除颤电极片组件、设备及除颤电极片损耗估算方法、介质与流程

本发明涉及心肺复苏设备，特别涉及可智能显示除颤电极片损耗的除颤电极片组件、设备及除颤电极片损耗估算方法、介质。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本技术相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、心脏骤停病人早期85％～90％是室颤，治疗室颤最有效的方法是及早使用aed（automated external defibrillator，自动体外心脏除颤器）除颤。室颤发生后，最有效的是在3-5分钟内除颤，除颤每推迟1分钟，存活率降低7％～10％。我国每年约54万人死于心脏骤停，在公共场合放置aed急救设备是降低心脏骤停猝死的重要措施。aed体外除颤是cpr（cardio pulmonary resuscitation，心肺复苏术）当中的一个重要步骤。使用aed的人为aed，cpr的实施者（以下简称实施者），接受aed体外除颤的人为aed，cpr的接受者（以下简称患者）。

3、目前，aed已经被广泛应用在医院之外的公共场所配置中，用于及时救助由于突发心脏骤停的患者，aed主要结构分为电能存储、主控单元、放电单元、电极片等。aed电极片是自动体外除颤仪（aed）的重要组成部分，用于将电能传递到患者的心脏以恢复正常心律，aed电极片一般采用导电材料和凝胶材料制成，具有良好的导电性能和粘附性，能够紧密贴合在患者的胸部皮肤上。在对aed电极片的研发过程中发现，电极片的寿命（或保质期）大多是由凝胶材料的损耗程度来决定的，当一个aed设备放置在公共场所中时间长了，受外界环境影响以及aed设备自身的密闭性影响，aed电极片中的凝胶材料有可能失效，而实施者在需要使用aed时是不能知晓该aed电极片是否失效的，从而在对患者实施aed体外除颤时除颤效果打折扣，对患者的救治效果降低，如果是在使用后才发现该aed电极片已失效并进行更换，则会平白损失一两分钟的施救时间，降低患者存活率。

4、因此，如何解决目前缺失对除颤电极片寿命损耗进行持续测量及显示的技术手段，便成为本发明所要研究解决的课题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种除颤电极片组件、设备及除颤电极片损耗估算方法、介质。

2、为达到上述目的，本发明的第一方面提出了一种除颤电极片损耗估算方法，所述损耗估算方法包含以下步骤：

3、s100、设置用于进行凝胶材料电化学衰减估计的环境容器，该环境容器中配备用于观测湿度、气压序列的湿度传感器、气压传感器，并确定以环境变量和激活能失效机理变量作为凝胶材料电化学衰减估计的隐含气密性相关参数对除颤电极片损耗进行估算；

4、s200、建立隐马尔可夫模型，使用隐马尔可夫模型建立在观测的湿度、气压序列下的隐含气密性相关参数的隐马尔可夫过程，使用湿度、气压序列的观测值作为隐马尔可夫链的观测矢量并定义为湿度气压观测序列合集，使用隐含气密性相关参数作为隐马尔可夫链的隐状态矢量并定义为气密性隐状态序列；

5、s300、对隐马尔可夫模型进行学习，采集多组湿度气压观测序列来对模型参数进行调整，其中将各组湿度气压观测序列下获得最优的模型参数集合来做为确定模型参数；

6、s400、对隐马尔可夫模型解码并对除颤电极片损耗进行估算，使用设备时根据前一时刻湿度、气压序列所对应的湿度气压观测序列以及确定模型参数进行解码，来获得当前对应气密性隐状态序列的隐含气密性相关参数，并以该隐含气密性相关参数对应的环境变量和激活能失效机理变量来估算凝胶材料的寿命度量，最终获得估算的当前除颤电极片损耗数值并显示。

7、本发明的第二方面提出了一种除颤电极片组件，用于智能显示除颤电极片损耗，该组件包括设于密封的环境容器内的除颤电极片、孤岛电极片，该环境容器中配备用于观测湿度、气压序列的湿度传感器、气压传感器以及用于观测温度数值的温度传感器，所示湿度传感器、气压传感器以及温度传感器连接至检测模块，检测模块通过湿度传感器、气压传感器以及温度传感器获得的参数来根据本发明第一方面所述的除颤电极片损耗估算方法来对除颤电极片的损耗进行估算，并将估算结果通过显示模块进行显示。

8、本发明的第三方面提出了一种除颤设备，该除颤设备包括本发明第二方面所述的除颤电极片组件，以及与该组件电性连接的除颤仪，该除颤设备可智能显示除颤电极片损耗。

9、本发明的第四方面提出了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有控制程序，所述控制程序被检测模块执行时，使得所述检测模块执行如第一方面所述除颤电极片损耗估算方法的步骤。

10、本发明的有关内容解释如下：

11、1.通过本发明的上述技术方案的实施，针对除颤电极片的寿命损耗与凝胶材料直接相关且受外界环境影响以及aed设备自身的密闭性影响的这一特性，先是设置了用于进行凝胶材料电化学衰减估计的环境容器，且在该环境容器中配备用于观测湿度、气压序列的湿度传感器、气压传感器，即在设备运行时进行连续且定时的湿度、气压观测并收集罗列为湿度、气压序列，然后选定了跟凝胶材料寿命相关的环境变量和激活能失效机理变量作为凝胶材料电化学衰减估计的隐含气密性相关参数对除颤电极片损耗进行估算，该步骤中，即考虑到对除颤电极片日常存储的密封需求、又考虑了密封性环境对凝胶材料寿命相关的环境变量和激活能失效机理变量的影响，以确保所能估算出来的电极片损耗的正确性和具备参考性；又由于除颤电极片的凝胶材料的寿命状态只取决于当前状态和外部环境因素，而与之前的状态无关，且环境变量和激活能失效机理变量不能直接观测，因此建立隐马尔可夫模型通过测定的观测湿度、气压序列对凝胶电化学加速衰减估计中受气密性影响的隐含气密性相关参数的隐含状态进行表示，建立湿度气压观测序列与气密性隐状态序列、隐含气密性相关参数的关联模型，以此来让电极片损耗估算的过程具备模型基础；然后通过对隐马尔可夫模型进行学习，以此来优化该模型，以此提供模型的性能、提高模型输出的准确性，最后则是在使用设备时根据前一时刻湿度、气压序列所对应的湿度气压观测序列以及确定模型参数进行解码，以此来获得当前与除颤电极片的凝胶材料的寿命状态相关的对应气密性隐状态序列的隐含气密性相关参数，再以该参数估算凝胶材料的寿命度量，最终获得估算的当前除颤电极片损耗数值并显示，从而让施救者在使用该aed设备时，能够直接从显示模块中知晓除颤电极片损耗数值（或可换算为除颤电极片当前的有效期、使用寿命），以此来决定是否需要将该除颤电极片更换掉，从而为患者进行aed体外除颤时确保除颤电极片具有良好的导电性能和粘附性，确保电流能够准确地传递到心脏进行除颤，让施救者正确使用aed设备进行aed体外除颤的时间不被耽误，争分夺秒，以此来提高患者存活率，能快速、有效地对患者进行cpr急救，提高患者存活率和急救效果，以此进一步确保患者的生命安全、健康保障。

12、2.在上述技术方案的第一方面中，在步骤s100中，该环境容器中还配备用于观测温度数值的温度传感器，在步骤s400中，结合温度数值对除颤电极片损耗数值进行估算，添加加温度数值对除颤电极片的损耗估算，增加可靠性。

13、3.在上述技术方案的第一方面中，采用以下反应公式来对以凝胶材料激活能损失为主的电极片寿命损耗进行估计：

14、；式中，f表示为凝胶材料的化学反应率，除颤电极片的寿命可以凝胶材料的化学反应率都倒数进行计算，即1/f；c表示为环境变量；e表示为自然对数底；e表示为激活能失效机理变量；kb为波兹曼常数；m表示为温度。

15、4.在上述技术方案的第一方面中，在步骤s200中，包含以下步骤：

16、s210、定义隐马尔可夫模型中的各元组，各元组包括湿度气压观测序列集合、隐状态集合、状态概率矩阵、发射概率矩阵、初始概率矩阵；

17、s220、建立隐马尔可夫模型，建立与状态概率矩阵、发射概率矩阵、初始概率矩阵相关的隐马尔可夫模型；

18、s230、进行隐马尔可夫过程表示，隐马尔可夫过程表示为湿度气压观测序列在隐马尔可夫模型下的输出概率，即在隐马尔可夫模型下湿度气压观测序列和气密性隐含状态表示同时发生的联合概率。

19、通过以上建立隐马尔可夫模型的实施，可以为与除颤电极片的凝胶材料的寿命状态相关的对应气密性隐状态序列的隐含气密性相关参数与定时测量的湿度时序序列、气压时序序列的湿度气压观测序列有效关联起来，并且通过隐马尔可夫过程表示为隐马尔可夫模型下湿度气压观测序列和气密性隐含状态表示同时发生的联合概率，可为后续对模型的优化及模型的输出提供依据，以确保模型输出的准确性，确保获得的隐含气密性相关参数是与当前状态下的凝胶材料的相关变量是相符、正确的。

20、5.在上述技术方案的第一方面中，在步骤s200中，包含以下步骤：

21、s210、定义隐马尔可夫模型中的各元组：

22、s211、定义湿度气压观测序列集合，将定时测量的湿度时序序列、气压时序序列的湿度气压观测序列<mi>o</mi><mi>=[</mi><msub><mi>o</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>o</mi><mn>2</mn></msub><mi>,...,</mi><msub><mi>o</mi><mi>t</mi></msub><mi>]</mi>作为隐马尔可夫链的观测矢量并定义湿度气压观测序列集合，t表示为设备工作时湿度传感器、气压传感器定时启动进行测量的周期，t时刻的测量气压和湿度的观测值为；

23、s212、定义隐状态集合，将气密性隐含状态表示作为马尔科夫链的气密性隐状态序列，并且定义气密性隐状态序列表示为<mi>q</mi><mi>=[</mi><msub><mi>q</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>q</mi><mn>2</mn></msub><mi>,...,</mi><msub><mi>q</mi><mi>t</mi></msub><mi>]</mi>，则反应公式中时刻的隐含气密性相关参数的隐表示为；

24、s213、定义状态概率矩阵：对于气密性隐状态的在不同时刻下的状态转移集合，表示为状态概率矩阵a，其中状态概率矩阵a的各元素表示状态i至状态j的转移概率；

25、s214、定义发射概率矩阵：对于在气密性隐状态下的产生的可能湿度、气压测量值的集合，表示为发射概率矩阵b，其中发射概率矩阵b的各元素表示从隐状态发射至观测状态的发射概率；

26、s215、定义初始概率矩阵：对于出厂气密性初始化隐状态表达，表示为初始概率矩阵，其中矩阵中的各元素表示隐状态的初始概率，即出厂概率分布；

27、s220、建立隐马尔可夫模型，建立的隐马尔可夫模型为；

28、s230、进行隐马尔可夫过程表示，隐马尔可夫过程表示为湿度气压观测序列在模型的输出概率，为在模型下湿度气压观测序列和气密性隐状态序列<mi>q</mi><mi>=[</mi><msub><mi>q</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>q</mi><mn>2</mn></msub><mi>,...,</mi><msub><mi>q</mi><mi>t</mi></msub><mi>]</mi>同时发生的联合概率，其公式如下：

29、；

30、对于固定的隐含状态<mi>q</mi><mi>=[</mi><msub><mi>q</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>q</mi><mn>2</mn></msub><mi>,...,</mi><msub><mi>q</mi><mi>t</mi></msub><mi>]</mi>，得到湿度气压观测序列<mi>o</mi><mi>=[</mi><msub><mi>o</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>o</mi><mn>2</mn></msub><mi>,...,</mi><msub><mi>o</mi><mi>t</mi></msub><mi>]</mi>的概率为。

31、通过以上建立隐马尔可夫模型的实施，进一步增强了模型的精度、准确性及效率，采用了更加合理、准确的模型建立过程来为后续损耗估算提供保证。

32、6.在上述技术方案的第一方面中，在步骤s300的对隐马尔可夫模型进行学习中，采用以下步骤：

33、s310、采集组湿度气压观测序列<mi>o</mi><mi>=[</mi><msup><mi>o</mi><mn>1</mn></msup><mi>,</mi><msup><mi>o</mi><mn>2</mn></msup><mi>,...,</mi><msup><mi>o</mi><mi>k</mi></msup><mi>]</mi>，其中<msup><mi>o</mi><mi>k</mi></msup><mi>=[</mi><msubsup><mi>o</mi><mn>1</mn><mi>k</mi></msubsup><mi>,</mi><msubsup><mi>o</mi><mn>2</mn><mi>k</mi></msubsup><mi>,...,</mi><msubsup><mi>o</mi><mi>t</mi><mi>k</mi></msubsup><mi>]</mi>表示第组湿度气压观测序列；

34、s320、获得第组湿度气压观测序列ok下联合概率的值最大的模型参数并定义为最优；

35、s330、利用k组湿度气压观测序列训练，获得在给定的湿度气压观测序列o下最优的参数集合；

36、s340、通过调整，使得模型下湿度气压观测序列和气密性隐状态序列<mi>q</mi><mi>=[</mi><msub><mi>q</mi><mn>1</mn></msub><mi>,</mi><msub><mi>q</mi><mn>2</mn></msub><mi>,...,</mi><msub><mi>q</mi><mi>t</mi></msub><mi>]</mi>同时发生的联合概率最大，将各组湿度气压观测序列下获得最优的模型参数做为确定模型参数。

37、通过以上对隐马尔可夫模型进行学习的流程的实施，可以有效提高后续模型解码时所获得隐含气密性相关参数的准确性，提高该模型性能。

38、7.在上述技术方案的第一方面中，在步骤s400的获得与之对应的隐含气密性相关参数的气密性隐含状态表示的参数中，采用以下步骤：

39、s410、在确定模型参数中，定义为时刻沿一条路径产生的最大概率；

40、s420、初始化；

41、s430、计算下个路径j上前一时刻湿度、气压序列所对应的湿度气压观测序列下的结果;

42、s440、取步骤s430路径中的最大值作为输出结果：，即为在气密性影响下的其环境变量c与激活能失效机理变量e的隐状态表示的参数。

43、通过以上获得与之对应的隐含气密性相关参数的气密性隐含状态表示的参数的具体流程的实施，可以根据除颤电极片的凝胶材料的寿命状态只取决于当前状态和外部环境因素地这一点，来有效正确地采用在使用设备时采集到的前一时刻湿度、气压序列所对应的湿度气压观测序列，并且所取的输出结果为步骤s430路径中的最大值作为输出结果，以此使所获得的隐含气密性相关参数是最接近最符合凝胶材料的当前状态，最具有代表性，以此来进行估算所获得的电极片损耗数值也将是最接近真实的，从而为施救者提供尽可能准确、真实的除颤电极片的损耗数值，为患者的aed体外除颤提供保障。

44、8.在上述技术方案的第二方面中，所述检测模块包含控制器，所述湿度传感器经过数据处理模块连接到所述控制器，所述温度传感器串联电阻分压模块连接到所述控制器，所述气压传感器连接到所述控制器。以此来让检测模块能够获取正确、精准且有效的相关检测数值，来为除颤电极片损耗估算方法的实施提供硬件保障。

45、9.在上述技术方案的第二方面中，所述孤岛电极片包含材质与除颤电极片相同的两个测试片，两个测试片的除颤层对位叠合，两个测试片的阻抗测试点连接检测模块，以形成用于接入直流电的阻抗检测回路。除尺寸之外，测试片的构造、材料等均与除颤电极片相同，因此监测到的孤岛电极片的凝胶阻抗参数经过尺寸差异的换算，可以完全等效于除颤电极片的凝胶阻抗测试值。

46、10.在上述技术方案的第二方面中，检测模块上面有控制器，湿度传感器经过数据处理模块连接到控制器的iic通信通道，温度传感器串联电阻分压模块连接到控制器的第二adc通道，阻抗测试点串联阻抗测试电桥和仪表放大器连接到控制器的第三adc通道，气压传感器连接到控制器的串口通信通道，显示屏连接到控制器的spi通信口；其中，控制器将各个adc通道的模拟信号转换为数字信号。

47、11.在上述技术方案的第二方面中，温度传感器采用热敏电阻，热敏电阻内置于环境容器内或者置于检测模块上。

48、12.在上述技术方案的第二方面中，孤岛电极片安装在环境容器内，通过检测连接线连接到检测模块上。

49、13.在上述技术方案的第二方面中，湿度传感器和/或气压传感器安装在环境容器内，通过检测连接线连接到检测模块上，或者直接安装在检测模块上。

50、14.在上述技术方案的第二方面中，孤岛电极片的面积小于除颤电极片。

51、15.在上述技术方案的第三方面中，所述显示模块设于检测模块、除颤仪、施救者移动端或急救平台端的至少一者上。

52、16.在上述技术方案的第三方面中，检测模块通过通信线连接电极片插头，再插入除颤仪内，除颤仪位于环境容器的外部，通信线从检测模块伸出通过电极片插头连接到除颤仪上。

53、由于上述方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点和效果：

54、1、通过本发明技术方案的实施，设置了用于进行凝胶材料电化学衰减估计的环境容器，且在该环境容器中配备用于观测湿度、气压序列的湿度传感器、气压传感器，即在设备运行时进行连续且定时的湿度、气压观测并收集罗列为湿度、气压序列，然后选定了跟凝胶材料寿命相关的环境变量和激活能失效机理变量作为凝胶材料电化学衰减估计的隐含气密性相关参数对除颤电极片损耗进行估算，该步骤中，即考虑到对除颤电极片日常存储的密封需求、又考虑了密封性环境对凝胶材料寿命相关的环境变量和激活能失效机理变量的影响，以确保所能估算出来的电极片损耗的正确性和具备参考性。

55、2、通过本发明技术方案的实施，由于除颤电极片的凝胶材料的寿命状态只取决于当前状态和外部环境因素，而与之前的状态无关，且环境变量和激活能失效机理变量不能直接观测，因此建立隐马尔可夫模型通过测定的观测湿度、气压序列对凝胶电化学加速衰减估计中受气密性影响的隐含气密性相关参数的隐含状态进行表示，建立湿度气压观测序列与气密性隐状态序列、隐含气密性相关参数的关联模型，以此来让电极片损耗估算的过程具备模型基础，设计出正确、可靠的模型来为电极片损耗的估算提供助力，通过对隐马尔可夫模型进行学习，以此来优化该模型，以此提供模型的性能、提高模型输出的准确性。

56、3、通过本发明技术方案的实施，在使用设备时根据前一时刻湿度、气压序列所对应的湿度气压观测序列以及确定模型参数进行解码，以此来获得当前与除颤电极片的凝胶材料的寿命状态相关的对应气密性隐状态序列的隐含气密性相关参数，再以该参数估算凝胶材料的寿命度量，最终获得估算的当前除颤电极片损耗数值并显示，从而让施救者在使用该aed设备时，能够直接从显示模块中知晓除颤电极片损耗数值（或可换算为除颤电极片当前的有效期、使用寿命），以此来决定是否需要将该除颤电极片更换掉。

57、4、综上所述，以上方案的实施，构建了稳定的环境，使用了准确、关联性高的参数作为模型建立的基础并进行优化学习，并且能够以除颤电极片的凝胶材料的寿命状态只取决于当前状态和外部环境因素这一要点来获取当前对应气密性隐状态序列的隐含气密性相关参数，以此来估算出与凝胶材料当前状态最接近的当前除颤电极片损耗数值，弥补了对除颤电极片寿命损耗进行持续测量及显示的技术空白，可以让为施救者对患者实施aed体外除颤时确保除颤电极片具有良好的导电性能和粘附性，确保电流能够准确地传递到心脏进行除颤，让施救者正确使用aed设备进行aed体外除颤的时间不被耽误，争分夺秒，以此来提高患者存活率，能快速、有效地对患者进行cpr急救，提高患者存活率和急救效果，以此进一步确保患者的生命安全、健康保障。