CN114558214A - 一种用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺 - Google Patents

一种用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺 Download PDF

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CN114558214A CN202210194664.0A CN202210194664A CN114558214A CN 114558214 A CN114558214 A CN 114558214A CN 202210194664 A CN202210194664 A CN 202210194664A CN 114558214 A CN114558214 A CN 114558214A
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薛昊轩
李逸明
李宪龙
张春元
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Abstract

本发明专利涉及一种用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，包括血液循环系统，在血液循环系统内，血液实现循环；气体循环系统，在气体循环系统内，氧气实现循环；气体循环系统与血液循环系统各自独立；膜式氧合器，用于实现血氧交换；血液循环系统通过膜式氧合器氧合并实现血液循环，气体循环系统通过膜式氧合器氧合并实现氧气循环；数据获取系统，一端与血液循环系统连接，实现对血液数据监测；另一端与气体循环系统连接，气体循环系统根据血液数据调整通气量。与现有技术相比，本发明将膜式氧合器与水封式模拟肺相结合对带有PCLC功能呼吸机进行检测可提高呼吸机使用的精确性、可靠性与安全性。

Description

一种用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺
技术领域
本发明涉及医疗设备领域，具体涉及具有氧合功能的模拟肺，尤其是涉及一种用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺。
背景技术
呼吸支持是挽救急、危重病人生命的关键手段之一。因此，呼吸机作为辅助、支持甚至代替人体呼吸功能的医疗仪器，在急救、术后恢复、重症监护等临床一线工作中的地位非常重要。当前临床使用的闭环控制呼吸机，主要是针对肺的力学性质反馈控制如：ASV(适应性支持通气)、NAVA(调节通气辅助系统)、PAV(比例辅助通气)等，都是应用闭环控制技术控制呼吸机输出的压力和(或)容积。
但是，带有生理闭环控制(physiologic closed-loop controller，PCLC)功能的呼吸机是未来呼吸机发展的新趋势。此类呼吸机与传统闭环呼吸机的原理是呼吸机通过采集病人的生理参数如动脉氧分压或者血氧饱和度等，来自动调整呼吸机参数如潮气量、呼吸末正压或者吸入氧浓度等。因此PCLC呼吸机临床普及之前，急需一种用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，确保此类呼吸机临床使用的可靠性和安全性。
经过检索发现，公开号为CN201310317397的中国发明《一种模拟人肺自主呼吸运动装置及控制方法》，其公开了该装置包括模拟肺腔、弹簧、牵拉绳、流量传感器、显示触摸屏、电机驱动器、直流伺服电机及控制电路等组成。其中由显示触摸屏输入吸呼比、呼吸频率、潮气量和肺活量等呼吸生理参数，流量传感器检测通过模拟肺腔换气口的气流量，微控制器根据设定的呼吸参数及检测到的流量信号触发电机控制信号，进而电机控制牵拉绳的收线与放线动作，最后控制模拟肺腔的呼吸运动。这种模拟人肺呼吸运动装置更加符合人肺呼吸生理，在科学研究、教学、呼吸相关产品检验等场合具有极高的应用价值。但该装置及控制方法由于不能模拟患者血液氧含量的变化，因此不能用于呼吸机PCLC功能的检测。
经过检索发现，公开号为CN201910104715的中国发明《一种心肺转流系统》，其包括监测主机、携带式监测主机、泵及膜式氧合器，该监测主机及该携带式监测主机电性连接该泵，该泵通过管路连接该膜式氧合器，该泵及该膜式氧合器分别通过医用插管与体内血管连接，当该体内血管的血液通过该泵及该膜式氧合器进行循环时，该监测主机及该携带式监测主机监测该血液的状态。本发明的心肺转流系统具有双监测主机，双监测主机能分开使用，也能同时使用，其中携带式监测主机的重量较监测主机的重量，便于急救或医院间转运时等紧急状态下携带使用。但该系统旨在用于临床心肺转流，由于缺乏模拟肺和潮气量测量装置，不能用于检测呼吸机PCLC功能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，通过具有氧合作用的模拟肺来检测呼吸机PCLC功能的精确性、可靠性与安全性。
根据本发明的一个方面，提供一种用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，包括：
血液循环系统，血液在所述血液循环系统内实现循环；
气体循环系统，氧气在所述气体循环系统内实现循环；所述气体循环系统与血液循环系统各自独立；
膜式氧合器，所述血液循环系统和气体循环系统分别连接所述膜式氧合器，血液和氧气在所述膜式氧合器内实现血氧交换；
数据获取系统，一端与所述血液循环系统连接，进行血液数据监测；另一端与所述气体循环系统连接，所述气体循环系统根据所述血液数据调整呼吸机潮气量。
优选地，所述血液循环系统包括：
血库，所述血库内加入抗凝剂；
空气接触器，血液经过所述空气接触器，能够降低血流中的氧含量和增加二氧化碳含量；
血泵，用于泵取所述血库中的血液流经所述膜式氧合器；
氧合器血液通道，所述氧合器血液通道设置于所述膜式氧合器内，血液从所述氧合器血液通道的入口流入所述膜式氧合器进行氧合，氧合过后血液含氧量比流入时高，再经所述氧合器血液通道的出口流出。
优选地，所述气体循环系统包括：
水封式模拟肺，用于模拟人体肺部；
流量计，所述流量计连接于所述水封式模拟肺的气体输出端，用于测量通过所述水封式模拟肺的潮气量；
呼吸机，所述呼吸机设有生理闭环控制器(physiologic closed-loopcontroller，PCLC)功能；氧气从所述呼吸机的进气端输入，出气端输出；所述呼吸机与所述数据获取系统连接，所述呼吸机根据从数据获取系统接收的数据，调整潮气量；
氧合器氧气通道，所述氧合器氧气通道设置于所述膜式氧合器内，氧气从氧合器氧气通道的入口通入膜式氧合器进行氧合，氧合过后血液中氧气含量增高，未进入所述氧合器的气体以及血液中排出的二氧化碳经氧合器氧气通道的出口流出。
优选地，通过所述流量计测量的潮气量，判断所述呼吸机的生理闭环控制器功能是否正常。
优选地，所述生理闭环控制器功能为呼吸机根据患者生理参数PaO2或SaO2，调节潮气量，使得患者PaO2或SaO2维持在临床设定的目标值。
优选地，所述调节潮气量，包括：
当血液中PaO2或SaO2低于呼吸机的设定的目标值时，呼吸机增大潮气量；当血液中PaO2或SaO2高于呼吸机的设定的目标值时，呼吸机减少潮气量。
优选地，在所述膜式氧合器中，血液与氧气保持无接触。
优选地，所述数据获取系统选用探头，所属探头一端连接在血液经膜式氧合器氧合后的出口端，用于探测血液中的氧分压或血氧饱和度，另一端与所述呼吸机连接，用于将获取的氧分压或血氧饱和度数据反馈至呼吸机。
优选地，还包括恒温水浴，所述恒温水浴选用加温水管集成在氧合器内。
优选地，所述恒温水浴温度控制为37℃，以维持血温在正常体温。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明将水封式模拟肺与膜式氧合器相结合，通过探头实时监测血氧饱和度或氧分压，通过流量计监测呼吸机的潮气量，可用于检测呼吸机PCLC功能的精确性、可靠性和安全性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺的实施例结构示意图。
图中：10为血液通道闭环部分，11为血库，12为空气接触室，13为血泵，14为氧合器血液通道，20为氧气通道循环部分，21为水封式模拟肺，22为流量计，23为呼吸机，24为氧合器氧气通道，15为探头，30为恒温水浴。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本实施例提供一种用于检测呼吸机PCLC功能的模拟肺，包括：
血液循环系统、气体循环系统、膜式氧合器和数据获取系统，在血液循环系统内，血液实现循环；在气体循环系统内，氧气实现循环；气体循环系统与血液循环系统各自独立；膜式氧合器用于实现血氧交换；血液循环系统通过膜式氧合器氧合并实现血液循环，气体循环系统通过膜式氧合器氧合并实现氧气循环；数据获取系统的一端与血液循环系统连接，实现对血液数据监测；另一端与气体循环系统连接，气体循环系统根据血液数据调整通气量。
作为优选实施例，血液循环系统包括：血库11，血库11内加入抗凝剂。空气接触器12，血库11内的血液输入空气接触器12再输出，降低血流中的氧含量和增加二氧化碳含量。血泵13，用于泵取血库11中的血液流经空气接触器12和膜式氧合器。氧合器血液通道14，氧合器血液通道14设置于膜式氧合器内，血液从氧合器血液通道14的入口流入膜式氧合器进行氧合，氧合过后血液含氧量比流入时高，经氧合器血液通道14的出口流出。
作为优选实施例，气体循环系统包括：水封式模拟肺21，用于模拟人体肺部；流量计22，流量计连接于水封式模拟肺的气体输出端，间接监测通过模拟肺的潮气量，从而检测生理闭环呼吸机通过调节潮气量自动调整PaO2/SaO2的功能；被检测呼吸机23(图1虚线框所示)，呼吸机具有生理闭环PCLC功能；氧气从其进气端输入，出气端输出；呼吸机与数据获取系统连接，呼吸机根据从数据获取系统接收的数据，调整潮气量；氧合器氧气通道24，氧合器氧气通道设置于膜式氧合器内，氧气从氧合器氧气通道24的入口通入膜式氧合器进行氧合，氧合过后血液中氧气含量增高，经氧合器氧气通道24的出口流出。
作为优选实施例，在膜式氧合器中，血液与氧气不直接接触。
作为优选实施例，使用了恒温水浴，加温水管集成在氧合器内，其水浴温度保持37℃。
作为优选实施例，数据获取系统选用探头，所属探头一端连接在血液经膜式氧合器氧合后的出口端，探测血液中的氧分压或血氧饱和度，另一端与呼吸机连接。探头检测到的血液中的含氧量传输至呼吸机。
在本发明的另一个实施例中，包括由血库11、空气接触器12、血泵13、氧合器血液通道14依序连接构成的血液通道闭环部分。也包括由水封式模拟肺21、流量计22、氧合器氧气通道24依序连接构成的氧气开环部分。该氧气开环部分也称为检测呼吸机PCLC功能的模拟肺的氧气开环部分，将其与呼吸机本体连接，构成氧气通道闭环。探头15的一端与血液通道经过膜式氧合器氧化过后的出口连接，用于监测血液中的氧分压和血氧饱和度。另一端与呼吸机连接，将监测数据传输至呼吸机。
本实施例的具体工作过程如下：在血液通道闭环部分10，加有抗凝剂的血库11中的血液在血泵13的作用下；首先流经空气接触室12，目的是为了降低工作环境下闭环血流中不断增加的氧含量和增加工作环境下闭环血流中不断减少的二氧化碳的含量，保持血液中的含氧量与二氧化碳的量在规定范围内。
然后血液从氧合器血液通道14的入口流入，血流方向从右向左，氧合过后流出血液含氧量比流入时的高，在氧合器14输血通道的出口处装有连接呼吸机用于检测氧分压或血氧饱和度的探头15。
最后血液流回血库。在带有PCLC功能的呼吸机本体所组成的氧气循环部分20，首先呼吸机23开始通气，氧气从呼吸机23的出气口流出。
呼吸机通过探头15检测到血液中含氧量低于呼吸机的设定值时，呼吸机增大通气量，呼吸机通过探头15检测到血液中含氧量高于呼吸机的设定值时，呼吸机减少通气量，接下来氧气从氧合器氧气管通道24的进气口流入，氧气方向是从左到右，氧合后流出氧气中二氧化碳含量增高，紧接着气体流经水封式模拟肺21和流量计22；最后回流入呼吸机23。
37℃的恒温水浴30集成在氧合器内，确保血氧交换不受温度变化的影响。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。上述各优选特征在互不冲突的情况下，可以任意组合使用。

Claims (10)

1.一种用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，其特征在于，包括：
血液循环系统，血液在所述血液循环系统内实现循环；
气体循环系统，氧气在所述气体循环系统内实现循环；所述气体循环系统与血液循环系统各自独立；
膜式氧合器，所述血液循环系统和气体循环系统分别连接所述膜式氧合器，血液和氧气在所述膜式氧合器内实现血氧交换；
数据获取系统，一端与所述血液循环系统连接，进行血液数据监测；另一端与所述气体循环系统连接，所述气体循环系统根据所述血液数据调整呼吸机潮气量。
2.根据权利要求1所述的用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，其特征在于，所述血液循环系统包括：
血库，所述血库内加入抗凝剂；
空气接触器，血液经过所述空气接触器，能够降低血流中的氧含量和增加二氧化碳含量；
血泵，用于泵取所述血库中的血液流经所述膜式氧合器；
氧合器血液通道，所述氧合器血液通道设置于所述膜式氧合器内，血液从所述氧合器血液通道的入口流入所述膜式氧合器进行氧合，氧合过后血液含氧量比流入时高，再经所述氧合器血液通道的出口流出。
3.根据权利要求1所述的用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，其特征在于，所述气体循环系统包括：
水封式模拟肺，用于模拟人体肺部；
流量计，所述流量计连接于所述水封式模拟肺的气体输出端，用于测量通过所述水封式模拟肺的潮气量；
呼吸机，所述呼吸机设有生理闭环控制器(physiologic closed-loop controller，PCLC)功能；氧气从所述呼吸机的进气端输入，出气端输出；所述呼吸机与所述数据获取系统连接，所述呼吸机根据从数据获取系统接收的数据，调整潮气量；
氧合器氧气通道，所述氧合器氧气通道设置于所述膜式氧合器内，氧气从氧合器氧气通道的入口通入膜式氧合器进行氧合，氧合过后血液中氧气含量增高，未进入所述氧合器的气体以及血液中排出的二氧化碳经氧合器氧气通道的出口流出。
4.根据权利要求3所述的用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，其特征在于，通过所述流量计测量的潮气量，判断所述呼吸机的生理闭环控制器功能是否正常。
5.根据权利要求3或4所述的用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，其特征在于，所述生理闭环控制器功能为呼吸机根据患者生理参数PaO2或SaO2，调节潮气量，使得患者PaO2或SaO2维持在临床设定的目标值。
6.根据权利要求5任一项所述的用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，其特征在于，所述调节潮气量，包括：
当血液中PaO2或SaO2低于呼吸机的设定的目标值时，呼吸机增大潮气量；当血液中PaO2或SaO2高于呼吸机的设定的目标值时，呼吸机减少潮气量。
7.根据权利要求1所述的用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，其特征在于，在所述膜式氧合器中，血液与氧气保持无接触。
8.根据权利要求3所述的用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，其特征在于，所述数据获取系统选用探头，所属探头一端连接在血液经膜式氧合器氧合后的出口端，用于探测血液中的氧分压或血氧饱和度，另一端与所述呼吸机连接，用于将获取的氧分压或血氧饱和度数据反馈至呼吸机。
9.根据权利要求1所述的用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，其特征在于，还包括恒温水浴，所述恒温水浴选用加温水管集成在氧合器内。
10.根据权利要求9所述的用于检测呼吸机生理闭环控制功能的模拟肺，其特征在于，所述恒温水浴温度控制为37℃，以维持血温在正常体温。
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