技术领域
[0001] 本
发明属于医疗器械设备领域，尤其涉及一种胸外科护理防堵引流监控系统。
背景技术
[0002] 目前，
胸腔引流术是胸外科领域常用的
治疗方法，治疗时需要将患者胸腔内的气体、液体及时排出体外。现有的医疗技术仍存在以下
缺陷：由于引
流管吸出的胸腔内的废液中可能含有固体
块状物，很有可能被堵塞，堵塞后不易察觉而且不易处理，需要将管路从病人体内抽出进行疏通，加重了病人的痛苦，而且操作麻烦，使用极不方便。
[0003] 仰
角式压
力传感器现场应用显示比常规平铺
压力传感器处理量提高了50％-60％，实现了数据获得准确性高。但在此领域，
现有技术应用较少。
[0004] 综上所述，现有技术存在的问题是：由于引流管吸出的胸腔内的废液中可能含有固体块状物，很有可能被堵塞，堵塞后不易察觉而且不易处理，需要将管路从病人体内抽出进行疏通，加重了病人的痛苦，而且操作麻烦，使用极不方便。
发明内容
[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种胸外科护理防堵引流监控系统。
[0006] 本发明是这样实现的，该胸外科护理防堵引流监控系统设置有
箱体，所述箱体内部中空，箱体的左上角密封设有
水箱；所述水箱的内部放置有水
泵，所述水泵的输出端连通防堵管，所述水箱的底部通过
螺栓固定安装有多个压力传感器；所述箱体的外壁上通过螺栓固定安装有
负压装置，所述负压装置的输出端连通引流管；
[0007] 所述箱体的右侧安装有
控制器，所述控制器通过数据线与压力传感器、水泵、负压装置电连接。
[0008] 所述压力传感器的判断积液层厚度的具体方法为：
[0009] 首先，设定水箱的底部到
排水管的下部的高度为h1，积液区的厚度为h2，水箱的底部到排油管的下部100mm的高度为h3，在运行中第一无线压力传感器、第二无线压力传感器、第三无线压力传感器所显示的压力分别为p1、p2、p3，
废水的
密度为ρ水，积液的密度为ρ油；
[0010] 其次，积液在运行中，当最高液位到达积液区上端的液位线的
位置时，根据积液区中油层厚度的不同，第二无线压力传感器所探测到的压力大小可分为以下两种情况：
[0011] 当p2＞ρ油h2时，积液区的上部为油层下部为废水层，当废水中含油量极少时，特别是开始运行时积液区的上部有可能还不能形成完整的积液层，这时积液区几乎全部为废水层，而当废水表面形成完整的积液层后，积液区的上部为
废油层下部为废水层，即p2＞ρ油h2时积液层的厚度小于h2；如果设积液区中的废水层厚度为：δ，则积液层的厚度为：(h2-δ)，那么，此时第二无线压力传感器所探测到的压力p2可用下式表示：
[0012] p2＝ρ水δ+ρ油(h2-δ)＝ρ油h2+(ρ水-ρ油)δ>ρ油h2
[0013] 所以第二无线压力传感器所探测到的压力p2＞ρ油h2；
[0014] 当p2＝ρ油h2时，此时整个积液区全部为积液。
[0015] 所述控制器对油层、废水层数据分离的分析方法包括：
[0016] 步骤一、建立压力传感器仰角式油水
几何模型，包括确定模型几何尺寸、选取模型坐标和对模型进行网格划分；
[0017] 步骤二、选取数值模拟方法，在模拟过程中，模拟介质为废水和油层，油水分离
温度是恒温37℃，
湍流模型选用Realizable k-ε模型，
多相流模型采用混合物模型，在Fluent
软件中选用绝对稳定的二阶迎
风格式作为控制方程的离散格式，在数值模拟过程中选用SIMPLE方法；
[0018] 步骤三、分别对0°-15°不同仰角下的压力传感器进行数值模拟，对不同仰角下模型的油出口水相体积含量、水出口油相体积含量和油水分离效率进行统计；
[0019] 建立压力传感器仰角式油水几何模型的具体步骤如下：
[0020] 第一步、模型坐标的选取；建模过程中选用的
坐标系为笛卡尔坐标系，轴向为坐标轴x，径向为坐标轴y、z，原点位于压力传感器左端截面的中心处，坐标轴的选取；
[0021] 第三步、模型的网格划分；在Gambit中采用自适应网格，为了保证网格划分的
精度和适应性，网格的密度设置为2.5mm×2.5mm，整个计算区域包括483612个网格单元，其中分液管部分包括5149个网格单元；
[0022] 油水分离过程的控制方程如下：
[0023] (1)流动控制方程
[0024] 油水分离流动的控制方程包括连续性方程和动量方程，对于不可压缩
流体，其时均方程的张量形式如下：
[0025] 连续性方程：
[0026]
[0027] 动量方程：
[0028]
[0029] 式中Su、Sv、Sw——广义源项，Su＝Fx+sx、Sv＝Fy+sy、Sw＝Fz+sz；
[0031] sx、sy、sz如下所示：
[0032]
[0034] λ——第二相动力粘度，通常取值为-23(Pa·s)；
[0035] 对于不可压缩流体，若其粘度为常数，sx＝sy＝sz＝0，动量方程可以化简为：
[0036]
[0037] (2)混合物模型基本控制方程
[0038] 仰角式压力传感器内流体为油水混合物的两相流，在模拟计算时采用Realizable k-ε混合物模型，其控制方程包括：
[0039] 混合物模型的连续性方程：
[0040]
[0041]
[0042]
[0043] 式中 ——混合物的质量变化率；
[0044] ρm——混合密度；
[0045] ——质量平均速度；
[0046] αk——第k相的体积分数；
[0047] 混合物模型的动量方程：
[0048]
[0049]
[0050]
[0051] 式中n——相数；
[0052] ——体积力；
[0053] μm——混合物粘性；
[0054] ——第二相k的漂移速度。
[0055] 进一步，所述负压装置包括负压引流球，负压引流球的一侧直接带有连接管，连接管的一端与
活塞连接，负压引流球的另一侧连接有第一负压引流管和第二负压引流管，第一负压引流管与负压引流球连通，第二负压引流管上开设有多个侧孔，第二负压引流管的另一端固定连接有穿刺针头。
[0056] 进一步，所述防堵管内嵌装有防堵旋钮，所述引流管内部嵌装有引流旋钮。
[0057] 进一步，所述水箱的右侧还通过螺栓固定安装有
蓄电池，所述
蓄电池通过
开关与控制器电连接；
[0058] 所述控制器还包括驱动
电路和
电流采样电路，所述驱动电路包括与
门电路U3和IGBT模块，所述与门电路U3与
单片机相连；所述电流采样电路包括采样
电阻R3、
缓速器线圈组L、过流保护电路U4和采样
信号调理电路U5；所述缓速器线圈组L与驱动电路的IGBT模块输出端相连接；所述缓速器线圈组L还与采样电阻R3和过流保护电路U4相连接；所述过流保护电路U4与电流采样电路U5相连接，并分别与单片机相连。
[0059] 进一步，所述引流管的末端设置有
螺纹。
[0060] 进一步，所述水泵设置有现地控制单元；
[0061] 所述现地控制单元采用GE PAC Rx3i冗余热备用系统构建；采用两套独立
机架，保证电源、CPU、
背板、通讯系统关键器件的全冗余，并实现系统与上位机的通讯冗余，同步通讯冗余，和I/O站的通讯冗余，实现真正意义的全冗余双机热备方案。
[0062] 本发明另一目的在于提供一种实现所述胸外科护理防堵引流监控系统的对油层、废水层数据分离的分析方法的
计算机程序。
[0063] 本发明另一目的在于提供一种搭载有所述计算机程序的计算机。
[0064] 本发明另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的对油层、废水层数据分离的分析方法。
[0065] 本发明具有的优点和积极技术效果是：采用压力传感器监测引流管是否堵塞，通过控制电路控制防堵管与引流管的协同工作，能够在引流管堵塞时自动对防堵管进行疏通，不需要重新从病人体内插拔，能够减少病人的痛苦，且对堵塞情况的反应迅速，能够提高效率，不影响对病人的救治。
[0066] 本发明压力传感器仰角为10°时，分离效率检测数据达到最佳值，为91.48％，由此可见，在同等条件下，与传统的测试相比较，本发明仰角式压力传感器检测数据具有较高的分离检测性能，效率提高了21.64％.
附图说明
[0067] 图1是本发明
实施例提供的胸外科护理防堵引流监控系统结构示意图；
[0068] 图中：1、箱体；2、水箱；3、水泵；4、负压装置；5、压力传感器；6、控制器；7、开关；8、蓄电池；9、防堵管；10、防堵旋钮；11、引流管；12、引流旋钮；13、螺纹。
具体实施方式
[0069] 为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
[0070] 下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。
[0071] 如图1所示，该胸外科护理防堵引流监控系统设置有箱体1，所述箱体1内部中空，箱体1的左上角密封设有水箱2；所述水箱2的内部放置有水泵3，所述水泵3的输出端连通防堵管9，所述水箱2的底部通过螺栓固定安装有压力传感器5；所述箱体1的外壁上通过螺栓固定安装有负压装置4，所述负压装置4的输出端连通引流管11；
[0072] 所述箱体1的右侧安装有控制器6，所述控制器6通过数据线与压力传感器5、水泵3、负压装置4电连接。
[0073] 作为本发明的优选实施例，所述压力传感器5的判断积液层厚度的具体方法为：
[0074] 首先，设定水箱2的底部到排水管的下部的高度为h1，积液区的厚度为h2，水箱2的底部到排油管的下部100mm的高度为h3，在运行中第一无线压力传感器、第二无线压力传感器、第三无线压力传感器所显示的压力分别为p1、p2、p3，废水的密度为ρ水，积液的密度为ρ油；
[0075] 其次，积液在运行中，当最高液位到达积液区上端的液位线的位置时，根据积液区中油层厚度的不同，第二无线压力传感器所探测到的压力大小可分为以下两种情况：
[0076] 当p2＞ρ油h2时，积液区的上部为油层下部为废水层，当废水中含油量极少时，特别是开始运行时积液区的上部有可能还不能形成完整的积液层，这时积液区几乎全部为废水层，而当废水表面形成完整的积液层后，积液区的上部为废油层下部为废水层，即p2＞ρ油h2时积液层的厚度小于h2；如果设积液区中的废水层厚度为：δ，则积液层的厚度为：(h2-δ)，那么，此时第二无线压力传感器所探测到的压力p2可用下式表示：
[0077] p2＝ρ水δ+ρ油(h2-δ)＝ρ油h2+(ρ水-ρ油)δ>ρ油h2
[0078] 所以第二无线压力传感器所探测到的压力p2＞ρ油h2；
[0079] 当p2＝ρ油h2时，此时整个积液区全部为积液。
[0080] 所述控制器对油层、废水层数据分离的分析方法包括：
[0081] 步骤一、建立压力传感器仰角式油水几何模型，包括确定模型几何尺寸、选取模型坐标和对模型进行网格划分；
[0082] 步骤二、选取数值模拟方法，在模拟过程中，模拟介质为废水和油层，油水分离温度是恒温37℃，湍流模型选用Realizable k-ε模型，多相流模型采用混合物模型，在Fluent软件中选用绝对稳定的二阶迎风格式作为控制方程的离散格式，在数值模拟过程中选用SIMPLE方法；
[0083] 步骤三、分别对0°-15°不同仰角下的压力传感器进行数值模拟，对不同仰角下模型的油出口水相体积含量、水出口油相体积含量和油水分离效率进行统计；
[0084] 建立压力传感器仰角式油水几何模型的具体步骤如下：
[0085] 第一步、模型坐标的选取；建模过程中选用的坐标系为笛卡尔坐标系，轴向为坐标轴x，径向为坐标轴y、z，原点位于压力传感器左端截面的中心处，坐标轴的选取；
[0086] 第三步、模型的网格划分；在Gambit中采用自适应网格，为了保证网格划分的精度和适应性，网格的密度设置为2.5mm×2.5mm，整个计算区域包括483612个网格单元，其中分液管部分包括5149个网格单元；
[0087] 油水分离过程的控制方程如下：
[0088] (1)流动控制方程
[0089] 油水分离流动的控制方程包括连续性方程和动量方程，对于不可压缩流体，其时均方程的张量形式如下：
[0090] 连续性方程：
[0091]
[0092] 动量方程：
[0093]
[0094] 式中Su、Sv、Sw——广义源项，Su＝Fx+sx、Sv＝Fy+sy、Sw＝Fz+sz；
[0095] Fx、Fy、Fz——质量力；
[0096] sx、sy、sz如下所示：
[0097]
[0098] 式中μ——动力粘度(Pa·s)；
[0099] λ——第二相动力粘度，通常取值为-23(Pa·s)；
[0100] 对于不可压缩流体，若其粘度为常数，sx＝sy＝sz＝0，动量方程可以化简为：
[0101]
[0102] (2)混合物模型基本控制方程
[0103] 仰角式压力传感器内流体为油水混合物的两相流，在模拟计算时采用Realizable k-ε混合物模型，其控制方程包括：
[0104] 混合物模型的连续性方程：
[0105]
[0106]
[0107]
[0108] 式中 ——混合物的质量变化率；
[0109] ρm——混合密度；
[0110] ——质量平均速度；
[0111] αk——第k相的体积分数；
[0112] 混合物模型的动量方程：
[0113]
[0114]
[0115]
[0116] 式中n——相数；
[0117] ——体积力；
[0118] μm——混合物粘性；
[0119] ——第二相k的漂移速度。
[0120] 作为本发明的优选实施例，所述负压装置4包括负压引流球，负压引流球的一侧直接带有连接管，连接管的一端与活塞连接，负压引流球的另一侧连接有第一负压引流管和第二负压引流管，第一负压引流管与负压引流球连通，第二负压引流管上开设有多个侧孔，第二负压引流管的另一端固定连接有穿刺针头。
[0121] 作为本发明的优选实施例，所述防堵管内嵌装有防堵旋钮，所述引流管内部嵌装有引流旋钮。
[0122] 作为本发明的优选实施例，所述水箱2的右侧还通过螺栓固定安装有蓄电池，所述蓄电池通过开关与控制器电连接；
[0123] 所述控制器还包括驱动电路和电流采样电路，所述驱动电路包括与门电路U3和IGBT模块，所述与门电路U3与单片机相连；所述电流采样电路包括采样电阻R3、缓速器线圈组L、过流保护电路U4和采样信号调理电路U5；所述缓速器线圈组L与驱动电路的IGBT模块输出端相连接；所述缓速器线圈组L还与采样电阻R3和过流保护电路U4相连接；所述过流保护电路U4与电流采样电路U5相连接，并分别与单片机相连。
[0124] 作为本发明的优选实施例，所述引流管的末端设置有螺纹。
[0125] 作为本发明的优选实施例，所述水泵3设置有现地控制单元；
[0126] 所述现地控制单元采用GE PAC Rx3i冗余热备用系统构建；采用两套独立机架，保证电源、CPU、背板、通讯系统关键器件的全冗余，并实现系统与上位机的通讯冗余，同步通讯冗余，和I/O站的通讯冗余，实现真正意义的全冗余双机热备方案。
[0127] 本发明的工作原理是：在使用时，首先需要接通外部电源，引流旋钮12后，负压装置4开始工作，在箱体1中产生负压。压力传感器5测得箱体1中的压力正常，控制器6控制防堵旋钮10关闭，引流旋钮12开启，于是引流管11利用负压从病人胸腔内吸出液体；当引流管11堵塞时，箱体1中的负压增大，压力传感器5将信息传输至控制器6，控制器6控制引流旋钮
12关闭，防堵旋钮10开启，水泵3从水箱2中吸取水通过防堵管9冲入引流管11，再回到箱体1中，高速水流可以将引流管11的堵塞处冲开。当冲开堵塞处后，箱体1中的压力正常，控制器
6控制各部件恢复至正常工作状态。整个过程自动完成，具有监控堵塞与自动疏通的功能。
[0128] 在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、
硬件、
固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、
计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个
网站站点、计算机、
服务器或
数据中心通过有线(例如同轴
电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、
微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是
磁性介质，(例如，
软盘、
硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者
半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
[0129] 以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单
修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
