专利名称：闭环控制无创伤式高频通气膈肌起搏器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种膈肌起搏器，特别是一种闭环控制无创伤式 高频通气膈肌起搏器。
技术背景中国专利(专利号90109631.8)中公开了一种"高频通气膈肌 起搏器，该装置是供临床呼吸治疗和抢救的设备，通过面板琴键式按 键来选择操作功能，输出参数由发光数码管显示，外接供氧气源和 220V交流电，开机后输出预先设定的膈肌起搏脉冲和高频通气氧流 供治疗需要。按同步、异步键选择同步或异步工作方式；按自动、手 工键选择自动或手动工作方式；按+ 、 一键改变输出参数量值。其缺点为1. 抢救治疗参数选择需由现场操作者根据实际情况确定，临床 治疗效果与操作员水平和经验密切相关，造成疗效不稳定。2. 在手工膈肌起搏工作状态下，治疗抢救全过程需现场操作员不 断按动手动键，操作困难和不方便。3. 设备供电方式单一，不适用于室外抢险救灾、院前抢救和移动 工作环境下使用。4. 输出参数项目较少，显示简单，不适应临床课题研究的需要。 实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种设计合理，具有呼吸采样功能， 在治疗过程中将患者的呼吸状态与设备的输出参数构成闭环系统，自 动调整输出相关参数，提高治疗效果的闭环控制无创伤式高频通气膈 肌起搏器。本实用新型的目的可以通过以下措施来达到 一种闭环控制无创 伤式高频通气膈肌起搏器，包括外壳体、控制面板模块、电源管理电 路、电源、显示模块、呼吸参数检测电路，其特征在于还有主控微 机数据处理模块、起搏信号调制输出模块、呼吸参数检测及高频通气 控制模块，主控微机数据处理模块接受控制面板模块的控制信号，输 出项目和参数信号由显示模块显示，主控微机数据处理模块的一路输 出信号送到起搏信号调制输出模块，另一路输出信号送到呼吸参数检 测及高频通气控制模块，主控微机数据处理模块接受呼吸参数检测及 高频通气控制模块发出的呼吸参数强度控制信号，以及起搏信号调制输出模块发出的膈肌起搏强度检测信号，处理后自动调整膈肌起搏的 频率和强度。本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到呼吸参数检测电 路中的呼吸参数探头由热敏电阻Rtl、导热外壳和软电缆组成，固定 在患者鼻孔外端，呼吸参数探头连接到后板的输入 L，将检测信号送 至呼吸参数检测及高频通气控制模块中集成电路Ull的6脚，由Ull的3脚送至单片机集成电路U4的58脚，经U4处理调整相关参数， 膈肌起搏脉冲频率与呼吸同步，从U4的35脚送到起搏信号调制输 出模块中集成电路U7B的3脚和集成电路U7C的5脚，经三极管D14、 D15和D17、 D18放大后再经升压脉冲变压器Tl和T2送到插 座J15和J16，由面板上的插座输出，用左、右两对体表电极在无创 伤性状态下刺激膈肌神经。控制面板模块中的按键开关K4与主控微 机数据处理模块中单片机集成电路U4的46及48脚相连接，输出信 号由U4的35脚送到起搏信号调制输出模块中集成电路U7C的5脚 和U7B的3脚，按键开关K5输出信号送到单片机集成电路U4的46 和49脚，U4自动记忆手控频率并转为自动输出。控制面板模块中的 按键开关Kl与主控微机数据处理模块中单片机集成电路U4的47、 48脚连接，输出优化参数，按键开关K2与U4的47、 49脚连接， 改变同步、异步工作方式，按键开关K3与U4的47、 50脚连接，改 变自动、手工工作方式，按键开关K4与U4的46、 48脚连接，按动 K4 一次膈肌起搏脉冲输出一次，按键开关K5与U4的46、 49脚连 接，调整参数完成时按动K5记忆该参数，按键开关K6、 K7、 K8、 K9分别与U4的45、 48， 45、 49， 46、 50， 45、 50脚连接，选择调 整参数的项目和数值。单片机集成电路U4的型号为ATMEGA64A。 在电源管理电路内设有可充电12伏蓄电池，设备供电方式可以选择 220伏交流、汽车12伏电源和机内12伏蓄电池。外壳体由面板、机 壳以及后板构成。本实用新型相比现有技术具有如下优点1.具有呼吸采样装置，在治疗过程中将患者的呼吸状态与设备 的输出参数构成闭环系统，经主控微机进行处理，自动调整输出相关 参数，达到同步和自适应状态，减少人工干预，提高治疗效果；呼吸采样和膈肌电刺激装置全部都在无创伤性情况下实现。2. 增加了自动记忆功能，在患者无自主呼吸状态时，采用手工按 键进行膈肌起搏引导，逐步恢复自主呼吸，然后按确认(OK)键将手动 起搏频率记忆并转为自动起搏工作，保证了抢救的成功率。3. 增加了机内蓄电池在无外援环境下能连续工作3小时，具有机 内充电装置和外接12V汽车电源，设备体积小、重量轻，操作简单， 抢救治疗效果明显，使用范围广泛，特别适用于抢险救灾、户外抢救 等院前呼吸抢救中使用。
图1为本实用新型的电路原理方框图；图2为本实用新型的外形结构示意图；图3为本实用新型的外形结构后视图；图4为本实用新型主控微机数据处理模块的电原理图；图5为本实用新型呼吸参数检测及高频通气控制模块的电原理图；图6为本实用新型起搏信号调制输出模块的电原理图； 图7为本实用新型控制面板模块的电原理图。 图8为本实用新型电源管理电路的电原理图。
具体实施方式
本实用新型下面将结合附图(实施例)作进一步详述-参照图1 图3，本实用新型包括主控微机数据处理模块l、呼吸 参数检测高频通气控制模块2、起搏信号调制输出模块3、控制面板模块4、电源管理模块5、电源6、显示模块19、呼吸参数检测电路 41、面板38、机壳39、后板40等。图2、图3中，7为标准键K1， 按动能输出优化参数；8为同步、异步键K2、按动能选择同步、异 步工作状态；9为自动、手工键K3，按动能选择自动、手工工作状 态；10为手控键K4，按动一次能输出膈肌起搏脉冲一次；ll为标准 状态指示灯LED1，在标准状态工作时灯亮；12为同步状态指示灯 LED2，在同步状态工作时灯亮；13为异步状态指示灯LED4，在异 步状态工作时灯亮；14为自动状态指示灯LED3，在自动状态工作时 灯亮；15为手工状态指示灯LED5，在手工状态工作时灯亮；16为 手控指示灯LED6，手控起搏脉冲输出一次灯亮一次；17为交流电源 指示灯LED8，在交流电工作时灯亮；18为充电指示灯LED9，在充 电时灯亮，充电完成灯熄；19为液晶显示屏，能中文、英文、数字 显示各种项目输出参数，输出起搏脉冲强度(竖条高度表示)；20为按 键K7、 21为按键K6、 23为按键K9、 24为按键K8，都为参数调节 键；22为确认(OK)键K5; 25、 26为高频通气输入、输出连接插座； 27、 28为起搏脉冲强度调节电位器RW2、 RW1; 29、 30为起搏脉冲 输出连接插痤J15、 J16; 31为交流电源开关；32为交流电源输入插 座；33为高频通气开关J6; 34为蓄电池充电开关J4; 35为DC12V 直流电输入插座J3 (汽车电源)，36为呼吸检测探头连接插座；37 为直流电源开关J1。参照图4，主控微机数据处理模块1中单片机集成电路U4的型 号为ATMEGA64A，将预先编制好的软件程序写入片内的EPROM中，23、 24脚接16MHZ石英晶体Yl，为单片机工作提供高稳定时 钟；35脚为膈肌起搏脉冲输出，32脚为高频通气控制脉冲输出，31 脚为膈肌起搏脉冲提示音输出，58脚为呼吸采样信号输入，36—41、 44一50脚连接面板控制按键，2—16脚连接液晶显示屏。本仪器接通电源后，即在标准状态下工作，液晶显示屏19显示 工作参数有膈肌起搏次数、膈肌起搏脉冲频率、高频通气频率、通 气比例、时延、工作时间/定时时间、膈肌起搏脉冲输出强度。调节 工作参数的过程简述如下按动确认键22与单片机U4的46、 49脚 连接，单片机U4接收到信号后在液晶显示屏19上闪动显示要调节 的项目和参数值，按动方向按键上行键20、下行键24、左行键21、 右行键23分别与单片机U4的45、 48， 45、 49， 46、 50， 45、 50脚 连接，选择要调节的项目和参数值，调节完毕再确认(OK)键22，单 片机U4将记忆该参数并在新参数工作状态下运行。本仪器输出参数和调节范围-髙频通气部分(1) .高频通气频率A. 标准状态100次/分钟B. 连续可调30—300次/分钟(2) .高频通气比例i : 2 / i : 1.5 / i : i / 1.5: i / 2:i / 2.5: i / 3:i(3) .高频通气输出可关闭 膈肌起搏部分(1) .膈肌起搏脉冲.'A. 脉冲宽度0.3亳秒B. 脉冲包络1秒C. 脉冲频率标准状态40次/秒D. 脉沖频率可调状态(30 35 40 45 50)次/秒(2) .膈肌起搏次数A. 标准状态12次/分钟B. 可调状态5 —50次/分钟(3) .手动膈肌起搏按一次手动键起搏脉冲输出一次，并有输出声、光提示(4) .手动膈肌起搏记忆配有手动起搏脉冲输出次数记忆功能，能转换为自动起搏脉冲输出(5) .膈肌起搏输出提示起搏脉冲输出有声音提示(6) .膈肌起搏输出幅度20—100V连续可调，有输出幅度指示 联合使用参数G).两部分联合使用A. 同步膈肌起搏输出时高频通气输出，膈肌起搏停止时高 频通气停止B. 异步膈肌起搏输出和高频通气输出各自独立同时进行(2) .时延调节(通气时间):在同步联合工作时膈肌起搏吸气时 高频通气持续时间A.标准时延2.5秒B.可调时延2 / 2.5 / 3 / 3.5 / 4 秒 通用参数(1) .启开电源时全部参数均在标准状态下工作(2) .电源电压AC220V±10% ; DC12V士100/0(3) .蓄电池充电时间6小时，可连续工作3小时(4) .具有所有输出参数、工作时间/定时显示和膈肌起搏输出提示音参照图4 图8，本实用新型各部分的电路原理如下外接热敏电阻探头固定在患者的鼻孔外端，检测信号通过后板连 接孔35输送到集成电路Ull的6脚，放大整形处理后变为与呼吸 同步脉冲信号，由3脚送至单片机U4的58脚，经过预先编制的软 件程序控制，使起搏信号与呼吸同步并自动调整时延。单片机集成电路U4的35脚输出起搏信号，送到集成电路U7B 的3脚和集成电路U7C的5脚，经耦合电容C9、 Cll推动由三极管 D14、 D15和D18、 D19组成的达林顿电路，经由输出升压脉冲变压 器T1、 T2输出左、右起搏脉冲信号。通过电位器RW2、 RW3调节左、右起搏脉冲信号强度，由R43、 R44和R49、 R50电阻组成的采样电路，将左、右起搏脉冲信号强度 送至单片机U4的59、 60脚，经过预先编制的软件程序处理后，送 至主面板的液晶显示器19用慢闪动竖条高度方式显示左、右起搏脉 冲信号强度数值。由单片机U4的31脚输出膈肌起搏信号，送至集成电路U7F的13脚，经由放大管D20放大后，推动蜂呜器B1发出膈肌起搏信号提 示音，按动面板的按键24可关断或打开膈肌起搏信号提示音。由单片机U4的32脚输出高频通气控制信号，送至集成电路U7A 的1脚，经过由三极管Dll、 D12组成的复合放大器，推动高频通气 电磁阀工作，使面板的氧气输入孔25的氧气通过电磁阀连接管，经 高频通气电磁阀控制后由连接管送至面板的氧气输出孔26，由外接 连接管送至患者治疗部位。通过后板33高频通气开关，根据治疗需要可打开高频通气功能， 和关闭高频通气功能。在外接交流电工作时，通过后板连座32连接220V交流电源， 31为交流电开关，经电源变换模块获得15V直流电源，经集成电路 U2稳压模块提供机内12V直流电源，经集成电路U3稳压模块提供 机内5V直流电源；经后板34充电开关送至集成电路Ul充电调控制 集成块，由集成电路U1的2脚送至机内12V蓄电池进行充电。在外接直流12V (汽车电源)工作时，通过后板连座35连接12V 直流电源，通过F2、 D3、 D8进行供电，并通过F1对机内蓄电池进 行充电，后板37为直流电源开关。在使用机内12V蓄电池工作时，打开后板直流开关37，机内12V 蓄电池通过F1、 D8对机内进行供电，通过电阻R1、 R2组成的采样 电路，将蓄电池工作状态送到单片机U4的61脚进行监控，当蓄电 池电力不足时在液晶屏19会发出蓄电池电压不足闪动文字告警和蜂 鸣器声音告警。
权利要求1.一种闭环控制无创伤式高频通气膈肌起搏器，包括外壳体、控制面板模块(4)、电源管理电路(5)、电源(6)、显示模块(19)、呼吸参数检测电路(41)，其特征在于还有主控微机数据处理模块(1)、起搏信号调制输出模块(3)、呼吸参数检测及高频通气控制模块(2)，主控微机数据处理模块(1)接受控制面板模块(4)的控制信号，输出项目和参数信号由显示模块(19)显示，主控微机数据处理模块(1)的一路输出信号送到起搏信号调制输出模块(3)，另一路输出信号送到呼吸参数检测及高频通气控制模块(2)，主控微机数据处理模块(1)接受呼吸参数检测及高频通气控制模块(2)发出的呼吸参数强度控制信号，以及起搏信号调制输出模块(3)发出的膈肌起搏强度检测信号，处理后自动调整膈肌起搏的频率和强度。
2. 根据权利要求1所述的闭环控制无创伤式高频通气膈肌起搏 器，其特征在于呼吸参数检测电路(41)中的呼吸参数探头由热敏 电阻Rtl、导热外壳和软电缆组成，固定在患者鼻孔外端，呼吸参数 探头连接到后板(40)的输入孔(36)，将检测信号送至呼吸参数检 测及高频通气控制模块(2)中集成电路Ull的6脚，由Ull的3脚 送至单片机集成电路U4的58脚，经U4处理调整相关参数，膈肌起 搏脉冲频率与呼吸同步，从U4的35脚送到起搏信号调制输出模块(2) 中集成电路U7B的3脚和集成电路U7C的5脚，经三极管D14、 D15和D17、 D18放大后再经升压脉冲变压器Tl和T2送到插座J15和J16，由面板(38)上的插座(29)、 (30)输出，用左、右两对体 表电极在无创伤性状态下刺激膈肌神经。
3. 根据权利要求1所述的闭环控制无创伤式高频通气膈肌起搏 器，其特征在于控制面板模块(4)中的按键开关K4与主控微机 数据处理模块(1)中单片机集成电路U4的46及48脚相连接，输 出信号由U4的35脚送到起搏信号调制输出模块(3)中集成电路 U7C的5脚和U7B的3脚，按键开关K5输出信号送到单片机集成 电路U4的46和49脚，U4自动记忆手控频率并转为自动输出。
4. 根据权利要求1所述的闭环控制无创伤高频通气膈肌起搏器， 其特征在于控制面板模块(4)中的按键开关Kl与主控微机数据 处理模块(1)中单片机集成电路U4的47、 48脚连接，输出优化参 数，按键开关K2与U4的47、 49脚连接，改变同步、异步工作方式， 按键开关K3与U4的47、 50脚连接，改变自动、手工工作方式，按 键开关K4与U4的46、 48脚连接，按动K4 一次膈肌起搏脉冲输出 一次，按键开关K5与U4的46、 49脚连接，调整参数完成时按动 K5记忆该参数，按键开关K6、 K7、 K8、 K9分别与U4的45、 48， 45、 49， 46、 50， 45、 50脚连接，选择调整参数的项目和数值。
5. 根据权利要求2所述的闭环控制无创伤式高频通气膈肌起搏 器，其特征在于单片机集成电路U4的型号为ATMEGA64A。
6. 根据权利要求1所述的闭环控制无创伤式高频通气膈肌起搏 器，其特征在于在电源管理电路(5)内设有可充电12伏蓄电池， 设备供电方式可以选择220伏交流、汽车12伏电源和机内12伏蓄电池。
7.根据权利要求1所述的闭环控制无创伤式高频通气膈肌起搏 器，其特征在于外壳体由面板(38)、机壳(39)以及后板(40) 构成。
专利摘要一种闭环控制无创伤式高频通气膈肌起搏器，包括外壳体、控制面板模块、电源管理电路、电源、显示模块、呼吸参数检测电路，其特征在于还有主控微机数据处理模块、起搏信号调制输出模块、呼吸参数检测及高频通气控制模块。本实用新型具有呼吸采样装置，在治疗过程中将患者的呼吸状态与设备的输出参数构成闭环系统，经主控微机进行处理，自动调整输出相关参数，达到同步和自适应状态，减少人工干预，提高治疗效果；呼吸采样和膈肌电刺激装置全部都在无创伤性情况下实现。
文档编号A61N1/36GK201161060SQ200720059728
公开日2008年12月10日 申请日期2007年11月19日 优先权日2007年11月19日
发明者崔东宇, 沈卫峰, 立 练, 练洪深, 肖良辉, 董家宁, 蔡金康 申请人:练洪深