CN111947819A - 一种心肺复苏过程数据采集方法、装置及反馈系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种心肺复苏过程数据采集方法，步骤包括：启动监测按压模式后，采集按压力反馈电信号；根据所述按压力反馈电信号生成按压输出力数据；当所述按压输出力数据超过预设阈值时，判定将要发生按压骨折，同时发出报警信号。本发明提供了一种心肺复苏过程数据采集方法、装置及反馈系统，通过监测心肺复苏过程产生的异常信号，对骨折做出预判。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种心肺复苏过程数据采集方法、装置及反馈系统。
背景技术
心肺复苏，简称CPR，对于心脏骤停病人是最常用且有效的救治手段。动物实验和临床试验都表明，CPR质量好坏明显影响生存率，而且也是同一急救流程系统内和不同急救流程系统之间的心博骤停事件生存率存在很大变异的原因之一。1960-1999年之间，Hoke和Chamberlain的研究数据发现，传统CPR至少造成1/3的患者发生肋骨骨折，而胸骨骨折至少有1/5。Miller等研究者对CPR相关损伤做的联合分析结果显示，总的肋骨骨折占31.2％(987/3162)，胸骨骨折的发生占15.1％(501/3311)。对此，Kralj等研究者最近对斯洛文尼亚2004-2013年间2148例心脏骤停死亡患者进行分析得出，男性中，86％的患者有一处或以上CPR相关的骨骼损伤，而女性是91％。大量的肋骨和胸骨骨折可产生疼痛、抑制呼吸，造成支气管肺炎、戳破血管及引起器官出血。
现有的相关技术方案，例如CN201810325491-一种无线心肺复苏指导装置，主要是用于检测心肺复苏机的工作状态的按压参数是否正确，通过监测心肺复苏过程的状态去调节按压参数，以达到更高质量的CPR，这只是在理想工作状态下提供调节信号。在实际心肺复苏过程中，当患者产生骨折，设备未采取任何措施，持续按压，会造成患者疼痛、抑制呼吸，严重的造成支气管肺炎、戳破血管和导致器官出血，给病人带来生命危险。而现有技术对于产生骨折的情况并无应急机制，未能为患者提供合适的医疗方案。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种心肺复苏过程数据采集方法、装置及反馈系统，通过监测心肺复苏过程产生的异常信号，对骨折做出预判。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种心肺复苏过程数据采集方法，步骤包括：
启动监测按压模式后，采集按压力反馈电信号；
根据所述按压力反馈电信号生成按压输出力数据；
当所述按压输出力数据超过预设阈值时，判定将要发生按压骨折，同时发出报警信号。
作为优选方案，所述的心肺复苏过程数据采集方法，在启动监测按压模式之前，还包括步骤：
在待机状态采集按压力反馈电信号，且检测到所述按压力反馈电信号的变化量达到心肺复苏过程的参数范围时，判定心肺复苏机进入工作状态并启动监测按压模式。
作为优选方案，所述根据所述按压力反馈电信号生成按压输出力数据，具体包括：
利用运算放大器，对压力传感器采集到的激励信号进行放大，得到模拟电压；
将所述模拟电压通过模数转换器进行模数转换，得到对应不同压力电压值。
作为优选方案，所述根据所述按压力反馈电信号生成按压输出力数据，具体包括：
利用加速度传感器获得三轴加速度后，根据所述三轴加速度计算出实际加速度；
标记实际加速度最大值对应的时间点为按压开始点，标记实际加速度最小值对应的时间点为按压最深点；
对所述实际加速度在按压开始点到按压最深点之间的时间进行积分得到按压杆速度；
对所述按压杆速度在按压开始点到按压最深点之间的时间进行积分，得到按压深度。
作为优选方案，所述利用加速度传感器获得三轴加速度后，根据所述三轴加速度计算出实际加速度，具体为：
三轴加速度分别为Ax、Ay和Az，对Ax、Ay和Az分别进行低通滤波，滤除高频噪声得到的三轴加速度分别为ax、ay和az，并且通过以下公式计算出实际加速度的模值：
然后对加速度的模值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。
作为优选方案，所述心肺复苏过程数据采集方法，通过判断所述按压输出力数据是否在预设的参数范围内以判断心肺复苏机的按压动作是否标准；其中，所述按压输出力数据包括按压频率、按压深度、按压中断时间。
作为优选方案，按压频率的优选范围为100cpm到120cpm；
按压深度的优选范围为在5cm到6cm；
按压中断时间的优选范围为0秒至10秒。
为了解决相同的技术问题，本发明实施例提供了一种心肺复苏过程数据采集装置，包括用于采集按压力反馈电信号的传感器组件、用于发出报警信号的报警模块以及与所述传感器组件、所述报警模块相连接的主控板，所述主控板根据内置程序协同所述传感器组件、所述报警模块实现如上所述的心肺复苏过程数据采集方法。
作为优选方案，所述传感器组件还包括生理电传感器；所述生理电传感器用于采集包括体温、肌电、皮肤电导的生理电信号，并将所述生理电信号传输给所述主控板以进行分析。
此外，本发明实施例提供了一种心肺复苏过程数据采集反馈系统，包括心肺复苏机以及如权利要求8或9所述的心肺复苏过程数据采集装置；所述心肺复苏过程数据采集装置安装于所述心肺复苏机与人体接触的部分。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明提供一种心肺复苏过程数据采集方法、装置及反馈系统，通过对胸外按压操作产生的反馈信号进行收集、处理及数据分析，对患者是否发生骨折进行判断，当监测到反馈数据超过阈值等异常情况时，预判发生骨折并提前发出报警提示信息，从而避免病人在心肺复苏过程中遭受骨折，起到辅助医疗作用，提高了心腹复苏过程的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例中的一种心肺复苏过程数据采集方法的步骤流程图；
图2是本发明实施例中的一种心肺复苏过程数据采集方法的优化步骤流程图；
图3是本发明实施例中的一种心肺复苏过程数据采集装置的内部模块示意图；
图4是本发明实施例中的一种心肺复苏过程数据采集方法的根据采集信号生成的压力曲线图；
图5是本发明实施例中的一种心肺复苏过程数据采集方法的根据采集信号生成的按压深度曲线图；
图6是本发明实施例中的一种心肺复苏过程数据采集反馈系统的第一实施例结构图；
图7是本发明实施例中的一种心肺复苏过程数据采集反馈系统的第二实施例结构图；
图8是本发明实施例中的一种心肺复苏过程数据采集反馈系统的第一实施例的使用方法示意图；
图9是本发明实施例中的一种心肺复苏过程数据采集反馈系统的第二实施例的使用方法示意图。
其中，1、一种心肺复苏过程数据采集装置；2、心肺复苏机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参见图1，本发明提供一种示例性实施例，一种心肺复苏过程数据采集方法，步骤包括：
S101、启动监测按压模式后，采集按压力反馈电信号；
所述按压力反馈电信号包括按压力信号、按压深度信号；按压频率、按压深度及按压输出力；
S102、根据所述按压力反馈电信号生成按压输出力数据；
S103、当所述按压输出力数据超过预设阈值时，判定将要发生按压骨折，同时发出报警信号。
根据所述按压力反馈电信号生成按压输出力数据涉及模拟信号转换成数字信号，所述按压输出力数据通常拟合成按压输出力曲线，正常情况是正弦波曲线，当发生骨折，曲线会发生变形，若持续按压，正弦波峰峰值会明显变小，当峰值低于骨折发生时的按压输出的峰峰值时(即预设阈值)，发出警报。
可以理解的是，当发生骨折时，按压部位会变软，胸腔高度会变低，压力传感器受到胸腔的作用力会变小，按压输出力的峰峰值变小，且由于胸腔变低，按压输出力曲线的波形底部会出现一小段直线(传感器输出为0，即监测不到力反馈信号)，峰峰值△V也明显变小。
发生骨折后，按压输出力曲线的峰峰值△V＝4.64V。
请参见图2，所述心肺复苏过程数据采集方法，在启动监测按压模式之前，还包括步骤：
在待机状态采集按压力反馈电信号，且检测到所述按压力反馈电信号的变化量达到心肺复苏过程的参数范围时，判定心肺复苏机进入工作状态并启动监测按压模式。
可以理解的是，若采集的按压力、按压深度等参数变化不大，则认为心肺复苏机处于待机状态，此时仍保持待机状态。
可以理解的是，所述待机状态指的是，装置通电、初始化之后，进入待机状态，相对于工作状态，低电量消耗。
优选地，所述启动监测按压模式后，采集按压力反馈电信号，还包括：
采集生理电信号。例如，病人按压部位的温度值、肌电值、皮肤电导值；
可以理解的是，当心肺复苏机对患者进行CPR时，由于不停的对胸腔进行按压，会造成该部位的温度产生变化。肌肉在紧张、颤抖的情况下会产生毫伏级的电势，松弛的情况下减弱，成分在0-100Hz之间。分析人体按压部位皮肤的电导率，在不同情况下，电导率的不同，可提示相关的生理变化。分析骨折时相关参数的情况，不同体型的人的相关变化。
通过生理电参数和机械物理量参数综合判断，提高准确度。
所述根据所述按压力反馈电信号生成按压输出力数据，具体包括：
利用运算放大器，对压力传感器采集到的激励信号进行放大，得到模拟电压；
将所述模拟电压通过模数转换器进行模数转换，得到对应不同压力电压值。
所述根据所述按压力反馈电信号生成按压输出力数据，具体包括：
利用加速度传感器获得三轴加速度后，根据所述三轴加速度计算出实际加速度；
具体地，三轴加速度分别为Ax、Ay和Az，对Ax、Ay和Az分别进行低通滤波，滤除高频噪声得到ax、ay和az，并且通过以下公式计算出实际加速度的模值：
然后对加速度的模值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。
标记实际加速度最大值对应的时间点为按压开始点，标记实际加速度最小值对应的时间点为按压最深点；
在开始计算之前，首先将速度变量Vt和按压深度变量St初始化为0；
对所述实际加速度在按压开始点到按压最深点之间的时间进行积分得到按压杆速度；
对所述按压杆速度在按压开始点到按压最深点之间的时间进行积分，得到按压深度。
具体地，将按压过程细分为若干的匀加速或匀减速运动过程进行计算，对实际加速度acc在按压开始点tt到按压最深点tb之间的时间段细分成若干时间间隔△t，如△t＝1ms。根据V＝V0+*acc*△t，得到每经过△t时间后按压杆速度V；对按压杆速度V在按压开始点tt到按压最深点tb之间的时间段细分成若干时间间隔△t，如△t＝1ms，得到按压杆每经过△t时间后按压深度增加△s＝V*△t+1/2*acc*△t*△t；对△s在tt到tb时间段的求和S就是实际的按压深度。
所述心肺复苏过程数据采集方法，通过判断所述按压输出力数据是否在预设的参数范围内以判断心肺复苏机的按压动作是否标准；其中，所述按压输出力数据包括按压频率、按压深度、按压中断时间。
可以理解的是，按压频率f即一分钟按压的次数(通过按压深度的最大值和相邻的最大值的经过时间T，单位s，f＝60/T计算可得按压频率)。
优选地，按压频率的优选范围为100cpm到120cpm；
按压深度的优选范围为在5cm到6cm；
按压中断时间的优选范围为0秒至10秒。
请参见图3，本发明提供一种示例性实施例，一种心肺复苏过程数据采集装置，包括用于采集按压力反馈电信号的传感器组件、用于发出报警信号的报警模块以及与所述传感器组件、所述报警模块相连接的主控板，所述主控板根据内置程序协同所述传感器组件、所述报警模块实现上述心肺复苏过程数据采集方法。
可以理解的是，所述心肺复苏过程数据采集装置还包括通信模块、电源模块、显示器、存储模块；
所述通信模块，用于将所述心肺复苏过程数据采集装置实时监测采集到的数据上传到终端设备，用于后续数据收集、存储、分析等。通讯采用的协议是AT指令集基础上的自定义协议；所述通信模块可以是无线通信和/或有线通信模块。
所述电源模块，用于给装置内的其他模块供电，当电量低时，可用外部电源进行充电，电量满时，停止充电。
所述显示器，用于提供电量信息，必要的报警信息。
所述存储模块，用于存储被配置为由所述主控板执行的计算机程序以实现所述心肺复苏过程数据采集方法，而且必要时可将监测到的CPR数据进行存储，通过SD卡、SDROM、flash闪存等进行存储。
所述传感器组件还包括压力传感器，所述压力传感器用于测量按压力度；
请参见图4，心肺复苏机对患者进行CPR时，压力传感器采集压力信号，主控板通过对压力信号的分析，从而计算得到压力值，同时对压力信号的采集，采样率足够，可很好的还原压力曲线。
所述传感器组件还包括加速度传感器，所述加速度传感器用于测量按压深度；
请参见图5，心肺复苏机对患者进行CPR时，加速度传感器采集按压杆的加速度信号，主控板通过对加速度进行二重积分，可计算出积分区间的位移，从而得出按压深度及该曲线。
所述传感器组件还包括生理电传感器；所述生理电传感器用于采集包括体温、肌电、皮肤电导的生理电信号，并将所述生理电信号传输给所述主控板以进行分析。
所述将生理电信号传输给所述主控板以进行分析，具体为：
用模拟器件热敏电阻作为体温测量的传感器，通过不同温度对应热敏电阻的输出电压不同，通过ADC转换并进行采集，可得到体温参数；对于用数字温度传感器，一般主控板通过I2C总线的方式，读取传感器的温度参数。由于不停的对胸腔进行按压，会造成该部位的温度产生变化。
用电极片紧贴胸口，人体皮肤表面有mV级的肌电，用运算放大器通过对肌电进行放大，然后进行ADC转换，从而得到肌电的电压值。肌肉在紧张、颤抖的情况下会产生毫伏级的电势，松弛的情况下减弱，成分在0-100Hz之间。
用电极片紧贴胸口，在电极片两端施加一恒定电压，通过测量施加的电压产生的电流，通过欧姆定律，电导SC＝I/U,从而得到皮肤电导。通过I/V转换元件，将测电流转换为测电压，再通过放大电路将微弱电流转换成主控板可测量的电压，不同的电流对应不同的电压，从而通过ADC转换计算出施加恒定电压产生的电流。
在本实施例中，所述心肺复苏过程数据采集装置的工作过程如下：
按下启动键，装置进入工作状态，同时显示相关状态，电源管理电池的电量，当心肺复苏机启动，按压反馈控制器通过采集电路采集按压力信号、按压深度信号、生理电信号计算按压频率、按压释放比等。然后通过无线通讯的方式，将监测的CPR数据存储到存储器中并上传给相关设备。同时分析实时数据，判断是否产生骨折信号。当患者产生骨折，按压反馈控制器发出声光报警。
本发明还提供一种示例性实施例，一种心肺复苏过程数据采集反馈系统，包括心肺复苏机以及如上所述的心肺复苏过程数据采集装置；所述心肺复苏过程数据采集装置安装于所述心肺复苏机与人体接触的部分。
请参见图6、图7，所述心肺复苏过程数据采集装置可以安装于心肺复苏机的按压头上，或者安装于心肺复苏机的背板上。
请参见图8、图9，所述心肺复苏过程数据采集反馈系统在使用过程中，心肺复苏机处于工作状态，所述心肺复苏过程数据采集装置作用到患者身上；当心肺复苏机正常工作时，心肺复苏过程数据采集装置紧贴患者胸腔，压力传感器采集按压力；加速度传感器采集按压杆的运行加速度，通过二次积分，并对微分时间间隔进行积分求和，从而得到按压深度；生理电传感器包括对温度、肌电、电导等的采集及分析，得出在按压过程中，患者相关生理参数的变化；通过将相关数据进行时域绘图，得出相关曲线；心肺复苏过程数据采集装置对相关数据实时存储；当相关设备在线时，心肺复苏过程数据采集装置会将数据上传到其他分析设备。
在实际心肺复苏过程中，当患者产生骨折，心肺复苏过程数据采集装置会产生报警提示信息，声光报警。此时医护人员可根据实际情况，采用其他心肺复苏方案，避免对患者造成支气管肺炎、戳破血管及器官引起出血等情况，为患者提供更合适的医疗方案。
本发明实施例通过对胸外按压操作产生的反馈信号进行收集、处理及数据分析，对患者是否发生骨折进行判断，当监测到反馈数据超过阈值等异常情况时，预判发生骨折并提前发出报警提示信息，从而避免病人在心肺复苏过程中遭受骨折，起到辅助医疗作用，提高了心腹复苏过程的安全性。
以上实施例能够实现的效果还包括：
利用反馈信号进行数据处理、数据分析，根据反馈的压力参数、生理参数自动胸外按压操作，同时调节按压深度、频率和按压模式，从而优化按压操作，能够有效提高自主循环恢复率，提高按压质量。
通过将压力传感器和加速度传感器测得的按压值相互参照修正，有效克服了单独采用加速度传感器测量结果的不稳定的问题，使得测量和反馈更加精准，反馈效果更好。
实施例使用的设备体积小型化，采集信号不会被遮挡，其使用场合更多样，便于安装维护；
所述心肺复苏过程数据采集反馈系统，当对病人进行CPR时，可实时反馈按压参数：按压力及曲线、按压深度及曲线、按压频率、病人按压胸腔位置的体温、肌电、电导等信号，可将心肺复苏过程数据采集并存储，上传到相关设备进行后期分析及研究。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种心肺复苏过程数据采集方法，其特征在于，步骤包括：
启动监测按压模式后，采集按压力反馈电信号；
根据所述按压力反馈电信号生成按压输出力数据；
当所述按压输出力数据超过预设阈值时，判定将要发生按压骨折，同时发出报警信号。
2.如权利要求1所述的心肺复苏过程数据采集方法，其特征在于，在启动监测按压模式之前，还包括步骤：
在待机状态采集按压力反馈电信号，且检测到所述按压力反馈电信号的变化量达到心肺复苏过程的参数范围时，判定心肺复苏机进入工作状态并启动监测按压模式。
3.如权利要求1所述的心肺复苏过程数据采集方法，其特征在于，所述根据所述按压力反馈电信号生成按压输出力数据，具体包括：
利用运算放大器，对压力传感器采集到的激励信号进行放大，得到模拟电压；
将所述模拟电压通过模数转换器进行模数转换，得到对应不同压力电压值。
4.如权利要求1所述的心肺复苏过程数据采集方法，其特征在于，所述根据所述按压力反馈电信号生成按压输出力数据，具体包括：
利用加速度传感器获得三轴加速度后，根据所述三轴加速度计算出实际加速度；
标记实际加速度最大值对应的时间点为按压开始点，标记实际加速度最小值对应的时间点为按压最深点；
对所述实际加速度在按压开始点到按压最深点之间的时间进行积分得到按压杆速度；
对所述按压杆速度在按压开始点到按压最深点之间的时间进行积分，得到按压深度。
5.如权利要求4所述的心肺复苏过程数据采集方法，其特征在于，所述利用加速度传感器获得三轴加速度后，根据所述三轴加速度计算出实际加速度，具体为：
三轴加速度分别为Ax、Ay和Az，对Ax、Ay和Az分别进行低通滤波，滤除高频噪声得到的三轴加速度分别为ax、ay和az，并且通过以下公式计算出实际加速度的模值：
然后对加速度的模值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。
6.如权利要求1所述的心肺复苏过程数据采集方法，其特征在于，通过判断所述按压输出力数据是否在预设的参数范围内以判断心肺复苏机的按压动作是否标准；其中，所述按压输出力数据包括按压频率、按压深度、按压中断时间。
7.如权利要求6所述的心肺复苏过程数据采集方法，其特征在于，按压频率的优选范围为100cpm到120cpm；
按压深度的优选范围为在5cm到6cm；
按压中断时间的优选范围为0秒至10秒。
8.一种心肺复苏过程数据采集装置，其特征在于，包括用于采集按压力反馈电信号的传感器组件、用于发出报警信号的报警模块以及与所述传感器组件、所述报警模块相连接的主控板，所述主控板根据内置程序协同所述传感器组件、所述报警模块实现如权利要求1至7任一所述的心肺复苏过程数据采集方法。
9.如权利要求8所述的心肺复苏过程数据采集装置，其特征在于，所述传感器组件还包括生理电传感器；所述生理电传感器用于采集包括体温、肌电、皮肤电导的生理电信号，并将所述生理电信号传输给所述主控板以进行分析。
10.一种心肺复苏过程数据采集反馈系统，其特征在于，包括心肺复苏机以及如权利要求8或9所述的心肺复苏过程数据采集装置；所述心肺复苏过程数据采集装置安装于所述心肺复苏机与人体接触的部分。
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