CN117323534A - 一种氧流量控制设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种氧流量控制设备，包括信号采集模块、处理器和氧流量调节模块，其中：所述信号采集模块，用于采集氧流量调节参数，并将所述氧流量调节参数发送至所述处理器；所述处理器，用于基于所述氧流量调节参数和目标血氧饱和参数生成氧流量控制指令，并将所述氧流量控制指令发送至所述氧流量调节组件；所述氧流量调节模块，用于基于所述氧流量控制指令调整氧流量。本发明实施例提供的系统能够根据采集的氧流量调节参数和目标血氧饱和参数生成氧流量控制指令，并通过氧流量调节模块基于氧流量控制指令调整氧流量，实现了氧流量的自动调节，提高了氧流量控制设备的供氧效率。

Description

一种氧流量控制设备

技术领域

本发明涉及供氧技术领域，尤其涉及一种氧流量控制设备。

背景技术

低氧血症可以通过氧疗进行改善，降低死亡率。但过高或过低的氧流量的氧疗都可能对身体有害。目前普遍认为，对于大多数患者，应控制供氧，以保证血氧饱和度(SpO2)在88％～92％。一般在氧疗中，氧流量以固定流量输送到患者体内，但该流量并不总是最合适的。在此背景下，需要根据患者伴随症状不同，在进行氧疗时调节氧流量，使其SPO2值在对应的需求范围内，以保证通气/血流灌注比例的平衡。然而，目前的制氧机或墙壁氧的出氧流量都是由用户自行设定，氧流量控制方式比较单一，影响供氧效率。

发明内容

本发明提供了一种氧流量控制设备，以解决氧流量控制方式单一的技术问题，实现了氧流量的自动控制，提高了供氧效率。

本发明实施例提供了一种氧流量控制设备，包括信号采集模块、处理器和氧流量调节模块，其中：

所述信号采集模块，用于采集氧流量调节参数，并将所述氧流量调节参数发送至所述处理器；

所述处理器，用于基于所述氧流量调节参数和目标血氧饱和参数生成氧流量控制指令，并将所述氧流量控制指令发送至所述氧流量调节组件；

所述氧流量调节模块，用于基于所述氧流量控制指令调整氧流量。

可选的，在上述方案的基础上，所述氧流量调节模块包括流量控制阀所述流量控制阀与氧源连接，用于基于所述氧流量控制指令调整氧流量。

可选的，在上述方案的基础上，所述氧流量调节模块还包括过滤器。

可选的，在上述方案的基础上，当氧源为氧气瓶时，所述氧流量调节模块还包括减压阀，所述减压阀设置在所述氧源和所述流量控制阀之间。

可选的，在上述方案的基础上，所述信号采集模块包括血氧检测单元，所述血氧检测单元用于：

采集用户的实时血氧饱和参数，并将所述实时血氧饱和参数作为所述氧流量调节参数。

可选的，在上述方案的基础上，所述信号采集模块还包括氧传感器，所述氧传感器设置在所述氧流量调节模块之后，用于采集实时氧流量参数，所述实时氧流量参数包括实时氧流量和实时氧浓度。

可选的，在上述方案的基础上，所述信号采集模块还包括基础参数采集模块，所述基础参数采集模块用于：

采集用户的身体基准参数，并将所述身体基准参数作为所述氧流量调节参数，所述身体基准参数包括体重、年龄、性别中的至少一项。

可选的，在上述方案的基础上，所述系统还包括交互模块，用于：

接收用户输入的氧流量关联参数，所述氧流量关联参数包括身体基准参数、目标血氧饱和参数、氧流量控制模式中的至少一项。

可选的，在上述方案的基础上，所述交互模块还用于：

展示血氧饱和参数曲线，所述血氧饱和参数曲线基于实时血氧饱和参数和目标血氧饱和参数生成。

可选的，在上述方案的基础上，所述氧流量控制模式包括流量控制阀自动调整控制模式和氧流量手动控制模式。

可选的，在上述方案的基础上，所述处理器具体用于：

根据所述氧流量调节参数和所述目标血氧饱和参数，确定下一控制周期氧流量，基于下一控制周期氧流量确定所述氧流量控制指令。

本发明实施例提供的氧流量控制设备，包括信号采集模块、处理器和氧流量调节模块，其中：所述信号采集模块，用于采集氧流量调节参数，并将所述氧流量调节参数发送至所述处理器；所述处理器，用于基于所述氧流量调节参数和目标血氧饱和参数生成氧流量控制指令，并将所述氧流量控制指令发送至所述氧流量调节组件；所述氧流量调节模块，用于基于所述氧流量控制指令调整氧流量。本发明实施例提供的系统能够根据采集的氧流量调节参数和目标血氧饱和参数生成氧流量控制指令，并通过氧流量调节模块基于氧流量控制指令调整氧流量，实现了氧流量的自动调节，提高了氧流量控制设备的供氧效率。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a是本发明实施例一提供的一种氧流量控制设备的结构示意图；

图1b是本发明实施例一所提供的一种氧流量控制设备的结构示意图；

图2a是本发明实施例二提供的一种氧流量控制方法的流程示意图；

图2b是本发明实施例二提供的一种辨识阶段的流程示意图；

图2c是本发明实施例二提供的一种辨识阶段的流程示意图；

图2d是本发明实施例三提供的一种治疗阶段的血氧饱和参数示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1a是本发明实施例一提供的一种氧流量控制设备的结构示意图，本实施例可适用于对患者进行供氧疗养时的情形，该氧流量控制设备可以采用硬件和/或软件的形式实现。如图1a所示，该系统包括：信号采集模块10、处理器20和氧流量调节模块30，其中：

所述信号采集模块10，用于采集氧流量调节参数，并将所述氧流量调节参数发送至所述处理器；

所述处理器20，用于基于所述氧流量调节参数和目标血氧饱和参数生成氧流量控制指令，并将所述氧流量控制指令发送至所述氧流量调节组件；

所述氧流量调节模块30，用于基于所述氧流量控制指令调整氧流量。

整体来说，本发明实施例为了实现氧流量的自动控制，预先确定用户的目标血氧饱和参数，在用户通过氧流量控制设备供氧时，通过设置信号采集模块实时或定时采集用户的血氧饱和参数，基于采集的血氧饱和参数和目标血氧饱和参数生成氧流量控制指令，以使氧流量调节模块基于氧流量控制指令对氧流量进行调整。

其中，用户的目标血氧饱和参数可以为基于处方血氧饱和度确定的参数。示例性的，医生针对用户病症开具处方血氧饱和度，基于处方血氧饱和度和预先设置的范围确定目标血氧饱和参数。假设处方血氧饱和度为A，预先设置的区间为2B，则可以设置(A-B，A+B)区间作为目标血氧饱和参数。

可选的，氧流量调节模块可以为任意能够调节氧流量的组件，如机械阀门、电动阀门等。示例性的，氧流量调节模块可以为电控比例阀，通过氧流量控制指令调整电控比例阀的电压开度，以调整阀门的开度，实现氧流量的控制。

一个实现方式中，信号采集模块可以采集用户实时的血氧饱和参数，结合用户输入的其他参数作为氧流量调节参数。另一种实现方式中，信号采集模块可以包括多个信号采集器，用于采集不同的参数，将采集的各参数作为氧流量调节参数。可通过上述任一方式进行氧流量调节参数的确定，在此不做限制。

在上述过程中，处理器可以通过预先训练的模型，进行氧流量控制指令的生成，也可以通过模型确定目标调整的血氧饱和浓度，再基于调整的血氧饱和浓度生成氧流量调整指令。

本发明实施例提供的氧流量控制设备，包括信号采集模块、处理器和氧流量调节模块，其中：所述信号采集模块，用于采集氧流量调节参数，并将所述氧流量调节参数发送至所述处理器；所述处理器，用于基于所述氧流量调节参数和目标血氧饱和参数生成氧流量控制指令，并将所述氧流量控制指令发送至所述氧流量调节组件；所述氧流量调节模块，用于基于所述氧流量控制指令调整氧流量。本发明实施例提供的系统能够根据采集的氧流量调节参数和目标血氧饱和参数生成氧流量控制指令，并通过氧流量调节模块基于氧流量控制指令调整氧流量，实现了氧流量的自动调节，提高了氧流量控制设备的供氧效率。

在本发明的一种实现方式中，所述氧流量调节模块包括流量控制阀，所述流量控制阀，用于基于所述氧流量控制指令调整氧流量。

可选的，氧流量调节模块可以包括流量控制阀和氧源相连接，氧源发出的氧气，通过流量控制阀调整氧气的流速，从而调整氧流量。可选的，氧源可以为任意氧源，只要能够提供氧气即可，如氧源可以为氧气瓶、制氧机和/或医院墙壁氧等；流量控制阀可以为电控比例阀，配置为调节设备出氧流量，该部件通过PWM电压或DC电压控制阀开度。

在上述方案的基础上，所述氧流量调节模块还包括过滤器。过滤器设置在氧源和流量控制阀之间，用于对氧源发出的氧气进行过滤，提供纯度较高的氧气。可选的，过滤器的滤纸材料可以为现有的任意滤纸材料，如滤纸材料可以是聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)和PET复合材料或玻璃纤维等。

可以理解的是，不同的氧源输出的氧流压力不同。当氧源为制氧机或墙壁氧时，其输出的氧源压力为可承受压力。但当氧源为氧气瓶时，其输出的氧流压力较大，此时需要对输出的氧流进行降压。基于此，当氧源为氧气瓶时，所述氧流量调节模块还包括减压阀，所述减压阀设置在所述氧源和所述流量控制阀之间。其中，减压阀用于对氧气瓶输出的氧流进行降压，具体将至多少压力可以以根据实际需求设置。示例性的，可以将减压阀配置为将氧源进来的氧流压力降至40～80kPa。当氧源为制氧机、医院墙壁氧等输出氧压在设定阈值之内的氧源时，氧流量调节模块无需设置减压阀。

在本发明的一种实现方式中，所述信号采集模块包括血氧检测单元，所述血氧检测单元用于：

采集用户的实时血氧饱和参数，并将所述实时血氧饱和参数作为所述氧流量调节参数。

可选的，可以通过设置血氧检测单元作为信号采集模块，进行用户实时血氧饱和参数的采集。一个实例中，血氧监测单元为脉搏血氧仪，形式为指环或指套，配置为获取用户当前的SPO₂和脉搏读数作为实时血氧饱和参数，将实时血氧饱和参数发送至处理器。示例性的，可以通过USB、串口(RS485、RS232、TTL)或蓝牙协议将数据传输给处理器。

在上述方案的基础上，所述信号采集模块还包括氧传感器，所述氧传感器设置在所述氧流量调节模块之后，用于采集实时氧流量参数，所述实时氧流量参数包括实时氧流量和实时氧浓度。还可以通过设置氧传感器作为信号采集模块，进行氧流参数的采集。一个实例中，氧传感器可以为超声波氧传感器，配置为检测氧流的流量和浓度，将氧流的流量和浓度作为实时氧流量参数。

可选的，所述信号采集模块还包括基础参数采集模块，所述基础参数采集模块用于：

采集用户的身体基准参数，并将所述身体基准参数作为所述氧流量调节参数，所述身体基准参数包括体重、年龄、性别中的至少一项。

在一种可选示例中，还可以设置基础参数采集模块作为信号采集模块中的一项，用于采集用户的体重、年龄、性别等信息，以提供多维度的氧流量调节参数，使得基于氧流量调节参数确定的氧流量调节指令更加准确，

在上述方案的基础上，所述系统还包括交互模块，用于：

接收用户输入的氧流量关联参数，所述氧流量关联参数包括身体基准参数、目标血氧饱和参数、氧流量控制模式中的至少一项。

还可以在系统中设置交互模块，如按键交互模块、屏幕交互模块等，由用户通过交互模块输入身体基准参数、目标血氧饱和参数、氧流量控制模式等参数，供处理器使用。其中，身体基准参数可以包括体重、年龄、性别中的至少一项，可以由用户基于自身情况填写；目标血氧饱和参数可以基于处方血氧确定填写；氧流量控制模式可以由用户基于实际需求选取。

可选的，所述氧流量控制模式包括流量控制阀自动调整控制模式和氧流量手动控制模式。示例性的，氧流量控制模式可以包括如下两种：1.流量控制阀自动调整模式：接收所有传感器读数并按当前用户的交互逻辑选择性地输出至屏幕，同时这些参数作为处理器的输入，并通过处理器计算后，输出控制开度的指令给流量控制阀。2.氧流量手动控制模式：接收所有传感器读数接收所有传感器读数并按当前的交互逻辑选择性地输出至屏幕，用户通过交互界面手动调节氧流量大小。

可选的，所述交互模块还用于：

展示血氧饱和参数曲线，所述血氧饱和参数曲线基于实时血氧饱和参数和目标血氧饱和参数生成。

为了实现氧流量的控制可视化，可以通过处理器基于实时血氧饱和参数和目标血氧饱和参数生成血氧饱和参数曲线，并将血氧饱和参数曲线通过交互模块展示。

图1b是本发明实施例一所提供的一种氧流量控制设备的结构示意图。如图1b所示，智能氧流量控制设备包含以下组件：过滤器、减压阀、氧传感器、主控单元、交互界面、存储器、流量控制阀和血氧监测模块。整体来说，氧源提供的氧流通过过滤器进行过滤，通过减压阀进行减压后，由流量控制阀基于接收到的PWM电压或DC电压控制阀开度，实现对氧流的控制；同时通过氧传感器检测氧流参数(氧浓度、流量等)，通过血氧监测模块监测用户的SPO2、脉搏等，主控单元(即处理器)基于氧传感器检测的氧流参数和血氧监测模块监测的用户的SPO2、脉搏等生成氧流调整指令(PWM电压或DC电压)，控制流量控制阀的阀门开度，实现氧流量的自动控制。

其中，存储器可以是TF卡、SD卡、外挂Flash。供氧期间所有采集到的患者生理参数和设备参数都将实施记录并保存在存储器中；主控单元搭载支持WIFI或CAT1模组的芯片，并可将存储器中的数据通过网络向云端上传。

在本发明的一种实现方式中，所述处理器具体用于：

根据所述氧流量调节参数和所述目标血氧饱和参数，确定下一控制周期氧流量，基于下一控制周期氧流量确定所述氧流量控制指令。可选的，处理器可以配置为包括第一闭环和第二闭环的双闭环控制。通过第一闭环配置为接收氧流量调节参数和所述目标血氧饱和参数，并输出下一控制周期的出氧流量；第二闭环配置为接收当前出氧流量和下一控制周期的出氧流量，并输出流量控制阀的控制信号量(电压值或占空比)作为氧流量控制指令。需要说明的是，当流量控制阀使用开环标定时，无需设置第二闭环，只需基于第一闭环得到下一控制周期氧流量，流量控制阀即可根据下一控制周期氧流量确定控制信号量即氧流量控制指令。根据所述氧流量调节参数和所述目标血氧饱和参数，确定下一控制周期氧流量，基于下一控制周期氧流量确定所述氧流量控制指令能够实现氧流量基于目标血氧饱和参数的自动控制，提高供氧效率。

实施例二

图2a是本发明实施例二提供的一种氧流量控制方法的流程示意图，本实施例在上述实施例的基础上，对氧流量控制设备的氧流量控制的执行过程进行了优化，该方法可以由氧流量控制方系统中的处理器(控制器)执行，该处理器可以采用硬件和/或软件的形式实现。

本实施例中，氧流量控制指令的生成通过模型实现。可以实现的情况下，可以针对每个用户训练对应的模型，如果该患者没有训练完成的深度学习模型，则该控制器开始工作，该控制器的输入中包括患者的生理数据，必定包括当前SPO2、当前脉搏，还包括设备参数、目标SPO2和治疗时间，并至少部分的包含患者体重、年龄、性别等，目标SPO2可以是固定值、固定值+正负偏置量、固定范围。

如图2a所示，控制器配置为包括第一闭环和第二闭环的双闭环控制。第一闭环配置为接收目标SPO2、患者的生理数据和设备参数，并输出下一控制周期的出氧流量。第二闭环配置为接收当前出氧流量和下一控制周期的出氧流量，并输出流量控制阀的控制信号量(电压值或占空比)。第二闭环可以配置为使用PID控制，当流量控制阀使用开环标定时，第二闭环可以配置为关闭。

控制器运行时包含两个阶段：辨识阶段和治疗阶段。

图2b是本发明实施例二提供的一种辨识阶段的流程示意图。如图2b所示，辨识阶段配置为：接收患者的生理数据和设备参数，若患者当前SPO2不在处方范围内，第一闭环控制器向第二闭环控制器发送一次默认设置或基于当前流量基础上的氧流量阶跃信号，根据接收患者的生理数据和设备参数，初始化一个关于SPO2响应的患者系统模型，并在阶跃辨识周期(时长N)内，在每个采样周期至少部分基于过去若干个周期里氧流量和患者SPO2响应关系对患者系统模型的多个系数进行调制，可以使用最小二乘法、梯度下降法或Levenberg-Marquardt算法设计损失函数，最终使得模型与采样的参数集之间产生最小的总误差。时间到达N时若辨识未满足要求，则开启新一轮阶跃信号辨识周期(时长N)，重复上述过程。

辨识阶段在患者系统模型满足辨识要求后将退出并进入治疗阶段，在治疗阶段，可以以定时中断或事件中断方式重新进入辨识阶段更新患者系统模型。

可以理解的是，患者系统模型至少包括供氧量-SPO2-时间的动态模型，还可以加入与脉搏、体重、年龄、性别相关的影响分量，以提高患者系统模型的准确性。

一个实施例中，向用户发出一个阶跃信号氧流控制信号u_t(k)，并采集记录其关于SPO2的响应y(k)。辨识该模型需要一个先验模型，一般认为SPO2的响应和过去氧流的输入也有关，可以认为是过去氧流影响的集合，因为该先验模型可以是线性多项式或指数衰减形式，如：

y(k)＝a₁·u_t(k-1)+a₂•u_t(k-2)+……+a_m·u_t(k-M)

或

其中y_origin为初始SPO2值，a,a₁,a₂…a_m,b均为需要调制的参数，可以使用最小二乘法、梯度下降法或Levenberg-Marquardt算法设计损失函数，最终使得模型与采样的实际数据集之间产生最小的总误差，辨识成功条件为总误差的阈值，此时的参数代入先验模型即为辨识出的模型。时间到达P时若辨识未满足要求，则开启新一轮阶跃信号辨识周期(时长P)，重复上述过程。这里我们采用线性多项式先验模型，并将其改写为增量形式。

Δy(k)＝a₁·Δu_t(k-1)+a₂·Δu_t(k-2)+……+a_m·Δu_t(k-M)

辨识阶段在患者系统模型满足辨识要求后将退出并进入治疗阶段，在治疗阶段，每隔设定时间可以新进入辨识阶段更新患者系统模型。

需要说明的是，上述模型仅为先验模型的示例，不对先验模型进行限制。

图2c是本发明实施例二提供的一种辨识阶段的流程示意图。如图2c所示，治疗阶段配置为：第一闭环将利用辨识阶段产生的患者系统模型利用MPC(模型预测控制)算法将患者SPO2控制在处方范围内。根据当前检测的SPO2值，利用当前患者系统模型对未来SPO2值进行预测，并计算代价函数(Cost Function)：所预测的SPO2值与SPO2参考轨迹的最小距离以及最小的氧流消耗(减少超调)，然后最优代价求解未来P个控制周期的出氧流量大小，并实施其中的第一步。并在下一控制周期根据接收的实际SPO2值对预测模型进行修正。如此循环往复，最后将患者的SPO2值以最小的代价平稳地调控到并保持在目标区间，确保SPO2进入目标区间。

可选的，为了避免SP02值的突变产生不积极影响，可以生成变化率较低的参考轨迹，示例性的，参考轨迹可以通过当前时刻SPO2值与目标SPO2值做一阶滤波或二阶滤波实现。代价函数的多个目标权重可以更加权重系数进行调整。

当SPO2在规定时间内没有进入目标区间，则控制器重新进入辨识阶段，该时长可以是20s-50s之间的任意时长。当SPO2在进入目标区间后又脱离区间达到一定时长，则控制器重新进入辨识阶段，该时长可以是10-30s之间的任意时长。

第一闭环可以在目标优化过程中加入条件约束部分，如氧流控制量的上下限、目标SPO2区间的过冲量等。第一闭环除了使用模型预测进行氧流量控制外，还将模型预测结果作为前馈，然后在此基础上使用PID控制的方式进行控制，有效避免了传统PID在控制大滞后、非线性模型时振荡严重容易产生稳态误差和积分饱和的问题。在此时将重新进入辨识阶段。若治疗阶段时长到达设定时长，则设备关闭流量控制阀，控制器停止接收传感器数据。

图2d是本发明实施例三提供的一种治疗阶段的血氧饱和参数示意图。如图2d所示，根据当前的氧流控制量相比上一时刻的差值Δu(k)，利用当前患者系统模型对未来SPO2值进行预测，其中M为控制步长，P为预测步长，则k时刻未来P步长内的每个控制周期SPO2的变化量预测值：

假设表示k时刻开始未来氧流量不发生变化时的SPO2预测值，根据当前的氧流控制量状态，需要加入因氧流变化引起的SPO2预测值变化，则考虑氧疗变化后的预测值为：

矩阵形式即：其中A为阶跃响应系数矩阵。

然后将预测值带入计算代价函数(Cost Function)，代价函数用于约束系统SPO2预测输出与参考轨迹接近，并约束控制量尽量小。两个目标的权重q和r根据控制要求适当调整，对代价函数求导，使其最小化，计算得到优化后的ΔU，即未来M个时刻的预测控制量变化，并只取Δu(k+1)作为下一时刻的氧流控制量的变化量。此处的代价函数为：

其中re(k+i)表示k时刻开始未来i个时刻时的参考值。

矩阵形式

Q＝diag[q₁,…,q_p]

R＝diag[r₁,…,r_M]

参考轨迹re可以通过当前时刻SPO2值与目标SPO2值做一阶滤波实现，这样避免了直接将目标SPO2值用于代价函数，使得控制更加平缓，减少大幅振荡和超调。

当系统进入k+1时刻时，脉搏血氧仪指套传来当前的SPO2实际值y(k+1)，此时的系统误差即：

因此需要将预测模型进行修正更新：

其中c₁,c₂…c_P为修正系数，矩阵形式为然后将此模型带入新的一轮控制周期(即矩阵下标移位)，如此循环往复，最后将患者的SPO2值以最小的代价平稳地调控到并保持在目标区间，确保SPO2进入目标区间。

当SPO2在规定时间内没有进入目标区间，则控制器重新进入辨识阶段，该时长为30s。

当SPO2在进入目标区间后又脱离区间达到15s，则控制器重新进入辨识阶段，

代价函数(Cost Function)可以加入条件约束部分，如氧流控制量的上下限、目标SPO2区间的过冲量等。

本发明实施例提供的氧流量控制算法能够大幅提升闭环系统的稳定性，基于模型预测的氧流量控制算法相比传统PID方法跟踪更为迅速，有效降低过冲量，缩短振荡环节，并且避免了传统PID在控制大延迟过程中的积分饱和问题。

实施例三

本实施例在上述实施例的基础上，提供了一种优选实施例。

本发明关于设备架构的一种实施方式如图1b所示，包含以下组件：过滤器、减压阀、氧传感器、主控单元、流量控制阀和设备外部的血氧监测模块。

氧源使用氧气瓶，工作时，氧气瓶的高压氧源经过过滤器后由减压阀降至42kPa，过滤器滤纸材料采用玻璃纤维。流量控制阀将经过减压阀的氧流按照当前指令要求调整至预定流量。然后，氧流经过一个超声波氧传感器，该传感器将测量出氧流的浓度和流量作为数据发送给主控单元，用于监测、反馈和记录。流量控制阀为输入PWM电压控制开度的电控比例阀。

氧传感器使用超声波氧传感器，该类传感器利用超声波传播的声速差原理(又称超声波时差法)，通过测量超声波在氧流中顺向和逆向传播的平均声速和声速差，计算出氧流的浓度和流量。

主控单元主要为一块MCU和相关外围电路，该MCU使用多路ADC和串口用于接收本发明所涉及所有传感器的数据，并将这些数据用于：

部分的展现在交互界面的屏幕上；部分或全部作为内部控制器算法的输入，并根据控制器的计算结果输出PWM电压信号给流量控制阀；部分的作为患者历史生理数据写入存储器中。

血氧监测模块为脉搏血氧仪指套，可以获取患者当前的SPO2和脉搏读数，使用MINI-USB接口与设备主机有线连接，并通过485串口协议将数据发送给主控单元。

设备内部用一块TF卡作为存储器，通过FATFS文件系统将氧疗期间所有采集到的患者生理参数和设备参数记录并保存，并根据用户名、氧疗日期建立文件层级，Windows系统可直接读取访问。设备主控单元搭载支持WIFI或CAT1模组的芯片，并可将存储器中的数据通过网络向云端上传。

设备开机后交互界面进入用户档案选择界面，用户在初次使用该设备时新建用户档案，并输入用户名字、性别、年龄和体重。完成后自动进入氧疗主界面，该界面用于输入目标SPO2范围设定值、最大/最小氧流量限制以及氧疗时间(min)，并显示用户当前的脉率和SPO2。同时该界面还有氧疗的开始、暂停、停止选项和一个氧疗控制模式选项。当选择用户档案后，除了进入氧疗主界面，还可以通过页面切换按键进入一个氧疗副界面，该界面用于展示一幅实时刷新的氧疗历史数据折线图，可以看到患者在整个氧疗阶段的SPO2随时间的变化。

本发明关于设备架构的第另一种实施例包含以下组件：过滤器、氧传感器、主控单元、流量控制阀和设备外部的血氧监测模块。

氧源使用墙壁氧和制氧机，工作时，氧源经过过滤器后由流量控制阀按照当前指令要求调整至预定流量。然后，氧流经过一个超声波氧传感器，该传感器将测量出氧流的浓度和流量作为数据发送给主控单元，用于监测、反馈和记录。

在上述任意实施例结构的基础上，氧流控制流程可以为：控制器使用包括第一闭环和第二闭环的双闭环控制，第一闭环配置为接收目标SPO2、患者的生理数据和设备参数，并输出下一控制周期的出氧流量。第二闭环配置为接收当前出氧流量和下一控制周期的出氧流量，并使用PID控制计算后输出流量控制阀的控制信号量(电压值或占空比)。

第二闭环配置为使用PID控制，当流量控制阀使用开环标定时，第二闭环可以配置为关闭。

本发明实施例提供的系统解决了传统手动调节氧流量时操作繁琐、调节频率低的问题，降低使用负担；自适应跟踪处方SPO2，减少控制环节的振荡、滞后，降低低氧或高氧病症的触发几率。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (11)

1.一种氧流量控制设备，其特征在于，包括信号采集模块、处理器和氧流量调节模块，其中：

所述信号采集模块，用于采集氧流量调节参数，并将所述氧流量调节参数发送至所述处理器；

所述处理器，用于基于所述氧流量调节参数和目标血氧饱和参数生成氧流量控制指令，并将所述氧流量控制指令发送至所述氧流量调节组件；

所述氧流量调节模块，用于基于所述氧流量控制指令调整氧流量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氧流量调节模块包括流量控制阀，所述流量控制阀与氧源连接，用于基于所述氧流量控制指令调整氧流量。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述氧流量调节模块还包括过滤器。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，当氧源为氧气瓶时，所述氧流量调节模块还包括减压阀，所述减压阀设置在所述氧源和所述流量控制阀之间。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号采集模块包括血氧检测单元，所述血氧检测单元用于：

采集用户的实时血氧饱和参数，并将所述实时血氧饱和参数作为所述氧流量调节参数。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信号采集模块还包括氧传感器，所述氧传感器设置在所述氧流量调节模块之后，用于采集实时氧流量参数，所述实时氧流量参数包括实时氧流量和实时氧浓度。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述信号采集模块还包括基础参数采集模块，所述基础参数采集模块用于：

采集用户的身体基准参数，并将所述身体基准参数作为所述氧流量调节参数，所述身体基准参数包括体重、年龄、性别中的至少一项。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括交互模块，用于：

接收用户输入的氧流量关联参数，所述氧流量关联参数包括身体基准参数、目标血氧饱和参数、氧流量控制模式中的至少一项。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述交互模块还用于：

展示血氧饱和参数曲线，所述血氧饱和参数曲线基于实时血氧饱和参数和目标血氧饱和参数生成。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述氧流量控制模式包括流量控制阀自动调整控制模式和氧流量手动控制模式。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器具体用于：

根据所述氧流量调节参数和所述目标血氧饱和参数，确定下一控制周期氧流量，基于下一控制周期氧流量确定所述氧流量控制指令。