【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物医疗器械，具体涉及一种触发呼吸机送气的方法，尤其是涉及一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法。
技术介绍
1、呼吸机是临床抢救和治疗各种原因引起的急、慢性呼吸衰竭或呼吸功能不全的不可或缺的重要工具。在临床治疗中，呼吸机可以代替、控制或辅助人的正常生理呼吸，增加肺通气量、改善呼吸功能，能够有效争取黄金的治疗时间。传统呼吸机大多采用基于压力和流量为触发模式的辅助通气方式，这种方式由于吸气肌收缩产生的压力必须对抗气道阻力和内源呼气未正压(peepi)后，才能产生吸气气流，触发呼吸机送气。因而从吸气肌收缩至产生吸气时气道的压力或流量变化间存在一定的延迟，导致呼吸机送气的时刻比患者实际吸气的时刻会相对滞后。这样会造成严重的人机不同步，甚至给患者带来不适，影响临床治疗，这种不同步性在慢性阻塞性肺病(copd)患者急性加重期更加明显。
2、膈肌肌电信号(electrical activity of diaphragm)，是指人体在呼吸时由膈肌收缩所产生的一种重要的电生理信号，其中包含了大量与膈肌功能及人体相关的重要信息，如膈肌的生理状态和人体呼吸系统的功能特征等。作为重要的呼吸肌群，在整个呼吸过程中，膈肌所起的作用约占呼吸肌肉的60％-80％，因此，膈肌肌电信号对于有呼吸疾病患者的健康检测有着非常重要的作用，也可以作为触发呼吸机送气的重要参考依据。
3、目前临床和市面常采用专用的鼻胃管插入人体食道中直接捕捉激活膈肌的电生理信号，利用这种技术来控制呼吸机的技术被成为神经调节通气辅助(nava)。但是这种通
4、上述中可见，传统基于压力或者流量为触发模式的呼吸机存在着明显的人机不同步，而在临床中遇到人机不同步，人机对抗时，归结于是触发模式的问题，通过调整参数或许也不能解决，只能使用镇静剂和肌松剂等药物帮助或手动调节达到同步。但镇静剂和肌松剂的使一定程度上延长了患者在重症监护室的时间，并且降低了脱机的成功率，不能够很好的解决人机不同步的问题。所以有必要研究一种新的触发方法，在呼吸机和患者之间找到一种新的有效的媒介，来改善人机同步性，提高临床疗效。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了克服现有食道膈肌肌电触发的nava呼吸机信号采集不方便且有侵入性的问题，提出了一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，以提高人机同步性，改善临床疗效。特别地，本专利技术采用表面膈肌肌电信号作为新的触发媒介，利用基于半监督学习的transformer模型来预测吸气时刻和呼气时刻进而触发呼吸机工作，一方面改善了人机同步性，另一方面克服了有创的采集方式带来的痛苦，可有效应用于临床治疗。
2、本专利技术的上述专利技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，包括以下步骤：
4、步骤1：利用高密度表面电极采集表面膈肌肌电信号，并对其进行频域滤波降噪；
5、步骤2：采用盲源分离技术从降噪滤波后的信号s＝[s1，s2，...，si，...，sm]t中在线地提取得到纯净的表面膈肌肌电信号y＝[y1，y2，...，yi，...，ym]t，yi则表示第i个通道中的表面膈肌肌电信号，并且从信号y中选择信号质量最好的信号作为呼吸的源信号ys；
6、步骤3：对提取到得到的信噪比最小的源信号ys进行特征提取；
7、步骤4：重复采集得到多组不同个体的包络信号，并对包络信号进行平滑和归一化处理，按照呼气时刻、吸气时刻和中间状态时刻三大类分别做好标记；
8、步骤5：构建基于半监督学习的transformer模型对数据预测，得到分类结果，并将分类结果作为呼吸机触发的标准。
9、作为本专利技术的进一步的技术方案：所述步骤1具体包括以下步骤：
10、步骤1.1：采用a行×b列的阵列式表面电极片，将其放置在患者胸廓皮肤表面，采集多通道含有噪声和干扰的表面膈肌肌电信号，并进行数字化，记为x＝[x1，x2，...，xi，...，xm]t，其中xi表示第i个通道的含有噪声和干扰的表面膈肌肌电信号，m表示总通道数，且m＝a×b；
11、步骤1.2：对采集到的信号x＝[x1，x2，...，xi，...，xm]t进行一系列降噪处理，包括低频滤波，高频滤波，去除尖峰噪声、工频干扰，以消除环境干扰和生理噪声，得到降噪滤波后的信号
12、s＝[s1，s2，...，si，...，sm]t，其中si表示第i个通道被降噪滤波后的信号，m同步骤1.2一致。
13、作为本专利技术的进一步的技术方案：所述步骤3具体包括以下步骤：
14、步骤3.1：设采样率为fshz，每隔n ms求信号的rms值，即每隔fs×imax×10-3个点对源信号ys求一次均方根值(rms)
15、
16、其中，ai是数据段所用的表面膈肌肌电信号，n表示数据长度，对应于求均方根值时的信号宽度；
17、步骤3.2：得到源信号ys的包络曲线，对rms窗口每次向右移一个采样点，逐个计算每一段信号的rms值，得到与源信号ys相同密度的包络曲线。
18、作为本专利技术的进一步的技术方案：所述步骤4具体包括以下步骤：
19、步骤4.1：重复采集得到大量表面膈肌肌电信号包络曲线，形成原始数据集，首先，对包络信号进行平滑处理，使得包络可以更好的显示出信号的变化趋势，接着对包络信号进行z-score标准化，具体公式如下：
20、
21、其中，ξs为标准化后的信号，σ2为ys的方差；
22、步骤4.2：从原始数据集中选择20％的包络信号作为训练集进行手动标注。
23、作为本专利技术的进一步的技术方案：所述步骤4.2具体包括以下步骤：
24、步骤4.2.1：具体地，对这部分包络信号在静息状态下和下降到50％峰值处的信号强度求均值，分别得到静息状态下的均值th1和下降到50％峰值处的均值th2；
25、步骤4.2.2：以th1为吸气时刻的阈值，th2为呼气时刻的阈值，分别在包络曲线上进行手动标注吸气时刻和呼气时刻，处在吸气时刻和呼气时刻之间即为中间状态。
26、作为本专利技术的进一步的技术方案：所述步骤5具体包括以下步骤：
27、步骤5.1：对训练集中的包络信号进行采样打标签，分别得到吸气时刻的数据标签1，呼气时刻的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，其特征在于，所述步骤4具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，其特征在于，所述步骤4.2具体包括以下步骤：
6.根据权利要求1所述的一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，其特征在于，所述步骤5具体包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，其特征在于，所述步骤5.2具体包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，其特征在于，所述步骤1具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，其特征在于，所述步骤3具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的一种基于表面膈肌肌电的呼吸机触发方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈璋，
申请(专利权)人：飞矩科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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