吳建剛，賈建革，武文君，張亞冬，李巖峰，宋立為

總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗所，北京100071

手動胸外按壓復(fù)蘇儀的研制

吳建剛，賈建革，武文君，張亞冬，李巖峰，宋立為

總后勤部衛(wèi)生部藥品儀器檢驗所，北京100071

本文闡述了一種便攜式手動胸外按壓復(fù)蘇儀的研制過程。該裝置以國際心肺復(fù)蘇指南為標準，根據(jù)正負壓心肺復(fù)蘇術(shù)原理設(shè)計而成，主要由真空吸盤、壓力彈簧、硬件電路、按壓手柄以及指針組件等構(gòu)成。該裝置體積小，操作簡單，能夠提供穩(wěn)定的按壓頻率和按壓/通氣比提示音，并且能夠顯示按壓力度，能輔助非專業(yè)急救人員為心臟驟?；颊邔嵤┬姆螐?fù)蘇急救。

心肺復(fù)蘇；胸外按壓；心肺復(fù)蘇儀；按壓/通氣比

0 前言

心肺復(fù)蘇（Cardiopulmonary Resuscitation，CPR）是指對呼吸停止、心臟驟?；颊呒皶r采取有效的搶救治療，使患者呼吸循環(huán)得以恢復(fù)的一系列措施。胸外按壓是心肺復(fù)蘇中的核心技術(shù)，按壓位置、頻率、深度等都會直接影響心臟驟?；颊叩膿尵瘸晒β蔥1]?！缎姆螐?fù)蘇指南 2010》中將心肺復(fù)蘇的優(yōu)先順序由 A-B-C（開放氣道 - 人工呼吸 - 胸外按壓）改為 C-A-B（胸外按壓 - 開放氣道 - 人工呼吸），并且重點強調(diào)快速、持續(xù)、不間斷的胸外按壓[2-3]。

自《心肺復(fù)蘇指南 2005》實施以來，心肺復(fù)蘇質(zhì)量以及心臟驟?；颊叩膿尵瘸晒β识加兴嵘?，但是胸外按壓質(zhì)量還有待進一步提高[4]。胸外按壓的不足主要表現(xiàn)在按壓頻率不穩(wěn)定、按壓深度不準確以及胸壁回彈不理想等方面。心肺復(fù)蘇培訓(xùn)觀察顯示，約有 50% 的胸外按壓太淺，還有一部分在必須的松弛階段并沒有停止按壓。胸外按壓也有潛在的危害性，在培訓(xùn)過程中，約有 46% 的非醫(yī)護人員和 37% 的醫(yī)護人員因施加的按壓太深以至壓到肝臟或者太偏以至壓到肋骨進而造成患者肋骨骨折等二次傷害[5]。

為改善胸外按壓質(zhì)量，筆者研制了一款便攜式手動胸外按壓復(fù)蘇儀，報道如下。

1 設(shè)計原理

臨床資料表明，正負壓心肺復(fù)蘇術(shù)（ACD-CPR）在增加通氣量、增強心臟射血功能、增加心臟停搏患者自主心律恢復(fù)等方面明顯優(yōu)于標準心肺復(fù)蘇（SECPR）[6]。該復(fù)蘇儀根據(jù) ACD-CPR 原理，在胸外按壓后的松弛期對患者胸部進行主動提升，以擴張患者胸廓，使胸內(nèi)壓在心肺復(fù)蘇心臟舒張期下降為負壓，促進外周血液回流進入心臟，增加心臟血液充盈量，從而增大下一次心肺復(fù)蘇周期的心臟排血量。

在外形設(shè)計方面，該復(fù)蘇儀由柔軟且富有彈性的硅膠材料制成的真空吸盤增加了裝置的吸附可靠性，弧狀手柄便于胸外按壓過程中操作人員牢固把握裝置。在電路設(shè)計方面，該復(fù)蘇儀以單片機為主控制芯片，控制相應(yīng)的外圍電路實現(xiàn)胸外按壓頻率（＞ 100 次 /min）、按壓 /通氣比（30 ：2）的語音提示以及對不同體型患者按壓/提升力度指示的功能。

根據(jù)國際心肺復(fù)蘇指南對胸外按壓深度的要求以及相關(guān)文獻資料的說明，不同體型患者體重和目標按壓力度的對應(yīng)關(guān)系[7-8]，見表 1。

表1 不同體型患者目標按壓力度（kg）

2 硬件設(shè)計

2.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

該復(fù)蘇儀主要由真空吸盤、壓力彈簧、導(dǎo)向活塞、控制電路板、按壓手柄及指針組件等構(gòu)成。硬件結(jié)構(gòu)組成圖，見圖1。

圖1 手動胸外按壓復(fù)蘇儀硬件結(jié)構(gòu)組成圖

真空吸盤在心肺復(fù)蘇開始時可排空腔內(nèi)空氣并吸附于患者胸部，胸外按壓時硅膠的柔軟性可緩沖按壓力度防止胸骨骨折；按壓后松弛期可利用吸盤腔內(nèi)的真空負壓牢牢吸住患者胸部，使其向上提升以協(xié)助胸廓擴張。壓力彈簧根據(jù)胡克定律，可將胸外向下按壓以及向上提升的力度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的壓縮和拉升變形。導(dǎo)向活塞用于引導(dǎo)胸外按壓的方向，防止按壓方向的偏移。手柄組件上設(shè)有蜂鳴器控制開關(guān)，用來選擇按壓頻率和按壓/通氣比節(jié)拍音。指針組件用于顯示胸外按壓和提升力度，實施胸外按壓過程中必須實時關(guān)注。

2.2 硬件電路設(shè)計

硬件電路以單片機為微處理器（MCU），控制整個裝置的電路運行。其外圍電路主要包括電源、晶振、復(fù)位、串口下載、開關(guān)控制、功能顯示、聲音提示等。硬件電路框圖,見圖2。

圖2 手動胸外按壓復(fù)蘇儀硬件電路框圖

胸外按壓復(fù)蘇儀由 9 V 電池供電，經(jīng)過電壓調(diào)制芯片轉(zhuǎn)換為 5 V 系統(tǒng)供電電壓。外置 8 MHz 晶振電路為單片機提供基準時鐘信號，單片機采用 RS232 串口通信下載程序且復(fù)位電路為低電平有效。開關(guān)控制電路設(shè)計為軟開關(guān)模式，結(jié)合相應(yīng)的軟件控制程序?qū)崿F(xiàn)開關(guān)機以及按壓頻率、按壓/通氣比的功能選擇。開機自檢電路在開機后對電池供電電壓和蜂鳴器進行檢測，電壓過低則通過聲音提示操作者應(yīng)盡快更換電池，如果自檢通過則由蜂鳴器發(fā)出提示音并進入正常工作狀態(tài)。按壓頻率和按壓/通氣比功能提示由微處理器控制發(fā)光二極管來完成。聲音提示電路由三極管和蜂鳴器組成，微處理器通過控制三極管開斷來控制蜂鳴器的運行。

2.3 指針組件

指針組件主要由扭簧、指針、面板等組成。其中扭簧可將壓力彈簧的垂直形變轉(zhuǎn)換為水平形變。指針可顯示扭簧的水平形變，針尖處顯示按壓、拉伸力度。面板可顯示當前按壓提示音的頻率以及力度刻度，零刻度以下為按壓力度，零刻度以上為提升力度。面板左下部分還有一個控制提示音的軟開關(guān)，長按（＞ 3 s）可完成提示音的開關(guān)，短按可完成不同提示音頻率之間的切換。

3 軟件流程控制

對心臟驟?；颊邔嵤┬赝獍磯簳r，首先排空硅膠吸盤內(nèi)的空氣，將復(fù)蘇儀吸附于患者常規(guī)胸外按壓的位置（胸骨中下 1/3 交界處），然后打開電源開關(guān)，并根據(jù)患者體型初步判斷目標按壓力度，最后設(shè)置胸外按壓頻率和按壓/通氣比。

復(fù)蘇儀正常工作時，單片機根據(jù)設(shè)置的提示功能控制蜂鳴器的發(fā)音頻率（100 次 /min 或者 120 次 /min），并在每個胸外按壓周期（按壓30次）的后 5個鳴聲提示時改變蜂鳴器音調(diào)，從而提示操作者準備進行給氧操作。國際心肺復(fù)蘇指南建議，應(yīng)盡可能減少胸外按壓中斷，并盡可能將按壓中斷控制在 10 s內(nèi)，所以復(fù)蘇儀蜂鳴器每個發(fā)音周期的時間間隔設(shè)為 10 s。在該時間段內(nèi)對患者完成兩次給氧操作后，蜂鳴器繼續(xù)進入下一個發(fā)音提示周期。軟件流程圖，見圖3。

圖3 手動胸外按壓復(fù)蘇儀軟件流程圖

4 測試驗證

吸盤吸附力以及按壓/提升力顯示的準確度是該復(fù)蘇儀的兩個關(guān)鍵技術(shù)。

4.1 吸盤吸附力驗證

吸盤能否牢固吸附于患者胸部，是正負壓心肺復(fù)蘇中提升能否實現(xiàn)的關(guān)鍵。將復(fù)蘇儀吸盤吸于平板玻璃上，上端掛于彈簧秤掛鉤上，測試不同拉力下吸附持續(xù)時間。測試結(jié)果，見表2。

表2 吸盤吸附力測試結(jié)果

4.2 按壓/提升力準確度驗證

將復(fù)蘇儀放置于電子秤上，用氣缸分別施加 30、40、50 kg 的壓力（電子秤示值），觀察復(fù)蘇儀指針顯示的數(shù)值 ；再將復(fù)蘇儀吸附于平板玻璃上，上端掛于彈簧秤掛鉤上，施加 15 kg 拉力（彈簧秤示值）， 觀察復(fù)蘇儀指針顯示的數(shù)值。測試結(jié)果，見表3。

表3 按壓/拉升力準確度試驗結(jié)果

5 結(jié)論

該手動胸外按壓復(fù)蘇儀具有以下優(yōu)點 ：① 操作簡單，適合未經(jīng)過專業(yè)急救技能培訓(xùn)的人員使用 ；② 真空吸盤具有良好的吸附性，可確保按壓位置的穩(wěn)定性及準確性；③ 采用正負壓心肺復(fù)蘇術(shù)的原理，按壓后能促使胸骨回彈，大大提高心肺復(fù)蘇成功率 ；④ 根據(jù)患者體型胖瘦來選擇胸外按壓的目標力度，蜂鳴器發(fā)出的按壓頻率和按壓/通氣比提示音可促使操作者施加的按壓持續(xù)穩(wěn)定，且不會因為心肺復(fù)蘇過程中更換施救者而降低胸外按壓質(zhì)量 ；⑤ 體積小，便于攜帶，適合在公共場所以及部隊發(fā)生緊急情況時迅速開展準確有效的心肺復(fù)蘇急救，具有良好的社會效益。

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Development of Manual External Chest Compression Cardiopulmonary Resuscitation Device

WU Jian-gang, JIA Jian-ge, WU Wen-jun, ZHANG Ya-dong, LI Yan-feng, Song Li-wei
Institute for Drug and Instrument Control, Ministry of Health, General Logistics Department of PLA, Beijing 100071, China

A portable manual external chest compression cardiopulmonary resuscitation (CPR) device is designed with intertional guideline for cardiopulmonary resuscitation as its design standard and active compression-decompression CPR method as its design principle. The small-sized device with simple operation method is mainly made up of vacuum chuck, pressure spring, hardware circuit, compression handle and pointer components. The device which can provide steady indication voice for chest compression frequency and compression-ventilation ratio and display the level of compression intensity will help non-professional medical staff to perform CPR for patients with cardiac arrest.

cardiopulmonary resuscitation; external chest compression; CPR device; compressionventilation ratio

TH778

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2014.12.010

1674-1633(2014)12-0036-03

2014-07-28

作者郵箱：zhydbb@163．com