CN102196796A

CN102196796A - 自动化的cpr装置

Info

Publication number: CN102196796A
Application number: CN2009801432264A
Authority: CN
Inventors: P·H·武尔莱; I·W·F·堡卢森; F·T·M·哈尔斯费尔德; S·阿亚提; T·J·德霍赫
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2009-10-23
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2029-10-23
Also published as: EP2349171B1; US20140005578A1; JP2012507326A; EP2349171A1; WO2010049861A1; BRPI0914376A2; RU2519753C2; CN102196796B; US9445967B2; JP5404802B2; RU2011121552A

Abstract

本发明涉及用于周期性按压患者胸部的自动化的心肺复苏装置。所述CPR装置包括具有第一可移动单元和第二可移动单元(44a、b)的前部结构(43)，所述第一可移动单元和第二可移动单元布置成沿所述前部结构往复移动；用于安置在患者背部后方的背部支承(41)，所述背部支承被布置成将所述前部结构相对于所述患者背部保持在固定位置；胸部衬垫(46)；两个臂(45a、b)，所述两个臂分别通过一端与所述胸部衬垫可转动地连接，并且所述两个臂分别与第一可移动单元和第二可移动单元中的相应一个可转动地连接；驱动装置(47、48、51、52)，所述驱动装置布置成在操作时驱动所述第一可移动单元和第二可移动单元往复运动，使得所述胸部衬垫周期性按压所述患者胸部。

Description

自动化的CPR装置

技术领域

本发明涉及一种用于周期性按压患者胸部的自动化的CPR装置。

背景技术

心肺复苏(CPR)已熟知是重要的急救方法。CPR用于对心脏病发作、电击、胸部创伤以及许多其它原因后经受心搏停止的人进行复苏。心搏停止期间，心脏停止泵送血液，经受心搏停止的个人很快由于大脑缺乏血液供给而经受脑部损伤。于是，CPR要求反复胸部按压，以挤压心脏和胸腔从而泵送血液到全身。普遍已知CPR与胸部按压能够解救心搏停止患者，特别是当心搏停止后立即施用时。

胸部按压要求提供胸部按压的人员对患者胸骨进行每分钟80至100次反复向下按压。但是，当要求长时间胸部按压时，难以(若非不可能)对心脏和胸腔维持足够按压。即使有经验的医护人员也不能维持足够的胸部按压达数分钟。

由于CPR质量对于患者生存至关重要，需要采用机械自动化的CPR装置以代替可靠性较差的长时人工胸部按压。这些装置以周期性方式对受者的胸部进行按压和减压。EP1915980描述了一种自动化的CPR装置。传动装置将交变转动元件的交变旋转运动转换为复苏装置中的线性往复运动。所述交变转动元件从例如电机或液压系统输入转动能量。EP1915980的主要缺点是电机未在接近其最优工作区域处运行。对于自动化的CPR装置，这不是最优方案，其中因为电机与人体胸部特性不匹配，能量消耗非最优。因为自动化的CPR装置需便携，重量与能量效率是重要因素。须考虑以下因素。

为应用自动化的CPR，需以特定的所需梯形位移型线按压胸部。这种型线的实例示于图1。这是每分钟90次按压频率所需的按压波形。达到图1中按压波形所要求的力示于图2中。

人体胸部的力-按压关系示于图3。对于最初三厘米按压，胸部较为柔顺，相对较小的力已足够。对较大按压深度，胸部变得非常有刚性且所需力猛烈增大。

能量消耗的重要方面是电机反复加减速以获得图1所示的所需按压型线。典型地，电机每分钟转速须改变，从几乎为零到大约5000rpm，减速到0rpm，再以相反方向加速到5000rpm并再次制动为0rpm。较大角加速度要求较大扭矩，因此需较大电流，以及尽可能小的转动惯量。将转动惯量以及特定按压型线所需角速度和加速度减至最小，便于降低能量消耗。

首先考虑具有无刷直流电机的系统，所述无刷直流电机由具有给定顺从电压的电流控制伺服放大器驱动。每分钟最高转速与最大电机扭矩分别由最高电压与电流确定。电机转角或电机转动周数与胸部衬垫位置X之间的传动比T假定为恒定。当T较小时，电机以非常高转速运行并具有较小扭矩。因此，胸部衬垫快速加速是可能的，但不能施加较大力矩和力。这对于较小按压深度是可接受的，但对于更大按压深度，作用力与作用力矩将非常大。因此，电机不能有效提供该高扭矩且不能实现所需按压深度，同时消耗非常大电流；电机运转因此低效。

对于较大T，电机将以低转速n运转。因此胸部衬垫加速度较低，可提供较大力矩与较大的力。对于高加速度，要求高电机电压，电机未处于其最高效区域。为使效率最佳，显示电机应在约其最高角速度的80至85％下运转。但是对于高质量CPR，需要具有约100ms的较短上升时间的按压脉冲；因此不可接受较大T。

由前所述明显可知，T的正确选择不是直接获得的。要求在加速度与所需力之间加以均衡；因而对于高度非线性的人体机械负载，固定传动比并非最优。此外，由于不同个人胸部特性具有明显差异，最优T可能根据不同个体显著变化。

发明内容

本发明目的是提供一种自动化的CPR装置，它在更优的工作区域运转，即更为节能。

根据本发明一个方面，本发明涉及一种用于周期性按压患者胸部的自动化的CPR装置，包括：

-具有第一可移动单元和第二可移动单元的前部结构，所述第一可移动单元和第二可移动单元布置成沿所述前部结构往复移动；

-用于安置在患者背部后方的背部支承，所述背部支承被布置成将所述前部结构相对于所述患者背部保持在固定位置；

-胸部衬垫；

-两个臂，所述两个臂分别通过一端与所述胸部衬垫可转动地连接，并且所述两个臂分别与第一可移动单元和第二可移动单元中的相应一个可转动地连接；以及

-驱动装置，所述驱动装置布置成在操作时驱动所述第一可移动单元和第二可移动单元往复运动，使得所述胸部衬垫周期性按压所述患者胸部。

根据本发明的CPR装置具有若干优点。由胸部衬垫的上部位置起始，胸部衬垫的竖直位移大于可移动单元的水平位移。这有利于电机加速，因为为获得胸部衬垫的相对较大运动需要电机转角变化相对较小。折衷的是竖直方向力相应地减小。随着胸部衬垫增大的竖直位移，两臂之间的角度减小，且结果使竖直与水平位移之间的比值减小，竖直与水平方向力之间的比值增加。于是传动装置具有随着按压深度而变化的位移与力之间的可变关系。如需要，在较小按压深度，可实现较小力与较高加速度，而在更大按压深度，可实现较高输出力与较低加速度。于是，在初始按压阶段，传动比较小，并且传动比随按压深度而增大。因为传动比随着按压深度变化而以连续方式改变，它因此可形成连续可变传动。对于高度非线性的人体机械负载，这种传动为更佳匹配，其便于处理具有各种胸部特性的人体。以此方式，CPR装置在更优工作区域运行，即更具能效并消耗更少能量。因此，需更小电池，根据本发明于是节省CPR装置的重量与尺寸。该V型传动结构因此可满足自动化的CPR装置的传动需要。

在一个优选实施例中，自动化的CPR装置的前部结构包括带螺纹的从动心轴，且所述第一可移动单元和第二可移动单元布置成与带螺纹心轴接合以沿所述前部结构往复移动。使用带螺纹的心轴或螺杆状结构允许对可移动单元、由此对紧贴患者胸部的胸部衬垫进行快速精确控制。以此方式，由例如旋转电机所驱动的心轴的旋转运动被转换为胸部衬垫的平移或直线运动。如果需要，该实施例可使可移动单元与多个心轴接合。

在另一优选实施例中，心轴包括具有相反导程方向的两个部分，以便在相反方向移动所述第一可移动单元和第二可移动单元。有利地，可使用一个心轴，该心轴具有相反螺纹的两个部分，使得心轴在一个方向的驱动旋转使可移动单元彼此朝向移动，在相反方向的驱动旋转使其彼此远离移动。相应地，胸部衬垫对患者的胸部进行按压和减压。仅使用一个心轴节省了重量与资金，允许采用一个电机驱动一个心轴的简单构造，便于两个臂的同步运动，由此胸部衬垫紧贴患者的胸部进行所需对称运动。

在另一优选实施例中，自动化的CPR装置的前部结构包括带系统，带系统包括带与滑轮，所述带布置成由滑轮驱动并绕着所述滑轮成环，所述第一可移动单元和第二可移动单元与所述带连接以沿所述前部结构往复移动。有利地，带驱动的系统比心轴结构更为价廉、具有更低摩擦并产生更少机械噪声。更低摩擦导致更少热量生成以及更少能量消耗；因此需要更小电池容量以及更小驱动装置或电机。此外，省略心轴以及螺纹接合的可移动单元也导致更低重量和具有更低重心的非常紧凑的结构高度。

在另一优选实施例中，所述带系统包括用于带环绕的另一滑轮，所述带系统沿前部结构延伸，所述第一与所述第二可移动单元均布置成连接在带系统的相应的互不包含(exclusive)的侧部上，以使其沿相反方向彼此相对移动。有利地，带在一个方向的驱动旋转使得可移动单元彼此朝向移动，带在相反方向的驱动旋转使其彼此远离移动。相应地，胸部衬垫对患者的胸部进行按压与减压。

在其它优选实施例中，采用链与链轮而非两前述实施例所述的带与滑轮。这具有耐用和刚性的优点。也防止链相对于链轮滑动，由此具有快速响应时间并且准确。

在另一优选实施例中，前部结构包括刚性装置，所述装置用于引导所述第一可移动单元和第二可移动单元沿所述前部结构往复运动。由于带系统具有比心轴结构更加略呈柔性的结构，更为有利的是可使用例如某些类导轨以引导可移动单元运动。

在另一优选实施例中，驱动装置选自包括可提供旋转力或直线力的电磁、气动，或液压电机的群组。本发明有利地利用旋转或直线运动并将其转换为胸部衬垫在胸部方向的平移或直线运动。使用电磁电机、特别是伺服控制的电磁电机的一个优点是获得所需按压波形的最优力脉冲，即所述力对特定患者及其身体/胸部特性进行个体化。

另一自动化的CPR装置为US2004/0230140所述的LUCAS机器。该装置包括气动驱动的压缩机单元，所述压缩机单元往复驱动胸部接触衬垫以对受者胸部进行机械按压/减压。在CPR操作过程中，受者静止为俯卧位。压缩机单元在受者胸部竖直上方由机械支承，使得接触衬垫与胸骨附近的受者胸部机械接触。对本发明有利的是，已证明其可提供更好受控按压深度，即提供更为个体化的按压力，因具有更轻重量和更低重心从而更稳定安全，由于具有更高能效而具有更长操作时间，并且产生更低的噪声。

附图说明

以下仅通过实例并参考附图描述本发明实施例，其中：

图1显示所需按压波形的图表。

图2显示为获得图1的按压波形所需力的图表。

图3显示对于常人而言弹性力相对于按压深度的图表。

图4显示根据本发明实施例自动化的CPR装置的示意性正视图。

图5显示根据本发明实施例自动化的CPR装置的透视正视图。

图6显示根据本发明实施例自动化的CPR装置的三个阶段的示意性正视图。

图7显示具有两个不同的传动装置的系统的仿真能量消耗的图表。

图8显示根据本发明实施例的带驱动的自动化的CPR装置的带系统的示意性视图。

具体实施方式

图4显示用于周期性按压患者胸部的自动化的CPR装置的示意性视图。CPR装置包括用于安置在患者背部后方的背部支承41。两个直立柱42a、42b在其下部附连到背部支承41。前部结构43连接到直立柱42a、42b的上部。背部支承41布置成相对于患者背部将前部结构43保持在固定位置或相对固定位置。如果没有背部支承41，在操作时整个CPR装置具有远离患者胸部移动的趋向。前部结构43包括布置成沿所述前部结构43往复移动的第一可移动单元44a和第二可移动单元44b。CPR装置还包括布置成接触并对患者胸部进行按压/减压的胸部衬垫46。胸部衬垫46可包括或可布置成将力分布在胸部区域上，粘合层可施加在胸部衬垫46上以便更好地附连到患者的胸部。两个臂45a、45b分别通过一端可转动地与胸部衬垫46连接，每一臂可转动地与第一可移动单元44a和第二可移动单元44b中的对应一个连接。在胸部衬垫46的间隔开的点处或优选地在具有共用转轴或枢轴的单个共用点处，两个臂45a、45b可转动地或枢转地与胸部衬垫46连接。CPR装置还包括驱动装置47、48(以及图5中的51、52)，驱动装置布置成在操作时驱动第一可移动单元44a和第二可移动单元44b往复运动，使得胸部衬垫46周期性按压患者的胸部。驱动装置优选地包括电磁电机48，或更具体地为提供转动力的有刷(无刷)直流电机，但气动或液压装置也可布置成提供第一可移动单元44a和第二可移动单元44b的所需运动。电机48优选为伺服控制。电池给电机48提供能量。电机48布置成转动大齿轮、嵌齿轮或滑轮47，大齿轮、嵌齿轮或滑轮又驱动心轴、或轴51、52。两个臂45a、45b可经由具有减小摩擦的滚珠丝杠与心轴连接。优选地，心轴被分成具有相反导程方向的两个部分51、52。当电机48例如顺时针转动时，可移动单元44a、44b与臂45a、45b向内移动，当电机48逆时针转动时，可移动单元44a、44b与臂45a、44b向外移动。

在图6正视图中显示自动化的CPR装置的三个阶段。在待机位置时，第一可移动单元44a和第二可移动单元44b被安置在前部结构43的外部部分处，因此，胸部衬垫处于其顶部位置。患者可放置成使其背部朝向背部支承41，而身体前部面向所述前部结构43。电机48开始转动心轴51、52，于是将第一可移动单元44a和第二可移动单元44b与臂45a、45b一起向内驱动，因此胸部衬垫46朝向患者移动，直至衬垫与胸部接触，于是达到起始位置。两个臂之间角度约为140度。胸部衬垫随后分别在起始与终止位置之间移动。电机48再逆时针转动，整个运动反向、且再次达到起始位置。以此方式，胸部衬垫46周期性按压患者的胸部。电机48的旋转运动因此被转换为胸部衬垫46的平移运动。

典型的所需按压深度在4至6厘米之间，所需的力可大到800N。计算表明电机的旋转运动向平移运动的转换可输出约1000N。在图7中显示具有两个不同传动装置的系统的仿真能量消耗，其中一个具有根据本发明的V型臂传动装置，另一个具有1.67的恒定最优齿数比的传动装置。该仿真已根据测试系统的实验数据被标定，它们在实验数值的10％以内。对这两种情况，传动装置参数以及PID控制均被优化以获得最低功率。显然根据本发明具有可变传动比的装置具有显著减小的能量消耗，对于4至5cm按压深度而言，若所有其它因素相同，能量消耗约降低30至40％。所述系统的另外优点是CPR装置的对称性，这保证仅在竖直方向运动，这也使得力沿V型臂分布。

图8中显示根据本发明实施例的带驱动的自动化的CPR装置的带系统的示意性视图。参见上图，电机与齿轮系统(未图示)顺时针方向84驱动滑轮82a中的一个。一个臂45a与第一可移动单元83a连接，所述第一可移动单元在带系统的专用侧81a与所述带连接，于是将向右移动。另一臂45b与第二可移动单元83b连接，所述第二可移动单元在带系统的另一专用侧81b与所述带连接，于是将向左移动。因此，胸部衬垫46将向下朝向患者移动。参见下图，使得电机方向反向85将导致臂45a、45b与胸部衬垫46以相反方向移动。优选地，带系统配置成使得滑轮水平转动，即在平行于患者背部的平面上。但是，带系统也可配置成使得滑轮竖直转动，即在垂直于患者背部的平面并且沿着前部结构43的延伸部。在该情况下，臂45a、45b中的一个比另一个更长。带优选地由聚合物材料制成。本发明优选地使用齿形或同步的带和滑轮。所述带具有均匀间隔的横向齿，横向齿啮合在滑轮外周上的配合槽中。

对于链系统，工作原理与前述实施例相似，其不同之处在于滑轮和带分别由链轮和链代替。

提出所公开实施例的特定具体细节的目的在于说明而非限定，以对本发明提供明确且完整的理解。但是，本领域技术人员应理解，本发明可以以与此处所提出细节未必严格相符的其它实施例加以实施，而不显著偏离所公开内容的精神和范围。例如，本发明不限于所要求的仅有两个臂、两个可移动单元、两个滑轮或两个链轮的CPR装置。此外，为使本文简明，将已熟知的仪器、电路与方法的详细描述加以省略，以避免不必要的详述和可能的混淆。

Claims

1.一种用于周期性按压患者胸部的自动化的CPR装置，包括：

-胸部衬垫；

2.如权利要求1所述的自动化的CPR装置，其特征在于，所述前部结构包括带螺纹的从动心轴，所述第一可移动单元和第二可移动单元被布置成与所述带螺纹的心轴接合以便沿着所述前部结构往复移动。

3.如权利要求2所述的自动化的CPR装置，其特征在于，所述心轴包括具有相反导程方向的两个部分，以便在相反方向移动所述第一可移动单元和第二可移动单元。

4.如权利要求1所述的自动化的CPR装置，其特征在于，所述前部结构包括带系统，所述带系统包括带与滑轮，所述带布置成由所述滑轮驱动并绕着所述滑轮成环，所述第一可移动单元和第二可移动单元与所述带连接以便沿着所述前部结构往复移动。

5.如权利要求4所述的自动化的CPR装置，其特征在于，所述带系统包括用于所述带环绕的另一滑轮，所述带系统沿所述前部结构延伸，所述第一可移动单元和所述第二可移动单元分别被布置成连接在所述带系统的相应的互不包含的侧部上，以便相对彼此沿着相反方向移动。

6.如权利要求1所述的自动化的CPR装置，其特征在于，所述前部结构包括链系统，所述链系统包括链和链轮，所述链被布置成由所述链轮驱动并绕着所述链轮成环，所述第一可移动单元和第二可移动单元与所述链连接，以便沿着所述前部结构往复移动。

7.如权利要求6所述的自动化的CPR装置，其特征在于，所述链系统包括用于所述链环绕的另一链轮，所述链系统沿着所述前部结构延伸，所述第一可移动单元和所述第二可移动单元分别布置成连接在所述链系统的相应的互不包含的侧部上，以便相对彼此沿着相反方向移动。

8.如权利要求4至7任一所述的自动化的CPR装置，其特征在于，所述前部结构包括用于引导所述第一可移动单元和第二可移动单元沿所述前部结构往复运动的刚性装置。

9.如前述任一权利要求所述的自动化的CPR装置，其特征在于，所述驱动装置选自包括提供转动力的电磁、气动或液压电机的群组。