[发明专利]在医疗决策支持系统中整合生理模型

说明书

本申请尤其应用于临床患者建模系统和其他临床模拟装置或技术中。然而，要认识到，所描述的技术也可以应用于其他类型的建模系统和/或其他模拟系统或技术中。

用于为临床使用进行生理建模的常规系统和方法具有几个缺点。例如，生理学家、工程师和其他科学家已经开发出从数学上描述单个生理系统的生理模型。然而，已经证明描述两个或几个生理系统的交互作用是难以掌控的(在适用性方面)。其他已知模型基于可用患者数据，因此它们是统计学或概率方法。典型地，在开发和验证描述不同生理系统的数学模型时未考虑到在要用于医疗领域的医疗系统中的最终实施方式。

心脏泵浦的体积常常被视为等同于从左心室流出的血液。这个量也被称为“心输出量”(CO)，是评估血液动力学状况的重要量度。早在1870年，Adolph Fick就展示了一种方法来测量这个量，从那以后一直在尝试后续的方法。这些方法包括：直接Fick、间接Fick(或CO₂再呼吸)、热稀释法、锂稀释法、脉搏压波形分析、食道多普勒超声图像检查、经食道超声波心动描记术、胸廓生物电阻抗、部分CO₂再呼吸、乙炔再呼吸和乙炔开放回路内洗。所有上述估计CO的方法对于患者而言都是侵入性的。从吸入或注射流体(通常为惰性气体)到在身体中和身体上的不同位置放置不舒服的探头，它们都有所不同。

在采用这些方法时有三个主要问题是普遍遇到的。例如，由于流体吸入可能有内在不精确性，导致CO估计的精确度受到非目标器官和组织的扩散和无功损耗的影响。此外，整个身体的运动可能对探头定位造成不利影响。此外，由于探头与身体的交互作用导致的临床并发症(感染等)，例如在Swan-Ganz导管的情况下，可能会造成不希望出现的结果。

于是，现有技术中对便于克服上述缺陷的系统和方法的需求仍未得到满足。

根据一个方面，一种计算机可读介质包括配置用于仿真人的心肺功能的程序，所述程序包括：用于提供患者心肺系统的类属模型的模块，所述模型包括肺循环、体循环、4心室、自主神经系统、新陈代谢、气体交换、肺机制和反射作用；以及用于测量人的心肺变量的模块。该程序还包括用于显示反映人当前健康状况的相关心肺变量并模拟心肺系统的功能的指令。

根据另一个方面，一种实现于计算机可读介质上配置用于仿真人的心肺功能的程序包括：用于提供人的心肺系统的类属模型的模块，用于测量人的心肺变量的模块，以及用于迭代地改变所述模型的心肺参数以便使所述类属模型的心肺变量反映人的心肺变量的模块。

根据另一方面，一种临床患者建模系统包括：患者的预先产生的生理模型，该预先产生的生理模型包括至少一个患者体内生理系统的子模型，所述子模型具有多个微分方程，所述微分方程描述与所述生理系统相关的生理参数和变量之间的关系，以及模型发生器，所述模型发生器接收患者数据，将所述患者数据插入所述生理模型中，并输出决策支持数据供用户在诊断或治疗所述患者时考虑。所述系统还包括用户界面，用户向所述用户界面中输入一个或多个参数以使所述模型适配于所述用户正在考虑将患者置于其中的假想情形。

又一方面涉及一种评估假想临床情形的方法，包括：根据收集自患者群的生理数据来产生模型；将所述模型中的生理数据表示为微分方程，所述微分方程描述与患者相关联的参数和变量，调节所述模型中的参数使所述模型适配于要将所述患者置于其中的假想情形，以及在所述模型上进行模拟以产生决策支持数据并在所述模型中求解所述变量。

一个优点在于模型表示超过一个生理系统和/或模型联接到超过一个生理系统。

另一个优点在于解得若干变量用于或输出为决策支持数据。

另一个优点在于输出解用于临床上相关的变量。

另一个优点涉及预测(计算)了难以测量或甚至无法测量的值。

又一个优点涉及为临床上相关的生理变量预测值。

在阅读并理解了下述详细说明的情况下，本领域普通技术人员将认识到本创新的更多优点。

可以以各种部件和部件布置，以及通过各种步骤和步骤布置使本发明变得明显。附图的作用在于对各方面进行图示，不应认为其对本发明构成限制。

图1图示了用于基于患者生理机能产生和利用数学模型以在临床设施中进行“万一(what-if)”情形而辅助医疗决策过程的系统，其中该模型为疾病诊疗规划提供支持；

图2图示了生理模型定义和应用的示例，例如其可以用于图1的系统中；

图3图示了开发和使用模型的三个阶段；

图4是用于调整模型的示意图，该模型例如出现于图3；