專利名稱：一種具有自適應能力的智能除顫裝置的制作方法
一種具有自適應能力的智能除顫裝置技術領域
本發明屬于醫療設備技術領域，具體涉及一種具有自適應能力的智能除顫裝置。
技術背景
心室纖顫是一種嚴重的心臟病癥狀，等同于心臟停搏，嚴重威脅著人類生命，而有效終止心室纖顫的措施就是電擊除顫。電擊除顫分為體內除顫、體外除顫，體外除顫是目前常用的急救手段，而要成功除顫必須對人體釋放一定的能量。實際操作中是將能量以高壓的形式儲存在電容上，然后以一定時間寬度的脈沖釋放到人體。假設電容器的大小為C除顫時電容上的初始電壓為仏經胸阻抗為/P、除顫脈沖的時間寬度為τ ,那么一次除顫釋放到人體的能量萬等于這樣，在電容初始電壓V相同的情況下，經胸阻抗W不同，在相同放電時間中所釋放的能量必然不等。因此經胸阻抗特別限定了儲存在電容器上的能量實際輸送到人體上的比例。
在實際情況下，電容器的容量C是固定不變的，而人體的阻抗R根據不同的個體千差萬別。為了保證預期的除顫能量釋放到人體，我們可以根據病人的實際阻抗自適應地調整除顫的初始電壓和放電時間，使得釋放到人體的能量與設定能量一致。發明內容
本發明的目的在于提供一種具有自適應能力的智能除顫裝置。
本發明提供的具有自適應能力的智能除顫裝置，是用一組可靠穩定的硬件電路， 自動檢測除顫時人體的經胸阻抗，經過必要的軟硬件配合，自動地控制調整儲能電容上的電壓和除顫放電的時間寬度，使得除顫時所釋放的能量達到設定值，以減少個體差異對除顫效果的影響。
本發明采用的技術方案總體可以表述為通過人體阻抗測量系統，計算測量人體的經胸阻抗，根據目標除顫能量和人體的實際阻抗、計算除顫電容上的電壓和放電時間寬度，通過電壓調節電路控制調節儲能電容上的初始電壓，通過除顫放電電路控制放電過程中的時間寬度。
本發明提供的具有自適應能力的智能除顫裝置，整個系統分為兩個部分硬件電路和軟件控制。其中，硬件電路分為以下幾個模塊由微處理器、人體阻抗測量電路、電容電壓調節電路、儲能電容和除顫放電電路組成；人體阻抗測量電路通過除顫器的兩個電極板連接到人體，人體阻抗測量電路測得人體的阻抗信號，將該阻抗信號送到微處理器；微處理器根據人體的阻抗大小計算匹配的除顫電壓及除顫時間寬度，從而設定目標電壓，并將設定目標電壓給電容電壓調節電路；電容電壓調節電路根據得到目標電壓，對儲能電容進行能量轉換，直到儲能電容上的電壓達到目標電壓停止；當需要除顫時，微處理器對除顫放電電路發出控制信號；除顫放電電路通過開關的閉合和打開將能量從儲能電容釋放到人體。
本發明中，所述人體阻抗測量電路，完成對人體經胸阻抗測量。圖2所示為人體阻抗測量電路的內部框圖。包括電流信號源和檢測電路；電流信號源產生特定頻率微弱小信號，通過電極片連接到人體，激勵人體，由于人體存在經胸阻抗，電流流經人體胸腔時在除顫器的兩個極板之間建立一個電壓，該電壓的頻率與電流頻率相同，幅度則由電流和胸腔阻抗的大小共同決定，來自恒流源的電流大小恒定，故電壓的幅度僅取決于經胸阻抗的大小。檢波電路通過對電極兩端的電壓進行檢波處理，被檢波后的信號得出人體阻抗信息，該信息被發送到處理，這樣就可以完成了人體阻抗測量的功能。
本發明中，所述電容電壓調節電路，完成對電容器的充電和調節，使得電容上的初始電壓達到預期的目標電壓。圖3為該電路結構框圖，包括電池、能量轉換電路、儲能電容、控制電路和電壓檢測電路；能量轉換電路連接著電池和儲能電容，負責將電池能量到儲能電容的搬移，它受控于控制電路。在能量轉換的過程中，儲能電容上的電壓不斷地上升， 在此過程中，電壓檢測電路時刻將電容電壓反饋到控制電路，當電容電壓值達到微處理器發送給控制電路的目標電壓后，立即停止能量轉換。可以將儲能電容上的電壓達到預期的電壓值。
本發明中，所述除顫放電電路，完成對人體放電除顫的過程。圖4為該電路的結構框圖。由多個4個固態開關組成(如4個固態開關SW1、SW2、SW3、SW4組成)。該電路連接儲能電容和貼靠到人體的除顫電極板，電路內部幾個固態開關以特定的時序打開和閉合，實現電壓以特定的波形釋放到人體，從而實現雙相的除顫波形。該電路的一種雙相除顫波形實施例的工作過程如下首先，關閉SWl與SW3，打開SW2與SW4，儲能電容3上的能量，以電流的形式，通過SW1，流經人體和SW3，實現正相的除顫，然后打開SWl與SW3，關閉SW2與 SW4,儲能電容兩端的能量則會以電流的形式，通過SW2流經人體和SW4，實現反相的除顫。 以上工作流程只是該電路對于雙相除顫波形的一種實施例，該電路還可以實現多相波形的除顫。在具體實施中，SW1、SW2、Sff3, SW4器件可以是絕緣柵雙極性晶體管或者可控硅。
軟件控制部分主要是完成對所述人體阻抗測量電路、電容電壓調節電路、除顫放電電路的聯動控制，其工作流程可參見圖5所示，具體如下首先對人體阻抗測量電路所輸出的電壓信號進行數字采樣，得到人體的阻抗值；接著根據放電能量與人體阻抗所對應的關系，計算確定除顫放電的初始電壓以及放電的時間寬度；然后設定電壓調節電路的目標電壓，并開啟能量轉換裝置，當電容電壓達到目標電壓以后停止能量轉換；當需要除顫時， 啟動除顫放電電路，按照設定的時間寬度將能量釋放到人體，實現除顫。該過程中，系統能夠自動識別病人的體阻抗，并根據阻抗值采用匹配的除顫電壓和脈沖寬度，實現有效除顫。


圖I為本發明種具有自適應能力的智能除顫裝置基本連接框圖。
圖2為本發明一種實施例的人體阻抗測量電路框圖。
圖3為本發明一種實施例的電容電壓調節電路的電路框圖。
圖4為本發明一種實施例的除顫放電電路結構電原理示意圖。
圖5為本發明一種實施例的控制基本流程圖。
圖中標號，I為人體阻抗測量電路，2為電容電壓調節電路，3為儲能電容，4除顫放電電路，5是人體，6是微處理器。7為電流信號源，8為檢波電路。9為能量轉換電路，10 為調節控制電路，11為電壓檢測電路，12為電池。
具體實施方式
下面結合附圖對具有自適應能力智能除顫裝置進一步加以說明。
圖I給出了具有自適應能力的智能除顫裝置的總體框圖。人體阻抗測量電路I通過除顫器的兩個電極板連接到人體5，人體阻抗測量電路I所測得的阻抗信號被送到微處理器6。微處理器6根據個體的阻抗大小計算匹配的除顫電壓及除顫時間寬度，并把目標電壓設定到電容電壓調節電路2。電容電壓調節電路2根據得到目標電壓，對儲能電容3進行能量轉換，直到儲能電容上的電壓達到目標電壓停止。當需要除顫時，微處理器6對除顫放電電路4發出控制信號。除顫放電電路4通過開關的閉合和打開將能量從儲能電容3釋放到人體5。
圖2所示，為人體阻抗測量電路的內部框圖。包括一個電流信號源7，通過除顫電極，用于激勵人體5，在電極兩端建立交流電壓。
一個檢波電路8，用于將電極兩端的電壓信號檢波，使得輸出的電壓值能夠線性反應人體的阻抗值。
電流信號源7產生特定頻率微弱小信號，通過電極片連接到人體5，激勵人體，由于存在經胸阻抗，電流流經人體胸腔時在除顫器的兩個極板之間會建立一個電壓，該電壓的頻率與電流頻率相同，幅度則由電流和胸腔阻抗的大小共同決定，來自恒流源的電流大小恒定，故電壓的幅度僅取決于經胸阻抗的大小。檢波電路8通過對電極兩端的電壓進行檢波處理，被檢波后的信號可以得出人體阻抗信息，該信息被發送到處理6，這樣就可以完成了人體阻抗測量的功能。
圖3所示，為電容電壓調節電路的內部框圖。包括一個能量轉換電路9，用于將電池的電荷搬移到儲能電容的兩端。
一個電壓檢測電路11，用于將儲能電容兩端的電壓反饋給控制電路10。
一個控制電路10，用于控制能量轉換電路的開關。
能量轉換電路9連接著電池12和儲能電容3，負責將電池能量到儲能電容的搬移， 它受控于控制電路10。在能量轉換的過程中，儲能電容3上的電壓不斷地上升，在此過程中，電壓檢測電路11時刻將電容電壓反饋到控制電路10，當電容電壓值達到處理器6發送給控制電路10的目標電壓后，立即停止能量轉換。可以將儲能電容上的電壓達到預期的電壓值。
圖4所示，為除顫放電電路4的電原理示意圖。除顫放電電路連接人體5和儲能電容3，除顫放電過程中，通過固態開關13、14、15、16即SW1，SW2，SW3, SW4以特定時序的打開關閉組合，從而實現對人體特定波形的除顫放電。該電路的一種雙相除顫波形實施例的工作過程如下首先，關閉SWl與SW3，打開SW2與SW4，儲能電容3上的能量，以電流的形式，通過SW1，流經人體和SW3，實現正相的除顫，然后打開SWl與SW3，關閉SW2與SW4，儲能電容兩端的能量則會以電流的形式，通過SW2流經人體和SW4，實現反相的除顫。以上工作流程只是該電路對于雙相除顫波形的一種實施例，該電路還可以實現多相波形的除顫。在具體實施中，SW1、SW2、Sff3, SW4器件可以是絕緣柵雙極性晶體管或者可控硅。
圖5所示，為該裝置的程序流程圖。步驟17程序開始，步驟18啟動電流源信號， 步驟19測量人體阻抗，步驟20根據設定的除顫能量計算除顫所需的電壓值和放電時間寬度和波形，步驟21調整儲能電容電壓到目標電壓，步驟22等待除顫命令，步驟23根據計算得到的放電時間寬度和波形對病人實施除顫。
權利要求
1.一種具有自適應能力的智能除顫裝置，分為兩個部分硬件電路和軟件控制；其特征在于所述硬件電路由以下幾個模塊組成微處理器、人體阻抗測量電路、電容電壓調節電路、儲能電容和除顫放電電路；人體阻抗測量電路通過除顫器的兩個電極板連接到人體，人體阻抗測量電路測得人體的阻抗信號，將該阻抗信號送到微處理器；微處理器根據人體的阻抗大小計算匹配的除顫電壓及除顫時間寬度，從而設定目標電壓，并將設定目標電壓給電容電壓調節電路；電容電壓調節電路根據得到目標電壓，對儲能電容進行能量轉換，直到儲能電容上的電壓達到目標電壓停止；當需要除顫時，微處理器對除顫放電電路發出控制信號；除顫放電電路通過開關的閉合和打開將能量從儲能電容釋放到人體。
2.根據權利要求I所述的具有自適應能力的智能除顫裝置，其特征在于所述人體阻抗測量電路，完成對人體經胸阻抗測量；包括電流信號源和檢測電路；電流信號源產生特定頻率微弱小信號，通過電極片連接到人體，激勵人體，電流流經人體胸腔時在除顫器的兩個極板之間建立一個電壓，該電壓的頻率與電流頻率相同，幅度則由電流和胸腔阻抗的大小共同決定；檢波電路通過對電極兩端的電壓進行檢波處理，被檢波后的信號得出人體阻抗信息，該信息被發送到微處理器，完成對人體阻抗測量。
3.根據權利要求I所述的具有自適應能力的智能除顫裝置，其特征在于所述電容電壓調節電路，完成對電容器的充電和調節，使得電容上的初始電壓達到預期的目標電壓；包括電池、能量轉換電路、儲能電容、控制電路和電壓檢測電路；能量轉換電路連接電池和儲能電容，負責將電池能量到儲能電容的搬移，它受控于控制電路；在能量轉換的過程中，儲能電容上的電壓不斷地上升，在此過程中，電壓檢測電路時刻將電容電壓反饋到控制電路，當電容電壓值達到微處理器發送給控制電路的目標電壓后，立即停止能量轉換。
4.根據權利要求I所述的具有自適應能力的智能除顫裝置，其特征在于所述除顫放電電路，完成對人體放電除顫的過程；由多個4個固態開關組成，該電路連接儲能電容和貼靠到人體的除顫電極板，電路中幾個固態開關以特定的時序打開和閉合，實現電壓以特定的波形釋放到人體，從而實現雙相的除顫波形。
5.根據權利要求I所述的具有自適應能力的智能除顫裝置，其特征在于所述軟件控制部分完成對所述人體阻抗測量電路、電容電壓調節電路、除顫放電電路的聯動控制，其工作流程具體如下首先對人體阻抗測量電路所輸出的電壓信號進行數字采樣，得到人體的阻抗值；接著根據放電能量與人體阻抗所對應的關系，計算確定除顫放電的初始電壓以及放電的時間寬度；然后設定電壓調節電路的目標電壓，并開啟能量轉換裝置，當電容電壓達到目標電壓以后停止能量轉換；當需要除顫時，啟動除顫放電電路，按照設定的時間寬度將能量釋放到人體，實現除顫。
全文摘要
本發明屬于醫療設備技術領域，具體為一種具有自適應能力的智能除顫裝置。該除顫裝置分為兩個部分硬件電路和軟件控制；其中硬件電路由微處理器、人體阻抗測量電路、電容電壓調節電路、儲能電容和除顫放電電路組成；人體阻抗測量電路通過除顫器的兩個電極板連接到人體，人體阻抗測量電路測得人體的阻抗信號，；微處理器根據人體的阻抗大小計算匹配的除顫電壓及除顫時間寬度，從而設定目標電壓；電容電壓調節電路根據得到目標電壓，對儲能電容進行能量轉換；當需要除顫時，微處理器對除顫放電電路發出控制信號；除顫放電電路通過開關的閉合和打開將能量從儲能電容釋放到人體。本發明可在不同阻抗條件下，實現能量釋放的一致性。
文檔編號A61B5/053GK102974041SQ201210558239
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月20日 優先權日2012年12月20日
發明者王旭, 賴大坤 申請人:久心醫療科技(蘇州)有限公司