CN109172986A

CN109172986A - 一种辅助发声装置及仿生发声方法

Info

Publication number: CN109172986A
Application number: CN201811194261.6A
Authority: CN
Inventors: 郑文贺
Original assignee: People's Hospital Affiliated To Fujian University Of Traditional Chinese Medicine (fujian Provincial People's Hospital)
Current assignee: People's Hospital Affiliated To Fujian University Of Traditional Chinese Medicine (fujian Provincial People's Hospital)
Priority date: 2018-10-15
Filing date: 2018-10-15
Publication date: 2019-01-11

Abstract

本发明涉及一种辅助发声装置及仿生发声方法，其中辅助发声装置包括辅助通气装置和可发声气切套管；所述辅助通气装置包括主机，所述主机内设有控制电路板、液压伸缩杆和气缸，气缸内设有一活塞，所述活塞将气缸分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室通过主机壳体上设置的进出气口与外部连通；液压伸缩杆与所述控制电路板电连接，接收其发出的控制信号，液压伸缩杆的活动端与所述活塞位于所述第二腔室的一端固定连接，带动所述活塞移动；可发声气切套管包括套管主体以及穿设在套管主体内的呼吸管和发声管；呼吸管一端连通人体肺部一侧的囊下气道，另一端与呼吸机连接；所述发声管一端连通人体声门一侧的囊上气道，另一端与所述进出气口连接。

Description

一种辅助发声装置及仿生发声方法

技术领域

本发明涉及一种辅助发声装置及仿生发声方法，属于医疗仪器技术领域。

背景技术

随着重症医学的发展，许多呼吸衰竭的患者因为得到救治而得以存活，需要长期机械通气的治疗的患者，往往被建议气管切开建立人工气道。其中有相当一部分患者，意识清醒但由于肺部疾病、神经肌肉疾病等因素，暂时或永远无法完全恢复正常呼吸。这部分意识清醒的患者在进行气切带管治疗及生存时，面临的最痛苦的问题之一就是失声。

失声的患者都具有与外界交流的强烈愿望，由于长期无法有效地与周围人发生有意义的联系，常常面临周围人对自己意愿的误解或不理睬，导致患者精神上日益焦虑抑郁，从而影响整体的病情的康复，甚至导致病情的恶化或迁延不愈。

喉部功能障碍是长期带气切套管呼吸的患者后期最突出的问题。由于气囊上气道、声门及口鼻腔长期处于无气流且分泌物滞留的状态，这段呼吸道的黏膜常常出现纤毛萎缩、腺体肥大，并处于炎症状态；由于长期失压、失气流以及失声，喉部肌群和声带出现废用性萎缩，环杓关节僵化，导致喉部和声带功能障碍。在拔除气切套管后，气道保护功能及发音功能往往不健全，需要经历漫长、昂贵且痛苦的康复过程，而且时间超过3个月的患者恢复效果往往很差，肺部并发症多。

口鼻腔粘膜长期处于无气流的环境，容易分泌物潴留，成为细菌滋生的优良培养基，分泌物经声门进入囊上气道，并随气囊的间隙灌入下气道导致肺炎发生。吸痰操作虽然有助于清除口鼻腔分泌物，但给患者带来极大的痛苦，而且容易破坏上呼吸道粘膜屏障加重感染风险。

所以，气管切开带管者的发声功能保留、喉部功能的超早期康复训练以及囊上气道的清洁保持，是目前临床上急待解决的问题。目前临床上尚无一种气切套管具有在带管期间兼顾发声功能、喉部功能训练以及主动清洁囊上气道的功能。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种辅助发声装置，模拟平静呼吸时的生理气流、说话时的功能气流以及咳嗽/擤鼻时的极端气流，对长期气管切开的患者的喉部功能起到保持正常或康复训练的效果，满足患者带管期间语言交流的心理需求，同时也有助于患者借助仿生气流主动清除咽喉部及口鼻腔的分泌物，起到清洁上呼吸道的作用。

本发明的技术方案如下：

技术方案一：

一种辅助发声装置，包括辅助通气装置和可发声气切套管；所述辅助通气装置包括主机，所述主机内设有控制电路板、液压伸缩杆和气缸，所述气缸内设有一活塞，所述活塞将所述气缸分隔为第一腔室和第二腔室，所述第一腔室通过主机壳体上设置的进出气口与外部连通；所述液压伸缩杆与所述控制电路板电连接，接收其发出的控制信号，所述液压伸缩杆的活动端与所述活塞位于所述第二腔室的一端固定连接，带动所述活塞移动；所述可发声气切套管包括套管主体以及穿设在所述套管主体内的呼吸管和发声管；所述呼吸管一端连通人体肺部一侧的囊下气道，另一端与呼吸机连接；所述发声管一端连通人体声门一侧的囊上气道，另一端与所述进出气口连接。

进一步的，所述进出气口可拆卸设置有一次性呼吸管路，所述一次性呼吸管路端部的呼吸管路接口与所述发声管端部的发声管接口可拆卸连接。

进一步的，所述进出气口上设置有一呼吸滤过器。

进一步的，所述主控电路板包括主控电路和驱动电路，所述驱动电路输入端与所述主控电路电连接，输出端与所述液压伸缩杆电连接，其接收所述主控电路发出的控制信号并控制所述液压伸缩杆以不同速度动作；所述主机壳体上设置有复数个与所述主控电路电连接的调节开关，通过各所述调节开关发送电信号至所述主控电路以控制所述驱动电路，调节所述驱动电路输出电压。

进一步的，还包括一用于对气流进行加热润湿的呼吸机加热加湿器，所述呼吸机加热加湿器进口端与所述一次性呼吸管路连通，所述呼吸机加热加湿器出口端与所述发声管连通。

技术方案二：

一种仿生发声方法，采用上述技术方案一中的辅助发声装置，包括以下步骤：

打开主机，控制电路板输出电信号控制驱动电路输出电压驱动液压伸缩杆动作，带动活塞在气缸内活动；

活塞回缩时，气缸内气压变小，气流从外界通过口鼻腔后经声门处进入囊上气道，再通过发声管及连接导管进入气缸，模仿吸气；活塞推进时，气缸内的气体被压出，气流通过囊上气道从声门及口鼻腔排出，模仿呼气；

患者控制喉部肌肉动作，利用呼气时通过声门的气流，调节声带震动，产生声音。

进一步的，所述活塞运动产生的气流成正弦波形态，即活塞在参数控制下的运动规律为正弦波形态；当模仿呼气结束时，所述第一腔室内残留部分容积，模仿吸气结束时，所述第二腔室内残留部分容积。

进一步的，所述调节开关包括：

1）呼吸频率调节开关，其呼吸频率调节范围为8-15次/分;

2）潮气量调节开关，其潮气量调节范围为200-800ml;

3）吸呼比调节开关，其吸呼比调节范围为3:1---1:3;

4）智能模式调节开关：包括两按钮，分别为平静呼吸/说话模式按钮和咳嗽/擤鼻模式按钮；

按压所述呼吸频率调节开关，控制电路板发送电信号改变驱动电路输出电压的占空比，即改变输出功率以改变液压伸缩杆的伸缩快慢；按压潮气量调节开关，控制电路板发送电信号改变驱动电路的输出时间，即改变驱动电路输出电压的周期以改变液压伸缩杆的伸缩幅度；按压所述吸呼比调节开关，控制电路板发送电信号改变驱动电路正反相时间比，即改变液压伸缩杆伸缩比；

调节对应的各调节开关，发送电信号至控制电路板，主控电路发送电信号改变驱动电路的输出电压和控制时间，改变液压伸缩杆的动作的快慢、幅度和时间，以达到调节仿生气流的参数变化。

进一步的，所述调节开关的调节方式包括：

当患者不说话，平静呼吸状态时，调节呼吸频率调节开关，设置呼吸频率为10-15次/分，调节潮气量调节开关，设置潮气量为200-400ml，调节吸呼比调节开关，设置吸呼比为1:1.5-2；

当患者说话状态时，调节呼吸频率调节开关，设置呼吸频率为8-15次/分，调节潮气量调节开关，设置潮气量为400-600ml，吸气时间短，呼气时间长，调节吸呼比调节开关，设置吸呼比为1:1.5-3。

进一步的，所述平静呼吸/说话模式按钮的工作模式为：按一次平静呼吸/说话模式按钮，持续按以下仿生气流参数工作：呼吸频率慢10次/分、潮气量400ml，吸呼比：1:1.5；再按一次，退出智能模式；

所述咳嗽/擤鼻模式按钮的工作模式为：在运行状态下，按一次咳嗽/擤鼻模式按钮，主机将按以下仿生气流参数工作：呼吸频率30/分，潮气量为800ml，吸呼比为2:1；连续3次呼吸后自动退出，恢复原气流设定参数运行。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明可模拟平静呼吸时的生理气流、说话时的功能气流以及咳嗽/擤鼻时的极端气流状态，使喉部肌群在正负压交替中处于紧张与松弛的反复运动中，喉部功能及呼吸道粘膜得到生理性维护；当患者想讲话时可直接通过喉部肌肉的调节，借助呼气气流发出声音；同时解决患者生理和心理问题。

2、设置有呼吸机滤过器，保证气缸内的干燥，防止缸内细菌滋生。

3、设置有呼吸机加热加湿器，能够湿润加热流通的气流，模仿正常人体气道内流通气流的温湿度。

4、模仿咳嗽/擤鼻的气流动力学过程，当患者鼻腔、咽腔或人体气道存在分泌物时，可以按下对应模仿咳嗽/擤鼻的调节开关，清理口鼻咽腔和囊上气道中的分泌物。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明辅助通气装置的结构示意图；

图3为辅助通气装置的内部结构示意图；

图4为图3另一视角的结构示意图；

图5为可发声气切套管的结构示意图；

图6为使用呼吸机加热加湿器的结构示意图；

图7为本发明的电路原理框图；

图8为主控电路的电路原理图；

图9为驱动电路的电路原理图；

图10为调节开关的电路原理图。

图中附图标记表示为：

1、辅助通气装置；10、主机；101、进出气口；102、呼吸滤过器；11、控制电路板；111、主控电路；112、驱动电路；12、液压伸缩杆；13、气缸；131、第一腔室；132、第二腔室；14、活塞；15、连接导管；16、调节开关；2、可发声气切套管；20、套管主体；21、呼吸管；22、发声管；3、呼吸机加热加湿器；01、囊下气道；02、囊上气道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明进行详细的说明。

实施例一

参见图1-10，一种辅助发声装置，包括辅助通气装置1和可发声气切套管2；所述辅助通气装置1包括主机10，所述主机10内设有控制电路板11、液压伸缩杆12和气缸13，所述气缸13内设有一活塞14，所述活塞14将所述气缸13分隔为第一腔室131和第二腔室132，所述第一腔室131通过主机10壳体上设置的进出气口101与外部连通；所述液压伸缩杆12与所述控制电路板11电连接，接收其发出的控制信号，所述液压伸缩杆12的活动端与所述活塞14位于所述第二腔室132的一端固定连接，带动所述活塞14移动；所述可发声气切套管2包括套管主体20以及穿设在所述套管主体20内的呼吸管21和发声管22；所述呼吸管21一端连通人体肺部一侧的囊下气道01，另一端与呼吸机连接；所述发声管22一端连通人体声门一侧的囊上气道02，另一端与所述进出气口101连接。

进一步的，所述进出气口101可拆卸设置有一次性呼吸管路15，所述一次性呼吸管路15端部的呼吸管路接口150与所述发声管22端部的发声管接口220可拆卸连接。

进一步的，所述进出气口101上设置有一呼吸滤过器102。

进一步的，所述主控电路板11包括主控电路111和驱动电路112，所述驱动电路112输入端与所述主控电路111电连接，输出端与所述液压伸缩杆12电连接，其接收所述主控电路111发出的控制信号并控制所述液压伸缩杆12以不同速度动作；所述主机1壳体上设置有复数个与所述主控电路111电连接的调节开关16，通过各所述调节开关16发送电信号至所述主控电路111以控制所述驱动电路112，调节所述驱动电路112输出电压。

进一步的，还包括一用于对气流进行加热润湿的呼吸机加热加湿器3，所述呼吸机加热加湿器3进口端与所述一次性呼吸管路15连通，所述呼吸机加热加湿器3出口端与所述发声管22连通。

本实施例给出了一种辅助发声装置，改变现有的气切套管，在气切套管中加入一发声管22形成可发声气切套管2；呼吸管21与现有的气切套管一样两端分别连通肺部和呼吸机，保证患者的呼吸功能；加入的发声管22两端分别连通患者的囊上气道02和辅助通气装置1，通过辅助通气装置1中的主控电路板11控制气缸13内的活塞14运动产生气压变化，使气流在往返于声门及囊上气道02之间，模拟正常的呼吸生理气流状态，喉部肌群在正负压交替中处于紧张与松弛的反复运动中，喉部功能及呼吸道粘膜得到生理性维护；当患者想讲话时可直接通过喉部肌肉的调节，借助呼气的气流发出声音。

实施例二

一种仿生发声方法，采用上述实施例一中的辅助发声装置，包括以下步骤：

打开主机10，控制电路板11输出电信号控制驱动电路16输出电压驱动液压伸缩杆12动作，带动活塞14在气缸13内活动；

活塞14回缩时，气缸13内气压变小，气流从外界通过口鼻腔后经声门处进入囊上气道，再通过发声管22及连接导管15进入气缸13，模仿吸气；活塞14推进时，气缸13内的气体被压出，气流通过囊上气道02从声门及口鼻腔排出，模仿呼气；

进一步的，所述活塞14运动产生的气流成正弦波形态，即活塞14在参数控制下的运动规律为正弦波形态；当模仿呼气结束时，所述第一腔室131内残留部分容积约50ml，模仿吸气结束时，所述第二腔室132内残留部分容积约50ml。

进一步的，所述调节开关16包括：

1）呼吸频率调节开关，其呼吸频率调节范围为8-15次/分;

2）潮气量调节开关，其潮气量调节范围为200-800ml;

3）吸呼比调节开关，其吸呼比调节范围为3:1---1:3;

按压所述呼吸频率调节开关，控制电路板11发送电信号改变驱动电路112输出电压的占空比，即改变输出功率以改变液压伸缩杆12的伸缩快慢；按压潮气量调节开关，控制电路板11发送电信号改变驱动电路112的输出时间，即改变驱动电路112输出电压的周期以改变液压伸缩杆12的伸缩幅度；按压所述吸呼比调节开关，控制电路板11发送电信号改变驱动电路112正反相时间比，即改变液压伸缩杆12伸缩比；

调节对应的各调节开关16，发送电信号至控制电路板11，主控电路111发送电信号改变驱动电路112的输出电压和控制时间，改变液压伸缩杆12的动作的快慢、幅度和时间，以达到调节仿生气流的参数变化。

进一步的，所述调节开关的调节方式包括：

本实施例给出了通过实施例一中的辅助发声装置进行发声的具体方法，同时提出了一种通过模仿咳嗽/擤鼻气流状态可清理患者鼻腔、咽腔和人体气道中的分泌物的方法。当进行上述模仿咳嗽步骤时，患者紧张声门、张开嘴巴就会产生咳嗽反应，从口中咳出咽腔和人体气道的分泌物，如果患者紧张声门的同时闭紧嘴巴气流就会从双侧鼻孔冲出，清除鼻腔深部的分泌物。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种辅助发声装置，其特征在于：包括辅助通气装置（1）和可发声气切套管（2）；所述辅助通气装置（1）包括主机（10），所述主机（10）内设有控制电路板（11）、液压伸缩杆（12）和气缸（13），所述气缸（13）内设有一活塞（14），所述活塞（14）将所述气缸（13）分隔为第一腔室（131）和第二腔室（132），所述第一腔室（131）通过主机（10）壳体上设置的进出气口（101）与外部连通；所述液压伸缩杆（12）与所述控制电路板（11）电连接，接收其发出的控制信号，所述液压伸缩杆（12）的活动端与所述活塞（14）位于所述第二腔室（132）的一端固定连接，带动所述活塞（14）移动；所述可发声气切套管（2）包括套管主体（20）以及穿设在所述套管主体（20）内的呼吸管（21）和发声管（22）；所述呼吸管（21）一端连通人体肺部一侧的囊下气道（01），另一端与呼吸机连接；所述发声管（22）一端连通人体声门一侧的囊上气道（02），另一端与所述进出气口（101）连接。

2.根据权利要求1所述的一种辅助发声装置，其特征在于：所述进出气口（101）可拆卸设置有一次性呼吸管路（15），所述一次性呼吸管路（15）端部的呼吸管路接口（150）与所述发声管（22）端部的发声管接口（220）可拆卸连接。

3.根据权利要求1所述的一种辅助发声装置，其特征在于：所述进出气口（101）上设置有一呼吸滤过器（102）。

4.根据权利要求1所述的一种辅助发声装置，其特征在于：所述主控电路板（11）包括主控电路（111）和驱动电路（112），所述驱动电路（112）输入端与所述主控电路（111）电连接，输出端与所述液压伸缩杆（12）电连接，其接收所述主控电路（111）发出的控制信号并控制所述液压伸缩杆（12）以不同速度动作；所述主机（1）壳体上设置有复数个与所述主控电路（111）电连接的调节开关（16），通过各所述调节开关（16）发送电信号至所述主控电路（111）以控制所述驱动电路（112），调节所述驱动电路（112）输出电压。

5.根据权利要求2所述的一种辅助发声装置，其特征在于：还包括一用于对气流进行加热润湿的呼吸机加热加湿器（3），所述呼吸机加热加湿器（3）进口端与所述一次性呼吸管路（15）连通，所述呼吸机加热加湿器（3）出口端与所述发声管（22）连通。

6.一种仿生发声方法，其特征在于，采用权利要求1-5所述的一种辅助发声装置，包括以下步骤：

打开主机（10），控制电路板（11）输出电信号控制驱动电路（16）输出电压驱动液压伸缩杆（12）动作，带动活塞（14）在气缸（13）内活动；

活塞（14）回缩时，气缸（13）内气压变小，气流从外界通过口鼻腔后经声门处进入囊上气道，再通过发声管（22）及连接导管（15）进入气缸（13），模仿吸气；活塞（14）推进时，气缸（13）内的气体被压出，气流通过囊上气道（02）从声门及口鼻腔排出，模仿呼气；

7.根据权利要求6所述的一种仿生发声方法，其特征在于：所述活塞（14）运动产生的气流成正弦波形态，即活塞（14）在参数控制下的运动规律为正弦波形态；当模仿呼气结束时，所述第一腔室（131）内残留部分容积，模仿吸气结束时，所述第二腔室（132）内残留部分容积。

8.根据权利要求7所述的一种仿生发声方法，其特征在于：所述调节开关（16）包括：

呼吸频率调节开关，其呼吸频率调节范围为8-15次/分;

潮气量调节开关，其潮气量调节范围为200-800ml;

吸呼比调节开关，其吸呼比调节范围为3:1---1:3;

智能模式调节开关：包括两按钮，分别为平静呼吸/说话模式按钮和咳嗽/擤鼻模式按钮；

按压所述呼吸频率调节开关，控制电路板（11）发送电信号改变驱动电路（112）输出电压的占空比，即改变输出功率以改变液压伸缩杆（12）的伸缩快慢；按压潮气量调节开关，控制电路板（11）发送电信号改变驱动电路（112）的输出时间，即改变驱动电路（112）输出电压的周期以改变液压伸缩杆（12）的伸缩幅度；按压所述吸呼比调节开关，控制电路板（11）发送电信号改变驱动电路（112）正反相时间比，即改变液压伸缩杆（12）伸缩比；

调节对应的各调节开关（16），发送电信号至控制电路板（11），主控电路（111）发送电信号改变驱动电路（112）的输出电压和控制时间，改变液压伸缩杆（12）的动作的快慢、幅度和时间，以达到调节仿生气流的参数变化。

9.根据权利要求8所述的一种仿生发声方法，其特征在于，所述调节开关的调节方式包括：

10.根据权利要求8所述的一种仿生发声方法，其特征在于，所述平静呼吸/说话模式按钮的工作模式为：按一次平静呼吸/说话模式按钮，持续按以下仿生气流参数工作：呼吸频率慢10次/分、潮气量400ml，吸呼比：1:1.5；再按一次，退出智能模式；