CN110368286A - 一种无线心肺复苏指导装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无线心肺复苏（CPR）指导装置，属于医疗仪器领域。所述无线心肺复苏指导装置的主要硬件部分包括逻辑控制模块1，胸部按压检测模块2，信息显示模块3，语音提示模块4，无线数据通讯模块5，电源管理模块6。所述心肺复苏指导装置可根据实际胸部按压运动实现自动电源管理；并按照标准心肺复苏流程，指导完成急救过程；急救过程中可对实际抢救行为进行反馈，使心肺复苏更加标准，提高心肺复苏的质量。

Description

一种无线心肺复苏指导装置

技术领域

本发明涉及了一种无线心肺复苏指导装置，为心肺复苏（CPR）行为提供指导和反馈，属于医疗器械领域。

背景技术

据统计，中国每年心源性猝死案例高达54万左右，相当于每分钟约有1人死亡。平均急救反应时间均超过了救命的黄金 4 分钟，对于心脏骤停病人，只等待不救援就是等死。在心脏骤停的第一时间，如能得到及时有效的救治，将大大降低患者的死亡率。电击除颤和心肺复苏是最常用且有效的救治手段。医疗实践表明抢救的时机越早，患者的存活率越高。

在实际案例中，由于心跳骤停的事件随机性，通常专业的医护人员和专业的除颤设备无法及时对患者进行救治，许多病人因为延误救治时机而丧生。在应对这种随机的突发事件上，便携的自动体外除颤器（AED）有着十分明显的抢救时机上的优势。现有的自动体外除颤器中，多数都带有简单的心肺复苏指导功能，在进行紧急抢救时，通过自动体外除颤器主机上的语音和图形指导施救者进行心肺复苏的实施。但是其局限在于，自动体外除颤器不能测量心肺复苏的按压频率和按压深度，并将这些信息反馈给施救者，以进行标准有效的抢救。实际的按压频率和按压深度依赖于施救者的救治经验。由于第一时间参与抢救的人员并非总是专业的医护人员，依靠自动体外除颤器（AED）简单的指导方式，难以做到正确的按压频率和按压深度，这就很难保证高的抢救成功率。在新版的《2015心肺复苏与心血管急救指南》中强调了在除颤的时候同时进行正确的心肺复苏的重要性。一个有效的心肺复苏流程是：按压频率为100~120次/分钟，成人按压深度5-6厘米，儿童按压深度约5厘米，按压时需保障胸腔充分回弹；每30次按压后进行两次人工呼吸，每次通气时间超过1秒。当有AED设备可供使用的情况下，应尽快尝试进行电击除颤，每进行2分钟CPR进行一次电击除颤。按照标准的心肺复苏规范进行急救，使得病人的抢救成功率大大提高。这就一种操作简单方便的设备协助施救人员进行按照标准的心肺复苏流程进行救治。

在户外对心跳骤停的患者进行电击除颤的同时，施以标准的心肺复苏抢救，将提高患者的抢救成功率。我国也存在一些心肺复苏指导装置或者辅助系统，但都没有涉及到和自动体外除颤器协同工作，如专利CN202128681U公开的“一种独立的心肺复苏指导装置”，侧重于心肺复苏培训；专利CN107625627A公开的“一种心肺复苏辅助系统”，专利CN206441444U公开的“一种心肺复苏按压检测装置”集中按压检测算法的描述。

本发明的无线心肺复苏指导装置，按照CPR急救标准指导施救者进行急救，并可以检测施救者的人工胸部按压频率和深度进行反馈指导；既可以作为心肺复苏术培训设备独立使用，还可以和不具备胸部按压动作检测和指导的自动体外除颤器通过无线连接协同工作对患者实施急救，另外也可以作为胸部按压机的控制部件，控制胸部按压的频率和深度。

发明内容

本发明提供了一种无线心肺复苏指导装置，其主要组成包括：逻辑控制模块1，胸部按压检测模块2，信息显示模块3，语音提示模块4，无线数据通讯模块5，电源控制模块6。

各模块组成框图如图1所示，电源管理模块6分别和逻辑控制模块1，胸部按压检测模块2，无线数据通讯模块5，信息显示模块3，语音提示模块4连接，为其供电；逻辑控制模块1控制胸部按压检测模块2，无线数据通讯模块5，信息显示模块3和语音提示模块4的电源开关和工作时序。

本发明可自动检测胸部按压动作并智能开关机，使整个装置在超低功耗的待机状态和正常工作状态之间切换。智能开关机的控制流程和状态转换图如图2所示。胸部按压检测模块2在待机状态，也即关机模式时，处于超低功耗休眠监控模式，这种状态下，运动检测传感器并不正常工作，但可配置为运动唤醒状态；当整个装置处于运动状态，且检测到的运动加速度大于设定的阈值GT时，胸部按压检测模块4内的传感器会输出一个中断，可以用于唤醒逻辑控制模块1；逻辑控制模块1被运动中断唤醒后，打开系统电源，控制胸部按压检测模块2处于正常工作模式，然后读取当前的运动数据，按照下面描述的算法计算按压频率和按压；如果按压深度和按压频率，基本符合心肺复苏的规律，则判断装置已经进入心肺复苏急救状态，从而实现了装置的自动开机；若不是则设置装置唤醒的不应期TS1，关闭其他外设电源，重新进入待机状态；若再次被唤醒且还处于不应期内则直接进入休眠模式；若判断活动的节律和深度满足心肺复苏规律，则装置进入心肺复苏（CPR）指导的正常工作状态，也即装置开机。正常开机工作状态下，在一段时间内检测不到正常心肺复苏频率和按压深度，则系统设置一个较长的不应期TS2，装置进入休眠模式，也就是关机状态。

逻辑控制模块1内部根据标准的心肺复苏指南，编程实现整个心肺复苏流程，并通过信息显示模块3和语音提示模块4指导心肺复苏（CPR）行为的实施。信息模块3显示上一次按压深度和按压频率；语音提示模块的提示内容包括但不限于按压节拍频率音，“开始心肺复苏”，“进行两次人工呼吸”，“继续心肺复苏”等心肺复苏指导内容。

在正常心肺复苏状态，胸部按压检测模块2采集胸部按压动作在各个轴向上的加速度信息，并发送给逻辑控制模块1进行分析。逻辑控制模块1经过内部算法，识别每一次完整的按压动作，并根据各个轴向的运动信息数据计算三维空间上的胸部按压深度和按压频率。计算出的胸部按压深度和频率，通过信息显示模块3和语音提示模块4，反馈给施救者；使施救者了解自己的急救效果；同时逻辑控制模块1，根据计算的实时按压深度和频率，判断它们是否在心肺复苏指南规定的胸部按压深度范围和频率范围内；如果当前胸部按压深度和频率偏离心肺复苏指南规定的范围，信息显示模块3发出按压深度过深或者过浅的显示，以及按压频率太快或者较慢的显示；语音提示模块4则提示“按压太浅，用力按压”，或者“按压太深，请注意”，以及“按压太慢，按照节拍音进行按压”，“按压太快，按照节拍音进行按压”等语音信息。

胸部按压检测模块2检测按压运动的算法，如图3所示，详细流程如下：

(a)按照采样间隔t，读取至少具有三轴加速度检测功能的传感器的输出，得到x-轴，y-轴和z-轴的运动加速度Xa,Ya和Za

(b)对实际的三轴加速度，分别进行低通滤波，滤除高频噪声，得到xa, ya和za，并求出实际加速度的模值 ；

(c)对加速度acc减去竖直方向的偏移量后归一化处理，转化为实际的加速度Acc；

(d)加速度ACC最大或者最小点，对应着胸部按压最深或者按压为零的时间点，因此根据按压数据规律，寻找加速度Acc的峰值点和谷值点，分别标记按压开始时间点Tpb和按压最深时间点Tpe；

(e)在时间点Tpb和Tpe的时刻，将速度变量Vt和按压深度变量St初始化为0；

(f)从时间点Tpb或者Tpe开始，对加速度Acc数据在采样时间间隔内t上作乘积累加，得到速度变化数据Vt；

(g)对速度Vt在采样时间间隔t上作乘积累加，得到按压深度变化数据St；

(h)St在Tpe点的值就是按压深度S；

(i)计算Tpb(n)到Tpe(n)再到Tpb(n+1)的时间T，实时按压频率为1/T。

图4是用三轴加速度传感器MMA8451Q采集模拟胸部按压运动的三轴加速度数据。图5是对采集的三轴加速度数据处理计算的按压深度S和加速度Acc在时间上的变化曲线。

信息显示模块3，主要显示上述算法检测到的按压深度，按压频率，按压次数，心肺复苏持续的时间等信息；而语音提示模块4则通过语音提示指导施救者按照标准流程完成救治。该两处的发明内容如下所述。

在急救指南中，一个有效的心肺复苏流程是：按压频率为100~120次/分钟，成人按压深度5-6厘米，儿童按压深度约5厘米。装置包含一个被施救者是成人还是儿童的类型选择开关，由逻辑控制模块1读取开关状态后设定按压深度范围初始值。

心肺复苏术中规定的流程，主要包含两个阶段：准备阶段和救治阶段。

准备阶段主要的任务是检查患者是否需要做心肺复苏，以及开始治疗前的准备工作。准备工作的内容和步骤通过语音提示模块播放出来，包含为：（1）保持镇定，（2）检查病人反应，（3）呼叫援助，（4）开放气道，（5）检查呼吸等。

按照心肺复苏术规定的“至少2分钟心肺复苏救治时长，以及30次胸部按压，紧接着2次人工呼吸”以及“按压频率100~120次/分钟”救治活动来分析，按照100次/分钟按压频率，30次胸部按压使用18秒，2次人工呼吸使用6秒，则一个循环使用24秒，2分钟共进行5个循环的救治。因此救治阶段，指导装置在18秒内输出30次按压提示音（0.6秒一次），然后每3秒钟提示进行一次人工呼吸，共两次计6秒。本发明所述装置设定的完整的心肺复苏流程如图6所示。

计算出的相邻两个正向峰峰值，以及相邻两个负向峰峰值之间的时间间隔，应该介于0.5~0.6秒之间。大于0.6秒，则按压频率小于100Hz，则语音提示“按压频率较低，请按提示节律进行按压”；小于0.5秒，则按压频率大于120Hz,则语音提示“按压频率过快，请按提示节律进行按压”。

按压深度小于3厘米，且连续数个加速度变化波形峰峰值时间间隔大于1秒或低于0.3秒，或者按压频率变化很大，则确定设备处于非心肺复苏状态，算法退出。

上述指导功能为本发明作为独立使用的心肺复苏术指导器的主要功能。当和AED设备协同工作，为更好的发挥心肺复苏的作用，提高AED救治率时，则需要使用本装置的无线数据通讯模块5和AED进行数据通讯，将胸部按压的次数、深度、频率、持续时长、循环次数等信息主动发给AED。

根据AED内部心肺复苏指导功能的强弱，在协同工作模式下，将本装置的指导功能分为三个层次类型：（1）完全依赖指导器，提供准备阶段和救治阶段的所有救治指导；（2）AED主导整个心肺复苏指导流程和准备阶段的提示，指导装置仅仅提供救治阶段的指导和提示；（3）AED主导完全的心肺复苏指导过程，指导装置仅仅反馈胸部按压的深度和频率信息。绝大多数需外部心肺复苏指导器的AED符合（3）的使用情况。

本发明装置和AED协同工作的流程如图7所示。设备唤醒后默认进入独立工作模式，当无线数据通讯模块5接收到来自自动体外除颤器（AED）的通讯请求时，回复通讯请求并进入和AED协同工作的模式，由AED接管心肺复苏（CPR）流程。设备收到AED的开始心肺复苏指令后，开始检测按压深度和频率信息，并通过信息显示模块3显示反馈施救者，同时将按压数据上传到AED中。当AED要进行心电分析，充电放电等功能时，发送暂停心肺复苏指令给设备，设备处于等待状态，直到再次接收到开始心肺复苏指令。当设备收到结束心肺复苏指令时，关闭周围模块的电路，并进入待机状态。

无线数据通讯模块5采用蓝牙或者WIFI无线通讯技术和外部AED进行通讯，通讯协议基于标准化的AT指令形式。

本发明所述装置，也作为自动胸部按压设备的关键控制模块进行工作，通过内置的通讯和控制接口，控制外部的按压机械结构进行胸部按压。

电源管理模块6由可充电电池以及充电管理电路、低漏电流低压差稳压模块、语音模块电源开关、信息显示模块电源开关、外部通讯接口电源开关等组成。

附图说明

图1是本发明的系统方框图。

图2是本发明装置所述智能开关机的控制流程和状态转换图。

图3是本发明装置的胸部按压数据算法流程图。

图4是本发明装置所记录的三轴加速度原始数据波形图。

图5是本发明装置计算按压数据波形图。

图6是本发明装置设定的心肺复苏指导流程步骤和时间节点图。

图7是本发明装置和AED协同工作的流程图。

具体实施方式

本发明的无线心肺复苏指导器其主要组成包括逻辑控制部分1，按压检测模块2，信息显示模块3，语音提示模块4，无线数据通讯和模块5，电源模块6。如图1所示，其中逻辑控制模块1，可选择使用超低功耗单片机来实现。胸部按压检测模块2可以用加速度传感器来实现，常用的三轴加速度传感器，六轴加速度传感器等都可以。信息显示模块3可选用发光二极管，LED灯，液晶屏或数码管灯能够根据按压运动显示出不同的反馈状态。语音提示模块4选用喇叭等设备。无线数据通讯模块5使用WIFI或者蓝牙芯片等实现。

Claims (7)

1.一种无线心肺复苏指导装置，其特征在于：系统组成包括：逻辑控制模块1，胸部按压检测模块2，信息显示模块3，语音提示模块4，无线数据通讯模块5，电源管理模块6。

2.一种无线心肺复苏指导装置，其特征在于：

按照最新的医疗标准提供的心肺复苏流程，指导急救实施过程，并通过信息显示模块3和语音提示模块4指导施救者进行标准的心肺复苏操作。

3.一种无线心肺复苏指导装置，其特征在于：可对胸部按压的频率和按压深度精确检测，和标准规定的参数计算误差，信息显示模块3和语音提示模块4反馈施救者，以纠正其急救行为，使心肺复苏操作更标准和规范。

4.一种无线心肺复苏指导装置，其特征在于：可自动检测胸部按压动作并智能开关机。

5.一种无线心肺复苏指导装置，其特征在于：包含一个被施救者类型开关，用于区分成人和儿童对象。

6.一种无线心肺复苏指导装置，其特征在于：采用无线通讯技术，可以和AED进行无线连接，协同完成除颤治疗。

7.一种无线心肺复苏指导装置，其特征在于：可作为胸部按压机的控制模块使用。