一种与呼吸高同步的呼吸机制造技术

本实用新型专利技术公开了一种与呼吸机高同步的呼吸机，包括压力传感器、流量传感器、微控制器、鼻面罩、电机控制器和功率放大器、鼓风机和供气管道，所述压力传感器和流量传感器安装在供气管道的输入端，供气管道末端接鼻面罩，压力传感器和流量传感器的输出端接微控制器，微控制器的输出端通过电机控制器和功率放大器后接鼓风机，鼓风机通过触发信号给供气管道提供不同气压的空气。该呼吸机通过鼓风机的转速为供气管道提供不同的呼吸压力支持，不同于传统通过电磁阀的开启和关断以控制供气管道的不同压力。本实用新型专利技术呼吸机为双水平呼吸机，减少了吸气阀与呼气阀，进一步的降低了呼吸机的产品成本。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
—种与呼吸高同步的呼吸机
本技术涉及医疗器械呼吸机的机械通气控制
，更具体地，涉及一种与呼吸高同步的呼吸机。
技术介绍
呼吸机与人的呼吸同步供气控制是指呼吸机的供气与病人的呼吸需求相一致，SP 呼吸机的供气周期(吸气开始时间、吸气持续时间、吸气与呼气切换时间及呼气持续时间) 和辅助强度必须与病人呼吸需求的呼吸周期以及中枢吸气需求程度一致，否则病人与呼吸机之间将发生相互影响，出现人机不同步，会对病人造成呼吸做功增加、呼吸肌的损伤、降低辅助治疗效果、病人呼吸困难病情加重等伤害。现有双水平正压呼吸机与人的呼吸同步控制系统框图与方法有如附图1所示:其功能是根据人的吸气相和呼气相的触发，以相应的提供较高和较低的压力支持。图1中的双水平正压气路供气通道工作原理:其双水平供气原理主要涉及到吸气电磁阀102与呼气电磁阀104的开启与关断的控制。首先由气源101为整个供气管道提供较高的吸气压力，当吸气电磁阀102开启与呼气电磁阀104关断时，鼻面罩103端将产生相应于吸气相的较高压力支持，反过来当吸气电磁阀102关断与呼气电磁阀104开启时，鼻面罩103端将直接与外界大气相通产生相应于呼气相的较低压力支持，此即为呼吸机的双水平正压供气气路原理。图1中欲获得呼吸机的不同压力的电气触发信号，首先得通过流量压力传感器 108采集供气管道内的压力和流量信号，该压力P (t)和流量F(t)信号作为PID控制器的实际反馈信号，实际反馈信号与大气设定的吸气和呼气压力值通过迭加器107得到PID控制的输入偏差值e(k)，输入偏差经PID控制器109后得到输出电压控制信号，电压控制信号经功率驱动电路110驱动吸气电磁阀102与呼气电磁阀104。根据上述呼吸机系统结构主要有最早的经典PID、积分改进、模糊PID控制等 PID改进方法，如附图2所示的基于PID控制的积分改进方法:其基于对积分作用的有效控制，尽量减少系统的超调的考虑，在当被控量与设定的呼吸流量和压力偏差较大时， 取消积分作用，以免由于积分作用使系统的稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，此时的积分不仅起到了控制精度的作用，并且为系统减少超调提供了正面积极的作用。具体程序流程如附图2所示。程序开始后，首先进行吸气相和呼气相的压力设定等参数初始化过程，然后选取反馈回来的流量信号r(t)和压力信号 y(t)，设定值与反馈值之间产生的偏差值e(t)和偏差变化量Λ e(t)，当偏差值与偏差变化量满足e(t)=0 U e(t).Λ e(t)〈O时执行PID控制。当偏差值与偏差变化量满足 e(t)≠O η Δ e (t) =0 U e (t).Δ e (t) >0时偏差过大去除积分调节作用而执行F1D控制， 此时可避免产生过大的超调，又使系统有较快的响应。通过该系统吸气、呼气电磁阀进行气源管道与外界大气之间的切换，和积分改进方法可以使气道内的压力尽快稳定在指定压力范围，在一定程度上提高了呼吸机的同步性。
技术实现思路
本技术的主要目的在于提高呼吸机的人机同步性，提出一种与呼吸高同步的呼吸机，无需采用电磁阀进行吸气和呼气管道的切换实现双水平正压，从而降低呼吸机的硬件成本。该呼吸机克服了现有呼吸机没有真正克服由整个气路系统由吸气转换为呼气时在鼻面罩端的空气积聚而造成的人机对抗，从而提高人机同步性以更加符合人的呼吸生理特性。为了实现上述目的，其技术方案为:一种与呼吸高同步的呼吸机，包括压力传感器、流量传感器、微控制器、鼻面罩、电机控制器和功率放大器、鼓风机和供气管道，所述压力传感器和流量传感器安装在供气管道的输入端，供气管道输出端接鼻面罩，压力传感器和流量传感器的输出端接微控制器，微控制器的输出端通过电机控制器和功率放大器后接鼓风机，鼓风机通过触发信号给管道提供不同气压的空气。所述呼吸机还包括电压放大器、，所述微控制器的输出端通过电压放大器接电机控制器，所述功率放大器包括MOS管半桥控制器和MOS管电机驱动器，所述电机控制器的输出端接MOS管半桥控制器的输入端，MOS管半桥控制器的输出端接MOS管电机驱动器的输入端，MOS管电机驱动器驱动鼓风机。所述呼吸机还包括液晶显示器和按键，所述液晶显示器的输入端接微控制器的输出端，按键的输出端接微控制器的输入端。所述呼吸机还包括报警装置，所述报警装置的输入端接微控制器的输出端。所述呼吸机还包括呼吸供电装置，所述呼吸供电装置分别向鼓风机、压力传感器、流量传感器、微控制器、电机控制器、显示器和报警装置供电。所述鼓风机为无刷直流电机驱动的鼓风机。该呼吸机通过鼓风机的转速为供气管道提供不同的呼吸压力支持，不同于传统通过电磁阀的开启和关断以控制供气管道的不同压力。本技术呼吸机为双水平呼吸机，减少了吸气阀与呼气阀，进一步的降低了呼吸机的产品成本。【附图说明】图1为现有的双水平正压呼吸机系统基本结构框图。图2为现有的基于PID控制的积分改进方法流程图。图3为本技术的呼吸机系统结构图。图4为本技术的呼吸机电气工作原理结构框图。图5为本技术的智能同步控制策略。图6为本技术的呼吸机与吸气、呼气的同步压力响应图。图7为现有的呼吸机PID控制压力响应图。 【具体实施方式】下面结合附图对本技术做进一步的描述，但本技术的实施方式并不限于此。本技术改进设计是基于持续气道正压通气(constant positive airwaypressure，缩写为CPAP)的基本框架下提出如图3所示的呼吸机工作原理结构框图，该呼吸机包括压力、流量传感器1、微控制器2、鼻面罩3、电机功率放大器4、鼓风机5和供气管道，压力、流量传感器I安装在供气管道的输入端，供气管道输出端接鼻面罩3，压力、流量传感器I的输出端接微控制器2,微控制器2的输出端通过电机功率放大器4接鼓风机5,鼓风机5通过触发信号给管道提供不同气压的空气，其中供气管道采用皮托管。其中呼吸机中微控制器2是采用呼吸压力预测的非线性、大迟滞系统的智能同步控制策略为呼吸机的同步供气提供了保障。其中呼吸机还包括安装在管道前端的空气过滤器。基于持续气道正压通气(CPAP)基本框架下的呼吸机电气工作原理结构框图如附图4所示。其呼吸机信号流分析如下:该呼吸机通过流量传感器11与压力传感器12分别采集管道流量和压力信号，根据流量信号判别呼气还是吸气状态；传感器将采集的信号传到微控制器2进行分析处理，其中微控制器2为自带模数转换器的微控制器；经微控制器2分析后产生电压输出信号，电压输出信号通过电机功率放大器4放大,其中电机功率放大器4包括电机控制器6、电压放大器26、MOS半桥控制器7与MOS管电机驱动器8 ;电压输出信号通过电压放大器26控制电机控制器6，产生电机驱动信号；电机驱动信号再经过MOS半桥控制器7与MOS管电机驱动器8功率放大后最终驱动鼓风机5通过触发信号给管道提供不同气压的空气。具体实现方案:(I)呼吸信号的输入:当人处于吸气初始状态时，由于供气管道内压力大于肺内压，使供气管道内的空气瞬间被肺吸入人体而抽空，流量传感器11采集供气管道内的气流量增大，压力传感器12采集供气管内的压力减小；当处于吸气持续状态时，由于呼吸机及时给供气管道供气，使供气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种与呼吸高同步的呼吸机，其特征在于，包括压力传感器、流量传感器、微控制器、鼻面罩、电机控制器和功率放大器、鼓风机和供气管道，所述压力传感器和流量传感器安装在供气管道的输入端，供气管道末端接鼻面罩，压力传感器和流量传感器的输出端接微控制器，微控制器的输出端通过电机控制器和功率放大器后接鼓风机，鼓风机通过触发信号给供气管道提供不同气压的空气。

【技术特征摘要】
1.一种与呼吸高同步的呼吸机，其特征在于，包括压力传感器、流量传感器、微控制器、鼻面罩、电机控制器和功率放大器、鼓风机和供气管道，所述压力传感器和流量传感器安装在供气管道的输入端，供气管道末端接鼻面罩，压力传感器和流量传感器的输出端接微控制器，微控制器的输出端通过电机控制器和功率放大器后接鼓风机，鼓风机通过触发信号给供气管道提供不同气压的空气。2.根据权利要求1所述的与呼吸高同步的呼吸机，其特征在于，所述呼吸机还包括电压放大器，所述微控制器的输出端通过电压放大器接电机控制器，所述功率放大器包括MOS管半桥控制器和MOS管电机驱动器，所述电机控制器的输出端接MOS管半桥控制器的输入端，MOS管半桥控制器的输出端接MOS管...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗语溪，梁九兴，蒋庆，高玉宝，许煜聪，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：实用新型
国别省市：