CN113274279B - 一种胸腹联合心肺复苏装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种胸腹联合心肺复苏装置，包括：底板以及至少两个复苏机构，每个复苏机构包括位置相对的两个直线电机，两个直线电机的轴线均垂直于底板，且直线电机的底部均与底板滑动连接；两个直线电机的顶部通过连接机构固定连接，且连接机构的底部固设有与气泵连接的按压器，且按压器能够在连接机构上沿与直线电机滑动方向垂直的方向移动；本公开能够根据反映心肺复苏结果的客观指标调整到最佳按压频率、深度和时长，极大的提高了按压和/或提拉的精度。

Description

一种胸腹联合心肺复苏装置

技术领域

本公开涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种胸腹联合心肺复苏装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

早期高质量心肺复苏是心脏骤停抢救“复苏生存链”中最为关键的环节，而由于设备、技术等方面的限制，院外心脏骤停的抢救成功率仅不到1％，我国由心脏骤停引发的猝死人数位居世界首位。

发明人发现，心肺复苏仪是心脏骤停救治过程中常用的机械设备。其优点是重复性高、动作输出的稳定性强、心肺复苏质量高，但目前的心肺复苏仪均停留在半自动化“胸外按压仪”的角色，智能化程度不足，未能有效改善抢救成功率。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种胸腹联合心肺复苏装置，能够根据反映心肺复苏结果的客观指标调整到最佳按压频率、深度和时长，极大的提高了按压和/或提拉的精度。

为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：

本公开第一方面提供了一种胸腹联合心肺复苏装置。

一种胸腹联合心肺复苏装置，包括：底板以及至少两个复苏机构，每个复苏机构包括位置相对的两个直线电机，两个直线电机的轴线均垂直于底板，且直线电机的底部均与底板滑动连接；

两个直线电机的顶部通过连接机构固定连接，且连接机构的底部固设有与气泵连接的按压器，且按压器能够在连接机构上沿与直线电机滑动方向垂直的方向移动。

作为可选的实施方式，复苏机构至少包括第一复苏机构和第二复苏机构，第一复苏机构和第二复苏机构平行设置，第一复苏机构用于胸部的按压或提拉，第二复苏机构用于腹部的按压或提拉。

作为可选的实施方式，每个复苏机构均包括第一直线电机和第二直线电机，连接机构包括第一连接件、第二连接件、第一滑动连杆、第二滑动连杆和盒体；

第一直线电机的顶部与第一连接件的第一端连接，第二直线电机的顶部与第二连接件的第一端连接，第一连接件的第二端通过第一滑动连杆与盒体的一侧连接，第二连接件的第二端通过第二滑动连杆与盒体的另一侧连接；

盒体的底部设有按压器，且按压器与盒体内设的气泵连通。

进一步的，盒体内设有第一控制终端，第一控制终端与各个直线电机通信连接，每个按压器的底部设有压力传感器，压力传感器与第一控制终端通信连接。

更进一步的，盒体外侧设有第二控制终端，第二控制终端与第一控制终端通信连接，且第二控制终端内集成有多名心脏骤停患者的血液动力学、各项生理信号的特征参数以及胸腹按压参数的数据库，当有外部生理信号输入时，通过与数据库的比对得出最适合当前患者的按压参数。

更进一步的，第一控制终端通过分别通过PWM调速器与各个直线电机连接，控制各个直线电机的速度保持一致。

更进一步的，第一控制终端采用模糊自适应智能控制器对于直线电机进行速度控制。

更进一步的，模糊自适应智能控制器中将混合编码粒子群优化算法与监测函数相结合，包括以下步骤：

采集直线电机期望速度值与实际速度值，以速度跟踪误差最小为目标，将速度误差及误差变化率作为模糊控制器输入，将控制律作为模糊控制器输出；

利用混合编码粒子群优化算法对隶属度函数、比例因子参数以及模糊规则结论进行优化，由模糊控制器输出控制信号改变直线电机的速度，控制直线电机的运动。

作为可选的实施方式，按压器为空心的螺旋圆柱状结构，当执行提拉功能时，气泵工作，按压器内呈负压，贴吸患者胸部或腹部，当提拉力度达到上一次按压器按压力度的五分之三时，气泵停止工作。

本公开第二方面提供了一种第一方面所述的胸腹联合心肺复苏装置的工作方法，其特征在于：

步骤一：安装肺复苏装置，选择使用胸腹联合模式或者胸泵模式或腹泵模式；

步骤二：心肺复苏装置采用默认参数进行按压；

步骤三：判断是否具有外部信号输入，如果有，则获取患者的生理参数与设备内存储的数据库参数进行匹配，自动调整到当时最适合患者状态的按压参数后；如果没有则进入步骤五；

步骤四：根据力传感器反馈回来的压力值以及按压器表面积计算按压表面压力，如果其值在安全阈值内，则进入下一步；如果其值不在安全阈值内，则采用安全阈值范围内最大按压参数按压后，进入下一步；

步骤五：继续按压，并按照步骤四进行按压风险判定；

步骤六：每隔预设时间重新返回步骤三；

步骤七：根据接收到的生理参数判定是否结束按压。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1、本公开创新性的提出了一种胸部按压和腹部提拉的联合心肺复苏装置，可以根据患者的按压禁忌进行选择，能极大程度提高心肺复苏成功率。

2、本公开所述的装置配置了多个多功能外接口，允许通过患者自身的生理状态选择最合适的按压参数，进行智能化、精准化心肺复苏。

3、本公开所述的装置，添加了压力传感器，并根据按压表面压力设置了安全阈值，避免肋骨损伤。

本公开附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1提供的心肺复苏装置的系统框图。

图2为本公开实施例1提供的心肺复苏装置的整体结构。

图3为本公开实施例1提供的心肺复苏装置的细节构造图。

图4为本公开实施例1提供的基于多策略协同进化粒子群算法的自适应模糊控制器框图。

图5为本公开实施例1提供的外部控制器显示屏界面。

图6为本公开实施例1提供的心肺复苏装置的工作流程图；

其中，1、装置盒；2、直线电机；3、底板；4、按压泵；5、外部控制器；6、滑动连杆、7、近端连杆；8、滑槽；9、压力传感器；10、控制板；11、微型气泵；12、电池组；13、多功能接口；14、显示屏；15、开始键；16、停止键；17、暂停键；18、初始键。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

本公开实施例1提供了一种联合实施胸部按压与腹部提拉的胸腹联合(可拆分)立体化心肺复苏装置，包括胸部复苏主体、腹部复苏主体、底板、外接控制器等。其中，胸部复苏主体和腹部复苏主体配置相同，主要包括驱动电机、连接杆、按压泵、装置盒等。

所述驱动电机拟采用直线电机，共包括四个，每两个直线电机共同驱动一个泵体的运动。直线电机通过近端、滑动连杆与装置盒同轴相连。当直线电机向上(下)运动时，带动近端连杆上(下)运动，进而带动泵体上(下)运动，通过直线电机的上下运动实现按压功能。四个光电编码器分别安装在四个直线电机上以对电机运动速度进行实时检测与反馈。进一步的，控制板通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)调速器改变信号的占空比来调节电机运动速度。此外，当四个光电编码器检测到的电机速度不一致时，会立即停止按压，防止电机运动障碍造成患者损伤。

所述按压泵根据按压位置分为“胸泵”、“腹泵”。“胸泵”可通过按压产生压力梯度最大限度促进血液循环；“腹泵”则可通过腹部提拉按压带动膈肌上下移动，使胸腔容积改变造成压力。反之，也可完成“胸泵”提拉，腹部按压功能，利用胸腹联合心肺复苏可更充分形成胸腔压力差，促进血液循环。复苏装置主体和底板之间采用了滑槽设计，使装置主体可在前后方向移动；且复苏装置主体可通过滑动连杆左右移动，以便于根据患者的个体差异，调整“胸泵”、“腹泵”的位置，或者根据患者的按压禁忌，选择只采用“胸泵”或只采用“腹泵”等。此外，在“胸泵”和“腹泵”的按压柱底端分别嵌有压力传感器，以测量心肺复苏时的按压和提拉力度。进一步的，根据压力传感器反馈的力值计算按压表面压力，进行安全阈值检测。

所述装置盒内配备控制板、微型气泵、电池等。控制板可通过连接线或蓝牙与外部控制器通信，接收外部控制器输入的按压参数，进而调节电机的运动速度。微型气泵用于抽取按压器中的空气便于其吸附，仅在胸腹部提拉时起作用。电池用来给微型气泵供电。

所述外部控制器共包括四个控制按压进程的按钮，一个可显示外接信号和胸腹部的按压提拉力度的显示屏，以及5个多功能外接设备接口。外部控制器中拟集成500名心脏骤停患者的血液动力学、各项生理信号的特征参数以及其胸腹按压参数的大型数据库。当有外部生理信号输入时，内部集成学习算法可通过与数据库的比对得出最适合当前患者的按压参数。使用心肺复苏仪进行抢救成功的患者数据会自动纳入数据库中，并同步传入医院数据库云端。

此外，本实施例中的心肺复苏仪装置了电池、市电、车载电源三种供电方式，可根据场景需求随意选择，电机运动所需电池平铺在底板内部，可长时间供电。

基于上述装置的工作方法，包括以下步骤：

佩戴心肺复苏仪，根据患者体征参数调整好“胸泵”和“腹泵”的位置以及初始按压位点(当压力传感器所示力值刚好大于零，可用“初始键”实现)。

心肺复苏仪启动后，“胸泵”和“腹泵”按照标准按压(按压频率100次/分，按压深度5厘米，按压呼吸比30:2)采用“一上一下”式运动方式同时进行工作。当检测到外接信号输入，心肺复苏仪每10秒钟采集一次外接信号的特征参数并于数据库信号参数比对，然后自动调整到当时最适合患者状态的按压参数。直到患者各项参数指标趋于正常值，心肺复苏仪停止工作，从而实现智能化、精准化心肺复苏。

值得注意的是，当控制系统检测到按压表面压强大于5.65磅/平方英寸时，会立即停止当前按压，并选择之前安全状态下最大的按压参数继续进行按压。

具体的，如图1所示：

设计的心肺复苏装置控制系统，包括控制板、光电编码器、PWM调速器、直线电机、配载压力传感器的胸部和腹部复苏按压器、微型气泵和装在数据库的外部控制器等。其中，外部控制器的输入、外部信号的输入、电机速度不一致以及超过安全阈值的压力传感器数值会改变控制系统的工作方式。

如图2所示，胸部按压与腹部提拉的胸腹联合(可拆分)立体心肺复苏装置主要包括装置盒1、直线电机2、底板3、按压器4以及外部控制器5。

4个直线电机2下端设有滑槽8，可调节前后方向的距离，通过旋转卡槽将其固定在底板3上；上端通过孔用螺丝与近端连杆7相连。近端连杆7、滑动连杆6以及按压装置主体同轴相连。滑动连杆6可伸缩，以调节心肺复苏装置主体与左右侧的距离。近端连杆7与滑动连杆6一侧连接处采用插拔设计轴孔，可拆卸、旋转，以便于病人躺入。

如图3所示，胸部和腹部的按压器4采用相同的设计，按压器4需兼具按压和提拉的功能，形状为空心的螺旋圆柱状，其上端与微型负压泵11相连。当执行提拉功能时，微型负压泵11工作，按压器4内负压，贴吸患者胸部或腹部，当提拉力度达到上一次按压器4按压力度的3/5，微型负压泵11停止工作。2个压力传感器9采用压阻式薄膜压力传感器，分别安装在胸部和腹部按压器4的下端，用以测量胸腹部按压与腹部提拉力度。除微型负压泵11外，控制板10、电池12同时装配在胸部和腹部的装置盒内。控制板10上同时集成了蓝牙模块，用于与外部控制器的通信。

外部控制器5包括多功能接口13、显示屏14、以及“开始键”15、“停止键”16、“暂停键”17以及“初始键”18四个按钮。多功能接口13允许外接多路生理设备检测仪，并获取其信号。显示屏14显示界面如图5所示。四个功能键15-18用于按压运动的开始、停止、暂停以及按压器初始位置设定。此外，外部控制器5内部还配备蓝牙模块、WIFI模块以及SD卡存储模块，方便信号的输入、数据输出以及新数据的存储。

本实施例利用模糊自适应智能控制器对于直线电机进行速度控制。参照图4，为模糊自适应智能控制器的系统框图，其中，选取速度跟踪误差e为系统的状态变量，定义如下：

e＝v_ref-v (1)

式中，v_ref为参考速度，v为实际运动速度。则速度误差的变化率可以表示为：

模糊控制器采用Mamdani型规则库结构，其语言变量表示为：

R_i:IF x₁(k)is A_i1 and x₂(k)is A_i2 and...and

x_m(k)is A_im (3)

THEN y(k)is B_i

式中，i＝1,2,...l，R_i表示第i条规则。x_j(k),j＝1,2,...n为输入变量，y(k)为输出变量。A_ij是输入变量的隶属函数(选用高斯型)，B_i为第i个模糊规则的输出模糊集。

选用中心平均去模糊化法解模糊化，然后，利用单值模糊函数和乘积推理建立模糊系统的输出：

式中，Φ为参数变量。

自适应智能控制器的主要思想是通过混合编码粒子群优化(particle swarmoptimization,PSO)算法自适应自动学习Mamdani模糊规则，使模糊控制器能够自适应调节以减小跟踪误差。混合编码粒子群优化算法通过混合编码PSO算法，结合特殊的监控函数和自适应阈值，同时优化隶属度函数、比例因子参数和模糊规则结论。

对于标准的PSO算法，其速度

及其位置

更新方式如下所示：

其中Max It为最大迭代次数，N为群中粒子数。

隶属度函数、比例因子参数可使用PSO的标准机制进行调整，但模糊规则的表示方法(整数)与粒子群算法机制并不一致，为了解决这一问题，在结论速度

和其位置之间引入了一种监测函数，其计算公式如下所示：

其中阈值

在优化过程中动态变化，算法每次都会发现一个新的全局最优

它更新一个掩码向量M，

将监测函数与PSO算法相结合，可得到新的改进PSO算法，该算法致力于优化Mamdani模糊规则结论，公式如下：

其中

为在输出分区中选定的隶属度函数，作为第i个模糊系统中第j条模糊规则的结论，D为模糊规则库的大小。

总的来说，控制系统采集直线电机期望速度值与实际速度值，以减小速度跟踪误差为目标，将速度误差e及误差变化率

作为模糊控制器输入，将控制律Y作为模糊控制器输出。利用混合编码粒子群优化算法对隶属度函数、比例因子参数以及模糊规则结论进行优化，从而实现模糊控制器的自适应性。最后由模糊控制器输出控制信号改变直线电机的速度，控制直线电机的运动。

如图5所示，设计显示屏的显示界面，显示界面包括实时的胸部按压和腹部提拉力度显示、实时外接信号显示窗口(当有外接设备时)、按压风险提示灯以及按压时间。

如图6所示，基于上述装置的工作方法，包括以下步骤：

(1)佩戴心肺复苏装置，根据患者实际情况选择使用胸腹联合，还是仅使用“胸泵”或“腹泵”；

(2)心肺复苏装置采用默认参数进行按压；

(3)判断是否具有外部信号输入，如果有，则获取患者的生理参数与设备内存储的数据库参数进行匹配，自动调整到当时最适合患者状态的按压参数后；如果没有则进入步骤(5)；

(4)根据力传感器反馈回来的压力值以及按压器表面积计算按压表面压力，如果其值在安全阈值内，则进入下一步。如果其值不在安全阈值内，则采用安全阈值范围内最大按压参数按压后，进入下一步；

(5)继续按压，并按照步骤(4)进行按压风险判定；

(6)每30秒钟重新返回步骤(3)；

(7)由专业医护人员(有外接输入时可通过外接信号判断)判定患者是否恢复正常，如果是，则结束按压；如果不是，则查看患者是否具有生命体征，如果有，则返回步骤(3)，如果没有，则结束按压。

以上仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种胸腹联合心肺复苏装置，其特征在于：

包括：底板以及至少两个复苏机构，每个复苏机构包括位置相对的两个直线电机，两个直线电机的轴线均垂直于底板，且直线电机的底部均与底板滑动连接；

两个直线电机的顶部通过连接机构固定连接，且连接机构的底部固设有与气泵连接的按压器，且按压器能够在连接机构上沿与直线电机滑动方向垂直的方向移动；

每个复苏机构均包括第一直线电机和第二直线电机，连接机构包括第一连接件、第二连接件、第一滑动连杆、第二滑动连杆和盒体；

盒体内设有第一控制终端，第一控制终端与各个直线电机通信连接，每个按压器的底部设有压力传感器，压力传感器与第一控制终端通信连接；

盒体外侧设有第二控制终端，第二控制终端与第一控制终端通信连接，且第二控制终端内集成有多名心脏骤停患者的血液动力学、各项生理信号的特征参数以及胸腹按压参数的数据库，当有外部生理信号输入时，通过与数据库的比对得出最适合当前患者的按压参数。

2.如权利要求1的胸腹联合心肺复苏装置，其特征在于：

复苏机构至少包括第一复苏机构和第二复苏机构，第一复苏机构和第二复苏机构平行设置，第一复苏机构用于胸部的按压或提拉，第二复苏机构用于腹部的按压或提拉。

3.如权利要求1的胸腹联合心肺复苏装置，其特征在于：

第一直线电机的顶部与第一连接件的第一端连接，第二直线电机的顶部与第二连接件的第一端连接，第一连接件的第二端通过第一滑动连杆与盒体的一侧连接，第二连接件的第二端通过第二滑动连杆与盒体的另一侧连接；

盒体的底部设有按压器，且按压器与盒体内设的气泵连通。

4.如权利要求1的胸腹联合心肺复苏装置，其特征在于：

第一控制终端分别通过PWM调速器与各个直线电机连接，控制各个直线电机的速度保持一致。

5.如权利要求1的胸腹联合心肺复苏装置，其特征在于：

第一控制终端采用模糊自适应智能控制器对于直线电机进行速度控制。

6.如权利要求5的胸腹联合心肺复苏装置，其特征在于：

模糊自适应智能控制器中将混合编码粒子群优化算法与监测函数相结合，包括以下步骤：

采集直线电机期望速度值与实际速度值，以速度跟踪误差最小为目标，将速度误差及误差变化率作为模糊控制器输入，将控制律作为模糊控制器输出；

利用混合编码粒子群优化算法对隶属度函数、比例因子参数以及模糊规则结论进行优化，由模糊控制器输出控制信号改变直线电机的速度，控制直线电机的运动。

7.如权利要求1的胸腹联合心肺复苏装置，其特征在于：

按压器为空心的螺旋圆柱状结构，当执行提拉功能时，气泵工作，按压器内呈负压，贴吸患者胸部或腹部，当提拉力度达到上一次按压器按压力度的五分之三时，气泵停止工作。

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