心源性猝死預警與急救系統設計策略研究

摘要：心源性猝死是全球范圍內最難以預防的死亡原因之一，發生突然且救治時間極為有限。為了更好地優化與解決有關心源性猝死問題，提出預警與急救系統設計策略探討。分析目前心源性猝死監測預警與急救各方面情況，歸結痛點為：“時空環境條件”“短時間內專業手段缺失”“快速預警救治”等。最終為心源性猝死的預防與干預提出了一系列創新設計策略，包括仿生學設計、情感化設計、可視化設計。提出了心源性猝死預警與急救系統設計方案，并提供了更為舒適的情感化交互體驗，提高急救率。該方法為心源性猝死預警系統的設計及創新研發提供了參考。

關鍵詞：心源性猝死；系統設計；產品設計；智能醫療；監測預警與急救

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A文章編號：1003-0069（2025）04-0142-04

Abstract：Sudden cardiac death is one of the most difficult causes of death to prevent globally， occurring suddenly and with extremely limited time to save. In order to better optimise and solve the problems related to sudden cardiac death， a strategy for the design of early warning and emergency systems is proposed. Analyse the current situation of sudden cardiac death monitoring， early warning and first aid in various aspects， and summarize the pain points as： “spatial and temporal environmental conditions”， “lack of professional means in a short period of time”， “rapid early warning and treatment” etc.. Finally， a series of innovative design strategies are proposed for the prevention and intervention of sudden cardiac death， including bionic design， emotional design and visualisation design. The design of a sudden cardiac death warning and resuscitation system is proposed and provides a more comfortable and emotional interaction experience to improve the resuscitation rate. The methodology informs the design and innovative development of early warning systems for sudden cardiac death.

Keywords：Sudden cardiac death； System design； Product design；Intelligent healthcare； Monitoring， early warning and emergency care

引言

心源性猝死（Sudden Cardiac Death，SCD）是指心臟在短時間內驟然停跳，導致呼吸停止并最終導致死亡[1]，通常在1小時內發生。流行病學調查顯示，歐美地區SCD的發生率為每10萬人中50至100例，亞洲地區為每10萬人中37至43例，我國則為41.8例/10萬人；我國每分鐘有2人發生SCD，年發生總數達54.4萬例，居全球首位，每天近3000人死于SCD[2]。由于多數患者在發病前沒有任何癥狀，且發病時間快，導致70%的患者因為沒有得到急救而失去寶貴的生命。其突發性和高致死率使得SCD成為全球公共健康領域的重大挑戰。因此，早期預警并快速響應顯得尤為必要。本研究提出了一種以仿生學設計、情感化設計、可視化設計3種設計策略為一體的系統設計，通過對高風險人群的持續監測和及時預警，提高對SCD的應對能力。

一、心源性猝死與用戶研究

（一）心源性猝死的危險性

25%至30%的SCD發生在患有心肌病和冠心病等心臟病高危人群，仍有大多數發生在未確診心臟病的患者和普通人群[3]。SCD急性癥狀在1小時內伴隨著意識突然喪失，死亡時間和方式出乎意料[4]。美國每年有23萬至35萬人死于SCD，院外SCD的生存率為6%，歐洲的SCD發病率與美國相似；我國SCD的發病率為每10萬人中41.8例，每年發病人數高達54.4萬，居全球首位，且SCD患者的生存率不到1%[5]。近年來，SCD的發生率不斷攀升，呈現年輕化的趨勢，已成為全球范圍內嚴重的公共衛生問題；而當前的心源性猝死預警系統僅限于院內急救且依賴于醫院內專業人員和設備的監測，錯過最佳急救時間并且儀器設備操作復雜，難以監測高風險人群突發SCD，及時救治。因此，研究SCD的影響因素并制訂有效的干預措施顯得尤為重要。

（二）用戶研究

1. 心源性猝死臨床表現4個階段：SCD的臨床表現分為4個階段：第1階段前驅期，常發生在心搏驟停前的數天至數月，通常缺乏特異性，無法準確預測。第2階段發病期，是心血管狀態急劇變化至心搏驟停發生前的一段時間，通常不超過1小時。第3階段心搏驟停期，意識完全喪失；心搏驟停后大多數患者在4～6分鐘內出現不可逆腦損害，若未立即搶救，通常會在數分鐘內進入死亡期。第4階段生物學死亡期，發生時間取決于原發病的性質及復蘇的及時性[6]。如表1所示，及時監測、預警只能是前驅期、發病期、心搏驟停期，盡早進行心肺復蘇、電除顫救治是預防生物學死亡的關鍵。

2. 醫療設備和醫療信息情感化調研：疾病不僅導致軀體損傷且會產生消極的心理，甚至加劇病情的惡化；進行檢查、治療、康復過程中接觸到醫療器械設備和檢查報告信息時會產生不同的情感體驗，在設計中不可忽視。本研究對有內外科疾病的148位目標用戶接觸影像檢查（B超、X光、CT 、核磁）與心電監測（心電圖儀、24小時動態心電監護儀）進行抽樣調查，實地開展一系列情感訪談，用戶年齡為27至55歲人群，其中男性78人，女性 70人。調研結果如表2、3所示。

分析結果表明，目前用戶對設備的視覺、聽覺、觸覺及使用均沒有積極感受；對醫學信息的認知理解存在困難。本設計圍繞表達機制進行優化與設計，并對產品和視覺信息進行設計表達的優化和改良，使其在與患者發生各類接觸與交互過程中（主要為視聽覺、聽覺、觸覺、使用和認知理解等），最大限度地降低了受眾主觀情感體驗中的“排斥反應”。

二、 心源性猝死監測指標與急救措施

（一）SCD監測指標

1.左室射血分數（LVEF）：LVEF是通過測定心臟每搏心排血量占左室舒張末期容積的百分數，是評價心臟收縮功能的重要指標。用于判斷心功能狀態及病情預后。測量LVEF 方法目前有：有創的導管法、無創的超聲心動圖、磁共振、放射性核素心血池顯像等。最常采用無創的超聲心動圖進行的測量[10]。

2.體表心電圖（ECG）及動態心電圖（DCG）：SCD主要為致命性心律失常所致。流行病學調查約90%的SCD與心律失常有關，其中75%為室性心動過速，17%為緩慢性心律失常，8%為心室顫動。為了降低SCD發生率，越來越重視SCD預警檢查，通過ECG/DCG可監測并準確診斷；其應用廣泛和可重復性而成為檢測和預測SCD重要工具[11]。ECG/DCG監測SCD心電現象如圖1所示。

3.血壓（BP）和心率（HR）：BP和HR是人重要的生命體征。正常成人的血壓<120/80毫米汞柱（mmHg），血壓≥140/90mmHg為高血壓，血壓<90/60mmHg為低血壓。正常的心率是60～100次/分，低于60次/分稱之為竇性心動過緩，高于100次/分稱為竇性心動過速。SCD血壓心率消失[12]，故BP和HR為重要監測SCD指標。

（二）急救措施

目前，SCD急救措施主要有除顫、心臟起搏器植入、心肺復蘇以及心臟復蘇后的治療策略、藥物治療等多種方法[13]。其一，心臟電復律-心臟電除顫是通過胸壁或直接對心臟施加高能量電沖擊，在極短的時間內使所有心肌纖維同步去極化，中斷折返通路，消除異位興奮源，恢復竇房結重新對心律的控制[14]。其二，心臟起搏是起搏器發放的電脈沖傳到心臟，引起心臟興奮跳動，代替竇房結控制起搏節律[15]。其三，初級心肺復蘇（CPR）是針對心搏呼吸驟停者采取的最初急救措施，在4～6分鐘內力爭盡可能挽救患者的生命[16]。其四，藥物除顫主要通過胺碘酮、腎上腺素、利多卡因等藥物恢復竇房結正常功能，使用這類藥物需具有醫學專科人員使用，急救效果因人而異。

三、目前心源性猝死監測產品分析

現有SCD監測與急救產品種類、適用人群、優劣勢對照，其具體分析如表4所示。

四、心源性猝死預警痛點分析

80%的SCD發生在院外，情況復雜造成無法第一時間進行有效專業急救，導致院外死亡率高[17]。SCD發病前期無典型征兆導致發病時難預判。SCD在4～6分鐘后出現不可逆器官損傷，有效救治時間極短，從而對施救反應時間要求極高。SCD 4個階段可知，發病前期或發病期喪失部分或全部意識和行為能力直接降低有效自救或有效求救機會。

五、心源性猝死預警與急救系統設計

通過痛點分析，系統設計流程從4個方面進行響應機制功能規劃。主動監測功能是通過實時監測、顯示佩戴者生命體征數據（心電活動、血壓、心率）信息，應用遠程通信技術發送給專業醫務人員，實現數據共享。主動預警功能是指佩戴者出現異常心電監測信息時，主動向佩戴者本人、其家屬、專業醫務人員發送危險警告，主動預警功能通過聽覺觸覺反饋、視覺信息表達、配合遠程通信技術實現遠程預警。主動救治功能指佩戴者心電監測信息出現異常，無法進行自救時，主動進行心臟電除顫、心臟起搏、CPR等急救手段救治。主動求救功能指佩戴者心電監測信息出現嚴重異常，且出現昏厥等無自主意識時，主動向第一目擊者和醫療機構同時發送求救信息，并指導第一目擊者配合本產品實施急救，幫助專業醫療急救人員快速到達現場。整體系統設計流程如圖2所示。

系統設計流程中的產品監測數據和通訊功能分為兩個環節。第一個環節是產品之間的數據交換與監測。將體表設備，體外設備以及體內設備三者進行實時數據交換。通過高效的通訊協議和技術手段，確保數據能夠準確、及時地傳輸和接收，從而提供全面的監測信息。第二個環節是產品與相關救助人員之間的數據交換與預警。將監測所得的數據遠程傳輸給相關人員（緊急醫療救護機構、緊急聯系人、病發現場附近人員），通過建立高效的通訊網絡和預警機制，確保數據快速且準確地送達，以實現遠程預警效果。這一環節還包括對數據進行實時分析和處理，生成預警信息，并通過各種通信手段（如短信、電話）通知相關人員，以便能迅速采取相應的救助措施。此系統不僅能提高對心源性猝死的預警能力，還能在關鍵時刻提供及時的救助響應。具體的設備數據監測及通訊功能結構如圖3所示。

六、產品設計策略及創新點

SCD高風險人群（急性心肌梗死、肥厚型心肌病、有SCD家族病史、不良的生活習慣等）突然發病時將喪失部分/全部的意識和行為，目前的醫療儀器和監測產品都是人為操控的，此時無法自救。本設計將人為操控產品的模式轉變為產品自動監測呼救并主動救治。

（一）產品設計策略

1.仿生學設計策略：反應是對機體內外環境變化所產生的應答，諸如運動時心率提高，溫度升高時皮膚排汗等。SCD在院外發病時無特異性的主觀感受，喪失了自我調節功能，表現出部分或完全喪失行為與意識。設計主動監測產品用于監測佩戴者突發生命體征變化，通過監測到的信息主動采取急救。

共生是指兩種不同生物之間所形成的緊密互利關系。受此啟發，優化設計表達提升用戶情感化體驗，強化佩戴者積極的心理感受，消除心理上對設備的“排斥感”，保證佩戴者主動全天佩戴使用。最終設備與佩戴者建立一種“共生”的良性關系，既保障佩戴者生命安全，又保障設備發揮功能。

2.情感化設計與可視化設計策略：醫療產品情感化人性化設計注重情感化設計產品的外觀，本設計更多地融入關愛，呵護，陪伴等元素，讓使用者感到親切、溫暖。醫療產品外觀設計與使用環境、使用場景相結合，緩解患者的緊張，排斥等消極心理。本研究問卷分析了解到，大多數醫療產品使用者不能正確解讀心電圖等醫療檢測報告，本設計將這些醫療數據進行整理并形成可視化便于正確解讀。故設計全天佩戴的醫療產品滿足使用便捷、操作簡單和數據信息清晰易懂，既符合外觀造型美學及結構設計標準，又符合醫療產品的安全性、有效性。

（三）產品創新點

1.體外產品設計：佩戴者與設計產品間需存在相互良性依存關系，本產品的設計將優化產品的視覺、聽覺、觸覺感受以及交互使用體驗，提升佩戴者對產品的心理接納程度，并對現有市場的產品進行分析、提煉、創新。仿造生物爬行的特點，將產品的“腳”設計成具有折疊的功能，在產品處于求救狀態時，底部的軟貼自動脫離，腳自動伸出，爬行到地面發出求救警報。（圖4）

2.心電信息可視化與再設計：本產品佩戴者感受自身正常心臟跳動的同時，能直觀地觀察到自身的正常心電活動呈現藍色，一旦監測到異常的心電活動則呈現紅色。目前，記錄心電活動都是以心電圖的形式呈現，需醫學專業人士進行分析。通過對心電活動信息的再設計，優化信息表現形式—易讀性，幫助使用者及時了解病況信息（圖5）。發揮輔助預警的作用。提高了信息傳播的效率，使患者能夠迅速、全面獲取和理解與自身狀況相關的重要數據。在此基礎上，進行了心電再設計，這可以進一步支持個性化的教育患者和溝通方式，確保不同認知水平、不同健康狀況的用戶都能獲取適合自己的健康信息。

3.信息表達機制設計：信息表達機制設計包含了主動監測、主動警告、主動救助。在醫學領域中信息表達機制設計有效應用，能夠顯著改善視覺感受與認知理解，不僅降低了醫學術語和復雜信息對非專業用戶的理解難度，信息更加清晰、簡潔地傳遞給佩戴者，突出專業醫學信息的易讀性與可訪問性。提高了預警系統的響應速度和準確度。最終提升了用戶的使用體驗、自主決策，促進更精準的健康管理。信息表達機制設計具體方案圖6所示。

4.產品設計裝置與技術：本產品設計裝置采用了光學心率和電生理傳感器技術、生物數據采集和處理技術、無線通信技術、算法與數據分析技術、電池與能量管理技術等。通過光學心率和電生理傳感器技術進行記錄機體內外環境變化（心率、脈搏、血氧飽和度、體溫、血容量等）進行生物數據采集和處理技術，幫助評估身體狀態，如本設計使用光電容積脈搏波描記法（PPG）使手環內的LED發出光線，照射皮膚并測量血液流動的變化，計算心率；通過心電圖（ECG）監測心臟的電活動。經藍牙、Wi-Fi無線通信技術進行數據同步傳輸，再經算法與數據分析技術，預測未來存在的風險提供個性化的健康建議及急救措施，SCD時提供預警急救。本產品采用電池低功耗芯片和無線充電能量管理技術，延長電池壽命。

七、產品使用場景與流程

實時監測高危人群佩戴者的心電活動、血壓和心率等數據信息，通過遠程通信技術實時發送給專業醫務人員，實現數據信息共享，確保醫療團隊能夠及時了解佩戴者的健康狀況。當心電監測數據出現異常時，設備主動啟動預警，發布風險提醒。當佩戴者無法自救，產品會觸發主動急救機制，進行急救。當佩戴者出現昏厥等無意識異常狀態，設備將自動觸發主動求救機制，輔助目擊者進行急救，幫助專業急救人員快速到達現場。如圖7所示。

結語

當今社會生活節奏的加快，工作壓力的增大，不良的生活習慣等導致心源性猝死發生率逐年上升。目前，尚未存在一個完整的急救預警系統降低SCD的死亡率，市場上也缺乏相關產品。在這種情況下，心源性猝死不僅令患者感到恐懼，也使醫學界專家束手無策，缺乏有效救治手段。本研究提出了一種創新的解決方案——心源性猝死預警與急救系統的設計。該系統通過實時監測、主動預警、主動救治、主動求救相結合，以期在未來能夠更有效地挽救面臨心源性猝死風險的患者的生命。

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