CN104368069A

CN104368069A - 一种呼吸与精确按压结合的心肺复苏系统

Info

Publication number: CN104368069A
Application number: CN201410546575.3A
Authority: CN
Inventors: 马新攀
Original assignee: NANYANG XINGZHI PATEN TECHNOLOGY SERVICE Co Ltd
Current assignee: NANYANG XINGZHI PATEN TECHNOLOGY SERVICE Co Ltd
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2015-02-25

Abstract

本发明公开了一种呼吸与精确按压结合的心肺复苏系统，其特征在于，该系统包括微控制器、心脏按压装置和呼吸装置，其中：所述心脏按压装置和呼吸装置均与所述微控制器连接，所述心脏按压装置包括气缸、位于气缸内的活塞和与活塞连接的按压板，所述呼吸装置包括氧气面罩和氧气供给装置。由于采用按压和呼吸协调同步进行，大大提高了心肺复苏率，并且由于抗磨密封材料的使用，使心脏按压设备的寿命大大增加，同时由于按压板的柔性材料具有刚性和柔韧性之间的良好平衡，既能够保证所需的按压强度，又能够避免按压损伤如骨折。

Description

一种呼吸与精确按压结合的心肺复苏系统

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及到心肺复苏系统，更具体涉及一种呼吸与精确按压结合的心肺复苏系统。

背景技术

心肺复苏是指患者呼吸心跳骤停时所采用的一切急救措施。其目的是尽快恢复呼吸和循环功能，使生命得以挽救。

1958 年美国 Petef　Safar发明了口对口呼吸法，经实验证实此法简单易行，可产生较大的潮气量，被确定为呼吸复苏的首选方法。1960年Kouwenhoven发表了第一篇有关胸外心脏按压的文章，被称为心肺复苏的里程碑。首次把胸外按压法和口对口呼吸法结合起来，并配以体外电击除颤法，构成了现代复苏的三大要素，成功抢救了20多例病人，其中14例病人生存出院（70％），引起学术界的震惊，与以往的开胸复苏法相比，这种方法简单易行，不受条件限制，很快在临床上得到推广和普及，并规范化，制定出了标准心肺复苏法（S-CPR）。

本领域进行了大量研究以寻找一种更有效地复苏方法来提高心肺复苏的成功率。目前，医院做心肺复苏时，参照《心肺复苏指南》(2005)进行，但是由于是人工操作，费力，增加医务工作者的劳动强度；因心肺复苏效果受人为因素影响较大，所以按压深度的精度显的尤为重要，是提高心肺复苏成功率的关键指标。为解决人为因素的负面影响，根据市场需求，国内外的一些公司推出了替代人工的心肺复苏机。其技术特点主要由两种：第一种是纯气动的机械控制压深，另一种是由电气配合控制压深。因为第一种控制方法是机械控制，所以近压深度的误差较大，使心肺复苏成功率较低；另一种因为是采用模糊控制，所以按压误差也较大。

在以前的专利申请CN2009100658570中，公开了一种按压深度精确调节的心肺复苏机传感控制装置，其中传感器负责检测气缸运动件的位置，将预先设定好的按压档位与检测到的档位加以比较、分析，并根据分析结果控制外设做出相应的动作。然而，在该申请中，没有考虑到呼吸状况对心肺复苏的影响。相比之下，本申请联合使用呼吸机，通过使二者有机配合，使患者的自主循环恢复(+ROSC)和24h存活率得到很大提高，通过引用将专利申请CN2009100658570全文并入本文。

ZL95236029.2（CN2209523Y）公开了一种胸外按压与人工通气交替进行的心肺复苏器，该心肺复苏器主要由联有开放式高频喷射头(5)的导气管(6)、电磁阀(4)等的供氧装置，联有套手圈(11)的吸盘(10)，以及与电磁阀(4)相联的微动开关(12)构成，抢救患者时，用手插进套手圈，对患者胸外按压时，帮助心脏排血和肺部排气，抬拉时靠吸盘真空吸附主动扩胸，帮助静脉血回流进心脏和肺部吸气，由于按压时触动和提拉时松开微动开关，控制电磁阀在扩胸时喷射通气，从而有效地加快心肺复苏。然而，在该专利申请中，需要手动操作按压和通气的关系，操作准确性差。

WO2008088267A1公开了一种按压装置，该按压装置包括具有侧壁、底部和顶壁的抗磁材料制成的圆柱体壳体，具有周向密封件的活塞安装在壳体中并且限定出上部隔室A和下部隔室B。然而，在该专利中缺乏对按压装置的有效程序控制。

“1007CCV型心肺复苏器依照2010新指南在心肺复苏中的应用比较”，阳生光等，中国急救医学，2013年2月第33卷第2期，研究了1007CCV型气动心肺复苏 CPR 器依照 2010 美国心脏学会心肺复苏与心血管急救指南以下简称新指南对心搏呼吸骤停 CPA 患者进行抢救复苏的应用价值。

在现有的按压复苏机中，除了存在上文所述的问题外，还存在气缸活塞磨损严重导致寿命短的严重缺陷，另外按压板材料的硬度不适当常常导致按压损失（如骨折）。

因此，本领域亟需一种能够使按压和通气协同进行、寿命长且按压效果显著的心肺复苏系统。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明人经过深入研究和大量试验，提供了如下技术方案。

一种呼吸与精确按压结合的心肺复苏系统，其特征在于，该系统包括微控制器、心脏按压装置和呼吸装置，其中：所述心脏按压装置和呼吸装置均与所述微控制器连接，所述心脏按压装置包括气缸、位于气缸内的活塞和与活塞连接的按压板，所述呼吸装置包括氧气面罩和氧气供给装置。

优选地，所述活塞与气缸相接触的外周缘包含密封环。该密封环优选由抗磨密封材料制成。

本发明人经过深入研究，发现所述密封环的构成材料优选为改性聚四氟乙烯材料，该改性聚四氟乙烯材料为石棉纤维、碳纳米纤维和聚有机硅化合物联合改性的聚四氟乙烯（PTFE）材料，基于该改性聚四氟乙烯材料的总重量计，包含石棉纤维1-2 wt.%，碳纳米纤维0.5-2 wt.%和聚有机硅化合物1-3 wt.%。

本发明人发现，在使用改性聚四氟乙烯制备所述密封材料中，存在改性剂单一的问题，不能够发挥改性剂的协同作用。本发明人在研究过程中发现，通过石棉纤维、纳米材料和聚合物的结合使用，使密封材料的性能得到极大改善。使得密封材料具有耐磨、密封性好、使用寿命长的优点。石棉纤维、碳纳米纤维的加入使得在PTFE层状结构中形成网状节点，从而提高刚度、导热性、抗蠕变性及耐磨性，使密封寿命大大延长，试验过程中还发现，例如在PTFE中加入1 wt.%的石棉纤维、2 wt.%的碳纳米纤维和2 wt.%的聚有机硅化合物，使密封材料的耐磨性相比于不加入所述填料的密封材料（例如常见的橡胶圈）可以提高很多，例如提高260倍以上，其中聚有机硅化合物的加入避免了石棉纤维的加入所导致的弹性降低、柔韧性变差的问题，本发明尝试向密封环中引入聚有机硅化合物，使密封环在工作时表面渗出硅油，帮助摩擦接触面润滑，从而延长活塞的使用寿命。所述聚有机硅化合物优选为支化的聚有机硅化合物，更优选为环氧改性的支化聚有机硅化合物。所述环氧改性的支化聚有机硅化合物可以通过使式(a)表示的具有硅-氢键的硅氧烷，与式(b)表示的不对称线性硅氧烷反应来进行制备：

其中n表示16-24的整数，

其中X表示任意卤素，优选F或Cl，最优选F，m表示4-8的整数，

反应条件可以包括：在有机溶剂（例如三氯甲烷、甲苯等）中将(a)和(b)二者混合，例如在50-80℃的温度下混合，并在氮气气氛下搅拌过夜，即可获得所需产物。所述混合可以采用滴加方式，例如将式(b)表示的不对称线性硅氧烷滴加到式(a)表示的具有硅-氢键的硅氧烷中。

密封中所用的密封材料（如密封环）可以通过包括如下步骤的方法由所述密封材料制成：将聚四氟乙烯料和石棉纤维进行高剪切混合，得混合物a，再将碳纳米纤维和聚有机硅化合物混合，得到混合物b，然后将混合物a和b进行混合、压制、烧结和切削加工。通过上述优选的混合顺序，可以实现各组分的均匀掺混，避免了在所有组分同时混合时，石棉纤维和纳米材料如碳纳米纤维之间由于缠结而附聚。

密封中所用的密封材料表面优选涂覆有一层弹性体，所述弹性体为氟烃弹性体。

弹性体的厚度可以为0.1mm-1.0mm。本发明人发现，如果弹性体层厚度小于0.1mm，则不能实现有效防摩擦效果，如果厚度大于1.0mm，则密封强度不够。

最优选地，弹性体的表面涂有润滑剂组合物，该润滑剂组合物中含有用以改善氟烃弹性体层与润滑剂组合物的相容性的添加剂，该添加剂为油可溶的钛络合物。优选地，所述钛络合物不含卤素。更优选地，其化学结构式可以为：

R¹、R²、R³和R⁴可以独立地为直链烷基或直链烷氧基，并且R¹、R²、R³和R⁴中的至少三个彼此独立地是C₂-C₃₀的饱和羧酸阴离子。

通过本发明润滑剂系统的使用，可以在不降低活塞密封性的同时大大降低摩擦力。

在一个优选实施方案中，所述氧气面罩和氧气供给装置之间具有电磁阀，氧气面罩的氧气供应由该电磁阀控制。电磁阀通过其中的传感器将氧气流量和频率信号传递给微控制器，并从微控制器接受指令来调节氧气流量（如潮气量）和频率信号。

优选地，所述微控制器通过串行总线在数据采集模块、输出显示模块、电磁阀之间传递数据，数据采集模块由并入串出移位寄存器和与其连接的采集检测气缸位置信号的多个传感器和检测呼吸装置氧气流量的传感器构成，采集气缸位置信号的传感器用于检测气缸运动件的位置并将采集到的位置信息通过并入串出移位寄存器发送给微控制器，微控制器保持跟踪活塞的移动，进而可以调控活塞在气缸内的运动深度，其中微控制器会将预先设定好的按压档位与检测到的档位加以比较、分析，并根据分析结果控制外设做出相应的动作；显示模块采用串入并出移位寄存器实现，通过移位寄存器控制LED指示行程，并显示出按压的档位；所述微控制器通过电磁阀监测并且控制氧气的供给，并且根据按压频率调整呼吸频率。

所述传感器优选为Hall传感器。

所述传感器和数据处理电路可以通过排线连接安装贴在气缸前壁。

所述微控制器以单片机（例如AT89S52）为核心进行设计，该微控制器的CPU模块可采用两片单片机（A机和B机）（例如AT89S52）控制，利用双单片机串行通信，较好地解决了I/O口过少问题。同时，由于两块单片机之间距离较短，可以在同一块PCB板上将两块单片机的串行接口直接相连，将一方的TXD与另一方的RXD引脚连接，从而可以省略常用的Max232芯片，降低了装置成本。在串行通信中，一个很重要的指标通常就是表示数据传输速率的波特率的设置。

在本文中，所述波特率为50bit/s—11500bit/s，优选为9600bit/s。在双机串行通信中，必须使通信双方具有一致的波特率，为此，采用如下分配方式：

A机I/O口分配如下：

(1)P1.0-P1.5管脚分配给两片74HC595使用，驱动30个LED灯;

(2)P3.0、P3.1分别使用第二功能，分配给RXD和TXD用来实现双单片机点对点通信；

(3)P3.2和P3.3作为外中断INT0和INT1，配合P3.4、P3.5，对光电传感器进行检测，而判别每次按压和每次吹气量的大小；

(4)P0口加上拉电阻后作为普通I/O口接至LCD的数据口用来传输数据和指令；

(5)P2.0-P2.5分别连接LCD的RS、RW、EN、CSl、CS2、/RET六个控制端口；

(6)P1.6、P1.7和P2.6、P2.7管脚作为后背管脚，留作以后产品升级时的扩展功能使用。

B机I/O口分配如下：

(1)AT89S52由于无SPI接口，因此使用P1.0、P3.3、P3.6、P1.7模拟SPI总线时序来操作ISD1700显示芯片；

(2)P1.1-P1.6、P3.2用于整个系统的按键操作使用，可实现工作方式的选择、启动、复位等操作；

(3)P3.0、P3.1分配方式与A机分配方式一致，使用端口的第二功能；

(4)P3.7、P0.4、P0.5用来控制继电器，进而控制任选的瞳孔负载以及脉动负载；

(5)P0.0、P0.1分别作为两块智能芯片HD7279的片选端，而P0.2、P0.3作为HD7279的时钟CKL和数据端口DATA；

(6)打印机控制模块的数据端、忙状态以及数据选通端分别由P2口、P0.7、P0.6协同完成；

(7)其余I/O口亦作为备用口。

所述单片机具有PDIP、PLCC、TPFP等多封装形式，本课题采用常用的双列直插式PDIP封装形式。

在一个特别优选的实施方式中，所述呼吸装置的呼吸频率B（次/min）与心脏按压装置的按压频率P（次/min）之间满足B/P=0.12-0.18，优选0.15的关系，潮气量（吹气量）为4-10 mL/kg，优选6-8 mL/kg。经过研究发现，当B/P=0.12-0.18不满足上述关系是，心肺复苏率要低很多，例如B/P=0.10与B/P=0.12相比，心肺复苏率要降低10-30%，再例如B/P=0.20与B/P=0.18相比，心肺复苏率要降低15-30%，这些效果是本领域技术人员事先所预料不到的。

活塞可以通过连杆与按压板连接，依靠连杆给按压板传递按压动力，所述按压板的上部是刚性材料板，按压板可以为圆形、方形或其它形状，其下部覆有一层柔性材料层。所述柔性材料可以为树脂，柔性材料层厚度可以为5-10mm。所述刚性材料板可以为金属板或硬质塑料板。

本发明人经过研究发现，当所述柔性材料为如下共混物的挤出物或模塑物时，该材料的刚性和柔韧性之间的良好平衡既能够保证所需的按压强度，又能够避免按压损伤如骨折：聚丙烯与乙烯丙烯共聚物的共混物，其包括：全同立构聚丙烯占整个共混物的10-30wt%，并且在聚丙烯中中每10,000个丙烯单元具有大约20-80个缺陷区域（即赤式、苏式和3,1-异构化之和）。通过这样的材料的使用，与目前常规的心肺复苏机（例如Thumper-1007心肺复苏机）相比，可以使按压损伤发生率降低8-10%。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

图1是根据本发明的心肺复苏系统的示意图，

其中，1-1：微控制器；2-1：心脏按压装置；和3-1：呼吸装置。

图2是根据本发明的心肺按压装置的纵截面示意图，

其中，1：活塞密封环；2：气缸；3：连杆；4：刚性材料板；5：柔性材料层；6：活塞。

具体实施方式

实施例1：

一种呼吸与精确按压结合的心肺复苏系统，该系统包括微控制器1-1、心脏按压装置2-1和呼吸装置3-1，其中：所述心脏按压装置2-1和呼吸装置3-1均与所述微控制器1-1连接，所述心脏按压装置2-1包括气缸2、位于气缸内的活塞6和与活塞连接的按压板，所述呼吸装置包括氧气面罩和氧气供给装置，其中所述活塞6与气缸相接触的外周缘包含密封环1，该密封环由抗磨密封材料制成，该密封材料为改性聚四氟乙烯材料，包含石棉纤维2wt.%，纳米材料1 wt.%和聚合物2 wt.%，所述纳米材料为市售碳纳米纤维，所述聚合物为市售聚有机硅氧烷，石棉纤维也可市售获得，其通过将聚四氟乙烯料和石棉纤维进行高剪切混合，和将纳米材料和聚合物混合，然后再将二者进行混合、压制、烧结和切削加工而制得。

对比例1

心肺复苏系统与实施例1相同，区别仅在于作为密封材料的改性聚四氟乙烯材料仅包含石棉纤维5 wt.%，其通过将聚四氟乙烯料和石棉纤维进行高剪切混合，然后再进行压制、烧结和切削加工而制得。

将实施例1和对比例1的密封材料制成的密封片在实验中以相同的往返次数进行测试。发现实施例1的活塞的寿命高达1120小时，而对比例1的活塞的寿命为400小时，本发明的联合改性方法使密封片的寿命提高约2倍。

由上述对比还可以明显看出，本发明的心肺复苏系统采用按压和呼吸协调同步进行，大大提高了心肺复苏率，并且抗磨密封材料的使用，使按压设备的寿命大大增加，同时由于按压板的柔性材料具有刚性和柔韧性之间的良好平衡，既能够保证所需的按压强度，又能够避免按压损伤如骨折。

Claims

1. 一种呼吸与精确按压结合的心肺复苏系统，其特征在于，该系统包括微控制器、心脏按压装置和呼吸装置，其中：所述心脏按压装置和呼吸装置均与所述微控制器连接，所述心脏按压装置包括气缸、位于气缸内的活塞和与活塞连接的按压板，所述呼吸装置包括氧气面罩和氧气供给装置。

2.根据权利要求1的心肺复苏系统，其中所述活塞与气缸相接触的外周缘包含密封环，该密封环由抗磨密封材料制成。

3. 根据权利要求1或2的心肺复苏系统，其中所述氧气面罩和氧气供给装置之间具有电磁阀，氧气面罩的氧气供应由该电磁阀控制。

4.根据权利要求1-3中任一项的心肺复苏系统，其中所述微控制器通过串行总线在数据采集模块、输出显示模块、电磁阀之间传递数据，数据采集模块由并入串出移位寄存器和与其连接的采集检测气缸位置信号的多个传感器和检测呼吸装置氧气流量的传感器构成，采集气缸位置信号的传感器用于检测气缸运动件的位置并将采集到的位置信息通过并入串出移位寄存器发送给微控制器，微控制器保持跟踪活塞的移动，进而可以调控活塞在气缸内的运动深度，其中微控制器会将预先设定好的按压档位与检测到的档位加以比较、分析，并根据分析结果控制外设做出相应的动作；显示模块采用串入并出移位寄存器实现，通过移位寄存器控制LED指示行程，并显示出按压的档位；所述微控制器通过电磁阀监测并且控制氧气的供给，并且根据按压频率调整呼吸频率。

5.根据权利要求1-4中任一项的心肺复苏系统，其中所述呼吸装置的呼吸频率B（次/min）与心脏按压装置的按压频率P（次/min）之间满足B/P=0.12-0.18的关系，潮气量为4-10 mL/kg。

6.根据权利要求1-5中任一项的心肺复苏系统，其中活塞通过连杆与按压板连接，依靠连杆给按压板传递按压动力，所述按压板的上部是刚性材料板，其下部覆有一层柔性材料层。

7.根据权利要求6的心肺复苏系统，其中所述柔性材料为树脂，柔性材料层厚度为5-10mm。

8. 根据权利要求6或7的心肺复苏系统，其中所述刚性材料板为金属板或硬质塑料板。