CN206194243U - 模拟人医用教学辅助装置 - Google Patents
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Abstract
一种模拟人医用教学辅助装置，包括主控单元、呼吸阻抗模拟单元和心肺复苏模拟单元，所述的呼吸阻抗模拟单元包括第一压力采集器和阻抗模拟电路，所述的第一压力采集器能安装在模拟人上，模拟人在模拟呼吸时的胸廓起伏使得第一压力采集器改变场效应管的漏极与源极之间的阻值，从而模拟出人体呼吸阻抗变化并能够在监护仪上得到呼吸波形。所述的心肺复苏模拟单元包括能安装在模拟人上的第二压力采集器，并且第二压力采集器的输出与主控单元相连接，心肺复苏训练时主控单元通过第二压力采集器能够得到按压力度信号。本实用新型提供一种操作真实感强、使用功能多样、工作过程稳定的模拟人医用教学辅助装置。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗教学设备领域，特别是一种模拟人医用教学辅助装置。
背景技术
目前生理驱动模拟系统开始运用于医学教育领域，通过模拟人搭载的模拟系统模拟各种病人的生理和病理学特征，对医生使用的药物和进行的治疗操作产生相应的生理反应，并在与模拟系统连接的监护仪上显示各种生理参数，加之治疗环境和方式的全面模拟，可以营造出一种交互式的教学情景，实现临床真实场景下对病人的治疗处理。使医生不仅可以了解“病人”的生理状态，判断“病人”的病理变化和对药物或治疗措施的反应，练习使用各种抢救设备，还能在小组模拟抢救中锻炼提高非技术性能力。但是模拟人一个重要缺陷就是不能模拟出病人呼吸阻抗的变化，因此在心电监护仪上不能显示出呼吸波及呼吸率(每分钟呼吸次数)，在实际教学中给学员造成不便和不真实感。并且在学员对模拟人进行心肺复苏训练时，不能够直观地反映出学员的按压操作情况是否符合标准，降低了教学的效果。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种操作真实感强、使用功能多样、工作过程稳定的模拟人医用教学辅助装置。
为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
一种模拟人医用教学辅助装置，包括主控单元1、呼吸阻抗模拟单元2和心肺复苏模拟单元3，所述的呼吸阻抗模拟单元2包括第一压力采集器21和阻抗模拟电路22，所述的第一压力采集器21能安装在模拟人上，第一压力采集器21的输出与阻抗模拟电路22的场效应管Q1的栅极相连接，所述场效应管Q1的漏极和源极分别与模拟人上的心电电极以及监护仪相连接，模拟人在模拟呼吸时的胸廓起伏使得第一压力采集器21改变场效应管Q1的漏极与源极之间的阻值，从而模拟出人体呼吸阻抗变化并能够在监护仪上得到呼吸波形。所述的心肺复苏模拟单元3包括能安装在模拟人上的第二压力采集器31，并且第二压力采集器31的输出与主控单元1相连接，心肺复苏训练时主控单元1通过第二压力采集器31能够得到按压力度信号。
进一步，所述的第一压力采集器21包括压力传感器211、第一伸缩绑带212和第二伸缩绑带213，所述的压力传感器211安装在第一伸缩绑带212和第二伸缩绑带213之间，第一伸缩绑带212的两端与第二伸缩绑带213的两端对应连接，并且第一伸缩绑带212和第二伸缩绑带213能捆绑在模拟人的胸部表皮下，模拟人在模拟呼吸时的胸廓起伏使得第一伸缩绑带212和第二伸缩绑带213产生弹性伸张从而挤压压力传感器211并输出压力信号。
进一步，所述的第一伸缩绑带212或第二伸缩绑带213上设有用于安装压力传感器211的安装口袋214。
进一步，所述的心肺复苏模拟单元3还包括能安装在模拟人上的计数器32，并且计数器32的输出与主控单元1相连接，心肺复苏训练时主控单元1通过计数器32能够得到按压次数信号。
进一步，所述的呼吸阻抗模拟单元2包括第一导联线RA和第二导联线LL，所述的模拟人上设有第一心电电极A和第二心电电极B，所述阻抗模拟电路22的场效应管Q1的漏极与第一心电电极A相连接，场效应管Q1的源极通过第一导联线RA与监护仪相连接，所述第二导联线LL的两端分别与第二心电电极B和监护仪相连接，并且呼吸阻抗模拟单元2能够模拟出模拟人在呼吸时第一心电电极A与第二心电电极B之间的阻抗变化。
进一步，所述的呼吸阻抗模拟单元2还包括呼吸率模拟电路23，所述第一压力采集器21的输出分别与阻抗模拟电路22和呼吸率模拟电路23相连接，所述呼吸率模拟电路23的输出与主控单元1相连接，并且呼吸率模拟电路23能够输出触发信号使得主控单元1得到呼吸率信号。
进一步，所述的阻抗模拟电路22包括第一运算放大器U1和场效应管Q1，所述第一运算放大器U1的反向输入端通过第一电阻R1与第一压力采集器21 的输出相连接，第一运算放大器U1的输出端通过第二电阻R2与场效应管Q1的栅极相连接，并且第一运算放大器U1的反向输入端与第一运算放大器U1的输出端之间设有并联设置的第三电阻R3和第一电容C1。
进一步，所述的呼吸率模拟电路23包括第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，所述第二运算放大器U2的反向输入端通过第二电容C2和第四电阻R4与第一压力采集器21的输出相连接，第二运算放大器U2的正向输入端接地，第二运算放大器U2的输出端通过第五电阻R5与第三运算放大器U3的反向输入端相连接，第二运算放大器U2的反向输入端与第二运算放大器U2的输出端之间设有并联设置的第六电阻R6和第三电容C3，第三运算放大器U3的正向输入端接地，并且第三运算放大器U3的输出端与主控单元1的呼吸率输入端INPUT相连接。
进一步，所述的阻抗模拟电路22与第一压力采集器21之间还设有放大电路24，所述的放大电路24包括第四运算放大器U4，所述第四运算放大器U4的正向输入端和反向输入端分别与第一压力采集器21的输出相连接，第四运算放大器U4的输出端通过第八电阻R8与阻抗模拟电路22相连接，并且第四运算放大器U4的正向输入端和反向输入端之间设有第七电阻R7。
进一步，所述的主控单元1还分别与存储器11、通讯装置12及显示装置13相连接。
本实用新型的模拟人医用教学辅助装置通过呼吸阻抗模拟单元，实现了模拟出模拟人的实时呼吸波形及呼吸率，使得模拟人教学操作简便可靠，并且满足了教学要求，提高了模拟人教学的真实感。此外，通过心肺复苏模拟单元，实现了对学员心肺复苏操作的直观反映，便于对学员的操作进行提示及纠正，进一步提高了教学效率。
附图说明
图1是本实用新型的功能模块的结构示意图；
图2是本实用新型的第一压力采集器的结构示意图；
图3是本实用新型的电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图1至3给出本实用新型的实施例，进一步说明本实用新型的模拟人医用教学辅助装置具体实施方式。本实用新型的模拟人医用教学辅助装置不限于以下实施例的描述。
图1中的模拟人医用教学辅助装置包括主控单元1、呼吸阻抗模拟单元2和心肺复苏模拟单元3，所述的呼吸阻抗模拟单元2包括第一压力采集器21和阻抗模拟电路22，所述的第一压力采集器21能安装在模拟人上，所述的心肺复苏模拟单元3分别与模拟人和主控单元1相连接用于反映学员心肺复苏操作情况。具体地，第一压力采集器21的输出与阻抗模拟电路22的场效应管Q1的栅极相连接，所述场效应管Q1的漏极和源极分别与模拟人上的心电电极以及监护仪相连接，模拟人在模拟呼吸时的胸廓起伏使得第一压力采集器21改变场效应管Q1的漏极与源极之间的阻值，从而模拟出人体呼吸阻抗变化并能够在监护仪上得到呼吸波形。呼吸阻抗模拟单元能够模拟出模拟人的实时呼吸波形及呼吸率，满足了教学需求同时简化教学操作过程，提高了模拟人教学的真实感。并且心肺复苏模拟单元便于对学员的操作进行提示及纠正，进一步提高了教学效率。
图1中的呼吸阻抗模拟单元2包括第一导联线RA和第二导联线LL，所述的模拟人上设有第一心电电极A和第二心电电极B，所述阻抗模拟电路22的场效应管Q1的漏极与第一心电电极A相连接，场效应管Q1的源极通过第一导联线RA与监护仪相连接，所述第二导联线LL的两端分别与第二心电电极B和监护仪相连接，并且呼吸阻抗模拟单元2能够模拟出模拟人在呼吸时第一心电电极A与第二心电电极B之间的阻抗变化。优选地，第一心电电极A是模拟人右上肢心电电极，第二心电电极B是模拟人左下肢心电电极，根据呼吸信号检测原理可知，使用阻抗法进行呼吸信号监测是电生理监护的必要参数之一，具体地，监护仪高频激励脉冲发生电路产生62.5kHz的方波，又由生物阻抗的频散理论可知，在62.5kHz附近频带，人体阻抗呈近似纯电阻特性，几乎无膜电容影响，10Ω～10kΩ数量级。在62.5kHz方波的每个周期中，由于呼吸让胸廓扩张，使得右上肢心电电极和下肢心电电极之间的人体呼吸阻抗Rb按呼吸频率变化，其电阻变化范围在0.1Ω-3Ω之间，在每个Rb变化周期内，随着Rb 的变化使得RA与LL之间的电位随之变化，并且每一瞬间电位差的绝对值Ub(t)与Rb成正比。这样呼吸信号Ub(t)就相当于调制在62.5kHz的载波上，调制方式为调幅，以便与心电信号相区别。只要能够获得Ub(t)的波形，就得到了呼吸波信号，再通过心电电极、心电电缆传送给心电监护仪的呼吸信号处理电路恢复得到呼吸信号。呼吸阻抗模拟单元的模拟方式符合呼吸信号检测原理，从而能够准确地模拟出模拟人的呼吸阻抗，并且呼吸阻抗模拟单元与模拟人及监护仪连接结构简单，便于教学操作进而提高教学效率。
图2中的第一压力采集器21包括压力传感器211、第一伸缩绑带212和第二伸缩绑带213，所述的压力传感器211安装在第一伸缩绑带212和第二伸缩绑带213之间，第一伸缩绑带212的两端与第二伸缩绑带213的两端对应连接，并且第一伸缩绑带212和第二伸缩绑带213能捆绑在模拟人的胸部表皮下，模拟人在模拟呼吸时的胸廓起伏使得第一伸缩绑带212和第二伸缩绑带213产生弹性伸张从而挤压压力传感器211并输出压力信号。特别地，第一伸缩绑带212或第二伸缩绑带213上设有用于安装压力传感器211的安装口袋214。第一压力采集器结构简单，便于加工装配，并且通过两条伸缩绑带对压力传感器施加压力的方式提高了模拟过程的准确性，同时安装口袋还提高了压力传感器的安装稳定性。
图3中的呼吸阻抗模拟单元2包括第一压力采集器21、阻抗模拟电路22、呼吸率模拟电路23和放大电路24，所述第一压力采集器21的输出分别与阻抗模拟电路22和呼吸率模拟电路23，所述呼吸率模拟电路23的输出与主控单元1相连接，并且呼吸率模拟电路23能够输出触发信号使得主控单元1得到呼吸率信号。
所述的阻抗模拟电路22包括第一运算放大器U1和场效应管Q1，所述第一运算放大器U1的反向输入端通过第一电阻R1与第一压力采集器21的输出相连接，第一运算放大器U1的输出端通过第二电阻R2与场效应管Q1的栅极相连接，并且第一运算放大器U1的反向输入端与第一运算放大器U1的输出端之间设有并联设置的第三电阻R3和第一电容C1。具体地，通过第一运算放大器U1产生控制场效应管Q1栅极与源极间的电压，从而使PN结反向偏置电压加大，耗尽区加宽并且向导电沟道中扩展，使导电沟道随着栅极与源极间的电压的加大而向内压缩。因此栅极与源极间的电压的大小改变了整个导电沟道范围内耗尽区的厚度，即可以控制源极与漏极间的导电情况。因此改变栅极与源极间的电压，就控制了源极与漏极间的电阻，从而实现了一个由电压控制的可变电阻，即模拟的呼吸阻抗变化。
所述的呼吸率模拟电路23包括第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，所述第二运算放大器U2的反向输入端通过第二电容C2和第四电阻R4与第一压力采集器21的输出相连接，第二运算放大器U2的正向输入端接地，第二运算放大器U2的输出端通过第五电阻R5与第三运算放大器U3的反向输入端相连接，第二运算放大器U2的反向输入端与第二运算放大器U2的输出端之间设有并联设置的第六电阻R6和第三电容C3，第三运算放大器U3的正向输入端接地，并且第三运算放大器U3的输出端与主控单元1的呼吸率输入端INPUT相连接。具体地，主控单元1为单片机，并且经过用于隔直的第二电容C2、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3，最终使每次模拟人呼吸都能产生一个下降沿触发信号，进而触发信号在单片机的功能管脚上产生中断。
所述的放大电路24设置在阻抗模拟电路22与第一压力采集器21之间，放大电路24包括第四运算放大器U4，所述第四运算放大器U4的正向输入端和反向输入端分别与第一压力采集器21的输出相连接，第四运算放大器U4的输出端通过第八电阻R8与阻抗模拟电路22相连接，并且第四运算放大器U4的正向输入端和反向输入端之间设有第七电阻R7。
图1中的心肺复苏模拟单元3包括能安装在模拟人上的第二压力采集器31和计数器32，所述第二压力采集器31的输出与主控单元1相连接，心肺复苏训练时主控单元1通过第二压力采集器31能够得到按压力度信号。所述计数器32的输出与主控单元1相连接，心肺复苏训练时主控单元1通过计数器32能够得到按压次数信号。具体地，学员在对模拟人进行一次心肺复苏按压时计数器32计一次数，并且主控单元1能够根据计数器32计算得出在一定时间内一共进行心肺复苏按压的次数。心肺复苏模拟单元在进行心肺复苏训练时能够反映出学员按压的力度及按压次数是否符合标准规定，不仅满足了教学需求同时增加了辅助装置使用功能的多样性。
所述的主控单元1还分别与存储器11、通讯装置12及显示装置13相连接。所述的存储器11能够存储呼吸率模拟电路23得到的呼吸率信号、第二压力采集器31得到的按压力度信号以及计数器32得到的按压次数信号。优选地，所述的通讯装置12包括能与上位机相连接的通讯接口以及能与手机客户端进行数据传输的无线通讯模块。所述的显示装置13是液晶显示屏，显示装置13能够实时显示出模拟人的呼吸率，显示装置13还能够在心肺复苏训练时直观显示出按压力度及按压次数。存储器11、通讯装置12及显示装置13提高了辅助装置的实用性及操作简便性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种模拟人医用教学辅助装置，其特征在于：包括主控单元(1)、呼吸阻抗模拟单元(2)和心肺复苏模拟单元(3)，所述的呼吸阻抗模拟单元(2)包括第一压力采集器(21)和阻抗模拟电路(22)，所述的第一压力采集器(21)能安装在模拟人上，第一压力采集器(21)的输出与阻抗模拟电路(22)的场效应管Q1的栅极相连接，所述场效应管Q1的漏极和源极分别与模拟人上的心电电极以及监护仪相连接，模拟人在模拟呼吸时的胸廓起伏使得第一压力采集器(21)改变场效应管Q1的漏极与源极之间的阻值，从而模拟出人体呼吸阻抗变化并能够在监护仪上得到呼吸波形；
所述的心肺复苏模拟单元(3)包括能安装在模拟人上的第二压力采集器(31)，并且第二压力采集器(31)的输出与主控单元(1)相连接，心肺复苏训练时主控单元(1)通过第二压力采集器(31)能够得到按压力度信号。
2.根据权利要求1所述的模拟人医用教学辅助装置，其特征在于：所述的第一压力采集器(21)包括压力传感器(211)、第一伸缩绑带(212)和第二伸缩绑带(213)，所述的压力传感器(211)安装在第一伸缩绑带(212)和第二伸缩绑带(213)之间，第一伸缩绑带(212)的两端与第二伸缩绑带(213)的两端对应连接，并且第一伸缩绑带(212)和第二伸缩绑带(213)能捆绑在模拟人的胸部表皮下，模拟人在模拟呼吸时的胸廓起伏使得第一伸缩绑带(212)和第二伸缩绑带(213)产生弹性伸张从而挤压压力传感器(211)并输出压力信号。
3.根据权利要求2所述的模拟人医用教学辅助装置，其特征在于：所述的第一伸缩绑带(212)或第二伸缩绑带(213)上设有用于安装压力传感器(211)的安装口袋(214)。
4.根据权利要求1所述的模拟人医用教学辅助装置，其特征在于：所述的心肺复苏模拟单元(3)还包括能安装在模拟人上的计数器(32)，并且计数器(32)的输出与主控单元(1)相连接，心肺复苏训练时主控单元(1)通过计数器(32)能够得到按压次数信号。
5.根据权利要求1所述的模拟人医用教学辅助装置，其特征在于：所述的呼吸阻抗模拟单元(2)包括第一导联线RA和第二导联线LL，所述的模拟人上设有第一心电电极A和第二心电电极B，所述阻抗模拟电路(22)的场效应管Q1的漏极与第一心电电极A相连接，场效应管Q1的源极通过第一导联线RA与监护仪相连接，所述第二导联线LL的两端分别与第二心电电极B和监护仪相连接，并且呼吸阻抗模拟单元(2)能够模拟出模拟人在呼吸时第一心电电极A与第二心电电极B之间的阻抗变化。
6.根据权利要求1所述的模拟人医用教学辅助装置，其特征在于：所述的呼吸阻抗模拟单元(2)还包括呼吸率模拟电路(23)，所述第一压力采集器(21)的输出分别与阻抗模拟电路(22)和呼吸率模拟电路(23)相连接，所述呼吸率模拟电路(23)的输出与主控单元(1)相连接，并且呼吸率模拟电路(23)能够输出触发信号使得主控单元(1)得到呼吸率信号。
7.根据权利要求6所述的模拟人医用教学辅助装置，其特征在于：所述的阻抗模拟电路(22)包括第一运算放大器U1和场效应管Q1，所述第一运算放大器U1的反向输入端通过第一电阻R1与第一压力采集器(21)的输出相连接，第一运算放大器U1的输出端通过第二电阻R2与场效应管Q1的栅极相连接，并且第一运算放大器U1的反向输入端与第一运算放大器U1的输出端之间设有并联设置的第三电阻R3和第一电容C1。
8.根据权利要求6所述的模拟人医用教学辅助装置，其特征在于：所述的呼吸率模拟电路(23)包括第二运算放大器U2和第三运算放大器U3，所述第二运算放大器U2的反向输入端通过第二电容C2和第四电阻R4与第一压力采集器(21)的输出相连接，第二运算放大器U2的正向输入端接地，第二运算放大器U2的输出端通过第五电阻R5与第三运算放大器U3的反向输入端相连接，第二运算放大器U2的反向输入端与第二运算放大器U2的输出端之间设有并联设置的第六电阻R6和第三电容C3，第三运算放大器U3的正向输入端接地，并且第三运算放大器U3的输出端与主控单元(1)的呼吸率输入端INPUT相连接。
9.根据权利要求6所述的模拟人医用教学辅助装置，其特征在于：所述的阻抗模拟电路(22)与第一压力采集器(21)之间还设有放大电路(24)，所述的放大电路(24)包括第四运算放大器U4，所述第四运算放大器U4的正向输入端和反向输入端分别与第一压力采集器(21)的输出相连接，第四运算放大器U4的输出端通过第八电阻R8与阻抗模拟电路(22)相连接，并且第四运算放大器U4的正向输入端和反向输入端之间设有第七电阻R7。
10.根据权利要求1或4所述的模拟人医用教学辅助装置，其特征在于：所述的主控单元(1)还分别与存储器(11)、通讯装置(12)及显示装置(13)相连接。
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