一种双水平睡眠呼吸机的人机同步方法

　　摘要本文介绍了双水平睡眠呼吸机的工作原理，设计了一种针对双水平呼吸机的人机同步方法，通过这一同步方法，实现了呼吸机能够根据使用者的呼吸机动作同步调整，使得使用者在使用睡眠呼吸机时呼吸更加舒适。

　　关键词呼吸机；双水平；人机同步

　　中图分类号：R563文献标识码：A文章编号：1671-7597（2013）14-0014-01

　　1双水平睡眠呼吸机是目前睡眠呼吸机市场上最常见的一种呼吸机

　　1）双水平即双气道压力，根据患者的呼吸动作不同而输出不同压力的气流。具体表现为当患者在吸气时，呼吸机输出正常的吸气压力，帮助患者呼吸，当患者在呼气时，呼吸机调整输出一个较低的呼气压力，使患者呼气受阻减小，这样在患者的整个呼吸过程中，呼吸机能够根据患者的呼吸动作而作同步调整。

　　2）使患者在使用呼吸机时感觉舒适自然。

　　2双水平睡眠呼吸机人机同步的实现

　　1）人机同步原理分析双水平呼吸机的人机同步控制原理是，根据患者的呼和吸动作输出两种气体压力值P呼和P吸，所以其核心是要准确的判断出患者的呼、吸动作。目前最常用的判断方法是通过压力传感器检测呼吸机输气管道气体压力的变化来判断。当患者使用呼吸机呼气时，管道容量变小，管道内的压力会迅速升高，而当患者吸气时，管道容量变大，管道内的压力会迅速降低。整个过程曲线，类似于一个正弦曲线。根据这一特性，目前双水平的人机同步方法有三种，分别描述

　　如下：

　　①基于压力阈值：患者吸气将要终止时，压力降到设定的最小压力阈值，此时设置呼吸机输出压力为P呼。患者切换到呼气动作后，管道压力上升，当压力上升到设定的最大压力阈值，调整呼吸机输出压力为P吸。周期性的调整，完成风机的运行状态切换。

　　②基于时间阈值：人类的呼吸动作是近似的呈周期性的。当患者吸气时间超过设定吸气时间时，设置呼吸机输出压力为P呼。当呼气时间超过设定呼气时间时，切换呼吸机输出压力值为P吸，周期性的调整，完成运行状态的切换。

　　③基于压力变化率阈值：当患者在呼气时，呼吸机管道压力平滑上升，变化率K为正且会逐渐减小，当患者吸气时，压力平滑下降，变化率K为负。设定下降变化率阈值Kin（负）和上升变化率阈值Kout（正），当K≥Kout时，设置呼吸机输出压力为P吸，当Kin≤K≤0，切换呼吸机输出压力值为P呼，周期性的计算调整，完成运行状态的切换。三种切换方法各有优劣，如果单纯的使用其中某一种切换方法，切换效果都不能达到最佳。所以在本设计中采用三种方法的混合来实现呼吸机的切换动作，尽可能的使切换效果达到最佳。

　　2）人机同步的实现方法通过上述原理的分析可知，在实现三种切换方法的混合运用时，首先建立2个数组Press[10]，Time[10]，1个呼吸动作时间变量Time，分别存放压力采集数据、压力采集时刻和当前时间，在本设计中设定压力采集频率为10Hz。其中压力采集时刻与压力采集数据一一对应，即Press[0]的采集时刻为Time[0]，Press[1]对应Time[1]…；…；Press[9]对应Time[9]。压力数据的刷新采用向前覆盖式的方法，例如采集到的第11个压力数据放到Press[0]中，压力采集时刻的处理方法同理。压力的实时变化量，压力采集时差、实时压力变化量和呼吸动作时间Time计算如下所示：

　　通过判断Flag的真伪，来切换呼吸机的输出压力。当Flag=TURE时，设置呼吸机输出压力为P吸，否则为P呼。3实验测试在本实验中设定呼吸机吸气压力P吸为8cmH2O，呼气压力P呼则为4cmH2O。实验中患者佩戴呼吸机正常呼吸，管道压力的实时检测如下图1所示。

　　图1呼吸机管道压力实时检测曲线图中时刻为患者吸气将要结束，呼吸机输出压力为7.6cmH2O，接近于设定吸气压力值。并且从图中曲线结合患者的呼吸动作可以看出，当患者在呼气时，管道的压力迅速下降，约为4cmH2O。在患者的整个呼吸过程中，呼吸机能够根据患者的呼吸动作及时的切换输出压力，且患者呼吸过程中感觉舒畅，双水平睡眠呼吸机的双气道特点。证明该同步方法可行。结论通过对双水平睡眠呼吸机的工作原理，本文设计了一种人机同步方法，即通过压力阈值切换、时间阈值切换和压力变化率阈值切换三种方法的混合。经过实验，在该方法下，双水平呼吸机能够根据患者的呼吸动而同步的切换输出不同的压力值，使患者呼吸过程舒适。但是也存在一些的问题，任何方法的切换都是在人的呼吸动作后进行的调整，所以在同步上会有稍微的延时，人机也不能完美同步。所以呼吸动作的提前检测，是未来的一个研究方向。

　　参考文献

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