CN116036480A - 一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器。其中心电采集与处理模块采集并处理心电信号；经胸阻抗测量模块测量人体经胸阻抗；高压检测模块检测电容两端电压；高压充电模块根据MCU微处理器控制模块基于电容两端电压生成的控制指令对电容进行充电或停止充电；H桥放电模块当MCU微处理器控制模块发出除颤放电指令时，产生双向波对人体放电；MCU微处理器控制模块当为除颤放电时，根据测量的人体经胸阻抗确定实际的人体经胸阻抗，并根据实际的人体经胸阻抗确定短路补偿电阻序列和持续时长；阻抗补偿模块调整补偿电阻。本发明能够精准的控制除颤峰值电流大小和除颤能量，应对不同患者之间的经胸阻抗差异。

Description

一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器
技术领域
本发明涉及半自动体外除颤器领域，特别是涉及一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器。
背景技术
心源性猝死是危及生命健康的一种极为严重的急症。研究证明，当患者出现室颤等恶性心率异常时，及时的实施电除颤是最为迅速、有效的治疗方式。数据显示，每延迟1分钟除颤，死亡率会增加7％～10％。因此，在紧急情况下，尤其在院外，尽早使用自动体外除颤器(Automated External Defibrillator，AED)对心搏骤停的患者进行体外除颤，对挽救他们的生命将起到至关重要的作用。自动体外除颤器作为一种便携式、易于操作的医疗设备，它可以诊断特定的心率失常，是可被院外使用的用于抢救恶性心率失常的医疗设备。由于患者个体差异，若采用固定的除颤能量，对于较大经胸阻抗的患者可能输送电流过小，达不到预期目的；对于较小经胸阻抗的患者可能输送电流过大，造成心肌损伤。因此，为达到较好的除颤效果，各个品牌的自动体外除颤器提出了不同的阻抗补偿方案。目前市面上主流半自动体外除颤器有Philips、迈瑞、久心、日本光电等。
近年来，国内外出现了一些与半自动体外除颤器相关的阻抗补偿方法与设备。如美国专利US20010800788公开的“电疗仪器及其电能输送方法”，在除颤开始之前，首先测得患者的经胸阻抗，根据经胸阻抗的大小，微处理器设置阈值参数，参数主要包括：正向激励末电压，负向激励末电压和正向激励电压的增益倍数。增益倍数主要用于确定电容起始充电电压，充电完成后开始正向激励，电压检测电路检测到电容两端电压衰减至正向激励末电压时停止正向激励；负向按照电压参考曲线进行变化，直至衰减至负向激励末电压时停止负向激励。美国专利US19970946843公开的“一种能够提供患者阻抗补偿双相波形的体外除颤器”，设定起始阈值时间和阈值电压，通过延长或缩短第一相除颤波形宽度的策略来满足患者个体差异。
现有产品不足之处：研究表明，一般成人所需的除颤峰值电流为15-25A，除颤能量为150-200J。现有的除颤器大都采用在除颤前测量患者的经胸阻抗，通过设定固定的充电电压和放电脉冲宽度，输出呈指数衰减下降的双相波形，达到释放恒定能量的目的。但这种方式会有以下不足：1.对于经胸阻抗较小的患者，过大的除颤峰值电流对患者有造成心肌或皮肤损伤的风险，对于经胸阻抗较大的患者，除颤峰值电流达不到15-25A，未能达到终止致命性心律失常，恢复正常心跳的目的；2.从硬件电路成本及性能考虑，较高的起始充电电压需要容量更大的电容储能器和耐高压的放电回路器件，既增大了体积，又增加了成本，与便携式的除颤器相矛盾。3.需要对患者施加额外的电流刺激，且需要额外的时间成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，能够精准的控制除颤峰值电流大小和除颤能量，从而应对不同患者之间的经胸阻抗差异。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，包括：心电采集与处理模块、MCU微处理器控制模块、经胸阻抗测量模块、高压检测模块、高压充电模块、H桥放电模块、阻抗补偿模块以及电源管理模块；
所述MCU微处理器控制模块均与心电采集与处理模块、经胸阻抗测量模块、高压检测模块、高压充电模块、H桥放电模块、阻抗补偿模块以及电源管理模块连接；
所述电源管理模块均与心电采集与处理模块、MCU微处理器控制模块、经胸阻抗测量模块、高压检测模块、高压充电模块、H桥放电模块以及阻抗补偿模块连接；
所述高压检测模块、所述高压充电模块、所述H桥放电模块以及所述阻抗补偿模块依次连接；
所述心电采集与处理模块用于采集并处理心电信号；
所述经胸阻抗测量模块测量人体经胸阻抗；
所述高压检测模块用于检测电容两端电压；
所述高压充电模块用于根据MCU微处理器控制模块基于电容两端电压生成的控制指令对电容进行充电或停止充电；
所述H桥放电模块用于当MCU微处理器控制模块发出除颤放电指令时，产生双向波对人体放电；
所述MCU微处理器控制模块用于当为除颤放电时，根据测量的人体经胸阻抗确定患者的实际的人体经胸阻抗，并根据患者的实际的人体经胸阻抗确定短路补偿电阻序列和持续时长；
所述阻抗补偿模块用于根据短路补偿电阻序列和持续时长调整补偿电阻。
可选地，所述经胸阻抗测量模块包括：电流互感器。
可选地，所述心电采集与处理模块包括：电极片。
可选地，所述高压充电模块包括：电容。
可选地，所述阻抗补偿模块包括：变阻箱。
可选地，还包括：语音播报模块。
所述语音播报模块分别与所述MCU微处理器控制模块以及电源管理模块连接；
所述语音播报模块用于播放语音提示信息。
可选地，还包括：数据存储模块；
所述数据存储模块分别与所述MCU微处理器控制模块以及电源管理模块连接；
所述数据存储模块用于存储心电波形信号及心电辨识结果。
可选地，还包括：蓝牙通信模块；
所述蓝牙通信模块分别与所述MCU微处理器控制模块以及电源管理模块连接；
所述蓝牙通信模块用于进行蓝牙数据传输。
可选地，利用公式
Figure BDA0004111941510000041
确定患者实际的人体经胸阻抗；
其中，R为患者实际的人体经胸阻抗，U为电容的电压，u为ADC采集值，R1为内部阻抗常数，K、A为阻抗补偿矫正系数；
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
1.放电时通过控制短路补偿电阻序列和持续时长，较为精准的控制除颤峰值电流大小和除颤能量，从而应对不同患者之间的经胸阻抗差异，避免现有双相指数波的尖峰部分对起始高压放电电路的要求，防止电流过高导致心肌损伤，同时，该策略复用放电回路测试患者经胸阻抗，省去了专门用于测量经胸阻抗电路，大大节省了硬件成本。
2.采用非接触式的电流互感器测量患者经胸阻抗电流，实时计算输送给患者的除颤能量，通过闭环反馈控制除颤脉宽，极大提高了除颤的安全性、准确性和可靠性；
3.采用除颤过程与患者经胸阻抗测量相结合的方式，无需对患者施加额外的电流刺激，减少用于专门测量经胸阻抗的时间浪费；由于电极接触状态和多次放电可能导致经胸阻抗发生变化，因此在除颤过程中测量患者经胸阻抗，提高了阻抗测量实时性与准确性，从而避免由于采用固定经胸阻抗值进行补偿导致心脏电击除颤成功率降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器结构示意图；
图2为经胸阻抗为50Ω时阻抗补偿放电图；
图3为本发明所提供的具体实施例中除颤电路示意图；
图4为除颤流程示意图。
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，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，能够精准的控制除颤峰值电流大小和除颤能量，从而应对不同患者之间的经胸阻抗差异。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和图2所示，本发明所提供的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，包括：心电采集与处理模块、MCU微处理器控制模块1、经胸阻抗测量模块、高压检测模块、高压充电模块、H桥放电模块5、阻抗补偿模块以及电源管理模块；
所述MCU微处理器控制模块1均与心电采集与处理模块、经胸阻抗测量模块、高压检测模块、高压充电模块、H桥放电模块5、阻抗补偿模块以及电源管理模块连接；
所述电源管理模块均与心电采集与处理模块、MCU微处理器控制模块11、经胸阻抗测量模块、高压检测模块、高压充电模块、H桥放电模块5以及阻抗补偿模块连接；
所述高压检测模块、所述高压充电模块、所述H桥放电模块5以及所述阻抗补偿模块依次连接；
所述心电采集与处理模块用于采集并处理心电信号；
所述经胸阻抗测量模块测量人体经胸阻抗；
所述高压检测模块用于检测电容2两端电压；
所述高压充电模块用于根据MCU微处理器控制模块1基于电容2两端电压生成的控制指令对电容2进行充电或停止充电；
所述H桥放电模块5用于当MCU微处理器控制模块1发出除颤放电指令时，产生双向波对人体放电；
所述MCU微处理器控制模块1用于当为除颤放电时，根据测量的人体经胸阻抗确定患者的实际的人体经胸阻抗，并根据患者的实际的人体经胸阻抗确定短路补偿电阻序列和持续时长；
所述阻抗补偿模块用于根据短路补偿电阻序列和持续时长调整补偿电阻。
具体的补偿过程为：
(1)若半自动体外除颤器判断患者心电波形为可除颤节律时，MCU微处理器控制模块1控制高压充电模块给电容2充电，电容2充至第一设定电压U；
(2)开始放电，在放电初期，即感应激励阶段，经胸阻抗测量模块通过电流互感器测量阻抗信号，并利用陷波滤波器对经胸阻抗信号进行滤波处理，微处理器通过ADC采集滤波后信号，并经过如下公式计算出患者经胸阻抗测量值R为：
Figure BDA0004111941510000061
其中：U为电容2电压，u为ADC采集值，R1为内部阻抗常数，K、A为阻抗补偿矫正系数；
(3)阻抗补偿阶段，根据患者经胸阻抗大小，自动地设定第一相阻抗补偿序列数N和持续时长Ti(i＝1,2…N)并立即向患者输送除颤电流，当放电时长大于Ti(i＝1,2…N)时，根据第一相阻抗补偿序列数N依次短路阻抗补偿电阻最小单元，直至将内部阻抗补偿电阻全部短路。
(4)完成正相放电后，电路切换至反相放电状态，在整个放电过程中，电流互感器实时检测流经患者的电流大小
Figure BDA0004111941510000062
并根据公式
Figure BDA0004111941510000071
实时计算输送给患者的除颤能量，根据实时测量的除颤能量闭环控制反相放电时长,将E测与E设进行比较，若E测<E设，继续给患者输送电击电流，当E测≥E设，停止放电。
其中：I为流经患者的电流，R为患者经胸阻抗值，RN为不同时间阶段内部阻抗补偿值，E为输送给患者的除颤能量。
所述经胸阻抗测量模块包括：电流互感器。
所述心电采集与处理模块包括：电极片6。
所述高压充电模块包括：电容2。
所述阻抗补偿模块包括：变阻箱4。
本发明还包括：继电器7。
放电过程具体为：
充电状态：高压充电模块给储能电容2充电，高压检测模块检测到电容2充至第一设定电压后，停止充电。该状态下，开关K1、K2、K3、K4和继电器7处于断开状态；
正相放电状态：开关K1、K4和继电器7闭合，同时K2、K3处于断开状态。在放电初期，微控制器通过测量流经电流互感器感应电流，计算出患者经胸阻抗，根据测量经胸阻抗匹配阻抗补偿策略，从而控制变阻箱4根据补偿策略短路不同补偿电阻，减小对患者的峰值电流。
正相与反相过渡状态：该状态下，开关K1、K2、K3、K4和继电器7处于断开状态；
反相放电状态：该状态下，开关K2、K3和继电器7闭合，同时K1、K4处于断开状态。对于患者而言，电流的方向正好与正相放电时方向相反。
自放电状态：该状态下，K2、K4处于闭合状态，同时开关K1、K3和继电器7处于断开状态，或K1、K3处于闭合状态，同时开关K2、K4和继电器7处于断开状态，放电电路通过内部电阻将储能电容2两端电压释放，从而达到自放电目的。
为了能够更清楚的了解整个除颤器的处理过程，本发明所提供的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器还包括：语音播报模块；
所述语音播报模块分别与所述MCU微处理器控制模块1以及电源管理模块连接；
所述语音播报模块用于播放语音提示信息。
本发明所提供的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器还包括：数据存储模块；
所述数据存储模块分别与所述MCU微处理器控制模块1以及电源管理模块连接；
所述数据存储模块用于存储心电波形信号及心电辨识结果；
本发明所提供的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器还包括：蓝牙通信模块；
所述蓝牙通信模块分别与所述MCU微处理器控制模块1以及电源管理模块连接；
所述蓝牙通信模块用于进行蓝牙数据传输。
如图4所示，为本发明具体的流程，可见与之前基于能量的阻抗补偿策略相比，提出一种新的基于电流的阻抗补偿策略，该策略能精准控制除颤峰值电流和能量，避免过大的峰值电流对人体的损害，同时避免对经胸阻抗较大患者输出电流过小，导致心脏无法恢复正常射血和血液循环。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，其特征在于，包括：心电采集与处理模块、MCU微处理器控制模块、经胸阻抗测量模块、高压检测模块、高压充电模块、H桥放电模块、阻抗补偿模块以及电源管理模块；
所述MCU微处理器控制模块均与心电采集与处理模块、经胸阻抗测量模块、高压检测模块、高压充电模块、H桥放电模块、阻抗补偿模块以及电源管理模块连接；
所述电源管理模块均与心电采集与处理模块、MCU微处理器控制模块、经胸阻抗测量模块、高压检测模块、高压充电模块、H桥放电模块以及阻抗补偿模块连接；
所述高压检测模块、所述高压充电模块、所述H桥放电模块以及所述阻抗补偿模块依次连接；
所述心电采集与处理模块用于采集并处理心电信号；
所述经胸阻抗测量模块测量人体经胸阻抗；
所述高压检测模块用于检测电容两端电压；
所述高压充电模块用于根据MCU微处理器控制模块基于电容两端电压生成的控制指令对电容进行充电或停止充电；
所述H桥放电模块用于当MCU微处理器控制模块发出除颤放电指令时，产生双向波对人体放电；
所述MCU微处理器控制模块用于当为除颤放电时，根据测量的人体经胸阻抗确定患者的实际的人体经胸阻抗，并根据患者的实际的人体经胸阻抗确定短路补偿电阻序列和持续时长；
所述阻抗补偿模块用于根据短路补偿电阻序列和持续时长调整补偿电阻。
2.根据权利要求1所述的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，其特征在于，所述经胸阻抗测量模块包括：电流互感器。
3.根据权利要求1所述的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，其特征在于，所述心电采集与处理模块包括：电极片。
4.根据权利要求1所述的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，其特征在于，所述高压充电模块包括：电容。
5.根据权利要求1所述的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，其特征在于，所述阻抗补偿模块包括：变阻箱。
6.根据权利要求1所述的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，其特征在于，还包括：语音播报模块；
所述语音播报模块分别与所述MCU微处理器控制模块以及电源管理模块连接；
所述语音播报模块用于播放语音提示信息。
7.根据权利要求1所述的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，其特征在于，还包括：数据存储模块；
所述数据存储模块分别与所述MCU微处理器控制模块以及电源管理模块连接；
所述数据存储模块用于存储心电波形信号及心电辨识结果。
8.根据权利要求1所述的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，其特征在于，还包括：蓝牙通信模块；
所述蓝牙通信模块分别与所述MCU微处理器控制模块以及电源管理模块连接；
所述蓝牙通信模块用于进行蓝牙数据传输。
9.根据权利要求1所述的一种具有闭环自动阻抗补偿的半自动体外除颤器，其特征在于，利用公式
Figure FDA0004111941500000021
确定患者的实际的人体经胸阻抗；
其中，R为患者实际的人体经胸阻抗，U为电容的电压，u为ADC采集值，R1为内部阻抗常数，K、A为阻抗补偿矫正系数。
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