辅助面罩正压通气的气道管理机械手的制作方法

本发明涉及一种辅助面罩正压通气的气道管理机械手，尤其涉及医疗领域，一种替代医生手法面罩正压通气时气道管理的机械装置。

背景技术：

机械通气是指利用呼吸机通过正压方式提供一定水平的通气量，以代替或辅助病人自主呼吸的临床技术，该技术广泛应用于全身麻醉和呼吸机治疗的病人。呼吸机与病人气道之间通畅、密闭的连接是实施机械通气的必要条件，因此进行“气道管理”，使病人气道保持通畅和可密闭连接状态是实施机械通气技术的关键环节，气道管理技术包括“有创”和“无创”两种形式。

有创气道管理是指将特制的通气导管经口或经鼻插入病人气道内，建立“人工气道”的临床技术，气管插管术和喉罩插管术是临床主要的人工气道技术。该技术具有稳定可靠的特点，目前是全身麻醉、呼吸机治疗过程中首选的气道管理方法，但是人工气道技术难以避免会造成气道损伤，其相关并发症较为常见。

气管插管术是指将气管导管经病人的口、鼻或气管造口插入气管内，利用导管气囊封闭导管与气管之间的空隙，以建立人工气道的方法。1901年，kahn首创在麻醉中应用气管插管通气技术以来，该技术一直是临床气道管理中最常用和最可靠的方法。随着现代科技的发展，虽然插管方法、气管导管的材料和结构在不断改进，但是导管对病人气道损伤问题始终难以解决，气道水肿、组织坏死糜烂、肉芽组织的形成等是导管长时间留置的常见并发症，并发症严重者可以直接危及病人的生命。因此，插管期间应尽可能减轻导管气囊对气管的压迫和缩短导管留置时间，气管导管留置时间通常不应超过72小时。

1981年，archiebrain发明了喉罩通气技术(lma)，于1983年首次在麻醉中应用。喉罩经口插入病人的咽部，其前端含有与病人咽喉部解剖结构相吻合的气囊圈，以封闭喉罩导管与病人咽部之间的空隙以建立人工气道。该技术创新使用了“喉外通气导管”人工气道的方法，具有插管操作简单、插管刺激强度较轻、不会直接造成声门以下气道损伤的特点。近年来喉罩已经部分取代了气管导管的地位，二者并列成为全麻和急救期间气道管理的常用方法。喉罩属于喉外通气导管，其通气功能并不能完全取代气管导管通气技术，气道压力较高、过度肥胖、咽部解剖结构异常等病人使用喉罩通气经常会出现漏气情况，张口度不足的病人难以插入喉罩，饱胃、气道分泌物过多的病人使用喉罩存在气道梗阻窒息的风险。喉罩通气技术也属于有创临床技术，喉罩对病人咽部组织的压迫损伤问题难以避免，较长时间使用喉罩通气会造成咽部黏膜缺血坏死，因此该技术一般仅用于7小时以内的气道管理。

无创气道管理是指无需建立人工气道，通过使用面罩等方法在病人口鼻外部进行气道管理的临床技术。该技术和人工气道技术相比创伤性更小的特点，可以降低机械通气相关并发症、改善病人预后、缩短机械通气时间、缩短住院时间、减少医疗费用等优点，诸多方面研究显示该项技术值得临床推广应用。无创气道管理存在通气密闭性差、非清醒病人易发生咽部气道梗阻的缺点，目前面罩气道管理下实施无创正压通气(nppv)一般仅用于存在自主呼吸的清醒病人和全麻病人诱导期的呼吸支持。保持面罩通气密闭性和解除咽部气道梗阻是实施该技术的关键问题。

保持病人气道通畅的机械支撑装置国内外均存在相关专利报道。2010年，张博公开的复合型下颌托起支撑器(cn201642729u)，包含支撑板、支撑轴、水平支撑、支撑臂、定位销、支撑托、垫肩等结构，该装置利用垫肩使患者上胸部抬高,支撑下颌使呼吸道保持正常畅通状态；2010年，christineking等公开了一种下颌托举装置专利技术jawelevationdevice(jed)，该装置使用被动机械臂伸缩、旋转、锁定原理，可支撑抬举下颌使呼吸道保持正常畅通状态；2018年吴荧宸公开的开放气道用下颌托架(cn207152653u)，设有轨道底座、调节支架、下颌托、下颌托底板轨道、下颌托气囊、充气球囊等结构，该装置可达到支撑下颌到达呼吸道通畅状态,同时减轻医护人员传统托下颌操作的工作负担。上述国内外已公开专利技术均能起到保持呼吸道通畅的作用，但并不具备实施面罩正压通气的气道管理功能。

医疗机器人是集医学、生物力学、机械学、机械力学、材料学、计算机图形学、计算机视觉、数学分析、机器人等诸多学科为一体的交叉研究领域技术。借助机械臂实施微创化手术技术已经广泛推广应用于外科领域，但目前尚无关于医疗机器人或机械臂系统用于辅助机械通气的研究报道。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有气道管理技术的缺点，提供一种辅助面罩正压通气的气道管理机械手，使用一种机械臂系统，为全身麻醉、呼吸机治疗等病人进行面罩气道管理实施无创正压通气，以降低现有气道管理技术的风险，减轻病人痛苦，开创一种新型机械通气的气道管理模式。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种辅助面罩正压通气的气道管理机械手，其特征在于，包括两条机械手臂，所述机械手臂具有万向支撑功能并且能够锁紧，多关节蛇形机构上安装有面罩按压触手与托下颌触手。

所述的辅助面罩正压通气的气道管理机械手，其中：所述机械手臂是多关节蛇形机构，其由多个具有凹面的摩擦瓦关节与多个球面关节间次相接构成，所述摩擦瓦关节与球面关节具有相互连通的中心孔，中心孔中穿有钢丝绳，钢丝绳连接有锁紧机构。

所述的辅助面罩正压通气的气道管理机械手，其中：所述锁紧机构包括外套管、内套管与丝杠，外套管固定，内套管连接至动力机构而能够旋转，丝杠与所述内套管通过螺纹相接，丝杠的外缘为非圆形并且能够在外套管内侧的滑道中升降，所述钢丝绳的一端与所述丝杠固定连接。

所述的辅助面罩正压通气的气道管理机械手，其中：所述内套管的顶端与外套管的内壁之间通过上轴承相接。

所述的辅助面罩正压通气的气道管理机械手，其中：所述外套管的底端与下轴承的外圈固定连接，下轴承的外圈为非圆形并且嵌入系统底座中固定，下轴承的内圈与所述内套管的外壁固定连接。

所述的辅助面罩正压通气的气道管理机械手，其中：所述面罩按压触手、托下颌触手各具有一个安装有缓冲气囊的触手座，所述触手座通过连接件与多关节蛇形机构的某个关节固定连接，在触手座内设有压力传感器，用于监测所述缓冲气囊的气压。

所述的辅助面罩正压通气的气道管理机械手，其中：所述连接件是一个插销，其与一个摩擦瓦关节上的插孔可插拔地嵌接。

所述的辅助面罩正压通气的气道管理机械手，其中：还包括系统底座，其设有头枕凹槽，供病人头部枕靠，在头枕凹槽的两侧对应病人下颌位置处各设有一个电机，所述电机的电机轴朝向系统底座的表面外穿出，能够与所述锁紧机构的内套管的底端的凹槽动力连接。

所述的辅助面罩正压通气的气道管理机械手，其中：在电机轴的穿出位置处的面板上设有插孔，以供所述固定所述锁紧机构。

所述的辅助面罩正压通气的气道管理机械手，其中：所述丝杠与所述内套管之间的螺纹能够自锁，或者，所述电机是具有自锁功能的蜗轮蜗杆减速电机。

实验研究证实，该装置完全可以替代医生面罩气道管理的手法动作，有效地解决面罩气道管理技术中所存在的咽部气道梗阻、面罩通气密闭性不良和手法罩气道管理费力等关键性问题。

该技术具有无创性的特点，符合医学伦理要求，和人工气道技术相比具有创伤性更小的优点，研究显示该项技术无气道损伤和接触损伤，可以有效地减轻病人痛苦、降低病人的机械通气相关并发症、改善病人预后、缩短机械通气时间、减少医疗费用。

临床研究证实，该装置稳定性强、易于操控，可以安全有效地为一部分适合面罩通气的全身麻醉、呼吸机治疗病人实施面罩正压通气，使这些病人免于插管。该项技术推广应用后预期可以大幅度地降低临床有创气道管理方法的发生率，从而有效地降低临床机械通气相关并发症的发生。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的机械手臂结构示意图；

图3是本发明的机械手臂的关节结构示意图；

图4是本发明的锁紧结构示意图；

图5是本发明的出手结构示意图；

图6是本发明的底座结构示意图。

附图标记说明：机械手臂1；面罩按压触手11；缓冲气囊111；触手座112；连接件113；压力传感器114；多关节蛇形机构12；摩擦瓦关节121；球面关节122；中心孔123；钢丝绳124；托下颌触手14；表皮17；锁紧机构18；外套管181；滑道182；内套管183；下轴承184；凹槽185；丝杠帽186；丝杠187；上轴承188；电机轴189；系统底座2；蜗轮蜗杆减速电机21；插孔22；其他结构23；头枕凹槽24。

具体实施方式

以下将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按真实比例绘制的。

本发明的技术方案是基于仿生学原理，依据医生手法面罩气道管理动作设计，属于被动式外骨骼助力机械臂系统。

本发明提供的辅助面罩正压通气的气道管理机械手，其整体结构如图1所示，包括两条机械手臂1和系统底座2两个部分。

所述机械手臂1具有万向支撑功能并且能够锁紧，其一端安装有面罩按压触手11，另一端与系统底座2相应插口连接，在连接处设有能够将多关节蛇形机构12锁紧的锁紧机构18，在多关节蛇形机构12的两端之间安装有托下颌触手14，在所述多关节蛇形机构12外蒙有塑料膜材质的表皮17；

医生通过双手控制机械手臂1对称施力于病人下颌及面罩相应部位，将面罩按压触手11、托下颌触手14分别与病人的面罩与下颌接触并达到满意的面罩气道管理位姿后，通过系统底座2的锁紧机构18将机械手臂1的位姿锁定，机械手臂1即可替代医生实施面罩气道管理的手法动作。

所述机械手臂1具有万向支撑功能并且能够锁紧，因此其可采用现有多关节支撑结构，例如多连杆机构，并通过各关节位置的螺钉来锁紧；优选情况下，所述机械手臂1的主体是如图2、图3所示的多关节蛇形机构12，其由多个具有凹面的摩擦瓦关节121与多个球面关节122间次相接构成，球体关节122为光面，摩擦瓦关节121为磨砂面，使两者能够相对转动并能够在压力下锁定角度，所述摩擦瓦关节121与球面关节122具有相互连通的中心孔123，中心孔123中穿有钢丝绳124，钢丝绳124的头端位于多关节蛇形机构12的顶端，将所有的摩擦瓦关节121与球面关节122串联后，末端连接所述锁紧机构18；

如图2、图4所示，所述锁紧机构18包括外套管181与内套管183，外套管181的底端与下轴承184的外圈固定连接，下轴承184的外圈(设有外棱结构而呈非圆形)又嵌入系统底座2中固定；内套管183的上端与外套管181之间通过上轴承188相接，使两者之间能够自由旋转，内套管183的下端与所述下轴承184的内圈固定连接，内套管183的底端具有凹槽185并与插入凹槽185内的电机轴189动力连接；丝杠187穿入所述外套管181内并与所述内套管183通过螺纹相接(该螺纹最好能够自锁)，丝杠187上端设有丝杠帽186，丝杠帽186的外缘为非圆形(例如六边形)并嵌入外套管181内侧的滑道182中，丝杠帽186的顶端还与一个处于末端的摩擦瓦关节121抵接；所述钢丝绳124的末端从丝杠187的中心轴孔中穿过并打结，形成单方向的固定连接；

上述锁紧机构18的外套管181、内套管183、丝杠帽186以及丝杠187均为金属材质。使用的时候，内套管183在电机轴189的驱动下旋转，动力作用在内套管183与丝杠187之间的螺纹处，而丝杠187受外套管181的阻碍而无法旋转，因此丝杠187只能在外套管181的滑道182中升降，并带动所述钢丝绳124拉紧或放松；钢丝绳124放松时，多关节蛇形机构12的各关节之间的静摩擦力消失或减小，使各关节之间的角度能够调整至所需位姿，钢丝绳124拉紧时，多关节蛇形机构12的各关节之间产生静摩擦力，形成锁定效果；

再如图2、图5所示，所述面罩按压触手11、托下颌触手14的结构类似，具有一个安装有缓冲气囊111的触手座112，所述触手座112通过连接件113与多关节蛇形机构12的某个关节固定连接，在触手座内设有压力传感器114，用于监测所述缓冲气囊111的气压。在本实施例中，所述连接件113是一个插销，其与一个摩擦瓦关节上的插孔可插拔地嵌接。

如图2、图6所示，所述系统底座2的底板为金属材质，而面板为pvc材质，面板上设有头枕凹槽24，供病人头部枕靠，在头枕凹槽24的两侧对应病人下颌位置处的底板上各设有一个具有自锁功能的蜗轮蜗杆减速电机21，所述蜗轮蜗杆减速电机21的电机轴189向系统底座2的表面(即面板)外穿出，能够与所述锁紧机构18的内套管183的底端动力连接，在电机轴189的穿出位置处的面板上设有插孔22，以供所述锁紧机构18的下轴承184的外圈嵌入固定；在系统底座2内还设有其他结构23，例如控制器与电源，控制器能够与所述压力传感器114形成信号连接。

机械手臂1与系统底座2连接后，启动涡轮蜗杆减速电机21向锁紧方向旋转，丝杠187向下移动，将钢丝绳124锁紧，若涡轮蜗杆减速电机21反向旋转，则丝杠187向上移动，将钢丝绳124放松。

本发明使用的时候，病人仰卧，头部对应头枕凹槽24，调整系统底座2的前后位置，使插孔22的位置尽量邻近病人的下颌角位置，然后实施机械臂面罩气道管理动作。

医生通过双手控制机械手臂1，四个触手对称施力于病人下颌及面罩相应部位，达到满意的面罩气道管理位姿后，通过系统底座2以及锁紧机构18将多关节蛇形机构12的位姿锁定，四个触手即可替代医生实施面罩气道管理的手法动作。需要重新调整气道管理位姿时，可通过系统底座2以及锁紧机构18将多关节蛇形机构12放松，然后重新调整位姿直至满意状态。各触手的气囊111具有柔性接触和缓冲压力的作用，可起到弹性施力和颌面部保护作用，压力传感器114可以连续监测气囊111内压力，以反映各触手施力状态。

实验研究证实，该装置完全可以替代医生面罩气道管理的手法动作，有效地解决面罩气道管理技术中所存在的咽部气道梗阻、面罩通气密闭性不良和手法罩气道管理费力等关键性问题。

该技术具有无创性的特点，符合医学伦理要求，和人工气道技术相比具有创伤性更小的优点，研究显示该项技术无气道损伤和接触损伤，可以有效地减轻病人痛苦、降低病人的机械通气相关并发症、改善病人预后、缩短机械通气时间、减少医疗费用。

临床研究证实，该装置稳定性强、易于操控，可以安全有效地为一部分适合面罩通气的全身麻醉、呼吸机治疗病人实施面罩正压通气，使这些病人免于插管。该项技术推广应用后预期可以大幅度地降低临床有创气道管理方法的发生率，从而有效地降低临床机械通气相关并发症的发生。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。