技术领域
[0001] 本
发明涉及医疗检测设备领域，尤其涉及一种应用于CT扫描的患者屏气监测装置及方法。
背景技术
[0002] 放射科医生时常在胸腹CT扫描时发现：由于运动产生的伪影导致图像不清，误诊或扫描不全等问题。其产生的主要原因是患者在扫描过程中呼吸或吞咽运动所产生的运动伪影，影响了CT扫描图像的
质量，从而导致病变部位无法辨别清晰。普通胸部检查一般需要呼吸配合两次，一次为
定位像，一次为正式
断层扫描。为避免补扫、重扫而导致
辐射量的增加，患者每一次吸气的量尽量保持一致，并且确保在扫描过程中屏住气。因为患者在CT扫描过程中由于气没有屏住，产生呼吸运动而导致CT图像模糊。倘若做CT扫描的时候气没有憋住，出来的CT图像会有重叠，模糊等现象，严重影响图像的质量，有碍医生诊断。因此，有必要提供提出了一种通过监测气流量来检测患者屏气的装置来对患者进行屏气监测，以达到提升CT图像质量，辅助医生提高CT扫描的诊断准确率。
发明内容
[0003] 为了克服上述问题，本发明的主要目的在于提供一种应用于CT扫描的患者屏气监测装置及方法，旨在解决如何在CT扫描时检测患者屏气程度以提高CT扫描图像质量的技术问题。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供一种患者屏气监测装置，包括呼吸咬嘴、导气管以及屏气监测主机，所述呼吸咬嘴通过导气管与屏气监测主机连接为一体结构，其中：所述呼吸咬嘴包括咬持部以及结合部，所述咬持部的底部开口与筒状的结合部连通；所述屏气监测主机包括
外壳、呼吸
传感器以及主机
电路板，所述呼吸传感器和主机
电路板内置于外壳内，所述呼吸传感器通过导电接插头连接至主机电路板的导体槽内，所述外壳开设有呼吸传感器的主气道以及进出气口，所述呼吸传感器的主气道与进出气口相连通；所述导气管的两端各设置有一个
接口，该导气管的一端接口与呼吸咬嘴的结合部相连通，该导气管的另一端接口与呼吸传感器的主气道相连通；所述主机电路板包括
信号调理电路、A/D驱动电路、A/D转换电路、
单片机以及蓝牙模组，其中：所述呼吸传感器，用于从进出气口侦测患者的呼吸气流量，将侦测到的呼吸气流量转换成气流量
电信号，并将气流量电信输出至信号调理电路；所述信号调理电路，用于将气流量电信号进行信号调理以去除信号噪声干扰及实现
电压跟随，并将调理后的气流量电信号输出至A/D驱动电路；所述A/D驱动电路，用于将信号调理电路输出的气流量电信号进行差分放大，将放大的气流量电信号输出至A/D转换电路；所述A/D转换电路，用于将A/D驱动电路输出的气流量电信号转换为气流量
数字信号，并将气流量数字
信号传输出至单片机；所述单片机，用于从A/D转换电路读取气流量数字信号并计算出患者的呼吸气流量数据，并将患者的呼吸气流量数据通过所述蓝牙模组发送至无线终端进行显示。
[0005] 优选的，所述咬持部的敞口内侧缘边两侧分别设置一个咬合片，每一个咬合片的上下表面均设置有防滑颗粒，每一个咬合片的圆弧外侧设置有一个防滑贴片。
[0006] 优选的，所述呼吸传感器的输出端连接至信号调理电路的输入端Vin1，所述信号调理电路的输出端Vin2连接至A/D驱动电路的输入端Vin2，所述A/D驱动电路的输出端IN+连接至A/D转换器的输入端IN+，所述A/D转换器通过SPI总线连接至单片机的输入端管脚上，所述单片机的输出端管脚连接至蓝牙模组的输入端。
[0007] 优选的，所述主机电路板还包括内置电源，所述呼吸传感器、信号调理电路、A/D驱动电路、A/D转换电路、单片机以及蓝牙模组的电源接入端VCC均连接至所述内置电源的输出端，所述屏气监测主机的外壳一侧设置有电源
开关，该电源开关电气连接至所述内置电源上。
[0008] 优选的，所述信号调理电路包括两个比例
电阻R1和R4、一个型号为OPA4340的
运算放大器、由电阻R2和电容C4构成的滤波电路。
[0009] 优选的，所述A/D驱动电路包括一个型号为ADA4941的ADC
驱动器、六个分压电阻R16～R20和R22、一个匹配电阻R21和三个滤波电容C13、C14和C17。
[0010] 优选的，所述A/D转换电路包括一个型号为AD7691的A/D转换芯片，由两个电阻R10、R12和两个电容C10、C11构成的滤波电路，三个分压电阻R5、R6、R8，三个滤波电容C5、C8、C9以及四个阻抗匹配电阻R9、R11、R13、R14。
[0011] 优选的，所述单片机采用型号为89C2051的单片机，该单片机的管脚XTAL1～XTAL2连接一个由电容C6～C7和晶振Y1构成的震荡电路、管脚P1.0串接有
二极管D2和电阻R7、管脚VPP/Rst连接一个由二极管D1、电阻R3和电容C1构成的
电压保护电路、且连接两个滤波电容C2～C3。
[0012] 优选的，所述咬持部呈半圆弧片状，所述屏气监测主机呈长方体或立方体形状，所述导气管呈L型的中空医用塑胶管。
[0013] 另一方面，本发明还提供一种应用于CT扫描的患者屏气监测方法，应用于所述患者屏气监测装置中，该方法包括如下步骤：将呼吸咬嘴放置患者的口中，并开启屏气监测主机的电源开关；打开无线终端的蓝牙与患者屏气监测装置的蓝牙进行
配对，并在无线终端的屏气监测app
软件上设置呼吸气警戒
阈值；利用呼吸传感器从进出气口侦测患者的呼吸气流量，将侦测到的呼吸气流量转换成气流量电信号；通过信号调理电路将气流量电信号进行信号调理以去除信号噪声干扰及实现电压跟随；通过A/D驱动电路将信号调理电路输出的气流量电信号进行差分放大；通过A/D转换电路将A/D驱动电路输出的气流量电信号转换为气流量数字信号；利用单片机从A/D转换电路读取气流量数字信号并计算出患者的呼吸气流量数据；通过单片机控制蓝牙将患者的呼吸气流量数据发送至无线终端的屏气监测app软件界面上进行显示；当患者的呼吸气流量低于预先设定的呼吸气警戒阈值时，屏气监测app软件就通过无线终端的喇叭发出告警声音提示患者重新进行屏气操作。
[0014] 相较于
现有技术，本发明所述应用于CT扫描的患者屏气监测装置及方法能够在CT检测状态下检测患者的屏气情况，医生能够引导患者正确屏气和吸气，防止患者屏气和吸气时腹部呼吸运动所产生运动伪影，因此，在CT
肺部扫描时得到的CT扫描图像更清晰、提高CT扫描图像的质量。此外，本发明装置通过呼吸咬嘴置入患者嘴部直接监测患者的呼吸气情况，比放置在肺腹部的屏气监测装置监测患者呼吸气时腹部起伏运动的呼吸气量更加准确，从而使得CT扫描图像更清晰，CT诊断结果更准确。
附图说明
[0015] 图1是本发明一种应用于CT扫描的患者屏气监测装置优选
实施例的立体结构图。
[0016] 图2是图1中的呼吸咬嘴的放大立体结构图。
[0017] 图3是本发明一种应用于CT扫描的患者屏气监测装置优选实施例的截面结构图。
[0018] 图4是图3中的屏气监测主机的电路方框示意图。
[0019] 图5是图3中的监测主机电路板上敷设的电路布局图。
[0020] 图6是本发明一种应用于CT扫描的患者屏气监测方法较佳实施例的
流程图。
[0021] 图7是本发明一种应用于CT扫描的患者屏气监测装置的使用状态示意图。
[0022] 本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0023] 为更进一步阐述本发明为达成上述目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024] 如图1所示，图1是本发明一种应用于CT扫描的患者屏气监测装置优选实施例的立体结构图；参考图1所示，所述患者屏气监测装置包括一个能够用于置入嘴部的呼吸咬嘴1、导气管2以及屏气监测主机3，所述呼吸咬嘴1通过导气管2与屏气监测主机3连接为一体结构。所述导气管2的两端各设置有一个接口，该导气管2的一端接口与呼吸咬嘴1的结合部12相连通，该导气管2的另一端接口与屏气监测主机3的主气道33相连通，所述屏气监测主机3的主气道33与进出气口34相连通。此外，所述屏气监测主机3的外壳一侧设置有电源开关36，用于控制屏气监测主机3的开启与关闭操作。在本实施例中，所述呼吸咬嘴1采用医用塑胶材料制成，所述呼吸咬嘴1是可供患者置入嘴部进行自由呼吸的装置，所述呼吸咬嘴1为一次性呼吸咬嘴，避免患者重复使用而造成感染。所述导气管2为一种呈L型的中空医用塑胶管，所述屏气监测主机3的外壳采用环保的PVC塑胶材料制成，所述屏气监测主机3呈长方体或立方体形状。
[0025] 如图2所示，图2是图1中的呼吸咬嘴1的放大立体结构图。在本实施例中，所述呼吸咬嘴1包括咬持部11以及结合部12，所述咬持部11呈半圆弧片状，该咬持部11的底部开口与筒状的结合部12连通，且两者连接处形成密封连接，便于患者呼吸时不会漏气。所述咬持部11的敞口内侧缘边两侧分别设置一个咬合片13，每一个咬合片13的上下表面均设置有防滑颗粒14，每一个咬合片13的圆弧外侧设置有一个用于提高
牙齿咬合度的防滑贴片15。患者的牙齿可以咬住咬合片13，通过咬合片13上的防滑颗粒14和防滑贴片15使呼吸咬嘴1能够被患者的牙齿咬持住，因而置入患者嘴部的呼吸咬嘴1不会脱落掉落，可以提高牙齿咬合的稳定效果。
[0026] 如图3所示，图3是本发明一种应用于CT扫描的患者屏气监测装置优选实施例的截面结构图。在本实施例中，所述屏气监测主机3包括外壳30、呼吸传感器31和主机电路板32，所述呼吸传感器31和主机电路板32内置于外壳30内，所述外壳30采用环保的PVC塑胶材料制成。所述外壳30开设有呼吸传感器31的主气道33和进出气口34，所述呼吸传感器31的主气道33与进出气口34相连通并与外界空气相通，从而保持患者呼吸通畅，并且所述呼吸传感器31能够测量出通过主气道33的呼吸气流量。所述呼吸传感器31是一种型号为NK-FS6022现售的气体流量传感器，是专为医院便携式
呼吸机而设计的气体流量传感器，可适用于婴儿呼吸机和成人呼吸机，能够感到微小应气流量，气流量感应的精确度极高。所述呼吸传感器31通过导电接插头35连接至主机电路板32的导体槽内，因此呼吸传感器31能够将侦测到的呼吸气流量电信号输入至主机电路板32的单片机324进行处理。
[0027] 在本实施例中，所述呼吸咬嘴1通过导气管2与屏气监测主机3连接为一体结构。所述导气管2的一端接口与呼吸咬嘴1的接结合部12无缝连接并相通，另一端接口与呼吸传感器31的主气道33无缝连接并相通。本发明采用上述导气管2的两端设置接口，且分别与呼吸咬嘴1的结合部11和屏气监测主机3的主气道33进行旋接并相互连通，因此，所述呼吸咬嘴1、导气管2与屏气监测主机3之间的连接均为可拆卸结构，从而便于医生使用时更换一次性呼吸咬嘴1或导气管2。
[0028] 参考图4和图5所示，图4是图3中的屏气监测主机3的电路方框示意图；图5是图3中的监测主机电路板32上敷设的电路布局图。在本实施例中，所述呼吸传感器31电气连接至主机电路板32，该主机电路板32包括，但不仅限于，信号调理电路321、A/D驱动电路322、A/D转换电路323、单片机324、蓝牙模组325以及内置电源326。所述呼吸传感器31、信号调理电路321、A/D驱动电路322、A/D转换电路323、单片机324以及蓝牙模组325依次电气连接，所述呼吸传感器31、信号调理电路321、A/D驱动电路322、A/D转换电路323、单片机324以及蓝牙模组325上均连接至内置电源326上，所述内置电源326可以为5V小型纽扣锂
电池，用于为上述电路元件供电，所述屏气监测主机3的外壳一侧设置有电源开关36，该电源开关36电气连接至内置电源326上，能够开启或闭合内置电源326，从而控制屏气监测主机3的开启与关闭操作。
[0029] 所述呼吸传感器31用于将侦测到的呼吸气流量转换成模拟的气流量电信号，并输出至信号调理电路321。在现有技术中，本实施例采用的呼吸传感器31是一种型号为NK-FS6022现售的气体流量传感器，能够直接将侦测到的呼吸气流量转换成模拟的气流量电信号，呼吸传感器NK-FS6022的结构原理与信号转换原理在此不赘述。
[0030] 所述信号调理电路321用于将气流量电信号进行信号调理，以去除信号噪声干扰及实现电压跟随，并将调理后的气流量电信号输入至A/D驱动电路322。所述信号调理电路321包括两个比例电阻R1和R4、一个型号为OPA4340的
运算放大器、由电阻R2和电容C4构成的滤波电路（具体电路连接如图5所示），其电压输入端VCC的输入电压是5V。该信号调理电路321能够对气流量电信号进行调理，完成电压跟随。电压跟随后通过一个低通
滤波器以滤除高频信号对呼吸传感器31输出的气流量电信号干扰。
[0031] 所述A/D驱动电路322包括一个型号为ADA4941的ADC驱动器，六个分压电阻R16～R20、R22，一个匹配电阻R21和三个滤波电容C13、C14和C17，具体电路连接如图5所示。所述A/D驱动电路322用于接收信号调理电路321输出的气流量电信号并进行信号差分放大，将放大的气流量电信号输入至A/D转换电路323进行信号
数模转换。
[0032] 所述A/D转换电路323包括一个型号为AD7691的A/D转换芯片，由两个电阻R10、R12和两个电容C10、C11组成的滤波电路，三个分压电阻R5、R6、R8和三个滤波电容C5、C8、C9，以及阻抗匹配电阻R9、R11、R13、R14，具体电路连接如图5所示。所述A/D转换电路323用于将模拟的气流量电信号转换为气流量数字信号后再输送给单片机324。在本实施例中，所述A/D转换电路323采用的A/D
采样率为1kHz，因此采用高性能逐次逼近型A/D转换芯片AD7691，与单端差分ADC驱动器ADA4941-1配合使用，组成高
精度的A/D转换器。
[0033] 所述单片机324采用型号为89C2051的单片机，该单片机324的管脚XTAL1～XTAL2连接一个由电容C6～C7和晶振Y1构成的震荡电路，管脚P1.0串接有对运行状态起监测作用的二极管D2和电阻R7，管脚VPP/Rst连接有由二极管D1、电阻R3和电容C1构成的电压保护电路、并连接两个滤波电容C2～C3，具体电路连接如图5所示。所述单片机324用于从A/D转换电路323读取气流量数字信号并计算出患者的呼吸气流量数据，并将患者的呼吸气流量数据通过蓝牙模组325发送至无线终端（例如手机、无线
笔记本电脑等）进行显示，所述蓝牙模组325采用型号为nRF24L01的蓝牙模组，能够将患者的呼吸气流量数据发送至无线终端的屏气监测app上显示。
[0034] 如图5所示，所述呼吸传感器31的输出端连接至信号调理电路321的输入端Vin1，信号调理电路321的输出端Vin2连接至A/D驱动电路322的输入端Vin2，A/D驱动电路322的输出端IN+连接至A/D转换电路323的输入端IN+，A/D转换电路323通过SPI总线（包括SDI1、SCK1、SDO1、CNV1的四条信号线）连接至单片机324的输入管脚（分别为P3.0/RxD、P3.1/TxD、P3.3和P3.4的四个管脚），单片机324的输出管脚（分别为VCC、P1.7、P1.6、P1.5、P1.4、P1.3和P3.2的七个管脚）连接蓝牙模组325的输入端（分别为VCC、CSN、CE、MOSI、SCK、MISO和IRQ的七个管脚管脚）。所述呼吸传感器31、信号调理电路321、A/D驱动电路322、A/D转换电路323、单片机324以及蓝牙模组325的电源接入端Vcc均连接至所述内置电源326的输出端。在本实施例中，VCC为5V，VIO为3.3V，参考电压VREF为2.5V，SDI、SCK、SDO、CNV均与单片机
89C2051的管脚相连，A/D转换信号即CNV信号由单片机89C2051利用IO口产生
频率得到。在CNV上升沿，A/D转换芯片AD7691对IN+与IN-管脚之间的电压差进行采样。IN+与IN-这两个管脚上的电压摆幅通常在0V至VREF之间、
相位相反。
[0035] 在本实施例中，所述型号为OPA4340的运算放大器、型号为ADA4941的ADC驱动器、型号为AD7691的A/D转换芯片、型号为89C2051的单片机和型号为nRF24L01的蓝牙模组各自连接的外围匹配电路（例如分压电路、滤波电路、阻抗匹配电路和震荡电路）是根据上述各元件型号的现有规格书中规定的连接电路，因此均为现有技术，本实施例不作具体赘述。
[0036] 在本实施例中，NK-FS6022呼吸传感器31输出端输出的气流量电信号经过信号调理电路321的输入端Vin1输入到运算放大器OPA4340对气流量电信号进行信号调理并完成信号跟随。运算放大器OPA4340经过信号调理电路321的输出端Vin2将气流量电信号的A/D驱动电路322的输入端IN+输入到ADC驱动器ADA4941进行差分放大后，将放大的气流量电信号A/D转换电路323的通过送入A/D转换电路323（A/D转换芯片AD7691）进行A/D转换为气流量数字信号。A/D转换芯片AD7691通过SPI通讯方式与单片机89C2051进行数据交互。单片机89C2051把读取到气流量数字信号的电压值转换为具体的呼吸气流量数据，再通过单片机
89C2051的I/O口模拟SPI总线信号，通过nRF24L01蓝牙芯片将呼吸气流量数据发送至无线终端（例如手机、无线笔记本电脑等）并在无线终端的屏气监测app上显示呼吸气流量数据。
[0037] 本发明还提供一种应用于CT扫描的患者屏气监测方法，应用于所述的患者屏气监测装置中。如图6所示，图6是本发明一种患者屏气监测方法较佳实施例的流程图。所述患者屏气监测方法包括如下步骤：步骤S21，将呼吸咬嘴1放置患者的口中，并开启屏气监测主机2的电源开关；步骤S22，打开无线终端的蓝牙与屏气监测主机的蓝牙进行配对，并在无线终端的屏气监测app软件上设置呼吸气警戒阈值；步骤S23，利用呼吸传感器31从进出气口侦测患者的呼吸气流量，将侦测到的呼吸气流量转换成气流量电信号；步骤S24，通过信号调理电路321将气流量电信号进行信号调理以去除信号噪声干扰及实现电压跟随；步骤S25，通过A/D驱动电路322将信号调理电路输出的气流量电信号进行差分放大；步骤S26，通过A/D转换电路323将A/D驱动电路322输出的气流量电信号转换为气流量数字信号；步骤S27，利用单片机从A/D转换电路323读取气流量数字信号并计算出患者的呼吸气流量数据；步骤S28，单片机324通过蓝牙模组325将患者的呼吸气流量数据发送至无线终端的屏气监测app软件界面上进行显示；步骤S29，当患者呼吸气流量低于预先设定的呼吸气警戒阈值时，屏气监测app软件通过无线终端的喇叭发出告警声音提示患者重新进行屏气操作。
[0038] 参考图7所示，图7是本发明患者屏气监测装置的使用状态示意图。医生引导患者到CT床上躺下，医生将一次性呼吸咬嘴1通过导气管2与屏气监测主机3的接口无缝连接好，再让患者张开嘴巴把呼吸咬嘴1放置患者的口中让患者牙齿咬住咬持部11，医生再用夹子夹住患者鼻子部位，此时患者开始用嘴部呼吸，呼吸空气流通过屏气监测主机3的呼吸传感器31。医生开启屏气监测主机3的电源开关，并拿出安装了屏气监测app的无线终端（例如手机），打开手机蓝牙完成配对。在手机app软件里面显示出当前患者呼入呼出气流量，医生引导患者吸入空气然后屏住呼吸，将当前得到的吸气量设定为警戒阈值，而后开启CT扫描设备开始对患者进行CT扫描，呼吸传感器31持续对患者的呼吸气流量进行监测，如患者呼吸气流量低于设定的警戒阈值时，手机app就通过手机喇叭发出告警声音重新进行屏气操作。
[0039] 本发明所述应用于CT扫描的患者屏气监测装置及方法能够在CT扫描状态下检测患者的屏气情况，医生能够引导患者正确屏气和吸气，防止患者屏气和吸气时腹部呼吸运动所产生运动伪影，因此，在CT肺部扫描时得到的CT扫描图像更清晰、提高CT扫描图像的质量。本发明所述患者屏气监测装置通过呼吸咬嘴置入患者嘴部直接监测患者的呼吸气情况，比放置在肺腹部的屏气监测装置监测患者呼吸气时腹部起伏运动的呼吸气量更加准确，从而使得CT扫描图像更清晰，CT诊断结果更准确。
[0040] 以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的
专利范围，凡是利用本发明
说明书及附图内容所作的等效结构或等效功能变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
