呼吸阀、具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备及控制方法
技术领域
[0001] 本
发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种呼吸阀、具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备及控制方法。
背景技术
[0002] 现代康复医学认为呼吸训练不仅可以增强胸廓的活动，协调各种呼吸肌的功能,还可以增加
肺活量和吸
氧量,并通过影响神经、循环、消化等系统的功能，改善全身状况。特别是对于
呼吸系统疾病，特别是慢性阻塞性肺疾病(COPD，chronic obstructive pulmonary disease)患者，呼吸训练更为重要。通常使用无创
呼吸机治疗慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者，因为缺乏对呼吸锻炼的认识，甚至缺乏有效锻炼监督和锻炼环境，往往忽略呼吸机的端倪。
[0003] COPD患者最佳的
治疗方案是使用无创通气设备，并辅助以呼吸肌锻炼，增强呼吸肌功能，而当前由于受限于呼吸肌锻炼的设备、患者认知程度以及呼吸肌锻炼方法的系统性和有效性，难以实现有效地锻炼效果。其原因在于现有的呼吸机至少存在以下缺点：
[0004] 通过
风机和多个
比例阀来调节控制吸气和呼气压
力，不仅零部件多，结构复杂，使用不方便，对压力的控制
精度低，而且能实现的气路调节控
制模式也单一。
[0005]
申请号为201410850947.1的
专利文献公开了一种呼吸机气路控制装置，包括依次相连的第一输入端、第一
过滤器、第一降噪器、
涡轮机、切换阀、第一流量
传感器、第二降噪器、第一
单向阀和第一输出端，还包括旁路管、呼气阀和三通
电磁阀，所述旁路管的一端与切换阀连接，旁路管的另一端与第一过滤器连接，切换阀所述呼气阀的一端与所述第一单向阀及第一输出端连接在一起，所述呼气阀的另一端与三通电磁阀的进气端连接，所述三通电磁阀的出气端与所述第一流量传感器及第二降噪器连接在一起。该呼吸机即是采用复杂的呼吸机气路来实现呼气和吸气时的压力调节，具有上述现有呼吸机存在的结构复杂、控制精度低和调节模式单一的问题。
发明内容
[0006] 本发明的主要目的是提供一种具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备，旨在解决现有的呼吸机压力调节装置结构复杂、控制精度低且调节模式单一的问题。
[0007] 为实现上述目的，本发明提出一种呼吸阀，包括
阀体，所述阀体上设有进气口、泄压口和呼吸阀出口，所述进气口和呼吸阀出口之间设有进气口
开关阀，所述呼吸阀出口与泄压口之间设有泄压口调压阀；所述进气口开关阀设有进气口开关阀电磁
铁，进气口开关阀通过进气口开关阀电
磁铁线性调节其开启程度，所述泄压口调压阀设有泄压口调压阀电磁铁，泄压口调压阀通过泄压口调压阀电磁铁线性调节其开启程度。
[0008] 优选地，所述进气口开关阀设有进气口开关阀口和进气口开关阀膜片，所述进气口开关阀膜片连接所述进气口开关阀电磁铁，并通过所述进气口开关阀电磁铁的驱动而移动，以调节所述进气口开关阀口的开启程度；所述泄压口调压阀设有泄压口调压阀口和泄压口调压阀膜片，所述泄压口调压阀膜片连接所述泄压口调压阀电磁铁，并通过所述泄压口调压阀电磁铁的驱动而移动，以调节所述泄压口调压阀口的开启程度。
[0009] 优选地，还包括呼吸阀闭环
控制器，其与所述进气口开关阀电磁铁和所述泄压口调压阀电磁铁电连接，用于控制所述进气口开关阀电磁铁和所述泄压口调压阀电磁铁的动作；所述呼吸阀闭环控制器设于所述阀体内，或与所述阀体分体设置。
[0010] 优选地，所述阀体包括主体管部和垂直形成于主体管部一侧的第一管部，所述主体管部由所述第一管部分隔成第二管部和第三管部，所述第一管部的外端为所述呼吸阀出口，所述第二管部的两端的分别为所述进气口和进气口开关阀口，所述第三管部的两端分别为所述泄压口和泄压口调压阀口；所述进气口开关阀电磁铁包括设于所述第二管部内的第一电磁铁线圈和第一铁芯，所述进气口开关阀膜片固定在所述第一铁芯上；所述泄压口调压阀电磁铁包括设于所述第三管部内的第二电磁铁线圈和第二铁芯，所述泄压口调压阀膜片固定在所述第二铁芯上。
[0011] 本发明还提出一种具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备，包括：
[0012] 上述任一项所述的呼吸阀；
[0013] 涡轮风机，其气体输出口连接所述呼吸阀的进气口；
[0014] 输出气管，其与所述呼吸阀的呼吸阀出口连接。
[0015] 优选地，所述具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备还包括：
[0016]
压力传感器，用于检测所述输出气管内压力；
[0017] 所述呼吸阀设有连接所述进气口开关阀电磁铁和泄压口调压阀电磁铁的呼吸阀闭环控制器，所述呼吸阀闭环控制器连接所述压力传感器，用于根据所述输出气管内的气流压力控制所述进气口开关阀电磁铁和/或泄压口调压阀电磁铁的动作。
[0018] 优选地，所述具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备还包括：
[0019] 流量传感器，用于检测所述输出气管内流量；
[0020] 总处理器，所述总处理器连接所述压力传感器、流量传感器、所述涡轮风机的
电机控制器、呼吸阀闭环控制器，用于根据所述输出气管内的气流压力和流量，判断所述输出气管内气体的流动状态，即患者的呼吸状态，实时控制所述呼吸阀的呼吸阀出口的压力和流量。
[0021] 优选地，所述具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备还包括：
[0022] 过滤器，其连接于所述涡轮风机的气体输入口。
[0023] 本发明还提出一种上述任一项所述的具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备的控制方法，包括：
[0024] S1，呼气阻力模式：
[0025] 控制呼吸阀的进气口开关阀完全开启，通过涡轮风机向呼吸阀内送入气体；
[0026] 检测输出气管内的第一压力信息；
[0027] 根据所述第一压力信息，调节泄压口调压阀的开启程度，改变从泄压口泄放的气体流量，以在呼吸阀出口得到目标呼气压力；
[0028] S2，吸气阻力模式：
[0029] 控制呼吸阀的进气口开关阀关闭，控制涡轮风机不向呼吸阀内送入气体；
[0030] 检测输出气管内的第二压力信息；
[0031] 根据所述第二压力信息，调节泄压口调压阀的开启程度，改变从泄压口进入的气体流量，以在呼吸阀出口得到目标吸气压力。
[0032] 优选地，所述具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备的控制方法，还包括：检测输出气管内的流量信息，根据所述流量信息，判断患者的呼吸状态，以根据患者的呼吸状态控制所述目标呼气压力或目标吸气压力。
[0033] 与
现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：
[0034] 一，本发明所述的呼吸阀设有连通涡轮风机的进气口、连通患者连
接口的呼吸阀出口及泄压口，呼吸阀内进气口一端设有进气口开关阀，泄压口一端设有泄压口调压阀，进气口开关阀通过进气口开关阀电磁铁来驱动控制从进气口送入气体的多少，泄压口调压阀通过泄压口调压阀电磁铁来驱动控制从泄压口泄放气体或进入气体的多少，由此来实现对呼吸阀出口气道压力的调节，一个呼吸阀内集成了两个
控制阀，减少了现有呼吸机中的零部件，简化了气路，简化了整机结构。
[0035] 二，相比于现有的呼吸机中设置多个控制阀或气管来控制气道压力，存在控制精度低的问题，本发明在与呼吸阀直连的输出气管内设置流量传感器和压力传感器，实时检测通向患者连接口的管道压力，总处理器据此实时调节涡轮风机的供风压力及流量，调节呼吸阀内的进气开度和泄气开度，提高了控制精度。
[0036] 三，本发明基于所述呼吸阀实现了可以分别控制吸气和呼气的压力和流量，由此来利用该呼吸阀进行呼吸训练，并可以运行不同的呼吸肌锻炼模式，由于呼吸阀内设置了进气口开关阀和泄压口调压阀，使得可以分别调节进入呼吸阀的进气流量和从泄压口泄出或进入的气体流量，进而调节与患者连接的输出气管内的气体流量及压力，满足不同的呼吸肌锻炼需求；
[0037] 四，本发明基于所述呼吸支持设备主要提出了两种呼吸肌锻炼模式，在呼气阻力锻炼模式时，可以在呼吸阀出口得到稳定的目标呼气压力，从而主要实现呼气锻炼，在吸气阻力锻炼模式时，可以在呼吸阀出口得到稳定的目标吸气压力，来实现吸气锻炼，此外还可以根据患者需求，通过总处理器设置其它的呼吸阀锻炼模式，使用灵活方便。
[0038] 五，本发明所述具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备，相比一般的只具有正常通气治疗模式的无创呼吸机，本呼吸支持设备由于融入设计了系统的呼吸肌锻炼模式，使得呼吸机还能实现对患者呼吸能力的监测，根据所述呼吸肌锻炼模式，呼吸机能自动记录患者每次的训练过程，评估患者使用本无创呼吸机的治疗效果，给出相应有效的锻炼方案，并监督患者进行合理有效地呼吸肌锻炼，方便患者更快速准确了解自己的身体状况，配合本呼吸机进行呼吸训练，来提高呼吸肌功能，从而实现患者完美地撤机。
附图说明
[0039] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0040] 图1为本发明一实施例提出的具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备的结构示意图；
[0041] 图2为图1提出的具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备中呼吸阀的结构示意图；
[0042] 图3为图1提出的具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备在正常通气治疗模式时呼吸阀的吸气压和呼气压变化示意图；
[0043] 图4为图1提出的具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备在呼气阻力锻炼模式时呼吸阀的吸气压和呼气压变化示意图；
[0044] 图5为图1提出的具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备在吸气阻力锻炼模式时呼吸阀的吸气压和呼气压变化示意图。
[0045] 本发明的附图标号说明：
[0046]标号 名称 标号 名称
1 过滤器 32 进气口开关阀电磁铁
11 第一气道 33 进气口开关阀口
2 涡轮风机 34 进气口开关阀膜片
21 气体输入口 35 泄压口调压阀电磁铁
22 电机控制器 36 泄压口调压阀口
23 气体输出口 37 泄压口调压阀膜片
3 呼吸阀 38 泄压复位
弹簧3-1 第一管部 39 输出气管
3-2 第二管部 4 流量传感器
3-3 第三管部 5 压力传感器
3-4 呼吸阀出口 6 呼吸阀闭环控制器
3-5 进气口 7 总处理器
3-6 泄压口 8 患者连接口
31 阀体
具体实施方式
[0047] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048] 需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定
姿态(如附图所示)下各部件之间的相对
位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0049] 另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0050] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0051] 另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为
基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0052] 本发明提出一种呼吸阀、具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备及控制方法。
[0053] 请参照图1至图2，具有呼吸肌锻炼模式的呼吸支持设备，包括过滤器1、涡轮风机2、呼吸阀3、流量传感器4、压力传感器5、呼吸阀闭环控制器6和总处理器7。
[0054] 过滤器1用于吸收吸入的杂质，进入本呼吸支持设备的气体通过过滤器1将杂质进行清除，过滤器1通过第一气道11连接至涡轮风机2的气体输入口21，向涡轮风机2输入干净的气体。
[0055] 涡轮风机2用于对吸入的气体进行加压，加压后的气体送入呼吸阀3。涡轮风机2受控于电机控制器22，通过电机控制器22控制涡轮风机2的开启、关闭及转速，从而能够在电机控制器22的调节下向呼吸阀3内送入具有一定压力的气体。
[0056] 呼吸阀3包括阀体31，具体在本实施方式中，阀体31包括主体管部和形成于主体管部一侧的第一管部3-1，第一管部3-1与主体管部的中
心轴线垂直，第一管部3-1将主体管部分隔为第二管部3-2和第三管部3-3，由此阀体31为一个三通管状，第一管部3-1的外端为呼吸阀出口3-4，第二管部3-2的外端为进气口3-5，第三管部3-3的外端为泄压口3-6。
[0057] 呼吸阀3的进气口3-5，与涡轮风机2的气体输出口23连接，第二管部3-2内设有进气口开关阀电磁铁32，包括第一电磁铁线圈和第一铁芯，第一电磁铁线圈固定于第二管部3-2内，第一铁芯与第一电磁铁线圈配合连接，当第一电磁铁线圈内的
电流大小改变时，第一铁芯与第一电磁铁线圈相互吸合且改变距离。第二管部3-2的靠近所述第一管部3-1的一端为进气口开关阀口33，进气口开关阀口33设有能够将该进气口开关阀口33封闭或开启的进气口开关阀膜片34，进气口开关阀膜片34连接在第一铁芯上，当第一铁芯移动时，进气口开关阀膜片34随之移动，如图2所示，当进气口开关阀膜片34位于最左端时，进气口开关阀口33封闭，当进气口开关阀膜片34向右移动时，进气口开关阀口33与第一管部3-1的连通开口的大小随第一铁芯及进气口开关阀膜片34的移动距离改变，进气口开关阀膜片34越靠右，进气口开关阀口33的开口越大。
[0058] 呼吸阀3的泄压口3-6，泄压口3-6连通至本呼吸支持设备外，第三管部3-3内设有泄压口调压阀电磁铁35，包括第二电磁铁线圈和第二铁芯，第二电磁铁线圈固定于第三管部3-3内，第二铁芯与第二电磁铁线圈配合连接，当第二电磁铁线圈内的电流大小改变时，第二铁芯与第二电磁铁线圈相互吸合且改变距离。第三管部3-3的靠近所述第一管部3-1的一端为泄压口调压阀口36，泄压口调压阀口36设有能够将该泄压口调压口36封闭或开启的泄压口调压阀膜片37，泄压口调压阀膜片37连接在第二铁芯上，同理，当第二铁芯移动时，泄压口开关阀膜片37随之移动，如图2所示，当泄压口开关阀膜片37位于最右端时，将泄压口开关阀口36阻挡封闭，当改变通入泄压口开关阀电磁铁35内电流的大小，第二铁芯及泄压口调压阀膜片37移动，泄压口开关阀口36连通至第一管部3-1内的开口大小改变。
[0059] 进一步地，为了实现泄压口开关阀口36开启程度的连续调节，在泄压口开关阀内还设有连接泄压口调压阀膜片37的泄压
复位弹簧38，泄压口调压阀膜片37被驱动移动时，克服泄压复位弹簧38的弹力，泄压口调压阀膜片37的位置稳定连续变化，即使得从泄压口3-6流通的气体量连续变化，从而实现呼吸阻力的连续调节，控制更精确。
[0060] 可以理解的，在其它一些实施方式中，阀体也可以采用其他的三通结构，进气口开关阀口和泄压口调压阀口也可以采用其它形状结构，例如，在进气口开关阀口的沿进气方向的末端设置进气管，在进气管上周向设置若干进气孔，进气口开关阀膜片具有一定的厚度，当进气口开关阀膜片相对进气管移动时，渐渐打开排气孔，从而增大从进气口送来的进气量。
[0061] 第一管部3-1具有呼吸阀出口3-4，第一管部3-1内连通至所述进气口开关阀口33和泄压口调压阀口36处，呼吸阀出口3-4通过一输出气管39连接至患者连接口8，由此，当患者连接口8需要向患者提供吸气压力或呼气压力时，通过控制进气口开关阀电磁铁32的移动，能够改变从进气口3-5送入呼吸阀内压力气体的多少，通过控制泄压口调压阀电磁铁35的移动，能够改变从泄压口3-6泄出或进入气体的多少，进而调节在呼吸阀出口3-4处，患者的吸气压力和呼气压力。
[0062] 进一步地，进气口开关阀电磁铁32和泄压口调压阀电磁铁35是通过一呼吸阀闭环控制器6来控制，呼吸阀闭环控制器6与进气口开关阀电磁铁32和泄压口调压阀电磁铁35电连接，通过呼吸阀闭环控制器6控制向进气口开关阀电磁铁32和泄压口调压阀电磁铁35施加电流的大小，即可分别控制进气口开关阀膜片34和泄压口调压阀膜片37移动到目标位置。可以理解地，呼吸阀闭环控制器6可以与所述阀体31设为一体，也可以与阀体31分体设置，在此不作限定。
[0063] 进一步地，输出气管39内设有流量传感器4和压力传感器5，流量传感器4和压力传感器5与一总处理器7连接，该总处理器7还与电机控制器22和呼吸阀闭环控制器6连接，流量传感器4用于检测输出气管39内的流量，总处理器7根据接收到的流量
信号，控制涡轮风机2调节向呼吸阀3内输入气体的流量。压力传感器5同于接收输出气管39中的气体静压，并将静压信号转化为
电信号分别送入呼吸阀闭环控制器6和总处理器7，用以输出气管39内压力闭环控制和压力检测，最终将被调节压力的气体经患者连接口8送入到患者。
[0064] 并且，流量传感器4检测输出气管39的流量，还是作为监测患者呼吸状态和呼气潮气量的关键器件，在呼吸机产品中不可或缺，在无创通气模式下，需要监测气体流量变化，判定患者呼吸触发吸气和撤换为呼气的数据依据。
[0065] 具体在本实施方式中，流量传感器4和压力传感器5设于输出气管39内，但在其它一些实施方式中，流量传感器4和压力传感器5也可以采用其它的安装方式，例如另外设置采集管与输出气管39连接，只要能够实现准确采集输出气管39内的流量和压力信息即可，在此不作限定。
[0066] 具体地，总处理器7的输入端能够实时获取如下数据信号：输出气管39内的压力、输出气管39内的流量、涡轮风机2的送风压力，及患者输入的模式选择信号，总处理器7根据患者输入的模式选择信号，对这些数据信号进行相应运算处理，通过输出气管39内呼吸气体的流量变化，判断患者的呼吸状态，分别向涡轮风机2、进气口开关阀电磁铁32和泄压口调压阀电磁铁35输出
控制信号，控制整个呼吸支持设备按正常通气模式或不同的呼吸肌锻炼模式运行，呼吸肌锻炼模式包括呼气阻力模式和吸气阻力模式。
[0067] 如图3所示，在正常通气模式下，涡轮风机2向呼吸阀3内输入压力气体，患者的流量变化曲线由流量传感器4获取，并交于总处理器7，总处理器7分析流量数据的变化趋势，比如流量一阶导数或二阶导数(不限，还可以利用更为呼吸触发撤换
算法)判断患者的呼吸状态，从而输出压力变化信号和压力变化参数，调节呼吸阀3工作状态，以调整气道内压力或呼吸阻力。
[0068] 呼气阻力锻炼模式，也称无创通气治疗模式，需要由呼吸阀出口3-4提供呼气压力，此时呼吸阀的状态为：进气口开关阀的进气口3-5连接涡轮风机2的气体输出口23，进气口开关阀膜片34在进气口开关阀电磁铁32的推动下，向图2所示的右侧移动，进气口开关阀膜片34不阻挡进气口开关阀口33，此时，通过调节泄压口调压阀膜片37与泄压口调压阀口36的相对位置，改变从泄压口3-6泄放的气体流量，从而调节与呼吸阀出口3-4连接的输出气管内的压力。
[0069] 如图4所示，在呼气阻力锻炼模式下，涡轮风机2向呼吸阀3内送入压力气体，患者流量曲线在OA段时，患者呼气，此时通过调节泄压口调压阀口36的开启程度，能够控制得到需要的锻炼呼气压。
[0070] 吸气阻力锻炼模式，需要由呼吸阀出口3-4提供吸气压力，此时呼吸阀的状态为：进气口开关阀膜片34在进气口开关阀电磁铁32的推动下，向图2所示的左侧移动，进气口开关阀膜片34阻挡进气口开关阀口33，涡轮风机2不向呼吸阀内送入气体，此时，通过调节泄压口调压阀膜片37与泄压口调压阀口36的相对位置，改变吸气时从泄压口3-6进入气体的阻力，从而调节与呼吸阀出口3-4连接的输出气管内的吸气压力。
[0071] 如图5所示，涡轮风机2不向呼吸阀3内送入压力气体，患者流量曲线在BC段时，患者吸气，调节泄压口调压阀36的开启程度，即调节从泄压口3-6进入气体的阻力，能够控制得到需要的锻炼吸气压。
[0072] 在本呼气阻力锻炼模式和吸气阻力锻炼模式下，进气口开关阀口33只有开启和关闭两种状态，而可以理解的，在其他一些使用需求下，也可以通过呼吸阀闭环控制器6调节其开启程度，使用灵活方便。
[0073] 以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明
说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
