CN112370107B - 一种智能止血带装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能止血带装置，包括尼龙带、薄膜压力传感器、控制器和镍钛合金丝，所述尼龙带的前后两端分别设有塑料母口和塑料公口，所述镍钛合金丝以并联均匀排布的方式缝制在硅胶布一面，所述硅胶布的另一面贴于尼龙带正面，所述尼龙带正面安装有所述控制器，尼龙带背面安装有所述薄膜压力传感器；所述塑料公口端的尼龙带上等间距设有通孔，所述镍钛合金丝的一端与控制器连接，另一端穿过两个通孔返回后与控制器连接。

Description

一种智能止血带装置

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种智能止血带装置。

背景技术

传统止血带采用医用高分子材料天然橡胶或特种橡胶制成，伸缩性强，通过压迫血管限制血流运动来达到止血的目的，适用于医疗的急救止血及各类外科手术，也适用于日常生活中肢体出血、野外蛇虫咬伤出血时的应急止血。如果手术中止血带能正确的使用就可以有效的止血，确保伤口无渗血，方便手术操作的同时能够有效缩短手术时间，并且能够减少感染的机率降低患者的痛苦，在肢体类手术中尤为重要。

传统的紧绷式止血带在使用时，需要把止血带拉紧，缠绕肢体打结，由于止血带无法自动调整捆绑压力，无法在病人变换体位时调整压力，容易出现压力过大或压力不足影响止血效果，捆绑时间过长还可能造成严重的组织损伤，为了避免传统止血带可能带来的损伤，可以采用能够进行自适应压力调整的智能止血带。目前国内已有能够进行自适应压力调调整的智能止血带，这类智能止血带采用了类似传统的气囊式血压计的医用气压止血带进行加压以达到对血压进行控制的目的。气压式止血带在手术过程中充气，并根据预设的压力值自动调整，不断的充气放气，从而实现对止血压力的控制，但气压式止血带在充气与放气过程中操作较为繁琐，控制结构体积庞大，对充气电机控制要求高，需要较大功率供电，难以实现对压力严密的监测和控制，智能化程度与可靠性较低，更是无法实现可穿戴化。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种智能止血带装置，基于体外施加压力限制血流法，采用新型功能材料镍钛合金丝，该装置能够实现在止血过程中，严密监测肢体肌肉群压力，与预设压力值进行比较并且进行实时快速的自适应压力调整，防止在止血过程中因压力过大导致坏死或出现如横纹肌溶解症在内的各类并发症，以及避免长时间捆绑后病人的肢体容易出现缺氧等情况，有效控制手术期间病人的出血情况，从而降低止血操作中各类风险，避免影响病人受伤肢体的愈合时间。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种智能止血带装置，包括尼龙带、薄膜压力传感器、控制器和镍钛合金丝，所述尼龙带的前后两端分别设有塑料母口和塑料公口，所述镍钛合金丝以并联均匀排布的方式缝制在硅胶布一面，所述硅胶布的另一面贴于尼龙带正面，所述尼龙带正面安装有所述控制器，尼龙带背面安装有所述薄膜压力传感器；所述塑料公口端的尼龙带上等间距设有通孔，所述镍钛合金丝的一端与控制器连接，另一端穿过两个通孔返回后与控制器连接。

进一步的，所述通孔设有三个，所述镍钛合金丝采用四线并联W型排布方式缝制在硅胶布上，并通过0.1—0.3mm的钢丝通过打结方式对镍钛合金丝进行限位固定。

进一步的，所述镍钛合金丝长度为50cm。

进一步的，所述硅胶布厚度为0.3mm。

进一步的，所述薄膜压力传感器尺寸为30*30mm，有效测量压力范围为5-20kg。

进一步的，所述薄膜压力传感器一面是由柔性薄膜和复合其上的导电层，另一面是柔性薄膜和复合其上的纳米级压感材料，两面通过双面胶贴合，并隔离两面的感应区域，导电层由聚酯薄膜导电材料构成，纳米压感材料当感应区受压时，薄膜压力传感器中彼此分离的线路导通，金属端口的输出电阻随着压力不同发生相应变化。

进一步的，镍钛合金丝直径为0.3mm，采用镍钛二元合金，包含Ni50％；Ti49.9％；C、Co、Cu元素微量及0.04％氧分子；抗拉强度为850MPa。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

(1)本发明所述装置区别于传统的气压式压力测量与控制模式，创新性地使用了镍钛合金丝，依据其相变收缩的性质使其可以提供可变压力，从而设计了体积小、重量轻的可穿戴智能止血带装置，使得患者能够更加方便安全地穿戴该装置进行止血，避免因止血带捆绑过紧而导致组织损伤，该方案相较于传统方案能够有效降低成本提升可靠性和使用寿命；

(2)本发明所述装置的控制器采用相对体积和功耗较小的STM32f030作为主控板，电路部分集成度高，镍钛合金丝收缩稳定，可以提高智能止血带的寿命。采用精度高的薄膜压力传感器以及良好的程序算法，使压力采集与测量误差低于2％。镍钛合金丝收缩速度快，可实现上电后5s内的快速启动，止血过程中如压力需要调整，这款止血带可在1s内迅速进行压力调整，确保压力监测和控制精准、实时，提升止血效果；

(3)本发明所述装置的控制电路占用空间小于3.0cm×3.3cm，总体驱动器尺寸仅为6.5cm×3.5cm×1.3cm,实现了装置的便携化，控制器外壳采用Pa12尼龙材料，能够避免肢体接触后可能产生的过敏反应并且不易老化结实耐用；

(4)本发明所述装置可加载压力的大于160mmHg，适用于各类人群的快速有效止血，且装置具有IP68级别防水效果，可适用于多种环境下的快速止血。

(5)本发明所述装置平均功率仅为10W，是传统气源设备的十分之一以内，因此可以实现电池供电和便携化。

(6)本发明所述装置因采用薄膜压力传感器采集压力，并通过电流直接控制，相较于传统的气压传感器加增压气泵的方案控制精度约缩小至十分之一。

附图说明

图1是止血带外形正面示意图。

图2是止血带外形背面示意图。

图3是本发明所用薄膜压力传感器示意图。

图4是本发明控制逻辑示意图。

附图标记：1-硅胶布，2-尼龙带，3-塑料母扣，4-塑料公扣，5-控制器，6-镍钛合金丝，7-薄膜压力传感器

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图4所示，本发明提供一种智能止血带装置，包括尼龙带2、薄膜压力传感器7、控制器5和镍钛合金丝6，尼龙带2的前后两端分别设有塑料母口3和塑料公口4，镍钛合金丝6以并联均匀排布的方式缝制在硅胶布一面，硅胶布1的另一面贴于尼龙带正面，尼龙带正面安装有控制器5，尼龙带背面安装有薄膜压力传感器7；本实施例中塑料公口端的尼龙带上等间距设有三个通孔，镍钛合金丝的一端与控制器连接，另一端穿过其中两个通孔返回后与控制器连接。镍钛合金丝被以四线并联均匀排布的方式缝制在硅胶布上，并使用手术结打结，再使用直径为0.3mm的钢丝进行加固。

本实施例中采用尼龙带作为止血带的主体材料，它的特点是耐磨损、耐撕裂，强度和弹性都很好。止血带运用具有相变收缩性质的镍钛合金丝作为驱动方式，镍钛合金丝长度为50cm，镍钛合金丝伸缩性在7％左右，用于提供可变压力，镍钛合金丝的还包括：采用镍钛二元合金，包含Ni50％；Ti49.9％；氧分子0.04％及C、Co、Cu等元素微量。该合金相变温度约68-73℃，熔点1310℃，密度6.45g/cm³，电阻率-奥氏体为100μΩ/cm，电阻率-马氏体为70μΩ/cm，热导率-奥氏体为0.18W/(cm·℃)，热导率-马氏体为0.085W/(cm·℃)，杨氏模量-奥氏体为83GPa，杨氏模量-马氏体为28-41GPa，摩尔相变焓为167kJ/kg.atm，最大超弹性应变为7％，完全可恢复应变8％，抗拉强度850MPa，直径为0.3mm±0.015mm，具有良好的抗腐蚀性能和减震性能。本发明止血带利用镍钛合金丝良好的收缩性能提供可变压力，镍钛合金丝与尼龙带之间垫铺sp900硅胶布用于隔绝镍钛合金丝在通电过程中的发热。

镍钛合金丝被缝制在硅胶布上，硅胶布厚度为0.3mm用于隔热，硅胶布贴于带有塑料扣的尼龙带表面。

为实现小型化及降低装置成本，本实施例的止血带相较于传统方案在控制算法上做出了较大简化，见图1，其中安装控制器5的壳体采用机械性较好的硬质Pa12材料，从而实现坚固耐用，保证了设备的可靠性；控制器包括主控板STM32f030、2s 400mah的锂电池、ams1117稳压模块以及场效应管。采用低功耗、体积小的STM32f030主控板、ams1117稳压模块和微型电池可以将整个控制器的体积缩小到6.5cm×3.5cm×1.3cm，从而更好地实现可穿戴化；场效应管作为开关控制镍钛合金丝的收缩。供电采用2s 400mah的锂电池供电，提供7.4v电压直接驱动镍钛合金丝，平均工作电流为2A。运用了一个量程为20kg的正方形薄膜压力传感器采集压力数值，采用了桥电路进行电压转化，控制器数字信号读取范围为0-1023，通过STM32f030自带的A/D转换接口进行数据采集，采集到的数字信号经过PID控制算法处理后输出控制镍钛合金丝收缩的有效电压，并使用场效应管作为开关控制电压的输出，将设计的控制器电路绘制成为电路板。

图2为止血带外形背面示意图，薄膜压力传感器用于读取压力值，采用桥电路进行电压转化，通过STM32f030自带的A/D转换接口进行数据采集，薄膜压力传感器尺寸为30*30mm，有效测量压力范围为5-20kg。

图3为本发明所采用的薄膜压力传感器，为正方形的薄膜压力传感器，底层是柔性薄膜和复合其上的导电层，顶层是柔性薄膜和复合其上的纳米级压感材料。两者通过双面胶贴合，并隔离上下两层的感应区域。其中导电层由聚酯薄膜高导电材料构成，当感应区受压时，底层彼此分离的线路导通，金属端口的输出电阻随着压力不同发生相应变化。

图4为本发明控制逻辑示意图，止血带启动后，镍钛合金丝开始收缩，当镍钛合金丝收缩产生的压力达到预设值后，控制器通过PID算法实时调整输出的压力值，使肢体受到恒定的压力，达到有效且安全地止血的目的。

综上，当使用者将智能止血带装置正确佩戴在肢体上之后，在上位机端设计预定的压力值，启动本装置，镍钛合金丝会快速收缩，此时薄膜压力传感器就会开始工作，在收缩过程中测量的压力大小，将其读出的模拟信号进行放大并且进行A/D转换，通过向镍钛合金丝施加不同大小的电压，与预定压力大小进行比较，通过PID算法进行止血带压力的动态调整，可以在1s内快速变化到位有效控制施加压力，并在人肢体运动或体态发生变化时进行高效调整，从而避免发生止血带施压过大或过小而无法有效止血的情况。

简而言之，即薄膜压力传感器读取到一个压力值，作为输入信号与预设值比较，然后控制器给合金丝一个PWM波，通过控制合金丝通电时间实现合金丝的收放。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种智能止血带装置，其特征在于，包括尼龙带、薄膜压力传感器、控制器和镍钛合金丝，所述尼龙带的前后两端分别设有塑料母口和塑料公口，所述镍钛合金丝以并联均匀排布的方式缝制在硅胶布一面，所述硅胶布的另一面贴于尼龙带正面，所述尼龙带正面安装有所述控制器，尼龙带背面安装有所述薄膜压力传感器；所述塑料公口端的尼龙带上等间距设有通孔，所述镍钛合金丝的一端与控制器连接，另一端穿过两个通孔返回后与控制器连接，所述通孔设有三个，所述镍钛合金丝采用四线并联W型排布方式缝制在硅胶布上，并通过0.1—0.3mm的钢丝通过打结方式对镍钛合金丝进行限位固定，所述镍钛合金丝长度为50cm，所述薄膜压力传感器一面是柔性薄膜和复合其上的导电层，另一面是柔性薄膜和复合其上的纳米级压感材料，两面通过双面胶贴合，并隔离两面的感应区域，导电层由聚酯薄膜导电材料构成，纳米压感材料当感应区受压时，薄膜压力传感器中彼此分离的线路导通，金属端口的输出电阻随着压力不同发生相应变化，所述硅胶布厚度为0.3mm，所述薄膜压力传感器尺寸为30*30mm，有效测量压力范围为5-20kg。

2.根据权利要求1所述一种智能止血带装置，其特征在于，镍钛合金丝直径为0.3mm，采用镍钛二元合金，包含Ni50％；Ti49.9％；C、Co、Cu元素微量及0.04％氧分子；抗拉强度为850MPa。

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