CN103893888A - 一种脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其包括以下步骤：处理单元以预定的时间间隔为一个脉冲区间，将呼吸周期分为多个连续的脉冲区间；数据运算单元根据检测单元检测到的一个周期内吸气流量，计算出某一时间间隔内平均吸气流量，然后根据所述平均吸气流量计算出此阶段的平均氧气流量；控制单元根据以上步骤中计算出的平均氧气流量选择电磁阀并控制其打开和关闭的时间实现对各个区间氧流量的控制。该方法通过将一个呼吸周期以等间距的脉冲周期划分成多个连续的阶段，并计算出每个阶段的氧气流量，然后通过控制电磁阀的开闭实现对氧气流量的控制，实现通气过程中氧气浓度的精确控制，使呼吸机具有更高的安全性和稳定性。

Description

一种脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法

技术领域

本发明涉及呼吸机、麻醉机氧气浓度控制技术领域，尤其涉及一种脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法。

背景技术

呼吸机输送气体的氧浓度时给病人通气的一个重要指标。现有临床使用的空氧混合呼吸机中，氧浓度可在21%-100%间调节。为了达到尽快纠正病人缺氧状况，结合治疗需将氧浓度调至一定水平，依靠压缩空气和高压氧气按呼吸机设定的比例调节，若发生其中一路气体中断时，则只能输出另一路气体。如氧气路中断时，则只能输出另一路的空气；如空气路中断时，则只能输出100%的氧气，长时间会造成病人吸入大量纯氧而中毒身亡。

由以上分析可知，在通过呼吸机给病人通气时，需要对氧气浓度精确的控制，在现有技术中，为了提高调节氧气浓度的精度，有些呼吸机采用比例阀来控制氧气浓度，虽然其在一定程度上提高了对氧气浓度控制的精度，但是需要的成本较高，质量较差由此限制了它的使用范围；另外一种常见的实现方式就是通过针阀来控制，如中国专利申请01261459.9，提供的一种呼吸机螺旋流量调节阀，其原理是调节针阀的阀针的开度（0-120°）来实现对流量或氧浓度的正比例调节，但由于针阀是纯机械技术，机械的加工精度直接影响了针阀调节的误差范围，在一个批次的产品中，调节的参数的误差范围比较大，同时它的安装工艺较复杂，增加了生产成本，难以满足现有的呼吸机市场需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，能够实现精确的控制氧气浓度，使得呼吸机供氧具有较高的安全性、稳定性及可靠性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其包括以下步骤：

步骤A：处理单元以预定的时间间隔为一个脉冲区间，将呼吸周期分为多个连续的脉冲区间；

步骤B：数据运算单元根据检测单元检测到的一个周期内吸气流量，计算出某一时间间隔内平均吸气流量，然后根据所述平均吸气流量计算出此阶段的平均氧气流量；

步骤C：控制单元根据步骤B中计算出的各个脉冲区间的平均氧气流量选择适当的电磁阀并通过控制单元控制其打开和关闭的时间实现对各个区间氧流量的控制。

作为上述脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法的一种优选方案，在步骤B中在一个脉冲区间内平均吸气流量指的是上个呼吸周期内对应区间的平均吸气流量。

作为上述脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法的一种优选方案，在步骤C中至少通过一个电磁阀的开闭控制氧气的流速。

作为上述脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法的一种优选方案，所述所有电磁阀的流量和大于120升/分。

作为上述脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法的一种优选方案，根据氧流量的大小所述控制单元控制一个多个电磁阀开闭，所述电磁阀的选择方法遵循使用小流量阀和大阀不短暂开通原则。

作为上述脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法的一种优选方案，在某一脉冲区间中电磁阀的打开和关闭的时间由电磁阀的占空比确定。

作为上述脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法的一种优选方案，在步骤A中脉冲区间的时间间隔为常值。

作为上述脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法的一种优选方案，在步骤B中一个区间内平均吸气流量的计算公式为

式中t_i表示某一脉冲区间的起始时刻，

表示的是在这一个时间间隔内平均吸气流量，Q_i表示的是瞬时流量。

作为上述脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法的一种优选方案，平均氧气流量的计算公式为

其中，Q_O2表示的是氧气流量，Q_i表示的是吸气流量，FiO2为氧浓度的设定值。

作为上述脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法的一种优选方案，所述脉冲区间的时间间隔为200ms。

本发明的有益效果为:本发明通过提供一种脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其同过将一个呼吸周期以等间距的脉冲周期划分成多个连续的阶段，并计算出每个阶段的氧气流量，然后通过控制电磁阀的开闭实现对各个阶段氧气流量的控制，由此实现了通气过程中氧气浓度的精确控制，且使呼吸机或麻醉机具有更高的安全性和稳定性。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的吸气流量的曲线图；

图2是本发明具体实施方式提供的理想氧流量的曲线图；

图3是本发明具体实施方式提供的近似氧流量的图像图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明提供的一种脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其可以对呼吸机通气过程中氧浓度进行精确的控制，此方法的实现依据为：在吸气时间内，根据潮气量的设定值和氧浓度的设定值可以计算出氧气的流量，在吸气时间内，每个阶段的流速假如是变化的，假如以200MS为单位，这样就把吸气时间分为多个阶段，然后再对每个200MS所分的阶段进行控制氧流量，根据每个阶段算出的氧流量控制电磁阀的通断，这样就能得到精确的氧浓度。该方法具体的包括以下步骤：

步骤A：处理单元以预定的时间间隔为一个脉冲区间，将呼吸周期分为多个连续的脉冲区间；

步骤B：数据运算单元根据检测单元检测到的一个周期内吸气流量，计算出某一时间间隔内平均吸气流量，然后根据平均吸气流量计算出此阶段的平均氧气流量；

步骤C：控制单元根据步骤B中计算出的各个脉冲区间的平均氧气流量选择适当的电磁阀并通过控制单元控制其打开和关闭的时间实现对各个区间氧流量的控制。

如图1至图3所示，在步骤A中假设每个时刻的氧气流速是变化的，且在将呼吸周期分为多个连续的阶段，脉冲区间的划分就是确定每个脉冲区间dT，划分的原则是尽量使dT为常值，本申请中采用200ms为一个脉冲区间，但并仅限于200ms，在实际工作过程中，可以根据需要设定脉冲区间的数值，在某些情况下(吸或呼的最后一个区间)可以适当加长或缩短；如对于吸气时间为Ti=1250ms、呼气时间为Te=1501ms的情况，dT划分为：

{[200,200,200,200,200,250];[200,200,200,200,200,200,200,101]}，

由于吸气时间和呼气时间在大部分的模式下(除完全指令通气)不是预知的值，因此dT的划分是在上个呼吸周期(SIMV除外)自动生成的，关键是吸气或呼气最后一个区间长度的确定。

数据运算单元根据检测单元检测到的一个周期内吸气流量，计算出某一时间间隔内平均吸气流量，然后根据所述平均吸气流量计算出此阶段的平均氧气流量；此处的平均吸气流量上指在一个脉冲区间内的平均吸气流量指的是t_i上个呼吸周期内对应区间的平均吸气流量，其计算公式为公式1：

其中：t_i表示的是某一脉冲区间的起始时刻，

表示的是在这一个时间间隔内平均吸气流量，Q_i表示的是瞬时流量，此公式实质上是平均吸气流量等于瞬时流量对时间的积分。

在理想状态下，如图1、图2所示，氧流量需要严格满足公式2：

Q_O2=Q_i(FiO2-21)/79

其中：Q_O2表示的是氧气流量，Q_i表示的是吸气流量，FiO2为氧浓度的设定值。

根据公式1和2得出某一平均吸气流量对应的平均氧气流量计算公式3：

${\stackrel{\‾}{Q}}_{O2d{T}_i}={\stackrel{\‾}{Q}}_{d{T}_i}(\mathrm{FiO}2-21)/79.$

如对应于前面举的区间划分例子，根据上述公式1、2、3可以计算出每个区间的氧气流量为：

{[4.5,9,6,3.5,1.2,0];[7.9,7.3,7.3,7.3,7.3,7.3,7.3,7.3]}。

根据公式3计算出的平均氧气流量，通过控制单元对电磁阀通断的控制实现对平均氧气流量的控制，为了提高对氧气流量流速的控制精度，在步骤C中至少通过一个电磁阀的开闭控制氧气的流量，由于120升/分为机器性能指标，即机器所能提供的最大流速不能低于120升/分，因此所有电磁阀的流量和需要大于120升/分。

上述至少一个电磁阀开通、阻断时间分配在每个脉冲区间进行一次，因为对应于某一氧流量，可以近似实现此流量的方案有多种组合，但其具有以下两种组合方案，(1)尽量使用小流量阀原则；(2)大阀尽量不短暂开通原则。其中第一个原则用来确定某一脉冲区间可能最多会开通哪几个阀。第二个原则用来从原则一确定的阀组中选择某些阀进行开通。

占空比实现是指某一脉冲区间中阀的开通时间和阻断时间之间的比例分配，这是本申请最关键之处。在某一脉冲区间dT中，每个阀的状态都可以用Tvi=[To,Tc]来表示，To表示此阀开通的时间，Tc表示此阀阻断的时间。如某阀不开通则To=0、Tc=dT，类推可知。某个脉冲区间都可以确定一组阀状态，以8阀为例，即TV={Tv1,Tv2,Tv3,Tv4,Tv5,Tv6,Tv7,Tv8}。

由公式3计算出每个区间的氧气流量，找出最合适的阀并200ms时间内控制电磁阀的开启和关闭，由此可以实现对氧浓度的精确控制，现对本发明的控制方法进行举例说明：以8阀为例，电磁阀的数量并不限于8个，本发明中电磁阀的数量越多，对氧浓度的控制精度越高，如果8个电磁阀的流量分别是Qv=[4,4,12,12,30,30,30,30]，某一区间期望控制的氧流量暂由式(3)确定)为9，则利用第一原则先进行从小到大搜索，会发现最多可能会用到流量为4、4、12三个阀，即阀1、阀2、阀3，再利用第二个原则对此3阀进行从大到小搜索，发现只需开通流量为12的阀，即阀3，并且阀3的通断状态为[9*200/12,3*200/12]。由此通过电磁阀的开闭实现对氧浓度的控制。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：处理单元以预定的时间间隔为一个脉冲区间，将呼吸周期分为多个连续的脉冲区间；

步骤B：数据运算单元根据检测单元检测到的一个周期内吸气流量，计算出某一时间间隔内平均吸气流量，然后根据所述平均吸气流量计算出此阶段的平均氧气流量；

步骤C：控制单元根据步骤B中计算出的各个脉冲区间的平均氧气流量选择适当的电磁阀并通过控制单元控制其打开和关闭的时间实现对各个区间氧流量的控制。

2.根据权利要求1所述的脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其特征在于，在步骤B中在一个脉冲区间内平均吸气流量指的是上个呼吸周期内对应区间的平均吸气流量。

3.根据权利要求1所述的脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其特征在于，在步骤C中至少通过一个电磁阀的开闭控制氧气的流量。

4.根据权利要求3所述的脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其特征在于，所述所有电磁阀的流量和大于120升/分。

5.根据权利要求3所述的脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其特征在于，根据氧流量的大小所述控制单元控制一个多个电磁阀开闭，所述电磁阀的选择方法遵循使用小流量阀和大阀不短暂开通原则。

6.根据权利要求3所述的脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其特征在于，在某一脉冲区间中电磁阀的打开和关闭的时间由电磁阀的占空比确定。

7.根据权利要求1所述的脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其特征在于，在步骤A中脉冲区间的时间间隔为常值。

8.根据权利要求2所述的脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其特征在于，在步骤B中一个区间内平均吸气流量的计算公式为

式中的ti表示某一脉冲区间的起始时刻，

表示的是在这一个时间间隔内平均吸气流量，Q_i表示瞬时流量。

9.根据权利要求8所述的脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其特征在于，平均氧气流量的计算公式为

其中，Q_O2表示的是氧气流量，Q_i表示的是吸气流量，FiO2为氧浓度的设定值。

10.根据权利要求9所述的脉宽调制型的控制麻醉机或呼吸机内氧浓度的方法，其特征在于，所述脉冲区间的时间间隔为200ms。

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