CN101947156A - 一种智能化人体核心温度调节控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种智能化人体核心温度调节控制装置，它由气体温度控制系统、气体流量控制系统，与现有技术不同的是，还增设了多路人体表面温度检测系统、触摸式显示及控制系统、报警系统、在线调试与更新存储系统组成。加热系统的加热腔，前后分别与气体流量控制系统的鼓风机和涡街流量计连接，涡街流量计通过气体输送管道与覆盖在人体表面的保温气囊连接，触摸式显示及控制系统、报警系统、在线调试与更新存储系统分别通过通讯总线与ARM核心控制平台连接。本发明的优点是：调节速度快、准确性稳定性高、高智能化、操作简便、安全性高，还具有气体加热效率高和智能报警功能。

Description

一种智能化人体核心温度调节控制装置 

技术领域

本发明涉及医疗器械，尤其是一种智能化控制吹拂气体达到调节人体核心温度的装置。 

背景技术

内科医疗手术中以及烧伤治疗中，由于时间、环境、和麻醉剂的使用量等因素的影响，常会引起病人的低体温现象，对手术造成不利的影响，甚至影响到手术的成败和病人的安危。因此，使用医疗仪器对病人进行辅助保温，已经成为预防人体低温现象的有效办法。目前常使用的保温方法或设备有电热毯、热水袋、充气式保温毯等。但是，电热毯、热水袋等较简单的保温措施存在着漏电、烫伤、温度变化不易调控等问题。在国外，充气式保温毯的应用较多，以美国CSZ公司和TYCO公司的手动医用充气式保温毯为主。其中，CSZ公司生产的充气式保温毯的主要特点是采用低速鼓风机渐进式输出气体，通过HEPA过滤系统进行过滤；而TYCO公司生产的医用充气式保温毯采用双层保温气囊，内置絮状缓流材料。中国专利ZL200920140419.1公开了一种智能型医用充气式保温毯，以人体的理想核心温度为控制基准：设定一个理想的人体核心温度，与实时测量的人体模型温度值进行比较，以此来控制气体流量和温度。这些医用充气式保温毯均采用手动或低智能化操作方式，即其控制操作主要依赖医护人员根据病人当前的体温情况主观调节输出气体温度和流速，存在智能化程度低、操作繁琐、安全性差、温度调节速度较慢、不太稳定等缺陷，甚至影响手术质量并可能危及病人安全。 

发明内容

本发明目的是为克服现有技术的不足而提供一种智能化的人体核心温度调节装置，这种装置对人体核心温度的调节速度快、准确性及稳定性较高。它可以根据人体表面特征部位的温度实时值，间接地估算出人体的核心温度，通过与理想核心温度预设值进行比较，实时地控制吹拂到人体表面的气体的流速和温度，从而达到对人体核心温度快速、准确调节的目的。 

本发明包括气体温度控制系统、气体流量控制系统及人体表面温度测量系统，与现有技术不同的是，气体温度控制系统采用蜂窝式列管式加热盘、加热腔，气体流量控制系统采用涡街流量计，人体表面温度测量系统采用多路人体温度控制系统，另：装置中还增设了触摸式显示及控制系统、报警系统、在线调试与更新存储系统。气体温度控制系统，设置在气体流量控制系统鼓风机及流量检测部件之间，前通过密封输出接口与流量控制系统的鼓风机连接，后与气体流量控制系统的涡街流量计连接；气体流量控制系统的涡街流量检测计的输出口通过气体输送管道以及保温气囊进气口密封接口与人体表面温度检测系统的保温气囊相连接；人体表面温度检测系统的保温气囊的内表面与病人相接触，人体表面温度检测系统的多 路高精度医用PN节温度传感器通过连接总线与ARM核心控制平台相连接；触摸显示及控制系统的触摸式LCD显示器、报警系统的核心报警模块在线调试与更新存储系统的计算机分别通过通讯总线与ARM核心控制平台相连接。 

所述气体温度控制系统，由蜂窝式列管加热盘、内热式加热芯、气体过滤网组成加热腔，前通过密封输出接口与鼓风机相连，后与涡街流量计相连。所述的蜂窝式列管加热盘，其盘片上固化有多列并行列管，用于气体加热；内热式加热芯设置在盘片中心顺着轴心方向固化的与各个列管相隔离的加热隔离腔内。本气体温度控制系统采用热传导率比较良好的金属材料做成蜂窝式列管加热盘，并通过加热隔离腔从加热芯上获得热量，当气体流经蜂窝式列管加热腔时，气体与腔壁进行热交换，完成气体加热的操作。当系统正常工作时，系统在特定时间间隔测量两处的气体温度，计算出输出气体的有效温度并将数据显示在显示器上，再通过人体表面温度检测系统确定人体的实时核心温度，进而根据此实时核心温度与理想核心温度的偏离程度，确定下一个控制周期的气体温度数值及加热芯的加热程度。 

所述气体流量控制系统，由鼓风机、涡街流量计组成。涡街流量计前与气体加热腔的末端连接并通过通讯总线与ARM核心控制平台相连接，涡街流量计后与气体输送管道连接。系统工作时，有鼓风机向系统提供恒定的气流，由涡街流量计检测气流的大小，通过所测得环境情况确定气流流量的增大或减小量，进而通过控制鼓风机来完成气流的输送强度。 

所述的人体表面温度检测系统，由多路高精度医用PN节温度传感器、高速气体温度传感器、ARM核心控制平台组成。多路高精度医用PN节温度传感器贴敷在病人表面特征部位，高速气体温度传感器设置在涡街流量计内及保温气囊进气口密封接口内。所述的多路高精度医用PN节温度传感器贴敷在病人表面特征部位，如骨膜、枕骨、腋下等部位，用于检测人体特征部位表面温度，进而通过计算确定人体的核心温度。所述的高速气体温度传感器，用于检测加热后气体及输送到保温气囊时的气体温度，进而确定吹拂气体的流量和温度。在系统工作时，系统会通过多路医用传感器，检测病人表面特征部位表面温度，经数据处理后将对应的温度数值或变化曲线保存在内置存储器并显示温度变化曲线。 

所述的触摸式液晶显示及控制系统，由触摸式LCD组成。所述的触摸式LCD，其本身是由TFT真彩LCD显示器于四线电阻式触摸网络构成。LCD显示器除了显示数据、图像、曲线等信息外，还把整个系统的控制按键以图形按钮的形式显示在显LCD示器上，而在LCD显示器的表面覆盖的一层四线电阻触摸网络，可以感应外部的接触点位置。如果外部触摸的位置恰好与图形按钮的位置重合，则输出相应图形按钮的操作和功能。 

所述的报警系统，由扬声器、发光二极管、ARM核心控制平台组成。所述扬声器通过通讯总线与ARM核心控制平台连接，主要用于系统共做过程中的提醒、报警功能。当吹拂气体温度超过预设的合理值(如低于35.5℃或高于42.5℃)时，报警装置发出声光报警信息；而超过预设的安全值时(如高于43.5℃)，微处理器系统输出控制信号使供气系统停止工作，以保证病人的安全。 

所述的在线调试与更新存储系统，由计算机组成。所述的计算机通过通信总线与ARM控制平台连接，可以实时的保存人体核心温度调节控制装置工作时所采集到的各种数据；同时可以实时与核心控制系统系统进行数据共享，为核心控制平台提供数据参考与更新。 

本发明的优点是： 

1、由于采用了医用PN节温度传感器，此传感器本身具有高速、高精度和线性的特点，这无疑使本人体核心温度调节控制装置具有了调节速度快、准确性及稳定性高。 

2、由于采用了较为先进的ARM9系列嵌入式控制平台，其资源丰富、处理速度快、使得本人体核心温度调节控制装置具有智能化程度高、安全性高的特点。 

3、由于采用了触摸式LCD显示技术，且其控制界面集成在LCD显示上并以触摸的方式完成控制输入，使得本人体核心温度调节控制装置具有了操作简便的特点。 

4、由于采用计算机作为各类数据的外部存储，使得本人体核心温度调节控制装置具有了较大的更新空间，并能随时调用历史数据对当前病例进行分析对比。 

5、由于智能化人体核心温度调节控制装置的气体加热部分采用蜂窝式列管加热盘隔离加热，其有效加热部分为多列列管，这就增大了气体受热时的接触面积，可以有效地提高气体的加热效率。

6、由于气体的加热时通过导热性能良好的蜂窝式列管间接加热，其核心加热器件设置在蜂窝式列管加热盘中心的隔离腔内，此隔离腔与用于气体加热的多列列管不连通，所以可以避免传统的加热丝直接加热时多带来的电火花、异味等问题，提高气体的输送质量。 

7、由于本装置设置了报警系统，当吹拂气体低于或高与安全温度数值时，可通过声光发出警报，并可在紧急情况是自动停机。 

8、从控制方法上来讲，本发明采用的控制方法不再单纯的以人体的理想核心温度为控制基准，而是以人体表面特征部位的体表温度作为控制依据，采用可变流量可变温度的恒温气流为温控介质，结合特定环境温度下人体表面皮肤与环境的热换效率，共同确定实时控制所需要的控制系数、热换系数以及气体流量和温度的实时控制权重。然后实时测量人体表面特征部位温度并确定相应时刻的核心温度，根据这个核心温度与理想核心温度的偏差程度确定来确定吹拂气体的温度及流量控制量。吹拂气体的流量和温度权重则与人体皮肤表面与周围环境的热交换有关。例如，如果环境温度较低，则吹拂气体的流量的权重较大；反之，如果环境温度较高，则吹拂气体的温度权重较大。 

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图 

图中：1.鼓风机  2.密封输出接口  3.蜂窝式列管加热盘  4.蜂窝式列管加热腔  5.加热隔离腔  6.内热式加热芯  7.接线隔离腔  8.加热腔外管  9.恒温气体过滤网  10.涡街流量计  11.气体输送管道  12.保温气囊进气口密封接口  13.保温气囊  14.病人体表  15.高精度医用PN节温度传感器  16.ARM控制平台  17.显示器及控制面板  18.报警系统  19.气体温度传感器  20.计算机 21.通信总线 

具体实施方式

参考图1，本发明是一种能够根据人体表面特征部位的温度实时值间接地估算出人体的核心温度，并通过与理想核心温度预设值进行比较实时地控制吹拂到人体表面的气体的流速和温度，从而达到对人体核心温度快速、准确调节的目的的装置。它主要由气体温度控制、气体流量控制，人体表面温度检测、触摸式显示及控制、报警、在线调试与更新存储系统组成。各部分的连接关系是：气体温度检测及控制系统的加热腔外管8内部分别嵌入了蜂窝式列管加热盘3和恒温气体过滤网9，列管加热盘3的内部结构分为蜂窝式列管加热腔4、加热隔离腔5、内热式加热芯6以及接线隔离腔7；气体流量控制系统的鼓风机1、涡街流量计10通过总线与ARM核心控制平台16相连接；人体表面温度控制系统的保温气囊13，其内壁包含多种通气孔，其通气孔侧与人体表面相连接；人体表面温度检测系统的多路高精度医用PN节温度传感器15贴敷在病人14表面特征部位；鼓风机1通过密封输出接口2与气体加热腔体8相连，其加热腔内部分别嵌入了蜂窝式列管加热盘3和恒温气体过滤网9；气体加热腔右端连接气体流量检测系统10，并依次经过可伸缩式的气体输送管道11和保温气囊进气口密封接口12连接到保温气囊13；保温气囊13覆盖于病人体表14之上，医用表面温度传感器15以多路的方式贴敷在人体表面特征部位；ARM控制平台16以控制总线21的方式分别于气体加热系统连接，气体检测系统10、19，以及显示设备17、报警系统18、上位计算机20相连。 

本发明的检测控制过程是： 

第一，先将专用高精度医用体温检测传感器贴附在人体特征部位，如骨膜、枕骨、腋下等部位；第二，测定环境温度和人体表面温度，并根据特定计算初步确定的吹拂到人体表面的气体温度和气体流量；第三，打开鼓风机和气体加热系统，逐渐使气流吹拂到人体表面，使用气体传输管内两个不同位置的温度传感器检测当前气体的温度值，使用贴附在人体表面的温度传感器实时测量人体的表面温度；第四，分析系统测量的环境温度、气体温度，根据多组人体表面温度估算当前人体的核心温度；第五，根据当前核心温度数值与正常情况下核心温度的偏离程度，确定单位时间内稳定人体表面温度所用的总热量，进而根据环境温度下的对应权重确定吹拂气体的初始温度和流量；第六，实时测量人体特征正部位的温度数值和环境数值并估算对应时刻的人体核心温度，此核心温度与前一次的核心温度进行比较，根据前后两次核心温度的差值程度，决定下一次增量控制所需要外加的热量；第七，然后结合当前皮肤热交换情况和权重优化算法，决定吹拂气体的流量和温度，从而使人体表面温度迅速稳定以间接稳定其核心温度。第八、在实时控制的同时，比较吹拂气体的温度数值，如果气体温度低于或高于安全温度的预设值，则通过声光的形式进行警报，并可在紧急状况下完成自动停机，以确保病人安全。 

Claims (7)

1.一种智能化人体核心温度调节控制装置，包括气体温度控制系统、气体流量控制系统及人体表面温度测量系统，其特征是：气体温度控制系统采用蜂窝式列管式加热盘、加热腔，气体流量控制系统采用涡街流量计，人体表面温度测量系统采用多路人体温度控制系统，另：装置中还增设了触摸式显示及控制系统、报警系统、在线调试与更新存储系统；气体温度控制系统，设置在气体流量控制系统鼓风机及流量检测部件之间，前通过密封输出接口与流量控制系统的鼓风机连接，后与气体流量控制系统的涡街流量计连接；气体流量控制系统的涡街流量检测计的输出口通过气体输送管道以及保温气囊进气口密封接口与人体表面温度检测系统的保温气囊相连接；人体表面温度检测系统的保温气囊的内表面与病人相接触，人体表面温度检测系统的多路高精度医用PN节温度传感器通过连接总线与ARM核心控制平台相连接；触摸显示及控制系统的触摸式LCD显示器、报警系统的核心报警模块在线调试与更新存储系统的计算机分别通过通讯总线与ARM核心控制平台相连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能化人体核心温度调节控制装置，其特征是，所述气体温度控制系统，其加热腔由蜂窝式列管加热盘、内热式加热芯、气体过滤网组成；蜂窝式列管加热盘，其盘片上固化有多列并行列管，用于气体加热；内热式加热芯设置在盘片中心顺着轴心方向固化的与各个列管相隔离的加热隔离腔内。

3.根据权利要求1所述的一种智能化人体核心温度调节控制装置，其特征是，所述气体流量控制系统，由鼓风机、涡街流量计组成，涡街流量计前与气体加热腔的末端连接并通过通讯总线与ARM核心控制平台相连接，涡街流量计后与气体输送管道连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能化人体核心温度调节控制装置，其特征是，所述的人体表面温度检测系统，由多路高精度医用PN节温度传感器、高速气体温度传感器、ARM核心控制平台组成，多路高精度医用PN节温度传感器贴敷在病人表面特征部位，高速气体温度传感器设置在涡街流量计内及保温气囊进气口密封接口内。

5.根据权利要求1所述的一种智能化人体核心温度调节控制装置，其特征是，所述的触摸式液晶显示及控制系统，由触摸式LCD组成，触摸式LCD，其本身是由TFT真彩LCD显示器于四线电阻式触摸网络构成。

6.根据权利要求1所述的一种智能化人体核心温度调节控制装置，其特征是，报警系统，由扬声器、发光二极管、ARM核心控制平台组成，所述扬声器通过通讯总线与ARM核心控制平台连接。

7.根据权利要求1所述的一种智能化人体核心温度调节控制装置，其特征是，所述的在线调试与更新存储系统，由计算机组成，计算机通过通信总线与ARM控制平台连接。

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