CN108310566A - 一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，主要由控制系统、血氧监测模块、流量控制阀、气路切换装置、感应开关、流量计量模块、光照传感器、人机交互界面、通讯模块组成，其中控制系统内设有智能氧疗控制算法。本发明的优点是：可以广泛应用于临床氧疗和雾化治疗，使氧疗和雾化治疗过程实现智能化控制和远程监护，不仅提高了临床的安全性，同时大大减少了医护人员或家属的劳动强度。

Description

一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统

技术领域

本发明涉及一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，属于医疗机构或家庭用于氧气吸入治疗或雾化治疗时使用的医疗器械。

背景技术

氧气吸入治疗（简称氧疗）和雾化治疗是医院最常用的治疗手段，很多呼吸道疾病患者需要氧疗和雾化治疗交替进行。目前医院通常氧气吸入器、超声波雾化器等产品功能单一，期间需要几种设备交替操作应用，使用很不方便。而且智能化自动化控制程度低，无论氧疗和雾化的工作状态均需要人工监护，增加了劳动工作量。

发明内容

本发明提出一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，主要由控制系统、血氧监测模块、流量控制阀、气路切换装置、感应开关、流量计量模块、光照传感器、人机交互界面、通讯模块组成，其中控制系统内设有智能氧疗控制算法。

其中，所述的控制系统是基于采用可编程逻辑控制器（PLC）/或单片机基础上开发而成的集成电路，控制系统与血氧监测模块、流量控制阀、流量计量模块、光照传感器、通讯模块等联通，协同工作。

其中，所述的血氧监测模块主要由血氧探头、血氧计算模块构成，用于监测患者的动态血氧值、脉率、灌注指数（PI）。当然，血氧监测模块中还可以嵌入体温探头等，实现患者脉搏、动态血氧值、体温等多参数动态监测。

其中，所述的流量控制阀用于氧气输出流量的调节控制，流量控制阀根据控制方式不同分为手动调节与自动调节两种。本发明采用的是电子流量控制阀，根据控制系统给出的指令实现流量大小的自动调节，执行控制系统给出的阀门开启、流量调整、阀门关闭等工作指令。

流量控制阀的氧气输出端设有雾化输出通路与吸氧输出通路互相切换控制的气路切换装置，气路切换装置具体包括且不限于选用三通阀、切换推杆、球阀、电磁阀；气路切换装置根据工作方式不同，包括且不限于推拉、旋转或拨片动作使雾化输出通路与吸氧输出通路的手动切换；优选的方案是，采用气路切换装置和流量控制阀一体集成，采用包括且不限于两位两通、两位三通的电子流量阀，实现气路切换装置的电动切换。

气路切换装置上设有气路切入位置或工作状态感知的感应开关，感应开关具体包括且不限于微动开关、触点开关、拨片开关。当气路切换装置切换到氧疗通路时，气路切换装置触发氧疗模式的感应开关，感应开关给出光电信号，提示气路切换装置已经准确切入到吸氧输出通路；当气路切换装置切换到雾化输出通路时，气路切换装置触发雾化模式的感应开关，感应开关给出光电信号，提示气路切换装置已经准确切入到雾化输出通路；而当气路切换装置没有准确切换到氧疗/雾化的任意一个通路时，即雾化输出通路与吸氧输出通路均不畅通时，这时感应开关没有被触发，则系统可获知氧气输出通路处于控制盲区，人机交互界面提示重新进行正确的气路切换的操作。

流量控制阀的氧气输出端还设有流量计量模块，流量计量模块用于氧疗和雾化过程中输出流量的监测和计量，可以采用包括且不限于流量传感器、浮标式流量计或比例阀等。

其中，所述的人机交互界面用于本发明对应功能的操作控制，通常采用液晶屏/功能键组合构成。人机交互界面至少应包括目标血氧值设置键、吸氧/雾化时长设置键、流量设置键，设置键采用按钮式、触摸屏、旋钮式不限；优选的是，目标血氧值设置键、吸氧时长设置键、流量设置键采用电子编码器制成，通过左右旋转编码器方式快速调节与设定相关参数。采用两位两通的电子流量控制阀实现气路切换装置电动切换方式时，人机交互界面还应设置氧疗/雾化切换键。

人机交互界面还设有自动控制屏幕亮度的光照传感器，光照传感器能自动监测周围环境光线强弱，使人机交互界面的屏幕亮度根据周围环境自动调节，通常的设置是白天增亮、晚上自动变暗，避免夜晚时光线太强影响患者休息。

其中，所述的智能氧疗控制算法写入控制系统内，智能氧疗控制算法构建要素包括且不限于目标血氧值、目标血氧允许偏离值、医嘱流量值、吸氧时长、介入控制时间、流量修正区间、流量修正梯度；具体方案是：将智能氧疗控制算法要素中的目标血氧允许偏离值、介入控制时间、流量修正区间、流量修正梯度的具体参数预先写入控制系统中，目标血氧值、医嘱流量值与吸氧时长根据患者状态在人机交互界面个性化设定。

目标血氧值是指氧疗时定义的期望达到并稳定保持的血氧值，也就是本次氧疗时针对患者个体差异给出的期望达到的医学治疗目标，而不是一个模糊的、广义的安全区间值（比如88%-98%），本发明控制系统以这种个性化的目标血氧值作为核心控制点，实现精准控制氧疗。氧疗时目标血氧值必须根据每个患者状态进行个性化设定，不同患者、相同患者在不同治疗阶段定义的目标血氧值也不尽相同。由于人体的动态血氧值存在一定的不稳定性，因此，给出的目标血氧值设有允许偏离值，目标血氧允许偏离值在+1%～+3%之间定义，优选的方案是目标血氧允许偏离值为+1%。目标血氧允许偏离值写入智能氧疗控制算法中，只要在人机交互界面设定目标血氧值，控制系统便能自行计算给出目标血氧控制区间值。举例说明，本次氧疗设定的目标血氧值为95%，允许的偏离值为+1%，那么目标血氧控制区间值为94%～96%之间，氧疗时以此为控制目标自动修正氧气输出流量，使动态血氧值不会突破目标血氧控制区间值的上限或下限。

医嘱流量值是氧疗时医护人员设定的流量值，也就是本次氧疗的初始流量值。医嘱流量值在人机交互界面设定，一般以分钟（L/min)为单位。临床上医嘱流量通常设定为低流量、中流量、高流量三个区间，通常将0.5L/min～2L/min定义为低流量、3L/min～4L/min为中流量、5L/min～8L/min为高流量，8L/min以上为超高流量。

介入控制时间是动态血氧值偏离目标血氧控制区间值时、控制系统介入调整氧气输出流量的响应时间，一般以分钟（min）为单位，介入控制时间在0～30min之间设定；优选的方案是：介入控制时间以动态血氧值的稳定时间为依据计算，当动态血氧值超过目标血氧控制区间值、且该状态稳定保持1～5min时，控制系统降低氧气输出流量，当动态血氧值低于目标血氧控制区间值、且该状态稳定保持并保持0.5～3min时，控制系统增大氧气输出流量。举例说明，本次氧疗设定的目标血氧值为95%，控制系统中目标血氧允许偏离值为+1%、介入控制时间为1min，那么氧疗中动态血氧值在94%-96%之间时，维持医嘱流量值，当动态血氧值超过96%、且该状态稳定保持1min时，控制系统自动降低氧气输出流量；当动态血氧值低于94%、且稳定保持1min时，控制系统自动增大氧气输出流量。

在临床实际中，不同患者适用的氧疗流量区间值是不同的。因此，为了保证氧疗的安全性，智能氧疗控制算法根据设定的医嘱流量值自动匹配对应的流量修正区间，控制系统介入氧气输出流量自动调节时，将输出流量的上限和下限严格控制在流量修正区间内，自动调节时不予突破。流量修正区间分为低流量区、中流量区、高流量区三个调节区间，具体为：低流量氧疗时（医嘱流量值0.5L/min～2L/min之间），流量修正区间定义为0.1L/min～2L/min，中流量氧疗时（医嘱流量值3L/min～4L/min），流量修正区间定义为0.1L/min～4L/min，高流量氧疗时（医嘱流量值5L/min～8L/min），流量修正区间定义为0.1L/min～8L/min。流量修正区间写入智能氧疗控制算法内，只要在人机交互界面设定了医嘱流量值，控制系统自动匹配对应的流量修正区间，将输出流量的上限和下限严格控制在流量修正区间内。

流量修正梯度是介入流量调节时每一次调节增大或降低的流量值，在限定的氧气流量修正区间内，流量修正梯度定义为0.1L/min～1L/min之间，优选的是，流量修正梯度定义为0.25L/min～0.5L/min。

吸氧时长是医护人员设定的氧疗开始到结束的时间，一般以小时（h）为单位。氧疗时长在人机交互界面进行设定,达到吸氧时长后控制系统给出关闭氧气输出指令，流量控制阀关闭，本次氧疗结束。

其中，所述的通讯模块用于监测数据、分析合成的监护信息、警示信息等远程发送到医学监护终端。通讯模块包括但不限于有线传输、蓝牙、WiFi或者RF等技术方式。

本发明的工作方式是：本发明通过操作气路切换装置选择智能氧疗模式或智能雾化模式的氧气输出通道，操作气路切换装置时触发感应开关，人机交互界面显示本次操作进入对应的氧疗或雾化模式的提示信息，提示信息类似“氧疗模式”或“雾化模式”或图片等；选择其中一种模式后，进入对应模式的工作状态。

1.智能氧疗模式：通过操作气路切换装置进入氧疗模式时，医护人员只要在人机交互界面内设定目标血氧值后，控制系统自动定义该患者的目标血氧控制区间值；设定医嘱流量值后，控制系统自动限定了流量修正区间，流量修正区间分为低流量区、中流量区、高流量区三个调节区间；设定吸氧时间长后，氧疗结束流量控制阀自动关闭。而且氧疗过程中血氧监测模块连续监测患者的动态血氧值，当患者动态血氧值稳定保持在目标血氧控制区间值内时维持医嘱流量值输出氧气；当动态血氧值超过目标血氧控制区间值上限并且达到介入控制时间，在流量修正区间内、按照流量修正梯度自动降低输出流量；当动态血氧值低于目标血氧控制区间值下限并且达到介入控制时间，在流量修正区间内、按照流量修正梯度自动增大输出流量，从而使患者动态血氧值稳定保持在目标血氧控制区间值内、达到精准控制氧疗的目的；当通过调整氧气输出量至最大值或者最小值，但患者的动态血氧值仍然偏离目标血氧控制区间值时，控制系统给出警示信息，提示医护人员进行人工干预，警示信息在人机交互界面提示或远程传输到护理终端。在氧疗期间，如果血氧监测模块工作异常时，包括且不限于血氧探头从监测部位脱落、血氧探头损坏、血氧值无法正常获取等，控制系统自动将输出流量值恢复到初始设定的医嘱流量值，中止自动介入调节输出流量，避免发生安全隐患。

2.智能雾化模式：通过操作气路切换装置进入到雾化模式后，在医护人员只要在人机交互界面内设定流量值/或雾化时间。雾化时间可以分为10min、15min、20min等多种时长设置，在雾化过程中流量传感器动态监测并修正输出的氧气流量，保持氧气流量的均衡与稳定，在供气流量不足或者不稳定（采用钢瓶氧气时常见）时人机交互界面发出警示信息；设定的雾化时间结束后，流量控制阀自动关闭，避免氧气无效消耗，也减少了医护人员监护及等候关闭氧气等的工作量。根据临床需要，在雾化过程也能够实现动态监测患者血氧饱和度，具体做法是雾化时将血氧探头固定在患者手指上（婴幼儿可以固定在足底），人机交互界面即可显示动态血氧值，实现对患者雾化治疗过程中缺氧状态的监护，对急性呼吸窘迫等患者具有重要的临床意义。

所述的通讯模块用于监测数据、分析合成的监护信息、警示信息等远程发送到医学监护终端，包括且不限于动态血氧值、脉率、即时流量值、氧疗/雾化工作状态等等；通讯模块包括但不限于有线传输、蓝牙、WiFi或者RF等技术方式。

本发明的优点是：可以广泛应用于临床氧疗和雾化治疗，使氧疗和雾化治疗过程实现智能化控制和远程监护，不仅提高了临床的安全性，同时大大减少了医护人员或家属的劳动强度。

附图说明

图1是本发明工作原理框图。

图2是本发明外部结构示意图。

图2中所示：血氧监测模块（1）、流量控制阀（2）、流量计量模块（3）、光照传感器（4）、人机交互界面（5）、吸氧输出通路（6）、雾化输出通路（7）。

具体实施方式

下面结合附图2和实施例具体地说明本发明。

实施例一：采用本发明临床应用举例（默认工作模式为智能氧疗模式，控制系统自动控制系统中目标血氧允许偏离值为+1%、介入控制时间为3min，流量修正梯度为0.5L/min）。

1、采用本发明进行智能氧疗

将氧气湿化瓶的进气口与吸氧输出通路（6）安装连接，鼻氧管（或面罩）与湿化瓶的出气口连接。在人机交互界面（5）上设置目标血氧值95%，医嘱流量值设定在高流量吸氧3L/min、吸氧时长10h三个参数。控制系统自动将目标血氧控制区间值定义在94%～96%之间，氧气流量修正区间自动定义在1～4L/min之间。设定完成后进入氧疗模式，血氧监测模块动态监测患者动态血氧值，当患者动态血氧值稳定保持在94%～96%之间时维持医嘱流量值，当患者动态血氧值超过目标血氧控制区间值上限97%且时长达到3min时，控制系统给出降低氧气输出流量指令，流量调节阀自动调低氧气输出量，每次调低梯度为0.5L/min，每3分钟调低一个梯度，直到氧气流量修正区间的最小值；如果患者动态血氧值低于目标血氧控制区间值下限94%且时长达到3min，在3min内控制系统给出增加氧气输出流量指令，流量调节阀自动调大氧气输出量，每次调高梯度为0.5L/min，每3min调高一个梯度，直到氧气流量修正区间的最大值。当通过调整氧气输出量至最大值或者最小值，但患者的动态血氧值仍然偏离目标血氧控制区间值时，控制系统给出警示信息，警示信息在警示信息在人机交互界面提示或远程传输到护理终端，提示医护人员进行人工干预。到达设定的吸氧时间长10h后，流量控制阀自动关闭，控制系统提示本次氧疗结束。

2、采用本发明进入雾化模式

采用气路切换装置将氧气输出通路切换到切换到雾化输出通路（7），将一次性雾化器牢固安装到雾化输出通路（7）上；在人机交互界面（5）上设置流量值8L/min、雾化时间15min，开始雾化，雾化15分钟后氧气输出自动关闭。期间如果需要监测患者动态血氧值，将血氧探头固定在患者食指，血氧监测模块自动开始监测，并将监测数据在人机交互界面读出。

上述附图及实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施

例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中，对本发明的保护范围不构成任何限制。

Claims (12)

1.一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，主要由控制系统、血氧监测模块、流量控制阀、气路切换装置、感应开关、流量计量模块、光照传感器、人机交互界面、通讯模块组成，其中控制系统内设有智能氧疗控制算法；其特征在于：流量控制阀的氧气输出端设有雾化输出通路与吸氧输出通路互相切换控制的气路切换装置，气路切换装置上设有气路切入位置或工作状态感知的感应开关，流量控制阀的氧气输出端还设有流量计量模块；通过操作气路切换装置选择智能氧疗模式或智能雾化模式的氧气输出通道，操作气路切换装置时触发感应开关，人机交互界面显示本次操作进入对应的氧疗或雾化模式的提示信息；通过操作气路切换装置进入氧疗模式时，医护人员只要在人机交互界面内设定目标血氧值后，控制系统自动定义该患者的目标血氧控制区间值；设定医嘱流量值后，控制系统自动限定了流量修正区间；通过操作气路切换装置进入到雾化模式后，在医护人员只要在人机交互界面设定流量值/或雾化时间，在雾化过程中流量传感器动态监测并修正输出的氧气流量，保持氧气流量的均衡与稳定；设定的雾化时间结束后，流量控制阀自动关闭。

2.根据权利要求1所述的一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，其特征还在于：气路切换装置上设有气路切入位置或工作状态感知的感应开关，当气路切换装置切换到氧疗通路时，气路切换装置触发氧疗模式的感应开关，感应开关给出光电信号，提示气路切换装置已经准确切入到吸氧输出通路；当气路切换装置切换到雾化通路时，气路切换装置触发雾化模式的感应开关，感应开关给出光电信号，提示气路切换装置已经准确切入到雾化输出通路；而当气路切换装置没有准确切换到氧疗/雾化的任意一个通路时，感应开关没有被触发，则系统可获知氧气输出通路处于控制盲区，人机交互界面提示重新进行正确的气路切换的操作。

3.根据权利要求1所述的一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，其特征还在于：人机交互界面至少应包括目标血氧值设置键、吸氧/雾化时长设置键、流量设置键。

4.根据权利要求1所述的一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，其特征还在于：所述的智能氧疗控制算法写入控制系统内，智能氧疗控制算法构建要素包括且不限于目标血氧值、目标血氧允许偏离值、医嘱流量值、吸氧时长、介入控制时间、流量修正区间、流量修正梯度；具体方案是：将智能氧疗控制算法要素中的目标血氧允许偏离值、介入控制时间、流量修正区间、流量修正梯度的具体参数预先写入控制系统中，目标血氧值、医嘱流量值与吸氧时长根据患者状态在人机交互界面个性化设定。

5.根据权利要求1所述的一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，其特征还在于：给出的目标血氧值设有允许偏离值，目标血氧允许偏离值在+1%～+3%之间定义。

6.根据权利要求1所述的一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，其特征还在于：智能氧疗控制算法根据设定的医嘱流量值自动匹配对应的流量修正区间，控制系统介入氧气输出流量自动调节时，将输出流量的上限和下限严格控制在流量修正区间内，自动调节时不予突破。

7.根据权利要求1所述的一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，其特征还在于：流量修正区间分为低流量区、中流量区、高流量区三个调节区间，具体为：低流量氧疗时（医嘱流量值0.5L/min～2L/min之间），流量修正区间定义为0.1L/min～2L/min，中流量氧疗时（医嘱流量值3L/min～4L/min），流量修正区间定义为0.1L/min～4L/min，高流量氧疗时（医嘱流量值5L/min～8L/min），流量修正区间定义为0.1L/min～8L/min。

8.根据权利要求1所述的一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，其特征还在于：流量修正梯度是介入流量调节时每一次调节增大或降低的流量值，在限定的氧气流量修正区间内，流量修正梯度定义为0.1L/min～1L/min之间。

9.根据权利要求1所述的一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，其特征还在于：氧疗过程中血氧监测模块连续监测患者的动态血氧值，当患者动态血氧值稳定保持在目标血氧控制区间值内时维持医嘱流量值输出氧气；当动态血氧值超过目标血氧控制区间值上限并且达到介入控制时间，在流量修正区间内、按照流量修正梯度自动降低输出流量；当动态血氧值低于目标血氧控制区间值下限并且达到介入控制时间，在流量修正区间内、按照流量修正梯度自动增大输出流量，从而使患者动态血氧值稳定保持在目标血氧控制区间值内、达到精准控制氧疗的目的；当通过调整氧气输出量至最大值或者最小值，但患者的动态血氧值仍然偏离目标血氧控制区间值时，控制系统给出警示信息，提示医护人员进行人工干预，警示信息在人机交互界面提示或远程传输到护理终端。

10.根据权利要求1所述的一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，其特征还在于：在氧疗期间，如果血氧监测模块工作异常时，包括且不限于血氧探头从监测部位脱落、血氧探头损坏、血氧值无法正常获取，控制系统自动将输出流量值恢复到初始设定的医嘱流量值，中止自动介入调节输出流量。

11.根据权利要求1所述的一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，其特征还在于：在雾化过程也能够实现动态监测患者血氧饱和度，人机交互界面即可显示动态血氧值，实现对患者雾化治疗过程中缺氧状态的监护。

12.根据权利要求1所述的一种氧疗/雾化治疗的智能化控制系统，其特征还在于：气路切换装置和流量控制阀一体集成，采用包括且不限于两位两通、两位三通的电子流量阀，实现气路切换装置的电动切换。