CN109545058A - 仿生智能穿刺训练模拟人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及仿生器材技术领域，尤其为仿生智能穿刺训练模拟人，包括模拟人本体、设置在所述模拟人本体内部的安装板以及安装在所述模拟人本体顶部的电源线，该仿生智能穿刺训练模拟人，通过设置的动脉仿生管和静脉仿生管形成完整的动、静脉系统，并通过将泵体工作，实现动脉仿生管和静脉仿生管内部的液体循环，能够模拟动、静脉循环系统，便于穿刺训练，通过偏心振动减速电机的输出轴带动心脏仿生件来回运动，模仿心脏的搏动效果，同时通过对偏心振动减速电机转速的调节，实现模拟脉搏频率，通过在模拟人本体内设置有报警器，如做锁骨下静脉穿刺、PICC穿刺，管道到达上腔静脉时，模拟人会发出滴滴报警声，对刺穿训练进行提示。
Description
技术领域
本发明涉及仿生器材技术领域，具体为仿生智能穿刺训练模拟人。
背景技术
穿刺是一个医学常用手术用语，是将穿刺针刺入体腔抽取分泌物做化验，向体腔注入气体或造影剂做造影检查，或向体腔内注入药物的一种诊疗技术。穿刺的目的是抽血化验，输血、输液及置入导管做血管造影等，临床中穿刺训练往往需要使用到模拟人。
目前同类静脉穿刺模拟人不能满足临床使用需求，多数只有局部手臂或者头部模型，导致作用功能局限，不能满足多种操作练习，同时动、静脉分辨不明确，解剖位置不精确，影响训练整体的效果。鉴于此，我们提出仿生智能穿刺训练模拟人。
发明内容
本发明的目的在于提供仿生智能穿刺训练模拟人，以解决上述背景技术中提出的同类静脉穿刺模拟人作用功能局限，不能满足多种操作练习，同时动、静脉分辨不明确，解剖位置不精确，影响训练整体的效果的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
仿生智能穿刺训练模拟人，包括模拟人本体、设置在所述模拟人本体内部的安装板以及安装在所述模拟人本体顶部的电源线，所述安装板的背侧顶部设置有出水管连接孔，所述安装板的背侧底部设置有进水管连接孔，所述安装板的背侧中心位置安装有一对循环水泵，所述循环水泵的一端设置有出水管，所述循环水泵的另一端设置有进水管，所述模拟人本体的内部设置有心脏仿生件、肺部仿生件、胃部仿生件、肠道仿生件、动脉仿生管以及静脉仿生管，所示心脏仿生件的内部还设置有偏心振动减速电机。
作为优选，所述心脏仿生件、所述肺部仿生件、所述胃部仿生件、肠道仿生件、所述动脉仿生管以及所述静脉仿生管分别安装在所述安装板外表面。
作为优选，所述动脉仿生管和所述静脉仿生管均为两端设有开口的中空管道。
作为优选，所述模拟人本体内还设置有锁骨仿生件、肋骨仿生件、胯骨仿生件、手臂骨仿生件和腿骨仿生件。
作为优选，所述循环水泵包括泵体以及安装在所述泵体外表面的安装件，所述泵体的外壁开设有凹槽，所述凹槽内开设有螺纹孔，所述泵体的一端设置有出水管接头，所述泵体的另一端设置有进水管接头，所述安装件的顶部开设有通孔，所述通孔内设置有连接螺柱，所述安装件的侧壁设置有管道固定板，所述安装件的两端分别安装有卡脚，所述卡脚上设置有多个安装螺钉。
作为优选，所述安装件和所述凹槽卡接配合。
作为优选，所述连接螺柱和所述螺纹孔螺纹连接。
作为优选，所述管道固定板外壁安装有多个卡环，两个所述卡环靠近所述管道固定板一侧为固定边，所述固定边和所述管道固定板紧密粘接，两个所述卡环远离所述管道固定板一侧为间隙槽，两个所述卡环之间留有卡槽。
作为优选，所述卡环的截面呈弧形。
作为优选，所述模拟人本体的背面设置有拉链，所述拉链上设置有锁头。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该仿生智能穿刺训练模拟人，通过设置的动脉仿生管和静脉仿生管形成完整的动、静脉系统，并通过将泵体工作，实现动脉仿生管和静脉仿生管内部的液体循环，能够模拟动、静脉循环系统，操作者在进行穿刺训练时，触摸动脉仿生管可有搏动感，触摸静脉仿生管有弹性，穿刺后成功有落空感，并可见回液，通过回液的颜色，可清楚的区分动脉仿生管和静脉仿生管，便于穿刺训练。
2、该仿生智能穿刺训练模拟人，通过偏心振动减速电机的输出轴带动心脏仿生件来回运动，模仿心脏的搏动效果，同时通过对偏心振动减速电机转速的调节，实现模拟脉搏频率，提高模拟人本体整体的仿生效果。
3、该仿生智能穿刺训练模拟人，通过设置的锁头，便于取出设置在模拟人本体内部的穿刺内表皮以及血管附件，提高模拟人本体整体的使用率，且确保穿刺训练的有效进行。
4、该仿生智能穿刺训练模拟人，通过在模拟人本体内设置有报警器，如做锁骨下静脉穿刺、PICC穿刺，管道到达上腔静脉时，模拟人会发出滴滴报警声，对刺穿训练进行提示。
附图说明
图1为本发明的模拟人本体整体外部正面结构示意图；
图2为本发明的模拟人本体整体外部背面结构示意图；
图3为本发明的模拟人本体内部血液体内循环血管结构示意图；
图4为本发明的安装板结构示意图；
图5为本发明的心脏仿生件结构示意图；
图6为本发明的模拟人本体内部骨骼结构示意图；
图7为本发明的循环水泵结构整体图；
图8为本发明的循环水泵结构爆炸图；
图9为本发明的图8中A处结构详细图；
图10为本发明的实施例2中偏心振动减速电机电路图；
图11为本发明的偏心振动减速电机数学模型图；
图12为本发明的实施例7中报警器电路图。
图中：1、模拟人本体；11、心脏仿生件；12、肺部仿生件；13、胃部仿生件；14、肠道仿生件；15、动脉仿生管；16、静脉仿生管；17、锁骨仿生件；18、肋骨仿生件；19、胯骨仿生件；110、手臂骨仿生件；111、腿骨仿生件；112、偏心振动减速电机；2、安装板；21、出水管接连孔；22、进水管连接孔；23、循环水泵；24、出水管；25、进水管；26、泵体；261、凹槽；262、螺纹孔；263、出水管接头；264、进水管接头；27、安装件；271、通孔；272、连接螺柱；273、管道固定板；2731、卡环；2732、固定边；2733、间隙槽；2734、卡槽；274、卡脚；275、安装螺钉；3、电源线；4、拉链；5、锁头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1
仿生智能穿刺训练模拟人，如图1-图4所示，包括模拟人本体1、设置在模拟人本体1内部的安装板2以及安装在模拟人本体1顶部的电源线3，安装板2的背侧顶部设置有出水管连接孔21，安装板2的背侧底部设置有进水管连接孔22，安装板2的背侧中心位置安装有一对循环水泵23，循环水泵23的一端设置有出水管24，循环水泵23的另一端设置有进水管25，模拟人本体1的内部设置有心脏仿生件11、肺部仿生件12、胃部仿生件13、肠道仿生件14、动脉仿生管15以及静脉仿生管16，心脏仿生件11、肺部仿生件12、胃部仿生件13、肠道仿生件14、动脉仿生管15以及静脉仿生管16分别安装在安装板2外表面，动脉仿生管15和静脉仿生管16均为两端设有开口的中空管道。
本实施例中，模拟人本体1采用硅胶材质制成，使得模拟人本体1外形逼真，皮肤纹理清晰。
进一步的，心脏仿生件11、肺部仿生件12、胃部仿生件13、肠道仿生件14均采用硅胶材质制成，且形状仿照人体器官设计，位置参照人体解剖图设计，使得模拟人本体1解剖结构精确，并带有完整的动、静脉系统，便于临床使用，并满足多种操作练习。
具体的，动脉仿生管15和静脉仿生管16均为硅胶管，使得触摸动脉仿生管15时有搏动感，触摸静脉仿生管16时具有良好的弹性，使得穿刺成功后有落空感，并可见回血，仿生度高。
此外，动脉仿生管15内设置有红色液体，静脉仿生管16内设置有蓝色液体，便于区分动脉仿生管15和静脉仿生管16。
除此之外，动脉仿生管15的一端和其中一个出水管24相通，动脉仿生管15的另一端和其中一个进水管25相通，便于通过循环水泵23实现动脉仿生管15的模拟血液循环工作。
进一步的，静脉仿生管16的一端和另一个出水管24相通，静脉仿生管16的另一端和另一个进水管25相通，便于通过循环水泵23实现静脉仿生管16的模拟血液循环工作。
实施例2
作为本发明的第二种实施例，为了模拟心脏搏动状态，并模拟脉搏频率，本发明人员对心脏仿生件11作出改进，作为一种优选实施例，如图5所示，心脏仿生件11的内部还设置有偏心振动减速电机112。
本实施例中，心脏仿生件11内部为中空结构，便于将偏心振动减速电机112安装在心脏仿生件11内。
进一步的，偏心振动减速电机112的底部和心脏仿生件11的内壁粘接固定，便于对偏心振动减速电机112进行固定，且通过偏心振动减速电机112工作实现心脏仿生件11模拟心脏跳动。
具体的，偏心振动减速电机112采用深圳市精致精电器有限公司生产的型号为N20的有刷直流电动机，并设置为转速调节系统，转速调节系统基于PWM调制控制系统设计，该系统具有加速、减速、正转、反转、停止控制功能，操作开关通过中断控制直流电机的加速、减速、正转、反转停止控制功能，并通过LCD液晶显示，振荡、时钟电路和复位电路由80C51单片机内部给出，偏心振动减速电机112速度由LCD液晶显示，操作开关状态由液晶显示器显示，其电路如图10所示。
此外，偏心振动减速电机数学模型图如图11所示，图中U为电压，Ea为电枢电动势，n为转速，I为电枢电流，ra为电枢回路电阻，Rc为外在电枢电阻，T1、T2为负载转矩，T0为空载转矩，φ为磁通量，根据基尔霍夫第二定律，得到电枢电压电动势平衡方程式：
U＝Ea-Ia(Ra+Rc)…………………式1
式1中，Ra为电枢回路电阻，电枢回路串联保绕阻与电刷接触电阻的总和，Rc是外接在电枢回路中的调节电阻，由此可得偏心振动减速电机112转速公式为：
n＝Ua-IR/Ceφ…………………式2
式2中，Ce为电动势常数，φ是磁通量
由1.1式和1.2式得：
n＝Ea/Ceφ
本实施例中，通过对偏心振动减速电机112转速的调节，实现模拟脉搏频率。
实施例3
作为本发明的第三种实施例，为了模拟人体内的骨骼结构，本发明人员对模拟人本体1内部结构作出改进，作为一种优选实施例，如图6所示，模拟人本体1内还设置有锁骨仿生件17、肋骨仿生件18、胯骨仿生件19、手臂骨仿生件110和腿骨仿生件111。
本实施例中锁骨仿生件17、肋骨仿生件18、胯骨仿生件19、手臂骨仿生件110和腿骨仿生件111均采用塑料材质制成，其材质具有一定的硬度，触摸时有明显触知，提高整体仿生程度。
进一步的，锁骨仿生件17、肋骨仿生件18、胯骨仿生件19、手臂骨仿生件110和腿骨仿生件111均安装在安装板2外避免上，具体的，锁骨仿生件17、肋骨仿生件18、胯骨仿生件19、手臂骨仿生件110和腿骨仿生件111安装方式采用胶水粘连固定。
实施例4
作为本发明的第四种实施例，为了模拟完整的动、静脉循环系统，本发明人员设置有循环水泵23，作为一种优选实施例，如图8所示，循环水泵23包括泵体26以及安装在泵体26外表面的安装件27，泵体26的外壁开设有凹槽261，凹槽261内开设有螺纹孔262，泵体26的一端设置有出水管接头263，泵体26的另一端设置有进水管接头264，安装件27的顶部开设有通孔271，通孔271内设置有连接螺柱272，安装件27的侧壁设置有管道固定板273，安装件27的两端分别安装有卡脚274，卡脚274上设置有多个安装螺钉275。
安装件27和凹槽261卡接配合。
连接螺柱272和螺纹孔262螺纹连接。
本实施例中，出水管接头263和出水管24相通，进水管接头264和进水管25相通，便于通过泵体26的工作，实现出水管24和进水管25的水循环工作。
进一步的，安装件27的截面呈字母“U”字形状，便于将安装件27卡入到凹槽261内。
具体的，连接螺柱272的尺寸和通孔271的尺寸相适配，便于将连接螺柱272穿过通孔271并螺入到螺纹孔262内。
值得说明的是，泵体26采用深圳市钜泰泵业有限公司生产的型号为AD20-0510B的无刷直流水泵，其配套电路也由改厂家提供。
实施例5
作为本发明的第五种实施例，为了便于对循环水泵23接入的管道进行收纳，本发明人员设置管道固定板273，作为一种优选实施例，如图9所示，管道固定板273外壁安装有多个卡环2731，两个卡环2731靠近管道固定板273一侧为固定边2732，固定边2732和管道固定板273紧密粘接，两个卡环2731远离管道固定板273一侧为间隙槽2733，两个卡环2731之间留有卡槽2734，卡环2731的截面呈弧形。
本实施例中，两个卡环2731为一组，形成一个管道的夹持件。
进一步的，卡环2731采用PP塑料材质制成，其材质具有良好的韧性，自身弹性高，便于对管道进行夹持固定。
实施例6
在具体实施过程中，由于模拟人本体1反复穿刺导致模拟人本体1内表皮有较多创口，因此需要对模拟人本体1进行更换，作为一种优选实施例，为了便于对模拟人本体1进行更换，本发明人员对模拟人本体1的结构作出改进，作为一种优选实施例，如图2所示，模拟人本体1的背面设置有拉链4，拉链4上设置有锁头5，拉链4和锁头5啮合，且模拟人本体1内还设置有穿刺内表皮。
本实施例中，拉链4的两侧通过革布缝制在模拟人本体1上，便于对拉链4进行安装。
进一步的，模拟人本体1包括新生儿、婴幼儿、成人三个型号，便于进行不同的穿刺实验。
具体的，穿刺内表皮和模拟人本体1的尺寸相适配，并贴合模拟人本体1设置，穿刺内表皮采用橡胶材质制成，一方面便于进行穿刺工作，另一面通过橡胶之间的摩擦阻力，便于对穿刺内表皮进行安装。
实施例7
作为本发明的第七种实施例，为了便于在穿刺过程中，对不合格的穿刺情况进行及时警报提醒，本发明人员还设置有警报器，作为一种优选实施例，模拟人本体1内还设置有报警器，如做锁骨下静脉穿刺、PICC穿刺，管道到达上腔静脉时，模拟人会发出滴滴报警声，本实施例中的警报器可采用红外线报警器，在上腔静脉处安装有红外检测探头，通过红外检测探头检测穿刺的距离发出警报。
具体的，报警器内包括单片机系统和声光报警电路，具体电路如图12所示，U1为AT89C2051单片机，C1、R0、R1和复位按钮RESET组成手动电平复位和上电自动复位电路，C2、C3以及晶振T1组成时钟电路iC4、C5为+5V电源滤波电容，U2为CM0S6反相器CC4069，起驱动作用.VD1-VD6为红外发射管，其负极端接与P1口.P1口设置为输出状态，当P1口为0时，VD1-VD6发红外光，VD7-VD12为红外接收管，当接收到红外光时导通，+5V电源通过VD7一VD12加到反相器CC4069的输入端，经反相为低电平，这时P3_0-P3.5为低电平，当在一定时间内检测到位于不位置的光束被遮挡时，则由P3.7口输出报警信号高低电平间隔1S的脉冲信号，驱动声光报警电路，进声光报警，直至按复位按钮RESET或电源开关S1，由于红外收发管之间没有遮挡时为正常，有遮挡时为异常，则当P1口输出00H时，P3口的正常状态数据为00H。
进一步的，声光报警电路包括555定时器U4扬声器BY，普通红色发光二极管VD13等，其中555定时器接成了一个低频多谐振荡器，其控制电压输入端5脚与单片机AT89C2051的P3.7脚相连，受P3.7脚输出的高低电平间隔1S的脉冲信号控制，当P3.7为高电平时控制电压Uco较高，阈值电压UT+＝Uco和UT-＝1/2Uco也较高，当P3.7为低电平时，UT+和UT-也较低，当UT+较高时，电容C9充、放电的电压幅度较大，因而振荡频率较低，反之，当UT+较低时，电容C9充、放电过程中电压变化幅度较小，充、放电过程完成得较快，故振荡频率较高，即当P3.7＝1时，555输出脉冲的振荡频率较低，当P3.7＝0时，555输出脉冲的振荡频率高，该输出脉冲经过隔直电容C8加到扬声器上，扬声器将交替发出警报。
本发明中的仿生智能穿刺训练模拟人在具体使用时，通过设置的动脉仿生管15和静脉仿生管16形成完整的动、静脉系统，将泵体26的出水管接头263接入到出水管24，泵体26的进水管接头264接入到进水管25，并在动脉仿生管15内注入红色液体，在静脉仿生管16内注入蓝色液体，通过将泵体26接入电源，实现动脉仿生管15和静脉仿生管16内部的液体循环，能够模拟动、静脉循环系统，操作者在进行穿刺训练时，触摸动脉仿生管15可有搏动感，触摸静脉仿生管16有弹性，穿刺后成功有落空感，并可见回液，通过回液的颜色，可清楚的区分动脉仿生管15和静脉仿生管16，便于穿刺训练；
将偏心振动减速电机112接入电源使其工作，偏心振动减速电机112的输出轴带动心脏仿生件11来回运动，模仿心脏的搏动效果，同时通过对偏心振动减速电机112转速的调节，实现模拟脉搏频率，提高模拟人本体1整体的仿生效果；
对泵体26安装时，只需要将安装件27插入到泵体26的凹槽261内，通过连接螺柱272穿过通孔271，并螺入到螺纹孔262内，实现安装件27和泵体26的安装，同时将安装件27的安装螺钉275螺入到安装板2上，能够将循环水泵23安装在安装板2上，且便于拆卸；
同时，泵体26连接时的管道能够从间隙槽2733处卡入到卡槽2734内，并顺着卡环2731进行环形缠绕，减少了管道在模拟人本体1内的堆积，提高整体空间的利用率；
对模拟人本体1进行更换组件时，只需要将模拟人本体1背部的锁头5拉开，并取出设置在模拟人本体1内部的穿刺内表皮以及血管附件，即可进行更换，提高模拟人本体1整体的使用率，且确保穿刺训练的有效进行。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.仿生智能穿刺训练模拟人，包括模拟人本体(1)、设置在所述模拟人本体(1)内部的安装板(2)以及安装在所述模拟人本体(1)顶部的电源线(3)，其特征在于：所述安装板(2)的背侧顶部设置有出水管连接孔(21)，所述安装板(2)的背侧底部设置有进水管连接孔(22)，所述安装板(2)的背侧中心位置安装有一对循环水泵(23)，所述循环水泵(23)的一端设置有出水管(24)，所述循环水泵(23)的另一端设置有进水管(25)，所述模拟人本体(1)的内部设置有心脏仿生件(11)、肺部仿生件(12)、胃部仿生件(13)、肠道仿生件(14)、动脉仿生管(15)以及静脉仿生管(16)，所示心脏仿生件(11)的内部还设置有偏心振动减速电机(112)。
2.根据权利要求1所述的仿生智能穿刺训练模拟人，其特征在于：所述心脏仿生件(11)、所述肺部仿生件(12)、所述胃部仿生件(13)、肠道仿生件(14)、所述动脉仿生管(15)以及所述静脉仿生管(16)分别安装在所述安装板(2)外表面。
3.根据权利要求1所述的仿生智能穿刺训练模拟人，其特征在于：所述动脉仿生管(15)和所述静脉仿生管(16)均为两端设有开口的中空管道。
4.根据权利要求1所述的仿生智能穿刺训练模拟人，其特征在于：所述模拟人本体(1)内还设置有锁骨仿生件(17)、肋骨仿生件(18)、胯骨仿生件(19)、手臂骨仿生件(110)和腿骨仿生件(111)。
5.根据权利要求1所述的仿生智能穿刺训练模拟人，其特征在于：所述循环水泵(23)包括泵体(26)以及安装在所述泵体(26)外表面的安装件(27)，所述泵体(26)的外壁开设有凹槽(261)，所述凹槽(261)内开设有螺纹孔(262)，所述泵体(26)的一端设置有出水管接头(263)，所述泵体(26)的另一端设置有进水管接头(264)，所述安装件(27)的顶部开设有通孔(271)，所述通孔(271)内设置有连接螺柱(272)，所述安装件(27)的侧壁设置有管道固定板(273)，所述安装件(27)的两端分别安装有卡脚(274)，所述卡脚(274)上设置有多个安装螺钉(275)。
6.根据权利要求5所述的仿生智能穿刺训练模拟人，其特征在于：所述安装件(27)和所述凹槽(261)卡接配合。
7.根据权利要求5所述的仿生智能穿刺训练模拟人，其特征在于：所述连接螺柱(272)和所述螺纹孔(262)螺纹连接。
8.根据权利要求5所述的仿生智能穿刺训练模拟人，其特征在于：所述管道固定板(273)外壁安装有多个卡环(2731)，两个所述卡环(2731)靠近所述管道固定板(273)一侧为固定边(2732)，所述固定边(2732)和所述管道固定板(273)紧密粘接，两个所述卡环(2731)远离所述管道固定板(273)一侧为间隙槽(2733)，两个所述卡环(2731)之间留有卡槽(2734)。
9.根据权利要求8所述的仿生智能穿刺训练模拟人，其特征在于：所述卡环(2731)的截面呈弧形。
10.根据权利要求1所述的仿生智能穿刺训练模拟人，其特征在于：所述模拟人本体(1)的背面设置有拉链(4)，所述拉链(4)上设置有锁头(5)。
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