CN101826271A - 一种具有仿真脊柱的医疗培训模拟人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有仿真脊柱的医疗培训模拟人。本发明由模拟头部、模拟上肢、模拟躯干和模拟下肢组成；所述模拟躯干由骨架外包裹与人体组织弹性相似的材料构成，所述骨架由仿真脊柱弹簧、仿真肋骨、仿真胸骨、仿真肩部和模拟下肢连接件组成，所述仿真肩部与仿真脊柱弹簧固定，仿真胸骨与仿真脊柱弹簧固定，每根仿真肋骨条底部与仿真脊柱弹簧固定，每根仿真肋骨条顶部与仿真胸骨固定；所述仿真脊柱弹簧下端连接模拟下肢连接件。本发明仿真脊柱可测量“脊柱”的弯曲角度与运动加速度，从而可量化评价搬运训练效果，同时还可用于担架、脊柱固定器材固定效果检测。

Description

一种具有仿真脊柱的医疗培训模拟人

技术领域

本发明涉及医疗教学仪器及医疗器械测试设备，更具体地说是一种既可用于脊柱伤搬运训练又可用于担架、脊柱固定器材固定效果检测的模拟人。

背景技术

脊柱损伤搬运不当极易造成二次损伤，严重的可造成高位截瘫，甚至危及生命。Laerdal公司的护理模型具备灵活的关节，可用于病员的转运训练；Armstrong Medical Industries公司的抢险系列模拟人具有仿真人体尺寸，可摆出各种体位，配重合理，专门针对突发事件中伤者的搬运与解救。国内天津天堰、北京医模等公司也有类似的产品。目前该类产品还仅仅做到了外形、关节活动、配重与人体相似，缺陷在于无法测量搬运过程中“脊柱”的运动，从而无法科学合理地对搬运操作给出评价，用于脊柱伤的搬运训练效果极为有限。

用于汽车碰撞试验的安全假人具备一定的脊柱运动测试能力，如较为通用的Hybrid-III型假人可测量汽车碰撞试验中假人头部三个方向上的加速度、颈部受到的力与力矩、胸部的变形量与加速度、大腿受到的力、膝关节滑动位移等物理量。Hybrid-III的颈部以铝为材料制成多层盘片，中间为橡胶材料，上躯干设计有铝制的肩部、肋骨及不锈钢的脊柱，肋骨具有一定弹性。由于汽车碰撞试验与搬运训练在应用背景上差距较大，关心的问题也不同(汽车碰撞关心颈部、胸部受到的冲击，而搬运训练关心颈、胸、腰椎的弯曲角度及加速度)，同时汽车碰撞假人造价昂贵，不适合用于搬运训练。

另一方面，用于脊柱损伤搬运的担架、固定器材也缺乏科学的检测方法评估其固定、搬运效果。该类产品常规的测试一般是机械强度、材料特性等方面，由于没有合适的测试手段，关系到病员生命安危的固定、搬运效果尚无科学方法给出量化评价。

为此需要研究一种具备“脊柱”运动测量能力的模拟人，既可用于脊柱伤员的搬运训练，又可用于担架、脊柱固定器材固定效果测试。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种易于实现的仿真脊柱，使其运动特性与人体具有一定相似性；同时提供一种具有仿真脊柱的医疗培训模拟人。

本发明具有仿真脊柱的医疗培训模拟人，通过下述方案予以实现，由模拟头部、模拟上肢、模拟躯干和模拟下肢组成；其特征是，所述模拟躯干由骨架外包裹与人体组织弹性相似的材料构成，所述骨架由仿真脊柱弹簧、仿真肋骨、仿真胸骨、仿真肩部和模拟下肢连接件组成，所述仿真肩部与仿真脊柱弹簧固定，仿真胸骨与仿真脊柱弹簧固定，每根仿真肋骨条底部与仿真脊柱弹簧固定，每根仿真肋骨条顶部与仿真胸骨固定；所述仿真脊柱弹簧下端连接模拟下肢连接件。

本发明所述仿真脊柱弹簧由颈部弹簧、胸部弹簧和腰部弹簧依次通过弹簧连接件连接组成。所述仿真肩部固定于颈部弹簧和胸部弹簧间的连接件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：提供了一种由颈部弹簧、胸部弹簧和腰部弹簧构成的易于实现的仿真脊柱，其运动特性与人体具有一定相似性；这种仿真脊柱可测量“脊柱”的弯曲角度与运动加速度，从而可量化评价搬运训练效果，同时还可用于担架、脊柱固定器材固定效果检测。

附图说明

图1是本发明所指模拟人的整体结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

图1是本发明所指模拟人的整体结构图。“骨架”外包裹材料1，颈部弹簧2，胸部弹簧3，腰部弹簧4，仿真肋骨5，仿真胸骨6，仿真肩部7，模拟下肢连接件8，颈部弹簧端部连接件9、颈部弹簧与胸部弹簧连接件10、胸部弹簧与腰部弹簧连接件11，“骨架”指由2至11构成的整体。

肢体模型由“骨架”与“骨架”外包裹材料1组成，从肢体模型外部看不到“骨架”。“骨架”通过仿真肩部7及模拟下肢连接件8与外包裹材料1固定，外包裹材料1采用聚氨酯发泡，泡沫柔软程度与人体组织相似，从而肢体模型在外力搬运时“脊柱”可以弯曲运动。

颈部弹簧2，胸部弹簧3，腰部弹簧4依次通过颈部弹簧端部连接件9、颈部弹簧与胸部弹簧连接件10、胸部弹簧与腰部弹簧连接件11固定，肋骨5成环形，肋骨5底部固定于弹簧，顶部固定于胸骨6。

以下就具有仿真脊柱的医疗培训模拟人各部分的实现方法加以说明。

1.“骨架”

根据医学数据，确定颈、胸、腰椎长度，及肋骨尺寸。由于颈、胸、腰椎的运动灵活性存在差异，需要采用不同弯曲刚度的弹簧。以颈椎弹簧设计为例，依据医学研究数据，确定人体颈椎弯曲刚度T′、压缩刚度F′、旋转刚度B，通过设计弹簧的材料(弹性模量E、泊松比μ、切变模量G)、钢丝直径d、中径D、圈数n、旋绕比C、自由高度H，使得弹簧的力学特性与颈部相似。

弹簧的压缩刚度F′、弯曲刚度T′、旋转刚度B的计算公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{F}^{\′}=\frac{{\mathrm{Gd}}^4}{{8D}^{3}n}\\ T^{\′}=\frac{{\mathrm{Ed}}^4}{64\mathrm{Dn}}\\ B=\frac{{\mathrm{HEd}}^4}{32\mathrm{Dn}(2+\mathrm{\μ})}\\ d\≥1.6\sqrt{\frac{\mathrm{KFC}}{\mathrm{\τ}}}\end{array}\right.$

其中K为曲度系数，可由计算获得；τ为许用应力，确定弹簧材料后可由材料手册查找；F为弹簧最大载荷，对应颈部可承受的最大压力。已知F′、T′、B、F，可由方程组确定弹簧参数。弹簧可由65锰弹簧钢加工制成。

胸、腰椎弹簧设计方法同颈椎，不再赘述。

弹簧与弹簧之间有相应的连接件连接；仿真肋骨采用一定厚度、宽度的金属条制成，加工成椭圆形，每根椭圆形金属条底部固定于弹簧上，顶部与仿真胸骨固定。仿真骨架使得模拟人具备颈、胸、腰部的旋转、弯曲运动的自由度，由于仿真肋骨的存在，限定了胸椎的弯曲自由度，使得胸椎运动自由度与人体更为接近(人体的胸椎弯曲运动幅度较小)。

2.“骨架”外包裹材料

“骨架”外包裹材料采用聚氨酯发泡制成。将骨架安装好，放入人形模具内，在人形模具内部倒入聚氨酯发泡原料，自由发泡，成型后即可制成。通过控制发泡材料的柔软性，来模拟人体软组织。

Claims (4)

1.一种具有仿真脊柱的医疗培训模拟人，由模拟头部、模拟上肢、模拟躯干和模拟下肢组成；其特征是，所述模拟躯干由骨架外包裹与人体组织弹性相似的材料构成，所述骨架由仿真脊柱弹簧、仿真肋骨、仿真胸骨、仿真肩部和模拟下肢连接件组成，所述仿真肩部与仿真脊柱弹簧固定，仿真胸骨与仿真脊柱弹簧固定，每根仿真肋骨条底部与仿真脊柱弹簧固定，每根仿真肋骨条顶部与仿真胸骨固定；所述仿真脊柱弹簧下端连接模拟下肢连接件。

2.根据权利要求1所述的具有仿真脊柱的医疗培训模拟人，其特征是，所述仿真脊柱弹簧由颈部弹簧、胸部弹簧和腰部弹簧依次通过弹簧连接件连接组成。

3.根据权利要求2所述的具有仿真脊柱的医疗培训模拟人，其特征是，所述仿真肩部固定于颈部弹簧和胸部弹簧间的连接件。

4.根据权利要求1所述的具有仿真脊柱的医疗培训模拟人，其特征是，所述与人体组织弹性相似的材料为聚氨酯发泡材料。

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