Πολυπαραμετρικό σύστημα υποστήριξης του Μηχανικού Αερισμού ασθενούς βασισμένο σε αλγορίθμους Ασαφούς Λογικής A.Τζαβάρας B. Σπυρόπουλος M. Μποτσιβάλη K. Γάτσιος A. Κουφάκης

Πολυπαραμετρικό σύστημα υποστήριξης του Μηχανικού Αερισμού ασθενούς βασισμένο σε αλγορίθμους Ασαφούς Λογικής Στόχος της έρευνας ήταν η δημιουργία αλγόριθμου βασισμένου στην Ασαφή Λογική (Fuzzy Logic), για την υποστήριξη του Μηχανικού Αερισμού ασθενούς. Ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί μέρος των φυσιολογικών παραμέτρων του ασθενούς που τυπικά επιτηρούνται κατά τον μηχανικό αερισμό, και προσδιορίζει τις απαραίτητες μεταβολές στις ρυθμίσεις του Αναπνευστήρα όσον αφορά τον Αναπνευστικό Ρυθμό (RR) και τον Όγκο αναπνεόμενου αέρα (V T ). Τα αποτελέσματα της εξομοίωσης λειτουργίας του αλγόριθμου ελέγχθηκαν σε σύγκριση με τις ευρύτερα αποδεκτές αρχές της Φυσιολογίας του μηχανικού αερισμού, όσον αφορά τον έλεγχο συμβατότητας των προτεινόμενων ρυθμίσεων με τις βιβλιογραφικά προτεινόμενες ρυθμίσεις.

ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ & ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΑΝΑΠΝΕΥΣΤΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ Οι ασθενείς των Μονάδων Εντατικής Θεραπείας (ΜΕΘ), που υπόκεινται σε μηχανική υποστήριξη της αναπνοής, βρίσκονται σε συνεχή επιτήρηση για τον προσδιορισμό της επάρκειας των ρυθμίσεων του μηχανικού αερισμού. Οι σύγχρονες συσκευές μηχανικής υποστήριξης αλλά και τα παρακλίνια Μόνιτορ είναι εξοπλισμένα με συστήματα διαρκούς επιτήρησης των μηχανικών παραμέτρων των αεροφόρων οδών όπως η Αντίσταση (R) και η Ευενδοτότητα (C), καθώς και άλλων φυσιολογικών παραμέτρων που σχετίζονται με την επάρκεια του αερισμού, όπως ο Καρδιακός ρυθμός (HR), η θερμοκρασία κορμού (T), η καπνογραφία και ο Κορεσμός Οξυγόνου του αρτηριακού αίματος. Οι Ιατροί των ΜΕΘ, εξετάζουν την πορεία των επιτηρούμενων παραμέτρων και με βάση την φυσιολογία αλλά και την παθολογία του ασθενούς συστήνουν αλλαγές στις ρυθμίσεις της συσκευής μηχανικής υποστήριξης της αναπνοής. Επειδή οι ανάγκες του ασθενούς είναι μεταβαλλόμενες, η παραπάνω διαδικασία είναι συνεχής. Επιτήρηση παραμέτρων που σχετίζονται με την επάρκεια του αερισμού Συμπεράσματα για την επάρκεια του αερισμού με βάση την φυσιολογία και την παθολογία του ασθενούς. Μεταβολές στις ρυθμίσεις του Αναπνευστήρα

ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ ΑΣΑΦΟΥΣ ΛΟΓΙΚΗΣ Στόχος μας ήταν η δημιουργία ενός συστήματος Ασαφούς Λογικής, το οποίο θα χρησιμοποιούσε τις φυσιολογικές παραμέτρους που επιτηρούνται διαρκώς και σχετίζονται με τον μηχανικό αερισμό ως εισόδους στο σύστημα, για να προσδιορίσει τις αναγκαίες μεταβολές στις βασικές ρυθμίσεις του αναπνευστήρα (Όγκος/Λεπτό, Αναπνευστικός Ρυθμός και όγκος /αναπνοή), για τον επαρκή αερισμό. Η Ασαφής Λογική (Fuzzy Logic) επιλέχθηκε ως ο κατάλληλος αλγόριθμος, επειδή μπορεί να μοντελοποιήσει σύνθετα συστήματα αποτελεσματικά. Ως επί το πλείστον οι παράμετροι που αξιοποιούνται ως είσοδοι στο σύστημα μας επιτηρούνται αναίμακτα.

ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ ΑΣΑΦΟΥΣ ΛΟΓΙΚΗΣ Είσοδοι στο σύστημα Ηλικία ασθενούς Φύλο ασθενούς Βάρος ασθενούς Ύψος ασθενούς Κορεσμός αρτηριακού αίματος (S a O 2 ) Καπνογραφία (E T CO 2 ) Καρδιακή Παροχή (CO) Αντίσταση αεροφόρων οδών (R) Ευενδοτότητα αεροφόρων οδών (C) Θερμοκρασία σώματος (T) Output Parameters Όγκος ανά αναπνοή (V T ) Αναπνευστικός Ρυθμός (Frq ή RR) Όγκος / λεπτό, (V E ) FUZZY LOGIC ALGORITHM

ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ ΑΣΑΦΟΥΣ ΛΟΓΙΚΗΣ IF A is LOW and B is HIGH THEN ………… Ευρύτερα αποδεκτή γνώση για την φυσιολογία της αναπνοής Μαθηματικά μοντέλα για την φυσιολογία της αναπνοής Πρωτοκόλλα Μηχανικού αερισμού

ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΑΛΓΟΡΙΘΜΟΥ ΑΣΑΦΟΥΣ ΛΟΓΙΚΗΣ Το σύστημα αποτελείται από τέσσερα υποσυστήματα: Κεντρικό (Πυρήνας)Σύστημα Μηχανικών παραμέτρων Σύστημα Μεταβολής όγκου με βάση την σωματική διάπλαση Σύστημα Μεταβολής Συχνότητας με βάση την Ηλικία

Πυρήνας Συστήματος Είσοδοι Κορεσμός αρτηριακού αίματος (S a O 2 ) Καπνογραφία (E T CO 2 ) Καρδιακή Παροχή (CO) Αντίσταση αεροφόρων οδών (R) Ευενδοτότητα αεροφόρων οδών (C) Θερμοκρασία σώματος (T) Έξοδοι Όγκος ανά λεπτό(V E ) Σταθερά χρόνου RC

Υποσύστημα Μηχανικών παραμέτρων Είσοδοι Σταθερά χρόνου RC Όγκος ανά λεπτό (V E ) Έξοδοι Αναπνευστικός ρυθμός (RR)

Είσοδοι Ηλικία ασθενούς (έτη) Έξοδοι Μεταβολή στον αναπνευστικό ρυθμό (D RR ) Είσοδοι Επιφάνεια σώματος ασθενούς ( BSA= x H^0.725 x W^0.425) Έξοδοι Μεταβολή στον όγκο του ανά λεπτού αερισμού (DV E ) Σύστημα Μεταβολής Συχνότητας με βάση την Ηλικία Σύστημα Μεταβολής όγκου με βάση την σωματική διάπλαση

Αποτελέσματα Η απόκριση του συστήματος ελέγχθηκε μεταβάλλοντας τις παραμέτρους εισόδου είτε μεμονωμένα είτε ως ζεύγη. Για το σύστημα μας οι παρακάτω τιμές θεωρήθηκαν ως φυσιολογικές. Oxygen Saturation S a O 2 = 99% Cardiac Output C.O.= 5.6 L/min End Tidal Capnography E T CO 2 = 40mmHg Age = 20 Airways Resistance R=1cmH2O (ml/sec) Sex = Male Airways Compliance C= 133ml/cmH2O Weight = 80 Kg Body Temperature Temp. = 37 o C Height = 180 cm

Μεταβολή του όγκου ανά αναπνοή (V T ) ως προς την μεταβολή μίας παραμέτρου εισόδου Μεταβολή του ρυθμού αναπνοής (RR) ως προς την μεταβολή μίας παραμέτρου εισόδου ParameterLine Style Initial ValueFinal ValueStep C.O l/min7 l/min0.175 l/min Temp_ 37 o C40 o C0.375 o C Airway Resistance (R) cmH 2 O/(ml/s)0.8 cmH 2 O/(ml/s)0.025 Height ___ 180 cm90 cm11.25 cm Age20 years5 years1.875 years Weight80 Kg30 Kg6.25 Kg

Para-meter Pair Line Style Initial ValueFinal ValueStep Pair 1 SpO 2 __ 99%70%3.62% E T CO240 mmHg 45 mmHg mmHg Pair 2 SpO %70%3.62% E T CO240 mmHg 37 mmHg mmHg Μεταβολή του ρυθμού αναπνοής (RR), ως προς την μεταβολή ζεύγους παραμέτρων εισόδου Μεταβολή του όγκου ανά αναπνοή (VT) ως προς την μεταβολή ζεύγους παραμέτρων εισόδου

Συζήτηση - Συμπεράσματα Ο αλγόριθμος Ασαφούς Λογικής υπέδειξε μεταβολές στις ρυθμίσεις της συσκευής μηχανικής υποστήριξης της αναπνοής σύμφωνα την ευρύτερα αποδεκτή γνώση της φυσιολογίας του αναπνευστικού συστήματος. Ο αλγόριθμος Ασαφούς Λογικής προσάρμοσε την έξοδο του όσον αφορά τον όγκο ανά αναπνοή αλλά και τον ρυθμό με βάση τα μηχανικά χαρακτηριστικά των αεροφόρων οδών (Αντίσταση & Ευενδοτότητα). Για την κλινική εφαρμογή του συστήματος είναι απαραίτητη η μακροχρόνια συγκριτική μελέτη της απόκρισης του συστήματος με δεδομένα που έχουν ανακτηθεί από πραγματικά περιστατικά ασθενών. Η μελέτη αυτή έχει προγραμματιστεί για το άμεσο μέλλον στα πλαίσια Διδακτορικής Διατριβής.

Thank you