包括生理傳感器的心肺復(fù)蘇裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出用于與心肺復(fù)蘇(CPR)裝置一起使用的生理傳感器，所述傳感器包括：至少一個攝像機元件，其適于檢測生理信號；至少一個照明元件，其適于照亮患者的身體的區(qū)域；外殼，其適于容納所述至少一個攝像機元件和所述至少一個照明元件，所述外殼包括用于將所述傳感器固定在自動化的CPR裝置上或固定在所述患者的身體上的固定元件，并且提出包括生理傳感器的自動化的心肺復(fù)蘇裝置。
【專利說明】包括生理傳感器的心肺復(fù)蘇裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及心肺復(fù)蘇的領(lǐng)域，并且更具體地涉及在施行心肺復(fù)蘇期間優(yōu)化血流 量。本發(fā)明解決了生理傳感器和包括生理傳感器的心肺復(fù)蘇裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 心肺復(fù)蘇（CPR)是用于增加從心臟停搏生存的機會的公知技術(shù)。然而，執(zhí)行具有 連續(xù)高質(zhì)量的手動心肺復(fù)蘇是非常困難的。由于 CPR質(zhì)量是生存的關(guān)鍵，因此有很強的驅(qū) 動力去取得機械自動化設(shè)備以替代較不可靠并且持續(xù)時間長的手動胸部按壓。最近，自動 化的CPR(A-CPR)裝置被引入市場。
[0003] 當(dāng)前的A-CPR系統(tǒng)（例如在專利出版物US 6m267、US 2〇04〇23〇140Al、US 6066106A中描述的系統(tǒng)）對患者施加標(biāo)準(zhǔn)按壓。很明顯，針對患者定制胸部按壓是有益的。 例如，潮氣末C02能夠用于優(yōu)化針對肺循環(huán)的CPR。
[0004] 在CPR期間優(yōu)化大腦流量將可能對心臟停搏治療的結(jié)果具有大的影響。此外，與 大腦灌注相關(guān)的反饋將提供機會，以優(yōu)化針對具體受害者的CPR流程。這是非常有價值的 選項，并且是對于所謂的個性化CPR的關(guān)鍵步驟。美國專利號Π 9〇999描述了用于輔助救 助者在受害者上執(zhí)行手動CPR的裝置。所述裝置包括用于測量血液氧合的Sp0 2傳感器。提 示設(shè)備以聲音傳達(dá)救助者應(yīng)當(dāng)執(zhí)行一個或多個動作，以改進(jìn)手動CPR。
[0005] 在心臟停搏期間，去往非重要器官的血流量由血管收縮而強烈減少。去往大腦的 的血流量沒有被限制；因此期望測量連接到負(fù)責(zé)大腦灌注的動脈的動脈中的血流量或血 量。在原理上能夠利用超聲、生物阻抗或光電體積描記（PPG)技術(shù)監(jiān)測在這樣的動脈中的 流量。這樣的技術(shù)要么昂貴要么非常易于出現(xiàn)由于胸部按壓的運動偽影。從所期望的信號 移除這些偽影也是極其困難的。這樣的技術(shù)的又一缺點是高流量的位置從患者到患者變 化。
[0006] 遠(yuǎn)程光電體積描計（PPG)是使用攝像機來測量皮膚顏色變化的方法，所述 方法被描述在 Wim Verkruysse、Lars 0. Svaasand 和 J_ Stuart Nelson 的 "Remote p 1 ethysmographic imaging using ambient light"，Optics Express，第 16 卷，第 26 號， 2008年12月。所述方法基于以下原理：皮膚中的血量的時間變化引起由皮膚造成的光吸 收的變化。這樣的變化能夠由視頻攝像機記錄，所述視頻攝像機拍攝皮膚區(qū)域（例如面部） 的圖像，同時跨越手動或自動選擇的區(qū)域（通常在這一系統(tǒng)中的前額的部分）處理計算像 素平均信號。通過觀看這一平均信號的周期性變化，能夠提取諸如心跳速率和呼吸速率的 生理參數(shù)。
[0007] 光電體積描記是用于使用皮膚反射變化來表征特定的周期性生理現(xiàn)象的方法。人 類皮膚能夠被建模為具有至少兩層的對象，其中一層是表皮（薄的表面層），而另一層是真 皮（在表皮下面的較厚層）。大概光的入射光中的5%在表皮中被反射，對所有波長和皮膚 顏色都是這樣。剩余的光在被稱為體反射（在雙色反射模型中描述的）的現(xiàn)象中在兩個皮 膚層內(nèi)被散射并吸收。
[0008] 表皮表現(xiàn)得像光學(xué)濾波器，主要吸收光。取決于光的波長和在表皮中的黑色素濃 度，光被發(fā)射。在真皮中，光既被散射又被吸收。吸收取決于血液組成，即血液的含量及其 組成部分（例如血紅蛋白、膽紅素以及β-胡蘿卜素），因此吸收對血流量的變化是靈敏的。 真皮的光學(xué)屬性通常對于所有人種都是相同的。真皮包含血管的密集網(wǎng)絡(luò)，大約占成人的 總血管網(wǎng)絡(luò)的10%。這些血管根據(jù)身體中的血流量收縮。因此，它們改變真皮的結(jié)構(gòu)，這影 響皮膚層的反射。因此，能夠從皮膚反射變化確定心率。
[0009] 然而，監(jiān)測去往大腦的血流量的非侵入性技術(shù)是缺乏的，或者易于產(chǎn)生嚴(yán)重的運 動偽影。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 獲得考慮物理屬性和患者當(dāng)前的健康狀態(tài)的心肺復(fù)蘇裝置將是所期望的。使自動 化的心肺復(fù)蘇裝置能夠找到有效但安全的以很大程度上自動化的方式操作的模式也是所 期望的。
[0011] 為了更好地解決這些關(guān)注問題中的一個或多個，在本發(fā)明的第一方面，一種用于 與心肺復(fù)蘇（CPR)裝置一起使用的生理傳感器，所述傳感器包括：至少一個攝像機元件，其 適于測量生理信號；至少一個照明元件，其適于照亮患者的身體的區(qū)域；外殼，其適于容納 所述至少一個攝像機元件和所述至少一個照明元件，所述外殼包括用于將所述傳感器固定 在自動化的CPR裝置上或固定在患者的身體上的固定元件。
[0012] 通過提供用于固定傳感器的固定元件，能夠使用小的、便攜式傳感器，所述傳感器 被直接安裝在自動化的CPR設(shè)備上或被盡可能地接近患者的身體的感興趣的區(qū)域放置。生 理信號可以是血流量，并且PPG信號可以被測量。
[0013] 可以使用多于一個攝像機，以改善信噪比。使用多于一個攝像機元件允許確定與 血流量改變相關(guān)的共模信號。
[0014] 通過提供適于被放置在患者的身體上的以吸杯型元件的形式的固定元件，生理傳 感器能夠被放置足夠接近需要被監(jiān)測的動脈，但又足夠遠(yuǎn)以監(jiān)測完整的感興趣的區(qū)域。吸 杯元件還允許傳感器的牢固固定，在固定后，所述傳感器不移動。
[0015] 在本公開的另一方面中，固定元件可以包括適于被放置在患者的身體上的護(hù)目鏡 型元件。除了牢固固定，類似于滑雪護(hù)目鏡的護(hù)目鏡型元件或眼鏡型元件允許使用患者的 鼻子，所述患者的鼻子用于攝像機元件的對準(zhǔn)。
[0016] 在本公開的又另一方面中，固定元件可以包括適于被放置在患者的身體上的帶固 定型元件。
[0017] 在又一方面中，屏蔽元件被提供用于屏蔽外部的光，以改善信噪比。
[0018] 攝像機元件可以是在放置后自對準(zhǔn)的。攝像機元件也可以自動搜索相關(guān)聯(lián)的PPG 信號被定位的位置。
[0019] 攝像機元件是單色、彩色或紅外攝像機元件中的至少一種的一個。彩色信號可以 幫助減少運動偽影信號。
[0020] 攝像機兀件可以適于選擇對于生理信號的檢測的最佳位置。具體地，攝像機元件 可以基于被檢測的生理信號的振幅而適于自動分割患者身體的區(qū)域，并且還適于選擇具有 最強的被檢測的生理信號的部位。這通過使用最佳信號或通過優(yōu)化信噪比來幫助優(yōu)化測量 的質(zhì)量。
[0021] 優(yōu)選地，輸出元件被提供用于將生理信號的測量值供應(yīng)給控制器，所述控制器適 于確定經(jīng)優(yōu)化的用于CPR的操作參數(shù)。
[0022] 本發(fā)明也提出一種自動化的心肺復(fù)蘇裝置，所述心肺復(fù)蘇裝置包括控制器和至少 一個傳感器，所述傳感器包括：至少一個攝像機元件，其適于測量生理信號；至少一個照明 元件，其適于照亮患者的身體的區(qū)域；外殼，其適于容納所述至少一個攝像機元件和所述至 少一個照明元件，所述外殼包括用于將傳感器固定在自動化的CPR裝置上或固定在患者的 身體上的固定元件，供應(yīng)與血流量相關(guān)的生理信號的測量值，所述控制器接收來自所述至 少一個傳感器的測量值，所述控制器適于確定經(jīng)優(yōu)化的用于CPR的操作參數(shù)。
[0023] 通過將上述類型的生理傳感器提供給自動化的CPR裝置，監(jiān)測PPG信號以及因此 監(jiān)測血量變化作為針對血流量的替代標(biāo)記，它們能夠在復(fù)蘇期間被獲得。有利地，可以形成 控制回路，在所述控制回路中，測量信號可以被用作反饋信號，以優(yōu)化按壓。按壓參數(shù)可以 是按壓深度、按壓/解壓頻率以及占空比。PPG信號的振幅可以被最大化。因此，自動化的 CPR裝置可以適于確定按壓參數(shù)應(yīng)該被如何改變。
[0024] 在本公開的一個方面中，指示元件給救助者指示與按壓相關(guān)的操作參數(shù)的修改。 指示元件可以是提示設(shè)備或顯示器。
[0025]在本公開的又一方面中，自動化的CPR包括胸部按壓致動器和致動器驅(qū)動器，所 述致動器驅(qū)動器根據(jù)致動器驅(qū)動器的操作參數(shù)將驅(qū)動信號提供給胸部按壓致動器，所述操 作參數(shù)是從控制器接收的。制動器驅(qū)動器接收來自控制器的信號。
[0026]據(jù)此，本發(fā)明提出使用攝像機元件以用于測量PPG信號，以提供對自動化的心肺 復(fù)蘇裝置或執(zhí)行心肺復(fù)蘇裝置的救助者的反饋。反饋是基于與血流量相關(guān)并且因此與多數(shù) 心肺復(fù)蘇的目標(biāo)相關(guān)的生理參數(shù)。
[0027]參考下文描述的僅作為范例給出的（一個或多個）實施例，本發(fā)明的這些方面和 其他方面將是顯而易見的并將得到闡述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的傳感器裝置的示意性方框圖。
[0029]圖2示出了具有本發(fā)明的一個方面中的自動化的CPR設(shè)備的傳感器裝置。
[0030]圖3示出了本發(fā)明的又另一方面的PGP攝像機。
[0031]圖4示出了本發(fā)明的一個方面中的自動化的心肺復(fù)蘇裝置。

【具體實施方式】
[0032]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一方面的用于自動化的心肺復(fù)蘇裝置的傳感器裝置 的示意性方框圖。
[0033]傳感器1能夠與自動化的CPR設(shè)備2 -起使用。傳感器裝置1包括適于檢測ppG 信號S10的攝像機元件10。攝像機元件10可以用于確定在被選擇的身體區(qū)域上的身體表 面上或身體表面附近的皮膚顏色或溫度的變化。要被監(jiān)測的一個優(yōu)選區(qū)域是面部，其中表 示去往大腦的血流量的相關(guān)聯(lián)的PGP信號S10可以被感受到。其中，期望測量連接到負(fù)責(zé) 大腦灌注的動脈的動脈中的血流量或血量。這些動脈中的一些位于面部區(qū)域。連接到內(nèi)部 頸動脈的相關(guān)聯(lián)的動脈是滑車上動脈、眶上動脈、鼻背側(cè)動脈、…）、鼻孔周圍的動脈以及可 能的耳朵周圍的動脈。 t〇〇34] 攝像機元件10可以在不同的波長條件下工作，例如，單色攝像機元件、彩色攝像 機元件或紅外（IR)攝像機元件。
[0035] 攝像機元件10被連接到歸一化單元20,所述歸一化單元20適于將被檢測的PGP 信號歸一化到參考信號，引起作為被發(fā)送到控制器30的反饋信號的可利用的傳感器信號 S20。
[0036] 反饋信號可以用于確定CPR的質(zhì)量，所述CPR的質(zhì)量的目標(biāo)是提高患者的血液灌 注或至少患者的重要器官的血液灌注。血液灌注的程度和質(zhì)量取決于執(zhí)行心肺復(fù)蘇的方 式。心肺復(fù)蘇的參數(shù)（例如按壓深度、按壓率、波形、占空比、按壓速度等）可以對血液灌注 具有影響。反饋信號可以用于優(yōu)化流量，這可以通過改變像按壓深度、頻率以及占空比的按 壓參數(shù)來進(jìn)行優(yōu)化。
[0037]可以由適于給出什么參數(shù)要改變的建議的控制器輔助，由救助者改變按壓參數(shù)。 以自動的方式，控制器適于將控制信號發(fā)送到自動化的CPR設(shè)備2。
[0038]自動化的CPR設(shè)備2可以包括胸部按壓致動器，所述胸部按壓致動器適于執(zhí)行在 患者胸部上的按壓/解壓循環(huán)。
[0039]本領(lǐng)域技術(shù)人員將會因此理解，胸部按壓致動器或執(zhí)行按壓的救助者、患者的胸 部、具有控制器30的傳感器裝置1形成確保CPR質(zhì)量的良好跟蹤的回路控制系統(tǒng)。
[0040]在本發(fā)明的一個方面中，如果需要，救助者能夠判斷信號并采用CPR參數(shù)。
[0041]在本發(fā)明的另一方面中，胸部按壓致動器或執(zhí)行按壓的救助者、患者的胸部、具有 控制器30的傳感器裝置1形成閉合回路控制系統(tǒng)，其中，閉合回路控制系統(tǒng)可以適于基于 對被期望的PGP信號水平與反饋信號之間的比較來修改用于按壓的控制信號。
[0042]為了提供對運動改變和照明改變魯棒性，傳感器裝置1可以應(yīng)用至少兩個顏色通 道的組合分析，所述至少兩個顏色通道可以對應(yīng)于可見光（例如，紅色、綠色、藍(lán)色）或不可 見的紅外光。
[0043]傳感器裝置1能夠用于通過估計被檢測的周期性信號的搏動來分析被檢測的心 搏信號的強度。由于測量信號的搏動的空間分布是不相等的，因此攝像機元件10能夠利用 較大和較低的被檢測的心搏信號的搏動來分割空間的皮膚區(qū)域。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，來 自具有較高搏動的空間分割的測量將提供具有較高SNR的心搏信號，所述具有較高 SNR的 心搏信號對于運動改變或照明改變更魯棒。
[0044]因此，攝像機元件10能夠在比常規(guī)PGP技術(shù)大很多的區(qū)域上進(jìn)行測量。這減少了 小的移動。
[0045]傳感器裝置1適于優(yōu)選在測量的開始處基于經(jīng)提取的周期性信號的振幅自動地 分割皮膚區(qū)域，并且選擇具有最強搏動的感興趣的區(qū)域。
[0046]因此，傳感器裝置1以其能夠選擇關(guān)于最大PPG信號或最大信噪比的面部的最佳 位置的方式是智能的。
[0047]在本發(fā)明的另一方面中，傳感器裝置1能夠組合信號搏動的空間分布的分析與皮 膚區(qū)域（例如，皮膚的紋理和均勻性、鏡面反射的量等）的其他可見靜態(tài)特征的分析。
[0048] 圖2示出了具有自動化的CPR設(shè)備11的傳感器裝置i。
[0049]如圖2上圖示的，傳感器裝置1被安裝在CPR設(shè)備11上。所述CPR設(shè)備丨丨能夠 被安置在患者胸部上。攝像機元件2〇被樞轉(zhuǎn)地安裝在CPR設(shè)備丨丨的上壁上。攝像機元件 20可以被布置為當(dāng)CPR設(shè)備被安置在操作條件下時攝像機元件 20使其查看區(qū)域指向患者 的面部。
[0050] 攝像機元件20可以包括自動檢測單元，以自動地搜索存在相關(guān)聯(lián)的pPG信號的位 置。與去往大腦的血流量的位置相關(guān)的相關(guān)聯(lián)的位置沒有被限制，例如位于面部區(qū)域（例 如眼睛、耳朵或鼻子）的動脈。
[0051] -旦由歸一化單元歸一化的PPG信號被供給控制器30, PPG信號被檢測到?？刂?器30適于將控制信號發(fā)送到自動化的CPR設(shè)備11，以在當(dāng)需要時修改按壓參數(shù)。
[0052]圖2的傳感器裝置具有的一個問題涉及攝像機元件關(guān)于患者的身體和優(yōu)選測量 位置的相對定位。攝像機元件的視線能夠被環(huán)境條件（諸如救助者在攝像機元件與身體測 量位置之間執(zhí)行通氣或CPR插入）或照明條件干擾，這能夠大幅度地減少信噪比。
[0053]圖3公開了具有適于被安置接近于患者的身體的攝像機元件的傳感器。
[0054]傳感器42〇包括固定元件470,固定元件47〇用于直接地牢固固定在患者的身體 上。圖3的固定元件470包括類似于滑雪眼鏡或運動眼鏡的護(hù)目鏡元件，并且適于被用作身 體上的眼鏡。護(hù)目鏡型固定元件47〇提供在眼睛和噪聲周圍的感興趣的位置的牢固固定， 沒有移動，在所述感興趣的位置相關(guān)聯(lián)的PGP信號能夠被測量。
[0055] 有利地，傳感器420的至少一個攝像機元件43〇能夠被放置在固定元件中，足夠接 近需要被監(jiān)測的動脈但又足夠遠(yuǎn)以監(jiān)測完整的感興趣的區(qū)域。攝像機元件430可以是被放 置后自對準(zhǔn)的。
[0056] 向固定元件470提供包括至少一個攝像機開口 48〇的接觸部分，所述至少一個攝 像機開口 480對準(zhǔn)到感興趣的區(qū)域。
[0057]預(yù)期使用一個攝像機元件430,但是也可以使用第二攝像機元件430,。雙攝像機 解決方案具有機械穩(wěn)定性和更好地抑制運動偽影以及更好地確定共模PPG信號的優(yōu)點。 [0058] 能夠利用燈490以最佳光強度和顏色照亮感興趣的區(qū)域。任選地，照明能夠具有 或不具有頻閃類型的照明。
[0059]圖4公開了具有適于被安置接近患者的身體的攝像機元件的傳感器裝置520。
[0060] 攝像機元件52〇包括固定元件57〇,其用于直接地牢固固定在患者的身體上。固定 元件 57〇適于被固定在患者的前額上。固定元件570包括吸杯，所述吸杯可以有利地適于 患者的不同的形態(tài)和尺寸。吸杯還是穩(wěn)定的，不會移動，但處于感興趣的位置中，在所述感 興趣的位置中，相關(guān)聯(lián)的PGP信號（例如Nelcor PG和sP02)能夠被測量。
[0061] 吸杯還提供對外部的光的屏蔽。攝像機元件530適于與光源550 -起放進(jìn)吸杯內(nèi)。
[0062] 總的來說，本申請公開了生理傳感器的使用，所述生理傳感器包括至少一個適于 覆蓋較大面積的攝像機元件，從而提供針對運動的比常規(guī)PPG較不靈敏的傳感器。傳感器 能夠在例如患者的面部上（或身體上的其他相關(guān)聯(lián)的位置）自動地檢測并跟隨"PPG熱點"。 [0063] 通過使用經(jīng)建立的視頻處理和信號處理技術(shù)（圖像位置能夠被跟隨，運動被確 定，其他顏色能夠被用作參考信號，在流量與偽影信號之間相位不同），能夠從所期望的生 理信號分離運動偽影，并且能夠（例如通過將測量區(qū)域取平均）加強所期望的信號。最后， 能夠使用相對低花費的攝像機設(shè)備（vga等、智能電話等、網(wǎng)絡(luò)攝像機等）。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于與心肺復(fù)蘇（CPR)裝置一起使用的生理傳感器，所述傳感器包括： 至少一個攝像機元件，其適于檢測生理信號， 至少一個照明元件，其適于照亮患者的身體的區(qū)域， 外殼，其適于容納所述至少一個攝像機元件和所述至少一個照明元件， 所述外殼包括用于將所述傳感器固定在自動化的CPR裝置上或固定在所述患者的身 體上的固定元件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理傳感器，其中，所述固定元件是適于被放置在患者的身 體上的吸杯型元件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理傳感器，其中，所述固定元件是適于被放置在患者的身 體上的護(hù)目鏡型元件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生理傳感器，其中，所述固定元件是適于被放置在患者的身 體上的帶固定型元件。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的生理傳感器，還包括用于屏蔽外部的光的屏蔽 元件。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的生理傳感器，其中，所述攝像機元件是自對準(zhǔn) 的。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的生理傳感器，其中，所述攝像機元件適于針對 所述生理信號的所述檢測選擇最佳位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的生理傳感器，其中，所述攝像機元件適于基于檢測到的生理 信號來自動地分割所述患者身體的區(qū)域，并且還適于選擇具有最強的檢測到的生理信號的 部位。
9·根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的生理傳感器，所述攝像機元件是單色攝像機元 件、彩色攝像機元件或紅外攝像機元件中的至少一種的一個。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的生理傳感器，包括用于將所述生理信號的測 量值供應(yīng)給控制器的輸出元件，所述控制器適于確定用于所述CPR的經(jīng)優(yōu)化的操作參數(shù)。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的生理傳感器，其中，所述至少一個攝像機元件 適于測量PPG信號。
12. -種自動化的心肺復(fù)蘇裝置，包括： 根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任一項所述的至少一個傳感器,其供應(yīng)與血流量相關(guān)的生理 信號的測量值， 控制器，其接收來自所述至少一個傳感器的所述測量值，所述控制器適于確定所述CPR 的經(jīng)優(yōu)化的操作參數(shù)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的自動化的CPR，包括： 指示元件，其給操作者指示對與按壓相關(guān)的操作參數(shù)的修改。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的自動化的CPR，包括： 胸部按壓致動器， 致動器驅(qū)動器，其根據(jù)所述致動器驅(qū)動器的操作參數(shù)來將驅(qū)動信號供應(yīng)給所述胸部按 壓致動器，所述操作參數(shù)是從所述控制器接收的。
【文檔編號】A61B5/00GK104203082SQ201380013833
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月13日
【發(fā)明者】P·H·武爾萊, P·阿埃萊, H·杜里克, I·O·基倫科 申請人:皇家飛利浦有限公司