1.一种模拟生成人机不同步波形的方法,其特征在于,该方法包括:
采用电网络模型法来建立呼吸系统数学模型,将呼吸系统分为喉部、气管、支气管和肺泡四个部分,每个部分分别用一串联的线性电阻和一线性电容表示,气管、支气管和肺泡部分的连接处加上电压源,代表人体自主呼吸的驱动压力Pmus;其中,气道压等效为电压、流速等效为电流、气道阻力等效为电阻、气道顺应性等效为电容;
采用电网络模型法建立呼吸机的数学模型,所述呼吸机的数学模型由一个电压源代表医用呼吸机工作时向患者气道内输送空气的压力Pvent;其中,呼吸机的送气管道的阻力和弹性的物理特性将由电阻和电容来表示。
通过将呼吸机数学模型的压力输出端连接到人体呼吸系统数学模型的喉部耦合所述呼吸机数学模型和人体呼吸系统数学模型建立获得机械通气模型;
建立微分方程组描述机械通气模型,根据机械通气模式及人机不同步类别的特点,调整机械通气模型中Pvent大小、时间和人体自主呼吸的驱动压力Pmus的大小和作用时间,设置初始条件和求解区间求解所述微分方程组,模拟生成对应人机不同步类别的人机不同步波形。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述建立微分方程组描述机械通气模型具体如下:其中,Cl代表喉部顺应性,Ct代表气管顺应性,Cb代表支气管顺应性,CA代表肺泡顺应性,Ccw代表胸壁顺应性,Ctube代表呼吸机管路顺应性,Rl代表喉部阻力,Rt代表气管阻力,Rb代表支气管阻力,RA代表肺泡阻力,Rtube代表呼吸机管路阻力,Pl代表喉部压力,Paw代表呼吸机接入处压力,Pt代表气管压力,Pb代表支气管压力,PA代表肺泡压力,Ppl代表胸腔内膜压力,Pmus代表呼吸肌压力,Pvent代表呼吸机输出压力。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述代表人体自主呼吸的驱动压力来源Pmus,设置为一个关于呼吸周期的分段连续函数,形态满足在吸气阶段从0下降到最小吸气压力值而在呼气阶段从最小吸气压力值又逐渐回至0的趋势。具体函数为:其中,Pmus,min表示最小吸气压力,T表示呼吸周期时间,TI表示吸气时间,TE表示呼气时间,τ表示呼气剖面的时间常数。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,代表医用呼吸机工作时向患者气道内输送空气的压力来源Pvent的产生控制采用比例积分微分控制。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述机械通气模型的系统运动方程为:
式子中Pmus为人体自主呼吸的驱动压力,Pvent为呼吸机工作时向患者气道内输送空气的压力,VT为潮气量,F为吸气流速,C为呼吸系统顺应性, R为呼吸系统阻力,R=Rl+Rt+Rb+RA。
式子中,Cl代表喉部顺应性,Ct代表气管顺应性,Cb代表支气管顺应性,CA代表肺泡顺应性,Ccw代表胸壁顺应性,Rl代表喉部阻力,Rt代表气管阻力,Rb代表支气管阻力,RA代表肺泡阻力。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,求解所述微分方程组的方法采用定步长的四阶‑五阶Runge‑Kutta法求解微分方程,仿真步长为0.01s。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述机械通气模式包括容量控制、压力控制,其中,容量控制模式下,人机不同步类别包括:无效吸气努力、双重触发;压力控制模式下,人机不同步类别包括:无效吸气努力、双重触发、周期过短、周期过长。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述根据机械通气模式及人机不同步类别的特点,调整机械通气模型中Pvent大小、时间和人体自主呼吸的驱动压力Pmus的大小和作用时间,具体为:容量控制模式或压力控制模式下,人机不同步类别为无效吸气努力时,人体自主呼吸的驱动压力Pmus的最小值需要满足 人体自主呼吸的吸气时间满足TI=tinmech;
容量控制模式或压力控制模式下,人机不同步类别为双重触发时,人体自主呼吸的驱动压力Pmus的最小值需要满足 人体自主呼吸的吸气时间满足TI>2tinmech;
压力控制模式下,人机不同步类别为周期过短时,人体自主呼吸的驱动压力Pmus的最小值需要满足 人体自主呼吸的吸气时间满足TI<tinmech;
压力控制模式下,人机不同步类别为周期过长时,人体自主呼吸的驱动压力Pmus的最小值需要满足 人体自主呼吸的吸气时间满足TI>tinmech;
其中,VT为潮气量,C为呼吸系统顺应性,R为呼吸系统阻力,Ftrigger为触发控制通气流速,TI表示吸气时间,tinmech为机械通气吸气时间。
9.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,
压力控制模式下,当0≤t≤tinmech,处于吸气阶段,通过比例积分微分控制呼吸机数学模型输出压力Pvent,将喉部的气道压力Paw,稳定在设定的吸气压力值Pset;当tinmech<t≤ttotmech,处于呼气阶段,设定呼吸机数学模型输出压力Pvent为零或为特定的呼气末正压;其中,tinmech为机械通气吸气时间,ttotmech为机械通气持续时间;
容量控制模式下,当0≤t≤tinmech,处于吸气阶段,通过比例积分微分控制呼吸机数学模型输出压力Pvent,将喉部的吸气流速Faw,稳定在设定的吸气流速值Fset;当tinmech<t≤ttotmech,处于呼气阶段,设定呼吸机数学模型输出压力Pvent为零或为特定的呼气末正压;
其中,通过检测喉部的吸气流速Faw触发机械通气控制,若呼气阶段t时刻,Faw≥Ftrigger则触发机械通气,若在整个呼气阶段均未触发机械通气,则在下一次呼吸强制触发机械通气。