环甲膜穿刺训练装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010767907.6 (22)申请日 2020.08.03 (71)申请人 中国人民解放军联勤保障部队第九 八三医院 地址 300142 天津市河北区黄纬路60号 (72)发明人 付志刚张玉平郑祥乐刘丽萍 张心怡 (74)专利代理机构 天津市鼎和专利商标代理有 限公司 12101 代理人 蒙建军 (51)Int.Cl. G09B 23/28(2006.01) G09B 9/00(2006.01) (54)发明名称 一种环甲膜穿刺训练装置 (57)摘要 本发明公开了一种环甲。

2、膜穿刺训练装置， 属 于医疗器械技术领域， 其特征在于： 至少包括： 模 拟人体下颌至锁骨之间颈部外形的操作模型； 两 组对射开关， 每组对射开关包括一个激光发射 器、 一个光纤放大器和一个激光接收器； 第一组 对射开关位于环甲膜两侧； 第二组对射开关位于 顺气管方向； 两个激光接收器均为光纤传感器； 为对射开关提供电能的电源管理模块； 所述电源 管理模块通过触发开关模块与激光发射器、 光纤 放大器和激光接收器的电源端子电连接； 用于接 收对射开关的输出信号， 并对输出信号进行逻辑 判断的可编程控制器； 所述激光接收器通过数据 线与可编程控制器的I/O端口电连接。 本发明能 够实现模拟环甲膜穿。

3、刺结果的快速智能化评判。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 112133174 A 2020.12.25 CN 112133174 A 1.一种环甲膜穿刺训练装置， 其特征在于： 至少包括： 模拟人体下颌至锁骨之间颈部外形的操作模型； 两组对射开关， 每组对射开关包括一个激光发射器、 一个光纤放大器和一个激光接收 器； 第一组对射开关位于环甲膜两侧； 第二组对射开关位于顺气管方向； 两个激光接收器均 为光纤传感器； 为对射开关提供电能的电源管理模块； 所述电源管理模块通过触发开关模块与激光发 射器、 光纤放大器和激光接收器的电源端子电连接； 用于接收对射开关的输出信号， 并对输出信号。

4、进行逻辑判断的可编程控制器； 所述激 光接收器通过数据线与可编程控制器的I/O端口电连接。 2.根据权利要求1所述的环甲膜穿刺训练装置， 其特征在于， 所述第一组对射开关的激 光接收器为光纤传感器探头LFT-3CMD， 所述第二组对射开关的激光接收器为光栅传感器探 头PT30QL。 3.根据权利要求1或2所述的环甲膜穿刺训练装置， 其特征在于， 所述可编程控制器为 STC89C52RC单片机。 4.根据权利要求3所述的环甲膜穿刺训练装置， 其特征在于， 所述第一组对射开关的光 纤放大器的型号为ER3-N， 所述第二组对射开关的光纤放大器的型号为ER2-18ZW。 5.根据权利要求4所述的环甲膜。

5、穿刺训练装置， 其特征在于， 还包括与可编程控制器进 行数据交互的液晶显示模块。 6.根据权利要求4所述的环甲膜穿刺训练装置， 其特征在于， 还包括与可编程控制器进 行数据交互的蓝牙上传模块。 7.根据权利要求6所述的环甲膜穿刺训练装置， 其特征在于， 所述蓝牙上传模块为HC- 05从机模式蓝牙模块。 权利要求书 1/1 页 2 CN 112133174 A 2 一种环甲膜穿刺训练装置 技术领域 0001 本发明属于医疗器械技术领域， 具体涉及一种环甲膜穿刺训练装置。 背景技术 0002 高新技术战争以军事技术、 武器装备和信息化程度的高科技含量以及诸兵种联合 作战为特征， 存在武器杀伤威力大。

6、、 作用时间长、 杀伤机制复杂、 伤情多元化等特点。 通过对 伊拉克战争和阿富汗战争中死亡人员的阵亡原因分析， 在现代战争条件下， 气道障碍仅位 于大出血之后， 在可以避免的死亡原因中排名第二。 我军也将通气、 止血、 包扎、 固定、 搬运 和基础生命支持列入战救六项技术， 其中通气和止血最为紧急。 通气的方法常见的有气管 插管术、 环甲膜穿刺术、 环甲膜切开术、 常规气管切开术以及快速气管切开术等， 每种手术 各有特点， 气管插管术和气管切开术是常用的抢救方法， 但需要特殊的器械及专业的医师， 且需要10-15分钟才能完成。 环甲膜的具体位置， 广义上讲是环状软骨和甲状软骨之间圆锥 形的有弹。

7、性的纤维结缔组织膜， 狭义上讲仅指在甲状软骨下缘、 环状软骨上缘和两侧环甲 肌内侧缘之间的弹性圆锥前部甲状软骨。 0003 环甲膜穿刺具有操作简便、 容易掌握、 安全可靠、 并发症少的特点， 可以快速、 简 便、 有效地解决窒息， 尤其适用于紧急情况下其它措施不见效者， 且全部操作不超过1分钟， 能够为提高呼吸道梗阻患者抢救成功率赢得宝贵时间。 对于环甲膜穿刺操作的培训， 有利 用模型和动物(狗)进行教学取得很好效果的报道， 国外有学者研究医务人员至少需要在人 体模型上连续5次以上训练才能使正确穿刺时间达到40秒以内。 0004 综上所述， 环甲膜穿刺操作的训练尤为重要， 为此， 设计开发一种。

8、模拟教学用的环 甲膜穿刺训练装置具有重要的意义。 发明内容 0005 本发明为解决公知技术中存在的技术问题， 提供一种环甲膜穿刺训练装置， 用于 实现模拟环甲膜穿刺结果的快速智能化评判， 提高训练的效率。 0006 本发明的目的是提供一种环甲膜穿刺训练装置， 包括： 0007 模拟人体下颌至锁骨之间颈部外形的操作模型； 0008 两组对射开关， 每组对射开关包括一个激光发射器、 一个光纤放大器和一个激光 接收器； 第一组对射开关位于环甲膜两侧； 第二组对射开关位于顺气管方向； 两个激光接收 器均为光纤传感器； 0009 为对射开关提供电能的电源管理模块； 所述电源管理模块通过触发开关模块与激 。

9、光发射器、 光纤放大器和激光接收器的电源端子电连接； 0010 用于接收对射开关的输出信号， 并对输出信号进行逻辑判断的可编程控制器； 所 述激光接收器通过数据线与可编程控制器的I/O端口电连接。 0011 进一步， 所述第一组对射开关的激光接收器为光纤传感器探头LFT-3CMD， 所述第 二组对射开关的激光接收器为光栅传感器探头PT30QL。 说明书 1/5 页 3 CN 112133174 A 3 0012 进一步， 所述可编程控制器为STC89C52RC单片机。 0013 进一步， 所述第一组对射开关的光纤放大器的型号为ER3-N， 所述第二组对射开关 的光纤放大器的型号为ER2-18Z。

10、W。 0014 进一步， 还包括与可编程控制器进行数据交互的液晶显示模块。 0015 进一步， 还包括与可编程控制器进行数据交互的蓝牙上传模块。 0016 进一步， 所述蓝牙上传模块为HC-05从机模式蓝牙模块。 0017 本发明具有的优点和积极效果是： 0018 通过采用上述技术方案， 本发明能够实现对模拟环甲膜穿刺训练结果的客观、 快 速、 准确判定， 不需要专业的指导老师对模拟的环甲膜穿刺训练结果进行专业的判定， 节省 了时间， 大大提高训练的效率。 附图说明 0019 图1为本发明优选实施例的结构图； 0020 图2为本发明优选实施例中触发开关模块的操作流程图； 0021 图3为本发明。

11、的局部电路图； 主要用于显示光栅对射型传感器电路接线电路图及 对射型光纤传感器接线电路图； 0022 图4为本发明的局部电路图； 主要用于显示电源模块， 不同供电方式的电路接线 图； 0023 图5为本发明的局部电路图； 主要用于显示单片机的电路接线端子； 具体实施方式 0024 为能进一步了解本发明的发明内容、 特点及功效， 兹例举以下实施例， 并配合附图 详细说明如下： 0025 如图1至图5所示， 本发明的技术方案为： 0026 一种环甲膜穿刺训练装置， 包括： 0027 模拟人体下颌至锁骨之间颈部外形的操作模型， 该操作模型选用硬塑材质， 中部 为甲状软骨和环状软骨等表面标志明显的塑胶。

12、模型， 下部放置电路板模块和电源模块。 在 操作模型的环甲膜部位周围开窗， 窗体为硅胶材质方便穿刺针插入， 窗体周围外罩肉色无 纺布胶布， 于每次操作前更换， 防止操作时按照上一次操作的部位刺入； 0028 两组对射开关； 发射器与接收器面对面安装， 被检测物在其间通过光路被切断， 光 敏器件触发电路产生开关信号。 对射开关具有非接触、 检测材料范围广、 响应快和准确率高 的特点。 本优选实施例中， 位于环甲膜两侧的光电开关检测范围直径约4mm， 与环甲膜的上 下径相仿， 故选用激光对射开关， 型号是侧面对射型光纤传感器探头LFT-3CMD。 在顺气管方 向选择类似光栅传感器， 型号为博亿精科。

13、矩形对射型光栅传感器探头PT30QL。 0029 光纤放大器光源入射的光束经由光纤送入调制区， 在调制区光的属性(光强、 相 位、 偏振态、 波长等)被调制， 加长光纤的长度， 可以得到很高的灵敏度。 在本装置中， 光纤放 大器用于将对射开关发出的激光放大并传导至环甲膜平面气管一侧的发射器， 选用的型号 是ER3-N。 光栅传感器对应用的光纤放大器为中文光纤放大器ER2-18ZW。 0030 可编程控制器， 又称单片机或微控制器， 是一种集成度很高的微型计算机， 在半导 说明书 2/5 页 4 CN 112133174 A 4 体硅片上集成了微处理器、 存储器和各种输入输出接口等形成的芯片级的。

14、微型计算机。 在 本优选实施例中， 采用STC89C52RC单片机与接口电路相连， 负责分析光电开关信号、 判定结 果、 驱动串口HMI显示。 0031 触发开关模块， 上述触发开关模块上包括控制电源通断的开关键， 控制工作状态 的 “测试键” 以及复位键， 按 “开关键” 接通电源启动装置， 即可以开始环甲膜穿刺训练。 装置 在串口HMI显示屏上设测试健和复位两个键， 穿刺结束后按 “测试键” 由单片机进行光电开 关状态的判定， 完成测试并上传结果， 按 “复位键” 复位， 重新开始下一轮测试。 0032 环甲膜部位顺气管方向和气管两侧分别放置漫反射红外光电开关和对射激光光 电开关， 单片机。

15、接收、 分析光电信号。 0033 液晶显示模块， 显示部分采用的是HMI串口屏， 通过单片机串口传输对该屏幕进行 驱动控制,通过触屏对装置进行测试和复位控制。 0034 蓝牙上传模块， 蓝牙部分采用的是HC-05从机模式蓝牙模块， 并通过普通IO口仿串 口进行通讯传输， 主要负责将有效数据传导致上位机。 上位机负责记录、 整理、 排序， 并对单 位和个人的训练效果进行评定和综合评价。 0035 电源管理模块， 采用4节普通5号干电池和USB口两种方式供电， 即可使用变压器连 接市电， 也可采用带干电池或充电宝供电， 适应条件好， 方便灵活。 电源部分主要实现USB供 电与电池供电进行切换， 并。

16、且采用电池供电。 装置采用6节干电池供电， 满电约为9V左右， 考 虑到电池会随着电量减少出现电压降低， 所以增加了稳压部分， 主要是采用MI型BUCK模块 LM2596去实现9-7V输入电压， 输出电压均为5V。 使得电池及使在电量用光后仍可以保持稳 压到5V， 避免单片机因此受影响甚至损坏情况。 电源部分中还设有升压模块XL6009， 将5V电 压升压至15V， 从而给传感器进行供电。 0036 上述优选实施例的工作原理 0037 对射开关的工作原理传感器发射器发出的红外光由搭配的光纤放大器放大， 经光 纤传输后发出， 并由接收器接收。 当遮挡发生时引脚无输出， 比较器输入被电阻上拉到15。

17、V， 即输入为高电平， 输出就为低电平。 当未被遮挡时， 传感器输出为0， 即输入比较器信号为 低， 输出就为高电平， 再经过光耦反向， 最终未挡住时， 单片机引脚采集到的为低电平， 这里 所加光耦同样使得电平得以与单片机匹配。 比较器的输出接CD4093与非门， 高低电平跳变 沿更加陡， 从而使单片机更准确地识别传感器的信号状态。 0038 可编程控制器或单片机的工作原理先通过串口发送给单片机字符由单片机进行 判断， 当收到字符为 1 时， 即置位相应标志位， 从而进入条件语句循环判断。 当与光栅对射 开关传感器相连采集电路输出的IO为低电平时， 进入第二层判断， 若与对射型光纤传感器 LF。

18、T-3CMD相连的采集电路输出IO为高电平时， 判断成绩优秀， 即气管穿刺位置位于最优区 域； 若其为低电平时， 判断成绩为良好， 即气管穿刺位置有效， 但并非最优区域。 若与光栅对 射开关传感器相连采集电路输出的IO为高电平时， 判断成绩为不合格， 即说明气管穿刺失 败， 穿刺针未能刺入气管。 0039 本装置模拟人体颈部外形、 解剖标志明显， 易于非医疗专业人员快速掌握； 外形小 巧， 易于携带； 使用光电开关测试， 反应灵敏， 结果可靠； 内部设置合理， 可以对穿刺结果进 行评判； 使用蓝牙上传， 可在上位机对数据进行记录、 整理和排序， 方便对单位和个人的训 练效果进行综合评定。 说明。

19、书 3/5 页 5 CN 112133174 A 5 0040 使用本训练装置对50名无医学相关经验的战士进行环甲膜穿刺训练， 同时另选50 名条件相当的战士使用传统挂图进行训练， 两组选择同一人体进行环甲膜皮肤定位， 同一 考官进行评判。 结果使用本装置训练的战士， 在定位准确率和定位所需时间上均优于使用 挂图训练组。 0041 请参阅图3至图5， 首先装置由STC89C51进行控制， 实现对传感器信号判断处理与 蓝牙通讯的功能。 硬件电路板包括电源供电部分， 与信号转化处理部分。 电源部分主要实现 USB供电与电池供电进行切换， 并且采用电池供电。 装置采用6节干电池供电， 满电约为9V左。

20、 右， 考虑到电池会随着电量减少出现电压降低， 所以增加了稳压部分， 主要是采用MI型BUCK 模块LM2596去实现9-7V输入电压， 输出电压均为5V。 使得电池及使在电量用光后仍可以保 持稳压到5V， 避免单片机因此受影响甚至损坏情况。 电源部分中还设有升压模块XL6009， 将 5V电压升压至15V， 从而给传感器进行供电。 0042 对于信号采集电路部分， 其主要工作原理是： 根据传感器设计。 主要有两传感器， 一个是博亿精科矩形对射型光栅传感器探头PT30QL及其搭配对应的中文光纤放大器ER2- 18ZW。 另一个是侧面对射型光纤传感器探头LFT-3CMD及与其搭配的光纤放大器ER。

21、3-N。 对于 对射型光栅传感器， 因为该传感器在被遮挡后输出状态为0.8V， 在未被遮挡时， 引脚无输 出， 实际测得电压大于1v。 所以利用LM311电压比较器， 信号输出接于比较器正端， 负端接基 准电压1V。 当传感器被遮挡时， 电压为0.8V， 小于基准电压， 所以比较器输出为低电平， 反之 为高电平。 负端的基准电压信号由TL431， 通过匹配电阻去产生。 为使得高低电平跳变沿更 加陡， 从而更准确的识别传感器的信号状态， 比较器的输出接CD4093与非门。 之后再利用光 耦， 使得开关量能与单片机配合， 实现高电平为5V， 低电平为0.7V左右， 以便单片机进行识 别。 0043。

22、 对于对射型光纤传感器LFT-3CMD及与其搭配的光纤放大器ER3-N， 其输出状态是 在被挡住时无输出， CD4093输入为电阻上拉到15V， 及输入为高电平， 输出就为低电平。 之后 光耦又一次方向， 所以挡住时， 最后单片机引脚采集到的为高电平， 反之， 当未被挡住时， 传 感器输出为0， 即输入CD4093信号为低， 输出就为高电平， 再经过光耦反向， 最终未挡住时， 单片机引脚采集到的为低电平。 这里所加光耦同样为使得电平得以与单片机匹配。 CD4093 与非门是使得高低电平跳变沿更加陡， 从而更准确的识别传感器的信号状态。 0044 单片机的判断处理过程： 先通过串口发送给单片机字。

23、符， 单片机进行判断， 当收到 字符为 1 时， 即置位相应标志位， 从而进入条件语句循环判断。 当与对射型光栅传感器探 头PT30QL开关传感器相连的采集电路输出的IO为低电平时， 进入第二层判断， 若对射型光 纤传感器LFT-3CMD及与其搭配的光纤放大器ER3-N， 相连的采集电路输出IO为高电平时， 判 断成绩优秀， 即气管穿刺位置位于最优区域。 若其为低电平时， 判断成绩为良好， 即气管穿 刺位置有效， 但并非最优区域。 若与对射型光栅传感器探头PT30QL开关传感器相连的采集 电路输出的IO为高电平时， 判断成绩为不合格， 即说明气管穿刺失败， 未能扎到气管最终均 将成绩发送于手机。

24、终端。 装置还增加了HMI串口屏， 通过该屏使显示更加智能化， 美观。 触摸 等按键控件使得整个装置更显灵活， 采用虚拟的按键去取代实际按键功能， 从而使装置不 仅能用蓝牙远程发送查询命令， 并且利用二维码控件， 通过扫描二维码可去获取统计数据， 只要装置持续运行未掉电， 就能获取本装置所有测试人员的测试数据， 即可直观统计出成 绩优秀、 良好、 不合格人数。 说明书 4/5 页 6 CN 112133174 A 6 0045 以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明作任何形式上的限制， 凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改， 等同变化与修饰， 均属于 本发明技术方案的范围内。 说明书 5/5 页 7 CN 112133174 A 7 图1 图2 说明书附图 1/4 页 8 CN 112133174 A 8 图3 说明书附图 2/4 页 9 CN 112133174 A 9 图4 说明书附图 3/4 页 10 CN 112133174 A 10 图5 说明书附图 4/4 页 11 CN 112133174 A 11 。