一种智能仿生排痰系统技术方案

一种智能仿生排痰系统及其三通装置，智能仿生排痰系统包括负压吸引模块，中央处理模块，病人接口单元以及呼吸肌同步运动模块。中央处理模块控制两个阀门的打开或关闭，在关闭一个阀门的同时打开另一个阀门，并控制呼吸肌同步运动模块；病人接口单元与正压通气模块和负压吸引模块连接，允许正压气流或负压气流流过，取决于哪个阀门打开，以便让气流流入或流出肺部。呼吸肌同步运动模块可以采用神经剌激，例如是隔肌起搏，也可以采用机械推动，效果都是使得呼吸肌产生与吸气或者呼气相应的特定动作。呼吸肌同步运动模块与中央处理模块相连，在中央处理器控制下与气流运动同步动作，从而更好地模拟人的咳嗽，实现仿生排痰。三通装置包括腔体(1)、导气管(2)、换向组件(3)、电能驱动装置(4)和机架(5)，对由风机所产生的气压的流通进行控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种智能仿生排痰系统
本专利技术涉及医疗卫生领域，提供了一种智能仿生排痰系统。
技术介绍
咳嗽反射是常见的重要防御性机制，其感受器位于喉、气管和支气管粘膜。大支气管以上部位的感受器对机械刺激敏感，二级支气管以下部位对化学刺激敏感。传入冲动经迷走神经传入延髓，触发咳嗽反射。咳嗽时，先是一次短促的或较深的吸气(通常为2.5L)，继而声门紧闭，呼气肌(腹肌和肋间內肌)强烈收缩，肺内压和胸膜腔内压(可达100mmHg甚至更高)急剧上升，然后声门突然开放，由于肺内压很高，气体便由肺内高速冲出，将呼吸道内的异物或分泌物排出。腹肌和呼吸肌无力的患者咳嗽反射减弱，卧床的患者常由于胸廓的扩张受到限制，使咳嗽开始前进入肺内的气体不足造成咳嗽减弱甚至无效，另外延髓中枢受到抑制的患者咳嗽反射也会受到限制。临床上各种原因导致呼吸肌衰弱的病人，经常需要呼吸机辅助通气。在此情况下，病人的咳嗽也会比较弱，无法有效地将肺深部的分泌物排出，呼吸机相关性肺炎的发生率就会非常高。帮助病人将肺深部的分泌物排出，对于预防呼吸机相关肺炎非常重要。目前临床常用吸痰法是密闭式吸痰管吸痰。密闭式吸痰指不需脱开呼吸机或停止机械通气的吸痰操作，并且在吸痰管外套有透明膜，整个吸痰过程都是在密闭情况下完成。肺内支气管可达20多级，利用吸痰管，只能吸主气道内的痰液。另外由于肺部并不对称，吸痰管只能吸到右肺那一侧的痰，左肺侧的痰则吸不到。呼吸机相关肺炎多发在左肺，就有这个原因。使用吸痰管吸痰，还伴有气道划伤、带入细菌、血流动力学上的冲击等风险。除了密闭式吸痰管这种手工操作的吸痰装置，现在也有自动咳痰装置。飞利浦公司生产的CoughAssist咳痰机，原理是向气道提供一次较大的正压通气后快速转变为负压吸气，通过模拟咳嗽气流进而把深部的痰吸出。但由于使用时需要断开呼吸机，操作麻烦且断开呼吸机对重症患者有很大风险，无法作为经常性的排痰手段；CoughAssist咳痰机以时间作为周期循环的控制量，以此来结束吸气过程，但是以容量或流量作为周期循环的控制量更安全有效。另外，CoughAssist无法保持病人的呼气末正压通气(PEEP),对于需要高PEEP的病人不适用，这些病人没有高PEEP会有肺泡塌陷的风险；另一个明显缺点是，CoughAssist不包含生命支持系统上应有的警报系统；最后，它只有一条管路，呼气和吸气共用，下次吸气时可能会将上次咳出的分泌物吸入，将会增加病人自己的二次感染风险，也会减少管路寿命，同时也会增加下次使用该机器的病人的感染风险。另外，专利WO2007/054829A2专利技术了一种机械吸排气装置，它通过呼吸机吸入气流，随之快速、短促地呼出气体来模拟人体咳嗽，使淤积在气道和气管分支中的痰液顺利排出。这种系统通过检测气流自动控制吸气和呼气，减轻了工作人员的负担。通过连续几次间断性的负压呼气咳出痰液，既防止了负压过大致使肺泡萎陷，而且能影响到十几级的支气管，将痰从肺的深部排出。但人体咳嗽全部动作包括深吸气、声门关闭、膈肌下降、呼气肌和腹肌迅速收缩，使肺内压力增高，然后声门展开、膈肌收缩，使肺内高压空气喷射而出。该咳痰装置都只是模拟了咳嗽的气流，而与咳嗽相关的呼吸肌都没有参与运动。对于机械通气病人来说，长期缺氧及全身营养不佳，使膈肌纤维减少和萎缩，以至膈肌移动度减少。该装置在咳痰中只是模拟气流运动，首先，该设备不干预病人的正压通气过程，如果没有特殊控制，无法保证在咳嗽前有足够大的潮气量，可能无法形成有效的咳嗽；其次呼吸机正压通气过程本身就有机械肺损伤，该排痰装置只有气流运动，肌肉没有跟随运动，控制不当会带来额外的机械肺损伤；再次，只靠负压气流来排痰，不辅以腹肌收缩，将影响咳嗽、咳痰动作的强度，不利于痰液的排出；最后，帮助病人排痰能够促使病人提早撤机，但是对膈肌萎缩的病人，膈肌并没有得到锻炼，提早撤机的效果会受到影响。
技术实现思路
(一)解决的技术问题本专利技术针对现有技术的不足，提供了一种智能仿生排痰系统，通过该系统，从气流运动及呼吸肌运动两方面智能地模拟了人的咳嗽，可以安全、有效地帮助病人将肺深部的分泌物排出，降低呼吸机相关性肺炎的发病几率，并帮助病人的膈肌恢复，实现提早撤机。(二)技术方案本专利技术提供了一种智能仿生排痰系统，其包括负压吸引模块，三通装置，中央处理模块，呼吸肌同步运动模块，其中：所述负压吸引模块，用于产生负压气流，使气体从病人肺部排出；所述三通装置，允许正压以及负压气流流过，并连接在正压通气模块、所述负压吸引模块以及病人之间，其中正压通气模块可以是呼吸机；所述中央处理模块与所述三通装置以及所述呼吸肌同步运动模块相连；所述呼吸肌同步运动模块采用神经刺激的方式或者机械推动方式使得呼吸肌产生特定动作，与气流运动相配合。进一步地，所述三通装置包括第一阀门；所述第一阀门选择性的阻断所述正压通气模块到病人端的气流，所述三通装置与所述负压吸引模块之间设置有第二阀门，所述第二阀门选择性的阻断从所述三通装置到所述负压吸引模块的气流。进一步地，当所述正压通气模块工作时，所述中央处理模块打开所述第一阀门并关闭所述第二阀门，以及控制呼吸肌同步运动模块产生吸气时的肌肉动作，即膈肌收缩。进一步地，当所述负压吸引模块工作时，所述中央处理模块打开所述第二阀门并关闭所述第一阀门，以及控制呼吸肌同步运动模块产生咳嗽时的肌肉动作，即腹肌收缩。进一步地，智能仿生排痰系统还包括传感器模块和显示模块，所述传感器模块和所述显示模块与所述中央处理模块相连。进一步地，所述传感器模块的第一检测点位于所述三通装置与所述正压通气模块直接相连的支路的侧壁上，所述传感器模块的第二检测点及第三检测点位于所述三通装置与病人直接相连的支路侧壁上，其中所述第二检测点与病人之间的距离大于所述第三检测点与病人之间的距离。进一步地，所述中央处理模块基于所述第一检测点和所述第三检测点，判断所述第一阀门是否关闭。进一步地，当所述第一检测点与所述第三检测点之间的压力差超过一定阈值时，所述中央处理模块判断所述第一阀门关闭。作为安全措施，如果在吸气阶段，第一阀门没有打开，则会产生报警。进一步地，所述中央处理模块基于所述第二检测点和所述第三检测点之间的压力差，计算病人呼吸气体流量的大小和方向。进一步地，所述中央处理模块根据三个压力检测点得到的压力和流量判断病人的吸气结束，和呼气结束，以便在吸气和呼气控制之间及时切换。进一步地，所述正压通气模块为呼吸机及其管路。进一步地，所述负压吸引模块为一个负压源如涡轮风机，及其管路。进一步地，所述第一阀门为气动膜片阀。进一步地，所述第二阀门为一个电控开关阀。进一步地，所述负压吸引模块允许的负压气流量为14L/minute～800L/minute。进一步地，所述神经刺激的方式是电刺激或者磁刺激。进一步地，所述电刺激方式采用作用于两侧膈神经上的一对治疗电极和作用于胸大肌表面上的一对参考电极。进一步地，所述磁刺激模块采用充电电容和刺激线圈，利用存储电能的电容对刺激线圈放电，从而产生脉冲电流。进一步地，所述机械推动方式采用机械臂作用在主要的呼吸肌上，根据中央处理模块的控制信号而产生不同的推动，与吸气、呼气相配合。本专利技术还提供了一种具备气路开关功能的三通装置的结构，其包括三通下端2-1、三通上端2-2、本文档来自技高网...

【技术保护点】
PCT国内申请，权利要求书已公开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.26 CN 20141011621831.一种智能仿生排痰系统，其包括负压吸引模块，正压通气模块，三通装置，中央处理模块以及呼吸肌同步运动模块，其特征在于：所述负压吸引模块，用于产生负压气流；所述正压通气模块与所述三通装置相连，并产生正压气流；所述三通装置连接在所述负压吸引模块以及病人之间，并且允许来自负压吸引模块的负压气流流过，也允许正压气流流过，所述三通装置包括第一阀门，所述第一阀门选择性的阻断所述正压通气模块到病人端的气流，所述三通装置与所述负压吸引模块之间设置有第二阀门，所述第二阀门选择性的阻断从所述三通装置到所述负压吸引模块的气流；所述中央处理模块与所述三通装置以及所述呼吸肌同步运动模块相连；所述呼吸肌同步运动模块采用神经刺激的方式或者机械推动方式使得呼吸肌产生特定动作，与气流运动相配合，其中当所述正压通气模块工作时，所述中央处理模块打开所述第一阀门并关闭所述第二阀门，以及控制呼吸肌同步运动模块产生吸气时的肌肉动作，当咳嗽程序启动后，中央处理模块控制负压吸引模块与呼吸肌同步运动模块同步、协同工作，其控制方式包括：在吸气阶段，打开第一阀门、关闭第二阀门，呼吸肌同步运动模块会产生膈肌收缩动作，使病人的吸气更为充分，为有效的咳嗽做好准备。2.根据权利要求1所述的智能仿生排痰系统，其中当所述负压吸引模块工作时，所述中央处理模块打开所述第二阀门并关闭所述第一阀门，以及控制呼吸肌同步运动模块产生咳嗽时的肌肉动作。3.根据权利要求2所述的智能仿生排痰系统，其中，当咳嗽程序启动后，中央处理模块控制负压吸引模块与呼吸肌同步运动模块同步、协同工作，其控制方式包括：当吸气结束时，打开第二阀门，关闭第一阀门，同时呼吸肌同步运动模块产生腹肌收缩动作，从气流及肌肉运动两方面模拟正常的咳嗽，使得肺内分泌物的排出效果更好。4.根据权利要求1所述的智能仿生排痰系统，其中当呼气结束时，关闭第二阀门，打开第一阀门，开始新的呼吸周期。5.根据权利要求1所述的智能仿生排痰系统，所述智能仿生排痰系统还包括传感器模块和显示模块，所述传感器模块和所述显示模块与所述中央处理模块相连。6.根据权利要求5所述的智能仿生排痰系统，其中所述传感器模块的第一检测点位于所述三通装置与所述正压通气模块直接相连的支路的侧壁上，所述传感器模块的第二检测点及第三检测点位于所述三通装置与病人直接相连的支路侧壁上，其中所述第二检测点与病人之间的距离大于所述第三检测点与病人之间的距离。7.根据权利要求6所述的智能仿生排痰系统，其中所述中央处理模块基于所述第一检测点和所述第三检测点，判断所述第一阀门是否关闭。8.根据权利要求7所述的智能仿生排痰系统，其中当所述第一检测点与所述第三检测点之间的压力差超过一定阈值时，所述中央处理模块判断所述第一阀门关闭。9.根据权利要求6所述的智能仿生排痰系统，其中所述中央处理模块基于所述第二检测点和所述第三检测点之间的压力差，计算病人呼吸气体流量的大小和方向；以及基于计算得到的病人呼吸气体流量的大小和方向，判断病人是否吸气结束以及呼气结束。10.根据权利要求1所述的智能仿生排痰系统，其中所述正压通气模块为呼吸机。11.根据权利要求1所述的智能仿生排痰系统，其中所述第一阀门为气动膜片阀。12.根据权利要求1所述的智能仿生排痰系统，其中所述负压吸引模块允许的负压气流量为14L/minute～800L/minute。13.根据权利要求1所述的智能仿生排痰系统，其中所述神经刺激的方式是电刺激或者磁刺激。14.根据权利要求13所述的智能仿生排痰系统，其中所述电刺激采用作用于两侧膈神经上的一对治疗电极和作用于胸大肌表面上的一对参考电极。15.根据权利要求13所述的智能仿生排痰系统，其中所述磁刺激采用充电电容和刺激线圈，利用存储电能的电容对刺激线圈放电，从而产生脉冲电流。16.根据权利要求1所述的智能仿生排痰系统，其中所述机械推动方式采用机械臂作用在主要的呼吸肌上，根据中央处理模块的控制信号而产生不同的推动，与吸气、呼气相配合。17.根据权利要求1所述的智能仿生排痰系统，所述第二阀门是一个开关阀，包括腔体(1)、导气管(2)、换向组件(3)、电能驱动装置(4)和机架(5)；所述开关阀控制风机产生的负压气流的通断；所述腔体(1)由前端盖(11)、腔身(12)、后端盖(13)组成，通过螺钉紧固连接，所述腔体(1)的一个侧面上接近前端盖(11)的部分有驱动气孔(14)、前端盖(11)上有抽气孔(15)、所述腔体(1)的上面或侧面靠近后端盖(13)的部分有自由气孔(16)，后端盖(13)上有行程孔(17)，所述腔体(1)内驱动气孔(14)的两侧有密封垫圈(18)；所述导气管(2)与所述驱动气孔(14)相连接；所述换向组件(3)由换向滑块(31)、顶杆(32)、弹簧(39)组成；所述弹簧(39)位于所述腔体(1)内部的台阶上，其一侧顶在腔体(1)的前端盖(11)上，另一侧与换向滑块(31)相接触；所述换向滑块(31)置于所述腔体(1)中，其周边与所述腔体(1)的内壁密闭性接触，所述换向滑块(31)在所述弹簧(39)和所述顶杆(32)交错作用下沿着所述腔体(1)的轴线做直线往复运动；所述顶杆(32)通过所述行程孔(17)并与所述换向滑块(31)相连接，所述顶杆(32)在电能驱动装置(4)的作用下沿着所述腔体(1)的轴线运动；所述腔体(1)、电能驱动装置(4)安装在所述机架(5)上。18.根据权利要求17的所述智能仿生排痰系统，其中所述腔体(1)为分离式的。19.根据权利要求1的所述智能仿生排痰系统，其中所述第二阀门是一个开关阀，包括腔体(1)、导气管(2)、换向组件(3)、电能驱动装置(4)和机架(5)；所述开关阀控制风机产生的负压气流的通断；所述腔体(1)由前端盖(11)、腔身(12)、后端盖(13)组成，通过螺钉紧固连接，所述腔体(1)的一个侧面上接近前端盖(11)的部分有驱动气孔(14)、前端盖(11)上有抽气孔(15)、所述腔体(1)的上面或侧面靠近后端盖(13)的部分有自由气孔(16)，后端盖(13)上有行程孔(17)，所述腔体(1)内驱动气孔(14)的两侧有密封垫圈(18)；所述导气管(2)与所述驱动气孔(14)相连接；所述换向组件(3)由换向滑块(31)、顶杆(32)、推进块(33)、滚子(34)、凸轮(35)、位移传感器(36)、位移转盘(37)、托台(38)、弹簧(39)组成；所述电能驱动装置(4)为电机，所述腔体(1)、电能驱动装置(4)安装在所述机架(5)上；所述推进块(33)置于所述托台(38)上方，推进块(33)开放端的上面设有通孔(331)，与所述滚子(34)通过销轴(332)连接，滚子(34)可灵活转动，推进块(33)封闭端的侧面设有通孔(333)，与所述顶杆(32)为可插式连接，推进块(33)侧端设有螺纹孔(334)，并通过螺钉(335)将所述顶杆(32)固定；所述托台(38)固定于所述机架(5)上，对所述推进块(33)起支撑作用；所述凸轮(35)下方与所述电能驱动装置(4)紧固，随电能驱动装置(4)转动，凸轮(35)上方与所述位移转盘(37)紧固，两者一同转动；所述位移传感器(36)固定于所述机架(5)上，对所述位移转盘(37)进行检测，从而判断所述电能驱动装置(4)的转动行程。20.根据权利要求19的所述智能仿生排痰系统，其中所述腔体(1)为分离式的。21.根据权利要求1的所述智能仿生排痰系统，其中所述第二阀门是一个开关阀，包括腔体(1)、导气管(2)、换向组件(3)、电能驱动装置(4)和机架(5)；所述开关阀控制风机产生的负压气流的通断；所述腔体(1)由前端盖(11)、腔身(12)、后端盖(13)组成，通过螺钉紧固连接，所述腔体(1)的一个侧面上接近前端盖(11)的部分有驱动气孔(14)、前端盖(11)上有抽气孔(15)、所述腔体(1)的上面或侧面靠近后端盖(13)的部分有自由气孔(16)，后端盖(13)上有行程孔(17)，所述腔体(1)内驱动气孔(14)的两侧有密封垫圈(18)；所述导气管(2)与所述驱动气孔(14)相连接；所述换向组件(3)由换向滑块(31)、顶杆(32)、凸轮(35)、位移传感器(36)、位移转盘(37)、弹簧(39)组成；所述电能驱动装置(4)为电机，所述腔体(1)、电能驱动装置(4)安装在所述机架(5)上；所述凸轮(35)下方与所述电能驱动装置(4)紧固，随电能驱动装置(4)转动，凸轮(35)上方与所述位移转盘(37)紧固，两者一同转动；所述顶杆(32)直接与所述凸轮(35)相接触，在所述凸轮(35)的带动下沿着所述腔体(1)的轴线运动；所述位移传感器(36)固定于所述机架(5)上，对所述位移转盘(37)进行检测，从而判断所述电能驱动装置(4)的转动行程。22.根据权利要求21的所述智能仿生排痰系统，其中所述腔体(1)为分离式的。23.根据权利要求17或18的所述智能仿生排痰系统，其中所述电能驱动装置(4)为电磁铁；所述顶杆(32)在所述电磁铁的推动下沿着所述腔体(1)的轴线运动。24.根据权利要求1所述的智能仿生排痰系统，其中所述三通装置包括三通下端(2‐1)、三通上端(2‐2)、压盖(2‐3)、膜片阀(2‐4)、气阻(2‐5)；所述的三通下端(2‐1)包括正压单元接口(2‐11)，负压单元接口(2‐12)，第一压力检测口(2‐13)以及凹槽(2‐14)；所述的三通上端(2‐2)包括病人端口(2‐21)，内螺纹(2‐...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小雪，李小苗，
申请(专利权)人：北京雅果科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11