智能心肺復(fù)蘇高精端一體化平臺

韓冰 田皓宇 張連壯 劉福裕 王雪偉 謝慧 趙楊

摘要：猝死是21世紀(jì)人類與醫(yī)學(xué)面臨的最大挑戰(zhàn)之一，對于一些需要短時間內(nèi)需要心肺復(fù)蘇的患者，需要配合人工呼吸和針對不同病情的按壓，人工呼吸頻率調(diào)整，還需要實時監(jiān)控心電信號。智能心肺復(fù)蘇儀Scuretlife算法為主要核心，該算法可精確判斷病情給與方案（具體的步驟以及治療頻率）。正確率可達(dá)99%，并附加自我學(xué)習(xí)功能可自我完善數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)集成庫，目前擁有300多種病情的心電信號并和scuretlife算法相互配合可自我完善增加病情。

關(guān)鍵詞：scuretlife算法、智能心肺復(fù)蘇。

智能心肺復(fù)蘇儀，機械結(jié)構(gòu)方面由擔(dān)架板，氧氣發(fā)送器、氧氣面罩、開發(fā)氣道裝置，按壓裝置。擔(dān)架板內(nèi)鑲嵌電池，主控板，按壓裝置內(nèi)鑲嵌傳感器（該傳感器自我設(shè)計，檢測精度更高，速度更快）。Scuretlife算法為主要核心，該算法可精確判斷病情給與方案（具體的步驟以及治療頻率）。正確率可達(dá)99%，并附加自我學(xué)習(xí)功能可自我完善數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)集成庫，目前擁有300多種病情的心電信號并和scuretlife算法相互配合可自我完善增加病情。該智能心肺復(fù)蘇儀采用一體化設(shè)計，可完成心肺復(fù)蘇的全部步驟，并提高精準(zhǔn)的個性化治療方案。

按壓裝置，可根據(jù)患者體型調(diào)整包裹范圍，主要材料是氟硅橡膠：氟橡膠具有良好的物理機械性能及化學(xué)穩(wěn)定性，具有耐高溫的特點;優(yōu)良的耐介質(zhì)性能，對有機溶劑、無機酸、氧化劑作用的穩(wěn)定性優(yōu)良，尤其耐酸性優(yōu)異;有極好的耐氣候、在大氣中暴露數(shù)年后，物理機械性能變化甚微，因此使產(chǎn)品的使用壽命大大增加。氟硅橡膠的耐天候老化性非常優(yōu)良，即使暴露5年后，仍保持有良好的性能。此外，氟硅橡膠的防霉性十分良好的。氟硅橡膠綜合了硅橡膠的高透氣、耐高低溫和氟橡膠的耐油、耐溶劑 、耐飽和蒸汽的特性。

氣道開發(fā)器，一種同步呼吸的氣道打開輔助器。氣道打開器的下部和中部分別設(shè)有底架和上架及活動支架，活動支架的端部設(shè)有相互嚙合的轉(zhuǎn)動齒頭，與上架連接的相對轉(zhuǎn)動齒頭嚙合相對配合安裝，與底架連接的相對轉(zhuǎn)動齒頭相對配合安裝，活動支架的另一端通過轉(zhuǎn)軸與下拉架傳動連接，在下拉架的端部通過轉(zhuǎn)軸與上拉架傳動連接，上拉架又通過安裝在頸托上的轉(zhuǎn)軸與夾持架傳動連接，在左右夾持架上安裝有牽拉器，在底架和上架之間安裝有托舉執(zhí)行器。托舉執(zhí)行器與控制器導(dǎo)線連接。

氧氣面罩，本氧氣面罩非常便于對口腔進(jìn)行操作：此外，它還采用專門設(shè)計，可在正向壓力下向患者的呼吸道提供更大的氧氣流量。這種一次性使用的面罩包括一個透明硬質(zhì)聚丙烯（PP）組件，該組件上帶有多個用于麻醉管路或充氣袋的接入端口﹔另外，還包括一個TPE緩沖墊，包覆成型在PP結(jié)構(gòu)上。醫(yī)用彈性體模壓制成的TPE緩沖墊，可以在患者面部提供堅固而舒適的密封，從而發(fā)揮關(guān)鍵作用。

氧氣發(fā)生器，利用氯酸鹽高溫分解原理制備出的固態(tài)氧氣發(fā)生器（氧燭）主要由啟動裝置、產(chǎn)氧藥塊和氧氣過濾材料組成。啟動裝置產(chǎn)生的熱量使氧燭藥塊分解，釋放出氧氣，氧氣經(jīng)氧燭內(nèi)部的過濾材料凈化后從出口排出直接供人體呼吸。氧燭中的產(chǎn)氧藥塊由氧源（氯酸鈉）、金屬粉末、催化劑、抑氯劑、粘合劑等按一定配比混合，然后壓制成氧燭藥塊。

擔(dān)架板，一種簡易式多用擔(dān)架板，包括一個框架，在框架上設(shè)有若干條加強橫帶，在加強橫帶上安裝有擔(dān)架板，在擔(dān)架板兩側(cè)分別設(shè)有兩個豁口，所說的豁口與框架構(gòu)成提手;在擔(dān)架板上放置有軟墊并通過防水面罩包裹.優(yōu)點是使用方便，便于制作，可大大減少病人被抬動次數(shù)，以利于及時搶救病人，還可作為床板，以供不宜再次抬動的病人使用。內(nèi)含電池和主控板。

原理：

按壓器位于胸部，內(nèi)部鑲嵌傳感器，幫助感知心電活動。心電圖傳感器檢測到患者的心率低于設(shè)定的治療頻率，儀器將心電圖和模板進(jìn)行比對，判斷心跳是否在合理范圍內(nèi)，按壓器進(jìn)行心肺復(fù)蘇，氧氣發(fā)生器、氣道開發(fā)器保證順利供氧。傳感器持續(xù)監(jiān)視患者情況，若有好轉(zhuǎn)，患者可手動終止此次治療。

1.系統(tǒng)工作流程

心電信號通過傳感器，實時采集心電信號，并對信號進(jìn)行分析識別。當(dāng)監(jiān)測到患者心律低于合理值時，對患者進(jìn)行意識測試。如果患者清醒并認(rèn)為是誤報，患者或者旁邊的人可以手動開關(guān)終止治療。如果沒有手動終止，開始工作，測量胸部生物阻抗，根據(jù)自動設(shè)定的放電能級， 快速充電，根據(jù)測得的胸部阻抗選擇放電脈寬，進(jìn)行心肺復(fù)蘇。一次心電復(fù)蘇結(jié)束后繼續(xù)監(jiān)測心電信號，如心臟電沒有轉(zhuǎn)復(fù)，繼續(xù)進(jìn)行心肺復(fù)蘇，如果心臟轉(zhuǎn)復(fù)，心律恢復(fù)正常，系統(tǒng)繼續(xù)進(jìn)行心電監(jiān)控。

2.心電采集功能模塊

心電信號通過除顫保護(hù)電路進(jìn)入心電采集處理電路，。心電采集處理電路使用萬利公司心電測量芯片STM32，心電芯片采用三電極輸入設(shè)計，內(nèi)置截止頻率0.3 Hz的雙極點高通濾波器和截止頻率37 Hz的雙極點低通濾波器，帶通內(nèi)的信號增益為340倍。心電芯片提供電極脫落監(jiān)測信號、心電信號、基準(zhǔn)電壓信號給主控MCU，MCU 通過12 bit ADC對采集的心電信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，采樣頻率為200 Hz，并對心電信號數(shù)據(jù)進(jìn)行VF/VT識別分析處理，通過指示燈精確顯示電極的連接狀態(tài)。

3.電源模塊部分

主電源模塊使用TI的TPS62172降壓轉(zhuǎn)換器，輸入電壓范圍3～17 V，輸出電壓3.3 V，最大輸出電流500 mA。12 V電源模塊使用集成型5 A 40 V 寬輸入范圍升壓TPS55340升壓穩(wěn)壓器，輸入電壓范圍2.9～32 V;生物阻抗測量電源模塊使用ADI固定型穩(wěn)壓模塊 ADP7102，輸入電壓范圍：3.3～20 V，最大輸出電流300 mA，噪聲低至15V/ms，為高精度阻抗測量提供電源供應(yīng)。

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計主要分為：MCU主程序、心電信號采集識別處理程序、生物阻抗測量程序、高壓充電程序、雙相放電和自放電程序。系統(tǒng)程序流程：系統(tǒng)開始，MCU片內(nèi)模塊進(jìn)行初始化，如AD模塊、DA模塊、PWM模塊、I2C通信模塊等，初始化完成后監(jiān)測心電電極連接狀態(tài)。當(dāng)電極連接正常后，觸發(fā)心電采集信號，心電信號開始采集識別分析。當(dāng)監(jiān)測到心臟跳動頻率低于設(shè)定值后，系統(tǒng)開始生物阻抗測量，高壓充電，同時進(jìn)行患者意識清醒測量。如患者昏迷，則進(jìn)行心臟復(fù)蘇、提供氧氣，如果患者意識清醒，可以在高壓充電時或者充電完成后的3s內(nèi)中斷心臟復(fù)蘇，則系統(tǒng)只進(jìn)行供氧，不進(jìn)行心臟復(fù)蘇。或者通過外部給出除顫命令信號，系統(tǒng)直接進(jìn)入生物阻抗測量，高壓充電，雙相復(fù)蘇工作流程，也可以在高壓充電時或者充電完成后的3s中內(nèi)中斷除顫。心電信號識別程序，使用差分閾值法分析檢測R 波。此方法首先設(shè)定檢測閾值和判定條件，然后對ECG信號進(jìn)行差分運算。計算出ECG信號波形中各個數(shù)據(jù)點其幅度相對于時間的變化率，再將各個數(shù)據(jù)點的變化率與預(yù)先設(shè)定的閾值進(jìn)行比較。若滿足相應(yīng)的判定條件，就判斷檢測到一個R波。出的R波，找出Q波和S波的位置，計算QRS波寬。根據(jù)是否能檢測出R波，R-R 間期和QRS波寬，判斷心電信號是否處于正常心律狀態(tài)。

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