智能型医用充气式保温毯的结构设计及试验研究

摘要

医疗手术及后期康复治疗过程中存在着低体温现象,医用充气式保温毯被认为是目前最有效且可行的方法。然而,现在使用的医用充气式保温毯通常是人工调节式,存在温度设定不准确、使用不安全、操作繁琐等缺陷。针对这些不足,实现医用充气式保温毯的智能化,提高保温效率成为医用充气式保温毯发展的必然趋势。
　　本文着重研究医用充气式保温毯实现智能化的关键问题。针对智能型医用充气式保温毯的人体温度监测及控制功能要求,提出了一种通过控制保温气囊输出气体温度,实现人体表面温度(简称“体表温度”)调节的方法,该方法申报了发明型专利(受理号:200910113817.9);提出了新型智能型医用充气式保温毯的整体功能和结构,并得到了授权实用新型专利(专利号:ZL200920140419.1);在对现有气体温度控制方法进行分析的基础上,结合医用充气式保温毯的特点,提出了一种简单控制与自适应模糊PID控制相结合的分段控制方法,并利用MATLAB软件建立气体温度控制系统的数学模型,进行了控制效果的仿真比较;对智能型医用充气式保温毯的结构、相应的硬件和软件进行设计;对整个智能型医用充气式保温毯的软、硬件及主控功能进行了综合调试及模拟试验;探索了医用充气式保温毯的保温气囊气体流速、温度与病人体表温度间的能量场关系。
　　研究结果验证了智能型医用充气式保温毯的主体结构由供气系统、保温气囊及连接供气系统和保温气囊的输气管等构成;仿真分析及试验结果表明所提出的分段控制方法能够达到医用充气式保温毯的性能指标;试验数据还表明人体各部位的体表温度不同,且各个部位的体表温度与理想核心温度之间存在差异;所建立的智能型医用充气式保温毯试验平台能够通过人机界面实现通信和控制,以及实时温度的曲线显示与存储,便于使用者实时观察及事后查询;所开发的智能型医用充气式保温毯具有快速、稳定等特点,提高了控制精度,减轻了医护人员的工作负担。
　　本文的研究工作为“医用充气式保温毯”的设计和实现智能化控制提供了切实可行的方案,为研发具有自主知识产权的智能型医用充气式保温毯奠定理论基础及技术支持。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景及意义

§1.2 医用保温毯的发展概况

§1.3 课题的研究内容及特色

§1.4 研究方案及技术路线

§1.5 本章小结

第二章 智能型医用充气式保温毯的结构研究

§2.1 医用充气式保温毯的特点

§2.2 智能型医用充气式保温毯的功能分析

§2.3 智能型医用充气式保温毯的结构设计[29]

§2.4 本章小结

第三章 智能型医用充气式保温毯控制系统的研究

§3.1 医用充气式保温毯亟待解决的关键问题

§3.2 智能型医用充气式保温毯控制方案的确定[32]

§3.3 自适应模糊PID控制系统的设计

§3.4 控制系统的仿真分析

§3.5 本章小结

第四章 智能型医用充气式保温毯试验平台的实现

§4.1 智能型医用充气式保温毯控制系统的实现方法

§4.2 主控单元设计

§4.3 输入温度测量模块设计

§4.4 输出控制模块电路设计

§4.5 智能型医用充气式保温毯软件设计

§4.6 智能型医用充气式保温毯主控界面设计

§4.7 智能型医用充气式保温毯系统软硬件的调试及试验分析

§4.8 本章小结

第五章 保温气囊温度场与人体表面温度场关系的研究

§5.1 传热的基本理论及基本方式

§5.2 保温气囊与人体间的能量平衡分析

§5.3 保温气囊温度场与人体温度场的关系

§5.4 本章小结

第六章 结论与展望

§6.1 结论

§6.2 展望

参考文献

附录

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果