解决自动体外除颤器设计挑战，迎接全国加速铺设AED的市场机遇

近日，广州交通部门首批试点的59台自动体外除颤器安装完成。为方便乘客了解自动体外除颤仪(AED)的配置情况，广州地铁已在官方APP上标注AED配置车站。同样，北京地铁1、2、13号线的车站已经完成自动体外除颤仪的配置，今年年底前北京7条地铁共105站将全部配置AED，到2022年底前实现重点公共场所AED设施全覆盖，一线工作人员急救知识和技能培训率达到80%。全国多地加快普及铺设AED已经成为一种大趋势。

正确的心肺复苏为患者赢得了宝贵的抢救机会，而在“黄金4分钟内”正确使用自动体外除颤器AED，则可以为发病者更大程度提高生存几率。今年以来，中国多地出台措施，提高AED在公众场所的配置数量，普及急救知识，动员社会救援意识，为AED更好发挥“救命神器”的作用提供保障。本文将结合ADI公司的AED系统解决方案，看如何抓住这波AED应用普及的市场机遇，并为中国社会普及平安健康基础设施建设提供助力。

AED系统理论与典型架构

自动体外除颤仪是一种便携式电子器件，可以自动诊断可能危及患者生命的心室纤维性颤动和心室性心博过速两种心律失常症状。自动是指器件可以自主分析患者状况，并且为了帮助分析的顺利开展，多数产品都具有语音提示，有些还可能有显示屏，用于指示用户操作方法。借助简单的语音和可视命令，AED在设计时充分考虑易用性，即使是外行也可轻松上手。

除颤仪可以是体外式、经静脉式或植入式，具体取决于应用类型。体外除颤仪按操作方式可以分为手动型和自动型两种，按能量传输方式则可分为单相波形和双相波形两种。

除颤需要通过一种称为除颤仪的设备将治疗剂量的电能注入患者心脏。这会使心肌的电信号传导部分去极化，终止节律障碍，并借助人体心脏窦房结中的天然起搏器重新建立正常窦性心律。能量选择由AED器件根据ECG和两个除颤仪电极的阻抗自动确定，然后，安全处理器控制电路，以选定的能量为高电压电容充电。在电容充电完成之后，器件会提示用户进行电击操作，这是一项高风险的操作，必须进行双重确认，以确保操作人员和患者的安全。

在除颤前后，都可以使用选配的多导联ECG监护仪(3/5/10导联)对治疗效果进行评估。除颤仪电极中的ECG是简单的单导联ECG，用于R波识别等基本ECG测量，而可选的多导联ECG则是诊断监护功能，可以发现复杂问题。

AED的设计考虑和主要挑战

在AED设计中，安全性是首要考虑因素。任何操作都必须确保操作人员和患者的安全，因此有必要采用一些冗余设计。

• 安全保障机制和操作处理器都需要相互检查，确保做出正确的决定。

• 如果超时，则使已充电电容放电。

• 能量传输的双重确认机制。

• 语音提示非常有用。

• 如果目标阻抗超出人体的正常范围，则禁用除颤功能。

隔离在设备的内外部都是非常重要的：设备必须确保在内部高电压与器件表面/端口之间有着充足的隔离措施；设备必须在内部高电压器件与低电压器件之间提供隔离机制。正如大家所知，除颤工作于高电压模式，而信号处理器则工作于低电压模式。因此可以使用基于继电器的路径开关。

此外，快速响应至关重要。AED是一种用于挽救生命的器件，因此，器件响应越快，挽回生命的可能性就越大。因此，要求AED产品必须能快速启动并工作，并能对体外患者监护仪触发输出等外部信号快速响应，实时R波识别以确定传输能量的确切时间。针对电击程序的实时能量控制机制，与不同的能量传输波形存在IP关联关系。快速充电和能量传输，可节省时间。

值得一提的是，作为救生设备其可靠性极其重要。AED可以用于多种领域，医院内外，救护车、直升机等高振动条件，以及阳光、多雨天气等室外应用环境。因此，AED可能需要具备抗振能力、防水能力等，以适应各种复杂条件。因此，需要AED产品必须具备宽工作温度范围以适应各种环境条件，而且在温度范围内性能漂移低（如偏置电流和噪声），电路应该能够在较大的电流浪涌下正常工作，等等。下图是AED常见系统功能框图。

ADI自动体外除颤仪解决方案

Q波、R波和S波及T波是心电ECG信号的重要特征波，它们反映了在心脏跳动过程中心脏的电活动，QRS波中R波的波峰发生时刻和R波的斜波提供了心脏状态的大量信息；R波检测是ECG分析算法的基础。心脏自动体外除颤器（AED）的一个重要功能就是对心电数据进行分析，定位这些特征波，并检测器其伏期和幅度。由于除颤器的除颤时刻是在R波的下降支，所以正确检测到R波的发生时刻对除颤器的研制意义非凡。AED的处理核心通常采用基于Arm系列内核的通用处理器或数字信号处理器DSP，例如ADI公司的多款Blackfin处理器的软硬件特性非常适合于便携式除颤器设计。

自动体外除颤器建议急救人员是否需要除颤的依据就是不断监测心跳律动，通过捕获电极发出的ECG（心电图）信号，运行ECG分析算法来评估病人状态。所以来自电极的微弱信号处理是整个AED设计的一个难点。而ADI的AED解决方案采用ADAS1000能够测量心电图信号、胸阻抗、起搏伪像及导联连接/脱落状态，并将此信息以数据帧的形式输出，以可编程数据速率提供导联/矢量或电极数据。它具有低功耗和小尺寸特性，适合电池供电的便携式应用。而AD8232也是一款用于ECG及其他生物电测量应用的集成信号调理模块，该器件设计用于在具有运动或远程电极放置产生的噪声的情况下提取、放大及过滤微弱的生物电信号。

此外，AED有好的交互模式使得其操作起来非常简单。例如语音提示可以用来指示执行下一步操作，录音功能可以用来记录救助程序，供取证使用。

现代AED需要具备多种接口能力，ISM、WIFI等无线连接能力可以用于医院中的器件，3G/4G或5G连接则对医院外的器件非常有用。像LAN、UART、存储卡等外设则用于电气医疗系统。

对此，ADI公司的提供了包括上述两款核心器件在内的整体解决方案，ADI提供大量的放大器、数据转换、信号处理、音频处理、隔离和电源管理解决方案，使AED应用的产品质量和可靠性达到最佳程度。此外，ADI还提供评估板、仿真工具和应用专业技术，为客户的设计和开发工作提供支持。

满足AED功能要求的 ADI 解决方案。

AED行业展望

医学报告显示，中国每年发生心脏性猝死54.4万例，超九成发生在医院之外。正确、及时地使用AED设备，可以大大提高发病者的生存几率，因此在机场、火车站、地铁站、商场、学校等公共场所配置AED极为重要。

今年以来，多地出台措施提高AED在公众场所的配置数量。据公开的数据，其中深圳已采购5500台，完成安装3500台，上海全市有超过1600余台AED，南京、徐州实现AED在地铁交通的全覆盖；杭州则率先为AED配置提供立法保障，将AED纳入了该市急救资源体系进行统一管理。从各种信息来看，大面积的AED铺设正在成为全国上下的趋势，这不仅带来医疗设备产业的市场机遇，如何满足更广泛市场对产品性能的要求，如何在市场竞争中获得更大优势是在机遇面前的挑战。