CN109567781A - 心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置及其检测方法 - Google Patents

心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置及其检测方法，处理器通过加速度传感器和心电采集模块同步采集加速度信号与心电信号，处理器通过对采集到的加速度信号进行分析，判断信号对应的时间段内是否有按压，若无按压，则对采集到的心电信号进行节律分析，若心电信号为节律性心电，对心电信号及加速度信号进行预处理。处理器根据预处理后的心电信号与加速度信号计算二者的互相关系数序列，提取最大互相关系数，并将最大互相关系数与设定阈值进行比较，若大于设定阈值则有脉搏。能对患者的脉搏进行自动检测，检测时间短，准确率高，提高了心肺复苏成功率，排除了心肺复苏过程中医生的按压动作对脉搏检测的干扰。

Description

心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置及其检测方法
技术领域
本发明涉及测量脉搏、心率、血压或血流的领域，特别是涉及一种心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置及其检测方法。
背景技术
脉搏检测不仅是识别心脏骤停的主要方法之一，也是心肺复苏过程中判断患者是否恢复自主循环的重要手段。心肺复苏过程中，快速准确的脉搏检测至关重要，因为一方面假阴性的判断极易导致患者承受不必要的持续按压或者除颤，另一方面长时间中断胸外按压进行脉搏检测以及假阳性的判断又会使得患者丧失最佳治疗时机。
在现有技术中，脉搏检测主要通过触诊实现，但调查发现，即便是有经验的抢救人员，触诊也是耗时且不准确的。为解决这一问题，研究人员进行了自动检测脉搏的探索，包括利用胸阻抗信号、光电容积脉搏波和近红外光谱等可能与脉搏有关的生理信号，但迄今为止，仍然没有有效实用的方法或装置应用于实际的院外心脏骤停患者救护中。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供一种心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置及其检测方法，通过检测在急救时患者心脏的心电信号以及心脏跳动的加速度信号，并根据心电信号和加速度信号确认患者准确得出患者的脉搏检测情况。
技术方案如下：
一种心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置，其关键在于，设置有：
信号采集模块，用于采集心脏的心电信号以及心脏跳动的加速度信号，该信号采集模块将采集的心电信号和加速度信号发送给处理终端；
处理器，用于对采集的心电信号和加速度信号进行预处理，并根据预处理后得到的心电数据x(n)和加速度数据y(n)确定心电信号和加速度信号的最大互相关系数CCP；
所述处理器根据最大互相关系数CCP得出脉搏检测结果信息，并将脉搏检测结果信息发送给输出模块进行显示。
更进一步的，所述信号采集模块设置有心电采集模块和数字加速度传感器，心电采集模块和数字加速度传感器分别通过数字接口与处理器连接。
一种心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置的检测方法，其关键在于，包括：
步骤1、信号采集模块持续采集心电信号和加速度信号，并将采集的心电信号和加速度信号发送给处理器；
步骤2、处理器分别对心电信号和加速度信号进行预处理，得到心电数据x(n)和加速度数据y(n)；
步骤3、处理器根据心电数据x(n)和加速度数据y(n)判定是否有脉搏；
若没有脉搏，则返回步骤1；
若有脉搏，则进入步骤4；
步骤4、处理器生成脉搏信息发送输出模块进行显示。
更进一步的，步骤2中控制器采用以下方法对心电信号和加速度信号进行预处理：
步骤2-1、获取信号采集模块发送的心电信号和加速度信号；
步骤2-2、按照设定的采样间隔△t和采样时间T分别对心电信号和加速度信号进行采样；
步骤2-3、根据加速度采样信号判定是否有按压动作；
若有，则返回步骤2-2；
若没有，则进入步骤2-4；
步骤2-4、对心电采样信号进行节律性分析，得出分析结果信息；
步骤2-5、根据分析结果信息判定心采样电信号是否是节律性心电信号；
若不是，则返回步骤2-2；
若是，则进入步骤2-6；
步骤2-6、采用加速度数字滤波器对加速度采样信号进行滤波，得出加速度数据y(n)，同步采用心电数字滤波器对心电采样信号进行滤波，得出心电数据x(n)。
更进一步的，步骤2-5中，所述加速度数字滤波器包括高通数字滤波器和低通数字滤波器，高通数字滤波器的截止频率在0.5Hz～1Hz的范围内，低通数字滤波器的截止频率在5Hz～10Hz的范围内。
更进一步的，步骤2-5中，所述心电数字滤波器包括高通数字滤波器和低通数字滤波器，高通数字滤波器的截止频率在0.5Hz～1Hz的范围内，低通数字滤波器的截止频率在30Hz～50Hz的范围内。
更进一步的，步骤3中处理器采样以下方法判定是否有脉搏：
步骤3-1、获取信号处理模块发送的心电数据x(n)和加速度数据y(n)；
步骤3-2、根据心电数据x(n)和加速度数据y(n)得出关于心电信号和加速度信号的互相关系数序列；
步骤3-3、判定互相关系数序列中的最大互相关系数CCP是否大于互相关系数阈值ε；
若不是，则该采样时间内没有脉搏；
若是，则该采样时间内有脉搏。
更进一步的，步骤3-2中采用以下计算式计算的互相关系数rxy(l)：
其中，N为信号的采样点数。
更进一步的，所述互相关系数阈值ε在0.2～0.4之间。
更进一步的，所述采样间隔△t在0.1s～1s的范围内，采样时间T在2s～4s的范围内。
有益效果：采用本发明的心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置及其检测方法，对患者的脉搏进行自动检测，检测时间短，准确率高，提高了心肺复苏成功率，排除了心肺复苏过程中医生的按压动作对脉搏检测的干扰。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图；
图2为本发明的检测方法流程图；
图3为对信号的预处理流程；
图4为加速度采样信号的示意图；
图5为心电采样信号的示意图；
图6为加速度信号和心电信号的互相关系数的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置，设置有信息采集模块和处理器，该信号采集模块用于采集心脏的心电信号以及心脏跳动的加速度信号，为了达到这个目的，该信号采集模块设置有心电采集模块和数字加速度传感器。
其中，数字加速度传感器的型号为LIS2DW12，数字加速度传感器直接与处理器的其中一个数字信号接口连接。
所述心电采集模块设置有心电电极片和信号处理电路，该信号处理电路包括现有的心电采集电路和模数转换器，所述心电采集模块连接心电采集电路的信号输入端，该心电采集电路的信号输出端经模数转换器连接处理器的数字信号接口。
所述处理器用于对采集的心电信号和加速度信号进行预处理，并根据预处理后得到的心电数据x(n)和加速度数据y(n)确定心电信号和加速度信号的最大互相关系数CCP。所述处理器根据最大互相关系数CCP得出脉搏检测结果信息，并将脉搏检测结果信息发送给输出模块进行显示。
在本实施例中，该处理器选用的型号为STM32F7，该处理器的信息输出接口连接输出模块，该输出模块为显示器。
如图2所示，一种心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置的检测方法，包括：
步骤1、信号采集模块通过心电采集模块和数字加速度传感器分别持续采集心电信号和加速度信号，并将采集的心电信号和加速度信号发送给处理器；
步骤2、处理器采用相同的预处理方法分别对心电信号和加速度信号进行预处理，得到心电数据x(n)和加速度数据y(n)，如图3所示，该预处理方法包括：
步骤2-1、处理器获取信号采集模块发送的心电信号和加速度信号；
步骤2-2、处理器按照预先设定的采样间隔△t和采样时间T分别对心电信号和加速度信号进行采样。为了有效地避免按压干扰，不影响心肺复苏，所述采样间隔△t∈[0.1,1]秒，采样时间T∈[2,4]秒。
步骤2-3、由于在给患者做心肺复苏的过程中，会按压患者的胸部，导致数字加速度采集的加速度信号突变，干扰到脉搏检测，所以处理器需要根据加速度采样信号判定是否有按压动作；
若有，则返回步骤2-2重新进行采样；
若没有，则进入步骤2-4；
步骤2-4、对心电采样信号进行节律性分析，得出分析结果信息；
步骤2-5、根据分析结果信息判定心采样电信号是否是节律性心电信号；
若不是，则返回步骤2-2重新进行采样；
若是，则进入步骤2-6；
步骤2-6、采用加速度数字滤波器对加速度采样信号进行滤波，得出加速度数据y(n)，所述加速度数字滤波器包括高通数字滤波器和低通数字滤波器，为了有效地排除加速度信号中的噪声和干扰，高通数字滤波器的截止频率低通数字滤波器
并且，处理器同步采用心电数字滤波器对心电采样信号进行滤波，得出心电数据x(n)。为了有效地排除心电信号中的噪声和干扰，所述心电数字滤波器包括高通数字滤波器和低通数字滤波器，高通数字滤波器的截止频率低通数字滤波器的截止频率
步骤3、处理器根据心电数据x(n)和加速度数据y(n)计算最大互相关系数CCP，并根据最大互相关系数CCP判定是否有脉搏；
若没有脉搏，则返回步骤1；
若有脉搏，则进入步骤4；
步骤4、处理器生成脉搏信息发送显示器进行显示。
在步骤3中处理器采样以下方法判定是否有脉搏：
步骤3-1、获取信号处理模块发送的心电数据x(n)和加速度数据y(n)；
步骤3-2、根据心电数据x(n)和加速度数据y(n)得出关于心电信号和加速度信号的互相关系数序列。该互相关系数序列中的互相关系数rxy(l)采用以下计算式计算rxy(l)：
其中，N为信号的采样点数。
步骤3-3、从互相关系数序列中提取最大互相关系数CCP，并判定互相关系数序列中的最大互相关系数CCP是否大于互相关系数阈值ε。为了有效判断脉搏的有无，该互相关系数阈值ε∈[0.2,0.4]。
若不是，则该采样时间内没有脉搏；
若是，则该采样时间内有脉搏。
其工作原理如下：
在心肺复苏过程中，将数字加速度传感器紧密贴合于患者胸前按压处或心脏正上方，心电电极片贴合于患者胸前，数字加速度传感器将采集到的加速度信号发送给处理器，心电电极片采集到的模拟信号经信号处理电路转换成数字信号后发送给处理器。处理器每隔0.1s-1s的时间，自动采集一段时长2s-4s的心电信号与加速度信号，然后对加速度信号进行分析，判断信号对应的时间段内是否有按压，若无按压，对心电信号进行节律分析，若节律分析结果为非节律性心电信号，则继续采集信号，若节律分析结果为节律性心电，则对采集的心电信号及加速度信号进行滤波，得到的加速度数据y(n)和心电数据x(n)分别如图4、图5所示。
处理器根据滤波得到的加速度数据y(n)和心电数据x(n)计算心电信号与加速度信号的互相关系数序列，提取最大互相关系数CCP作为脉搏判断指标，将最大互相关系数CCP与设定阈值ε进行比较，如图6所示，大于设定阈值ε表示患者出现脉搏，小于设定阈值ε表示患者未出现脉搏，最后将脉搏检测结果输出。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置，其特征在于，设置有：
信号采集模块，用于采集心脏的心电信号以及心脏跳动的加速度信号，该信号采集模块将采集的心电信号和加速度信号发送给处理终端；
处理器，用于对采集的心电信号和加速度信号进行预处理，并根据预处理后得到的心电数据x(n)和加速度数据y(n)确定心电信号和加速度信号的最大互相关系数CCP；
所述处理器根据最大互相关系数CCP得出脉搏检测结果信息，并将脉搏检测结果信息发送给输出模块进行显示。
2.根据权利要求1所述的心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置，其特征在于：所述信号采集模块设置有心电采集模块和数字加速度传感器，心电采集模块和数字加速度传感器分别通过数字接口与处理器连接。
3.一种心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置的检测方法，其特征在于，包括：
步骤1、信号采集模块持续采集心电信号和加速度信号，并将采集的心电信号和加速度信号发送给处理器；
步骤2、处理器分别对心电信号和加速度信号进行预处理，得到心电数据x(n)和加速度数据y(n)；
步骤3、处理器根据心电数据x(n)和加速度数据y(n)判定是否有脉搏；
若没有脉搏，则返回步骤1；
若有脉搏，则进入步骤4；
步骤4、处理器生成脉搏信息发送输出模块进行显示。
4.根据权利要求3所述的心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置的检测方法，其特征在于，步骤2中控制器采用以下方法对心电信号和加速度信号进行预处理：
步骤2-1、获取信号采集模块发送的心电信号和加速度信号；
步骤2-2、按照设定的采样间隔△t和采样时间T分别对心电信号和加速度信号进行采样；
步骤2-3、根据加速度采样信号判定是否有按压动作；
若有，则返回步骤2-2；
若没有，则进入步骤2-4；
步骤2-4、对心电采样信号进行节律性分析，得出分析结果信息；
步骤2-5、根据分析结果信息判定心采样电信号是否是节律性心电信号；
若不是，则返回步骤2-2；
若是，则进入步骤2-6；
步骤2-6、采用加速度数字滤波器对加速度采样信号进行滤波，得出加速度数据y(n)，同步采用心电数字滤波器对心电采样信号进行滤波，得出心电数据x(n)。
5.根据权利要求4所述的心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置，其特征在于：步骤2-6中，所述加速度数字滤波器包括高通数字滤波器和低通数字滤波器，高通数字滤波器的截止频率在0.5Hz～1Hz的范围内，低通数字滤波器的截止频率在5Hz～10Hz的范围内。
6.根据权利要求4所述的心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置，其特征在于：步骤2-6中，所述心电数字滤波器包括高通数字滤波器和低通数字滤波器，高通数字滤波器的截止频率在0.5Hz～1Hz的范围内，低通数字滤波器的截止频率在30Hz～50Hz的范围内。
7.根据权利要求3所述的心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置的检测方法，其特征在于，步骤3中，处理器根据心电数据x(n)和加速度数据y(n)得出关于心电信号和加速度信号的互相关系数序列，处理器判定互相关系数序列中的最大互相关系数CCP是否大于互相关系数阈值ε；
若不是，则该采样时间内没有脉搏；
若是，则该采样时间内有脉搏。
8.根据权利要求7所述的心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置的检测方法，其特征在于，步骤3-1中采用以下计算式计算的互相关系数rxy(l)：
其中，N为信号的采样点数。
9.根据权利要求7所述的心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置的检测方法，其特征在于：所述互相关系数阈值ε在0.2～0.4之间。
10.根据权利要求3所述的心肺复苏过程中自动检测脉搏的装置的检测方法，其特征在于：所述采样间隔△t在0.1s～1s的范围内，采样时间T在2s～4s的范围内。
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