综合反馈式肺康复评估治疗仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是针对多种慢性呼吸系统性疾病、心胸腹手术后及影响膈肌和其它呼吸肌群的神经肌肉疾病患者异常呼吸功能而研制的综合利用多种生物反馈治疗技术、呼吸康复训练技术和功能性神经肌肉电流刺激技术的用于肺功能康复评估和治疗的仪器。
【背景技术】
[0002]临床上通常把慢性阻塞性肺疾病、支气管哮喘、间质性肺病等合称为慢性呼吸系统性疾病，这些疾病虽然在发病机理等方面存在较大差异，但其患者大都合并肺功能异常和活动后气促，造成患者的运动耐受性下降，对其日常生活与社会活动造成极大的困扰。另夕卜，随着麻醉与体外循环支持技术的发展，越来越多心胸腹部疾病患者得到了有效的手术治疗。例如肺癌患者愈来愈多，而且往往需要进行肺组织切除，手术治疗对肺功能和膈肌功能的一过性或永久性损伤却为患者带来了额外的伤害。不少患者因术后肺功能异常出现活动后气促，乃至劳动力丧失，其表现与慢性呼吸系统性疾病有众多相似之处。除呼吸系统本身的病因外，不少神经肌肉疾病患者，如脊髓损伤后、重症肌无力、杜氏肌营养不良等患者也常常由于呼吸肌功能受损伴有呼吸困难、运动不耐受等症状与肺功能异常。出现上述情况的主要表现为呼吸方式的异常，如呼吸周期中浅促呼吸方式和胸腹矛盾性收缩，以及呼吸肌收缩功能下降，如呼吸肌群肌肉萎缩、肌纤维类型改变、肌力和耐力减退，呼吸系统功能异常，呼吸困难，运动不耐受，日常活动能力和生活质量下降等。
[0003]而对于呼吸系统功能异常的治疗方法，药物治疗作用有限，甚至部分药物，如糖皮质激素等还有加重肌纤维消耗萎缩的副反应，一直存在争议。肺康复治疗作为非药物治疗手段，已经受到国内外相关疾病诊治指南的认可，并将其置于药物治疗相等同的地位。其中，呼吸方式训练与呼吸肌训练最受广泛认可。呼吸方式训练是专门针对慢阻肺患者在呼吸周期中浅促呼吸方式与矛盾性胸腹运动所提出的，其通过呼吸治疗师徒手或借助仪器引导患者进行呼吸频率与呼吸深度的调整和胸腹部呼吸肌群的序贯性激活，使患者重建生理性、有序性的深慢呼吸方式，从而降低呼吸相关氧耗量与肺过度充气、纠正胸腹矛盾性呼吸活动、缓解患者的气促症状。呼吸肌训练是借助抗阻或电流刺激的形式对疲弱萎缩的呼吸肌群进行力量与耐力训练，达到增加肌肉体积、纠正异常的肌纤维比例、增强肌力、提高抗疲劳性等目的，使患者在静息状态或运动时能满足更高的通气负荷，减少其喘憋、气短等不适。
[0004]我国肺康复治疗起步较晚，对这一领域投入资源有限，且许多地区对肺康复治疗并不重视，缺乏专业肺康复治疗人才，远不能满足相关日益增多的患者的治疗需要。此外，既往的治疗师徒手引导治疗模式存在较大的弊端，即治疗效果存在显著的个体差异，不同治疗师对手法的理解水平、不同患者对治疗的依从性直接影响了患者的治疗效果，未能形成统一有效的治疗模式。在仪器治疗方面，张鸣生等曾在上世纪90年代根据低频神经肌肉电刺激原理，并结合声光信号指示，研制出微电脑肺康复治疗机，成功地将CN93116544.X专利技术引入肺康复领域，在有效地节省了人力资源的同时又满足了治疗的实际需要。
[0005]近年随着科学技术的进步，使呼吸监测技术、肌肉表面肌电采集分析技术、超声神经肌肉定位技术、复合低频电刺激技术和多种参数的视频声光反馈治疗技术得以应用于临床，这也促使我们在第一代微电脑肺康复治疗机的基础上对技术进行彻底的升级改造。
【发明内容】
[0006]本发明的目是提供综合反馈式肺康复评估治疗仪，通过多个传感器和模块进行实时数据采集，经中央处理器处理后进行同步的治疗电流、语音提示、实时数据显示，使患者与治疗人员人机交互更加便利、实时。
[0007]本发明的技术解决方案是在中央处理器(100)，UART(1l)，开关电源(102)，信号放大模块(113)，信号发生模块(116)，人机交互模块(117)，腹肌刺激电极(109)，隔神经刺激电极(110)，数据存储模块(118)，WIFI收发模块(112)，语音播放模块(111)的基础上，其特点是有呼吸波形传感器(103)，肺活量传感器(104)，血氧饱和度传感器(105)，表面肌电传感器(106)，心率传感器(107)，吸气肌肌力传感器(108)，耗氧量检测模块(115)，超声波定位模块(114)，所述的呼吸波形传感器(103)、肺活量传感器(104)、血氧饱和度传感器(105)、表面肌电传感器(106)、心率传感器(107)、吸气肌肌力传感器(108)分别通过UART(1l)与中央处理器(100)相连接，耗氧量检测模块(115)和超声波定位模块(114)分别通过数据线与中央处理器(100)相连接；所述的中央处理器(100)根据呼吸波形传感器
(103)采集的患者胸、腹部收缩舒张压力的相对变化数据，肺活量传感器(104)采集患者的肺活量、第一秒肺活量FEVl、第一秒肺活量占比FEV1/FVC、25%肺活量时流速PEF25、75%肺活量时流量PEF75、呼气用时和峰值流量数据，血氧饱和度传感器(105)采集的患者血氧饱和度、脉率和脉搏强度数据，表面肌电传感器(106)采集的患者膈肌与腹肌表面肌电信号，心率传感器(107)采集的患者心率数据，吸气肌肌力传感器(108)采集的患者吸气阻力、最大吸气肌力和吸气流速数据，再结合耗氧量检测模块(115)采集的患者呼吸周期中氧耗量与二氧化碳排出量数据输送到数据存储模块(118)进行存储，并输出到中央处理器(100)进行判断处理后隔神经和腹肌的刺激信号经信号发生模块(116)进行波形调制，然后经信号放大模块(113)放大后输出到腹肌刺激电极(109)和隔神经刺激电极(110);中央处理器(100)同时也输出语音同步信号到语音播放模块(111)进行播出；超声波定位模块(114)处理外接超声波设备信号后，输出定位信号到中央处理器(100)，经中央处理器(100)处理后输出图形信号到人机交互模块(117)进行影像显示，同时输出定位提示信号到语音播放模块(111)进行播出。
[0008]该系统分为呼吸评估监测和呼吸康复训练两大模块。呼吸评估监测模块包括所述的中央处理器(100)根据呼吸动度传感器(103)采集的患者胸、腹部肌肉收缩和舒张时压力的相对变化数据，监测呼吸周期中胸腹部活动情况及同步运动水平；肺活量传感器
(104)采集患者的肺活量、第一秒肺活量FEVl、第一秒肺活量占比FEV1/FVC、25%肺活量时流速PEF25、75%肺活量时流量PEF75、呼气用时和峰值流量数据；血氧饱和度传感器(105)采集的患者血氧饱和度、脉率和脉搏强度数据；表面肌电传感器(106)采集的患者膈肌、腹肌、胸锁乳突肌等表面肌电信号，监测呼吸周期中多组肌肉的肌电活动；心率传感器(107)采集的患者心率数据；吸气肌肌力传感器(108)采集的患者吸气阻力、最大吸气肌力和吸气流速数据；耗氧量检测模块(115)采集的患者呼吸周期中氧耗量与二氧化碳排出量数据；超声定位模块(114)，可定位患者的颈部膈神经及测量腹部呼吸周期中膈肌活动情况；而以上信息均可在数据存储模块(118)中存储并通过人机交相模块(117)进行数据同步实时输出显示，方便操作者对患者的呼吸活动情况实时监测反馈。以上各种传感器可以通过WIFI收发模块(112)与中央处理器(100)进行数据传输。训练模块包含神经肌肉低中频电流刺激输出部分和与电流输出同步的以上检测到的气体、肌电、血氧饱和度或胸腹部动度等信号的视频或声光反馈信号输出部分；输出隔神经和腹肌的刺激信号由信号发生模块
(116)进行波形调制，然后经信号放大模块(113)放大后输出到腹肌刺激电极(109)和隔神经刺激电极(110);中央处理器(100)同时也输出语音同步信号到语音播放模块(111)播出，输出图形信号到人机交互模块(117)进行影像显示。患者在接受设备输出的分别对颈部膈神经和腹部腹直肌进行序贯性低频电流刺激，诱导对应肌肉完成生理性、有序性深慢呼吸的同时，而同步输出的由气体、肌电、血氧饱和度或胸腹部动度等监测信号和电流剌激信号而转化的视频声光反馈信号能有效地引导患者配合电刺激输出，并配合“吸”、“呼”等言语指令，在最短时间内掌握正确和有效的呼吸训练方式，减少对治疗人员的依赖，并同时得到良好的呼吸康复治疗。
[0009]以上所述中央处理器(100)内预设有两种治疗输出模式，第一种是:主动训练模式，第二种是:同步训练模式；主动训练模式是:对于配合训练能力较好的患者可以基本按照设备预设的治疗输出参数，例如目标呼吸频率、吸呼时间比值及膈神经与腹肌低频电流刺激波形、频率、强度、断通比等参数，由腹肌刺激电极(109)和隔神经刺激电极(110)输出剌激电流，同时语音播放模块(111)输出“