一种呼吸道痰液自动清理系统及方法与流程

本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种呼吸道痰液自动清理系统及方法。

背景技术：

目前在医院的重症监护室，由于呼吸道堵塞导致的危重病人死亡的事件经常发生，目前主要的解决方法就是通过人工进行手动操作吸痰。但是人工手动操作吸痰的不足之处很多，一方面对医护人员操作要求比较高，因为吸痰的对象都是危重病人，属于高危人群，如果医护人员操作不当会导致吸痰失败，甚至导致气道出血影响病人安危。另一方面对医护人员有很高的限制，需要安排医护人员24小时看护，以便应对任何时刻病人包括晚上有吸痰的需要，这对医护人员来说非常的不方便。因此急需研制出一种能够应用于临床的代替医护人员人工手动操作吸痰的呼吸道痰液自动清理系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种呼吸道痰液自动清理系统及方法，能够对病人进行自动吸痰操作，代替医护人员人工手动操作吸痰。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种呼吸道痰液自动清理系统，包括吸痰装置及监测控制系统，

所述的吸痰装置包括外壳、内壳和闭式吸痰管，闭式吸痰管由吸痰管及吸痰管上的两个固定连接件构成，吸痰管穿过外壳和内壳，两个固定连接件分别位于外壳的外部两侧，内壳内设有用于自动控制吸痰管向前推送及向后推送的传动机构，外壳上设有用于使内壳沿吸痰管的周向方向摆动的摆动机构；

所述的监测控制系统包括单片机、用于监测吸痰管的输送位置并将位置信息发送给单片机的限位传感器、用于接收单片机指令并驱动传动机构和摆动机构运行的电机驱动器、用于输入操作信息并将操作信息发送给单片机的红外遥控器和用于接收单片机发出的信息并实时显示吸痰装置状态的显示屏；其中限位传感器设置在吸痰管上，电机驱动器与传动机构和摆动机构相连。

所述的监测控制系统还包括用于在紧急情况下使整个呼吸道痰液自动清理系统断电的触碰传感器，触碰传感器与单片机和呼吸道痰液自动清理系统的电源相连。

所述的红外遥控器上设有向前推送键、向后推送键、加速推送键、减速推送键和停止键。

所述的摆动机构包括左侧轴承、右侧轴承、传动齿轮和外壳步进电机；其中外壳由左侧外壳和右侧外壳拼接而成，左侧轴承设置在左侧外壳上，右侧轴承设置在右侧外壳上，内壳的两侧设有向外凸出的圆柱形的内壳耳部，内壳两侧的内壳耳部分别与左侧轴承和右侧轴承相连，内壳耳部的底部设有齿，传动齿轮设置在外壳内并与齿啮合，传动齿轮与外壳步进电机相连，外壳步进电机设置在外壳上并与电机驱动器相连。

所述的传动机构包括扁轮A、扁轮B、以及与电机驱动器相连的第一内壳步进电机和第二内壳步进电机，其中第一内壳步进电机与扁轮B相连，第二内壳步进电机与扁轮A相连，扁轮A和扁轮B的转动方向相反，扁轮A和扁轮B的周向上开设有环形凹槽，吸痰管夹持在扁轮A和扁轮B的环形凹槽之间。

所述的传动机构还包括扁轮C和扁轮D，其中扁轮A和扁轮C通过第一传动系相连且两者转动方向相同，扁轮B和扁轮D通过第二传动系相连且两者转动方向相同，扁轮C和扁轮D的周向上开设有环形凹槽，吸痰管同时夹持在扁轮A和扁轮B的环形凹槽以及扁轮C和扁轮D的环形凹槽之间。

所述的第一传动系包括依次啮合的齿轮A、齿轮B和齿轮C，其中扁轮A和齿轮A套装在轴A上，齿轮B套装在轴B上，扁轮C和齿轮C套装在轴C上，轴B和轴C固定在内壳内的可滑动底座上，轴A与第二内壳步进电机相连，第二内壳步进电机设置在内壳内的可滑动底座上；

所述的第二传动系包括依次啮合的齿轮D、齿轮E和齿轮F，其中扁轮D和齿轮D套装在轴D上，齿轮E套装在轴E上，扁轮B和齿轮F套装在轴F上，轴D、轴E的固定在内壳上，轴F与第一内壳步进电机相连，第一内壳步进电机设置在内壳上；

所述的轴A、轴B、轴C相互平行并位于同一平面内，轴D、轴E、轴F相互平行并位于同一平面内，且轴A、轴B、轴C所在的平面与轴D、轴E、轴F所在的平面相互平行。

所述的外壳上设有用于调节扁轮A和扁轮B的间距以及扁轮C和扁轮D的间距的丝杠螺母，丝杠螺母与内壳内的可滑动底座相连。

一种基于呼吸道痰液自动清理系统的呼吸道痰液自动清理方法，包括以下步骤：

1)将需要推送的吸痰管夹紧固定在吸痰装置内的传动机构上；

2)按下红外遥控器上的向前推送键，电机驱动器在单片机的指令下驱动传动机构运转，转动机构向前推送吸痰管，使吸痰管进入病人气道；

3)在限位传感器的监控下，传动机构推送吸痰管到达目标位置后自动停止，然后接通负压机，开始进行吸痰操作，此时在单片机的指令下，电机驱动器自动驱动传动机构和摆动机构开始运转，传动机构向后推送吸痰管，将吸痰管向回拉出气道，摆动机构带动内壳进行摆动，从而带动吸痰管转动，对气道壁四周吸痰；

4)当吸痰管离开病人气道回到起始位置时，吸痰装置自动停止运动，整个吸痰过程结束。

所述步骤2)进行过程中，根据病人的需要，按动红外遥控器上的加速推送键或减速推送键来调节吸痰管的推送速度；

所述步骤2)和步骤3)进行过程中，若病人出现不适应，按下触碰传感器，传动机构将立即停止向前推送吸痰管，并开始向后推送吸痰管离开病人气管，提前结束吸痰操作；

所述步骤4)中当吸痰装置停止运动后，接通清洗装置，用生理盐水对吸痰管进行清洗。

相对于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统，包括吸痰装置及监测控制系统，用监测控制系统控制吸痰装置，通过传动机构和摆动机构的运转即可控制闭式吸痰管对病人进行自动吸痰操作，代替人工吸痰操作。本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统配套目前医院使用的闭式吸痰管，具有以下优点：

1)从国内外现状看来，闭式吸痰管配合呼吸机使用时可以有效降低相关肺炎的发病率。根据相关文献表明，在医院使用闭式吸痰管以后，有效减少了病人口腔，气道细菌滋生的数量，大大降低了相关肺炎的感染率，提高了病人的安全，这对高危病人来说十分关键，保证了他们的安全，因此本发明选用闭式吸痰管。

2)利用本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统可以降低病人的不适程度，减轻病人痛苦感。通过临床分析，使用闭式吸痰管无需断开呼吸机，可以减少病人焦虑，减轻病人不适程度，也可以促进吸痰过程顺利进行。利用呼吸道痰液自动清理系统操作，也可以减少病人的焦虑程度，同时，机器的操作手法严格相同，与医护人员不同，不存在因为医护人员不同而产生的操作不同，减少病人的疼痛感。同时也可以降低病人的开支，减少费用。闭式吸痰管的使用减少了患者的医疗费用，减轻病人的医疗负担。

3)减少医务人员的职业暴露，减少医护人员发病率。利用本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统后，医护人员只需要每隔确定的时间检查病人，不需要因为痰液堵塞随时赶过去吸痰，大大减少了疾病的滋生，减少医疗人员的发病率。因为医护人员都是在危重病房进行工作，呼吸道痰液自动清理系统大大减少了医护人员与病菌接触，因此机器操作大大保护了医护人员的安全。

4)减轻护士的工作量。护士可以从手动吸痰的工作变为定时更换闭式吸痰管以及检查呼吸道痰液自动清理系统是否正常工作，大大减少了护士的工作量，保证了医护人员的休息以及作息安排。因此，在目前现状下，本发明通过设计呼吸道痰液自动清理系统来代替人工吸痰操作，不仅减少了医护人员工作量，也保证了病人的安全，是十分必要的。

5)本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统的吸痰装置中，外壳上设有用于使内壳沿吸痰管的周向方向摆动的摆动机构，而用于自动控制吸痰管向前推送及向后推送的传动机构位于内壳中，这样在吸痰管到达预设位置并且传动机构向后推送吸痰管的同时，摆动机构能够带动内壳从而带动吸痰管小幅度转动，达到旋转吸痰的功能。由于吸痰管上开设的吸痰孔位置有限，吸痰管的转动吸痰能够提高痰液吸收效率。

6)本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统的监测控制系统中，限位传感器安装在吸痰管左右两段的极限位置，防止吸痰装置在推送吸痰管时超过该极限位置，如果超过极限位置，限位传感器感应后单片机会命令吸痰装置立即停止运动，保证吸痰过程的准确性及安全性。在吸痰管被推送的过程中，限位传感器能够随时将吸痰管的位置信息反馈给单片机，再由单片机控制电机驱动器来控制传动机构对吸痰管的输送，能够保证吸痰过程的安全可靠性。红外遥控器用于输入操作信息。显示屏用于实时显示吸痰装置的运动状态，如目前吸痰装置处于向前推送还是向后推送还是停止运作，以及推送速度等信息均显示在显示屏上，方便医护人员观察和了解情况。

进一步的，本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统的监测控制系统中，触碰传感器设在单片机与电源之间，而吸痰装置又与单片机相连，电源给单片机以及吸痰装置中的电机进行供电。触碰传感器起到急停开关的作用，当触碰传感器被按下时将会自动切断电源供电，使系统停止工作，保证病人的安全。触碰传感器作为吸痰装置的急停开关使用，在紧急情况下可以使系统断电，防止意外情况发生。

进一步的，本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统的监测控制系统中，红外遥控器上设有向前推送键、向后推送键、加速推送键、减速推送键和停止键，当医护人员按下相应的功能键时，单片机接受信息并控制电机驱动器运作从而控制吸痰装置进行相应的功能。电机驱动器主要为速度分级功能。本发明设有若干级推送速度，可以根据病人需求进行吸痰管推送速度的调节。当按下向前推送键时吸痰管被向前推送进入人体。按下向后推送键时吸痰管被推送离开人体。按下停止键时停止推送运动。按下加速推送键时推送速度增加一级，按下减速推送键时推送速度降低一级。吸痰管的旋转运动设定为向后推送时自动进行，不单独安排按键控制。

进一步的，本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统的吸痰装置中，摆动机构带动吸痰管旋转吸痰是通过内壳两侧的内壳耳部套装在外壳的轴承上，外壳上的传动齿轮与内壳耳部的齿啮合，外壳步进电机带动传动齿轮转动，使内壳沿吸痰管的周向方向小幅度摆动，由于吸痰管被内壳中的传动机构夹持，因此吸痰管随着内壳的摆动而进行转动。

进一步的，本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统的吸痰装置中，传动机构主要包括用于夹持吸痰管的扁轮和用于带动扁轮旋转的内壳步进电机，吸痰管可以被夹持在一对或多对扁轮的环形凹槽之间，至少需要一对扁轮即可完成对吸痰管的夹持，本发明中考虑到夹持的稳定性，设置了两对扁轮对吸痰管进行夹持，两对扁轮分别在两个内壳步进电机的带动下同速反向旋转，从而带动吸痰管向前或向后运动。两对扁轮中位于吸痰管同一侧的两个扁轮之间通过齿轮传动系相连，使得吸痰管同一侧的两个扁轮维持同速同向旋转。为了使吸痰管同一侧的两个扁轮之间留有间隙，齿轮传动系选用3个尺寸相同的齿轮，其直径小于扁轮的直径，两边的两个齿轮分别与两个扁轮同轴，中间的齿轮同时与两边的两个齿轮啮合，这样在内壳步进电机带动一个扁轮旋转的情况下，另一个扁轮通过齿轮传动系的带动即可同速同向旋转。

进一步的，本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统的吸痰装置中，外壳上设有用于调节吸痰管两侧的扁轮的间距的丝杠螺母，拧松丝杠螺母时扁轮间距变大，可以更换吸痰管，更换完毕后拧紧丝杠螺母使扁轮间距减小以加持住吸痰管，并且通过调节丝杠螺母能够调节扁轮对吸痰管的夹持力的大小，使得吸痰管在扁轮的夹持作用下能够更好的随着扁轮的旋转而向前或向后运动。

本发明提供的呼吸道痰液自动清理方法，依靠监测控制系统实现对吸痰装置的自动操作及控制，能够实现自动向前推送、向后推送以及吸痰管旋转的功能，能够代替医护人员的手动操作对病人进行所有的基础性吸痰操作。该方法能够确保吸痰管推送的准确性，保证病人的安全，做到了高效安全的吸痰。

附图说明

图1为本发明提供的吸痰装置的结构示意图；

图2为本发明提供的吸痰装置中扁轮的示意图；

图3为本发明提供的吸痰装置中内壳的示意图；其中(a)为俯视图，(b)为仰视图；

图4为本发明提供的监测控制系统的示意图；

图5为本发明提供的呼吸道痰液自动清理方法的流程图；

其中：1为左侧外壳，2为内壳，3为左侧轴承，4为吸痰管，5为第一内壳步进电机，6为外壳步进电机，7为扁轮A，8为传动齿轮，9为第二内壳步进电机，10为齿轮A，11为轴A，12为丝杠螺母，13为齿轮B，14为轴B，15为扁轮C，16为右侧轴承，17为齿轮C，18为轴C，19为固定连接件，20为扁轮D，21为齿轮D，22为轴D，23为齿轮E，24为轴E，25为齿轮F，26为右侧外壳，27为轴F，28为扁轮B，29为内壳耳部，30为齿。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

参见图1至图4，本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统，包括吸痰装置及监测控制系统。

所述的吸痰装置包括壳体和闭式吸痰管，闭式吸痰管由吸痰管4及吸痰管4上的两个固定连接件19构成；壳体由外壳和内壳2构成，外壳由左侧外壳1和右侧外壳26通过螺钉装配在一起构成，左侧外壳1上设有左侧轴承3，右侧外壳26上设有右侧轴承16，内壳2的两侧设有向外凸出的圆柱形的内壳耳部29，内壳2两侧的内壳耳部29分别与左侧轴承3和右侧轴承16相连，使得内板2可以进行旋转运动。吸痰管4分别穿过内壳2、内壳2两侧的内壳耳部29和外壳上的左侧轴承3及右侧轴承16，两个固定连接件19分别位于外壳的外部两侧。吸痰管4前端的固定连接件19连接病人的呼吸机，该固定连接件19固定不动，吸痰管4能够穿过该固定连接件19进入病人气道；吸痰管4后端的固定连接件19用于连接负压机，固定在吸痰管4上随吸痰管4一起移动。外壳上设有用于使内壳2沿吸痰管4的周向方向摆动的摆动机构，内壳2内设有用于自动控制吸痰管4向前推送及向后推送的传动机构。

其中摆动机构包括传动齿轮8和大功率的外壳步进电机6，内壳耳部29的底部设有齿30，传动齿轮8设置在外壳内并与齿30啮合，外壳步进电机6设置在外壳上并与传动齿轮8同轴相连，通过外壳步进电机6带动传动齿轮8，进而带动内板2做小幅度摆动。

传动机构包括第一内壳步进电机5、第二内壳步进电机9、扁轮A7和扁轮B28、扁轮C15和扁轮D20、第一传动系和第二传动系，其中第一内壳步进电机5与扁轮B28相连，第二内壳步进电机9与扁轮A7相连，扁轮A7和扁轮B28的转速相同、转动方向相反，扁轮A7和扁轮C15通过第一传动系相连且两者转速及转动方向相同，扁轮B28和扁轮D20通过第二传动系相连且两者转速及转动方向相同，扁轮A7、扁轮B28、扁轮C15和扁轮D20完全相同且互相平行，扁轮A7、扁轮B28、扁轮C15和扁轮D20的周向上开设有环形凹槽，吸痰管4夹持在扁轮A7和扁轮B28的环形凹槽以及扁轮C15和扁轮D20的环形凹槽之间。

第一传动系包括尺寸完全相同且相互平行并依次啮合的齿轮A10、齿轮B13和齿轮C17，其中扁轮A7和齿轮A10套装在轴A11上，齿轮B13套装在轴B14上，扁轮C15和齿轮C17套装在轴C18上，轴B14和轴C18固定在内壳2内的可滑动底座上，轴A11与第二内壳步进电机9相连，第二内壳步进电机9设置在内壳2内的可滑动底座上。轴A11、轴B14、轴C18直径相同且相互平行、间距相等、并位于同一平面内。由于第二内壳步进电机9与齿轮A10均连接在轴A11上，通过第二内壳步进电机9带动齿轮A10转动，能够使得齿轮B13和齿轮C17转动，其中齿轮B13为传动轮，保证齿轮A10与齿轮C17转向相同，同样也使得扁轮A7和扁轮C15转向与转速均相同。可滑动底座与外壳上的丝杠螺母12相连，当转动丝杠螺母12时，丝杠螺母12水平直线运动，进而带动可滑动底座在内板2内水平移动，用于调节扁轮A7和扁轮B28的间距以及扁轮C15和扁轮D20的间距，实现吸痰管的更换及夹紧固定功能。

第二传动系包括尺寸完全相同且相互平行并依次啮合的齿轮D21、齿轮E23和齿轮F25，其中扁轮D20和齿轮D21套装在轴D22上，齿轮E23套装在轴E24上，扁轮B28和齿轮F25套装在轴F27上，轴D22、轴E24的固定在内壳2上不动，轴F27与第一内壳步进电机5相连，第一内壳步进电机5设置在内壳2上不动。轴D22、轴E24、轴F27直径相同且相互平行、间距相等、并位于同一平面内，且轴A11、轴B14、轴C18所在的平面与轴D22、轴E24、轴F27所在的平面相互平行。由于第一内壳步进电机5与齿轮F25均连接在轴F27上，通过第一内壳步进电机5带动齿轮F25转动，能够使得齿轮E23和齿轮D21转动，其中齿轮E23为传动轮，保证齿轮F25与齿轮D21转向相同，同样也使得扁轮B28和扁轮D20转向与转速均相同。

在本发明中，扁轮A至扁轮D完全相同，均匀分布在吸痰管的两侧，主要起到夹紧吸痰管并且进行推送吸痰管的功能。扁轮的结构如图2所示。材料选用尼龙材料，光滑且对吸痰管损伤小。根据机械设计原理手册，设计扁轮整体直径为40～80mm，内槽直径为2～8mm，厚度为6～10mm。

第一内壳步进电机5和第二内壳步进电机9为相同型号的小功率步进电机，型号为42BYGH47-401A，主要负责驱动4个扁轮，实现扁轮推送吸痰管的功能。外壳步进电机6为大功率步进电机，型号为57BYG250C，用于驱动传动齿轮8，进而带动与传动齿轮8啮合的内壳2做小角度的摆动。

内壳2的结构根据整体尺寸确定，材料为铁件，如图3所示。其中内壳耳部29为连接外壳轴承，轴承型号为深沟球轴承6006GB/T276-94，方便内壳2整体摆动，图3为仰视图，内壳耳部29下方开有少量齿，与传动齿轮8进行啮合，带动内壳2进行旋转。内壳2的整体尺寸在90×120×80左右，有±10mm变动量。齿轮采用塑料制作，主要用于传动，本发明中选用直径为10mm～30mm的小齿轮与直径25mm～50mm的大齿轮。

外壳为整体外壳，保护内部结构，材料选为铁件，整体尺寸为110×150×100mm，有±15mm变动量，考虑到加工的方便，将外壳剖分为左侧外壳1以及右侧外壳26，便于装配。丝杠螺母主要用于夹紧固定吸痰管，选用T型丝杠，立式结构。

本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统，为了实现吸痰操作包括3部分运动，这3部分运动通过监测控制系统控制吸痰装置完成。第一部分为固定夹紧吸痰管，并推送吸痰管进入人体。第二部分为从人体抽出吸痰管。第三部分为在抽出吸痰管时给吸痰管增加一定角度的旋转，提高痰液吸收效率。其中丝杠螺母12主要负责固定夹紧吸痰管4的功能，内壳步进电机带动扁轮转动达到推送吸痰管的功能，小直径的齿轮A至齿轮F负责传动以及带动扁轮转动，大直径的传动齿轮8带动内壳2做小角度的旋转运动，达到旋转吸痰的功能。

所述的监测控制系统包括单片机、用于监测吸痰管4的输送位置并将位置信息发送给单片机的限位传感器、用于在紧急情况下使整个呼吸道痰液自动清理系统断电的触碰传感器、用于接收单片机指令并驱动传动机构和摆动机构运行的电机驱动器、用于输入操作信息并将操作信息发送给单片机的红外遥控器和用于接收单片机发出的信息并实时显示吸痰装置状态的显示屏；其中限位传感器设置在吸痰管4左右两端的极限位置上，能够保证机构在安全的范围内运动。单片机设置在吸痰装置上，触碰传感器设置在单片机与呼吸道痰液自动清理系统的电源之间，可作为急停开关，在紧急情况下可以终止所有操作，保证病人的安全。电机驱动器与第一内壳步进电机5、第二内壳步进电机9和外壳步进电机6相连，负责驱动电机运转及调速。红外遥控器上设有向前推送键、向后推送键、加速推送键、减速推送键和停止键，能够通过红外遥控实现远距离控制吸痰装置运动的功能。监测控制系统设有速度调节功能，一共分为7级，初始速度为4级，可以根据病人需要进行速度调节。

参见图5，本发明提供的呼吸道痰液自动清理方法，包括以下步骤：

1)首先通过调节丝杠螺母12，将需要推送的吸痰管4夹紧固定在传动机构上，固定以后将吸痰管4放平，便于进行下一步吸痰运动。

2)按下红外遥控器上的向前推送键，单片机接收指令并向电机驱动器发出指令，电机驱动器驱动传动机构中的第一内壳步进电机5和第二内壳步进电机9开始转动(正转)，带动扁轮A至扁轮D转动，向前推送吸痰管4，使吸痰管4逐渐进入人体气道。

3)在步骤2)进行过程中，可以根据病人的需要按动红外遥控器上的加速推动键或减速推动键来选择最佳的推送速度(共有0～7级速度选择)。

4)如果没有特殊情况，在限位传感器的监控下，传动机构推送吸痰管4到达目标位置后会自动停止，在2秒以后接通医院吸痰用的负压机，开始进行吸痰操作，此时在单片机的指令下，电机驱动器驱动第一内壳步进电机5和第二内壳步进电机9反转，将吸痰管4向回拉出气道，同时电机驱动器驱动外壳步进电机6工作，带动内壳2整体进行小角度的摆动，从而带动吸痰管4转动达到对气道壁四周吸痰的目的。如出现病人不适应等特殊情况，医护人员或病人自己可按下身旁的触碰传感器，吸痰装置将会提前停止推送，结束吸痰操作。

5)当吸痰管4向回输送离开病人气道回到起始位置时，系统自动停止，开始接通生理盐水进行清洗吸痰管的操作，整个吸痰过程结束。清洗干净的吸痰管可供下次吸痰使用，当一根吸痰管使用至一定次数时，需要拧松丝杠螺母12更换吸痰管4，以保证卫生。

本发明的优点在于：本发明提供的呼吸道痰液自动清理系统实现了自动向前推送、向后推送以及吸痰管旋转的功能，能够代替医护人员的手动操作对病人进行所有的基础性吸痰操作。本发明易于操作，无需专业知识就可实现吸痰管自动推送控制，能够确保推送的准确性，保证病人的安全，做到了高效安全的吸痰。