肌电信号实时处理在人工呼吸机触发模式上的应用

医疗卫生装备・ !""# 年第 !$ 卷第 % 期
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图5 食道膈肌肌电波形图
基础上的虚拟仪器系统具有一机多用、用户自定义和使用 维 护方便等特点。 食道膈肌肌电信号经放大器放 膈肌 -BC 是一种丛状波， 大后 ， 由 /01 装 置 以 ’%%%WH 采 样 速 率 采 集 的 波 形 图 如 图 " 所示。
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呼吸肌信号处理 呼吸肌信号的降噪处理 （ 膈 肌 -BC 信 号 的 噪 声 主 要 来 源 ： !） -NC 信 号 的 干 扰 ；
（ +’’FZ’.Z+2 收稿）
根 据 本 组 资 料 分 析 显 示 ， 在 /01 出 现 后 的 第 +234 5
)663678 的 时 间 范 围 可 找 到 特 异
性的触发点，其敏感性和特异性 均 达 到 )’’9 ， 据 此 可 通 过 :;< 的数字 = > ? 口发出触发信号。 由 于机械通气病人的呼吸频率小于
作者简介： 杨正林， 硕士研究生， 主要从事智能仪器和测控技 术方面的研究； 王思华， 教授， 主要 从 事 计 算 机 视 觉 技 术 ， 自动化 测控技术方面的研究。本课题由广东省自然科学基金项目 （ 资助。 %"%Y’% ）
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呼吸肌信号的处理 吸气肌收缩的生理过程是：大脑冲动 ! 膈神经 ! 膈 肌 肌
可缩短触发延迟时间， 消除误触发， 能够更好地解决人机同步 问题。
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膈肌肌电信号图
图>
膈肌肌电信号滤波处理后的波形图
由于膈肌信号是丛状波形， 局部信号上下不断地抖动。为 了实时判断出膈肌肌电上升趋势， 采用分段线性拟合：
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以 +’ 个数据点为一组， 分别拟合出每组的直线 !%,*(- 。 , 大于零表示信号处于上升趋势，反之， , 小于零表示信号处于 下降趋势。 为了提高敏感性，采用信号自相乘方法可以增大信号 的 变化幅度， 信号经过自相乘处理后并拟合， 其斜率分布图如图
基于 ()*+,-. 平台， 通过 /01 采集膈肌肌电信号， 实时分析肌电信号并应用于同步触发呼吸机送气， 解决人 肌电图； 呼吸机； 人机不同步； 实时； ()*+,-. 文献标识码： 0 文章编号： !%%’J[[&[ （ "%%$ ） %!J%%%!J%"
机对抗、 人机不同步问题。 中图分类号： SWYYY ； SP’Z
. 所示。
6 翁 剑 枫 D 龙 胜 春 3 体 表 呼 吸 肌 肌 电 信 号 采 集 和 分 析 "E$ 3 中 国 医 疗 器
械杂志， +’’)D+. （ F） G+’’5+’6
F 于 杰 D 李 川 勇 D 贾 林 壮 3 基 于 A&@B=/C 的 心 电 信 号 采 集 系 统 的 设 计 "E$3 生物医学工程与临床 D+’’)D. （ 6） G)6)5)66
图:
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触发脉冲信号图
膈肌肌电信号与触发脉冲信号对照图
参考文献
电子工业出版社 D+’’) ) 杨乐平 3A&@B=/C 程序设计与应用 "0$3 北京： 北 + 李 刚 3 A&@B=/C 易 学 易 用 的 计 算 机 图 形 化 编 程 语 言 "0$3 北 京 ： 京航空航天大学出版社 D +’’)
呼吸机机械通气作为一种人工替代通气功能的有效手 段，是各种原因所致的呼吸衰竭或慢性呼吸衰竭性发作的主 要抢救措施， 广泛地应用于麻醉及手术后的支持治疗等。大多 数运用呼吸机机械辅助通气是在病人清醒状态下，因而要保 证机械通气的有效进行必须保证人机同步。否则， 会因为病人 无效触发呼吸机的频率和呼吸做功增加， 加重呼吸肌疲劳， 甚 至呼吸机通气不能正常进行。为了克服人机不同步， 近年来， 采用了流量触发，它比以往的压力触发和时间触发灵敏性大 大提高， 在一定程度上改善了人机的同步性。但由于吸气肌收 缩至产生压力或流量的变化存在触发延时，特别是在慢性阻 患者存在呼吸肌疲劳、 内源性 塞性肺疾病 MNOP/Q 急性加重期， 触发呼吸机的延时将进一步延长， 人机对抗、 人机 P--P 较高， 不同步将更明显， 仍然不能解决人机不同步问题。而且， 流量 触发的特异性差， 阈值设置过小时， 心跳等细小的动作可在气 道内产生流量触发信号， 触发呼吸机， 引起自发触发， 这本身 就造成人机对抗、 人机不同步。 为了解决以上问题， 拟通过膈肌肌电信号来触发， 达到人 机完全同步的目的。膈肌肌电信号采集与处理系统结构框图 如图 ! 所示。
北京医科大学中国协和医科大学 . 汤晓芙 3 临床肌电图学 "0$ 3 北京： 联合出版社 D)HH.
2 13I3 ;JJ#8K,3 ILM,N 7M8-JO K,8OP QOPO-P#K, PO-R,#SMO TKL /01
图7 膈肌肌电信号斜率分布图
8#U,&J8 V#PR /W1 &LPOT&-P "E$3 EKML,&J KT /JO-PLK7!KUL&XR! &,Q Y# ,O8#KJKU!D+’’6D)6G+’H5+)2
2’ 次 > 分 ， 设 定 当 呼 吸 机 处 于 触
发状态的时候， 在随后的 6’’’ 个 采样点中屏蔽而不能被触发， 因 而可以避免在同一次吸气过程 中， 呼吸机被重复触发。
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结论 信号经过滤波器处理后可以
得 到 没 有 受 到 干 扰 的 纯 真 /01 。 通过分组拟合后的斜率进行判 断， /01 触 发 呼 吸 机 的 敏 感 性 和 特异性均达 )’’9。如图 2 所示， 与据 /01 出 现 膈肌肌电信号（ &） 而产生的触发脉冲信号（ ， 相对 @） 传统的流量触发呼吸机来说， 用 膈肌肌电信号来触发呼吸机送气
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呼吸肌信号采集
原始信号经过高频滤波器可以消除高频干扰，然后 经 过 带 通 滤 波 器 以 消 除 低 频 心 电 信 号 的 干 扰 和 消 除 $%WH 的 工 频 干扰， 经滤波后得到膈肌肌电信号如图 X 所示。
()*+,-. 是 美 国 国 家 仪 器 公 司 （ R0S,OR0( ,RTSUVI 简称 R,） 的软件产品， 也是目前应用最广的图形化软 B-RST ， 简称 件开发集成环境， 配合 PN 的数据 采 集 （ /):) 0DEF?3?:?67 ， 装置来完成测量任务。建立在通用计算 机 和 /01 设 备 /01）
研究论著
&>3?@? A B3?3CBD> B3EFB&
本栏目编辑 = 郑玉祥
Байду номын сангаас
肌电信号实时处理在人工呼吸机触发模式上的应用
杨正林 !
（ !# 暨南大学电子工程系 摘要 关键词 广州市
王思华 !
郑则广 "
陈荣昌 "
钟南山 "
广州市
$!%&’" ； "# 广州医学院第一附属医院广州呼吸病研究所
$!%!"% ）
（ 记录电极和肌肉之间的不良接触的干扰； （ 使用设备的 "） ’） （ 高频干扰。结合呼吸肌电信号的频谱能量 $%WH 工频干扰； X） 分布将原始信号进行高频滤波和带通滤波，从而得到纯真 的
-BC 信号。对原始信号处理如图 ’ 所示。
图<
呼吸信号采集与处理系统结构框图
图P
膈肌肌电信号滤波处理的过程示意图
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