[发明专利]基于ARDS肺保护性策略的智能闭环机械通气控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于ARDS肺保护性策略的智能闭环机械通气控制系统，其特征在于：它包括生理通气参数感知子系统，智能闭环控制子系统和通气调节执行子系统，所述的生理通气参数感知子系统实时监测患者呼吸参数，随后每间隔一段时间通过智能闭环控制子系统计算机械通气参数的最优组合，通过通气调节执行子系统调节ARDS患者呼吸机参数；

所述的生理通气参数感知子系统包括MCU主控单片机、血氧浓度传感器、气体压力传感器、氧浓度传感器、人机键入显示模块，所述的血氧浓度传感器与MCU主控芯片通过IIC通信，进行电连接，气体压力传感器与MCU主控芯片通过IIC通信，进行电连接；氧浓度传感器与MCU主控芯片通过UART_TTL串口通信，进行电连接；人机键入显示模块与MCU主控芯片通过电连接进行信号传输，生理通气参数感知系统通过SPI口与智能闭环控制子系统进行数据传输通信；

所述智能闭环控制子系统包括最优潮气量计算子模块，所述最优潮气量计算子模块能够实现以下操作：结合身高、性别和生理通气参数感知子系统采集到的参数信息通过最优潮气量计算子模块计算最优潮气量，结合智能闭环控制子系统与滴定法上调或下调PEEP与FiO₂，若平台压小于30cmH₂O，则上调PEEP与FiO₂使得SPO₂高于92％，若平台压大于30cmH₂O，则在最优潮气量计算子模块计算最优潮气量并通过通气调节执行子系统调节潮气量为最优潮气量后，判断平台压是否大于或小于30cmH₂O，对PEEP与FiO₂下调或上调，使平台压小于30cmH₂O的前提下，SPO₂高于92％，并视最终的PEEP与FiO₂为最优PEEP和最优FiO₂；

所述的最优潮气量计算子模块的具体内容如下：最优潮气量计算模块输入部分包括VT，身高，性别，顺应性，PEEP和呼气时间常数6个参数，对输入参数的处理分为两部分，奖励部分：神经元1是当前潮气量对应的存活率；神经元2是当前驱动压对应的存活率；神经元3是当前平台压对应的存活率；惩罚部分：神经元4是当前潮气量与呼吸频率与Otis公式的解(f_Otis,VT_Otis)的欧式距离；神经元5是当前潮气量超出指南建议值的差值；神经元6是当前驱动压超出指南建议值的差值；神经元7是当前平台压超出指南建议值的差值，随后对神经元1～7使用f_{激活函数1～7}进行变形，分别得到神经元x₁～x₇，各神经元的激活函数分别为：

其中，g_{参数-存活率}为来自全球五大洲50个国家的459个重症监护室在确诊ARDS患者时第一天的该参数与患者死亡率的函数关系，所述函数关系中的自变量与因变量之间关系均为真实收集数据，不进行拟合处理，所述真实收集数据来自LUNG SAFE研究；

最后，将神经元x₁～x₇分别乘以不同权重w_i(i＝1,2,…,7)，并进行线性运算使Value值达到最大的潮气量记为VT′，则最优潮气量为VT′，

其中，权重w_i则通过层次分析法求得，

Otis公式如下式所示：

其中，f为呼吸频率，a是与流速波形相关的因子，在正弦流速中,a为2π²/60，RCexp为呼气时间常数；MV为目标分钟通气量，计算公式为0.1L/kg×理想体重，VD为死腔量，计算公式为2.2L/kg×理想体重，f初始值为10d/min，m为自然数；

最小呼吸功下的最优呼吸频率计算方法为，将初始值f₀＝10d/min代入Otis公式计算，获得下一个呼吸频率预估值f₁，再将f₁代入所述Otis公式重复计算得到下一个呼吸频率预估值f₂，这个过程将一直重复进行，直到最新两个呼吸频率的差值Δf低于5d/min，从而得到由Otis公式依上述方法迭代得到的最优呼吸频率f_Otis；最小呼吸功下最优潮气量VT_Otis的计算方法为MV/最优呼吸频率f_Otis。