用于一种心肺复苏系统的 改进的背心设计 背景材料
1.发明的领域
本发明涉及心肺复苏(CPR)和帮助循环的系统，尤其是涉及提供一种使用方便和降低能耗的改进的背心设计。
2.现有技术的说明
心脏停止跳动一般是由于心室纤维性颤动，它使心脏停止泵送血液。心室纤维性颤动的治疗方法是去纤维颤动法。但是，如果从心室纤维性颤动开始已超过几分钟，则心脏将严重缺少氧和营养成分，因此去纤维颤动法一般将是不成功的。这时，为了使去纤维颤动法成功，必须通过心肺复苏使充氧的血重新流回到心肌中。
哈尔培林(Halperin)等人的专利US4,928,674中说明了一种产生高水平胸内压力的心肺复苏法。哈尔培林等人说明了使用一种在气压控制系统下工作的可充气的医用背心，以在病人地胸部周围施加周边压力。哈尔培林等人公开了各种医用背心的设计，这些设计使用一个刚性底板和一个或一个以上的可充气的气囊。本发明对哈尔培林等人所述的医用背心设计提出一种改进，以便达到两个结果：第一，设计一种医用背心，它能很方便地应用于一个病人而不考虑多么紧贴地应用这种医用背心；和第二，设计一种医用背心，它要求用较少的压缩空气来达到同样的加压/减压循环，因此消耗较少的能量。后一个结果使一种携带式心肺复苏系统变得切实可行。
在专利US4,424,806和US 4,397,306中得到的别的供心肺复苏(CPR)用的现有技术医用背心设计不能达到上述结果。同样，在该领域的检索中，已知别的气动医用背心设计和专利US 2,869,537中所述的气动压力呼吸医用背心一样。但是，这些医用背心不是设计成用于心肺复苏系统，因此不是设计成在紧急情况期间达到使用方便或是使能耗减至最低。
发明概述
本发明是一种设计成能在心肺复苏(CPR)和帮助循环系统中使用的改进的可充气医用背心。该医用背心克服了现有技术设计中的不足，并且特别达到两个目的。第一个目的是达到一种能在紧急情况下方便使用的医用背心设计。达到这一目的的关键是一种径向可膨胀气囊的设计，该气囊首先膨胀以和病人的胸围一致，然后施加所希望的周边压力。第二个目的是使加压/减压循环中所需的压缩空气量减至最少的一种医用背心设计。达到这一目标就降低了能耗，并使一种便携式医用背心系统变成切实可行。
为了达到第一个目的，将本发明的医用背心设计成不管是绷紧还是放松式应用医用背心同样都能很好地工作。将医用背心设计成能很容易地滑动到病人身下放在他的后背上，并且围绕病人的胸部延伸。它被设计能不用复杂的钩形物或锁就很容易围绕病人的胸部固定。此改进了的医用背心还被设计成具有一个直接定位在医用背心上的安全阀。改进了的医用背心设计的关键是一个气囊装置，用于当充满压缩空气时径向膨胀，以和病人的胸围一致，而不管是绷紧还是放松地使用该医用背心。
为了达到第二个目的，减少气动软管和医用背心中的“无效空间”。“无效空间”被定义为对胸部压缩没有帮助的气囊和管道的容积。为了达到这个目的，公开了几个医用背心设计的实施方案。在第一实施方案中，将充气/放气提升阀安装到供应压缩空气给医用背心的一种多腔气动软管的结构中。在第二实施方案中，将一个独特设计的充气/放气提升阀安装到医用背心中。在第三实施方案中，说明了各种技术，以进一步消除在医用背心中出现的“无效空间”。
附图的简要说明
图1a～1c是设计图，示出改进的CPR医用背心结构的各种视图。
图2a～2c是示意图，示出气囊装置的径向膨胀，以便调整医用背心的最初紧密度。
图3是包括改进的医用背心设计的CPR系统的示意图。
图4示出在其充气/放气循环期间CPR医用背心中的压力曲线。
图5是一个示意图，示出供医用背心用的气压控制系统。
图6示出医用背心在绷紧使用或放松使用时医用背心中的压力曲线。
图7示出一个安装在气动软管中的充气和放气阀的构型，以便降低能耗。
图8a～8b示出一个安装在医用背心中的充气和放气阀的构型，以便降低能耗。
图9是和CPR医用背心一起使用的一个多腔气动软管的剖面图。
图10a～10c示出各种医用背心设计的构型，以消除“无效空间”。
优选实施方案的说明
在图1A、1B和1C中示出如本发明所述的改进的医用背心设计10的详细情况。该医用背心10通过一个连接器12连接到一根软管和一个气压控制系统(在图3中示出)上，用于控制充气和放气。医用背心10被设计成使用用于围绕病人固定医用背心的尼龙刺粘接带14和16来围绕病人的胸部。医用背心10的主体包括一个带形件18，一个手柄20，一个可径向膨胀的气囊22，和压力安全阀24。带形件18可用两面涂覆聚氨酯的聚酯材料制造。该成一体的安全阀24对医用背心的过量充气提供额外的保护。手柄20用于帮助操作人员用医用背心10围绕病人。在操作时，通常病人的后背转到侧面。在一种应用医用背心的技术中，医用背心手柄20被推到病人的身下，并向后转动病人放在他的后背上。手柄20然后用于将医用背心从病人身下拉出一个短距离。该医用背心留在病人另一侧的部分将围绕胸部缠绕，用定好位的尼龙刺粘接带16啮合靠近手柄20的尼龙刺粘接带14。由于现在医用背心围绕病人的胸部固定，因此气囊22可以用一种受控制的方式充气以便将周边压力施加到胸部上。医用背心的被控充气和放气，导致胸部的周边压力将充氧的血液驱动到心脏和脑部。
改进的医用背心设计对此医用背心应用于病人多么紧不敏感。医用背心本身适应不同的病人胸围。气囊22被设计成能径向膨胀，因此能将一预定的压力施加到病人的胸部，而不管医用背心开始用时有多紧。如图1A、1B，和1C所示的气囊22用两个双面涂覆有聚氨酯的扁平尼龙纤维片构成，并沿着接缝26，28，和32，34连接。该设计的几何形状，及使用多个侧板的类似的设计使气囊在充气时能径向延伸(象一个风箱)。径向膨胀是通过使用一种在充气时没有明显隆起的不可延伸的材料和一种能在一个方向上延伸的几何形状来达到。这种径向膨胀最清楚地示于图2a、2b和2c中。当气囊充气时，它径向膨胀以和病人的胸部接触。不管带形件18是放松地还是绷紧地围绕病人的胸部固定，气囊都被设计成能径向膨胀，以平坦地接触胸部。在接触胸部之后，气囊可进一步加压，以便将一致的周边压力施加到胸部上。医用背心设计的这个特征是CPR医用背心围绕病人实际应用的关键。
图3是一个示意图，示出作为整个心肺复苏系统一部分的改进的医用背心10。医用背心10上的凹形连接器12通过一根软管38将其连接到气压控制系统40上。用手柄20将医用背心10围绕病人安放，以便将医用背心拉到病人的后背下面。然后通过连结尼龙刺粘接带14和16(如图1A中所示)将医用背心固定到病人身上。由于独特的医用背心气囊设计，该医用背心不需要按任何精确测定尺寸围绕病人固定。气囊设计使它能调节一种放松的或绷紧的医用背心配合。
气压控制系统40使气囊22充气和放气来达到胸部压缩和放松的一个特定的循环。如图4所示，气囊首先充气，以将一定的周边压力(PC)施加到胸部上；然后以一种受控制的方式将气囊放气到一个第二较低的偏置压力(Pb)。将此循环重复许多次；在一设定的循环次数下，气囊的压力进一步降低到外界压力(Pa)以便使病人换气。只要施加治疗，就重复此全部的循环。在图4所示的实施例中，气囊的压力在第五次循环时降低到外界压力(Pa)。
图5是一个示意图，示出控制系统40，它通过气压软管38连接到本发明的医用背心10上。紧急安全阀24安装到医用背心结构中，并且如果压力在设计的压缩压力(Pc)上超过某一设定的量，阀24就从医用背心中放出空气。控制系统40包括：贮气箱42(用于贮存压缩空气)；控制阀44(用于将压缩空气从贮气箱42通入医用背心10及用于从医用背心10中放出压缩空气)；控制阀44(包括两个独立的阀44a和44b)；医用背心压力传感器46(用于监测医用背心中的压力)；计算机48；电动机50；主空气泵52(用于将空气泵送进空气箱42)；操纵空气泵54(用于产生压缩空气以操纵控制阀44)；电源56；电池组58；操纵压力歧管60(将空气分配到气动阀44)。在工作时，阀44a将打开，让空气从贮气箱42流经连接管38，以使医用背心10充气。当传感器46检测的压力达到压缩压力(Pc)时，阀44a关闭。在合适的时间间隔下，阀44b打开让医用背心10中的压缩空气放出。当传感器46检测到医用背心中的压力达到偏置压力(Pb)时，计算机48关闭阀44b(在第五次循环时，阀44b仍然打开，直至下一个充气循环开始让医用背心的压力达到外界压力(Pa)时为止)。计算机48利用一种算法来在压力达到预定的水平之前操纵阀44a和44b，以预见阀开动和实际关闭之间的时间延迟。
如上所述，医用背心10被设计成能径向膨胀。由于这个设计特点，所以医用背心是绷紧使用还是松驰使用无关紧要。如图6中所示，医用背心将膨胀以和胸部一致，并且进一步加压以施加压力直至达到压缩压力(Pa)时为止。在图6中示出医用背心绷紧地施加在病人胸部周围和医用背心被放松地使用的情况。在这两种情况下，医用背心将径向膨胀适当距离以同胸部接触，并且然后将继续施加压力直至达到所希望的压缩压力(Pc)时为止。但是，当放松地使用该医用背心时，流入松开的医用背心(见图6)中的空气量必须稍大，结果达到压缩压力(Pc)的时间将较长(注意图6中t1(62)和t2(64)之间的差)。因此，就避免了对医用背心围绕病人的胸部精确施加一定紧密度的要求。这个特点很重要，因为在适应病人需要的忙乱情况下，精确的应用医用背心对于医生们应不是要额外关心的事情。
在图7a，7b，8a和8b中所示的医用背心的另外实施方案中，控制阀44或是安装在气动软管38的远端(医用背心端)，或是直接安装在医用背心上。充气/放气阀的这种位置将减少在充气和放气循环期间所消耗的空气量，因为对每次循环软管将不再充气。这个特点减少了每次循环期间所消耗的能量，并且将导致使用更小的电动机、更小的贮气箱和更小的电池组。这个特点对一种便携式CPR医用背心设计来说特别重要。
在图7b中，控制阀44被定位在气动软管38的医用背心那端。第一充气提升阀66受操纵空气68控制，以便使加压空气进入医用背心10。第二放气提升阀70受操纵空气72控制，以便使压力从医用背心中放出。充气和放气阀44以一种与前述(见图5)相同的方式工作。在该实施方案中所用的气动软管38要求至少一种三腔结构。如图9中所示，第一腔74装有用于给医用背心充气的压缩空气，第二腔装有用于控制充气提升阀66的压缩操纵空气68，及第三腔装有用于控制放气提升阀70的压缩操纵空气73。在另一种设计中，采用四腔气动软管，其中一个腔用于医用背心的空气供给，两个腔用于阀操纵空气，及额外的一个腔(79)用于检测控制计算机的医用背心压力。
同样，如图8a和b中所示，充气和放气阀44可定位在易处置的医用背心10上，并且是该医用背心10的一部分。如前所述，气动软管38包含至少三个腔，以供给充气控制操纵空气、放气控制操纵空气和加压的充气空气(见图8a)。如图8c中所示，该实施方案还包括一个受操纵空气82控制的充气提升阀80和一个受操纵空气86控制的放气提升阀84。显然，曾设想过不同的阀设计，并且能够用电驱动的阀也在本发明者的构思之内。关键是直接将阀定位在医用背心上或是定位在气动软管的靠医用背心的那端。还设想通过将各阀安装在医用背心(或气动软管靠医用背心的那端)上，以充分降低动力，使一种便携式CPR医用背心系统变成切实可行的。这种便携式系统利用一个小包装的直流电池组来给压缩电动机提供动力，或是通过高压气箱，也就是预先用高压下(约4000磅/英寸2)的空气充满来提供动力。
图10a、10b和10c示出医用背心设计的各种实施方案，它们通过减少医用背心中的“无效空间”来进一步减少能耗。用来操作CPR医用背心的能量有百分之三十(30％)到百分之四十(40％)被压缩空气移入在医用背心气囊和管道中所发现的“无效空间”消耗掉了。 “无效空间”被定义为对胸部压缩不起作用的气囊和管道的容积。(管道中的“无效空间”可以如上所述，通过将各控制阀直接安放在医用背心上，或是安放在气动软管靠近医用背心的那端来加以消除)。在图10a、10b，和10c中示出用于减少医用背心本身中“无效空间”的几种解决办法。在图10a中，一个辅助气囊88用一个空气源充气以减少“无效空间”。此辅助气囊可以定位在主气囊的前面或后面。它也可以隔离成比图10c叙述的更完全。在图10b中，在医用背心内安放了泡沫塑料或其它物质90以减少“无效空间”。在另一个实施方案中，将该泡沫塑料或其它可膨胀的物质装入一个辅助气囊中，以除去主气囊中的“无效空间”。在图10c中，采用一个隔离的，或蜂窝结构的设计以减少“无效空间”。减少了“无效空间”就减少了给医用背心充气所必需的压缩空气量，并达到所希望的压缩压力(Pc)。若要求压缩空气的运动越少，则操作CPR系统所需要的能量就越少。
显然，按照上述说明，可对本发明进行许多修改和变动。因此，应当理解，在所附的权利要求范围内，除了象专门说明的那样以外，也可以实施本发明。