CN115607123A - 一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置 - Google Patents

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CN115607123A CN202211328117.3A CN202211328117A CN115607123A CN 115607123 A CN115607123 A CN 115607123A CN 202211328117 A CN202211328117 A CN 202211328117A CN 115607123 A CN115607123 A CN 115607123A
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刘梓君
纪楠
向婷
陈炜
祝荣荣
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Abstract

本申请实施例提供了一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置和呼吸机闭环控制方法，涉及医疗领域。该装置包括呼吸机、睡眠平台，以及呼吸机上的头面罩。其中头面罩上包括光学传感器，脑电/眼电电极，气压、气流传感器等采集单元；睡眠平台包括智能枕头、床垫和睡衣，可整合体压/声学传感器以及心电电极等多个采集单元。将各采集单元采集到的生理参数和实时的呼吸机的呼吸参数，确定对呼吸机的运行信息的调整，从而实现对呼吸机的反馈调节。与常规呼吸机不同的是，该装置以闭环的方式去调节呼吸机的呼吸属性，使得呼吸机与人同步，可有效缓解用户不适，使用户在夜间睡眠呼吸机治疗过程中得到全面的健康监测保障。

Description

一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置
技术领域
本申请涉及医疗领域，具体而言，本申请涉及一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置和一种呼吸机闭环控制方法。
背景技术
目前，市场上呼吸机的呼相和吸相与睡眠障碍使用者自然呼吸同步功能表现欠佳，以及压力与流量自动控制化程度不高，导致患者使用呼吸机不舒适，甚至导致部分患者出现严重副作用，如白天不带呼吸机时自主呼气过强。
在对市场上的呼吸机进行分析之后发现，自动呼吸机的反馈控制信号单一，预呼吸测量不够精准，并且系统智能化程度不够高是导致上述患者使用不适及副作用的直接重要原因。另外，呼吸暂停常伴随血压变化，而血压的变化则是导致心脑血管疾病猝死的重要原因之一。
因此，如何针对呼吸机制定较为完善的监控方案，是目前急需解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置，用于解决以上至少一项技术问题。
本申请实施例的一个方面，提供了一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置，该装置包括：
头面罩，用于获取目标对象的头面部位的第一生理信息；
睡眠平台，用于在目标对象处于躺卧状态时获取第二生理信息；
主控模块，用于获取呼吸机的实时运行信息，并结合第一生理信息和第二生理信息进行融合处理，得到呼吸机的目标调整参数；
呼吸机，用于根据目标调整参数调整实时运行信息。
可选的，头面罩包括：光学传感器、脑电采集单元、眼电采集单元、气压传感器和气流传感器；第一生理信息为基于光学传感器、脑电采集单元、眼电采集单元、气压传感器和气流传感器采集的信号获得。
可选的，第二生理信息包括心电信号；获取目标对象的头面部位的第一生理信息，包括：
基于预设的血压计量方式处理所述心电信号，以及多波长光学传感器或者单波长光学传感器采集的信号，得到作为第一生理信息的血压信息；所述血压信息包括逐拍血压信息和/或血压图信息；
基于预设的血氧计量方式处理所述多波长光学传感器或者单波长光学传感器采集的信号，得到作为第一生理信息的血氧信息。
可选的，睡眠平台包括：压力传感器、声学传感器和心电采集单元；所述第二生理信息为基于所述心电采集单元、压力传感器和声学传感器采集的多组信号获得；
其中，所述睡眠平台还包括枕头、床垫和睡衣；所述压力传感器、声学传感器和所述心电采集单元分布于所述枕头、床垫和睡衣。
可选的，在目标对象处于躺卧状态时获取第二生理信息，包括：
根据所述声学传感器采集目标对象的呼吸声音信号，以及所述压力传感器采集的压力信号确定所述目标对象的呼吸振动信息；根据所述压力传感器采集的压力信号获取所述目标对象的睡姿信息。
可选的，睡眠平台还包括肌电采集单元；第二生理信息还包括根据肌电采集单元采集的肌电信号。
可选的，主控模块，还用于：
基于运行信息、第一生理信息和第二生理信息进行分析处理，得到目标对象的诊断信息；诊断信息包括以下至少一项：呼吸生理信息，至少一类血压信息，睡眠状态信息，疾病预警信息和其他生理信息；所述血压信息包括逐拍血压信息和/或血压图信息。
可选的，根据目标调整参数进行呼吸运行调整，包括：
按照目标调整参数以预设步进值调整呼吸机提供的气体的气道压力值、气流流速值和气体调节频率。
另一方面，本申请实施例还提供了一种呼吸机闭环控制方法，该方法包括：
将多维特征信息输入深度机器学习模型进行处理，得到第一处理结果，其中，所述处理包括对所述多为特征信息进行池化处理、特征压缩和简化处理，以及交互式标注处理；将呼吸机的气压信息和气流信息输入PID控制器中，得到第二处理结果；融合所述第一处理结果和第二处理结果，得到呼吸机的目标调整参数；其中，所述目标调整参数用于调整所述呼吸机的运行参数。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本申请实施例提供的一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置，通过对目标对象的在躺卧场景下(如，夜间睡眠场景，或者无人实时照看的躺卧场景)的多项生理信息和呼吸机的运行信息的采集，实现对目标对象在躺卧场景下的状态监测，同时，通过对多项信息的融合处理，确定对呼吸机的反向调节，如调节呼吸机的供气气压与气流，从而间接影响目标对象的睡眠深度等。也就是说，该系统可以使得在夜间睡眠场景或者无人实时照看的场景中，目标对象在接受呼吸机的治疗过程中，能够得到全面的健康监测保障，并通过对呼吸机的智能化控制实现对目标对象的间接干预。从另一方面看，这也是一种早期预测、早期诊断和早期干预的操作。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例提供的一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置的结构示意图；
图2a为本申请实施例提供的智能头面罩的应用场景示意图；
图2b为本申请实施例提供的智能枕头的应用场景示意图；
图2c为本申请实施例提供的智能床垫的应用场景示意图；
图2d为本申请实施例提供的膈肌肌电电极的应用场景示意图；
图2e为本申请实施例提供的分离膈肌肌电信号的流程示意图；
图2f为本申请实施例提供的多种显示类型的场景示意图；
图2g为本申请实施例提供的异常生理报警的应用场景示意图；
图2h为本申请实施例提供的数据分享的应用场景示意图；
图2i为本申请实施例提供的躯干网络的应用场景示意图；
图2j为本申请实施例提供的一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置的应用场景示意图；
图2k为本申请实施例提供的基于图1所示系统的闭环控制的流程示意图。
具体实施方式
下面结合本申请中的附图描述本申请的实施例。应理解，下面结合附图所阐述的实施方式，是用于解释本申请实施例的技术方案的示例性描述，对本申请实施例的技术方案不构成限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请实施例所使用的术语“包括”以及“包含”是指相应特征可以实现为所呈现的特征、信息、数据、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除实现为本技术领域所支持其他特征、信息、数据、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合等。应该理解，当我们称一个元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，该一个元件可以直接连接或耦接到另一元件，也可以指该一个元件和另一元件通过中间元件建立连接关系。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的术语“和/或”指示该术语所限定的项目中的至少一个，例如“A和/或B”可以实现为“A”，或者实现为“B”，或者实现为“A和B”。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
大量的流行病学研究显示心肺疾病往往互相影响，如阻塞性睡眠呼吸暂停(OSAS)后期常常出现肺心病心衰，或合并冠心病等心血管疾病。而心血管疾病往往影响肺的通气和换气功能，从而导致全身炎症。目前，各界在积极开发既能减轻呼吸道症状，又能缓解心脑血管疾病，并且无明显毒负作用的治疗方法与药物。除了药物治疗外，为了有效地抗击该类重大疾病，国家政策以及国际社会已经提出了一个医学模式上的转变，将目前的反应性医学转变为注重疾病的早期预测、早期诊断和早期干预。在疾病发生对人体产生严重不可修复伤害前，利用先进的生理信号监测技术对发病信号进行准确实时的监测，并做出反应。
在患者接受医疗的过程中，会使用各种医学设备。而接收呼吸机治疗的患者，至少是有心肺方面的疾病。然而，呼吸机的使用还存在着如背景技术所言的诸多问题。因此，如何针对此类患者制定较为完善的监控方案，是目前急需解决的技术问题。
为了解决该技术问题，本申请实施例提供了一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置，该系统可通过各项生理参数对目标对象的实施状态监测，并基于各项生理参数对目标对象所使用的呼吸机实施自主调节。其中，该目标对象往往是需要呼吸机作为辅助医疗手段的对象。该装置包括：头面罩，用于获取目标对象的头面部位的第一生理信息；睡眠平台，用于在目标对象处于躺卧状态时获取第二生理信息；主控模块，用于获取呼吸机的实时运行信息，并结合第一生理信息和第二生理信息进行融合处理，得到呼吸机的目标调整参数；呼吸机，用于根据目标调整参数调整实时运行信息。
下面通过对几个示例性实施方式的描述，对本申请实施例的技术方案以及本申请的技术方案产生的技术效果进行说明。需要指出的是，下述实施方式之间可以相互参考、借鉴或结合，对于不同实施方式中相同的术语、相似的特征以及相似的实施步骤等，不再重复描述。
图1示出了一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置10，该系统10包括如下模块：头面罩111，睡眠平台120，主控模块130和呼吸机110。
头面罩111，用于获取目标对象的头面部位的第一生理信息。
可选的，目标对象可以为接受呼吸机110治疗的对象。由于接受呼吸机110治疗的对象一般也是病情较为严重的对象，其长时间需处于躺卧状态。
睡眠平台120，用于在目标对象处于躺卧状态时获取第二生理信息。
主控模块130，用于获取呼吸机110的实时运行信息，并结合第一生理信息和第二生理信息进行融合处理，得到呼吸机110的目标调整参数；
其中，呼吸机110的实时运行信息还包括呼吸机110中气体的气压信号和气流信号。主控模块130可以通过与呼吸机110的连接，获得由呼吸机110中检测模块所检测的气压信号和气流信号。
呼吸机110，用于根据目标调整参数调整实时运行信息。
本申请实施例提供的一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置，通过对目标对象在躺卧场景下(如，夜间睡眠场景，或者无人实时照看的躺卧场景)的多项生理信息和呼吸机110的运行信息的采集，实现对目标对象在躺卧场景下的状态监测，同时，通过对多项信息的融合处理，确定对呼吸机110的反向调节，如调节呼吸机110的供气气压与气流，从而间接影响目标对象的睡眠深度等。也就是说，该系统可以使得在夜间睡眠场景或者无人实时照看的场景中，目标对象在接受呼吸机110的治疗过程中，能够得到全面的健康监测保障。从另一方面看，该监测保障也反映了对各种疾病的早期预测、早期诊断和早期干预。
接下来，将针对头面罩111做具体的阐述。
在一个可选的实施例中，头面罩111包括：光学传感器、脑电采集单元、眼电采集单元、气压传感器和气流传感器；第一生理信息为基于光学传感器、脑电采集单元、眼电采集单元、气压传感器和气流传感器采集的信号获得。
具体的，基于光学传感器从目标对象的头面部采集光学信号确定血压信息；光学传感器以无感方式贴合于目标对象的头面部。基于脑电采集单元从目标对象的脑部采集脑电信息，脑电采集单元以无感方式贴合于目标对象的脑部；基于眼电采集单元从目标对象的眼部采集眼电信息，眼电采集单元以无感方式贴合于目标对象的眼部。基于气压传感器和气流传感器从目标对象的呼吸部位采集目标对象的呼吸生理信息；如，气压传感器处于呼吸机的鼻罩或者通气管中，以及气流传感器处于头面罩上的鼻罩或者通气管中。
可选的，获取目标对象的头面部位的第一生理信息，包括：
基于预设的血压计量方式处理所述心电信号，以及多波长光学传感器或者单波长光学传感器采集的信号，得到作为第一生理信息的血压信息；所述血压信息包括逐拍血压信息和/或血压图信息。
基于预设的血氧计量方式处理所述多波长光学传感器或者单波长光学传感器采集的信号，得到作为第一生理信息的血氧信息。
在一个示例中，如图2a所示的一种佩戴于目标对象的头面部的智能头面罩。该智能头面罩具体可以包括多个采集单元：采集光学信号的光学传感器，如采集PPG信号的PPG传感器；采集眼电信号的眼电采集单元，如眼电电极；采集脑电信号的脑电采集单元，如脑电电极。
可选的，该血压信息主要包括收缩压和舒张压。相关技术中，一般用间歇性血压值来标识血压信息。
示例性地，如下两个算法提供了计算舒张压的收缩压的过程。相关技术中，一般使用SBP来标记收缩压，DBP来标记舒张压。
算法(1)：ECG-PPG血压估计方法。其中，该方法为基于单波长光学传感器采集的信号获取血压的方法。
如，PPG传感器就是一种单波长光学传感器，其采集的就是PPG(photoplethysmography)信号。PPG传感器的原理可以参考相关技术，为描述简便，在此不再赘述。
步骤1：获取采集的各种生理信息。
获取与PPG信号同步的心电信息。其中，该心电信息为心电采集单元采集的信息，如ECG电极采集的ECG信号。
获取同一个心脏周期中PPG峰值强度IH与PPG谷强度IL之间的比值。在下述公式中，将该比值用Δd(全称，PPG intensity ratio)标记。
获取同一个心脏周期中ECG R波峰值与PPG一阶导数峰值之间的时间间隔。在下述公式中，将用PTT来标识该间隔。
步骤2：通过如下公式1获取表征动脉直径变化的生理参数PIR；
Figure BDA0003912766360000071
在得到PIR之后，获取初始的PIR0和DBP0，基于如下公式2估计DBP(血压信息中的收缩压)。
Figure BDA0003912766360000081
步骤3：获取初始的PP0和PTT0，根据如下公式3得到PP。
Figure BDA0003912766360000082
SBP是PP和DBP的和，也即SBP可通过如下公式4来获取。
Figure BDA0003912766360000083
算法(2)：MWPPG血压估计方法。其中，该方法为基于多波长光学传感器采集的信号获取血压的方法。
该算法的重点在于关注沿动脉血管层的PTT，即通过血液脉冲从小动脉末端到毛细血管的传播时间MWPPG_PTT来计算舒张压和收缩压。如，通过下述公式4可计算DBP，通过下述公式5可计算SBP。
Figure BDA0003912766360000084
Figure BDA0003912766360000085
通过上述算法(1)和算法(2)都可以获取血压信息，相关技术人员在具体实施时可以根据需求来选择合适的算法。
可选的，还可以将脑电采集单元采集的脑电信号作为第一生理信息；将眼电采集单元采集的眼电信号作为第一生理信息；根据所述光学信号计算血氧信息。
在一个示例中，选择PPG传感器采集PPG信号，根据PPG信号计算血红蛋白浓度及血氧饱和度，也即血氧信息。
接下来，将针对睡眠平台120做具体的阐述。
在一个可选的实施例中，睡眠平台120包括压力传感器、声学传感器和心电采集单元；第二生理信息为基于心电采集单元、压力传感器和声学传感器采集的多组信号获得。
其中，所述睡眠平台120还包括一个可供患者躺卧的床位，该床位包括枕头、床垫和睡衣；所述压力传感器、声学传感器和所述心电采集单元分布于所述枕头、床垫和睡衣。
可选的，基于压力传感器和声学传感器采集目标对象的呼吸音、呼吸震动信息和睡眠头动状态，并基于睡眠头动状态确定睡姿变化信息，以及基于呼吸音、呼吸震动信息确定第二呼吸生理信息；压力传感器和声学传感器分布于枕头，并以无感方式贴合于目标对象的头部或者颈部。基于心电采集单元采集心电信息；心电采集单元分布于床垫和睡衣上，并以无感方式贴合于目标对象的躯干部位。基于体压传感器体压信号，该体压传感器分布于床垫上。
在一个示例中，可将一种睡眠检测平台作为睡眠平台120，该睡眠检测平台包括智能枕头、智能床垫和智能睡衣。如图2b所示，智能枕头上整合有压力传感器和声学传感器。如图2c所示，智能床垫上整合有ECG电极，以及体压传感器。其中，ECG电极用于采集目标对象的心电信号。
在该实施例的一种实现方式中，在目标对象处于躺卧状态时获取第二生理信息，具体可以包括：
根据声学传感器采集目标对象的呼吸声音信号，以及压力传感器采集的压力信号确定目标对象的呼吸生理信息。根据所述压力传感器采集的压力信号获取所述目标对象的姿势信息。
具体的，目标对象躺卧于预设床位上时，可通过声学传感器采集其呼吸时声音的音量，通过该音量的变化确定其呼吸的速率，也即呼吸率。由于目标对象在呼吸过程中，其“呼气”的动作和“吸气”的动作对枕头的压力是不同的，因此可以通过压力信号的具体数值大小和压力信号的变化来确定目标对象的呼吸动作，从而确定呼吸速率和呼吸持续时间。另外，枕头上均匀分布有多个压力传感器，目标对象的头部在移动时，多个传感器采集的压力信号是不同的，通过持续分析所检测到的压力信号就可以确定目标对象当前的头动状态。而根据分布于床垫上体压传感器所采集的体压信号可以确定目标对象的身体哪部分是贴合床垫的，从而分析目标对象当前的姿势为哪种，如向左侧卧状态、向右侧卧状态或平躺状态。
在该实施例的另一种实现方式中，睡眠平台120还包括肌电采集单元；第二生理信息还包括根据肌电采集单元采集的肌电信号。
可选的，膈肌肌电单元可以分布于睡衣上，并贴近目标对象的膈肌部位。其中，由于呼吸肌膈肌在呼吸过程产生的是非平稳的微弱肌电信号，用于采集该微弱肌电信号的表面电极，必须具备超高灵敏度，需监测到微安培电流信号。
在一个示例中，睡眠检测平台还可以整合膈肌肌电电极。如图2d所示，膈肌肌电电极以贴片或带状置于膈肌部位，包括干电极和湿电极两种类型。该电极置于膈肌部位，用于采集呼吸肌膈肌在呼吸过程中产生的非平稳且微弱的肌机电信号，在体表采集EMG信号(也即肌电信号)后经前置放大器克服共模干扰，通过高、低通滤波和50Hz陷波器分别滤除极化电压、高频噪声和工频噪声等干扰信号。
由于采集膈肌肌电信号的频率接近于心电信号的采集频率，因此在采集膈肌肌电信号时，所采集的信号中参杂少量的心电信号。为了获得更纯净的肌电信号，可通过如图2e所示的流程进行处理。
在图2e中，膈肌肌电信号为EMG信号，心电信号即为ECG信号，对初步采集的膈肌肌电信号通过图2e所示的流程处理之后，得到EMG信号和ECG信号。
接下来，将针对主控模块130如何处理这些生理信息做进一步的阐述。
在一个可选的实施例中，主控模块130，用于基于运行信息、第一生理信息和第二生理信息进行分析处理，得到目标对象的诊断信息。
可选的，该分析处理包括信号处理，如针对由不同采集频率所采集的信号或者获取的信息，进行标准化处理、归一化处理；该分析处理还包括特征提取，如针对获得的血压信息做进一步的特征提取，确定是否可以表征为心脑血管疾病信息；该分析处理还包括分类处理，如将血氧信息和血压信息归为一类，来描述目标对象的血液状态。应当指出，分析处理还可以包括其他手段。
在该实施例的一种实现方式中，主控模块130，还用于获取呼吸机110的实时运行信息，并结合第一生理信息和第二生理信息进行融合处理，具体可以包括：
将第一生理信息、第二生理信息和呼吸机110的实时运行信息输入预设的神经网络模型中进行融合处理，得到呼吸机110的目标调整参数。
接下来，呼吸机110根据获得的目标调整参数调整实时运行信息。如调整呼吸机110中气体的气道压力值、气流流速值和气体调节频率。
在该实施例的一种实现方式中，在得到目标对象的诊断信息之后，还可以结合呼吸机110的实时的运行信息以及该诊断信息进行进一步的数据分享和处理。
可选的，系统10还包括显示模块140，该显示模块140用于显示诊断信息以及实时的运行信息。可选的，该诊断信息可以包括：呼吸生理信息，血压信息，血氧信息，睡眠状态信息，疾病预警信息和其他生理信息。
在一个示例中，如图2f所示的主界面和显示界面，该主界面和显示界面上包括如下信息：呼吸生理信息，如呼吸相关参数包括压力值，呼吸机110工作使用时间，目标对象的呼出潮量，AHI(AHI指数是指平均每小时睡眠中，呼吸暂停+低通气次数。它是衡量睡眠呼吸暂停严重程度最客观的数据，也是评判用机效果的重要指标)，以及睡眠评分等内容。该页面其他生理参数包括血压信息(收缩压和舒张压)，血氧信息，具体的睡眠情况描述等。
可选的，该显示模块140还用于设定呼吸机110的实时运行信息，以及设定头面罩111和睡眠平台120中采集单元的工作状态。
在一个示例中，如图2f所示的控制界面。在该控制界面中，可以设定的具体内容包括：对呼吸机110的气道压力值、气流流速值和气体调节频率的具体数值进行设定；对呼吸机110的升压时间、升压压力进行延时设定；对呼吸机110的湿化器等级的设定；对吸气/呼气比例等的设定；对其他采集单元的采集功能的开启和关闭。
可选的，该显示模块140还可以用于显示报警信息。
在一个示例中，如图2f所示的报警界面，当监测到血压信息、呼吸生理信息中的具体数值出现不可调节的情况时，触发报警按钮，以便警示夜间熟睡的患者，并且也可同时发送报警信号至紧急联系人或者救护机构等，如图2g所示。
可选的，还显示模块140还可以用于显示基本信息，以及针对基本信息进行修改的操作。
在一个示例中，如图2f所示的其他界面，可以显示系统的设置信息，如显示的语言，系统的使用说明等。
可选的，预设的设备上也可以具备显示模块140的上述所有功能。
在该实施例的一种实现方式中，系统10还包括通信模块160，并通过通信模块160与至少以一个预设的设备相连接，将该诊断信息和实时的运行信息发送至预设的设备，以便该预设的设备进行显示。
其中，预设的设备为与目标对象有关联关系的对象所持有的设备。
在一个示例中，如图2h所示，可以将获得的诊断信息，以及呼吸机110的实时运行信息发送至预设的设备以便进行显示。
在该实施例的一种实现方式中，在一个采集阶段，可以将该采集阶段采集的目标对象的各项生理信息存储在权威数据库，以便临床分析验证。该权威数据库主要用于存储多模心肺功能信息，并用于研究心脑血管健康与疾病。在该权威数据库的基础上，还可以结合生理建模，并融合各种穿戴感测、生物标记物检测、生物医学影像等多种手段，实现对重大疾病的早防治、早检测，以及早期干预。
由于涉及的采集单元较多，若都采用传到介质进行信息传输，则无疑增加了系统的容积。因此，在基于多种传感器获取到了生理信息和之后，可以通过如图2i所示的躯干网络将第一生理信息和第二生理信息发送至主控模块130做进一步的分析处理，实现进一步的监测。
在一个可选的实施例中，该系统10还包括躯干网络通讯模块170，躯干网络通讯模块170用于协助主控模块130和采集单元之间的信息交互。如图2i所示的一种躯干网络，每个采集单元通过该躯干网络通讯模块将采集的信号或者信息发送给主控模块130。
为了更清楚地了解本申请实施例提供的一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置的各个环节之间的联系，本申请实施例在还针对该装置的具体结构提供了一个具体衔接示例，该示例具体如图2j所示。
多功能传感与信号采集处理模块：先通过该模块进行获取各种信息。具体地，基于智能头面罩获取患者的生理信息，如血压、血氧、脑电、眼电、人呼吸所产生的气压和气流；基于常用睡眠平台获取患者的其他信息，如心电、体压、睡姿和膈肌肌电；基于呼吸机自带的检测模块获取呼吸机提供的气流和气压。
躯干网络(BAN/BSN)通信功能模块：通过该模块进行数据传输。其中，该传输共分为两个方向，分别对应不同的处理方式，如监测方式和控制方式。
监测方式：对上述获取的信息进行信号处理、特征提取和分类，可得到如下监测信息：TAG参数、逐拍血压，气压/气流参数，睡眠评估结果，其他多模生/物理信息，心脑血管疾病预警信息。
控制方式：将上述获取的信息输入至传统控制方法与深度及其学习模型多维特征融合模型中，得到针对呼吸机的调节参数，如气道压力值、气流压力值和气体调节频率。
针对于控制方式提供的调节参数，可将该调节参数用于对呼吸机的运行信息的调节。
最后，可将处理所得的监测信息和调节参数存入权威数据库中，以做进一步的分析验证，或者针对该患者的临床分析验证。
进一步地，为了更清楚地了解本申请实施例提供的一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置的功能，本申请实施例结合上述实施例中的多个实例提供了一种基于该系统的呼吸机的闭环控制流程示意图，如图2k所示。
在该闭环控制流程中，总共包括3个阶段：
(1)采集阶段。
通过智能头面罩采集血压图信号，脑电信号，眼电信号，血氧信号，目标对象的呼吸信号。
通过睡眠平台采集呼吸信号、心电信号、体压信号、肌电信号、睡姿信号。
呼吸机的检测单元提供气压信号和气流信号。
上述采集的各种信号可作为一种多模态输入信号。
(2)处理阶段。
根据采集阶段采集的多模态输入信号分别进行两个步骤的处理。
步骤1：基于多模态输入信号进行信号处理、特征提取和分类处理之后，得到诊断信息。该诊断信息包括：气压、气流参数；血氧信息，逐拍血压(即血压信息)；睡眠评估结果；其他多模生理/物理信息；心脑血管疾病的预警。
步骤2：将多模态输入信号输入值深度机器学习模型中，结合控制模型，进行融合处理，得到针对呼吸机的目标控制参数。
(3)展示和调整阶段。
显示上述步骤1获取的诊断信息。
根据步骤2得到的目标控制参数调整呼吸机的气道压力值、气流流速值和气体调节频率。
至此，通过该系统10完成了对目标对象的生理信息的采集、分析、显示，以及基于该生理信息所做的进一步的控制。
本申请实施例基于上述心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置，还提供了一种呼吸机闭环控制方法。该方法包括如下步骤S210～S230。
S210，将多维特征信息输入深度机器学习模型进行处理，得到第一处理结果，其中，所述处理包括对所述多为特征信息进行池化处理、特征压缩和简化处理，以及交互式标注处理；
S220，将呼吸机的气压信息和气流信息输入PID控制器中，得到第二处理结果。
其中，PID控制器为传统的控制器。
S230，融合所述第一处理结果和第二处理结果，得到呼吸机的目标调整参数；其中，所述目标调整参数用于调整所述呼吸机的运行参数。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“1”、“2”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除图示或文字描述以外的顺序实施。
应该理解的是，虽然本申请实施例的流程图中通过箭头指示各个操作步骤，但是这些步骤的实施顺序并不受限于箭头所指示的顺序。除非本文中有明确的说明，否则在本申请实施例的一些实施场景中，各流程图中的实施步骤可以按照需求以其他的顺序执行。此外，各流程图中的部分或全部步骤基于实际的实施场景，可以包括多个子步骤或者多个阶段。这些子步骤或者阶段中的部分或全部可以在同一时刻被执行，这些子步骤或者阶段中的每个子步骤或者阶段也可以分别在不同的时刻被执行。在执行时刻不同的场景下，这些子步骤或者阶段的执行顺序可以根据需求灵活配置，本申请实施例对此不限制。
以上所述仅是本申请部分实施场景的可选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请的方案技术构思的前提下，采用基于本申请技术思想的其他类似实施手段，同样属于本申请实施例的保护范畴。

Claims (9)

1.一种心肺功能监测和呼吸机闭环控制一体化装置，其特征在于，所述装置包括：
呼吸机的头面罩，用于获取目标对象的头面部位的第一生理信息；
睡眠平台，用于在所述目标对象处于躺卧状态时获取第二生理信息；
主控模块，用于获取呼吸机的实时运行信息，并结合所述第一生理信息和所述第二生理信息进行融合处理，得到所述呼吸机的目标调整参数；
所述呼吸机，用于根据所述目标调整参数调整实时运行信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述头面罩包括：光学传感器、脑电采集单元、眼电采集单元、气压传感器和气流传感器；
所述第一生理信息为基于所述光学传感器、脑电采集单元、眼电采集单元、气压传感器和气流传感器采集的信号获得。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第二生理信息包括心电信号；所述获取目标对象的头面部位的第一生理信息，包括：
基于预设的血压计量方式处理所述心电信号，以及多波长光学传感器或者单波长光学传感器采集的信号，得到作为第一生理信息的血压信息；所述血压信息包括逐拍血压信息和/或血压图信息；
基于预设的血氧计量方式处理所述多波长光学传感器或者单波长光学传感器采集的信号，得到作为第一生理信息的血氧信息。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述睡眠平台包括：压力传感器、声学传感器和心电采集单元；所述第二生理信息为基于所述心电采集单元、压力传感器和声学传感器采集的多组信号获得；
其中，所述睡眠平台还包括枕头、床垫和睡衣；所述压力传感器、声学传感器和所述心电采集单元分布于所述枕头、床垫和睡衣。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述在所述目标对象处于躺卧状态时获取第二生理信息，包括：
根据所述声学传感器采集目标对象的呼吸声音信号，以及所述压力传感器采集的压力信号确定所述目标对象的呼吸振动信息；
根据所述压力传感器采集的压力信号获取所述目标对象的睡姿信息。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述睡眠平台还包括肌电采集单元；所述第二生理信息还包括根据所述肌电采集单元采集的肌电信号。
7.根据权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，所述主控模块，还用于：
基于所述运行信息、所述第一生理信息和所述第二生理信息进行分析处理，得到所述目标对象的诊断信息；所述诊断信息包括以下至少一项：呼吸生理信息，血氧信息，血压信息，睡眠状态信息，疾病预警信息和其他生理信息。
8.根据权利要求1-6任一项所述的系统，其特征在于，所述根据所述目标调整参数进行呼吸运行调整，包括：
按照所述目标调整参数以预设步进值调整所述呼吸机提供的气体的气道压力值、气流流速值和气体调节频率。
9.一种呼吸机闭环控制方法，其特征在于，所述方法包括：
将多维特征信息输入深度机器学习模型进行处理，得到第一处理结果，其中，所述处理包括对所述多为特征信息进行池化处理、特征压缩和简化处理，以及交互式标注处理；
将呼吸机的气压信息和气流信息输入PID控制器中，得到第二处理结果；
融合所述第一处理结果和第二处理结果，得到呼吸机的目标调整参数；
其中，所述目标调整参数用于调整所述呼吸机的运行参数。
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