一种机械通气平台压测量合规性评估方法

1.本发明涉及一种评估机械通气平台压测量合规性的方法，属于医学信号处理领域。


背景技术：

2.在使用呼吸机对重症病人实施有创机械通气期间，气道平台压是重要的呼吸力学指标。气道平台压是指在容量控制通气，方波送气过程中，吸气达到峰压后，吸气末阻断气道。由于气流立即降为零，气道峰值压力下降，逐渐出现压力的平台，即平台压(p
plat
)。相比于呼吸机常见的气道峰压，平台压才能真正反映肺泡内的最大压力。过高的平台压会增加肺内循环的负荷。
3.气道平台压可以衡量用于克服弹性阻力的驱动压，驱动压是驱动整个呼吸系统扩张的直接动力。吸气时，驱动压对抗呼吸系统的弹性阻力，驱动肺组织及胸壁扩张，气体进入肺内，完成吸气过程。通过驱动压，进一步探究能准确地反映肺组织弹力的肺部顺应性，为临床医护人员提供较为准确的肺部顺应性评估，是了解病情进展以及实施机械通气治疗的重要参考。
4.通常测量平台压时，需要在呼吸周期中吸入了设定容积的气体后通过患者屏住呼吸以达到气流暂时阻断，才能从压力波形中测得p
plat
。然而，由于医生不规范的操作以及患者可能存在自主呼吸等因素的影响，使得屏气操作下得到的压力波形不规则，导致平台压测量存在偏差。而只有少部分有经验医生有能力准确地识别测量结果是否符合要求，这就大大增加了医生的工作负担。
5.本发明旨在提出一种评估机械通气平台压测量合规性的方法，通过分析波形形态特征准确识别医生所做平台压测量操作是否合规，为获得更加准确的平台压测量结果提供帮助。


技术实现要素：

6.在测量平台压实施屏气操作时，为了解决医护人员测量不规范，增加医护人员的工作负担等问题，本发明提出了一种机械通气下平台压测量操作合规性检测方法。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
8.1、一种机械通气下平台压测量操作合规性检测方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
9.a.获取机械通气下单次呼吸的气道压力和流速波形采样数据；
10.b.在流速波形的一阶差分信号上找出流速小于阈值min的所有极小值，根据时间先后顺序，依次两两判断，若相邻极小值相差距离小于dis，则保留靠边的一个极小值；判断完毕后若只存在一个或存在3个及以上的极小值，则该单次呼吸的检测不合规；若只存在两个极小值，则根据时间先后顺序，将上述两个极小值中第一个峰值采样点a视作吸气结束、屏气开始点，第二个峰值采样点b视作屏气结束、呼气开始点。
11.c.检测流速波形形态，若吸气开始点到a点流速恒定且a点到b点流速恒定，则判定该次呼吸时医生进行了吸气末屏气操作；
12.d.在检测出医生进行了吸气末屏气操作的波形上，在a点到b点间压力波形上确定出m点，m点到b点视作检测出的压力平台，其中压力平台拟合斜率小于阈值τ。
13.e.当m点到b点的时间超过t秒或者超过整个呼吸周期的c％，则该次呼吸波形符合要求，即该次吸气末屏气操作符合规定。然后取m点到b点波形采样点均值作为气道平台压力。
14.进一步地，所述步骤a中，用呼吸机获取连续的气道压力和流速波形采样数据，采样频率应在50hz以上。
15.进一步地，所述步骤b中，阈值min取值范围为
‑
15～0l/min。dis取值范围为1～10个采样点。
16.进一步地，所述步骤c中，流速恒定具体采用如下方法判断：两点之间的流速的一阶差分波形波动不超过阈值t且该段流速采样点线性拟合的斜率不超过s，其中s为一绝对值接近0的阈值。
17.进一步地，t＝0～3l/min，s＝0～0.1l/min*s。
18.进一步地，所述步骤d中，确定m点的具体步骤为：找到a点右边第一个采样点用滑窗斜率方法检测点到b点的压力波形：若所有的窗口内数据段的拟合斜率都小于阈值τ，τ＝0～0.1cmh2o/s，则确定点为最终m点。否则把点往后移动若干个采样点，重复使用滑窗斜率方法，直到确定最终m点。
19.进一步地，所述步骤e中，t＝0～0.4s，c＝0～10。
20.将上述步骤应用于连续的机械通气气道压力与流速波形，即能自动得到符合要求的屏气操作的结果。
21.本发明的有益效果主要表现在：从呼吸机波形中识别出由医生屏气操作而得到的合规波形的方法，通过分析波形形态特征准确识别医生是否在做屏气操作而且屏气操作是否合规。为医生做屏气操作后分析波形提供方便并且减少医护人员的工作量。如果应用到呼吸机上，可以实时地提醒医生刚刚做过的屏气操作是否符合要求。
附图说明
22.图1为本发明的流程示意图。
23.图2为本发明在压力波形和流速波形一阶差分的示意图。
24.图3为本发明在压力波形和流速波形中关键点的示意图。
具体实施方式
25.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
26.如图1所示，本发明的一种机械通气平台压测量合规性评估方法，通过连续压力和流速波形数据采样，在流速波形的一阶差分上找到极小值，再检测流速波形数据形态，判断是否为屏气操作，最后用滑窗斜率方法确定平台压以及合规性，具体包括以下步骤：
27.a.获取单次呼吸的气道压力和流速波形采样数据，采样频率应在50hz以上；
28.b.图2为在压力波形和流速波形一阶差分的示意图，在流速波形的一阶差分信号上找出流速小于阈值min的所有极小值，根据时间先后顺序，依次两两判断，若相邻极小值(极小值)相差距离小于dis，则保留靠边(更靠近波形端点)的一个极小值；判断完毕后若只存在一个或存在3个及以上的极小值，则该单次呼吸的检测不合规；若只存在两个极小值，则根据时间先后顺序，将上述两个极小值中第一个峰值采样点视作吸气结束、屏气开始点(a)，第二个峰值采样点视作屏气结束、呼气开始点(b)；
29.c.检测流速波形形态，若吸气开始点到a点流速恒定且a点到b点流速恒定，则判定该次呼吸时医生进行了吸气末屏气操作；
30.d.在检测出医生进行了吸气末屏气操作的波形上，对a点到b点间压力波形用滑窗斜率方法确定出m点，m点到b点视作检测出的压力平台。
31.e.当m点到b点的时间超过0.4s或者超过整个呼吸周期的10％，则该次呼吸波形符合要求，即该次呼吸屏气操作符合规定。然后取m点到b点波形均值作为气道平台压力。
32.将上述步骤应用于连续的机械通气气道压力与流速波形，即能自动得到符合要求的屏气操作的结果。
33.所述步骤a中，用呼吸机获取连续的气道压力和流速波形采样数据，采样频率应在50hz以上。
34.所述步骤b中，min＝
‑
15l/min，dis＝10个采样点，即极小值首先必须都满足小于阈值
‑
15l/min。若相邻极小值相差距离小于10个采样点，则相邻两者只保留一个极小值。
35.所述步骤c中，吸气开始点到a点流速恒定具体是指流速的一阶差分波形波动不超过阈值3l/min且该段流速采样点线性拟合的斜率不超过0.1l/min*s；a点到b点流速恒定以同样条件进行判定。
36.所述步骤d中，确定m点的具体步骤为：找到a点右边第一个采样点用滑窗斜率方法检测点到b点的压力波形。滑窗斜率方法是指先把点到b点的压力波形切分为窗口长度为5的数据段，记为{w1，w2，
…
，w
n
}，如图3所示。若所有的窗口内数据段的拟合斜率都小于阈值0.1cmh2o/s，则确定点为最终m点。否则把点往后移动n个采样点，重复使用滑窗斜率方法，直到确定最终m点。
37.本发明中的t和c根据医学要求设定为0.4s和10％；τ、s、min、dis、w和t，在实例中基于经验设定为0.1cmh2o/s、0.1l/min*s、
‑
15l/min、10个、5个和3l/min。但在应用中，可根据实际情况分析后做适当调整。
38.本发明是一种从呼吸机波形中识别出由医生屏气操作而得到的合规波形的方法，通过分析波形形态特征准确识别医生是否在做屏气操作而且屏气操作是否合规。为医生做屏气操作后分析波形提供方便并且减少医护人员的工作量。将来应用到呼吸机上，可以实时地提醒医生刚刚做过的屏气操作是否符合要求，可以更好的指导进一步机械通气的实施。
39.利用本发明方法对610次屏气操作得到的波形进行算法评估。算法测试合规波形22个，不合规波形588个。医生专家最后评估核实，合规波形20个，不合规590个，表明算法具有很高的灵敏度和特异性。