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Mechanical ventilation strategy for pulmonary rehabilitation based on patient-ventilator interaction

Science China(Technological Sciences) 2021年第4期64卷 869-878页

作者： HAO LiMing LI Xiao SHI Yan CAI MaoLin REN Shuai XIE Fei LI YaNa WANG Na WANG YiXuan luo zujin XU Meng School of Automation Science and Electrical Engineering Beihang UniversityBeijing 100191China Department of Rehabilitation The Fouth Medical Center of PLA General HospitalBeijing 100048China Department of Pulmonary and Critical Care Medicine Chinese PLA General HospitalBeijing 100039China Department of Respiratory and Critical Care Medicine Beijing Engineering Research Center of Respiratory and Critical Care MedicineBeijing Institute of Respiratory MedicineBeijing Chao-Yang HospitalCapital Medical UniversityBeijing 100043China Department of Orthopedics Chinese PLA General HospitalBeijing 100039China State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems Zhejiang UniversityHangzhou 310027China

Mechanical ventilation is an effective medical means in the treatment of patients with critically ill,COVID-19 and other pulmonary diseases.During the mechanical ventilation and the weaning process,the conduct of pulmonary rehabilitation is essential for the patients to improve the spontaneous breathing ability and to avoid the weakness of respiratory muscles and other pulmonary functional trauma.However,inappropriate mechanical ventilation strategies for pulmonary rehabilitation often result in weaning difficulties and other ventilator complications.In this article,the mechanical ventilation strategies for pulmonary rehabilitation are studied based on the analysis of patient-ventilator interaction.A pneumatic model of the mechanical ventilation system is established to determine the mathematical relationship among the pressure,the volumetric flow,and the tidal volume.Each ventilation cycle is divided into four phases according to the different respiratory characteristics of patients,namely,the triggering phase,the inhalation phase,the switching phase,and the exhalation phase.The control parameters of the ventilator are adjusted by analyzing the interaction between the patient and the ventilator at different phases.A novel fuzzy control method of the ventilator support pressure is proposed in the pressure support ventilation mode.According to the fuzzy rules in this research,the plateau pressure can be obtained by the trigger sensitivity and the patient’s inspiratory effort.An experiment prototype of the ventilator is established to verify the accuracy of the pneumatic model and the validity of the mechanical ventilation strategies proposed in this article.In addition,through the discussion of the patient-ventilator asynchrony,the strategies for mechanical ventilation can be adjusted accordingly.The results of this research are meaningful for the clinical operation of mechanical ventilation.Besides,these results provide a theoretical basis for the future research on the intelligent control of ventilator and the a

关键词： mechanical ventilation pulmonary rehabilitation phases division fuzzy control patient-ventilator interaction

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Novel assisted cough system based on simulating cough airflow dynamics

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Bio-Design and Manufacturing 2021年第3期4卷 479-489页

作者： Shuai Ren Jinglong Niu Maolin Cai Liming Hao Yan Shi Weiqing Xu zujin luo School of Automation Science and Electrical Engineering Beihang UniversityBeijing 100191China State Key Laboratory of Fluid Power and Mechatronic Systems Zhejiang UniversityHangzhou 310027China North Automatic Control Technology Institute Taiyuan 030006China Department of Respiratory and Critical Care Medicine Beijing Engineering Research Center of Respiratory and Critical Care MedicineBeijing Institute of Respiratory MedicineBeijing Chao-Yang HospitalCapital Medical UniversityBeijing 100043China

Cough is a defensive behavior that protects the respiratory system from infection and clears airway secretions.Cough airflow dynamics have been analyzed by a variety of mathematical and experimental tools.In this paper,the cough airflow dynamics of 42 subjects were obtained and analyzed.An identification model based on piecewise Gauss function for cough airflow dynamics is proposed through the dimensionless method,which could achieve over 90%identification accuracy.Meanwhile,an assisted cough system based on pneumatic flow servo system is presented.The vacuum situation and feedback control are used to increase the simulated peak cough flow rate,which are important for airway secretion clearance and to avoid airway collapse,respectively.The simulated cough peak flow could reach 5 L/s without the external assistance such as manual pressing,patient cooperation and other means.Finally,the backstepping control is developed to generate a simulated cough airflow that closely mimics the natural cough airflow of humans.The assisted cough system opens up wide opportunities of practical application in airway secretion clearance for critically ill patients with COVID 2019 and other pulmonary diseases.

关键词： Airflow dynamics Pneumatic system Simulated cough Model identification Airway secretion clearance

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Dimensionless Study on Secretion Clearance of a Pressure Controlled Mechanical Ventilation System with Double Lungs

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Computer Modeling in Engineering & Sciences 2018年第2期114卷 117-139页

作者： Dongkai Shen Qian Zhang Yixuan Wang Huiqing Ge zujin luo School of Automation Science and Electrical Engineering Beihang UniversityBeijingPR China The State Key Laboratory of Fluid Power Transmission and Control Zhejiang UniversityHangzhouChina Department of Respiratory Medicine Sir Run Run Shaw HospitalZhejiang University School of MedicineHangzhou 310016ZhejiangChina Department of Respiratory and Critical Care Medicine Beijing Engineering Research Center of Respiratory and Critical Care MedicineBeijing Institute of Respiratory MedicineBeijing Chao-Yang HospitalCapital Medical UniversityBeijing 100043China.

A pressure controlled mechanical ventilator with an automatic secretion clearance function can improve secretion clearance safely and efficiently.Studies on secretion clearance by pressure controlled systems show that these are suited for clinical applications.However,these studies are based on a single lung electric model and neglect the coupling between the two lungs.The research methods applied are too complex for the analysis of a multi-parameter system.In order to understand the functioning of the human respiratory system,this paper develops a dimensionless mathematical model of doublelung mechanical ventilation system with a secretion clearance function.An experiment is designed to verify the mathematical model through comparison of dimensionless experimental data and dimensionless simulation data.Finally,the coupling between the two lungs is studied,and an orthogonal experiment designed to identify the impact of each parameter on the system.

关键词： Dimensionless system mechanical ventilation secretion clearance double lungs pressure control

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肺复张手法的临床实施

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中华结核和呼吸杂志 2016年第9期39卷 671-674页

作者：马迎民罗祖金 100020 首都医科大学附属北京朝阳医院呼吸与危重症医学科

肺复张手法(recruitment maneuver,RM)是指在有创正压通气(IPPV)过程中通过短暂给予明显高于常规的气道及肺泡内正压,以增加跨肺压、复张萎陷肺泡的一类操作方法(1-2)ARDS是临床常见的呼吸危重症,其ICU发病率超过10％,总体病死率高达40... 详细信息

肺复张手法(recruitment maneuver,RM)是指在有创正压通气(IPPV)过程中通过短暂给予明显高于常规的气道及肺泡内正压,以增加跨肺压、复张萎陷肺泡的一类操作方法(1-2)ARDS是临床常见的呼吸危重症,其ICU发病率超过10％,总体病死率高达40％左右[3-4].ARDS在病理改变上主要表现为局部肺泡萎陷且呈重力依赖性分布,导致肺内分流增加,通气/血流(V/Q)比例失调,由此并发严重低氧(图1).

关键词：肺复张手法临床实施

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新一代比例辅助通气模式在慢性阻塞性肺疾病急性加重患者中的生理学研究

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中国呼吸与危重监护杂志 2014年第6期13卷 550-555页

作者：罗祖金詹庆元米玉红首都医科大学附属北京安贞医院急诊重症监护室北京100029 中日友好医院重症监护室北京100029

目的探讨新一代比例辅助通气模式(PAV)对慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺)急性加重患者提供辅助呼吸时,不同辅助比例(PA)对患者通气、氧合及呼吸功耗状况等相关生理学指标的影响。方法采用前瞻性自身交叉随机对照研究的设计方案,随机选取PA... 详细信息

目的探讨新一代比例辅助通气模式(PAV)对慢性阻塞性肺疾病(简称慢阻肺)急性加重患者提供辅助呼吸时,不同辅助比例(PA)对患者通气、氧合及呼吸功耗状况等相关生理学指标的影响。方法采用前瞻性自身交叉随机对照研究的设计方案,随机选取PAV模式中的三个辅助比例,即80%PA、60%PA、40%PA先后对患者进行辅助呼吸,每个辅助比例持续时间均为30 min;在应用不同辅助比例前均先给予压力支持通气模式(PSV)辅助呼吸,持续时间30 min。比较不同PA及PSV模式条件下通气、氧合及呼吸困难等相关指标的变化;比较不同PA时患者呼吸做功(WOBp)及呼吸机做功(WOBv)的变化。结果共28例患者入选。随着PA不断下调,气道峰压(PIP)、平均气道压(Pm)、潮气量(VT)逐渐降低(P0.05)。与在PSV模式时相比,PIP在80%PA时显著增高(P0.05),在60%PA及40%PA时显著降低(P0.05),在60%PA及40%PA时显著增高(P0.05),在60%PA及40%PA时显著降低(P0.05),在60%PA及40%PA时显著增加(P<0.05)。随着PA不断下调,WOBp不断增加,在40%PA时显著高于在60%PA(P=0.000)及80%PA时(P=0.000),在60%PA时显著高于80%PA(P=0.000);WOBv不断降低,在40%PA时显著低于在60%PA(P=0.004)及80%PA时(P=0.000),在60%PA时显著低于80%PA(P=0.000)。结论新一代PAV能够安全有效地为慢阻肺急性加重患者提供辅助呼吸。80%PA时患者呼吸形式、呼吸困难程度及辅助呼吸肌参与程度与基础PSV大致相似,随着辅助比例的逐渐降低,患者自主呼吸参与的程度逐渐增加,呼吸功耗增加,呼吸困难程度加重。PAV更能促进自主呼吸做功,防止呼吸肌废用性萎缩,应用不当也容易导致呼吸肌疲劳。

关键词：慢性阻塞性肺疾病急性加重比例辅助通气压力支持通气生理学研究

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急诊重症监护病房患者精神障碍的监测

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心肺血管病杂志 2013年第3期32卷 309-311页

作者：梁颖米玉红刘双罗祖金姚志宏首都医科大学附属北京安贞医院北京市心肺血管疾病研究所心肺血管抢救中心EICU 北京100029

目的:探讨急诊重症监护病房(emergency intensive care unit,EICU)患者精神障碍的临床特征。方法:收集2010年1月至2012年1月2年间,于北京安贞医院EICU住院患者的临床资料,进行总结分析。结果:患者住EICU出现精神障碍的年龄段集中在76～8... 详细信息

目的:探讨急诊重症监护病房(emergency intensive care unit,EICU)患者精神障碍的临床特征。方法:收集2010年1月至2012年1月2年间,于北京安贞医院EICU住院患者的临床资料,进行总结分析。结果:患者住EICU出现精神障碍的年龄段集中在76～85岁,占57.1%(P<0.05),发生率7.5%(42/563),男女病死率相同11.9%(5/42)。患者基础病多为呼吸系统、心血管系统疾病、营养和代谢疾病,常合并呼吸衰竭、心力衰竭、电解质紊乱及肾功能不全等。EICU患者精神障碍的临床表现多为行为异常和定向力障碍。出现EICU精神障碍的患者精神症状大多持续1～10 d;由疾病因素为主导致精神障碍占61.9%(26/42),由非疾病因素为主导致的精神障碍占38.1%(16/42)。结论:EICU患者精神障碍的发生率以及病死率高。出现精神障碍多数与基础疾病有关。应重视病因治疗减少精神障碍持续时间。

关键词：急诊重症监护病房精神障碍监测

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家庭机械通气治疗远程管理的实践

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中华护理杂志 2019年第12期54卷 1820-1824页

作者：马玉平曹志新朱剑罗祖金赵娜刘霁尘郑颖颖薛佳瑞马迎民首都医科大学附属北京朝阳医院呼吸与危重症医学科

目的探讨基于互联网云平台进行家庭机械通气治疗的远程管理及效果。方法基于互联网云平台对2015年5月一2018年5月入组的162例家庭机械通气治疗患者进行远程管理,所有患者均使用具备物联网数据传输功能的无创呼吸机,评价呼吸系统症状严... 详细信息

目的探讨基于互联网云平台进行家庭机械通气治疗的远程管理及效果。方法基于互联网云平台对2015年5月一2018年5月入组的162例家庭机械通气治疗患者进行远程管理,所有患者均使用具备物联网数据传输功能的无创呼吸机,评价呼吸系统症状严重程度、生活质量、精神状态、睡眠质量、活动情况及治疗依从性。结果应用云平台实施远程管理后,患者呼吸系统症状严重程度、生活质量及活动情况较远程医疗管理前有好转趋势,但差异无统计学意义(P<0.05);精神状态、睡眠质量及治疗依从性较实施远程管理前均有明显改善,差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论利用现代物联网技术可实现家庭机械通气患者的远程医疗管理,并可明显改善患者治疗依从性、精神状态及睡眠质量等。

关键词：家庭机械通气治疗远程医疗管理云平台护理

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血吸虫病患者外周血单核细胞体外诱生IL—1水平的变化

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中国血吸虫病防治杂志 1992年第1期4卷 8-11页

作者：李祖进罗端德吴新星杨青曾令兰李淑莉杨业翔王厚成戴家珠王心禾同济医科大学附属协和医院传染病教研室湖北省黄陂县血吸虫病防治站湖北省江陵县血吸虫病防治站

检测了17例急性血吸虫病(急血)、14例慢性血吸虫病(慢血)和19例晚期血吸虫病(晚血)患者外周血单核细胞体外经脂多糖(LPS)诱生白细胞介素1(IL-1)的水平。结果急血组明显升高,且与体温呈正相关;慢血组和晚血组均显著下降,以晚血组尤为显... 详细信息

检测了17例急性血吸虫病(急血)、14例慢性血吸虫病(慢血)和19例晚期血吸虫病(晚血)患者外周血单核细胞体外经脂多糖(LPS)诱生白细胞介素1(IL-1)的水平。结果急血组明显升高,且与体温呈正相关;慢血组和晚血组均显著下降,以晚血组尤为显著。经消炎痛阻断前列腺素合成,3组患者的IL-1水平均显著提高,而正常对照组无明显变化。表明IL-1在介导急血患者发热和炎症反应以及慢血感染阶段的免疫调节中可能起重要作用。血吸虫病中IL-1活性的改变可能与前列腺素关系密切。

关键词：血吸虫病患者 IL 外周血单核细胞慢性血吸虫病晚期血吸虫病前列腺素血吸虫感染体外诱生免疫调节白细胞介素

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慢性血吸虫感染患者外周血单核细胞体外诱生IL-1水平的检测

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同济医科大学学报 1990年第6期19卷 396-398页

作者：李祖进罗端德李友志曾令兰李淑莉杨青杨业翔王厚成戴家珠王心禾同济医科大学附属协和医院传染病教研室湖北省黄陂县血吸虫病防治站湖北省江陵县血吸虫病防治站

本文检测了14例慢性血吸虫病(下称慢血)和19例晚期血吸虫病(下称晚血)患者外周血单核细胞体外经脂多糖诱生白细胞介1(IL-l)的活性。结果慢血和晚血患者的IL-1水平分别为75.63±13.80U和57.18±14.33U,均显著低于对照组(98.58±22.13U),... 详细信息

本文检测了14例慢性血吸虫病(下称慢血)和19例晚期血吸虫病(下称晚血)患者外周血单核细胞体外经脂多糖诱生白细胞介1(IL-l)的活性。结果慢血和晚血患者的IL-1水平分别为75.63±13.80U和57.18±14.33U,均显著低于对照组(98.58±22.13U),经消炎痛处理,可提高两组患者的IL-1诱生水平。提示IL-1水平降低可能是慢性血吸虫感染患者细胞免疫功能降低的重要机制之一。

关键词：血吸虫病白细胞介素免疫调控

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(C_(70))_2-对叔丁基杯[8]芳烃化学修饰电极对卤代酸的电催化行为

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化学学报 2002年第3期60卷 389-392页

作者：罗红霞李南强施祖进顾镇南周锡煌北京大学化学系北京100871

(C70 ) 2 对叔丁基杯 [8]芳烃化学修饰电极在V(乙腈 )∶V(水 ) =2∶3混合溶剂中 ,发生两步还原 /再氧化反应 ,分别对应于两电子和四电子转移 .用扫描电子显微镜和光电子能谱对修饰电极进行了表征 .循环伏安实验表明 ,(C70 ) 2 对叔丁... 详细信息

(C70 ) 2 对叔丁基杯 [8]芳烃化学修饰电极在V(乙腈 )∶V(水 ) =2∶3混合溶剂中 ,发生两步还原 /再氧化反应 ,分别对应于两电子和四电子转移 .用扫描电子显微镜和光电子能谱对修饰电极进行了表征 .循环伏安实验表明 ,(C70 ) 2 对叔丁基杯 [8]芳烃的两步还原过程均对卤代酸的还原具有电催化作用 .

关键词： (C70)2-对叔丁基杯芳烃化学修饰电极卤代酸电催化循环伏安法

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