CN106730219B - 智能康复呼吸机 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于部分呼吸功能损耗患者的呼吸机，包括氧气面罩、主机箱和WINCE工控板。它根据检测到的患者当前自主呼吸所产生气流的强度，进而触发与之相匹配的辅助气流，并时刻与患者呼吸频率保持同步，医生可以根据呼吸机检测到的患者自主呼吸能力进行实时的参数调节，可以保证患者一直都会处于最佳强度的匹配气流状态，从而可以对呼吸机所产生的辅助气流节奏和强度实现智能化控制。本发明主要解决了两个问题：一是解决了无法实时判断患者当前所需的最佳辅助气流强度，避免了单一标准对患者造成的不同程度的肺损伤现象；二是可以严格按照所检测到的患者的呼吸频率进行辅助通气，从而避免了人机不协调的问题。

Description

智能康复呼吸机
技术领域
本发明提出一种智能康复呼吸机，属于医学仪器技术领域。
背景技术
呼吸机是临床医学中一种最常用的辅助患者康复的医疗器械，根据机械通气原理研制而成。我国呼吸机起步较晚，目前，国产呼吸机在技术上大多数还是处于借鉴和模仿国外产品技术，在功能质量方面，尤其是在可靠性上，落后于国外发达国家，所以国家十分重视呼吸机技术的创新与研究。现存呼吸机根据通气模式，主要可以分为两大类：压力控制通气和容量控制通气。
压力控制通气模式主要是以气道压力作为切换参数。呼吸机产生气流进入呼吸道，使肺泡扩张，胸、肺被扩大，呼吸道内压力不断升高，达到预定压力值后，气流终止，转为呼气，此时气道内压力不断下降，达到一预定值，气流再次发生。其优点是降低气道峰压，减少由于气道压引起危险的概率；气体分布较均匀，可以改善气体交换。但其潮气量不能保证，特别容易导致人机不同步问题。
容量控制通气模式主要以容量作为切换参数。呼吸机将预设的潮气量通过人呼吸道送入肺部，它保证在预定的压力范围内，潮气量不受胸肺顺应性及气道阻力变化的影响。其优点是根据预设值可以提供精确的潮气量，不会造成通气过多或过少的现象，也不会随肺功能的改变而改变。从综合性能和控制效果上来说，都优于压力控制通气模式。
但是无论哪种类型的呼吸机都存在两个共有的缺陷。一是没有针对性，对不同的患者以及不同的病理状态都以单一的控制参数进行辅助呼吸，而这样往往会出现通气不足或过量通气现象，对患者造成不同程度的肺损伤；另一个是人机不协调现象，患者呼吸频率与呼吸机的辅助通气频率不同，这样会为患者带来极大的痛苦。
发明内容
为了克服以上不足，本发明提出了一种智能康复呼吸机。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明包括氧气面罩、主机箱和WINCE工控板。
所述的氧气面罩就是医用氧气面罩，用来与患者的口鼻相接，呼吸机通过它为患者进行辅助通气。
所述的主机箱可以分为开关电源、气源、传感器、导气腔、电磁阀以及信息处理模块。开关电源作为变压器，为***提供合适的电压；气源为***提供气流；导气腔用来导气，用于连接***的各个部件；传感器用来采集***气流流速强度以及压强；电磁阀作为***内气体的排出控制，是核心部件；所述的信息处理模块包括USB6009信息采集卡以及放大电路，即用于将传感器采集到的信号进行放大和模数转换处理，并把信号最终传送到WINCE工控板中进行集中分析处理。
所述的WINCE工控板即为微型电脑。在本发明中，通过安装于工控板中的Labview软件对***进行信息处理、指令控制以及工作状态、***性能指标的展示。同时由于工控板体积小，便携性较好，可以对其进一步拓展实现远程操控，使得医生对病人的监护更加及时、方便。
本发明根据检测到的患者当前自主呼吸所产生的气流强度，进而触发与之相匹配的辅助气流，并时刻与患者呼吸频率保持同步，避免人机不同步问题，医生可以根据呼吸机检测到的患者自主呼吸能力进行实时的参数调节，可以保证患者一直都会处于最佳强度的匹配气流状态，从而可以对呼吸机所产生的辅助气流节奏和强度实现智能化控制。
附图说明
图1为本发明装置结构图；
图2为本发明主机箱内部结构图；
图3a和图3b为本发明电磁阀原理图；
图4为本发明工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，为本发明装置结构图。智能康复呼吸机可以分为三部分：第一部分为由飞利浦伟康公司提供的型号为ComfortGel Blue的氧气面罩1，该面罩结合凝胶技术，稳定、舒适，具有360度旋转弯头，增加佩戴者的自由度；第二部分为广州萝岗工控公司设计的型号为WLT_0431的WINCE工控板3，该工控板CPU为三星S3C2416，ARM9框架，主频为400MHz，具有较高的数据处理速度，同时有3路网络通信串口，两路外设串口，可以支持多种开发软件，如Visual Studio、EVC++和Labview等等，其扩展能力较强；第三部分为主机箱2。当***开始运转时，主机箱2对患者自主呼吸强度进行检测，将信息传输到工控板3中，利用2014版本的Labview软件所写的程序对其进行分析处理，并根据分析结果做出相应的指令。实现自动检测、智能控制的功能。
如图2所示，为本发明的主机箱内部结构图。智能康复呼吸机主机箱内部结构主要由以下几部分组成：
1).德力西SA5012开关电源4，交流输入电压为85～132和170～264，可由开关选择，具有稳定可靠的12VDC输出电压；
2).波东莱机电有限公司生产的WS7040-24-V200N鼓风机气源5，该风机采用NMB滚珠轴承，具有较长的使用寿命和低噪音，风量稳定，最高封闭压力可达6Kpa，送风量比较大，最大开口风量达到200L/min，电机是三相直流无刷结构，降低风阻，同时内部有三个霍尔元件，灵敏度高，无刷电机驱动电路外置，便于和其他设备连接；
3).Honywell公司设计的型号为AWM700和26PCA传感装置6，前者特点为：最大流量值可达200SLPM，零位与满量程均能够保持高稳定性，封装紧凑，密封性良好，不会出现漏气状况，极低的迟滞性与重复性误差，低于读数的0.35％，响应时间短，比较灵敏，通常为6ms，功耗较低，最大为60mW；后者特点为：最大量程为±1psi(约为±68cmH2O)，分辨率为优于0.03％的FSS(满量程)，具有高***压力特性，可高达415inH2O(1034mbar)以上，在不同环境下也可以保持较高的灵敏度，对安装方向以及振动与否都无要求，体积小，占用面积小；
4).导气腔7，即用于导气和连接各个部分；
5).自主研制的电磁阀8，根据电磁感性原理自主设计，额定电压为12V，具有较高的灵敏度；
6).信息处理模块9，结合集成电路知识，设计的放大电路以及AD转换模块。
其工作过程为：开关电源4为信息处理模块9供电，信息处理模块9根据来源于工控板3主程序给出的指令，支配气源1、传感装置6和电磁阀8进行有序工作，导气腔7作为连接***各个部件以及气流导通的作用。
如图3a和图3b所示，为本发明的电磁阀原理图。其结构可以分为导气管接口10、空心磁铁11、滑动线圈12、空心管13和外壳13。其中空心磁铁11的左侧与外部的导气管接口10相通，右侧与空心管13相通；空心管13右侧是封闭的，而且在其侧壁上开有一个小孔，正与电磁阀出气孔15相对。电磁阀的工作过程为：当通电时，由于电磁感应，滑动线圈12被推到右侧，将空心管13侧壁与外壳14之间的出气孔15堵住，保证气流不会流出，实现了阻流的功能，见图3a；当断电时，滑动线圈12回到初始位置，此时，气流由外部导气管接口10流入，通过空心磁铁11和空心管13，由空心管13侧壁小孔流出，最终在出气孔15排出，实现了通流的功能，见图3b。
本发明软件监控界面的左侧部分是用于观察***运行时的实时性能曲线，有助于监控者对病人当时的病情状态有直观的了解；右侧为控制参数，可以根据观察到的实际情况，对呼吸机做出相应的调整。
如图4所示，智能康复呼吸机的工作流程为：当***开始运行，检测从与患者口鼻相连接的氧气面罩中导出的气流强度，检测到气流强度如果为零，即没有自主呼吸能力，那么就对其设定医嘱参数进行辅助呼吸；检测到气流强度如果不为零，即有自主呼吸能力，据此，***会将检测到的信号经过主机箱进行放大和模数转换，发送到WINCE工控板中进行处理，同时会发出指令，让主机箱支配气源以与当前患者自主呼吸能力相匹配的辅助气流强度进行送气，此时***正式进入辅助送气状态。当检测到实际的潮气量与所设定的目标潮气量不匹配时，***会自动调节气源的进气强度，最终会保持稳定的潮气量进行送气。

Claims (1)

1.智能康复呼吸机，包括氧气面罩、主机箱和WINCE工控板，其特征在于：所述的主机箱检测从与患者口鼻相连接的氧气面罩中导出的气流强度，检测到气流强度如果为零，即没有自主呼吸能力，那么就对其设定医嘱参数进行辅助呼吸；检测到气流强度如果不为零，即有自主呼吸能力，则将检测到的信号经过主机箱进行放大和模数转换，发送到WINCE工控板中进行处理，同时会发出指令，让主机箱支配气源以与当前患者自主呼吸能力相匹配的辅助气流强度进行送气，此时正式进入辅助送气状态；当检测到实际的潮气量与所设定的目标潮气量不匹配时，自动调节气源的进气强度，最终会保持稳定的潮气量进行送气；
所述的主机箱包括开关电源、气源、传感器、导气腔、电磁阀以及信息处理模块；开关电源作为变压器，为呼吸机提供合适的电压；气源提供气流；导气腔用来导气；传感器用来采集气流流速强度以及压强；电磁阀作为气体的排出控制部件；信息处理模块包括USB6009信息采集卡以及放大电路，所述信息处理模块用于将传感器采集到的信号进行放大和模数转换处理，并把信号最终传送到WINCE工控板中进行集中分析处理；
所述的电磁阀包括导气管接口、空心磁铁、滑动线圈、空心管和外壳；其中空心磁铁的左侧与外部的导气管接口相通，右侧与空心管相通；空心管右侧是封闭的，而且在其侧壁上开有一个小孔，正与外壳上的电磁阀出气孔相对；通电时，由于电磁感应，滑动线圈被推到右侧，将空心管侧壁与外壳之间的电磁阀出气孔堵住，保证气流不会流出，实现了阻流的功能；断电时，滑动线圈回到初始位置，此时，气流由外部导气管接口流入，通过空心磁铁和空心管，由空心管侧壁小孔流出，最终在电磁阀出气孔排出，实现了通流的功能。
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