CN105307618B - 轻量化机电式胸部按压装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于对患者胸部施加心肺按压的机电式CPR装置(10,11)，该装置采用胸部按压器(20)、一个或多个绑带(40)和按压控制器(30)。胸部按压器(20)的重量自支撑在患者胸部上，且包括作为组件安装在壳体(100)内的电机(50)、机械传动器(60)、线性致动器(70)和按压头(80)，其中线性致动器(70)将由电机(50)和机械传动器(60)产生的旋转运动转换成按压头(80)的线性运动，以对患者的胸部施加按压力(21)。绑带(40)围绕病人缠绕且连接于胸部按压器(20)。按压控制器(30)在胸部按压器(20)之外且给电机(50)施加电源和控制信号，以便供电和控制对患者胸部施加的按压力(21)。

Description

轻量化机电式胸部按压装置
技术领域
本发明通常涉及机电式心肺按压(“CPR”)装置。本发明具体涉及包括胸部按压器和按压控制器的机电式CPR装置，其中该胸部按压器足够轻，以至于能自支撑地放置在患者胸部上，该按压控制器用于操作胸部按压器，以产生对患者来说高质量的按压。
背景技术
胸部按压循环包括按压阶段和释放阶段。具体而言，按压阶段包括在胸骨区域的胸部按压，以挤压心室，由此使含氧血液流向重要器官，释放阶段包括胸部扩张，由此使心室重新填充血液。对于高质量的胸部按压来说，重要的是在释放阶段中足够量的血液返回到心室。然而，如果较重的胸部按压器坐放在患者胸部上，那么胸部扩张受到限制，由此因返回到心室的血液量减少，所以血液灌注没那么好。
机电式CPR装置通常重20磅或以上。由于这个重量，如果CPR装置直接坐放在患者胸部上，那么CPR装置将提供会影响CPR按压效果的预负荷。为了避免胸部的预负荷，活塞型机电式CPR装置通常会使用具有连接于刚性背板的刚性支腿的组件，在患者胸部上方抬起按压单元。为了适应可能的患者尺寸范围，这种刚性支撑机构必须提供高度调节，以使按压头安置在患者胸部上。当按压力推挤患者胸部时，相等且相反的反作用力拉拽支腿和背板结构。对支腿和背板以及高度调节机构的需要，增加了整个系统的重量和尺寸，并且增加了设置系统和启动按压所需要的时间。
发明内容
本发明将控制器从胸部按压器分离，由此使胸部按压器的重量显著减小到足够轻，以至于能直接坐放在患者胸部上，且没有刚性支撑结构。所以，胸部按压器可以使用简单的缠绕-围绕绑带固定到患者上。在操作中，胸部按压器按压头的向下的力被绑带抵消，以有效地按压患者胸部。
本发明的一种形式是CPR装置，该CPR装置采用胸部按压器、通过电源/控制电缆连接于胸部按压器的按压控制器、和围绕患者缠绕且连接于胸部按压器的一个或多个绑带。胸部按压器包括一组安装在壳体内的电机、机械传动器、线性致动器和按压头，且还可以包括位置传感器和/或力传感器。在操作中，胸部按压器自支撑在患者胸部上，且按压控制器为电机施加电源和控制信号，以致动按压头做线性运动，以便给患者胸部施加受控的按压力。
附图说明
从下面结合附图阅读的本发明各种实施例的详细描述，本发明的上述形式和其他形式以及本发明的各种特征和优点，将变得更加明显。详细描述和附图仅是本发明的示例，而不是限制，本发明的范围通过所附权利要求及其等同表述来限定。
图1A示出了根据本发明的CPR装置的第一示例性实施例。
图1B示出了根据本发明的CPR装置的第二示例性实施例。
图2A和2B示出了根据本发明的胸部按压器的示例性实施例。
图3A和3B示出了根据本发明的线性致动器的第一示例性实施例。
图4A和4B示出了根据本发明的线性致动器的第二示例性实施例。
图5A和5B示出了根据本发明的线性致动器的第三示例性实施例。
图6A和6B示出了根据本发明的线性致动器的第四示例性实施例。
图7A和7B示出了根据本发明的线性致动器的第五示例性实施例。
图8示出了根据本发明的按压控制器的示例性实施例。
具体实施例
参照图1A，本发明的机电式CPR装置10提供患者P胸部(以剖面图示出)高质量的按压。为此，CPR装置10采用胸部按压器20、按压控制器30和绑带40。在操作中，胸部按压器20自支撑在患者P胸部的胸骨区域上，使用绑带40围绕患者P缠绕且连接于胸部按压器20的侧面。按压控制器30通过电源/控制电缆12给胸部按压器20提供电源和控制信号，以便给患者P的胸部施加周期性的按压力21。胸部按压器20的轻量化有利于患者P的高质量胸部按压，包括在胸骨区域的胸部按压，以挤压患者P的心脏H的心室，由此使含氧血液流向重要器官，和不受限制的患者P的胸部扩张，由此使血液重新填充心脏H的心室，且没有被胸部按压器20的重量所阻止。具体而言，胸部按压器20的轻量化具有微不足道的由按压力21内的箭头表示的预负荷，该预负荷不会影响CPR按压的效果。
图1B示出了本发明的机电式CPR装置11，该CPR装置采用替代绑带40的背板43，背板43通过一对绑带41和42联接于胸部按压器20。采用胸部按压器20和按压控制器30，CPR装置11为患者P的胸部提供了与CPR装置10相同的高质量按压。
现在将在本文中描述图2-7，以便于胸部按压器20的自支撑和轻量化特征的理解。
参照图2A，胸部按压器20包括一组安装在壳体100内的电机50、机械传动器60、线性致动器70和按压头80。
出于胸部按压的目的，本文中电机50被宽泛地定义为在结构上被配置成产生旋转运动的任何电机，且本文中机械传动器60被宽泛地定义为在结构上被配置成用于将电机50旋转运动降低并传递到线性致动器70的任何传动器。适用于胸部按压器20的电机50的示例包括(但不限于)无刷DC电机。适用于胸部按压器20的机械传动器60的示例包括(但不限于)齿轮机构/箱和滑轮/皮带系统。
同样出于胸部按压的目的，本文中线性致动器70被宽泛地定义为在结构上被配置成将旋转运动转换为线性运动的任何致动器，且本文中按压头80被宽泛地定义为在结构上被配置成响应于往复线性运动的任何物品，以便以特定的分布方式给患者P的胸部施加周期性按压力(例如，沿着按压头80与患者P物理接触的按压表面基本上均等的力分布)。
胸部按压器20还可以包括用于确定相对于基线位置的按压头80的位置的位置传感器90，和用于确定施加到患者P的胸部的按压力大小的力传感器。
在实施中，部件50-80和可选部件90和91可以以对患者的胸部施加微不足道的预负荷的任何构造方式组装和安装在壳体100内。在如图2A所示的一个实施例中，CPR装置20的未致动状态包括按压头80缩回到基线位置，由此使按压头80的按压表面(未示出)与壳体100的底部表面上的开口(未示出)平齐或延伸穿过该开口。对于这个实施例，按压头80的按压表面将胸部按压器20支撑在患者P的胸部的胸骨区域上，同时在患者P的胸部的胸骨区域上施加微不足道的预负荷。在替代实施例中，CPR装置20的未致动状态包括按压头80缩回基线位置，由此使按压头80的按压表面缩回壳体100内。对于这个实施例，壳体100的底部表面将胸部按压器20支撑在患者P的胸部的胸骨区域上，同时在患者P的胸部的胸骨区域上施加微不足道的预负荷。
此外，绑带40通过适于对壳体100施加反按压力44的任何方式联接于壳体100的侧面，该绑带不会在患者P的胸部的胸骨区域上显著增加胸部按压器20的预负荷。具体而言，绑带40是可调节的，以适应不同患者尺寸，并且将绑带40连接到胸部按压器20的过程可包括一些张紧。因此，在实施中，胸部按压器20和绑带40的设计应当确保按压头81的足够行程，以拉紧绑带40的任何松弛，所以张紧度不是临界调整，且CPR装置40的操作者不会倾向于过度张紧绑带40.
在操作中，如图2B所示，胸部按压器20的致动状态的按压阶段包括通过按压控制器30(图1)致动电机50，由此使按压头80从基线位置到各个按压位置之一，其中根据由按压控制器30执行的按压算法，按压位置的范围从最小按压位置(例如，零(0)英寸)到最大按压位置(例如，用于成人的二(2)英寸)。按压头80从基线位置到按压位置的延伸在壳体100上施加向上的反作用力23，该反作用力被绑带40的反按压力44抵消。
根据由按压控制器30执行的按压算法，胸部按压器20的致动状态的释放阶段包括按压头缩回到如图2A所示的基线位置或较小的按压位置。同样，根据由按压控制器30执行的按压算法，胸部按压器的致动状态将循环经过按压阶段(图2B)和释放阶段(图2A)。
现在将在本文中描述图3-7，以便于理解线性致动器70的各种实施例，该线性致动器70将来自电机50和机械传动器60的旋转运动转换为用于按压头80的往复线性运动。
图3A和3B示出了电机驱动的滚珠丝杠形式的线性致动器70的第一实施例。在一种形式中，在按压阶段中，丝杠71通过电机50和机械传动器60的按压向前运动随着按压旋转运动51C旋转，由此使螺母72被沿向下方向线性偏移，以使按压头81在如图3A所示的向下按压运动21C中线性延伸。在释放阶段，丝杠71随着电机50和机械传动器60的缩回旋转运动51R旋转，由此使螺母72被沿向上的方向线性偏移，以使按压头81在如图3B所示的向上缩回运动21R中线性缩回。在实施中，按压头81连接于螺母72，且螺母72在通道或其他滑动路径(未示出)中滑动，以防止螺母72旋转。
在替代形式中，在按压阶段，螺母72通过电机50和机械传动器60随着按压旋转运动51C转动，由此使丝杠71被沿向下方向线性偏移，以使按压头81在如图3A所示的向下按压运动21C中线性延伸。在释放阶段，螺母72通过电机50和机械传动器60随着释放旋转运动51R转动，由此使丝杠71被沿向上方向线性偏移，以使按压头81在如图3B所示的向上缩回运动21R中线性缩回。在实施中，按压头81连接于丝杠71，且丝杠71在通道或其他滑动路径(未示出)中滑动，以防止丝杠71旋转。
图4A和4B示出了往复凸轮机构形式的线性致动器70的第二实施例。机械传动器60具有连接于凸轮73的轴61，且按压头81通过联接器82机械地联接于凸轮73并通过支架83线性对齐。在按压阶段，轴61通过电机50随着旋转运动52沿一个方向(例如，顺时针方向)转动，由此使凸轮73沿向下方向转动地偏移，以使按压头81在如图4A所示的向下按压运动21C中线性延伸。在释放阶段，凸轮73被沿向上方向转动地偏移，以使按压头81在如图4B所示的向上缩回运动21R中线性地缩回。
在实施中，凸轮73的形状可以被设计为具有恒定半径的截面，以提供驻留，由此使轴61可以在按压头81的完全按压位置或按压头81的完全缩回位置暂停。此外，凸轮73的形状可以被设计为具有变化的半径，以产生非线性作用力曲线。
图5A和5B示出了齿条和小齿轮形式的线性致动器70的第三实施例。机械传动器60具有连接于小齿轮75的轴61。在按压阶段中，小齿轮75通过电机50和机械传动器60的按压向前运动随着按压旋转运动53C转动，由此使齿条74沿向下的方向被线性偏移，以使按压头81在如图5A所示的向下按压运动21C中线性延伸。在释放阶段，小齿轮75通过电机50和机械传动器60的缩回旋转运动随着释放旋转运动53R转动，由此使齿条74被沿向上方向线性偏移，以使按压头81在如图5B所示的向上缩回运动21R中线性缩回。
图6A和6B示出了为双侧往复齿条和小齿轮形式的线性致动器70的第四实施例。机械传动器60具有连接于小齿轮77的轴61，在按压阶段，小齿轮77通过电机50和机械传动器60随着旋转运动54C转动，由此使齿条78被沿向下方向线性偏移，以使按压头81在如图6A所示的向下按压运动21C中线性延伸。在释放阶段，小齿轮77通过电机50和机械传动器60随着旋转运动54C转动，由此使齿条78沿向上的方向被线性偏移，以使按压头81在如图6B所示的向上缩回运动21R中线性缩回。
图7A和7B示出了V型驱动器79形式的线性致动器70的第五实施例。机械传动器60具有连接于V型驱动器79的枢转点111和枢转点112的滑轮/绳索系统(未示出)，该系统通过由电机50产生的旋转运动操作。在按压阶段，电机在按压运动中转动，拉动滑轮/绳索系统，使枢转点111和112沿着滑动杆110相互靠近地滑动，由此使V型驱动器79的枢转点113被沿向下的方向线性偏移，以使按压头81在图7A所示的向下按压运动21C中线性延伸。在释放阶段，电机在释放运动中转动，拉动滑轮/绳索系统，使枢转点111和112沿着滑动杆110相互远离地滑动，由此使V型驱动器79的枢转点113被沿向上的方向线性偏移，以使按压头81以图6B所示的向上缩回运动21R线性缩回。
回过来参照图1，按压控制器30在本文中被宽泛地定义为在结构上被配置成具有用于给胸部按压器20供能和用于通过施加到电机50的控制信号来控制循环按压力21的一个或多个参数的硬件、软件和/或固件的任何控制器。参数包括但不限于按压力21的频率、按压力21的持续时间、按压力21的大小曲线和按压力21的深度。
在一个实施例中，如图8所示，按压控制器30采用用户界面33、系统控制器33、电机控制器32和电源34。用户界面33提供显示和按钮和/或触摸屏控制。系统控制器33被设计成根据用户指令和为胸部按压器20编程的力曲线来控制CPR装置的整个操作，且电机控制器32根据指令的作用力曲线产生电机所需的控制信号。
在一个控制实施例中，按压头81的作用力通过闭环伺服机构来控制，该伺服机构具有在反馈回路中被采用的位置传感器90(图2)和/或力传感器91(图2)。具体而言，临床证据表明，随着按压深度的增加，所需要的按压力也增加。因此，随着按压头81线性延伸到按压位置，作用力曲线需要增加电机30的转矩，这需要施加到电机30的电流按比例增加。
参照图1、2和8，在操作中，电源/控制电缆12连接于胸部按压器20的电缆连接器101和按压控制器30的电缆连接器35。这种连接便于电源/控制信号从电机控制器32传送到电机30，以及位置信号从位置传感器90和力信号从力传感器91传送到系统控制器31。
在实施中，按压控制器30还可以是用于记录CPR事件的永久性存储器(例如，闪存驱动器)；用于集成CPR装置10和其他医疗装置和/或电子患者护理记录系统的通信技术；和/或电池充电器。
参照图1-7，本领域的普通技术人员将会理解本发明的许多优点，包括但不限于来自轻量化机电式CPR装置的高质量的胸部按压。
尽管已经示出和描述了本发明的各种实施例，但本领域技术人员应当理解的是，本文中所描述的本发明的实施例是说明性的，且可以作出的各种改变和修改以及可以用等同元件替代本发明的元件，而没有脱离本发明的真正范围。此外，为适应本发明的教导，可以作出许多修改而没有脱离本发明的中心范围。所以，本发明并非限制于作为设想到的实现本发明的最佳模式公开的特定实施例，而是本发明包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (15)

1.一种用于对患者胸部施加心肺按压的机电式CPR装置(10,11)，所述CPR装置(10,11)包括：
胸部按压器(20)，所述胸部按压器(20)包括作为组件安装在壳体(100)内的电机(50)、机械传动器(60)、线性致动器(70)和按压头(80)，
其中所述胸部按压器(20)的重量可由在患者胸部上的所述胸部按压器自支撑，且
其中所述线性致动器(70)将由所述电机(50)和所述机械传动器(60)产生的旋转运动转换为所述按压头(80)的线性运动，以对患者的胸部施加周期性按压力(21)；
至少一个绑带(40)，所述绑带可操作地被配置成至少部分地围绕患者缠绕且连接于所述胸部按压器(20)，所述至少一个绑带(40)适于在所述按压头(80)的延伸期间抵消由所述按压头(80)施加在所述壳体(100)上的向上的反作用力；和
按压控制器(30)，所述按压控制器在所述胸部按压器(20)外部且可操作地被配置成给所述胸部按压器(20)施加电源和根据指令的作用力曲线产生施加给所述电机(50)的控制信号来控制所述周期性按压力(21)的一个或多个参数，所述一个或多个参数包含所述周期性按压力(21)的大小曲线和所述周期性按压力(21)的深度；以及
电源/控制电缆(12)，所述电源/控制电缆(12)被配置成将所述胸部按压器(20)连接到所述按压控制器(30)。
2.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述电机(50)是无刷直流电机。
3.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述机械传动器(60)包括齿轮机构和滑轮/绳索系统中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述线性致动器(70)包括电机驱动的滚珠丝杠(71,72)。
5.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述线性致动器(70)包括凸轮机构(73)。
6.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述线性致动器(70)包括齿条和小齿轮机构(74,75)。
7.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述线性致动器(70)包括往复齿条和小齿轮机构(77，78)。
8.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述线性致动器(70)包括V型驱动机构(79)。
9.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述至少一个绑带包括具有可操作地被配置成连接于所述胸部按压器(20)的两端的绑带(40)。
10.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，还包括：
可操作地被配置成支撑患者背部的背板(43)，其中所述至少一个绑带包括可操作地被配置成连接于所述胸部按压器(20)和所述背板(43)的一对绑带(40)。
11.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述胸部按压器(20)还包括与所述按压控制器(30)通信以指示相对于所述按压头(81)的基线位置的所述按压头(81)的当前位置的位置传感器(90)。
12.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述胸部按压器(20)还包括与所述按压控制器(30)通信以指示所述按压力大小的力传感器(91)。
13.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述按压控制器(30)对所述按压头(81)的循环按压力执行闭环伺服控制。
14.根据权利要求13所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述闭环伺服控制包括相对于所述按压头(81)的基线位置的所述按压头(81)的当前位置和所述按压力大小的至少一个的反馈指示。
15.根据权利要求1所述的机电式CPR装置(10,11)，其特征在于，所述按压控制器(30)在所述按压头(81)被按压到患者胸部时增加电机(50)的转矩。
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