胸外按壓反饋監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與研究.pdf

1、目的：心臟呼吸驟?？赡馨l(fā)生在任何人、任何時間和任何地點，而心臟驟?；颊叩奈ㄒ簧€機會就是及時有效的心肺復(fù)蘇治療(cardiopulmonary resuscitation，CPR)。胸外按壓作為心肺復(fù)蘇術(shù)的重要組成部分，是對心臟驟?；颊攥F(xiàn)場急救、實施早期心肺復(fù)蘇的關(guān)鍵技術(shù)和中心環(huán)節(jié)，在某些特殊情況下甚至成為CPR的唯一有效措施。但是國外大量研究顯示，在實際操作中多數(shù)非專業(yè)急救人員胸外按壓并不理想，甚至有些專業(yè)急救人員也是如此。急救人員迫

2、切需要建立和推廣胸外按壓反饋監(jiān)測技術(shù)，應(yīng)用反饋機制準確實時地反饋按壓操作，保證急救人員在整個心肺復(fù)蘇過程中保持正確高效的胸外按壓。為尋求一種高效的胸外按壓反饋監(jiān)測途徑，本研究工作深入分析胸外按壓反饋監(jiān)測技術(shù)，并設(shè)計開發(fā)一套胸外按壓反饋監(jiān)測系統(tǒng)(Chest Compressions Feedback Monitoring System，CCFMS)。利用該系統(tǒng)，可以準確快速地評估胸外按壓狀態(tài)，指導(dǎo)救護人員實施高效高質(zhì)的胸外按壓。最終，實現(xiàn)

3、胸外按壓反饋監(jiān)測系統(tǒng)的研究和設(shè)計工作，為保證胸外按壓的有效實施提供一種智能化的解決方案。
　　 方法：本文將胸外按壓垂直性、按壓深度、按壓壓力和按壓頻率以及患者心電信號作為胸外按壓反饋監(jiān)測的重點。系統(tǒng)利用三軸加速度傳感器，建立胸外按壓垂直性檢測算法和加速度二次積分算法對胸外按壓方向和按壓深度進行實時檢測；利用微型稱重傳感器和相應(yīng)放大濾波電路對按壓壓力進行實時監(jiān)測；建立峰值檢測算法對按壓波形進行峰值檢測從而得到按壓頻率；利用具有高

4、共模抑制比的心電信號采樣模塊對患者心電信號進行采樣，輔助急救人員進行患者生理狀態(tài)判斷。為了評估系統(tǒng)對按壓壓力和按壓深度檢測的準確性和可靠性，筆者分別進行了胸外按壓深度和胸外按壓壓力檢測實驗。最后，基于laerdal PC SkillReportingSystem實驗平臺進行了胸外按壓效率評估實驗，對胸外按壓壓力、深度、頻率、按壓中斷時間、按壓釋放是否完全和按壓垂直性等操作要素進行了統(tǒng)計和評估。
　　 內(nèi)容：本文主要研究工作包括以

5、下幾個方面：
　　 ①.系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)。選擇加速度傳感器并搭建加速度信號濾波電路，進行胸外按壓加速度檢測模塊設(shè)計；選擇適合的壓力傳感器并搭建濾波放大電路，進行胸外按壓壓力檢測模塊設(shè)計；設(shè)計搭建心電濾波、調(diào)理、放大電路，實現(xiàn)心電采樣檢測；設(shè)計搭建SD存儲卡接口電路，編寫相應(yīng)的讀寫SD卡程序，進行存儲記錄模塊設(shè)計；選擇適合的液晶屏搭建顯示模塊對檢測結(jié)果進行實時顯示，并利用蜂鳴器實現(xiàn)報警及節(jié)拍提示；構(gòu)建無線通信模塊，實現(xiàn)反饋節(jié)點和

6、基站的無線組網(wǎng)通信；設(shè)計搭建電源處理、穩(wěn)壓和管理電路。
　　 ②.系統(tǒng)算法、相關(guān)軟件以及無線基站的設(shè)計和實現(xiàn)。編寫適當程序?qū)崿F(xiàn)壓力傳感器檢測信號不失真采樣，并設(shè)計相應(yīng)程序?qū)?shù)據(jù)進行處理；利用加速度傳感器XY軸上加速度信號值的關(guān)系，進行胸外按壓方向垂直性判斷；設(shè)計實現(xiàn)利用加速度二次積分檢測位移的算法，包括加速度零點校準、梯形積分算法、二次離散積分算法和基于復(fù)位機制的積分處理；準確采樣處理心電信號，對QRS波進行檢測預(yù)處理并準確提取

7、R波峰和心率；在熟悉LCD工作原理基礎(chǔ)上，編寫適當程序，實現(xiàn)按壓壓力深度波形和心電波形的描點繪制，設(shè)計合理高效的人機界面，指導(dǎo)急救人員進行及時正確的胸外按壓；利用無線傳感器模塊，編寫無線通信程序，并進行無線組網(wǎng)的軟件設(shè)計，實現(xiàn)一個基站與多個反饋節(jié)點通信的功能；利用VC++6.0編寫無線基站監(jiān)測界面，實現(xiàn)多節(jié)點胸外按壓數(shù)據(jù)在無線基站的可視化顯示。
　　 ③.系統(tǒng)集成化設(shè)計。我們針對實際應(yīng)用中系統(tǒng)便攜、輕巧、不影響正常胸外按壓操作的

8、結(jié)構(gòu)設(shè)計要求進行了系統(tǒng)的集成化設(shè)計，提出了胸墊式和手套式兩種集成化設(shè)計方案。
　　 ④.系統(tǒng)可靠性及反饋監(jiān)測效率評估實驗。筆者分別進行了胸外按壓深度和胸外按壓壓力檢測實驗，評估系統(tǒng)對按壓壓力和按壓深度檢測的準確性和可靠性。利用laerdal PC SkillReporting System實驗平臺進行了胸外按壓效率評估實驗，對胸外按壓壓力、深度、頻率、按壓中斷時間、按壓釋放是否完全和按壓方向等操作要素進行了統(tǒng)計和評估。
　

9、　 成果：本文提出并建立了心電QRS波檢測算法、按壓垂直性檢測算法、加速度二次積分檢測位移算法、按壓壓力采樣技術(shù)和按壓頻率檢測算法，實現(xiàn)了對心電信號、按壓垂直性、按壓深度和按壓頻率的實時監(jiān)測和反饋，并制作完成了實驗樣機。為提高胸外按壓反饋監(jiān)測系統(tǒng)的智能化和信息化程度，我們?yōu)橄到y(tǒng)添加了無線組網(wǎng)通信和大容量數(shù)據(jù)存儲記錄功能，并設(shè)計了無線基站，為一點對多點的胸外按壓實時監(jiān)測和相關(guān)數(shù)據(jù)的分析評價提供了高效可行的解決方案；基于胸外按壓急救操作對

10、急救設(shè)備便攜輕巧、簡單實用的設(shè)計要求，我們進行了胸外按壓反饋監(jiān)測系統(tǒng)的集成化設(shè)計，提出胸墊式和手套式設(shè)計方案，完成了便攜式胸外按壓輔助監(jiān)測墊(軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所專利，專利號：ZL200820145171.3)和胸外按壓指導(dǎo)手套(軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所專利，專利號：ZL200820145170.9)兩種胸外按壓反饋監(jiān)測裝備的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計。
　　 結(jié)論：本文的研究為胸外按壓反饋監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供了一種有效途徑

11、。利用胸外按壓反饋監(jiān)測系統(tǒng)，急救人員可以依照反饋和提示進行更加高質(zhì)高效的胸外按壓操作和訓(xùn)練。即使對于非專業(yè)人員，本系統(tǒng)強大的人機交互性能，仍能有效引導(dǎo)其實施正確的胸外按壓操作。經(jīng)實驗驗證，使用胸外按壓反饋監(jiān)測系統(tǒng)后，胸外按壓質(zhì)量比常規(guī)胸外按壓質(zhì)量有了顯著的改善和提高。在專業(yè)急救人員趕到急救現(xiàn)場之前，胸外按壓反饋監(jiān)測系統(tǒng)即可為病人提供高質(zhì)量的基本生命支持(Basic Life Support，BLS)，有效提高了心肺復(fù)蘇的成功率與心臟驟停