[發(fā)明專利]一種正壓呼吸機的機械通氣控制方法及呼吸機

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310473565.7
• 申請日: 2013-10-11
• 公開（公告）號: CN103505788A
• 公開（公告）日: 2014-01-15
• 發(fā)明（設計）人: 蔣慶;許煜聰;羅語溪;皺科舉;梁九興
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: A61M16/00
• 分類號: A61M16/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領域，更具體地，涉及一種正壓呼吸機的機械通氣控制方法及呼吸機。

背景技術

呼吸機的工作原理主要是由體外機械驅動使氣道口和肺泡產生正壓力差從而使氣體經過呼吸管道進入人體呼吸系統(tǒng)，協助病人呼吸保證其通氣順暢。呼吸機的工作須與病人同步，即呼吸機的供氣周期（吸氣開始時刻、吸氣持續(xù)時間、吸氣至呼氣的轉換時刻和呼氣持續(xù)時間）與病人的呼吸強度和呼吸周期相一致，否則，病人會由于造成的人機對抗而出現呼吸功增加、呼吸肌損失等情況，甚至引起病人病情加重等情況的發(fā)生。另外，目前大多數呼吸機或多或少忽略了對呼吸生理特征的考慮，現有呼吸機的控制方法中并沒有加入呼氣末正壓支持的功能。呼氣末正壓支持的呼吸機是指病人在使用呼吸機的過程中，經過吸氣相進入呼氣相后，呼吸機會維持供給一個較低壓力，在病人進入下一次吸氣相前，呼吸機適當提高供給壓力，預防在呼氣前期較低壓力可能促發(fā)的氣道再陷閉并有效改善CO₂的滯留。

現有雙水平正壓呼吸機的主要工作原理在于，根據流量觸發(fā)，病人在吸氣相時呼吸機會提供一個相對較高壓力以打開病人氣道保證其順暢吸氣，而在呼氣相時提供一個相對較低壓力以讓病人排出氣體。雙水平正壓呼吸機基本結構框圖如附圖1所示：

雙水平呼吸機主要在于對電磁閥13開關的控制來間接提供不同的呼吸壓力支持。渦輪風機12作為氣源，為整個氣道產生正壓力。當處于吸氣相時，電磁閥13打開，鼻面罩14將產生一個較高壓力水平；當處于呼氣相時，電磁閥13關閉，鼻面罩14將產生一個較低壓力水平并與大氣直接相通。此即為雙水平正壓呼吸機的供氣氣路原理。

附圖1中對電磁閥13的控制方法主要在于不同的觸發(fā)信號。當流量傳感器、壓力傳感器18檢測到流量變化和壓力波動時，此流量信息將被反饋回微控制器17作為觸發(fā)呼吸轉換的信號，同時壓力波動將作為實時反饋信號，經微控制器17內的PID控制器得到輸出電壓控制信號，此控制信號經功率驅動電路16來控制電磁閥13的閉合從而控制呼吸機對病人不同的供氣壓力支持。

上述雙水平呼吸機存在以下的不足：

1）人機同步效果不如人意，傳統(tǒng)的呼吸機采用PID控制器，包括經典PID、積分改進PID和模糊PID等，這些算法都是以PID為基礎的變形，旨在讓系統(tǒng)快速響應達到預定通氣壓力并減少壓力波動。其中呼吸機的PID控制器只是以流量信息作為判定吸氣和呼氣的標志，忽略了人體呼吸周期的長短，因此當病人吸氣完畢進入呼氣相時，呼吸機會持續(xù)供氣一小段時間，引起壓力過沖，造成病人使用不適，出現人機對抗的嚴重現象。

2）傳統(tǒng)呼吸機的PID控制器在生理特征考慮上并未照顧完全，雖對于吸氣和呼氣的壓力要求能達到非常好的快速響應，但在呼氣末上壓力的支持并未得到充分的研究。傳統(tǒng)雙水平呼吸機的原理是在不同的呼吸相提供兩個不同的正壓支持。當病人處于呼氣相時，若呼氣壓力過高，則不利于病人氣體的呼出；若過低，則會導致病人上氣道再陷閉并引起CO₂的滯留，同時，由于過低的呼氣壓力，病人準備進入吸氣相時，呼吸機提供吸氣壓力不夠迅速。

發(fā)明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發(fā)明首先提出一種綜合呼吸周期長短的正壓呼吸機的機械通氣控制方法，能夠在提高人機同步性的同時提高響應速度。

為了實現上述目的，其技術方案為：

一種正壓呼吸機的機械通氣控制方法，包括：采集裝置采集通氣管道內氣體壓力和流量信息并輸入至微控制器，微控制器根據氣體壓力和流量信息判別呼吸狀態(tài)，并控制電機產生驅動信號驅動供氣裝置向通氣管道供氣；還包括設定吸氣相轉為呼氣相前的提前時間t_ad、呼氣末轉換時間t_eep、呼氣壓力P_EPAP、吸氣壓力P_IPAP、呼氣末正壓支持壓力P_EEPAP、計時器1、計時器2、狀態(tài)標志位和兩套不同的PID參數，其中呼氣末正壓支持壓力P_EEPAP是高于呼氣壓力P_EPAP的2cmH₂O的壓力。

微控制器根據氣體壓力和流量判別呼吸狀態(tài)，并將壓力信息作為輸入參數輸入到微控制器中的PID控制器，經過PID控制器后得到控制電壓u(t)從而對供氣裝置進行控制，向通氣管道提供壓力；