CN110444076A - 一种模拟人胸腔弹性机构及模拟人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟人胸腔弹性机构，其包括模拟胸骨、模拟脊柱和若干根模拟肋骨，所述模拟肋骨的两端分别与所述模拟胸骨和所述模拟脊柱铰接连接以形成人体胸腔结构，所述模拟胸骨和所述模拟脊柱之间设置有至少一根气弹簧，所述气弹簧的两端分别与所述模拟胸骨和所述模拟脊柱铰接连接；所述模拟胸骨由硬质板材制成，所述模拟胸骨、所述模拟脊柱、所述模拟肋骨、所述气弹簧拟合成的胸廓弹性力函数为F＝29.4x+22.3x2‑1.35x3+0.325x4+(0.710+0.887x)v。本发明的模拟人胸腔弹性机构实现了与真实人体的胸廓弹性类似的力学特性，具有与真实人体类似的人工按压反馈感受，培训者在该模拟人训练时可有效帮助其建立对按压频率值和按压深度值的感觉，进而可大大提高培训的效果。
Description
技术领域
本发明涉及心肺复苏模拟人技术领域，特别是涉及一种模拟人胸腔机构及模拟人。
背景技术
在心肺复苏医学培训中经常需要用到模拟人，模拟人提供各培训学员进行练习操作的对象，其中关键的一项是胸外按压，即在模拟人模拟的患者胸骨处施加按压力，以迫使胸腔产生下降深度。当胸外按压产生的力施加在患者或者模拟人时，患者或者模拟人的胸腔弹性系数就是一项关键因素，这直接影响到同一按压力产生了多大的按压深度，以及随着按压深度的变化需要多大变化的按压力。而且，胸外按压对于按压的频率和深度都有严格建议要求。所以，在培训人工胸外按压时，按压手感反馈至关重要，这也就需要心肺复苏模拟人需要能尽量真实的模拟真实人体的胸廓弹性系数。
现有常见的模拟人一般仅在胸腔内设置一个简单的单个圆柱形螺旋弹簧模拟胸腔的弹性，其力学特性为简单的线性关系：F＝a·x+b(a、b为常数系数)，这种模拟胸腔弹性系数的简单线性关系，最突出的问题就是人工按压的反馈感觉与真实人体差别非常大，进而导致难以达到较为理想的培训目的。
发明内容
为此，本发明要解决的技术问题是克服现有的模拟人胸腔弹性与真实人体的弹性差异过大，培训效果较差的弊端，进而提供一种模拟人胸腔弹性机构及模拟人。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种模拟人胸腔弹性机构，其包括模拟胸骨、模拟脊柱和若干根模拟肋骨，所述模拟肋骨的两端分别与所述模拟胸骨和所述模拟脊柱铰接连接以形成人体胸腔结构，所述模拟胸骨和所述模拟脊柱之间设置有至少一根气弹簧，所述气弹簧的两端分别与所述模拟胸骨和所述模拟脊柱铰接连接；所述模拟胸骨由硬质板材制成，所述模拟胸骨、所述模拟脊柱、所述模拟肋骨、所述气弹簧拟合成的胸廓弹性力函数为
F＝29.4x+22.3xz-1.35x3+0.325x4+(0.710+0.887x)v
其中，F表示力，x表示按压深度，v表示按压速度。
优选地，所述模拟脊柱的弹性拟合成的力函数为f2＝-1.35x3+0.325x4，若干根所述模拟肋骨拟合成的力函数为f1＝29.4x+22.3x2，所述气弹簧拟合成的力函数为f3＝-(0.710+0.887x)v。
优选地，所述模拟脊柱由一块弹性板件制成或由两块以上的弹性板件叠合而成。
优选地，所述模拟肋骨由弹性片制成，所述模拟肋骨的两端铰接连接均为可旋转式铰接连接。
优选地，所述的气弹簧设置有两根，两根所述气弹簧均倾斜设置。
优选地，所述模拟人胸腔弹性机构平躺时，所述模拟胸骨与水平面的夹角为0-20度，进一步优选10度。
一种模拟人，所述模拟人的胸腔内设置有上述任一项所述的模拟人胸腔弹性机构。
本发明的有益效果：
本发明的模拟人胸腔弹性机构实现了与真实人体的胸廓弹性类似的力学特性，具有与真实人体类似的人工按压反馈感受，培训者在该模拟人训练时可有效帮助其建立对按压频率值和按压深度值的感觉，进而可大大提高培训的效果。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明的模拟人胸腔弹性机构的立体结构示意图；
图2是本发明的模拟人胸腔弹性机构的主视图；
图3是本发明的模拟人胸腔弹性机构的侧视图；
图4是安装有本发明的模拟人胸腔弹性机构的模拟人平躺时的结构示意图；
图5是本发明的模拟人的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1-模拟胸骨；2-模拟脊柱；3-模拟肋骨；4-气弹簧；5-模拟剑柄；6-模拟剑突。
具体实施方式
参见图1-3，一种模拟人胸腔弹性机构，其包括模拟胸骨1、模拟脊柱2和七对(14根，考虑到正常人体有12对肋骨，但是只有7对肋骨与胸骨相连，故优选7对)模拟肋骨3，所述模拟肋骨、所述模拟胸骨、所述模拟脊柱仿照人体解剖学的形态及位置设置，所述模拟肋骨3的两端分别于所述模拟胸骨1和所述模拟脊柱2铰接连接以形成人体胸腔结构，所述模拟胸骨1和所述模拟脊柱2之间设置有两根气弹簧4，所述气弹簧4的两端分别与所述模拟胸骨1和所述模拟脊柱2铰接连接；所述模拟胸骨1由硬质板材制成，优选不锈钢钢板，所述模拟胸骨1、所述模拟脊柱2、所述模拟肋骨3、所述气弹簧4拟合成的模拟胸廓弹性力函数为：
F＝29.4x+22.3x2-1.35x3+0.325x4+(0.710+0.887x)v
其中，F表示力，x表示按压深度，v表示按压速度。
作为优选方式，所述模拟脊柱2的弹性拟合成的力函数为f2＝-1.35x3+0.325x4，七对所述模拟肋骨3拟合成的力函数为f1＝29.4x+22.3x2，所述气弹簧4拟合成的力函数为f3＝-(0.710+0.887x)v。
本实施例的所述模拟脊柱2由一块弹性板件制成或由两块以上的弹性板件叠合而成，板材优选不锈钢板；其形状为与真实人体类似的脊椎曲线形态，模拟脊柱2的刚性大于所有模拟肋骨加上气弹簧的刚性之和。
本实施例的所述模拟肋骨3为由不锈钢制成的弹性片，所述模拟肋骨3的两端铰接连接均为可旋转式铰接连接，也即当一端铰接时，在铰接点处模拟肋骨3能够绕其轴线进行转动。
本实施例的所述的两根气弹簧均倾斜设置，参见图4-5，安装有本发明的模拟人胸腔弹性机构的模拟人处于平躺姿态时，所述模拟胸骨1与水平面的夹角α优选10度。以与真实人体的解剖结构类似，有利于模拟出所需的目标弹性系数。
根据人体胸腔的骨骼结构形状，本实施例的七对模拟肋骨3的形状和尺寸均不一样，按人体从上到下，七对模拟肋骨额尺寸逐渐变大，刚性则逐渐变小，以尽可能与真实人体相似。模拟胸骨只要由硬质板材制成并使其形状与真实人体胸骨形状相近即可，出不锈钢板外，还可采用诸如高强度塑料、碳纤维等制成，在所述模拟胸骨上端设置有模拟剑柄5、底端设置有模拟剑突6，以进一步提高模拟程度。
在常态下，通过设置七对模拟肋骨的初始弹力和两个气弹簧的初始力，模拟胸骨和模拟脊椎之间在力作用下保持相对稳定的平衡状态，七对模拟肋骨的初始弹力呈收缩弹状态，两个气弹簧均呈一定程度的压缩状态。
本实施例的模拟人胸腔弹性机构在进行胸外按压时，按压位置一般在模拟胸骨与第四对模拟肋骨的连接点附近，其按压力的方向为垂直于水平面方向(模拟人处于平躺状态)。当对模拟人进行胸外按压时，由于每一对肋骨的弹性不同，且第一肋往后刚性逐渐变小，所有按压力会使得胸骨于地面角度变小，同时胸骨整体下降，进而能够使得按压模拟与真实人体类似：胸廓上部靠近锁骨刚性强，靠近腹部的胸廓刚性弱。在进行按压时，胸骨会产生下降速度v，下降速度与下降位移同时影响气弹簧所产生的力大小，即形成了气弹簧的阻尼力特性，以提高模拟按压的仿真程度。
在按压的同时，所有按压力也最终施加在了模拟脊柱上，使得模拟脊柱根据自身的弧度曲线产生形变，以进一步提高模拟胸廓弹性的真实度。
本实施例的模拟胸骨、模拟脊柱、模拟肋骨的粗细、材质、形状不限，只要能够满足拟合成需要的目标胸廓弹性系数曲线F＝29.4x+22.3x2-1.35x3+0.325x4+(0.710+0.887x)v，即可达到预期的设计目的。
当然为了便于检测和组装，并保证模拟的仿真程度，本实施例优选所有模拟肋骨可拟合形成力函数f1＝29.4x+22.3x2，模拟脊柱可拟合形成力函数f2＝-1.35x3+0.325x4，气弹簧可拟合形成力函数f3＝-(0.710+0.887x)v，如此可可保证模拟的仿真程度。
本发明的模拟人胸腔弹性机构实现了与真实人体的胸廓弹性类似的力学特性，使得模拟训练能够具有与真实人体类似的人工按压反馈感受。培训者在该模拟人训练时可有效帮助其建立对按压频率值和按压深度值的感觉，进而大大提高培训的效果。
本发明的模拟人胸腔弹性机构安装到模拟人胸腔后，与真实人体的解剖学对应结构类似，可给培训者建立对胸外按压机制的直观感受，可直观感受到进行按压时的胸骨、肋骨是如何相应作用的，进而加深培训者对胸外按压的理解。
本发明实现的胸廓弹性力学曲线，能够符合大多数人的力学特性曲线，设置有本发明的胸腔弹性机构的模拟人可模拟代表大多数人体的力学特性，因此使适用范围更广。
上述具体实施方式只是对本发明的技术方案进行详细解释，本发明并不只仅仅局限于上述实施例，本领域技术人员应该明白，凡是依据上述原理及精神在本发明基础上的改进、替代，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种模拟人胸腔弹性机构，其特征在于：包括模拟胸骨、模拟脊柱和若干根模拟肋骨，所述模拟肋骨的两端分别与所述模拟胸骨和所述模拟脊柱铰接连接以形成人体胸腔结构，所述模拟胸骨和所述模拟脊柱之间设置有至少一根气弹簧，所述气弹簧的两端分别与所述模拟胸骨和所述模拟脊柱铰接连接；所述模拟胸骨由硬质板材制成，所述模拟胸骨、所述模拟脊柱、所述模拟肋骨、所述气弹簧拟合成的胸廓弹性力函数为：
F＝29.4x+22.3x2-1.35x3+0.325x4+(0.710+0.887x)v
其中，F表示力，x表示按压深度，v表示按压速度。
2.根据权利要求1所述的模拟人胸腔弹性机构，其特征在于：所述模拟脊柱的弹性拟合成的力函数为f2＝-1.35x3+0.325x4，若干根所述模拟肋骨拟合成的力函数为f1＝29.4x+22.3x2，所述气弹簧拟合成的力函数为f3＝-(0.710+0.887x)v。
3.根据权利要求1或2所述的模拟人胸腔弹性机构，其特征在于：所述模拟脊柱由一块弹性板件制成或由两块以上的弹性板件叠合而成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的模拟人胸腔弹性机构，其特征在于：所述模拟肋骨由弹性片制成，所述模拟肋骨的两端铰接连接均为可旋转式铰接连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的模拟人胸腔弹性机构，其特征在于：所述的气弹簧设置有两根，两根所述气弹簧均倾斜设置。
6.根据权利要求1-5任一项所述的模拟人胸腔弹性机构，其特征在于：所述模拟人胸腔弹性机构平躺时，所述模拟胸骨与水平面的夹角为0-20度。
7.根据权利要求6所述的模拟人胸腔弹性机构，其特征在于：所述模拟人胸腔弹性机构平躺时，所述模拟胸骨与水平面的夹角为10度。
8.一种模拟人，其特征在于：所述模拟人的胸腔内设置有权利要求1-7任一项所述的模拟人胸腔弹性机构。
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