本發(fā)明涉及醫(yī)療器械，尤其涉及一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、心臟驟停嚴(yán)重威脅人體生命健康安全，發(fā)生心臟驟停的患者會在短時間內(nèi)因心、腦等重要器官缺血、缺氧而死亡。及時有效的心肺復(fù)蘇(card?iopu?lmonary?resuscitation,cpr)是挽救患者生命的必要措施。高效的胸外按壓對于促進(jìn)血液循環(huán)、維持心腦等重要器官的供血、避免重要器官壞死、促進(jìn)患者自主循環(huán)恢復(fù)等具有重要作用，對cpr成功起著關(guān)鍵性作用。在胸外按壓過程中應(yīng)注意按壓深度、頻率等參數(shù)控制，按壓深度過淺可能達(dá)不到按壓效果，無法維持血液循環(huán)，按壓過深可能會導(dǎo)致包括氣胸、胸壁胸內(nèi)臟器受損和肋骨骨折等不良事件，對患者造成二次損傷。目前胸外按壓以單點(diǎn)胸外按壓為主，因?yàn)閱吸c(diǎn)胸外按壓受力面積較小，為達(dá)到足夠的按壓效果需對按壓深度的要求較高。這種情況下，按壓會對胸部產(chǎn)生較大沖擊，長時間較大的壓強(qiáng)對胸肋骨及肌肉軟組織的損傷較大。

2、根據(jù)aha心肺復(fù)蘇指南，成年人胸外按壓深度不小于5cm，但不超過6cm,按壓頻率為100～120次/min，每次按壓后胸廓完全回彈,按壓與放松比大致相等。這是根據(jù)大數(shù)據(jù)得出的適合大部分人的按壓參數(shù)，但每個患者的胸廓前后徑、形態(tài)、彈性不同，能夠適應(yīng)的按壓力度、深度有所差異，且急救過程中胸部力學(xué)特征會隨胸外按壓進(jìn)行產(chǎn)生變化。另外，由于按壓過程實(shí)際胸部環(huán)境具有很強(qiáng)的不確定性與時變性，從電機(jī)控制到系統(tǒng)實(shí)際輸出具有很強(qiáng)的非線性，傳統(tǒng)控制方法如p?id控制難以適用。

3、綜上所述，目前急需一種設(shè)計合理且能夠根據(jù)患者差異性自適應(yīng)調(diào)節(jié)按壓參數(shù)，降低胸外按壓過程中損傷風(fēng)險的胸外按壓系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)及控制方法，設(shè)計由按壓頭和環(huán)繞胸部的收縮帶組成的按壓裝置，同時提供胸部按壓力和環(huán)胸擠壓力，分散單一胸部按壓對胸肋骨的較大沖擊，降低損傷風(fēng)險。本發(fā)明還在控制系統(tǒng)中加入自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來學(xué)習(xí)按壓系統(tǒng)中電機(jī)控制與系統(tǒng)輸出的非線性映射，為按壓系統(tǒng)提供更精確的控制。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)，包括按壓裝置和控制系統(tǒng)：

4、按壓裝置，包括按壓頭，胸部環(huán)帶和傳感器，所述胸部環(huán)帶兩端均設(shè)置有連接件，通過連接件連接按壓頭的兩端，將按壓頭固定在胸部環(huán)帶中間，按壓頭和胸部環(huán)帶共同形成封閉圓環(huán)，封閉圓環(huán)形成的綁縛空間用于容納患者胸部，胸部環(huán)帶內(nèi)側(cè)和按壓頭上均設(shè)置有多個傳感器；

5、控制系統(tǒng)，包括：

6、數(shù)據(jù)采集模塊，用于實(shí)時獲取傳感器采集的按壓數(shù)據(jù)，并對按壓數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

7、模型構(gòu)建模塊，結(jié)合按壓過程中的影響參數(shù)對胸部進(jìn)行建模，得到胸部模型，在胸部模型中引入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到狀態(tài)評估模型；

8、狀態(tài)評估模塊，利用狀態(tài)評估模型對預(yù)處理后的實(shí)時按壓數(shù)據(jù)進(jìn)行損傷風(fēng)險評估，根據(jù)損傷風(fēng)險評估結(jié)果對實(shí)施在按壓裝置上的按壓參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

9、進(jìn)一步的，所述按壓頭為單點(diǎn)按壓頭，按壓頭包括吸盤結(jié)構(gòu)和控制器，控制器安裝在吸盤結(jié)構(gòu)上方，控制器上設(shè)置有顯示屏和控制按鈕。

10、進(jìn)一步的，胸部環(huán)帶包括內(nèi)層環(huán)帶和外層環(huán)帶，所述外層環(huán)帶為剛性結(jié)構(gòu)，提供按壓裝置的支撐力，不參與環(huán)胸擠壓操作，所述內(nèi)層環(huán)帶由無彈性尼龍帶及記憶海綿組成，在兩側(cè)電機(jī)的帶動下提供胸部環(huán)繞擠壓力，記憶海綿提供相應(yīng)緩沖，減小胸部損傷。

11、進(jìn)一步的，還包括電機(jī)，所述電機(jī)用于為按壓裝置提供驅(qū)動力，按壓頭由單電機(jī)驅(qū)動，胸部環(huán)帶由雙側(cè)雙電機(jī)驅(qū)動。

12、更進(jìn)一步的，胸部環(huán)帶兩側(cè)電機(jī)參數(shù)設(shè)置一致，兩側(cè)同步縮緊和放松。

13、進(jìn)一步的，傳感器包括壓力傳感器和加速度傳感器，按壓頭和胸部環(huán)帶上均設(shè)置有壓力傳感器和加速度傳感器。

14、進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)采集模塊中，采集的按壓數(shù)據(jù)包括加速度傳感器測得的加速度以及壓力傳感器測得的按壓力和環(huán)胸擠壓力。

15、進(jìn)一步的，模型構(gòu)建模塊中，按壓過程中的影響參數(shù)包括按壓過程中的按壓力、按壓位移、速度和加速度。

16、進(jìn)一步的，模型構(gòu)建模塊中，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入為系統(tǒng)期望力與位移，輸出為電機(jī)加速度參數(shù)，模糊規(guī)則采用ts模糊模型。

17、本發(fā)明第二方面提供了一種第一方面所述的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：

18、實(shí)時獲取傳感器采集的按壓數(shù)據(jù)，并對按壓數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

19、結(jié)合按壓過程中的影響參數(shù)對胸部進(jìn)行建模，得到胸部模型，在胸部模型中引入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，得到狀態(tài)評估模型；

20、利用狀態(tài)評估模型對預(yù)處理后的實(shí)時按壓數(shù)據(jù)進(jìn)行損傷風(fēng)險評估，根據(jù)損傷風(fēng)險評估結(jié)果對實(shí)施在按壓裝置上的按壓參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

21、以上一個或多個技術(shù)方案存在以下有益效果：

22、本發(fā)明公開了一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)及控制方法，該按壓系統(tǒng)由按壓頭和環(huán)繞胸部的收縮帶組成，結(jié)合單點(diǎn)胸外按壓及環(huán)胸擠壓，同時提供胸部按壓力和環(huán)胸擠壓力，分散單一胸部按壓對胸肋骨的較大沖擊，降低損傷風(fēng)險。

23、本發(fā)明在控制系統(tǒng)中加入自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來學(xué)習(xí)按壓系統(tǒng)中電機(jī)控制與系統(tǒng)輸出的非線性映射，為按壓系統(tǒng)提供更精確的控制。為更好地適應(yīng)不同患者的胸廓力學(xué)差異及按壓過程胸廓變化，本系統(tǒng)在按壓過程中采集各方位胸部受力及位移信息，對胸部力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行建模并將損傷風(fēng)險反饋到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)指導(dǎo)電機(jī)參數(shù)調(diào)節(jié)，從而在保證安全、避免二次損傷前提下提升按壓質(zhì)量。

24、本發(fā)明附加方面的優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)，其特征在于，包括按壓裝置和控制系統(tǒng)：

2.如權(quán)利要求1所述的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)，其特征在于，所述按壓頭為單點(diǎn)按壓頭，按壓頭包括吸盤結(jié)構(gòu)和控制器，控制器安裝在吸盤結(jié)構(gòu)上方，控制器上設(shè)置有顯示屏和控制按鈕。

3.如權(quán)利要求1所述的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)，其特征在于，胸部環(huán)帶包括內(nèi)層環(huán)帶和外層環(huán)帶，所述外層環(huán)帶為剛性結(jié)構(gòu)，提供按壓裝置的支撐力，不參與環(huán)胸擠壓操作，所述內(nèi)層環(huán)帶由無彈性尼龍帶及記憶海綿組成，在兩側(cè)電機(jī)的帶動下提供胸部環(huán)繞擠壓力，記憶海綿提供相應(yīng)緩沖，減小胸部損傷。

4.如權(quán)利要求1所述的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)，其特征在于，還包括電機(jī)，所述電機(jī)用于為按壓裝置提供驅(qū)動力，按壓頭由單電機(jī)驅(qū)動，胸部環(huán)帶由雙側(cè)雙電機(jī)驅(qū)動。

5.如權(quán)利要求4所述的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)，其特征在于，胸部環(huán)帶兩側(cè)電機(jī)參數(shù)設(shè)置一致，兩側(cè)同步縮緊和放松。

6.如權(quán)利要求1所述的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)，其特征在于，傳感器包括壓力傳感器和加速度傳感器，按壓頭和胸部環(huán)帶上均設(shè)置有壓力傳感器和加速度傳感器。

7.如權(quán)利要求1所述的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)，其特征在于，數(shù)據(jù)采集模塊中，采集的按壓數(shù)據(jù)包括加速度傳感器測得的加速度以及壓力傳感器測得的按壓力和環(huán)胸擠壓力。

8.如權(quán)利要求1所述的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)，其特征在于，模型構(gòu)建模塊中，按壓過程中的影響參數(shù)包括按壓過程中的按壓力、按壓位移、速度和加速度。

9.如權(quán)利要求1所述的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)，其特征在于，模型構(gòu)建模塊中，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入為系統(tǒng)期望力與位移，輸出為電機(jī)加速度參數(shù)，模糊規(guī)則采用ts模糊模型。

10.一種基于權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)胸外按壓系統(tǒng)及控制方法，涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括按壓裝置和控制系統(tǒng)，按壓裝置由按壓頭和環(huán)繞胸部的收縮帶組成，同時提供胸部按壓力和環(huán)胸擠壓力，能夠分散單一胸部按壓對胸肋骨的較大沖擊，降低損傷風(fēng)險。本發(fā)明利用控制系統(tǒng)對按壓裝置參數(shù)進(jìn)行控制，還在控制系統(tǒng)中加入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來學(xué)習(xí)按壓系統(tǒng)中電機(jī)控制與系統(tǒng)輸出的非線性映射，為按壓系統(tǒng)提供更精確的自適應(yīng)控制。

技術(shù)研發(fā)人員：李可,馮彩云,陳玉國,徐峰,王甲莉,潘暢,龐佼佼
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23