CN120478799A - 一种呼吸机呼气控制气路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及呼吸机技术领域，公开了一种呼吸机呼气控制气路及控制方法，包括：呼气气路、气流发生气路以及溢流控压气路，呼气气路的一端与通气气路的呼气口连接，其另一端选择性的与吸气控制部的出气侧和溢流控压气路的一端连通；气流发生气路的一端选择性的与吸气控制部的进气侧和外界大气连通，其另一端选择性的与吸气控制部的出气侧和溢流控压气路的一端连通，溢流控压气路的另一端与外界大气连通。在通气呼气相时，能够进行呼气气压控制，实现呼气末正压，工作零氧耗；在通气吸气相时，实现吸气气流或吸气气压锁定，实现恒定气道压力的特性，保证通气稳定性；在吸气控制部出现故障时，气流发生气路作为备用进行通气，保证使用安全性。

Description

一种呼吸机呼气控制气路及控制方法

技术领域

本发明涉及呼吸机技术领域，更具体地说，本发明涉及一种呼吸机呼气控制气路及控制方法。

背景技术

现有的呼吸机一般为正压通气呼吸机，通常配置呼气控制气路，呼气控制气路通常由与正压通气气路协同工作的控制单元、执行终端呼气阀以及连接管路组成。

呼气控制气路的作用主要有：

在正压的吸气相时，对吸气气流进行锁定或限压，防止正常通气压力的气流从呼气通道排出，可以是气流锁定，即所有气流将流入患者；也可以是压力限制，即将预设压力的气流流入患者，超过则排出。后者对通气功能开发适应性更广，也更加安全，能够实现保证恒定气道压力特性，保证控制压力的同时能跟随患者再吸气需求；

在患者的呼气相时，使患者的呼气气流顺利通过呼气控制系统流出，通常还附带额外的呼气压力控制功能，可以产生呼气末正压(PEEP)，这种功能使医生可以根据患者的情况进行设置，避免有些患者的肺泡在呼气时坍缩，或避免有些患者的呼吸道在呼气时闭合，或避免患者的呼吸器官工作在顺应性不好的状态等。

常见的呼气控制方式主要有：被动的气动呼气控制装置、可控的气动呼气控制装置以及可控的电磁呼气控制装置；

被动的气动呼气控制方式，利用通气时吸气相和呼气相正压的变化，通过结构阀膜设计，使其完成吸气锁定以及呼气打开的功能；

可控的气动呼气控制常见两种方式，一种通常利用呼吸机配套使用的氧气源作为控制动力，通过控制氧气流速，从专门设计的溢流口前端取压，以控制呼气阀；另一种方式是在涡轮呼吸机中，通过气路设计，将通气主涡轮压力引入呼气阀，以达到控制压力的作用；

可控的电磁呼气控制方式，利用电磁力作用，产生设置的吸气和呼气锁定压力，通过电流大小控制压力大小。

上述几种呼气控制方式还存在以下缺点：

被动的气动呼气控制方式，虽然结构简单成本低，但是功能单一，目前主要用于人工通气装置以及较简单的通气机，无法满足更多呼吸的通气设置和监测要求；

通过控制氧气进行的可控的气动呼气控制方式，功能全面，但是结构部件较多，功能受限于氧气源提供，增加了耗氧量；在特定场景下，医用氧是稀缺的，呼吸机用于无中央供氧的场景下，缺点尤为突出；

通过利用主通气涡轮的可控的气动呼气控制方式，可以在无氧源的情况下使用，且结构简洁，但是，由于主通气涡轮无法同时控制气流量及压力，造成这种方式难以解决在压力控制通气的同时，对患者主动吸气需求的跟随，即实现保证恒定气道压力的特性。

可控的电磁呼气控制方式，既解决了氧耗问题，也能实现保证恒定气道压力特性；但是由于相较于气动方式，其防水要求和清洁条件通常更加苛刻，需要设计复杂和精密的结构实现；而且，电磁控制的技术特点，通常使其需要将动作部件置于呼吸机内部，这样为防止呼气的污染也增加了它的复杂度和降低了可靠性；同时，一般也会使呼吸机主机体积增大，不利于呼吸机转移。

因此，有必要提出一种呼吸机呼气控制气路及控制方法，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种呼吸机呼气控制气路，包括：呼气气路、气流发生气路以及溢流控压气路，呼气气路的一端与通气气路的呼气口连接，其另一端选择性的与吸气控制部的出气侧和溢流控压气路的一端连通；气流发生气路的一端选择性的与吸气控制部的进气侧和外界大气连通，其另一端选择性的与吸气控制部的出气侧和溢流控压气路的一端连通，溢流控压气路的另一端与外界大气连通。

优选的是，所述气流发生气路包括：气流发生器，其进气口通过第一选择开关与吸气控制部的进气侧和外界大气连接，其出气口通过第二选择开关与吸气控制部的出气侧和溢流控压气路的一端连接。

优选的是，所述气流发生器为涡轮、风机、蠕动泵、往复缸泵或者齿轮泵中的一种。

优选的是，所述呼气气路包括：依次连接的第一控制阀、第一节流阀、第一气压传感器、安全控制阀以及呼气阀；所述呼气阀与通气气路的呼气口连接，所述第一控制阀分别与吸气控制部的出气侧和溢流控压气路的一端连接。

优选的是，所述溢流控压气路包括：第二节流阀，其一端分别与呼气气路和气流发生气路连接，另一端与外界大气连接。

一种呼吸机呼气控制气路的控制方法，包括：

在通气吸气相时，切换至吸气气流锁定模式或者吸气气压锁定模式，为患者吸气阶段提供吸气气流；

在通气呼气相时，切换至呼气气压控制模式，在患者呼气阶段实现呼气末正压。

优选的是，在通气吸气相，需要切换至吸气气流锁定模式时，使呼气气路的一端与通气气路的呼气口连通，另一端与吸气控制部的出气侧连通。

优选的是，在通气吸气相，需要切换至吸气气压锁定模式时，使呼气气路的一端与通气气路的呼气口连通，其另一端与溢流控压气路连通，气流发生气路的一端与外界大气连通，其另一端与溢流控压气路连通。

优选的是，在通气呼气相，需要切换至呼气气压控制模式时，使呼气气路的一端与通气气路的呼气口连通，其另一端与溢流控压气路连通，气流发生气路的一端与外界大气连通，其另一端与溢流控压气路连通，实现呼气末正压。

优选的是，在吸气控制部出现故障时，使气流发生气路的一端与吸气控制部的进气侧连通，其另一端与吸气控制部的出气侧连通，呼气气路的一端与通气气路的呼气口连接，其另一端选择性的与吸气控制部的出气侧或者溢流控压气路的一端连通。

相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

本发明所述的呼吸机呼气控制气路及控制方法，在通气呼气相时，能够进行呼气气压控制，实现了呼气末正压，并且工作零氧耗；在通气吸气相时，能够实现吸气气流锁定或吸气气压锁定，能够实现保证恒定气道压力的特性，保证为患者通气的稳定性；在吸气控制部出现故障时，还能够通过气流发生气路作为备用气路进行通气，保证呼吸机使用的安全性，为医护人员处理争取时间。

本发明所述的呼吸机呼气控制气路及控制方法，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明所述的呼吸机呼气控制气路的结构示意图；

图2为本发明所述的呼吸机呼气控制气路在通气吸气相时，吸气气流锁定模式下的气路结构示意图；

图3为本发明所述的呼吸机呼气控制气路在通气吸气相时，吸气气压锁定模式下的气路结构示意图；

图4为本发明所述的呼吸机呼气控制气路在通气呼气相时，呼气气压控制模式下的气路结构示意图；

图5为本发明所述的呼吸机呼气控制气路在吸气控制部出现故障时，采用气流发生气路作为备用气路的结构示意图；

图6为本发明所述的呼吸机呼气控制气路的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供了一种呼吸机呼气控制气路，包括：呼气气路1、气流发生气路2以及溢流控压气路3，呼气气路1的一端与通气气路4的呼气口41连接，其另一端选择性的与吸气控制部53的出气侧和溢流控压气路3的一端连通；气流发生气路2的一端选择性的与吸气控制部53的进气侧和外界大气6连通，其另一端选择性的与吸气控制部53的出气侧和溢流控压气路3的一端连通，溢流控压气路3的另一端与外界大气6连通。

其中，通气气路4的吸气口42与吸气控制气路5连接，通气气路4的呼气口41与呼气控制气路连接，通气气路4的通气口43为患者通气；通气气路4有三个连接口，分别为吸气口42、呼气口41和通气口43；通气口43上连接有面罩、气管插管、鼻氧管、呼吸头罩或呼吸鼻罩中的一种；通气口43所在气路的近患者处还设有近端压力传感器、近端流量传感器以及呼末二氧化碳检测器；

所述吸气控制气路5包括：依次连接的通气气源51、通气控制模块52、吸气控制部53、安全阀54、通气监测传感器55、通气单向阀56和通气过滤器57，通气过滤器57与通气气路4的吸气口42连接；安全阀54能够在意外断电时形成通路，使患者吸气不受阻碍；

吸气控制部53选用涡轮，通气监测传感器55包括流量传感器、压力传感器、气体浓度传感器中的一种或多种组合，气体浓度传感器至少包括氧浓度传感器和二氧化碳浓度传感器。

在通气吸气相时，可以选择吸气气流锁定模式或者吸气气压锁定模式，防止正常通气压力的气流从呼气气路1排出；在通气呼气相时，采用呼气气压控制模式，以实现呼气末正压。

如图2所示，选择吸气气流锁定模式时，呼气气路1的一端与通气气路4的呼气口41连通，另一端与吸气控制部53的出气侧连通，即图2中所示实线部分，气流发生气路2无气流，吸气控制气路5的所有气流均流向患者，防止正常通气压力的气流从呼气气路1排出；

如图3所示，选择吸气气压锁定模式时，呼气气路1的一端与通气气路4的呼气口41连通，其另一端与溢流控压气路3连通，气流发生气路2的一端与外界大气6连通，其另一端与溢流控压气路3连通，即图3所示实线部分，吸气控制气路5为患者提供预设压力的气流，若是为患者提供的气流压力超过预设压力，则气流会经过呼气气路1后从溢流控压气路3排出，若是由于从呼气气路1和溢流控压气路3排出的气流，使得为患者提供的气流压力小于预设压力，则调整溢流控压气路3排出气体的流量(例如调节对应的节流阀开度)，或者通过气流发生气路2为呼气气路1提供低压气流(低压气流的压力小于或等于从呼气气路1排出的气流压力)，以降低或阻止气体从溢流控压气路3排出，保证为患者提供的气流压力维持在预设压力，保证恒定气道压力，提升为患者供气的稳定性。

如图4所示，在通气呼气相时，采用呼气气压控制模式，呼气气路1的一端与通气气路4的呼气口41连通，其另一端与溢流控压气路3连通，气流发生气路2的一端与外界大气6连通，其另一端与溢流控压气路3连通，即图4所示实线部分；在呼气末期，通过气流发生气路2产生低压气流，一部分气流会从溢流控压气路3排出，一部分气流用于使呼气气路1的压力维持在设定压力，实现呼气末正压，气流发生气路2为呼气气路1提供的压力，依据调节溢流控压气路3排出的气流流量或调节气流发生气路2产生的气流流量进行控制，以实现呼气末正压。

在吸气控制部53出现故障时，吸气控制部53无法为患者提供气流，则采用气流发生气路2作为备用气路使用；

在通气吸气相时，如图5所示，切换至使气流发生气路2的一端与吸气控制部53的进气侧连通，其另一端与吸气控制部53的出气侧连通，呼气气路1的一端与通气气路4的呼气口41连接，其另一端与吸气控制部53的出气侧连通，即图5所示实线部分，将吸气控制部53绕开，通过气流发生气路2提供气流，通气气源51依次经过通气控制模块52、气流发生气路2、安全阀54、通气监测传感器55、通气单向阀56和通气过滤器57，能够实现吸气气流锁定模式，即所有的气流均流向患者，实现为患者供气；

在通气呼气相时，如图4所示，仍然可以采用呼气气压控制模式，呼气气路1的一端与通气气路4的呼气口41连通，其另一端与溢流控压气路3连通，气流发生气路2的一端与外界大气6连通，其另一端与溢流控压气路3连通，即图4所示实线部分。

通过上述气路设计，在通气呼气相时，能够进行呼气气压控制，实现了呼气末正压，并且工作零氧耗；在通气吸气相时，能够实现吸气气流锁定或吸气气压锁定，能够实现保证恒定气道压力的特性，保证为患者通气的稳定性；在吸气控制部53出现故障时，还能够通过气流发生气路2作为备用气路进行通气，保证呼吸机使用的安全性，为医护人员处理争取时间。

如图1所示，在一个实施例中，所述气流发生气路2包括：气流发生器21，其进气口通过第一选择开关22与吸气控制部53的进气侧和外界大气6连接，其出气口通过第二选择开关23与吸气控制部53的出气侧和溢流控压气路3的一端连接。

进一步地，所述气流发生器21为涡轮、风机、蠕动泵、往复缸泵或者齿轮泵中的一种。

第一选择开关22和第二选择开关23均采用大流量二位三通阀，通过第一选择开关22能够使气流发生器21的一端与外界大气6连通或者与吸气控制部53的进气侧连通，通过第二选择开关23能够使气流发生器21的另一端与吸气控制部53的出气侧连通或者与溢流控压气路3连通。

如图1所示，在一个实施例中，所述呼气气路1包括：依次连接的第一控制阀11、第一节流阀12、第一气压传感器13、安全控制阀14以及呼气阀15；所述呼气阀15与通气气路4的呼气口41连接，所述第一控制阀11分别与吸气控制部53的出气侧和溢流控压气路3的一端连接。

其中，第一控制阀11和安全控制阀14均采用二位三通阀，安全控制阀14的其中一端与外界大气6连接，呼气阀15采用隔膜阀。

第一节流阀12用于调节呼气气路1的气流流量，第一气压传感器13用于监测呼气气路1的气压，安全控制阀14能够在意外断电时，切换至与外界大气6连通，从而保证患者能够呼气，呼气阀15与呼气口41连通，用于保证患者能够呼气；通过第一控制阀11能够使呼气气路1的另一端与吸气控制部53的出气侧连通，或者，使呼气气路1的另一端与溢流控压气路3连通。

如图1所示，在一个实施例中，所述溢流控压气路3包括：第二节流阀31，其一端分别与呼气气路1和气流发生气路2连接，另一端与外界大气6连接。

第二节流阀31用于调节溢流控压气路3排出的气流流量，以使得通过溢流控压气路3能够调节吸气或呼气时的气道压力，保证为患者通气的稳定性和安全性。

如图6所示，本发明还提供了一种呼吸机呼气控制气路的控制方法，包括：

在通气吸气相时，切换至吸气气流锁定模式或者吸气气压锁定模式，为患者吸气阶段提供吸气气流；

在通气呼气相时，切换至呼气气压控制模式，在患者呼气阶段实现呼气末正压。

在开始通气时，可选择吸气气流锁定模式或吸气气压锁定模式，然后进行吸气相控制，维持恒定的气道压力，然后进入呼气相时，切换至呼气气压控制模式，进行呼气相控制，实现呼气末正压，患者需要继续通气时，如此循环对患者进行通气，患者不需要继续通气时，停止通气。

如图2所示，进一步地，在通气吸气相，需要切换至吸气气流锁定模式时，使呼气气路1的一端与通气气路4的呼气口41连通，另一端与吸气控制部53的出气侧连通。

如图3所示，进一步地，在通气吸气相，需要切换至吸气气压锁定模式时，使呼气气路1的一端与通气气路4的呼气口41连通，其另一端与溢流控压气路3连通，气流发生气路2的一端与外界大气6连通，其另一端与溢流控压气路3连通。

如图4所示，进一步地，在通气呼气相，需要切换至呼气气压控制模式时，使呼气气路1的一端与通气气路4的呼气口41连通，其另一端与溢流控压气路3连通，气流发生气路2的一端与外界大气6连通，其另一端与溢流控压气路3连通，实现呼气末正压。

通过上述控制方法，能够在吸气相时实现吸气气流锁定模式和吸气气压锁定模式的选择，选择合适的吸气模式，并且能够保证恒定气道压力的特性，保证为患者通气的稳定性；在呼气相时能够切换至呼气气压控制模式，能够进行呼气气压控制，实现了呼气末正压，并且工作零氧耗。

在一个实施例中，在吸气控制部53出现故障时，使气流发生气路2的一端与吸气控制部53的进气侧连通，其另一端与吸气控制部53的出气侧连通，呼气气路1的一端与通气气路4的呼气口41连接，其另一端选择性的与吸气控制部53的出气侧或者溢流控压气路3的一端连通。

在吸气控制部53出现故障时，吸气控制气路5无法主动产生气流，则使气流发生气路2作为备用产生气流的气路，在吸气相时，如图5所示，通过气流发生气路2提供产生气流的动力，通气气源51依次经过通气控制模块52、气流发生气路2、安全阀54、通气监测传感器55、通气单向阀56和通气过滤器57到达吸气口42，实现为患者通气，并且能够实现吸气气流锁定模式；在呼气相时，如图4所示，通过气流发生气路2能够实现呼气末正压；

通过上述设计，能够在吸气控制部53出现故障时，采用气流发生气路2暂时为患者通气，保证呼吸机使用安全性，为医护人员处理争取时间。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

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，也可以是电连接或彼此可通讯；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发明中的具体含义。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离本发明所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种呼吸机呼气控制气路，其特征在于，包括：呼气气路(1)、气流发生气路(2)以及溢流控压气路(3)，呼气气路(1)的一端与通气气路(4)的呼气口(41)连接，其另一端选择性的与吸气控制部(53)的出气侧和溢流控压气路(3)的一端连通；气流发生气路(2)的一端选择性的与吸气控制部(53)的进气侧和外界大气(6)连通，其另一端选择性的与吸气控制部(53)的出气侧和溢流控压气路(3)的一端连通，溢流控压气路(3)的另一端与外界大气(6)连通。

2.根据权利要求1所述的呼吸机呼气控制气路，其特征在于，所述气流发生气路(2)包括：气流发生器(21)，其进气口通过第一选择开关(22)与吸气控制部(53)的进气侧和外界大气(6)连接，其出气口通过第二选择开关(23)与吸气控制部(53)的出气侧和溢流控压气路(3)的一端连接。

3.根据权利要求2所述的呼吸机呼气控制气路，其特征在于，所述气流发生器(21)为涡轮、风机、蠕动泵、往复缸泵或者齿轮泵中的一种。

4.根据权利要求1所述的呼吸机呼气控制气路，其特征在于，所述呼气气路(1)包括：依次连接的第一控制阀(11)、第一节流阀(12)、第一气压传感器(13)、安全控制阀(14)以及呼气阀(15)；所述呼气阀(15)与通气气路(4)的呼气口(41)连接，所述第一控制阀(11)分别与吸气控制部(53)的出气侧和溢流控压气路(3)的一端连接。

5.根据权利要求1所述的呼吸机呼气控制气路，其特征在于，所述溢流控压气路(3)包括：第二节流阀(31)，其一端分别与呼气气路(1)和气流发生气路(2)连接，另一端与外界大气(6)连接。

6.一种呼吸机呼气控制气路的控制方法，用于控制权利要求1-5任一项所述的呼吸机呼气控制气路，其特征在于，包括：

在通气吸气相时，切换至吸气气流锁定模式或者吸气气压锁定模式，为患者吸气阶段提供吸气气流；

在通气呼气相时，切换至呼气气压控制模式，在患者呼气阶段实现呼气末正压。

7.根据权利要求6所述的呼吸机呼气控制气路的控制方法，其特征在于，在通气吸气相，需要切换至吸气气流锁定模式时，使呼气气路(1)的一端与通气气路(4)的呼气口(41)连通，另一端与吸气控制部(53)的出气侧连通。

8.根据权利要求6所述的呼吸机呼气控制气路的控制方法，其特征在于，在通气吸气相，需要切换至吸气气压锁定模式时，使呼气气路(1)的一端与通气气路(4)的呼气口(41)连通，其另一端与溢流控压气路(3)连通，气流发生气路(2)的一端与外界大气(6)连通，其另一端与溢流控压气路(3)连通。

9.根据权利要求6所述的呼吸机呼气控制气路的控制方法，其特征在于，在通气呼气相，需要切换至呼气气压控制模式时，使呼气气路(1)的一端与通气气路(4)的呼气口(41)连通，其另一端与溢流控压气路(3)连通，气流发生气路(2)的一端与外界大气(6)连通，其另一端与溢流控压气路(3)连通，实现呼气末正压。

10.根据权利要求6所述的呼吸机呼气控制气路的控制方法，其特征在于，在吸气控制部(53)出现故障时，使气流发生气路(2)的一端与吸气控制部(53)的进气侧连通，其另一端与吸气控制部(53)的出气侧连通，呼气气路(1)的一端与通气气路(4)的呼气口(41)连接，其另一端选择性的与吸气控制部(53)的出气侧或者溢流控压气路(3)的一端连通。