專利名稱：一種體外膈肌起搏與呼吸機(jī)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(jī)協(xié)同送氣的方法及其裝置。
背景技術(shù)：
機(jī)械通氣在急診和重癥醫(yī)學(xué)領(lǐng)域挽救了無(wú)數(shù)呼吸衰竭患者，但機(jī)械通氣也是一把雙刃劍，在生命支持的同時(shí)也會(huì)帶來(lái)諸如呼吸機(jī)相關(guān)肺損傷(簡(jiǎn)稱VILI)、呼吸機(jī)相關(guān)肺炎(簡(jiǎn)稱 VAP)、呼吸機(jī)誘導(dǎo)的膈肌功能不全(Ventilator Induced Diaphragm Dysfunction, 簡(jiǎn)稱VIDD)等等。VIDD是指機(jī)械通氣誘導(dǎo)的膈肌無(wú)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(jī)的情況。膈肌功能被認(rèn)為是決定機(jī)械通氣患者能否成功撤機(jī)的關(guān)鍵性因素，有證據(jù)表明，VIDD在機(jī)械通氣患者中十分常見(jiàn)，這也導(dǎo)致了許多患者撤機(jī)困難。臨床上撤機(jī)失敗的發(fā)生率為24%—29%，其中31%的患者死亡風(fēng)險(xiǎn)極高。這也延長(zhǎng)了重癥監(jiān)護(hù)病房住院時(shí)間，額外耗費(fèi)了大量的社會(huì)醫(yī)療資源，加重了病患的醫(yī)療費(fèi)負(fù)擔(dān)。由于在重癥醫(yī)學(xué)領(lǐng)域(簡(jiǎn)稱I⑶)里，較早引起重視的是VILI和VAP，學(xué)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(duì)呼吸機(jī)通氣模式的改善和調(diào)節(jié)來(lái)減少VILI ;而通過(guò)加強(qiáng)護(hù)理，減少感染和及時(shí)足量地用抗感染等藥物治療來(lái)應(yīng)對(duì)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(méi)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(huì)有毒且毫無(wú)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(guò)程中所起的作用約占全部呼吸肌的609Γ80%。在平靜呼吸時(shí)，膈肌起主導(dǎo)作用，是完成呼吸泵功能的主要?jiǎng)鹰珌?lái)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(shí)一直以高收縮比率[收縮時(shí)間/ (收縮時(shí)間+舒張時(shí)間)]進(jìn)行節(jié)律性收縮，一旦停止收縮活動(dòng)，哪怕只是數(shù)小時(shí)，都會(huì)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(shí)做極小量膈肌活檢時(shí)，因手術(shù)麻醉而進(jìn)行的機(jī)械通氣維持大于4小時(shí)的話，患者即可發(fā)現(xiàn)膈肌損傷。即當(dāng)人體必需在一段時(shí)間里進(jìn)行機(jī)械通氣時(shí)，會(huì)使包括膈肌在內(nèi)的呼吸肌的活動(dòng)完全靜止，造成膈肌廢用，而導(dǎo)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(dǎo)致VIDD。另外，機(jī)械通氣的時(shí)間不同，對(duì)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(dòng)，神經(jīng)沖動(dòng)沿膈神經(jīng)傳播到達(dá)神經(jīng)-膈肌接頭，激活肌纖維膜上的化學(xué)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(shí)間與空間總和的特性，總和的電位達(dá)到肌纖維收縮的閾電位后，產(chǎn)生動(dòng)作電位，此時(shí)神經(jīng)沖動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，膈肌收縮，完成一次吸氣動(dòng)作。
膈肌起搏器(DiaphragmPacing DP)是通過(guò)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(yùn)動(dòng)的醫(yī)療設(shè)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(kāi)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(zhǎng)期的通氣支持，目前中國(guó)國(guó)內(nèi)還無(wú)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(jìn)行刺激起搏，由于其無(wú)需手木，不會(huì)造成部分游離膈神經(jīng)，從而降低了膈神經(jīng)損傷的風(fēng)險(xiǎn)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、無(wú)創(chuàng)傷等優(yōu)點(diǎn)，是ー種用于改善肺通氣、増加膈肌活動(dòng)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(fù)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(duì)人體進(jìn)行膈肌起搏在24小時(shí)內(nèi)僅為2 3次，毎次持續(xù)工作的時(shí)間約為30 40分鐘。過(guò)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)膈神經(jīng)進(jìn)行電刺激，不但無(wú)助于膈肌功能的康復(fù)訓(xùn)練治療，還很容易造成膈肌疲勞?！?br> 另外，現(xiàn)有的體外膈肌起搏器尚無(wú)法在生物電生理的層面上與膈肌功能運(yùn)動(dòng)狀態(tài)智能匹配，更無(wú)法與現(xiàn)有的機(jī)械通氣模式配合使用，故在危重病人的救治中從未應(yīng)用膈肌起搏器。前文描述的膈神經(jīng)沖動(dòng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)觸發(fā)膈肌收縮以完成一次吸氣動(dòng)作的膈肌電活動(dòng)稱為膈肌肌電信號(hào)(electrical activity of the diaphragm,簡(jiǎn)稱 EAdi), EAdi 是呼吸中樞傳遞到膈肌上的神經(jīng)沖動(dòng)，是反映呼吸中樞驅(qū)動(dòng)的最佳指標(biāo)?，F(xiàn)有技術(shù)中已可以通過(guò)食道電極探測(cè)并采集到膈肌肌電信號(hào)，并且已有利用膈肌肌電信號(hào)來(lái)控制機(jī)械通氣，如中國(guó)專利200410051035. 4《利用食道電極膈肌肌電圖出發(fā)呼吸機(jī)送氣的方法》，該專利技術(shù)雖然能提高人機(jī)的同步性，減少人機(jī)對(duì)抗，但是，仍沒(méi)能有效解決地VIDD，因?yàn)樗鼰o(wú)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(jī)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(jī)械通氣中，以便讓膈肌更多地參與到機(jī)械通氣的過(guò)程中，減緩正壓通氣所致的膈肌損傷。本發(fā)明的另ー個(gè)目的是ー種應(yīng)用上述方法的與呼吸機(jī)聯(lián)動(dòng)的體外膈肌起搏裝置。本發(fā)明的第一個(gè)發(fā)明目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的ー種體外膈肌起搏與呼吸機(jī)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(hào)的膈肌肌電信號(hào)(EAdi)進(jìn)行濾波降噪，獲得處理后的膈肌肌電信號(hào)；(2)對(duì)處理后的膈肌肌電信號(hào)的波峰峰值的絕對(duì)值a進(jìn)行以下邏輯判斷，并作出相應(yīng)的控制動(dòng)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)進(jìn)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)進(jìn)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)進(jìn)行輔助通氣模式的送氣；(2) 一4若未采集到膈肌肌電信號(hào)，則控制呼吸機(jī)按控制通氣模式進(jìn)行機(jī)械通氣，即由呼吸機(jī)按預(yù)設(shè)參數(shù)啟動(dòng)后備通氣功能，同時(shí)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(kāi)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(shí)2 3次的頻率啟動(dòng)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(fù)；呼吸機(jī)則在膈肌起搏器暫停時(shí)按現(xiàn)有的臨床通氣方式進(jìn)行工作。本發(fā)明上述步驟(2) —1 3所述的呼吸機(jī)進(jìn)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 )。控制通氣模式也包括有容量控制通氣(VCV)和壓カ控制通氣(PCV)模式等，具體模式的選擇、參數(shù)預(yù)設(shè)一般需要由臨床醫(yī)生根據(jù)具體情況來(lái)做決策。 本發(fā)明上述步驟(2) —1 3所述的同時(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)可以采用負(fù)壓觸發(fā)方式，SP根據(jù)對(duì)膈肌肌電信號(hào)的不同的判斷結(jié)果，負(fù)壓發(fā)生器產(chǎn)生預(yù)定負(fù)壓，此負(fù)壓觸發(fā)呼吸機(jī)以輔助通氣模式送氣。這種呼吸機(jī)的觸發(fā)方式實(shí)際是由膈肌肌電控制產(chǎn)生負(fù)壓觸發(fā)的，相比于傳統(tǒng)的吸氣響應(yīng)觸發(fā)時(shí)間是大大縮短了的。本發(fā)明上述步驟(2) — 1 3所述的同時(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)還可以采用膈肌肌電信號(hào)直接觸發(fā)的方式，即根據(jù)對(duì)膈肌肌電信號(hào)的不同的判斷結(jié)果產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)呼吸機(jī)以輔助通氣模式送氣。本發(fā)明可以做以下的改進(jìn)由于膈肌肌電信號(hào)的強(qiáng)信號(hào)通常附帯后續(xù)的波動(dòng)小信號(hào)雜波，故膈肌起搏器在發(fā)出一次刺激電流后，會(huì)使人體膈肌產(chǎn)生強(qiáng)波，為濾除該雜波對(duì)膈肌起搏的干擾，避免膈肌起搏器過(guò)于頻繁地發(fā)出刺激電流，本發(fā)明可以增加對(duì)實(shí)時(shí)獲得的步驟(1)的膈肌肌電信號(hào)的同一正半波或同一負(fù)半波的波峰與前一波峰的間隔時(shí)間t進(jìn)行以下的邏輯判斷；(a)若t〈5s，則放棄發(fā)出刺激電流及負(fù)壓觸發(fā)呼吸機(jī)；(b)若5s < t < 10s，返回步驟(2)判斷該一波峰的峰值并對(duì)應(yīng)動(dòng)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(hào)時(shí)的動(dòng)作。本發(fā)明所述步驟(1)中，對(duì)混有干擾信號(hào)的膈肌肌電信號(hào)的濾波包括依次進(jìn)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(gè)目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)ー種與呼吸機(jī)聯(lián)動(dòng)的體外膈肌起搏裝置，包括體外膈肌起搏器，其特征是還設(shè)置有負(fù)壓發(fā)生器和用于獲取膈肌肌電信號(hào)的膈肌肌電信號(hào)采集模塊、用于對(duì)膈肌肌電信號(hào)進(jìn)行處理的信號(hào)處理模塊、用于分析判斷膈肌肌電信號(hào)的微處理器、用于聯(lián)動(dòng)控制的單片機(jī)，所述負(fù)壓發(fā)生器具有用于接入呼吸機(jī)的病人端的負(fù)壓發(fā)生端，所述膈肌肌電信號(hào)采集模塊采集的膈肌肌電信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理模塊進(jìn)行信號(hào)處理，然后由微處理器分析判斷處理后的膈肌肌電信號(hào)，根據(jù)處理后的膈肌機(jī)電信號(hào)的強(qiáng)弱和膈肌機(jī)電信號(hào)時(shí)序上同一正半波或同一負(fù)半波的相鄰波峰的時(shí)間間隔來(lái)分別輸出對(duì)應(yīng)控制信號(hào)至單片機(jī)，再由單片機(jī)輸出對(duì)應(yīng)控制信號(hào)一路觸發(fā)體外膈肌起搏器工作，另一路觸發(fā)控制負(fù)壓發(fā)生器啟/停，由負(fù)壓發(fā)生端產(chǎn)生負(fù)壓，以聯(lián)動(dòng)觸發(fā)外部的呼吸機(jī)エ作。
本發(fā)明所述信號(hào)處理模塊包括依次相連的信號(hào)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和用于膈肌肌電信號(hào)濾波的數(shù)字信號(hào)處理器，所述膈肌肌電信號(hào)采集模塊輸出的膈肌肌電信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行濾波后輸出。進(jìn)ー步地，本發(fā)明還加設(shè)有顯示驅(qū)動(dòng)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(hào)輸出端，該顯示信號(hào)輸出端經(jīng)顯示驅(qū)動(dòng)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(jī)的危重病人的救治中，根據(jù)采集到的膈肌肌電信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波降噪處理后，對(duì)其波峰峰值的絕對(duì)值a進(jìn)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(fù)壓聯(lián)動(dòng)呼吸機(jī)送氣，實(shí)現(xiàn)在危重病人的機(jī)械通氣中匹配體外膈肌起搏，兩者智能化地同時(shí)同步間歇聯(lián)動(dòng)，能夠?qū)崟r(shí)地根據(jù)人體的呼吸狀況提供相應(yīng)的呼吸支持及膈肌的適當(dāng)刺激，在實(shí)現(xiàn)機(jī)械通氣更好的人機(jī)同步性、減少人機(jī)對(duì)抗、降低患者的呼吸功的同時(shí)，讓膈肌更多地參與到機(jī)械通氣過(guò)程中，從而可以有效地 降低呼吸機(jī)壓カ支持水平的需求，進(jìn)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(jī)械通氣的聯(lián)動(dòng)中，不但有助于危重病人在機(jī)械通氣的同時(shí)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(jī)和體外膈肌起搏器分別獨(dú)立使用時(shí)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(lái)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(fù)擔(dān)和副作用；，(3)本發(fā)明可適用于需要鎮(zhèn)靜麻酔和完全沒(méi)有自主呼吸的病人，使這類病人逐步恢復(fù)自主呼吸成為可能；(4)本發(fā)明通過(guò)負(fù)壓發(fā)生器作為橋梁，起到了通用接ロ、無(wú)縫連接的作用，只要將負(fù)壓發(fā)生器的負(fù)壓發(fā)生端旁接至呼吸機(jī)的病人端即可觸發(fā)呼吸機(jī)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(jī)匹配聯(lián)用，達(dá)到控制呼吸機(jī)的送氣時(shí)機(jī)，易于推廣應(yīng)用。


圖1為本發(fā)明控制體外膈肌起搏和呼吸機(jī)聯(lián)動(dòng)的裝置的連接示意圖；圖2為正常膈肌肌電信號(hào)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(hào)采集模塊與信號(hào)處理模塊的連接示意圖；圖4為本發(fā)明數(shù)字信號(hào)處理器與微處理器的連接示意圖；圖5為本發(fā)明單片機(jī)分別與負(fù)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(fù)壓發(fā)生器與呼吸機(jī)的連接示意圖；圖7為本發(fā)明膈肌肌肌電信號(hào)濾波降噪的流程圖。圖中1、病人端；2、負(fù)壓發(fā)生端。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)ー步加以闡述。ー種體外膈肌起搏與呼吸機(jī)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(hào)的膈肌肌電信號(hào)(EAdi)進(jìn)行濾波降噪，獲得處理后的膈肌肌電信號(hào)；膈肌肌電信號(hào)(EAdi)的采集可以利用食道電極進(jìn)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(hào)是混有較大的干擾信號(hào)的。如圖3所示，采用八通道食道管雙極電極來(lái)采集微弱的膈肌肌電信號(hào)，獲得的微弱的膈肌肌電信號(hào)先放大處理后再進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；將采集獲得的混有干擾信號(hào)的膈肌肌電信號(hào)進(jìn)行濾波降噪，該濾波包括依次進(jìn)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(xué)工程學(xué)雜志》2009年12月第6期公開(kāi)的《基于肌電圖的呼吸機(jī)人機(jī)同步新方法的研究》中提到的膈肌肌電信號(hào)信號(hào)提取/處理方法，或采用《中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)》2009年12月第6期公開(kāi)的《結(jié)合QRS檢測(cè)和小波閾值的膈肌肌電信號(hào)降噪方法》中提到的膈肌肌電信號(hào)信號(hào)提取/處理方法，從而獲得膈肌肌電信號(hào)，膈肌肌電信號(hào)放大1000倍后的波形曲線如圖2所示，其呈ー強(qiáng)波、弱波間隔分布的波形曲線。(2)膈肌肌電信號(hào)的波峰峰值如圖2所示的ai、a2、a3、aノ ,a2 ; ,a3 ;，對(duì)處理后的膈肌肌電信號(hào)的波峰峰值的絕對(duì)值a進(jìn)行以下邏輯判斷，并作出相應(yīng)的控制動(dòng)作·(2) 一1若a〈0. 5 μ V，此時(shí)無(wú)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)進(jìn)行輔助通氣模式的送氣；(2) — 2若0. 5彡a彡1. 0 μ V，此時(shí)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)進(jìn)行輔助通氣模式的送氣；(2) — 3若1. 0〈a ^ 2. 0 μ V，此時(shí)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)進(jìn)行輔助通氣模式的送氣；(2) — 4若未采集到膈肌肌電信號(hào)，則控制呼吸機(jī)按控制通氣模式進(jìn)行機(jī)械通氣，即由呼吸機(jī)按預(yù)設(shè)參數(shù)啟動(dòng)后備通氣功能，同時(shí)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(kāi)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(shí)2 3次的頻率啟動(dòng)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(fù)；呼吸機(jī)則在膈肌起搏器暫停時(shí)按現(xiàn)有常規(guī)的臨床通氣方式進(jìn)行工作。呼吸機(jī)的輔助通氣模式(AV)是現(xiàn)有呼吸機(jī)的常規(guī)通氣模式，是ー種壓カ或流量起動(dòng)、容量限定、容量切換的通氣方式，可保持呼吸機(jī)工作與病人吸氣同步，以利病人呼吸恢復(fù)，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(yù)選擇、參數(shù)預(yù)設(shè)置由臨床醫(yī)生根據(jù)具體情況來(lái)決定。呼吸機(jī)的控制通氣模式(CV)也是現(xiàn)有呼吸機(jī)的常規(guī)通氣模式，定時(shí)起動(dòng)，與病人的自主呼吸周期無(wú)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(yù)選擇、參數(shù)預(yù)設(shè)置由臨床醫(yī)生根據(jù)具體情況來(lái)決定。上述步驟⑵一 1 3所述的同時(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)可以采用負(fù)壓觸發(fā)方式，即根據(jù)對(duì)膈肌肌電信號(hào)的不同的判斷結(jié)果，負(fù)壓發(fā)生器產(chǎn)生預(yù)定負(fù)壓，負(fù)壓發(fā)生器產(chǎn)生負(fù)壓后維持Is左右負(fù)壓，呼吸機(jī)即可自主工作，此負(fù)壓觸發(fā)呼吸機(jī)以輔助通氣模式送氣。上述步驟⑵一1 3所述的同時(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)還可以采用膈肌肌電信號(hào)直接觸發(fā)的方式，即根據(jù)對(duì)膈肌肌電信號(hào)的不同的判斷結(jié)果產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)呼吸機(jī)以輔助通氣模式送氣。
膈肌起搏器發(fā)出刺激電流后，對(duì)實(shí)時(shí)獲得的步驟⑴的膈肌肌電信號(hào)的同一正半波的波峰與前一波峰的間隔時(shí)間t進(jìn)行以下的邏輯判斷，其間隔時(shí)間t如圖2中所示的間隔時(shí)間 tp t2、t3 (a)若t〈5s，則放棄發(fā)出刺激電流及負(fù)壓觸發(fā)呼吸機(jī)；(b)若5s < t < 10s，返回步驟(2)判斷該一波峰的峰值并對(duì)應(yīng)動(dòng)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(hào)時(shí)的動(dòng)作；考慮患者處于窒息或探測(cè)電極脫落，改由呼吸機(jī)按控制通氣模式進(jìn)行機(jī)械通氣，即按預(yù)設(shè)參數(shù)啟動(dòng)后備通氣，病人的呼吸完全由呼吸機(jī)控制通氣，同時(shí)報(bào)警。對(duì)實(shí)時(shí)獲得的步驟(1)的膈肌肌電信號(hào)的同一負(fù)半波的波峰與前一波峰的間隔時(shí)間t進(jìn)行上述方法的邏輯判斷，如圖2所示的間隔時(shí)間h '、t2'、t3'。
如圖1、圖Γ5所示，ー種與呼吸機(jī)聯(lián)動(dòng)的體外膈肌起搏裝置，包括體外膈肌起搏器、用于在呼吸機(jī)的病人端產(chǎn)生負(fù)壓的負(fù)壓發(fā)生器以及依次相連的用于獲取膈肌肌電信號(hào)的膈肌肌電信號(hào)采集模塊、用于對(duì)膈肌肌電信號(hào)進(jìn)行處理的信號(hào)處理模塊、用于分析判斷膈肌肌電信號(hào)的微處理器、用于聯(lián)動(dòng)控制的單片機(jī)和用于膈肌起搏的體外膈肌起搏器，負(fù)壓發(fā)生器具有用于接入呼吸機(jī)的病人端1的負(fù)壓發(fā)生端2，膈肌肌電信號(hào)采集模塊采集的膈肌肌電信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理模塊進(jìn)行信號(hào)處理，然后由微處理器分析判斷處理后的膈肌肌電信號(hào)，微處理器根據(jù)處理后的膈肌機(jī)電信號(hào)的強(qiáng)弱和膈肌機(jī)電信號(hào)時(shí)序上同一正半波或同一負(fù)半波的相鄰波峰的時(shí)間間隔來(lái)分別輸出對(duì)應(yīng)控制信號(hào)至單片機(jī)，再由單片機(jī)輸出對(duì)應(yīng)控制信號(hào)一路觸發(fā)體外膈肌起搏器工作，另一路觸發(fā)控制負(fù)壓發(fā)生器啟/停，由負(fù)壓發(fā)生端產(chǎn)生負(fù)壓，以聯(lián)動(dòng)觸發(fā)外部的呼吸機(jī)工作。其中，信號(hào)處理模塊包括依次相連的信號(hào)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和用于膈肌肌電信號(hào)濾波的數(shù)字信號(hào)處理器，膈肌肌電信號(hào)采集模塊輸出的膈肌肌電信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)行濾波后輸出。如圖3所示，本實(shí)施例的膈肌肌電信號(hào)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(hào)由8通道前置信號(hào)放大器經(jīng)腳3増益放大后送至AD7866A-D模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，信號(hào)放大器型號(hào)為INA337。隨后，在數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5416內(nèi)進(jìn)行高通濾波(10Hz)、低通濾波(1kHz)和小波濾波(對(duì)ECG干擾)，濾波降噪程序流程圖見(jiàn)圖7。如圖4所示，本裝置還設(shè)有用于顯示工作狀態(tài)的顯示器及顯示驅(qū)動(dòng)電路，微處理器具有顯示信號(hào)輸出端，該顯示信號(hào)輸出端經(jīng)顯示驅(qū)動(dòng)電路與顯示器相連；如圖6所示，對(duì)外部呼吸機(jī)的聯(lián)動(dòng)觸發(fā)控制通過(guò)負(fù)壓發(fā)生器實(shí)現(xiàn)，將負(fù)壓發(fā)生器的負(fù)壓發(fā)生端2旁接至呼吸機(jī)的病人端1，令呼吸機(jī)的呼氣、吸氣管路內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓而產(chǎn)生氣體流動(dòng)，從而觸發(fā)啟動(dòng)呼吸機(jī)工作。如圖5所示，本實(shí)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(dòng)調(diào)節(jié)。負(fù)壓發(fā)生器的的控制由單片機(jī)89C2051觸發(fā)脈沖觸發(fā)負(fù)壓發(fā)生器產(chǎn)生_3至-5厘米水柱負(fù)壓，使連接于呼吸機(jī)氣管插管的內(nèi)徑為的0. 3膠管產(chǎn)生負(fù)壓，從而觸發(fā)設(shè)置在輔助通氣模式/控制通氣模式的呼吸機(jī)進(jìn)行通氣支持，讓患者在膈肌起搏的同時(shí)獲得機(jī)械通氣支持。微處理器作為上位機(jī),芯片型號(hào)為AT89C52,數(shù)字信號(hào)處理器作為下位機(jī),芯片型號(hào)為TMS320VC5416，上位機(jī)與下位機(jī)主從連接實(shí)現(xiàn)膈肌肌電信號(hào)的采集和分析處理。經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器芯片TMS320VC5416處理過(guò)的膈肌肌電信號(hào)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(jī)是微處理器的另ー下位機(jī)，單片機(jī)的芯片型號(hào)為89C2051。
如圖5所示，體外膈肌起搏器的起搏量通過(guò)微處理器AT89C52的P3. 2 ロ的輸出來(lái)控制單片機(jī)89C2051的P3. 1輸入端。此外，對(duì)負(fù)壓發(fā)生器的控制信號(hào)為ー個(gè)單位脈沖。由微處理器AT89C52的P3. 4 ロ發(fā)出到單片機(jī)89C2051的P3. 3端ロ，單片機(jī)輸出的同步聯(lián)動(dòng)控制信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)的P3. 2 ロ控制負(fù)壓發(fā)生器和徑單片機(jī)的P1. 2 ロ控制體外膈肌起搏器，實(shí)現(xiàn)呼吸機(jī)和體外膈肌起搏器聯(lián)動(dòng)。本發(fā)明的實(shí)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(shí)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(shí)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(jī)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(hào)的膈肌肌電信號(hào)(EAdi)進(jìn)行濾波降噪，獲得處理后的膈肌肌電信號(hào)； (2)對(duì)處理后的膈肌肌電信號(hào)的波峰峰值的絕對(duì)值a進(jìn)行以下邏輯判斷，并作出相應(yīng)的控制動(dòng)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)進(jìn)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)進(jìn)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)進(jìn)行輔助通氣模式的送氣； (2)— 4若未采集到膈肌肌電信號(hào)，則控制呼吸機(jī)按控制通氣模式進(jìn)行機(jī)械通氣，即由呼吸機(jī)按預(yù)設(shè)參數(shù)啟動(dòng)后備通氣功能，同時(shí)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(kāi)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(shí)3次的頻率啟動(dòng)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(fù)；呼吸機(jī)則在膈肌起搏器暫停時(shí)按現(xiàn)有的臨床通氣方式進(jìn)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(jī)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)可以采用負(fù)壓觸發(fā)方式，即根據(jù)對(duì)膈肌肌電信號(hào)的不同的判斷結(jié)果，負(fù)壓發(fā)生器產(chǎn)生預(yù)定負(fù)壓，此負(fù)壓觸發(fā)呼吸機(jī)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(jī)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)還可以采用膈肌肌電信號(hào)直接觸發(fā)的方式，即根據(jù)對(duì)膈肌肌電信號(hào)的不同的判斷結(jié)果產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)呼吸機(jī)以輔助通氣模式送氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的體外膈肌起搏與呼吸機(jī)協(xié)同送氣的方法，其特征在于增加對(duì)實(shí)時(shí)獲得的步驟(I)的膈肌肌電信號(hào)的同一正半波或同一負(fù)半波的波峰與前一波峰的間隔時(shí)間t進(jìn)行以下的邏輯判斷； Ca)若t〈5s，則放棄發(fā)出刺激電流及負(fù)壓觸發(fā)呼吸機(jī)； (b)若5s< t < 10s，返回步驟(2)判斷該一波峰的峰值并對(duì)應(yīng)動(dòng)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(hào)時(shí)的動(dòng)作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的體外膈肌起搏與呼吸機(jī)協(xié)同送氣的方法，其特征在于所述步驟(I)中，對(duì)混有干擾信號(hào)的膈肌肌電信號(hào)的濾波包括依次進(jìn)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(jī)協(xié)同送氣的方法，其特征在于所述步驟(I)中，對(duì)混有干擾信號(hào)的膈肌肌電信號(hào)的濾波包括依次進(jìn)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(yīng)用上述方法的與呼吸機(jī)聯(lián)動(dòng)的體外膈肌起搏裝置，包括體外膈肌起搏器，其特征是還設(shè)置有負(fù)壓發(fā)生器和用于獲取膈肌肌電信號(hào)的膈肌肌電信號(hào)采集模塊、用于對(duì)膈肌肌電信號(hào)進(jìn)行處理的信號(hào)處理模塊、用于分析判斷膈肌肌電信號(hào)的微處理器、用于聯(lián)動(dòng)控制的單片機(jī)，所述負(fù)壓發(fā)生器具有用于接入呼吸機(jī)的病人端的負(fù)壓發(fā)生端，所述膈肌肌電信號(hào)采集模塊采集的膈肌肌電信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理模塊進(jìn)行信號(hào)處理，然后由微處理器分析判斷處理后的膈肌肌電信號(hào)，根據(jù)處理后的膈肌機(jī)電信號(hào)的強(qiáng)弱和膈肌機(jī)電信號(hào)時(shí)序上同一正半波或同一負(fù)半波的相鄰波峰的時(shí)間間隔來(lái)分別輸出對(duì)應(yīng)控制信號(hào)至單片機(jī)，再由單片機(jī)輸出對(duì)應(yīng)控制信號(hào)一路觸發(fā)體外膈肌起搏器工作，另一路觸發(fā)控制負(fù)壓發(fā)生器啟/停，由負(fù)壓發(fā)生端產(chǎn)生負(fù)壓，以聯(lián)動(dòng)觸發(fā)外部的呼吸機(jī)工作。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的與呼吸機(jī)聯(lián)動(dòng)的體外膈肌起搏裝置，其特征在于所述信號(hào)處理模塊包括依次相連的信號(hào)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和用于膈肌肌電信號(hào)濾波的數(shù)字信號(hào)處理器，所述膈肌肌電信號(hào)采集模塊輸出的膈肌肌電信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器放大后，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器進(jìn)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(jī)聯(lián)動(dòng)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(shè)有顯示驅(qū)動(dòng)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(hào)輸出端，該顯示信號(hào)輸出端經(jīng)顯示驅(qū)動(dòng)電路與顯示器相連。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種體外膈肌起搏與呼吸機(jī)協(xié)同送氣的方法，包括如下步驟(1)將膈肌肌電信號(hào)進(jìn)行濾波降噪；(2)對(duì)處理后的膈肌肌電信號(hào)的波峰峰值的絕對(duì)值a進(jìn)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)進(jìn)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)進(jìn)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(shí)觸發(fā)呼吸機(jī)進(jìn)行輔助通氣模式的送氣。本發(fā)明還公開(kāi)一種與呼吸機(jī)聯(lián)動(dòng)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(jī)械通氣中，讓膈肌更多地參與到機(jī)械通氣過(guò)程中。
文檔編號(hào)A61N1/36GK102949770SQ20121044891
公開(kāi)日2013年3月6日 申請(qǐng)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(qǐng)人:張紅璇