呼吸机呼吸模式的控制技术专利综述

顾明海　舒瀚

【摘要】本文对呼吸机呼吸模式作了详细的介绍，并重点阐述了对呼吸模式的分析意义，从专利文献的视角对呼吸机呼吸模式控制技术的发展进行了全面的数据统计以及分析，总结了与呼吸机呼吸模式控制技术共包含四个重要技术分支：流量控制、压力控制、模式控制以及模式切换；再分别对上述四个重要的技术分支做了一定的分析，总结了呼吸模式控制技术在国内专利中的申请趋势、本领域的主要申请人分布，并对重要分支做了进一步分析，获得重要技术的演进过程，未来发展方向。

【关键词】呼吸机 呼吸模式 流量 压力 控制

一、引言

人在呼吸的时候，会有节奏的交替进行呼气和吸气活动。吸气时人们将富含氧气的新鲜空气吸入肺部，然后在肺部和血液中进行气体交换，最后在呼气时将富含二氧化碳的气体排出体外，完成一次完整的气体交换过程。呼吸机的基本原理就是用机械的办法建立压力差，从而实现强制的人工呼吸过程，呼吸机在呼气通道，吸气通道和空气进口有三个单向阀。

二、国内外专利申请状况分析

通过对国内涉及呼吸机呼吸模式控制技术的专利进行统计可知，国内的专利申请人企业的申请量最多，占有总申请量的大部分79%，个人以及高校/研究院的申请量的加和仅占有21%，同时高校和科研院所的申请量也是从无到有，从少变多，充分体现了产学研结合的特征。

国内的关于呼吸机模式的控制技术专利申请的申请人主要是企业，在国内主要集中在北京谊安医疗系统股份有限公司、深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司以及北京航天长峰股份有限公司。

其中北京谊安医疗系统股份有限公司的申请量最多，达到26件，深圳迈瑞与北京航天长峰的申请量次之，分别为15件和6件，其余的企业大部分只有3-5件申请。

再对国外涉及呼吸机呼吸模式控制专利进行分析可知，德国的DRAEGER公司（德尔格公司）、BIRD公司（鸟牌公司）和MAQUET公司（迈柯维公司）的申请量比较高，他们是目前国际上生产呼吸机和麻醉机最著名的厂家，产品可靠性高，人家交互好，技术积累水平高，充分代表了当今呼吸机的发展趋势。

三、国内外对呼吸机控制模式的技术分析及总结

针对呼吸机呼吸模式的控制技术专利申请的研究，可主要分为四个技术分支：流量控制、压力控制、模式控制和模式切换。

其中流量控制和压力控制占了总数的70%左右，呼吸机实质即是将气体以一定的流量和压力送至病人端，是病人能够进行气体交换，因此流量控制和压力控制是呼吸机呼吸模式中最基本、最核心的技术环节，还涉及到相应的传感器和阀门设计，电路反馈及软件控制等多方面技术；

模式控制和模式切换是让病人端能够更加安全，舒适的呼吸，因此，在设计时需要达到减小病人的肺损伤，减小人机对抗，人机协调性高的功能，进一步提高呼吸机的呼吸功能。

流量控制主要有：流量阀，流量阀传感器，和控制算法，流量控制作为呼吸机的基本控制技术很早就有研究，随着涉及流量传感器、流量阀的技术发展，控制算法的改进，流量控制会向稳定、可靠、安全方向发展。

压力控制是另一个核心控制，与流量控制相辅相成，根据设置和测定的压力对流量和流速进行控制，随着压力传感器和流量控制技术的发展，压力传感器也会向安全可靠、及时响应、控制精确的方向发展。

呼吸模式从容量控制和压力控制模式基础上兼顾病人的舒适性，减小人机对抗，便于病人恢复，未来的呼吸机的功能将更加完善，通气模式也会不断发展，会有针对临床问题的新的技术出现。

呼吸机的各个模式之间的功能和效果不一样，对于病人在不同的阶段可能需要调节不同的呼吸模式，然而模式切换是不稳定的，在切换过程中可能对患者的肺造成损伤，因此模式切换要免去繁琐的计算，提高操作效率和降低出错概率，这样在模式切换过程中降低风险，保障病人的安全，呼吸模式的自主识别和切换也是今后研究的方向。