智能心肺復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世紀人類與醫學面臨的最大挑戰之一，對于一些需要短時間內需要心肺復蘇的患者，需要配合人工呼吸和針對不同病情的按壓，人工呼吸頻率調整，還需要實時監控心電信號。智能心肺復蘇儀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99%，并附加自我學習功能可自我完善數據庫。數據集成庫，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。

關鍵詞：scuretlife算法、智能心肺復蘇。

智能心肺復蘇儀，機械結構方面由擔架板，氧氣發送器、氧氣面罩、開發氣道裝置，按壓裝置。擔架板內鑲嵌電池，主控板，按壓裝置內鑲嵌傳感器（該傳感器自我設計，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99%，并附加自我學習功能可自我完善數據庫。數據集成庫，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。該智能心肺復蘇儀采用一體化設計，可完成心肺復蘇的全部步驟，并提高精準的個性化治療方案。

按壓裝置，可根據患者體型調整包裹范圍，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穩定性，具有耐高溫的特點;優良的耐介質性能，對有機溶劑、無機酸、氧化劑作用的穩定性優良，尤其耐酸性優異;有極好的耐氣候、在大氣中暴露數年后，物理機械性能變化甚微，因此使產品的使用壽命大大增加。氟硅橡膠的耐天候老化性非常優良，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有底架和上架及活動支架，活動支架的端部設有相互嚙合的轉動齒頭，與上架連接的相對轉動齒頭嚙合相對配合安裝，與底架連接的相對轉動齒頭相對配合安裝，活動支架的另一端通過轉軸與下拉架傳動連接，在下拉架的端部通過轉軸與上拉架傳動連接，上拉架又通過安裝在頸托上的轉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行器。托舉執行器與控制器導線連接。

氧氣面罩，本氧氣面罩非常便于對口腔進行操作：此外，它還采用專門設計，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結構上。醫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，從而發揮關鍵作用。

氧氣發生器，利用氯酸鹽高溫分解原理制備出的固態氧氣發生器（氧燭）主要由啟動裝置、產氧藥塊和氧氣過濾材料組成。啟動裝置產生的熱量使氧燭藥塊分解，釋放出氧氣，氧氣經氧燭內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。

擔架板，一種簡易式多用擔架板，包括一個框架，在框架上設有若干條加強橫帶，在加強橫帶上安裝有擔架板，在擔架板兩側分別設有兩個豁口，所說的豁口與框架構成提手;在擔架板上放置有軟墊并通過防水面罩包裹.優點是使用方便，便于制作，可大大減少病人被抬動次數，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。內含電池和主控板。

原理：

按壓器位于胸部，內部鑲嵌傳感器，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定的治療頻率，儀器將心電圖和模板進行比對，判斷心跳是否在合理范圍內，按壓器進行心肺復蘇，氧氣發生器、氣道開發器保證順利供氧。傳感器持續監視患者情況，若有好轉，患者可手動終止此次治療。

1.系統工作流程

心電信號通過傳感器，實時采集心電信號，并對信號進行分析識別。當監測到患者心律低于合理值時，對患者進行意識測試。如果患者清醒并認為是誤報，患者或者旁邊的人可以手動開關終止治療。如果沒有手動終止，開始工作，測量胸部生物阻抗，根據自動設定的放電能級， 快速充電，根據測得的胸部阻抗選擇放電脈寬，進行心肺復蘇。一次心電復蘇結束后繼續監測心電信號，如心臟電沒有轉復，繼續進行心肺復蘇，如果心臟轉復，心律恢復正常，系統繼續進行心電監控。

2.心電采集功能模塊

心電信號通過除顫保護電路進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計，內置截止頻率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，帶通內的信號增益為340倍。心電芯片提供電極脫落監測信號、心電信號、基準電壓信號給主控MCU，MCU 通過12 bit ADC對采集的心電信號進行數模轉換，采樣頻率為200 Hz，并對心電信號數據進行VF/VT識別分析處理，通過指示燈精確顯示電極的連接狀態。

3.電源模塊部分

主電源模塊使用TI的TPS62172降壓轉換器，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。

4.系統軟件設計

系統軟件設計主要分為：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。系統程序流程：系統開始，MCU片內模塊進行初始化，如AD模塊、DA模塊、PWM模塊、I2C通信模塊等，初始化完成后監測心電電極連接狀態。當電極連接正常后，觸發心電采集信號，心電信號開始采集識別分析。當監測到心臟跳動頻率低于設定值后，系統開始生物阻抗測量，高壓充電，同時進行患者意識清醒測量。如患者昏迷，則進行心臟復蘇、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內中斷心臟復蘇，則系統只進行供氧，不進行心臟復蘇?；蛘咄ㄟ^外部給出除顫命令信號，系統直接進入生物阻抗測量，高壓充電，雙相復蘇工作流程，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。此方法首先設定檢測閾值和判定條件，然后對ECG信號進行差分運算。計算出ECG信號波形中各個數據點其幅度相對于時間的變化率，再將各個數據點的變化率與預先設定的閾值進行比較。若滿足相應的判定條件，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。

參考文獻：

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