Cpr设备和方法

专利名称：Cpr设备和方法
技术领域：
本发明涉及心肺复苏(CPR)设备和方法。
背景技术：
各种类型的CPR设备在本行业内是公知的。一个如此的设备由压缩空气或呼吸 气体所驱动(Lucas ；瑞典兰德市的久莱夫股份公司(JolifeAB，Lund, Sweden))。该设 备的特别优点是重量轻因此便于移动。另一优点是压缩空气的弹性特性，与设有刚性压 缩装置的设备相比，压缩空气使得气体驱动的CPR设备对病人胸部造成较小的损伤。已 知的设备可作为急救设备用于救命的情况下。也可从医院的空气管线中馈送驱动气体， 当病人允许入院时，就不中断的CPR管理来说，上述情况是理想的。另一方面，鉴于电源通常更容易获得，所以，容易搬动的电力驱动的CPR设备 是有利的。业内所知的大部分(如果不是所有的话)电动的CPR设备似乎被考虑用于静 止不移动的使用，而不是用于移动的使用。容易移动的重量轻的电动CPR设备是积极有 效的，在诸如30分钟或以上的延长时间段内提供这样的CPR设备是理想的。本发明的目的本发明的一目的是提供重量轻、自动的电力驱动的CPR设备，该设备可容易地 移动。本发明的另一目的是提供如此的CPR设备，其对病人造成最小的伤害。本发明的还有另一目的是提供一 CPR设备，该设备能够管理病人胸腔的压缩达 到要求的压缩深度。从以下的发明内容、附图中所示的优选实施例以及附后的权利要求书，可以明 白本发明进一步的目的。

发明内容
根据本发明，公开了一种CPR设备，其在病人需要心肺复苏的过程中用来管理 病人胸部的压缩。该压缩的管理是在大致垂直于处于仰卧位置的病人的胸骨区域。本发 明的CPR设备包括电动机和柱塞。柱塞具有管子的大致形式，或柱塞的至少近端部分具 有管子的大致形式，柱塞设置在柱塞外壳内。往复的柱塞由电动机驱动。压缩构件附连 到柱塞的近端。该压缩构件设计成部署在接受CPR治疗的人胸上；压缩构件具有平的或 基本上平的近端面，以邻接病人胸部的胸骨上方，并在该表面上可设置有抽吸杯。接受 CPR治疗的病人躺在背板上而处于仰卧或基本上仰卧的位置。CPR设备借助于刚性或基 本上刚性的框架或架子支承在背板上，尤其是，一种包括两个臂的架子上，两臂从背板 沿其所固定的外壳的方向侧向地延伸。在本申请中，所谓“近端”和“远端”是相对 于心肺复苏病人而言。因此，柱塞的近端是相对于病人胸部的靠近端，而远端则是远离 的一端。如果不另有说明的话，则CPR设备的各种元件的空间部署即是对病人提供CPR 治疗所安装的设备的空间部署。
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尤其是，本发明的CPR设备包括胸部压缩单元和诸如框架或架子的安装装置， 该安装装置用来将胸部压缩单元安装在需要CPR治疗的病人身上，该胸部压缩单元包括 设置在外壳内的柱塞，并具有位于其一端处的从外壳延伸出来的压缩构件，柱塞通过可 逆电动机经由将旋转运动转变为直线运动的机械装置来往复地驱动，胸部压缩单元还包 括电动机控制单元，该电动机控制单元包括微处理器，胸部压缩单元还包括用来监视柱 塞相对于外壳位置的第一监视装置、用来监视柱塞相对于将旋转运动转变为直线运动的 机械装置位置的第二监视装置，由第一和第二监视装置监视的所述位置均通讯到电动机 控制单元。根据本发明特别重要的一个优选方面，第一压缩盘簧由将旋转运动转变为直线 运动的机械装置进行操作，该第一压缩盘簧设置在机械装置和柱塞之间。根据本发明另一优选方面，框架或架子包括基部。从外壳近端延伸的至少一部 分基本上是旋转对称的，较佳地是圆柱形。外壳固定在基部上，较佳地固定在基部的开 口中，外壳通过开口延伸。正是通过该基部使胸部压缩单元附连到框架或架子上。基部 可以是平的或弯曲的，基部具有一延伸部分，该延伸部分基本上垂直于外壳的旋转对称 部分。电动机是可逆电动机，尤其是DC电动机。通过将旋转运动转变为直线运动的 机械装置，电动机可操作地与柱塞相关联。该类型特别优选的装置是滚珠螺旋装置或包 括滚珠螺旋装置。该滚珠螺旋装置包括螺杆和螺母。滚珠螺杆的较佳长度是12cm或以 上，尤其是约为15至18cm。滚珠螺杆可轴向地连接到电动机的驱动轴，从而将该滚珠 螺杆和该驱动轴设置成对齐在直线上，或通过齿轮进行设置。或者，较佳地是通过皮带 传动，特别是V形皮带或有齿皮带的连接；在如此情形中，电动机和滚珠螺杆设置有有 齿的皮带轮。根据本发明另一优选的方面，外壳可释放地固定到基部，尤其是布置成相对于 基部沿着柱塞平移运动轴线可位移，从而外壳可在选定的位移点处固定到基部并可与基 部脱离。由于该结构，滚珠螺杆可以比非可位移的结构短，例如小于12cm，比如为8至 10cm。通过该种结构就可考虑到不同病人之间的解剖学上的差异。在一释放的状态中， 柱塞的压缩构件放置在病人的胸部，而外壳对抗位移相对于基部锁定。柱塞外壳具有近端开口，柱塞的近端终端部分延伸通过该开口，以让压缩装置 设置在外壳外面或靠近外壳。外壳的远端较佳地被顶壁关闭。滚珠螺杆设置在柱塞外壳 内，但最好将一延伸通过顶壁的短部分排除在外，滚珠螺杆例如通过滚珠轴承或滚柱轴 承或低摩擦的滑动轴承可转动地固定到顶壁。皮带轮较佳地安装在轴的远端处或靠近远 端，尤其是，轴承的远端。在轴承的近端处，滚珠螺杆具有一相当的延伸部，并通过滚 珠螺母而进入基本上旋转对称的螺母固定件的内腔中，由此，螺母牢固地被固定，选项 地，还可从那里进入到柱塞的内腔。滚珠螺母设置成对中在螺母固定件内，螺母通过该 固定件牢固地固定，防止其转动。滚珠螺母/固定件组件由此被固定而阻止转动。柱塞、螺母固定件和滚珠螺杆具有共同的轴线，该轴线平行于电动机驱动轴的 轴线设置。滚珠螺杆自由地在螺母固定件内腔中移动。在其近端处，螺母固定件具有径 向 延伸的凸缘，凸缘的近端面和压缩构件的远端面之间安装了第一压缩盘簧。第二压缩 盘簧安装在螺母固定件的径向延伸的近端终端凸缘的远端面和设置在远端处的柱塞的径向向内延伸的凸缘的近端面之间。
根据本发明另一优选的方面，柱塞布置成可更换，尤其是允许它由使用者更换 成另一个柱塞。柱塞/螺母固定件组件沿轴向可位移地设置在柱塞外壳内，其中，组件由第一 直线轴承装置和第二直线轴承装置对中，前者安装在外壳内靠近其近端，而后者安装在 固定件内靠近其远端。第一直线轴承装置比如一个或多个直线滚珠轴承，其设置在外壳 的内径向面和滚珠轴承邻接的柱塞的外径向面之间。第二直线轴承装置比如一个或多个 直线滚珠轴承，其设置在螺母固定件的外径向面和滚珠轴承邻接的外壳的的内径向面之 间。电动机可操作地连接到电动机控制单元，该电动机控制单元包括控制电动机轴 转数的装置，由此，控制一个行程中的滚珠螺母轴的转数，该装置例如是包括微型芯片 的解码器。安装在外壳内的线性位置探测探头监视着柱塞的轴向位置；代表着该柱塞位 置的电信号从探头馈送到解码器，并通过电动机/滚珠螺杆组件而用作为细调柱塞的位 移。或者，安装在电动机上的霍尔传感器的信号指示出电动机任一方向起始于一给定开 始位置的转数，并因此指示出滚珠螺母的近端/远端位移。当滚珠螺母沿近端方向位移时，螺母固定件的近端终端凸缘作用在第一压缩盘 簧装置上，由此，沿近端方向推动柱塞/压缩构件。由于在CPR起始时压缩构件放置在 病人胸上，处于卸载的状态中，滚珠螺母沿近端方向的位移导致病人胸部被压缩。根据 病人胸部抵抗压缩的阻力，可控制滚珠螺母给定位移的压缩深度，该阻力可在CPR治疗 过程中变化，并还可根据第一压缩盘簧的特性变化。在CPR中，对于普通的成人来说， 胸部压缩的理想深度约为45至50mm。出于生理学上的原因，本发明设备允许作用在 病人身上的最大压缩力设定在约700N。一般地，第一盘簧的弹簧常数约为80N/mm至 130N/mm,特别是约为100N/mm，在柱塞的中性位置处对压缩提供的阻力从ON起，至Ij 第一盘簧的最大压缩处为250N至600N，特别是约350N，该最大压缩在机械上这最好限 制在约5mm。在常规使用时，第一盘簧仅被压缩3或4mm，因此，机械限制不起作用。 然而，在胸对压缩的阻力高的时候，可达到第一盘簧的压缩限制，活塞其余部分向下的 行程因此不再受第一盘簧的阻尼。通常地，第二盘簧的弹簧常数约为Ο.ΙΝ/mm至0.2N/ mm,特别是约为0.15N/mm，提供的阻力从柱塞中性位置处的约12N变化到柱塞最大位 移处的约18N;在常规使用CPR时，这些位置之间的阻力之差应不超过13N。第一和第 二压缩盘簧的弹簧常数之比较佳地从150 1至1200 1，尤其是约为350 1。本发明的CPR设备的电动机控制单元较佳地包括软件，该软件根据由第一和第 二位置监视装置监视的各个位置、第一压缩盘簧的弹簧常数、以及可选的第二压缩盘簧 的弹簧常数来计算由柱塞作用在病人胸上的压力，并根据所述压力来控制柱塞的位移。 电动机控制单元可包括波形软件，用来修改柱塞在压缩/解压循环中的位移。替代地或 附加地，电动机控制单元可包括数据储存装置，该数据储存装置包括用于存储由单元处 理的数据并将时间赋予所述数据的实时计时器，数据储存装置可供选择地在计算机或类 似设备中可移去和读取。本发明的CPR设备还可包括独立于电动机控制单元的安全CPR 控制单元，该安全控制单元包括微处理器、与微处理器电气通讯的柱塞位置监视探头、 温度监视探头，以及可选的电声报警器，该安全CPR控制单元由对电动机供电的电池或单独的电池通电，CPR控制单元能够使电动机逆转，并在超过储存在微处理器内的温度或位置限值时，使电动机停止运转。根据本发明特别重要的方面，要控制胸部的压缩，以提供理想的压缩深度而不 是理想的压缩力。根据本发明另一优选的方面，CPR设备的电动机控制单元包括记录未受压缩影 响的胸初始高度的软件，该胸初始高度即，沿垂直于病人用他或她胸所放置的支承或背 板方向、在压缩构件所施加的胸骨上方皮肤区域和该背板之间的距离。在零压缩深度设 定模式中，带有压缩构件的柱塞通过电动机向下位移，直到面向病人胸部的压缩构件的 面邻接但不压缩在胸骨上的胸部。在另一向下运动过程中，例如几毫米的运动，该压缩 构件经历胸部组织对抗压缩产生的阻力增大。该阻力探测表现为第一监视装置和第二监 视装置位移比的变化。一旦探测到如此的变化，则停止位移；对于位置细调来说，柱塞 /压缩构件可缩回一定距离，在此缩回过程中其经历阻力的增加。一旦缩回后，柱塞/压 缩构件被设定在刚好零压缩深度。或者，零压缩深度的设定可由操作者手工地控制。记 录下的零压缩深度或初始胸高度被储存起来，作为电动机控制单元存储器内的参考值。 尤其是，储存在永久存储器内，使得设备内电池更换时不会丢失数据。为了补偿不同病 人之间胸部高度变化，电动机控制单元包括软件，该软件用来将全压缩深度设定到测得 的胸初始高度的给定分数中。可令该给定的分数在胸部大的病人和胸部小的病人之间线 性地或非线性地变化。根据本发明的该特征，病人将接受适合于他或她胸部解剖学的压 缩深度，以避免使胸部组织的完整性置于危险的压缩或深度不足的压缩。根据本发明另一优选的方面，CPR设备的电动机控制单元包括用于压缩软启动 的软件。压缩的软启动的特征在于，从零mm的压缩深度到全压缩深度的连续的线性或 非线性的增加，对于普通成人来说，诸如约从40至45mm的全压缩深度，甚至达约50mm 或以上。该增加在一个时间内从3次延伸至25次压缩，较佳地从5至15次压缩，最佳 地约为10次压缩。还为较佳地是，在增加压缩深度的期间，压缩/解压循环中的最大压 缩的时间较短，最好短50%或甚至65%和高达80%或以上，压缩/解压循环中的相应时 间，其在基本上恒定压缩深度的时间跟在增加的压缩深度的时间之后。在门诊实践中，使用本发明设备的病人可在CPR之前接受过用其它装置治疗， 尤其是手工的心脏按摩。如此先CPR的治疗可导致胸部损伤。根据本发明还有另一优选 的方面，电动机控制单元包括探测如此先损伤的软件。在胸部身受先CPR操作过的病人 中，在压缩过程中从零压缩深度起，几个毫米诸如4或6或8mm的每mm的阻力递增， 将大大地高于胸部受损伤的病人，例如，高20%或以上，甚至高50%或以上。探测先前 损伤的软件包括记录在有身受损伤胸部的病人中的对于胸部压缩的阻力数据。为了探测 对CPR选定的病人中的身受损伤胸部，将这些数据与开始CPR之前的病人内获得的对应 数据相比较。如果病人数据超出身体受损胸部的范围，则设备的电动机控制适于考虑胸 部的损伤，并提供相应的不强力的压缩。根据本发明另一优选的方面，电动机控制单元可接受其它病人数据的输入，诸 如动脉和/或静脉血压、动脉和/或静脉血中二氧化碳含量和/或氧饱和度、ECG数据、 EEG数据；这些病人数据可另外用于电动机控制。通过电动机控制单元来控制或共同协 调用CPR管理去心脏纤颤脉动。
电动机控制的软件还可包括在多个要求的压缩/解压曲线形式、压缩/解压频 率、其随时间的调整、以及储存在永久存储器内的对应数据中进行选择的指令。 此外，电动机控制的软件还可包括协调CPR与通风器的指令，该通风器伴随着 本发明的CPR设备使用。根据本发明另一优选的方面，揭示了一种CPR设备，该设备包括胸部压缩单元 和诸如框架或架子的安装装置，该安装装置用于需要CPR时将胸部压缩单元安装在病人 身上，该胸部压缩单元包括柱塞，该柱塞设置在外壳内并具有在其一端处从外壳延伸出 来的压缩构件，柱塞由可逆直线电动机驱动作往复运动，该可逆电动机包括附连在外壳 上的定子和包围定子并可作直线运动的动子，胸部压缩单元还包括电动机控制单元，该 电动机控制单元包括微处理器，胸部压缩单元还包括用来监视柱塞相对于外壳位置的第 一监视装置、用来监视柱塞相对于动子位置的第二监视装置，由第一和第二监视装置监 视的所述位置均通讯到电动机控制单元。胸部压缩单元较佳地包括第一压缩盘簧，该第 一压缩盘簧设置在动子和柱塞之间并由动子操作。根据本发明，还揭示了一种心肺复苏的方法，该方法包括借助于CPR设备内的 柱塞对病人循环压缩和解压的胸骨区域进行管理，其中，该柱塞通过可逆电动机经由将 旋转运动转变为直线运动的机械装置来驱动，该机械装置例如是滚珠螺旋装置，可供选 择地还包括第一压缩盘簧，该第一压缩盘簧可操作地设置在滚珠螺旋装置和柱塞之间。 较佳地通过微处理器装置基于柱塞位置数据、滚珠螺母位置数据以及压缩盘簧弹簧常数 数据来控制电动机。较佳地，用于本方法的第一压缩盘簧装置享有上述第一盘簧的特 征。本发明的方法还可包括对应于上述第二盘簧的第二压缩盘簧装置并享有其特征。现将参照附图中所示本发明的优选实施例来详细地描述本发明，附图不必按比 例绘制。


图1是本发明CPR设备的胸部压缩单元的第一实施例，其为通过滚珠螺杆和电 动机轴的轴线A、B的剖视图(某些元件除外)，柱塞处于中性的不压缩的状态，框架未 予示出；图2是图1的实施例，同一图中，柱塞处于工作的压缩状态；图3示出滚珠螺母，其在图1和2的实施例的固定件被拆下，处于同一图中；图4示出图1和2的实施例的柱塞，处于同一图中被拆下；图5示出柱塞的位移和图1和2实施例的其它元件，此时，从图1的中性状态移 动到图2的压缩状态，处于同一图中；图6是通过图1和2实施例的径向剖视图C-C (图1)；图7是通过图1和2实施例的变体的径向剖视图E-E(图1)；图8是本发明CPR设备的第一实施例的立体图；图9是图8的CPR设备的胸部压缩单元的局部剖视图；图10是图8的CPR设备的胸部压缩单元的控制板的俯视图；图Ila是曲线图，显示由一组输入数据产生的选定的压缩/解压循环曲线图；图lib是对应的曲线图，显示记录的实际冲程深度曲线，以及在图Ila的循环上的记录的电动机控制信号；图Ilc是对应的曲线图，显示记录的胸高度和在图Ila的循环上的电动机电流；图12是曲线图，显示软压缩启动期间对于多个压缩/解压循环的曲线图；图13示出本发明CPR设备的胸部压缩单元的第二实施例，其为对应于图1除某 些元件之外的剖视图，柱塞处于中性的不压缩的状态，框架未予示出。
具体实施例方式本发明的CPR设备包括胸部压缩单元，该单元的第一实施例显示在图1和2中。 胸部压缩单元1安装在框架(未示出)中，并包括大致圆柱形的柱塞33 (图4)，柱塞同轴 地设置在圆柱形外壳4内。外壳4具有近端敞开端和用顶壁27闭合的远端。柱塞33包 括圆柱形主体部分3和远端的终端部分，其呈向内弯曲的圆形凸缘17的形式。在其近端 处，柱塞33的圆柱形部分3从外壳4的近端开口突出出来。在近端面上设置有聚合物的 抽吸杯6的胸部压缩盘5，附连到其近端处的圆柱形部分3。柱塞33可通过滚珠螺旋装 置相对于外壳4从图1所示的中性卸载状态位移，所述滚珠螺旋装置包括安装在滚珠螺杆 8上的滚珠螺母7。滚珠螺母7被大致旋转对称的滚珠螺母固定件32的远端壁部分13、 14、30牢固地固定住。固定件32的近端终端径向凸缘16，通过安装在压缩盘5的远端 面和凸缘16的近端面之间的第一盘簧19，将滚珠螺母7和由此的固定件32的位移传递到 压缩盘5的远端面。安装在螺母固定件32的凸缘16的近端面和柱塞33的凸缘17的远 端面之间的第二盘簧18，用来维持第一盘簧19与盘5和凸缘6的接触。现将参照具有 右旋螺纹的轴8来解释滚珠螺母13与其固定件32的位移。通过顺时针(从远端方向观 看该轴的人所看到的)转动轴8，螺母7和固定件32沿远端方向位移；逆时针转动致使 沿相反的近端方向位移。包括壁元件13、14、30的固定件32的远端终端部分与较小外 和内直径的瘦长的圆柱形部分15形成一体，该圆柱形部分15终止在上述径向向外延伸的 近端凸缘16。滚珠螺母/固定件组件7、32构成一致动器，其可沿滚珠螺杆8并因此沿 外壳4和柱塞33的圆柱轴线位移。滚珠螺杆8从外壳顶壁27远端的某一位置延伸通过 顶壁27内的中心开口进入外壳4。滚珠螺杆8借助于滚珠轴承26中心地安装在顶壁27 内。在外壳4内，滚珠螺杆8延伸通过滚珠螺母7进入螺母固定件32内腔内，并从其中 进入柱塞33的内腔内。滚珠螺杆8对中外壳4内的螺母固定件32和柱塞33。此外，螺母固定件32和柱 塞33可通过间隔件装置保持对中在外壳4中，间隔件装置诸如直线滚珠轴承20、21，它 们与设置在相应径向平面内的对应轴承合作。该结构显示在图6中，由以角度0、120° 和240°设置的三个滚珠轴承20、20a、20b使柱塞33对中，并安装在外壳4的内圆柱形 面上。滚珠螺母/固定件组件7、32通过滚珠轴承20、20a、20b固定而阻止在外壳4内 转动，滚珠轴承20、20a、20b分别在柱塞33的圆柱部分3的外表面内的浅的轴向延伸 槽31、31a、31b内运动；或者，可通过布置在外壳4的内圆柱面和柱塞33的圆柱部分 的外表面之间的滑动轴承来实现，或通过其它合适装置来实现。通过一类似的结构(未 示出)，可阻止螺母固定件32在外壳4内转动。还可锁定螺母固定件和柱塞，防止它们 相对于彼此转动；该结构显示为在图7中所示的螺母固定件和柱塞 的组合。螺母固定件 的瘦长圆柱形部分115具有与柱塞凸缘117部分内的远端开口的对应外形151互锁的外形161 ；附图标记104和108分别指外壳和滚珠螺杆的圆柱壁。 在从外壳4的顶壁27伸出的端部处，滚珠螺杆8承载与有齿皮带10合作的有齿 皮带轮9，皮带10由安装在可逆电动机2的轴上的皮带轮12驱动，该电动机2由可充电 的锂离子电池28供电。电动机2借助于电动机固定件25牢固地安装在外壳上。或者， 电动机可安装在外壳安装的底座29上。电动机由控制单元24控制，该控制单元24包括 微处理器装置。柱塞3相对于外壳4的位置由位置传感器22、23监视，其电气触点P、 Q与控制单元24的触点P’、Q，相连。螺母固定件32沿近端方向的位移使凸缘16作用在第一盘簧19的近端上，第一 盘簧19通过柱塞33将压缩力传递到病人胸部。对抗胸部提供的附加的压缩所提供的阻 力的增加，致使第一盘簧逐渐地受压缩。第一盘簧19的结构确保确定力的大小，病人胸 部以如下方式通过该力被压缩。探测柱塞33位置的装置22、23布置在柱塞33和外壳4 之间，装置22、23呈一扫描头23作用在其上的箔电位计22的形式。箔电位计22沿轴 向方向附连到外壳4内表面，而扫描头23附连到与箔电位计22相对的柱塞33的外表面 上。为了降低磨损，扫描头可取弹簧加载的滚珠或弹簧加载的轴向倒圆轮子的形式。箔 电位计内的电阻随扫描头23位置线性地变化。控制单元连续地监视箔电位计的电阻和柱 塞33的位置。由此，螺母固定件32和由此的滚珠螺杆8的位置被上述控制单元监视。 位置的差别对应于某一力，该力可通过考虑第一盘簧19的弹簧常数进行计算，选项地还 可考虑第二盘簧18的弹簧常数，该力可用来连续地调整压缩深度。限制器35限制着第 一盘簧19的压缩。现将参照图5并结合图1和2，详细地解释图1和2的CPR设备的基本操作原 理。在该图中仅示出设备中对于解释是重要的那些元件。在左手侧，该设备显示为处于 中性的未加载的状态，在压缩循环的开始之时。在右手侧，该设备显示为处于工作的状 态，在压缩阶段的结束之时。尽管外壳位置保持固定不动，但在从中性状态转到工作状 态时，柱塞33和滚珠螺母固定件32沿远端位移。在管理CPR内的压缩之前，柱塞33通 过让电动机2沿合适方向转动滚珠螺杆8而下降，在轴8具有右旋螺纹的情形中，所述合 适方向是诸如逆时针的方向，直到抽吸杯6邻接病人的胸骨区域处的胸部为止。柱塞33 现处于中性或卸载的状态，从中性状态开始CPR对病人的管理。为了让柱塞33仅通过 转动到达该位置，滚珠螺杆8应具有合适的长度，诸如12cm或以上的长度，较佳地约为 15至18cm。通过监视柱塞33相对于螺母固定件32的位置或对应的位置关系，可由操作 者控制或自动控制在中性或卸载状态中停止柱塞33的向下运动。一旦探测到柱塞和螺母 固定件之间轴向距离的减小，即，例如探测到图5中距离ο的减小，则控制单元24使驱 动滚珠螺杆8的电动机2停止。开始时，第一盘簧19处于伸展状态，而第二盘簧18处于压缩状态。在病人胸 部压缩过程中，柱塞33的抽吸杯6的近端面从L1移至L2而走过一段距离1，而螺母固定 件32的近端凸缘面从M1移至M2而走过一段距离m。由于病人胸部抵抗柱塞33的压缩 的阻力在增加，所以，其位移1小于螺母固定件32的位移m，两者之差由第一盘簧19的 压缩长度来构成，即螺母固定件32的近端面和柱塞33的远端终端面的远端面的点Op O2的距离ο与点P” P2的对应距离ρ之间的差。尽管电动机使螺母固定件32位移一段 距离m，但由于第一盘簧19的阻尼效应，仅获得压缩深度1，m-l = o-p。由于柱塞33的位移1受到线性电位计的位置传感器22、23的监视，而螺母固定件32的位移受到解码 器或霍尔探头的监视，由此可确定第一盘簧的压缩长度o-p。由于第一盘簧19的弹簧常 数是已知的，所以，可对任何位置确定作用在病人身上的压缩力，而位移可受到电动机 控制单元的控制，于是，对病人实施理想的压缩力的管理。第一盘簧19具有约为IOON/ mm的弹簧常数；其布置成在设备的卸载、中性状态下基本上不被压缩。第二盘簧18具 有约为0.15N/mm的弹簧常数；它布置成在加载状态下充分地压缩，从而在解压阶段期 间能使柱塞沿远端方向位移。在柱塞33缩回期间，距离ο增加，直到柱塞33不再将压力 作用在病人胸上。此时，即，监察装置一旦探测出距离ο确实不再变化，柱塞33的缩回 就停止。由于人胸的弹性特性，以及背板上方的胸骨高度会改变，即在CPR过程中会减 小，所以重要的是要使柱塞33的中性状态适合于该种变化，以使柱塞33始终从中性的卸 载状态开始。此外，压缩深度对于成年人来说合适地约为50mm，在CPR期间该压缩深 度可以变化，例如，考虑上述解剖学上的由本发明设备的探测装置所监视的各种变化， 它们可储存在控制单元的存储器内。 图8示出本发明设备100的一个优选实施例，其包括附连到框架上的胸部压缩单 元。该框架包括两个可转动地(在43、44处)安装在背板40相对两端上的腿41、42。 其中一个腿42，或者两个腿41、42另外可拆卸地(在44处)安装在背板40处，以允许 框架容易地施加到病人胸周围。在其它端部处，腿41、42通过铰链45; 47、48安装在 一基部53的相对两端处，本发明的设备的胸部压缩单元可安装在该基部。基部53形成 框架的最上部分，并在安装到病人身上时，基部定位在胸骨区域的胸部上方的相当距离 处。压缩单元具有如图1和2那样类似的功能设计。然而，电源51和控制单元52设置 在外壳58的相对两侧处。外壳58以垂直关系安装在基部53处。与图1和2中实施例的基部29处的外壳4的刚性安装相比，外壳58以可位移方 式安装在基部53处，使得它可被锁定在理想的轴向位置内。尽管可设想出各种锁定装 置，但这里用铁圆柱61来实现该锁定，铁圆柱的一个基部处开有齿形，该齿形面向外壳 58的相应开有齿形的轴向延伸面60。圆柱61可位移地安装在坚固的插座62的孔中，该 插座包围外壳58并牢固地安装在基部53处。带有圆柱61的孔沿垂直于外壳58的圆柱 轴线的方向延伸。在锁定位置中，圆柱61的齿形基部通过盘簧压靠在外壳58的齿形面 60上。在解锁的位置中，通过将通电的电磁线圈63插入铁圆柱内腔内，其无齿形的端部 延伸出内腔，铁圆柱61则抵抗盘簧64的力从外壳58的齿形面60抽出。该结构允许外 壳58与柱塞65沿向下的近端方向朝向人胸位移，以接受CPR的治疗，直到胸骨区域和 压缩盘/抽吸杯组件57、56之间获得接触为止。然后，外壳58通过线圈63的通电而被 基部53锁定，从而可开始CPR的管理。呈在其远端处附近附连到外壳58的圆周形凸缘 形式的手柄59便于处于解锁状态下的外壳58沿轴向的位移。外壳50、电动机、从电动机到滚珠螺母轴的整个驱动力传递机构以及控制单元 24，部分地或全部地被保护盖50封闭住。电源51为24V的锂离子电池，其设置在盖50 的一个盒内，其中，电池通过卡配连接(未示出)固定就位。用尽的电池58因此可容易 地用冲过电的电池更换。安装在盖50上的阴连接器允许用10-32VDC的电流对电动机 供电，这在救护车或从提供24VDC的医用合格的90-264VAC的电源设备中可获得。控制单元52的顶面设置有输入装置，该输入装置用来对电动机控制单元输入指令。例如，输入装置是触敏的聚合物薄膜板54。该板54包括多个输入键55，并还可包 括诸如LED指示器那样的指示器，以显示电池状态和其它功能。通过将压力作用在特定 的区域上，电触头就临时地闭合而将电信号送到控制单元。由于本发明的设备用于急救 情况，所以，重要的是应使操作者能依赖于简单地选择指令。图10示出一包括聚合物箔54的板，其具有触敏区域或按钮70、72、74、76、 79，用来对本发明的设备输入指令的优选图形。按钮70、72、74、76分别与LED71、 73、75、77配对，以指示按钮是否通过触压已经被致动。
通过短时间(< 0.5秒)按压调整按钮70，该设备被设定到柱塞调整状态。在 柱塞调整状态中，可相对于病人来调整带有抽吸杯的柱塞位置。该调整例如可通过功能 上对应于图8所示装置的一种装置来实现，其相对于基部53来锁定/解锁外壳58。一旦 致动该调整状态，就抹去了控制单元的存储器内的零位数据。在管理CPR之前的柱塞调 整中，使柱塞的抽吸杯邻接病人胸部的胸骨区域，而对其不作用任何压力。通过较长时 间(>0.5秒)按压调整按钮70，该设备被切换到开或关，根据其状态而定。通过按压锁定或暂停按钮72，外壳58相对于基部53的位置被锁定。该锁定位 置在控制单元存储器内被储存为零(位移)位置。只要柱塞的驱动不被致动，则柱塞就 保持与外壳58锁定。在CPR治疗期间，例如，在病人去心脏纤颤或其它原因的过程中， 可致动该锁定位置。通过按压工作模式按钮74，设备就被置于连续操作的模式，其中，它以首选的 每分钟100次压缩的频率执行连续的压缩。控制单元可通过编程而用于任何其它要求的 连续压缩频率。或者，通过按压致动30 2按钮，设备则被置于间断操作模式，其中， 它执行选定频率的30次压缩，尤其是每分钟100次压缩的频率，其后是3秒钟的暂停， 其中，不允许任何的压缩。继续该30次压缩/3秒钟暂停的循环，直到操作者通过按压 暂停按钮72或按压调整按钮70来暂时停止，如果需要的话，可在从病人身上拆下胸部压 缩设备之前允许柱塞抽出。电池的充电状态由灯指示器78进行监视。如果电池电量很低而需更换电池，则 充电状态指示器78的最右的一个灯点亮，而布置在装置中的蜂鸣器发出嗡嗡声音。通过 按压暂停按钮72，换掉电池，用尽的电池就被充过电的电池替换，按压下工作模式按钮 74，恢复从储存的零位起的对CPR的管理。通过按压蜂鸣器的静音按钮79，可使蜂鸣器 关闭60秒钟。报警灯80设定成对各种故障报警，诸如软件冲突、电池电力不足、检测装置的
失效等。图1 Ib示出电动机电源控制信号(由脉冲宽度调制器PWM调制)和对于压缩/解 压循环的记录的压缩/解压曲线，通过输入一组数据(循环长度(秒)；行程深度(cm)； 从循环开始到最大行程深度的时间T1 (秒)；T2-T1 =最大行程深度的时间；T3-T2=从最 大行程深度到零行程深度的时间)，可获得该曲线，从而产生如图Ila所示的要求的压缩 /解压曲线。图Ilc示出电动机电流(A)和记录的对于图Ila的压缩/解压循环的胸部 高度(mm) οCPR设备的电动机控制单元包括记录未受压缩影响的胸初始高度的软件，该胸 初始高度即，沿垂直于病人用他或她胸所放置的支承或背板方向、在压缩构件所施加的胸骨上方皮肤区域和该背板之间的距离。在零压缩深度设定模式中，带有压缩构件的柱 塞通过电动机向下位移，直到面向病人胸部的压缩构件的面邻接但不压缩在胸骨上的胸 部。在另一向下运动过程中，例如几毫米的运动，该压缩构件经历胸部组织对抗压缩产 生的阻力增大。该阻力探测表现为第一监视装置和第二监视装置的位移比的变化。一 旦探测到如此的变化，则停止位移；对于位置细调来说，柱塞/压缩构件可缩回一定距 离，在此缩回过程中其经历阻力的增加。一旦缩回后，柱塞/压缩构件被设定在刚好零 压缩深度。或者，零压缩深度的设定可由操作者手工地控制。记录下的零压缩深度或 初始胸高度被储存起来，作为电动机控制单元存储器 内的参考值。尤其是，储存在永久 存储器内，使得设备内电池更换时不会丢失数据。为了补偿不同病人之间胸部高度的变 化，电动机控制单元包括软件，该软件用来将全压缩深度设定到测得的胸初始高度的给 定分数中。可令该给定的分数在胸部大的病人和胸部小的病人之间线性地或非线性地变 化。根据本发明的该特征，病人将接受适合于他或她胸部解剖学的压缩深度，以避免使 胸部组织的完整性置于危险的压缩或深度不足的压缩。在本发明另一优选的实施例中，CPR设备的电动机控制单元包括用于压缩软启 动的软件。压缩的软启动的特征在于，从零mm的压缩深度到全压缩深度的连续的线性 或非线性的增加，诸如在七个线性增加的深度压缩之后达到55mm的全压缩深度。图13示出本发明CPR设备的胸部压缩单元的第二优选实施例，该实施例不同于 图1-5所示的第一优选实施例，不同之处基本上在于将可逆电动机装置与将旋转运动 转变为直线运动的机械装置的组合更换为与直线电动机装置。该直线电动机装置包括已 知设计的直线电动机，诸如美国专利4,460,855和5,091,665中所揭示的直线电动机。合 适的直线电动机由瑞士施普赖滕巴赫市(Spreitenbach)的NTI股份公司以及其美国子公司 林莫特公司(LinMot，Inc.)制造。胸部压缩单元201安装在一框架(未示出)内，并包 括与圆柱形外壳204同轴设置的大致圆柱形的柱塞，该柱塞对应于图4中的柱塞33。外 壳204具有近端敞开端和被顶壁227闭合的远端。柱塞包括圆柱形的主部分203和呈向 内弯曲的圆形凸缘217的远端终端部分。在其近端处，柱塞的圆柱形部分203从外壳204 的近端开口伸出。其近端面上设置有聚合物抽吸杯206的胸部压缩盘205附连到近端处 的圆柱形部分203。包括“定子”和“动子”的管状直线感应电动机装置，可使柱塞从 图13所示的中性的、卸载状态相对于外壳204沿轴向位移。定子包括纵向系列的同轴的 永久磁体243，例如，呈NSNS...的顺序，并规则地插入一系列同样直径的非导磁的圆柱 形间隔件244。磁体243和间隔件244闭合在绝缘材料的圆柱形壳体242内。在其一个 远端处，定子242、243、244对中地安装在外壳204的顶壁227内，使其沿外壳204的轴 线xA-xA延伸，并从那里进入柱塞233的内腔。动子包括纵向系列的规则插入的对中在 xA-xA轴线上的圆柱形金属线圈241，并在短距离处包围定子242、243、244，定子可在 由动子线圈241形成的圆柱形空隙内自由地沿轴向位移。动子在下文中被称为线圈241， 动子被铁磁体屏蔽管245包围。类似对中的动子壳体246以一定距离包围屏蔽管245， 介于屏蔽管245和动子壳体246之间的空隙247用来容纳电路。直线电动机和电动机控 制单元224之间的电气连接由多芯电缆249提供，电缆249包括可延伸的盘卷部分248， 该部分设置在外壳的顶壁277和直线电动机壳体246之间，以补偿动子241的轴向位移。 霍尔传感器或光电管装置未予示出，它们设置在定子和动子之间，用来探测它们的相对位置。电动机壳体246以及由此的动子241固定在通常可转动的动子固定件213、214、 230的壁部分213、230，动子固定件213、214、230在功能上对应于图1_5中实施例的滚 珠螺母固定件32。动子固定件的近端终端径向凸缘216，通过安装在压缩盘205的远端 面和凸缘216的近端面之间的第一盘簧219，将动子241的轴向位移传递到压缩盘205的 远端面。安装在动子固定件的凸缘216的近端面和柱塞233的近端凸缘217远端面之间 的第二盘簧218，用来维持第一盘簧219与盘205和终端凸缘216的接触。合适的包括交 替地对一个或多个动子线圈241通电，使动子241沿远端方向位移。反向通电使动子241 沿相反的近端方向位移。壁部分230与细长的圆柱形部分215形成一体，该部分有较小 的外和内直径，终止在径向向外延伸的近端凸缘216。动子固定件213、214、230构成致 动器，通过合适地通电，该致动器沿定子242、243、245朝任一方向位移，因此，沿外 壳204和柱塞203、217的一致的圆柱轴线xA_xA位移。 定子242、243、244将动子241和柱塞203、217对中在外壳204内。此外，动 子241和柱塞203、217可通过间隔件装置保持对中在外壳204内，间隔件装置诸如直线 滚珠轴承220、221，它们与相应径向平面内设置的对应轴承合作。该结构对应于本发明 第一优选实施例的图6中所示的结构。直线电动机由可充电的锂离子电池228供电。直线电动机受控制单元224控制， 控制单元包括微处理器装置。柱塞203、217相对于外壳204的位置由位置传感器222、 223监视，在电气触头xP、xQ ； xP'、xQ'处与控制单元224相连。动子241沿近端方向的位移使得凸缘216作用在第一盘簧219的近端上，这将压 缩力通过柱塞203、217传递到病人的胸部。胸部提供的对抗附加压缩的阻力的增加，致 使第一盘簧219逐渐地受压缩。第一盘簧219的结构保证确定病人胸部按以下方式受压 的力。探测柱塞位置的上述装置222、223布置在柱塞203、217和外壳204之间，其呈 箔电位计222的形式，扫描头223作用在该电位计上。箔电位计222沿轴向方向附连在 外壳204的内表面上，而扫描头223附连到与箔电位计222相对的柱塞203、217的外表 面上。为了降低磨损，扫描头223可取弹簧加载的滚珠或弹簧加载的轴向倒圆轮子的形 式。箔电位计内的电阻随扫描头223的位置线性地变化。控制单元连续地监视箔电位计 的电阻和柱塞203、217的位置。动子241的位置由控制单元224监视。位置的差异对 应于某一力，该力可通过考虑第一盘簧219的弹簧常数进行计算，选项地还可考虑第二 盘簧218的弹簧常数，该力可用来连续地调整压缩深度。第一和第二盘簧功能上分别完 全对应于图1-5实施例的第一和第二盘簧19、18。行程限制器235限制着第一盘簧219 的压缩。操作者接口 270包括键盘和显示器，该接口允许操作者输入用于选定的CPR模 式的参数值，并基于这些值来监视CPR程序。附图标记229表示安装图13的胸部压缩 单元的CPR设备框架的一部分。图13的CPR设备的胸部压缩单元的基本操作原理，对应于所参照的图1-5的胸 部压缩单元的基本操作原理。
权利要求
1.CPR设备，包括胸部压缩单元和诸如框架或架子的安装装置，所述安装装置用来 将所述胸部压缩单元安装在需要CPR治疗的病人身上，所述胸部压缩单元包括设置在外 壳内的柱塞，并具有位于其一端处的从所述外壳延伸出来的压缩构件，所述柱塞通过可 逆电动机经由将旋转运动转变为直线运动的机械装置或通过直线感应电动机来往复地驱 动，所述直线感应电动机包括附连到所述外壳的定子和能够围绕所述定子作线性运动的 动子，所述胸部压缩单元还包括电动机控制单元，所述电动机控制单元包括微处理器装 置，所述胸部压缩单元还包括用来监视柱塞相对于外壳位置的第一监视装置、用来监视 柱塞相对于所述动子或将旋转运动转变为直线运动的机械装置的位置的第二监视装置， 由所述第一监视装置和第二监视装置监视的所述位置均通讯到所述电动机控制单元。
2.如权利要求1所述的CPR设备，其特征在于，第一压缩盘簧设置在所述动子或所 述将旋转运动转变为直线运动的机械装置与所述柱塞之间，所述第一压缩盘簧能通过所 述机械装置或所述动子进行操作。
3.如权利要求1或2所述的CPR设备，其特征在于，所述将旋转运动转变为直线运 动的机械装置包括安装在由所述电动机驱动的滚珠螺杆上的滚珠螺母。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，所述框架或架子包 括基部，所述外壳相对于所述基部设置成能沿着所述柱塞的平移运动轴线以可释放固定 方式位移。
5.如权利要求1至4中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，所述电动机由高能量 密度的可更换电池供电，尤其是锂离子或类似电池，所述电池包含在所述CPR设备内。
6.如权利要求3至5中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，所述滚珠螺母设置 在所述外壳内。
7.如权利要求6所述的CPR设备，其特征在于，所述滚珠螺母由螺母固定件固定， 所述螺母固定件的近端部分通过所述柱塞的远端开口延伸入所述柱塞内。
8.如权利要求1至7中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，所述第一监视装置 包括线性电位计装置。
9.如权利要求1至8中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，所述第二监视装置 包括霍尔效应监视装置和电动机轴转动监视装置中的任一种。
10.如权利要求1至9中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，所述外壳或所述外 壳的从其近端延伸的一部分基本上为圆柱形。
11.如权利要求1至10中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，包括将所述柱塞 对中在所述外壳内的装置。
12.如权利要求3至11中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，所述外壳包括远 端壁，所述滚珠螺杆延伸通过所述远端壁。
13.如权利要求12所述的CPR设备，其特征在于，从所述外壳延伸的所述滚珠螺杆 部分包括皮带轮。
14.如权利要求13所述的CPR设备，其特征在于，所述皮带轮是齿形皮带或V形皮 带的皮带轮，其中，所述电动机的驱动轴包括相同类型的皮带轮，所述电动机皮带轮的 转动由齿形皮带或V形皮带传递到所述滚珠螺杆皮带轮。
15.如权利要求7至14中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，所述第一压缩盘簧设置在所述滚珠螺母固定件的近端面和所述压缩构件的远端面之间。
16.如权利要求7至15中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，包括第二压缩盘 簧，所述第二压缩盘簧设置在所述滚珠螺母固定件的远端面和所述柱塞的远端径向凸缘 的近端面之间，所述第二压缩盘簧由所述将旋转运动转变为直线运动的机械装置进行操 作。
17.如权利要求16所述的CPR设备，其特征在于，所述第一压缩盘簧和第二压缩盘 簧的弹簧常数之比是150 1至1200 1，尤其是约为350 1。
18.如权利要求1至17中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，所述架子或框架 从背板延伸，所述架子或框架的尺寸做成能够包围成人的胸部。
19.如权利要求1至18中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，所述电动机控制 单元包括软件，所述软件根据由第一和第二位置监视装置监视的各个位置、所述第一压 缩盘簧的弹簧常数、以及可选的所述第二压缩盘簧的弹簧常数来计算由所述柱塞作用在 病人胸上的压力，并根据所述压力来控制所述柱塞的位移。
20.如权利要求19所述的CPR设备，其特征在于，所述电动机控制单元包括波形软 件，用来修改所述柱塞在压缩/解压循环中的位移。
21.如权利要求1至20中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，所述电动机控制 单元包括数据储存装置，所述数据储存装置包括用于存储由所述单元处理的数据并将时 间赋予所述数据的实时计时器，所述数据储存装置可供选择地在计算机或类似设备中可 移去和读取。
22.如权利要求1至21中任何一项所述的CPR设备，其特征在于，包括独立于所 述电动机控制单元的安全CPR控制单元，所述安全控制单元包括微处理器、与所述微处 理器电气通讯的柱塞位置监视探头、温度监视探头，以及可选的电声报警器，所述安全 CPR控制单元由权利要求5中的电池或单独的电池通电，所述CPR控制单元能够使所述 电动机逆转，并在超过储存在所述微处理器内的温度或位置限值时，使所述电动机停止 运转。
23.—种心肺复苏的方法，该方法包括借助于CPR设备内的柱塞对病人循环压缩和解 压的胸骨区域进行管理，其中，所述柱塞通过可逆电动机经由将旋转运动转变为平移运 动的装置或通过包括定子和动子的直线感应电动机来驱动，可供选择地还包括压缩盘簧 装置，所述压缩盘簧装置可操作地设置在所述转变装置或所述动子与所述柱塞之间。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，包括通过微处理器装置基于柱塞位置数 据、转变装置位置数据以及压缩盘簧弹簧常数数据来控制所述电动机。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述将旋转运动转变为平移运动的装置 包括滚珠螺旋装置，其中，所述电动机通过微处理器装置基于柱塞位置数据、滚珠螺旋 装置位置数据以及压缩盘簧弹簧常数数据来进行控制。
26.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述直线感应电动机通过微处理器装置 基于柱塞位置数据、动子位置数据以及压缩盘簧弹簧常数数据来进行控制。
全文摘要
一种CPR设备包括胸部压缩单元和用来将胸部压缩单元安装在病人身上的安装装置。所述胸部压缩单元包括设置在外壳内的柱塞。柱塞在位于其从外壳延伸出来的一端处具有压缩构件。该柱塞通过可逆电动机经由将旋转运动转变为直线运动的机械装置或通过直线感应电动机来往复地驱动。该胸部压缩单元包括电动机控制单元，该电动机控制单元包括微处理器，该胸部压缩单元还包括用来监视柱塞相对于外壳位置的第一监视装置、用来监视柱塞相对于将旋转运动转变为直线运动的机械装置或直线感应电动机的动子的位置的第二监视装置。监视的位置均通讯到电动机控制单元。还公开了相应的CPR方法。
文档编号A61H31/00GK102014844SQ200980116864
公开日2011年4月13日 申请日期2009年1月14日 优先权日2008年5月7日
发明者A·尼尔森, A·杰普逊 申请人:久莱夫股份公司