模拟不同骨质抗力的胸外按压医学教学训练系统的制作方法

本实用新型涉及医学教学用胸外按压训练系统。

背景技术：

胸外按压术是医学抢救中常见的操作，是生命抢救的一个重要环节，不仅需要医护人员掌握抢救操作规范，对于普通大众也有必要掌握胸外按压知识对生命进行挽救，因此，训练用的胸外按压模拟人受到的医学界和大众的欢迎，但目前的医学教学模拟人的胸外按压装置，很简单，通常采用如图1所示的简易的按压训练装置进行胸外按压训练教学，它包括按胸骨压板1,弹簧支撑2、压簧3及座体4，在座体4上设置凹槽5，支撑2设置在凹槽5的上方，压簧3设置在座体本体与胸骨压板间并套设在支撑2上，当用力向下压胸骨压板时，压簧被压缩，胸骨压板带动支撑向凹槽内移动，当撤去压力时，压簧复位带动胸骨压板升起复位，采用本结构的胸外按压训练装置进行胸外按压训练，由于弹簧的弹力是一定的，因此在进行胸外按压训练时采用同样的施力进行按压术训练，但是，现实中，不同年龄、不同性别的人骨质不同，软硬不同，因此按压时对于施术者的抗力不同，因此，需要采用不同的按压力度进行按压，当对骨质较脆或软的人施压时需用小的力量，防止大的力量对人员造成损伤，当对骨质密实、韧性大的人按压时需施较大的力，否则不能达到规定的按压深度，起不到施救的效果，或施救效果不好。

另外，采用上述结构的胸外按压训练装置进行训练时，由于按压动作是直上直下进行的，而按压人体胸外时是弧线形的运动路线，因此按压训练时与真实手感差别比较大，心肺复苏训练达不到真正意义上的训练，反而会给受训者一种误导。

技术实现要素：

本实用新型的目的是，针对采用现有技术胸外按压训练装置进行胸外按压训练时只能施加同样的按压力量进行训练操作，不能针对不同的人施加不同的按压力的不足，提供一种模拟不同骨质抗力的胸外按压医学教学训练系统。

本实用新型的目的是通过以下述技术方案实现的：

模拟不同骨质抗力的胸外按压医学教学训练系统，其特征在于：包括阻力输出装置、阻力施加装置及心脏胸外按压训练装置，心脏胸外按压训练装置包括作为模拟胸骨的托板或胸骨压板，阻力输出装置通过阻力施加装置与心脏胸外按压训练装置连接，为胸外按压训练装置的托板或胸骨压板下移提供阻力；

所述心脏胸外按压训练装置包括架体、托板以及托板的复位机构，所述复位机构包括前支撑座、后支撑座、滑轨、滑块、复位件和连杆；滑轨的一端固定设置在前支撑座上，另一端设置在后支撑座上，滑块滑动设置在滑轨上，所述托板的一端与架体铰接或转动连接，另一端铰接或转动连接连杆（305）的上端，连杆的下端铰接连接滑块，当对托板施压时由复位件阻碍滑块沿滑轨移动，当放弃施压时由复位件通过自身张力或拉力带动滑块复位；

所述阻力施加装置包括同步带轮一和同步带轮二及同步带，所述同步带连接同步带轮一和同步带轮二，所述同步带与胸外按压训练装置的滑轨平行设置；

所述同步带与胸外按压训练装置的滑块固定连接，同步带轮一与阻力输出装置的输出轴连接；

还包括阻力控制系统，阻力控制系统与阻力输出装置电连接，通过阻力控制系统控制阻力输出装置所输出的阻力；

所述阻力控制系统中设置有模拟病例模块，每种模拟病例模块对应输出不同阻力的控制信号，对应地，阻力输出装置提供不同的阻力；

所述的阻力输出装置采用扭矩电机，扭矩电机的输出端与阻力施加装置的同步带轮一连接，通过阻力控制系统向扭矩电机驱动线加载不同的电阻调整扭矩电机的负载使扭矩电机输出不同的阻力，所述扭矩电机为步进电机、直流电机、交流电机；

所述阻力输出装置为稀土永磁力矩电机或者磁粉离合器制动器，所述阻力控制系统包括中控部分、调压电源、电流放大电路，中控部分通过调整调压电源的输出电压调整线圈中的电流从而调整磁力线圈的磁力进而调整转子扭矩，调压电源输出的电流信号经放大电路放大后进入磁力线圈，由稀土永磁力矩电机的输出端与阻力施加装置的同步带轮一连接或磁粉离合器的制动器与同步带固定连接；

所述阻力输出装置根据不同类型人的骨质抗力情况给按压提供不同的阻力；

在控制系统中按不同的人群的特征设置有不同的骨质抗力数据，阻力控制系统据不同的骨质抗力数据控制所述阻力输出装置输出阻力的大小。

采用本实用新型模拟不同骨质抗力的胸外按压医学教学训练系统，通过人工调整或通过控制系统控制阻力输出装置对胸外按压训练装置施加相应的阻力，从而模仿不同人群骨质产生的不同的抗力，因此，可以据设定的不同的施救场景选择不同的阻力模拟不同的人进行训练，一台设备可模拟多种不同骨质特征的人，使受训人员得到不同的按压感受。

进一步地，可以预先在控制系统中按不同的人群的特征输入不同的抗力数据，再由控制系统按不同抗力控制阻力输出装置输出相应的阻力，因此，系统体验更真实。

进一步地，采用本实用新型提供的模拟不同骨质抗力的装置，由于托板的前端与架体的上部相铰接，使托板可向上倾斜或向下倾斜或保持水平，当用力向下压下托板时，托板绕轴一转动，并由弹簧进行支撑，因此按压人体胸外时受训的手感体验的是弧线形的运动路线，因此手感与按压真实人体时的手感相一致性好，当撤出对托板的下压力，在复位机构的作用下使托板回复至原位，此过程中由于回程也是弧形的曲线，因此与真实的按压时胸部向上恢复的路线相一致性好，因此采用本装置进行胸外按压训练时，和实施真实胸外按压时的手感差别比较小，受训者可得到比较好的教学训练体验。

附图说明

图1是现有技术心脏胸外按压训练装置结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的心脏胸外按压训练装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例光栅测量按压深度原理图；

图4、本实用新型模拟不同骨质抗力的胸外按压医学教学训练系统实施例结构示意图；

图5为本实用新型模拟不同骨质抗力的胸外按压医学教学训练系统另一实施例结构示意图；

图6为本实用新型实施例结构的阻力输出装置与现有技术的胸外按压装置结合后的示意图；

图7为扭矩电机作为阻力输出装置是的扭矩电机控制原理图；

图8为采用稀土永磁力矩电机和磁粉离合器制动器作为阻力输出装置时的阻力控制原理图。

附图标记说明

1-胸骨压板；2-弹簧支撑；3-压簧；4-座体；5-凹槽；

16、接线端子；17、调压电源输入线；18、调压电源；19、信号线；电源线21、mos管22、控制线23、线圈24；

100-架体；101-胸骨支撑座；102-底板；

200-托板；201-轴一；

300-复位机构；301-前支撑座；302-后支撑座；303-滑轨；304-滑块；305-连杆；306-轴二；307-轴三；308-复位件；

400-测量装置；401-光栅；402-光电开关。

801-心脏胸外按压训练装置；802-阻力输出装置；803-阻力施加装置；804-阻力控制系统。

810-同步带；811-同步带轮一；812-同步带轮二；813-同步带压板；814-刹车装置；815-固定板

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步地描述：

本实用新型的医学教学中模拟不同骨质抗力的方法，是在采用胸外按压训练系统进行按压训练时，据不同的施救场景给模拟胸骨提供不同的下移阻力，该阻力由阻力输出装置802提供，由阻力控制系统804控制阻力输出的大小,当然，也可人工手动选择输出阻力。阻力输出装置802可以为可调式制动器，也可以是可调式扭矩电机，通过阻力控制系统控制可调式制动器的刹车力度和扭矩电机的输出扭矩。

可采用下列实施例结构的模拟不同骨质抗力的胸外按压医学教学训练系统实施上述方法：

如图2至图4所示，本实用新型实施例结构的模拟不同骨质抗力的装置包括心脏胸外按压训练装置801、阻力输出装置802、阻力施加装置803和阻力控制系统804，由阻力施加装置803连接阻力输出装置802和心脏胸外按压装置801对心脏胸外按压装置的仿真胸骨的下移提供阻力，由阻力控制系统804控制阻力输出装置对胸骨下移施加阻力的大小。

优选的心脏胸外按压训练装置801包括：支撑座、托板200以及复位机构300；托板200为接受按压的受力板，复位机构使被按下的托板复位，由支撑座对复位机构进行支撑。复位机构包括滑轨303、滑块304、复位件308和连杆305，滑块和滑杆滑动连接，滑轨的一端固定设置在后支撑座302上，另一端固定设置在前支撑座301上，托板200的一端铰接或转动连接在架体上，另一端与连杆305的上端铰接或转动连接，连杆305的下端与滑块铰接或转动连接。复位件可以是压缩弹簧、拉力弹簧，还可以是弹力绳。当复位件为压缩弹簧时套装设置在滑轨上，压缩弹簧设置在前支撑座与滑块间，当复位件为拉力弹簧或弹力绳时，拉力弹簧或弹力绳设置在后支撑座和滑块间，一端固定连接滑块，另一端固定连接后支撑座，托板与连杆间的夹角小于90度。阻力施加装置803包括同步带810、同步带轮一811和同步带轮二812，阻力输出装置802可以采用可调式扭矩电机，同步带轮一811设置在扭矩电机的输出轴上，同步带轮二812设置在支撑座上，同步带810与滑轨303平行设置，同步带固定在两同步带压板813间，由同步带压板813与滑块304固定连接，通过同步带810连接同步带轮一和同步带轮二，扭矩电机与控制系统电信号连接，控制系统控制扭矩电机的输出扭矩，当向下按压托板200时带动滑块304滑动从而使同步带810移动带动同步带轮转动使扭矩电机产生电流，手动选择需要的阻力或通过控制系统向电机驱动线加载不同的电阻调整电机的负载则可以得到需要的阻力也就是不同骨质的抗力。扭矩电机可以是步进电机、直流电机，交流电机，步进电机最好采用42步进电机，57步进电机。图7示出了扭矩电机控制原理图。阻力控制系统包括中控部分和电阻调模块，中控部分优选采用stm32f042f46p芯片，中控部分与电阻调整模块电信号连接，电阻调整模块与电机驱动线电信号连接。

扭矩电机还可以采用稀土永磁力矩电机。此时可采用如图8结构的阻力控制系统，包括中控部分（没在图中示出），调压电源18和mos管22，调压电源18通过接线端子16连接mos管22的栅极g，由mos管22的源极s通过控制线23连接电机线圈24，由漏极d通过信号线19连接中控部分，调压电源通电工作后，中控部分通过信号线19通知调压电源将相应的电信号供给mos管的栅极g，栅极g接收到电流后控制漏极d向源极s发射电流、源极s将电流通过控制线供给线圈、线圈与定子瞬间产生磁场驱动转子、转子带动中轴旋转从而带动电机输出端输出扭矩，当需要增大扭矩时，中控部分增加电流信号，通知调压电源增加输出电压，向mos管的栅极g增加供电电压、此时mos管的栅极g控制漏极d流向源极s的电流增大、经过放大的电流由源极s供给电机的线圈、线圈在大电流的驱使下定子磁场的磁力也随之变大、在磁力的作用下迫使电机转子扭矩增大，因此同步带获得的阻力增大，反之则减少调压电源的电压，减少同步带受到的阻力。

采用扭矩电机作为阻力输出装置802时，由扭矩电机的输出轴与阻力施加装置的同步带轮一固定连接。

阻力输出装置802还可采用可调式制动器，刹车盘设置在驱动电机的输出轴上，可调式制动器与控制系统电信号连接，同步带轮一设置在驱动电机的输出轴上，同步带轮二设置在支撑座上，同步带连接同步带轮一和同步带轮二，同步带与滑轨通过同步带压板固定连接。本实用新型专利申请中以采用磁粉离合器制动器为例进行说明。其控制原理同采用稀土永磁力矩电机。如图8所示，包括中控部分、调压电源18和mos管，mos管的源极s与磁粉离合器制动器的线圈电连接，调压电源18通过接线端子16连接mos管22的栅极g，由mos管22的源极s通过控制线23连接电机线圈24，由漏极d通过信号线19连接中控部分，调压电源18通电工作后，中控部分通过信号线19将电信号供给mos管的栅极g，栅极g接收到电流后控制漏极d向源极s发射电流、源极s将电流通过控制线供给线圈、线圈磁场增强，吸合磁粉增加，当需要增大扭矩时，中控部分增加电流信号，通知调压电源增加输出电压，向mos管的栅极g增加供电电压、此时mos管的栅极g控制漏极d流向源极s的电流增大、经过放大的电流由源极s供给磁粉离合器制动器、线圈在大电流的驱使下定子磁场的磁力也随之变大、在磁力的作用下吸引的磁粉也越来越多，因此获得的阻力增大，反之则减少调压电源的电压，减少磁粉阻力。还可采用二极管、可控硅作为电流放大装置替代mos管。采用可调式制动器作为阻力输出装置时，由制动器与同步带固定连接。

在阻力控制系统中设置有模拟病例模块，每种病例对应不同的按压抗力，因为心脏胸外按压训练装置的阻力是一定的，因此，通过计算可以得到不同骨质抗力的病人需提供的阻力，模拟病例模块内设置有病人实例，每个不同的病人实例对应不同的阻力信号，当按训练场景选择不同的模拟病人实例时，阻力控制系统控制阻力输出装置提供相应的阻力。可调式制动器最好为电磁式刹车装置。为了移动和安装方便，将复位机构设置在架体100上，使整个心脏胸外按压装置形成一个整体。则同步带轮二可以设置在架体上。优选的，架体100包括两竖向平行设置的胸骨支撑座101和水平设置的底板102，底板102用于固定设置胸骨支撑座101和复位机构300，两胸骨支撑座101分别设置于底板102的前端的两侧，复位机构通过前支撑座和后支撑座固定设置在底板102上，前支撑座位于底板的前端，托板200通过其前端与两胸骨支撑座101顶部铰接连接，后端与连杆的上端铰接连接。托板200与两胸骨支撑座101由轴一201相铰接，托板200可水平设置或向上或向下倾斜设置。为托板200的下压预留出足够的运动空间，托板200的前端与架体100的上端转动连接或铰接，可使托板200绕轴一201转动，使托板可向上倾斜或向下倾斜或位于水平位置；复位机构300设置于架体100上并与托板200相连，用以将因受按压力而向下倾斜的托板200恢复至受压前的位置，采用本实用新型结构的心脏胸外按压训练系统进行按压训练时，由于托板与连杆的上端连接，连杆的下端与滑块连接，因此按压托板时滑块可在滑轨上滑动且挤压或拉动复位件，使得复位件被压缩或伸长并积累能量，当停止按压时，在复位件的复位作用下滑块反向移动，带动拉杆运动，使得托板回复到原位，因此可通过按压托板模仿对人体胸部的按压，托板的起伏运动与胸部起伏运动类似，实现对心脏胸外按压的训练。

为了结构紧凑，前支撑座301设置在底板102上部位于两胸骨支撑座101之间。

下面以连杆和托板间的夹角小于90度、复位件为压缩弹簧为例进行操作说明。训练时，按压托板，当托板200受到向下的压力时，托板200的后端向下运动，托板200带动连杆305运动，由于连杆305的上端通过轴二306与托板200铰接，下端通过轴三307与滑块304铰接，使连杆305在下压力的作用下推动滑块304沿着滑轨303向底板102的前端方向运动，当施加在托板200上的压力消失后，在复位件308的作用下，滑块304沿着滑轨303向底板102的后端运动，使滑块304恢复至原位，滑块304推动连杆305使托板200恢复至初始位置，实现了一次模拟的胸外按压起伏。采用本实用新型结构的装置结构简单、成本低，并且操作方便，能快速的学习胸外按压技术，复位件308为弹簧时弹簧最好套设于滑轨303上，并且，弹簧的两端分别与滑块304和前支撑座301相抵接或固定连接，弹簧的生产成本低并且使用寿命长。弹簧最好采用渐增型弹簧，可以模拟按压时力量的变化，随按压力量的增加按压装置的抗力增加，比较真实地模拟出不同抗力下的手感。当复位件为弹力绳或拉力弹簧时，弹力绳或拉力弹簧的一端连接滑块，另一端连接后支撑座302，此时拉杆305与托板200间的夹角小于90度，使按压托板200时滑块向前支撑座移动，由弹力绳或拉力弹簧对滑块施加拉力，松开按压时，拉力弹簧或弹力绳的拉力作用下滑块复位，使托板复位。

当需要模拟不同的人的不同的骨质抗力时，通过同步带压板将同步带轮与滑块连接在一起，在控制系统上选择相应的病例，当按压时，阻力输出装置802给同步带提供相应大小的阻力，比如，当阻力输出装置802为扭矩电机时，扭矩电机提供和滑块走向相反的力矩，增加按压按胸骨压板时的阻力，扭矩电机输出的扭矩不同，则按压时受到的阻力不同。比如，当阻力输出装置2为刹车装置时，控制系统控制刹车片提供不同的刹车力度，同步带受到的阻力不同，滑块则受到相应的阻力，因此，可以使受训者体会不同阻力下的按压手感，进行相应场景的按压训练。

如图2所示，为了对按压的深度和频率进行及时了解，心脏胸外按压装置还包括一测量装置400，测量装置400与数据处理装置连接，用以计算按压的深度和按压的频率。优选的测量装置400采用光栅，光栅尺401与滑块304连接，与光栅尺401相配合的光电开关402设置在底板102上，光电开关402与数据处理装置电信号连接，当按压时，托板向下位移带动滑块滑动，滑块带动光栅尺移动，光电开关识别光栅尺移动的齿数，每当运动一个齿光栅会有一个电平的变化并将此电平变化信号发送给数据处理装置，由数据处理装置根据光栅移动的齿数算出向下的位移量也就是计算出托板下降的高度，从而计算出按压的深度，通过光电开关感知光栅的通过频率来记录按压的频率，因此可通过光栅401与光电开关402的配合来计算滑块304移动的距离和往复频率，并将该结果发送至数据处理装置内，对胸部按压的深度进行了解，判断操作是否正确。数据处理装置可以为计算机，也可以是带信息处理的其它终端设备，如手机、平板等，本实施例中采用单片机进行数据处理，比如采用stm32f103ret6型号的单片机进行数据处理。由光电开关与单片机的输入端信号连接，光栅优选st280光栅。为了能够识别托板的移动方向，在st280光栅内部集成2路光电开关，两路光电开关均与单片机信号连接，据光栅尺在运动时经过两个光电开关的时间差，判断托板的位移方向。

也可将本阻力输出装置设置在现有技术的胸外按压训练装置上，如图6所示，凹槽5设置成开口式的，将阻力输出装置802的同步带（在图中6仅示出了固定板，没有示出阻力输出装置）通过固定板815与弹簧支撑固定连接，固定板位于支撑的与凹槽5上的开口相对应处，同步带的长度沿弹簧支撑的移动方向设置，且同步带的传送方向与按压时弹簧支撑的移动方向相反即可。

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