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體外反搏控制系統和體外反搏控制方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN200910238808.2

申請日:

2009.12.29

公開號:

CN102106778B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

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法律詳情: 授權|||著錄事項變更號牌文件類型代碼:1602號牌文件序號:101671659657IPC(主分類):A61H 31/00專利申請號:2009102388082變更事項:發明人變更前:閻鏡予;吳新宇;劉嘉;張賓;成竹;劉小暢;黃家星;徐揚生變更后:閻鏡予;吳新宇;劉嘉;張攀登;張賓;成竹;劉小暢;黃家星;徐揚生|||實質審查的生效IPC(主分類):A61H 31/00申請日:20091229|||公開
IPC分類號: A61H31/00; A61H23/04 主分類號: A61H31/00
申請人: 深圳先進技術研究院
發明人: 閻鏡予; 吳新宇; 劉嘉; 張攀登; 張賓; 成竹; 劉小暢; 黃家星; 徐揚生
地址: 518055 廣東省深圳市南山區西麗深圳大學城學苑大道1068號
優先權:
專利代理機構: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224 代理人: 吳平
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法律狀態
申請(專利)號:

CN200910238808.2

授權公告號:

102106778B|||||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2013.11.13|||2012.11.14|||2011.06.29

法律狀態類型:

授權|||著錄事項變更|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種體外反搏控制系統和一種體外反搏控制方法,所述體外反搏控制系統包括心電信號采集模塊、指脈信號采集模塊、信號處理系統、控制模塊;所述心電信號采集模塊用于獲取心電信號,并將心電信號轉換為數字心電信號;所述指脈信號采集模塊用于獲取指脈信號,并將指脈信號轉換為數字指脈信號;所述信號處理系統用于對數字心電信號和數字指脈信號進行處理,輸出控制參數和啟動命令;所述控制模塊用于將控制參數和啟動命令轉化為驅動執行裝置的電信號。所述體外反搏控制系統很適于家庭使用。

權利要求書

1: 一種體外反搏控制系統, 其特征在于 : 包括心電信號采集模塊、 指脈信號采集模塊、 信號處理系統、 控制模塊 ; 所述心電信號采集模塊用于獲取心電信號, 并將心電信號轉換為 數字心電信號 ; 所述指脈信號采集模塊用于獲取指脈信號, 并將指脈信號轉換為數字指脈 信號 ; 所述信號處理系統用于對數字心電信號和數字指脈信號進行處理, 輸出控制參數和 啟動命令 ; 所述控制模塊用于將控制參數和啟動命令轉化為驅動執行裝置的電信號。
2: 根據權利要求 1 所述的體外反搏控制系統, 其特征在于 : 所述信號處理系統是計算 機或單片機。
3: 根據權利要求 1 所述的體外反搏控制系統, 其特征在于 : 所述信號處理系統包括濾 波模塊、 智能診斷模塊、 優化控制模塊 ; 所述濾波模塊用于對數字心電信號和數字指脈信號 進行濾波去噪處理 ; 所述智能診斷模塊用于根據數字心電信號自動診斷心電圖相關疾病 ; 所述優化控制模塊用于根據數字心電信號和數字指脈信號對控制參數進行優化, 輸出控制 參數和啟動命令。
4: 根 據 權 利 要 求 3 所 述 的 體 外 反 搏 控 制 系 統, 其特征在于 : 所述濾波模塊包括 0.1-100Hz 帶通濾波器、 50Hz 工頻陷波器、 7 點平滑濾波器 ; 數字心電信號和數字指脈信號 首先經過 0.1-100Hz 帶通濾波器濾除低頻和高頻噪音 ; 然后利用 50Hz 工頻陷波器消除工頻 干擾 ; 最后經過 7 點平滑濾波器消除波形上的毛刺。
5: 根據權利要求 3 所述的體外反搏控制系統, 其特征在于 : 所述信號處理系統還包括 數據儲存模塊, 所述數據儲存模塊用于為每個使用者建立獨立的數據庫, 保存其每次使用 的相關數據。
6: 根據權利要求 5 所述的體外反搏控制系統, 其特征在于 : 所述數據庫為樹形結構。
7: 根據權利要求 5 所述的體外反搏控制系統, 其特征在于 : 所述信號處理系統還包括 數據共享模塊, 所述數據共享模塊用于實現遠程數據共享。
8: 根據權利要求 7 所述的體外反搏控制系統, 其特征在于 : 所述數據共享模塊用于自 動發送郵件和在網絡中共享所述數據庫。
9: 根據權利要求 1 所述的體外反搏控制系統, 其特征在于 : 所述心電信號采集模塊包 括第一心電采集電極、 第二心電采集電極、 第三心電采集電極、 隔離電路、 導聯選擇電路、 運 算及放大電路、 模數轉換電路 ; 所述第一、 第二、 第三心電采集電極分別用于放置于人體前 胸、 左腹和右腹部位 ; 三個電極所采集到的人體表面電位經過隔離電路進行隔離后, 在導聯 選擇電路的控制下由運算及放大電路轉換為 II 導聯或者 III 導聯心電信號 ; 模數轉換電路 將 II 導聯或者 III 導聯心電信號轉換為數字心電信號。
10: 根據權利要求 1 所述的體外反搏控制系統, 其特征在于 : 所述控制模塊包括微控制 器、 數模轉換電路、 傳感器、 模數轉換電路 ; 所述微控制器將控制參數和啟動命令轉換為控 制信號 ; 所述數模轉換電路將控制信號轉換為模擬信號以驅動執行裝置工作 ; 所述傳感器 檢測執行裝置的工作情況, 傳感器的檢測信號經過模數轉換后作為反饋信號回送到微控制 器; 所述微控制器根據反饋信號實時調整控制信號實現閉環控制。
11: 根據權利要求 1 所述的體外反搏控制系統, 其特征在于 : 還包括人機交互模塊, 所 述人機交互模塊用于接收使用者發出的控制信號, 將控制信號傳送至信號處理系統, 從信 號處理系統讀取控制參數, 顯示控制參數。
12: 根據權利要求 11 所述的體外反搏控制系統, 其特征在于 : 所述人機交互模塊是手 2 持式無線通訊設備, 具有顯示屏和控制按鈕。
13: 一種體外反搏控制方法, 包括 : 采集心電信號, 并將心電信號轉換為數字心電信號 ; 采集指脈信號, 并將指脈信號轉換為數字指脈信號 ; 對數字心電信號和數字指脈信號進行處理, 輸出控制參數和啟動命令 ; 將控制參數和啟動命令轉化為驅動執行裝置的電信號。
14: 根據權利要求 13 所述的體外反搏控制方法, 其特征在于 : 所述對數字心電信號和 數字指脈信號進行處理包括 : 對控制參數進行優化 ; 判斷是否檢測到 R 波 ; 如果是, 則輸出控制參數, 并延遲 T 時間輸出啟動命令, 然后存儲 控制參數 ; 如果否, 則存儲控制參數。
15: 根據權利要求 14 所述的體外反搏控制方法, 其特征在于 : 所述對控制參數進行優 化包括 : 根據數字指脈信號, 確定由心臟收縮引發的收縮波和由體外反搏引發的反搏波 ; 計算收縮波和反搏波的峰值比及面積比 ; 利用在線優化算法, 動態調整控制參數, 使得優化目標最大化 ; 對優化所得的控制參數進行上下邊界檢驗, 若控制越界, 則賦予對應的邊界值。
16: 根據權利要求 14 所述的體外反搏控制方法, 其特征在于 : 檢測 R 波的步驟包括 : 根據采樣率確定合適的差分階數 Δt, 按差分方程計算心電數據的差分, 對于首尾的幾 個數據做清零處理 ; 查找差分結果的最大值 dmax, 將 αdmax 作為閾值 dlim ; 將差分結果同 dlim 相比較, 若出現大于 dlim 的數據, 則在此數據和此數據后 80ms 的范圍 內查找最大值作為一次 R 波 ; 在此 R 波后 200ms 處重復前一步驟, 直至查找完全部數據。
17: 根據權利要求 16 所述的體外反搏控制方法, 其特征在于 : Δt = 5tS ~ 其中 tS 為采樣周期。 8tS,
18: 根據權利要求 14 所述的體外反搏控制方法, 其特征在于 : 所述對數字心電信號和 數字指脈信號進行處理還包括 : 根據數字心電信號自動診斷心電圖相關疾病 ; 接收診斷結果 ; 判斷診斷結果是否異常 ; 如果是, 則顯示診斷結果 ; 如果否, 則對控制參數進行優化。

說明書


體外反搏控制系統和體外反搏控制方法

    【技術領域】
     本發明涉及一種醫療器械, 尤其涉及一種體外反搏控制系統和體外反搏控制方 法。 【背景技術】
     心衰竭、 冠心病、 心絞痛、 腦中風等心腦血管疾病是人類的主要殺手, 占總病死亡 率 63.5%。隨著世界多數國家人口老齡化趨勢的加劇, 心腦血管疾病易感人群急劇增加, 如何預防和治療心腦血管疾病已經成為全球關注的重要課題。根據我國衛生部發布的 2000 ~ 2006《中國衛生統計年鑒》 的統計數據, 這類疾病是導致我國人口死亡的主要原因 之一, 在這七年中一直處于前三位, 不僅致殘率高, 死亡率也很高。 一部分病人病情危重, 經 搶救脫險后又半身不遂、 吞咽困難、 失語或癡呆, 給社會和家庭造成沉重的負擔。
     目前對此類疾病的主要治療手段包括藥物治療、 血管再造、 動脈搭橋以及血管內 置氣囊等。 盡管此類方法見效快, 療效較為顯著, 但或存在藥物反應、 耐藥性等問題, 或因為 介入性創傷手術存在大出血、 感染以及其他后遺癥風險。
     從 1953 年 哈 佛 大 學 教 授 Kantrowitz 提 出 反 搏 理 論 開 始, 經過紐約州立大學 Soroff 教授以及中山醫科大學鄭振聲教授等不懈努力, 體外反搏裝置在過去 50 年中得到 了大力的發展和改進, 在治療心腦血管疾病領域開創了一種非介入、 安全有效、 無副作用的 新途徑。其治療原理為 : 在心臟舒張期, 對包裹于小腿、 大腿和臀部的氣囊以大約 0.03MPa 的壓強進行擠壓或者序貫擠壓, 增加血液回流, 改善血液循環。在動脈瓣關閉之前, 快速完 全地釋放壓力, 不影響心臟收縮期的正常血流。
     近來年, 在世界范圍內陸續開展了以美國哈佛大學、 哥倫比亞大學、 耶魯大學、 紐約州立大學等組成的體外反搏多中心研究 (MUST-ECP) 和體外反搏治療充血性心衰竭 的前瞻性實驗 (PEECH) 等。實驗結果表明, 體外反搏能有效減輕心絞痛, 治療慢性心衰 竭、 冠心病等多種疾病, 并且被證明為能有效保護心臟功能, 提高生命質量。作為用于治 療心血管疾病的一項重要手段, 該項技術已被美國食品和藥物管理局 (Food and Drug Administration-FDA) 認可。2006 年 9 月底, 美國權威心臟病期刊 《美國心臟病學會》 雜 志上發表了一篇體外反搏治療心力衰竭的前瞻性研究文章 《Prospective Evaluation of EECP in CongestiveHeart Failure : The PEECH Trial》 , 指出體外反搏能改善正在接受治 療的心力衰竭患者的運動能力, 減輕癥狀和改善生活質量。 報告分析還顯示, 因動脈硬化導 致的缺血性心衰患者使用 EECP 治療, 效果比較好。
     由于現有的體外反搏系統均以醫院使用作為設計目標, 因此體積大、 重量大、 人機 界面不友好、 智能不高、 擴展性差, 無法適用于普通家庭, 嚴重影響了體外反搏原理在疾病 預防方面的應用, 給使用者帶來不便和麻煩, 實有待改善。 【發明內容】
     有鑒于此, 有必要針對上述問題, 提供一種適于家庭使用的體外反搏控制系統。一種體外反搏控制系統, 包括心電信號采集模塊、 指脈信號采集模塊、 信號處理系 統、 控制模塊 ; 所述心電信號采集模塊用于獲取心電信號, 并將心電信號轉換為數字心電信 號; 所述指脈信號采集模塊用于獲取指脈信號, 并將指脈信號轉換為數字指脈信號 ; 所述 信號處理系統用于對數字心電信號和數字指脈信號進行處理, 輸出控制參數和啟動命令 ; 所述控制模塊用于將控制參數和啟動命令轉化為驅動執行裝置的電信號。
     優選的, 所述信號處理系統是計算機或單片機。
     優選的, 所述信號處理系統包括濾波模塊、 智能診斷模塊、 優化控制模塊 ; 所述濾 波模塊用于對數字心電信號和數字指脈信號進行濾波去噪處理 ; 所述智能診斷模塊用于根 據數字心電信號自動診斷心電圖相關疾病 ; 所述優化控制模塊用于根據數字心電信號和數 字指脈信號對控制參數進行優化, 輸出控制參數和啟動命令。
     優選的, 所述濾波模塊包括 0.1-100Hz 帶通濾波器、 50Hz 工頻陷波器、 7 點平滑濾 波器 ; 數字心電信號和數字指脈信號首先經過 0.1-100Hz 帶通濾波器濾除低頻和高頻噪 音; 然后利用 50Hz 工頻陷波器消除工頻干擾 ; 最后經過 7 點平滑濾波器消除波形上的毛 刺。
     優選的, 所述信號處理系統還包括數據儲存模塊, 所述數據儲存模塊用于為每個 使用者建立獨立的數據庫, 保存其每次使用的相關數據。
     優選的, 所述數據庫為樹形結構。
     優選的, 所述信號處理系統還包括數據共享模塊, 所述數據共享模塊用于實現遠 程數據共享。
     優選的, 所述數據共享模塊具有自動郵件發送功能和網絡數據庫服務器功能。
     優選的, 所述心電信號采集模塊包括第一心電采集電極、 第二心電采集電極、 第三 心電采集電極、 隔離電路、 導聯選擇電路、 運算及放大電路、 模數轉換電路 ; 所述第一、 第二、 第三心電采集電極分別用于放置于人體前胸、 左腹和右腹部位 ; 三個電極所采集到的人體 表面電位經過隔離電路進行隔離后, 在導聯選擇電路的控制下由運算及放大電路轉換為 II 導聯或者 III 導聯心電信號 ; 模數轉換電路將 II 導聯或者 III 導聯心電信號轉換為數字心 電信號。
     優選的, 所述控制模塊包括微控制器、 數模轉換電路、 傳感器、 模數轉換電路 ; 所述 微控制器將控制參數和啟動命令轉換為控制信號 ; 所述數模轉換電路將控制信號轉換為模 擬信號以驅動執行裝置工作 ; 所述傳感器檢測執行裝置的工作情況, 傳感器的檢測信號經 過模數轉換后作為反饋信號回送到微控制器 ; 所述微控制器根據反饋信號實時調整控制信 號實現閉環控制。
     優選的, 還包括人機交互模塊, 所述人機交互模塊用于接收使用者發出的控制信 號, 將控制信號傳送至信號處理系統, 從信號處理系統讀取控制參數, 顯示控制參數。
     優選的, 所述人機交互模塊是手持式無線通訊設備, 具有顯示屏和控制按鈕。
     此外, 還提供一種體外反搏控制方法。
     一種體外反搏控制方法, 包括 : 采集心電信號, 并將心電信號轉換為數字心電信 號; 采集指脈信號, 并將指脈信號轉換為數字指脈信號 ; 對數字心電信號和數字指脈信號 進行處理, 輸出控制參數和啟動命令 ; 將控制參數和啟動命令轉化為驅動執行裝置的電信 號。優選的, 所述對數字心電信號和數字指脈信號進行處理包括 : 對控制參數進行優 化; 判斷是否檢測到 R 波 ; 如果是, 則輸出控制參數, 并延遲 T 時間輸出啟動命令, 然后存儲 控制參數 ; 如果否, 則存儲控制參數。
     優選的, 所述對控制參數進行優化包括 : 根據數字指脈信號, 確定由心臟收縮引發 的收縮波和由體外反搏引發的反搏波 ; 計算收縮波和反搏波的峰值比及面積比 ; 利用在線 優化算法, 動態調整控制參數, 使得優化目標最大化 ; 對優化所得的控制參數進行上下邊界 檢驗, 若控制越界, 則賦予對應的邊界值。
     優選的, 檢測 R 波的步驟包括 : 根據采樣率確定合適的差分階數 Δt, 按差分方 程計算心電數據的差分, 對于首尾的幾個數據做清零處理 ; 查找差分結果的最大值 dmax, 將 αdmax 作為閾值 dlim ; 將差分結果同 dlim 相比較, 若出現大于 dlim 的數據, 則在此數據和此數 據后 80ms 的范圍內查找最大值作為一次 R 波 ; 在此 R 波后 200ms 處重復前一步驟, 直至查 找完全部數據。
     優選的,Δt = 5tS ~ 8tS, 其中 tS 為采樣周期。優選的, 所述對數字心電信號和數字指脈信號進行處理還包括 : 根據數字心電信 號自動診斷心電圖相關疾病 ; 接收診斷結果 ; 判斷診斷結果是否異常 ; 如果是, 則顯示診斷 結果 ; 如果否, 則對控制參數進行優化。
     上述體外反搏控制系統和體外反搏控制方法通過采集使用者的心電信號和指脈 信號, 并將心電信號和指脈信號轉化為驅動執行裝置的電信號, 簡便易行, 因此很適于家庭 使用。 【附圖說明】
     圖 1 是體外反搏控制系統的示意圖。
     圖 2 是心電信號采集模塊的示意圖。
     圖 3 是濾波模塊的示意圖。
     圖 4 是優化控制模塊的工作流程圖。
     圖 5 是控制參數與心電圖信號的對應關系示意圖。
     圖 6 是指脈信號的收縮波和反搏波的示意圖。
     圖 7 是 R 波檢測方法的示意圖。
     圖 8 是延遲時間 T 的確定方法的示意圖。
     圖 9 是數據庫的存儲結構示意圖。
     圖 10 是控制模塊的示意圖。
     圖 11 是執行裝置在心臟收縮期的示意圖。
     圖 12 是執行裝置在心臟舒張期的示意圖。 【具體實施方式】
     圖 1 是體外反搏控制系統的示意圖。體外反搏控制系統包括心電信號采集模塊、 指脈信號采集模塊、 信號處理系統、 控制模塊、 人機交互模塊。 信號處理系統包括濾波模塊、 智能診斷模塊、 優化控制模塊、 數據存儲模塊、 數據共享模塊。信號處理系統可以由計算機 或單片機實現。心電信號采集模塊的主要功能是獲取人體的心電信號, 并經過硬件信號處理和轉 換成數字信號, 心電信號采集模塊的電路結構如圖 2 所示。心電信號采集模塊包括第一心 電采集電極、 第二心電采集電極、 第三心電采集電極、 隔離電路、 開關電路、 運算及放大電 路、 模數轉換電路。在實際使用時, 第一、 第二、 第三心電采集電極分別放置于人體前胸、 左 腹和右腹部位, 或根據其他肢體導聯放置方法進行放置。三個電極所采集到的人體表面電 位經過隔離電路進行隔離后, 由運算及放大電路轉換為 0-5 伏特之間的 II 導聯或者 III 導 聯心電信號, 具體采取何種導聯可通過導聯選擇電路進行切換選擇。運算及放大電路的參 數要求是 : 輸入阻抗≥ 2MΩ, 共模抑制比≥ 80dB。模數轉換電路將放大后的心電信號轉換 為數字信號, 并傳送至濾波模塊, 采樣頻率應大于 200Hz。
     指脈信號采集模塊的主要功能是利用紅外無創血氧傳感器采集人手指的實時血 氧含量, 利用血氧含量與血流量的正比關系獲取指脈信號, 并經過模數轉換后送入濾波模 塊, 采樣頻率應大于 100Hz。
     濾波模塊的主要功能是對心電信號和指脈信號進行軟件濾波去噪。 體表心電信號 十分微弱, 其幅值范圍為 10uV ~ 5mV, 極易被噪聲信號干擾。這些噪聲信號包括接觸噪聲、 肌電信號、 儀器噪聲以及工頻干擾。 高性能的前端放大器將有助于提高噪聲抑制能力, 同時 還需要進行軟件濾波去噪。圖 3 是濾波模塊的示意圖。濾波模塊包括 0.1-100Hz 帶通濾波 器、 50Hz 工頻陷波器、 7 點平滑濾波器。心電信號或指脈信號首先經過 0.1-100Hz 帶通濾波 器濾除低頻和高頻噪音。然后利用 50Hz 工頻陷波器消除工頻干擾。最后經過 7 點平滑濾 波器消除波形上的毛刺。 智能診斷模塊的主要功能是根據心電信號自動診斷可能影響體外反搏正常工作 的相關疾病 ( 例如心律不齊、 心動過速、 心動過緩、 早搏等等 )。
     優化控制模塊的主要功能是優化執行裝置的操作參數, 檢測 R 波信號, 輸出控制 參數和啟動命令。優化控制模塊的工作流程如圖 4 所示。
     S1 : 接收診斷結果。
     S2 : 判斷診斷結果是否異常 ; 如果是, 執行 S4 ; 如果否, 執行 S3。
     S3 : 判斷是否檢測到 R 波 ; 如果是, 執行 S5 ; 如果否, 執行 S7。
     S4 : 顯示診斷結果, 然后執行 S7。
     S5 : 優化控制參數。
     S6 : 發送控制參數, 并延遲 T 時間發送啟動命令。
     S7 : 存儲控制參數。
     控制參數包括 : 從 R 波出現到開始對腿部進行加壓的延遲時間 T_delay, 從開始加 壓到完全釋放壓力的壓力保持時間 T_keep 以及加壓壓力峰值 P_peak。三個控制參數與心 電圖信號 (ECG) 的對應關系如圖 5 所示。
     根據指脈信號、 歷史控制參數優化當前的控制參數的方法為 :
     (1) 根據指脈信號, 確定由心臟收縮引發的收縮波 ASB 段和由體外反搏引發的反 搏波 BDC 段, 如圖 6 所示。
     (2) 計算兩個波段的峰值比以及面積比其中 P(t)為 t 時刻的指脈值, 并作為優化的目標。
     (3) 利用在線優化算法, 動態調整控制參數, 使得優化目標最大化, 即: max D/Sp = f(T_delay, T_ keep, P_peak) 或 max D/Sa = f(T_delay, T_keep, P_peak) 或轉化為多 目標優化問題
     (4) 對優化所得的控制參數進行上下邊界檢驗, 若控制越界, 則賦予對應的邊界值。 R 波檢測的方法是基于差分算法進行 R 波檢測, 如圖 7 所示。 通過計算心電信號的 差分函數, 消除或減弱 P 波、 T 波以及其他干擾信號對 R 波檢測的影響。差分方程為 : d(t) = 2f(t)-f(t+Δt)-f(t-Δt), 其中 f(t) 為原始心電數據, d(t) 為差分信號, Δt 為差分階 數。
     基于差分算法的 R 波檢測具體步驟如下 :
     (a) 根據采樣率確定合適的 Δt, 按差分方程計算心電數據的差分, 對于首尾的幾 個數據做清零處理。
     (b) 查找差分結果的最大值 dmax, 將 αdmax 作為閾值 dlim。
     (c) 遍歷差分結果, 將差分結果同 dlim 相比較, 若出現大于 dlim 的數據, 則在此數據 和此數據后 80ms 的范圍內查找最大值作為一次 R 波。
     (d) 在此 R 波后 200ms 處繼續開始重復 (c), 直至查找完全部數據。 通過試驗得出,
     當 明顯。
     Δt = 5tS ~ 8tS(tS 為采樣周期 ) 時, P 波和 T 波得到了很好的抑制, R 波特征延遲時間 T 的確定方法為 : 如圖 8 所示, 為正確檢測 R 波峰值時刻, 需要在 R 波峰 值出現一段時間以后才能開始計算, 設計算時刻為 TJ, 計算出 R 波峰值時刻為 TR, 則延遲時 間 T = T_delay-(TJ-TR)。
     數據儲存模塊的主要功能是對每個使用者建立獨立的數據庫, 保存其每次使用的 相關數據。數據庫的存儲結構為樹形結構, 如圖 9 所示。首先對不同的用戶, 根據其關鍵 字 ID 建立獨立數據庫, 根據每次進行反搏操作的時間段建立子數據庫, 在每一個采樣時刻 記錄心電數據、 指脈數據、 自診斷結果、 控制參數、 心率、 D/Sp、 D/Sa。具體實現時, 可采用 Access、 SQL 等數據庫軟件進行存儲。同時, 數據存儲模塊還能響應用戶的查詢功能, 比如 “查找所有自診斷結果為心律不齊的數據” 、 “查找所有 D/Sp 大于 1 的控制參數” 等等。 數據共享模塊的主要功能是實現遠程數據共享, 以方便醫生進行遠程數據分析和 診斷, 并可擴展為遠程醫療系統的組成部分。數據共享模塊通過 USB 接口、 網絡接口、 無線 串口、 藍牙等方式與外界連接。數據共享模塊的具體功能有 :
     1、 自動郵件發送功能。其主要作用為, 在智能診斷模塊檢測出使用者可能存在疾 病時, 將獲取到的心電數據和指脈數據自動發送到已經預先設定好的相關醫生的郵箱, 可 由醫生進行人工確認, 做到病情早檢查、 早診斷。
     2、 網絡數據庫服務器功能。 其主要作用為, 在用戶授予權限的前提下, 向合法的用 戶 ( 如相關醫生、 已授權的研究機構 ) 開放自己的數據庫查詢、 瀏覽、 下載等數據庫操作相 關的全部功能或者部分功能, 便于醫生遠程掌握使用者的生理數據, 也便于已授權的研究 機構可獲取大量的生理樣本, 進行科學研究。
     控制模塊的主要功能是接收由優化控制模塊發出的控制參數和啟動命令, 將控制 參數和啟動命令轉化為驅動執行裝置進行操作的電信號。控制模塊的電路結構如圖 10 所 示, 控制模塊包括微控制器、 數模轉換電路、 傳感器、 模數轉換電路。 優化控制模塊將控制參 數和啟動命令通過串口或 CAN 總線等方式發送至微控制器。微控制器將控制參數和啟動命 令轉換為控制信號, 數模轉換電路將控制信號轉換為模擬信號以驅動執行裝置工作。傳感 器檢測執行裝置的工作情況, 傳感器的檢測信號經過模數轉換后作為反饋信號回送到微控 制器。微控制器根據反饋信號實時調整控制信號以實現閉環控制。
     執行裝置的主要功能是在控制模塊發出的控制信號的驅動下, 執行對人體腿部的 擠壓動作。執行裝置的結構如圖 11 及圖 12 所示。執行裝置包括電機 2、 橢圓形轉子 3、 轉 動軸承 4、 硬性推板 5、 柔性介質層 6 以及電機控制器。
     橢圓形轉子 3 與電機 2 的轉動軸相連, 電機 2 驅動橢圓形轉子 3 轉動。電機 2 的 轉動軸承 4 與橢圓形轉子 3 相連并隨橢圓形轉子 3 轉動。
     硬性推板 5 用來包裹在使用者的腿上, 硬性推板 5 包括腿部 1 兩外側的固定推板 51 和腿部 1 兩內側的活動推板 52, 活動推板 52 與橢圓形轉子 3 相抵觸。固定推板 51 保證 在受壓時不會移動 ; 腿部 1 兩內側的活動推板 52 在受壓時, 可以向腿部 1 移動而實現擠壓 腿部 1 動作, 在不受壓時, 可在腿部肌肉彈性力作用下回到初始位置, 釋放腿部壓力。為了 減少橢圓形轉子 3 與活動推板 52 之間的摩擦力, 進一步在橢圓形轉子 3 長軸末端各裝有一 轉動軸承 4。 為了改善使用者使用時的舒適度, 進一步在硬性推板 5 與使用者腿 1 之間設有 一柔性介質層 6。該柔性介質層 6 為氣囊, 通過微型氣泵預先填充氣體。氣囊內預先填充氣 體的量由控制參數 P_peak 決定。該橢圓形轉子 3 在一個心臟跳動周期轉動 180 度。
     電機控制器與電機 2 相連, 接收控制信號控制電機 2 轉動, 在心臟舒張期, 使橢圓 形轉子 3 對硬性推板 5 的擠壓力最大。該電機控制器接收的控制信號為控制參數 T_keep 和延遲時間 T。該電機控制器包括 : 微控制器, 該微控制器將通過 T_keep 計算出對應的電 機旋轉速度, 并在延遲 T 時間后, 發出開始旋轉的命令。在電機旋轉過程中, 實時采集從位 置傳感器采集到的電機位置信號, 并根據控制算法, 實施閉環控制。位置傳感器, 檢測電機 執行器的位置 ; 模數 / 數模轉換器, 與微控制器與位置傳感器相連, 接受位置傳感器的檢測 電機執行器的位置, 并模數轉換后將反饋信號傳給微控制器, 該微控制器的控制算法實時 調整控制信號傳遞給數模轉換器, 經數模轉后驅動電機動作。
     如圖 11 所示, 在心臟收縮期, 此時硬性推板 5 和柔性介質層 6 不受推力作用, 腿部 自然放松 ; 在心臟舒張期, 在電機控制器發出的驅動電流或電壓作用下, 電機 2 旋轉, 帶動 橢圓形轉子 3 對硬性推板 5 進行擠壓, 當橢圓形轉子 3 轉動 90 度時, 達到最大的擠壓力, 如 圖 12 所示, 一個心臟跳動周期中, 轉子轉動 180 度。
     人機交互模塊的主要功能是接收使用者發出的控制信號, 并將執行裝置的狀態、 數據通過可視化的方式進行顯示。 其具體實現方式為, 由使用者手持一個控制板, 控制板與 信號處理系統之間通過無線串口或者藍牙等無線通訊方式進行通訊。 控制板上方為液晶顯 示屏, 可顯示內容包括 : 心電曲線、 指脈曲線、 實時心率、 實時 D/Sa 及 D/Sp 值、 自診斷結果、 實時控制參數、 操作已執行時間等。控制板下方為控制按鈕, 包括 : 啟動 / 停止反搏、 增加 / 減少 P_peak/T delay/T_keep 一個單位, 啟動 / 停止控制參數優化等。
     上述體外反搏控制系統具有如下優點 :1、 體外反搏控制系統沒有采用氣壓驅動方式, 因此無需體積龐大的空氣壓縮機和 儲氣罐, 使小型化設計成為可能。也避免了高壓裝置所帶來的安全隱患。
     2、 樹形數據庫結構能夠有效的存儲有用數據, 便于查詢、 搜索。
     3、 數據共享方案有助于使用者與醫生護士等專業人員的交流, 也有利于授權的專 業機構搜集醫療數據, 開展醫學研究。
     4、 手持式無線通信控制板能使使用者在躺臥的狀態下舒服的觀測生理變化, 輕易 的控制操作過程。
     5、 可以用于前期家庭預防。
     6、 智能性好, 對采集到的心電信號具有自診斷功能。
     7、 擴展性好, 可擴展成未來家庭醫療系統的子系統。
     8、 操作簡單, 不需要醫生、 護士等專業人員的監護。可廣泛應用于小型診所、 健身 房、 康復中心、 家庭等等。
     以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式, 其描述較為具體和詳細, 但并 不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是, 對于本領域的普通技術人員 來說, 在不脫離本發明構思的前提下, 還可以做出若干變形和改進, 這些都屬于本發明的保 護范圍。因此, 本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。

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體外 控制系統 控制 方法
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