本發(fā)明屬于心肺復(fù)蘇領(lǐng)域，特別涉及心肺復(fù)蘇引導(dǎo)按壓深度測(cè)量領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前的人工心肺復(fù)蘇術(shù)大都是憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行,對(duì)實(shí)施者而言，就算經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn),在突發(fā)性的緊急情況下，很難做到嚴(yán)格遵照相關(guān)的按壓標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)施復(fù)蘇過程中對(duì)心肺按壓的節(jié)奏與幅度較難把握，其中按壓幅度的深淺又作為決定按壓是否有效的關(guān)鍵因素，與此同時(shí)不同病人不同體質(zhì)對(duì)按壓幅度也有不同的要求。心肺復(fù)蘇引導(dǎo)裝置能起到很好的示范作用，在一定程度上降低了人工操作門檻，提高心肺復(fù)蘇的成功率。但是現(xiàn)有的基于加速度計(jì)的便攜式心肺復(fù)蘇按壓引導(dǎo)器存在測(cè)量精度和可靠性的問題。對(duì)此，本專利提出了一種提升此類測(cè)量精度與可靠性的裝置和方法，能減少因個(gè)人經(jīng)驗(yàn)不足所引起的施救不當(dāng)和二次傷害。

美國專利US7118542B2中公布了利用加速度傳感器測(cè)量按壓深度的一種測(cè)量方法，該專利中敘述了利用加速度傳感器積分疊加原理以及算法校正，最后求出每次按壓深度的測(cè)量。但是該項(xiàng)發(fā)明容易受運(yùn)動(dòng)環(huán)境的影響，如在救護(hù)車、救援飛機(jī)、滑動(dòng)的輪床等運(yùn)動(dòng)環(huán)境下，僅僅利用加速度測(cè)量的方法會(huì)帶來一些無法克服的測(cè)量誤差，需要特殊的校正裝置與算法校正，這勢(shì)必會(huì)增加裝置成本與操作難度。已知加速度傳感器積分算法一個(gè)弊端是必須準(zhǔn)確得出按壓周期的開始與結(jié)束的時(shí)刻，之后才能準(zhǔn)確的算出按壓深度，否則勢(shì)必會(huì)存在一定的測(cè)量誤差，但是該專利并未提及。

歐洲專利中EP2308449A1以及中國專利CN102164573A中公布了關(guān)于利用磁場(chǎng)發(fā)生器與接收器的感應(yīng)測(cè)量原理及裝置，發(fā)明主要基于磁場(chǎng)測(cè)量原理，用發(fā)射線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，通過測(cè)量接收線圈上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)來計(jì)算按壓深度。其中CN102164573A單獨(dú)就電磁感應(yīng)測(cè)量做一定的校正與算法，這種直接測(cè)量磁場(chǎng)的方式容易受到病人所處環(huán)境的影響，當(dāng)病人躺在擔(dān)架上、鐵架床上或者放置在地上時(shí)，因?yàn)榄h(huán)境的不同，會(huì)導(dǎo)致磁場(chǎng)的測(cè)量值存在很大的不確定性。由于沒有其他參考裝置與測(cè)量手段，該項(xiàng)測(cè)量方式需要配合特殊校正裝置與校正算法才能真正應(yīng)用到實(shí)際測(cè)量領(lǐng)域，因此有很大的局限性，測(cè)量誤差會(huì)比較大。歐洲專利EP2308449A1將加速度數(shù)據(jù)和電磁感應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)合起來完成按壓深度的測(cè)量，但是此專利中只測(cè)量了一次感應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度，且發(fā)射裝置與接收裝置均由主機(jī)導(dǎo)線引出，分別置于病人胸前與背后。主要弊端就是采用主機(jī)一拖二的形式，發(fā)射裝置與接收裝置均需要從主機(jī)引出導(dǎo)線，并由主機(jī)提供電源。其實(shí)際操作顯得不太方便，影響急救的效果，并且隨著使用次數(shù)的累積，導(dǎo)線有破損的可能，可靠性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明利用電磁感應(yīng)原理，在心肺復(fù)蘇按壓裝置中放置一個(gè)專用的發(fā)射線圈，產(chǎn)生并激勵(lì)起交變電流，線圈向外發(fā)射交變磁場(chǎng)即一次感應(yīng)信號(hào)；特制的目標(biāo)接收線圈模塊用于接收一次感應(yīng)信號(hào)并在自身線圈上產(chǎn)生渦流；此渦流會(huì)向外發(fā)射同頻的交變磁場(chǎng)即二次感應(yīng)信號(hào)，心肺復(fù)蘇引導(dǎo)按壓裝置中的接收線圈通過接收這兩個(gè)感應(yīng)信號(hào)，運(yùn)用相敏檢波算法將它們分離出來。計(jì)算出在一個(gè)按壓周期內(nèi)二次感應(yīng)信號(hào)的最大值與最小值所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，結(jié)合實(shí)時(shí)測(cè)得的加速度計(jì)算出此次按壓的深度；從而解決常規(guī)方案中測(cè)量裝置受環(huán)境影響大、可靠性差、測(cè)量精度低的問題。

本發(fā)明技術(shù)方案為一種心肺復(fù)蘇按壓深度的測(cè)量裝置，該裝置包括：引導(dǎo)按壓測(cè)量主機(jī)和目標(biāo)接收線圈模塊；所述引導(dǎo)按壓測(cè)量主機(jī)包括：電源轉(zhuǎn)換模塊、加速度傳感器、數(shù)字信號(hào)控制器(DSP)、直接數(shù)字頻率合成器(DDS)、信號(hào)調(diào)理及采樣、主機(jī)發(fā)射線圈、主機(jī)接收線圈；其中所述電源轉(zhuǎn)換模塊為各器件及電路供電，所述加速度傳感器用于測(cè)量按壓過程中主機(jī)的加速度，所述數(shù)字信號(hào)控制器用于控制其它電路，并完成相敏檢波，結(jié)合加速度數(shù)據(jù)計(jì)算出每次按壓的深度；所述直接數(shù)字頻率合成器用于產(chǎn)生固定頻率的正弦波信號(hào)再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)放大后輸出至發(fā)射線圈，所述信號(hào)調(diào)理及采樣作用是對(duì)主機(jī)發(fā)射線圈的發(fā)射信號(hào)與主機(jī)接收線圈的接收信號(hào)進(jìn)行采集與調(diào)理；所述目標(biāo)接收線圈模塊處于主機(jī)發(fā)射線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)中，自身的渦流向外發(fā)射二次感應(yīng)信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述主機(jī)接收線圈包括兩部分：正向繞制線圈與反向繞制線圈，用于抵消接收線圈中大部分的一次感應(yīng)信號(hào)。

進(jìn)一步的，所述引導(dǎo)按壓測(cè)量主機(jī)還包括USB通訊接口，用于與外界通訊調(diào)試或程序代碼升級(jí)；聲光指示模塊，用于驅(qū)動(dòng)指示燈與蜂鳴器。

一種心肺復(fù)蘇按壓深度的測(cè)量方法，該方法在位于病人胸前的心肺復(fù)蘇按壓裝置中放置一發(fā)射線圈，發(fā)射線圈向外發(fā)射一次感應(yīng)信號(hào)；位于病人背后的目標(biāo)接收線圈模塊接收一次感應(yīng)信號(hào)并在自身線圈上產(chǎn)生渦流，此渦流向外發(fā)射二次感應(yīng)信號(hào)；心肺復(fù)蘇按壓裝置中的接收線圈通過接收一次和二次感應(yīng)信號(hào)，在消弱一次感應(yīng)信號(hào)后，運(yùn)用相敏檢波算法分離出二次感應(yīng)信號(hào)；計(jì)算出一個(gè)按壓周期內(nèi)二次感應(yīng)信號(hào)的最大值與最小值所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，結(jié)合實(shí)時(shí)的加速度數(shù)據(jù)計(jì)算出此次按壓的深度。

本專利最大的特點(diǎn)與不同之處就是測(cè)量原理上。通過主機(jī)上的接收線圈測(cè)量二次感應(yīng)信號(hào)大小來判斷按壓深度的最高點(diǎn)與最低點(diǎn)，再對(duì)傳感器測(cè)量的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分運(yùn)算，計(jì)算出按壓深度。使用目標(biāo)接收線圈模塊與測(cè)量二次感應(yīng)信號(hào)是本專利與其他專利不同之處，此方法結(jié)合加速度積分算法測(cè)量出的按壓深度既精確又可靠，由于目標(biāo)接收線圈模塊無需外部供電與導(dǎo)線連接，對(duì)使用環(huán)境以及放置位置無特別要求，較其他產(chǎn)品來看，適用性更好，可靠性更高，測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確。

附圖說明

圖1為總體功能框圖；

圖2為DDS數(shù)字頻率信號(hào)發(fā)射結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為信號(hào)調(diào)理及采樣示意圖；

圖4為主控制器外圍電路單元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為數(shù)字相敏檢波算法流程圖；

圖6為系統(tǒng)軟件工作流程圖；

圖7為加速度積分算法示意圖；

圖8為發(fā)射線圈與接收線圈示意圖；

圖9為一次感應(yīng)信號(hào)與二次感應(yīng)信號(hào)相位關(guān)系示意圖；

圖10為正交分離后的復(fù)合信號(hào)實(shí)部虛部關(guān)系示意圖；

圖11為本發(fā)明裝置放置示意圖。

圖中，1.電源轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需的各種電壓；2.加速度傳感器；3.數(shù)字信號(hào)控制器DSP，執(zhí)行DPSD算法與相關(guān)控制；4.USB通訊，與外界通訊調(diào)試或程序代碼升級(jí)；5.直接數(shù)值頻率合成器DDS，用于產(chǎn)生某一固定頻率的正弦信號(hào)再經(jīng)過驅(qū)動(dòng)放大后輸出至發(fā)射線圈；6.信號(hào)調(diào)理及采樣，包括低噪聲放大、帶通濾波、ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換；7.聲光指示，DSP驅(qū)動(dòng)LED和蜂鳴器；8.主機(jī)接收線圈，主機(jī)接收線圈用于接收疊加后的復(fù)合信號(hào)；9.主機(jī)發(fā)射線圈，激勵(lì)起某一固定頻率的交變磁場(chǎng)；10.驅(qū)動(dòng)放大，放大DDS數(shù)字信號(hào)驅(qū)動(dòng)，使發(fā)射線圈能夠激勵(lì)器足夠大的渦流，確保信號(hào)的強(qiáng)度；11.低噪聲放大；12.帶通濾波；13.增益調(diào)節(jié)；14.AD采樣；15.電池，由2節(jié)7號(hào)構(gòu)成；16.濾波穩(wěn)壓，對(duì)電源電壓濾波；17.晶振，提供系統(tǒng)時(shí)鐘；18.復(fù)位控制電路；19.JTAG，燒錄仿真測(cè)試口；

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本裝置分為兩個(gè)部分，其中Ⅰ為引導(dǎo)按壓測(cè)量主機(jī)，Ⅱ目標(biāo)接收線圈模塊。Ⅱ線圈回路在交變電磁場(chǎng)即一次感應(yīng)信號(hào)作用下激勵(lì)起一定大小的交變渦流，此渦流又會(huì)向外輻射二次感應(yīng)信號(hào)。主機(jī)上的接收線圈接收由一次與二次感應(yīng)信號(hào)疊加后的復(fù)合信號(hào)，通過相敏檢波算法以及加速度積分算法求出Ⅰ主機(jī)與Ⅱ目標(biāo)接收線圈模塊之間的距離。發(fā)射信號(hào)經(jīng)過衰減后用作參考信號(hào)，同接收信號(hào)作相位比較；

本發(fā)明的難點(diǎn)：

主機(jī)上有發(fā)射線圈與接收線圈，一次感應(yīng)信號(hào)也會(huì)被主機(jī)的接收線圈所接收，我們需要測(cè)量的不是一次感應(yīng)信號(hào)，而是來自目標(biāo)接收線圈模塊的二次感應(yīng)信號(hào)。因此系統(tǒng)必須要能夠區(qū)分兩者，并且將其準(zhǔn)確的分離出來。

難點(diǎn)1：本發(fā)明主要特點(diǎn)與難點(diǎn)在于系統(tǒng)要分離出二次感應(yīng)信號(hào)，方法是通過數(shù)字相敏檢波(DPSD)算法，計(jì)算二次感應(yīng)信號(hào)的幅度以及與參考信號(hào)之間的相位差。已知從發(fā)射信號(hào)取得的參考信號(hào)，且主機(jī)上的發(fā)射線圈與接收線圈的位置與距離是確定的，那么一次感應(yīng)信號(hào)的相位與幅度都是固定值。根據(jù)感應(yīng)原理，目標(biāo)接收線圈模塊的二次感應(yīng)信號(hào)與一次場(chǎng)信號(hào)之間的相位差大約為90度(如圖9所示)，且二次感應(yīng)信號(hào)遠(yuǎn)小于一次場(chǎng)信號(hào)。經(jīng)過疊加后的復(fù)合信號(hào)會(huì)被主機(jī)的接收線圈接收，為了分離兩者本專利采用相敏檢波算法，最后換算成實(shí)部虛部，實(shí)部表示與參考信號(hào)同相位的一次感應(yīng)信號(hào)，而虛部則表示相位相差90度的二次感應(yīng)信號(hào)，如圖10所示。記錄一個(gè)按壓周期內(nèi)二次感應(yīng)信號(hào)，得出最大值與最小值的時(shí)刻，最后對(duì)加速度數(shù)據(jù)做積分運(yùn)算，求出此次按壓的深度。由于準(zhǔn)確的測(cè)量了二次感應(yīng)信號(hào)，就能發(fā)現(xiàn)主機(jī)與目標(biāo)接收模塊之間距離的細(xì)微變化。由此可知，此方法可以非常精確地計(jì)算出每次的按壓深度，很好地解決了傳統(tǒng)方法由于無法判斷按壓最低點(diǎn)與最高點(diǎn)位置所帶來的誤差，使得按壓深度的測(cè)量更為準(zhǔn)確。

難點(diǎn)2：已知主機(jī)接收線圈與發(fā)射線圈的距離很近，相比與目標(biāo)接收線圈模塊的距離要大一些，且目標(biāo)接收模塊產(chǎn)生的二次感應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度，比一次感應(yīng)信號(hào)小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。如圖9所示，如果二次感應(yīng)信號(hào)遠(yuǎn)小于一次感應(yīng)信號(hào)，經(jīng)過波形疊加后的復(fù)合信號(hào)主要以一次感應(yīng)信號(hào)為主，正交分離后很難反應(yīng)距離的變化，因此需要對(duì)一次感應(yīng)信號(hào)做抵消處理。本發(fā)明通過正反向繞制的線圈剛好可以將一次感應(yīng)信號(hào)抵消到最小，使得二次感應(yīng)信號(hào)的幅度與一次感應(yīng)信號(hào)不至于相差過大。

如圖8所示，主機(jī)接收線圈系分成兩部分，Coil2為正向繞制的線圈，匝數(shù)為Q₂，Coil3為反向繞制的線圈，匝數(shù)為Q₃。由于距離D₂、D₃是固定的，兩線圈接收到的磁場(chǎng)信號(hào)強(qiáng)度近似與距離的3次方成反比，那么Coil2與Coil3線圈處的磁強(qiáng)的關(guān)系可以表示為：

由于兩線圈繞制相反，由磁場(chǎng)感應(yīng)出來的電動(dòng)勢(shì)方向相反，大小與匝數(shù)成正比：

V₁＝V2-V3

為將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)V₁抵消到最小，對(duì)匝數(shù)進(jìn)行匹配設(shè)計(jì):

當(dāng)

有V₂≈V₃

比如D₂＝D₃

則Q₂/Q₃＝1/8

同理二次感應(yīng)信號(hào)同樣也存在一定的抵消關(guān)系，不過由于Coil2、Coil3與目標(biāo)接收線圈模塊的距離近似相等，那么抵消關(guān)系最終被反應(yīng)到匝數(shù)比上。

由于正反線圈與目標(biāo)接收線圈模塊的距離差不多，而Q3比Q2大很多，因此二次感應(yīng)信號(hào)只抵消了一小部分，對(duì)二次感應(yīng)信號(hào)的測(cè)量結(jié)果不會(huì)造成太大的影響。利用相敏檢波算法提取復(fù)合信號(hào)中二次感應(yīng)信號(hào)，確定此信號(hào)的最大值與最小值所處的時(shí)刻，即得到按壓最高處與最低處的位置，如圖7所示。

結(jié)合加速度積分算法與感應(yīng)測(cè)量技術(shù)，能顯著提高位移的測(cè)量精度。

具體操作實(shí)現(xiàn)方式

步驟一：打開主機(jī)電源，完成自檢；

步驟二：將接收目標(biāo)接收線圈模塊放置于病人的背后。

步驟三：將主機(jī)置于病人胸前正上方，選擇按壓模式(針對(duì)不同病人的一種參考模式)后，界面綠燈亮?xí)r既可進(jìn)行按壓，按壓時(shí)主機(jī)界面會(huì)有節(jié)奏地聲光指示，同時(shí)液晶屏上會(huì)顯示出每次按壓位移的深度。根據(jù)主機(jī)提示的按壓節(jié)奏進(jìn)行按壓，并及時(shí)調(diào)整按壓的深度。