CN201200584Y - 抗血栓压力循环装置 - Google Patents

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CN201200584Y CNU2008200360596U CN200820036059U CN201200584Y CN 201200584 Y CN201200584 Y CN 201200584Y CN U2008200360596 U CNU2008200360596 U CN U2008200360596U CN 200820036059 U CN200820036059 U CN 200820036059U CN 201200584 Y CN201200584 Y CN 201200584Y
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Abstract

本实用新型公开了一种抗血栓压力循环装置。主要由电路控制部分、机械气动装置两部分组成。用电路控制部分的微处理器模块和嵌入式软件系统作控制核心，启动微型气泵分别给三个气囊按照设定顺序充气，同时用三个压力传感器监测三个气囊中的实时空气压力，达到设定压力后将控制信号发送到微处理器，经过软件判断后发送执行命令到气动装置，通过开启和闭合的组合使三个气囊按照一定顺序和一定压力形成充气和放气循环，从而给肢体各个部位给予一定的梯度压力，达到预防静脉血栓的目的。为增加患者肢体的舒适度，另有一路气路专门用于输出舒适空气到气囊与肢体的接触表面。

Description

抗血栓压力循环装置
技术领域
本实用新型涉及医疗设备，特别涉及一种抗血栓压力循环装置。
背景技术
深静脉血栓(deep venous thrombosis，DVT)是指血液在静脉系统不正常的凝结，阻塞某支深静脉，导致血栓远侧的静脉血回流障碍而引起血液淤积、肢体肿胀。本病的早期治疗至关重要，若治疗不及时，其危险性在于深静脉栓子脱落可造成致死性肺栓塞，病死率很高。随着社会老龄化及医学技术的进步，高龄大手术病人日益增加，术后肢体深静脉血栓形成病例也逐渐增多。
长期以来，临床均采用抬高患肢和术后早期活动作为预防深静脉血栓形成的方法。目前许多学者认为，传统做法在血栓预防方面的作用不大，尤其是对血栓形成的高危患者更无显著临床意义。目前主要的预防方法分为药物预防和机械预防。
药物预防主要是抗凝药物的应用，在预防深静脉血栓的形成方面已取得了很好效果。但是，药物不能完全消除DVT，而且药物有一定的副作用，对于很多中、低危重病人，不推荐药物预防；有出血可能的DVT高危病人不能用抗凝药物。
机械预防主要通过促进血液流动，达到预防DVT的目的，主要包括主动运动、被动运动、机械压迫等。主动运动是指鼓励病人早期下床活动、不能下床者在床上主动屈伸四肢等；被动运动是指被动按摩肢体腿部肌肉等；而机械压迫是指目前常用的梯度减压弹力袜。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种抗血栓压力循环装置，利用频率接近于人体静脉充盈时间的周期性肢体充气加压的一种机械方法，压迫肢体静脉中的静脉血充分快速回流，防止血栓形成，达到预防肢体深静脉血栓并减少抗凝药物副作用的目的。
本实用新型所采用的技术方案包括：
硬件控制电路和机械气动装置两大部分。其中：
1、硬件控制电路包括微处理器模块、信息存储模块、压力传感模块、隔离控制模块、电源模块和人机交互模块。其中微处理器通过I/O接口与人机交互模块以及隔离控制模块相连接，通过I2C总线与信息存储模块的AT24C64EEPROM通信，通过内置的12位A/D转换器，采集压力传感模块的输出信号，转换为数字信号再进行进一步处理。电源模块包括两路隔离的5V和25V直流电源以及供给微处理器3.3V直流电压的转换电路。其中5V电源给硬件控制电路供电，25V电源给机械气动装置供电。
2、机械气动装置包括微型气泵，五个串联的断电封气的三通电磁阀，三个独立气囊以及若干气管，机械气动装置由25V电源单独供电，微型气泵和电磁阀由隔离控制模块控制其运作。五个串联电磁阀通过气管与微型气泵连通，前三个电磁阀的出气口通过气管与三个气囊连通，第四个电磁阀的出气口作为舒适空气出口到气囊周边的排气孔，第五个电磁阀的一个出气口用于气囊放气，另一个口封闭。
3、机械气动装置中的三通电磁阀的和微型气泵由硬件控制电路中的隔离控制模块控制。微处理器模块所涉及的嵌入式软件系统包括移植ucosII至MSP430F1611，实现顺序、挤压、同时三种不同的治疗模式，软件通过实现PID算法求取校正参数，并将校正参数保存至EEPROM并在下次开机使用，可以保证气囊中实际压力误差经过3个循环后小于5mmHg。治疗过程中各项参数可在液晶显示屏上实时显示，同时各项治疗参数都可在治疗过程中随时修改，并能保存个性化的治疗参数，通过中英文两种语言实现良好的人机交互界面。软件系统能够检测硬件控制电路和机械气动装置的错误，监视系统运行，保证系统始终处于稳定状态。
本发明具有如下优点：
该装置原理简单、结构紧凑，控制准确，功能稳定，患者舒适度和智能化程度高。
附图说明
图1是本实用新型的硬件总体结构示意图；
图2是本实用新型的机械气动装置结构原理图；
图3是本实用新型的电路控制原理图；
图4是本实用新型的顺序治疗模式的运行图；
图5是本实用新型的挤压治疗模式的运行图；
图6是本实用新型的同时治疗模式的运行图；
图7是本实用新型的开机流程示意图；
图8是本实用新型四个任务与系统的关系图；
图9是本实用新型的每个子任务流程图；
图10是本实用新型系统软件的菜单示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实例详细说明本实用新型的细节。
如图1所示，本实用新型的硬件总体结构包括硬件控制电路和机械气动装置，其中：
硬件控制电路包括微处理器模块9、信息存储模块7、压力传感模块8、隔离控制模块10、5V电源模块11、25V电源模块12、蜂鸣报警2、薄膜按键3、LED指示灯4和液晶显示屏5，其中2、3、4、5组成人机交互模块1。机械气动装置主要包括5个串联电磁阀13、微型气泵19、三个气囊13、三通接头16和导管18，其中13中的14为放气口，15为舒适空气出口。机械气动装置在硬件控制电路的控制下周期运行，气流由微型气泵产生，通过电磁阀控制气流进入相应的气囊及舒适空气出口，或者对某一气囊进行放气。气囊内的气压由压力传感模块采集，传入微处理器，经过处理后微处理器发出相应的控制信号至隔离控制模块，由隔离控制模块直接控制微型气泵和电磁阀。系统通过人机交互模块显示当前状态，并可通过该模块更改状态，信息存储模块主要用于保存参数，便于下次使用。以下，将详细说明硬件控制电路和机械气动装置两大部分的内部结构。
图2作为图1的一部分，是机械气动装置部分的原理图，包括5个串联的三通电磁阀13，一个微型气泵19，三个气囊17以及导管18、三通16等附属装置。具体实施方法如图2所示，5个电磁阀(13-①、②、③、④、⑤)呈气路串行连接，串行气路的起始端连接微型气泵19，末端封闭；5个电磁阀中，①、②、③分别通过导管18和三通16连接脚踝、小腿、大腿的气囊(17-①、②、③)，控制其充气和放气，电磁阀13-④作为舒适风出口到气囊17周边的排气孔，控制是否提供舒适风模式，电磁阀13-⑤作为公共的放气阀，三通16的另外一端接图1的压力传感模块8。通过控制5个串联电磁阀13以及微型气泵19的组合通断，可以巧妙的实现对任意一个或多个气囊进行充气和放气动作及对气囊周边输出舒适风。
图3为电路控制部分的原理图。微处理器模块1采用TI公司的16位单片机MSP430F1611，同时包括晶振、JTAG下载口等必要的外围电路。隔离控制模块8采用固态继电器为主要部件，通过其内部的光电耦合电路，保证硬件控制电路与气路模块相隔离。人机交互模块包括液晶显示电路2、LED驱动电路3、键盘电路4以及蜂鸣报警器5四个部分组成。信息存储模块6采用ATMEL公司的EEPROM芯片AT24C64。压力传感模块7采用的是飞思卡尔公司的MPX5050压力传感器为核心部件。
整个控制电路的工作方式简述如下：9为电源模块，将5V转换为3.3V电压供微处理器模块1使用，微处理器模块1依照内部的程序设定，通过P3口控制隔离控制模块8中的6个固态继电器，再由固态继电器的输出端控制微型气泵和三通电磁阀。气囊中气体的压力由压力传感模块7采集，然后传入微处理器1内置A/D的输入端，转换为数字信号供微处理器1处理，微处理器1同时负责将当前系统状态传至128×64液晶模块2以及LED指示灯3显示出来。微处理器1通使用I/O口作为液晶模块2的数据线和控制线，通过电平转换芯片后控制液晶模块2的显示。微处理器1输出串行控制信号，通过串行转并行芯片74HC595实现对LED驱动电路3的控制，以节省I/O口。薄膜按键4采用直接扫描方式，共8个按键，与微处理器1的P1口相连，按下时输出高电平，松开输出低电平。微处理器1通过一个I/O口控制蜂鸣报警器5，高电平时发出鸣音。6为信息存储模块，微处理器1通过三个I/O口模拟I2C总线控制其中的EEPROM存储芯片AT24C64，在每次治疗结束时，微处理器1将相关参数保存至信息存储模块6中，方便下次治疗时使用同一组参数。
图2所述的气路模块其运行方式在表1中做了说明。以脚踝气囊17-①为例，其余类似。状态1为充气状态，微型气泵19打开，电磁阀13-①打开，电磁阀13-④、⑤关闭，微型气泵输出的气流经过电磁阀13-①进入脚踝气囊17-①，对其充气；状态2为压力保持状态，微型气泵19关闭，电磁阀13-①、④、⑤关闭，脚踝气囊17-①处于压力保持状态；状态3为放气状态，微型气泵19关闭，电磁阀13-①、⑤打开，脚踝气囊17-①中的气体经电磁阀13-①、⑤流向外部大气，直至内外气压平衡，此为放气状态；状态4为舒适风状态，微型气泵19打开，电磁阀13-①、⑤关闭，电磁阀13-④打开，气体经过电磁阀13-④进入气囊周边的舒适风出口，进入舒适风状态。
 
状态 电磁阀13-① 电磁阀13-④ 电磁阀13-⑤ 微型气泵19 气囊17-①
1 打开 关闭 关闭 打开 充气
2 关闭 关闭 关闭 关闭 保持
 
3 打开 关闭 打开 关闭 放气
4 关闭 打开 关闭 打开 舒适风
表1、气路模块运行方式(脚踝气囊为例)
图4、图5和图6分别表示顺序、挤压和同时三种治疗模式的运行图，且每种模式都可以开通舒适风模式，由图1中控制电路和机械气动装置组合实现。
(1)图4顺序治疗模式的实现方式：在图1中，首先通过微处理器9选通电磁阀13-①，驱动微型气泵19对脚踝气囊17-①进行充气，达到预设的值后，关闭电磁阀13-①，保持脚踝气囊17-①上的气体压力，然后选通电磁阀13-②，驱动微型气泵19对小腿气囊17-②进行充气，达到预设的值后，关闭电磁阀13-②，保持小腿气囊17-②上的压力，同样对大腿气囊17-③进行充气。在气囊17-①、②、③都保持相应空气压力后，此时采样三个气囊部分的稳定气压值，进行PID计算，保证气压的稳定。延时一段时间后，先打开电磁阀13-①、⑤，释放脚踝气囊17-①上的压力，再打开电磁阀13-②、⑤，释放小腿气囊17-②上的压力，最后打开电磁阀13-③、⑤，释放小腿气囊17-③上的压力。待所有压力都释放后，延时一段时间等待静脉充盈，此时如果开通舒适风模式，则开启微型气泵19和电磁阀13-④，对气囊周边输出舒适风。延时结束后启动下一个循环。
(2)图5挤压治疗模式的实现方式：在图1中，进行压力释放前的动作与顺序治疗模式相同。压力保持一段时间后，同时打开电磁阀13-①、②、③、⑤，释放施加在气囊17-①、②、③的压力，延时一段时间等待静脉充盈，此时如果开通舒适风模式，则开启微型气泵19和电磁阀13-④，对气囊周边输出舒适风。延时结束后启动下一个循环。
(3)图6同时治疗模式的实现方式：在图1中，首先通过微处理器19选通电磁阀13-①、②、③，驱动微型气泵19对脚踝气囊17-①、小腿气囊17-②和大腿气囊17-③同时进行充气，达到预设的较小压力值后，关闭三个电磁阀短暂延时；然后再打开电磁阀13-①、②、③和微型气泵19将三个气囊的压力充至预设的中等压力，并短暂延时；最后同理将三个气囊的压力充至预设的最高压力。在三个气囊都保持相应的压力挤压后，此时先后采样三个部分的稳定压力值，进行PID计算，保证压力的稳定。释放压力过程及舒适风模式与挤压模式相同。
所述嵌入的嵌入式软件根据系统需求，将任务划分为(1)启动及系统监控任务：负责启动系统时钟滴答，并接受来自其他任务模块的错误信息，做出相应处理后报警，任务优先级0。(2)LCD刷新任务：负责将系统采样得到的压力数据、治疗序列、治疗周期、治疗剩余时间在LCD上动态显示，任务优先级9。(3)键盘任务：负责接收来自键盘中断的键盘消息，对键盘消息进行解析，分析出键盘值，做出如下描述的相应反应：为薄膜开关时，更新薄膜开关的指示灯，同时更新LCD上菜单提示符；如果为LCD对应开关，则根据菜单的路由路径对当前菜单作出相应的调整；如果为工程模式，则对将软件模块调整到工程模式下，并挂起主任务，进入系统维修测试模式，任务优先级1。(4)主任务：负责判断治疗过程是否结束，解析更新治疗模式，并开启一个新的治疗序列，任务优先级3。开机流程示意图见图7，四个任务与系统的关系如图8，每个子任务流程如图9，
在所述软件中，由于在实际的系统设计中，压力传感器并不直接固定在气囊上，因此当微型气泵向气囊充气时，存在过冲现象，实际上压力传感模块采样到的压力值比气囊中的压力值要大的多，尤其是刚打开微型气泵时，偏差特别大，影响系统的稳定，影响疗效。在本软件所述系统中，采用修正后的PID算法，保证压力值的稳定。由于本系统的控制输入信号是周期采样得到的离散压力值，对连续模拟信号的PID公式进行离散数字化后，得到本实用新型中的压力控制式如下：
U ( n ) = K p { e ( n ) + T T I Σ j = 0 n e ( j ) + T T D [ e ( n ) - e ( n - 1 ) ] }
式中:T＝△t——采样周期；
U(n)——第n次采样值；
e(n)——第n次采样时的偏差值；
e(n-1)——第n-1次采样时的偏差值。
在所述系统中，U(n)是指微型气泵充气过程中，微型气泵需要预充到的压力值，e(n)指充气平衡后压力传感模块上得到的压力值与标准值的差值。对压力系统来说，我们一般选择T为6～8s，精心选取Kp，TI，TD三个参数。通过此方法进行校正，在低于五个充气循环，所述软件系统很快就能够稳定在所需要的压力值周围。
在所述的软件中，系统菜单见图10，设计人机交互语言为简体中文、繁体中文和英文三种语言。设计有几组预设压力值，如表2所示。设计治疗时间分为4Hour、2Hour和1Hour。
 
压力模式 脚踝(mmHg) 小腿(mmHg) 大腿(mmHg)
定压1 50 40 30
定压2 70 60 50
定压3 90 80 70
定压4 110 100 90
定压5 130 120 110
表2、五组预设压力值

Claims (5)

1、一种抗血栓压力循环装置，其特征在于：包括硬件控制电路和机械气动装置两部分，其中：
(1)硬件控制电路包括微处理器模块、信息存储模块、压力传感模块、隔离控制模块、电源模块和人机交互模块；其中微处理器模块通过I/O接口与人机交互模块以及隔离控制模块相连接，并通过I2C总线与信息存储模块通信，通过内置12位A/D转换器采集压力传感模块的输出信号，电源模块包括两路隔离的直流电源以及供给微处理器直流电压的转换电路，分别给硬件控制电路供电和机械气动装置供电；
(2)机械气动装置包括一个微型气泵，五个串联的断电封气三通电磁阀，三个独立气囊以及若干气管；五个串联电磁阀通过气管与微型气泵连通，其中前三个电磁阀的出气口通过气管分别与三个气囊连通，第四个电磁阀的出气口作为舒适空气出口到气囊周边的排气孔，第五个电磁阀的一个出气口用于气囊放气，另一个口封闭；
(3)机械气动装置中的三通电磁阀的和微型气泵由硬件控制电路中的隔离控制模块控制。
2、根据权利要求1所述的抗血栓压力循环装置，其特征在于：所述电源模块包括两路隔离的5V和25V直流电源以及供给微处理器3.3V直流电压的转换电路，其中5V电源给硬件控制电路供电，25V电源给机械气动装置供电。
3、根据权利要求1所述的抗血栓压力循环装置，其特征在于：所述的微处理器模块采用自带12位A/D转换的16位单片机MSP430F1611以及相关外围电路组成；信息存储模块核心采用AT24C64 EEPROM；压力传感模块包括3个MPX5050GP气体压力传感器以及滤波电容；隔离控制模块采用固态继电器，由微处理器模块的I/O口控制；电源模块采用两路隔离的5V和25V直流电源分别对硬件控制电路和气路模块供电；人机交互模块包括128×64点阵式液晶显示屏、薄膜按键、蜂鸣报警和状态指示灯。
4、根据权利要求1所述的抗血栓压力循环装置，其特征在于：所述机械气动装置中五个断电封气三通电磁阀呈串行连接，其中三个与气囊连通的电磁阀其连接气管设有三通接头，三通接头一端连接压力传感模块的信号采集端。
5、根据权利要求1所述的一种抗血栓压力循环装置，其特征在于：在微处理器通过人机交互界面设置顺序、挤压、同时三种不同的治疗模式以及供应舒适空气。
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