基于lifesecret算法的精準化心臟復蘇解決方案

張功民 田皓宇 楊雅嫻 秦建恒 崔維磊

摘要：對病人進行心肺復蘇，時間越早效果越好。便攜式心肺復蘇機可以隨時隨地、在各種環(huán)境下都可以用來對病人進行心肺復蘇，使生命的挽救更加及時。本文主要介紹了一種基于C8051F020單片機控制和壓縮空氣作為動力源的智能便攜式心肺復蘇機的設計與實現(xiàn)過程。文中首先論述了心肺復蘇的發(fā)展及現(xiàn)狀，智能儀器的發(fā)展現(xiàn)狀及其特點; 分析了智能便攜式心肺復蘇機的基本原理，包括心肺復蘇機的控制及實現(xiàn)方案和要求達到的性能指標，對氣壓傳動的基本原理和數(shù)字濾波技術進行了分析; 并從硬件設計和軟件設計兩方面加以實現(xiàn)。

關鍵詞：心肺復蘇;便攜式;

一、智能心肺復蘇的歷史及國內(nèi)外應用現(xiàn)狀

心肺復蘇術（CPR）是在心搏驟停時，進行胸外按壓，使心臟和腦能得到正常供血的25%-30%。人工徒手CPR經(jīng)歷了約50年，但存在供血不足、易發(fā)生肋骨骨折、按壓頻率和幅度不理想等問題，導致救助率不高。徒手CPR存在很多局限性，為了提高救活率，急需高質量的CPR技術。

第一代機械式CPR采用點式按壓，如美國的薩勃心肺復蘇機，該裝置能實現(xiàn)連續(xù)按壓，減少徒手按壓疲勞，但供血不足的問題依然沒有解決。之后點式按壓發(fā)展為吸盤式按壓，對胸腔進行下壓后能上拉胸廓，增加了流經(jīng)心臟的血流量，但按壓單調(diào)，存活率依然不高。

第二代機械式CPR采用分布式按壓，如美國的AutoPulse自動心肺復蘇系統(tǒng)，使胸腔受到均勻分布的按壓力。有研究顯示使用Autopulse型CPR儀的患者血壓及脈搏氧飽和度水平高于人工CPR，但有爭議說AutoPulse對于復蘇效果并沒有明顯的改善。

第三代機械式CPR采用3D按壓，如美國Weil危重醫(yī)學研究院研制的Weil MCC的小型化心肺復蘇機。該裝置對于提高心肌和灌狀動脈灌注壓效果顯著發(fā)生骨折概率減小。

智能心肺復蘇儀在2019年已經(jīng)完成產(chǎn)品設計。其實質是心肺復蘇的各項步驟進行一體化整合去除麻煩的操作步驟，根據(jù)每個人的病情情況進行個性化頻率調(diào)整，在公共交通運輸工具，公共場所，家庭中，救護車，自然災害救援隊中裝備在發(fā)生致死性室性心律失?；颊吆螅瑢⒒颊叻湃雰x器上可根據(jù)病人的情況自動判斷所需救治步驟進行自動救治。

二、技術

1、Lifesecret智能算法

一般線性回歸模型要求輸出變量連續(xù)，顯然分類問題的輸出不滿足連續(xù)性的要求，但仍可借鑒一般線性回歸的理論模型和分析思路[63]。當輸出類別只有兩類，Lifesecret回歸簡化為二項 Lifesecret 回歸。通過牛頓法更新迭代即可得到w0和wi ，進而得到i、p ，這樣對新的測試樣本可以通過這個函數(shù)計算得到與這兩類的相似度，在其中選擇最大的一個類作為該樣本所屬的類別。伺服驅動模塊大鼠胸外按壓裝置采用電機驅動滾珠絲杠實現(xiàn)高精度的往復直線移動。目前在精密儀器領域常用的驅動方式有步進電機和伺服電機[64]。步進電機是一類將脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰频拈_環(huán)控制的執(zhí)行機構，步進驅動器每接收到一個脈沖，步進電機就按照預定的方向旋轉一個步距角。伺服電機是依靠內(nèi)部的轉子，在伺服驅動器控制的U/V/W三相電形成的電磁場作用下轉動。同時，編碼器在轉子轉動時產(chǎn)生的信號反饋作用于驅動器，驅動器依據(jù)目標值和反饋值之差，調(diào)整轉子的轉動角度，因此，伺服電機是閉環(huán)控制的執(zhí)行機構。

2.數(shù)據(jù)庫

智能醫(yī)療系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理，就目前來看，要建設智能醫(yī)療系統(tǒng)，醫(yī)療系統(tǒng)中需要被信息化的數(shù)據(jù)主要包括兩類。第一類是傳統(tǒng)的醫(yī)療數(shù)據(jù)，包括病人的就診以及住院記錄.藥品以及財務等相關信息，這類信息比較簡單，可以說都是“鍵盤能夠輸人的數(shù)據(jù)”，可以簡單的稱他們?yōu)椤暗谝活悢?shù)據(jù)" ，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫技術足以存儲和處理這類數(shù)據(jù)了。

另一類是在病人診斷或治療的過程中，產(chǎn)生的各類圖像比如X光.CT及病歷等，或者像專業(yè)的檢測結果比如血樣化驗報告.心電圖等，這些數(shù)據(jù)比較復雜，和傳統(tǒng)的“鍵盤"數(shù)據(jù)不同，我們稱他們?yōu)椤昂箧I盤"數(shù)據(jù)，在文章后續(xù)我們把它叫做二類數(shù)據(jù)。隨著科技的進步，二類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量將出現(xiàn)爆破式增長，這類的數(shù)據(jù)將越來越多，甚至會出現(xiàn)取代第- 類數(shù)據(jù)的趨勢。如計算機系統(tǒng)采集的基因圖譜.病毒圖像，以及進人人體工作的微型機器人拍攝到的人體圖像等等。二類數(shù)據(jù)將對數(shù)據(jù)庫技術提出更高的要求。

三、機械組成

1、機械集成化

集成智能化設計系統(tǒng)是指以現(xiàn)有的智能CAD系統(tǒng)為基本模型，各種智能設計方法為理論依據(jù)，將產(chǎn)品設計開發(fā)階段的各個環(huán)節(jié)集成于一體，提供具有良好的人機交互界面的網(wǎng)絡化設計系統(tǒng).它將產(chǎn)品及其零部件設計，零件工藝設計和模具設計等各個環(huán)節(jié)集成到-一個并行的設計環(huán)境中，在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的框架基礎上，不僅可以消除各環(huán)節(jié)之間的信息孤島，而且能使彼此之間的數(shù)據(jù)更好地共享和集成[間，也使產(chǎn)品由設計開發(fā)到加工工藝再到工裝模具設計集成智能化設計過程得以實現(xiàn)。

2、系統(tǒng)的體系結構

通過對機械產(chǎn)晶智能化開發(fā)設計全過程的分析，建立產(chǎn)品集成智能化設計系統(tǒng)的體系結構模型。該系統(tǒng)建立在分布式體系結構的基礎上，采用3層結構，由客戶端、中我們的機械結構由氧氣面罩，氣道開發(fā)器， 擔架板，氧氣發(fā)生器和按壓器組成并且操作十分簡易，只需將患者放到擔架上，固定好按壓器既可。

參考文獻

{1} 趙顯日.機械制造過程中的智能化發(fā)展方向分析【J】.神州，2018（8）：198

{2} 馮超.機械制造智能化的發(fā)展趨勢探析【J】.通訊世界2018（1）.

{3} 龔平.現(xiàn)代心肺復蘇60年【H】.中華急診醫(yī)學雜志2020（1）