CN209221256U - 一种用于气管切开患者的咳嗽锻炼装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于气管切开患者的咳嗽锻炼装置，其包括内腔作为气路的主体管道、用于测量气流流速的传感系统和用于调节气路横截面积的气流调节系统，该装置起到类似人体声带的作用，有助于气管切开患者进行咳嗽锻炼和呼吸功能康复。

Description

一种用于气管切开患者的咳嗽锻炼装置

技术领域

本实用新型属于医疗器械领域，具体涉及一种用于气管切开患者的咳嗽锻炼装置。

背景技术

气管切开术是临床常使用一种手术方式，方法是切开颈段气管，然后置入金属或硅胶气管切开套管(以下简称气切套管)，主要用于解除患者上呼吸道梗阻(如喉源性呼吸困难)，或用于呼吸功能不全需要连接呼吸机辅助通气，或因下呼吸道分泌物潴留导致呼吸困难，需要进行长期气道清理的患者。大多数的危重患者由于意识及精神状态欠佳、以及气道自我保护功能减退，极易出现口腔分泌物或胃内容物的反流误吸，这些分泌物进入气道会引起肺部感染或急性呼吸窘迫综合征，危害极大。因此，此类病人临床上都使用带气囊的硅胶气切套管，气囊充气后可以隔绝气道和口腔，从而防止误吸的发生。这种气切套管的特点是所有气流都从气切套管口进出，而不经过声门。声带是人体重要的发声器官，也是完成咳嗽咳痰动作的重要结构。咳嗽时，声门关闭，呼吸肌收缩、肺内压升高，然后声门张开，肺内空气快速流出，将气道内痰液一起带出，起到清除呼吸道分泌物或其他异物的作用，是一种自我保护性的反射，也可以进行主动的咳嗽锻炼。气切患者因气体交换不经过声门，而气切套管的通气口径较大，无法形成快速气流因此无法有效完成咳嗽动作，气道分泌物也无法正常清除。大量气道分泌物堆积可能导致肺不张、肺部感染甚至呼吸衰竭，对于呼吸康复来说十分不利，对患者预后存在不良影响，同时会增加患者住院时间和医疗费用。目前尚没有辅助气切患者进行咳嗽锻炼的装置，临床上存在显著空白。

实用新型内容

为了解决上述问题，我们设计出一种用于气管切开患者的咳嗽锻炼装置，该设计起到类似人体声带的作用，可连接在气切套管上，通过感知呼气时的气流速度从而调整出气口大小，使患者顺利完成咳嗽、咳痰动作。具体而言，本实用新型包含如下技术方案。

一种用于气管切开患者的咳嗽锻炼装置，其包括内腔作为气路的主体管道、用于测量气流流速的传感系统和用于调节气路横截面积的气流调节系统，其中所述传感系统包括一端伸入主体管道内壁的传感器探头、与传感器探头相连的流速传感器、以及与流速传感器相连的信号处理单元；所述气流调节系统包括直径与主体管道内径相匹配、垂直于主体管道轴线设置并可相对于主体管道横截面旋转的挡片(该挡片用作出气口径控制阀)，设置在主体管道外壁上的驱动机构，用于连接驱动机构和挡片、并驱动挡片转动的连动轴，用于控制驱动机构工作的控制电机，该控制电机与信号处理单元相连接；所述主体管道整体呈圆筒形，一端为气切套管接口，另一端为出气口，位于气切套管接口与挡片之间的主体管道上设有氧气接口、单向活瓣和进气口。

在一种实施方式中，上述驱动机构为相互啮合的锥形齿轮。

上述流速传感器与信号处理单元可以通过信号传导线相连接。

上述信号处理单元与控制电机可以通过信号传导线相连接。

上述驱动机构与控制电机可以通过电机轴相结合。

上述信号处理单元通过呼气流速增加判断患者有咳嗽意图，通过呼气流速骤减判断患者咳嗽结束，进而指令控制电机工作。比如，呼气流速增加代表患者有咳嗽意图，信号处理单元通过流速传感器的同步感知后迅速通过挡片调整气路横截面积大小，使患者顺利完成咳嗽动作；咳嗽完成后，呼气流速骤减，挡片再次打开，可以顺畅呼吸。

单向活瓣能起到安全保护的功能，用于开启/闭合进气口，当主体管道的气切套管接口段(即吸气相)出现负压时打开，使空气可以从进气口迅速进入。

优选地，上述流速传感器、信号处理单元、控制电机设置在主体管道外壁上。

本实用新型的咳嗽锻炼装置结构简单，通过实时监控呼吸流速，自动调节出气口气路大小，起到类似人体声带的生理功能，促进气管切开患者痰液排出和咳嗽、咳痰功能锻炼，有助于呼吸功能康复。

附图说明

图1是根据本实用新型的一个咳嗽锻炼装置实施例的结构示意图。

图2是本实用新型中挡片的工作原理示意图。其中A显示了气路闭合状态，B显示了气路开通状态，C显示了气路进一步扩大状态。

图3是图1所示咳嗽锻炼装置中锥形齿轮的配合示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式；并且附图中所示的结构和逻辑关系仅仅是示意性的，并不代表实物。需要说明的是，基于本实用新型中的这些实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为描述简便起见，在本文中有时将“咳嗽锻炼装置”简称为“装置”，它们表示相同的意义，可以互换使用。

参见图1，本实用新型提供的咳嗽锻炼装置1主要包括：内腔作为气路的主体管道2；用于测量气流流速的传感系统3；用于调节气路横截面积的气流调节系统4。下面分别详细描述这些组成部分。

传感系统3

如图1所示，传感系统3包括一端伸入主体管道2内壁的传感器探头31、与传感器探头31相连的流速传感器32、以及与流速传感器32相连的信号处理单元33。

传感器探头31用于探测主体管道2内的呼气流速等呼吸气流参数。

优选地，流速传感器32与信号处理单元33可以通过信号传导线34相连接。

气流调节系统4

气流调节系统4是一种呼气/吸气阻力调节机构。参见图1和图2，气流调节系统4主要包括：直径与主体管道2内径相匹配、垂直于主体管道2轴线设置并可相对于主体管道2横截面旋转的挡片41，该挡片41用作出气口径控制阀；设置在主体管道2外壁上的驱动机构42；用于连接驱动机构42和挡片41、并驱动挡片41转动的连动轴43；用于控制驱动机构42工作的控制电机44，该控制电机44与信号处理单元33相连接，优选控制电机44是伺服电机。

上述驱动机构42与控制电机44可以通过电机轴45相结合。

信号处理单元33与控制电机44可以通过信号传导线34相连接。

可以通过外接电源或者另外配置电池来给气流调节系统4提供工作动力。

在一种优选的实施方式中，上述驱动机构42为相互啮合的锥形齿轮a和b，如图3所示的那样。依靠两个锥形齿轮a、b的转动，可以通过连动轴43带动挡片41转动，从而调节出气口大小。参见图2，随着锥形齿轮b朝一个方向转动，由A到B再到C，挡片41逐渐由封闭气路的关闭状态过渡到打开状态，气路的横截面积逐步增加，呼气阻力相应地逐步减少。反之，随着反方向操作，气路的横截面积将逐步减小，呼气阻力相应地逐步增大。

上述信号处理单元33可以通过呼气流速增加判断患者有咳嗽意图，通过呼气流速骤减判断患者咳嗽结束，进而指令控制电机44工作。比如，呼气流速增加代表患者有咳嗽意图，信号处理单元33通过流速传感器32的同步感知后迅速通过挡片41调整气路横截面积大小，使患者顺利完成咳嗽动作；咳嗽完成后，呼气流速骤减，挡片41再次打开，可以顺畅呼吸。

主体管道2

参见图1，主体管道2整体呈圆筒形，一端为气切套管接口21，另一端为出气口22。位于气切套管接口21与挡片41之间的主体管道2上设有氧气接口23、进气口24和单向活瓣25。

单向活瓣25能起到安全保护的功能，用于开启/闭合进气口24，当主体管道2的气切套管接口段或称吸气相(即主体管道2上位于气切套管接口21与挡片41之间的部分)出现负压时迅速打开，使空气可以从进气口24迅速进入。

优选地，上述流速传感器32、信号处理单元33、控制电机44设置在主体管道2外壁上，使得咳嗽锻炼装置1整体结构紧凑，减少整个装置1的占据空间，便于操作。

使用实施例

在本实用新型的一个使用实施例中，当气管切开患者正常呼吸时，挡片41处于开启状态(图2中C)，氧气从氧气接口23进入，空气从出气口22进入。传感器探头31感知患者呼气时从气切套管呼出气体的流速等呼吸气流参数，流速传感器32通过信号传导线34将相关数据传导至信号处理单元33。当流速增加达到阈值时，提示患者有咳嗽意图，信号处理单元33发出信号，经过信号传导线34启动控制电机44，通过电机44带动电机轴45转动，电机轴45带动锥形齿轮a和b的交互旋转，继而连动轴43开始旋转，带动挡片41的开合，最终气路的横截面积明显缩小，起到类似声带关闭的作用，快速气流从窄口径的气路流出，辅助患者完成咳嗽动作，带出痰液。同理，当咳嗽完成，气流速度骤减，通过流速传感器32感知，信号处理单元信号33转换，控制电机44的启动和锥形齿轮42的转动，挡片41重新打开，进入正常呼吸状态。

单向活瓣25是该装置1的安全备用部分，其材质可以是弹性材料，比如弹性高分子材料或者弹性金属材料。当出现患者从咳嗽状态迅速转为吸气状态，挡片41尚未及时打开、或者患者深吸气时流速传感器32误触发，出气口径减小时，患者可能出现窒息感。当吸气相出现负压时，单向活瓣25迅速打开，空气可从进气口24迅速进入，而不会产生因出气口22气路狭窄使得患者产生窒息感的情况。呼气时单向活瓣25关闭，不会影响呼气或咳嗽过程。

需说明的是，在本文中的术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上实施例仅用以说明本实用新型专利的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的精神和范围。

Claims (8)

1.一种用于气管切开患者的咳嗽锻炼装置，其包括内腔作为气路的主体管道、用于测量气流流速的传感系统和用于调节气路横截面积的气流调节系统，其中

所述传感系统包括一端伸入主体管道内壁的传感器探头、与传感器探头相连的流速传感器、以及与流速传感器相连的信号处理单元；

所述气流调节系统包括直径与主体管道内径相匹配、垂直于主体管道轴线设置并可相对于主体管道横截面旋转的挡片，设置在主体管道外壁上的驱动机构，用于连接驱动机构和挡片、并驱动挡片转动的连动轴，用于控制驱动机构工作的控制电机，该控制电机与信号处理单元相连接；

所述主体管道整体呈圆筒形，一端为气切套管接口，另一端为出气口，位于气切套管接口与挡片之间的主体管道上设有氧气接口、单向活瓣和进气口。

2.如权利要求1所述的咳嗽锻炼装置，其特征在于，所述驱动机构为相互啮合的锥形齿轮。

3.如权利要求1所述的咳嗽锻炼装置，其特征在于，所述流速传感器与信号处理单元通过信号传导线相连接。

4.如权利要求1所述的咳嗽锻炼装置，其特征在于，所述信号处理单元与控制电机通过信号传导线相连接。

5.如权利要求1所述的咳嗽锻炼装置，其特征在于，所述驱动机构与控制电机通过电机轴相结合。

6.如权利要求1所述的咳嗽锻炼装置，其特征在于，所述信号处理单元通过呼气流速增加判断患者有咳嗽意图，通过呼气流速骤减判断患者咳嗽结束，进而指令控制电机工作。

7.如权利要求1所述的咳嗽锻炼装置，其特征在于，所述单向活瓣用于开启/闭合进气口，当主体管道的气切套管接口段出现负压时打开，使空气从进气口进入。

8.如权利要求1所述的咳嗽锻炼装置，其特征在于，所述流速传感器、信号处理单元、控制电机设置在主体管道外壁上。