一种气动便携式智能心肺复苏机

1.本发明属于心肺复苏设备技术领域，具体涉及一种气动便携式智能心肺复苏机。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.心脏骤停一旦发生，如得不到即刻及时地抢救复苏，4～6min后会造成患者脑和其他人体重要器官组织的不可逆的损害。心肺复苏是帮助心脏骤停的患者迅速重建呼吸与循环，保证心、脑等重要脏器血氧供应的一系列急救措施，是应对心脏骤停最为有效手段。胸外按压是心肺复苏过程中最为重要的环节，其核心为通过对患者胸部的连续性按压促进患者自主循环恢复，恢复患者的自主呼吸和自主循环，避免因心脏骤停引发的组织器官长时间缺氧而造成的不可逆损伤。因此心脏骤停后的胸外按压必须立即进行，为进一步抢救赢得最宝贵的时间。
4.传统的胸外按压多采用人工按压操作，不仅需要依靠施救者的按压经验和技能，更需要施救者付出大量的体力，且按压的深浅、力度等很难保证符合要求，往往随着按压的持续和施救者疲劳的加剧，按压质量明显下降。因此，通过自动化的装置替代人力按压已成为当前心肺复苏领域的研究热点。目前已有的心肺复苏机多为标准化按压设备，其特点是输出的按压频率和深度恒定，无法针对不同个体特征和生理状态提供精准的按压治疗。且此类设备往往需要固定在治疗床或者治疗架上，便携性较差。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，提出一种气动便携式智能心肺复苏机，本发明的按压执行机构采用变程气缸，针对不同患者的胸廓调节合适的按压深度；气源采用便携式气瓶和调压阀门，以实现装置便携性和按压力度可调性，为智能急救技术的发展提供了新的技术手段。
6.根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
7.一种气动便携式智能心肺复苏机，包括按压执行机构、控制系统、检测模块和气源装置，其中：
8.所述按压执行机构包括驱动机构、变程气缸和按压吸盘，所述驱动机构用于调整变程气缸的行程，变程气缸的输出端连接按压吸盘；
9.所述气源装置连接变程气缸，用于向所述变程气缸提供气压，通过调节提供的气压大小，改变变程气缸输出的按压力；
10.所述检测模块包括设置于按压吸盘的压力传感器和六维力传感器，以及生理检测模块，分别用于检测按压的力度与加速度，以及生理参数信号；
11.所述控制系统，接收检测模块的检测值，被配置为基于检测值计算当前按压参数，根据生理参数信号确定按压参数是否合适，在不合适时计算调整按压参数的控制量，以控
制所述驱动机构的动作和气源装置提供的气压。
12.作为可选择的实施方式，所述驱动机构包括驱动电机、丝杆和固定器，所述变程气缸的行程由固定器和气缸之间的距离决定，驱动电机通过丝杆连接变程气缸，所述固定器沿丝杆移动，通过驱动电机的旋转使固定器在丝杆上移动以改变固定器的位置，实现行程的调节。
13.作为可选择的实施方式，所述气源装置包括气瓶、连接管路和控制阀，所述气瓶通过连接管路连接所述变程气缸，所述控制阀用于控制连接管路的开度。
14.作为进一步的限定，所述连接管路上设置有气压检测模块。
15.作为进一步的限定，所述气瓶包括动力气瓶和调节气瓶，所述调节气瓶用于向所述变程气缸通过提供可调按压气压，所述动力气瓶用于向调节气瓶提供初始恒定气压。
16.作为进一步的限定，所述气瓶设置有解压阀。
17.作为可选择的实施方式，所述生理检测模块包括呼气末二氧化碳采集模块或/和心率采集模块。
18.作为进一步的限定，所述控制系统被配置为计算呼气末二氧化碳或/和心率数据，计算其和正常值的当前误差值，根据当前误差值，利用模糊控制，确定用于调整按压参数的控制量。
19.作为进一步的限定，所述控制系统被配置为将当前误差值的基本论域转换至模糊子集论域，根据模糊集合和模糊关系理论，确定控制量和误差值的关系，根据确定的关系，确定实际控制量，再进行反模糊化，得到精确的控制量。
20.作为进一步的限定，所述按压参数包括按压压力、按压频率和按压深度。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
22.本发明的按压杆采用吸附式按压盘，在按压期能向下按压胸廓，而在提升期可向上提拉胸廓，从而保证胸廓的充分回弹，促进血液回流和肺的充气。
23.本发明的按压执行机构采用变程气缸，针对不同患者的胸廓调节合适的按压深度；气源采用便携式气瓶和调压阀门，以实现装置便携性和按压力度可调性。
24.本发明的控制采用模糊控制，引入呼气末co2和心率参数引导按压，保证按压效果控制更为个性化、更为准确。
25.本发明可以根据病人的状态以及按压状态，对按压效果进行准确评估，以改变按压参数，具有重要的临床意义价值。利用模糊控制和机器学习的机制，根据病人的各项生理参数动态调整按压的基本参数，实现智能化的按压方式。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
27.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
28.图1为便携式智能心肺复苏机正面构造；
29.图2为便携式智能心肺复苏机背面构造；
30.图3为气源装置背面结构图；
31.图4为按压执行机构结构图；
32.图5为便携式智能心肺复苏机的流程图；
33.图6为便携式智能心肺复苏机的使用状态图。
34.其中：1为控制面板按钮，2为控制面板显示器，3、6为气瓶解压口，4、5为连接气管，7为气体压力表，8为气瓶固定架，9为控制面板外壳，10为提拉把手，11为按压控制盒，12、14为生理信号输入接口，13为紧急制动按钮，15、17为气瓶，16为固定背带，18为压力传感器与六维力传感器，19为按压吸盘，20为控制面板外壳，21为调压电机，22为手动解压阀，23为步进电机，24为丝杆，25为轴承固定器。
具体实施方式：
35.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
36.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
37.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
38.一种气动便携式智能心肺复苏机，包括按压执行机构、控制系统、检测模块和气源装置，其中：
39.所述按压执行机构包括驱动机构、变程气缸和按压吸盘，所述驱动机构用于调整变程气缸的行程，变程气缸的输出端连接按压吸盘；
40.所述气源装置连接变程气缸，用于向所述变程气缸提供气压，通过调节提供的气压大小，改变变程气缸输出的按压力；
41.所述检测模块包括设置于按压吸盘的压力传感器和六维力传感器，以及生理检测模块，分别用于检测按压的力度与加速度，以及生理参数信号；
42.所述控制系统，接收检测模块的检测值，被配置为基于检测值计算当前按压参数，根据生理参数信号确定按压参数是否合适，在不合适时计算调整按压参数的控制量，以控制所述驱动机构的动作和气源装置提供的气压。
43.具体的，如图1和图2所示，便携式智能心肺复苏机包括主板，主板两侧设置有提拉把手，主板上设置有固定背带，以帮助患者固定便携式智能心肺复苏机。主板上贯穿设置有按压执行机构。主板的一侧设置有气源装置，以为按压执行机构的气缸提供气源。
44.按压执行机构的结构如图4所示，按压气缸的末端设计有吸盘结构，可以吸附于病人胸部，在按压过程中提供按压与提拉作用。吸盘底部安装有压力传感器和六维力传感器，监测按压的力度与加速度，以计算按压的深度。气缸的另一端被设计为丝杆，气缸的行程由固定器和气缸之间的距离决定，通过直流电机的旋转使固定器在丝杆上移动以改变固定器的位置，实现气缸行程的调节。
45.在本实施例中，如图3所示，气源装置包括气瓶、连接管路和控制阀，所述气瓶通过连接管路连接所述变程气缸，所述控制阀用于控制连接管路的开度。连接管路上设置有气
压检测模块，气瓶设置有解压阀。
46.气源通过接口3连接pu管，pu管接控制阀(电磁阀)控制气缸的运动。
47.本实施例采用双气瓶提供按压动力，气体通过步进电机调节的阀门进入管道。初始状态下，两气瓶中的气压不同，分为动力气瓶和调节气瓶，其中，调节气瓶中的气压满足提供标准初始按压气压，在初期按压过程中，仅依靠调节气瓶的气体进行按压，动力气瓶阀门关闭。在进行一段时间的按压后，通过传感器采集的按压数据以及输入的生理数据，改变按压的参数。其中如果需要改变按压力度，通过开启或关闭动力气瓶的阀门即可实现调节气瓶内压，继而实现增大或减小按压的力度。
48.初始状态下，调节气瓶中存在一定的气体以提供初始压力，此时依靠调节气瓶气压不一定可以提供按压所需的全部压力，且在不断输出气体的情况下，调节气瓶内气压不断降低，最终无法完成按压的全部过程。因此需要动力气瓶，动力气瓶内注有大量高压气体，可支持整个按压过程。在调节气瓶的气体不足时，注入动力气瓶内气体，实现调节气瓶内气压值为恒定，或依靠减压阀减小气压，也可依靠不断注入气体提高调节气瓶内气压。
49.通过生理参数的变化，改变按压的压力需要借助动力气源不断调整气体输出，进而调整调节气瓶压力。具体生理参数与按压压力可以根据经验确定，也可以根据按压位置信息和压力信息确定按压执行单元的按压深度，以按压深度和压力信息为输入参数，利用深度学习算法确定各按压执行单元的输出力值调整信息。
50.气缸的运行依靠电磁阀的控制，通过控制系统连接接继电器改变电压以控制电磁阀的运动，电磁阀的运行包括两种状态，对应气缸的伸缩，通过程序实现电磁阀状态的动态可控，实现按压过程的自动化和智能化。
51.电磁阀为控制阀的执行机构，是指调节气瓶为气缸供给气压利用电磁阀，电磁阀存在两种运行状态(开关)。直流电机应该是用于调节气瓶压力，与控制阀没有关联。
52.设备运行的流程图如图5所示。首先是安放设备，取下气瓶，使用固定背带固定病人肩部。按下开始按钮，按压头下降至与病人胸部接触，如图6所示。随后按压过程开始，通过调节按钮可以人为改变按压参数。结束按压后，按下结束按钮，按压停止，按压头离开病人胸部，解下固定带，固定好气瓶，按压设备的使用过程结束。
53.如果按压过程中接入呼气末co2和心率采集模块，则会按照二者采集的数据自动调整按压的参数。按压过程中，通过输入接口输入实时心率或呼气末co2数据nr
t
，对于正常值ni，计算出当前误差值：
54.e＝nr
t-niꢀꢀꢀ
(1)
55.根据已有的实验数据，可设定误差的基本论域为[-xe,xe]，设定误差变化的基本论域为[-xc,xc]，设定模糊控制器的输出变量的基本论域为[-yu,yu]。随后需要进行模糊化，从接收生理数据的基本论域[xa,xb]到模糊子集论域[-yn,yn]的转换公式为：
[0056][0057]
根据模糊集合和模糊关系理论，定义u为输出控制量，得到输入输出关系为：
[0058]
u＝f(e,r)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0059]
其中模糊关系r定义为：
[0060]
μr(x,y)＝min[μa(x),μb(y)]
ꢀꢀꢀ
(4)
[0061]
由于本系统的控制规则库是由若干条规则组成的，对于每一条推理规则都可以得到一个相应的模糊关系，对于整个系统的全部控制规则所对应的模糊关系可对n个模糊关系ri(i＝1,2,3,...,n)取并操作得到：
[0062][0063]
模糊控制向量的模糊判决-清晰化，利用重心法求得系统控制量的量化等级u：
[0064][0065]
模糊关系，模糊推理以及模糊判决的运算可以离线进行，最后得到模糊控制输入量的量化等级e与输出量即系统控制量的量化等级u之间的确定关系。
[0066]
实际的控制量u应为量化等级u乘以比例因子，设实际的控制量u的变化范围为[a,b]，量化等级为(-n,-n+1,...,0,...,n-1,n),则实际的控制量应为：
[0067][0068]
按照“隶属度最大原则”进行反模糊化，模糊算法所得到的模糊控制量需要转换为精确的控制量以调整按压参数，取当前采集压力、频率、深度数据分别为：f
p0
，f
r0
，d
h0
。则各参数变化量为f
p
(u)，fr(u)，dh(u)，即控制量为u的情况下对应的参数变化量。调整过后的压力、频率、深度数据分别为：f
p0
+f
p
(u)，f
r0
+fr(u),d
h0
+dh(u)，以此实现了按压过程中的参数调整。
[0069]
如果有方案基于模糊控制方式利用心率和呼气末co2指导按压，应当视为同一发明。如果有方案设置其他类型的生理参数基于模糊控制方式指导按压，应视为同一发明。如果有方案简单修改按压装备的外观构造，应当视为同一发明。如果有方案简单修改按压装备的按压执行构造，应当视为同一发明。
[0070]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0071]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0072]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0073]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0074]
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。