CN101757707B - 呼气末气压控制方法和采用该方法的呼吸机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种呼气末气压阀控制方法和采用该方法的呼吸机。其中，呼气末气压控制方法包括以下步骤：设定步骤，根据呼气末气压预定值来设定呼气末气压阀的开口大小；测量步骤，测量呼气末气压；比较步骤，对呼气末气压和呼气末气压预定值进行比较；调节步骤，在呼气末气压与呼气末气压预定值不一致的情况下，将呼气末气压阀的开口大小改变第一预定量；以及重复测量步骤、比较步骤、以及调节步骤，直到呼气末气压与呼气末气压预定值一致。通过本发明，达到了精确控制呼气末气压的效果。

Description

呼气末气压控制方法和采用该方法的呼吸机

技术领域

本发明涉及电动电控呼吸机领域，更具体地，涉及一种呼气末气压控制方法和采用该方法的呼吸机。

背景技术

电动电控呼吸机采用直动呼气末气压(positive end-expiratorypressure，简称PEEP)阀实现对PEEP的控制。这对于PEEP的控制提出了更高的要求，PEEP是指在控制呼吸和辅助呼吸时，呼气期气道保持正压，在呼气终末借助于装在呼气端的限制气流活瓣等装置，使气道压力高于大气压。

对于电动电控呼吸机，由于没有持续气流，如果对PEEP阀控制不好，不但不能维持稳定的PEEP，而且会影响呼吸模式的效果。在进行PCV(pressure control ventilation，压力控制通气)模式控制时，由于活塞的运行曲线与电机的控制曲线关系复杂，在加上患者的气阻和顺应性会发生变化，对PCV呼吸模式的控制带来很大的困难，借助PEEP阀的控制实现PCV呼吸模式的控制实现起来简单可靠。

对于电动电控呼吸机的PEEP的控制，由于没有持续气流，PEEP难以维持。目前，有的电动呼吸机采用内置微型气泵转为PEEP控制提供持续气流，这样明显增加了成本和复杂程度；也有的电动电控呼吸机采用直动式呼气阀实现PEEP的维持，采用这种方法，由于机械控制膜片不容易保持平衡，容易引起呼气末抖动，无法达到精确控制患者的呼气末气压的效果。

发明内容

鉴于以上的一个或多个问题，本发明提出了一种呼气末气压控制方法和采用该方法的呼吸机，其可以达到精确控制患者的呼气末气压的效果。

根据本发明的一个方面，提出了一种呼气末气压控制方法，包括以下步骤：设定步骤，根据呼气末气压预定值来设定呼气末气压阀的开口大小；测量步骤，测量呼气末气压；比较步骤，对呼气末气压和呼气末气压预定值进行比较；调节步骤，在呼气末气压与呼气末气压预定值不一致的情况下，将呼气末气压阀的开口大小改变第一预定量；以及重复测量步骤、比较步骤、以及调节步骤，直到呼气末气压与呼气末气压预定值一致。

其中，设定步骤包括以下步骤：设定阀控制模块的控制值来设定呼气末气压阀的开口大小，其中，阀控制模块用于控制呼气末气压阀。调节步骤包括以下步骤：在呼气末气压与呼气末气压预定值不一致的情况下，将控制值改变第二预定量。

该呼气末气压控制方法还可以包括以下步骤：预先设定重复测量步骤、比较步骤、以及调节步骤的次数n；以及在重复测量步骤、比较步骤、以及调节步骤次数n后，停止重复，并通知用户重新设置第二预定量。呼气末气压控制方法还可以包括以下步骤：确定呼气末气压预定值与控制值之间的曲线关系；以及根据曲线关系和呼气末气压预定值来确定对应于呼气末气压预定值的控制值。其中，阀控制模块可以是数字模拟转换器，控制值是数字模拟转换器输出的控制电流值Is。呼气末气压与呼气末气压预定值一致是指呼气末气压与呼气末气压预定值之间的差值的绝对值小于预定的误差允许范围。

呼气末气压控制方法还可以包括以下步骤：在呼气末气压与呼气末气压预定值一致后，关闭呼气末气压阀，监测呼气末气压的变化；在呼气末气压超过呼气末气压预定值预定差值的情况下，打开呼气末气压阀，直到呼气末气压恢复到呼气末气压预定值；以及关闭呼气末气压阀。其中，预定差值可以是3厘米水柱。

根据本发明的另一个方面，还提出了一种采用上述方法的呼吸机。

在本发明中，利用测量、比较和调节步骤，可以有效地控制呼吸末气压与预定值一致。并且，通过重复测量步骤、比较步骤、以及调节步骤，实现了闭环控制，从而可以达到更精确地控制呼气末气压的效果。另外，通过预先设定重复次数n，而在呼吸机故障等发生故障或意外的情况下，可以避免控制气压异常，从而保证了患者的安全。再者，通过在呼气末气压与呼气末气压预定值一致后关闭呼气末气压阀，可以维持呼气末气压在一定期间变化不大。另外，通过在呼气末气压超过呼气末气压预定值预定差值的情况下打开呼气末气压阀，在患者想主动呼吸的情况下，可以有效保证患者的呼吸顺畅。

附图说明

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

图1是根据本发明的示例性实施例的呼气末气压控制方法的流程图；

图2是根据本发明的实施例的通过调节阀控制模块的控制值(电流)来调节呼气末气压的流程图；

图3是根据本发明的示例性实施例的数字模拟转换器(DAC)的输出电压值与实际测量的PEEP值的对应关系图；以及

图4是根据本发明的示例性实施例的电动电控呼吸机界面的压力和流速波形图。

具体实施方式

下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。

图1是根据本发明的示例性实施例的呼气末气压控制方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S102，设定步骤，根据呼气末气压预定值来设定呼气末气压阀的开口大小；

步骤S104，测量步骤，测量呼气末气压；

步骤S106，比较步骤，对呼气末气压和呼气末气压预定值进行比较；

步骤S108，调节步骤，在呼气末气压与呼气末气压预定值不一致的情况下，将呼气末气压阀的开口大小改变第一预定量；以及

重复测量步骤104至步骤108，直到呼气末气压与呼气末气压预定值一致。

其中，设定步骤包括以下步骤：设定阀控制模块的控制值来设定呼气末气压阀的开口大小，其中，阀控制模块用于控制呼气末气压阀。调节步骤包括以下步骤：在呼气末气压与呼气末气压预定值不一致的情况下，将控制值改变第二预定量。

该呼气末气压控制方法还可以包括以下步骤：预先设定重复测量步骤、比较步骤、以及调节步骤的次数n；以及在重复测量步骤、比较步骤、以及调节步骤次数n后，停止重复，并通知用户重新设置第二预定量。呼气末气压控制方法还可以包括以下步骤：确定呼气末气压预定值与控制值之间的曲线关系；以及根据曲线关系和呼气末气压预定值来确定对应于呼气末气压预定值的控制值。其中，阀控制模块可以是数字模拟转换器，控制值是数字模拟转换器输出的控制电流值Is。呼气末气压与呼气末气压预定值一致是指呼气末气压与呼气末气压预定值之间的差值的绝对值小于预定的误差允许范围。

呼气末气压控制方法还可以包括以下步骤：在呼气末气压与呼气末气压预定值一致后，关闭呼气末气压阀，监测呼气末气压的变化；在呼气末气压超过呼气末气压预定值预定差值的情况下，打开呼气末气压阀，直到呼气末气压恢复到呼气末气压预定值；以及关闭呼气末气压阀。其中，预定差值可以是3厘米水柱。

图2是根据本发明的实施例的通过调节阀控制模块的控制值(电流)来调节呼气末气压的方法的流程图。如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤S202，设定初始化微调次数n，其中n≥1；计算呼气末气压设定值所对应的压力传感器值Pj；设定微调误差允许范围Pr；

在呼吸机上设定控制电流值Is；设定微调步进量Ix；

步骤S204，读取实际测量的压力传感器值Pc；计算Pj和Pc之差的绝对值Pabs；

步骤S206，判断Pabs是否大于Pr，在Pabs不大于Pr的情况下，返回到步骤S204；

步骤S208-S212，在Pabs大于Pr的情况下，判断Pj是否大于Pc，在Pj大于Pc的情况下，将控制电流值Is向上微调Ix，在Pj小于Pc的情况下，将控制电流值Is向下微调Ix；以及

步骤S214-S218，将微调次数n减1，并判断n是否大于0，在n大于0的情况下，返回到步骤S204，在n不大于0的情况下，提醒用户重新校验Ix。

根据本发明的示例性实施例，当采用数字模拟转换器(简称DAC)作为用于控制PEEP阀的阀控制模块时，呼气末气压控制方法包括以下步骤：

首先，选择固定气阻和顺应性的肺，呼吸机的管路接好，找出数字模拟转换器输出电压值与实际测量的PEEP值的对应关系。图3示出了根据本发明的示例性实施例的DAC的输出电压值与实际测量的PEEP值的对应关系。

其次，根据测量的PEEP和DAC输出电压值拟合曲线，拟合曲线的方法为最小二乘法，该算法保证所有的点都落在曲线附近。

然后，在进行PEEP的控制时，根据设定值和拟合得到的曲线关系计算出需要的DAC输出电压预定值。根据该DAC输出电压预定值以及在该DAC中输出电压和输出的控制电流的关系，确定与该输出电压预定值对应于控制电流值Is。在呼气末期间，先设定该控制电流值，由PEEP监测程序模块得到当前的PEEP的实际值，通过比较PEEP的设定值与实际值，判断进行PEEP控制的微调(如图2所示)，通过几次微调，使PEEP的实际值与设定值保持一致，这样呼气末的PEEP控制基本完成。

最后，当PEEP的实际值与设定值保持一致后，在下一次吸气周期到来之前，关闭PEEP阀，使整个***密封，保证PEEP能够维持在设定值不变。并实时监测气道压力，当气道压力超出PEEP设定值3cmH₂O时，表明患者有呼气的欲望，此时应该打开PEEP阀，直到达到设定的PEEP值，再关闭PEEP阀，这样既能维持稳定的PEEP值又不会影响患者呼气。

根据本发明的示例性实施例的对呼吸机的呼气末气压阀进行控制的方法实现了0-30cmH₂O的PEEP控制水平，采用闭环控制方式，即使不同的肺也能够达到相同的控制水平。比如，设定PEEP值为8cmH₂O，实际的PEEP测量值能够达到7.9cmH₂O或者8.0cmH₂O。本方法在不同的呼吸模式下采用不同的控制方式，达到了实现PEEP控制和呼吸模式的完美结合，并且该方法操作简单，易实现，具有很好的临床实验效果。

根据本发明的另一方面，提出了一种呼吸机，该呼吸机中采用了上述的呼气末气压控制方法。

图4是根据本发明的示例性实施例的电动电控呼吸机界面的压力和流速波形图。如图4所示，当PEEP设定值为10cmH₂O，控制值与设定值保持一致，呼气末压力波形平稳表明PEEP维持的比较好。其中，Paw表示患者气道压力随呼吸周期的变化关系，压力的峰值出现在吸气结束呼气开始瞬间，图示的压力平台期属于呼气末正压保持期；Flow的上半轴表示吸气流速波形，下半轴表示呼气流速波形。

总之，根据本发明的示例性实施例的对呼吸机的呼气末气压阀进行控制的方法和呼吸机能够保证呼气末的气道压力与呼气末气压设定值一致，采用闭环的控制方式保证了更换患者仍能满足要求，可以改善患者的肺顺应性，防止肺泡萎陷，使功能残气量增加，气体交换面积增加，改善通气和氧合。在本发明中，通过重复测量步骤、比较步骤、以及调节步骤，达到了精确控制呼气末气压的效果。另外，通过预先设定重复次数n，而在呼吸机故障等发生故障或意外的情况下，保证了患者的安全。再次，通过在呼气末气压与呼气末气压预定值一致后关闭呼气末气压阀，维持了呼气末气压在一定期间变化不大。最后，通过在呼气末气压超过呼气末气压预定值预定差值的情况下打开呼气末气压阀，在患者想主动呼吸的情况下，保证了患者的呼吸顺畅。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种呼气末气压控制方法，其特征在于，包括以下步骤： 

设定步骤，根据呼气末气压预定值来设定所述呼气末气压阀的开口大小； 

测量步骤，测量所述呼气末气压； 

比较步骤，对所述呼气末气压和所述呼气末气压预定值进行比较； 

调节步骤，在所述呼气末气压与所述呼气末气压预定值不一致的情况下，将所述呼气末气压阀的所述开口大小改变第一预定量；以及 

重复所述测量步骤、所述比较步骤、以及所述调节步骤，直到所述呼气末气压与所述呼气末气压预定值一致。 

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定步骤包括以下步骤： 

设定阀控制模块的控制值来设定所述呼气末气压阀的开口大小，其中，所述阀控制模块用于控制所述呼气末气压阀。 

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述调节步骤包括以下步骤： 

在所述呼气末气压与所述呼气末气压预定值不一致的情况下，将所述控制值改变第二预定量。 

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤： 

预先设定重复所述测量步骤、所述比较步骤、以及所述调节步骤的次数n；以及 

在重复所述测量步骤、所述比较步骤、以及所述调节步骤所述次数n后，停止重复，并通知用户重新设置所述第二预定量。 

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤： 

确定所述呼气末气压预定值与所述控制值之间的曲线关系；以及 

根据所述曲线关系和所述呼气末气压预定值来确定对应于所述呼气末气压预定值的所述控制值。 

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述阀控制模块是数字模拟转换器，所述控制值是所述数字模拟转换器输出的控制电流值Is。 

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述呼气末气压与所述呼气末气压预定值一致是所述呼气末气压与所述呼气末气压预定值之间的差值的绝对值小于预定的误差允许范围。 

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤： 

在所述呼气末气压与所述呼气末气压预定值一致后，关闭所述呼气末气压阀，监测所述呼气末气压的变化； 

在所述呼气末气压超过所述呼气末气压预定值预定差值的情况下，打开所述呼气末气压阀，直到所述呼气末气压恢复到所述呼气末气压预定值；以及 

关闭所述呼气末气压阀。 

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预定差值为3厘米水柱。 

10.一种采用权利要求1至9中任一项所述的方法的呼吸机。 

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