基于ARDS肺保护性通气策略的闭环控制

基于 ARDS肺保护性通气策略的闭环控制

罗熙，张广通讯作者

军事科学院系统工程研究院卫勤保障技术研究所，天津市 300161

提要：机械通气是重症监护医学中的疗法，但这种疗法有时会加重病人的病情。肺组织的机械损伤是呼吸机诱发ARDS患者肺损伤的主要原因。为了避免肺损伤，提出了肺部保护性通气策略。肺保护性通气避免了肺组织的广泛机械应力，从而避免了不可逆转的损害，从而大大改善机械通气的疗效。有效的呼吸力学闭环控制分析是肺保护性通气的前提。该分析基于数学模型，为临床应用提供了基础。

关键词：机械通气；ARDS；肺保护性通气；模型；闭环控制；

一、肺保护性通气

急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是一种急性，弥漫性和炎性肺损伤。一项研究评估了需要通气支持的急性低氧血症性呼吸衰竭的患者，重点是ARDS患者。轻，中和重度ARDS患者的医院死亡率分别为35％，40％和46％。有大量证据表明，潮气量过大，肺泡过度膨胀会引起肺实质损伤^[1]。

因此肺保护性通气策略提出以减少进一步损害。肺保护性通气策略通常分为以下三种策略：低潮气量（约6mL / kg），低平台压P_plat<30 cmh₂O，适当的PEEP。一项研究评价了ARDS机械通气的肺保护性通气策略。比较了较低的潮气量与常规潮气量，医院死亡率降低^[2]。

二、闭环控制

闭环控制的医疗设备会自动调整测量的生理参数。在重症监护中，可以自动控制液体复苏，药物输送，机械通气以及麻醉和镇静。

对于机械通气重症患者，可在床旁使用闭环控制技术提供支持治疗。闭环控制设备运行计算机仿真来控制患者生理学的计算模型，使用系统的计算模型来测试硬件设备的控制算法^[3]。

三、呼吸机-人体模型

呼吸机-人体模型中的变量可以电学变量来代表^[4]，如图1所示

图1呼吸机-人体综合模型

V_i是电流源，表示吸气阀输入的气体流量；

V_e是电流源，表示呼气阀输出的气体流量 ；

R_T 和R_rs是电阻，表示呼吸机管路的气道阻力以及呼吸系统的气道阻力；

C_e和C_rs是电容，表示呼吸机管路的顺应性以及呼吸系统的顺应性；

PEEP和P_m是电压源，表示呼气末正压以及呼吸肌群的作用力；

四、PID控制

PID是比例、积分、微分的简称。PID控制是当今使用最广泛的控制策略，有超过90％的控制回路采用PID控制^[5]。PID控制器的三个参数满足大多数控制问题的三个通用要求。积分控制可滤除较高频率的传感器噪声，比例项会立即对当前误差作出响应^[6]。

五、呼吸机控制系统

根据PID控制算法和呼吸系统模型，最终得到呼吸机控制系统框如图2所示。

图5 呼吸机控制系统框图

P_ref是设定的目标压力，P_aw是气道压力，G(s)是音圈阀的动态特性函数，R是呼吸系统的气阻，C体是呼吸系统的顺应性。

参考文献

[1] Petrucci N, Iacovelli W. Lung protective ventilation strategy for the acute respiratory distress syndrome.[J]. Cochrane Database of Systematic Reviews. 2013(3): D3844.

[2] Rose L. Clinical application of ventilator modes: Ventilatory strategies for lung protection[J]. Australian Critical Care Official Journal of the Confederation of Australian Critical Care Nurses. 2010, 23(2): 71-80.

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[4] W Yi, Q Zhang, Y Wang, et al. 2009(15): 4892-4895.(In Chinese)

[5] Y Yu, H Wang. 2013, 026(001): 1-3.(In Chinese)

[6] Knospe, C. PID control[J]. IEEE Control Systems Magazine. 2006, 26(1): 30-31.

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