CN107438876A - Cpr训练系统和方法 - Google Patents

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李晟源
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Alm Laboratory Ltd By Share Ltd
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Abstract

本发明公开了一种心肺复苏(CPR)的训练系统和训练方法。训练系统包括人体模型，胸部按压模块，呼气模块和数据处理模块。胸部按压模块和呼气模块安装在人体模型上并连接到数据处理模块。在训练进程期间，学生在人体模型上实施CPR。数据处理模块评估关于学生实施的胸部按压和救援呼气并提供反馈。训练方法包括将胸部按压模块和呼气模块放置在人体模型上，初始化胸部按压模块和呼气模块以识别人体模型的按压和呼气特性，对人体模型实施CPR，以及基于人体模型的按压和呼气特性来评估CPR。

Description

CPR训练系统和方法
技术领域
本公开涉及用于心肺复苏(CPR)的训练系统和方法。
背景技术
CPR是一种当人不呼吸且没有脉搏时在紧急情况下很有用的救生技术。CPR向大脑和其他重要器官提供维持生命的氧气，直到紧急医疗应急人员到达。CPR训练对于确保安全有效地执行救生技术至关重要。CPR训练系统和方法使用人体模型。
发明内容
问题的解决方案
本发明的一个方面提供了一种用于CPR训练的方法。所述方法包括以下步骤中的一个或多个：
提供人体模型，所述人体模型包括内部结构和装配在所述内部结构上的可移除的皮肤，所述内部结构包括对应于人体的肋骨架的框架；
提供按压垫，所述按压垫包括壳体、至少一个力传感器、容纳在所述壳体内的至少一个加速度传感器，所述至少一个力传感器被配置成检测施加到所述按压垫上的力，所述至少一个加速度传感器被配置为检测施加到所述按压垫上的加速度；
提起或移除所述皮肤以暴露所述框架的至少一部分；
随后将所述按压垫放置在所述框架上；
随后将所述皮肤装配在所述内部结构上，使得所述按压垫位于所述人体模型的皮肤下方的胸部区域中；
在所述人体模型的胸部区域上实施初始化按压的序列，该序列施加所述至少一个力传感器和所述至少一个加速度传感器能够分别检测的力和加速度；
响应于所述初始化按压，提供由所述至少一个力传感器产生的初始化力信号和由所述至少一个加速度传感器产生的初始化加速度信号；
处理所述初始化加速度信号以产生表示由所述初始化按压引起的所述按压垫的位移的初始化位移信号；
处理所述初始化力信号和所述初始化位移信号，以提供通过所述初始化按压的所述按压垫的位移和施加到所述按压垫的力之间的相关性；
随后，实施CPR训练进程，其包括在所述人体模型的胸部区域上的训练按压的序列，该序列施加所述至少一个力传感器和所述至少一个加速度传感器能够分别检测的力和加速度；
响应于所述训练按压，提供由所述至少一个力传感器产生的训练力信号；以及
使用所述训练力信号和通过所述初始化按压的位移与力之间的所述相关性计算由所述训练按压引起的位移，其中计算位移不使用由训练按压引起的加速度。
上述方法还包括以下特征中的一个或多个：
其中所述至少一个力传感器包括所述壳体内彼此间隔开的第一力传感器和第二力传感器，
其中所述第一力传感器和所述第二力传感器被配置为产生被处理以提供所述至少一个力传感器的力信号的各自一个力信号，
其中所述按压垫包括第一压板和第一支撑件，所述第一力传感器夹持在所述第一压板和所述第一支撑件之间，
其中所述第一压板包括朝向所述第一力传感器凸起并且被配置为响应于施加到所述按压垫的按压而接触所述第一力传感器的凸起部分。
在上述方法中，所述按压垫还包括：
封装在所述壳体内的印刷电路板(PCB)；
多个接触传感器，每个接触传感器包括第一元件和第二元件；
所述第一元件包括设置在所述壳体的内表面上的多个接触贴片，其中所述多个接触贴片由导电材料制成并且不彼此电连接；以及
所述第二元件包括形成在所述PCB上的一组或多组接触图案，其中每组中的接触图案包括彼此紧密靠近并且朝向所述多个接触贴片中的至少部分接触贴片暴露的两个或更多个电隔离的导电图案。
上述方法还包括以下特征中的一个或多个：
其中所述多个接触贴片布置在所述壳体的内表面上并且所述接触图案布置在所述PCB上，使得当无外力或按压施加到所述壳体时，每个接触贴片面向对应的一组接触图案，同时该接触贴片不接触其对应的一组接触图案，并且
其中当响应于外力或按压施加到所述壳体，所述多个接触贴片中的至少一个接触其对应的一组接触图案时，所述装置被配置为产生接触信号。
上述方法还包括以下特征中的一个或多个：
将计算出的位移实时呈现给实施CPR训练进程的使用者，并且
其中在进行训练按压的同时实时实施提供训练力信号和计算位移，使得在所述人体模型上实施下一次按压之前为每次按压获得位移值。
上述方法还包括以下特征中的一个或多个：
将计算的位移与按压深度的预定范围进行比较以确定CPR训练进程的每次按压是否满足按压深度要求；并且
在使用者在所述人体模型上实施下一次按压之前实时地呈现确定的结果。
上述方法还包括以下特征中的一个或多个：
提供呼气模块，所述呼气模块包括肺袋和连接到所述肺袋的空气压力传感器，使得所述空气压力传感器能够检测所述肺袋内的空气压力；
将所述肺袋与所述人体模型的呼吸腔连接，使得所述人体模型的呼吸腔与所述肺袋在其之间流体连通；
在将所述按压垫放置在所述人体模型的框架上之后并且在将皮肤装配到所述内部结构上之前，将所述肺袋放置在所述按压垫上；
通过所述人体模型的呼吸腔实施初始化呼气的序列，该序列将所述空气压力传感器能够检测的空气吹入所述肺袋；
响应于所述初始化呼气，提供由所述空气压力传感器产生的初始化空气压力信号；
提供初始化呼气的体积信息；
处理所述初始化空气压力信号和所述体积信息以提供由所述初始化呼气引起的初始化呼气的体积与所述肺袋内的空气压力之间的相关性；
随后实施CPR训练进程，还包括通过所述人体模型的呼吸腔的至少一次训练呼气，其将所述空气压力传感器能够检测的空气吹入所述肺袋；
响应于所述至少一次训练呼气，提供由所述空气压力传感器产生的训练空气压力信号；以及
使用所述训练空气压力信号和通过所述初始化呼气的体积和空气压力之间的相关性计算由所述训练呼气引起的体积，其中不为所述至少一次训练呼气检测体积。
上述方法还包括以下特征中的一个或多个：
其中所述CPR训练进程包括多次重复的训练按压和至少一次训练呼气的序列，
其中所述方法还包括：当所述力信号或其对应的位移信号大于预定按压阈值时，确认按压，并且当所述空气压力或其对应的体积大于预定呼气阈值时，确认呼气。
在上述方法中，所述CPR训练进程涉及第一实例：响应于实施训练按压，即使未同时实施呼气，所述空气压力传感器也产生大于所述预定呼气阈值的空气压力信号。
在上述方法中，所述CPR训练进程涉及第二实例：响应于实施至少一次训练呼气，即使未同时实施按压，所述力传感器也产生大于所述预定按压阈值的力信号。
在上述方法中，在所述第一实例或所述第二实例中，鉴于已经确认的紧接先前的按压或呼气的使用者动作，所述方法确定使用者已实施按压或呼气。
在上述方法中，在所述第一实例或所述第二实例中，无论空气压力信号如何，所述方法确定使用者已经实施了按压。
在上述方法中，在所述第一实例或所述第二实例中，如果从紧接先前确认的按压或呼气的使用者动作起所花费的时间短于预定参考时间，则所述方法确定使用者已经实施了按压，其中如果从紧接先前确认的按压或呼气的使用者动作起所花费的时间长于预定参考时间，则所述方法确定使用者已实施了呼气。
在上述方法中，在所述第一实例或所述第二实例中，鉴于紧接先前连续的使用者按压的次数并进一步鉴于CPR训练进程要求的连续按压次数，所述方法确定使用者已经实施按压或呼气，使得如果紧接先前连续的使用者按压的次数小于所述CPR训练进程要求的次数，则确定使用者已经实施另一次按压。
上述方法还包括以下特征中的一个或多个：
将所述肺袋与所述人体模型的呼吸腔连接，使得所述人体模型的呼吸腔与所述肺袋在其之间流体连通；
通过所述人体模型的呼吸腔实施初始化呼气的序列，该序列将空气压力传感器能够检测的空气吹入所述肺袋；
响应于所初始化呼气提供由所述空气压力传感器产生的初始化空气压力信号；
提供初始化呼气的体积信息；
处理所述初始化空气压力信号和所述体积信息，以提供通过所述初始化呼气引起的初始化呼气的体积和所述肺袋内的空气压力之间的相关性；
随后实施CPR训练进程，进一步包括：通过所述人体模型的呼吸腔的至少一次训练呼气，其将空气压力传感器能够检测到的空气吹入所述肺袋；
响应于所述训练呼气，提供由所述空气压力传感器产生的训练空气压力信号；以及
使用所述至少一个训练空气压力信号和通过初始化呼气的体积和空气压力之间的相关性计算由所述训练呼气引起的体积，其中不为所述至少一次训练呼气检测体积。
本发明的另一方面提供了一种用于CPR训练的按压垫装置。所述装置包括以下特征中的一个或多个：
壳体，包括内表面；
封装在所述壳体内的印刷电路板(PCB)；
至少一个力传感器，被配置为检测力；
多个接触传感器，每个接触传感器包括第一元件和第二元件；
所述第一元件包括设置在所述内表面上的多个接触贴片，其中所述多个接触贴片由导电材料制成并且不彼此电连接；
所述第二元件包括形成在所述PCB上的一组或多组接触图案，其中每组中的接触图案包括彼此紧密靠近并且朝向所述多个接触贴片中的至少部分接触贴片暴露的两个或更多个电隔离的导电图案，
其中所述多个接触贴片布置在所述壳体的内表面上并且所述接触图案布置在所述PCB上，使得当无外力或按压施加到所述壳体时，每个接触贴片面向对应的一组接触图案，同时该接触贴片不接触其对应的一组接触图案，并且
其中当响应于外力或按压施加到所述壳体，所述多个接触贴片中的至少一个接触其对应的一组接触图案时，所述装置被配置为产生接触信号。
上述装置包括以下特征中的一个或多个：
其中所述壳体包括形成在所内表面中用于容纳所述多个接触贴片的多个凹部，并且
其中每个接触贴片插入所述多个凹部中的一个凹部，使得插入该凹部的该接触贴片的顶表面位于低于所述内表面的水平，以确保当可操作地安装所述装置时，该接触贴片的顶表面不接触形成在所述PCB上的其对应一组接触图案。
本发明的另一方面提供了一种用于CPR训练的方法。所述方法包括以下特征中的一个或多个：
提供人体模型，所述人体模型包括内部结构和装配在所述内部结构上的可移除的皮肤，所述内部结构包括对应于人体的肋骨架的框架；
提供按压垫，所述按压垫包括壳体和容纳在所述壳体内的多个接触传感器；
提起或移除所述皮肤以暴露所述框架的至少一部分；
随后将所述按压垫放置在所述框架上；
随后将所述皮肤装配在所述内部结构上，使得所述按压垫位于所述人体模型的皮肤下方的胸部区域中；
当在所述人体模型的胸部区域上实施包括胸部按压的CPR训练进程时，检测施加到所述按压垫上的至少一个按压位置，其中由所述多个接触传感器检测所述至少一个按压位置；以及
基于所述至少一个按压位置确定CPR训练进程的胸部按压是否在期望区域上实施。
在上述方法中，确定包括：比较所述至少一个按压位置与按压位置的预定模式。
上述方法包括以下特征中的一个或多个：
其中所述按压垫包括容纳在所述壳体内的至少一个力传感器，并且
其中所述多个接触传感器沿着所述壳体的周边设置在所述壳体内，使得所述多个接触传感器大致围绕所述至少一个力传感器。
上述方法包括以下特征中的一个或多个：
其中所述壳体包括顶盖和底盖，其中所述按压垫包括放置在所述顶盖和所述底盖之间的柔性PCB，
其中所述多个接触传感器包括多个导电贴片，并且还包括形成在PCB上的多组导电图案，
其中所述按压垫被配置为使得当所述多个导电贴片中的一个或多个接触至少一组导电图案时检测所述至少一个按压位置。
附图说明
提供附图以说明本文所述的示例和实施例，并不意图限制本发明的范围。
图1示出了使用人体模型的CPR训练。
图2示出了根据实施例的CPR训练系统的部件。
图3示出了人体模型的皮肤下方的按压垫和呼气模块。
图4示出了根据实施例的使用CPR训练系统的CPR训练。
图5示出了根据实施例的按压垫的分解图。
图6A是根据实施例的按压垫的PCB的仰视图。
图6B是根据实施例的按压垫的PCB的俯视图。
图7示出了人手的大鱼际区和小鱼际区。
图8A示出了按压垫的顶盖的仰视图。
图8B是根据实施例的按压垫的底部的俯视图。
图8C示出了根据实施例的按压垫的立体图。
图9示出了沿着图8C的线9-9所取的按压垫的横截面。
图10A示出了围绕形成在顶盖上的纵向槽的变形。
图10B示出了围绕形成在顶盖上的横向槽的顶盖变形。
图11A示出了沿着图8C的线9-9所取的按压垫的横截面。
图11B示出了在有力情况下图11A的按压垫的的横截面。
图11C示出了根据实施例的按压垫的横截面。
图12A示出了根据实施例的呼气模块。
图12B示出了与肺袋连接器对准的压力传感器。
图12C示出了图12B的空气压力传感器的仰视图。
图12D示出了图12B的肺袋连接器的俯视图。
图13示出了根据实施例的呼气模块安装套件。
图14A-14E示出了根据实施例安装呼气模块。
图15示出了根据实施例的数据处理模块。
图16A-16B示出了图15的数据处理模块的侧视图。
图17示出了根据实施例的CPR训练程序。
图18示出了胸部按压模块初始化的程序。
图19示出了根据实施例的连续按压的信号。
图20示出了对来自图19的连续按压的信号的处理。
图21示出了图19的连续按压的力信号和位移信号。
图22示出了根据实施例将按压力和按压深度相关联。
图23示出了根据实施例用于初始化呼气模块的程序。
图24示出了根据实施例将空气压力和空气体积相关联。
图25示出了在CPR训练进程期间评估按压的程序。
图26示出了根据实施例的按压峰值及其评估。
图27示出了在CPR训练进程期间评估呼气的程序。
图28示出了根据实施例的呼气峰值和评估呼气。
图29-31示出了根据实施例的CPR评估条件表。
图32-34示出了CPR训练序列的力信号和空气压力信号。
图35-38示出了在CPR训练进程期间向使用者反馈的用户界面。
图39示出了单个使用者的CPR训练进程的成绩的总结。
图40示出了显示多个使用者的CPR训练进程的进展的用户界面。
图41示出了显示多个使用者的CPR成绩的总结的用户界面。
图42示出了用于单个使用者的CPR训练进程的报告。
具体实施方式
现在将参考附图来描述本发明的实施例。本文提供的描述中使用的术语不是仅因为其与本发明的某些具体实施例的详细描述结合使用而旨在以任何有限或限制性的方式得到解释。
CPR指南
为了有效地实施CPR，遵循建议的CPR指南(诸如美国心脏协会(AHA)提供的CPR指南)很重要。AHA指南规定了关于胸部按压和救援呼气序列(即呼吸或提供救援呼气)、胸部按压深度、胸部按压速率等的各种标准。根据AHA指南，每次按压应在至少2英寸深，并以每分钟100-120次按压的速率给予。30次按压后，救援人员应提供两次救援呼气。每次呼气都应该是救援人员的正常呼气且都超过1秒钟地给予，同时寻找伤者的胸部上升和返回以提供胸部按压。应向病人提供总共两次呼气，然后救援人员应立即开始再次胸部按压。应持续进行30次按压和两次救援呼气的循环，直到专业救援人员到来。
CPR训练
CPR训练有助于教导学生如何安全有效地实施CPR。在CPR训练期间，学生可以对人体模型练习胸部按压和救援呼气，如图1所示。通常，CPR训练人体模型具有躯干组件和具有口腔和/或鼻腔(未示出)的头部组件。口腔和/或鼻腔可以连接到对应于人肺的肺袋。学生对躯干组件实施胸部按压，并将救援呼气吹到口腔和/或鼻腔中。因此，学生可以根据AHA指南对人体模型练习CPR。
具有集成传感器的人体模型
一些人体模型包括与其身体集成的传感器，用于监测胸部按压和救援呼气。这些配备传感器的人体模型可以检测胸部按压的深度、呼气体积和其他方面的CPR训练成绩，并向学生和教练提供反馈。例如，一些人体模型使用用于监测胸部按压期间人体模型胸部的位移的光电传感器和用于监测救援呼气期间输入肺袋的空气体积的流量传感器。其他人体模型可能没有配备这样的传感器。这些无传感器的人体模型无法提供关于CPR成绩的反馈。
CPR训练系统
图2示出了根据本发明的实施例的CPR训练系统的部件。CPR训练系统10包括人体模型20、传感器模块和数据处理模块18。在实施例中，传感器模块包括按压垫12和呼气模块14。人体模型20在解剖学上代表其上将被实施CPR胸部按压和救援呼气的人体上身。按压垫12用于放置在人体模型20的胸部上并感测人体模型20上实施的胸部按压。呼气模块14用于感测人体模型20上实施的救援呼气。数据处理模块18收集并处理从传感器模块收集的数据。可选地，CPR训练系统10包括与数据处理模块18通信的外部计算设备30。
人体模型
在实施例中，人体模型20提供包括肋骨框架220的躯干组件204，但是不限于此。人体模型20可以包括具有长、窄且平坦形状的胸骨区域222的解剖学表示。在一些实施例中，人体模型20可以具有指示使用者的手应该放置的位置以正确地实施胸部按压的标记。在一些实施例中，弹簧或按压阻尼器可以支撑胸骨区域222的下侧以向躯干组件204提供按压和回弹性质。在实施例中，人体模型20是无传感器的人体模型，但是不限于此。人体模型20具有头部组件202，头部组件202包括可以流体地连接到肺袋214的开放的口腔和鼻部气道210、212。在图3的图示实施例中，躯体组件204包括人体模型皮肤216，其覆盖在肋骨框架220上并可移除以暴露肋骨框架220和肋骨框架支撑件221。在实施例中，人体模型皮肤216是柔性的、弹性的和柔韧的，与人类皮肤相似。在一些实施例中，人体模型皮肤216不可从躯干组件204上移除。
胸部按压模块
在实施例中，胸部按压模块12也被称为按压垫，并且被放置在人体模型20的胸部区域上方，使用者的手将被放置在那里以正确地实施胸部按压。按压垫12检测胸部按压特征以确定使用者是否正确地实施胸部按压。胸部按压特征包括按压位置、按压深度、按压力、按压速率和按压加速度中的一者或多者，但是不限于此。
呼气模块
在实施例中，呼气模块14包括空气压力传感器16和肺袋214。空气压力传感器16流体且气密地连接到肺袋214。空气压力传感器16测量肺袋214内的空气压力。空气压力用于计算最终吹入肺袋214的空气的体积，以便确定使用者对人体模型20是否正确地实施救援呼气。在实施例中，肺袋214是一次性使用或一次性袋，但是不限于此。
数据处理模块
在实施例中，数据处理模块是连接到按压垫12和呼气模块14的专用计算设备18。数据处理模块18包括至少一个处理器、存储器和用于通信和其他功能的电路。数据处理模块18处理由按压垫12和呼气模块14提供的数据。在一些实施例中，与专用计算设备18不同地，数据处理模块通过安装在通用计算机或计算设备中的软件来实现。
外部计算设备
在实施例中，为了进一步处理数据和呈现CPR练习的成绩，数据处理模块18将某些已处理的数据传送到外部计算设备30。在实施例中，外部计算设备30包括显示器，可以在显示器上向使用者提供关于使用者的CPR成绩的及时和实时的反馈。
软件
在实施例中，一个或多个软件模块被存储并运行在数据处理模块18上，用于处理从传感器模块收集的数据。在实施例中，额外软件被存储并运行在外部计算设备30上，这允许使用者查看关于使用者CPR成绩的反馈。
CPR训练程序
在实施例中，CPR训练包括以下步骤：安装部件，初始化传感器模块和CPR训练进程。根据本发明的实施例的CPR训练可以跳过这些步骤中的一个或多个步骤并且可以包括一些额外的步骤。
部件的安装
为了实施CPR训练进程，组装并安装CPR训练系统10的部件。在实施例中，按压垫12和呼气模块14被放置在人体模型20的期望位置并连接到数据处理模块18。
皮肤下方的按压垫
参考图3，从人体模型20的躯干组件204提起或移除皮肤216，并且将按压垫12放置在胸部或胸骨区域222上方。此后，将皮肤216放置在按压垫12上方，使得按压垫12位于人体模型20的皮肤216的下方。对于躯干组件不包括可移除的皮肤的人体模型，按压垫12可以放置在躯干组件的外表面上的位于胸骨区域上方的位置。
对准按压垫
在实施例中，借鉴人体模型20上设置的标记，将按压垫12的中心与胸部或胸骨区域222的中心对准。此外，在实施例中，将按压垫12放置在胸骨区域222上方，使得按压垫12的长度方向与胸骨区域222的长度方向对准。
附接按压垫
在实施例中，使用薄膜粘合剂、魔术贴(Velcro)或其他适当的装置将按压垫12附接到胸骨区域222，使得当实施胸部按压时，按压垫12不会相对于躯干组件204移动。
将呼气模块夹持在皮肤和按压垫之间
在实施例中，安装呼气模块14使得空气压力传感器16连接到肺袋214，肺袋214也连接到人体模型的气道。在实施例中，将肺袋21放置在按压垫12上方，然后将提起或移除的皮肤216放下，使得肺袋21的至少一部分插在按压垫12和皮肤216之间。图3示出呼气模块的肺袋214放置在按压垫12上方的实施例。然后将可移除的皮肤216紧固到人体模型20，使得肺袋214和按压垫12夹持在可移除的皮肤216和肋骨框架220之间。在其他实施例中，肺袋214可以放置在躯干组件204的外侧，使得肺袋214的任何部分都不夹持在按压垫12和皮肤216之间。
初始化传感器模块
在实施例中，在CPR训练进程之前对按压模块12和呼气模块14进行校准和初始化。根据装配该按压模块12的特定人体模型20的胸部按压响应特性对按压模块12进行初始化。类似地，根据空气压力传感器16所连接到的特定肺袋214的容积压力关系对呼气模块14进行初始化。
进行CPR训练进程
在图4所示的实施例中，在对按压垫12和呼气模块14进行校准和初始化之后，使用者可以开始CPR训练进程以接收关于使用者的CPR的反馈。在训练进程期间，CPR训练系统10监测和分析来自按压垫12和呼气模块14的信号，以评估使用者实施的胸部按压和救援呼气。
评估胸部按压
在实施例中，对于在初始化过程中已确定的人体模型的独特按压响应特性，CPR训练系统10基于按压深度和按压力之间的关系来确定和评估CPR训练进程期间实施的胸部按压的按压深度。CPR训练系统还评估CPR训练进程期间的按压速率。
评估呼气
在实施例中，CPR训练系统10基于在呼气模块的初始化中确定的人体模型的独特呼气特性的公式或相关性来评估CPR训练进程期间实施的救援呼气。
CPR训练进程反馈
在实施例中，CPR训练系统10通过将所识别的按压的(最大)按压深度与期望的按压深度的范围进行比较来确定所识别的按压是太强、良好还是太弱。在实施例中，借鉴期望的按压速率，CPR训练系统10还确定使用者是太快、太慢还是以期望的速率实施按压。在实施例中，CPR训练系统10还通过将呼气体积与期望的呼气体积的范围进行比较来确定救援呼气是太强、良好还是太弱。在实施例中，CPR训练系统实时提供CPR训练成绩的反馈。
向学生或使用者的反馈
在实施例中，来自CPR训练系统10的反馈可以显示在外部计算设备30的用户界面上。外部计算设备30可以具有在CPR训练进程期间和之后显示关于使用者的成绩的反馈的用户界面。
监测同时实施的多个训练进程
在实施例中，外部计算设备30可以用于同时监测多个使用者的成绩。也就是说，教练可以利用外部计算设备30来监测一个或多个CPR训练进程。此外，可以保存CPR训练进程的数据并可以在以后查看。
按压垫的层
图5示出了根据本发明的实施例的按压垫12。按压垫12包括彼此堆叠的层。按压垫12包括顶盖104、底盖106和印刷电路板(PCB)48。顶盖104具有外表面122和内表面124(即面向底盖106的表面)。底盖106具有内表面126(即，面向顶盖104的表面)和外表面128。PCB 48位于顶盖104和底盖106之间。PCB 48被顶盖104和底盖106包围。
柔性和可变形的盖
在实施例中，按压垫12的顶盖104和底盖106均具有由诸如胶乳或硅橡胶等弹性体材料形成的薄的柔性和可变形结构。盖的柔性和可变形结构使得按压垫12的整体被配置为当在胸部按压期间被施加压力或力时，发生弯曲和变形。因此，当按压垫12放置到位并且皮肤216被紧固到人体模型20时，按压垫12可以符合人体模型20的胸部区域的形状。按压垫12的柔性和厚度不阻挡、妨碍或阻碍将皮肤216装配和紧固到人体模型20上。
按压垫的形状
参考图5，顶盖104和底盖106基本平坦且是平面的。在实施例中，顶盖104和底盖106还具有大致圆角的矩形沙漏形状，其在X轴上的长度大于Y轴上的宽度。由沙漏形状提供的较窄的中部区域在相对于较宽的区域较窄的中部区域处提供了更高的柔性。按压垫12不限于圆角的矩形沙漏形状，并且可以具有各种形状。在实施例中，长度为约13至约20cm，宽度为8-14cm。在一些实施例中，长度为约15-17cm，宽度为约10-12cm。
按压垫的尺寸
用于实施CPR胸部按压的适当的手放置需要使用者的手的掌跟位于胸骨区域222上方。因此，按压垫12被配置成与胸骨区域222对准并覆盖胸骨区域222的尺寸和形状。在一些实施例中，按压垫12可以具有允许CPR训练系统10适配于各种人体模型尺寸(婴儿、幼儿、少儿、成年人等)的通用尺寸。
底盖的内部空腔
底盖106具有凹入底盖106的内表面126的内部空腔108。内部空腔108具有对应于PCB48的形状。内部空腔108可以由底盖106的外侧壁112限定。在一些实施例中，PCB 48通过粘合剂附接到底盖106的内表面126。
彼此附接的顶盖和底盖
顶盖104沿着外侧壁112附接到底盖106。顶盖104和底盖106通过粘合剂、接合或其他紧固技术彼此附接，使得柔性PCB 48被包围在顶盖104和底盖106之间。在实施例中，顶盖104和底盖106可以具有连接装置(例如但是不限于卡扣配合连接器，对准孔和销，凸台等)，其可以用于将顶盖104和底盖106对准和附接在一起。
柔性PCB
如图5所示，在实施例中，PCB 48包括薄膜基板、印刷在膜上的电路、芯片、传感器和按压垫12的其他部件。传感器包括加速度计40，两个力传感器(或压力传感器)42、44和多个接触传感器46。在实施例中，薄膜基板由柔性或半柔性的薄膜材料层形成，以便能够弯曲而不会使与传感器或安装部件的连接短路或劣化。图6A是柔性PCB 48的下侧116的视图。图6B是PCB 48的顶侧118的视图。
加速度计
在实施例中，加速度计40位于PCB 48的面向底盖106的下侧116上。加速度计40位于PCB 48的中心107附近，但偏离PCB 48的中心107一定距离。加速度计40是基于MEMS技术的芯片的形式，并且可以包括电容式、压电式、霍尔效应和半导体型加速度计。一旦组装在按压垫中，加速度计芯片40从PCB 48的下侧突出并被容纳在形成于底盖106中的凹部中，这避免或减少按压力对芯片的直接冲击。
由加速度计进行测量
在胸部按压期间，加速度计40在Z轴(即，人体模型20的肋骨框架220的深度方向或按压/回弹方向)上测量按压垫12的加速度或施加到按压垫12的加速度。Z方向的加速度可用于计算按压深度。在一些实施例中，加速度计40还测量沿着X轴(即，人体模型20的高度方向和按压垫12的长度方向)和Y轴(即，人体模型20的宽度方向和按压垫12的宽度方向)的加速度。X轴和Y轴的加速度可用于计算胸部按压力的角度。在一些实施例中，加速度计40可以包括一个或多个加速度计的组装，使得单独的加速度计沿着单个轴线测量加速度。
力传感器
如图6A和6B所示，在实施例中，按压垫12包括两个力传感器42、44，但是不限于两个传感器。力传感器42、44感测当实施胸部按压时施加到按压垫12的压力或力。力传感器42、44产生表示施加到按压垫12的力或压力的力信号。本领域的普通技术人员应当理解，术语压力或力在本公开整篇中可互换使用以描述施加到按压垫12的力。
力传感器的配置
在实施例中，每个力传感器42、44具有面向顶盖104的顶表面和面向底盖106的底表面。在实施例中，顶表面和底表面由刚性材料制成以在通过两个表面的方向上承受力或压力。在实施例中，顶表面和底表面基本上是平坦的。在实施例中，力传感器42、44是单元件压电或压阻式压力传感器，但是不限于此。
力传感器的位置
如图6A和6B所示，在实施例中，两个力传感器42、44沿着PCB 48的纵向方向或X轴定位，其间具有一定距离。在实施例中，每个力传感器42、44沿X轴等距离地偏离PCB 48的中心107一定距离。在实施例中，力传感器42、44可以彼此间隔开一定距离，该距离基本上等于平均身材的成年人在手跟部附近测量的大鱼际区域96和小鱼际区域98之间的距离，如图7所示。在实施例中，力传感器42、44的中心之间的距离为约4.5、5.0、5.5、6.0、6.5和7.5cm。力传感器42、44的中心之间的距离在由直接前一个句子中列出的数字中选出的两个范围之间。因此，力传感器42、44被定位在PCB 48上，使得当使用者的手适当地放置在按压垫上方时，力传感器42、44与使用者手的大鱼际区域96和小鱼际区域98对准。
力传感器的通孔
如图6B所示，在实施例中，PCB 48具有对应于力传感器42、44的两个通孔140，使得力传感器42、44与通孔140对准。力传感器42、44经由连接臂134连接到形成在PCB 48的下侧上的端子136，并且穿过通孔140从PCB 48的下侧116延伸到PCB 48的顶侧118。由于力传感器42、44对应于通孔140，所以两个通孔140沿着X轴彼此间隔开与前述段落中讨论的力传感器42、44相同的距离。在一些实施例中，PCB 42中不形成通孔，并且力传感器42、44形成在PCB 48的薄膜基板的下侧或顶侧。当不形成通孔时，没有电路或没有电路线形成在力传感器42、44将要接触的薄膜基板上。
接触传感器
在实施例中，如图8A所示，按压垫12具有多个接触传感器46，其检测按压垫12的被施加有胸部按压力的区域或位置。该检测用于确定使用者的手是否适当地放置在人体模型20和按压垫12上。在实施例中，接触传感器46由形成在顶盖104上的多个柔性和导电的接触贴片50和形成在PCB 48上的暴露的电迹线52、54、56、58组成。在实施例中，当从Z轴观察时，接触传感器46(贴片和电迹线)通常围绕力传感器42、44，并且沿着按压垫12的周边或外边缘布置。在实施例中，接触传感器46(贴片和电迹线)沿着按压垫12的两个长度方向边缘(即，大体上沿X轴)和两个宽度方向边缘(即，大体上沿Y轴)布置。
接触贴片和暴露的电迹线对应
在实施例中，如图8A所示，接触贴片50放置在顶盖104的内表面124上。如图6B所示，四组暴露的电迹线52、54、56、58形成在PCB 48的顶侧并面对接触贴片。在所示实施例中，每组暴露的电迹线52、54、56、58沿着PCB 48的边缘延伸。在实施例中，接触贴片50放置在暴露的电迹线52、54、56、58的上方并与其对准。如图9所示(沿图8C中的线9-9所取的横截面)，每个接触贴片50直接放置在一组暴露的电迹线52、54、56、58的一部分上。尽管未示出，但是沿着顶盖104的一个边缘的多个接触贴片50对应于沿着PCB 48的一个边缘延伸的一组暴露的电迹线52、54、56、58。
接触贴片
如图9所示，在实施例中，每个接触贴片50是插入到形成在顶盖104的周边上的凹部中的导电材料片。每个接触贴片50不电连接到任何电路或任何其他接触贴片50。接触贴片50的顶表面的水平略低于顶盖104的周边表面(略高于图9中的周边表面)的水平，使得在不将力施加到按压垫12的顶盖104上的情况下，接触贴片50不会接触PCB 48的与接触贴片50对应的一组暴露的电迹线。接触贴片50可以由导电弹性体材料(诸如导电碳或硅橡胶)形成。在其他实施例中，导电膜可以形成在不由导电材料制成的接触贴片50的外接触表面上。
由接触传感器检测力或压力
每组暴露的电迹线52、54、56、58包括印刷在PCB 48的上侧上的多个导线(接触图案)70、72，使得它们以一定间隙大体上彼此平行地延伸并且彼此不电连接(开断电路)。当外力施加到接触贴片50上方的按压垫12时，至少一个接触贴片50接触其对应组的多个导线70、72中的至少两个导线。结果，至少两条导线经由至少一个接触贴片50彼此电连接，并形成闭合电路，其被检测为接触贴片和暴露的电迹线之间的接触的指示。
确定手位置
因此，当使用者的手将力施加到按压垫12的顶盖104上时，接触贴片50中的一个或多个接触它们对应的一(多)组暴露的电迹线52、54、56、58，并形成闭合电路。根据哪组暴露的电迹线形成闭合电路，系统可以确定按压垫12的被施加有按压力的位置和区域。在实施例中，系统包括解释接触模式以确定使用者的手是否适当地放置在按压垫12和/或人体模型的胸部区域上的软件和/或硬件。例如，如果少于全部四个电迹线52、54、56、58处于闭合电路状态，则可以将其解释为使用者的手未适当地放置在胸骨区域222上方。在一些实施例中，来自接触传感器46的信号可以被交叉参考并与来自力传感器42、44和/或加速度计40的数据进行比较，以进一步指示使用者的手是否适当地放置在人体模型20和按压垫12上。
压板和支撑板
在实施例中，按压垫12包括将施加到按压垫12的力传递到力传感器42、44的压板142。参考图5和8A，压板142设置在顶盖104的内表面124上。类似地，在图5和8B中，支撑板144设置在底盖106的内表面126上。压板142和支撑板144由刚性材料(诸如金属)制成。在一个实施例中，压板和支撑板考虑到刚性由不锈钢制成。
夹持在对应的一组压板和支撑板之间的力传感器
在实施例中，如图9所示，一个压板142直接放置在力传感器42的上方，且一个支撑板144直接放置在力传感器42的下方，使得力传感器42位于压板142和支撑板144之间。尽管未示出，但是力传感器44类似地放置在另一组压板142和支撑板144之间。此外，由于压板142和支撑板144直接位于力传感器42、44的上方和下方，当手适当地放置在按压垫12上时，压板142和支撑板144也与使用者的手的大鱼际区96和小鱼际区98对准。
压板和支撑板的附接
在图9所示的实施例中，支撑板144放置在底盖106的内表面126内，使得支撑板144的顶表面与内表面126齐平。换句话说，支撑板144的外表面150与底盖106的内表面126平齐。压板142和支撑板144通过粘合剂材料附接到顶盖104的内表面124和底盖106的内表面126。在一些实施例中，压板142和支撑板144可以模制到顶盖104的内表面124和底盖106的内表面126中。
支撑板的形状
在实施例中，压板142可以具有与底盖106的支撑板144不同的平面形状(在X-Y平面中)。在实施例中，底盖的支撑板144可以具有适应加速度计40和安装在PCB 48的下侧116上的芯片64的形状。支撑板144的形状也对应于形成在底盖106的内表面126内的芯片凹部172，该芯片凹部172提供加速度计40和芯片64可以驻留在其内的空腔。
压板的尺寸
在实施例中，如图8A至9所示，每个压板142显著大于X-Y平面中的每个力传感器，使得可以将施加到比X-Y平面中的力传感器宽得多的面积上的力传递到力传感器。另一方面，在实施例中，每个压板142显著小于X-Y平面中的按压垫12，使得即使使用硬质材料的压板142，顶盖104也可保持柔性。
压板的突出部
在实施例中，如图9所示，每个压板142具有在X-Y平面中大体上在其中心区域中的凸起部分或突出部146，其在Z轴上朝向相应的力传感器42或44突出。在实施例中，突出部146具有面向其对应的力传感器42的接触表面，并且突出部146的尺寸设计成与对应的力传感器42匹配和对准，使得当力施加到按压垫12时，突出部146的接触表面可以接触力传感器42或形成在力传感器上方的层132的尽可能多的表面。
支撑板的构造
在实施例中，如图8A至9所示的支撑板，每个支撑板显著大于每个力传感器(在X-Y平面中)和基本平坦的部件。尽管未示出，但是每个支撑板可以在其中心区域中包括如按压板中的凸起部分，使得该凸起部分与力传感器的底表面对准。
与力传感器的接口
在实施例中，如图9所示，当没有力施加到按压垫12上时，压板142不接触力传感器42或放置在力传感器42上方的力传感器垫138。当力施加到压板12上时，压板142的凸起部分146向下移动并按压传感器垫138并将力传送给力传感器42。在实施例中，如图9所示，即使当没有力施加到按压垫12时，力传感器42、44也接触其对应的支撑板144。在其他实施例中，可以在每个力传感器和对应的支撑件之间设置气隙。在其他实施例中，可以在每个力传感器和对应的支撑板之间插入材料。
单个压板和单个支撑板
尽管未示出，但是在一些其他实施例中，按压垫12可以包括传递施加到按压垫12的向下的力的单个压板(即，代替两个单独的压板142)。这种单个压板可以大致放置在顶盖104的中心区域处，使得两个力传感器42、44都可以检测施加在顶盖104处的向下的力。按压垫12还可以仅具有支撑两个力传感器42、44的一个支撑板。
力传感器垫
在实施例中，如图5和9所示，按压垫12包括放置在每个力传感器42、44上的力传感器垫138。力传感器垫138可以附接到力传感器42、44的顶表面，使得力传感器垫138面向压板142的突出部146。力传感器垫138具有与力传感器42、44的顶表面以及与突出部146的接触表面相似的尺寸和形状。
半刚性垫
在实施例中，力传感器垫138由诸如橡胶或塑料的半刚性材料形成。在实施例中，半刚性材料比压板更柔软或更不具刚性，并且还比力传感器的顶表面更软或更不具刚性。半刚性材料不是太软或过于可变形，使得施加到力传感器垫的基本上所有的力可以传递到力传感器。当压板142相对于力传感器垫138以一定角度向下下降时，不同于仅仅是突出部146的角部与力传感器42、44接触，半刚性材料允许力传感器垫138将突出部146施加的向下的力分散在力传感器42、44的整个顶表面上。
垫与突出部之间的间隙
在实施例中，当无向下的力施加到按压垫12上时，在力传感器垫138和压板142的突出部146之间提供小的间隙。在其他实施例中，当无向下的力施加到按压垫12上时，力传感器垫138和突出部146可以略微接触。
凹槽和肋状件
在实施例中，按压垫12的顶盖104在内表面124上包括多个凹槽和突起。参见图8A，在顶盖104的内表面124上形成纵向凹槽162和横向凹槽164。肋状件166限定在凹槽之间作为相对于这些凹槽凸起的部分。肋状件和凹槽的结构在顶盖104内的期望更高柔性的位置处增加了顶盖104的局部的柔性和弯曲。也就是说，顶盖104的弯曲或变形的位置和量可以通过在顶盖104内的特定部分放置凹槽和肋状件来改变。
纵向凹槽
在实施例中，如图8A和10A所示，纵向凹槽162在长度方向或X轴上大致线性地延伸。纵向凹槽162与顶盖104的中心105递增地间隔开并且在两个压板142之间纵向延伸。纵向凹槽162还沿着顶盖104中的两个压板142的纵向边缘延伸。
横向凹槽
横向凹槽164在宽度方向或Y轴上大致线性地延伸。在两个压板142之间横向凹槽164与顶盖104的中心105递增地间隔开。横向凹槽164在最外侧的纵向凹槽162之间横向延伸。横向凹槽164还放置两个压板142的在每个压板142和接触传感器50之间的最外侧边缘之间。
制作凹槽、尺寸和形状
纵向凹槽162和横向凹槽164可以在形成顶盖104的模制过程中模制到顶盖104中。可替代地，可以从顶盖104切割或移除出纵向凹槽162和横向凹槽164。每个凹槽162、164的深度、宽度和长度都各自影响顶盖104的弯曲的量。在所示实施例中，每个纵向凹槽162和横向凹槽164的深度和宽度基本相等。在一些实施例中，纵向凹槽和横向凹槽的深度和宽度可以变化，以在不同位置处提供顶盖104的更大或更小的弯曲。在实施例中，顶盖102不限于纵向和横向方向上的凹槽。凹槽可以在任何方向延伸。类似地，凹槽不限于任何尺寸、形状或几何形状，并可根据按压垫12所需的弯曲特性而变化。在所示实施例中，底盖106中没有设置凹槽和肋状件。然而，在一些实施例中，底盖106可以具有与本文所讨论的类似的凹槽和肋状件。
凹槽的更多弯曲
凹槽162、164凹进到顶盖104的内表面124中，这导致顶盖104在凹入的纵向凹槽162和横向凹槽164内的厚度减小。凹槽中减小的厚度使得凹槽用作用于顶盖104的局部弯曲或旋转的轴线。图10A示出了围绕纵向凹槽162弯曲的顶盖104的外边缘。图10B示出了围绕横向凹槽164弯曲一半的顶盖104。
更多的弯曲有助于横向传递力
图11A示出了当没有力施加到按压垫12时，由图8C的平面通过线9-9所取的顶盖104的横截面。图11B示出了当在Z轴上施加向下的力时相同的横截面。利用肋状件166之间的凹槽162，当凹槽162用作局部弯曲或旋转轴线时，顶盖104围绕凹槽162的延伸(进入图纸)进行多次弯曲。利用多次局部弯曲，顶盖104的变形量大于在顶盖104中不设置这种凹槽和肋状件时的变形量。图11C示出了在顶盖104中没有凹槽或肋状件的实施例，其中顶盖104通常在施加向下的力的直接区域中变形。结果，压板142可能不接触力传感器42。如图11B所示，顶盖的更大变形导致朝向压板142的在横向方向上(即，在X-Y平面中)的向下的力的传递，使得压板142接触力传感器42、44，尽管力不被直接施加在压板142上也是如此。在实施例中，变形发生在顶盖104的包括围绕压板142的顶盖104的区域在内的更广泛的区域上。
更小尺寸的力传感器
由凹槽和肋状件的结构提供的更大和更广泛的变形确保压板142将向下的力传递到力传感器42、44，尽管该向下的力没有直接施加在压板142或力传感器42、44上也是如此。因此，按压垫12可以具有与按压垫12的尺寸相比更小尺寸的力传感器42、44。在实施例中，利用凹槽和肋状件结构，按压垫的顶盖面积与所有力传感器的顶表面的总面积的比值为50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、200、210、220、230、240或250。在实施例中，该比值是由直接前一句中所列数字中选出的两个数字组成的范围。在一些实施例中，压力垫与力传感器的顶表面的总面积的比值为70至140，80到120。
压板之间紧密间隔的凹槽
在实施例中，位于两个压板142之间的每个纵向凹槽162的宽度(沿Y轴)小于位于顶盖102的其他区域中的每个纵向凹槽162的宽度。在实施例中，位于压板142之间的两个紧邻的纵向凹槽162之间形成的肋状件的宽度(沿Y轴)小于在顶盖102的其他区域中两个紧邻的纵向凹槽162之间形成的肋状件的宽度(沿Y轴)。类似地，位于压板142之间的两个紧邻的横向凹槽164之间形成的肋状件的宽度(沿X轴)小于在顶盖102的其他区域中两个紧邻的横向凹槽164之间形成的肋状件的宽度。因此，顶盖104的在压板142之间的柔性大于(在每单位面积上有更多凹槽的情况下)顶盖104的在压板142之间的区域之外的区域中的柔性。
由凹槽包围的压板
在实施例中，如图8A所示，当沿Z轴观察时，压板142完全被纵向凹槽162和横向凹槽164包围。在一些实施例中，当沿相同方向观察时，凹槽至少部分地围绕每个压板142。使压板142至少部分地被凹槽162、164包围，使得顶盖104具有柔性，在胸部按压期间，这允许压板142向下移动且将向下的力横向传递到力传感器42、44。
胸部按压模块符合人体模型
由凹槽162、164提供的顶盖104的增加的柔性和弯曲还允许按压垫12与肋骨框架220的形状符合，使得当按压垫12放置在皮肤下方时按压垫12不太可见并且不会从皮肤216下方突出。通过可移除的皮肤216的突出将醒目地指示按压垫12在人体模型20上的位置，这不利于教导实施CPR时适当的手位置。在实施例中，当按压垫12位于人体模型20的胸骨区域222上方时，按压垫12的外部部分可以延伸超过胸骨区域222进入左侧和右侧肋骨部分224、226。在实施例中，左侧或右侧肋骨部224、226可以具有弯曲或轮廓形状。因此，当可移除的皮肤216位于按压垫12上方时，最外侧纵向凹槽162允许顶盖104和按压垫12符合左侧或右侧肋骨部224、226的轮廓。
用于不同程度的柔性的肋状件
如图8A所示，顶盖104的在纵向凹槽162和横向凹槽164之间的内表面124上形成肋状件166。一些肋状件166不是在凹槽之间被完全限定或包围，并且连接到顶盖104的周边。在实施例中，肋状件166的面向PCB 48的表面与内表面124齐平。虽然一些肋状件被凹槽完全包围以增加顶盖104的柔性，但是设置连接到顶盖的周边的其他肋状件以在需要时降低柔性和变形。另外，为了改变柔性的程度，一些肋状件比其他肋状件更宽和更长。在图示的实施例中，肋状件166具有矩形棱柱或圆柱形。然而，在其他实施例中，肋状件166可以具有任何形状、尺寸或深度，并且可以沿任何方向延伸。
芯片凹部
在实施例中，如图8B和9所示，在底盖106的内表面126中形成芯片凹部172。芯片凹部172位于底盖106的对应于PCB 48上的加速度计40和芯片64的位置的部分中。
保护垫
在实施例中，芯片64可以具有围绕和保护芯片64隔开芯片凹部172的侧壁的保护垫(未示出)。保护垫可以由泡沫或海绵材料形成。当按压垫12由于胸部按压而变形时，保护垫阻止或防止芯片64与芯片凹部172的侧壁之间的接触。保护垫保护芯片64免受可能的损坏。
空气压力传感器
参考图2和12A-12D，呼气模块14包括空气压力传感器16和肺袋214。空气压力传感器16具有附接到引线62的壳体80。壳体80具有从壳体80突出的阳连接器82。空气压力入口86位于阳连接器82内并延伸到空气压力传感器16检测空气压力所凭借的壳体80中。在实施例中，阳连接器82具有从空气压力入口配件82的外表面径向向外延伸的保持凸缘84。
肺袋连接器
在实施例中，空气压力传感器16通过肺袋连接器250连接到肺袋214。肺袋连接器250提供气密接口，使得空气压力传感器16可以连接到一次性使用或一次性肺袋。肺袋连接器250具有基部252、阴连接器254、凹入凸缘258、粘合膜268和覆盖粘合膜的衬垫270。肺袋连接器250可以由诸如塑料或橡胶等柔性材料形成。肺袋连接器250是柔性的，使得基部252符合肺袋214的膨胀和放气的形状。阴连接器254在第一侧从基部252延伸，并且粘合膜268在与第一侧相对的第二侧上形成到基部252。阴连接部252包括具有对应于阳连接器82的尺寸和形状的孔256。凹入凸缘258位于孔256内，并且具有对应于阳连接器82的保持凸缘84的尺寸和形状，使得当阳连接器82和阴连接器254配合时，凹入凸缘258接收保持凸缘84并与保持凸缘84接合。
将空气压力传感器连接到肺袋连接器
在实施例中，空气压力传感器16通过将阳连接器82插入阴连接器254而连接到肺袋连接器250。阳连接器82的保持凸缘84接合阴连接器254的凹入凸缘258，使得空气压力传感器16牢固地紧固到肺袋连接器250。孔256和阳连接器82形成气密密封。在实施例中，肺袋连接器250具有阳连接器，并且空气压力传感器16具有对应的阴连接器。
呼气模块安装套件
图13示出了呼气模块安装套件300，其允许空气压力传感器16连接到一次性使用或一次性肺袋316。呼气模块安装套件300包括孔冲头310、孔冲头引导模板320、密封件330和肺袋连接器250。孔冲头310是用于将孔冲入一次性肺袋316的工具。孔冲头310冲出与肺袋连接器250的孔256的尺寸类似的孔。
孔冲头引导模板
在实施例中，孔冲头引导模板320是具有标记322的纸模板，其用于指示孔冲头310应位于哪里以穿过一次性肺袋316冲孔。在实施例中，孔冲头引导模板320沿着折叠线可折叠或折叠，使得由折叠线分开的两个部分可以至少部分地彼此重叠。孔冲头引导模板320用于确保使用者不会太靠近一次性肺袋316的边缘冲孔，使得肺袋连接器250不能被附接和/或不能保持气密密封。也就是说，标记322位于孔冲头引导模板320上，使得穿过一次性肺袋316所冲的孔以至少一定距离位于孔256与肺袋连接器250的基部252的外边缘之间。
密封件
在实施例中，密封件330用于覆盖和密封一次性肺袋316的一侧(壁)上的孔，因为孔将穿过一次性肺袋316的两个相对侧(壁)冲出。密封件330可以具有被可移除的盖子或包裹物覆盖的自粘合层。
安装呼气模块
在图14A-14E中，示出了将空气压力传感器16安装到一次性肺袋316的步骤。
将孔冲头引导模板与肺袋对准
首先，参考图14A，孔冲头引导模板320位于一次性肺袋316的角部上。在实施例中，一次性肺袋316的边缘与孔冲头引导模板320上的边缘和/或折叠对准，但是不限于此。在实施例中，模板320具有沿折叠线折叠的第一部分和第二部分，使得两个部分彼此重叠。模板对准，使得第一部分位于肺袋316的一侧且第二部分位于肺袋316的另一侧，同时两个部分之间的折叠线与肺袋316的边缘对准。
在肺袋对侧上冲出两个孔
随后，参考图14B，孔冲头310与孔冲头引导模板320的标记322对准，并且穿过一次性肺袋316和孔冲头引导模板320冲孔。在实施例中，孔冲头310在肺袋316的对侧上的每一侧上冲孔。结果，在肺袋316上冲出两个孔：一个孔通过与模板320的第一部分接触的这一侧，并且另一个孔通过与模板的第二部分接触的这一侧。
密封一个孔
如图14C所示，密封件330附接到一次性肺袋316上，覆盖并密封形成在一次性肺袋316的一侧上的一个孔。自粘合层将密封件紧固到一次性肺袋316并确保形成气密密封。
连接肺袋连接器
如图14D所示，肺袋连接器250附接到一次性肺袋316并且位于一次性肺袋316的另一侧上的孔上方(即，与密封件330覆盖的孔相对)。移除肺袋连接器250的衬垫270以暴露粘合膜268，并且肺袋连接器250通过粘合膜268紧固到一次性肺袋316上。当将肺袋连接器250附接到肺袋316上时，肺袋连接器250的孔256与通过一次性肺袋316的一侧形成的孔对准，使得肺袋连接器250的阴连接器254提供到一次性肺袋316中的流体通路。
连接空气压力传感器和肺袋连接器
随后，如图14E所示，空气压力传感器16通过将阳连接器82插入肺袋连接器250的阴连接器254的孔256中而连接到肺袋连接器250。空气压力传感器16通过阳连接器82的保持凸缘84和阴连接器254的凹入凸缘258牢固地紧固到肺袋连接器250上。因此，空气压力传感器16与一次性肺袋316的内部流体连通并且可以测量一次性肺袋316内的空气压力。
连接到数据处理模块
在实施例中，按压垫12和呼气模块14经由导线60、62或无线地连接到数据处理模块18，使得按压垫12和呼气模块14中的每一个可以将从它们的传感器获得的数据直接和实时地发送到数据处理模块。在这些实施例中，按压垫12和呼气模块14中的每一个具有用于与数据处理模块18或其他设备进行无线通信的电路。在按压垫12中，如图8C所示，无线电路可以集成到PCB 48中并位于按压垫12的连接器部115内。无线模块位于按压垫12的力检测区域的外侧，使得无线模块不受胸部按压的干扰或损坏。
连接到其他设备的数据处理模块
在实施例中，数据处理模块18一旦接收到来自按压垫12和呼气模块14的数据就立刻处理它们。数据处理模块18至少暂时存储数据。数据处理模块18经由有线或无线连接将处理结果和其他数据的至少一部分立刻传送到外部计算设备30或数据处理模块18所连接的其他设备。在实施例中，数据处理模块18可以包括经由Wi-Fi、蓝牙、BLE、红外数据协会或其他无线通信标准与外部计算设备30进行无线通信的无线发射器/接收器。在一些实施例中，可以省略数据处理模块18，并且按压垫12和呼气模块14经由有线或无线连接直接连接到外部计算设备30或其他设备。
外部计算设备
参考图4，外部计算设备30是移动平板计算机的形式。在实施例中，外部计算设备30从数据处理模块接收数据，并提供关于使用者CPR成绩的实时反馈。此外，外部计算设备30还存储使用者的CPR成绩，使得教练可以在稍后的时间查看使用者的CPR成绩。在实施例中，外部计算设备30可以同时连接到多个CPR训练系统10，即多个数据处理模块18，使得教练可以同时监测多个使用者的CPR训练成绩。在一些实施例中，外部计算设备30可以与数据库管理服务器(未示出)通信，并且将使用者的CPR成绩上传到基于云的服务器，使得可以存储和分析关于CPR成绩的聚合信息。本领域普通技术人员应当理解，外部计算设备30不限于移动平板计算机，并且可以包括其他计算设备，诸如医疗监视器、集成到人体模型中的计算机或医疗训练设备等。
CPR训练程序
图17示出了根据本发明的实施例的CPR训练程序。CPR训练程序开始于在步骤1710提供CPR训练系统。在实施例中，CPR训练系统10包括人体模型20、按压模块12、呼气模块14和数据处理模块18。随后在步骤1720，将按压模块12和呼气模块14组装并安装在人体模型上。图4示出了安装在人体模型上的CPR训练系统。接下来，在步骤1730，初始化或校准按压模块12和呼气模块14。之后，在步骤1740，使用CPR训练系统10进行CPR训练进程。
提供和安装CPR训练系统
在实施例中，CPR训练系统包括上文参考图1-16所讨论的一个或多个特征。在实施例中，如上所述，将垫片形式的按压模块12放置在人体模型胸部区域上方。在实施例中，组装呼气模块13并且将其肺袋316放置在按压垫12的上方。在人体模型具有可移除皮肤的实施例中，按压模块12和肺袋316布置在皮肤下方。在实施例中，按压模块12和呼气模块14连接到数据处理模块18或用于数据处理的其他设备。
初始化按压模块
参考图18，在实施例中，按压模块12的初始化开始于在步骤1810实施预定数量的初始化或参考胸部按压。在初始化按压期间，在步骤1820，按压垫12的加速度计40检测加速度。此外，在步骤1820，按压垫12的力传感器42、44检测力。使用加速度信号，在步骤1830计算按压深度。在步骤1840，处理在每个给定时间从加速度信号计算的力信号和按压深度以提供按压深度和按压力之间的相关性或公式。公式或相关性表示人体模型的独特的按压特性。在实施例中，由数据处理模块18实施信号处理。在实施例中，外部计算设备30具有提供用户界面来指导初始化过程的步骤的应用程序。
力和加速度信号
图19示出了在步骤1820或任何CPR训练进程的初始化按压期间同时获得的力信号和加速度信号。在实施例中，图19中呈现的力信号是来自两个力传感器42、44的组合信号。例如，来自两个压电传感器的信号可以相加或平均以产生单个力信号。力信号的每个峰值代表人体模型胸部区域的单次按压。
监测力传感器信号
在CPR训练进程期间，在使用者对人体模型练习CPR时CPR训练系统从胸部压力模块的力传感器获取信号。当在胸部按压模块中使用两个或更多个力传感器时，可以处理来自两个或更多个力传感器的信号以产生单个力信号。例如，来自两个压电传感器的信号可以相加或平均以产生用于识别和评估CPR训练进程期间的按压的单个力信号。
处理加速信号以提供位移信号
在图18的步骤1830处，处理加速度信号以计算按压垫12的位移，按压垫12的位移表示初始按压的按压深度。在实施例中，加速度信号被积分一次以提供速度信号，并且被积分两次以提供位移信号。图20示出了加速度信号和对应的速度和位移信号。
位移信号的峰值检测
在实施例中，进一步处理位移信号以识别位移信号中的峰值。位移信号的每个峰值对应于单次按压。图20的位移信号包括通过额外处理识别的峰值D1、D2、D3。
力信号和位移信号的对应峰值
在实施例中，处理力信号以检测峰值。力信号的峰值和位移信号的峰值与初始化按压期间的按压有关。因此，在实施例中，每次按压对应于力信号的一个峰值和位移信号的一个峰值。参考图21，力信号的峰值P1、P2和P3分别对应于位移信号的峰值D1、D2、D3。
将按压深度和按压力相关联
在实施例中，获得力信号和位移信号的峰值并将它们相关联。力信号的每个峰值与位移信号的在时间上对应的峰值配对。因此，力信号和位移信号的配对峰值属于同一次按压。在一些实施例中，对于在初始化按压期间进行的所有按压，持续对力信号和位移信号的峰值配对。在实施例中，绘制配对的峰值，即按压力和深度。图22绘出了人体模型A 2210和人体模型B 2220的这种初始化按压中的两个初始化按压。对于每个人体模型，在实施例中，CPR训练系统使用线性回归分析来识别表示按压力和按压深度之间的关系的线性图2210、2220。在其他实施例中，CPR训练系统利用各种其他方法来识别初始化按压的按压力和按压深度之间的公式或相关性。
为每个人体模型初始化按压模块
在实施例中，对于每个人体模型实施按压模块12的初始化。每个人体模型构造地不同，这主要是由于其中的躯干组件和弹簧的材料和结构的差异。因此，胸部按压特性可能从人体模型到人体模型各不相同。由同一制造商制造的人体模型，甚至相同型号的人体模型也不例外，除非它们的胸部按压特性经过测试和质量控制。如图22所示，人体模型A 2210和人体模型B 2220具有不同的按压特性，即按压力与按压深度之间的不同相关性。
为每个训练地板初始化按压模块
在实施例中，对训练位置或地板的每个变化实施按压模块12的初始化。按压模块12的感测可能取决于放置人体模型的地板的刚性。
初始化呼气模块
图23示出了用于初始化呼气模块14的程序。在实施例中，呼气模块14的初始化开始于在步骤2310实施预定数量的初始化或参考呼气。空气压力传感器16检测在这些初始化呼气期间肺袋214中的空气压力。在步骤2320，在初始化呼气期间处理来自空气压力传感器16的空气压力信号以获得对应于每次呼气的空气压力值。然后，在步骤2330将空气压力值与初始化呼气的呼气体积相关联。
初始化呼气
初始化呼气包括将已知体积的空气吹入人体模型的口腔和/或鼻腔中，用于将已知体积的空气送到肺袋214。在一些实施例中，多次吹送相同的已知体积的空气。在一些实施例中，将不同体积的空气吹入与人体模型20连接的肺袋214中。在其他实施例中，即使没有确切的体积，也将大体上相同体积的空气吹入肺袋214中。
为初始化呼气检测空气压力信号的峰值
在实施例中，处理空气压力信号以识别代表初始化呼气的各个呼气的峰值。CPR训练系统获得这些峰值，每个峰值对应于在初始化呼气期间进行的每次呼气中吹入肺袋214的空气的最大体积。
将呼气体积和初始呼气的空气压力相关联
在步骤2330，CPR训练系统将来自初始化呼气的呼气体积和空气压力值相关联。在多次吹送相同或大致相同体积的空气的实施例中，绘制空气压力值和已知体积的空气。图24对于肺袋LB1和肺袋LB2将两个这样的初始化呼气吹入人体模型A中。对于每个肺袋，在实施例中，CPR训练系统使用线性回归分析来识别表示呼气体积和空气压力之间的关系的线性图2410、2420。如图所示，线性图2410、2420通过图中的原点，因为用于线性回归分析的数据被限制在相同的呼气体积。在其他实施例中，CPR训练系统可以利用各种其他方法来识别来自初始化呼气的呼气体积和空气压力之间的公式或相关性。
为每个肺袋初始化呼气模块
在实施例中，对于每个肺袋214实施呼气模块14的初始化。肺袋可以具有不同的体积-压力特性，其也可以在肺袋制造商之间变化，相同的人体模型之间的差异，传感器安装的差异等。
用于初始化的批量或实时数据处理
在实施例中，可以在完成初始化按压或初始化呼气之后实施信号和相关值的处理。在替代方案中，可以在实施初始化按压或初始化呼气的同时实时地实施信号和相关值的处理。
进行CPR训练进程
在完成按压模块12和呼气模块14的初始化之后，使用CPR训练系统进行CPR训练进程。在实施例中，CPR训练系统监测来自按压模块12和呼气模块14的传感器信号，评估CPR训练进程的每次按压和呼气，并向使用者提供实时反馈。
CPR序列
通常，CPR训练进程包括按压和呼气的五个循环的序列，其中每个循环由三十(30)次按压和两(2)次呼气组成。在一些实施例中，CPR训练系统提供提示使用者该序列的逐步引导CPR训练进程。在其他实施例中，没有提供这样的指导，并且期望使用者自己实施CPR序列。
评估按压
图25是在CPR训练进程期间评估按压的程序。在实施例中，在步骤2510，力传感器42、44检测力并且按压垫将力信号发送到数据处理模块18。在步骤2520，CPR训练系统检测力信号的峰值，并获得力信号中的峰值。在步骤2530，对于每个峰值，CPR训练系统使用先前从按压垫12的初始化获得的公式或相关性来计算或确定按压深度。
用于评估按压的加速度信号
在实施例中，虽然在初始化阶段期间使用加速度信号，但是在CPR训练进程期间不使用加速度信号用于获得按压深度。在这些实施例中，力信号用于按压深度，通常以避免两次积分加速度信号的延迟，并且还避免用于去除高频噪声的电路或延迟。在其他实施例中，加速信号可以用于以与初始化阶段一样的方式确定按压深度(位移)。在这样的实施例中，可以省略按压模块的初始化。在实施例中，CPR训练系统可以利用加速信号来确定胸部位移的方向。
检测力信号的峰值
图26示出了检测来自力传感器的力信号中的峰值并评估峰值以确认按压的过程。在实施例中，CPR训练系统可以以比CPR训练进程的典型胸部按压频率(显著地)更短的频率重复地监测力信号。基于该监测，CPR训练系统确定力信号是大于还是小于预定参考值或按压阈值。在实施例中，CPR训练系统利用峰值检测技术来在信号形成下一个峰值之前实时检测峰值的最大点。本领域普通技术人员应当理解，峰值检测技术是可用的并且可以在CPR训练系统中使用。在实施例中，CPR训练系统在从T1-Tf到T1的给定时间窗口内重复更新最大值。在T1处，当在时间窗口期间在T1-Tf没有比先前最大值更高的值时，在步骤2651，峰值A的最大值对应于特定按压的最大深度。
确定按压深度
一旦获得了峰值，则在步骤2653计算按压深度。在实施例中，从特定人体模型的初始化阶段获得的公式或相关性用于确定或计算按压深度。在实施例中，即使来自加速度计40的信号可用，也不参考加速度信号来确定按压深度。随后，在步骤2655，CPR训练系统使用计算的按压深度来评估每次按压。在实施例中，将按压深度与期望的按压深度的预定范围进行比较，以确定特定按压是太强、良好还是太弱。
实时反馈
在实施例中，有利的是，在使用者的下一次按压之前，CPR训练系统实时地向使用者提供每次按压深度的评估结果。例如，参考图26，在峰值B的按压开始或完成之前，对使用者进行峰值A的评估。为了调整在正在进行的CPR训练进程期间提供按压的评估结果的时间，CPR训练系统可以调整时间窗口Tf的长度，用于识别力信号中的峰值(按压)。在一些实施例中，CPR训练系统被配置为在两次连续按压之间的期望时间间隔的1/4内提供当前按压的评估。考虑到每分钟约100至120次按压的期望的按压速率，所以CPR训练系统可以被配置为在从力信号中出现峰值起至少在0.15秒内启动计算按压深度的过程。本发明的其他实施例，CPR训练系统可以被配置为用具有0.05秒的时间窗口检测峰值。
评估按压速率
在实施例中，CPR训练系统使用基于峰值检测确定的两次连续按压之间的时间间隔来计算按压速率。通过将计算出的速率与预定的期望按压速率进行比较，CPR训练系统确定使用者是太快、太慢还是以期望的速率实施。
评估按压位置
在实施例中，CPR训练系统使用接触传感器46确定按压力所施加的按压垫的位置和区域。CPR训练系统通过比较检测到的位置和区域与预定的接触模式，来确定这些位置和区域是否合适。可以使用来自胸部按压模块的接触传感器的传感器信号来确定和评估按压位置。
各种接触模式
在一些实施例中，当接触传感器没有检测到接触，但是由力传感器感测到指示按压的力信号时，CPR训练系统确定用于按压的接触仅在按压垫12的中心部分进行。在实施例中，当由接触传感器检测到接触，但是力信号太弱而不能确认按压时，CPR训练系统确定使用者错过一次按压。在实施例中，当由接触传感器检测到接触并且力信号足够强以确认按压时，CPR训练系统确定在按压垫12的外围区域上进行了按压。
评估按压之间的反冲
期望的CPR程序要求按压之间胸部的完全反弹或反冲。按压之间的完全反冲是重要的，因为它将确保在按压之间重新填充心室。在实施例中，CPR训练系统可以确定两个连续的按压之间是否发生期望的反冲。例如，当胸部位移变得小于两次连续按压之间的预定参考值时，CPR训练系统确定已经进行了期望的反冲。
评估呼气
图27示出了在CPR训练进程期间评估呼气的程序。用于评估呼气的程序开始于在步骤2710在CPR训练进程期间获得空气压力信号。在步骤2720，CPR训练系统基于空气压力信号中的模式(峰值)来识别呼气。对于每次所识别的呼气，CPR训练系统在步骤2730处计算呼气体积。在初始化呼气模块中确定的公式可用于计算CPR训练进程期间的呼气体积。在步骤2740，CPR训练系统使用所计算的呼气体积来评估各次呼气。将计算出的呼气体积与一个或多个预定参考体积进行比较，以评估所识别的呼气。有利的是，在下一次呼气开始之前，CPR训练系统向使用者实时呈现评估结果，使得使用者可以基于实时反馈来调整她的下一次呼气。
检测用于训练呼气的空气压力信号的峰值
图28示出了用于检测空气压力信号中的峰值并评估峰值以确认呼气的过程。在实施例中，CPR训练系统可以以比CPR训练进程的典型呼气频率(显著地)更短的频率重复地监测空气压力信号。基于该监测，CPR训练系统确定空气压力信号是大于还是小于预定参考值或呼气阈值。在实施例中，CPR训练系统利用峰值检测技术在信号形成下一个峰值之前实时检测峰值的最大点。本领域普通技术人员应当理解，峰值检测技术是可用的并且可以在CPR训练系统中使用。在实施例中，CPR训练系统在监测空气压力信号2810的同时，重复地更新空气压力信号2810的最大值。当自在给定的持续时间Ta中的空气压力信号中出现峰值起没有最大值的更新时，CPR训练系统使用峰值作为呼气的最大空气压力的表示。例如，在Ta处，当自空气压力信号2810中T2-Ta处的峰值起经过给定的持续时间Ta时，CPR训练进程确定T2-Ta处的峰值指示在人体模型上实施的呼气。
评估呼气体积
在实施例中，一旦在CPR训练进程期间确认呼气，CPR训练系统启动用于评估所确认的呼气的过程。首先，在步骤2851，获得检测出的峰值C的最大值。随后，在步骤2853，CPR训练系统基于在初始化阶段获得的体积和空气压力之间的公式或相关性，使用最大值来计算或确定所确认的呼气的体积。随后，在步骤2855，CPR训练系统通过将呼气体积与期望呼气体积的预定范围进行比较来评估呼气是太强、良好还是太弱。在其他实施例中，CPR训练系统可以将表示每次呼气峰值的空气压力与表示用于初始化呼气模块所接收的初始化呼气的参考值进行比较。例如，在CPR训练系统要求具有相同体积的初始化呼气的五次适度呼气的情况下，当呼气的空气压力在表示五个适度呼气的空气压力的一定范围内时，CPR训练系统可以确定所识别的呼气具有期望的呼气体积。
提供对呼气的评估
在实施例中，CPR训练系统在使用者下次呼气之前提供每次呼气的评估结果。例如，CPR训练系统在使用者实施下一次呼气(峰值D)之前在T2处启动计算对应于峰值C的呼气体积，以提供对应于峰值C的呼气的评估结果。在即将到来的呼气之前提供呼气的评估结果是有利的，因为在当前呼气之后使用者实施另一呼气之前使用者可以接收对当前(或最近)呼气的评估。为了调整正在进行的CPR训练进程期间提供呼气评估结果的时间，CPR训练系统可以调整用于识别空气压力信号中的峰值(呼气)的时间窗口Ta的长度。在一些实施例中，CPR训练系统被配置为在两次连续呼气之间的期望时间间隔的1/4内提供对当前呼气的评估。考虑到(对于成年人)以每分钟十到十二次呼气的速率实施救援呼气是有利的，CPR训练系统可以被配置为在自空气压力信号中出现峰值起至少在约1.25秒内启动计算呼气体积的过程。
力信号与空气压力信号之间的串扰
在实施例中，基于来自按压垫12内的力传感器44、46的力信号来检测和评估按压。基于来自呼气模块14的空气压力信号来检测和评估呼气。另外在实施例中，按压垫12和肺袋214紧密地安装在人体模型20内。在许多实施例中，将肺袋214放置在人体模型皮肤下方的按压片12上方。由于力传感器和空气压力传感器通常检测到相同性质的物理性质、力和压力，因此按压会产生空气压力信号，呼气也可能产生力信号。此外，进入肺袋214的呼气可以产生来自接触传感器46的接触信号。
所需的按压和呼气之间的确定
在CPR训练进程期间，重复按压和呼气。有时空气压力传感器和力传感器两者均产生单次按压或单次呼气的信号。在实施例中，CPR训练系统处理力信号、接触信号和/或空气压力信号以确定使用者是否实施了按压或呼气。
基于力信号和空气压力信号确定
图29提供了基于同时获得的力信号和空气压力信号来确定呼气或按压的条件表。在实施例中，当力信号指示比参考力更弱的力并且空气压力信号指示小于参考体积的呼气体积(2910)时，CPR训练系统确定使用者既未实施按压也未实施呼气，即空闲。在图34中，时间窗口3460的信号提供了基于低信号既未确定按压也未确定呼气的示例。当力信号指示大于预定参考值的力并且空气压力信号指示呼气体积小于参考体积(2920)时，CPR训练系统确定使用者正在实施按压。在实施例中，当力信号指示比参考力更弱的力并且空气压力信号指示大于参考体积的呼气体积(2930)时，CPR训练系统确定使用者正在实施呼气。在确定按压、无按压、呼气或无呼气时，CPR训练系统以给定频率重复获得力信号和空气压力信号，并将这些信号值与其它们的阈值进行比较。
当力信号和空气压力信号两者都很强时
当力信号足以确认按压并且空气压力信号也足以确认呼气(2940)时，CPR训练系统可能不会确定使用者动作，或者可以考虑用于确定当前使用者动作的附加信息。在一些实施例中，鉴于按压显著超过CPR序列中的呼气次数，CPR训练系统确定使用者实施了按压。在其他实施例中，CPR训练系统基于从紧接先前的动作的峰值到当前动作所花费的时间进一步确定使用者动作。如果时间比预定的参考时间短，则系统确定使用者已经实施了按压，反之亦然。在其他实施例中，假设使用者遵循预定的CPR序列，CPR训练系统考虑到紧接在前的连续按压的数量或紧接在前的连续呼气的次数来进一步确定使用者动作。
基于空气压力信号和接触传感器信号确定
图30提供了基于同时获得的空气压力信号和接触传感器信号来确定呼气和按压的条件表。在实施例中，当接触传感器信号不处于确认接触的水平并且空气压力信号不处于确认呼气的水平(3010)时，CPR训练系统确定使用者未实施按压或呼气。在实施例中，当接触传感器信号指示接触并且空气压力信号指示呼气体积小于参考体积(3020)时，CPR训练系统确定使用者正在实施按压。在实施例中，当接触传感器信号不指示并且空气压力信号指示大于参考体积的呼气体积(3030)时，CPR训练系统确定使用者正在实施呼气。
当接触传感器信号和空气压力信号两者都很强时
当接触传感器信号足以确认接触并且空气压力信号也足以确认呼气时(3040)，CPR训练系统可能不会确定使用者动作或可能考虑用于确定的附加信息。在一些实施例中，鉴于按压显著超过CPR序列中的呼气次数，CPR训练系统确定使用者实施按压。在其他实施例中，CPR训练系统基于从紧接在前的动作的峰值到当前动作所花费的时间进一步确定使用者动作。如果时间比预定的参考时间短，则系统确定使用者已经实施了按压，反之亦然。在其他的实施例中，假设使用者遵循预定的CPR序列，CPR训练系统进一步考虑紧接在前的连续按压的次数或紧接在前的连续呼气的次数确定使用者动作。
鉴于已知的最后动作确定
在实施例中，CPR训练系统基于在给定的时间获得的力信号和空气压力信号，并进一步基于CPR训练系统已经确定或知道的使用者的紧接在前的动作(最后动作)确定使用者是否实施按压或呼气。图31提供了用于鉴于使用者的紧接在前的动作确定呼气或按压的使用者动作的条件表。
最后动作是按压
在最后动作是按压的情况下，当空气压力信号小于呼气阈值或不在确认呼气的水平上，并且进一步地，力信号大于按压阈值或足以确认按压(3120)时，CPR训练系统确定使用者已经实施了按压。在最后动作是按压的情况下，当空气压力信号大于呼气阈值或足以确认呼气，并且进一步地，力信号小于按压阈值或不在确认按压的水平上(3130)时，CPR训练系统确定使用者已经实施了呼气，即从按压转变到呼气。
最后动作是呼气
仍然参考图31，在最后动作是呼气的情况下，当空气压力信号足以确认呼气，并且进一步地，力信号不在确认按压的水平上(3160)时，CPR训练系统确定使用者此时已经实施了呼气。在最后动作是呼气的情况下，当空气压力信号不在确认呼气的水平上，并且进一步地，力信号足以确认按压(3170)时，CPR训练系统确定使用者此时已经实施了按压，即从呼气转变到按压。
最后动作是按压或呼气
在实施例中，在空气压力信号和力信号都没有到达它们的预定水平以确认按压或呼气(3110和3150)时，CPR训练系统确定使用者没有实施按压或呼气，即空闲时段，而不管使用者的最后动作如何。在最后动作是按压或呼气的情况下，当空气压力信号足够确认呼气，并且进一步地，力信号也足够确认按压(3140和3180)时，这次CPR训练系统不确定当前使用者动作或参考用于确定使用者动作的附加信息。
参考附加信息确定
在一些实施例中，考虑到按压显著地超过CPR序列中的呼气，CPR训练系统确定使用者实施按压。在其他实施例中，CPR训练系统基于从紧接在前的动作的峰值到当前动作所花费的时间进一步确定使用者动作。如果时间比预定的参考时间短，则系统确定使用者已经实施了按压，反之亦然。在其他实施例中，假设使用者遵循预定的CPR序列，CPR训练系统考虑到紧接在前的连续按压的次数或紧接在前的连续呼气的次数来进一步确定使用者动作。在图33中，时间窗口3360的信号基于紧接在前的连续按压或基于从为按压或呼气所确认的紧接在前的峰值到当前动作所花费的时间提供了确定按压的示例。
图32的信号分布曲线的解释
图32示出了在使用者实施CPR训练进程期间获得的力信号3210和空气压力信号3230。在实施例中，CPR训练系统检测大于预定按压阈值3220的力信号的峰值，用于识别或确认按压。CPR训练系统还检测大于预定呼气阈值3240的空气压力信号的峰值，用于识别或确认呼气。参考图32，当力信号和空气压力信号两者均分别低于其阈值3220、3240时，CPR训练系统在T321至T322之间确定空闲时段3250(无按压和无呼气)。在实施例中，CPR训练系统在T322处确定呼气，这是因为空气压力信号从小于变为大于呼气阈值3240，其发生在紧接之前的确定(或包括最后一次确定在内的连续先前确定其)无呼气或空气压力信号小于呼气阈值3240之后，并且进一步因为自在T322(或在T321和T322之间)前的时间处发生的紧接先前的确定无呼气起力信号保持小于按压阈值3220。在其他实施例中，CPR训练系统确定从按压到呼气的转变，这是因为最后确认的按压之后的空闲时间段3250长于预定值(例如2秒)。这是因为通常使用者需花费时间来改变转变的姿势。当空气压力信号大于呼气阈值3240并且力信号小于按压阈值3220时，CPR训练系统在时间T322之后的时间处确定呼气。当力信号和空气压力信号都不超过它们相应的阈值3220、3404时，CPR训练系统在T323和T324之间的时间处确定空闲状态(既未按压也未呼气)。CPR训练系统确定在T323处从其呼气转变到按压，这是因为空气压力信号小于呼气阈值3240，并且力信号在最后一次确定无按压之后(或在包括最后一次确定在内的连续确定之后)从小于变为大于按压阈值3220或力信号小于按压阈值3220。
在肺袋的完全放气之前开始按压
图33示出了CPR训练进程期间的力信号和空气压力信号。在T332和T333之间的时间段内的空气压力信号包括代表单次呼气的尖锐的峰值。在尖锐的峰值后，在这个时间段的空气压力信号以较慢的速率下降，这表示一段时间内没有呼气紧接在该单次呼气之后并且由于空气被自发排出肺袋正在缓慢地放气。值得注意的是，在从T332到T333的此时间段没有检测到显著的力信号。在T333或在T333之后，力信号达到或超过按压阈值3320，这可以被确认为按压。此外，在时间段3360中在T333或在T333之后，空气压力信号波动使得有时空气压力信号大于呼气阈值，这可能潜在地代表呼气。
无论是否有强空气压力信号都确定按压
在实施例中，在空气从空气袋完全排出之前或在显著量的空气保留在肺袋中时，当其解释由使用者的按压造成的空气压力信号的波动时，即使空气压力信号在给定时间大于呼气阈值3340，CPR训练系统也确定按压。这可能发生在空气从肺袋自发排放较为缓慢时或用户从按压到呼气的转变较为快速时。在一些实施例中，当最后确定的动作是呼气时，并且进一步地，空气压力信号的随后波动基本上同步时，CPR训练系统忽略图33的时间段3360的波动的空气压力信号。例如，当空气压力信号波动的频率基本上类似于力信号波动频率时，CPR训练系统可以确定力信号和空气压力信号的基本同步。可替代地，峰值的时间、谷值的时间或用于通过阈值的时间可以用来代替频率用于确定基本同步。在一些实施例中，当最后一次确定的动作是呼气，并且进一步地，空气压力信号的时间或频率短于呼气的预定时间或频率时，CPR训练系统忽略时间段3360的波动的空气压力信号。在一些实施例中，当最后确认的呼气之后的空闲时间段长于预定值时，CPR训练系统确定从呼气向按压的转变。
略过呼气
图34示出了CPR训练进程期间的力信号和空气压力信号，其中使用者实施两组按压并在两组按压之间略过一组呼气。在实施例中，CPR训练系统根据力信号确定两组按压。考虑到力信号或空气压力信号小于它们的阈值，在实施例中，CPR训练系统确定在两组按压之间未发生按压或呼气。
当预测特定动作时忽略信号
当CPR训练系统知道使用者将实施按压时，CPR训练系统可能不利用某些空气压力信号或力信号来评估使用者对人体模型的动作。在实施例中，CPR训练系统基于CPR训练指导来预测紧接下一个使用者动作或当前使用者动作。在实施例中，CPR训练系统被编程为在实施CPR训练进程之前选择CPR训练序列。在这样的实施例中，在CPR训练进程期间，当基于序列预测按压时，CPR训练系统预测使用者的下一个动作或当前动作并且忽略空气压力信号，并利用力信号和其他信号来分析下一个使用者动作或当前的使用者动作。当预测的动作是呼气时，CPR训练系统忽略(不依赖)力信号并利用空气压力信号来分析使用者动作。
当预测呼气时忽略力信号
当CPR训练系统知道使用者将实施呼气时，CPR训练系统可能不会利用来自加速度计、力传感器或接触传感器的信号来评估使用者的动作。例如，在使用者被引导或预期实施呼气的情况下，CPR训练系统利用来自空气压力传感器的传感器信号来评估预期呼气，同时不监测或利用来自按压垫的传感器信号。因此，虽然CPR训练系统可以在CPR训练进程期间从安装在人体模型内侧的所有传感器获得信号，但是当CPR训练系统具有关于使用者的预期动作的信息时，CPR训练系统可能基于使用者选择或CPR程序的进展不会访问或利用来自所有传感器的信号来评估CPR的按压/呼气。
确定和评估使用者动作
在实施例中，CPR训练系统基于来自各种传感器的信号输入确定按压、无按压、呼气或无呼气，并且使用先前(诸如从初始化阶段)获得的数据处理信号输入。在实施例中，数据处理模块18使用存储在数据处理模块18中的至少一个处理器和软件来实施CPR训练系统的这些处理和确定。在实施例中，CPR训练系统在CPR训练进程期间评估使用者动作。在实施例中，数据处理模块18使用存储在其中的至少一个处理器和软件实施这些评估。在其他实施例中，处理、确定和评估可以至少部分地由具有至少一个处理器的按压模块12和/或呼气模块14实施。在其他实施例中，可以至少部分地由外部计算设备30或其他计算设备实施处理、确定和评估。
CPR训练进程期间的反馈
图35示出了用于在正在进行的CPR训练进程期间提供反馈的用户界面。在实施例中，CPR训练系统提供代表CPR训练进程的进展的一个或多个指示符。如图38所示，CPR训练系统通知使用者正在练习五个规定循环3810中的第一个。CPR训练系统提供按压计数指示符3820。CPR训练系统提供实时按压深度指示符3830。CPR训练系统提供对当前(最新)按压的评估3840。CPR转向系统提供按压位置指示符3850。图36示出了CPR训练进程期间提供的反馈的另一示例。在实施例中，CPR训练系统提供这样的警告3910：鉴于期望的CPR程序的规范，最近的按压太强了。图37示出了在CPR训练进程期间提供的反馈的另一示例。在实施例中，CPR训练系统可以基于胸部的位移确定在两次连续的按压之间是否已经完成了完全的反冲。当在两次连续的按压之间的胸部位移未指示完全反冲(由小于预定参考值的胸部位移表示)时，CPR训练系统可以提供警告4010。图38示出了当传感器信号指示CPR训练进程期间的空闲时间段时来自CPR训练系统的反馈。在实施例中，CPR训练系统测量空闲信号的空闲时间段，其中来自按压垫的传感器信号和来自呼气模块的传感器信号不指示按压、呼气或接触。CPR训练系统可以通知受训者CPR训练系统多久了还未接收到指示接触4110的信号。
呈现CPR训练进程结果
图39示出了单个使用者的CPR训练进程的成绩的总结。在实施例中，CPR系统在完成CPR训练进程之后向受训者通知成功按压次数和成功呼气次数。图40示出了显示多个使用者的CPR训练进程进展情况的用户界面。图41示出了显示多个使用者的CPR训练进程的成绩的总结的用户界面。在实施例中，CPR训练系统可以同时针对多个使用者进行多个CPR训练进程，评估多个使用者的各个动作，并且将关于多个训练进程的反馈提供给对用于多个使用者的CPR训练进行管理的教练的单个设备。图42示出了用于单个使用者的CPR训练进程的报告。
修改、组合和子组合
虽然已经在某些实施例和示例的上下文中公开了本发明，但是本领域技术人员将会理解，本发明的各种特征和方面超出了具体公开的实施例到其他替代实施例。此外，虽然已经详细地示出和描述了许多变化，但是在本发明的范围内的其他修改对于本领域技术人员基于本公开将是显而易见的。还可以想到，可以进行实施例的具体特征和方面的各种组合或子组合，并且仍然落在本发明内。因此，应当理解，所公开的实施例的各种特征和方面可以彼此组合或替代，以便形成所公开的发明的变化模式。因此，本文所公开的本发明的范围不应受上述具体公开的实施例的限制，并且可以在不脱离在下面的权利要求中所列出的本发明的精神和范围的情况下进行形式和细节上的各种改变。

Claims (20)

1.一种用于CPR训练的方法，所述方法包括：
提供人体模型，所述人体模型包括内部结构和装配在所述内部结构上的可移除的皮肤，所述内部结构包括对应于人体的肋骨架的框架；
提供按压垫，所述按压垫包括壳体、至少一个力传感器、容纳在所述壳体内的至少一个加速度传感器，所述至少一个力传感器被配置成检测施加到所述按压垫上的力，所述至少一个加速度传感器被配置为检测施加到所述按压垫上的加速度；
提起或移除所述皮肤以暴露所述框架的至少一部分；
随后将所述按压垫放置在所述框架上；
随后将所述皮肤装配在所述内部结构上，使得所述按压垫位于所述人体模型的皮肤下方的胸部区域中；
在所述人体模型的胸部区域上实施初始化按压的序列，该序列施加所述至少一个力传感器和所述至少一个加速度传感器能够分别检测的力和加速度；
响应于所述初始化按压，提供由所述至少一个力传感器产生的初始化力信号和由所述至少一个加速度传感器产生的初始化加速度信号；
处理所述初始化加速度信号以产生表示由所述初始化按压引起的所述按压垫的位移的初始化位移信号；
处理所述初始化力信号和所述初始化位移信号，以提供通过所述初始化按压的所述按压垫的位移和施加到所述按压垫的力之间的相关性；
随后，实施CPR训练进程，其包括在所述人体模型的胸部区域上的训练按压的序列，该序列施加所述至少一个力传感器和所述至少一个加速度传感器能够分别检测的力和加速度；
响应于所述训练按压，提供由所述至少一个力传感器产生的训练力信号；以及
使用所述训练力信号和通过所述初始化按压的位移与力之间的所述相关性计算由所述训练按压引起的位移，其中响应于所述训练按压计算位移不使用由所述至少一个加速度传感器产生的加速度信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个力传感器包括所述壳体内彼此间隔开的第一力传感器和第二力传感器，其中所述第一力传感器和所述第二力传感器被配置为产生被处理以提供所述至少一个力传感器的力信号的各自一个力信号，其中所述按压垫包括第一压板和第一支撑件，所述第一力传感器夹持在所述第一压板和所述第一支撑件之间，其中所述第一压板包括朝向所述第一力传感器凸起并且被配置为响应于施加到所述按压垫的按压而接触所述第一力传感器的凸起部分。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述按压垫还包括：
封装在所述壳体内的印刷电路板(PCB)；
多个接触传感器，每个接触传感器包括第一元件和第二元件；
所述第一元件包括设置在所述壳体的内表面上的多个接触贴片，其中所述多个接触贴片由导电材料制成并且不彼此电连接；以及
所述第二元件包括形成在所述PCB上的一组或多组接触图案，其中每组中的接触图案包括彼此紧密靠近并且朝向所述多个接触贴片中的至少部分接触贴片暴露的两个或更多个电隔离的导电图案，
其中所述多个接触贴片布置在所述壳体的内表面上并且所述接触图案布置在所述PCB上，使得当无外力或按压施加到所述壳体时，每个接触贴片面向对应的一组接触图案，同时该接触贴片不接触其对应的一组接触图案，
其中当响应于外力或按压施加到所述壳体，所述多个接触贴片中的至少一个接触其对应的一组接触图案时，所述装置被配置为产生接触信号。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：
将计算出的位移实时呈现给实施CPR训练进程的使用者，
其中在进行训练按压的同时实时实施提供训练力信号和计算位移，使得在所述人体模型上实施下一次按压之前为每次按压获得位移值。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：
将计算的位移与按压深度的预定范围进行比较以确定CPR训练进程的每次按压是否满足按压深度要求；
在使用者在所述人体模型上实施下一次按压之前实时地呈现确定的结果。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：
提供呼气模块，所述呼气模块包括肺袋和连接到所述肺袋的空气压力传感器，使得所述空气压力传感器能够检测所述肺袋内的空气压力；
将所述肺袋与所述人体模型的呼吸腔连接，使得所述人体模型的呼吸腔与所述肺袋在其之间流体连通；
在将所述按压垫放置在所述人体模型的框架上之后并且在将皮肤装配到所述内部结构上之前，将所述肺袋放置在所述按压垫上；
通过所述人体模型的呼吸腔实施初始化呼气的序列，该序列将所述空气压力传感器能够检测的空气吹入所述肺袋；
响应于所述初始化呼气，提供由所述空气压力传感器产生的初始化空气压力信号；
提供初始化呼气的体积信息；
处理所述初始化空气压力信号和所述体积信息以提供由所述初始化呼气引起的初始化呼气的体积与所述肺袋内的空气压力之间的相关性；
随后实施CPR训练进程，还包括通过所述人体模型的呼吸腔的至少一次训练呼气，其将所述空气压力传感器能够检测的空气吹入所述肺袋；
响应于所述至少一次训练呼气，提供由所述空气压力传感器产生的训练空气压力信号；以及
使用所述训练空气压力信号和通过所述初始化呼气的体积和空气压力之间的相关性计算由所述训练呼气引起的体积，其中不为所述至少一次训练呼气检测体积。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述CPR训练进程包括多次重复的训练按压和至少一次训练呼气的序列，其中所述方法还包括：
当所述力信号或其对应的位移信号大于预定按压阈值时，确认按压，
当所述空气压力或其对应的体积大于预定呼气阈值时，确认呼气。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述CPR训练进程涉及第一实例：响应于实施训练按压，即使未同时实施呼气，所述空气压力传感器也产生大于所述预定呼气阈值的空气压力信号。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述CPR训练进程涉及第二实例：响应于实施至少一次训练呼气，即使未同时实施按压，所述力传感器也产生大于所述预定按压阈值的力信号。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其中在所述第一实例或所述第二实例中，鉴于已经确认的紧接先前的按压或呼气的使用者动作，所述方法确定使用者已实施按压或呼气。
11.根据权利要求7或8所述的方法，其中在所述第一实例或所述第二实例中，无论空气压力信号如何，所述方法确定使用者已经实施了按压。
12.根据权利要求7或8所述的方法，其中在所述第一实例或所述第二实例中，如果从紧接先前确认的按压或呼气的使用者动作起所花费的时间短于预定参考时间，则所述方法确定使用者已经实施了按压，其中如果从紧接先前确认的按压或呼气的使用者动作起所花费的时间长于预定参考时间，则所述方法确定使用者已实施了呼气。
13.根据权利要求7或8所述的方法，其中在所述第一实例或所述第二实例中，鉴于紧接先前连续的使用者按压的次数并进一步鉴于CPR训练进程要求的连续按压次数，所述方法确定使用者已经实施按压或呼气，使得如果紧接先前连续的使用者按压的次数小于所述CPR训练进程要求的次数，则确定使用者已经实施另一次按压。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括：
将所述肺袋与所述人体模型的呼吸腔连接，使得所述人体模型的呼吸腔与所述肺袋在其之间流体连通；
通过所述人体模型的呼吸腔实施初始化呼气的序列，该序列将空气压力传感器能够检测的空气吹入所述肺袋；
响应于所初始化呼气提供由所述空气压力传感器产生的初始化空气压力信号；
提供初始化呼气的体积信息；
处理所述初始化空气压力信号和所述体积信息，以提供通过所述初始化呼气引起的初始化呼气的体积和所述肺袋内的空气压力之间的相关性；
随后实施CPR训练进程，进一步包括：
通过所述人体模型的呼吸腔的至少一次训练呼气，其将空气压力传感器能够检测到的空气吹入所述肺袋；
响应于所述训练呼气，提供由所述空气压力传感器产生的训练空气压力信号；以及
使用所述至少一个训练空气压力信号和通过初始化呼气的体积和空气压力之间的相关性计算由所述训练呼气引起的体积，其中不为所述至少一次训练呼气检测体积。
15.一种用于CPR训练的按压垫装置，所述装置包括：
壳体，包括内表面；
封装在所述壳体内的印刷电路板(PCB)；
至少一个力传感器，被配置为检测力；
多个接触传感器，每个接触传感器包括第一元件和第二元件；
所述第一元件包括设置在所述内表面上的多个接触贴片，其中所述多个接触贴片由导电材料制成并且不彼此电连接；以及
所述第二元件包括形成在所述PCB上的一组或多组接触图案，其中每组中的接触图案包括彼此紧密靠近并且朝向所述多个接触贴片中的至少部分接触贴片暴露的两个或更多个电隔离的导电图案，
其中所述多个接触贴片布置在所述壳体的内表面上并且所述接触图案布置在所述PCB上，使得当无外力或按压施加到所述壳体时，每个接触贴片面向对应的一组接触图案，同时该接触贴片不接触其对应的一组接触图案，
其中当响应于外力或按压施加到所述壳体，所述多个接触贴片中的至少一个接触其对应的一组接触图案时，所述装置被配置为产生接触信号。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述壳体包括形成在所内表面中用于容纳所述多个接触贴片的多个凹部，其中每个接触贴片插入所述多个凹部中的一个凹部，使得插入该凹部的该接触贴片的顶表面位于低于所述内表面的水平，以确保当可操作地安装所述装置时，该接触贴片的顶表面不接触形成在所述PCB上的其对应一组接触图案。
17.一种用于CPR训练的方法，所述方法包括：
提供人体模型，所述人体模型包括内部结构和装配在所述内部结构上的可移除的皮肤，所述内部结构包括对应于人体的肋骨架的框架；
提供按压垫，所述按压垫包括壳体和容纳在所述壳体内的多个接触传感器；
提起或移除所述皮肤以暴露所述框架的至少一部分；
随后将所述按压垫放置在所述框架上；
随后将所述皮肤装配在所述内部结构上，使得所述按压垫位于所述人体模型的皮肤下方的胸部区域中；
当在所述人体模型的胸部区域上实施包括胸部按压的CPR训练进程时，检测施加到所述按压垫上的至少一个按压位置，其中由所述多个接触传感器检测所述至少一个按压位置；以及
基于所述至少一个按压位置确定CPR训练进程的胸部按压是否在期望区域上实施。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述确定包括：比较所述至少一个按压位置与按压位置的预定模式。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述按压垫包括容纳在所述壳体内的至少一个力传感器，其中所述多个接触传感器沿着所述壳体的周边设置在所述壳体内，使得所述多个接触传感器大致围绕所述至少一个力传感器。
20.根据权利要求17或18所述的方法，其中所述壳体包括顶盖和底盖，其中所述按压垫包括放置在所述顶盖和所述底盖之间的柔性PCB，其中所述多个接触传感器包括多个导电贴片，并且还包括形成在PCB上的多组导电图案，其中所述按压垫被配置为使得当所述多个导电贴片中的一个或多个接触至少一组导电图案时检测所述至少一个按压位置。
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