綜合反饋式肺康復(fù)評估治療儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是針對多種慢性呼吸系統(tǒng)性疾病、心胸腹手術(shù)后及影響膈肌和其它呼吸肌群的神經(jīng)肌肉疾病患者異常呼吸功能而研制的綜合利用多種生物反饋治療技術(shù)、呼吸康復(fù)訓(xùn)練技術(shù)和功能性神經(jīng)肌肉電流刺激技術(shù)的用于肺功能康復(fù)評估和治療的儀器。
【背景技術(shù)】
[0002]臨床上通常把慢性阻塞性肺疾病、支氣管哮喘、間質(zhì)性肺病等合稱為慢性呼吸系統(tǒng)性疾病，這些疾病雖然在發(fā)病機(jī)理等方面存在較大差異，但其患者大都合并肺功能異常和活動后氣促，造成患者的運(yùn)動耐受性下降，對其日常生活與社會活動造成極大的困擾。另夕卜，隨著麻醉與體外循環(huán)支持技術(shù)的發(fā)展，越來越多心胸腹部疾病患者得到了有效的手術(shù)治療。例如肺癌患者愈來愈多，而且往往需要進(jìn)行肺組織切除，手術(shù)治療對肺功能和膈肌功能的一過性或永久性損傷卻為患者帶來了額外的傷害。不少患者因術(shù)后肺功能異常出現(xiàn)活動后氣促，乃至勞動力喪失，其表現(xiàn)與慢性呼吸系統(tǒng)性疾病有眾多相似之處。除呼吸系統(tǒng)本身的病因外，不少神經(jīng)肌肉疾病患者，如脊髓損傷后、重癥肌無力、杜氏肌營養(yǎng)不良等患者也常常由于呼吸肌功能受損伴有呼吸困難、運(yùn)動不耐受等癥狀與肺功能異常。出現(xiàn)上述情況的主要表現(xiàn)為呼吸方式的異常，如呼吸周期中淺促呼吸方式和胸腹矛盾性收縮，以及呼吸肌收縮功能下降，如呼吸肌群肌肉萎縮、肌纖維類型改變、肌力和耐力減退，呼吸系統(tǒng)功能異常，呼吸困難，運(yùn)動不耐受，日常活動能力和生活質(zhì)量下降等。
[0003]而對于呼吸系統(tǒng)功能異常的治療方法，藥物治療作用有限，甚至部分藥物，如糖皮質(zhì)激素等還有加重肌纖維消耗萎縮的副反應(yīng)，一直存在爭議。肺康復(fù)治療作為非藥物治療手段，已經(jīng)受到國內(nèi)外相關(guān)疾病診治指南的認(rèn)可，并將其置于藥物治療相等同的地位。其中，呼吸方式訓(xùn)練與呼吸肌訓(xùn)練最受廣泛認(rèn)可。呼吸方式訓(xùn)練是專門針對慢阻肺患者在呼吸周期中淺促呼吸方式與矛盾性胸腹運(yùn)動所提出的，其通過呼吸治療師徒手或借助儀器引導(dǎo)患者進(jìn)行呼吸頻率與呼吸深度的調(diào)整和胸腹部呼吸肌群的序貫性激活，使患者重建生理性、有序性的深慢呼吸方式，從而降低呼吸相關(guān)氧耗量與肺過度充氣、糾正胸腹矛盾性呼吸活動、緩解患者的氣促癥狀。呼吸肌訓(xùn)練是借助抗阻或電流刺激的形式對疲弱萎縮的呼吸肌群進(jìn)行力量與耐力訓(xùn)練，達(dá)到增加肌肉體積、糾正異常的肌纖維比例、增強(qiáng)肌力、提高抗疲勞性等目的，使患者在靜息狀態(tài)或運(yùn)動時能滿足更高的通氣負(fù)荷，減少其喘憋、氣短等不適。
[0004]我國肺康復(fù)治療起步較晚，對這一領(lǐng)域投入資源有限，且許多地區(qū)對肺康復(fù)治療并不重視，缺乏專業(yè)肺康復(fù)治療人才，遠(yuǎn)不能滿足相關(guān)日益增多的患者的治療需要。此外，既往的治療師徒手引導(dǎo)治療模式存在較大的弊端，即治療效果存在顯著的個體差異，不同治療師對手法的理解水平、不同患者對治療的依從性直接影響了患者的治療效果，未能形成統(tǒng)一有效的治療模式。在儀器治療方面，張鳴生等曾在上世紀(jì)90年代根據(jù)低頻神經(jīng)肌肉電刺激原理，并結(jié)合聲光信號指示，研制出微電腦肺康復(fù)治療機(jī)，成功地將CN93116544.X專利技術(shù)引入肺康復(fù)領(lǐng)域，在有效地節(jié)省了人力資源的同時又滿足了治療的實(shí)際需要。
[0005]近年隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，使呼吸監(jiān)測技術(shù)、肌肉表面肌電采集分析技術(shù)、超聲神經(jīng)肌肉定位技術(shù)、復(fù)合低頻電刺激技術(shù)和多種參數(shù)的視頻聲光反饋治療技術(shù)得以應(yīng)用于臨床，這也促使我們在第一代微電腦肺康復(fù)治療機(jī)的基礎(chǔ)上對技術(shù)進(jìn)行徹底的升級改造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目是提供綜合反饋式肺康復(fù)評估治療儀，通過多個傳感器和模塊進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集，經(jīng)中央處理器處理后進(jìn)行同步的治療電流、語音提示、實(shí)時數(shù)據(jù)顯示，使患者與治療人員人機(jī)交互更加便利、實(shí)時。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是在中央處理器(100)，UART(1l)，開關(guān)電源(102)，信號放大模塊(113)，信號發(fā)生模塊(116)，人機(jī)交互模塊(117)，腹肌刺激電極(109)，隔神經(jīng)刺激電極(110)，數(shù)據(jù)存儲模塊(118)，WIFI收發(fā)模塊(112)，語音播放模塊(111)的基礎(chǔ)上，其特點(diǎn)是有呼吸波形傳感器(103)，肺活量傳感器(104)，血氧飽和度傳感器(105)，表面肌電傳感器(106)，心率傳感器(107)，吸氣肌肌力傳感器(108)，耗氧量檢測模塊(115)，超聲波定位模塊(114)，所述的呼吸波形傳感器(103)、肺活量傳感器(104)、血氧飽和度傳感器(105)、表面肌電傳感器(106)、心率傳感器(107)、吸氣肌肌力傳感器(108)分別通過UART(1l)與中央處理器(100)相連接，耗氧量檢測模塊(115)和超聲波定位模塊(114)分別通過數(shù)據(jù)線與中央處理器(100)相連接；所述的中央處理器(100)根據(jù)呼吸波形傳感器
(103)采集的患者胸、腹部收縮舒張壓力的相對變化數(shù)據(jù)，肺活量傳感器(104)采集患者的肺活量、第一秒肺活量FEVl、第一秒肺活量占比FEV1/FVC、25%肺活量時流速PEF25、75%肺活量時流量PEF75、呼氣用時和峰值流量數(shù)據(jù)，血氧飽和度傳感器(105)采集的患者血氧飽和度、脈率和脈搏強(qiáng)度數(shù)據(jù)，表面肌電傳感器(106)采集的患者膈肌與腹肌表面肌電信號，心率傳感器(107)采集的患者心率數(shù)據(jù)，吸氣肌肌力傳感器(108)采集的患者吸氣阻力、最大吸氣肌力和吸氣流速數(shù)據(jù)，再結(jié)合耗氧量檢測模塊(115)采集的患者呼吸周期中氧耗量與二氧化碳排出量數(shù)據(jù)輸送到數(shù)據(jù)存儲模塊(118)進(jìn)行存儲，并輸出到中央處理器(100)進(jìn)行判斷處理后隔神經(jīng)和腹肌的刺激信號經(jīng)信號發(fā)生模塊(116)進(jìn)行波形調(diào)制，然后經(jīng)信號放大模塊(113)放大后輸出到腹肌刺激電極(109)和隔神經(jīng)刺激電極(110);中央處理器(100)同時也輸出語音同步信號到語音播放模塊(111)進(jìn)行播出；超聲波定位模塊(114)處理外接超聲波設(shè)備信號后，輸出定位信號到中央處理器(100)，經(jīng)中央處理器(100)處理后輸出圖形信號到人機(jī)交互模塊(117)進(jìn)行影像顯示，同時輸出定位提示信號到語音播放模塊(111)進(jìn)行播出。
[0008]該系統(tǒng)分為呼吸評估監(jiān)測和呼吸康復(fù)訓(xùn)練兩大模塊。呼吸評估監(jiān)測模塊包括所述的中央處理器(100)根據(jù)呼吸動度傳感器(103)采集的患者胸、腹部肌肉收縮和舒張時壓力的相對變化數(shù)據(jù)，監(jiān)測呼吸周期中胸腹部活動情況及同步運(yùn)動水平；肺活量傳感器
(104)采集患者的肺活量、第一秒肺活量FEVl、第一秒肺活量占比FEV1/FVC、25%肺活量時流速PEF25、75%肺活量時流量PEF75、呼氣用時和峰值流量數(shù)據(jù)；血氧飽和度傳感器(105)采集的患者血氧飽和度、脈率和脈搏強(qiáng)度數(shù)據(jù)；表面肌電傳感器(106)采集的患者膈肌、腹肌、胸鎖乳突肌等表面肌電信號，監(jiān)測呼吸周期中多組肌肉的肌電活動；心率傳感器(107)采集的患者心率數(shù)據(jù)；吸氣肌肌力傳感器(108)采集的患者吸氣阻力、最大吸氣肌力和吸氣流速數(shù)據(jù)；耗氧量檢測模塊(115)采集的患者呼吸周期中氧耗量與二氧化碳排出量數(shù)據(jù)；超聲定位模塊(114)，可定位患者的頸部膈神經(jīng)及測量腹部呼吸周期中膈肌活動情況；而以上信息均可在數(shù)據(jù)存儲模塊(118)中存儲并通過人機(jī)交相模塊(117)進(jìn)行數(shù)據(jù)同步實(shí)時輸出顯示，方便操作者對患者的呼吸活動情況實(shí)時監(jiān)測反饋。以上各種傳感器可以通過WIFI收發(fā)模塊(112)與中央處理器(100)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。訓(xùn)練模塊包含神經(jīng)肌肉低中頻電流刺激輸出部分和與電流輸出同步的以上檢測到的氣體、肌電、血氧飽和度或胸腹部動度等信號的視頻或聲光反饋信號輸出部分；輸出隔神經(jīng)和腹肌的刺激信號由信號發(fā)生模塊
(116)進(jìn)行波形調(diào)制，然后經(jīng)信號放大模塊(113)放大后輸出到腹肌刺激電極(109)和隔神經(jīng)刺激電極(110);中央處理器(100)同時也輸出語音同步信號到語音播放模塊(111)播出，輸出圖形信號到人機(jī)交互模塊(117)進(jìn)行影像顯示。患者在接受設(shè)備輸出的分別對頸部膈神經(jīng)和腹部腹直肌進(jìn)行序貫性低頻電流刺激，誘導(dǎo)對應(yīng)肌肉完成生理性、有序性深慢呼吸的同時，而同步輸出的由氣體、肌電、血氧飽和度或胸腹部動度等監(jiān)測信號和電流剌激信號而轉(zhuǎn)化的視頻聲光反饋信號能有效地引導(dǎo)患者配合電刺激輸出，并配合“吸”、“呼”等言語指令，在最短時間內(nèi)掌握正確和有效的呼吸訓(xùn)練方式，減少對治療人員的依賴，并同時得到良好的呼吸康復(fù)治療。
[0009]以上所述中央處理器(100)內(nèi)預(yù)設(shè)有兩種治療輸出模式，第一種是:主動訓(xùn)練模式，第二種是:同步訓(xùn)練模式；主動訓(xùn)練模式是:對于配合訓(xùn)練能力較好的患者可以基本按照設(shè)備預(yù)設(shè)的治療輸出參數(shù)，例如目標(biāo)呼吸頻率、吸呼時間比值及膈神經(jīng)與腹肌低頻電流刺激波形、頻率、強(qiáng)度、斷通比等參數(shù)，由腹肌刺激電極(109)和隔神經(jīng)刺激電極(110)輸出剌激電流，同時語音播放模塊(111)輸出“