心肺复苏设备检定的参数采集与分析*

荆 斌 张 鹏 刘 远 张 巍

心肺复苏设备检定的参数采集与分析*

荆 斌① 张 鹏① 刘 远① 张 巍①

目的：在既往研究的基础上建立参数采集系统，实现精确、高效的参数采集与分析。方法：建立并简化心肺复苏参数模型，通过信号波形转化、曲线拟合等方法实现参数的快速采集。结果：该系统实现了心肺复苏设备检测参数的快速采集和等效处理过程。结论：心肺复苏设备检定的参数采集可广泛应用于心肺复苏设备的临床检测，其应用对提高相关设备的快速检定具有重要意义。

心肺复苏；检定；智能系统；建模

[First-author’s address] Medical Engineering Department of No.307 Hospital of PLA, Beijing 100071, China.

近年来，随着心肺复苏设备在临床的广泛使用，对购置和维修后的设备如何进行检测、判断机器各项参数、功能是否正常以及杜绝不合格产品进入临床应用，已经成为关注的焦点问题。据美国食品和药物管理局统计，患者在使用不合格心肺复苏机中约10%会导致死亡，33%会导致严重伤害，其他则会导致轻微或潜在伤害[1]。

加强心肺复苏机的应用管理和质量控制对提高其安全性和使用效率、提高临床救治的成功率以及减少临床风险均具有极其重要的意义。

1 心肺复苏机检测系统设计

在医用质量检测装置测量的基础上，解决心肺复苏机检验的数据分析等问题，并制作心肺复苏机的检测技术方案，通过编制心肺复苏机信息分析系统，实现后续数据的分析和处理的自动化。

1.1 参数选择

根据“2010心肺复苏与心血管急救指南”的建议，将胸廓按压、快速通气作为心肺复苏的主要手段，其救治效果主要由以下参数反映[2-3]：①胸廓按压，包括按压频率、胸骨下陷深度(按压深度)、按压力及按压周期；②快速通气，包括呼吸频率、潮气量、氧浓度及吸呼比，通气参数的检测可参照呼吸机质量控制标准的参数测量；③综合参数，按压/通气比(按压与呼吸次数比)，最新研究结果表明，按压与呼吸之比为30∶2，其复苏效果较好。

1.2 采集系统

采集系统由胸廓模拟传感器、采集电路、信号放大器及数据处理算法构成。

(1)传感器。采用激光流速传感器，其结构简单、体积小、频率响应宽、动态范围大、可靠性高以及易于微型化和集成电路化。激光流速传感器的工作原理基于多普勒效应，当波源和观测者彼此接近时所接收到的频率变高，而当波源和观测者彼此分开时所接收到的频率变低。当激光照射到体模运动的微粒上时激光被运动着的微粒(可看作波源)所散射，散射光的频率与入射光的频率之差和位移成正比[4]。

(2)采集电路。系统采用多路和多参数的采集和控制，利用多路模拟开关，从传感器获得的电信号，由于传输过程中的各种噪声干扰，工作现场的电磁干扰，前段电路本身的影响，往往会有多种频率成分的噪声信号，严重情况下其噪声信号甚至会淹没有效输入信号，致使测试无法正常进行。为了减少噪声信号对测控过程的影响，增加带通滤波措施滤除干扰噪声，提高系统的信噪比[5]。A/D转换电路在控制器中起主导作用，用其将传感器输出的模拟电压信号转换成为数字信号。该控制器采用CMOS工艺制造的逐步逼近式8位A/D转换器芯片ADC0809[6]。在使用时可选择中断、查询和延时等待3种方式编制A/D转换程序[7]。

(3)信号放大。电压信号经由A/D转换器件转换成数字信号然后采集，由于电压信号较低，故在后端加入放大器进行二次处理。系统同时采用了软件放大的方式，通过设置加权而改变信号显示。

2 采集信号的数据分析

如图1所示，数据分析系统由建模算法、信号转换、脉冲测量及数据核验组成。主要完成数据的按压频率、胸骨下陷深度和按压周期的计算，并具有数据存储功能。

2.1 数据模型

心肺复苏按压力的时间曲线如图2所示，时间OC为一个按压周期，在该周期内，H为按压力峰值，曲线OH为压缩期，即胸廓受力收缩期，OA为压缩期时长；曲线HC为扩张期，即胸廓复位期，其中曲线B'C呈现波动状态，与胸廓表面张力受力、内部气流节律、传感器灵敏度等相关[3，8]。

设按压力为F，则待测参数间存在以下的关系：

由表1可知，通过建立压力信号简化模型，通过设置阈值OQ，检测就能够简化为按压力和时间点的测量[9]。

2.2 波形转换

将采集后的波形经过预处理后，统计比较出周期内压力“拐点”，建立类三角波转换模型，并结合周期特征生成脉冲波转换模型，最终可由脉冲测量电路快速测得。

(1)周期内压力特征点提取。如图2a所示，模型化三角波波形由O''H及HB'构成，周期内压力“拐点”主要为：O''、H、B'点，通过采集数个周期内信号比较可以获得。通过确定的“拐点”拟合出模型化三角波信号，从而获得脉冲波信号[9-12]。

以H采集点为例，连续采集H1、H2、H3、…Hm、H、Hm+1…Hn点。

分别根据公式1、公式2和公式3确定特征点：

图1 心肺复苏设备信号采集与分析系统流程

表1 检测参数计算表

(2)波形拟合。根据计算的特征点，在H点将模型化三角波设为公式4分段函数：

图2 心肺复苏设备压力模型参数关系图

实际测量值yk称为yk的估计值，yk与yk之间的差通常称为残差。残差参数的确定将使残差的平方和达到最小，即为最小。用最小二乘法确定参数a，b。按最小二乘法，应使取最小值。将获得的三角波函数值分别以H点设置高低值，即转换为脉冲信号[13]。

2.3 模型化脉冲宽度时间测量

利用定时器的门控信号GATE进行控制可以实现脉冲宽度的测量。分别设置定时器T1、T2，对T1而言，如果GATE=0，使软件控制位TR1=1，且被测INT1为高电平方可启动定时器T1，即定时器T1的启动要受外部中断请求信号INT1的影响。利用此特点，被测脉冲信号从INT1端引入，其上升沿启动T1计数，下降沿停止T1计数。定时器的计数值乘以定时器周期即为脉冲宽度[12-13]。

2.4 脉冲频率测量

如图3所示，通过在设置的时间内对脉冲个数进行计数，计数值与时间的比值就是信号频率。令定时器T0工作中可得到定时间隔，再进行软件计数，形成测量闸门信号。在测量闸门信号期间令计数器T1对脉冲信号的频率计数，计数值存入COUNT、COUNT+1和COUNT+2单元，计数值可通过软件显示出来[12，14]。

图3 测量脉冲频率的程序设计

2.5 计算机控制端程序

通过VC开发工具编写的上位机软件，上位机通过串口RS 232与主控制芯片模块连接。软件分为控制设置面板、系统状态框及显示面板3个部分。在软件里设置参考压力、采样时间的初始参数后点击运行，系统即开始工作。工作时在控制面板里可输出采集数据，如当前采样时间、测量压力和已运行时间运行完毕后蜂鸣器会长鸣提示。通过显示面板可以实施监测和控制，提高操作的灵活性和直观性。

3 结语

本研究参照临床心肺复苏救治特点及“军队卫生装备质量检测技术规范”，设计心肺复苏设备临床应用质量检测方法，为心肺复苏设备的质量控制提供参考，进一步完善现有的医疗设备保障制度，为研制心肺复苏设备临床应用质量检测装置和设备性能评估提供方法，将心肺复苏设备的临床质量检测科学化、规范化和自动化，从而有效降低心肺复苏设备临床使用风险。

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The acquisition and analysis on test parameters for cardiopulmonary resuscitation equipment/

JING Bin, ZHANG Peng, LIU Yuan, et al// China Medical Equipment,2014,11(2):20-22.

Objective: Cardiopulmonary resuscitation equipment is widely used in clinic, based on previous studies, this paper focused on the establishment of data acquisition system to achieve data acquisition and analysis accurate and efficient. Methods: Based on the data acquisition system, CPR device simplify CPR parameter model to achieve rapid acquisition parameters by the transformation of the signal waveform and curve fitting methods. Results: The system implements CPR device detects rapid acquisition parameters and equivalent process. Conclusion: It can be widely used in cardiopulmonary resuscitation equipment, clinical testing, and important to improve the rapid test related equipment.

Cardiopulmonary resuscitation; Verification; Intelligent systems; Modeling

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2014.02.006

1672-8270(2014)02-0020-03

R496

A

2013-11-07

军事医学计量科研专项课题(2011-JL2-040)“心肺复苏机临床应用质量检测装置的研制”

①解放军第307医院医学工程科 北京 100071

荆斌,男,(1985- ),硕士，工程师。解放军第307医院医学工程科，研究方向：医院信息化，医疗智能算法。