CN102512225B - 一种股动脉血流智能控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种股动脉血流智能控制装置及方法，所述装置包括红外线发射和接收单元、气压控制单元、智能控制单元和止血束带；所述方法包括发射红外信息，获取红外线反射信号；判断血液有无流动，若血液有流动，获取气囊压力实时值，并综合红外线反射信号，计算气囊压力目标值；控制气泵，调整气囊压力达到目标值，否则，保持气囊压力值；本发明通过红外线发射和反馈检测判断血流情况、智能调节气囊压力目标值和控制穿刺口气囊压力，以保护下肢机能不受损害、无残差的完全止血、调压过程完全无人工干预，在股动脉介入治疗后的止血过程中，能大大减少医务人员的工作量，适合于广泛推广应用。

Description

一种股动脉血流智能控制装置及方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种股动脉血流智能控制装置及方法，通过红外线判断血流情况，获取多气囊压力，综合气压压力、红外信号控制气泵工作，达到智能控制股动脉血流的目的。

背景技术

在心血管病或冠心病等治疗中，通常采用介入治疗的方法，介入治疗的方法是在股动脉(像心血管病就是在人的大腿上部内侧的股动脉)上进行穿刺，放置扩张管、鞘管，手术结束后，拔出鞘管，然后对股动脉穿刺点进行压迫止血。股动脉穿刺点的压迫止血方法，大致可以分为以下几种，绷带式的止血方法，通过用纱布垫和绷带包扎后再用沙袋加压止血；支架式的止血方法，通过压迫板、压迫头压住穿刺口，用固定带固定，并手动调节调压旋钮或者手动设定压力值进行压迫止血；气囊式的止血方法，通过在穿刺点固定气囊，手动或者通过控制电子泵调节气囊气压，达到穿刺点止血的目的。以上现有方案都需要人为观察判断穿刺点是否完全止血，完全需要人工干预，极大地耗费了医务人员的工作量，导致应用范围有限。近年来，红外线检测技术在医疗器械领域的利用越来越广泛，如中国专利公开号CN 102008293A提供了一种红外线扫描人体表层血管显示仪、中国专利专利号CN 102018497A提供了一种表层血管显示仪等，其利用人体表层和组织内的血管温度向外辐射红外线的原理，达到检测人体表层血管分布和血流情况的目的。但是由于股动脉的位置较深，因此无法通过红外线扫描的方式检测到其血流情况。

发明内容

本发明针对现有技术不能自动控制股动脉血流的问题以及无法通过红外线扫描的方式检测到其血流情况的问题，提供了一种股动脉血流智能控制装置及方法。

为解决以上问题，本发明提供一种股动脉血流智能控制装置，包括：

红外线发射和接收单元10，用于发射红外信息，获取红外线反射信号；

气压控制单元20，用于探测压力信号和充放气，进一步包括压力传感器21、气泵23、与气泵连通的多个充气气囊22；所述充气气囊22设置于止血束带40内部；

智能控制单元30，用于分析处理红外信号、分析处理压力信号和控制气泵，进一步包括中央处理器MCU 31和与其相连接的红外信号控制模块32、压力信号控制模块33和气泵控制模块34；所述红外信号控制模块32用于判断血液有无流动；所述压力信号控制模块33用于计算气囊压力目标值；所述气泵控制模块34用于调整气囊压力达到目标值；

所述智能控制单元30的压力信号控制模块33与气压控制单元20的压力传感器21相连接，智能控制单元30的红外信号控制模块32与红外线发射和接收单元10相连接，智能控制单元30的气泵控制模块34与气压控制单元20的气泵23相连接。

作为一种可实施方式，所述红外信号控制模块32包括红外线信号收发电路、滤波电路、信号放大电路、采样电路、A/D转换电路和MCU信号输入输出电路。

作为一种可实施方式，所述压力信号控制模块33包括：压力信号输入电路、滤波电路、信号放大电路、采样电路、A/D转换电路和MCU信号输入输出电路。

作为一种可实施方式，所述气泵控制模块34包括：波动幅值输入电路、气囊实时压力值输入电路、MCU控制信号输出电路、A/D转换电路、气泵控制信号输入电路。

优选的，所述压力传感器21设置于止血束带40外部。

优选的，所述压力传感器21设置于止血束带40内部。

优选的，所述压力传感器21设置于充气气囊22内部。

作为一种优选实施方式，所述止血束带40通过连接带50与腰带60连接，所述腰带60用于固定于患者的上身，止血束带40用于缠绕固定在大腿上。

为解决以上问题，本发明还提供一种股动脉血流智能控制方法，包括发射红外信息，获取红外线反射信号；判断血液有无流动，若血液有流动，获取气囊压力实时值，并综合红外线反射信号，计算气囊压力目标值；控制气泵，调整气囊压力达到目标值，否则，保持气囊压力值。

所述判断血液有无流动的方法为，若波动幅度m＜1％，则判断血液无流动，否则，判断血液有流动；其中，

y_max表示采样值最大值，y_min表示采样值最小值，表示采样值平均值；

所述计算气囊压力目标值的方法为，计算气囊压力增加值ΔP＝k×m，其中k为比例系数；计算初步气囊压力值P₂＝P₁+ΔP，并与气囊压力上限值比较，若是初步气囊压力值不小于气囊压力上限值P_极，即P₂≥P_极，则将气囊压力目标值设置为气囊压力上限值，即P＝P_极，并调整气囊压力上限值P_极增加。

本发明通过红外线发射和反馈检测判断血流情况、智能调节气囊压力目标值和控制穿刺口气囊压力，以保护下肢机能不受损害、无残差的完全止血、调压过程完全无人工干预，在股动脉介入治疗后的止血过程中，能大大减少医务人员的工作量，适合于广泛推广应用。

附图说明

图1为本发明一种股动脉血流智能控制装置优选实施例结构框图。

图2为本发明一种股动脉血流智能控制装置优选实施例平面示意图。

图3为本发明红外线控制模块优选实施例电路框图。

图4为本发明压力信号控制模块优选实施例电路框图。

图5为本发明气泵控制模块优选实施例电路框图。

图6为本发明中的气泵控制优选实施例原理图。

图7为本发明一种股动脉血流智能控制方法优选实施例流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明涉及的一种股动脉血流智能控制装置与电路进行进一步详细说明。

本发明提供一种股动脉血流智能控制装置，优选实施例示意如图1、图2所示，包括：

红外线发射和接收单元10，用于发射红外信息，获取红外线反射信号；

气压控制单元20，用于探测压力信号和充放气，进一步包括压力传感器21、气泵23、与气泵连通的多个充气气囊22；所述充气气囊22设置于止血束带40内部；

智能控制单元30，用于分析处理红外信号、分析处理压力信号和控制气泵，进一步包括中央处理器MCU 31和与其相连接的红外信号控制模块32、压力信号控制模块33和气泵控制模块34；所述红外信号控制模块32用于判断血液有无流动；所述压力信号控制模块33用于计算气囊压力目标值；所述气泵控制模块34用于调整气囊压力达到目标值；

所述智能控制单元30的压力信号控制模块33与气压控制单元20的压力传感器21相连接，智能控制单元30的红外信号控制模块32与红外线发射和接收单元10相连接，智能控制单元30的气泵控制模块34与气压控制单元20的气泵23相连接。

作为可实施方式，所述压力传感器21设置于止血束带40外部，压力传感器用于检测压力信号，其设置于止血束带40外部能够达到此目的；但优选的，也可将所述压力传感器21设置于止血束带40内部，在止血束带40的包裹固定之下，不需要再设置用于固定传感器的其他设备。

优选的，所述压力传感器21设置于充气气囊22内部，使得压力传感器21与气囊充分接触，所测试的压力值更加准确。

优选的，所述止血束带40为弹性圆管，由于止血束带40要缠绕固定在大腿上，其使用弹性材料将会使得既能起到固定作用又不至于造成不舒适的感觉。

优选的，所述止血束带40通过连接带50与腰带60连接；

该结构使得本发明股动脉血流智能控制装置使用时将腰带60固定于患者的上身，将止血束带40缠绕固定在大腿上，压住股动脉穿刺点周围，让红外线发射和接收单元10对准股动脉穿刺点。

作为一种可选实施方式，本发明股动脉血流智能控制装置的红外信号控制模块32可进一步包括：红外线信号收发电路、滤波电路、信号放大电路、采样电路、A/D转换电路、MCU信号输入输出电路。

优选的，在红外线信号收发电路与信号放大电路之间还包括滤波电路，滤除掉红外信号中的部分干扰信号，如图3所示，使得红外线信号经过信号获取电路、滤波电路、信号放大电路、采样电路、A/D转换电路、MCU信号输入电路，最后进入处理器MCU，反之亦然。

作为一种可选实施方式，为本发明压力信号控制模块33可进一步包括：压力信号输入电路、滤波电路、信号放大电路、采样电路、A/D转换电路、MCU信号输入输出电路。

优选的，在压力信号输入电路与信号放大电路之间还包括滤波电路，滤除掉压力信号中的部分干扰信号，如图4所示，使得压力传感获取的压力信号经过信号输入电路、滤波电路、信号放大电路、采样电路、A/D转换电路、MCU信号输入输出电路，最后进入处理器MCU。

作为一种可选实施方式，为本发明气泵控制模块34，如图5所示，可进一步包括：波动幅值输入电路、气囊实时压力值输入电路、MCU控制信号输出电路、A/D转换电路、气泵控制信号输入电路。使得波动幅值经过波动幅值输入电路进入到MCU、气囊压力值经过气囊实时压力值输入电路进入到MCU，经过MCU计算后得到的控制信号，经过MCU控制信号输出电路、D/A转换电路、气泵控制信号输入电路，最后控制气泵的工作。

优选的，在气囊实时压力值输入电路与MCU控制信号输出电路之间还包括比较电路，用于比较计算到的气囊压力目标值与气囊压力上限值。

本发明气泵控制模块根据目标值和反馈值之间的误差值，经过比例器、积分器、微分器，产生相应的控制信号，经执行器实施到被控对象，不断重复这个过程，直到目标值和反馈值无误差，如图6所示，其原理如下：

设气囊压力实时值为P₁，气囊压力目标值为P，误差值为E＝P-P₁，则误差值经过比例器、积分器、微分器，得到控制作用U：

$U=\frac{1}{\mathrm{\δ}}[E+\frac{1}{T_I}\∫\mathrm{Edt}+T_D\frac{\mathrm{dE}}{\mathrm{dt}}]$

其中，

为比例系数，T_I为积分时间常数，T_D为微分时间常数。

然后，将控制作用U作用于气泵，控制气泵工作，调节气囊压力使接近气囊压力目标值。

不断重复以上过程，即反馈回气囊压力实时值，并与气囊压力目标值比较，得到误差值，通过比例器、积分器、微分器得到控制作用，并控制气泵调节气囊压力，直到气囊压力达到目标压力值。

本发明还提供一种股动脉血流智能控制方法，优选实施例流程图如图7所示，包括发射红外信息，获取红外线反射信号；判断血液有无流动，若血液有流动，获取气囊压力实时值，并综合红外线反射信号，计算气囊压力目标值；控制气泵，调整气囊压力达到目标值，否则，保持气囊压力值。

首先，红外线发射端发射红外线，经过股动脉反射后，接收端获取到反射信号，经过滤波电路的滤波作用后，反射信号传至处理器，处理器分析反射信号的波形，判断血流情况。

本发明检测血液有无流动通过以下方式实现：

设为红外线反射信号的波形，其中t_i为采样时刻，y_i为采样值。取采样时间间隔Δt＝1/100T，其中T为红外线发射信号的周期，因此在一个周期内能得到100个采样值y_i，i＝1，2，...，100。

通过比较这100个采样值得到最大值y_max和最小值y_min，并计算平均值

于是可以得到波动幅度

判断血流情况的标准是：当波动幅度m＜1％时，判断结果为血液无流动；当m≥1％时，判断结果为血液有流动，且m的值越大，说明血流的流速越大。

该过程包括多对红外线发射端和接收端，分布在穿刺口的附近，接收到的多个红外线反射信号，经多路通道传至处理器，经过处理器的分析、比较、综合处理后，得到最能真实地反映血流情况的红外线反射信号。

其次，通过压力传感器获取的气囊压力实时值，并将该气囊压力实时值传至处理器，处理器综合红外线反射信号和气囊压力实时值，得出应达到的气囊压力目标值。

设气囊压力实时值为P₁，气囊压力上限值为P_极，红外线反射信号的波动幅度为m，初步气囊压力值P₂，气囊压力目标值P，若是m＜1％，则说明血液无流动，已完成止血，无需再增加气囊压力，气囊压力目标值和气囊压力实时值相等，保持气囊压力实时值P₁，即P＝P₁；若是m≥1％，说明血液有流动，未完成止血，应增加气囊压力，计算气囊压力增加值ΔP＝k×m，其中k为比例系数。进一步，计算初步气囊压力值P₂＝P₁+ΔP，并与气囊压力上限值比较：若是初步气囊压力值不小于气囊压力上限值即P₂≥P_极，则使气囊压力目标值和气囊压力上限值相等，即P＝P_极，并调整气囊压力上限值增加，优选增加5％-10％，这样就做到了能够根据实际情况自动调整气囊压力上限的作用；若是初步气囊压力值小于气囊压力上限值即P₂＜P_极，则使气囊压力目标值和初步气囊压力值相等，即P＝P₂。

若从波形观测仪器上观查，若红外线反射信号的波形为一稳定的直线，则血液无流动，表示已完全止血，无需调整气囊压力；若反射信号的波形为有波动的曲线，则血液在流动，未完成止血，应增加气囊压力，而气囊压力目标值的大小应通过综合红外线反射信号和气囊压力实时值得出，做到既不会气囊压力太小不能止血，也不会加压过大超过需要的压力值。

然后，根据得出的气囊压力目标值信号，控制气泵的工作，调整气囊压力达到目标值。该过程优选采用PID反馈控制的方法，实时通过压力传感检测气囊压力，并反馈至处理器中的PID控制器，PID控制器根据气囊压力目标值和实时气囊压力值间的误差值得到相应的气泵控制信号，控制气泵的工作调整气囊压力，此PID控制过程不断重复，直到实时的气囊压力值与气囊压力目标值相等。

所述PID控制根据目标值和反馈值之间的误差值，经过比例器、积分器、微分器，产生相应的控制信号，经执行器实施到被控对象，不断重复这个过程，直到目标值和反馈值无误差。其原理如下：

设气囊压力实时值为P₁，气囊压力目标值为P，误差值为E＝P-P₁，则误差值经过比例器、积分器、微分器，得到控制作用U：

$U=\frac{1}{\mathrm{\δ}}[E+\frac{1}{T_I}\∫\mathrm{Edt}+T_D\frac{\mathrm{dE}}{\mathrm{dt}}]$

其中，

为比例系数，T_I为积分时间常数，T_D为微分时间常数。

将控制作用U作用于气泵，控制气泵工作，调节气囊压力使接近气囊压力目标值。

不断重复以上过程，即反馈回气囊压力实时值，并与气囊压力目标值比较，得到误差值，通过比例器、积分器、微分器得到控制作用，并控制气泵调节气囊压力，直到气囊压力达到目标压力值。

本发明先获取红外线反射信号，并判断血流情况，其次综合红外线反射信号和气囊压力实时值，得出气囊压力目标值，然后控制气泵的工作，调整气囊压力达到目标值。不断重复以上三个过程，直到判断血流未流动保持该气囊压力值。

本发明所举实施方式或者实施例对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所举实施方式或者实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种股动脉血流智能控制装置，其特征在于，包括：

红外线发射和接收单元（10），用于发射红外信息，获取红外线反射信号；

气压控制单元（20），用于探测压力信号和充放气，进一步包括压力传感器（21）、气泵（23）、与气泵连通的多个充气气囊（22）；所述充气气囊（22）设置于止血束带（40）内部；

智能控制单元（30），用于分析处理红外信号、分析处理压力信号和控制气泵，进一步包括中央处理器MCU（31）和与其相连接的红外信号控制模块（32）、压力信号控制模块（33）和气泵控制模块（34）；所述红外信号控制模块（32）用于判断血液有无流动；所述压力信号控制模块（33）用于计算气囊压力目标值；所述气泵控制模块（34）用于控制气囊压力达到目标值；

所述智能控制单元（30）的压力信号控制模块（33）与气压控制单元（20）的压力传感器（21）相连接，智能控制单元（30）的红外信号控制模块（32）与红外线发射和接收单元（10）相连接，智能控制单元（30）的气泵控制模块（34）与气压控制单元（20）的气泵（23）相连接。

2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述红外信号控制模块（32）包括红外线信号收发电路、滤波电路、信号放大电路、采样电路、A/D转换电路和MCU信号输入输出电路。

3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述压力信号控制模块（33）包括：压力信号输入电路、滤波电路、信号放大电路、采样电路、A/D转换电路和MCU信号输入输出电路。

4.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述气泵控制模块（34）包括：波动幅值输入电路、气囊实时压力值输入电路、MCU控制信号输出电路、A/D转换电路、气泵控制信号输入电路。

5.如权利要求1－4任一所述装置，其特征在于，所述压力传感器（21）设置于止血束带（40）外部。

6.如权利要求1－4任一所述装置，其特征在于，所述压力传感器（21）设置于止血束带（40）内部。

7.如权利要求6所述装置，其特征在于，所述压力传感器（21）设置于充气气囊（22）内部。

8.如权利要求1－4任一所述装置，其特征在于，所述止血束带（40）通过连接带（50）与腰带（60）连接，所述腰带（60）用于固定于患者的上身，止血束带（40）用于缠绕固定在大腿上。

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