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一种应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的方法和系统   0    0

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专利申请流程有哪些步骤?
专利申请流程图
申请
申请号:指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。
申请日:提出专利申请之日。
2019-10-18
申请公布
申请公布指发明专利申请经初步审查合格后,自申请日(或优先权日)起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。
申请公布号:专利申请过程中,在尚未取得专利授权之前,国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。
申请公布日:申请公开的日期,即在专利公报上予以公开的日期。
2020-03-03
授权
授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由,授予发明专利权;或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由,授予实用新型专利权或外观设计专利权。
预估到期
发明专利权的期限为二十年,实用新型专利权期限为十年,外观设计专利权期限为十五年,均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。
2039-10-18
基本信息
有效性 实质审查 专利类型 发明专利
申请号 CN201910997713.2 申请日 2019-10-18
公开/公告号 CN110767305A 公开/公告日 2020-02-07
授权日 预估到期日 2039-10-18
申请年 2019年 公开/公告年 2020年
缴费截止日
分类号 G16H40/63G06N3/12G06N3/04 主分类号 G16H40/63
是否联合申请 独立申请 文献类型号 A
独权数量 1 从权数量 7
权利要求数量 8 非专利引证数量 0
引用专利数量 2 被引证专利数量 0
非专利引证
引用专利 CN106039510A、CN107802993A 被引证专利
专利权维持 99 专利申请国编码 CN
专利事件 事务标签 公开、实质审查
申请人信息
申请人 第一申请人
专利权人 中国地质大学(北京) 当前专利权人 中国地质大学(北京)
发明人 郭笑尘、金麟、何洋欢 第一发明人 郭笑尘
地址 北京市海淀区学院路29号 邮编 100083
申请人数量 1 发明人数量 3
申请人所在省 北京市 申请人所在市 北京市海淀区
代理人信息
代理机构
专利代理机构是经省专利管理局审核,国家知识产权局批准设立,可以接受委托人的委托,在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。
北京君莫知识产权代理事务所 代理人
专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务,取得一定资格的人。
王凝
摘要
本发明提出一种应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的方法和系统以及呼吸机监控服务站。所述系统包括神经网络控制器,所述神经网络控制器控制所述气道压力调节器的调节参数;所述系统包括患者自主模式与自适应控制模式,在所述患者自主模式下,所述系统开启故障预测功能,并基于遗传算法提取气道压力调节器输出的调节参数的特征向量,从而实现故障预警;在所述自适应控制模式下,所述神经网络控制器利用所述患者实时监测的呼吸参数以及所述机械通气设备的通气参数,输出所述调节参数。
  • 摘要附图
    一种应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的方法和系统
  • 说明书附图:图1
    一种应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的方法和系统
  • 说明书附图:图2
    一种应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的方法和系统
  • 说明书附图:图3
    一种应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的方法和系统
  • 说明书附图:图4
    一种应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的方法和系统
法律状态
序号 法律状态公告日 法律状态 法律状态信息
1 2020-03-03 实质审查的生效 IPC(主分类): G16H 40/63 专利申请号: 201910997713.2 申请日: 2019.10.18
2 2020-02-07 公开
权利要求
权利要求书是申请文件最核心的部分,是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。
1.一种应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的系统,所述系统包括机械通气设备、气道压力调节器、与所述机械通气设备连接的呼吸机;所述气道压力调节器连接所述机械通气设备,并控制所述机械通气设备的通气参数;
其特征在于:
所述系统还包括神经网络控制器,所述神经网络控制器控制所述气道压力调节器的调节参数;
所述系统包括患者自主模式与自适应控制模式,
在所述患者自主模式下,所述系统开启故障预测功能,并基于遗传算法提取气道压力调节器输出的调节参数的特征向量,从而实现故障预警;
在所述自适应控制模式下,所述神经网络控制器利用所述患者实时监测的呼吸参数以及所述机械通气设备的通气参数,输出所述调节参数;
其中,所述患者实时监测的呼吸参数,包括当前地区的海拔、气压、面罩漏气压以及无增压参数;
所述机械通气设备的通气参数通过双向流量传感器检测,所述双向流量传感器包括一个T型靶标和两个以不同模式运行的LED指示灯组成;所述双向流量传感器置于软管中,工作温度为20-40℃;
所述双向流量传感器设置为多个通道采集,基于多个通道采集的流量参数,采用基于多通道模型的患者脱机预拔管决策法进行呼吸机支持解除的预测;
所述基于遗传算法提取气道压力调节器输出的调节参数的特征向量,具体包括:
提取调节参数中的气压、流量波形、震荡频率,分别进行向量化。

2.如权利要求1所述的系统,其中,所述双向流量传感器为固态硅集成式双向流量传感器,所述固态硅集成式双向流量传感器输入流量范围为-50~+60L/min,上升时间≤40ms,下降时间≤50ms。

3.如权利要求1所述的系统,其中,在所述患者自主模式下,不执行所述患者脱机预拔管决策法。

4.如权利要求1所述的系统,其中,在所述自适应控制模式下,执行所述患者脱机预拔管决策法。

5.如权利要求1所述的系统,其中,如果在所述患者自主模式下,检测到故障预警,则自动切换为所述自适应控制模式。

6.一种应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的方法,所述方法基于权利要求1-2任何一项所述的系统实现,所述方法包括:
S101:提取气道压力调节器输出的调节参数的特征向量;
S103:基于特征向量,采用患者脱机预拔管决策法执行呼吸机支持解除的预测;
S105:如果预测结果为支持解除,则进入步骤S107;否则,进入步骤S109;
S107:进入患者自主模式;
S109:进入自适应控制模式。

7.如权利要求6所述的方法,其中,步骤S107进一步包括:
S1071:判断是否检测到故障预警,如果是,则进入步骤S109。

8.一种呼吸机监控服务站所述呼吸机监控服务站包括权利要求1-5任一项所述的系统,所述服务站包括多台计算机控制器,所述计算机控制器包含存储器与处理器,用于实现权利要求6-7任一项所述的方法。
说明书

技术领域

[0001] 本发明属于健康监护技术领域,尤其涉及一种应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的方法和系统以及呼吸机监控服务站。

背景技术

[0002] 在现代临床医学中,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致的呼吸衰竭、大手术期间的麻醉呼吸管理、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。呼吸机是一种能够起到预防和治疗呼吸衰竭,减少并发症,挽救及延长病人生命的至关重要的医疗设备。
[0003] 通气机的监护功能是决定呼吸机档次的关键环节之一。完善的呼吸机监护功能是实现呼吸机适合患者肺脏病理生理改变的重要前提。
[0004] 日常生活中,呼吸机比例阀多采用电磁比例阀,电磁比例阀是指采用比例电磁铁作为电气一机械转换元件的比例阀,比例电磁铁将输入的电流信号转换成力、位移机械信号输出.进而控制压力、流量及方向等参数。目前,现有的比例阀的流量控制方法都是离线生成表格,在流量控制过程中很难适应外部干扰因素变化带来的影响,外部干扰因素包括压差变化、电流干扰、传感器噪声等因素。便携式呼吸机在测量的时候可以通过传感器有效的对采集的差压进行加工转化,但是在转化的过程中,由于便携式呼吸机的传感器和处理电路都不能和专业的大型呼吸机相比,因此稳定性存疑。
[0005] 申请号为CN201810469621.2的中国发明专利提出的一种基于 BP神经网络的便携式呼吸机流量曲线标定方法,考虑到主流设备必须具有稳定和实时性的特点,所以气道管呼吸电路相结合的设计必须符合这一要求。气道压力是通过取样压力来监测的,而气道压力与气道有密切的关系。气道管设计的主要考虑是空气流经气道后会产生压降。气体管道的设计是基于伯努利定律和连续性定律,将连续性方程ρ1υ1s1=ρ2υ2s2=m应用于流量监测中;申请号为 CN201811459736.X的中国发明专利申请则提出呼吸机比例阀流量控制方法、装置、计算机设备,读取呼吸机系统运行参数,将呼吸机系统运行参数输入基于呼吸机历史系统运行参数训练生成的预设神经网络模型,获取预设已训练的神经网络模型根据呼吸机系统运行参数输出的电流信号,将电流信号输入至呼吸机中比例阀,来控制比例阀的流量。通过将当前呼吸机系统运行参数输入至基于呼吸机历史系统运行参数训练生成的预设神经网络模型中,能够得到一个合理的电流信号,根据这个合理的电流信号能够有效地控制呼吸机比例阀的流量,使比例阀在流量控制过程中,能够适应外部干扰因素变化带来的影响。
[0006] 然而,发明人发现,现有技术的上述方案均存在控制模式单一、稳定性差的问题,不能适应临床应用。

发明内容

[0007] 本发明提出一种应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的方法和系统以及呼吸机监控服务站。
[0008] 所述系统包括神经网络控制器,所述神经网络控制器控制所述气道压力调节器的调节参数;所述系统包括患者自主模式与自适应控制模式,在所述患者自主模式下,所述系统开启故障预测功能,并基于遗传算法提取气道压力调节器输出的调节参数的特征向量,从而实现故障预警;在所述自适应控制模式下,所述神经网络控制器利用所述患者实时监测的呼吸参数以及所述机械通气设备的通气参数,输出所述调节参数。
[0009] 在本发明的第一个方面,提供应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的系统,所述系统包括机械通气设备、气道压力调节器、与所述机械通气设备连接的呼吸机;所述气道压力调节器连接所述机械通气设备,并控制所述机械通气设备的通气参数;
[0010] 作为本发明的创新点的关键技术手段之一,所述系统还包括神经网络控制器,所述神经网络控制器控制所述气道压力调节器的调节参数;并且,所述述系统包括患者自主模式与自适应控制模式,
[0011] 在所述患者自主模式下,所述系统开启故障预测功能,并基于遗传算法提取气道压力调节器输出的调节参数的特征向量,从而实现故障预警;
[0012] 在所述自适应控制模式下,所述神经网络控制器利用所述患者实时监测的呼吸参数以及所述机械通气设备的通气参数,输出所述调节参数;
[0013] 其中,所述患者实时监测的呼吸参数,包括当前地区的海拔、气压、面罩漏气压以及无增压参数;
[0014] 作为体现本发明的创新点的关键技术手段之一,所述机械通气设备的通气参数通过双向流量传感器检测,所述双向流量传感器包括一个T型靶标和两个以不同模式运行的LED指示灯组成;所述双向流量传感器置于软管中,工作温度为20-40℃;
[0015] 作为本发明的创新点的关键技术手段之一,所述双向流量传感器设置为多个通道采集,基于多个通道采集的流量参数,采用基于多通道模型的患者脱机预拔管决策法进行呼吸机支持解除的预测;
[0016] 作为本发明的创新点的关键技术手段之一,所述基于遗传算法提取气道压力调节器输出的调节参数的特征向量,具体包括:
[0017] 提取调节参数中的气压、流量波形、震荡频率,分别进行向量化。
[0018] 对应本发明的关键技术手段,发明人经过反复选择,采用的所述双向流量传感器为固态硅集成式双向流量传感器,所述固态硅集成式双向流量传感器输入流量范围为-50~+60L/min,上升时间≤40ms,下降时间≤50ms。
[0019] 并且,在所述患者自主模式下,不执行所述患者脱机预拔管决策法,而在所述自适应控制模式下,执行所述患者脱机预拔管决策法。
[0020] 其中,如果在所述患者自主模式下,检测到故障预警,则自动切换为所述自适应控制模式。
[0021] 在本发明的第二个方面,提供一种应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的方法,所述方法基于前述的系统实现,
[0022] 所述方法包括:
[0023] S101:提取气道压力调节器输出的调节参数的特征向量;
[0024] S103:基于特征向量,采用患者脱机预拔管决策法执行呼吸机支持解除的预测;
[0025] S105:如果预测结果为支持解除,则进入步骤S107;否则,进入步骤S109;
[0026] S107:进入患者自主模式;
[0027] S109:进入自适应控制模式。
[0028] 作为不同于现有技术的关键点,其中,步骤S107进一步包括:
[0029] S1071:判断是否检测到故障预警,如果是,则进入步骤S109。
[0030] 在本发明的第三个方面,还提供一种呼吸机监控服务站,所述呼吸机监控服务站包括前述的系统,所述服务站包括多台计算机控制器,所述计算机控制器包含存储器与处理器,用于实现前述的方法。。
[0031] 此外,本发明的上述方法可以通过计算机程序实现,所述程序存储于可读媒体介质、计算机可读介质、可读光盘等,因此,还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机执行指令,通过处理器执行所述指令,用于实现前述的方法。
[0032] 本发明进一步的优点将在具体实施例部分结合附图进一步体现。

附图说明

[0033] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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的附图。
[0034] 图1是本申请稳定性校准系统框架图;
[0035] 图2是本申请稳定性校准系统使用的双向流量传感器电路结构图;
[0036] 图3是本申请稳定性校准方法的一个实施例的流程图;
[0037] 图4是本申请呼吸机监控服务站的示意图。具体实施例
[0038] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0039] 参见图1,是本发明一个实施例的应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的系统。
[0040] 在图1中,所述系统包括机械通气设备、气道压力调节器、与所述机械通气设备连接的呼吸机;所述气道压力调节器连接所述机械通气设备,并控制所述机械通气设备的通气参数;
[0041] 所述系统还包括神经网络控制器,所述神经网络控制器控制所述气道压力调节器的调节参数;
[0042] 所述系统包括患者自主模式与自适应控制模式,
[0043] 在所述患者自主模式下,所述系统开启故障预测功能,并基于遗传算法提取气道压力调节器输出的调节参数的特征向量,从而实现故障预警;
[0044] 在所述自适应控制模式下,所述神经网络控制器利用所述患者实时监测的呼吸参数以及所述机械通气设备的通气参数,输出所述调节参数;
[0045] 其中,所述患者实时监测的呼吸参数,包括当前地区的海拔、气压、面罩漏气压以及无增压参数;
[0046] 所述基于遗传算法提取气道压力调节器输出的调节参数的特征向量,具体包括:
[0047] 提取调节参数中的气压、流量波形、震荡频率,分别进行向量化。
[0048] 参见图2,所述机械通气设备的通气参数通过双向流量传感器检测,所述双向流量传感器包括一个T型靶标和两个以不同模式运行的 LED指示灯组成;所述双向流量传感器置于软管中,工作温度为 20-40℃;
[0049] 所述双向流量传感器设置为多个通道采集,基于多个通道采集的流量参数,采用基于多通道模型的患者脱机预拔管决策法进行呼吸机支持解除的预测;
[0050] 所述双向流量传感器为固态硅集成式双向流量传感器,所述固态硅集成式双向流量传感器输入流量范围为-50~+60L/min,上升时间≤40ms,下降时间≤50ms。
[0051] 具体监控过程中,在所述患者自主模式下,不执行所述患者脱机预拔管决策法。在所述自适应控制模式下,执行所述患者脱机预拔管决策法。
[0052] 如果在所述患者自主模式下,检测到故障预警,则自动切换为所述自适应控制模式。
[0053] 在本实施例中,基于多通道模型的患者脱机预拔管决策法,是基于Pablo Casaseca-de-la-Higuera等人于2006年提出的多通道模型的患者脱机预拔管决策法基础上,结合本实施例采集的特征向量 (气压、流量波形、震荡频率)和患者参数(当前地区的海拔、气压、面罩漏气压以及无增压参数)的具体应用,现有技术尚未对此作出任何具体应用。
[0054] 进一步参见图3,是应用基于神经网络反馈的遗传算法进行稳定性校准的方法的一个实施例,所述方法基于前述的校准系统实现,所述方法包括:
[0055] S101:提取气道压力调节器输出的调节参数的特征向量;
[0056] S103:基于特征向量,采用患者脱机预拔管决策法执行呼吸机支持解除的预测;
[0057] S105:如果预测结果为支持解除,则进入步骤S107;否则,进入步骤S109;
[0058] S107:进入患者自主模式;
[0059] S109:进入自适应控制模式。
[0060] 其中,步骤S107进一步包括:
[0061] S1071:判断是否检测到故障预警,如果是,则进入步骤S109。
[0062] 在本实施例中,所述支持解除,为医学上的″呼吸支持的解除″,即脱机。通常情况下,选择在自主呼吸能够维持下去时实施。
[0063] 参见图4,提供一种呼吸机监控服务站,所述呼吸机监控服务站包括前述的系统,所述服务站包括多台计算机控制器,所述计算机控制器包含存储器与处理器,用于实现前述的方法。
[0064] 通过上面具体实施方式,所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解,本发明并不限于上述的具体实施方式。在公开的实施方式的基础上,所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征,从而实现不同的技术方案。
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