[发明专利]机械CPR系统的智能伺服

说明书

技术领域

本发明涉及自动心肺复苏设备，更具体而言，涉及对胸部按压致动器的控制。

背景技术

心肺复苏(CPR)是一种众所周知的用来提高心跳骤停患者的存活机会的技术。但是，实施持续的高质量人工心肺复苏是很难的。由于CPR质量是存活的关键，因而存在很强的动因促使人们获取机械化的自动装置来替代可靠性较差的长时间的人工胸部按压。最近，市场引入了自动CPR(A-CPR)系统。

一些A-CPR系统采用气动致动器机构，而其他A-CPR系统则由诸如伺服马达的马达驱动。专利申请公开文本US 2007/0270724 A1描述了一种用于CPR的伺服马达，其特征在于对施加至患者的按压波形的控制。为了达到这一目的。US 2007/0270724 A1提出了调整设定点波形。其能够得到改进的考虑血流和避免内伤的治疗，因为能够相对地贴近决不可超越的上限选择希望获得的波形。

通常，伺服马达及其控制采用前馈部分(致动器对所命令的运动遵循得多么好，所命令的运动即预先传送至马达的信号以使其准确的遵循)和扰动控制部分(消除扰动，即，与期望运动之间的偏差，即，与所命令运动的(偶然)偏差)。所述前馈控制部分是估算的致动器力相对于时间(或本例中的电流或电压)的函数，其是尽可能好地(即在平均或最大误差范围内)遵循期望运动所需的。在常规伺服技术中，只计算一次前馈控制，并且需要所述系统和伺服系统的详细模型。对于自动心肺复苏而言，必须针对每位患者对这一部分进行估算，而且可能产生很大的差异。最经常采用的对伺服马达/控制的扰动校正的实现方式是所谓的比例-积分-微分(PID)控制。对P、I和D各部分的增益的设置并非是无价值的，过高的增益可能导致不稳定性，并且其可能需要大量的时间对增益进行优化，从而在避免下冲和过冲的同时对扰动加以校正。

发明内容

由于CPR过程中人胸廓的机械载荷特性方面的差异和变化，对用于人和动物的自动CPR使用伺服马达并非是无价值的。首先，人胸廓的粘弹行为是非常复杂的，而且是非线性的，尚缺乏具体患者的胸廓的准确模型。此外，人的粘弹属性存在很大的变化，必须对这一点加以考虑，因为对于不同的患者而言按压波形将是等同的。过冲(即，比期望更深的按压)可能是非常危险的，会导致致命的身体损伤。而且，还已知在CPR过程中身体的粘弹属性会发生变化(即，胸廓会变得不那么坚硬)。最后，在复苏的过程中几乎没有时间优化PID设置以及对前馈控制进行估算，每一秒都至关紧要。

对于本发明而言，已经发现，由于(例如)患者身材、致动器放置和各种其他因素的原因，包括患者胸部和胸部按压致动器的机械系统受到上述因素显著的变化的影响。机械系统至少是两级的，这意味着其能够发生振荡。机械系统还容易遭受过冲。所述机械系统的这些属性没有得到适当的考虑，那么振荡和/或过冲可能非常危险地接近允许的极限，甚至超过这些极限。主要的担心在于对胸部和胸廓造成损害(肋骨骨折，胸骨器官破裂)。一种选择是将设定点波形降低到这样一种设置，即该设置得到的系统响应在过冲和允许的极限之间存在充分的余量。但是，这样胸部按压作用将不会像其能够达到的那样有效。此外，即使是小的过冲和振荡都可能导致患者血流的相应不规律，并由此对血液灌注造成负面影响。

胸部和胸廓的机械属性存在很宽的变化范围，这取决于患者的身材。在执行心肺复苏的过程中所述机械属性甚至可能发生非常显著的变化；胸廓会变得不那么坚硬，并且完全的胸部松弛将不再发生。

希望获得一种自动心肺复苏设备，其能够降低乃至消除胸部按压运动中的过冲和振荡，而不管胸部-致动器机械系统的动态行为如何。还希望获得一种能够适应包括患者胸部和胸部按压致动器的机械系统的动态行为的变化的自动心肺复苏设备。

为了更好地解决这些顾虑中的一个或多个，本发明的第一方面提出了一种自动心肺复苏设备，其包括胸部按压致动器；根据致动器驱动器的操作参数向胸部按压致动器提供时变驱动信号的致动器驱动器，所述操作参数决定包括胸部按压致动器和患者胸部的系统的动态行为；提供与胸部按压致动器的功能相关的生理参数的测量值的生理参数传感器；以及对致动器驱动器的操作参数的自适应控制，其中，所述自适应控制接收所述测量值，并关于与预定条件的相符性对所述测量值进行评估。

为了更好地解决上述顾虑中的一个或多个，本发明的第二方面提出了一种自动心肺复苏方法，其包括：

a)将操作参数设置至安全的初始值，所述操作参数决定包括患者的胸部和自动心肺复苏设备的胸部按压致动器的系统的动态行为，

b)所述自动心肺复苏设备执行至少一次胸部按压，