CN114577375A - 一种心肺复苏按压深度的检测方法及其反馈装置 - Google Patents
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Abstract
本申请属于医学训练器械领域，一种心肺复苏按压深度的检测方法为采集按压部位按压操作时的按压力经压阻式压力传感器转换的信号电压变化量，将采集到的信号电压变化量经放大电路反向放大，被放大电路反向放大的信号电压变化量经模数转换器转换为单片机可读取的数字电压变化量，可读取的数字电压变化量与按压部位的支撑弹簧的形变量满足线性公式，L=a*△V+q。依据以上线性公式，即可计算出支撑弹簧的形变量，即可得到心肺复苏按压深度的数值。以此方法测得的心肺复苏按压深度不受外界环境影响，测得数值精确，通过调节按压部位弹簧的弹性系数，可模拟不同胸部弹性的按压深度的测量，测量范围灵活。
Description
技术领域
本发明属于医学训练器械领域，尤其涉及到一种心肺复苏按压深度的检测方法及其反馈装置。
背景技术
心肺复苏术简称为CPR，是指在患者心跳呼吸停止的时候，通过胸外心脏按压的方法来维持它的循环，同时，还可以利用人工呼吸来维持患者的呼吸状态，从而可以维持患者组织的供血供氧。心肺复苏按压质量的两个重要指标是按压深度和按压频率，标准心肺复苏时的按压深度为5cm～6cm，标准的按压频率为100～120次/min。目前市场上有关心肺复苏按压训练模型有关按压深度的检测，一般是在按压深度检测装置中设置加速度传感器或者红外传感器。加速度传感器通过检测按压过程的加速度值，并对加速度值进行双积分运算得到实时的位移量，即为按压深度值。而加速度传感器在应用过程中容易受到环境的影响，比如在按压过程中受到振动的影响，这对加速度传感器会产生噪声信号，导致输出的加速度值不准确，对不准确的加速度值进行双积分得到的实时位移也是不准确的，这样导致检测的按压深度值不准确。
而在按压深度检测装置中设置红外传感器来进行按压深度的检测，而红外传感器为非线性的，且在检测距离低于10cm时，所呈现的电压是不规则的变化，导致转换的数字电压是不规则的，从而通过计算得出的按压深度是不准确的。
所以，提供一种精确检测心肺复苏按压深度的方法是目前急需解决的。
发明内容
本发明的目的是，解决现有技术中的问题，提供一种精确检测心肺复苏按压深度的方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种心肺复苏按压深度的检测方法包括以下步骤：
S1 采集按压部位按压操作时的按压力经压阻式压力传感器转换的信号电压变化量；
S2 将采集到的信号电压变化量经放大电路反向放大；
S3 经放大电路反向放大的信号电压变化量经模数转换器转换为单片机可读取的数字电压变化量；
S4可读取的数字电压变化量与按压部位的支撑弹簧的形变量满足线性公式， L=a*△V + q；
其中，L为支撑弹簧的形变量，a为比例系数，△V为数字电压变化量， q为压阻式压力传感器的初始值。依据以上线性公式，即可计算出支撑弹簧的形变量，即可得到心肺复苏按压深度的数值。
进一步，所述的压阻式压力传感器为双变量压阻式压力传感器。
进一步，所述的步骤S1中的压阻式压力传感器中电阻应变片阻值的变化满足电阻应变效应关系式
，
其中，△R/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，
为电阻丝长度相对变化。
进一步，所述的步骤S1中信号电压变化量，即为压阻式压力传感器采集到的信号电压变化量，可为
，其中，Vout为信号电压变化量，R2，R3为变化电阻，R1，R4为固定电阻，△R为电阻变化量，VS为供电电压。
进一步，所述的步骤S3中，在模数转换器内设置参考电压，设置的参考电压范围为0～3.3V，对应的数字电压为0～4096。
进一步，所述步骤S4中的a为弹簧形变量与数字电压变化量比值， a值的变化范围设置为0.018～0.020。
一种心肺复苏按压深度检测方法的反馈装置包括数据采集模块，数据处理模块和显示模块。
进一步，所述的数据采集模块为压阻式压力传感器。
进一步，所述的数据处理模块包括，放大处理器，模数转换器，单片机。
进一步，所述的显示模块为电脑或手机。
本发明的有益效果为：本申请按压部位的按压力通过压阻式压力传感器转换为实时的信号电压，此实时信号电压可根据惠斯通电桥电路原理计算得出的，即为按压过程中的信号电压变化量，经放大器反向放大变化电压，经模数转换器转换为单片机可读取的数字电压变化量，在此按压过程中弹簧的形变量满足L=a*△V + q此线性公式，通过此线性公式即可计算出弹簧的形变量，得到的弹簧形变量的数值即得到按压深度的数值。在显示模块显示出按压的深度值，来判断心肺复苏按压训练者的训练结果。以此检测按压深度的方法，不受外界环境的干扰，测量数据准确，测量范围灵活，通过调节支撑弹簧的弹簧系数，可适用不同胸部弹性的心肺复苏按压深度的测量。
附图说明：
图1为心肺复苏按压深度检测方法流程图；
图2 为惠斯通电桥电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本实施例中，结合附图1，一种心肺复苏按压深度的检测方法包括以下步骤：
S1 采集按压部位按压操作时的按压力经压阻式压力传感器转换的信号电压变化量；
S2 将采集到的信号电压变化量经放大电路反向放大；
S3 经放大电路反向放大的信号电压变化量经模数转换器转换为单片机可读取的数字电压变化量；
S4可读取的数字电压变化量与按压部位的支撑弹簧的形变量满足此线性公式， L=a*△V + q；
其中，L为支撑弹簧的形变量，a为比例系数，△V为数字电压变化量， q为压阻式压力传感器的初始值设置为0，通过以上公式计算得到的L值，即为心肺复苏按压深度数值。在此检测方法中，所述心肺复苏的按压部位的支撑部分为弹簧，在进行胸部按压时，按压的机械力，通过压阻式压力传感器将其转换为可检测的信号电压，压阻式压力传感器在受到按压力作用时，其内设置的应变片电阻发生变化，变化的电阻满足电阻应变效应关系式
，其中△R/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，
为电阻丝长度相对变化，以上应变片电阻变化满足的电阻应变效应关系式为现有技术，在这里不进行讲述。
结合附图2所示，在本实施例中通过惠斯通电桥电路原理可知，电阻发生变化，必然会导致加载在电阻上的电压发生变化，本实施例中采用的变化电阻为两个，即R2和R3，根据惠斯通电桥原理，即可计算出在按压过程中电压的变化量，在附图2中，电压变化量Vout为VC，VD之差，则Vout＝VC－VD＝
，结合电阻应变效应关系式
可推算出电压变化量V out≈
，此时得到的电压变化量V out为信号电压变化量，其中
为变化的电阻量，
为供电电压。得到在按压过程中的按压力转换的信号电压变化量，获得的信号电压变化量经放大器反向放大，被放大的信号电压变化量经模数转换器转换为单片机可读取的数字电压变化量。通过线性公式L=a*△V + q，经计算可得到按压部位弹簧的形变量，弹簧的形变量即为心肺复苏操作按压深度数值。其中，L为弹簧形变量，a为比例系数，△V为数字电压变化量，q为压阻式压力传感器初始值，为0。通过以上线性公式计算得到的弹簧形变量即为心肺复苏操作训练时的按压深度数值。
在本实施例中，心肺复苏按压深度的检测方法，不会受外界环境的影响。不会因外界环境发生振动或其他变化，影响电阻的阻值变化发生波动，从而影响加载电阻上的电压计算的准确性。在此检测方法中，压阻式压力传感器中阻值的变化只与按压力有关，经实验测得变化的电压与应变片电阻变化和按压力成线性关系，而按压部位的弹性支架弹簧的形变量与按压力亦为线性关系，则通过以上关系式可得出弹簧的形变量与变化电压为线性关系，即满足L=a*△V + q。由此可知以此种方法得到的心肺复苏按压深度的测量是准确的。
在一些实施例中，在模数转换器内设置一个参考电压数值，参考电压数值设置范围为0～3.3V，对应的数字电压设置为0～4096，在按压过程中，由压阻式压力传感器采集到的信号电压变化量，经放大电路处理后，与模数转换器中设置的参考电压进行匹配比较，得到最为接近的参考电压，将最为接近的参考电压对应的数字量传输给单片机，此时就将信号电压转换为单片机可以读取的数字电压。
在一些实施例中，弹簧形变量满足的线性公式L=a*△V+q，其中a为弹簧形变量和数字电压变化量△V的比值，L为弹簧形变量，△V为数字电压变化量，q为压力传感器初始值。在本实施例中所述的a值设置为0.02，此数值为实验标定数值。所述的标定方法为，在此心肺复苏按压模块中设置按压深度的数值范围为0～80mm，按压过程中采集到的信号电压变化量经放大电路放大后的电压变化范围设置为0～3.3V，对应单片机可读取的数字电压变化范围设置为0～4096。在标定时，设置按压深度数值为最大值80mm时，对应的数字电压变化量为4096，所述的q值设置为压阻式压力传感器的初始值，标记为0，依据线性公式L=a*△V + q即可得到比例系数a的数值为0.0195，保留小数点后3位数，依据四舍五入规则可得到a的数值为0.020，当按压深度数值设置为70mm，60mm，55mm，50mm， 45mm,30mm,20mm时，对应所采集到的数字电压变化量，依据线性公式L=a*△V + q可得到比例系数a的数值。在所述按压部位支撑弹簧弹性系数不变的情况下，通过不同的按压深度，对应不同的数字电压变化量，根据所述线性公式L=a*△V + q计算，所得到的比例系数均接近0.020，故可以判定在此支撑弹簧下，此线性公式中的比例系数a的数值为0.020。
在一些实施例中，由于进行心肺复苏的人群不同，心肺复苏按压胸部的弹性不同，而进行心肺复苏按压时要达到标准的按压深度是相同的，所以施加的按压力是不同的，从而所得到的数字电压的变化量是不同的，依据线性公式L=a*△V + q，通过以上对比例系数a的标定方法进行标定，可计算得出比例系数a的数值是不同。所以在本申请中设置的比例系数a为一变值。在本申请中依据具有不同弹簧系数的弹簧，来模拟不同人群的胸部弹性，在标准按压深度不变的前提下，依据线性公式L=a*△V + q对比例系数a进行了标定，经标定后确定的比例系数a可以设置为0.018，0.019。
在心肺复苏按压操作训练中，按压深度和按压频率为评判心肺复苏按压操作有效性的两个重要指标，在本发明中，按压深度可以通过以上方法进行计算得到，并可将心肺复苏按压操作训练时的按压深度通过设置的平板电脑或者手机进行显示，便于操作者对自己心肺复苏按压操作训练结果的查看。
在心肺复苏按压操作训练中按压频率规定的标准范围为100～120次/min，在本发明中是记录按压一次所用的时间t，以60/t，为按压的频率。按压一次是指检测到压阻式压力传感器的初始信号电压开始变化，到检测压阻式压力传感器的信号电压变为0，即为一次按压，记录这一次按压时间t，以60/t即可得到每分钟的按压次数。
在一些实施例中还包括心肺复苏按压深度检测方法的反馈装置，所述的反馈装置包括数据采集模块，数据处理模块和显示模块。数据采集模块为压阻式压力传感器，通过设置在按压部位的压阻式压力传感器在受到按压力作用时，设置于压阻式压力传感器内部的应变片发生形变，导致电阻阻值发生改变，从而加载在电阻上的电压发生变化，压阻式压力传感器将按压时的机械力转换为信号电压。
采集到的信号电压，为在按压操作过程中实时变化的电压，按压过程中产生的此信号电压数值比较小，需进行进一步处理，此信号电压经数据处理模块的放大处理器进行反向放大，并经模数转换器将放大的信号电压转换为单片机可读取的数字电压，经计算得到按压深度的数值，显示在电脑或手机上供训练者查看。
Claims (10)
1.一种心肺复苏按压深度的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1 采集按压部位按压操作时的按压力经压阻式压力传感器转换的信号电压变化量；
S2 将采集到的信号电压变化量经放大电路反向放大；
S3 经放大电路反向放大的信号电压变化量经模数转换器转换为单片机可读取的数字电压变化量；
S4可读取的数字电压变化量与按压部位的支撑弹簧的形变量满足线性公式， L=a*△V+ q；
其中，L为支撑弹簧的形变量，a为比例系数，△V为数字电压变化量， q为压阻式压力传感器的初始值。
2.根据权利要求1所述的一种心肺复苏按压深度的检测方法，其特征在于，所述的压阻式压力传感器为双变量压阻式压力传感器。
3.根据权利要求1所述的一种心肺复苏按压深度的检测方法，其特征在于，所述的步骤S1中的压阻式压力传感器中电阻应变片阻值的变化满足电阻应变效应关系式
，
其中，△R/R为电阻丝电阻相对变化，K为应变灵敏系数，
为电阻丝长度相对变化。
4.根据权利要求1所述的一种心肺复苏按压深度的检测方法，其特征在于，所述的步骤S1中的信号电压变化量，即为压阻式压力传感器采集到的信号电压变化量
，其为
，其中，Vout为信号电压变化量，R2，R3为变化电阻，R1，R4为固定电阻，△R为电阻变化量，VS为供电电压。
5.根据权利要求1所述的一种心肺复苏按压深度的检测方法，其特征在于，所述的步骤S3中，在模数转换器内设置参考电压，设置的参考电压范围为0～3.3V，对应的数字电压为0～4096。
6.根据权利要求1所述的一种心肺复苏按压深度的检测方法，其特征在于，所述步骤S4中的a为弹簧形变量与数字电压变化量的比值，a值的变化范围设置为0.018～0.020。
7.一种心肺复苏按压深度检测方法的反馈装置，其特征在于，包括数据采集模块，数据处理模块和显示模块。
8.根据权利要求7所述的一种心肺复苏按压深度检测方法的反馈装置，其特征在于，所述的数据采集模块为压阻式压力传感器。
9.根据权利要求7所述的一种心肺复苏按压深度检测方法的反馈装置，其特征在于，所述的数据处理模块包括放大处理器，模数转换器，单片机。
10.根据权利要求7所述的一种心肺复苏按压深度检测方法的反馈装置，其特征在于，所述的显示模块为电脑或手机。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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