[发明专利]用于高频振荡通气机的闭环控制系统

权利要求书

1.一种用于高频振荡通气机HFOV的控制系统，所述高频振荡通气机 HFOV具有往复式活塞，并且可连接至患者以向该患者提供气道压力，所述 控制系统包括：

包括闭环控制电路对的振荡器控制器，该闭环控制电路对包括振荡器压 力环路和定心环路，所述振荡器压力环路和所述定心环路协同适于调节活塞 往复的频率和振幅以及为所述活塞关于所述活塞的全冲程位移的中点定心； 以及

平均气道压力MAP控制器，包括适于调节所述患者处的平均气道压力 MAP的闭环控制电路；

活塞位置传感器，被配置为测量所述活塞的位置，并响应于该测量而生 成活塞位移信号，以传送给所述定心环路；以及

压力传感器，被配置为测量所述患者处的压力，并响应于该测量而生成 测得压力信号，以传送给所述振荡器控制器；

其中：

所述振荡器压力环路被配置为确定所述测得压力信号与期望振荡器压 力信号之间的差，并响应于该确定而生成振荡器压力误差信号；

所述定心环路被配置为确定所述活塞位移信号与表示所述活塞的全冲 程位移的中点的信号之间的差，并响应于该确定而生成位移误差信号；

所述振荡器压力误差信号和所述位移误差信号被结合以生成用于调节 所述活塞的往复运动的振荡器命令信号。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述活塞位移信号和所述测 得压力信号以这两个信号的频带不重叠的方式各自被滤波。

3.根据权利要求2所述的控制系统，其中：

所述定心环路包括具有定心环路滤波器截止频率的一阶低通滤波器；

所述振荡器压力环路包括二阶带通滤波器，所述二阶带通滤波器具有与 所述定心环路滤波器截止频率相等的低截止频率，所述二阶带通滤波器具有 限制所述振荡器压力环路中的噪声传播的高截止频率。

4.根据权利要求3所述的控制系统，其中：

所述二阶带通滤波器包括与单极点低通滤波器串联连接的单极点高通 滤波器；

所述单极点高通滤波器在所述定心环路滤波器截止频率处具有-3dB的 截止；以及

所述单极点低通滤波器在所述高截止频率处具有-3dB的截止。

5.根据权利要求3所述的控制系统，其中所述定心环路和所述振荡器 压力环路中的每一个环路均包括比例积分PI控制器，所述比例积分PI控制 器被配置为对所述振荡器压力误差信号和所述位移误差信号中相应的信号 进行滤波，以将包含在所述振荡器压力误差信号和所述位移误差信号中的误 差驱向零，并限制相应的所述PI控制器的积分分量的饱卷。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述活塞位置传感器被配置 为位移变换器。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述压力传感器被配置为压 力变换器。

8.根据权利要求1所述的控制系统，其中：

所述压力传感器被配置为测量患者处的压力，并响应于该测量而生成所 述测得压力信号，以传送给所述MAP控制器；

其中：

所述MAP控制器包括MAP调节环路，所述MAP调节环路具有与患者 及所述HFOV流体相通的呼气阀；

所述MAP调节环路被配置为确定所述测得压力信号与期望MAP信号 之间的差，并响应于该确定而生成MAP环路误差信号，以驱动所述呼气阀。

9.根据权利要求8所述的控制系统，其中所述MAP调节环路包括低通 滤波器，所述低通滤波器被配置为以使由所述振荡器压力环路引起的振荡衰 减最大化并使所述MAP调节环路的响应和准确度最大化的方式来对所述测 得压力信号进行滤波。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其中所述MAP调节环路低通滤 波器被配置为相对于所述期望MAP信号具有锐截止的高阶滤波器。