人体胸廓在心肺复苏胸外心脏按压下力学特性的建模及实物模拟研究

本文针对心肺复苏(Cardiopulmonary Resuscitation,CPR)模拟人的关键技术--胸廓力学特性的模拟--进行了探讨,从人体胸廓力学特性模型研究出发,通过简化现有模型,得到力-胸骨位移Gruben简化模型表达式,据此采用变刚度弹簧(组)-阻尼器进行模拟,通过设计一套 CPR 力学实验系统,对模拟方法进行实验验证,并指导改进弹簧和阻尼器的参数设计,最终得到 CPR 模拟人样机,实现了对人体胸廓在CPR按压下的按压力-胸骨位移关系的精确模拟。 通过建模、仿真、实现、实验的过程,加深了对人体胸廓在 CPR 按压下的力学特性的认识,并进一步实现了 CPR 模拟人样机,其力学性能在现有模拟人基础上有了明显的提高。建模思想指导了非线性弹簧(组)的实现方案,而实物模型的最终实现,则反过来验证了 Gruben 简化模型的正确性。建模与仿真过程 运用了Lemke优化算法,并研究出一种基于灰度值的图像提取算法,具有一定的实用价值。对模型的实现借助于对弹簧-阻尼器设计的深入研究,并在该过程中总结出基于高度补偿的不等变形组合压缩弹簧设计方法"充分运用虚拟仪器技术搭建的 CPR 力学实验系统,能够应用于类似的实验场合"实验的进行保证了模型实现的精度,验证了可行性,并通过与同类产品的比较确立了模型与实现方法的价值。将本文的成果应用于CPR模拟人,有利于提高CPR按压训练的效果。