1. 研究目的与意义
根据资料统计，我国心血管疾病患者已经超过2.7亿人，每年死于心血管疾病的近300万人，占我国每年总死亡病因的51%。心血管患者死亡的一大重要原因就是心脏骤停，死亡率高达90%以上，其中大部分患者的发病地点是在商场、篮球馆、足球场、交通枢纽等院外场所。传统的除颤器操作复杂、仪器笨重、专业知识要求高，不能在现场急救中广泛使用。而自动体外除颤器（Automated External Defibrillator，以下简称 AED）是一种便携式的医疗设备，主要由除颤充/放电电路、心电信号放大/显示电路、控制电路、心电图记录器、电源以及除颤电极板等组成，它用脉冲电流作用于心脏，实施电击治疗，消除心率失常，使心脏恢复窦性心律，具有疗效高、作用快、操作简便优点，此外，其最大的特点是无需使用者具有专业的判读心电图能力, 产品内部安装了操作指南录音,只要接通电源, 按下除颤按钮, 即可完成心电图自动分析、除颤，是可被非专业人员使用的用于抢救心脏骤停患者的医疗设备，在黄金四分钟内，施救人员利用AED对患者进行除颤和心肺复苏，是最有效制止猝死的方法。据了解，制造AED的公司主要有美国的菲康、ZOLL，荷兰的飞利浦，日本的光电等，因此，我国AED非常依赖进口，在国产设备问世以前，每台AED售价4万元以上，这很大程度上限制了我国AED的普及程度。直到2013年，AED项目被列为国家科技支撑项目，“大孔雀”项目落户迈瑞医疗。同年，迈瑞医疗发布了一款双相波AED产品，填补了中国AED领域多项技术空白，成为我国第一台属于自己的AED，这也使得我国购买AED的价格从4万元降至2万元左右，在一定程度上改变了AED的市场格局。虽然国内AED市场起步较晚，部分技术尚未成熟，导致国内AED水平整体落后于发达国家。但是，随着迈瑞等国产医疗公司成功研发出AED，对国外市场的依赖减轻，我国AED的普及率有望进一步提升。近年来，国家也逐步加大对AED等急救医疗设备的配置力度，各地也出台相关政策，然而目前我国心脏骤停的抢救成功率不超过1%，急救医疗设备普及率低仍为主要原因之一。据资料显示，目前美国AED配备率为317台/10万人，日本AED配备率为235台/10万人，而中国每10万人口配备数量仅为0.2台，并且，其中资源分配极其不平衡，只有一些大型城市配备较多的AED设备，在中小城市以及广大农村地区，AED 设备的配备情况更是少之叉少，甚至还有很多空白地区。除了技术问题和资源分配的不平衡，民众的急救意识淡薄也是AED普及的一大阻碍。AED 主要功能在于抢救心脏病突发患者，国内多数民众认为心脏疾病的突发概率非常小，跟自己关系不大，急救意识淡薄。但是，早在1972年，美国西雅图就开始实施公众心肺复苏（CPR）培训计划，这是最早开展公众CPR培训的城市，其院外心脏骤停抢救成功率远高于美国的国家平均水平，除此之外，新加坡接受院外急救常识培训的比例为1:5，美国为1:3；在法国，占总人口40%的民众掌握急救技能，在澳大利亚为50%，德国则高达80%。对比之下，群众受过急救培训的比例还不到1%。根据中国红十字会提供的数据，2011到2015年我国接受红十字会系统急救培训的仅有1900万人。因此，本课题对自动体外除颤器的研究具有一定的意义。希望不久的将来，在我国的各大公共场所，比如机场、车站、学校、商场等，都能够配备足量的AED，并且越来越多的民众可以掌握急救知识。
文献[5]在针对除颤放电能量计算不能直接使用能量计算公式的问题中采用了累加求和的方法，在系统除颤放电测试过程中，示波器采集电压的频率为50KHz时，在间隔20μs的时间段内，电压（或电流）的变化非常小，可近似认为前一时刻电压值与后一时刻电压变化是直线，因此，可通过计算出放电10ms内每一个T=20μs时间段内除颤放电能量，然后累加求和，即可得到整个放电10ms内的除颤放电能量；文献[11]中关于除颤波形的选择做了研究，为了能够达到良好的除颤效果，选择正确的波形很重要，单相波虽然在临床中做出了突出的贡献，但是它有一个很大的缺点，即电流的峰值很大，对患者的心脏肌肉损害严重，之后双相波的出现很好的克服了此类缺点，并且提高了除颤的成功率，所以，通过对单相波和双相波的比较研究，文献[11]中选择了双相波；文献[14]对比了传统的近似熵和改进的样本熵算法，通过实验发现传统的近似熵值并不能明确的区分出室颤信号和非室颤信号，反之，样本熵在室颤检测方面具有更高的特异性和准确率。所以，文献[14]选用了样本熵作为除颤时机算法，设定一个合适的阈值，将计算得到的样本熵值与该阈值进行比较，若样本熵值大于阈值，说明发生了室颤，则需要进行电机除颤，反之，则不需要。
在上述提到的文献中，文献[14]选择了改进的样本熵算法，虽然相比传统的近似熵算法有较明显的优势，但是样本熵算法也有自身的缺点，如有较多冗余，计算较慢，效率较低，不适用于心电数据实时分析，而文献[5]中采用了更为方便的算法：基于二值距离矩阵的快速算法。文献[11]中关于除颤模块，具体对除颤波形的选择，除颤充放电路的设计进行了具体阐述，但是并没有对除颤电路能量的计算方法进行研究。通过对各类文献的阅读与思考，本课题拟采用ARM公司的Cortex-M3内核的32位高性能微处理器STM32为核心进行便携体外除颤器的软硬件的开发与设计，其具有较高的性能和较低的动态功耗，支持硬件除法、单周期乘法和位字段操作在内的Thumb-2指令集，最多可以提供240个具有单独优先级、动态重设优先级功能和集成系统时钟的系统中断。在除颤模块波形的选择中，本课题拟采用双相波来提高除颤的成功率。为了尽可能精准地检测到是否出现室颤，是否可进行电机除颤，本课题拟采用改进的样本熵算法或者基于二值距离矩阵的快速算法。
2. 研究内容与预期目标
完成自动体外除颤器关键环节的需求分析、总体方案设计、硬件电路的设计与优化和软件编程与调试。
预期至少完成一类除颤器的控制系统设计。
（1）分析系统的工作特点及技术要求。
3. 研究方法与步骤
本课题拟采用软硬件相结合组成实际控制系统。主要包括以下几个部分：电路设计，程序编写。然后完成电路原理图的绘制和硬件电路图的设计，最后完成软件的编程及其硬件功能的调试。
主要步骤：
（1）查阅文献，了解便携式体外除颤器的现状，查找STM32单片机的材料和书籍，整理出自己论文所需要的文献；
（2）提出整个系统的设计方案，整个系统硬件模块主要包括微处理器控制模块、除颤模块和生理参数采集与除颤控制模块；
（3）对上述三个硬件模块进行设计，设计出硬件原理图和程序控制流程图；
（4）软件模块的设计，主要包括生理参数模块程序设计、除颤模块充放电等程序设计；
进行软硬件的调试与仿真。
4. 参考文献
[1] 潘超君.AED在中国发展现状与未来展望.金华职业技术学院,2020
[2] 宋海浪.AED中识别算法的研究和对实施低能量除颤的探讨.复旦大学,2008
[3] 周志远.基于ARM9嵌入式系统的自动体外电除颤器设计及实现.哈尔滨工业大学,2011
5. 工作计划
（1）2022-2-21～2022-3-11（3 周） 查阅课题背景及技术资料，制订具体实施计划，完成开题报告。
（2）2022-3-14～2022-4-01（3 周） 提出设计方案，熟悉控制器硬件资源，完成器件选型。
（4）2022-4-25～2022-5-13（3 周） 系统调试及改进，修正程序错误，完成毕业设计初稿。
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
