三水平无创通气模式中呼气初期压力对人体潮气量的统计分析及仿真模型建立

发布时间：2020-09-01 16:09

　　 慢性阻塞性肺疾病是一种常见的可预防可治疗的疾病,具有持续性进行性以及不完全可逆性的气流受限的特征,并且常常同时合并多种并发症。临床上已经证明,在不进行人工气道的植入条件下,无创正压通气是一种有效治疗慢性阻塞性肺疾病的方法,常见的无创呼吸机主要使用持续气道正压通气、双水平正压通气、三水平正压通气等方式。现有研究认为,在无创通气中,人体在呼气过程中依靠肺部弹性回缩力进行,呼气相压力对于呼气过程并没有支持作用。这与某些临床结果相悖,截至目前,尚没有人提供具体的实验数据对此进行验证。针对无创正压通气中呼气初期压力对人体潮气量变化的影响问题,本文利用泰斯模拟肺,模拟了健康人与两种典型慢阻肺患者在不同的通气模式下的呼吸过程并对潮气量数据进行了采集;利用多种分析方法,计算呼气初期气压差与呼气末期气压差对于潮气量的贡献;再以电路学为基础,建立呼吸过程的空气动力学模型并进行验证。本文所取得成果如下:(1)设计并实施合理的潮气量采集实验,利用泰斯模拟肺克服临床数据不稳定的特点,分别模拟健康人、以肺气肿为主要表型的慢性阻塞性肺疾病患者,和以支气管炎为主要表型的慢性阻塞性肺疾病患者的呼吸状态。收集三组模拟人群使用无创通气后的潮气量变化,对比后发现呼气相初期压力EPAP的改变对于人体潮气量的变化影响较为明显。(2)通过相关分析、多元线性回归分析,将呼气初期气压差和呼气末期气压差与人体潮气量的关系进行线性分析,验证在不考虑过高的气道阻力使人体对气压变化反应迟钝的前提下,使用无创通气时呼气初期气压差与呼气末期气压差对潮气量均有贡献,而且初期的贡献量明显大于末期。(3)针对临床对于无创通气使用研究工作的需要,设计了一种基于电路学的人体呼吸仿真模型,利用电源、电阻等电子元件的特性简化呼吸过程中的呼吸压力、气道阻力等;再利用MATLAB软件平台构建仿真模型,通过对实验所采集到的呼吸波形进行拟合,筛选出了最为合适的额外气压值与呼气相气流下降沿系数,验证了本文提出的猜想。综上所述,在使用三水平无创通气时,呼气相初期压力能使人体额外产生对抗气流的呼吸肌压力,主动呼气的力将转化为有助于吸气的力,从而使潮气量增加,呼气过程的气流下降速度减缓,达到通气支持的作用。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R563.9;TP391.9
【部分图文】：

２．１模拟肺及设置逡逑泰斯仿生系统（ＴｅｓｔＣｈｅｓｔ）是设计用于模拟人的呼吸系统及循环系统以帮助逡逑教学和培训使用，如图２．１所示。它是一种主动模拟肺，可以高度模拟病人从正逡逑常自主呼吸到严重呼吸衰竭的病理生理变化，也可以作为单独的技巧培训工作站逡逑或者整合成为全面的仿生病人。能够提供稳定持续的研究数据。临床患者的生理逡逑状态往往会受到环境和心理的双重影响，其重复实验会有无可避免的误差变化，逡逑而模拟肺刚好可以完美解决这一问题。泰斯模拟肺在山东省仅有一台，为山东大逡逑学齐鲁医院所有，所获取的数据异常珍贵。逡逑本次实验中，选择泰斯模拟肺模拟不同的实验对象，尽可能接近人体的实际逡逑状态。利用模拟肺可以稳定持续地依照设定参数模拟呼吸状态的特性，可以为实逡逑验过程提供更加稳定准确的实验数据和输出结果。逡逑ＴｅｓｔｒＣｈｏｓｔ邋Ｖ２逡逑图２．１泰斯仿生系统（ＴｅｓｔＣｈｅｓｔ）逡逑１１逡逑

ＣＯＰＤ２组的气道阻力为２０ｃｍＨ２Ｏ／邋（Ｌ￣ｓ），其呼吸状态可模拟以慢阻肺患者中逡逑以支气管炎为主要表型的患者的呼吸状态。逡逑通过在模拟肺配套软件内部更改气道阻力等参数设置，如图２．２所示，从而逡逑完成本文所需要的实验人群设定。逡逑ＴｅｓｔＣｈｅｓｔｆＴＭ）邋Ｂａｓｉｃ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ邋－邋Ｖｅｒｓｉｏｎ邋１．７３逦？逡逑Ｐａｔｉｅｎｔ邋Ｎｏｍｅ邋Ｎｏｒｍａｌ逦Ｂｒｅｏｌｈ邋Ｎａｍｅ邋Ａｐｎｏｎ逡逑ＴｅｓｔＣｈｅｓｔ邋Ｃｏｎｔｒｏｌ邋Ｌｕｎｇ邋Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ邋；邋Ｒｅｃｒｕｉｔｍｅｒｒｔ邋；邋Ｖ邋／邋Ｑ邋；邋Ｈｅａｒｔ邋Ｌｕｎｇ邋Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｓ邋ｊ邋Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ邋ｉ逡逑Ｌｕｎｇ邋ＭｅｃＭｍｃ＊逡逑ＣｈｅｔｌｗＡｉｌ邋ｃｏｎ＾＞ｈａｎｃｅ逦丨ｏｌａｌ邋ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ逡逑ｒ—＇－－—＊１邋２００逦ｒ＊逦＂邋６０逡逑Ｉ邋：逦＃逦，逦．．．．逦．邋＜邋＜■＊＊？？逦，逦－ａ，逡逑Ａ？？ｗａｙ邋ｌｅｓｉｓｔａｎｃｅ逦ＦＲＣ邋ａｔ邋ＺＥＥＰ逡逑＇邋？邋Ｒｐ５邋ｒ邋Ｒ＾ｏ邋ｒ邋Ｒｐ５ｃ邋ｒ逦＾逦ｒ￣｜￣＾￣｜￣￣￣：邋＾１００逡逑Ｌｏｗｅｒ邋ｉｎｆｌｅｃｔｉｏｎ邋ｐｏｉｎｔ邋ＵＰ逦Ｕｐｐｅｔ邋ｉｎｆｌｅｃｔｉｏｎ邋ｐｏｍｌ邋ＵＩＰ逡逑＿：＿：＿：￣：￣：￣：￣：￣１邋0逦ｒ￣：￣￣：￣：￣——：￣：￣５0逡逑Ｊ逦ｔ邋？邋

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本文编号：2809955