医用氧浓度可控吸氧器的研制

医用氧浓度可控吸氧器的研制 匿疗设备僧垂 医用氧浓度可控吸氧器的研制 李帅帅,杨国胜,张恩科 (1.第四军医大学生物医学工程系,陕西西安710032;2.陕西省人民医院设备管理科, 陕西西安710068) [摘要1本文介绍医用氧浓度可控吸氧器研制的技术和关键技术,即应用现代 电子与电气技术实现任意比例氧气和空气 的精确混合,从而完成临床患者不同病种,不同病程吸氧治疗中对氧气的定量控 制. ;吸氧治疗;压力平衡装置[关键词】吸氧器;呼吸机 [中图分类号】TH789[文献标志码】A[文章编号】1007—7510(2o07)08—0005— 02 DevelopmentofMedicalOxygenInspirationDevicewithControllableOxygenDensity LIShuai—shuai0.YANGGHO—shen~ZHANGEn—kd (1.BiomedicalEngineeringDepartmentoftheFourthMilitaryMedicalUniversity,Xi'anShaanxi710032,China; 2.EquipmentManageDepartmentofShaanxiProvincialPeople'SHospital,Xi'anShaanxi710068,China) Abstract:Basedontheelectronicandelectricaltechnology,thepr~ectcanrealizetomixoxygenandairexactlyinany proportion.Itcanbewidelyusedinthequantitativecontrolofoxygenconsumptionintheclinicalapplication. Keywords:oxygeninhalator;oxygeninhalationtreatment;pressurebalancedevice;breathingmachine 0引言 吸氧治疗是目前临床上常用的治疗手段之一,目前的吸氧 治疗除了重症且有条件使用高档呼吸机来达到吸氧浓度的控 制外,采取的均是最简单的高压氧气源经过减压后通过吸氧管 的办法实现病人吸入较高浓度的氧气.医护人员主观判断或操 作尺度掌握的差异及病人配合程度的不同,均可造成病人吸人 体内的气体中实际的氧气浓度与医生的期望发生较大偏差.而 这种随意性显然同医院临床治疗的严肃性和规范性产生很大 冲突.吸氧治疗技术方式的落后使临床医生根本无法根据实际 病情确定病人需要吸入的治疗氧的浓度,负面影响轻则达不到 满意治疗效果,重则对病人造成过氧损害,特别对神智不清尤 其是新生儿,婴幼儿患者带来危害的潜在因素更大. 医用氧浓度可控吸氧器的研制项目,使用高压氧气源和压 缩空气,应用现代电子与电气技术实现了任意比例氧气和空气 的精准混合,并达到对混合气体压力和输出流量的可调节性使 用,从而完成临床患者不同病种,不同病程吸氧治疗中对氧消 耗的定量控制. 1技术方案 盹 匾申 图1系统结构框图 吸氧器结构框图如图1所示.设备主要由空气氧气压力平 衡装置,阀体,步进电机,单片机,浓度控制部件,氧浓度显示部 件等主要部分构成.将高压纯氧和压缩空气通入空气氧气压力 平衡装置,得到压力相同的纯氧和空气,相同压力的空气和氧 气进入阀体,阀体分别控制氧气和空气的流量,阀体由单片机 控制的步进电机驱动,单片机的控制数据由浓度控制部件录 入,并由显示部件显示,被控制流量的两股气体在管道中充分 混合通过减压阀,就可得到需要的一定氧浓度和流量的气体. 2关键技术 收稿日期:2007—01—08修回日期:2007—05—212.1空氧压力平衡装置 基金项目:陕西省科技项目(2004Kll—G1) 22卷8期鼯2007.8?5? 压疗饭畚佶垂 平街前 图2空氧压力平衡装置原理图 此部件为一容积为v的容器构成,内有两个活塞,如图2 所示.将压强为Pl的空气和压强为P2的空气分别通入Vl, V3,v2,v3中,压力平衡后,vl,V2,V3的容积分别变为Vl' ,v2',v3',压强都变为P',根据玻意尔一马略特定律:在温 度不变的条件下,一定质量的气体的压强与体积成反比,及气 体定律得以下方程组: Pll=P'Vl' 尸22=尸'V2' (尸l+P2)3=P'V3' l+2+3=Vl'+2'+3 得:P,:—P1VI+P2V2+— P1V3+P2V3 十十 综上,空气和氧气的压力得以平衡. 2.2步进电机驱动的阀体 阀体部分是本系统的核心部件之一.阀体可看成由两个针 阀组成,流经针阀的气体流量与流经任一截面的面积,流速,体 积等因素有一定关系,通常计算时我们取出口处的截面积.所 以当我们将阀的各个部分都做到完全一致时(包括两个阀体的 形状,尺寸,流入气体的流量等)两个喷管的流量与气体流过的 (上接第2页) 了一种改进的光线投影体绘制算法.采用该模型的体绘制算法 与传统的体绘制算法相比具有以下优点: (1)该可应用于灰度或彩色图像序列的三维重建; (2)结合了直接体绘制及面绘制的优点,在体绘制技术中 引入了面; (3)可推广到其它领域图像序列三维重建的应用中,可利 用OpenGL图形及硬件加速对图像序列进行重建与显 示,重建效果逼真,重建速度快; (4)算法简单,易实现.因而采用改进的光线投影体素绘制 三维重建算法与传统的光线投影体绘制算法相比具有一定的 优越性,它是实现体可视化的一个较成功的尝试. [参考文献】 f1]TiedeU,SchiemannT,HoehneK.Highquality renderingofattributedvolumedat, 截面积成正比关系.而我们选择的针阀的截面积又近似跟阀杆 推进的距离成正比.所以我们要得到氧浓度为x%的气体,只 需满足方程:2lL1+100L2=1+L2)x 得 L179 —— 1 L2x,21' 可见,只需两股气体的量满足上述函数即可,亦即只需控 制两阀杆的推进距离的比值满足以上函数,我们就能得到任意 浓度的氧气. 3结论 本课题于2006年5月通过了陕西省科技厅组织的课题鉴 定,鉴定认为本课题弥补了在吸氧治疗方面精确吸氧设备方面 的不足,规范了吸氧的基本规范,取得了相当的进展,具有创新 性. [参考文献】 [1】张恩科,等,可控性医用氧浓度与流量吸氧器的研制[J】. 医疗设备信息,2006(1):1—2. [2】李兴明,等.高压氧仓呼吸器的应用及故障故障处理[J】. 医疗设备信息,2005(12):60 [3】范烨,等.呼吸机动力学参数监测模块[J】.医疗设备 信息,2006(12):7—9. [4】PopovichJJr:Mechanicalventilation:Physiology, equipmentdesignandmanagement[J】.PostgradMed 1996,79:217.? Proc[J】.Visualization98,1998;255,262. f2】DrebinRA,CarpenterL,Hanrahan.Volume Rendering[J】.ComputerGraphics,1998,22(4):65. [3】WittenbrinkC,MalzbenderT,GossM.Opacity— weightedcolorinterpolationforvolumesampling [J】.SymposiumonVolumeVisualization,1998:135— 142. [4】李冠峰,黄毓瑜.体可视化的快速光线投射算法fJ】.工程 图学,2000,3(3):97. [5lJHuang,RMueller,NShareefeta1.FastSplats: optimizedsplattingonrectilineargridfC】.Proc. Visualization2000,2000. [6】张铮,杨文平,石博强,等.MATLAB程序设计与实例应用 [M】.北京:中国铁道出版社,2003. [7】肖建田,等.基于体素的投影算法的研究与实现[J】.医疗 设备信息,2005(7):8—9.? ? 6?22卷8期2007.8