用于感染播散研究的咳嗽和呕吐模拟装置

本发明涉及医疗装置技术领域，具体涉及一种用于感染播散研究的咳嗽和呕吐模拟装置。

背景技术：

目前医务人员在诊疗传染病（比如新冠病毒疾病）患者的过程中，由于医务人员与患者经常接触，患者咳嗽和呕吐等状况会导致医务人员的大范围暴露，从而使防护用品发生污染。目前缺少对于这种大范围暴露的研究，从而不利于后续个人防护用品的样式设计和脱卸方法的研究。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于感染播散研究的咳嗽和呕吐模拟装置，以便对个人防护用品的样式设计和脱卸方法的研究提供帮助。

为实现上述目的，本发明提供一种用于感染播散研究的咳嗽和呕吐模拟装置，包括底座、设置在所述底座上的咳嗽模拟单元和呕吐模拟单元；

所述咳嗽模拟单元包括：

第一管体，其内设置有第一活塞，其具有气体腔室；

第一驱动装置，其设置在所述第一管体的一端，其用于驱动所述第一活塞在所述第一管体内来回移动；

雾化器，其内盛装有第一溶液，其用于将所述第一溶液雾化，其出气口与所述气体腔室连通，所述第一溶液中加入了第一荧光示踪剂；

排气管，其一端与所述气体腔室连通；以及

第一电磁阀，其设置在所述排气管上；

所述呕吐模拟单元包括：

第二管体，其内设置有第二活塞，其具有液体腔室，所述液体腔室内盛装有第二溶液，所述第二溶液中加入了第二荧光示踪剂；

第二驱动装置，其设置在所述第二管体的一端，其用于驱动所述第二活塞在所述第二管体内来回移动；

排液管，其一端与所述液体腔室连通；以及

第二电磁阀，其设置在所述排液管上。

进一步地，所述雾化器通过进气管与所述气体腔室连通，所述进气管上设置有第三电磁阀。

进一步地，所述第一驱动装置包括：

第一端盖，其可拆卸地设置在所述第一管体的所述一端，其上开有中心孔；

导向轮，其设置在所述第一端盖上，其位于所述第一管体外；

牵拉绳，其一端与所述第一活塞连接，其另一端穿过所述中心孔、并且绕过所述导向轮；

卷筒，其与所述牵拉绳的所述另一端连接，其用于收卷或释放所述牵拉绳；

压簧，其设置在所述第一管体内，其两端分别与所述第一活塞和所述第一端盖抵接；以及

第一电机，其用于驱动所述卷筒转动。

进一步地，所述第二驱动装置包括：

第二端盖，其可拆卸地设置在所述第二管体的一端；

剪叉机构，其将所述第二活塞和所述第二端盖连接，以使所述第二活塞相对所述第二端盖做往复运动；以及

驱动单元，其设置在所述第二端盖上，其用于驱动所述剪叉机构。

进一步地，还包括可拆卸地设置在所述第一管体的另一端、并且位于所述气体腔室内的加速装置，所述加速装置与所述第一管体的所述另一端保持密封，所述加速装置的进气端与所述气体腔室连通，所述加速装置的出气端与所述排气管连通。

进一步地，所述加速装置包括：

塞体，其内部具有气体流道；以及

阀芯，其设置在所述气体流道内，其外壁上至少设置有一条螺旋导槽，所述螺旋导槽与所述气体流道的内壁之间形成旋流加速通道。

进一步地，所述塞体的一端通过螺纹连接的方式与所述第一管体可拆卸连接。

进一步地，还包括一固定套，所述排气管的另一端和所述排液管的另一端都套设在所述固定套内。

本发明的有益效果：本发明提供的一种用于感染播散研究的咳嗽和呕吐模拟装置，通过咳嗽模拟单元来模拟咳嗽，通过呕吐模拟单元来模拟呕吐，实现了大范围暴露的研究，便于后续个人防护用品的样式设计和脱卸方法的研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明一实施例提供的用于感染播散研究的咳嗽和呕吐模拟装置的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图2中的a-a面剖视图；

图4为图2中的b-b面剖视图；

图5为加速装置的结构示意图；

图6为阀芯的立体图；

图7为第二驱动的部分立体图；

附图标记：

10、底座；11、盖板；21、第一管体；211、第一活塞；212、气体腔室；213、缓冲垫；22、第一驱动装置；221、第一端盖；222、导向轮；2221、挡块；223、牵拉绳；224、卷筒；225、压簧；226、第一电机；23、雾化器；24、排气管；25、第一电磁阀；26、进气管；27、第三电磁阀；28、加速装置；281、塞体；282、阀芯；2811、气体流道；2821、螺旋导槽；31、第二管体；311、第二活塞；312、液体腔室；32、第二驱动装置；3212、第二端盖；322、剪叉机构；323、驱动单元；3231、第二电机；3232、螺杆；33、排液管；34、第二电磁阀；40、固定套。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-7所示，本实施例提供一种用于感染播散研究的咳嗽和呕吐模拟装置，包括底座10、设置在底座10上的咳嗽模拟单元、呕吐模拟单元和控制器（附图未示出）。

咳嗽模拟单元包括第一管体21、第一驱动装置22、雾化器23、排气管24和第一电磁阀25。第一管体21固定在底座10上，第一管体21内设置有第一活塞211，第一活塞211可以在第一管体21内来回移动，第一活塞211与第一管体21之间保持密封，第一管体21具有气体腔室212，气体腔室212位于第一活塞211的一端。第一驱动装置22设置在第一管体21的一端，第一驱动装置22用于驱动第一活塞211在第一管体21内来回移动。

雾化器23安装在底座10上，其具有添加口，通过添加口可以向雾化器23内补充液体，雾化器23内部盛装有第一溶液，雾化器23用于将第一溶液雾化，雾化器23的出气口与气体腔室212连通，第一溶液中加入了第一荧光示踪剂。雾化器23优选为压电陶瓷雾化器23。

排气管24的一端与气体腔室212连通，排气管24的另一端则为气体出口。第一电磁阀25安装在排气管24上，用于控制排气管24上气体流通通道的通断。

呕吐模拟单元包括第二管体31、第二驱动装置32、排液管33和第二电磁阀34。

第二管体31固定在底座10上，优选第二管体31与第一管体21平行设置，第二管体31内设置有第二活塞311，第二活塞311在第二管体31内来回移动，第二活塞311与第二管体31之间保持密封，第二管体31具有液体腔室312，液体腔室312内盛装有第二溶液，第二溶液中加入了第二荧光示踪剂。第二驱动装置32设置在第二管体31的一端，第二驱动装置32用于驱动第二活塞311在第二管体31内来回移动。

排液管33的一端与液体腔室312连通，排液管33的另一端则为液体出口。第二电磁阀34安装在排液管33上，用于控制排液管33上液体流通通道的通断。

控制器用来控制咳嗽单元和呕吐单元工作，具体地说是控制咳嗽单元中的雾化器23、第一驱动装置22和第一电磁阀25、以及控制呕吐单元中的第二驱动装置32和第二电磁阀34的工作。

优选在底座10上设置有一个盖板11，盖板11和底座10都具有两个分别与第一管体21和第二管体31相适应的半圆形的槽，盖板11与底座10之间通过螺纹进行可拆卸连接，这样方便第一管体21和第二管体31的拆装、清洗和固定。

在进行咳嗽和呕吐模拟时，将安装在底座10上的第一管体21、第二管体31和雾化器23整体放置于人体模型的腹腔内部，将排气管24和排液管33的出口固定于人体模型的口腔内。医务人员穿戴好个人防护用品（包括n95口罩、护目镜、隔离服和手套等）后，然后为模型患者提供标准的插管、通气支持等流程。在医务人员进行操作的过程中，另外的实验人员通过控制器分别控制咳嗽单元和呕吐单元工作。

进行咳嗽模拟实验时，控制器先使雾化器23工作，雾化器23将第一溶液雾化，第一溶液中的第一荧光示踪剂随第一溶液一起被雾化，雾化后的气体进入到第一管体21的气体腔室212中，当雾化器23工作一段时间后，控制第一驱动装置22工作，由第一驱动装置22推动第一活塞211，将气体腔室212内的雾化气体排出，雾化气体从排气管24中喷出，从而实现咳嗽的模拟。

进行呕吐模拟实验时，控制器直接控制第二驱动装置32工作，第二驱动装置32推动第二活塞311，第二活塞311将液体腔室312内模拟呕吐物的混悬液排出，排出的液体从排液管33中喷出，从而实现呕吐的模拟。

模拟操作完成后，医护人员脱下个人防护用品前，在紫外线下检测模拟病毒污染的第一荧光示踪剂和第二荧光示踪剂。通过对检测结果进行分析，确定容易暴露的部位和污染病毒的分布，从而为个人防护用品的样式设计和脱卸方法的研究提供帮助。

在一个实施例中，雾化器23通过进气管26与气体腔室212连通，进气管26上设置有第三电磁阀27，第三电磁阀27与控制器电连接。第一驱动装置22推动第一活塞211以将气体腔室212内的雾化气体排出时，第三电磁阀27关闭，避免了部分雾化气体被挤压回雾化器23内，从而影响模拟实验效果。

在一个实施例中，第一驱动装置22包括第一端盖221、导向轮222、牵拉绳223、卷筒224、压簧225和第一电机226。第一端盖221可拆卸地设置在第一管体21的一端，第一端盖221上开有中心孔，优选第一端盖221通过螺纹连接的方式套设在第一管体21上。导向轮222设置在第一端盖221上，并且位于第一管体21外。牵拉绳223地一端与第一活塞211连接，另一端穿过中心孔、并且绕过导向轮222后与卷筒224连接，由卷筒224来对牵拉绳223进行收卷或释放。压簧225安装在第一管体21内，压簧225的两端分别与第一活塞211和第一端盖221抵接。第一电机226固定在底座10上，第一电机226用于驱动卷筒224转动。

牵拉绳223在第一管体21内被张紧后，牵拉绳223上未被导向轮222改变方向的一段与第一管体21的轴线平行，并且该段牵拉绳223穿过中心通孔，具体是通过使导向轮222被安装在一定的区域内，在该区域内该段牵拉绳223穿过中心通孔后刚好与导向轮222相切。优选在导向轮222上安装有用于放置牵拉绳223从导向轮222的轮槽中脱离的挡块2221。优选第一活塞211的位于气体腔室212的一端设置有缓冲垫213，缓冲垫213可以是硅胶垫，这样设置可以避免第一活塞211直接快速撞击到第一管体21的上述另一端，从而造成第一管体21的损坏。

在本实施例中，在雾化器23产生雾化气体的过程中，第一电机226可以慢慢将牵拉绳223卷起，从而牵拉绳223带动第一活塞211慢慢移动，气体腔室212的体积逐渐增大，以适应不断增多的雾化气体。当然也可以直接将第一活塞211牵拉至使得气体腔室212体积最大的位置，然后再启动雾化器23使其工作。将雾化气体排出气体腔室212时，第一电机226反向转动，使得卷筒224快速释放牵拉绳223，压簧225的弹性势能转变为第一活塞211的动能，卷筒224释放牵拉绳223的速度要比第一活塞211的移动速度快。上述结构的第一驱动装置22，结构简单，体积小巧，成本较低。如果采用丝杠螺母的结构，一方面成本会增加，另一方面，雾化气体容易从丝杠和螺母之间的间隙处流向第一活塞211的另一端所在的腔室，从而影响到雾化气体最终从排气管24中喷出的速度。如果采用气缸、油缸、电动推杆等结构，存在成本高、占用体积大的缺点。

在一个实施例中，第二驱动装置32包括第二端盖3212、剪叉机构322和驱动单元323。第二端盖3212可拆卸地设置在第二管体31的一端，优选第二端盖3212通过螺纹连接的方式固定在第二管体31的上述一端。剪叉机构322将第二活塞311和第二端盖3212连接，以使第二活塞311相对第二端盖3212做往复运动。剪叉机构322有两个，两个剪叉机构322相互平行，每个剪叉机构322由多个剪叉单元组成，每个剪叉单元包括两根中部铰接在一起的剪叉杆，两个剪叉机构322之间通过连杆连接在一起。驱动单元323安装在第二端盖3212上，用于驱动剪叉机构322。驱动单元323包括第二电机3231和转动设置在第二端盖3212上的螺杆3232，螺杆3232由第二电机3231驱动，螺杆3232穿过一根活动的将两个剪叉机构322的活动端连接在一起的一根连杆、并且与该根连杆螺纹连接。

由于第二驱动装置32最终是用来将液体推出液体腔室312，其需要较大的推力，因此不宜采用第一驱动装置22的结构。同时为了与第一驱动装置22保持一致，即都具有体积小巧的优点，最终采用了上述结构。

在一个实施例中，还包括可拆卸地设置在第一管体21的另一端、并且位于气体腔室212内的加速装置28，加速装置28与第一管体21的另一端保持密封，加速装置28的进气端与气体腔室212连通，加速装置28的出气端与排气管24连通。加速装置28能够提高雾化气体最终从排气管24排出的速度，从而更加接近真实咳嗽时的气体流速。

在一个实施例中，加速装置28包括塞体281和阀芯282。塞体281整体为圆柱形结构，优选塞体281的一端通过螺纹连接的方式与第二管体31连接。塞体281内部具有气体流道2811，阀芯282设置在气体流道2811内，阀芯282外壁上至少设置有一条螺旋导槽2821，优选螺旋导槽2821的数量为2～4条，螺旋导槽2821与气体流道2811的内壁之间形成旋流加速通道。优选塞体281整体呈圆锥台形，上述气体流道2811的用于容纳塞体281的部分与塞体281相适应，这样能进一步提高气体流速。

在一个实施例中，还包括一固定套40，固定套40优选为柔性的硅胶套，所述排气管24的另一端和所述排液管33的另一端都套设在所述固定套40内。通过硅胶套可以避免排气管24和排液管33在工作时在人体模型的口腔中轻易地移动位置，从而给实验结果产生不利影响。

在一个实施例中，优选排液管33的出液口的内径大于排气管24的出气口的内径，这样相对而言，有利于悬浊状态的液体的排出和提高雾化气体的排出速度，也更加真实的还原咳嗽和呕吐的过程。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。