专利名称：便携式智能人工鼻的制作方法长期以来对于人工气道需长期带管的患者要通过人工方法来替代上呼吸道部分功能，目前常用的人工方法有两种电热恒温湿化器该装置多装备在新型呼吸机上，它能提供良好的加温、加湿功能，能较好的模拟上呼吸道功能，然而其体积较大，不易携带，操作时需要专业医务人员，不易移动，只适合于住院病人使用，而不适合气管带管并能走动的病人使用。人工鼻又名温-湿交换过滤器，是一种放置于气管造口或气管插管上以温暖及潮湿患者所呼吸的气体的医疗器械，其基本原理是通过过滤装置阻挡和吸附细菌和病毒， 将呼出的气体的温度和水分对吸入气体进行湿热交换，以吸入适于人体的气体。临床常用的人工鼻本身不提供额外的加温加湿功能，患者长时间吸入寒冷干燥的气体后，会导致下呼吸道大量干痂形成，气道阻力增加，气道积痰严重，并易发下呼吸道感染，并使氧合能力大为下降，会增加肺部感染的机会和气道护理的难度。为此，人们对人工鼻的加温加湿功能作了一系列的改进。如公告号为CN201182815Y的专利公开的一种人工鼻，在内滤管末端和外套管末端的夹层中设置有防止漏气的密封圈，在密封圈内的外套管与内滤管的夹层之间，设置有过滤用医用纱布，使用时需要对过滤用医用纱布作加湿处理。但是这种人工鼻的加湿仅通过医用纱布实现，作用有限，并且仍不提供额外的加温功能，仅凭呼出时气体留下的水分和温度对呼入的气体加温和加湿，容易使患者吸入寒冷干燥的空气；又如公开号为CNlOl卯4141A的专利公开的一种人工鼻，在呼吸通路上设有加热片和吸水膜，加热片抵接在进水口的内端，吸水膜抵接在加热片的内表面上，还设有保温隔热海绵和过滤膜。使用时，将电源线接通，加热片加热，在进水口处加入适量的纯净水，吸水膜将经过加热片加热的水分吸住，且产生一定的湿度，还产生一定量的热空气，保温隔热海绵起到保温隔热的效果，不使热量经过空气进口流走，过滤膜起到过滤病菌的作用。但是这种人工鼻，临床上与呼吸机结合使用，气体经呼吸机后送入人工鼻，并且加热片需要使用交流电，仍不具有便携性，只适合住院病人使用，并且对加温和加湿的效果不作监测无法控制，当湿度过大或温度过高时同样无法确保正常的呼吸。
本发明所要解决的技术问题是提供一种便携式智能人工鼻，小型化，可随身携带， 操作简单，具有加温加湿功能，并能自动精确控制的模拟上呼吸道功能。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种便携式智能人工鼻，呼吸通路上依次设有空气过滤器、流量传感器、加热器、加湿器和温湿度传感器，其特征在于，所述流量传感器、所述加热器、所述加湿器和所述温湿度传感器都与中央控制器电连接；所述加热器和所述加湿器均采用直流电源供电。进一步地，所述加热器为封闭的长方体，多个加热片交错固定在所述长方体的前端板和后端板上以形成管道状回路，所述前端板的两侧分别设有第一进气口和第一出气口。管道状的回路增加了散热表面积，节约了空间。更进一步，所述加热片固定在所述前端板上并与所述后端板相隔开，相邻的所述加热片固定在所述后端板上并与所述前端板相隔开。可替代地，所述加热器为一柱体，所述柱体上下底面分别设有第二进气口和第二出气口，所述柱体内侧壁上设有多个发热片。可替代地，所述加热器为一柱体，所述柱体上下底面分别设有第三进气口和第三出气口，所述柱体外侧壁上包覆有电热膜。可替代地，所述加热器为一柱体，所述柱体上下底面分别设有第四进气口和第四出气口，所述柱体内径向地平行设置有多个网格加热丝。可替代地，所述加热器为一柱体，所述柱体上下底面分别设有第五进气口和第五出气口，柱体内轴向设置有卷曲的电热丝。上述加热器的变形都可节能高效地对吸入的气体进行加热。所述加热器的表面设置有第一温度传感器，所述第一温度传感器与所述中央控制器电连接，当加热器表面温度过高时，可通过中央控制器控制加热器停止工作，以防止周围的电子元件遭到破坏。所述加湿器包括底部外侧设有电热板的湿化罐，所述湿化罐内的底部中央放置有储水海绵，所述储水海绵上置有中空网眼状海绵或吸水滤纸，所述中空网眼状海绵或吸水滤纸与所述湿化罐的侧壁间隔开，所述湿化罐的侧壁上设有加湿器进气口和加湿器出水口。由此可大大提高水分蒸发的表面积，有助于湿化效率的提高，也有利于对空气进行再次加温。所述湿化罐的侧壁上还设有加水口。以在湿化罐内的水蒸发完后，进行添加。与现有技术相比，本发明的优点在于将加热器、加湿器小型化，改用直流电源供电，并且使得小型化后的加热器、加湿器仍具有较高的工作效率，可便于患者随身携带；通过中央控制器接收温湿度传感器的数据反馈，控制加热器和加湿器的工作，从而对吸入气体的温度和湿度进行精确的控制，以更好的模拟人体的上呼吸道；采用直流电代替交流电供电，便于患者携带。图1为本发明的人工鼻的结构框图；图2为本发明的加热器一个实施例的剖面图；图3为本发明的加热器另一个实施例的示意图；图4为本发明的加热器另一个实施例的示意图；图5为本发明的加热器另一个实施例的剖面图；图6为本发明的加热器另一个实施例的剖面图；图7为本发明的加湿器的剖面图。
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。参见图1，一种便携式智能人工鼻，呼吸通路上依次设有空气过滤器1、流量传感器2、加热器3、加湿器4和温湿度传感器5。该空气过滤器1，对吸入的外界的空气进行过滤，对细菌和病毒起到过滤作用，有效降低受到污染的风险。优选的，空气过滤器1采用DAR人工鼻系列中的静电式过滤器，其过滤膜为疏水性聚无纺步材料，此纤维具有永久电极性。由于细菌，病毒表面具备永久电极性，从而将其俘获到过滤膜上。该流量传感器2，与中央控制器6电连接，对通过的呼吸气体流量进行实时监测， 并将感测的流量数据传送到中央控制器6。设每分钟通气量3升为低通气量，即为正常成人平均呼吸气体总量的一半，当流量传感器2测得的每分钟通气量小于3升时，中央控制器6 将发出报警，提示吸入气体不足，有管路的阻塞或脱落等情况。优选的，流量传感器2采用美国Siargo公司的MF4008传感器，该流量计专为小流量气体的测量和过程控制而设计，采用微机电系统(MEMS)流量传感芯片来制作，测量精度士(1. 5+0. 2FS) %。该加热器3，与中央控制器6电连接，结合图1、图2，在本实施例中加热器3为封闭的长方体形状，加热片31固定在前端板32上，并与后端板33相隔开，与此相邻的加热片 31固定在后端板33上，并与前端板32相隔开。多个加热片31如此交错排列形成管道状回路。前端板32的两侧分别设置有第一进气口 34和第二出气口 35。摄入的气体从第一进气口 34进入在管道状回路上流通，通过加热片31进行加温，而后从第一出气口 35离开。管道状的回路增加了散热表面积，节约了空间。优选的，加热片31为陶瓷加热片。为确保加热器3表面的温度不至于过热而损坏周围电子元件，在加热器3的表面设有第一温度传感器，与中央控制器6电连接，可将感测的温度数据传送到中央控制器6，设定其表面温度的预警值为60°C，当测得表面温度超过该预警值时，中央控制器6控制加热器3停止工作。可替代地，加热器3也可以采用其他不同的加热器如图3所示，与上述的金属陶瓷加热器不同之处在于加热器3为一柱体，上下底面分别开设有第二进气口和第二出气口，柱体内侧的壁上设有多个发热片311，摄入的气体从第二进气口进入，通过发热片311 进行加温，而后从第二出气口离开，优选的，发热片311为金属发热片；如图4所示，与上述的金属陶瓷加热器不同之处在于加热器3为一柱体，上下底面分别开设有第三进气口和第三出气口，柱体外侧壁上包覆有电热膜321，摄入的气体从第三进气口进入，通过电热膜 321发热传导到柱体内的热量进行加温，而后从第三出气口离开；如图5所示，与上述的金属陶瓷加热器不同之处在于加热器3为一柱体，上下底面分别开设有第四进气口和第四出气口，柱体内径向地平行设置有多个网格加热丝331，摄入的气体从第四进气口进入，通过网格加热丝331进行加温，而后从第四出气口离开；如图6所示，与上述的金属陶瓷加热器不同之处在于加热器3为一柱体，上下底面分别开设有第五进气口和第五出气口，柱体内轴向设置有卷曲的电热丝341，摄入的气体从第五进气口进入，通过电热丝34进行加温，而后从第五出气口离开，优选的，电热丝341为金属电热丝。该加湿器4，与中央控制器6电连接，结合图1、图7，经过加热器3加温的空气进入加湿器4中。该加湿器4包括一湿化罐41，底部外侧设有电热板42，湿化罐41内的底部中央放置有储水海绵43，储水海绵43上置有中空网眼状海绵44。该中空网眼状海绵44与湿化罐41呈同一形状，并与其侧壁间隔开。空气从湿化罐41侧壁的加湿器进气口 45进入，通过湿化罐41底部的电热板42发热，使得湿化罐41内的水温升高，从而使得水汽蒸发，增加空气湿度，湿化后的空气从加湿器进气口 45相对侧壁的加湿器出气口 46离开。由此可大大有利于提高水分蒸发的表面积，有助于湿化效率的提高，也有利于对空气进行再次加温。 优选的，电热板42为陶瓷电热板。湿化罐41的侧壁上还设有加水口 47，当水蒸发完后，可通过该加水口 47将水添加到储水海绵43。可替代地，中空网眼状海绵44也可以是吸水滤纸。加热器3和加湿器4均采用直流电源对加热片31、发热片311、电热膜321、网格加热丝331、电热丝341，以及加热板42供电，优选的，电源为一次性锂电池，尤其优选的为双鹿CR123A—次性锂电池，卷绕式结构独有的低内阻、大电流的特点，采用12v并联二组电池进行供电。该温湿度传感器5，设置在加湿器4的出口，与中央控制器6电连接，包括第二温度传感器51和湿度传感器52，对经过加温和加湿后的气体进行实时监测，并将测得的温度和湿度数据传送到中央控制器6。气体加热的目标值设定为32°C，当第二温度传感器51测得的温度值低于32°C时，中央控制器6控制加热器3启动，对气体进行加热；当第二温度传感器51测得的温度值到达32°C时，中央控制器6控制加热器3关闭，停止加热。气体加湿的上限设定为98%，下限设定为75%，当湿度传感器52测得的湿度值低于75%时，中央控制器6控制加湿器4启动，底部的加热板42开始加热，空气湿度增加；当湿度传感器52测得的湿度值高于98%时，中央控制器6控制加湿器4关闭，加热板42停止加热，湿化罐41 中的水不再蒸发。由此可以防止温度过高或湿度过高的气体进入人体内而伤害人体。优选的，第二温度传感器51采用PT100热电阻传感器其体积小、分辨率高，0°C时阻值误差为士0. 06%。湿度传感器52采用瑞士 knsirion公司的SHTll传感器，其体积小、功耗低，输出标定的数字信号，测湿精度为士3.0% RH。以外界温度为12°C，湿度为42% RH(相对湿度)为例，用呼吸气囊模拟人体自然呼吸，以每分钟12次的呼吸频率，潮气量为400-600ML进行测试。通过出口端的温湿度传感器5将测得的数据显示在屏幕上，每隔两分钟将测得的温湿度的结果记录下来。结果见表1。外界温度在12°C时，其加温效果达到目标值需沈分钟，其后在该温度点徘徊，直到电压小于额定的值时。而湿度在第16分钟接近设定目标值，可见湿度到达目标值的速度较快，而温度达标的时间相对较慢。通过在不同的外界温湿度情况下检测的多组实验数据， 发现当外界温度小于10°C时，加热的气体温度会随之有所下降。由于加湿器4的加湿效果也有赖于储仓湿化罐41内的水温度提升，外界温度越低，其加湿效果同样也趋于下降。通过多组实验数据显示，外界温度范围在0°C _25°C，湿度在38-62% RH时，其平均温度实际提高18 °C，湿度提高48% RH。


本发明公开了一种便携式智能人工鼻，呼吸通路上依次设有空气过滤器、流量传感器、加热器、加湿器和温湿度传感器，其特征在于，所述流量传感器、所述加热器、所述加湿器和所述温湿度传感器都与中央控制器电连接；所述加热器和所述加湿器均采用直流电源供电。该人工鼻小型化，可随身携带，操作简单，具有加温加湿功能，并能自动精确控制的模拟上呼吸道功能。