用于测量胸部参数尤其在CPR期间测量胸部参数的方法和系统

摘要

本发明涉及一种用于当测量单元置于人体上尤其是人体胸部上时监测该测量单元位置的系统，该系统包括适于放置在人体的诸如胸部至背部空间的相对面以预定频率振动产生磁场的驱动单元，和适于测量磁场强度的测量单元，该系统包括用于计算测量单元与驱动单元之间的距离的计算装置。

说明书

技术领域

本方法涉及一种当置于人体上尤其是作为CPR测量一部分的用于监测 测量单元位置的方法和系统。

背景技术

定义为胸部按压和空气流通的心肺复苏(CPR)的质量对于心脏停搏的 结果非常重要。Gallagher，Van Hoeyweghen和Wik(Gallagher等人；1995 年12月27日JAMA；274(24)：1922-5。Van Hoeyweghen等人；1993年8 月Resuscitation(复苏)；26(1)：47-52。Wik L等人1994年Resuscitation (复苏)；28：195-203)分别指出，在救护人员到来之前由他人执行高质量 的CPR，能够提高3-4倍的生存机会。但不幸的是，根据发表在JAMA的一 篇最近的研究报告(Wik等人2005年1月19日在Jama 2005-Vol 293，No 3 发表的Quality of Cardiopulmonary Resuscitation During Out-of-Hospital  CardiacArrest(医院外心脏停搏时心肺复苏的质量))，即使是医护人员，大 多数情况下提供的CPR也低于最佳质量。最普遍的失败原因为：没有提供 胸部按压、没有空气流通、胸部按压深度太浅、胸部按压率太高或太低、空 气流通率太高或太低或胸部膨胀时间太快。

发表在2005年卷67的Resuscitation(复苏)上的2005年国际科学共识 会议，详细陈述了CPR应如何有效提供，以及CPR与心脏除颤应怎样一起 使用。对于所有的成年人和年长儿童的患者来说，胸部按压准则都是一样的： 深度应至少4-5cm，频率应至少100/分钟，以及救助者在两次按压之间应完 全释放压力。然而在实际中，必要的按压深度和力度会存在很大的个体差异， 而这些按压深度和力度取决于诸如患者体形大小等因素。因此，这些准则在 某些情形下造成了不理想的治疗。

在EP1057451中，Myklebust阐述了一种测量胸部按压的传感器。这种 传感器安装了加速度计和力度激活开关。该系统中的一部分也是根据加速度 和来自力度激活开关的信号来估计胸部按压移动量的装置。这种传感器的一 个局限性在于不能提供可靠检测各胸部按压被完全释放的装置(受到力度开 关敏感度的限制)。这项技术的另一个局限性在于该系统的精确度依赖于患 者躺在什么样的表面。例如，当病人躺在床垫上时，在胸部上的传感器将测 量床垫上的患者和胸部按压两者的移动量。在US2004/0210172和 WO2006/006871中类似地论述了使用加速度计来监测床的移动量。直到现 在，这个问题通常是通过在患者下方增加一个硬平板来解决，但即使是这样， 仍然有证据表明一些向下的力度导致对床垫以及胸部的按压，这就意味着， 单个置于胸部上的加速度计将会高估胸部按压深度，因为同时测量了床垫和 胸部的按压。US2004/267325中提供的这个问题的解决方案是利用两个线圈 来测量他们间的相对距离，第一个线圈发射变化的磁场，由在患者的相对一 面上的第二个线圈接收。关于这个解决方案的问题是发射的磁场将由于周围 的金属物体而变动范围很大。US2004/267325中建议进行适当的滤波，但这 不能在所有情形下提供足够的信号能量，因此降低了测量的精确度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于监测相对患者背部的患者胸部按压的 精确方法，尤其是在CPR期间，以便提供两次按压之间按压深度和胸部空 间(dimension)信息，即，胸部至背部空间，检测两次按压之间施加于胸部 的按压是否完全释放也是可能的。利用上述描述和所附权利要求中所述的特 征可以实现该目的。

本发明是基于最好放置于患者背部的驱动单元产生的振荡磁场强度的 检测，其中测量单元放置于胸部。这样使得测量对于驱动单元的移动不太关 注，因此，即使是床垫在CPR中被按压也不会影响测量。磁场的检测是众 所周知的并且是相当简单的技术，所以测量设备可以非常简单，例如，与以 上提到的发表的文章所描述的包括力度传感器和/或加速度计的放置于患者 胸部上的相应设备大小一样。

由于测量的特征是放置于胸部上的测量单元与患者背部处的底板两者 之间的距离，根据本发明的系统还提供了一种用于在非按压期间测量胸部空 间的装置，该系统还提供了关于胸部“成型”的信息，胸部“成型”的意思 是由于胸部萎陷所引起的胸背空间的永久性改变，例如由于来自CPR的机 械应力。

附图说明

下面将结合附图对本发明进行详细描述，并通过一些具体实施方式来阐 述本发明。

图1a显示了本发明提供的互相以一定距离放置的驱动单元和测量单元。

图1b显示了测量单元获得的测量。

图2a-d显示了磁场生成的可选实施方式。

图3显示了系统的一种可选实施实施方式。

图4显示了测量单元。

具体实施方式

在图1a所示的本发明的实施方式中，测量单元1放置于驱动单元2上 方一定距离处。该驱动单元包括耦合至电源(未示出)的第一驱动线圈3， 以产生具有以已知幅度随预定频率或在预定频率范围内变化的已知磁场强 度6的磁场。得到的磁场强度6将由与驱动单元2的距离和相对于磁场轴线 7的位置来确定。只要测量单元1靠近场轴线7，磁场强度6就以可预测的 方式由取决于离驱动单元的距离，线圈3产生磁场的特性是众所周知的。

由于该系统用于患者，所以可变磁场的频率范围最好应在一定范围内以 使患者体内的水不会显著影响测量值，并应因此在50-100kHz范围内。其他 范围也是可以的，但将需要根据能够影响磁场强度的物质的作用来进行校 准。

在图1a中的驱动单元2还包括如线圈5所示的辅助磁场传感器，用于 检测驱动单元中的磁场强度。这能够使操作者补偿对于因如金属床架之类的 靠近该系统的金属结构所引起的磁场强度减少量。操作者可以一直增加磁场 强度直到辅助驱动线圈检测到预定的磁场强度，或者该处理过程可以由对传 感器线圈5处所测量到的场特性与选定值进行比较的驱动控制系统自动执 行，例如，将磁场强度维持在选定频率范围，对应于在测量单元1处的选定 频率范围，大于足够在测量单元1提供精确测量值的预定阈值。

从图1a可以看出，为了选择大规格的驱动线圈3，在所示实例中和驱动 单元2与测量单元1间的距离相当。确切的尺寸随应用不同而变化，但若其 大得足以使在超过测量单元的可能操作位置可形成基本均匀的磁场则是有 利的。这样来自磁场轴线7的测量单元1的替换将对测量磁场强度的有很小 的影响。这根据磁场强度6是很显眼的，磁场强度6显示了弧线与驱动线圈 3以及底板、床垫或支持患者的床基本上是平行的。

众所周知，测量到的磁场强度将取决于驱动线圈2与测量单元1之间的 距离，如图1b所示得测量值显示了来自传感器的典型波形，且假设初期没 有向传感器施加外力。初始AP(IAP)表示按压之前胸部的空间。初始AP 波形的反馈指示如7所示，指出了相对于测量仪器1的初始位置的深度。当 引入所谓的“倚靠(lean)深度”8时测量仪器1位于两次按压之间所处的 深度，例如，因为执行按压的人没有从患者身上完全释放按压力。相对深度 8是忽略了倚靠深度的深度，因此指示了施于患者上的最大深度与最小深度 之间的按压深度。

在测量单元1的工作区域中获得均匀场的其他方式如图2a和2b所示。 在图2a中，多个线圈3a-3h分布在底板区域上，并可同步获得基本均匀的场。 正如在前面实施方式中可在底板中使用辅助线圈5来测量底板中局部的场， 例如，用于调节磁场强度，或者由3a-3h线圈中的一个(如中间的线圈3h) 组成，或者作为如图2b中分开的和不同的线圈5a被提供。

在图2b中，在印制的电路板上提供了为了制成平板结构而形成螺旋形 的线圈。螺旋形状是可选的，且对于制成不能完全达到螺旋中心的线圈可能 是有利的。在图2b中提供对应于图1中的辅助线圈的探测器线圈是为了在 遇到如金属结构时校准磁场。

图2a和图2b所示的实例中，可以略微不同的频率来驱动每个单独的线 圈。若测量单元1能够区别频率间的不同并测量在每个频率的信号的相对强 度，那么计算在测量区域中测量单元的位置将是可能的，正如最近的线圈具 有最强的场等。例如，这对于为用户提供关于测量单元的位置和CPR在患 者的哪个部位实施的反馈是有利的。

在图2c中显示了一种与图2a所示底板相对应的基于平板螺旋线圈的解 决方案。根据可选的实施方式，线圈可被调整以适应在略微不同的频率下振 荡的磁场。那么测量单元1可以在每个频率通过检测具有最大幅值或磁场强 度的频率测量磁场强度或者幅值，该频率指示了哪个线圈最接近测量单元， 同时也给出测量单元相对于底板位置的指示。图2d显示了在中间线圈3h发 射最强频率f1的情况下的幅值和频率的分布以及测量单元与其他线圈之间 的距离是相等的，因此指示了测量单元位于底板中间上方的最佳位置。

在以上讨论的图中，产生的磁场具有基本上与底板2垂直的方向7和处 于从底板指向测量单元的工作区域的方向。图3中的可选实施方式显示了由 线圈3a磁化成的铁素体棒3b的位置产生与底板水平的磁场并平行于床和患 者10。测量单元1中所提供的类似设置包括用于感测磁场的一个铁素体棒 4b和两个线圈4a。图3中显示了场矢量21。在这种情况下，测量单元也必 须适于在平行于铁素体棒方向来测量场。磁场强度的形状与图1所示的基本 类似，在附近如果没有床或其他导电材料的干扰，那么在图1所示的方向上 具有沿病人长度方向上的圆横截面。虽然没有示出，但为了调整发射的磁场 强度，仍使用了合适方向的辅助场传感器5。

如图4所示的测量单元包括对在选取的频率范围内变化的磁场反应敏感 的拾波线圈4。该线圈与放大器单元11和传感器板15连接，在所示的实施 方式中放大器单元11包括放大器12、带通滤波器13和全波整流器14，它 们的功能对于技术人员来说是显而易见的，在所示的实例中传感器板15包 括AD转换器17和用于发射测量信号至监测装置21的微控器19，其中，检 测装置21通过导线控制系统。数字信号处理单元可考虑作为替代方案。导 线可以是串行连接并也可用于从外部装置21接收信号和/或功率。图4中测 量单元的实施方式还包括可测量装置方向的加速度计16。所测量的磁场的幅 值将取决于相对于磁场的拾波线圈的方位是有利的，因为其测量通过线圈的 磁通量。可提供根据线圈的方向或反馈信号来校准测量信号的方式以使用户 能够矫正测量单元的位置和方向。

可考虑用于测量在测量单元1和驱动单元2的辅助场传感器5中的磁场 的其他方式，例如，霍耳效应传感器，作为传输测量信号的导体的替代，还 可使用如光纤或无线电信号的其他通信方式。对于无绳通信系统来说，可以 提供与电池充电器耦合的充电电池或使用充电单元从磁场提取能量的测量 单元。通过产生的磁场发射信号至测量单元也是可能的，例如，通过在测量 单元中调制频率和过滤接收到的信号。

总的来说，本发明涉及一种使用AC磁场测量从背部(平板)到胸部(传 感器)的距离的系统。该系统能够同时利用目前不被水吸收的频率测量静态 距离(AP)和调制(深度)。

根据本发明，上述系统使用了如第二线圈的辅助场传感器来减小金属的 影响，并通过测量场来稳定磁场强度。辅助传感器与驱动线圈处于相同的位 置，例如，在底板上，并耦合至用于调整产生的场的装置以使这个位置的磁 场强度在合适的水平上。除了以上讨论的内容，本发明还提供了一种在维持 足够的强度来提供足够的精确度的同时维持磁场强度在最小值以减少任何 涉及到高磁场强度危险的可能性。在100kHz频率范围内，低于1.63A/m认 为是一个安全的频率量级。

也可在底板驱动线圈下提供金属平板是以最小化金属的影响。

可在测量单元(和/或底板)中使用一个或多个加速度计以便在一个或 多个方向补偿“倾斜(tilt)”。

本系统可通过场的调制使用AC磁场以用于在平板和传感器之间通信， 或者是用于在平板和传感器之间的如平板倾斜、存在金属、平板操作状态等 各种信息的通信的无线电通信。

为了最小化系统的能量消耗，驱动线圈是驱动线圈的共振驱动。可选择 各种线圈解决方案和方法，除了AC电磁场的使用，加速度计传感器也可用 于测量测量单元的移动量，即按压深度。在这种情形下，还可以在底板中提 供加速度计单元以检测其移动量。

本系统包括监测设备以及用于获得关于所测人或物信息以及分析该信 息的软件。如上所述，当在人体上使用时，可以得到胸部空间和在CPR期 间的按压深度。这种分析也适用于检测按压前后胸部空间的变化，以用于检 测实施按压的人是否已经完全释放压力或者按压是否已经造成胸部更多的 永久性变化，例如胸部的萎陷。

本系统在上述提到的分析基础上也可适用于向用户提供视觉或声觉的 反馈，例如，通过测量单元上的指示、声效或预先录制的声音信息。测量单 元可以通过磁场或者无线电进行无绳通信，并在不使用时在原位置借由磁场 或充电接收器进行充电。