Wearable Inertial and Pressure Sensors-Based Chest Compression Quality Assessment to Improve Accuracy and Robustness

稳健性(进化) 可穿戴计算机 计算机科学 压力传感器 惯性测量装置 可穿戴技术 加速度计 可靠性工程 工程类 嵌入式系统 人工智能 机械工程 生物化学 基因 操作系统 化学
作者
Jun Zhang,Jing Yuan,Xu Jiang,Yecheng Liu,Aiguo Song
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:24 (3): 3774-3787
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3339158
摘要

Chest compression (CC) quality is essential for saving patients’ lives in cardiopulmonary resuscitation. This article presents a wearable CC quality assessment system integrating an inertial measurement unit (IMU) and a flexible pressure sensor. We proposed a CC depth (CCD) detection method that utilizes the spatiotemporal relationship between the pressure and depth to determine key timestamps and corrects the integration error by mapping the timestamps to velocity to exclude empty strokes. The method improves the CCD calculation accuracy of traditional acceleration dual integration algorithms. We also calculated the CC rate (CCR) based on the time points of the extremum of the pressure signal and evaluated the CC balance (CCB) by segmenting the pressure signal. Moreover, we used the residual pressure after CC release and the maximum pressure as observation indicators to evaluate the recoil adequacy adapting to different sternum rigidity. Furthermore, we conducted time- and frequency-domain analyses on the pitch angle signals and established a support vector machine (SVM)-based classifier to recognize incorrect arm and elbow postures. We performed CC experiments using the designed system and a manikin and constructed four datasets. We validated the proposed methods using the datasets for the multidimensional CC quality indicator evaluations. The absolute median errors of CCD and CCR detections were 1.17 mm and 0.11 times/min, respectively. The results indicated that our system and methods have high detection accuracy and robustness for future clinical applications.

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