CN1893905B - 自动轻型机电胸部按压设备及其温度调节系统 - Google Patents

Abstract

一种轻型的机电胸部按压设备。设备(2)设置有电动机(79)、制动器(82)、驱动卷筒(42)、控制系统(83，84，85)、以及支撑所述设备并且导向按压带(3)的金属槽梁(41)。带(3)设置在连接到槽梁(41)的带盒(5)中。在使用中，带(3)被固定在病人(1)的周围，并且被固定到驱动卷筒(42)。电动机(79)通过旋转驱动卷筒(42)收紧带(3)。当与它的能源(21)完全组装后，机电胸部按压设备(2)的重量小于30磅。

Description

自动轻型机电胸部按压设备及其温度调节系统

技术领域

以下所述的发明涉及心肺复苏术的领域，并且尤其涉及自动胸部按压设备。

背景技术

心肺复苏术(CPR)是用于抢救心搏停止病人的一种公知并卓有成效的急救方法。CPR需要反复按压胸部以挤压心脏和胸腔，以泵送血液在身体内流通。人工呼吸法，例如口对口呼吸或气囊面罩设备，用于向肺部供应空气。当急救提供者有效地实施人工胸部按压时，体内的血液流动大约为正常血液流动的25％到30％。但是，即使是经验丰富的医务人员，实施充分的胸部按压也只能坚持几分钟。见Hightower等所著的Decay In Quality Of Chest Compressions Over Time，26 Ann.Emerg.Med.300，1995年9月。因此，CPR在维持或挽救病人生命方面并非总是有效。然而，如果能够合适地保持胸部按压，就有可能将心搏停止牺牲者的生命维持更长时间。不时会报道，由于实施延长的CPR努力(45到90分钟)，最终通过冠状动脉旁路手术使病人起死回生。见Tovar等所著的Successful Myocardial Revascularization and Neurologic Recovery，22 Texas Heart J.271，1995年。

在提供更好的血液流动以及增加旁观者实施复苏抢救的效果的努力中，已经提出各种用于实施CPR的机械设备。在这种设备的一个变形中，带围绕病人胸部设置，并且自动胸部按压设备收紧带以产生胸部按压作用。我们自己的专利，Mollenauer等的Resuscitation device having a motor driven belt toconstrict/compress the chest，美国专利6,142,962(2000年11月7日)；Bystrom等的Resuscitation and alert system，美国专利6,090,056(2000年7月18日)；Sherman等的Modular CPRassist device，美国专利6,066,106(2000年5月23日)；以及Sherman等的Modular CPR assist device，美国专利6,398,745(2002年6月4日)；以及我们于2001年5月25日提交的申请09/866,377和我们于2002年7月10日提交的申请10/192,771，公开了通过带按压病人胸部的胸部按压设备。这些专利或者申请均在此整体引为参考。

由于在紧急事件中每一秒钟都事关重大，因此任何CPR设备应当使用方便并有助于将设备快速部署到病人身上。我们自己的设备易于快速部署，并且显著增加了病人的生还机会。尽管如此，一种新颖的胸部按压设备又已被设计出来，以进一步提高使用的简易性，进一步有助于设备的快速部署，并且进一步提高设备的耐用性和方便性。

在构建一种轻型、紧凑的机电胸部按压设备时，碰到的一个问题是设备会发生过热。(电动机、制动器和电子系统都产生热量。)过热可能破坏设备并可能伤害病人。

发明内容

以下所述的设备和方法提供了一种机电胸部按压设备，该设备完全组装后的重量小于30磅。该设备设置有槽梁，以在承受大部分按压力的位置处加强设备，从而使得可以制造出中空的设备并使用更轻的材料。槽梁还起着支架的作用，按压带盒可安装在其上，从而允许带在每次使用后能方便地更换。带槽的驱动卷筒横跨槽梁。驱动卷筒连接到电动机，电动机能够旋转驱动卷筒。柱轴设置在槽梁的任一端上，以在按压过程中导向带并有助于节省能量。

在使用中，设置有按压带盒，带连接到驱动卷筒中的凹槽，并且带在柱轴上和柱轴周围延伸。盒子盖板然后连接到槽梁。病人然后被放置在设备上，并且带被固定在病人胸部上和胸部周围。当电动机转动时，带卷绕到驱动卷筒的周围，由此收紧带。产成足够大的扭矩从而带按压病人胸部。

附图说明

图1示出了通过使用自动胸部按压设备对病人进行胸部按压的方法。

图2示出了机电胸部按压设备的正面。

图3示出了自动胸部按压设备的下侧及背面。

图4示出了自动胸部按压设备的上侧及背面。

图5示出了用于与胸部按压设备一起使用的按压带盒。

图6示出了自动胸部按压设备在移除上下两侧盖板后的下侧及背面。

图7示出了自动胸部按压设备从设备的背面观察的分解视图。

图8示出了自动胸部按压设备的一部分从设备的正面观察的分解视图，其中没有一些背面的元件。

图9示出了从侧面观察时对病人进行胸部按压的方法。

图10示出了设备的一些内部部件的分解视图。

具体实施方式

图1示出了配合在病人1身上的胸部按压带。胸部按压设备2利用带3施加按压，带3具有右侧带部分3R和左侧带部分3L。胸部按压设备2包括带传动台4和按压带盒5(盒中包含带)。带传动台包括病人躺卧在其上的外壳6、用于收紧带的装置、处理器、以及设置在外壳上的用户界面。带包括拉条18和19、以及在带的端部处的宽的负荷分布段16和17。用于收紧带的装置包括连接到驱动卷筒的电动机，在使用过程中，带在卷筒周围卷绕并收紧。此处所示的胸部按压设备的设计是一种轻型机电胸部按压设备。完全组装好的胸部按压设备仅重29磅，并且因此可便于人工长距离携带。(设备本身重约22.0到23.0磅，电池重约5.0磅，带盒重约0.8磅，并且固定病人的束带约重1.6磅。)以下所述的胸部按压设备是发明人迄今为止所知道的唯一独立的机电或以带为基础的且重量在30磅以下的自动胸部按压设备。

图2示出了机电胸部按压设备2的正面。胸部按压设备包括带传动台4和带盒5。带传动台包括病人头部支撑在其上的头枕板20和病人的背部支撑在其上的背枕板21。优选的是，头枕板和背枕板优选为一块整体材料板的一部分。对胸部按压设备2的描述是相对于当病人的背部位于背枕板上并且病人的头部位于头枕板上时。因此，在正常使用中，设备的顶面为正面22(即使用中支撑病人的那一面)，设备的底面为背面23(即使用中朝向地面的那一面，如图3和图4所示)，设备的前部为上侧24，并且设备的后部为下侧25。当设备在使用时，病人的左边和右边分别为设备的左侧26和右侧27。

所述设备重量轻并且紧凑。设备的上下的高度(沿箭头28)约为32英寸，并且设备的横向宽度(沿箭头29)约为19英寸。设备的正面背面的厚度约为3英寸。左侧带柱轴30与右侧带柱轴31之间的距离在大约12英寸到大约22英寸之间的范围中。优选的是，柱轴之间的距离大约为15英寸，从而设备可以容纳大多数病人。具体的是，这个距离是从一个柱轴的横向外边缘到另一个柱轴的横向外边缘所测得。(可将设备制造得更大以容纳巨大体形的病人。)

在使用中，带盒被设置并且固定到胸部按压设备的背面，如参考图3到图5所描述的。病人然后被放置在设备上。带在左右柱轴上并且围绕其延伸，在病人腋下(腋窝)并且围绕病人的胸部延伸。负荷分布段然后被固定在病人的胸部上。胸部按压设备然后反复收紧带，以进行胸部按压。

图3和图4分别从下侧和上侧方向示出了胸部按压设备的背面23。(在图3和图4的透视图中，平均体形的病人的臀部和病人大腿背部将延伸超出下部缓冲杠40。)设备围绕坚固的槽梁41构造，槽梁相对于外壳横向定向。槽梁抵抗在按压过程中产生的力而支撑所述设备。槽梁还起着这样的结构的作用，带盒连接到所述结构。槽梁41利用单件的铸铝合金形成，所述单件的铸铝合金形成与平坦的底部垂直的两个壁。(槽梁可用单独的部件形成并且利用其它合适的坚硬材料制造，例如钢、镁、或者强化的聚合物复合材料。)为容纳带，槽梁高约2.5英寸(沿着上下侧方向)，长约12到16英寸(沿着左右侧方向)，并且深约2英寸(从底部到壁部的顶部)。

槽梁41形成延伸穿过设备的横向宽度的槽道。在按压过程中，带位于槽道中并且沿着槽道移动。带连接到横跨所述槽道的驱动卷筒42。驱动卷筒起着可操作地将按压带连接到电动机的装置的作用。(驱动卷筒在图3中用虚线示出以表示它在槽梁的底面附近的位置。)驱动卷筒的长度小于3英寸，并且直径小于1英寸。驱动卷筒可位于槽梁内的任何位置。优选的是，驱动卷筒在微微偏离设备的竖直中心线的位置处延伸穿过槽梁。

例如，驱动卷筒可具有锥形形状，用于和连接到拉条的绳缆一起使用(或者当利用绳缆代替带时)。在最初的卷绕过程中，绳缆卷绕在锥形体的底部周围，从而在开始按压时产生巨大的机械优点。绳缆然后卷绕在锥形体的长度周围，朝向锥顶推进。随着绳缆卷绕在锥形体的直径较小的部分周围，驱动卷筒向绳缆施加更大的扭矩，从而朝着按压的终止向病人施加更大的力，其中当胸部对按压的反抗力最大时按压终止。(驱动卷筒的形状是设备的卷绕轮廓。卷绕轮廓可根据传动系统或者根据病人胸部的粘弹效应定制以利用速度对扭矩的平衡。)

驱动卷筒设置有凹槽43，凹槽43沿着卷筒的轴的长度设置。连接到带的键与驱动卷筒的凹槽的形状键合。因此，当键插入驱动卷筒的凹槽中时，带被牢固地固定到驱动卷筒。槽梁的壁中的凹口44协助将键对齐并固定到驱动卷筒的凹槽。类似的是，安装在槽梁的一个或两个壁上的一个或多个盘或导板也协助将键对齐并固定到驱动卷筒的凹槽。(导板同样可操作地连接到驱动卷筒或连接到驱动卷筒和槽梁。)导板连接到弹簧，该弹簧允许导板移进移出所述槽道，从而允许键方便地移出。当夹子插入后导板复位时，导板有助于将键固定在合适的位置。导板可设置有这样的凹槽，该凹槽的大小和尺寸被设计成容纳所述键，由此进一步将键固定在驱动卷筒的凹槽内。

左柱轴30和右柱轴31设置在槽梁41的任一端上，并通过密封轴承安装到槽梁的壁。柱轴是空心铝筒以使重量及转动惯量最小化，柱轴长约2.5英寸，并且直径约为0.75英寸。左右柱轴允许按压带在设备的左右侧周围容易地移动，摩擦极小，从而节省能量。左右柱轴沿着设备的上下方向设置，从而当病人被放置到设备上时，带能够容易地卷绕在病人胸部周围。柱轴嵌入外壳的侧面中，以保护病人、抢救人员和设备的部件。如图5所示，设置在带盒上的带护挡同样覆盖柱轴。带护挡进一步保护病人、抢救人员和设备的部件。

用于将按压带盒固定到槽梁的装置也设置在槽梁上或其附近。例如，许多盲孔或槽口45设置在外壳中并沿着槽梁的边缘。设置在按压带盒上的相对应的对齐凸片配合在所述槽口内。槽口还具有凸起或掣子46，凸起或掣子向外延伸并延伸到槽道中短的距离。设置在按压带盒上的搭扣牢固但可拆地配合在凸起或掣子内。类似的是，多个开口47设置在外壳中并且沿着槽梁41的边缘。按压带盒设置有配合在开口中的凸片或钩子，因此进一步将盒固定到槽梁。槽口和开口在设备的中轴线周围对称布置。但是，如果槽口和开口在设备的中轴线周围非对称布置，则可保证盒仅沿一个方向连接到槽梁。

另外，外壳设置有说明标记，例如三角形48，以指导使用者正确连接按压带盒。当按压带盒与设备正确对齐后，外壳上的标记与按压带盒上设置的对应标记对齐。三角形的区域中采用对比色，以进一步帮助使用者将盒对齐。设备上还可增加另外的标记49，以有助于使病人与设备对齐，或者提供警告、操作说明、或者广告信息。例如，设置成横穿设备的宽度的凹处50(如图2所示)提供可看到的对齐标记。凹处50还有助于使液体从设备的表面流走。

虽然槽梁41构成设备的构架，但是用于设备的另外的加强件通过设备外壳提供。再次参考图3和图4，外壳包括连接到两个背面盖板的正面盖板60、上侧盖板61以及下侧盖板62。正面盖板通过多个设置在孔63中的螺纹紧固件或者通过卡扣在一起的互锁零件连接到上侧盖板和下侧盖板。

上侧盖板61设置在槽梁41的上侧，并且下侧盖板62设置在槽梁的下侧。(外壳可用更多或更少的盖板组成，虽然对于图2至图7所示的设备而言，使用三块盖板是优选设计。)三件式壳体的设计可使得施加到连接盖板的紧固件的剪切力最小化，从而增加设备的耐用性。(槽梁吸收大部分剪切力。)另外，槽道的底部边缘与上侧和下侧盖板中的脊部互锁，以保护将盖板连接到槽道的紧固件。定位销及缓冲杠与搭接的盖板互相交叉，从而进一步防止剪切力。

外壳被构造成具有倒圆的棱边，以使对人员或设备的冲击损伤最小化。外壳用坚硬的防水材料制造，该材料容易清洁，导热率低，并且抗燃、绝缘、抗化学物质、抗曝晒和极端天气情况。(这种材料包括丙烯腈丁二烯苯乙烯、高分子量聚乙烯、其它聚合物塑料、以及重量轻的金属例如铝和钛；但是金属应当具有覆层或其它特征以使得外壳绝缘。)

图5示出了用于与胸部按压设备一起使用的按压带盒。所述盒具有带3、用于将带连接到胸部按压设备的键65、用于保护带的带盖板66、以及带护挡67，带护挡通过绞链68可旋转地连接到带盖板。(在使用中，带护挡设置在柱轴周围。)带盒还可设置有压缩气囊69，在按压过程中，它位于带和病人胸骨之间。有关压缩气囊的示例请参看我们在2002年7月10日提交的专利申请10/192,771。

为将带盒连接到胸部按压设备，带的键65插入驱动卷筒的凹槽43中。然后，通过将带盖板上的钩子70插入设备中相对应的开口47中，并将凸片和搭扣71插入设备上的槽口45及凸起内，带盖板66被固定到槽梁41和外壳6。(槽口、开口、凸片和钩子对齐，并在搭扣接合在凸起内之前共同开始滑动。)设置在带盖板上的标记72进一步帮助使用者将带盖板与槽梁对齐。

图6和图7显示了胸部按压设备2的内部部件。电动机79可操作的通过离合器80和齿轮箱81向驱动卷筒42提供扭矩。连接到电动机的上侧的制动器82可操作地制动驱动卷筒的运动。制动器的毂直接连接到电动机的转轴。

驱动卷筒延伸穿过槽道并通过轴承可旋转地连接到槽梁的壁。驱动卷筒、离合器、齿轮箱和制动器共同组成设备的传动系统。优选的是，除了通过驱动卷筒到槽梁的连接，传动系统不连接到设备的任何其它部件或者设备的外壳。因此，传动系统从槽梁悬臂伸出。当从槽梁悬臂伸出时，传动系统使旋转阻力和转动惯量最小化，降低了传动系统的部件上的不利的弯曲或剪切力，减轻设备的总重量，并改善了传动系统的部件周围的空气流通(从而改善这些部件的冷却)。

齿轮箱包括齿轮系，该齿轮系的齿数比降低了驱动卷筒相对于离合器或电动机驱动轴的速度。齿数比优选大约为10∶1。可用的齿轮系包括行星齿轮系，它从电动机的轴向输出轴(即驱动卷筒的轴)沿直线操作。另一种齿轮系不沿直线操作，从而电动机和输出轴就无需沿着同一直线。在图6和图7所示的设备中，驱动卷筒是齿轮箱的输出轴。

如果施加到驱动卷筒的扭矩太大，离合器就会将电动机从齿轮箱脱开。控制系统也可在其它检测到的参数的基础上将离合器脱开；例如，制造厂可预先设定，当检测到负荷板上的负荷太大时，当软件出错或发生其它情况时，控制器可以控制离合器脱开。因此，离合器对于胸部按压设备起着安全机构的作用。可选的是，离合器可在按压过程中主动地使用以实现定时按压，并且节省能量。对于离合器的这种应用的示例可参看我们的美国专利6,142,962。优选的是，制动器、电动机、齿轮箱、离合器和驱动卷筒沿着一条直线对齐，与槽梁41垂直。

电动机79和制动器82由处理器单元83、电动机控制器84和电源分配控制器85所控制，所有这些部件都安装到正面盖板60的内部。(为了清楚地显现电池盒的端部，电源分配控制器在图6中未示出。)处理器单元包含计算机处理器、非易失性存储装置和显示屏。使用者可以通过外壳中的开口86使用显示屏。通过安装在支架88上的扬声器87向使用者发送另外的反馈。

处理器单元设置有软件用以控制电源控制器和电动机控制器。处理器单元、电源控制器和电动机控制器一起组成控制系统，该控制系统能够精确控制电动机的操作。因此，对不同体形的病人，按压的时间和力量可被自动并且精确地控制。按压带的定时方法的示例可参看我们的美国专利6,066,106和我们的申请09/866,377。

电动机控制器同样可操作地连接到扭矩传感器，该传感器检测电动机施加到驱动卷筒的扭矩。在这种情况下，如果扭矩超过预定阈值，电动机控制器能够自动使设备停止。电动机控制器或处理器也可连接到生物传感器，该传感器检测生物参数，例如呼气末(end-tidal)二氧化碳、脉搏或血压。然后处理器和电动机控制器可操作地在检测到的生物参数的基础上控制设备的操作。电动机控制和生物反馈控制的示例可参看我们的专利，Moll enauer等的Resuscitation Device Having a Motor Driven Belt to Constrict/ Compress the chest，美国专利6,142,962(2000年11月7日)。电动机控制器或处理器还可连接到电流传感器，电流传感器可操作地检测电动机中的电流。电动机电流的突然升高表明电动机上的跳变的负荷，并且因此表明施加在病人身上的扭矩有多大。因此，控制系统可根据在电动机中测得的电流来控制设备的操作。

处理器单元还连接到旋转编码器100，旋转编码器设置在外壳的下部，并且安装在槽梁41上。(旋转编码器可利用可操作地相对于带设置的线性编码器代替。)旋转编码器测量驱动卷筒42的旋转，并生成与驱动卷筒的旋转相对应的卷绕数据。处理器连同安装在外壳的下部中的编码器控制器101将卷绕数据转换成带收紧的总量并且转换成系统完成的按压的总深度。编码器控制器将来自编码器的脉冲转换成计数和方向信号，并且处理器使用该信号以控制所述设备。(编码器控制器和编码器可位于设备中的任何位置处；例如，编码器可位于在齿轮箱中并且可操作地连接到其中一根齿轮轴。)用于与胸部按压设备一起使用的编码器的示例请参看我们的专利：Sherman等的Modular CPR assist device，美国专利6,066,106(2000年5月23日)以及我们在2001年5月25日提交的专利申请09/866,377。

仍参考图6和图7，设备中设置了多个另外的零件，以提高它的实用性和安全性。肋102、103、104为设备提供了另外的加强。所述肋是在使用过程中支撑外壳的金属板，从而保护设备及其部件。所有肋都设置在与电动机相同的平面中以节省空间。可以增设更多的肋以进一步加强设备。肋的边缘用泡沫密封，从而进入该设备的任何液体将不会接触控制器板、电源分配板、电动机控制器、其它电子设备和相联系的电缆。

进一步的加强通过与外壳盖板整体形成的空心柱105提供。该空心柱的一端开口，螺纹紧固件插入所述开口以将盖板互相连接。(所述柱中的开口与图3和图4中的孔63相对应。)另外，设置内部安装柱106以安装电子系统并将它们悬置脱离设备的底板。这样，内部安装柱有助于防止进入设备的任何液体聚集在电子设备上。更进一步的加强通过在设备外壳各处安装的角撑板(gusset)107提供。设备的多重冗余加强以及紧配合的互相间隔的设计提供非常高的保护以防止力、晃动和振动。图2至图7所示的设备能够抵抗1200磅以上的分布力。

为了防止病人和使用者发生意外的触动，或者为了防止当带没有固定到设备时发生触动，提供用于检测带的存在的装置。驱动卷筒的凹槽43设置有柱销108，柱销108可纵向移动穿过驱动卷筒和旋转编码器。柱销连接到弹簧，该弹簧驱使柱销进入驱动卷筒的凹槽中。当带的键插入到驱动卷筒的凹槽中时，柱销被推动穿过驱动卷筒和旋转编码器，并且朝向接触开关109。接触开关安装在撑板110上，撑板本身安装到槽梁41。接触开关可操作地连接到编码器控制器(并且因此连接到处理器)。当带插入时，柱销被推动紧靠接触开关，并且由此设备记录带的键的存在和正确插入。为进一步提高安全性，键被键合到驱动卷筒的凹槽，从而除非键插入凹槽中，否则柱销很难朝着接触开关运动。也可采用其它用于检测带的存在的装置；例如，驱动卷筒的凹槽可设置有检测带的存在的电接触。

另外，卷筒的轴设置有掣子，当键移开后，掣子将所述轴锁定在合适的位置。掣子将卷筒的轴保持在特定位置以有助于插入键。将卷筒的轴保持在特定位置还维持了卷筒的实际物理位置与控制系统所测得的卷筒的位置之间的关系。因此，当设备关机时，卷筒的轴的起始位置不会改变。这接下来有助于在按压过程中保持对带实际移动量的测量精确度。

胸部按压设备设置有控制系统，控制系统控制带如何卷绕到驱动卷筒周围。例如，驱动卷筒被控制，从而一些带在按压之间(也就是说，当设备松开病人周围的带时，正好在开始下一次按压之前。)保持卷绕在驱动卷筒周围。优选的是，在按压过程中，带始终有与驱动卷筒的一圈相对应的长度保持卷绕在驱动卷筒周围。因此，带将保持其卷绕的形状，减少在按压过程中发生折叠的可能性，并增加将带卷绕到驱动卷筒周围的效率。

图6和图7还显示了病人头部附近的电池盒的位置。电池组和电池盒的位置和设计允许快速更换电池。电池盒的背面中的弹簧迫使电池组弹出，除非电池组完全且正确插入电池盒中。凹口120表示弹簧在电池盒121内的位置。电池盒端部的塑料格栅122加强凹口。

为了冷却设备和设备的电子元件，设置鼓风机123以循环设备内部的空气。外部空气从左侧格栅通风口124或上方格栅通风口125吸入，并且从另一通风口排出，由此有助于冷却设备部件。(在图2至图7所示的设备中，空气从左侧通风口吸入，从上方通风口排出。)通风口设置在位于外壳中的向内倾斜的凹口中。所述凹口有助于防止液体进入通风口。

外壳内的温度利用安装在正面盖板的内侧上的温度传感器127测量，例如温度计或热敏电阻器。如果温度超过预定温度，那么处理器被程序控制以控制设备的系统以冷却所述设备。例如，处理器可提高鼓风机的转速、降低电动机的转速、或者提示使用者清洁堵塞的通风口，或者将病人及设备移到温度更低的地方。

用于测量力的装置可操作地连接到所述设备。所述用于测量力的装置可操作地测量病人施加到设备的力以及按压力。所述用于测量力的装置是连接到两个测力传感器129的负荷板128。也可采用其它用于检测力或重量的装置，例如可操作地连接到槽梁的一个或多个应变片或弹簧。负荷板盖130同样被设置以将设备的内部与液体和其它污染物隔离，负荷板盖130用高密度聚乙烯聚合物、Santoprene橡胶或类似材料制造。

系统也可配备备用电池，以便当主电池未连接时提供能量。备用电池安装到槽梁41上的安装板131。安装板是槽梁本身的加厚的区域，虽然也可在槽梁上安装单独的部件作为安装板。

图8示出了自动胸部按压设备2的一部分从设备的正面22观察的分解视图。该设备被示为处于与设备放置在地上并在使用中时相对应的定向。病人头部位于正面盖板60的头枕板部分20上，病人的躯体位于负荷板128上，病人的背部位于正面盖板60的背枕板部分21上，并且病人的腿和臀部延伸超出设备的背面上的把手140之外。

图8还显示了相对于槽梁41的测力传感器129。通过将测力传感器放置在测力传感器槽141中从而将测力传感器安装到槽梁。测力传感器支撑在槽中设置的台肩142上。设置在测力传感器上的凸起143与负荷板接触，从而测力传感器能够测量施加到负荷板128的力。因此，测力传感器能够测量病人的胸部及设备施加到测力传感器的力，并且这对应于施加到病人的全部按压力。

测力传感器采用基于应变的方法将施加的负荷转换为电信号。(可采用其它负荷测量装置，例如电阻器、电容器、气压作动器、压电作动器，以及用于测量力或压力的其它装置。)处理器和软件在测力传感器产生的负荷信号的基础上控制设备的操作。例如，设备部分地在负荷板上的病人的重量的基础上确定应施加多大的力。设备还监测按压力，并且防止对病人施加过大的力。取决于病人和使用的实施例，过大的按压力在大约600磅到大约1000磅之间(在负荷分布段的全部区域上)。

图9示出了在病人1身上进行胸部按压的方法。病人的头部156支撑在环176之间的头枕板20上，病人的胸部157支撑在负荷板128上，病人背部158的腰部支撑在外壳的背枕板21上，并且病人的臀部和腿延伸超出背面的把手140之外(当设备在使用时，臀部和腿搁放在地上、担架上或其它表面上)。带3从驱动卷筒42延伸出，围绕柱轴30和31并在病人胸部上延伸。在使用中，随着电动机转动驱动卷筒，驱动卷筒将带收紧，从而对病人胸部进行按压。

如图9所示，设备的背枕板部分21对于病人和设备的操作者具有人体工程学的形状。病人头部可按照目前AHA指导手册的建议方便地倾斜。这种设计还允许方便地进行气管插管术和在气管插管术过程中方便地观察。背枕板的设计也允许安全并且方便地固定病人的头部、躯体和臀部。背枕板的形状也被设计成减少病人背部紧张。具体的是，外壳的背枕板部分朝着地面并朝着带传动台的下端倾斜。由此当病人躺在背枕板上时，设备可容纳病人的背部的腰部的弧度。

再次参考图2，该设备设置有多个附加的零件，以使它对用户更加友好和更耐用。设置多个符合人体工程学的把手140，以允许使用者沿着几个不同的方向搬运该设备，或者当病人躺在外壳上时允许多个人搬运该设备。设备的侧面的形状被设计成使得设备的顶部朝着设备的底部平缓地倾斜。(换句话说，设备的左右两侧的正面部分朝着设备的左右两侧的背面部分平缓地弯曲。)因此，当设备放在地上时，把手140和通风口124和125都稍微抬离地面。这种形状有助于防止液体进入格栅通风口。该形状还允许使用者更方便地将设备放置到地上而不会划伤手指，并且可以更方便地抬起或移动该设备的位置。另外，该形状还使得可以更容易地将病人在设备的侧面上横向翻动。

在设备的左侧的病人头部附近，设置有用户界面159，以允许抢救人员在使用中与设备方便地互动，并且减少病人衣服或身体部位的干扰。用户界面设置有彩色编码开关或按钮160以便于使用。(优选实施例使用具有小轮廓的薄膜式按钮或触摸屏。)用户界面凹陷地设置在外壳中，以减少意外触发按钮或其它界面。用户界面还利用塑料罩161覆盖，以防止液体损坏此界面。用户界面的凹处中设置有一个或多个槽162，从而液体可从凹处排出。

图2还显示了缓冲杠40，它连接到耳状件163以及设备的侧面。缓冲杠进一步防止冲击和振动。缓冲杠还有助于当设备斜靠墙壁或其它物体时防止设备滑动。耳状件上的缓冲杠比设备的其它部分上的缓冲杠更厚。所有缓冲杠都用热塑弹性体复合材料制造，例如GLS公司生产的Dynaflex^TM，虽然也可使用橡胶和其它弹性材料制造。优选的是，缓冲杠的形状、大小和尺寸被设计成配合在外壳盖板之间，从而缓冲杠还起着垫片的作用。设置另外的垫片以进一步密封该设备。设备的整个外围，包括柱轴和槽梁的边缘，都通过垫片、粘合剂以及压缩的橡胶密封件密封。

左凹陷处173和右凹陷处174分别设置在外壳的左侧26和右侧27中，并且在耳状件与把手之间。凹陷处允许将另外的束带固定到所述设备。另外，数据接口175设置在外壳的边缘上，嵌合在一个或两个所述凹陷处中。数据接口允许设备与其它设备或处理器通讯。数据接口可以是红外线接口、蓝牙接口、乙太网电缆、电话机接口、USB接口、无线发射机或用于传输数据的任何其它合适的装置。(数据接口可设置在设备的任何位置处。)

图2和图9还显示了多个柔性环176，它们连接到外壳的头枕板部分。柔性环为涂覆有塑料的金属缆线。头部限制束带或其它头部限制装置可穿过或连接到所述环，并设置在病人头部或肩部周围。在治疗和运输的过程中，头部限制装置将病人的头部固定到设备。(柔性环可利用一些用于将病人头部固定到设备的其它装置来代替，例如固有的头部限制框架。)

还设置有多个栓系装置(tie-down)177，束带或其它限制装置可放置在所述栓系装置周围。(因此，便可将此设备方便地固定到担架或病床，或者设备可以方便地固定到病人用于运输。)栓系装置安装到把手140，并且在凹陷处173和174内。栓系装置可制成能够在外壳内转动，从而栓系装置对于设置在栓系装置周围的束带起着柱轴的作用。栓系装置还起着加强把手的作用。

用于固定此设备的各种部件的所有固定件都设置在设备内或者外壳的背面上(设备在使用时的底面)。固定件还设在外壳的孔中，从而固定件不会挂住衣服或其它物体。固定件都采用塑料材料，以防止电流在设备的内部和外部之间流动。另外，溅洒到设备的正面上的液体将不会聚积到固定件的孔中，由此使设备获得更好的抵抗液体的能力。(螺纹固定件可用搭扣或卡扣取代，以使打开设备更加简便。)

再次参考图3和图4，设备设置有更多的零件以提高它的实用性。电池盒121设置在设备的上端的内部，容纳一个或多个电池，所述电池被设计成配合在电池盒内。电池盒中的针式电连接器将电池电连接到设备。电连接器设置有泡沫密封件或垫片，当电池连接到设备时，所述密封件或垫片被压缩。泡沫密封件将电连接与液体隔离。

电池盒的底板(上侧盖板内侧上)设置有凹口、凸起或掣子，所述凹口、凸起或掣子容纳长方形电池组上相对应的弹簧搭扣。因此，当电池组固定在电池盒中时，电池组扣合到合适的位置并发出可听到的声响。

电池盒或者通到电池盒的开口的形状被设计成与特定的电池组匹配。因此，不是设计成与所述设备一起使用的电池不能插入电池盒中或者与设备一起使用。同样，电池盒的形状保证了电池组正确地插入。设置在电池盒中的对准脊183进一步有助于对齐和插入电池组。另外，柔性的金属条可设置在导轨184之间，导轨184安装在电池盒顶(在正面盖板的内侧上)中。金属条微微弯曲偏离导轨。金属条对电池组施加力，该力朝着电池盒的底板推动电池组。因此，导轨有助于将电池组固定在电池盒内，并且有助于当电池滑入时使电池与电连接器对齐。

电池盒121通过电池盒盖板185与液体和其它污染物隔离。在电池盒盖板与外壳之间可设置垫片或密封件，以进一步防止液体进入。

为指示电池状态，设备或电池组(或两者都)可设置有用于显示电池状态的装置，所述显示电池状态的装置可操作地连接到用于确定电池状态的装置。例如，可在电池组上增设LED以指示电池的状态，或者处理器可被程序控制以在显示屏上显示电池状态。

电源开关186设置在设备的上侧上，并且凹陷地设置在外壳中，以有助于防止意外触发。电源开关是由可变形的防水罩保护的按钮，虽然也可采用拨动开关或其它用于接通和断开设备的装置。电源开关可设置在设备的任何位置。

起着接地电极的作用的槽梁提供防止触电或电涌(electricsurge)的防护措施。另外，外壳的内部上的薄的金属覆层连接到槽梁。该金属覆层将杂散电流引导到槽梁并传入大地。覆层还限制来自设备的电磁发射，从而利用起搏器或其它电气医护设备保护病人。外壳同样利用非导电材料制造，以进一步提高电绝缘性。设备也可配备其它形式的电气绝缘或保护措施。

设备可增设另外的安全特征；例如，设备可设计成必须用钥匙才能操作。同样，为激活某些功能可能需要多个动作；例如，需要拧动及推入动作才能接通和断开设备。可替换的是，需要两个或多个可能以特定顺序操作的按钮以启动设备。另外，设备可为不同的使用者提供使用设备功能的不同等级，取决于使用者的训练程度。有关分等级使用急救设备的示例，可参看我们的美国专利6,398,744。

处理器也能够监视设备的状态并且根据某些事件采取适当的动作。例如，当设备启动时，设备可呼叫911或中央操作中心。当电池电量低或者当电池的使用年限期满时，设备还可通知客户或制造商。设备监测的示例可参看我们的美国专利6,142,962。

图10示出了设备的一些内部部件的分解视图(图7中同样示出)。显示器和处理器单元83、肋102、103、104、鼓风机123、驱动卷筒42、电动机79、离合器80、齿轮箱81、制动器82、槽梁41的一部分、左柱轴30和右柱轴31、中央肋102和电动机控制器84，被分离以显示传动系统周围的空气通道。电动机、制动器和电子元件都会产生过多的热量，所述热量可造成设备发生故障或永久性损坏。如果设备过热，多余的热量还可能损害病人或抢救人员。因此需要设置冷却机构用于将热量从设备排出。

用于去除热量的一种方式是将外部空气在设备内到处循环，并且将加热的空气强制排出设备。如参考图6和图7所描述的，鼓风机将外部空气从一个通风口抽入并且穿过鼓风机的顶部。然后鼓风机驱使空气穿过肋104中的开口187并进入设备中。空气在设备中循环，并且最终从另一个通风口排出。(空气流动也可颠倒，从而鼓风机将空气从设备内部吹到外部。)鼓风机本身是ComAir/Rotron WT12B3-E2型，12-伏电压。虽然也可采用任何合适的鼓风机、风扇、或者功能类似的其它冷却装置，但是鼓风机是优选的，因为它比风扇更紧凑，产生的电磁噪声更少。

为提高空气冷却的效果，该设备的结构被设计成气流被沿着传动系统(驱动卷筒42、电动机79、离合器80、齿轮箱81、制动器82)引导。具体的是，肋102、103、104起着传动系统周围的气流的导向装置的作用。肋与传动系统之间的间隔狭窄，以产生更高的空气流速，并且因此产生更好的对流冷却。图中所示的气流沿着设备的传动系统的路径用箭头188表示。通常，空气在传动系统与肋之间流动，但空气确实流经齿轮箱、离合器和电动机的上下方。另外，肋在设备中形成隔间，隔间允许空气流经设备的所有产生热量或对热敏感的内部部件的上方或下方，所述内部部件例如处理器、电源控制器和其它部件。

通过在正面盖板的内表面上安装金属箔提供另外的冷却(可采用任何数目的金属，如铜、钢等)。金属箔从槽梁延伸到设备的上端，并且穿过设备的横向宽度。金属箔吸收电动机产生的热量，并将热量分布到广大的面积上，从而增加散热效果。(金属箔还将红外线辐射反射回设备中，以防止设备的外侧过热而伤及病人。)另外，在正面盖板与金属箔之间在制动器和电动机的区域中增加隔热层。隔热层降低了热量传递到正面盖板的速率，并因此降低了热量传递到病人的速率。另外，电动机、制动器、电子元件和设备中产生热量的其它部件都通过充满空气的空间与金属板和设备的外表面分隔开。所述空间防止直接导热，并且进一步减少热量传递到设备外表面以及病人的速率。

设置在电动机、肋、以及系统的其它部件上的散热器189提供另外的冷却。散热器增加了这些部件的表面积，从而允许更多的热量散发到周围的空气流中。另外，电动机、制动器、齿轮箱和离合器被物理热连接。物理热连接对于这些产生热量的装置起着另外的散热器的作用。另外的散热器以中央肋102上设置的撑条190的形式提供。撑条固定电动机控制器84，并且提供电动机控制器与中央肋之间的物理热连接。中央肋因此对于电动机控制器起着散热器的作用。在设备中的其它连接提供了另外的散热器以进一步提高去除多余热量的能力。

利用温度传感器例如温度计或热敏电阻器测量温度，温度传感器安装在正面盖板的内侧上(并且在使用中靠近病人)。由此，温度传感器监测比直接接触病人的表面稍微热一些的位置中的温度，这意味着可以及早发现对病人可能的过热危险。(系统也可利用单独的传感器来测量和跟踪病人的体温。)如参考图7所描述的，如果温度超过预定温度，那么处理器将被程序控制以控制所述设备，以降低设备或病人的温度，或者提示使用者采取措施来降低设备或病人的温度。

设备的外壳采用导热率低的材料制造，由此减少病人过热的可能性，并且同样减小把设备放置在靠近热源或者阳光下的地方的效果。另外，设备也可增设其它散热机构，例如散热器、热电冷却装置、或喷淋/滴淋装置，以进一步降低设备在工作期间的温度。因此，虽然对设备和方法的优选实施例根据它们发挥作用的环境进行了描述，但它们仅反映了本发明的原理。在不脱离本发明的实质和权利要求的范围的情况下，可以设计出其它实施例和结构。

该设备可以制造得更大，从而病人的整个身体可以躺在设备上，或者外壳可以设置有能够从设备向外伸出的伸缩板。在运输过程中，伸缩板允许病人的腿支撑在设备上，同时又允许当不使用时设备更加便携。(该板不必须是伸缩的，而可以用铰链或其它合适的用于将板连接到外壳的剩余部分的装置连接到外壳的剩余部分。)类似的是，设备还可设置存储隔间，以容纳另外的工具，例如手套、呼吸器、ECG监视器、血压监测计、脉搏血氧计、脉搏监测仪、呼气末二氧化碳检测器、去纤颤器、或其它抢救设备。

另外，可为该设备增加一个或多个撑脚架或支柱。如果设备必须在不平坦的表面上操作，撑脚架或支柱可在使用过程中稳定所述设备。因此，虽然对设备和方法的优选实施例根据它们发挥作用的环境进行了描述，但它们仅反映苯发明的原理。在不脱离本发明的实质以及权利要求的范围的情况下，可以设计出其它实施例和结构。

Claims (24)

1.一种机电胸部按压设备，包括：

外壳，用于支撑病人的头部和背部；

电动机，设置在外壳中，当病人由外壳支撑时，外壳位于病人的下面；

槽梁，安装到外壳，所述槽梁相对于病人横向定向，并且限定横向延伸穿过外壳的宽度的槽道；

驱动卷筒，横跨槽梁，所述驱动卷筒可操作地连接到电动机，并且可旋转地连接到槽梁，其中电动机能够旋转所述驱动卷筒；和

带，连接到驱动卷筒，并且横向设置在槽道内，所述带能够至少部分地在病人的胸部周围延伸，其中驱动卷筒的旋转收紧带以按压病人的胸部。

2.如权利要求1所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括可操作地连接到电动机的制动器，所述制动器可操作地制动电动机的运转。

3.如权利要求2所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括可操作地连接到电动机和驱动卷筒的离合器，在使用过程中，所述离合器可操作地将驱动卷筒与电动机选择性地接合。

4.如权利要求3所述的胸部按压设备，其特征在于，制动器、电动机、离合器和驱动卷筒都沿着相同的线布置。

5.如权利要求3所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括容纳齿轮系的齿轮箱，所述齿轮系可操作地连接到离合器和驱动卷筒，所述齿轮系具有小于1的齿数比。

6.如权利要求5所述的胸部按压设备，其特征在于，制动器、电动机、离合器、齿轮箱和驱动卷筒都沿着相同的线布置。

7.如权利要求5所述的胸部按压设备，其特征在于，制动器、电动机、离合器和齿轮箱不都沿着相同的线布置。

8.如权利要求1所述的胸部按压设备，其特征在于，驱动卷筒具有小于3英寸的长度。

9.如权利要求1所述的胸部按压设备，其特征在于，驱动卷筒具有小于1英寸的直径。

10.如权利要求1所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括：

键，连接到所述带；

凹槽，沿着驱动卷筒的长度设置在驱动卷筒中，所述凹槽的大小和尺寸被设计成与键的大小和尺寸紧密匹配，其中当键位于凹槽中时，带被连接到驱动卷筒。

11.如权利要求10所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括：

导板；

其中导板可操作地连接到胸部按压设备的这样的部件，所述部件从包括驱动卷筒、槽梁或者驱动卷筒和槽梁二者的组中选择；

其中导板另外被设置成使得当键插入驱动卷筒的凹槽中时，导板将键固定在驱动卷筒的凹槽内。

12.如权利要求1所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括第一柱轴和第二柱轴，第一柱轴可旋转地连接到槽梁的第一端，第二柱轴可旋转地连接到槽梁的第二端，所述第二柱轴与第一柱轴相对设置。

13.如权利要求12所述的胸部按压设备，其特征在于，第一柱轴和第二柱轴之间的距离在12英寸到22英寸的范围中。

14.如权利要求12所述的胸部按压设备，其特征在于，第一柱轴和第二柱轴都嵌入外壳中并与外壳的边缘有一定距离。

15.如权利要求1所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括可操作地连接到外壳和电动机的控制系统，所述控制系统被程序控制以控制电动机的操作。

16.如权利要求1所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括可操作地连接到胸部按压设备用于测量力的装置，所述装置可操作地测量当病人位于设备上时病人对设备施加的力的总量，所述用于测量力的装置同样可操作地测量在按压过程中施加到病人的力。

17.如权利要求16所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括控制系统，控制系统可操作地连接到外壳、电动机和用于测量力的装置，其中控制系统被程序控制以在用于测量力的装置所测得的力的总量的基础上控制电动机的操作。

18.如权利要求1所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括用于测量电流的装置，所述装置可操作地连接到胸部按压设备，所述装置可操作地测量当电动机在操作时电动机引入的电流总量。

19.如权利要求18所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括控制系统，控制系统可操作地连接到外壳、电动机和用于测量电流的装置，其中控制系统被程序控制以在当电动机在操作时电动机引入的电流总量的基础上控制电动机的操作。

20.如权利要求1所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括设置在外壳中的通风口，所述通风口允许空气在设备中循环。

21.如权利要求20所述的胸部按压设备，其特征在于，通风口设置在位于外壳中的凹口中。

22.如权利要求1所述的胸部按压设备，其特征在于，外壳的大小和尺寸被设计成使得病人能够位于外壳上，并且当病人位于外壳上时可被搬运。

23.如权利要求1所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括：

掣子，可操作地连接到胸部按压设备的这样的部件，该部件从包括驱动卷筒和槽梁的组中选择；

其中掣子被设置成使得当胸部按压设备不使用时防止卷筒的轴转动。

24.如权利要求23所述的胸部按压设备，其特征在于，还包括：

键，连接到带；

凹槽，沿着驱动卷筒的长度设置在驱动卷筒中，所述凹槽的大小和尺寸被设计成与键的大小和尺寸紧密匹配，其中当键位于凹槽中时，带被连接到驱动卷筒；

其中当键插入驱动卷筒的凹槽中时，掣子被移开，从而允许卷筒的轴转动。

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