基于arm核心板-呼吸机解决方案

什么是呼吸机?


呼吸机是一种能将含氧气的空气送入肺部,将含二氧化碳的气体排出体外,帮助呼吸系统完成通气的医疗设备,主要是在呼吸道开口直接施加压力,吸气的时候气体被增压压入肺泡,呼气的时候气体随胸口和肺脏被动回收而排出体外。根据呼吸从吸气转换成呼气的方式可以分为三类,压力切换、容量切换、时间切换。现代医学中呼吸机已普遍用于各种原因所致的呼吸衰竭、手术期间麻醉、呼吸管理、呼吸支持治疗和急救复苏,在医学领域占有十分重要的位置。


呼吸机分类


呼吸机分两种:有创的、无创的。

1、从医疗器械管理类别分类来说,无创呼吸机属于二类医疗器械,有创呼吸机属于三类医疗器械(三类级别最高,需要国药局发证);最简单的区分方式,看医疗器械注册证,是三类还是二类。

2、从病人来说,气管插管(或气管切开)通气方式的是有创,面罩通气方式的是无创。

3、有创呼吸机都可以接高压氧气;(优点就是可以高压力、高流量、高氧浓度以满足重症患者使用需要;缺点:必须要用氧气驱动,耗氧量大。

4、有创呼吸机也可以接上无创呼吸机的面罩使用,但是一般耗氧量比较大,氧浓度偏高,不能完全取替无创呼吸机。

5、进口高端有创呼吸机具有内置涡轮,也可以接高压氧气,可以实现有创无创一体,但是价格比较高,现在市场上主流的急救呼吸机还是采用氧气驱动(包括进口的)的比较多。

6、有创急救呼吸机可以分为:带内置涡轮(只有进口的高端机器有)和不带涡轮(主流都是这种)。

7、无创呼吸机有内置的涡轮,无需氧气源就可以使用;缺点:只能通过面罩或呼吸管路中间接低压低流量氧气,压力及氧流量太低,重症病人氧气并没有进入到病人肺部,会导致血氧偏低。

8、无创呼吸机管路中间加上平台阀后当有创呼吸机使用,对于压力要求不高,氧浓度要求不高,流量要求不高的部分有创病人是可以短时间用的,但是重症患者,要求高的患者就不好使用。


简单来说,有创的就是无自主呼吸或者呼吸很弱的,强制性的给病人帮助呼吸、节奏、通气量等;无创的是带个面罩,提供高浓度氧气环境。



呼吸机分类

有创和无创呼吸机对比


呼吸机的工作原理


由于病毒会攻击身体健康细胞,导致肺部充满液体或者发生高度炎症,正常呼吸产生的负压就不足以扩张肺部,并且会导致氧气和二氧化碳交换不足。因此,我们就必须使用呼吸机将空气推进肺部,呼吸机在吸气相时会产生正压,患者会将气体压入到肺内,通过管道与患者呼吸道插管连接,气体经气道、支气管,直接流向肺泡,此时为吸气期,当压力上升到一定水平时,呼吸机会停止供气,呼气阀也会相继打开,病人的胸廓和肺就会产生被动性的萎陷,产生呼气。


呼吸机工作原理图


呼吸机基本结构


呼吸机一般由主机、空氧混合器、气源、湿化器、外部管道组成。


呼吸机组成

呼吸机实现的基本功能


■ 基本的辅助病人呼吸的功能,包括气路压力控制、压力监控、潮气监控等等需求功能;

■ 复杂的故障诊断功能:包括高/低压报警、窒息报警、潮气过高/过低报警,流速监控报警、基本管路报警、供电系统报警(电源丢失、电压异常等)、电池系统故障报警、通讯报警等等故障自诊断功能;

HMI人机交互需求:操作者需要实现配置参数、显示使用状态、显示历史事件记录信息;

■ 呼吸机标定需求:主要标定气流量、各传感器准度校验;

■ USB通讯需求:主要实现呼吸机与U盘通讯,实现历史记录导出等功能,因此呼吸机从软件层面需实现USB HOST;


呼吸机解决方案 产品推荐


飞凌嵌入式面向呼吸机提供多种嵌入式主机板解决方案,本文将重点推荐FETA40i-C核心板,主控平台采用全志工业级平台处理器A40i,四核Cortex-A7架构,主频1.2GHz。车载市场与电力市场的大规模应用证明该处理器具备比肩国外处理器的稳定性与安全性。具备强劲的视频与图片处理能力。下位机采用NXP高性能跨界处理器i.MXRT1052/1061,实时低延迟,响应低至20ns,能够快速灵敏的响应和控制,让呼吸机运行更协调。



呼吸机整体解决方案框架图

 推荐理由 


①全志工业级处理器,四核Cortex-A7架构,主频最高为1.2GHz,集成Mali400MP2 GPU;

②i.MX RT1052跨界处理器,Cortex-M7架构,主频528MHz,兼具应用处理器的高性能与高度集成,以及微控制器的易用性和实时功能;

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