用于預(yù)測呼吸功的方法及設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種使用適應(yīng)性數(shù)學模型根據(jù)附接至患者的氣道壓力傳感器和氣道流量傳感器來創(chuàng)建對生理性患者呼吸努力和強制性患者呼吸努力二者的非侵入性預(yù)測的方法。通常經(jīng)由呼吸功、呼吸功率或者食道壓力的壓力時間乘積來測量患者努力，并且患者努力對于適當?shù)卣{(diào)節(jié)用于使患者自發(fā)地呼吸的通氣支持來說是重要的。計算該非侵入性預(yù)測的方法是基于使用從上述的傳感器得到的多個參數(shù)的線性計算或非線性計算的。
【專利說明】用于預(yù)測呼吸功的方法及設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及呼吸治療和生理學領(lǐng)域，包括呼吸機和呼吸監(jiān)測技術(shù)，并且，更特別地，涉及用于預(yù)測患者的生理性呼吸功和強制性呼吸功的方法和設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]機械通氣支持已經(jīng)被廣泛接受為用于醫(yī)治呼吸衰竭的患者的有效治療形式和裝置。通氣是將氧氣傳送至肺中的肺泡并且從肺中的肺泡沖走二氧化碳的過程。當接收通氣支持時，患者成為復(fù)雜的交互系統(tǒng)的一部分，該交互系統(tǒng)被期望提供充足的通氣并且促進氣體交換，以幫助患者的穩(wěn)定和恢復(fù)。被通氣的患者的臨床治療常常需要監(jiān)測患者的呼吸，以檢測呼吸模式中的中斷或不規(guī)律，用于觸發(fā)呼吸機以啟動輔助呼吸，并且用于周期性地中斷輔助呼吸以使患者免于對輔助呼吸方式的依賴，從而恢復(fù)患者獨立呼吸的能力。
[0003]在患者由于呼吸衰竭、睡眠呼吸暫停、術(shù)后護理或其他情形而需要機械通氣的實例中，可以使用多種機械呼吸機。大多數(shù)現(xiàn)代的呼吸機允許臨床醫(yī)生經(jīng)由對呼吸機通用的呼吸機設(shè)置控件來獨立地或結(jié)合地選擇和使用若干吸入模式。一些呼吸機(例如為非侵入性通氣(NIV)設(shè)計的呼吸機)主要利用罩接口并且可以使用非常少的設(shè)置的選擇非常簡單地進行操作，通常是在吸入期間具有或不具有更高水平的壓力支持的一些基線壓力水平。
[0004]呼吸機中可用的呼吸模式可以定義為三大類:自發(fā)的、輔助的或受控的。在沒有其他通氣模式的自發(fā)通氣期間，患者以其自身的節(jié)奏進行呼吸，但是系統(tǒng)內(nèi)的以上環(huán)境的其他干涉會影響包括呼吸量和基線壓力的其他通氣參數(shù)。在輔助通氣中，患者通過以不同的程度降低基線壓力來啟動吸入，并且然后呼吸機通過應(yīng)用正壓力完成呼吸來“輔助”患者。在受控通氣期間，患者不能自發(fā)地呼吸或者啟動呼吸，并且因此依靠呼吸機進行每次呼吸。在自發(fā)通氣或輔助通氣期間，患者需要通過使用呼吸肌來“做功”(到不同程度)，以進行呼吸。
[0005]由被插管或者被附接至呼吸機時進行吸氣的患者進行的總呼吸功(啟動并維持呼吸的功)可以被分成兩大部分:生理性呼吸功(患者的呼吸功，“WOBp”)以及呼吸設(shè)備(例如，氣管內(nèi)的管或者其他形式的患者接口及呼吸機)的強制阻性呼吸功或者強制性呼吸功(“WOBi”)。總呼吸功(“W0B”)可以被測量并且可以以焦耳/升的通氣的方式被定量。在過去，已經(jīng)提出了下述技術(shù):對患者提供通氣治療，以用于通過減小維持呼吸的總呼吸功來提高患者的呼吸努力。還已經(jīng)研發(fā)了其他技術(shù)，其有助于減少觸發(fā)呼吸機系統(tǒng)“啟動”以輔助患者呼吸所需要的患者的吸氣功?？梢云谕氖菧p少患者在這些階段中的每個階段中耗費的努力，這是因為高的總呼吸功負荷會對虛弱的患者造成進一步傷害或者會超過幼小患者或傷殘患者的承受力或能力。
[0006]此外，由于在確定何時從患者拔去管子或者移除通氣支持時，患者的強制性呼吸功(WOBi)是非常關(guān)鍵的，所以可以期望的是對患者的強制性呼吸功進行定量。較高的功負荷傾向于創(chuàng)建快速且淺的呼吸模式(高頻率和低呼吸量)?？焖偾覝\的呼吸通常是拔管成功的相反標志。然而，如果此較高的功負荷主要由大的強制性呼吸功引起，以使得大多數(shù)過量功由呼吸設(shè)備引起，貝1J拔管成功率更高("Elevated imposed work of breathingmasquerading as ventilator weaning intolerance.(偽裝為呼吸機免依賴的不耐性的升高的強制性呼吸功)"Chest.1995 Oct.;108 (4): 10215)。
[0007]上世紀60年代中期之前的早期的機械呼吸機被設(shè)計成支持肺泡通氣并且對由于神經(jīng)肌肉損傷而不能呼吸的患者提供補充的氧氣。從那時起，機械呼吸機已經(jīng)響應(yīng)于對肺部病理生理學的不斷理解而變得越來越精密和復(fù)雜。在努力提升患者對機械通氣的耐受性中，研發(fā)了輔助通氣模式或患者觸發(fā)的通氣模式。在上世紀70年代間歇強制通氣(IMV)變得可用時，機械支持補充自發(fā)通氣的局部正壓通氣(PPV)支持對于手術(shù)室外的成年人來說成為可能。不斷研發(fā)了滿足嚴重受傷患者的需求的各種“可替選的”通氣模式。類似地，已經(jīng)研發(fā)出便于使用的小型呼吸機，以支持需要較少的支持的患者。這些呼吸機通常利用非侵入性機制(罩、鼻插管、全頭袋等)來與患者進行聯(lián)接。
[0008]近年來，已經(jīng)將微處理器引入到現(xiàn)代呼吸機中。微處理器呼吸機通常配備有監(jiān)測每次呼吸的流量、壓力、容積并且得出機械呼吸參數(shù)的傳感器。傳感器的“精確地”感測并轉(zhuǎn)換的能力與計算機技術(shù)結(jié)合，使得臨床醫(yī)生、患者及呼吸機之間的交互相比之前更精細。現(xiàn)有技術(shù)的微處理器控制的呼吸機由于放置了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號所需要的傳感器而承受減弱的精度。因此，研發(fā)了復(fù)雜的算法，以使呼吸機可以基于每次呼吸來“估計”患者的肺中實際上發(fā)生了什么。實際上，計算機控制的現(xiàn)有技術(shù)的呼吸機受限于試圖模仿提供給患者的呼吸機支持中的因果關(guān)系的數(shù)學算法的精度、可靠性及性質(zhì)。
[0009]輔助通氣系統(tǒng)的整體性能由生理因素和機械因素二者確定。包括肺病的性質(zhì)、患者的通氣努力以及很多其他生理變量的生理決定因素隨時間發(fā)生變化并且難以診斷。此夕卜，醫(yī)生向來對這些決定因素具有相對少的控制。另一方面，對系統(tǒng)的機械輸入在很大程度上是受控的并且其合理的特征在于可以檢查呼吸機流量、容積和/或壓力的參數(shù)。優(yōu)化的通氣輔助需要既能將生理功負荷適當?shù)販p小到可承受水平，又能將強制性阻性功負荷降低至零。實現(xiàn)這二者應(yīng)當確保對患者既不過度施壓也不過度支持。不充足的通氣支持產(chǎn)生對患者已經(jīng)受損的呼吸系統(tǒng)的不必要的需求，從而引起或增加呼吸肌疲勞。過度的通氣支持將患者置于肺氣壓損傷、呼吸肌功能失調(diào)以及機械通氣的其他并發(fā)癥的危險中。
[0010]除了總呼吸功(WOB)之外，還存在對患者努力的其他測量，包括呼吸功率(POB)、完成總呼吸功的速率以及壓力時間乘積(PTP)，在呼吸期間由胸膜壓力的減小量乘以時間的復(fù)合乘積。這些方法在測量患者努力的目標方面相似，但是以不同的方式進行計算并且提供對患者努力的不同的測量。
[0011]雖然已經(jīng)將總呼吸功(及其替代物)認為是用于適當?shù)卦O(shè)置呼吸機的重要的參數(shù)，但是由于難以獲得總呼吸功的值，所以仍然保持不能大量的使用總呼吸功。使用患者呼吸的胸膜壓力與容積曲線圖來定義生理性呼吸功。胸膜是包圍肺的兩層膜并且包括在胸膜的內(nèi)層和外層之間的潤滑流體。在呼吸期間，呼吸肌通過對胸膜施加力來壓縮肺或者擴張肺。因此胸膜空間中的壓力表示呼吸努力?；颊叩纳硇院粑κ菑挠覀?cè)的胸腔壁順應(yīng)性線到左側(cè)的胸膜壓力與容積回路的區(qū)域(參見圖1)。由于胸膜壓力非常難以得到并且在胸膜空間中的不同位置處胸膜壓力可以是不同的，所以胸模壓力的典型替代物是食道壓力。通常通過在心臟與胃之間的食道中放置氣球來獲得食道壓力。
[0012]同樣地，雖然已經(jīng)將強制性呼吸功看作為用于適當?shù)卦O(shè)置呼吸機的重要的參數(shù)，但是由于難以獲得強制性呼吸功的值，所以仍然保持不能大量的使用強制性呼吸功。強制性呼吸功是在自發(fā)吸入期間限定在氣管的壓力呼吸容積回路內(nèi)的基線壓力之下的區(qū)域。通常，這是通過使用插入至氣管中的或者插入到氣管在其遠端處開放的一側(cè)中的管腔中的導(dǎo)管來實現(xiàn)。然后，將這些裝置附接至壓力轉(zhuǎn)換器，以測量氣管壓力。使用這些裝置的最大的難度是這些裝置存在的惡劣的環(huán)境以及這些裝置變的阻塞的傾向。因為這個原因及其他原因，難以可靠地測量氣管壓力并且因此不能正常地使用氣管壓力。
[0013]美國專利5，316，009描述了這樣一種設(shè)備，其用于基于測量的肺的阻力和彈力來監(jiān)測呼吸肌活動，并且然后根據(jù)運動的標準公式Paw = Pmus+R*flow+V/C來計算稱為Pmus的值。還公開了對Pmus的PTP (不是標準PTP)以及不必要是實際WOB的“功”Wmus的計算。由5，316，009專利教導(dǎo)的方法的問題是，難以對自發(fā)地呼吸的患者測量Pmus，這是因為對于Pmus為了與“功”相關(guān)聯(lián)，必須非常精確地計算參數(shù)R和參數(shù)C。此外，非常難以準確地獲得具有呼吸機支持的自發(fā)呼吸的患者的R和C。
[0014]已經(jīng)提出了將在患者啟動呼吸之后0.1秒時的阻塞壓力(P0.1)作為呼吸功的指示。P0.1可以基于食道壓力或氣道壓力。食道壓力P0.1是侵入性的，但是與呼吸功非常好的關(guān)聯(lián)。氣道壓力P0.1是非侵入性的，但是幾乎不能與呼吸功關(guān)聯(lián)得那么好。
[0015]針對呼吸系統(tǒng)存在包括美國專利第6，439，229號、第6，390, 091號、第6，257，234號、第 6，068，602 號、第 6，027，498 號、第 6，019，732 號、第 5，941，841 號、第 5，887，611 號、第5，876，352號、第5，807，245號及第5，682，881號的許多其他專利，這些許多其他專利通過引用并入本文中。
[0016]因此，本領(lǐng)域中需要這樣的系統(tǒng)和方法，其非侵入性地且精確地預(yù)測患者的生理性呼吸功和強制性呼吸功。本發(fā)明被設(shè)計以滿足此需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]廣義地說，本發(fā)明提供了用于非侵入性地預(yù)測(估計)生理性呼吸功(由患者進行呼吸所耗費的努力量)和強制性呼吸功(由被呼吸設(shè)備強制的患者耗費的努力量)的方法和設(shè)備。通常被非侵入地計算為(強制性和/或生理性)呼吸功(WOB)、呼吸功率(POB)或壓力時間乘積(PTP)的該努力在確定用于支持患者的呼吸的呼吸機的最合適的設(shè)置時是有用的。測量患者努力允許避免呼吸肌疲勞和呼吸肌功能失調(diào)的合適的通氣支持。測量強制性患者努力通過允許要被驅(qū)動至零的強制性努力來允許更合適的通氣支持，以模擬更自然的呼吸并且還作為重要的拔管準則。
[0018]在本發(fā)明的一個方面，該方法包括使用非侵入地采集的預(yù)定參數(shù)，例如使用標準呼吸監(jiān)測器采集的那些參數(shù)，來創(chuàng)建患者的吸氣努力的數(shù)學模型。呼吸監(jiān)測器通常包括測量流入患者和流出患者的流量的氣道壓力傳感器和氣道流量傳感器，并且常常還有二氧化碳傳感器和脈搏血氧計。根據(jù)這些時間波形，可以選擇性地得到用于表征患者的呼吸和/或患者與呼吸機的交互的不同的方面的各種參數(shù)。這些參數(shù)包括被提取以準確地估計患者努力的信息。
[0019]更具體地，本發(fā)明的方法包括使用從監(jiān)測患者和/或呼吸機的傳感器得到的多個參數(shù)的組合來估計實際的患者努力參數(shù)的方法?；颊吲?shù)可以是表示由患者進行呼吸所做出的努力的任何參數(shù)，包括但不限于呼吸功、呼吸功率或壓力時間乘積。
[0020]在此方法中，優(yōu)選地根據(jù)由呼吸監(jiān)測器正常地采集的氣道壓力、氣道流量及氣道容積以及二氧化碳和脈搏血氧計波形來得到參數(shù)，包括但不限于呼吸量、呼吸頻率、呼吸峰壓(PIP)、吸氣時間、P0.1、觸發(fā)時間、觸發(fā)深度、呼吸系統(tǒng)阻力、呼吸順應(yīng)性、呼吸末二氧化碳、脈搏血氧計體積描記圖中的變化以及壓力波形的凹/凸。
[0021]該方法包括使用參數(shù)的線性組合或者參數(shù)的非線性組合，包括但不限于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、專家混合模型或多項式模型。此外，多個不同的模型可以用于估計不同子組的患者的患者努力。這些子組可以以各種方式確定，包括但不限于患者調(diào)節(jié)(病理生理學)、患者生理參數(shù)(肺阻力或肺順應(yīng)性)或其他參數(shù)。
[0022]在本發(fā)明的優(yōu)選方面中，用于估計患者的呼吸功的方法包括使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基于輸入數(shù)據(jù)來提供患者的呼吸功信息，其中，輸入數(shù)據(jù)包括以下參數(shù)中至少之一:由呼吸監(jiān)測器正常地采集的氣道壓力、氣道流量、氣道容積、二氧化碳流量及脈搏血氧計體積描記圖波形，包括但不限于呼吸量、呼吸頻率、吸氣峰壓(PIP)、吸氣時間、POI (參見參考)、觸發(fā)時間、觸發(fā)深度、呼吸系統(tǒng)阻力、呼吸順應(yīng)性、呼吸末二氧化碳、脈搏血氧計體積描記圖中的變化以及壓力波形的凹/凸，其中，呼吸功信息被設(shè)置為輸出變量。
[0023]在上述方法中，通過對試驗患者群體的臨床試驗來訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以獲得教導(dǎo)數(shù)據(jù)，教導(dǎo)數(shù)據(jù)包括上述輸入信息。將教導(dǎo)數(shù)據(jù)提供至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由此訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來提供與呼吸功對應(yīng)的輸出變量。教導(dǎo)數(shù)據(jù)還包括食道壓力和/或氣管壓力。
[0024]作為用于估計患者的(生理性和/或強制性)呼吸功的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)首先接收通過對試驗患者群體的臨床試驗獲得的作為輸入的主要教導(dǎo)數(shù)據(jù)，由此神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學習教導(dǎo)數(shù)據(jù)并且被訓(xùn)練，以提供針對呼吸功的輸出變量，以使得在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)接收從患者獲得的以上述參數(shù)的形式的患者輸入數(shù)據(jù)時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供用于估計針對該患者的呼吸功的輸出變量。
[0025]可以以多種方式實現(xiàn)本發(fā)明，包括作為系統(tǒng)(包括計算機處理系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))、方法(包括采集并處理輸入數(shù)據(jù)的計算機化方法以及用于估計這些數(shù)據(jù)，以提供一個或更多個輸出的方法)、設(shè)備、計算機可讀介質(zhì)、計算機程序產(chǎn)品或者確切地固定在計算機可讀存儲器中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。下面討論本發(fā)明的若干實施方式。
[0026]作為系統(tǒng)，本發(fā)明的實施方式包括具有輸入裝置和輸出裝置的處理器單元。處理器單元運行以接收輸入?yún)?shù)、處理輸入并且提供與呼吸功對應(yīng)的輸出。然后此輸出可以用于控制外部裝置，例如呼吸機?？梢杂筛鞣N方式例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、并聯(lián)分布式處理系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的處理。
[0027]作為預(yù)測(生理性和/或強制性)呼吸功的方法，該方法包括優(yōu)選地通過使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理預(yù)定輸入變量(參數(shù))。
[0028]作為包括程序指令的計算機可讀介質(zhì)，本發(fā)明的實施方式包括:用于接收輸入變量的計算機可讀代碼裝置、用于處理輸入的計算機可讀代碼裝置以及用于提供呼吸功的輸出指示的計算機可讀代碼裝置。在優(yōu)選實施方式中，處理包括利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。該方法還可以包括響應(yīng)于獲得的輸出來控制呼吸機。
[0029]本發(fā)明的方法可以實現(xiàn)為具有其上有代碼的計算機可讀介質(zhì)的計算機程序產(chǎn)品。該程序產(chǎn)品包括程序以及攜帶程序的信號攜帶介質(zhì)。
[0030]作為設(shè)備，本發(fā)明可以包括至少一個處理器、耦接至處理器的存儲器以及存在于存儲器中的實現(xiàn)本發(fā)明的方法的程序。
[0031]根據(jù)下面結(jié)合附圖的詳細描述，借助于示例示出了本發(fā)明的原理，本發(fā)明的其他方面和優(yōu)點將變得明顯。
[0032]本文中所提及的或列舉的，或者已經(jīng)根據(jù)其做出要求優(yōu)先權(quán)的權(quán)益的所有的專利、專利申請、臨時申請及公開通過引用將其與本說明書的明確的教導(dǎo)不一致的全部內(nèi)容并入本文中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]為了獲得其中本發(fā)明的上述優(yōu)點及其他優(yōu)點和目標的方式，將參考附圖中示出的本發(fā)明的【具體實施方式】來闡述上面簡要描述的本發(fā)明的更具體的描述。要理解的是，這些附圖僅描繪了本發(fā)明的典型實施方式而并不由此此認為限制本發(fā)明的范圍，將通過使用附圖使用另外的特征和細節(jié)來描述和闡述本發(fā)明，在附圖中:
[0034]圖1是示出了彈性功、胸腔壁存儲的能量及阻性功的胸膜壓力的圖示；
[0035]圖2描繪了針對呼吸機上的患者的本發(fā)明的一個方面的方法；
[0036]圖3描繪了呼吸功率的非線性預(yù)測的圖表；
[0037]圖4描繪了示出隱藏層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；以及
[0038]圖5描繪了具有反向傳播的適應(yīng)性系統(tǒng)的輸入和輸出。

【具體實施方式】
[0039]現(xiàn)在參考附圖，將描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[0040]在圖2中描繪的實施方式中，需要呼吸支持并且連接至呼吸機12的患者10將具有氣道流量和壓力傳感器14，并且可以具有附接在患者接口 11處的二氧化碳檢測器。取決于呼吸機，可以存在呼氣分支和/或吸氣分支16?；颊呓涌?11可以是侵入性的或非侵入性的。例如，患者接口可以是用于對患者提供通氣的管、鼻罩或鼻插管、鼻導(dǎo)管/鼻枕、面罩或其他裝置。
[0041]這些傳感器例如14測量流入患者或者從患者流出的氣體中的流量、壓力及二氧化碳的部分壓力。在信號處理器20中使用模擬信號處理或數(shù)字信號處理預(yù)處理這些原始信號18，以凈化信號、除去傳感器偏差和偏置等。然后，在參數(shù)提取模塊22中處理這些信號，以根據(jù)流量數(shù)據(jù)、壓力數(shù)據(jù)及C02數(shù)據(jù)來計算各種其他參數(shù)。例如，通過在吸氣循環(huán)將流量結(jié)合到患者中來計算呼吸量；通過在呼吸期間確定最大壓力來計算吸氣峰壓；通過在呼吸的第一個十分之一秒期間測量氣道壓力的變化來計算P0.1 ;可以通過將模型(例如線性模型)適應(yīng)性地適配于氣道壓力信號、氣道流量信號及氣道容積信號來計算呼吸系統(tǒng)阻力和順應(yīng)性；等等。在本發(fā)明的一個方面，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)24可以被設(shè)置成對參數(shù)進行建模，以使得可以通過控制器26來控制呼吸機。
[0042]為了創(chuàng)建模型(訓(xùn)練階段)，可以從一個或更多個患者采集患者信息。獲得試驗數(shù)據(jù)(輸入數(shù)據(jù)及期望的輸出數(shù)據(jù)二者均用于創(chuàng)建將預(yù)測患者努力的模型)的方法如下:
[0043]將可充氣的氣球放置在患者的食道中并且將導(dǎo)管放置在患者的氣管中。對氣球部分地充氣并且創(chuàng)建將食道壓力傳輸至連接至導(dǎo)管的末端的壓力傳感器的閉合回路，該導(dǎo)管連接至氣球。壓力傳感器讀取作為胸膜壓力(圖1)的替代的氣管壓力和食道壓力。將正常呼吸期間的食道壓力下降繪制到壓力容積曲線圖上，并且創(chuàng)建回路并將回路與胸腔壁順應(yīng)性線結(jié)合，以計算呼吸功。可以使用從食道壓力減去經(jīng)縮放和移位的版本的ECG或體積描記圖的適應(yīng)性噪聲消除技術(shù)來首先清除心臟干擾的食道壓力。可以通過麻痹患者并且測量隨著正壓力呼吸而在回路中的食道壓力升高來計算胸腔壁順應(yīng)性。很多研究發(fā)現(xiàn)，0.1升/厘米的H20是合適的平均值。該曲線圖被稱為坎貝爾(Campbell)圖并且是用于根據(jù)所測量的食道壓力來計算患者吸氣呼吸功或生理性呼吸功的方法。針對插管的患者，可以通過將氣管壓力下降和與總呼吸功相似的容積波形(除了胸腔壁順應(yīng)性之外)相結(jié)合來計算強制性呼吸功。針對總努力與強制性努力二者，將呼吸功率計算為呼吸功的每分鐘平均值。除了使用壓力-時間軸結(jié)合代替壓力-容積之外，正如WOB那樣測量壓力時間乘積(PTP)?？梢詫⒑粑?生理性呼吸功和強制性呼吸功二者)、呼吸功率和壓力時間乘積用作為系統(tǒng)的輸出變量。這些是優(yōu)選系統(tǒng)的三個主要的“期望的輸出”。隨著患者使用非侵入性通氣系統(tǒng)，不必將強制性呼吸功用于計算呼吸功、呼吸功率和/或壓力時間乘積。
[0044]輸入中的一些輸入是以非常直接的方式計算的標準參數(shù)，例如自發(fā)呼吸頻率(患者每分鐘進行的呼吸的次數(shù))、呼吸量(每次呼吸吸入的空氣的體積)等。其他輸入?yún)?shù)更復(fù)雜，例如呼吸系統(tǒng)阻力、順應(yīng)性和氣道壓力波形特征。例如，通常使用下述公式使用壓力波形、容積波形和流量波形(使用壓力傳感器和流量傳感器由標準呼吸監(jiān)測器來獲得)的最小二乘化模型來計算阻力和順應(yīng)性:
[0045]氣道壓力=流量X阻力+容積X順應(yīng)性+正端呼氣壓力
[0046]如上所述，使用從流量傳感器和壓力傳感器獲得的流量、容積和壓力，未知的僅有順應(yīng)性和阻力并且可以使用例如最小二乘最優(yōu)化的技術(shù)來適應(yīng)性地計算順應(yīng)性和阻力。
[0047]這些方法的問題是，只有在患者不做出任何努力并且呼吸機負責所有呼吸功的情況下公式才是有效的。已經(jīng)以實驗的方式確定出，可以通過使用端部吸氣暫停并且分析隨著作為阻力的流量停止的壓力下降(△氣道壓力/△流量)以及在針對順應(yīng)性停止流動之后的呼吸量/(氣道壓力-PEEP)來獲得更好的結(jié)果。然而，該方法由于患者努力經(jīng)常擾亂吸氣停頓而也不精確。在本發(fā)明的一個方面，計算阻力和順應(yīng)性的方法可以基于在每次呼吸的最早的幾個百分之一秒期間檢查初始壓力升高。此初始壓力升高只涉及進入系統(tǒng)作為沒有在肺中累積的容積的流量，并且因此只反映阻力。在對阻力準確地建模之后，可以使用上述的標準最小二乘化技術(shù)更精確地獲得順應(yīng)性。
[0048]在某些實施方式中，特別是其中在回路泄漏顯著的情況下經(jīng)由非侵入性患者接口(如罩或?qū)Ч?采集輸入?yún)?shù)的那些實施方式中，完成對泄漏流量的補償，以得到精確的流量、容積及C02波形。在某些實施方式中，還必須對壓力波形進行修正。當泄漏顯著時，由于大部分空氣是通過泄漏損失的，所以進入患者或者從患者出來的流量與由傳感器測量的流量有很大的不同。泄漏補償?shù)哪繕耸蔷_地估計移入患者和移出患者的波形的真實值。存在用于在流量波形中修正泄漏的許多方法，包括但不限于:(a)以相等的方式重新分配所測量的隨著呼吸的損失容量并且從流量波形中減去偏差流量，(b)計算拋物線形電導(dǎo)并且使用拋物線形電導(dǎo)來修正所測量的流量波形，(C)計算吸氣與呼氣之間的損失體積并且貫穿呼吸分配此體積，以及(d)調(diào)節(jié)流量波形，以使平均流量最小化。泄漏修正通過基于根據(jù)輸入波形所計算的參數(shù)(例如，拋物線形電導(dǎo))以逐個樣本為基礎(chǔ)來修改流量波形、容積波形和C02波形。這些參數(shù)可以以逐個樣本為基礎(chǔ)被連續(xù)地計算和調(diào)節(jié)，或者這些參數(shù)可以基于可包括窗口的交疊的加窗方法被周期地計算。
[0049]在針對訓(xùn)練數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集期間，調(diào)節(jié)呼吸機；例如，在改變呼吸機的同時可以調(diào)節(jié)壓力支持水平并且連續(xù)地監(jiān)測所測量的呼吸功及其他參數(shù)。保存穩(wěn)定區(qū)域的數(shù)據(jù)并且在I分鐘至2分鐘對參數(shù)進行平均，以減少生物信號中的固有噪聲和呼吸之間的變化。然后將這些平均的參數(shù)用于創(chuàng)建模型。
[0050]在一個實施方式中，使用臨床數(shù)據(jù)對模型(例如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))進行預(yù)訓(xùn)練，并且輸入?yún)?shù)可以使用標準呼吸監(jiān)測器被非侵入地采集。
[0051]訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以使用上面所描述的非侵入性地獲取的參數(shù)(雖然可以根據(jù)需要將侵入性參數(shù)添加至系統(tǒng))來預(yù)測生理性和強制性W0B、P0B和PTP。當完成并驗證了具有所期望程度的預(yù)測能力的模型時，不再需要食道壓力數(shù)據(jù)(W0B、P0B、PTP)，并且可以將網(wǎng)絡(luò)輸出(例如實際呼吸努力變量)用作為對患者努力的精確預(yù)測。
[0052]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的描述
[0053]人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輕易地模仿生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(例如人類大腦)的功能。因此，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常被實現(xiàn)為互連的神經(jīng)元的系統(tǒng)的計算機模擬。特別地，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是互連的處理元件(PE)的分級采集。這些元件通常被布置在層中，其中，輸入層接收輸入數(shù)據(jù)，隱藏層轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，并且輸出層生成期望的輸出。也可以使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的其他實施方式。
[0054]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的每個處理元件接收被處理以計算單一輸出的多個輸入信號或數(shù)據(jù)值。從前一層中的PE的輸出或者從輸入數(shù)據(jù)來接收輸入。使用本【技術(shù)領(lǐng)域】中公知的作為指定各輸入數(shù)據(jù)值之間的關(guān)系的激活函數(shù)或傳遞函數(shù)的數(shù)學等式來計算PE的輸出值。如在本【技術(shù)領(lǐng)域】中已知的那樣，激活函數(shù)可以包括閾值或偏置元件。將較低網(wǎng)絡(luò)級的元件的輸出設(shè)置為較高級的元件的輸入。最高級的一個或多個元件產(chǎn)生最終的系統(tǒng)的一個或多個輸出。
[0055]在本發(fā)明的上下文中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是用于生成之前描述的對經(jīng)量化的患者努力的非侵入性估計的計算機模擬?？梢酝ㄟ^指定組成網(wǎng)絡(luò)的處理元件的數(shù)目、布置和連接來構(gòu)建本發(fā)明的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的簡單實施方式包括處理元件的完全連接的網(wǎng)絡(luò)。如圖4中所示，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的處理元件被分組成下述層:輸入層30，其中，從氣道壓力傳感器和氣道流量傳感器采集和/或得到的參數(shù)被輸入至網(wǎng)絡(luò)；處理元件的隱藏層或多個隱藏層32 ;以及輸出層34，其中，產(chǎn)生了患者努力的結(jié)果預(yù)測36。由每個層(即層30、層32、層34)中的元件的數(shù)目限定了連接的數(shù)目以及由此的連接權(quán)重的數(shù)目。
[0056]針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最通用的訓(xùn)練方法是基于通過使期望的輸出與網(wǎng)絡(luò)輸出之間的均方差(均方誤差，MSE)最小化來迭代地改善系統(tǒng)參數(shù)(通常稱為權(quán)重)。將輸入應(yīng)用至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使數(shù)據(jù)通過其分級結(jié)構(gòu)，并且生成了輸出。將此網(wǎng)絡(luò)輸出和與輸入對應(yīng)的期望的輸出進行比較并且計算出誤差。然后將此誤差用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的權(quán)重，以使得下次將特定輸入應(yīng)用至系統(tǒng)時，網(wǎng)絡(luò)輸出將更接近于期望的輸出。存在調(diào)節(jié)權(quán)重的很多可能的方法，被稱為訓(xùn)練算法。如圖5所示，最常用的方法稱為反向傳播，反向傳播涉及計算對誤差負責的每個權(quán)重以及根據(jù)誤差計算局部梯度，以針對每個權(quán)重使用梯度下降學習規(guī)則。
[0057]基于前面的說明，本發(fā)明可以使用包括計算機軟件、固件、硬件或其任意組合或其子組的計算機編程或工程技術(shù)而實現(xiàn)。具有計算機可讀代碼裝置的任何這樣所得的程序可以包括在或被設(shè)置在一個或更多個計算機可讀介質(zhì)中，從而生成根據(jù)本發(fā)明的計算機程序產(chǎn)品，即制成品。計算機可讀介質(zhì)可以例如是固定(硬)驅(qū)動、磁碟、光盤、磁帶、半導(dǎo)體存儲器(例如只讀存儲器(ROM))等或者任何傳輸/接收介質(zhì)(例如因特網(wǎng)或其他通信網(wǎng)絡(luò)或鏈路)。包含計算機代碼的制成品可以通過直接從一個介質(zhì)執(zhí)行代碼、或者通過將代碼從一個介質(zhì)復(fù)制到另一個介質(zhì)、或者通過經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸代碼而被做出和/或使用。
[0058]計算機科學【技術(shù)領(lǐng)域】中的技術(shù)人員能夠輕易地將如所描述的生成的軟件與合適的通用計算機硬件或?qū)Ｓ糜嬎銠C硬件進行組合，以生成實現(xiàn)本發(fā)明的方法的計算機系統(tǒng)或者計算機子系統(tǒng)。用于做出、使用或出售本發(fā)明的設(shè)備可以是一個或更多個處理系統(tǒng)，包括但不限于實現(xiàn)本發(fā)明的中央處理單元(CPU)、存儲器、存儲裝置、通信鏈路和裝置、服務(wù)器、I/o裝置或一個或更多個處理系統(tǒng)的任何子部件，處理系統(tǒng)包括軟件、固件、硬件或其任何組合或子組?？梢詮娜祟惪梢越柚鋵?shù)據(jù)輸入至計算機中的鍵盤、鼠標、筆、語音、觸摸屏或任何其他裝置，包括通過其他程序(例如應(yīng)用程序)來接收使用者輸入。
[0059]本文中所參考或列舉的所有專利、專利申請、臨時申請和公開通過參考以其全部內(nèi)容包括所有的附圖和表并入本文中，他們在一定程度上與本說明書的明確教導(dǎo)不一致。
[0060]以下是示出用于實踐本發(fā)明的過程的示例。不應(yīng)當將這些示例理解為限制。除非另外說明，所有的百分比以重量計并且所有的溶液混合物的比例均為容積比。
[0061]示例1:呼吸功率的預(yù)測
[0062]使用一個特定子組的參數(shù)(呼吸系統(tǒng)阻力、順應(yīng)性、呼吸量和頻率)，本發(fā)明用超過0.9的相關(guān)系數(shù)預(yù)測了呼吸功率。使用其他參數(shù)的組合得到類似的結(jié)果。圖3示出了預(yù)測的呼吸功率與實際的呼吸功率或測量的呼吸功率的曲線圖。由具有相同的X軸值和y軸值并且因此將在圖3中所示出的對角黑線40上下降的所有值指示出準確的預(yù)測。從此線開始散布越廣泛，則預(yù)測的呼吸功率與實際的呼吸功率之間的相關(guān)性越低。在此特定預(yù)測中，數(shù)據(jù)是從佛羅里達大學(the University of Florida)的Shands醫(yī)院采集的150個患者獲得的。對每個患者使用多個呼吸機設(shè)置來采集數(shù)據(jù)，并且因此在每個研究中給出大約500個數(shù)據(jù)點。
[0063]示例2:用于預(yù)測的數(shù)據(jù)(表I包括第一數(shù)據(jù)點)
[0064]在數(shù)據(jù)采集期間，連續(xù)進行呼吸測量并且采集呼吸測量。存儲這些測量并且隨后將這些測量饋送給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于訓(xùn)練。在成功地訓(xùn)練了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型之后，將未來的測量值輸入至“經(jīng)訓(xùn)練的”模型以生成實際呼吸功率的非侵入性預(yù)測。然后對呼吸功率的預(yù)測用于建議呼吸機的變化的下行模糊邏輯系統(tǒng)。
[0065]在本示例中，系統(tǒng)的輸入/輸出是:
[0066]每分鐘通氣量一以升為單位、每分鐘傳送至患者的總量(例如，大體上呼吸量乘以呼吸頻率)。
[0067]觸發(fā)梯度一以厘米H20每秒為單位，由于觸發(fā)呼吸的患者努力引起的氣道壓力下降的斜率(例如，在呼吸機開始向患者提供氣流之前)。
[0068]壓力上升時間一在PSV(壓力支持通氣)呼吸期間流量達最大值并且然后衰減到最大值的80%所花費的時間，作為總吸氣時間的一部分(無單位)。
[0069]使用R尖峰信號的Pmus—從(如專利中所描述的)壓力上升的起始時間使用阻力測量并且使用最小二乘順應(yīng)性的(如專利中所描述的)肌肉壓力(厘米H20*秒)。
[0070]實際POE—所測量的呼吸功率(每分鐘的功)(焦耳/分鐘)。
[0071]預(yù)測POB—由系統(tǒng)預(yù)測的呼吸功率(焦耳/分鐘)。
[0072]使用數(shù)據(jù)采集軟件連續(xù)記錄這些數(shù)。如在領(lǐng)域中公知的那樣，連續(xù)地修改(大約兩分鐘的時間常數(shù))并且分析來自傳感器的值。當未檢測到誤差、紕漏或瞬變時，以每分鐘一組參數(shù)的方式將一組參數(shù)標記為“適于預(yù)測”。然后采集這些數(shù)并且將這些數(shù)用于訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。然后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出基于預(yù)測的呼吸功率以及其他相關(guān)的患者參數(shù)(例如，呼吸頻率、呼吸量和呼吸末C02)用于優(yōu)化地設(shè)置呼吸機。
[0073]表I
[0074]

【權(quán)利要求】
1.一種用于估計患者的呼吸努力的方法，包括: 采集接受機械通氣的所述患者的非侵入性呼吸參數(shù)； 根據(jù)所述呼吸參數(shù)來計算呼吸數(shù)據(jù)； 將所述呼吸數(shù)據(jù)輸入至使用臨床數(shù)據(jù)創(chuàng)建的數(shù)學模型中；以及 從與呼吸努力對應(yīng)的所述數(shù)學模型提供至少一個輸出變量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，呼吸努力表示生理性呼吸功和強制性呼吸功。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述呼吸參數(shù)包括下述參數(shù)中的一個或更多個參數(shù):氣道壓力、氣道流量、氣道容積、二氧化碳流量、泄漏流量及脈搏血氧計體積描記圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在計算所述呼吸數(shù)據(jù)之前進行對泄漏流量的補m\-ΖΧ ο
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，根據(jù)選自由下述的步驟構(gòu)成的組中選出的步驟來計算對泄漏流量的所述補償:(a)在呼吸中以相等的方式重新分配所測量的損失容量并且從所測量的流量波形中減去偏差流量，(b)計算拋物線形電導(dǎo)并且使用所述拋物線形電導(dǎo)來修正所測量的流量波形，(C)對拋物線形電導(dǎo)的計算進行加窗，以用于實時修正所測量的流量波形，以及(d)使用呼吸檢測器來計算所述拋物線形電導(dǎo)，所述呼吸檢測器用于檢測每次呼吸的開始和結(jié)束，以生成施加至所測量的流量波形的所述拋物線形電導(dǎo)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述數(shù)學模型選自由以下所構(gòu)成的組:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、模糊邏輯模型、專家混合模型或多項式模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述呼吸數(shù)據(jù)包括下述數(shù)據(jù)中的一個或更多個數(shù)據(jù):呼吸量、呼吸頻率、吸氣峰壓、吸氣時間、在呼吸啟動觸發(fā)時間之后的0.1秒時的阻塞壓力、觸發(fā)深度、呼吸阻力、呼吸順應(yīng)性、呼吸末二氧化碳、脈搏血氧計體積描記圖中的變化以及壓力波形的凹/凸。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述機械通氣經(jīng)由侵入性呼吸機或非侵入性呼吸機來傳送。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述非侵入性呼吸機包括選自以下各項構(gòu)成的組的患者接口組件:管、鼻罩、鼻罩/ 口罩、全面罩、鼻插管和鼻導(dǎo)管/鼻枕。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將來自所述數(shù)學模型的所述至少一個輸出變量提供至呼吸機，以調(diào)節(jié)呼吸機設(shè)置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括將來自與呼吸努力對應(yīng)的所述數(shù)學模型的所述輸出變量提供至顯示器。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述輸出變量包括下述變量中的一個或更多個變量:生理性呼吸功變量、強制性呼吸功變量、呼吸功率變量及壓力時間乘積變量，其中，每個輸出變量表示由所述患者進行呼吸所做出的努力。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述數(shù)學模型是被訓(xùn)練以提供所述至少一個輸出變量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中，訓(xùn)練所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括使用食道壓力作為輸入至所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的臨床數(shù)據(jù)來對試驗患者群體進行臨床試驗。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，在壓力容積圖上繪制食道壓力的下降，并且創(chuàng)建回路并將所述回路與胸腔壁順應(yīng)性線結(jié)合，來計算吸氣呼吸功作為所述輸出變量中的一個輸出變量。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，約為0.1升/厘米的H20用于胸腔壁順應(yīng)性。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括計算作為呼吸功的每分鐘平均值的呼吸功率作為所述輸出變量中的一個輸出變量。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括計算壓力時間乘積(PTP)作為所述輸出變量中的一個輸出變量。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 將所述患者進行分類；以及 基于所述患者的分類來選擇數(shù)學模型。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，根據(jù)病理生理學以及與所述患者相關(guān)的生理參數(shù)對所述患者進行分類。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述生理參數(shù)包括肺阻力和肺順應(yīng)性。
21.一種用于估計患者的呼吸努力的設(shè)備，包括: 處理裝置，所述處理裝置用于計算呼吸數(shù)據(jù)，所述呼吸數(shù)據(jù)根據(jù)接受機械通氣的患者的非侵入性呼吸參數(shù)得到，其中，所述非侵入性呼吸參數(shù)包括下述參數(shù)中的一個或更多個參數(shù):氣道壓力、氣道流量、氣道容積、二氧化碳流量、泄漏流量及脈搏血氧計體積描記圖，并且其中，所述呼吸數(shù)據(jù)包括下述數(shù)據(jù)中的一個或更多個數(shù)據(jù):呼吸量、呼吸頻率、吸氣峰壓、吸氣時間、在呼吸啟動觸發(fā)時間之后的0.1秒時的阻塞壓力、觸發(fā)深度、呼吸阻力、呼吸順應(yīng)性、呼吸末二氧化碳、脈搏血氧計體積描記圖中的變化以及壓力波形的凹/凸； 數(shù)學建模裝置，所述數(shù)學建模裝置使用臨床數(shù)據(jù)而被創(chuàng)建，以接收所述呼吸數(shù)據(jù)并且預(yù)測呼吸努力；以及 輸出信號，所述輸出信號提供來自與呼吸努力相對應(yīng)的所述數(shù)學模型的至少一個輸出變量。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述數(shù)學建模裝置是被訓(xùn)練以提供所述至少一個輸出變量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中，訓(xùn)練所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括對試驗患者群體進行臨床試驗。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述輸出變量包括下述變量中的一個或更多個變量:生理性呼吸功變量、強制性呼吸功變量、呼吸功率變量及壓力時間乘積變量，其中，每個輸出變量均表示由所述患者進行呼吸所做出的努力。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中，所述機械通氣經(jīng)由包括患者接口組件的非侵入性呼吸機來傳送，所述患者接口組件選自以下各項構(gòu)成的組:管、鼻罩、鼻/ 口罩、全面罩、鼻插管和鼻導(dǎo)管/鼻枕。
25.一種用于估計患者的呼吸努力的系統(tǒng)，包括: 用于采集接受機械通氣的所述患者的非侵入性呼吸參數(shù)的裝置，其中，所述非侵入性呼吸參數(shù)包括下述參數(shù)中的一個或更多個參數(shù):氣道壓力、氣道流量、氣道容積、二氧化碳流量、泄漏流量和脈搏血氧計體積描記圖； 用于根據(jù)所述呼吸參數(shù)計算呼吸數(shù)據(jù)的裝置，其中，所述呼吸數(shù)據(jù)包括下述數(shù)據(jù)中的一個或更多個數(shù)據(jù):呼吸量、呼吸頻率、吸氣峰壓、吸氣時間、在呼吸啟動觸發(fā)時間之后的0.1秒時的阻塞壓力、觸發(fā)深度、呼吸阻力、呼吸順應(yīng)性、呼吸末二氧化碳、脈搏血氧計體積描記圖中的變化以及壓力波形的凹/凸； 用于使用數(shù)學模型來預(yù)測呼吸努力的裝置，所述數(shù)學模型使用臨床數(shù)據(jù)而被創(chuàng)建并且接收所述呼吸數(shù)據(jù)；以及 用于從與呼吸努力對應(yīng)的所述數(shù)學模型提供至少一個輸出變量的裝置。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述數(shù)學模型是被訓(xùn)練以提供所述至少一個輸出變量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中，訓(xùn)練所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括對試驗患者群體進行臨床試驗。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述輸出變量包括下述變量中的一個或更多個變量:生理性呼吸功變量、強制性呼吸功變量、呼吸功率變量及壓力時間乘積變量，其中，每個輸出變量均表示由所述患者進行呼吸所做出的努力。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的系統(tǒng)，其中，所述機械通氣經(jīng)由包括患者接口組件的非侵入性呼吸機來傳送，所述患者接口組件選自由以下各項構(gòu)成的組:鼻罩、鼻/ 口罩、全面罩、鼻插管和鼻導(dǎo)管/鼻枕。
29.一種用于估計患者的呼吸努力的計算機可讀介質(zhì)，包括: 用于對接受機械通氣的所述患者的所測量的非侵入性呼吸參數(shù)進行接收的代碼裝置，其中，所述非侵入性呼吸參數(shù)包括下述參數(shù)中的一個或更多個參數(shù):氣道壓力、氣道流量、氣道容積、二氧化碳流量、泄漏流量及脈搏血氧計體積描記圖； 用于根據(jù)所述呼吸參數(shù)計算呼吸數(shù)據(jù)的代碼裝置，其中，所述呼吸數(shù)據(jù)包括下述數(shù)據(jù)中的一個或更多個數(shù)據(jù):呼吸量、呼吸頻率、吸氣峰壓、吸氣時間、在呼吸啟動觸發(fā)時間之后的0.1秒時的阻塞壓力、觸發(fā)深度、呼吸阻力、呼吸順應(yīng)性、呼吸末二氧化碳、脈搏血氧計體積描記圖中的變化以及壓力波形的凹/凸； 用于使用數(shù)學模型來預(yù)測呼吸努力的代碼裝置，所述數(shù)學模型使用臨床數(shù)據(jù)而被創(chuàng)建并且接收所述呼吸數(shù)據(jù)；以及 用于從與呼吸努力對應(yīng)的所述數(shù)學模型提供至少一個輸出變量的代碼裝置。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計算機可讀介質(zhì)，其中，所述數(shù)學模型是被訓(xùn)練以提供所述至少一個輸出變量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中，訓(xùn)練所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括對試驗患者群體進行臨床試驗。
31.根據(jù)權(quán)利要求29所述的計算機可讀介質(zhì)，其中，所述輸出變量包括下述變量中的一個或更多個變量:生理性呼吸功變量、強制性呼吸功變量、呼吸功率變量及壓力時間乘積變量，其中，每個輸出變量均表示由所述患者進行呼吸所做出的努力。
32.—種對呼吸機患者的呼吸功進行建模的方法，包括: 監(jiān)測患者的多個非侵入性呼吸參數(shù)，所述患者連接至與多個樣本患者在連接至各自的非侵入性呼吸機時的吸氣努力相關(guān)的非侵入性呼吸機； 在期望的時間周期采集與所述參數(shù)相關(guān)的信息； 根據(jù)在所述期望的時間周期針對所述多個患者所采集的信息來創(chuàng)建患者吸氣努力的數(shù)學模型； 將所述呼吸機患者的當前吸氣努力的輸入指示應(yīng)用至所述數(shù)學模型；以及 基于輸入來提供實際呼吸努力變量。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述數(shù)學模型是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，還包括: 向所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供與所述參數(shù)相關(guān)的信息作為主要教導(dǎo)輸入；以及 基于所述主要教導(dǎo)輸入來訓(xùn)練所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以提供實際呼吸努力變量。
35.根據(jù)權(quán)利要求32所述的方法，其中，所述非侵入性呼吸機包括選自由以下各項構(gòu)成的組的患者接口組件:鼻罩、鼻/ 口罩、全面罩、鼻插管和鼻導(dǎo)管/鼻枕。
【文檔編號】A61B5/091GK104135925SQ201380010031
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月20日
【發(fā)明者】尼爾·拉塞爾·歐利亞諾, 維克托·L·布雷南, 保羅·B·布蘭奇, 邁克爾·J·班納 申請人:佛羅里達大學研究基金會有限公司