CN102974041A

CN102974041A - 一种具有自适应能力的智能除颤装置

Info

Publication number: CN102974041A
Application number: CN2012105582391A
Authority: CN
Inventors: 王旭; 赖大坤
Original assignee: Long Heart Medical Science And Technology (suzhou) Co Ltd
Current assignee: Long Heart Medical Science And Technology (suzhou) Co Ltd
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-03-20

Abstract

本发明属于医疗设备技术领域，具体为一种具有自适应能力的智能除颤装置。该除颤装置分为两个部分：硬件电路和软件控制；其中硬件电路由微处理器、人体阻抗测量电路、电容电压调节电路、储能电容和除颤放电电路组成；人体阻抗测量电路通过除颤器的两个电极板连接到人体，人体阻抗测量电路测得人体的阻抗信号，；微处理器根据人体的阻抗大小计算匹配的除颤电压及除颤时间宽度，从而设定目标电压；电容电压调节电路根据得到目标电压，对储能电容进行能量转换；当需要除颤时，微处理器对除颤放电电路发出控制信号；除颤放电电路通过开关的闭合和打开将能量从储能电容释放到人体。本发明可在不同阻抗条件下，实现能量释放的一致性。

Description

一种具有自适应能力的智能除颤装置

技术领域

本发明属于医疗设备技术领域，具体涉及一种具有自适应能力的智能除颤装置。

背景技术

心室纤颤是一种严重的心脏病症状，等同于心脏停搏，严重威胁着人类生命，而有效终止心室纤颤的措施就是电击除颤。电击除颤分为体内除颤、体外除颤，体外除颤是目前常用的急救手段，而要成功除颤必须对人体释放一定的能量。实际操作中是将能量以高压的形式储存在电容上，然后以一定时间宽度的脉冲释放到人体。假设电容器的大小为C、除颤时电容上的初始电压为U、经胸阻抗为R、除颤脉冲的时间宽度为τ,那么一次除颤释放到人体的能量E等于：

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这样，在电容初始电压U相同的情况下，经胸阻抗R不同，在相同放电时间中所释放的能量必然不等。因此经胸阻抗特别限定了储存在电容器上的能量实际输送到人体上的比例。

在实际情况下，电容器的容量C是固定不变的，而人体的阻抗R根据不同的个体千差万别。为了保证预期的除颤能量释放到人体，我们可以根据病人的实际阻抗自适应地调整除颤的初始电压和放电时间，使得释放到人体的能量与设定能量一致。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种具有自适应能力的智能除颤装置。

本发明提供的具有自适应能力的智能除颤装置，是用一组可靠稳定的硬件电路，自动检测除颤时人体的经胸阻抗，经过必要的软硬件配合，自动地控制调整储能电容上的电压和除颤放电的时间宽度，使得除颤时所释放的能量达到设定值，以减少个体差异对除颤效果的影响。

本发明采用的技术方案总体可以表述为：通过人体阻抗测量系统，计算测量人体的经胸阻抗，根据目标除颤能量和人体的实际阻抗、计算除颤电容上的电压和放电时间宽度，通过电压调节电路控制调节储能电容上的初始电压，通过除颤放电电路控制放电过程中的时间宽度。

本发明提供的具有自适应能力的智能除颤装置，整个系统分为两个部分：硬件电路和软件控制。其中，硬件电路分为以下几个模块：由微处理器、人体阻抗测量电路、电容电压调节电路、储能电容和除颤放电电路组成；人体阻抗测量电路通过除颤器的两个电极板连接到人体，人体阻抗测量电路测得人体的阻抗信号，将该阻抗信号送到微处理器；微处理器根据人体的阻抗大小计算匹配的除颤电压及除颤时间宽度，从而设定目标电压，并将设定目标电压给电容电压调节电路；电容电压调节电路根据得到目标电压，对储能电容进行能量转换，直到储能电容上的电压达到目标电压停止；当需要除颤时，微处理器对除颤放电电路发出控制信号；除颤放电电路通过开关的闭合和打开将能量从储能电容释放到人体。

本发明中，所述人体阻抗测量电路，完成对人体经胸阻抗测量。图2所示为人体阻抗测量电路的内部框图。包括电流信号源和检测电路；电流信号源产生特定频率微弱小信号，通过电极片连接到人体，激励人体，由于人体存在经胸阻抗，电流流经人体胸腔时在除颤器的两个极板之间建立一个电压，该电压的频率与电流频率相同，幅度则由电流和胸腔阻抗的大小共同决定，来自恒流源的电流大小恒定，故电压的幅度仅取决于经胸阻抗的大小。检波电路通过对电极两端的电压进行检波处理，被检波后的信号得出人体阻抗信息，该信息被发送到处理，这样就可以完成了人体阻抗测量的功能。

本发明中，所述电容电压调节电路，完成对电容器的充电和调节，使得电容上的初始电压达到预期的目标电压。图3为该电路结构框图，包括：电池、能量转换电路、储能电容、控制电路和电压检测电路；能量转换电路连接着电池和储能电容，负责将电池能量到储能电容的搬移，它受控于控制电路。在能量转换的过程中，储能电容上的电压不断地上升，在此过程中，电压检测电路时刻将电容电压反馈到控制电路，当电容电压值达到微处理器发送给控制电路的目标电压后，立即停止能量转换。可以将储能电容上的电压达到预期的电压值。

本发明中，所述除颤放电电路，完成对人体放电除颤的过程。图4为该电路的结构框图。由多个4个固态开关组成（如4个固态开关SW1、SW2、SW3、SW4组成）。该电路连接储能电容和贴靠到人体的除颤电极板，电路内部几个固态开关以特定的时序打开和闭合，实现电压以特定的波形释放到人体，从而实现双相的除颤波形。该电路的一种双相除颤波形实施例的工作过程如下：首先，关闭SW1与SW3,打开SW2与SW4,储能电容3上的能量，以电流的形式，通过SW1，流经人体和SW3,实现正相的除颤，然后打开SW1与SW3,关闭SW2与SW4,储能电容两端的能量则会以电流的形式，通过SW2流经人体和SW4，实现反相的除颤。以上工作流程只是该电路对于双相除颤波形的一种实施例，该电路还可以实现多相波形的除颤。在具体实施中，SW1、SW2、SW3、SW4器件可以是绝缘栅双极性晶体管或者可控硅。

软件控制部分主要是完成对所述人体阻抗测量电路、电容电压调节电路、除颤放电电路的联动控制，其工作流程可参见图5所示，具体如下：首先对人体阻抗测量电路所输出的电压信号进行数字采样，得到人体的阻抗值；接着根据放电能量与人体阻抗所对应的关系，计算确定除颤放电的初始电压以及放电的时间宽度；然后设定电压调节电路的目标电压，并开启能量转换装置，当电容电压达到目标电压以后停止能量转换；当需要除颤时，启动除颤放电电路，按照设定的时间宽度将能量释放到人体，实现除颤。该过程中，系统能够自动识别病人的体阻抗，并根据阻抗值采用匹配的除颤电压和脉冲宽度，实现有效除颤。

附图说明

图1为本发明种具有自适应能力的智能除颤装置基本连接框图。

图2为本发明一种实施例的人体阻抗测量电路框图。

图3 为本发明一种实施例的电容电压调节电路的电路框图。

图4 为本发明一种实施例的除颤放电电路结构电原理示意图。

图5 为本发明一种实施例的控制基本流程图。

图中标号，1为人体阻抗测量电路，2为电容电压调节电路，3为储能电容，4 除颤放电电路，5是人体，6是微处理器。7为电流信号源，8为检波电路。9为能量转换电路，10为调节控制电路，11为电压检测电路，12为电池。

具体实施方式

下面结合附图对具有自适应能力智能除颤装置进一步加以说明。

图1给出了具有自适应能力的智能除颤装置的总体框图。人体阻抗测量电路1通过除颤器的两个电极板连接到人体5，人体阻抗测量电路1所测得的阻抗信号被送到微处理器6。微处理器6根据个体的阻抗大小计算匹配的除颤电压及除颤时间宽度，并把目标电压设定到电容电压调节电路2。电容电压调节电路2根据得到目标电压，对储能电容3进行能量转换，直到储能电容上的电压达到目标电压停止。当需要除颤时，微处理器6对除颤放电电路4发出控制信号。除颤放电电路4通过开关的闭合和打开将能量从储能电容3释放到人体5。

图2所示，为人体阻抗测量电路的内部框图。包括：

一个电流信号源7，通过除颤电极，用于激励人体5，在电极两端建立交流电压。

一个检波电路8，用于将电极两端的电压信号检波，使得输出的电压值能够线性反应人体的阻抗值。

电流信号源7产生特定频率微弱小信号，通过电极片连接到人体5，激励人体，由于存在经胸阻抗，电流流经人体胸腔时在除颤器的两个极板之间会建立一个电压，该电压的频率与电流频率相同，幅度则由电流和胸腔阻抗的大小共同决定，来自恒流源的电流大小恒定，故电压的幅度仅取决于经胸阻抗的大小。检波电路8通过对电极两端的电压进行检波处理，被检波后的信号可以得出人体阻抗信息，该信息被发送到处理6，这样就可以完成了人体阻抗测量的功能。

图3所示，为电容电压调节电路的内部框图。包括：

一个能量转换电路9，用于将电池的电荷搬移到储能电容的两端。

一个电压检测电路11，用于将储能电容两端的电压反馈给控制电路10。

一个控制电路10，用于控制能量转换电路的开关。

能量转换电路9连接着电池12和储能电容3，负责将电池能量到储能电容的搬移，它受控于控制电路10。在能量转换的过程中，储能电容3上的电压不断地上升，在此过程中，电压检测电路11时刻将电容电压反馈到控制电路10，当电容电压值达到处理器6发送给控制电路10的目标电压后，立即停止能量转换。可以将储能电容上的电压达到预期的电压值。

图4所示，为除颤放电电路4的电原理示意图。除颤放电电路连接人体5和储能电容3，除颤放电过程中，通过固态开关13、14、15、16即SW1,SW2,SW3,SW4以特定时序的打开关闭组合，从而实现对人体特定波形的除颤放电。该电路的一种双相除颤波形实施例的工作过程如下：首先，关闭SW1与SW3,打开SW2与SW4,储能电容3上的能量，以电流的形式，通过SW1，流经人体和SW3,实现正相的除颤，然后打开SW1与SW3,关闭SW2与SW4,储能电容两端的能量则会以电流的形式，通过SW2流经人体和SW4，实现反相的除颤。以上工作流程只是该电路对于双相除颤波形的一种实施例，该电路还可以实现多相波形的除颤。在具体实施中，SW1、SW2、SW3、SW4器件可以是绝缘栅双极性晶体管或者可控硅。

图5所示，为该装置的程序流程图。步骤17程序开始，步骤18启动电流源信号，步骤19测量人体阻抗，步骤20根据设定的除颤能量计算除颤所需的电压值和放电时间宽度和波形，步骤21调整储能电容电压到目标电压，步骤22等待除颤命令，步骤23根据计算得到的放电时间宽度和波形对病人实施除颤。

Claims

1. 一种具有自适应能力的智能除颤装置，分为两个部分：硬件电路和软件控制；其特征在于所述硬件电路由以下几个模块组成：微处理器、人体阻抗测量电路、电容电压调节电路、储能电容和除颤放电电路；人体阻抗测量电路通过除颤器的两个电极板连接到人体，人体阻抗测量电路测得人体的阻抗信号，将该阻抗信号送到微处理器；微处理器根据人体的阻抗大小计算匹配的除颤电压及除颤时间宽度，从而设定目标电压，并将设定目标电压给电容电压调节电路；电容电压调节电路根据得到目标电压，对储能电容进行能量转换，直到储能电容上的电压达到目标电压停止；当需要除颤时，微处理器对除颤放电电路发出控制信号；除颤放电电路通过开关的闭合和打开将能量从储能电容释放到人体。

2. 根据权利要求1所述的具有自适应能力的智能除颤装置，其特征在于所述人体阻抗测量电路，完成对人体经胸阻抗测量；包括电流信号源和检测电路；电流信号源产生特定频率微弱小信号，通过电极片连接到人体，激励人体，电流流经人体胸腔时在除颤器的两个极板之间建立一个电压，该电压的频率与电流频率相同，幅度则由电流和胸腔阻抗的大小共同决定；检波电路通过对电极两端的电压进行检波处理，被检波后的信号得出人体阻抗信息，该信息被发送到微处理器，完成对人体阻抗测量。

3. 根据权利要求1所述的具有自适应能力的智能除颤装置，其特征在于所述电容电压调节电路，完成对电容器的充电和调节，使得电容上的初始电压达到预期的目标电压；包括：电池、能量转换电路、储能电容、控制电路和电压检测电路；能量转换电路连接电池和储能电容，负责将电池能量到储能电容的搬移，它受控于控制电路；在能量转换的过程中，储能电容上的电压不断地上升，在此过程中，电压检测电路时刻将电容电压反馈到控制电路，当电容电压值达到微处理器发送给控制电路的目标电压后，立即停止能量转换。

4. 根据权利要求1所述的具有自适应能力的智能除颤装置，其特征在于所述除颤放电电路，完成对人体放电除颤的过程；由多个4个固态开关组成，该电路连接储能电容和贴靠到人体的除颤电极板，电路中几个固态开关以特定的时序打开和闭合，实现电压以特定的波形释放到人体，从而实现双相的除颤波形。

5. 根据权利要求1所述的具有自适应能力的智能除颤装置，其特征在于所述软件控制部分完成对所述人体阻抗测量电路、电容电压调节电路、除颤放电电路的联动控制，其工作流程具体如下：首先对人体阻抗测量电路所输出的电压信号进行数字采样，得到人体的阻抗值；接着根据放电能量与人体阻抗所对应的关系，计算确定除颤放电的初始电压以及放电的时间宽度；然后设定电压调节电路的目标电压，并开启能量转换装置，当电容电压达到目标电压以后停止能量转换；当需要除颤时，启动除颤放电电路，按照设定的时间宽度将能量释放到人体，实现除颤。