[發明專利]基于ARDS肺保護性策略的智能閉環機械通氣控制系統及方法

有效

• 申請號: 201911143558.4
• 申請日: 2019-11-20
• 公開（公告）號: CN110812638B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 張廣;陳鋒;余明;徐佳盟;袁晶;羅熙;郭昊岡
• 申請（專利權）人: 軍事科學院系統工程研究院衛勤保障技術研究所
• 主分類號: A61M16/00
• 分類號: A61M16/00
• 代理公司: 北京豐浩知識產權代理事務所(普通合伙) 11781
• 代理人: 李學康

1.一種基于ARDS肺保護性策略的智能閉環機械通氣控制系統，其特征在于：它包括生理通氣參數感知子系統，智能閉環控制子系統和通氣調節執行子系統，所述的生理通氣參數感知子系統實時監測患者呼吸參數，隨后每間隔一段時間通過智能閉環控制子系統計算機械通氣參數的最優組合，通過通氣調節執行子系統調節ARDS患者呼吸機參數；

所述的生理通氣參數感知子系統包括MCU主控單片機、血氧濃度傳感器、氣體壓力傳感器、氧濃度傳感器、人機鍵入顯示模塊，所述的血氧濃度傳感器與MCU主控芯片通過IIC通信，進行電連接，氣體壓力傳感器與MCU主控芯片通過IIC通信，進行電連接；氧濃度傳感器與MCU主控芯片通過UART_TTL串口通信，進行電連接；人機鍵入顯示模塊與MCU主控芯片通過電連接進行信號傳輸，生理通氣參數感知系統通過SPI口與智能閉環控制子系統進行數據傳輸通信；

所述智能閉環控制子系統包括最優潮氣量計算子模塊，所述最優潮氣量計算子模塊能夠實現以下操作：結合身高、性別和生理通氣參數感知子系統采集到的參數信息通過最優潮氣量計算子模塊計算最優潮氣量，結合智能閉環控制子系統與滴定法上調或下調PEEP與FiO₂，若平臺壓小于30cmH₂O，則上調PEEP與FiO₂使得SPO₂高于92％，若平臺壓大于30cmH₂O，則在最優潮氣量計算子模塊計算最優潮氣量并通過通氣調節執行子系統調節潮氣量為最優潮氣量后，判斷平臺壓是否大于或小于30cmH₂O，對PEEP與FiO₂下調或上調，使平臺壓小于30cmH₂O的前提下，SPO₂高于92％，并視最終的PEEP與FiO₂為最優PEEP和最優FiO₂；

所述的最優潮氣量計算子模塊的具體內容如下：最優潮氣量計算模塊輸入部分包括VT，身高，性別，順應性，PEEP和呼氣時間常數6個參數，對輸入參數的處理分為兩部分，獎勵部分：神經元1是當前潮氣量對應的存活率；神經元2是當前驅動壓對應的存活率；神經元3是當前平臺壓對應的存活率；懲罰部分：神經元4是當前潮氣量與呼吸頻率與Otis公式的解(f_Otis,VT_Otis)的歐式距離；神經元5是當前潮氣量超出指南建議值的差值；神經元6是當前驅動壓超出指南建議值的差值；神經元7是當前平臺壓超出指南建議值的差值，隨后對神經元1～7使用f_{激活函數1～7}進行變形，分別得到神經元x₁～x₇，各神經元的激活函數分別為：

其中，g_{參數-存活率}為來自全球五大洲50個國家的459個重癥監護室在確診ARDS患者時第一天的該參數與患者死亡率的函數關系，所述函數關系中的自變量與因變量之間關系均為真實收集數據，不進行擬合處理，所述真實收集數據來自LUNG SAFE研究；

最后，將神經元x₁～x₇分別乘以不同權重w_i(i＝1,2,…,7)，并進行線性運算使Value值達到最大的潮氣量記為VT′，則最優潮氣量為VT′，

其中，權重w_i則通過層次分析法求得，

Otis公式如下式所示：

其中，f為呼吸頻率，a是與流速波形相關的因子，在正弦流速中,a為2π²/60，RCexp為呼氣時間常數；MV為目標分鐘通氣量，計算公式為0.1L/kg×理想體重，VD為死腔量，計算公式為2.2L/kg×理想體重，f初始值為10d/min，m為自然數；

最小呼吸功下的最優呼吸頻率計算方法為，將初始值f₀＝10d/min代入Otis公式計算，獲得下一個呼吸頻率預估值f₁，再將f₁代入所述Otis公式重復計算得到下一個呼吸頻率預估值f₂，這個過程將一直重復進行，直到最新兩個呼吸頻率的差值Δf低于5d/min，從而得到由Otis公式依上述方法迭代得到的最優呼吸頻率f_Otis；最小呼吸功下最優潮氣量VT_Otis的計算方法為MV/最優呼吸頻率f_Otis。