心肺复苏训练模型的优化设计与操作质量评价方法研究

发布时间：2020-11-09 00:04

　　 心脏骤停已成为威胁人类生命健康的一大主要医学问题,心肺复苏是帮助心脏骤停病人恢复自主血液循环,挽救其生命的唯一有效措施,目前广泛利用心肺复苏训练模型对学员进行心肺复苏培训。然而现有的训练模型在人体胸廓的模拟效果以及操作结束后的质量评价方法上尚存在不足之处,这些问题制约着心肺复苏训练者操作的改进和技能的提高。针对上述问题,本文在现有心肺复苏训练模型的基础上,设计一种基于真实人体胸廓的力学模拟结构,同时参考人工操作质量评价领域的常用方法,提出一种基于信号相似性度量的胸外按压操作质量评价方法,对于完善现有的心肺复苏教学设备,更好地指导医护人员进行心肺复苏训练具有重要意义。本文的主要内容如下:1、基于真实人体胸廓的几何特征,利用CAD软件SolidWorks初步完成模型的三维设计,采用CAE软件ANSYS对模型进行力学性能分析,利用ANSYS Fatigue Tool工具对模型进行疲劳寿命预测。在确保模型的力学特性与真实的人体胸廓等效以及疲劳寿命满足实际临床教学需求的情况下,最终确定薄肋板-弹簧组合的方案,选用“肋骨”厚度为0.5mm的人体胸廓模拟结构,加上3根压缩弹簧,完成心肺复苏训练模型的优化设计。2、采集胸外按压过程中的按压力信号和按压深度信号,采用FIR数字低通滤波器对信号进行预处理,提高信噪比;确定按压最大深度、按压频率、按压位置偏离度、胸廓回弹率、按压与放松时间比这五个常规特征以及按压过程中的最大加速度、平均加速度、按压过程中的最大按压力、平均按压力这四个力学特征为胸外按压操作质量的影响因素;利用基于小波变换的极值搜索算法对按压深度信号和力信号进行峰值检测,进而顺利计算出胸外按压常规特征和力学特征。3、通过特征提取,一个完整的胸外按压操作过程将转换为一组由特征构成的多元时间序列,结合夹角余弦和主成分分析方法,设计相似性度量算法,将学员胸外按压全过程的操作信号和高质量的胸外按压操作信号作相似度计算,以此来评价学员该次操作的质量。最后设计实验利用该方法对不同群体的胸外按压操作进行了相似性度量,实验结果验证了该方法的可行性。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：R459.7;TN911.7
【部分图文】：

(a) (b) (c)图 1-2 心肺复苏训练模型与人体胸廓结构。(a)模型整体；(b)模型内部结构；(c)人体胸廓结构1.1.3 心肺复苏操作质量评价方法存在的问题

的日益进步，包括计算机技术、生物医学工程在内的多学科的发展，心肺复苏训练模型的功能越来越多样化。众多知名的医疗器械研发生产单位纷纷推出了各具特色的心肺复苏训练产品，其中典型的有挪威挪度公司的QCPR，如图1-3(a)所示，该心肺复苏训练模型基于欧美人种的解剖结构，是一款全身型的模拟人，模型内部放置多种传感器实时监测心肺复苏过程中的各项数据并通过人性化界面供用户查看，操作结束后 QCPR 还能提供当前的训练报告方便练习者对操作过程进行回顾、整改和提高[28]。日本 YAGAMI 是另一家专注于心肺复苏相关产品研发的公司，该公司应用于心肺复苏训练的模拟人如图 1-3(b)所示。该款产品的头颈部具有仿生结构，其体内同样布置有各类传感器，可采集学员在心肺复苏过程中的按压时间、按压位置、按压深度、人工呼吸速度、潮气量等生理参数，同时结合人机界面进行实时显示[29]。德国 3B Scientific 公司研发的 CPR Lilly AIR 是另一款比较具有代表性的心肺复苏训练模型

6(c) (d)图 1-4 胸外按压评价曲线。(a)按压频率的评价曲线；(b)按压深度的评价曲线；(c)按压时间占空比的评价曲线；(d)按压位置的评价曲线[28]
【参考文献】

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本文编号：2875561