CN102215750A - 呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动检测系统 - Google Patents
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Abstract
检测呼吸辅助病人(1)的呼吸肌肉活动的检测系统，该呼吸辅助病人(1)经由气动力线路(3)连接到辅助装置(2)。该系统包括：获取气动力线路(3)中的气体的压力和流量信号的装置(4，5)；连续估计在不存在病人的呼吸肌肉活动的情况下气动力线路中达到的气体理论压力的估计装置(6)；以及比较估计出的理论压力和测得的压力以便连续检测表示病人的呼吸肌肉活动的压力差的比较装置(7)。
Description
本发明涉及针对辅助呼吸的病人检测其呼吸肌肉活动的系统，该病人经由气动力线路连接到对应的辅助仪器。
该系统致力于研究(临床)优化对感觉缺失和抢救方面的呼吸功能进行监视和辅助的方法和策略。
在麻醉及抢救的进步是为了减少监视持续时间以及改进病人恢复的质量。
呼吸辅助应确保病人在可接受的舒适度的情况下有效无毒地换气。
在这种情况下，患者与呼吸辅助仪器之间的配合至关重要。在临床情况下，检测可能的失配对于优化治疗策略很重要。
就目前科技发展来说，跟踪患者与辅助仪器之间相互辅助的最大困难是如何以一种可靠而非侵入性的方式对患者呼吸活动进行正确的预估。
事实上，目前非侵入性的装置已经在市面上通用。然而被应用于目前辅助仪器的装置存在着局限性，主要是缺少对患者呼吸活动的检测，这个直接导致患者和辅助仪器的之间的无法配合。
现有技术中当前可用的替代设备需要肌肉呼吸活动的测量传感器，其即是侵扰的(胸内压力，针式肌电描记)又是不稳健的，这是由于病人的生理波动或临床变化波动，或因为传感器用于保证连续监视的寿命。
于是，本发明应运而生，解决了上述的问题。
为此，本发明为一种检测呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动的检测系统，该呼吸辅助病人经由气动力线路连接到辅助装置，其特征在于包括：
-获取气动力线路中的气体的压力和流量信号的装置，连续估计在不存在病人的呼吸肌肉活动的情况下气动力线路中达到的气体理论压力的估计装置，以及
-比较估计出的理论压力和测得的压力以便连续检测表示病人的呼吸肌肉活动的压力差的比较装置。
根据该发明的其他方面，检测呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动的该系统还包含以下一个或几个特点：
-估计装置包括对病人的被动呼吸系统进行建模的参数化和适应性建模装置，
-建模装置表现为根据在气动力线路中流动的气体的至少流量和体积而变化的模型形式，
-建模装置包括参数化模型的组合，以及估计装置包括：从这些模型的输入参数中提取测得的压力信号以便基于这些参数启动这些模型的工作的提取装置，以及选择在检测和未检测到病人的呼吸肌肉活动方面区别最大的和/或在所用的参数数量方面最简单的模型以便保持估计的选择装置，
-参数的所述提取装置适于：在由相继的吸入和呼出组成的至少一个机械循环上提取参数，排除当前机械循环起始的增压阶段和当前机械循环结束处下一循环的吸入启动阶段，
-增压阶段和吸入的启动阶段是通过分析气动力线路中的气体流量和压力的分析装置检测到的，
-分析装置连接到获取气动力线路中的流量和压力信号的装置，
-分析装置集成到辅助仪器中，
-增压阶段和吸入启动阶段是基于附加信号通过分析装置检测到的，所述附加信号传送与病人的呼吸肌肉活动相关的生理信息，以及
-附加信号是表面肌动电流信号。
因此，本发明的系统允许：一方面基于当前呼吸辅助仪器经常可用的且非侵扰式的测量，另一方面使用已知方法中的允许绕过与病人临床状态变化相关的限制的方法，保证检测呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动。
在以下的附例子和图解的描述中能更好地了解本发明，
-图1介绍了该检测系统的结构和运作原理；
-图2介绍了增压估算法的运作原理和结构；
-图3介绍呼气和吸气的一个机械循环。
该系统用于对辅助呼吸患者的呼吸肌肉活动中肌肉增压的检测和适应性计算。
肌肉增压可用连接患者和辅助仪器的气动回流测量出的压力和流量信号检测推算出来。
在每次循环，呼吸系统衰竭的患者的模型参数都可在呼吸循环预定范围内由流量信号识别出，是为了在缺少患者肌肉活动的情况下预估出在整个循环中期望达到的理论压力。理论压力和可被测量出的压力之间的差异代表了患者呼吸肌肉活动所产生的压力，被称为肌肉压力。
压力差为零时可表明呼吸肌肉活动是吸气或者呼气时所产生的差距数。从一点可见，患者的呼吸循环是可辨别出的，一个呼吸循环包含了一个完整的吸气和呼气过程。正因为这样的系统，它可以自动调节呼吸系统衰竭患者的特殊机能里和特殊的呼吸活动中的肌肉压力的计算参数，为了对呼吸肌活动进行最佳的持续的检测。
该系统使用启动呼吸的原理为了适应肌肉压力的参数计算，也就是选择适应衰竭呼吸系统的模型，明确该模型参数的识别领域以及选择循环过程中对肌肉活动的检测值。
图1概括性地图解了这一系统。
在图1中，患者为参考1，辅助仪器为参考2，由气动回流连接的患者和呼吸仪器为参考3。在该图所示的操作实例中，气动回流3是关于压力信号获取和气流流量的方法。这些方法体现在参考4与5中。
获取法4和5解释了当患者呼吸肌肉活动缺失时气动回流里预期的理论压力为了传递信号的估算法。
图1中估算法为参考6，是基于参数法的使用和呼吸系统衰竭患者的适用性模拟以求更细节化的描述。估算法6传递了理论压力的信息，接受气动回流中测量出的压力，它可持续检测到患者呼吸肌肉活动产生的压力差。实际上，正如前面所提及的，该可估的理论压力和测量出的压力之间的差距代表了患者呼吸肌肉活动所产生的压力，也叫肌肉压力Pmus。该压力差若为零则便是了呼吸肌的活动为呼气或者吸气。
如图2所释解，估算模拟法包括对呼吸系统衰竭患者的整体参数模板由参考8所代表。该模板在目前技术发展中被广泛应用，可模拟患者的呼吸系统机能行为，这些都会在后面有更详细地描述。
这些模型是可配置的而估算的方法包含了对可测压力信号的提取，这些提取的办法为参考9在图示2中体现，基于参数的模型运作启动法，它们的运作原理也会在后面更消息的描述出来。
估算法6也关于患者呼吸肌肉活动的可测性和不可测性包含了最主要的模型筛选法。或者，以最简单的，就常用的参数量例子保留它的估算法，这些方法为参考10。
事实上，正如图3例子所示，参数提取法9是用于提取至少一个循环的参数，由一次连续吹气和呼气组成。比如，不包括循环初期的增压阶段和接下来循环的输气启动阶段，在平常循环结束时候。
这点在图3的阴影区域中得到诠释。图3阴影部分为参考11，展示了一个常规循环前期时的增压阶段，而参考12的阴影部分展示了接下里一个循环的输气启动阶段和常规循环的结束。
两块模型参数提取为参考13.当然，对于这些阶段的检测方法不同都是可行的。比如，这些阶段可用气动回流的压力和流量分析法检测，也可用之前描述过的分析压力和流量信号获取法而检测出。甚至，这些分析法还可以整合一起直接应用于辅助仪器中。
同样，增压阶段和输气启动阶段都可通过分析法被检测出，由生理信息传递的一个补充信号就可以联系到患者呼吸肌的活动。正如图2中参考14的例子，表面肌电图的补充信息。
该系统适用于肌肉压力的参数计算，即它选择了呼吸系统衰竭患者的机能模型，确定了该模型的参数识别区域以及肌肉活动的检测阈值。
在当今模型繁多和发展日趋复杂的情况下，它意味了选择可自主适应的方法，一种以线性模型参数辨识的方法，这种模型是以传统的方式通过多元线性回归和二次幂体现。
最简单的模型，也就是参考，是一个含有4位参数的线性形式P＝f(V，D)＝Po+(Vo)*(V+(Ro+Rd*D)*D)，这里的V和D表示根据时间的推移的信号量和气流量。容量可随着时间由整合信号D气量计算出来。这个示例模型可有效检测引起输气的吸气活动，并识别循环机能的参数。而这种识别可根据流量和气流信号得出，它们符合循环周期但不受非模型描述的机能现象影响，不属于输气启动的呼气肌肉运动。尽管这些区域的识别是因患者而异而且不受患者呼吸行为的影响，它们是很有效的。识别的区域包括了两个独立部分，一个是充气过程中，一个是循环的呼气阶段中。通常在这个示例模型中，呼吸肌活动的检测值包括了0.5到2厘米的H2O，相当于吸气活动中的有效检测1厘米的H2O 。
其他模型包括n-k参数和n＞k以及(n-k)＞4都是线性形式f(V，D，A)和V1D以及A，符合了气流量和流量信号。加速度是第一个。
这些较为复杂的模型能够很好的描述非示例模型的机能现象并且能够在输气结束和呼气循环的开始做一个很好的衔接。这种能力使我们能够提出一个识别区，吹气和呼气的同时没有间断。这样做有两个优点：
1)一个识别区的间隔可以简单的定义为在呼气结束时(或吹气之前)由呼气时间定义(DTE)和吹气开始的时间由原呼气时间(dpi)来定义，
2)改进识别的模型参数是通过由吹入呼出之间和大流量的变化及其衍生物决定的。
不过，提高模型的复杂性和程度具体描述为复杂的机械现象有可能导致检测灵敏度降低。图示上，这是因为发生肌肉活动有关的瞬间，将会分配到被动呼吸系统的机械装置特性上。
本系统发明的使用了肌肉的压力选择的参数能够适应模型方法和识别领域，其参数，以确保机械循环高效的检测呼吸肌活动。
该呼吸肌活动从这些更复杂的模型计算确定肌肉压力，可有效地选择适当补偿的力学模型，该模型的参数识别领域：-选定的模式应该尽可能接近到病人的呼吸道系统的实际力学，
-识别区的参数辨识必须适应病人的呼吸行为，这样的循环周期可能被排除机械周期上最接近的时期或病人的吸气活动-唯一检测呼吸活动应根据所选功能型号调整，并确定合适的参数。
适应的原则，是比较触发了不同模式和时期(DTE和Dpi)呼吸活动的识别结果及选择最佳适应的三个标准：
1-能够确保已知活动的适当的检测：检测由检测呼吸吸气活动扫描(CT-(N-K))或活动触发吸气吹气(Ait-(NK))，必须是相同的参考检测扫描(CT-Ref)。
2-一个触发呼吸活动的特征。活跃区的选择是最短的呼吸活动区且其总时间期限(DTE+Dpi)大于或等于所考虑的重要吸气活动的最低期限(这是几个十几分之一秒，最好是等于0.3秒)。
3-嵌套的属性层次模型：模型选择的是最简单的模型提供了一个调整的压力参数的测量鉴定面积相当于统计到最复杂的模型(或参数的加法)。
对于每一个模型和识别领域，结合检测结果引发的呼吸活动(ct-(n-k))是计算了十几个机械循环数(最好是20)，是相对于引用(ct-ref)。其中组合，叠加的结果是在引用的结果上(标准1)，对应确定的最佳组合区(标准2)，然后在这些组合最佳模式中做选择(标准3)。
该模型可以自动调整，以确保在一个周期都检测活动引发至少一样有效的方法和参考，另一方面他的机械辅助装置，对这些活动有效地检测呼吸对病人的呼吸活动不匹配情况下，验证了呼吸活动。
该方法还具有连续监测的优点，带来了呼吸力学和病人的呼吸系统的检测革新。
在第一个实施例中，该设备使用的由四个参数参考模型与灵感触发病人呼吸检测。这体现了减少该设备的输入信号只对压力和流量信号的依赖。
在第二个实施例中，对呼吸的触发机制的信息，提供了一个额外的信号，可提供的辅助装置或额外的传感器。在第一种情况，它是代表对内部单位的援助吹开放和释放阀的状态的一个信号。在第二种情况下，它是表示病人的吸气活动由非侵入性的传感器和压力或流量信号作为一种独特的肌肉活动与活动探测器提供从表面肌电吸入(sEMG或sMMG)或运动(impedancemetry)。
这种自动检测进行了实验测试三种情况：
-i)评估以选择最简单的模型修改的方法(标准3)；
-ii)以评估确定的优化方法识别区(标准2)-iii)以评估这些方法的组合。
1)选择适当的方法最简单的模型评价(标准3)：
这项研究是从由人工机械辅助装置，对于肺部通气形成机械的压力和流量记录，其机械特征是众所周知的。在选拔上，由统计比较的残留检测方法导致拟合优度作为最简单的模型选择统计当量(以1％或5％α风险)所需的最低模型来描述肺部的生物力学。2)定义的ID领域的最佳评价方法
(标准2)：
这项研究是从14个安装在患者辅助呼吸装置中的通风装置，负责特定的检测，并通过测量其呼吸道食道压力活动作出功能衰竭患者的判断。
在这些患者中，由无创方法检测能力是衡量计算之间的压力和肌肉的活动通过阅读食管压力检测检测活动的相关性。该选择的自动识别领域的相关值计算方法是由Bland和Altman观察比较一致的最优条件的所有可能组合，界定区域ID和一个复杂的固定模型。在图表的分析使我们可以说这两种方法都是自动对数值降低4％的方法和减少4％的平均误差互换。
在这些患者中，已经优化了各种活动的值来定义引发呼吸检测和对所有吸气触发活动或不检测鉴定的区域。这些最佳时期和与呼气特定的时间(DTE)的有直接关系之间的吸气活动和食管压力设定的时间开始计算。3)最佳清晰度评价的方法：
这项研究是从通过一名17岁的患者在辅助呼吸装置下部分通过非侵入性的检测测量膜片的肌电图(sEMG)表面上的呼吸活动。吸气触发活动进行，而不是自动由Bland和Altman方法进行比较手工取得的sEMG信号的流量和压力。这两种方法是将两个活动触发吸气和吹气不会触发类型的检测superimposable。据了解，这种制度的不同体现仍可考虑。
Claims (10)
1.一种检测呼吸辅助病人(1)的呼吸肌肉活动的检测系统，该呼吸辅助病人(1)经由气动力线路(3)连接到辅助装置(2)，其特征在于包括：
-获取气动力线路(3)中的气体的压力和流量信号的装置(4，5)，连续估计在不存在病人的呼吸肌肉活动的情况下气动力线路中达到的气体理论压力的估计装置(6)，以及
-比较估计出的理论压力和测得的压力以便连续检测表示病人的呼吸肌肉活动的压力差的比较装置(7)。
2.根据权利要求1所述的检测呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动的检测系统，其特征在于，估计装置(6)包括对病人的被动呼吸系统进行建模的参数化和适应性建模装置(8)。
3.根据权利要求2所述的检测呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动的检测系统，其特征在于，所述建模装置(8)表现为根据在气动力线路中流动的气体的至少流量和体积而变化的模型形式。
4.根据权利要求2或3所述的检测呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动的检测系统，其特征在于，所述建模装置包括参数化模型的组合(8)，以及所述估计装置包括：从这些模型的输入参数中提取测得的压力信号以便基于这些参数启动这些模型的工作的提取装置(9)，以及选择在检测和未检测到病人的呼吸肌肉活动方面区别最大的和/或在所用的参数数量方面最简单的模型以便保持估计的选择装置(10)。
5.根据权利要求4所述的检测呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动的检测系统，其特征在于，参数的所述提取装置(9)适于：在由相继的吸入和呼出组成的至少一个机械循环上提取参数，排除当前机械循环起始的增压阶段(11)和当前机械循环结束处下一循环的吸入启动阶段(12)。
6.根据权利要求5所述的检测呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动的检测系统，其特征在于，增压阶段(11)和吸入的启动阶段(12)是通过分析气动力线路(3)中的气体流量和压力的分析装置检测到的。
7.根据权利要求6所述的检测呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动的检测系统，其特征在于，所述分析装置连接到获取气动力线路(3)中的流量和压力信号的装置(4，5)。
8.根据权利要求6或7所述的检测呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动的检测系统，其特征在于，所述分析装置集成到辅助仪器(2)中。
9.根据权利要求5所述的检测呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动的检测系统，其特征在于，增压阶段(11)和吸入启动阶段(12)是基于附加信号(14)通过分析装置检测到的，所述附加信号传送与病人的呼吸肌肉活动相关的生理信息。
10.根据权利要求9所述的检测呼吸辅助病人的呼吸肌肉活动的检测系统，其特征在于，所述附加信号是表面肌动电流信号。
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