失血性休克閉環復甦裝置的製作方法

2023-07-25 15:11:56

專利名稱：失血性休克閉環復甦裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種閉環控制裝置。特別是涉及一種可通過連續、無創監測患者 血流動力學指標、微循環與組織灌注指標，對創傷休克、燒傷休克等低血容量休克患者實施 液體復甦閉環控制的失血性休克閉環復甦裝置。
背景技術：
隨著全球性局部戰爭、自然災難和恐怖活動的日益頻繁，院前急救和連續救治技 術與裝備已成為危重症醫學及其相關學科研究的焦點，其中休克復甦理論與技術的研究倍 受重視。近年來，有的國家利用現代復甦理論、智能控制技術和人工智慧技術等研究成果， 研究出了不同類型的循環復甦和呼吸復甦的自動化技術與裝備，並應用於災害醫學救援、 院前急救和院內救治等高度集成的綜合急救醫療平臺，尤其是液體復甦的閉環控制裝置在 面對批量創傷患者的出現和現場救治資源的有限時發揮了至關重要的作用。目前，國內臨床普遍使用的循環復甦和呼吸復甦裝置在控制的自動化、智能化、集 成化程度較低，無法滿足對批量創傷患者實施快速有效的院前急救和連續救治的需求。然 而，美國已基於自動化重症監護生命支持平臺研製出了幾種可提供循環復甦的閉環控制方 法及裝置，所述的閉環控制方法及裝置一股分為兩類，分別是基於計算機的決策輔助閉環 復甦系統和智能控制閉環復甦系統，可在無人工幹預的情況下，通過連續測量血壓反饋調 節靜脈輸液泵，非線性逼近目標血壓，以有限的醫藥資源為大規模創休克傷患者提供有效 的救治。但上述兩種方法由於血流動力學監測和微循環與組織灌注監測的瓶頸在休克程度 的判定、閉環控制的決策和復甦預後的效果等方面的影響，阻礙了其在臨床的推廣應用。迄今為止，血壓仍是休克早期判定的主要血流動力學監測指標和指導休克復甦的 重要指標，無創血壓的檢測方法包括間歇式和連續式兩大類，臨床上主要採用間歇式袖帶 壓力檢測法，該技術在患者低血容量情況下，測量誤差較大，且不能滿足較長時間連續測量 的要求；而連續式PWTT方法可提供每博血壓或連續動脈壓力波形，提高連續測量血壓的準 確性。同時，微循環和組織灌注狀態也是評價液體復甦預後的重要指標。雖然很多生化指標 廣泛應用於臨床用於評價微循環灌注狀況，但是尚無法實現連續、無創的檢測。目前據大量 文獻報導，通過檢測口腔黏膜二氧化碳分壓(PbuC02)可替代舌下二氧化碳分壓(PS1C02) 連續、無創監測微循環和組織灌注，較準確地反映微循環和組織灌注的狀態。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種能夠通過在線調節輸液速率，進行 自動化液體復甦的失血性休克閉環復甦裝置。本實用新型所採用的技術方案是一種失血性休克閉環復甦裝置，包括有用於採 集人體生理信號的生理信號採集部分，接收生理信號採集部分所採集到的信息並根據所接 收的信息控制輸液的智能控制器，與智能控制器相連的顯示與報警器，所述的智能控制器 通過連接器連接高流量輸液泵。[0007]所述的生理信號採集部分包括有由採集口腔黏膜信號的PC02傳感器和將PC02 傳感器採集的信號放大後送入智能控制器的PC02放大電路組成的口腔黏膜PC02採集單 元；由採集心率信號的心電傳感器和將心電傳感器採集的信號放大後送入智能控制器的心 電放大電路組成的心電採集單元；由採集血壓信息的壓力傳感器和將壓力傳感器採集的信 號送入智能控制器的血壓測量電路組成的PWTT法血壓採集單元。所述的PC02傳感器包括與智能控制器相連的C02微電極和熱電偶微型探針，所述 C02微電極和熱電偶微型探針嵌於固定裝置一端與口腔黏膜接觸，所述固定裝置另一端與 面頰接觸用於固定。所述的PC02放大電路包括有與構成PC02傳感器的C02微電極相連的放大濾波電 路和與構成PC02傳感器的熱電偶微型探針相連的放大電路構成。所述的心電傳感器由採用三導聯的方式測量心電信號的三個心電電極組成。所述的心電放大電路由放大電路和濾波電路構成，由心電傳感器過來的心電信號 經過前置放大電路、中級放大電路、濾波電路和陷波電路輸出至智能控制器。所述的智能控制器包括有微處理器、AD轉換器、鍵盤、I/O接口和電源管理電路。本實用新型的失血性休克閉環復甦裝置，可通過連續、無創監測患者血流動力學 指標、微循環與組織灌注指標，對創傷休克、燒傷休克等低血容量休克患者實施液體復甦的 閉環控制，在線優化調節補液的輸注速率，改善患者的微循環灌注狀況和臨床預後。本實用 新型以最優控制策略在線調節輸液速率進行自動化液體復甦，可應用於災難、戰爭和事故 對批量休克患者的院前急救和連續救治。本實用新型具有如下優點(1)具有休克程度自動化辨識功能，可準確判定患者休克的發生和程度，及時給予 補液。(2)具有智能控制功能，即使無足夠的專業醫務人員監護，也可自動、智能地進行 液體復甦。(3)具有復甦決策優化功能，可在醫療資源有限的情況下，達到以最少液體改善微 循環和組織灌注。(4)具有故障診斷排除功能，避免復甦過程中因控制故障造成對休克患者二次損 傷。(5)對微循環和組織灌注的監測，避免了發生過復甦或欠復甦和其他併發症的發生。(6)對提高「黃金時間」內對重症患者院前急救的救治時效具有很重要的意義。
圖1是本實用新型的失血性休克閉環復甦裝置原理框圖；圖2是本實用新型的智能控制器結構框圖；圖3是本實用新型的智能控制器控制原理圖；圖4是本實用新型的血壓監測流程圖。其中1:PC02傳感器2:心電傳感器[0027]3 壓力傳感器4 :PC02放大電路[0028]5 心電放大電路6 血壓測量電路[0029]7 智能控制器8 顯示與報警器[0030]9:連接器10高流量輸液泵[0031]11微處理器12AD轉換器[0032]13鍵盤14IO接口[0033]15電源16生理信號監測模塊[0034]17休克程度辨識模塊18復甦決策優化模塊[0035]19輸液監控模塊20等待函數[0036]21數據讀取函數22數據驗證函數[0037]23驗證終止函數24驗證失敗函數[0038]25血壓數據及驗證結果
具體實施方式
下面結合實施例和附圖對本實用新型的失血性休克閉環復甦裝置做出詳細說明。本實用新型的失血性休克閉環復甦裝置，採用PC02傳感器結合熱電偶微型探針 通過圓環形支架固定於面頰一側，引出導線連接PC02放大電路組成口腔黏膜PC02採集裝 置；採用心電傳感器連接於心電放大電路組成心電採集裝置；採用壓力傳感器構成脈搏波 傳感器，通過導線連接血壓測量電路組成PWTT法血壓採集裝置；上述三種生理信號採集 裝置的輸出端連接智能控制器的輸入端；智能控制器的輸出端連接數據顯示與報警器輸入 端；高流量輸液泵通過連接器與智能控制器相連。圖1以立體圖的方式示意了本實用新型的閉環復甦原理。如圖1所示，本實用新 型的失血性休克閉環復甦裝置，包括有用於採集人體生理信號的生理信號採集部分，接收 生理信號採集部分所採集到的信息並根據所接收的信息控制輸液的智能控制器7，與智能 控制器7相連的顯示與報警器8，所述的智能控制器7通過連接器9連接高流量輸液泵10。所述的生理信號採集部分包括有由採集口腔黏膜信號的PC02傳感器1和將 PC02傳感器1採集的信號放大後送入智能控制器7的PC02放大電路4組成的口腔黏膜 PC02採集單元；由採集心率信號的心電傳感器2和將心電傳感器2採集的信號放大後送入 智能控制器7的心電放大電路5組成的心電採集單元；由採集血壓信息的壓力傳感器3和 將壓力傳感器3採集的信號送入智能控制器7的血壓測量電路6組成的PWTT法血壓採集 單元。所述的PC02傳感器1包括與智能控制器7相連的C02微電極和熱電偶微型探針， 所述C02微電極和熱電偶微型探針嵌於固定裝置一端與口腔黏膜接觸，所述固定裝置另一 端與面頰接觸用於固定。其結構是將C02微電極與熱電偶微型探針相結合嵌於環形夾內， 內嵌傳感器的環形夾開口端夾於口腔黏膜，另一端與面頰一側接觸，固定環形夾，以保證傳 感器與口腔黏膜接觸良好，並沿反方向引出傳感器導線。所述的PC02放大電路4包括有與C02微電極相連的放大濾波電路和與熱電偶微 型探針相連的放大電路構成。C02微電極採用美國Microelectrodes公司的浸沒式C02微 電極MI720，當C02微電極與口腔黏膜接觸時，黏膜表面的C02擴散至C02微電極前端的膜中達到相同濃度。測量時，根據C02的濃度不同，C02微電極輸出不同的電信號，並經過放 大濾波電路進行放大、濾波後輸出。由於C02在不同溫度時溶解程度不同，必須利用熱電偶 微型探針測量實時溫度，通過哈希表查取該溫度對應的溶解係數，以便計算真實的PC02。所述的心電傳感器2由採用三導聯的方式測量心電信號的三個心電電極組成，按 照三導聯法分別將三個心電電極固定於相應的部位，並與心電放大電路5相連。所述的心電放大電路5由放大電路和濾波電路構成，由心電傳感器2過來的心電 信號經過前置放大電路、中級放大電路、濾波電路和陷波電路輸出至智能控制器7。所述壓力傳感器的設置是將壓力傳感器固定於裝在平板基座上的電路板上，平 板基座與氣囊固定連接，壓力傳感器管腳引線從側部引出，基座中部留有氣孔，保持內外氣 壓平衡，構成脈搏波傳感器。所述的血壓測量模塊6使用美國的Finometer MIDI無創血壓測量模塊，該模塊 採用PWTT法連續、動態無創檢測手指動脈血壓，通過重建血壓波形，實現上肢動脈血壓的 無創測量。壓力傳感器將壓電信號輸入血壓測量模塊，進過放大處理後，輸出血壓模擬信 號。PWTT法是利用心電圖的R波到達肢體末端的脈搏波特徵點的時間差脈搏波傳導時間， PWTT來表徵血壓，獲得逐拍的血壓信息，經過校正後獲得逐拍的血壓信息，包括收縮壓/舒 張壓、平均壓。所述的顯示與報警器8包括有IXD顯示屏和蜂鳴器，顯示與報警器8的輸入端與 智能控制器7相連，接收顯示數據和報警信號，通過人機互動界面軟體顯示控制狀態，並對 控制過程中的異常進行報警和故障診斷排除提示。所述高流量輸液泵是一種可編程的高速輸液泵，通過連接器與智能控制器相連， 接受控制輸注速率的指令，反饋輸出輸注的液體容量。圖2以立體圖的方式示意了本實用新型的智能控制器結構框圖。如圖2所示，智 能控制器7包括有微處理器11、AD轉換器12、鍵盤13、1/0接口 14和電源管理電路15。其 中微處理器可以是計算機、ARM、DSP等8位以上的微處理器。智能控制器7的控制軟體部 分是由LABVIEW8. 2和MATLAB9. 0開發的一個智能控制系統，包括生理信號監測模塊、休克 程度辨識模塊、復甦決策優化模塊和輸液監控模塊。其中，a)所述智能控制系統針對控制性失血和非控制性失血提供兩種模式，目標血壓分 另Ij 為 60mmHg 禾口 90mmHg ；b)所述生理信號監測模塊的初始以每5s記錄一次生理參數，隨著與復甦終止條 件差值的減小，目標血壓的逼近，分階段調節採樣頻率f，並對無創血壓檢測結果進行驗證， 以確保測量血壓的真實性；c)所述休克程度辨識模塊通過對生理信號監測器歷史數據的在線學習，建立休 克程度的數學模型，辨識休克的發生和程度，並為復甦決策優化模塊提供可辨識的控制模 型；d)所述復甦決策優化模塊根據休克程度，血壓監測和輸液監測的反饋，選擇最優 的控制策略進行決策，輸出調節輸液速率V (t)；e)所述輸液監控模塊輸出速率調節指令，可調範圍最高達2_3L/h，並接收反饋的 補液容量V。圖3是以立體圖的方式示意了本實用新型的智能控制原理。如圖3所示，生理信號
6監測模塊16按照採集頻率對生理信號進行採樣，將生理數據傳遞給休克程度辨識模塊17、 復甦決策優化模塊18和顯示與報警接口，並隨著與復甦終止條件目標血壓的逼近，生理信 號監測模塊16不斷調節採樣頻率f ；休克程度辨識模塊17根據生理數據建立休克模型，判 定休克嚴重程度，將其傳遞給復甦決策優化模塊18和顯示與報警接口 ；復甦決策優化模塊 18根據上述生理數據、休克模型進行決策優化，輸出調節輸注速率，並傳遞給輸液監控模塊 20和顯示與報警接口 ；輸液監控模塊19將輸注速率V(t)轉化為速率調控指令輸出，同時 將接收的補液容量數據轉化為時間t內以V(t)輸注液體的總容量V(ml)，並傳遞至復甦決 策優化模塊18和顯示與報警接口進行反饋調節和顯示，從而形成閉環控制迴路。圖4給出了本實用新型的血壓監測流程圖。如圖4所示，按照採樣頻率，等待函 數20計時等待讀取血壓信號；當滿足設定的採樣時間時，調用數據讀取函數21獲得血壓數 據，並將數據傳遞至數據驗證函數22 ；數據驗證函數22根據PWTT法對血壓數據的有效性 進行驗證，若驗證成功，則調用驗證終止函數23 ；否則，則調用驗證失敗函數24重新驗證， 並調用驗證終止函數23 ；驗證終止函數23輸出血壓數據及驗證結果25，並根據有效的血壓 數據設定採樣頻率f。下面通過實施實例詳細說明本實用新型的失血性休克閉環復甦裝置的工作過程， 其步驟是1.將PC02傳感器1、心電傳感器2和壓力傳感器3分別固定於患者相應的部位與 非控制失血性休克患者建立連接，監測其生理信號；2.通過高流量輸液泵10建立兩條靜脈通道，並在液體入口按照一定比例連接晶 體液或膠體液；3.通過鍵盤設定智能控制器7的目標血壓為60mmHg ；4.智能控制器7初始以每5s記錄一次生理參數，並對無創血壓檢測結果進行驗 證，隨著液體復甦，分階段調節採樣頻率f，當目標血壓的逼近時，採樣頻率升高；5.智能控制器7對生理信號歷史數據的在線學習，建立休克程度的數學模型，辨 識休克的發生和程度；6.智能控制器7根據休克程度，血壓監測和輸液監測的反饋，選擇最優的控制策 略進行決策，設定採樣頻率f，調節輸液速率V (t)；7.高流量輸液泵10按照調節指令調控輸液速率，最高可達2 3L/h，同時反饋補 液容量V (ml)進行進一步調節；8.重複步驟4 7直到患者達到目標血壓，閉環復甦終止。
權利要求一種失血性休克閉環復甦裝置，其特徵在於包括有用於採集人體生理信號的生理信號採集部分，接收生理信號採集部分所採集到的信息並根據所接收的信息控制輸液的智能控制器(7)，與智能控制器(7)相連的顯示與報警器(8)，所述的智能控制器(7)通過連接器(9)連接高流量輸液泵(10)。
2.根據權利要求1所述的失血性休克閉環復甦裝置，其特徵在於所述的生理信號採 集部分包括有由採集口腔黏膜信號的PC02傳感器(1)和將PC02傳感器(1)採集的信號 放大後送入智能控制器(7)的PC02放大電路(4)組成的口腔黏膜PC02採集單元；由採集 心率信號的心電傳感器⑵和將心電傳感器⑵採集的信號放大後送入智能控制器(7)的 心電放大電路(5)組成的心電採集單元；由採集血壓信息的壓力傳感器(3)和將壓力傳感 器(3)採集的信號送入智能控制器(7)的血壓測量電路(6)組成的PWTT法血壓採集單元。
3.根據權利要求2所述的失血性休克閉環復甦裝置，其特徵在於所述的PC02傳感器 ⑴包括與智能控制器(7)相連的C02微電極和熱電偶微型探針，所述C02微電極和熱電偶 微型探針嵌於固定裝置一端與口腔黏膜接觸，所述固定裝置另一端與面頰接觸用於固定。
4.根據權利要求2或3所述的失血性休克閉環復甦裝置，其特徵在於所述的PC02放 大電路(4)包括有與構成PC02傳感器(1)的C02微電極相連的放大濾波電路和與構成PC02 傳感器(1)的熱電偶微型探針相連的放大電路構成。
5.根據權利要求2所述的失血性休克閉環復甦裝置，其特徵在於所述的心電傳感器 (2)由採用三導聯的方式測量心電信號的三個心電電極組成。
6.根據權利要求2所述的失血性休克閉環復甦裝置，其特徵在於所述的心電放大電 路(5)由放大電路和濾波電路構成，由心電傳感器(2)過來的心電信號經過前置放大電路、 中級放大電路、濾波電路和陷波電路輸出至智能控制器(7)。
7.根據權利要求2所述的失血性休克閉環復甦裝置，其特徵在於所述的智能控制器 (7)包括有微處理器(11)、AD轉換器(12)、鍵盤(13)、1/0接口 (14)和電源管理電路(15)。
專利摘要一種失血性休克閉環復甦裝置，包括有用於採集人體生理信號的生理信號採集部分，接收生理信號採集部分所採集到的信息並根據所接收的信息控制輸液的智能控制器，與智能控制器相連的顯示與報警器，所述的智能控制器通過連接器連接高流量輸液泵。生理信號採集部分有由PCO2傳感器和PCO2放大電路組成的口腔黏膜PCO2採集單元；由心電傳感器和心電放大電路組成的心電採集單元；由壓力傳感器和血壓測量電路組成的PWTT法血壓採集單元。本實用新型可通過連續、無創監測患者血流動力學指標、微循環與組織灌注指標，對創傷休克、燒傷休克等低血容量休克患者實施液體復甦的閉環控制，在線優化調節補液的輸注速率，改善患者的微循環灌注狀況和臨床預後。
文檔編號A61M5/172GK201668808SQ20102021874
公開日2010年12月15日 申請日期2010年6月8日 優先權日2010年6月8日
發明者吳太虎, 趙鵬, 鄭捷文 申請人:中國人民解放軍軍事醫學科學院衛生裝備研究所