AED除顫器實(shí)現(xiàn)方案

別看了，題文不符，我本來寫腦電，后來不小心搞成AED科普了。

開源EEG-腦電采集硬件KS108x

TGAM腦電模塊-實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用（良好封裝版）

腦電采集+TGAM腦電模塊

這個(gè)板子是官方的開發(fā)板（貴死）

真貴啊，700+可以買個(gè)FPGA的板子玩了。。。

沒辦法，為了MCU的源碼沖了。

便攜腦電方案評測——信號采集及方案開發(fā)； 微弱電信號傳感——毫伏級電信號監(jiān)測性能評估及數(shù)據(jù)采集。

V3

V2.1

支持DC耦合和AC耦合輸入模式配置; 就是一開始輸入的開關(guān)

具有靈活的開關(guān)和接口選擇實(shí)現(xiàn)電路配置;

媽的，只能說貴，就這點(diǎn)物料設(shè)計(jì)就100多，含淚掙我600，如果固件好，我就不說什么了。

我就看上這個(gè)GUI配置傳感器了，我必須下面搓一個(gè)

在上面的一溜，就是控制通道開閉和增益以及濾波器的，好像就這樣了

這個(gè)上位機(jī)的軟件呢，我也得看看怎么個(gè)事

使用QT6寫的，libwinpthread 是 Windows 上的 POSIX 線程庫。在 Windows 平臺(tái)上，POSIX 線程（Pthreads）是一種用于多線程編程的標(biāo)準(zhǔn)。libwinpthread 提供了對這些標(biāo)準(zhǔn)線程功能的支持，使得在Windows 上的應(yīng)用程序能夠更容易地移植和運(yùn)行POSIX 線程。使用了多線程和OpenGL實(shí)現(xiàn)炫酷的效果。

我多線程不會(huì)??！不會(huì)就不會(huì)了，不耽誤我中午吃飯。

對一個(gè)用戶來講，他是不管你芯片有多好，他只看你的效果好不好，很膚淺的就是看一個(gè)可視化的圖，他不懂濾波，就知道看圖有沒有什么毛刺。

而且一個(gè)芯片里面這么多的寄存器，固件里面一次寫死也不好，尤其是你要當(dāng)肯定比給別人用。OK，那就淺淺的來實(shí)現(xiàn)一下。

實(shí)現(xiàn)串口接收指令并通過SPI接口配置傳感器的功能

初始化串口和SPI模塊：在代碼中初始化串口和SPI模塊，配置它們的參數(shù)，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等。

// 串口初始化 HAL_UART_Init(&huart1); 
// SPI初始化 HAL_SPI_Init(&hspi1);

接收串口指令：使用UART中斷或輪詢方式，從串口接收指令。當(dāng)有數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)，需要解析接收到的數(shù)據(jù)以獲取控制傳感器的指令和參數(shù)。

// 串口接收 
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);

在UART的回調(diào)函數(shù)中處理接收到的數(shù)據(jù)，解析指令：

void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart) {
    // 解析接收到的指令并執(zhí)行相應(yīng)的操作
    parseAndExecuteCommand(rxBuffer);


    // 重新啟動(dòng)串口接收
    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, RX_BUFFER_SIZE);
}

配置SPI并發(fā)送數(shù)據(jù)到傳感器：根據(jù)接收到的指令，配置SPI參數(shù)，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送到傳感器。

// SPI數(shù)據(jù)傳輸
HAL_SPI_Transmit(&hspi1, txBuffer, TX_BUFFER_SIZE, HAL_MAX_DELAY);

實(shí)現(xiàn)指令解析和傳感器配置函數(shù)：編寫函數(shù)來解析串口接收到的指令并配置傳感器。

void parseAndExecuteCommand(uint8_t *command) {
    // 解析指令并執(zhí)行相應(yīng)的操作
    if (command[0] == 'C' && command[1] == 'F') {
        // 配置傳感器寄存器
        configureSensorRegisters(command + 2); // 傳遞參數(shù)部分
    }
}


void configureSensorRegisters(uint8_t *parameters) {
    // 根據(jù)參數(shù)配置傳感器寄存器
    // 將參數(shù)寫入SPI緩沖區(qū)并通過SPI接口發(fā)送到傳感器
}

一般是要寫在中斷里面，解析接收到的指令并執(zhí)行相應(yīng)的操作，然后重新啟動(dòng)中斷，根據(jù)接收到的指令，配置SPI參數(shù)，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)發(fā)送到傳感器。

中斷里面是來把要控制的操作取出來，然后使用SPI發(fā)出去

這些代碼有點(diǎn)兒戲，讓我來寫一點(diǎn)工程化的東西。

不妨先寫一個(gè)控制傳感器的函數(shù)，通常會(huì)實(shí)現(xiàn)解析和處理傳感器配置參數(shù)

函數(shù)檢查接收到的命令是否以"CONFIGURE:"開頭。如果是，它提取參數(shù)并調(diào)用configureSensorRegisters來處理和配置傳感器。

函數(shù)是一個(gè)回調(diào)函數(shù)，當(dāng)通過UART接收到字節(jié)時(shí)會(huì)執(zhí)行。它收集接收到的字符，直到遇到換行或回車字符，表示命令的結(jié)束。然后，它使用parseAndExecuteCommand()處理接收到的命令。

因?yàn)槭侵袛?，里面也沒有什么好寫的

接下來看看電極分類

現(xiàn)在很多的都用音頻接口來連接電極

這個(gè)是開發(fā)板上面的4個(gè)引腳

這個(gè)是在繪制的裝配圖，給了AD的封裝

這個(gè)是TI的，可以看到在共模干擾這塊還是優(yōu)勢大

兩者參數(shù)各有高低，國產(chǎn)的偏置電流還小一些

這個(gè)LOGO還是有點(diǎn)意思的

這東西也會(huì)用在AED里面，你要這樣說，我突然感覺AED就有技術(shù)含量了

OPA305這個(gè)型號奇奇怪怪的，一般沒有中間的0，查了一下果然有貓膩。

就是沒有305這個(gè)型號

它捕獲治療電極發(fā)出的ECG信號，運(yùn)行ECG分析算法以識別可電擊復(fù)律，并建議操作員是否需要除顫。

基本除顫器包含高壓電源、存儲(chǔ)電容器、可選電感器和患者電極。它能在存儲(chǔ)電容器中產(chǎn)生電荷，形成潛在電流。電壓越高，可能形成的電流就越大。

如果AED分析患者的ECG并探測到可電擊復(fù)律，電容器將會(huì)充電，其中 Wc = 1/2CV^2c；而電容器電壓 Vc(t) = Vc(0)e–t/RC，同時(shí) R = R(lead) << R(chest)。按下電擊按鈕提供高壓脈沖時(shí)，電流將開始流經(jīng)身體以去極化大部分心肌細(xì)胞，從而重建協(xié)調(diào)收縮和正常心率。電流量由電容器和身體阻抗確定。

也就是說，其實(shí)是這個(gè)AED電流是實(shí)時(shí)的計(jì)算的

除顫能量需要經(jīng)過經(jīng)胸阻抗的衰減后才能到達(dá)心臟 。經(jīng)胸阻抗測量是 AED 的重要功能之一。經(jīng)胸阻抗 的大小一般在 25~200 Ω，影響經(jīng)胸阻抗的因素有很多， 包括電極的類型和面積、電極板和皮膚間的接觸狀態(tài)等。經(jīng)胸阻抗測量是 AED 最重要的功能之一，該功能可以使 AED 根據(jù)患者經(jīng)胸阻抗大小實(shí)時(shí)調(diào)整除顫能量的 大小，同時(shí)可以對導(dǎo)聯(lián)脫落、導(dǎo)聯(lián)電極接觸異常等危險(xiǎn) 狀況實(shí)現(xiàn)預(yù)警 。

目前的人體阻抗測量分析中，大多研究仍然采用經(jīng)典三元等效電路模型，這個(gè)模型指出人體的等效阻抗主要是由細(xì)胞內(nèi)電阻、細(xì)胞體液電阻以及細(xì)胞膜所形成的等效電容 C 三者組成的，目前多數(shù)市場在售的 AED 使用基于此原理的雙電極恒流源激勵(lì)電壓測量的方法 在除顫前對患者進(jìn)行經(jīng)胸阻抗測量，具體做法是在電極連接完成后，AED 的恒流源激勵(lì)電路向患者發(fā)送一個(gè)高頻低壓激勵(lì)信號，隨后信號檢測電路檢測經(jīng)過經(jīng)胸阻抗衰減的激勵(lì)信號，通過計(jì)算得到患者的經(jīng)胸阻抗信息。

目前該方法的不足之處在于需要對患者施加額外的電流激勵(lì)，且需要額外的時(shí)間成本，有向患者施加不當(dāng)除顫的風(fēng)險(xiǎn)。

除顫電流檢測電路如圖所示，出于除顫電流值較大的考慮，本系統(tǒng)選擇通過電流互感器將除顫大電流線性轉(zhuǎn)化為小電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，這樣非接觸式的測量方式可以保證測量的準(zhǔn)確性和安全性，為防止在除顫電流檢測時(shí)， 除顫峰值電流過大超出電流互感器的量程范圍，本研究在除顫回路中串聯(lián) 50 Ω 的機(jī)內(nèi)補(bǔ)償電阻 Rc 來防止除顫電流過大。

《2015 美國心臟協(xié)會(huì) CPR 和 ECC 指南》指出，90%以上心臟驟停發(fā)生在醫(yī)院之外，數(shù)據(jù)顯示中國各大城市救護(hù)車到達(dá)現(xiàn)場最少要15-20分鐘，在心臟驟停發(fā)生的四分鐘內(nèi)及時(shí)施救顯得尤為重要，因此，AED體外除顫是目前心源性猝死搶救的最好辦法。

AED的普及為何困難？ 高成本，低投入，低使用 在發(fā)達(dá)國家，平均每十萬人有用300臺(tái)AED，如果中國想要達(dá)到這樣的標(biāo)準(zhǔn)，那么420萬臺(tái)AED將要被投入使用，平均每一臺(tái)AED，政府需要花20293元購買，此后每一年會(huì)產(chǎn)生580至1000元不等的耗材費(fèi)用，直到2-5年后報(bào)廢。這是一個(gè)高達(dá)874-900億元的大市場。 然而，現(xiàn)實(shí)很骨感。到2020年，政府共為AED投入1億元左右，2020年國家醫(yī)療衛(wèi)生的總投入是19201.22億元。假設(shè)每年銷售額保持不變，要消化874-900億的市場，大概還需要5個(gè)世紀(jì)。

貴啊

其實(shí)這個(gè)圖就很簡單的說明白了難點(diǎn)和原理，ECG可以精確的算出你什么時(shí)候需要電擊，在電子學(xué)里面快速的放電的東西只有電容合適一些。

這里面的很多東西都是靠算法和穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)，太酷了。

給出代碼：

#include "main.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"


UART_HandleTypeDef huart1;
SPI_HandleTypeDef hspi1;


#define RX_BUFFER_SIZE 50
#define TX_BUFFER_SIZE 50


uint8_t rxBuffer[RX_BUFFER_SIZE];
uint8_t txBuffer[TX_BUFFER_SIZE];


void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
static void MX_SPI1_Init(void);


void parseAndExecuteCommand(uint8_t *command);
void configureSensorRegisters(uint8_t *parameters);


int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();
    MX_SPI1_Init();


    HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, 1);


    while (1)
    {
        // Main application loop
    }
}


void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
    if (huart == &huart1)
    {
        static uint8_t commandBuffer[RX_BUFFER_SIZE];
        static uint8_t commandIndex = 0;


        if (rxBuffer[0] == '
' || rxBuffer[0] == '
')
        {
            // End of command, process the received command
            commandBuffer[commandIndex] = '?';
            parseAndExecuteCommand(commandBuffer);


            // Reset command buffer
            commandIndex = 0;
            memset(commandBuffer, 0, sizeof(commandBuffer));
        }
        else
        {
            // Add the received character to the command buffer
            commandBuffer[commandIndex++] = rxBuffer[0];
        }


        // Restart UART receive
        HAL_UART_Receive_IT(&huart1, rxBuffer, 1);
    }
}


void parseAndExecuteCommand(uint8_t *command)
{
    if (strncmp((char *)command, "CONFIGURE:", 10) == 0)
    {
        // Extract parameters and configure sensor
        configureSensorRegisters(command + 10);
    }
}


void configureSensorRegisters(uint8_t *parameters)
{
    // Parse and process sensor configuration parameters
    // Example: parameters may be a series of bytes to be sent via SPI
    // Update txBuffer with the data to be sent
    // ...


    // Send data via SPI
    HAL_SPI_Transmit(&hspi1, txBuffer, strlen((char *)txBuffer), HAL_MAX_DELAY);
}


// ... (HAL_UART_Init, HAL_SPI_Init, SystemClock_Config, MX_GPIO_Init implementations)

審核編輯：湯梓紅