CN104271103B - 生理传感器 - Google Patents
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Abstract
根据本发明,一种用于测量按压深度的按压深度传感器包括:第一压力换能器(30),其可附接到固定元件;第一液体填充腔(20),其具有第一固定腔端(21)和第一可移动腔端(22),所述第一固定腔端可附接到所述压力换能器,且所述第一可移动腔端可在第一位置和第二位置之间移动,所述第一位置和第二位置之间的距离限定所述按压深度,其中所述第一压力换能器适于通过以下方式测量所述按压深度:在所述第一可移动腔端在所述第一位置和所述第二位置之间移动期间,测量所述腔中的液体压力的变化。根据本发明的CPR设备包括这种按压传感器。
Description
发明领域
本发明涉及心肺复苏术领域。本发明研究一种生理传感器和一种包括生理传感器的心肺复苏设备,以及一种用于感测生理参数的方法。
背景技术
心肺复苏术(CPR)是一种众所周知的技术,其用于增加在心脏骤停后存活的机会。然而,以始终如一的高质量执行人工心肺复苏术是极为困难的。
由于CPR质量是存活的关键,因此拥有一种机械自动化装置来替代不太可靠且长时间的人工心肺复苏术是具有极大动力的。自动CPR(A-CPR)设备适于向患者施加标准按压。
显而易见,调整对患者的胸部按压是有利的。在无法获得ACPR装置的地方,为救援人员的人工CPR性能提供反馈也是有用的。CPR性能值通常是通过相对按压的目标深度和目标频率的偏差给出的。通常,目标深度约为5.0cm且目标频率约为每分钟100次按压。
按压频率通常是通过测量按压峰值之间的时间来测量的。已经开发了传感器装置以对所实现的按压深度给出反馈。已知的传感器装置是基于弹簧或基于加速度计的测量装置的,以便测量相对按压深度。
然而,已知的传感器装置具有几个缺点。对基于标准加速度计的按压深度测量装置来说,在患者躺于弹性表面(如标准床垫)上时会造成重要的错误。由于胸部按压,患者和所述弹性表面均被同时按压,结果是患者和所述弹性表面都被加速度计一起测量。弹性表面被按压的量能够是胸部被按压的量的一半。因此,在不针对弹性表面进行校正时,基于加速度计的5cm的按压深度可能是+-3cm。标准校正是不能实现的,因为无法提前知晓复苏术是在硬表面还是弹性表面上进行的。此外,弹性表面按压量取决于表面本身、患者的绝对重量、重量分布等,这些均使得难以确定校正因子。美国专利申请案(公开号2012/0083720)公开了一种用于CPR反馈的基准传感器,其用于使用磁场传感器或加速度计来测量净深度按压。另一种高度测量传感器是从法国专利申请案(申请号2842900)获知的,其公开了用于测量在测量点之间的高度变化的传感器。
期望实现一种按压传感器,其适于测量绝对按压高度,尤其是胸部按压高度。
还期望实现一种按压传感器,其适于测量施用到患者的实际按压深度。
还期望实现一种具有按压传感器的心肺设备,其适于测量施用到患者的实际按压深度。
发明内容
为了更好地解决这些问题中的一个或多个,本发明提议一种用于测量按压深度的按压深度传感器,所述传感器包括:第一压力换能器,其能够附接到固定元件;第一液体填充腔,其具有第一固定腔端和第一可移动腔端,所述第一固定腔端可附接到所述压力换能器,所述第一可移动腔端可在第一位置和第二位置之间移动,所述第一位置和第二位置之间的距离限定了按压深度。所述第一压力换能器适于通过以下方式来测量按压深度:在第一可移动腔端在第一位置和第二位置之间移动期间,测量所述腔内的静力学液体压力的改变。因此,本发明提议使用流体静力学压力测量,从而可获得绝对按压深度。
在本发明的一个方面,所述第一可移动腔端包括固定装置,其用于附接到第一可移动元件。所述固定装置可定位于任何如下的可移动元件上:在复苏术期间可(例如)直接在患者胸部上或在按压垫上测量所述可移动元件的位移。
在本发明的另一方面,所述按压深度传感器包括:第二压力换能器,其可附接到所述固定元件;第二液体填充腔,其具有第二固定腔端和第二可移动腔端,所述第二固定腔端可附接到所述第二压力换能器,所述第二可移动腔端可在第三位置和第四位置之间移动,所述第三位置和第四位置之间的距离限定移动高度,其中所述第二压力换能器适于通过以下方式来测量所述移动高度:在所述第二可移动腔端在第三位置和第四位置之间移动期间,测量所述第二腔内的液体压力;以及减法器,其用于导出所述第一按压深度与所述移动高度之间的差。通过提供第二压力换能器和第二腔,可实现额外的位置测量。所述额外位置测量可用于将外部参数考虑在内,例如在复苏术或输送期间床的高度变化。
所述第二可移动腔端可包括第二固定装置,其用于固定于患者下方。有利地,所述第二固定装置可有利于根据使用所述按压传感器的应用来进行额外位置测量。在将按压传感器用于感测复苏术过程中的按压深度时,可在患者下方执行额外的位置测量,例如在患者所躺卧的表面上执行,而该表面可为弹性的。所述额外位置测量可用于通过将表面的弹性变形考虑在内而校正按压深度测量。
在本发明的另一方面,第一压力换能器和第二压力换能器是应变计换能器或端部压力换能器中的一个。
本发明还提议如上文所述的按压深度传感器的用途,用于测量在CPR期间由患者胸部经历的按压深度。
本发明还提议一种心肺复苏(CPR)设备,其包括按压深度传感器,其中第一可移动元件是按压垫。在本发明的一个方面,所述按压深度传感器适于导出按压垫的绝对位置。
在本发明的另一方面,还公开了一种用于测量按压深度的方法,所述方法包括:由第一压力换能器测量第一液体填充腔内的液体压力,所述第一压力换能器可附接到固定元件,所述第一液体填充腔具有第一固定腔端和第一可移动腔端,所述第一固定腔端可附接到所述第一压力换能器,所述第一可移动腔端可在第一位置和第二位置之间移动,其中所述第一位置和第二位置之间的距离对应于所述按压深度,所述测量是在所述第一可移动腔端在第一位置和第二位置之间的移动期间进行的。
在本发明的另一方面,所述方法包括:由第二压力换能器通过测量第二液体填充腔中的液体压力来测量对应于移动高度的另一压力,所述第二液体填充腔具有第二固定腔端和第二可移动腔端,所述第二固定腔端可附接到所述第二压力换能器,所述第二可移动腔端可在第三位置和第四位置之间移动,所述测量是在所述第二可移动腔端在第三位置和第四位置之间移动期间进行的。
在本发明的一个方面,所述方法包括导出所述第一按压深度和所述移动高度之间的差。有利地,通过测量所述差分压力的DC分量来测量胸部高度和模压效应(moldingeffect)。
在本发明的另一方面,所述方法包括将第一可移动腔端定位在接触垫上,且将第二可移动腔端定位在患者胸部下方。有利地,可实现两种压力测量,其中可将额外效应(例如,胸部模压(chest molding)或弹性表面)考虑在内。
在本发明的另一方面,所述方法包括在第一次按压之前,校准第一可移动腔端和第二可移动腔端中的至少一个的位置。
附图说明
根据下文所述的实施例(仅作为示例给出)将显而易见本发明的这些和其它方面,并将对其加以说明,其中:
图1示出了根据本发明第一方面的传感器设备的示意性方框图;
图2示出了根据本发明第二方面的用于心肺复苏术的传感器设备1b的示意性方框图;
图3示出了根据本发明另一方面的用于心肺复苏术的传感器设备1c的示意性方框图;
图4示出了根据本发明另一方面的用于心肺复苏术的另一传感器设备1d的示意性方框图;
图5A是来自图3所示传感器设备的第一压力换能器的压力信号的图解表示;
图5B是来自图3所示传感器设备中的第二压力换能器的压力信号的图解表示;
图5C是在复苏术过程中,在图3所示传感器设备中随时间测量的由第一压力换能器测量的压力与第二压力换能器测量的压力之间的差分压力的图解表示;
图6示出了一种根据本发明的一方面来测量按压深度的方法。
具体实施方式
图1示出了根据本发明第一方面的用于心肺复苏术的传感器设备1的示意性方框图。
传感器设备1包括液体填充腔20和压力换能器30,所示液体填充腔具有第一固定腔端21和第一可移动腔端22。第一固定腔端21附接到压力换能器30。第一可移动腔端22包括固定装置,用于固定到可移动元件10。
在图1的实例中,可移动元件10是接触垫10,用于对患者执行心肺复苏术(CPR)。接触垫10可以是自动CPR装置的接触垫,或者是设计用于帮助救援人员执行CPR的垫。另一选择为,液体填充腔20也可被直接附接到在其上执行CPR的患者胸部。
因此,第一可移动腔端22因胸部按压而在第一位置和第二位置之间移动,所述第一位置对应于胸部的静止位置Pr,所述第二位置对应于胸部的按压位置Pc。针对给定的按压,所述按压深度由第一位置和第二位置之间的高度h限定。
图1的实施例中的压力换能器30安装于患者监视器60上,位于固定(不移动的)位置处。
压力换能器30适于通过以下方式来测量按压深度:在第一可移动腔端22在第一位置和第二位置之间的移动期间,测量所述腔内的流体静力学压力的改变。在每次按压时,压力换能器30是固定的,而第一可移动腔端22移动。流体静力学液体压力的改变与静止位置Pr和按压位置Pc之间的高度h成比例,因此与按压深度成比例。
有利地,所述按压深度直接与所测得的压力差相关。所述按压深度是通过使在第一可移动腔端的静止位置和按压位置之间测得的两个压力相减而获得的。在传感器基准压力恒定且传感器位置不发生变化时,还可以监测到静止位置的改变。本领域的技术人员将认识到,可在复苏术过程期间测量到绝对按压深度。
图1的实施例中的压力换能器30安装于患者监视器上。当然,压力换能器30可安装于任何位置,只要压力换能器30定位于固定位置处即可。
压力换能器30可以是任何种类的压力换能器,例如应力计换能器、端部压力换能器等。
本领域的技术人员将容易地认识到,在考虑到胸部模压效应时,测量胸部的绝对位置是极为重要的。胸部模压与以下事实有关:在CPR事件过程期间,患者的胸部不能弹回到其原始位置。由于胸部模压,在CPR期间胸部的绝对位置会改变,而这又会影响按压深度。
不完全弹回可以是短期或长期效应。短期效应是通过以比胸部弹回的能力快得多地给出按压而导致的。长期效应是通过人类胸部的弹性减弱而导致的。在长期按压胸部时,弹性降低,导致胸部弹回到与最初计划相比较低的位置处。这相当于拉伸橡胶带(或迟钝泡沫床垫)。如果进行了几次,所述带将不会回复到其原始状态,而是将被在其松弛位置稍微拉伸。
在用于测量按压深度的已知传感器装置中,例如基于加速度计的技术,每次新按压的开始都被定义为绝对零点。因此,基于加速度计的位置测量完全忽略了胸部的不完全弹回。在使用任何其它基于相对位置测量的位置测量装置时,获得同样的缺点。
如稍后参照图4将解释,来自压力换能器30的压力信号具有交变分量(alternating component)和连续分量(continuous component)。压力换能器30的连续分量可提供关于胸部厚度的信息,且还结合了传感器与患者之间的固定高度差。在复苏术过程中,胸部厚度由于胸部模压而不能完全恢复。因此,差值的连续分量会在初始水平到漂移水平之间漂移。如果胸部并未完全弹回,或者换句话说,如果静止位置在复苏术过程中改变了,则压力的DC水平将发生改变。在信号的所有其他分量都不发生变化时,所述DC水平改变对应于静止水平改变。通过压力信号的交变分量来测量瞬时按压深度。注意,在床的高度相对于传感器改变时,DC压力分量也将改变。
流体静力学压力测量所需的硬件是用于许多应用中的标准设备,且将不在本文中详细描述。
图2示出了根据本发明第一方面的用于心肺复苏术的传感器设备1b的示意性方框图。
传感器设备1b包括第一液体填充腔220和第一压力换能器230。
第一液体填充腔220具有第一固定腔端221和第一可移动腔端222。第一固定腔端221附接到第一压力换能器230。第一可移动腔端222包括固定装置,用于固定到可移动元件。在图2的实例中,第一可移动腔端222附接到用于执行CPR的接触垫210。
接触垫210可以是自动CPR装置的接触垫,或者是设计用于帮助救援人员执行CPR的垫。第一可移动腔端222也可被直接附接在其上执行CPR的患者胸部上。
因此,第一可移动腔端222可在第一位置和第二位置之间移动,所述第一位置对应于胸部的静止位置Pr,所述第二位置对应于胸部的按压位置Pc,而第一固定腔端221是固定的。因此,对给定的按压来说,第一位置和第二位置之间的高度h限定了按压深度。
第一压力换能器230适于通过以下方式来测量按压深度:在第一可移动腔端222在第一位置和第二位置之间的移动期间,测量第一腔222内的液体压力的改变。
图2的实施例中的第一压力换能器230安装于患者监视器260上。当然,第一压力换能器230可安装于任何位置,只要压力换能器230固定地定位在绝对高度水平处即可。
传感器设备1b包括第二压力换能器240和第二液体填充腔250,所述第二液体填充腔具有第二固定腔端251和第二可移动腔端252。在图2的实例中,第二固定腔端251固定到第二压力换能器240,且第二可移动腔端252固定于患者附近的非移动位置处。第二压力换能器240适于形成基准压力传感器,以便测量外部偏差,例如大气压力的变化和监测设备的水平变化。
图2的实施例中的第二压力换能器240安装于患者监视器上,接近第一压力换能器230。当然,第二压力换能器240可安装于任何位置,只要压力换能器固定地定位在绝对高度水平处即可。在本发明的另一实施例中,第二可移动腔端可处于如同图3中所示的相似位置中。
第一压力换能器230和第二压力换能器240可以是应力计换能器、端部压力换能器或任何其它压力换能器中的一个。注意,通过使用两个不同传感器,信号的漂移带来了挑战。
图3示出了根据本发明另一方面的用于心肺复苏术的传感器设备1c的示意性方框图。
传感器设备1c包括第一液体填充腔320和第一压力换能器330。
第一液体填充腔320具有第一固定腔端321和第一可移动腔端322。第一固定腔端321附接到第一压力换能器330。第一可移动腔端322包括固定装置,用于固定到可移动元件310。
在图3的实例中,第一可移动腔端322附接到接触垫310,类似于图1和2的实施例。因此,第一可移动腔端322可在第一位置和第二位置之间移动,所述第一位置对应于胸部的静止位置Pr,所述第二位置对应于胸部的按压位置Pc。
因此,对给定的按压来说,第一位置和第二位置之间的高度h限定了按压深度。
第一压力换能器330适于通过以下方式来测量按压深度:在第一可移动腔端322在第一位置和第二位置之间的移动期间,测量第一液体填充腔320内的液体压力变化。图3的实施例中的第一压力换能器330安装于患者监视器360上。当然,第一压力换能器330可安装于任何位置,只要压力换能器固定地定位在绝对高度水平处即可。
传感器设备1c包括第二压力换能器340和第二液体填充腔350,所述第二液体填充腔具有第二固定腔端351和第二可移动腔端352。在图3的实例中,第二固定腔端351固定到第二压力换能器340,且第二可移动腔端352固定于患者下方,在患者胸部下面,优选地在患者所躺卧的床垫380上。
第二压力换能器340适于形成基准压力传感器,以便测量外部偏差,例如在复苏术过程中的床垫高度变化,所述床垫是弹性表面。由于胸部按压,患者和所述弹性表面两者被同时按压。
因此,第二可移动腔端352可在第三位置和第四位置之间移动,所述第三位置对应于床垫的静止位置Prm,所述第四位置对应于床垫的按压位置Pcm。因此,对给定的按压来说,第三位置和第四位置之间的高度hm限定了基准位置的变化。
第二压力换能器340适于通过以下方式来测量床垫按压深度:在第二可移动腔端352在第三位置和第四位置之间移动期间,测量第二液体填充腔350内的液体压力的变化。
借助所述两个压力换能器,可实现差分压力测量,其中使用减法器390导出所得压力,作为由第一压力换能器测量的压力与第二压力换能器测量的压力之间的差。有利地,可测量胸部厚度与实际按压深度两者,如参照图5A至图5C所解释。此外,可获得第一可移动腔端的、因此获得按压垫的绝对位置。
流体静力学压力测量所需的硬件是用于许多应用中的标准设备,且将不在本文中详细描述。
图4示出了根据本发明另一方面的用于心肺复苏术的传感器设备1d的示意性方框图。图4的传感器设备1d与图3的传感器设备1c的主要不同之处在于,设备1d使用了仅具有一个换能器的差分压力传感器。
传感器设备1d包括单个差分压力换能器430,以及两个腔420、450。第一液体填充腔420具有第一固定腔端421和第一可移动腔端422。第一固定腔端421附接到压力换能器430。第一可移动腔端422包括固定装置,用于附接到可移动元件310,且尤其是附接到接触垫410,类似于图1和3的实施例。因此,第一可移动腔端422可在第一位置和第二位置之间移动,所述第一位置对应于胸部的静止位置Pr,所述第二位置对应于胸部的按压位置Pc。
第二液体填充腔450具有第二固定腔端451和第二可移动腔端452。第二固定腔端451固定到单个差分压力换能器440,且第二可移动腔端452固定于患者下方,在患者胸部下面,优选地在患者所躺卧的床垫480上。
因此,第二可移动腔端352可在第三位置和第四位置之间移动,所述第三位置对应于床垫的静止位置Prm,所述第四位置对应于床垫的按压位置Pcm。因此,对给定的按压来说,第三位置和第四位置之间的高度hm限定了基准位置的变化。在第二可移动腔端352在第三位置和第四位置之间移动期间,第二液体填充腔350的液体压力变化给出关于床垫按压深度的信息。
差分压力测量可由所述单个压力换能器实现,其适于根据在第一腔中测得的变化和在第二腔中测得的变化直接获得差分压力。有利地,可测量胸部厚度与实际按压深度两者,类似于参照图3所述的系统。此外,可获得第一可移动腔端的、因此获得按压垫的绝对位置。通过使用单个换能器,可消除两个换能器之间的漂移差。
图5A是来自第一压力换能器330的压力信号S1的图解表示,图5B是来自第二压力换能器340的压力信号S2的图解表示,且图5C是在复苏术过程中用图3的传感器随时间测得的由第一压力换能器测得的压力与由第二压力换能器测得的压力之间的差分压力Sd的图解表示。
来自第一换能器330和第二换能器340的压力信号S1、S2两者均分别具有连续分量1000、2000和交变分量1500、2500。因此,差分压力Sd也具有连续分量3000和交变分量3500。
差分连续分量3000可在初始水平3001到漂移水平3002之间变化。初始水平3001提供关于胸部厚度的信息,且换能器330和340之间的差分连续分量3000的初始水平3001和漂移水平3002之间的差给出关于胸部模压的信息。差分压力Sd的交变分量3500提供关于胸部按压深度的信息。
关于胸部厚度的信息可用于调整对特定人员的CPR性能,其中不同形态的人员可需要不同的按压深度以实现成功的CPR。
本领域的技术人员将注意到,胸部厚度测量是通过其中使用两个腔的实施例实现的,例如在图3的实例中,其中传感器设备包括与两个腔相关联的两个换能器,或者在图4的实例中,其中传感器设备包括与两个腔相关联的一个换能器,第二可移动端位于患者下方。此外,测量胸部模压是通过传感器设备实现的,所述传感器设备包括一个或多个换能器以及一个或多个腔。
图6示出了一种参照图3和4的根据本发明的一个方面来测量按压深度的方法。
在第一步骤S1中,附接到监视器360的第一压力换能器330测量第一液体填充腔320中的液体压力。第一固定腔端321附接到第一压力换能器330,且第一可移动腔端322附接到按压垫,并因此可在第一位置和第二位置之间移动,其中第一位置和第二位置之间的距离对应于第一按压深度。
在第二步骤S2中,通过获得对应于所测得的液体压力的压力来导出第一按压深度。
在第三步骤S3中,第二固定腔端351附接到第二压力换能器340,且第二可移动腔端352附接到患者胸部下方的床垫。因此,在第二可移动腔端在第三位置和第四位置之间的移动(对应于移动高度)期间,第二可移动腔端352可在所述第三位置和第四位置之间移动。因此,第二压力换能器340通过测量腔350中的液体压力来测量对应于移动的床垫高度的压力。
在第四步骤S4中,导出第一按压深度和移动的床垫高度之间的差。图5c示出了具有交变分量3500的所述差。此交变分量提供关于绝对胸部按压深度的信息。初始连续分量3001提供关于胸部厚度的信息,且换能器330和340之间的差的漂移分量3002给出关于胸部模压的信息。
优选地,在第一次按压之前校准第一可移动腔端321和/或第二可移动腔端351的位置。优选地,所述校准对应于在复苏术开始时零水平的设定。该校准可被执行一次。作为另外一种选择,可基于信号(如,力传感器信号)来触发所述校准。
因此,本领域的技术人员将认识到,所述按压传感器不仅可用于测量按压深度,还可用于导出第一可移动腔端322和/或第二可移动腔端352的绝对位置。如果将第一可移动腔端322和/或第二可移动腔端352固定于按压垫上,则可获得按压垫的绝对位置。
Claims (8)
1.一种用于在CPR期间测量患者胸部的按压深度的按压深度传感器(1、1b、1c、1d),所述传感器包括
第一压力换能器(30、230、330、430),其能够附接到固定元件(60、260、360、460),
第一液体填充腔(20、220、320、420),其具有第一固定腔端(21、221、321、421)和第一可移动腔端(22、222、322、422),所述第一固定腔端能够附接到所述第一压力换能器,且所述第一可移动腔端能够在第一位置(Pr)和第二位置(Pc)之间移动,所述第一位置和所述第二位置之间的距离限定所述按压深度(h),
其中所述第一压力换能器适于通过以下方式测量所述按压深度:在所述第一可移动腔端在所述第一位置和所述第二位置之间移动期间,测量所述第一液体填充腔中的液体压力的变化。
2.根据权利要求1所述的按压深度传感器,其特征在于,所述第一可移动腔端包括用于附接到第一可移动元件(10、210、310、410)的固定装置。
3.根据权利要求1所述的按压深度传感器,其特征在于,所述按压深度传感器包括:
第二压力换能器(240、340),其能够附接到所述固定元件;
第二液体填充腔(250、350),其具有第二固定腔端(251、351)和第二可移动腔端(252、352),所述第二固定腔端能够附接到所述第二压力换能器,所述第二可移动腔端能够在第三位置(Prm)和第四位置(Pcm)之间移动,所述第三位置和所述第四位置之间的距离限定移动高度(hm),
其中所述第二压力换能器适于通过以下方式来测量所述移动高度:在所述第二可移动腔端在所述第三位置和所述第四位置之间移动期间,测量所述第二液体填充腔内的所述液体压力,
减法器,其用于导出所述按压深度(h)与所述移动高度之间的差。
4.根据权利要求3所述的按压深度传感器,其特征在于,所述第二可移动腔端包括用于固定在患者下方的第二固定装置。
5.根据权利要求3或4所述的按压深度传感器,其特征在于,所述第一压力换能器和所述第二压力换能器是应力计换能器或端部压力换能器中的一个。
6.根据权利要求1所述的按压深度传感器,其特征在于,所述按压深度传感器还包括:
第二液体填充腔(450),其具有第二固定腔端(451)和第二可移动腔端(452),所述第二固定腔端能够附接到所述第一压力换能器,所述第二可移动腔端能够在第三位置(Prm)和第四位置(Pcm)之间移动,所述第三位置和所述第四位置之间的距离限定了移动高度(hm),其中所述第一压力换能器是差分压力换能器,所述差分压力换能器适于通过以下方式来测量所述第一可移动腔端和所述第二可移动腔端之间的移动高度:在所述第一可移动腔端和所述第二可移动腔端移动期间,测量所述第一液体填充腔和所述第二液体填充腔之间的差分液体压力,所述第一压力换能器适于导出由所述第一液体填充腔和所述第二液体填充腔中的所测得液体压力形成的差分压力。
7.一种心肺复苏(CPR)设备,包括根据权利要求1至6中任一项所述的按压深度传感器,和第一可移动元件,其中所述第一可移动腔端附接到所述第一可移动元件,且所述第一可移动元件是按压垫。
8.根据权利要求7所述的心肺复苏(CPR)设备,其特征在于,所述按压深度传感器适于导出所述按压垫相对于所述传感器的初始位置的绝对位置差。
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