CN219126394U - 一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统，属于呼吸训练技术领域，该系统包括呼吸机、膈肌起搏器和中央处理器，呼吸机包括第一控制器、压力传感器和第一通讯器，膈肌起搏器包括第二控制器、保护调制器和第二通讯器，中央处理器与第一通讯器和第二通讯器通信连接，呼吸机的输出端连接有输气管道，膈肌起搏器的输出端连接有刺激电极，中央处理器的输入端连接有采集电极，中央处理器包括信号处理芯片、幅值判断芯片、数据储存器、模式设置芯片和人机交互器，采集电极与信号处理芯片电性连接，该系统将膈肌起搏和呼吸机进行结合，来达到增强患者通气功能，达到呼吸训练的目的。

Description

一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统

技术领域

本实用新型涉及呼吸训练技术领域，具体而言，涉及一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统。

背景技术

正常时的吸气由横膈膜和外肋间肌负责，当横膈膜收缩和外肋间肌收缩时，横膈膜位置向下且胸腔同时向外和向上运动，胸腔体积变大，相对地，压力变小，大气的空气就被吸进肺中。然而，在用力吸气或深呼吸时，除了横膈膜收缩外，还需吸气辅助肌一胸索乳突肌、斜方肌、斜角肌和外肋间肌的协助，胸索乳突肌的收缩使得胸骨往上提，斜角肌的收缩使得上位肋骨往上提，这些肌肉收缩的结果使得胸阔上举，胸腔空间扩大到极限。

现有呼吸训练，吸气肌可以依靠一些补助器材来训练，这些器材提供一些适当的阻抗，例如调节通气管道口径或者增加阻力球的方式来增加阻抗，从而达到训练吸气肌的目的。训练过的吸气肌可以增加呼吸的深度和广度，增加呼吸的效率，进一步提升运动的效能。但现有呼吸训练大多采用唇式呼吸训练法，很多患者容易过于依赖口腔肌群，将气体吸入呼吸道，而膈肌的用力程度降低，达不到预期训练效果；而另一部分通过气道改变和压力球的方式进行呼吸训练，只适用于用力呼吸训练，对中重度患者的呼吸康复训练不太适用。

实用新型内容

为了弥补以上不足，本实用新型提供的一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统，将膈肌起搏和呼吸机进行结合，来达到增强患者通气功能，达到呼吸训练的目的。

本实用新型是这样实现的：

一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统，包括呼吸机、膈肌起搏器和中央处理器，其特征在于，所述呼吸机包括第一控制器、压力传感器和第一通讯器，所述膈肌起搏器包括第二控制器、保护调制器和第二通讯器，所述中央处理器与所述第一通讯器和所述第二通讯器通信连接，所述呼吸机的输出端连接有输气管道，所述输气管道用于输出氧气，所述膈肌起搏器的输出端连接有刺激电极，所述中央处理器的输入端连接有采集电极，所述刺激电极和采集电极均贴在患者膈肌皮肤上，所述中央处理器包括信号处理芯片、幅值判断芯片、数据储存器、模式设置芯片和人机交互器，所述采集电极与所述信号处理芯片电性连接。

在本实用新型的一种实施例中，所述第一通讯器和所述压力传感器均与所述第一控制器电性连接，所述第一通讯器用于传输所述呼吸机的运行参数并接收控制指令，所述压力传感器用于检测所述输气管道内的气体压力。

在本实用新型的一种实施例中，所述第二通讯器和所述保护调制器均与所述第二控制器电性连接，所述第二通讯器用于传输所述膈肌起搏器的运行参数并接收控制指令，所述刺激电极与所述保护调制器电性连接。

在本实用新型的一种实施例中，所述采集电极和所述刺激电极均采用Ag/AgCl表面电极，所述采集电极用于实时采集膈肌表面肌电信号，所述刺激电极用于输出起搏电位，刺激膈肌肌肉收缩。

在本实用新型的一种实施例中，所述信号处理芯片的输出端与所述幅值判断芯片的输入端电性连接，所述幅值判断芯片的输出端与所述人机交互器和所述数据储存器的输入端均电性连接，所述数据储存器和所述模式设置芯片均与所述人机交互器电性连接。

在本实用新型的一种实施例中，所述人机交互器还包括显示屏和扬声器，分别用于语音信号和训练数据的同步输出播放和显示。

本实用新型通过上述设计得到的一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统，其有益效果是：

(1)通过采集患者膈肌表面肌电信号，并对信号放大滤波处理后进行幅值计算判断，并以此为基础控制呼吸机与膈肌起搏器协同工作，根据自主呼吸状况提供对应的膈肌收缩辅助，减少人机对抗，提高呼吸训练的舒适性，提高治疗效果；

(2)满足失去自主呼吸能力的重症患者使用，通过刺激电极输出低中频电位，刺激膈肌运动收缩，带动肺部扩张，同时配合呼吸机正压送气，有效保证肺泡内纳入充足的含氧空气，尽量降低患者对呼吸机的依赖，提高重症患者的呼吸功能康复训练效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施方式提供的一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施方式提供的一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统的工作示意图；

附图标记说明：100、呼吸机；101、第一通讯器；102、第一控制器；103、压力传感器；104、输气管道；200、膈肌起搏器；201、第二通讯器；202、第二控制器；203、保护调制器；204、刺激电极；300、中央处理器；301、采集电极；302、信号处理芯片；303、幅值判断芯片；304、数据储存器；305、模式设置芯片；306、人机交互器；3061、显示屏；3062、扬声器。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例

参照附图1-2所示，本发明提供一种技术方案：一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统，包括呼吸机100、膈肌起搏器200和中央处理器300，呼吸机100的输出端连接有输气管道104，输气管道104用于输出氧气，输气管道104根据患者情况连接有呼吸面罩或插入至患者气道内，呼吸机100包括第一控制器102、压力传感器103和第一通讯器101，第一通讯器101和压力传感器103均与第一控制器102电性连接，第一通讯器101用于传输呼吸机100的运行参数并接收控制指令，第一控制器102用于根据控制指令执行输出控制信号，第一控制器102作为呼吸机100的控制主体，向呼吸机100的各个动力件输出启停信号，压力传感器103用于检测输气管道104内的气体压力，匹配患者呼吸训练强度，膈肌起搏器200包括第二控制器202、保护调制器203和第二通讯器201，膈肌起搏器200的输出端连接有刺激电极204，第二通讯器201和保护调制器203均与第二控制器202电性连接，第二通讯单元用于传输膈肌起搏器200的运行参数并接收控制指令，第二控制器202用于根据控制指令生成脉冲起搏信号，第二控制器202控制膈肌起搏器200的工作，保护调制器203用于调节脉冲起搏信号的强度和电压，刺激电极204与保护调制器203电性连接，保护调制器203防止产生的高压电位造成患者皮肤或肌肉的损伤，中央处理器300与第一通讯器101和第二通讯器201通信连接，可以采用WiFi/5G/蓝牙等无线形式或USB/以太网/RS485等有线形式进行通信数据的传输，中央处理器300的输入端连接有采集电极301，刺激电极204和采集电极301均贴在患者膈肌皮肤上，中央处理器300包括信号处理芯片302、幅值判断芯片303、数据储存器304、模式设置芯片305和人机交互器306，采集电极301与信号处理芯片302电性连接，信号处理芯片302的输出端与幅值判断芯片303的输入端电性连接，幅值判断芯片303的输出端与人机交互器306和数据储存器304的输入端均电性连接，数据储存器304和模式设置芯片305均与人机交互器306电性连接，信号处理芯片302用于接收采集电极301的肌电信号，并将信号依次进行放大、滤波和模数转换处理，防止采集电极301的信号中包含的噪声波等对采集信号的影响，保证肌电信号采集的准确性，幅值判断芯片303用于对处理后的信号变化幅度进行计算判断，重点对幅值信号的峰值和间隔时间进行计算对比，以此为判断依据，数据储存器304用于储存呼吸训练数据，方便调取查看，模式设置芯片305用于设置系统初始参数和运行模式，中央处理器300根据肌电信号的变化幅值自动切换运行模式，并输出相应的控制指令，设置的模式参数同样储存至数据储存器304内，可供直接调取使用，人机交互器306用于训练系统与操作人员和患者的互动，方便使用，操作人员可通过人机交互器306调整模式参数，读取实时训练进度数据，人机交互器306也为患者训练提供引导，增强舒适性。

在本发明的实施例中，采集电极301和刺激电极204均采用Ag/AgCl表面电极，采集电极301用于实时采集膈肌表面肌电信号，刺激电极204用于输出起搏电位，刺激膈肌肌肉收缩，Ag/AgCl表面电极极化电压小，能快速稳定地获取肌电信号，信号采集准确性高，传输稳定可靠。

在本发明的实施例中，人机交互器306还包括显示屏3061和扬声器3062，分别用于语音信号和训练数据的同步输出播放和显示，扬声器3062可播放舒缓音乐环节患者情绪，在训练过程中根据中央处理器300的控制信号输出“呼”、“吸”语音信号引导患者跟随运动，减少人机对抗。

具体的，该一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统的工作原理是：首先进行呼吸评估，采集电极301实时采集患者膈肌表面的肌电信号，并通过信号处理芯片302将肌电信号依次放大、滤波和模数转换处理后传输至幅值判断芯片303，然后计算判断肌电信号的变化幅度，判断患者是否具备自主呼吸的能力(判断患者是否具备自主呼吸能力的逻辑为：计算肌电信号的变化幅度峰值的绝对值和间隔时间，当绝对值大于800mV，且间隔时间小于10s时判断为具有自主呼吸能力，否则为不具有)；

若患者具有自主呼吸能力，则进行自主呼吸训练，启动呼吸机100稳定正压送气，压力传感器103实时检测输气管道104上的压力，第一通讯器101将压力数据传输至中央处理器300上，当压力值超过设定值时，证明自主呼吸能力较弱，此时，中央处理器300通过第二控制器202向刺激电极204上输出脉冲起搏低频信号，辅助患者膈肌收缩，提高呼吸量，当压力传感器103数值恢复正常后，刺激电极204停止工作；

若患者没有自主呼吸能力，则进行强制呼吸训练，第二控制器202以正常呼吸频率向刺激电极204间歇式输出脉冲起搏低中频信号，刺激患者膈肌收缩，同时呼吸机100启动进行正压送气，第一控制器102控制压力传感器103稳定送气压力，为患者提供足够供氧；

其中，膈肌起搏器200单次向刺激电极204输出脉冲信号的时间为30分钟，且每间隔6小时启动一次，循环往复。

需要说明的是，呼吸机100、膈肌起搏器200、中央处理器300的具体型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不再详细赘述。

需要说明的是，呼吸机100、膈肌起搏器200、中央处理器300的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统，包括呼吸机(100)、膈肌起搏器(200)和中央处理器(300)，其特征在于，所述呼吸机(100)包括第一控制器(102)、压力传感器(103)和第一通讯器(101)，所述膈肌起搏器(200)包括第二控制器(202)、保护调制器(203)和第二通讯器(201)，所述中央处理器(300)与所述第一通讯器(101)和所述第二通讯器(201)通信连接，所述呼吸机(100)的输出端连接有输气管道(104)，所述输气管道(104)用于输出氧气，所述膈肌起搏器(200)的输出端连接有刺激电极(204)，所述中央处理器(300)的输入端连接有采集电极(301)，所述刺激电极(204)和采集电极(301)均贴在患者膈肌皮肤上，所述中央处理器(300)包括信号处理芯片(302)、幅值判断芯片(303)、数据储存器(304)、模式设置芯片(305)和人机交互器(306)，所述采集电极(301)与所述信号处理芯片(302)电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统，其特征在于，所述第一通讯器(101)和所述压力传感器(103)均与所述第一控制器(102)电性连接，所述第一通讯器(101)用于传输所述呼吸机(100)的运行参数并接收控制指令，所述压力传感器(103)用于检测所述输气管道(104)内的气体压力。

3.根据权利要求1所述的一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统，其特征在于，所述第二通讯器(201)和所述保护调制器(203)均与所述第二控制器(202)电性连接，所述第二通讯器(201)用于传输所述膈肌起搏器(200)的运行参数并接收控制指令，所述刺激电极(204)与所述保护调制器(203)电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统，其特征在于，所述采集电极(301)和所述刺激电极(204)均采用Ag/AgCl表面电极，所述采集电极(301)用于实时采集膈肌表面肌电信号，所述刺激电极(204)用于输出起搏电位，刺激膈肌肌肉收缩。

5.根据权利要求1所述的一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统，其特征在于，所述信号处理芯片(302)的输出端与所述幅值判断芯片(303)的输入端电性连接，所述幅值判断芯片(303)的输出端与所述人机交互器(306)和所述数据储存器(304)的输入端均电性连接，所述数据储存器(304)和所述模式设置芯片(305)均与所述人机交互器(306)电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种呼吸机与膈肌起搏协同的呼吸训练系统，其特征在于，所述人机交互器(306)还包括显示屏(3061)和扬声器(3062)，分别用于语音信号和训练数据的同步输出播放和显示。

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