模擬人醫用教學輔助裝置的製作方法

2023-10-06 07:30:54 2

本實用新型涉及醫療教學設備領域，特別是一種模擬人醫用教學輔助裝置。

背景技術：

目前生理驅動模擬系統開始運用於醫學教育領域，通過模擬人搭載的模擬系統模擬各種病人的生理和病理學特徵，對醫生使用的藥物和進行的治療操作產生相應的生理反應，並在與模擬系統連接的監護儀上顯示各種生理參數，加之治療環境和方式的全面模擬，可以營造出一種交互式的教學情景，實現臨床真實場景下對病人的治療處理。使醫生不僅可以了解「病人」的生理狀態，判斷「病人」的病理變化和對藥物或治療措施的反應，練習使用各種搶救設備，還能在小組模擬搶救中鍛鍊提高非技術性能力。但是模擬人一個重要缺陷就是不能模擬出病人呼吸阻抗的變化，因此在心電監護儀上不能顯示出呼吸波及呼吸率(每分鐘呼吸次數)，在實際教學中給學員造成不便和不真實感。並且在學員對模擬人進行心肺復甦訓練時，不能夠直觀地反映出學員的按壓操作情況是否符合標準，降低了教學的效果。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於克服現有技術的缺陷，提供一種操作真實感強、使用功能多樣、工作過程穩定的模擬人醫用教學輔助裝置。

為實現上述目的，本實用新型採用了如下技術方案：

一種模擬人醫用教學輔助裝置，包括主控單元1、呼吸阻抗模擬單元2和心肺復甦模擬單元3，所述的呼吸阻抗模擬單元2包括第一壓力採集器21和阻抗模擬電路22，所述的第一壓力採集器21能安裝在模擬人上，第一壓力採集器21的輸出與阻抗模擬電路22的場效應管Q1的柵極相連接，所述場效應管Q1的漏極和源極分別與模擬人上的心電電極以及監護儀相連接，模擬人在模擬呼吸時的胸廓起伏使得第一壓力採集器21改變場效應管Q1的漏極與源極之間的阻值，從而模擬出人體呼吸阻抗變化並能夠在監護儀上得到呼吸波形。所述的心肺復甦模擬單元3包括能安裝在模擬人上的第二壓力採集器31，並且第二壓力採集器31的輸出與主控單元1相連接，心肺復甦訓練時主控單元1通過第二壓力採集器31能夠得到按壓力度信號。

進一步，所述的第一壓力採集器21包括壓力傳感器211、第一伸縮綁帶212和第二伸縮綁帶213，所述的壓力傳感器211安裝在第一伸縮綁帶212和第二伸縮綁帶213之間，第一伸縮綁帶212的兩端與第二伸縮綁帶213的兩端對應連接，並且第一伸縮綁帶212和第二伸縮綁帶213能捆綁在模擬人的胸部表皮下，模擬人在模擬呼吸時的胸廓起伏使得第一伸縮綁帶212和第二伸縮綁帶213產生彈性伸張從而擠壓壓力傳感器211並輸出壓力信號。

進一步，所述的第一伸縮綁帶212或第二伸縮綁帶213上設有用於安裝壓力傳感器211的安裝口袋214。

進一步，所述的心肺復甦模擬單元3還包括能安裝在模擬人上的計數器32，並且計數器32的輸出與主控單元1相連接，心肺復甦訓練時主控單元1通過計數器32能夠得到按壓次數信號。

進一步，所述的呼吸阻抗模擬單元2包括第一導聯線RA和第二導聯線LL，所述的模擬人上設有第一心電電極A和第二心電電極B，所述阻抗模擬電路22的場效應管Q1的漏極與第一心電電極A相連接，場效應管Q1的源極通過第一導聯線RA與監護儀相連接，所述第二導聯線LL的兩端分別與第二心電電極B和監護儀相連接，並且呼吸阻抗模擬單元2能夠模擬出模擬人在呼吸時第一心電電極A與第二心電電極B之間的阻抗變化。

進一步，所述的呼吸阻抗模擬單元2還包括呼吸率模擬電路23，所述第一壓力採集器21的輸出分別與阻抗模擬電路22和呼吸率模擬電路23相連接，所述呼吸率模擬電路23的輸出與主控單元1相連接，並且呼吸率模擬電路23能夠輸出觸發信號使得主控單元1得到呼吸率信號。

進一步，所述的阻抗模擬電路22包括第一運算放大器U1和場效應管Q1，所述第一運算放大器U1的反向輸入端通過第一電阻R1與第一壓力採集器21 的輸出相連接，第一運算放大器U1的輸出端通過第二電阻R2與場效應管Q1的柵極相連接，並且第一運算放大器U1的反向輸入端與第一運算放大器U1的輸出端之間設有並聯設置的第三電阻R3和第一電容C1。

進一步，所述的呼吸率模擬電路23包括第二運算放大器U2和第三運算放大器U3，所述第二運算放大器U2的反向輸入端通過第二電容C2和第四電阻R4與第一壓力採集器21的輸出相連接，第二運算放大器U2的正向輸入端接地，第二運算放大器U2的輸出端通過第五電阻R5與第三運算放大器U3的反向輸入端相連接，第二運算放大器U2的反向輸入端與第二運算放大器U2的輸出端之間設有並聯設置的第六電阻R6和第三電容C3，第三運算放大器U3的正向輸入端接地，並且第三運算放大器U3的輸出端與主控單元1的呼吸率輸入端INPUT相連接。

進一步，所述的阻抗模擬電路22與第一壓力採集器21之間還設有放大電路24，所述的放大電路24包括第四運算放大器U4，所述第四運算放大器U4的正向輸入端和反向輸入端分別與第一壓力採集器21的輸出相連接，第四運算放大器U4的輸出端通過第八電阻R8與阻抗模擬電路22相連接，並且第四運算放大器U4的正向輸入端和反向輸入端之間設有第七電阻R7。

進一步，所述的主控單元1還分別與存儲器11、通訊裝置12及顯示裝置13相連接。

本實用新型的模擬人醫用教學輔助裝置通過呼吸阻抗模擬單元，實現了模擬出模擬人的實時呼吸波形及呼吸率，使得模擬人教學操作簡便可靠，並且滿足了教學要求，提高了模擬人教學的真實感。此外，通過心肺復甦模擬單元，實現了對學員心肺復甦操作的直觀反映，便於對學員的操作進行提示及糾正，進一步提高了教學效率。

附圖說明

圖1是本實用新型的功能模塊的結構示意圖；

圖2是本實用新型的第一壓力採集器的結構示意圖；

圖3是本實用新型的電路結構示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖1至3給出本實用新型的實施例，進一步說明本實用新型的模擬人醫用教學輔助裝置具體實施方式。本實用新型的模擬人醫用教學輔助裝置不限於以下實施例的描述。

圖1中的模擬人醫用教學輔助裝置包括主控單元1、呼吸阻抗模擬單元2和心肺復甦模擬單元3，所述的呼吸阻抗模擬單元2包括第一壓力採集器21和阻抗模擬電路22，所述的第一壓力採集器21能安裝在模擬人上，所述的心肺復甦模擬單元3分別與模擬人和主控單元1相連接用於反映學員心肺復甦操作情況。具體地，第一壓力採集器21的輸出與阻抗模擬電路22的場效應管Q1的柵極相連接，所述場效應管Q1的漏極和源極分別與模擬人上的心電電極以及監護儀相連接，模擬人在模擬呼吸時的胸廓起伏使得第一壓力採集器21改變場效應管Q1的漏極與源極之間的阻值，從而模擬出人體呼吸阻抗變化並能夠在監護儀上得到呼吸波形。呼吸阻抗模擬單元能夠模擬出模擬人的實時呼吸波形及呼吸率，滿足了教學需求同時簡化教學操作過程，提高了模擬人教學的真實感。並且心肺復甦模擬單元便於對學員的操作進行提示及糾正，進一步提高了教學效率。

圖1中的呼吸阻抗模擬單元2包括第一導聯線RA和第二導聯線LL，所述的模擬人上設有第一心電電極A和第二心電電極B，所述阻抗模擬電路22的場效應管Q1的漏極與第一心電電極A相連接，場效應管Q1的源極通過第一導聯線RA與監護儀相連接，所述第二導聯線LL的兩端分別與第二心電電極B和監護儀相連接，並且呼吸阻抗模擬單元2能夠模擬出模擬人在呼吸時第一心電電極A與第二心電電極B之間的阻抗變化。優選地，第一心電電極A是模擬人右上肢心電電極，第二心電電極B是模擬人左下肢心電電極，根據呼吸信號檢測原理可知，使用阻抗法進行呼吸信號監測是電生理監護的必要參數之一，具體地，監護儀高頻激勵脈衝發生電路產生62.5kHz的方波，又由生物阻抗的頻散理論可知，在62.5kHz附近頻帶，人體阻抗呈近似純電阻特性，幾乎無膜電容影響，10Ω～10kΩ數量級。在62.5kHz方波的每個周期中，由於呼吸讓胸廓擴張，使得右上肢心電電極和下肢心電電極之間的人體呼吸阻抗Rb按呼吸頻率變化，其電阻變化範圍在0.1Ω-3Ω之間，在每個Rb變化周期內，隨著Rb 的變化使得RA與LL之間的電位隨之變化，並且每一瞬間電位差的絕對值Ub(t)與Rb成正比。這樣呼吸信號Ub(t)就相當於調製在62.5kHz的載波上，調製方式為調幅，以便與心電信號相區別。只要能夠獲得Ub(t)的波形，就得到了呼吸波信號，再通過心電電極、心電電纜傳送給心電監護儀的呼吸信號處理電路恢復得到呼吸信號。呼吸阻抗模擬單元的模擬方式符合呼吸信號檢測原理，從而能夠準確地模擬出模擬人的呼吸阻抗，並且呼吸阻抗模擬單元與模擬人及監護儀連接結構簡單，便於教學操作進而提高教學效率。

圖2中的第一壓力採集器21包括壓力傳感器211、第一伸縮綁帶212和第二伸縮綁帶213，所述的壓力傳感器211安裝在第一伸縮綁帶212和第二伸縮綁帶213之間，第一伸縮綁帶212的兩端與第二伸縮綁帶213的兩端對應連接，並且第一伸縮綁帶212和第二伸縮綁帶213能捆綁在模擬人的胸部表皮下，模擬人在模擬呼吸時的胸廓起伏使得第一伸縮綁帶212和第二伸縮綁帶213產生彈性伸張從而擠壓壓力傳感器211並輸出壓力信號。特別地，第一伸縮綁帶212或第二伸縮綁帶213上設有用於安裝壓力傳感器211的安裝口袋214。第一壓力採集器結構簡單，便於加工裝配，並且通過兩條伸縮綁帶對壓力傳感器施加壓力的方式提高了模擬過程的準確性，同時安裝口袋還提高了壓力傳感器的安裝穩定性。

圖3中的呼吸阻抗模擬單元2包括第一壓力採集器21、阻抗模擬電路22、呼吸率模擬電路23和放大電路24，所述第一壓力採集器21的輸出分別與阻抗模擬電路22和呼吸率模擬電路23，所述呼吸率模擬電路23的輸出與主控單元1相連接，並且呼吸率模擬電路23能夠輸出觸發信號使得主控單元1得到呼吸率信號。

所述的阻抗模擬電路22包括第一運算放大器U1和場效應管Q1，所述第一運算放大器U1的反向輸入端通過第一電阻R1與第一壓力採集器21的輸出相連接，第一運算放大器U1的輸出端通過第二電阻R2與場效應管Q1的柵極相連接，並且第一運算放大器U1的反向輸入端與第一運算放大器U1的輸出端之間設有並聯設置的第三電阻R3和第一電容C1。具體地，通過第一運算放大器U1產生控制場效應管Q1柵極與源極間的電壓，從而使PN結反向偏置電壓加大，耗盡區加寬並且嚮導電溝道中擴展，使導電溝道隨著柵極與源極間的電壓的加大而向內壓縮。因此柵極與源極間的電壓的大小改變了整個導電溝道範圍內耗盡區的厚度，即可以控制源極與漏極間的導電情況。因此改變柵極與源極間的電壓，就控制了源極與漏極間的電阻，從而實現了一個由電壓控制的可變電阻，即模擬的呼吸阻抗變化。

所述的呼吸率模擬電路23包括第二運算放大器U2和第三運算放大器U3，所述第二運算放大器U2的反向輸入端通過第二電容C2和第四電阻R4與第一壓力採集器21的輸出相連接，第二運算放大器U2的正向輸入端接地，第二運算放大器U2的輸出端通過第五電阻R5與第三運算放大器U3的反向輸入端相連接，第二運算放大器U2的反向輸入端與第二運算放大器U2的輸出端之間設有並聯設置的第六電阻R6和第三電容C3，第三運算放大器U3的正向輸入端接地，並且第三運算放大器U3的輸出端與主控單元1的呼吸率輸入端INPUT相連接。具體地，主控單元1為單片機，並且經過用於隔直的第二電容C2、第二運算放大器U2、第三運算放大器U3，最終使每次模擬人呼吸都能產生一個下降沿觸發信號，進而觸發信號在單片機的功能管腳上產生中斷。

所述的放大電路24設置在阻抗模擬電路22與第一壓力採集器21之間，放大電路24包括第四運算放大器U4，所述第四運算放大器U4的正向輸入端和反向輸入端分別與第一壓力採集器21的輸出相連接，第四運算放大器U4的輸出端通過第八電阻R8與阻抗模擬電路22相連接，並且第四運算放大器U4的正向輸入端和反向輸入端之間設有第七電阻R7。

圖1中的心肺復甦模擬單元3包括能安裝在模擬人上的第二壓力採集器31和計數器32，所述第二壓力採集器31的輸出與主控單元1相連接，心肺復甦訓練時主控單元1通過第二壓力採集器31能夠得到按壓力度信號。所述計數器32的輸出與主控單元1相連接，心肺復甦訓練時主控單元1通過計數器32能夠得到按壓次數信號。具體地，學員在對模擬人進行一次心肺復甦按壓時計數器32計一次數，並且主控單元1能夠根據計數器32計算得出在一定時間內一共進行心肺復甦按壓的次數。心肺復甦模擬單元在進行心肺復甦訓練時能夠反映出學員按壓的力度及按壓次數是否符合標準規定，不僅滿足了教學需求同時增加了輔助裝置使用功能的多樣性。

所述的主控單元1還分別與存儲器11、通訊裝置12及顯示裝置13相連接。所述的存儲器11能夠存儲呼吸率模擬電路23得到的呼吸率信號、第二壓力採集器31得到的按壓力度信號以及計數器32得到的按壓次數信號。優選地，所述的通訊裝置12包括能與上位機相連接的通訊接口以及能與手機客戶端進行數據傳輸的無線通訊模塊。所述的顯示裝置13是液晶顯示屏，顯示裝置13能夠實時顯示出模擬人的呼吸率，顯示裝置13還能夠在心肺復甦訓練時直觀顯示出按壓力度及按壓次數。存儲器11、通訊裝置12及顯示裝置13提高了輔助裝置的實用性及操作簡便性。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限於這些說明。對於本實用新型所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬於本實用新型的保護範圍。