CN108785051B - 一种心肺复苏过程的参数化监测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种心肺复苏过程的参数化监测装置及方法，该装置包括运动跟踪器和按压检测模块。实施心肺复苏时，医护人员将运动跟踪器佩戴于被按压手手腕，按压检测模块紧贴被按压手手背，在急救过程中运动跟踪器实时采集医务人员的按压动作信息，同时保存数据。采集数据经微处理器处理得到单次按压幅值、有效按压次数，按压时间等数据，并存储于运动跟踪器数据存储模块，通过振动和提示音对医护人员动作规范性予以提醒，以保证急救动作有效性和规范性。而且通过计算机与运动跟踪模块通信接口连接可以读取数据存储模块中的数据，提高心肺复苏的成功率，也能复原心肺复苏急救过程的监测数据，以便对救援过程进行分析便于规范急救水平和动作标准。

Description

一种心肺复苏过程的参数化监测装置及方法
技术领域
本发明属于医疗领域，具体涉及一种心肺复苏过程监测装置及方法。
背景技术
目前，心肺复苏作为紧急抢救的基本应急措施，通过按压胸廓以及胸廓的弹性回缩建立人工血液循环。但实际操作过程中，不同工作者存在着一定的差异，有些不标准操作会降低心肺复苏的抢救成功率；且抢救多为突发情况，难以保证心肺复苏急救操作标准和施救过程信息有效保存。心肺复苏过程中一些标准的操作如：只注意胸外心脏按压，人工呼吸不到位；胸外心脏按压的频率、幅度不到位。其中胸外按压的频率和幅度要求较高，如果按压用力过猛可造成肋骨骨折，进而刺穿脏器，加重病情；如果按压用力过小则不满足血液回流压力，按压效果甚微甚至无效，拖延病情。
本发针对以上述提到的心肺复苏通过程操作存在的问题，本发明提出一种心肺复苏过程监测装置及方法。本发明采用监测装置对急救人员手部动作的数据进行采集和记录，通过微处理器解算出相应的按压频率、按压幅值信息根据急救人员的实时操作通过振动和提示音对急救人员进行提醒，可以提高心肺复苏的急救的成功率。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提出一种心肺复苏过程监测装置及方法，本发明采用的技术方案如下：
一种心肺复苏过程的参数化监测装置，包括运动跟踪模块和按压检测模块；运动跟踪模块与按压检测模块通过导线连接；
运动跟踪模块包括姿态检测模块、电源模块、提醒装置、存储芯片和微处理器；各元件放置在外壳中，并通过腕带固定在被按压手的手腕处；其中，姿态检测模块、电源模块、提醒装置、存储芯片分别与微处理器的对应端口连接；
姿态检测模块，包括加速度计、陀螺仪；用于实时检测胸外按压过程手部运动数据，数据包括手部加速度、角速度；
所述电源模块为姿态检测模块、提醒装置、微处理器、存储芯片供电；
提醒装置，通过振动和/或声音对心肺复苏急救过程不同情况进行提示；
存储芯片，实时保存姿态检测模块原始数据及微处理器处理后的数据；
微处理器，用于对姿态检测模块采集数据进行处理，得到心肺复苏过程参数；
所述按压检测模块由自复位开关、软性底座、导线组成，其中自复位开关内嵌在软性底座上部；软性底座的底面粘贴在被按压手背中部，自复位开关在胸外按压过程中保持被按压状态。
进一步地，上述的提示装置为蜂鸣器和/或振动马达。
进一步地，上述运动跟踪模块还包括通信接口，用于与计算机连接，读取存储器中保存的心肺复苏过程参数，参数包括：手部按压时长、按压频率、按压幅值、单周期按压次数、运动轨迹数据。
进一步地，上述微处理器的数据处理包括卡尔曼动态滤波和动力学解算。首先把重力加速度归一化，利用加速度计所获得角度信息θg与螺仪角速度积分后所的角度θt进行比较，将比较后误差信号经过比例放大，并与陀螺仪输出角速度信号叠加，经过积分可得手部姿态角度θx，θy，θz。加速度计所获得加速度信息与实时姿态角度矩阵相乘可得重力方向加速度，当重力方向加速度超过2g对加速度进行积分，得按压幅值A及按压次数N。
所述运动轨迹为被按压手的连续坐标数组，运动跟踪模块上电初始化过程记录模块姿态角度初值，将此时模块三轴方向及原点定义为参考坐标系。通过加速度计实时采集三轴加速度ax，ay，az，以及所述实时手部姿态角度θx，θy，θz，将任意时刻加速度投影至参考坐标系，在微处理器计时器时间上进行积分，得急救过程按压运动轨迹。
进一步地，上述的心肺复苏过程的参数化监测装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：实时心肺复苏时，急救人员利用腕带将运动跟踪模块佩戴于被按压手的手腕，打开电源模块开关，将按压检测模块通过软性底座紧贴被按压手的手背中部，并按照心肺复苏急救标准将两手交叉放置，确保另一手手掌按压于按压检测模块的自复位开关；
第二步：在心肺复苏过程中，自复位开关被按压情况下，当加速度计检测到任意方向上加速度大于等于2g时，微处理器开始计时，对采集到的加速度计及陀螺仪数据进行数据处理，得到按压时长、按压幅值、按压频率、单周期按压次数、运动轨迹数据，并将数据实时保存至存储芯片；
第三步：当单周期按压次数满足系统设定后，通过提醒装置对急救人员进行提示，急救人员动作应转换为人工呼吸，同时两手分离，自复位开关断开；人工呼吸时长满足系统设定后，通过提醒装置对急救人员提示，急救人员动作应转换为胸外按压；如此循环往复，直至急救过程结束。
进一步地，上述加速度计检测空间中三个正交方向(X,Y,Z)的加速度，检测加速度变化范围最小幅值大于等于4g，加速度的精度0.01g，g表示重力加速度取9.8m/s2；所述陀螺仪检测绕X,Y,Z轴的角速度，精度为0.05°/s；计算机可通过UART串口通信方式与通信接口连接，读取存储器中保存的心肺复苏过程参数。
进一步地，上述方法还包括对不规范操作的提醒，所述通过自复位开关状态对心肺复苏过程的胸外按压及人工呼吸两阶段分别统计单周期时长，定义为T1和T2；按压频率F＝Nt/Δt，其中Nt为单周期当前按压次数，Δt为单周期已用时间；按压幅值A及按压频率F按照心肺复苏最新标准进行相应的阈值设定；若在胸外按压过程中按压幅值A不在阈值范围之内或按压频率F低于阈值，提醒装置采用不同方式对急救人员进行提醒。
本发明有益效果：本发明提出一种心肺复苏过程的参数化监测装置和方法，具有便捷简单不影响心肺复苏急救，且能精确采集医护人员救助过程的手部运动数据，科学的通过振动和提示音对医护人员按压频率及按压幅值进行提示，使医护人员能够按照心肺复苏标准进行有效地救助，从而提高心肺复苏的成功率。
附图说明
图1为装置结构示意图；
图2为按压检测模块结构图；
1微处理器；2加速度计；3陀螺仪；4电源模块；5蜂鸣器；6振动马达；7通信接口；8存储芯片；9外壳；10腕带；11导线；12自复位开关；13软性底座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
一种心肺复苏过程的参数化监测装置由运动跟踪模块和按压检测模块组成；跟踪模块与按压检测模块通过导线11连接。微处理器1使用是STM32F10系列的MCU，加速度计2和陀螺仪3与MCU的IIC接口连接。蜂鸣器5、振动马达6与MCU的普通IO口连接。通信接口7连接MCU的UART通信接口。存储芯片8通过IIC接口与MCU连接。微处理器1、加速度计2、陀螺仪3、电源模块4、蜂鸣器5、振动马达6、存储芯片8内置于外壳9；腕带10固定于外壳9两侧。按压检测模块由导线11、自复位开关12、软性底座13组成，通过导线11与MCU的普通IO口连接，其中自复位开关12内嵌在软性底13上。
实施例2
在进行心肺复苏时，急救人员利用腕带将运动跟踪模块佩戴于被按压手的手腕，打开电源模块开关，将按压检测模块通过软性底座紧贴被按压手的手背中部，并按照心肺复苏急救标准将两手交叉放置，确保另一手手掌按压于按压检测模块的自复位开关。在心肺复苏过程中，自复位开关被按压情况下，当加速度计检测到任意方向上加速度大于等于2g时，微处理器开始对采集到的加速度计和陀螺仪数据进行数据处理，得到按压时长、按压幅值、单周期按压次数、按压频率、运动轨迹等数据，并将数据实时保存至存储芯片。
手部运动频率F及单周期按压次数N通过所述微处理器解算数据结合单周期按压时长得到。通过自复位开关状态可对心肺复苏过程胸外按压及人工呼吸两阶段分别统计单周期时长，定义为T1和T2；手部运动频率F＝Nt/Δt，按照《2017年AHA心肺复苏指南更新》，合格手部按压频率应大于等于100/min，若F低于所述合格手部按压频率，则通过微型振动马达和蜂鸣器对急救人员进行提醒，设定振动马达转速3000r/min，蜂鸣器频率400Hz；按照《2017年AHA心肺复苏指南更新》，人工呼吸时间不超过5s，当T2＝5s，则通过微型振动马达和蜂鸣器对急救人员进行提醒，设定振动马达转速3000r/min，蜂鸣器频率400Hz。
单周期按压次数阈值按照《2017年AHA心肺复苏指南更新》设定，当胸外按压有效按压次数满足设定要求后，通过提醒装置对急救人员进行提示，设定振动马达转速3000r/min，蜂鸣器频率400Hz。此时急救人员急救动作应转换为人工呼吸同时两手分离，自复位开关关闭。人工呼吸时长满足设定要求后，振动马达和蜂鸣器对急救人员提示，设定振动马达转速3000r/min，蜂鸣器频率400Hz。此时急救人员急救动作应转换为胸外按压。如此循环往复，直至急救过程结束。

Claims (1)

1.一种心肺复苏过程的参数化监测装置，其特征在于，包括运动跟踪模块和按压检测模块；运动跟踪模块与按压检测模块通过导线连接；
运动跟踪模块包括姿态检测模块、电源模块、提醒装置、存储芯片和微处理器；各元件放置在外壳中，并通过腕带固定在被按压手的手腕处；其中，姿态检测模块、电源模块、提醒装置、存储芯片分别与微处理器的对应端口连接；
姿态检测模块，包括加速度计、陀螺仪；用于实时检测胸外按压过程手部运动数据，数据包括手部加速度、角速度；
所述电源模块为姿态检测模块、提醒装置、微处理器、存储芯片供电；
提醒装置，通过振动和/或声音对心肺复苏急救过程不同情况进行提示；
存储芯片，实时保存姿态检测模块原始数据及微处理器处理后的数据；
微处理器，用于对姿态检测模块采集数据进行处理，得到心肺复苏过程参数；
所述按压检测模块由自复位开关、软性底座、导线组成，其中自复位开关内嵌在软性底座上部；软性底座的底面粘贴在被按压手背中部，自复位开关在胸外按压过程中保持被按压状态；所述的提醒装置为蜂鸣器和/或振动马达；
所述运动跟踪模块还包括通信接口，用于与计算机连接，读取存储器中保存的心肺复苏过程参数，参数包括：手部按压时长、按压频率、按压幅值、单周期按压次数、运动轨迹数据；
所述加速度计检测空间中三个正交方向(X,Y,Z)的加速度，检测加速度变化范围最小幅值大于等于4g，加速度的精度0.01g，g表示重力加速度取9.8m/s2；所述陀螺仪检测绕X,Y,Z轴的角速度，精度为0.05°/s；计算机可通过UART串口通信方式与通信接口连接，读取存储器中保存的心肺复苏过程参数；
所述微处理器的数据处理包括卡尔曼动态滤波和动力学解算；首先把重力加速度归一化，利用加速度计所获得角度信息θg与螺仪角速度积分后所的角度θt进行比较，将比较后误差信号经过比例放大，并与陀螺仪输出角速度信号叠加，经过积分可得手部姿态角度θx，θy，θz；加速度计所获得加速度信息与实时姿态角度矩阵相乘可得重力方向加速度，当重力方向加速度超过2g对加速度进行积分，得按压幅值A及按压次数N；
所述运动轨迹为被按压手的连续坐标数组，运动跟踪模块上电初始化过程记录模块姿态角度初值，将此时模块三轴方向及原点定义为参考坐标系；通过加速度计实时采集三轴加速度ax，ay，az，以及所述手部姿态角度θx，θy，θz，将任意时刻加速度投影至参考坐标系，在微处理器计时器时间上进行积分，得急救过程按压运动轨迹。
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