一种新型人工气道气囊压力监测装置及方法与流程

本发明涉及重症监护患者人工气道气囊压力管理领域，尤其涉及一种应用于重症监护中的人工气道气囊压力监测装置及方法。

背景技术：

绝大多数医院在抢救急危重症患者时，往往需要建立人工气道，通过呼吸机进行机械通气，纠正患者的缺氧状态，改善患者的通气功能。然而人工气道的建立需要气管切开或气管插管，破坏了呼吸道正常的解剖及功能，声门与气囊之间形成死腔，分泌物容易积聚。急危重患者在进行机械通气时，气囊需要合理充气，保持合适的压力，固定导管，保证气道密闭性和潮气量的供给。

理想的气囊压力要求既要阻断气囊与气管壁间的漏气，又可防止气囊对气管黏膜的压迫性损伤，即为保持有效封闭气囊与气管间隙的最小压力。参照机械通气临床应用指南(2006)推荐高容低压套囊压25-30cmh2o标准压力范围，当气囊压力小于25cmh2o时，咽喉及口腔分泌物进入气道，会导致患者误吸，造成吸入性肺炎，增加呼吸机相关性肺炎的发生几率；还会在机械通气时造成漏气，发生脱管。当气囊压力大于30cmh2o时，则容易造成气管黏膜受压缺血，甚至造成气管壁穿孔等严重的并发症。

因此精确地监测气囊压力并控制在正常范围内，对防止气管黏膜受损，保证机械通气治疗是至关重要的。

国内临床应用最广的测压方法为手指捏感法和专用气囊测压表测压法。手指捏感法操作简单，用手捏气囊压力感觉“比鼻尖软，比口唇硬”，给临床工作带来方便，但准确率较低，感觉的压力比实际测量的压力大，气管食管瘘发生率明显升高。专用气囊测压表操作简单、精确度高，每4小时监测一次，但需要人工读数得到当前气囊压力值，无法精确地进行实时监测，且价格昂贵，很难做到一床一表。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有监测技术的不足，提供一种新型人工气道气囊压力监测装置及方法，实现插管患者气囊压力的实时采集、智能控制和自动存储。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种新型人工气道气囊压力监测装置，包括应用端和pc控制端。

所述应用端，用于实时监测插管患者人工气道气囊压力并自动控制，在超过正常范围时进行声光报警，包括：气囊接口、气泵、压力传感器、电磁阀、ad芯片、单片机、液晶显示屏、按键电路、声光报警器、电源模块、外接电源接口、电源开关、9v电池和rs232串口；其中，所述气囊接口与压力传感器输入端、气泵接口、电磁阀接口通过硅胶管及三通相连，组成压力监测管路；所述压力传感器为常用于医学仪器的mpx数字压力传感器；所述压力传感器的输出口与ad芯片的数据输入口相连，所述ad芯片的数据输出口与单片机的数据输入口相连，ad芯片的控制引脚与单片机的对应控制口相连；所述单片机采用系列单片机；所述按键电路包括四个按键：设置键、增加键、减小键、开始键，分别与单片机的对应控制口相连，完成压力上下限的设置；所述液晶显示屏的数据输入口与单片机的数据输出口相连，液晶显示屏的控制引脚与单片机的对应控制口相连；所述单片机的其中一个控制口与反相器芯片输入端相连，反相器芯片输出端与气泵驱动芯片输入端相连，气泵驱动芯片输出端与气泵一端相连，气泵另一端与电源模块相连，所述气泵驱动芯片采用达林顿晶体管；所述单片机的其中一个控制口与三极管驱动电路输入端相连，三极管驱动电路输出端与电磁阀一端相连，电磁阀另一端与电源模块相连；所述声光报警模块包括发光二极管和蜂鸣器，与单片机的对应控制口相连，气囊压力超过阈值范围时，发光二极管点亮，蜂鸣器发出提示音；所述电源模块为9v转5v电路，得到5v稳定电压供本监测装置使用，其中9v直流电供电方式包括9v电池供电和通过外接电源接口外接9v适配器供电，所述电源模块带指示灯，通电后亮起；所述电源开关控制整个监测装置的开启和关闭；所述单片机接max232芯片，与rs232串口相连，通过串口将数据发送至pc控制端；

监测装置上电后，按设置键设置压力阈值，默认为25～30cmh2o，上下限可调范围为5～50cmh2o，按开始键，单片机控制气泵工作，实现一键充气至设定范围的功能，监测并稳定压力到设定范围内，保证患者气囊压力满足临床需求；若监测到的实时压力低于设置的下限时，单片机控制气泵打气，使压力达到正常范围内；若监测到的实时压力高于设置的上限时，单片机控制电磁阀放气，使压力达到正常范围内，实现自动调节气囊压力；当患者完成呼吸机机械通气治疗，需要拔除插管时，再次按开始键，单片机控制电磁阀开启，实现一键放气功能；

所述pc控制端，利用c#语言编写上位机控制软件，具有实时压力显示、压力阈值设置、压力超限报警、病人信息存储、历史数据回顾、临床预警功能；所述pc控制端接收单片机发送的气囊压力数据，利用显示控件实时显示当前压力曲线和压力值，当压力值超过设定范围时，进行压力超限报警；所述pc控制端可以修改压力阈值，将阈值信号发送至单片机，实现压力阈值设置；所述pc控制端可以将实时压力数据存至后台sql数据库，并可进行历史压力数据回顾；所述pc控制端通过分析实时压力数据，评估患者的呼吸状况，提醒医护人员做出相应临床预警。

进一步地，该装置在临床使用过程中，需要悬挂于监护床床头，在装置外壳后方预留螺丝孔，并将可固定在输液杆上的固定夹安装于外壳，从而方便进行床边监测。

进一步地，本装置还具有压力校准单元，所述压力校准单元包括安装在患者导管的气囊接口处的气囊压力表，由于插管导管的气囊接口与装置的气囊接口之间有一段管路连接，该段管路实际上存在一定的压力损失，患者导管的气囊接口处压力记为p1，装置的气囊接口处压力记为p2，实际上p1<p2，因此记压力损失值△p＝p2-p1，其中p1为用外接专用的气囊压力表实测的压力，p2为压力传感器实时监测得到的装置的气囊接口处的压力；针对同型号不同批次管子，多组实验得到相应压力损失值△p，在监测过程中控制气泵增加充气量，进行压力补偿，使得液晶显示屏显示的气囊压力值与监测点实际气囊压力值一致。

进一步地，所述pc控制端具有临床预警功能，依靠接收到的实时压力值，提取压力峰谷值，根据一定时间t内出现压力峰谷值大小p和次数n，建立气囊压力分析模型(t，n，p)，评估患者可能出现的情况，提醒医护人员作出相应预警。

进一步地，获取大量患者在吸痰、插胃管、翻身、漏气、脱管等状态时的气囊压力分析模型(t，n，p)，通过机器学习得到在不同状态下，一定时间t内出现压力峰谷值的次数上限和压力限值大小；如果监测到某个患者在时间t1内，气囊压力值具有超过压力值上限p1的情况，且出现压力峰谷值的次数超过次数上限n1，控制端发出相应临床预警，提示患者是否吸痰，患者是否在翻身，患者是否在插胃管等；如果监测到某个患者在时间t2内，气囊压力值具有低于压力值下限p2，且次数超过次数上限n2的情况，控制端发出相应临床预警，提示患者是否脱管，管道是否漏气等。

一种新型人工气道气囊压力监测装置的监测方法，该方法包括以下步骤：

(1)开机上电后，显示初始化界面；

(2)将患者导管的气囊接口与装置的气囊接口相连，保证连接紧密；

(3)按设置键和加减键设置压力阈值，默认为25～30cmh2o，装置上下限可调范围为5～50cmh2o；

(4)按开始键实现一键充气功能，监测并稳定压力到设定范围内；

(5)当患者完成呼吸机机械通气治疗，需要拔除插管时，再次按开始键实现一键放气，免除目前需要手动抽气的操作；

(6)pc控制端实时接收应用端发来的气囊压力数据，进行实时压力显示、压力阈值设置、压力超限报警、病人信息存储、历史数据回顾、临床预警功能。

本发明相对于现有的气囊压力表监测技术具有以下有益效果：本发明提供了一种新型人工气道气囊压力监测装置及方法，当装置开机上电时，显示初始化界面，可通过按键调节压力阈值，然后对气囊内压力进行实时监测，当装置检测到压力处于阈值范围内时，提示监测中，当压力超过压力上限时，提示超过上限，并声光报警，装置会控制电磁阀进行放气，使压力达到上限以下；相反，当压力低于压力下限时，装置会控制气泵进行充气，使压力达到正常范围内，与此同时，装置的pc控制端会实时接收气囊压力值，进行实时压力显示、压力阈值设置、压力超限报警、病人信息存储、历史数据回顾、临床预警等功能；该装置有效地实现了气囊压力的智能化管理，降低了呼吸机相关性肺炎的发生几率，减小了对气道黏膜的损伤，对患者的机械通气治疗有重要的意义。

附图说明

图1为本发明系统结构图；

图2为本发明应用端内部结构图；

图3是本发明应用端正面俯视图；

图4是本发明传感器传输特性图；

图5是本发明患者在轻微漏气时气囊压力曲线图；

图6是本发明患者在脱管后气囊压力曲线图；

图7是本发明患者在反复咳嗽时气囊压力曲线图；

图中：气囊接口1、气泵2、压力传感器3、电磁阀4、ad芯片5、单片机6、液晶显示屏7、按键电路8、声光报警器9、电源模块10、外接电源接口11、电源开关12、9v电池13，串口14，设置键15，增加键16，减小键17，开始键18。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述，但并不是限制本发明。

如图1所示，本发明提供的一种新型人工气道气囊压力监测装置，包括应用端和pc控制端；其中应用端包括：气囊接口1、气泵2、压力传感器3、电磁阀4、ad芯片5、单片机6、液晶显示屏7、按键电路8、声光报警器9、电源模块10、外接电源接口11、电源开关12、9v电池13和rs232串口14；

如图2和图3所示，所述气囊接口1、气泵2、压力传感器3、电磁阀4、ad芯片5、单片机6、液晶显示屏7、按键电路8、声光报警器9、电源模块10、外接电源接口11、电源开关12、9v电池13和rs232串口14；其中，所述气囊接口1与压力传感器3输入端、气泵2接口、电磁阀4接口通过硅胶管及三通相连，组成压力监测管路；所述压力传感器3为常用于医学仪器的mpx数字压力传感器；所述压力传感器3的输出口与ad芯片5的数据输入口相连，所述ad芯片5的数据输出口与单片机6的数据输入口相连，ad芯片5的控制引脚与单片机6的对应控制口相连；所述单片机6采用51系列单片机；所述按键电路8包括四个按键：设置键15、增加键16、减小键17、开始键18，分别与单片机6的对应控制口相连，完成压力上下限的设置；所述液晶显示屏7的数据输入口与单片机6的数据输出口相连，液晶显示屏7的控制引脚与单片机6的对应控制口相连；所述单片机6的其中一个控制口与反相器芯片输入端相连，反相器芯片输出端与气泵驱动芯片输入端相连，气泵驱动芯片输出端与气泵2一端相连，气泵2另一端与电源模块10相连，所述气泵驱动芯片采用达林顿晶体管；所述单片机6的其中一个控制口与三极管驱动电路输入端相连，三极管驱动电路输出端与电磁阀4一端相连，电磁阀4另一端与电源模块10相连；所述声光报警模块9包括发光二极管和蜂鸣器，与单片机6的对应控制口相连，气囊压力超过阈值范围时，发光二极管点亮，蜂鸣器发出提示音；所述电源模块10为9v转5v电路，得到5v稳定电压供本监测装置使用，其中9v直流电供电方式包括9v电池13供电和通过外接电源接口11外接9v适配器供电，所述电源模块10带指示灯，通电后亮起；所述电源开关12控制整个监测装置的开启和关闭；所述单片机6接max232芯片，与rs232串口14相连，通过串口将数据发送至pc控制端；

监测装置上电后，按设置键15设置压力阈值，默认为25～30cmh2o，上下限可调范围为5～50cmh2o，按开始键18，单片机6控制气泵2工作，实现一键充气至设定范围的功能，监测并稳定压力到设定范围内，保证患者气囊压力满足临床需求；若监测到的实时压力低于设置的下限时，单片机6控制气泵2打气，使压力达到正常范围内；若监测到的实时压力高于设置的上限时，单片机6控制电磁阀4放气，使压力达到正常范围内，实现自动调节气囊压力；当患者完成呼吸机机械通气治疗，需要拔除插管时，再次按开始键18，单片机6控制电磁阀4开启，实现一键放气功能；

所述pc控制端，利用c#语言编写上位机控制软件，具有实时压力显示、压力阈值设置、压力超限报警、病人信息存储、历史数据回顾、临床预警功能；所述pc控制端接收单片机6发送的气囊压力数据，利用显示控件实时显示当前压力曲线和压力值，当压力值超过设定范围时，进行压力超限报警；所述pc控制端可以修改压力阈值，将阈值信号发送至单片机6，实现压力阈值设置；所述pc控制端可以将实时压力数据存至后台sql数据库，并可进行历史压力数据回顾；所述pc控制端通过分析实时压力数据，评估患者的呼吸状况，提醒医护人员做出相应临床预警。

进一步地，该装置在临床使用过程中，需要悬挂于监护床床头，在装置外壳后方预留螺丝孔，并将可固定在输液杆上的固定夹安装于外壳，从而方便进行床边监测。

进一步地，本装置还具有压力校准单元，所述压力校准单元包括安装在患者导管的气囊接口处的气囊压力表，由于插管导管的气囊接口与装置的气囊接口之间有一段管路连接，该段管路实际上存在一定的压力损失，患者导管的气囊接口处压力记为p1，装置的气囊接口处压力记为p2，实际上p1<p2，因此记压力损失值△p＝p2-p1，其中p1为用外接专用的气囊压力表实测的压力，p2为压力传感器实时监测得到的装置的气囊接口处的压力；针对同型号不同批次管子，多组实验得到相应压力损失值△p，在监测过程中控制气泵增加充气量，进行压力补偿，使得液晶显示屏显示的气囊压力值与监测点实际气囊压力值一致。

进一步地，所述pc控制端具有临床预警功能，依靠接收到的实时压力值，提取压力限值，根据一定时间t内出现压力限值大小p和次数n，建立气囊压力分析模型(t，n，p)，评估患者可能出现的情况，提醒医护人员作出相应预警；如果监测到某个患者在时间t1内，气囊压力值具有超过压力值上限p1的情况，且出现压力峰值的次数超过次数上限n1，控制端发出相应临床预警，提示患者是否吸痰，患者是否在翻身，患者是否在插胃管等；如果监测到某个患者在时间t2内，气囊压力值低于压力值下限p2，且次数超过次数上限n2，控制端发出相应临床预警，提示患者是否脱管，管道是否漏气等。

进一步地，所述pc控制端具有临床预警功能，依靠接收到的实时压力值，提取压力峰谷值，根据一定时间t内出现压力峰谷值大小p和次数n，建立气囊压力分析模型(t，n，p)，评估患者可能出现的情况，提醒医护人员作出相应预警。

进一步地，获取大量患者在吸痰、插胃管、翻身、漏气、脱管等状态时的气囊压力分析模型(t，n，p)，通过机器学习得到在不同状态下，一定时间t内出现压力峰谷值的次数上限和压力限值大小；如果监测到某个患者在时间t1(3s)内，气囊压力值具有超过压力值上限p1(40)的情况，且出现压力峰谷值的次数超过次数上限n1(3次)，控制端发出相应临床预警，提示患者是否吸痰，患者是否在翻身，患者是否在插胃管等；如果监测到某个患者在时间t2(4s)内，气囊压力值具有低于压力值下限p2(15)，且次数超过次数上限n2(3次)的情况，控制端发出相应临床预警，提示患者是否脱管，管道是否漏气等。

一种新型人工气道气囊压力监测装置的监测方法，该方法包括以下步骤：

(1)开机上电后，显示初始化界面；

(2)将患者导管的气囊接口与装置的气囊接口相连，保证连接紧密；

(3)按设置键和加减键设置压力阈值，默认为25～30cmh2o，装置上下限可调范围为5～50cmh2o；

(4)按开始键实现一键充气功能，监测并稳定压力到设定范围内；

(5)当患者完成呼吸机机械通气治疗，需要拔除插管时，再次按开始键实现一键放气，免除目前需要手动抽气的操作；

(6)pc控制端实时接收应用端发来的气囊压力数据，进行实时压力显示、压力阈值设置、压力超限报警、病人信息存储、历史数据回顾、临床预警功能。

实施例

本实施例中，利用人工气道气囊压力监测装置进行监测的步骤如下：

1、在重症监护室寻找气管插管患者60例，其中男30人，女30人，患者的咳嗽刺激反应均比较敏感，分别设置实验组及对照组。导管均采用杭州京泠生产的高容量低压气囊的一次性使用气管导管，套囊直径为19mm。实验组使用本发明人工气道气囊压力监测装置。图4为性能测试实验中测得的压力传感器特性曲线。

2、将本装置气囊接口与患者插管导管的气囊接口紧密连接，观察每个时刻气囊压力的变化，控制端实时记录下气囊压力值。对照组使用专用气囊压力测压表，每隔1小时将压力表接口与同一患者插管导管的气囊接口相连，监测此刻气囊压力值，并记录，发现低于压力下限或者高于压力上限，则进行补气或者放气操作。完成操作后，观察患者气管黏膜损伤情况，有无导管移位，气囊破裂，误吸等。

3、由于人工气道存在漏气，且患者情况的不确定性，可能出现咳嗽，脱管等情况，患者的气囊压力值是不断变化的。如图5所示，实验组中使用了本发明人工气道气囊压力监测装置，能实时显示并控制气囊压力值在设定范围内，在与对照组的多次特定时刻的实测压力值对比得到，实验组可以实现24小时连续监测，数据精确，且不需要定时补放气，大大减轻了护士的工作量，有效地保证了气囊压力值的稳定，保证了患者后续的恢复。本发明还设计人性化的报警提示功能，当患者出现脱管时间过长(如图6所示)或者连续咳嗽(如图7所示)时，控制端会提醒护士进行人为干预，保证患者的通气安全。

本技术领域的人员根据本发明所提供的文字描述、附图以及权利要求书能够很容易在不脱离权利要求书所限定的本发明的思想和范围条件下，可以做出多种变化和改动。凡是依据本发明的技术思想和实质对上述实施例进行的任何修改、等同变化，均属于本发明的权利要求所限定的保护范围之内。