CN214074605U - 一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机，包括湿化器、面罩模块、保护外壳、空气过滤模块、空气压缩模块、空气贮存模块、湿化罐阵列、主控板、电池模块、交互模块、节流控制装置、数据通信模块、上位机、移动客户端和远程医疗服务终端。本实用新型通过实时监测面罩中压力大小智能控制风机作出压力调节，从而保证呼吸机配套面罩内正压通气，使得被动辅助呼吸变为主动辅助呼吸，通过温湿度监测智能控制提供空气的温湿度，呼吸机可以通过数据通信模块与手机终端或上位机建立连接，让使用者更直观地知晓监测数据和分析报告，还可以由手机终端将呼吸数据上传至远程医疗服务器，从而实现远程医疗监测与诊断功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及呼吸监测用品领域，特别涉及一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机。
背景技术
在日常环境中，一方面日趋严重的污染严重影响着人们的呼吸质量，直接威胁人类的健康。另一方面，在当下社会竞争日趋激烈的情况下，因心情焦虑导致的呼吸调节能力下降，也直接影响着人们的生活质量。此外，大量患有呼吸障碍疾病的患者在医疗系统外使用呼吸机进行辅助呼吸治疗存在困难。因此，需要使用便携式呼吸机进行辅助呼吸的场景越来越多,对于改善健康生活和呼吸障碍疾病的治疗的作用愈发重要。
目前患有呼吸障碍疾病的患者，主要体现于睡眠呼吸紊乱患者。睡眠呼吸紊乱一般被认为与阻塞性睡眠呼吸暂停和潮式呼吸相关。SDB患者还可能与多种多器官多损害的并发症状有关，例如心脑血管疾病、2型糖尿病、高血压、认知功能障碍和打鼾等。患有上述这些症状的患者通常会通过一些机械形式的正压通气式呼吸机进行辅助呼吸和监测。
现有技术中的医用治疗呼吸机及部分家用呼吸机普遍通过将患者作为某种控制回路的一部分来进行监测和提供辅助呼吸功能。存在以下缺陷：
(1)舒适性低，使用困难：
呼吸机通常使用从鼻部侵入的导管监测使用呼吸机状态下的患者呼吸努力。患者呼吸努力是由临床医生在包括睡眠呼吸暂停、阻塞性疾病以及各种限制性疾病的各种疾病中评价患者急性状态时所用的关键指标。在医疗系统外的多场景应用，对于患者而言是不舒适、不实用的。
(2)体积庞大，价格昂贵：
已知的用于现有呼吸机上的监测传感器，例如胸骨上切迹努力传感器、EMG和ECG传感器等，以及配合呼吸机使用的空气压缩机和湿化器，因为体积过大，价格昂贵、精度要求高等问题，都不适合于非医疗系统下的场景下使用。从而无法获得可以用作记录的参数。
(3)功能单一，模式固定：
呼吸机只具备提供固定模式的过滤空气，和监测患者呼吸状态是否发生急性转变的基本功能。不具备监测外部环境中的空气温度、湿度，压强等关键指标和患者体内环境中的心脏后负荷、血管张力、心率变化、通常的交感神经系统活动和/或中枢静脉压力等关键指标，以及根据其中的一个或多个指标对提供的空气属性进行控制、调节和对这些关键指标数据进行收集、上传、分析用于医师进行疾病风险的评估、预警功能。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机，可做到远程医疗监测与诊断功能，保证呼吸机配套面罩内正压通气。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：
本实用新型一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机，包括控制模块、湿化器、面罩模块、保护外壳、空气过滤模块、空气压缩模块、空气贮存模块、湿化罐阵列、主控板、电池模块、交互模块、节流控制装置、数据通信模块、上位机、移动客户端和远程医疗服务终端，所述面罩模块上设置有传感器单元、微控制器单元，所述控制模块上设置有微控制器单元、数据存储单元、数据通信单元、空气压缩模块驱动单元、空气过滤模块驱动单元，所述空气过滤模块、空气压缩模块和空气贮存模块均内置在保护外壳中，所述湿化器包括湿化罐和加热芯片，所述湿化罐按圆周阵列，靠近中心的一侧上设有排雾气孔，所述加热芯片设置在湿化罐的外壁上，且连接电源模块和微控制器单元，所述电池模块为可充电锂电池，所述电池模块及主控板均设置在保护外壳内壁上部位置，所述交互模块设置在保护外壳顶部位置，所述节流控制装置包括节流元件和节流元件上的压差传感器和压力传感器，所述数据通信模块包括蓝牙模块和串口通信模块。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述空气过滤模块驱动单元的信号输入端连接微控制器单元，信号输出端连接空气压缩模块，所述空气压缩模块驱动单元的信号输入端连接微控制器单元，信号输出端连接空气过滤模块。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述压力传感器、压差传感器的信号输出端连接微控制器单元，所述微控制器单元还与交互模块、数据存储模块以及数据通信模块相连。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述压力传感器用于测量面罩模块及连接导管内的气道压力值，并输出至微控制器单元，所述压差传感器用于测量面罩模块及连接导管内的气道流量值，并输出至微控制器单元。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述微控制器单元用于根据气道压力值结合设定的压力期望值计算转换为空气过滤模块中的叶片转动量后控制驱动模块来调节叶片的转速，从而调节气道压力值，并根据气道流量值识别使用者的呼吸过程，并对关键指标进行测量、收集、上传、分析，从而进行呼吸过程处理。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述数据通信模块与移动客户端建立网络连接，所述移动客户端与远程医疗服务器网络连接。
作为本实用新型的一种优选技术方案，所述面罩模块通过串口通信模块与上位机建立通信。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
本实用新型通过实时监测面罩中压力大小智能控制风机作出压力调节，从而保证呼吸机配套面罩内正压通气，使得被动辅助呼吸变为主动辅助呼吸，通过温湿度监测智能控制提供空气的温湿度，提高本呼吸机使用过程中的舒适性，呼吸机可以通过数据通信模块与手机终端或上位机建立连接，从而上传呼吸数据，有利于对用户的健康进行监测和诊断，并显示在呼吸机顶部交互模块中的液晶显示屏上，让使用者更直观地知晓监测数据和分析报告，还可以由手机终端将呼吸数据上传至远程医疗服务器，从而实现远程医疗监测与诊断功能。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型的正视结构示意图；
图2为本实用新型的侧视结构示意图；
图3为本实用新型的顶视结构示意图；
图4为呼吸识别及处理过程的流程图；
图中：1、空气过滤模块；2、空气压缩模块；3、空气贮存模块；4、湿化罐阵列；5、主控板；6、电池模块；7、交互模块；8、节流控制装置。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。
此外，如果已知技术的详细描述对于示出本实用新型的特征是不必要的，则将其省略。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
实施例1
如图1-4所示，本实用新型提供一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机，包括控制模块、湿化器、面罩模块、保护外壳、空气过滤模块1、空气压缩模块 2、空气贮存模块3、湿化罐阵列4、主控板5、电池模块6、交互模块7、节流控制装置8、数据通信模块、上位机、移动客户端和远程医疗服务终端，面罩模块上设置有传感器单元、微控制器单元，控制模块上设置有微控制器单元、数据存储单元、数据通信单元、空气压缩模块驱动单元、空气过滤模块驱动单元，空气过滤模块1、空气压缩模块2和空气贮存模块3均内置在保护外壳中，湿化器包括湿化罐和加热芯片，湿化罐按圆周阵列，靠近中心的一侧上设有排雾气孔，加热芯片设置在湿化罐的外壁上，且连接电源模块和微控制器单元，电池模块6为可充电锂电池，电池模块6及主控板5均设置在保护外壳内壁上部位置，交互模块7设置在保护外壳顶部位置，节流控制装置8包括节流元件和节流元件上的压差传感器和压力传感器，数据通信模块包括蓝牙模块和串口通信模块。
进一步的，空气过滤模块驱动单元的信号输入端连接微控制器单元，信号输出端连接空气压缩模块2，空气压缩模块驱动单元的信号输入端连接微控制器单元，信号输出端连接空气过滤模块1。
压力传感器、压差传感器的信号输出端连接微控制器单元，微控制器单元还与交互模块7、数据存储模块以及数据通信模块相连。
压力传感器用于测量面罩模块及连接导管内的气道压力值，并输出至微控制器单元，压差传感器用于测量面罩模块及连接导管内的气道流量值，并输出至微控制器单元。
微控制器单元用于根据气道压力值结合设定的压力期望值计算转换为空气过滤模块1中的叶片转动量后控制驱动模块来调节叶片的转速，从而调节气道压力值，并根据气道流量值识别使用者的呼吸过程，并对关键指标进行测量、收集、上传、分析，从而进行呼吸过程处理。
数据通信模块与移动客户端建立网络连接，移动客户端与远程医疗服务器网络连接。
面罩模块通过串口通信模块与上位机建立通信，用于将呼吸数据传送给上位机。
具体的，使用过程中，各模块均内置在保护外壳内部，空气过滤模块1 的进风口朝向保护外壳底部，出风口朝向空气压缩模块2，湿化器设置在空气压缩模块2的内部，节流控制装置8设置在空气贮存模块3的出风口处，节流控制装置8用于测量气道流量值和压力值，其包括节流元件和节流元件上的压差传感器和压力传感器，在气体流过节流元件时，会在节流元件两端形成压力差，且该压力差与气道流量值相关，本实用采用压差传感器测得节流元件两端压力差后，根据标定的压力差-流量的关系式可以计算出气道流量值。而压力传感器用于检测气道上的压力值用来实现压力控制，湿化器包括湿化罐阵列4和加热芯片，湿化罐阵列靠近阵列中心一侧上设有排雾气孔，加热芯片整合在单个湿化罐中，且连接电源模块和微控制器单元，微控制器单元可以采用STM32F407，该芯片移植了μC/OS-Ⅱ实时操作系统，可以通过多任务调度，完成压力控制、呼吸识别与处理、数据存储、人机交互和数据通信等功能，微控制器单元、驱动单元、数据存储单元、数据通信单元集成在主控板5上，电池模块6及主控板5均设置在保护外壳内壁上部位置，交互模块7设置在保护外壳顶部位置，用于使用者获取便携式呼吸机收集的数据信息、分析结果和建议，微控制器通过空气过滤模块驱动单元控制无刷直流电机，电机运行带动外界空气进入呼吸机，然后经过多层纤维膜过滤，然后通往空气压缩模块进行加温、加湿和压缩，然后暂时贮存在空气贮存模块中，然后流经节流控制装置时，压力传感器和压差传感器可测得面罩的气道压力值与流量值，通过压力传感器测得气道压力值后，结合标定的治疗压力期望值，转换为空气过滤模块叶片转动量后，通过定时器的PWM控制驱动模块，来完成气道压力的调节，然后在面罩内的监测装置可监测面罩口鼻处的温湿度以及气体成分，并且控制模块上的数据存储模块可存储诊断呼吸数据，可读取数据存储模块的数据分析使用者呼吸情况，数据通信模块可将检测数据上传到移动客户端以及远程医疗终端做进一步分析诊断，数据通信单元用于建立与外部的通信，进行数据传输，其包括蓝牙网络通信和串口通信两种方式，口罩通过蓝牙与移动客户端进行网络通信，将口罩诊断过程中的呼吸数据和设定的参数实时地发送给移动客户端，方便用户查看，并由移动客户端将数据上传至远程医疗服务器，实现远程医疗监测与诊断功能；同时，用户可以使用移动客户端对本呼吸机进行遥控，控制启动和关闭，修改参数设定值等，也可以通过交互模块进行，数据存储单元用于实现数据的存储功能，其包括SD卡存储和EEPROM存储，SD卡存储用于存储口罩诊断中的呼吸数据，便于医生通过上位机软件读取SD卡数据，分析患者的治疗情况，从而改进治疗方案，EEPROM用于存储呼吸机配置参数。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机，包括控制模块、湿化器、面罩模块、保护外壳、空气过滤模块(1)、空气压缩模块(2)、空气贮存模块(3)、湿化罐阵列(4)、主控板(5)、电池模块(6)、交互模块(7)、节流控制装置(8)、数据通信模块、上位机、移动客户端和远程医疗服务终端，其特征在于，所述面罩模块上设置有传感器单元、微控制器单元，所述控制模块上设置有微控制器单元、数据存储单元、数据通信单元、空气压缩模块驱动单元、空气过滤模块驱动单元，所述空气过滤模块(1)、空气压缩模块(2)和空气贮存模块(3)均内置在保护外壳中，所述湿化器包括湿化罐和加热芯片，所述湿化罐按圆周阵列，靠近中心的一侧上设有排雾气孔，所述加热芯片设置在湿化罐的外壁上，且连接电源模块和微控制器单元，所述电池模块(6)为可充电锂电池，所述电池模块(6)及主控板(5)均设置在保护外壳内壁上部位置，所述交互模块(7)设置在保护外壳顶部位置，所述节流控制装置(8)包括节流元件和节流元件上的压差传感器和压力传感器，所述数据通信模块包括蓝牙模块和串口通信模块。
2.根据权利要求1所述的一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机，其特征在于，所述空气过滤模块驱动单元的信号输入端连接微控制器单元，信号输出端连接空气压缩模块(2)，所述空气压缩模块驱动单元的信号输入端连接微控制器单元，信号输出端连接空气过滤模块(1)。
3.根据权利要求1所述的一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机，其特征在于，所述压力传感器、压差传感器的信号输出端连接微控制器单元，所述微控制器单元还与交互模块(7)、数据存储模块以及数据通信模块相连。
4.根据权利要求1所述的一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机，其特征在于，所述压力传感器用于测量面罩模块及连接导管内的气道压力值，并输出至微控制器单元，所述压差传感器用于测量面罩模块及连接导管内的气道流量值，并输出至微控制器单元。
5.根据权利要求1所述的一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机，其特征在于，所述微控制器单元用于根据气道压力值结合设定的压力期望值计算转换为空气过滤模块(1)中的叶片转动量后控制驱动模块来调节叶片的转速，从而调节气道压力值，并根据气道流量值识别使用者的呼吸过程，并对关键指标进行测量、收集、上传、分析，从而进行呼吸过程处理。
6.根据权利要求1所述的一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机，其特征在于，所述数据通信模块与移动客户端建立网络连接，所述移动客户端与远程医疗服务器网络连接。
7.根据权利要求1所述的一种主动辅助呼吸的便携式呼吸机，其特征在于，所述面罩模块通过串口通信模块与上位机建立通信。
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Granted publication date: 20210831 |