CN104689487A - 一种可监测和控制呼吸运动的幅度和时相的充气马甲 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可监测和控制呼吸运动的幅度和时相的充气马甲，该充气马甲包括前片、后片，前片和后片中的至少一个分内层、外层和中间的充气层，其中前片和后片中的至少一个由不透气的高分子材料制成。该充气马甲可以接一个测压装置，即流量传感器或压力传感器，通过该测压装置实时监测充气马甲充气层内气体的压力并将其变为电信号。该充气马甲可以直接将前片内层和外层缝合或粘合固定在真空垫上，该真空垫作为后片，形成组合充气马甲，或者是在体膜固定后再重新把充气马甲放在体膜下面联合使用。根据本发明，通过监测和控制充气马甲充气层内部的压力可以实时监测和控制呼吸运动的幅度和时相。

Description

一种可监测和控制呼吸运动的幅度和时相的充气马甲

技术领域

本发明涉及一种可监测和控制呼吸运动的幅度和时相的充气马甲，该充气马甲可以实时监测和控制呼吸运动的幅度和时相。

背景技术

放射治疗近几年新技术影响引导放疗中一直采用的呼吸门控技术中，采用红外线观察胸、腹壁的活动来判定呼吸运动的幅度和时相，而采用腹带压迫腹部的办法控制呼吸。但胸腹部运动幅度很小，而且还有横向运动，单靠红外线观察误差很大；而腹带只能压迫腹部，不能控制胸部的呼吸运动，特别是腹带加压的压力很难根据呼吸的周期进行调节。这两种方法都有较大误差。不能准确有效地监控呼吸运动。

发明内容

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：设计一个由不透气高分子材料例如不透气塑料、橡胶等材料制成的充气马甲，包括前片、后片，前片和后片的至少一个分内层、外层两层和中间的充气层。该充气马甲可以接一个测压装置，随时监测充气马甲充气层内气体的压力，另外还可以接一个双向气泵加压装置根据需要定量给充气马甲充气层充气加压或排气减压。

具体而言，本发明提供一种可监测和控制呼吸运动的幅度和时相的充气马甲，该充气马甲包括前片、后片，前片和后片中的至少一个分内层、外层和中间的充气层（即，封闭的充气腔），其中所述前片和后片中的至少一个由不透气的高分子材料制成，充气马甲上设有用于将充气层充气的通气管。即，分内层、外层和中间的充气层的前片或后片的内层和外层均是不透气的，以实现在内层和外层之间的充气层进行充气的功能。

优选地，前片（在具有内层和外层的情况下包括前片内层和前片外层）由不透气的高分子材料制成，或前片和后片（在后片具有内层和外层的情况下包括后片内层和外层）均由不透气的高分子材料制成。

优选，前片分前片内层、前片外层和中间的充气层即封闭的充气腔，且后片为单独一个层。

不透气的高分子材料优选为不透气的塑料布（例如聚氨酯布、聚酰胺布（尼龙布）、聚酯布等，优选不透气的透明塑料布（不透气的透明聚氨酯布、聚酰胺布（尼龙布）、聚酯布），或不透气的橡胶布（优选不透气的透明橡胶布），也可以是在透气的纤维布上涂布不透气涂层而形成的不透气材料。

优选地，前片内层由具有弹性的厚度薄的不透气高分子材料制成，例如不透气的弹性氨纶泳衣面料或不透气的弹性涤纶面料制成，厚度优选为1～50微米，优选5～20微米，更优选10～15微米厚，该前片内层能够很好地顺应胸廓的呼吸运动而变形；前片外层由弹性低或没有弹性（例如具有一定刚性或劲度）的不透气材料例如厚度100微米～2.0毫米，优选厚度400微米～1.5毫米，更优选厚度600微米～1.0毫米的不透气的塑料布或橡胶布（例如不透气的聚氨酯布、聚酰胺布（尼龙布）、聚酯布等）制成。优选前片内层的尺寸小于前片外层。具有一定厚度的高分子材料一般弹性较小。前片外层和内层的尺寸根据患者体型可以分为大、中、小数种型号。

充气马甲可以是侧开口，也可以是前开口，优选是侧开口。充气马甲靠拉链或系带可以固定在人体表面。

优选地，该充气马甲可以接一个测压装置，通过该测压装置实时监测充气马甲充气层内气体的压力。该测压装置优选为能够将压力转换为电信号或数字信号的传感器例如压力传感器、光电传感器、红外传感器或流量传感器等。该传感器能够实时记录充气马甲内气体压力的数值，并可以通过电信号触发、控制系统控制CT和加速器。例如该传感器例如压力传感器、光电传感器或红外传感器将压力转换为电信号或数字信号，并输出到控制系统（例如计算机），通过该控制系统控制CT和加速器的操作。

优选地，该充气马甲可以接一个气泵，优选双向气泵，通过该双向气泵根据需要定量给充气马甲充气层内充气加压或抽气减压。

在一个优选实施方案中，该测压装置是集成U形管水柱测压装置，其包括底盘、连接在该底盘上的近端圆柱管和远端圆柱管、在远端圆柱管上安装的光电传感器或红外线传感器，近端圆柱管与远端圆柱管相通（例如通过底部小孔）并内置有水柱，近端圆柱管经由开关与设置在充气马甲上的通气管连接，远端圆柱管顶部的开口通过导管和开关与外界空气相通。优选地，该开关为三通开关，第一端口与充气马甲上的通气管连接，第二端口与近端圆柱管连接，第三端口与压力传感器连接。优选地，该开关为四通开关，第一端口与充气马甲上的通气管连接，第二端口与近端圆柱管连接，第三端口与压力传感器连接，第四端口与气泵连接。通过底盘可方便将集成U形管稳定放置在床面上。上述开关和气泵可通过靠电源自动控制系统控制，可以在现场也可以在远处（例如机房外）打开或关闭开关。在集成U形管中集成的压力传感器或光电或红外传感器可以把压力变化转变为电信号或数字信号，实时记录充气马甲内气体压力的数值,并可以通过电信号触发、控制系统控制CT和加速器。

优选地，该充气马甲下边为缩口。

优选地，对于不透明充气马甲可以设置一个标记孔。

优选地，该充气马甲可以直接将前片内层和外层缝合或粘合固定在真空垫上，该真空垫作为后片，形成组合充气马甲，或者是在体膜固定后再重新把充气马甲放在体膜下面联合使用。

本发明的有益效果是：通过监测和控制充气马甲充气层内部的压力可以实时监测和控制呼吸运动的幅度和时相。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明一个实施方案的充气马甲展开后的内层平面图

图2是本发明的另一个实施方案的充气马甲展开后的内层平面图。

图3是充气马甲专用的集成U形管水柱测压装置示意图。

图4是充气马甲使用中患者吸气后的横截面轴位图。

图5是充气马甲使用中呼气末的横截面轴位图。

图6是一种附着在真空垫内的前开口充气马甲使用中的横截面轴位图。

附图标记：1：充气马甲的前片内层，101：前片外层，2：充气马甲的后片，3：充气马甲的袖口，4：充气马甲的拉链，104：充气马甲的系带，5：充气马甲下边的缩口，6：不透明充气马甲的标记孔，8：充气层，9：充气马甲的通气管，10：开关，11：测压装置，12：气泵，13：压力传感器，或流量传感器14：真空垫，201：远端圆柱管，202：近端圆柱管，203：底盘，204：小孔，205：导管，206：导管，207：开关，208：红外或光电传感器

具体实施方式

以下通过附图来具体说明本发明。

图1示出了本发明一个实施方案的充气马甲展开后的内层平面图，其中，1是充气马甲的前片内层，2是充气马甲的后片，3是充气马甲的袖口，4是充气马甲的拉链，5是充气马甲下边的缩口，6是不透明充气马甲的标记孔。图1是前开口的（拉链位于正中），充气层8由于在前片1的背面而未示出。

图2示出了本发明的另一个实施方案的充气马甲展开后的内层平面图。其中，1是充气马甲的前片内层，2是充气马甲的后片，3是充气马甲的袖口，104是充气马甲的系带，5是充气马甲下边的缩口，6是不透明充气马甲的标记孔。图2中，充气马甲是侧开口的，充气层8和前片外层101由于在前片外层的背面而未示出。

如图1和图2所示，不透明充气马甲的标记孔6是垂直于体表长轴的贯穿内外层的细缝，不透明充气马甲充气后，通过标记孔6可以观察患者体表的标记。

图3是充气马甲专用的集成U形管水柱测压装置示意图，该测压装置包括：底盘203，连接在该底盘203上的构成集成U形管的近端圆柱管202和远端圆柱管201，远端圆柱管201上安装的一个红外线传感器或光电传感器208、气泵12、压力传感器13、光电或红外传感器（208），近端圆柱管202与远端圆柱管201通过底部小孔204相通并内置有水柱，近端圆柱管202经由开关10通过导管205与设置在充气马甲上的通气管9连接，远端圆柱管201顶部的开口通过导管206和开关207与外界空气相通。该开关的第一端口与充气马甲上的通气管9连接，第二端口与近端圆柱管202连接，第三端口与压力传感器13连接，第四端口与气泵12连接。通过底盘（203）方便将集成U形管稳定放置在床面上。两根圆柱管底部有小孔（204）相通，近端圆柱管（202）通过充气马甲上设置的充气管（9）与充气层8（充气腔）连通，而远端圆柱管（201）顶部的开口则通过充气管（206）和三通开关（207）与外界空气相通，开关207以及气泵（12）可通过电源自动控制系统控制，可以在现场也可以在远处（例如机房外）打开或关闭开关。压力传感器（13）或光电或红外传感器（208）可以把压力变化转变为电信号或数字信号，实时记录充气马甲内气体压力的数值,并可以通过电信号触发、控制系统控制CT和加速器。

图4是充气马甲使用中患者吸气后的横截面轴位图：这时当患者吸气时，胸腹部膨胀，挤压充气马甲前片内层1使之向上膨起，而这时充气马甲前片外层由于缺乏弹性，形状基本不变，结果使充气马甲充气层（充气腔）8内气体体积减少，气体顺通气管9进入开放式集成“U”型管水柱测压计11，推动集成U形管远端201管内水柱上升，集成U形管近端202管水柱下降；图中：1为充气马甲前片内层，2为充气马甲后片，101为充气马甲前片外层，8为充气马甲的充气层，9为充气马甲的通气管，10为充气马甲通气管上连接的开关，11为充气马甲连接的一个“U”型水柱测压装置。12是气泵，13是充气马甲的开关上连接的一个压力传感器，208为一个红外传感器或光电传感器，该压力传感器或光电或红外传感器可以把压力或水柱的运动变化转变为电信号或数字信号，实时记录充气马甲内气体压力的数值,并可以通过电信号触发、控制系统控制CT和加速器。

图5是充气马甲使用中呼气末的横截面轴位图。与图4相对，呼气末胸腹部收缩，充气马甲前片内层1在水柱压力作用和依靠前片内层1本身的弹性紧贴患者体表向下方运动，气体通过通气管9由外界进入充气层，充气层扩大。

放射治疗时，当患者穿好充气马甲完成定位后，在吸气末打开通气管9、201，以及集成U形管开关10，207，使得充气层8和外界相通，充气层内的压力和大气压平衡。这时由于充气马甲前片内层1比前片外层101小而且富于弹性，就像拉在两侧的一根铉，弹性力的作用使得前片内层1随胸腹部收缩而收缩，而充气马甲前片外层没有弹性，形状变化不大，所以导致充气层8增大，见图5。

然后开始吸气，胸腹部膨胀，挤压充气马甲前片内层同时膨胀，由于充气马甲前片外层没有弹性不能膨胀，结果使充气马甲充气层内8压力增高，气体顺通气管9进入开放式集成“U”型管水柱测压计11，推动集成U形管的202管水位下降同时201管内水柱上升；见图4。

然后又进入呼气时相如图5，这时胸腹部收缩，弹性力的作用使得前片内层1随胸腹部收缩而收缩，加以集成U形管201管内高水柱的压力迫使气体通过通气管9进入充气马甲的充气层，结果充气层增大，集成U形管201管内高水柱下降。观察水柱的变化就可以计算出呼吸的幅度和时相。

如图4、5所示，需要控制呼吸时运动的幅度时，可以在三通开关10上接一个气泵12，按需要向充气马甲充气层内8充气，诱导、训练患者按要求的幅度和时相呼吸，必要时可以短时间压迫胸腹部强迫患者在呼气末憋气。这种全方位胸腹部压迫比目前单纯用腹带压迫腹部来控制呼吸更加有效，而且还能够按要求实现周期性的加压—减压，甚至可以通过感知患者的自主呼吸周期的时相而进行同步加压、减压。这对训练、诱导患者按要求标准的幅度和时相呼吸有很大帮助。特别是能够保证在不干扰患者正常呼吸节律的情况下做到确定时相的加压，配合患者同步在呼气末憋气暂停呼吸，保证肺部或上腹部靶区不会随呼吸运动而移动。

图6是一种附着在真空垫内的前开口充气马甲使用中的横截面轴位图：将充气马甲的两个前片1直接缝合或粘合在真空垫14上，形成组合充气马甲，真空垫14代替了充气马甲后片2。4是充气马甲的拉链，8是充气马甲的充气层，9是充气马甲的通气管，10是充气马甲通气管上连接的三通开关，11是充气马甲的三通开关上连接的一个“U”型水柱测压装置，12是充气马甲的三通开关上连接的一个双向气泵，13是充气马甲的三通开关上连接的一个压力传感器。

在上述呼吸过程中，通过压力传感器13或红外或光电传感器208可以把压力或水柱的运动变化转变为电信号或数字信号，实时记录充气马甲内气体压力的数值，从而检测呼吸运动的幅度和时相，并可以通过电信号触发、控制系统控制CT和加速器。例如，该压力传感器、光电传感器或红外传感器将压力转换为电信号或数字信号，并输出到控制系统（例如计算机），通过该控制系统控制CT和加速器的操作。

开关以及充气双向气泵12的开关都是靠电源自动控制系统控制，可以在现场也可以在机房外根据需要打开或关闭这些开关。

Claims (10)

1.一种可监测和控制呼吸运动的幅度和时相的充气马甲，其特征在于，该充气马甲包括前片、后片，前片和后片中的至少一个分内层、外层和中间的充气层，其中所述前片和后片中的至少一个由不透气的高分子材料制成，充气马甲上设有用于将充气层充气的通气管，优选地，前片分前片内层、前片外层和中间的充气层，且后片为单独一个层。

2.根据权利要求1所述的充气马甲，其特征在于，该充气马甲连接一个用于实时监测充气马甲充气层内气体的压力的测压装置。

3.根据权利要求2所述的充气马甲，其特征在于，该测压装置是集成U型管水柱测压装置，其包括底盘、连接在该底盘上的近端圆柱管和远端圆柱管、在远端圆柱管上安装的用于将压力转换成电信号或数字信号的光电传感器或红外线传感器，近端圆柱管与远端圆柱管相通并内置有水柱，近端圆柱管经由开关与设置在充气马甲上的通气管连接，远端圆柱管顶部的开口通过导管和开关与外界空气相通；优选地，该开关为三通开关，第一端口与充气马甲上的通气管连接，第二端口与近端圆柱管连接，第三端口与压力传感器连接或者流量传感器；更优选地，该开关为四通开关，第一端口与充气马甲上的通气管连接，第二端口与近端圆柱管连接，第三端口与压力传感器连接，第四端口与气泵连接。

4.根据权利要求1-3中任何一项所述的充气马甲，其特征在于，该充气马甲接一个双向气泵，通过该双向气泵根据需要定量给充气马甲充气层内充气加压或抽气减压。

5.根据权利要求1-4中任何一项所述的充气马甲，其特征在于，该不透气的高分子材料为不透气的塑料布或不透气的橡胶布或在透气的纤维布上涂布不透气涂层而形成的不透气材料。

6.根据权利要求1-5中任何一项所述的充气马甲，其特征在于，前片内层由具有弹性的厚度为1～50微米，优选5～20微米，更优选10～15微米的不透气高分子材料例如不透气的弹性氨纶泳衣面料或不透气的弹性涤纶面料制成；前片外层由弹性低或没有弹性的不透气材料例如厚度100微米～2.0毫米，优选厚度400微米～1.5毫米，更优选厚度600微米～1.0毫米的不透气塑料布或橡胶布制成。

7.根据权利要求3-6中任何一项所述的充气马甲，其特征在于，光电传感器或红外传感器将压力变化转变为电信号或数字信号，实时记录充气马甲内气体压力的数值，并通过电信号触发、控制系统控制CT和加速器的操作；优选地，开关和/或气泵通过电源自动控制系统控制，能够在现场或远处开启或关闭。

8.根据权利要求1-3中任何一项所述的充气马甲，其特征在于，该充气马甲下边为缩口。

9.根据权利要求1-3中任何一项所述的充气马甲，其特征在于，对于不透明充气马甲设置一个标记孔。

10.根据权利要求1-3中任何一项所述的充气马甲，其特征在于，该充气马甲直接将前片内层和外层缝合或粘合固定在真空垫上，该真空垫作为后片，形成组合充气马甲，或者是在体膜固定后再重新把充气马甲放在体膜下面联合使用。