CN106540364A - 利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法和系统，在胸外按压过程中，通过除颤电极获取患者胸阻抗信号，对胸阻抗信号进行数字化采集，并对采集到的胸阻抗信号进行处理，计算胸阻抗信号的差分信号，然后综合分析胸阻抗信号以及差分信号的变化，通过设定检测阈值实时区分胸外按压的加压期和放松期，将分析结果同时反馈到呼吸机，利用胸阻抗信号反馈的结果，在连续胸外按压过程中，控制呼吸机在放松期进行吸气动作，按压期进行呼气动作，实现胸外按压同步通气，避免出现过度通气或通气不足，提高复苏成功率，使救援人员操作呼吸机更为标准。

Description

利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法和系统
技术领域
本发明涉及呼吸机领域，特别涉及利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法和系统。
背景技术
心肺复苏(CPR)是针对心跳呼吸骤停的急症危重病人进行抢救的关键措施，即胸外心脏按压形成暂时的人工循环并恢复自主搏动，采用人工/机械通气代替自主呼吸，快速电除颤转复心室颤动，以及尽早使用血管活性药物来重新恢复自主循环的急救技术。胸外心脏按压是临床上抢救呼吸心跳骤停病人的一种重要措施。2015年心肺复苏指南建议在没有气道插管时，需在停止按压的情况下进行通气，以30:2的按压通气比进行心肺复苏。通气造成的按压中断将会影响复苏的成功率。而在进行气道插管的前提下，可以通过机械通气的方式实现对患者的通气，此时可进行连续的胸外按压而不必造成中断。
目前胸外按压与通气同时进行时，呼吸频率通常为一固定的设定值(如10次/min或20次/min)。但由于胸外按压会在呼吸机气道环路持续产生气道压力的震荡，特别是在送气期间，这将产生连续数个气道压力值较高的波峰，对机械通气产生不良影响。另外，进行连续的胸外按压时，对通气时刻也有一定要求。
因此为解决心肺复苏中的胸外按压与通气相同步的问题，需探索一种简单有效的操作控制呼吸机的方法和系统。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法和系统，解决胸外按压与通气匹配问题，提高复苏成功率，使救援人员操作呼吸机更为标准。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法的具体流程如下：
步骤一：利用体外除颤电极对人体施加电流激励信号，提取对激励信号响应的胸阻抗信号，并对胸阻抗信号进行数字化采集；
步骤二：选取所述胸阻抗信号中的胸阻抗数据，并利用带通滤波器对胸阻抗信号进行预处理，以获得胸阻抗信号的极大值和极小值；
步骤三：根据所述胸阻抗信号的极大值和极小值，计算胸阻抗峰峰值；
步骤四：将所述胸阻抗信号峰峰值与预设阈值相比较并判断，胸阻抗信号峰峰值小于预设阈值，则返回步骤一，胸阻抗信号峰峰值大于预设阈值，则进行步骤五；
步骤五：对胸阻抗信号进行差分运算，寻找差分运算后信号的波峰和波谷；
步骤六：所述差分信号波谷出现后，阻抗信号波形上升到波谷幅值一半时，控制呼吸机进行呼气动作；所述差分信号波峰出现时，控制呼吸机进行吸气动作。
进一步的，步骤二中,选取所述胸阻抗信号中时间长度为1s的胸阻抗数据。
进一步的，步骤二中，带通滤波器的通带频率为1-4Hz。
进一步的，步骤二中，胸阻抗峰峰值的计算方式为：寻找胸阻抗信号中时间长度为1s的胸阻抗数据的所有极大值以及极小值点，极大值中的最大值与极小值中的最小值之差为胸阻抗信号的峰峰值。
进一步的，步骤六中，差分信号波峰出现时，延时0.05s后控制呼吸机进行吸气动作。
进一步的，一种利用胸阻抗信号控制呼吸机系统包括除颤电极、滤波器、处理器和呼吸机，除颤电极、滤波器、呼吸机分别与处理器相连接；除颤电极用于提取对激励信号响应的胸阻抗信号，滤波器用于对提取的胸阻抗信号进行滤波处理，处理器用于计算胸阻抗峰峰值和对胸阻抗信号进行差分运算，并控制呼吸机动作，呼吸机用于为人体提供通气功能。
发明的有益效果：
1、本发明的一种利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法和系统，在连续胸外按压过程中，利用胸阻抗信号反馈的结果，控制呼吸机在放松期进行吸气动作，按压期进行呼气动作，实现胸外按压同步通气，避免出现过度通气或通气不足，提高复苏成功率，使救援人员操作呼吸机更为标准。
2、本发明的一种利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法和系统，步骤二中选取所述胸阻抗信号中时间长度为1s的胸阻抗数据，该数据为一个小波信号，通过对小波信号的分析可以突出按压波形部分特征，弱化通气波形特征，达到区分两种波形的目的。
3、本发明的一种利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法和系统，步骤二中带通滤波器的通带频率为1-4Hz，能够有效处理信号中的噪声和干扰。
4、本发明的一种利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法和系统，普通患者吸气的时间比呼气的时间要短，在步骤六中差分信号波峰出现时，延时0.05s后控制呼吸机进行吸气，能够增加患者的舒适度。
附图说明
图1为利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法的流程图。
图2为利用胸阻抗信号控制呼吸机系统的原理图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
本发明公开了一种利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法和系统，在胸外按压过程中，通过除颤电极获取患者胸阻抗信号，对胸阻抗信号进行数字化采集，并对采集到的胸阻抗信号进行处理，计算胸阻抗信号的差分信号，然后综合分析胸阻抗信号以及差分信号的变化，通过与预设阈值相比较，实时区分胸外按压的加压期和放松期，并将分析结果反馈到呼吸机，控制呼吸机在连续胸外按压过程中控制呼吸机在胸外按压的放松期进行吸气，按压期进行呼气,实现胸外按压同步通气，避免出现过度通气或通气不足，提高复苏成功率，使救援者操作呼吸机更为标准。
如图1所示的流程图，该方法具体包括以下步骤：
首先，在胸外按压过程中，利用体外除颤电极对人体施加电流激励信号，提取对激励信号相应的胸阻抗信号，并对胸阻抗信号进行数字化采集。
其次，选取所述胸阻抗信号中时间长度为1s的胸阻抗数据，并利用带通滤波器对信号进行滤波处理，获得胸阻抗信号的极大值以及极小值。滤波处理过程中，通带频率为1-4Hz。其中选取所述胸阻抗信号中时间长度为1s的胸阻抗数据，该数据为一个小波信号，通过对小波信号的分析可以突出按压波形部分特征，弱化通气波形特征，达到区分两种波形的目的。并且带通滤波器的通带频率为1-4Hz，能够有效处理信号中的噪声和干扰。
再次，根据所获得的胸阻抗信号的极大值和极小值，计算胸阻抗信号的峰峰值。其中胸阻抗信号的峰峰值为极大值中的最大值与极小值中的最小值之差：
ppv＝max(V1)–min(V2) (1)
公式(1)中ppv为胸阻抗信号的峰峰值，max(V1)为极大值中的最大值，min(V2)为极小值中的最小值。
再次，根据上述判断胸阻抗信号的峰峰值与预设阈值相比较，判断是否处于胸外按压状态。若胸阻抗信号的峰峰值小于预设阈值，为非胸外按压间期，返回第一步重新提取胸阻抗信号。若胸阻抗信号的峰峰值大于预设阈值，为胸外按压间期。对胸阻抗信号进行差分运算，寻找所述差分运算后信号的波峰和波谷。其波峰和波谷的计算方式如下所示。
胸阻抗信号表示为：
V＝[v1,v2,v3…，vi] (2)
公式(2)中i∈[1,2,3…N]，其中，vi代表每一个胸阻抗信号，V为胸阻抗信号的集。
波峰点满足公式(2)的一阶导数为0，并且二阶导数为负；波谷点满足公式(2)的一阶导数为0，二阶导数为正。
最后，波谷出现后，阻抗信号波形开始呈上升趋势，上升到波谷幅值一半，即d/2时，为按压起始点，处于按压期，此时控制呼吸机进行呼气，其中d为波谷幅值。所述差分信号波峰出现时，为胸外按压结束，处于放松期，延时0.05s后控制呼吸机进行吸气。普通患者吸气的时间比呼气的时间要短，在步骤六中差分信号波峰出现时，延时0.05s后控制呼吸机进行吸气，能够增加患者的舒适度。
如图2所示，一种利用胸阻抗信号控制呼吸机系统包括除颤电极、滤波器、处理器和呼吸机，除颤电极提取对激励信号响应的胸阻抗信号，处理器对提取胸阻抗信号进行数字化采集，选取长度为1s的胸阻抗数据。滤波器用于对提取的胸阻抗信号进行滤波处理，处理信号中的噪声和干扰。处理器读取胸阻抗信号的极大值和极小值，并计算胸阻抗信号的峰峰值，再将胸阻抗峰峰值于预设阈值相比较并判断，若胸阻抗信号的峰峰值大于预设阈值，为胸外按压间期，对胸阻抗信号进行差分运算，并寻找差分运算后信号的波峰和波谷。波谷出现后，阻抗信号波形开始呈上升趋势，上升到波谷幅值一半，处理器控制呼吸机进行呼气。差分信号波峰出现时，为胸外按压结束，处于放松期，延时0.05s后处理器控制呼吸机进行吸气。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：利用体外除颤电极对人体施加电流激励信号，提取对激励信号响应的胸阻抗信号，并对胸阻抗信号进行数字化采集；
步骤二：选取所述胸阻抗信号中的胸阻抗数据，并利用带通滤波器对胸阻抗信号进行预处理，以获得胸阻抗信号的极大值和极小值；
步骤三：根据所述胸阻抗信号的极大值和极小值，计算胸阻抗峰峰值；
步骤四：将所述胸阻抗信号峰峰值与预设阈值相比较并判断，胸阻抗信号峰峰值小于预设阈值，则返回步骤一，胸阻抗信号峰峰值大于预设阈值，则进行步骤五；
步骤五：对胸阻抗信号进行差分运算，寻找差分运算后信号的波峰和波谷；
步骤六：所述差分信号波谷出现后，阻抗信号波形上升到波谷幅值一半时，控制呼吸机进行呼气动作；所述差分信号波峰出现时，控制呼吸机进行吸气动作。
2.根据权利要求1所述的利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法，其特征在于：所述步骤二中,选取所述胸阻抗信号中时间长度为1s的胸阻抗数据。
3.根据权利要求1所述的利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法，其特征在于：所述步骤二中带通滤波器的通带频率为1-4Hz。
4.根据权利要求1所述的利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法，其特征在于：所述步骤二中胸阻抗峰峰值的计算方式为：寻找胸阻抗信号中时间长度为1s的胸阻抗数据的所有极大值以及极小值点，极大值中的最大值与极小值中的最小值之差为胸阻抗信号的峰峰值。
5.根据权利要求1所述的利用胸阻抗信号控制呼吸机的方法，其特征在于：所述步骤六中：差分信号波峰出现时，延时0.05s后控制呼吸机进行吸气动作。
6.一种利用胸阻抗信号控制呼吸机系统，其特征在于：包括除颤电极、滤波器、处理器和呼吸机，所述除颤电极、滤波器、呼吸机分别与处理器相连接；所述除颤电极用于提取对激励信号响应的胸阻抗信号，所述滤波器用于对提取的胸阻抗信号进行滤波处理，所述处理器用于计算胸阻抗峰峰值和对胸阻抗信号进行差分运算，并控制呼吸机动作，所述呼吸机用于为人体提供通气功能。
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