[發(fā)明專利]一種用于AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的數(shù)字仿真器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110693771.3
• 申請(qǐng)日: 2021-06-22
• 公開（公告）號(hào): CN113851224B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史大威;陳婧;朱玲玲;肖融;王磊;王軍政
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué);中國(guó)人民解放軍軍事科學(xué)院軍事醫(yī)學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G16H50/50
• 分類號(hào): G16H50/50;G16H50/30;G06F17/11
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 田亞琪

本發(fā)明公開了一種用于AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的數(shù)字仿真器，包括人群模擬模塊、測(cè)量干擾模擬模塊以及AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊；人群模擬模塊通過(guò)應(yīng)用人體低氧應(yīng)激系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及多個(gè)實(shí)例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建具備不同低氧耐受能力的模擬人群；測(cè)量干擾模擬模塊用于模擬SpO₂信息內(nèi)的測(cè)量干擾與深呼吸生理干擾，并將模擬的干擾信號(hào)疊加到所模擬人群的SpO₂生成曲線上；AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊獲取用于評(píng)估AMS風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)，該指標(biāo)設(shè)計(jì)基于所辨識(shí)模型的參數(shù)，用于表征不同虛擬人群的真實(shí)低氧適應(yīng)能力；本發(fā)明能夠?yàn)锳MS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估算法研究獲取更豐富的研究數(shù)據(jù)，并且實(shí)現(xiàn)有效可靠的AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于急性高原病測(cè)試與評(píng)估的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的數(shù)字仿真器。

背景技術(shù)

當(dāng)快速上升到海拔約2500米及以上的高原地區(qū)時(shí)，部分人會(huì)產(chǎn)生包括頭痛、惡心、嘔吐和失眠等不適癥狀，這一系列的表現(xiàn)統(tǒng)稱為急性高原病(acute mountain sickness，AMS)。導(dǎo)致這一現(xiàn)象發(fā)生的原因在于高原環(huán)境下過(guò)低的氧氣濃度以及大氣壓，這使得人們?cè)诟咴貐^(qū)的正常健康生活難以得到保障。

為探明人體高原低氧下適應(yīng)能力與各因素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，不少學(xué)者們對(duì)血氧飽和度(SpO₂)、心率、血壓等生理因素進(jìn)行了廣泛的研究，然而大部分研究大多探討的是穩(wěn)定狀態(tài)下單次測(cè)量的生理參數(shù)值的低氧適應(yīng)能力反映情況，存在受干擾大，準(zhǔn)確性低等特點(diǎn)。

間歇性低氧訓(xùn)練(intermittent hypoxia training，IHT)是一種通過(guò)周期性低氧刺激，使得機(jī)體組織發(fā)生一系列復(fù)雜適應(yīng)性變化的訓(xùn)練方法。該方法常用于體育領(lǐng)域，可在低氧和運(yùn)動(dòng)的雙重刺激下，顯著提高的運(yùn)動(dòng)員的有氧能力。有相關(guān)研究表明，該方法也能有效改善機(jī)體的高原環(huán)境適應(yīng)能力。受試者在IHT期間連續(xù)監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)生理數(shù)據(jù)潛藏著可表征AMS風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵特征，如何捕捉動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)內(nèi)的有效信息反映低氧應(yīng)激能力，仍具有一定的阻礙和挑戰(zhàn)。

一方面，該研究的探索往往依托于人體實(shí)驗(yàn)，然而試驗(yàn)的開展存在困難。具體地，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，首先需要對(duì)受試者進(jìn)行IHT訓(xùn)練，隨后將其帶入到真實(shí)高原環(huán)境或者可模擬高原的低氧艙中進(jìn)行相關(guān)的生理參數(shù)測(cè)量和問(wèn)卷評(píng)分等，以獲得其真實(shí)的適應(yīng)水平，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估算法的優(yōu)劣。處于高原環(huán)境下，受試者會(huì)承受很大的生理痛苦，嚴(yán)重者面臨生命危險(xiǎn)，且實(shí)驗(yàn)需要消耗大量的人力物力，成本過(guò)高導(dǎo)致研究難以持續(xù)進(jìn)行；另一方面，AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的算法設(shè)計(jì)需要大量數(shù)據(jù)支持，以保證其較高的準(zhǔn)確性，受客觀條件限制，該實(shí)驗(yàn)往往無(wú)法大規(guī)模進(jìn)行，使得數(shù)據(jù)難以獲得。

計(jì)算機(jī)仿真因其能夠以成本效益高的方式排除無(wú)效方案策略，省去許多昂貴的實(shí)驗(yàn)成本，加快開發(fā)過(guò)程，在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。針對(duì)AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估問(wèn)題，充分利用有限的小樣本數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)能夠生成多個(gè)具有不同低氧耐受能力虛擬人群的仿真器，可增加數(shù)據(jù)的多樣性和豐富性，對(duì)于提高AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估算法設(shè)計(jì)的可操作性和準(zhǔn)確性具有重要意義。因此，為了AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估算法的研究和發(fā)展，構(gòu)建一種能夠模擬具備不同低氧耐受能力人群的AMS仿真器是有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的數(shù)字仿真器，能夠?yàn)锳MS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估算法研究獲取更豐富的研究數(shù)據(jù)，并且實(shí)現(xiàn)有效可靠的AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種用于AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的數(shù)字仿真器，包括人群模擬模塊、測(cè)量干擾模擬模塊以及AMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊；

人群模擬模塊，通過(guò)應(yīng)用人體低氧應(yīng)激系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及多個(gè)實(shí)例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建具備不同低氧耐受能力的模擬人群；

所述人體低氧應(yīng)激系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型通過(guò)利用實(shí)例實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并采取系統(tǒng)辨識(shí)理論辨識(shí)得出；