CN211798116U - 一种基于Arduino的自动化气管插管装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于Arduino的自动化气管插管装置，包括本系统由Arduino微控制器、压控模块、运算放大模块、显示模块、无线传输模块和App，所述Arduino微控制器的输出端分别与无线传输模块、显示模块和压控模块的输入端电连接，Arduino微控制器的输入端与运算放大模块的输入端电连接，具有以下好处：本实用新型设计的自动化气管插管装置与传统气管插管相比较，可有效避免误吸、气囊压力过大等气管插管过程中存在的问题，可随时监测气囊内压力值，协助医护人员进行人工气道的管理，进行更加安全便捷的操作，使气管插管操作更加安全与科学，使用人体模型对自动化气管插管装置的结构与功能进行测试，本装置可达到标准安全要求与预期功能，应用前景良好。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体为一种基于Arduino的自动化气管插管装置。
背景技术
气管插管术是一项急救过程中常用的重要抢救技术，在呼吸道管理中，气管插管术是应用最有效、快捷的方法之一，其不仅对抢救病人生命作用重大，而且对降低病死率具有重要意义。在气管插管术后护理中，气囊内压力需持续进行监测，使其维持在1.96KPa-2.94KPa范围内，以防止气囊压力不够造成通气不足和误吸气道内分泌物，对肺部造成感染。或气囊内压力过高会压迫气管黏膜，影响血液循环，造成气管壁损伤，甚至坏死。目前临床中的气管插管术后护理多数采用的是人工充气与吸取口腔分泌物，气囊内气压不可监测；对医护人员来说，可以持续监测并合理调整气囊内压力非常重要。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种基于Arduino的自动化气管插管装置，本实用新型结合生物医学工程技术，设计一种自动化气管插管装置，实现气管插管术后护理的自动化与智能化；与人工护理相比较达到保护气管、防止病人肺部感染、减少并发症发生的目的，使气管插管术后护理更科学、更安全。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于Arduino的自动化气管插管装置，包括本系统由Arduino微控制器、压控模块、运算放大模块、显示模块、无线传输模块和App，所述Arduino微控制器的输出端分别与无线传输模块、显示模块和压控模块的输入端电连接，Arduino微控制器的输入端与运算放大模块的输入端电连接，运算放大模块的输入端与压控模块的输出端电连接，压控模块用于采集气囊内的气压，无线传输模块的输出端与应用软件App的输入端相连，Arduino微控制器、压控模块、运算放大模块、显示模块和无线传输模块的输入端均匀外部电源的输出端电连接。
进一步的，所述Arduino微控制器采用一款基于ATmega328P的微控制器板ArduinoUno，它有14个数字输入/输出引脚，其中包含装置所需的VCC、GND、SDA、SCL引脚，6个模拟输入，16MHz晶振时钟，USB连接，电源插孔，只需要通过USB数据线连接电脑就可实现供电、程序下载和数据通讯，操作简单，所述Arduino微控制器负责给传感器供电，接收并处理传感器采集的数据，对压控模块进行控制。
进一步的，所述压控模块采用高精度数字压力传感器BMP180进行气囊内气压数据的采集，其性能优良，成本低、尺寸小，而且引脚明确，方便连接，传感器采用Arduino控制板上的3.3V电压源供电，基本原理为压阻效应，测量时，单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可以得到正比于力变化的信号输出，此外，所述压控模块还包括充气泵、卸压阀、吸物泵，所述充气泵可以为气囊提供相应的压力，卸压阀可以卸掉气囊内压力，吸物泵可以根据要求吸取呼吸道内分泌物。
进一步的，所述显示模块采用TFT显示屏作为显示模块的核心，在此显示屏中，点脉冲可以直接控制每个像素，因此每个节点可以连续控制并且相对独立的，这种设置不仅可以精确地控制显示屏的颜色顺序，而且提高了显示屏的反应速度，使TFT的颜色更加接近现实，TFT可以显示数字、汉字，也可显示图形，利用该模块构成人机交互图形界面，实现气囊气压等数据的实时显示与监测。
进一步的，所述无线传输模块采用的无线传输模块为HC-06从机蓝牙模块，此模块由3.3V电源供电，具有VCC、GND、TXD、RXD四个引脚，通过LED引脚状态，微控制器可判断蓝牙是否已经连接，led灯闪烁表示蓝牙不在连接状态，常亮状态时表示蓝牙打开端口完成连接，从机能与各种带蓝牙功能的电脑、主机、具有蓝牙功能的手机等智能端匹配，有效距离为10m，所述压控模块采集到数据，经过运算放大电路输入到微控制器中，微控制器可将处理后的数据通过无线传输模块发送至手机端APP。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本基于Arduino的自动化气管插管装置，具有以下好处：本实用新型设计的自动化气管插管装置与传统气管插管相比较，可有效避免误吸、气囊压力过大等气管插管过程中存在的问题，可随时监测气囊内压力值，协助医护人员进行人工气道的管理，进行更加安全便捷的操作，使气管插管操作更加安全与科学；使用人体模型对自动化气管插管装置的结构与功能进行测试，本装置可达到标准安全要求与预期功能，应用前景良好。
附图说明
图1为本实用新型系统原理框图；
图2为本实用新型系统主程序流程图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1-2，本实用新型提供一种技术方案：一种基于Arduino的自动化气管插管装置，包括本系统由Arduino微控制器、压控模块、运算放大模块、显示模块、无线传输模块和App，所述Arduino微控制器的输出端分别与无线传输模块、显示模块和压控模块的输入端电连接，Arduino微控制器的输入端与运算放大模块的输入端电连接，运算放大模块的输入端与压控模块的输出端电连接，压控模块用于采集气囊内的气压，无线传输模块的输出端与应用软件App的输入端相连，Arduino微控制器、压控模块、运算放大模块、显示模块和无线传输模块的输入端均匀外部电源的输出端电连接，其中压控模块与运算放大模块完成模拟信号的采集、放大、充气泄压与吸物功能，Arduino微控制器负责接收数据并完成计算、数据处理与压控模块控制功能，显示模块负责气囊内气压的实时监控功能，无线传输模块和App负责远程传输与数据保存功能，提高了本装置的智能化程度，所述Arduino微控制器采用一款基于ATmega328P的微控制器板Arduino Uno，它有14个数字输入/输出引脚，其中包含装置所需的VCC、GND、SDA、SCL引脚，6个模拟输入，16MHz晶振时钟，USB连接，电源插孔，只需要通过USB数据线连接电脑就可实现供电、程序下载和数据通讯，操作简单，所述Arduino微控制器负责给传感器供电，接收并处理传感器采集的数据，对压控模块进行控制，所述压控模块采用高精度数字压力传感器BMP180进行气囊内气压数据的采集，其性能优良，成本低、尺寸小，而且引脚明确，方便连接，传感器采用Arduino控制板上的3.3V电压源供电，基本原理为压阻效应，测量时，单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可以得到正比于力变化的信号输出，此外，所述压控模块还包括充气泵、卸压阀、吸物泵，所述充气泵可以为气囊提供相应的压力，卸压阀可以卸掉气囊内压力，吸物泵可以根据要求吸取呼吸道内分泌物，所述显示模块采用TFT显示屏作为显示模块的核心，在此显示屏中，点脉冲可以直接控制每个像素，因此每个节点可以连续控制并且相对独立的，这种设置不仅可以精确地控制显示屏的颜色顺序，而且提高了显示屏的反应速度，使TFT的颜色更加接近现实，TFT可以显示数字、汉字，也可显示图形，利用该模块构成人机交互图形界面，实现气囊气压等数据的实时显示与监测，所述无线传输模块采用的无线传输模块为HC-06从机蓝牙模块，此模块由3.3V电源供电，具有VCC、GND、TXD、RXD四个引脚，通过LED引脚状态，微控制器可判断蓝牙是否已经连接，led灯闪烁表示蓝牙不在连接状态，常亮状态时表示蓝牙打开端口完成连接，从机能与各种带蓝牙功能的电脑、主机、具有蓝牙功能的手机等智能端匹配，有效距离为10m，所述压控模块采集到数据，经过运算放大电路输入到微控制器中，微控制器可将处理后的数据通过无线传输模块发送至手机端APP，当气管壁组织中的血流开始减少时气管插管气囊内压力超过2.94KPa，气管黏膜缺血性损伤时囊内压力达到3.92KPa；气囊压力以维持在1.96KPa-2.94KPa为宜，在进行软件设计时，将充气泵工作的气囊压力上限值设置为2.94KPa，下限值设置为1.96KPa，称为气囊内气压初始设定值，当气囊压力值低于1.96KPa时充气泵开始工作，高于2.94KPa时充气泵停止工作，使得气囊内压力值维持在科学合理的范围内，在进行压控软件设计时程序编写平台采用Arduino IDE，功能主要包括自动充气与吸物、压力监测、数据显示等，当程序开始运行后，初始化系统，进行寄存器与中断的设置,随后进行显示屏模式、通信模式、定时器模式设置，按下按键后，显示模块实时显示压力值，通过按键可调整初始设定值，通过“充气泵”按键可使充气泵开始工作给气囊充气，压力传感器可实时监测气囊内的压力值并与设定值进行比较，高于2.94KPa时微控制器给充气泵低电平信号，充气泵停止工作；低于1.96KPa时微控制器给充气泵高电平信号，充气泵开始工作；通过“泄压阀”按键可对气囊进行泄压，吸物泵可吸取分泌物，充气泵、泄压阀与吸液泵互相屏蔽；自动化气管插管装置的应用软件为手机端APP，采用Android Studio平台进行设计，微控制器通过无线传输模块可以将数据发送至手机端APP，应用软件主要功能为数据保存，当应用软件接收到气囊内压力值、气囊充气时间、气囊充气速度等数据后，可以将其显示在手机界面上，并且保存在数据库中，医护人员可以随时调取数据进行查看，对于研究病人气管情况、气管插管术后护理、人工气道管理，制定更加科学合理的治疗护理方法具有重要价值。
在使用时：启动自动化气管插管装置，设置好参数，下载程序后，观察到各模块开始工作；装置共有五个按键，分为：“充气泵”、“泄压阀”、“抽液泵”、“数值加”、“数值减”；当按下“充气泵”时，充气泵开始工作，当气囊内压力值低于程序设定的1.96KPa时充气泵自动工作，高于2.94KPa时充气泵停止工作；使用“泄压阀”按键时，须关闭充气泵，泄压阀可以泄掉气囊内的压力；按下“抽液泵”按键，抽液泵开始工作，可以吸出气管内气囊上部的分泌物，防止其流入肺部造成感染；按下“数值加”与“数值减”两个按键，可以调整参数设置，升高或降低气囊内气压上下限初始设定值；充气泵与泄压阀工作时，气压传感器采集到数据后通过运算放大模块放大后传送给微控制器，可以实时监测气囊内压力值并通过显示模块显示，微控制器通过无线传输模块可以实时传输数据至手机端App，实现数据保存。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种基于Arduino的自动化气管插管装置，其特征在于：包括本系统由Arduino微控制器、压控模块、运算放大模块、显示模块、无线传输模块和App，所述Arduino微控制器的输出端分别与无线传输模块、显示模块和压控模块的输入端电连接，Arduino微控制器的输入端与运算放大模块的输入端电连接，运算放大模块的输入端与压控模块的输出端电连接，压控模块用于采集气囊内的气压，无线传输模块的输出端与应用软件App的输入端相连，Arduino微控制器、压控模块、运算放大模块、显示模块和无线传输模块的输入端均匀外部电源的输出端电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的自动化气管插管装置，其特征在于：所述Arduino微控制器采用一款基于ATmega328P的微控制器板Arduino Uno，它有14个数字输入/输出引脚，其中包含装置所需的VCC、GND、SDA、SCL引脚，6个模拟输入，16MHz晶振时钟，USB连接，电源插孔，只需要通过USB数据线连接电脑就可实现供电、程序下载和数据通讯，操作简单，所述Arduino微控制器负责给传感器供电，接收并处理传感器采集的数据，对压控模块进行控制。
3.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的自动化气管插管装置，其特征在于：所述压控模块采用高精度数字压力传感器BMP180进行气囊内气压数据的采集，传感器采用Arduino控制板上的3.3V电压源供电，基本原理为压阻效应，测量时，单晶硅材料在受到力的作用后，电阻率发生变化，通过测量电路就可以得到正比于力变化的信号输出，此外，所述压控模块还包括充气泵、卸压阀、吸物泵，所述充气泵可以为气囊提供相应的压力，卸压阀可以卸掉气囊内压力，吸物泵可以根据要求吸取呼吸道内分泌物。
4.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的自动化气管插管装置，其特征在于：所述显示模块采用TFT显示屏作为显示模块的核心，在此显示屏中，点脉冲可以直接控制每个像素，因此每个节点可以连续控制并且相对独立的，这种设置不仅可以精确地控制显示屏的颜色顺序，而且提高了显示屏的反应速度，使TFT的颜色更加接近现实，TFT可以显示数字、汉字，也可显示图形，利用该模块构成人机交互图形界面，实现气囊气压等数据的实时显示与监测。
5.根据权利要求1所述的一种基于Arduino的自动化气管插管装置，其特征在于：所述无线传输模块采用的无线传输模块为HC-06从机蓝牙模块，此模块由3.3V电源供电，具有VCC、GND、TXD、RXD四个引脚，通过LED引脚状态，微控制器可判断蓝牙是否已经连接，led灯闪烁表示蓝牙不在连接状态，常亮状态时表示蓝牙打开端口完成连接，从机能与各种带蓝牙功能的电脑、主机、具有蓝牙功能的手机等智能端匹配，有效距离为10m，所述压控模块采集到数据，经过运算放大电路输入到微控制器中，微控制器可将处理后的数据通过无线传输模块发送至手机端APP。
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|---|---|---|---|---|
| CN112802388A (zh) * | 2021-01-05 | 2021-05-14 | 上海交通大学医学院附属第九人民医院 | 一种清醒插管教学模拟假人 |
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2019
- 2019-09-29 CN CN201921640421.5U patent/CN211798116U/zh not_active Expired - Fee Related
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