心肺复苏模拟人结构设计与研究

摘要

近年来，人们常常遇到各种突发状况致使心脏骤停（cardiac arrest CA）而猝死。据不完全统计全球每年约有600万人因心脏骤停而猝死，而我国猝死人数有将近60万，其中近八成由心脏骤停所致。及时有效地实施心肺复苏（cardiopulmonary resuscitation，CPR）是恢复心跳的主要急救手段。将真实患者作为训练对象，病人和家属多难以接受，易造成医学纠纷，学生数量与典型病例需求矛盾日益突显。因此，研发设计一套心肺复苏模拟人系统来进行仿真模拟训练有着巨大的现实意义和实用价值。 本文依据心肺复苏指南最新标准，基于仿生设计方法，研究设计了一套心肺复苏模拟人结构，针对标准中所提及的心肺复苏各关键因素，相应地设计了各功能结构，并对部分结构进行了优化改进。首先，对心肺复苏的概念、心肺复苏及模拟人的发展现状进行了概述，探讨了心肺复苏模拟人研究的实际意义。然后，根据结构设计要求，提出了各结构的设计方案。继而对各功能结构进行详细阐述，主要包含了身体和头部曲面结构、胸廓结构、嘴部呼吸结构、脖子皮肤固定及旋转结构、颈部连接旋转结构、体内气囊、腹部气囊及其挡板结构等，其中着重探讨了人体外观设计和胸廓结构设计。对于人体外观设计方面，采用了逆向工程方法，通过对现有模拟人进行数据采集、封装、降噪及曲面拟合，多方案对比分析实现曲面加厚，并完成各曲面实体造型与衍生设计。对于胸廓结构设计方面，创新性地以人体胸廓解剖结构为基础，对胸廓结构进行了仿生设计，研究分析医学领域按压深度与力度关系并确立约束条件，借助 ANSYS Workbench有限元分析软件平台对结构进行仿真分析和优化。最后，将所有结构进行组装，在功能结构的基础上对各控制元件进行了设计选型，完成了整个心肺复苏模拟人训练系统的设计。 本文设计的心肺复苏模拟人可更真实地对心肺复苏操作进行模拟训练，引导和规范施救者高质高效地实施复苏操作，对提高人们急救水平的具有重要意义，有很好的推广价值。

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