CN105816948B - 一种基于磁流变液的气管插管装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于磁流变液的气管插管装置。包括气管插管装置、控制箱、显示器、人机交互设备、手术床、磁场发生器。手术床上部安置磁场发生器；控制箱内含有气缸、供气控制阀、气体加热器、气体压力流量监测元件、液压缸、供液控制阀、液体加热器、液体压力流量监测元件、气动三联件、控制器和用于供电的电源；显示器及人机交互设备安装在控制箱外部；气管插管装置由可视探头、可视探头数据线、薄膜气管导管、薄膜气管导管接头、供气接头、供液接头构成。本发明的磁流变液气管插管装置使用成本低廉、结构紧凑、可解决解剖变异患者插管问题、缩短气管插管时间、简化气管插管过程，降低患者气管插管风险。

Description

一种基于磁流变液的气管插管装置

技术领域

本发明设计医疗器械领域，特别设计一种基于磁流变液的气管插管装置。

背景技术

在手术中，医生需要给病情较重的患者进行气管插管。由于目前临床上使用的气管导管均为标准化气管导管，当碰到先天气道解剖变异或者其他疾病状态所致气道变异的患者，会增加气管插管的难度，使气管插管时间延长甚至失败，很可能会导致病人缺氧而危及病人生命。但如果使用较细气管导管，又会导致供氧不足，影响患者术后恢复。

标准气管导管会比病人气管细，无法有效贴合在病人气道黏膜上，留有空隙。术中无法解决患者胃部内容物返流进入患者气管的问题，为病人安全留下了隐患。如果使用较粗的气管导管又大大增加气管插管难度，延长插管时间，而且会严重压迫病人气管，为患者留下后遗症。

标准气管导管质地较软，即使增加其直径，也无法有效解决患者胃部内容物返流进入患者气管的问题。

磁流变液属于可控流体，属于智能材料，由高磁导率，低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮液。磁流变液在磁场作用下是可逆的，其屈服强度高、响应速度快，在较弱的磁场下可产生较大的剪切屈服强度，温度使用范围宽、抗沉降性好，使用寿命长。可由应用领域决定其具有无毒，无异味、不挥发的特点。

发明内容

本发明的目的在于在气管插管过程中，缩短插管的时间，降低困难气道患者的插管难度，减少气管插管并发症，保护患者的生命安全。

本发明针对以上目的，所采用的技术方案如下：

一种基于磁流变液的气管插管装置，包括气管插管装置、控制箱、显示器、人机交互设备、手术床、磁场发生器。手术床上部安置磁场发生器；控制箱内含有气缸、供气控制阀、气体加热器、气体压力流量监测元件、液压缸、供液控制阀、液体加热器、液体压力流量监测元件、气动三联件、控制器和用于供电的电源；显示器及人机交互设备安装在控制箱外部；气管插管装置由可视探头、可视探头数据线、薄膜气管导管、薄膜气管导管接头、供气接头、供液接头构成。

所述的液压缸容腔内充满医用磁流变液。

所述的控制器分别与供气控制阀、气体压力流量监测元件、气体加热器、供气接头、供液控制阀、液体压力流量监测元件、液体加热器、显示器、人机交互设备、可视探头数据线、磁场发生器、电源通过电路连接。

所述的供气接头内设有线圈，线圈与控制器通过电路连接。

所述的气动三联件通过管路前部接压缩气源，后部分别与供气控制阀、供液控制阀通过管路连接；供气控制阀后部通过管路依次连接气体加热器、气体压力流量监测元件、供气接头；供液控制阀后部连接气缸，气缸的活塞杆端与液压缸的活塞杆轴向刚性连接；液压缸后部通过管路依次连接液体加热器、液体压力流量监测元件、供液接头。

所述的薄膜气管导管由两种医用材质的圆柱薄膜构成；外侧薄膜材料弹性好、柔软、不易破裂，内侧薄膜的材料柔软且有韧性；两侧薄膜在头端无缝接合，末端接合在薄膜气管导管接头通液孔处。薄膜气管导管接头通液孔分别与两侧的供气接头、供液接头通过管路连接。通液孔内侧设有通气孔，其前端与薄膜气管导管连接，末端可与呼吸机连接，连接方式可以采用卡扣进行扣合连接或者螺纹连接。

所述的可视探头前端为圆弧形玻璃罩，内部含有微型高清摄像器材和光源；可视探头与可视探头数据线电连接，并且都与外部绝缘；可视探头尾端设有环形凹槽。薄膜导管可缠绕在可视探头数据线上，其头端卡合在可视探头尾端的环形凹槽内并通过胶粘连；缠绕后的薄膜导管的最后一层边界与倒数第二层通过胶粘连；所用的胶具有低粘度，无毒特性。

所述的薄膜气管导管充气后内侧薄膜直径大于可视探头直径。

所述的供气控制阀可采用若干个高速开关阀或者高速比例控制阀组成，供液控制阀可采用若干个高速开关阀或者高速比例控制阀组成。

所述的磁场发生器可产生恒定磁场，磁场场强可由医务人员控制。

所述的控制器可以采用工控机、可编程控制器。

与其他已知的气管插管装置相比，本发明具有自动化程度高、气管插管过程简便、成本低廉、结构紧凑、安装方便，具体有益效果如下：

一、本发明采用的可视探头前端为圆弧形状。由于圆弧形状没有任何棱角，在进行气管插管的时可视探头不会伤害患者柔软的气道。

二、本发明采用的可视探头包含微型高清摄像头和光源，可以直接观察患者气道，可以更好地把握导管插入深度，将薄膜气管导管送达最佳位置，可有效提高变异气道或狭窄气道气管插管的成功率。

三、本发明采用的可视探头直径较小，有利于插入患者气道内。

四、本发明设计的薄膜气管导管可以将两片薄膜间的空气抽走，使两片薄膜紧密贴合在一起，然后将薄膜缠绕在可视探头数据线上，有效减少薄膜气管导管在未工作时的直径，有利于将薄膜气管导管送入到患者气道。

五、本发明设计的薄膜气管导管缠绕后的最后一层边界与倒数第二层通过胶粘连，并且头端插入可视探头凹槽且通过胶粘连。在插管过程中，由于薄膜气管导管的最外侧不可避免的会与气管进行摩擦，摩擦力会使薄膜脱落，导致插管失败，但通过胶粘连后，薄膜气管导管间或薄膜气管导管与可视探头间的粘力会抵消外界施加的摩擦力，保证气管插管过程顺利进行。

六、本发明采用的低粘度胶可以在薄膜气管导管充气时迅速失效，不会妨碍薄膜气管导管充气，保证气管插管过程顺利实施。

七、本发明设计的薄膜气管导管充气装置利用气流的惯性小、流通速度快的特点可以使薄膜气管导管迅速充气膨胀，扩大薄膜气管导管的通流截面积，减少下一步磁流变液的注入时间，进而缩短气管插管过程时间快速开放患者气道，降低患者缺氧的风险。

八、本发明设计的薄膜气管导管的外薄膜直径稍大于患者气管直径，并且选用弹性好、柔软、不易破裂的材料。其在充气或充液状态下，可以用更好地姿势或形状贴合在患者气道黏膜上，尤其适用于各类解剖变异气道。

九、本发明设计的薄膜气管导管的内薄膜选用柔软且有韧性的材料，在充气或充液状态下能进行弯曲，适应各种气道，而又不会使薄膜气管导管管孔的尺寸过小，保证患者气流通畅。

十、本发明设计的供气接头内装有线圈，通电时会产生磁场，当充入的磁流变液漫过充气孔时，会在磁场作用下迅速变成固体，将充气孔堵上，防止磁流变液进入充气装置。

十一、本发明采用的磁流变液充满薄膜气管导管后，在外加磁场状态下以毫秒级的速度转化为固体，缩短气管插管时间，固化后的薄膜气管导管与患者气管贴合程度较高，减轻患者不适，又可以防止患者气道痉挛时压迫薄膜气管导管，导致通气不畅，而且可以防止胃部内容物返流进入患者气管。

十二、本发明采用的可视探头直径小于固化后薄膜气管导管的孔径，可以在薄膜气管导管固化后，将可视探头顺利取出，保证气流通畅。

十三、本发明设计的薄膜气管导管接头与供液接头、供气接头、呼吸装置采用扣合的方式连接，能减少设备连接时间，提高工作效率，降低患者风险。

十四、本发明采用活塞式气缸作为气管插管装置的执行元件，具有重量轻、成本低、维护简单、清洁无污染的优点。

十五、本发明采用了气流加热器和液流加热器，在充气或充液前，控制气体或液体温度与人体温度相适应，减少患者气道痉挛的风险。

十六、本发明采用的人机交互设备，可个性化针对不同患者设置与其匹配的系统参数如压力、场强等，降低患者的手术风险。

附图说明

图1是本发明的整体结构图。

图2是本发明的气管插管装置结构图。

图3是本发明的气管插管装置在气管内展开剖视图。

其中：1.气管插管装置、1-1.可视探头、1-2.可视探头数据线、1-3.薄膜气管导管、1-4.薄膜气管导管接头、1-5.供气接头、1-6.供液接头、2.控制箱、2-1.气缸、2-2.供气控制阀、2-3.气体加热器、2-4.气体压力流量监测元件、2-5.液压缸、2-6.供液控制阀、2-7.液体加热器、2-8.液体压力流量监测元件、2-9.气动三联件、2-10.控制器、2-11.电源、3.显示器、4.人机交互设备、5.手术床、6.磁场发生器。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，一种基于磁流变液的气管插管装置，包括气管插管装置1、控制箱2、显示器3、人机交互设备4、手术床5、磁场发生器6。手术床5上部安置磁场发生器6；控制箱2内含有气缸2-1、供气控制阀2-2、气体加热器2-3、气体压力流量监测元件2-4、液压缸2-5、供液控制阀2-6、液体加热器2-7、液体压力流量监测元件2-8、气动三联件2-9、控制器2-10和用于供电的电源2-11；显示器3及人机交互设备4安装在控制箱2外部；气管插管装置1由可视探头1-1、可视探头数据线1-2、薄膜气管导管1-3、薄膜气管导管接头1-4、供气接头1-5、供液接头1-6构成。

所述的液压缸2-5容腔内充满医用磁流变液。

所述的控制器2-10分别与供气控制阀2-2、气体压力流量监测元件2-4、气体加热器2-3、供气接头1-5、供液控制阀2-6、液体压力流量监测元件2-8、液体加热器2-7、显示器3、人机交互设备4、可视探头数据线1-2、磁场发生器6、电源2-11通过电路连接。

所述的供气接头1-5内设有线圈，线圈与控制器2-10通过电路连接。

所述的气动三联件2-9通过管路前部接压缩气源，后部分别与供气控制阀2-2、供液控制阀2-6通过管路连接；供气控制阀2-2后部通过管路依次连接气体加热器2-3、气体压力流量监测元件2-4、供气接头1-5；供液控制阀2-6后部连接气缸2-1，气缸2-1的活塞杆端与液压缸2-5的活塞杆轴向刚性连接；液压缸2-5后部通过管路依次连接液体加热器2-7、液体压力流量监测元件2-8、供液接头1-6。

如图2所示，所述的薄膜气管导管1-3由两种材质圆柱薄膜构成；外侧薄膜材料弹性好、柔软、不易破裂，内侧薄膜的材料柔软且有韧性；两侧薄膜在头端无缝接合，末端接合在薄膜气管导管接头1-4通液孔处。薄膜气管导管接头1-4的通液孔分别与两侧的供气接头1-5、供液接头1-6通过管路连接。通液孔内设有通气孔，其前端与薄膜气管导管1-3的内侧薄膜连接，末端与呼吸机连接，连接方式可以采用卡扣进行扣合连接或者螺纹连接。

所述的薄膜气管导管1-3气管导管可设计成不同型号。

所述的可视探头1-1前端为圆弧形玻璃罩，内部含有微型高清摄像器材和光源；可视探头1-1与可视探头数据线1-2电连接，并且都与外部绝缘；可视探头1-1尾端设有环形凹槽。薄膜导管可缠绕在可视探头数据线1-2上，其头端卡合在可视探头1-1尾端的环形凹槽内并通过胶粘连；缠绕后的薄膜导管的最后一层边界与倒数第二层通过胶粘连；所用的胶具有低粘度，无毒特性。

如图3所示，所述的薄膜气管导管1-3充气后内侧薄膜直径大于可视探头1-1直径，外侧薄膜贴合与患者气管，内侧薄膜形成气道通路。

所述的供气控制阀2-2可采用若干个高速开关阀或者高速比例控制阀组成，供液控制阀2-6可采用若干个高速开关阀或者高速比例控制阀组成。

所述的磁场发生器6可产生恒定磁场，磁场场强可由医务人员控制。

所述的控制器2-10可以采用工控机、可编程控制器2-10。

具体实施过程如下：

第一次使用前由医生将本发明启动，然后进入开机自检状态，自检成功后由显示器3和人机交互设备4提示开机成功。由医生选出适用与当前患者的薄膜气管导管1-3型号，通过薄膜气管导管接头1-4与供气接头1-5和供液接头1-6连接。在患者身体状况允许气管插管的情况下，将薄膜气管导管1-3按照手术需求经由口腔插入患者气管，同时利用可视探头1-1传回的影像探查气道状况，并将薄膜气管导管1-3送入合适位置。然后由医生通过人机交互设备4开启充液模式：首先本发明先进行薄膜气管导管1-3充气，根据气体压力流量监测元件2-4检测的数据，由控制器2-10控制供气控制阀2-2，使薄膜气管导管1-3迅速打开并达到设定的气压，此时外侧薄膜与患者气管有效贴合，内侧薄膜间形成通气管路。然后，控制器2-10关闭充气模式，开启充液模式。控制器2-10控制供液控制阀2-6向气缸2-1两腔注入压缩气体用以移动气缸2-1活塞，气缸2-1活塞的运动带动液压缸2-5活塞运动。液压缸2-5活塞运动将会变液压缸2-5容积，达到输送磁流变液的目的。此时，控制器2-10控制供气控制阀2-2逐步放气，保证薄膜气管导管1-3内的压力不变。在充满磁流变液之前，控制器2-10向供气接头1-5内的线圈供电，使其在小范围内形成磁场，当液体到达供气接头1-5通气口时迅速变为固体，堵住通气口，防止磁流变液进入供气管路。当液体压力流量监测元件2-8测定的薄膜气管导管1-3内部压力达到设定值时，停止供液，并在同一时间，关闭供气接头1-5内的线圈，开启磁场发生器6，将薄膜气管导管1-3内的磁流变液迅速变为固体，此时固化后的薄膜气管导管1-3外壁紧密贴合在患者气管，中间形成通气通道，其形式如图3所示。完成上述动作后，人机交互设备4给予医生提示，医生将可视探头1-1抽出，随后，将薄膜气管导管接头1-4与呼吸装置连接，完成插管过程。

当需要拔管时，医生通过人机交互设备4发送拔管命令，开启拔管模式。总控制器2-10关闭磁场发生器6，磁流变液会变为液体，并向供液控制器2-10发出指令，由供液控制器2-10控制气缸2-1带动液压缸2-5反向运动，形成负压抽取部分液体，降低薄膜气管导管1-3内压力，减少薄膜气管导管1-3体积，完成后给医生可以拔管提示。医生将薄膜气管导管1-3拔出。拔出后，医生发出回收磁流变液命令，由总控制器2-10控制剩余磁流变液回收。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于磁流变液的气管插管装置，其特征在于：包括气管插管装置（1）、控制箱（2）、显示器（3）、人机交互设备（4）、手术床（5）、磁场发生器（6）；手术床（5）上部安置磁场发生器（6）；控制箱（2）内含有气缸（2-1）、供气控制阀（2-2）、气体加热器（2-3）、气体压力流量监测元件（2-4）、液压缸（2-5）、供液控制阀（2-6）、液体加热器（2-7）、液体压力流量监测元件（2-8）、气动三联件（2-9）、控制器（2-10）和用于供电的电源（2-11）；显示器（3）及人机交互设备（4）安装在控制箱（2）外部；气管插管装置（1）由可视探头（1-1）、可视探头数据线（1-2）、薄膜气管导管（1-3）、薄膜气管导管接头（1-4）、供气接头（1-5）、供液接头（1-6）构成；磁流变液充满薄膜气管导管（1-3）后，在外加磁场状态下以毫秒级速度转化为固体；固化后的薄膜气管导管（1-3）紧密贴合在患者气道。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的气管插管装置，其特征在于：所述的液压缸（2-5）容腔内充满医用磁流变液。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的气管插管装置，其特征在于：所述的控制器（2-10）分别与供气控制阀（2-2）、气体压力流量监测元件（2-4）、气体加热器（2-3）、供气接头（1-5）、供液控制阀（2-6）、液体压力流量监测元件（2-8）、液体加热器（2-7）、显示器（3）、人机交互设备（4）、可视探头数据线（1-2）、磁场发生器（6）、电源（2-11）通过电路连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的气管插管装置，其特征在于：所述的气动三联件（2-9）前部通过管路接压缩气源，气动三联件（2-9）后部分别与供气控制阀（2-2）、供液控制阀（2-6）通过管路连接；供气控制阀（2-2）后部通过管路依次连接气体加热器（2-3）、气体压力流量监测元件（2-4）、供气接头（1-5）；供液控制阀（2-6）后部连接气缸（2-1），气缸（2-1）的活塞杆端与液压缸（2-5）的活塞杆轴向刚性连接；液压缸（2-5）后部通过管路依次连接液体加热器（2-7）、液体压力流量监测元件（2-8）、供液接头（1-6）。

5.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的气管插管装置，其特征在于：所述的薄膜气管导管（1-3）由两种医用材质的圆柱薄膜构成；外侧薄膜材料弹性好、柔软、不易破裂，内侧薄膜的材料柔软且有韧性；两侧薄膜在头端紧密接合，末端接合在薄膜气管导管接头（1-4）通液孔处。

6.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的气管插管装置，其特征在于：所述的薄膜气管导管接头（1-4）通液孔分别与两侧的供气接头（1-5）、供液接头（1-6）通过管路连接；通液孔内侧设有通气孔，通气孔前端与薄膜气管导管（1-3）的内侧薄膜连接，末端可与呼吸机连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的气管插管装置，其特征在于：所述的可视探头（1-1）前端为圆弧形玻璃罩，尾端设有环形凹槽。

8.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的气管插管装置，其特征在于：所述的薄膜导管缠绕在可视探头数据线（1-2）上，薄膜导管头端卡合在可视探头（1-1）尾端的环形凹槽内并通过胶粘连；缠绕后的薄膜导管的最后一层边界与倒数第二层通过胶粘连；所用的胶具有低粘度，无毒特性。

9.根据权利要求1所述的一种基于磁流变液的气管插管装置，其特征在于：所述的供气接头（1-5）内设有线圈，线圈与控制器（2-10）通过电路连接。

10.根据权利要求6所述的一种基于磁流变液的气管插管装置，其特征在于：所述的薄膜气管导管（1-3）内薄膜直径大于可视探头（1-1）直径。