基于最佳医疗实践守则的心肺复苏MCPS建模与验证

发布时间：2020-05-26 09:57

【摘要】：信息物理融合系统(Cyber-Physical System,CPS)是一种智能系统,它是将通信、计算与信息控制合为一体的复杂系统,并实现了物理资源和计算资源的紧密结合。信息物理融合系统通过传感器等感知器、网络通信、嵌入式等系统工程使其具有强大的功能,它的出现改变了传统的人类与物理世界交互的方式。CPS自提出以来得到了国内外相关科研机构的高度重视,并且在多个领域都有着广阔的应用前景,例如航天航空、智能建筑、制造业、智能医疗等。面向医疗的信息物理融合系统(MCPS)是本文的主要研究内容。本文提出了一个基于最佳医疗实践守则的心肺复苏MCPS,通过实时采集病人的生理参数和心肺复苏时的操作参数(如按压深度、按压频率等),将其与编码好的心脏复苏最佳医疗实践守则有限状态机进行计算与分析,判断当前的操作是否符合最佳医疗实践守则,若不符合则进入相应的警告状态,并且根据最佳医疗实践守则对医护人员的下一步治疗行动进行明确的提示,从而提高心肺复苏的质量。论文的主要工作如下。首先是获取和制定用于心脏复苏的最佳医疗实践守则,通过查阅文献和与医护人员进行沟通制定出最佳的心肺复苏医疗实践守则,然后对其进行编码,使用Simulink/Stateflow将用于心脏复苏的最佳医疗实践守则编码成心肺复苏自动机。第二部分对系统进行建模及验证。本文采用模型驱动(MDA)的体系结构分析与设计语言AADL对系统进行建模,AADL是一种基于系统组件的建模语言,能够将系统描绘成各不相同的软件组件和硬件组件以及他们的交互,适用于对复杂实时嵌入式系统进行建模,并将建模好的心脏复苏最佳医疗实践守则自动机的Stateflow模型通过语义映射转换为AADL的行为模型。最后对系统的实时性、调度性、安全性、可靠性、合理性等进行分析验证。首先通过AADL本身工具集OSATE对系统进行流延迟分析,其次使用AADL Inspector对系统的可调度性进行验证与仿真,最后使用matlab对编码好的心肺复苏最佳医疗守则自动机进行仿真与验证,以验证其行为模型的正确性,保证系统的每个层级都符合要求。通过上述分析验证证明本文建模的系统的安全可靠性都符合要求。
【图文】：

南昌航空大学硕士学位论文 第 3 章 用于心肺复苏的最佳医疗实践守则有限状态机建模在进行心肺复苏抢救时需每两分钟检测一次是否能电击，并每 4 分钟进行肾上腺素的注射，总共持续时间应为 30 分钟左右。若符合出现以下状况： CPR>30分钟、呼吸未恢复、心电图呈直线瞳孔散大固定、对光反应消失、深反射活动消失，建议终止 CPR。在 CPR 过程中的药物治疗：肾上腺素 IV/IO 剂量：每 3-5分钟 1mg。除颤电击能量：双相波：生产厂推荐值，如果未知则是用最大值，单相波：360J。图 3-3 为心肺复苏最佳医疗实践守则状态图。通过图 3-1 的用于心肺复苏的最佳医疗实践守则流程图并结合系统实际需求，构建了心肺复苏最佳医疗实践守则状态图，由于本文系统的用户为医护人员所用，而且本系统为心肺复苏 MCPS，所以系统实际构建时只进行心肺复苏急救时的状态。

昌航空大学硕士学位论文 第 3 章 用于心肺复苏的最佳医疗实践守则有限状态机的心肺复苏质量进行监测与提示，图 3-3 中已经给出 CPR 中的 normal 与态，在 3-4 中对两个状态的转换进行了详细的解释。在心肺复苏流程状态用了四个操作、生理参数来对 CPR 质量进行监测，，包括：按压深度、按、呼气末二氧化碳和胸腔回弹。在进行 CPR 期间只要有一个参数不符合疗实践守则，CPR 的状态就会转移到 alert 状态，并且激活其中的子状态符合最佳医疗实践守则的参数进行提示，告知医护人员。图中 alert 中的状态是并行状态，可同时激活，也可只激活其中部分。
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R459.7;TP202

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