CN107802993B - 一种基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统，包括控制器，与所述控制器连接的电磁换向阀、流量传感器，以及通过放大电路与所述控制器连接的电极；所述电磁换向阀一路通过所述流量传感器连通至气道接口；另外两路分别连通有压力比例调节阀A、压力比例调节阀B，并且所述电磁换向阀在两路中进行切换选择；所述压力比例调节阀A与医用正压气源相连；所述压力比例调节阀B与医用负压气源相连。本发明主要用于机械通气撤机困难的病人，通过检测其呼吸肌电信号来感知肺康复训练过程的病人耐受度，智能调节康复训练过程中的呼吸气流的压力与流量，提高人际协调度，避免人机对抗以及肺部损伤，促进自主呼吸能力的恢复。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，更具体的说是涉及一种基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统。
背景技术
机械通气是临床抢救和治疗呼吸衰竭患者的重要手段，广泛应用于各种临床科室的急救和重症监护病房中。但是，长期的机械通气会使患者呼吸肌肉萎缩，呼吸功能下降，导致呼吸机依赖，造成撤机困难，医护工作强度增加、医疗成本增加，病死率升高。
现有的呼吸机不具有肺康复训练的功能。目前，为了锻炼机械通气患者的呼吸功能，常采取的方法是医生根据自己的经验，降低机械通气的强度，增加患者呼吸的负荷。该方法无法参考患者的实际耐受度，容易造成人机对抗，导致肺损伤，不利于患者的康复。
因此，为了保证患者安全、高效呼吸，降低肺损伤的发生风险，如何提供一种安全、高效、智能，促进自主呼吸能力恢复的肺康复训练系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统，通过检测呼吸肌电信号来感知肺康复训练过程的患者耐受度，智能调节康复训练过程中的呼吸气流的压力与流量，提高人机协调度，避免人机对抗以及肺部损伤，促进自主呼吸能力的恢复，具有很好的推广前景。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统，包括控制器，其特征在于：还包括与所述控制器连接的电磁换向阀、流量传感器，以及通过放大电路与所述控制器连接的电极；所述电极用于检测呼吸肌电信号；所述放大电路用于放大电极检测到的呼吸肌电信号；
其中所述电磁换向阀一路通过所述流量传感器连通至气道接口；另外两路分别连通有压力比例调节阀A、压力比例调节阀B，并且所述电磁换向阀在两路中进行切换选择；所述气道接口用于与患者的呼吸系统相连接，连通方式采用如面罩或者气道插管等；所述电磁换向阀通过与压力比例调节阀A、压力比例调节阀B相连通的两路之间的切换实现不同功能及不同强度的肺康复训练动作。
所述压力比例调节阀A与医用正压气源相连；所述压力比例调节阀B与医用负压气源相连。所述医用正压气源和所述医用负压气源可以是液氧，也可以是高压氧气瓶。
优选的，所述基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统中，所述压力比例调节阀A与所述医用正压气源的连通处连接有压力传感器A，所述压力传感器A将检测的压力信号传输至所述控制器。
优选的，所述基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统中，所述控制器与所述气道接口之间连接有压力传感器B。
优选的，所述基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统中，所述压力比例调节阀B与所述医用负压气源的连通处连接有压力传感器C，所述压力传感器C将检测的压力信号传输至所述控制器。
优选的，所述基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统中，所述气道接口的入口处还连通有集痰装置，并用于存储咳嗽出来的分泌物
优选的，所述基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统中，所述电磁换向阀与所述压力比例调节阀B相连通的一端还通过单向阀连通至外部大气。用于实现患者呼出气体的排放。
优选的，所述基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统中，所述压力比例调节阀A和所述压力比例调节阀B均与所述控制器电连接。
优选的，所述基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统中，所述控制器还电连接有按钮组件和显示屏。控制器主要用于根据呼吸肌电信号，采用智能算法(如神经网络、模糊、专家，等智能算法)，提取出患者呼吸要开始咳嗽的信号特征，并量化患者呼吸做功强度，并在显示器上显示患者开始呼吸动作的时刻，以及呼吸做功的强度，以及系统的其它信息，如：所述压力传感器A、所述压力传感器B、所述压力传感器C和所述流量传感器的数值、所述电磁换向阀状态等；按钮组件主要用于设置系统的相关参数
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提出的一种基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统通过检测呼吸肌电信号来感知肺康复训练过程的患者耐受度，智能调节康复训练过程中的呼吸气流的压力与流量，提高人际协调度，避免人机对抗以及肺部损伤，促进自主呼吸能力的恢复，实现多功能、多强度训练方案选择，具有很好的推广前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统的结构图。
在图中：
1为按钮组件、2为控制器、3为显示屏、4为放大电路、5为电极、6为压力传感器A、7为压力传感器B、8为医用正压气源、9为压力比例调节阀A、10为电磁换向阀、11为流量传感器、12为气道接口、13为医用负压气源、14为压力传感器C、15为压力比例调节阀B、16为大气、17为单向阀、18为集痰装置。
具体实施方式
下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照附图1，本发明提供了一种基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统，包括控制器2，其特征在于：还包括与控制器2连接的电磁换向阀10、流量传感器11，以及通过放大电路4与控制器2连接的电极5；
其中电磁换向阀10一路通过流量传感器11连通至气道接口12；另外两路分别连通有压力比例调节阀A9、压力比例调节阀B15，并且电磁换向阀10在两路中进行切换选择；
本发明提供的肺康复训练系统可以实现高强度和低强度肺康复训练过程，可通过控制器2控制电磁换向阀10在医用正压气源8和医用负压气源13的两个支路间的切换，达到了两种不同训练强度的自由选择的目的，使患者可以依据自身病情和恢复情况选择康复训练强度。并且控制器2可以根据呼吸肌电信号，采用智能算法，如神经网络、模糊、专家，等智能算法，提取出患者咳嗽要开始咳嗽的信号特征，并量化患者预期的咳嗽强度。
本发明提供的肺康复训练系统不仅可以达到恢复训练的技术效果，同时还可以作为机械通气的呼吸机使用。由于肺康复训练是周期性的，间断的训练过程，因此，在患者进行训练之外的时间还需要通过呼吸机辅助呼吸，以缓解训练负荷。本发明通过电磁换向阀10和压力比例调节阀B15的配合可以达到这一目的。
压力比例调节阀A9与医用正压气源8相连；压力比例调节阀B15与医用负压气源13相连。
需要说明的是，流量传感器11对患者呼吸流量的测量采用差压式流量计的测量原理：即，基于流体的机械能相互转换的原理。在水平管道中流动的流体，具有动压能和静压能(位能相等)，在一定条件下，这两种形式的能量可以相互转换，但能量总和不变。差压流量计的通用计算公式如下所示，由式(1)推导可得到式(2)。
式中Q代表流量，△P代表差压，ρ代表流体密度，K是仪表系数，通过测试来标定得到。
为了进一步优化上述技术方案，压力比例调节阀A9与医用正压气源8的连通处连接有压力传感器A6，压力传感器A6将检测的压力信号传输至控制器2。
为了进一步优化上述技术方案，控制器2与气道接口12之间连接有压力传感器B7。
为了进一步优化上述技术方案，压力比例调节阀B15与医用负压气源13的连通处连接有压力传感器C14，压力传感器C14将检测的压力信号传输至控制器2。
为了进一步优化上述技术方案，气道接口12的入口处还连通有集痰装置18。
为了进一步优化上述技术方案，电磁换向阀10与压力比例调节阀B15相连通的一端还通过单向阀17连通至外部大气16。
为了进一步优化上述技术方案，压力比例调节阀A9和压力比例调节阀B15均与控制器2电连接。
为了进一步优化上述技术方案，基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统中，控制器2还电连接有按钮组件1和显示屏3。
下面对本发明的工作原理进行详细说明：
在肺康复训练过程中，控制器2控制压力比例调节阀A9、压力比例调节阀B15的输出压力。
其中，在低强度训练时，吸气过程为：电磁换向阀10置上位，控制器2根据呼吸肌电信号实时调节压力比例调节阀A9的输出压力，适当降低输出的压力，但仍需保证经压力比例调节阀A9调节后的管路中的气压高于大气压，协助患者的吸气过程，将医用正压气源中的气体送入患者肺部。呼气过程为：电磁换向阀10置下位，控制器2根据呼吸肌电信号实时调节压力比例调节阀B15的输出压力，并控制输出的压力低于大气压，协助患者将呼出的气体经流量传感器11、单向阀17排出至外部大气16中。本发明在低强度的训练过程中，电磁换向阀10处于频繁切换状态，且通过控制器2对患者呼吸肌信号的检测，保证切换频率与患者呼吸频率同步。
在高强度训练时，电磁换向阀10置下位，吸气过程为：控制器2根据呼吸肌电信号实时调节压力比例调节阀B15的输出压力，并控制输出的压力低于或等于大气压，当输出的压力等于大气压时，促使患者自主吸气；当输出的压力低于大气压时，患者克服管路中的低气压带来的阻力进行吸气，加大吸气负荷，协助患者肺吸气能力的锻炼。呼气过程无需切换电磁换向阀10的位置，同样将患者将呼出的气体经流量传感器11、单向阀17排出至外部大气16中。本发明在高强度的训练过程中，电磁换向阀10一直置于下位，呼吸过程无需进行切换。
在肺康复训练间隙的机械通气过程中，控制器2根据电极5检测的呼吸肌电信号、流量传感器11和压力传感器B7检测到的呼吸气流流量、压力控制电磁换向阀10的位置以及压力比例调节阀A9的输出压力。当患者需要吸气时，电磁换向阀10置上位，压力比例调节阀A9输出的空气经电磁换向阀10、流量传感器11供给患者，此状态时向患者肺部通气气压大于低强度训练时的同期气压；患者需要呼气时，压力比例调节阀A9处于闭合状态，换向阀10置下位，患者呼出的空气经流量传感器11、电磁换向阀10、单向阀17流向大气16，参见附图1。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统，包括控制器(2)，其特征在于：还包括与所述控制器(2)连接的电磁换向阀(10)、流量传感器(11)，以及通过放大电路(4)与所述控制器(2)连接的电极(5)；
其中所述电磁换向阀(10)一路通过所述流量传感器(11)连通至气道接口(12)；另外两路分别连通有压力比例调节阀A(9)、压力比例调节阀B(15)，并且所述电磁换向阀(10)在两路中进行切换选择，包括高强度和低强度两种不同训练强度的肺康复训练，训练过程如下：
在低强度训练时，吸气过程为：电磁换向阀(10)置上位，控制器(2)根据呼吸肌电信号实时调节压力比例调节阀A(9)的输出压力；呼气过程为：电磁换向阀(10)置下位，控制器(2)根据呼吸肌电信号实时调节压力比例调节阀B(15)的输出压力；
在高强度训练时，电磁换向阀(10)置下位，吸气过程为：控制器(2)根据呼吸肌电信号实时调节压力比例调节阀B(15)的输出压力；呼气过程无需切换电磁换向阀(10)的位置；
所述压力比例调节阀A(9)与医用正压气源(8)相连；所述压力比例调节阀B(15)与医用负压气源(13)相连。
2.根据权利要求1所述的基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统，其特征在于，所述压力比例调节阀A(9)与所述医用正压气源(8)的连通处连接有压力传感器A(6)，所述压力传感器A(6)将检测的压力信号传输至所述控制器(2)。
3.根据权利要求1所述的基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统，其特征在于，所述控制器(2)与所述气道接口(12)之间连接有压力传感器B(7)。
4.根据权利要求1所述的基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统，其特征在于，所述压力比例调节阀B(15)与所述医用负压气源(13)的连通处连接有压力传感器C(14)，所述压力传感器C(14)将检测的压力信号传输至所述控制器(2)。
5.根据权利要求1所述的基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统，其特征在于，所述气道接口(12)的入口处还连通有集痰装置(18)。
6.根据权利要求1所述的基于呼吸肌电信号反馈的肺康复训练系统，其特征在于，所述电磁换向阀(10)与所述压力比例调节阀B(15)相连通的一端还通过单向阀(17)连通至外部大气(16)。
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