间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪及间歇送风的控制方法.pdf

本发明为间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪及间歇送风的控制方法，所述的间歇送风控制方法，包括送风阀的启闭，其特征在于：所述的间歇式送风方法在人体呼吸气的鼻罩附近安设感知人体呼吸气流传感器，传感器信号经脉冲信号放大模块将信号放大，再通过控制模块传向送风阀发出启闭信号实现控制；所述的间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪，包括送风部分和控制部分，其特征在于：送风部分在鼻罩接出的送风道中安设一个能交替改变送风道和送风管空气通道的阀体；控制部分在鼻罩与风管交接处设置风叶。本发明装置以风叶的正反转来直接检测呼吸气流的相位和大小，结构简单，可靠性高，还大大降低了相位推算的难度。

权利要求书
1.  一种间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪的间歇送风控制方法，包括送风阀的启闭，其特征在于：所述的送风为间歇式送风，人体吸气时送风，呼气时停止；所述的间歇式送风方法在人体呼吸气的鼻罩附近安设感知人体呼吸气流传感器，传感器信号经脉冲信号放大模块将信号放大，再通过控制模块传向送风阀发出启闭信号实现控制。

2.  一种由权利要求1控制方法所形成的间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪，包括送风部分和控制部分，送风部分由风机、送风阀、送风管和鼻罩组成，控制部分包括控制模块、与其关联的风机控制模块和送风阀控制模块，其特征在于：送风部分在鼻罩接出的送风道中安设一个能交替改变送风道和送风管空气通道的阀体；控制部分在鼻罩与风管交接处设置风叶，在风叶旁侧还设置能感知风叶转向的传感器，传感器连接脉冲信号放大模块和控制模块。

3.  根据权利要求2所述的间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪，其特征在于：所述的交替改变送风道和送风管空气通道的阀体在阀芯变位方向与送风道轴成垂直型或平行型，阀芯变位方向与送风道垂直型时，阀芯侧部与阀体的设置阀芯弹簧，阀芯盖顶部连接送风道，利用送风压力使阀芯变位至通风工位，利用阀芯弹簧恢复成送风管空气通道工位；阀芯变位方向与送风道平行时，阀芯变位而在风道方向左右变位改变吸气和呼气时的两个工位。

4.  根据权利要求2所述的间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪，其特征在于：所述的反映人体吸气、呼气不同方向的风叶在螺旋桨式和风车式风叶中选择一种。

5.  根据权利要求2所述的间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪，其特征在于：所述感知吸气、呼气不同方向的传感器在电感式、电容式、霍尔式、光电式和多普勒频移式中选择一种。

6.  根据权利要求3所述的间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪，其特征在于：所述的阀芯变位方向的动力是电机驱动拉线，拉线连接阀芯发生位置变化。

7.  根据权利要求3所述的间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪，其特征在于：所述的阀芯变位方向的动力是埋设阀体内的电磁铁产生的磁力使阀芯变位。

8.  根据权利要求3所述的间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪，其特征在于：所述阀芯是圆柱体，阀芯变位经过阀芯旋转某一角度后实现阀芯的变位。

说明书间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪及间歇送风的控制方法
                                技术领域
本发明涉及一种医疗用呼吸辅助装置，特别是公开一种间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪及间歇送风的控制方法，是一种直接检测呼吸气流方向和大小及控制呼吸气流的装置，设置在鼻罩处。
                                背景技术
针对呼吸道周围肌组织下垂，松弛引起的阻塞型睡眠呼吸障碍或者神经性，肺因性睡眠呼吸障碍，现有技术是：送风机通过管道，面罩直接连接到人的口鼻处，送风机不管人是在吸气阶段还是呼气阶段，连续不断地通过面罩向口鼻送气，维持正向压力。在这种单一式送风方式下，呼气时须克服面罩内压力，把废气呼入面罩及管道，所以造成肌体负担，同时，肺腔内有一部分废气呼不出来。
为了减轻呼气阻力，改善呼气舒适度，利用送风机管道内的压力计，流量计信号，获取压力，流量信号，通过称之为状态识别算法的人工智能算法推算出人的呼气，吸气状态，在吸气时高压送风，呼气时低压送风，即双水准高低压交替式送风来改善呼气倒压，减少肺中的残余废气量。此种方式确实部分地克服了上述单一式送风方式的缺陷，并成为现有产品中的高端产品。见中国专利200480039370.0，美国专利6532957。
上述方法中，确定呼吸相位需要依靠人工智能法推算，所以有时在某些情况下的推算结论不符合那一刻的患者的实际呼吸状况。为了保证压力计，流量计能不停地采集人的呼吸数据作为上述算法的入力值，必须维持一定的最低送风压力。所以，即使患者醒着或者睡着了但还没发生呼吸阻塞的状况下，患者呼气时必须克服一个压力。这是令人难受的，是现有技术的缺点。呼出的废气一部分残留在通气管中，在下一个吸气相位中重新吸入。
                                发明内容
本发明的目的是要克服现有技术中相位推算不精确及呼气不通畅的缺陷，公开一种间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪及间歇送风的控制方法。
本发明是这样实现的：一种间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪的间歇送风控制方法，包括送风阀的启闭，其特征在于：所述的送风为间歇式送风，人体吸气时送风，呼气时停止；所述的间歇式送风方法在人体呼吸气的鼻罩附近安设感知人体呼吸气流传感器，传感器信号经脉冲信号放大模块将信号放大，再通过控制模块传向送风阀发出启闭信号实现控制；所述的间歇式送风睡眠呼吸障碍治疗仪，包括送风部分和控制部分，送风部分由风机、送风阀、送风管和鼻罩组成，控制部分包括控制模块、与其关联的风机控制模块和送风阀控制模块，其特征在于：送风部分在鼻罩接出的送风道中安设一个能交替改变送风道和送风管空气通道的阀体；控制部分在鼻罩与风管交接处设置风叶，在风叶旁侧还设置能感知风叶转向的传感器，传感器连接脉冲信号放大模块和控制模块。
所述的交替改变送风道和送风管空气通道的阀体在阀芯变位方向与送风道轴成垂直型或平行型，阀芯变位方向与送风道垂直型时，阀芯侧部与阀体的设置阀芯弹簧，阀芯盖顶部连接送风道，利用送风压力使阀芯变位至通风工位，利用阀芯弹簧恢复成送风管道通空气工位；阀芯变位方向与送风道平行时，阀芯变位而在风道方向左右变位改变吸气和呼气时的两个工位。
所述的阀芯变位方向的动力是电机驱动拉线，拉线连接阀芯发生位置变化。所述的阀芯变位方向的动力是埋设阀体内的电磁铁产生的磁力使阀芯变位。所述阀芯是圆柱体，阀芯变位经过阀芯旋转某一角度后实现阀芯的变位。
本发明交替改变送风道和送风管空气通道的阀体在阀芯变位方向与送风道轴成垂直型时，壳体水平端的一端向鼻罩送气，另一端接受来自送风管的气流。壳体的近鼻罩处为一螺旋桨式风叶或水车式风叶，风叶安装在固定于壳体的轴上，可随气流自由旋转，设置两个或两个以上的接近式传感器例如光电管于壳体上用于检测风叶的旋转方向及速度，接近式传感器指的是电感式，电容式，霍尔式，光电式，多普勒频移式等方式中的一种，其原理及使用法在物理学/电气学上是一般常识，所以省略说明，在本发明中以光电式为使用例。风叶与阀芯之间的壳体上设置呼气送风管垂直通道，也可以在阀芯上设置泄气小孔，该泄气小孔在传统的有压呼气时，用于排放废气。泄气小孔与送风管接口端之间为壳体的竖直部分，阀芯通过弹簧连接在壳体竖直部分内，并可顺着竖直壳体在第一工位和第二工位之间滑动，阀芯的端面是工作气压接受面，中间是导气孔，末端是空气开放缺口或孔。阀芯工作气流可以单独引入，也可以用送风气流兼做，这里以送风气流兼做工作气流为例说明。当风管向本装置送风后，工作气流克服弹簧弹力推动阀芯一个行程至第一工位，送风气流越过阀芯的导气孔，气流除一小部从泄气小孔排出外，大部分在本装置内推动风叶正转，下转的风叶使传感器向CPU发出正转信号，气流进入鼻罩向使用者送气；当风管停止向本装置送风时，阀芯在弹簧的恢复力作用下，返回一个行程至第二工位，阀芯的空气开放缺口把鼻罩连通至空气，使用者的呼气气流通过鼻罩，流经本装置推动风叶反转，反转的风叶使传感器向CPU发出反转信号，呼气气流从泄气小孔及空气通道中排入大气。
本发明还可以在呼气时，根据使用者的气道塌陷严重程度，控制程序作出相应的变动，维持呼气时低压送气，人呼出的废气推动风叶反转，使传感器向CPU发生反转信号，呼气气流从泄气小孔中排入大气。这一特性吸收了传统呼吸机的特点。
本发明交替改变送风道和送风管空气通道的阀体在阀芯变位方向与送风道轴成平行型时，壳体的一端向鼻罩送气，壳体的另一端接受来自送风管的气流。壳体的近鼻罩处为一螺旋桨式风叶或水车式风叶，风叶安装在固定于壳体的轴上，可随气流自由旋转，设置两个或两个以上的传感器于壳体上用于检测风叶的旋转方向及速度，传感器指的是电感式，电容式，霍尔式，光电式，多普勒频移式等方式中的一种，其原理及使用法在物理学/电气学上是一般常识，所以省略说明，在本发明中以光电式为使用例。风叶与阀芯之间设置泄气小孔，该泄气小孔在传统的有压呼气时，用于排放废气。泄气小孔与阀芯之间设置大气开放孔。壳体的近送风管处设置阀芯，阀芯通过弹簧连接在壳体内，并可顺着柱式壳体在第一工位和第二工位之间滑动，阀芯的一侧是封止面，另一侧是行程控制段，两侧中间的端面设有导风孔。当风机向风道送风后，送风气流克服弹簧弹力推动阀芯一个行程至第一工位，阀芯外周封止住壳体上的空气开放孔，送风气流越过阀芯除一小部从泄气小孔排出外，大部分在本装置内推动风叶正转，正转的风叶使传感器向CPU发出正转信号，气流进入鼻罩向使用者送气；当风管停止向本装置送风时，阀芯在弹簧的恢复力作用下，返回一个行程至第二工位，阀芯外周离开壳体上的空气开放孔，鼻罩连通至空气，使用者的呼气气流通过鼻罩，流经本装置推动风叶反转，反转的风叶使传感器向CPU发出反转信号，呼气气流从泄气小孔及空气开放孔排入大气。
本发明的工作原理：辅助人的吸气，打开主送风阀后，本例中送风气流兼做阀芯工作气流，所以阀芯工作气流克服弹簧的推力，把阀芯推动一个行程至第一工位，送风气流越过阀芯的导气孔，气流除一小部从泄气小孔排出外，大部分在本装置内推动风叶正转，流入鼻罩向口鼻送气辅助人的吸气，两个传感器按时间推移可感应到风叶的正转方向，即传感器向信号处理与控制模块(MPU)发出人处于吸气相位的信号。保障呼气时，关闭主送风阀，停止送风。此时，阀芯在弹簧的推力作用下，移动一个行程至第二工位，大气开放缺口把鼻罩连通至大气。人呼出的气流推动风叶反转，传感器按时间推移可感应到风叶的反转方向，即传感器向MPU发出人处于呼气相位的信号。呼出的废气除一小部从泄气小孔排出外，大部分通过阀芯上的空气开放缺口直接排放到大气中，呼气阻力几乎不存在。当送风机出现故障无法送风时，阀芯在弹簧的恢复力作用下，移动至第二工位，自动把鼻罩连通至空气，保障使用者安全。
本发明的有益效果是：本发明装置以风叶的正反转来直接检测呼吸气流的相位和大小，具有结构简单，可靠性高的优点，大大降低了相位推算的难度。本发明中呼气设置空气通道；二工位切换阀实现了人体吸气送风呼气通入空气功能，即排除了睡眠时的吸气障碍，保证了吸气时的舒适。并且实现了呼气时没有肺内残余废气，不滞留在送风管内，不会在下一个吸气阶段吸入送气管内的废气。当送风机出现故障不工作时，面罩自动连接至大气，保障了本发明产品使用上的安全性。
                            附图说明
图1是实施列1阀芯变位方向与送风道垂直时本发明结构示意图；
在图中：1、风叶；2、传感器；3、风叶轴；4、支架；21、弹簧；22、阀芯；23、送风管空气通道；24、导风孔；41、阀体；42、空气通道；43、泄气小孔；44、阀芯盖；71、鼻罩；72、送风管；73、送风阀；74、风机；75、伺服电机；81、脉冲信号放大模块；82、压力信号放大模块；83、风机控制模块；84、控制模块；85、送风阀控制模块。
图2是实施列2阀芯变位方向与送风道平行时本发明结构示意图；
在图中：25、阀芯；26、阀芯导风孔；27、阀芯弹簧；45、壳体；46、泄气小孔。
图3是实施列3本发明结构示意图。
图4是实施列4本发明结构示意图；
在图中：5、风车式风叶；47、阀体；48、传感器箱。
图5是实施列5本发明结构示意图；
在图中：28、泄气小孔。
图6是实施列6本发明结构示意图；
在图中：49、阀体；50、阀芯盖。
图7是实施列7本发明结构示意图；
在图中：29、阀芯；30、拉线；51、阀体；52、阀芯盖。
图8是实施列8本发明结构示意图；
在图中：31、阀芯；32、永久磁铁；53、阀体；54、电磁线圈。
图9是实施列9本发明结构示意图；
在图中：33、阀芯；34、弹簧(扭簧)；55、阀体。
图10是图9的A-A向示意图。
图11是图9的B-B向示意图。
                            具体实施方式
实施例1：
根据附图1，阀体41做成十字形，近鼻罩处的壳体内安装风叶1，风叶套在风叶轴3上，风叶轴安装在支架4上，传感器2也安装在支架或者阀体41上；风叶后部的壳体上设置泄气小孔43；阀芯22与送风气流不是平行而是竖插在阀体内，阀芯22的一个工位是导风孔24，另一个工位是送风管空气通道23；弹簧21一端连接在阀体上，另一端连接在阀芯上；阀芯上部是带工作气流进口的阀芯盖44。工作气流可以单独引入，在本例中，送风气流兼做工作气流。传感器2的信号经脉冲信号放大模块81放大信号后传给控制模块84向风机控制模块83发出运转信号，维持伺服电机75转动，风机74供风；同时，控制模块84通过送风阀控制模块85打开送风阀73，送风气流通过送风管72向阀体41送风；送风气流从阀芯盖44进入阀芯上部，推动阀芯22克服弹簧21的抵抗进入导通工位；气流穿过阀芯导通孔，进入鼻罩71，对人体加压；这时，人如果吸气，则阀体内形成穿越风叶1的气流，风叶正转，传感器2感应到来自风叶的脉冲信号，脉冲信号通过脉冲信号放大模块81传送至控制模块84。气流速度越快，风叶转速越快，脉冲信号频率越高。控制模块84实时地通过压力信号放大模块82获取压力信号。
当吸气结束时，穿越风叶的气流趋于停止，整个送风管内压力升高，控制模块获取正转停止及压力在升高的事实，由此可判断出吸气相结束；控制模块84通过送风阀控制模块85关闭送风阀73，送风管内没有气流，阀芯的工作气流也停止了，阀芯22在弹簧21的恢复力的作用下，人呼出的气流穿越风叶1，使风叶反转，废气从送风管空气通道23经阀体上的空气通道42排到大气中。代表反转的脉冲信号输入控制模块84中。
当呼气结束时，风叶停止反转，这时可判断呼气相结束。这时可打开送风阀73送风，也可以等待人的自主吸气；如果自主吸气发生，则空气从阀芯的导风孔24经风叶1吸入人体，风叶正转，可判断人发生了自主吸气，打开送风阀73，辅助人的吸气。
实施例2：
根据附图2，壳体45做成圆柱形，近鼻罩处的壳体内安装风叶1，风叶套在风叶轴3上，风叶轴安装在支架4上，传感器2也安装在支架或者壳体45上；风叶后部的壳体上设置泄气小孔43；壳体中部设置泄气小孔46；阀芯25顺插在阀体内，阀芯25有大气排放口遮挡外圆，行程控制外圆及导气端面组成；阀芯弹簧27一端连接在阀体上，另一端连接在阀芯上；送风时，送风气流推动阀芯克服弹簧阻力，滑动一个行程至送风状态，大气排放孔被关闭，送风气流越过阀芯导风孔26，转动风叶进入鼻罩；停止送风，人呼气时，阀芯在弹簧的恢复力作用下，进入开放工位，人排出的废气转动风叶，从废气排放孔排入大气。压力信号放大模块82从阀体处获取压力信号。
实施例3：
根据附图3，与实施例2唯一不同的是压力信号的取得位置不同，压力信号放大模块82从送风管处获取压力信号。两者之间差一个压力损失经验系数。
实施例4：
根据附图4，与实施例2不同的是风叶的形状不是螺旋浆，而是放射状水车形。风车式风叶5安装在阀体47内，在阀体上安装一个容纳检测元件的传感器箱48，盖子内安装传感器2。其余与实施例2相同。
实施例5：
根据附图5，与实施例1不同的是泄气小孔的设计。泄气小孔28不是设置在阀体41上，而是设置在阀芯22上，具体来说就是设置在阀芯22的导气孔24上。其余与实施例1相同。
实施例6：
根据附图6，与实施例1不同的是阀芯工作气流的改进。阀芯工作气流的引入不需要单独的导管。导气管内置在阀芯的阀芯盖50内；与阀体49相连后，工作气流从送气管端直接引入阀芯顶端工作面。其余与实施例1相同。
实施例7：
根据附图7，与实施例1不同的是阀芯动力方式的变化。阀芯29的工作动力不是工作气流而是拉线30。相应的呼吸机内部要设置拉动装置如电动卷扬机。其余与实施例1相同。
实施例8：
根据附图8，与实施例1不同的是阀芯动力方式的变化。阀芯31的工作动力不是工作气流而是电磁方式。永久磁铁32预埋在阀芯内，电磁线圈54设置在阀体53上，阀芯的工位切换依赖于电气信号。其余与实施例1相同。
实施例9：
根据附图9，与实施例1不同的是阀芯移动方式为转动式。扭转式阀芯33设置在阀体55内，通过弹簧(扭簧)34连接，工作气流可使阀芯旋转一个直角，从空气开放工位切换至导通工位。其余与实施例1相同。