CN112156322A - 智能导管脉冲器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能导管脉冲器，包括人机界面屏、主箱体、脉冲枪等。本发明的有益效果是：相对于现有技术在使用中存在操作不科学、不规范、不智能的问题，本发明通过伯努利方程原理实现智能化控制。在脉冲冲管方法刚被大众所慢慢接受，是此行业的萌芽阶段，脉冲式的冲管方式理论研究还有待进一步深入，本设备的开发，有利于研究人员使用本设备进行深入脉冲式冲管理论的研究，在技术上提供了有力支持。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域,特别涉及一种具有精准控制脉冲速度、频率、脉冲量的智能导管脉冲器。
背景技术
随着科技和社会的发展，留置针、picc深静脉置管等技术在各个级别医院广泛开展，随之而来的导管维护冲管渐渐的成为了工作的日常。实验对比了三种冲管方式，分别为脉冲式冲管、持续低流速匀速推注冲管和静脉滴注，实验数据表面：使用10ml注射器进行脉冲式冲管，可在8秒钟内清除导管壁上90％的蛋白质；使用10ml注射器进行连续低流速冲管，5秒钟推完，可清除67％的蛋白质；如在10秒钟推完，可清除导管壁上49％的蛋白质(即推注速度越快，冲管效果越好)；使用500ml盐水24小时静脉滴注，6小时后能清除18％的蛋白质；24小时才能达到清除80％的效果。(滴速0.35ml/分)
由此可见静脉滴注这种冲管方式的效果，不仅无法实现理想的清洁效果，而且冲管液的来源是存在明显风险的。持续低流速匀速推注冲管，液体在管路中流动时管腔中心流速越大，越靠近管壁流速越小，与管壁接触处的流速为零，形成的直流式水流，冲洗效果有限。脉冲式冲管采用推一下停一下的冲洗方法，使冲管液在导管腔内产生正、负压形成涡流，增加对导管壁全面均匀的冲洗，可有力地将附着在导管壁上的残留药物冲洗干净，更有效地减少堵塞的发生。脉冲式冲管在其他导管中的应用肠内营养制剂大多为蛋白质、葡萄糖、脂肪、各种维生素及矿物质等成分组成的混悬液，其液体分子大，比较黏稠，并且输入速度往往慢于常规药物，容易引起管路堵塞。以往采用的直冲式冲管不能彻底、有效地清洁导管，而脉冲式冲管可有效的将导管壁上的附着物冲洗干净。
脉冲式冲管的应用越来越普遍，但是在实际临床，对于护士要求较高，速度和脉冲量不易控制。关于脉冲式冲管的理论研究还需要一段时间，比如冲管的脉冲速度，以及每个脉冲量的多少和脉冲的频率等诸多问题需要深入研究，本发明可以帮助相关从业人员重点研究相关理论，也可以大力推广到一线，所以为了更加规范化智能化，设计本发明专利，填补了这片理论空白。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供了一种智能科学的智能导管脉冲器。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种智能导管脉冲器，其特征在于，所述脉冲器包括主箱体、溶液箱体，控制器，储液箱，紫外线灯管，加热器，电插头，输出口电磁阀，内输出管，输入管，外输出管，输入口电磁阀，箱体开关，显示灯，脉冲枪，人机界面屏；其中，
所述溶液箱体，控制器，储液箱，紫外线灯管，加热器，输出口电磁阀，内输出管，输入管，输入口电磁阀，设置于主箱体内部；所述溶液箱体设置于主箱体中部，所述控制器，储液箱设置于主箱体左上角，所述输出口电磁阀设置于溶液箱体侧表面，通过内输出管和加热器，与外输出管相连接；所述输入口电磁阀设置于溶液箱体上方与设置于储液箱的输入管通过管道相连接，所述紫外线灯管设置于主箱体侧壁；
所述电插头，外输出管穿过主箱体与外部连接；
所述箱体开关，显示灯设置于主箱体外表面；
所述溶液箱体包括溶液泵，伺服电动机，伺服电动机轴，溶液泵控制轴，温度传感器，直线传感器，压力传感器；所述伺服电动机，伺服电动机轴，溶液泵控制轴相连接；所述温度传感器，直线传感器，压力传感器设置于溶液箱体内部。
所述人机界面屏包括显示屏，支柱，底座；所述显示屏通过机械臂与支柱连接，所述支柱插入底座。
所述脉冲枪包括脉冲枪柄，脉冲枪电磁阀，接口，发射开关；所述脉冲枪电磁阀设置于脉冲枪柄左侧，所述接口通过脉冲枪管与脉冲枪电磁阀连接，所述发射开关设置于脉冲枪柄上方。
所述人机界面屏电连主箱体；
所述脉冲枪水管电连主箱体。
优选地，内输出管穿过加热器。
优选地，所述伺服电动机轴和溶液泵控制轴轴连接，纵向控制。
优选地，所述温度传感器用于测量溶液箱体中的溶液温度，反馈给控制器。
优选地，所述压力传感器用于测量溶液箱体里面的液体压力，将测量的压力信号反馈给控制器。
优选地，所述人机界面屏的显示屏上的显示模块包括显示当前温度、设置温度、溶液余量体积、控制加液开关图标、当前脉冲量、设置脉冲量、当前脉冲频率、设置脉冲频率、当前脉冲速度、设置脉冲速度、紫外线开关工作状态显示块和加热器开关工作状态显示块。
优选地，所述的输出口电磁阀和输入口电磁阀是微型电磁阀。
本发明的有益效果是：相对于现有技术在使用中存在操作不科学、不规范、不智能的问题，本发明通过伯努利方程原理实现智能化控制。在脉冲冲管方法刚被大众所慢慢接受，是此行业的萌芽阶段，脉冲式的冲管方式理论研究还有待进一步深入，本设备的开发，有利于研究人员使用本设备进行深入脉冲式冲管理论的研究，在技术上提供了有力支持。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是主箱体的立体结构示意图(一)；
图2是主箱体的立体结构示意图(二)；
图3是人机界面屏的立体结构示意图；
图4是脉冲枪的立体结构示意图；
图5是电路连接示意图；
图6是伺服电动机的轴结构示意图。
附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1-主箱体，2-溶液箱体，3-控制器，4-储液箱，5-紫外线灯管，6-加热器，7-电插头，21-溶液泵，22-伺服电机，23-伺服电动机轴，24-溶液泵控制轴，25-温度传感器，26-直线传感器，27-压力传感器，30-输出口电磁阀，31-内输出管，32-输入管，33-外输出管，34-输入口电磁阀，35-箱体开关，36-显示灯，50-人机界面屏，显示屏-51，支柱-52，底座-53，脉冲枪-40，脉冲枪柄-41，脉冲枪电磁阀-42，接口-43，发射开关-44。
具体实施方式
为了进一步解释本发明技术方案，下面通过具体实施例对本发明进行详细阐述。本发明提供了一种具有精准控制脉冲速度、频率、脉冲量的智能导管脉冲器。
如图1至图6所示，本发明包括人机界面屏、主箱体、脉冲枪等。人机界面屏通过控制器电连接单片机，脉冲枪和主箱体连接在一起。
控制软件的核心是单片机，人机界面屏与单片机的使用已经很成熟了，人机界面屏可以显示一些参数，如液体的容量，液体的温度等等很多数据，还可以设置参数，比如脉冲频率，脉冲量，脉冲速度等重要参数，总之，人机界面屏是一个人和机械连接的重要窗口，人能够实现智能控制。
人机界面屏显示当前温度、设置温度，溶液余量体积，控制加液开关图标，当前脉冲量、设置脉冲量，当前脉冲频率、设置脉冲频率，当前脉冲速度、设置脉冲速度，紫外线开关工作状态显示块，加热器开关工作状态显示块。
伺服电动机轴和熔液泵控制轴是通过轴连接的，电动机的正反转控制溶液泵胶塞上下运动。
通过设置脉冲频率、脉冲量和脉冲速度具体原理如下：
假设最优的冲管的时间间隔t，是指电磁阀关断的时间间隔，电磁阀导通的时间T可以控制脉冲量Q，通过输入人机界面输入这个数值，就可以通过相对应的公式，计算出电磁阀导通的时间T，得到最优的冲管量Q。最优的冲管速度vB。
模型中，溶液缸是一个可以通过伺服电机控制的密闭容器，通过电机的旋转，可以实现精准控制，符合伯努利方程的模型。
通过伺服电机的旋转，对溶液缸进行施压作用，如果输出管的电磁阀打开，对输出管的速度vB进行计算。
利用伯努利方程求解
P为胶塞里面的压强，P＝PA
已知vA≈0和hB＝0
带入公式后得到
将公式进行等位换算
继续变化得到vB 2
2(P+ρghA-PB)/ρ＝vB 2 (1-4)
进行开根号得到vB
得到以上公式，得知vB和P的关系，vB的数值是通过人机界面进行设定的，vB是表示脉冲的速度，脉冲冲管的最优速度。
密闭液体上的压强，能够大小不变地向各个方向传递。根据静压力基本方程(p＝p0+ρgh),盛放在密闭容器内的液体，其外加压强P0发生变化时，只要液体仍保持其原来的静止状态不变，液体中任一点的压强均将发生同样大小的变化。这就是说，在密闭容器内，施加于静止液体上的压强将以等值同时传到各点。这就是静压传递原理或称帕斯卡原理。
帕斯卡定律是流体力学中，由于液体的流动性，封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将大小不变地向各个方向传递。帕斯卡首先阐述了此定律。压强等于作用压力除以受力面积。根据帕斯卡定律，在水力系统中的一个活塞上施加一定的压强，必将在另一个活塞上产生相同的压强增量。如果第二个活塞的面积是第一个活塞的面积的10倍，那么作用于第二个活塞上的力将增大为第一个活塞的10倍，而两个活塞上的压强仍然相等。
其中PA和PB的关系通过公式进行计算
P＝F/SA和PB＝F/SB
得到PSA＝PBSB (1-6)
其中P可以通过压力传感器进行测量实时输入到单片机中，SA和SB为压力传感器和输出管的横截面积，已知数值
hA是胶塞里面中生理盐水的水位高度，能够通过光栅型直线传感器测量，同样是已知数值。
所以只需要通过设定想要的最优的脉冲速度vB的数值，通过以上公式就可以控制PA的值，来实现脉冲速度vB的闭环控制，因为PA这个数值可以通过压力传感器进行测量横截面积SA所承受的压力反馈，通过P＝F/SA进行计算。
脉冲量如何进行优化控制yi
流体在水平圆管中做层流运动时，其体积流量Q与管子两端的压强差ΔP,管子的半径r，长度L，以及流体的粘滞系数η有以下关系
Q＝π·r4·ΔP/8ηL
式中Q是体积流量
r是管子的半径，
ΔP是管子两端的压强差，ΔP＝PB-P大气压
η是流体的粘滞系数
L是管子的长度
根据公式以下公式得知，
公式中可以看出，只有vB是通过人机界面设置的，其他所有数值都是已知的，或者能通过压力传感器进行测量后得到。
控制流体流量Q，只能控制电磁阀的导管通过时间T来控制。脉冲的频率通过电磁阀的通断来实现。
在本实施例中，本发明包括主箱体1、设置在主箱体1内部的溶液箱体2，控制器3，储液箱4，紫外线灯管5，加热器6，输出口电磁阀30，内输出管31，输入管32，输入口电磁阀34，脉冲枪40；其中，
所述输出口电磁阀30设置于溶液箱体2侧表面，通过内输出管31和加热器6，与外输出管33相连接；所述输入口电磁阀34设置于溶液箱体2上方与设置于储液箱4的输入管32通过管道相连接，所述紫外线灯管5设置于主箱体侧壁。
所述脉冲器还包括电插头7，外输出管33，所述电插头7，外输出管33穿过主箱体1与外部连接。
所述脉冲器还包括箱体开关35，显示灯，所述箱体开关35，显示灯36设置于主箱体1外表面。
所述溶液箱体2包括溶液泵21，伺服电动机22，伺服电动机轴23，溶液泵控制轴24，温度传感器25，直线传感器26，压力传感器27；所述溶液泵21设置于溶液箱体2底部；所述伺服电动机22，伺服电动机轴23，溶液泵控制轴24相连接；所述温度传感器25，直线传感器26，压力传感器27设置于溶液箱体2内部。
所述脉冲器还包括人机界面屏50，所述人机界面屏50包括显示屏51，支柱52，底座53；所述显示屏51通过机械臂与支柱52连接，所述支柱52插入底座53。
所述脉冲枪40包括脉冲枪柄41，脉冲枪电磁阀42，接口43，发射开关44；所述脉冲枪电磁阀42设置于脉冲枪柄41左侧，所述接口43通过脉冲枪管与脉冲枪电磁阀42连接，所述发射开关44设置于脉冲枪柄41上方。
所述人机界面屏50连接主箱体1。
所述脉冲枪40连接主箱体1。
所述内输出管31穿过加热器6。
所述控制器3选择的是AT89C51型单片机，所述加热器6是热水袋式的加热器，内输出管31穿过其中。所述直线传感器26选择的是光栅型直线传感器。
所述伺服电动机轴23和溶液泵控制轴24轴连接，纵向控制。
所述温度传感器选择的是PT100型，测量溶液箱体2中的溶液温度，反馈给控制器3。
所述压力传感器27测量溶液箱体里面的液体压力，将测量的压力信号反馈给控制器3。
所述人机界面屏50的显示屏51上的显示模块包括显示当前温度、设置温度、溶液余量体积、控制加液开关图标、当前脉冲量、设置脉冲量、当前脉冲频率、设置脉冲频率、当前脉冲速度、设置脉冲速度、紫外线开关工作状态显示块和加热器开关工作状态显示块。
所述的电磁阀是微型电磁阀，能够实现精准控制。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种智能导管脉冲器，其特征在于，所述脉冲器包括主箱体(1)、设置在主箱体(1)内部的溶液箱体(2)，控制器(3)，储液箱(4)，紫外线灯管(5)，加热器(6)，输出口电磁阀(30)，内输出管(31)，输入管(32)，输入口电磁阀(34)，脉冲枪(40)；其中，
所述输出口电磁阀(30)设置于溶液箱体(2)侧表面，通过内输出管(31)和加热器(6)，与外输出管(33)相连接；所述输入口电磁阀(34)设置于溶液箱体(2)上方与设置于储液箱(4)的输入管(32)通过管道相连接，所述紫外线灯管(5)设置于主箱体侧壁。
2.根据权利要求1所述的脉冲器，其特征在于，所述脉冲器还包括电插头(7)，外输出管(33)，所述电插头(7)，外输出管(33)穿过主箱体(1)与外部连接。
3.根据权利要求2所述的脉冲器，其特征在于，所述脉冲器还包括箱体开关(35)，显示灯，所述箱体开关(35)，显示灯(36)设置于主箱体(1)外表面。
4.根据权利要求1所述的脉冲器，其特征在于，所述溶液箱体(2)包括溶液泵(21)，伺服电动机(22)，伺服电动机轴(23)，溶液泵控制轴(24)，温度传感器(25)，直线传感器(26)，压力传感器(27)；所述溶液泵(21)设置于溶液箱体(2)底部；所述伺服电动机(22)，伺服电动机轴(23)，溶液泵控制轴(24)相连接；所述温度传感器(25)，直线传感器(26)，压力传感器(27)设置于溶液箱体(2)内部。
5.根据权利要求3所述的脉冲器，其特征在于，所述脉冲器还包括人机界面屏(50)，所述人机界面屏(50)包括显示屏(51)，支柱(52)，底座(53)；所述显示屏(51)通过机械臂与支柱(52)连接，所述支柱(52)插入底座(53)。
6.根据权利要求1所述的脉冲器，其特征在于，所述脉冲枪(40)包括脉冲枪柄(41)，脉冲枪电磁阀(42)，接口(43)，发射开关(44)；所述脉冲枪电磁阀(42)设置于脉冲枪柄(41)左侧，所述接口(43)通过脉冲枪管与脉冲枪电磁阀(42)连接，所述发射开关(44)设置于脉冲枪柄(41)上方。
7.根据权利要求1所述的脉冲器，其特征在于，所述人机界面屏(50)连接主箱体(1)。
8.根据权利要求1所述的脉冲器，其特征在于，所述脉冲枪(40)连接主箱体(1)。
9.根据权利要求1所述的脉冲器，其特征在于，所述内输出管(31)穿过加热器(6)。
10.根据权利要求1所述的脉冲器，其特征在于，所述伺服电动机轴(23)和溶液泵控制轴(24)轴连接，纵向控制。
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