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心脏骤停(CardiacArrest,CA)是指患者心脏机械活动突然停止,对刺激无反应,无自主呼吸或濒死叹息样呼吸,脉搏消失。心肺复苏(Cardiopulmonary Resuscitation,CPR)是抢救心脏骤停患者的主要途径,CPR是通过对心脏骤停的快速识别和积极抢救,使患者自主循环恢复(Return of Spontaneous Circulation,ROSC)。脉搏检测不仅是识别心脏骤停的主要方法之一,也是CPR过程中判断患者是否恢复自主循环的重要手段。心肺复苏过程中,快速准确的脉搏检测至关重要,这是因为错误的脉搏检测会严重影响患者生存,一方面假阴性的判断极易导致患者承受不必要的持续按压或者除颤,另一方面长时间中断胸外按压进行脉搏检测以及假阳性的判断又会使得患者丧失最佳治疗时机。对于院外心脏骤停(Out-of-hospital Cardiac Arrest,OHCA)患者,脉搏检测主要通过触诊实现,但调查发现,即便是有经验的抢救人员,触诊也是耗时且不准确的。为解决这一问题,科学家们进行了自动检测脉搏的探索,包括利用胸阻抗信号、光电容积脉搏波和近红外光谱等可能与脉搏有关的生理信号,但迄今为止,仍然没有实用的算法或装置应用于实际的院外心脏骤停患者救护中,而复苏指南推荐的血压及呼气末二氧化碳监测显然又不适用于院外心脏骤停患者。自动体外除颤器(Automated External Defibrillator,AED)是抢救心脏骤停患者的关键医疗仪器,其主要功能是自动完成心电节律分析,并对可除颤节律进行除颤。当前部分AED还集成了按压反馈单元,在CPR过程中实时监测胸外按压深度和频率,指导抢救人员进行有效的胸外按压,大大提高了心肺复苏质量。按压反馈单元主要有两种形式,一种是基于按压过程中患者胸阻抗的变化,另一种是利用置于患者胸前的加速度传感器来实现。当前,AED的节律检测算法可以准确地区分可除颤节律和不可除颤节律,但当病人出现节律性心电(Organized Rhythm,OR)时,却不能分辨该节律是灌注性节律(Perfusing Rhythm,PR)还是无脉性电活动(Pulseless Electrical Activity,PEA),即不能判断病人是否有脉搏。基于加速度传感器的按压反馈单元通过感应按压过程中的胸廓运动完成深度和频率的监测,而病人自主循环恢复后,心脏搏动会引起胸壁运动,因此我们假设若心搏引起的胸壁运动能够被加速度传感器检测到,那么依托AED强大的计算能力,是有可能通过扩展算法来实现脉搏的自动检测的。若上述假设能够被证实,则可在AED检测出OR后进一步检测脉搏,从而实现自动检测脉搏的功能。为证实该假设,本研究主要完成了以下工作:1、动物实验与数据提取本研究的实验数据来源于课题组前期49头家猪的动物实验数据,其中室颤模型44头,窒息模型5头。从中共提取了1025例时长3S的数据段,每段数据均包含心电信号(Electrocardiography,ECG)、血压信号(Arterial Blood Pressures,ABP)及加速度信号(Acceleration,ACC)。因3S内状态发生变化或部分数据异常等原因排除123例,剩余数据段经西南医院急诊科医生分类,得到216例OR及686例VF;216例OR数据包含63例PR,153例PEA。216例OR及686例VF随机分为训练集与测试集用于心电节律识别算法研究,训练集包含108例OR及346例VF,测试集包含108例OR及340例VF。63例PR与153例PEA随机分为训练集与测试集用于PR及PEA的分类研究,其中训练集包括32例PR及74例PEA,测试集包括31例PR及79例PEA。2、心电节律检测心电节律检测主要用于检测提取的心电节律是否为OR,若为OR,才进行脉搏检测。节律检测算法提取心电信号的五个特征参数,包括峰值折线率(F_p)、峰值夹角折线率(F_α)、心率(HR)、幅值分布率(F_a)及自相关率(F_r),节律分类使用BP神经网络模型,提取的特征参数作为神经网络的输入,输出为节律类别。利用训练集优化神经网络模型的参数,测试集用于节律检测算法评估,最后得到OR检测准确率达到97.5%。3、脉搏检测分类器心电节律判断为OR,则既可能是PEA也可能是PR,此时需要结合加速度信号进行分析。脉搏检测分类器通过提取心电信号与加速度信号最大互相关系数(Peak Correlation Coefficient,CCp)实现PR及PEA的分类,若CCp大于分类器设定的阈值,则认为该节律为PR,即有脉搏,反之为PEA,无脉搏。利用训练集优化加速度信号的滤波参数,测试集用于PR及PEA分类效果评估,最终PR识别准确率为96.7%,灵敏度为93.6%,特异性为97.5%。4、自动脉搏检测完整方案设计将前述心电节律检测算法及脉搏检测算法整合,形成一套完整的自动脉搏检测方案。自动脉搏检测流程为首先提取按压间隙或除颤后数据段,判断数据段中的心电节律是否为OR,若是则运行脉搏检测算法判断是否有脉搏。为验证方案的可行性,利用节律检测的测试集数据进行分析,首先获取测试集中判断为OR的所有节律,而后运行脉搏检测算法,正确分类有无脉搏表示检测成功,最后得到检测准确率为98.9%。实验结果证明了用于复苏质量监测的加速度信号是携带脉搏信息的,本研究提出的基于加速度信号和心电信号的脉搏检测算法,能够在患者出现节律性心电后用于判断是否存在脉搏。