CN214209090U - 一种利用麦克风采集呼吸音触发供氧的氧气吸入器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及医用吸氧设备,特别是一种利用麦克风采集呼吸音触发供氧的氧气吸入器。通过采集患者呼吸音控制供氧和暂停供氧。人体的整个呼吸过程有吸气和和呼气期,人体只有在吸气的时候才需要氧气,呼气期不需要氧气。而人体在吸气和呼气时都会产生声音,呼气的音频信号会远大小吸气的音频信号,本实用新型利用呼与吸音频信号的变化来控制氧气的输入和暂停供氧。

Description

一种利用麦克风采集呼吸音触发供氧的氧气吸入器
技术领域
本实用新型涉及医用吸氧设备,特别是一种利用麦克风采集呼吸音触发供氧的氧气吸入器。
背景技术
传统浮标式氧气吸入器在大小医院被广泛使用,几乎所有的病房吸氧装置均为浮标式氧气吸入器。此类装置工作方式为连续供氧:即当医护人员打开流量开关之后,出氧口就会一直供应氧气,此时不管患者是否佩戴氧气管,或者患者临时离开,氧气吸入器始终一直供氧。
缺点:人体呼气的时候也连续供氧,甚至患者暂时离开时也连续供氧,这样会造成氧气的严重浪费。
传统浮标式氧气吸入器在临床中已经广泛使用了几十年,结构简单,使用简单,且不需要电源,让人们在固定思维里已经完全接收,所以几十年来均没有在功能上有创新的突破。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种利用麦克风采集呼吸音触发供氧的氧气吸入器。
本实用新型的目的是通过如下途径实现的:一种利用麦克风采集呼吸音触发供氧的氧气吸入器,它包括连接人体鼻腔或呼吸面罩的吸氧管及氧气输入管,还包括呼吸采集控制装置,该装置内置供氧管并以此管分别连通吸氧管及氧气输入管;
所述的吸氧管管身上附着有另一采集管路,采集管路前端内置有1号麦克风,1号麦克风通过导线依次连接呼吸采集控制装置内的音频处理电路、单片机以及供氧管管路上的电磁阀。
作为本方案的进一步优化,所述的音频处理电路由两组音频处理芯片分别连接A/D转换接口构成。
作为本方案的进一步优化,所述的氧气输入管上设有减压阀和流量/湿化控制装置。
作为本方案的进一步优化,音频处理电路上另接有2号麦克风,2号麦克风位于呼吸采集控制装置或采集管路内。
本实用新型一种利用患者呼吸音触发供氧的氧气吸入器,与现有的氧气吸入器对比,从结构上来说,利用患者呼吸触发供氧的氧气吸入器与传统的氧气吸入器多了电气控制部分;从分类上来说,传统的氧气吸入器为无源产品,利用患者呼吸触发供氧的氧气吸入器是有源产品。利用患者呼吸触发供氧的氧气吸入器的开发设计理念是节能、高效,即需要氧气的时候输出氧气,不需要氧气的时候停止供氧。这样设计的结果有几大好处:
一、节能:节约66.7%以上的氧气
人体呼吸时存在吸气和呼气两个时期,一般人体的吸呼比为1:2(国际标准IEC60601-2-12 Medical electrical equipment—Part 2 :Particular requirementsfor the safety of lung ventilators—Critical care ventilators和国家标准GB9706.28-2006《医用电气设备第2部分:呼吸机安全专用要求治疗呼吸机》推荐模拟人体的吸呼比也均为1:2)。如果按照吸呼比为1:2时,理论上利用患者呼吸触发供氧的氧气吸入器可以节省66.7%的氧气。这是一个很大氧气节省。而现实中,很多患者在吸氧一段时间自行摘下吸氧管,比如暂时的离开,伤势较轻的部分患者吸氧到后段就不想再吸氧。这些情况,传统的吸氧器均会一直供氧,这就是氧气的浪费,这些氧气都可以通过患者呼吸触发供氧的氧气吸入器进行节能。包括这些不确定浪费氧气情况,触发式吸氧仪节约氧气绝对可以>66.7%。
二、经济效益分析
现在的医院供氧主要有两种方式,瓶装/罐装液态氧和中心分子筛制氧系统。
1.减少液态氧的购买。
按照节能分析,至少节省66.7%的用氧量,即节省66.7%购买氧气的费用。
2.减少中心分子筛制氧系统的安装投入和延长制氧系统寿命
分子筛中心制氧系统是现代节能的制氧系统,本身也是替代液态氧的一个产品,原理是利用分子筛将空气中的氧气和氮气分离从而得到氧气。优点:这种方式理论上不会担心氧气供气的中断,毕竟氧气来于空气,释放于空气。缺点:当时此类系统的体积庞大,占地大安装位置要求特殊,噪声大,投入大。需氧量越大,需要安装的供氧系统就要求越大。
如一个中型制氧系统可以供应300个床位,当医院要发展的时候,要600个床位的时候就必须加装一套系统,发展成900个床位时就要三套制氧系统。此时不单是加装制氧系统的问题,还必须涉及到安装场地的问题。一套设备少则100-200多万,多则400-500万,这是一笔很大的投入。再者,制氧系统每年的维护费约10W左右,此处还不包括人员的投入。
另外很多老城区的医院,床位要求增长速度比郊区都快,而老城区的建筑面积却是发展困难,甚至不能扩展,这样的医院想多装几套制氧系统就不可能实现。
这时如果能够使用利用患者呼吸触发供氧的氧气吸入器的话,就可以很好地解决场地、资金投入、高额维修费的问题。使用触发式吸氧仪不需要另外的安装场地和高额的设备购买。另外使用利用患者呼吸触发供氧的氧气吸入器还能减少氧气的供应,这样就能延长分子筛制氧机的寿命。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明:
图1为本实用新型外形结构示意图;
图2为本实用新型内部结构示意图;
图3为本实用新型音频处理电路6电路方框示意图;
图4为本实用新型使用中呼气与吸气音频变化图;
图中,吸氧管1、呼吸采集控制装置2、氧气输入管3、供氧管4、采集管路5、音频处理电路6、单片机7、电磁阀8、减压阀9、流量/湿化控制装置10、1号麦克风11、2号麦克风12、音频处理芯片13、A/D转换接口14。
具体实施方式
本实用新型一种利用患者呼吸音触发供氧的氧气吸入器,通过采集患者呼吸音控制供氧和暂停供氧。人体的整个呼吸过程有吸气和和呼气期,人体只有在吸气的时候才需要氧气,呼气期不需要氧气。而人体在吸气和呼气时都会产生声音,呼气的音频信号会远大小吸气的音频信号,本实用新型利用呼与吸音频信号的变化来控制氧气的输入和暂停供氧。
如图1、2所示,一种利用麦克风采集呼吸音触发供氧的氧气吸入器,它包括连接人体鼻腔或呼吸面罩的吸氧管1及氧气输入管3,还包括呼吸采集控制装置2,该装置内置供氧管4并以此管分别连通吸氧管1及氧气输入管3;
如图3所示,所述的吸氧管1管身上附着有另一采集管路5,采集管路5前端内置有1号麦克风11,1号麦克风11通过导线依次连接呼吸采集控制装置2内的音频处理电路6连接,呼吸采集控制装置2内,音频处理电路6上另接有2号麦克风12, 2号麦克风12位于呼吸采集控制装置2或采集管路5内,2号麦克风12的作用是与吸氧管内的麦克风形成麦克风阵列,用于消除吸氧管内麦克风的噪声。音频处理电路6依次连接单片机7以及供氧管4管路上的电磁阀8。
所述的音频处理电路6由两组音频处理芯片13分别连接A/D转换接口14构成。
1号麦克风、2号麦克风的音频信号分别转到音频处理芯片LM386,进行音频信号的放大,然后分别接入单片机(STM32)的A/D转换接口,对1号麦克风与2号麦克风的音频信号进行模拟/数字信转换。对转入的2号麦克风进行自适应滤波,然后用1号麦克风的值减去2号麦克风的值,这样就能得到特征明显的呼吸音频信号。
所述的氧气输入管3上设有减压阀9和流量/湿化控制装置10。
本实用新型一种利用麦克风采集呼吸音触发供氧的氧气吸入器,它包括连接人体鼻腔或呼吸面罩的吸氧管1及氧气输入管3,还包括呼吸采集控制装置2,该装置内置供氧管4并以此管分别连通吸氧管1及氧气输入管3;呼吸采集控制装置主要由麦克风、音频处理电路、单片机及电磁阀组成。
所述的吸氧管1管身上附着有另一采集管路5,采集管路5前端内置有1号麦克风11,1号麦克风11通过导线依次连接呼吸采集控制装置2内的音频处理电路6、单片机7以及供氧管4管路上的电磁阀8。
所述的氧气输入管3上设有减压阀9和流量/湿化控制装置10。
吸氧管用于供氧,采集管路用于呼吸采集。且两条管路一大一小,两条管路紧紧贴在一起合成一个整体,大的吸氧管与传统的吸氧管结构一致,作用一致。而小的管路为呼吸采集管路,采集管路主要用于连接呼吸采集电路的传感器接口。双通道吸氧管的连接口为类似“8”字形接口,与管道一样,一条用于的连接供氧的接口,一条用于的连接至采集接口。为了避免两个接口接错,接口的可以利用形状不同或尺寸大小不同来做限制。
a)麦克风(采用MEMS麦克风)
1号麦克风置于采集管路内,靠近吸氧管鼻腔的位置,通过导线连接到采集控制部分,在采集控制部分,我们也内置了一个2号麦克风,此麦克风的作用是与吸氧管内的麦克风形成麦克风阵列,用于消除吸氧管内麦克风的噪声。这两个麦克风都连接到音频处理电路,再连接单片机(stm32)对音频信号的处理。处理后再控制电磁阀的开与关,这样就可以控制吸气时供氧的输入与呼气时不需要供氧关闭。
b)电磁阀
电磁阀采用两位两通常开型电磁阀,型号0520C,该电磁阀特点是不通电时,电磁阀两端相通,电压≥0.5V时两端关闭。
c)单片机
单片机采用STM32单片机。用于采集麦克风输入的音频信号,并通过运算,最终控制电磁阀的开关。
工作原理:
人体呼吸音频曲线大概如下图,根据下图我们可以看到呼气音频远大于吸气音频。图4中,Tout是呼气的开始。Tin是吸气的开始,也是呼气的结束,当吸气时,吸气音频在R1与R2之间。我们可以通过对呼气音频与吸气频的变化来判断此时患者是在呼气或是吸气。
在未接通电源或供电掉电时,此时电磁阀由于没有通电,一直处于两端相通状态,此时氧气吸入器处于连续供氧状态。此状态亦适用于氧气吸入器处理低电压而无法维持氧气吸入器正常工作的情况,单片机在判断电压不足时优先切断电磁阀的电源。
当氧气吸入器电源接通时,电磁阀接通电源,此时电磁阀处于关闭状态,氧气无法通过电磁阀而未供氧。当呼吸患者未佩戴好管路时,此时吸氧管路的微型麦克风可能采集到有音频信号,但我们会通过与主机上的的麦克风采集的音频信号进行对比,可能采集到的信号会在R1与R2之前,并记录此时的时间为开始,我们等待下一个大于R1、R2的音频信号,如果时间大于5秒(或其它一个更好时间),此时单片机会给控制部分发送一无呼吸的触发信号,接通电磁阀电源,此时电磁阀关闭,切断氧气通路,氧气不可通过电磁阀,不供氧。
当人体佩戴好吸氧管时,人体的呼气音频与吸气音频的变化会直接被吸氧管的微型麦克风采集到。我们设定一个实时音频动态值为R。当人体呼气时,微型麦克风采集到音频信号远大R1与R2,单片机会向控制部分发送一个呼气触发信号,接通电磁阀电源,并记录此时时间Tout,此时电磁阀关闭,切断氧气通路,氧气不可通过电磁阀,不供氧。当我们采集到音频信号突然变小,即R 小于R1与R2,并且时间小于1秒或一个我们根据病人的呼吸频率的动态时间值,单片机会向控制部分发送一个吸气触发信号,切断电磁阀电源,并记录此时时间Tin,此时电磁阀两端相通,氧气可以顺利通过电磁阀,并向通向吸氧管流向人体,开始供氧。
以下是吸氧管脱落可能的情况,此时单片机会给控制部分发送一个错误提示的触发信号,触发声音或光闪烁的信号:
1:当音频信号采集到大于R1与R2,但Tout值大于5秒却还没有采集到明显变小的R值时,此时我们判断呼吸管路脱落;
2:当音频信号采集到小于R1与R2的值,但Tin值大于5秒却还没有采集到明显变大的R值时,此时我们判断呼吸管路脱落。
以上所述,仅为本实用新型的具体实施方式,但本实用新型的保护范围并不局限于此,任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内,可不经过创造性劳动想到的变化或替换,都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此,本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种利用麦克风采集呼吸音触发供氧的氧气吸入器,它包括连接人体鼻腔或呼吸面罩的吸氧管(1)及氧气输入管(3),其特征在于:还包括呼吸采集控制装置(2),该装置内置供氧管(4)并以此管分别连通吸氧管(1)及氧气输入管(3);
所述的吸氧管(1)管身上附着有另一采集管路(5),采集管路(5)前端内置有1号麦克风(11),1号麦克风(11)通过导线依次连接呼吸采集控制装置(2)内的音频处理电路(6)、单片机(7)以及供氧管(4)管路上的电磁阀(8)。
2.如权利要求1所述的一种利用麦克风采集呼吸音触发供氧的氧气吸入器,其特征在于:所述的音频处理电路(6)由两组音频处理芯片(13)分别连接A/D转换接口(14)构成。
3.如权利要求1所述的一种利用麦克风采集呼吸音触发供氧的氧气吸入器,其特征在于:所述的氧气输入管(3)上设有减压阀(9)和流量/湿化控制装置(10)。
4.如权利要求1所述的一种利用麦克风采集呼吸音触发供氧的氧气吸入器,其特征在于:所述的音频处理电路(6)上另接有2号麦克风(12),2号麦克风(12)位于呼吸采集控制装置(2)或采集管路(5)内。
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