CN115970109B - 呼吸换气预测预处理方法、呼吸机、控制器及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种呼吸换气预测预处理方法、呼吸机、控制器及存储介质，方法包括：对呼吸相位进行划分，其中流量均值大于+e1划分为吸气相、小于‑e1划分为呼气相、处于[‑e1，+e1]区间则划分为保持相；呼吸状态预测结果包含吸气末的预测呼气、预测二次吸气，以及呼气末的预测吸气、预测二次呼气；针对预测的不同呼吸状态进行预处理。本方案会根据所精准预测的不同呼吸状态来进行不同的精细化呼吸预处理，以此来提高患者舒适性，可以有效的减少呼气末期由于控制不稳带来的吸气误触发、吸气控制滞后切换慢导致的吸气困难、吸气末期释压不及时带来的呼气困难，缓解二次吸气时的吸气困难。

Description

呼吸换气预测预处理方法、呼吸机、控制器及存储介质

技术领域

本发明涉及呼吸测量、预测及控制技术领域，特别涉及一种呼吸换气预测预处理方法、呼吸机、控制器及存储介质。

背景技术

呼吸相位控制是呼吸机的重要性能，通常的做法是通过检测呼吸的气流变化，从而获得与患者相关的呼吸特征信息，根据该呼吸特征信息控制呼吸机跟随患者自主呼吸，从而使患者感觉到呼吸的顺畅和舒适性。通常来说，呼吸相位包含有呼气相、吸气相，呼气相（expiratory phase）是指呼吸机设定的完成呼气过程的时相，吸气相（inspiratoryphase）是指呼吸机设定的完成吸气过程的时相。其中呼吸相位的呼吸周期内与流量的关系示意可见附图1。

现有方案进行的呼吸控制采用流量值超过流量基准值的预设阈值，判断进入吸气呼气状态，以此进行单点切换，这种控制方式存在着控制滞后，从而会导致吸气初期吸气困难，呼气初期呼气困难，呼气末期容易抖动误触发吸气。若存在一些二次吸气、二次呼气的状况无法快速的自适应调整控制策略。二次吸气是指在吸气结束后短暂停留后再次进行吸气的情况；二次呼气是指在呼气结束后短暂停留后再次进行呼气的情况，二次吸气、二次呼气的周期短、发生的比较突然，现有方案无法很好得解决该问题。

如附图2所示，为患者呼吸时的流量变化图。实际上，不同人群的呼吸波形都是不一致的，在吸气结束或者呼气结束后，往往会有一定的暂停时间，在现有技术中，暂停时间即+e1～-e1之间的区域会被划分到吸气或者呼气控制中，会带来一定的误触发及控制滞后问题，则会产生如附图3中实线圆圈和虚线圆圈中显示的误触发和控制滞后，实际上表现出的误触发和控制滞后比图像中的更严重，这种情况下，用户的体验是较差的。

因此，如何研发出一种能够有效的减少呼气末期由于控制不稳带来的吸气误触发、吸气控制滞后切换慢导致的吸气困难、吸气末期释压不及时带来的呼气困难，以及缓解二次吸气时的吸气困难的方法及相关技术，便成为本发明所要研究解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种呼吸换气预测预处理方法、呼吸机、控制器及存储介质。

为达到上述目的，本发明的第一方面提出了一种呼吸换气预测预处理方法，该方法包括：

在呼吸机的呼吸相位控制中，针对呼吸机的流量均值设置上阈值+e1和下阈值-e1；在该呼吸相位控制中具有用于呼吸控制的正常呼吸控制参数；

对呼吸相位进行划分，其中流量均值大于+e1划分为吸气相，流量均值小于-e1划分为呼气相，流量均值处于[-e1，+e1]区间则划分为保持相；

以采样频率t进行流量采样；计算出相邻两个流量采样点的流量斜率；

对吸气相周期内的流量进行计算，得到吸气潮气量；对呼气相周期内的流量进行计算，得到呼气潮气量；

进入保持相后，根据连续采样中的流量斜率与潮气量数据进行呼吸状态预测；呼吸状态预测结果包含吸气末的预测呼气、预测二次吸气，以及呼气末的预测吸气、预测二次呼气；

针对预测的不同呼吸状态，进行以下预处理：

吸气末的预处理：

若预测呼气：将正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第一呼吸控制参数，第一呼吸控制参数在退出保持相、进入呼气相时生效，且持续一段时间后第一呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

若预测二次吸气：将正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第二呼吸控制参数，第二呼吸控制参数在退出保持相、进入吸气相时生效，且持续一段时间后第二呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

呼气末的预处理：

若预测吸气：将正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第三呼吸控制参数，第三呼吸控制参数在退出保持相、进入吸气相时生效，且持续一段时间后第三呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

若预测二次呼气：将正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第四呼吸控制参数，第四呼吸控制参数在退出保持相、进入呼气相时生效，且持续一段时间后第四呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数。

本发明的第二方面提出了一种呼吸机，所述呼吸机具有气路模块、检测模块、控制器；其中，

气路模块，其被配置成产生用于呼吸的可呼吸气流，可呼吸气流采用呼吸相位控制来调整正常呼吸控制参数；

检测模块，其被配置成至少用于以采样频率t进行流量采样；

控制器，其被配置成使用正常呼吸控制参数、第一呼吸控制参数、第二呼吸控制参数、第三呼吸控制参数或第四呼吸控制参数来进行呼吸相位控制，以改变所述气路模块中的可呼吸气流。

本发明的第三方面提出了一种控制器，所述控制器包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的控制程序，所述处理器执行所述控制程序时实现如第一方面所述的方法的步骤。

本发明的第四方面提出了一种存储介质，所述存储介质上存储有控制程序，所述控制程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如第一方面所述的方法的步骤。

本发明的有关内容解释如下：

1.通过本发明的上述技术方案的实施，针对现有呼气末期由于控制不稳带来的吸气误触发、吸气控制滞后切换慢导致的吸气困难、吸气末期释压不及时带来的呼气困难，以及缓解二次吸气时的吸气困难，在呼吸相位控制的呼吸相位划分上，特别的提出了除吸气相、呼气相之外的第三种状态，保持相，用此呼吸相位划分方式增加呼吸控制方式，核心是保持相的呼吸预测及预处理；在进行呼吸预测时，使用的是连续采样中的流量斜率与潮气量数据进行呼吸状态预测，采用连续采样中的多个K值联合判断，当连续的多个流量斜率均大于或者小于相关数值才预测呼吸状态，以此来减少判断误差；同时，由于在-e1～+e1内可能存在气流抖动，导致即使连续多个流量斜率在其中一种区间内，仍然存在预测呼吸错误的可能，因此引入潮气量与流量斜率相结合判断的方式，来进一步避免判断误差；在进行呼吸预处理控制时，是根据所精准预测的不同呼吸状态来进行不同的精细化呼吸预处理，可以有效、及时并准确得进行呼吸控制，以此来提高患者舒适性，可以有效的减少呼气末期由于控制不稳带来的吸气误触发、吸气控制滞后切换慢导致的吸气困难、吸气末期释压不及时带来的呼气困难，缓解二次吸气时的吸气困难。

2.在上述技术方案的第一方面中，流量斜率K=（当前采样点流量-前一采样点流量）/采样频率；

在呼吸机中设定有吸气末的斜率阈值K1、斜率阈值K2，呼气末的斜率阈值K3、斜率阈值K4，以及设定有预计潮气量TV；

根据吸气末的斜率阈值K1、斜率阈值K2，呼气末的斜率阈值K3、斜率阈值K4，流量斜率K，以及预计潮气量TV、吸气潮气量TV1、呼气潮气量TV2，来进行呼吸状态预测、预处理。

3.在上述技术方案的第一方面中，在根据连续采样中的流量斜率与潮气量数据进行呼吸状态预测的步骤中，包含以下判断和预测：

吸气末：

若K小于K1且TV1>N1*TV，则预测呼气；

若K大于K2且TV1<N1*TV，则预测二次吸气；

呼气末：

若K大于K3且TV2>N2*TV1，则预测吸气；

若K小于K4且TV2<N2*TV1，则预测二次呼气；

其中N1为用户在正常呼吸下的潮气量与预计潮气量的百分比，N2为根据误差修正后的用户在正常呼吸下的潮气量与预计潮气量的百分比。

4.在上述技术方案的第一方面中，所述呼吸机的呼吸相位控制采用控制PWM（脉冲宽度调制）的形式，PWM1=PWM2+(F1-Fave)*a；

其中PWM1为实际下发的PWM值，PWM2为标准连接下输出压力的PWM值，F1为实时的流量值，Fave为一段时间T内的平均流量，a为正常呼吸控制系数。

5.在上述技术方案的第一方面中，在吸气末的控制过程中：

预测呼气的参数调整方式为，将正常呼吸控制系数a调整为第一呼吸控制系数A1，其中，A1=a*(TV1/(N1*TV))；当呼气的第一呼吸控制系数A1持续一段时间至呼气潮气量TV2>50%TV1时，第一呼吸控制系数A1生效时间停止，恢复至正常呼吸控制系数a；

预测二次吸气的参数调整方式为，将正常呼吸控制系数a调整为第二呼吸控制系数A2，其中，A2=a*(N1*TV-TV1)/(N1*TV)，当二次吸气的第二呼吸控制系数A2持续一段时间至二次吸气潮气量TV3>50%(TV-TV1)时，第二呼吸控制系数A2生效时间停止，恢复至正常呼吸控制系数a；二次吸气潮气量TV3等同于吸气潮气量TV1；

在呼气末的控制过程中：

预测吸气的参数调整方式为，将正常呼吸控制系数a调整为第三呼吸控制系数A3，其中，A3=a*(1+(TV-TV1)/TV)；当吸气的第三呼吸控制系数A3持续一段时间至吸气潮气量TV1>50%TV时，第三呼吸控制系数A3生效时间停止，恢复至正常呼吸控制系数a；

预测二次呼气的参数调整方式为，将正常呼吸控制系数a调整为第四呼吸控制系数A4，其中，A4=a*(1+(TV2-TV1)/TV1)；当二次呼气的第四呼吸控制系数A4持续一段时间至二次呼气潮气量TV4>50%(TV1-TV2)时，第四呼吸控制系数A4生效时间停止，恢复至正常呼吸控制系数a；二次呼气潮气量TV4等同于呼气潮气量TV2。

6.在上述技术方案的第一方面中，对吸气相的流量进行积分计算，得到吸气潮气量TV1，TV1=(Fa-Fave)*t+(Fb-Fave)*t+...+(Fx-Fave)*t，该公式中的Fa~Fx代指吸气相的周期内各个流量采样值；TV3=TV1；

对呼气相的流量进行积分计算，得到呼气潮气量TV2，TV2=(Fa-Fave)*t+(Fb-Fave)*t+...+(Fx-Fave)*t，该公式中的Fa~Fx代指呼气相的周期内各个流量采样值；TV4=TV2。

7.在上述技术方案的第二方面中，所述控制器被配置成，用来执行以下方法步骤：所述控制器被配置成，用来执行以下方法步骤：

针对预测的不同呼吸状态，进行以下预处理控制：

吸气末的预处理控制：

若预测呼气：将气路模块的正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第一呼吸控制参数，第一呼吸控制参数在退出保持相、进入呼气相时生效，且持续一段时间后第一呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

若预测二次吸气：将气路模块的正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第二呼吸控制参数，第二呼吸控制参数在退出保持相、进入吸气相时生效，且持续一段时间后第二呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

吸气末的预处理控制：

若预测吸气：将气路模块的正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第三呼吸控制参数，第三呼吸控制参数在退出保持相、进入吸气相时生效，且持续一段时间后第三呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

若预测二次呼气：将气路模块的正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第四呼吸控制参数，第四呼吸控制参数在退出保持相、进入呼气相时生效，且持续一段时间后第四呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数。

8.在本发明的技术方案中，在流量均值上下设置阈值，+e1和-e1，阈值的选取方式可采用动态阈值法，具体方法参考专利CN114209940A基于动态阈值的呼吸机呼吸相位控制方法。

9.在本发明的技术方案中，正常呼吸控制参数包括正常呼吸控制系数a，还可关联为与呼吸控制相关呼吸气流压力、流量、阀门开关度等。

10.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

11.在本发明中，术语“中心”、“上”、“下”、“轴向”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置装配关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

12. 此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

由于上述方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：

本发明针对现有呼气末期由于控制不稳带来的吸气误触发、吸气控制滞后切换慢导致的吸气困难、吸气末期释压不及时带来的呼气困难，以及缓解二次吸气时的吸气困难，在呼吸相位控制的呼吸相位划分上，特别的提出了除吸气相、呼气相之外的第三种状态，保持相，用此呼吸相位划分方式增加呼吸控制方式，核心是保持相的呼吸预测及预处理；在进行呼吸预测时，使用的是连续采样中的流量斜率与潮气量数据进行呼吸状态预测，采用连续采样中的多个K值联合判断，当连续的多个流量斜率均大于或者小于相关数值才预测呼吸状态，以此来减少判断误差；同时，由于在-e1～+e1内可能存在气流抖动，导致即使连续多个流量斜率在其中一种区间内，仍然存在预测呼吸错误的可能，因此引入潮气量与流量斜率相结合判断的方式，来进一步避免判断误差；在进行呼吸预处理控制时，是根据所精准预测的不同呼吸状态来进行不同的精细化呼吸预处理，可以有效、及时并准确得进行呼吸控制，以此来提高患者舒适性，可以有效的减少呼气末期由于控制不稳带来的吸气误触发、吸气控制滞后切换慢导致的吸气困难、吸气末期释压不及时带来的呼气困难，缓解二次吸气时的吸气困难。

附图说明

图1为现有技术方案中呼吸相位的呼吸周期内与流量的关系示意图；

图2为患者呼吸时的流量变化图；

图3为现有技术方案中患者呼吸时所存在误触发和控制滞后的波形示意图；

图4为本发明实施例的呼吸相位划分示意图；

图5为介入本发明技术方案前和介入后的呼吸波形图（一）；

图6为介入本发明技术方案前和介入后的呼吸波形图（二）。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

在本发明实施例一中，提出了一种用于呼吸机的呼吸换气预测预处理方法，该方法包括：

在呼吸机的呼吸相位控制中，针对呼吸机的流量均值设置上阈值+e1和下阈值-e1；在该呼吸相位控制中具有用于呼吸控制的正常呼吸控制参数；

对呼吸相位进行划分，其中流量均值大于+e1划分为吸气相，流量均值小于-e1划分为呼气相，流量均值处于[-e1，+e1]区间则划分为保持相；

以采样频率t进行流量采样；计算出相邻两个流量采样点的流量斜率K，流量斜率K=（当前采样点流量-前一采样点流量）/采样频率；

对吸气相周期内的流量进行计算，得到吸气潮气量；对呼气相周期内的流量进行计算，得到呼气潮气量；

进入保持相后，根据连续采样中的流量斜率与潮气量数据进行呼吸状态预测；呼吸状态预测结果包含吸气末的预测呼气、预测二次吸气，以及呼气末的预测吸气、预测二次呼气；

针对预测的不同呼吸状态，进行以下预处理：

吸气末的预处理：

若预测呼气：将正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第一呼吸控制参数，第一呼吸控制参数在退出保持相、进入呼气相时生效，且持续一段时间后第一呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

若预测二次吸气：将正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第二呼吸控制参数，第二呼吸控制参数在退出保持相、进入吸气相时生效，且持续一段时间后第二呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

呼气末的预处理：

若预测吸气：将正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第三呼吸控制参数，第三呼吸控制参数在退出保持相、进入吸气相时生效，且持续一段时间后第三呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

若预测二次呼气：将正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第四呼吸控制参数，第四呼吸控制参数在退出保持相、进入呼气相时生效，且持续一段时间后第四呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数。

在本发明的实施例中，所述呼吸机的呼吸相位控制采用控制PWM的形式，PWM1=PWM2+(F1-Fave)*a；

其中PWM1为实际下发的PWM值，PWM2为标准连接下输出压力的PWM值，F1为实时的流量值，Fave为一段时间T内的平均流量，a为正常呼吸控制系数。

在上述实施例一中，在呼吸机中设定有吸气末的斜率阈值K1、斜率阈值K2，呼气末的斜率阈值K3、斜率阈值K4，以及设定有预计潮气量TV；根据吸气末的斜率阈值K1、斜率阈值K2，呼气末的斜率阈值K3、斜率阈值K4，流量斜率K，以及预计潮气量TV、吸气潮气量TV1、呼气潮气量TV2，来进行呼吸状态预测、预处理。

在上述实施例一中，进入保持相后，根据连续采样中的流量斜率与潮气量数据进行呼吸状态预测；呼吸状态预测结果包含吸气末的预测呼气、预测二次吸气，以及呼气末的预测吸气、预测二次呼气。呼吸预测的步骤中包含以下判断和预测：

吸气末：

若K小于K1且TV1>N1*TV，则预测呼气；

若K大于K2且TV1<N1*TV，则预测二次吸气；

呼气末：

若K大于K3且TV2>N2*TV1，则预测吸气；

若K小于K4且TV2<N2*TV1，则预测二次呼气；

其中N1为用户在正常呼吸下的潮气量与预计潮气量的百分比，N2为根据误差修正后的用户在正常呼吸下的潮气量与预计潮气量的百分比。

在上述实施例一中，在吸气末的控制过程中：

预测呼气的参数调整方式为，将正常呼吸控制系数a调整为第一呼吸控制系数A1，其中，A1=a*(TV1/(N1*TV))；当呼气的第一呼吸控制系数A1持续一段时间至呼气潮气量TV2>50%TV1时，第一呼吸控制系数A1生效时间停止，恢复至正常呼吸控制系数a；

预测二次吸气的参数调整方式为，将正常呼吸控制系数a调整为第二呼吸控制系数A2，其中，A2=a*(N1*TV-TV1)/(N1*TV)，当二次吸气的第二呼吸控制系数A2持续一段时间至二次吸气潮气量TV3>50%(TV-TV1)时，第二呼吸控制系数A2生效时间停止，恢复至正常呼吸控制系数a；二次吸气潮气量TV3等同于吸气潮气量TV1；

在呼气末的控制过程中：

预测吸气的参数调整方式为，将正常呼吸控制系数a调整为第三呼吸控制系数A3，其中，A3=a*(1+(TV-TV1)/TV)；当吸气的第三呼吸控制系数A3持续一段时间至吸气潮气量TV1>50%TV时，第三呼吸控制系数A3生效时间停止，恢复至正常呼吸控制系数a；

预测二次呼气的参数调整方式为，将正常呼吸控制系数a调整为第四呼吸控制系数A4，其中，A4=a*(1+(TV2-TV1)/TV1)；当二次呼气的第四呼吸控制系数A4持续一段时间至二次呼气潮气量TV4>50%(TV1-TV2)时，第四呼吸控制系数A4生效时间停止，恢复至正常呼吸控制系数a；二次呼气潮气量TV4等同于呼气潮气量TV2。

下面以其中一种较佳实施例为例，展开详细说明。

本发明较佳实施例中，提供了一种呼吸过程的呼吸相位的划分方式，提出了除吸气相、呼气相之外的第三种状态，保持相，用此呼吸相位划分方式增加呼吸控制方式，核心是保持相的呼吸状态预测及预处理。

区间划分方式如下：

在流量均值上下上阈值+e1和下阈值-e1，上阈值+e1和下阈值-e1的选取方式可采用动态阈值法，具体方法可参考已公开的专利CN114209940A基于动态阈值的呼吸机呼吸相位控制方法。

参见附图4所示，呼吸相位区间划分：吸气相的流量F大于+e1，保持相流量F在[-e1，+e1]，呼气相流量F小于-e1，原有的吸气呼气控制方式为PWM1=PWM2+(F1-Fave)*a保持不变，现对增加的保持相进行描述。

保持相进入条件，流量处于[-e1，+e1]区间。在保持相内，进行呼吸状态预测，此阶段预测的后续呼吸存在：吸气末呼气的呼气、二次吸气，分别对应的呼吸机状态：需要提前释压、增大压力；以及呼气末的吸气、二次呼气。

吸状态预测的方法：流量采样频率暂定为2ms一次，即t=2ms，进入保持相后，采用流量斜率以及潮气量相结合的方式来进行呼吸预测。

记录采样值，通过采集相邻两个流量采样点的流量Fa和Fb，计算斜率K=(Fa-Fb)/t，当斜率K小于吸气末阈值K1，或者小于呼气末阈值K4，认为即将呼气，当K大于吸气末阈值K2，或者大于呼气末阈值K3，认为吸气，为了减少K判断误差，采用连续采样中的计算出的连续多个K值联合判断，例如KA、KB、KC为连续采样计算的连续的三个斜率，当KA、KB、KC均小于吸气末阈值K1，才预测为呼气，其中阈值K1、K2、K3、K4为测试经验值。

但是由于在-e1~+e1内可能存在气流抖动，导致即使连续多个K在其中一种区间内，仍然存在预测呼吸错误的可能，因此引入潮气量与流量斜率相结合判断，因此对吸气相和呼气相的流量进行积分计算，得到吸气相、呼气相内的潮气量TV1、TV2，将计算出的吸气潮气量TV1、呼气潮气量TV2，吸气末与预计潮气量TV的N1进行比较，预测呼吸状态，呼气末TV2与TV1的N2（百分比）进行比较预测呼吸状态。

N1，暂定为85%，N1的取值根据大量实验数据测得不同的人群在正常呼吸下的潮气量与预计潮气量（体重*（8~10ml/kg））的百分比；

N2暂定为90%，理论上TV1=TV2，但是实际上由于采样误差，呼吸死腔等原因，预留5%的误差。

吸气潮气量TV1，吸气流量积分计算：TV1=(Fa-Fave)*2ms+(Fb-Fave)*2ms+...+(Fx-Fave)*2ms；

二次吸气潮气量TV3计算方式同TV1，TV3=(Fa-Fave)*2ms+(Fb-Fave)*2ms+...+(Fx-Fave)*2ms；

呼气潮气量TV2，呼气流量积分计算：TV2=(Fa-Fave)*2ms+(Fb-Fave)*2ms+...+(Fx-Fave)*2ms；

二次呼气潮气量TV4计算方式同TV2，TV4=(Fa-Fave)*2ms+(Fb-Fave)*2ms+...+(Fx-Fave)*2ms；

Fa~Fx代指吸气或者呼气内的各个采样的流量。

预计潮气量计算方法为：在呼吸机上增加体重输入功能，TV=（8~10ml/kg*体重G），暂定取TV=9ml/kg*体重G；

呼吸状态预测：

吸气末：

若K小于K1且TV1>N1*TV，则预测呼气；

若K大于K2且TV1<N1*TV，则预测二次吸气；

呼气末：

若K大于K3且TV2>N2*TV1，则预测吸气；

若K小于K4且TV2<N2*TV1，则预测二次呼气。

针对预测的不同的呼吸状态，提供不同的预处理：

吸气末的相应控制过程：

预测呼气：改变其正常呼吸控制系数a，改变后的系数记为第一呼吸控制系数A1，且A1在退出保持相位、进入呼气相时生效，且持续一段时间，当呼气潮气量TV2>50%TV1时，A1生效时间停止，系数恢复原有的a；

系数改变方法为：A1=a*(TV1/(N1*TV))。

预测二次吸气：改变其正常呼吸控制系数a，改变后的系数记为第二呼吸控制系数A2，且A2在退出保持相位、进入吸气相时生效，且持续一段时间，当二次吸气的TV3>50%(TV-TV1)时，A2生效时间停止，系数恢复原有的a；

系数改变方法为：A2=a*(N1*TV-TV1)/(N1*TV)；

TV3计算方式同TV1，TV3=(Fa-Fave)*2ms+(Fb-Fave)*2ms+...+(Fx-Fave)*2ms。

呼气末的相应控制过程：

预测吸气：

改变其正常呼吸控制系数a，改变后的系数记为第三呼吸控制系数A3，且A3在退出保持相位、进入吸气相时生效，且持续一段时间，当吸气的TV1>50%TV时，A3生效时间停止，系数恢复原有的a；

系数改变方法为：A3=a*(1+(TV-TV1)/TV)。

预测二次呼气：改变其正常呼吸控制系数a，改变后的系数记为第四呼吸控制系数A4，且A4在退出保持相位、进入呼气相时生效，且持续一段时间，当二次呼气的TV4>50%(TV1-TV2)时，A4生效时间停止，系数恢复原有的a。

系数改变方法为：A4=a*(1+(TV2-TV1)/TV1)；

TV4计算方式同TV2，TV4=(Fa-Fave)*2ms+(Fb-Fave)*2ms+...+(Fx-Fave)*2ms。

在以上的较佳实施例中，不在预测结果内的其他情况均用原有的系数a进行控制。

实施例二

本发明实施例二公开了一种呼吸机，用于实施如本发明实施例一所述的呼吸换气预测预处理方法，所述呼吸机具有气路模块、检测模块、控制器；其中，

气路模块，其被配置成产生用于呼吸的可呼吸气流，可呼吸气流采用呼吸相位控制来调整正常呼吸控制参数；

检测模块，其被配置成至少用于以采样频率t进行流量采样；

控制器，其被配置成使用正常呼吸控制参数、第一呼吸控制参数、第二呼吸控制参数、第三呼吸控制参数或第四呼吸控制参数来进行呼吸相位控制，以改变所述气路模块中的可呼吸气流。

在本发明实施例二中，所述控制器被配置成，用来执行以下方法步骤：

针对预测的不同呼吸状态，进行以下预处理控制：

吸气末的预处理控制：

若预测呼气：将气路模块的正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第一呼吸控制参数，第一呼吸控制参数在退出保持相、进入呼气相时生效，且持续一段时间后第一呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

若预测二次吸气：将气路模块的正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第二呼吸控制参数，第二呼吸控制参数在退出保持相、进入吸气相时生效，且持续一段时间后第二呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

吸气末的预处理控制：

若预测吸气：将气路模块的正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第三呼吸控制参数，第三呼吸控制参数在退出保持相、进入吸气相时生效，且持续一段时间后第三呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

若预测二次呼气：将气路模块的正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第四呼吸控制参数，第四呼吸控制参数在退出保持相、进入呼气相时生效，且持续一段时间后第四呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数。

实施例三

本发明实施例三公开了一种控制器，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的控制程序，所述处理器执行所述控制程序时实现实施例一所述的方法的步骤。

实施例四

本发明实施例四还公开了一种控制存储介质，所述控制存储介质上存储有控制程序，所述控制程序被处理器执行时，使得所述处理器执行实施例一所述的方法的步骤。

下面以现有技术、本发明方案进行试验，在同一个模拟肺中进行模拟使用，得出介入本发明技术方案前和介入后的呼吸波形图，分别为附图5和附图6，本方案在划分出的保持相内，进行的“吸气末的预测呼气、预测二次吸气”、“呼气末的预测吸气、预测二次呼气”，并进行对应的预处理，图5、图6中的A为吸气末呼气，B为呼气末吸气，C为吸气末二次吸气，D为呼气末二次呼气，线型为实线的曲线为介入前的呼吸波形曲线，线型为点线的曲线为介入后的呼吸波形曲线，从图5、图6的两者曲线对比中可明显看出，经过预处理介入后，根据所精准预测的不同呼吸状态来进行不同的精细化呼吸预处理，波形发生了明显的变化，更加接近理想状态下的人体呼吸节奏，对于在保持相内的控制更加精确、稳定，因此可以有效、及时并准确得进行呼吸控制，以此来提高患者舒适性，可以有效的减少呼气末期由于控制不稳带来的吸气误触发、吸气控制滞后切换慢导致的吸气困难、吸气末期释压不及时带来的呼气困难，缓解二次吸气时的吸气困难。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种呼吸机，其特征在于：所述呼吸机具有气路模块、检测模块、控制器；其中，

气路模块，其被配置成产生用于呼吸的可呼吸气流，可呼吸气流采用呼吸相位控制来调整正常呼吸控制参数；

检测模块，其被配置成至少用于以采样频率t进行流量采样；

控制器，其被配置成使用正常呼吸控制参数、第一呼吸控制参数、第二呼吸控制参数、第三呼吸控制参数或第四呼吸控制参数来进行呼吸相位控制，以改变所述气路模块中的可呼吸气流；

在呼吸机的呼吸相位控制中，针对呼吸机的流量均值设置上阈值+e1和下阈值-e1；在该呼吸相位控制中具有用于呼吸控制的正常呼吸控制参数；在呼吸机中设定有吸气末的斜率阈值K1、斜率阈值K2，呼气末的斜率阈值K3、斜率阈值K4，以及设定有预计潮气量TV；根据吸气末的斜率阈值K1、斜率阈值K2，呼气末的斜率阈值K3、斜率阈值K4，流量斜率K，以及预计潮气量TV、吸气潮气量TV1、呼气潮气量TV2，来进行呼吸状态预测、预处理；

对呼吸相位进行划分，其中流量均值大于+e1划分为吸气相，流量均值小于-e1划分为呼气相，流量均值处于[-e1，+e1]区间则划分为保持相；

以采样频率t进行流量采样；计算出相邻两个流量采样点的流量斜率K，流量斜率K=（当前采样点流量-前一采样点流量）/采样频率；

对吸气相周期内的流量进行计算，得到吸气潮气量；对呼气相周期内的流量进行计算，得到呼气潮气量；

进入保持相后，根据连续采样中的流量斜率与潮气量数据进行呼吸状态预测，包含以下判断和预测：

吸气末：

若K小于K1且TV1>N1*TV，则预测呼气；

若K大于K2且TV1<N1*TV，则预测二次吸气；

呼气末：

若K大于K3且TV2>N2*TV1，则预测吸气；

若K小于K4且TV2<N2*TV1，则预测二次呼气；

其中N1为用户在正常呼吸下的潮气量与预计潮气量的百分比，N2为根据误差修正后的用户在正常呼吸下的潮气量与预计潮气量的百分比；

针对预测的不同呼吸状态，进行以下预处理：

吸气末的预处理：

若预测呼气：将正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第一呼吸控制参数，第一呼吸控制参数在退出保持相、进入呼气相时生效，且持续一段时间后第一呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

若预测二次吸气：将正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第二呼吸控制参数，第二呼吸控制参数在退出保持相、进入吸气相时生效，且持续一段时间后第二呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

呼气末的预处理：

若预测吸气：将正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第三呼吸控制参数，第三呼吸控制参数在退出保持相、进入吸气相时生效，且持续一段时间后第三呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数；

若预测二次呼气：将正常呼吸控制参数调整为与正常呼吸控制参数不同的第四呼吸控制参数，第四呼吸控制参数在退出保持相、进入呼气相时生效，且持续一段时间后第四呼吸控制参数生效时间停止，恢复至原有的正常呼吸控制参数。

2.根据权利要求1所述的呼吸机，其特征在于：所述呼吸机的呼吸相位控制采用控制PWM的形式，PWM1=PWM2+(F1-Fave)*a；

其中PWM1为实际下发的PWM值，PWM2为标准连接下输出压力的PWM值，F1为实时的流量值，Fave为一段时间T内的平均流量，a为正常呼吸控制系数。

3.根据权利要求2所述的呼吸机，其特征在于：

在吸气末的控制过程中：

预测呼气的参数调整方式为，将正常呼吸控制系数a调整为第一呼吸控制系数A1，其中，A1=a*(TV1/(N1*TV))；当呼气的第一呼吸控制系数A1持续一段时间至呼气潮气量TV2>50%TV1时，第一呼吸控制系数A1生效时间停止，恢复至正常呼吸控制系数a；

预测二次吸气的参数调整方式为，将正常呼吸控制系数a调整为第二呼吸控制系数A2，其中，A2=a*(N1*TV-TV1)/(N1*TV)，当二次吸气的第二呼吸控制系数A2持续一段时间至二次吸气潮气量TV3>50%(TV-TV1)时，第二呼吸控制系数A2生效时间停止，恢复至正常呼吸控制系数a；二次吸气潮气量TV3等同于吸气潮气量TV1；

在呼气末的控制过程中：

预测吸气的参数调整方式为，将正常呼吸控制系数a调整为第三呼吸控制系数A3，其中，A3=a*(1+(TV-TV1)/TV)；当吸气的第三呼吸控制系数A3持续一段时间至吸气潮气量TV1>50%TV时，第三呼吸控制系数A3生效时间停止，恢复至正常呼吸控制系数a；

预测二次呼气的参数调整方式为，将正常呼吸控制系数a调整为第四呼吸控制系数A4，其中，A4=a*(1+(TV2-TV1)/TV1)；当二次呼气的第四呼吸控制系数A4持续一段时间至二次呼气潮气量TV4>50%(TV1-TV2)时，第四呼吸控制系数A4生效时间停止，恢复至正常呼吸控制系数a；二次呼气潮气量TV4等同于呼气潮气量TV2。

4.根据权利要求3所述的呼吸机，其特征在于：

对吸气相的流量进行积分计算，得到吸气潮气量TV1，TV1=(Fa-Fave)*t+(Fb-Fave)*t+...+(Fx-Fave)*t，该公式中的Fa~Fx代指吸气相的周期内各个流量采样值；TV3=TV1；

对呼气相的流量进行积分计算，得到呼气潮气量TV2，TV2=(Fa-Fave)*t+(Fb-Fave)*t+...+(Fx-Fave)*t，该公式中的Fa~Fx代指呼气相的周期内各个流量采样值；TV4=TV2。