[发明专利]一种呼吸机的控制方法及其控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及呼吸机的控制技术及医疗器械呼吸机控制领域，具体涉及一种呼吸机的控制方法及其控制系统。

背景技术

呼吸机与人的呼吸同步供气控制是指呼吸机的供气与人的呼吸需求相一致，即呼吸机的供气周期（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）和辅助强度必须与人呼吸需求的呼吸周期以及中枢吸气需求程度一致，否则人与呼吸机之间将发生相互影响，出现人机不同步,会对人造成呼吸做功增加、呼吸肌的损伤、降低辅助治疗效果、呼吸困难病情加重等伤害。

现有双水平正压呼吸机系统基本结构框图如附图1所示：其功能是根据人的吸气相和呼气相的触发响应的提供较高和较低的压力支持。

附图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模块102吸气电磁阀与模块104呼气电磁阀的开启与关断的控制。首先由模块101气源为整个供气管道提供较高的吸气压力，当模块102吸气电磁阀开启与模块104呼气电磁阀关断时，模块103鼻面罩将产生相应于吸气相的较高压力支持，反过来当模块102吸气电磁阀关断与模块104呼气电磁阀开启时，模块103鼻面罩将直接与外界大气105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。

附图1中欲获得呼吸机的不同压力的电气触发信号，首先得通过模块108流量压力传感器采集供气管道内的流量压力信号，该流量压力信号作为PID控制器的反馈实际压力值，反馈实际压力值与模块106设定的吸气和呼气压力值通过模块107迭加器得到PID控制器的输入偏差值e(k)，输入偏差值e(k)经模块109PID控制器后得到输出电压控制信号，电压控制信号经模块110功率驱动电路驱动模块102吸气电磁阀与模块104呼气电磁阀。

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改进算法，现列举如附图2所示的基于PID控制的积分改进算法流程图：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(k)和压力信号y(k)，设定值与反馈值之间产生的偏差值e(k)和偏差变化量Δe(k)，当偏差值e(k)与偏差变化量Δe(k)满足时执行PID控制。当偏差值与偏差变化量满足一定要求时，偏差过大去除积分调节作用而执行PD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，和积分改进算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。

大多数自动调压呼吸机是根据阻塞情况提供支持压力的，例如清醒期阻塞情况小，提供的支持压力就小。而人体从清醒到入睡一般是要经历：清醒期、浅睡期、深睡期、REM期的生理过程，并在整夜的睡眠中不断循环往复。现有呼吸机的人机同步控制算法采用各种基于PID算法的变形。这些算法都试图提高从控制开始到稳定工作的速度，而与人的睡眠期呼吸特征相关的供气控制人性化智能算法还没有。

现有呼吸机的人机同步控制算法采用各种基于PID算法的变形。单纯的从供气端的流量压力传感器采集回来的流量压力信号来判断人的供气状态，事实上这种方案提供的供气策略没有充分考虑到人从清醒到入睡的各个睡眠阶段中呼吸状态是不同的，还没达到真正意义上的人机同步性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种呼吸机的控制方法，使呼吸机供气与人的清醒及入睡后的各个睡眠生理状态相结合，进行人机同步的智能供气。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种呼吸机的控制方法，包括以下步骤：

S1.通过传感器采集吸气和呼气信号；

S2.根据采集到的吸气和呼气信号，微控制器利用自相关方法计算呼吸率，并根据呼吸率与睡眠期的相关性推导当前睡眠状态；

S3.微控制器输出当前睡眠状态，呼吸机按照该睡眠状态供气。

所述步骤S2的具体实现方式为：

S21.根据采集到的吸气和呼气信号，微控制器利用自相关方法计算呼吸率: