CN102119908A

CN102119908A - 闭环胸外按压系统

Info

Publication number: CN102119908A
Application number: CN 201110068162
Authority: CN
Inventors: 吴太虎; 张广; 郑捷文; 赵鹏; 钱绍文
Original assignee: Institute of Medical Equipment Chinese Academy of Military Medical Sciences
Current assignee: Institute of Medical Equipment Chinese Academy of Military Medical Sciences
Priority date: 2011-03-21
Filing date: 2011-03-21
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2031-03-21
Also published as: CN102119908B

Abstract

本发明公开了一种闭环胸外按压系统，包括反馈生理信号采集模块、后置处理放大模块、智能控制器、控制接口、电动胸外按压器和胸厚信号采集模块，所述智能控制器，采样来自所述后置处理放大模块的模拟信号和胸厚信号采集模块采样得到的患者胸厚信号，并将反应实际反馈生理信息的所述模拟信号与目标生理信号进行比较，并结合模糊控制算法或模糊PID控制算法产生能够达到目标生理信号的拟实施胸外按压的深度和频率控制信号。本发明通过连续实时监测PETCO₂和MARP，利用该反馈生理信号，基于模糊控制算法或模糊PID控制算法，进行胸外按压深度和频率的闭环控制。本发明适用于对心脏骤停患者的院前急救和连续救治。

Description

闭环胸外按压系统

技术领域

本发明涉及胸外按压系统，尤其涉及一种闭环胸外按压系统。

背景技术

自从1960年，Kouwenhoven，Jude，和Knickerbocker揭示了胸外按压能够在心室纤颤期间维持患者血液循环的重要作用以来，胸外按压技术就一直被作为抢救心脏骤停患者的核心急救措施和心肺复苏技术中的关键一环。胸外按压的主要目的是为大脑和心脏等人体重要器官及时提供血液供给，促使人体血液自主循环的重新建立。因此，急救过程中，人体血液循环的血流量是评价胸外按压质量的核心指标。但是，在实际中，几乎所有胸外按压操作都仅将按压深度和频率的统一化标准作为评价指标，并没有将血流量等相关生理参数作为评价指标。对不同患者施救过程中的胸外按压深度和频率统一化，虽然有利于急救人员对胸外按压的掌握，方便其操作，但是却忽视了患者的个体差异。由于患者体型、胸部厚度、按压位置以及健康状况的不同，同一标准深度和频率的胸外按压将对不同的患者产生不同的人体血液循环血流量。如果仅将按压深度和频率作为胸外按压质量的评价指标，将无法准确客观地反映患者生理状态和实际血流量的大小，从而导致胸外按压低效甚至无效。

为了在胸外按压操作中针对患者的不同情况而采用个性化急救方案，以提高胸外按压效率，就必须对与血流量相关的生理参数进行实时监测，根据监测情况自动控制胸外按压操作，由此形成一个闭环胸外按压控制系统。闭环胸外按压控制概念正是基于这种考虑而提出来的。

大量研究表明，呼吸末二氧化碳分压(PETCO2)和平均动脉舒张压(MARP)与患者自主循环重建效果有着密切联系。2010年美国心脏协会心肺复苏与心血管急救指南提出了将PETCO2和MARP作为评价胸外按压质量的无创和有创标准，明确了在PETCO2小于10mmHg或者在MARP小于20mmHg的情况下尝试提高胸外按压质量的要求。根据此要求，只要将PETCO2和MARP引入闭环胸外按压控制系统中，并采用有效的胸外按压调节控制手段调控该生理参数，就可突破目前普遍采用的以统一胸外按压深度和频率为标准评价胸外按压质量的局限性，达到用个性化急救方案提高胸外按压效率的本质目的。

目前，还未发现能够以患者PETCO2和MARP作为反馈生理信号，实时有效调节胸外按压操作的闭环自控胸外按压系统。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种闭环胸外按压系统，从而实现以患者的PETCO2和MARP作为反馈生理信号，实时有效地调节胸外按压操作。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种闭环胸外按压系统，包括反馈生理信号采集模块、后置处理放大模块、智能控制器、控制接口、电动胸外按压器和胸厚信号采集模块，其中：

所述生理信号采集模块，采集呼吸末二氧化碳分压(PETCO2)信号和平均动脉舒张压(MARP)信号；

所述后置处理放大模块，接收所述生理信号采集模块发送的呼吸末二氧化碳分压(PETCO2)信号和平均动脉舒张压(MARP)信号，并进行放大滤波处理，使之适配于智能控制器的采样处理；

所述胸厚信号采集模块采集患者的胸厚信号；

所述智能控制器，采样来自所述后置处理放大模块的模拟信号和胸厚信号采集模块采样得到的患者胸厚信号，并将反应实际反馈生理信息的所述模拟信号与目标生理信号进行比较，并结合模糊控制算法或模糊PID控制算法产生能够达到目标生理信号的拟实施胸外按压的深度和频率控制信号；同时，所述智能控制器利用患者胸厚信号产生基于患者体型的胸外按压深度上限数据，在拟实施胸外按压深度大于胸外按压上限时，将拟实施胸外按压深度数据统一设置为胸外按压上限数据，使实际胸外按压深度不超过胸外按压深度上限；

所述控制接口连接所述智能控制器和所述电动胸外按压器，传输所述胸外按压深度和频率控制信号；

所述电动胸外按压器，接收经由所述控制接口传输的来自所述智能控制器的胸外按压深度和频率控制信号，实施胸外按压操作。

所述智能控制器包括微处理器，A/D转换器、D/A转换器、键盘、显示器和扬声器，其中：

所述A/D转换器将来自所述后置处理放大模块和来自所述胸厚采集模块的模拟信号转换成可以进行运算处理的数字信号；

所述微处理器，接收来自所述A/D转换器的数字信号，经过所述模糊控制算法或模糊PID控制算法处理，产生数字控制信号；所述D/A转换器接收来自所述微处理器的数字控制信号，转换成模拟控制信号发送到所述控制接口；

所述键盘用于设置目标呼吸末二氧化碳(PETCO2)和目标平均动脉舒张压(MARP)数据，发送给所述微处理器；

所述显示器实时显示来自所述微处理器的如下数据：患者的呼吸末二氧化碳(PETCO2)和平均动脉舒张压(MARP)；

所述扬声器受所述处理器驱动，在患者PETCO2和MARP未达到预设目标时驱动产生报警信号。

所述胸厚信号采集模块为位移传感器，所述位移传感器设置在所述电动胸外按压器内，并将胸厚信号经由所述控制接口传输给所述智能控制器。

所述反馈生理信号采集模块包括呼吸末二氧化碳分压(PETCO2)传感器和平均动脉舒张压(MARP)传感器。

所述后置处理放大模块包括呼吸末二氧化碳分压(PETCO2)采样放大器和平均动脉舒张压(MARP)采样放大器，分别将所述呼吸末二氧化碳分压(PETCO2)信号和平均动脉舒张压(MARP)信号经过放大滤波处理，转换成所述智能控制器可采样识别的模拟信号。

所述电动胸外按压器包括驱动电机和与其连接的按压杆。

本发明具有的优点和积极效果是：通过连续实时监测反映胸外按压质量的无创和有创反馈生理信号PETCO2和MARP，智能控制器利用该反馈生理信号，基于模糊控制算法或模糊PID控制算法，进行胸外按压深度和频率的闭环控制，对心脏骤停患者实施个性化的胸外按压急救操作，突破目前普遍采用的以统一胸外按压深度和频率为标准评价胸外按压质量的局限性，有效提高了胸外按压质量。本发明适用于对心脏骤停患者的院前急救和连续救治。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明智能控制器结构框图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1，一种闭环胸外按压系统，包括反馈生理信号采集模块、后置处理放大模块、智能控制器、控制接口、电动胸外按压器和胸厚信号采集模块。

上述胸厚信号采集模块用于采集患者的胸部厚度信号。在本实施例中胸厚信号采集模块为位移传感器，并设置在电动胸外按压器内，并将胸厚信号经由控制接口传输给智能控制器。

上述反馈生理信号采集模块包括呼吸末二氧化碳分压(PETCO2)传感器和平均动脉舒张压(MARP)传感器，分别用来检测PETCO2和MARP。其中PETCO2是临床常用的监测指标，通常采用PETCO2传感器测量。PETCO2传感器采用红外线吸收光谱技术，将二氧化碳分压信号转换为电信号，供后端控制器采集处理使用。使用时，将PETCO2传感器置于患者气道内。MARP传感器是微型压力传感器，需要放置在导管的端部，通过颈动脉或股动脉插入主动脉或右心房，实时精确地测量血压值。本实例中采用的MARP传感器是由Scisense公司生产的。

上述后置处理放大模块包括PETCO2采集放大器和MARP采集放大器，分别将PETCO2和MARP信号经过放大滤波处理，转换成智能控制器可采集识别的模拟信号。

请参见图2，上述智能控制器包括微处理器、A/D转换器、D/A转换器、键盘、显示器和扬声器。微处理器为智能控制器的核心；A/D转换器将反馈生理信号采集模块采集得到的模拟反馈生理信号和胸厚信号采集模块采样得到的模拟胸厚信号转换成可以进行运算处理的数字信号输送给微处理器；微处理器将实际反馈生理信号与目标生理信号进行比较，并结合模糊控制算法或模糊PID控制算法产生能够达到目标生理信号的拟实施胸外按压的深度和频率控制信号。同时，微处理器利用患者胸厚信号产生基于患者体型的胸外按压深度上限数据，在拟实施胸外按压深度大于胸外按压上限时，将拟实施胸外按压深度数据统一设置为胸外按压上限数据，使实际胸外按压深度不超过胸外按压深度上限，从而避免过深的胸外按压对患者胸部产生损伤；微处理器将最终得到的数字控制信号传送到D/A转换器，转换成模拟信号控制电动胸外按压器进行胸外按压操作。智能控制器利用键盘设置目标呼吸末二氧化碳分压(PETCO2)和目标平均动脉舒张压(MARP)，通过显示器显示患者实时的PETCO2、MARP、当前胸外按压深度和频率。在患者的PETCO2和MARP未达到预设目标时驱动扬声器产生报警信号。

智能控制器结合采集得到的反馈生理信号和患者的胸厚信号，通过模糊控制算法，计算出合理的胸外按压深度和频率，通过连接胸外按压器的控制接口，驱动胸外按压器按照该按压深度和频率进行胸外按压操作，为患者提供个性化的胸外按压急救方案。

上述电动胸外按压器包括驱动电机和与其连接的按压杆。

上述智能控制器的控制算法并不限于模糊控制算法，还可以采用模糊PID控制算法。

本发明具有如下优点：

1)本发明创造性地在胸外按压操作中引入闭环控制方法，通过连续实时监测反映胸外按压质量的关键生理参数，并采用有效的胸外按压调节控制手段调控该生理参数，突破了目前普遍采用的以统一胸外按压深度和频率为标准评价胸外按压质量的局限性，达到用个性化急救方案提高胸外按压效率的本质目的。

2)具有目标生理指标设置功能，可根据当前患者生理状态并结合心肺复苏指南要求，自动或人工设置目标呼吸末二氧化碳值和目标平均动脉舒张压值；

3)具有智能控制功能，能够在无专业医务人员监护的情况下，自动、智能、可靠、安全地进行高质量的胸外按压操作；

4)具有按压深度上限设置功能，可根据患者体型和生理状态自动或人工设置胸外按压深度的最大值，保证胸外按压在安全范围内进行，避免由于过度按压导致的胸骨骨折、胸部组织损伤等并发症的发生。

本发明通过实时监测患者的PETCO2和MARP，反馈患者当前关键生命体征，根据目标要求不断调节胸外按压深度和频率，形成一个闭环胸外按压自控系统，将患者PETCO2和MARP控制在合理范围，从而增加胸外按压成功率和患者存活率。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种闭环胸外按压系统，其特征是，包括反馈生理信号采集模块、后置处理放大模块、智能控制器、控制接口、电动胸外按压器和胸厚信号采集模块，其中：

所述胸厚信号采集模块采集患者的胸厚信号；

2.根据权利要求1所述的闭环胸外按压系统，其特征是，所述智能控制器包括微处理器，A/D转换器、D/A转换器、键盘、显示器和扬声器，其中：

3.根据权利要求1或2所述的闭环胸外按压系统，其特征是，所述胸厚信号采集模块为位移传感器，所述位移传感器设置在所述电动胸外按压器内，并将胸厚信号经由所述控制接口传输给所述智能控制器。

4.根据权利要求1所述的闭环胸外按压系统，其特征是，所述反馈生理信号采集模块包括呼吸末二氧化碳分压(PETCO2)传感器和平均动脉舒张压(MARP)传感器。

5.根据权利要求1所述的闭环胸外按压系统，其特征是，所述后置处理放大模块包括呼吸末二氧化碳分压(PETCO2)采样放大器和平均动脉舒张压(MARP)采样放大器，分别将所述呼吸末二氧化碳分压(PETCO2)信号和平均动脉舒张压(MARP)信号经过放大滤波处理，转换成所述智能控制器可采样识别的模拟信号。

6.根据权利要求1所述的闭环胸外按压系统，其特征是，所述电动胸外按压器包括驱动电机和与其连接的按压杆。