CN117531079A - 呼吸机及其压力调整方法、系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种呼吸机及其压力调整方法、系统，能够匹配睡眠状态下的各种呼吸动作，而且能够在吸气结束前达到指定的目标压上，保证用户的使用效果，同时能够提高用户的依从性；本发明根据人体呼吸节奏实时调整相适应的压力值，提高了睡眠后使用舒适度，降低了因压力调整不适应而导致影响睡眠的不良影响。

Description

呼吸机及其压力调整方法、系统
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，特别是一种呼吸机及其压力调整方法、系统。
背景技术
目前市面上的持续正压呼吸治疗仪开启呼气减压功能后，所有的调压逻辑都是根据双水平呼吸治疗仪压力切换方案设计的，响应速度很快，尤其是呼气减压挡位开3挡时，压力突变会很明显，有些对压力很敏感的用户，晚上在使用设备时容易觉醒。
CN 106267494 B中国专利公开了一种基于吸气努力程度的呼吸机参数调整方法及呼吸机，包括：计算用户开始吸气时刻至呼吸机触发时刻的吸气流量变化率；计算用户开始吸气时刻至呼吸机触发时刻的吸气压力变化率；获取所述吸气流量变化率及所述吸气压力变化率的变化率总和，根据预设的流量-压力变化率与吸气努力等级的划分关系获取所述变化率总和所处的吸气努力等级；根据所述变化率总和所处的吸气努力等级对所述呼吸机的参数进行调整。然而，该专利所公开的技术方案是通过流量和压力的变化率总进而进行吸气努力等级划分，根据努力等级划分进而调整呼吸机的参数(或由以上根据等级划分手动调整呼吸机的参数)，其并不能真正实现在睡眠状态下根据人的呼吸状况实时调整相适应的呼吸机的参数(压力)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种呼吸机及其压力调整方法、系统，根据人体的呼吸节奏(努力程度)自适应地实时调整匹配的压力。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种呼吸机的压力调整方法，包括以下步骤：
获取睡眠呼吸机的呼气释压档位，将呼气释压档位换算为在吸气时或者呼气时压力增加或者减少的量Dp，获取睡眠呼吸机当前状态下的输出压力值Pe；
获取实时呼吸状态下的最佳压力上调时间λs或最佳压力下调时间λe；
若吸气累加时间ta小于最佳压力上调时间λs，则所述睡眠呼吸机的压力控制值为否则，所述睡眠呼吸机的压力控制值为Pe+Dp；或者，
若呼气累加时间tb小于最佳压力下调时间λe，则所述睡眠呼吸机的压力控制值为否则，所述睡眠呼吸机的压力控制值为/>
本发明根据吸气/呼气累加时间与最佳压力上调/下调时间的大小关系，确定睡眠呼吸机的压力控制值，实现了根据人体呼吸节奏实时调整相适应的压力值的目的，提高了睡眠后使用舒适度，降低了因压力调整不适应而导致影响睡眠的不良影响。
本发明中，最佳压力上调时间λs或最佳压力下调时间λe的计算公式为：
其中，Ri为实时斜率，Rn为正常呼吸状态下的触发斜率/撤换斜率，Tn为正常呼吸情况下的吸气时间或呼气时间，n＝s或e，K为正常呼吸情况下最佳上升至目标压的比例值。
本发明中，0≤K≤1。
本发明中，正常呼吸状态下的触发斜率/撤换斜率Rn的计算公式为：
其中，Ri为前N组正常呼吸状态下的触发斜率或撤换斜率，Li为以时间间隔Δt实时更新的瞬时流速从基础流速F下方到达上方/下方后最近的多个时间点下的数据，/>为所有Li的平均值，i＝1,2,...,I，I为时间点个数。
本发明中，为了降低呼吸带来的干扰，对所述正常呼吸状态下的触发斜率/撤换斜率进行修正，得到修正后的触发斜率/撤换斜率R* n，以修正后的触发斜率/撤换斜率R* n作为最终的正常呼吸状态下的触发斜率/撤换斜率：
其中，Rf为上一次使用睡眠呼吸机对应的正常呼吸情况下的触发斜率/撤换斜率。
本发明中，正常呼吸情况下的吸气时间或呼气时间Tn的计算公式为：tj为睡眠呼吸机上电使用时的N组输出的瞬时流速在基础流速F之上/之下的时间。
本发明中，为了降低数据采集时因异常呼吸情况造成吸气时间对计算精度的影响，对所述正常呼吸情况下的吸气时间或呼气时间进行修正，得到修正后的吸气时间或呼气时间T* n，以修正后的吸气时间或呼气时间T* n作为最终的正常呼吸情况下的吸气时间或呼气时间：Tf为上一次使用睡眠呼吸机对应的正常呼吸情况下的吸气时间或呼气时间。
本发明中，上一次使用睡眠呼吸机对应的参数存储于存储器内，以便修正相应数据。
作为一个发明构思，本发明还提供了一种睡眠呼吸机的压力调整系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序；所述处理器执行所述计算机程序，以实现本发明上述方法的步骤。
作为一个发明构思，本发明还提供了一种睡眠呼吸机，其特征在于，其采用本发明上述的压力调整系统。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明能够匹配睡眠状态下的各种呼吸动作，而且能够在吸气结束前达到指定的目标压上，保证用户的使用效果，同时能够提高用户的依从性；本发明根据人体呼吸节奏实时调整相适应的压力值，提高了睡眠后使用舒适度，降低了因压力调整不适应而导致影响睡眠的不良影响。
附图说明
图1为本发明实施例正常吸气时间和呼气时间计算流程；
图2为瞬时流速波形；
图3为本发明实施例正常吸气和呼气时的斜率(触发斜率和撤换斜率)计算流程；
图4为本发明实施例正常吸气和呼气时的斜率修正流程；
图5为本发明实施例压力最佳上调时间和下调时间计算流程；
图6为本发明实施例压力控制值计算流程；
图7为本发明实施例系统结构框图；
图8为本发明实施例获取模块功能模块图；
图9为本发明实施例计算模块功能模块图；
图10为本发明实施例计算模块功能模块图；
图11为本发明实施例控制模块功能图；
图12为本发明实施例流量曲线；
图13为本发明实施例正常呼吸和缓慢呼吸下的流量和压力变化曲线；
图14为本发明实施例正常呼吸和高频呼吸下的流量和压力变化曲线；
图15表示正常呼吸状态下高频呼吸状态下的压力调整情况的比对图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。
实施例1
本发明实施例1提供了一种睡眠呼吸机的压力调整方法，该方法实现过程具体包括：
一、计算正常呼吸情况下吸气时间Ts和呼气时间Te
如图1所示，以吸气时间获取为例，记录设备上电使用时的N组输出的瞬时流速Li在基础流速F之上(基础流速F是指在当前压力下从呼吸机面罩端泄露出气的气体流速，是固定不变的，用户正常呼吸时管路里的瞬时流速呈波形状态变化，图2中红色点表示瞬时流速从基础流速F到达上方后最近的几个数据点，用来计算触发斜率；绿色点表示瞬时流速从基础流速F最近的几个数据点，用来计算撤换斜率)的时间ti。
对设备启动后的前N组吸气时间ti求平均，将平均值定义为用户正常呼吸状态下的吸气时间：
如果用户是首次使用设备，直接取用这个数据进行后续计算，并将数据存入至flash中，如果设备之前已使用过，则将这组与flash的数据Tf取出进行求平均的方法进行校准，再将最新的数据存入至flash中，降低此次数据采集时因异常呼吸情况造成吸气时间计算精度的影响：
呼气时间获取是记录瞬时流速Li在基础流速F之下的时间，其余计算与吸气时间一致。
二、计算正常呼吸情况下的触发斜率Rs及撤换斜率Re
如图3中的(a)所示，以触发斜率获取为例，记录以时间间隔Δt实时更新的瞬时流速Li从基础流速F下方到达上方后最近的5个时间点下的数据(i*Δt,Li)(i＝1,2,...,5),通过最小二乘法获取到当前正常呼吸周期内的一个触发斜率Ri：
记录前N组正常呼吸状态下的触发斜率Ri，将平均值定义为用户正常呼吸状态下的触发斜率：
如图4所示，此次获取到的触发斜率需跟flash里保存的上次斜率进行平均换算，降低呼吸带来的干扰：
撤换斜率Re是指基础流速瞬时流速Li从基础流速F上方贯穿到下方的斜率，其计算方法与触发斜率一致，如图3中的(b)所示，记录以时间间隔Δt实时更新的瞬时流速Li从基础流速F下方到达下方后最近的5个时间点下的数据(i*Δt,Li)(i＝1,2,...,5),通过最小二乘法获取到当前正常呼吸周期内的一个撤换斜率Si，记录前N组正常呼吸状态下的撤换斜率Si，将多组撤换斜率进行平均计算得到Ss，将Ss与flash里保存的上次斜率进行对比降低扰动，将得到的SS校作为正常呼吸状态下的撤换斜率，并将其保存至flash(存储器)中。
三、计算实时呼吸状态下的最佳压力上调时间λs和下调时间λe
如图5所示，以呼气相转吸气相为例，输出的压力需要在K*Ts时线性调整到目标压力，其中0≤K≤1，为正常呼吸情况下最佳上升至目标压的比例值(呼吸机的输出压力需要根据用户的呼吸动作进行实时调整，K值主要表现在用户使用设备时压力上涨或下调到目标压力时的最舒适的时间点。例如，如果正常吸气时间是1.5s，设备要将压力从6厘米水柱上涨到9厘米水柱，用户觉得0.7s将压力上涨到9厘米水柱时是最舒适的，如果过快会觉得压力很冲，过慢会觉得压力会不足，此时K＝0.7/1.5＝0.47。K值是通过临床用户体验获取到的比例值)。
获取实时斜率Ri，对比实时斜率Ri与正常呼吸状态下的斜率Rs，获取到最佳的升压时间。如果当前呼吸节奏比正常呼吸节奏要慢，实时呼吸状态下斜率Ri小于正常呼吸状态下斜率Rs，则实时呼吸状态下的调压时间与正常呼吸状态下的调压时间一样为K*Ts；如果当前呼吸节奏快于正常呼吸节奏，则实时的呼吸状态下的斜率Ri大于正常呼吸状态下的斜率Rs，而且通过换算后的调压时间大于风机的响应时间(风机可在规定的时间内达到治疗压力)，这种情况下，将压力调整到目标压所需的时间为而且要保证这个时间要大于200ms；如果当前呼吸节奏很快，导致调压时间小于了风机能够响应的时间(现有风机最快的响应时间为200ms)，即/>设备没办法在低于200ms的时间内调整到目标压，则将压力调整到目标压所需时间应该为风机相应的时间200ms。即：
设备获取到实时的最佳升压时间λs后，通过线性调压方法，使得在时间达到λs时压力上升至指定压力。
吸气相切换至呼气相时的下调时间通过同样的方式获取。
四、计算当前时间上的压力控制值
如图6所示，以呼气相转吸气相为例，根据上述获取到的压力变化量Dp、设备当前状态下的输出压力值Pe以及最佳压力上调时间λs来获取实时需控的目标压力，并输出以调整呼吸机进行调压。
ta表示进入吸气相的累加时间。
持续正压呼吸治疗仪是睡眠呼吸机，主要用于治疗呼吸暂停低通气综合征的设备；在开启呼气释压档位后设备会在呼气末端降低设备输出压力，检测到吸气动作后会将压力回升至降压前的压力；睡眠呼吸机如果快速的增速或减速易惊醒用户，用户会很不适应，降低依从性；如果增压和减压速度过慢，在用户呼吸频率很高的情况下，压力在没有到达指定压力的情况下，就进行了呼吸转换，尤其是吸气压不达标时，会达不到治疗效果，没办法将气道张开至理想状态。本发明实施例提供的方法能够同时解决这两种问题，能够匹配睡眠状态下的各种呼吸动作，而且能够在吸气结束前达到指定的目标压上，保证用户的治疗效果，同时能够提高用户的依从性；根据人体呼吸节奏实时调整相适应的压力值，提高睡眠后使用舒适度，降低因压力调整不适应而导致影响睡眠的不良影响。
实施例2
本发明实施例2提供一种对应上述实施例1的睡眠呼吸机的压力调整系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序；处理器执行存储器上的计算机程序，以实现上述实施例1方法的步骤。
在一些实现中，存储器可以是高速随机存取存储器(RAM：Random AccessMemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
在另一些实现中，处理器可以为中央处理器(CPU)、数字信号处理器(DSP)等各种类型通用处理器，在此不作限定。
实施例2中，如图7所示，处理器包括以下模块：计算模块、控制模块、获取模块和存储模块。
如图8所示，获取模块用于获取设备使用时间、瞬时流速、存储数据、输出压力、基础流速和呼气释压档位。
如图9、图10和图11所示，计算模块用于计算正常呼吸状态下的吸气/呼气时间、正常呼吸状态下的触发/撤换斜率、当前呼吸状态下的触发/撤换斜率、当前呼吸状态下的最佳上调/下调时间、当前时间上设备的压力控制值。
如图12所示，控制模块控制涡轮风机的转速(呼吸机压力的调整最终反馈是涡轮风机转速的快和慢，转速越快压力越高，转速越慢压力越低)。
本实施例中各模块的工作过程对应上述实施例1的实现过程，此处不再赘述。
图13为一个正常呼吸周期的流量曲线，坐标轴中横向的虚线表示设备的基础流速，基础流速是指在当前压力下从呼吸机面罩端泄露出气的气体流速，是固定不变的；实线的波形曲线表示用户正常呼吸时，每隔Δt采样获取到的瞬时流速形成的呼吸流量曲线；流量曲线在基础流速上方的时间是用户的吸气所用的时间，流量曲线在基础流速下方的时间称为用户呼气所用的时间，R表示通过流量曲线穿过基础流速时就近的几个采样点换算出的触发斜率。
图14是正常呼吸状态下和缓慢呼吸状态下压力调整情况的比对图；图中压力的凹凸和流量的波形曲线中实线对应的是正常呼吸的变化情况，从流量曲线可以看出正常呼吸下的吸气时间和呼气时间明显要小于缓慢呼吸状态下对应的时间，并且正常呼吸状态下流量曲线的斜率穿过基础流速后的斜率明显要大于缓慢呼吸状态下对应的斜率，所以这种状态对应的压力调整时间公式(λs的计算公式)中第一个条件，因此缓慢呼吸状态下和正常呼吸状态下，压力从低压调整到高压所用的时间是一致的，从压力曲线可以看出，唯一的区别是，缓慢呼吸时吸气所用的时间比呼气所用的时间多，在高压和低压维持的时间会长一些。
图15表示正常呼吸状态下高频呼吸状态下的压力调整情况的比对图；图中压力的凹凸和流量的波形曲线中实线对应的是正常呼吸的变化情况，从流量曲线可以看出正常呼吸下的吸气时间和呼气时间明显要大于缓慢呼吸状态下对应的时间，并且正常呼吸状态下流量曲线的斜率穿过基础流速后的斜率明显要小于缓慢呼吸状态下对应的斜率，所以这种状态对应的压力调整时间公式(λs的计算公式)中第二个和第三个条件，因此高频呼吸状态下比正常呼吸状态下的压力从相同的低压调整到相同的高压情况下所用的时间要快，从压力变化曲线可以看出，剩余高低压维持的时间跟呼气和吸气时间相关。
实施例3
本实施例提供了一种对应于上述实施例2的睡眠呼吸机，其采用实施例2的系统。
实施例4
本发明实施例4提供了一种对应上述实施例1的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令。计算机程序/指令被处理器执行时，实现上述实施例1方法的步骤。
计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种呼吸机的压力调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取睡眠呼吸机的呼气释压档位，将呼气释压档位换算为在吸气时或者呼气时压力增加或者减少的量Dp，获取睡眠呼吸机当前状态下的输出压力值Pe；
获取实时呼吸状态下的最佳压力上调时间λs或最佳压力下调时间λe；
若吸气累加时间ta小于最佳压力上调时间λs，则所述睡眠呼吸机的压力控制值为否则，所述睡眠呼吸机的压力控制值为Pe+Dp；或者，
若呼气累加时间tb小于最佳压力下调时间λe，则所述睡眠呼吸机的压力控制值为否则，所述睡眠呼吸机的压力控制值为Pe-Dp。
2.根据权利要求1所述的呼吸机的压力调整方法，其特征在于，最佳压力上调时间λs或最佳压力下调时间λe的计算公式为：
其中，Ri为实时斜率，Rn为正常呼吸状态下的触发斜率/撤换斜率，Tn为正常呼吸情况下的吸气时间或呼气时间，n＝s或e，K为正常呼吸情况下最佳上升至目标压的比例值。
3.根据权利要求2所述的呼吸机的压力调整方法，其特征在于，0≤K≤1。
4.根据权利要求2所述的呼吸机的压力调整方法，其特征在于，正常呼吸状态下的触发斜率/撤换斜率Rn的计算公式为：
其中，Ri为前N组正常呼吸状态下的触发斜率或撤换斜率，
Li为以时间间隔Δt实时更新的瞬时流速从基础流速F下方到达上方/下方后最近的多个时间点下的数据，/>为所有Li的平均值，i＝1,2,...,I，I为时间点个数。
5.根据权利要求4所述的呼吸机的压力调整方法，其特征在于，对所述正常呼吸状态下的触发斜率/撤换斜率进行修正，得到修正后的触发斜率/撤换斜率R* n，以修正后的触发斜率/撤换斜率R* n作为最终的正常呼吸状态下的触发斜率/撤换斜率：
其中，Rf为上一次使用睡眠呼吸机对应的正常呼吸情况下的触发斜率/撤换斜率。
6.根据权利要求2所述的呼吸机的压力调整方法，其特征在于，正常呼吸情况下的吸气时间或呼气时间Tn的计算公式为：tj为睡眠呼吸机上电使用时的N组输出的瞬时流速在基础流速F之上/之下的时间。
7.根据权利要求6所述的呼吸机的压力调整方法，其特征在于，对所述正常呼吸情况下的吸气时间或呼气时间进行修正，得到修正后的吸气时间或呼气时间T* n，以修正后的吸气时间或呼气时间T* n作为最终的正常呼吸情况下的吸气时间或呼气时间：Tf为上一次使用睡眠呼吸机对应的正常呼吸情况下的吸气时间或呼气时间。
8.根据权利要求5或7所述的呼吸机的压力调整方法，其特征在于，上一次使用睡眠呼吸机对应的参数存储于存储器内。
9.一种呼吸机的压力调整系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序；其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序，以实现权利要求1～8之一所述方法的步骤。
10.一种呼吸机，其特征在于，其采用权利要求9所述的压力调整系统。
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