專利名稱：低氧飽和度肌體保護訓練儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種保護缺血器官的訓練儀，特別涉及一種通過降低肢 體血氧飽和度的訓練，激發肌體組織對缺血、缺氧的耐受潛能，提高重要器 官(如心、腦、腎、肝、肺、胃腸和下肢等)在缺血或低氧條件下的生存和 工作能力，從而改善和消除肌體缺血癥狀，抑制腫瘤生長的儀器。本實用新 型主要用于預防高原缺氧反應、預防心腦血管事件、治療缺血性心腦血管病、 治療糖尿病足和惡性腫瘤，降低猝死、中風、糖尿病足的發生率、重殘率和 死亡率，提高器官移植成功率，抑制惡性腫瘤生長，屬于醫療儀器技術領域。
背景技術：
自1986年Murry等首次報道了重復短暫地夾閉冠狀動脈能縮小冠狀動 脈長時間夾閉導致的心肌梗死面積以來，肌體對缺血的獲得性耐受現象立刻 成為科學界的熱點問題。"缺血預適應"的概念隨即應運而生，即當某器官
預先經歷重復、短暫的非致死性缺血打擊后，可獲得對隨后持續的、致死性 缺血的耐受能力。研究發現缺血預適應現象在包括人類在內的近75%的物種 出現，能產生缺血預適應的器官包括心、腦、肝、腎、肺和骨骼肌等全身器官。
進一步研究發現，缺血預適應的保護作用不僅局限于重復缺血器官本 身，而且對遠隔器官的缺血損傷也有保護作用，提示缺血預適應的作用具有 全身性。重復阻斷冠狀動脈、頸總動脈、胸主動脈，除分別增強心、腦、脊 髓等局部器官對缺血的耐受力，同時也增強其它遠隔異位器官的缺血耐受
力，該現象被稱為"遠程缺血預適應"。動物實驗已經發現，夾閉/放松大鼠 雙側股動脈能對隨后的心臟和腦缺血起保護作用。由于該方法的有創性，限 制了其臨床推廣。肌體缺血的實質是缺氧，血氧飽和度下降是缺血組織發生
壞死前的重要病理過程。
首都醫科大學腦血管病研究所呂國蔚教授于60年代率先在國際上創建了 小鼠低氧預適應模型，對低氧預適應的作用和機制進行了深入研究。2005年， 我院(宣武醫院)在總結低氧預適應研究結果，結合遠程缺血預適應的國際研究進展基礎上，建立了降低肢體血氧飽和度的人類遠程缺血預適應模型。該模 型采用了智能化肢體血流阻斷與近紅外監測相結合技術。由于該方法無創，簡 便易行，具有廣闊的臨床應用前景。 發明內容
本實用新型的目的是提供一種適用于家庭個人操作和醫療單位使用的，安 全、簡便、便攜式的低氧飽和度肌體保護訓練儀。該儀器采用智能化肢體血流 阻斷與近紅外監測相結合技術將受試者肢體的氧飽和度控制在目標水平；根據 治療的不同階段調節訓練持續時間同時具備血壓和脈搏監測功能，安全可靠。
為實現上述的目的，本實用新型采用以下的設計方案 一種低氧飽和度肌 體訓練儀，它由殼體、安裝在殼體上的按鍵、顯示屏、與殼體相連的袖帶和安 裝在殼體內的充氣泵、壓力傳感器、電磁閥、控制電路構成；其特征在于它 還包括有一血氧飽和度監測儀；
所述血氧飽和度監測儀的信號輸出端與控制電路的一個控制信號輸入端相
連
所述壓力傳感器與袖帶相連，用于檢測袖帶內氣體的壓強以及壓力振蕩波， 其檢測信號輸出端與控制電路的信號輸入端相連；
控制電路的控制信號輸出端通過導線與充氣泵的控制端相連，充氣泵的氣 源輸出端與袖帶的氣源輸入端相通；控制電路的另一控制信號輸出端通過導線 與電磁閥的控制端相連，電磁閥串聯在袖帶的排氣通路中。
本實用新型通過對30名健康受試者(18-70歲，平均42土6歲)進行了上 肢不同低氧飽和度程度(10%-60%)和不同持續時間(l-8min )的安全性和耐 受性試驗。基礎研究和臨床試驗結果表明，反復的特定低氧飽和度訓練可誘導 肌體產生低氧誘導因子、組織保護物質和血管生長因子，而對收試者的心率、 血壓、血糖和全身氧飽和度無明顯影響，不適感輕微，提示該方法的安全性和 可行性，具備臨床推廣條件。同時，在進行的大鼠體內和體外惡性膠質瘤治療 研究結果發現，低氧飽和度訓練能抑制遠程肢體惡性腫瘤細胞的生長，延長大 鼠存活時間，提示該方法在預防和治療惡性腫瘤中的作用。臨床試驗結果已經 顯示了該治療方法的理想療效。
本實用新型操作安全，患者無明顯肢體不適感；對高原反應、心腦等重要 器官的缺血保護達到了最佳預防和治療效果；操作簡單，智能化，使用者可獨立完成。
圖1為本實用新型低氧飽和度肌體訓練儀外部結構示意圖； 圖2為本實用新型低氧飽和度肌體訓練儀控制電路原理框圖； 圖3為本實用新型血氧飽和度監測儀工作原理圖； 圖4為本實用新型利用示波法測量的被試者血壓圖； 圖5為本實用新型控制電路具體電路圖； 圖6為差壓式壓力傳感器的外觀圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明，并非對本實用 新型的限定。
圖1為本實用新型公開的低氧飽和度訓練儀外部結構示意圖，圖2為本實 用新型公開的低氧飽和度訓練儀控制電路原理框圖。如圖1、圖2所示，該低氧 飽和度肌體訓練儀主要由殼體1、安裝在殼體1上的按鍵2、顯示屏3、與殼體 l相連的袖帶4、安裝在殼體1內的充氣泵5、差壓式壓力傳感器6、電磁閥7、 反饋控制電路8和安裝在殼體外的血氧飽和度檢測儀9構成。控制電路8通過 充氣泵5、電磁閥7對袖帶4內的氣體進行閉環控制。控制電路8的控制信號輸 出端通過導線與充氣泵5的控制端相連，充氣泵5的氣源輸出端與袖帶4的氣 源輸入端相通。控制電路8通過控制充氣泵5的啟動/或停止，給袖帶4充氣， 增加其內部氣體壓強。同時，控制電路8的另一控制信號輸出端通過導線與電 磁閥7的控制端相連，電磁閥7串聯在袖帶4的排氣通路中，控制電路8通過 控制電磁閥7的導通/或關斷，使袖帶4放氣，減小其內部氣體壓強。
差壓式壓力傳感器6與袖帶4相連，用于檢測袖帶4內氣體的壓強以及壓 力振蕩波，其檢測信號輸出端與控制電路8的信號輸入端相連。A/D轉換電路 將壓力傳感器6輸出的模擬信號轉換成數字信號后傳輸給控制電路8，控制電路 8根據檢測到的袖帶4內的氣體壓強，控制充氣泵5啟動給袖帶4充氣，增加其 內部氣體壓強；或，輸出控制信號，打開電磁閥7，使袖帶4放氣，減小其內部 氣體壓強。
控制電路8的數據輸入端通過導線與安裝在殼體1上的按鍵2的數據輸出 端相連，接收使用者通過按鍵2輸入的各種指令。控制電路8的數據輸出端通過導線與安裝在殼體1上的顯示屏3的數據輸入端相連，顯示各種數據、操作 提示符和信息。控制電路8的數據輸入/輸出端通過導線與存儲器IO相連，讀取 /存儲數據。
根據本實用新型的發明目的，本實用新型所實現的主要功能是實現肢體
低血氧飽和度定量訓練。為此，本實用新型通過血氧飽和度監測儀9對人體
遠端肢體的血氧飽和度進行高精度檢測，并將檢測到的數據傳輸給控制電路
8;控制電路8根據檢測到的數據，經運算后，通過氣泵5、電磁閥7、袖帶 4控制肢體血流的阻斷，以達到有效間隔阻斷使用者肢體血流，提高肌體的 抗/耐缺氧潛能，提高在缺氧條件下生存和工作的能力、保護抑制器官和抗 惡性腫瘤的目的。如圖2所示，血氧飽和度監測儀9的信號輸出端與控制電 路8的控制信號輸入端相連。
本實用新型實現肢體低血氧飽和度定量訓練的原理是血氧飽和度監測儀 實時檢測阻斷肢體遠端的氧飽和度，與預置氧保護度值相比較，如果實時測量 值低于3%以上時，控制電路8就打開電磁閥7使袖帶4減壓；如果實時測量值
超過3%以上時，控制電路8就接通氣泵加壓；否則保持袖帶內氣壓。根據選擇
的不同治療階段，設置不同的低氧保護治療持續時間。
如圖3所示，血氧飽和度監測儀9包括紅外光源、光電探測器、信號放 大處理電路和A/D轉換電路。信號放大處理電路對來自光電探測器的信號進 行處理，信號經過放大、濾波后，得到一定幅度的信號；該信號經A/D轉換 電路處理后，傳輸給控制電路8的單片機，單片機按照血氧算法計算后得到 血氧飽和度。
本實用新型的工作原理是當使用者將本實用新型的袖帶纏繞到肢體上(例 如上臂)后，打開電源，控制電路就自動輸出控制信號，使充氣泵工作，給袖 帶充氣，增加其內部氣體壓強，使其對人體肢體內的血管施加壓力；同時，通 過壓力傳感器實時檢測袖帶內氣體的壓強，并將檢測的袖帶內氣體的壓強值傳 輸給控制電路。控制電路接收壓力傳感器傳輸的關于袖帶內氣體的壓強值，并 取最近3次測量值的平均值作為當前袖帶內的氣壓值。控制電路在監測袖帶內 氣體壓強的同時還通過血氧飽和度監測儀9對使用者的血壓、血氧飽和度進行 實時監測，并根據監測的數據自動計算使用者的血壓值，從而自動設定袖帶的 阻斷壓力值，持續時間，間隔時間和反復次數。當袖帶內的氣體壓強大于控制電路自設定的袖帶阻斷壓力值時(例如袖帶內的氣體壓強值大于阻斷壓值
200mmHg以上時)，控制電路輸出控制信號，使充氣泵停止工作，停止給袖帶 充氣；當袖帶內的氣體壓強值小于控制電路自設定的袖帶阻斷壓力值時(例如 袖帶內的氣體壓強值小于阻斷壓值200mmHg以上時)，控制電路自動輸出控制 信號，使充氣泵工作，給袖帶充氣，增加袖帶內氣體的壓強；在維持袖帶內的 氣體壓強值等于袖帶阻斷壓力值一段時間后(即到達控制電路設定的持續時間 后)，控制電路輸出控制信號，打開電磁閥，放掉袖帶內的氣體，減小其內部氣 體壓強，減輕袖帶對人體肢體內血管的壓迫。間隔一段時間后(即到達控制電 路設定的間隔時間后)，控制電路重復上述過程，直到達到控制電路自設定的反 復次數為止。本實用新型就是通過這種重復壓迫使用者肢體、有效間隔阻斷使 用者肢體血流，從而激發肌體組織細胞的抗/耐缺血、缺氧潛能，提高肌體、 器官或組織在缺氧條件下生存和工作的能力，實現本實用新型的實用新型目 的。
本實用新型使用示波法實時測量使用者的血壓。示波法需要使用袖帶阻斷 動脈血流，在放氣過程中通過壓力傳感器實時檢測袖帶內氣體的壓力振蕩波。 壓力振蕩波起源于血管壁的搏動，如圖4所示，當袖帶內靜壓大于收縮壓時， 動脈關閉，袖帶內因近端脈搏的沖擊而出現細小的振蕩波；當靜壓小于收縮壓
時，波幅增大，靜壓等于平均動脈壓時，動脈管壁處于去負荷狀態，波幅達到
最大；靜壓小于平均動脈壓時波幅逐漸減小；靜壓小于舒張壓以后，動脈管壁 在舒張期已充分擴張，管壁剛性增加，而波幅維持較小的水平。放氣過程中連 續記錄的壓力振蕩波中的脈動成分呈現近似拋物線的包絡，示波法的關鍵在于 找到充放氣脈動壓力波的包絡及其與動脈血壓之間的關系。示波法測量血壓主 要是通過充氣泵向袖帶內充氣，達到一定壓力值后慢速放氣，在放氣過程中， 壓力傳感器將袖帶內壓力信號轉換為電信號，電信號通過濾波得到拋物線包絡 的脈動壓力波，控制電路根據其已固化好的血壓計算公式計算出人體收縮壓、 舒張壓和平均血壓。
本實用新型還提供手動控制功能，也就是說，使用者可以根據自己的血壓 值直接通過殼體上的按鍵2設定袖帶阻斷壓力值、持續時間、間隔時間和反復 次數，然后進行操作，以滿足個別患者的需要。本實用新型內置的可供使用者 選擇的袖帶阻斷壓力值為300mmHg以下的任意值。另外，使用者還可以根據自己的實際情況自主選擇練習模式，練習強度從低到高逐步調節，達到最佳預防 及改善心腦缺血的效果，同時最大限度減輕使用者肢體長時間血流阻斷的不適感。
如圖2所示，所述控制電路8由微處理器芯片、A/D轉換芯片、時鐘芯片、 存儲器芯片和電源電路構成。微處理器芯片的信號輸入端通過A/D轉換電路與 壓力傳感器6的信號輸出端相連；其控制信號輸出端分別與充氣泵5和電磁閥7 的控制端相連；其數據輸入端與按鍵2數據輸出端相連，其數據輸出端與顯示 屏3數據輸入端相連。微處理器芯片的數據輸入端與時鐘芯片的時間/日歷信號 輸出端相連，采集時間、日歷信息，通過安裝在殼體上的顯示屏3顯示時間、 日期。微處理器芯片的數據輸入/輸出端通過數據總線與存儲器芯片的數據輸入/ 輸出端相連，存儲各種數據，例如同一使用者不同時期的各種數據，以及不 同使用者的各自相關數據。
電源電路由AC-DC電源模塊、轉換開關、可更換充電電池及電量監控電路 構成，主要是為整個治療儀提供5V、 IOV、 24V的工作電源。在殼體上設有外 接電源接口和電源開關，以便使用者使用。
在本實用新型的具體實施例中，本實用新型人選用了摩托羅拉公司生產的 型號為MPX5050DP的差壓式壓力傳感器(如圖6所示)。該差壓式壓力傳感器 自帶有溫度補償電路、信號放大電路和3倍超壓保護電路，可輸出0.5-4.5V信 號。差壓式壓力傳感器內部帶有的溫度補償電路可保證其在不同溫度下的精 度；放大電路可預先對其輸出的信號進行放大，以避免外部放大電路放大帶 來的誤差；超壓保護電路可以保證當外部壓力超過其額定工作值時自動卸壓， 以保證差壓式壓力傳感器不被損壞。
在本實用新型的具體實施例中，本實用新型選用的A/D轉換芯片為雙斜率 積分模擬-數字轉換芯片，它可以提供50ppm的分辨率，其最大線性度誤差為1 個計數值；零點誤差小于10"V，零點漂移小于0.5u V/°C，完全能保證檢測數 據的精度，最準確地反映袖帶內的氣體壓強。
在本實用新型的具體實施例中，本實用新型選用的充氣泵能提供300mmHg 以下的壓強，能夠滿足不同使用者的需求。電磁閥控制袖帶減壓，可以在軟件 保護失效的情況保護差壓式壓力傳感器，實現超壓保護。
在本實用新型的具體實施例中，本實用新型選用近紅外光譜式血氧飽和度監測儀。
圖5為本實用新型控制電路具體電路圖。圖中的芯片D6(型號P89V51RD2) 為微處理器芯片，芯片D3 (型號TLC7135C)為A/D轉換芯片。差壓式壓力傳 感器的信號輸出端通過插座JP1與A/D轉換芯片D3的模擬信號輸入端IN+相 連，A/D轉換芯片D3將差壓式壓力傳感器檢測的袖帶4內的氣體壓強值轉換成 數字數據傳輸給微處理器芯片D6的INT1管腳。微處理器芯片D6執行其內部 的控制程序，根據差壓式壓力傳感器檢測的袖帶4內的壓力，經管腳PIO、 Pll 輸出控制信號，通過繼電器K1、 K2分別控制充氣泵5、電磁閥7的動作。
微處理器芯片D6的串口 TXD、RXD通過雙路4選1芯片D5(型號CD4052)、 串行口通訊芯片D1、 D2 (型號MAX202E)、插座JP2、 JP4與安裝在殼體上的 按鍵輸出端相連，接收操作者輸入的指令。微處理器芯片D6的數據輸出端P00 一P07通過插座JP7與安裝在殼體上的顯示屏的數據輸入端相連，顯示各種數 據。
微處理器芯片D6的數據輸入/輸出端P25—P27與帶有掉電保護功能和I2C 總線接口的E^ROM存儲器芯片的數據輸入/輸出端WP、 SDA、 SCL相連，存 取各種數據。微處理器芯片D6的數據口 P16、 P17、 T0、 Tl與時鐘/日歷芯片 D4 (型號SD2000BLP)的SDA/SDAE、 SCL/SCLE、 INT1、 INT2 口相連，采集
時間、日歷數據，并通過顯示屏顯示。
本實用新型存儲器內設置有安全、有效和舒適的最佳肢體低氧飽和度訓練 控制程序和有關高血壓、糖尿病、高脂血癥、早期心腦血管病、早期腫瘤等 健康宣教軟件。
本實用新型存儲器可以對多個患者進行數據保存，實現一臺機器多個人使用。
由于本實用新型采用以上設計，故本實用新型具有以下優點
1、 采用血氧飽和度監測儀實時監測受試肢體遠端血氧飽和度，并反饋、 調控肢體缺血強度。
2、 采用智能化肢體血流控制方式，將接受訓練肢體的低氧飽和度程度 和持續時間控制在特定范圍，確保治療效果，同時減輕受試者不適感。
3、 通過帶溫度補償和信號放大功能的差壓式壓力傳感器及高精度的A/D 轉換器檢測袖帶壓強，測量精度高，可準確控制袖帶壓強及檢測血壓。4、 開機后可自動播放關于高血壓、糖尿病、高脂血癥、早期心腦血管 病和早期腫瘤等健康宣教材料。
5、 可提高人類肌體、器官或組織在缺氧條件下生存和工作的能力，對 預防高原反應、心腦血管疾病以及缺血性心腦病治療都有顯著的功效，從而 降低猝死和中風發生率。
本實用新型通過重復壓迫使用者肢體的手段，有效地間隔阻斷使用者肢 體血流，從而激發肌體組織細胞的抗/耐缺血、缺氧潛能，提高肌體、器官 或組織在缺氧條件下生存和工作的能力。
6、 本實用新型操作簡便，使用者可獨立完成操作，適合家庭、個人單獨使 用。另外，使用者可根據自身情況自主手動選擇練習模式，練習強度從低到高 逐步調節，達到最佳預防及改善心腦缺血的效果，并最大限度減輕使用者肢體 長時間血流阻斷的不適感。
本實用新型的特定實施例已經對本實用新型的內容做了詳盡的說明。對本 領域的一般技術人員而言，在不背離本實用新型精神的前提下對它所做的任何 顯而易見的改動，特別是對若干部件的等同替換，都構成對本實用新型專利權 的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求1、一種低氧飽和度肌體訓練儀，它由殼體、安裝在殼體上的按鍵、顯示屏、與殼體相連的袖帶和安裝在殼體內的充氣泵、壓力傳感器、電磁閥、控制電路構成；其特征在于它還包括有一血氧飽和度監測儀；所述血氧飽和度監測儀的信號輸出端與控制電路的一個控制信號輸入端相連；所述壓力傳感器與袖帶相連，用于檢測袖帶內氣體的壓強以及壓力振蕩波，其檢測信號輸出端與控制電路的信號輸入端相連；控制電路的控制信號輸出端通過導線與充氣泵的控制端相連，充氣泵的氣源輸出端與袖帶的氣源輸入端相通；控制電路的另一控制信號輸出端通過導線與電磁閥的控制端相連，電磁閥串聯在袖帶的排氣通路中。
2、 根據權利要求1所述的低氧飽和度肌體訓練儀，其特征在于所述控制 電路通過充氣泵、電磁閥對袖帶內的氣體迸行閉環控制。
3、 根據權利要求2所述的低氧飽和度肌體訓練儀，其特征在于所述控制 電路的數據輸入端通過導線與安裝在殼體上的按鍵的數據輸出端相連；控制電 路的數據輸出端通過導線與安裝在殼體上的顯示屏的數據輸入端相連。
4、 根據權利要求1或2或3所述的低氧飽和度肌體訓練儀，其特征在于.-所述控制電路由微處理器芯片、A/D轉換芯片、時鐘芯片、存儲器芯片和電源電路構成,-微處理器芯片的信號輸入端通過A/D轉換電路與壓力傳感器的信號輸出端 相連；其控制信號輸出端分別與充氣泵和電磁閥的控制端相連；其數據輸入端 與按鍵數據輸出端相連，其數據輸出端與顯示屏數據輸入端相連；微處理器芯片的數據輸入端與時鐘芯片的時間/日歷信號輸出端相連；微處 理器芯片的數據輸入/輸出端通過數據總線與存儲器芯片的數據輸入/輸出端相 連。
5、 根據權利要求4所述的低氧飽和度肌體訓練儀，其特征在于所述壓力傳感器為差壓式壓力傳感器。
6、 根據權利要求5所述的低氧飽和度肌體訓練儀，其特征在于所述壓力 傳感器為自帶有溫度補償電路、信號放大電路和超壓保護電路的差壓式壓力傳 感器。
7、 根據權利要求6所述的低氧飽和度肌體訓練儀，其特征在于所述充氣 泵可提供300mmHg以下的壓強。
8、 根據權利要求4所述的低氧飽和度肌體訓練儀，其特征在于所述存儲 器芯片為帶有掉電保護功能和"C總線接口的E2PROM存儲器。.
專利摘要本實用新型公開了一種低氧飽和度肌體訓練儀，它由殼體、安裝在殼體上的按鍵、顯示屏、與殼體相連的袖帶和安裝在殼體內的充氣泵、壓力傳感器、電磁閥、控制電路以及血氧飽和度監測儀構成。血氧飽和度監測儀的信號輸出端與控制電路的一個控制信號輸入端相連；壓力傳感器與袖帶相連，用于檢測袖帶內氣體的壓強以及壓力振蕩波，其檢測信號輸出端與控制電路的信號輸入端相連。控制電路通過充氣泵、壓力傳感器、電磁閥對袖帶內的氣體進行閉環控制。本實用新型根據被試者的血氧飽和度以及血壓，重復壓迫使用者肢體、有效間隔阻斷使用者肢體血流，從而激發肌體組織細胞的抗/耐缺血、缺氧潛能，提高肌體、器官或組織在缺氧條件下生存和工作的能力。
文檔編號A61H1/00GK201316381SQ20082012363
公開日2009年9月30日 申請日期2008年11月11日 優先權日2008年11月11日
發明者嚴漢民, 莎 黨, 吉訓明, 呂國蔚, 建 張, 羅玉敏, 趙士勇, 俊 陳 申請人:首都醫科大學宣武醫院