CN115006672A - 一种智能化调节呼气量的无创正压通气面罩 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，包括面罩本体，所述面罩本体上设置有吸气通道和呼气通道，所述吸气通道上连有吸气阀，所述呼气通道上连有呼气阀；所述面罩本体上还设置有用以抽取所述面罩本体内气体的二氧化碳采集管，所述二氧化碳采集管的末端连有用以检测所述面罩本体内气体的二氧化碳浓度的二氧化碳检测装置，所述二氧化碳检测装置连有用以当测得的二氧化碳浓度大于预设的二氧化碳浓度阀值时增加所述呼气阀的开度控制单元。本发明所公开的无创正压通气面罩，能够实时监测面罩本体内气体的二氧化碳浓度，控制单元根据面罩内气体的二氧化碳浓度对呼气阀的开度进行调整，以实时调节面罩本体内气体的二氧化碳浓度。

Description

一种智能化调节呼气量的无创正压通气面罩

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种智能化调节呼气量的无创正压通气面罩。

背景技术

无创正压通气面罩是将无创呼吸机与患者相连接的重要人机连接介质，是影响无创正压通气效果的重要组件。但现有无创正压通气面罩内存在显著死腔效应，在无创正压通气技术应用中，易致二氧化碳重复呼吸而影响治疗二氧化碳潴留患者的治疗效果。同时，面罩内气体是通过呼气阀排出，但现有面罩不能动态控制呼气阀泄气孔大小，不能满足不同程度二氧化碳潴留患者的治疗需求。

由申请人在先申请专利(公开号为：CN110787351A)披露了一种多功能无创正压通气面罩，包括面罩本体，面罩本体上设有吸气通道和呼气通道，所述呼气通道上集成有多功能安装接口，所述多功能安装接口可集成安装不同类型的呼气阀。上述专利通过多功能安装接口能够集成安装不同类型的呼气阀，从而适配不同病情的患者。

然而现有技术中的无创正压通气面罩内存在较为显著的死腔效应，即在无创正压通气技术应用中，面罩内气体的二氧化碳浓度过高，使二氧化碳浓度长时间潴留在面罩内，从而导致患者二氧化碳浓度重复呼吸量过高而影响二氧化碳潴留患者的治疗效果。面罩内气体的二氧化碳浓度受多种因素影响而持续动态变化，所以面罩内的二氧化碳浓度需动态监测并控制面罩内气体的排出量，才能保证面罩内气体的二氧化碳浓度处于合理范围及满足不同程度二氧化碳潴留患者的治疗需求。目前的无创正压通气面罩无法做到对面罩内气体的二氧化碳浓度进行精细化管理。

因此，如何实时动态监测面罩内二氧化碳浓度情况，并实时动态控制面罩内气体的排出量，以动态调控面罩内气体二氧化碳浓度而满足不同程度二氧化碳潴留患者的治疗需求，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，其能够对面罩本体内气体的二氧化碳浓度进行精确监测并同步调控，从而确保面罩内气体的二氧化碳浓度始终处于患者最适宜的状态，从而满足不同程度二氧化碳潴留患者的治疗需求。

为了实现上述目的，本发明提供一种智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，包括面罩本体，所述面罩本体上设置有吸气通道和呼气通道，所述吸气通道上连有吸气阀，所述呼气通道上连有呼气阀；

所述面罩本体上还设置有用以抽取所述面罩本体内气体的二氧化碳采集管，所述二氧化碳采集管的末端连有用以检测所述面罩本体内气体的二氧化碳浓度的二氧化碳检测装置，所述二氧化碳检测装置连有用以当测得的二氧化碳浓度大于预设的二氧化碳浓度阀值时增加所述呼气阀的开度的控制单元。

优选的，所述二氧化碳检测装置，包括：

用以通过所述二氧化碳采集管采集所述面罩本体内气体的采集装置；

与所述采集装置相连、用以分析气体样本的二氧化碳浓度的分析装置；

与所述分析装置相连，用以对分析装置分析结果数据进行处理并将处理结果发送给所述控制单元的处理装置。

优选的，所述二氧化碳检测装置，还包括：

与所述处理装置相连，用以实时显示气体样本的二氧化碳浓度的显示装置，所述处理装置将测得二氧化碳浓度信息发送给所述显示装置。

优选的，所述二氧化碳检测装置，还包括：

与所述处理装置相连，用于存储测得的气体样本的二氧化碳浓度信息的存储装置，所述处理装置将二氧化碳浓度监测信息存储至所述存储装置。

优选的，所述控制单元，包括：

与所述二氧化碳检测装置相连，用以比较二氧化碳浓度与预设的二氧化碳阀值的判断装置；

与所述判断装置相连、用以当二氧化碳浓度高于预设的二氧化碳浓度阀值时增加所述呼气阀开度的呼气阀控制器。

优选的，所述控制单元，还包括：

与所述判断装置相连、用以当二氧化碳浓度高于预设的二氧化碳浓度阀值时增加所述吸气阀开度的吸气阀控制器。

优选的，所述二氧化碳采集管设置有用以干燥气体样本的干燥装置。

优选的，所述呼气阀，包括：相连的阀本体和连接头，所述连接头与面罩本体的接口相连；

所述阀本体具有横向贯穿的排气孔和沿纵向的调节孔，所述调节孔的上端与所述排气孔连通，所述调节孔的下端贯穿阀本体的底部；

所述调节孔内设置有用于调节所述排气孔开度的封堵机构，所述封堵机构，包括：从上而下依次设置于所述调节孔内的膜片、顶片和顶升机构，所述顶升机构能够向上抵顶所述顶片，以使膜片向上移动而封闭所述排气孔。

优选的，所述顶升机构，包括：安装座和顶升组件；

其中，安装座固连在阀本体的底部，其开设有连通所述阀本体的所述调节孔的安装孔；

所述顶升组件，包括：外磁轭、内磁轭、磁铁、线圈和顶头；其中，所述外磁轭固定在所述安装座的安装孔内，所述内磁轭固定内套于所述外磁轭内部，所述磁铁位于所述外磁轭和内磁轭之间，所述内磁轭开设有滑槽，所述线圈可滑动设置于所述内磁轭的所述滑槽内，并且所述线圈的顶端能够外伸于所述内磁轭和外磁轭的顶端以与所述顶片接触，所述线圈通过导线与控制单相连，所述顶头盖设在所述线圈的顶端。

优选的，所述二氧化碳采集管用于与面罩本体相连的一端设置有外螺纹段，所述面罩本体开设有与所述外螺纹相配合的螺纹接口；

所述螺纹接口布置于所述面罩本体紧邻其吸气通道的外围。

本发明具有如下有益效果：

本发明所公开的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，通过二氧化碳采集管采集面罩本体内的气体，通过二氧化碳检测装置检测气体样本的二氧化碳浓度，控制单元以气体样本的二氧化碳浓度作为呼气阀开度调整的依据，通过调节呼气阀的开度对面罩本体内气体的排出量进行调整，从而达到对面罩本体内气体的二氧化碳浓度动态监测和调整的目的，使得面罩本体内气体的二氧化碳浓度始终维持在适宜患者的预设浓度，从而满足不同程度二氧化碳潴留患者的治疗需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明所述的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩的立体示意图；

图2为本发明所述的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩的主视图；

图3为本发明所述的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩的工作原理示意图；

图4为本发明所述的控制单元的结构框图；

图5为本发明所述的呼气阀的结构示意图。

附图标号

1-面罩本体；2-吸气通道；3-呼气通道；4-吸气阀；5-呼气阀；6-二氧化碳采集管；7-二氧化碳检测装置；8-控制单元；9-干燥装置；

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，其能够对面罩本体内气体的二氧化碳浓度进行精确监测并同步调控，从而确保面罩内气体的二氧化碳浓度始终处于患者最适宜的状态，从而满足不同程度二氧化碳潴留患者的治疗需求。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1-3，本发明实施例公开了一种智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，包括面罩本体1，面罩本体1上设置有吸气通道2和呼气通道3，吸气通道2上连有吸气阀4(见图3)，呼气通道3上连有呼气阀5(见图3)。

面罩本体1上还设置有用以抽取面罩本体1内气体的二氧化碳采集管6，二氧化碳采集管6的末端连有用以检测面罩本体内气体的二氧化碳浓度的二氧化碳检测装置7，二氧化碳检测装置7连有控制单元8。

本发明中，二氧化碳采集管6用以实时采集面罩本体内的气体。二氧化碳检测装置7与二氧化碳采集管6的末端相连，用以测量气体样本的二氧化碳浓度。控制单元8与二氧化碳检测装置7相连，用以根据二氧化碳检测装置7测得的二氧化碳浓度来调整呼气阀5的开度，继而调整呼气阀的呼气量。具体的，当二氧化碳检测装置7测得气体样本的二氧化碳浓度大于预设的二氧化碳浓度阀值时，控制单元8控制呼气阀5动作并增加呼气阀5的开度，从而增加呼气阀5的呼气量，以使得面罩本体1内二氧化碳浓度较高的气体能够被快速排出，继而降低面罩本体1内气体的二氧化碳浓度，防止显著的死腔效应及减少二氧化碳重复呼吸。

本领域技术人员可以理解的是，呼吸机将氧气从吸气通道2经吸气阀4通入面罩本体1内部，实现对患者的正压通气，患者呼出的气体则从呼气通道3经呼气阀5排出。本发明中当二氧化碳检测装置7测得的二氧化碳浓度大于预设的二氧化碳浓度阀值时，控制单元8控制呼气阀5的开度增加，实现将二氧化碳浓度较高的气体快速排出面罩，从而实现对面罩本体1内气体的二氧化碳浓度的实时调节。

综上所述，本发明能够对面罩本体1内气体的二氧化碳浓度进行实时精确监测并实现实时同步调控，以此确保面罩本体1内气体的二氧化碳浓度始终处于患者最适宜的状态，有效防止显著的死腔效应及减少二氧化碳重复呼吸，以满足不同程度二氧化碳潴留患者的治疗需求。上述控制单元8可以具体为单片及或处理器，例如控制单元可具体为C8051F005单片机，C8051F005单片机中两个比较器，能够满足本发明比较测得的二氧化碳浓度与预设的二氧化碳浓度阀值的需求，比较电路的其它部分可参考现有技术，在此不再赘述。

如图2所示，本发明中对患者的正压通气过程由吸气阀4和呼气阀5控制，吸气阀4设置于吸气通道2，呼气阀5设置于呼气通道3。当面罩本体1内气体的二氧化碳浓度大于预设的二氧化碳浓度值时，控制单元8控制呼气阀5的开度，以将二氧化碳浓度较高的气体快速排出，同时控制单元8也可以控制吸气阀4的开度，使吸气阀4的开度也增加，以将氧气快速通入面罩，从而实现二氧化碳浓度调节的高效性。

如图3所示，二氧化碳检测装置7包括：依次连接的采集装置7a、分析装置7b、处理装置7c。其中，采集装置7a能够通过二氧化碳采集管6采集面罩本体1内的气体，分析装置7b能够分析气体样本的二氧化碳浓度，处理装置7c对分析结果进行处理后发送给控制单元8。

具体的，采集装置7a可以具体为微型气泵，采集装置7a通过二氧化碳采集管6吸取面罩本体1内的气体，并将样本输送至分析装置7b。

分析装置7b可具体为二氧化碳传感器，上述采集装置7a完成采样后将样本输送至分析装置7b，分析装置7b对样本进行分析，得到样本中二氧化碳含量。

处理装置7c将分析数据处理成控制单元8判断所需的信号，处理装置7c与控制单元8相连，将处理后的数据发送给控制单元8。

在另一实施例中，二氧化碳检测装置7，还包括与处理装置7c相连，用以实时显示样本的二氧化碳浓度的显示装置7d，处理装置将测得二氧化碳浓度信息发送给显示装置7d，以实时显示面罩本体1内气体的二氧化碳浓度，继而方便医务人员观察。

在另一实施例中，二氧化碳检测装置7，还包括与处理装置7c相连，用于存储测得的样本的二氧化碳浓度信息的存储装置7e，处理装置7c用于将二氧化碳浓度监测信息存储至存储装置7。存储装置7e用于存储测得的二氧化碳浓度信息，从而便于在需要时可以调取所测得的二氧化碳浓度信息。

由于患者呼出的气体存留有患者的唾液分泌物，采集装置7a所采得的样本混有液体，液体的存在会对二氧化碳分析结果造成影响，因此，本发明的二氧化碳采集管6上设置有干燥装置9(见图3)，干燥装置9能够吸收样本中的水分，使进入二氧化碳检测装置7中的气体样本保持干燥，干燥装置9可以具体为装有干燥剂或吸附剂的干燥器。

如图4所示，控制单元8包括判断装置8a、呼气阀控制器8b和吸气阀控制器8c。判断装置8a与二氧化碳检测装置7的处理装置7c相连，判断装置8a将分析结果与预设的二氧化碳阀值进行比对，如果分析结果高于预设的二氧化碳阀值，说明面罩本体1内气体处于不适宜患者的状态，判断装置8a将比较结果传输给呼气阀控制器8b和吸气阀控制器8c，从而实现对呼气阀5和吸气阀4的开度调整，从而调控面罩本体1内气体的二氧化碳浓度。显然的，呼气阀控制器8b与呼气阀5，吸气阀控制器8c与吸气阀4也存在某种连接关系，具体的连接方式由呼气阀5和吸气阀4的形式决定，在此不做限定。

如图5所示，在一种具体实施例中，呼气阀5包括相连的阀本体5a和接头5o，阀本体通过接头5o与面罩本体1的呼气通道相连。阀本体5a开设有横向贯穿的排气孔5b和沿纵向的调节孔5c，调节孔5c的上端与排气孔5b连通，调节孔5c的下端贯穿阀本体5a的底部。

调节孔5c内设置有用于调节排气孔5b开度的封堵机构，封堵机构，包括从上而下一些设置于调节孔5c内的膜片5d、顶片5e和顶升机构。膜片5d通过向上顶升和向下回落来调整排气孔5b的开度。本领域技术人员可以理解的是，当膜片5d被向上顶升的程度越大，排气孔5b的开度越小；当膜片5d向下回落的程度越大，排气孔5b的开度越大。

本发明中膜片5d的向上顶升通过顶升机构实现，膜片5d的向下回落通过其自重实现。具体的，顶升机构，包括安装座5l和顶升组件。安装座5l固连在阀本体5a的底部，其开设有连通阀本体的调节孔5c的安装孔。

顶升组件，具体包括外磁轭5f、内磁轭5g、磁5h铁、线圈5j和顶头5K。外磁轭5f固定在安装座5l的安装孔内，内磁轭5g固定内套于外磁轭5f内部，具体来说，内磁轭5g通过挡圈5n限定在外磁轭5f内，磁体5h呈环形并位于外磁轭5f和内磁轭5g之间。内磁轭5g开设有滑槽5i，线圈5j以可滑动的方式设置于内磁轭5g的滑槽5i内，线圈5j被限制为可以沿内磁轭5g的滑槽5i上下滑动，不能转动。线圈5j的顶端外伸于内磁轭5g和外磁轭5f的顶端以能够与顶片5e接触，顶头5e盖设在线圈5j的顶端。

本发明中，线圈5j通过导线5m与控制单元8相连。当线圈5j接入的电流越大时，磁铁5h产生对线圈5i向上的力越大，继而通过顶头5k顶升顶片5e的力越大，继而膜片5d被向上顶起的程度越大，以封闭排气孔5b，则排气孔5b的开度越小。当线圈5j接入的电流越小，则线圈5j由于自重下落，则排气孔5b的开度会变大。呼气阀5中的线圈5j与控制单元8相连，具体来说，线圈5j与控制单元8的呼吸阀控制器8b相连，从而根据测得的二氧化浓度，自动控制呼气阀5的排气孔5b的开度，继而实现对呼气阀5的呼气量的智能化调节。当然，呼气阀5也可以参照现有技术中的其它可调节开度的呼气阀结构，在此不在一一赘述。

如图1、图2所示，更进一步的实施方案中，二氧化碳采集管6用于与面罩本体相1连的一端设置有外螺纹段，面罩本体1开设有与外螺纹相配合的螺纹接口。二氧化碳采集管6与面罩本体1采用螺纹连接，安装十分方便。优选的，螺纹接口布置于面罩本体1紧邻其吸气通道2的外围，也就是说，将螺纹接口布置于紧邻吸气通道2的位置，使得二氧碳采集管6所采集的气体样本最接近患者吸入的状态，从而能够更加真实反应患者吸入气体的二氧化碳浓度。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，包括面罩本体(1)，所述面罩本体(1)上设置有吸气通道(2)和呼气通道(3)，所述吸气通道(2)上连有吸气阀(4)，所述呼气通道(3)上连有呼气阀(5)；其特征在于，

所述面罩本体(1)上还设置有用以抽取所述面罩本体(1)内气体的二氧化碳采集管(6)，所述二氧化碳采集管(6)的末端连有用以检测所述面罩本体(1)内气体的二氧化碳浓度的二氧化碳检测装置(7)，所述二氧化碳检测装置(7)连有用以当测得的二氧化碳浓度大于预设的二氧化碳浓度阀值时增加所述呼气阀(5)的开度的控制单元(8)。

2.根据权利要求1所述的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，其特征在于，所述二氧化碳检测装置(7)，包括：

用以通过所述二氧化碳采集管(6)采集所述面罩本体(1)内气体的采集装置(7a)；

与所述采集装置(7a)相连、用以分析气体样本的二氧化碳浓度的分析装置(7b)；

与所述分析装置(7b)相连，用以对分析装置(7b)分析结果数据进行处理并将处理结果发送给所述控制单元(8)的处理装置(7c)。

3.根据权利要求2所述的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，其特征在于，所述二氧化碳检测装置(7)，还包括：

与所述处理装置(7c)相连，用以实时显示气体样本的二氧化碳浓度的显示装置(7d)，所述处理装置(7c)将测得二氧化碳浓度信息发送给所述显示装置(7d)。

4.根据权利要求3所述的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，其特征在于，所述二氧化碳检测装置(7)，还包括：

与所述处理装置(7c)相连，用于存储测得的气体样本的二氧化碳浓度信息的存储装置(7e)，所述处理装置(7c)将二氧化碳浓度监测信息存储至所述存储装置(7e)。

5.根据权利要求4所述的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，其特征在于，所述控制单元(8)，包括：

与所述二氧化碳检测装置(7)相连，用以比较二氧化碳浓度与预设的二氧化碳阀值的判断装置(8a)；

与所述判断装置(8a)相连、用以当二氧化碳浓度高于预设的二氧化碳浓度阀值时增加所述呼气阀(5)开度的呼气阀控制器(8b)。

6.根据权利要求5所述的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，其特征在于，所述控制单元(8)，还包括：

与所述判断装置(8a)相连、用以当二氧化碳浓度高于预设的二氧化碳浓度阀值时增加所述吸气阀(4)开度的吸气阀控制器(8c)。

7.根据权利要求6所述的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，其特征在于，所述二氧化碳采集管(6)设置有用以干燥气体样本的干燥装置(9)。

8.根据权利要求6所述的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，其特征在于，所述呼气阀(5)，包括：相连的阀本体(5a)和连接头(5o)，所述连接头(5o)与面罩本体(1)的接口相连；

所述阀本体(5a)具有横向贯穿的排气孔(5b)和沿纵向的调节孔(5c)，所述调节孔(5c)的上端与所述排气孔(5b)连通，所述调节孔(5c)的下端贯穿阀本体(5a)的底部；

所述调节孔(5c)内设置有用于调节所述排气孔(5b)开度的封堵机构，所述封堵机构，包括：从上而下依次设置于所述调节孔(5c)内的膜片(5d)、顶片(5e)和顶升机构，所述顶升机构能够向上抵顶所述顶片(5e)，以使膜片(5d)向上移动而封闭所述排气孔(5b)。

9.根据权利要求8所述的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，其特征在于，所述顶升机构，包括：安装座(5l)和顶升组件；

其中，安装座(5l)固连在阀本体(5a)的底部，其开设有连通所述阀本体(5a)的所述调节孔(5c)的安装孔；

所述顶升组件，包括：外磁轭(5f)、内磁轭(5g)、磁铁(5h)、线圈(5j)和顶头(5k)；其中，所述外磁轭(5f)固定在所述安装座(5l)的安装孔内，所述内磁轭(5g)固定内套于所述外磁轭(5f)内部，所述磁铁(5h)位于所述外磁轭(5f)和内磁轭(5g)之间，所述内磁轭(5g)开设有滑槽(5i)，所述线圈(5j)可滑动设置于所述内磁轭(5g)的所述滑槽(5i)内，并且所述线圈(5j)的顶端能够外伸于所述内磁轭(5g)和外磁轭(5f)的顶端以与所述顶片(5e)接触，所述线圈(5j)通过导线(5m)与控制单元(8)相连，所述顶头(5k)盖设在所述线圈(5j)的顶端。

10.根据权利要求1所述的智能化调节呼气量的无创正压通气面罩，其特征在于，所述二氧化碳采集管(6)用于与面罩本体(1)相连的一端设置有外螺纹段，所述面罩本体(1)开设有与所述外螺纹相配合的螺纹接口；

所述螺纹接口布置于所述面罩本体(1)紧邻其吸气通道(2)的外围。

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