氧气控制器和自动化控制系统的制作方法

1.本发明涉及一种医疗器具，具体地说是一种氧气控制器和输氧系统。


背景技术：

2.人体通过肺吸收空气中的氧气，一旦肺出现问题，人就有可能出现缺氧，在临床上这样的病人很多，一般的病症可以通过吸氧解决，但在很多情况下即使吸氧也解决不了病人缺氧的问题，甚至高浓度的吸氧反而会加重肺的损伤，因此临床迫切需要一个对于重症肺损伤的病人吸氧的解决方案。
3.目前临床已有一个解决方案，就是ecmo(体外模肺)，但ecmo治疗对病人身体的损伤是非常大的，且操作难度非常大，费用极其昂贵，管理难度也是巨大的，所以临床上都是在病人肺损伤到不得不用的情况下才会使用，有些家庭因经济原因就不得不放弃治疗。所以此治疗方案不仅会给病人带来极大的痛苦，也会对病人的家庭及医务人员也是极大的考验。
4.其实在病人开始肺损伤后普通吸氧(氧浓度＜50％)无法改善的时候到病人不得不用ecmo的过程中，病人的病情是一步一步发展的，在这个过程中病人遭受到了极大的痛苦，因为病人普通吸氧无法改善病人身体的需氧量时，就必须增加吸入肺的氧气浓度，通过未受损的肺组织吸收更多的氧，而高浓度的氧气会对肺组织造成损伤，当吸入氧浓度超过50％时，吸入氧浓度越高对肺的损伤就越大。当肺进一步损伤时，吸收的氧不能满足身体的需氧量时，又不得不更近一步的增加吸入氧浓度，所以病人出现了一个恶性循环，到最后肺损伤到极高浓度(氧浓度100％)的氧都不能满足病人身体的需要量时，才会考虑用ecmo治疗。
5.所以急需要在病人普通吸氧无法改善缺氧的早期就有一个可以通过肺以外为病人提供氧气，且对病人身体损伤较小，经济压力也小，医务人员操作简单。


技术实现要素：

6.为解决上述问题，本发明提供了一种输氧系统，基本原理是将病人的血液从大静脉里抽出来，抽出的血液经过连续性血液净化过滤器中的半透膜，同时通过氧气控制器将氧气送到该半透膜，通过半透膜将的氧气弥散到过滤器中流动的血液里，血液里的二氧化碳则可弥散到膜外，从而达到血液的气体交换，最后将气体交换好的血液回输到病人体内，这样病人就达到了体外输氧的过程。
7.一种氧气控制器，包括氧气输入装置，压力调节装置和感知氧气控制器腔体内液面变化的液面感知装置，压力调节装置设置在腔体的上方，压力调节装置和腔体之间设置有通孔，压力调节装置的施压块位于所述通孔上，施压块上连接着施力元件；氧气输入装置通过输氧管与外界连通，氧气输入装置还包括输氧管开闭元件。
8.进一步的，所述施力元件为弹簧，压力调节装置还包括旋转头，弹簧的上端连接着旋转头，弹簧的下端连接着施压块。
9.进一步的，旋转头连接在旋转泵上。
10.进一步的，液面感知装置为浮力调节装置，浮力调节装置包括浮子和支撑杆，浮子装在支撑杆的下部，支撑杆两端各设有橡胶头。
11.进一步的，液面感知装置为安装于腔体外的液面感受器，所述腔体为透明或半透明。
12.进一步的，还包括信号接收器、指令中心和控制线路，液面感受器通过控制线路连接于信号接收器，液面感受器将液面波动的值转化成电信号通过线路传递给信号接收器，信号接收器再将信号传递给指令中心，指令中心分别发出指令给旋转泵。
13.进一步的，氧气输入装置包括氧气输出管、开关杆、开关和氧气输入管，开关杆的一端连接浮力调节装置，另一端连接开关。
14.进一步的，氧气输入装置包括输氧管和输氧管夹，输氧管接入至管路，输氧管夹通过控制线路连接于指令中心。
15.本发明还提供了一种用于氧气控制器的自动化控制系统，其特征在于，包括指令中心、信号接收器，指令中心通过控制线路分别与压力调节装置的旋转泵和通气管路上的气体夹连接；信号接收器通过控制线路与液面感知装置；指令中心与信号接收器之间通过控制线路连接。
16.进一步的，所述氧气控制器包括氧气输入装置，压力调节装置和感知氧气控制器腔体内液面变化的液面感知装置，压力调节装置设置在腔体的上方，压力调节装置和腔体之间设置有通孔，压力调节装置的施压块位于所述通孔上，施压块上连接着施力元件；氧气输入装置通过输氧管与外界连通，氧气输入装置还包括输氧管开闭元件。
17.本发明还提供了一种输氧系统，包括连续性血液净化过滤器和本发明所述所述的氧气控制器，连续性血液净化滤器和氧气控制装置之间通过管路相互连通。
18.进一步的，所述连续性血液净化过滤器包括外壳，设于外壳内的半透膜，半透膜将过滤器分割成膜内和膜外两个空间，外壳的上下两端分别设有输入管和输出管，输入管和输出管分别与膜内相连通；病人的血液通过过滤器的输入管进入血液净化过滤器的膜内，经过膜的膜内透析后，从输出管离开过滤器流回病人体内。
19.有益效果：本发明所述的输氧系统时通过连续性血液净化过滤器(crrt)结合氧气控制器来完成病人的输氧。所述输氧系统能有效通过肺以外为病人提供氧气，且对病人身体损伤较小，经济压力也小，医务人员操作简单。ecmo需要在病人身上植入两根大管路，而本发明利用crrt只需要植入一根管路。本发明在病人吸入氧浓度超过50％时即开始使用，这样对病人好，因为对于病人肺在吸入高浓度氧时会对肺有损伤。
20.说明书附图
21.图1为第一种氧气输入装置结构示意图。
22.图2为氧气输入装置内部结构示意图。
23.图3为第二种氧气输入装置结构示意图。
24.具体实施案例
25.下面结合附图并通过实施例进行简要说明。
26.如图1所示的输氧系统包括连续性血液净化过滤器和氧气控制器。所述连续性血液净化滤器和氧气控制装置之间通过管路4和8相互连通。
27.连续性血液净化过滤器为普通的血液透析器或crrt滤器，包括外壳32，设于外壳内的半透膜34和41，半透膜将过滤器分割成膜内33和膜外42两个空间，外壳的上下两端分别设有输入管31和输出管35，输入管和输出管分别与膜内33相连通。病人的血液通过过滤器的输入管31进入血液净化过滤器的膜内33，经过膜34和41的膜内33透析后，从输出管35离开过滤器流回病人体内。所述膜34和41是半透膜，例如，所述半透膜选自普通的血液透析膜，该半透膜只有允许小分子物质如气体，水，无机盐，炎性介质等通过。所以，血细胞及大分子物质无法通过半透膜34和41渗透至膜外42，而血液里的二氧化碳是可以弥散到膜外来，同样膜外的氧气也可以弥散到膜内与红细胞结合，从而完成气体交换。在外壳侧壁的上部和下部各设有连接口，所述连接口分别与管路4和8连接。
28.氧气控制器包括设置在壳体26(图中显示的5也为壳体，同壳体26一致)内的压力调节装置、浮力调节装置和氧气输入装置，压力调节装置与浮力调节装置自上而下竖直设立于壳体26内，浮力调节装置与氧气输入装置的开关杆10活动连接，如图1所示，开关杆10与浮力调节装置下端的夹子13连接。氧气控制器通过管路4和8与连续性血液净化过滤器连通。
29.当连续性血液净化过滤器在工作时膜内是有很大的正压，所以血液里的水是会渗透到膜外。因此，不仅要保证膜外有一定的氧气空间，还要保证膜外有相应的压力，而这个压力由压力调节装置来完成。压力调节装置包括设置在壳体内的旋转头1和压力头3，旋转头1和压力头3之间安装有弹簧2。壳体包括与外界相通的气孔22和与浮力调节装置相通的控制气孔23。旋转头1可调节式地安装在外壳26顶壁上，即旋转头通过调节可上下移动，以调节旋转头和压力头之间的瘫痪的受压程度。旋转头1在壳体上的安装方式包括但不限于螺纹配合、推拉配合等。通过旋转头1来控制弹簧2的伸缩程度从而改变过滤器的膜外42的气体通过控制气孔23推动压力头3上升的气体压力。例如当旋转头向上旋出多一些时，旋转头1和压力头3之间的弹簧的受压力会小一些，改变过滤器的膜外42的气体通过控制气孔23推动压力头3上升的气体压力变小。当旋转头向下旋入多一些时，旋转头1和压力头3之间的弹簧的受压力会大一些，改变过滤器的膜外42的气体通过控制气孔23推动压力头3上升的气体压力变大。
30.如果膜外42压力过高不能及时排出系统，大量的气体就会挤入膜内33，并随血液进入人体，造成空气栓塞。所以必须将膜外42的压力维持在一定的压力范围内。
31.使用者可以调节弹簧的形变程度调整压力调节装置的压力阈值，所述压力阈值与膜外42维持的压力对应。当过滤器的膜外42的气体压力超过预先设置的压力阈值时，输氧系统内的气体可冲开压力头3，输氧系统内的氧气经过控制气孔23进入压力调节装置并从压力调节装置的排气孔22排出到输氧系统外。
32.浮力调节装置设置在浮力控制装置腔体6内，包括在壳体内的支撑杆25，支撑杆的两端各设有橡胶头24和29，一个浮子7安装在支撑杆25上，优选的浮子安装在支撑杆的下部。
33.浮力调节装置位于压力调节装置控制气孔23的下方。浮力调节装置支撑杆25的下端与氧气输入装置的开关杆10的一端连接。
34.氧气控制器还设有废液出口，优选的设计中，壳体26相对控制气孔23的另一端壳体底部设有废液出口28。根据需要，废液开口可以排放出壳体26内的液体。
35.氧气输入装置包括氧气输出管9、开关杆10、开关11和氧气输入管12。如图2所示的氧气输入装置包括外壳体1001、内壳体1002，内壳体在外壳体内滑动连接，内壳体上有氧气通道61，外壳体上连接有氧气管9和12，外壳体内壁上有氧气通道62与内壳体上的氧气通道相对应。10是臂力棒，臂力棒也称为开关杆。臂力棒转动时，带动内壳体1002在外壳体内转动，使氧气输出管9、氧气通道62、氧气通道61、氧气输入管12之间的形成气体通道打开或关闭。外壳体1001安装在输氧装置的壳体26的外壳上，外壳体与内壳体相匹配，在外壳体与内壳体之间设置密封垫，保证密闭性。开关杆10的另一端连接在浮力调节装置上。
36.医务人员在工作中，不可能时时刻刻都在边上，所以通过氧气控制器内设置的浮力调节装置来保证病人的安全。因为在工作的过程中，膜内33的压力随着病人的体位、病人血液的黏稠度、血凝块的多少的改变而改变。因此在体外输氧的过程中，可能会出现各种各样的问题，导致连续性血液进化过滤器膜内33的压力变高或变低。膜内压力的变化，会导致膜34和41内外原先的压力差的水平被打破，此时若过滤器保持原有状态继续工作就可能存在问题。需要通过人为干预，使膜34和41内外的压力维持在一个平衡状态。
37.当膜内33压力变高时，膜内33的液体就会向膜外42转移，膜外42的液面就会上升。过滤器膜外42增加的液体通过导管8进入氧气控制装置内，进而导致输氧控制器26内的液面上升。当输氧控制器26内的液面上升时，输氧控制器26内的浮力调节装置随着输氧控制器26内液面的上升而上升。当浮力调节装置上升到橡胶头24堵住控制气孔23过程中，会带动与浮力调节装置活动连接的臂力棒10，随着臂力棒10的转动进而使气体开关11关闭。气体开关11关闭后，氧气不能从输气输入管和氧气输出管进入，也不能从过滤器出去。这样当膜内33的液体流入膜外42中的液体量就有限，膜外42内部空间被本身存在的液体以及气体所占领。
38.当上述情况出现时，医务人员需要去调节氧气控制器，让其再次工作。首先，应该转动旋转头1，使弹簧压缩，进而使压力头3对控制气孔23的压力增大，一般增加3到5毫米汞柱。压力的变化也可根据废液压探头27测出来。当压力调节好后，转动臂力棒10，使气体开关11打开，也使浮力调节装置向下运动，进而带动橡胶头24离开控制气孔23。当气体逐渐进入膜外42时，由于压力头3对控制气孔23的压力大于膜外42的压力，因此膜外42的液体会逐渐向膜内33转移，进而使输氧控制器26液面下降，当液面下降到我们所需要的水平时，医护人员通过观察输氧控制器26内的液面高度来判断压力头3对控制气孔23压力的大小，从而将压力头3对控制气孔23的压力调节成与膜外42的压力一样，重新启动连续性血液进化过滤器重新开始工作。
39.当膜内33的压力过低时，膜外42里面的液体就会向膜内33转移，此时氧气控制器壳体26内的液面会下降，进而使浮力调节装置也下降，浮力调节装置在下降过程中会带动臂力棒10向下转动，进而关闭气体开关11。由于氧气关闭，没有气体进入，也就没有气体需要排除，因此，由于弹簧2向下的弹力作用，压力头3会堵住控制气孔23，这样使得膜外42与氧气控制器成为一个密闭空间，膜外42的液体就不能继续进入膜内，即使有进入，也不会持续的进入，这样就不会有大量的气体进入血液系统。实验证明，如果过滤器上端的有较多气体进入膜内，只要过滤器下端有一部分液体时，则在过滤器下端的时候，气体会被下端的液体挤出来。因此当过滤器下端有液体的时候，是不会有大量的气体进入血液系统，进入病人体内的，从而保证病人的安全。
40.此时又需要医务人员继续调节氧气控制器。首先调节压力头3对控制气孔23的压力，转动旋转头1，使弹簧2的压缩减小，进而使压力头3对控制气孔23的压力减小，该压力比废液压探头27测出来的压力小3到5毫米汞柱。此时膜外42的压力小于膜内33的压力，膜内33的液体就会向膜外42流动，这样膜外42的液面上升，氧气控制器外壳26内的液面也就会上升，进而使浮力调节装置上升，通过臂力棒10带动开关11打开气体通路9，当氧气控制器达到需要的水平时，再调节压力头3对气体孔23的压力与膜外42的压力一样时，这样液面不再有变化，就可以继续工作了。
41.实验证明，如果过滤器上端的较多气体进入膜内，只要滤器下端有一部分液体时，在气体流动到滤器下端的时候，由于气体比液体轻，所以气体会被下端的液体挤出来，因此当滤器下端有液体的时候，是不会有大量的气体进入血液系统，到病人体内的，保证病人的安全。
42.当给病人治疗时，所有的调节都基于膜内33有血液流动的时候调节，如果同时膜内33血液不流动了，则应先使膜内的血液流动起来后再调节输氧控制器，装置上所有的探头都是和crrt机或血透机上的探头一样。
43.由于膜34和41是有使用寿命的，使用寿命体现在膜内33到膜外42之间的压力差，称之为跨膜压。如果跨膜压过大，则使用寿命就缩短。因此氧气控制器上还可设置一压力探头27，可连接在crrt机废液压探头上，这样机器在测出过滤器前端31处及过滤器后端35处的压力时，同时机器也能计算出跨膜压，机器就会和在做血液净化时一样，根据跨膜压的高低决定是否需要关闭泵血，而保障安全，我们也可以根据跨膜压来决定是否需要更换滤器保障效果。
44.浮子7上下移动的浮力与重力要足以带动开关杆10，开关11与氧气控制器外壳26相互契合，保障氧气控制器的密闭性。在需要时可以通过开关杆10来调节开关11，进而调整浮力调节装置。
45.图3所示是图1所示输氧系统的另一种设计，增加了自动控制元件。图3所示的输氧系统包括连续性血液净化过滤器和氧气控制器。
46.所述连续性血液净化过滤器和氧气控制装置之间通过管路104和108相互连通。
47.连续性血液净化过滤器为普通的血液透析器或crrt滤器，包括过滤器主体107，过滤器外壳和设于外壳内的半透膜，半透膜将过滤器分割成膜内和膜外两个空间。外壳的上端为动脉端，设有动脉端输入管105，外壳的下端为静脉端，设有静脉段输出管110输入管和输出管分别与膜内相连通。病人的血液通过过滤器的输入管进入血液净化过滤器的膜内，经膜内33透析后，从输出管离开过滤器流回病人体内。在过滤器的上端设有滤器前压探头106，在本实施例中滤器前压探头106安装在动脉端输入管105上。在过滤器的下端设有静脉端探头109，在恩实施例中静脉端探头109安装在静脉段输出管110上。
48.氧气控制器包括压力调节装置、浮力调节装置、氧气输入装置和控制系统。
49.压力调节装置包括旋转泵100、与旋转泵连接的旋转泵旋转头101，旋转泵转头连接在弹力器外壳102上，旋转头101与压力头122之间通过弹簧114相互连接。旋转泵100通过控制线路123连接于指令中心124。弹力器外壳102上还设有气体出口121。
50.压力调节装置和浮力调节装置之间竖直连接，两者之间设有通气管，在通气管上设有气体夹103。气体夹103通过控制线路126连接于指令中心124。
51.浮力调节装置包括腔体200和设于腔体上的液面感受器127。液面感受器127通过控制线路129连接于信号接收器128。所述腔体200通过管路104和108和过滤器连通。
52.浮力调节装置腔体上200的下端还设有废液端探头131和废液出口113，废液端探头131和废液出口113均从腔体200的壳体130伸出。氧气输入装置包括输氧管112和输氧管夹111。输氧管112接入至管路108。输氧管夹111通过控制线路132连接于指令中心124。
53.指令中心124与信号接收器128之间通过控制线路连接。
54.如果过滤器107内的压力有变化，输氧控制器130内的液面会随之变化，当输氧控制器130内的压力有变化时，外面的液面感受器会监测到液面是上升还是下降，液面感受器127，液面感受器的工作原理是可以利用超声在水中和在空气中传播的速度不一样来，也可以利用光线在水中和空气中的折射原理来实现。将液面波动的值转化成电信号通过线路129传递给信号接收器128，信号接收器128再将信号传递给指令中心124，指令中心124分别发出指令给旋转泵100、气体夹103和111。指令中心通过线路将电流带人气体夹处的机器，这个机器可以是设置在气体夹处设置夹闭电机，也可以用电磁铁的原理，只有通电产生磁力使开关夹闭，或气体夹上安装wife接收或蓝牙接收装置等。当指令中心124接收到的信号是输氧控制器内液面下降，则说明输氧控制器130内的压力大于过滤器107内膜内的压力，此时指令中心124会发出指令给旋转泵100，旋转旋转头101，弹簧伸长，使压力头122对下面的压力减小，这样来减小输氧控制器内的压力，使输氧控制器130内的液面上升到指定的水平，最后找到膜内外的平衡压力。当指令中心124接收到的信号是输氧控制器内液面上升，则说明输氧控制器130内的压力小于滤器107内膜内的压力，此时指令中心124会发出指令给旋转泵100，旋转旋转头101，使弹簧压缩，让压力头122对下面的压力增加，这样来增加输氧控制器内的压力，使输氧控制器130内的液面下降到指定的水平，最后找到膜内外的平衡压力。这种智能设备就极大的减轻了需要人工调节的繁琐工作，这样更高效，减少病人的输氧间断时间。
55.当输氧控制器内的液面，在调节的过程中，出现的过高或过低，调节无效的情况下，则指令中心124同时给气体夹103和111都发出夹闭指令，来保证病人的安全。
56.当气体夹103和111同时夹闭后，先检查整个装置是否在还可以使用的状态，如果可以使用，且病人也需要继续体外输氧治疗，则应人工调节指令中心，调节分为以下两种方法：
57.当输氧控制器内的液面过低时，则调节指令中心124发出指令使旋转泵100转动旋转头101使弹簧伸长，减小压力头122对其下面的气体孔的压力，从而使输氧控制器内的压力变小，这样是膜内的液体向膜外转移，进而使输氧控制器内的液面上升，当液面达到了一定的高度后，再使机器进入工作状态，这样机器又会根据我们设定的液面高度进行调节工作。
58.当输氧控制器内的液面过高时，则调节指令中心124发出指令使旋转泵100转动旋转头101，使弹簧114压缩，使压力头122对其下面的气体孔压力变大，再由指令中心124发出指令使气体夹113和111同时打开，此时输氧控制器内的压力就会因为氧气管112向膜外输入氧气或空气，或空气和氧气的混合气体，这样输氧控制器内的压力就会逐渐高于膜内的压力，膜外的液体就会逐渐向膜内转移，这样液面就会逐渐下降，最后达到我们所设置的水平时，就可以让机器进入工作状态，指令中心也会根据液面的高低再调节。
59.在治疗的过程中，调节输氧控制器之前要保证膜内的血液流动是畅通的，只有基于此基础上才能调节输氧控制器，也才有效。
60.本发明所述输氧系统在临床上的应用，包括以下步骤。对连续性血液净化过滤器进行预充，向氧气控制器内加入生理盐水或预充液到一定的水平后，将氧气控制器与过滤器连接。然后调节氧气控制器内的液面高度给病人进行输氧治疗。