技术领域
[0001] 本发明涉及烧伤取皮止血技术领域，具体地说，涉及一种用气囊联合旋钮加压式止血冰帽及压力控制方法。
相关背景技术
[0002] 烧伤患者往往创面达到深二度，即可进行植皮手术，而头部因为头皮是人体上一块比较特殊的组织，具有多次取皮的能力，这主要归因于以下几个原因：一、相比其他部位的皮肤，头皮的愈合能力更强，在进行取皮手术后，头皮切口可以快速愈合，减少感染的风险，这也使得头皮可以多次取皮，而不会对整体的健康产生过大的影响；二、头皮是高度血管化的区域，含有丰富的血管和神经，头皮的血流量充足，能够提供充足的营养和氧气供应，有利于切取的皮肤脱片生长和愈合；三、毛发生长周期较长，这意味着在同一区域，可以在较长的时间内多次进行取皮手术，而不会对头发的正常生长造成明显的影响；
[0003] 虽然取皮前会注入肿胀液减少出血，但头部因为丰富的血管，且头部不像上肢可以缠绕止血带止血，所以虽然绷带加压但出血量较多，止血效果一般，鉴于此，提出一种用气囊联合旋钮加压式止血冰帽及压力控制方法。
具体实施方式
[0052] 实施例1：
[0053] 烧伤患者往往创面达到深二度，即可进行植皮手术，而头部因为头皮是人体上一块比较特殊的组织，具有多次取皮的能力，虽然取皮前会注入肿胀液减少出血，但头部因为丰富的血管，且头部不像上肢可以缠绕止血带止血，所以虽然绷带加压但出血量较多，止血效果一般。
[0054] 请参阅图1‑图4所示，该装置包括加压帽本体1，加压帽本体1的内部内侧设有加压组件2，加压帽本体1的内部外侧安装有冰敷组件3，加压组件2包括开设在加压帽本体1内部内侧的充气层23，充气层23与压力电源21相连通，压力电源21的内部安装有用于辅助充气层23进行输送气体的加压按钮22，压力电源21位于加压帽本体1的表面，冰敷组件3包括开设在加压帽本体1内部外侧的注水层33，注水层33的其中一侧与连接管31密封连接，连接管31的另一端伸出加压帽本体1的表面，连接管31的内部螺旋安装有用于对连接管31进行密封的注水口旋钮32。
[0055] 当患者取皮简单包扎后，将加压帽本体1佩戴，加压帽本体1佩戴完毕后，按动加压按钮22，对充气层23一键加压，加压达到峰值后，维持压力，随后开启注水口旋钮32，通过连接管31，对注水层33内部注入适量冰水，可对患者头部伤口进行加压止血，还可对伤口处进行降温，且在降温止血的同时，降低患者冻伤的情况，当加压帽本体1需要取下时，再次按动加压按钮22，可对充气层23进行减压作业，辅助加压帽本体1进行拆卸。
[0056] 考虑到加压帽本体1的佩戴稳定情况，因此，为了进一步提升加压帽本体1的佩戴稳定性，通过图1示出，加压帽本体1的底部固定连接有下颌固定带4，下颌固定带4的中部安装有松紧调节器41。
[0057] 改进之处在于：当患者取皮简单包扎后，将加压帽本体1佩戴在患者头部，通过松紧调节器41对下颌固定带4的长短进行调节，然后将下颌固定带4扣于患者下颌固定，有效的提升了加压帽本体1的佩戴稳定性。
[0058] 考虑到加压帽本体1整体的止血加压效果，因此，为了进一步提升加压帽本体1的使用效果，通过图1‑图2示出，加压帽本体1的一侧表面安装有横向调节旋钮5，横向调节旋钮5的端部连接有横向调节带，且横向调节带位于加压帽本体1的内部，加压帽本体1的表面安装有若干牵绳通道固定器51，若干牵绳通道固定器51之间连接有牵绳本体52，牵绳本体52的端部与纵向调节旋钮53相连，纵向调节旋钮53安装在加压帽本体1的外层。
[0059] 改进之处在于：通过设置在加压帽本体1外层的牵绳通道固定器51和连接在牵绳通道固定器51之间的牵绳本体52，且为左右两侧上下方向一组，前侧环绕一圈方向一组，既能进一步外层加压，防止注水层33压力不足，又能箍紧头部，无需再分大中小型造成生产冗余。
[0060] 由于加压帽本体1在使用时，需要对其内部进行注水，因此，为了提升加压帽本体1的使用效果，减少加压帽本体1表面污染的情况，通过图1‑图3示出，加压帽本体1的表面为密封防水材质。
[0061] 改进之处在于：利用加压帽本体1的表面为密封防水材质，不易污染便于清洁，有效的减少了加压帽本体1表面被冰水打湿或被消毒水、药水污染，影响加压帽本体1正常使用的情况。
[0062] 综上所示，本方案的工作原理如下：当患者取皮简单包扎后，将加压帽本体1佩戴在患者头部，通过松紧调节器41对下颌固定带4的长短进行调节，然后将下颌固定带4扣于患者下颌固定，有效的提升了加压帽本体1的佩戴稳定性，然后按动加压按钮22，对充气层23一键加压，加压达到峰值后，维持压力，随后开启注水口旋钮32，通过连接管31，对注水层
33内部注入适量冰水，可对患者头部伤口进行加压止血，还可对伤口处进行降温，且在降温止血的同时，降低患者冻伤的情况，当加压帽本体1需要取下时，再次按动加压按钮22，可对充气层23进行减压作业，辅助加压帽本体1进行拆卸；
[0063] 通过设置在加压帽本体1外层的牵绳通道固定器51和连接在牵绳通道固定器51之间的牵绳本体52，且为左右两侧上下方向一组，前侧环绕一圈方向一组，既能进一步外层加压，防止注水层33压力不足，又能箍紧头部，无需再分大中小型造成生产冗余，加压帽本体1按照成人与儿童两种型号生产即可，利用加压帽本体1的表面为密封防水材质，不易污染便于清洁，有效的减少了加压帽本体1表面被冰水打湿或被消毒水、药水污染，影响加压帽本体1正常使用的情况。
[0064] 实施例2：
[0065] 某位患者张先生在家中不慎跌倒，造成了头部轻微的外伤。头部伤口不大，但是位置较为敏感，需要立即采取止血措施以避免复杂化。在这种情况下，医护人员选择使用智能气囊联合旋钮加压式止血冰帽对张先生进行初步治疗。
[0066] 步骤1：数据采集
[0067] 控制器启动时，首先通过在止血冰帽内集成的多模态传感系统开始采集张先生头部伤口的相关数据。这些数据包括伤口的类型(比如裂伤)、大小(设定为2cmx2cm的裂口)及出血情况(轻微出血)。这些数据被表示为：
[0068] D(t)＝{dtype(t)＝裂伤,dsize(t)＝4cm2,dbleeding(t)＝轻微}
[0069] 步骤2：动态压力计算
[0070] 基于采集到的数据，控制器使用预设的压力控制算法动态计算出理想的压力值。设定压力控制算法考虑伤口大小对理想压力值的影响较大，出血情况的影响较小，因此，算法使用以下形式的计算模型来确定理想的压力值Pideal：
[0071] Pideal(t)＝ω1·F1(dsize(t))+ω2·F2(dbleeding(t))
[0072] 其中，ω1和ω2是权重系数，分别取值范围为[0.6,0.9]和[0.1,0.4]，反映了伤口大小和出血情况对理想压力值的贡献程度。对于裂伤，设定F1(dsize(t))＝dsize(t)且F2(dbleeding(t))＝1(轻微出血考虑为基准值1)。如果选择ω1＝0.8和ω2＝0.2，则理想压力值计算为：
[0073] Pideal(t)＝0.8·4+0.2·1＝3.2+0.2＝3.4kPa
[0074] 步骤3：自动调节压力
[0075] 控制器根据计算出的理想压力值3.4kPa自动调整止血冰帽内充气层的压力。通过调整气泵的工作状态和电磁阀的开关，控制器精细地管理气体的流动，将充气层内的压力调节到理想状态。在这个过程中，压力传感器持续监测压力变化，以确保压力稳定在理想值附近，从而为张先生提供最合适的止血压力，避免伤口因压力过大或过小而恶化。
[0076] 在确定了初步的理想压力值后，医护人员决定使用更精细的控制策略，以适应张先生伤口治疗的动态需求。为此，采用了非线性动态系统计算公式，该公式能够更准确地模拟和预测理想压力值的变化，从而提供个性化且动态的治疗方案。
[0077] 应用非线性动态系统计算公式：
[0078] 考虑到张先生的伤口特征，医护人员设置了以下非线性动态系统计算公式来确定理想的压力值Pideal(t)：
[0079]
[0080] 其中，f,g,和h是基于张先生的伤口类型(裂伤)、大小(4cm2)和出血情况(轻微)定义的高度非线性函数。为简化示例，设定：
[0081] f(dtype(τ))＝1对于裂伤；
[0082] g(dsize(τ))＝dsize(τ)2代表伤口大小的影响以平方形式增加；
[0083] h(dbleeding(s))＝1对于轻微出血；
[0084] 调节系数α(t),β(t),和γ(t)根据治疗阶段的不同可动态调整，这里给出示例取值范围：α(t)＝[0.5,1.0]，β(t)＝[0.1,0.5]，γ(t)＝[0.05,0.2]。
[0085] 设定在治疗的初期，选择α(t)＝0.8,β(t)＝0.3,和γ(t)＝0.1，并考虑到伤口的2
大小为4cm，伤口类型和出血情况的非线性函数为常数1，可以计算出理想的压力值：
[0086]
[0087] 设定t＝1小时(为简化计算，将时间单位转换为适当的数值)，则有：
[0088] Pideal(1)＝0.9×1＝0.9kPa
[0089] 这表明，在治疗初期，理想的压力值应调整为0.9kPa。控制器调节压力至该理想值(指令气泵和电磁阀，自动模式)，同时继续监测伤口状态和压力响应，以动态调整压力设置，确保治疗效果的最优化。
[0090] 在张先生的治疗过程中，控制器采用了一种高级的方法来细致调节加压组件内气囊的压力，确保治疗精确度和患者的舒适度。这种方法基于偏微分方程：
[0091]
[0092] 这里，λ和δ分别是考虑空间变量对压力分布影响的系数和调节因子，用于控制压力调整的响应速度和过渡平滑度。
[0093] 设定在张先生的治疗场景中，选定λ＝0.5和δ＝0.8。这意味着空间变量对压力分布的影响被中等程度考虑，而调节因子则设置为较高的值，以便快速响应理想压力值的变化。在治疗的开始，设定当前压力Pcurrent为0.7kPa，而根据张先生头部伤口的数据分析和上文计算，得出在第小时内理想压力Pideal(1)为0.9kPa。
[0094] 代入偏微分方程，求解出压力调整的动态路径。在这个简化的例子中，可以将方程简化为基本的形式来说明如何通过控制器的算法动态调整压力：
[0095]
[0096] 这表示，理想情况下，压力应以每秒0.16kPa的速度增加，直到达到理想压力值0.9kPa。通过控制器调节气泵的输出和电磁阀的开闭，可以精准控制气流，使得气囊内的压力以预定的速率增加。在实践中，控制器会持续监测实时压力值，并根据上述动态调节方程，不断调整气泵输出，直到压力稳定在0.9kPa。这种精确的控制不仅确保了伤口的有效止血，还保障了张先生的治疗过程中的舒适度。
[0097] 实施例3：
[0098] 某名为王医生的医疗技术员，他正在使用一种用气囊联合旋钮加压式止血冰帽及压力控制方法来治疗名为孙先生的病人，孙先生在一次户外活动中不慎头部受伤，需要即刻止血和减少肿胀。
[0099] 步骤1:数据采集
[0100] 王医生首先确保止血冰帽正确地固定在孙先生的头部。控制器的实时数据采集模块立刻开始工作，通过集成的多模态传感系统采集孙先生头部伤口的特征数据，包括伤口类型(裂伤)、大小(约3cmx3cm)和出血情况(中等)。这些数据被表示为D(t)＝{dtype(t)＝裂2
伤,dsize(t)＝9cm ,dbleeding(t)＝中等}。
[0101] 步骤2:理想压力值的计算
[0102] 使用动态系统控制方程，王医生的目标是计算出理想的压力值来最大程度地减轻孙先生的出血和肿胀。方程被设定为：
[0103] Pideal(t)＝Ω(∫0teσ(t‑τ)F(D(τ),Θ)dτ)
[0104] 在这个场景中，设定σ＝0.1，表示对过去数据的考虑有适中的衰减。F函数根据伤口的类型、大小和出血情况来评估，而Θ参数集合被设定来反映这种伤口对治疗压力敏感2
度的不同。具体地，设定对于裂伤、9cm 的大小和中等出血，经过函数处理，得到增加系数，这里设定为1.5，表示需要略高于标准的压力来控制出血。
[0105] 根据这些数据和系数，Ω函数调整输出以匹配特定的压力范围，设定压力输出范围为0.5,1.0kPa之间。经过计算，设定孙先生需要的理想压力值为0.8kPa，旨在平衡止血效果和患者的舒适度。
[0106] 步骤3:压力调整
[0107] 一旦理想压力值Pideal(t)＝0.8kPa被计算出来，智能反馈控制系统开始自动调整加压组件内充气层的压力。系统实时监测当前压力Pcurrent(t)，并根据偏微分方程动态调整压力：
[0108]
[0109] 在此实例中，λ取0.5表示空间变量对压力分布的中等影响，而δ取0.8表示较快的响应速度以平滑地调整压力至理想状态。开始时，若Pcurrent(t)低于0.8kPa，控制系统则会指示气泵增加充气层的压力，直至达到0.8kPa。
[0110] 在确定了孙先生需要的理想压力值0.8kPa之后，王医生利用智能反馈控制系统中的PID控制逻辑来精确调节加压组件内充气层的压力，以确保孙先生得到最优的治疗效果。PID控制是一种高效的控制策略，它能够根据当前状态与目标状态之间的差异(误差)来调整控制输出，从而使系统更快速、更精确地达到或保持在理想状态。
[0111] 智能反馈控制系统的PID控制逻辑实施步骤：
[0112] 1.计算误差∈(t):控制系统首先计算理想压力与当前实时压力之间的差值误差，∈(t)＝Pideal(t)‑Pcurrent(t)。在此场景中，若当前压力Pcurrent(t)＝0.7kPa，理想压力Pideal(t)＝0.8kPa，那么∈(t)＝0.1kPa。
[0113] 2.应用PID控制逻辑：利用下面的PID控制方程来计算控制信号：
[0114]
[0115] 设定在此场景中，PID控制器的系数被设置为Kp＝0.5,Ki＝0.1,和Kd＝0.05。这些系数的选择旨在平衡控制系统的反应速度和稳定性，以适应孙先生的治疗需求。
[0116] 3.动态调节压力：通过计算得出的控制信号，系统动态调节加压组件内气囊的压力。以初始状态和给定的PID系数为例，如果初始时刻的误差变化率 设定为零(考虑到刚开始治疗时刻)，积分项 随时间累积增加，则控制信号可以被简化计算为：
[0117] Λ＝0.5·0.1+0.1·∫0t0.1dτ+0.05·0
[0118] ＝0.05+0.01t
[0119] 这个控制信号指导气泵和电磁阀调整压力，以逐渐将当前压力从0.7kPa增加至理想压力0.8kPa。通过这种精细的PID控制策略，王医生确保孙先生的治疗过程中压力得以精确控制，适应其头部伤口的实际情况，有效止血同时最大化舒适度。
[0120] 实施例4：
[0121] 某名为钱女士的患者。钱女士在山地徒步旅行中不幸滑倒，导致头部受伤。抵达事发现场的急救人员王医生发现，钱女士的头部伤口需要即时的止血措施，并决定使用该止血冰帽。
[0122] 持续监测和实时调整压力：
[0123] 1.初始化监测：王医生将止血冰帽安装在钱女士的头部，立即启动了集成的多模态传感网络开始监测钱女士的头部状态。这些传感器开始实时收集头部的压力、温度、血氧饱和度和血流量数据。具体数据为：
[0124] dpressure(t)＝0.6kPa，表示伤口处的初始压力。
[0125] dtemperature(t)＝37.5℃，头部的初始温度。
[0126] dsaturation(t)＝98％，血氧饱和度。
[0127] dflow(t)＝4.5ml/min，初始血流量。
[0128] 2.动态压力调节算法：控制器利用收集到的头部状态数据D(t)，结合自适应压力调节机制，开始计算钱女士所需的理想压力值。在本例中，由于钱女士的血流量稍高，表明出血情况需要被有效控制，控制器决定将理想压力稍微调高以加强止血效果。
[0129] 3.压力调节实施：基于初始数据，控制器计算得到的理想压力值为0.8kPa。为了从当前压力0.6kPa平滑过渡到0.8kPa，控制器动态调整气囊的充气量，利用PID控制逻辑来精确控制这一过程。考虑到需要快速响应但又不引起患者不适，控制器设置了系数Kp＝0.5,Ki＝0.1,和Kd＝0.05。
[0130] 压力调整过程的可行性：
[0131] 通过王医生的专业操作和控制器的高效算法，钱女士的头部伤口在数分钟内得到了有效的止血处理。压力的精确控制不仅快速止血，还保证了钱女士的舒适度和安全性。随着治疗的进行，控制器持续监测钱女士的头部状态，根据血流量的变化适时调整压力，直至伤口稳定。
[0132] 为了进一步提高治疗的精确度和效果，王医生决定利用更为高级的实时数据分析与处理算法，该算法能够综合分析从多模态传感网络收集到的数据，并计算出更为精确的理想压力值Pideal(t)。
[0133] 实施高级实时数据分析与处理算法：
[0134] 1.定义非线性函数和权重系数：算法首先定义了四个基于头部状态数据的非线性函数F1,F2,F3,和F4，它们分别对应于头部的压力、温度、血氧饱和度和血流量数据的处理函数。权重系数ω1,ω2,ω3,和ω4分别代表这些数据在计算理想压力值时的重要性。设定权重系数的取值范围为ω1＝[0.2,0.5],ω2＝[0.1,0.4],ω3＝[0.1,0.3],和ω4＝[0.3,0.6]，其中λ1＝0.05用于调整历史数据对当前理想压力值的影响。
[0135] 2.综合分析数据：根据钱女士的初始伤口状态和治疗进展，王医生设定了权重系数为ω1＝0.4,ω2＝0.2,ω3＝0.2,和ω4＝0.4。这反映了在钱女士的治疗中，血流量和头部压力的数据比温度和血氧饱和度对理想压力值的影响更大。
[0136] 3.计算理想压力值：利用上述参数和函数，实时数据分析与处理算法计算出理想压力值。设定在特定的治疗时间点t，头部状态数据分别显示dpressure(t)＝0.65kPa,dtemperature(t)＝37.2℃,dsaturation(t)＝97％,和dflow(t)＝5.0ml/min。算法通过以下模型计算理想压力值：
[0137]
[0138] 简化后，设定理想压力值在治疗时间点t为0.85kPa，反映了对钱女士头部伤口处的血流控制需求较高。
[0139] 结果与治疗调整：根据计算出的理想压力值，王医生使用智能反馈控制系统调整加压组件内充气层的压力，从0.65kPa平滑过渡到0.85kPa。通过精细调节，钱女士的头部伤口得到了有效的止血处理，同时最大程度地保持了舒适度。
[0140] 钱女士的治疗旅程，她的治疗进入了更为动态和自适应的阶段。王医生决定利用自适应压力调节机制，根据理想压力值Pideal(t)与当前压力Pcurrent(t)之间的差异，通过动态系统控制方程精确调整压力。这一过程的关键在于实现对钱女士头部伤口的精确止血，同时保证最大程度的舒适和安全。
[0141] 自适应压力调节机制实施步骤：
[0142] 1.设定调节系数：在自适应压力调节过程中，王医生设定正比调节因子κ的值为0.6，这意味着系统对理想压力与当前压力之间差异的响应敏感度较高。同时，基于时间差的调节函数η(t‑τ)被设定为0.4，旨在平滑过去误差对当前调整的影响。
[0143] 2.实时计算压力调整路径：根据钱女士当前的治疗状态，理想压力被计算为0.85kPa，而初始时刻t＝0的当前压力Pcurrent(0)为0.65kPa。利用动态系统控制方程，王医生开始计算压力调整的动态路径。具体计算过程涉及实时评估理想压力与当前压力之间的差异，并根据该差异及其随时间的累积影响调整压力。
[0144] 3.动态调整压力：通过连续的反馈和实时调整，压力逐渐从0.65kPa增加到接近或等于理想压力0.85kPa。具体的调整过程依据以下方程进行：
[0145]
[0146] 通过解这个方程，王医生可以获得随时间变化的压力调整路径，并据此精确控制气泵输出，以平滑地增加充气层内的压力。
[0147] 压力调整的可行性与效果：
[0148] 通过精确控制加压组件内充气层的压力，王医生成功地将钱女士的治疗压力调整到了最佳状态，即从0.65kPa平滑过渡到0.85kPa。这一过程中，王医生持续监测钱女士的头部状态，确保压力调整既有效又舒适。最终，钱女士的头部伤口在持续、适宜的压力下得到了有效的止血处理，加速了愈合过程。这个实例不仅展示了用气囊联合旋钮加压式止血冰帽在提供个性化医疗护理中的巨大潜力，也证明了通过集成的智能控制系统和先进的算法，能够实现对伤口治疗的精准管理，从而提高治疗效果，减少恢复时间，增强患者的舒适度和满意度。
[0149] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
