[发明专利]一种活塞式呼吸机及其控制方法

说明书

本发明公开了一种活塞式呼吸机，其包括气缸活塞机构、用于驱动气缸活塞机构的呼吸电机组件、用于驱动呼吸电机组件的潮气量电机组件、用于排气的排气组件和用于协调控制各组件的运动及检测各种反馈信号的控制器。与传统的活塞式呼吸机相比可实现容控、压控两种模式，其控制更为精确，调节效率高，适用范围更广。还公开了一种所述活塞式呼吸机的控制方法，在需要调整压力时，先根据设定参数预设潮气量，通过测量吸气阶段注入的气体量与肺部压力变化关系，计算出压力达到预设值时需要注入的气体量，大大减少了达到目标压力所需调整的次数，2‑3次即可达到预设压力值，大幅提升了调节效率。

技术领域

本发明属于科研、动物医疗技术领域，涉及一种呼吸机，具体地说涉及一种活塞式呼吸机及其控制方法。

背景技术

随着医学电子技术的发展，呼吸机的种类和形式越来越多，性能也越来越完善。呼吸机是一种实施机械通气的工具，用于改善病人或实验动物的氧合与通气，支持呼吸和循环功能，以及进行呼吸衰竭的治疗。动物呼吸机是一种广泛应用于基础医学、临床医学和动物医学等科学研究实验中的重要设备，是动物模型制作过程中的一种重要支持手段，在药物试验和动物活体解剖实验过程中，常常会遇到动物呼吸异常的情况，此时便需要通过采用动物呼吸机这种人工辅助的方式帮助动物恢复正常呼吸，以使实验顺利进行。

在众多呼吸机种类中，目前较为常见的呼吸机为活塞式呼吸机，通过电力驱动活塞往复运动从而产生机械通气，其具体工作过程为：呼气阶段将外界空气或呼吸管路中的气体缓存至活塞内部空间中，同时动物体内部的气体经过排气通道排出到体外，吸气阶段将活塞内部的气体压入动物肺部。在气体压入肺部的过程中肺部膨胀内部压力增加，但是现有呼吸机存在可控性较差的问题，如果注入的气体过多则会出现过压情况损伤肺部，注入过少则会导致氧气供应不足的情况，影响动物健康。呼吸机一般包括容控模式和压控模式两种，通常活塞式呼吸机主要为容控模式，即每次呼吸注入的气体体积是按设定的值固定不变的，这就存在当动物体征出现变化时肺部气体压力会出现过压或者欠压的情况；压控模式则以设定压力作为呼吸机控制目标，如果呼吸过程中肺部峰值压力未在设定值范围内则会自动调节注入肺部的气体量以使肺部压力达到设定要求。

目前活塞式呼吸机压控模式控制时一般通过PID等算法来调节压力值，即对比几次呼吸的压力值来调整呼吸的潮气量，从而改变吸气压力，直到到达目标压力，由于每次调节后需要一个呼吸周期才能验证调整的效果，采用这样的方式需要多次调节才能达到目标值，对于呼吸频率慢的动物，肺部压力要达到设定值需要的时间会很长，调节效率低。

发明内容

为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种精确度高、调节时间短、效率高的活塞式呼吸机及其控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供一种活塞式呼吸机，其包括：

气缸活塞机构，用于存储和提供气体；

呼吸电机组件，与所述气缸活塞机构连接，用于驱动所述气缸活塞机构往复运动；

潮气量电机组件，与所述呼吸电机组件连接，用于驱动所述呼吸电机组件运动，从而改变气缸活塞的行程；

排气组件，与所述气缸活塞机构连接，用于控制实验对象肺部气体的排放；

控制单元，与所述所述气缸活塞机构、呼吸电机组件、潮气量电机组件和排气组件电连接，用于协调各机构和组件运动以及检测反馈信号。

作为优选，还包括背板，所述气缸活塞机构、呼吸电机组件、潮气量电机组件和排气组件均安装于所述背板，且所述呼吸电机组件可相对所述背板运动。

作为优选，所述呼吸电机组件包括与所述气缸活塞中活塞连接的连接轴、用于驱动所述连接轴的呼吸电机、用于安装所述呼吸电机的电机安装板，所述呼吸电机通过驱动连接轴旋转进而驱动所述活塞往复运动。