[发明专利]智能化恒压变流气腹机

说明书

技术领域

本发明涉及一种微压力微流量精密控制设备中的专用医疗仪器。一种专用微压微流量精密控制医疗仪器设备。以窥镜术野要求为目的，用一根输气管(通过穿刺器与硬视管镜间充气间隙)与该设备相连。术中往术腔充气，在体内形成一个二氧化碳气体术腔空间。这种仪器通称为气腹机。 

背景技术

气腹机是腔镜手术的重要设备，它使手术的部位或腔体充气隆起，便于医生观察诊治。由于该设备是属微压力微流量精密控制设备(工作压力一般在＜2KPa〖即为1-15mmHg〗；最大输气量一般小于0.04m³/min〖即为40L/min〗)，技术难度大；且设备使用存的风险大。气压失控，必将给手术带来严重影响，还可能危及病员的生命安全(压力过高，脏器不能正常搏动，CO₂超量渗入血液中，使病员血栓休克；压力过低，无法形成正常手术视野和空间)。 

早期的气腹机采用的是供气与测压分时进行的周期性控制技术，压力调控区间误差范围大，供气流量变化非线性，在开关阀作用下，会产生压力脉冲。一种脉冲调控气腹机控制原理图详见美国专利5423741的附图，另一种脉冲调控气腹机调控模式的周期控制波形图详见美国专利5439441的图1A和图1B。他们的做法是：1.先打开气输出控制阀，以确定的输气量供气，并保持一段时间；2.然后关闭气输出控制阀，中断供气；3.不断检测输气管回送的气压，直到连续n个测量值的偏差在允许的界限内，则取这n个检测值的平均值为手术腔体的实际压力值；4.根据设定压力值和实际压力值的偏差，求取新的气量控制值，然后回复到“1”，以新的供气量供气。 

这种周期性间断的测压或间断的供气调控模式有以下几方面缺陷： 

1.回送气压偏差较大，容易过量超调，引发自激振荡。由于我们面对的不是密闭容器，而是医生在不断操作的手术腔体，手术造成不断地泄气和无规律的扰动，流量变化无常，因此手术腔体内的实际压力值是动态变化且不可掌控的。 

2.脉冲状供气，容易对手术腔体造成压力冲击，隐藏了不安全的因素。从脉冲调控模式的周期控制波形图可知，打开气输出控制阀，先给出一个定流量定脉宽的脉冲气流，关闭气输出控制阀，利用弹性腔体的缓冲吸收使其平和后获取平均压力值，因此，这种剧烈开关气输出控制阀的调控模式决定了脉冲状供气。 

3.调控周期长，容易调控失步，控压精度差。为了能使急剧变化的气流平和下耒，获取连续n个偏差在允许的界限内的测量值，必定要拉长调控周期，如图1B所示，调控周期竟长达1000ms，这对属非惯性物理量的压力量耒说，显然是不适宜的。此类气腹机的流量一般为手动分段设置，流量设定量定得太小，不能满足泄漏需要，压力值到不了控压点。流量设定量定得太大，会产生自激振荡，因此，流量设定值需要用户现场手动调整。 

美国专利5676155提出了供气流量自动调整的改进方案。如FIG.1所示，专利认为，流量为Q1～Q2段的压力误差为ΔP1～ΔP2，也就是供气流量值减少为输出量的10％～40％，这时取得的实际压力值可用于调控。专利还认为，为了达到较好的效果，最好把流量值控制在15％～30％范围内，检测二个不同流量时的压力值，就可推算出较精确的腔体内的实际压力值(FIG.2的2为压力传感器，3为流量传感器。)。为了精确计算流量，特增加了流量传感器。此方案供气方法仍为间断周期性的，这种调控模式的三个缺陷依然存在。此种断续供气方式能减少注气时输气管气阻的影响，但因此拉长了测控周期，降低了控制精度，且是脉冲状供气。而且，由于腔体手术孔尺寸形状及与手术器件配合的差异，手术器械操作时的扰动以及抽液等一系列因素的影响，造成泄漏的不确定性和回传压力的动态变化，回传压力偏离腔体压力的程度也就更不确定，更加大了控压的偏差。此类控压方式对工作在小流量供气和泄漏量变化不大的情况下尚可，若需大流量供气或泄漏量变化较大的情况下就极易自激振荡。因为不同的流量达到压力稳定的时间是不同的，此值是非线性成倍增长的，且手术中的扰动造成泄漏量的不确定性，因此很难选取合适的调控周期和获取正确的实际压力值，极易造成调控失步或超调振荡。 

这些调控模式的气腹机由于在检测周期中为获取等效腔体压力值而采用暂仃供气或大幅度限流供气，气流不可避免是脉冲状的，因此，我们把它通称之为脉冲调控气腹机。