CN110326035A - Cpr训练系统和cpr训练期间的通信方法 - Google Patents

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丹尼尔·瓦尔塔尔
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Abstract

CPR训练系统包括多个CPR训练人体模型和至少一个接收器单元，其中每个人体模型包括至少一个传感器和连接到每个传感器的微控制器。微控制器连接到蓝牙发送器，该蓝牙发送器适配于在BLE广告包内将来自传感器的数据发送到至少一个接收器单元。对于CPR训练系统，还可以提供多CPR监视设备，其包括接收器单元、用户界面以及处理器，其中接收器单元适配于从发送器接收作为BLE广告包的CPR数据，处理器分析所接收的数据，以及用户界面在网格中显示分析的结果，其中每个网格单元表示来自相应发送器的数据。

Description

CPR训练系统和CPR训练期间的通信方法
每年有数百万人进行急救和心肺复苏(CPR)训练。大多数训练由教练指导，包括认知学习和精神运动技能培训的混合。为了练习精神运动技能，大多数课程都使用为胸部按压和人工呼吸设计的训练用人体模型。在某些情况下，这些人体模型被仪表化以用于测量受训者如何提供胸部按压、以及如何提供人工呼吸。
仪表化的人体模型还能够具有反馈设备，这给了受训者和教练客观信息，以缩小表现差距。这些人体模型非常复杂、沉重且昂贵，并且它们大多数是在课堂上的几个学生之间共享的。在课堂上，教练将在场，为每个人提供指导和支持。由于学生共用人体模型，因此每个参与者的练习时间有限。
为了获得更多的练习时间，某些课堂中，每个受训者使用一个人体模型。这些人体模型通常更小、重量轻且更便宜，并且可以包括传感器系统以测量胸部按压和/或通气被如何提供。挑战在于如何将这些人体模型的信息用于学习的利益。教练通过四处走走看看来跟进8-50名受训者中每个学生的表现可能是不切实际的。教练可以更有效地在监视器上查看课堂表现的概况，由此确定受训者中谁需要个别关注。
目前存在的技术能够用于将来自多个传感器的信息无线地通信到接收器。无线通信的一个示例是WiFi，其例如被用于具有SkillPad的Laerdal QCPR人体模型中。当使用wifi路由器时，最多能够同时连接六个人体模型。还可能使用蓝牙，如在Resusci AnneWireless Skillreporter中，其允许多达六个人体模型连接到PC。然而，该技术限于少量人体模型，并且需要设置人体模型和接收器之间的双向通信。其还阻止超过一个反馈设备看到CPR表现。当使用时，虽然可能不执行CPR，但连接始终处于激活状态，这反过来会不必要地耗尽电池的电力。
另一个相关技术的示例能够在TWI284466中找到，其描述了用于教育的蓝牙网络系统。该系统包括主机设备、至少一个针对学生的教学终端和蓝牙传输模块。该系统并非用于CPR培训，并且具有与以上给出的相同的局限。
CN20141736977描述了一种用于对患者执行胸部按压的监视系统。如果经处理的数据满足特定标准，则对胸部按压的阻抗数据进行监视、处理和无线传输到移动终端。
NO20110055描述了一种用于监视对患者执行的CPR表现的监视系统。该系统具有参考单元和接收单元。测量信号从参考单元被无线地传送到接收器，在该接收器处分析信号。
WO2012047504描述了一种用于训练CPR的系统，包括多个训练人体模型，每个训练人体模型至少包括传感器和连接到传感器的微控制器以及无线电链路，例如Wifi或物理连接。该系统具有与上述系统相同的缺点，诸如需要持续激活并且限制可能的用户数量。
如上所述，Laerdal WPR训练系统可以使用蓝牙通信。为此，已经开发了一种经济且简单的CPR传感器，其使用BLE(蓝牙低能耗)将CPR表现数据通信给接收器。当连接到如智能手机或平板电脑的接收器时，能够通信来自若干人体模型的CPR数据。如在上述系统中的，每个传感器必须与接收器配对或连接以便发送数据，只能够使用一个反馈设备，并且只要连接处于激活状态，电池就会耗尽电量。
因而需要一种有效、简单且经济的将来自多个人体模型传感器的CPR表现无线地通信到教练可访问的接收器的方法。
本发明的目的在于提供一种满足这种需求的系统和方法。
通过权利要求的特征实现了本发明的目的。
在一个实施例中，CPR训练系统包括多个CPR训练人体模型和至少一个接收器单元。每个人体模型包括至少一个传感器和连接到每个传感器的微控制器。微控制器连接到蓝牙发送器，例如蓝牙低能耗(BLE)发送器，该蓝牙发送器适配于在BLE广告包内将来自传感器的数据发送到至少一个接收器单元。
CPR训练人体模型可以是任意合适的训练人体模型，例如拉尔多医疗公司(Laerdal Medical)的传感器可以是适合于测量胸部按压和/或通气的特征的任意种类的传感器。例如，传感器可以是运动传感器、测量向下的按压力的力传感器、加速度传感器、倾斜传感器、按压深度传感器、按压速率传感器、通气量传感器、胸部上升传感器等。
微控制器为控制单元，其能够从传感器接收数据、处理数据以及将经处理的数据传送到蓝牙发送器以便发送到接收器。处理来自传感器的数据以提供与CPR过程相关的相关信息，诸如，瞬时或平均按压深度、按压速率、按压力、通气速率、通气量、按压释放不足、组合的CPR评分等。
对于每个传感器可以有一个微控制器，即，每个传感器都具有与其相连的专用并且独立的微控制器。可选地，一个微控制器可以连接到若干传感器，例如每个训练人体模型包括连接到传感器的训练人体模型的若干传感器中的每一个的一个微控制器。
在一个实施例中，微控制器适配于使用来自传感器的信息来检测按压何时开始并且在按压开始时将测量数据传送到蓝牙发送器。这可以例如通过仅仅监视传感器中的一个、检测来自该传感器的指示按压开始并且因而CPR训练开始的信号的变化来完成。微控制器能够适配于仅仅当传感器信号指示CPR训练正在进行时，例如，当已经执行了预定次数的按压时或者在第一次按压开始时，激活BLE通信。因而，当没有对任何人体模型执行按压时，系统可以是空闲的或处于低功率模式，并且每个人体模型(具有传感器、微控制器以及蓝牙发送器的)可以具有主动和被动状态。在主动状态中，所有传感器都是激活的，微控制器为所有传感器处理数据，并且将经处理的数据发送到接收器，而在被动状态下，仅检测和处理按压的存在，即，被动状态是低功率状态。在一个实施例中，当检测到按压时，启动主动状态，并且控制器开始监视所有的传感器、计算CPR数据以及通过蓝牙发送器发送CPR数据。
该系统包括电源，例如电池，或与干线电流的连接。上述低功率/非活动状态确保电池的寿命尽可能长。
蓝牙广告通常是广播功能/协议。对于大多数蓝牙使能的移动设备，等级(class)2的蓝牙广告的平均范围是15米到40米。与所有无线传输一样，大多数蓝牙广告的范围和可访问性取决于发送器功率等级和接收器设备的个体运输(portage)。
BLE广告包可以包括特征在于以下中的至少一种的数据：a)按压次数、b)深度按压次数、c)具有偏向(leaning)的按压次数(偏向是指在每次按压之间缺少手从胸部的释放)、d)自按压开始以来的平均按压速率、e)自按压开始以来的平均按压深度、f)没有通气的时间段、g)评分参数(例如，Laerdal QCPR评分)。
本发明提供了一种方法和系统，用于简化人体模型传感器与接收器之间的连接，降低总功耗并增加能够与单个接收器通信的人体模型的数量。
在一个实施例中，蓝牙发送器适配于在从按压开始直至最后被记录的按压之后30秒的时间段内发送广告包。
发送到接收器的数据例如用在多CPR监视设备中，该多CPR监视设备包括接收器单元、用户界面以及处理器。接收器单元适配于从如上所述的多个发送器接收CPR数据，其中数据在BLE广告包中被发送。处理器适配于分析所接收的数据，以及用户界面适配于在网格中显示分析的结果，其中每个网格单元表示来自相应的发送器的数据。
在一个实施例中，处理器适配于将接收的CPR数据的值与相应的参考范围进行比较，并且如果来自任何发送器的值偏离相应的参考范围，则在对应于该发送器的用户界面的网格单元中提供偏离的指示。在其他实施例中，可以在网格单元中显示/指示其他种类的信息，例如一个或多个CPR指示符的实际值。上述的任何组合也是可能的。
偏离的指示例如可以是每个网格单元将状态信息显示为彩色光、数字、符号或其他合适的指示。
在来自发送器的多于一个的值偏离相应的参考范围的情况下，处理器能够适配于显示偏离的指示序列。例如，如果学生按压人体模型的胸部太浅且频率不正确，则可以在用户界面上交替显示两个指示，以使教师/教练意识到该学生在这两个要素需要关注和指导。
指示序列可以以任意顺序显示，但是在一个实施例中，根据预定的优先级列表以优先顺序显示，例如，基于学生组的教育水平或其他相关信息。在另一实施例中，处理器适配于选择将哪个偏离显示在相应的网格单元中。
在一个实施例中，如上所述的系统的操作是通过以下来完成：用至少一个传感器测量按压数据、在微控制器中处理按压数据以及在BLE广告包内将来自传感器的数据发送到至少一个接收器单元。
如前所述，来自传感器的信息用于检测按压何时开始并且还记录持续的按压，以及用于在按压开始时发起通过蓝牙发送器的测量数据的传送，并且直到按压系列中最后被记录的按压之后的30秒。
现在将通过示例并参照附图更详细地描述本发明。
图1示出一般的蓝牙低能耗数据包。
图2示出本发明实施例的数据处理(通过微控制器)和通信(通过BLE)的概况。
图3图示从人体模型传感器发送到接收器的数据包。
图4示出用于显示来自每个CPR人体模型的信息的用户界面的示例。
如图1中所示，一般地，蓝牙低能耗数据包具有以下分量：
-前导：用于内部协议管理。广告包具有10101010b作为前导。
-访问地址：其始终是0x8E89BED6(10001110100010011011111011010110b)，用于广告包。
-PDU(协议数据单元)：有两种PDU格式，一种用于广告包，另一种用于数据包。
-CRC(循环冗余校验)：PDU上计算的3字节值。
通信过程概况(系统激活时)如图2中所示。
因为需要从人体模型发送的数据量可能超过BLE广告包的大小，所以数据集被分成数据包(Do到Dn)，每个数据包与BLE广告包的大小相匹配。
数据集以周期Ts被采样。在Tr的随机延迟之后，第一数据包被重复发送持续时间Td。因为通信协议(单向通信)本质上是不可靠的，所以需要冗余。此外，所有的数据包都在所有三个可用的BLE广告信道上发送，以增加成功接收的机会。每个数据包被发送(在每个广告信道上)的次数取决于广告间隔Ta和持续时间Td，即，每个数据包被发送的次数是小于或等于(Td/Ta)的最大整数。
对于所有数据包，Td和Ta为常量，而Tr为变量。注意，在每个数据集开始之前添加随机延迟Tr，这可以减少同时发送数据的人体模型的数量，因而减少由人体模型生成的总体并发业务量(在BLE频率范围内)。另外，注意，如果(n*Ta)+Tr＞Ts，则在下一个Ts间隔之前不会对数据集进行采样。
数据包20的一般结构和内容在图2中的第二数据集的D0下面图示。每个数据包包括人体模型ID、包ID以及时间戳。数据包的其余部分由数据字段组成，数据字段包括与从CPR数据到系统状态信息的任何内容相关的信息。接收器单元使用人体模型ID来识别发送信息的人体模型。接收器使用数据包ID来确定数据字段中包含什么数据。注意，特定数据集中的所有数据包都具有相同的时间戳，以使接收器能够区分冗余数据。
在操作期间，接收器单元(例如具有应用程序的电话或平板电脑)寻找具有正确的制造商和设备信息的具有蓝牙低能耗的设备、以及适当的人体模型名称。接收器将使用人体模型ID来确定要更新什么数据集、以及要更新用户界面的什么部分。
如果若干人体模型具有相同的名称，则能够使用接收信号强度指示(RSSI)来显示来自最近的人体模型的信息。如果两个CPR课堂在相邻的房间或附近举行，这将避免混淆。包ID将用于确定应如何更新用户界面、以及数据集中要更新的数据值。
因为重复的数据集被持续地发送，因此时间戳用作标识以避免接收器处理和存储重复的数据。
图3图示在从第一次按压开始直至按压系列中的最后被记录的按压之后30秒的时间段内广告数据的传输。如图2中所描述的，只要执行按压并且在检测到最后按压之后30秒，就发送n个数据包。
图4图示CPR训练系统40的示例，其包括多个CPR训练人体模型41A-D和至少一个接收器单元42。该图示出四个人体模型，但人体模型的数量可以根据学生人数或其他情况而改变。每个人体模型41A-D均包括至少一个传感器和连接到每个传感器的微控制器，并且每个微控制器均连接到蓝牙发送器，例如，如上所述，该蓝牙发送器适配于在BLE广告包44内将来自传感器的数据发送到至少一个接收器单元42。
传感器测量例如按压深度，精度为±15％或实际深度的3mm，以0-55mm范围内的较高者为准。按压传感器还可以测量时间和CPR按压数据：按压深度、按压速率、倾斜度。
微控制器执行CPR质量计算并且使用如上所述的BLE广告包44将变量发送到接收器。BLE广告包。
为了节省功率，传感器和微控制器在最后检测到按压后30秒关闭或变为低功率/空闲模式。
可能需要校准每个传感器。特别地，可能有利的是，每个传感器在首次使用之前针对深度进行校准。这能够通过执行20次按压然后等待最少30秒(胸部完全释放)直到系统关闭来完成。
接收器单元42适配于从人体模型中的发送器接收CPR数据44、分析所接收的数据44以及在网格45中显示分析的结果，其中网格的每个网格单元43表示来自相应的发送器以及因而相应的人体模型41A-D的数据。在该图中，来自人体模型41A的数据显示在网格单元43A中，来自人体模型41B的数据显示在网格单元41B中，等等。

Claims (23)

1.CPR训练系统，包括多个CPR训练人体模型和至少一个接收器单元，其中，每个人体模型包括至少一个传感器和连接到每个传感器的微控制器，以及其中，所述微控制器连接到蓝牙发送器，所述蓝牙发送器适配于在BLE广告包内将来自所述传感器的数据发送到所述至少一个接收器单元。
2.根据权利要求1所述的CPR训练系统，其中，所述至少一个传感器是以下中的一个或多个：运动传感器、力传感器、加速度传感器、倾斜传感器、按压深度传感器、按压速率传感器、通气量传感器和/或胸部上升传感器。
3.根据权利要求1或2所述的CPR训练系统，其中，所述微控制器适配于使用来自所述传感器的信息来检测按压何时开始以及在按压开始时将测量数据传送到所述蓝牙发送器。
4.根据前述权利要求之一所述的CPR训练系统，进一步包括电源，诸如电池。
5.根据前述权利要求之一所述的CPR训练系统，其中，所述蓝牙发送器适配于在从按压开始直至按压系列中最后被记录的按压之后30秒的时间段内发送广告包。
6.根据前述权利要求之一所述的CPR训练系统，其中，具有传感器、微控制器以及蓝牙发送器的每个人体模型均具有主动和被动状态。
7.根据前述权利要求之一所述的CPR训练系统，其中，每个传感器连接到单独的微控制器。
8.根据前述权利要求之一所述的CPR训练系统，其中，一个微控制器连接到若干个传感器。
9.多CPR监视设备，包括接收器单元、用户界面以及处理器，
-所述接收器单元适配于从多个发送器接收CPR数据，所述数据在BLE广告包中被发送，
-所述处理器适配于分析所接收的数据，以及
-所述用户界面适配于在网格中显示分析的结果，其中每个网格单元表示来自相应的发送器的所述数据。
10.根据权利要求9所述的多CPR监视设备，其中，所述处理器适配于将所述CPR数据的值与相应的参考范围进行比较，并且如果来自任何发送器的所述值偏离所述相应的参考范围，则在对应于该发送器的所述网格单元中提供所述偏离的指示。
11.根据权利要求9或10所述的多CPR监视设备，其中，每个网格单元将状态信息显示为彩色光。
12.根据权利要求9-11之一所述的多CPR监视设备，其中，每个网格单元将状态信息显示为数字或图标。
13.根据权利要求10-12之一所述的多CPR监视设备，其中，在来自发送器的多于一个的值偏离所述相应的参考范围的情况下，所述处理器适配于显示所述偏离的指示序列。
14.根据权利要求13所述的多CPR监视设备，其中，所述指示序列根据预定的优先级列表以优先顺序显示。
15.根据权利要求10-12之一所述的多CPR监视设备，其中，在来自发送器的多于一个的值偏离所述相应的参考范围的情况下，所述处理器适配于选择将哪个偏离显示在相应的网格单元中。
16.用于在多个CPR训练人体模型与至少一个接收器单元之间通信的方法，其中，每个人体模型包括至少一个传感器和连接到每个传感器的微控制器，以及其中，所述微控制器连接到蓝牙发送器，所述方法包括以下步骤：
-利用所述至少一个传感器来测量按压数据，
-在所述微控制器中处理所述数据，
-在BLE广告包内将来自所述传感器的所述数据发送到所述至少一个接收器单元。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所测量的按压数据为运动、力、加速度、倾斜、按压深度、按压速率和/或通气量和/或速率。
18.根据权利要求16或17所述的CPR训练方法，包括检测按压的开始，以及在按压开始时将测量数据传送到所述蓝牙发送器。
19.根据权利要求16-18之一所述的方法，包括在从第一次按压开始直至按压系列中最后被记录的按压之后30秒的时间段内发送广告包。
20.根据权利要求16-19之一所述的方法，其中，具有传感器、微控制器以及蓝牙发送器的每个人体模型均具有主动和被动状态，
其中，所述主动状态中，所有传感器都是激活的，所述微控制器为所有传感器处理数据，并且经处理的数据被发送，以及，在被动状态中，仅按压的存在被检测和处理。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，在检测到按压的情况下，激活主动状态。
22.根据权利要求16-21之一所述的方法，其中，BLE广告包包括特征在于以下中的至少一种的数据：a)按压次数、b)深度按压次数、c)具有偏向的按压次数、d)自按压开始以来的平均按压速率、e)自按压开始以来的平均按压深度、f)没有通气的时间段、g)评分参数。
23.CPR训练人体模型，包括至少一个CPR评估传感器、连接到每个传感器的微控制器，以及其中，所述微控制器连接到蓝牙发送器，所述蓝牙发送器适配于在BLE广告包内将来自所述传感器的数据发送到所述至少一个接收器单元。
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