一种双水平呼吸机的潮气量检测装置的制作方法

1.本实用新型涉及呼吸机技术领域，尤其涉及双水平呼吸机的潮气量检测。


背景技术：

2.呼吸机是一种能够起到预防和治疗呼吸衰竭，减少并发症，改善患者通气和换气功能，挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备。特别是在包括新冠肺炎在内的肺部相关疾病的治疗过程中，呼吸机的作用几乎是无可替代的。
3.如本领域技术人员所知悉的，相比于单水平呼吸机只能提供一个气道正压，双水平呼吸机可以为患者提供两个不同的气道正压，当患者吸气时提供较高的压力以利于吸气，当患者呼气时则提供较低的压力，以保证患者呼吸顺畅，可以为患者提供更好的舒适性和治疗效果。双水平呼吸机具有多个可调节的工作参数，主要包括潮气量、压力、流速、呼吸频率等，其中潮气量是指人每次吸气或者是呼出气体的容量。
4.目前呼吸机通气模式主要包括压力控制通气模式和容量控制模式。压力控制是呼吸机以预设的气道压力来管理通气，潮气量主要由气道压力与呼气末正压差、吸气时间及患者的气道阻力及胸肺顺应性决定。容量控制是以预设的通气量来管理通气，以保持潮气量恒定，而潮气量大小由分钟呼出通气量、通气频率或分钟吸气流量、吸气时间决定。医护人员会根据患者使用呼吸机时的潮气量、实时呼吸频率以及分钟通气量等信息，来帮患者调节设备的压力支持，让患者的治疗效果达到最佳。而无论哪种通气模式的控制方法，都需对潮气量进行检测确认。
5.目前双水平呼吸机中常用的潮气量检测计算方法主要沿用单水平呼吸机的潮气量计算原理，以cn 110975089 a这篇专利为例，其主要通过计算一条基础流速与瞬时流速之间的差值，然后进行积分得到吸气潮气量和呼气潮气量；单水平呼吸机只会输出一个治疗压力，而双水平呼吸机会输出吸气输出压和呼气输出压两个治疗压力，根据pid算法快速进行压力切换。现有的潮气量主要忽略了吸气输出气压和呼气输出气压的影响，呼吸机检测到吸气动作之后，会迅速将压力从呼气压力切换到吸气压力，所以后续吸气时的管道瞬时流速都是在吸气相基础流速上变化的，呼气转吸气时的原理一样；所以吸气压和呼气压之间的气体容积不应该考虑到潮气量的计算范围内，否则将导致计算出来的潮气量存在很大的误差。同时，在呼吸机使用过程中还会出现面罩松脱等非故意漏气等，这些也会导致潮气量检测失真。
6.因此迫切需要一种更准确的潮气量检测装置来提升潮气量检测精度，从而改善双水平呼吸机的治疗效果。


技术实现要素：

7.本实用新型的主要目的在于提供一种双水平呼吸机的潮气量检测装置，相比于现有技术，本实用新型旨在解决现有潮气量检测装置忽略了双水平呼吸机的吸气相基础流和呼气相基础流的影响，导致检测的潮气量存在很大误差的技术问题。
8.为实现上述目的，根据本实用新型的潮气量检测装置采用了一种更加准确的检测方法，其包括以下步骤：
9.步骤1：获取呼吸机目标压力，并以时间间隔δt实时采集呼吸机的瞬时流速f，对瞬时流速进行滑动平均滤波；
10.步骤2：根据所述目标压力获取呼吸机吸气相及呼气相的基础流速l1及l2；
11.步骤3：获取瞬时流速f等于吸气相基础流速l1的时刻、以及瞬时流速f等于呼气相基础流速l2的时刻，得到吸气相时间阈值ti和呼气相时间阈值te；
12.步骤4：计算吸气相时间内瞬时流速f与吸气相基础流速l1之间的流速差值f1，呼气相时间内瞬时流速f与呼气相基础流速l2之间的差值f2；
13.步骤5：根据所述吸气相时间阈值t1和流速差值f1进行积分运算，得到吸气潮气量vi，根据呼气相时间阈值t2和流速差值f2之间的积分运算，得到呼气潮气量ve。
14.步骤6：根据vi和ve调整吸气相和呼气相的基础流速l1和l2，用来校正潮气量检测误差。
15.其中，本领域公知的是，呼吸机目标压力设计成由用户根据个人情况来设定。
16.优选地，所述步骤2中获取呼吸机吸气相及呼气相的基础流速l1及l2的步骤，包括：
17.获取目标压力；
18.根据所述目标压力获取相应的基础流速。
19.优选地，所述步骤6中根据vi和ve调整吸气相调整吸气相和呼气相的基础流速l1和l2的步骤，包括：
20.提取根据瞬时流速生成的流速曲线和所述吸气相基础流速曲线交叉点处的流速曲线斜率θ1、θ2，以及与呼气相基础流速曲线交叉点处的流速曲线斜率θ3、θ4；
21.计算吸气潮气量和呼气潮气量之间的平均误差
22.当吸气潮气量vi大于呼气潮气量ve：
23.吸气相基础流速l1的校准因子为更新后的吸气相基础流速为l1+mq1；
24.呼气相基础流速l2的校准因子为更新后的呼气相基础流速为l2+mq2；
25.当吸气潮气量vi小于呼气潮气量ve：
26.吸气相基础流速l1的校准因子为更新后的吸气相基础流速为l
1-mq3；
27.呼气相基础流速l2的校准因子为更新后的呼气相基础流速为l
2-mq4；
28.相应的，根据本实用新型的双水平呼吸机的潮气量检测装置，其包括：
29.呼吸机数据获取模块101，用于获取所述双水平呼吸机的目标压力，并以时间间隔δt实时采集呼吸机的瞬时流速f，对瞬时流速进行滑动平均滤波；
30.基础流速获取模块102，用于根据所述目标压力来获取呼吸机吸气相及呼气相的基础流速l1及l2；
31.时间阈值获取模块103，用于获取瞬时流速f等于吸气相基础流速l1的时刻、以及瞬时流速f等于呼气相基础流速l2的时刻，得到吸气相时间阈值ti和呼气相时间阈值te；
32.流速曲线斜率计算模块104,用于计算吸气相时间内瞬时流速f与吸气相基础流速l1之间的流速差值f1，呼气相时间内瞬时流速f与呼气相基础流速l2之间的差值f2；
33.潮气量计算模块105,用于根据所述吸气相时间阈值t1和流速差值f1进行积分运算，得到吸气潮气量vi，根据呼气相时间阈值t2和流速差值f2之间的积分运算，得到呼气潮气量ve。
34.基础流速校准模块106，根据vi和ve调整吸气相和呼气相的基础流速l1和l2，用来校正潮气量检测误差。
35.本实用新型综合考虑了吸气基础流速以及呼气基础流速对潮气量的影响，在双水平呼吸机中吸气和呼气转换过程都是一瞬间完成的，根据pid算法的调控作用，所以瞬时气流会在吸气相和呼气相基础流速之间快速切换，因此基础流速之间部分的气体容积不应计入到潮气量的计算中，这样计算出的潮气量才会更加精确，来帮患者调节呼吸机设备的压力支持，让患者的治疗效果达到最佳。同时，每次更新的呼吸相的基础流速对于呼吸机呼吸触发和撤换算法来说，也是能起到决定性作用的重要参数。
附图说明
36.图1为根据本实用新型的呼吸机潮气量检测装置所采用的检测方法的流程图；
37.图2为根据本实用新型的呼吸机潮气量检测装置的原理示意图；
38.图3为根据本实用新型的呼吸机潮气量检测装置的原理示意图；
39.图4为根据本实用新型的呼吸机潮气量检测装置的功能模块示意图。
具体实施方式
40.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
41.如图1所示，本实用新型提供一种双水平呼吸机的潮气量检测装置，其采用的检测方法包括以下步骤：步骤1(s100)：获取呼吸机目标压力，并以时间间隔δt实时采集呼吸机的瞬时流速f，对瞬时流速进行滑动平均滤波；步骤2(s200)：根据所述目标压力获取呼吸机吸气相及呼气相的基础流速l1及l2；步骤3(s300)：获取瞬时流速f等于吸气相基础流速l1的时刻、以及瞬时流速f等于呼气相基础流速l2的时刻，得到吸气相时间阈值ti和呼气相时间阈值te；步骤4(s400)：计算吸气相时间内瞬时流速f与吸气相基础流速l1之间的流速差值f1，呼气相时间内瞬时流速f与呼气相基础流速l2之间的差值f2；步骤5(s500)：根据所述吸气相时间阈值t1和流速差值f1进行积分运算，得到吸气潮气量vi，根据呼气相时间阈值t2和流速差值f2之间的积分运算，得到呼气潮气量ve。
42.所述步骤2中获取呼吸机吸气相及呼气相的基础流速l1及l2的步骤，包括：获取目标压力；根据所述目标压力获取相应的基础流速。
43.在呼吸机使用过程中，患者带上面罩呼吸时，呼吸管道内在某一时刻的气体流速即为瞬时流速，而基础流速是指带上面罩不呼吸时管道气体流速大小。由于每个呼吸机产品的涡轮驱动以及呼吸机内的气路设计不相同导致基础流速大小不一样。
44.如前所述，双水平呼吸机在使用过程中提供双水平压力支持，当患者吸气时呼吸机提供较高的压力以利于吸气，当患者呼气时则提供较低的压力，以保证患者呼吸顺畅。
45.如图2所示，患者呼吸气流流速在零线上方时为吸气相，在零线下方时为呼气相。当呼吸机提供的支持压力较大时，瞬时流速f高于原吸气相基础流速，用户处于吸气相，其中瞬时流速f由用户自主吸气气流流速和呼吸机产生的吸气气流流速组成。当呼吸机提供的支持压力较小，气流流速方向反向，瞬时流速f值降低，低于原呼气相基础流速，用户处于呼气相。
46.呼吸机使用过程中为了保证患者带上面罩治疗时能够排出管道内的因呼吸时产生的co2，呼吸面罩设有漏气孔，因此呼吸机存在故意漏气，吸气相和呼气相基础流速均大于零。对同一患者，面罩正常佩戴时一次呼吸的吸气潮气量和呼气潮气量基本相等，即图2中吸气相的阴影面积和呼气相的阴影面积相等。
47.若面罩松脱导致非故意漏气增加，此时，潮气量的计算仍采用原吸气相基础流率和原呼气相基础流率作为标准漏气值，原本吸气潮气量等于呼气潮气量的情况转变成吸气潮气量远大于呼气潮气量，就会使患者的吸气潮气量值和呼气潮气量值出现计算误差，所以出现非故意漏气后，基础流速应在原来的基础上增大，如图2所示，新的基础流速线上移位置。
48.若面罩重新佩戴正确后，此时，潮气量的计算仍采用原吸气相基础流率和原呼气相基础流率作为标准漏气值，原本吸气潮气量等于呼气潮气量的情况转变为吸气潮气量远小于呼气潮气量，就会使患者的吸气潮气量值和呼气潮气量值出现计算误差，所以漏气转正常之后，基础流速应在原来的基础上减小，如图3所示，新的基础流速线下移位置。
49.进一步地，上述呼吸机潮气量检测方法还包括步骤6(s600)：根据vi和ve调整吸气相调整吸气相和呼气相的基础流速l1和l2，包括：
50.提取根据瞬时流速生成的流速曲线和所述吸气相基础流速曲线交叉点处的流速曲线斜率θ1、θ2，以及与呼气相基础流速曲线交叉点处的流速曲线斜率θ3、θ4；
51.若呼吸机在使用过程中非故意漏气突然增加，为使面罩端的压力水平保持不变，呼吸机会根据漏气情况补偿压力，提供更高压力支持，此时基础流速会增加，而基于原基础流速计算潮气量时，吸气潮气量大于呼气潮气量，计算吸气潮气量和呼气潮气量之间的平均误差
52.吸气相基础流速l1的校准因子为更新后的吸气相基础流速为l1+mq1；
53.呼气相基础流速l2的校准因子为更新后的呼气相基础流速为l2+mq2；
54.直到吸气潮气量和呼气潮气量重新回到相等，吸气相基础流率和呼气相基础流率保持稳定。
55.若呼吸机非故意漏气减少或完全消失，为使面罩端的压力水平保持不变，呼吸机会根据漏气情况调整补偿压力，降低压力支持，此时基础流速会减少，而基于原基础流速计算潮气量时，吸气潮气量小于呼气潮气量，计算吸气潮气量和呼气潮气量之间的平均误差
56.吸气相基础流速l1的校准因子为更新后的吸气相基础流速为l
1-mq3；
57.呼气相基础流速l2的校准因子为更新后的呼气相基础流速为l
2-mq4；
58.直到吸气潮气量和呼气潮气量重新回到相等，吸气相基础流率和呼气相基础流率保持稳定。
59.相应的，根据本实用新型的双水平呼吸机的潮气量检测装置，如图4所示，所述双水平呼吸机的潮气量检测装置包括：
60.呼吸机数据获取模块101，用于获取所述双水平呼吸机的目标压力，并以时间间隔δt实时采集呼吸机的瞬时流速f，对瞬时流速进行滑动平均滤波；
61.基础流速获取模块102，用于根据所述目标压力来获取呼吸机吸气相及呼气相的基础流速l1及l2；
62.时间阈值获取模块103，用于获取瞬时流速f等于吸气相基础流速l1的时刻、以及瞬时流速f等于呼气相基础流速l2的时刻，得到吸气相时间阈值ti和呼气相时间阈值te；
63.流速曲线斜率计算模块104,用于计算吸气相时间内瞬时流速f与吸气相基础流速l1之间的流速差值f1，呼气相时间内瞬时流速f与呼气相基础流速l2之间的差值f2；
64.潮气量计算模块105,用于根据所述吸气相时间阈值t1和流速差值f1进行积分运算，得到吸气潮气量vi，根据呼气相时间阈值t2和流速差值f2之间的积分运算，得到呼气潮气量ve。
65.基础流速校准模块106，根据vi和ve调整吸气相和呼气相的基础流速l1和l2，用来校正潮气量检测误差。
66.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。