CN115105668B - 一种中药灌肠装置、灌肠方法及自动灌肠仪 - Google Patents

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Abstract

一种中药灌肠装置、灌肠方法及自动灌肠仪，涉及灌肠疗法技术领域。解决了现有技术存在中药灌肠装置简单，无法对患者灌肠时舒适程度以及灌肠流量进行实时的监测及控制的问题。所述方法由嵌入在灌肠中药流量感知控制器内的计算机软件实现模块，所述方法包括：根据仿皮肤式压力传感器采集的肛门插管所受到的患者肛门处挤压力和肛肠内部压强；获取输液管中的液体流量与液体压强；根据患者肛肠内部压强以及输液管中的液体压强获取压强差；根据压强差和患者肛门处挤压力获取液体最优流量值；根据获取的液体最优流量值利用增量式数字PID控制灌肠中药流量感知控制器。本发明应用于医疗器械设备技术领域。

Description

一种中药灌肠装置、灌肠方法及自动灌肠仪
技术领域
本发明涉及灌肠疗法技术领域，尤其涉及一种中药灌肠装置。
背景技术
灌肠疗法又称直肠给药法，是在继承中医传统的直肠给药方法的基础上，结合现代的灌肠技术和中医辨证论治发展起来的一种独特的疗法。在中医基础理论指导下辨证论治，四诊合参，辨证用药，拟好灌肠的方剂并采用煎制灌肠液中药，液量100mL，温度控制在39～40摄氏度，将灌肠液装入输液瓶中。根据病情安排体位，挂灌肠器于输液架上，液面高于肛门，小于30厘米，润滑导管后从肛门插入保留灌肠，并尽量保证药液不溢出。
但是，现有中药灌肠装置较为简单，无法对患者灌肠时舒适程度以及灌肠流量进行实时的监测及控制的问题，经常由于灌肠流量过大，过急或者患者肛门处过于紧张等原因导致肛管由肛门脱落，造成灌肠药水浪费，以及对患者产生不必要的额外损伤，给中药灌肠带来不便。
现有技术CN112057693A公开了一种自动化控制灌肠器及灌肠方法，所述灌肠器包括控制面板、电控气泵、压力传感器、药液盒和灌肠液管，所述电控气泵通过导线连接所述控制面板，操作控制面板上的控制按钮能够实现电控气泵的开关，电控气泵的出气端通过进气管连通所述药液盒，所述药液盒为密封式结构，药液盒上还设有出液口和加液口，所述加液口用于向药液盒内加注灌肠液，灌肠时所述加液口密封，进气管上或药液盒顶部还接有压力传感器，所述压力传感器连接所述控制面板，所述出液口上接有所述灌肠液管，灌肠液管的一端伸入患儿的直肠内，另一端伸入所述药液盒的底部或者通过外接管连通至药液盒的底部，所述灌肠液管上分支出泄压管，所述泄压管与灌肠液管相连通，泄压管上安装有常开电磁阀，控制面板通电时常开电磁阀闭合，控制面板关停或断电情况下常开电磁阀均为开启状态。然而，该发明仅能通过判断灌肠压力值是否超出设定值(如5～10mmHg)来控制电控气泵是否工作，无法达到一个实时控制的效果，且设定值范围较大。
发明内容
针对现有技术存在中药灌肠装置简单，无法对患者灌肠时舒适程度以及灌肠流量进行实时的监测及控制的问题，本发明提供一种中药灌肠装置，通过将仿皮肤式压力传感器与增量式数字PID控制相结合的方式，保证患者在中药灌肠过程中实现最大程度的舒适，且能及时监测和控制灌肠流量，避免给患者造成不必要的额外伤害。
本发明提供一种中药灌肠装置，所述装置包括：
灌肠中药罐、灌肠中药流量感知控制器、输液管、肛门插管和仿皮肤式压力传感器；
所述仿皮肤式压力传感器用于覆盖于肛门插管表面、用于获取肛门插管外表面受到的压力，所述灌肠中药流量感知控制器用于与仿皮肤式压力传感器连接、用于根据患者肛门压力控制灌肠中药流量；所述灌肠中药流量感知控制器用于与灌肠中药罐连接、用于控制灌肠中药罐的中药流量；所述灌肠中药管通过输液管与肛门插管连接。
进一步，还提供一种优选实施方式，所述灌肠中药流量感知控制器与仿皮肤式压力传感器通过仿真式压力传感器信号线缆连接。
基于同一构思，本发明还提供一种中药灌肠方法，所述方法由嵌入在灌肠中药流量感知控制器内的计算机软件实现模块，所述方法包括：
根据仿皮肤式压力传感器采集的肛门插管所受到的患者肛门处挤压力F和肛肠内部压强P1的步骤；
获取输液管中的液体流量Q与液体压强P2的步骤；
根据患者肛肠内部压强P1以及输液管中的液体压强P2获取压强差ΔP的步骤；
根据压强差ΔP和患者肛门处挤压力F获取液体最优流量值Q0的步骤；
根据获取的液体最优流量值Q0利用增量式数字PID控制灌肠中药流量感知控制器的步骤。
进一步，还提供一种优选实施方式，所述根据患者肛肠内部压强P1以及输液管中的液体压强P2获取压强差ΔP的步骤，具体为：
ΔP＝P2-P1。
进一步，还提供一种优选实施方式，所述根据压强差ΔP和患者肛门处挤压力F获取液体最优流量值Q0的步骤，具体为：
Q0＝b-k1×ΔP-k2×F，
其中，b为截距；k1为压强差ΔP的比例系数，k2为患者肛门处挤压力F的比例系数。
进一步，还提供一种优选实施方式，所述根据获取的液体最优流量值Q0利用增量式数字PID控制灌肠中药流量感知控制器的步骤，所述的增量式数字PID控制方法为：
其中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，T为采样周期，t为当前时刻，y(t)为灌肠中药感知控制器开关阀的控制量；
e(t)＝Q(t)-Q0，e(t)为t时刻采样的灌肠中药感知控制器的液体流量差，
e(t-1)＝Q(t-1)-Q0，e(t-1)为t-1时刻采样的灌肠中药感知控制器的液体流量差，
e(t-2)为t-2时刻采样的灌肠中药感知控制器的液体流量差，
e(j)为j时刻采样的灌肠中药感知控制器的液体流量差。
进一步，还提供一种优选实施方式，所述增量式数字PID控制方法还包括获取增量式数字PID差分方程：
h(t)＝Δy(t)＝y(t)-y(t-1)＝Kp[e(t)-e(t-1)]+KIe(t)+KD[e(t)-2e(t-1)+e(t-2)]，
其中，KI为积分系数，KD为微分系数。
本发明还提供一种中药灌肠仪，所述灌肠仪包含上述所述的一种中药灌肠装置，所述灌肠中药流量感知控制器内嵌入有计算机软件实现的模块，该模块包括：
肛门处挤压力F和肛肠内部压强P1获取模块，用于灌肠中药流量感知控制器根据仿皮肤式压力传感器获取患者肛门处挤压力F和肛肠内部压强P1；
液体流量Q与液体压强P获取模块，用于灌肠中药流量感知控制器获取输液管中的液体流量Q与液体压强P2；
压强差ΔP获取模块，用于灌肠中药流量感知控制器根据患者肛肠内部压强P1以及输液管中的液体压强P2获取压强差ΔP；
液体最优流量值Q0获取模块，用于灌肠中药流量感知控制器根据压强差ΔP和患者肛门处挤压力F获取液体最优流量值Q0；
灌肠中药流量控制模块，用于灌肠中药流量感知控制器根据获取的液体最优流量值Q0利用增量式数字PID控制策略控制灌肠中药流量。
本发明的有益之处在于：
本发明所述的一种中药灌肠装置，利用仿皮肤式压力传感器结合增量式数字PID控制方法，在灌肠过程中对患者肛门处舒适程度、肛肠内压强、灌肠流量进行实时监测，并通过增量式数字PID的输出控制流量感知控制器的开关阀，控制实际液体流量与理论值保持在一定误差允许范围内。本发明利用仿皮肤式压力传感器结合增量式数字PID控制方法保证患者在中药灌肠过程中实现最大程度的舒适，并避免给患者造成不必要的额外伤害，实现医学领域自动检测与精准治疗。
本发明所述的一种中药灌肠方法，解决现有中药灌肠装置无法对患者灌肠时舒适程度以及灌肠流量进行实时的监测与控制，可能对患者产生不必要的额外损伤的问题，利用仿皮肤式压力传感器布置与肛门插管表面，用于感知患者肛门处挤压力以及肛肠内部压强，通过灌肠中药罐与流量感知控制器连接，用以测量输液管中的液体流量与液体压强，根据计算获取液体流量的最佳理论值，对输液管中的液体流量采用增量式数字PID控制方法通过调节流量感知控制器的开关阀，保障患者肛门处的舒适度。本发明所述的中药灌肠方法，避免了现有技术CN112057693A仅能通过判断灌肠压力值是否超出设定值(如5～10mmHg)来控制电控气泵是否工作，无法达到一个实时控制的效果，且设定值范围较大。本发明采用数字PID控制可以实时监测并控制灌肠流量。同时，避免了现有技术CN112057693A的控制量及监测量有且仅有气压值一个物理量，可能会导致监测不准确的问题。本发明所述的灌肠方法在监测灌肠内压强的同时，感知患者肛门处挤压力，两项物理量综合影响控制灌肠流量，保证患者在中药灌肠过程中实现最大程度的舒适，并避免给患者造成不必要的额外伤害，实现医学领域自动检测与精准治疗。
本发明所述的一种中药灌肠仪，保证患者在中药灌肠过程中实现最大程度的舒适，并避免给患者造成不必要的额外伤害，实现医学领域自动检测与精准治疗。
本发明应用于医疗器械设备技术领域。
附图说明
图1为本发明实施方式一所述的一种中药灌肠装置示意图。其中：1为灌肠中药罐，2为灌肠中药流量感知控制器，3为仿皮肤式压力传感器信号线缆，4为输液管，5为肛门插管，6为仿皮肤式压力传感器。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点表述得更加清楚，现结合附图对本发明的若干实施方式做进一步详细地描述，但以下所述的各个实施方式仅为本发明的几个较佳实施方式而已，并不用于限制发明。
实施方式一、参见图1说明本实施方式。本实施方式所述的一种中药灌肠装置，所述装置包括：
灌肠中药罐1、灌肠中药流量感知控制器2、输液管4、肛门插管5和仿皮肤式压力传感器6；
所述仿皮肤式压力传感器6用于覆盖于肛门插管5外表面、用于获取肛门插管5外表面受到的压力，所述灌肠中药流量感知控制器2用于与仿皮肤式压力传感器6连接、用于根据检测的压力信息控制灌肠中药流量；所述灌肠中药罐1通过输液管4与肛门插管5连通。
具体的，灌肠中药流量感知控制器位于肛门、大肠内壁和肛门插管之间，能够测量获得患者肛门处挤压力F和肛肠内部压强P1。
本实施方式提供的灌肠装置，实现自动化灌肠操作，避免人为判断不精准的问题，避免对患者产生不必要的额外损伤。
实施方式二、参见图1说明本实施方式。本实施方式是对实施方式一所述的一种中药灌肠装置的进一步限定，所述灌肠中药流量感知控制器2与仿皮肤式压力传感器6通过仿真式压力传感器信号线缆3连接。
所述仿真式压力传感器信号线缆用于传输压力信息。
实施方式三、本实施方式是对实施方式一所述的一种中药灌肠装置的进一步限定，所述装置还包括显示屏，所述显示屏固定于灌肠中药罐表面，用于显示中药剩余容量。
本实施方式采用显示屏，更直观的观测中药剩余量。
实施方式四、本实施方式所述的一种中药灌肠方法，所述灌肠方法基于实施方式一所述的灌肠装置实现，所述方法由嵌入在灌肠中药流量感知控制器内的计算机软件实现模块，所述方法包括：
根据仿皮肤式压力传感器6获取患者肛门处挤压力F和肛肠内部压强P1的步骤；
获取输液管4中的液体流量Q与液体压强P2的步骤；
根据患者肛肠内部压强P1以及输液管4中的液体压强P2获取压强差ΔP的步骤；
根据压强差ΔP和患者肛门处挤压力F获取液体最优流量值Q0的步骤；
根据获取的液体最优流量值Q0利用增量式数字PID控制策略控制灌肠中药流量感知控制器2的步骤。
本实施方式所述的方法，保证患者在灌肠过程中实现最大程度的舒适，并避免给患者造成不必要的额外伤害，实现医学领域自动检测与精准治疗。
实施方式五、本实施方式是对实施方式四所述的一种中药灌肠方法的进一步限定，所述根据患者肛肠内部压强P1以及输液管中的液体压强P2获取压强差ΔP的步骤，具体为：
ΔP＝P2-P1。
实施方式六、本实施方式是对实施方式四所述的一种中药灌肠方法的进一步限定，所述根据压强差ΔP和患者肛门处挤压力F获取液体最优流量值Q0的步骤，具体为：
Q0＝b-k1×ΔP-k2×F，
其中，b为截距；k1为压强差ΔP的比例系数，k2为患者肛门处挤压力F的比例系数。
在实际应用中，液体压强P2与肛肠内部压强P1的压强差ΔP＝P2-P1，以及患者肛门处挤压力F共同决定输液管中液体流量的最佳流量值Q0，三者满足的函数关系式Q0＝f(ΔP,F)根据患者病情由医生进行确定。
实施方式七、本实施方式是对实施方式四所述的一种中药灌肠方法的进一步限定，所述根据获取的液体最优流量值Q0利用增量式数字PID控制灌肠中药流量感知控制器的步骤，所述的增量式数字PID控制方法为：
其中，Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，T为采样周期，t为当前时刻，y(t)为灌肠中药感知控制器开关阀的控制量；
e(t)＝Q(t)-Q0，e(t)为t时刻采样的灌肠中药感知控制器的液体流量差；
e(t-1)＝Q(t-1)-Q0，e(t-1)为t-1时刻采样的灌肠中药感知控制器的液体流量差；
e(t-2)为t-2时刻采样的灌肠中药感知控制器的液体流量差；
e(j)为j时刻采样的灌肠中药感知控制器的液体流量差。
具体的，结合实施方式七说明本实施方式，根据实施方式六所述的液体流量的最佳流量值Q0为基准，根据实际液体流量测量值Q与其的差值e，作为灌肠中药流量感知控制器2的控制信号，利用增量式数字PID控制灌肠中药流量感知控制器2的开关阀，进行中药流量感知控制器的调节。
实施方式八、本实施方式是对实施方式七所述的一种中药灌肠方法的进一步限定，所述增量式数字PID控制方法还包括获取增量式数字PID差分方程：
h(t)＝Δy(t)＝y(t)-y(t-1)＝Kp[e(t)-e(t-1)]+KIe(t)+KD[e(t)-2e(t-1)+e(t-2)]，
其中，KI为积分系数，KD为微分系数。
在实际应用中，h(t)用来调节灌肠中药流量感知控制器2的开关阀，使实际液体流量Q与液体流量最佳理论值Q0的差值在一定误差允许范围内，保证患者在灌肠过程中实现最大程度的舒适，并避免给患者造成不必要的额外伤害，实现医学领域自动检测与精准治疗。
实施方式九、本实施方式所述的一种中药灌肠仪，所述灌肠仪包含实施方式一所述的一种中药灌肠装置，所述灌肠中药流量感知控制器内嵌入有计算机软件实现的模块，该模块包括：
肛门处挤压力F和肛肠内部压强P1获取模块，用于灌肠中药流量感知控制器2根据仿皮肤式压力传感器6获取患者肛门处挤压力F和肛肠内部压强P1；
液体流量Q与液体压强P获取模块，用于灌肠中药流量感知控制器2获取输液管4中的液体流量Q与液体压强P2；
压强差ΔP获取模块，用于灌肠中药流量感知控制器2根据患者肛肠内部压强P1以及输液管4中的液体压强P2获取压强差ΔP；
液体最优流量值Q0获取模块，用于灌肠中药流量感知控制器2根据压强差ΔP和患者肛门处挤压力F获取液体最优流量值Q0；
灌肠中药流量控制模块，用于灌肠中药流量感知控制器2根据获取的液体最优流量值Q0利用增量式数字PID控制策略控制灌肠中药流量。
在实际应用中，医护人员可根据灌肠仪为患者进行灌肠操作，减少人为操作，通过患者的不适感，利用仿皮肤式压力传感器结合增量式数字PID控制方法保证患者在中药灌肠过程中实现最大程度的舒适度。
以上通过具体实施方式对本申请进行详细说明，但以上所述仅为本申请的较佳实施方式而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则范围之内所作的任何修改、实施方式的组合、等同替换和改进等，均应当包含在本申请的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种中药灌肠仪，其特征在于，所述灌肠仪包含一种中药灌肠装置，所述灌肠装置包括：
灌肠中药罐（1）、灌肠中药流量感知控制器（2）、输液管（4）、肛门插管（5）和仿皮肤式压力传感器（6）；
所述仿皮肤式压力传感器（6）用于覆盖于肛门插管（5）外表面、用于获取肛门插管（5）外表面受到的压力，所述灌肠中药流量感知控制器（2）用于与仿皮肤式压力传感器（6）连接、用于根据检测的压力信息控制灌肠中药流量；所述灌肠中药罐（1）通过输液管（4）与肛门插管（5）连通；
所述灌肠中药流量感知控制器（2）与仿皮肤式压力传感器（6）通过仿真式压力传感器信号线缆（3）连接；
所述灌肠中药流量感知控制器内嵌入有计算机软件实现的模块，该模块包括：
肛门处挤压力F和肛肠内部压强P 1获取模块，用于灌肠中药流量感知控制器（2）根据仿皮肤式压力传感器（6）获取患者肛门处挤压力F和肛肠内部压强P 1；
液体流量Q与液体压强P获取模块，用于灌肠中药流量感知控制器（2）获取输液管（4）中的液体流量Q与液体压强P 2；
压强差获取模块，用于灌肠中药流量感知控制器（2）根据患者肛肠内部压强P 1 以及输液管（4）中的液体压强P 2 获取压强差/>；
液体最优流量值Q 0获取模块，用于灌肠中药流量感知控制器（2）根据压强差和患者肛门处挤压力F 获取液体最优流量值Q 0；
灌肠中药流量控制模块，用于灌肠中药流量感知控制器（2）根据获取的液体最优流量值Q 0利用增量式数字PID控制策略控制灌肠中药流量。
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