自主呼吸跟踪控制的关键技术研究

论文摘要

呼吸机是当前大型医院必备的医疗设备,主要用于临床抢救和治疗各种疾病引起的急慢性呼吸衰减或呼吸功能不全。其中通气控制技术直接决定呼吸机治疗效果,因而其研究越来越受到重视。本文首先对通气系统进行了力学建模,在此基础上,建立了基于虚拟仪器的试验平台与仿真平台,采用了模糊PI控制技术控制通气,同时引入了基础流的方法参与通气控制,大大改善了呼吸机性能。本文的主要研究工作有以下几个部分:1.建立了呼吸机/呼吸系统力学集总参数模型。根据呼吸系统的力学特性,建立了非线性时变呼吸系统力学模型。通过对病人临床通气治疗数据的拟合,验证了模型的正确性;分析呼吸机通气系统的力学特性,建立了呼吸机系统力学模型。最后,综合呼吸系统力学模型和呼吸机系统力学模型,建立了呼吸机/呼吸系统力学集总参数模型。2.建立了基于虚拟仪器的试验平台与仿真平台。以主动模拟肺为中心,结合气路平台和虚拟测量控制仪,为通气模式研究设计了试验平台与仿真平台,奠定了基础并完成了辅助型呼吸模式的试验,有利于加快研究成果的产品化进程。3.提出了采用模糊PI控制通气的方法,使在通气过程中人机顺应性得到提高,有效地改善了传统PI控制中出现的压力过冲和振荡现象。4.引入基础流的方法参与通气控制,提高了呼吸机对病人呼吸的响应速度,减少了人机对抗,降低了呼吸机输出阻抗,使得撤机过程更为顺利、病人感觉更为舒适。论文的研究成果,弥补了国内呼吸机通气模式研究空缺,大大改善了呼吸机性能,对于理论研究和临床应用有着重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 课题研究工作及内容安排
• 1.3.1 课题主要研究内容
• 1.3.2 论文总体介绍
• 第二章 呼吸机系统及呼吸模型的建立
• 2.1 呼吸的基本原理
• 2.1.1 肺的通气
• 2.1.2 呼吸气体方程
• 2.1.3 呼吸力学参数
• 2.2 三元素时变呼吸系统力学模型
• 2.2.1 模型建立
• 2.2.2 模型准确性分析
• 2.3 呼吸机模型
• 2.3.1 呼吸机管道回路模型
• 2.3.2 气管插管模型
• 2.3.3 气阀模型
• 2.4 集总参数模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 仿真平台的建立
• 3.1 计算机仿真平台
• 3.1.1 matlab/simulink 简介
• 3.1.2 模糊系统的matlab 辅助设计
• 3.1.3 集总参数模型仿真实现
• 3.2 基于虚拟仪器技术的呼吸机控制试验平台的设计
• 3.2.1 试验平台设计
• 3.2.2 通气试验
• 3.3 本章小结
• 第四章 压力支持通气的模糊PI 控制研究
• 4.1 PSV 原理
• 4.2 PSV 的传统控制
• 4.2.1 PSV 的PI 控制
• 4.2.2 PSV 的模糊控制
• 4.2.3 仿真试验
• 4.3 PSV 的模糊 PI 控制
• 4.3.1 模糊PI 控制原理
• 4.3.2 试验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 基础流在通气中的应用研究
• 5.1 基础流的触发
• 5.2 正反馈在流量调节持续气道正压通气模式（FRCPAP）的应用
• 5.2.1 肺的RCC 模型
• 5.2.2 传统的CPAP 控制
• 5.2.3 FRCPAP 控制
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果