一种气腹机及控制方法与流程

本发明涉及医用设备技术领域，具体涉及一种气腹机及控制方法。

背景技术：

腹腔镜手术是一门新发展起来的微创手术，具有手术创口小、对患者伤害低等优点。气腹机是腹腔镜手术中必备的医疗器械之一，用于将气体介质(例如co2气体)输入患者腹腔并维持一定的压力，为手术者提供良好的视野和足够大的操作空间。

气腹机使用过程中由于腔体漏气，人为的排烟，以及外力挤压等情况造成腹腔内的压力变化，气腹机需要根据压力变化进行充气，放气等动作，充气的快慢也需根据预先的设定和腹腔欠压的多少随时调整。

如公开号：cn108652688a的中国专利申请，其公开了一种带有稳压功能的气腹机及其稳压控制方法，其根据输出到人体气压p1与实际人体腹腔气压p2的大小关系调控压力，具体为若p1＞p2，则由控制单元获取注气量△v1＝(p1-p2)*k，所述控制单元依次开启比例阀、开关阀、流量计时以及流量监测单元，并获取实时流量v1，并根据t1＝△v/v1得到注气时间t1，当流量计时达到注气时间t1时，则由控制单元关闭比例阀和开关阀；若p1＜p2，则由控制单元获取排气量△v2＝(p2-p1)*k，所述控制单元依次开启排气阀、开关阀、流量计时以及流量监测单元，并获取实时流量v2，并根据t2＝△v/v2得到排气时间t2，当流量计时达到排气时间t2时，则由控制单元关闭排气阀和开关阀，完成了气腹机的稳压控制。该方案最终由控制单元基于流量计的充气或排气时间来控制排气阀和开关阀，从而来进行气腹机的稳压控制，如此方案采在实际操作时，无法保证控制精度。

由此可见，现急需一种能够根据当前腹腔压力的情况和设定参数来安全、准确、快速调节充气过程的气腹机系统。

技术实现要素：

针对于现有气腹机系统存在无法能够随时准确的调整，本发明的目的在于提供一种气腹机，在此基础上，还提供了一种气腹机的控制方法，能够实时根据患者目标腔体内的流量和压力进行调整气路中的流量和压力，很好地解决了现有技术的所存在的技术问题。

为了达到上述目的，本发明提供的气腹机，包括：

气路单元，其一端与气源连接，另一端可通过管路与目标腔体连通；

气路控制单元，控制气路单元，可控制调节通入目标腔体内气体的流通状态以及气流状态；

操作单元，与气路控制单元配合，实现气腹机的人机交互操作；

所述气路单元中包括，

比例阀，可通过加载在其上的电流a改变其阀体开口的大小，从而控制通过其气体的流量；

流量计，设置于所述比例阀之后，用于测量经由比例阀流出气体的流量l；

至少一个低压压力传感器，并联于所述流量传之后，可与目标腔体联通，用于测量与目标腔体联通的通路内气压值p；

所述气路控制单元包括控制器和计算部，所述控制器实时采集加载在比例阀上的当前电流值、所述流量计测得的流量和所述低压压力传感器测得的压力值，所述计算部根据所述控制器实时采集到的数据实时计算得到达到设定的最大流量值所需的流量控制电流值和达到患者目标腔体内的目标压力值所需的压力控制电流值，并据此形成用于控制所述比例阀的电流值，并经由所述控制器加载在所述比例阀上，对比例阀形成闭环控制。

进一步地，所述气路单元还包括减压阀与电磁阀，所述减压阀的输入端外接气源，并与电磁阀、比例阀、以及流量计依次连接，所述流量计的输出端连接输出接头，所述输出接头可通过连接管路与目标腔体连通；所述电磁阀、比例阀、以及流量计分别受控于气路控制单元。

进一步地，所述气路单元中还包括排气阀，所述排气阀设置在流量计与气路单元的输出端之间，并受控于气路控制单元。

进一步地，所述气路单元中还包括高压压力传感器、以及至少一个低压压力传感器；所述述高压压力传感器设置在减压阀前，并与气路控制单元数据连接，检测气源供气压力；所述至少一个低压压力传感器设置在流量计之后，并与气路控制单元数据连接，测量气腹机输出气体气压。

进一步地，所述低压压力传感器为多个，并联设置。

进一步地，所述气路单元中还包括压力开关；所述压力开关并联设置在流量计之后，并与气体控制单元数据连接，与电磁阀联动形成过压保护。

进一步地，所述患者连接单元为连接管路；所述连接管路与气路单元中的流量计输出端连通，在气腹机应用时可连通目标腹腔。

进一步地，所述气路控制单元中的计算部根据设定的当前气腹机工作的最大流量值lt和目标腔体内的目标压力值pt，通过如下公式计算出流量控制电流值al和压力控制电流值ap:

式中，第一参数k和第二参数j由计算部根据实时采集到的流量值l、压力值p和电流值a计算确定。

进一步地，所述计算部比较计算出的流量控制电流值al和压力控制电流值ap，将其中较小值作为控制器加载在比例阀上的电流值a。

进一步地，所述计算部通过如下公式计算第一参数k和第二参数j：

式中，a为实时采集到的加载在比例阀上的电流值；l为流量计实时测得当前通路中的气体流量值；p为低压压力传感器实时测得当前通路内的压力值。

为了达到上述目的，本发明提供的一种气腹机的控制方法包括：

设定当前气腹机工作的最大流量值lt和目标腔体内的目标压力值pt；

根据实时采集到气腹机中加载在比例阀上的当前电流值、比例阀气体流量以及患者腔体内的压力值，实时计算得到达到设定的最大流量值所需的流量控制电流值和达到患者目标腔体内的目标压力值所需的压力控制电流值，并据此形成用于控制比例阀的电流值；

将计算得到的电流值加载到气腹机中比例阀上，调整比例阀的工作状态，以根据目标腔体压力的变化实时调整注入气体的流量。

进一步地，所述控制方法可形成第一工作模式和第二工作模式，所述第一工作模式具有规定的目标压力值和目标流量值的上限，所述第二工作模式具有较所述第一工作模式更高的目标压力值和目标流量值的上限值。

进一步地，所述控制方法还可形成第三工作模式，所述第三工作模式具有较所述第一工作模式更低的目标压力值和目标流量值的上限值，且具有较第一工作模式更小的目标压力值和目标流量值的调整步距。

本发明提供的气腹机方案，基于实时监测气腹机中比例阀的流量值以及目标腔体内气压，对比例阀实现闭环控制，以实时控制气腹机中比例阀的工作状态，继而可根据目标腔体压力的变化实时调整注入气体的流量，从而保证整个气腹机工作状态控制的精确性和安全性。

本方案具体基于优化创新构成的公式(1)与公式(2)对比例阀进行闭环的计算控制，实现只要基于采集加载在比例阀上的当前电流值、当前通路中的气体流量值，当前通路内的压力值，即完成对比例阀快速精准的闭环调节，从而可提高整个气腹机工作状态控制的精确性和安全性。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本气腹机的结构示意图；

图2为本气腹机中的气体控制单元结构示意图；

图3为本气腹机中操作单元的区域分布图；

图4为本气腹机中操作单元的工作模式示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例一：

本实施例提供的气腹机100，用于改善气腹机使用过程中压力测量的准确性。

参见图1-图2，本实施例中的气腹机100包括气路单元30，气路控制单元20和显示单元40。

气路单元30通过连接管路201输入至患者目标腹腔10内，将外部气源50输入至目标腹腔10内；气路控制单元20直接连接气路单元30，在应用时可直接控制气路单元30向患者目标腹腔10充入气体的流量及压力控制。

这里气源50不做限定，可以是气瓶501，或者是医院的集中供气装置502。

气路单元30通过气体接口304将外部气源50提供的气体转换为所需的压力和流量并向外输出。

在气路单元30的输入端设有高压压力传感器331；其中，高压压力传感器331设置在外部气源50的进气接口304之后，并与气路控制单元20数据连接。

如此设置的高压压力传感器331可获得与进气接口304连接的外部气源50的压力值，并传至气路控制单元20，由气路控制单元20处理后将其显示在显示操作单元40，以便操作者实时了解外部气源50的压力值。

在一些具体的实施方式中，设定为高压传感器331若检测到外部气源50供气压力低于当前供气模式的阈值时，气路控制单元20控制相应的设备发出报警信息，提示气源压力不足。

气路单元30还包括减压阀321、电磁阀322、比例阀323以及流量计324；其中，减压阀321的输入端外接气源50，输出端与电磁阀322，比例阀323以及流量计324依次连接。

进一步地，减压阀321用于对外部气源50提供的高压气体进行减压。减压阀321的输入端与外部气源50连接，输出端与电磁阀322的输入端连接；外部气源50提供的高压气体经减压阀321减压后降至压力便于控制，在很小压力范围内波动的低压气体并传输至电磁阀322。

进一步地，电磁阀322用于打开或者关闭气路部分；电磁阀322的输入端与减压阀321连接，输出端与比例阀323连接。

当电磁阀322开启时，经过减压阀321的气体将通过气路进入患者体内目标腔体10；当电磁阀322关闭时，经过减压阀321的气体将无法通过气路进入患者体内目标腔体10。

进一步地，比例阀323用于控制气路中气体的流速；比例阀323的输入端与电磁阀322连接，输出端与流量计324连接。

比例阀323通过加载在其上的电流值大小来控制自身阀体开口的大小，从电磁阀322输出的气体通过比例阀323时，在阀体开口大小和阀体两侧压力差的共同作用下产生不同的流量。气路控制单元20通过加载在比例阀323上的电流从而控制气路单元30中气体的流量。

进一步地，比例阀323之后设置有流量计324用于测量气路单元30中气体的实际流速。

该流量计324的输入端与比例阀323的输出端连通，而输出端与连接管路201连通，其用于测量气路中从比例阀323输出气体的实际流速，流量计324将采集到的流速数值发送至控制气路控制单元20进行控制计算，同时将流速传输至操作单元40。

其次，由于气路单元30中的气体传输至患者目标腔体10内，因此，为进一步保证患者的安全性，在气路单元30的输出端设置有低压压力传感器332。

低压压力传感器332用于测量气路单元30输出气体的压力；低压压力传感器332的输入端与气路单元30的输出端连接，输入端与气路控制单元20进行连接。

低压压力传感器332将获得气路单元30输出的气体压力值发送至气路控制单元20并显示至操作单元40。

在本实例的一些具体实施方式中，本气路单元中可具有多个并联的第一压力传感器332，由此可以提高气压测量的可靠性。

气路控制单元20用于控制气路单元30的气体流量及压力控制；其包括控制器220和计算部210。

本气路控制单元中的控制器220控制连接高压压力传感器331、低压压力传感器332、主电磁阀322、比例阀323，并根据高压压力传感器331，低压压力传感器332等检测组件实时检测到气路单元30中气体状态，实时控制电磁阀322，比例阀323等控制组件的工作状态，而实时调整整个气腹机的工作状态。

计算部210用于对控制器220所收集气路中数值进行计算对比来调整气路中的流速和压力控制。

具体的，控制器220需收集加载在比例阀323上的电流值；流量计324测得当前通路中的气体流量值和低压压力传感器332测得当前通路内的压力值；控制器220将电流值，流量值和压力值收集后均发送至计算部210进行计算。

上述计算部的计算应满足如下计算公式(1)：

其中，a为控制器220加载在比例阀323上的电流值；l为流量计324测得当前通路中的气体流量值；p为低压压力传感器332测得当前通路内的压力值。

计算部210使用该公式(1)可计算出第一参数k和第二参数k2。

其中电流值a可根据系统特性选择n次幂运算，其中n不小于2。在此实施例中，由于比例阀323的特性，优选进行a的3次幂进行计算。

进一步地，计算部210根据计算出的第一参数k和第二参数j，能够通过公式算出达到设定的最大流量值所需的流量控制电流值al和达到患者目标腔体10内的目标压力值所需的压力控制电流值ap。

进一步地，基于上述计算公式，计算流量控制电流值al和压力控制电流值ap应满足如下公式(2)：

其中，lt为设定气腹机工作的最大流量值；pt为患者目标腔体10内的目标压力值。

其中的开3次方根与前述计算公式中的3次幂对应，如前述公式选择的n次幂运算，此处对应采用开n次方计算。

计算部210通过上述公式中计算出的流量控制电流值al和压力控制电流值ap并进行比较，将其中较小值作为控制器220加载在比例阀323上的电流值，使得比例阀323通过改变开口的大小来整至目标开度，此时气腹机系统100将输出新的流量值，同时通路内将产生新的压力值，之后再重复以上的计算步骤，获得新的电流值。

由此，本方案中的计算部210具体基于上述公式(1)与公式(2)配合来构成，通过公式(1)与公式(2)的计算配合，能够实现闭环控制计算，从而实现对比例阀闭环控制；同时公式(1)和公式(2)整体构成非常的简单，相对于现有复杂且臃肿的计算公式，本方案通过大量创造性劳动的确定上述涉及到的几个参数，由此来构成公式(1)和公式(2)，这样不仅计算精度高且计算速度快，据此可以完成对比例阀快速精准的调节。本计算部210基于公式(1)与公式(2)进行闭环的计算控制，比一般的闭环控制速度快，从而能够更加精准且快速的控制比例阀。

气腹机系统100在工作过程中持续进行上述计算，从而保证在工作过程中根据患者目标腔体10压力的变化来实时的调整注入气体的流量。

进一步地，气路控制单元20与操作单元40进行数据连接，用于数据的处理并将处理后的数据传输至操作单元40。这样气路控制单元20能够根据操作单元40反馈的操作指令控制调整整个气腹机的工作状态，并将整个气腹机的运行状态数据实时反馈给操作单元40进行显示。

本实例中的操作单元40用于气腹机的人机交互操作，与主机进行连接。操作单元优选为触摸屏，也可以是其他已知的形式。

操作单元40可以设置气腹机系统100的目标工作参数，包括但不限于目标腔体最大气压，最大流量等；同时也可显示主机的工作状态，如显示实时的充气流量，当前的目标腔体压力等。

由此构成的方案中，经过气路单元30处理的气体经过流量计324之后，经由输出接头301进入连接管路201，从而注入患者体内目标腔体10。在流量计324之后与输出接头301并联的低压压力传感器332用于测量气路单元30输出气体的压力。低压压力传感器332获得的压力值将发送至气路控制单元20，同时也将显示至显示单元40。

在稳定状态下，即气路单元30向患者体内目标腔体10平稳充气，且连接管路201无异常的状态下，低压压力传感器332所在的通道与患者体内目标腔体10联通，可以认为低压压力传感器332所测得值即为患者目标腔体10内的压力值。

在一些实施例中，为避免快速注气，快速排气，气体流量出现剧烈波动，或者患者身体出现移动等异常状态时，低压压力传感器332测得的压力值与患者腔体10内的压力值不一致，可独立设置一腹压测量通道与患者目标腔体连接，并在该通道处设置一腹压压力传感器直接测量患者腔体的压力值。

其次，本气路单元30中可具有多个并联的腹压压力传感器，由此可以提高气压测量的可靠性。

为确保患者体内目标腔体10内的气压处于安全范围内，气路单元30中还增设有排气阀325。该排气阀325优选并联设置在流量计324之后，该排气阀325的控制端与气路控制单元20数据连接，接收气路控制单元20的控制信号，同时该排气阀325的出口端经由过滤器326接至主机的外壳，并与外接联通。由此，当低压压力传感器332测得的压力值超过设定值一定范围时，主电磁阀322关闭，气路单元30不再输送气体，同时排气阀325打开，为整个联通通道泄压排气。

其次，本实例还可进一步在气路单元中增设压力开关327；该压力开关327同样并联设置在流量计324之后，并与气路控制单元20数据连接，与电磁阀322联动形成过压保护。

当通入压力开关327的气体压力超过预定的阈值时，压力开关327打开，此时，也可同样驱动电磁阀322关闭，气路单元30不再输送气体，同时排气阀325打开，为整个通道泄压排气。

具体的，这里压力开关327的预定阀值为一恒定值，不随系统工作参数的设定而改变，此开关为确保在低压压力传感器332或者气路控制单元20内的计算部210异常时仍然能确保当患者体内目标腔体10的压力处于安全范围内。

实施例二：

本实施例在实例一方案的基础上给出一种气腹机系统，该气腹机系统100的整体组成结构与实施一中给出的组成方案基本相同。这里对于相同的部分不再叙述。

实施例二在实例一方案的基础上在气路单元30中进一步还设有排烟组件。该排烟组件主要由第三通道341，控制阀340以及排烟控件342配合构成

这里的第三通道341在气腹机应用时可连通目标腹腔10，用于将目标腹腔10内烟雾通过第三通道341排出体外。

作为举例，该第三通道341优选用软管制成，用于将手术过程中患者体内目标腔体10中的烟雾排出体外，从而保证腔体内视野的清晰度。

控制阀340设置在第三通道341上，用于根据目标腹腔10内烟雾排出控制指令控制第三通道341的通闭状态。控制阀340在非工作状态下夹紧第三通道341，使第三通道341变形从而使通道闭合，气体无法流过。

作为优选，该控制阀340优选为夹管阀340，该夹管阀340在非工作状态下夹紧第三通道341的软管，使其变形从而使通道闭合，气体无法流过；在工作状态下，松开第三通道341的软管，使其内的通道打开，容气体通过。

排烟控件342的操作部控制连接控制阀340，用于控制控制阀340的工作状态，从而控制排烟工作状态。

这里排烟控件342的操作部的做限定，可以是按钮，脚踏开关等任何便于操作者操控的形式。

由此形成的排烟组件在工作时，正常状态下，夹管阀340处于非工作状态下，并夹紧第三通道341的软管，使其变形从而使通道闭合，气体无法流过。当操作者操作排烟控件341的操作部时，夹管阀340打开，第三通达341处于畅通状态，患者体内目标腔体10中的烟雾在腹压的作用下由通道341排出腔体外。

实例三：

本实施例在实例一或实例二方案的基础上给出一种气腹机系统100，该气腹机系统100的整体组成结构与实施一中给出的组成方案基本相同。这里对于相同的部分不再叙述。

本实例在上述气腹机系统方案的基础上进一步在气路单元中设有加热组件303，该加热组件303与连接管路201配合设置，使连接管路201具有加热功能，可以对流经连接管路201内的气体进行加热。

具体的，该加热组件303优选为加热接头303，其设置在主机的外壳上，与之配合的，连接管路201采用具有加热功能的设置结构，同时其上的加热插头，该加热插头用于与加热接头303连接配合。

其次该加热接头303还与气路控制单元20进行连接，通过气路控制单元20对加热功能提供电力以及通过气路控制单元20对加热功能进行监测，提高了加热过程中的安全性。

实施例四：

本实施例在上述实例的基础上给出一种气腹机系统100，该气腹机系统100的整体组成结构与实施一中给出的组成方案基本相同。这里对于相同的部分不再叙述。

本实例提供的气腹机系统100中，其显示操作部40优选的为触摸屏，具有工作模式选择界面81。

具体的参见图3，该操作单元40上的操作界面81上设有气压显示区域818，用于显示低压压力传感器332测得的气压；

腹压显示区域819，用于显示腹压压力传感器测得的气压；

流量显示区域817，用于显示流量计324所测得气体的气压；

最大流量设定部811，用于设置系统输出的最大流量值；最大流量设定部811包含调节按钮813和调节按钮814，可通过调节按钮来增加或减少设定的流量值。

目标压力设定部812，用于设定系统工作过程中患者体内目标腔体10的目标气压值；目标压力设定部812包含调节按钮815和调节按钮816，可通过调节按钮来增加或减少设定的目标腹腔压力值。

上述最大流量设定部811和目标压力设定部812中的调节按钮可选用滑动条，拨轮等任何已知形式实现，这里不做限定。

气源压力显示区域822，用于显示高压压力传感器331测得的气源压力；

气源选择按钮821，用于切换外部气源50的种类。

另外，参见图4，操作单元40上具有工作模式切换功能820，本方案中设有三种工作模式供选择，分别为第一工作模式801，第二工作模式802，第三工作模式803。

下面举例说明上述三种模式在具体应用时的工作过程：

首先，开始工作时，控制器220控制电磁阀322打开，同时给比例阀323加载一个电流值使得比例阀323具有一定的开度；外部气源50在气路单元30中进行传输；此时，加载在比例阀323上的电流值；流量计324测得当前的流量值，低压压力传感器332测得当前通路内的压力值，控制器220将电流值，流量值和压力值收集后均发送给计算部210：

使用公式计算出第一参数和第二参数。

当在操作单元40上选择第一工作模式801时，操作单元40上的最大流量设定部811具有可设定的上限值l1；操作单元40上的目标压力设定部812具有可设定的上限值p1；同时流量调节按钮具有调节步距δl1，压力调节按钮具有调节步距δp1，即每次按下流量调节按钮813和814及压力调节按钮815和816时，最大流量值设定量的变化量和目标压力值设定量的变化量。计算部210将设定的最大流量值l1和目标压力值p1通过公式算得达到设定的最大流量值所需的流量控制电流值al和达到患者目标腔体10内的目标压力值所需的压力控制电流值ap。

算出来的流量控制电流值al和压力控制电流值ap进行对比，将较小值传输至控制器220，控制器220通过计算部210所给出的输出来调整比例阀323上的电流值，进而对气路中的气体流量和气体压力进行调整控制。

当在操作单元40上选择第二工作模式802时，操作单元40上的最大流量设定部811具有可设定的上限值l2；操作单元40上的目标压力设定部812具有可设定的上限值p2；同时流量调节按钮具有调节步距，压力调节按钮具有调节步距；其中l2＞l1，p2＞p1，δl1＝δl2，δp1＝δp2。

接下来通过计算部210将所设定的流量值l2和目标压力值p2通过公式进行计算后通过控制器220来控制比例阀323进行流速和压力的调整。

这里计算方法和控制过程与上述第一工作模式801相同，这里就不加以赘述。

当在操作单元40上选择第三工作模式803时，操作单元40上的最大流量设定部811具有可设定的上限值l3；操作单元40上的目标压力设定部812具有可设定的上限值p3；同时流量调节按钮具有调节步距δl3，压力调节按钮具有调节步距δp3；其中l3＞l1，p3＜p1，δl3＜δl2，δp3＜δp2。

接下来通过计算部210将所设定的流量值l3和目标压力值p3通过公式进行计算后通过控制器220来控制比例阀323进行流速和压力的调整。

这里计算方法和控制过程与上述第一工作模式801相同，这里就不加以赘述。

在工作模式选择界面选择任一种工作模式后，无法在使用过程中切换至其他工作模式，如需选择其他工作模式，必须重启气腹机系统才能再次进入工作模式选择界面。

上述工作模式选择功能不限定于在操作单元界面上操作，也可通过其他形式实现，如机械按键配合指示灯的方式，或者旋钮，波动开关等。

由上述方案构成的气腹机系统及控制方法，通过气腹机系统在工作过程中将设定的流量和压力及实时的压力和流量进行持续计算比较，从而能够保证在工作过程中能够根据患者目标腔体内的变化实时的调整注入气体的流量和压力；进而提高了气腹机系统的稳定性和患者的安全性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。