[发明专利]一种急救护理用呼吸机模拟肺装置

摘要

本发明公开了一种急救护理用呼吸机模拟肺装置，设置有监控系统，该监控系统包括氧气集中取样单元、数据采集单元、远程数据传输装置、流量监控单元气体浓度检测单元；显示触摸屏通过医生的输入设定吸呼比、呼吸频率、潮气量、肺活量呼吸生理参数，流量传感器检测通过模拟肺腔的换气口的气流量，湿度传感器检测模拟肺腔内部湿度，控制器根据设定的呼吸参数及检测到的流量信号以及湿度信号触发控制器控制节流控制阀、喷雾头和直流伺服电机运动，调节气流量与湿度。本发明更加符合人肺呼吸生理，结构简单，实用性强，在科学实验研究、呼吸生理教学、呼吸相关产品检验等场合具有极高的应用价值。

主权项

一种急救护理用呼吸机模拟肺装置，其特征在于，该该急救护理用呼吸机模拟肺装置包括机体、上基板、底座、固定基柱、模拟肺腔、换气口、流量传感器、湿度传感器、节流控制阀、喷雾头、直流伺服电机、凸轮、皮带、连接杆、控制器及显示触摸屏，所述显示触摸屏通过医生的输入设定吸呼比、呼吸频率、潮气量、肺活量呼吸生理参数，所述流量传感器检测通过模拟肺腔的换气口的气流量，所述湿度传感器检测模拟肺腔内部湿度，所述控制器根据设定的呼吸参数及检测到的流量信号以及湿度信号触发控制器控制所述节流控制阀、喷雾头和直流伺服电机运动，调节气流量与湿度；所述底座上设置有生命体征检测端，该生命体征检测端包括动脉收缩压测定设备、体温检测设备、脉搏检测设备、肌肉张力检测设备；所述的动脉收缩压测定设备包括：脉搏波和运动信号采集单元，包括采集桡动脉和肱动脉脉搏波的传感器、运动传感器、控制器和附着装置，在各种运动和姿态情况下采集被测者的桡动脉、肱动脉脉搏波信号和小臂的运动信号，放大和数字化所测得的信号；信号处理和分析单元，以有线或无线方式与脉搏波和运动信号采集单元连接，实时同步控制脉搏波和运动信号采集单元；服务器，连接和管理多个无创动脉血压连续测量设备，并与电子医疗信息端连接，接收和分析佩戴者在不同运动状态和姿态下、不同时间的心电、血压和呼吸数据，计算心肺健康指数；所述固定基柱设置在所述底座上，所述模拟肺腔放置在所述底座与上基板之间，所述上基板设置在所述机体内部，所述底座设置在所述模拟肺腔下部，所述换气口设置在所述上基板的上部，所述流量传感器设置 在所述换气口中，所述湿度传感器设置在所述模拟肺腔的内部，所述节流控制阀设置在所述换气口的内部，所述喷雾头设置在所述模拟肺腔的内部，所述直流伺服电机及凸轮设置在所述机体的底部，所述直流伺服电机通过皮带与所述凸轮传动连接，所述凸轮通过所述连接杆与所述底座传动连接，所述控制器设置在所述机体的底部，所述显示触摸屏设置在机体上部，所述流量传感器、湿度传感器、节流控制阀、喷雾头及直流伺服电机与所述控制器相连接，所述控制器与所述显示触摸屏相连接;所述模拟肺腔设置有监控系统，该监控系统包括氧气集中取样单元、数据采集单元、远程数据传输装置、流量监控单元气体浓度检测单元，所述氧气集中取样单元、所述远程数据传输装置均与所述数据采集单元电连接；所述的流量监控单元包括测量管、内设空腔的传感器安装管和外部温差补偿模块，所述传感器安装管的下端插入到测量管内部，所述传感器安装管的下端朝向气体流动方向设置有第一传感器，所述传感器安装管的空腔内设置有第二传感器，所述第一传感器和第二传感器电性连接于外部温差补偿模块；所述的气体浓度检测单元包括运放加法器、激光驱动单元、激光发端、激光接收端、检测滤波单元、数据处理单元；所述上基板与所述底座之间设置有容量调节杆，所述的底座下面设置有滚轮，所述的滚轮上设置有刹车制动装置，所述的模拟肺腔上设置有漏气调节螺钉，所述的喷雾头与外部医用水相连接，所述的显示触摸屏内部包括显示面板、单元层、粘接层，所述单元层设置在所述显示面板的外侧，所述粘接层设置在所述显示面板和所述单元层之间，其中，所述粘接层的粘接于所述显示面板的粘接面的第一边缘和所述粘接层的粘接于所述单元层的粘接面的第二边缘沿粘接面方向相互移位；所述数据采集单元控制所述氧气集中取样单元实时对医用氧气的纯度、一氧化碳的浓度、二氧化碳的浓度、一氧化氮的浓度、二氧化氮的浓度、二氧化硫、氧气露点及氧压力的参数进行不间断采样，并将采样数据以电信号的方式上传给所述数据采集单元进行数据运算、处理，并通过所述远程数据传输单元将数据进行远程传输至远程监护中心进行管理；所述的体温检测根据红外光谱辐射得到患者体表温度，红外光谱发射率在所选定的波长处与温度有近似相同的线性关系，即：式中，是波长为，温度为T1时的光谱发射率；是波长为，温度为T2时的光谱发射率；T1、T2分别为两个不同时刻的温度；k为系数；记Vi1为第一个温度T1下的第i个通道的输出信号，记Vi2为第一个温度T2下的第i个通道的输出信号，T1温度下的发射率，通过随机选取一组，由下式计算在参数下实际得到的Ti1：设，通过随机选取一个k，在第二个温度T2下的发射率的表达式为：由下式计算在参数下实际得到的Ti2：所述的急救护理用呼吸机模拟肺装置模拟人肺自主呼吸运动的控制方法如下：所述流量传感器检测通过模拟肺腔换气口的气流量并传输到控制器，并设定呼吸生理参数；所述控制器根据设定的呼吸参数及检测到的流量信号以及湿度信号触发控制器控制所述节流控制阀、喷雾头和直流伺服电机运动，并产生电机驱动信号，控制直流伺服电机工作，调节气流量与湿度，最后控制模拟肺腔的呼吸运动；所述控制器控制电机采用 PID 控制，其控制输出由离散 PID 公式：其中：u(n) 是第n个时刻点电机控制电压；Kp、Ki、Kd 分别为 PID 控制的比例系数、积分系数及微分系数；e(n)是第n个时刻点的流量偏差值e(n)=Q0(n)‑Q(n)，Q(n)是指流量传感器检测到的第 n 时刻的实时流量值，Q0(n)=AI×QItar(n)+AE×QEtar(n)，QItar(n)和QEtar(n) 分别为目标吸气和呼气流量值，当吸气时系数 AI=1;AE=0，当呼气时系数 AI=0;AE=1；是从 0 时刻到第 n 个时刻的偏差累积值 ；Δe(n) 是偏差变化率 Δe(n)=e(n)‑e(n‑1)。