基于多个监测单元协同的智能化呼吸训练系统技术方案

本发明专利技术提出了一种基于多个监测单元协同的智能化呼吸训练系统，能够对呼吸训练者进行初始状态的肺功能检测，便于医护人员或管理者根据训练者的肺功能生理参数制定合理的训练方式、制定训练目标。便于医护人员或管理者对训练状态和训练效果进行量化评价，提高了呼吸训练的有效性和评价的科学性。而且本公开实施例能够对呼吸管路进行定期消毒，减少训练中交叉使用时的感染风险。

【技术实现步骤摘要】
基于多个监测单元协同的智能化呼吸训练系统
本公开实施例涉及基于多个监测单元协同的智能化呼吸训练系统，属于临床使用的康复医疗器械，也可制备成为运动员、军人等人群用于肺功能、呼吸肌的训练器材。
技术介绍
呼吸训练是指保证呼吸道通畅、提高呼吸肌功能、促进排痰和痰液引流、改善肺和支气管组织血液代谢、加强气体交换效率的训练方法。人在正常吸气时，横膈膜收缩和外肋间肌收缩，当用力吸气时，还需吸气辅助肌，如斜方肌、斜角肌的协助，这些肌肉收缩的结果使得胸阔上举，胸腔空间扩大到极限。临床研究发现，康复病人通过一定周期的呼吸训练，充分调动呼吸肌群参与收缩、舒张运动，强化呼吸肌肌力和耐力，对术后肺功能的恢复有显著的促进效果，能有效改善肺通气功能，促进呼吸功能恢复，降低肺部感染率，对于训练者全面康复起到重要作用。运动员、军人等通过一定周期的呼吸训练，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。现有的呼吸训练器材较少，临床上常用的是呼吸训练器（I类医疗器械）通常由咬嘴、吸气容量主体腔、指示球、进气管组成，使用者通过进气管向吸气容量主体腔内吹气，通过目测指示球的漂浮高度测算用力呼气容积，反复吹气训练达到康复或训练目标。这类训练器材的共性缺憾是：功能单一，很多重要训练指标不可量化，训练效果无法客观评价，无法满足临床应用或军人、运动员常规训练的需要。
技术实现思路
本公开实施例的目的包括，例如，提供一种基于多个监测单元协同的智能化呼吸训练系统，以克服现有呼吸训练器材的上述缺陷。本公开实施例提出的基于多个监测单元协同的智能化呼吸训练系统，主要由呼吸容量主体腔、控制单元、肺功能监测单元、血氧/脉率监测单元、压力监测单元、张力监测单元、气路通径调节单元、人机交互界面、通讯模块以及防护外壳组成。呼吸容量主体腔主要由呼吸接口、容量腔以及排气口构成，呼吸训练时，训练者采用一次性呼吸管路、呼吸除菌过滤器与呼吸接口连通，训练者的呼出气体进入容量腔，最后经排气口排出。一次性呼吸管路、呼吸除菌过滤器可以作为本公开实施例的独立组件，也可以选用接口匹配的上市产品。本容量腔是呼出气器的暂存或缓冲容器，根据训练者年龄特征不同，容量腔的容积分为大中小三种。可选地，适用于儿童训练的实施例，容量腔的容积200ml-300ml左右；适用于少年训练的实施例，容量腔的容积300ml-500ml左右；适用于成人训练的实施例，容量腔的容积600ml-1000ml左右。控制单元是基于核心处理器开发的集成电路，包含信号处理模块、电源管理模块、存储模块等模块，其中核心处理器可以采用中央处理器（CentralProcessingUnit/Processor，CPU）、微控制单元（MicrocontrollerUnit，MCU）或可编程逻辑控制器（ProgrammableLogicController，PLC）中的任意一种。可选地，控制单元中设有嵌入式软件，嵌入式软件中包含控制程序、监测参数算法以及可选择的呼吸训练模式等。控制单元与肺功能监测单元、血氧/脉率监测单元、压力监测单元、张力监测单元、气路通径调节单元、人机交互界面以及通讯模块连通，例如采用集成电路或导线联通，协同工作。肺功能监测单元主要由流量传感器或流速传感器、信号处理电路构成；流量传感器或流速传感器的测量口设置在呼吸接口与容量腔之间的气体通路中，信号处理电路与控制单元联通。肺功能监测单元通过流量传感器或流速传感器计量单位时间内呼出气体的容积，发送给控制单元计算出呼吸训练过程中的重要参数，肺功能测量模式既可以用于单一生理参数的监测，也可以是多个生理参数的同时监测。监测的生理参数包括且不限于：第1秒用力呼气容积（FEV1）、最大呼气中段流量（MMEF）、用力肺活量（FVC）、每分钟最大通气量(MVV)、峰值呼气流速(PEF)。压力监测单元主要由压力传感器、信号处理电路构成；压力传感器的测压口设置在呼吸接口与容量腔之间的气体通路内，信号处理电路与控制单元联通。压力监测单元用于监测并计算出呼吸训练过程中的压力变化，发送给控制单元计算出多个压力参数，包括且不限于最大吸气压力(MIP）、最大呼气压力、第一秒平静吸气口腔闭合压、气道阻力（Raw）。血氧/脉率监测单元主要由血氧传感器、血氧计算模块构成；血氧传感器通常制备成指夹式或绑带式（便于固定在训练者手指上），血氧传感器采用导联线、快捷插头与控制单元联通。血氧/脉率监测单元用于动态监测训练者的血氧饱和度（SpO2）、脉率（bpm）以及灌注指数（PI）。如果由于训练方式不当或训练时间较长，训练期间训练者血氧饱和度、脉率生理参数出现偏离时，比如血氧饱和度低于90%、或脉率偏离初始值50%等，控制单元发出信号，并在人机交互界面进行提示，训练者可暂停训练，或者输入医用氧气缓解缺氧状态。张力监测单元主要由束缚带、张力传感器或拉力传感器、信号处理电路构成，张力监测单元用于监测训练者吸气-呼气过程中胸/腹腔外周的张力值。束缚带采用软质、抗拉不变形的布带制成，张力传感器或拉力传感器设置在束缚带任意一段中，当束缚带被牵拉时，张力传感器或拉力传感器能输出对应的电信号；张力传感器或拉力传感器采用导联线、快捷插头与控制单元联通，束缚带固定在训练者的腹部或者胸腔外周时，能动态监测胸/腹腔外周的张力值。胸/腹腔外周的动态张力值用于判断训练者是否采用正确的训练方法，或者通过张力值的变化趋势判断一个周期的训练效果，这具有重要参考意义，比如，将张力监测单元束缚固定在训练者腹部时，能通过监测训练者腹部的张力值变化，判断该训练者是否采用正确的腹式呼吸；将张力监测单元束缚固定在训练者胸部时，能通过监测胸部的张力值变化，判断该训练者在呼气-吸气过程中呼吸肌是否处于扩张状态；通过对一定周期训练前后胸/腹张力值对比，判断训练效果是否有效。束缚带长度根据训练者的年龄特征不同可自由调节，张力传感器或拉力传感器设置在束缚带的接口处。可选地，束缚带采用宽度50mm-100mm、厚度1mm-2mm的尼龙织带，儿童用的长度400mm-900mm可调节，成人用的长度900mm-1300mm可调节。气路通径调节单元采用在吸气/呼气管路中设置节流阀方式实现，具体地说，在吸气/呼气管路中设置节流阀，通过节流阀调节吸气/呼气管路内的通径。当吸气/呼气管路内的通径减小时，训练者吸气/呼气的压力负荷增大，所需的呼吸功增加；当吸气/呼气管路内的通径增大时，训练者吸气/呼气的压力负荷减小，所需的呼吸功减小。在呼吸训练的实际应用中，气路通径调节单元与压力监测单元协同工作，可以根据训练者的特征设定合理的呼吸压力阈值进行呼吸负荷训练，达到更好的训练效果。节流阀的结构不限，采用比例阀、流量阀、顶针阀、球阀等均可，节流阀的控制方式手动调节或电动调节均可。优选地，采用电子控制的节流阀，节流阀与控制单元联通工作，压力传感器动态监测吸气/呼气管路内的压力，节流阀根据设定的呼吸压力阈值动态控制吸气/呼气管路内的通径，使设定加载的呼气吸气压力负荷保持稳定状态，也有利于训练中观察每一次呼气/吸气动作是否达到设定的呼吸压力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多个监测单元协同的智能化呼吸训练系统，主要由呼吸容量主体腔、控制单元（1）、肺功能监测单元、血氧/脉率监测单元、压力监测单元、张力监测单元、气路通径调节单元、人机交互界面（7）、通讯模块以及防护外壳（8）组成，控制单元（1）与肺功能监测单元、血氧/脉率监测单元、压力监测单元、张力监测单元、气路通径调节单元、人机交互界面（7）以及通讯模块连通，例如采用集成电路或导线联通，协同工作；血氧传感器采用导联线、快捷插头与控制单元（1）联通，张力传感器或拉力传感器（5）采用导联线、快捷插头与控制单元（1）联通。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于多个监测单元协同的智能化呼吸训练系统，主要由呼吸容量主体腔、控制单元（1）、肺功能监测单元、血氧/脉率监测单元、压力监测单元、张力监测单元、气路通径调节单元、人机交互界面（7）、通讯模块以及防护外壳（8）组成，控制单元（1）与肺功能监测单元、血氧/脉率监测单元、压力监测单元、张力监测单元、气路通径调节单元、人机交互界面（7）以及通讯模块连通，例如采用集成电路或导线联通，协同工作；血氧传感器采用导联线、快捷插头与控制单元（1）联通，张力传感器或拉力传感器（5）采用导联线、快捷插头与控制单元（1）联通。


2.根据权利要求1所述的一种基于多个监测单元协同的智能化呼吸训练系统，其特征还在于：压力传感器（3）的测压口设置在呼吸接口（9）与容量腔（10）之间的气体通路内，信号处理电路与控制单元（1）联通。


3.根据权利要求1所述的一种基于多个监测单元协同的智能化呼吸训练系统，其特征还在于：张力监测单元主要由束缚带、张力传感器或拉力传感器（5）、信号处理电路构成，张力监测单元用于监测训练者吸气-呼气过程中胸/腹腔外周的张力值。


4.根据权利要求1所述的一种基于多个监测单元协同的智能化呼吸训练系统，其特征还在于：在吸气/呼气管路中设置节流阀（6），通过节流阀（6）调节吸气/呼气管路内的通径；当吸气/呼气管路内的通径减小时，训练者吸气/呼气的压力负荷增大，所需的呼吸功增加；当吸气/呼气管路内的通径增大时，训练者吸气/呼气的压力负荷减小，所需的呼吸功减小。


5.根据权利要求1所述的一种基于多个监测单元协同的智能化呼吸训练系...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮雪红，阮东耀，崔伟伟，
申请(专利权)人：西安汇智医疗集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61