼吸湿化治疗仪，所述高流量呼吸湿化治疗仪包括上述所述的压差控制的高流量通气系统。
本发明与现有技术相比，技术效果主要包括以下几点：
(1)本发明设置位于病人呼吸近端的流量压差管能有效感知流量导致的气道压力变化，可以方便减少气流压力对气道/肺泡的损伤，满足高流量临床技术要求，克服目前只有流量调节易产生过度通气的医源性损伤缺点，使病人治疗更加安全有效，实现了气道压差控制下流量调节的高流量通气模式(flow regulation differential pressurecontrol-FRDPC)；
(2)本发明的压差控制器通过位于病人呼吸近端的流量压差管能精准感知病人的呼吸波形和规律的变化，让人机精准同步，防止人机对抗的同时，实现呼吸支持，保证所需的每分钟通气量要求，实现了压差控制双水平流量释放通气高流量通气模式(BilevelFlow Release Ventilation mode—BiFRV)；
(3)本发明的压差控制的高流量通气方法和系统，适用于新生儿、儿童与成人，临床操作、制造装配和维修都比较容易，因而成本大大降低，结构简单，在设计完成之后就可制造出产品，易于推广。
参照下面的附图，将对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明第一实施例的压差控制下流量调节的高流量通气模式(flowregulation differential pressure control-FRDPC)的系统结构示意图。
图2为本发明第二实施例的双水平流量释放通气高流量通气模式(Bilevel FlowRelease Ventilation mode—BiFRV)的系统结构示意图。
图中，1.空氧混合器，2流量调节器，3.压差控制器，4.加温湿化器，5.压差管路，6.呼吸管路，7.压差管，8.气道导管或高流量鼻导管，9.Y型接口，10呼气回路，11.呼吸阀，12.呼吸阀控制器。
具体实施方式
下面通过举实例并结合所列附图具体阐述本发明的技术内容，如下：
一种压差控制的高流量通气方法，所述方法用于将空气和氧气的混合气体输送至患者的鼻腔或气道，所述方法具体包括：获得混合气体的输送管路上气体流动方向上不同位置的压差，通过所述压差控制混合气体的流量大小。
优选地，获得压差的输送管路气体流动方向上不同位置位于人体外部。
优选地，通过所述压差控制混合气体的流量大小具体包括：当所述压差变大时，增大混合气体的流量；当所述压差变小时，减小混合气体的流量。
优选地，当增加1L/min流量，压力增加0.8cmH2O，反之，使流量自适应控制在所要求的范围内，满足临床治疗技术要求，通过公式(1)具体实现混合气体的流量大小的控制：
Q＝a+c*P (1)
其中，Q为通气流量差，单位为L/min，P为所述压差，单位cmH2O，a为气体温湿度系数，c为管径系数；
所述a和c的获得方法(两点定标法)为：
当增加流量Q1时，压差为P11，当增加流量Q2时，压差为P22，根据公式(1)得出：
本发明还包括用于实现上述方法的压差控制的高流量通气系统，该系统可包括以下两种实施方式：
实施例1
结合图1，一种压差控制的高流量通气系统，包括流量调节器2、压差控制器3、压差管7、呼吸管路6、气道导管或高流量鼻导管8，空气和氧气的混合气体经过所述流量调节器2后通过呼吸管路6与压差管7进口连接，所述压差管7的出口与所述气道导管或高流量鼻导管8连接；
所述压差控制器3用于获取压差管7气体流动方向上不同位置的压差(即图1中的P1和P2处的压差)并根据所述压差控制流量调节器2调节混合气体的流量大小，还包括空氧混合器1，空气和氧气经过所述空氧混合器1后流入所述流量调节器2，还包括加温湿化器4，所述加温湿化器4设置于所述流量调节器2和压差管7之间，还包括压差管路5，所述压差管路5连接所述压差管7气体流动方向上不同位置与压差控制器3。
空气和氧气通过空氧混合器1混合到所需的氧气浓度比例(氧气占混合气体的体积比，如氧气体积占空氧混合气体的体积的比例为40％)，混合气体通过流量调节器2后(如新生儿通气流量调节到5L/min，流量调节器由比例阀或伺服控制阀、控制单元组成)，在加温湿化器4中加热和加湿，加温湿化后的空氧气体经由呼吸管道6输送到压差管7，压差管7与高流量鼻导管或气道导管8连接，把加温加湿的空氧混合气体输送到患者的气道，在肺部进行安全有效的血气交换，混合气体和废气通过高流量鼻导管排气管8排出。其中通过压差管路5把压差管7与压差控制器3连接，流量调节器2由压差控制器3通过压差管7监测的管道压差进行控制，实现压差P反馈控制气道释放流量大小Q，见公式(1)所示，使流量自适应控制在所要求的范围内。
该实施例实现了压差控制下流量调节的高流量通气模式(flow regulationdifferential pressure control-FRDPC)。
实施例2
结合图2，一种压差控制的高流量通气系统，包括流量调节器2、压差控制器3、压差管7、呼吸管路6、气道导管或高流量鼻导管8，空气和氧气的混合气体经过所述流量调节器2后通过呼吸管路6与压差管7进口连接，所述压差管7的出口与所述气道导管或高流量鼻导管8连接；
所述压差控制器3用于获取压差管7气体流动方向上不同位置的压差并根据所述压差控制流量调节器2调节混合气体的流量大小，还包括空氧混合器1，空气和氧气经过所述空氧混合器1后流入所述流量调节器2，还包括加温湿化器4，所述加温湿化器4设置于所述流量调节器2和压差管7之间。
还包括Y形接头9、呼气回路10、呼气阀11、呼气阀控制器12，所述流量调节器2通过呼吸管路6与Y形接头9的一个接口连接，所述呼气阀11通过所述呼气回路10与Y形接头9的第二个接口连接，所述Y形接头9的第三个接口与压差管7连接，所述呼气阀控制器12分别与压差控制器3和呼气阀11连接，所述压差控制器3根据获取的所述压差通过所述呼气阀控制器12控制呼气阀11的开度。
空气和氧气通过空氧混合器1混合到所需的比例，混合气体通过流量调节器2后，在加温湿化器4中加热和加湿。加温湿化后的空氧气体经由呼吸管道6输送Y形接头9，Y形接头9的一端连到压差管7，压差管7与高流量鼻导管或气道导管8连接，同时压差管7连接压差控制器3，Y形接头9另一端连接呼气回路10，呼气回路10连接呼吸阀控制器12控制的呼气阀11，当病人吸气时，呼气阀11关闭，空氧治疗气体经呼吸回路6进入气道，当病人呼气时，呼气阀11打开，病人呼出气体经呼气回路10排出，呼气回路10中的气体逸出到大气中，患者可以自由呼气。呼气阀11例如可以是气动控制的隔膜阀，一种可变孔径大小的呼气阀。如果气道中的压力超过呼气阀11的关闭气压，呼气阀11将自动打开以释放过压。高流量通气可以通过改变呼气阀11的控制压力来启动，从而使患者气道中的压力在呼气末正压(PEEP)的低设定值和吸气峰压(PIP)的高设定值之间变化。在呼气时(终止吸气的期间)，混合气体和废气通过10呼气回路排出，具体地，所述呼气阀控制器12分别与压差控制器3和呼气阀11连接，所述压差控制器3根据获取的所述压差通过所述呼气阀控制器12控制呼气阀11的开度，可设定一个呼气阀11关闭的预设压差值，在呼气时，所述压差减小至低于所述预设压差值时，压差控制器3通过呼气阀控制器12控制呼气阀11打开，在吸气时，所述压差增大至高于所述预设压差值时，压差控制器3通过呼气阀控制器12控制呼气阀11关闭。
该实施例实现了双水平流量释放通气高流量通气模式(Bilevel Flow ReleaseVentilation mode—BiFRV)。
本发明通过位于病人呼吸近端的压差管能实时感知病人的呼吸波形与规律的变化，由压差控制器反馈控制输入气体流量曲线形态，实现了气道压差控制下流量调节的高流量通气模式(flow regulation differential pressure control-FRDPC)和压差控制双水平流量释放通气高流量通气模式(Bilevel Flow Release Ventilation mode—BiFRV)，可以最大限度地减少气流压力对气道/肺泡的损伤与人机对抗，满足呼吸血气交换、呼吸治疗支持要求、安全人机同步等医学临床要求，克服了目前只有流量调节易产生过度通气及呼吸不同步等医源性损伤的高流量治疗缺点，使病人治疗更加安全有效。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种压差控制的高流量通气系统，其特征在于，包括流量调节器(2)、压差控制器(3)、压差管(7)、呼吸管路(6)，还包括气道导管或高流量鼻导管(8)，空气和氧气的混合气体经过所述流量调节器(2)后通过呼吸管路(6)与压差管(7)进口连接，所述压差管(7)的出口与所述气道导管或高流量鼻导管(8)连接；
所述压差控制器(3)用于获取压差管(7)气体流动方向上不同位置之间的压差并根据所述压差控制流量调节器(2)调节混合气体的流量大小；
获得压差的输送管路气体流动方向上不同位置位于人体外部；
通过所述压差控制混合气体的流量大小具体包括：当所述压差变大时，增大混合气体的流量；当所述压差变小时，减小混合气体的流量；
通过公式(1)具体实现混合气体的流量大小的控制：
Q＝a+c*P(1)
其中，Q为通气流量差，P为所述压差，a为气体温湿度系数，c为管径系数；
所述a和c的获得方法为：
当增加流量Q1时，压差为P11，当增加流量Q2时，压差为P22，根据公式(1)得出：
2.根据权利要求1所述的压差控制的高流量通气系统，其特征在于，还包括空氧混合器(1)，空气和氧气经过所述空氧混合器(1)后流入所述流量调节器(2)。
3.根据权利要求1所述的压差控制的高流量通气系统，其特征在于，还包括加温湿化器(4)，所述加温湿化器(4)设置于所述流量调节器(2)和压差管(7)之间。
4.根据权利要求1所述的压差控制的高流量通气系统，其特征在于，还包括Y形接头(9)、呼气回路(10)、呼气阀(11)、呼气阀控制器(12)，所述流量调节器(2)通过呼吸管路(6)与Y形接头(9)的一个接口连接，所述呼气阀(11)通过所述呼气回路(10)与Y形接头(9)的第二个接口连接，所述Y形接头(9)的第三个接口与压差管(7)连接，所述呼气阀控制器(12)分别与压差控制器(3)和呼气阀(11)连接，所述压差控制器(3)根据获取的所述压差通过所述呼气阀控制器(12)控制呼气阀(11)的开度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的压差控制的高流量通气系统，其特征在于，还包括压差管路(5)，所述压差管路(5)连接所述压差管(7)气体流动方向上不同位置与压差控制器(3)。
6.一种高流量呼吸湿化治疗仪，其特征在于，所述高流量呼吸湿化治疗仪包括权利要求1-5任一项所述的压差控制的高流量通气系统。
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