專利名稱：計算機控制呼吸機系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計算機控制呼吸機系統(tǒng)。
醫(yī)學上治療和搶救病人過程中，既具有限量切換又具有限壓切換功能的呼吸機應(yīng)用范圍很廣，目前，已出現(xiàn)了采用大規(guī)模集成電路控制和單板機控制的雙切換型呼吸機。但一般仍然是以高壓氧氣直接作為供氣源，參數(shù)調(diào)節(jié)是采用旋鈕按刻度進行，因而存在氣路壓力不均衡，有時氣流過猛、氧濃度調(diào)節(jié)精度低、范圍窄，特別是低氧范圍下不來，功能少，不能顯示和打印呼吸波形等問題，不能很好地滿足臨床治療、搶救以及科研教學的需要。
本發(fā)明的目的在于提供一種由單板計算機控制、采用專用鍵盤輸入、工作過程由程序自動控制，參數(shù)大范圍可調(diào)，精度高，性能可靠，能顯示和打印各種呼吸參數(shù)及波形，能實現(xiàn)雙切換(壓力切換及容量切換)和雙同步的多功能呼吸機。
本發(fā)明的要點是以單板計算機作為控制中心，以呼吸機專用鍵盤輸入代替調(diào)節(jié)旋鈕，用以步進電機、供氣泵、衡壓泵等組成的供氣機構(gòu)代替由氧氣瓶之高壓氧直接供氣的方式，增加顯示和打印功能，并在程序控制下對呼吸過程進行實時追蹤及監(jiān)測，在顯示器上顯示出各種參數(shù)及波形，能方便地進行修改、替換，完成IPPB(間歇正壓指令呼吸)、AMV(輔助呼吸)、IAV(間歇輔助呼吸)、IMV(間歇指令呼吸)、SIMV(同步間歇指令呼吸)、PEEP(呼氣末正壓呼吸)、CPAP(持續(xù)氣道正壓)、MMV(每分鐘指令通氣)、SIGH(嘆息功能)、EIP(吸氣坪臺)、SPEEP(同步呼氣末正壓呼吸)等十一種功能之中的任何一種，并能進行功能的疊加和組合。還能將各種實時呼吸波形及呼吸參數(shù)通過打印機打印出來。
本計算機控制呼吸機系統(tǒng)還安有監(jiān)控、報警、安全排壓機構(gòu)，能在計算機控制下進行呼吸頻率的上、下限聲光報警，吸入壓的上、下限聲光報警，在危急時刻有緊急通氣功能。
作為本發(fā)明的又一特征，是它還有一個手控工作機構(gòu)，在突然停電的情況下及無電地區(qū)仍可對患者供氣，實施呼吸過程。
以下，結(jié)合附圖對本發(fā)明之計算機控制呼吸機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征作進一步描述。


圖1計算機控制呼吸機系統(tǒng)原理框圖。
圖2計算機控制呼吸機系統(tǒng)工作原理示意3計算機控制呼吸機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框4計算機控制呼吸機系統(tǒng)電控原理5專用鍵盤接口線路原理6電磁閥驅(qū)動控制電路7微動開關(guān)K1的控制模式圖8限位開關(guān)K2、K3與PIO連接9步進電機驅(qū)動控制電路10氣控三通閥結(jié)構(gòu)示意11呼氣閥結(jié)構(gòu)示意12手動控制閥結(jié)構(gòu)示意13重力單向閥、氧-空混合器結(jié)構(gòu)示意14計算機控制呼吸工作流程15計算機控制呼吸機系統(tǒng)軟件控制主流程圖1、圖2中(1)-單板計算機(2)-步進電機(3)-傳動裝置(4)-供氣泵(5)-輸入單向閥(6)-氣控三通閥(7)-衡壓泵(8)-加壓單向閥(9)-安全閥(10)-人工肺(11)-手控機構(gòu)(12)-呼氣閥(13)-專用鍵盤(14)-鍵盤接口(15)-打印機(16)-打印機接口(17)-顯示器接口(18)-顯示器(19)-步進電機驅(qū)動電路 (20)-DC3控制電路
(21)-電磁閥DC3(22)-DC2控制電路(23)-電磁閥DC2(24)電磁閥DC1(25)DC1控制電路 (26)壓力傳感器(27)放大器(28)A/D接口(29)-聲光報警電路(30)-手動控制閥(31)-重力單向閥(32)-氧-空混合器(33)-微動開關(guān)K1(34)-限位開關(guān)K2(35)-限位開關(guān)K3如圖1圖2所示，本發(fā)明之計算機控制呼吸機系統(tǒng)包括單板計算機(1);
由順次相連的步進電機(2)、傳動裝置(3)、供氣泵(4)、輸入單向閥(5)、氣控三通閥(6)、衡壓泵(7)、加壓單向閥(8)構(gòu)成的供氣機構(gòu);
由步進電機驅(qū)動電路(19)、電磁閥控制電路(20)、(22)、(25)、電磁閥(21)、(23)、(24)、聲光報警電路(29)、微動開關(guān)K1(33)、限位開關(guān)K2(34)、K3(35)組成的電控機構(gòu);
呼氣閥(12);
專用鍵盤(13)、它通過鍵盤接口(14)與單板計算機(1)相連;
能實時地將鍵盤輸入的各種呼吸參數(shù)及現(xiàn)行功能或其疊加進行顯示、修改或替換的顯示器(18)、它通過顯示器接口(17)與單板計算機(1)相連;
能自動打印出各種實時呼吸波形及呼吸參數(shù)的打印機(15)、它通過打印機接口(16)與單板計算機(1)相連;
計算機控制軟件;
工作電源等部份。
單板計算機(1)是控制中心，通過軟件及相應(yīng)的接口電路(14)、(16)、(17)和電控機構(gòu)按程序自動控制整個呼吸機系統(tǒng)的工作。
與單板計算機相連的部件如圖3所示，他們是鍵盤管理及控制模塊、數(shù)據(jù)采集控制模塊、工作報警控制模塊、執(zhí)行機構(gòu)、工作電源等部份，他們的連接關(guān)系及電控原理如圖4所示，此處不再贅述。
為提高系統(tǒng)的可靠性，本發(fā)明之計算機控制呼吸機系統(tǒng)還有一個由壓力傳感器(26)、放大器(27)、A/D接口(28)、安全閥(9)組成的監(jiān)控、報警、安全系統(tǒng)。壓力傳感器(26)與人肺(10)氣道相連，將檢測到的呼吸壓力值經(jīng)放大器(27)放大后傳到A/D接口(28)，變換成數(shù)字量后存入計算機內(nèi)存，經(jīng)軟件處理后生成呼吸波形信號在顯示器上顯示，并通過傳感器(26)檢測同步信號及報警信號，經(jīng)CPU軟件處理后，與預(yù)置壓力值或頻率值進行比較，再由計算機控制聲光報警電路進行吸入壓的上、下限聲光報警和呼吸頻率的上、下限聲光報警;安全閥(9)置于加壓單向閥(8)之一側(cè)，當肺道氣壓超過安全值時，該閥自動放氣減壓。在危急時刻，有緊急通氣功能，此時只需按動緊急通氣按鈕，計算機即按預(yù)先編制的緊急通氣時的各項參數(shù)，及時向病人供氣。
為應(yīng)付突然停電后給病人造成的危害，本發(fā)明之計算機控制呼吸機系統(tǒng)還有一個由手動控制閥(30)、重力單向閥(31)、氧-空混合器(32)構(gòu)成的手動控制機構(gòu)(11)，氧-空混合器(32)之出口直接與人肺氣道相連。當停電時，接通高壓氣源，按動手動控制閥按鈕，則可繼續(xù)對病人施行呼吸過程。
以下，就本發(fā)明的各關(guān)鍵部份，結(jié)合附圖分別作進一步地描述，以了解本發(fā)明之特征。
1.專用鍵盤電路及接口(參見附圖5)本發(fā)明之專用鍵盤的作用是向計算機輸入呼吸參數(shù)與功能，進行參數(shù)修改及功能的轉(zhuǎn)換及疊加，其目的是通過鍵盤管理電路產(chǎn)生中斷信號，通知CPU接受操作者發(fā)出的指令，繼而由CPU控制其他電路動作。其工作原理是采用了一種稱之為“線反轉(zhuǎn)”的方法來識別按鍵，選出鍵碼，并通過接口向CPU發(fā)出鍵盤中斷請求，由鍵盤中斷服務(wù)程序來完成鍵盤管理工作。
2.電磁閥控制電路(參見附圖6)如圖2所示，本發(fā)明之計算機控制呼吸機系統(tǒng)中，由電磁閥DC1(24)來控制衡壓泵中的氧氣量，電磁閥DC1吸合，接通高壓氧氣通路，衡壓泵進行充氧，氧氣充滿，DC1釋放;電磁閥DC2(23)控制氣控三通閥(6)的開閉，給供氣泵提供氧和空氣;電磁閥DC3(21)控制呼氣閥H的開閉。三個電磁閥的動作均由單板計算機(1)發(fā)出指令，通過計算機軟件和如圖6所示的電磁閥控制電路來實現(xiàn)控制。
3.微動開關(guān)K1微動開關(guān)K1(33)的作用是控制衡壓泵的充氧量。當衡壓泵中充滿氧氣時，微動開關(guān)K1(33)閉合，電磁閥DC1(24)釋放，切斷供氧氣路，同時，電磁閥DC2(23)吸合，接通衡壓泵(7)與供氣泵(4)之間的氣路，為抽氧和抽空氣作好準備。電磁閥DC1(24)的吸合受電磁閥DC2(23)和微動開關(guān)K1(33)狀態(tài)的控制，只有在電磁閥DC2(23)釋放(氣控三通閥(6)阻斷通向供氣泵的氣路)、微動開關(guān)K1(33)斷開(衡壓泵中氧氣不滿)時，電磁閥DC1(24)才能吸合，繼續(xù)對衡壓泵(7)充氧。因此，可由微動開關(guān)K1(33)和電磁閥DC2(23)的狀態(tài)來控制電磁閥DC1(24)的動作，電磁閥DC2(23)之動作由單板計算機(1)通過軟件和相應(yīng)的控制電路控制，微動開關(guān)K1(33)由衡壓泵控制，從而使衡壓泵(7)與供氣泵(4)能協(xié)調(diào)工作，并能減少CPU控制，提高CPU的控制速度。這是本發(fā)明的特點之一。電磁閥DC1(24)的受控狀態(tài)見下面的真值表
K1＝0，閉合，K1＝1斷開DC2＝0釋放，DC2＝1吸合DC1＝0釋放，DC1＝1吸合由上表可知，只有在微動開關(guān)K1(33)斷開(K1＝1)及電磁閥DC2(23)釋放(DC2＝0)的情況下，電磁閥DC1(24)才能吸合(DC1＝1)，使衡壓泵進行充氧。由此真值表可得如圖7所示的控制模式。
4.供氣泵限位開關(guān)K2、K3供氣泵限位開關(guān)K2(34)、K3(35)是一種微動開關(guān)，其作用是限制供氣泵(4)的行程，通過限位開關(guān)K2(34)、K3(35)的閉合，分別由PIO口向單板計算機(1)的CPU送出中斷請求信號，單板計算機(1)的CPU響應(yīng)中斷，迫使電機(2)停轉(zhuǎn)，限位開關(guān)K2(34)、K3(35)與PIO口的連接如圖8所示。
5.步進電機驅(qū)動及接口電路(參見附圖9)該電路的特點是采用了一種較為先進的VMOS器件作為大功率驅(qū)動管，取代了常規(guī)采用晶體管作為步進電機驅(qū)動器之作法，使得控制靈活方便、電路簡單、成本低、運行效果好。作為降低功耗、滿足步進電機大電流、高頻率、大轉(zhuǎn)矩運行的另一方法，還可以采用雙電源對步進電機驅(qū)動，驅(qū)動元件仍采用VMOS器件。供氣過程由單板計算機控制，抽氧步數(shù)與抽空氣步數(shù)均由單板計算機計算后由CPU通過PIO口控制步進電機執(zhí)行。
6.供氣機構(gòu)及其衡壓泵本發(fā)明采用以步進電機(2)、傳動裝置(3)、供氣泵(4)、輸入單向閥(5)、氣控三通閥(6)、衡壓泵(7)、加壓單向閥(8)構(gòu)成的供氣機構(gòu)供氣代替以高壓氧氣作氣源直接供氣的方式，這是本發(fā)明的重要特征。而這種供氣機構(gòu)供氣的關(guān)鍵是采用衡壓泵(7)將高壓氧氣減壓至接近常壓，再在單板計算機控制下，由步進電機驅(qū)動電路指揮步進電機(2)通過氣控三通閥(6)準確地抽取一定量的接近常壓的氧氣和常壓的空氣，經(jīng)輸入單向閥(5)在供氣泵(4)中混合成高精度的不同氧濃度的混合氣體，再經(jīng)過加壓單向閥(8)輸出到人肺。
將高壓氧氣減壓至接近常壓的重要裝置-衡壓泵是采用具有伸縮性的皮囊組成，上有一高壓氧氣進氣管和一低壓氧氣出氣管，內(nèi)有一限位金屬板;微動開關(guān)K1(33)與衡壓泵底部相連。當電磁閥DC1(24)閉合，高壓氧氣進入衡壓泵自動減壓至接近常壓，到氧氣充滿衡壓泵時，推動限位金屬板向下運動至泵底，微動開關(guān)K1(33)閉合，電磁閥DC1(24)立即釋放，切斷高壓氧氣供氧氣路，同時，電磁閥DC2(23)吸合，接通衡壓泵(7)與供氣泵(4)之間的氣路，為步進電機(2)抽氧和抽空氣作好準備。
7.氣控三通閥氣控三通閥之結(jié)構(gòu)如圖10所示。
圖中(101)-接咀(氣控三通閥的F1口)
(102)、(111)、(112)、(118)-墊圈(103)-氣閥蓋(104)-環(huán)形活瓣(105)、(113)、(117)-逼帽(106)、(114)-閥體(107)-彈簧(108)-閥桿(119)-螺釘(109)-氧氣進氣管(氣控三通閥的F2口)(110)-氧氣閥口(115)-閥門柱(116)-出氣管(氣控三通閥的F4口)(120)-空氣閥(氣控三通閥的F3口)如圖10所示，本發(fā)明之計算機控制呼吸機系統(tǒng)中的氣控三通閥(6)主要由閥體、閥桿、閥門柱、氣閥蓋等部份構(gòu)成，閥體(106)、(114)為兩內(nèi)壁孔徑不一的空心園柱體，通過氧氣閥口(110)和逼帽(113)相連，內(nèi)有閥桿(108)，園柱形的閥門柱(115)上緊在閥桿(108)上，氣閥蓋(103)與閥體(106)靠螺紋相連，兩者之間形成一氣室，內(nèi)有一環(huán)形活瓣(104)頂住伸進氣室的閥桿(108)，彈簧(107)從另一端頂住閥桿(108)，高壓氧氣進口-接咀(101)位于氣閥蓋(103)中心并直通入氣室，空氣閥(120)位于閥體(114)另一端，通過逼帽(117)與閥體(114)上緊，低壓氧氣進氣管(109)和出氣管(116)位于閥體同一側(cè)。
在供氣過程中，氣控三通閥(6)之作用在于配合衡壓泵，在步進電機抽氣時，準確地向供氣泵輸送氧氣或空氣，以配制某一氧濃度的混合氣體。其動作過程是當衡壓泵(7)中充滿一定量氧氣時，微動開關(guān)K1(33)閉合，電磁閥DC1(24)釋放，切斷衡壓泵(7)的高壓氧氣氣路，電磁閥DC2(23)閉合，一部份高壓氧氣從接咀(101)-即氣控三通閥的F1口進入氣室，壓迫環(huán)形活瓣(104)，推動閥桿(108)帶動閥門柱(115)蓋住空氣閥(120)之閥口-即氣控三通閥的F3口，衡壓泵(7)中的氧氣經(jīng)氧氣進氣管(109)-即氣控三通閥的F2口進入閥體，從出氣管(116)-即氣控三通閥的F4口輸出，經(jīng)輸入單向閥(5)進入供氣泵(4)。當電磁閥DC2(23)釋放，斷掉高壓氧氣通路時，閥桿(108)復(fù)位，空氣從空氣閥(120)之閥口(F3口)進入，從出氣管(116)(F4口)輸出，經(jīng)輸入單向閥(5)進入供氣泵(4)。
8.呼氣閥為能適應(yīng)在有電源情況下的計算機控制呼吸過程和無電源情況下的手動控制機構(gòu)工作，本發(fā)明之呼氣閥具有兩個控制通道，其結(jié)構(gòu)如圖11所示。
圖中(201)-接管(呼氣閥之HC口)(202)-呼氣閥蓋1(203)-呼氣閥桿1(204)-塔型彈簧(205)-呼氣閥逼帽1(206)-活瓣1(207)-呼氣閥活瓣套(208)-呼氣閥片1(209)-呼氣閥體(210)-呼氣口(呼氣閥之HB口)(211)-呼氣閥片2(212)-呼氣閥桿2(213)-彈簧(214)-呼氣閥滑套(215)-環(huán)形活瓣(216)-呼氣閥逼帽2(217)-氣閥蓋(218)-墊圈(219)-高壓氧氣進氣咀(呼氣閥之HA口)(220)-呼氣閥之HD口如圖11所示，本發(fā)明之呼氣閥H(12)的閥體(209)為開有呼氣口HB、HD等4個氣道的中空園柱體，由依次相連的接管(201)、呼氣閥蓋1(202)、呼氣閥桿1(203)、塔型彈簧(204)、呼氣閥逼帽1(205)、活瓣1(206)、呼氣閥活瓣套(207)、呼氣閥片1(208)、呼氣閥體(209)組成一控制通道，專供單板計算機控制呼吸用;由高壓氧氣進氣咀(219)、氣閥蓋(217)、呼氣閥逼帽2(216)、環(huán)形活瓣(215)、呼氣閥滑套(214)、彈簧(213)、呼氣閥桿2(212)、呼氣閥片2(211)、呼氣閥體(209)組成另一控制通道，供使用手動控制機構(gòu)時控制呼吸用。此通道在單板計算機控制呼吸時，也同時受控開閉。呼氣閥的動作過程詳見P10頁呼吸機動作過程。
9.手動控制閥手動控制閥結(jié)構(gòu)如圖12所示。
圖中(301)-閥體(302)-閥芯(303)-閥體蓋(304)-墊片(305)-螺母(306)-按鈕(307)-機殼(308)-接咀(高壓氧氣進口)(309)-彈簧(310)-螺堵(312)-出氣口(313)、(314)-回氣口如圖12所示，本發(fā)明之手動控制閥的閥體(301)為一中空園柱體，內(nèi)有雙活塞形、與閥體相配合的閥芯(302)，在閥體上開有四個小園孔，分別作為回氣口(313)、(314)，出氣口(312)和高壓氧氣進口[連接咀(308)]，閥體蓋(303)通過螺紋與閥體(301)上緊，內(nèi)有與閥芯(302)相連的按鈕(306)，螺堵(310)位于閥體另一端，通過彈簧(309)頂住閥芯(302)，使之堵住出氣口(312)和接咀(308)之高壓氧氣進口。
手動控制閥的動作過程詳見呼吸機動作過程。
10.重力單向閥、氧-空混合器本發(fā)明之重力單向閥、氧-空混合器是在停電時，使用手動控制機構(gòu)時使用，其最大特點是采用封閉式“文丘理”效應(yīng)，空氣從尾部進入，整個“文丘理”管被封閉，完全可以防止通常呼吸機的開放式“文丘理”效應(yīng)的反沖及擴散現(xiàn)象而造成的氧濃度比例失調(diào)的情況，其結(jié)構(gòu)如圖13所示。
圖中(401)-濾網(wǎng)夾片(402)-空氣活瓣逼帽(403)-噴咀(404)-主體(405)-墊圈(406)-閥片(407)-空氣進氣管3(408)-堵口螺釘(409)-氧混合器定位圈(410)-氧混合器噴口(411)-出氣接管(412)-濾網(wǎng)逼帽(413)-濾網(wǎng)片(414)-機殼(415)、(417)、(420)-墊圈
(416)-空氣進氣管1(418)-閥片(419)-空氣進氣管2(421)-小接咀(高壓氧氣進口)如圖13所示，本發(fā)明的重力單向閥(31)由依靠閥片(418)相通的空氣管1(416)和空氣進氣管2(419)構(gòu)成，它與氧-空混合器(32)聯(lián)成一體，氧-空混合器主體(404)為一中空園柱體，其一端與“文丘理”管式的氧混合器噴口(410)相連，另一端與空氣進氣管2(419)相接，另一空氣進氣管3(407)位于主體(404)上方，高壓氧氣進口-即小接咀(421)位于氧-空混合器主體(404)下方，氧混合器噴咀位于主體(404)內(nèi)中心。
在停電情況下，使用手動控制機構(gòu)工作時，從手動控制閥(30)送過來的高壓氧氣從小接咀(421)進入，通過噴咀(403)噴出，在“文丘理”管式的噴口(410)內(nèi)產(chǎn)生“文丘理”效應(yīng)，噴口內(nèi)形成一負壓，空氣從重力單向閥的進氣管1(416)進入，推開閥片(418)進入空氣進氣管2(419)，一部份空氣繼續(xù)推開閥片(406)進入空氣進氣管3(407)，一部份空氣在負壓效應(yīng)下，通過氧混合器主體(404)被高壓氧氣吹入噴口(410)，與原先噴入的氧氣混合成含一定比例氧氣的混合氣體，進入空氣進氣管3(407)的空氣從噴口外側(cè)輸入，與從“文丘理”管出來的混合氣體在噴口出口處進一步混合，成為氧濃度較適宜的混合氣體，從出氣接管(411)輸出，供病人呼吸用。
本發(fā)明之計算機控制呼吸機的動作過程如下(參見圖2)1.步進電機(2)向前驅(qū)動，將供氣泵(4)中的殘留氣體排出，供氣泵QB(4)復(fù)位(壓緊)，限位開關(guān)K2(34)接通，CPU控制步進電機(2)停止運動。
2.電磁閥DC1(24)吸合，接通高壓氧氣通路，衡壓泵HB(7)開始充氧，此時，氣控三通閥F(6)處于原始狀態(tài)(F2口閉塞)，衡壓泵(7)充滿氧氣后，微動開關(guān)K1(33)接通，電磁閥DC1(24)立即釋放，切斷衡壓泵的高壓氧氣通路。
至此，系統(tǒng)初始化完畢。
3.屏幕上揭示輸入各種所需參數(shù)，根據(jù)需求的氧濃度配制氣體，根據(jù)I/E、F、VT(壓力切換時，根據(jù)壓力預(yù)置值計算VT，容量切換時，由用戶預(yù)置VT)計算電機進給步數(shù)，進入呼氣周期(電機抽氣)①電磁閥DC2(23)吸合，打開氣控三通閥(6)，使該閥的空氣入口-F3閉塞，氧氣入口-F2與出氣口-F4接通;
②電機向后運動，抽氧氣，氧氣通路如下衡壓泵(7)→F2口→氣控三通閥F(6)→F4口→輸入單向閥(5)-→供氣泵(4);
③供氣泵(4)中氧氣抽到預(yù)定值時，電磁閥DC2(23)釋放，氣控三通閥F(6)復(fù)位，關(guān)閉氧氣通路F2口，開放空氣入口F3接通空氣通路，同時電磁閥DC1(24)吸合，向衡壓泵(7)供高壓氧氣直至微動開關(guān)K1(33)閉合為止;
④電機繼續(xù)拉氣，這時氧路閉塞，空氣通路為空氣PB→F3口→氣控三通閥F(6)→F4口→輸入單向閥(5)-→供氣泵(4)與氧氣混合至預(yù)定氧濃度。
⑤供氣泵(4)抽氣到預(yù)定的VT值后，電機停止工作，呼氣周期結(jié)束。
⑥計算公式a.電機驅(qū)動總步數(shù)(Bs)Bs＝VT·Bml式中VT-預(yù)定潮氣量Bml-每ml步數(shù)b.抽氧步數(shù)BO2BO2＝(O2%-0.21)/0.79＊Bsc.抽空氣步數(shù)BPBBPB＝Bs-BO24.根據(jù)預(yù)定的工作方式(壓力或容量切換及呼吸方式)和頻率，將供氣泵(4)中的氣體壓入病人肺部I(10)，進入吸氣周期①根據(jù)預(yù)置功能，CPU進行工作方式轉(zhuǎn)換及計算;
②根據(jù)預(yù)定的呼吸頻率，CPU計算電機進給速度;
③釋放電磁閥DC2(23)，關(guān)閉氧氣通路，空氣通路由于電機停止抽氣而被輸入單向閥G(5)堵斷，電磁閥DC3(21)吸合，接通高壓氧氣通路，高壓氧氣經(jīng)呼氣閥的HA口(219)進入呼氣閥，推動環(huán)形活瓣(215)，帶動呼氣閥桿2(212)，壓住呼氣閥片2(211)，使呼氣閥片2(211)擋住呼氣閥之呼氣口HB，禁止病人呼氣;
④步進電機(2)向前驅(qū)動，開始時由于加壓單向閥D(8)中彈簧的作用，部份混合氣體從呼氣閥的HC口(201)進入呼氣閥H，壓迫呼氣閥H(12)的活瓣1(206)推動呼氣閥桿1(203)向前移動而頂住呼氣閥片1(208)，斷掉呼氣通路，此后，隨著電機前進，加壓單向閥D(8)表面承受的壓力逐漸加大，當克服D中彈簧壓力時，混合氣體經(jīng)由加壓單向閥D(8)直接進入病人肺部，同時將有關(guān)參數(shù)傳給壓力傳感器P(26)，經(jīng)放大器(27)放大后傳到A/D接口(28)經(jīng)轉(zhuǎn)換后送入CPU處理，形成控制和顯示數(shù)據(jù)，這種狀態(tài)一直保持到吸氣周期結(jié)束。
5.吸氣周期結(jié)束時，電磁閥DC3(21)釋放，切斷呼氣閥H(12)HA口的高壓氧氣通路，呼氣閥桿2(212)復(fù)位，這時HC口仍有一定的壓力，呼氣閥桿1(203)仍頂住呼氣閥片1(208)，呼氣仍受阻。
6.電機反向，進入呼氣周期，由于電機抽氣，呼氣閥H(12)的HC口承受了反向力，呼氣閥桿1(203)在彈簧A的作用下復(fù)位，呼氣閥片1(208)上的壓力為零，呼氣閥的HB口開放，呼出的氣體頂開呼氣閥片1(208)，從呼氣閥的HD口(220)送出，至呼氣周期結(jié)束。
7.電機進入等待周期，準備進行下一個吸氣周期。
上述過程，可由圖14表示。
當突然停電時，可按、放手動控制閥的按鈕(306)，則本系統(tǒng)的手控機構(gòu)繼續(xù)向病人供氣，其動作過程如下若病人吸氣，按下手動控制閥(30)的按鈕(306)，推動該閥的閥芯(302)向前運動，高壓氧氣進氣口-接咀(308)和出氣口(312)打開，回氣口(313)、(314)關(guān)閉，高壓氧氣從接咀(308)進入閥體，經(jīng)出氣口(312)輸出到氧-空混合器(32)，與從重力單向閥(31)進入的空氣混合成一定氧濃度的混合氣體進入人肺，同時，手動控制閥還輸出一部份高壓氧氣到呼氣閥H(12)的HA口(219)進入呼氣閥，推動環(huán)形活瓣(215)，帶動呼氣閥桿2(212)，壓住呼氣閥片(211)，使呼氣閥片2(211)擋住呼氣閥之呼氣口HB(210)，禁止病人呼氣，使病人只能進行吸氣。
當病人呼氣時，松開手動控制閥的按鈕(306)，在彈簧(309)的作用下，閥芯(306)復(fù)位退回，關(guān)閉高壓氧氣進氣口(308)和出氣口(312)，呼氣閥H(12)內(nèi)的殘余高壓氧氣經(jīng)回氣口(313)進入閥體，從出氣口(314)排出，呼氣閥H之呼氣口HB不受阻，病人呼出的CO2從HB口-到HD口排出，病人進行呼氣，至此，吸、呼過程完成。
如此反復(fù)按、放按鈕(306)，即可對病人實施呼吸。
本發(fā)明之計算機控制呼吸機系統(tǒng)具有如下優(yōu)點1.工作過程由計算機通過程序(軟件)控制，精度高、性能可靠、控制靈活。
2.采用由步進電機、供氣泵、衡壓泵組成的供氣機構(gòu)，步進電機根據(jù)呼吸比和頻率決定電機步進速度和抽氧、抽空氣步數(shù)，并在供氣泵中混合均勻，從而可獲得各種氧濃度(從21%～98%)的均勻混合空氣，臨床上搶救和治療應(yīng)用范圍廣。且供氣壓力均勻、克服了供氣過猛，對病人氣道產(chǎn)生不適感的弊病。
3.可在屏幕上顯示并通過打印機打印出各種呼吸參數(shù)和實時波形，便于從事病歷研究和臨床教學。能顯示的參數(shù)有O2%、I/E、VT、F、HP、LP、HF、LF、NS。
4.功能齊全該機具有IPPB(間歇正壓指令呼吸)、AMV(輔助呼吸)等11種功能，并能將11種功能進行組合和疊加，在顯示器上顯示，還能方便地進行修改、替換;能實現(xiàn)雙切換(壓力和容量切換)和雙同步(壓力和容量同步)。
除適用于搶救病人外，還能使停止呼吸的病人復(fù)蘇及一般病人的呼吸護理。
5.采用鍵盤輸入，操作簡便;準確可靠。
由于具有上述優(yōu)點，本發(fā)明之計算機控制呼吸機系統(tǒng)廣泛用于成人、小兒呼吸管理及呼吸系統(tǒng)疾病治療和搶救病人，系一種具有生理反饋型的多功能呼吸機。經(jīng)在廣西醫(yī)學院附屬醫(yī)院內(nèi)部試用一年，效果很好。(詳見廣西醫(yī)學院附屬醫(yī)院臨床使用效果報告)。
權(quán)利要求
1.一種計算機控制呼吸機系統(tǒng)，包括單板計算機(1)、供氣機構(gòu)、電控機構(gòu)、呼氣閥(12)、專用鍵盤(13)、顯示器(18)、計算機軟件、工作電源等部份，單板計算機(1)是控制中心，通過軟件及相應(yīng)接口(14)、(17)和電控機構(gòu)按程序自動控制整個呼吸機系統(tǒng)的工作，其特征在于該系統(tǒng)的供氣機構(gòu)由順次相連的步進電機(2)、傳動裝置(3)、供氣泵(4)、輸入單向閥(5)、氣控三通閥(6)、衡壓泵(7)、加壓單向閥(8)構(gòu)成。所述的電控機構(gòu)由步進電機驅(qū)動電路(19)、電磁閥控制電路(20)、(22)、(25)、電磁閥(21)、(23)、(24)、聲光報警電路(29)、微動開關(guān)K1(33)、限位開關(guān)K2(34)、K3(35)組成。
2.如權(quán)利要求1所述的計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于所述的供氣機構(gòu)中，高壓氧氣經(jīng)衡壓泵(7)減壓至接近常壓，再在計算機控制下，由步進電機驅(qū)動電路(19)指揮步進電機(2)通過氣控三通閥(6)準確地抽取一定量的接近常壓的氧氣和常壓的空氣，經(jīng)輸入單向閥(5)在供氣泵(4)中混合成不同氧濃度的混合氣體，再經(jīng)過加壓單向閥(8)輸出到人肺(10)。
3.如權(quán)利要求1所述的計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于所述的顯示器(18)系能在程序控制下，實時地將鍵盤輸入的各種呼吸參數(shù)及現(xiàn)行功能(或功能疊加)進行顯示，并能方便地進行修改、替換之專用顯示器，它通過顯示器接口(17)與單板計算機(1)相連。
4.如權(quán)利要求1所述的計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還有一個能自動打印出各種實時呼吸波形及呼吸參數(shù)的打印機(15)，該機通過接口(16)與單板計算機(1)相連，由軟件控制其工作。
5.如權(quán)利要求1所述的計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還有一個由壓力傳感器(26)、放大器(27)、A/D接口(28)、安全閥(9)組成的監(jiān)控、報警、安全機構(gòu)，壓力傳感器(26)與人肺氣道相連，將檢測的呼吸壓力值經(jīng)放大器(27)放大后傳到A/D接口(28)、變換成數(shù)字量后存入計算機內(nèi)存，經(jīng)軟件處理后生成呼吸波形信號在顯示器上顯示，并通過傳感器(26)檢測同步信號及報警信號，經(jīng)計算機CPU處理后，由單板計算機控制聲光報警電路(29)進行吸入壓的上、下限聲光報警和呼吸頻率的上、下限聲光報警。安全閥(9)置于加壓單向閥(8)之一側(cè)，當肺道氣壓超過安全值時，該閥自動放氣減壓。
6.如權(quán)利要求1所述的計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于所述的連接單板計算機(1)與專用鍵盤(13)之間的接口(14)之電路是采用“線反轉(zhuǎn)”的方法來識別按鍵，選出鍵碼，并通過接口(14)向CPU發(fā)出鍵盤中斷請求，由鍵盤中斷服務(wù)程序來完成鍵盤管理工作。
7.如權(quán)利要求1所述的計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于所述的步進電機驅(qū)動電路(19)是采用VMOS器件為大功率驅(qū)動管，亦可采用雙電源對步進電機驅(qū)動，供氣過程由單板計算機控制，抽氧步數(shù)與抽空氣步數(shù)由單板計算機根據(jù)預(yù)置參數(shù)計算后由CPU通過PIO口控制步進電機執(zhí)行。
8.如權(quán)利要求1所述的計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于電磁閥DC1(24)的狀態(tài)由微動開關(guān)K1(33)、電磁閥DC2(23)的狀態(tài)來決定，電磁閥DC2(23)的狀態(tài)由單板計算機(1)控制，微動開關(guān)K1(33)的狀態(tài)由衡壓泵(7)控制，只有當微動開關(guān)K1(33)斷開，電磁閥DC2(23)釋放時，電磁閥DC1(24)才吸合，衡壓泵(7)進入充氧階段。
9.如權(quán)利要求1所述的計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于所述的氣控三通閥(6)主要由閥體(106)、(114)、閥桿(108)、閥門柱(115)、氣閥蓋(103)等部份組成，閥體(106)、(114)為兩內(nèi)壁孔徑不一的空心園柱體，通過氧氣閥口(110)和逼帽(113)相連，內(nèi)有閥桿(108)，園柱形的閥門柱(115)上緊在閥桿上，氣閥蓋(103)與閥體(106)靠螺紋相連，兩者之間形成一氣室，內(nèi)有環(huán)形活瓣(104)和彈簧(107)分別從左、右兩端頂住伸進氣室的閥桿(108)，高壓氧氣進口-接咀(101)位于氣閥蓋(103)中心并通入氣室，空氣閥(120)位于閥體(114)另一端，通過逼帽(117)與閥體(114)上緊，低壓氧氣進氣管(109)和出氣管(116)位于閥體同一側(cè)。
10.如權(quán)利要求1所述的計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于所述的呼氣閥(12)之閥體(209)為開有呼氣口HB、HD等4個氣道的中空園柱體，由依次相連的接管(201)、呼氣閥蓋1(202)、呼氣閥桿1(203)、塔型彈簧(204)、呼氣閥逼帽1(205)、活瓣1(206)、呼氣閥活瓣套(207)、呼氣閥片1(208)、呼氣閥體(209)組成一控制通道，供計算機控制呼吸用;由高壓氧氣進氣咀(219)、氣閥蓋(217)、呼氣閥逼帽2(216)、環(huán)形活瓣(215)、呼氣閥滑套(214)、彈簧(213)、呼氣閥桿2(212)、呼氣閥片2(211)組成另一控制通道，供使用手控機構(gòu)時控制呼吸用，此通道在單板計算機控制呼吸時，也同時受控開、閉。
11.如權(quán)利要求1所述的計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還有由手動控制閥(30)、重力單向閥(31)、氧-空混合器(32)構(gòu)成的手控機構(gòu)(11)，氧-空混合器(32)之出口直接與人肺(10)氣道相連。
12.如權(quán)利要求11所述的計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于所述的手動控制閥(30)的閥體(301)為一中空園柱體，內(nèi)有雙活塞形、與閥體相配合的閥芯(302)，在閥體上開有四個小園孔，分別作為回氣口(313)、(314)，出氣口(312)和高壓氧氣進口[連接咀(308)]，閥體蓋(303)通過螺紋與閥體(301)上緊，內(nèi)有與閥芯相連的按鈕(306)，螺堵(310)位于閥體另一端，通過彈簧(309)頂住閥芯(302)，使之堵住出氣口(312)和接咀(308)之高壓氧氣進口。
13.如權(quán)利要求11、12所述的計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于所述的重力單向閥(31)、氧-空混合器(32)連成一體，氧-空混合器(32)之主體(404)為一中空園柱體，其一端與“文丘理”管式的氧混合器噴口(410)相連，另一端與由空氣進氣管2(419)和空氣進氣管1(416)構(gòu)成的重力單向閥(31)相連，空氣進氣管1(416)隔著一閥片(418)與空氣進氣管2(419)相通，空氣進氣管3(407)位于氧-空混合器主體上方，高壓氧氣進口-即小接咀(421)位于氧-空混合器主體(404)下方，氧混合器噴咀(403)位于氧混合器主體(404)內(nèi)中心。
全文摘要
一種計算機控制呼吸機系統(tǒng)，其特征在于以單板計算機作為控制中心，以呼吸機專用鍵盤輸入代替參數(shù)調(diào)節(jié)旋鈕，用以步進電機、供氣泵、衡壓泵等組成的供氣機構(gòu)代替由氧氣瓶之高壓氧直接供氣的方式，能在程序控制下，自動顯示和打印出各種實時呼吸波形和參數(shù)，能方便地進行修改、替換，完成IPPB(間歇正壓指令呼吸)等十一種功能之中的一種以及多種功能的組合和疊加，該系統(tǒng)還有監(jiān)控、報警、安全機構(gòu)以及手動控制機構(gòu)。具有參數(shù)大范圍可調(diào)、精度高、性能可靠，控制靈活等優(yōu)點，適用于臨床上搶救治療病人，并能滿足從事病歷研究和臨床教學等各方面的需要。
文檔編號A61B19/00GK1046397SQ89102340
公開日1990年10月24日 申請日期1989年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1989年4月15日
發(fā)明者周顯建, 文俊, 陸星海, 任大健, 劉寧榮, 溫文釗, 梁江雨, 羅炳炎, 洪武, 黃波云, 劉浩, 蘇堅 申請人:鐵道部柳州機車車輛廠, 柳州生化儀器研究所