內容整理自李潔-《基於μC_OS的呼吸機軟件關鍵技術研究與系統設計》和《雙水平呼吸機控制策略的設計與實現》,含有個人理解。
呼吸觸發算法
呼吸觸發包括吸氣觸發和呼氣觸發。無創呼吸機中壓力觸發和流量觸發時主要的觸發方式。
壓力控制型呼吸機,用戶呼吸動作對於氣道內的壓力變化影響較小,對氣道內的流量變化影響較大。因此這里主要討論流量觸發方式。
常見的流量觸發方式有
- 過零檢測的流量觸發
- 基於閾值的流量觸發
- 基於流量圖形的觸發
基於過零檢測的流量觸發
過零檢測就是確定一個流量均值,判斷當前流量與流量均值的關系。
當檢測到流量信號低於流量均值,就判定為呼氣階段;當檢測到流量信號高於流量均值,就判定為吸氣階段。
基於閾值的流量觸發
流量閾值的觸發方式,也叫做流量觸發靈敏度。
其實這個方式,和過零檢測差不多,只不過把單純的一個判定值,改為閾值判斷。
流量從低於呼氣觸發點到高於吸氣觸發點這個時間內,判定為呼氣階段。
流量從高於吸氣觸發點到低於呼氣觸發點這個時間內,判定為吸氣階段。
一般閾值設置為1-3L/min,也可以根據最大流量值乘以靈敏度系數得到。
患者開始吸氣與呼吸機開始提供吸氣壓力之間的延遲時間取決於患者吸氣努力的大小和閾值/靈敏度的取值大小,吸氣力越大,靈敏度越小,延遲時間越短。
這兩種方式的優點是實現簡單,改變閾值大小即可使觸發點提前或者延后,即調整靈敏度,缺點是容易受漏氣和噪聲干擾的影響,容易誤觸發。
基於流量圖形的觸發
基於流量圖形的觸發方式示意圖如圖所示。將本周期的流量曲線延遲一定時間,然后分為兩個曲線,一個向上平移,一個向下平移。在一個呼吸周期內,將向上平移的曲線與本周期流量曲線的第一個交點為吸氣觸發點,向下平移的曲線與本周期流量曲線的第一個交點為呼氣觸發點。
將流量低於呼氣觸發點到高於吸氣觸發點的時間內,判定為呼氣階段;將流量高於吸氣觸發點到低於呼氣觸發點的時間內,判定為吸氣階段。
個人理解:優點很明顯,相比固定閾值設置,圖形觸發更靈活,觸發點可以隨呼吸過程改變而改變,能適應不同的人群。缺點也很明顯,要求流量波形較為規則和平滑,觸發靈敏度受波形形狀的影響,做的不好可能可靠性較差。
我感覺這個是不太好理解的==,而且也是較復雜的。
誤觸發
在實際應用過程中,患者的咳嗽、吞咽、抽泣等行為可能會引起流量驟然下降或上升,最終導致了呼吸觸發誤判而引起肺傷,或者得到超限的氣道和呼吸參數而錯誤報警。為了防止誤判事件的發生,本文設計加入了呼吸觸發誤判識別功能。根據呼吸流量在短時間內驟然變化的特點,計算流量的變化率。
開始工作后,設置固定采樣頻率,因為時間間隔一定,所以比較差值即可。取N個流量差值作為樣本,取其中的最大值 \(\Delta Q_{v_{max}}\)(L/min),即
具體判定方法為:當出現觸發點后,計算當前的流量值和前面的流量值做差值比較,若流量變化率大於設定閾值,則判定為誤觸發,不做呼吸狀態切換。也就是 \(\Delta Q_{v_{max}}\) 超過設定閾值,就判定為誤觸發,不做呼吸狀態切換。
成人每3-5s完成一次呼吸過程。因此,為了能夠監測一次完整的呼吸,得到足夠的數據,N的取值與流量值的采樣頻率廣有關,兩者的關系如式所示: