CN111760252A - 一种多参数呼吸训练装置及呼吸训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械技术领域，公开了一种多参数呼吸训练装置，包括训练器壳体、设置在训练器壳体内部的控制器、数字转换器，还包括集成在训练器壳体内的吸气管路和呼气管路，一次性容纳腔和面罩，所述吸气管路和呼气管路一端连接一次性容纳腔，所述一次性容纳腔可拆卸连接在面罩上。本发明在呼吸训练器内设置单独的吸气管路和呼气管路，吸气管路中间歇性通气，正压供气辅助肺泡扩张，提高训练效果。

Description

一种多参数呼吸训练装置及呼吸训练方法

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种多参数呼吸训练装置及呼吸训练方法。

背景技术

慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD)是一种重要的呼吸系统疾病，包括慢性支气管炎和阻塞性肺气肿。如任其发展，还将引发慢性肺源性心脏病、呼吸衰竭和心力衰竭等，甚至危及患者生命。据世界卫生组织估计，COPD在全球疾病死亡原因当中，次于心脏病、脑血管病和急性肺部感染，与艾滋病一起并列第四位，称为“第四隐形杀手”。由于保守的治疗方法只能对病情进行控制，一旦不注意，患者就会因急性发作而需入院治疗。因此，对患者的劳动和生活造成严重的影响，给社会和家庭带来沉重的精神和经济负担。随着诊疗技术以及药物研究的发展，患者需要根据要根据实际病情，遵从医生的医嘱进行日常的呼吸训练，从而提高患者的呼吸能力，改善呼吸质量，增强呼吸功能。申请公布号为CN 102151385A的发明专利公开了一种呼吸训练器，由机箱、控制面板、过滤盒、缓冲罐、单向阀、输气软管、鼻罩、气体排放管、脉搏血压血氧检测仪、富氧发生装置、流量控制装置、管路切换阀门、压力传感器、流量传感器以及电路模块组成，通过6个电磁阀的开合来进行阻力匹配，以适应不同使用者的呼吸阻力及锻炼级别。但其不能实现正压供气，不能记录呼气或吸气流速、有效呼吸时长和总呼吸时长等参数，致使呼吸科医生无法根据患者实际呼吸参数，制定训练方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多参数呼吸训练装置及呼吸训练方法，在呼吸训练器内设置单独的吸气管路和呼气管路，吸气管路中间歇性通气，正压供气辅助肺泡扩张，提高训练效果。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种多参数呼吸训练装置，包括训练器壳体、设置在训练器壳体内部的控制器、数字转换器，还包括集成在训练器壳体内的吸气管路和呼气管路，一次性容纳腔及面罩，所述吸气管路和呼气管路一端连接一次性容纳腔，所述一次性容纳腔可拆卸连接在面罩上；

所述吸气管上路根据吸气气流走向依次设置有集成在训练器壳体内的空气压缩机、第二细菌过滤器、储气囊、减压阀、吸气流量调节比例电磁阀、加湿器、APL阀、吸气单向阀、吸气安全阀、吸气流量传感器、第一细菌过滤器；

所述呼气管路上根据呼出气流走向依次设置有集成在训练器壳体内的第三细菌过滤器、呼气流量传感器、呼气安全阀、呼气单向阀和呼气阻力调节比例电磁阀；

所述数字转换器一端连接吸气流量传感器和呼气流量传感器、另一端连接控制器；

所述训练器壳体上设置有与控制器连接的人机交互界面，所述人机交互界面上显示有使用者的基本信息、慢性阻塞性肺病等级评估问卷信息、使用者在训练时的肺部动态效果图、多个呼吸训练输出参数和复位按键。

优选地，所述呼吸训练输出参数包括呼/吸气流速、呼/吸气平均流速、呼气压力、单次最高压力、单次潮气量、单次最高平均流速、有效训练次数、呼气频率、吸气频率、训练总用时和有效训练用时。

优选地，所述面罩上设置有绑缚带。

优选地，所述训练器壳体还设置有与控制器连接的数据输出端口。

优选地，所述第三细菌过滤器前端设置有气体加温器。

本发明还提供利用上述多参数呼吸训练装置的呼吸训练方法，包括以下步骤：使用者佩戴上面罩，将一次性容纳腔插入面罩；

控制器判断使用者所处的慢性阻塞性肺病等级，并调节呼气阻力调节比例电磁阀的开度使呼气管路打通；

使用者用嘴呼气，呼气气流依次经第三细菌过滤器、呼气流量传感器、呼气安全阀、呼气单向阀和呼气阻力调节比例电磁阀从训练器壳体上的排气端口排出；

呼气结束后，控制器控制吸气流量调节比例电磁阀打开使吸气管路打通，外部空气由训练器壳体上的进气端口依次经过空气压缩机、第二细菌过滤器、储气囊、减压阀、吸气流量调节比例电磁阀、加湿器、APL阀、吸气单向阀、吸气安全阀、吸气流量传感器和第一细菌过滤器后，正压气体由鼻腔进入人体肺部，使肺泡扩张；

重复进行呼气或吸气训练，每次呼气或吸气时吸气流量传感器和呼气流量传感器采集使用者的呼吸训练参数信号，数字转换器将使用者的呼吸训练参数信号转换为数字信号并传送给控制器，控制器经过计算将使用者在训练时的肺部动态效果图和呼吸训练输出参数显示在人机交互界面上；

训练完毕后，点击复位按键重置。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1)本发明在呼吸训练器内设置单独的吸气管路和呼气管路，吸气管路中间歇性通气，正压供气辅助肺泡扩张，提高训练效果；使用者吸气或呼气时，吸气流量传感器和呼气流量传感器采集使用者的呼吸训练参数信号，数字转换器将使用者的呼吸训练参数信号转换为数字信号并传送给控制器，控制器经过计算将使用者在训练时的肺部动态效果图和呼吸训练输出参数显示在人机交互界面上。

2)本发明呼吸训练方法采用首次呼气方式或采用填写问卷方式判断使用者所处的慢阻塞性肺疾病等级，最终以二者判断的较高级数为训练依据，控制器控制自动设定呼气阻力调节比例电磁阀的开度，也可由医生根据控制器给出的判断结果，制定合理的训练计划，在人机交互界面手动设定设定呼气阻力调节比例电磁阀的开度，以进行更合理的呼吸训练，避免训练装置给使用者供气过猛而损伤呼吸肌和膈肌。

3)本发明在第三细菌过滤器前端设置有气体加温器，用于加热使用者的呼出气体超过露点温度(40℃)，避免在呼气管路和呼气流量传感器内凝结成液态水，进而避免滋生细菌，不仅可以避免交叉感染，同时避免水汽损坏设备，也可提高数据采集的准确性。

附图说明

图1为本发明多参数呼吸训练器的结构示意图。

附图中标记：1为面罩，2为吸气管路，3为呼气管路，4为训练器壳体，5为第一细菌过滤器，6为吸气流量传感器，7为吸气安全阀，8为吸气单向阀，9为APL阀，10为加湿器，11为吸气流量调节比例电磁阀，12为储气囊，13为第二细菌过滤器，14为空气压缩机，15为第三细菌过滤器，16为呼气流量传感器，17为呼气安全阀，18为呼气单向阀，19为呼气阻力调节比例电磁阀，20为气体加温器，21为一次性容纳腔，22为减压阀。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。下述实施例中的试验方法，如无特别说明，均为常规方法。

潮气量(Tidal volume，TV)是指平静呼吸时每次吸入或呼出的气量。它与年龄、性别、体积表面、呼吸习惯、肌体新陈代谢有关。设定的潮气量通常指吸入气量。潮气量的设定并非恒定，应根据病人的血气分析进行调整。正常情况下：成人：8-10ml/kg，小儿：6-10ml/kg。

实施例一

如图1所示，一种多参数呼吸训练装置，包括训练器壳体4、设置在训练器壳体4内部的控制器、数字转换器，还包括集成在训练器壳体4内的吸气管路2和呼气管路3，一次性容纳腔21及面罩1，所述吸气管路2和呼气管路3一端连接一次性容纳腔21，所述一次性容纳腔21可拆卸连接在面罩1上；

吸气管路2上根据吸气气流走向依次设置有集成在训练器壳体4内的空气压缩机14、第二细菌过滤器13、储气囊12、减压阀22、吸气流量调节比例电磁阀11、加湿器10、APL阀9、吸气单向阀8、吸气安全阀7、吸气流量传感器6、第一细菌过滤器5；

呼气管路上3根据呼出气流走向依次设置有集成在训练器壳体4内的第三细菌过滤器15、呼气流量传感器16、呼气安全阀17、呼气单向阀18和呼气阻力调节比例电磁阀19；

数字转换器一端连接吸气流量传感器6和呼气流量传感器16、另一端连接控制器；

训练器壳体4上设置有与控制器连接的人机交互界面，所述人机交互界面上显示有使用者的基本信息、慢性阻塞性肺病等级评估问卷信息、使用者在训练时的肺部动态效果图、多个呼吸训练输出参数和复位按键。

本发明中人机交互界面可采用触屏操作，使用前可先输入使用者的基本信息，如姓名、年龄、身高、体重、患病史等。呼吸训练输出参数包括呼/吸气流速、呼/吸气平均流速、呼气压力、单次最高压力、单次潮气量、单次最高平均流速、有效训练次数、呼气频率、吸气频率、训练总用时和有效训练用时。当然，人机交互界面还可以根据需要显示其他呼吸训练参数，而肺部动态效果图可以包含气管、双侧肺部、呼吸肌和膈肌等内容，并随使用者进行吸气、呼气变大或变小。

在面罩1上设置有绑缚带，以在使用过程中固定面罩1。本发明面罩1上还可拆卸连接用于容纳使用者鼻子或嘴巴的一次性容纳腔21(一次性容纳腔21的结构如医用输氧罩，在面罩1和一次性容纳腔21上分别设置相互配合的滑槽和滑块实现与面罩1的快速连接)，防止交叉感染。伸出训练器壳体4的吸气管路2和呼气管路3用软管包裹，软管一端可通过快速接头连接一次性容纳腔21，以方便使用者呼吸训练完毕后快速更换一次性容纳腔21。

本发明控制器可采用单片机，在训练器壳体4还设置有与控制器连接的数据输出端口，数据输出端口可通过数据线连接计算机，使用者训练完成后，训练结果数据上传存储至计算机，进而将训练结果打印出来。本发明中吸气流量调节比例电磁阀11、呼气阻力调节比例电磁阀19采用西门子VV146.20+SUA21电动两通阀电磁阀；吸气流量传感器6采用无锡康森斯克电子科技有限公司的CAFS4000B-100L/min，呼气流量传感器采用无锡康森斯克电子科技有限公司的16CAFS4000B-150L/min；空气压缩机14采用宁波东莱机电有限公司的WS7040-24-V200N涡轮空气压缩机。

本发明在第三细菌过滤器15前端设置有气体加温器20，用于加热使用者的呼出气体超过露点温度(40℃)，避免在呼气管路2和呼气流量传感器17内凝结成液态水，进而避免滋生细菌，不仅可以避免交叉感染，同时避免水汽损坏设备，也可提高数据采集的准确性。

本发明在吸气管路2的前端和后端均设置有细菌过滤器，可避免空气中细菌吸入人体内部，减少交叉感染；在呼气管路3的前端也设置有细菌过滤器，可避免使用者呼出气体带有病菌，污染空气。另外，空气经空气压缩机14压缩增压后进入储气罐12，缓冲气体压力，避免直接进入使用者体内损伤呼吸肌和膈肌。

利用上述多参数呼吸训练装置的呼吸训练方法，包括以下步骤：

使用者佩戴上面罩1，将一次性容纳腔21插入面罩1，使鼻子和嘴分别对准吸气管路2和呼气管路3的进气孔；

控制器判断使用者所处的慢性阻塞性肺病等级，并调节呼气阻力调节比例电磁阀19的开度使呼气管路3打通；

使用者用嘴呼气，呼气气流依次经第三细菌过滤器15、呼气流量传感器16、呼气安全阀17、呼气单向阀18和呼气阻力调节比例电磁阀19从训练器壳体4上的排气端口排出；

呼气结束后，控制器控制吸气流量调节比例电磁阀11打开使吸气管路2打通，外部空气由训练器壳体4上的进气端口依次经过空气压缩机14、第二细菌过滤器13、储气囊12、减压阀22、吸气流量调节比例电磁阀11、加湿器10、APL阀9、吸气单向阀8、吸气安全阀7、吸气流量传感器6和第一细菌过滤器5后，正压气体由鼻腔进入人体肺部，使肺泡扩张；

重复进行呼气或吸气训练，每次呼气或吸气时吸气流量传感器6和呼气流量传感器16采集使用者的呼吸训练参数信号，数字转换器将使用者的呼吸训练参数信号转换为数字信号并传送给控制器，控制器经过计算将使用者在训练时的肺部动态效果图和呼吸训练输出参数显示在人机交互界面上；

训练完毕后，点击复位按键重置。

值得说明的是，用力肺活量(forced vital capacity，FVC)是测定呼吸道有无阻力的重要指标。正常人3秒内可将肺活量全部呼出，第1、2、3秒所呼出气量各占FVC的百分率正常分别为83％、96％、99％。第一秒用力呼气容积(forced expiratory volume in onesecond，FEV1.0)，其临床应用较广，常以FEV1.0/FVC％表示。FEV1.0正常值：男性约3179±117ml、女性约2314土48ml，FEV1.0/FVC％正常为>80％。而阻塞性通气障碍病人，如慢性阻塞性肺病、支气管哮喘急性发作的病人，由于气道阻塞、呼气延长，其FEV1.0和FEV1.0/FVC％均降低。WS318-2010《慢阻塞性肺疾病诊断标准》将慢阻塞性肺疾病分为四个等级：I级，轻度，FEV1/FVC<70％，FEV1≥80％预计值；II级，中度，FEV1/FVC<70％，50％≤FEV1<80％预计值；III级，重度，FEV1/FVC<70％，30％≤FEV1<50％预计值；IV级，非常严重，FEV1/FVC<70％，FEV1<30％预计值。上述预计值公式如下：

18岁以下(身高单位：米)：

男性：0.812×身高×2.77；

女性：0.788×身高×2.73。

18岁以上(包括18岁)(身高单位：米)：

男性：0.04525×身高－0.03509×年龄－2.59946(男，70岁，175cm，2.9L)；

女性：0.04071×身高－0.02147×年龄－2.56958(女，70岁，162cm，2.5L)。

本发明给出两种方式判断使用者所处的慢阻塞性肺疾病等级：1)采用首次呼气方式评估，具体过程如下：使用者在人机交互界面输入身高、年龄等基本信息，控制器控制呼气阻力调节比例电磁阀19全开使呼气管路3打通，使用者先用嘴呼气，呼气流量传感器16采集使用者的呼出气流信号，数字转换器将使用者的呼出气流信号转换为数字信号并传送给控制器，控制器计算出FEV1、FVC，控制器根据上述预计值公式计算出使用者所处的慢阻塞性肺疾病等级。

2)采用填写问卷方式评估，具体过程如下：使用者在人机交互界面填写慢性阻塞性肺病等级评估问卷信息，问卷信息内容及评分如表1所示，控制器根据评分结果计算出使用者所处的慢阻塞性肺疾病等级，如评分≤10，则疾病状态为I级，轻度；10＜评分≤20，则疾病状态为II级，中度；20＜评分≤30，则疾病状态为III级，重度；评分＞30分，则疾病状态为IV级，非常严重。

表1问卷信息内容及评分

当使用者进行首次呼气后，或者填写完评估问卷后，控制器均可判断出使用者所处的慢阻塞性肺疾病等级，但本发明以二者判断的较高级数为训练依据，控制器控制自动设定呼气阻力调节比例电磁阀19的开度，如慢阻塞性肺疾病为IV级，则设定呼气阻力调节比例电磁阀19的开度大于50％；慢阻塞性肺疾病为III级，则设定呼气阻力调节比例电磁阀19的开度为20％-50％；慢阻塞性肺疾病为II级，则设定呼气阻力调节比例电磁阀19的开度为5％-30％；慢阻塞性肺疾病为I级，则设定呼气阻力调节比例电磁阀19的开度为1％-10％。也可以由医生根据控制器给出的判断结果，制定合理的训练计划，在人机交互界面手动设定呼气阻力调节比例电磁阀19的开度，可避免训练装置给使用者供气过猛而损伤呼吸肌和膈肌。训练结束后，医生可根据人机交互界面显示的呼吸训练输出参数判断治疗效果，以制定下一步的训练计划。

本发明中吸气管路2通过自控开启，当控制器检测到呼气结束时，开启吸气流量调节比例电磁阀11，吸气管路2打开；控制器检测到吸气结束时，关闭吸气流量调节比例电磁阀11，吸气管路2关闭。

以上所述之实施例，只是本发明的较佳实施例而已，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (6)

1.一种多参数呼吸训练装置，包括训练器壳体（4）、设置在训练器壳体（4）内部的控制器、数字转换器，其特征在于，还包括集成在训练器壳体（4）内的吸气管路（2）和呼气管路（3），一次性容纳腔（21）及面罩（1），所述吸气管路（2）和呼气管路（3）一端连接一次性容纳腔（21），所述一次性容纳腔（21）可拆卸连接在面罩（1）上；

所述吸气管路（2）上根据吸气气流走向依次设置有集成在训练器壳体（4）内的空气压缩机（14）、第二细菌过滤器（13）、储气囊（12）、减压阀（22）、吸气流量调节比例电磁阀（11）、加湿器（10）、APL阀（9）、吸气单向阀（8）、吸气安全阀（7）、吸气流量传感器（6）、第一细菌过滤器（5）；

所述呼气管路（3）上根据呼出气流走向依次设置有集成在训练器壳体（4）内的第三细菌过滤器（15）、呼气流量传感器（16）、呼气安全阀（17）、呼气单向阀（18）和呼气阻力调节比例电磁阀（19）；

所述数字转换器一端连接吸气流量传感器（6）和呼气流量传感器（16）、另一端连接控制器；

所述训练器壳体（4）上设置有与控制器连接的人机交互界面，所述人机交互界面上显示有使用者的基本信息、慢性阻塞性肺病等级评估问卷信息、使用者在训练时的肺部动态效果图、多个呼吸训练输出参数和复位按键。

2.根据权利要求1所述的多参数呼吸训练装置，其特征在于，所述呼吸训练输出参数包括呼/吸气流速、呼/吸气平均流速、呼气压力、单次最高压力、单次潮气量、单次最高平均流速、有效训练次数、呼气频率、吸气频率、训练总用时和有效训练用时。

3.根据权利要求1所述的多参数呼吸训练装置，其特征在于，所述面罩（1）上设置有绑缚带。

4.根据权利要求1所述的多参数呼吸训练装置，其特征在于，所述训练器壳体（4）还设置有与控制器连接的数据输出端口。

5.根据权利要求1所述的多参数呼吸训练装置，其特征在于，所述第三细菌过滤器（15）前端设置有气体加温器（20）。

6.利用权利要求1~5任一项所述的多参数呼吸训练装置的呼吸训练方法，其特征在于，包括以下步骤：

使用者佩戴上面罩（1），将一次性容纳腔（21）插入面罩（1）；

控制器判断使用者所处的慢性阻塞性肺病等级，并调节呼气阻力调节比例电磁阀（19）的开度使呼气管路（3）打通；

使用者用嘴呼气，呼气气流依次经第三细菌过滤器（15）、呼气流量传感器（16）、呼气安全阀（17）、呼气单向阀（18）和呼气阻力调节比例电磁阀（19）从训练器壳体（4）上的排气端口排出；

呼气结束后，控制器控制吸气流量调节比例电磁阀（11）打开使吸气管路（2）打通，外部空气由训练器壳体（4）上的进气端口依次经过空气压缩机（14）、第二细菌过滤器（13）、储气囊（12）、减压阀（22）、吸气流量调节比例电磁阀（11）、加湿器（10）、APL阀（9）、吸气单向阀（8）、吸气安全阀（7）、吸气流量传感器（6）和第一细菌过滤器（5）后，正压气体由鼻腔进入人体肺部，使肺泡扩张；

重复进行呼气或吸气训练，每次呼气或吸气时吸气流量传感器（6）和呼气流量传感器（16）采集使用者的呼吸训练参数信号，数字转换器将使用者的呼吸训练参数信号转换为数字信号并传送给控制器，控制器经过计算将使用者在训练时的肺部动态效果图和呼吸训练输出参数显示在人机交互界面上；

训练完毕后，点击复位按键重置。

Images