CN220290349U - 呼吸运动模拟装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种呼吸运动模拟装置，包括底板、气囊、支架、电机、电机丝杆、起伏支撑部、拉绳、弹簧，其中：所述底板上分别固定连接所述气囊、所述支架，所述气囊设置开口，所述电机固定于所述支架上，所述电机丝杆旋转连接于所述电机上，所述电机丝杆的一端固定连接所述起伏支撑部，所述电机丝杆的另一端分别与所述拉绳、所述弹簧的一端固定连接，所述拉绳、所述弹簧的另一端分别与所述气囊固定连接，本申请通过电机同时带动气囊和支撑部同步运动，不仅实现了吸气、呼吸与胸部起伏同步，还简化了结构。

Description

呼吸运动模拟装置

技术领域

本申请涉及医学模拟领域，尤其涉及一种呼吸运动模拟装置。

背景技术

呼吸运动是呼吸肌收缩舒张引起胸廓节律性扩张与缩小的过程，也是为肺与外界进行气体交换提供原动力的过程。在现有的呼吸运动模拟系统中，由于呼吸运动模拟的仿真模型内部空间有限，肺的吸气呼气运动与胸部起伏运动通常是分开设置，呼吸运动模拟效果不理想。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种呼吸运动模拟装置，包括底板、气囊、支架、电机、电机丝杆、起伏支撑部、拉绳、弹簧，其中：

所述底板上分别固定连接所述气囊、所述支架，所述气囊设置开口，所述电机固定于所述支架上，所述电机丝杆旋转连接于所述电机上，所述电机丝杆的一端固定连接所述起伏支撑部，所述电机丝杆的另一端分别与所述拉绳、所述弹簧的一端固定连接，所述拉绳、所述弹簧的另一端分别与所述气囊固定连接。

进一步的，所述起伏支撑部包括起伏杆、胸壁，所述起伏杆与所述电机丝杆固定连接。

进一步的，所述气囊还包括上表层、下表层及设置在所述上表层与所述下表层之间的波纹腔体，所述上表层分别与所述拉绳、所述弹簧的一端固定连接，所述下表层与所述底板固定连接。

进一步的，所述开口设置在所述下表层，所述底板设置有与所述开口配合的通孔。

进一步的，所述支架包括支撑杆、支撑板，所述支撑杆固定连接在所述底板上，所述支撑板固定在所述支撑杆的顶端，用于固定连接所述电机。

进一步的，所述支撑杆包括支架底座和与所述支架底座固定连接的伸缩部。

进一步的，还包括位移检测装置，用于检测所述伸缩部的位移。

进一步的，还包括阻尼垫，设置于所述支架与所述底板之间。

进一步的，还包括导向组件，所述导向组件包括导向轴、导向板，所述导向板设置导向孔，所述导向板固定于所述电机丝杆的下端，所述导向轴一端固定连接于所述电机，一端向下延伸贯穿所述导向孔。

进一步的，还包括行程开关，所述行程开关包括行程触碰片、上限位传感器、下限位传感器，所述行程触碰片固定连接在所述导向板上，所述上限位传感器与所述下限位传感器分别固定连接在所述支架上沿所述导向板运行方向分布。

进一步的，还包括仿真气道，所述仿真气道与所述气囊连通，所述仿真气道设置有控制所述仿真气道与所述气囊连通的阀门。

进一步的，还包括转接头，用于将仿真气道与外界气源装置连通。

进一步的，还包括切换组件，包括手柄、限位件，所述手柄与所述阀门连通，所述限位件将所述手柄固定于所述底板上。

进一步的，还包括控制装置，分别与所述电机、所述位移检测装置、所述行程开关、所述阀门通信连接。

本申请的有益效果是：

通过电机旋转连接电机丝杆同时带动气囊和起伏支撑部同步运动，不仅实现了肺的吸气、呼气运动与胸部起伏的同步，同时还简化了结构。

设置了多种检测装置，通过设置行程开关，实现了电机丝杆的行程范围可控；支架上设置位移检测装置，在进行心肺复苏（CPR）按压过程中获取按压深度、次数等信息。

通过转接头、阀门、切换组件的设置，使得本申请可连通外部气源装置，并进行切换，实现了呼吸运动模拟方案的切换。

附图说明

图1是本申请实施例呼吸运动模拟装置的结构示意图。

图2是本申请实施例起伏支撑部的结构示意图。

图3是本申请实施例气囊的结构示意图。

图4是本申请另一实施例呼吸运动模拟装置的结构示意图。

图5是本申请另一实施例中电机的导向组件的结构示意图。

图6是本申请另一实施例中电机的限位组件的结构示意图。

图7是本申请另一实施例支架的结构示意图。

图8是本申请另一实施例支架的运动状态示意图。

图9是本申请另一实施例呼吸气道各部件的连接结构示意图。

实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有的其他实施例，均属于本申请的保护范围。

本申请实施例提供了一种呼吸运动模拟装置10，该装置既能模拟呼吸时的吸气和呼气运动，还同时模拟胸部的起伏，实现吸气、呼气与胸部起伏的同步。如图1所示，该呼吸运动模拟装置10包括底板1、气囊2、支架3、电机4、电机丝杆5、起伏支撑部6、拉绳7、弹簧8。底板1上分别固定连接气囊2、支架3，气囊2上设置有开口21，电机4固定连接在支架4上，且位于气囊2的上方，电机丝杆5旋转连接在电机4上，在电机4的驱动下沿轴向运动，电机丝杆5的一端固定连接起伏支撑部6，另一端分别固定连接拉绳7、弹簧8，拉绳7、弹簧8的另一端分别固定连接气囊，使得当电机4驱动电机丝杆5沿轴向上下运动时，并带动起伏支撑部6、拉绳7、弹簧8上下运动，其中，拉绳7在电机丝杆5向上运动时牵拉气囊2向上扩张，空气从开口21吸入到气囊2，以模拟吸气运动，弹簧8在电机丝杆5向下运动时压缩气囊2向下收缩，气囊2内部的空气从开口21排出，以模拟呼气运动，起伏支撑部6上下运动则表示在呼吸过程中的胸部起伏，通过该呼吸运动模拟装置10不仅实现了呼气与吸气运动的模拟，还保证了呼吸运动与胸部起伏的同步。

底板1，设置为支撑整个呼吸运动模拟装置10，可通过底板1将该呼吸运动模拟装置10放置或固定在任意位置或各类用于教学或训练用的仿真模型的内部，以满足为医学生或教师提供呼吸运动的展示、训练、教学等需求。

起伏支撑部6在电机丝杆5的带动下进行上下运动模拟人体胸部在呼吸运动中的起伏运动，一些实施例中，如图2所示，起伏支撑部6包括起伏杆61、胸壁62，起伏杆61与电机丝杆5固定连接，在电机4的驱动下，电机丝杆5带动胸壁62上下运动，模拟呼吸运动下的胸壁起伏。一些实施例中，胸壁62还可以包括胸骨结构。

气囊2在受到牵拉或压缩的外力作用下所产生的扩张和收缩运动，通过开口21吸入和排出空气能够模拟呼吸运动。在一些实施例中，气囊2被设置为波纹气囊，不仅节约空间结构，也有利于空气的吸入和排出，如图3所示，该气囊2包括开口21、上表层22、下表层23，以及设置于上表层22与下表层23之间的波纹状腔体24。结合图1，气囊2的下表层23与底板1固定连接，开口21设置在下表层23上，底板1设置有与开口21配合的通孔211，上表层22受到牵拉或压缩外力时位置相对，有利于空气的吸入和排出。一些实施例中，开口21还可以根据呼吸运动模拟装置10的放置空间或连通气道等结构的需求进行设置。一些实施例中，为了增大牵拉或压缩的受力面积，便于力的传递，使气囊2内的空气更快的吸入或排出，设置上表层22为硬性材料，一些实施例中，设置在上表层22外部固定连接压缩板。由于硬性材料和压缩板的自身重量的影响，也有利于在呼气运动时对气囊2进行压缩，加快空气的排出。一些实施例中，下表层23也可根据需要设置为硬性材料，或在下表层23外部固定连接安装板，可以防止气囊2在受到牵拉外力时脱离底板1，便于下表层23与底板1的固定连接。

根据人体的结构特征，为了更好的模拟左右两侧的吸气和呼气运动及胸部的起伏运动，本申请实施例提供了另一呼吸运动模拟装置10，如图4所示，该装置设置为包括底板1，底板1上固定连接两个气囊2，支架3呈T字型设置，包括固定在且垂直于底板1的支撑杆31，支撑杆顶部固定连接支撑板32，支撑板32向两端延伸分别固定连接两个电机4，使两个电机4分别对应两个气囊2，两个电机4分别与两个电机丝杆5旋转连接，两个电机丝杆5的上端分别固定连接两个起伏支撑部6，两个电机丝杆5的下端分别与拉绳7、弹簧8固定连接，拉绳7、弹簧8的另一端分别与两个气囊2固定连接，在两个电机4的的驱动下，两个电机丝杆5分别带动两个起伏支撑部6上下运动，从而实现左右两侧胸部起伏的分别控制，通过两侧的拉绳7、弹簧8分别牵拉和压缩左右两侧的气囊2，实现了左右两侧的吸气和呼气的分别控制，使得该装置不仅可用于模拟正常的呼吸运动，还可用于左右两侧不同呼吸运动状态的模拟，如单侧胸部起伏、左右两侧不同呼吸比等。

上述实施例中，电机4设置为包括但不限于伺服电机、步进电机中的任何一种。由于电机4转动时会产生振动和噪声，影响该装置的使用效果，因此，一些实施例中，还包括阻尼垫101，可参考图7~图8，使电机4与支架3、底板1之间的连接产生阻尼效果，能够减少电机4的振动和噪声。阻尼垫101可以设置于电机4与支架3的连接部位，也可以设置于支架3与底板1的连接部位，可以理解的是，阻尼垫101包括但不限于沥青类阻尼垫、橡胶类阻尼垫。

在电机4驱动电机丝杆5向上向下运动时，拉绳7、弹簧8在受力作用下容易导致电机丝杆5运动方向发生偏差，以及，当呼吸运动模拟装置10倾斜放置或未处于平稳工作台放置时也会造成电机丝杆5的运动方向发生偏差，从而影响呼吸运动中气体的吸入量和呼出量，同时也会影响胸部起伏的位置和方向，因此，本申请实施例中，还包括导向组件，如图5所示，具体包括导向轴102、导向板103，其中，导向板103固定连接于电机丝杆5的底端，并且设置导向孔1031，导向轴102一端固定连接于电机4，另一端延伸至导向板103的导向孔1031，当电机4驱动电机丝杆5进行向上向下运动时，由于导向轴102贯穿导向孔1031，使得导向板103始终沿着导向轴102的方向上下运动，从而使得电机丝杆5的运动方向始终与导向轴102保持一致，确保了电机丝杆5的运动方向。

为了确保电机丝杆5的运动行程，规定电机低杆5的上行和下行的行程范围，本申请实施例中，还包括行程开关，用于限制电机丝杆5的行程上限和下限，当该装置受到较大外力时，也可触发电机保护机制。一些实施例中，行程开关设置为行程触碰片和传感器，如图6所示，具体包括行程触碰片104、上限位传感器105、下限位传感器106，其中，行程触碰片104固定连接在导向板103上，上限位传感器105和下限位传感器106分别固定连接在支架3上沿导向板103运行方向呈上下分布，当行程触碰片104随着导向板102向下运动触碰下限位传感器106时，则为电机丝杆5向下的最大行程，为行程下限，当行程触碰片104随着导向板102向上运动触碰上限位传感器105时，则为电机丝杆5向上的最大行程，为行程上限。通过设置行程开关，不仅规定了电机丝杆5的行程范围，当电机4受到较大外力时，行程触碰片104触碰到下限位传感器106，可以触发电机的保护机制。

支架3将电机4固定连接于底板1上，驱动电机丝杆5带动起伏支撑部6向上向下起伏运动模拟呼吸运动中胸部的起伏动作，起到支撑的作用，同时为了更接近，更好的模拟人体胸腔结构，支架3设置为可沿呼吸运动方向收缩，当受到外力压迫胸腔时，支架3在力的作用下向下收缩，不仅保护了固定于支架3上的各部分结构，同时还可用于心肺复苏（CPR）等其他医疗操作的训练。如图7所示，支撑杆31包括支架底座311、伸缩部312，支架底座311呈“∏”形状，底部设置阻尼垫101并与底板1固定连接，起到缓冲阻尼的作用，降低了电机4的振动和噪声影响，上部固定连接伸缩部312，伸缩部312顶部固定连接支撑板32，由于按压部位与胸部起伏部位的不同，以及起伏支撑部6的设置，支撑板32向两侧延伸出固定板321，分别固定两侧的电机4，固定板321的高度低于支撑板32的高度。支撑板32受外力按压，伸缩部312在受力的作用下，带动支撑板32、固定部321及其所固定的电机4等部件向下运动，当所受外力消失时，则恢复初始状态，伸缩部312可以通过弹簧结构实现，为防止在压缩和回弹运动中发生偏移，可以在弹簧内设置中心轴配合，可参考图8。一些实施例中，伸缩部312还可以通过气动或液压结构实现，如气缸中流体驱动的活塞结构。

在进行心肺复苏（CPR）按压操作时，为了获取操作数据，如按压的深度、次数等，一些实施例中，还设置了位移检测装置107，如图8中（A）所示，为伸缩部312初始状态时的各部分结构示意图，其中，支架底座311通过阻尼垫101固定连接在底板1上，伸缩部312包括弹簧及套设在弹簧内部的中心轴，其底部与支架底座311连接，上部固定连接支撑板32，在支架底座311上设置有与中心轴相对应的孔，使得当支撑板32在受力后可贯穿孔向下运动，图8中（B）所示，为按压后伸缩部312向下压缩后的状态示意图，弹簧被压缩，中心轴穿过支架底座311上的孔向下运动，当施加到支撑板32上的力消失后，弹簧回弹，恢复到图8中（A）所示状态。通过位移检测装置107来检测中心轴与底板1之间的位置变化数据从而获得按压深度、次数等信息，位移检测装置107可设置为光电位移传感器、霍尔式位移传感器、电容式或电感式位移传感器或其他位移传感器。

呼吸运动模拟装置10通过气囊2上的开口21与仿真气道连通，使气囊2内的气体从仿真的口鼻吸入和排出，使呼吸运动更接近真实，仿真气道可设置为包括仿真气管、仿真鼻腔、仿真口腔，仿真气管一端连通仿真鼻腔和仿真口腔，一端分别与两个气囊2的开口21连通，通过在仿真气管上设置阀门分别控制两个气囊2的气道的开启和关闭，可以是单独的阀门控制也可以由三通阀门控制，通过控制两个气囊2内的气体的吸入和排出，实现分别控制以模拟左右两侧不同的呼吸运动。

一些实施例中，呼吸运动模拟装置10不仅可以连通仿真气道实现口鼻呼吸模拟，还可以通过仿真气道连接转接头，连接外部的其他气源装置，可以是其他呼吸运动模拟装置10的替代，如，具有呼吸运动功能的模拟肺装置，也可以是接入氧气、二氧化碳或其他医学支撑气源，还可以连接呼吸机，用于呼吸机功能的检测。如，当通过呼吸运动模拟装置10模拟呼吸运动时，转接头连通外部装置的接口关闭，空气通过仿真鼻腔、仿真口腔、仿真气管从气囊2内吸入和排出，模拟口鼻呼吸运动。当转接头连通外部模拟肺等装置时，控制连通两个气囊2的阀门关闭，空气通过仿真鼻腔、仿真口腔、仿真气管与外部模拟肺等装置连通，可以作为呼吸运动模拟的补充方案。

为了便于呼吸模拟方案的手动切换，一些实施例中设置切换组件，通过该装置控制连通气囊2的阀门的开启和关闭，切换气道。如图9所示，仿真气道包括连通仿真口腔（图中未示出）、仿真鼻腔（图中未示出）的仿真气管90，转接头94固定连接于底板1的上表面，仿真气管90通过转接头94与外部装置（图中示出部分连通气管95）连通，仿真气管90延伸至底板1的下表面通过三通阀91分别连接气管92、气管93，并分别与设置于底板1上部的两个气囊2连通，切换组件包括手柄901、限位件902，手柄901与三通阀91连接，控制仿真气管90与气管92、气管93的连通，限位件902固定于底板1上使手柄901在一定空间范围内活动，通过手动按压或提拉手柄901实现呼吸运动模拟的切换。一些实施例中，还可以设置检测装置903，通过检测手柄901的位置获得三通阀91的开启和闭合状态，从而判断当前呼吸运动模拟方案。

一些实施例中，还可以在仿真气管设置插管检测装置，用于进行插管的训练，在仿真气管内设置两个光电传感器，通过对插管位置的检测，判断插管操作的正确或错误并反应不同的胸廓起伏。一些实施例中，还可以在仿真气管内设置流量监测装置，用于潮气量的检测。

以上实施例中，还包括控制装置，分别与提供呼吸运动的动力装置电机4、为电机丝杆5提供上下行程范围的行程开关通信连接，控制电机4转动的速度和加速度，以及电机丝杆5的上下行程，从而控制了呼吸运动的频率、起伏高度，且双侧的电机4设置实现了两侧不同位移、不同速度的分别控制，从而实现不同呼吸比，不同病症（如单侧起伏）的呼吸状态的模拟。控制装置与测量胸部按压数据的位移检测装置107通信连接，可以获取进行心肺复苏（CPR）时的按压深度、频率、次数等数据，来判断按压操作是否正确，并进行反馈，如当操作正确时，恢复正常呼吸，反之，呼吸异常或停止呼吸。控制装置与仿真气管90上的阀门、检测手柄901位置确定呼吸模式的检测装置903通信连接，当操作者进行呼吸运动模拟模式切换时，通过该检测信息并获得当前呼吸运动模拟模式。与仿真气管90内的插管检测装置、流量监测装置通信连接，获取插管位置及潮气量的数据。

Claims (13)

1.呼吸运动模拟装置，其特征在于，包括底板、气囊、支架、电机、电机丝杆、起伏支撑部、拉绳、弹簧、控制装置，其中：

所述底板上分别固定连接所述气囊、所述支架，所述气囊设置开口，所述电机固定于所述支架上，所述电机丝杆旋转连接于所述电机上，所述电机丝杆的一端固定连接所述起伏支撑部，所述电机丝杆的另一端分别与所述拉绳、所述弹簧的一端固定连接，所述拉绳、所述弹簧的另一端分别与所述气囊固定连接，所述控制装置与所述电机通信连接。

2.根据权利要求1所述的呼吸运动模拟装置，其特征在于，所述起伏支撑部包括起伏杆、胸壁，所述起伏杆与所述电机丝杆固定连接。

3.根据权利要求1所述的呼吸运动模拟装置，其特征在于，所述气囊还包括上表层、下表层及设置在所述上表层与所述下表层之间的波纹腔体，所述上表层分别与所述拉绳、所述弹簧的一端固定连接，所述下表层与所述底板固定连接。

4.根据权利要求3所述的呼吸运动模拟装置，其特征在于，所述开口设置在所述下表层，所述底板设置有与所述开口配合的通孔。

5.根据权利要求1所述的呼吸运动模拟装置，其特征在于，所述支架包括支撑杆、支撑板，所述支撑杆固定连接在所述底板上，所述支撑板固定在所述支撑杆的顶端，用于固定连接所述电机。

6.根据权利要求5所述的呼吸运动模拟装置，其特征在于，所述支撑杆包括支架底座和与所述支架底座固定连接的伸缩部。

7.根据权利要求6所述的呼吸运动模拟装置，其特征在于，还包括位移检测装置，与所述控制装置通信连接，用于检测所述伸缩部的位移。

8.根据权利要求1所述的呼吸运动模拟装置，其特征在于，还包括阻尼垫，设置于所述支架与所述底板之间。

9.根据权利要求1所述的呼吸运动模拟装置，其特征在于，还包括导向组件，所述导向组件包括导向轴、导向板，所述导向板设置导向孔，所述导向板固定于所述电机丝杆的下端，所述导向轴一端固定连接于所述电机，一端向下延伸贯穿所述导向孔。

10.根据权利要求9所述的呼吸运动模拟装置，其特征在于，还包括行程开关，与所述控制装置通信连接，所述行程开关包括行程触碰片、上限位传感器、下限位传感器，所述行程触碰片固定连接在所述导向板上，所述上限位传感器与所述下限位传感器分别固定连接在所述支架上沿所述导向板运行方向分布。

11.根据权利要求1所述的呼吸运动模拟装置，其特征在于，还包括仿真气道，所述仿真气道与所述气囊连通，所述仿真气道设置有控制所述仿真气道与所述气囊连通的阀门，所述阀门与所述控制装置通信连接。

12.根据权利要求11所述的呼吸运动模拟装置，其特征在于，还包括转接头，用于将仿真气道与外界气源装置连通。

13.根据权利要求12所述的呼吸运动模拟装置，其特征在于，还包括切换组件，包括手柄、限位件，所述手柄与所述阀门连通，所述限位件将所述手柄固定于所述底板上。