专利名称：胸外按压生理反馈信号模拟器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种医学生理信号模拟器，特别是涉及一种胸外按压生理反馈信号模拟器。
背景技术：
抢救心脏骤停患者，通常采取胸外按压急救方法。胸外按压的主要目的是为大脑和心脏等人体重要器官及时提供血液供给，促使人体血液自主循环的重新建立。因此，急救过程中，人体血液循环的血流量是评价胸外按压质量的核心指标。急救过程中，与人体血液循环血流量相关的生理参数(比如冠脉灌注压、呼吸末二氧化碳分压和平均动脉舒张压) 是评价胸外按压质量的核心指标。我们将冠脉灌注压(Coronary Perfusion Pressure, CPP)、呼吸末二氧化碳分压(Pressure of End-Tidal C02，PETC02)和平均动脉舒张压 (Mean Arterial Relaxation Pressure, MARP)这些能够反应胸外按压质量的生理信号统称为胸外按压生理反馈信号。大量研究表明，CPP、PETC02和MARP与患者心肺复苏血流量和自主循环重建效果有着密切联系。CPP作为冠脉灌注血流的主要驱动力，与患者心肌血流量和自主循环的建立存在极大的相关性。只有在CPP大于15mmHg的情况下，才有可能重新建立自主血液循环。国内外众多胸外按压评估实验都将其作为核心评价指标，视其为评价胸外按压质量的金标准。同时，2010年美国心脏协会心肺复苏与心血管急救指南提出了将PETC02和MARP 作为评价胸外按压质量的无创和有创指标，明确了在PETC02小于IOmmHg或者在MARP小于 20mmHg的情况下尝试提高胸外按压质量的要求。目前，在急救人员胸外按压操作培训中，都仅将按压深度和频率的统一化标准作为评价指标，施救过程中，对不同患者的胸外按压深度和频率统一化，虽然有利于急救人员对胸外按压的掌握，方便其操作，但是却忽视了患者的个体差异。由于患者体型、胸部厚度、 按压位置以及健康状况的不同，同一标准深度和频率的胸外按压将对不同的患者产生不同的人体血液循环血流量，导致对某些患者进行胸外按压的急救效果不佳甚至无效。为了针对患者的不同情况采用个性化急救方案，以提高胸外按压效率，就必须对与患者血流量相关的生理参数进行全面了解，从而提供更加有效、满足患者实际生理情况的胸外按压操作。因此，模拟仿真胸外按压关键生理反馈信号，使急救人员从患者本身生理变化角度全面准确地了解掌握胸外按压质量，从而提供符合患者实际生理情况的有效胸外按压操作，对提高胸外按压急救质量和心肺复苏急救培训质量均具有重要意义。目前，国内外并未发现此类能够模拟仿真心脏骤停患者在胸外按压期间冠脉灌注压、平均动脉舒张压和呼吸末二氧化碳分压的文献和产品。
实用新型内容本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种胸外按压生理反馈信号模拟器。[0008]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是一种胸外按压生理反馈信号模拟器，包括位移采样模块、键盘、微控制器、液晶显示屏，其中所述位移采样模块采集来自位移传感器检测得到的胸外按压深度信号；所述键盘用于设置具体胸泵因子数据和胸外按压生理反馈信号的安全范围数据；所述微控制器接收来自所述位移采样模块的所述胸外按压深度信号并处理为可供微控制器计算处理的相应胸外按压深度数据，所述微控制器通过计算单位时间内的所述胸外按压深度信号周期性变化次数得到胸外按压频率数据，所述微控制器还接收来自键盘的胸泵因子数据和安全范围数据；所述微控制器基于胸外按压反馈生理信号模拟仿真模型，通过相应的仿真算法程序对所述的胸外按压深度数据、胸外按压频率数据、胸泵因子数据和安全范围数据进行处理，得到冠脉灌注压仿真数据、平均动脉舒张压仿真数据和呼吸末二氧化碳分压仿真数据；所述液晶显示屏显示来自所述微控制器的如下数据胸泵因子数据、胸外按压深度数据、胸外按压频率数据、冠脉灌注压仿真数据、平均动脉舒张压仿真数据、呼吸末二氧化碳分压仿真数据。本实用新型具有的优点和积极效果是能够模拟仿真心脏骤停患者在胸外按压过程中的CPP、MARP和PETC02这些能够反应胸外按压质量的关键生理反馈信号。通过调节胸泵因子，能够模拟仿真患者在不同胸泵机制和心泵机制交互作用下的胸外按压生理反馈信号。这些胸外按压生理反馈信号能够通过液晶显示屏显示，并以模拟信号或数字信号的形式供外部信号采样设备采集使用。同时，在超出预定报警范围时，模拟器能够产生声光报警。此外，模拟器可以存储胸外按压全过程的关键生理反馈信号模拟数据，供日后分析使用。本实用新型可用于心肺复苏的急救培训，通过精确模拟仿真在不同胸外按压操作下的冠脉灌注压、平均动脉舒张压和呼吸末二氧化碳分压，急救人员能够全面了解影响患者自主循环重建的生理反馈信号变化情况，更加客观准确地掌握胸外按压质量，突破目前普遍采用的以统一胸外按压深度和频率为标准评价胸外按压质量的局限性，达到采用个性化急救方案提高胸外按压效率的本质目的。
图1是本实用新型的硬件结构框图；图2是本实用新型的胸外按压生理反馈信号模拟仿真模型结构框图；图3是人体血液循环模型图；图4是胸腔血液循环模型图。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下请参阅图1，图1是本实用新型胸外按压生理反馈信号模拟器硬件结构框图，该模拟器利用位移采样模块采集胸外按压深度信号；通过键盘设置具体胸泵因子值和胸外按压生理反馈信号的安全范围，并将这些数据和信号实时传送给微控制器。微控制器内部的模数转换器采集来自位移采样模块的胸外按压深度信号，并转换成数字量传送给微控制器的 CPU,由CPU进行运算处理。同时，微控制器通过计算单位时间内的胸外按压深度信号周期性变化次数，得到胸按压频率。微控制器综合胸外按压深度、胸外按压频率和胸泵因子，并结合根据胸外按压反馈生理信号模拟仿真模型编写的算法程序，得到当前冠脉灌注压、平均动脉舒张压和呼吸末二氧化碳分压的模拟仿真数据。这些仿真数据通过外部接口以模拟信号或数字信号的方式供外部采样设备采集使用。同时，微控制器驱动液晶显示屏显示胸外按压生理反馈数据，并在仿真数据超出预设安全范围时驱动扬声器发出报警信号。此外， 微控制器通过外设存储器存储胸外按压过程中的按压深度、按压频率、胸泵因子和胸外按压生理反馈信号，供日后分析使用。请参阅图2，图2是本实用新型的胸外按压生理反馈信号模拟仿真模型结构框图。 其中各部分构成及功能介绍如下模型输入参数胸外按压深度和胸外按压频率胸外按压深度通过位移采样模块检测得到，胸外按压频率由微控制器通过计算单位时间内的胸外按压深度信号周期性变化次数得到。胸泵因子胸外按压作用机理存在胸泵机制和心泵机制两种解释。利用胸泵因子， 能够准确仿真模拟不同患者胸外按压胸泵机制和心泵机制交互作用效果。作用在纵膈上的压力等于纵膈压力PM与胸泵因子的乘积。当胸泵因子为0时，为纯心泵作用，在此情况下， 如同开胸胸外按压一样，按压压力仅作用于左心室和右心室；当胸泵因子为1时，为纯胸泵作用，在此情况下，所有的纵膈结构，包括大静脉和胸主动脉均受到胸内压的作用。实际上， 胸外按压为胸泵机制和心泵机制综合作用的结果，人体和动物的胸泵因子介于0和1之间， 不同体型的个体，或同一个个体在不同的生理状态下有着不同的胸泵因子。CPP、PETC02和 MARP等反应胸外按压质量的关键生理反馈信号与胸泵因子有直接关系，即在相同按压深度和频率的胸外按压作用情况下，胸泵因子直接影响到CPP、PETC02和MARP等反应胸外按压质量的生理反馈信号。心肺复苏血液循环模块心肺复苏血液循环模块由14个脉管和器官子模块构成，各子模块之间为流体阻尼通路，血流经过阻尼通路进行循环，请参阅图3和图4，图3是人体血液循环模型图，模拟体循环中血流经过相应脉管和器官的阻尼通路进行循环。图4是胸腔血液循环模型图，模拟肺循环中血流经过相应脉管和器官的阻尼通路进行循环。图中符号名称及下标定义如表1所示。模型中各个脉管和器官的顺应性C和流体阻尼R等生理参数均来自一位体重为 70kg的正常成年男性，具体生理参数数值可通过查阅相关生理解剖学资料获得。表1
权利要求1.一种胸外按压生理反馈信号模拟器，其特征在于，包括位移采样模块、键盘、微控制器、液晶显示屏，其中所述位移采样模块采集来自位移传感器检测得到的胸外按压深度信号； 所述键盘用于设置具体胸泵因子数据和胸外按压生理反馈信号的安全范围数据； 所述微控制器接收来自所述位移采样模块的所述胸外按压深度信号并处理为可供微控制器计算处理的相应胸外按压深度数据，所述微控制器通过计算单位时间内的所述胸外按压深度信号周期性变化次数得到胸外按压频率数据，所述微控制器还接收来自键盘的胸泵因子数据和安全范围数据；所述微控制器基于胸外按压反馈生理信号模拟仿真模型，对所述的胸外按压深度数据、胸外按压频率数据、胸泵因子数据和安全范围数据进行处理，得到冠脉灌注压仿真数据、平均动脉舒张压仿真数据和呼吸末二氧化碳分压仿真数据； 所述液晶显示屏显示来自所述微控制器的仿真参数和数据。
2.根据权利要求1所述的胸外按压生理反馈信号模拟器，其特征在于，所述胸外按压反馈生理信号模拟仿真模型包括心肺复苏血液循环仿真模块，由14个脉管和器官子模块构成，所述14个脉管和器官子模块为腹腔大动脉、胸主动脉、颈动脉、股动脉、股静脉、骼动脉、骼静脉、下腔静脉、颈静脉、中心肺动脉、外周肺动脉、外周肺静脉、右心房和右心室，各子模块之间为流体阻尼通路，血流经过阻尼通路进行循环；所述心肺复苏血液循环仿真模块产生所述14个脉管和器官在不同时间点的瞬时血压仿真数据，其中包括胸主动脉压和右心房压仿真数据；冠脉灌注压仿真模块，输入来自心肺复苏血液循环仿真模块的胸主动脉压和右心房压仿真数据，产生冠脉灌注压仿真数据；平均动脉舒张压仿真模块，输入来自心肺复苏血液循环仿真模块的胸主动脉压，产生平均动脉舒张压仿真数据；冠脉灌注压-呼吸末二氧化碳分压关系仿真模块，输入来自冠脉灌注压仿真模块的冠脉灌注压仿真数据，产生呼吸末二氧化碳分压仿真数据。
3.根据权利要求1所述的胸外按压生理反馈信号模拟器，其特征在于，还包括外部接口，所述外部接口输出来自所述微控制器的仿真数据。
4.根据权利要求1所述的胸外按压生理反馈信号模拟器，其特征在于，还包括扬声器， 所述扬声器受所述微控制器驱动，当冠脉灌注压仿真数据、平均动脉舒张压仿真数据和呼吸末二氧化碳分压仿真数据超出预设安全范围数据时，所述微控制器驱动所述扬声器发出报警信号。
5.根据权利要求1所述的胸外按压生理反馈信号模拟器，其特征在于，还包括外设存储器，所述外设存储器存储来自所述微控制器的仿真参数和数据。
专利摘要本实用新型公开了一种胸外按压生理反馈信号模拟器，包括位移采样模块、键盘、微控制器、液晶显示屏，微控制器接收来自位移采样模块的胸外按压深度信号并处理为相应胸外按压深度数据，微控制器获得胸外按压频率数据，微控制器还接收来自键盘的胸泵因子数据和安全范围数据；微控制器对数据进行处理，得到冠脉灌注压仿真数据、平均动脉舒张压仿真数据和呼吸末二氧化碳分压仿真数据。本实用新型可用于心肺复苏的急救培训，达到采用个性化急救方案提高胸外按压效率的目的。
文档编号G09B9/00GK202075739SQ20112007536
公开日2011年12月14日 申请日期2011年3月21日 优先权日2011年3月21日
发明者吴太虎, 张广, 赵鹏, 郑捷文, 钱绍文 申请人:中国人民解放军军事医学科学院卫生装备研究所