患者模拟装置的制作方法

本发明涉及一种患者模拟装置，尤其是早产儿、新生儿或儿童模拟装置，包括病人的至少一个身体部分的模拟结构。

背景技术：

因为对病情严重的早产儿或新生儿的照顾是相对罕见的事件，所以该照顾需要医护人员的快速的、谨慎的和差异化的处理行为，因此总是又出现医护处理的实现和团队合作中的问题。如果在照顾有生命危险的早产儿或新生儿时没有采取正确的措施，那么这可能对儿童的进一步的成长有终生影响。因此刚好在儿科中，执行模拟培训是伦理责任。因此可以获得用于照顾病情严重的早产儿或新生儿的必要的经验和技能，而不会危害患者的生命或健康。当今的医学的质量要求需要的是，也培训罕见的事件，以便一方面拯救生命，并且另一方面改进紧急情况后的生活质量。

现在的可得到的婴儿和新生儿人体模型基于很小的尺寸和技术和控制元件的因此需要的小型化而不允许模拟许多病理。此外，这种模拟人体模型经常缺少真实性，由此，在人体模型上练习的操作没有自动改进实际中的行动。

在wo2012/155283a1中描述了肺模拟装置，其装备有至少一个空气腔，空气腔例如构造为硅树脂气囊，以便尽可能好地模拟生病时的和健康状态下的肺功能。在wo2012/155283a1中公开的肺模型中不利的是，该肺模型基于其尺寸不能够布置在逼真的模拟装置（人体模型）内，而是位于人体模型外部。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于改进患者模拟装置，尤其是早产儿模拟装置，改进真实性并且即使在针对早产儿模拟的小型的实施方案中也能够实现对不同的病理状态的模拟。

为了解决该任务，本发明根据第一方面设置了患者模拟装置，尤其是早产儿、新生儿或儿童模拟装置，其包括胸模拟结构、肺模拟装置和通向肺模拟装置的气管模拟结构，其中胸模拟结构具有带有至少一个能升降的胸腔元件的胸腔模拟结构，用于模拟胸腔升降，其中至少一个能升降的胸腔元件与能独立于肺模拟装置操控的升降机构共同作用。

本发明因此基于将肺模拟装置和胸腔升降的模拟结构构造为功能分离的单元，其可以彼此单独地被操控用于执行模拟过程。肺模拟装置在此理解为对人的基本的呼吸机械参数，如尤其是呼吸道的流动阻力（阻力）和肺的可膨胀性（顺应性）的模拟。在最简单的情况下，肺模拟装置包括阻力和顺应性的气动串联。肺模拟装置用于模拟患者的肺例如在阻力和顺应性方面的不同的状态，这尤其是对于借助患者模拟装置在真实的呼吸设备处进行机器呼吸来说是特别有利的。为了在该方面能够实现插管，患者模拟装置根据本发明包括通向肺模拟装置的气管模拟结构和优选解剖的喉头模拟结构。

患者模拟装置的常规的实施方案是气动肺模型，大多是弹性空心体，其与自主呼吸压力源连接，以便根据模拟的呼吸周期性地填充和排空空心体，由此，空心体周期性地膨胀和收缩。胸模拟结构在常规的实施方案中构造有能升降的胸腔元件，在胸腔元件下方布置有肺模拟装置的弹性的空心体，从而胸腔升高通过膨胀的空心体的压力实现，并且胸腔下降通过胸腔元件或空心体的弹性的复位实现。胸腔的运动因此与自主呼吸模拟和肺模拟装置的呼吸直接相关联。

与之不同地，胸腔升降在根据本发明的构造中可以独立于肺模拟装置的当前的状态地模拟，这是因为能升降的胸腔元件由在机械或身体上独立于肺模拟装置的升降机构驱动。肺模拟装置和胸腔升降机构因此构造为功能分离的单元，其可彼此单独地被操控，用于执行模拟过程。由此，不仅生理正常的状态，而且还有不同的病理状态可以逼真地得到模拟，并且提供针对练习参与者的扩展的练习可能性。此外提供如下可能性，肺模拟装置或其各个部件布置在与直接布置在能升降的胸腔元件下方不同的部位上，由此，节约空间的布置变得容易。本发明的优选的构造在该方面设置的是，肺模拟装置布置在胸模拟结构内和/或腹部模拟结构内。肺模拟装置或其各个部件尤其是可以布置在腹部模拟结构内。

对升降机构的独立的操控提供另外的优点，升降运动可以以简单的方式在设备，如pc的屏幕上示出的图形用户表面上示出。图形用户表面在此优选包括对模拟的患者的图形显示，其中图形用户表面与患者模拟装置或操控患者模拟装置的控制装置共同作用，从而在图形用户表面上示出所示的患者的胸腔的升降，其与通过患者模拟装置的升级机构导致的胸腔升降同步。

为了模拟呼吸系统，尤其是肺的生理正常的状态，胸模拟结构的升降机构以如下方式被操控：至少一个能升降的胸腔元件与肺模拟装置的空气填充和空气排空同步地升降。这尤其是在利用患者模拟装置执行呼吸练习，例如利用面罩和复苏器执行呼吸练习时是这样的情况。当头部位于中性位置并且呼吸面罩被正确密封时，模拟装置优选可以在此呼吸。当胸腔在模拟装置上升高时，因此针对用户（与实际相应地）可识别的是，用户有效地呼吸。为了在技术上实现这种模拟优选设置的是，肺模拟装置具有至少一个空腔、优选两个空腔，即用于模拟右边的肺翼的空腔和用于模拟左边的肺翼的空腔，其优选可通过气管模拟结构利用来自呼吸设备的空气填充，其中压力传感器设置用于测量一个或多个空腔内的压力。一个或多个压力传感器的信号优选输送至用于操控胸模拟结构的升降机构的控制装置，以便根据压力信号升降至少一个能升降的胸腔元件。压力传感器优选布置和构造用于获知呼吸压力和呼吸体积。肺模拟装置的优选构造为刚性壁的空腔的至少一个空腔针对该目的优选在体积中可调节地构造。体积可以根据顺应性和阻力的物理基础动态调整。计算当前的体积例如基于微控制器内的适配的算法。为了调节肺模拟装置的生理和病理呼吸参数，优选地设置了电驱动装置。

备选地，肺也可以被动地实施。腔为此灵活地实施，例如实施为具有敞开的侧面的腔，腔由柔软的薄膜覆盖。薄膜与呼吸压力相关的膨胀在此允许潮气量的模拟。通过选择薄膜的厚度、材料或应力的可调节性，肺的顺应性可以匹配于实际类似的等价物。

与病理状态的模拟相关地，呼吸窘迫综合征是特别重要的。在呼吸窘迫综合征的范围内，有效的呼吸和肺的换气变困难。基于仅可以较差地填充以空气的肺中的负压，胸膈朝胸腔的方向拉。胸腔几乎不升高，并且在胸膈拉紧时明显下降。由此形成钟摆呼吸或反常呼吸的印象，这是因为胸腔在吸气时降低，并且在呼气时明显升高。通过腹部的相反的运动，该印象明显增强。模拟钟摆呼吸在本发明的范围内能够通过独立于肺模拟装置地控制至少一个能升降的胸腔元件的升降机构实现，其中升降机构的控制单元设定用于当模拟呼气时升高，当模拟吸气时下降至少一个胸腔元件。补充地可以设置的是，患者模拟装置的腹部模拟结构具有能升降的肚子板，其由腹部模拟结构的升降机构驱动。钟摆呼吸的视觉印象在此以如下方式实现：肚子板在吸气时升高并且胸腔同时下降，并且肚子版在呼气时下降并且胸腔同时升高。

此外，可以利用根据本发明的患者模拟装置模拟气胸。气胸是在不成熟的早产儿中的担心的并发症。在此出现肺中的撕裂，并且因此出现严重的紧急情况。这可以通过如下方式识别，在相关的侧面的胸腔不再升高。用于模拟气胸的优选的构造在此设置的是，至少一个右边的能升降的胸腔元件设置用于右边的胸腔半体，并且至少一个左边的能升降的胸腔元件设置用于左边的胸腔半体，其彼此单独地能升降地构造并且分别与自身的能操控的升降机构共同作用，其中用于右边的胸腔元件的升降机构和用于左边的胸腔元件的升降机构能够彼此独立地操控。基于用于右边的和左边的胸腔半体的分离的升降机构的布置，以简单的方式可能的是，在自身呼吸中和在呼吸的每个形式中模拟气胸。为此操控两个升降机构中的仅一个（右边或左边）。这导致胸腔的一侧的升高，这对于培训参与者来说可很好地作为一侧的气胸识别出。

优选的构造设置的是，一个或多个升降机构布置在胸模拟结构中，尤其是在至少一个能升降的胸腔元件下方。

升降机构可以原则上被任意地驱动，例如气动、液压或电驱动。优选借助电动机实现胸腔元件的升降，针对该目的，一个或多个升降机构分别具有电动驱动单元，其优选包括能够驱动用于枢转运动的臂。枢转臂允许升降机构的节约空间的构造并且同时能够实现具有相对大的行程的升降运动。

关于肺模拟装置优选设置的是，肺模拟装置具有至少一个用于调节顺应性和阻力的调节元件。肺的再调节在此可以通过尤其是刚性壁的具有可控制的确定腔体积的活塞的腔形成，活塞可以根据压力和时间改变再调节的肺体积，其中通过改变活塞的压力加载可以调节顺应性和阻力。优选地，活塞由弹簧元件进行压力加载，弹簧元件提供所谓的基本顺应性，即弹簧元件导致肺模拟装置中的压力的被动的保持。为了改变活塞的压力加载可以设置弹簧元件，其与活塞共同作用并且其预紧是可改变的。为了改变腔体积可以设置与活塞共同作用的，尤其是电动的或磁驱动器。驱动器优选由线性马达形成。

在简化的备选的肺控制中，生物参数顺应性和阻力优选彼此分离地调节，并且至少分别具有用于顺应性和阻力的控制元件。在优选的实施方式中，为了控制顺应性，弹性通过模拟装置的肺壁的不同的张紧形成。呼吸道阻力（阻力）的调节与之分离地利用可调节的或快速开关的用于调节空气阻力的阀来调节。

为了实现在表面活性缺失综合征时在表面活性药物的给予后的加氧改进的再调节，或者实现利用液体再调节该药品，在胸模拟结构中，尤其是在呼吸道模拟结构中，优选在气管模拟结构中设置有传感器。优选地，传感器可更换地添加在呼吸道模拟结构的壁中，并且包括吸收液体的材料，尤其是泡沫材料和集成到材料中的湿度传感器。传感器探测到液体，例如表面活性药物喷入呼吸道和/或肺中，其方法是，干燥的材料，尤其是泡沫材料吸收液体，并且因此改变其导电特性。一旦探测到表面活性药物的给予，那么患者模拟装置示出病理参数的改变，并且根据时间曲线，相应于临床实际地下降肺模拟装置的顺应性和阻力的值。

除了表面活性传感器件的传感功能以外，具有泡沫材料的传感器满足用于肺模拟装置的污物过滤器的功能，并且在传感器更换时开启通过利用清洁液体的清洗在清洁罐上方清洁呼吸道的可能性。

可更换的具有泡沫材料芯的湿度传感器相应地集成在呼吸道中，用于探测液体和过滤呼吸空气。

为了切合实际地示出呼吸窘迫综合征可以模拟皮肤的所谓的肋间拉入。在呼吸窘迫综合征的情况下阻止吸气。通过在胸腔中在吸气时形成的负压，皮肤和组织朝更刚性的部分（骨骼）被拉入柔软的区段中。这首先在中间肋空间（“肋间”）的区域中是可见的。本发明的优选的构造在该方面设置的是，至少一个能升降的胸腔元件包括多个肋模拟结构，并且胸模拟结构具有皮肤模拟结构，其覆盖肋模拟结构并且能够和至少一个能升降的胸腔元件共同地升降，其中在至少一个能升降的胸腔元件上紧固有作用在皮肤模拟结构上的牵引或挤压器件，例如至少一个丝线或棒形的牵引元件，并且其中至少一个能升降的胸腔元件承载用于移动牵引器件的驱动元件，尤其是电动机，以便导致皮肤模拟结构的肋间拉入。由于用于移动牵引器件的驱动元件布置或紧固在能升降的胸腔元件上，所以驱动元件在胸腔元件的模拟呼吸的升降运动中一起运动，从而肋间拉入的模拟可以独立于胸腔元件的当前的升高位置地执行。

在另外的实施方式中，通过磁力作用的拉入可以以如下方式实现，磁元件添加到皮肤中，并且磁元件通过至少一个肋间空间中的电操控的磁线圈呼吸同步地吸引。

此外优选可以设置的是，患者模拟装置构造用于模拟坏死性小肠结肠炎的病理状态。坏死性小肠结肠炎（nec）是肠子的部分急剧发展的疾病，其作为并发症在早产儿的治疗中感到担心。坏死性小肠结肠炎在该患者组群中是胃肠道的最常见的严重的疾病，具有针对早产儿的部分急剧的后果。通过肠壁的减小的供血（微量输液）结合感染在nec中导致肠壁中的组织破坏（坏死）。这大多在末端的回肠和结肠的区域中出现，并且经常伴随着在肠壁中形成腐烂气体（肠壁积气）。随着损害的增加，肠壁可以穿孔，并且导致肠内物逸出到空的腹腔内。后果是发炎反应、腹膜炎和败血症。

坏死性小肠结肠炎的临床症状是具有扩大的肠袢的局部严重胀气的肚子、缺少的蠕动和因此缺少的肠鸣。利用肠内物的逸出导致的局部感染导致肚子皮肤的苍白的（白色、浅灰色、蓝色的）变色并且导致该区域内的血管纹路以不同的形式显现。作为肠子和进而整个肚子的胀气的结果有时导致对自主呼吸的明显的限制，这是因为过度胀气的肚子将肺向上挤压到胸内，并且因此压缩。由此，自主呼吸经常明显受损害。因此，具有严重的nec的早产儿经常必须迫切地被插管，并且借助机器呼吸。

为了模拟nec，患者模拟装置构造用于实施随后的过程。模拟肚子的胀气和硬化借助升高肚子板实现。为此，将肚子板安置到最大位置并且在其中保持。如果从外部施加力，那么优选地设置的是，肚子板升高的驱动器施加可调节的最大的反作用力，以便模拟硬化。同时通过肺模型的生理调节电路优选实现肺的顺应性的减小。肺体积被减小，并且针对呼吸需要更高的呼吸压力。模拟器的变色的必要时设置的实现优选通过彩色的led进行，其从内部照明肚子区域中的模拟装置的皮肤模拟结构，并且可以在需要的颜色中闪烁。led可以根据预设参量混合基本色（红色、绿色和蓝色），以便补偿硅树脂皮肤中的可能的变色。为了模拟出现的血管纹路，在皮肤模拟结构的内侧的血管被覆盖地着色，或者添加到皮肤模拟结构的壁中。在通过升降板的led实现的直接的或散射的照明下，血管模拟结构由于皮肤的绷紧是可见的。

本发明的独立的第二方面（其可以与本发明的每个任意的另外的方面组合）在该方面设置了患者模拟装置，尤其是早产儿模拟装置，其包括肺模拟装置和具有能升降的肚子板的腹部模拟结构，肚子板由升降机构驱动，其中控制设备设定用于升高肚子板并且同时提高肺模型的呼吸阻力。以优选的方式在此设置的是，腹部模拟结构（包括肚子板）由皮肤模拟结构覆盖，皮肤模拟结构的内侧可以由在腹部模拟结构中布置的照明器件照明。

此外，根据本发明的患者模拟装置可以构造用于模拟“头摇摆"的症状，在早产儿和新生儿中的更高的呼吸功的症状。肺的顺应性的降低在此通过头部的区域中的呼吸辅助肌肉（胸锁乳突肌）的活性导致伴随每次吸气的头部的突然的、呼吸同步的向前运动。为了模拟该症状可以设置伺服马达或类似的驱动元件，其在连杆或类似的灵活的实现元件，如绳索牵引装置的调解的情况下改变模拟装置的头部模拟结构与胸模拟结构之间的角度。该运动优选通过中央控制机构与呼吸行为同步。

“头摇摆"的技术实现例如通过两个鲍登牵拉装置以及基于模拟装置的绷紧的硅树脂部件的复位力实现，鲍登牵拉装置对称地在呼吸道模拟结构的左侧和右侧延伸。

本发明的独立的第三方面（其可以与本发明的每个任意的另外的方面组合）在该方面设置了患者模拟装置，尤其是早产儿模拟装置，其包括肺模拟装置、具有能升降的由升降机构驱动的胸腔元件的胸模拟结构和头部模拟结构，头部模拟结构与倾斜机构共同作用，用于改变头部模拟结构与胸模拟结构之间的角度，其中控制设备设定用于针对头部模拟结构的周期性的倾斜运动驱动倾斜机构，其中周期性的倾斜运动与胸腔元件的升降运动同步。

根据本发明的独立的第四方面（其必要时可以在根据本发明的第一、第二或第三方面的患者模拟装置中实现）设置了患者模拟装置，尤其是早产儿、新生儿或儿童模拟装置，其包括具有由皮肤模拟结构覆盖的头颅模拟结构的头部模拟结构，其中至少一个光源布置在头颅模拟结构中和/或上。由此，在头部区域中可以模拟皮肤或皮肤模拟结构的变色。在变蓝的情况下例如可以模拟紫绀。紫绀表明了血液的氧饱和的减少并且可以在明显出现的情况下是有生命危险的错乱的症状。早产儿和新生儿在出生后的第一生命分钟内在生理上还具有紫绀。紫绀首先在头部和躯干的区域中表现出。随着呼吸的功效的提高，紫绀在第一生命分钟内消失。如果紫绀此外还保持存在，那么这可以是病理状态的重要的症状。该病理状态可以涉及呼吸和心血管功能（例如先天性的心脏缺陷）。此外，光源也可以模拟头部的染红/变红，其例如在过氧时，即在血液中的氧气过剩和氧气分压的与之相关联的提高时发生。为了照顾早产儿和新生儿，紫绀和过氧因此是决定性的临床参数，其决定性地影响照顾团队的处理行为。

由于至少一个光源布置在头颅模拟结构中和/或上，所以光没有直接导入皮肤模拟结构中（这仅导致皮肤上的点形的局部受限的光效应），而是在将光引入头颅模拟结构中后在那里出现光分布，从而皮肤模拟结构的更大的面区域相对均匀地从内部照明。这导致对患者模拟装置的皮肤颜色的改变的实际模拟。与之不同地，将光源，例如led直接放置在皮肤下导致明显的但总体上不实际的图像。在光源放置的位置上，例如在面颊上或口中的点形的紫绀是在生理上不正确的，并且不自然地作用。

优选的实施方式设置的是，至少一个光源由rgb-led形成，其颜色通道能够彼此独立地单独地操控。使用彩色的rgb-led以简单的方式允许实现不同的色度。这种led优选具有至少三个不同颜色的单led元件。为了覆盖可见光的整个频谱（和因此首先针对紫绀和过氧的不同的色度），优选地，led光源的三个led颜色（红色、绿色和蓝色）相加地混合。基于针对微电子领域的研发现在可以提供用于操控rgb-led的不同的可能性，其包括各个led构件和单独的操控的组合的应用以及具有用于调节色温的数字控制线路的高度集成的结构组件。rgb-led的另外的优点是多个照明元件的节约空间的结构可能性，尤其是当多个照明元件可以通过串行总线相互串联地级联时。在串联的布线中，仅一个控制线路对于模块的程序化来说是必需的，其中串行的数据信号分别例如由在每个照明模块的每个颜色中的八个位组成，并且信息通过所有模块递送。因此得到的是，根据模块数量必须生成3个颜色字节的相同的数量，以便使该数据链中的所有模块设置一个颜色信息。

rgb-led的整个色域优选包括＞4百万，尤其是＞16百万个可能的色调，并且因此包括从白到黑的整个可见的色彩光谱。由此，在选择适当的颜色时以简单的方式实现皮肤模拟结构的实际的变色。针对颜色控制管理和数据更换优选地设置了自身的微控制器，其从主控制装置得到控制指令并且将其递送至各个rgb-led。

为了实现在头部模拟结构的额头区域中的皮肤变色优选的是，光源布置在头颅模拟结构的头颅盖的内表面上。在头颅模拟结构的内部的由此实现的间接的照明导致均质的、均匀的光分布。为此，为此设置的led模块优选可以在中间粘贴在颅底上，并且因此间接照明头颅盖的内部分。通过优选在白色中构造的头颅模拟结构出现的反射因此照明整个额头区域，并且均质地照明头颅的侧部分。与面颊照明相结合地，这导致整个上头部区域的均匀的照明。由此，作为结果得到头部区域中的紫绀和过氧的非常实际的显示。

为了实现头部模拟结构的鼻子的口部分中的皮肤变色优选的是，光源布置在头颅模拟结构中，从内部照亮中间的颅窝。通过从头颅模拟结构内部，在中间的颅窝的区域中直接照明头颅模拟结构的颅骨，得到均质的和实际的光分布，其在头颅模拟结构和皮肤模拟结构之间的边界面辐射出。这导致在鼻子的口部分的区域中的非常实际的变色。在批量生产方面，从头颅内部辐射骨头也意味着明显的优点。灯光模块因此受保护以防每个机械应力，并且可以容易地设计和更换。除了良好的光分布和批量生产和耐用性的优点以外，此外得到光源的能量需求的减小，这是因为在该方法中没有产生通过光波导体经由适配器的联接导致的能量损失。

皮肤模拟结构的均质的照明优选以如下方式实现，头颅模拟结构由聚合的、半透明的，尤其是白色的物质构成，并且皮肤模拟结构透明或半透明地尤其是由硅树脂物质构造。

为了照明难以够到的区域，例如口区和下巴区，基于有限的空间比，使用光导体是有利的。当头部模拟结构包括上呼吸道的模拟结构时，该空间比尤其是有限的。优选的构造在该方面设置的是，光源与光波导体连接，光波导体弧形地在头部模拟结构的下巴区域中延伸，并且构造用于沿弧形辐射光，其中光波导体的辐射光的弧形的区域优选在皮肤模拟结构和呼吸道模拟结构或下颚之间布置。在弧形的区域中的辐射在此有利地通过光波导体的外表面的打毛和/或刻槽实现。由此，此外实现散射的和平面的辐射。优选地，光波导体以如下方式布置，辐射光的弧形的区域平行于下颚模拟结构地引导。

根据本发明的独立的第五方面（其必要时可以在根据本发明的上述方面之一的患者模拟装置中实现）设置了患者模拟装置，尤其是早产儿、新生儿或儿童模拟装置，其包括具有带有两个柔软的鼻翼的鼻子模拟结构的头部模拟结构，其中在鼻翼上作用有导入头部模拟结构内部的驱动元件，例如至少一个丝线或杆，以便模拟鼻翼的张开和收缩。所谓的“鼻翼”表明为鼻翼在吸气时的呼吸同步的宽度，并且是呼吸窘迫综合征的症状。

鼻翼运动的操纵优选以如下方式实现，杆机构与用于运动杆的驱动元件，例如电磁体共同作用。杆机构在此以如下方式构建，在激活电磁体时，相反的杆端部相反地运动，并且因此在相对磁体拉紧杆时，端部在鼻翼中伸开。在激活磁体时，由此导致鼻孔的扩大。在电磁体去激活时，基于具有相应的塑料的鼻翼的弹性的实施方案导致鼻翼复位。

鼻翼的呼吸同步的运动优选以如下方式实现，设置中央控制设备，其构造用于操控胸模拟结构的升降机构并且用于操控鼻翼的驱动元件，从而鼻翼的张开和至少一个能升降的胸腔元件的升高同步实现。

本发明的独立的第六方面涉及在患者模拟装置中存在的另外的问题。为了判断肺和心脏以及腹部，对于培训目的有利的是，可以借助听诊器倾听噪音。在常规的患者模拟装置中，这通过将喇叭安装在各自的器官的区域中实现。这然而具有明显的缺点。大多涉及仅一个针对心脏的喇叭、针对肺的两个喇叭和必要时针对肠鸣的在腹部上方的喇叭。这导致的是，用户必须刚好碰到从外部不可见的喇叭，以便可以明显倾听噪音。但即使当用户碰到期望的喇叭的位置时，大多同样可以听到模拟装置机构的杂音，其容易混淆和最后不能够实现正确的倾听。

为了克服缺点，根据本发明的独立的第六方面（其必要时可以在根据本发明的上述方面之一的患者模拟装置中实现）设置了患者模拟装置，尤其是早产儿、新生儿或儿童模拟装置，其包括胸模拟结构、腹部模拟结构、听诊器模拟装置和声音发生器，其中胸模拟结构和腹部模拟结构具有至少两个间距传感器，其与听诊器模拟装置的听诊器头部共同作用，用于获知听诊器头的位置，其中被获知的位置数据可以输送至声音发生器，其中声音发生器具有用于声音文件的存储器和用于根据位置数据将声音文件混合为混合的声音信号的处理装置，声音信号可以输送至听诊器模拟装置的听筒。

间距传感器在此理解为如下传感器，其输出与传感器和听诊器头之间的间距，尤其是球形间距成比例的信号。听诊器头的位置可以基于间距数据优选通过数学三角测量法获知，以便得到位置数据。从间距数据计算位置数据在此可以要么在患者模拟结构中，要么在外部实现。声音发生器优选布置在患者模拟结构以外。本发明因此基于如下思想：没有在患者模拟装置中生成待听诊的噪音，而是仅在患者模拟装置中检测听诊器的位置，并且噪音根据位置在听诊器本身中或在外部单元中生成。

在此优选地设置的是，模拟装置具有近场发送器，并且听诊器具有谐振接收器电路。模拟装置的近场发送器在此产生具有预设的频率的电磁近场。例如使用例如100khz的限定的载波频率。

在模拟装置本身中存在发送线圈，其与载波频率相协调。在附属的振荡电路中的谐振频率和幅度根据与接收器的距离改变。以该方式获得的通过幅度和频率代表的间距数据为了位置确定被评估，并且将结果输送至声音发生器，在声音发生器中，处理装置提供的是，存储的声音文件根据位置混合为共同的声音信号，其可以输送至听诊器模拟装置的听筒。间距或位置数据可以优选作为模拟信号输送至声音发生器，由此可以实现声音文件，例如肺翼、心脏、胃的噪音和人为杂音的音量根据听诊器的正确的平静的放置的加权，并且声音文件可以混合为产生的声音信号。因此针对培训参与者得到如下情况，在听诊器模拟装置定位到左边的胸腔上时混合清晰的肺噪音，或者在靠近心脏的定位中主要混合心音。

备选地可以设置的是，近场发送器布置在听诊器中，并且接收器电路布置在模拟装置中。发送器和接收器的实现因此根据应用是可更换的。

声音发生器可以要么在听诊器模拟装置的听诊器模拟结构中要么在相对患者模拟装置的患者模拟结构和听诊器模拟结构独立的外部的单元中布置。由在外部单元中布置的声音发生器混合的声音信号可以优选借助无线数据传递，例如蓝牙无线地传递到听诊器模拟装置的接收单元中，并且因此在没有不舒服的杂音的情况下通过集成的听筒听到。

优选的构造设置的是，针对胸或腹部模拟结构上的每个位置可以混合至少一个声音信号，其代表相应的位置上的人体的噪音。噪音在此根据听诊器头位置加权地从至少一个存储的声音文件混合并且在听诊器中输出。

各个声音文件在此分别代表模拟的噪音源，例如心脏杂音、肺噪音、胃噪音等，并且因此配属于各自的噪音源的位置。此外，处理装置有利地构造用于混合声音文件，从而如果听诊器头与配属于声音文件或模拟的噪音源的位置的间距越小，则该声音文件添加给具有越大的音量的混合的信号。

在生成混合的声音信号时，除了位置信息以外可以考虑到另外的参数。例如有利的是，心脏杂音以如下方式调整：可以识别出心脏频率。关于肺噪音，相同的情况适用于呼吸频率。此外，噪音可以自然地根据病理状态改变。本发明的优选的构造在该方面设置的是，具有生理噪音的每个声音文件可通过具有病理噪音的声音文件替代，并且具有病理噪音的声音文件为了输出与位置相关的声音信号根据听诊器头位置混合。

为了可以尽可能逼真地再现人体的不同的噪音源优选设置的是，至少一个声音文件模拟心脏噪音并且因此配属于胸模拟结构的心脏的位置，一个声音文件模拟第一肺噪音并且因此配属于胸模拟结构的左边的肺翼的位置，一个声音文件模拟第二肺噪音并且因此配属于胸模拟结构的右边的肺翼的位置，并且/或者一个声音文件模拟胃噪音并且因此配属于腹部模拟结构的胃的位置。

通常，在本发明的上面描述的方面中的每个方面优选设置的是，患者模拟装置示出各自的患者，即尤其是早产儿、新生儿或儿童的完整的身体，并且因此除了胸、腹部、头模拟结构以外也包括四肢的模拟结构。此外，患者模拟装置在其尺寸中并且关于其模拟的身体部分的大小比以如下方式构造：患者模拟装置相应于真实的患者，即早产儿、新生儿或儿童的尺寸和大小比。

附图说明

本发明随后借助在附图中示意性示出的实施例详细阐述。其中：

图1以局部打开的图示示出了早产儿模拟装置；

图2和图3示出了具有在不同的位置中的肚子板的早产儿模拟装置；

图4示出了早产儿模拟装置的另外的图示；

图5示出了具有用于肋间拉入的机构的早产儿模拟装置的细节图；

图6和图7示出了在肋间拉入的两个不同的状态中的皮肤模拟结构的图示；

图8示出了早产儿模拟装置的头颅模拟结构的截面图；

图9示出了早产儿模拟装置的头颅模拟结构的另外的截面图；

图10示出了早产儿模拟装置的头颅模拟结构的正视图；

图11示出了在鼻子的区域中的头颅模拟结构的细节图；

图12示出了与早产儿模拟装置共同作用的听诊器模拟结构；

图13示出了听诊器模拟结构的电路图；

图14示出了尤其是与肺模型相关的患者模拟装置的控制逻辑的概览图；

图15示出了患者模拟装置连同控制和监控部件的总图；

图16示出了具有呼吸同步的头部运动的模拟装置的侧视图；并且

图17示出了根据图16的模拟装置的正视图。

具体实施方式

图1示出了一种早产儿模拟装置1，其包括胸模拟结构2、肺模拟装置3和通向肺模拟装置3的气管模拟结构4。胸模拟结构2包括右边的能升降的用于右胸腔半体的胸腔元件5和左边的能升降的用于左胸腔半体的胸腔元件（在图1中未示出）。此外，模拟装置1包括头颅模拟结构6。两个胸腔元件5彼此单独地能升降地构造并且分别装备有自身的能操控的升降机构。在模拟装置1内部布置的升降机构在两侧分别包括驱动齿轮8的电动驱动单元7。齿轮8嵌入构造在能枢转地支承的臂10上的齿部9，其中在臂10上紧固了各自的右边的或左边的胸腔元件5，从而齿轮8的转动运动根据转动方向沿双箭头12的方向转换为具有胸腔元件5的臂10的升降运动。左边的和右边的胸腔元件5分别具有肋模拟结构11。

此外，模拟装置1包括腹部模拟结构13，其具有能升降的肚子板14，其中肚子板14的升降类似于胸腔元件5的升降地通过驱动齿轮16的电动驱动单元15实现，齿轮又嵌入齿部17中，齿部构造在能枢转地支承的臂18上，在臂上紧固有肚子板14。

图2示出了在下降的位置中的肚子板14和胸腔元件5，图3示出了在升高的位置中的肚子板14和胸腔元件5。

在操纵电动驱动单元15（在图2和图3中未示出）时，齿轮16转动，并且肚子板14沿箭头方向19的升高/下降通过齿轮16嵌入齿部17中和能驱动的臂18的由此引起的枢转导致。根据齿轮16的转动方向，腹部升高或下降的模拟是可能的。

图4示出了模拟装置1的完全的解剖的支撑结构，皮肤模拟结构20（在图4中未示出）位于支撑结构上方，皮肤模拟结构覆盖整个模拟装置1，即具有肋模拟结构11的胸模拟结构2以及具有肚子板14的腹部模拟结构13。皮肤模拟结构20尤其是包围胸模拟结构2和腹部模拟结构13。皮肤模拟结构20由弹性材料，例如由硅树脂材料制造，以便允许胸腔元件5和肚子板14的升降。

在图5至7中此外示出的是，为了模拟肋间拉入设置有在皮肤模拟结构20上作用的牵引器件21。牵引器件21在肋模拟结构11的各个肋之间延伸穿过并且在其背对皮肤模拟结构20的端部上分别紧固有枢转杆21'。枢转杆21'牢固地紧固在共同的轴上并且因此可围绕该轴枢转，其中为了枢转驱动设置有驱动齿轮23转动运动的电动驱动单元22，齿轮嵌入紧固在枢转杆21'的轴上的齿轮24。枢转杆21'根据双箭头25的枢转导致的是，皮肤模拟结构20拉到肋模拟结构11之间，或者又运动回到其正常位置中。根据驱动器22的转动方向，因此皮肤模拟结构20的肋间拉入或正常位置的模拟是可能的。驱动器22在此紧固在臂10上，臂负责使肋模拟结构11升降。由于驱动器22在臂的升高或下降时与臂一起运动，所以皮肤模拟结构20的肋间拉入的模拟可以独立于肋模拟结构11的各自的位置地实现。

图6示出了在正常位置中的皮肤模拟结构20，并且图7示出了在模拟的肋间拉入中的皮肤模拟结构。

图8和图9示出了模拟装置1的头部模拟结构26，其具有头颅模拟结构6。在头颅模拟结构6内布置有光源27、28、29、30和31。

光源27和28紧固在布置在头颅空腔内的承载板上，并且在额头的区域中朝头颅模拟结构6的头颅盖的内表面取向。光源29和30位于头颅模拟结构6的中间的颅窝中。另外的光源31布置在头颅模拟结构6的内部并且提供光波导体32，其弧形地在头部模拟结构26的下巴区域33中延伸。

由于头颅模拟结构6和皮肤模拟结构20半透明地构造，所以在操纵光源27至31时得到在存在紫绀时典型地变蓝的，并且在过氧时典型地变红的脸部区域的如在图10中示出的照明图案。

图11示出了具有鼻子模拟结构34的模拟装置1的头部模拟结构26，鼻子模拟结构具有两个柔软的鼻翼35，其中导入头部模拟结构26的内部中的杆36作用在鼻翼35上，杆由可磁化的材料构成。此外设置了控制设备37，其承载电磁体38，其中在操控控制设备37时激活电磁体38，并且磁杆36根据箭头39拉动，这又导致鼻翼沿箭头40的张开。

图12示出了皮肤模拟结构20，其覆盖整个模拟装置1，即也覆盖具有肋模拟结构11的胸模拟结构2和具有肚子板14的腹部模拟结构13。皮肤模拟结构20尤其是包围胸模拟结构2和腹部模拟结构13。皮肤模拟结构20由弹性材料，例如硅树脂材料制成，以便允许胸腔元件5和肚子板14的升降。

此外，图12示出了听诊器模拟装置41，其中胸模拟结构2和腹部模拟结构13具有三个间距传感器43、44、45，间距传感器与听诊器模拟装置41的听诊器头46共同作用，用于获知听诊器头46与各自的间距传感器43、44、45之间的间距，以便得到与间距成比例的信号。控制单元48包括用于声音文件的存储器和用于根据间距数据将声音文件混合为混合的声音信号的处理装置，声音信号输送至听诊器模拟装置41的听筒47。

图13示意性示出了电路图，其中看到的是，患者模拟装置1的间距传感器43、44、45（在图13中未示出）实施为具有发送器振荡电路49的近场发送器，并且听诊器头46具有谐振的接收器振荡电路50。患者模拟装置1的近场发送器在此产生具有预设的频率的电磁近场，其中限定了例如具有100khz的载波频率。发送器振荡电路49与载波频率相协调，其中谐振频率和幅度根据与接收器振荡电路50的距离改变。两个发送器振荡电路49的谐振频率和幅度在评估装置51中评估，并且作为代表与听诊器头46的相应的间距的间距数据无线地传送至中央的外部的控制装置48，例如控制计算机。在控制装置48中，间距数据由接收模块52接收。间距数据可以直接输送至声音发生器42，或者首先例如通过三角测量法换算为位置数据。在声音发生器中，处理装置导致的是，存储的声音文件53根据间距或位置数据混合为共同的声音信号。声音信号无线地传送至听诊器模拟装置41的接收器模块54，并且在那里在放大器55中放大，并且输送至听筒47。听诊器模拟装置41包括另外的未示出的能量供应装置，其不仅供应接收器模块54和放大器55，而且通过线路56也供应接收器振荡电路50。

图14详细示出了对肺模拟装置的控制以及对胸腔模拟结构的升降机构的独立的操控。

肺模拟装置3包括刚性壁的优选金属的缸57，在其中，活塞58借助驱动器59（例如步进马达）沿轴向方向可调节地布置。替代步进马达地，活塞58的驱动也可以借助线性马达实现，线性马达优选基于电磁场运行，例如借助磁线性驱动器。活塞58限制了肺模拟装置3的工作体积或空腔60，气管模拟结构4通入空腔中，呼吸设备（未示出）的管子67可以导入气管模拟结构中。在从气管模拟结构4到空腔60中的过渡部上设置了收缩部位61，通过收缩部位，空气在气管模拟结构4中的流动横截面得到收缩。进一步设置了压力传感器62和63和用于限制最大允许的压力的过压阀（未示出），压力传感器为了测量压力布置在空腔60中和气管模拟结构4中。

为了模拟各个肺功能设置了电脑支持的控制装置64、尤其是计算装置，其与生理计算模型65共同作用，肺模拟装置的模拟的参数的生理关系可以利用生理计算模型来模拟。给控制设备64输送压力传感器62和63的信号以及用于检测活塞58的当前位置的传感器66的信号。控制设备64产生用于经调节地操控和运动活塞58的活塞驱动器59的控制指令，其中通过使用快速的调节系统并且基于限制空腔的壁的刚性的实施方案，可以再调节在常规的肺模拟装置中设置的柔软的薄膜的特性。

为了用连接的呼吸机来假装患者而足够的是，模拟呼吸的患者的潮气量，其仅是肺的整个容积的很小一部分。肺模拟装置的空腔60因此以如下方式测量，空腔在最大的活塞位置中相应于病人，尤其是早产儿、新生儿或小孩的潮气量加上用于调节的体积储备。

为了用呼吸设备模拟肺，关于时间的体积和压力曲线必须在生理或病理参数的范围内运动。因此确保的是，呼吸设备（机器和手动地）与集成的肺模拟结构相结合的使用导致示出实际的呼吸参数，并且允许调节实际的呼吸压力和呼吸设备的体积。这因此同样导致呼吸设备上的压力和体积警告的实际的触发。

为了模拟患者模拟装置的一口气量，空腔60的体积在吸气模拟时通过活塞58的相应的运动增大，并且在呼气模拟时减小。

为了模拟顺应性获知空腔60中的当前的压力和空腔60的当前的体积。顺应性在此限定为每单位运用的气体压力δp的提高对应的体积提高δv，其中体积提高δv与压力提高δp的关联性是非线性的，即比例δv/δp邻近吸气结束时变小（很小的体积增加甚至产生很大的压力升高）。压力p借助压力传感器62测量。体积v由缸57的已知的横截面和利用传感器66测量的活塞位置得到。如果压力与活塞位置（直接与体积成比例）预设的体积不同地改变，那么可以借助机电驱动器59跟踪活塞位置。为了不能够识别量化阶段，调节的时间分辨率为此必须尽可能高地选择。在选择的结构中，附加地可以通过与活塞出口处的收缩部位连接的工作体积中的第二压力传感器实现体积流量传感器，其可以用于改良呈现。

从呼吸设备来看，仅管子的端部上的压力是重要的。该情况可以用于通过调节电路的动态部件模拟阻力。动态部件附加地使时间分量嵌入系统中。在呼吸道中的流动阻力提高时，对肺的填充延迟或者变困难，从而在设置的时间内的气体交换是不可能的。

在阻力提高时导致管子中的呼吸气体的回流，压力升高，体积流量下降。肺中的低的阻力r产生管子中的很小的反压力p，体积流量变最大。

为了利用仅一个活塞58模拟该效应而需要的是，空腔60中的压力匹配于管子67中的压力。在低的阻力的情况下，空腔60内的压力变低，或者与管子67中的压力保持相等，以便使气体的流入变得容易。在阻力提高时，在空腔60内产生更高的反压力，其阻止呼吸气体的流入。减小或提高反压力在此通过调节活塞58实现。在操控活塞位置时，因此总体上考虑到两个影响参量。一方面是从顺应性得到的与空腔60内的压力相关的活塞位置，另一方面是反压力的由阻力产生的调节。

通过检测空腔60和管子67内的压力并且借助收缩部位的已知的直径附加地可以推断出当前的体积流量。

可选的作用到活塞上的弹簧75提供所谓的基本顺应性，即弹簧75导致肺模拟装置的空腔60内的压力的被动的保持。

另外的方面是对体积流量的评估，这是因为通过两个压力传感器和收缩部位形成体积流量传感器，其直接测量体积流量。

在控制装置64中，基于压力传感器62和63的测量值以及基于通过传感器66获知的活塞位置存在空腔60的体积、进入或来自空腔60的体积流量和空腔60内的压力。利用生理计算模型65可以从中计算出涉及顺应性和阻力的信息，或者相反地可以从预设的顺应性值和预设的阻力值计算出针对压力、体积流量和体积的相应的值。

生理计算模型构造用于从用于顺应性、阻力和呼吸病理（例如钟摆呼吸）的值限定当前的填充体积，并且进一步单独地生成针对胸腔模拟结构和肚子板的当前位置的位置数据，其被引导至动画控制装置68。在动画控制装置68中，由此生成用于与胸腔模拟结构共同作用的升降机构69和用于与肚子板共同作用的升降机构70的控制信号，从而呼吸运动的模拟与肺模拟装置3的模拟状态同步和相应地实现。

在图15中示出了包括患者模拟装置1和控制和监控部件的模拟系统的总图。患者模拟装置1是对早产儿、新生儿或儿童的整个身体的模拟。系统进一步包括服务器71、图形用户接口72、患者监视器73和模拟计算机74。

模拟计算机74提供患者模拟装置1与图形用户接口72和患者监视器73的通信，并且优选集成到患者模拟装置1中。模拟计算机74在此承担控制指令的密集计算的制备和传感器数据监测。在此，模拟计算机74与在模拟装置1中安装的部件通信，并且收集模拟装置1的各种各样的传感器数据，对其进行处理并且随后生成控制信号，模拟装置1的伺服马达例如利用控制信号来控制。

模拟计算机74相对于肺模拟装置（图14）包括生理计算模型65和动画控制装置68。

通过培训人员控制整个模拟系统经由图形用户接口72实现。用户表面能够使培训人员输入针对培训场景的框架条件。在练习的过程中，在此控制期望的病理改变，并且由练习参与者执行的措施可以通过系统的传感器数据的可视化供培训人员在用户表面上观看。为此，模拟装置1的参数和各个功能，如呼吸和心跳首先传送至模拟计算机74，并且在那里生成针对患者模拟装置1的相应的控制指令。

用户表面优选划分为三个区域：1.）利用针对例如ekg、饱和度监视和外围入口的控制元件示出新生儿或早产儿，2.）用于控制呼吸功能的区域，和3.）用于呈现和控制患者监视器73的区域。在用户表面的中心，肺的3d模型和模拟装置的3d模型分别处于当前的模拟状态下。控制元件能够实现通过模拟计算机74的中间层对模拟系统进行“远程控制”。模拟计算机74连续确定当前的状态，模拟装置1刚好位于在该状态中并且将该状态传递至图形用户接口72，图形用户接口将该状态准确地在表面上再现。这例如能够实现由培训参与者执行的措施、例如心肺复苏的现场显示。

为了显示模拟的患者的模拟的生命值，系统包括患者监视器73。其实时地在图形用户接口72上示出的、可调节的和测量的生命参数从图形用户接口优选无线地例如通过wlan传递至患者监视器73。因此，模拟的患者的生理数据对于培训参与者来说是可见的。值的实际的显示对于决策判定和引入相应的措施来说，对于培训人员来说是非常重要的。为了操作监视器，例如对警告做出反应，监视器具有触摸屏。

可选的服务器71用于管理和交流数据，数据涉及患者监视器73并且没有在模拟装置1的模型中呈现。

图16和图17示出了具有用于模拟呼吸同步的头部运动的器件的模拟装置的侧视图和正视图。图16基本上相应于根据图3的构造，其中附加地设置了两个鲍登牵拉装置76，其在呼吸道模拟结构（气管模拟结构4）的两侧延伸。鲍登牵拉装置76一方面稳定地安置在头颅模拟结构6的两个杆77上，尤其是安置在后腭顶上，并且另一方面分别通过可控制的夹紧机构78与两个肋摇杆79的尾部的端部、胸半体的杆臂连接。当夹紧机构78激活时，建立各自的鲍登牵拉装置76的绳索与肋摇杆79之间的抗拉的连接，从而肋摇杆79的升高导致对绳索的相应的牵拉。夹紧机构78能够实现在最大的呼气（肋摇杆79下降）时固定相应的鲍登牵拉装置76。通过在吸气时肋摇杆79的升高，施加对鲍登牵拉装置的绳索的牵拉，鲍登牵拉装置因此与胸部升高同步地引起头部6的向前的倾斜。反向运动通过模拟装置的被拉紧的硅树脂部件（例如在脖子区域中的硅树脂皮肤和呼吸道的硅树脂部件）的复位力实现。元件如反弹簧那样作用。

基于两个夹紧机构78的分离的操控可能性，在激活两个夹子78时向前弯曲是可能的，并且在激活仅一个夹子78时侧向的弯曲是可能的。

另外的方面是在肋摇杆79升高期间的夹紧的时间点，这是因为因此头部运动的强度可以受到影响。当夹紧机构78没有在最大的呼气的位置中激活，而是只有在肋摇杆79经过第一部分路径之后才激活时，头部倾斜在更小的程度中执行。通过该变化可能性能够实现的是，根据随机原理可变地设计头部运动，从而该运动相应于更自然的运动。