CN102164573A - 用于在心肺复苏期间测量按压参数的cpr辅助装置 - Google Patents

Abstract

一种用于在对病人实施心肺复苏(CPR)期间确定至少一个按压参数的装置，包括：场发生器、场检测器和处理器。从场检测器所检测的场来确定位置信息和按压参数。场发生器和场检测器中的一个是位置传感器而另一个是基准传感器。

Description

用于在心肺复苏期间测量按压参数的CPR辅助装置

相关申请的交叉引用

本公开要求于2008年7月23日提交的美国临时申请第61/082,878号以及于2008年10月6日提交的美国临时申请第61/103,132号的优先权，其公开内容由此通过引用被整体并入。本公开是于2008年8月13日提交的美国专利申请第12/190,881号的部分继续。

技术领域

本公开涉及在心肺复苏(CPR)的实施期间按压参数的测量。特别地，本公开涉及通过使用位置传感器和基准传感器的按压参数的测量。

背景

在加拿大，目前每年有预计40,000心搏骤停的发病率，其大多数发生在医院环境外。目前医院外心搏骤停的可能性达到约5％。在美国，每年有约164,600这样的事例，或每1000人约0.55例。可能期望减少由这些医院外心搏骤停发病率造成的死亡数。某些地方例如运动竞技场，和某些个体例如老年人，有特殊的风险，并且在这些地方和对这些人而言，方便的解决方案可以是生存和死亡之间的差别。

心肺复苏(CPR)是针对医疗专业人员和非医疗专业人员提高对于遭受心力衰竭的病人的生存几率的已被证明有效的技术。在专业医疗救助到达之前CPR迫使血液穿过循环系统，从而维持氧分布遍及病人体内。然而，CPR的质量通常差。正确的CPR技术和治疗方案的保持在大多数个体中可能是不充分的，并且紧急情况的焦虑可能在施行正确的治疗中混乱并阻碍个体。

根据美国医学会的期刊(2005年)，心肺复苏(CPR)常常不协调地和非有效地被执行，导致了可预防的死亡。标准CPR培训和测试完成数月后，个体执行有效胸部按压的能力常常显著退化。这个发现被认为适用于未经培训的执行者以及受过培训的专业人员，例如护理人员、护士以及甚至内科医生。

在2005年，国际急救与复苏联合会描述了实施CPR的有效方法和与有效的技术相关的参数。参数包括胸部按压率和胸部按压深度。胸部按压率被定义为每分钟施行的按压的次数。胸部按压深度被定义为病人的胸骨通过每一次按压被移开多远。有效的按压率可以是在约4cm-5cm的按压深度下每分钟100次胸部按压。根据在挪威的Ulleval University Hospital 2005年实际CPR实施的研究，按压率平均小于每分钟90次按压，并且对于37％的按压，按压深度太浅。

根据相同的研究，CPR在不需要时常常被实施，或在需要时不被实施。研究发现缺少心血管循环的48％时间里，按压未被施行。

其他研究已发现CPR的施行中的类似的不足。在芝加哥大学一份2005年的研究发现，在36.9％的时间里，给予每分钟小于80次的按压，并且21.7％的时间里，给予每分钟小于70次的按压。心搏骤停后，胸部按压率被发现与循环的自主恢复直接相关。

除了太浅的按压，太有力的按压也会是有问题的。与CPR相关的一些伤害以肋骨断裂或软骨分离的形式伤害病人。这样的结果可能是由于过度用力或过度的按压深度。再一次，缺少实践可能是造成这些伤害的原因。

当施行CPR时，手的定位是可考虑的另一个参数。已经发现在按压期间，手的有效的位置在胸骨底部之上约两英寸。依据病人，用于有效CPR的手的定位可以是不同的。例如，对于向婴儿执行CPR，有效的位置可以是在胸骨上使用两个手指。

因此，在紧急情况下有助于正确施行CPR的装置可能是有用的。此外，还能在目标培训和测试个体中使用的装置对CPR培训过程和治疗方案保持可能是有用的。

目前存在可以在医院环境中使用的用于施行CPR的机械系统。胸部按压可以通过包括机械运动(例如，活塞运动或电动机运动)的机构施行。一个这样的装置是Revivant Corp的AutoPulse^TM，其具有连接到宽的胸带的计算机控制的电动机，该电动机按压病人的胸，当心脏已经停止跳动时迫使血液流到大脑。这样的装置运输起来笨重并且沉重，需要时间来建立和激活，并且昂贵。这样的装置在试图确定它们在增加心搏骤停的存活率的有效性的研究中，已经显示非决定性的结果。

美国专利第6,351,671号公开了测量病人的胸部阻抗以及有效胸部按压的力的装置。从这些计算，装置指示使用者何时成功按压已经完成。然而，该技术需要在病人的胸部放置的除颤器垫并且因此激活相对耗时。商业化的可用装置，Phillips Medical的

，必须连接到昂贵的医院级除颤器，这使得它昂贵、笨重并且使外行使用者(lay user)难以接受。此外，该技术严重依赖于从加速计中收集的数据。当前许多技术是基于加速计技术。

在美国专利第7,074,199号中公开了使用加速计技术用于按压深度的确定的另一种装置。来自用于在CPR期间测量胸部按压深度的加速计的任何加速数据易于有累积误差和偏移误差。因此，这些传感器不适用于关于CPR参数的高准确的或详细的数据收集，并且仅能被依赖用于近似的深度值。此外，如果病人或救援者是可动的，那么在无外部参照的CPR监测装置中加速计的使用易于有误差。例如，如果病人在救护车、直升飞机或轮床中正被医疗地运送，加速计不能够在病人的外部运动和胸部的按压之间辨别。在任何类型的非固定的环境中，基于加速计的装置会是不可靠的且不起作用的。为补偿按压装置的角度和倾斜，使用加速计以计算按压深度还依赖于复杂的且易于出错的计算。如果加速计在病人的胸部上不是完全水平并且它的运动不是完全垂直，误差会积累并且必须通过两个水平轴的角度被调整。此外，缺少任何外部参照点使装置难以知道它在任何给定时间的空间中的位置。所有距离的测量是相对的，并且运动起点在测量过程中难以确定和维持。这可引起按压的起始点或开始点随时间偏移，导致深度测量的误差。目前某些商业化产品使用加速计技术，例如来自Zoll Medical的AED

其中加速计被嵌入到除颤器的垫中。由于在它们内的附加的电路和传感器，这些除颤器垫大体上比较昂贵并且每次使用后必须被处理。因此，相对昂贵的传感器由于产品的设计通常必须丢弃。

Kenneth F.Olson等人的美国专利申请公布第2007/0276300号公开了使用超声波传送以计算按压深度的装置。声信号从在病人的胸部上的装置被传送到在另一个地点上的接收器。该装置有几个缺点。第一，为了运行，超声波信号必须具有从传送器到接收器的清晰的视线。阻碍信号的任何干扰、物体、人或甚至救援者的手可以导致信号丢失或信号退化。传送器必须指向接收器并且在传送器和接收器之间的相对定向是至关重要的。第二，超声波相对慢并且超声波信号的行进时间的测量可能遭受显著的滞后和延迟。第三，超声波信号非常依赖于环境条件，例如空气温度。如果空气温度波动，则声速也波动，这会导致不准确。最后，如果胸部按压的平面起初未知，则按压深度的计算会被显著的折衷。行进时间的超声波距离插入不能解析六自由度中接收器的位置，并且如果病人、接收器或传送器不是水平的，那么向下的平移运动的确定可能是困难的。即使采用超声波三角测量，延迟也会是显著的，分辨率可能低，且因此可能需要在不同位置的多个传送器和接收器。

可期望提供容易使用且便宜的装置，以准确地测量诸如按压深度和按压率的相关的CPR参数，而不存在上述技术中的问题。另外，对于装置提供指令以执行CPR程序从而用于培训、测试和/或紧急情况，这会是有用的。

概述

本公开指向用于在CPR的实施期间确定按压参数的方法和装置。所述装置还可以被称为CPR辅助装置。所述装置包括传送器传感器和接收器传感器，其可以分别具体地是场发生器和场检测器。发生器和检测器可以用做基准传感器和位置传感器。基准传感器是相对固定的，而位置传感器根据每次胸部按压而移动。

使用固定的基准传感器和位置传感器会比目前所采用的用于在CPR的实施期间确定胸部按压深度的现有技术有优势。采用加速计确定按压深度的当前方法会具有由信号偏移造成的误差。此外，基于加速计的系统通常对胸部按压以外的运动敏感。加速计使用地面作为它的基准，并且因此，如果病人被运输，例如在轮床上、救护车上或直升机上，这些外部运动会影响或破坏胸部按压深度的测量。此外，加速计通常易受各种噪声源影响，并且为得到来自加速度的移位所使用的二重积分把各种误差引入测量。如在本装置和方法中，基准传感器和位置传感器的使用消除了这些问题。各种技术，例如电磁线圈，使在信号中具有很少偏移或无偏移的显著较高准确度的测量成为可能。

在一些方面，提供了用于在对病人实施心肺复苏(CPR)期间确定至少一个按压参数的装置，所述装置包括：适合于产生场的场发生器；适合于检测由场发生器所产生的场并且产生响应信号的场检测器；以及处理器，其适合于从响应信号确定所检测的场相对于场发生器的位置信息，并适合于使用所确定的场检测器的位置信息确定至少一个按压参数；其中场发生器和场检测器中的一个是适合于根据病人的胸部而移动的位置传感器，而场发生器和场检测器中的另一个是适合于相对于病人固定的基准传感器。

在一些方面，提供了一种用于在CPR的实施期间确定至少一个按压参数的方法，所述方法包括：提供上述的装置；确定位置传感器相对于基准传感器的位置；以及基于所确定的位置传感器的位置确定至少一个按压参数。

附图说明

下面将详细讨论本公开的方面，参考以下附图，其中：

图1是根据本公开的实施方式的CPR辅助装置的图示；

图2是示出了在病人的胸部上的垫内的CPR辅助装置的场检测器的俯视平面图；

图3是根据本公开的实施方式的CPR辅助装置的图示；

图4是适合于CPR辅助装置的实施方式的由场发生器产生并且被场检测器可检测的场的图示；

图5是适合于CPR辅助装置的实施方式的场发生器或场检测器的图示；

图6是适合于CPR辅助装置的实施方式的由在场发生器中的线圈所产生的场的图示；

图7是图示了在CPR辅助装置的实施方式中的场产生和场检测的框图；

图8是图示了在CPR辅助装置的实施方式中的用于调制由场发生器所产生的场的正弦信号以及由场检测器的线圈所检测的正弦信号的图；

图9是图示了在CPR辅助装置的实施方式中的在数字信号处理器内的信号调节过程的框图；

图10是图示了在CPR辅助装置的实施方式中的含有来自所检测的场的信息的矩阵的实施例的图；

图11是适合于CPR辅助装置的实施方式的三轴场发生器和检测器以及相应的电磁矢量的图示；

图12是示出了根据本公开的实施方式的由三个坐标轴所表示的基座组件和位置传感器之间的距离的图；

图13是示出了根据本公开的实施方式的嵌入到除颤器里面的场发生器和嵌入到除颤器垫里面的场检测器的俯视平面图；

图14是示出了待放置到病人的胸部上的CPR辅助装置的实施方式中的邻近场检测器的压力传感器的图示；

图15是示出了CPR辅助装置的实施方式的俯视图，其中场发生器集成到上面的除颤器电极垫的固定部分中并且场检测器嵌入到下面的电极垫中；

图16是示出了根据本公开的实施方式的适合于CPR辅助装置的实施方式的其下具有金属箔的位置传感器的图示；

图17是示出了CPR辅助装置的无线的实施方式的俯视图，其中场发生器未限制到包含场检测器的固定的基准点；

图18是待放置到病人的胸部上的以垫或块形式的CPR辅助装置的实施方式的图示，其中驱动CPR辅助装置的电池或电源被集成到垫或块中；

图19是容易从外部基准点连接和断开的以垫或块形式的CPR辅助装置的一次性使用的实施方式的图示；

图20是医院房间图示，其中用于CPR辅助装置的实施方式的基准点放置在墙上；

图21示出了正用于监控和测量CPR程序中的人工呼吸的有效性的CPR辅助装置的实施方式的图示；

图22示出了正用于测量对婴儿的CPR程序期间的胸部按压参数的CPR辅助装置的实施方式的图示；

图23示出了适合于在CPR培训中使用的基座组件显示器的图示；

图24示出了适合于在自动体外除颤器(AED)培训中使用的基座组件显示器的图示。

详述

本公开指向用于在心肺复苏(CPR)实施期间确定和计算胸部按压参数的方法和装置。所述装置还可以被称为CPR辅助装置。

所述装置包括传送器传感器和接收器传感器，其可以分别更具体地是场发生器和场检测器。不同于普通的传送器传感器和接收器传感器，场发生器和场检测器具体地产生和检测场，例如电磁场，而不是简单地传送和接收简单的指示信号。与简单的信号传送(例如，红外光、超声波)相比，所产生的场占领场发生器周围的球形区域，该场发生器不被区域中的物体阻碍或阻塞。当就传送信号而言时，并非指示的单一光束或路径，场在给定半径内在场发生器周围的所有点处同时存在。某些传送信号在传送器和接收器之间需要直接的直接的视线(即，在传送器和接收器之间必须没有阻碍)，而在此描述的由场发生器所产生的场没有这个限制。此外，使用简单的传送信号时，必须基于诸如信号的行进时间的不可靠数据来计算传送器和传感器之间的距离。例如，超声波行进时间的测量对诸如空气温度的传送介质的性质是敏感的。在此描述的所产生的场中不受到这样的限制。

在一些实施方式中，场检测器是位置传感器而场发生器是基准传感器。位置传感器可以放置在与病人的胸部的运动对应的地点，而基准传感器可以放置在相对固定的地点。诸如电磁场的信号由基准传感器产生并被位置传感器检测。在其他实施方式中，场检测器是基准传感器而场发生器是位置传感器，在这种情况下，可以是场的信号由位置传感器产生并被基准传感器检测。对于技术人员明显的是位置传感器和基准传感器是可交换的。在装置中的处理器基于信号确定位置传感器相对于基准传感器的位置。处理器基于所确定的位置在CPR的实施期间确定胸部按压深度。

现参考图1和图2。在这个实施例中，CPR辅助装置可以包括相对固定的基座组件1和位置传感器2，该基座组件1包含在紧急情况环境中的基准传感器4，该位置传感器2可以根据病人的胸部运动而相对于基准传感器4移动，从而在CPR期间追踪病人3的胸部运动。在这个实施例中，基准传感器4是场发生器而位置传感器2是场检测器。基准传感器4能够产生由位置传感器2检测的信号，例如场5。在这个实施例中，位置传感器2设置在被放置在病人的胸部上的结构体中，例如块、垫6或其他合适的结构体。CPR实施者或救助者9可以通过把他或她的手7放在垫6上直接按压病人的胸部。此处，基座组件1放置在地面10上，其相对于病人是相对固定的。把垫6连接到基座组件1的电缆39把来自基座组件1中的电源的功率提供到位置传感器2。

现参考图3，显示了CPR辅助装置的另一个实施例。在这个实施例中，位置传感器2位于救助者9的手腕8处。例如，位置传感器2可以被设置在被救助者佩戴的手腕带38中。虽然未显示，但位置传感器2可以可选择地位于救助者上的其他位置处，例如救助者的手7或手臂，因为救助者的手、手腕或手臂的运动在胸按压期间通常与病人的胸部的运动相一致。

虽然未显示，但可以使用无基座组件1的基准传感器4。基准传感器4可以放置在病人的躯体的外表上，例如脖子或前额，其是相对固定的。基准传感器4还可以被包含在另一件相对固定的医疗器械内，例如病人体外的医疗监控器或除颤器。

位置传感器可以与靠近胸部按压部位的病人的胸部接触或在救助者的手上，使得位置传感器在按压期间移动了整个胸部的距离。由于位置传感器随着按压移动，它对于基准传感器的相对距离也在改变，这允许诸如按压深度、按压率和按压角度的按压参数被确定。

如图4所示，场检测器(例如，在上面实施例中的位置传感器)配置成感应来自场发生器的(例如，在上面实施例中的基准传感器)所产生的场。场检测器然后可以产生响应信号。处理器基于响应信号确定位置传感器相对于基准传感器的位置，例如它的三维位置坐标。处理器连同基准传感器可以被提供在基座组件中、可以被提供在位置传感器上、或可以是独立的元件。处理器可以通过有线通信或无线通信接收来自位置传感器的信息。通过测量从场发生器所检测的场的强度，可以实现位置传感器的坐标的确定。更一般地，在信号正在基准传感器和位置传感器之间被传送的地方，通过测量响应信号强度或传送信号从传送器传感器到接收器传感器的行进时间，也可以实现位置传感器的坐标的确定。处理器可以执行其他计算，例如，从所确定的位置信息确定按压深度的计算。处理器还可以包含用于存储位置信息的存储器，这对于培训或任务报告目的可以是有用的。

如先前所描述的，位置传感器或基准传感器可以用作场检测器，而这对中的另一个可用作场发生器。可以使用多个基准传感器和/或位置传感器，这可以进一步提高位置和方向信息的准确性。例如，在具有显著噪声源或干扰(例如，在装置使用电磁场作为信号的情况下，其包含显著金属源)的环境中，第二场检测器可以放置在第一场检测器的环境中，其中第一场检测器用作位置传感器而基准传感器是场发生器。此第二场检测器可以固定在适当的位置并用于通过确定环境中的周围干扰来校准装置的测量。在另一个实施例中，第二场检测器可以被放置成邻近第一场检测器，两者都根据病人的胸部而移动，并且来自两个场检测器的原始数据可以相互关联，以得到更准确的位置信息。另外地或可选择地，多个场产生器可被用来通过把它们放置在不同的地点并使由场检测器所感应的信号相互关联，从而提高位置信息的准确性。同样，多个场发生器可以协助消除位置数据中的模糊性。例如，如果使用一个场发生器和一个场检测器，其各自具有用于电磁信号的正交线圈，那么场发生器和场检测器中的每个的线圈可以在它们的轴上对齐。如果对齐，某些电磁矢量将无效并且可得到的有用数据量可能减少。使用相互离轴的两个场发生器可以确保场检测器的线圈从不与至少一个场发生器的线圈对齐。在这种配置中，不管场发生器和场检测器的相对方向，将总有用于确定位置信息的可得到的有用数据。

从传感器所确定的位置和/或方向信息可以用于计算CPR参数，例如按压深度、按压率、或按压角度等等。这样的参数可以确定CPR的有效性。例如，每分钟100次按压的按压率、每次按压4cm-5cm的按压深度、以及在救助者的前臂和病人的胸部之间约90度的按压角度已被发现是有效的。为了提升用于参数的某些范围，可以通过在CPR辅助装置上的反馈元件向救助者提供反馈。例如，可以有在所期望的按压率下发声的听觉提示，如嘟嘟声。基于所计算的CPR参数，还可以向救助者提供反馈。例如，如果按压率低于预设的所期望的率，可以有听觉或视觉提示以使救助者“更快速按压”。类似的听觉和/或视觉提示可以指导救助者维持所期望的按压深度或按压角度等参数。

CPR辅助装置可以包含反馈元件，例如嵌入式LED、显示器和/或扬声器，以提供可听见的和/或视觉提示和/或反馈。提示可以包括诸如“拨打9-1-1”或“更快速按压”或“更使劲按压”或“良好的按压”这样的语句。还可以显示图像以通过正确的技术指导救助者。可以使用LED或其他光源，以调整救助者的速度并提供视觉反馈。节拍器可被用来在听觉上向救助者指示正确的按压率。这样的反馈元件可以被设置在位置传感器或基准传感器上，如果使用基座组件就被设置在基座组件中，或可以被设置在独立的组件中，例如独立的显示器组件。

CPR辅助装置可以由电源提供动力。单个电源可用来给装置的所有元件提供动力，在这种情况下，一个或多个传感器通过导线连接到电源。可选择地，每个传感器可以具有它自己的电源，例如，各自传感器装备有独立的电池。电源可以位于独立的基座组件中，其还可以包含处理器。传感器然后可以通过导线连接到基座组件。

现参考图5，其显示了传感器的实施例。在这个实施例中，传感器是场发生器或场检测器。在这个实施例中场发生器或场检测器是电磁线圈或磁传感器。

依据位置信息中所期望的自由度的数目，传感器可以在单轴上具有单线圈或在多轴上具有多线圈。在此，有绕在实心物14周围的三个相互正交的线圈11、12、13，实心物14由合适的材料组成，例如塑料或诸如铁素体的金属。如果需要较少的自由度信息，可以仅有两个线圈或仅有一个线圈被使用。图6显示了可以由包含在传感器内的一个轴线圈所产生的场。同样，场发生器和/或场检测器可以含有三个以上线圈，并且各自可以含有不同数目的线圈。例如，场发生器可以含有九个线圈而场检测器可以含有一个线圈。通过把更多线圈放置在场发生器中，可需要把较少线圈放置在场检测器中，从而减少场检测器的尺寸、重量和厚度。使用这种方法，放置在病人的胸部上的场检测器可以是非常小且薄的，这可以提高病人的舒适并避免对实施CPR的任何阻抗。

如本领域通常所知的，用于传感器和线圈的其他设计可以是合适的。在实施方式中，传感器各自含有三个相互正交的线圈。信号，例如电磁场，由在场发生器中的三个线圈中的每个所产生，并且由在场检测器中的三个线圈中的每个所检测，生成响应信号。响应信号可以用于在六个自由度中计算位置传感器相对于固定的基准传感器的位置。代表三个平移轴和三个旋转轴的六个矢量可以被确定，允许按压深度和/或按压角度的测量。

通过提供所有六个自由度中的位置和方向信息，传感器可以提供救助者按压形式的全部位置追踪。例如，在位置传感器放置在救助者的手腕上的地方，六自由度信息可以提供手腕的旋转角度，这可用于确定救助者是否正在以有效的或以所期望的角度向病人的胸部实施CPR。利用六个自由度，CPR实施的三维表示随后还可以被重新创造，用于任务报告、培训、分析或其他目的。虽然传感器已经被描述为提供六个自由度的位置和方向信息，但传感器也可以被简化成提供较少信息。例如，对于传感器，提供两个自由度信息或三个自由度信息可以是合适的或足够的，比如在假定按压主要在z-轴(即，上下)方向中的地方。

场发生器产生场，例如电磁能，其中传感器是电磁线圈，所产生的场被场检测器检测或感应。在场检测器中的多轴线圈的每个轴上所检测的电磁信号的强度允许位置和方向信息的确定。所产生的电磁场可以是脉冲DC场或AC正弦场。该所产生的场在场检测器中感应电压和电流响应信号，其表明场发生器中的线圈与场检测器的线圈之间的距离。

线圈可以是小的，以用于在短距离上产生小场，或如果用于产生较大场以在较长距离上操作，则线圈可以是较大的。线圈的设计和线圈参数的确定可以特别地设计成适合CPR辅助装置。每个线圈可以有精确的几何形状，具有相同的感应值同时被设计成尽可能的小。例如，形成场发生器线圈的导线可以是绕芯约150-200图的约24-30AWG铜线。产生场的场发生器的尺寸取决于场的半径的预期尺寸，但一般大于检测场的场检测器的尺寸。场检测器可以被制作成相对小，例如使得它可以适合矮小病人例如婴儿的胸。场检测器可以在尺寸上比场发生器的小很多。与场发生器相比，由于场检测器线圈的较小面积，它们可以含有更多匝的较小规格的导线，例如，37AWG的500-600匝。场检测器可以有选择地包括其他类型的传感器，例如不同的磁传感器比如磁阻传感器、霍尔效应传感器或磁通闸门磁强计。

本领域技术人员将领会，当CPR辅助装置的实施例使用基于线圈的传感器时，这不是本方法和装置的要求。使用基准传感器和位置传感器，其他能够优选地在三维空间中检测物体位置的传感器可以被使用。例如，代替基于线圈的传感器所使用的电磁场，传感器可以使用射频场、声场、光场、超宽带场、或射频识别场等等。所使用的场可以被选择以使在场发生器和场检测器之间的视线不是必需的，使得场通过在两者之间的任何阻碍物可被检测。这可以允许场发生器和场检测器被方便地放置，并且可以使在CPR的实施期间不能够检测场的风险最小化，并且因此使在CPR的实施期间不能够检测CPR反馈信息的风险最小化。

在一些实施方式中，把加速计、倾斜传感器或其他方向传感器添加到基准传感器可能是有用的。这个附加的传感器使基准传感器能够检测它自身方向或它位于什么平面。如果基准传感器放置在倾斜面，这会尤其有用。在传感器被设计成提供少于六自由度的位置信息的地方，知道基准传感器的方向可能是有用的，因为位置传感器的位置和/或方向相对于基准传感器被计算。如果所有六个自由度被感测到，则知道基准传感器的方向可能不那么重要。

基准传感器不需要在病人旁边的地面上的固定点。基准传感器可以位于病人附近的任何相对固定的地点，例如在轮床上、在墙上、在天花板上、在医院房间中的方便的地点、在救护车里面或相对于病人不动或固定的任何其他合适的地点，以便胸部的运动可以是可检测的。特别地，基准传感器不需要是绝对固定的，它可以仅相对于病人是固定的。例如，基准传感器可以在运载病人的移动的救护车中是不动的，由于基准传感器相对于在救护车中的病人将仍然是固定的，所以这是可以接受的。此外，基准传感器可以贴在病人或救助者的躯体的固定部分。例如，基准传感器可以放置在病人的前额或脖子上。在另一个实施例中，基准传感器可以集成到放置在病人的肩膀上的电极垫中，同时位置传感器定位在与病人的胸相符的第二电极垫中。基准传感器可以可选择地被佩戴或放置在救助者上，在相对固定的点，例如救助者的腿、救助者的膝盖下(例如在跪垫中)、救助者的腰部周围、或救助者的任何其他合适的固定的外表部位。

在实施方式中，基准传感器可以并入或连接到相对固定的另一件医疗仪器，例如手动除颤器或自动体外除颤器(AED)。位置传感器可以贴成或放置成与病人的胸部或救助者的手、手腕或手臂相接触。在CPR辅助装置用于除颤器或AED的实施方式中，位置传感器可以放置在一个或两个除颤器电极垫内，垫或多个垫被配置成延伸到胸部按压被执行的胸部区域中。

现参考图7，显示了用于场的产生和所检测的场的处理的实施例电路的框图。在这个实施例中，场产生和所检测的场的处理均通过相同的处理器执行。独立的处理器也可以用于场产生和所检测的场的处理中的每个，在这种情况下用于电路的框图将是独立的，但仍可以含有类似的模块。为了简单，将仅仅描述例如使用了单个处理器的电路，然而技术人员应知道电路可以被修改成使用两个或更多独立的处理器。

所示的电路可以适合于所产生的场是电磁场并且传感器(例如，场发生器和场检测器)含有用于产生并检测场的线圈的情况。在这个实施方式中，场5，例如正弦场，由波形发生器产生，例如数字信号处理器(DSP)15、微控制器或其他合适的波形发生器。就DSP 15来说，使用软件查找表16可以产生正弦基准信号。在特定频率例如12kHz下产生正弦波信号。数字模拟转换器(DAC)17在一定采样率下被触发，以把在软件查找表中的点转换成正弦电压。可选择地，正弦信号可以通过使用来自查找表的点输出已调制的脉冲宽度调制(PWM)波而由DSP15产生。PWM信号然后可以被低通滤波，例如，使用二阶RC滤波器(未显示)。低通滤波器从PWM信号产生正弦波，其然后被馈送到功率放大器18。功率放大器18在正弦信号被传送到用于产生时变场的线圈例如在场发生器中的线圈之前，增加正弦信号的强度。功率放大器18可以是D类、大功率、低噪声音频放大器，或如本领域已知的任何其他合适的放大器。就D类放大器而言，输出是已调制的PWM信号，这意味着正弦波被转换回PWM格式。另一个低通滤波器(未显示)，例如LC无损滤波器，可以用于从D类功率放大器的PWM输出产生正弦波。复用器(未显示)可以用于选择包含在场发生器内的三个线圈中的一个，使得对于三个直角坐标轴中的一个来产生场。然后由场检测器检测放大的场，例如，其中场可以是以电磁能的形式。

图8图示了场5波群如何连续地被传送到在场发生器中的三个线圈中的每个。该图表示了有三个场产生线圈和三个场检测线圈的实施例。三个场产生线圈，例如在基准传感器中的那些，相互正交，场检测线圈也一样。每个场产生线圈产生被场检测线圈在连续的激励阶段中顺序地检测的正弦场。每个激励阶段发生一段持续的时间，在此持续的时间期间，各自的线圈的激励导致由该线圈所产生的场。为了避免过度延迟，每个激励阶段持续的时间可以相对短，这可减少采样率。通过缩短激励时间所减少的延迟可以与通过延长激励时间所减少的误差均衡。每个激励阶段持续的时间可以是可变的，这基于特定实施方式、装置的使用或应用而确定。如所述，持续的时间可以基于所期望的误差和所期望的采样率来均衡。例如，在误差是主要关心的问题(例如，在易于有噪声的环境中)的应用中，激励阶段可以较长。依据场检测线圈相对于各自的场产生线圈的方向和距离，场检测线圈由所产生的场激发，产生响应信号。来自场检测线圈的该响应信号可然后通过模拟数字转换器采样，以确定在每个场检测线圈的场强度。在CPR期间，可以接受相对慢的数据率。例如，如果每秒计算40个位置点，从功率放大器输出正弦波的实际时间将小于总操作时间的1/10。例如，可足以在三个场检测器中的每个上输出九个周期，以确定空间位置。因此，每位置将输出27个总周期。在12kHz，27个周期占2.25ms。在每秒40个位置时，线圈有效时间为0.09s或为总操作时间的9％，从而确保大功率不被系统所吸取。如果每检测器仅使用两个周期，线圈有效的总时间将是0.02秒或总操作时间的2％。

虽然这个实施例涉及通过每个场产生线圈来时间复用所产生的场，但场也可以是频率复用的。如果是频率复用，场不需要顺序地被激励，而是可以在不同频率被激励。场检测器然后可以带通所检测的场中的每个，以确定每个所检测的场源于哪个场产生线圈。

所产生的场导致响应信号，例如，由于在场检测器的线圈中感应的电势。如在本领域中通常所做的，响应信号可以被发送到处理器并通过由处理器放大、滤波和/或调节。可以使用多阶段方法实现来自场检测器的响应信号的放大和滤波，在该方法中，多路仪器放大器19与诸如带通20、低通、差分和抗混叠滤波器21的滤波器级联。例如，低噪声、可调节的增益仪器放大器可被用来接收来自线圈的差分信号。放大的信号可以被带通滤波，以除去特定的正弦调制信号的频率(例如12kHz)外的噪声。第二低噪声可调节的仪器放大器可被用来进一步放大滤过的信号。最后，抗混叠且低通滤波器可被用来除去响应信号中的任何残留噪声。其他滤波器和/或放大器可以是合适的，并可以以不同于此处描述的顺序使用。放大并滤过的信号被发送到在DSP上的模拟数字转换器(ADC)22以用于数字化和进一步处理。可以使用具有快速采样率的高分辨率ADC。数字化信号然后可以被发送以用于信号调节。

处理器可以通过测量初始信号强度确定场发生器和场检测器之间的距离。如果初始信号强度太低，处理器可以改变放大器系统的增益。如果入射信号低于提供充足信息(例如8比特的数据)所需要的，可以提高增益。如果入射信号强度太低，则信噪比可能太高而不能得到所需要的信息。因为信号强度低，故应当提高增益。然而，在一些情况下，由于提高了系统增益，噪声水平也被提高，且在信号和噪声之间的差异可以变得太小而不能测量准确的数据。例如，如果使用高速率、可编程的增益仪器放大器，比如来自Analog Devices的AD8253，增益可以从单位1变化到高达1000的增益因子。仪器放大器上的两个引脚依据它们是高还是低而设置增益。例如，如果两个引脚都是低(即0，0)，则增益是最小值1。如果引脚是(1，1)，增益是最大值1000。其他组合导致增益是10或100。因此，通过在DSP中适当切换在放大器上的增益设定引脚的软件，可以控制增益。增益因子首先可以从单位1提高到10。如果新放大的信号仍然太低，通过改变在放大器上的增益设置引脚的高低状态，增益可再一次被更高地转变到因子100。这个过程可以反复进行，直至信号水平足够或增益因子在它的最高水平为止。此外，装置可能能够检测何时场检测器在给定的操作半径之外。当响应信号低于所期望的数据比特的数量(例如8比特)并且放大器已经在最高增益(例如1000)时，装置可以确定场检测器超出装置的操作范围并且这可以例如通过视觉显示或音频信号提示给使用者。由于(例如通过电力电缆)限定在场发生器的场检测器的操作范围可以由电缆的长度限制，所以对于这样的装置这可能不是特别重要的问题。

通过改变穿过场发生器的线圈的电流还可以实施动态增益。在近范围，穿过场产生线圈的电流可以被减小，代替和/或伴随放大器增益中的降低。调节穿过场产生线圈的电流服务于至少两个目的。第一，与可调节的增益放大器结合，可调节的电流可以提供信号强度的较大的动态范围并且因此可以允许用于装置的较大的操作范围。第二，可调节的电流可以允许装置在近距离节约能量并且当在它的操作范围的外部界限操作时增加能量。这可以帮助节约能量，这在装置用电池电源操作时可以是尤其重要的，例如当装置被设计成便携式时。

数字化后，信号可以经历进一步调节和/或滤波，如图9所示。一旦从ADC22中接收信号，去偏移算法23可以应用于信号。该算法去除可能存在于响应信号上并且可能扰乱解调器的正确操作的任何DC偏移成分。在该算法中，输入信号的运行平均值被维持并从每个输入读数中减去。真实的正弦信号的平均值是零并经过完整的若干周期后，仅DC偏移成分保留。在逐点的基础上，可以从模拟到数字的转换的信号中减去该偏移。

调节的第二阶段可以包括与基准振荡器25同步的解调器24，以确定响应信号的相移并生成适当极性的全波整流正弦波。形成基准振荡器的数字技术的使用可以允许基准信号容易得到，允许使用对相移不敏感的简单的解调技术。可以认为响应信号是复矢量，复矢量的实部和虚部可以通过乘以两个正交分量被独立计算。可以从这些分量的平方的和的根来计算矢量的幅度。相位的确定基于在基准振荡器的符号和响应信号的符号之间的“异或OR”结果：如果这些信号同相，则符号应该相同且结果为假。如果信号反相，则信号相反且结果将为真。基于在一个完整振荡器周期的先前结果，可以使用“多数表决”来确定相位。所检测的信号的相位可以指示传感器正在空间的什么象限中操作。

信号调节的第三阶段可以是用于使整流信号幅度平滑成稳定的数字结果的平滑滤波器26。平滑化可以用于去除环境噪声，例如在系统周围的空气中存在的磁场畸变。使用在整个激励阶段的视窗，可以构建简单的移动平均滤波器。这样的滤波器在逐点的基础上运行：来自解调器的输出的每个数据点被添加到环形缓冲器，并且通过从运行总数中减去最先的值、加上最新的值以及缩放可以计算平均值。除了上述的平滑滤波器26外，这种平滑化也可以通过利用来自基准振荡器25的基准信号解调信号来完成。正如下面描述的，用于信号调节的基准信号还可以由位置传感器提供。当通过模拟数字转换器使数据可得到时，通过处理器可以在响应信号上实时执行DC偏移的去除、解调和平滑。可选择地，一旦接收了来自每个场发生器-检测器的组合的所有九个值，则可以执行这些操作。

信号调节的第四阶段可以提供传感器几何校正27，以校正原始位置数据。可以应用固定的偏移和增益调整，并且结果可以用于索引校正图，以被加入到读数的位来检索校正。可以在校准步骤中创建校正图，这可尤其适合于装置在相对固定、恒定或受控环境中使用的地方。例如，在固定环境中，比如培训中心或家，在装置的任何使用前可以描绘环境，目的是说明信号噪声源，比如金属物体。这种校准可以对研究人员有帮助，其使用装置以受控的设置用于CPR研究。一般的校准方法可以用于创建校正图，并且这样的校准可以很好地精确到亚毫米范围。在建立时间较少的紧急环境中，校准步骤可以适当的较少。此外，与正被使用的特定线圈相关的校准信息(例如，电感、尺寸、形状、增益)可以利用线圈存储在EEPROM中或其他这样的存储装置中，以用于被处理器检索。处理器然后可以把该特定线圈的校准信息应用于位置运算。如本领域通常已知的，代替或除了上述的那些，还可以使用其他信号调节算法。

适当的滤波和调节后，可以组成表示在位置传感器的线圈中的感应电压的矩阵Y29，如图10所示。在这个实施例中，矩阵Y29含有九个测量的电压28以及从位置传感器的线圈中得到的它们的符号。从矩阵Y29，使用通常已知的算法可以估算位置和方向。

如本领域通常已知的，使用各种数学技术可以确定位置和方向信息。将在下面描述可以使用的一种算法，尽管可以使用任何其他合适的算法。该算法可适合于对于六个自由度确定位置信息的地方。可以改变和/或简化算法用于较少自由度。

由圆形回路天线所产生的近磁场，例如在位置传感器中的线圈，可以按照径向分量和切向分量被描述，如图11所示。回路用电流i(t)＝Icosωt被激励，其中I是电流振幅，ω是相位以及t是时间。在距离为ρ及轴偏移角为δ的点处所产生的磁场通过径向分量和切向分量被完整地描述：

H_ρ＝(M/2πρ³)cosδ以及H_t＝(M/4πρ³)sinδ

其中M＝NIA是回路的缩放磁矩并且A和N分别表示回路的匝数和面积。传感器回路天线仅对与回路方向矢量对齐(即垂直于回路平面)的场分量有响应。被三个正交的场检测天线的组从地面天线所检测的三个正交的所产生的场的测量产生了足以确定六个位置和方向参数的信息。这假定了方向和位置参数被独立地确定。为合成位置-方向算法，使用在三轴源和三轴传感器之间的几何关系，必须限定将传感器输出与激励源相关联的矢量-矩阵公式以及坐标。

位置可以不依赖传感器方向而被计算，结果是三度的位置信息，如图12所示。可选择地，可以得到所有六个自由度(位置和旋转)。就CPR来说，使用三个自由度，主要是x30、y31和z32坐标，足以测量按压深度。为了计算x、y和z值，可以采用各种方法。合适的算法涉及来自九个感应电压的矢量幅值和点积的计算。各种矩阵运算可用来确定x、y和z位置以及所有三个方向角，这应被本领域技术人员所熟知。

从几何关系和上述方程式，可以实施估计算法，其包括以下步骤：

1.测量场发生器和场检测器之间的耦合以得到矩阵Y29并对它进行滤波。

2.计算方向不变量矩阵D＝l/C²Y^TY，其中C是基于信号的已知放大率的增益常数。

3.由D²估计位置x、y和z。

4.计算D^-1＝(D²)¹/₂。

5.估计方向矩阵A＝1/CYD^-1T_c，其中T_c是补偿旋转矩阵。

6.由矩阵A估计方向角ψ、θ、

在该算法的输出中可以得到所有六个位置和方向坐标。如本领域通常已知的，可以使用其他估计算法。

从所计算的位置和方向信息，可以计算CPR参数。例如，如本领域技术人员所知，基于位置和方向信息，可以计算按压深度、按压率和按压角度。虽然将会描述一些示例算法，但本领域技术人员应理解其他算法也可以是合适的。就按压深度来说，x30、y31和z32位置可以用于确定在按压的轴上行进的距离。按压深度还可以通过假定线圈的所有运动是由于胸部按压的运动而被计算。这种假定在某些实施方式中会特别有效，例如贴到受难者的胸部的垫，其中垫仅随着按压而运动。这种假定适当时，通过计算在时间中每个点的位置矢量的幅值中的变化，可以测量按压深度。在时间中每个点的位置矢量的幅值等于x、y和z位置的平方和的平方根。旋转角可以用来进一步限定按压的轨线和角度。旋转角度在某些实施方式例如手套中会尤其重要，其中在救助者的前臂和受难者的胸部之间的角度对准确的按压深度的估计可能是重要的。

通过使用能够确定真正按压事件发生的峰值检测算法，可以计算诸如按压率的参数。为了被认为是真正按压，峰值还可以通过设定按压必须达到的具体阈值而被检测。例如，如果按压前进3cm的深度并且弹回2cm的深度，它会被认为是充分按压。按压计数不仅能够计算按压深度而且使能按压倒计数，在倒计数中包括一个CPR循环的30次按压中的每次都被倒计数。可以向使用者提供这样的信息，使得他或她在CPR过程中不必记录或计数按压的次数。

这些所计算的参数可以作为视觉、听觉和/或触觉反馈提供给救助者。这些所计算的参数可以与预设目标范围相比较并且相应地会提供反馈。此信息还可以存储在处理器中供以后分析，例如为了培训目的。

存在胸部按压的某些特征，其可以允许深度测量系统被进一步改进。胸部按压相对短并且是始终如一的周期运动。胸部按压的整体向下的行程通常在2cm至6cm之间，并且是主要发生在z-轴(即上和下)上的平移运动。胸部按压分析通常不需要复杂的运动分析以说明覆盖大面积的大范围的运动。胸部按压通常更简单并且按压的特征可以用于简化装置的结构和尺寸、减少装置的功率消耗、减少装置的成本和/或提高装置的准确性。

例如，在场发生器和场检测器之间的距离可以是最小的，从而降低装置的功率要求。在图13所示的实施方式中，基准传感器被设置在存在于紧急情景下的除颤器组件33中。位置传感器2被设置在除颤器的电极垫34中的一个中(例如垫34的延伸部分38)或放置在病人的胸部或救助者的手、手腕和手臂上的某些其他结构中。除颤器和病人的胸部之间的通常距离短，通常在范围从约0.3m至约1.1m的任何地方。通常，除颤器电极垫具有电缆35，其把电极垫连接到除颤器组件33。这些电缆通常在0.8m至1.1m之间的长度，并因此除颤器组件33通常放置在离病人少于一米远。因此，场发生器通常需要产生在半径中延伸不大于约一米并通过场检测器可检测的场。由于电磁能在强度上的下降与发生器和检测器之间的分离在立方上成比例，所以该短的产生距离意味着场发生器的功率要求减少，其中所产生的场是电磁场。

此外，通过限制装置的操作范围可以简化装置结构。在短距离上，固定的增益放大而不是动态增益放大可足以放大响应信号。固定的增益放大可允许以较少的费用集成较简单的装置元件。所减少的场尺寸通过减少噪声的可能性还可以允许准确性的提高。小的场尺寸可以允许放大器的增益被准确地固定，以便优化在操作范围期间的性能。除得到最大场尺寸外，可以有其他的设计考虑。例如，最小场尺寸可能是重要的。为减少对宽的动态增益范围的需要，场产生的最小半径可以限制到当场发生器和场检测器在一起非常近时阻止响应信号的饱和。这可以被实现，例如，通过使场发生器的线圈远离场发生器的外壳的外侧放置，或通过使场发生器远离基座组件的外侧定位(例如，其中场发生器被设置在基座组件中)，使得场发生器的线圈不能物理地邻近场检测器的线圈。滤波、信号调节和信号放大可以被修改成在胸部按压发生的短距离上有效地运行。

压力开关或压力传感器36还可以包括在CPR辅助装置内，以进一步提高准确性，如图14所示。在这个实施例中，压力传感器36包含位置传感器2，并且两者被设置在可以放置在病人的胸部上的垫6上。垫6还可以包含用于位置传感器2的电源44。位置传感器2可以装备有压力传感器36或开关，压力传感器36或开关可以作为指示器用于在按压已经开始时指示装置。例如，压力传感器36可以位于救助者的手和病人的胸部之间，使得压力传感器36随着压力的急剧增加可以检测胸部按压的开始。一旦按压开始已经被指示，则在装置中的处理器然后可以开始测量位置传感器2通过按压已经移动的相对距离。类似地，由压力传感器36随着压力的释放可以检测胸部按压的结束。通过测量在单次胸部按压的开始和终止之间的相对距离，可以减小可能误差的幅值。测量相对位置的改变可以比持续地计算在基准传感器和位置传感器之间的更容易出错的绝对距离更有效并且更准确。因为压力传感器36可以用于检测按压的开始和结束，压力和/或来自压力传感器36的力信号可以另外地用于提供关于按压持续时间、按压速率或按压频率的信息。

压力传感器或开关还可以用于确定在胸部按压期间的所施加的力，并且使它与从场检测器的响应信号中计算的位置信息相关联。来自压力传感器的力信号可以表示按压(例如在按压期间)的性质并且可以用于对响应信号进行滤波。对于其中电磁场正在被产生和检测的实施方式，力和/或压力信号可以用于减少由于在环境中的金属物体造成的误差，因为检测这样的场时力不受相同误差源影响。在CPR期间所施加的力可能不能用于直接计算按压深度，由于受难者体型、胸部应变性和其他变量影响达到确定的按压深度所需要的压力的量。然而，力和压力信号提供波形，如关于图9上面所描述的，该波形可以用作基准信号用于处理响应信号，例如通过提供按压的开始和结束的指示。通过使用力信号作为用于响应信号的基准，它们可以一起提供更准确的胸部按压位置信息。

在图15所示的另一个实施例中，基准传感器4和位置传感器2可以并入到单个的组件或都可以放置到病人的躯体上。例如，在除颤过程期间，两个电极垫34、37通常应用于病人的胸部两个具体的地点。一个垫37可以定位在病人的右肩膀的正下方而另一个垫34可以放置在病人的左下侧。当执行CPR时，这些电极垫可以被延伸使得垫中的一个延伸到胸部的中心。在垫的延伸部分38内，可以嵌入位置传感器2，使得在CPR的实施期间它位于救助者的手下面。基准传感器2可以放置在相对的垫37中。电极垫34、垫37可以以这样的方式设计，即，使得含有基准传感器4的垫34具有当实施胸部按压时不移动的部分39。基准传感器4然后应相对于病人保持固定并且被贴到病人的躯体的固定部分。通过使基准传感器4和位置传感器2位于病人的身体上，可以减小所产生的场的尺寸。通常，如上面所描述的，减小所产生的场的尺寸减小装置的复杂性、功率要求以及装置的尺寸。另外，如果基准传感器4和位置传感器2放置在固定的或大约相对于彼此固定的位置，那么可以使由装置所执行的测量更加准确。第一，通过知道在传感器之间的大约相对的开始距离40，可以选择允许胸部按压的整个期间被适当地放大的用于响应信号的适当的放大增益。在6cm或小于6cm的按压期间已知的场尺寸和短的整体运动可以允许装置用简单的固定的增益而不是更昂贵和复杂的动态的增益来操作。第二，通过使在病人身体附近和身体上具有传感器，外部噪声源可以被更容易地消除和/或补偿。

主噪声源，主要是用于电磁场的大的金属物体，可以大部分不存在于病人的胸部附近。金属的两个特征决定它将使电磁场失真的程度。第一个性质是金属的传导性。AC正弦电磁场在传导材料中产生涡电流。涡电流产生的程度取决于材料的尺寸和传导性。诸如铜的非常传导的金属比诸如钢的较低传导的金属对场有更多威胁。第二个性质是金属的磁导率。在所产生的场的频率下(例如12kHz)具有高导磁的材料可以使所检测的场扭曲。在CPR环境中的主噪声源是诸如被病人或救助者佩戴的戒指、手表和穿孔的这样的物品，所述物品通常太小而不能显著地扰乱场。其他噪声源，例如除颤器垫或在病人中的植入物的传导材料，同样不可能引起显著干扰。除颤器电极垫和植入物通常使用抗腐蚀的具有低传导性的金属，例如分别为锡和钛。通过保持场发生器和场检测器在病人的身体上在一起很近，可以减小这些金属噪声源，因为来自这些金属源的噪声的影响随着场发生器和场检测器之间的距离以指数方式增长。此外，通过使传感器放置在已知的配置中，可以估计两个传感器之间的开始的距离。在装置开始计算按压深度前，该估计值可以用于校准装置。校准方法可以补偿将传感器之间的所估计的已知距离与测量距离相比较的误差。所计算的误差可用于确定环境中金属失真的所估计的影响。

就CPR来说，主要金属干扰源通常是在病人身下的那些，例如金属轮床或金属地板。为抑制出自于在病人下方的金属表面47的第二磁场46所感应的涡电流45的效应，传导箔48或片可以直接放置在场检测器线圈或场发生器线圈的下方或两个线圈下方，例如图16所图示的实施方式所示。在这个实施方式中，金属箔或板可以是线圈的尺寸并且可以以连接到线圈而放置。至于场检测器是放置到受难者的胸部上的垫，金属箔可以连接到垫的底面，以便偏转或吸收由病人下方的金属表面所产生的场。放置在线圈下方的箔的性质应当被装置所知，并且处理器从而将能够对其添加到装置上进行补偿。实质上，通过使用在线圈和金属表面之间的已知的传导层，从而可以减轻在病人下方的大的金属表面的影响。

其他克服失真和干扰的方法是可能的。例如，卡尔曼滤波器可以用来递归地估计位置传感器的动态运动。这些算法使用系统的先前状态和误差来估计未来运动。同样，伯思斯坦多项式技术已被证明在严重噪声和干扰存在的情况下在内插距离上是有效的。其他校正方法可以是合适的，并应是本领域技术人员所知。

温度中的较大变化可以改变线圈的性质，这引起某个级别上的误差。因此，温度传感器可以放置在场产生线圈和场检测线圈内或邻近这些线圈以基于环境温度提供热校正系数。把温度传感器加到装置可以消除与温度波动相关的信号偏移。

在一些实施方式中，基准传感器或位置传感器可以放置在救助者的手或手腕上、附近或周围。传感器可以嵌入到手套、手腕带41(图3)、手腕支持装置或类似物品里面。在位置传感器被佩戴到救助者的手或手腕上的实施例中，当救助者的手随着胸部按压移动时，位置传感器可以随着救助者的手移动。因此，救助者的手的位置信息可以转化成病人的胸部的位置信息。病人的胸部的位置信息从而可以用于确定按压深度和其他参数。此外，装置可以配置成检测六个自由度位置信息。因此，还可以计算旋转角度。使用该旋转信息，佩戴于或位于救助者的手腕上的传感器可以用于计算胸部按压角度，该角度是救助者的手臂相对于病人的胸部的角度。该角度可能是重要的，因为垂直角通常导致力的最大转移和CPR的更好的实施。确保救助者用正确的技术和角度执行CPR可以帮助减轻救助者的疲劳、不舒服和伤害。使用上面描述的数学方法，可以容易地计算救助者的手腕的旋转角度。

如先前所陈述的，在一些实施方式中，位置传感器可以是场发生器(或更普通地是传送器传感器)而基准传感器可以是场检测器(或更普通地是接收器传感器)。例如，位置传感器可以放置在胸部上的垫中并可以产生被邻近病人的除颤器中的基准传感器检测的场。在一些实施方式中，在病人或救助者上的传感器通过电缆42(图1)限定到基准传感器。

在其他实施方式中，传感器未连接到基准点而是装置使用无线技术，如在图17的实施例中所示。在这个实施例中，场检测器是位置传感器2，而场发生器是基准传感器4。位置传感器2可以放置在病人3的胸部上，例如在垫6中，并且基准传感器4可以放置在基座组件1中，其可以是除颤器。基准传感器4产生被位置传感器2检测的场5。位置传感器2然后可以把响应信号无线地43发送到处理器并且可以由在基座组件1内的处理器执行所有的信号处理。在病人的胸部上的位置传感器2可以是场发生器而不是场检测器。在这种情况下，位置传感器可以包括产生场所必须的电路，例如波形发生器、在合适场合的放大器和场产生线圈。位置传感器还可以包括用于把同步信号发送到基准传感器(在这种情况下是场检测器)和基座组件的无线传送器。如上面所描述的，同步信号可以用于协调不同线圈的激励，其中传感器包括沿不同轴的线圈。当处理响应信号时，同步信号还可以用作基准信号。同步信号可以使处理器能够确定发生器-检测器的什么组合负责给定信号。来自位置传感器的无线信号可以被基准传感器检测而在基准传感器上不需要无线信号传送器。

在一些实施方式中，CPR辅助装置可以由在基准传感器中的电池完全提供动力。如果基准传感器被设置在基座组件中，例如除颤器，那么整个装置可以由基座组件的电池提供动力，如果位置传感器连接到基座组件。如果装置是无线的，场发生器可以有集成到它的它自身的电源。即使传感器连接到基座组件，辅助电源仍可以包括在传感器中。例如，如图18所示，辅助电池源44可以放置在垫6里面，或单独地放置在病人的胸部附近。可以提供电池灯50以指示剩余的电池寿命。除了电池灯50外，垫6可以装备有其他反馈元件。

在图19所示的实施例中，连接器49可以允许垫6容易地从基座组件1分离并被处置或清洗。

在装置与除颤器集成的地方，位置传感器可以集成到除颤器垫。给垫上的任何反馈元件提供动力的电池还可以集成到除颤器垫，使得每次使用后它可以与垫一起被丢弃。这确保了反馈元件不吸引来自除颤器的主电源的任何能量同时允许用于反馈元件的垫和电源一起都被替换。

虽然本公开已经主要集中于AC正弦电磁场的产生，但其他实施方式可以产生其他场类型或其他信号类型。在一种实施方式中，脉冲DC信号可以代替正弦信号用于调制场。脉冲DC场由使每个场产生线圈接通和断开组成以便产生脉冲电磁场。复用器可以用于选择包含在场发生器内的三个线圈中的一个并且每个线圈可以被顺序地激励。如上面所描述的，可选择地，所产生的场可以是频率复用的。通过采用DC调制信号而不是正弦调制信号，可以减少金属的失真。具体地，通过抑制或消除涡电流产生，可以减少环境中的传导金属的影响。使线圈接通和断开可以阻止持续的涡电流产生并且在DC脉冲的上升沿仅产生微弱的涡电流。通过减少脉冲频率还可以进一步减轻影响。尽管减少传导金属失真，但脉冲DC方法会遭受较低可能的采样率和诸如钢的黑色金属的较高磁化率。此外，脉冲DC场可以被其他DC电磁场污染，例如地球的电磁场。如上面所讨论的，可以产生的其他场包括射频场、声场、辐射场、光场、各种调制电磁场或可以被产生和检测的任何类型的场。这些场可以以各种方式被类似地调制，如本领域技术人员所应了解的。

基准传感器可以安装在多个方便的地点。图20显示了在医院房间中所使用的装置的实施例，在该装置中基准传感器可以放置在医院房间的墙51上、地板上或天花板上。基准传感器可以安装在救护车里面的内壁上或顶部上。它还可以安装在移动的轮床或医院的床上，使得基准传感器随基准位置安全地移动，所述基准位置是轮床。此外，基准传感器可以容纳在机场、竞技场或其他公共场所的墙上悬挂的AED箱里面。如果基准传感器永久地安装在一地点，可以应用进一步的校准技术，使得传感器意识到它的环境。这可以帮助减少环境噪声和金属的干扰的影响。这可以帮助提高所产生的场的有效范围和准确性。

在本申请中公开的装置可以能够测量除胸部按压深度之外的与CPR相关的其他参数。由胸部按压位置信息，可以计算胸部按压率。当胸部按压达到它的最高和最低位置时，胸部按压可以被记录为一个事件。可以计算每单位时间这些事件的数量以确定按压率。以每分钟100次按压的速率可以执行有效的CPR。此外，通过确保每次按压后病人的胸部完全放松，可以计算胸部弹回。位置信息可以用于确定胸部被按压的距离是否与胸部在它的放松期间行进的距离相同。与仅仅使用可能遭受偏移并可以没有固定的基准的加速计的这种类型的测量相比，固定的基准传感器的使用使得这种测量更准确。使用本装置，可以确定在CPR期间正确的手的位置信息。如果基准传感器放置在固定的已知位置，例如在病人的躯体上，可以确定位置传感器相对于固定的基准传感器的位置。因此，本装置可以计算传感器之间的距离是否适当。例如，在病人的胸骨上方约两英寸可以执行有效的CPR。如果基准传感器放置在病人的肩膀上并且病人尺寸大约已知，则可以计算手的位置作为位置传感器离基准传感器的所期望的距离和方向。

如图21所示的实施方式中所图示，位置传感器和基准传感器还可以用于在CPR期间确定和测量有效人工呼吸。正确的CPR通常需要对受难者实施人工呼吸52以维持血液中的适当的氧水平。在CPR期间，通过看得见的胸部上升53，确定呼吸的正确的实施。贴到受难者的胸部的位置传感器可以用于在人工呼吸期间确定胸部位置。当正确地实施呼吸时，受难者的胸部应该上升，并且该上升可以通过位置传感器的位置确定。此外，在除颤期间的正确的电极布置对过程的成功至关重要。嵌入到除颤器电极垫的位置传感器可以用于确定垫彼此之间的相对位置以及垫相对于基座组件(例如，除颤器)的绝对位置。该信息可以用于确定除颤器垫是否已经正确地放置到受难者上。

本装置还可以用于帮助对婴儿实施CPR，例如，如图22所图示的实施方式中所示，儿童和/或成年人。例如，位置传感器2可以小而薄或者以另外的方式适合放置在小婴儿54的胸部上。相同的位置传感器可以用于成年病人，或位置传感器可以特定地适合于适用婴儿CPR。例如，与手相对的，容纳位置传感器的垫可以适合于符合救助者的手指，因为仅仅使用救助者的手指55而不是整个手可以执行有效的婴儿CPR。位置传感器可以设计成重量轻并且薄，以适合在各种人体尺寸上执行各种类型的CPR。

在此公开中提出的技术和装置可以并入多个实施方式和配置。例如，这个装置可以并入除颤器，在该除颤器中，使用诸如设置在除颤器上的显示器和扬声器的反馈元件，可以在听觉上、在视觉上和/或在触觉上提供CPR提示和/或反馈。本装置可以包括可以是便携式的基座组件，基准传感器可以位于其中，并且基座组件可以是在病人附近的固定的地点。基座组件可以并入除颤器。基座组件可以包含诸如显示器和扬声器的反馈元件以向救助者提供提示和/或反馈。基座组件当在不使用时，自身可以充当装置的存储室，例如，作为急救箱盒容纳其他急救物品。本装置还可以并入完全装在病人的胸部上的装置，其中包含基准传感器的装置的一部分连接到病人的躯体的固定的外表。上面描述的CPR辅助装置还可以集成到可穿戴式CPR辅助装置，例如在美国专利申请第11/936,184号所描述的装置。上面描述的装置还可以集成到CPR支持装置，例如在美国专利申请第12/171,755号所描述的装置。

还提供了使用上面描述的CPR辅助装置在CPR的实施期间测量胸部按压变量的方法。确定位置传感器相对于基准传感器的位置。基于该位置信息，可以确定诸如按压深度、按压率和按压角度的胸部按压变量。该方法可包括基于所确定的按压变量向救助者提供反馈。

如图23所图示的实施方式所示，通过存储所确定的位置信息和所计算的参数并分析该信息，该装置还可以在CPR培训方法中使用。在装置上提供的菜单56和按钮57可以允许学生或教员把紧急装置转换成培训工具。此外，学生或教员可能能够选择包含在装置内的具体的培训场景。相同的装置可以用于培训和实际紧急情况使用。可选择地，该装置可以设计成仅仅专用于紧急用途或仅仅专用于培训用途。虽然没有详细描述，本领域技术人员应清楚来自装置的信息可以上传到独立的计算装置，例如工作站，以用于进一步分析。在培训期间可以实时上传信息并且装置上的反馈元件在培训期间可以向学生提供实时反馈。此外，位置传感器可以容纳在可放置在CPR培训人体模型的胸部上的外置的、薄的粘贴式垫中。这样的垫可以维持用于培训的真实的场景，其中不使用笨重的块或其他装置。在培训中，通过以永久的或临时的方式将位置传感器嵌入到人体模型的胸部或将位置传感器贴到人体模型的胸部，可以把位置传感器直接并入人体模型。此外，基准传感器还可以永久地或临时地嵌入到人体模型的固定的部分，例如头、脖子或腿。这样的系统可以用于快速并便宜地改装现有的培训的人体模型，使得人体模型可以在培训过程期间收集关于CPR性能的信息和/或传送客观的CPR反馈和/或分析。

装置还可以适合作为AED培训组件，例如图24所图示的实施方式所示。基站可以充当AED组件，并且被集成到基座组件的显示器58可以提供与AED的使用相关的指令59和课程。显示器可以显示与AEDs上发现的那些类似的电击按钮，并且可通过多个AED模拟和场景来指导学生。装置可以用做组合AED和CPR培训组件。

虽然在本公开中已经提供了某些实施方式和实施例，但它们仅是为了说明性的目的，并不旨在限制。本领域技术人员应理解变化会是可能的。所有提及的引用特此通过引用被整体并入。

Claims (45)

1.一种用于在对病人实施心肺复苏(CPR)期间确定至少一个按压参数的装置，包括：

场发生器，其适合于产生场；

场检测器，其适合于检测由所述场发生器产生的所述场并且产生响应信号；以及

处理器，其适合于从所述响应信号确定所述场检测器相对于所述场发生器的位置信息，并且适合于使用所述场检测器的所确定的位置信息来确定所述至少一个按压参数；

其中，所述场发生器和所述场检测器中的一个是适合于根据病人的胸部而移动的位置传感器，而所述场发生器和所述场检测器中的另一个是适合于相对所述病人固定的基准传感器。

2.如权利要求1所述的装置，其中所述场发生器包括至少一个场产生线圈，并且所述场检测器包括至少一个场检测线圈；以及所产生的场是电磁场。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述场发生器和所述场检测器中的至少一个包括多达三个正交缠绕场产生线圈。

4.如权利要求2所述的装置，其中所述场发生器和所述场检测器中的至少一个包括多于三个线圈。

5.如权利要求2所述的装置，其中有至少两个场产生线圈，并且每个场产生线圈顺序地产生能够被所述至少一个场检测线圈检测的场。

6.如权利要求2所述的装置，其中有至少两个场产生线圈和至少两个场检测线圈，并且每个场产生线圈在不同的频率处产生场，所述场检测器具有至少一个带通滤波器，用于分离在不同频率处的所述场。

7.如权利要求1所述的装置，其中所述装置包括反馈元件，用于基于所述位置信息向CPR实施者提供反馈。

8.如权利要求7所述的装置，其中所述反馈包括视觉提示、听觉提示和触觉提示中的至少一个。

9.如权利要求1所述的装置，其中所述基准传感器和所述处理器被设置在基座组件中，并且所述位置传感器与所述基座组件通信。

10.如权利要求9所述的装置，其中电源被设置在所述基座组件中，并且所述位置传感器装备有辅助电源。

11.如权利要求9所述的装置，其中所述基座组件包括反馈元件，用于基于所述位置信息向CPR实施者提供反馈。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述反馈包括视觉提示、听觉提示和触觉提示中的至少一个。

13.如权利要求1所述的装置，其中所述处理器被设置在除颤器组件或自动体外除颤器(AED)中，并且所述基准传感器和所述位置传感器中的至少一个被设置在至少一个除颤器垫中。

14.如权利要求13所述的装置，其中电源放置在所述除颤器垫中的至少一个里面，所述除颤器垫包含所述基准传感器和所述位置传感器中的所述至少一个。

15.如权利要求1所述的装置，其中所述位置信息包括三维的位置信息和方向信息。

16.如权利要求15所述的装置，其中所述位置信息包括在多达六个自由度中的位置信息。

17.如权利要求16所述的装置，其中所述六个自由度包括x-轴位置、y-轴位置、z-轴位置、滚动、倾斜、摇摆。

18.如权利要求1所述的装置，其中所产生的场通过在所述场发生器和所述场检测器之间的障碍物是可检测的。

19.如权利要求1所述的装置，其中所产生的场是正弦调制场或脉冲DC信号调制场。

20.如权利要求1所述的装置，其中所述位置信息基于所述响应信号的强度被确定。

21.如权利要求1所述的装置，其中所述位置信息通过用基准信号解调所述响应信号并且平滑化结果而被确定。

22.如权利要求1所述的装置，其中所述至少一个按压参数是下列项中的至少一个：胸部按压的角度、胸部按压深度、胸部按压率和胸部弹回的程度。

23.如权利要求1所述的装置，其中所述处理器配置成对所检测的场和相应的响应信号执行滤波和信号调节。

24.如权利要求23所述的装置，其中所述信号调节减少所述响应信号中的金属失真。

25.如权利要求23所述的装置，其中信号滤波减少所述响应信号中的外部噪声。

26.如权利要求1所述的装置，其中所述基准传感器装备有方向传感器以测量所述基准传感器的方向。

27.如权利要求1所述的装置，其中所述位置传感器和所述基准传感器通过导线或电缆连接。

28.如权利要求1所述的装置，其中所述位置传感器和所述基准传感器中的至少一个是无线的。

29.如权利要求28所述的装置，其中所述位置传感器是所述场发生器而所述基准传感器是所述场检测器，所述场检测器能够无线地检测所产生的场，所述场检测器没有无线信号传送器。

30.如权利要求28所述的装置，其中所述位置传感器包含无线信号传送器，用于把同步信号和所述响应信号中的至少一个发送到所述基座组件。

31.如权利要求30所述的装置，其中所述同步信号用作基准信号来确定所述位置信息。

32.如权利要求1所述的装置，其中所述位置传感器和所述基准传感器被设置在适合于放置在所述病人上的单个组件中。

33.如权利要求1所述的装置，其中所述基准传感器适合于位于墙、天花板、地板、轮床、救护车、直升飞机、移动的交通工具、或一件外置医疗器械上。

34.如权利要求1所述的装置，其中所述位置传感器包括压力开关，用于测量下列项中的至少一个：按压的开始、按压的结束、按压的力、按压的压力、按压的持续时间、按压的速率以及按压的频率。

35.如权利要求34所述的装置，其中所述按压的压力、所述按压的力、以及所述按压的速率中的至少一个用于执行验证所确定的位置信息和改进所确定的位置信息中的至少一项。

36.如权利要求1所述的装置，其中所述位置传感器适合用于各种不同的病人体型。

37.如权利要求36所述的装置，其中所述位置传感器适合用于对婴儿实施CPR。

38.如权利要求1所述的装置，其中所述位置传感器适合于在人工呼吸期间测量所述病人的胸部的位置，用于确定呼吸的有效施行。

39.如权利要求1所述的装置，其中所述位置传感器适合于测量在所述病人的胸部上的CPR实施者的手的方位。

40.如权利要求13所述的装置，其中所述位置传感器嵌入到所述除颤器垫中的至少一个中，并且所述位置传感器测量所述除颤器垫中的所述至少一个相对于至少一个另外的除颤器垫以及相对于所述基准传感器的位置。

41.一种用于在心肺复苏(CPR)的实施期间确定至少一个按压参数的方法，所述方法包括：

提供如权利要求1所述的装置；

确定所述位置传感器相对于所述基准传感器的位置；以及

基于所述位置传感器的所确定的位置来确定所述至少一个按压参数。

42.如权利要求41所述的方法，还包括向CPR实施者提供反馈信息，所述反馈信息含有关于所确定的按压参数的信息。

43.如权利要求41所述的方法，还包括在电子存储器中存储所确定的按压参数。

44.如权利要求41所述的方法，还包括校准所述装置以适应任何环境噪声。

45.如权利要求41所述的方法，用于在CPR的实施中培训CPR实施者。

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