智能心肺復(fù)蘇高精端一體化平臺(tái)

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(duì)于一些需要短時(shí)間內(nèi)需要心肺復(fù)蘇的患者，需要配合人工呼吸和針對(duì)不同病情的按壓，人工呼吸頻率調(diào)整，還需要實(shí)時(shí)監(jiān)控心電信號(hào)。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(kù)。數(shù)據(jù)集成庫(kù)，目前擁有300多種病情的心電信號(hào)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(jī)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(jì)，檢測(cè)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(kù)。數(shù)據(jù)集成庫(kù)，目前擁有300多種病情的心電信號(hào)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(jì)，可完成心肺復(fù)蘇的全部步驟，并提高精準(zhǔn)的個(gè)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(jī)械性能及化學(xué)穩(wěn)定性，具有耐高溫的特點(diǎn);優(yōu)良的耐介質(zhì)性能，對(duì)有機(jī)溶劑、無(wú)機(jī)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(jī)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(dòng)支架，活動(dòng)支架的端部設(shè)有相互嚙合的轉(zhuǎn)動(dòng)齒頭，與上架連接的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)齒頭嚙合相對(duì)配合安裝，與底架連接的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)齒頭相對(duì)配合安裝，活動(dòng)支架的另一端通過轉(zhuǎn)軸與下拉架傳動(dòng)連接，在下拉架的端部通過轉(zhuǎn)軸與上拉架傳動(dòng)連接，上拉架又通過安裝在頸托上的轉(zhuǎn)軸與夾持架傳動(dòng)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(duì)口腔進(jìn)行操作：此外，它還采用專門設(shè)計(jì)，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(gè)透明硬質(zhì)聚丙烯（PP）組件，該組件上帶有多個(gè)用于麻醉管路或充氣袋的接入端口﹔另外，還包括一個(gè)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(jiān)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(dòng)裝置、產(chǎn)氧藥塊和氧氣過濾材料組成。啟動(dòng)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(jiǎn)易式多用擔(dān)架板，包括一個(gè)框架，在框架上設(shè)有若干條加強(qiáng)橫帶，在加強(qiáng)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(gè)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(diǎn)是使用方便，便于制作，可大大減少病人被抬動(dòng)次數(shù)，以利于及時(shí)搶救病人，還可作為床板，以供不宜再次抬動(dòng)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(dòng)。心電圖傳感器檢測(cè)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(duì)，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(dòng)終止此次治療。

1.系統(tǒng)工作流程

心電信號(hào)通過傳感器，實(shí)時(shí)采集心電信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析識(shí)別。當(dāng)監(jiān)測(cè)到患者心律低于合理值時(shí)，對(duì)患者進(jìn)行意識(shí)測(cè)試。如果患者清醒并認(rèn)為是誤報(bào)，患者或者旁邊的人可以手動(dòng)開關(guān)終止治療。如果沒有手動(dòng)終止，開始工作，測(cè)量胸部生物阻抗，根據(jù)自動(dòng)設(shè)定的放電能級(jí)， 快速充電，根據(jù)測(cè)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(cè)心電信號(hào)，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(hào)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(wàn)利公司心電測(cè)量芯片STM32，心電芯片采用三電極輸入設(shè)計(jì)，內(nèi)置截止頻率0.3 Hz的雙極點(diǎn)高通濾波器和截止頻率37 Hz的雙極點(diǎn)低通濾波器，帶通內(nèi)的信號(hào)增益為340倍。心電芯片提供電極脫落監(jiān)測(cè)信號(hào)、心電信號(hào)、基準(zhǔn)電壓信號(hào)給主控MCU，MCU 通過12 bit ADC對(duì)采集的心電信號(hào)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，采樣頻率為200 Hz，并對(duì)心電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行VF/VT識(shí)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(cè)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(cè)量提供電源供應(yīng)。

4.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要分為：MCU主程序、心電信號(hào)采集識(shí)別處理程序、生物阻抗測(cè)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(cè)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(hào)，心電信號(hào)開始采集識(shí)別分析。當(dāng)監(jiān)測(cè)到心臟跳動(dòng)頻率低于設(shè)定值后，系統(tǒng)開始生物阻抗測(cè)量，高壓充電，同時(shí)進(jìn)行患者意識(shí)清醒測(cè)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(shí)清醒，可以在高壓充電時(shí)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?；蛘咄ㄟ^外部給出除顫命令信號(hào)，系統(tǒng)直接進(jìn)入生物阻抗測(cè)量，高壓充電，雙相復(fù)蘇工作流程，也可以在高壓充電時(shí)或者充電完成后的3s中內(nèi)中斷除顫。心電信號(hào)識(shí)別程序，使用差分閾值法分析檢測(cè)R 波。此方法首先設(shè)定檢測(cè)閾值和判定條件，然后對(duì)ECG信號(hào)進(jìn)行差分運(yùn)算。計(jì)算出ECG信號(hào)波形中各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)其幅度相對(duì)于時(shí)間的變化率，再將各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)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(cè)到一個(gè)R波。出的R波，找出Q波和S波的位置，計(jì)算QRS波寬。根據(jù)是否能檢測(cè)出R波，R-R 間期和QRS波寬，判斷心電信號(hào)是否處于正常心律狀態(tài)。

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