胸外按壓反饋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、目的：心臟呼吸驟?？赡馨l(fā)生在任何人、任何時(shí)間和任何地點(diǎn)，而心臟驟?；颊叩奈ㄒ簧€機(jī)會(huì)就是及時(shí)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(duì)心臟驟?；颊攥F(xiàn)場(chǎng)急救、實(shí)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(guó)外大量研究顯示，在實(shí)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(cè)技術(shù)，應(yīng)用反饋機(jī)制準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地反饋按壓操作，保證急救人員在整個(gè)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(cè)途徑，本研究工作深入分析胸外按壓反饋監(jiān)測(cè)技術(shù)，并設(shè)計(jì)開發(fā)一套胸外按壓反饋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Chest Compressions Feedback Monitoring System，CCFMS)。利用該系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確快速地評(píng)估胸外按壓狀態(tài)，指導(dǎo)救護(hù)人員實(shí)施高效高質(zhì)的胸外按壓。最終，實(shí)現(xiàn)

3、胸外按壓反饋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究和設(shè)計(jì)工作，為保證胸外按壓的有效實(shí)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(hào)作為胸外按壓反饋監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)。系統(tǒng)利用三軸加速度傳感器，建立胸外按壓垂直性檢測(cè)算法和加速度二次積分算法對(duì)胸外按壓方向和按壓深度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)；利用微型稱重傳感器和相應(yīng)放大濾波電路對(duì)按壓壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；建立峰值檢測(cè)算法對(duì)按壓波形進(jìn)行峰值檢測(cè)從而得到按壓頻率；利用具有高

4、共模抑制比的心電信號(hào)采樣模塊對(duì)患者心電信號(hào)進(jìn)行采樣，輔助急救人員進(jìn)行患者生理狀態(tài)判斷。為了評(píng)估系統(tǒng)對(duì)按壓壓力和按壓深度檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性，筆者分別進(jìn)行了胸外按壓深度和胸外按壓壓力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。最后，基于laerdal PC SkillReportingSystem實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了胸外按壓效率評(píng)估實(shí)驗(yàn)，對(duì)胸外按壓壓力、深度、頻率、按壓中斷時(shí)間、按壓釋放是否完全和按壓垂直性等操作要素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和評(píng)估。
　　 內(nèi)容：本文主要研究工作包括以

5、下幾個(gè)方面：
　　 ①.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。選擇加速度傳感器并搭建加速度信號(hào)濾波電路，進(jìn)行胸外按壓加速度檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)；選擇適合的壓力傳感器并搭建濾波放大電路，進(jìn)行胸外按壓壓力檢測(cè)模塊設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)搭建心電濾波、調(diào)理、放大電路，實(shí)現(xiàn)心電采樣檢測(cè)；設(shè)計(jì)搭建SD存儲(chǔ)卡接口電路，編寫相應(yīng)的讀寫SD卡程序，進(jìn)行存儲(chǔ)記錄模塊設(shè)計(jì)；選擇適合的液晶屏搭建顯示模塊對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并利用蜂鳴器實(shí)現(xiàn)報(bào)警及節(jié)拍提示；構(gòu)建無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)反饋節(jié)點(diǎn)和

6、基站的無線組網(wǎng)通信；設(shè)計(jì)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(jì)和實(shí)現(xiàn)。編寫適當(dāng)程序?qū)崿F(xiàn)壓力傳感器檢測(cè)信號(hào)不失真采樣，并設(shè)計(jì)相應(yīng)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理；利用加速度傳感器XY軸上加速度信號(hào)值的關(guān)系，進(jìn)行胸外按壓方向垂直性判斷；設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)利用加速度二次積分檢測(cè)位移的算法，包括加速度零點(diǎn)校準(zhǔn)、梯形積分算法、二次離散積分算法和基于復(fù)位機(jī)制的積分處理；準(zhǔn)確采樣處理心電信號(hào)，對(duì)QRS波進(jìn)行檢測(cè)預(yù)處理并準(zhǔn)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(dāng)程序，實(shí)現(xiàn)按壓壓力深度波形和心電波形的描點(diǎn)繪制，設(shè)計(jì)合理高效的人機(jī)界面，指導(dǎo)急救人員進(jìn)行及時(shí)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(jìn)行無線組網(wǎng)的軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)基站與多個(gè)反饋節(jié)點(diǎn)通信的功能；利用VC++6.0編寫無線基站監(jiān)測(cè)界面，實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)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(jì)。我們針對(duì)實(shí)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(jì)要求進(jìn)行了系統(tǒng)的集成化設(shè)計(jì)，提出了胸墊式和手套式兩種集成化設(shè)計(jì)方案。
　　 ④.系統(tǒng)可靠性及反饋監(jiān)測(cè)效率評(píng)估實(shí)驗(yàn)。筆者分別進(jìn)行了胸外按壓深度和胸外按壓壓力檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，評(píng)估系統(tǒng)對(duì)按壓壓力和按壓深度檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。利用laerdal PC SkillReporting System實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了胸外按壓效率評(píng)估實(shí)驗(yàn)，對(duì)胸外按壓壓力、深度、頻率、按壓中斷時(shí)間、按壓釋放是否完全和按壓方向等操作要素進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和評(píng)估。
　

9、　 成果：本文提出并建立了心電QRS波檢測(cè)算法、按壓垂直性檢測(cè)算法、加速度二次積分檢測(cè)位移算法、按壓壓力采樣技術(shù)和按壓頻率檢測(cè)算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)心電信號(hào)、按壓垂直性、按壓深度和按壓頻率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋，并制作完成了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。為提高胸外按壓反饋監(jiān)測(cè)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(chǔ)記錄功能，并設(shè)計(jì)了無線基站，為一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的胸外按壓實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和相關(guān)數(shù)據(jù)的分析評(píng)價(jià)提供了高效可行的解決方案；基于胸外按壓急救操作對(duì)

10、急救設(shè)備便攜輕巧、簡(jiǎn)單實(shí)用的設(shè)計(jì)要求，我們進(jìn)行了胸外按壓反饋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的集成化設(shè)計(jì)，提出胸墊式和手套式設(shè)計(jì)方案，完成了便攜式胸外按壓輔助監(jiān)測(cè)墊(軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生裝備研究所專利，專利號(hào)：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(hào)：ZL200820145170.9)兩種胸外按壓反饋監(jiān)測(cè)裝備的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)。
　　 結(jié)論：本文的研究為胸外按壓反饋監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)，急救人員可以依照反饋和提示進(jìn)行更加高質(zhì)高效的胸外按壓操作和訓(xùn)練。即使對(duì)于非專業(yè)人員，本系統(tǒng)強(qiáng)大的人機(jī)交互性能，仍能有效引導(dǎo)其實(shí)施正確的胸外按壓操作。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使用胸外按壓反饋監(jiān)測(cè)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(chǎng)之前，胸外按壓反饋監(jiān)測(cè)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