專利名稱：一種體外膈肌起搏與呼吸機協(xié)同送氣的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種體外膈肌起搏與呼吸機協(xié)同送氣的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
機械通氣在急診和重癥醫(yī)學領(lǐng)域挽救了無數(shù)呼吸衰竭患者，但機械通氣也是一把雙刃劍，在生命支持的同時也會帶來諸如呼吸機相關(guān)肺損傷(簡稱VILI)、呼吸機相關(guān)肺炎(簡稱 VAP)、呼吸機誘導的膈肌功能不全(Ventilator Induced Diaphragm Dysfunction, 簡稱VIDD)等等。VIDD是指機械通氣誘導的膈肌無力、膈肌萎縮和損傷的統(tǒng)稱，可造成患者吸氣能力顯著降低而難以撤下呼吸機的情況。膈肌功能被認為是決定機械通氣患者能否成功撤機的關(guān)鍵性因素，有證據(jù)表明，VIDD在機械通氣患者中十分常見，這也導致了許多患者撤機困難。臨床上撤機失敗的發(fā)生率為24%—29%，其中31%的患者死亡風險極高。這也延長了重癥監(jiān)護病房住院時間，額外耗費了大量的社會醫(yī)療資源，加重了病患的醫(yī)療費負擔。由于在重癥醫(yī)學領(lǐng)域(簡稱I⑶)里，較早引起重視的是VILI和VAP，學者們也早已致カ于解決該些病癥，但主要仍然是局限于研究對呼吸機通氣模式的改善和調(diào)節(jié)來減少VILI ;而通過加強護理，減少感染和及時足量地用抗感染等藥物治療來應對VAP。而VIDD被提出并引起重視只有幾年，故目前臨床上防治VIDD并沒有十分有效的手段，臨床通常采用藥物治療的方法，藥物主要是維生素E —類的抗氧化劑、鈣蛋白酶/組織蛋白酶抑制劑、急性大劑量皮質(zhì)類固醇等，但其效果都不太確切，甚至有的還會有毒且毫無作用。膈肌位于胸腔和腹腔之間，為向上膨隆呈穹隆形的扁薄闊肌，是最主要的呼吸肌，在呼吸過程中所起的作用約占全部呼吸肌的609Γ80%。在平靜呼吸時，膈肌起主導作用，是完成呼吸泵功能的主要動カ來源。膈肌肌纖維可分為以下兩種類型1型為慢性收縮抗疲勞纖維；IIa型為快速收縮抗疲勞纖維和lib型為快速收縮易疲勞纖維。膈肌與一般骨骼肌不同的是，它平時一直以高收縮比率[收縮時間/ (收縮時間+舒張時間)]進行節(jié)律性收縮，一旦停止收縮活動，哪怕只是數(shù)小時，都會造成膈肌損傷，膈肌收縮能力減低的情況。研究發(fā)現(xiàn)，肺癌患者在肺癌手術(shù)的同時做極小量膈肌活檢時，因手術(shù)麻醉而進行的機械通氣維持大于4小時的話，患者即可發(fā)現(xiàn)膈肌損傷。即當人體必需在一段時間里進行機械通氣時，會使包括膈肌在內(nèi)的呼吸肌的活動完全靜止，造成膈肌廢用，而導致肌纖維損傷、肌肉萎縮、肌纖維重塑、興奮收縮耦聯(lián)異常，即導致VIDD。另外，機械通氣的時間不同，對膈肌損傷的程度也是不同的。膈神經(jīng)則是維持呼吸功能的主要神經(jīng)，由頸3 頸5神經(jīng)組成，在維持正常呼吸功能中占有重要的地位。而正常呼吸首先由中樞發(fā)放神經(jīng)沖動，神經(jīng)沖動沿膈神經(jīng)傳播到達神經(jīng)-膈肌接頭，激活肌纖維膜上的化學門控通道，Na+內(nèi)流與K+外流，形成終板電位。終板電位沿肌纖維膜作短距離傳播，并具有時間與空間總和的特性，總和的電位達到肌纖維收縮的閾電位后，產(chǎn)生動作電位，此時神經(jīng)沖動轉(zhuǎn)化為電信號，膈肌收縮，完成一次吸氣動作。
膈肌起搏器(DiaphragmPacing DP)是通過電脈沖刺激膈神經(jīng),引起膈肌持續(xù)而有節(jié)律的收縮，構(gòu)成有規(guī)律而近似生理的呼吸運動的醫(yī)療設備。根據(jù)電極安放的位置膈肌起搏器分為植入式膈肌起搏器和體外式膈肌起搏器。由于植入式膈肌起搏器需要開胸手術(shù)或胸腔鏡電極植入術(shù)植入人體中，主要適用于提供長期的通氣支持，目前中國國內(nèi)還無法普及植入式膈肌起搏器。體外膈肌起搏器(下文所涉及的膈肌起搏器均指該種體外膈肌起搏器EDP)是將起搏電極粘貼在頸部距膈神經(jīng)最表淺部位的皮膚上進行刺激起搏，由于其無需手木，不會造成部分游離膈神經(jīng)，從而降低了膈神經(jīng)損傷的風險，具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、無創(chuàng)傷等優(yōu)點，是ー種用于改善肺通氣、増加膈肌活動度的技術(shù)，主要用于呼吸科慢性阻塞性肺病(即C0PD)病人康復的鍛煉，它采用的是短期規(guī)律間歇的輔助治療方式，一般對人體進行膈肌起搏在24小時內(nèi)僅為2 3次，毎次持續(xù)工作的時間約為30 40分鐘。過長時間對膈神經(jīng)進行電刺激，不但無助于膈肌功能的康復訓練治療，還很容易造成膈肌疲勞。·
另外，現(xiàn)有的體外膈肌起搏器尚無法在生物電生理的層面上與膈肌功能運動狀態(tài)智能匹配，更無法與現(xiàn)有的機械通氣模式配合使用，故在危重病人的救治中從未應用膈肌起搏器。前文描述的膈神經(jīng)沖動轉(zhuǎn)化為電信號觸發(fā)膈肌收縮以完成一次吸氣動作的膈肌電活動稱為膈肌肌電信號(electrical activity of the diaphragm,簡稱 EAdi), EAdi 是呼吸中樞傳遞到膈肌上的神經(jīng)沖動，是反映呼吸中樞驅(qū)動的最佳指標。現(xiàn)有技術(shù)中已可以通過食道電極探測并采集到膈肌肌電信號，并且已有利用膈肌肌電信號來控制機械通氣，如中國專利200410051035. 4《利用食道電極膈肌肌電圖出發(fā)呼吸機送氣的方法》，該專利技術(shù)雖然能提高人機的同步性，減少人機對抗，但是，仍沒能有效解決地VIDD，因為它無法改善膈肌功能受損的狀況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種體外膈肌起搏與呼吸機協(xié)同送氣的方法，將膈肌起搏引入急診和重癥醫(yī)療的機械通氣中，以便讓膈肌更多地參與到機械通氣的過程中，減緩正壓通氣所致的膈肌損傷。本發(fā)明的另ー個目的是ー種應用上述方法的與呼吸機聯(lián)動的體外膈肌起搏裝置。本發(fā)明的第一個發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的ー種體外膈肌起搏與呼吸機協(xié)同送氣的方法，包括如下步驟( 1)將采集獲得的混有干擾信號的膈肌肌電信號(EAdi)進行濾波降噪，獲得處理后的膈肌肌電信號；(2)對處理后的膈肌肌電信號的波峰峰值的絕對值a進行以下邏輯判斷，并作出相應的控制動作(2) —1若a〈0. 5 μ V，控制體外膈肌起搏器以1(Γ 2次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流，同時觸發(fā)呼吸機進行輔助通氣模式的送氣；(2) —2若0. 5彡a彡1. 0 μ V，控制體外膈肌起搏器以5 8次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流，同時觸發(fā)呼吸機進行輔助通氣模式的送氣；(2) —3若1. 0〈a彡2. 0 μ V，控制體外膈肌起搏器以3 4次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流，同時觸發(fā)呼吸機進行輔助通氣模式的送氣；(2) 一4若未采集到膈肌肌電信號，則控制呼吸機按控制通氣模式進行機械通氣，即由呼吸機按預設參數(shù)啟動后備通氣功能，同時控制體外膈肌起搏器以61次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流；其中，膈肌起搏器從開始發(fā)出電刺激后,持續(xù)電刺激3(Γ40分鐘后暫停電刺激，并按每24小時2 3次的頻率啟動下一周期的電刺激，每周期持續(xù)電刺激3(Γ40分鐘后暫停，如此循環(huán)往復；呼吸機則在膈肌起搏器暫停時按現(xiàn)有的臨床通氣方式進行工作。本發(fā)明上述步驟(2) —1 3所述的呼吸機進行輔助通氣模式和步驟(2) —4所述的控制通氣模式均是現(xiàn)有成熟技術(shù)，輔助通氣模式AV還包括以下具體的模式同步間歇指令通氣(SMV)、壓カ支持通氣(PSV)、持續(xù)氣道內(nèi)正壓(CPAP )?？刂仆饽Ｊ揭舶ㄓ腥萘靠刂仆?VCV)和壓カ控制通氣(PCV)模式等，具體模式的選擇、參數(shù)預設一般需要由臨床醫(yī)生根據(jù)具體情況來做決策。 本發(fā)明上述步驟(2) —1 3所述的同時觸發(fā)呼吸機可以采用負壓觸發(fā)方式，SP根據(jù)對膈肌肌電信號的不同的判斷結(jié)果，負壓發(fā)生器產(chǎn)生預定負壓，此負壓觸發(fā)呼吸機以輔助通氣模式送氣。這種呼吸機的觸發(fā)方式實際是由膈肌肌電控制產(chǎn)生負壓觸發(fā)的，相比于傳統(tǒng)的吸氣響應觸發(fā)時間是大大縮短了的。本發(fā)明上述步驟(2) — 1 3所述的同時觸發(fā)呼吸機還可以采用膈肌肌電信號直接觸發(fā)的方式，即根據(jù)對膈肌肌電信號的不同的判斷結(jié)果產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)呼吸機以輔助通氣模式送氣。本發(fā)明可以做以下的改進由于膈肌肌電信號的強信號通常附帯后續(xù)的波動小信號雜波，故膈肌起搏器在發(fā)出一次刺激電流后，會使人體膈肌產(chǎn)生強波，為濾除該雜波對膈肌起搏的干擾，避免膈肌起搏器過于頻繁地發(fā)出刺激電流，本發(fā)明可以增加對實時獲得的步驟(1)的膈肌肌電信號的同一正半波或同一負半波的波峰與前一波峰的間隔時間t進行以下的邏輯判斷；(a)若t〈5s，則放棄發(fā)出刺激電流及負壓觸發(fā)呼吸機；(b)若5s < t < 10s，返回步驟(2)判斷該一波峰的峰值并對應動作；(c)若t>10s，控制執(zhí)行(2) — 4所述的未采集到膈肌肌電信號時的動作。本發(fā)明所述步驟(1)中，對混有干擾信號的膈肌肌電信號的濾波包括依次進行的高通濾波、低通濾波、50Hzエ頻濾波和ECG心電干擾小波濾波。本發(fā)明的另ー個目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)ー種與呼吸機聯(lián)動的體外膈肌起搏裝置，包括體外膈肌起搏器，其特征是還設置有負壓發(fā)生器和用于獲取膈肌肌電信號的膈肌肌電信號采集模塊、用于對膈肌肌電信號進行處理的信號處理模塊、用于分析判斷膈肌肌電信號的微處理器、用于聯(lián)動控制的單片機，所述負壓發(fā)生器具有用于接入呼吸機的病人端的負壓發(fā)生端，所述膈肌肌電信號采集模塊采集的膈肌肌電信號經(jīng)信號處理模塊進行信號處理，然后由微處理器分析判斷處理后的膈肌肌電信號，根據(jù)處理后的膈肌機電信號的強弱和膈肌機電信號時序上同一正半波或同一負半波的相鄰波峰的時間間隔來分別輸出對應控制信號至單片機，再由單片機輸出對應控制信號一路觸發(fā)體外膈肌起搏器工作，另一路觸發(fā)控制負壓發(fā)生器啟/停，由負壓發(fā)生端產(chǎn)生負壓，以聯(lián)動觸發(fā)外部的呼吸機エ作。
本發(fā)明所述信號處理模塊包括依次相連的信號放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和用于膈肌肌電信號濾波的數(shù)字信號處理器，所述膈肌肌電信號采集模塊輸出的膈肌肌電信號經(jīng)信號放大器放大后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過數(shù)字信號處理器進行濾波后輸出。進ー步地，本發(fā)明還加設有顯示驅(qū)動電路和用于顯示工作狀態(tài)的顯示器，所述微處理器具有顯示信號輸出端，該顯示信號輸出端經(jīng)顯示驅(qū)動電路與顯示器相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)具有以下有益效果(1)本發(fā)明首次把體外膈肌起搏EDP用于ICU中上呼吸機的危重病人的救治中，根據(jù)采集到的膈肌肌電信號經(jīng)過濾波降噪處理后，對其波峰峰值的絕對值a進行邏輯判斷作為控制體外膈肌起搏器發(fā)出刺激電流及產(chǎn)生負壓聯(lián)動呼吸機送氣，實現(xiàn)在危重病人的機械通氣中匹配體外膈肌起搏，兩者智能化地同時同步間歇聯(lián)動，能夠?qū)崟r地根據(jù)人體的呼吸狀況提供相應的呼吸支持及膈肌的適當刺激，在實現(xiàn)機械通氣更好的人機同步性、減少人機對抗、降低患者的呼吸功的同時，讓膈肌更多地參與到機械通氣過程中，從而可以有效地 降低呼吸機壓カ支持水平的需求，進行小潮氣量通氣，減緩正壓通氣所致的相關(guān)損傷。(2)本發(fā)明將體外膈肌起搏器引入急診和重癥醫(yī)療中的機械通氣的聯(lián)動中，不但有助于危重病人在機械通氣的同時改善膈肌功能，保持膈肌活力，避免或者減輕VIDD，而且，本發(fā)明拓寬了呼吸機和體外膈肌起搏器分別獨立使用時的原有適用范圍，既可以最大程度地避免VILI和VAP，又可以有效地防治VIDD，為一直以來困擾ICU醫(yī)生的這三種合并癥提出前所未有的解決辦法，還可以減少為避免VILI、VAP的藥物使用，減輕病患的醫(yī)療負擔和副作用；，(3)本發(fā)明可適用于需要鎮(zhèn)靜麻酔和完全沒有自主呼吸的病人，使這類病人逐步恢復自主呼吸成為可能；(4)本發(fā)明通過負壓發(fā)生器作為橋梁，起到了通用接ロ、無縫連接的作用，只要將負壓發(fā)生器的負壓發(fā)生端旁接至呼吸機的病人端即可觸發(fā)呼吸機送氣，從而使本發(fā)明的產(chǎn)品可以與目前其它品牌的呼吸機匹配聯(lián)用，達到控制呼吸機的送氣時機，易于推廣應用。


圖1為本發(fā)明控制體外膈肌起搏和呼吸機聯(lián)動的裝置的連接示意圖；圖2為正常膈肌肌電信號放大1000倍后的的波形曲線示意圖；圖3為本發(fā)明膈肌肌電信號采集模塊與信號處理模塊的連接示意圖；圖4為本發(fā)明數(shù)字信號處理器與微處理器的連接示意圖；圖5為本發(fā)明單片機分別與負壓發(fā)生器、體外膈肌起搏器的連接示意圖；圖6為本發(fā)明負壓發(fā)生器與呼吸機的連接示意圖；圖7為本發(fā)明膈肌肌肌電信號濾波降噪的流程圖。圖中1、病人端；2、負壓發(fā)生端。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進ー步加以闡述。ー種體外膈肌起搏與呼吸機協(xié)同送氣的方法，包括如下步驟( 1)將采集獲得的混有干擾信號的膈肌肌電信號(EAdi)進行濾波降噪，獲得處理后的膈肌肌電信號；膈肌肌電信號(EAdi)的采集可以利用食道電極進行采集，也可以是其它常用膈肌肌電采集模塊，所獲得膈肌肌電信號是混有較大的干擾信號的。如圖3所示，采用八通道食道管雙極電極來采集微弱的膈肌肌電信號，獲得的微弱的膈肌肌電信號先放大處理后再進行模數(shù)轉(zhuǎn)換；將采集獲得的混有干擾信號的膈肌肌電信號進行濾波降噪，該濾波包括依次進行高通濾波、低通濾波、50Hzエ頻濾波和ECG心電干擾小波濾波，可采用《生物醫(yī)學工程學雜志》2009年12月第6期公開的《基于肌電圖的呼吸機人機同步新方法的研究》中提到的膈肌肌電信號信號提取/處理方法，或采用《中國生物醫(yī)學工程學報》2009年12月第6期公開的《結(jié)合QRS檢測和小波閾值的膈肌肌電信號降噪方法》中提到的膈肌肌電信號信號提取/處理方法，從而獲得膈肌肌電信號，膈肌肌電信號放大1000倍后的波形曲線如圖2所示，其呈ー強波、弱波間隔分布的波形曲線。(2)膈肌肌電信號的波峰峰值如圖2所示的ai、a2、a3、aノ ,a2 ; ,a3 ;，對處理后的膈肌肌電信號的波峰峰值的絕對值a進行以下邏輯判斷，并作出相應的控制動作·(2) 一1若a〈0. 5 μ V，此時無法自主膈肌起搏，控制體外膈肌起搏器以1(Γ 2次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流，同時觸發(fā)呼吸機進行輔助通氣模式的送氣；(2) — 2若0. 5彡a彡1. 0 μ V，此時仍需膈肌起搏器輔助，控制體外膈肌起搏器以5^8次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流，同時觸發(fā)呼吸機進行輔助通氣模式的送氣；(2) — 3若1. 0〈a ^ 2. 0 μ V，此時可自主膈肌起搏，控制體外膈肌起搏器以3 4次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流，同時觸發(fā)呼吸機進行輔助通氣模式的送氣；(2) — 4若未采集到膈肌肌電信號，則控制呼吸機按控制通氣模式進行機械通氣，即由呼吸機按預設參數(shù)啟動后備通氣功能，同時控制體外膈肌起搏器以61次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流。其中，膈肌起搏器從開始發(fā)出電刺激后，持續(xù)電刺激3(Γ40分鐘后暫停電刺激，并按每24小時2 3次的頻率啟動下一周期的電刺激，每周期持續(xù)電刺激3(Γ40分鐘后暫停，如此循環(huán)往復；呼吸機則在膈肌起搏器暫停時按現(xiàn)有常規(guī)的臨床通氣方式進行工作。呼吸機的輔助通氣模式(AV)是現(xiàn)有呼吸機的常規(guī)通氣模式，是ー種壓カ或流量起動、容量限定、容量切換的通氣方式，可保持呼吸機工作與病人吸氣同步，以利病人呼吸恢復，并減少病人作功，其包括步間歇指令通氣模式(SIMV)、壓カ支持通氣模式(PSV)、持續(xù)氣道內(nèi)正壓模式(CPAP )等。輔助通氣模式下的這些通氣模式的預選擇、參數(shù)預設置由臨床醫(yī)生根據(jù)具體情況來決定。呼吸機的控制通氣模式(CV)也是現(xiàn)有呼吸機的常規(guī)通氣模式，定時起動，與病人的自主呼吸周期無關(guān)，即屬于非同步的通氣模式，其包括容量控制通氣模式(VCV)、壓カ控制通氣模式(PCV)?？刂仆饽Ｊ较碌倪@些通氣模式的預選擇、參數(shù)預設置由臨床醫(yī)生根據(jù)具體情況來決定。上述步驟⑵一 1 3所述的同時觸發(fā)呼吸機可以采用負壓觸發(fā)方式，即根據(jù)對膈肌肌電信號的不同的判斷結(jié)果，負壓發(fā)生器產(chǎn)生預定負壓，負壓發(fā)生器產(chǎn)生負壓后維持Is左右負壓，呼吸機即可自主工作，此負壓觸發(fā)呼吸機以輔助通氣模式送氣。上述步驟⑵一1 3所述的同時觸發(fā)呼吸機還可以采用膈肌肌電信號直接觸發(fā)的方式，即根據(jù)對膈肌肌電信號的不同的判斷結(jié)果產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)呼吸機以輔助通氣模式送氣。
膈肌起搏器發(fā)出刺激電流后，對實時獲得的步驟⑴的膈肌肌電信號的同一正半波的波峰與前一波峰的間隔時間t進行以下的邏輯判斷，其間隔時間t如圖2中所示的間隔時間 tp t2、t3 (a)若t〈5s，則放棄發(fā)出刺激電流及負壓觸發(fā)呼吸機；(b)若5s < t < 10s，返回步驟(2)判斷該一波峰的峰值并對應動作；(c)若t>10s，控制執(zhí)行(2) — 4所述的未采集到膈肌肌電信號時的動作；考慮患者處于窒息或探測電極脫落，改由呼吸機按控制通氣模式進行機械通氣，即按預設參數(shù)啟動后備通氣，病人的呼吸完全由呼吸機控制通氣，同時報警。對實時獲得的步驟(1)的膈肌肌電信號的同一負半波的波峰與前一波峰的間隔時間t進行上述方法的邏輯判斷，如圖2所示的間隔時間h '、t2'、t3'。
如圖1、圖Γ5所示，ー種與呼吸機聯(lián)動的體外膈肌起搏裝置，包括體外膈肌起搏器、用于在呼吸機的病人端產(chǎn)生負壓的負壓發(fā)生器以及依次相連的用于獲取膈肌肌電信號的膈肌肌電信號采集模塊、用于對膈肌肌電信號進行處理的信號處理模塊、用于分析判斷膈肌肌電信號的微處理器、用于聯(lián)動控制的單片機和用于膈肌起搏的體外膈肌起搏器，負壓發(fā)生器具有用于接入呼吸機的病人端1的負壓發(fā)生端2，膈肌肌電信號采集模塊采集的膈肌肌電信號經(jīng)信號處理模塊進行信號處理，然后由微處理器分析判斷處理后的膈肌肌電信號，微處理器根據(jù)處理后的膈肌機電信號的強弱和膈肌機電信號時序上同一正半波或同一負半波的相鄰波峰的時間間隔來分別輸出對應控制信號至單片機，再由單片機輸出對應控制信號一路觸發(fā)體外膈肌起搏器工作，另一路觸發(fā)控制負壓發(fā)生器啟/停，由負壓發(fā)生端產(chǎn)生負壓，以聯(lián)動觸發(fā)外部的呼吸機工作。其中，信號處理模塊包括依次相連的信號放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和用于膈肌肌電信號濾波的數(shù)字信號處理器，膈肌肌電信號采集模塊輸出的膈肌肌電信號經(jīng)信號放大器放大后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過數(shù)字信號處理器進行濾波后輸出。如圖3所示，本實施例的膈肌肌電信號采集模塊是八通道食道管雙極電極，所采集的膈肌肌電信號由8通道前置信號放大器經(jīng)腳3増益放大后送至AD7866A-D模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，信號放大器型號為INA337。隨后，在數(shù)字信號處理器TMS320VC5416內(nèi)進行高通濾波(10Hz)、低通濾波(1kHz)和小波濾波(對ECG干擾)，濾波降噪程序流程圖見圖7。如圖4所示，本裝置還設有用于顯示工作狀態(tài)的顯示器及顯示驅(qū)動電路，微處理器具有顯示信號輸出端，該顯示信號輸出端經(jīng)顯示驅(qū)動電路與顯示器相連；如圖6所示，對外部呼吸機的聯(lián)動觸發(fā)控制通過負壓發(fā)生器實現(xiàn)，將負壓發(fā)生器的負壓發(fā)生端2旁接至呼吸機的病人端1，令呼吸機的呼氣、吸氣管路內(nèi)部產(chǎn)生負壓而產(chǎn)生氣體流動，從而觸發(fā)啟動呼吸機工作。如圖5所示，本實施例中，體外膈肌起搏器的輸出為兩通路，用于輸出兩路電刺激。其輸出的電刺激脈沖參數(shù)頻率為40Hz、脈寬為0. 3ms和幅度為0-120V自動調(diào)節(jié)。負壓發(fā)生器的的控制由單片機89C2051觸發(fā)脈沖觸發(fā)負壓發(fā)生器產(chǎn)生_3至-5厘米水柱負壓，使連接于呼吸機氣管插管的內(nèi)徑為的0. 3膠管產(chǎn)生負壓，從而觸發(fā)設置在輔助通氣模式/控制通氣模式的呼吸機進行通氣支持，讓患者在膈肌起搏的同時獲得機械通氣支持。微處理器作為上位機,芯片型號為AT89C52,數(shù)字信號處理器作為下位機,芯片型號為TMS320VC5416，上位機與下位機主從連接實現(xiàn)膈肌肌電信號的采集和分析處理。經(jīng)過數(shù)字信號處理器芯片TMS320VC5416處理過的膈肌肌電信號經(jīng)其數(shù)據(jù)ロ D0-D7傳送到微處理器AT89C52的P1-P7輸入端。在微處理器內(nèi)，如圖4所示，膈肌肌電信息及裝置的工作狀態(tài)信息經(jīng)P2. 0 ロ傳送至顯示器顯示。單片機是微處理器的另ー下位機，單片機的芯片型號為89C2051。
如圖5所示，體外膈肌起搏器的起搏量通過微處理器AT89C52的P3. 2 ロ的輸出來控制單片機89C2051的P3. 1輸入端。此外，對負壓發(fā)生器的控制信號為ー個單位脈沖。由微處理器AT89C52的P3. 4 ロ發(fā)出到單片機89C2051的P3. 3端ロ，單片機輸出的同步聯(lián)動控制信號，經(jīng)單片機的P3. 2 ロ控制負壓發(fā)生器和徑單片機的P1. 2 ロ控制體外膈肌起搏器，實現(xiàn)呼吸機和體外膈肌起搏器聯(lián)動。本發(fā)明的實施方式不限于此，根據(jù)上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均可實現(xiàn)本發(fā)明目的。
權(quán)利要求
1.一種體外膈肌起搏與呼吸機協(xié)同送氣的方法，其特征在于包括如下步驟 (1)將采集獲得的混有干擾信號的膈肌肌電信號(EAdi)進行濾波降噪，獲得處理后的膈肌肌電信號； (2)對處理后的膈肌肌電信號的波峰峰值的絕對值a進行以下邏輯判斷，并作出相應的控制動作 (2) — I若a〈0. 5 μ V，控制體外膈肌起搏器以1(Γ12次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流，同時觸發(fā)呼吸機進行輔助通氣模式的送氣； (2) —2若O. 5彡a彡I. O μ V，控制體外膈肌起搏器以5 8次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流，同時觸發(fā)呼吸機進行輔助通氣模式的送氣； (2)—3若I. 0<a ( 2. O μ V，控制體外膈肌起搏器以3 4次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流，同時觸發(fā)呼吸機進行輔助通氣模式的送氣； (2)— 4若未采集到膈肌肌電信號，則控制呼吸機按控制通氣模式進行機械通氣，即由呼吸機按預設參數(shù)啟動后備通氣功能，同時控制體外膈肌起搏器以61次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流； 其中，膈肌起搏器從開始發(fā)出電刺激后，持續(xù)電刺激3(Γ40分鐘后暫停電刺激，并按每24小時3次的頻率啟動下一周期的電刺激，每周期持續(xù)電刺激3(Γ40分鐘后暫停，如此循環(huán)往復；呼吸機則在膈肌起搏器暫停時按現(xiàn)有的臨床通氣方式進行工作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的體外膈肌起搏與呼吸機協(xié)同送氣的方法，其特征在于所述步驟(2) -I 3所述的同時觸發(fā)呼吸機可以采用負壓觸發(fā)方式，即根據(jù)對膈肌肌電信號的不同的判斷結(jié)果，負壓發(fā)生器產(chǎn)生預定負壓，此負壓觸發(fā)呼吸機以輔助通氣模式送氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的體外膈肌起搏與呼吸機協(xié)同送氣的方法，其特征在于所述步驟(2) —I 3所述的同時觸發(fā)呼吸機還可以采用膈肌肌電信號直接觸發(fā)的方式，即根據(jù)對膈肌肌電信號的不同的判斷結(jié)果產(chǎn)生觸發(fā)信號，觸發(fā)呼吸機以輔助通氣模式送氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的體外膈肌起搏與呼吸機協(xié)同送氣的方法，其特征在于增加對實時獲得的步驟(I)的膈肌肌電信號的同一正半波或同一負半波的波峰與前一波峰的間隔時間t進行以下的邏輯判斷； Ca)若t〈5s，則放棄發(fā)出刺激電流及負壓觸發(fā)呼吸機； (b)若5s< t < 10s，返回步驟(2)判斷該一波峰的峰值并對應動作； (c)若t>10s，控制執(zhí)行(2)-4所述的未采集到膈肌肌電信號時的動作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的體外膈肌起搏與呼吸機協(xié)同送氣的方法，其特征在于所述步驟(I)中，對混有干擾信號的膈肌肌電信號的濾波包括依次進行的高通濾波、低通濾波、50Hz工頻濾波和ECG心電干擾小波濾波。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的體外膈肌起搏與呼吸機協(xié)同送氣的方法，其特征在于所述步驟(I)中，對混有干擾信號的膈肌肌電信號的濾波包括依次進行的高通濾波、低通濾波、50Hz工頻濾波和ECG心電干擾小波濾波。
7.一種應用上述方法的與呼吸機聯(lián)動的體外膈肌起搏裝置，包括體外膈肌起搏器，其特征是還設置有負壓發(fā)生器和用于獲取膈肌肌電信號的膈肌肌電信號采集模塊、用于對膈肌肌電信號進行處理的信號處理模塊、用于分析判斷膈肌肌電信號的微處理器、用于聯(lián)動控制的單片機，所述負壓發(fā)生器具有用于接入呼吸機的病人端的負壓發(fā)生端，所述膈肌肌電信號采集模塊采集的膈肌肌電信號經(jīng)信號處理模塊進行信號處理，然后由微處理器分析判斷處理后的膈肌肌電信號，根據(jù)處理后的膈肌機電信號的強弱和膈肌機電信號時序上同一正半波或同一負半波的相鄰波峰的時間間隔來分別輸出對應控制信號至單片機，再由單片機輸出對應控制信號一路觸發(fā)體外膈肌起搏器工作，另一路觸發(fā)控制負壓發(fā)生器啟/停，由負壓發(fā)生端產(chǎn)生負壓，以聯(lián)動觸發(fā)外部的呼吸機工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的與呼吸機聯(lián)動的體外膈肌起搏裝置，其特征在于所述信號處理模塊包括依次相連的信號放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和用于膈肌肌電信號濾波的數(shù)字信號處理器，所述膈肌肌電信號采集模塊輸出的膈肌肌電信號經(jīng)信號放大器放大后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過數(shù)字信號處理器進行濾波后輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的與呼吸機聯(lián)動的體外膈肌起搏裝置，其特征在于所述體外膈肌起搏裝置還加設有顯示驅(qū)動電路和用于顯示工作狀態(tài)的顯示器，所述微處理器具有顯示信號輸出端，該顯示信號輸出端經(jīng)顯示驅(qū)動電路與顯示器相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種體外膈肌起搏與呼吸機協(xié)同送氣的方法，包括如下步驟(1)將膈肌肌電信號進行濾波降噪；(2)對處理后的膈肌肌電信號的波峰峰值的絕對值a進行以下判斷若a<0.5μV，控制體外膈肌起搏器以10~12次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流，同時觸發(fā)呼吸機進行輔助通氣模式的送氣；若0.5≤a≤1.0μV，控制體外膈肌起搏器以5~8次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流，同時觸發(fā)呼吸機進行輔助通氣模式的送氣；若1.0<a≤2.0μV，控制體外膈肌起搏器以3~4次/分鐘的頻率發(fā)出刺激電流，同時觸發(fā)呼吸機進行輔助通氣模式的送氣。本發(fā)明還公開一種與呼吸機聯(lián)動的體外膈肌起搏裝置。本發(fā)明將膈肌起搏引入急診和重癥醫(yī)療的機械通氣中，讓膈肌更多地參與到機械通氣過程中。
文檔編號A61N1/36GK102949770SQ20121044891
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月9日
發(fā)明者張紅璇, 陳家良, 詹文鋒, 毛衣理, 陳淼 申請人:張紅璇