便携式心脏除颤器的设计及开发

发布时间：2020-10-14 10:04

　　 近年来,死于心血管疾病的人越来越多,在众多的心血管疾病中心室纤颤(VF)是造成患者死亡的重要因素之一。目前,能够很好治疗VF的方法就是用脉冲电流对患者心脏电击,帮助心脏恢复正常心律。近年来随着计算机技术的飞速发展,医疗用电子设备也在快速朝着智能化、人性化方向发展。体外智能心脏除颤器就是采用了高压脉冲电流电击心脏这一方法的智能化电子医疗器械,它具有心电信号采集、VF波形识别和对心脏电击治疗的功能。新型的便携式心脏除颤器(AED)是一种方便携带,操作容易,专门为公共场所室颤患者提供便利的急救设备。本文以ARM公司的STM32F103ZET6单片机为核心进行了便携式心脏除颤器的软件设计及硬件开发工作。本文首先说明了除颤器的充电和放电除颤的原理,并在电极除颤的原理之上提供了本系统的整体设计方案。整体流程为:采集心电波形,结合样本熵算法判断是否发生室颤,与此同时检测患者的胸腔电阻,根据电阻选择合适的除颤能量,如果单片机判断为发生室颤,就对储能电容充电,通过电击来救治患者。本系统中对除颤器的硬件设计分为以下几个模块:心电采集模块、人体电阻检测模块、充电除颤模块、GPRS传输模块。心电采集模块的功能是采集人体的心电信号,经过STM32单片机处理之后进行显示;人体电阻检测模块实现对人体胸腔电阻的检测,根据检测到的电阻值选择放电能量大小;充电除颤模块实现了用蓄电池为电容充电,实现整个AED的便携性,放电部分则是除颤能否成功的关键;GPRS传输模块的功能是将采集到的心电信号通过无线远程传输给指定医护人员。软件部分本系统设计的主程序有心电波形采集程序、室颤信号判定和放电时间选择程序、心电波形远程传输的指令配置,还包括逆变电路、双相波放电电路的驱动程序。经过实验的反复测试,证实已完成各模块运行情况良好,表现在:(1)在人体采集来的心电信号噪声较小且波形显示清晰;(2)人体胸腔间电阻能够较准确的采集;(3)蓄电池给电容充电时能在短时间内蓄能200J左右;(4)心电波形能快速的远程传送到在指定手机上并清晰显示。
【学位单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH77
【部分图文】：

绍了样本熵算法的发展和主要应用，对样本熵算法进行详细计算室颤信号判定和除颤时机选择的方法；其次对除颤器充电除颤的次讲述了除颤器的分类及主要技术参数；最后提出了除颤器的整及室颤的概念描述的介绍本文设计除颤器系统之前，我们应知道心脏有很多活动这当中最重要的一个名词[36]。（Electrocardiogram，ECG）的概念最早由荷兰“诺贝尔生理学托（Eintol）提出。心脏的跳动是具有周期规律性的，在每一个部的电兴奋传导都是按着从兴奋点到心房再到心室这个顺序传导在兴奋点传到心肌细胞的时候最为强，可以成为能被检测到的微流最终会传输到人体表体皮肤，在皮肤的不同位置就会出现电集设备将体表的这些电位采集之后绘制成的波形图就是心电图。临床上的研究和帮助诊断病人病情都有很大的意义[37-40]。但是出确切的发病原因诊断，正常的心电波形如图 2.1 所示：

双极导联的示意图如图 2.2 所示，按照连接方法不同双极导联可分为三种：（1）极连接左臂，负电极连接右臂；（2）正电极连接左腿，负电极连接右臂；（3）正电接左腿，负电极连接左臂。心电波形图能够反映出心脏生理功能的异常变化，并且能够通过波形幅值和宽度析，来确定异常的类型。正常人的心脏跳动属于窦性心律，窦性心律波形图如图 2。

图 2.3 窦性心律的心电图Fig. 2.3 The electrocardiogram of sinus rhythm所有和上边的窦性心律图不符合的心电图都属于畸态，下边是两种不正常心律的图，（a）图为窦性心律不齐，（b）图为心脏早搏跳动的心电图，如图 2.4 所示。（a）窦性心律不齐
【参考文献】

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本文编号：2840524