CN209900034U

CN209900034U - 一种带闭环控制的心肺复苏装置

Info

Publication number: CN209900034U
Application number: CN201820708886.9U
Authority: CN
Inventors: 何志捷; 袁衡新; 段文舟
Original assignee: Sun Yat Sen Memorial Hospital Sun Yat Sen University
Current assignee: Sun Yat Sen Memorial Hospital Sun Yat Sen University
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2020-01-07
Anticipated expiration: 2028-05-10

Abstract

本实用新型涉及一种带闭环控制的心肺复苏装置，包括控制部、执行部和检测部，所述控制部与所述执行部连接并实现对执行部的控制，所述检测部与所述控制部电连接，所述执行部包括按压头和驱动按压头完成按压动作的伸缩气缸，所述检测部包括用于检测伸缩气缸入口压力的压力传感器、用于检测按压头的按压力的力传感器和设置于所述伸缩气缸的活塞杆上且可随活塞杆运动的位移传感器。本实用新型通过检测部检测执行部的工作状态并将检测结果反馈至控制部，控制部再根据检测结果进一步实现对执行部的自动控制，其智能化程度高，复苏前设定好按压参数后，按压装置自动执行，无需人为干预，按压深度和下压速度等参数准确，有偏差时能快速自动调整。

Description

一种带闭环控制的心肺复苏装置

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，具体涉及一种带闭环控制的心肺复苏装置。

背景技术

胸外按压是心肺复苏的重要一环，有效的按压能提高患者的存活率。AHA发布的心肺复苏指南对有效按压的频率、深度、按压放松比等参数有明确要求，使用心肺复苏按压装置代替人工按压，能较好控制按压参数。

目前主流的按压装置有电动和气动两种。电动心肺复苏按压装置控制比较容易，但受限于电机尺寸和功率，不容易同时满足快速大力的按压。气动心肺复苏按压装置能产生足够的按压力，通过气动元件容易满足高频率按压的要求。传统的气动按压装置设定频率后需要在按压过程中手动调节气源压力和充气时间实现目标深度。而在实际复苏中，时间极为宝贵，这种方式人为因素大，调节速度慢，容易产生偏差。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种带闭环控制的心肺复苏装置，其通过检测部检测执行部的工作状态并将检测结果反馈至控制部，控制部再根据检测结果进一步实现对执行部的自动控制，其智能化程度高，复苏前设定好按压参数后，按压装置自动执行，无需人为干预，按压深度和下压速度等参数准确，有偏差时能快速自动调整。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种带闭环控制的心肺复苏装置，包括控制部、执行部和检测部，所述控制部与所述执行部连接并实现对执行部的控制，所述检测部与所述控制部电连接，所述执行部包括按压头和驱动按压头完成按压动作的伸缩气缸，所述检测部包括设置于所述比例阀输出口的检测伸缩气缸入口压力的压力传感器、设置于按压头与伸缩气缸之间且可检测按压头的按压力的力传感器和设置于所述伸缩气缸的活塞杆上且可随活塞杆运动的位移传感器。

作为优选方案，所述带闭环控制的心肺复苏装置还包括驱动部，所述控制部通过所述驱动部与所述执行部连接。

作为优选方案，所述执行部还包括为所述伸缩气缸提供驱动力的高压气源，所述高压气源的出气口通过五位三通电磁阀与所述伸缩气缸的无杆腔和有杆腔连接。

作为优选方案，所述高压气源与所述电磁阀之间依次设有减压阀和比例阀。

作为优选方案，所述控制部包括上位机和下位机，所述上位机与所述下位机通过总线通讯

作为优选方案，所述下位机包括信号采集模块，所述检测部与所述信号采集模块电连接。

作为优选方案，所述下位机还包括控制信号生成模块，所述控制信号生成模块通过所述驱动部与所述执行部连接。

作为优选方案，所述上位机包括闭环控制算法模块。

作为优选方案，所述上位机包括可与用户交互的可视化界面。

上述技术方案所提供的一种带闭环控制的心肺复苏装置，通过设置压力传感器用于检测气源压力、设置位移传感器用于检测按压头的下压深度，并将检测结果反馈至控制部，控制部根据压力传感器和位移传感器的反馈结果，对按压头的按压深度和按压力进行进一步修正，使得按压头的按压深度与按压力始终处于目标值附近，其智能化程度高，复苏前设定好按压参数后，按压装置自动执行，无需人为干预，按压深度和下压速度等参数准确，有偏差时能快速自动调整。

附图说明

图1为本实用新型中结构示意图；

图2为本实用新型的控制原理图。

图3位本实用新型的软件功能结构图。

其中：1、高压气源；2、减压阀；3、比例阀；4、电磁阀；5、伸缩气缸；6、位移传感器；7、力传感器；8、压力传感器；9控制部；10、按压头；A、气动回路；B、电动回路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1-2所示，为本实用新型所提供的一种带闭环控制的心肺复苏装置，包括控制部、执行部和检测部，所述控制部9与所述执行部连接并实现对执行部的控制，所述检测部与所述控制部电连接，所述执行部包括按压头10和驱动按压头完成按压动作的伸缩气缸5，本实施例中，所述伸缩气缸5采用双作用气缸，所述检测部包括设置于所述比例阀3输出口的检测伸缩气缸入口压力的压力传感器8、设置于按压头与伸缩气缸之间且可检测按压头的按压力的力传感器7和设置于所述伸缩气缸5的活塞杆上且可随活塞杆运动的位移传感器6。本实施例中，所述力传感器采用拉压力传感器，通过设置力传感器和设置位移传感器用于检测按压头的下压深度和按压力，并将检测结果反馈至控制部，控制部根据力传感器和位移传感器的反馈结果，对按压头的按压深度和按压力进行进一步修正，使得按压头的按压深度与按压力始终处于目标值附近。

如图1所示，本实施例中，所述执行部还包括为所述伸缩气缸5提供驱动力的高压气源1，所述高压气源1的出气口通过电磁阀4与所述伸缩气缸5的无杆腔连接，所述高压气源1与所述电磁阀4之间依次设有减压阀2和比例阀3。具体地，所述高压气源1为高压氧气源，高压氧气源流经氧气表、减压阀2两级减压后输入到比例阀3，比例阀3输出压力连续可调，输出接伸缩气缸5的无杆腔作为气缸气源，驱动伸缩气缸5的活塞杆运动。本实施例中，高压气源1的压力为1MPa，流经减压阀2后的输出压力为0.9MPa，比例阀3使用压力型比例阀，所述比例阀3在0.9MPa的输入压力下，输出压力0-0.8MPa可调。所述电磁阀4为3位5通常闭型电磁阀4，开始时，电磁阀4处于中位，气缸两端封闭，活塞位于最顶端；按压开始，电磁阀4置左位，气缸无杆腔接气源，有杆腔接大气，活塞向下加速运动；运动一定距离后，电磁阀4置中位，活塞继续向下运动，速度逐渐减小到零，位移达到最大，完成下压动作；保持一段时间后，电磁阀4置右位，伸缩气缸5的无杆腔接大气，有杆腔接气源，活塞杆向上运动，到达顶端时停止，完成上提动作。至此，单次按压完成，电磁阀4按上面规律周期性交替状态，控制伸缩气缸5的活塞往复运动，形成连续按压。通过调节电磁阀4的交替周期可以实现不同的按压频率。调节比例阀3的开度和电磁阀4开闭时间可以调节深度和下压速度：增加比例阀3开度，输出压力提高，伸缩气缸5进气口的压力增大，按压力增大，下压速度增大；增大电磁阀4打开的时间，活塞运动时间增长，按压深度增大。

本实施例中，所述带闭环控制的心肺复苏装置还包括驱动部，所述控制部通过所述驱动部与所述执行部连接。所述控制部包括上位机和下位机，所述上位机与所述下位机通过总线通讯，所述下位机包括信号采集模块，所述检测部与所述信号采集模块电连接。所述下位机还包括控制信号生成模块，所述控制信号生成模块通过所述驱动部与所述执行部连接。所述上位机包括可与用户交互的可视化界面和闭环控制算法模块，所述闭环控制算法模块通过输出特定闭环算法生成控制参数并传输给下位机进而调节控制信号，实现按压深度和下压速度的闭环控制。

具体地，如图3所示为本实用新型的软件功能结构图，其中，A为气动回路、B为电动回路，所述上位机为运行在windows 7环境下的PC机软件，主要负责控制参数的设置和心肺复苏装置运行状态监测，同时根据检测到的按压参数对按压深度和加速度进行闭环控制。下位机使用单片机作为核心，能按照上位机的控制参数产生按压波形和通气波形，控制电磁阀4和比例阀3完成按压，同时采集按压参数并传送到上位机。上位机软件提供与用户交互的可视化界面，支持多种控制模式，可以对按压频率、按压深度、下压速度、按压力、按压放松比、按压通气比等多个参数进行设置，用户设置完参数后，程序自动发送指令到下位机，用户可以选择保存控制方案，下次使用时刻直接调出。同时，该软件能实时监测按压力、按压深度、气缸压力等心肺复苏装置的运行参数显示出来，方便用户观测并根据按压效果调解控制参数。

本实施例中，通过上位机进行分析和处理，通过闭环控制算法生成新的控制参数并下传到下位机，实现按压的闭环控制。下位机软件运行在32位ARM单片机系统上。能够通过上位机设置的参数生成胸外按压波形。通过控制胸外按压电磁阀4的开闭和比例阀3的输出压力控制气缸的运动，实现周期性往复按压动作。同时，通过传感器和信号放大器前端采集复苏过程中的胸外按压参数。每完成一次按压，上位机软件会跟位移传感器波形，计算出按压深度和下压的速度，通过压力传感器采集下压时的力，与预先设定的按压深度、下压速度和按压力对比，通过模糊PID算法计算出电磁阀4开闭时间、比例阀3输出压力的调节量，传输给下位机后，由下位机调整控制波形，实现闭环控制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种带闭环控制的心肺复苏装置，其特征在于，包括控制部、驱动部、执行部和检测部，所述控制部与所述执行部连接并实现对执行部的控制，所述检测部与所述控制部电连接，所述控制部通过所述驱动部与所述执行部连接；所述执行部包括按压头、驱动按压头完成按压动作的伸缩气缸以及为所述伸缩气缸提供驱动力的高压气源，所述高压气源的出气口通过电磁阀与所述伸缩气缸的无杆腔连接；所述高压气源与所述电磁阀之间依次设有减压阀和比例阀；所述检测部包括设置于所述比例阀输出口的检测伸缩气缸入口压力的压力传感器、设置于按压头与伸缩气缸之间且可检测按压头的按压力的力传感器和设置于所述伸缩气缸的活塞杆上且可随活塞杆运动的位移传感器；

所述控制部包括上位机和下位机，所述上位机与所述下位机通过总线通讯；所述上位机包括闭环控制算法模块。

2.根据权利要求1所述的带闭环控制的心肺复苏装置，其特征在于，所述下位机包括信号采集模块，所述检测部与所述信号采集模块电连接。

3.根据权利要求1所述的带闭环控制的心肺复苏装置，其特征在于，所述下位机还包括控制信号生成模块，所述控制信号生成模块通过所述驱动部与所述执行部连接。

4.根据权利要求1所述的带闭环控制的心肺复苏装置，其特征在于，所述上位机包括可与用户交互的可视化界面。