CN108404292B - 一种基于胸阻抗检测的体外除颤的方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种基于胸阻抗检测的体外除颤的方法及其系统，在充电过程中通过除颤电极获得患者胸阻抗信号，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，计算出完成除颤所需要的第一充电电压及第一输出脉宽，利用电压监测电路监测充电电压，当达到第一充电电压值之后停止充电；在放电过程中，通过控制放电时间来调节输出波形的脉宽，在达到脉宽预设值之后停止放电。通过对充电电压和放电脉宽的精确控制，实现输出电流和输出能量的相对恒定，避免出现输出电流、能量过低或过高，使得不同患者的除颤计量得到精确的控制。

Description

一种基于胸阻抗检测的体外除颤的方法及其系统
技术领域
本发明涉及体外除颤技术领域，具体涉及基于胸阻抗检测的体外除颤的方法及其系统。
背景技术
心率失常是指心律起源部位、心搏频率与节律或冲动传导发生异常。使用较强的脉冲电流通过心脏来纠正心律失常的方法，称为电击除颤。体外除颤器是用于对心脏实施电击除颤的设备，它主要由除颤充电/放电电路、心电信号放大/显示电路，控制电路、电源以及两个除颤电极组成。除颤电极包括胸骨电极和心尖电极，用于检测患者的心电信号以及向患者施放高压电流。充电/放电电路的原理如图1所述。在待机状态下，双联动开关K处于1的位置，电容C两端的电压为零。在进行充电时，K处于2的位置。电压变换器将直流低压转换成脉冲高压，高压整流电路将脉冲高压经整流后向储能电容C充电。瓦秒表实时监测电容两端的电压，当电压达到
Figure BDA0001577695900000011
时停止充电。在进行除颤时，双联动开关K置于3的位置。此时储能电容C将由及其内阻R0和人体(负载电阻R)组成的回路放电，并在输出能量达到预设值时切断开关，完成除颤。
在除颤能量相同的情况下，现有除颤器的电容两端的充电电压是一个固定值。研究表明，我国成人的胸阻抗分布在30-150Ω之间，完成除颤所需要的能量约是150-200J，电流大约是15-20A。这种采用固定充电电压的方式，对于胸阻抗在50-70Ω的患者效果最佳。当患者胸阻抗小于50Ω时，相应的输出电流就会超过20A。过大的电流虽然会有效复律，但会加重心肌顿抑和电灼伤的风险。当患者胸阻抗大于70Ω时，相应的输出电流会低于15A，过小的电流又无法有效地终止恶性心律失常。
因此为解决电击除颤中有效输出电流上下波动的问题，需探索一种简单有效的控制除颤输出电流和能量的方法和系统。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种基于胸阻抗检测的体外除颤的方法及其系统，解决电击除颤中有效输出电流上下波动的问题。
本发明提供的一种基于胸阻抗检测的体外除颤的方法，包括以下步骤：
S1、利用体外除颤电极对人体施加高频低电流激励信号，提取对激励信号相应的胸阻抗信号，并对所述胸阻抗信号进行数字化采集；
S2、选取所述胸阻抗信号中的胸阻抗数据，并利用低通滤波器对胸阻抗信号进行滤波处理，以获得胸阻抗信号的直流成分；
S3、根据所述胸阻抗信号的直流成分，计算胸阻抗的平均值；
S4、依据患者胸阻抗的大小和操作者设定的除颤能量值，计算出完成除颤所需要的第一充电电压及第一输出脉宽；
S5、利用电压监测电路调节充电电压，在充电电压达到除颤所需要的第一充电电压时停止充电；
S6、通过控制放电时间来调节输出波形的脉宽，在达到第一输出脉宽预设值之后停止放电。
进一步的，在S2中，选取胸阻抗信号中的胸阻抗数据的具体方法为：选取胸阻抗数据中时间长度为1S的胸阻抗数据。
进一步的，在S2中低通滤波器的通带频率为0-1HZ。
进一步的，在S4中，计算出完成除颤所需要的第一充电电压的具体方法为：根据患者的胸阻抗和操作者设定的能量值，计算出完成除颤所需要的第一充电电压值
Figure BDA0001577695900000021
其中R为测量的患者胸阻抗值，W为操作者设定的除颤能量，R0为仪器的输出阻抗，C为仪器的电容值。
进一步的，在S4中，计算出完成除颤所需要的第一输出脉宽的具体方法为：依据患者的胸阻抗值、操作者设定的能量值以及计算出的第一充电电压，计算出输出脉宽的值t，公式为
Figure BDA0001577695900000031
其中R为所测量的患者胸阻抗值，W为操作者设定的除颤能量，R0为仪器的输出阻抗，V(τ)＝U*e-τ/RC为电容两端的电压值。
一种基于胸阻抗检测的体外除颤的系统，包括依顺次相连接的除颤电极、胸阻抗检测电路、处理器和充电电路，除颤电极用于提取对激励信号响应的胸阻抗信号，胸阻抗检测电路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平均值，处理器控制充电电路的接通和断开；充电电路上连接有电压监测电路，电压监测电路将监测的电压传输至处理器，处理器上还连接有放电控制电路，处理器控制放电电路的接通和断开。
进一步的，还包括恒流源激励电路，恒流源激励电路用于提供激励信号，所述恒流源激励电路与处理器相连接，处理器控制恒流源激励电路的接通和断开。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果：
本发明提供一种基于胸阻抗检测的体外除颤的方法，在充电过程中通过除颤电极获得患者胸阻抗信号，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，计算出完成除颤所需要的第一充电电压及第一输出脉宽，利用电压监测电路监测充电电压，当达到第一充电电压值之后停止充电；在放电过程中，通过控制放电时间来调节输出波形的脉宽，在达到脉宽预设值之后停止放电。通过对充电电压和放电脉宽的精确控制，实现输出电流和输出能量的相对恒定，避免出现输出电流、能量过低或过高，使得不同患者的除颤计量得到精确的控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为现有技术中体外除颤器的充电/放电的电路原理图。
图2为本发明一种基于胸阻抗检测的体外除颤的方法的流程示意图。
图3为本发明一种基于胸阻抗检测的体外除颤的系统的原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
请参阅图2，本实施例提供的一种基于胸阻抗检测的体外除颤的方法，包括以下步骤：
第一步，当仪器的充电按钮按下并需要对电容进行充电时，利用体外除颤电极对人体施加高频低电流激励信号，提取对激励信号相应的胸阻抗信号，并对所述胸阻抗信号进行数字化采集；
第二步，选取所述胸阻抗信号中时间长度为1S的胸阻抗数据，并利用低通滤波器对胸阻抗信号进行滤波处理，以获得胸阻抗信号的直流成分。低通滤波器的通带频率为0-1HZ，能够有效抑制信号中噪声和干扰。
第三步，选取时间长度为1S的胸阻抗数据，该数据为一个直流信号，通过对直流信号的分析可以获得人体的胸阻抗的平均值。
第四步，依据患者胸阻抗的大小和操作者设定的除颤能量值，计算出完成除颤所需要的第一充电电压及第一输出脉宽；
计算出完成除颤所需要的第一充电电压的具体方法为：根据患者的胸阻抗和操作者设定的能量值，计算出完成除颤所需要的第一充电电压值
Figure BDA0001577695900000041
Figure BDA0001577695900000042
其中R为测量的患者胸阻抗值，W为操作者设定的除颤能量，R0为仪器的输出阻抗，C为仪器的电容值。传统体外除颤器没有考虑到不同患者胸阻抗的不同，对所有患者均采用相同的电压、不同的电流。而本发明所用的计算公式考虑到了不同患者胸阻抗的大小，即每个患者的R值不同，因此对所有患者均采用不同的电压，相同的电流，从而达到最佳的除颤效果。
计算出完成除颤所需要的第一输出脉宽的具体方法为：依据患者的胸阻抗值、操作者设定的能量值以及计算出的第一充电电压，计算出输出脉宽的值t，公式为
Figure BDA0001577695900000051
其中R为所测量的患者胸阻抗值，W为操作者设定的除颤能量，R0为仪器的输出阻抗，V(τ)＝U*e-τ/RC为电容两端的电压值。
第五步、利用电压监测电路调节充电电压，在充电电压达到除颤所需要的第一充电电压时停止充电；
第六步、通过控制放电时间来调节输出波形的脉宽，在达到第一输出脉宽预设值之后停止放电。
与传统采用固定电压的体外除颤不同，在充电过程中，通过除颤电极获得患者胸阻抗信号，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，计算出完成除颤所需要的第一充电电压及第一输出脉宽，利用电压监测电路监测充电电压，当达到第一充电电压值之后停止充电；在放电过程中，通过控制放电时间来调节输出波形的脉宽，在达到脉宽预设值之后停止放电。通过对充电电压和放电脉宽的精确控制，实现输出电流和输出能量的相对恒定，避免出现输出电流、能量过低或过高，在提高除颤成功率的情况下减少电流、能量过高对患者可能造成的损伤。
请参阅图3，一种基于胸阻抗检测的体外除颤的系统，包括依顺次相连接的除颤电极、胸阻抗检测电路、处理器和充电电路，除颤电极用于提取对激励信号响应的胸阻抗信号，胸阻抗检测电路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平均值，处理器控制充电电路的接通和断开；充电电路上连接有电压监测电路，电压监测电路将监测的电压传输至处理器，处理器上还连接有放电控制电路，处理器控制放电电路的接通和断开。
还包括恒流源激励电路，恒流源激励电路用于提供激励信号，恒流源激励电路与处理器相连接，处理器控制恒流源激励电路的接通和断开。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (2)

1.一种基于胸阻抗检测的体外除颤的系统，其特征在于：包括依顺次相连接的除颤电极、胸阻抗检测电路、处理器和充电电路，所述除颤电极用于提取对激励信号响应的胸阻抗信号，所述胸阻抗检测电路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平均值，所述处理器控制充电电路的接通和断开；所述充电电路上连接有电压监测电路，所述电压监测电路将监测的电压传输至处理器，所述处理器上还连接有放电控制电路，所述处理器控制放电电路的接通和断开；
所述电压监测电路监测充电电压，当达到第一充电电压值之后停止充电；第一充电电压值的计算为：根据患者的胸阻抗和操作者设定的能量值，计算出完成除颤所需要的第一充电电压值
Figure FDA0002936932870000011
Figure FDA0002936932870000012
其中R为测量的患者胸阻抗值，W为操作者设定的除颤能量，R0为仪器的输出阻抗，C为仪器的电容值；
在放电过程中，通过控制放电时间来调节输出波形的脉宽，在达到脉宽预设值之后停止放电。
2.根据权利要求1所述的一种基于胸阻抗检测的体外除颤的系统，其特征在于：还包括恒流源激励电路，所述恒流源激励电路用于为体外除颤电极提供激励信号，所述恒流源激励电路与处理器相连接，所述处理器控制恒流源激励电路的接通和断开。
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