專利名稱：：抗血栓壓力循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型涉及醫(yī)療設(shè)備，特別涉及一種抗血栓壓力循環(huán)裝置。
背景技術(shù)：
：深靜脈血栓(deepvenousthrombosis,DVT)是指血液在靜脈系統(tǒng)不正常的凝結(jié)，阻塞某支深靜脈，導(dǎo)致血栓遠(yuǎn)側(cè)的靜脈血回流障礙而引起血液淤積、肢體腫脹。本病的早期治療至關(guān)重要，若治療不及時，其危險性在于深靜脈栓子脫落可造成致死性肺栓塞，病死率很高。隨著社會老齡化及醫(yī)學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高齡大手術(shù)病人日益增加，術(shù)后肢體深靜脈血栓形成病例也逐漸增多。長期以來，臨床均采用抬高患肢和術(shù)后早期活動作為預(yù)防深靜脈血栓形成的方法。目前許多學(xué)者認(rèn)為，傳統(tǒng)做法在血栓預(yù)防方面的作用不大，尤其是對血栓形成的高?；颊吒鼰o顯著臨床意義。目前主要的預(yù)防方法分為藥物預(yù)防和機(jī)械預(yù)防。藥物預(yù)防主要是抗凝藥物的應(yīng)用，在預(yù)防深靜脈血栓的形成方面已取得了很好效果。但是，藥物不能完全消除DVT,而且藥物有一定的副作用，對于很多中、低危重病人，不推薦藥物預(yù)防；有出血可能的DVT高危病人不能用抗凝藥物。機(jī)械預(yù)防主要通過促進(jìn)血液流動，達(dá)到預(yù)防DVT的目的，主要包括主動運(yùn)動、被動運(yùn)動、機(jī)械壓迫等。主動運(yùn)動是指鼓勵病人早期下床活動、不能下床者在床上主動屈伸四肢等；被動運(yùn)動是指被動按摩肢體腿部肌肉等；而機(jī)械壓迫是指目前常用的梯度減壓彈力襪。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種抗血栓壓力循環(huán)裝置，利用頻率接近于人體靜脈充盈時間的周期性肢體充氣加壓的一種機(jī)械方法，壓迫肢體靜脈中的靜脈血充分快速回流，防止血栓形成，達(dá)到預(yù)防肢體深靜脈血栓并減少抗凝藥物副作用的目的。本實用新型所采用的技術(shù)方案包括硬件控制電路和機(jī)械氣動裝置兩大部分。其中1、硬件控制電路包括微處理器模塊、信息存儲模塊、壓力傳感模塊、隔離控制模塊、電源模塊和人機(jī)交互模塊。其中微處理器通過i/o接口與人機(jī)交互模塊以及隔離控制模塊相連接，通過I2C總線與信息存儲模塊的AT24C64EEPROM通信，通過內(nèi)置的12位A/D轉(zhuǎn)換器，采集壓力傳感模塊的輸出信號，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號再進(jìn)行進(jìn)一步處理。電源模塊包括兩路隔離的5V和25V直流電源以及供給微處理器3.3￥直流電壓的轉(zhuǎn)換電路。其中5V電源給硬件控制電路供電，25V電源給機(jī)械氣動裝置供電。2、機(jī)械氣動裝置包括微型氣泵，五個串聯(lián)的斷電封氣的三通電磁閥，三個獨(dú)立氣囊以及若干氣管，機(jī)械氣動裝置由25V電源單獨(dú)供電，微型氣泵和電磁閥由隔離控制模塊控制其運(yùn)作。五個串聯(lián)電磁閥通過氣管與微型氣泵連通，前三個電磁閥的出氣口通過氣管與三個氣囊連通，第四個電磁閥的出氣口作為舒適空氣出口到氣囊周邊的排氣孔，第五個電磁閾的一個出氣口用于氣囊放氣，另一個口封閉。3、機(jī)械氣動裝置中的三通電磁閥的和微型氣泵由硬件控制電路中的隔離控制模塊控制。微處理器模塊所涉及的嵌入式軟件系統(tǒng)包括移植ucosll至MSP430F1611，實現(xiàn)順序、擠壓、同時三種不同的治療模式，軟件通過實現(xiàn)PID算法求取校正參數(shù)，并將校正參數(shù)保存至EEPROM并在下次開機(jī)使用，可以保證氣囊中實際壓力誤差經(jīng)過3個循環(huán)后小于5mmHg。治療過程中各項參數(shù)可在液晶顯示屏上實時顯示，同時各項治療參數(shù)都可在治療過程中隨時修改，并能保存?zhèn)€性化的治療參數(shù)，通過中英文兩種語言實現(xiàn)良好的人機(jī)交互界面。軟件系統(tǒng)能夠檢測硬件控制電路和機(jī)械氣動裝置的錯誤，監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)行，保證系統(tǒng)始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)-該裝置原理簡單、結(jié)構(gòu)緊湊，控制準(zhǔn)確，功能穩(wěn)定，患者舒適度和智能化程度高。圖1是本實用新型的硬件總體結(jié)構(gòu)示意圖2是本實用新型的機(jī)械氣動裝置結(jié)構(gòu)原理圖3是本實用新型的電路控制原理圖4是本實用新型的順序治療模式的運(yùn)行圖5是本實用新型的擠壓治療模式的運(yùn)行圖6是本實用新型的同時治療模式的運(yùn)行圖7是本實用新型的開機(jī)流程示意圖8是本實用新型四個任務(wù)與系統(tǒng)的關(guān)系圖9是本實用新型的每個子任務(wù)流程圖io是本實用新型系統(tǒng)軟件的菜單示意圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖和實例詳細(xì)說明本實用新型的細(xì)節(jié)。如圖1所示，本實用新型的硬件總體結(jié)構(gòu)包括硬件控制電路和機(jī)械氣動裝置，其中硬件控制電路包括微處理器模塊9、信息存儲模塊7、壓力傳感模塊8、隔離控制模塊IO、5V電源模塊11、25V電源模塊12、蜂鳴報警2、薄膜按鍵3、LED指示燈4和液晶顯示屏5，其中2、3、4、5組成人機(jī)交互模塊1。機(jī)械氣動裝置主要包括5個串聯(lián)電磁閥13、微型氣泵19、三個氣囊13、三通接頭16和導(dǎo)管18,其中13中的14為放氣口，15為舒適空氣出口。機(jī)械氣動裝置在硬件控制電路的控制下周期運(yùn)行，氣流由微型氣泵產(chǎn)生，通過電磁閥控制氣流進(jìn)入相應(yīng)的氣囊及舒適空氣出口，或者對某一氣囊進(jìn)行放氣。氣囊內(nèi)的氣壓由壓力傳感模塊采集，傳入微處理器，經(jīng)過處理后微處理器發(fā)出相應(yīng)的控制信號至隔離控制模塊，由隔離控制模塊直接控制微型氣泵和電磁閥。系統(tǒng)通過人機(jī)交互模塊顯示當(dāng)前狀態(tài)，并可通過該模塊更改狀態(tài)，信息存儲模塊主要用于保存參數(shù)，便于下次使用。以下，將詳細(xì)說明硬件控制電路和機(jī)械氣動裝置兩大部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖2作為圖1的一部分，是機(jī)械氣動裝置部分的原理圖，包括5個串聯(lián)的三通電磁閥13，一個微型氣泵19,三個氣囊17以及導(dǎo)管18、三通16等附屬裝置。具體實施方法如圖2所示，5個電磁閥(13-①、②、③、、⑤)呈氣路串行連接，串行氣路的起始端連接微型氣泵19,末端封閉；5個電磁閥中，①、②、③分別通過導(dǎo)管18和三通16連接腳踝、小腿、大腿的氣囊(17-①、②、③)，控制其充氣和放氣，電磁閥13-作為舒適風(fēng)出口到氣囊17周邊的排氣孔，控制是否提供舒適風(fēng)模式，電磁閥13-⑤作為公共的放氣閥，三通16的另外一端接圖1的壓力傳感模塊8。通過控制5個串聯(lián)電磁閥13以及微型氣泵19的組合通斷，可以巧妙的實現(xiàn)對任意一個或多個氣囊進(jìn)行充氣和放氣動作及對氣囊周邊輸出舒適風(fēng)。圖3為電路控制部分的原理圖。微處理器模塊1采用TI公司的16位單片機(jī)MSP430F1611，同時包括晶振、JTAG下載口等必要的外圍電路。隔離控制模塊8采用固態(tài)繼電器為主要部件，通過其內(nèi)部的光電耦合電路，保證硬件控制電路與氣路模塊相隔離。人機(jī)交互模塊包括液晶顯示電路2、LED驅(qū)動電路3、鍵盤電路4以及蜂鳴報警器5四個部分組成。信息存儲模塊6采用ATMEL公司的EEPROM芯片AT24C64。壓力傳感模塊7采用的是飛思卡爾公司的MPX505O壓力傳感器為核心部件。整個控制電路的工作方式簡述如下9為電源模塊，將5丫轉(zhuǎn)換為3.3￥電壓供微處理器模塊1使用，微處理器模塊1依照內(nèi)部的程序設(shè)定，通過P3口控制隔離控制模塊8中的6個固態(tài)繼電器，再由固態(tài)繼電器的輸出端控制微型氣泵和三通電磁閥。氣囊中氣體的壓力由壓力傳感模塊7采集，然后傳入微處理器1內(nèi)置A/D的輸入端，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供微處理器1處理，微處理器1同時負(fù)責(zé)將當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)傳至128X64液晶模塊2以及LED指示燈3顯示出來。微處理器1通使用I/O口作為液晶模塊2的數(shù)據(jù)線和控制線，通過電平轉(zhuǎn)換芯片后控制液晶模塊2的顯示。微處理器1輸出串行控制信號，通過串行轉(zhuǎn)并行芯片74HC595實現(xiàn)對LED驅(qū)動電路3的控制，以節(jié)省I/O口。薄膜按鍵4采用直接掃描方式，共8個按鍵，與微處理器l的P1口相連，按下時輸出高電平，松開輸出低電平。微處理器l通過一個I/0口控制蜂鳴報警器5，高電平時發(fā)出鳴音。6為信息存儲模塊，微處理器1通過三個I/O口模擬I2C總線控制其中的EEPROM存儲芯片AT24C64，在每次治療結(jié)束時，微處理器1將相關(guān)參數(shù)保存至信息存儲模塊6中，方便下次治療時使用同一組參數(shù)。圖2所述的氣路模塊其運(yùn)行方式在表1中做了說明。以腳踝氣囊17-①為例，其余類似。狀態(tài)1為充氣狀態(tài)，微型氣泵19打開，電磁閥13-①打開，電磁閥13-④、⑤關(guān)閉，微型氣泵輸出的氣流經(jīng)過電磁閥13-①進(jìn)入腳踝氣囊17-①，對其充氣；狀態(tài)2為壓力保持狀態(tài)，微型氣泵19關(guān)閉，電磁閥13-①、④、關(guān)閉，腳踝氣囊17-①處于壓力保持狀態(tài)；狀態(tài)3為放氣狀態(tài)，微型氣泵19關(guān)閉，電磁閾13-①、⑤打開，腳踝氣囊17-(D中的氣體經(jīng)電磁閥13-①、⑤流向外部大氣，直至內(nèi)外氣壓平衡，此為放氣狀態(tài)；狀態(tài)4為舒適風(fēng)狀態(tài)，微型氣泵19打開，電磁閥13-①、⑤關(guān)閉，電磁閥13-④打開，氣體經(jīng)過電磁閥13-進(jìn)入氣囊周邊的舒適風(fēng)出口，進(jìn)入舒適風(fēng)狀態(tài)。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表l、氣路模塊運(yùn)行方式(腳踝氣囊為例)圖4、圖5和圖6分別表示順序、擠壓和同時三種治療模式的運(yùn)行圖，且每種模式都可以開通舒適風(fēng)模式，由圖1中控制電路和機(jī)械氣動裝置組合實現(xiàn)。(1)圖4順序治療模式的實現(xiàn)方式在圖1中，首先通過微處理器9選通電磁閥13-①，驅(qū)動微型氣泵19對腳踝氣囊17-①進(jìn)行充氣，達(dá)到預(yù)設(shè)的值后，關(guān)閉電磁閥13-①，保持腳踝氣囊17-①上的氣體壓力，然后選通電磁閥13-②，驅(qū)動微型氣泵19對小腿氣囊17-②進(jìn)行充氣，達(dá)到預(yù)設(shè)的值后，關(guān)閉電磁閥13-②，保持小腿氣囊17-②上的壓力，同樣對大腿氣囊17-③進(jìn)行充氣。在氣囊17-①、②、③都保持相應(yīng)空氣壓力后，此時采樣三個氣囊部分的穩(wěn)定氣壓值，進(jìn)行PID計算，保證氣壓的穩(wěn)定。延時一段時間后，先打開電磁閥13-①、⑤，釋放腳踝氣囊17-①上的壓力，再打開電磁閥13-②、⑤，釋放小腿氣囊17-②上的壓力，最后打開電磁閥13-③、⑤，釋放小腿氣囊17-③上的壓力。待所有壓力都釋放后，延時一段時間等待靜脈充盈，此時如果開通舒適風(fēng)模式，則開啟微型氣泵19和電磁閥13-@，對氣囊周邊輸出舒適風(fēng)。延時結(jié)束后啟動下一個循環(huán)。(2)圖5擠壓治療模式的實現(xiàn)方式在圖1中，進(jìn)行壓力釋放前的動作與順序治療模式相同。壓力保持一段時間后，同時打開電磁閥13-①、②、③、，釋放施加在氣囊17-①、②、③的壓力，延時一段時間等待靜脈充盈，此時如果開通舒適風(fēng)模式，則開啟微型氣泵19和電磁閥13-，對氣囊周邊輸出舒適風(fēng)。延時結(jié)束后啟動下一個循環(huán)。(3)圖6同時治療模式的實現(xiàn)方式在圖1中，首先通過微處理器19選通電磁閥13-①、②、③，驅(qū)動微型氣泵19對腳踝氣囊17-①、小腿氣囊17-②和大腿氣囊17-③同時進(jìn)行充氣，達(dá)到預(yù)設(shè)的較小壓力值后，關(guān)閉三個電磁閥短暫延時；然后再打開電磁閥13-①、②、(D和微型氣泵19將三個氣囊的壓力充至預(yù)設(shè)的中等壓力，并短暫延時；最后同理將三個氣囊的壓力充至預(yù)設(shè)的最高壓力。在三個氣囊都保持相應(yīng)的壓力擠壓后，此時先后采樣三個部分的穩(wěn)定壓力值，進(jìn)行PID計算，保證壓力的穩(wěn)定。釋放壓力過程及舒適風(fēng)模式與擠壓模式相同。所述嵌入的嵌入式軟件根據(jù)系統(tǒng)需求，將任務(wù)劃分為(1)啟動及系統(tǒng)監(jiān)控任務(wù)負(fù)責(zé)啟動系統(tǒng)時鐘滴答，并接受來自其他任務(wù)模塊的錯誤信息，做出相應(yīng)處理后報警，任務(wù)優(yōu)先級0。(2)LCD刷新任務(wù)負(fù)責(zé)將系統(tǒng)采樣得到的壓力數(shù)據(jù)、治療序列、治療周期、治療剩余時間在LCD上動態(tài)顯示，任務(wù)優(yōu)先級9。(3)鍵盤任務(wù)負(fù)責(zé)接收來自鍵盤中斷的鍵盤消息，對鍵盤消息進(jìn)行解析，分析出鍵盤值，做出如下描述的相應(yīng)反應(yīng)為薄膜開關(guān)時，更新薄膜開關(guān)的指示燈，同時更新LCD上菜單提示符；如果為LCD對應(yīng)開關(guān)，則根據(jù)菜單的路由路徑對當(dāng)前菜單作出相應(yīng)的調(diào)整；如果為工程模式，則對將軟件模塊調(diào)整到工程模式下，并掛起主任務(wù)，進(jìn)入系統(tǒng)維修測試模式，任務(wù)優(yōu)先級l。(4)主任務(wù)負(fù)責(zé)判斷治療過程是否結(jié)束，解析更新治療模式，并開啟一個新的治療序列，任務(wù)優(yōu)先級3。開機(jī)流程示意圖見圖7，四個任務(wù)與系統(tǒng)的關(guān)系如圖8，每個子任務(wù)流程如圖9，在所述軟件中，由于在實際的系統(tǒng)設(shè)計中，壓力傳感器并不直接固定在氣囊上，因此當(dāng)微型氣泵向氣囊充氣時，存在過沖現(xiàn)象，實際上壓力傳感模塊采樣到的壓力值比氣囊中的壓力值要大的多，尤其是剛打開微型氣泵時，偏差特別大，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定，影響療效。在本軟件所述系統(tǒng)中，采用修正后的PID算法，保證壓力值的穩(wěn)定。由于本系統(tǒng)的控制輸入信號是周期采樣得到的離散壓力值，對連續(xù)模擬信號的PID公式進(jìn)行離散數(shù)字化后，得到本實用新型中的壓力控制式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>式中r-Af——采樣周期；"(")——第"次采樣值；——第n次采樣時的偏差值；——第/7-J次采樣時的偏差值。在所述系統(tǒng)中，t/(")是指微型氣泵充氣過程中，微型氣泵需要預(yù)充到的壓力值，e(n)指充氣平衡后壓力傳感模塊上得到的壓力值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值。對壓力系統(tǒng)來說，我們一般選擇T為68s，精心選取i^，T/，7b三個參數(shù)。通過此方法進(jìn)行校正，在低于五個充氣循環(huán)，所述軟件系統(tǒng)很快就能夠穩(wěn)定在所需要的壓力值周圍。在所述的軟件中，系統(tǒng)菜單見圖10，設(shè)計人機(jī)交互語言為簡體中文、繁體中文和英文三種語言。設(shè)計有幾組預(yù)設(shè)壓力值，如表2所示。設(shè)計治療時間分為<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1、一種抗血栓壓力循環(huán)裝置，其特征在于包括硬件控制電路和機(jī)械氣動裝置兩部分，其中(1)硬件控制電路包括微處理器模塊、信息存儲模塊、壓力傳感模塊、隔離控制模塊、電源模塊和人機(jī)交互模塊；其中微處理器模塊通過I/O接口與人機(jī)交互模塊以及隔離控制模塊相連接，并通過I2C總線與信息存儲模塊通信，通過內(nèi)置12位A/D轉(zhuǎn)換器采集壓力傳感模塊的輸出信號，電源模塊包括兩路隔離的直流電源以及供給微處理器直流電壓的轉(zhuǎn)換電路，分別給硬件控制電路供電和機(jī)械氣動裝置供電；(2)機(jī)械氣動裝置包括一個微型氣泵，五個串聯(lián)的斷電封氣三通電磁閥，三個獨(dú)立氣囊以及若干氣管；五個串聯(lián)電磁閥通過氣管與微型氣泵連通，其中前三個電磁閥的出氣口通過氣管分別與三個氣囊連通，第四個電磁閥的出氣口作為舒適空氣出口到氣囊周邊的排氣孔，第五個電磁閥的一個出氣口用于氣囊放氣，另一個口封閉；(3)機(jī)械氣動裝置中的三通電磁閥的和微型氣泵由硬件控制電路中的隔離控制模塊控制。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗血栓壓力循環(huán)裝置，其特征在于所述電源模塊包括兩路隔離的5V和25V直流電源以及供給微處理器3.3V直流電壓的轉(zhuǎn)換電路，其中5V電源給硬件控制電路供電，25V電源給機(jī)械氣動裝置供電。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗血栓壓力循環(huán)裝置，其特征在于所述的微處理器模塊采用自帶12位A/D轉(zhuǎn)換的16位單片機(jī)MSP430F1611以及相關(guān)外圍電路組成；信息存儲模塊核心采用AT24C64EEPROM;壓力傳感模塊包括3個MPX5050GP氣體壓力傳感器以及濾波電容；隔離控制模塊采用固態(tài)繼電器，由微處理器模塊的I/O口控制；電源模塊采用兩路隔離的5V和25V直^[電源分別對硬件控制電路和氣路模塊供電；人機(jī)交互模塊包括128X64點(diǎn)陣式液晶顯示屏、薄膜按鍵、蜂鳴報警和狀態(tài)指示燈。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗血栓壓力循環(huán)裝置，其特征在于所述機(jī)械氣動裝置中五個斷電封氣三通電磁閥呈串行連接，其中三個與氣囊連通的電磁閥其連接氣管設(shè)有三通接頭，三通接頭一端連接壓力傳感模塊的信號采集端。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗血栓壓力循環(huán)裝置，其特征在于在微處理器通過人機(jī)交互界面設(shè)置順序、擠壓、同時三種不同的治療模式以及供應(yīng)舒適空氣。專利摘要本實用新型公開了一種抗血栓壓力循環(huán)裝置。主要由電路控制部分、機(jī)械氣動裝置兩部分組成。用電路控制部分的微處理器模塊和嵌入式軟件系統(tǒng)作控制核心，啟動微型氣泵分別給三個氣囊按照設(shè)定順序充氣，同時用三個壓力傳感器監(jiān)測三個氣囊中的實時空氣壓力，達(dá)到設(shè)定壓力后將控制信號發(fā)送到微處理器，經(jīng)過軟件判斷后發(fā)送執(zhí)行命令到氣動裝置，通過開啟和閉合的組合使三個氣囊按照一定順序和一定壓力形成充氣和放氣循環(huán)，從而給肢體各個部位給予一定的梯度壓力，達(dá)到預(yù)防靜脈血栓的目的。為增加患者肢體的舒適度，另有一路氣路專門用于輸出舒適空氣到氣囊與肢體的接觸表面。文檔編號A61H1/00GK201200584SQ200820036059公開日2009年3月4日申請日期2008年5月30日優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日發(fā)明者均季申請人:均季