呼吸机是抢救和治疗各种急慢性呼吸衰减或呼吸功能不全病人的重要工具。通气模式是指导呼吸机通气的规则,直接决定了呼吸机对病人的治疗效果,因此具有重要的研究价值。为提高各通气模式工作的人机协调性以及避免真人试验的危险,论文基于主动模拟肺对通气模式进行了研究,涉及到的关键技术有:通气系统建模、试验平台的建立、系统模型参数的在线估计方法和基于人机协调的通气控制技术等。主要研究内容和结论包括:(1)建立了由顺应性、气阻和呼吸肌产生压力三元素组成的非线性时变呼吸系统模型,并通过对不同病人的临床通气数据分析和与现有各种模型的比较验证了模型的适用性;建立了呼吸机气路各组成部分的气体力学模型。利用上述模型组建了呼吸机/呼吸系统集总参数模型,为通气模式研究提供了理论基础。(2)为避免真人试验的危险,同时针对现有通气模式研究试验平台的呼吸系统模拟能力和在线调试能力差、控制精度低和不能开展辅助通气模式研究等问题,设计了基于主动模拟肺的通气模式研究试验平台。(3)提出了一种管道顺应性的预通气测量方法,为量化分析管道对呼吸机输出气流的分流影响提供了条件;提出了一种基于比例辅助通气的最小二乘生理估计法,理论分析和试验结果表明,该估计法较M.Younes方法而言,将呼吸系统气阻估计的有效率由48.9%提高到了73.7%,消除了单点测量误差,提高了呼吸系统气阻和顺应性的估计精度。(4)为提高通气过程中的人机协调性能,针对保证通气水平、确保通气安全和减少人机不同步这三个问题,提出了相应的改善方法,具体包括:①提出了一种潮气量比例补偿方法和一种有创通气时气道压的补偿方法。理论分析和试验结果表明,潮气量从未补偿前的EC /( EC + E rs )×Vset提高到了设定值Vs et,气道压从未补偿前的Pr ef ?λRT V提高到了设定值Pr ef,确保了病人通气水平。( Er s是呼吸系统弹性系数, EC是呼吸机管道弹性系数, Rr s是呼吸系统气阻, RT是气管插管气阻,λ是自动补偿因子)②实现了PI参数模糊自整定通气控制方法。试验结果表明,方法较传统PI控制方法而言,有效地减小了压力过冲和振荡,减少了两者对病人安全的危害,提高了通气安全。③提出了一阶自适应通气控制方法。理论分析和试验结果表明,方法消除了压力过冲和振荡,实现了压力上升时间的准确可控,还能让呼吸机在保证病人潮气量的前提下采用最小的气道压力进行通气,从而减少高气道压对病人的危害,进一步提高了通气安全。④引入基础流实现了流量和压力双反馈型控制通气。理论分析和仿真结果表明,这种控制方法更能够及时有效地跟踪病人呼吸肌运动,提高了人机同步性能,同时方法有效地降低了呼吸机有效输出阻抗,减少了呼吸机对病人的做功,有利于病人自主呼吸能力的恢复。⑤依据专家经验知识,采用模糊逻辑和推理技术,实现了压力支持水平的在线自动调节。仿真结果与实际调整结果的对比表明,方法实现了指定周期的压力支持水平的最佳选择,确保了生理参数指标处于安全水平,减小了压力支持水平不合适引发的通气安全和人机不同步问题出现的几率。(5)成功地实现了容量控制和压力控制通气模式,并将其应用于麻醉机AS3000上,临床数据表明了它们工作的有效性;在Shangrila590呼吸机上实现了压力支持通气模式。试验表明了模式在压力上升时间的可控性、气道压的稳定性这两个性能上接近甚至优于国外品牌呼吸机上的压力支持模式;首次在国产呼吸机Shangrila590上实现了容量保障压力支持通气、压力调节容量控制通气和适应性支持通气这三种双重控制通气模式。试验结果表明,这三种模式工作输出的流量、气道压和容量曲线完全符合要求,可以进一步开展动物和人体实验;采用PI参数模糊自整定法在呼吸机Shangrila590上实现了比例辅助通气模式,并给出了PI控制的PAV系统稳定条件,为开展比例辅助通气模式研究迈出了探索步伐。上述研究工作对进一步开展通气模式研究、改善呼吸机通气性能和提高产品市场竞争力具有一定的参考价值和现实意义。