闭环控制体外膈肌起搏器的制作方法

专利名称：闭环控制体外膈肌起搏器的制作方法
技术领域：
本实用新型设备涉及到一种起搏器，特别是一种闭环控制体外膈肌起搏 器0 ,
背景技术：
中国专利(专利号ZL87208778.6 )中公开了一种"体外膈肌起搏 器"，其特征是该装置是供临床呼吸治疗和抢救设备，外接220V交流电， 开机后输出预先设定的膈肌起搏脉冲提供治疗需要，通过转接开关及电位器 改变输出参数进行治疗，临床治疗效果确切，功能简单，使用方便。中国专 利(专利号ZL03226172.1)中公开了一种"自动控制膈肌起装置"，其特 征是装有一个呼换能器及呼吸监测电路，当患者呼吸信号中止时能输出特 定的脉冲信号，帮助患者恢复呼吸，因而避免窒息死亡，临床上应用于呼吸 病患者的安全监控。中国专利(专利号ZL200420105510.7 )中公开了另 一种"变频便携式体外膈肌起搏器"，其特征是采用小型微机进行控制， 将输出治疗参数增加为40Hz频率和2.5Hz+40Hz两组频率可选输出，提高 了治疗效果，体积小、重量轻、使用比较方便，适用于家庭患者康复治疗使 用。
以上三种专利的缺点为 '
1.治疗参数选择需由现场操作者根据实际情况确定，临床治疗效果与操 作员水平和经验密切相关，造成治疗效果不稳定。2. 功能简单，参数调节可选的范围较小，临床治疗适用范围较窄。
3. 设备供电方式单一，不适用于室外抢险救灾、院前抢救治疗和移动工 作环境下使用。
4. 输出参数项目较少，显示简单，不能满足临床呼吸系统和膈肌功能医 学课题研究测试的需求。

实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种设计合理，具有呼吸采样功能，在治疗 过程中将患者的呼吸状态与设备的输出参数构成闭环自动控制系统，自动调 整相关治疗参数，减少人工干与，提高治疗效果的闭环控制体外膈肌起搏器。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到 一种闭环控制体外膈肌起 搏器，包括外壳体、主控微处理器数据处理模块、数据储存模块、人机对话 显示屏模块、控制面板模块、电源管理模块、电源，其特征在于还有呼吸 参数检测模块、起搏信号调制输出模块，主控微处理器数据处理模块接受控 制面板模块控制，输出项目和参数由人机对话显示屏模块显示，主控微处理 器数据处理模块的一路连接呼吸参数检测模块，另一路连接起搏信号调制输 出模块，主控微处理器数据处理模块接受呼吸参数检测模块送出的呼吸参数 检测信号，处理后自动调整膈肌起搏的频率粕强度送起搏信号调制输出模 块，经放大升压后输出供治疗使用。
本实用新型的目的还可以通过以下措施来达到外壳体由面板、机壳、
后板组成。呼吸参数检测模块中的呼吸参数检测探头由Rtl热敏电阻、导热
外壳和软电缆组成，固定在患者鼻孔外端，呼吸参数检测探头连接至后板的 输入孔，将检测信号送至呼吸参数检测模块中集成电路Ull的6脚，由Ull的3脚送至主控微处理器U4的58脚，经U4处理调整相关参数，膈肌起搏 脉冲频率与呼吸同步，输出信号由U4的35脚送到集成电路U7B的3脚和 集成电路U7C的5脚，经三极管D14、 D15和D17、 D18放大后经输出升压 变压器T1和T2送到插座J15和J16，由面板上的插座输出，用左、右两对 体表电极在无创伤性状态下刺激膈肌。控制面板模块中按键开关K4与主控 微处理器U4的46和48脚连接，按动K4时输出信号由U4的35脚送到集 j^r^U7B的3脚和集成电路U7C的5脚，经三麟脇、D15和M、 D18放大后经输出升压变压器Tl和T2送到J15和J16插座，由面板输出插 座输出，用左、右两对体表电极在无创伤性状态下刺激膈肌，按键开关K5 输出信号到主控微处理器U4的46和49脚，按动K5时U4自动记忆手控频 率并转为自动输出。控制面板模块中标准按键开关Kl与主控微处理器U4 的47、 48脚连接，按动K1时输出优化参数；同步、异步按键开关K2与主 控微处理器U4的47、 49脚连接，按动K2时改变同步、异步工作方式；自 动、手工按键开关K3与单片机集成电路U4的47、 50脚连接，按动K3时 改变自动、手工工作方式；手控按键开关K4与主控微处理器U4的46、 48 脚连接，按动该键一次膈肌起搏脉冲输出一次，确认按键开关K5与主控微 处理器U4的46、 49脚连接，调整参数完成时按动该键记忆该参数；方向按 键开关K6、 K7、 K8、 K9分别与主控微处理器U4的46、 50， 45、 48， 45、 49， 45、 50脚连接脚连接，选择调整参数的项目和数值。主控微处理器U4 的型号为ATMEGA64A。在电源管理模块内设有可充电12V蓄电池，设备 供电方式可以选择220V交流、汽车12V电源和机内12V蓄电池。
闭环控制体外膈肌起搏器工作原理及应用通过体外电极对膈肌进行功能性电刺激，无创伤性，使膈肌有规律地收縮，促进肺泡C02排出，降低 C02潴留，并逐步恢复患者的膈肌功能，广泛用于呼吸骤停和困难患者恢复 自主呼吸，有效的代替人工呼吸；亦可用于膈肌功能康复训练治疗，顽固性 呃逆、哮喘等症治疗和部分慢性呼吸病症康复辅助治疗；满足临床呼吸系统 和膈肌功能医学课题研究测试的需求。
本实用新型相比现有技术具有以下优点
1. 具有呼吸采样装置，在治疗过程中将患者的呼吸状态与设备的输出参 数构成闭环系统，经主控微处理器进行处理，自动控制调整输出相关治疗参 数，达到同歩和自适应状态，减少人工干预；在此状态下与使用者的经验、 技术水平的关联性大大减少，智能化程度较高，提高了治疗效果；呼吸采样 和膈肌电剌激装置全部都在无创伤性情况下实现，使用安全性也获得提高。
2. 增加了自动记忆功能，在患者无自主呼吸状态时，采用手控按键进行 膈肌起搏引导，逐步恢复自主呼吸，然后按确认键将手动起搏频率记忆并转 为自动起搏工作，保证了抢救的成功率。
3. 具有10组优选治疗方案可选，具有100个患者治疗记录，临床使用 更为快捷和方便。
4. 增加使用参数和参数调节范围，并用大面积显示屏显示，适用于临床 呼吸系统和膈肌功能医学课题研究的需要。'
5. 增加了机内蓄电池在无外援环境下能连续工作3小时以上，具有机内 充电装置和外接12V汽车电源，,证抢险救灾、户外抢救中长时间使用，本 设备体积小、重量轻，操作简单，抢救治疗效果明显，使用范围广泛，特别 适用于抢险救灾、户外抢救等院前呼吸抢救中使用。

图1为本实用新型的原理方框图； 图2为本实用新型的外形立体图； 图3为本实用新型的外形后视图4为本实用新型主控微处理器数据处理模块、存储模块的电原理图;
图5为本实用新型呼吸参数检测模块的电原理图6为本实用新型起搏信号调制输出模块的电原理图7为本实用新型控制面板模块的电原理图8为本实用新型电源管理模块的电原理图。
具体实施方式
本实用新型下面将结合附图(实施例)作进一步详述
参照图1--图3，本实用新型包括主控微处理器数据处理模块1，存储 模块2，呼吸参数检测3，起搏信号调制输出模块4，人机对话显示模块5， 控制面板模块5，电源管理模块6，电源7，外壳体等。外壳体包括机壳31、 面板32、后板40等；机壳31用铝合金和工程塑料压制，附有可伸縮、旋转 携带把手，重量轻、方便携带使用,；面板32为轻触键薄膜平板；并可防尘、 防水。
面板32、后板40说明如下9为交流电源指示灯，在交流电工作时 灯亮；IO为充电指示灯，在充电时灯亮，充电完成灯熄；11、 12、 14、 15 为参数调节键K6、 K7、 K8、 K9，选择调整参数的项目和数值；13为确 认(0K)键K5，调整参数完成时按动该键记'f乙该参数；16为标准状态指示灯，在标准状态工作时灯亮；17为同步状态指不灯，在同步状态工作时 灯亮；18为异步状态指示灯，在异步状态工作时灯亮；19为自动状态指 示灯，在自动状态工作时灯亮；20为手工状态指示灯，在手工状态工作 时灯亮；21为手控指示灯，手控起搏脉冲输出一次灯亮一次；22为标准 键K1，按动能输出优化参数；23为同步、异步状态选择键K2，按动能选 择同步、异步工作状态；24为自动、手工状态选择键K3，按动能选择自 动、手工工作状态；25为手控键K4，按动一次能输出膈肌起搏脉冲一次； 26、 28为起搏脉冲幅度调节电位器RW2、 RW3; 27、 29为起搏脉冲输出 连接插座J15、 J16; 30为液晶显示屏，能中文、英文、数字显示各种项 目输出参数，输出起搏脉冲幅度(竖条高度表示)；33为交流电源开关；34 为交流电源输入插座；35为蓄电池充电开关；36为呼吸检测探头连接插 座；37为DC12V直流电输入插座；38为直流电源开关；39为电源过流 熔断器。
参照图4，本专利的核心晕由ATMEL公司生产的16位微处理器 ATMEGA64A (U4)及其外围电路，仪器是在预先编制好的软件程序指挥下 运行，达到设计的各项功能要求。
现分别将各部分原理分述如下
主控微处理器U4将预先编制好的软件程序写入片内的EPROM中，23、 24脚接16Mhz石英晶体Y1，为主控微处理器工作提供高稳定时钟；30—34 脚与集成电路U19连接，提取预先编制好的优选治疗方案数据；35脚为膈 肌起搏脉冲输出；17脚为膈肌起搏脉冲提示音输出；58脚为呼吸采样信号 输入；36—41、 44一50脚连接面板控制按键；2 — 16脚连接液晶显示屏。本专利设备接通电源后，即在标准参数状态下工作，如在使用过程中出 现异常情况，按动标准(0K)键22(K1)也能恢复为标准状态参数工作，液晶显
示屏30显示工作参数有膈肌起搏次数、膈肌起搏脉冲频率、优选治疗方 案名称/治疗记录、工作时间/定时时间、膈肌起搏脉冲输出幅度。调节工作
参数的过程简述如下按动确认(OK)键13(K5)通过连线与主控微处理器U4 的46、 49脚连接，主控微处理器U4接收到信号后在液晶显示屏30上闪动 M^要调节的项目和参数1S^按动方向按键(参数调im^左 IU右 行键15、上行键12、下行键14、分别与主控微处理器U4的46、 50， 45、 50， 45、 48， 45、 49脚连接，选择要调节的项'目和参数值，调节完毕再确认 (OK)键13(K5)，主控微处理器U4将记忆该参数并在新参数工作状态下运行。
本实用新型输出参数和调节鸡围
(1) .膈肌起搏脉冲
A. 脉冲宽度0.3亳秒。
B. 脉冲包络1秒。
C. 脉冲频率标准状态40次/秒。
D. 脉冲频率可调状态(20_60)次/#，连续整数级可调。
(2) .膈肌起搏次数
A. 标准状态12次/分，钟
B. 可调状态5 —50次/分钟，连续整数级可调。
(3) .手动膈肌起搏按一次手动键起搏脉冲输出一次，并有输出声、 光提示。
(4) .手动膈肌起搏记忆配有手动起搏脉冲输出次数记忆功能，能转换为自动起搏脉冲输出。
(5) .膈肌起搏输出提示起搏脉冲输出有声音提示。
(6) .膈肌起搏输出幅度20—120VP-P连续可调，有输出幅度显示。
(7) .同步工作状态膈肌起搏输出参数由呼吸检测信号自动同步控制。
(8) .异步工作状态膈肌起搏输出参数由使用者设定。 本实用新型使用条件 '
(1) .电源电压AC220V±10%、 50±lHz ; DC12V±10%。
(2) .机内可充电蓄电池充电时间6小时，可连续工作3小时。
(3) .接通电源后，即在标准状态参数状态工作。
(4) .具有所有工作状态、输出参数、输出幅度、优选治疗方案名称/治 疗记录、工作时间/定时显示和膈肌起搏输出提示音。
参照图5、图6，呼吸参数检测及起搏信号输出工作原理详述如下 外接热敏电阻探头固定在患者的鼻孔外端，检测信号通过后板连接孔36 输送到U11集成电路6脚，放大整形处理后变为与呼吸同步脉冲信号，由3 脚送至主控微处理器U4的58脚，,经过预先编制的软件程序控制，使起搏信 号在同歩工作状态时，膈肌起搏输出由呼吸检测信号控制，使呼吸与治疗患 者同步。
主控微处理器U4的35脚输出起搏信号，送到U7B的3脚和U7C的5 脚，经耦合电容C9、 Cll推动由三极管D14、 D15和D17、 D18组成的达林 顿电路，经由输出升压脉冲变压器T1、 T2输iti左、右起膈肌搏脉冲信号。
通过电位器RW2、 RW3调节左、右起搏脉冲信号幅度，经隔离变压器 T3、 T4由R43、 R44和R49、 R50,电阻组成的采样电路，将左、右起搏脉冲信号强度送至主控微处理器U4的59、 60脚，经过预先编制的软件程序处理 后，送至主面板的液晶显示器30用慢闪动竖条高度方式显示左、右起搏脉
冲信号强幅数值。 '
由主控微处理器U4的17脚输出膈肌起搏信号，送至U7F的13脚，经 由三极管D20放大后，推动蜂呜^B1发出膈肌起搏信号提示音，按动面板 的按下键14(K8)、上键12(K7)、可关断或打开膈肌起搏信号输出提示音。
#MS3、图8， ^CTf 型电源系统工作原理详述如下r
在外接交流电工作时，通过后板连座34连接220V交流电源，33为交 流电开关，经电源过流熔断器后接到电源隔离变压器，再送至直流变换模块 获得15V直流电源，经U2稳压模块提供机内'12V直流电源，经U3稳压模 块提供机内5V直流电源；经后板35充电开关送至Ul充电调控制集成块， 由Ul的2脚送至机内12V蓄电,进行充电，由Rl、 R2组成的采样电路将 蓄电池的电压状态送至U4的61脚进行监测，如电压过低将发出告警音，并 在显示蓄电池电压低的警示闪动文字，提供给使用者及时处理。
在外接直流12V工作时，通过后板直流电源输入插座37连接12V直流 电源(汽车电源)，通过F2、 D3、 D8进行供电，并通过F1对机内蓄电池进行 充电，后板38为直流电源开关。 '
在使用机内12V蓄电池工作时，打开后板直流开关38，机内12V蓄电 池通过F1、 D8对机内进行供电。，
权利要求1.一种闭环控制体外膈肌起搏器，包括外壳体、主控微处理器数据处理模块(1)、数据储存模块(2)、人机对话显示屏模块(5)、控制面板模块(6)、电源管理模块(7)、电源(8)，其特征在于还有呼吸参数检测模块(3)、起搏信号调制输出模块(4)，主控微处理器数据处理模块(1)接受控制面板模块(6)控制，输出项目和参数由人机对话显示屏模块(5)显示，主控微处理器数据处理模块(1)的一路连接呼吸参数检测模块(3)，另一路连接起搏信号调制输出模块(4)，主控微处理器数据处理模块(1)接受呼吸参数检测模块(3)送出的呼吸参数检测信号，处理后自动调整膈肌起搏的频率和强度送起搏信号调制输出模块(4)，经放大升压后输出供治疗使用。
2、 根据权利要求1所述的闭环控制体外膈肌起搏器，其特征在于外 壳体由面板(32)、机壳(31)、后板(40)组成。
3、 根据权利要求1或2所述的闭环控制体外膈肌起搏器，其特征在于 呼吸参数检测模块(3)中的呼吸参数检测探头由Rtl热敏电阻、导热外壳 和软电缆组成，固定在患者鼻孔外端，呼吸参数检测探头连接至后板(40) 的输入孔(36)，将检测信号送至呼吸参数检测模块(3)中集成电路Ull 的6脚，由Ull的3脚送至主控微处理器U4的58脚，经U4处理调整相关 参数，膈肌起搏脉冲频率与呼吸同步，输出信号由U4的35脚送到集成电路 U7B的3脚和集成电路U7C的5胆卩，经三极，D14、 D15和D17、 D18放 大后经输出升压变压器T1和T2送到插座J15和J16，由面板(32)上的插 座(27)、 (29)输出，用左、右两对体表电极在无创伤性状态下刺激膈肌。
4、 根据权利要求1所述的闭环控制体外膈肌起搏器，其特征在于控制面板模块(6)中按键开关K4与主控微处理器U4的46和48脚连接，按 动K4时输出信号由U4的35脚送到集成电路U7B的3脚和集成电路U7C 的5脚，经三极管D14、 D15和D17、 D18放大后经输出升压变压器Tl和 T2送到J15和J16插座，由面板输出插座(27)、 (29)输出，用左、右两对 体表电极在无创伤性状态下刺激膈肌，按键开关K5输出信号到主控微处理 器U4的46和49脚，按动K5时U4自动记忆手控频率并转为自动输出。
5、 根据权利要求1所述的闭环控制体外膈肌起搏器，其特征在于控 制面板模块(6)中标准按键开关K1与主控微处理器U4的47、 48脚连接， 按动Kl时输出优化参数；同歩、异歩按键开关K2与主控微处理器U4的 47、 49脚连接，按动K2时改变同歩、异歩工作方式；自动、手工按键开关 K3与单片机集成电路U4的47、 50脚连接，按动K3时改变自动、手工工 作方式手控按键开关K4与主控微处理器U4的46、 48脚连接，按动该键 一次膈肌起搏脉冲输出一次，确认按键开关K5与主控微处理器U4的46、 49脚连接，调整参数完成时按动该键记忆该参数；方向按键开关K6、 K7、 K8、 K9分别与主控微处理器U4的46、 50， 45、 48， 45、 49， 45、 50脚连 接脚连接，选择调整参数的项目和数值。 ，
6.根据权利要求1所述的闭环控制体外膈肌起搏器，其特征在于主 控微处理器U4的型号为ATMEGA64A。
7.根据权利要求1所述的闭'环控制体外膈肌起搏器，其特征在于在 电源管理模块(7)内设有可充电12V蓄电池，设备供电方式可以选择220V 交流、汽车12V电源和机内12V蓄电池。
专利摘要一种闭环控制体外膈肌起搏器，包括外壳体、主控微机数据处理模块、数据储存模块、人机对话显示屏模块、控制面板模块、呼吸参数检测模块、起搏信号调制模块、电源管理模块、电源。本实用新型具有呼吸采样装置，将采集到的呼吸频率参数送到主控微机进行处理，自动调整膈肌起搏输出参数，达到同步和自适应状态，呼吸采样和膈肌电刺激装置全部都在无创伤性情况下实现；具有自动记忆功能，在患者无自主呼吸状态时，采用<手控>按键进行膈肌起搏引导，逐步恢复自主呼吸，然后按<确认>键将手动起搏频率记忆并转为自动起搏工作；治疗在安全范围内连续可调，具有10组优选治疗方案可选；具有100个患者治疗记录。
文档编号A63B23/18GK201379902SQ20092005357
公开日2010年1月13日 申请日期2009年3月27日 优先权日2009年3月27日
发明者周四光, 崔东宇, 沈卫峰, 文 练, 立 练, 练洪深, 肖良辉, 董家宁, 蔡金康, 项文彬 申请人:练洪深