一种呼吸机吸气检测方法、装置及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及自动控制技术领域，具体而言，涉及一种呼吸机吸气检测方法、装置及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.呼吸机作为一项能人工替代自主通气功能的有效手段，已普遍用于各种原因所导致的呼吸衰竭、大手术器件的麻醉呼吸管理、呼吸支持治疗和急救复苏中，在现代医学领域内占有十分重要的位置。一般情况下，呼吸机会根据设定的压力，经风机产生输出气压并通过管路产生作用，其中，主要通过监测到的实时压力和流量的变化情况判断出呼吸状态并根据呼吸状态改变压力。而由于呼吸对气道内的压力变化影响较小，对气道内的流量变化影响较大，当前的呼吸机主要以流量检测为主。
3.呼吸机在流量检测的过程中，可以通过过零检测方案，即在实时流量高于流量基线时检测吸气状态并根据吸气状态提供吸气压力。还可以通过计算吸气流量变化率检测吸气状态并根据吸气状态提供吸气压力。但这两种方案均面临着吸气检测的延后性及检测精准度低的问题，如主动吸气和呼吸机开始提供吸气压力之间的延迟时间与主动吸气的强弱程度的高低及呼吸机设置的灵敏度和灵敏度阈值密切相关，呼吸机在同样灵敏度下主动吸气强度越弱的患者在短时间的吸气流量变化达不到灵敏度阈值，为呼吸检测带来一定的延后性，降低了吸气检测的灵敏度。
4.因此，亟需一种呼吸机吸气灵敏度的提升方法或装置，能够避免吸气检测的延后性及群延迟等现象，降低检测到的吸气和实际吸气间的差别，提高吸气检测的灵敏度。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本技术的目的之一在于提供一种呼吸机吸气检测方法、装置及计算机可读存储介质，至少解决上述部分技术问题。
6.第一方面，本技术实施例提供了一种呼吸机吸气检测方法，所述方法包括：
7.采集当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量数据，并根据所述第一压力数据、所述第一流量数据和预设拟合公式计算目标流量基线；
8.根据所述目标流量基线和所述第一流量数据计算虚拟流量基线；
9.根据所述第一流量数据和所述虚拟流量基线判断是否达到吸气可触发状态；
10.若判定达到吸气可触发状态，则根据所述第一流量数据和所述当前呼吸周期的至少一个前向呼吸周期内的流量数据计算虚拟吸气流量变化率；
11.若判定未达到吸气可触发状态，或吸气可触发状态下的所述虚拟吸气流量变化率小于预设流量变化阈值，则持续采集下一呼吸周期的第二压力数据和第二流量数据并进行虚拟吸气流量变化率的计算，直至检测到的虚拟吸气流量变化率大于或等于所述预设流量变化阈值时判定检测到吸气。
12.在一种可能的实施方式中，所述采集当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量
数据的步骤后，所述方法还包括：
13.使用预设滤波器过滤所述第一压力数据和所述第一流量数据，其中，所述预设滤波器包括递归滤波器或非递归型滤波器。
14.在一种可能的实施方式中，所述根据所述第一压力数据、所述第一流量数据和预设拟合公式计算目标流量基线的步骤后，所述方法还包括：
15.将过滤后的第一流量数据和目标流量基线存储至同步滤波器，以对过滤后的第一流量数据和目标流量基线进行相位同步。
16.在一种可能的实施方式中，所述若判定达到吸气可触发状态的步骤后，所述方法还包括：
17.根据所述第一流量数据，以及按预设时间间隔采集所述当前呼吸周期的前向相邻呼吸周期内的流量数据计算当前吸气流量变化率；
18.若所述第一压力数据大于或等于预设压力，且所述当前呼吸周期内的流量数据变化为负值，则重置所述当前吸气流量变化率为初始值，并按所述预设时间间隔采集与所述当前呼吸周期后向相邻的下一呼吸周期内的所述第二压力数据和所述第二流量数据直至判定达到所述吸气可触发状态。
19.在一种可能的实施方式中，所述根据所述第一流量数据和所述虚拟流量基线判断是否达到吸气可触发状态的步骤，包括：
20.若所述第一流量数据大于或等于所述虚拟流量基线，则判定达到吸气可触发状态。
21.在一种可能的实施方式中，所述根据所述第一压力数据、所述第一流量数据和预设拟合公式计算目标流量基线的步骤，包括：
22.根据所述第一压力数据和所述预设拟合公式计算基础流量基线；
23.标识所述第一流量数据初次达到所述基础流量基线的初始时刻，并根据所述初始时刻和所述采集当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量数据的初始采集时刻对所述基础流量基线积分，得到所述目标流量基线。
24.在一种可能的实施方式中，所述根据所述目标流量基线和所述第一流量数据计算虚拟流量基线的步骤，包括：
25.取所述第一流量数据和与所述目标流量基线对应的目标流量值的差值的一半作为差值流量；
26.将所述差值流量乘以预设比例系数，得到所述虚拟流量基线，其中，不同类型呼吸机的预设比例系数不同。
27.第二方面，本技术实施例提供了一种呼吸机吸气检测装置，所述装置包括：
28.第一计算模块，用于采集当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量数据，并根据所述第一压力数据、所述第一流量数据和预设拟合公式计算目标流量基线；
29.第二计算模块，用于根据所述目标流量基线和所述第一流量数据计算虚拟流量基线；
30.第一判断模块，用于根据所述第一流量数据和所述虚拟流量基线判断是否达到吸气可触发状态；
31.第二判断模块，用于若判定达到吸气可触发状态，则根据所述第一流量数据和所
述当前呼吸周期的至少一个前向呼吸周期内的流量数据计算虚拟吸气流量变化率；
32.第三判断模块，用于若判定未达到吸气可触发状态，或吸气可触发状态下的所述虚拟吸气流量变化率小于预设流量变化阈值，则持续采集下一呼吸周期的第二压力数据和第二流量数据并进行虚拟吸气流量变化率的计算，直至检测到的虚拟吸气流量变化率大于或等于所述预设流量变化阈值时判定检测到吸气。
33.第三方面，本技术实施例提供了一种呼吸机，所述呼吸机包括计算机可读存储介质及处理器，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被所述处理器执行时，实现第二方面提供的呼吸机吸气检测方法。
34.第四方面，本技术实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序在被一个或多个处理器执行时，实现第二方面提供的呼吸机吸气检测方法。
35.本技术实施例提供的呼吸机吸气检测方法、装置及计算机可读存储介质，通过采集当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量数据，并根据第一压力数据、第一流量数据和预设拟合公式计算目标流量基线，然后根据目标流量基线和第一流量数据计算虚拟流量基线，根据第一流量数据和虚拟流量基线能判断是否达到吸气可触发状态并在吸气可触发状态下通过虚拟流量吸气变化率和预设流量变化阈值能够精准判定是否检测到吸气，提高了吸气检测的灵敏度。
附图说明
36.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
37.图1示出了本技术实施例提供的一种计算机设备的结构示意图；
38.图2示出了本技术实施例提供的一种呼吸机吸气检测方法所涉及的常规吸气检测延迟示意图；
39.图3示出了本技术实施例提供的一种呼吸机吸气检测方法的方法流程示意图；
40.图4示出了本技术实施例提供的一种呼吸机吸气检测方法所包含的虚拟流量基线变化示意图；
41.图5示出了本技术实施例提供的一种呼吸机吸气检测装置的功能模块示意图。
具体实施方式
42.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
43.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范
围。
44.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
46.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
47.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
48.请参照图1，所提供的呼吸机100可以为具有数据处理能的设备，主要包括呼吸机吸气检测装置110、存储器120和处理器130。其中，存储器120及处理器130各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。所述呼吸机100包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器120中或固化在所述呼吸机100的操作系统(operating system，os)中的软件功能模块。所述处理器130用于执行所述存储器120中存储的可执行模块，例如所述呼吸机吸气检测装置110所包括的软件功能模块及计算机程序等。
49.其中，所述存储器120可以是，但不限于，随机存取存储器(random access memory，ram)，只读存储器(read only memory，rom)，可编程只读存储器(programmable read-only memory，prom)，可擦除只读存储器(erasable programmable read-only memory，eprom)，电可擦除只读存储器(electric erasable programmable read-only memory，eeprom)等。其中，存储器120用于存储程序，所述处理器130在接收到执行指令后，执行所述程序。
50.所述处理器130可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(central processing unit，cpu)、网络处理器(network processor，np)等；还可以是数字信号处理器(digital signal process，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
51.需要说明的是，为更清楚地介绍本技术的原理，在实施例的介绍之前，请参照图2，图2为常规吸气检测延迟示意图，其中，横轴表示时间t，时间单位为s，纵轴表示气体流量f，气体流量单位为cfm，a点表示患者开始吸气点，b点表示呼吸机的吸气检测点。从图中可以看出，针对患者吸气的检测往往存在滞后性，降低了吸气检测的灵敏度。具体地，依据本技术的背景技术的内容可理解为患者开始吸气与呼吸机开始提供吸气压力之间的延迟时间与患者主动吸气的强弱程度、灵敏度及有关，主动吸气越强、灵敏度约小，延迟时间也就越短。而在同样吸气灵敏度下呼吸能力越低呼吸频率越慢的患者在短时间的吸气流量变化达不到灵敏度所需的阈值，时间延后性越强。而本技术通过引入虚拟流量基线，同第一流量数
据生成的曲线进行比对，可以发现可以降低主动吸气的强度，达到提升吸气检测灵敏度的目的。以下将通过具体的实施例进行说明。
52.请参照图3，以下将通过步骤s210至步骤s250对本技术的呼吸机吸气检测方法进行详细介绍。
53.s310，采集当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量数据，并根据所述第一压力数据、所述第一流量数据和预设拟合公式计算目标流量基线。
54.在本实施例中，当前呼吸周期为，第一压力数据和第一流量数据均为当前呼吸周期内的物理数据。本实施例中的流量基线也称作漏气量或流量基值，是一个定值，相应地，本实施例中的目标流量基线为根据采集当前呼吸周期内的压力数据和流量数据以及预设拟合公式计算得到的。本实施例中的目标流量基线可以用于计算后续操作中的虚拟流量基线。
55.其中，预设拟合公式能够对采集到的第一压力数据和第一流量数据进行线性拟合，能够过滤掉部分变化明显异常的第一压力数据和第一流量数据。可选地，本实施例中的预设拟合公式为y＝ax3 bx2 cx d，其中，参数a、参数b和参数c均表示拟合系数，d为常数，自变量x可表示第一压力数据或第一流量数据，因变量y可表示经过线性拟合后的第一压力数据或第一流量数据。示例性地，当自变量x表示第一压力数据时，对应的因变量y则表示经过线性拟合后的第一压力数据，当自变量x表示第一流量数据时，对应的因变量y则表示经过线性拟合后的第一流量数据。此外，本实施例中的预设拟合公式也可以根据需要进行选择，本实施例在此不做限制。
56.在一种可能的实施方式中，所述根据所述第一压力数据、所述第一流量数据和预设拟合公式计算目标流量基线的步骤，包括：
57.根据所述第一压力数据和所述预设拟合公式计算基础流量基线；
58.标识所述第一流量数据初次达到所述基础流量基线的初始时刻，并根据所述初始时刻和所述采集当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量数据的初始采集时刻对所述基础流量基线积分，得到所述目标流量基线。
59.示例性地，在上述实施例中，可通过对第一流量数据进行ad数据定标，计算出参数a、参数b和参数c，以及常数d，然后通过拟合公式拟合出不同第一流数据下的ad值存储数组v[n]。
[0060][0061]
其中，i表示采样时刻，(i-1)表示采样时刻i的前一个时刻，f表示流量值，v表示采样值，f(i)表示采样时刻i时的流量值，v(i)表示采样时刻i时的采样值。
[0062]
获取呼吸机端的瞬时流速f
in
和瞬时压力p
in
，分别对瞬时流速f
in
和瞬时压力p
in
做平滑滤波处理，得到平滑滤波处理后的瞬时流速f1和平滑滤波后的瞬时压力p1。随后获取时间段t内的全部f1并取其平均值，并将其平均值作为目标流量基线。其中，本实施例中的平滑滤波处理过程可采用巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器及椭圆滤波器中的至少一种，可根据实际需求进行选择，本实施例在此不做具体限定。
[0063]
s320，根据所述目标流量基线和所述第一流量数据计算虚拟流量基线。
[0064]
本实施例引入了虚拟流量基线，具体地，请参照图4，图中fb表示目标流量基线，虚线f
bv
表示虚拟流量基线，点划线fr表示第一流量数据，可以发现，在引入虚拟流量基线之后，明显提高了吸气检测的灵敏度。
[0065]
另外，吸气潮气量和分钟通气量也是衡量通气量的重要指标，其中，吸气潮气量的计算一般为吸气时间与供气流速的乘积。本实施例通过引入虚拟流量基线，能够降低吸气努力以达到提升灵敏度的作用，降低与患者实际吸气时间的差异。
[0066]
可选地，所述根据所述目标流量基线和所述第一流量数据计算虚拟流量基线的步骤，包括：
[0067]
取所述第一流量数据和与所述目标流量基线对应的目标流量值的差值的一半作为差值流量；
[0068]
将所述差值流量乘以预设比例系数，得到所述虚拟流量基线，其中，不同呼吸机的预设比例系数不同。
[0069]
示例性地，本实施例的虚拟流量基线的计算公式如下：
[0070][0071]
其中，f
bv
表示虚拟流量基线，fr表示第一流量数据，fb表示目标流量基线，u为预设比例系数。
[0072]
s330，根据所述第一流量数据和所述虚拟流量基线判断是否达到吸气可触发状态。
[0073]
本实施例中，吸气可触发状态表示呼吸机在此状态下可检测用户是否吸气。
[0074]
可选地，所述根据所述第一流量数据和所述虚拟流量基线判断是否达到吸气可触发状态的步骤，包括：
[0075]
若所述第一流量数据大于或等于所述虚拟流量基线，则判定达到吸气可触发状态。
[0076]
s340，若判定达到吸气可触发状态，则根据所述第一流量数据和所述当前呼吸周期的至少一个前向呼吸周期内的流量数据计算虚拟吸气流量变化率。
[0077]
示例性地，本实施例的虚拟吸气流量变化率的计算公式如下：
[0078][0079]ifv
＝f
r-(f
bv
(t-n))*u。
[0080]
其中，δi
fv
表示虚拟吸气流量变化率，i
fv
(t)表示当前呼吸周期内虚拟吸气流量变化值，i
fv
(t-1)表示除当前呼吸周期的全部前向呼吸周期内的虚拟吸气流量变化值，f
bv
(t-n)表示当前呼吸周期的前向n个周期的虚拟流量基线，i
fv
表示虚拟吸气流量变化，fr表示第一流量数据，t表示当前呼吸周期，δt表示除当前呼吸周期的全部前向呼吸周期，u的定义参见上述实施例中。
[0081]
除此之外，与本实施例中虚拟吸气流量变化对应的吸气流量变化，以及与虚拟吸气流量变化率对应的吸气流量变化率的计算方式如下：
[0082]
if＝f
r-fb*u，
[0083]
δif＝(if(t)-if(t-1))/δt。
[0084]
其中，if表示吸气流量变化，if(t)表示当前呼吸周期内吸气流量变化值，if(t-1)表示除当前呼吸周期外的全部前向呼吸周期内吸气流量变化值，δif表示吸气流量变化率，fr、fb、u、t和δt的描述请参见上述实施例，本实施例在此不一一赘述。
[0085]
s350，若判定未达到吸气可触发状态，或吸气可触发状态下的所述虚拟吸气流量变化率小于预设流量变化阈值，则持续采集下一呼吸周期的第二压力数据和第二流量数据并进行虚拟吸气流量变化率的计算，直至检测到的虚拟吸气流量变化率大于或等于所述预设流量变化阈值时判定检测到吸气。
[0086]
本实施例在判定达到吸气可触发的状态下仍需要进一步判断虚拟吸气流量变化率与预设流量变化阈值的关系，若虚拟吸气流量变化率大于或等于该预设流量变化阈值，则判定检测到吸气，提高了吸气检测的精准度。在判定检测到吸气后，呼吸机便能够提供吸气压力。
[0087]
由上述分析可知，本技术实施例通过采集当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量数据，并根据第一压力数据、第一流量数据和预设拟合公式计算目标流量基线，然后根据目标流量基线和第一流量数据计算虚拟流量基线，也即引入了虚拟流量基线，通过虚拟流量吸气变化率和预设流量变化阈值能够精准判定是否检测到吸气，提高了吸气检测的灵敏度。
[0088]
在一种可能的实施方式中，所述采集当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量数据的步骤后，所述方法还包括：
[0089]
使用预设滤波器过滤所述第一压力数据和所述第一流量数据，其中，所述预设滤波器包括递归滤波器或非递归型滤波器。
[0090]
本实施例通过对采集到的当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量数据进行滤波，得到相对平滑的第一压力数据和第一流量数据。
[0091]
可选地，所述根据所述第一压力数据、所述第一流量数据和预设拟合公式计算目标流量基线的步骤后，所述方法还包括：
[0092]
将过滤后的第一流量数据和目标流量基线存储至同步滤波器，以对过滤后的第一流量数据和目标流量基线进行相位同步。
[0093]
考虑到目标流量基线和第一流量数据经过滤波器后会存在群延迟现象，本实施例通过将目标流量基线和第一流量数据存储至同步滤波器，降低了群延迟现象的发生，进一步提高了呼吸机吸气检测的灵敏度。
[0094]
为进一步增强呼吸机吸气灵敏度，可选地，所述若判定达到吸气可触发状态的步骤后，所述方法还包括：
[0095]
根据所述第一流量数据，以及按预设时间间隔采集所述当前呼吸周期的前向相邻呼吸周期内的流量数据计算当前吸气流量变化率；
[0096]
若所述第一压力数据大于或等于预设压力，且所述当前呼吸周期内的流量数据变化为负值，则重置所述当前吸气流量变化率为初始值，并按所述预设时间间隔采集与所述当前呼吸周期后向相邻的下一呼吸周期内的所述第二压力数据和所述第二流量数据直至判定达到所述吸气可触发状态。
[0097]
本实施例中，若所述第一压力数据大于或等于预设压力，且所述当前呼吸周期内的流量数据变化为负值，则表示可能患者可能出现打喷嚏或者咳嗽等现象。这种情况下计
算得到的吸气流量变化率的准确性降低，需要重置当前呼吸周期内计算得到的吸气流量变化率，重新采集下一呼吸周期内的压力和流量数据进行计算，充分保证计算得到的吸气流量变化率的可靠性，有效保证呼吸机吸气灵检测灵敏度。
[0098]
综上所述，本发明实施例提供的呼吸机吸气检测方法，通过采集当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量数据，并根据第一压力数据、第一流量数据和预设拟合公式计算目标流量基线，然后根据目标流量基线和第一流量数据计算虚拟流量基线，也即引入了虚拟流量基线，通过虚拟流量吸气变化率和预设流量变化阈值能够精准判定是否检测到吸气，提高了吸气检测的灵敏度。
[0099]
请参照图5，与上述方法实施例相对应，本技术还提供一种呼吸机吸气检测装置500，所述装置包括：
[0100]
第一计算模块510，用于采集当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量数据，并根据所述第一压力数据、所述第一流量数据和预设拟合公式计算目标流量基线；
[0101]
第二计算模块520，用于根据所述目标流量基线和所述第一流量数据计算虚拟流量基线；
[0102]
第一判断模块530，用于根据所述第一流量数据和所述虚拟流量基线判断是否达到吸气可触发状态；
[0103]
第二判断模块540，用于若判定达到吸气可触发状态，则根据所述第一流量数据和所述当前呼吸周期的至少一个前向呼吸周期内的流量数据计算虚拟吸气流量变化率；
[0104]
第三判断模块550，用于若判定未达到吸气可触发状态，或吸气可触发状态下的所述虚拟吸气流量变化率小于预设流量变化阈值，则持续采集下一呼吸周期的第二压力数据和第二流量数据并进行虚拟吸气流量变化率的计算，直至检测到的虚拟吸气流量变化率大于或等于所述预设流量变化阈值时判定检测到吸气。
[0105]
本发明实施例提供的呼吸机吸气检测装置，通过采集当前呼吸周期内的第一压力数据和第一流量数据，并根据第一压力数据、第一流量数据和预设拟合公式计算目标流量基线，然后根据目标流量基线和第一流量数据计算虚拟流量基线，也即引入了虚拟流量基线，通过虚拟流量吸气变化率和预设流量变化阈值能够精准判定是否检测到吸气，提高了吸气检测的灵敏度。
[0106]
本技术实施例还公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如方法实施例中所述的呼吸机吸气检测方法。
[0107]
本实施例提供的呼吸机吸气检测装置、呼吸机及计算机可读存储介质的具体实施过程，可以参见上述呼吸机吸气检测方法具体实施过程，在此不再一一赘述。
[0108]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。