CN117100955A - 一种无创呼吸机的智能控制方法及预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种无创呼吸机的智能控制方法及预警系统，利用传感器单元、控制单元、通气装置、预警系统、串级控制系统，可以对呼吸机的使用参数随着用户使用情况的变化而变化，通过智能化的控制方法，不用再需要工作人员对呼吸机参数实时调整，同时当呼吸机发生故障时，能够及时发出警报信息。极大的方便了用户及工作人员，同时避免了因为工作人员的疏忽造成损失，提高了安全系数。
Description
技术领域
本发明涉及呼吸机领域，尤其是涉及一种无创呼吸机的智能控制方法及预警系统。
背景技术
无创正压通气是目前用于救治各类呼吸疾病患者的重要手段之一。在进行无创正压通气的过程中，通过测定呼吸道气阻(Resistance，R)和顺应性(Compliance，C)，及时调整呼吸机给予的通气压力和流量，可有效减少通气并发症，提高呼吸机的通气疗效，实现对不同病患的个体化精准通气策略的制定。
现有无创呼吸机为了满足临床应用需求，结构设计一般比较复杂，导致控制难度增加，压力控制性能、病人触发同步、氧浓度控制精度和快速调节能力的提升受到较大限制。此外，无创呼吸机控制涉及到病人近端压力控制和空气/氧气混合腔内的氧气浓度控制等两个方面。但现有无创呼吸机的病人近端压力控制和空气/氧气混合腔内的氧气浓度控制仍然存在以下技术难点：(1)在呼吸管路泄漏变化的情况下，压力控制算法参数如何实现自适应调整，从而保证压力控制的平稳性。(2)当患者呼吸发生变化的时候，呼吸机不能随着患者的呼吸变化而变化。(3)当呼吸机发生故障时，不能够及时发出警报信息。
因此，有必要提供一种无创呼吸机的智能控制方法及预警系统来解决上述问题。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例，在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
因此，本发明所要解决的技术问题是无创呼吸机的自动化控制方法和故障报警的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种无创呼吸机的智能控制方法，其特征在于，包括，传感器单元、控制单元、风机控制电路、控制面板、液晶显示器、气流源、通气道、湿化器，所述控制面板操作设定的参数值、传感器采集的气道压力、气流流量数据进行处理，将控制值和监测值显示在面板上；所述传感器单元分为流量传感器及压力传感器；无创呼吸机包括：呼气支管及吸气支管，在控制面板上设定的参数值、传感器采集的气道压力、气流流量数据进行处理，将控制值和监测值显示在面板上；控制单元，所述控制单元与所述正压气源、所述负压气源和所述传感器单元通信连接，所述控制单元能够根据所述传感器单元监测的所述生理数据进行分析来判断患者是否呼吸顺畅以及是否需调节呼吸量，在判断出患者需要调节起量之后，控制所述正压气源在患者每次处于吸气阶段时向患者气道用正压通气压力或向患者肺部充入用正压吸气潮气量、并且控制所述负压气源在患者每次处于呼气阶段时向患者气道用负压通气压力，直至判断出患者需停止继续调节气量时停止所述正压气源在患者处于吸气阶段时向患者气道用正压通气压力或向患者肺部充入正压吸气潮气量、以及停止所述负压气源在患者处于呼气阶段时向患者气道用负压通气压力；
通气装置，向患者提供通气气流；
监测模块，监测所述通气装置给患者通气的压力或流速；
所述控制单元，根据测得的反映患者自主呼吸努力的压力变化识别，识别到患者的吸气触发时刻后，控制所述通气装置由呼气切换到吸气，识别到患者的呼气触发时刻后，控制所述通气装置由吸气切换到呼气；
所述传感器单元包括：气体流量传感器、压力传感器、信号放大模块，所述信号放大模块与所述控制单元电连接；所述气体流量传感器靠近呼吸面罩的进气端设置，用于采集气体流量变化情况作为使用者的呼吸信号特征，得到吸气呼吸信号特征，并发送至信号放大模块；所述压力传感器用于采集使用者胸腹部位的起伏情况作为使用者的呼吸信号特征，得到胸部呼吸信号特征和腹部呼吸信号特征，并发送至信号放大模块；所述信号放大模块用于将传感器发送的信号放大后发送到控制单元；所述传感器单元能够监测用于获得患者的氧饱和度、气道阻力、肺部顺应性和呼吸音的生理数据；
当吸气呼吸信号特征减弱或消失，且胸部呼吸信号特征和腹部呼吸信号特征均消失，则判断当前的呼吸类型为通气不足、呼吸中断、暂停类型；
当吸气呼吸信号特征减弱或消失，且胸部呼吸信号特征和腹部呼吸信号特征先消失后恢复但胸部呼吸信号特征和腹部呼吸信号特征较弱，则判断当前的呼吸类型为混合性呼吸中断、暂停类型；
当吸气呼吸信号特征消失，但胸部呼吸信号特征或腹部呼吸信号特征未消失，则判断当前的呼吸类型为阻塞性呼吸中断、暂停类型；
所述控制单元采用的串级控制系统，是采用两个控制器串联工作，外环控制器的输出作为内环控制器的设定值，由内环控制器的输出去操纵控制阀，从而对外环被控量具有控制效果，增强了系统的抗干扰性。
作为本发明所述无创呼吸机的智能控制方法的一种优选方式，所述控制单元包括：主程序模块、功能键输入模块、呼吸模式控制模块、控制量计算模块、输出显示模块、输出控制模块、压力监测模块、流量监测模块、数学估算模块、算法模块，所述主程序模块、所述呼吸模式控制模块、所述控制量计算模块与算法模块电连接，所述输出显示模块、所述输出控制模块、所述压力监测模块及所述流量监测模块电连接，所述数学估算模块、所述呼吸模式控制模块与所述主程序模块电连接。
作为本发明所述无创呼吸机的智能控制方法的一种优选方式，所述呼吸模式控制模块包括：五种呼吸模式：S、T、S/T、CPAP、PC；其中S、T、S/T、PC呼吸模式以时间切换为主，S、S/T、PC呼吸模式有流速触发功能，CPAP呼吸模式有舒适度功能。
作为本发明所述无创呼吸机的智能控制方法的一种优选方式，所述主程序模块包括：(1)呼吸控制参数值及控制变量，(2)程序运行控制变量；所述程序运行控制变量，包括程序运行状态标志寄存器、参数输入寄存器、计时寄存器、呼吸次数寄存器、报警状态寄存器等控制运行的变量也需要进行初始化。
作为本发明所述无创呼吸机的智能控制方法的一种优选方式，所述控制量计算模块是呼吸控制参数值输入以后，要进行控制量值的计算，使控制系统按照输入参数值进行控制，在计算过程中若发现控制量值超限，则调用安全报警模块产生报警，而控制系统仍按初始值进行控制。
作为本发明所述无创呼吸机的智能控制方法的一种优选方式，所述潮气量是采用差压传感器，通过12位A/D转换，得出一个AD值，通过查表得出当前流速值；
潮气量计算公式为：Vt＝Flow*T；式中Vt是潮气量、Flow是流速、T是时间。
流速是变化时，计算公式改为累加：Vt＝Vt[1]+Vt[2]+……+Vt[n]；
其中Vt[n]＝Flow[n]*ΔT；ΔT＝T/n，就是说把T分成n段，Flow[n]对应的是第n段的流速。
作为本发明所述无创呼吸机的智能控制方法的一种优选方式，所述数学估算模块包括：测试数据及数学模块，所述测试数据对测试输出不同的电压值对应的电机转速，电压值范围0-2.5V，等分采集100组电压值对应的转速值，每组分别采集10次数据；并分别进行输出空载、连接气阻的测试，得到转速、控制电压和负载相关的数据；所述数学模块可以根据实验数据可以得到一下数学模型：控制电压、气阻和转速的数学模型；气阻、流速、压力、转速的数学模型。
本发明的有益效果：无创呼吸机通过AI控制方法，可以有效的避免呼吸机使用时对用户带来的困扰，通过AI控制可以使呼吸机在使用时可以随着用户的呼吸频率自行调整参数，以合理的压力及空气/氧气混合量对用户使用。通过若干个模块之间的配合，无创呼吸机AI控制依据数据调整供氧量，可以不用工作人员根据用户情况对呼吸机相关参数进行调整，同时也可以避免由于工作人员的疏忽对用户造成损失，极大的方便了用户及工作人员。在呼吸机中不论是单水平还是双水平压力支持，都可以明确的知道当前的呼吸状态。一方面是治疗时调整压力的依据的需要，另一方面也是医生把握病人情况，更好的治疗病人的需要。并且呼吸机的其他功能都是基于明确的呼吸状态而运行的。
鉴于无创呼吸机的智能控制方法使用时还能进一步提高的问题，提出了一种预警系统。
为解决上述技术问题，本发明还提供如下技术方案：一种预警系统，其包括上述实施例任一所述的无创呼吸机的AI控制方法，以及，报警模块及压力、流量监测模块，所述报警模块包括：窒息报警子程序、管道脱落报警子程序、气道压力过高报警子程序、通气量过低报警子程序、呼吸频率过低/过高报警子程序、潮气量过低报警子程序，根据系统设置的各个报警信息，对应工作过程中的监测数据进行对比，当监测的数值满足设置的报警条件时，系统进行声光报警；所述压力、流量监测模块是根据采集的压力传感器和流量传感器信号的数据，当气道压力不在设定的范围内的时候，调用报警模块进行报警；压力/流量传感器的状态通过A/D输入口采集到微控制器模块，如果压力/流量值出现异常而不在正常范围之内，则启动故障报警。
本发明的另一有益效果：通过对无创呼吸机设置安装报警模块及压力、流量监测模块，可以有效的防止因为呼吸机的故障或者用户的使用情况进行声光报警，如果出现呼吸管漏气、挤压、出气口堵塞或数据参数故障变化等情况，呼吸机都会发出报警。极大的提高了使用呼吸机的安全系数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
其中：
图1本发明的一种实施例所述无创呼吸机的智能控制方法及预警系统的主程序流程框图；
图2本发明的一种实施例所述无创呼吸机的智能控制方法及预警系统的操作步骤图；
图3本发明的一种实施例所述无创呼吸机的智能控制方法及预警系统的串级控制系统示意图；
图4本发明的一种实施例所述无创呼吸机的智能控制方法及预警系统的触发方式示意图；
图5本发明的一种实施例所述无创呼吸机的智能控制方法及预警系统的触发方式信号曲线示意图；
图6本发明的一种实施例所述无创呼吸机的智能控制方法及预警系统的控制压力时间曲线框图；
图7本发明的一种实施例所述无创呼吸机的智能控制方法及预警系统的呼吸类型特征示意图；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
再其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1，参照图1-7，本发明第一个实施例，该实施例提供了一种无创呼吸机的智能控制方法，其包括，传感器单元、控制单元、风机控制电路、控制面板、液晶显示器、气流源、通气道、湿化器，所述控制面板操作设定的参数值、传感器采集的气道压力、气流流量数据进行处理，将控制值和监测值显示在面板上；所述传感器单元分为流量传感器及压力传感器；无创呼吸机包括：呼气支管及吸气支管，在控制面板上设定的参数值、传感器采集的气道压力、气流流量数据进行处理，将控制值和监测值显示在面板上；控制单元，所述控制单元与所述正压气源、所述负压气源和所述传感器单元通信连接，所述控制单元能够根据所述传感器单元监测的所述生理数据进行分析来判断患者是否呼吸顺畅以及是否需调节呼吸量，在判断出患者需要调节起量之后，控制所述正压气源在患者每次处于吸气阶段时向患者气道用正压通气压力或向患者肺部充入用正压吸气潮气量、并且控制所述负压气源在患者每次处于呼气阶段时向患者气道用负压通气压力，直至判断出患者需停止继续调节气量时停止所述正压气源在患者处于吸气阶段时向患者气道用正压通气压力或向患者肺部充入正压吸气潮气量、以及停止所述负压气源在患者处于呼气阶段时向患者气道用负压通气压力；
通气装置，向患者提供通气气流；
监测模块，监测所述通气装置给患者通气的压力或流速；
所述控制单元，根据测得的反映患者自主呼吸努力的压力变化识别，识别到患者的吸气触发时刻后，控制所述通气装置由呼气切换到吸气，识别到患者的呼气触发时刻后，控制所述通气装置由吸气切换到呼气；
所述传感器单元包括：气体流量传感器、压力传感器、信号放大模块，所述信号放大模块与所述控制单元电连接；所述气体流量传感器靠近呼吸面罩的进气端设置，用于采集气体流量变化情况作为使用者的呼吸信号特征，得到吸气呼吸信号特征，并发送至信号放大模块；所述压力传感器用于采集使用者胸腹部位的起伏情况作为使用者的呼吸信号特征，得到胸部呼吸信号特征和腹部呼吸信号特征，并发送至信号放大模块；所述信号放大模块用于将传感器发送的信号放大后发送到控制单元；所述传感器单元能够监测用于获得患者的氧饱和度、气道阻力、肺部顺应性和呼吸音的生理数据；
当吸气呼吸信号特征减弱或消失，且胸部呼吸信号特征和腹部呼吸信号特征均消失，则判断当前的呼吸类型为通气不足、呼吸中断、暂停类型；
当吸气呼吸信号特征减弱或消失，且胸部呼吸信号特征和腹部呼吸信号特征先消失后恢复但胸部呼吸信号特征和腹部呼吸信号特征较弱，则判断当前的呼吸类型为混合性呼吸中断、暂停类型；
当吸气呼吸信号特征消失，但胸部呼吸信号特征或腹部呼吸信号特征未消失，则判断当前的呼吸类型为阻塞性呼吸中断、暂停类型；
所述控制单元采用的串级控制系统，是采用两个控制器串联工作，外环控制器的输出作为内环控制器的设定值，由内环控制器的输出去操纵控制阀，从而对外环被控量具有控制效果，增强了系统的抗干扰性。
所述控制单元包括：主程序模块、功能键输入模块、呼吸模式控制模块、控制量计算模块、输出显示模块、输出控制模块、压力监测模块、流量监测模块、数学估算模块、算法模块，所述主程序模块、所述呼吸模式控制模块、所述控制量计算模块与算法模块电连接，所述输出显示模块、所述输出控制模块、所述压力监测模块及所述流量监测模块电连接，所述数学估算模块、所述呼吸模式控制模块与所述主程序模块电连接。具体的，无创呼吸机由控制系统控制电机，使风机输出足够的气流形成正压，通过湿化器、软管、鼻罩与鼻面接触。患者入睡后，将鼻罩戴好并打开机器，设定使病人感觉舒适的呼吸压力值。当患者吸气时，由于气道阻塞使得气道压(即大气压与肺内压的压差)低于吸气压力水平，则由电机控制风机加速，输出压力增加迫使气体流入肺内，且气道压力保持在吸气压力水平；当患者呼气时，由于风机输出气流与肺内气排出气流方向互逆，两种气流相冲使得气道压高于呼气压力水平，此时由电机控制风机减速，输出压力降低，使气道压保持在呼气压力水平。在整个通气过程中，无创呼吸机持续往气道内输入气流，气流压力强制性的保持咽喉部的气道通畅，以防止气道狭窄或塌陷，达到消除呼吸事件的目的。在呼气过程中，无创呼吸机产生的附加压力对肺内气的呼出有一个阻力，在设定的呼气压力经验值较可靠的情况下，该呼气阻力并不会引起病人呼气的不适。风机根据需要，调节所需压力的气体，经湿化器送至患者。控制板根据面板操作设定的参数值、传感器采集的气道压力、气流流量数据进行处理，将控制值和监测值显示在面板上。流量传感器和压力传感器均选用FS6122流量量程-250～250L/min，为5.0V供电，0.5～4.5V电压信号输出；压力量程-5～40cmH2O，为5.0V供电，0.5～4.5V电压信号输出；同时数据的读取也可通过IIC接口进行流量和压力的读取，温度补偿范围，-5～65℃；允许最大压力0.1Mpa。所述呼吸模式控制模块包括：五种呼吸模式：S、T、S/T、CPAP、PC；其中S、T、S/T、PC呼吸模式以时间切换为主，S、S/T、PC呼吸模式有流速触发功能，CPAP(持续气道正压通气)呼吸模式有舒适度功能。其中，ASR是自动系统的恢复，ACR的意思是自动内容识别，UPE是用户端口的意思。针对气道压力的原理，通过采用带放大的压力传感器，通过12位A/D转换，得出一个AD值，通过公式计算出当前的气道压力值：Pres＝(P1-P0)/slope.式中：Pres是当前的压力值，P1是读出的当前AD值，P0是压力传感器的零点AD值，slope是斜率。可用于呼吸动力学监测，无创呼吸机通过气体回路中的压力传感器，经微电脑处理后显示吸气压力，呼气压力等数据。在无创双水平呼吸机中，不论是单水平还是双水平压力支持，都必须明确的知道当前的呼吸状态。一方面是治疗时调整压力的依据的需要，另一方面也是医生把握病人情况，更好的治疗病人的需要。并且呼吸机的其他功能都是基于明确的呼吸状态而运行的。因此对于呼吸状态的准确判断是呼吸机系统中的重点也是难点。
由于无创呼吸机是通过密闭管路与面罩相连，而面罩通常又紧贴在患者的面部，患者的呼吸对管道内和呼吸机内气体的影响将会变得很明显，当患者努力吸气时会加速气道内的空气流速，并使得压力相应的有所降低。而呼气时恰恰相反，由于人在呼出气体，而呼吸机内部是持续正压的，这就意味着两股气体会相互抵触，降低呼吸机内的气体流速，同时使得压力有所上升。呼吸机可以通过以上特征来对患者的呼吸状态做出判断，及时调整电机动作。当前主流的判断方法有两种：一种是压力触发判定，一种是流量触发判定。
压力触发是应用压力传感器来监测呼吸管道的压力信号。根据病人自主呼吸情况，在呼吸机上设定合适的压力触发灵敏度阈值(Psens)，呼吸机中的压力传感器检测管道的压力值。当探测到由于病人吸气努力导致的管道内压力下降时，判断此时压力是否低于设置的Psens，若低于，即触发呼吸机给病人输送IPAP(吸气压力)水平压力。该触发模式可以直接用测压管，通过呼吸管道在近患者或呼气末端进行检测，设计简单，使用基本没有耗材。但由于压力触发时患者需克服气道阻力和肺泡内源性呼出末正压(PEEP)，患者呼吸肌做功较大，而流量触发可以排除呼吸管道气体压缩死腔和顺应性的影响，整个吸气周期保证患者能吸到新鲜的气流，灵敏度相对较高，可减少呼吸肌做功是压力触发，可以看出，压力触发时压力曲线需要向下凹较深才达到触发条件。而流量触发时只要病人在吸气努力时引起流量曲线稍微高过基准线即可。流量触发比压力触发更为敏感。因此流量触发方式比压力触发方式更优。本设计采用的就是流量触发方式。流量触发方式中一个成熟的算法就是图形触发/撤换算法，图形触发/撤换算法的思想是：将原流量曲线延迟300ms，并且向上或向下平移0.251/s(吸气相时向下平移，呼气相时向上平移)，如此产生出一条新的曲线，称之为“信号曲线"。当这条信号曲线与原流量曲线相交时，即说明呼吸状态发生了转换。这样做的好处是患者流量的突然变化，将立刻导致流量曲线和信号曲线相交，使得呼吸机可以很迅速的检测到病人的呼吸状态的改变，增强了其灵敏度。在A点之前是呼气状态，A点处信号曲线与流量曲线相交，此时发生触发，呼吸机进入吸气状态，提供IPAP(吸气压力)。在B点两条曲线再次相交，发生撤换，呼吸机进入呼气状态，提供EPAP(呼气压力)。所述主程序模块包括：(1)呼吸控制参数值及控制变量，(2)程序运行控制变量；所述程序运行控制变量，包括程序运行状态标志寄存器、参数输入寄存器、计时寄存器、呼吸次数寄存器、报警状态寄存器等控制运行的变量也需要进行初始化。所述控制量计算模块是呼吸控制参数值输入以后，要进行控制量值的计算，使控制系统按照输入参数值进行控制，在计算过程中若发现控制量值超限，则调用安全报警模块产生报警，而控制系统仍按初始值进行控制。潮气量是采用差压传感器，通过12位A/D转换，得出一个AD值，通过查表得出当前流速值；
潮气量计算公式为：Vt＝Flow*T；式中Vt是潮气量、Flow是流速、T是时间。
流速是变化时，计算公式改为累加：Vt＝Vt[1]+Vt[2]+……+Vt[n]；
其中Vt[n]＝Flow[n]*ΔT；ΔT＝T/n，就是说把T分成n段，Flow[n]对应的是第n段的流速。
所述数学估算模块包括：测试数据及数学模块，所述测试数据对测试输出不同的电压值对应的电机转速，电压值范围0-2.5V，等分采集100组电压值对应的转速值，每组分别采集10次数据；并分别进行输出空载、连接气阻的测试，得到转速、控制电压和负载相关的数据；所述数学模块可以根据实验数据可以得到一下数学模型：控制电压、气阻和转速的数学模型；气阻、流速、压力、转速的数学模型。串级控制系统，所述串级控制系统与所述数学估算模型配合调节压力，通过设置的上升时间、吸气压力、呼气压力或支持压力，通过压力控制模型输出各个阶段需要输出的转速目标，串级控制系统再根据目标值控制涡轮风机，实时的再通过采集到的当前压力、流速值反馈到压力控制模型，压力控制模型输出控制目标，形成闭环；所述串级控制系统是改善控制质量的方法，所谓串级控制，就是采用两个控制器串联工作，外环控制器的输出作为内环控制器的设定值，由内环控制器的输出去操纵控制阀，从而对外环被控量具有更好的控制效果。
综上，呼吸机的智能控制方法，可以有效的提高呼吸机的自动运行及运行安全的系数。
实施例2，参照图1，为本发明第二个实施例，与上个实施例不同的是，该实施例提供了一种预警，解决了无创呼吸机的智能控制方法使用时可以进一步提高的问题，其包括上述任一实施例所述的无创呼吸机的智能控制方法，以及，报警模块及压力、流量监测模块，所述报警模块包括：窒息报警子程序、管道脱落报警子程序、气道压力过高报警子程序、通气量过低报警子程序、呼吸频率过低/过高报警子程序、潮气量过低报警子程序，根据系统设置的各个报警信息，对应工作过程中的监测数据进行对比，当监测的数值满足设置的报警条件时，系统进行声光报警；所述压力、流量监测模块是根据采集的压力传感器和流量传感器信号的数据，当气道压力不在设定的范围内的时候，调用报警模块进行报警；压力/流量传感器的状态通过A/D输入口采集到微控制器模块，如果压力/流量值出现异常而不在正常范围之内，则启动故障报警。具体的，控制板还根据面板操作设定的报警参数值，在监测的呼吸参数值超出报警参数设定值时，进行声光报警。设备根据设置的目标值：上升时间、吸气压力、呼气压力或支持压力，先将呼气压力到吸气压力或0-支持压力，目标压力根据上升时间等分(控制周期为1ms)，每个控制周期将控制目标(压力)输入到压力控制模型中，将滤波后的实时压力、流速信号输入到压力控制模型中，相关参数输入到控制模型输出控制目标(转速)，同时压力-转速串级控制系统根据压力误差修正目标转速；
将目标转速和相关参数输入到控制电压转速数学模型中，输出控制电压信号，先利用该控制电压信号作为预值，使风机能够快速相应，再使用电流-转速串级控制系统根据控制目标(转速)控制风机转速，按照上升时间、吸气压力、呼气压力或支持压力的数据达到控制效果。
根据读取到的压力实时数据，绘制成压力时间曲线，利用图形识别整个压力的上升、稳定和下降阶段，根据波形的特征周期性的修正控制参数(压力控制模型和串级控制系统)，从而达到适配不同类型病人的肺力学模型的压力精准控制。当参数发生不合理的变化预警系统就会发出声光报警，同时也会把报警故障信息发送到相关工作人员终端，工作人员就可以及时查看解决故障，极大的提高了呼吸机的使用安全。
综上，通过对无创呼吸机设置预警系统，可以对呼吸机使用时起到安全运行的保护作用，同时，也可以避免相关工作人员的疏忽对使用者造成不必要的损失，不紧解决了呼吸机的使用安全问题，同时还节省了人员投入提高了使用者的安全系数。
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种无创呼吸机的智能控制方法，其特征在于，包括，传感器单元、控制单元、风机控制电路、控制面板、液晶显示器、气流源、通气道、湿化器，所述控制面板操作设定的参数值、传感器采集的气道压力、气流流量数据进行处理，将控制值和监测值显示在面板上；所述传感器单元分为流量传感器及压力传感器；无创呼吸机包括：呼气支管及吸气支管，在控制面板上设定的参数值、传感器采集的气道压力、气流流量数据进行处理，将控制值和监测值显示在面板上；控制单元，所述控制单元与所述正压气源、所述负压气源和所述传感器单元通信连接，所述控制单元能够根据所述传感器单元监测的所述生理数据进行分析来判断患者是否呼吸顺畅以及是否需调节呼吸量，在判断出患者需要调节起量之后，控制所述正压气源在患者每次处于吸气阶段时向患者气道用正压通气压力或向患者肺部充入用正压吸气潮气量、并且控制所述负压气源在患者每次处于呼气阶段时向患者气道用负压通气压力，直至判断出患者需停止继续调节气量时停止所述正压气源在患者处于吸气阶段时向患者气道用正压通气压力或向患者肺部充入正压吸气潮气量、以及停止所述负压气源在患者处于呼气阶段时向患者气道用负压通气压力；
通气装置，向患者提供通气气流；
监测模块，监测所述通气装置给患者通气的压力或流速；
所述控制单元，根据测得的反映患者自主呼吸努力的压力变化识别，识别到患者的吸气触发时刻后，控制所述通气装置由呼气切换到吸气，识别到患者的呼气触发时刻后，控制所述通气装置由吸气切换到呼气；
所述传感器单元包括：气体流量传感器、压力传感器、信号放大模块，所述信号放大模块与所述控制单元电连接；所述气体流量传感器靠近呼吸面罩的进气端设置，用于采集气体流量变化情况作为使用者的呼吸信号特征，得到吸气呼吸信号特征，并发送至信号放大模块；所述压力传感器用于采集使用者胸腹部位的起伏情况作为使用者的呼吸信号特征，得到胸部呼吸信号特征和腹部呼吸信号特征，并发送至信号放大模块；所述信号放大模块用于将传感器发送的信号放大后发送到控制单元；所述传感器单元能够监测用于获得患者的氧饱和度、气道阻力、肺部顺应性和呼吸音的生理数据；根据吸气呼吸信号、胸部呼吸信号以及腹部呼吸信号来判断当前的呼吸类型；所述控制单元采用的串级控制系统，是采用两个控制器串联工作，外环控制器的输出作为内环控制器的设定值，由内环控制器的输出去操纵控制阀，从而对外环被控量具有控制效果，增强了系统的抗干扰性。
2.根据权利要求1所述无创呼吸机的智能控制方法，其特征在于，所述控制单元包括：主程序模块、功能键输入模块、呼吸模式控制模块、控制量计算模块、输出显示模块、输出控制模块、压力监测模块、流量监测模块、数学估算模块、算法模块，所述主程序模块、所述呼吸模式控制模块、所述控制量计算模块与算法模块电连接，所述输出显示模块、所述输出控制模块、所述压力监测模块及所述流量监测模块电连接，所述数学估算模块、所述呼吸模式控制模块与所述主程序模块电连接。
3.根据权利要求2所述无创呼吸机的智能控制方法，其特征在于，所述呼吸模式控制模块包括：五种呼吸模式：S、T、S/T、CPAP、PC；其中S、T、S/T、PC呼吸模式以时间切换为主，S、S/T、PC呼吸模式有流速触发功能，CPAP呼吸模式有舒适度功能。
4.根据权利要求2所述无创呼吸机的智能控制方法，其特征在于，所述主程序模块包括：(1)呼吸控制参数值及控制变量，(2)程序运行控制变量；所述程序运行控制变量，包括程序运行状态标志寄存器、参数输入寄存器、计时寄存器、呼吸次数寄存器、报警状态寄存器等控制运行的变量也需要进行初始化。
5.根据权利要求2所述无创呼吸机的智能控制方法，其特征在于，所述控制量计算模块是呼吸控制参数值输入以后，要进行控制量值的计算，使控制系统按照输入参数值进行控制，在计算过程中若发现控制量值超限，则调用安全报警模块产生报警，而控制系统仍按初始值进行控制；当吸气呼吸信号减弱或消失，且胸部呼吸信号和腹部呼吸信号均消失，则判断当前的呼吸类型为通气不足、呼吸中断、暂停类型；
当吸气呼吸信号减弱或消失，且胸部呼吸信号和腹部呼吸信号先消失后恢复但胸部呼吸信号和腹部呼吸信号较弱，则判断当前的呼吸类型为混合性呼吸中断、暂停类型；
当吸气呼吸信号消失，但胸部呼吸信号或腹部呼吸信号未消失，则判断当前的呼吸类型为阻塞性呼吸中断、暂停类型。
6.根据权利要求1所述无创呼吸机的智能控制方法，其特征在于，所述潮气量是采用差压传感器，通过12位A/D转换，得出一个AD值，通过查表得出当前流速值；
潮气量计算公式为：Vt＝Flow*T；式中Vt是潮气量、Flow是流速、T是时间。
流速是变化时，计算公式改为累加：Vt＝Vt[1]+Vt[2]+……+Vt[n]；
其中Vt[n]＝Flow[n]*ΔT；ΔT＝T/n，就是说把T分成n段，Flow[n]对应的是第n段的流速。
7.根据权利要求2所述无创呼吸机的智能控制方法，其特征在于，所述数学估算模块包括：测试数据及数学模块，所述测试数据对测试输出不同的电压值对应的电机转速，电压值范围0-2.5V，等分采集100组电压值对应的转速值，每组分别采集10次数据；并分别进行输出空载、连接气阻的测试，得到转速、控制电压和负载相关的数据；所述数学模块可以根据实验数据可以得到一下数学模型：控制电压、气阻和转速的数学模型；气阻、流速、压力、转速的数学模型。
8.一种预警系统，其特征在于：包括权利要求1-7任一所述的无创呼吸机的智能控制方法，以及，故障模块与报警模块及压力、流量监测模块，所述报警模块包括：窒息报警子程序、管道脱落报警子程序、气道压力过高报警子程序、通气量过低报警子程序、呼吸频率过低/过高报警子程序、潮气量过低报警子程序，根据系统设置的各个报警信息，对应工作过程中的监测数据进行对比，当监测的数值满足设置的报警条件时，系统进行声光报警；所述压力、流量监测模块是根据采集的压力传感器和流量传感器信号的数据，当气道压力不在设定的范围内的时候，调用报警模块进行报警；压力/流量传感器的状态通过A/D输入口采集到微控制器模块，如果压力/流量值出现异常而不在正常范围之内，则启动故障报警。
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