自動(dòng)體外除顫儀及其前端測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法
【專(zhuān)利摘要】本申請(qǐng)公開(kāi)了一種自動(dòng)體外除顫儀的前端測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣時(shí)，先使模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行過(guò)采樣，然后在后續(xù)處理時(shí)對(duì)過(guò)采樣的信號(hào)分別按照設(shè)定的比率進(jìn)行采樣值提取，從而可實(shí)現(xiàn)將患者阻抗、ECG信號(hào)和Pace信號(hào)三個(gè)測(cè)量通道中的兩個(gè)或三個(gè)共用一個(gè)采用通道，因此采用本申請(qǐng)的實(shí)施例可減少測(cè)量系統(tǒng)中的硬件，并進(jìn)而減少了因硬件多而帶來(lái)的器件分散性問(wèn)題和節(jié)點(diǎn)干擾問(wèn)題，提高了儀器測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
自動(dòng)體外除顫儀及其前端測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及一種醫(yī)療上應(yīng)用的除顫儀，尤其涉及一種自動(dòng)體外除顫儀及其前端測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]自動(dòng)體外除顫儀(AutomaticExternal Defibrillator, AED)是一種在院內(nèi)及院外公共場(chǎng)合廣泛使用的除顫設(shè)備，它因?yàn)椴僮骱?jiǎn)單、體積小等優(yōu)點(diǎn)被越來(lái)越多的人所接受。在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，AED廣泛應(yīng)用于車(chē)站、機(jī)場(chǎng)、學(xué)校等公共場(chǎng)所，美國(guó)心臟協(xié)會(huì)和歐洲心肺復(fù)蘇委員會(huì)發(fā)布的2010版心肺復(fù)蘇指南，均在大力推動(dòng)普及公眾除顫計(jì)劃。
[0003]目前較為常用的除顫方法是雙相波除顫。在除顫治療之前，首先將電極片與患者身體(例如人體)的合適部位接觸，AED治療系統(tǒng)需對(duì)治療相關(guān)的信息進(jìn)行采集并分析，得出是否需要電擊治療。具體內(nèi)容包括:1、測(cè)量電極片和人體接觸回路的阻抗信息，通過(guò)檢測(cè)人體阻抗判斷電極片和人體是否接觸良好、病人是否有運(yùn)動(dòng)等，同時(shí)作為后續(xù)雙相波電擊除顫調(diào)整參數(shù)的參考。2、檢測(cè)患者是否存在有內(nèi)置起搏器，當(dāng)檢測(cè)到患者有內(nèi)置起搏器時(shí)，將起搏器的Pace標(biāo)記同步傳送給分析算法。3、通過(guò)治療電極片(2-lead II導(dǎo))采集人體的ECG (心電)波形數(shù)據(jù)，綜合上述對(duì)接觸阻抗、Pace信號(hào)和ECG波形數(shù)據(jù)的分析結(jié)果，可確定患者是否準(zhǔn)備好，是否為可除顫節(jié)律。若檢測(cè)到除顫節(jié)律，則啟動(dòng)充放電裝置對(duì)患者進(jìn)行治療。在啟動(dòng)充放電裝置對(duì)患者進(jìn)行電擊治療之前進(jìn)行的檢測(cè)通常稱(chēng)為AED前端測(cè)量，可以看出，精確測(cè)量人體阻抗、pace標(biāo)記、ECG波形數(shù)據(jù)等信號(hào)并進(jìn)行分析是除顫治療是否成功的關(guān)鍵。
[0004]由于在檢測(cè)和分析過(guò)程中，人體阻抗、Pace信號(hào)和ECG波形數(shù)據(jù)對(duì)信號(hào)的采樣率和精度的要求各不相同，不同的采樣率和精度，要求使用具有不同采樣率和采樣精度的AD轉(zhuǎn)換器，而對(duì)于A(yíng)D轉(zhuǎn)換器而言,米樣率和精度是一對(duì)相互矛盾的參數(shù)，即米樣率高的AD轉(zhuǎn)換器，其精度不高，精度高的AD轉(zhuǎn)換器，其采樣率不高，這使得檢測(cè)人體阻抗、Pace信號(hào)和ECG波形數(shù)據(jù)必須分成三個(gè)獨(dú)立的通道進(jìn)行測(cè)量，以符合各自要求的采樣率和精度。如圖1所示，AED前端測(cè)量系統(tǒng)包括三個(gè)測(cè)量通道，分別為ECG測(cè)量通道13、人體阻抗測(cè)量通道14和Pace脈沖檢測(cè)通道15，然后三路采樣數(shù)據(jù)分別送入處理器MCU16中進(jìn)行計(jì)算和分析，當(dāng)檢測(cè)到可除顫節(jié)律并且人體阻抗測(cè)量值在可除顫范圍(電極片已可靠連接到人體)時(shí)，處理器MCU6控制啟動(dòng)充電電路18給儲(chǔ)能裝置17充電，充電完成之后，提示操作者進(jìn)行放電，然后通過(guò)放電電路12和電極片11對(duì)人體10進(jìn)行放電,完成治療。目前，接觸阻抗、Pace信號(hào)和ECG波形數(shù)據(jù)的檢測(cè)方案如下:
[0005]人體阻抗測(cè)量采用載波驅(qū)動(dòng)法，即對(duì)人體施加交流小信號(hào)，通過(guò)對(duì)人體上分壓得到的載波分量并進(jìn)行調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換可得到人體的阻抗。
[0006]Pace檢測(cè)采用硬件比較器實(shí)現(xiàn)，通常包括前級(jí)放大、濾波(高通、低通、帶通)、后級(jí)放大、雙限比較等部分。
[0007]ECG采樣電路采用交流耦合，兩級(jí)放大的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。常包括輸入級(jí)除顫保護(hù)及濾波、前級(jí)放大、高通濾波及后級(jí)放大等部分組成。
[0008]但這種三個(gè)測(cè)量通道獨(dú)立使用的方案得出的結(jié)果準(zhǔn)確性還有待提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N自動(dòng)體外除顫儀的前端測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量方法，可簡(jiǎn)化測(cè)量通道的硬件電路，減少可引入干擾的節(jié)點(diǎn)，減少硬件的分散性影響，從而提高儀器測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0010]根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N自動(dòng)體外除顫儀的前端測(cè)量系統(tǒng)，包括:
[0011]用于接觸患者身體合適部位的兩個(gè)電極片；
[0012]載波驅(qū)動(dòng)電路，用于對(duì)產(chǎn)生的交流信號(hào)進(jìn)行放大，并輸出處理后的兩路交流信號(hào)至兩個(gè)電極片；
[0013]采樣電路，所述采樣電路至少包括一個(gè)采樣通道，其中至少一個(gè)采樣通道為共用采樣通道，所述共用采樣通道為對(duì)應(yīng)的至少兩種不同的被測(cè)試量共用的測(cè)量通道，所述被測(cè)試量為患者阻抗、ECG波形數(shù)據(jù)和Pace脈沖中的任一種，所述共用采樣通道包括差分放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述差分放大器的兩個(gè)輸入端分別耦合到兩個(gè)電極片，輸出端耦合到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入的模擬信號(hào)經(jīng)設(shè)定采樣率采樣后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸出，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率大于或等于該共用采樣通道對(duì)應(yīng)的至少兩種被測(cè)試量所要求的米樣率中的最大者；
[0014]處理器，所述處理器用于產(chǎn)生交流信號(hào)并輸出到載波驅(qū)動(dòng)電路，所述處理器還耦合到采樣電路，用于控制采樣電路，并接收采樣電路輸出的數(shù)字采樣信號(hào)，針對(duì)共用采樣通道輸出的數(shù)字采樣信號(hào)分成至少兩路，并按照被測(cè)試量對(duì)采樣率和精度的要求進(jìn)行信號(hào)提取處理。
[0015]根據(jù)本申請(qǐng)的第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N自動(dòng)體外除顫儀的前端測(cè)量方法，包括:
[0016]通過(guò)與患者身體合適部位接觸的兩個(gè)電極片向患者施加載波信號(hào)；
[0017]檢測(cè)電極片上的信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，在數(shù)據(jù)采樣過(guò)程中將至少兩種不同的被測(cè)試量共用一個(gè)采樣通道，所述被測(cè)試量為患者阻抗、ECG波形數(shù)據(jù)和Pace脈沖中的任一種，所述共用采樣通道的采樣率大于或等于該共用采樣通道對(duì)應(yīng)的至少兩種被測(cè)試量所要求的采樣率中的最大者；
[0018]處理器接收共用采樣通道輸出的數(shù)字采樣信號(hào)，將數(shù)字采樣信號(hào)分成至少兩路，并按照被測(cè)試量對(duì)采樣率和精度的要求進(jìn)行信號(hào)提取處理。
[0019]本實(shí)施例中，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣時(shí)，先使模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行過(guò)采樣，然后再后續(xù)處理時(shí)對(duì)過(guò)采樣的信號(hào)分別按照設(shè)定的比率進(jìn)行采樣值提取，從而可實(shí)現(xiàn)將患者阻抗、ECG信號(hào)和Pace信號(hào)三個(gè)測(cè)量通道中的兩個(gè)或三個(gè)共用一個(gè)采用通道，因此采用本申請(qǐng)的實(shí)施例可減少采樣電路中的硬件，并進(jìn)而減少了因硬件多而帶來(lái)的器件分散性問(wèn)題和節(jié)點(diǎn)干擾問(wèn)題，提高了儀器測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為除顫儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的前端測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為電極片和人體接觸的等效電路圖；
[0023]圖4為本申請(qǐng)一種實(shí)施例中處理器對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行的信號(hào)提取處理示意圖；
[0024]圖5為電極片和人體接觸的具體的等效電路圖；
[0025]圖6為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的外接測(cè)試負(fù)載識(shí)別步驟的流程圖；
[0026]圖7為本申請(qǐng)另一種實(shí)施例的外接測(cè)試負(fù)載識(shí)別步驟的流程圖；
[0027]圖8為本申請(qǐng)帶有校準(zhǔn)電路的前端測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。以下說(shuō)明時(shí)以除顫儀應(yīng)用于人體(即患者為人)為例進(jìn)行說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，除顫儀還可以應(yīng)用于其他動(dòng)物患者。
[0029]在除顫儀前端系統(tǒng)對(duì)患者阻抗、ECG波形數(shù)據(jù)和Pace脈沖進(jìn)行檢測(cè)和分析時(shí)，雖然數(shù)據(jù)來(lái)源可以都從電極片獲得，但三者對(duì)于采樣數(shù)據(jù)的采樣率和精度有不同的要求。人體阻抗測(cè)量一般采用交流小信號(hào)施加到人體的測(cè)量方法。由于是交流信號(hào)，對(duì)信號(hào)的頻率有一定要求，不能太小。臨床證明，頻率大的話(huà)對(duì)人體的傷害會(huì)小一些?？紤]到實(shí)際系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)處理，可選用32kHz的交流信號(hào)施加到人體。為了保證32kHz的信號(hào)能夠基本不失真的采樣下來(lái)，一般需要至少8倍的采樣率，即采樣率為256ksa/s。但阻抗測(cè)量部分對(duì)精度要求不高，一般12bit到13bit就足夠。對(duì)于ECG測(cè)量通道，根據(jù)ECG算法分析的要求，采樣精度要求達(dá)到5uV/lsb，所以精度要達(dá)到20bit以上。由于A(yíng)ED治療系統(tǒng)主要關(guān)注ECG信號(hào)在0.5?40hz范圍內(nèi)的成分,所以采樣率定為10倍即500sa/s即已足夠。對(duì)于pace檢測(cè)通道，考慮到要識(shí)別的pace脈沖的寬度為:0.1ms?2ms,幅度為:2mv?700mV。要保證在0.1ms的脈沖內(nèi)至少能采樣一個(gè)點(diǎn),采樣率至少定為10ksa/s,pace檢測(cè)通道的采樣精度要求要能識(shí)別2mv的信號(hào)，所以采樣精度至少要能達(dá)到200uV/lsb，這樣要求精度就要達(dá)到16bit?？梢?jiàn)，在患者阻抗、ECG信號(hào)和Pace信號(hào)三個(gè)測(cè)量通道中，患者阻抗測(cè)量對(duì)采樣率要求最高，但對(duì)精度要求最低，而ECG信號(hào)測(cè)量對(duì)采樣率要求居中，但對(duì)精度要求最高，pace脈沖測(cè)量對(duì)采樣率要求最低，對(duì)精度要求居中。
[0030]本申請(qǐng)的思路是將患者阻抗、ECG信號(hào)和Pace信號(hào)三個(gè)測(cè)量通道中的兩個(gè)或三個(gè)共用一個(gè)采用通道。但帶來(lái)的問(wèn)題是:由于在采用通道中，最重要的器件就是模數(shù)轉(zhuǎn)換器(即ADC)，共用采用通道即意味著必然共用模數(shù)轉(zhuǎn)換器，但對(duì)于模數(shù)轉(zhuǎn)換器而言，其同一時(shí)間只能以一種采樣率和精度對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，并且對(duì)于同一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其采樣率和精度是一對(duì)相互矛盾的參數(shù)，因此共用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足兩個(gè)以上的被測(cè)試量采樣率和精度的要求。在本申請(qǐng)實(shí)施例中，先使模數(shù)轉(zhuǎn)換器滿(mǎn)足共用的多個(gè)被測(cè)試量中采樣率的最高要求，即采用過(guò)采樣，然后在后續(xù)處理時(shí)對(duì)過(guò)采樣的信號(hào)分別按照設(shè)定的比率進(jìn)行采樣值抽取，抽取后使采樣率符合每個(gè)被測(cè)試量的采樣率要求。同時(shí)在處理過(guò)程中對(duì)過(guò)采樣信號(hào)的采樣精度進(jìn)行調(diào)整，使其符合每個(gè)被測(cè)試量的采樣精度的要求。
[0031]實(shí)施例一:
[0032]請(qǐng)參考圖2，本實(shí)施例中以患者阻抗、ECG波形數(shù)據(jù)和Pace脈沖共用同一個(gè)采樣通道為例進(jìn)行說(shuō)明。AED前端測(cè)量系統(tǒng)包括兩個(gè)電極片21、載波驅(qū)動(dòng)電路22、采樣電路23和處理器24，處理器24的交流信號(hào)輸出端與載波驅(qū)動(dòng)電路22的輸入端連接，載波驅(qū)動(dòng)電路22將交流信號(hào)分為相位不同的兩路，通過(guò)兩個(gè)輸出端分別對(duì)應(yīng)耦合到兩個(gè)電極片21，采樣電路23包括患者阻抗測(cè)量、ECG波形測(cè)量和Pace脈沖測(cè)量共用的一個(gè)采樣通道，其兩個(gè)輸入端分別對(duì)應(yīng)連接到兩個(gè)電極片21，采樣電路23的輸出端通過(guò)數(shù)據(jù)接口 25連接到處理器24，用于完成患者阻抗、ECG波形數(shù)據(jù)和Pace脈沖最初數(shù)據(jù)的采集。
[0033]電極片21可以為各種圓柱形導(dǎo)體或片狀導(dǎo)體。
[0034]在一種具體實(shí)例中，載波驅(qū)動(dòng)電路22包括帶通濾波器222、放大器223和延遲放大器224，帶通濾波器222的輸入端耦合到處理器24的載波信號(hào)輸出端，帶通濾波器222的輸出端分別耦合到放大器223和延遲放大器224的輸入端，放大器223和延遲放大器224的輸出端分別對(duì)應(yīng)耦合到兩個(gè)電極片21，延遲放大器224輸出的交流信號(hào)的相位相比放大器輸出的交流信號(hào)延遲一設(shè)定相位。例如延遲放大器224可以為反相放大器,反相放大器輸出的交流信號(hào)與放大器輸出的交流信號(hào)相位相反，相位相反的信號(hào)施加在人體20上后其對(duì)人體的作用可相互抵消。
[0035]在一種具體實(shí)例中，采樣電路23包括差分放大器232和模數(shù)轉(zhuǎn)換器233，差分放大器232的兩個(gè)輸入端分別耦合到兩個(gè)電極片21，輸出端耦合到模數(shù)轉(zhuǎn)換器233，差分放大器232將人體差分的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端的模擬信號(hào)輸出，有利于抑制人體共模信號(hào)。當(dāng)差分放大器232的放大倍數(shù)控制在2?4之間時(shí)，可以提供+/-1V的極化電壓范圍，為了提高差分放大器232的共模抑制比和極化電壓范圍，可以進(jìn)一步提高差分放大器232的供電電壓。模數(shù)轉(zhuǎn)換器233對(duì)輸入的模擬信號(hào)經(jīng)設(shè)定采樣率采樣后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸出至處理器24，采樣電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器可采用SAR ADC實(shí)現(xiàn)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器233在采樣時(shí)設(shè)定為過(guò)采樣，其設(shè)定的采樣率大于或等于患者阻抗測(cè)量、ECG波形數(shù)據(jù)測(cè)量和Pace脈沖測(cè)量所要求的最大采樣率，在三者中，患者阻抗測(cè)量要求的采樣率最大，因此模數(shù)轉(zhuǎn)換器233的采樣率大于或等于患者阻抗測(cè)量要求的采樣率。為簡(jiǎn)化處理器24的后續(xù)處理，模數(shù)轉(zhuǎn)換器233的采樣率設(shè)定為患者阻抗測(cè)量要求的采樣率，例如256ksa/s。處理器24通過(guò)數(shù)據(jù)接口 25控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器233的采樣時(shí)序，例如提供時(shí)鐘信號(hào)控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器233的采樣率等。
[0036]在另一種具體實(shí)例中，采樣電路23還包括兩個(gè)輸入保護(hù)電路231，兩個(gè)輸入保護(hù)電路231分別連接在采樣通道差分放大器232的兩個(gè)輸入端和對(duì)應(yīng)的電極片之間，用于吸收除顫高壓的能量，防止采樣電路中的低壓器件在除顫時(shí)損壞。輸入保護(hù)電路的具體實(shí)現(xiàn)方式可以采用氣體放電管接地的方式，將除顫的交流高壓傳導(dǎo)到大地。輸入保護(hù)電路的具體實(shí)現(xiàn)方式也可以采用高能脈沖電阻和二極管嵌位的方式，將輸入電壓限定在設(shè)定的電位。
[0037]上述實(shí)施例的工作流程如下:
[0038]處理器24通過(guò)內(nèi)置的或者外接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一定特征的交流信號(hào)，交流信號(hào)可以采用正弦波或者方波，采用正弦波可避免載波信號(hào)對(duì)ECG信號(hào)通路造成混疊干擾，因此優(yōu)先選用正弦波信號(hào)。
[0039]交流信號(hào)經(jīng)帶通濾波器222濾波后經(jīng)過(guò)放大電路放大后驅(qū)動(dòng)到人體。當(dāng)電極片21和人體接觸后，人體自身相當(dāng)于一個(gè)阻抗，電極片21和人體之間存在接觸阻抗，其等效電路如圖3所示，其中Zl和Z2為載波驅(qū)動(dòng)電路的等效輸出阻抗，即電極片和人體之間的接觸阻抗，Z3為被測(cè)量阻抗，即人體自身的阻抗。交流信號(hào)通過(guò)施加電極片到人體后，在電極片的兩個(gè)端子產(chǎn)生分壓信號(hào)。
[0040]采樣電路23完成交流信號(hào)通過(guò)人體后產(chǎn)生的分壓信號(hào)的調(diào)理和采集，本實(shí)施例采用直流耦合的方式檢測(cè)電極片上的原始信號(hào)。為了得到更高的分辨率和采樣精度，選用具有較高采樣速度的ADC對(duì)前端數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)采樣，后續(xù)進(jìn)行信號(hào)提取處理。ADC采樣率一般為12bit?13bit，采樣率在500kSa/s以上。由于交流信號(hào)的載波頻率一般為20kHz?30kHz,因此采樣電路23的帶寬設(shè)置為40kHz左右以保證阻抗信號(hào)能夠被正常采樣，ADC采樣率設(shè)置為500kHz，這樣可以完整的將載波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化。
[0041]處理器24接收到采樣電路23輸出的數(shù)字采樣信號(hào)后，按照患者阻抗測(cè)量、ECG波形數(shù)據(jù)測(cè)量和Pace脈沖測(cè)量對(duì)采樣率和精度的要求對(duì)數(shù)字采樣信號(hào)分三路進(jìn)行信號(hào)提取處理，包括患者阻抗計(jì)算處理模塊、ECG波形數(shù)據(jù)提取處理模塊和Pace脈沖處理模塊，如圖4所示。處理后分別得到阻抗測(cè)量值、ECG檢測(cè)原始數(shù)據(jù)和Pace檢測(cè)原始數(shù)據(jù)。
[0042]對(duì)于患者阻抗的計(jì)算處理模塊，由于前端的采樣率符合患者阻抗測(cè)量要求的采樣率，因此不需要對(duì)數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行采樣值抽取處理?；颊咦杩褂?jì)算處理模塊包括用于對(duì)共用采樣通道輸出的數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行帶通濾波的帶通濾波單元241，和基于濾波后的數(shù)字采樣信號(hào)計(jì)算患者阻抗的計(jì)算單元242，計(jì)算單元242輸出患者阻抗值至外部導(dǎo)聯(lián)狀況判斷單元243，進(jìn)行電極片和患者連接是否良好的分析判斷?；颊咦杩褂?jì)算處理模塊首先對(duì)數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，濾除噪聲干擾，濾波帶寬的中心頻率為30KHz，然后基于濾波后的數(shù)字采樣信號(hào)計(jì)算患者阻抗，例如通過(guò)計(jì)算波形的峰峰值得到患者阻抗，然后對(duì)計(jì)算所得的患者阻抗進(jìn)行分析，例如將計(jì)算所得的患者阻抗和給定范圍進(jìn)行比較，從而確定電極片和人體是否接觸良好。在一種具體實(shí)施例中，判斷電極片與患者是否接觸良好的方法為:處理器輸出兩種不同頻率的交流信號(hào)，并根據(jù)采樣電路采集的信號(hào)判斷電極片與患者是否接觸良好。電極片與患者接觸的等效電路如圖3所示，其具體等效電路如圖5所示，其中Z1(Z2)由R1(R3)、C1(C3)、R2//C2(R4//C4)的串聯(lián)組成。Rl (R3)為除顫脈沖能量吸收電阻；C1(C3)為交流耦合電容，作用為防止直流耦合到人體，對(duì)人體構(gòu)成傷害；R2//C2(R4//C4)為電極片和人體的接觸阻抗，R5為患者胸阻抗。在實(shí)際臨床環(huán)境中，R2//C2(R4//C4)部分經(jīng)常會(huì)受到電極片和人體接觸不良(皮膚干燥、路面顛簸等)的影響，這樣會(huì)導(dǎo)致阻抗測(cè)量值偏大或者直接報(bào)導(dǎo)聯(lián)脫落而導(dǎo)致除顫治療的延誤，并最終導(dǎo)致急救失敗。對(duì)于不同的接觸程度(接觸良好、接觸不良等)，R2//C2, R4//C4會(huì)隨之變化。當(dāng)交流信號(hào)的載波頻率超過(guò)一定值后，由R2//C2以及R4//C4組成的RC網(wǎng)絡(luò)對(duì)人體阻抗測(cè)量的影響基本可忽略。當(dāng)電極片(電極板)和人體接觸良好時(shí)，R2//C2 (R4//C4)網(wǎng)絡(luò)的值均很小且基本固定，此時(shí)高通截止頻率較高，兩種不同頻率載波驅(qū)動(dòng)測(cè)得的阻抗值會(huì)基本一致；當(dāng)電極片(電極板)和人體接觸不良或人體運(yùn)動(dòng)時(shí)，R2//C2 (R4//C4)網(wǎng)絡(luò)的值很大或有波動(dòng)，對(duì)應(yīng)的高通截止頻率很小，此時(shí)采用不同載波頻率測(cè)得的阻抗值會(huì)相差很大。由以上分析可知，通過(guò)不同頻率的交流信號(hào)驅(qū)動(dòng)，將兩次測(cè)量阻抗值進(jìn)行比較可以更加詳細(xì)的得到外接導(dǎo)聯(lián)的接觸狀況，提供報(bào)警信息。
[0043]Pace脈沖處理具體包括:對(duì)數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行第二低通濾波，將帶寬限制在2KHz以?xún)?nèi)，基于濾波后的數(shù)字采樣信號(hào)按照Pace采樣率進(jìn)行采樣值抽取，通過(guò)抽取，將采樣率降低為10Ksa/s以上的一個(gè)值。從而得到Pace檢測(cè)原始數(shù)據(jù)。在一種具體實(shí)例中,Pace脈沖處理模塊包括用于對(duì)共用采樣通道輸出的數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行低通濾波第二低通濾波單元244，和基于濾波后的數(shù)字采樣信號(hào)按照Pace脈沖測(cè)量所要求的采樣率進(jìn)行采樣值抽取的第二抽取單元245，第二抽取單元輸出Pace檢測(cè)原始數(shù)據(jù)至Pace檢測(cè)原始數(shù)據(jù)分析單元246。
[0044]ECG波形數(shù)據(jù)提取處理具體包括:對(duì)數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行第一低通濾波，將帶寬限制在30Hz以?xún)?nèi)，以保證系統(tǒng)信噪比，基于濾波后的數(shù)字采樣信號(hào)按照ECG采樣率進(jìn)行采樣值抽取，將采樣率降低為500sa/s。從而得到ECG檢測(cè)原始數(shù)據(jù)。在一種具體實(shí)例中，ECG波形數(shù)據(jù)提取處理模塊包括用于對(duì)共用采樣通道輸出的數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行低通濾波的第一低通濾波單元247，和基于濾波后的數(shù)字采樣信號(hào)按照ECG波形測(cè)量所要求的采樣率進(jìn)行采樣值抽取的第一抽取單元248，第一抽取單元輸出ECG檢測(cè)原始數(shù)據(jù)至ECG檢測(cè)原始數(shù)據(jù)分析單兀249。
[0045]本實(shí)施例中，阻抗計(jì)算處理模塊、ECG波形數(shù)據(jù)提取處理模塊和Pace脈沖處理模塊可通過(guò)分立的硬件實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。
[0046]實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)前端原始數(shù)據(jù)進(jìn)行過(guò)采樣后，使噪聲頻譜分布在更寬的范圍，在Pace脈沖處理和ECG波形數(shù)據(jù)提取處理過(guò)程中，通過(guò)低通濾波，可以濾除大部分噪聲，從而減小了量化噪聲的目的，相當(dāng)于提高了采樣精度。
[0047]根據(jù)分析模塊240對(duì)患者阻抗、ECG波形數(shù)據(jù)和Pace脈沖的分析結(jié)果，處理器判斷是否適合使用電擊治療，如果適合則控制進(jìn)行后續(xù)的充電和放電。
[0048]在一種具體實(shí)例中，為了提高阻抗測(cè)量的精度，盡量提高交流信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電壓幅度，放大器和延遲放大器的放大倍數(shù)和供電電壓被配置為滿(mǎn)足以下條件:1、流過(guò)患者身體的電流小于安全電流；2、輸入采樣通道的信號(hào)不會(huì)導(dǎo)致采樣通道飽和。將一定特征的信號(hào)疊加在采樣信號(hào)上，可消除在過(guò)采樣過(guò)程中ADC本身轉(zhuǎn)換誤差(INL、DNL等)的影響，進(jìn)一步提高過(guò)采樣的效果。
[0049]可見(jiàn)，本實(shí)施例通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)過(guò)采樣，然后在后續(xù)處理中對(duì)過(guò)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和抽取，使得過(guò)采樣的數(shù)據(jù)變?yōu)榉细鞅粶y(cè)試量采樣率和精度要求的數(shù)據(jù)，從而使得多種被測(cè)試量可共用一個(gè)采樣通道，減少了硬件，當(dāng)硬件減少時(shí)，則意味著硬件與硬件的連接節(jié)點(diǎn)也減少，從而也減少了由節(jié)點(diǎn)引入的干擾；同時(shí)當(dāng)硬件減少時(shí)，意味著儀器受硬件的分散性影響也減少，實(shí)驗(yàn)證明儀器測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性得到提高。同時(shí)，因硬件的減少，也使儀器的成本相應(yīng)降低、體積相應(yīng)減小。
[0050]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在其他的實(shí)施例中，患者阻抗測(cè)量和Pace脈沖測(cè)量可以共用一個(gè)采樣通道，而ECG波形測(cè)量單獨(dú)使用一個(gè)采樣通道；或者患者阻抗測(cè)量和ECG波形測(cè)量可以共用一個(gè)采樣通道，而Pace脈沖測(cè)量單獨(dú)使用一個(gè)采樣通道；ECG波形測(cè)量和Pace脈沖測(cè)量共用一個(gè)采樣通道，而患者阻抗測(cè)量單獨(dú)使用一個(gè)采樣通道。當(dāng)采樣通道中模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率與兩個(gè)被檢測(cè)量要求的采樣率中較大者相同時(shí)，在處理器中可省略對(duì)該采樣率較大者的抽取處理。
[0051]實(shí)施例二:
[0052]除顫儀在醫(yī)院一般會(huì)要求護(hù)士每日進(jìn)行自檢，自檢的時(shí)候會(huì)要求護(hù)士把測(cè)試負(fù)載接上，即將一個(gè)測(cè)試負(fù)載插在電極片的前端。但自檢完成后有可能護(hù)士會(huì)忘記把測(cè)試負(fù)載拿下來(lái)。這種情況下如果后續(xù)使用的時(shí)候，除顫儀開(kāi)機(jī)后即進(jìn)入AED模式，會(huì)自動(dòng)采集前端數(shù)據(jù)，由于電極片的前端連接有測(cè)試負(fù)載，所以除顫儀識(shí)別外面連接到人體，導(dǎo)致可能得到錯(cuò)誤的分析結(jié)果導(dǎo)致延遲治療。
[0053]本實(shí)施例通過(guò)上電自檢來(lái)識(shí)別除顫儀是否外接測(cè)試負(fù)載。當(dāng)外接測(cè)試負(fù)載時(shí)，采用兩種不同頻率的交流載波信號(hào)驅(qū)動(dòng)，測(cè)得的阻抗值會(huì)基本一致。
[0054]請(qǐng)參考圖6，外接測(cè)試負(fù)載識(shí)別包括以下步驟:
[0055]步驟101，檢測(cè)到除顫儀上電信號(hào)或識(shí)別外接測(cè)試負(fù)載的指令后，處理器輸出第一頻率的交流信號(hào)；
[0056]步驟102，從電極片采樣基于第一頻率的波形數(shù)據(jù)；
[0057]步驟103，基于采樣數(shù)據(jù)計(jì)算第一阻抗值；
[0058]步驟104，輸出第二頻率的交流信號(hào)，第二頻率與第一頻率不同；
[0059]步驟105，從電極片采樣基于第二頻率的波形數(shù)據(jù)；
[0060]步驟106，基于采樣數(shù)據(jù)計(jì)算第二阻抗值；
[0061]步驟107，計(jì)算第一阻抗值和第二阻抗值差值的絕對(duì)值，并判斷絕對(duì)值是否小于設(shè)定閾值，設(shè)定閾值是一個(gè)比較小的值，例如10Ω。如果兩次測(cè)量差值的絕對(duì)值小于設(shè)定閾值，則認(rèn)為除顫儀外接測(cè)試負(fù)載，執(zhí)行步驟108。否則，如果兩次測(cè)量差值的絕對(duì)值大于或等于設(shè)定閾值，則認(rèn)為除顫儀沒(méi)有外接測(cè)試負(fù)載，可進(jìn)行正常的測(cè)試。
[0062]步驟108，報(bào)儀器外接測(cè)試負(fù)載。操作人員將測(cè)試負(fù)載取下后即可正常使用除顫儀。
[0063]在有的具體實(shí)例中，還將外接測(cè)試負(fù)載識(shí)別和患者阻抗測(cè)試一起判斷，其流程圖如圖8所示。
[0064]實(shí)施例三:
[0065]在根據(jù)采樣值進(jìn)行阻抗計(jì)算時(shí)，通常是基于采樣電壓值在采樣電壓值和阻抗的對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)查到阻抗值，但由于系統(tǒng)各器件參數(shù)的漂移，實(shí)際的阻抗會(huì)和根據(jù)采樣電壓值在采樣電壓值和阻抗的對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)上查到的阻抗值有所不同。因此本實(shí)施例在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，還增加了校準(zhǔn)電路26，如圖8所示，校準(zhǔn)電路26包括開(kāi)關(guān)261、第一校準(zhǔn)電阻262和第二校準(zhǔn)電阻263，開(kāi)關(guān)261的兩個(gè)輸入端耦合到兩個(gè)輸入保護(hù)電路231的輸出端，兩個(gè)輸出端根據(jù)控制耦合到第一校準(zhǔn)電阻262的兩端或耦合到第二校準(zhǔn)電阻263的兩端，第一校準(zhǔn)電阻262和第二校準(zhǔn)電阻263具有不同的阻值。開(kāi)關(guān)261可以為雙刀開(kāi)關(guān)，也可以是處理器控制的多路開(kāi)關(guān)。
[0066]當(dāng)需要校準(zhǔn)時(shí)，將開(kāi)關(guān)261連接到第一校準(zhǔn)電阻262，處理器產(chǎn)生交流信號(hào)施加到第一校準(zhǔn)電阻262，同時(shí)采樣原始信號(hào)，獲得第一采樣電壓值。然后將開(kāi)關(guān)261連接到第二校準(zhǔn)電阻263，處理器產(chǎn)生交流信號(hào)施加到第二校準(zhǔn)電阻263，同時(shí)采樣原始信號(hào)，獲得第二采樣電壓值。采用獲得的第一采樣電壓值和第二采樣電壓值更新除顫儀存儲(chǔ)的原采樣值和阻抗的對(duì)應(yīng)曲線(xiàn)。
[0067]在一定頻率和幅度的載波驅(qū)動(dòng)下，測(cè)得采樣電壓值和阻抗近似成線(xiàn)性關(guān)系。但由于系統(tǒng)的各種誤差，例如電阻、電容以及各IC的分散性影響，采樣電壓值和阻抗的關(guān)系呈現(xiàn)一定的曲線(xiàn)，通過(guò)分別接入第一校準(zhǔn)電阻和第二校準(zhǔn)電阻測(cè)量得到曲線(xiàn)上兩點(diǎn)，即可建立被測(cè)阻抗值和采樣電壓值的關(guān)系曲線(xiàn)。
[0068]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換。
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)體外除顫儀的前端測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于包括: 用于接觸患者身體合適部位的兩個(gè)電極片； 載波驅(qū)動(dòng)電路，用于對(duì)產(chǎn)生的交流信號(hào)進(jìn)行放大，并輸出處理后的兩路交流信號(hào)至兩個(gè)電極片； 采樣電路，所述采樣電路至少包括一個(gè)采樣通道，其中至少一個(gè)采樣通道為共用采樣通道，所述共用采樣通道為對(duì)應(yīng)的至少兩種不同的被測(cè)試量共用的測(cè)量通道，所述被測(cè)試量為患者阻抗、ECG波形數(shù)據(jù)和Pace脈沖中的任一種，所述共用采樣通道包括差分放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述差分放大器的兩個(gè)輸入端分別耦合到兩個(gè)電極片，輸出端耦合到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入的模擬信號(hào)經(jīng)設(shè)定采樣率采樣后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸出，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率大于或等于該共用采樣通道對(duì)應(yīng)的至少兩種被測(cè)試量所要求的采樣率中的最大者； 處理器，所述處理器用于產(chǎn)生交流信號(hào)并輸出到載波驅(qū)動(dòng)電路，所述處理器還耦合到采樣電路，用于控制采樣電路并接收采樣電路輸出的數(shù)字采樣信號(hào)，針對(duì)共用采樣通道輸出的數(shù)字采樣信號(hào)分成至少兩路，并按照被測(cè)試量對(duì)采樣率和精度的要求進(jìn)行信號(hào)提取處理。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述共用采樣通道為患者阻抗、ECG波形數(shù)據(jù)和Pace脈沖共用的通道，共用采樣通道的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率等于患者阻抗測(cè)量所要求的采樣率，所述處理器包括患者阻抗計(jì)算處理模塊、ECG波形數(shù)據(jù)提取處理模塊和Pace脈沖處理模塊； 患者阻抗計(jì)算處理模塊包括用于對(duì)共用采樣通道輸出的數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行帶通濾波的帶通濾波單元，和基于濾波后的數(shù)字采樣信號(hào)計(jì)算患者阻抗的計(jì)算單元； ECG波形數(shù)據(jù)提取處理模塊包括用于對(duì)共用采樣通道輸出的數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行低通濾波的第一低通濾波單元，和基于濾波后的數(shù)字采樣信號(hào)按照ECG波形測(cè)量所要求的采樣率進(jìn)行采樣值抽取的第一抽取單元，第一抽取單元輸出ECG檢測(cè)原始數(shù)據(jù)； Pace脈沖處理模塊包括用于對(duì)共用采樣通道輸出的數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行低通濾波第二低通濾波單元，和基于濾波后的數(shù)字采樣信號(hào)按照Pace脈沖測(cè)量所要求的采樣率進(jìn)行采樣值抽取的第二抽取單元，第二抽取單元輸出Pace檢測(cè)原始數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣電路還包括兩個(gè)輸入保護(hù)電路，兩個(gè)輸入保護(hù)電路分別連接在采樣通道的兩個(gè)輸入端和對(duì)應(yīng)的電極片之間，用于吸收除顫高壓的能量。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括校準(zhǔn)電路，所述校準(zhǔn)電路包括開(kāi)關(guān)、第一校準(zhǔn)電阻和第二校準(zhǔn)電阻，所述開(kāi)關(guān)的兩個(gè)輸入端耦合到兩個(gè)輸入保護(hù)電路的輸出端，兩個(gè)輸出端根據(jù)控制耦合到第一校準(zhǔn)電阻兩端或耦合到第二校準(zhǔn)電阻兩端，第一校準(zhǔn)電阻和第二校準(zhǔn)電阻具有不同的阻值。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述載波驅(qū)動(dòng)電路包括帶通濾波器、放大器和延遲放大器，帶通濾波器的輸入端耦合到處理器的載波信號(hào)輸出端，帶通濾波器的輸出端分別耦合到放大器和延遲放大器的輸入端，放大器和延遲放大器的輸出端分別對(duì)應(yīng)耦合到兩個(gè)電極片，延遲放大器輸出的交流信號(hào)的相位相比放大器輸出的交流信號(hào)延遲一設(shè)定相位。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述延遲放大器為反相放大器，反相放大器輸出的交流信號(hào)與放大器輸出的交流信號(hào)相位相反。
7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述放大器和延遲放大器的放大倍數(shù)和供電電壓被配置為在滿(mǎn)足流過(guò)患者身體的電流小于安全電流且輸入采樣通道的信號(hào)不會(huì)導(dǎo)致采樣通道飽和時(shí)盡量提高交流信號(hào)的幅度。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器輸出兩種不同頻率的交流信號(hào)，并根據(jù)采樣電路采集的信號(hào)判斷電極片與患者是否接觸良好，或者處理器響應(yīng)于上電信號(hào)輸出兩種不同頻率的交流信號(hào)，并根據(jù)采樣電路采集的信號(hào)判斷電極片是否被外部導(dǎo)體短接。
9.一種包括如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的前端測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)體外除顫儀。
10.一種自動(dòng)體外除顫儀的前端測(cè)量方法，其特征在于包括: 通過(guò)與患者身體合適部位接觸的兩個(gè)電極片向患者施加載波信號(hào)； 檢測(cè)電極片上的信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，在數(shù)據(jù)采樣過(guò)程中將至少兩種不同的被測(cè)試量共用一個(gè)采樣通道，所述被測(cè)試量為患者阻抗、ECG波形數(shù)據(jù)和Pace脈沖中的任一種，所述共用采樣通道的采樣率大于或等于該共用采樣通道對(duì)應(yīng)的至少兩種被測(cè)試量所要求的采樣率中的最大者； 處理器接收共用采樣通道輸出的數(shù)字采樣信號(hào)，將數(shù)字采樣信號(hào)分成至少兩路，并按照被測(cè)試量對(duì)采樣率和精度的要求進(jìn)行信號(hào)提取處理。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，將患者阻抗、ECG波形數(shù)據(jù)和Pace脈沖共用一個(gè)采樣通道，所述處理器將接收的共用采樣通道輸出的數(shù)字采樣信號(hào)分別經(jīng)患者阻抗計(jì)算處理、ECG波形數(shù)據(jù)提取處理和Pace脈沖處理；患者阻抗計(jì)算處理包括對(duì)數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，基于濾波后的數(shù)字采樣信號(hào)計(jì)算患者阻抗；ECG波形數(shù)據(jù)提取處理包括對(duì)數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行第一低通濾波，基于濾波后的數(shù)字采樣信號(hào)按照ECG采樣率進(jìn)行采樣值抽取，從而得到ECG檢測(cè)原始數(shù)據(jù)；Pace脈沖處理包括對(duì)數(shù)字采樣信號(hào)進(jìn)行第二低通濾波，基于濾波后的數(shù)字采樣信號(hào)按照Pace采樣率進(jìn)行采樣值抽取，從而得到Pace檢測(cè)原始數(shù)據(jù)。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，還包括外接測(cè)試負(fù)載識(shí)別步驟，具體包括: 輸出第一頻率的交流信號(hào)； 從電極片采樣基于第一頻率的波形數(shù)據(jù)； 基于采樣數(shù)據(jù)計(jì)算第一阻抗值； 輸出第二頻率的交流信號(hào)； 從電極片采樣基于第二頻率的波形數(shù)據(jù)； 基于采樣數(shù)據(jù)計(jì)算第二阻抗值； 計(jì)算第一阻抗值和第二阻抗值差值的絕對(duì)值，并判斷絕對(duì)值是否小于設(shè)定閾值，如果是，則認(rèn)為除顫儀外接測(cè)試負(fù)載。
【文檔編號(hào)】A61N1/39GK104274906SQ201310282001
【公開(kāi)日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2013年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月5日
【發(fā)明者】王啟, 陳大兵, 申寧, 李傳林, 岑建 申請(qǐng)人:深圳邁瑞生物醫(yī)療電子股份有限公司