一種便攜式心肺復(fù)蘇裝置的控制程序設(shè)計

姚國紅，賈建革，吳建剛，武文君，宋立為，趙鵬

1.解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，北京 100048；2.總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗所，北京 100071

一種便攜式心肺復(fù)蘇裝置的控制程序設(shè)計

姚國紅1，賈建革2，吳建剛2，武文君2，宋立為2，趙鵬2

1.解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，北京 100048；
2.總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗所，北京 100071

為便于操作人員在心肺復(fù)蘇的胸外按壓過程中較好地把握按壓力度和頻率，我們研制了一種便攜式心肺復(fù)蘇裝置。本文主要對該裝置的控制程序設(shè)計與實現(xiàn)作詳細(xì)介紹，包括初始化程序、主循環(huán)程序、中斷服務(wù)程序。

心肺復(fù)蘇裝置；心肺復(fù)蘇；控制程序

0 前言

我們研制的心肺復(fù)蘇（CPR）裝置具有智能功能，使操作者在胸外按壓過程中能夠較好地把握按壓力度和頻率。該裝置在胸外按壓過程中，可實時檢測并顯示按壓力度，根據(jù)患者體型判斷按壓力度和頻率是否滿足要求，若不滿足要求則有聲音報警提示[1]。本文主要對該裝置的軟件控制程序設(shè)計與實現(xiàn)作詳細(xì)介紹。

1 軟件控制程序設(shè)計思路

CPR裝置的電源開啟后，首先自動進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后進(jìn)入開機(jī)自檢程序，檢測裝置的聲光指示是否正常工作，以及供電電壓是否在正常的工作范圍之內(nèi)，如有異常則發(fā)出警報。自檢完畢后等待操作者選擇患者的體型，然后進(jìn)入按壓提示狀態(tài)。按壓提示包括對按壓頻率的提示和對按壓力度的檢測判斷，如果壓力過小或者過大，裝置都會報警提示。另外在按壓提示狀態(tài)，患者體型還可以隨時調(diào)整。使用完畢后對裝置關(guān)機(jī)采用的是軟關(guān)機(jī)方式。除此之外，本裝置還加載了閑置自動關(guān)機(jī)功能，即一定時間內(nèi)沒有采取任何操作，裝置將自動關(guān)機(jī)。

程序主循環(huán)主要由按壓力度提示和按壓頻率提示2部分組成。按壓力度提示是通過按壓力度檢測程序?qū)崟r檢測按壓力度信號，然后根據(jù)選擇的患者體型判斷按壓力度是否滿足要求，并且通過指示電路給出相應(yīng)提示。如果按壓力度沒有達(dá)到要求則指示燈不亮；當(dāng)按壓力度達(dá)到了該患者復(fù)蘇的壓力要求則綠色指示燈點亮；如果按壓力度超過某個壓力范圍將可能對患者胸骨產(chǎn)生危害時，則點亮紅燈以發(fā)出報警。按壓頻率的提示是根據(jù)設(shè)定的頻率（≤100次/min）由微控制器的定時中斷功能發(fā)出，該提示從視覺和聽覺兩個方面同時給出。

2 控制程序設(shè)計與實現(xiàn)

裝置的控制程序主要包括初始化程序、主循環(huán)程序、中斷服務(wù)程序。其流程圖，見圖1。

2.1 初始化程序

初始化階段包括從開機(jī)、患者體型選擇一直到進(jìn)入頻率和按壓力度提示階段為止。

開機(jī)后，系統(tǒng)首先初始化定義各I/O端口，然后將控制軟關(guān)機(jī)的端口置為高電平，以便在斷開開關(guān)以后能夠繼續(xù)為整個系統(tǒng)供電[2]。隨后聲音控制端口被置為低電平發(fā)出聲音，提示操作者開機(jī)成功。然后就是等待操作者斷開開關(guān)，在檢測斷開開關(guān)操作時加載了防抖程序，避免因為開關(guān)抖動而引起關(guān)機(jī)誤操作。

初始化成功后系統(tǒng)進(jìn)入自檢階段。首先將硬件電路系統(tǒng)中所有的指示燈按照順序依次點亮，稍停片刻后再按照相反的順序依次熄滅，此時操作者可以觀察所有指示燈是否均能正常工作。然后進(jìn)入電壓自檢功能階段，根據(jù)硬件電路的設(shè)計，檢測低壓檢測端口的電平，如果為高電平則表示電池電壓正常，綠色指示燈閃亮3次，如果為低電平則表示電池電壓過低，紅色報警指示燈閃亮3次，且在報警指示燈閃亮的同時發(fā)出持續(xù)的聲音報警，以提示操作者電池電壓過低，為了不影響正常工作，操作者應(yīng)盡快更換電池。

開機(jī)自檢完畢以后進(jìn)入患者體型初次選擇階段。依據(jù)體型和重量（40 kg/90磅、55 kg/120磅、75 kg/165磅、90 kg/200磅）大致分為兒童、偏瘦成人、中等成人、偏胖成人等4檔[3]。為了防止操作者在緊急情況下忘記體型選擇，要求該階段操作者必須通過體型選擇開關(guān)進(jìn)行選擇，否則將無法進(jìn)入下一階段頻率和按壓力度提示。首選狀態(tài)為平均成人體型，然后每按1次選擇開關(guān)就在各種體型之間循環(huán)切換。體型選擇后初始化階段結(jié)束，進(jìn)入主循環(huán)階段。

2.2 主循環(huán)程序

主循環(huán)是指從初始化結(jié)束后到中斷服務(wù)信號的產(chǎn)生階段。該程序用于檢測是否有中斷服務(wù)信號產(chǎn)生和按壓力度信號產(chǎn)生以便實時提示按壓力度。主循環(huán)程序中按壓頻率的提示由定時器控制，按設(shè)定頻率進(jìn)行提示，且頻率的提示不受按壓力度大小的影響。系統(tǒng)I/O端口的高低電平控制聲光報警器件的工作狀態(tài)[4]。

另外，系統(tǒng)實時檢測按壓力度信號，并且根據(jù)所選擇的體型判斷按壓的力度是否達(dá)到有效按壓的程度，如果達(dá)到，則有效按壓指示燈點亮，此時如果按壓力度繼續(xù)增大且超過范圍，則紅色指示燈發(fā)出警報。

如有中斷服務(wù)信號產(chǎn)生，則立刻進(jìn)入到中斷服務(wù)處理程序中。

2.3 中斷服務(wù)程序

系統(tǒng)共設(shè)置了4個中斷服務(wù)程序，其中，2個定時中斷服務(wù)用于裝置頻率提示和閑置自動關(guān)機(jī)；2個外部中斷（外部中斷0和外部中斷1）分別用于關(guān)機(jī)控制和運行過程中患者體型的實時更換[5]。

系統(tǒng)利用外部中斷0服務(wù)程序控制系統(tǒng)軟關(guān)機(jī)，運行時程序控制使得微控制器相應(yīng)端口被置為低電平，與之連接的晶體管截止，供電電路停止工作，整個系統(tǒng)關(guān)機(jī)。

程序運行時如果定時時間到，則運行定時中斷0服務(wù)程序控制微控制器相應(yīng)管腳，通過將該兩個管腳置為低電平從而控制相關(guān)的聲光指示。

外部中斷1服務(wù)程序受外部中斷1端口的控制，當(dāng)該端口被置為低電平時，中斷程序運行，從而改變患者體型選擇。初次選擇是平均成人體型，當(dāng)再次按下選擇開關(guān)時依次選擇偏胖、偏瘦、平均。每按下一次體型選擇在平均、偏胖、偏瘦之間循環(huán)改變一次。該服務(wù)程序在檢測體型選擇開關(guān)信號時也加入防抖功能，否則可能出現(xiàn)按壓一次選擇開關(guān)卻選擇兩次甚至更多次體型。

系統(tǒng)利用定時中斷1服務(wù)程序用于記錄無人操作時的閑置時間，當(dāng)時間達(dá)到2 min，則自動激活該中斷服務(wù)程序。程序通過控制使得系統(tǒng)相應(yīng)端口置為低電平，與之連接的晶體管截止，從而使整個系統(tǒng)關(guān)機(jī)。

本課題所制作的心肺復(fù)蘇裝置控制程序的設(shè)計與實現(xiàn)，使該裝置達(dá)到了預(yù)期的功能，并在心肺復(fù)蘇過程中實現(xiàn)了智能控制。

[1] 武文君,宋立為,賈建革.便攜式心肺復(fù)蘇裝置的硬件電路設(shè)計[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2012,27(1):89-90．

[2] 郭天祥.51單片機(jī)C語言教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008．

[3] Andrew J.Boyle,Andrew M.Wilson.Improvement in timing and effectiveness of external cardiac compressions with a new noninvasive device the CPR-Ezy[J].Resuscitation,2002,54:63-67

[4] 李剛,林凌,王焱.新概念單片機(jī)教程[M].天津:天津大學(xué)出版社,2004．

[5] 馬忠梅,籍順心.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計[M].3版.北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2003:37-49．

[6] 王碩,汪豐,周平.便攜式無線十二導(dǎo)心電圖儀的設(shè)計[J].中國醫(yī)療設(shè)備,2011,26(2):35-38.

[7] 王道莊.便攜式徒手心肺復(fù)蘇指導(dǎo)器:中國,CN 101134000A [P]. 2008-03-05．

Control Program Design of A Portable Cardiopulmonary Resuscitation Device

YAO Guo-hong1, JIA Jian-ge2, WU Jian-gang2, WU Wen-jun2, SONG Li-wei2, ZHAO Peng2
1. Medical Engineering Department, First Affiliated Hospital to General Hospital of PLA, Beijing 100048, China; 2. Institute for Drug and Instrument Control of PLA, Beijing 100071, China

A new cardiopulmonary portable resuscitation (CPR) device is designed for the correct depth and optimal timing during the external cardiac compression. The procedures of program control and its realization are introduced in detail, including initialization program, main loop program and interrupt service program.

cardiopulmonary resuscitation device; cardiopulmonary resuscitation; control program

TP311.52

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2012.08.012

1674-1633(2012)08-0046-02

2012-02-21

2012-06-04

國家科技支撐計劃課題（2009BAI79B03）。

作者郵箱：plawwj@yahoo.com.cn