本發(fā)明提出一種智能康復(fù)呼吸機,屬于醫(yī)學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
呼吸機是臨床醫(yī)學(xué)中一種最常用的輔助患者康復(fù)的醫(yī)療器械,根據(jù)機械通氣原理研制而成。我國呼吸機起步較晚,目前,國產(chǎn)呼吸機在技術(shù)上大多數(shù)還是處于借鑒和模仿國外產(chǎn)品技術(shù),在功能質(zhì)量方面,尤其是在可靠性上,落后于國外發(fā)達國家,所以國家十分重視呼吸機技術(shù)的創(chuàng)新與研究?,F(xiàn)存呼吸機根據(jù)通氣模式,主要可以分為兩大類:壓力控制通氣和容量控制通氣。
壓力控制通氣模式主要是以氣道壓力作為切換參數(shù)。呼吸機產(chǎn)生氣流進入呼吸道,使肺泡擴張,胸、肺被擴大,呼吸道內(nèi)壓力不斷升高,達到預(yù)定壓力值后,氣流終止,轉(zhuǎn)為呼氣,此時氣道內(nèi)壓力不斷下降,達到一預(yù)定值,氣流再次發(fā)生。其優(yōu)點是降低氣道峰壓,減少由于氣道壓引起危險的概率;氣體分布較均勻,可以改善氣體交換。但其潮氣量不能保證,特別容易導(dǎo)致人機不同步問題。
容量控制通氣模式主要以容量作為切換參數(shù)。呼吸機將預(yù)設(shè)的潮氣量通過人呼吸道送入肺部,它保證在預(yù)定的壓力范圍內(nèi),潮氣量不受胸肺順應(yīng)性及氣道阻力變化的影響。其優(yōu)點是根據(jù)預(yù)設(shè)值可以提供精確的潮氣量,不會造成通氣過多或過少的現(xiàn)象,也不會隨肺功能的改變而改變。從綜合性能和控制效果上來說,都優(yōu)于壓力控制通氣模式。
但是無論哪種類型的呼吸機都存在兩個共有的缺陷。一是沒有針對性,對不同的患者以及不同的病理狀態(tài)都以單一的控制參數(shù)進行輔助呼吸,而這樣往往會出現(xiàn)通氣不足或過量通氣現(xiàn)象,對患者造成不同程度的肺損傷;另一個是人機不協(xié)調(diào)現(xiàn)象,患者呼吸頻率與呼吸機的輔助通氣頻率不同,這樣會為患者帶來極大的痛苦。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
為了克服以上不足,本發(fā)明提出了一種智能康復(fù)呼吸機。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明包括氧氣面罩、主機箱和WINCE工控板。
所述的氧氣面罩就是醫(yī)用氧氣面罩,用來與患者的口鼻相接,呼吸機通過它為患者進行輔助通氣。
所述的主機箱可以分為開關(guān)電源、氣源、傳感器、導(dǎo)氣腔、電磁閥以及信息處理模塊。開關(guān)電源作為變壓器,為系統(tǒng)提供合適的電壓;氣源為系統(tǒng)提供氣流;導(dǎo)氣腔用來導(dǎo)氣,用于連接系統(tǒng)的各個部件;傳感器用來采集系統(tǒng)氣流流速強度以及壓強;電磁閥作為系統(tǒng)內(nèi)氣體的排出控制,是核心部件;所述的信息處理模塊包括USB6009信息采集卡以及放大電路,即用于將傳感器采集到的信號進行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理,并把信號最終傳送到WINCE工控板中進行集中分析處理。
所述的WINCE工控板即為微型電腦。在本發(fā)明中,通過安裝于工控板中的Labview軟件對系統(tǒng)進行信息處理、指令控制以及工作狀態(tài)、系統(tǒng)性能指標(biāo)的展示。同時由于工控板體積小,便攜性較好,可以對其進一步拓展實現(xiàn)遠程操控,使得醫(yī)生對病人的監(jiān)護更加及時、方便。
本發(fā)明根據(jù)檢測到的患者當(dāng)前自主呼吸所產(chǎn)生的氣流強度,進而觸發(fā)與之相匹配的輔助氣流,并時刻與患者呼吸頻率保持同步,避免人機不同步問題,醫(yī)生可以根據(jù)呼吸機檢測到的患者自主呼吸能力進行實時的參數(shù)調(diào)節(jié),可以保證患者一直都會處于最佳強度的匹配氣流狀態(tài),從而可以對呼吸機所產(chǎn)生的輔助氣流節(jié)奏和強度實現(xiàn)智能化控制。
附圖說明
圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)圖;
圖2為本發(fā)明主機箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖;
圖3a和圖3b為本發(fā)明電磁閥原理圖;
圖4為本發(fā)明軟件監(jiān)控界面圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
如圖1所示,為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)圖。智能康復(fù)呼吸機可以分為三部分:第一部分為由飛利浦偉康公司提供的型號為ComfortGel Blue的氧氣面罩1,該面罩結(jié)合凝膠技術(shù),穩(wěn)定、舒適,具有360度旋轉(zhuǎn)彎頭,增加佩戴者的自由度;第二部分為廣州蘿崗工控公司設(shè)計的型號為WLT_0431的WINCE工控板3,該工控板CPU為三星S3C2416,ARM9框架,主頻為400MHz,具有較高的數(shù)據(jù)處理速度,同時有3路網(wǎng)絡(luò)通信串口,兩路外設(shè)串口,可以支持多種開發(fā)軟件,如Visual Studio、EVC++和Labview等等,其擴展能力較強;第三部分為主機箱2。當(dāng)系統(tǒng)開始運轉(zhuǎn)時,主機箱2對患者自主呼吸強度進行檢測,將信息傳輸?shù)焦た匕?中,利用2014版本的Labview軟件所寫的程序?qū)ζ溥M行分析處理,并根據(jù)分析結(jié)果做出相應(yīng)的指令。實現(xiàn)自動檢測、智能控制的功能。
如圖2所示,為本發(fā)明的主機箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。智能康復(fù)呼吸機主機箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由以下幾部分組成:
1).德力西SA5012開關(guān)電源4,交流輸入電壓為85~132和170~264,可由開關(guān)選擇,具有穩(wěn)定可靠的12VDC輸出電壓;
2).波東萊機電有限公司生產(chǎn)的WS7040-24-V200N鼓風(fēng)機氣源5,該風(fēng)機采用NMB滾珠軸承,具有較長的使用壽命和低噪音,風(fēng)量穩(wěn)定,最高封閉壓力可達6Kpa,送風(fēng)量比較大,最大開口風(fēng)量達到200L/min,電機是三相直流無刷結(jié)構(gòu),降低風(fēng)阻,同時內(nèi)部有三個霍爾元件,靈敏度高,無刷電機驅(qū)動電路外置,便于和其他設(shè)備連接;
3).Honywell公司設(shè)計的型號為AWM700和26PCA傳感裝置6,前者特點為:最大流量值可達200SLPM,零位與滿量程均能夠保持高穩(wěn)定性,封裝緊湊,密封性良好,不會出現(xiàn)漏氣狀況,極低的遲滯性與重復(fù)性誤差,低于讀數(shù)的0.35%,響應(yīng)時間短,比較靈敏,通常為6ms,功耗較低,最大為60mW;后者特點為:最大量程為±1psi(約為±68cmH2O),分辨率為優(yōu)于0.03%的FSS(滿量程),具有高爆破壓力特性,可高達415inH2O(1034mbar)以上,在不同環(huán)境下也可以保持較高的靈敏度,對安裝方向以及振動與否都無要求,體積小,占用面積??;
4).導(dǎo)氣腔7,即用于導(dǎo)氣和連接各個部分;
5).自主研制的電磁閥8,根據(jù)電磁感性原理自主設(shè)計,額定電壓為12V,具有較高的靈敏度;
6).信息處理模塊9,結(jié)合集成電路知識,設(shè)計的放大電路以及AD轉(zhuǎn)換模塊。
其工作過程為:開關(guān)電源4為信息處理模塊9供電,信息處理模塊9根據(jù)來源于工控板3主程序給出的指令,支配氣源1、傳感裝置6和電磁閥8進行有序工作,導(dǎo)氣腔7作為連接系統(tǒng)各個部件以及氣流導(dǎo)通的作用。
如圖3a和圖3b所示,為本發(fā)明的電磁閥原理圖。其結(jié)構(gòu)可以分為導(dǎo)氣管接口10、空心磁鐵11、滑動線圈12、空心管13和外殼13。其中空心磁鐵11的左側(cè)與外部的導(dǎo)氣管接口10相通,右側(cè)與空心管13相通;空心管13右側(cè)是封閉的,而且在其側(cè)壁上開有一個小孔,正與電磁閥出氣孔15相對。電磁閥的工作過程為:當(dāng)通電時,由于電磁感應(yīng),滑動線圈12被推到右側(cè),將空心管13側(cè)壁與外殼14之間的出氣孔15堵住,保證氣流不會流出,實現(xiàn)了阻流的功能,見圖3a;當(dāng)斷電時,滑動線圈12回到初始位置,此時,氣流由外部導(dǎo)氣管接口10流入,通過空心磁鐵11和空心管13,由空心管13側(cè)壁小孔流出,最終在出氣孔15排出,實現(xiàn)了通流的功能,見圖3b。
如圖4所示,為本發(fā)明軟件監(jiān)控界面圖。界面左側(cè)部分是用于觀察系統(tǒng)運行時的實時性能曲線,有助于監(jiān)控者對病人當(dāng)時的病情狀態(tài)有直觀的了解;右側(cè)為控制參數(shù),可以根據(jù)觀察到的實際情況,對呼吸機做出相應(yīng)的調(diào)整。
智能康復(fù)呼吸機的工作流程為:當(dāng)系統(tǒng)開始運行,檢測從與患者口鼻相連接的氧氣面罩中導(dǎo)出的氣流強度,檢測到氣流強度如果為零,即沒有自主呼吸能力,那么就對其設(shè)定醫(yī)囑參數(shù)進行輔助呼吸;檢測到氣流強度如果不為零,即有自主呼吸能力,據(jù)此,系統(tǒng)會將檢測到的信號經(jīng)過主機箱進行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換,發(fā)送到WINCE工控板中進行處理,同時會發(fā)出指令,讓主機箱支配氣源以與當(dāng)前患者自主呼吸能力相匹配的輔助氣流強度進行送氣,此時系統(tǒng)正式進入輔助送氣狀態(tài)。當(dāng)檢測到實際的潮氣量與所設(shè)定的目標(biāo)潮氣量不匹配時,系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)氣源的進氣強度,最終會保持穩(wěn)定的潮氣量進行送氣。