失血性休克严重程度无创伤检测装置的制作方法

本发明属于医用检测装置，具体涉及一种失血性休克严重程度无创伤检测装置。

背景技术

当今全球范围内自然灾害、交通事故以及局部战争频发，失血性休克已成为导致死亡的重要因素。据流行病学资料显示，在我国的一些城市，创伤已经成为急诊病例的首位，是导致死亡的主要原因，其中创伤导致的失血性休克死亡者占创伤总死亡例数的10％～40％；全世界每年约有580万人死于各类创伤，其中34％～50％的创伤死亡发生在伤后1h内，原因多为失血引发的休克。因此，快速、准确评估失血程度可以在应急救援现场指导伤病员复苏，对早期救治具有非常重要的意义。

目前，临床上一般采用血压、心率、尿量、皮温色泽和精神状态等监测指标对休克进行综合判断。血压是临床使用最为普遍的指标，但休克初期由于代偿性血管收缩，血压可能保持或接近正常；心率加快通常是休克的早期诊断指标之一，但是心率不能判断失血量多少；尿量是反映肾灌注较好的指标，可以间接反映循环状态，但耗时长，难以用于院前。皮温下降、皮肤苍白、精神状态的改变也不是失血性休克的特异性指标，更不能用于失血程度的定量分析。动脉血乳酸浓度和碱缺失作为失血性休克诊断的“金指标”广泛被国内外专家认可，但不能连续无创监测，用于院前有一定的局限性。

近年来，针对常规临床指标检测不及时、不能定量分析、难以应用于院前等不足，一些学者进行了相关研究并提出几种新的检测方法。由于机体失血后为维持重要器官灌注压，会使血管收缩、次要脏器组织氧合作用减少，同时血液被送到心脏和大脑，因此可以用肌氧饱和度来评价外周组织灌注以检测休克程度，但这种方法在低血容量下的有效性仍需待证实。脉搏波形振幅变异率(δpw)也可以用来无创连续检测失血程度，因为δpw对心室的前负荷变化很敏感，能很好地表现中心血容量的变化，但这种方法受到当前无创测量脉搏波形技术的制约，在轻微失血和大量失血条件下准确性不高。口腔黏膜co2分压也能无创连续检测失血程度。如cn202128446u公开了一种“口腔黏膜二氧化碳分压监测装置”，其采用co2微电极采集pbuco2信号，经放大滤波及a/d转换后进行显示，能够用于失血性休克程度的定量分析并指导液体复苏，但这种方法易受外部温度的影响，检测结果容易产生基线漂移。此外，r波振幅、心脏周期变化性、舌下黏膜pco2等指标也能用于应急救援现场定量检测休克程度，但这些方法因检测周期长、操作不便等原因而难以推广。

在应急救援现场环境条件差、病员多、医疗资源有限，如果在“黄金时间”内无法对失血程度进行快速准确地评估，并及时确定合理的复苏方案，会导致救治人员无法实施有效复苏，以至于现场复苏成功率不高，后期并发症和死亡率偏高。因此，在应急救援现场条件下，检测迅速、准确、使用方便成为休克程度检测装置的要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种失血性休克严重程度无创伤检测装置，能快速、准确评估出患者的休克程度。

本发明所述的失血性休克严重程度无创伤检测装置，包括信号处理模块、脉搏波检测模块、组织二氧化碳分压检测模块、肌氧饱和度检测模块、微处理器模块、人机交互模块和电源模块；

所述脉搏波检测模块用于采集患者的脉搏波信息；

所述组织二氧化碳分压检测模块用于采集患者的组织二氧化碳分压信息；

所述肌氧饱和度检测模块用于采集患者的肌氧饱和度信息；

所述信号处理模块对脉搏波检测模块、组织二氧化碳分压检测模块和肌氧饱和度检测模块所采集的信号进行放大、滤波处理，并转换成数字信号后输出，该信号处理模块分别与脉搏波检测模块、组织二氧化碳分压检测模块和肌氧饱和度检测模块连接；

所述微处理器模块接收来自信号处理模块的数字信号，并代入到休克程度模型中，得到患者的休克程度，并基于休克程度发出对应的控制信号给人机交互模块，该微处理器模块与信号处理模块连接；

人机交互模块接收来自微处理器模块的控制信息，并基于该控制信号进行数值显示和报警，该人机交互模块与微处理器模块连接；

电源模块与信号处理模块、微处理器模块和人机交互模块连接，为各模块供电。

进一步，所述休克程度模型为：

s＝a+b*smo2+c*δpw+d*ptco2；

其中：

s表示休克程度；

smo2表示肌氧饱和度；

δpw表示脉搏波形振幅变异率，δpw＝(pwmax-pwmin)/[(pwmax+pwmin)/2]，

pwmax和pwmin分别表示在同一个呼吸周期中的脉搏波的最大振幅和最小振幅；

ptco2表示组织二氧化碳分压；

a、b、c、d均为回归系数。

进一步，利用所述休克程度模型最终得到的休克程度可分为四级，轻度休克、中度休克、重度休克和严重休克；

当失血程度s<5时，视为正常；

当失血程度s处于5～15为轻度休克；

当失血程度s处于15～30为中度休克；

当失血程度s处于30～40为重度休克；

当失血程度s>40时，为严重休克。

进一步，所述微处理器模块包括采样子模块、计算子模块和控制子模块；

所述采样子模块定时采集来自所述脉搏波检测模块、组织二氧化碳分压检测模块和肌氧饱和度检测模块所采集的数据，并输送给所述计算子模块，该采样子模块与计算子模块连接；

所述计算子模块基于所述采样子模块所采集的数据通过计算得到脉搏波形振幅变异率、肌氧饱和度、组织二氧化碳分压数据，将数据输入到休克程度模型中得到休克程度，并输送给所述控制子模块，该计算子模块与控制子模块连接；

所述控制子模块基于所述休克程度生成对应的控制信号，并输出给所述人机交互模块，该控制子模块与人机交互模块连接。

进一步，所述肌氧饱和度检测模块采用近红外光谱传感器，包括光谱探测器和两组近红外光光源；所述近红外光光源一组距离光谱探测器较近，另一组较远，用以发射近红外光；所述光谱探测器用于采集来自组织的反射光谱。

进一步，所述脉搏波检测模块为脉搏波传感器。

进一步，所述人机交互模块包括显示器、指示灯、语音模块、键盘和数据传输接口；

所述键盘用于设置参数与阈值并发送给所述微处理器模块，所述阈值包括脉搏波形振幅变异率的报警阈值、肌氧饱和度的报警阈值、组织二氧化碳分压数据的报警阈值和休克程度的报警阈值中的一种或多种；

所述显示器接收来自所述微处理器模块的数据并显示，其中，显示的数据包括脉搏波波形及其振幅变异率数值、肌氧饱和度的波形及数值、组织二氧化碳分压的波形及数据和休克程度的数值中的一种或多种；

所述指示灯接收来自所述微处理器模块的信号并指示；

所述语音模块接收来自所述微处理器模块的信号，处理后输出音频信号至扬声器，其中，所述音频信号包括传感器脱离报警信息、休克程度超出阈值的报警信息、脉搏波形振幅变异率超出阈值的报警信息、肌氧饱和度超出阈值的报警信息、组织二氧化碳分压超出阈值的报警信息中的一种或多种；

所述数据传输接口用于所述微处理器模块和外围设备之间传输数据。

本发明具有以下优点：

(1)通过检测肌氧饱和度、脉搏波波形振幅变异率和组织二氧化碳分压并建立休克程度模型来对失血性休克程度进行快速评估，相比单纯观察这些参数，弥补了各自的缺陷，能够更准确、更及时地估计出患者的失血量；

(2)肌氧饱和度检测模块、脉搏波检测模块和组织二氧化碳分压检测模块都具有无创、可连续测量的优点；

(3)能够显示检测数据(比如：脉搏波波形及其振幅变异率数值、肌氧饱和度的波形及数值、组织二氧化碳分压的波形及数据)和休克程度及估算失血量数值；

(4)不仅可用于应急救援现场检测休克程度，更重要的在于能够指导其进行复苏；

(5)在传感器脱落时，也能进行相应的报警提示；

(6)使用前输入报警阈值(包括脉搏波形振幅变异率的报警阈值、肌氧饱和度的报警阈值、组织二氧化碳分压数据的报警阈值和休克程度的报警阈值)，当某一个参数超过设定阈值时，系统进行相应的报警提示。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为图1中微处理器模块的结构框图；

图3为图1中组织二氧化碳分压检测模块中的其中一个电极的标定曲线图；

图4为本发明的主流程图；

图中：1、信号处理模块，2、脉搏波检测模块，3、组织二氧化碳分压检测模块，4、肌氧饱和度检测模块，5、微处理器模块，5a、采样子模块，5b、计算子模块，5c、控制子模块，6、人机交互模块，6a、显示器，6b、指示灯，6c、语音模块，6d、键盘，6e、数据传输接口，7、电源模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示的失血性休克严重程度无创伤检测装置，包括信号处理模块1、脉搏波检测模块2、组织二氧化碳分压检测模块3、肌氧饱和度检测模块4、微处理器模块5、人机交互模块6和电源模块7。其中：所述脉搏波检测模块2用于采集患者的脉搏波信息。所述组织二氧化碳分压检测模块3用于采集患者的组织二氧化碳分压信息。所述肌氧饱和度检测模块4用于采集患者的肌氧饱和度信息。所述信号处理模块1对脉搏波检测模块2、组织二氧化碳分压检测模块3和肌氧饱和度检测模块4所采集的信号进行放大、滤波处理，并转换成数字信号后输出，该信号处理模块1分别与脉搏波检测模块2、组织二氧化碳分压检测模块3和肌氧饱和度检测模块4连接。所述微处理器模块5接收来自信号处理模块1的数字信号，并代入到休克程度模型中，得到患者的休克程度，并基于休克程度发出对应的控制信号给人机交互模块6，该微处理器模块5与信号处理模块1连接。人机交互模块6接收来自微处理器模块5的控制信息，并基于该控制信号进行数值显示和报警，该人机交互模块6与微处理器模块5连接。电源模块7与信号处理模块1、微处理器模块5和人机交互模块6连接，为各模块供电。本实施例中，电源模块可采用充电锂电池，以及直接与ac220v连接。

本实施例中，所述休克程度模型为：

s＝a+b*smo2+c*δpw+d*ptco2；

其中：s表示休克程度；smo2表示肌氧饱和度；δpw表示脉搏波形振幅变异率，δpw＝pwmax-pwmin/[pwmax+pwmin/2]，pwmax和pwmin分别表示在同一个呼吸周期中的脉搏波的最大振幅和最小振幅；ptco2表示组织二氧化碳分压；a、b、c、d均为回归系数。

本实施例中，休克程度可分为四级，轻度休克、中度休克、重度休克和严重休克；其中：当失血程度s<5时，视为正常；当失血程度s处于5～15为轻度休克；当失血程度s处于15～30为中度休克；当失血程度s处于30～40为重度休克；当失血程度s>40时，为严重休克。

以下对各模块进行详细的介绍：

一、脉搏波检测模块

1、脉搏波检测模块2为脉搏波传感器，用于采集脉搏波信号。本实施例中脉搏波检测模块2采用一种用于脉搏测量的光电反射式模拟传感器pulsesensor。其检测脉搏波的基本原理是利用人体组织在血管搏动时造成透光率不同来进行脉搏测量。脉搏波传感器由光源和光电变换器两部分组成，光源一般采用对动脉血中氧和血红蛋白有选择性的一定波长(500nm～700nm)的发光二极管。当光束透过人体外周血管，由于动脉搏动充血容积变化导致这束光的透光率发生改变，此时由光电变换器接收经人体组织反射的光线，转变为电信号并将其放大和输出。使用时，脉搏波传感器佩戴于手指或耳垂等处，通过导线连接可将采集到的模拟信号传输给单片机用来转换为数字信号，再通过简单计算后就可以得到相应数值。脉搏波检测模块2供电电压要求3.3v，输出信号大小0～3.3v，工作环境温度要求-40℃～85℃。

2、脉搏波形变异率检测原理

脉搏波形变异率δpw用如下公式来计算：

δpw＝pwmax-pwmin/[pwmax+pwmin/2](1)

其中，pwmax和pwmin分别代表在同一个呼吸周期中脉搏波的最大振幅和最小振幅，脉搏波的振幅高度通过测量每次脉搏波形的波谷到接下来波峰的垂直距离得到。

3、脉搏波形变异率检测方法

使用时，将脉搏波传感器佩戴于手指或耳垂等处，通过导线连接将采集到的模拟信号传输给单片机的a/d转换模块进行模数转换，再通过公式计算即可得到δpw。

关键程序如下所示：

二、组织二氧化碳分压检测模块

1、组织二氧化碳分压检测模块3为组织二氧化碳分压传感器，包括支撑部件和固定在其上的co2微电极与热电偶探针。其中，co2微电极用于采集组织二氧化碳分压信号(本实施例中，检测的部位为舌下或者口腔粘膜)。

以下以采集口腔黏膜为例进行说明，热电偶探针用于采集口腔黏膜的温度信号，用于温度补偿。其中，co2传感器使用microelectrodes的浸没式co2微电极，该电极属于stow-severinghaus型co2气敏电极，由ph玻璃电极、ag-agcl参考电极与带有疏水-气体选择性膜(聚四氟乙烯膜)的塑料管组成。

实验前，利用5％,10％和15％的co2标准气体(上海伟创)，在25℃下进行标定，利用matlab软件(vr9.0)进行拟合后，其中某个电极的标定曲线，参见图3。

根据标定曲线，可得co2浓度计算公式：

y＝161.6e^0.114x(2)

其中，y表示co2浓度，x表示电极电压输出值。考虑到体温变化对微电极的影响，还需要对测量结果进行修正。

co2传感器进行测量后，输出电压信号，经毫伏适配器进行放大、滤波处理；微型热电偶探针用于测量口腔黏膜的温度，通过惠斯通桥式电路与放大滤波电路连接，输出电压信号。co2传感器和微型热电偶探针的输出信号利用单片机的a/d转换模块进行ad采样(采样频率设置为20hz)，然后将数据代入公式进行计算，最后得到co2浓度。

三、肌氧饱和度检测模块

本实施例中，所述肌氧饱和度检测模块4采用近红外光谱传感器，包括光谱探测器和两组近红外光光源；所述近红外光光源一组距离光谱探测器较近，另一组较远，用以发射近红外光；所述光谱探测器用于采集来自组织的反射光谱。

四、人机交互模块

所述人机交互模块6包括显示器6a、指示灯6b、语音模块6c、键盘6d和数据传输接口6e。

所述键盘6d用于设置参数与阈值并发送给所述微处理器模块5，所述阈值包括脉搏波形振幅变异率的报警阈值、肌氧饱和度的报警阈值、组织二氧化碳分压数据的报警阈值和休克程度的报警阈值中的一种或多种。本实施例中，所述阈值包括脉搏波形振幅变异率的报警阈值、肌氧饱和度的报警阈值、组织二氧化碳分压数据的报警阈值和休克程度的报警阈值。

所述显示器6a接收来自所述微处理器模块5的数据并显示，其中，显示的数据包括脉搏波波形及其振幅变异率数值、肌氧饱和度的波形及数值、组织二氧化碳分压的波形及数据和休克程度的数值中的一种或多种。本实施例中，显示的数据包括脉搏波波形及其振幅变异率数值、肌氧饱和度的波形及数值、组织二氧化碳分压的波形及数据和休克程度的数值。

所述指示灯6b接收来自所述微处理器模块5的信号并指示。

所述语音模块6c接收来自所述微处理器模块5的信号，处理后输出音频信号至扬声器，其中，所述音频信号包括传感器脱离报警信息(即在某一传感器发生脱离时，系统发出报警信息)、休克程度超出阈值的报警信息(即当休克程度超出设定的休克程度阈值时，系统发出报警信息，本实施例中，默认是休克程度15)、脉搏波形振幅变异率超出阈值的报警信息(即在脉搏波波形及其振幅变异率数值超出预设的脉搏波形振幅变异率阈值时，系统发出报警提示)、肌氧饱和度超出阈值的报警信息、组织二氧化碳分压超出阈值的报警信息中的一种或多种。本实施例中，所述音频信号包括传感器脱离报警信息、休克程度超出阈值的报警信息、脉搏波形振幅变异率超出阈值的报警信息、肌氧饱和度超出阈值的报警信息、组织二氧化碳分压超出阈值的报警信息。

所述数据传输接口6e用于所述微处理器模块5和外围设备之间传输数据。

五、微处理器模块

如图2所示，所述微处理器模块5包括采样子模块5a、计算子模块5b和控制子模块5c；所述采样子模块5a定时采集来自所述脉搏波检测模块2、组织二氧化碳分压检测模块3和肌氧饱和度检测模块4所采集的数据，并输送给所述计算子模块5b，该采样子模块5a与计算子模块5b连接。所述计算子模块5b基于所述采样子模块5a所采集的数据通过计算得到脉搏波形振幅变异率、肌氧饱和度、组织二氧化碳分压数据，将数据输入到休克程度模型中得到休克程度，并输送给所述控制子模块5c，该计算子模块5b与控制子模块5c连接。所述控制子模块5c基于所述休克程度生成对应的控制信号，并输出给所述人机交互模块6，该控制子模块5c与人机交互模块6连接。

本实施例中，微处理器模块5采用美国cygnal公司推出的c8051f系列单片机中的一款小型单片机c8051f320。它具有与mcs-51内核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有标准8051的数字外设部件之外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其它数字外设及功能部件。内部flash存储器可实现在系统编程，既可作程序存储器也可作非易失性数据存储。片内jtag仿真电路提供全速的电路内仿真，不占用片内用户资源。支持断点、单步、观察点、运行和停止等调试命令，并支持存储器和寄存器校验和修改。

如图4所示，本装置的使用过程如下：装置开机并进入初始化，待系统初始化完成后，设置各个参数的报警阈值(比如：脉搏波形振幅变异率的报警阈值、肌氧饱和度的报警阈值、组织二氧化碳分压数据的报警阈值和休克程度的报警阈值)；并输入病人的信息(比如：姓名、年龄、性别、身高和体重)。通过脉搏波检测模块2采集脉搏波，通过组织二氧化碳分压检测模块3采集组织二氧化碳分压数据，利用肌氧饱和度检测模块4采集肌氧饱和度数据。判断传感器(比如：电极)是否脱落，若传感器已脱落，则进行语音报警提示；若传感器未脱落，则计算休克程度s，并显示休克程度的数值以及估算失血量；同时将休克程度s与预设的休克程度阈值进行比较，若休克程度s超出休克程度阈值，则进行语音报警提示。

本实施例中，还能够实时将搏波形振幅变异率、肌氧饱和度以及组织二氧化碳分压分别与对应的阈值进行比较，若某一参数超出了对应的阈值，系统也会发出语音报警提示。