带有预警提示及可持续运作的桡动脉穿刺练习模型的制作方法

本发明涉及医疗机械技术领域，特别涉及一种医学实验模型。

背景技术：

静脉穿刺有关的现有技术，结构设计：有一个蠕动泵，构成闭路循环，能产生流量。结构比较简单，也绝不会产生动脉。这种结构没有界面，不可调，没有人机界面。而有关桡动脉穿刺模型，目前还没有类似的同类技术。

技术实现要素：

本发明目的在于公开一种桡动脉穿刺练习模型，该系统能实现模拟桡动脉，同时可调节跳动的频率和强弱。

本发明需要保护的技术方案表征为：

一种带有预警提示及可持续运作的桡动脉穿刺练习模型，特征在于，包括心率模拟模块、血管压力调节模块、补液模块、仿真手臂及仿真桡动脉、带有红色的模拟血液五个部分。

所述心率模拟模块，用于控制模拟心率跳动的快慢。其包括蠕动泵4、第二步进电机41、控制模块10、调节开关2、模拟血输入口12、模拟血输出口13，所述第二步进电机41输出轴411连接蠕动泵4，所述第二步进电机41连接控制模块10，所述控制模块10连接调节开关2，所述调节开关2作为输入键对第二步进电机41转速输入调控。所述蠕动泵4两端分别连接有模拟血输入口12、模拟血输出口13。

所述血管压力调节模块，该模块通过三通管接入所述所述心率模拟模块的模拟血输出口13处，用于维持模拟血管内基础压力。血管压力调节模块，其包括第一步进电机5、螺杆51、螺母52、条形块53、直线导轨导向机构54、控制电路6、三态门开关模块8、调节开关3、活塞及缸柱55，所述第一步进电机5固定，第一步进电机5输出轴与垂直态的螺杆51同轴，所述垂直的螺杆51、直线导轨导向机构54、活塞551三者平行，螺杆51、螺母52螺纹连接，所述螺杆51限位于圆点仅能原位旋转，所述条形块53同时连接直线导轨导向机构54、活塞551、螺母52，通过位置效应使得当第一步进电机5的旋转转化为螺母52带动条形块53上或者下的直线位移，由此带动条形块53上的活塞551在缸柱552内同步稳定地上移推入加压或者下移退缩释压。所述缸柱552在模拟血液输入口13接入整个模拟血管路。所述三态门开关模块8的输出与第一步进电机5连接。

血管压力调节模块还设置有极限报警系统，极限报警系统包括极大和极小限报警系统，采用行程开关来即可实现报警信号，所述行程开关分别设置于所述直线导轨导向机构54的行程最大、最小阈值位置处；同理，设置于活塞551相应位置也是等效的；

所述的补液模块，其包括补液灌18、三通管开关16、三通管开关17，所述补液灌18由支架悬挂，并输入输出分别连接有三通管开关16、三通管开关17，所述三通管开关16、三通管开关17的开闭状态控制补液模块是否接入整个模拟血管路系统；

所述仿真手臂及仿真桡动脉，设置于箱体20的外部，通过模拟血液管路与心率模拟模块、血管压力调节模块连接形成环路。

模拟血液贯穿于模拟血液管路内。

本系统还包括交互模块，所述交互模块为采集处理和输出模块，通过压力传感器9采集模拟血管内流体压力，获得波形的最高压力值VMAX、最小压力值MIN、时间T，最高压力值视为收缩压，最小压力值视为舒张压,时间周期的倒数视为频率，并通过显示器显示转化后的曲线。

与现有技术相比，本发明系统可以仿真模拟桡动脉跳动压力及频率，可以给麻醉学生接近真实的练习桡动脉穿刺。本系统操作简单，人机界面交流友好。跳动部分桡动脉可满足多次穿刺需要，并且可以方便地更换。

附图说明

图1为实施例外观构造示意图

图2为血管基础压调节模块原理示意图

图3为血管压力调节模块传动及导向结构示意图

图4为心率模拟模块原理示意图

图5为电源模块供电示意图

图6为传感器采集、处理、显示示意图

图7传感器采集、处理、显示的流程图

图8为系统整体结构示意图(虚线是电线，实线是模拟血管)

数字标记：1单片机(信号采集及处理模块)，2模拟心率调控，3模拟血压调控(三态门)，4蠕动泵，41第二步进电机，第二步进电机输出轴411，5模拟血管压调节泵，6模拟血管压调节泵驱动模块，7行程报警模块，8三态门开关模块，9压力传感器，10蠕动泵驱动模块，11电源，12模拟血输入口，13模拟血输出口，14电源开关，15蠕动泵启动开关，16、17三通管，18补液装置，19桡动脉装置，20机箱，机箱顶部201，21心率设置键，22心率启动开关，23血压设置键，24桡动脉信号显示屏，51螺杆，52螺母，53条形块，54直线导轨导向机构,55活塞及缸柱，551活塞，552缸柱.

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步说明。

实施例

本实施例作为本发明的优选技术方案。

本系统包括五个核心部分。

第一部分：心率模拟模块

用于控制模拟心率跳动的快慢。

采用蠕动泵4流量可调以实现模拟心率的频率可调。

采用第二步进电机41驱动蠕动泵每分钟2500ml剂量的泵送来实现桡动脉的跳动。

实现机制：采用可调式电阻式作为调节开关2(为现有技术)，所述调节开关2串接控制模块10，所述控制模块10连接第二步进电机41，从而调节蠕动泵的转速，以调节每分钟泵送剂量，最终实现调节心率。

如图3所示，结构设计：所述心率模拟模块，其包括蠕动泵4、第二步进电机41、控制模块10、调节开关2、模拟血输入口12、模拟血输出口13，所述第二步进电机41输出轴411连接蠕动泵4，所述第二步进电机41连接控制模块10，所述控制模块10连接调节开关2，所述调节开关2通过调节接入电路中电阻值，由此通过控制模块10转化为对第二步进电机41转速输入的调控，所述调节开关2安装于系统机箱20的外部。所述蠕动泵4两端分别连接有模拟血输入口12、模拟血输出口13，从而连接整个模拟管路系统。

第二部分：血管压力调节模块

该整个模块通过三通管接入所述所述心率模拟模块的模拟血输出口13处(如图8所示)，用于维持模拟血管系统内基础压力。

实现机制：通过第一步进电机5线性运动来调整模拟血管内的压力。具体来说，由第一步进电机5输出轴控制活塞在缸柱内的行程，来控制和维持整个模拟血管管路的基础压力。当基础压力下降时，推入活塞增加整个模拟管路系统的血量来提压，到达一定阈值则报警提示；当压力过高时，返回活塞则下调整个模拟管路系统的血压，到达相应极限阈值则又提示另一种声音的报警提示。

通过三态门电路控制第一步进电机5来实现模拟血管内的压力调节。

如图2、图3所示，结构设计：所述的血管压力调节模块，其包括第一步进电机5、螺杆51、螺母52、条形块53、直线导轨导向机构54、控制电路6、三态门开关模块8、调节开关3、活塞及缸柱55，所述第一步进电机5固定，第一步进电机5输出轴与垂直态的螺杆51同轴，所述垂直的螺杆51、直线导轨导向机构54、活塞551三者平行，螺杆51、螺母52螺纹连接，所述螺杆51限位于圆点仅能原位旋转，所述条形块53同时连接直线导轨导向机构54、活塞551、螺母52，通过位置效应使得当第一步进电机5的旋转转化为螺母52带动条形块53上或者下的直线位移，由此带动条形块53上的活塞551在缸柱552内同步稳定地上移推入加压或者下移退缩释压。所述缸柱552在模拟血液输入口13接入整个模拟血管路系统。所述的调节开关3为三种状态开关，安装于机箱20外部，与三态门开关模块8的输入连接，分别定义为“加压”“减压”“停止”，所述三态门开关模块8的输出与第一步进电机5连接。

血管压力调节模块还设置有极限报警系统，极限报警系统包括极大和极小限报警系统，采用行程开关来即可实现报警信号，所述行程开关分别设置于所述直线导轨导向机构54的行程最大、最小阈值位置处；同理，设置于活塞551相应位置也是等效的。

第三部分：补液模块

是对模拟血管路中的模拟血液消耗的补偿。联合第二部分血管压力调节模块中的极限报警系统，当行程开关触发极小限报警系统时，产生鸣叫提示要补液；当程开关触发极大限报警系统时，产生鸣叫提示补液必须结束。

如图1、图8所示，结构设计：所述的补液模块，其包括补液灌18、三通管开关16、三通管开关17，所述补液灌18由支架悬挂，并输入输出分别连接有三通管开关16、三通管开关17，所述三通管开关16、三通管开关17的开闭状态控制补液模块是否接入整个模拟血管路系统。接入状态下，启动调节开关3的“减压”，通过自然高度差，实现压力差补液，以及排模拟血管内的空气。

针对如此闭环式管路系统，补液操作极其不方便，诸如针筒穿刺补液、剪断管路直接灌入，工作繁琐、难度大、容易污染，不适宜课堂演练场景操作。

工作方式：当要顺利补液，关断电源，所有子系统暂停工作，关闭17，打开16，利用高度差势能及大气压，能自然状态下将18高处的备用模拟血加入模拟血管系统内使得血管压力调节模块有机会恢复正常的调压工作模式；且，当模拟血管系统内有气泡或者气柱出现异常状态时，启动调节开关3的“加压”，使得血管压力调节模块进入加压工作模式，则可轻易排除管路系统中的气体。

第四部分：交互模块

交互模块包括压力传感器9、控制单元1、显示器、输入键，压力传感器9的输出与控制单元1连接，所述显示器输入端、输入键分别与控制单元1连接。

如图6、图7所示原理，通过压力传感器9采集模拟血管内流体压力的实时变化，再通过控制单元1获得如图6所示的波，由该波即可获得三个参数：

通过控制单元1处理分解出波形的最高压力值VMAX、最小压力值MIN、时间T，最高压力值可以视为收缩压，最小压力值可以视为舒张压,时间周期的倒数可视为频率，并通过显示器显示转化后的曲线。

压力传感器(测量范围0-50kb)分析模拟血管压力与模拟脉搏频率。

人机界面通过压力传感器9能够人机交流，能够显示实时动态收缩压、舒张压、心率的变化情况，同时能设置各参数。(所述的控制单元，采用单片机，型号：32T采集压力信号)

第五部分：仿真手臂及仿真桡动脉(模拟手外购，动脉是超薄纯橡皮管及活接)

该部分属于现有技术。例如，中国发明专利申请即已公开过一种《桡动脉穿刺练习模型及穿刺练习方法》(申请号201510082369.6)，可适用于本发明技术方案中。

机理上，本发明第一部分、第二部分为两个独立运作的子系统。