CN104717951A - 具有光学校准的用于机械胸部按压的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于活塞驱动胸部按压装置的光学校准最优化了胸部按压在主体胸部固定位置上的应用，并能提供有关胸部按压的深度和频率的信息。瞄准系统记录并且可以显示对应于远离所选按压位置的任何移动或“行走”的一些遥测，以及按压深度和频率。瞄准系统互连到按压装置控制器，如果按压部件远离选定按压位置预设警告极限值之外接触主体，则瞄准系统提供警告给操作员。如果在按压部件与主体之间的接触部位在预设的绝对极限值之外，那么定外系统也会停止所述按压装置。

Description

具有光学校准的用于机械胸部按压的方法和装置

技术领域

下面说明的发明涉及紧急医疗装置和方法领域，特别是涉及一种最优化心脏停搏主体的复苏的方法及装置。

背景技术

根据美国心脏协会数据，每年医院外有近383,000突发心脏停搏情况在美国发生。这些主体可以通过及时应用救生措施而获救，如心肺复苏(CPR)。

CPR是用于抢救遭遇心脏停搏的人的一种著名且有价值的急救方法。CPR要求反复胸部按压，以挤压心脏和胸腔来泵送血液通过身体。人工呼吸，如口对口呼吸或面罩装置，用于供应空气到肺部。当一个急救提供者有效地进行人工胸部按压时，身体中的血流量约为正常血流量的25％至30％。然而，即使是有经验的医护人员也不能维持足够的胸部按压超过几分钟。见Hightower等人，“Decay In Quality Of ChestCompressions Over Time(胸部按压的质量随着时间的推移衰减)”，26期年刊，急诊，医学杂志，300(1995年9月)。因此，CPR经常不能成功地维持或恢复主体。然而，如果胸部按压可以充分保持，则心脏停搏的遭遇者可以持续更长的时间。已经报道了努力延长胸部按压(45至90分钟)的偶然报告，冠状动脉搭桥手术患者最终获救。见Tovar等人的“Successful Myocardial Revascularization and NeurologicRecovery(成功的心肌血运重建和神经功能恢复)”，22Texas Heart J.271(1995)。

为了努力提供更好的血液流动，增加旁观者复苏工作的成效，各种机械装置已经被提出用于实施自动胸部按压。目前有两种类型的自动胸部按压装置。一种类型是使用放置在主体胸部周围的带以实现胸部按压。胸部按压机就是一种这样的装置，并被记载在专利中，例如Mollenauer等人的美国专利No.6,142,962(2000年11月7日)“Resuscitation Device having a Motor Driven Belt toConstrict/Compress the chest(用于收缩/按压胸部的带有马达驱动皮带的复苏装置)”。另一种类型是使用反复按压胸部的活塞。基于活塞的胸部按压系统包括胸部按压装置(在Sebelius等人的RigidSupport Structure on Two Legs for CPR(用于CPR的两腿上的刚性支撑结构)，美国专利No.7,569,021(2009年8月4日)中说明)和胸部按压装置(在Barkolow的CardiopulmonaryResuscitator Massager Pad(心肺复苏器按摩衬垫)，美国专利No.4,570,615(1986年2月18日)中说明)。这些胸部按压系统包括活塞和用于反复地在胸部上驱动活塞向下并且从胸部提升活塞的电机，以让胸部在其自身自然的阻力作用下扩大。

随着通过基于活塞的胸部按压系统进行机械按压，按压部件相对于主体可改变位置。当自动胸部按压系统不能将胸部按压作用在主体胸部的适当位置时，自动胸部按压的效果会减弱。活塞的重复延伸和缩回经常导致活塞从主体的胸部向上移动或“走”向颈部或向下移向主体的腹部。

发明内容

下面描述的装置和方法提供了在胸部按压装置中的光学校准或瞄准系统，用于确定所述装置在主体的胸部上的初始放置和监控胸部按压装置相对于在主体胸部上选定的按压部位的运动。所述瞄准系统记录并可以显示对应于远离所选按压部位的任何移动或“行走”的一些遥测以及按压的深度和频率。该瞄准系统互连到按压装置控制器，并且如果按压部件远离选定的按压部位在预设的警告极限值之外接触所述主体，那么所述瞄准系统会提供警告或其它状态指示给操作者。如果在所述按压部件和所述主体之间的接触的部位位于预设绝对极限值之外，那么瞄准系统也停止所述按压装置。

可替代地，如果所述瞄准系统检测到按压部件和主体之间的接触在距离所需的按压部位的一个或多个预设操作极限值之外，那么该按压装置可被编程为以减小的按压冲程深度来操作。该控制系统还可以根据主体胸部的身体尺寸提供可调节的按压深度。

所选的按压部位和所需要发起警告、停止操作或减少按压冲程深度的按压部件与主体之间的接触点之间的距离，也可以预先设定或基于主体的尺寸进行调整。

所述瞄准系统包括一个或多个光学传感器，用于观察和记录所述按压装置部件的运动，按压部件在主体胸部上的相对定位。

附图说明

图1是具有光学检测器、瞄准系统和主体胸部的截面的活塞驱动胸部按压装置的前视图，示出了界标骨骼结构以及固定到主体上的按压和电极衬垫。

图2是图1的胸部按压装置沿A-A的截面图，按压和电极衬垫固定到主体上。

图3是具有固定于主体上的光学检测器的活塞驱动胸部按压装置的透视图。

图4是具有光学检测器的活塞驱动胸部按压装置的侧视图。

图5是胸部按压和电极衬垫的俯视图。

图6是另一种胸部按压和电极衬垫的俯视图。

具体实施方式

图1和图2示出了活塞操作的胸部按压装置，其具有光检测器、瞄准系统和主体胸部的横截面，主体的胸部示出了界标骨骼结构和固定在主体上的按压和电极衬垫。机械的胸部按压装置10定向成向主体1的胸部2施加按压。胸部按压装置10包括支撑结构11，其支持胸部按压单元12并使其定向成置于胸骨2A上。支撑结构11可包括连接到背板(例如背板11C)上的两个或多个腿(如腿11A和11B)。可替代地，支撑结构11可以是单一的腿或柱和悬臂安装支撑胸部按压单元12。胸部按压单元12包括任何合适的驱动装置，例如马达13，它可以是可逆电动马达，线性的、气动或液压致动器或类似物。柱塞14具有远端14D和近端14P，柱塞的近端14P可操作地连接到马达13。远端或柱塞端部14D在马达13的控制下从壳体延伸或退回到壳体中。一种马达控制单元或控制器15可操作地连接到马达13，并且包括微处理器15U，来控制马达和柱塞的操作，并且一个或多个或固件程序或指令设置为使得控制器能够使得活塞或按压部件与主体最初定向，并且追踪按压部件的操作。柱塞的端部，远端14D，可以被用于按压主体的胸部。另外，合适的按压部件可以被固定到柱塞的远端，以将按压力分配到主体的胸部的较大的区域。按压部件1617(如果使用的话)被固定到柱塞的远端，以与主体的胸部接触并分配按压力。

胸部按压装置包括瞄准系统，其操作以确保该柱塞最初和所述装置操作期间被正确定位。如图2所示，按压力作用的所需位置是相对于胸骨槽口2N在更靠上的位置的胸部中心。电极组件18可拆卸地附接到主体，并且包括除颤衬垫18P、桥18X和标记，例如具有与施力位置19相对应的靶件中心点16X的靶件16。1819瞄准系统20包括固定到主体胸部的一个或多个界标(如靶件16)，安装在控制器15中的定向软件21，和一个或多个传感器(例如光学检测器22)，其固定在柱塞14中，并穿通过按压部件17。光学检测器22连接到控制器15，用于检测柱塞14和按压部件17相对于施力位置19的方向，并用于检测所述柱塞或按压部件接触点距离所述所需的施力位置的任何变化量。

柱塞14的初始延伸和与按压靶件16接触的柱塞顶端14D或按压部件17的定向可以被瞄准系统20使用，以确定然后与所需的胸骨位移(大的人需要更多的按压)关联的主体的胸骨高度，前-后的高度。目前，美国心脏协会推荐，胸骨按压至少为2英寸(对于成人主体而言)或胸骨高度的20％。这些胸骨位移靶件之任一个可以通过使用瞄准系统20来确定所述胸骨高度并相应地调整活塞的行程长度来满足。另外，从柱塞的初始延伸，可以进行关于主体的尺寸的近似，并且该信息可被用于调整瞄准系统的其它阈值。有些系统阈值或极限值23是基于当前按压部位和施力位置19之间的变化量或距离，当前按压部位是在当前按压行程中柱塞顶端和主体胸部之间的接触点。瞄准系统20包括警告阈值或者警告极限值23A，其设置为，如果柱塞顶端14D或按压部件17远离施力位置19大于距离X接触主体胸部，则提供视觉或听觉状态指示(诸如听觉指示28A或视觉指示28B)给装置操作员。如果柱塞顶端14D远离施力位置19小于距离X接触主体胸部，则不发出任何警告，并且系统可以提供例如绿灯的状态指示或其它表示正常运行和定向的指示。瞄准系统还包括操作阈值或者操作极限值23B，其设置为：如果柱塞顶端14D或按压部件17远离施力位置19大于距离Y接触主体胸部，则其将改变胸部按压的深度。操作极限值23B也可以操作作为距离Y的函数来改变按压的深度。瞄准系统还包括绝对阈值或绝对极限值23C，其设置为：如果柱塞顶端14D或按压部件17远离施力位置19大于距离Z接触主体胸部，则终止胸部按压。触发操作极限值23B和绝对极限值23C也会导致产生向装置操作员发出警报以及一个或一个以上的自然或故障状态指示。

在使用中，电极组件18可拆卸地固定到主体胸部，按压靶件16被固定，用于标记施力位置19所选择的按压位置。机械胸部按压装置10被定向成围绕主体胸，按压部件17置于在主体胸部标记了施力位置19的按压靶件16上。柱塞14被延伸，以确认柱塞顶端14D或按压部件17在主体上并且相对于按压靶件16的正确定位。一旦经瞄准系统20确认正确的校准和定向，所述瞄准系统就能获取包括基线图像25的基线校准数据24。通过任何适合的接口，例如接口12A，控制器15被指示，以进行用于CPR的循环加压和降压。随着柱塞14循环按压主体的胸，瞄准系统20继续收集和处理操作数据26和操作图像，如按压图像27。按压图像如图像27与基线图像25通过控制器15和瞄准软件21进行比较。在按压图像和基线图像之间的变化量与变化量极限值进行比较，以提供正确的操作和定向是否合适的确定，或产生报警，如果变化量超过预先选定的极限值，则改变按压的深度或终止按压。

图3和图4的机械胸部按压装置30包括瞄准系统31，其包括两个或更多个定位或光学传感器，如传感器32，33，34，35和36。传感器32，33，34，35和36可以是任何合适的传感器或下述传感器的组合：例如光学位置传感器，CCD传感器，图像传感器或光电传感器。来自定位传感器的数据37可以使用任何适当的有线或无线连接传送给控制器38和瞄准软件31A。每个光学传感器都有视场，如对于光学传感器32而言的视场32X，或者对于光学传感器35而言的视场35X。固定到支撑结构11的光学传感器被定向成在它们的视场内包括柱塞39，按压部件40及主体胸部2的至少一部分。瞄准系统31可以追踪在它视场内的元件的相对位置，例如按压部件40和在主体胸部上的一个或多个界标，如解剖结构界标41、42。界标42可以是天然瑕疵或由救助者施加的临时标记。在视场内的元件的相对位置由瞄准系统使用，用来确定按压部件40远离施力位置19的任何不希望的运动。瞄准系统31可以使用来自于柱塞39和按压部件40、44在视场内的存在和运动，或者来自于编码器(如联接到柱塞39的编码器45)的数据43来确定按压的深度和频率。

由瞄准系统20或31检测的标记可以设置在可移动的贴件或衬垫上或电极组件(如电极组件18)上。如图5所示，电极组件50还包括按压衬垫51。电极组件50可拆卸地固定到主体，按压点52与主体胸骨槽口上方的所需施力位置19对应。衬垫51具有靶件53，并且可以包括一个或多个标记或刻度54，以使瞄准系统20能够识别和追踪按压部件17远离所需施力位置(位置19)的移动。不同标记可应用到单个主体、靶件或衬垫，以提供指示旋转，横向移动和上-下移动的数据，以及从标记到所需施力位置或靶件中心点的方向。例如，标记55与刻度54不同，或者它们不同地被定向，如由刻度54A，54B和54C所示。按压衬垫，如按压衬垫51还可以包括用于ECG，除颤或其它医疗附件的电极。

按压衬垫上的或直接施加于主体的标记、靶件和偏差刻度可以采用任何合适的布置。图1、图2中的靶件16包括第一标记16A，其被定向为在主体中线3上平行于患者的上-下轴线。中线3是人体的固有元素，并且是一条距主体的身体的双边特征等距的线。第二标记16B被定向为垂直于中线3。第一标记16A和第二标记16B之间的不同允许瞄准系统确定和区分从对应于靶件中心点16X的所需施力位置19在任何方向上的移动。标记上的不同还能够识别循环胸部按压过程中可能发生的柱塞14的旋转。

在图6中，按压衬垫60上的标记62包括大体为圆形的靶件63，其具有一个或多个同心的标记，如第一边界64，第二边界65，第三边界66和第四或外边界67。靶件63还可以包括一个或多个刻度68，与嵌入在按压部件中的光学传感器(如图3和4中的视频传感器32)一起使用。例如图6的同心边界64,65,66和67的靶件标记或刻度可以由瞄准软件31A使用，以产生一个或多个响应69，如警告，终止按压或按压深度修正，如上所述。使用例如标记62，警告阈值或者警告极限值可以被设置为，如果柱塞顶端或按压部件远离预先选定的施力位置大于距离X与主体胸部接触，那么提供警告给装置操作员，如上所述。第一边界64可以被选择为警告极限值。如前文所述，如果柱塞顶端或按压部件远离施力位置大于距离Y与主体胸部接触则被设置为改变胸部按压的深度的操作阈值或操作极限值可以设置成对应于第二边界65或第三边界66。如前文所述，如果柱塞顶端或按压部件远离预选施力位置大于距离Z，则终止胸部按压的绝对阈值或绝对极限值可被设置成对应于外标记67。

在使用中，图3和图4中的机械按压装置30包括用于提供追踪和操作数据37至控制器38和瞄准软件31A的光学传感器35。微处理器38U处理数据37，以确定按压的深度、按压的频率以及按压部件40从选定的施力位置的偏离。视场35X中包括按压部件40，因为它直接接触胸部2或因为它接触电极和按压衬垫18。来自传感器35的按压图像和基线图像的比较和分析被用来确定距离误差70，该距离误差70是按压部件40在主体上的接触点71与由界标或靶件(如靶件16)识别的选定的施力位置19之间的距离。柱塞39延伸以确定按压部件40在主体上并且相对于按压靶件16的正确位置。一旦经瞄准系统31确认正确的校准和定向，所述瞄准系统就获取基线校准数据，如前所述。控制器38通过任何合适的接口被指示，以执行用于CPR的循环加压和降压。随着柱塞39循环地按压主体的胸，瞄准系统31继续地收集和处理操作数据和操作图像。通过控制器38和瞄准软件31A将按压图像和基线图像进行比较。按压图像和基线图像之间的变化量和变化量极限值进行比较，以提供是否适当的正确操作和定向的确定，或者如果变化量超过了预选的极限值，则会发出警报、改变按压深度或终止按压。

前面分别参照定向或者瞄准软件21和瞄准软件31A讨论了瞄准系统20和31。用于控制器(如控制器15和38)的指令也可以设置在任何合适的硬件或固件介质中。

虽然装置和方法的优选实施例已参照它们被开发的环境进行了描述，但是它们仅仅是本发明的原理的示例。不同实施例中的元件可以合并到每个其它种类中以获得与这些其它种类结合的那些元件的益处，各种有利特征可以应用到单独的实施例中或相互结合使用。可以设计其它实施例和配置，只要不脱离本发明的精神和所附权利要求书的范围。

Claims (20)

1.一种具有光学校准的胸部按压装置，以按压具有中线的主体，所述装置包括：

安装结构，具有两条腿和背板；

胸部按压单元，包括可逆电动马达、具有远端和近端的柱塞，所述柱塞的所述近端可操作地联接到所述可逆电动马达，所述柱塞的所述远端从所述按压单元延伸并缩进所述按压单元内，所述胸部按压单元固定到所述安装结构，以沿所述中线接合所述主体并进行胸部按压；

控制器，以控制所述电动马达和所述柱塞；

具有远端和近端的按压部件，所述近端接合所述柱塞，所述远端用于在预选施力位置给主体施加按压力；

软件，可操作地连接到所述控制器以提供指令给所述控制器以处理关于所述按压部件和所述预选施力位置之间的距离的数据；

一个或多个光学传感器，将关于在所述按压部件和所述预选施力位置之间的距离的数据提供到所述控制器；并且

其中，所述控制器被构造为当所述按压部件在预选警报极限值之外接触所述主体时产生警报。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

可拆卸地固定到所述主体的按压衬垫，所述按压衬垫具有带靶件中心点的靶件，所述靶件中心点与所述预选施力位置校准。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述靶件还包括：

标记，指示从所述标记到所述靶件中心点的方向。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述按压衬垫还包括：

相对于所述预选施力位置定向的一个或多个靶件刻度。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述一个或多个靶件刻度指示从所述靶件刻度到所述靶件中心点的方向。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述按压衬垫还包括：

平行于所述中线定向的中线刻度；

垂直于所述中线刻度定向的横向刻度；和

其中，所述中线刻度与所述横向刻度相交，形成靶件中心点，并且所述靶件中心点和所述预选施力位置对应。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述中线刻度不同于所述横向刻度。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器被构造为：当所述按压部件在预选操作极限值之外接触所述主体时，改变按压的深度。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器被构造为：当所述按压部件在预选绝对极限值之外接触所述主体时，停止胸部按压。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预选警报极限值相对于在所述主体的胸部上的界标被确定。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预选警报极限值相对于靶件刻度被确定。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预选操作极限值相对于在所述主体的胸部上的界标被确定。

13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预选操作极限值相对于靶件刻度被确定。

14.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预选绝对极限值相对于在所述主体的胸部上的界标被确定。

15.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预选绝对极限值相对于靶件刻度被确定。

16.一种用于进行机械胸部按压的方法，包括以下步骤：

提供具有两条腿和背板的安装结构；

提供胸部按压单元，所述胸部按压单元包括可逆电动马达、具有远端和近端的柱塞，所述柱塞的所述近端可操作地联接到所述可逆电动马达，所述柱塞的所述远端从所述壳体延伸出并缩回进所述壳体内，所述胸部按压单元固定到所述安装结构；

提供用于控制所述电动马达和所述柱塞的控制器；

提供具有远端和近端的按压部件，所述近端接合所述柱塞，所述远端用于在预选施力位置施加按压力给主体；提供软件，所述软件可操作地连接到所述控制器，以提供指令给所述控制器，用于处理关于在所述按压部件和所述预选施力位置之间的距离的数据；

提供一个或多个光学传感器，所述光学传感器将关于在所述按压部件和所述预选施力位置之间的距离的数据产生并传送到所述控制器；

将所述主体固定在所述安装结构内；

将所述安装结构内的所述主体定向，以使所述按压部件接触所述预选施力位置；

启动循环胸部按压；并且

当所述按压部件在预选警报极限值之外接触所述主体时产生警报。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

当所述按压部件在预选绝对极限值之外接触所述主体时停止循环胸部按压。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述柱塞从所述壳体延伸出和缩回到所述壳体内，以产生具有预选深度的按压，并且所述方法进一步包含以下步骤：

当所述按压部件在预选绝对极限值之外接触所述主体时将循环胸部按压的所述预选深度改变为第二深度。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，按压的所述第二深度小于按压的所述预选深度。

20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：

在开始循环胸部按压之前确定主体的前后高度；并且

将按压的所述预选深度设置为所述主体的所述前后高度的函数。