CN103070759A - 具有过压保护和滤波集成电路的电磁吸附排痰系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有过压保护和滤波集成电路的电磁吸附排痰系统，包括：咳嗽感应器、频率输入端、气压输入端、电控开关、定时输入端、压力背心、空气振荡机和风机。还包括事先存储有多套包含排痰系统开启和停止时间、排痰系统挤压力度和挤压动作间隔的排痰方案的电控操作单元。本发明通过电磁铁吸附铁质拍板进行空气挤压，从而产生振动气流，通过气囊背心作用于患者胸腔使患者胸腔产生振动，辅助患者排痰。由于电磁铁控制具有及时、稳定且耗能少等特点，因此采用电磁铁作为振动气流产生的动力排痰系统也具有如上特点。另外，该系统具有使用简单，成本低廉适于在医疗排痰领域广泛推广。

Description

具有过压保护和滤波集成电路的电磁吸附排痰系统

技术领域

本发明涉及一种具有过压保护和滤波集成电路的电磁吸附排痰系统。

背景技术

胸部物理疗法具有很长的临床应用史，非常有效，是各国改善呼吸道粘液清理功能的标准医学方法之一。胸部物理疗法的种类包括：人工叩背排痰，体外振动机排痰，都存在着较多的问题。

近年国外也在研发、改进背心式空气脉冲排痰机。气压脉冲机向固定于背心前面的两个气囊反复充气放气，每次加压将迫使气流快速穿越肺叶，推动分泌堆积物从肺壁上脱落，并向口腔移动；到达口腔后，通过正常咳嗽或负压吸痰就可以排出。其全自动化操作，标准参数设置，基本克服了前两种方法的弊端。新的问题：固定的两点式前胸壁脉冲无法拍打胸廓侧面和背面，对部分病人排痰效果不佳；治疗参数设定后完全按标准执行治疗程序，即使已经诱发病人咳嗽，仍不中断治疗，可能产生长时间连续咳嗽，导致消耗大量体力和过度换气等危险。针对上述问题一种新型的《智能型全胸腔高频振荡排痰机》被研制，具体内容如下：

如图1所示的智能型全胸腔高频振荡排痰机，包括软管1、咳嗽感应器3、导线4、箱体6、盖板7、压力背心8、频率输入端22、气压输入端23、电控开关26、定时输入端30；软管1连接压力背心8与箱体6中的空气振荡机9，压力传感器2安装于导线4一端，导线4的另一端与空气振荡机9连接；频率输入端22、气压输入端23、电控开关26、定时输入端30分别安装在盖板7上。如图2～图3所示的压力背心8，包括金属弹簧圈10、横向隔膜11、纵向隔膜12、表皮13、粘扣14所构成，纵向隔膜12上端与表皮13连接，纵向隔膜12将表皮13内的空间分割成纵向气室25，表皮13内部下端安装有金属弹簧圈10，在金属弹簧圈10上方安装横向隔膜11，横向隔膜11中间留有气孔24，在表皮13左右两侧安装有粘扣14。如图4所示，空气振荡机9由频率电压转换电路15、脉冲调节器16、气压脉冲调节器17、气压检测电路18、功率放大器19、电动机20、气压补偿机21所构成；压力传感器2检测到压力信号并将输入到频率电压转换电路15中，转换后的信号送入脉冲调节器16，调节后送入电动机20；同时压力传感器2还作为气压检测电路18的输入端与气压检测电路18连接，气压检测电路18中产生的信号送入气压脉冲调节器17，经分析调节后将信号送入气压补偿机21中，气压补偿机21与电动机20相连，电动机20的输出端与软管1相连；咳嗽感应器3作为输入端与功率放大器19相连，放大后的信号与电控开关26相连；定时输入端30连接定时装置29，定时装置29的输出端与电动机20相连。供电装置5采用220V交流电；纵向隔膜12与横向隔膜11将表皮13内部分隔成14个纵向气室25；

采用智能型全胸腔高频振荡排痰机的排痰方法：

a、通过粘扣14将压力背心8固定在人体胸腔28上；

b、根据用户情况，调节盖板7上的频率输入端22、气压输入端23和定时输入端30后，打开电控开关26；

c、使得电动机20按照预设值向压力背心8输送空气；

d、输入空气使得压力背心8膨胀，对人体胸腔28进行按摩，与此同时，压力传感器2检测压力背心8对人体胸腔28的压力信号；

e、检测到的压力信号与预设值对比后，送入气压脉冲调节器17与脉冲调节器16调节；

f、调节后的信号送入电动机20与气压补偿机21中，使得电动机20按照调整后的信号向压力背心8送气；

e、在咳嗽感应器3检测到胸腔振动次数≥3次∕10秒的时候或按摩时间达到定时器预定后停止送气，反之继续送气。

在使用时，先将压力背心8围在人体胸腔28上，通过粘扣14固定使压力背心8与人体胸腔贴紧，根据使用者的不同情况，调节频率输入端22、气压输入端23、定时输入端30，调节适当后打开电控开关26，使得电动机20按照所设定值，通过软管1向压力背心8内周期性的输送空气，与此同时，压力传感器2与咳嗽感应器3对系统进行实时监控：

1）当压力传感器2检测到压力背心8的压力与预设定的压力不符合的时候，压力传感器2向频率电压转换电路15发出信号，使得频率电压转换电路15向脉冲调节器16输送信号，脉冲调节器16再做适当调节后，控制电动机20向与软管1相连的压力背心8输送空气，待压力传感器2检测到压力信号与预设值相符合的时候，脉冲调节器16停止调节，电动机20保持当前状态向软管1输送空气；

2）当压力传感器2检测到纵向气室25内部的峰值气压与气压检测电路18上的预设值不符时，气压检测电路18向气压脉冲调节器17输送信号，调节后的信号送入气压补偿机21中，利用气压补偿机21传输给电动机20一定量的空气，补充输入软管1中；

3)当咳嗽感应器3检测到使用者咳嗽信息，即当发生连续咳嗽（≥3次/10秒）时，咳嗽感应器3将信号送入功率放大器19，处理后的信号控制电控开关26，进行断电控制，使得电动机20停止向压力背心8输送空气。

压力背心8在接收到电动机20送入的空气时，空气通过首先充满金属弹簧圈10，同时部分气流通过气孔24流入纵向气室25，随着电动机20输送气流的改变，在纵向气室25内的空气将不同程度的从气孔27排出压力背心8，通过不断的更换纵向气室25内的空气，达到对胸腔按摩的效果。

上述方案很好的解决了以往的问题，但是由频率电压转换电路15、脉冲调节器16、气压脉冲调节器17、气压检测电路18、功率放大器19、电动机20和气压补偿机21所构成的空气振荡机9控制相对比较复杂，另外气压补偿机21也为电机来完成，整个系统反应相对比较缓慢，比较费电。排痰过程中也需要患者或陪护人员在旁守护，所以一种新型的空气振荡装置需要被研制。

发明内容

本发明针对以上问题的提出，而研制的具有过压保护和滤波集成电路的电磁吸附排痰系统，包括：咳嗽感应器、频率输入端、气压输入端、电控开关、定时输入端、压力背心、空气振荡机和风机；

所述空气振荡机包括：不锈钢扎带Ⅱ，铁质拍板，箱体座，电磁铁和固定螺栓；

所述电磁铁固定在箱体座中间的容纳腔内；铁质拍板通过不锈钢扎带Ⅱ固定在箱体座上，铁质拍板和容纳腔形成一个密封空间，并且铁质拍板的形变区的位置同电磁铁的位置相对应；所述箱体座的容纳腔位置开有进风口和送风口，所述进风口同风机相连接，所述送风口通过软管同压力背心相连接。

所述铁质拍板的外部套有橡胶气囊，所述橡胶气囊通过不锈钢扎带Ⅰ固定在箱体座上。

还具有：事先存储有多套包含排痰机开启和停止时间、排痰机挤压力度和挤压动作间隔的排痰方案的存储单元；

连接存储单元，根据需要选择特定排痰方案；或直接控制排痰机开启和停止时间、排痰机挤压力度和挤压动作间隔的控制单元；

与所述控制单元相连接，执行选定的排痰方案，控制片排痰机的开启和停止、控制排痰过程中排痰机挤压力度和挤压动作间隔的中央处理单元。还具有：与存储单元相连接，输入新的排痰方案；编辑原有的排痰方案；将特定的排痰方案设为默认排痰方案的输入编辑单元。还具有显示单元：显示当前排痰机执行的排痰方案、本次排痰时间剩余、下次排痰时间、排痰机挤压力度和挤压动作间隔的信息。还具有：学习记录单元，记录一天的排痰过程，存储为一个新的排痰方案。

具有生物电检测单元，具有：

采集生物电信号的电极；

与所述电极连接，接收所述电极采集的生物电信号，进行过压包含和滤波的输入保护电路；

与所述输入保护电路相连接的共模驱动的并联差动放大器；

与所述并联差动放大器连接，将模拟的生物电信号转换成数字信号的Σ-△型模数转换器；

对经过所述Σ-△型模数转换器处理的数字信号，进行分析的CPU微处理单元。

所述并联差动放大器和Σ-△型模数转换器之间设有右腿驱动电路。

所述并联差动放大器由运算放大器A1和A2构成，两个相同阻值的电阻RI和R2以及运算放大器A3组成共模信号提取驱动电路，共模信号提取驱动电路的输出信号输出至所述右腿驱动电路。

所述微处理器CPU连接有蓝牙模块，将分析得到的生物电信号通过蓝牙模块输出。

本发明的优点是显而易见的：通过电磁铁吸附铁质拍板进行空气挤压，从而产生振动气流，通过气囊背心作用于患者胸腔使患者胸腔产生振动，辅助患者排痰。由于电磁铁控制具有及时、稳定且耗能少等特点，因此采用电磁铁作为振动气流产生的动力排痰机也具有如上特点。另外，具有事先存储的排痰工作方案，操作方便，可以依照该排痰机具有使用简单，成本低廉适于在新型排痰机使用领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有改进的排痰机的硬件结构示意图；

图2为现有改进的排痰机的压力背心的结构图；

图3为现有改进的排痰机的压力背心的工作原理图；

图4为现有改进的排痰机的空气振荡机电路框图；

图5为本发明所述排痰机的空气振荡机的结构示意图；

图6为本发明所述排痰机的空气振荡机组装后的结构示意图；

图7为本发明所述排痰机的空气振荡机的实施效果图；

图8为本发明的电控部分的结构框图

图9为本发明的生物电检测单元的电路结构图。

具体实施方式

为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图5至图7所示的具有过压保护和滤波集成电路的电磁吸附排痰系统，包括：咳嗽感应器、频率输入端、气压输入端、电控开关、定时输入端、压力背心80、空气振荡机90和风机70；所述空气振荡机90包括：不锈钢扎带Ⅱ903，铁质拍板904，箱体座905，电磁铁906和固定螺栓907；所述电磁铁906通过固定螺栓907固定在箱体座905中间的容纳腔B内；铁质拍板904通过不锈钢扎带Ⅱ903固定在箱体座905上，铁质拍板904和容纳腔形成一个密封空间，并且铁质拍板904的形变区A的位置同电磁铁906的位置相对应，便于电磁铁产生的磁力后，作用于拍板上，对铁质拍板904和容纳腔内的空气进行压缩，从而产生振动气流；如同5所示铁质拍板904呈对称设置，安装在容纳腔B的两侧，相应的电磁铁906采用的是通电后左右都具有吸附力的电磁铁，电磁铁通电后其左右两端同时吸附安装在两侧的铁质拍板904，对容纳腔B内的空气进行挤压。所述箱体座905的容纳腔位置开有进风口908和送风口909，所述进风口908同风机70相连接，所述送风口909通过软管同压力背心80相连接。所述铁质拍板904的外部套有橡胶气囊902，所述橡胶气囊902通过不锈钢扎带Ⅰ901固定在箱体座905上。

该排痰机是利用电磁铁产生的磁力，作用于两侧拍板压缩空气，从而产生振动气流。工作特性，即工作的一个周期是：1、电磁铁得电，产生磁场，吸引拍板，拍板由平衡位置向电磁铁方向运动，从而将腔室内的气体压缩并排出；2、电磁铁断电，磁场消失，拍板失去引力回到平衡位置，使腔室空间释放并将气体吸入。利用这一工作特性，使空气振荡，通过气囊背心作用于患者胸腔使患者胸腔产生振动，辅助患者排痰。

如图8所示：包括存储单元601：事先根据医师护士的临床经验，预先编制多个排痰方案，存储在存储单元601中。排痰方案包括：一天内针对某个病人的排痰次数、每次排痰的开始时间和结束时间，排痰机的挤压力度和挤压动作的间隔。使用中央处理单元602，执行选定的排痰方案，控制所述电磁铁906的开关，完成压力背心80的压缩节奏与力度，协助患者排痰。使用前，使用相应的控制单元603选择合适的排痰方案。当病人继续排痰时，也可以通过控制单元603直接启动排痰机；在需要临时停止时，也可以通过控制单元603直接控制排痰机停止或暂停工作。

尽管事先根据医师的经验，存储了多个排痰方案，也会发生方案不适合特定病患的情况，进一步的，还设有输入编辑单元604，可根据患者的实际情况，输入一个全新的排痰方案。

进一步的，还设有记录单元606，可以记录一天或几天之内的排痰机的工作状况，包括特定一天中，排痰机的运行次数，开始和停止运行的时间，压力背心挤压力度和频度等信息，生成一个新的排痰方案，极大的方便了患者的实用。

优选的，本系统还设有显示单元605，显示当前排痰系统执行的排痰方案、本次排痰时间剩余、下次排痰时间、排痰机挤压力度和挤压动作间隔的信息，已经日期，时间等相关的必要信息。

如图9所示：为了能够对使用者的生理状况有一个直观的认识，本发明还具有生物电检测单元800，主要包括如下部件：

用于采集生物电信号的电极801。与所述电极801连接，用于接收所述电极801采集的生物电信号，进行过压保护和滤波的输入保护电路803。与所述输入保护电路相连接的共模驱动的并联差动放大器804。与所述并联差动放大器804连接，将模拟的生物电信号转换成数字信号的Σ-△型模数转换器805；对经过所述Σ-△型模数转换器805处理的数字信号，进行分析的CPU微处理单元。

进一步的，为了能够对信号进行更好的降噪和滤波，作为一个较佳的实施方式，所述并联差动放大器804和Σ-△型模数转换器805之间设有右腿驱动电路807。

所述并联差动放大器804主要由运算放大器A1和A2构成，两个相同阻值的电阻RI和R2以及运算放大器A3组成共模信号提取驱动电路，共模信号提取驱动电路的输出信号输出至所述右腿驱动电路。

进一步的，为了能够将生物电检测结果输出至相关的分析仪器，作为一个较佳的实施方式，所述微处理器CPU连接有蓝牙模块808，将分析得到的生物电信号通过蓝牙模块808输出。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有过压保护和滤波集成电路的电磁吸附排痰系统，包括：咳嗽感应器、频率输入端、气压输入端、电控开关、定时输入端、压力背心（80）、空气振荡机（90）和风机（70）；

其特征在于所述空气振荡机（90）包括：不锈钢扎带Ⅱ（903），铁质拍板（904），箱体座（905），电磁铁（906）和固定螺栓（907）；

所述电磁铁（906）固定在箱体座（905）中间的容纳腔（B）内；铁质拍板（904）通过不锈钢扎带Ⅱ（903）固定在箱体座（905）上，铁质拍板（904）和容纳腔形成一个密封空间，并且铁质拍板（904）的形变区（A）的位置同电磁铁（906）的位置相对应；所述箱体座（905）的容纳腔位置开有进风（908）和送风口（909），所述进风（908）同风机（70）相连接，所述送风口（909）通过软管同压力背心（80）相连接；

本排痰系统还具有：

事先存储有多套包含排痰系统开启和停止时间、排痰系统挤压力度和挤压动作间隔的排痰方案的存储单元（601）；

连接存储单元（601），根据需要选择特定排痰方案；或直接控制排痰系统开启和停止时间、排痰机挤压力度和挤压动作间隔的控制单元（603）；

与所述控制单元（603）相连接，执行选定的排痰方案，控制排痰系统的开启和停止、控制排痰过程中排痰系统挤压力度和挤压动作间隔的中央处理单元（602）；

还具有生物电检测单元（800），该单元包括：

采集生物电信号的电极（801）；

与所述电极（801）连接，接收所述电极（801）采集的生物电信号，进行过压保护和滤波的集成电路（803）；

与所述输入保护电路相连接的共模驱动的并联差动放大器（804）；

与所述并联差动放大器（804）连接，将模拟的生物电信号转换成数字信号的Σ-△型模数转换器（805）；

对经过所述Σ-△型模数转换器（805）处理的数字信号，进行分析的CPU微处理单元；

所述并联差动放大器（804）和Σ-△型模数转换器（805）之间设有右腿驱动电路（807）；

所述微处理器CPU连接有蓝牙模块（808），将分析得到的生物电信号通过蓝牙模块（808）输出。

2.根据权利要求1所述的具有过压保护和滤波集成电路的电磁吸附排痰系统，其特征在于所述铁质拍板（904）的外部套有橡胶气囊（902），所述橡胶气囊（902）通过不锈钢扎带Ⅰ（901）固定在箱体座（905）上。

3.根据权利要求1所述的具有过压保护和滤波集成电路的电磁吸附排痰系统，其特征在于还具有：与存储单元（601）相连接，输入新的排痰方案；编辑原有的排痰方案；将特定的排痰方案设为默认排痰方案的输入编辑单元（604）。

4.根据权利要求1所述的具有过压保护和滤波集成电路的电磁吸附排痰系统，其特征在于还具有显示单元（605）：显示当前排痰机执行的排痰方案、本次排痰时间剩余、下次排痰时间、排痰机挤压力度和挤压动作间隔的信息。

5.根据权利要求1所述的具有过压保护和滤波集成电路的电磁吸附排痰系统，其特征在于还具有：学习记录单元（606），记录一天的排痰过程，存储为一个新的排痰方案。

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