CN104800979A - 一种引导型医用呼吸幅度调控仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种引导型医用呼吸幅度调控仪，包括主控***、通讯电缆、双通道呼吸器以及电源，主控***通过通讯电缆与双通道呼吸器连接，双通道呼吸器连接电源，主控***包括主机机体，在主机机体内部设有单片机，单片机连接有控制面板、A/D转换器以及蜂鸣器，单片机接收控制面板以及双通道呼吸器发出的信号，并向双通道呼吸器输出指令，控制双通道呼吸器的工作。用于乳腺癌、肺癌、肝癌等受呼吸运动影响较大的胸部、腹部恶性肿瘤患者的放射治疗，还适用于经皮肺穿刺术时呼吸频率的控制，有如下功能：安装、使用简单，容易操作；不中断患者呼吸，舒适度好，容易被患者接受；不会对患者的呼吸、循环***造成任何不良影响；不影响放疗进程。

Description

一种引导型医用呼吸幅度调控仪

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，尤其是涉及一种用于辅助肿瘤放射治疗的引导型医用呼吸幅度调控仪。

背景技术

随着计算机技术的飞速发展，现代放疗技术可使肿瘤放射治疗的精确度达到毫米水平。然而，人体某些器官如肺脏的不停运动却严重影响了肿瘤放疗的精度。

研究发现，平静呼吸状态下，肺脏可向各个方位发生位移，尤其以身体长轴方向为甚，可达2-3厘米。这样，在肿瘤患者接受放疗(特别是精确放疗)过程中，呼吸运动自然会导致肺癌、肝癌以及无法手术的乳腺癌等肿瘤患者的放疗靶区发生移动，进而导致放疗精度下降，影响放疗效果；在经皮肺穿刺术操作过程中，呼吸的运动也会导致穿刺不精确，影响穿刺效果。

如何控制呼吸运动是目前摆在肿瘤放疗人员面前的一大难题，也是目前肿瘤放疗领域的一大研究热点。

目前，国内外的学者主要尝试使用以下二种方式解决呼吸运动的问题：

(1)让放疗设备只在病人呼吸周期的某一时段进行放疗：即设置一个呼吸探测器监测呼吸，当呼吸运动度在限定范围时，直线加速器释放X射线实施照射；而当呼吸运动度超出限定范围时，照射自动停止。

(2)让放疗设备在患者呼吸周期的某一时段暂停呼吸后进行放疗：将“主动呼吸控制***(Active Breathing Coordinator，ABC)”与直线加速器结合起来，训练病人在呼吸周期的某一特定时期进行短暂屏气，然后直线加速器开始短暂放疗，放疗结束后嘱病人继续呼吸。

这两种控制方式的主要缺点在于：(1)呼吸调控设备必须与放疗设备联动，设备安装过程繁琐；(2)在放疗过程中，放疗设备必须伴随病人的呼吸周期而做出时断时续的动作，这种情况不但会显著延长病人的放疗时间，而且会显著增加放疗设备的磨损，严重时甚至会缩短放疗设备的使用寿命。

经皮肺穿刺术对患者呼吸一般不作特别要求，特别是病灶超过3cm×3cm大小者，因为经过观察，就可知道患者呼吸运动起伏对穿刺病灶的影响，在进入胸膜前再次定位，就能基本确定进针的方向和角度，然后迅速穿刺进入肺脏，这样一般不会划破胸膜，一旦穿刺达到病灶就有感觉，这时可再一次定位，如满意就可活检。若患者在穿刺时屏气，可能使穿刺精确一些，但是穿刺完毕时患者呼吸动度自然增大，这样肺泡压就可能有大的变化，可能对损伤的肺泡和血管有不利影响，特别是肺泡腔的破损，可造成进入支气管、血管鞘的气体有机会进入肺静脉***，引起空气栓塞，虽然这种空气栓塞的并发症少见，但仍有报道。

研究发现，膈肌在人体纵轴方向上的位移主要产生于呼吸周期的后1/4时段里，而在呼吸周期的前3/4时段里其位移不超过1mm(主动呼吸控制***对肝肿瘤患者膈肌运动规律变化的影响，中国临床医学，2008，第6期)。这一研究结果表明，肺内肿瘤及上腹部肿瘤等受呼吸影响而发生位移主要发生于呼吸周期的最后时段。由此可以推知，控制呼吸幅度即人为缩短呼吸周期的时长将可有效控制肺内肿瘤及上腹部肿瘤因呼吸运动而发生位移。

德国癌症研究中心的Herfarth等学者曾观察了压腹法对膈肌运动的影响，发现该方法可使膈肌运动范围降低至3～13mm(平均7.3mm)，从而有效控制病人呼吸运动的幅度。

另外，日本学者Negoro等也曾使用压腹法控制病人呼吸幅度，其研究表明，压腹法可将呼吸导致的肺部肿瘤的运动幅度由自由呼吸时的8～20mm降至2～11mm，认为这一方法可显著减少肺部肿瘤的运动。

上述两项研究说明，使用控制呼吸幅度的办法以达到降低呼吸运动对放疗靶区以及经皮肺穿刺的影响是切实可行的。然而使用压腹法降低呼吸幅度的技术虽然简单易行，但却存在着明显不足：这一技术不但无法精确调控病人的呼吸动度，同时其可重复性差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述数种呼吸控制方式的不足之处，提供一种既可控制病人呼吸运动同时又不影响放疗进程的引导型医用呼吸幅度调控仪。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种引导型医用呼吸幅度调控仪，包括主控***、通讯电缆、双通道呼吸器以及电源，所述的主控***通过通讯电缆与双通道呼吸器连接，所述的双通道呼吸器连接电源，所述的主控***包括主机机体，在所述的主机机体内部设有单片机，所述的单片机连接有控制面板、A/D转换器以及蜂鸣器，单片机接收控制面板以及双通道呼吸器发出的信号，并向双通道呼吸器输出指令，控制双通道呼吸器的工作。

进一步具体的，所述的控制面板上设有电源指示灯、液晶显示器、潮气量检测按键、气量设置按键、呼吸状态指示灯以及通讯电缆接口。

进一步具体的，所述的双通道呼吸器包括调控单元和呼吸单元，所述的调控单元包括调控机体，在所述的调控机体内设有与单片机连接的信号放大器以及电磁阀驱动电路，所述的信号放大器与压力传感器连接，电磁阀驱动电路用于控制电磁阀，所述的电磁阀与呼吸单元连接。

进一步具体的，所述的呼吸单元包括进气管以及出气管，所述的进气管的进气端设有进气截止阀并连接调控单元，电磁阀安装在进气管上，所述的进气管上连接有压力传感器；所述的出气管一端为出气口并且内置出气截止阀，另一端为病员端。

进一步具体的，所述的调控单元包括通讯电缆接口、电源开关、电源指示灯以及手动报警装置插孔。

进一步具体的，所述的双通道呼吸器上连接有手动报警装置。

进一步具体的，所述的手动报警装置包括报警按钮，所述的报警按钮通过导线以及插头与双通道呼吸器连接。

进一步具体的，所述的控制面板上连接蜂鸣器。

本发明主要用于乳腺癌、肺癌、肝癌等受呼吸运动影响较大的胸部、腹部恶性肿瘤患者的放射治疗，尤其适用于这类恶性肿瘤患者的精确放射治疗，还适用于经皮肺穿刺术时呼吸频率的控制，具有如下功能特点：安装、使用简单，容易操作；不中断患者呼吸，舒适度好，容易被患者接受；不会对患者的呼吸、循环***造成任何不良影响；不影响放疗进程。

附图说明

图1为本发明的连接结构示意图；

图2为本发明的工作流程框图；

图3为本发明的工作原理图；

图4为本发明的组成结构示意框图；

图5为本发明的电路结构示意图；

图6为本发明的主控***控制面板示意图。

图中：1.主控***；11.控制面板；111.呼吸状态指示灯；112.液晶显示器；113.潮气量检测按钮；114.气量设置增加按钮；115.气量设置减少按钮；116.通讯电缆接口；12.单片机；14.蜂鸣器；2.通讯电缆；3.双通道呼吸器；31.调控单元；311.电磁阀驱动电路；312.压力传感器；313.信号放大器；319.电磁阀；32.呼吸单元；321.进气管；322.进气截止阀；323.出气管；324.出气截止阀；4.电源；5.手动报警装置；51.报警按钮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1～图6所示一种引导型医用呼吸幅度调控仪，由主控***1、通讯电缆2、双通道呼吸器3、电源4和手动报警装置5五部分组成。主控***1通过通讯电缆2与双通道呼吸器3相连接，双通道呼吸器3与电源4和手动报警装置5相连接，同时通过其呼吸单元32的病员端与病员的口腔形成密闭***。电源4也可与主控***1相连接。

所述的主控***1由控制面板11、单片机12、A/D转换器、蜂鸣器14和主机机体组成。其功能是接收控制面板11的输入信号和双通道呼吸器3的输出信号，并向双通道呼吸器3输出指令、控制双通道呼吸器3的工作状态。

所述的控制面板11由呼吸状态指示灯111、液晶显示器112、潮气量检测按钮113、气量设置按钮114、115和通讯电缆接口116组成液晶显示器112为四行显示的汉字显示器，可显示潮气量检测值、呼吸时长预设值、呼吸时长实测值和呼吸状态，其功能是接收操作者的输入信号并输出至单片机12及显示各项参数。

所述的单片机12是主控***11的核心元件，与控制面板111、A/D转换器和蜂鸣器14相连接，其功能是接收控制面板111的输入信号和双通道呼吸器3的输出信号，并做出以下四个逻辑判断：1.患者是否开始吸气动作？若是，则向双通道呼吸器3发出指令，开启电磁阀319，否则继续等待；2.呼吸时长是否达到预设值？若是，则向双通道呼吸器3发出指令，关闭电磁阀319，进入下一个呼吸周期，否则继续；3.呼吸通道压力是否超常？若是，则指令蜂鸣器14发声报警；3.患者是否发出手动报警信号？若是，则指令蜂鸣器14发声报警。

所述的A/D转换器的两端分别与通讯电缆2和单片机12相连接，其功能是通过通讯电缆2接收双通道呼吸器3输入的模拟信号并将其转换为数字信号，然后输出至单片机12。

所述的蜂鸣器14与单片机12相连接，通过通讯电缆2接收患者发出的手动报警信号和压力传感器312发出的压力异常信号并发声报警。

所述的通讯电缆2使用六芯电缆，连接在主控***11与双通道呼吸器3之间，其功能是负责二者之间的信号传输。

所述的液晶显示器112使用包含有汉字库的128*64液晶。

所述的压力传感器312使用BP300T。

所述的信号放大器313使用高精度仪表放大器AD620。

所述的A/D转换器使用单片机内部集成的A/D转换器。

所述的电磁阀319使用电压是直流12V的电磁阀。

所述的双通道呼吸器3由调控单元31和呼吸单元32组成，调控单元31与通讯电缆2、呼吸单元32、电源4和手动报警装置5相连接，由电磁阀驱动电路311、电磁阀319、压力传感器312、信号放大器313、通讯电缆接口、手动报警装置插孔、电源开关、电源指示灯和调控单元机体组成。呼吸单元32由进气管321、出气管323、进气截止阀322和出气截止阀324组成，通过进气管321与调控单元31连成一体。进气管321的进气端内置进气截止阀322并进入调控单元31内部，与电磁阀驱动电路311和压力传感器312相连接；压力传感器312一端与进气管321相连接，另一端与信号放大器313相连接；出气管323的上端口为出气口，内置出气截止阀324，出气管323的下端口为病员端，与患者口腔形成密闭***。

出气管323的上端口为出气口，内置出气截止阀324使气体只能出不能进入。进气管321的下端口为病员端，与患者口腔形成密闭***，内置进气截止阀322使气体只能进不能出，双通道呼吸器3的功能是将呼吸信号、压力超常报警信号和手动报警信号传至主控***1，同时按主控***1发出的指令控制病员的呼吸幅度。

所述的电源4使用双输出开关电源，与双通道呼吸器3相连，同时通过通讯电缆2为主控***1供电，或者电源也可与主控***1相连接通过通讯电缆2为双通道呼吸器3供电。

所述的手动报警装置5由报警按钮51、导线和插头组成，与双通道呼吸器3的手动报警装置插孔相连接，用于患者对受控呼吸不能耐受或发生任何意外时发出报警信号。

本发明的在使用前需要使用75％的医用乙醇将呼吸单元浸泡24小时进行消毒处理，再用清水反复冲洗后方可使用。本发明既可控制病人呼吸运动同时又不影响放疗进程、能够检测病人潮气量并可依此精确预设、调控和实时显示呼吸幅度、气道压力过高时能够自动报警、发生任何意外情况病人均可手动报警以便通知放疗人员及时终止放疗、机体小巧。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种引导型医用呼吸幅度调控仪，其特征在于，包括主控***(1)、通讯电缆(2)、双通道呼吸器(3)以及电源(4)，所述的主控***(1)通过通讯电缆(2)与双通道呼吸器(3)连接，所述的双通道呼吸器(3)连接电源(4)，所述的主控***(1)包括主机机体，在所述的主机机体内部设有单片机(12)，所述的单片机(12)连接有控制面板(11)、A/D转换器以及蜂鸣器(14)，单片机(12)接收控制面板(11)以及双通道呼吸器(3)发出的信号，并向双通道呼吸器(3)输出指令，控制双通道呼吸器(3)的工作。

2.根据权利要求1所述的引导型医用呼吸幅度调控仪，其特征在于，所述的控制面板(11)上设有电源指示灯、液晶显示器(112)、潮气量检测按键(113)、气量设置按键(114、115)、呼吸状态指示灯(111)以及通讯电缆接口(116)。

3.根据权利要求1所述的引导型医用呼吸幅度调控仪，其特征在于，所述的双通道呼吸器(3)包括调控单元(31)和呼吸单元(32)，所述的调控单元(31)包括调控机体，在所述的调控机体内设有与单片机(12)连接的信号放大器(313)以及电磁阀驱动电路(311)，所述的信号放大器(313)与压力传感器(312)连接，电磁阀驱动电路(311)用于控制电磁阀(319)，所述的电磁阀(319)与呼吸单元(32)连接。

4.根据权利要求3所述的引导型医用呼吸幅度调控仪，其特征在于，所述的呼吸单元(32)包括进气管(321)以及出气管(323)，所述的进气管(321)的进气端设有进气截止阀(322)并连接调控单元(31)，电磁阀(319)安装在进气管(321)上，所述的进气管(321)上连接有压力传感器(312)；所述的出气管(323)一端为出气口并且内置出气截止阀(324)，另一端为病员端。

5.根据权利要求3或4所述的引导型医用呼吸幅度调控仪，其特征在于，所述的调控单元(31)包括通讯电缆接口、电源开关、电源指示灯以及手动报警装置插孔。

6.根据权利要求1～4中任意一项所述的引导型医用呼吸幅度调控仪，其特征在于，所述的双通道呼吸器(3)上连接有手动报警装置(5)。

7.根据权利要求6所述的引导型医用呼吸幅度调控仪，其特征在于，所述的手动报警装置(5)包括报警按钮(51)，所述的报警按钮(51)通过导线以及插头与双通道呼吸器(3)连接。

8.根据权利要求1所述的引导型医用呼吸幅度调控仪，其特征在于，所述的控制面板(11)上连接蜂鸣器(14)。