一种高流量呼吸湿化治疗仪及其使用方法

技术领域

本发明涉及呼吸治疗仪技术领域，尤其涉及一种高流量呼吸湿化治疗仪及其使用方法。

背景技术

高流量呼吸湿化治疗仪，通过高流量专用鼻导管或其他患者接口，将加温加湿的空氧混合气体以较高的流量输送给患者，临床常用于轻中度低氧血症，如低氧性呼吸衰竭，如ARDS、肺炎、肺纤维化、心源性肺水肿等患者。对单纯低氧性呼吸衰竭(I型呼吸衰竭)患者具有积极的治疗作用，对部分轻度低氧合并高碳酸血症(Ⅱ型呼吸衰竭)患者也具有一定的治疗作用，对于新型冠状病毒肺炎患者高流量呼吸湿化治疗仪具有显著的治疗效果。高流量呼吸湿化治疗仪无需使用封闭的面罩或鼻罩，用户依从性好，体感舒适性好；能够提供稳定的高吸氧浓度，快速有效的改善血氧；通过高流量冲刷生理性解剖学死腔，减少二氧化碳再吸入；充分的湿化和温化，使气道粘液纤毛清理功能处于最佳状态。

在患者进行吸氧治疗过程中，需要密切关注动脉血二氧化碳分压(PaCO

并且，在高流量呼吸湿化治疗仪的工作过程中对氧气消耗量很大，对于I型呼吸衰竭急诊患者，推进HFNC(经鼻高流量湿化氧疗)气体初始流量设置为40-60L/min，初始氧浓度为100％；对于Ⅱ型呼吸衰竭急诊患者，推进HFNC气体初始流量设置为50-60L/min，初始氧浓度为90％。而以往医院中心供氧系统设计是依据急救/重症床每床5～10(L/min)，普通病床每床3～5(L/min)的标准设计，40-60L/min的氧流量消耗是医院原有供氧系统的10-20倍，因此将给医院供氧系统带来极大挑战，目前在一些使用高流量湿化治疗仪较多的医院已经暴露氧气供给不足的问题。制氧机也是高流量呼吸湿化治疗的氧气来源之一，但是目前主流的可移动制氧机流量一般为1-10L/min，即使是流量10L/min的制氧机也难以满足高流量湿化治疗的需求。

为此，亟需一种能够进行呼末二氧化碳监测，并且降低耗氧量的高流量呼吸湿化治疗仪。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术中存在的问题，本发明至少从一定程度上进行解决。为此，本发明的第一个目的在于提出一种高流量呼吸湿化治疗仪，能够在高流量呼吸湿化治疗过程中对呼末二氧化碳进行准确监测，并且能够降低耗氧量。

本发明的第二个目的在于提出一种上述高流量呼吸湿化治疗仪的使用方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明提供一种高流量呼吸湿化治疗仪，包括空氧混合罐、风机、鼻氧管、呼气末二氧化碳监测模块、气体采集管和控制器；空氧混合罐的进气口分别与空气进气端和氧气进气端连通，空氧混合罐的出气口通过风机与鼻氧管连通，氧气进气端上设置有用于调节氧气流量的电控阀；呼气末二氧化碳监测模块内置负压主动气体采样单元，负压主动气体采样单元通过气体采集管与鼻氧管连通；电控阀、风机和呼气末二氧化碳监测模块均与控制器通讯连接。

可选地，鼻氧管包括主体，管状导气孔，以及分别对应人体左右鼻孔的管状第一出气孔和管状第二出气孔；导气孔，第一出气孔和第二出气孔均与主体连通，主体上还开设有进气孔，风机通过进气孔向鼻氧管送气，主体通过导气孔与气体采集管连通。

可选地，主体为管状，第一出气孔和第二出气孔均设置在主体的第一侧部，并且第一出气孔和第二出气孔均与主体连通，导气孔设置在主体的一端部，并且导气孔与主体连通。

可选地，高流量呼吸湿化治疗仪还包括进气流道、湿化罐、加热模块、加热管和连接导气管；空氧混合罐的出气口通过风机与进气流道的进气口连通，进气流道的出气口与湿化罐的进气口连通，湿化罐的出气口与加热管的进气口连通，加热管的出气口与连接导气管的进气口连通，连接导气管的出气口通过进气孔与鼻氧管连通，加热模块用于对湿化罐内的纯净水进行加热以使水分蒸发；加热模块和加热管均与控制器通讯连接。

可选地，负压主动气体采样单元的采样流量为100mL/min～250mL/min，气体采集管的内径为0.8～2mm，气体采集管的长度小于1.5m。

可选地，负压主动气体采样单元的采样流量为150mL/min～250mL/min，气体采集管的内径为0.8～1.5mm。

可选地，鼻氧管包括主体，管状导气孔，以及分别对应人体左右鼻孔的管状第一出气孔和管状第二出气孔；第一出气孔和第二出气孔均与主体连通，主体上还开设有进气孔，风机通过进气孔向鼻氧管送气，导气孔与第一出气孔并排紧挨设置，并且导气孔的进气口与第一出气孔一起用于伸入人体鼻孔，导气孔的出气口与气体采集管连通。

第二方面，本发明提供一种高流量呼吸湿化治疗仪的使用方法，包括以下步骤：

S1、在高流量呼吸湿化治疗仪对患者进行高流量呼吸湿化治疗的过程中，呼气末二氧化碳监测模块持续采样监测呼气末二氧化碳浓度，获得呼气末二氧化碳监测信号；

S2、根据呼气末二氧化碳监测信号，获得患者的当前呼吸率，根据呼吸率获得当前呼气末二氧化碳的监测周期；

S3、从获得当前呼吸率的时刻开始，根据当前呼吸率，在每一次呼吸的吸气结束时控制器通过电控阀降低或停止氧气进气端送气流量，在每一次呼吸的吸气开始前控制器通过电控阀恢复氧气进气端送气流量；从获得当前呼吸率的时刻开始，根据当前呼吸率，当呼吸次数达到当前呼气末二氧化碳的监测周期，在下一次呼吸的吸气结束时控制器降低或停止风机送气流量，呼气末二氧化碳监测模块对呼出气进行采集和呼气末二氧化碳监测，经过0.6～1个呼吸周期的信号采集后，控制器恢复风机送风流量，并返回S2对当前呼吸率和当前呼气末二氧化碳监测周期进行更新后继续进行S3。

可选地，根据呼气末二氧化碳监测信号，获得患者的当前呼吸率，包括：对持续采集的呼气末二氧化碳监测信号Sig0进行低通滤波获得信号Sig1，通过滤波消除高流量气流引入的噪声，对信号Sig1进行特征提取，获得信号Sig1中规律性的周期变化特征，根据周期变化特征获得患者的当前呼吸率；根据患者的当前呼吸率，获得当前呼气末二氧化碳的监测周期，包括：当呼吸率大于60次/分钟时，当前呼气末二氧化碳的监测周期为20-30次呼吸，当呼吸率大于30次/分钟小于60次/分钟时，当前呼气末二氧化碳的监测周期为15-20次呼吸；当呼吸率小于30次/分钟时，当前呼气末二氧化碳的监测周期为10-15次呼吸。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供的高流量呼吸湿化治疗仪，通过设置气体采集管和呼气末二氧化碳监测模块，负压主动气体采样单元具有吸气功能，可将鼻氧管内的气体采集到呼气末二氧化碳监测模块中进行监测，为持续监测呼气末二氧化碳以获得呼气末二氧化碳监测信号提供结构基础，以及为控制器停止风机送气流量时对呼出气进行采集以对呼气末二氧化碳监测提供结构基础；通过将风机和呼气末二氧化碳监测模块均与控制器通讯连接，控制器可根据呼气末二氧化碳监测曲线控制风机在一次呼吸的吸气结束时降低或停止风机送气流量，使呼气末二氧化碳监测模块对呼出气进行采集和呼气末二氧化碳监测，待监测结束，控制器恢复风机送风流量；通过将电控阀和呼气末二氧化碳监测模块均与控制器通讯连接，为呼吸同步高流量供氧(即只在吸气阶段进行高流量供氧)提供了结构基础，能够实现只在吸气过程进行高流量供氧，而吸气时间只占约1/3，因此高流量供氧时间也只占整体时间的1/3，可将氧气消耗降低60-70％，且保证了在吸气过程高流量氧气的供给。由此可见，本发明提供的高流量呼吸湿化治疗仪能够对呼末二氧化碳进行准确监测，并且能够降低耗氧量。

附图说明

本发明借助于以下附图进行描述：

图1为根据本发明实施例1的高流量呼吸湿化治疗仪的结构示意图，其中虚线代表通讯连接关系；

图2为根据本发明实施例1的鼻氧管的第一种布局结构示意图；

图3为根据本发明实施例1的鼻氧管的第二种布局结构示意图；

图4为根据本发明实施例2的鼻氧管的布局结构示意图；

图5为根据本发明实施例3的高流量呼吸湿化治疗仪使用方法的流程示意图。

【附图标记说明】

11：空气进气端；12：氧气进气端；13：电控阀；

2：空氧混合罐；

3：风机；

4：鼻氧管；41：主体；42：第一出气孔；43：第二出气孔；44：导气孔；

52：气体采集管；53：呼气末二氧化碳监测模块；

6：控制器；

7：进气流道；

81：湿化罐；82：加热模块；

91：加热管；92：连接导气管。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

如图1和图2所示，本发明提供一种高流量呼吸湿化治疗仪，包括空氧混合罐2、风机3、鼻氧管4、呼气末二氧化碳监测模块53、气体采集管52和控制器6；空氧混合罐2的进气口分别与空气进气端11和氧气进气端12连通，空氧混合罐2的出气口通过风机3与鼻氧管4连通，氧气进气端12上设置有用于调节氧气流量的电控阀13；呼气末二氧化碳监测模块53内置负压主动气体采样单元，负压主动气体采样单元通过气体采集管52与鼻氧管4连通；电控阀13、风机3和呼气末二氧化碳监测模块53均与控制器6通讯连接。

如此设置的高流量呼吸湿化治疗仪，通过设置气体采集管52和呼气末二氧化碳监测模块53，负压主动气体采样单元具有吸气功能，可将鼻氧管4内的气体采集到呼气末二氧化碳监测模块53中进行监测，为持续监测呼气末二氧化碳以获得呼气末二氧化碳监测信号提供结构基础，以及为控制器6停止风机3送气流量时对呼出气进行采集以对呼气末二氧化碳监测提供结构基础；通过将风机3和呼气末二氧化碳监测模块53均与控制器6通讯连接，控制器6可根据呼气末二氧化碳监测曲线控制风机3在一次呼吸的吸气结束时降低或停止风机3送气流量，使呼气末二氧化碳监测模块53对呼出气进行采集和呼气末二氧化碳监测，待监测结束，控制器6恢复风机3送风流量；通过将电控阀13和呼气末二氧化碳监测模块53均与控制器6通讯连接，为呼吸同步高流量供氧(即只在吸气阶段进行高流量供氧)提供了结构基础，能够实现只在吸气过程进行高流量供氧，而吸气时间只占约1/3，因此高流量供氧时间也只占整体时间的1/3，可将氧气消耗降低60-70％，且保证了在吸气过程高流量氧气的供给。由此可见，本发明提供的高流量呼吸湿化治疗仪能够对呼末二氧化碳进行准确监测，并且能够降低耗氧量。

如图2所示，优选地，鼻氧管4包括主体41，管状导气孔44，以及分别对应人体左右鼻孔的管状第一出气孔42和管状第二出气孔43；导气孔44，第一出气孔42和第二出气孔43均与主体41连通，主体41上还开设有进气孔，风机3通过进气孔向鼻氧管4送气，主体41通过导气孔44与气体采集管52连通。

具体地，在本实施例中，主体41为管状，第一出气孔42和第二出气孔43均设置在主体41的第一侧部，并且第一出气孔42和第二出气孔43均与主体41连通，导气孔44设置在主体41的一端部，并且导气孔44与主体41连通。

可选地，导气孔44在鼻氧管4上还可以有其他的多种布局方式，比如导气孔44设置在主体41的第二侧部(如图3所示)。可选地，导气孔44设置在第一出气孔42上，并且导气孔44与第一出气孔42连通。

优选地，如图1所示，高流量呼吸湿化治疗仪还包括进气流道7、湿化罐81、加热模块82、加热管91和连接导气管92；空氧混合罐2的出气口通过风机3与进气流道7的进气口连通，进气流道7的出气口与湿化罐81的进气口连通，湿化罐81的出气口与加热管91的进气口连通，加热管91的出气口与连接导气管92的进气口连通，连接导气管92的出气口通过进气孔与鼻氧管4连通，加热模块82用于对湿化罐81内的纯净水进行加热以使水分蒸发；加热模块82和加热管91均与控制器6通讯连接。如此，在风机3作用下从空氧混合罐2吸入空氧混合气经由进气流道7进入湿化罐81，吹入湿化罐81内的空氧混合气流会携带湿化罐81内的蒸发水分进入加热管91，空氧混合气流经由加热管91、连接导气管92进入鼻氧管4，鼻氧管4置于鼻孔下方，将湿化气体导入鼻孔内；通过将加热模块82和加热管91均与控制器6通讯连接，可通过控制器6控制空氧混合气的湿度和温度。

优选地，负压主动气体采样单元的采样流量为100mL/min～250mL/min，气体采集管52的内径为0.8～2mm，气体采集管52的长度小于1.5m。如此设置，提高呼气末二氧化碳监测模块53的监测实时性，使监测时间延迟小于1s。进一步优选地，负压主动气体采样单元的采样流量为150mL/min～250mL/min，气体采集管52的内径为0.8～1.5mm，气体采集管52的长度小于1m。如此设置，进一步提高呼气末二氧化碳监测模块53的监测实时性，使监测时间延迟小于0.5s。

优选地，风机3的启动过程时间和停止过程时间均小于0.5s。如此，风机3支持快速启动和停止功能，利于呼气末二氧化碳监测模块53的监测实时性。

实施例2

本实施例与实施例1的主要不同之处在于：

如图4所示，鼻氧管4包括主体41，管状导气孔44，以及分别对应人体左右鼻孔的管状第一出气孔42和管状第二出气孔43；第一出气孔42和第二出气孔43均与主体41连通，主体41上还开设有进气孔，风机3通过进气孔向鼻氧管4送气，导气孔44与第一出气孔42并排紧挨设置，并且导气孔44的进气口与第一出气孔42一起用于伸入人体鼻孔，导气孔44的出气口与气体采集管52连通。

其余与实施例1相同之处此处不再赘述。

实施例3

本实施例提供一种如实施例1或实施例2所述的高流量呼吸湿化治疗仪的使用方法，包括以下步骤：

S1、在高流量呼吸湿化治疗仪对患者进行高流量呼吸湿化治疗的过程中，呼气末二氧化碳监测模块持续采样监测呼气末二氧化碳浓度，获得呼气末二氧化碳监测信号。

具体地，S1中，呼气末二氧化碳监测模块持续监测呼气末二氧化碳的开始时刻可以是在高流量呼吸湿化治疗仪开始对患者进行高流量呼吸湿化治疗时。

S2、根据呼气末二氧化碳监测信号，获得患者的当前呼吸率，根据呼吸率获得当前呼气末二氧化碳的监测周期。

需要说明的是，虽然在高流量呼吸湿化治疗过程中，呼气末二氧化碳监测模块无法准确监测呼气末二氧化碳浓度，但是呼气末二氧化碳监测模块持续采样监测呼气末二氧化碳浓度可以得到呼气末二氧化碳的周期变化规律，该周期变化规律可以反映出患者的当前呼吸率和当前呼气末二氧化碳的监测周期。

优选地，根据呼气末二氧化碳监测信号，获得患者的当前呼吸率，包括：对持续采集的呼气末二氧化碳监测信号Sig0进行低通滤波获得信号Sig1，通过滤波消除高流量气流引入的噪声，对信号Sig1进行特征提取，获得信号Sig1中规律性的周期变化特征，根据周期变化特征获得患者的当前呼吸率；根据患者的当前呼吸率，获得当前呼气末二氧化碳的监测周期，包括：当呼吸率大于60次/分钟时，当前呼气末二氧化碳的监测周期为20-30次呼吸，当呼吸率大于30次/分钟小于60次/分钟时，当前呼气末二氧化碳的监测周期为15-20次呼吸；当呼吸率小于30次/分钟时，当前呼气末二氧化碳的监测周期为10-15次呼吸。上述患者呼吸率与呼气末二氧化碳监测周期的对应关系是发明人进行大量临床试验后经统计探究后获得的。如此，在保证高流量呼吸治疗的同时，能够实时对呼气末二氧化碳进行准确监测。

S3、从获得当前呼吸率的时刻开始，根据当前呼吸率，在每一次呼吸的吸气结束时控制器通过电控阀降低或停止氧气进气端送气流量，在每一次呼吸的吸气开始前控制器通过电控阀恢复氧气进气端送气流量；从获得当前呼吸率的时刻开始，根据当前呼吸率，当呼吸次数达到当前呼气末二氧化碳的监测周期，在下一次呼吸的吸气结束时控制器降低或停止风机送气流量，呼气末二氧化碳监测模块对呼出气进行采集和呼气末二氧化碳监测，经过0.6～1个呼吸周期的信号采集后，控制器恢复风机送风流量，并返回S2对当前呼吸率和当前呼气末二氧化碳监测周期进行更新后继续进行S3。

具体地，本发明提供的高流量呼吸湿化治疗仪使用方法中，第一次确定当前呼吸率和当前呼气末二氧化碳监测周期，是依据呼气末二氧化碳监测模块从高流量呼吸湿化治疗仪开始对患者进行治疗时开始持续监测呼气末二氧化碳浓度0.5min～1min获得的呼气末二氧化碳监测信号。

本发明提出的高流量呼吸湿化治疗仪的使用方法，在保证高流量呼吸治疗的同时，能够实时、准确地对高流量呼吸治疗过程中呼气末二氧化碳进行监测，并且能够降低高流量呼吸湿化治疗仪的耗氧量。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。