CN113545978B - 一种心肺复苏cpr参数反馈的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种心肺复苏CPR参数反馈的方法及装置，包括：初始步骤：按初始按压深度以及初始按压频率进行心肺复苏按压；实时监测步骤：实时采集颈动脉血流参数、并实时采集脑组织血氧参数；决策步骤：根据实时颈动脉血流参数以及实时脑组织血氧参数，确定按压调节决策参数；反馈步骤：反馈按压调节决策参数，以指导心肺复苏CPR的按压深度以及按压频率。通过同时将颈动脉血流参数和脑部血氧参数作为心肺复苏按压深度和频率的调节指标，可以使心肺复苏过程兼顾心脏供血情况恢复与脑部供氧情况；适应不同被施救个体的情况，调整心肺复苏按压参数，提高了个体复苏的有效性，降低了个体复苏的次生伤害。
Description
技术领域
本发明涉及医疗检测领域，具体地，是一种心肺复苏CPR参数反馈的方法及装置。
背景技术
心肺复苏术简称CPR，是针对骤停的心脏和呼吸采取的救命技术。是为了恢复患者自主呼吸和自主循环。
为了尽量减少因通气而中断胸外按压，对于未建立人工气道的成人，2010年国际心肺复苏指南推荐的按压-通气比率为30：2。国际心肺复苏指南强调持续有效胸外按压，快速有力，尽量不间断，因为过多中断按压，会使冠脉和脑血流中断，复苏成功率明显降低。
在心肺复苏过程中，人工心脏按压及机械心脏按压，结合人工呼吸或者通气，是目前心肺复苏流程中的主要方法。根据国际心肺复苏指南，心肺复苏按压有具体的指标——按压深度(55mm)和按压频率(120次/分钟)，这两个指标是根据大量的临床经验获得的一个相对有效的指标，它和具体被施救人员的其它身体指标无关。但是这种情况，就不能有针对性地对不同个体实施个性化按压复苏，而实践临床中发现，不同被施救个体以及不同施救方式(人员或机械)对按压深度与按压频率的要求具有明显的个体化差异。在早期人工按压或者机械按压过程中，没有连续的检测手段来对心肺复苏的施救效果进行监测和反馈，只能凭借临床经验对被施救者实施按压，对施救人员以及施救机械的要求过高、且施救效果不够理想。
随着医疗监测设备的发展，临床中引进了智能化的监测设备，然而，目前临床中普遍使用的更多的是监测CPR按压本身参数的反馈设备以及利用多普勒超声测量颈动脉血流参数的监测显示设备，然而发明人团队在实践临床过程中发现，在实施CPR过程中，按压施救人员需要能够综合监测被施救人员身体状况的设备，以为实施CPR按压提供实时有效的反馈。目前的监测反馈设备，无法对复苏过程的质量进行全面有效的评估，尤其是在复苏过程中，对脑部供血和脑部供氧的情况无法准确评价，造成即使患者被复苏了，后续也可能发生脑部长时间缺血、缺氧而造成脑部不可逆损伤的情况，或者可能造成胸口损伤以及外力按压过度导致的心脏损伤。
发明内容
为解决上述问题，提供一种心肺复苏CPR参数反馈的方法及装置，基于颈动脉血流和脑部血氧相关联的综合评价指标，进而通过综合评价指标作为反馈，指导心肺复苏时按压的深度和频率。
第一方面，提供一种心肺复苏CPR参数反馈的方法，包括：(1)初始步骤：按初始按压深度以及初始按压频率进行心肺复苏按压，(2)实时监测步骤：实时采集颈动脉血流参数、并实时采集脑组织血氧参数，(3)决策步骤：根据实时颈动脉血流参数以及实时脑组织血氧参数，确定按压调节决策参数，(4)反馈步骤：反馈按压调节决策参数，以指导心肺复苏CPR的按压深度以及按压频率。
进一步，步骤(1)由智能心肺复苏设备完成，则所述步骤(4)具体为，所述智能心肺复苏设备基于所述按压调节决策参数，自适应调整按压深度和按压频率。
进一步，步骤(2)具体包括：通过近红外光谱无创采集脑组织血氧参数。
进一步，步骤(3)具体包括：构建决策函数以确定所述按压调节决策参数，所述决策函数包括最优化目标：其中，d为按压深度，f为按压频率，T为通气时间，SpO2为脑组织血氧参数，以血氧浓度为代表，THR为医学人体最低单侧颈总动脉血流量，δ(g)为门函数，函数表达式为/>且嵌套约束条件包括：30≤d≤55(单位：毫米)，90≤f≤120(单位：次/分钟)，1≤T≤10， (单位：秒)，V(d)表示个体颈动脉最大射血速度(单位：厘米/秒)是以d为自变量的函数，由于个体不同，因此利用有限的初始采集值(按压深度数值与Vpk值)输入训练模型，通过不断地迭代计算分位数损失函数值确定回归函数V(g)是否收敛。
进一步，步骤(4)具体包括：当所述脑组织血氧参数低于预设阈值时，暂停按压，实施通气。
第二方面，还提供一种心肺复苏CPR参数反馈的装置，包括：颈动脉血流参数实时采集单元、脑组织血氧参数实时采集单元、决策单元，其中，所述颈动脉血流参数实时采集单元实时采集颈动脉血流参数，所述脑组织血氧参数实时采集单元实时采集脑组织血氧参数，所述决策单元根据所述实时颈动脉血流参数以及所述实时脑组织血氧参数，确定按压调节决策参数。
进一步，所述颈动脉血流参数实时采集单元包括超声探头，所述超声探头与超声多普勒血流检测模块连接，所述超声多普勒血流检测模块将检测结果通过USB实时传入所述决策单元。
进一步，所述脑组织血氧参数实时采集单元包括血氧探头，所述血氧探头与血氧检测模块连接，所述血氧检测模块将检测结果通过UART实时传入所述决策单元。
进一步，所述决策单元将所述按压调节决策参数通过通讯接口实时发送给智能心肺复苏设备，所述智能心肺复苏设备基于所述按压调节决策参数，自适应调整按压深度和按压频率。
进一步，所述决策单元基于决策函数确定所述按压调节决策参数，所述决策函数包括最优化目标：其中，d为按压深度，f为按压频率，T为通气时间，SpO2为脑组织血氧参数，以血氧浓度为代表，THR为医学人体最低单侧颈总动脉血流量，δ(g)为门函数，函数表达式为/>且嵌套约束条件包括： 30≤d≤55(单位：毫米)，90≤f≤120(单位：次/分钟)，1≤T≤10，(单位：秒)， V(d)表示个体颈动脉最大射血速度(单位：厘米/秒)是以d为自变量的函数，由于个体不同，因此利用有限的初始采集值(按压深度数值与Vpk值)输入训练模型，通过不断地迭代计算分位数损失函数值确定回归函数V(g)是否收敛。如此，在采用机械按压时，在保证脑部供氧SpO2充足的同时，为使Vpk>70厘米/秒且以90厘米/秒为中心值，采用自适应调节的方法在30-55毫米之间调节按压深度、在90-120次/分钟之间调节按压频率。
第三方面，提供一种计算机设备，包括存储装置和处理装置；存储装置存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令被处理装置执行时，使得计算机设备实现本发明第一方面的方法。
通过以上方案，本发明可以达到以下有益效果：1、同时将颈动脉血流参数和脑部血氧参数作为心肺复苏按压深度和频率的调节指标，两个参数相结合，反馈调节按压深度和按压频率，可以使心肺复苏过程兼顾心脏供血情况恢复与脑部供氧情况；2、通过计算回归过程的分位数损失函数，可以根据有限的初始采集值快速收敛，进而使决策函数适应不同被施救个体的情况，作出个性化的调节决策参数；3、决策参数通过通讯接口可实时传输给智能心肺复苏设备，按照预设调节机制调节按压深度和频率，使得机械心肺复苏方式可随实时参数与决策数据，实时调整，最快速地响应被施救个体的实际情况。通过上述整个反馈机制，最终提高个体复苏的有效性，降低个体复苏的次生伤害。
本发明的其他特征及优点，将在随后的说明书具体实施方式部分阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
图1为本发明第一实施例的心肺复苏CPR参数反馈的方法示意图。
图2为本发明第二实施例的心肺复苏CPR参数反馈的装置示意图。
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付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。
根据本发明的第一实施例，请参考附图1，提供一种心肺复苏CPR参数反馈的方法，其包括四个步骤，分别是初始步骤、实时监测步骤、决策步骤及反馈步骤。
初始步骤：按初始按压深度以及初始按压频率进行心肺复苏按压。本实施例中按照AHA 标准进行心肺复苏按压，其中，初始按压深度为50毫米，按压次数为110次/分钟。由于不清楚被施救个体是何种情况，通常采用国际标准心肺复苏参数实施，可以是人工实施，也可以由智能心肺复苏设备实施。
实时监测步骤：实时采集颈动脉血流参数、并实时采集脑组织血氧参数。临床实践中，可以直接采集颈动脉血流参数，例如使用超声多普勒颈动脉监测，颈动脉最大血流速度Vpk 和颈动脉每搏量，可以评价复苏按压过程中脑部供血的情况；在病人情况特殊、为保证监测准确性，也可以通过将超声探头贴于肱动脉固定部测量肱动脉血流参数，并基于肱动脉血流参数得到相同时刻颈动脉血流参数。在采集血氧浓度时，可以通过近红外光谱无创采集脑组织血氧参数，这种方式对被施救个体影响较小。
决策步骤：根据实时颈动脉血流参数以及实时脑组织血氧参数，确定按压调节决策参数。在这一步骤中，需要对监测获得的颈动脉血流参数和脑组织血氧参数进行分析，输出按压调节决策参数，以判断是否需要调节按压参数、如何进行调节按压以及是否需要通气等等。具体地，构建决策函数，所述决策函数包括最优化目标：其中，d为按压深度，f为按压频率，T为通气时间，SpO2为脑组织血氧参数，以血氧浓度为代表，THR为医学人体最低单侧颈总动脉血流量，通常每分钟的血量值在250-300毫升之间，δ(g)为门函数，函数表达式为/>计算时，t的取值一般大于30，表明这一门函数在监测实施30秒之后才实际起效果，且嵌套约束条件包括： 30≤d≤55(单位：毫米)，90≤f≤120(单位：次/分钟)，1≤T≤10，(单位：秒)， V(d)表示个体颈动脉最大射血速度(单位：厘米/秒)是以d为自变量的函数，由于个体不同，血管壁厚度、心脏泵血量等等各有差异，因此利用有限的初始采集值(按压深度数值与Vpk值)输入训练模型，通过不断地迭代计算分位数损失函数值确定回归函数V(g)是否收敛。如此，在采用机械按压时，在保证脑部供氧SpO2充足的同时，为使Vpk>70厘米/秒且以90厘米/秒为中心值，采用自适应调节的方法在30-55毫米之间调节按压深度、在90-120次/分钟之间调节按压频率。
反馈步骤：反馈按压调节决策参数，以指导心肺复苏CPR的按压深度以及按压频率。这一步骤中，如果是人工实施方式，则以屏幕显示和/或声音等方式向施救人员反馈按压调节决策参数；如果是机械实施方式，例如智能心肺复苏设备，则智能心肺复苏设备基于按压调节决策参数，自适应调整按压深度和按压频率；当所述脑组织血氧参数低于预设阈值时，例如40％，暂停按压，实施通气。
需要说明的是，在个性化准确度和收敛速度的矛盾问题中，通过大量的临床实践，发现被施救个体通常处于非自主状态，即其测量数据的置信水平较普通测量更高，因此确定出收敛速度更快的以分位数损失函数来确定回归函数V(g)是否收敛的方式，兼顾了决策函数的个性化准确度和收敛速度。
根据本发明的第二实施例，请参考附图2，提供一种心肺复苏CPR参数反馈的装置，其主体部分包括三个单元，分别是颈动脉血流参数实时采集单元、脑组织血氧参数实时采集单元、决策单元。
其中，颈动脉血流参数实时采集单元实时采集颈动脉血流参数，通过超声探头直接接触人体采集，并经过超声多普勒血流检测模块计算得出颈动脉血流参数，并通过USB接口传入决策单元。临床实践中，可以直接采集颈动脉血流参数，例如使用超声多普勒颈动脉监测，颈动脉最大血流速度Vpk和颈动脉每搏量，可以评价复苏按压过程中脑部供血的情况；在病人情况特殊、为保证监测准确性，也可以通过将超声探头贴于肱动脉固定部测量肱动脉血流参数，并基于肱动脉血流参数得到相同时刻颈动脉血流参数。
脑组织血氧参数实时采集单元实时采集脑组织血氧参数，通过血氧探头直接接触人体采集，并经过血氧检测模块计算得出脑组织血氧参数，具体指血氧浓度，并通过UART接口传入决策单元。临床实践中，可以利用近红外光谱无创采集脑组织血氧参数，这种方式对被施救个体影响较小。
决策单元根据实时颈动脉血流参数以及实时脑组织血氧参数，确定按压调节决策参数。具体地，决策单元基于决策函数确定所述按压调节决策参数，与第一实施例相同，决策函数包括最优化目标：其中，d为按压深度，f为按压频率，T为通气时间，SpO2为脑组织血氧参数，以血氧浓度为代表，THR为医学人体最低单侧颈总动脉血流量，δ(g)为门函数，函数表达式为/>t取大于30的值，嵌套约束条件包括：30≤d≤55(单位：毫米)，90≤f≤120(单位：次/分钟)，1≤T≤10， (单位：秒)，V(d)表示个体颈动脉最大射血速度(单位：厘米/秒)是以d为自变量的函数，由于个体情况不同，因此利用有限的初始采集值(按压深度数值与Vpk值)输入训练模型，通过不断地迭代计算分位数损失函数值确定回归函数V(g)是否收敛。如此，在采用机械按压时，在保证脑部供氧SpO2充足的同时，为使Vpk>70厘米/秒且以90厘米/秒为中心值，采用自适应调节的方法在30-55毫米之间调节按压深度、在90-120次/分钟之间调节按压频率。
图2中除了主体部分之外，还示出了可以外接的单元，包括LCD显示屏、键盘/按键、触摸屏、喇叭等人机交互单元，以及通过通讯接口通信配合的智能心肺复苏设备，智能心肺复苏设备基于决策单元按压调节决策参数，自适应调整按压深度和按压频率。
依据本发明第一实施例和第二实施例，同时将颈动脉血流参数和脑部血氧参数作为心肺复苏按压深度和频率的调节指标，两个参数相结合，反馈调节按压深度和按压频率，可以使心肺复苏过程兼顾心脏供血情况恢复与脑部供氧情况；且通过计算回归过程的分位数损失函数，可以根据有限的初始采集值快速收敛，进而使决策函数适应不同被施救个体的情况，作出个性化的调节决策参数；决策参数通过通讯接口可实时传输给智能心肺复苏设备，按照预设调节机制调节按压深度和频率，使得机械心肺复苏方式可随实时参数与决策数据，实时调整，最快速地响应被施救个体的实际情况。通过上述整个反馈机制，最终提高个体复苏的有效性，降低个体复苏的次生伤害。
根据本发明的第三实施例，提供一种计算机设备，包括存储装置和处理装置；存储装置存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令被处理装置执行时，使得计算机设备实现本发明第一实施例中的方法。此外，还可以通过将计算机程序存储在计算机可读存储介质中，当所述计算机程序被处理器执行时使得所述处理器实现本发明第一实施例中的方法。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种心肺复苏CPR参数反馈的装置，包括主体部分和外接设备，其特征在于，所述主体部分包括：颈动脉血流参数实时采集单元、脑组织血氧参数实时采集单元和决策单元；其中，
所述颈动脉血流参数实时采集单元实时采集颈动脉血流参数；
所述脑组织血氧参数实时采集单元实时采集脑组织血氧参数；
所述决策单元根据所述颈动脉血流参数以及所述脑组织血氧参数，确定按压调节决策参数；
所述决策单元基于决策函数确定所述按压调节决策参数，所述决策函数包括最优化目标：
，
其中，d为按压深度，f为按压频率，T为通气时间，SpO2为脑组织血氧浓度参数，THR为医学人体最低单侧颈总动脉血流量，δ(g)为门函数，函数表达式为
，
且嵌套约束条件包括：30毫米≤d≤55毫米，90次/分钟≤f≤120次/分钟，1秒≤T≤10秒，V(d)表示个体颈动脉最大射血速度，其单位为厘米/秒，是以d为自变量的回归函数，利用按压深度数值与Vpk值输入训练模型，通过迭代计算分位数损失函数值确定所述回归函数是否收敛，其中，Vpk值为颈动脉最大血流速度。
2.根据权利要求1所述的心肺复苏CPR参数反馈的装置，其特征在于，所述颈动脉血流参数实时采集单元包括超声探头，所述超声探头与超声多普勒血流检测模块连接，所述超声多普勒血流检测模块将检测结果通过USB实时传入所述决策单元。
3.根据权利要求1或2所述的心肺复苏CPR参数反馈的装置，其特征在于，所述脑组织血氧参数实时采集单元包括血氧探头，所述血氧探头与血氧检测模块连接，所述血氧检测模块将检测结果通过UART实时传入所述决策单元。
4.根据权利要求3所述的心肺复苏CPR参数反馈的装置，其特征在于，所述决策单元将所述按压调节决策参数通过通讯接口实时发送给智能心肺复苏设备，所述智能心肺复苏设备基于所述按压调节决策参数，自适应调整按压深度和按压频率。
5.一种计算机设备，其包括存储装置和处理装置，其特征在于，所述存储装置存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被所述处理装置执行时，使得所述计算机设备实现心肺复苏CPR参数反馈的方法，所述方法包括：
(1)初始步骤：按初始按压深度以及初始按压频率进行心肺复苏按压；
(2)实时监测步骤：实时采集颈动脉血流参数、并实时采集脑组织血氧参数；
(3)决策步骤：根据实时颈动脉血流参数以及实时脑组织血氧参数，基于决策函数确定按压调节决策参数；
(4)反馈步骤：反馈按压调节决策参数，以指导心肺复苏CPR的按压深度以及按压频率；
所述步骤(3)具体包括：构建决策函数以确定所述按压调节决策参数；所述决策函数包括最优化目标：
，
其中，d为按压深度，f为按压频率，T为通气时间，SpO2 为脑组织血氧浓度参数，THR为医学人体最低单侧颈总动脉血流量，δ(g)为门函数，函数表达式为
，
且嵌套约束条件包括：30毫米≤d≤55毫米，90次/分钟≤f≤120次/分钟，1秒≤T≤10秒，V(d)表示个体颈动脉最大射血速度，其单位为厘米/秒，是以d为自变量的回归函数，利用按压深度数值与Vpk值输入训练模型，通过迭代计算分位数损失函数值确定所述回归函数是否收敛，其中，Vpk值为颈动脉最大血流速度。
6.根据权利要求5所述的计算机设备，其特征在于，所述步骤(1)由智能心肺复苏设备完成，则所述步骤(4)具体为，所述智能心肺复苏设备基于所述按压调节决策参数，自适应调整按压深度和按压频率。
7.根据权利要求5所述的计算机设备，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：通过近红外光谱无创采集脑组织血氧参数。
8.根据权利要求5至7任一项所述的计算机设备，其特征在于，所述步骤(4)具体包括：当所述脑组织血氧参数低于预设阈值时，暂停按压，实施通气。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器实现心肺复苏CPR参数反馈的方法，所述方法包括：
(1)初始步骤：按初始按压深度以及初始按压频率进行心肺复苏按压；
(2)实时监测步骤：实时采集颈动脉血流参数、并实时采集脑组织血氧参数；
(3)决策步骤：根据实时颈动脉血流参数以及实时脑组织血氧参数，基于决策函数确定按压调节决策参数；
(4)反馈步骤：反馈按压调节决策参数，以指导心肺复苏CPR的按压深度以及按压频率；
所述步骤(3)具体包括：构建决策函数以确定所述按压调节决策参数；所述决策函数包括最优化目标：
，
其中，d为按压深度，f为按压频率，T为通气时间，SpO2为脑组织血氧浓度参数，THR为医学人体最低单侧颈总动脉血流量，δ(g)为门函数，函数表达式为
，
且嵌套约束条件包括：30毫米≤d≤55毫米，90次/分钟≤f≤120次/分钟，1秒≤T≤10秒，V(d)表示个体颈动脉最大射血速度，其单位为厘米/秒，是以d为自变量的回归函数，利用按压深度数值与Vpk值输入训练模型，通过迭代计算分位数损失函数值确定所述回归函数是否收敛，其中，Vpk值为颈动脉最大血流速度。
10.根据权利要求9所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述步骤(1)由智能心肺复苏设备完成，则所述步骤(4)具体为，所述智能心肺复苏设备基于所述按压调节决策参数，自适应调整按压深度和按压频率。
11.根据权利要求9所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：通过近红外光谱无创采集脑组织血氧参数。
12.根据权利要求9至11任一项所述的计算机可读存储介质，其特征在于，所述步骤(4)具体包括：当所述脑组织血氧参数低于预设阈值时，暂停按压，实施通气。
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