[发明专利]一种智能仿生排痰系统

说明书

技术领域

本发明涉及医疗卫生领域，提供了一种智能仿生排痰系统。

背景技术

咳嗽反射是常见的重要防御性机制，其感受器位于喉、气管和支气管粘膜。大支气管以上部位的感受器对机械刺激敏感，二级支气管以下部位对化学刺激敏感。传入冲动经迷走神经传入延髓，触发咳嗽反射。

咳嗽时，先是一次短促的或较深的吸气(通常为2.5L)，继而声门紧闭，呼气肌(腹肌和肋间內肌)强烈收缩，肺内压和胸膜腔内压(可达100mmHg甚至更高)急剧上升，然后声门突然开放，由于肺内压很高，气体便由肺内高速冲出，将呼吸道内的异物或分泌物排出。

腹肌和呼吸肌无力的患者咳嗽反射减弱，卧床的患者常由于胸廓的扩张受到限制，使咳嗽开始前进入肺内的气体不足造成咳嗽减弱甚至无效，另外延髓中枢受到抑制的患者咳嗽反射也会受到限制。

临床上各种原因导致呼吸肌衰弱的病人，经常需要呼吸机辅助通气。在此情况下，病人的咳嗽也会比较弱，无法有效地将肺深部的分泌物排出，呼吸机相关性肺炎的发生率就会非常高。帮助病人将肺深部的分泌物排出，对于预防呼吸机相关肺炎非常重要。目前临床常用吸痰法是密闭式吸痰管吸痰。

密闭式吸痰指不需脱开呼吸机或停止机械通气的吸痰操作，并且在吸痰管外套有透明膜，整个吸痰过程都是在密闭情况下完成。肺内支气管可达20多级，利用吸痰管，只能吸主气道内的痰液。另外由于肺部并不对称，吸痰管只能吸到右肺那一侧的痰，左肺侧的痰则吸不到。呼吸机相关肺炎多发在左肺，就有这个原因。使用吸痰管吸痰，还伴有气道划伤、带入细菌、血流动力学上的冲击等风险。

除了密闭式吸痰管这种手工操作的吸痰装置，现在也有自动咳痰装置。飞利浦公司生产的CoughAssist咳痰机，原理是向气道提供一次较大的正压通气后快速转变为负压吸气，通过模拟咳嗽气流进而把深部的痰吸出。

但由于使用时需要断开呼吸机，操作麻烦且断开呼吸机对重症患者有很大风险，无法作为经常性的排痰手段；CoughAssist咳痰机以时间作为周期循环的控制量，以此来结束吸气过程，但是以容量或流量作为周期循环的控制量更安全有效。另外，CoughAssist无法保持病人的呼气末正压通气(PEEP),对于需要高PEEP的病人不适用，这些病人没有高PEEP会有肺泡塌陷的风险；另一个明显缺点是，CoughAssist不包含生命支持系统上应有的警报系统；最后，它只有一条管路，呼气和吸气共用，下次吸气时可能会将上次咳出的分泌物吸入，将会增加病人自己的二次感染风险，也会减少管路寿命，同时也会增加下次使用该机器的病人的感染风险。

另外，专利WO2007/054829A2发明了一种机械吸排气装置，它通过呼吸机吸入气流，随之快速、短促地呼出气体来模拟人体咳嗽，使淤积在气道和气管分支中的痰液顺利排出。这种系统通过检测气流自动控制吸气和呼气，减轻了工作人员的负担。通过连续几次间断性的负压呼气咳出痰液，既防止了负压过大致使肺泡萎陷，而且能影响到十几级的支气管，将痰从肺的深部排出。但人体咳嗽全部动作包括深吸气、声门关闭、膈肌下降、呼气肌和腹肌迅速收缩，使肺内压力增高，然后声门展开、膈肌收缩，使肺内高压空气喷射而出。该咳痰装置都只是模拟了咳嗽的气流，而与咳嗽相关的呼吸肌都没有参与运动。对于机械通气病人来说，长期缺氧及全身营养不佳，使膈肌纤维减少和萎缩，以至膈肌移动度减少。该装置在咳痰中只是模拟气流运动，首先，该设备不干预病人的正压通气过程，如果没有特殊控制，无法保证在咳嗽前有足够大的潮气量，可能无法形成有效的咳嗽；其次呼吸机正压通气过程本身就有机械肺损伤，该排痰装置只有气流运动，肌肉没有跟随运动，控制不当会带来额外的机械肺损伤；再次，只靠负压气流来排痰，不辅以腹肌收缩，将影响咳嗽、咳痰动作的强度，不利于痰液的排出；最后，帮助病人排痰能够促使病人提早撤机，但是对膈肌萎缩的病人，膈肌并没有得到锻炼，提早撤机的效果会受到影响。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明针对现有技术的不足，提供了一种智能仿生排痰系统，通过该系统，从气流运动及呼吸肌运动两方面智能地模拟了人的咳嗽，可以安全、有效地帮助病人将肺深部的分泌物排出，降低呼吸机相关性肺炎的发病几率，并帮助病人的膈肌恢复，实现提早撤机。

(二)技术方案