CN114306847A - 一种应用单传感器的呼吸设备供气系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种应用单传感器的呼吸设备供气系统及控制方法，系统包括供气管路及涡轮风扇、层流结构；供气管路的进气端连通气源，出气端与湿化装置的进气口连通；还包括差压传感器和三通电磁阀；差压传感器包括两个压力检测端口，分别连通层流结构进、出气端；三通电磁阀包括三个接口，第一接口连通差压传感器的第一检测端口，第二接口连通层流结构的进气端，第三接口与外界环境连通；工作时，第一接口和第二接口导通，或者第一接口和第三接口导通。本发明只使用一个差压传感器，结合一个三通电磁阀对差压传感器的测压端口进行切换，分别测量呼吸机的流量参数、压力参数，可根据治疗模式灵活切换参数的测量周期，简化了系统结构、优化了控制方案、降低了系统成本。

Description

一种应用单传感器的呼吸设备供气系统及控制方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种应用单传感器的呼吸设备供气系统及控制方法。

背景技术

在使用呼吸机时，用户吸气和呼气的时都会引发呼吸机的压力的大幅度波动，用户吸气时压力曲线会产生较大凹陷，呼气时会产生较大的凸起。对于不使用阀门的呼吸机，维持持续正压通气CPAP模式下压力的稳定输出较难。

中国专利CN 107050600 B公开了一种呼吸机及持续正压通气CPAP模式下的控制方法，呼吸机包括流量传感器、压力传感器、处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的控制程序，控制程序被处理器执行时实现如下步骤：在呼吸机处于CPAP模式下，获取呼吸机的流量曲线及压力曲线，确定吸气起始时刻P，并在吸气起始时刻P增加呼吸机的风机的输出功率；基于流量曲线及压力曲线分别获取流量及压力的变化率，在流量的变化率处于持续大于0，且压力的变化率处于小于0的状态下，间歇性地增加呼吸机的风机的输出功率；在压力的变化率大于0的状态下，间歇性地降低呼吸机的风机的输出功率。

综上，该现有技术的呼吸机包括两种传感器，即流量传感器和压力传感器，分别用于获取呼吸机运行期间的流量参数、压力参数，根据这两个参数调节风机的输出功率，实现压力调节。在一定程度上能够在持续正压通气CPAP模式下快速调整压力，使得压力稳定输出，提高用户舒适度。

然而上述现有技术存在以下不足：

一、利用流量传感器和压力传感器分别获取呼吸机运行期间的流量参数、压力参数，成本相对较高，且增加了系统的复杂程度，一定程度上不利于提高系统的可靠性；

二、压力、流量参数的测量周期无法实现动态调整，运用不够灵活。

因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用单传感器的呼吸设备供气系统及控制方法。

为达到上述目的，本发明于系统层面采用的技术方案是：

一种应用单传感器的呼吸设备供气系统，包括一供气管路，以及按气流方向依次串接于该供气管路上的涡轮风扇、层流结构；其中，所述供气管路的进气端与一气源连通，供气管路的出气端与一湿化装置的进气口连通；

还包括差压传感器和三通电磁阀；其中，所述差压传感器包括两个压力检测端口，第一检测端口与所述层流结构的进气端连通，第二检测端口与所述层流结构的出气端连通；

所述三通电磁阀包括三个接口，第一接口连通所述差压传感器的第一检测端口，第二接口连通所述层流结构的进气端，第三接口与外界环境连通；所述三通电磁阀经切换具有两个工作状态，在第一工作状态下，所述第一接口和所述第二接口导通；在第二工作状态下，所述第一接口和所述第三接口导通。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，还包括一进气过滤器，该进气过滤器串接于所述供气管路的进气端后侧，位于所述涡轮风扇的前侧。

2．上述方案中，还包括一混氧腔室，该混氧腔室串接于所述供气管路上所述涡轮风扇的前侧或后侧，一氧气输入管路与该混氧腔室连通。

3．上述方案中，所述层流结构呈管状，其进气端和出气端之间沿气流方向设置有多个格栅结构，各所述格栅结构沿层流结构的径向平行间隔布置，且相邻两格栅间形成通气间隙。

为达到上述目的，本发明于方法层面采用的技术方案是：

一种应用单传感器的呼吸设备供气控制方法，包括：

S1、确定触发模式，若为流量触发则执行S21，若为压力触发则执行S31；

S21、在流量触发模式下，控制三通电磁阀的第一接口和第二接口导通，监测流量值波动，并持续时间T1，此时若流量波动斜率小于一第一触发值，则执行S22，若流量波动斜率大于或等于所述第一触发值，则执行S23；

S22、切换三通电磁阀的第一接口和第三接口导通，监测压力值波动，持续时间T2，然后返回执行S21；

S23、流量已触发，记录当前流量波动斜率|K1|，若为吸气相流量触发模式下，则调高涡轮风扇转速，若为呼气相流量触发模式下，则调低涡轮风扇转速，同时监测流量波动斜率|K2|；若|K2|小于|K1|，则返回执行S23，若|K2|大于或等于|K1|，则执行S24；

S24、流量触发响应完成，切换三通电磁阀的第一接口与第三接口导通，监测压力值波动，持续时间T2，然后返回执行S21；

S31、在压力触发模式下，控制三通电磁阀的第一接口和第三接口导通，监测压力值波动，并持续时间T4，此时若压力波动斜率小于一第二触发值，则执行S32，若压力波动斜率大于或等于所述第二触发值，则执行S33；

S32、切换三通电磁阀的第一接口和第二接口导通，监测流量值波动，持续时间T5，然后返回执行S31；

S33、压力已触发，记录当前压力波动斜率|K3|，若为吸气相流量触发模式下，则调高涡轮风扇转速，若为呼气相流量触发模式下，则调低涡轮风扇转速，同时监测压力波动斜率|K4|；若|K4|小于|K3|，则返回执行S33，若|K4|大于或等于|K3|，则执行S34；

S34、压力触发响应完成，切换三通电磁阀的第一接口与第二接口导通，监测流量值波动，持续时间T5，然后返回执行S31。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，T1~T5各时间范围均小于呼吸周期。

2．上述方案中，所述第一触发值和所述第二触发值由用户根据通气需求设定。

为达到上述目的，本发明于方法层面采用的另一技术方案是：

一种应用单传感器的呼吸设备供气控制方法，包括：

S1、开始运行；

S2、保持三通电磁阀的第一接口与第三接口导通；

S3、监测压力值波动，若压力波动斜率小于一第一触发值，则返回执行S3，若压力波动斜率大于或等于所述第一触发值，则执行S4；

S4、压力已触发，切换三通电磁阀的第一接口与第二接口导通，并调高涡轮风扇转速；

S5、监测流量值波动，若流量波动斜率小于一第二触发值，则返回执行S5，若流量波动斜率大于或等于所述第二触发值，则执行S6；

S6、流量已触发，切换三通电磁阀的第一接口与第三接口导通，并调低涡轮风扇转速，然后返回执行S3。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1．上述方案中，所述第一触发值和所述第二触发值由用户根据通气需求设定。

本发明的工作原理及优点如下：

本发明一种应用单传感器的呼吸设备供气系统，包括供气管路及涡轮风扇、层流结构；供气管路的进气端连通气源，出气端与湿化装置的进气口连通；还包括差压传感器和三通电磁阀；差压传感器包括两个压力检测端口，分别连通层流结构进、出气端；三通电磁阀包括三个接口，第一接口连通差压传感器的第一检测端口，第二接口连通层流结构的进气端，第三接口与外界环境连通；工作时，第一接口和第二接口导通，或者第一接口和第三接口导通。

相比现有技术而言，本发明只使用一个差压传感器，结合一个三通电磁阀对差压传感器的测压端口进行切换，分别测量呼吸机的流量参数、压力参数，可根据治疗模式灵活切换参数的测量周期，具有如下优势：

一、可利用单个传感器实现压力参数、流量参数的测量，简化了系统结构、优化了控制方案、降低了系统成本；

二、压力、流量参数的测量周期可动态调整，运用更为灵活。

附图说明

附图1为本发明实施例供气系统的结构原理框图一；

附图2为本发明实施例供气系统的结构原理框图二；

附图3为本发明实施例供气系统中层流结构的剖面示意图；

附图4为本发明实施例供气系统中层流结构的立体透视图；

附图5为本发明实施例一种控制方法的流程框图；

附图6为本发明实施例的流量波动斜率表；

附图7为本发明实施例的压力波动斜率表；

附图8为本发明实施例另一种控制方法的流程框图。

以上附图中：1．供气管路；2．涡轮风扇；3．层流结构；4．进气端；5．湿化装置；6．差压传感器；7．三通电磁阀；A．第一检测端口；B．第二检测端口；a．第一接口；b．第二接口；c．第三接口；8．进气过滤器；9．混氧腔室；10．氧气输入管路；11．格栅结构；12．通气间隙。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：以下将以图式及详细叙述对本案进行清楚说明，任何本领域技术人员在了解本案的实施例后，当可由本案所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本案的精神与范围。

本文的用语只为描述特定实施例，而无意为本案的限制。单数形式如“一”、“这”、“此”、“本”以及“该”，如本文所用，同样也包含复数形式。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本案，其仅为了区别以相同技术用语描述的组件或操作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的用词（terms），除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在本案内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本案的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本案描述上额外的引导。

参见附图1~4所示，一种应用单传感器的呼吸设备供气系统，包括一供气管路1，以及按气流方向依次串接于该供气管路1上的涡轮风扇2、层流结构3；其中，所述供气管路1的进气端4与一气源连通，供气管路1的出气端与一湿化装置5的进气口连通。

还包括差压传感器6和三通电磁阀7；其中，所述差压传感器6包括两个压力检测端口，第一检测端口A与所述层流结构3的进气端连通，第二检测端口B与所述层流结构3的出气端（即湿化装置5的进气口）连通。

所述三通电磁阀7包括三个接口，第一接口a连通所述差压传感器6的第一检测端口A，第二接口b连通所述层流结构3的进气端，第三接口c与外界环境连通；所述三通电磁阀7经切换具有两个工作状态，在第一工作状态下，所述第一接口a和所述第二接口b导通，此时差压传感器6用于检测层流结构3进气端和出气端之间的压力差值，差压传感器6输出信号值可换算成流经层流结构3的气体流量值；在第二工作状态下，所述第一接口a和所述第三接口c导通，此时差压传感器6作为压力传感器，用于检测层流结构3出气端的压力值（即湿化装置5的进气口处的压力值），该压力值与患者端的压力值正相关。

优选的，还包括一进气过滤器8，该进气过滤器8串接于所述供气管路1的进气端后侧，位于所述涡轮风扇2的前侧。可过滤掉吸入空气中的颗粒物、杂质等。

其中，所述涡轮风扇2可通过叶轮转动对气体做功，将动能转化为压力能，输出具有一定压力、流量的气体。

所述层流结构3可提供一定的气路阻抗，起到稳流的作用。

空气经过过滤后，进入涡轮风扇2的进气口，涡轮风扇2的出气口连接层流结构3，气体经过层流结构3稳流后进入湿化装置5对气体加温、湿化，最终到达患者端。

如图2所示，还可包括一混氧腔室9，该混氧腔室9串接于所述供气管路1上所述涡轮风扇2的前侧或后侧，一氧气输入管路10与该混氧腔室9连通。

如图3、4所示，所述层流结构3呈管状，其进气端和出气端之间沿气流方向设置有多个格栅结构11，各所述格栅结构11沿层流结构3的径向平行间隔布置，且相邻两格栅结构11间形成通气间隙12。

如图5~7所示，现就本发明一种供气控制方法说明如下：该方法通过所述供气系统实现，包括：

S1、确定触发模式，若为流量触发则执行S21，若为压力触发则执行S31；具体触发模式的选择取决于用户端使用需要或厂家控制逻辑需要。

S21、在流量触发模式下，控制三通电磁阀7的第一接口a和第二接口b导通，监测流量值波动，并持续时间T1，此时若流量波动斜率小于一第一触发值，则执行S22，若流量波动斜率大于或等于所述第一触发值，则执行S23；

S22、切换三通电磁阀7的第一接口a和第三接口c导通，监测压力值波动，持续时间T2，然后返回执行S21；

S23、流量已触发，记录当前流量波动斜率|K1|，若为吸气相流量触发模式下，则调高涡轮风扇2转速，若为呼气相流量触发模式下，则调低涡轮风扇2转速，同时监测流量波动斜率|K2|；若|K2|小于|K1|，则返回执行S23，若|K2|大于或等于|K1|，则执行S24；

S24、流量触发响应完成，切换三通电磁阀7的第一接口a与第三接口c导通，监测压力值波动，持续时间T2，然后返回执行S21；

S31、在压力触发模式下，控制三通电磁阀7的第一接口a和第三接口c导通，监测压力值波动，并持续时间T4，此时若压力波动斜率小于一第二触发值，则执行S32，若压力波动斜率大于或等于所述第二触发值，则执行S33；

S32、切换三通电磁阀7的第一接口a和第二接口b导通，监测流量值波动，持续时间T5，然后返回执行S31；

S33、压力已触发，记录当前压力波动斜率|K3|，若为吸气相流量触发模式下，则调高涡轮风扇2转速，若为呼气相流量触发模式下，则调低涡轮风扇2转速，同时监测压力波动斜率|K4|；若|K4|小于|K3|，则返回执行S33，若|K4|大于或等于|K3|，则执行S34；

S34、压力触发响应完成，切换三通电磁阀7的第一接口a与第二接口b导通，监测流量值波动，持续时间T5，然后返回执行S31。

其中，图6给出了在吸气相流量触发模式下，三通电磁阀7的切换周期，其中优选的T1＞T2，可以提高触发响应时间。触发前，T1时间长，T2时间短，可更快捕捉到流量波动，即减少T2期间出现流量波动而未及时监测到流量信号的情况；进一步的，T2期间监测到的可以是压力信号，而压力波动值又与呼吸事件相关，在T2期间出现呼吸事件后，立即切换到T1流量监测，此时的T2就是一个动态变化的，即非固定的。

T3为流量触发期间，为三通电磁阀7保持流量值监测的持续时间，触发结束后，切换到压力值监测。呼气相同理，不再赘述。T3 旨在说明判断流量触发是否完成期间，T3的持续时间可能会长于T1，即触发未完成期间一直出于流量监测阶段。

图7给出了在吸气相压力触发模式下，三通电磁阀7的切换周期，其中优选的T4＞T5，可以提高触发响应时间，T6为压力触发期间，三通电磁阀7保持压力值监测的持续时间，触发结束后，切换到流量值监测。呼气相同理，不再赘述。T6 旨在说明判断压力触发是否完成期间，T6的持续时间可能会长于T4，即触发未完成期间一直出于压力监测阶段。

T1~T5的各时间范围均小于呼吸周期。呼吸周期为当前患者呼吸频率的倒数，T1~T5的值为呼吸周期的百分比，可以等比例，也可以不等比例；百分比越低说明需切换阀的频率越高，压力流量两个参数值的采样相对于时间分布也越均匀，这个可以根据需求灵活选择。

本实施例中，非触发阶段压力与流量的监测周期为固定的，图中竖线除了T3以外，间隔时间依次是T1、T2、T1、T2...，实际可不限于固定周期切换，可结合多个呼吸周期、治疗模式等动态调整，改变压力、流量参数的采样率。

如图6~8所示，现就本发明另一种供气控制方法说明如下：该方法通过所述供气系统实现，包括：

S1、开始运行；

S2、保持三通电磁阀7的第一接口a与第三接口c导通；

S3、监测压力值波动，若压力波动斜率小于一第一触发值，则返回执行S3，若压力波动斜率大于或等于所述第一触发值，则执行S4；

S4、压力已触发，切换三通电磁阀7的第一接口a与第二接口b导通，并调高涡轮风扇2转速；

S5、监测流量值波动，若流量波动斜率小于一第二触发值，则返回执行S5，若流量波动斜率大于或等于所述第二触发值，则执行S6；

S6、流量已触发，切换三通电磁阀7的第一接口a与第三接口c导通，并调低涡轮风扇2转速，然后返回执行S3。

在该方法中，吸气时用压力触发所以需调高涡轮风扇2的转速、呼气时用流量触发所以需调低涡轮风扇2的转速。

其中，所述第一触发值和所述第二触发值由用户根据通气需求设定。触发值大小对应呼吸设备对吸气或呼气响应的灵敏度，通常可以由用户根据通气需求设定档位，不同档位对应不同触发值大小。

该方法采用吸气相压力触发、呼气相流量触发相结合的方式，不需要频繁切换三通电磁阀7，在一个呼吸周期只需要切换两次。在压力触发后，差压传感器6监测流量值的过程中，压力值可根据压力标定值与实时的流量补偿关系计算得出。兼顾了压力与流量两种参数的监测，同时呼气相采用流量触发的方式可有效避免二次吸气不足的情况。

相比现有技术而言，本发明只使用一个差压传感器，结合一个三通电磁阀对差压传感器的测压端口进行切换，分别测量呼吸机的流量参数、压力参数，可根据治疗模式灵活切换参数的测量周期，具有如下优势：可利用单个传感器实现压力参数、流量参数的测量，简化了系统结构、优化了控制方案、降低了系统成本；压力、流量参数的测量周期可动态调整，运用更为灵活。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用单传感器的呼吸设备供气系统，其特征在于：

包括一供气管路，以及按气流方向依次串接于该供气管路上的涡轮风扇、层流结构；其中，所述供气管路的进气端与一气源连通，供气管路的出气端与一湿化装置的进气口连通；

还包括差压传感器和三通电磁阀；其中，所述差压传感器包括两个压力检测端口，第一检测端口与所述层流结构的进气端连通，第二检测端口与所述层流结构的出气端连通；

所述三通电磁阀包括三个接口，第一接口连通所述差压传感器的第一检测端口，第二接口连通所述层流结构的进气端，第三接口与外界环境连通；所述三通电磁阀经切换具有两个工作状态，在第一工作状态下，所述第一接口和所述第二接口导通；在第二工作状态下，所述第一接口和所述第三接口导通。

2.根据权利要求1所述的应用单传感器的呼吸设备供气系统，其特征在于：还包括一进气过滤器，该进气过滤器串接于所述供气管路的进气端后侧，位于所述涡轮风扇的前侧。

3.根据权利要求1所述的应用单传感器的呼吸设备供气系统，其特征在于：还包括一混氧腔室，该混氧腔室串接于所述供气管路上所述涡轮风扇的前侧或后侧，一氧气输入管路与该混氧腔室连通。

4.根据权利要求1所述的应用单传感器的呼吸设备供气系统，其特征在于：所述层流结构呈管状，其进气端和出气端之间沿气流方向设置有多个格栅结构，各所述格栅结构沿层流结构的径向平行间隔布置，且相邻两格栅间形成通气间隙。

5.一种应用单传感器的呼吸设备供气控制方法，其特征在于：该方法通过权利要求1所述的供气系统实现，所述方法包括：

S1、确定触发模式，若为流量触发则执行S21，若为压力触发则执行S31；

S21、在流量触发模式下，控制三通电磁阀的第一接口和第二接口导通，监测流量值波动，并持续时间T1，此时若流量波动斜率小于一第一触发值，则执行S22，若流量波动斜率大于或等于所述第一触发值，则执行S23；

S22、切换三通电磁阀的第一接口和第三接口导通，监测压力值波动，持续时间T2，然后返回执行S21；

S23、流量已触发，记录当前流量波动斜率|K1|，若为吸气相流量触发模式下，则调高涡轮风扇转速，若为呼气相流量触发模式下，则调低涡轮风扇转速，同时监测流量波动斜率|K2|；若|K2|小于|K1|，则返回执行S23，若|K2|大于或等于|K1|，则执行S24；

S24、流量触发响应完成，切换三通电磁阀的第一接口与第三接口导通，监测压力值波动，持续时间T2，然后返回执行S21；

S31、在压力触发模式下，控制三通电磁阀的第一接口和第三接口导通，监测压力值波动，并持续时间T4，此时若压力波动斜率小于一第二触发值，则执行S32，若压力波动斜率大于或等于所述第二触发值，则执行S33；

S32、切换三通电磁阀的第一接口和第二接口导通，监测流量值波动，持续时间T5，然后返回执行S31；

S33、压力已触发，记录当前压力波动斜率|K3|，若为吸气相流量触发模式下，则调高涡轮风扇转速，若为呼气相流量触发模式下，则调低涡轮风扇转速，同时监测压力波动斜率|K4|；若|K4|小于|K3|，则返回执行S33，若|K4|大于或等于|K3|，则执行S34；

S34、压力触发响应完成，切换三通电磁阀的第一接口与第二接口导通，监测流量值波动，持续时间T5，然后返回执行S31。

6.根据权利要求5所述的应用单传感器的呼吸设备供气系统，其特征在于：T1~T5的各时间范围均小于呼吸周期。

7.根据权利要求5所述的应用单传感器的呼吸设备供气系统，其特征在于：所述第一触发值和所述第二触发值由用户根据通气需求设定。

8.一种应用单传感器的呼吸设备供气控制方法，其特征在于：该方法通过权利要求1所述的供气系统实现，所述方法包括：

S1、开始运行；

S2、保持三通电磁阀的第一接口与第三接口导通；

S3、监测压力值波动，若压力波动斜率小于一第一触发值，则返回执行S3，若压力波动斜率大于或等于所述第一触发值，则执行S4；

S4、压力已触发，切换三通电磁阀的第一接口与第二接口导通，并调高涡轮风扇转速；

S5、监测流量值波动，若流量波动斜率小于一第二触发值，则返回执行S5，若流量波动斜率大于或等于所述第二触发值，则执行S6；

S6、流量已触发，切换三通电磁阀的第一接口与第三接口导通，并调低涡轮风扇转速，然后返回执行S3。

9.根据权利要求8所述的应用单传感器的呼吸设备供气系统，其特征在于：所述第一触发值和所述第二触发值由用户根据通气需求设定。

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