一种并联型吸气和呼气呼吸训练器的制作方法

本发明涉及一种并联型吸气和呼气呼吸训练器。

背景技术：

随着大气污染的加重和人群结构的老龄化,呼吸系统疾病患病率逐年递增,成为影响全国居民公共健康的重大问题。呼吸系统疾病容易导致人体呼吸困难，从而导致缺氧，诱发心脑方面的疾病。不同的呼吸系统疾病会导致不同的呼吸困难，由呼吸器官病变所导致的呼吸困难表现为三种形式：喉部和气管狭窄导致的吸气性呼吸困难、支气管哮喘和阻塞性肺病导致的呼气性呼吸困难、肺炎肺纤维化和气胸等疾病导致的混合性呼吸困难。

为了解决呼吸系统疾病导致的人体呼吸困难，一方面是进行积极治疗，另一方面是在治疗的过程中进行呼吸训练，提高吸气时的横膈膜与外肋间肌、呼气时内肋间肌与腹肌以及其他一些辅助肌肉的肌肉力量，尽可能恢复有效的腹式呼吸，提高呼吸容量，改善氧气的吸入和二氧化碳排放，从而改善呼吸困难症状，降低术后并发症发生。另外，对于一些难以治愈的肺部疾病和老年人的呼吸系统器官老化导致的呼吸困难，也可以通过呼吸训练，增强肺部的呼吸容量，提高心肺功能，改善生活质量。

目前，专门用于呼气训练和吸气训练的仪器非常多，大多采用浮子式结构,如喜能康牌呼吸训练器、重庆博维生物技术有限公司的呼吸训练器、瑞腾呼吸单球训练器等。这类呼吸训练器的不足之处：(1)在使用时需要装有浮子的柱形筒腔竖直放置；(2)只能做吸气训练，缩唇呼吸训练需要患者自己控制嘴唇的开度，随意性比较大；(3)吸气阻力调节不连续；(4)大多体积较大、重量较重，不便于携带。另外有少部分产品如powerbreathe呼吸训练器、盛昌sc-a呼吸训练器、实用新型专利201520499638.4等虽然没有体位要求，但是只能做吸气训练，且结构复杂。

技术实现要素：

本发明克服上述技术存在的不足而一种便携的、使用简单而且没有体位要求的一种并联型吸气和呼气呼吸训练器，该训练器可以针对吸气困难、呼气困难和混合性呼吸困难同时实现吸气训练、呼气训练和混合性呼吸训练，并且吸气阻力和呼气阻力可以单独、连续调节。

一种并联型吸气和呼气呼吸训练器，包括外筒、外螺杆套筒和端盖，所述外螺杆套筒同轴安装在外筒内，所述外螺杆套筒的一端设有第一气孔，另一端设有第二气孔，所述外螺杆套筒的第一气孔端的外壁上设有凸圈，所述凸圈上设有第三气孔，所述外螺杆套筒在靠近第二气孔的位置设有一台阶，使得外螺杆套筒内腔在第二气孔端的直径小于第一气孔端的直径，所述外筒的一端通过第一轴向限位装置安装在外螺杆套筒的凸圈一端上，使得所述外筒与外螺杆套筒可相对旋转，所述外筒的另一端为开口，所述端盖固定在外螺杆套筒凸圈的另一端上，所述端盖上设有第四气孔，所述第三气孔与第四气孔连通，所述第二气孔、外螺杆套筒内腔、第一气孔和第四气孔形成吸气气道，所述第四气孔、第三气孔、外筒内壁与外螺杆套筒外壁和外筒的开口形成呼气气道；

所述外螺杆套筒内同轴安装有内螺杆，所述内螺杆通过第二轴向限位装置安装在端盖上并且从端盖上的第四气孔伸出，使得所述内螺杆可相对端盖相对旋转，所述内螺杆上安装有内螺母，所述内螺母通过第一周向限位装置限位在外螺杆套筒内，使得内螺母可沿外螺杆套筒轴向移动，所述外螺杆套筒内还安装有吸气阀芯，所述吸气阀芯通过第二周向限位装置限位在外螺杆套筒内，所述吸气阀芯的一端通过吸气压力调节弹簧与内螺母连接并且与内螺母联动，所述吸气阀芯的另一端通过吸气压力调节弹簧压紧密封在外螺杆套筒台阶的第一密封件上，所述吸气阀芯的与台阶上第一密封件的压力通过吸气压力调节弹簧压缩量控制；

所述外螺杆套筒的外壁上设有外螺纹，所述外螺杆套筒上安装有外螺母，所述外螺母通过第三周向限位装置限位在外筒与外螺杆套筒之间的间隙内，使得外螺母可沿外筒轴向移动，所述外筒与外螺杆套筒之间的间隙内还安装有呼气阀芯，所述呼气阀芯通过第三周向限位装置限位在外筒与外螺杆套筒之间的间隙内，所述呼气阀芯的一端通过呼气压力调节弹簧与外螺母连接并且与外螺母联动，所述呼气阀芯的另一端通过呼气压力调节弹簧压紧密封在外螺杆套筒凸圈的第二密封件上，同时将第三气孔密封，所述呼气阀芯的与凸圈上第二密封件的压力通过呼气压力调节弹簧压缩量控制。

采用上述结构，通过第四气孔呼气时，气流通过第一气孔进入外螺杆套筒内顶压吸气阀芯，吸气阀芯与台阶密封，使得吸气气道密封，同时气流进入第三气孔推动呼气阀芯移动，呼气气道打开，气流从呼气气道流出，完成呼气阻力训练，而通过第四气孔吸气时，外螺杆套筒内形成负压，带动吸气阀门与台阶分离，吸气气道打开，气流从第二气孔通过吸气气道，从第四气孔流出。采用这种方式，可以通过一个装置实现吸气负载、呼气负载和呼吸气训练，方便医生指导定期调节吸气负载、呼气负载和呼吸气训练时间，从而实现最佳的训练效果，解决混合性呼吸困难的肺部功能康复问题。

所述内螺杆上设有单线螺纹，所述单线螺纹沿轴向被切割成减小螺纹旋合摩擦力的三条，所述外螺杆套筒的外壁上的外螺纹沿轴向被切割成减小螺纹旋合摩擦力的三条。

所述吸气阀芯上在与第二气孔位置对应处设有导向杆，所述导向杆在吸气阀芯与外螺杆套筒的台阶密封时置于第二气孔内。从而减小吸气阀芯沿外螺杆套筒轴向运动时的偏转误差，从而减小吸气阀芯与外螺杆套筒之间的摩擦，减小摩擦力对吸气负载、呼气负载的影响。

所述导向杆的前端为锥面，所述第二气孔为与所述导向杆前端对应的锥型孔。使得导向杆与第二气孔的接触面近似线接触，减小两者之间的摩擦力，减小摩擦力对吸气负载、呼气负载的影响。

所述端盖的外侧活动安装有与第四气孔连通的咬嘴，从而方便对咬嘴的拆卸，一方面可以训练完成后对咬嘴进行清洗，另一方面，可以方便旋转内螺杆。

所述外螺杆套筒的内壁上沿轴向设有多个第一导向滑块，所述内螺母和吸气阀芯上分别设有与第一导向滑块对应的第一导向槽和第二导向槽，所述第一导向滑块和内螺母上的第一导向槽构成第一周向限位装置，所述第一导向滑块和吸气阀芯上的第二导向槽构成第二周向限位装置；

所述外筒的内壁上沿轴向设有多个第二导向滑块，所述外螺母和呼气阀芯上分别设有与第二导向滑块对应的第三导向槽和第三导向槽，所述第二导向滑块和外螺母上的第三导向槽构成第三周向限位装置，所述第二导向滑块和呼气阀芯上的第四导向槽构成第四周向限位装置。

所述第一密封件和第二密封件均为楔形密封圈。

所述外筒和外螺杆套筒均为透明材料构成，所述外筒和外螺杆套筒上均设有调节负载的负载刻度，所述负载刻度包括吸气负载调节的负载刻度和呼气负载调节的负载刻度，从而可以根据医生指导独立设置到相应的负载刻度，方便患者使用。

由于采用上述结构，本装置可以同时实现吸气训练、呼气训练和混合性呼吸训练，吸气负载和呼气负载可以根据医生指导独立设置到相应的负载刻度，吸气负载和呼气负载可以连续可调；当吸气负载和呼气负载调到指定刻度后,在吸气和呼气训练过程中,吸气和呼气负载波动小，精度高；采用内外筒嵌套式结构设计，长度短，体积小，便于携带；使用时对患者没有体位要求，调节、使用方便舒适；除了可以供患者单独使用，还可以连接呼吸机等辅助呼吸设备上调节呼吸通道气体的呼气和吸气阻力。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2(a)为本发明外螺杆套筒的结构示意图一。

图2(b)为本发明外螺杆套筒的结构示意图二。

图3为本发明吸气阀芯的结构示意图。

图4为本发明呼气阀芯的结构示意图。

图5为本发明内螺母的结构示意图。

图6为本发明外螺母的结构示意图。

图7为本发明内螺杆的结构示意图。

附图中，1.外筒，2.外螺杆套筒，21.第一气孔，22.第二气孔，23.第三气孔，24.凸圈，25.台阶，3.外螺母，4.吸气阀芯，5.呼气压力调节弹簧，6.吸气压力调节弹簧，7.内螺杆，8.内螺母，9.挡圈，10.呼气阀芯，11.端盖，111.第四气孔，12.咬嘴。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的技术内容进行进一步描述。

如图1至7所示，一种并联型吸气和呼气呼吸训练器，包括外筒1、外螺杆套筒2、外螺母3、吸气阀芯4、呼气压力调节弹簧5、吸气压力调节弹簧6、内螺杆7、内螺母8、挡圈9、呼气阀芯10、端盖11、咬嘴12。

吸气阻力调节系统：

由外螺杆套筒2、吸气阀芯4、吸气压力调节弹簧6、内螺杆7、内螺母8、呼气阀芯10和端盖11组成。外螺杆套筒2和端盖11通过胶粘固联在一起，和吸气阀芯4与呼气阀芯10构成一个空腔。当吸气时，该空腔内的气体通过咬嘴进入人体肺部，空腔的内体的气压低于外部大气压。呼气阀芯10与外螺杆套筒2右端结构构成的单向阀门使得外部气体不能从呼气阀芯处进入该空腔。吸气阀芯4在吸气压力调节弹簧6的向左压力作用下被压在外螺杆套筒2的台阶上构成单向阀门，当该空腔内的气压足够低，使得内外气压作用在吸气阀芯4上的作用力大于吸气压力调节弹簧6作用在吸气阀芯4上的作用力时，吸气阀芯4向右运动，吸气阀芯4和外螺杆套筒2构成的阀门就会开启，外部的气体就会通过阀门被人体吸入肺部。由于外部大气压可以看作恒定，调节弹簧6的伸长量，可以改变作用在吸气阀芯4上的作用力，从而控制阀门开启时通过咬嘴12与口腔连通的空腔内压力，也就是人体口腔的压力。阀门开启时人体口腔压力与外部气压差距越大，肺部的吸气阻力越大，作用在肺部吸气肌肉群上的负载就会越大。也就是通过调节弹簧6的伸长量，可以调节肺部吸气肌肉群上的负载，实现在可控负载下训练肺部吸气肌肉群力量的目的。

吸气压力调节弹簧6伸长量调节的具体实现原理如下：

内螺杆7和端盖11由内螺杆7右侧挡块部分沿轴向方向约束住，两者沿轴向没有相对运动。内螺母8和外螺杆套筒2通过内螺母8的导向槽与外螺杆套筒2的内壁第一导向滑块沿周向方向约束住，两者沿周向没有相对运动。内螺母8和螺杆7通过螺纹连接。旋转内螺杆7右端部，使内螺杆7相对于外螺杆套筒2和端盖11旋转。由于内螺母8和外螺杆套筒2周向被约束住，因此内螺母8相对于外螺杆套筒2和端盖11不能旋转。所以旋转内螺杆7，内螺母8相对内螺杆7会旋转，在螺纹配合的情况下，内螺母8相对内螺杆7在轴向会产生相对运动。由于吸气阀芯4和内螺杆7在轴向方向相对位置确定，因此内螺母8相对吸气阀芯4的距离随着内螺母8沿内螺杆7轴向方向的运动而发生改变，吸气压力调节弹簧6的长度x会变化，弹簧作用在吸气阀芯4上的作用力就会改变，开启吸气阀芯4对应的口腔压力就会改变，肺部吸气肌肉群负载就会改变。

肺部吸气肌肉群负载调节的分辨率取决于弹簧6的刚度k和内螺母8沿轴向的最小位移调节量△x，弹簧6的刚度k越小，调节弹簧使其长度变化△x对应的弹簧作用在吸气阀芯4上作用力的变化量k·△x就会越小，吸气肌肉群负载调节的分辨率就会越高。在设计过程中，要根据分辨率的需求，确定与弹簧刚度相关的参数如外径、线径、自由长度和圈数等值。同时尽量避免吸气阀芯4和外螺杆套筒2构成的板间缝隙节流过大。在此设计思想下，外螺杆套筒2左侧台阶部分设计成圆锥凸台，圆锥凸台与吸气阀芯4接触部分尽可能采用线接触。

为了减小吸气阀芯4因为偏转而导致的吸气阀芯4与外螺杆套筒2内壁之间的摩擦力过大，吸气阀芯4右端圆周设计有导向槽与外螺杆套筒2内壁第一导向滑块配合，吸气阀芯4左端设计有细长导向杆与外螺杆套筒2左端部的孔配合，减小吸气阀芯4沿外螺杆套筒2轴向运动时的偏转误差，从而减小吸气阀芯4与外螺杆套筒2之间的摩擦。此外，外螺杆套筒2左端部的孔设计成锥面孔，使得外螺杆套筒2左端部与吸气阀芯4左端细长导向杆形成近似线接触而不是面接触，减小两者之间的摩擦力。

呼气阻力调节系统：由外筒1、外螺杆套筒2、外螺母3、吸气阀芯4、呼气压力调节弹簧5、挡圈9、呼气阀芯10和端盖11组成。外螺杆套筒2、吸气阀芯4、呼气阀芯10和端盖11构成一个空腔。呼出的气体通过咬嘴进入该空腔，作用在吸气阀芯4和呼气阀芯10上面。由于吸气阀芯4和外螺杆套筒2左端凸台结构构成的单向阀门不允许呼气气体从该空腔往外排放，呼气气体只能通过呼气阀芯10与外螺杆套筒2右端结构构成的单向阀门从该空腔往外排放。由于呼气压力调节弹簧5有作用力作用在呼气阀芯10上，只有当空腔内的压力足够大，使得内外气压作用在呼气阀芯10的作用力大于呼气压力调节弹簧5作用在呼气阀芯10的作用力时，呼气阀芯10向左移动，由呼气阀芯10和外螺杆套筒2构成的阀门才会开启，由口腔呼出的气体才会从口腔排放到外部大气环境。调节呼气压力调节弹簧5的伸长量，调控弹簧5作用在呼气阀芯10的作用力，就可以调节呼气时阀门开启对应的口腔压力，从而达到调节呼气阻力和呼气肌肉群载荷的目的。

呼气压力调节弹簧5伸长量调节的具体实现原理如下：

外螺杆套筒2和端盖11通过胶粘固连在一起，外筒1通过挡板9与外螺杆套筒2沿轴向约束住，但外筒1可以相对外螺杆套筒2作旋转运动。外螺母3和外筒1通过外螺母3上的导向槽和外筒1内壁的第二导向滑块沿外筒1周向方向约束住，两者沿周向没有相对运动，当外筒1旋转时，外螺母3会跟随旋转。外螺母3与外螺杆套筒2之间是螺纹连接，旋转外筒1，使外筒1相对外螺杆套筒2转动，外螺杆套筒2在外筒1的带动下会相对外螺杆套筒2转动，根据螺纹运动传递原理，外螺母3相对外螺杆套筒2会沿着轴向移动，外螺母3和呼气阀芯10之间的距离就会改变，呼气压力调节弹簧5的伸长量就会改变。

与吸气弹簧设计和吸气阀门结构设计一样，为了提高肺部呼气肌肉群负载调节的分辨率，也需要通过设计和制造确保外螺母3与外螺杆套筒2之间的螺纹传递精度和弹簧5的相关参数。为了确保弹簧6长度调节到位之后整个呼气过程中口腔压力恒定，也需要通过结构设计在满足负载调节的情况下尽可能减小弹簧的刚度，同时尽可能减小阀门最大开启时呼气阀芯10的位移量。

利用该器械进行呼吸训练的具体实现：

(1)肺部吸气肌肉群训练。调节呼气压力调节弹簧5长度，使得弹簧5作用在呼气阀芯10上的力最小，达到对呼气过程的阻力可以忽略不计的程度。调节吸气压力调节弹簧6，把弹簧长度调节到医生指定的负载刻度。用嘴含住咬嘴12，用夹鼻装置把鼻孔夹住，用嘴对着咬嘴12进行呼气和吸气，就可以实现预定负载下的吸气肌肉群训练。根据医生指导，可以定期调节吸气负载和吸气训练时间，从而实现最佳的训练效果，解决吸气性呼吸困难的肺部功能康复问题。

(2)肺部呼气肌肉群训练。调节吸气压力调节弹簧6长度，使得弹簧6作用在吸气阀芯4上的力最小，达到对吸气过程的阻力可以忽略不计的程度。调节呼气压力调节弹簧5，把弹簧长度调节到医生指定的负载刻度。用嘴含住咬嘴12，用夹鼻装置把鼻孔夹住，用嘴对着咬嘴12进行呼气和吸气，就可以实现预定负载下的呼气肌肉群训练。根据医生指导，可以定期调节呼气负载和呼气训练时间，从而实现最佳的训练效果，解决呼气性呼吸困难的肺部功能康复问题。

(3)肺部呼吸肌肉群训练。把吸气压力调节弹簧6长度调节到医生指定的吸气负载刻度，把呼气压力调节弹簧5长度调节到医生指定的呼气负载刻度。用嘴含住咬嘴12，用夹鼻装置把鼻孔夹住，用嘴对着咬嘴12进行呼气和吸气，就可以实现预定负载下的吸气和呼气综合肌肉群训练。根据医生指导，可以定期调节吸气负载、呼气负载和呼吸气训练时间，从而实现最佳的训练效果，解决混合性呼吸困难的肺部功能康复问题。