气腹机及其稳压控制方法、系统和装置与流程

1.本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种气腹机及其稳压控制方法、系统和装置。


背景技术：

2.腹腔镜手术是一种新型的微创手术，具有手术创口小、对患者伤害低等优点。气腹机是腹腔镜手术中必备的医疗器械之一，用于腹腔镜手术中的气腹建立和维持，建立手术视野和操作空间。在腹腔镜手术中，通过气腹机向腹腔内灌注医用气体(例如co2气体)，将腹壁和腹腔内脏器隔开，形成手术操作和视野空间。
3.在气腹机的使用过程中，当腹腔内达到预定压力时能自动停止注气，并维持一定量的气体使腹腔内一直处于预定的压力和稳定状态。若气压不稳定，则会带来软性组织随着气压的变化而发生位移，影响医生对手术部位精确位置的判断，过高的气压对部分患者也会带来严重影响。因此，对气腹机进行稳压控制尤其重要。
4.目前，现有气腹机大多是根据压力传感器检测到的气压来控制比例阀的开合度，以达到稳压控制的目的。这种方法通常适用于实际检测到的气压与预设压力相差不大的情况，即适应于压力稳定维持阶段，而当实际检测到的气压与预设压力相差较大时，无法以较快的速度让腹腔内的实时气压接近期望的预设压力，误差大，控制稳定性差，不适用于整个稳压控制阶段。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种气腹机及其稳压控制方法、系统和装置，以解决现有气腹机的稳压控制方法中误差大、控制稳定性差及不适用于整个稳压控制阶段的问题。
6.本发明提供了一种气腹机稳压控制方法，包括：
7.实时获取气腹机气路的实测压力，并实时获取所述实测压力与预设的期望压力之间的压力差值；
8.根据所述压力差值与预设阈值之间的大小情况，确定实时控制模式；
9.根据所述实时控制模式对所述气腹机的比例阀进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力；
10.对所述气腹机的开关电磁阀进行动态开关控制，完成所述气腹机的稳压控制。
11.可选地，所述实时控制模式包括流量控制模式和压力控制模式；
12.所述根据所述压力差值与预设阈值之间的大小情况，确定实时控制模式，包括：
13.当所述压力差值大于所述预设阈值时，确定所述实时控制模式具体为所述流量控制模式；
14.当所述压力差值小于或等于所述预设阈值时，确定所述实时控制模式具体为所述压力控制模式。
15.可选地，当确定所述实时控制模式具体为所述流量控制模式时，所述根据所述实
时控制模式对所述气腹机的比例阀进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力，包括：
16.根据所述流量控制模式对所述气腹机的所述比例阀的开合度进行实时控制，直至所述压力差值小于或等于所述预设阈值；
17.当所述压力差值小于或等于所述预设阈值时，将所述实时控制模式切换为所述压力控制模式，根据所述压力控制模式对所述气腹机的所述比例阀的开合度再次进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力。
18.可选地，所述根据所述流量控制模式对所述气腹机的所述比例阀的开合度进行实时控制，直至所述压力差值小于或等于所述预设阈值，包括：
19.实时获取所述气腹机气路的实测流量；
20.计算出所述实测流量与预设的最大充气流量之间的流量差值；
21.根据所述流量差值设置所述流量控制模式的第一比例参数和第一积分参数；
22.根据所述第一比例参数、所述第一积分参数和所述流量差值，确定第一pid控制器；
23.基于pid控制方法，根据所述第一pid控制器对所述比例阀的开合度进行实时控制，直至所述压力差值小于或等于所述预设阈值。
24.可选地，所述当所述压力差值小于或等于所述预设阈值时，将所述实时控制模式切换为所述压力控制模式，根据所述压力控制模式对所述气腹机的所述比例阀的开合度再次进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力，包括：
25.当所述压力差值小于或等于所述预设阈值时，将所述实时控制模式切换为所述压力控制模式；
26.根据所述压力差值设置所述压力控制模式的第二比例参数和第二积分参数；
27.根据所述第二比例参数、所述第二积分参数和所述压力差值，确定第二pid控制器；
28.基于pid控制方法，根据所述第二pid控制器对所述比例阀的开合度再次进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力。
29.可选地，当确定所述实时控制模式具体为所述压力控制模式时，所述根据所述控制模式对所述气腹机的比例阀进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力，包括：
30.根据所述压力差值设置所述压力控制模式的第三比例参数和第三积分参数；
31.基于pid控制方法，根据所述第三比例参数、所述第三积分参数和所述压力差值，对所述气腹机的所述比例阀的开合度进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力。
32.可选地，所述对所述气腹机的开关电磁阀进行动态开关控制，完成所述气腹机的稳压控制，包括：
33.当所述实测压力与所述期望压力相等时，控制所述气腹机的开关电磁阀断开；
34.当所述实测压力小于所述期望压力，且所述压力差值小于或等于所述预设阈值时，控制所述气腹机的开关电磁阀闭合，直至所述实测压力与所述期望压力相等；
35.循环往复，使得所述实测压力与所述期望压力动态相等。
36.此外，本发明还提供了一种气腹机稳压控制系统，包括：
37.数据获取模块，用于实时获取气腹机气路的实测压力，并实时获取所述实测压力与预设的期望压力之间的压力差值；
38.模式确定模块，与所述数据获取模块通信连接，用于根据所述压力差值与预设阈值之间的大小情况，确定实时控制模式；
39.实时控制模块，与所述数据获取模块和所述模式确定模块通信连接，用于根据所述实时控制模式对所述气腹机的比例阀进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力；
40.电磁阀动态控制模块，与所述数据获取模块和所述实时控制模块通信连接，用于对所述气腹机的开关电磁阀进行动态开关控制，完成所述气腹机的稳压控制。
41.此外，本发明还提供了一种气腹机稳压控制装置，包括包括处理器、存储器和存储在所述存储器中且可运行在所述处理器上的计算机程序，所述计算机程序运行时实现前述的气腹机稳压控制方法中的方法步骤。
42.此外，本发明还提供了一种气腹机，其特征在于，包括：
43.设有气路的气腹机本体；
44.电源，设于所述气腹机本体上；
45.压力传感器，设于所述气腹机本体上，与所述电源电连接；
46.比例阀，设于所述气腹机本体上，与所述气路连通，与所述电源电连接；
47.开关电磁阀，设于气腹机本体上，与所述气路连通，与所述电源电连接；以及
48.前述的气腹机稳压控制装置，设于所述气腹机本体上，与所述电源、所述压力传感器、所述比例阀和所述开关电磁阀均电连接。
49.本发明的有益效果：气腹机在稳压控制前，预先设定好期望压力以及实测压力与期望压力之间的预设阈值，实时获取气腹机气路的实测压力，实时计算出实测压力与期望压力之间的压力差值，通过实时比较压力差值与预设阈值之间的大小情况，确定出气腹机的实时控制模式，基于该实时控制模式，可以在前期稳压控制阶段时，针对性地对气腹机气路中的压力进行实时调整，以最快的速度和最准确的精准度控制气腹机的实测压力达到期望压力，使得实测压力无限接近期望压力，即进入后期稳压维持阶段；而在后期稳压维持阶段中，会由于操作误差、出现漏气等情况，使得实时获取的实测压力无法真正达到与期望压力相等的情况，又会出现实测压力略小于期望压力的现象，此时通过对气腹机的开关电磁阀进行动态开关控制，可以以“脉冲式”注气方式对气腹机气路进行补气，以微调整的方式，使得实测压力动态调整到与期望压力动态相等的状态；本发明与传统的稳压控制方法相比，能真正实现气腹机的稳压控制，误差小、控制精准度高、稳定性好，在气腹机气路的实测压力与期望压力之间的差距较大或较小的情况，甚至是实测压力无限接近期望压力的情况下，都能达到稳压控制的目的，适用于气腹机的整个稳压控制阶段。
附图说明
50.通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
51.图1示出了本发明实施例一中一种气腹机稳压控制方法的流程示意图；
52.图2示出了本发明实施例一中确定实时控制模式的流程示意图；
53.图3示出了本发明实施例一中一种根据实时控制模式对比例阀进行实时控制的流程示意图；
54.图4示出了本发明实施例一中根据流量控制模式对比例阀的开合度进行实时控制的流程示意图；
55.图5示出了本发明实施例一中根据压力控制模式对比例阀的开合度再次进行实时控制的流程示意图；
56.图6示出了本发明实施例一中另一种根据实时控制模式对比例阀进行实时控制的流程示意图；
57.图7示出了本发明实施例二中一种气腹机稳压控制系统的结构示意图；
58.图8示出了本发明实施例四中一种气腹机的内部电连接结构示意图。
具体实施方式
59.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
60.实施例一
61.如图1所示，一种气腹机稳压控制方法，包括：
62.s100：实时获取气腹机气路的实测压力，并实时获取所述实测压力与预设的期望压力之间的压力差值。
63.本实施例预先设定好期望压力，利用压力传感器实时采集气腹机气路的实测压力，并实时计算出实测压力与期望压力之间的压力差值。
64.如图1所示，s200：根据所述压力差值与预设阈值之间的大小情况，确定实时控制模式。
65.优选地，所述实时控制模式包括流量控制模式和压力控制模式；
66.如图2所示，s200包括：
67.s201：当所述压力差值大于所述预设阈值时，确定所述实时控制模式具体为所述流量控制模式；
68.s202：当所述压力差值小于或等于所述预设阈值时，确定所述实时控制模式具体为所述压力控制模式。
69.在气腹机气路的前期稳压控制阶段中，当压力差值大于预设阈值时，说明气腹机当前的实测压力与期望压力之间的差距较大，若直接选择压力控制模式作为其实时控制模式，控制时间较长，效率低，且稳定性差，而选择流量控制模式作为气腹机当前的实时控制模式，可以尽可能地以较快的速度和较高的精准度，将气腹机气路中的实测压力稳定地控制到与期望压力相同的情况；当压力差值小于或等于预设阈值时，说明气腹机当前的实测压力与期望压力之间的差距较小，直接选用压力控制模式作为其实时控制模式，可以精准地减小二者之间的差距，进而将实测压力稳定地控制到与期望压力相同的情况；通过上述压力差值与预设阈值的大小比较情况，可以针对气腹机不同的实际情况，选择匹配的控制模式来实现稳压控制，控制效率和精准度高，稳定性好。
70.需要说明的是，上述实测压力为实时获取的，即每个时刻下对应一个实时获取的实测压力，对应地，实测压力与期望压力之间的压力差值也是实时的，进而在确定实时控制模式时，是实时地比较每个时刻下的压力差值与预设阈值之间的大小情况，得到的实时控制模式也同样为每个时刻下对应的控制模式，达到在前期稳压控制阶段中，对气腹机实时稳压控制的目的。上述期望压力和预设阈值，均根据气腹机的实际使用情况预先设定好。
71.如图1所示，s300：根据所述实时控制模式对所述气腹机的比例阀进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力。
72.优选地，针对上述s201，当确定所述实时控制模式具体为所述流量控制模式时，如图3所示，s300包括：
73.s311：根据所述流量控制模式对所述气腹机的所述比例阀的开合度进行实时控制，直至所述压力差值小于或等于所述预设阈值；
74.s312：当所述压力差值小于或等于所述预设阈值时，将所述实时控制模式切换为所述压力控制模式，根据所述压力控制模式对所述气腹机的所述比例阀的开合度再次进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力。
75.在根据压力差值与预设阈值的大小比较之后，确定选择流量控制模式时，先根据流量控制模式来控制比例阀的开合度，直至压力差值小于或等于预设阈值，以便能够以尽可能快的充气速度，使得实测压力尽可能地接近期望压力；当压力差值小于或等于预设阈值时，即说明实测压力已经比较接近期望压力，则切换为压力控制模式，根据压力控制模式来再次控制比例阀的开合度，直至实测压力达到期望压力，以便能够以尽可能精准的控制精度，使得实测压力进一步达到与期望压力相同的情况。
76.具体地，如图4所示，s311包括：
77.s3111：实时获取所述气腹机气路的实测流量；
78.s3112：计算出所述实测流量与预设的最大充气流量之间的流量差值；
79.s3113：根据所述流量差值设置所述流量控制模式的第一比例参数和第一积分参数；
80.s3114：根据所述第一比例参数、所述第一积分参数和所述流量差值，确定第一pid控制器；
81.s3115：基于pid控制方法，根据所述第一pid控制器对所述比例阀的开合度进行实时控制，直至所述压力差值小于或等于所述预设阈值。
82.在上述根据流量控制模式来控制比例阀的开合度的过程中，基于实测流量和最大充气流量之间的流量差值，来获取第一pid控制器中的第一比例参数和第一积分参数，基于pid控制算法，能够决定前期稳压控制阶段中稳压控制的精度和速度，确保气腹机气路上的流量稳定；其中，只基于第一比例参数和第一积分参数来确定第一pid控制器，进而基于该第一pid控制器来进行稳压控制，能大大简化pid控制方法中的调试参数，进一步提高稳压控制的效率。
83.在本实施例中，第一pid控制器的表达式为：
84.result1＝p_flow*errorflow i_flow*errorflow；
85.errorflow＝realflow-setflow；
86.其中，result1为第一pid控制器的输出量，代表比例阀的开合度；p_flow为第一比
例参数，i_flow为第一积分参数；errorflow为流量差值，realflow为实测流量，setflow为最大充气流量。
87.具体地，上述比例阀是指流量比例阀，利用流量传感器实时采集实测流量。
88.具体地，如图5所示，s312包括：
89.s3121：当所述压力差值小于或等于所述预设阈值时，将所述实时控制模式切换为所述压力控制模式；
90.s3122：根据所述压力差值设置所述压力控制模式的第二比例参数和第二积分参数；
91.s3123：根据所述第二比例参数、所述第二积分参数和所述压力差值，确定第二pid控制器；
92.s3124：基于pid控制方法，根据所述第二pid控制器对所述比例阀的开合度再次进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力。
93.当前期稳压控制阶段中，首先基于流量控制模式，将实测压力与期望压力之间的差距缩小，使得压力差值小于或等于预设阈值时，切换为压力控制模式，按照类似的方法，确定出第二比例参数和第二积分参数以及对应的第二pid控制器，基于同样的pid控制方法，精准、高效地达到前期稳压控制阶段中的稳压控制。
94.对应地，在本实施例中，第二pid控制器的表达式为：
95.result2＝p_press*errorpress i_press*errorpress；
96.errorpress＝realpress-setpress；
97.其中，result2为第二pid控制器的输出量，同样代表比例阀的开合度；p_press为第二比例参数，i_press为第二积分参数；errorpress为压力差值，realpress为实测压力，setpress为期望压力。
98.优选地，针对上述s202，当确定所述实时控制模式具体为所述压力控制模式时，如图6所示，s300包括：
99.s321：根据所述压力差值设置所述压力控制模式的第三比例参数和第三积分参数；
100.s322：基于pid控制方法，根据所述第三比例参数、所述第三积分参数和所述压力差值，对所述气腹机的所述比例阀的开合度进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力。
101.当一开始实测压力与期望压力之间的差值较小，满足直接采用压力控制模式时，根据压力差值获取第三比例参数和第三积分参数，按照s3121～s3124所述的压力控制模式中同样的方法，确定出第三pid控制器，按照同样的pid控制方法，实现对此种情况下的比例阀的开合度的控制，进而实现前期稳压控制阶段中对气腹机精准、高效的稳压控制。
102.需要说明的是，针对s202中的压力控制模式的实现方法与针对s201中的压力控制模式的实现方法类似，基于pid控制方法对比例阀的开合度的控制所对应的pid控制器的表达式也相同，针对s202中的pid控制器称为第三pid控制器，即其对应的表达式与第二pid控制器相同，第三pid控制器中的第三比例参数与第二比例参数相同，第三积分参数与第二积分参数相同。
103.如图1所示，s400：对所述气腹机的开关电磁阀进行动态开关控制，完成所述气腹
机的稳压控制。
104.优选地，s400包括：
105.当所述实测压力与所述期望压力相等时，控制所述气腹机的开关电磁阀断开；
106.当所述实测压力小于所述期望压力，且所述压力差值小于或等于所述预设阈值时，控制所述气腹机的开关电磁阀闭合，直至所述实测压力与所述期望压力相等；
107.循环往复，使得所述实测压力与所述期望压力动态相等。
108.当通过前述s300的步骤，将实测压力控制到与期望压力相同的情况下，当前气腹机的气路进入后期稳压维持阶段，但由于实际操作的误差、出现漏气等情况时，基于pid控制方法控制比例阀开合度，并不能真正将压力控制到期望压力完全相等的状态，实测压力通常会小于期望压力，因此仅通过前述根据实时控制模式来对气腹机进行稳压控制时，无法达到理想效果；且由于实测压力通常会在一个值上动态变化，因此本实施例中，当实测压力与期望压力刚好相等时，将气腹机的开关电磁阀断开，即关闭电磁阀，以将气路中的实际压力稳定在期望压力；而实测压力小于期望压力，且压力差值小于或等于预设阈值时，一方面基于前述的压力控制模式将比例阀的开合度调整到一个合适的位置时，再将开关电磁阀闭合，即打开开关电磁阀，对气路进行“脉冲式”注气，使其实测压力与期望压力刚好相等；当达到相同时，再次进行断开开关电磁阀，而一旦实测压力又小于期望压力，再次进行闭合开关电磁阀，循环往复；通过频繁操作开关电磁阀，对开关电磁阀进行动态开关控制，达到实测压力与期望压力之间的动态相等，在气腹机气路前期稳压控制阶段和后期稳压维持阶段都能进行稳压控制，能真正达到位置压力稳定的目的。
109.本实施例上述气腹机稳压控制方法中，气腹机在稳压控制前，预先设定好期望压力以及实测压力与期望压力之间的预设阈值，实时获取气腹机气路的实测压力，实时计算出实测压力与期望压力之间的压力差值，通过实时比较压力差值与预设阈值之间的大小情况，确定出气腹机的实时控制模式，基于该实时控制模式，可以在前期稳压控制阶段时，针对性地对气腹机气路中的压力进行实时调整，以最快的速度和最准确的精准度控制气腹机的实测压力达到期望压力，使得实测压力无限接近期望压力，即进入后期稳压维持阶段；而在后期稳压维持阶段中，会由于操作误差、出现漏气等情况，使得实时获取的实测压力无法真正达到与期望压力相等的情况，又会出现实测压力略小于期望压力的现象，此时通过对气腹机的开关电磁阀进行动态开关控制，可以以“脉冲式”注气方式对气腹机气路进行补气，以微调整的方式，使得实测压力动态调整到与期望压力动态相等的状态；本实施例与传统的稳压控制方法相比，能真正实现气腹机的稳压控制，误差小、控制精准度高、稳定性好，在气腹机气路的实测压力与期望压力之间的差距较大或较小的情况，甚至是实测压力无限接近期望压力的情况下，都能达到稳压控制的目的，适用于气腹机的整个稳压控制阶段。
110.实施例二
111.如图7所示，一种气腹机稳压控制系统，包括：
112.数据获取模块，用于实时获取气腹机气路的实测压力，并实时获取所述实测压力与预设的期望压力之间的压力差值；
113.模式确定模块，与所述数据获取模块通信连接，用于根据所述压力差值与预设阈值之间的大小情况，确定实时控制模式；
114.实时控制模块，与所述数据获取模块和所述模式确定模块通信连接，用于根据所
述实时控制模式对所述气腹机的比例阀进行实时控制，直至所述实测压力达到所述期望压力；
115.电磁阀动态控制模块，与所述数据获取模块和所述实时控制模块通信连接，用于对所述气腹机的开关电磁阀进行动态开关控制，完成所述气腹机的稳压控制。
116.气腹机在稳压控制前，预先设定好期望压力以及实测压力与期望压力之间的预设阈值，通过数据获取模块实时获取气腹机气路的实测压力，实时计算出实测压力与期望压力之间的压力差值，通过模式确定模块实时比较压力差值与预设阈值之间的大小情况，确定出气腹机的实时控制模式，基于该实时控制模式，可以在前期稳压控制阶段时，通过实时控制模块针对性地对气腹机气路中的压力进行实时调整，以最快的速度和最准确的精准度控制气腹机的实测压力达到期望压力，使得实测压力无限接近期望压力，即进入后期稳压维持阶段；而在后期稳压维持阶段中，会由于操作误差、出现漏气等情况，使得实时获取的实测压力无法真正达到与期望压力相等的情况，又会出现实测压力略小于期望压力的现象，此时利用电磁阀动态控制模块，通过对气腹机的开关电磁阀进行动态开关控制，可以以“脉冲式”注气方式对气腹机气路进行补气，以微调整的方式，使得实测压力动态调整到与期望压力动态相等的状态；本实施例与传统的稳压控制系统相比，能真正实现气腹机的稳压控制，误差小、控制精准度高、稳定性好，在气腹机气路的实测压力与期望压力之间的差距较大或较小的情况，甚至是实测压力无限接近期望压力的情况下，都能达到稳压控制的目的，适用于气腹机的整个稳压控制阶段。
117.本实施例所述的气腹机稳压控制系统各模块所实现的功能与实施例一的气腹机稳压控制方法的步骤相互对应，本实施例中的未尽细节，详见实施例一及图1至图6的具体描述，此处不再赘述。
118.实施例三
119.一种气腹机稳压控制装置，包括处理器、存储器和存储在所述存储器中且可运行在所述处理器上的计算机程序，所述计算机程序运行时实现如实施例一的气腹机稳压控制方法中的方法步骤。
120.本实施例的气腹机稳压控制装置，能真正实现气腹机的稳压控制，误差小、控制精准度高、稳定性好，在气腹机气路的实测压力与期望压力之间的差距较大或较小的情况，甚至是实测压力无限接近期望压力的情况下，都能达到稳压控制的目的，适用于气腹机的整个稳压控制阶段。
121.同理，本实施例所述的气腹机稳压控制装置中计算机程序运行时实现的方法步骤与实施例一的气腹机稳压控制方法的步骤相互对应，本实施例中的未尽细节，详见实施例一及图1至图6的具体描述，此处不再赘述。
122.实施例四
123.如图8所示，一种气腹机，包括：
124.设有气路的气腹机本体；
125.电源，设于所述气腹机本体上；
126.压力传感器，设于所述气腹机本体上，与所述电源电连接；
127.比例阀，设于所述气腹机本体上，与所述气路连通，与所述电源电连接；
128.开关电磁阀，设于气腹机本体上，与所述气路连通，与所述电源电连接；以及
129.实施例三中的气腹机稳压控制装置，设于所述气腹机本体上，与所述电源、所述压力传感器、所述比例阀和所述开关电磁阀均电连接。
130.本实施例的气腹机，能以较小的误差、较好的稳定性维持在压力稳定的阶段，有利于腹腔镜手术的气腹建立和维持，为腹腔镜手术提供较好的手术操作和视野空间。
131.同理，本实施例的未尽细节，详见实施例一、实施例二、实施例三及图1至图7的具体描述，此处不再赘述。
132.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。