所属技术领域
[0001] 本
发明涉及一种智能伺服的氧疗控制系统，属于吸氧
治疗时测量患者血氧
饱和度并动态控制氧气流量的医疗器械。
背景技术
[0002] 缺氧是导致许多
疾病的根源，严重时直接威胁到人的生命。许多疾病都会造成氧供给的缺乏，吸氧是医院最常用的抢救或治疗手段之一，通过给氧，提高动脉血氧分压(PaO2)和
动脉血氧饱和度(SaO2)，增加动脉血氧含量(CaO2)纠正各种原因造成的氧合状态，促进组织的新陈代谢，维持
机体生命活动的一种治疗方法。吸氧治疗(以下简称“氧疗”)时，医护人员根据患者缺氧程度不同给予不同的氧气流量，氧疗常用的医嘱格式为：XXX患者，吸氧N小时，流量X L/min(低流量吸氧一般1/min～2L/min，中流量吸氧一般2/min～4L/min，高流量吸氧一般4/min～6L/min)。血氧饱和度是指在全部血容量中被结合O2容量占全部可结合的O2容量的百分比。血氧饱和度值(oxygen saturation简写为SpO2)是临床医疗上重要的
基础数据之一，是判断患者是否缺氧的临床指标，正常人的血液含氧量(血氧饱和度值，)为94％～100％，SpO2在94％以下判定为供氧不足，有学者将SpO2＜90％定为低氧血症的标准。但缺氧程度是一个动态的临床指证，现有的氧疗方式，存在以下
缺陷：
[0003] 1、医护人员基本依赖临床经验给出患者氧疗方案，而不是依靠明确的血氧饱和度值(SpO2)判断缺氧的严重程度，缺乏一定的准确性和科学性。
[0004] 2、医护人员判断患者初始氧合状态给出的
治疗方案，确定吸氧流量和吸氧时间后，一般在治疗周期内固定氧疗方案，而不会根据患者血氧饱和度值(SpO2)的变化及时调整吸氧流量和吸氧时间。
[0005] 因此，现有的氧疗方案已经不能满足精准医疗的要求，提出一种能对患者进行动脉血氧饱和度的实时监测，并以此为依据对氧气流量动态控制的医疗仪器在临床和个人健康管理上十分必要，为此，本发明在提出了一种智能伺服的氧疗控制系统的技术方案，智能化程度高、技术稳定、造价与现有的普通氧气吸入器相当，有利于临床普及推广使用。
发明内容
[0006] 本发明主要由血氧测定装置、通讯模
块、控制单元、
电子流量
阀、集成
电路、氧气输入端口、氧气输出端口、控制按钮、保护
外壳组成。
[0007] 本发明的工作原理是：血氧测定装置把从患者身上监测到的血氧饱和度值由通讯模块发送到控制单元，控制单元将获取的血氧饱和度值与内置的氧疗数据模型比对分析，判定该患者缺氧程度，并将血氧饱和度值和患者缺氧程度等监测分析结果在信息提示模块中读出；若判定患者缺氧，控制单元通过文字、图标或警示音进行氧疗提示，并给出建议性氧疗方案；医护人员可以采用控制单元给出的氧疗方案进入自动伺服模式进行氧疗，也可以自主设定氧疗方案进行氧疗；根据提示开启氧疗对应的启动功能键后，电子流量阀自动打开并根据自动伺服模式或医护人员给出氧疗的流量值控制供氧流量；在氧疗过程中控制单元能自动
跟踪与分析血氧测定装置发送的监测数据，若患者缺氧程度发生变化，控制单元能重新判定患者即时缺氧状态，并根据即时缺氧程度自动调整输出氧疗流量值；氧疗结束时控制单元能自动将电子流量阀关闭，终止氧气输送。
[0008] 所述的血氧测定装置主要检测指标为脉率、血氧饱和度、灌注指数(PI)，监测获得的数据通过内置的通讯模块发送到控制单元；所述的血氧测定装置的结构、原理与检测方法不限，通常采用无创监测方式获取
脉搏血氧饱和度值(SpO2)，危重病人也可以采用微创监测方式获取中心静脉血氧饱和度(ScvO2)和混和静脉血氧饱和度(SvO2)。无创监测方式获取
脉搏血氧饱和度值(SpO2)的血氧测定装置通常由一个
微处理器、
存储器(EPROM与RAM)、两个控制LED的
数模转换器、对光电
二极管接收的
信号进行滤波与放大的器件、
模数转换器组成。血氧测定装置按照Beer-Lambert定律，确定比值R/IR与动脉血氧饱和度(SaO2)的对应关系，监测动脉中携带氧的血红蛋白与不携带氧的血红蛋白的比例，求得脉搏血氧饱和度值(SpO2)。当然，血氧测定装置中还可以嵌入体温
探头等，实现患者脉搏、血氧饱和度、体温等多参数监测和输出。
[0009] 所述的血氧测定装置设有一个通讯模块，通讯模块用于向控制单元发送监测获取的数据，监测数据包括但不限于血氧饱和度值、脉搏、体温等。通讯模块的型号和通讯方式不限(有线或无线传输均可)。优选方案是采用通讯模块蓝牙芯片，血氧测定装置内中植入蓝牙芯片，血氧测定装置内的微处理器可以直接通过普通IO口线对蓝牙进行控制，利用蓝牙实现测量数据的无线传输。
[0010] 所述的控制单元主要由控
制模块、集成电路、通讯模块、信息提醒模块及控制按钮组成。所述的
控制模块可以采用可编程逻辑
控制器(PLC)或
单片机，控制单元的通讯模块型号和通讯方式不限，可以与血氧测定装置协议通讯的有线或无线传输的通讯模块能均可；控制单元的控制模块接收血氧测定装置发送的监测数据，同时通讯模块还可以将分析合成的监护信息远程发送到医学监护终端。
[0011] 所述的信息提醒模块主要由显示屏、声音提示器、指示灯组成。信息提醒模块用于即时信息显示与读出、存储信息浏览、故障与失效警示、患者发生足以引起医护人员重视的生命体征变化提醒等。信息提醒模块的提醒方式包括但不限于文字、图标、声音、指示灯等。所述的控制按钮用于各种功能的操作与切换，控制按钮可以采用触点
开关，也可以是直接设置在电容显示屏的触摸按钮。
[0012] 控制单元实现的主要功能包括但不限于：①分析评估患者缺氧状态并给出对应的氧疗方案(包括氧疗流量、吸氧时间等)；②动态跟踪患者缺氧状态并动态修正氧疗方案；③控制电子流量阀的开启、流量调节与动态修正、自动关闭；④监护信息读出与警示；⑤监护与氧疗信息存储；⑥远程传输与反馈。控制单元实现其功能的工作原理是：控制单元内置一个氧疗数据模型，控制单元的通讯模块接收血氧测定装置发送的监测数据，控制模块将获取的监测数据与内置的氧疗数据模型进行分析比对，判断患者的缺氧程度，若患者氧合状态超过正常值时控制单元发出警示性信息。若患者处于缺氧状态时，控制单元根据内置的氧疗数据模型给出对应的氧疗方案，氧疗方案包括氧疗流量值、吸氧时间、吸氧方式(选择鼻氧管、面罩或呼吸管路)。控制单元给出的氧疗方案是建议性质的，医护人员可以直接采用控制单元给出的氧疗方案进行智能伺服式氧疗，也可以根据患者的个性要求也可以根据患者的个性要求在控制单元人工设定氧疗方案。选择控制单元给出的氧疗方案时，只要操作控制单元中对应的功能键进行确认即可，控制单元给出的氧疗方案被确认后，医护人员将吸氧材料准备完毕、操作控制单元中对应的开启功能键，电子流量阀自动打开，并按照医护人员确认的氧疗流量值输出氧气。
[0013] 所述的内置的氧疗数据模型建立的架构是根据血氧测定装置发送的血氧饱和度值，判断并提示患者缺氧程度，并提示即时状态下合适的氧疗方案。内置的氧疗数据模型主要由血氧饱和度值——缺氧程度判定——氧疗流量值三个要素有机构成；根据临床需要，也可以将氧疗持续时间、氧疗流量值修正间隔时间嵌入氧疗数据模型中。进一步举例说明，按照目前广泛认可的缺氧临床
指征判定值和对应的氧疗方案，将血氧饱和度值、缺氧程度判定、氧疗流量值、氧疗持续时间和氧疗流量值修正间隔时间五个要素作为氧疗数据模型的架构，控制单元内置的氧疗数据模型可以按照下表设定：
[0014]
[0015] 以上设置参数仅用于举例说明内置的氧疗数据模型建立的方法，并非表示本发明实际应用于临床时必须依照执行的氧疗方案，也不构成对本发明内置的氧疗数据模型组成架构的限制。
[0016] 由于氧疗过程中，患者的缺氧程度不断发生变化，因此监测获取的血氧饱和度值是一个动态的数据。控制单元能动态跟踪血氧测定装置传输的监测数据，根据内置的氧疗数据模型动态判断患者的缺氧程度，并根据患者缺氧程度的变化自动修正氧疗方案，常用的氧疗方案修正方法是重新设定氧疗流量值。控制单元重新设定氧疗流量值时，电子流量阀能根据控制模块给出的新的氧疗流量值重新调整电子流量阀的流量控制状态、调节氧气输出量。如果患者血氧饱和度值降低、缺氧程度加重时，控制模块向电子流量阀发出增加氧疗流量值的指令，电子流量阀根据指令自动增加阀
门开度，调高氧疗流量值，加大氧气输出量；反之，如果患者血氧饱和度值升高、缺氧程度基本改善，控制模块向电子流量阀发出减少氧疗流量值的指令，电子流量阀根据指令自动缩小阀门开度，调低氧疗流量值，减少氧气输出量。氧疗流量修正的间隔时间可以在氧疗数据模型中建立，也可以在控制模块中独立设定，一般可以将修正间隔时间设定为每5min～10min一次。
[0017] 氧疗结束时控制单元中还具有氧气输送自动关闭功能，比如医嘱为氧疗流量2～4L/min、吸氧3小时，医护人员在控制单元设定医嘱给出的氧疗时间，氧疗开始后控制模块内的时钟芯片开始计时，在医嘱氧疗时间完成时控制模块能自动将电子流量阀关闭，终止氧气输送，大大方便护理人员的操作。
[0018] 由于本发明能动态跟踪血氧饱和度值、并根据血氧饱和度值变化自动修正和调整氧疗流量值、氧疗结束自动关闭氧气输送，因此在本发明控制单元中还设有自动伺服模式。自动伺服模式具体的实施方法是：在控制单元中设置一个自动伺服功能键，该功能键可以命名为“自动模式”、“智能模式”或“无人值守”等不限。在氧疗中护理人员只要将血氧测定装置在患者监测部位妥善连接，选择启动自动伺服模式对应的功能键(如自动模式)后，控制单元自动根据血氧测定装置监测获取的血氧饱和度值判定患者缺氧状态，并由内置的氧疗数据模型给出匹配的氧疗方案并自动进入氧
疗程序，在氧疗过程中能根据患者缺氧程度的变化自动修正氧疗方案(改变氧气流量值或吸氧时间)，氧疗结束后控制单元自动关闭氧气输出，该疗程的氧疗综合信息被自动存储或远程发送到医学监护终端。本发明就可以自动实现患者缺氧状态监控、启动氧疗、氧疗流量动态修正、氧疗结束自动关闭、信息存储与发送系列护理操作，使氧疗操作更加安全有效、护理工作更加简单轻松。
[0019] 所述的电子流量阀一般可以采用二位二通的气体电子
控制阀，电子流量阀的进气口与氧气输入端口的后端紧密连通，电子流量阀的出气口与氧气输出端口紧密连通。电子流量阀与控制模块联通工作，接收并执行控制模块给出的阀门开启、流量调整、流量值动态修正、阀门关闭等指令。
[0020] 所述的氧气输入端口的前端可以直接/或用转接管路与气源端口连通、氧气输入端口的后端与电子流量阀的进气口紧密连通，氧气输入端口一般不锈
钢或
铜质材料加工而成。氧气输入端口与不同的气源端口连通方式各有差异，在中心供氧端口一般采用快捷插拔式连通，与氧气钢瓶一般采用螺旋端口紧密连接。
[0021] 所述的氧气输出端口前端与电子流量阀的出气口直接/或用转接管路紧密连通、氧气输出端口后端可以与氧气湿化装置或吸氧管路快捷连通，氧气输出端口一般
铝合金、
不锈钢或铜质材料加工而成。
[0022] 所述的保护外壳用于主机的防护，一般可采用高分子材料
注塑成型或金属板材模压成型。
[0023] 本发明的优点是：
[0024] 1、采用即时获取的血氧饱和度值判定患者缺氧程度，并由内置的氧疗数据模型以给出氧疗方案，使吸氧环节的医疗更加精准、科学。
[0025] 2、采用动态的血氧饱和度值，跟踪判定患者缺氧程度的变化，并由控制单元自动修正氧疗流量值。不仅保证了氧疗的临床效果，而且可以减少氧气的不必要消耗，为医疗单位节省大量
费用。
[0026] 3、具有动态数据分析、信息即时提醒、数据远程传输、氧气自动关闭等功能，比传统的氧气吸入器更加智能化，大大减少护士工作量。
附图说明
[0028] 图2是本发明工作原理框图
[0029] 图3是本发明
实施例1的产品主体结构示意图
[0030] 图中所示：血氧测定装置(1)、通讯模块(2)、控制单元(3)、电子流量阀(4)、信息提醒模块(5)、氧气输入端口(6)、氧气输出端口(7)、控制按钮(8)、保护外壳(9)、氧气湿化装置(10)、吸氧
导管接口(11)、湿化装置进气口(12)
具体实施方式
[0031] 下面结合附图和实施例具体地说明本发明。
[0032] 实施例1：本发明的带湿化装置的产品制备举例
[0033] 产品主体结构如图3所示，主要部件具体参数为：
[0034] 1、血氧测定装置(1)：指夹式血氧仪，成人用规格，选用TI公司的MSP430FG4619单片机为处理核心；血氧饱和度探头采用双色的
发光二极管PDFE833，发出
波长分别是660nm和940nm；电源模块采用TPS62007DGS芯片，
输出电压3.3V。
[0035] 单片机内部的DAC12周期性地输出2路100Hz占空比1∶4的脉冲，经过
电流放大的驱动电路驱动，交替点亮血氧探头中的红光和红外光LED。探头中光电接收器将接收信号送到单片机内部的OA
放大器进行放大，放大后的信号进入内部A/D进行
采样。DAC12根据A/D采样信号的大小调节
光源驱动的强度，从而维持光源的稳定。处理后的信号再经去直流放大和数字滤波，得到的就是交流脉搏波成分，此时可以通过分析其周期和幅值对心率、血氧饱和度值进行计算。
[0036] 2、血氧测定装置(1)和控制单元(3)内置的通讯模块(2)：均采用了三星公司的BTVZ0502SA蓝牙芯片。
[0037] 3、信息提醒模块(5)的显示屏采用7寸256
像素液晶屏。
[0038] 4、控制按钮(8)采用触点式开关，触点式开关外部用PP材料注塑按钮外壳。
[0039] 5、控制单元(3)内置的通讯模块(2)：采用TI公司的射频片eZ430-RF2500作为的接收模块。
[0040] 6、控制单元(3)：采用盈鹏飞科技公司的ARM9 PC104(EAC-905)工控模块作为核心处理器；
[0041] 7、电子流量阀(4)：采用日本SMC公司VF
电磁阀，型号的VF3130-4GB-02，二位二通式
球阀，使用压
力范围0.1～9MPa。
[0042] 8、氧气输入端口(6)、氧气输出端口(7)均采用紫铜加工成型后
镀铬制备，氧气输入端口(6)适用于中心供氧端口(壁式供氧口)；
[0043] 9、氧气湿化装置(10)用PC材料注塑成型，外形为长方形盒状，氧气湿化装置(10)上设有进气口、输氧管连接口；
[0044] 10、内置的氧疗数据模型设定：
[0045]
[0046] 缺氧程度判定信息提示模式：氧合正常，信息提醒模块(5)在屏幕中显示绿色柱状图；轻微缺氧，显示黄色柱状图；中度缺氧，显示橙色柱状图；重度缺氧，显示红色柱状图。
[0047] 实施例2：本发明临床应用举例
[0048] 根据实施例1制备的产品，用于呼吸内科患者氧疗应用，操作使用方法如下：
[0049] 1、将实施例1制备的指夹式血氧仪夹在患者右手中指，开启血氧仪，血氧仪进入监测程序；
[0050] 2、将氧气输入端口(6)插入壁式供氧端口，检查连接密闭性和牢固性；
[0051] 3、打开控制单元(3)上设有的“开启”控制按钮(8)，打开控制单元(3)；
[0052] 4、血氧仪开始蓝牙传送监测数据，控制单元(3)上的信息提醒模块(5)显示即时监测参数，包括脉率、血氧饱和度(SpO2)、灌注指数(PI)；
[0053] 5、信息提醒模块(5)显示该患者血氧饱和度(SpO2)为89％，信息提醒模块(5)给出橙色柱状图提示，并发出滴滴警示音；同时屏幕提示“氧疗，流量2～4L/min，4h”氧疗临床方案建议，并给出“确认”、“否”人机对话框；
[0054] 6、医护人员开始氧疗准备，将氧气输出端口(7)与湿化装置进气口(12)连通、将鼻氧管与氧气湿化装置(10)的输氧管连接口紧密连通、将鼻氧管的前端鼻塞安放在患者鼻孔内；
[0055] 7、医护人员操作对应控制按钮(8)，选择“确认”，电子流量阀(4)开启，供氧端口的氧气以2～4L/min流量输出；
[0056] 8、氧疗1小时后，患者血氧饱和度(SpO2)上升为93％，信息提醒模块(5)给出黄色柱状图提示，提示患者氧合程度改善，内置的氧疗数据模型判定患者已经转为轻微缺氧状态；
[0057] 9、控制模块发出修正氧疗流量值的指令，将初始设定的氧疗流量调整为1～2L/min，电子流量阀(4)自动减少阀门开度，氧气输送量调整为1～2L/min；
[0058] 10、氧疗4小时后，电子流量阀(4)自动关闭，氧气输送终止，氧疗结束；
[0059] 11、控制单元(3)将该疗程动态监测参数、氧疗流量(包括修正流量)、氧疗时间自动存储，医护人员可以查阅或打印输出。
[0060] 上述附图及实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行
修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。对本发明的保护范围不构成任何限制。
