CN102512171B - 基于强迫振荡技术的振荡装置 - Google Patents

基于强迫振荡技术的振荡装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于强迫振荡技术的振荡装置，包括：电机、驱动器、底座、振动膜以及腔体，所述电机和驱动器均安装于所述底座，所述驱动器与所述电机连接并驱动所述电机做直线往复运动，所述电机具有一转轴，所述转轴的一端与所述振动膜连接并推动所述振动膜做直线往复运动，所述振动膜位于所述腔体内。与现有技术相比，本发明基于强迫振荡技术的振荡装置可以保证所述振荡装置长时间工作时振动的稳定性；且所述振荡装置可以在不提高振荡信号振幅的前提下改善信噪比、增加检测的灵敏度，从而避免振幅过大导致患者不适的问题。

Description

基于强迫振荡技术的振荡装置
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于强迫振荡技术的振荡装置。
背景技术
在临床医学上，一般需要采用一种特殊的呼吸阻力监测仪，对重症监护室(Intensive Care Unit，ICU)内的病人进行呼吸阻力的无创检测，以达到实时观察病人的肺功能状况和判断无创通气是否为合理性的指标。即所述呼吸阻力监测仪的振荡装置是基于强迫振荡技术(Forced Oscillation Technique，FOT)的。
强迫振荡技术是一种无创检测呼吸阻力的方法。利用强迫振荡技术，只需在呼吸气流上施加一个低幅的压力振荡(研究表明：频率为5Hz、振幅为2cm的正弦波符合强迫振荡技术所需的压力振荡)，再利用时域分析技术便能快速、直观地计算出呼吸系统的阻抗Rrs和电抗Xrs。其中，阻抗Rrs反映中心气道阻力的大小，电抗Xrs则反映外周肺组织和胸廓的顺应性。在呼吸流速受限(EFL)的条件下，电抗Xrs的变化规律也反映了呼吸流速受限的程度。因此，阻抗Rrs和电抗Xrs有可能作为评价无创通气吸气相正压(IPAP)和呼气相正压(EPAP)合理性的指标。
现有的基于强迫振荡技术的振荡装置一般包括重低音喇叭、功率放大器以及函数信号发生器。所述重低音喇叭的额定功率为250W，最低频率为20Hz，峰值功率超过600W以抵抗外加压力的影响，从而保持振动的稳定性。所述功率放大器的额定功率为400W，最低工作频率为3Hz。在设计该振荡装置时，尽量降低了所述重低音喇叭的谐振频率和所述功率放大器的低通频率，使其接近或涵盖低频振荡频率，以提高整个振荡装置的做功效率。同时也尽量增大了两者的功率输出并使所述功率放大器的功率保持在所述重低音喇叭的功率的1.5倍以上，以稳定所述重低音喇叭的振荡，从而保证整个振荡装置的稳定性。但是，所述振荡装置仅停留在实验室的研究层面，应用到实际中时存在很多问题。例如：(1)当在无创正压通气(NPPV)条件下检测呼吸阻力时，要求所述振荡装置能承受呼吸机的压力波动，发出的振荡信号频率和振幅稳定，但在实验室观察到所述重低音喇叭振荡一段时间后波形出现了严重的失真，即振动稳定性较差；(2)由于强迫振荡技术所需的信号频率(5Hz)和振幅(2cm)都较低，对来自机械通气或系统噪声的干扰十分敏感，尽管提高振荡信号的振幅能改善信噪比、增加检测的灵敏度，但是振幅过大将会导致患者不适。
因此，有必要提供一种改进基于强迫振荡技术的振荡装置来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于强迫振荡技术的振荡装置，以保证所述振荡装置长时间工作时的振动稳定性；且所述振荡装置能在不提高振荡信号振幅的前提下改善信噪比、增加检测的灵敏度，从而避免振幅过大导致患者不适的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于强迫振荡技术的振荡装置，包括：电机、驱动器、底座、振动膜以及腔体，所述电机和驱动器均安装于所述底座，所述驱动器与所述电机连接并驱动所述电机做直线往复运动，所述电机具有一转轴，所述转轴的一端与所述振动膜连接并推动所述振动膜做直线往复运动，所述振动膜位于所述腔体内。
与现有技术相比，由于本发明基于强迫振荡技术的振荡装置的驱动器连接并驱动电机做直线往复运动，所述电机具有一转轴，所述转轴的一端与振动膜连接并推动所述振动膜做直线往复运动，从而可以保证所述振荡装置长时间工作时振动的稳定性；且所述振荡装置可以在不提高振荡信号振幅的前提下改善信噪比、增加检测的灵敏度，从而避免振幅过大导致患者不适的问题。
优选地，所述基于强迫振荡技术的振荡装置还包括一法兰直线轴承，所述转轴的一端通过所述法兰轴承与所述振动膜连接。
具体地，所述腔体由两块铝板相互组合而成。
具体地，所述底座具有第一基板，所述电机和驱动器分别安装于所述第一基板的内外两侧。
较佳地，所述底座还具有第二基板，所述第二基板水平设置且与所述第一基板垂直，所述第二基板上设置有三个光电开关和一光栅尺，所述三个光电开关和所述光栅尺分别位于所述电机的两侧。
具体地，所述光栅尺包括相互连接的标尺、读数头以及转接头，且所述转接头与所述驱动器连接。
优选地，所述基于强迫振荡技术的振荡装置还包括一轴支座以及两直线光轴，所述轴支座与所述第一基板相互平行，所述电机的转轴以及两直线光轴均穿过所述轴支座并与所述腔体连接，且所述两直线光轴位于所述转轴的两侧。
优选地，所述电机为音圈电机，所述驱动器为伺服驱动器，所述振动膜的直径为6.5英寸。
具体地，所述腔体具有一输出振荡气流的出口。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明基于强迫振荡技术的振荡装置一实施例的立体图。
图2为图1另一角度的立体图。
图3为图1的分解图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。如上所述，本发明提供了一种基于强迫振荡技术的振荡装置，由于所述基于强迫振荡技术的振荡装置的驱动器连接并驱动电机做直线往复运动，所述电机具有一转轴，所述转轴的一端与振动膜连接并推动所述振动膜做直线往复运动，从而可以保证所述振荡装置长时间工作时振动的稳定性；且所述振荡装置可以在不提高振荡信号振幅的前提下改善信噪比、增加检测的灵敏度，从而避免振幅过大导致患者不适的问题。
请参考图1至图3，本发明基于强迫振荡技术的振荡装置包括电机10、驱动器11、底座12、轴支座13、直线光轴14、光栅尺15、光电开关16、法兰直线轴承17、振动膜18以及腔体19，所述电机10和驱动器11均安装于所述底座13，所述驱动器11连接并驱动所述电机10做直线往复运动，所述直线光轴14的一端与所述底座12连接，所述直线光轴14的另一端穿过所述轴支座13并与所述腔体19连接，所述电机10具有一转轴101，所述转轴101的一端穿过所述轴支座13并通过所述法兰直线轴承17与所述振动膜18连接，所述光栅尺15和所述光电开关16均设置于所述底座12且位于所述电机10的两侧，所述振动膜18位于所述腔体19内，且所述振动膜18在所述转轴101的推动下做直线往复运动。
具体地，所述底座12具有第一基板121和第二基板122，所述第二基板122水平设置且与所述第一基板121相互垂直。结合图1和图2，所述电机10和驱动器11分别安装于所述第一基板121的内外两侧，所述轴支座13与所述第一基板121平行。较佳地，在本实施例中，所述基于强迫振荡技术的振荡装置包括两个直线光轴14和三个光电开关16，所述直线光轴14的一端与所述第一基板121连接，且两个所述直线光轴14分别位于所述转轴101的两侧。所述光栅尺15和三个所述光电开关16均设置于所述第二基板122，且所述光栅尺15和三个所述光电开关16分别设于所述电机10的两侧。两个所述直线光轴14的设置，可以增强所述电机10运动过程中的稳定性。另外，在将所述基于强迫振荡技术的振荡装置应用到呼吸阻力监测仪时，所述振动膜18可能受到呼吸机的无创通气吸气相正压(IPAP)和呼气相正压(EPAP)影响，从而使得所述振动膜18偏离振动的中心位置，进而使得振荡波形出现毛刺。而所述光电开关16的设置，对所述电机10的运动行程起到限位的作用，确保所述振动膜18的振荡每次从中心位置开始，从而可以有效地解决毛刺问题。
具体地，所述光栅尺15包括相互连接的标尺、读数头以及转接头，且所述转接头与所述驱动器11连接。在所述电机10做直线往复运动过程中，所述轴支座13将会一起做直线往复运动，使得所述读数头做直线往复运动，所述读数头的信号通过所述转接头反馈给所述驱动器11，从而通过所述驱动器11实现对所述电机10运动行程的控制。
具体地，所述腔体19由两块铝板191相互组合而成，且所述腔体19具有一输出振荡气流的出口192(如图2所示)。当所述基于强迫振荡技术的振荡装置静止时，所述振动膜18位于所述腔体19的中心位置；而在所述基于强迫振荡技术的振荡装置振动的过程中，所述振动膜18以所述腔体19的中心位置前后移动，其移动位移为10mm，这样，所述振动膜18一次可以推出约200ml的振荡气体。
优选地，在本实施例中，所述电机10为音圈电机，所述驱动器11为伺服驱动器，所述振动膜18的直径为6.5英寸。
需要注意的是，所述驱动器11为所述基于强迫振荡技术的振荡装置的控制部分，需要通过CM2上位机软件调试适于该振荡装置的程序，并将调试好的程序代码固化到所述驱动器11的存储芯片中。具体地，在CM2上位软件上对整个振荡装置的电流大小、振荡频率大小以及振荡波形等进行调试、配置以产生频率为5Hz、振幅为2cm的正弦波，同时编写三个所述光电开关16的控制程序以实现对所述电机10运动的控制。
本发明的工作原理如下：所述基于强迫振荡技术的振荡装置静止时，所述振动膜18位于所述腔体19的中心位置。启动所述基于强迫振荡技术的振荡装置，所述电机10在所述驱动器11的驱动下做直线往复运动，同时带动所述轴支座13、安装于所述轴支座13上的光栅尺15、连接于所述转轴101一端的所述振动膜18一起做直线往复运动，从而在所述腔体19内产生一定的振荡气体，再通过所述腔体19的出口191将振荡气体输出。
在上述振荡过程中，所述光电开关16将会发出信号，所述读数头接收所述信号并通过所述转接头将所述信号反馈给所述驱动器11，所述驱动器11将会根据所述信号对所述电机10的运动进行控制。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (6)

1.一种基于强迫振荡技术的振荡装置，其特征在于，包括：电机、驱动器、底座、轴支座、直线光轴、光栅尺、光电开关、法兰直线轴承、振动膜以及腔体，所述电机和驱动器均安装于所述底座，所述驱动器与所述电机连接并驱动所述电机做直线往复运动，所述直线光轴的一端与所述底座连接，所述直线光轴的另一端穿过所述轴支座并与所述腔体连接，所述电机具有一转轴，所述转轴的一端穿过所述轴支座并通过所述法兰直线轴承与所述振动膜连接并推动所述振动膜做直线往复运动，所述光栅尺和所述光电开关均设置于所述底座且位于所述电机的两侧，所述腔体由两块铝板相互组合而成，所述振动膜位于所述腔体内。
2.如权利要求1所述的基于强迫振荡技术的振荡装置，其特征在于，所述底座具有第一基板，所述电机和驱动器分别安装于所述第一基板的内外两侧。
3.如权利要求2所述的基于强迫振荡技术的振荡装置，其特征在于，所述底座还具有第二基板，所述第二基板水平设置且与所述第一基板垂直，所述第二基板上设置有三个所述光电开关和一所述光栅尺，且所述三个所述光电开关和所述光栅尺分别位于所述电机的两侧。
4.如权利要求3所述的基于强迫振荡技术的振荡装置，其特征在于，所述光栅尺包括相互连接的标尺、读数头以及转接头，且所述转接头与所述驱动器连接。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于强迫振荡技术的振荡装置，其特征在于，所述电机为音圈电机，所述驱动器为伺服驱动器，所述振动膜的直径为6.5英寸。
6.如权利要求5所述的基于强迫振荡技术的振荡装置，其特征在于，所述腔体具有一输出振荡气流的出口。
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