CN107582345B - 一种超声直线电机驱动的体外反搏执行装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超声直线电机驱动的体外反搏执行装置，包括：超声直线电机；硬性推板，硬性推板与超声直线电机相接触，对使用者肢体施加压力；电机控制器，与超声直线电机相连，接收控制信号控制超声直线电机驱动硬性推板；在一个心脏起搏周期，电机控制器接收的控制信号依次为超声直线电机的上推信号、保持信号和释放信号。在保持信号期间，超声直线电机可断电自锁，不需要供电。本发明不需要气泵、电磁阀和连接管路，具有体积小、肢体各部分施加的压力可分别控制、压力控制精度高、能精确控制反搏时间、施压响应时间短、无噪声、节能、使用寿命长的特点。该装置可用于缺血性心血管疾病的反搏治疗，床边抢救和保健康复。

Description

一种超声直线电机驱动的体外反搏执行装置

技术领域

本发明涉及一种医疗设备，尤其是一种超声直线电机驱动的体外反搏执行装置。

背景技术

在众多影响人类健康的疾病中，心脑血管疾病是人类的主要杀手。随着人口老龄化趋势的加剧，预防和治疗心脑血管疾病已经成为重要课题。传统针对心脑血管疾病的主要治疗方法有药物治疗、手术治疗等，尽管此类方法效果比较显著，但存在耐药、赖药的困境、或是手术的介入性创伤等风险。

1953年哈佛大学教授Kantrowitz提出体外反搏理论，其后在以郑振声教授为代表学者的不断推动下，体外反搏装置日趋完善，反搏效果显著。其工作原理为:在心脏舒张期，对小腿、大腿和臀部以大约0.03MPa的压强进行序贯挤压，增加血液回流，改善血液循环；在动脉瓣关闭之前，快速完全地释放压力，不影响心脏收缩期的正常血流。相较于传统的药物及手术治疗，该方法开创了一种非介入、安全有效、无副作用的治疗方案。大量临床研究结果表明，体外反搏能有效减轻心绞痛，治疗慢性心衰竭、冠心病等多种疾病，并且被证明为能有效保护心脏功能，提高生命质量。

目前市面上仅有的体外反搏执行装置以及大部分美国专利及相关科研成果，使用的是气囊式反搏装置。该装置由气缸向包裹在腿部的气囊充气产生压力来完成反搏动作。气囊充放气动作由输气管道上的电磁阀直接控制，由心电监测的R波直接触发。该装置结构原理简单，易于控制。但是该装置的不足之处也显而易见，气动装置体积较大、反搏压力无法精确控制、肢体不同部位的压力不能单独控制，气泵和电磁阀在工作的时候噪声较大，会引起震动，电磁阀寿命较短等。

为了克服气动装置的问题，许多学者提出了自己的改进方案。中国发明专利200910105958.6提出了一种基于椭圆形转子的体外反搏执行装置，电机带动椭圆转子旋转时会对推板形成交替的力作用，从而完成挤压和释放。该装置结构原理简单，体积小，噪声小，但是缺点在于反搏压力和时刻无法精确控制。由于挤压程度无法调整，所以输出的反搏压力无法调整。另外电机启动需要一段相应时间，反搏的时刻无法精确掌控。中国发明专利201010117395.0提出了一种基于电磁铁的执行装置，电磁铁的吸和与释放会对腿部形成交替力的作用，从而完成挤压和释放。该装置结构简单，设备少，能精确控制反搏时间。但其不足在于电磁铁的有效行程较短，不便于控制反搏压力，另外机器运行时会产生较大的电磁干扰。中国发明专利200910107880.1提出了一种基于滚珠丝杠的直线动作装置，配以压力传感器，反馈实时压力。其优势在于噪声小，能够较精确的控制反搏压力。但缺点也很明显，反搏装置穿戴格外复杂，而且包裹腿部的水袋容易破裂造成不便。

1999年，日本学者Kurosawa提出了一种基于V形直线型大推力超声电机，其关键部件是一组兰杰文振子。当电机工作时，两个对称的兰杰文振子工作于反对称模态，前端盖作椭圆运动，与滑条端面产生摩擦力的作用，推动滑条直线运动。超声直线电机具有动作相应快，能够精确控制运动位置，断电后能够锁定当前位置，无噪声，装置寿命长等优势。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种体积小、压力控制精度高、肢体各部位可分别施压、施压响应时间短、无噪声、节能、使用寿命长的体外反搏执行装置。

为实现上述目的，本发明提供了一种超声直线电机驱动的体外反搏执行装置，包括：

超声直线电机；

硬性推板，所述硬性推板与所述超声直线电机相接触，对使用者肢体施加压力；

电机控制器，与所述超声直线电机相连，接收控制信号控制所述超声直线电机驱动所述硬性推板；

在一个心脏起搏周期，所述电机控制器接收的控制信号依次为超声直线电机的上推信号、保持信号和释放信号。

在优选的实施方式中，还包括微处理器，所述微处理器包括A/D转换模块和主控器，用于向所述电机控制器发送控制信号。

在优选的实施方式中，还包括：心电信号传感器，与所述微处理器相连，使用时穿戴在使用者身上，所述心电信号传感器检测到R波到来时，所述微处理器经一定延迟时间后向电机控制器发送所述上推信号；压力传感器，所述压力传感器设于所述硬性推板与使用者肢体之间，实时的测量硬性推板的压力，当压力到达压力指定值时，微处理器向电机控制器发送所述保持信号，超声直线电机可断电保持压力，当压力保持一定的时间后，微处理器向电机控制器发送所述释放信号。

在优选的实施方式中，还包括：指脉传感器，所述指脉传感器与所述微处理器相连，使用时穿戴在使用者身上，用于采集指脉波的变化数据，该数据经微处理器转换和运算处理后，确定触发保持信号的所述压力指定值和触发上推信号的所述延迟时间。

在优选的实施方式中，所述硬性推板的水平位置设有定位轴承。

在优选的实施方式中，还包括绑带，用于固定使用者肢体，所述绑带的长度是可调节的。

在优选的实施方式中，在硬性推板与使用者肢体接触的一侧设有柔性介质层。

在优选的实施方式中，柔性介质层为气囊、液囊、橡胶或棉织品。

在优选的实施方式中，还包括电机支架，用于固定所述超声直线电机。

在优选的实施方式中，所述微处理器的主控器设有网络接口，用于连接互联网进行数据交互，可实现远程监控。

上述超声直线电机驱动的体外反搏执行装置采用超声直线电机作为硬性推板的动力来源作为反搏，由于超声直线电机体积小、响应快、无噪声，超声直线电机具有断电自锁的特性，所以超声直线电机仅需在上推信号和释放信号时供电，在保持信号时无需供电，使得该执行装置具有体积小、响应时间短、无噪声、节能、使用寿命长等特点，可以克服现有技术的不足。

进一步地，所述超声直线电机驱动的体外反搏执行装置，还包括微处理器，由于该微处理器是在接收来自心电信号传感器、指脉传感器和压力传感器的数据并进行运算处理后再向电机控制器发送控制信号。心电信号传感器检测到R波到来时，所述微处理器经一定延迟时间后向电机控制器发送所述上推信号，压力传感器实时的测量硬性推板的压力，当压力到达压力指定值时，微处理器向电机控制器发送所述保持信号，当压力保持一定的时间后，微处理器向电机控制器发送所述释放信号。指脉传感器用于观测指脉波的变化，经微处理器运算处理后确定所述压力指定值和所述延迟时间。所以使得该执行装置具有精确控制反搏时间和压力控制精度高的特点，达到更好的反博效果。

进一步地，所述超声直线电机驱动的体外反搏执行装置的主控器具有网络接口，可以连接互联网进行数据交互，其意义在于可以将患者的健康数据以及反搏参数进行上传，供医生远程监控。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明一较佳实施例的执行装置结构图；

图2是本发明一较佳实施例的在心脏舒张期执行装置工作状态图；

图3是本发明一较佳实施例的在心脏收缩期执行装置工作状态图；

图4是本发明一较佳实施例的执行装置控制信号流向图；

其中，1、肢体，2、绑带，3、电机机架，4、电机支架，5、超声直线电机，6、硬性推板，7、柔性介质层，8、压力传感器。

如图1，图2和图3所示，一种超声直线电机驱动的体外反搏执行装置的实施方式。如图1所示，将肢体1放在硬性推板6上，硬性推板6包裹住肢体1，硬性推板6位于底部，肢体未被挤压。如图2所示，在心脏舒张期，电机控制器接收到上推信号后，控制超声直线电机5驱动硬性推板6迅速上升挤压肢体，当电机控制器接收到保持信号后，迅速切断超声直线电机5的电源，由于超声直线电机5具有断电自锁的特性，硬性推板6将锁定在当前位置。如图3所示，在心脏收缩期开始前，当电机控制器接收到释放信号，迅速接通超声直线电机5的电源，电机控制器控制超声直线电机5驱动硬性推板6迅速下移，硬性推板6回到底部，上述过程即完成了一个起搏周期。为了改善使用者的舒适度，在硬性推板6和肢体1之间设有柔性介质层，该柔性介质层为气囊、液囊、橡胶或棉织品。为了防止肢体被硬性推板挤压时发生移位，该执行装置还设有绑带，用于固定使用者肢体，绑带的长度的是可调节的，以适应不同身材使用者的需求。为了将硬性推板6的水平位置精确固定，防止出现左右方向的位移，以保证超声直线电机5的预压力不会变小，可用定位轴承进行固定。进一步地，电机支架4为超声直线电机5提供预压力，以保证超声电机5能够输出足够的推力。因为肢体不同部位，超声直线电机驱动的体外反搏执行装置可分别控制，超声直线电机驱动的体外反搏装置可以针对不同患者的需要提供不同辅助压力方式。

如图4所示，是本发明所述的超声直线电机驱动的体外反搏执行装置的控制信号流向图。当心电传感器检测到R波之后，微处理器经一定延迟时间后向电机控制器发送上推信号，超声直线电机5驱动硬性推板6迅速上升挤压肢体，使得硬性推板6的压力达到压力指定值后，微处理器向电机控制器发送保持信号，然后迅速切断超声直线电机5的电源。微处理器内部开始计时，经过一定时间后向电机控制器发送释放信号，超声直线电机5驱动硬性推板6迅速下移，硬性推板6回到底部，上述过程即完成了一个起搏周期。为了进一步确定触发保持信号的压力指定值和微处理器发送上升信号的延迟时间，该执行装置还包括指脉传感器，用于收集指脉波的变化数据，该数据经微处理器运算处理后确定所述压力指定值和所述延迟时间。进一步地，该执行装置的主控器具有网络接口，可以连接互联网进行数据交互。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。对于本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种超声直线电机驱动的体外反搏执行装置，其特征在于，包括：超声直线电机、硬性推板、电机控制器、压力传感器、微处理器、心电信号传感器和指脉传感器；

所述硬性推板与所述超声直线电机相接触，对使用者肢体施加压力；

所述电机控制器与所述超声直线电机相连，接收控制信号控制所述超声直线电机驱动所述硬性推板；

在一个心脏起搏周期，所述电机控制器接收的控制信号依次为所述超声直线电机的上推信号、保持信号和释放信号；

所述压力传感器设于所述硬性推板与使用者肢体之间，实时测量硬性推板的压力，当压力到达压力指定值时，所述微处理器向所述电机控制器发送所述保持信号，所述超声直线电机断电保持压力，经过一段设定的时间后，所述微处理器向所述电机控制器发送所述释放信号；

所述微处理器包括A/D转换模块和主控器，所述A/D转换模块用于接收和转换采集到的数据，所述主控器对所述A/D转换模块转换的数据进行运算处理后向所述电机控制器发送控制信号；

所述心电信号传感器与所述微处理器相连，使用时穿戴在使用者身上，所述心电信号传感器检测到R波到来时，所述微处理器经一定延迟时间后向电机控制器发送所述上推信号；

所述指脉传感器与所述微处理器相连，用于采集指脉波的变化数据，所述数据经微处理器转换和运算处理后，确定触发保持信号的所述压力指定值和触发上推信号的所述延迟时间。

2.如权利要求1所述的超声直线电机驱动的体外反搏执行装置，其特征在于，所述硬性推板的水平位置设有定位轴承。

3.如权利要求1所述的超声直线电机驱动的体外反搏执行装置，其特征在于，还包括绑带，用于固定使用者肢体，所述绑带的长度是可调节的。

4.如权利要求1所述的超声直线电机驱动的体外反搏执行装置，其特征在于，在所述硬性推板与使用者肢体接触的一侧设有柔性介质层。

5.如权利要求4所述的超声直线电机驱动的体外反搏执行装置，其特征在于，所述柔性介质层为气囊、液囊、橡胶或棉织品。

6.如权利要求1所述的超声直线电机驱动的体外反搏执行装置，其特征在于，还包括电机支架，用于固定所述超声直线电机。

7.如权利要求1所述的超声直线电机驱动的体外反搏执行装置，其特征在于，所述微处理器的主控器上设有网络接口，用于连接互联网进行数据交互。

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