一种自启动式智能咳痰辅助装置及方法与流程

本公开属于医疗设备技术领域，具体涉及一种自启动式智能咳痰辅助装置及方法。

背景技术：

痰液主要是由气管、支气管的腺体以及杯状细胞所分泌的。当呼吸道发生急性炎症时，浆液腺分泌物增加，形成了多而稀的痰液。炎症后期或慢性炎症时，杯状细胞粘液腺的分泌增多，痰液则变得黏稠，在呼吸道内形成积痰。现有咳痰辅助产品有以下几种：

一、祛痰药，祛痰药主要是通过稀释痰液或者液化黏液，使之易于咳出，常用祛痰药可分为黏液溶解类和刺激性祛痰类。黏液溶解类祛痰药是通过破坏痰液中黏性成分来降低痰液的粘稠度，他可以将粘稠的痰液溶解为流动的痰液，从而易于咳出。刺激性祛痰药是通过刺激支气管黏膜或胃粘膜，反射性的促进支气管分泌，从而达到稀释痰液的效果。使用药物祛痰会影响胃部等其他器官的正常功能，引起使用者的过敏等不良反应，对身体健康带来隐患。该类药物负作用明显，使用的不舒适性很大程度上影响到患者的生活质量。

二、手持式叩击振动排痰机，治疗时患者采取俯卧、侧卧或坐位，能有效清除呼吸道分泌物，减少肺部湿啰音，提高患者动脉血氧饱和度，促进炎症消散，预防肺部感染的发生和控制其进一步发展。其工作强度大大低于人工拍背排痰。但设备体积大、整机重量重，无法实现便携，且采购费用高、对操作人员也有较高要求，且每次只能叩击一个部位，不能同时对全胸廓叩击。整个操作过程需要患者体位配合，目前主要是在医院有关科室使用，一般需要根据患者情况由专业医护人员定期操作，在敬老院及家庭推广有较大难度，而且部分患者无法适应叩击这种感受，不易耐受。

三、吸痰器，主要由控制器、泵、外壳、内腔吸引组件、贮液瓶等主要部件组成，其工作原理为：由控制器控制泵产生负压吸引源，通过呼吸管路以及相应的辅助设备连接到患者的喉咙腔内，将患者腔内的痰、脓液等吸出并收集到设备制定的贮液瓶中，以保持呼吸道通畅，预防吸入性肺炎，肺不张，窒息等并发症的一种方法。适应症于昏迷病人、痰液特别多有窒息可能的情况、需气管内给药，注入造影剂或稀释痰液的病人。操作时医护人员需要将一根吸痰管插入神经喉咙里，打开开关，吸取痰液。吸痰时会导致患者干呕等不良反应，若使用不当将导致患者呼吸道损伤，遭受困苦，正是由于产品的不舒适性与安全隐患导致患者的身体和心理遭受到的影响，极大地影响到患者的生活质量。

通过对市场上已有的咳痰辅助产品分析发现，目前市面上的产品仍存在以下几点缺陷：

一、存在安全隐患，在辅助咳痰的同时，患者遭受不同程度的身心的伤害；

二、舒适性与便捷性差，辅助排痰的过程效率低，患者使用时体感差；

三、需要医护人员进行辅助，无法在家庭中推广使用，适用率低。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种自启动式智能咳痰辅助装置及方法，通过采集使用者呼吸数据，计算使用者咳痰所需压力和时间，自动启动辅助咳痰，启动辅助咳痰后与使用者的呼吸节奏相融合，并通过风机增大人体呼气时的压力强度，实现辅助清除气道废物。

为了实现上述目的，本公开的技术方案如下：

一种自启动式智能咳痰辅助装置，包括数据采集单元、控制单元、驱动单元、切换单元和风机；

所述数据采集单元被配置为用于采集使用者呼吸状况并发送至控制单元；

所述控制单元被配置为用于根据使用者呼吸状况控制驱动单元驱动切换单元和风机工作；

所述切换单元安装于风机的进气口和出气口处，被配置为用于根据使用者呼吸状况连通风机的进气口\出气口与大气\使用者呼吸道；

所述风机被配置为用于在使用者呼吸过程中增大使用者呼气时的压力强度，清除使用者气道内废物。

进一步的，所述数据采集单元包括流速传感器和压力传感器，所述流速传感器用于采集使用者的呼吸气流速度，所述压力传感器用于采集使用者的呼吸压力。

进一步的，所述安装于风机的进气口和出气口处的切换单元通过三通管相连，所述三通管的另一端通过呼吸管路与呼吸面罩相连，所述数据采集单元设置于呼吸管路上。

进一步的，所述切换单元包括阀槽、转向轮、阀盖和步进电机，所述阀槽内设有与转向轮结构相适配的凹槽，所述凹槽的壁上设有与外部连接的第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述转向轮上设有凹槽，所述凹槽在转向轮转动过程中用于连通第一通孔和第二通孔或第二通孔和第三通孔，所述阀盖安装于阀槽上，所述步进电机的轴穿过阀盖与转向轮连接。

进一步的，所述转向轮与阀槽和阀盖间设有一定间距。

一种自启动式智能咳痰辅助装置的工作方法，包括如上所述的自启动式智能咳痰辅助装置，其方法具体为：

采集使用者的呼吸状况，包括呼吸压力和呼吸气流速度；

计算满足使用者咳痰所需的压力和时间，并自动启动辅助咳痰装置与患者呼吸节奏相融合；

根据咳痰所需的压力和时间，调节辅助咳痰装置的气流压力强度、气流速度和通气停留时间，对使用者进行辅助咳痰。

进一步的，所述方法包括：吸气状态时，控制风机出气口的切换单元转动，使风机出气端仅与呼吸道连通，控制风机进气口的切换单元转动，使风机吸气端仅与大气连通，从而使得风机从大气吸气，并送至呼吸道，完成人体吸气。

进一步的，所述方法包括：呼气状态时，控制风机出气口的切换单元转动，使风机出气端仅与大气连通，控制风机进气口的切换单元转动，使风机吸气端仅与呼吸道连通，从而使得风机从呼吸道吸气，并送气至大气中，完成人体呼气。

进一步的，所述方法包括：停顿状态时，控制风机出气口的切换单元转动，使风机出气端仅与大气连通，控制风机进气口的切换单元转动，使风机吸气端仅与大气连通，从而使得风机从大气吸气，并送气至大气中，完成人体呼吸停顿状态。

进一步的，所述方法包括通过调节风机的转速改变使用者呼吸过程中的气流压力强度，通过调节切换单元通气口的大小改变使用者呼吸过程中的气流速度，通过调节通气停留时间改变使用者吸气、呼气及停顿状态的时间。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、增强安全性：本公开产品设计安全合理，不与患者呼吸节奏相抵抗，使用者无副作用等不良反应。

2、节省人力：本公开无需医务人员辅助，患者可自行使用；

3、增加了自启动功能：本公开启动之前采集患者的呼吸状况，采集完成后立马启动辅助咳痰，咳痰时的气流与患者正常呼吸一致，提高了产品的可操作性；

4、舒适便捷：本公开使用过程中，无需直接接触患者的呼吸道，体感舒适，使用便捷。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开的系统结构图；

图2(a)～(b)为本公开切换单元结构示意图，其中(a)为正视图，(b)为侧视图；

图3(a)～(c)为本公开切换单元辅助咳痰的过程示意图，其中(a)为吸气状态，(b)为呼气状态，(c)为停顿状态。

图中：1、阀槽，2、转向轮，3、阀盖，4、步进电机，5、驱动单元，6、控制单元，7、风机，8、切换单元v2，9、切换单元v1，10、压力变送器，11、流速传感器，12、呼吸管路，13、呼吸面罩。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本公开做进一步的说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。

本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在辅助咳痰装置使用感与舒适性较差，排痰效率低的问题，为了解决如上的技术问题，本公开提供了一种自启动式智能咳痰辅助装置及方法，通过采集使用者呼吸数据，计算使用者咳痰所需压力和时间，自动启动辅助咳痰，启动辅助咳痰后与使用者的呼吸节奏相融合，并通过风机增大人体呼气时的压力强度，实现辅助清除气道废物。

如图1所示，一种自启动式智能咳痰辅助装置，包括数据采集单元、控制单元(5)、驱动单元(6)、切换单元(8)、(9)和风机(7)；

所述数据采集单元被配置为用于采集使用者呼吸状况并发送至控制单元(5)；

所述控制单元(5)被配置为用于根据使用者呼吸状况控制驱动单元(6)驱动切换单元(8)、(9)和风机(7)工作；

所述切换单元(8)、(9)安装于风机(7)的进气口和出气口处，被配置为用于根据使用者呼吸状况连通风机(7)的进气口\出气口与大气\使用者呼吸道；

所述风机(7)被配置为用于在使用者呼吸过程中增大使用者呼气时的压力强度，清除使用者气道内废物。

所述数据采集单元包括流速传感器(11)和压力传感器(10)，所述流速传感器(11)用于采集使用者的呼吸气流速度，所述压力传感器(10)用于采集使用者的呼吸压力。

所述控制单元(5)通过数据线与驱动单元(6)、流速传感器(11)和压力传感器(10)相连。

所述驱动单元(6)通过数据线与驱动风机(7)和切换单元电机m1、m2转动。

所述切换单元包括安装于风机(7)出气口的切换单元v1(9)和安装于风机(7)进气口的切换单元v2(8)，所述切换单元v1(9)和切换单元v2(8)通过三通管相连，所述三通管的另一端通过呼吸管路(12)与呼吸面罩(13)相连，所述呼吸面罩(13)安装于人面部，与人体口腔相连通，所述数据采集单元设置于呼吸管路(12)上。

如图2(a)～(b)所示，所述切换单元包括阀槽(1)、转向轮(2)、阀盖(3)和步进电机(4)，所述阀槽(1)内设有与转向轮(2)结构相适配的凹槽，所述凹槽的壁上设有与外部连接的第一通孔、第二通孔和第三通孔，所述转向轮(2)上设有凹槽，所述凹槽在转向轮转动过程中用于连通第一通孔和第二通孔或第二通孔和第三通孔，所述阀盖(3)安装于阀槽(2)上，所述步进电机(4)的轴穿过阀盖(3)与转向轮(2)连接。

所述转向轮(2)与阀槽(1)和阀盖(3)间设有一定间距，使得转向轮(2)转动时与阀槽(1)和阀盖(2)不接触。

本公开所设计的切换单元，与风机相结合，能够同时满足呼吸与咳痰。

本公开的咳痰实现过程的原理是：模拟正常人的咳痰方式，在呼吸过程中增大人体呼气时的压力强度，实现辅助清除气道废物，如图3(a)～(c)所示。

因此，本公开提供了一种自启动式智能咳痰辅助装置的工作方法，包括如上所述的自启动式智能咳痰辅助装置，其方法具体为：

采集使用者的呼吸状况，包括呼吸压力和呼吸气流速度；

计算满足使用者咳痰所需的压力和时间，并自动启动辅助咳痰装置与患者呼吸节奏相融合；

根据咳痰所需的压力和时间，调节辅助咳痰装置的气流压力强度、气流速度和通气停留时间，对使用者进行辅助咳痰。

所述方法包括：吸气状态时，控制切换单元v1(9)上的步进电机m1转动，使切换单元v1(9)转动，将风机(7)出气端仅与呼吸道连通；控制切换单元v2(8)上的步进电机m2转动，使切换单元v2(8)转动，将风机(7)吸气端仅与大气连通；这样，风机(7)从大气吸气，并送气至呼吸道，人体完成吸气，如图3(a)所示。

所述方法包括：呼气状态时，控制步进电机m1转动，使切换单元v1(9)转动，将风机(7)出气端仅与大气连通；控制步进电机m2转动，使切换单元v2(8)转动，将风机(7)吸气端仅与呼吸道连通；这样，风机(7)从呼吸道吸气，并送气至大气中，人体完成呼气，如图3(b)所示。

所述方法包括：停顿状态时，控制步进电机m1转动，使切换单元v1(9)转动，将风机(7)出气端仅与大气连通；控制步进电机m2转动，使切换单元v2(8)转动，将风机(7)吸气端仅与大气连通；这样，风机(7)从大气吸气，并送气至大气中，人体处于呼吸停顿状态，如图3(c)所示。

本公开通过调节风机(7)的转速改变使用者呼吸过程中的气流压力强度，通过调节切换单元(8)、(9)通气口的大小改变使用者呼吸过程中的气流速度，通过调节通气停留时间改变使用者吸气、呼气及停顿状态的时间。

本公开的设备的基本参数：三个状态下，气流压力均在1kpa-7kpa之间可调，时间均在1秒至5秒之间可调节，流速分高中低三挡。

本公开可根据患者的身体状况分别设置合适的呼气、吸气和停顿的压力、时间，从而实现辅助咳痰，且该过程无需直接接触患者的呼吸道，体感舒适，无呕吐等不良反应。

本公开自启动功能的实现：为了能与使用者的呼吸节奏完全吻合，我们利用数据采集单元的采集患者的呼吸状况，使用压力传感器(10)采集呼吸的压力，流速传感器(11)采集呼吸气流速度。设备启动后，首先采集使用者的5次呼吸状况，采集完成后，计算出能够满足患者咳痰需求的压力和时间，并自动启动辅助咳痰，启动辅助咳痰后与使用者的呼吸节奏相融合，不抵抗原有节奏，从而实现了自启动功能。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。