CN109125037A - 一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置及方法，包括排痰背心、主机和血氧探头，所述排痰背心通过导气软管与主机连接，所述血氧探头夹持于使用者手部，并通过数据线与主机连接；所述排痰背心被配置为通过内部充盈的压缩空气维持于一个合适的压力，并与使用者全胸腔紧贴；所述血氧探头被配置为实时采集心电数据，并传输至主机；所述主机被配置为产生高频气压振动脉冲作用于排痰背心，使充盈的排痰背心产生共振，从而模拟人为拍打，并通过压力传感器对排痰背心压力进行监测与补给；和根据采集的心电数据对使用者心脏和肺部功能进行监护，一旦低于设定比值，则自动调节高频气压振动脉冲的强度和频率，并进行报警提醒。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置及方法。
背景技术
现有技术中对于无法自主排痰的病人主要采取利用手持式叩击振动排痰机、高频胸壁振荡排痰仪以及无创咳痰机等排痰装置进行辅助排痰，但上述装置皆智能化较低，且携带不便，其中：
手持式叩击振动排痰机，能有效清除呼吸道分泌物，减少肺部湿啰音，提高患者动脉血氧饱和度，与人工拍背排痰相比，其工作强度大大降低。但手持式叩击振动排痰机的设备体积大，整机重量重，无法实现便携，且采购费用高，对操作人员要求较高，且每次只能叩击一个部位，不能同时对全胸廓叩击。整个操作过程需要患者体位配合，目前主要是在医院有关科室使用，一般需要根据患者情况由专业医护人员定期操作，在敬老院及家庭推广有较大难度，而且部分患者无法适应叩击这种感受，不易耐受。其启动方式为手动。
高频胸壁振荡排痰仪体积较小，属于便携式设备，但重量仍偏重。治疗使用方便，对患者体位无要求，坐位、卧位、侧卧或者仰卧均可以排痰，可以减轻护理人员的工作强度，且不易受操作人员情绪、疲劳、经验等影响，有利于提高护理工作质量。且这种振动刺激能松弛肌肉、有按摩的功效，使患者感到舒适，易于接受。但高频胸壁振荡排痰仪没有监护功能，不能实时监护患者的心肺功能，智能化程度很低。对于在敬老院或是家中长期卧床的老人，一般都存在医疗条件不足、缺少陪护人员或是无子女陪伴的问题，一旦在排痰过程中肺部或者心脏机能出现异常，将增加心肺并发症发生的几率，甚至导致更严重的后果，危及生命。
无创咳痰机体积小，重量在三者之中最轻，携带较方便。每次治疗过程时间短，且绝大多数患者均可耐受。但其治疗前要详细评估分析患者的呼吸形态、吸呼比、吸气压力和流速，根据每个患者的特异性来设置参数，大大增加了工作难度，如果咳痰时间设置过长，就有可能造成过抽，使得负压作用在肺上，肺泡塌陷，导致肺不张；如果咳痰时间设置过短，则当咳痰停止的时候，肺内还有很多空气，也就意味着本次咳痰没有达到最好的效果，正压深吸气时患者就会感到不舒适。另外，还需要指导患者如何配合正确的呼气、吸气及咳痰方式。操作中需要医务人员口令指导，当机器进入吸气相时指导患者吸气；当机器转为呼气相时指导患者呼气。这样才能保持气流通畅，排痰更为彻底。但在很多情况下，患者的呼吸无法与机器合拍，在他们不得不去适应机器的节拍时就会感觉特别不舒服。因此，无创咳痰机参数的设置是一个专业性很强的细致工作。此外无创咳痰机不具备监测相关技术指标的能力，例如监测患者的呼吸、脉率、血氧饱和度等多项指标，从而关注患者的憋喘情况，因此其同样并未实现自动化和智能化。
通过分析市场上己有的三种类型的排痰装置即手持式叩击振动排痰机、高频胸壁振荡排痰仪及无创咳痰机的工作原理和操作方法后发现，它们均存在两方面的缺陷一是不具备监护功能，监控血氧饱和度、脉率、心跳强度等；二是不具备根据心肺功能的变化自调节设备参数的能力，并能及时提醒医护人员。
对此，中国专利201711444530.5提出了一种便携式智能化辅助排痰装置，其设计是在上述高频胸壁振荡排痰仪基础上增添的辅助功能，在排痰背心上增设呼吸传感器、脉搏传感器，该设计稍有创新，但仍有不足。其主要缺陷有：1、传感器位置不佳，传感器位于背心上，背心与人体之间有间隙，导致信号采集不准确。2、增添患者负担，患者需要实时穿戴与设备连接的背心，增添患者负担，影响患者的自由活动。3、增加了产品的成本，反而未能达到预期效果。4、没有监护功能，在使用期间无法监控患者的心肺机能。5、设计与实际不符，患者实时穿戴背心不利于康复与治疗。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明设计了一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置及方法，通过对原有的排痰装置进行改进，并增加了人体监护模块和远程遥控功能，同时改进了操作界面，使得操作人员可以针对不同体质人员选择合理的运行参数(包括模式、工作时间、压力和频率)，使排痰效果达到最佳，同时该装置可根据使用者状态自主进行运行参数调节。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，包括排痰背心、主机和血氧探头，所述排痰背心通过导气软管与主机连接，所述血氧探头夹持于使用者手部，并通过数据线与主机连接；
所述排痰背心被配置为通过内部充盈的压缩空气维持于一个合适的压力，并与使用者全胸腔紧贴；
所述血氧探头被配置为实时采集心电数据，并传输至主机；
所述主机被配置为产生高频气压振动脉冲作用于排痰背心，使充盈的排痰背心产生共振，从而模拟人为拍打，并通过压力传感器对排痰背心压力进行监测与补给；和
根据采集的心电数据对使用者心脏和肺部功能进行监护，一旦低于设定比值，则自动调节高频气压振动脉冲的强度和频率，并进行报警提醒。
进一步的，所述主机包括控制模块，所述控制模块分别与数据处理模块、数据存储模块、脉冲发生器、风机、无线接收模块、触摸显示屏和报警模块相连。
进一步的，所述控制模块为MCU，所述MCU用于控制风机产生稳定的压缩空气至脉冲发生器腔内，所述脉冲发生器通过导气软管将稳定的压缩空气输送至排痰背心，所述MCU用于控制脉冲发生器输出高频气压振动脉冲通往排痰背心。
进一步的，所述数据处理模块为精密模拟微控制器，内部具有16路的12位1MSPS的ADC，所述数据处理模块用于接收并处理血氧探头所采集的心电数据，具体包括：基于血液中血红蛋白的光吸收特性，计算出血液中氧气的百分比，得到使用者的血氧饱和度，根据血液流动的脉冲特性，在测量周期中确定使用者的脉搏次数和强度。
进一步的，所述数据存储模块为Flash存储器，所述数据存储模块用于存储使用者的治疗信息。
所述Flash存储器具有较高的数据存储量，可存储至少1000位使用者信息，使得使用者在下次使用时可直接调用其治疗信息，而无需重新输入。
进一步的，所述无线接收模块通过无线信号与远程控制模块相连，所述远程控制模块用于在远距离模式下完成排痰装置压力、频率、时间和启停的设置。
进一步的，所述血氧探头优选为指夹式，所述血氧探头在设备运行时夹持于使用者的手指上。
进一步的，所述主机通过对比使用者使用前的静态血氧饱和度值和使用时的实时血氧饱和度值以及使用前的静态脉搏次数值和使用时的实时搏次数值对使用者心脏和肺部功能进行监护。
一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置的监护方法，基于如上所述的一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，具体包括：
采集使用者心电数据，记录下使用者血氧饱和度的静态值和脉搏次数的静态值；
使设备按照设定参数工作，并采集设备使用过程中使用者心电数据的实时值；
计算使用者血氧饱和度的实时值和脉搏次数的实时值，并与使用者血氧饱和度的静态值和脉搏次数的静态值相比较；
当使用者血氧饱和度的实时值低于血氧饱和度的静态值的设定百分比时，或，当使用者脉搏次数的实时值低于脉搏次数的静态值的设定百分比时，自动调节高频气压振动脉冲的强度和频率，并发出报警信息。
进一步的，所述设定参数包括工作模式、工作时间、工作压力和工作频率。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、增强安全性，在产品的设计中增加血氧监控，当血氧饱和度、脉率和脉搏强度发生变化时，设备能自动调节频率及强度，甚至停止运行。
2、增加信息存储容量，当存储命令执行时，将使用者信息存储在Flash中，最多能够存储9999位使用者。
3、提高可操作性，设备采用7寸触摸屏，屏幕内容设计简单易操作。
4、更加便捷，一方面体现在添加了无线遥控功能，当设备在隔离病房使用时，操作人员直接在隔离区外就能设定参数，运行/停止设备；另一方面体现在7寸触摸屏的设计和监控功能上。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明排痰监护装置的结构示意图；
图2为本发明排痰监护装置的监护功能实现流程图。
其中，1、排痰背心，2、导气软管，3、血氧探头，4、数据处理模块，5、触摸显示屏，6、报警模块，7、控制模块，8、数据存储模块，9、脉冲发生器，10、风机，11、无线接收模块，12、远程控制模块。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明做进一步的说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在排痰装置不具备监护功能，无法根据使用者心肺功能的变化自调节设备参数的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提供了一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置及方法，通过对原有的排痰装置进行改进，并增加了人体监护模块和远程遥控功能，同时改进了操作界面，使得操作人员可以针对不同体质人员选择合理的运行参数(包括模式、工作时间、压力和频率)，使排痰效果达到最佳，同时该装置可根据使用者状态自主进行运行参数调节。
如图1所示，一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，包括排痰背心1、主机和血氧探头3，所述排痰背心1通过导气软管2与主机连接，所述血氧探头3夹持于使用者手部，并通过数据线与主机连接；
所述排痰背心1被配置为通过内部充盈的压缩空气维持于一个合适的压力，并与使用者全胸腔紧贴；
所述血氧探头3被配置为实时采集心电数据，并传输至主机；
所述主机被配置为产生高频气压振动脉冲作用于排痰背心1，使充盈的排痰背心产生共振，从而模拟人为拍打，并通过压力传感器对排痰背心1压力进行监测与补给；和
根据采集的心电数据对使用者心脏和肺部功能进行监护，一旦低于设定比值，则自动调节高频气压振动脉冲的强度和频率，并进行报警提醒。
所述主机包括控制模块7，所述控制模块7分别与数据处理模块4、数据存储模块8、脉冲发生器9、风机10、无线接收模块11、触摸显示屏5和报警模块6相连。
所述控制模块7为MCU。具体实施中，呼吸振荡排痰系统的原理是：在MCU的控制下，由风机10产生稳定的压缩空气至脉冲发生器9腔内，通过连接管路2使使用者排痰背心1充盈且紧贴患者全胸腔。在主机脉冲发生器9的控制下使密闭的压缩空气产生高频气压振动脉冲作用于使用者的排痰背心1，使充盈的排痰背心1产生共振，以此来模拟人为拍打。这样通过反复、深度的拍打使用者胸腔，使呼吸道粘稠分泌物产生共振、脱落和聚集，刺激使用者咳嗽。操作人员设定相应运行参数(包括模式、工作时间、压力和频率)输入，这样可以针对不同体质人员选择合理的参数，使排痰效果达到最佳。为了避免在传导共振时的能量衰减，使用者端背心采用符合人体工程学原理的复合材料进行制作，这样可以使物理治疗能量大效率地传导，产生共振，使治疗获得最好的效果。
所述排痰背心1包括若干压力气囊，所述压力气囊包裹于使用者的胸腔前、侧及后面。
所述脉冲发生器9通过利用电机往复旋转带动拍板对背心气囊充盈的密闭空气进行拍打，使气流振荡，经导气软管2的连接输出高频振荡气流通往整个气囊背心，以此来模拟人为的胸腔拍打，刺激胸壁，进行排痰。
具体实施中，所述控制模块7还依托压力传感器的数据采集功能，能对整个装置进行气压补给控制、压力监测、高低压峰值检测、风机加压控制、脉冲发生器频率控制、定时控制、参数输入控制、显示输出控制等操作。
此外，控制模块7还将通过串口分别与数据处理模块4和触摸显示屏5通信，并将血氧探头3传输的心电数据进行分析及计算；当存储命令执行时，将使用者信息存储在数据存储模块8中。
所述数据处理模块4为精密模拟微控制器，内部具有多达16路的12位1MSPS的ADC，具备精确的处理信号及模数转换等功能
具体实施中，所述数据处理模块4用于接收并处理血氧探头3所采集的心电数据，具体包括：基于血液中血红蛋白的光吸收特性，计算出血液中氧气的百分比，得到使用者的血氧饱和度，根据血液流动的脉冲特性，在测量周期中确定使用者的脉搏次数和强度，从而完成对心脏和肺部功能的监护。
所述数据处理模块4与控制模块7的通信接口类型是标准UART，接口电平是5V-TTL，串口参数：Bandrate 4800,8Bit，无校验，1Stop Bit。
所述数据处理模块4的传感器接口连接一根转接线，转接线上传感器母头与血氧探头3相连。
所述数据存储模块8为Flash存储器，所述数据存储模块用于存储使用者的治疗信息。
所述Flash存储器具有较高的数据存储量，可存储至多9999位使用者信息，使得使用者在下次使用时可直接调用其治疗信息，而无需重新输入。
所述无线接收模块11通过无线信号与远程控制模块12相连，所述远程控制模块12用于在远距离模式下完成排痰装置压力、频率、时间和启停的设置，从而使得操作人员在远离设备的情况下能够操作设备，最远距离不宜超过20米。
所述无线接收模块11是以PT2272-M4为核心构建的电路模块，能够解码接收的无线信号，所述远程控制模块12是以PT2262为核心的编码无线发射电路，这样无线收发之间能够形成一一对应关系，能够屏蔽其他无线信号干扰。
所述血氧探头3优选为指夹式，所述血氧探头3在设备运行时夹持于使用者的手指上。
本装置的操作界面以7寸彩色触摸显示屏5为核心，能够实现设定相应运行参数(包括模式、工作时间、压力和频率)，显示监控数据(包括SpO2、血氧波形、脉率和脉搏强度)，完成使用者的信息输入。
所述7寸彩色触摸显示屏5通过FPC-10P软排线与控制模块7通信，接口类型是标准UART，接口电平是24V-TTL，串口参数：Bandrate 115200,8Bit，无校验，1Stop Bit。
所述报警模块6为声光报警单元。
所述主机通过对比使用者使用前的静态血氧饱和度值和使用时的实时血氧饱和度值以及使用前的静态脉搏次数值和使用时的实时搏次数值对使用者心脏和肺部功能进行监护。
如图2所示，一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置的监护方法，基于如上所述的一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，具体包括：
采集使用者心电数据，记录下使用者血氧饱和度的静态值(即血氧饱和度初始值：S0)和脉搏次数的静态值(即脉搏初始值：H0)；
使设备按照设定参数工作，并采集设备使用过程中使用者心电数据的实时值；
计算使用者血氧饱和度的实时值S和脉搏次数的实时值H，并与使用者血氧饱和度的静态值S0和脉搏次数的静态值H0相比较；
当使用者血氧饱和度的实时值S低于血氧饱和度的静态值S0的设定百分比时，或，当使用者脉搏次数的实时值H低于脉搏次数的静态值H0的设定百分比时，自动调节高频气压振动脉冲的强度和频率，并发出报警信息。
所述设定参数包括工作模式、工作时间、工作压力和工作频率。
具体实施中，当使用者的血氧饱和度的实时值S比静态值S0低5个百分点时，设备语音报警，提醒医护人员处理；或者当实时脉搏次数H，降低至静态时的85％时，设备语音报警，提醒医护人员处理。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，其特征在于：包括排痰背心、主机和血氧探头，所述排痰背心通过导气软管与主机连接，所述血氧探头夹持于使用者手部，并通过数据线与主机连接；
所述排痰背心被配置为通过内部充盈的压缩空气维持于一个合适的压力，并与使用者全胸腔紧贴；
所述血氧探头被配置为实时采集心电数据，并传输至主机；
所述主机被配置为产生高频气压振动脉冲作用于排痰背心，使充盈的排痰背心产生共振，从而模拟人为拍打，并通过压力传感器对排痰背心压力进行监测与补给；和
根据采集的心电数据对使用者心脏和肺部功能进行监护，一旦低于设定比值，则自动调节高频气压振动脉冲的强度和频率，并进行报警提醒。
2.如权利要求1所述的一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，其特征在于，所述主机包括控制模块，所述控制模块分别与数据处理模块、数据存储模块、脉冲发生器、风机、无线接收模块、触摸显示屏和报警模块相连。
3.如权利要求2所述的一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，其特征在于，所述控制模块为MCU，所述MCU用于控制风机产生稳定的压缩空气至脉冲发生器腔内，所述脉冲发生器通过导气软管将稳定的压缩空气输送至排痰背心，所述MCU用于控制脉冲发生器输出高频气压振动脉冲通往排痰背心。
4.如权利要求2所述的一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，其特征在于，所述数据处理模块为精密模拟微控制器，内部具有16路的12位1MSPS的ADC，所述数据处理模块用于接收并处理血氧探头所采集的心电数据，具体包括：基于血液中血红蛋白的光吸收特性，计算出血液中氧气的百分比，得到使用者的血氧饱和度，根据血液流动的脉冲特性，在测量周期中确定使用者的脉搏次数和强度。
5.如权利要求2所述的一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，其特征在于，所述数据存储模块为Flash存储器，所述数据存储模块用于存储使用者的治疗信息。
6.如权利要求2所述的一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，其特征在于，所述无线接收模块通过无线信号与远程控制模块相连，所述远程控制模块用于在远距离模式下完成排痰装置压力、频率、时间和启停的设置。
7.如权利要求1所述的一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，其特征在于，所述血氧探头优选为指夹式，所述血氧探头在设备运行时夹持于使用者的手指上。
8.如权利要求4所述的一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，其特征在于，所述主机通过对比使用者使用前的静态血氧饱和度值和使用时的实时血氧饱和度值以及使用前的静态脉搏次数值和使用时的实时搏次数值对使用者心脏和肺部功能进行监护。
9.一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置的监护方法，基于如权利要求1-8任一所述的一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置，具体包括：
采集使用者心电数据，记录下使用者血氧饱和度的静态值和脉搏次数的静态值；
使设备按照设定参数工作，并采集设备使用过程中使用者心电数据的实时值；
计算使用者血氧饱和度的实时值和脉搏次数的实时值，并与使用者血氧饱和度的静态值和脉搏次数的静态值相比较；
当使用者血氧饱和度的实时值低于血氧饱和度的静态值的设定百分比时，或，当使用者脉搏次数的实时值低于脉搏次数的静态值的设定百分比时，自动调节高频气压振动脉冲的强度和频率，并发出报警信息。
10.如权利要求9所述的一种带有智能化监护功能的辅助排痰装置的监护方法，其特征在于，所述设定参数包括工作模式、工作时间、工作压力和工作频率。
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