申请/专利权人：东南大学

申请日：2022-04-28

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN114983791B

主分类号：A61H31/00

分类号：A61H31/00;G06F3/01;G06F17/12;H04B1/3827;H04B1/3883;H04B1/3888;H04W4/02;H04W4/38

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.07.05#授权;2022.09.20#实质审查的生效;2022.09.02#公开

摘要：本专利提出一种穿戴式医疗行为协同监测的心肺复苏辅助系统及方法，包括穿戴式节点、定位锚点和控制中心，所述的穿戴式节点有控制处理模块、传感器模块、操作界面、电源模块、外壳及绑带、定位模块和无线通信模块，所述的定位锚点为多个，并固定在心肺复苏作业场地四周，所述的控制中心包括语音交互单元、控制处理单元和无线通信单元。本发明能够通过对所有参与心肺复苏的多个医务人员进行实时的位置、动作和语音信息采集，并通过对采集的时空数据进行融合，使得系统可以监测参与心肺复苏的多个医务人员的医疗行为，构建心肺复苏医疗行为中的人机交互，实现心肺复苏过程中的实时全流程辅助，降低错误发生的概率，提高心肺复苏的效率和效果。

主权项：1.一种穿戴式医疗行为协同监测的心肺复苏辅助系统，所述的穿戴式医疗行为协同监测的心肺复苏辅助系统包括穿戴式节点、定位锚点和控制中心三个部分，其特征在于；所述的穿戴式节点包括安装在医务人员左、右手臂的大臂和小臂上，以及患者胸部和腿部上的对应节点；所述的穿戴式节点由控制处理模块1-1、传感器模块1-2、操作界面1-3、电源模块1-4、外壳及绑带一1-5、定位模块1-6和无线通信模块1-7组成：所述的控制处理模块1-1采用低功耗嵌入式微处理器，负责整个节点的逻辑控制、数据运算，并与无线通信模块、定位模块通信；所述的传感器模块1-2是由加速度计、陀螺仪、磁力计构成的惯性测量单元，能够测量节点所在的三轴惯性数据，包括线性加速度、角速度、磁场和姿态四元数；所述的操作界面1-3由按键和屏幕组成，用于输入节点的必要信息；所述的电源模块1-4由微型锂电池、电源变换模块和充电模块组成，负责整个节点系统的供电；所述的外壳及绑带一1-5负责节点硬件的安装和固定在医生患者的肢体上，外壳由模具注塑或3D打印加工，绑带一将穿戴式节点固定在肢体目标位置；所述的定位模块1-6配合位置已知的分布在心肺复苏作业四周的定位锚点，构成无线定位网络系统，定位模块1-6确定与各个锚点的相对距离，利用三角法定位算法，求解出定位模块的坐标；所述的无线通信模块1-7与无线通信协调器构成无线传感网络，用于传输节点的传感器数据和位置数据；所述的定位锚点有四个分别定位锚点一5-1-1、定位锚点二5-1-2、定位锚点三5-1-3和定位锚点四5-1-4，通过三角支架固定在心肺复苏作业场地四周，所述的定位锚点坐标位置均为已知；所述的控制中心包括语音交互单元6-1、控制处理单元6-2和无线通信单元一6-3，所述语音交互单元6-1由环型麦克风和扬声器构成，实现对医生语音信息的采集和双向语音交互，所述控制处理单元6-2为可运行本系统的便携式计算机或工控机且有视觉交互界面，完成对穿戴式节点信息的感知和行为识别与推理；所述视觉交互界面用于显示控制处理单元需要展示的数据信息及图像界面；所述无线通信单元一6-3作为穿戴式节点网络中心，与各个节点进行通信，实现双向信息交互和控制；获得患者胸廓在按压下产生的按压深度及按压频率，施救者手臂的垂直角度、作用力方向相关信息；按照以下算法进行求解：S1：当医生对患者做胸外按压时，佩戴于医生手臂的传感器节点输出的加速度数据呈现周期性变化，在忽略传感器噪声和零偏情况下，加速度计的输出模型为：A＝-ak+gk其中，ak＝[ax,ay,az]为载体加速度实际测量值，gk＝[0,0,gz]为传感器坐标系下重力加速测量值；S2：在[tk,tk+1]时间段，对ak作一次积分，得到速度信息： 其中vtk+1是tk+1时刻的速度，S3：再对速度进行积分，得到[tk,tk+1]时段内的位移： 从而求解到相邻连续时刻内的速度vΔt和位移xΔt；S4：当按压深度及回弹深度达到最大值时，体现特征为vΔt与ak取得最小值，ak在Z轴上分量数值符号发生变化；按压阶段和回弹阶段，ak的导数符号发生变化；S5：根据所述特征，可以获得按压阶段时间持续tp和回弹阶段的持续时间tr，对位移xΔt在tp和tr内作累加，即从医生手臂穿戴式节点侧，求解到按压深度、回弹深度和按压速度；S6：对患者胸骨上的传感器作如上算法解算，获得从另一维度的按压深度、回弹深度和按压频率等信息，将来自患者胸骨上的传感器数据解算结果将作为心肺复苏行为感知的先验，当进行心肺按压作业的医生做出与胸外按压无关的肢体动作时，系统能够对扰动作出抑制，降低误判的可能；S7：当心肺复苏医生未垂直手臂按压时，存在两种可能情况：1手肘关节弯曲2手肘关节未弯曲，手臂垂直倾斜角过大；S8：针对情况1，此时手肘关节将发生角位移，通过对上臂与下臂节点惯性测量单元的姿态变换对该角位移进行观测；针对情况2，在心肺复苏按压过程中，上臂和下臂的垂直倾斜角在阈值范围内是合理的，对垂直倾斜角进行阈值控制，保证按压力的方向的垂直；心肺复苏作业现场的所有穿戴式节点都会作为无线传感网络中的节点，并且每个穿戴式节点都有唯一的MAC地址，以心肺复苏医生角色D1为例，角色确认方法如下：S1：在医生D1开始心肺复苏作业时，启动安装在其左、右手臂上的穿戴式节点，并通过按键触摸屏选择自己的角色；S2：穿戴式节点将其自身的MAC地址和医生D1确定的身份ID进行数据绑定，并无线发送给控制中心；S3：控制中心将接收所有穿戴式节点上传的数据包，并从上传的数据中查找到与步骤S2中MAC地址匹配的节点数据包，更新到医生D1的数据库中，完成穿戴式节点与医生D1的关联；重复上述步骤，实现参与心肺复苏作业的其他施救者的角色分配；当第j个穿戴式节点，j＝1,2,3…M，M表示的是穿戴式节点数目，收到所有定位锚点发来的无线数据后，通过信号强度测算出距离dji，i＝1,2,3…N，N表示定位锚点的数目，N＝4，并基于以下算法进行定位：N个定位锚点布置在心肺复苏作业四周，定位过程中依次轮询选择其中的三个定位锚点Am的坐标为xm,ym，m＝1,2,3，由于信号传播速度已知，根据信号传播时间，计算三个锚点到穿戴式节点j的距离分别为dj1,dj2,dj3，设穿戴式节点j的坐标为x,y，则有以下方程组： 解方程组得到穿戴式节点的坐标： 轮询式从N个锚点中选出三个锚点，得到上面的方程组，并求解得到一组穿戴式节点j的坐标，共可得到CN,3组穿戴式节点j的坐标，以该CN,3组穿戴式节点j的坐标的平均值作为穿戴式节点j的最终坐标；对其他参与心肺复苏作业的医生双臂上的节点和患者身上的节点按照如上算法求解节点的坐标，即可求解参与心肺复苏医生和患者在作业空间中的实时位置；在所述的控制中心的控制处理单元中，需要基于控制中心的无线通信单元一收到的传感器数据，进行医生患者行为的感知，进而实现对心肺复苏作业的推理。

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百度查询： 东南大学 一种穿戴式医疗行为协同监测的心肺复苏辅助系统及方法

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