呼气辅助装置的制作方法

1.本发明涉及一种呼气装置，具体地说是一种呼气辅助装置。

背景技术：

2.新冠肺炎给全球人类的生命健康带来了史无前例的巨大威胁和挑战，病毒传播速度快、死亡率高，尸体解剖学专家在对新冠肺炎感染的死亡患者的尸检中发现，患者肺部存在大量的痰栓，肺部海绵体的柔软度、张缩功能变差，根据现阶段内对新冠肺炎所致死亡的认知，很大程度和呼吸困难有关。
3.肺部感染的重症、危重症患者呼吸困难，即呼气困难和吸气困难，需要呼吸机的救助和，正常人的呼气压力为空气压（常压），而每个重症、危重症肺部感染的患者、感染程度不同，肺的海绵体柔软性、张缩功能不同，肺的呼吸肌和呼气阻力也是不一样的。加之每个患者的健康情况不同，差异性较大，每个患者呼气时所需的压力、流量、时间是不一样的。应针对每个不同患者的情况。适当调整患者呼气压力、流量、时间。适当减少呼气时间，适当延长吸气时间，提高呼吸机的工作效率。减少吸气压力防止气压伤。提高呼吸机通气指标的适用范围，实现患者一人一策的呼气压力、流量、时间。是救治重症、危重症患者生命的重要环节。现行的呼吸机只是解决患者吸气供氧问题，而没有更好的解决呼气问题。呼气压均为空气压。医务工作者只能根据患者的病情、体重，调整呼吸机的吸气压力、流量、时间、氧浓度等指标。而无法针对患者危重程度的不同，健康状态不同，患者呼气时差异性较大需求。去调整呼气压力、流量、时间。造成呼气不足或呼气过量。
4.重症、危重症患者，感染程度深、范围广、体温高、分泌物产生量大，呼出的气体，病毒密度高。易给医务工作者带来感染的风险，现在的呼吸机在患者的呼气末端装有一个过滤器，把呼出的带有病毒气体过滤后，排放到病房内，这样一来医务工作者需要定期对过滤器进行消毒更换，医务工作者在对呼气末端的过滤器进行拆装更新时，容易产生交叉感染。对更换下来的过滤器需要按照国家规定进行销毁处理。这种大量制造、更换以及销毁的过程，费时费力费钱，而且不利于环保和生物安全的科学化管理。

技术实现要素：

5.本发明的目的就是提供一种呼气辅助装置，以解决现有的呼吸机无法更好解决患者呼气困难以及呼出废气无法安全处理的问题。
6.本发明是这样实现的：一种呼气辅助装置，包括容积流量变化罐，所述容积流量变化罐的内壁为锥面，所述容积流量变化罐内壁上端的直径略大于下端的直径，所述容积流量变化罐内设置有可浮动的阀体，所述阀体包括竖直投影为圆形的曲面部，所述曲面部的中部向下凹，在所述曲面部的顶部边缘设有环形的侧边部，所述侧边部的直径略小于所述容积流量变化罐内壁的最小直径，在所述曲面部的中心设置有配重部；在所述容积流量变化罐的底部连通有进气管，在所述容积流量变化罐的顶部连通有与负压源连通的负压管以及和正压源连通的正压管。
7.在所述容积流量变化罐的顶部连通有正压补偿装置和负压补偿装置，所述正压补偿装置或所述负压补偿装置包括若干个并联的补偿管路，所述补偿管路连通有正压源或负压源，在所述补偿管路上设置有流量阀和压力阀。
8.在所述进气管上设置有呼气流量传感器、呼气流量调节阀、氧/二氧化碳浓度传感器和呼气阀，所述呼气阀由定时器控制。
9.在所述负压管上设置有负压流量传感器、负压电磁阀、负压压力调节阀以及负压流量调节阀，在所述正压管上设置有正压流量传感器、正压电磁阀、正压压力调节阀以正压流量调节阀。
10.在所述容积流量变化罐上设置有用于检测阀体位置的位移传感器。
11.在所述容积流量变化罐的内壁上设有限位凸起，用于限制所述阀体的最低位置。
12.在所述容积流量变化罐内的上下端分别设置有第一压力传感器和第二压力传感器。
13.根据需要，正负压控制可以为定时供气和恒定压通气两种控模式。
14.氧/二氧化碳浓度传感器和控制主板相连能够测定患者最佳的呼气压力流量时间供患者使用。
15.呼气阀通过定时器进行控制，能够测定呼吸系统的弹性和阻力，可使呼气阀早期完全开放增加呼气的早期流通，在适当的时间，再逐渐增加呼气阀的压力并严格维持气道peep预设值水平，从而维持肺泡为开放状态。
16.通过正压管和负压管的协同调节，防止过度呼气对患者造成危害，又防止呼气末时不能将吸入的气体完全排出，从而防止引起气体陷闭，还能提高患者的舒适度。通过改变压力流量克服呼气的阻力，改变呼气流量并改变呼气的时间，从而可以间接地适当延长吸气时间，减少吸气压力，防止气压伤，提高通气与换气的效率。通过控制器使容积流量变化罐的压力流量阻力等以及肺的吸氧功能达到最好的状态。
17.本发明的核心技术是，利用了医院现有正负压气源管道这一有利资源，把人体肺呼吸道系统疾病患者的呼气压力、流量、时间、阻力、呼吸比、顺应性、呼气容量、呼气未正压、潮气量等十分复杂的生理需求指标。巧用了一个容积流量变化罐与正负压气源相连接混合调压的方法，精准满足了每个不同患者复杂病情所需要的呼气压力、流量和时间。从而通过控制呼气压力、流量、时间更好的去控制吸气压力、流量、时间，尽量适当降低吸气压力，尽量适当增加吸气时间，提高氧置换效率，预防气道压伤，实现了一人一策的救治方案。模拟了患者肺部呼气时气体的变化状态，一般情况下患者的呼气压力控制在空气压，医生根据病情的需要调整到高于或低于空气压，这样一来即能更好的解决好患者过度呼气的问题，防止过度呼气。又能更好的解决患者呼气不足的问题，防止呼气量不足。从而大大提高了呼吸机的工作效率和救治水平，也为临床医务工作者开展肺呼吸道系统疾病的研究提供了客观有利的条件。
18.本发明将患者呼出含有大量病毒的气体，由负压管道集中回收处理，省去医务工作者定期消毒更换过滤器和参与销毁过滤器的人员带来的交叉感染，也省去了对过滤器的大量制造和销毁，特别针对传染病医院患者呼出的有毒气体回收处理的效果更好，节省了大量的人力物力。有利于环保和生物安全科学化的管理。
附图说明
19.图1是本发明呼气辅助装置的示意图。
20.图2是本发明流量调节阀的结构图。
21.图中：1、容积流量变化罐；2、阀体；3、进气管；4、负压管；5、正压管；6、负压压力调节阀；7、负压流量调节阀；8、负压电磁阀；9、正压流量调节阀；10、正压压力调节阀；11、正压电磁阀；12、氧/二氧化碳浓度传感器；13、呼气阀；14、定时器；15、负压补偿装置；16、正压补偿装置；17、位移传感器；18、限位凸起；19、第一压力传感器；20、第二压力传感器；21、正压流量传感器；22、负压流量传感器；23、呼气流量传感器；24、呼气流量调节阀；2-1、曲面部；2-2、侧边部；2-3、配重部；7-1、壳体；7-2、阀杆；7-3、阀腔；7-4、步进电机；7-5、位置传感器；7-6、入口；7-7、出口。
具体实施方式
22.如图1所示，本发明的呼气辅助装置，包括容积流量变化罐1，容积流量变化罐1的内壁为锥面，容积流量变化罐1内壁上端的直径略大于下端的直径，容积流量变化罐1内设置有可浮动的阀体2。
23.阀体2将容积流量变化罐1的内腔分隔为位于阀体2下部的a1部分和位于阀体2上部的a2部分。
24.在容积流量变化罐1的底部连通有进气管3，在容积流量变化罐1的顶部连通有与负压源连通的负压管4以及和正压源连通的正压管5。负压管4和正压管5通过控制向容积流量变化罐1内输入一定比例的正压和负压，正压和负压混合后形成大于大气压、等于大气压或小于大气压三种情况，从而实现对容积流量变化罐1内a2部分气体压力的控制，并最终容积流量变化罐1内的气体全部通过负压管4被抽出集中收集。
25.阀体2包括竖直投影为圆形的曲面部2-1，曲面部2-1的中部向下凹，形成下凹的壳状结构，在曲面部2-1的顶部边缘设有环形的侧边部2-2，侧边部2-2的外径和曲面部2-1的最大直径一致，侧边部2-2的直径略小于容积流量变化罐1内壁的最小直径，整个阀体2能够在容积流量变化罐1的内腔内上下移动。
26.在容积流量变化罐1内壁上设有限位凸起18，由限位凸起18限制阀体2的最低位置，且当阀体2位于最低位置时，其侧边部2-2和容积流量变化罐1的内壁之间留有一定的空隙供气体通过。多个限位凸起18分布在容积流量变化罐1内壁上同一个圆上。由于容积流量变化罐1内壁是倾斜的，当阀体2向上移动时，侧边部2-2和容积流量变化罐1的内壁之间的空隙逐渐变大，能够允许气体更快的通过。
27.负压管4和负压源连通，正压管5和正压源连通，通过正负压的配合，在容积流量变化罐1内腔中阀体2的上方a2部分混合，形成大于大气压、等于大气压或小于大气压三种情况，在a1部分和a2部分的气体压力差的作用下阀体2有向上移动的趋势，在患者肺部没有堵塞的情况下由肺部向外呼气，患者呼出气体后阀体2随呼气量的大小向上浮动。
28.在阀体2的曲面部2-1的中心设置有配重部2-3，配重部2-3为质量略重的块体，配重部2-3位于曲面部2-1中心的下部，使整个阀体2的重心保持在中心靠下的位置，这样能够避免阀体2上下浮动过程中的偏移，从而防止阀体2的边缘和容积流量变化罐1内壁的摩擦。
29.阀体2的高度随进气管3的通气量变化，也就是随患者的呼气量变化，呼气量越大
阀体2在呼出气体的推动下浮动的高度越高，由于容积流量变化罐1的内壁为锥面其上端的直径大于下端的直径，当阀体2在容积流量变化罐1的内壁为锥面上下移动时，阀体2越靠上，阀体2和容积流量变化罐1的内壁之间的间隙越大，通过阀体2的气体流量越大。
30.由阀体2的浮动高度可以判断患者的呼气量以及呼气通畅情况，根据阀体2高度的直观表现能够为医生提供判断依据，确定是否需要对患者进行排痰，如果阀体2浮动高度明显不足或阀体2在上浮过程中出现明显的震动，表示患者肺部积痰，肺部气体无法顺畅呼出，需要及时排痰。
31.在容积流量变化罐1的顶部连通有负压补偿装置15和正压补偿装置16，补偿装置包括若干个并联的补偿管路，在补偿管路上设置有流量阀和压力阀。随着阀体2的上浮，通过阀体2的流量变大，呼出的气体进入到阀体2上方的空间，导致阀体2上方空间压力发生变化并且通过阀体2的气体的流量发生变化，需要打开一个或多个补偿管路，对阀体2上方空间的压力进行补偿调节，以维持压力以及呼气的流量大小。
32.负压补偿装置15和正压补偿装置16与控制器以及各个传感器相连，能对各个阀门等器件产生的误差进行补偿，确保精准实现对呼气压力、流量、时间的控制。
33.在进气管3上设置有呼气流量传感器23、呼气流量调节阀24、氧/二氧化碳浓度传感器12以及呼气阀13，呼气阀13由定时器14控制开关时间。呼气流量传感器23、呼气流量调节阀24和由控制器控制，实现对呼气、呼气流量、呼气流速、呼气容量的控制，通过对呼气流量的控制调节流速，提高呼气舒适感。
34.在负压管4上设置有负压流量传感器22、负压电磁阀8、负压流量调节阀7和负压压力调节阀6，用于控制负压管4的开合以及负压气体的压力和流量。
35.在正压管5上设置有正压流量传感器21、正压电磁阀11、正压压力调节阀10以正压流量调节阀9，以控制正压管5的开合以及正压气体的压力和流量。
36.正压压力调节阀10、正压流量调节阀9、负压压力调节阀6以及负压流量调节阀7能够根据患者的需要采用定时通气或常通气模式。能够把正压负压混合后，将容积流量变化罐1内阀体2上方的空间压力调整为空气压、低于空气压或高于空气压，且患者呼出的气体与混合压气体二次混合流入负压管4进行集中回收处理。
37.负压电磁阀8和正压电磁阀11与控制器相连，对负压电磁阀8和正压电磁阀11开关时间的长短进行控制，通过分别控制正负压的开关时间，实现对正负压气源的气压流量进入容积流量变化罐1内的混合时间，正负压气源混合时间的调节比例，从而调整适度呼气时所需要的呼气压力。
38.正压压力调节阀11和负压压力调节阀分别和控制器以及第一压力传感器19、第二压力传感器20相连。能实现分别对正负气源的压力按一定比例进行压力调节，以在a2区域得到适当高于空气压、低于空气压或等于空气压的呼气压力。
39.正压流量阀9和负压流量调节阀7与控制器连接同时分别和正压流量传感器21或负压流量传感器22相连。能对正负压气源的流量按一定比例进行控制，通过对正负压气源进入容积流量变化罐1内流量比例的多少，实现对容积流量变化罐1内压力变化所需时间的控制。
40.进气管3上的呼气阀13由定时器14控制，能够通过呼吸机测定呼吸系统的弹性和阻力，并让呼气阀13在呼气早期完全开放，减少呼气阻力，增加呼气初期的流速，在适当时
间再逐渐增加呼吸阀的压力，并严格维持气道的peep于预设水平，维持肺泡处于开放状态。
41.在容积流量变化罐1上设置有用于检测阀体2位置的位移传感器17，位移传感器17可以采用光电式传感器，并且光电式传感器位于容积流量变化罐1的顶部和底部，通过测定阀体2的位移计算阀体2上下方体积的变化。
42.通过氧浓度传感器监测患者呼出气体的氧含量，根据氧浓度来调节呼气压力流量以及时间，从而间接改变吸气压力和时间，来改变肺部换氧的时间。
43.定时器14能实现对呼气时间的控制，确保呼气末正压，并与呼气流量阀与罐内的混合压各种传感器相连，自动调节实现即防止过度呼气，又防止呼气量不足。
44.氧/二氧化碳浓度传感器12与控制器相连接，能实现得到吸气过程中肺部氧气置换数量多少的数据，医务工作者依据吸气压力、流量、时间精确判断肺功能、病变状态，确定呼气压力，从而确定吸气压力、流量、时间，提高呼吸机的工作效率。
45.以上部件与控制器相连，实现以下目的：1.满足人体十分复杂的呼气，吸气生理指标，确保呼吸末正压。防止过度呼气，防止护不足。2.精准控制，呼气时相适应的压力、流量、时间，提高呼吸时的舒适度。3. 尽量适当减少呼气时间，延长吸气时间，从而延长氧置换时间，提高呼吸效率。延长吸气时间，降低吸气压力，防止气压伤。4.对呼出的气体集中收回。
46.如图2所示，流量调节阀分为呼气流量调节阀、负压流量调节阀7和正压流量调节阀9，其结构一致，都包括壳体7-1，在壳体7-1内设有阀腔7-3，在壳体7-1上开有和阀腔7-3连通的入口7-6和出口7-7，在壳体7-1上旋接有阀杆7-2，阀杆7-2的顶部为锥形，且阀杆7-2正对出口7-7，在壳体7-1外设置有步进电机7-4，阀杆7-2的尾端和步进电机7-4的机轴连接，由步进电机7-4驱动阀杆7-2旋转，阀杆7-2旋转的同时前后移动，从而改变出口7-7截面的大小，从而控制流量。在壳体7-1上安装有位置传感器7-5，通过位置传感器7-5监测阀杆7-2的位置，根据监测到的位置信号以及流量调节信号控制步进电机7-4的转动方向以及时间，从而对流量进行准确的控制。
47.本发明通过呼气压力调节对患者的呼气过程进行促进辅助，能够加快患者肺部气体的排出以及肺部功能的康复。
48.本发明在容积流量变化罐罐壁的外部有容积、流量标尺，罐的容积能满足患者肺部一次性呼出的最大气体容量。罐内以阀体最低位置为界，分为两个区a1和a2区。浮动阀与流量罐内壁之间有一定的间隙，罐的内壁上部直径微大于下部直径。当呼气时，浮动阀向上升，呼出的气体压力越大，气量越多，浮动阀的上升就越高，浮动阀与罐内壁的间隙也就越大。呼气流量也自动调整变大。当吸气时浮动阀自动落回到最低位置。浮动阀随患者的呼气与吸气的变化而上下运动。
49.气体运动时变化状态的过程和物体运动时变化状态的过程是一样的，由初速度到峰值速度再回落到初速度，即物体开始运动到停止运动的过程，并含有物体运动变化状态时的多种数据指标。所不同的是物体运动时变化状态的过程，能通过人的肉眼就能看见，肺部呼出的气体或纯净气体运动时的变化状态是无法看见的。而每个不同患者呼出的气体通过容积流量变化罐，使罐内的阀体上下运动，模拟了每个不同患者肺部呼吸道系统的呼气、吸气时气体运动的变化状态，能通过各种传感器采集到阀体上下运动时，患者呼气过程中的多项数据。医务工作者能直观观察到患者呼气时气体运动过程的变化状态，依据采集到
患者呼气时，呼出的二氧化碳浓度指标等多项数据，针对每个不同患者病情状态，确定患者的呼气压力、流量、时间，也为医务工作者开展肺呼吸道疾病的研究提供客观条件。
50.如针对新冠重症、危重症肺炎患者，以及其他肺呼吸道疾病患者，其肺部感染范围广、感染程度深、肺部产生的分泌物多，呼气阻力大。呼气时因分泌物产生量不同，阻力大小程度不同。阀体在运动时会出现与呼气阻力相对应的大小颤动，医务工作者依据患者呼气时的呼气阻力数据与浮动阀的颤动现象，确定患者是否急需排痰救治方案（注：另有配套发明的排痰机，气管插管，能精准快速解决好患者的排痰问题从而提高呼吸机的工作效率，否则因大量的分泌物附着在肺部的支气管内会影响氧置换效率产生无效通气。尸检也证明患者肺有大量的痰栓）。
51.人体肺正常的呼吸时像气球，肺的海绵体有一定的柔韧性，涨缩能力好，氧置换能功能效率高。而肺部感染的重症，危重症患者肺像皮球，海绵体的柔韧性变差，当气道阻力较大时，容易造成呼气不足。当气道阻力变小时，又容易造成呼气过量。由于每个患者的健康状态不同、疾病种类不同、危重症程度不同、肺的量变和质变的情况也不相同，需要提供患者病情情况相适应的呼气压力、流量和时间。所以临床医生需要观察每个患者呼气时罐内浮动阀的运动状态，依据呼气阻力值、呼出二氧化碳浓度值，针对每个不同情况的患者，适量调整患者的呼气压力、流量和时间，确定一人一策的救治方案。
52.为医务工作者针对肺呼吸道系统疾病领域的研究提供客观条件。在容积流量变化罐的上下部位装有压力流量传感器、氧/二氧化碳传感器，能采集到呼气时压力流量容量，流速、阻力等多项精准数据，供医务工作者对患者的肺部疾病的救治与研究提供依据。如对容积流量罐再做微量变动使患者呼气吸气采用双罐同时用，能对呼气与吸气的多项数据进行采集对比。医务工作者能更为精准的判断患者感染过程中肺部海绵体的量变到质变的过程。到更精准的呼气与吸气压力、流量、容量、时间比。如：在罐内底部位置增加温度等，因为患者的感染程度和感染范围与体温有关成正比，而肺部的海绵体变化肺功能变化与感染程度范围有关，医务工作者能对呼气吸气压力、流量变化的情况与体温变化情况相结合，更为精准的判断患者肺部感染过程中，肺部海绵体的量变与质变的过程的程度，从而更好的了解病情的变化情况，确定精准的救治方案。再如：依据患者病情适量减少呼气时间，增加适量的呼气流量。从而可以适量延长吸气时间，防止气压伤等问题。延长了肺的氧置换时间提高通气效率。
53.总而言之，流量容积变化罐1能提供适应每个不同患者情况的呼气压力流量和时间，为医务工作者开展肺部呼吸道系统疾病领域的研究提供依据，为临床医生针对每个不同的患者提供更加精准的救治方案。
54.对呼气的控制方法有很多种，如：定时间、定容量、定流量、定压力，相互作用能更好的实现调整给患者的呼气压力、流量、时间。
55.方案一：在呼气时，呼气阀13与负压电磁阀8同时开启，患者呼气流量多少，负压流量调节阀就控制多少流量。吸气时，呼气阀13关闭，负压电磁阀8可延长关闭时间关闭，正压电磁11打开，使流量容积变化罐1内压力适应患者呼气压力时正压电磁阀11关闭。待吸气后再次呼气。
56.方案二：在呼气时，通过对负压压力、流量的调整，使呼气流量与正压流量叠加的气体进入负压管道。吸气时，呼气阀13关闭、正压电磁阀11关闭、负压电磁阀8关闭。待下次
呼气时再开启。
57.方案三：在呼气时，呼气阀13打开，正压电磁阀11和负压电磁阀8同时打开，控制呼气流量、时间并控制负压流量和时间，使呼出的气体进入负压管道。吸气时，呼气阀13、正压电磁阀11以及负压电磁阀8关闭。待下次呼气时再开启。

技术特征：

1.一种呼气辅助装置，其特征在于，包括容积流量变化罐，所述容积流量变化罐的内壁为锥面，所述容积流量变化罐内壁上端的直径略大于下端的直径，所述容积流量变化罐内设置有可浮动的阀体，所述阀体包括竖直投影为圆形的曲面部，所述曲面部的中部向下凹，在所述曲面部的顶部边缘设有环形的侧边部，所述侧边部的直径略小于所述容积流量变化罐内壁的最小直径，在所述曲面部的中心设置有配重部；在所述容积流量变化罐的底部连通有进气管，在所述容积流量变化罐的顶部连通有与负压源连通的负压管以及和正压源连通的正压管。2.根据权利要求1所述的呼气辅助装置，其特征在于，在所述容积流量变化罐的顶部连通有正压补偿装置和负压补偿装置，所述正压补偿装置或所述负压补偿装置包括若干个并联的补偿管路，所述补偿管路连通有正压源或负压源，在所述补偿管路上设置有流量阀和压力阀。3.根据权利要求1所述的呼气辅助装置，其特征在于，在所述进气管上设置有呼气流量传感器、呼气流量调节阀、氧/二氧化碳浓度传感器和呼气阀，所述呼气阀由定时器控制。4.根据权利要求1所述的呼气辅助装置，其特征在于，在所述负压管上设置有负压流量传感器、负压电磁阀、负压压力调节阀以及负压流量调节阀，在所述正压管上设置有正压流量传感器、正压电磁阀、正压压力调节阀以正压流量调节阀。5.根据权利要求1所述的呼气辅助装置，其特征在于，在所述容积流量变化罐上设置有用于检测阀体位置的位移传感器。6.根据权利要求1所述的呼气辅助装置，其特征在于，在所述容积流量变化罐的内壁上设有限位凸起，用于限制所述阀体的最低位置。7.根据权利要求1所述的呼气辅助装置，其特征在于，在所述容积流量变化罐内的上下端分别设置有第一压力传感器和第二压力传感器。

技术总结

本发明涉及一种呼气辅助装置，其结构包括容积流量变化罐，容积流量变化罐的内壁为锥面，容积流量变化罐内壁上端的直径略大于下端的直径，容积流量变化罐内设置有可浮动的阀体，在容积流量变化罐的底部连通有进气管与呼气阀、流量调节阀、二氧化碳浓度传感器相串接。在容积流量变化罐的顶部连通有正负压气源，在正负压气源上串接有电磁阀、压力调节阀、流量调节阀、流量传感器。本发明通过对正负压混合调压的方法，解决每个患者情况不同带来呼气时的差异性问题。即防止呼气不足又防止呼气过量。患者呼出的带毒气体通过负压管道统一回收处理，防止医疗人员交叉感染。节省资源有助于环保和生物安全科学化管理，通过辅助呼气加快患者肺部功能的康复。患者肺部功能的康复。患者肺部功能的康复。