CN111921050A - 一种用于控制氧气输送的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制氧气输送的方法，包括设定第一供氧流量模型；检测输氧装置内的气压；根据输气装置内的气压值和气压变化程度，判定用户是否处于吸气状态；在判定为所述用户处于吸气状态的情况下，按第一供氧流量模型控制输气装置的输氧管路打开以使得氧气经由输气装置向所述用户提供，并在输气装置的输氧管路的打开时间到达设定的第一时间时关闭所述输气装置的输氧管路，第一时间小于用户处于吸气状态的时间。该方法节省了氧气气源，延长了用户外出便携供氧时间，改善了用户的生活质量。
Description
技术领域
本发明涉及节氧器技术领域，具体涉及控制氧气输送的方法。
背景技术
传统的氧疗是经鼻低流量连续流方式，参见图9，尽管这是一个相对简单的治疗方式，但是在病人呼气相浪费了大量氧气。此外,在吸气相后期也浪费了大量氧气，因为在此期间吸入的氧气没有到达肺部气体交换部位。因此，将一系列氧气源，包括液氧、钢瓶气体氧和电池供电的氧气机与各种节氧器结合起来，实现理想的节氧氧疗方案。这些装置被称为脉冲给氧系统。多项研究和临床试验表明，脉冲给氧装置在休息、睡眠或运动等一系列呼吸行为中治疗非常有效。
节氧器是一种呼吸装置，用于调节氧气从氧气罐流向病人。节氧器为用户提供氧疗和补充氧，以改善用户低氧血症的状况。低氧血症是几种慢性呼吸系统疾病的结果，这些疾病导致对身体的氧气供应有限或受到限制，氧气水平异常低，需要补充氧疗，因此，节氧器在氧流量管理中起着重要作用。
节氧器通过根据需求脉冲供氧或固定脉冲供氧来优化氧气的使用，所有类型的节氧器都是病人的呼吸触发氧气的输送。
节氧器分为固定脉冲型和按需供氧型。固定脉冲型节氧器在呼吸过程中提供固定体积的氧气。氧气的流量限制在预设的体积内，而这类装置具有较高的初始流量。
当病人吸入氧气时，节氧器输出氧气，在病人呼气时，节氧器停止输送氧气，从而节省了大量的氧气，比非节氧设备供氧持续时间长。有气动、电控和一次性各种不同类型的节氧器。技术的进步促进了可用于儿童和成人用户的便携式和轻便节氧器的发展。除了节氧器外，在节氧设备市场，便携式氧气浓缩器也获得了大量的关注，因为便携式氧气浓缩器具有最佳的功能和物理性能，包括重量、尺寸，也可用于客运航班。因此，由于便携式氧气浓缩器和脉冲氧气输送系统装置的日益采用，在2019-2027年期间，节氧装置市场有望稳步增长。
尽管取得了这些进展，但仍在进行大量的研究来提高脉冲氧技术的临床有效性。最初，节氧器没有得到很好的认可，许多病人和临床医生在节氧器应用上取得的成功有限。虽然这是任何新产品上市都会遇到的问题，但是也与节氧器产品的性能参数和治疗效果有关。
当前市场上每个制造商自行确定在每个设置下提供的气体体积，并经常宣传临床有效性等同于连续流氧疗方式。研究机构测试发现，某一节氧器档位设置为4时，每次吸气时提供66毫升氧气，而另一同样是档位设置为4的节氧器，每次吸气时提供34毫升氧气。这类供氧能力等差异给用户造成疑惑，并在用户和医生中形成节氧器不能正常工作的看法。
有一些制造商致力于提高节氧比率，而不是致力于提高病人氧合，造成用户不易接受节氧器的问题。从这段经历中有一个教训要吸取，就是临床医生需要了解每个型号节氧器的运行性能。随着呼吸产品行业发展迅速，如果没有临床医生的指导，无法实现不同节氧器的治疗性能。
上述当前节氧器应用市场存在不同节氧器设置相同时，供氧能力不同，临床有效性不同，有些制造商忽略疗效只关注节氧的问题，这些问题导致在应用中医务人员不易接受节氧器，用户不能得到有效的治疗，阻碍了节氧器的广泛应用，浪费了宝贵的氧资源。
发明内容
本发明针对以上问题提出了一种控制氧气输送的方法。
本发明采用的技术手段如下：
一种控制氧气输送的方法，包括以下步骤，
设定第一供氧流量模型；
检测输氧装置内的气压；
根据所述输气装置内的气压值和气压变化程度，判定用户是否处于吸气状态；
在判定为所述用户处于吸气状态的情况下，按所述第一供氧流量模型控制所述输气装置的输氧管路打开以使得氧气经由所述输气装置向所述用户提供，并在所述输气装置的输氧管路的打开时间到达设定的第一时间时关闭所述输气装置的输氧管路，所述第一时间小于所述用户处于吸气状态的时间。
进一步地，所述第一供氧流量模型中供氧流量是根据用户的吸气流量曲线进行设定，所述第一供氧流量模型中供氧流量与用户的吸气曲线的关系为：
Fs1＝K*Fp，0.5≤K≤1； (1)
其中，Fs1为第一供氧流量模型中供氧流量，Fp为用户的吸气流量曲线中对应的吸气流量，K是供氧系数。
进一步地，所述第一供氧流量模型中供氧流量是根据设定的供氧体积进行设定，所述第一供氧流量模型与设定的供氧体积的关系为：
Fs2＝Vt/t1； (2)
其中，Vt为设定的供氧体积，t1为第一时间，Fs2为供氧流量。
进一步地，还包括，
设定第二供氧流量模型；
检测输氧装置内的氧气流量；
根据所述输气装置内的氧气流量值和氧气流量变化程度，判断用户是否处于呼气状态；
在判定为所述用户处于呼气状态计算所述用户处于呼气状态的时间，在所述用户处于呼气状态的时间大于或等于设定的第二时间时，按照所述第二供氧流量模型控制所述输气装置的输氧管路打开。
进一步地，还包括，
设定用户的目标血氧浓度值Ct；
检测用户的当前血氧浓度值Cs；
将所述设定用户的目标血氧浓度值Ct与用户的当前血氧浓度值Cs进行比较，判断用户的当前血氧浓度值Cs是否小于设定用户的目标血氧浓度值Ct，若是，调节所述供氧系数；
K′＝(Ct/Cs)*K (3)
其中，K′为调节后的供氧系数。
进一步地，还包括，
设定用户的目标血氧浓度值Ct；
检测用户的当前血氧浓度值Cs；
将所述设定用户的目标血氧浓度值Ct与用户的当前血氧浓度值Cs进行比较，判断用户的当前血氧浓度值Cs是否小于设定用户的目标血氧浓度值Ct，若是，调节设定的所述供氧体积Vt；
Vt′＝(Ct/Cs)*Vt (4)
其中，Vt′为调节后的供氧体积。
进一步地，所述第一时间由公式(1)确定：
t1＝kT1，k＝0.4～0.6 (5)
其中，t1为第一时间，T1为当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间。
进一步地，所述第一时间由公式(1)确定：
t1＝kT1，k＝0.2～0.4 (6)
其中，t1为第一时间，T1为当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间。
进一步地，所述第二时间由公式(2)确定：
t2＝kT2，k＝0.6～0.8 (7)
其中，t2为第一时间，T2为当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于呼气状态的平均时间。
与现有技术比较，本发明所述的控制氧气输送的方法具有以下优点，以改善用户氧合，提高用户血氧饱和度为目标的供氧方法，实现了优于传统开环低流量连续流氧疗的治疗效果。在保证临床有效性的基础上，因为节省了氧气气源，延长了用户外出便携供氧时间，改善了用户的生活质量。在保证临床有效性的基础上，节约了氧气资源，具有良好的经济效益。
附图说明
图1为本发明公开的控制氧气输送的装置的示意图；
图2为本发明中控制氧气输送的方法的吸气阶段的流程图；
图3为本发明中公开的控制氧气输送的方法的第一种实施例中供氧曲线的的示意图；
图4为本发明中控制氧气输送的方法的呼气阶段的流程图；
图5为本发明中公开的控制氧气输送的方法的第二种实施例中用户呼吸曲线与供氧曲线的的示意图；
图6为本发明中公开的控制氧气输送的方法的第三种实施例中用户呼吸曲线与供氧曲线的的示意图；
图7为本发明中公开的控制氧气输送的方法的第四种实施例中用户呼吸曲线与供氧曲线的的示意图；
图8为本发明的控制氧气输送的装置控制原理示意图；
图9为人体自主呼吸示意图。
具体实施方式
如图1所示本发明公开的控制氧气输送的装置的示意图，包括，
外部氧气入口10，外部氧气入口10是用于与外部氧气气源连接的输入接口，外部氧气气源可以为如钢瓶、医院设备带和氧气机等；
输入氧气源压力传感器20，用于监测输入氧气源的压力；输入氧气源压力传感器20安装在与外部氧气入口10连通的管路上；
比例电磁阀30，用于控制供氧流量的大小；连通外部氧气入口10的管路的另一端分为两条并行设置的氧气供氧通道，分别为第一氧气供氧通道和第二氧气供氧通道，第一氧气供氧通道上设置有比例电磁阀30和氧流量传感器40，第二氧气供氧通道上设置有手动供气控制阀60，在该装置正常工作时，第二氧气供氧通道不工作，第一、第二氧气供氧通道通过管路与供氧出口70连通；
氧流量传感器40，用于实时监测供氧流量信息；氧流量传感器40设置在第一氧气供氧通道上用于实时监测该供氧通道上的供氧流量；
供氧出口压力传感器50，用于实时监测用户呼吸时的气道压力；两条氧气供氧通道通过管路与供氧出口70连通，该管路上设置有供氧出口压力传感器50，可以实时监测用户呼吸时的气道压力；
供氧出口70，用于连接用户呼吸管路；
手动供气控制阀60，用于控制氧气输送的装置1在电源故障等无法用电子节氧方式供氧时，提供连续流供氧；
血氧浓度信息接收单元80，用于接收来自用户端的血氧浓度信息；
主控单元90，用于按照设定的供氧模式监控供氧；主控单元90包括中央控制单元901和存储器902，主控单元90与输入氧气源压力传感器20、比例电磁阀30、氧流量传感器40、供氧出口压力传感器50以及血氧浓度信息接收单元80连接，用于接收传感器采集的各种信号并对其进行处理并控制相应的执行部件进行相应的动作；
电源管理单元100，用于选择供电电源、电池充放电管理；
人机交互单元110，用于用户设置/显示供氧模式及参数等信息。
外部氧气由外部氧气入口10输入，分为两条氧气供氧通道。一条通道是氧气流过比例电磁阀30，主控单元90控制比例电磁阀30的开度，使比例电磁阀30输出不同流速的氧气气流。从比例电磁阀30输出的氧气进入氧流量传感器40，从氧流量传感器40流出的氧气连接于供氧出口70，供氧出口连接用户呼吸管路进入用户肺部进行气体交换。另一条通道是氧气连接手动供气控制阀60，从手动供气控制阀60流出的氧气连接于供氧出口70，供氧出口连接用户呼吸管路进入用户肺部进行气体交换。在同一时刻，只能选择上述两条氧气供氧通道中的一个通道供氧。
实施例1
如图2、图3和图4所示为本发明公开的控制氧气输送的方法的第一种实施例，包括，
设定第一供氧流量模型；
检测输氧装置内的气压；
根据输气装置内的气压值和气压变化程度，判定用户是否处于吸气状态；
在判定为所述用户处于吸气状态的情况下，按所述第一供氧流量模型控制所述输气装置的输氧管路打开以使得氧气经由所述输气装置向所述用户提供，并在所述输气装置的输氧管路的打开时间到达设定的第一时间时关闭所述输气装置的输氧管路，所述第一时间小于所述用户处于吸气状态的时间；
设定第二供氧流量模型；
检测输氧装置内的氧气流量；
根据所述输气装置内的氧气流量值和氧气流量变化程度，判断用户是否处于呼气状态；
在判定为所述用户处于呼气状态计算所述用户处于呼气状态的时间，在所述用户处于呼气状态的时间大于或等于设定的第二时间时，按照所述第二供氧流量模型控制所述输气装置的输氧管路打开。
具体地，所述第一供氧流量模型中供氧流量是根据用户的吸气流量曲线进行设定，所述第一供氧流量模型中供氧流量与用户的吸气曲线的关系为：
Fs1＝K*Fp，0.5≤K≤1； (1)
其中，Fs1为第一供氧流量模型中供氧流量，Fp为用户的吸气流量曲线中对应的吸气流量，K是供氧系数。
在使用氧气输送的装置对用户进行供氧时先需要对用户进行呼吸曲线测试，在用户吸气曲线测试过程中，主控器90检测到用户吸气动作后，将比例阀30全部打开，在整个吸气相，氧流量传感器40实时采集第一氧气供氧通道上的氧气流量信号41，并将该氧气流量信号41传送至主控单元90，主控单元90对氧气流量信号41以一定的采样时间间隔，如100微秒进行采样并存储到存储器902，并对整个呼吸相中的所有采集点进行曲线拟合以作为用户吸气曲线数据Fp，并将该吸气曲线数据存储到存储器中，并依据Fp和K设定所述第一供氧流量模型中供氧流量；如图8所示，供氧出口压力传感器50实时采集与供氧出口70连通的管路上的压力信号51，并将该压力信号51传输至主控单元90，主控单元90对压力信号51以一定的采样时间间隔，如100微秒进行采样，对采样后的数据进行滤波，如滑动平均滤波法，并存入压力信号数组，如20个元素的数组，主控单元实时拟合压力信号形状，如采用最小二乘法拟合压力曲线y1＝b1*x+b0，其中y1为拟合的压力曲线，x为采样时刻，b1为拟合的压力曲线的斜率，b0为拟合的压力曲线的初值，当压力曲线斜率b1大于一定的门槛(根据灵敏度的不同，可以设置不同等级的门槛，如0.2、0.3或0.4)并在压力大于一定预设值时，判定用户有吸气动作，用户此时处于吸气状态；
在判定所述用户处于吸气状态的情况下，控制单元90控制比例电磁阀30打开一定的开度，使得通过比例电磁阀30的供氧量按照设定的第一供氧流量模型供氧，并在所述输气装置的输氧管路的打开时间到达设定的第一时间时关闭所述输气装置的输氧管路，所述第一时间小于所述用户处于吸气状态的时间，以使得氧气经由第一氧气供氧通道向所述用户提供，所述第一供氧流量曲线根据人体吸气相吸气气流特征曲线确定，输送到用户呼吸道气体体积如图3所示，并可以设置为不同的档位，如图3中示出了曲线303，曲线304，曲线305，曲线306，曲线307，可以分别表示5档、4档、3档、2档和1档，也就是不同的供氧系数K值，氧流量依次递减，可以根据需要进行设定。
氧流量传感器40实时采集第一氧气供氧通道上的氧气流量信号41，并将该氧气流量信号41传送至主控单元90，主控单元90对氧气流量信号41以一定的采样时间间隔，如100微秒进行采样，对采样后的数据进行滤波，如滑动平均滤波法等，并存入流量信号数组，如20个元素的数组，主控单元90实时拟合流量信号形状，如采用最小二乘法拟合流量曲线y2＝b3*x+b2，其中y2为拟合的流量曲线，x为采样时刻，b3为拟合的流量曲线的斜率，b2为拟合的流量曲线的初值，当流量曲线斜率b3大于一定的门槛(根据灵敏度的不同，可以设置不同等级的门槛，如0.2,0.3或0.4)时，判断用户有呼气动作，用户此时处于呼气状态。
当主控单元判定到所述用户处于呼气状态时计算所述用户处于呼气状态的时间，在所述用户处于呼气状态的时间大于或等于设定的第二时间后，第二时间小于用户处于呼气状态的总时间，主控单元90控制比例电磁阀30按照设定的开度打开，使得氧气的流量达到设定的第二供氧流量并经由第一氧气供氧通道向所述用户提供，并在用户呼气状态的末端形成氧池，即在用户处于呼气状态的末期用户的呼吸道中形成氧池302，氧池用于在用户呼气末期在用户冲刷其呼吸道，排出用户呼气末期在其呼吸道驻留的二氧化碳，并在其呼吸道内形成高氧氧池，在下一次吸气伊始就有高氧气体进入肺部进行气体交换，提高氧疗效果，优选地，第二供氧流量小于第一供氧流量，这样既可以在用户呼气末期形成氧池以提高氧疗效果，又可以减少氧气消耗，第二供氧流量模型,以能够形成氧池所需的最小流量确定，一般为0.5～1L/Ct，例如，本实施例中，第二供氧流量为1L/Ct。
本实施例中，通过检测用户处于吸气状态和呼气状态进而控制比例电磁阀的开关，以用于精确的控制通过第一氧气供氧通道向所述用户提供氧气的时间，在保证临床有效性的基础上，因为节省了氧气气源，延长了用户外出便携供氧时间，改善了用户的生活质量，节约了氧气资源，具有良好的经济效益。
进一步地，还包括，
设定用户的目标血氧浓度值Ct；
检测用户的当前血氧浓度值Cs；
将所述设定用户的目标血氧浓度值Ct与用户的当前血氧浓度值Cs进行比较，判断用户的当前血氧浓度值Cs是否小于设定用户的目标血氧浓度值Ct，若是，调节所述供氧系数；
K′＝(Ct/Cs)*K (3)
其中，K′为调节后的供氧系数。
具体地，主控单元90实时采集血氧浓度信息接收单元80接收的当前用户血氧浓度信息81，并将检测用户的当前血氧浓度值Cs并与设定的用户的目标血氧浓度Ct(例如95％)进行比较，当所述用户当前血氧浓度值小于用户目标血氧浓度值时，调大供氧系数，进而实现增大所述第一供氧流量模型中供氧流量，在本实施例中，设定的用户的目标血氧浓度Ct存储在存储器902中，中央控制单元901按照公式K′＝(Ct/Cs)*K,计算调整后的供氧系数K′(K′≧1)，主控单元90采集氧流量传感器40监测的实际流量信号41，根据设定的档位N，如4,计算目标的供氧流量N*K′，采用PID控制算法，计算输出到比例电磁阀30的控制信号31，主控单元90控制比例电磁阀30的开度，使吸气相气道内氧气流量等于N′*K，增加了供给用户的氧气量，有利于提高用户氧合水平，改善了氧疗治疗效果。
进一步地，还包括统计当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间，所述第一时间根据所述平均时间而设定。
所述第一时间由公式(5)确定：
t1＝kT1，k＝0.4-0.6 (5)
其中，t1为第一时间，T1为当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间。
具体地，主控单元90保存并计算当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间，例如保存并计算前五次吸气的平均时间，并根据计算的平均时间设定第一时间，例如将第一时间设定为平均时间的60％，即在检测到吸气开始时到前五次吸气的平均时间的60％时的时间内按照第一供氧流量通过第一氧气供氧通道向所述用户提供氧气，在吸气相末期，吸入的气体存留在呼吸性细支气管以上气道内，不能进入肺部与血液气体进行交换.而是在呼气时排出体外，这部分气体量称为生理死腔,正常人约为150ml.，将本发明中在该时间点停止供氧，有效的节省了氧气并保证氧疗效果。
进一步地，还包括统计当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于呼气状态的平均时间，所述第二时间根据所述平均时间而设定。
所述第二时间由公式(6)确定：
t2＝kT2，k＝0.6-0.8 (7)
其中，t2为第一时间，T2为当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于呼气状态的平均时间。
具体地，主控单元90保存并计算当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于呼气状态的平均时间，例如保存并计算前五次呼气的平均时间，并根据计算的平均时间设定第二时间，例如将第二时间设定为平均时间的60％，即在检测到吸气到达前五次呼气的平均时间的60％时的时刻时按照第二供氧流量通过第一氧气供氧通道向所述用户提供氧气。
本发明提出的在吸气相和呼气相的特定时间段按照以设定血氧浓度为控制目标，节氧控制器以多种特定的氧气流速-时间函数将治疗氧气输送到用户呼吸道的供氧方式，满足了医患可以直观方便的选择能够满足疗效要求的供氧模式，解决了上述当前节氧器应用市场存在的不同节氧器相同设置时，供氧能力不同，临床有效性不同的问题。
实施例2
如图5所示为本发明公开的控制氧气输送的方法的第二种实施例，包括，设定第一供氧流量模型；
检测输氧装置内的气压；
根据输气装置内的气压值和气压变化程度，判定用户是否处于吸气状态；
在判定为所述用户处于吸气状态的情况下，按所述第一供氧流量模型控制所述输气装置的输氧管路打开以使得氧气经由所述输气装置向所述用户提供，并在所述输气装置的输氧管路的打开时间到达设定的第一时间时关闭所述输气装置的输氧管路，所述第一时间小于所述用户处于吸气状态的时间。
设定第二供氧流量模型；
检测输氧装置内的氧气流量；
根据所述输气装置内的氧气流量值和氧气流量变化程度，判断用户是否处于呼气状态；
在判定为所述用户处于呼气状态计算所述用户处于呼气状态的时间，在所述用户处于呼气状态的时间大于或等于设定的第二时间时，按照所述第二供氧流量模型控制所述输气装置的输氧管路打开。
具体地，所述第一供氧流量模型中供氧流量是根据设定的供氧体积进行设定，所述第一供氧流量模型与设定的供氧体积的关系为：
Fs2＝Vt/t1； (2)
其中，Vt为设定的供氧体积，该供氧体积由医生根据患者病情需要确定，t1为第一时间，Fs2为供氧流量。
供氧出口压力传感器50实时采集与供氧出口70连通的管路上的压力信号，并将该压力信号51传输至主控单元90，主控单元90对压力信号51以一定的采样时间间隔，如100微秒进行采样，对采样后的数据进行滤波，如滑动平均滤波法，并存入压力信号数组，如20个元素的数组，主控单元实时拟合压力信号形状，如采用最小二乘法拟合压力曲线y1＝b1*x+b0，其中y1为拟合的压力曲线，x为采样时刻，b1为拟合的压力曲线的斜率，b0为拟合的压力曲线的初值，当压力曲线斜率b1大于一定的门槛(根据灵敏度的不同，可以设置不同等级的门槛，如0.2,0.3或0.4)并在压力大于一定预设值时，判定用户有吸气动作，用户此时处于吸气状态；
在判定所述用户处于吸气状态的情况下，控制单元90控制比例电磁阀30打开一定的开度，使得通过比例电磁阀30的供氧量达到设定的第一供氧流量，以使得氧气经由第一氧气供氧通道向所述用户提供，所述第一供氧流量曲线是高流量窄脉冲，输送到用户呼吸道气体体积如图5所示，并可以设置为不同的档位，如图4中所示，曲线402，403，404，405，406分别表示5档、4档、3档、2档以及1档，也就是不同的供氧系数K值，氧流量依次递减；
氧流量传感器40实时采集第一氧气供氧通道上的氧气流量信号41，并将该氧气流量信号41传送至主控单元90，主控单元90对氧气流量信号41以一定的采样时间间隔，如100微秒进行采样，对采样后的数据进行滤波，如滑动平均滤波法等，并存入流量信号数组，如20个元素的数组，主控单元90实时拟合流量信号形状，如采用最小二乘法拟合流量曲线y2＝b3*x+b2，其中y2为拟合的流量曲线，x为采样时刻，b3为拟合的流量曲线的斜率，b2为拟合的流量曲线的初值,当流量曲线斜率b3大于一定的门槛(根据灵敏度的不同，可以设置不同等级的门槛，如0.2,0.3或0.4)时，判断用户有呼气动作，用户此时处于呼气状态。
当主控单元判定到所述用户处于呼气状态时计算所述用户处于呼气状态的时间，在所述用户处于呼气状态的时间大于或等于设定的第二时间后，第二时间小于用户处于呼气状态的总时间，主控单元90控制比例电磁阀30按照设定的开度打开，使得氧气的流量达到设定的第二供氧流量并经由第一氧气供氧通道向所述用户提供，并在用户呼气状态的末端形成氧池，即在用户处于呼气状态的末期用户的呼吸道中形成氧池410，氧池用于在用户呼气末期在用户冲刷其呼吸道，排出用户呼气末期在其呼吸道驻留的二氧化碳，并在其呼吸道内形成高氧氧池，在下一次吸气伊始就有高氧气体进入肺部进行气体交换，提高氧疗效果，优选地，第二供氧流量小于第一供氧流量，这样既可以在用户呼气末期形成氧池以提高氧疗效果，又可以减少氧气消耗，第二供氧流量模型以能够形成氧池所需的最小流量确定，一般为0.5～1L/Ct，例如，本实施例中，第二供氧流量为1L/Ct。
本实施例中，通过检测用户处于吸气状态和呼气状态进而控制比例电磁阀的开关，以用于精确的控制通过第一氧气供氧通道向所述用户提供氧气的时间，在保证临床有效性的基础上，因为节省了氧气气源，延长了用户外出便携供氧时间，改善了用户的生活质量，节约了氧气资源，具有良好的经济效益。
进一步地，还包括，
设定用户的目标血氧浓度值Ct；
检测用户的当前血氧浓度值Cs；
将所述设定用户的目标血氧浓度值Ct与用户的当前血氧浓度值Cs进行比较，判断用户的当前血氧浓度值Cs是否小于设定用户的目标血氧浓度值Ct，若是，调节设定的所述供氧体积Vt；
Vt′＝(Ct/Cs)*Vt (4)
其中，Vt′为调节后的供氧体积。
具体地，主控单元90实时采集血氧浓度信息接收单元80接收的当前用户血氧浓度信息81，并将检测用户的当前血氧浓度值Cs与用户的目标血氧浓度Ct(例如95％)进行比较，当所述用户当前血氧浓度值小于用户目标血氧浓度值时，增大设定的所述供氧体积Vt，进而增大所述第一供氧流量，在本实施例中，用户的目标血氧浓度Ct存储在存储器902中，中央控制单元901按照公式Vt′＝(Ct/Cs)*Vt,计算调整后的设定的供氧体积Vt′，主控单元90采集氧流量传感器40监测的实际流量信号41，根据设定的档位N，如4,计算目标的供氧量N*K，采用PID控制算法，计算输出到比例电磁阀30的控制信号31，主控单元90控制比例电磁阀30的开度，使吸气相气道内氧气流量等于N*K，增加了供给用户的氧气量，有利于提高用户氧合水平，改善了氧疗治疗效果。
进一步地，还包括统计当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间，所述第一时间根据所述平均时间而设定。
所述第一时间由公式(1)确定：
t1＝kT1，k＝0.2-0.4 (6)
其中，t1为第一时间，T1为当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间。
具体地，主控单元90保存并计算当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间，例如保存并计算前五次吸气的平均时间，并根据计算的平均时间设定第一时间，例如将第一时间设定为平均时间的60％，即在检测到吸气开始时到前五次吸气的平均时间的60％时的时间内按照第一供氧流量通过第一氧气供氧通道向所述用户提供氧气。
进一步地，还包括统计当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于呼气状态的平均时间，所述第二时间根据所述平均时间而设定。
所述第二时间由公式(2)确定：
t2＝kT2，k＝0.6-0.8 (7)
其中，t2为第一时间，T2为当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于呼气状态的平均时间。
具体地，主控单元90保存并计算当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于呼气状态的平均时间，例如保存并计算前五次呼气的平均时间，并根据计算的平均时间设定第二时间，例如将第二时间设定为平均时间的60％，即在检测到吸气到达前五次呼气的平均时间的60％时的时刻时按照第二供氧流量通过第一氧气供氧通道向所述用户提供氧气。
实施例3
如图6所示为本发明公开的控制氧气输送的方法的第三种实施例，包括，设定第一供氧流量模型；
检测输氧装置内的气压；
根据输气装置内的气压值和气压变化程度，判定用户是否处于吸气状态；
在判定为所述用户处于吸气状态的情况下，按所述第一供氧流量模型控制所述输气装置的输氧管路打开以使得氧气经由所述输气装置向所述用户提供，并在所述输气装置的输氧管路的打开时间到达设定的第一时间时关闭所述输气装置的输氧管路，所述第一时间小于所述用户处于吸气状态的时间；
所述第一供氧流量模型中供氧流量是根据用户的吸气流量曲线进行设定，所述第一供氧流量模型中供氧流量与用户的吸气曲线的关系为：
Fs1＝K*Fp，0.5≤K≤1； (1)
其中，Fs1为第一供氧流量模型中供氧流量，Fp为用户的吸气流量曲线中对应的吸气流量，K是供氧系数。
在使用氧气输送的装置对用户进行供氧时先需要对用户进行呼吸曲线测试，在用户吸气曲线测试过程中，主控器90检测到用户吸气动作后，将比例阀30全部打开，在整个吸气相，氧流量传感器40实时采集第一氧气供氧通道上的氧气流量信号41，并将该氧气流量信号41传送至主控单元90，主控单元90对氧气流量信号41以一定的采样时间间隔，如100微秒进行采样并存储到存储器902，并对整个呼吸相中的所有采集点进行曲线拟合以作为用户吸气曲线数据Fp，并将该吸气曲线数据存储到存储器中，并依据Fp和K设定所述第一供氧流量模型中供氧流量；如图8所示，供氧出口压力传感器50实时采集与供氧出口70连通的管路上的压力信号51，并将该压力信号51传输至主控单元90，主控单元90对压力信号51以一定的采样时间间隔，如100微秒进行采样，对采样后的数据进行滤波，如滑动平均滤波法，并存入压力信号数组，如20个元素的数组，主控单元实时拟合压力信号形状，如采用最小二乘法拟合压力曲线y1＝b1*x+b0，其中y1为拟合的压力曲线，x为采样时刻，b1为拟合的压力曲线的斜率，b0为拟合的压力曲线的初值，当压力曲线斜率b1大于一定的门槛(根据灵敏度的不同，可以设置不同等级的门槛，如0.2、0.3或0.4)并在压力大于一定预设值时，判定用户有吸气动作，用户此时处于吸气状态；
在判定所述用户处于吸气状态的情况下，控制单元90控制比例电磁阀30打开一定的开度，使得通过比例电磁阀30的供氧量按照设定的第一供氧流量模型供氧，并在所述输气装置的输氧管路的打开时间到达设定的第一时间时关闭所述输气装置的输氧管路，所述第一时间小于所述用户处于吸气状态的时间，以使得氧气经由第一氧气供氧通道向所述用户提供，所述第一供氧流量曲线根据人体吸气相吸气气流特征曲线确定，输送到用户呼吸道气体体积如图3所示，并可以设置为不同的档位，如图6中示出了曲线303，曲线304，曲线305，曲线306，曲线307，可以分别表示5档、4档、3档、2档和1档，也就是不同的供氧系数K值，氧流量依次递减，可以根据需要进行设定。
本实施例中，通过检测用户处于吸气状态进而控制比例电磁阀的开关，以用于精确的控制通过第一氧气供氧通道向所述用户提供氧气的时间，在保证临床有效性的基础上，因为节省了氧气气源，延长了用户外出便携供氧时间，改善了用户的生活质量，节约了氧气资源，具有良好的经济效益。
进一步地，还包括，
设定用户的目标血氧浓度值Ct；
检测用户的当前血氧浓度值Cs；
将所述设定用户的目标血氧浓度值Ct与用户的当前血氧浓度值Cs进行比较，判断用户的当前血氧浓度值Cs是否小于设定用户的目标血氧浓度值Ct，若是，调节所述供氧系数；
K′＝(Ct/Cs)*K (3)
其中，K′为调节后的供氧系数。
具体地，主控单元90实时采集血氧浓度信息接收单元80接收的当前用户血氧浓度信息81，并将检测用户的当前血氧浓度值Cs并与设定的用户的目标血氧浓度Ct(例如95％)进行比较，当所述用户当前血氧浓度值小于用户目标血氧浓度值时，调大供氧系数，进而实现增大所述第一供氧流量模型中供氧流量，在本实施例中，设定的用户的目标血氧浓度Ct存储在存储器902中，中央控制单元901按照公式K′＝(Ct/Cs)*K,计算调整后的供氧系数K′(K′≧1)，主控单元90采集氧流量传感器40监测的实际流量信号41，根据设定的档位N，如4,计算目标的供氧流量N*K′，采用PID控制算法，计算输出到比例电磁阀30的控制信号31，主控单元90控制比例电磁阀30的开度，使吸气相气道内氧气流量等于N′*K，增加了供给用户的氧气量，有利于提高用户氧合水平，改善了氧疗治疗效果。
进一步地，还包括统计当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间，所述第一时间根据所述平均时间而设定。
所述第一时间由公式(5)确定：
t1＝kT1，k＝0.4-0.6 (5)
其中，t1为第一时间，T1为当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间。
具体地，主控单元90保存并计算当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间，例如保存并计算前五次吸气的平均时间，并根据计算的平均时间设定第一时间，例如将第一时间设定为平均时间的60％，即在检测到吸气开始时到前五次吸气的平均时间的60％时的时间内按照第一供氧流量通过第一氧气供氧通道向所述用户提供氧气。
本发明提出的在吸气相的特定时间段按照以设定血氧浓度为控制目标，节氧控制器以多种特定的氧气流速-时间函数将治疗氧气输送到用户呼吸道的供氧方式，满足了医患可以直观方便的选择能够满足疗效要求的供氧模式，解决了上述当前节氧器应用市场存在的不同节氧器相同设置时，供氧能力不同，临床有效性不同的问题。
实施例4
如图7所示为本发明公开的控制氧气输送的方法的第四种实施例，包括，
设定第一供氧流量模型；
检测输氧装置内的气压；
根据输气装置内的气压值和气压变化程度，判定用户是否处于吸气状态；
在判定为所述用户处于吸气状态的情况下，按所述第一供氧流量模型控制所述输气装置的输氧管路打开以使得氧气经由所述输气装置向所述用户提供，并在所述输气装置的输氧管路的打开时间到达设定的第一时间时关闭所述输气装置的输氧管路，所述第一时间小于所述用户处于吸气状态的时间。
进一步地，所述第一供氧流量模型中供氧流量是根据设定的供氧体积进行设定，所述第一供氧流量模型与设定的供氧体积的关系为：
Fs2＝Vt/t1； (2)
其中，Vt为设定的供氧体积，该供氧体积由医生根据患者病情需要确定，t1为第一时间，Fs2为供氧流量。
供氧出口压力传感器50实时采集与供氧出口70连通的管路上的压力信号，并将该压力信号51传输至主控单元90，主控单元90对压力信号51以一定的采样时间间隔，如100微秒进行采样，对采样后的数据进行滤波，如滑动平均滤波法，并存入压力信号数组，如20个元素的数组，主控单元实时拟合压力信号形状，如采用最小二乘法拟合压力曲线y1＝b1*x+b0，其中y1为拟合的压力曲线，x为采样时刻，b1为拟合的压力曲线的斜率，b0为拟合的压力曲线的初值，当压力曲线斜率b1大于一定的门槛(根据灵敏度的不同，可以设置不同等级的门槛，如0.2,0.3或0.4)并在压力大于一定预设值时，判定用户有吸气动作，用户此时处于吸气状态；
在判定所述用户处于吸气状态的情况下，控制单元90控制比例电磁阀30打开一定的开度，使得通过比例电磁阀30的供氧量达到设定的第一供氧流量，以使得氧气经由第一氧气供氧通道向所述用户提供，所述第一供氧流量曲线是高流量窄脉冲，输送到用户呼吸道气体体积如图7所示，并可以设置为不同的档位，如图7中所示，曲线602，603，604，605，606分别表示5档、4档、3档、2档以及1档，也就是不同的供氧系数K值，氧流量依次递减；
本实施例中，通过检测用户处于吸气状态进而控制比例电磁阀的开关，以用于精确的控制通过第一氧气供氧通道向所述用户提供氧气的时间，在保证临床有效性的基础上，因为节省了氧气气源，延长了用户外出便携供氧时间，改善了用户的生活质量，节约了氧气资源，具有良好的经济效益。
进一步地，还包括，设定用户的目标血氧浓度值Ct；
检测用户的当前血氧浓度值Cs；
将所述设定用户的目标血氧浓度值Ct与用户的当前血氧浓度值Cs进行比较，判断用户的当前血氧浓度值Cs是否小于设定用户的目标血氧浓度值Ct，若是，调节设定的所述供氧体积Vt；
Vt′＝(Ct/Cs)*Vt (4)
其中，Vt′为调节后的供氧体积。
具体地，主控单元90实时采集血氧浓度信息接收单元80接收的当前用户血氧浓度信息81，并将检测用户的当前血氧浓度值Cs与用户的目标血氧浓度Ct(例如95％)进行比较，当所述用户当前血氧浓度值小于用户目标血氧浓度值时，增大设定的所述供氧体积Vt，进而增大所述第一供氧流量，在本实施例中，用户的目标血氧浓度Ct存储在存储器902中，中央控制单元901按照公式Vt′＝(Ct/Cs)*Vt,计算调整后的设定的供氧体积Vt′，主控单元90采集氧流量传感器40监测的实际流量信号41，根据设定的档位N，如4,计算目标的供氧量N*K，采用PID控制算法，计算输出到比例电磁阀30的控制信号31，主控单元90控制比例电磁阀30的开度，使吸气相气道内氧气流量等于N*K，增加了供给用户的氧气量，有利于提高用户氧合水平，改善了氧疗治疗效果。
进一步地，还包括统计当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间，所述第一时间根据所述平均时间而设定。
所述第一时间由公式(1)确定：
t1＝kT1，k＝0.2-0.4 (6)
其中，t1为第一时间，T1为当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间。
具体地，主控单元90保存并计算当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间，例如保存并计算前五次吸气的平均时间，并根据计算的平均时间设定第一时间，例如将第一时间设定为平均时间的60％，即在检测到吸气开始时到前五次吸气的平均时间的60％时的时间内按照第一供氧流量通过第一氧气供氧通道向所述用户提供氧气。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种控制氧气输送的方法，其特征在于：包括以下步骤，
设定第一供氧流量模型；
检测输氧装置内的气压；
根据所述输气装置内的气压值和气压变化程度，判定用户是否处于吸气状态；
在判定为所述用户处于吸气状态的情况下，按所述第一供氧流量模型控制所述输气装置的输氧管路打开以使得氧气经由所述输气装置向所述用户提供，并在所述输气装置的输氧管路的打开时间到达设定的第一时间时关闭所述输气装置的输氧管路，所述第一时间小于所述用户处于吸气状态的时间。
2.根据权利要求1所述的控制氧气输送的方法，其特征在于：
所述第一供氧流量模型中供氧流量是根据用户的吸气流量曲线进行设定，所述第一供氧流量模型中供氧流量与用户的吸气曲线的关系为：
Fs1＝K*Fp，0.5≤K≤1； (1)
其中，Fs1为第一供氧流量模型中供氧流量，Fp为用户的吸气流量曲线中对应的吸气流量，K是供氧系数。
3.根据权利要求1所述的控制氧气输送的方法，其特征在于：
所述第一供氧流量模型中供氧流量是根据设定的供氧体积进行设定，所述第一供氧流量模型与设定的供氧体积的关系为：
Fs2＝Vt/t1； (2)
其中，Vt为设定的供氧体积，t1为第一时间，Fs2为供氧流量。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的控制氧气输送的方法，其特征在于：还包括，
设定第二供氧流量模型；
检测输氧装置内的氧气流量；
根据所述输气装置内的氧气流量值和氧气流量变化程度，判断用户是否处于呼气状态；
在判定为所述用户处于呼气状态计算所述用户处于呼气状态的时间，在所述用户处于呼气状态的时间大于或等于设定的第二时间时，按照所述第二供氧流量模型控制所述输气装置的输氧管路打开。
5.根据权利要求2所述的控制氧气输送的方法，其特征在于：还包括，
设定用户的目标血氧浓度值Ct；
检测用户的当前血氧浓度值Cs；
将所述设定用户的目标血氧浓度值Ct与用户的当前血氧浓度值Cs进行比较，判断用户的当前血氧浓度值Cs是否小于设定用户的目标血氧浓度值Ct，若是，调节所述供氧系数；
K′＝(Ct/Cs)*K (3)
其中，K′为调节后的供氧系数。
6.根据权利要求3所述的控制氧气输送的方法，其特征在于：还包括，
设定用户的目标血氧浓度值Ct；
检测用户的当前血氧浓度值Cs；
将所述设定用户的目标血氧浓度值Ct与用户的当前血氧浓度值Cs进行比较，判断用户的当前血氧浓度值Cs是否小于设定用户的目标血氧浓度值Ct，若是，调节设定的所述供氧体积Vt；
Vt′＝(Ct/Cs)*Vt (4)
其中，Vt′为调节后的供氧体积。
7.根据权利要求2所述的控制氧气输送的方法，其特征在于：
所述第一时间由公式(1)确定：
t1＝kT1，k＝0.4～0.6 (5)
其中，t1为第一时间，T1为当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间。
8.根据权利要求3所述的控制氧气输送的方法，其特征在于：
所述第一时间由公式(1)确定：
t1＝kT1，k＝0.2～0.4 (6)
其中，t1为第一时间，T1为当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于吸气状态的平均时间。
9.根据权利要求4所述的控制氧气输送的方法，其特征在于：
所述第二时间由公式(2)确定：
t2＝kT2，k＝0.6～0.8 (7)
其中，t2为第一时间，T2为当前时刻之前一定时间到当前时刻止的一段时间内的所述用户处于呼气状态的平均时间。
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| CN202010839841.7A CN111921050A (zh) | 2020-08-19 | 2020-08-19 | 一种用于控制氧气输送的方法 |
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