一种便携式人工气道气囊压力智能管理装置的制作方法

本发明涉及医疗器械，具体为一种便携式人工气道气囊压力智能管理装置。

背景技术：

1、人工气道气囊用于封闭气道并固定导管，维持气囊内部压力处于设定范围对临床护理工作产生直接影响。现有设备在执行压力采集作业时，面对患者自主呼吸气流和吞咽动作引发的机械震荡，硬件传感器输出的模拟电压信号叠加高频杂波，控制芯片直接读取未经过滤的原始数据造成计算得出的指标偏离真实压力基准，导致控制系统对当前气压状况做出误判。

2、在管理设备与气囊导管进行脱离作业阶段，气囊导管内部单向阀门依靠复位弹簧回弹闭合，在单向阀门向内壁密封座面移动的机械行程中，阀门两侧存在物理压强差异，气囊内部高压促使气体在阀门闭合前向外部大气环境逸出，引发人工气道气囊内部静态压强下降失衡。在气压调节阶段，控制逻辑在监测到压力偏离设定范围时直接驱使执行部件连续运转，微型气泵在补气达标并切断电源瞬间，管路残留的气流惯性引发充气压力越界超调；同时微型电磁泄放阀在高频动作指令下产生机械疲劳与元件磨损，连续排气动作也会引发气囊出现过度减压现象。

3、现有技术方案无法规避环境杂波干扰、物理插拔漏气以及硬件动作延迟带来的控制偏差。

4、因此，本发明提出一种便携式人工气道气囊压力智能管理装置，来解决现有技术的不足。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题在于人工气道气囊压力管理过程中存在高频杂波干扰压力采集精确度、接头插拔脱离瞬间产生气体瞬时逃逸以及执行部件高频动作引发机械疲劳与压力控制越界的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明提供一种便携式人工气道气囊压力智能管理装置，包括压力传感模块、主控模块、气动执行模块、人机交互模块、电源模块和双层截止密封结构。

4、主控模块分别连接压力传感模块、气动执行模块、人机交互模块和电源模块。电源模块为主控模块、压力传感模块、气动执行模块和人机交互模块提供电能输出线路。

5、压力传感模块通过模数转换器连接主控模块的信号输入端。气动执行模块通过信号输出线路连接主控模块的控制端。人机交互模块通过通信数据总线连接主控模块的数据交互端口。

6、气动执行模块包括微型气泵、微型电磁泄放阀以及电流采样电路。电流采样电路包括分别串联于微型气泵和微型电磁泄放阀工作回路中的采样电阻。电流采样电路的信号输出端连接主控模块内部的模数转换器。微型气泵的电源输入端和微型电磁泄放阀的控制信号端均连接主控模块。

7、人机交互模块包括液晶显示屏和操作按键。操作按键通过通用输入输出引脚连接主控模块的电平触发端。主控模块通过通信数据总线连接液晶显示屏。

8、双层截止密封结构装配于便携式人工气道气囊压力智能管理装置的对接接口端。双层截止密封结构的内部通道连接气动执行模块的气路汇流管路和压力传感模块的采样探头通道。压力传感模块穿过双层截止密封结构获取人工气道气囊内部的静态压强。气动执行模块顺着双层截止密封结构的内腔连通人工气道气囊内部空间。便携式人工气道气囊压力智能管理装置的外壳把控固定压力传感模块、主控模块、气动执行模块、人机交互模块以及电源模块。

9、本发明的便携式人工气道气囊压力智能管理装置在运行中执行特定逻辑步骤。电源模块接收开机触发信号释放内部可充电锂电池的源电压，源电压流入电压调节芯片转换为对应逻辑电平并行输送至各大工作模块。主控模块分别向微型气泵和微型电磁泄放阀发送测试电平读取瞬态电流反馈数值和工作电流特征数据判定硬件连通状态。主控模块读取当前环境大气压下的原始压力数字信号作为环境相对零点校准值存入状态寄存器。

10、气囊导管穿入双层截止密封结构的入口通道。外层滑套受气囊导管轴向推力沿中心轴向方向移动压缩外层弹簧产生形变弹力。气囊导管越过外层滑套内部带有导向斜面的弹性限位凸缘。外层弹簧释放弹力推动外层滑套反向回弹。外层滑套内部的收口斜面挤压o型橡胶密封圈产生径向抱紧力促使o型橡胶密封圈紧贴气囊导管的外壁闭合外部气路环境。双层截止密封结构中心轴线位置的内层阀芯靠近并向气囊导管内部推压单向阀门的封堵组件脱离内壁密封座面产生环状缝隙建立气体流转通道。

11、压力传感模块内部微机电传感膜片受压形变输出模拟电压信号。模拟电压信号经硬件rc抗混叠电路滤除杂波送入模数转换器输出原始压力数字信号。主控模块提取当前离散时间点输出的原始压力数字信号减去环境相对零点校准值得出相对压力有效值。主控模块结合当前离散时间点的相对压力有效值和上个离散时间点计算得出的滤波后压力基准值推导输出当前离散时间点的滤波后压力基准值完成平滑处理剥离干扰信号。主控模块提取滤波后压力基准值调用内部寄存器中的目标压力范围数据下限与目标压力范围数据上限进行数值比对。

12、滤波后压力基准值低于目标压力范围数据下限触发主控模块引入当前离散时间点与上个离散时间点采集值的变化斜率结合目标压力偏差量推导出占空比控制电平驱动微型气泵输送气体进入气囊导管。滤波后压力基准值高于目标压力范围数据上限触发主控模块对计算得出的偏差结果取绝对值并翻转微分项符号构建衰减阻尼项转换为微型电磁泄放阀的脉冲开启时长输出。主控模块控制微型电磁泄放阀执行低频点射开启方式完成阶梯式排压动作。

13、便携式人工气道气囊压力智能管理装置沿气囊导管向外退拔克服摩擦阻力引发外层滑套移动闭合缝隙形成缓冲舱。双层截止密封结构内部渗出的气体越过单向阀门流入缓冲舱阻拦渗出气体向外排散维持局部气压平衡对气囊导管的单向阀门外侧施加反向气压支撑推力。内层阀芯同步向外后退减小推压作用力。单向阀门内部的复位弹簧释放弹性势能推动单向阀门的封堵组件向气囊导管的内壁密封座面方向移动闭合气体流转通道。

14、在机械对接与分离阶段，外层滑套在外层弹簧形变力驱动下产生轴向位移，配合o型橡胶密封圈的径向挤压，形成独立于外部大气环境的物理缓冲舱。缓冲舱内部聚积微量渗漏气体建立反冲压力，在单向阀门机械闭合行程中减小阀门两端的物理压强差异，削弱气流逸出动能。

15、在压力监测阶段，主控模块在时域层面对离散采样点执行迭代平滑运算，依据硬件采集的原始压力数字信号和环境相对零点校准值的偏差数值，结合系统预设的数字滤波平滑系数抑制机械震荡引发的离散波峰与波谷。在气动控制阶段，主控模块判定压力越界后实施非对称算法调节。

16、补气状态依赖采样时间间隔内的变化斜率递减脉冲占空比防止压力超调；排压状态针对电磁线圈物理特性，植入衰减阻尼参数限制硬件工作频率低于微型电磁泄放阀的机械响应疲劳阈值，化解常规高频连续泄放造成的过度减压与金属磨损痛点。

17、本发明提供了一种便携式人工气道气囊压力智能管理装置，具备以下有益效果：

18、1、本发明通过压力传感模块输出模拟电压信号送入硬件rc抗混叠电路滤除杂波并由模数转换器输出原始压力数字信号，主控模块提取当前离散时间点输出的原始压力数字信号减去环境相对零点校准值得出相对压力有效值，主控模块结合当前离散时间点的相对压力有效值和上个离散时间点计算得出的滤波后压力基准值推导输出当前离散时间点的滤波后压力基准值。克服患者自主呼吸气流和吞咽动作产生高频杂波干扰压力采集精确度面临的工程难题，输出剥离杂波干扰的真实压力反馈参考指标。

19、2、本发明通过外层滑套在外层弹簧形变力驱动下产生轴向位移配合o型橡胶密封圈挤压闭合缝隙形成缓冲舱，双层截止密封结构内部渗出的气体流入缓冲舱维持局部气压平衡对气囊导管的单向阀门外侧施加反向气压支撑推力，内层阀芯同步向外后退减小推压作用力促使复位弹簧推动单向阀门的封堵组件向气囊导管的内壁密封座面方向移动闭合气体流转通道。削减单向阀门机械闭合行程中阀门两端物理压强差异，阻断人工气道气囊内部气体在插拔脱离瞬间向外逃逸的流通路径，维持人工气道气囊内部静态压强平衡。

20、3、本发明通过主控模块引入当前离散时间点与上个离散时间点采集值的变化斜率结合目标压力偏差量推导占空比控制电平驱动微型气泵执行递减脉冲补气动作，主控模块对偏差结果取绝对值翻转微分项符号构建衰减阻尼项转换为微型电磁泄放阀的脉冲开启时长输出执行低频点射排压动作。建立针对补气状态与排压状态的非对称调节机制，防范微型气泵运转造成充气压力越界，限制微型电磁泄放阀工作频率低于机械响应疲劳阈值避免过度减压与金属元件磨损。