CN105381570A - 一种便携式智能型呼吸训练装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种便携式智能型呼吸训练装置，包括气道，气道始端设有吹气孔，气道末端设有出气孔，出气孔处安装有压力传感器和阻力调节键，气道下方设有电路安装腔和手掌固定带，电路安装腔内设有单片机，压力传感器的输出端与单片机输入端通过A/D转换电路电连，单片机输出端与语音外放音响电连，压力传感器监测呼吸的频率及强弱，并输出微弱电压信号，该信号被采样放大并进行A/D转换，数字化后的信号由单片机进行信号分析处理、语音合成并启动语音外放音响中的语音芯片实现语音提示进行智能控制。本发明采用微电子检测及控制，能有效的监测病人呼吸的频率，时间及强弱，及时反馈通过语音提示指导病人达到科学训练的效果。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械，具体涉及一种便携式智能型呼吸训练装置及方法。
背景技术
目前,帮助病人进行强化呼吸肌肉、改善肺功能或调节人体自主神经功能等目的的呼吸训练系统，都体积偏大，价格昂贵，不能直观的、及时准确的显示训练者的呼吸实际情况，无法准确的指导训练者进行正确的训练，无法满足COPD患者常见的浅快呼吸，呼气－吸气比例失调、氧耗及能耗较高的呼吸方式。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种便携式智能型呼吸训练装置。
本发明所采用的技术方案为：一种便携式智能型呼吸训练装置，由气道和电路安装腔组成；电路安装腔位于气道下方，气道为圆柱形空心管道，气道一端设有吹气孔，另一端的端壁上设有出气孔，出气孔的管腔内壁上装有压力传感器，通过铜线自气道内腔下方内外壁之间的线路走线槽走线至电路安装腔，与电路安装腔内的单片机、电池相连；电路安装腔内的单片机分别与语音外放音响、RS-232接口，电池电连；气道末端的出气孔处设有调节出气孔内径大小的阻力簧片，阻力簧片分布于气道的管腔中，并通过连动轴与阻力调节键相连，阻力调节键位于出气孔端的气道外壁上。
进一步的，气道与电路安装腔为一体式结构。
进一步的，吹气孔为吹气管内的孔，吹气管与气道连接呈一整体性结构，吹气管内径15mm，吹气管外壁与另行配置的硅胶咬嘴套连接，长度10mm。
进一步的，压力传感器的输出端与单片机输入端通过A/D转换电路电连，单片机输出端与语音外放音响电连。
进一步的，单片机输出端通过RS-232接口与上位电脑图像显示终端连接。
一种采用上述装置进行便携式智能型呼吸训练的方法，具体包括以下步骤，
A.便携者使用时，呼出的气体从左侧吹气孔进入管道，在出气孔内壁的压力感受器得到该气体的呼出压力，压力感受器输出微弱电压信号，该信号通过气道腔下方内外壁之间的数据线传递至单片机；
B.单片机将信号采样放大并进行A/D转换，数字化后的信号由单片机进行信号分析处理，并将结果进行3种分类，通过语音外放音响实现智能语音提示操作阻力调节键：一种情况是，呼气压力达不到最低阈值要求，由单片机启动语音提示芯片，实现语音提示“请平稳用力呼气”；第二种情况是，呼气压力超过最低阈值要求但未达到正常值，由单片机启动语音提示芯片，实现语音提示“请按压阻力调节键1次，然后平稳呼气”；第三种情况是，呼气压力达到正常值，但未达到最高阈值要求，由单片机启动语音提示芯片，实现语音提示“请按压阻力调节键2次，然后平稳呼气”。
进一步的，或者与电脑联机使用，将数据线的一端与电路安装腔上单片机的RS-232接口相连接，数据线另一端接电脑，打开电脑上相应软件，单片机输出端通过RS-232接口与上位电脑图像显示终端连接，单片机与上位电脑通信，单片机进行信号分析处理后将信号图像显示于电脑上，通过电脑图像显示监测呼吸频率、气体气流速度、呼气压力，根据监测值情况，对呼吸情况进行语音智能反馈指导。
本发明的有益效果为：本发明的便携式呼吸训练装置，智能呼吸训练装置采用微电子检测及控制，能有效的监测病人呼吸的频率，时间及强弱，及时反馈通过语音提示指导病人优化系统科学训练效果；用于改善缓解期COPD患者肺功能，改善其缺氧症状，提高患者的生活质量，克服了COPD患者常见的浅快呼吸，呼气－吸气比例失调等效率低下、氧耗及能耗较高的呼吸方式，训练患者正确的呼吸方式，并通过改变呼气管径大小控制呼气阻力以提升气管内压力，防止小气道过早闭合，有利于肺残气量排出，增加潮气量，改善通气功能，缓解患者缺氧症状。利用微型传感装置对患者的呼气流速、气压、呼气时间、呼吸频率等进行实时检测，使训练过程做到具体、量化，具有科学性、安全性，并根据患者呼气时间、流速，呼吸频率异常情况，给予反馈、通过听觉、视觉刺激提示命患者纠正异常的呼吸模式，可主动改善缺O2和CO2潴留。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的图1中C部分示意图；
图3是本发明的控制系统示意图。
图中：A.气道；B.电路安装腔；1.吹气孔；2.出气孔；3.压力传感器；4.线路走线槽；5.单片机；6.电池安装腔；7.语音外放音响；8.RS-232接口；9.阻力簧片；10.阻力调节键。
具体实施方式
如图1、2所示，本发明提供了一种便携式智能型呼吸训练装置，智能呼吸机系统是由手持型或腹带型和上位电脑组成。既可使用手持式单机，也可与电脑联机使用。
如图1所示，手持式呼吸装置由气道(图1中A部分)和电路安装腔(图1中B部分)两大部分构成。气道(图1中A部分)与电路安装腔(图1中B部分)为一体式结构，电路安装腔位于气道下方。气道为长150mm、内径20mm、管壁厚3mm的圆柱形空心管道。管道左侧为吹气孔1，右侧为出气孔2。吹气孔1自左侧连接于气道，与气道呈一整体性结构，吹气孔与气道相连处，管内径15mm，吹气孔外壁可与另行配置的硅胶咬嘴套连接，长度10mm。出气孔2位于气道右侧，与气道呈一整体性结构，连接气道端管内直径15mm，在气道端内壁上装有压力传感器3，通过铜线自气道腔下方内外壁之间的线路走线槽4走线至电路安装腔，与腔内单片机5、电池安装腔6相连。出气孔终末端管内直径20mm，内外径间的管腔中设置阻力簧片9，阻力簧片9分布于管腔中见图1中C部分9’与9”之间，并通过连动轴与阻力调节键10相连，阻力调节键10位于气道出气孔端，距出气孔终末端10mm处，通过按压阻力调节键可带动连动轴以控制阻力簧片9，设3个档位，按压第1次，阻力簧片9向管径内靠拢2mm，即气道管径11mm；按压第2次，阻力簧片9向管径内靠拢4mm，即气道管径7mm；按压第3次，阻力簧片复位，即气道管径15mm。电路安装腔位于气道下方，长110mm，其中30mm与气道下方连接为一体，80mm安装腔与气道间留有40mm高间隙，为手持空间，电路安装腔内设置有来源于压力感受器3处电源线，终端连接于电路安装腔中单片机5，单片机分别于左侧连接语音外放音响7、RS-232接口8。电路安装腔右侧设干电池安装腔6。
便携式使用时，当呼出的气体从左侧吹气孔1进入管道，在出气孔2内壁的压力感受器3得到该气体的呼出压力，压力感受器输出微弱电压信号，该信号通过气道腔下方内外壁之间的数据线4传递至单片机5，单片机将信号采样放大并进行A/D转换，数字化后的信号由单片机进行信号分析处理，并将结果进行3种分类，通过语音外放音响7实现智能反馈。一种情况是，呼气压力达不到最低阈值要求，由单片机启动语音提示芯片，实现语音提示“请平稳用力呼气”；第二种情况是，呼气压力超过最低阈值要求但未达到正常值，由单片机启动语音提示芯片，实现语音提示“请按压阻力调节键1次，然后平稳呼气”；第三种情况是，呼气压力达到正常值，但未达到最高阈值要求，由单片机启动语音提示芯片，实现语音提示“请按压阻力调节键2次，然后平稳呼气”。以上电力供应由电路安装腔中的干电池提供。
与电脑联机使用时，将数据线的一端与电路安装腔上的RS-232接口8相连接，数据线另一端接电脑。打开电脑上相应软件，单片机输出端通过RS-232接口与上位电脑图像显示终端连接，单片机与上位电脑通信，单片机进行信号分析处理后将信号图像显示于电脑上。可监测呼吸频率、气体气流速度、呼气压力，根据监测值情况，实现实时监测，并对呼吸情况进行语音智能反馈指导。在进行抗阻呼吸训练时，先有语音提示，“请按压阻力调节键1次，然后平稳呼气”或“请按压阻力调节键2次，然后平稳呼气”，此时电脑上图像显示呼吸曲线，分为3类情况。当呼气频率达到正常阈值，电脑上图像显示为呼吸曲线节律整齐，波幅宽窄一致、高低一致，语音反馈“请维持目前呼吸状态”；当呼气急切而不平稳，电脑上图像显示为呼吸曲线节律不等、波幅宽窄不一，语音反馈“请保持平稳呼气”，并按照正常节奏提示“吸气”、“呼气”以稳定控制呼吸节律；当呼气压力达不到最低阈值要求，电脑上图像显示为呼吸曲线波幅低平，语音提示“请平稳用力呼气”。
使用时，针对COPD的发病机制以及患者的换气情况，通过改变管径大小控制呼气阻力。增加呼气阻力的目的是提升气管内压力，使等压点移向中央大气道，防止小气道过早闭合，有利于肺残气量排出，增加潮气量，改善通气功能。另外，针对COPD患者由于浅快呼吸导致呼吸深度不足而影响通气和换气功能，造成PaO2降低，PaCO2增高，为了纠正缺O2和CO2潴留的现象，在装置中安装传感设备，将测得的气流速度电信号放大后转换为数字信号，经过CPU处理，判断气流速度是否在预先设定的正常范围内，一旦气流速度过快、呼吸频率过高或者呼气时间过短会有声音提示，采用此种负反馈的方式，使用量化的指标、规范的方法促使患者自主调整呼吸提高肺功能。
当病人手持智能训练机呼吸时，压力传感器监测呼吸的频率，强弱，并输出微弱电压信号，该信号被采样放大并进行A/D转换，数字化后的信号由单片机进行信号分析处理，语音合成并启动语音芯片实现语音提示，实现了智能控制与语音提示。当与电脑联机使用时，单片机与上位电脑通信，通过图像显示，模拟病人呼吸实际情况，更加直观的指导病人进行科学有效的系统训练。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种便携式智能型呼吸训练装置，其特征在于：由气道和电路安装腔组成；电路安装腔位于气道下方，气道为圆柱形空心管道，气道一端设有吹气孔(1)，另一端的端壁上设有出气孔(2)，出气孔(2)的管腔内壁上装有压力传感器(3)，通过铜线自气道内腔下方内外壁之间的线路走线槽(4)走线至电路安装腔，与电路安装腔内的单片机(5)、电池相连；电路安装腔内的单片机(5)分别与语音外放音响(7)、RS-232接口(8)，电池电连；气道末端的出气孔处设有调节出气孔内径大小的阻力簧片(9)，阻力簧片分布于气道的管腔中，并通过连动轴与阻力调节键相连，阻力调节键(10)位于出气孔端的气道外壁上。
2.根据权利要求1所述的一种便携式智能型呼吸训练装置，其特征在于：气道与电路安装腔为一体式结构。
3.根据权利要求1所述的一种便携式智能型呼吸训练装置，其特征在于：吹气孔为吹气管内的孔，吹气管与气道连接呈一整体性结构，吹气管内径15mm，吹气管外壁与另行配置的硅胶咬嘴套连接，长度10mm。
4.根据权利要求1所述的一种便携式智能型呼吸训练装置，其特征在于：压力传感器的输出端与单片机输入端通过A/D转换电路电连，单片机输出端与语音外放音响电连。
5.根据权利要求1所述的一种便携式智能型呼吸训练装置，其特征在于：单片机输出端通过RS-232接口与上位电脑图像显示终端连接。
6.一种根据权利要求1所述的装置进行便携式智能型呼吸训练的方法，其特征在于：具体包括以下步骤，
A.便携者使用时，当呼出的气体从左侧吹气孔(1)进入管道，在出气孔(2)内壁的压力感受器(3)得到该气体的呼出压力，压力感受器输出微弱电压信号，该信号通过气道腔下方内外壁之间的数据线(4)传递至单片机(5)；
B.单片机将信号采样放大并进行A/D转换，数字化后的信号由单片机进行信号分析处理，并将结果进行3种分类，通过语音外放音响(7)实现智能语音提示操作阻力调节键：一种情况是，呼气压力达不到最低阈值要求，由单片机启动语音提示芯片，实现语音提示“请平稳用力呼气”；第二种情况是，呼气压力超过最低阈值要求但未达到正常值，由单片机启动语音提示芯片，实现语音提示“请按压阻力调节键1次，然后平稳呼气”；第三种情况是，呼气压力达到正常值，但未达到最高阈值要求，由单片机启动语音提示芯片，实现语音提示“请按压阻力调节键2次，然后平稳呼气”。
7.一种根据权利要求6所述的便携式智能型呼吸训练的方法，其特征在于：还包括与电脑联机使用，将数据线的一端与电路安装腔上单片机(5)的RS-232接口相连接，数据线另一端接电脑，打开电脑上相应软件，单片机输出端通过RS-232接口与上位电脑图像显示终端连接，单片机与上位电脑通信，单片机进行信号分析处理后将信号图像显示于电脑上，通过电脑图像显示监测呼吸频率、气体气流速度、呼气压力，根据监测值情况，对呼吸情况进行语音智能反馈指导。
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