CN111142599A - 一种呼吸支持设备湿化量控制***、方法和呼吸支持设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种呼吸支持设备湿化量控制***、方法和呼吸支持设备。一种呼吸支持设备湿化量控制***，包括控制器、涡轮、出气口温度传感器、加热板温度传感器、加热板、湿化水盒、加热驱动器和电源；所述涡轮具有涡轮出气口；所述湿化水盒具有湿化进气口和湿化出气口；所述涡轮出气口与所述湿化进气口通过管道连接；所述加热板装设在所述湿化水盒的底部；所述出气口温度传感器装设在所述湿化出气口处；所述加热板温度传感器装设在所述加热板上。本发明通过在患者治疗使用过程中，实时的监控加热板温度以及气道出气口温度，进行实时的反馈和调节加热板加热功率，进而控制加热板温度，从而有效的控制呼吸支持设备的湿化量。
Description
技术领域
本发明涉及呼吸支持设备湿化控制领域，尤其涉及一种呼吸支持设备湿化量控制***、方法和呼吸支持设备。
背景技术
呼吸支持技术是救治呼吸衰竭的重要手段，经鼻高流量氧气湿化治疗(简称高流量氧疗，High-Flow Nasal Cannula，HFNC)是一种新型呼吸支持技术，通过经鼻高流量氧疗治疗仪传送经温化湿化的气体，流量30～60L/Min或以上，达到传送稳定浓度的氧气、冲刷上气道死腔、产生一定的呼气末气道正压的目的，同时患者耐受性好。
目前的高流量氧疗仪产品主要是医用类产品，对于一些症状较轻的患者，住院治疗会产生高额的费用，和占用不必要的医疗资源，所以家用高流量湿化氧疗仪是市场的一个方向和趋势，会越来越多的服务于家用客户。
对于家用高流量湿化氧疗仪来讲，湿化能力是一个很重要的性能指标，在整个使用的过程中，如果湿化能力不足，不仅会影响患者的使用效果，还会使患者口干舌燥，引起患者的不适。如果湿化能力过量，也造成管路中用水吹出，引起患者不适，造成其他安全隐患。所以合理的湿化能力是判断家用高流量湿化氧疗仪的重要标准。
市场上现有的高流量湿化氧疗仪大多都是医用机，医用机在对水位的检测上和家用机还是有很大的区别的，医用机的加湿水盒一般较小，并在使用过程中通过挂水袋进行实时加水，保证湿化量，而相对于医用机，家用机的加湿器水盒要更大，这样才能一次性使用较长的时间，所以对于家用高流量湿化氧疗仪来说，加湿水盒的湿化量控制就相对更为困难一些。
目前市场上的产品及技术，大多都是呼吸机加湿器的一些控制方案，并没有关于家用高流量湿化氧疗仪的水盒加湿的控制方案。如CN108273174A，更偏重于硬件部分的控制。如CN107812294A，则偏重于呼吸机加湿器数据的传输部分。如CN107812294A，CN206526357U，则更注重的是结构方面的设计及使用。
因而现有的呼吸支持设备存在不足，还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种呼吸支持设备湿化量控制***、方法和呼吸支持设备，能够实时控制呼吸支持设备的湿化量在需求范围内，提高用户感受度。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种呼吸支持设备湿化量控制***，包括控制器、涡轮、出气口温度传感器、加热板温度传感器、加热板、湿化水盒、加热驱动器和电源；所述涡轮具有涡轮出气口；所述湿化水盒具有湿化进气口和湿化出气口；所述涡轮出气口与所述湿化进气口通过管道连接；所述加热板装设在所述湿化水盒的底部；所述出气口温度传感器装设在所述湿化出气口处；所述加热板温度传感器装设在所述加热板上；所述控制器分别与所述涡轮、所述加热驱动器、所述出气口温度传感器、所述加热板温度传感器连接；所述加热板与所述加热驱动器连接；所述电源用于为所述控制器、所述涡轮、所述加热驱动器供电。
优选的所述的呼吸支持设备湿化量控制***，还包括设定单元，与所述控制器连接，用于设定湿化水盒的出气口温度设定值和涡轮输出气体的流量设定值。
优选的所述的呼吸支持设备湿化量控制***，所述加热驱动器为PWM驱动器，用于根据所述控制器的指令控制所述加热板的加热功率。
一种使用所述的控制***的呼吸支持设备湿化量控制方法，包括步骤：
S1、所述加热驱动器以初始功率运行加热板，预热第一预定时间；
S2、出气口温度传感器检测所述湿化出气口的出气口检测温度值，加热板温度传感器检测加热板的加热板检测温度值，并分别将所述出气口检测温度值和所述加热板检测温度值传送到控制器中；
S3、所述控制器判断所述出气口检测温度值是否小于第一出气口温度阈值，若是，则执行步骤S4；若否，则执行步骤S5；
S4、所述控制器判断所述加热板检测温度是否小于加热板温度阈值，若是，则控制器控制加热板以第一功率运行，执行步骤S2；若否，则控制器控制加热板以第二功率运行，执行步骤S2；
S5、所述控制器判断所述出气口检测温度值是否小于第二出气口温度阈值，若是，则执行步骤S6；若否，则所述控制器控制所述加热板以第五功率运行，执行步骤S2；
S6、所述控制器判断所述加热板检测温度是否小于所述加热板温度阈值，若是，则控制所述加热板以第三功率运行，执行步骤S2；若否，则控制所述加热板以第四功率运行，执行步骤S2。
优选的所述的呼吸支持设备湿化量控制方法，在所述步骤S1前还包括：
S0、设置湿化水盒的出气口温度设定值和涡轮输出气体的流量设定值；所述控制器根据所述温度设定和所述流量设定值，在加热板温控表中匹配加热板温度阈值；所述控制器驱动所述涡轮以所述流量设定值输出气流。
优选的所述的呼吸支持设备湿化量控制方法，所述第一出气口温度阈值为所述出气口温度设定值减去温度预定值得到；
所述第二出气口温度阈值为所述出气口温度设定值加上温度预定值得到。
优选的所述的呼吸支持设备湿化量控制方法，所述预定值为0.3-0.8℃。
优选的所述的呼吸支持设备湿化量控制方法，所述加热板温度阈值的通过以下步骤获得：
S01、所述控制器判断所述出气口温度设定值是否大于设定温度阈值，若是，则执行步骤S02；若否，则所述加热板温度阈值为所述加热板温控表中初级固定值；
S02、所述加热板温度阈值通过以下公式得到：
TJY＝TCG+a(TCSD-TSY)；
其中，TJY为所述加热板温度阈值；TCG为所述初级固定值；TCSD为所述出气口温度设定值；TSY为所述设定温度阈值；a为设定常数。
优选的所述的呼吸支持设备湿化量控制方法，所述出气口温度设定值的设定范围为31-37℃；所述流量设定值的范围为10-60L/Min。
一种呼吸支持设备，使用所述的控制***。
相较于现有技术，本发明提供的一种呼吸支持设备湿化量控制***、方法和呼吸支持设备，本发明通过在患者治疗使用过程中，实时的监控加热板温度以及气道出气口温度，进行实时的反馈和调节加热板加热功率，进而控制加热板温度，从而有效的控制呼吸支持设备的湿化量，满足患者的使用需要，达到更好的治疗效果。
附图说明
图1是本发明提供的呼吸支持设备湿化量控制***的结构框图；
图2是本发明提供的呼吸支持设备湿化量控制***的结构简图；
图3是本发明提供的呼吸支持设备湿化量控制方法流程图。
PWM(Pulse width modulation，多种脉冲宽度调制)
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
请一并参阅图1-图3，图2中的箭头图示为气流方向，本发明提供一种呼吸支持设备湿化量控制***，包括控制器1、涡轮2、出气口温度传感器3、加热板温度传感器4、加热板5、湿化水盒8、加热驱动器6和电源7；所述涡轮2具有涡轮出气口；所述湿化水盒8具有湿化进气口和湿化出气口；所述涡轮出气口与所述湿化进气口通过管道连接；所述加热板5装设在所述湿化水盒8的底部；所述出气口温度传感器3装设在所述湿化出气口处；所述加热板温度传感器4装设在所述加热板5上；所述控制器1分别与所述涡轮2、所述加热驱动器6、所述出气口温度传感器3、所述加热板温度传感器4连接；所述加热板5与所述加热驱动器6连接；所述电源7用于为所述控制器1、所述涡轮2、所述加热驱动器6供电。
具体的，本发明提供的控制***中，所述控制器1为本领域中常用的处理芯片，一般的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)即可实现，本发明不做具体限定；所述涡轮2为本领域的常用装置，能够根据所述控制器1输出流量确定的气流，并能够向所述控制器1反馈气流的流量值，其型号本发明不做限定；所述湿化水盒8的尺寸为本领域中家用呼吸支持设备的常用尺寸，本发明不做限定，能够实现上述技术方案即可，使用的材质优选为塑料，且能够在一定温度下无害，例如长时间在200℃以上的温度情况下，不会产生对人体有害的物质，此处应当知晓，所述塑料材料既然在200℃以上的温度中都不会产生有害物质，那么在200℃以下，也不会产生有害物质。
相应的，本发明还提供一种所述的控制***的呼吸支持设备湿化量控制方法，包括步骤：
S1、所述加热驱动器6以初始功率运行加热板5，预热第一预定时间；具体的，所述第一预定时间为3-5Min，优选的方案为3Min；以所述初始频率运行所述加热板5的目的在于保护***；
S2、出气口温度传感器3检测所述湿化出气口的出气口检测温度值，加热板温度传感器4检测所述加热板5的加热板检测温度值，并分别将所述出气口检测温度值和所述加热板检测温度值传送到控制器1中；
S3、所述控制器1判断所述出气口检测温度值是否小于第一出气口温度阈值，若是，则执行步骤S4；若否，则执行步骤S5；
S4、所述控制器1判断所述加热板检测温度是否小于加热板温度阈值，若是，则控制器1控制加热板5以第一功率运行，执行步骤S2；若否，则控制器1控制加热板5以第二功率运行，执行步骤S2；
S5、所述控制器1判断所述出气口检测温度值是否小于第二出气口温度阈值，若是，则执行步骤S6；若否，则所述控制器1控制所述加热板5以第五功率运行，执行步骤S2；
S6、所述控制器1判断所述加热板检测温度是否小于所述加热板温度阈值，若是，则控制所述加热板5以第三功率运行，执行步骤S2；若否，则控制所述加热板5以第四功率运行，执行步骤S2。具体的，上述步骤S4、S5、S6中，无论以哪种功率运行所述加热板5后，都需要执行步骤S2，是为了实时得到所述出气口检测温度值，能够实时反馈数据，以达到实时控制湿化量的效果。
作为优选方案，本实施例中，还包括设定单元，与所述控制器1连接，用于设定湿化水盒8的出气口温度设定值和涡轮2输出气体的流量设定值。具体的，所述设定单元用于设定初始值，本发明中，主要用于所述控制器1确定呼吸支持设备本次运行中的需求数据，所述需求数据包括所述出气口温度设定值和所述流量设定值。
作为优选方案，所述控制***具有档位设置功能，一般情况下会分为3个或5个或7个档位，优选的方案是设置为3个档位，可以称为低、中、高三档，所述高、中、低三个档位的出气口温度阈值不同，其中，所述中档的所述出气口温度阈值为所述出气口温度设定值，所述高档的所述出气口温度阈值则为所述出气口温度设定值加上2℃，所述抵挡的所述出气口温度阈值则为所述出气口温度设定值减去2℃。若是档位为5个，可以称为1、2、3、4、5挡，所述出气口温度设定值即为中位挡3挡的所述出气口温度阈值，其他的档位相邻档位之间相差1℃或2℃，本发明不做限定。同理，当档位为7个时，也是相同的设定，此处不在赘述。
作为优选方案，本实施例中，相应的，在所述步骤S1前还包括：
S0、设置湿化水盒8的出气口温度设定值和涡轮2输出气体的流量设定值；所述控制器1根据所述温度设定和所述流量设定值，在加热板温控表中匹配加热板温度阈值；所述控制器1驱动所述涡轮2以所述流量设定值输出气流。
具体的，作为所述控制器1，无论是一般的处理器芯片，还是MCU，都会自带一定存储，例如FLASH存储，所述加热板温控表即存储在所述控制器1的内置的存储器中，至于是否另外添加存储器，本发明不做限定。
作为优选方案，本实施例中，所述加热板温控表为检测呼吸支持设备在多次按照不同需求运行下，设定加热板5在不同的加热板温度阈值的情况下，取单一需求下温控效果最佳的所述加热板温度阈值综合得到；所述需求包括湿化水盒8的出气口温度设定值和涡轮2输出气体的流量设定值。
作为优选方案，本实施例中，所述加热板温度阈值的通过以下步骤获得：
S01、所述控制器1判断所述出气口温度设定值是否大于设定温度阈值，若是，则执行步骤S02；若否，则所述加热板温度阈值为所述加热板温控表中初级固定值；所述设定温度阈值，是用于判定所述出气口温度设定值的设定值，根据呼吸支持设备的具体运行情况设定，本发明不做具体限定，优选方案设定为33℃；
S02、所述加热板温度阈值通过以下公式得到：
TJY＝TCG+a(TCSD-TSY)；
其中，TJY为所述加热板温度阈值；TCG为所述初级固定值；TCSD为所述出气口温度设定值；TSY为所述设定温度阈值；a为设定常数。所述初级固定值为单一需求数据情况下确定值，例如85℃。所述设定常数为根据不同的呼吸支持设备的具体运行情况设定，一般为3或4，至于其他的值为设备根据实际运行情况确定，本发明不做限定。
作为优选方案，本实施例中，所述出气口温度设定值的设定范围为31-37℃；所述流量设定值的范围为10-60L/Min。具体，在上述数据的情况下，使用者的感受度较佳。
将所述设定温度阈值设定为33℃，所述出气口温度设定值的取值范围为31-37℃，所述流量设定值的取值范围为10-60L/Min，呼吸支持设备为高流量湿化氧疗仪，型号为OH-39，在上述情况下，所述设定常数分别为3和4，具体情况请参阅下表，所述加热板温控表为下表所示：
作为优选方案，本实施例中，所述第一出气口温度阈值为所述出气口温度设定值减去温度预定值得到；
所述第二出气口温度阈值为所述出气口温度设定值加上温度预定值得到。
作为优选方案，本实施例中，所述预定值为0.3-0.8℃。
作为优选方案，本实施例中，所述加热驱动器6为PWM驱动器，用于根据所述控制器1的指令控制所述加热板5的加热功率。所述PWM驱动器的驱动原理是根据所述控制器1发送控制信号进行驱动所述加热板5与电源7之间以单位时间内不同的通断比例控制所述加热板5以不同的运行功率进行加热，所述控制信号包括所述通断比例。
作为优选方案，本实施例中，所述初始功率为额定功率的20％；所述第一功率为额定功率的95％；所述第二功率为额定功率的80％；所述第三功率为额定功率的40％；所述第四功率为额定功率的30％；所述第五功率为额定功率的10％。
具体的，所述运行功率以额定功率进行比例确定，所述额定功率为单位时间内使所述加热板5100％接通电源7。例如，运行功率为50％，即单位时间内，所述加热板5与电源7之间50％的时间是接通的，50％的时间是断开的。所述单位时间为1s。
作为优选方案，本实施例中，当所述加热板5的所述加热板检测温度值大于或等于130℃时，控制所述加热驱动器6断开，不再加热，防止加热丝熔断。
实施例2
本发明提供一种呼吸支持设备，使用所述的控制***。当然，在实际运行过程中，还要配合所述检测方法进行运行控制。
具体的，所述呼吸支持设备还包括外接管路，所述涡轮2还包括涡轮进气口，所述外接管路包括：与所述涡轮进气口连接的氧气管道和空气管道、与所述湿化水盒8的出气口连接的加热管、与所述加热管连接的鼻氧管，所述鼻氧管接入使用者的鼻孔中。空气和氧气混合后，经涡轮2后进入所述湿化水盒8，加热板持续加热，带走一部分水汽，再通过所述加热管和所述鼻氧管供给使用者。
设定所述出气口温度设定值为31℃，所述流量设定值为40L/Min，当开启治疗后，首先以运行功率为额定功率的20％驱动所述加热板5进行预热3分钟，防止刚开始就用大功率进行加热对加热板5造成损害。之后通过所述出气口温度传感器实时监测所述湿化出气口处气流的所述出气口检测温度值：(1)当监测到所述出气口检测温度值小于30.5℃时，如果此时所述加热板5处的所述加热板检测温度值小于100℃时，则加热板5以95％的大功率进行加热，当所述加热板检测温度值大于100℃但出气口温度依然小于30.5℃时，则降低加热板5的运行功率为75％进行加热，这样可以使出气口温度处于持续上升阶段且防止加热板5温度过高；(2)当监测到所述出气口检测温度值大于30.5℃且小于31.5℃时，如果此时加热板5处的温度传感器的监测值小于100℃时，则加热板5以40％的运行功率进行加热，当加热板5温度大于100℃但出气口温度依然小于31.5℃时，则加热板5的运行功率为30％进行加热；(3)当监测到所述出气口检测温度值大于31.5℃，则降低加热板5的运行功率为15％进行加热，起到一个温度维持的作用。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种呼吸支持设备湿化量控制***，其特征在于，包括控制器、涡轮、出气口温度传感器、加热板温度传感器、加热板、湿化水盒、加热驱动器和电源；所述涡轮具有涡轮出气口；所述湿化水盒具有湿化进气口和湿化出气口；所述涡轮出气口与所述湿化进气口通过管道连接；所述加热板装设在所述湿化水盒的底部；所述出气口温度传感器装设在所述湿化出气口处；所述加热板温度传感器装设在所述加热板上；所述控制器分别与所述涡轮、所述加热驱动器、所述出气口温度传感器、所述加热板温度传感器连接；所述加热板与所述加热驱动器连接；所述电源用于为所述控制器、所述涡轮、所述加热驱动器供电。
2.根据权利要求1所述的呼吸支持设备湿化量控制***，其特征在于，还包括设定单元，与所述控制器连接，用于设定湿化水盒的出气口温度设定值和涡轮输出气体的流量设定值。
3.根据权利要求1所述的呼吸支持设备湿化量控制***，其特征在于，所述加热驱动器为PWM驱动器，用于根据所述控制器的指令控制所述加热板的加热功率。
4.一种使用权利要求1-3任一所述的控制***的呼吸支持设备湿化量控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1、所述加热驱动器以初始功率运行加热板，预热第一预定时间；
S2、出气口温度传感器检测所述湿化出气口的出气口检测温度值，加热板温度传感器检测加热板的加热板检测温度值，并分别将所述出气口检测温度值和所述加热板检测温度值传送到控制器中；
S3、所述控制器判断所述出气口检测温度值是否小于第一出气口温度阈值，若是，则执行步骤S4；若否，则执行步骤S5；
S4、所述控制器判断所述加热板检测温度是否小于加热板温度阈值，若是，则控制器控制加热板以第一功率运行，执行步骤S2；若否，则控制器控制加热板以第二功率运行，执行步骤S2；
S5、所述控制器判断所述出气口检测温度值是否小于第二出气口温度阈值，若是，则执行步骤S6；若否，则所述控制器控制所述加热板以第五功率运行，执行步骤S2；
S6、所述控制器判断所述加热板检测温度是否小于所述加热板温度阈值，若是，则控制所述加热板以第三功率运行，执行步骤S2；若否，则控制所述加热板以第四功率运行，执行步骤S2。
5.根据权利要求4所述的呼吸支持设备湿化量控制方法，其特征在于，在所述步骤S1前还包括：
S0、设置湿化水盒的出气口温度设定值和涡轮输出气体的流量设定值；所述控制器根据所述温度设定和所述流量设定值，在加热板温控表中匹配加热板温度阈值；所述控制器驱动所述涡轮以所述流量设定值输出气流。
6.根据权利要求5所述的呼吸支持设备湿化量控制方法，其特征在于，所述第一出气口温度阈值为所述出气口温度设定值减去温度预定值得到；
所述第二出气口温度阈值为所述出气口温度设定值加上温度预定值得到。
7.根据权利要求6所述的呼吸支持设备湿化量控制方法，其特征在于，所述预定值为0.3-0.8℃。
8.根据权利要求5所述的呼吸支持设备湿化量控制方法，其特征在于，所述加热板温度阈值的通过以下步骤获得：
S01、所述控制器判断所述出气口温度设定值是否大于设定温度阈值，若是，则执行步骤S02；若否，则所述加热板温度阈值为所述加热板温控表中初级固定值；
S02、所述加热板温度阈值通过以下公式得到：
TJY＝TCG+a(TCSD-TSY)；
其中，TJY为所述加热板温度阈值；TCG为所述初级固定值；TCSD为所述出气口温度设定值；TSY为所述设定温度阈值；a为设定常数。
9.根据权利要求5所述的呼吸支持设备湿化量控制方法，其特征在于，所述出气口温度设定值的设定范围为31-37℃；所述流量设定值的范围为10-60L/Min。
10.一种呼吸支持设备，其特征在于，使用权利要求1-3任一所述的控制***。
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