CN112843408A - 一种涡轮呼吸机的容量通气控制方法及*** - Google Patents

一种涡轮呼吸机的容量通气控制方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种涡轮呼吸机的容量通气控制方法及***，所述方法包括：步骤1)根据目标潮气量和总吸气时间计算得到目标流速，根据气道阻力和肺顺应值，并结合目标流速计算得到目标压力；步骤2)在总吸气时间内根据目标压力实时计算涡轮输出压力值，并结合目标流速计算得到涡轮转速；步骤3)根据实时监测的流速值与目标流速的偏差值进行比例微分积分控制，通过调节涡轮的驱动电压，进而调节涡轮转速，从而保持恒定的流速。本发明提出的通气控制方法有效的改进了以往技术中还需要比例阀进行调节流速的方法，简化了气路结构，提高了涡轮的通气性能和控制精度，通过在呼吸机上的实际通气使用，涡轮控制通气效果准确可靠，达到了很好的效果。

Description

一种涡轮呼吸机的容量通气控制方法及***
技术领域
本发明涉及呼吸机技术领域，尤其涉及一种涡轮呼吸机的容量通气控制方法及***。
背景技术
涡轮呼吸机是医院中常用设备，涡轮呼吸机是以涡轮为驱动气源的一种电动电控型的驱动方式，涡轮通电后以一定的旋转速度产生气流，其转速决定了气流流速和压力，VCV(Volume controlled ventilation的简写，即容量控制通气)控制通气需要实时调节涡轮转速，在吸气过程中保持恒定的流速，达到准确控制目标潮气量的目的。
当前，涡轮呼吸机的方法是由涡轮提供一定转速，再由一比例阀对涡轮输出的流速进行调节，达到通气流速和压力的控制。这种方式需要涡轮和比例阀配合进行调节通气，气路结构比较繁琐，因此需要进行技术上的改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种涡轮呼吸机的容量通气控制方法及***。
为了实现上述目的，本发明提出了一种涡轮呼吸机的容量通气控制方法，所述方法包括：
步骤1)根据目标潮气量和总吸气时间计算得到目标流速，根据气道阻力和肺顺应值，并结合目标流速计算得到目标压力；
步骤2)在总吸气时间内根据目标压力实时计算涡轮输出压力值，并结合目标流速计算得到涡轮转速；
步骤3)根据实时监测的流速值与目标流速的偏差值进行比例微分积分控制，通过调节涡轮的驱动电压，进而调节涡轮转速，从而保持恒定的流速。
作为上述方法的一种改进，所述步骤1)具体为：
根据目标潮气量SetVt和总吸气时间Tinsp计算得到目标流速Qt为：
Qt＝SetVt/Tinsp；
根据气道阻力R和肺顺应值C，并结合目标流速Qt，计算得到目标压力Pt为：
Pt＝R*Qt+SetVt/C。
作为上述方法的一种改进，所述步骤2)具体为：
在总吸气时间内根据目标压力Pt实时计算每一时刻的涡轮输出压力值Pi为：
Pi＝VentT/Tinsp*Pt
其中，VentT为已运行的吸气时间；
由涡轮输出压力值Pi和目标流速Qt计算每一时刻的涡轮转速N为：
N＝a0+a1*Pi+a2*Qt+a3*Pi*Pi+a4*Pi*Qt+a5*Qt*Qt
其中，a0、a1、a2、a3、a4和a5为涡轮标校的各项系数。
一种涡轮呼吸机的容量通气控制***，所述***包括：目标压力输出模块、涡轮转速输出模块和涡轮转速调节模块；其中，
所述目标压力输出模块，用于根据目标潮气量和总吸气时间计算得到目标流速，根据气道阻力和肺顺应值，并结合目标流速计算得到目标压力；
所述涡轮转速输出模块，用于在总吸气时间内根据目标压力实时计算涡轮输出压力值，并结合目标流速计算得到涡轮转速；
所述涡轮转速调节模块，用于根据实时监测的流速值与目标流速的偏差值进行比例微分积分控制，通过调节涡轮的驱动电压，进而调节涡轮转速，从而保持恒定的流速。
作为上述***的一种改进，所述目标压力输出模块的具体实现过程为：
根据目标潮气量SetVt和总吸气时间Tinsp计算得到目标流速Qt为：
Qt＝SetVt/Tinsp；
根据气道阻力R和肺顺应值C，并结合目标流速Qt，计算得到目标压力Pt为：
Pt＝R*Qt+SetVt/C。
作为上述***的一种改进，所述涡轮转速输出模块的具体实现过程为：
在总吸气时间内根据目标压力Pt实时计算每一时刻的涡轮输出压力值Pi为：
Pi＝VentT/Tinsp*Pt
其中，VentT为已运行的吸气时间；
由涡轮输出压力值Pi和目标流速Qt计算每一时刻的涡轮转速N为：
N＝a0+a1*Pi+a2*Qt+a3*Pi*Pi+a4*Pi*Qt+a5*Qt*Qt
其中，a0、a1、a2、a3、a4和a5为涡轮标校的各项系数。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明提出的通气控制方法有效的改进了以往技术中还需要比例阀进行调节流速的方法，简化了气路结构，提高了涡轮的通气性能和控制精度，通过在呼吸机上的实际通气使用，涡轮控制通气效果准确可靠，达到了很好的效果。
附图说明
图1是本发明实施例1的涡轮呼吸机的容量通气控制方法的流程图；
图2是本发明实施例2的涡轮呼吸机的容量通气控制***组成框图。
附图标记
100、目标压力输出模块 200、涡轮转速输出模块
300、涡轮转速调节模块
具体实施方式
本发明的基本原理是根据目标流速实时调节涡轮转速，并结合压力上升曲线，使涡轮在吸气时间内输出稳定的恒定流速，达到容量控制恒流速的目标。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
如图1所示，本发明的实施例1提出了一种涡轮呼吸机的容量通气控制方法，具体步骤如下：
步骤1)为计算潮气量目标流速和目标压力阶段。首先根据潮气量和吸气时间计算目标流速：
Qt＝SetVt/Tinsp；
其中，Qt为目标流速，SetVt为目标潮气量,Tinsp为吸气时间。
根据气阻和顺应值计算目标压力：
Pt＝R*Qt+SetVt/C；
其中，Pt为目标压力，R为气道阻力，C为肺顺应性。
步骤2)在吸气过程中根据目标压力实时计算每一时刻的涡轮输出压力值：
Pi＝VentT/Tinsp*Pt；
其中，VentT为已运行的吸气时间，Tinsp为总吸气时间。
由Pi和Qt值计算每一时刻的涡轮转速：
N＝a0+a1*Pi+a2*Qt+a3*Pi*Pi+a4*Pi*Qt+a5*Qt*Qt，
其中，N为涡轮转速，Pi为实时气道压力，Qt为流速,a0,a1,a2,a3,a4,a5为涡轮标校的数据确定的各项系数。
步骤3)为实时调节阶段；
由涡轮转速N确定涡轮的驱动电压，然后逐步增加涡轮的驱动电压，使涡轮转速从低到高上升。根据实时监测的流速值Q与目标流速Qt的偏差值进行PID(ProportionalIntegral Derivative Control的简写，即比例微分积分控制)调节，即能够使涡轮实时调节转速，达到输出恒定流速的目标；
实施例2
如图2所示，本发明的实施例2提出了一种涡轮呼吸机的容量通气控制***。***包括：目标压力输出模块100、涡轮转速输出模块200和涡轮转速调节模块300；具体实现方法同实施例1。其中，
所述目标压力输出模块100，用于根据目标潮气量和总吸气时间计算得到目标流速，根据气道阻力和肺顺应值，并结合目标流速计算得到目标压力；
所述涡轮转速输出模块200，用于在总吸气时间内根据目标压力实时计算涡轮输出压力值，并结合目标流速计算得到涡轮转速；
所述涡轮转速调节模块300，用于根据实时监测的流速值与目标流速的偏差值进行比例微分积分控制，通过调节涡轮的驱动电压，进而调节涡轮转速，从而保持恒定的流速。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种涡轮呼吸机的容量通气控制方法，所述方法包括：
步骤1)根据目标潮气量和总吸气时间计算得到目标流速，根据气道阻力和肺顺应值，并结合目标流速计算得到目标压力；
步骤2)在总吸气时间内根据目标压力实时计算涡轮输出压力值，并结合目标流速计算得到涡轮转速；
步骤3)根据实时监测的流速值与目标流速的偏差值进行比例微分积分控制，通过调节涡轮的驱动电压，进而调节涡轮转速，从而保持恒定的流速。
2.根据权利要求1所述的涡轮呼吸机的容量通气控制方法，其特征在于，所述步骤1)具体为：
根据目标潮气量SetVt和总吸气时间Tinsp计算得到目标流速Qt为：
Qt＝SetVt/Tinsp；
根据气道阻力R和肺顺应值C，并结合目标流速Qt，计算得到目标压力Pt为：
Pt＝R*Qt+SetVt/C。
3.根据权利要求1所述的涡轮呼吸机的容量通气控制方法，其特征在于，所述步骤2)具体为：
在总吸气时间内根据目标压力Pt实时计算每一时刻的涡轮输出压力值Pi为：
Pi＝VentT/Tinsp*Pt
其中，VentT为已运行的吸气时间；
由涡轮输出压力值Pi和目标流速Qt计算每一时刻的涡轮转速N为：
N＝a0+a1*Pi+a2*Qt+a3*Pi*Pi+a4*Pi*Qt+a5*Qt*Qt
其中，a0、a1、a2、a3、a4和a5为涡轮标校的各项系数。
4.一种涡轮呼吸机的容量通气控制***，其特征在于，所述***包括：目标压力输出模块、涡轮转速输出模块和涡轮转速调节模块；其中，
所述目标压力输出模块，用于根据目标潮气量和总吸气时间计算得到目标流速，根据气道阻力和肺顺应值，并结合目标流速计算得到目标压力；
所述涡轮转速输出模块，用于在总吸气时间内根据目标压力实时计算涡轮输出压力值，并结合目标流速计算得到涡轮转速；
所述涡轮转速调节模块，用于根据实时监测的流速值与目标流速的偏差值进行比例微分积分控制，通过调节涡轮的驱动电压，进而调节涡轮转速，从而保持恒定的流速。
5.根据权利要求4所述的涡轮呼吸机的容量通气控制***，其特征在于，所述目标压力输出模块的具体实现过程为：
根据目标潮气量SetVt和总吸气时间Tinsp计算得到目标流速Qt为：
Qt＝SetVt/Tinsp；
根据气道阻力R和肺顺应值C，并结合目标流速Qt，计算得到目标压力Pt为：
Pt＝R*Qt+SetVt/C。
6.根据权利要求4所述的涡轮呼吸机的容量通气控制***，其特征在于，所述涡轮转速输出模块的具体实现过程为：
在总吸气时间内根据目标压力Pt实时计算每一时刻的涡轮输出压力值Pi为：
Pi＝VentT/Tinsp*Pt
其中，VentT为已运行的吸气时间；
由涡轮输出压力值Pi和目标流速Qt计算每一时刻的涡轮转速N为：
N＝a0+a1*Pi+a2*Qt+a3*Pi*Pi+a4*Pi*Qt+a5*Qt*Qt
其中，a0、a1、a2、a3、a4和a5为涡轮标校的各项系数。
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