專利名稱：智能化恒壓變流氣腹機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微壓力微流量精密控制設(shè)備中的專用醫(yī)療儀器。 一種專用微 壓微流量精密控制醫(yī)療儀器設(shè)備。以窺鏡術(shù)野要求為目的，用一根輸氣管(通過(guò) 穿刺器與硬視管鏡間充氣間隙)與該設(shè)備相連。術(shù)中往術(shù)腔充氣，在體內(nèi)形成一 個(gè)二氧化碳?xì)怏w術(shù)腔空間。這種儀器通稱為氣腹機(jī)。
背景技術(shù)：
氣腹機(jī)是腔鏡手術(shù)的重要設(shè)備，它使手術(shù)的部位或腔體充氣隆起，便于醫(yī)生 觀察診治。由于該設(shè)備是屬微壓力微流量精密控制設(shè)備(工作壓力一般在〈2KPa
〖即為1-15mmHgl!;最大輸氣量一般小于0. 04ffl3/niin〖即為40L/minH)，技術(shù)難 度大；且設(shè)備使用存的風(fēng)險(xiǎn)大。氣壓失控，必將給手術(shù)帶來(lái)嚴(yán)重影響，還可能危
及病員的生命安全(壓力過(guò)高，臟器不能正常搏動(dòng)，C02超量滲入血液中，使病員 血栓休克；壓力過(guò)低，無(wú)法形成正常手術(shù)視野和空間)。
早期的氣腹機(jī)采用的是供氣與測(cè)壓分時(shí)進(jìn)行的周期性控制技術(shù)，壓力調(diào)控區(qū) 間誤差范圍大，供氣流量變化非線性，在開(kāi)關(guān)閥作用下,會(huì)產(chǎn)生壓力脈沖。附圖15 是這種脈沖調(diào)控氣腹機(jī)控制原理圖(詳見(jiàn)美國(guó)專利5423741)，而附圖16是這種脈 沖調(diào)控氣腹機(jī)調(diào)控模式的周期控制波形圖(詳見(jiàn)美國(guó)專利5439441)。他們的做法 是l.先打開(kāi)氣輸出控制閥(如圖15所示"OUTPUT SOLENOID 16")，以確定的
輸氣量供氣，并保持一段時(shí)間(如圖16 FIG 1B所示"Ton" ); 2.然后關(guān)閉氣輸出 控制閥，中斷供氣；3.不斷檢測(cè)輸氣管回送的氣壓，直到連續(xù)n個(gè)測(cè)量值的偏差 在允許的界限內(nèi)，則取這n個(gè)檢測(cè)值的平均值為手術(shù)腔體的實(shí)際壓力值4.根據(jù) 設(shè)定壓力值和實(shí)際壓力值的偏差，求取新的氣量控制值，然后回復(fù)到"1"，以新的供氣量供氣。
這種周期性間斷的測(cè)壓或間斷的供氣調(diào)控模式有以下幾方面缺陷
1. 回送氣壓偏差較大，容易過(guò)量超調(diào)，引發(fā)自激振蕩。由于我們面對(duì)的不是 密閉容器，而是醫(yī)生在不斷操作的手術(shù)腔體，手術(shù)造成不斷地泄氣和無(wú)規(guī)律的擾 動(dòng)，流量變化無(wú)常，因此手術(shù)腔體內(nèi)的實(shí)際壓力值是動(dòng)態(tài)變化且不可掌控的。
2. 脈沖狀供氣，容易對(duì)手術(shù)腔體造成壓力沖擊，隱藏了不安全的因素。從附 圖16脈沖調(diào)控模式的周期控制波形圖可知，打開(kāi)氣輸出控制閥，先給出一個(gè)定流 量定脈寬的脈沖氣流，關(guān)閉氣輸出控制閥，利用彈性腔體的緩沖吸收使其平和后 獲取平均壓力值，因此，這種劇烈開(kāi)關(guān)氣輸出控制閥的調(diào)控模式?jīng)Q定了脈沖狀供 氣。
3. 調(diào)控周期長(zhǎng)，容易調(diào)控失步，控壓精度差。為了能使急劇變化的氣流平和 下耒，獲取連續(xù)n個(gè)偏差在允許的界限內(nèi)的測(cè)量值，必定要拉長(zhǎng)調(diào)控周期，如圖 16 FIG 1B所示，調(diào)控周期竟長(zhǎng)達(dá)1000ms,這對(duì)屬非慣性物理量的壓力量耒說(shuō)， 顯然是不適宜的。此類氣腹機(jī)的流量一般為手動(dòng)分段設(shè)置，流量設(shè)定量定得太小， 不能滿足泄漏需要，壓力值到不了控壓點(diǎn)。流量設(shè)定量定得太大，會(huì)產(chǎn)生自激振 蕩，因此，流量設(shè)定值需要用戶現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)整。
美國(guó)專利5676155提出了供氣流量自動(dòng)調(diào)整的改進(jìn)方案。如附圖17中FIG. 1 所示，專利認(rèn)為，流量為Q1 Q2段的壓力誤差為AP1 AP2，也就是供氣流量值 減少為輸出量的10% 40%，這時(shí)取得的實(shí)際壓力值可用于調(diào)控。專利還認(rèn)為，為 了達(dá)到較好的效果，最好把流量值控制在15% 30%范圍內(nèi)，檢測(cè)二個(gè)不同流量時(shí) 的壓力值，就可推算出較精確的腔體內(nèi)的實(shí)際壓力值(圖17中FIG. 2的2為壓力 傳感器，3為流量傳感器。)。為了精確計(jì)算流量，特增加了流量傳感器。此方案 供氣方法仍為間斷周期性的，這種調(diào)控模式的三個(gè)缺陷依然存在。此種斷續(xù)供氣 方式能減少注氣時(shí)輸氣管氣阻的影響，但因此拉長(zhǎng)了測(cè)控周期，降低了控制精度，
6且是脈沖狀供氣。而且，由于腔體手術(shù)孔尺寸形狀及與手術(shù)器件配合的差異，手 術(shù)器械操作時(shí)的擾動(dòng)以及抽液等一系列因素的影響，造成泄漏的不確定性和回傳 壓力的動(dòng)態(tài)變化，回傳壓力偏離腔體壓力的程度也就更不確定，更加大了控壓的 偏差。此類控壓方式對(duì)工作在小流量供氣和泄漏量變化不大的情況下尚可，若需 大流量供氣或泄漏量變化較大的情況下就極易自激振蕩。因?yàn)椴煌牧髁窟_(dá)到壓 力穩(wěn)定的時(shí)間是不同的，此值是非線性成倍增長(zhǎng)的，且手術(shù)中的擾動(dòng)造成泄漏量 的不確定性，因此很難選取合適的調(diào)控周期和獲取正確的實(shí)際壓力值，極易造成 調(diào)控失步或超調(diào)振蕩。
這些調(diào)控模式的氣腹機(jī)由于在檢測(cè)周期中為獲取等效腔體壓力值而采用暫燈 供氣或大幅度限流供氣，氣流不可避免是脈沖狀的，因此，我們把它通稱之為脈 沖調(diào)控氣腹機(jī)。
根據(jù)我們的觀察和檢測(cè)，在相對(duì)靜態(tài)的情況下，脈沖壓力峰值都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了設(shè) 定壓力值。而在泄氣量變化較大的動(dòng)態(tài)情況下，氣腹機(jī)輸氣最高壓力甚至可以達(dá) 到5. 3KPa〖即為40咖Hg2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了臨床安全壓力值界2KPa〖即為15咖Hg〗。 我們認(rèn)為，此時(shí)氣腹機(jī)呈振蕩狀態(tài)，腹腔內(nèi)壓力始終處于變化和不確定之中，使 手術(shù)操作過(guò)程中壓力變得不可掌控。其極高的脈沖壓力伴隨著手術(shù)時(shí)間的延長(zhǎng)極 可能會(huì)增加患者風(fēng)險(xiǎn)。
脈沖調(diào)控式氣腹機(jī)在硬件構(gòu)成上一般是比例調(diào)節(jié)阓連接儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐前部 再設(shè)開(kāi)關(guān)閥。采用比例調(diào)節(jié)閥或定流開(kāi)關(guān)閥(通路一般整定為某一固定流量值，以 大、中、小標(biāo)設(shè)。)作為調(diào)控執(zhí)行件。定流開(kāi)關(guān)閥調(diào)流能力是比較粗略的.，比例 調(diào)節(jié)閥由于其結(jié)構(gòu)的原因存在著不可避免的的特性缺陷。
壓力比例調(diào)節(jié)閥(詳見(jiàn)圖14一b)或流量比例調(diào)節(jié)閥(詳見(jiàn)圖14一a)的輸出特 性是扭曲非線性的， 一個(gè)控制量卻有二個(gè)輸出量與之對(duì)應(yīng)。調(diào)控時(shí)要顧及上次控 制點(diǎn)的位置，增量控制與減量控制走的是二條曲線。若控制轉(zhuǎn)向，則會(huì)出現(xiàn)一段不敏感區(qū)。這是閥的遲滯造成的?？刂茡Q向時(shí)，雖然控制值變了，但輸出值不變。 只有越過(guò)不敏感區(qū)，移到另一條控制曲線上，才能使輸出量得到控制。而且，比 例壓力調(diào)節(jié)閥或比例流量調(diào)節(jié)閥的輸出特性在小控制量段和大控制量段非線性特 別嚴(yán)重，微控制量附近存在一個(gè)控制盲區(qū)。
由于調(diào)控周期長(zhǎng)，線性度差，存在遲滯和不敏感區(qū)，因此調(diào)控精度不高，微 壓無(wú)法掌控。高端氣腹機(jī)控壓起點(diǎn)一般僅為5mraHglI即為667Pa2，而一些腔鏡手 術(shù)(如甲狀腺或新生兒)氣腹機(jī)控壓一般定為5-8咖Hg l!即〈1066Pa11，當(dāng)離神經(jīng)中 樞很近時(shí)，控壓值5mmHglI即為667Pa2為臨床安全壓力要求，如有效控壓裕度不 足，就會(huì)帶耒不確定的風(fēng)險(xiǎn)性。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷,本發(fā)明提供一種壓力流量控制精密、 輸氣持續(xù)平穩(wěn)、安全可靠的、能夠極微壓控壓供氣、適應(yīng)大小術(shù)腔的大泄露量下 的控壓的智能化恒壓變流氣腹機(jī)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
一種智能化恒壓變流氣腹機(jī)，包括用于連通外界氣源、并向機(jī)器供氣的減壓 閥，還包括
具有緩沖氣流、濾波作用的術(shù)腔壓力等效器，術(shù)腔壓力等效器呈容器狀并通 過(guò)一根輸氣管直接連通手術(shù)腔體；
用于控制向手術(shù)腔體輸氣流量的數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥，由N個(gè)受
控于微電腦的高速電磁闊同步并聯(lián)分流，N為電磁閥的個(gè)數(shù)，N為自然數(shù)且N》2，
每個(gè)高速電磁閥串接一精密節(jié)流閥，各個(gè)高速電磁閥對(duì)應(yīng)的精密節(jié)流閥的管道通
路流量大小依序設(shè)置為2X流量基值、2X流量基值、…2 X流量基值，
其中，流量基值為最低位的流量設(shè)定值；
減壓閥、流量并聯(lián)控制閥、壓力等效器依次連接；用于測(cè)量手術(shù)腔體氣壓的微壓傳感器，微壓傳感器的測(cè)壓點(diǎn)靠近壓力等效器 與輸氣管連接部，微壓傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊輸送到微電腦；
數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制闊、術(shù)腔壓力等效器、微電腦組成精確模擬術(shù) 腔壓力的數(shù)字化線性流量調(diào)控組件；
所述的微電腦內(nèi)包含壓力流量控制單元
由數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥的控制碼值換算獲取輸出流量現(xiàn)值，根據(jù) 預(yù)存的輸氣管壓力損失AP隨流量變化的標(biāo)定曲線，獲取當(dāng)前流量下的AP值；
計(jì)算出術(shù)腔壓力等效器此瞬時(shí)的控壓值P控寸設(shè)+AP， P設(shè)是期望控壓值；
壓力檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換模塊獲取氣輸出口的壓力現(xiàn)值P測(cè)，求得壓力偏差值A(chǔ)P 差值-P控一P測(cè)；
根據(jù)壓力偏差值A(chǔ)P差值，采用比例積分壓力流量閉環(huán)法進(jìn)行調(diào)控，使壓力偏
差值A(chǔ)P差值趨向于零。
在這里，我們要說(shuō)明的是，調(diào)控過(guò)程不是一次到位的，而是連續(xù)自適應(yīng)調(diào)節(jié) 智能逼近的過(guò)程。因?yàn)槊看握{(diào)控，流量的輸出值就會(huì)變化，計(jì)算所得的壓力損失 A P值也跟著變化，術(shù)腔壓力等效器下一調(diào)控周期的實(shí)際控壓值P控也就改變了 。
因此，術(shù)腔壓力等效器的控壓值P控是浮動(dòng)的，是一個(gè)不斷調(diào)整流量輸出量以適 應(yīng)用氣量和泄氣量變化的連續(xù)調(diào)控過(guò)程。本發(fā)明采用高速電磁閥同步并聯(lián)分流， 系統(tǒng)可以每秒近百次的速率進(jìn)行調(diào)控，很快就能使輸出流量與手術(shù)腔體用氣量相
適應(yīng)，手術(shù)腔體的壓力能被牢牢地掌控在期望控壓值P設(shè)上。本發(fā)明采用獨(dú)特的 調(diào)控理念，能提供持續(xù)平穩(wěn)的氣體流，確保手術(shù)腔體內(nèi)的實(shí)際壓力值被牢牢地掌 控在期望值上。
進(jìn)一步，為了確保恒壓平穩(wěn)供氣，給醫(yī)生穩(wěn)定的手術(shù)視野和空間，不給病人 造成任何額外傷害，所述的微電腦內(nèi)的壓力流量控制單元采用壓力偏差值A(chǔ)P差 值分級(jí)調(diào)壓模塊。本發(fā)明專門編制了以比例、積分閉環(huán)控制為核心的控壓點(diǎn)分級(jí)浮動(dòng)的具有動(dòng) 態(tài)壓力補(bǔ)償?shù)闹骺爻绦?主控程序流圖見(jiàn)圖5)。跟據(jù)用戶壓力的設(shè)定值，設(shè)備智 能地確定每次調(diào)壓的步距，以用戶壓力的設(shè)定值為限，控壓值的增量不得超過(guò)調(diào) 壓的步距值。因此，升壓過(guò)程是階梯形的，以當(dāng)時(shí)壓力的實(shí)測(cè)值加上調(diào)壓的步距 值作為下個(gè)調(diào)控周期的控壓值，整個(gè)調(diào)壓過(guò)程都是受控的，輸出壓力過(guò)沖量很小。 而且，以限幅增量的形式確定流量的調(diào)整量，確保供氣持續(xù)平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生脈沖 狀沖擊。通過(guò)高速精密調(diào)控，在術(shù)腔壓力等效器內(nèi)建立了與用戶壓力設(shè)定量和用 戶動(dòng)態(tài)用氣量相對(duì)應(yīng)的精密壓力源，確保用戶端的流量變化平穩(wěn)，壓力值精確穩(wěn) 定。
更進(jìn)一步，分級(jí)調(diào)壓模塊的調(diào)壓的步距P步距，我們是這樣確定的。根據(jù)用戶 設(shè)定的期望控壓P設(shè)分成N份，N為自然數(shù)，分別標(biāo)稱為l、 2、 3、 4…N,即P 步距二1/NP設(shè)。步距的取值范圍為P步距下限《P步距《P步距上限。若求得的P步距 大于上限恒取P步距上限，求得的P步距小于下限則恒取P步距下限。開(kāi)機(jī)后第一個(gè) 調(diào)控周期動(dòng)態(tài)的期望控壓值P動(dòng)設(shè)二P步距，即P控-P步距+AP。以后的調(diào)控周期 的動(dòng)態(tài)期望控壓值則為P動(dòng)設(shè)二P測(cè)+ P步距，直至P動(dòng)設(shè)二P設(shè)，以期望的控壓值P 設(shè)為限。因此，實(shí)際上的控壓值是動(dòng)態(tài)變化的，控壓過(guò)程也包含有控壓值P控二P 動(dòng)設(shè)+ A P值不斷向P設(shè)+ A P逼近的過(guò)程。N、 P步距上限和P步距下限的取值應(yīng)綜合考 慮氣腹機(jī)的控壓范圍、控壓精度和流量基值等因素，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析確定。
進(jìn)一步，所述的微電腦包括輸氣管壓力損失AP隨流量變化的標(biāo)定模塊AP 采用分段線性擬合，基體的計(jì)算公式是APi=KiAIi+Ci，其中I為流量瞬時(shí)值; i為分段序數(shù)，i為自然數(shù)，Ki為該分段的流量補(bǔ)償系數(shù)；Ci為該分段起始點(diǎn)的 補(bǔ)償量APi-1,即APi-l=Ci; AIi即為流量瞬時(shí)值I減去該分段起始點(diǎn)的流量 值Ii后剩下的余值，即厶11=1-11。
所述的微壓傳感器包括兩個(gè)壓力傳感器，所述的兩個(gè)壓力傳感器并聯(lián)，所述
10兩個(gè)壓力傳感器連接微電腦主控單元，所述的微電腦主控單元還包括用于接收到 兩個(gè)壓力傳感器信號(hào)數(shù)值異?；驍?shù)值差異超限時(shí)發(fā)出切斷流量并聯(lián)控制閥和打開(kāi) 安全泄壓閥指令的故障處理模塊。
再進(jìn)一步，所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)還包括自排水高精度過(guò)濾器，所述 氣源連接所述自排水高精度過(guò)濾器，所述自排水高精度過(guò)濾器連接精密減壓閥。 自排水高精度過(guò)濾器為手術(shù)腔提供潔凈干燥的氣體，防止雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部,延長(zhǎng) 數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥壽命。精密減壓閥為并聯(lián)調(diào)流提供精密低壓源， 確保調(diào)流精度。
再進(jìn)一步，所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)還包括安全泄壓閥，所述泄壓閥安 裝在輸氣管連接部上。
所述減壓閥為帶自加熱功能高壓減壓器，所述帶自加熱功能高壓減壓器通過(guò) 快速插拔自鎖接口連接中壓氣管，所述中壓氣管與智能化恒壓變流氣腹機(jī)所帶的 快速插拔接口相連。
再進(jìn)一步，所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)還包括液晶觸摸屏人機(jī)界面，所述 的微電腦連接所述液晶觸摸屏人機(jī)界面。
更進(jìn)一步，所述的微電腦還包括用于將壓力在顯示屏上以動(dòng)態(tài)曲線形式顯示
出來(lái)的壓力動(dòng)態(tài)顯示模塊，所述壓力動(dòng)態(tài)顯示模塊連接液晶觸摸屏人機(jī)界面。 本發(fā)明的控制原理
用一根輸氣管(通過(guò)穿刺器與硬視管鏡間充氣間隙)將手術(shù)腔體和智能化恒 壓變流氣腹機(jī)相連，在術(shù)中連續(xù)測(cè)壓供氣。根據(jù)手術(shù)腔體氣體動(dòng)態(tài)泄漏變化，按 設(shè)定壓力調(diào)節(jié)流量，使輸出流量與手術(shù)腔體用氣量相適應(yīng)，完成連續(xù)測(cè)壓供氣的 控制。
首先用一根輸氣管將手術(shù)腔體通過(guò)氣輸出口接口和術(shù)腔壓力等效器直接貫 通，中間無(wú)閥門隔離，壓力傳感器固定在氣輸出口上。當(dāng)輸氣管流量為零時(shí)，術(shù)腔壓力等效器壓力與手術(shù)腔體壓力相等。當(dāng)輸氣管 有固定流量通過(guò)時(shí)，精密壓力等效壓器壓力高于手術(shù)腔體壓力，存在壓差A(yù)P。 當(dāng)輸氣管流量動(dòng)態(tài)變化時(shí)，則AP也動(dòng)態(tài)變化。我們建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型耒動(dòng)態(tài) 擬合氣流從術(shù)腔壓力等效器傳輸?shù)绞中g(shù)腔體所經(jīng)管路造成的壓力損失AP。必須 指出，輸氣管要有確定的長(zhǎng)度，輸氣管路要有確定的通徑，只有這樣，所經(jīng)管路 所造成的壓力損失AP才可精確的擬合。因?yàn)?，輸氣管的長(zhǎng)度或通徑任一變化， 壓力損失AP也隨之變化。在微電腦控制下，進(jìn)行高速連續(xù)動(dòng)態(tài)擬合調(diào)控，動(dòng)態(tài) 跟隨手術(shù)腔體術(shù)中流量、泄漏和壓力變化，控壓精度不受術(shù)腔尺寸的影響，它能 夠在微壓條件下控壓調(diào)流供氣，可滿足腔鏡各術(shù)種的壓力安全需求。
本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用了下列結(jié)構(gòu)
一個(gè)自加熱高壓減壓器(參見(jiàn)圖18)。在二氧化碳?xì)馄扛邏汗鈺r(shí)，需配置 帶自加熱功能高壓減壓器，防止大流量條件下將減壓器件凍住，影響減壓功能。 高壓減壓器將壓力降至0.3MPa(中壓輸出)。利用快速插拔自鎖接口連接中壓氣 管，與智能化恒壓變流氣腹機(jī)所帶的快速插拔接口相連。
進(jìn)一步，所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)的高壓或中壓供氣方式可選，其特征
在于當(dāng)高壓供氣即二氧化碳?xì)馄扛邏汗鈺r(shí)，由自加熱高壓減壓器減壓成中壓
供氣。當(dāng)選用中壓供氣即中央供氣系統(tǒng)供氣時(shí)，可用中壓氣管直接與智能化恒壓
變流氣腹機(jī)所帶的快速插拔接口相連。中壓供氣壓力變化范圍在0.2MPa
0.6MPa，本發(fā)明均能正常工作。
一個(gè)自排水高精度過(guò)濾器和精密減壓閥組合，自排水高精度過(guò)濾器為手術(shù)腔
提供潔凈干燥的氣體，防止雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部，延長(zhǎng)數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制
閥壽命。精密減壓閥，將壓力降到約0.02MPa，為并聯(lián)調(diào)流提供精密低壓源，確
保調(diào)流精度。
一組數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥、術(shù)腔壓力等效器、微電腦主控單元組成的數(shù)字化線性流量調(diào)控組件，在微電腦控制下，進(jìn)行高速連續(xù)動(dòng)態(tài)擬合調(diào)控， 動(dòng)態(tài)跟隨手術(shù)腔體術(shù)中流量、泄漏和壓力變化，控壓精度不受術(shù)腔尺寸的影響， 它能夠在微壓條件下控壓調(diào)流供氣，可滿足腔鏡各術(shù)種的壓力安全需求消除氣流 波動(dòng)，精確模擬術(shù)腔壓力。
一個(gè)由雙精密集成微壓傳感器、高精度A/D轉(zhuǎn)換模塊，液晶觸摸屏人機(jī)界面 等組成比例積分壓力流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，完成設(shè)備安全自檢和流量壓力調(diào)控。
一個(gè)安全泄壓閥固定在氣輸出口(參見(jiàn)圖1)，在設(shè)備故障時(shí)、在輸氣壓力超 上限時(shí)或外力擠壓手術(shù)腔體造成壓力突然上沖時(shí)，作緊急泄壓用，確保供氣安全。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于-
(1) 以觸摸屏為媒體，具有雙向智能友好的人機(jī)界面
中英文界面可供選擇(如果需要，可提供幾十種語(yǔ)種的界面)，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、 幫助信息顯示正確清晰，故障報(bào)警信息顯示智能自動(dòng)，操作者參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)便快捷。 氣腹機(jī)的主要參數(shù)(壓力和流量現(xiàn)值)采用數(shù)字量和棒形圖同時(shí)顯示，便于觀察。 而脈沖調(diào)控氣腹機(jī)一般只有液晶數(shù)顯。
(2) 采用雙傳感器并行檢測(cè)
為確保設(shè)備壓力檢測(cè)的穩(wěn)定可靠，先對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理、分析判斷， 確定數(shù)據(jù)真實(shí)可信，再用于控制，確保設(shè)備壓力檢測(cè)的安全、穩(wěn)定、可靠。而脈 沖調(diào)控式氣腹機(jī)一般是單傳感器測(cè)壓，用閥門切換檢測(cè)控壓點(diǎn)或檢測(cè)管道回送壓 力。
(3) 具有智能適應(yīng)外接器件通徑流量變化的功能
內(nèi)建術(shù)腔壓力等效器，與用戶腔體直接連通，能迅速正確地反映用戶腔體的 壓力變化和流量需求。根據(jù)用氣量的變化，精確計(jì)算輸氣通道和管路的壓力損失， 智能確定壓力補(bǔ)償值和最佳流量值。以限幅增量的形式調(diào)控逼近，確保用戶端的 流量變化持續(xù)平穩(wěn)，壓力值穩(wěn)定不變。而脈沖調(diào)控式氣腹機(jī)對(duì)大流量、大變化量
13供氣極易產(chǎn)生超調(diào)自激。 (4)供氣持續(xù)平穩(wěn)
本發(fā)明能無(wú)間斷的測(cè)壓和按需無(wú)間斷的輸氣，求取壓力偏差值后，通過(guò)計(jì)算 確定流量的增量，以限幅增量的形式調(diào)控，改變流量的輸出量。調(diào)控連續(xù)往復(fù)進(jìn) 行，流量連續(xù)提供。而脈沖調(diào)控式氣腹機(jī)采用脈沖的調(diào)控方式，在檢測(cè)管道回送 壓力周期時(shí)，暫時(shí)斷流或限流為輸出量的10—40%，因此，輸氣形式不可避免呈 斷續(xù)脈沖狀。
5)可微壓微量控壓供氣，滿足所有腔鏡手術(shù)的安全需求
本發(fā)明數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥在微電腦控制下，數(shù)字化高速精確調(diào) 流。.當(dāng)術(shù)中氣流泄漏時(shí)，壓力反映的動(dòng)態(tài)跟隨性和精度不受術(shù)腔.尺寸的影響， 控制精確度大大提高。即使把控壓點(diǎn)逸定在lnmiHgP卩為133Pa2，.手術(shù)腔體容積
為0.5LK即為0.0005ra311時(shí)，也能精確控壓可靠供氣。而脈沖調(diào)控式氣腹機(jī)在 〈3.5mmHg〖即為466Pa2以下是控壓盲區(qū)，超小腔體供氣容易自激振蕩。
(6) 壓力、流量動(dòng)態(tài)參量可追溯(詳見(jiàn)圖3)
具有對(duì)壓力、流量等動(dòng)態(tài)參量的可追溯性，能在顯示屏上以動(dòng)態(tài)曲線形式顯 示出耒。并可偏移時(shí)標(biāo)獲取某一時(shí)刻瞬時(shí)值。而脈沖調(diào)控氣腹機(jī)無(wú)此功能。
(7) 供氣潔凈干燥
為確保供氣潔凈干燥，本氣腹機(jī)內(nèi)配置高精度自動(dòng)排水過(guò)濾裝置。本發(fā)明采 用進(jìn)氣高壓側(cè)過(guò)濾，對(duì)出氣壓力沒(méi)有影響。過(guò)濾方式為立體精細(xì)式，過(guò)濾面積大， 氣阻小，精度高。而脈沖調(diào)控氣腹機(jī)過(guò)濾一般設(shè)在氣輸出口，采用平面式過(guò)濾， 過(guò)濾面積小，氣阻大，為減少輸氣口壓力損失，過(guò)濾精度只能較低。
(8) 供氣方式可選擇
本氣腹機(jī)工作在中壓狀態(tài)下，與醫(yī)院的中央供氣系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，可通過(guò)"中壓 輸氣管"直接與中央供氣系統(tǒng)相連。若氣瓶供氣，也可配置一個(gè)自加熱高壓減壓
14器(參見(jiàn)圖18)。 二種供氣方式，氣腹機(jī)均能正常工作。而脈沖調(diào)控氣腹機(jī)一般是 高壓直接供氣，與醫(yī)院的中央供氣系統(tǒng)相連接前必須打開(kāi)機(jī)箱，調(diào)整內(nèi)部配置。


圖1是智能化恒壓變流氣腹機(jī)結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖2是常規(guī)工作狀態(tài)主控屏；
圖3是壓力流量動(dòng)態(tài)記錄屏；
圖4是數(shù)字化線性流量調(diào)控組件；
圖5是主控程序流圖
圖6是工作狀態(tài)選擇屏；
圖7是氣腹針穿刺工作狀態(tài)控制屏；
圖8是設(shè)備故障屏；
圖9是術(shù)腔壓力等效器簡(jiǎn)要示意圖10是實(shí)施例系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖11是八位數(shù)字化線性流量調(diào)控組件(根據(jù)流量及精度設(shè)計(jì)需求可增加)； 圖12是本發(fā)明智能化恒壓變流氣腹機(jī)的壓力動(dòng)態(tài)曲線； 圖13是脈沖調(diào)控氣腹機(jī)的壓力動(dòng)態(tài)曲線； 圖14是三種調(diào)控閥件的輸出特性曲線； 圖15是一種脈沖調(diào)控氣腹機(jī)控制原理圖； 圖16是一種脈沖調(diào)控氣腹機(jī)周期控制波形圖； 圖17是一種改進(jìn)型脈沖調(diào)控氣腹機(jī)； 圖18是自加熱高壓減壓閥。 具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
實(shí)施例1參照?qǐng)Dl一圖12、圖14， 一種智能化恒壓變流氣腹機(jī)包括用于連通外界氣源、 并向機(jī)器供氣的減壓閥，還包括具有緩沖氣流、濾波作用的術(shù)腔壓力等效器， 壓力等效器呈容器狀并通過(guò)一根輸氣管直接連通手術(shù)腔體；用于控制向手術(shù)腔體 輸氣流量的數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥，由N個(gè)受控于微電腦的高速電磁閥 同步并聯(lián)分流，N為電磁閥的個(gè)數(shù)，N為自然數(shù)且N》2，每個(gè)高速電磁閥串接一 精密節(jié)流閥，各個(gè)高速電磁閥對(duì)應(yīng)的精密節(jié)流閥的管道通路流量大小依序設(shè)置為
N—l N—2 N—N
2 X流量基值、2 X流量基值、…2 X流量基值，其中，流量基值為最低位 的流量設(shè)定值；
精密減壓閥、流量并聯(lián)控制閥、術(shù)腔壓力等效器依次連接；
用于測(cè)量手術(shù)腔體氣壓的微壓傳感器，微壓傳感器的測(cè)壓點(diǎn)靠近壓力等效器 與輸氣管連接部，微壓傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊輸送到微電腦；
數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥、術(shù)腔壓力等效器、微電腦組成精確模擬術(shù) 腔壓力的流量調(diào)控組件；
所述的微電腦內(nèi)包含壓力流量控制單元
由數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥的控制碼值換算獲取輸出流量現(xiàn)值，動(dòng)態(tài) 擬合氣流從術(shù)腔壓力等效器傳輸?shù)绞中g(shù)腔體途經(jīng)管路所造成的壓力損失AP;計(jì) 算出術(shù)腔壓力等效器此瞬時(shí)的控壓值 P控二P設(shè)+AP， P設(shè)是期望控壓值；
壓力檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換獲取氣輸出口的壓力現(xiàn)值P測(cè)，求得壓力偏差值A(chǔ)P差值二P 控—P測(cè)；
根據(jù)壓力偏差值A(chǔ)P差值，采用比例積分壓力流量閉環(huán)法進(jìn)行調(diào)控，使壓力偏 差值A(chǔ)P差值趨向于零。
本實(shí)施例的調(diào)控過(guò)程不是一次到位的，而是連續(xù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)智能逼近的過(guò)程。 因?yàn)槊看握{(diào)控，流量的輸出值就會(huì)變化，計(jì)算所得的壓力損失AP值也跟著變化, 術(shù)腔壓力等效器下一調(diào)控周期的實(shí)際控壓值P控也就改變了。因此，術(shù)腔壓力等效器的控壓值P控是浮動(dòng)的，是一個(gè)不斷調(diào)整流量輸出量以適應(yīng)用氣量和泄氣量 變化的連續(xù)調(diào)控過(guò)程。本發(fā)明采用高速電磁閥同步并聯(lián)分流，系統(tǒng)可以每秒近百 次的速率進(jìn)行調(diào)控，很快就能使輸出流量與手術(shù)腔體用氣量相適應(yīng)，手術(shù)腔體的
壓力能被牢牢地掌控在期望控壓值P設(shè)上。本發(fā)明采用獨(dú)特的調(diào)控理念，能提供 持續(xù)平穩(wěn)的氣體流，確保手術(shù)腔體內(nèi)的實(shí)際壓力值被牢牢地掌控在期望值上。
本發(fā)明專門編制了以比例、積分閉環(huán)控制為核心的控壓點(diǎn)分級(jí)浮動(dòng)的具有動(dòng) 態(tài)壓力補(bǔ)償?shù)闹骺爻绦?主控程序流圖見(jiàn)圖5)。跟據(jù)用戶壓力的設(shè)定值，設(shè)備智 能地確定每次調(diào)壓的步距，以用戶壓力的設(shè)定值為限，控壓值的增量不得超過(guò)調(diào) 壓的步距值。因此，升壓過(guò)程是階梯形的，以當(dāng)時(shí)壓力的實(shí)測(cè)值加上調(diào)壓的步距 值作為下個(gè)調(diào)控周期的控壓值，整個(gè)調(diào)壓過(guò)程都是受控的，輸出壓力過(guò)沖量很小。 而且，以限幅增量的形式確定流量的調(diào)整量，確保供氣持續(xù)平穩(wěn)，不會(huì)產(chǎn)生脈沖 狀沖擊。通過(guò)高速精密調(diào)控，在術(shù)腔壓力等效器內(nèi)建立了與用戶壓力設(shè)定量和用 戶動(dòng)態(tài)用氣量相對(duì)應(yīng)的精密壓力源，確保用戶端的流量變化平穩(wěn)，壓力值精確穩(wěn) 定。
為了確保恒壓平穩(wěn)供氣，給醫(yī)生穩(wěn)定的手術(shù)視野和空間，不給病人造成任何 額外傷害，所述的微電腦內(nèi)的壓力流量控制單元對(duì)壓力偏差值A(chǔ) P差值分級(jí)調(diào)壓模 塊。所謂調(diào)壓的步距P步距，我們是這樣確定的。根據(jù)用戶設(shè)定的期望控壓P設(shè)分 成N份，N為自然數(shù)，分別標(biāo)稱為l、 2、 3、 4…N，即p步距二l/N P設(shè)。步距的 取值范圍為P步距下限《P步距《P步距上限。若求得的P步距大于上限恒取P步距上限， 求得的P步距小于下限則恒取P步距下限。開(kāi)機(jī)后第一個(gè)調(diào)控周期動(dòng)態(tài)的期望控壓值 P動(dòng)設(shè)二P步距，艮卩P控-P步距+AP。以后的調(diào)控周期的動(dòng)態(tài)期望控壓值則為P動(dòng)設(shè)二P 測(cè)+P步距，直至P動(dòng)設(shè)-P設(shè)，以期望的控壓值P設(shè)為限。因此，實(shí)際上的控壓值是 動(dòng)態(tài)變化的，控壓過(guò)程也包含有控壓值P控^動(dòng)設(shè)+ △ P值不斷向P設(shè)+ A P逼近的 過(guò)程。N、 P步距上限和P步距下限的取值應(yīng)綜合考慮氣腹機(jī)的控壓范圍、控壓精度和流量基值等因素，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析確定。
以下結(jié)合本發(fā)明智能化恒壓變流氣腹機(jī)結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖作進(jìn)一步的說(shuō)明。本發(fā) 明是通過(guò)智能調(diào)流實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控壓的。本發(fā)明所述的數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制 閥、精密減壓閥和術(shù)腔壓力等效器組成數(shù)字化線性流量調(diào)控組件(參見(jiàn)圖4，簡(jiǎn)稱 流量調(diào)控組件)。它由精密減壓閥P提供精密低壓穩(wěn)壓源；數(shù)字化線性比例流量并 聯(lián)控制閥是由二個(gè)或以上同品種同規(guī)格的高速電磁閥作同步并聯(lián)分流，每個(gè)電磁 閥串接一精密節(jié)流閥J作精確調(diào)流且使輸出口綜合在一起；數(shù)字化線性比例流量 并聯(lián)控制閥的綜合輸出口與術(shù)腔壓力等效器相連接；流量整定的檢測(cè)點(diǎn)和輸出壓 力的監(jiān)控點(diǎn)在氣腹機(jī)氣輸出口。調(diào)節(jié)每一個(gè)精密節(jié)流閥，并通過(guò)該節(jié)流閥使每個(gè)
N-l
電磁閥管道通路流量大小依序設(shè)置為2 X流量基值，其中N為每個(gè)電磁閥序 數(shù)值，流量基值為最低位的流量設(shè)定值。這樣,就可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制組件平行供流， 組合控流。流量調(diào)控組件能很方便地實(shí)現(xiàn)二進(jìn)碼控流，為數(shù)字化控流，數(shù)字化閉 環(huán)控壓奠定了基礎(chǔ)。
數(shù)字化線性流量調(diào)控組件，其特征在于根據(jù)管路現(xiàn)狀逐路進(jìn)行流量整定，
流量控制碼與輸出流量值一一對(duì)應(yīng)，有效地消除內(nèi)阻壓降VR的影響，能進(jìn)行精確 的動(dòng)態(tài)流量積算和精確的動(dòng)態(tài)壓力補(bǔ)償。系統(tǒng)發(fā)出調(diào)控命令后，達(dá)到流量穩(wěn)定的 時(shí)間是常量，與流量的變化量無(wú)關(guān)。
注意，在滿足系統(tǒng)最高壓力最大流量需求的情況下，把精密減壓閥的控壓 點(diǎn)設(shè)定得盡可能低。壓力越低，系統(tǒng)內(nèi)部的流速就越低，系統(tǒng)調(diào)控響應(yīng)的要求就 越低，系統(tǒng)超調(diào)量就越小，系統(tǒng)閉環(huán)控制的特性曲線就越好。
本流量調(diào)控組件與脈沖調(diào)控氣腹機(jī)采用的調(diào)流閥件相比，其優(yōu)點(diǎn) 1，輸出特性曲線線性度好整個(gè)控制區(qū)都在受控狀態(tài)，沒(méi)有遲滯，沒(méi)有死區(qū)， 沒(méi)有不敏感區(qū)，可以用于精密的微壓微流量控制。附圖14為三種調(diào)控閥件的輸出 特性曲線。附圖14一C為本發(fā)明實(shí)施例8位并聯(lián)控制閥的輸出特性曲線，線性度
18很好。主控單元給出一個(gè)控制碼，只有唯一一個(gè)輸出總流量與之對(duì)應(yīng)。
2，流量控制精度高本流量調(diào)控組件是根據(jù)管路現(xiàn)狀逐路進(jìn)行流量整定，有
效地消除內(nèi)阻壓降VR的影響，精確輸出，最大誤差=最低位值的一半+各位電磁 閥流量整定誤差。因此，可根據(jù)流量瞬時(shí)值進(jìn)行動(dòng)態(tài)壓力補(bǔ)償，也可根據(jù)各電磁 閥開(kāi)通時(shí)間積算，較精確地進(jìn)行總用氣量的統(tǒng)計(jì)。
3是激勵(lì)響應(yīng)快，響應(yīng)時(shí)間恒定選用同品種同規(guī)格的高速電磁閥作同步并 聯(lián)分流。系統(tǒng)發(fā)出調(diào)控命令后，達(dá)到流量穩(wěn)定的時(shí)間是個(gè)常量，與流量的變化量 無(wú)關(guān)，使微壓微流量精密閉環(huán)控制系統(tǒng)能較容易地獲取較合適的調(diào)控周期和調(diào)控 參量，使系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力、系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)控性能得到了很大的提升。有 關(guān)上述內(nèi)容的進(jìn)一步說(shuō)明可參閱我們申報(bào)的發(fā)明專利"數(shù)字化線性比例流量并聯(lián) 控制閥"，申請(qǐng)?zhí)柣驅(qū)＠?hào)為03141700. 0。
本流量調(diào)控組件的術(shù)腔壓力等效器簡(jiǎn)要示意圖見(jiàn)圖10。我們是通過(guò)精密調(diào)控 術(shù)腔壓力等效器腔體內(nèi)的等效壓力耒保證手術(shù)腔體獲得期望的壓力值。術(shù)腔壓力 等效器是開(kāi)放式的，與手術(shù)腔體直接貫通，能直接反映手術(shù)腔體壓力流量變化的 情況。整個(gè)調(diào)控周期流量輸出沒(méi)有外加的任何阻隔和限制，因此流量是連續(xù)的。 我們建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，耒動(dòng)態(tài)擬合氣流從術(shù)腔壓力等效器傳輸?shù)绞中g(shù)腔體途 經(jīng)管路所造成的壓力損失AP。必須指出，輸氣管要有確定的長(zhǎng)度，輸氣管路要 有確定的通徑，只有這樣，途經(jīng)管路所造成的壓力損失AP才可精確的擬合。期 望控壓值Ps是己知的，輸出流量現(xiàn)值可由數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥的控制 碼值換算獲取，由此可計(jì)算出此時(shí)的AP，進(jìn)而可計(jì)算出術(shù)腔壓力等效器此瞬時(shí)
的控壓值 P控-P設(shè)+AP。
AP是非線性變化的，為了便于掌控，我們采用分段線性擬合。基體的計(jì)算 公式是APi-KiAIi+Ci。其中I為流量瞬時(shí)值；i為分段序數(shù)，分別標(biāo)稱為l、 2、 3、 4…；Ki為該分段的流量補(bǔ)償系數(shù)；Ci為該分段起始點(diǎn)的補(bǔ)償量APi-l，
19即APi-l《i; AIi即為流量瞬時(shí)值I減去該分段起始點(diǎn)的流量值Ii后剩下的余 值，即Ii。最佳分段點(diǎn)、Ki和Ci等參量需一定量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試后經(jīng)數(shù)學(xué) 統(tǒng)計(jì)分析后確定。每臺(tái)氣腹機(jī)由于其制造和裝配誤差及精密減壓閥壓力整定和精 密節(jié)流閥流量整定的誤差不同，還要作相應(yīng)的調(diào)整。只有這樣，我們才能獲取精 確的壓力損失AP值，達(dá)到精確控壓的目的。
根據(jù)壓力檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換獲取氣輸出口的壓力現(xiàn)值P測(cè)，我們就可求得壓力偏 差值A(chǔ)P差值:P控-P測(cè)。根據(jù)壓力偏差值A(chǔ)P差值，由微電腦主控單元的比例積分 壓力流量閉環(huán)控制程序進(jìn)行調(diào)控，使壓力偏差值A(chǔ)P差值趨向于零。在這里，我們 要說(shuō)明的是，調(diào)控過(guò)程不是一次到位的，而是連續(xù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)智能逼近的過(guò)程。 因?yàn)槊看握{(diào)控，流量的輸出值就會(huì)變化，計(jì)算所得的壓力損失AP值也跟著變化， 術(shù)腔壓力等效器下一調(diào)控周期的實(shí)際控壓值P控也就改變了。因此，術(shù)腔壓力等 效器的控壓值P控是浮動(dòng)的，是一個(gè)不斷調(diào)整流量輸出量以適應(yīng)用氣量和泄氣量 變化的連續(xù)調(diào)控過(guò)程。本發(fā)明采用高速電磁閥同步并聯(lián)分流，系統(tǒng)可以每秒近百 次的速率進(jìn)行調(diào)控，很快就能使輸出流量與手術(shù)腔體用氣量相適應(yīng)，手術(shù)腔體的
壓力能被牢牢地掌控在期望控壓值P設(shè)上。本發(fā)明釆用獨(dú)特的調(diào)控理念，能提供 持續(xù)平穩(wěn)的氣體流，確保手術(shù)腔體內(nèi)的實(shí)際壓力值被牢牢地掌控在期望值上。
為了確保恒壓平穩(wěn)供氣，給醫(yī)生穩(wěn)定的手術(shù)視野和空間，不給病人造成任何 額外傷害，本發(fā)明專門編制了以比例、積分閉環(huán)控制為核心的控壓點(diǎn)分級(jí)浮動(dòng)的 具有動(dòng)態(tài)壓力補(bǔ)償?shù)闹骺爻绦?主控程序流圖見(jiàn)圖5)。跟據(jù)用戶壓力的設(shè)定值， 設(shè)備智能地確定每次調(diào)壓的步距，以用戶壓力的設(shè)定值為限，控壓值的增量不得 超過(guò)調(diào)壓的步距值。因此，升壓過(guò)程是階梯形的，以當(dāng)時(shí)壓力的實(shí)測(cè)值加上調(diào)壓 的步距值作為下個(gè)調(diào)控周期的控壓值，整個(gè)調(diào)壓過(guò)程都是受控的，輸出壓力過(guò)沖 量很小。而且，以限幅增量的形式確定流量的調(diào)整量，確保供氣持續(xù)平穩(wěn)，不會(huì) 產(chǎn)生脈沖狀沖擊。通過(guò)高速精密調(diào)控，在術(shù)腔壓力等效器內(nèi)建立了與用戶壓力設(shè)定量和用戶動(dòng)態(tài)用氣量相對(duì)應(yīng)的精密壓力源，確保用戶端的流量變化平穩(wěn)，壓力 值精確穩(wěn)定。
參照?qǐng)D10，此為本發(fā)明智能化恒壓變流氣腹機(jī)的實(shí)施例系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖。圖11 為實(shí)施例八位數(shù)字化線性流量調(diào)控組件。C02高壓氣源(一般為8MPa)經(jīng)高壓減壓 閥(圖18為自加熱高壓減壓閥原理簡(jiǎn)圖)初次減壓和高精度過(guò)濾,成潔凈干燥的低 壓氣體(一般為0. 4MPa,本設(shè)備允許為0. 2MPa 0. 6MPa)，輸送給數(shù)字化線性流量 調(diào)控組件，由本發(fā)明作二次精密減壓和數(shù)字化線性流量調(diào)控。二次精密減壓將壓 力降到0.02MPa，形成精密低壓氣源。
該醫(yī)用智能化恒壓變流氣腹機(jī)選用0 10 KPa雙精密微壓傳感器并聯(lián)測(cè)壓， 以確保測(cè)壓數(shù)據(jù)的可信度。系統(tǒng)以嵌入式微電腦系統(tǒng)作為微電腦主控單元，此系 統(tǒng)內(nèi)置多通道16位A/D轉(zhuǎn)換部分。選用10. 4"彩色液晶觸摸屏作為本實(shí)施例的 人機(jī)界面。系統(tǒng)主控單元的8位開(kāi)關(guān)量輸出口作為8位并聯(lián)高速電磁閥的控制接 口，根據(jù)流量控制二進(jìn)制的碼值，并行控制各電磁閥的開(kāi)關(guān)。系統(tǒng)調(diào)流范圍為0
25. 5L/ min(O. 0255 mVrain),流量控制精度為《士0. 1L / min(O. 0001 mVmin)。 輸入控制主控單元的控制程序和觸摸屏的圖象程序，即組成了調(diào)流范圍為0 25L
/ min(O. 025 ra3/rain)，控壓范圍為0 4KPa(30mmHg)的氣腹機(jī)。 上述實(shí)施例的氣腹機(jī)與脈沖調(diào)控氣腹機(jī)系統(tǒng)相比有明顯的優(yōu)點(diǎn)
1) 即用一根輸氣管完成無(wú)周期變化的連續(xù)測(cè)壓供氣，根據(jù)泄漏量引起術(shù)腔壓變 化情況智能化調(diào)節(jié)流量輸出，以設(shè)定壓為目標(biāo)完成對(duì)壓力點(diǎn)的跟蹤控制。
2) 激勱響應(yīng)快，超調(diào)量小，壓力偏差修正快，抗擾動(dòng)能力強(qiáng)。從開(kāi)機(jī)啟動(dòng)到壓 力達(dá)到壓力設(shè)定點(diǎn)值的動(dòng)態(tài)控制過(guò)程時(shí)間很短，很快壓力就穩(wěn)定下來(lái)，控壓 過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)壓力脈沖狀波動(dòng)自激振蕩現(xiàn)象，氣流輸出持續(xù)平穩(wěn)。
3) 控流精度高，控流范圍寬，可以進(jìn)行微量輸出。由于控制特性曲線線性度好(詳 見(jiàn)圖14-C本發(fā)明實(shí)施例輸出特性曲線)，沒(méi)有遲滯，沒(méi)有死區(qū)。以上述實(shí)施
21(0.0255 m/min)之間任意值，都能精確 地進(jìn)行流量控制，流量輸出值與其控制碼嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。 4)控壓精度高，控壓范圍寬，可以進(jìn)行微壓輸出。以上述實(shí)施例為例，可以把 輸出壓力設(shè)置在0. lKpa，也可設(shè)置在0 4KPa之間任意點(diǎn)，都能保證控壓精 度。
圖12是本發(fā)明智能化恒壓變流氣腹機(jī)的壓力動(dòng)態(tài)曲線，圖13是脈沖調(diào)控氣腹 機(jī)的壓力動(dòng)態(tài)曲線。動(dòng)態(tài)控壓性能優(yōu)劣一目了然，在此不作進(jìn)一步的評(píng)價(jià)。 實(shí)施例2
參照?qǐng)Dl、圖4、圖5、圖9~圖12，本實(shí)施例的微壓傳感器包括兩個(gè)壓力傳 感器，所述的兩個(gè)壓力傳感器并聯(lián)，所述兩個(gè)壓力傳感器連接微電腦主控單元， 所述的微電腦主控單元還包括用于接收到兩個(gè)壓力傳感器信號(hào)數(shù)值異?；驍?shù)值差 異超限時(shí)發(fā)出切斷流量并聯(lián)控制閥和打開(kāi)安全泄壓閥指令的故障處理模塊。
本實(shí)施例采用雙傳感器并行檢測(cè)。為確保設(shè)備壓力檢測(cè)的穩(wěn)定可靠，先對(duì)檢 測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理、分析判斷，確定數(shù)據(jù)真實(shí)可信，再用于控制，確保設(shè)備壓 力檢測(cè)的安全、穩(wěn)定、可靠。而脈沖調(diào)控式氣腹機(jī)一般是單傳感器測(cè)壓，用閥門 切換檢測(cè)控壓點(diǎn)或檢測(cè)管道回送壓力。
本實(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例3
參照?qǐng)Dl、圖4、圖5、圖9~圖12，本實(shí)施例的智能化恒壓變流氣腹機(jī)還包
括自排水高精度過(guò)濾器，所述氣源連接所述自排水高精度過(guò)濾器，所述自排水高
精度過(guò)濾器連接精密減壓閥。
本實(shí)施例采用一個(gè)自排水高精度過(guò)濾器和精密減壓閥組合，自排水高精度過(guò)
濾器為手術(shù)腔提供潔凈干燥的氣體，防止雜質(zhì)進(jìn)入機(jī)器內(nèi)部,延長(zhǎng)數(shù)字化線性比例
流量并聯(lián)控制閥壽命。精密減壓閥，將壓力降到約0.02MPa，為并聯(lián)調(diào)流提供精
22密低壓源，確保調(diào)流精度。
本實(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程與實(shí)施例2相同。 實(shí)施例4
參照?qǐng)Dl、圖4、圖5、圖9~圖12，本實(shí)施例的智能化恒壓變流氣腹機(jī)還包
括安全泄壓閥，所述泄壓閥安裝在輸氣管上。
一個(gè)安全泄壓閥固定在氣輸出口(參見(jiàn)圖1)，在設(shè)備故障時(shí)、在輸氣壓力超
上限時(shí)或外力擠壓手術(shù)腔體造成壓力突然上沖時(shí)，作緊急泄壓用，確保供氣安全。
本實(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程與實(shí)施例3相同。 實(shí)施例5
參照?qǐng)Dl一圖12、圖14和圖18，所述減壓閥為帶自加熱功能高壓減壓器， 所述帶自加熱功能高壓減壓器通過(guò)快速插拔自鎖接口連接中壓氣管，所述中壓氣 管與智能化恒壓變流氣腹機(jī)所帶的快速插拔接口相連。
一個(gè)自加熱高壓減壓器(參見(jiàn)圖18)。在二氧化碳?xì)馄扛邏汗鈺r(shí)，需配置 帶自加熱功能高壓減壓器，防止大流量條件下將減壓器件凍住，影響減壓功能。 高壓減壓器將壓力降至0.3MPa(中壓輸出)。利用快速插拔自鎖接口連接中壓氣 管，與智能化恒壓變流氣腹機(jī)所帶的快速插拔接口相連。
本實(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程與實(shí)施例4相同。
實(shí)施例6
參照?qǐng)Dl一圖12，本實(shí)施例的智能化恒壓變流氣腹機(jī)還包括液晶觸摸屏人機(jī) 界面，所述的微電腦連接所述液晶觸摸屏人機(jī)界面。
所述的微電腦還包括用于將壓力在顯示屏上以動(dòng)態(tài)曲線形式顯示出來(lái)的壓力 動(dòng)態(tài)顯示模塊，所述壓力動(dòng)態(tài)顯示模塊連接液晶觸摸屏人機(jī)界面。
本實(shí)施例的人機(jī)界面包括多語(yǔ)種界面，常規(guī)工作狀態(tài)或氣腹針穿刺充氣狀態(tài)的兩種可供選擇方式。主屏工作控制屏上的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、幫助和報(bào)警信息顯示
正確清晰，操作者參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)便快捷。氣腹機(jī)的主要參數(shù)(壓力和流量現(xiàn)值)采
用數(shù)字量和棒形圖同時(shí)顯示，便于觀察。
本實(shí)施例增設(shè)了壓力流量動(dòng)態(tài)記錄屏(詳見(jiàn)圖3)，具有對(duì)壓力、流量等動(dòng)態(tài)
參量的可追溯性，能在顯示屏上以動(dòng)態(tài)曲線形式顯示出來(lái)。設(shè)定控壓值，啟動(dòng)氣
腹機(jī)，控壓供氣，自動(dòng)把壓力、流量等動(dòng)態(tài)參量記錄下來(lái)并以動(dòng)態(tài)曲線形式顯示
出耒。要觀察動(dòng)態(tài)曲線，點(diǎn)觸工作控制屏右上角(詳見(jiàn)圖2常規(guī)工作狀態(tài)主控屏或
圖7氣腹針穿刺工作狀態(tài)控制屏)，即自動(dòng)轉(zhuǎn)到壓力流量動(dòng)態(tài)記錄屏。在此記錄屏
上，可觀察壓力、流量動(dòng)態(tài)曲線，并可偏移時(shí)標(biāo)獲取某一時(shí)刻瞬時(shí)值。這樣，使
用戶對(duì)本次控壓調(diào)流的全過(guò)程有了形象生動(dòng)的了解，還可結(jié)合呼吸、心率和血壓
等參量幫助對(duì)病理作量化的分析。
本實(shí)施例增設(shè)了氣腹針穿刺工作狀態(tài)控制屏。因氣腹針通氣管徑太細(xì)一般為 2ram，遠(yuǎn)小于穿刺器與硬視管鏡間充氣間隙，管壓降氣阻增大。根據(jù)氣腹針穿刺的 特定環(huán)境和特定要求，調(diào)整了動(dòng)態(tài)補(bǔ)償控制量，設(shè)定氣腹針穿刺工作狀態(tài)控制選 項(xiàng)。
本實(shí)施例配置了帶有CPU的可編程的具有雙向通訊功能的液晶觸摸屏(單色、 多色和彩色的均可)，具有友好的人機(jī)界面。設(shè)備開(kāi)機(jī)自檢正常后，即進(jìn)入工作狀 態(tài)選擇屏(詳見(jiàn)圖6)，用戶可根據(jù)醫(yī)生的習(xí)慣和手術(shù)的需要，選取工作狀態(tài)，設(shè) 備即自動(dòng)進(jìn)入相應(yīng)的程序分支(氣腹針穿刺工作狀態(tài)控制屏見(jiàn)圖7，常規(guī)工作狀態(tài) 主控屏見(jiàn)圖2)。若不作選擇，待命加法計(jì)數(shù)滿，即自動(dòng)轉(zhuǎn)向常規(guī)工作狀態(tài)主控屏。 在氣腹針穿刺工作狀態(tài)時(shí)，若穿刺后腔體的壓力已達(dá)到要求，設(shè)備也會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向 常規(guī)工作狀態(tài)主控屏。如圖2或圖7所示，在控制屏上，我們可以點(diǎn)觸幫助觸鍵， 獲取設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)信息、設(shè)備技術(shù)指標(biāo)和使用維護(hù)要點(diǎn)。當(dāng)設(shè)備故障報(bào)警時(shí)， 幫助觸鍵會(huì)閃爍，在主控屏下方會(huì)顯示故障信息，報(bào)警器鳴響，警示用戶。若發(fā)生測(cè)壓傳感器故障，壓力失控等重大故障，設(shè)備會(huì)自動(dòng)彈出設(shè)備故障屏。(圖8 為傳感器零位碼超差時(shí)彈出的設(shè)備故障屏，并提示你是否帶壓?jiǎn)?dòng)造成誤測(cè) 零。)。此時(shí)，會(huì)立即關(guān)閉所有輸氣閥，封閉任何操作，使用戶無(wú)法強(qiáng)行使用， 只能關(guān)機(jī)斷電送修。本設(shè)備在安全性方面考慮是周密的。
本實(shí)施例的其他結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程與實(shí)施例5相同。
權(quán)利要求
1、一種智能化恒壓變流氣腹機(jī)，包括用于連通外界氣源、并向機(jī)器供氣的減壓閥，其特征在于還包括具有緩沖氣流、濾波作用的術(shù)腔壓力等效器，壓力等效器呈容器狀并通過(guò)一根輸氣管直接連通手術(shù)腔體；用于控制向手術(shù)腔體輸氣的數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥，由N個(gè)受控于微電腦的高速電磁閥同步并聯(lián)分流，N為電磁閥的個(gè)數(shù)，N為自然數(shù)且N≥2，每個(gè)高速電磁閥串接一精密節(jié)流閥，各個(gè)高速電磁閥對(duì)應(yīng)的管道通路流量大小依序設(shè)置為2N-1×流量基值、2N-2×流量基值、…2N-N×流量基值，其中，流量基值為最低位的流量設(shè)定值；減壓閥、流量并聯(lián)控制閥、壓力等效器依次連接；用于測(cè)量手術(shù)腔體氣壓的微壓傳感器，微壓傳感器的測(cè)壓點(diǎn)靠近壓力等效器與輸氣管連接部，微壓傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊輸送到微電腦；數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥、術(shù)腔壓力等效器、微電腦組成精確模擬術(shù)腔壓力的數(shù)字化線性流量調(diào)控組件；所述的微電腦內(nèi)包含壓力流量控制單元由數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥的控制碼值換算獲取輸出流量現(xiàn)值，根據(jù)預(yù)存的輸氣管壓力損失ΔP隨流量變化的標(biāo)定曲線，獲取當(dāng)前流量下的ΔP值；計(jì)算出術(shù)腔壓力等效器此瞬時(shí)的控壓值P控＝P設(shè)+ΔP，P設(shè)是期望控壓值；壓力檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換模塊獲取氣輸出口的壓力現(xiàn)值P測(cè)，求得壓力偏差值ΔP差值＝P控-P測(cè)；根據(jù)壓力偏差值ΔP差值，采用比例積分壓力流量閉環(huán)法進(jìn)行調(diào)控，使壓力偏差值ΔP差值趨向于零。
2、 如權(quán)利要求1所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)，其特征在于所述的微電腦內(nèi)的 壓力流量控制單元采用壓力偏差值A(chǔ)P差值分級(jí)調(diào)壓模塊。
3、 如權(quán)利要求2所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)，其特征在于所述的壓力偏差值 AP差值是分級(jí)調(diào)壓模塊根據(jù)用戶設(shè)定的期望控壓P設(shè)分成N份，N為自然數(shù)， 分別標(biāo)稱為l、 2、 3、 4…N，艮卩P步距4/NP設(shè)；步距的取值范圍為P步距下限《P步距《p步距上限。若求得的p步距大于p步距上限恒取p步距上限，求得的p步距小于p步距下限則恒取P步距下限；開(kāi)機(jī)后第一個(gè)調(diào)控周期動(dòng)態(tài)的期望控壓值P動(dòng)設(shè)二P步距， 即P控-P步距+ AP，以后的調(diào)控周期的動(dòng)態(tài)期望控壓值則為P動(dòng)設(shè)-P測(cè)+ P步距，直 至P動(dòng)設(shè)-P設(shè)，以期望的控壓值P設(shè)為限。
4、 如權(quán)利要求1所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)，其特征在于所述的微電腦包括 輸氣管壓力損失AP隨流量變化的標(biāo)定模塊AP采用分段線性擬合，基體的計(jì) 算公式是APi-KiAIi+Ci，其中I為流量瞬時(shí)值；i為分段序數(shù)，i為自然數(shù)， Ki為該分段的流量補(bǔ)償系數(shù)；Ci為該分段起始點(diǎn)的補(bǔ)償量APi-l，即APi-l=Ci; AIi即為流量瞬時(shí)值I減去該分段起始點(diǎn)的流量值Ii后剩下的余值，即AIi=I-Ii。
5、 如權(quán)利要求3所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)，其特征在于所述的微電腦包括 輸氣管壓力損失AP隨流量變化的標(biāo)定模塊AP采用分段線性擬合，基體的計(jì) 算公式是APi=KiAIi+Ci，其中I為流量瞬時(shí)值；i為分段序數(shù)，i為自然數(shù)， Ki為該分段的流量補(bǔ)償系數(shù)Ci為該分段起始點(diǎn)的補(bǔ)償量APi-l，即APi-l=Ci;Ali即為流量瞬時(shí)值I減去該分段起始點(diǎn)的流量值Ii后剩下的余值，即Mi斗Ii。
6、 如權(quán)利要求1所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)，其特征在于所述的微壓傳感器 包括兩個(gè)壓力傳感器，所述的兩個(gè)壓力傳感器并聯(lián)，所述兩個(gè)壓力傳感器連接微 電腦主控單元，所述的微電腦主控單元還包括用于接收到兩個(gè)壓力傳感器信號(hào)數(shù) 值異?；驍?shù)值差異超限時(shí)發(fā)出切斷流量并聯(lián)控制閥和打開(kāi)安全泄壓闊指令的故障處理模塊。
7、 如權(quán)利要求5所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)，其特征在于所述的微壓傳感器 包括兩個(gè)壓力傳感器，所述的兩個(gè)壓力傳感器并聯(lián)，所述兩個(gè)壓力傳感器連接微 電腦主控單元，所述的微電腦主控單元還包括用于接收到兩個(gè)壓力傳感器信號(hào)數(shù) 值異?；驍?shù)值差異超限時(shí)發(fā)出切斷流量并聯(lián)控制閥和打開(kāi)安全泄壓閥指令的故障 處理模塊。
8、 如權(quán)利要求1-7之所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)，其特征在于所述的智能化 恒壓變流氣腹機(jī)還包括自排水高精度過(guò)濾器，所述氣源連接所述自排水高精度過(guò) 濾器，所述自排水高精度過(guò)濾器連接減壓閥。
9、 如權(quán)利要求8所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)，其特征在于所述的智能化恒壓 變流氣腹機(jī)還包括安全泄壓閥，所述泄壓閥安裝在氣輸出口上。
10、 如權(quán)利要求9所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)，其特征在于所述減壓閥為帶 自加熱功能高壓減壓器，所述帶自加熱功能高壓減壓器通過(guò)快速插拔自鎖接口連 接中壓氣管，所述中壓氣管與智能化恒壓變流氣腹機(jī)所帶的快速插拔接口相連。
11、 如權(quán)利要求9所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)，其特征在于所述的智能化恒 壓變流氣腹機(jī)還包括液晶觸摸屏人機(jī)界面，所述的微電腦連接所述液晶觸摸屏人 機(jī)界面。
12、 如權(quán)利要求11所述的智能化恒壓變流氣腹機(jī)，其特征在于所述的微電腦還 包括用于將壓力在顯示屏上以動(dòng)態(tài)曲線形式顯示出來(lái)的壓力動(dòng)態(tài)顯示模塊，所述 壓力動(dòng)態(tài)顯示模塊連接液晶觸摸屏人機(jī)界面。
全文摘要
一種智能化恒壓變流氣腹機(jī)，包括減壓閥、術(shù)腔壓力等效器、數(shù)字化線性比例流量并聯(lián)控制閥和微壓傳感器，微壓傳感器的測(cè)壓點(diǎn)靠近壓力等效器與輸氣管的連接部，微壓傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊輸送到微電腦；微電腦內(nèi)包含壓力流量控制單元根據(jù)預(yù)存的輸氣管壓力損失ΔP隨流量變化的標(biāo)定曲線，獲取當(dāng)前流量下的ΔP值，計(jì)算出術(shù)腔壓力等效器此瞬時(shí)的控壓值P_控＝P_設(shè)+ΔP，P_設(shè)是期望控壓值；壓力檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換模塊獲取氣輸出口的壓力現(xiàn)值P_測(cè)，求得壓力偏差值ΔP_差值＝P_控-P_測(cè)，根據(jù)壓力偏差值ΔP_差值，采用比例積分壓力流量閉環(huán)法進(jìn)行調(diào)控，使ΔP_差值趨向于零。本發(fā)明壓力流量控制精密、輸氣平穩(wěn)、能夠極微壓控壓供氣、適應(yīng)各種不同術(shù)種。
文檔編號(hào)A61B17/94GK101485591SQ20081003262
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2008年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月14日
發(fā)明者海 莊 申請(qǐng)人:海 莊