CN109922854B - 用于机械通气内的控制和诊断的成像***和方法 - Google Patents

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Abstract

一种通气机***(10)包括通气机源(12)、相机(14)、数据库(16)以及控制器(20)。通气回路(34)中的第一多个通气部件被耦合在所述通气机源与患者之间。所述相机捕获所述通气回路的图像。所述数据库包括被预先批准与所述通气机源一起使用的第二多个通气部件的多视图图像。所述控制器(20)包括：(i)控制模块(22)，(ii)部件辨识与识别模块(24)，(iii)部件跟踪模块(26)，其被配置为跟踪目标并检测被跟踪目标的至少一个变化，以及(iv)通气补偿模块(28)。利用根据至少以下项确定的操作参数来控制所述通气机源(12)的操作：(i)气体成分算法，(ii)所述部件辨识与识别模块(24)的输出，以及(iii)根据所述部件跟踪模块(26)的输出确定的所述通气补偿模块(28)的输出。

Description

用于机械通气内的控制和诊断的成像***和方法
技术领域
本实施例总体上涉及机械通气机，并且更具体地涉及结合成像***以便于控制和监测通气机内的***的方法。
背景技术
机械通气机产生气体的流量和压力并测量这些变量，以便以处方治疗的形式向患者提供呼吸辅助。这种治疗是通过各种接口来应用的，所述各种接口要么以有创方式附接到患者(例如，气管导管或气管造口管)，要么以无创方式连接(例如，鼻罩、全面罩或鼻插管)。能够靠近患者或在远离患者的通气机本身内进行气动变量的测量。通常，在远离患者的通气机内测量变量是有利的，因为该区域不会暴露于患者的任何咳痰(例如，来自患者气道的水、粘液和其他气体代谢物)。暴露于这些污染物会使得临床测量不太可靠。
当利用远离患者的传感器测量通气属性时，必须对测量进行补偿以考虑与(一个或多个)测量位置与应用治疗的患者之间的通气回路和患者接口的气动属性相关联的损失。这种补偿的规则通常内置于通气机设备算法中，或者通过手动校准通气回路和患者接口来学习。通常，护理人员有责任对通气机设备进行“编程”以对通气回路和患者接口应用正确的补偿。例如，护理人员可以将管道长度、气管导管直径或加湿设置输入到通气机以允许通气机调整治疗。这些方法可能会在各种情况下失败，包括但不限于，当护理人员发生疏漏而没有输入适当部件或用不正确的部件对通气机进行编程时的情况。只要通气机的补偿假设与现实情况不同，其他方法就会失败。手动校准也不是万无一失的，因为通气机控制器的存储器可能存储了与现有通气回路和患者接口无关的先前校准结果。
RICE等人的US 2016/095998 A1描述了一种具有相机和控制器的通气机，但是缺乏对针对多个部件的图像的数据库和跟踪模块的教导。因此，需要用于克服本领域中的这些问题的改进的方法和装置。
发明内容
根据一个实施例，一种具有通气回路部件跟踪的通气机***装置包括通气机源、相机、数据库以及控制器，所述通气机***装置被配置为在通气应用期间提供通气，所述控制器***作性耦合到所述通气机源、所述相机以及所述数据库。所述通气机源具有输出端口，所述输出端口被配置为输出通气气体，其中，所述输出端口被配置为经由通气回路中的第一多个通气部件被耦合在所述通气机源与患者之间。所述相机被配置为捕获以下项中的至少两个或更多个的图像：(i)所述通气机源，(ii)所述第一多个通气部件中的一个或多个部件，以及(iii)所述患者。所述数据库包括被预先批准与至少所述通气机源一起使用的至少第二多个通气部件的多视图图像。所述控制器至少包括：(i)控制模块，(ii)部件辨识与识别模块，(iii)部件跟踪模块，其被配置为跟踪经由所述相机捕获的多幅实时图像内的目标并检测被跟踪目标的至少一个变化，以及(iv)通气补偿模块。所述控制模块被配置为利用根据至少以下项确定的操作参数来控制所述通气机源的操作：(i)气体成分算法，(ii)所述部件辨识与识别模块的输出，以及(iii)根据所述部件跟踪模块的输出确定的所述通气补偿模块的输出，其中，响应于所述操作参数，所述通气机源输出具有一种或多种通气属性的所述通气气体。
在另一实施例中，所述部件辨识与识别模块被配置为至少经由与所述数据库的所述多视图图像的模板匹配而在捕获图像内辨识或识别以下项中的至少两个或更多个：(i)所述通气机源，(ii)所述第一多个通气机部件中的一个或多个部件，以及(iii)所述患者的一个或多个特性，其中，所述部件辨识与识别模块的所述输出包括指示所辨识或识别的以下项中的至少两个或更多个的数据：(i)所述通气机源，(ii)所述第一多个通气机部件中的一个或多个部件，以及(iii)所述患者的一个或多个特性。
在另一实施例中，所述被跟踪目标包括以下项中的两个或更多个：(a)所辨识或识别的通气机源，(b)所述第一多个通气机部件中的所辨识或识别的一个或多个部件，(c)所述患者的所辨识或识别的一个或多个特性，以及(d)上述(a)项、(b)项、(c)项的一种或多种相互关系、连接或物理状况。另外，所述部件跟踪模块还被配置为检测所述被跟踪目标的所述一种或多种相互关系、所述连接或所述物理状况的至少一个变化。此外，所述部件跟踪模块的所述输出包括指示所述被跟踪目标的所述一种或多种相互关系、所述连接或所述物理状况的检测到的至少一个变化的数据。
所述通气机***装置还包括：其中，所述通气补偿模块被配置为执行从包括以下项的组中选择的至少一个：(i)响应于所述被跟踪目标的所述一种或多种相互关系、所述连接或所述物理状况的检测到的至少一个变化而修改针对所述气体成分算法的至少一个输入，其中，所述通气补偿模块的所述输出包括指示经修改的针对所述气体成分算法的至少一个输入的数据；以及(ii)生成内部警报，其中，所述控制模块还被配置为响应于所述内部警报而实施通气机诊断算法。所述通气机***还包括：其中，所述通气补偿模块的输出是针对所述气体成分算法的用于修改被输出到所述通气回路中的所述通气气体的气体密度的直接输入。
在又一实施例中，所述被跟踪目标至少包括通气机软管，并且其中，所述检测到的至少一个变化包括所述通气机软管的弯曲半径的变化。所述通气机软管的弯曲半径的变化包括以下两项之间的过渡：(i)与直的所述通气机软管相对应的第一弯曲半径，以及(ii)与不是直的或是弯曲的所述通气机软管相对应的第二弯曲半径。在另外的实施例中，所述气体成分算法包括基于所述弯曲半径的针对摩擦系数的输入，以响应于通气机软管的取向改变而在通气回路内提供补偿。
在另一实施例中，所述被跟踪目标包括在以下项之间的所述通气回路中的一个或多个连接：被耦合到通气机管路的软管套管的所述通气机源的输出端口，被耦合到患者接口的所述通气机管路，以及被耦合到所述患者的所述患者接口。所述检测到的至少一个变化包括所述一个或多个连接中的至少一个连接发生断开连接。在另外的实施例中，所述被跟踪目标包括所述患者的一个或多个特性，其中，所述一个或多个特性包括患者颜色和患者胸壁移动中的至少一个，进一步地，其中，所述检测到的至少一个变化包括以下项中的至少一个：患者颜色的变化超过阈值量，以及患者胸壁移动的变化超过另一阈值量
根据另一实施例，一种使用具有通气回路部件跟踪的通气机***装置为患者提供通气的方法包括：提供具有用于输出通气气体的输出端口的通气机源，其中，所述输出端口被配置为经由通气回路中的第一多个通气部件被耦合在所述通气机源与患者之间；经由相机来捕获以下项中的至少两个或更多个的图像：(i)所述通气机源，(ii)所述第一多个通气部件中的一个或多个部件，以及(iii)所述患者；提供包括被预先批准与至少所述通气机源一起使用的第二多个通气部件的多视图图像的数据库；并且经由控制器利用操作参数来控制所述通气机源的操作以输出具有一个或多个通气属性的所述通气气体，其中，所述控制器***作性地耦合到所述通气机源、所述相机，以及所述数据库，其中，所述控制器至少包括：(i)控制模块，(ii)部件辨识与识别模块，(iii)部件跟踪模块，其被配置为跟踪经由所述相机捕获的多幅实时图像内的目标并检测被跟踪目标的至少一个变化，以及(iv)通气补偿模块，并且，进一步地，其中，所述操作参数是根据至少以下项来确定的：(i)气体成分算法，(ii)所述部件辨识与识别模块的输出，以及(iii)根据所述部件跟踪模块的输出确定的所述通气补偿模块的输出。
在一个实施例中，所述方法还包括：经由所述部件辨识与识别模块来分析至少一幅捕获图像，以辨识或识别以下项中的至少两个或更多个：(i)所述通气机源，(ii)所述第一多个通气机部件中的一个或多个部件，以及(iii)所述患者的一个或多个特性，其中，所述部件辨识与识别模块的所述输出包括指示所辨识或识别的以下项中的至少两个或更多个的数据：(i)所述通气机源，(ii)所述第一多个通气机部件中的一个或多个部件，以及(iii)所述患者的一个或多个特性。
在另一实施例中，所述方法还包括：经由所述部件跟踪模块来跟踪目标，其中，所述被跟踪目标包括以下项中的至少两个或更多个：(a)所辨识或识别的通气机源，(b)所述第一多个通气机部件中的所辨识或识别的一个或多个部件，(c)所述患者的所辨识或识别的一个或多个特性，以及(d)上述(a)项、(b)项、(c)项的一种或多种相互关系、连接或物理状况；并且所述方法还包括：还经由所述部件跟踪模块来检测所述被跟踪目标的所述一种或多种相互关系、所述连接或所述物理状况的至少一个变化，其中，所述部件跟踪模块的所述输出包括指示所述被跟踪目标的所述一种或多种相互关系、所述连接或所述物理状况的检测到的至少一个变化的数据。
在又一实施例中，所述方法还包括：响应于所述被跟踪目标的所述相互关系、所述连接或所述物理状况的检测到的至少一个变化，经由所述通气补偿与警报模块来执行从包括以下项的组中选择的至少一个：(i)响应于所述被跟踪目标的所述一种或多种相互关系、所述连接或所述物理状况的检测到的至少一个变化而修改针对所述气体成分算法的至少一个输入，其中，所述通气补偿模块的所述输出包括指示经修改的针对所述气体成分算法的至少一个输入的数据；以及(ii)生成内部警报以用于实施通气机诊断算法。所述方法还包括：其中，所述通气补偿模块的所述输出是针对所述气体成分算法的用于修改被输出到所述通气回路中的所述通气气体的气体密度的直接输入。
在另外的实施例中，一种非瞬态计算机可读介质，其是利用能由处理器运行的指令的计算机程序来实施的，所述指令在被运行时用于令所述处理器执行用于向患者提供具有通气回路部件跟踪的通气的方法。
根据一个方面，公开了一种通气机***装置，所述通气机***装置使用实时图像辨识算法而容易且自动地解决了上述问题，所述实时图像辨识算法被配置为识别实际使用的通气回路部件。图像辨识算法能够组合所学习的目标图案和特征，单词辨识，条形码扫描和模板匹配，以帮助通气机***装置选择针对通气气体补偿算法的最准确的输入。例如，在一个实施例中，***装置包括位于设备面板中或在气动管路端口附近的低成本相机，其中，相机用于收集图像以用于图像辨识算法。在将相应的部件放入通气回路中以利用扫描的部件预加载图像辨识/处理算法之前，也可以将包装的通气回路物品保持在相机附近以用于扫描通气部件和/或患者接口制造商的条形码。
根据另一方面，所述通气机***装置和方法有利地使得不需要针对通气回路和患者接口手动校准通气机，同时仍然能够利用远侧传感器向患者递送准确的治疗。所述***和方法还有利地允许通气机在维持规定的准确度的同时普遍接受通气回路和患者接口中的更多种类的回路部件。
在阅读和理解了以下详细描述后，本领域普通技术人员将明白其他优点和益处。
附图说明
本公开内容的实施例可以采用各种部件和各种部件的布置，以及各个步骤和各个步骤的安排的形式。因此，附图是出于说明各种实施例的目的，而不应被解释为限制实施例。在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
图1是根据本公开内容的实施例的通气机***装置的示意性框图；
图2是根据本公开内容的另一实施例的用于使用通气机***装置来提供通气的方法的流程图；
图3是根据本公开内容的实施例的用于部件辨识与识别的通气应用和模板匹配的图像视图；
图4是根据本公开内容的实施例的用于部件辨识与识别的通气应用和模板匹配的另一图像视图；
图5是根据本公开内容的另一实施例的通气机***装置和方法的部件识别子例程的流程图；
图6是根据本公开内容的实施例的被跟踪目标为以下两种情况时被跟踪目标的一个示例的示意图：(A)被跟踪目标处于连接状态，以及(B)被跟踪目标处于断开连接状态；
图7是根据本公开内容的另一实施例的被跟踪目标的部分为以下两种情况时被跟踪目标的示例的示意图：(A)被跟踪目标的部分是直的，弯曲半径无穷大，(B)被跟踪目标的部分是弯曲的或者不是直的，弯曲半径小于无穷大；并且
图8是根据本公开内容的另一实施例的用于使用具有通气回路部件跟踪的通气机***装置为患者提供通气的方法的流程图。
具体实施方式
参考附图中描述和/或图示的并在以下描述中详述的非限制性示例来更充分地解释本公开内容的实施例及其各种特征和有利细节。应当注意，附图中示出的特征不一定是按比例绘制的，并且如本领域技术人员将认识到的，一个实施例的特征可以与其他实施例一起使用，即使本文未明确说明也是如此。可以省略对公知部件和处理技术的描述，以免不必要地模糊本公开内容的实施例。本文使用的示例仅旨在便于理解可以实践本发明的实施例的方式，并且进一步使得本领域技术人员能够实践本发明的实施例。因此，本文的示例不应被解释为限制本公开内容的实施例的范围，本公开内容的实施例的范围仅由权利要求和适用法律来限定。
应当理解，本公开内容的实施例不限于本文描述的特定方法、协议、设备、装置、材料、应用等，因为这些都可以变化。还应理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制所要求保护的实施例的范围。必须注意，如本文和权利要求中所使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指代，除非上下文另有明确说明。
除非另有定义，否则本文使用的所有科学技术术语具有与本公开内容的实施例所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。描述了优选的方法、设备和材料，但是与本文描述的这些方法和材料类似或等同的任何方法和材料也能够用于实践或测试实施例。
通常通过在远端控制机械通气机内的压力并对通气回路和患者接口中的已知或校准的部件进行补偿来完成在机械通气机中对患者施加的压力的控制。当今的医学护理消费者具有来自众多制造商的各种各样的回路部件，以在消费者/用户与通气机接口连接时最好地满足患者的需求。通气机对所有这些品种进行预测并在整个范围内提供准确治疗是一种负担。根据一个实施例，被放置在医用通气机上的相机被编程为辨识哪些回路部件被放置在通气回路和患者接口中。通过使用图像辨识软件，控制器被配置为向通气机发布命令并进行适当补偿以考虑通气回路和患者接口中的各种部件。结果，通气机能够自动递送准确的治疗，而无需校准或用户编程通气机以补偿通气回路和患者接口。
现在参考图1，示出了根据本公开内容的实施例的通气机***装置10的示意性框图。通气机***装置10包括通气机源12，相机14，数据库16，用户接口18，以及能与通气机源12、相机14、数据库16和用户接口18操作性耦合的控制器20。通气机源12包括具有被配置为输出通气气体的输出端口52的任何合适的通气机。输出端口52被配置为经由通气回路34中的第一多个通气部件被耦合在通气机源12与患者40之间。相机14能够包括任何合适的相机，其被配置为捕获以下项中的至少两个或更多个的图像：(i)通气机源12，(ii)通气回路34中的第一多个通气部件中的一个或多个部件，以及(iii)患者40。在一个实施例中，相机14包括视频相机。
通气***装置10适于与能够包括多个不同的通气回路部件的通气回路34一起使用。各种通气回路部件包括以下项中的至少一个或多个：通气软管或导管36，以及患者接口38。患者接口38能够包括在接受通气治疗时被附接到患者40的各种患者接口中的任何一个。患者接口38能够要么以有创方式附接到患者(例如，气管导管或气管造口管)，要么以无创方式连接(例如，鼻罩、全面罩或鼻插管)。护理人员或操作者42可以在通气机***装置10的初始设置期间在场并且/或者在需要时在向患者40施用通气治疗期间进行辅助。通气回路部件还可以包括一个或多个通气部件44(例如，加湿器、加热器、雾化器等)，一个或多个传感器46(例如，温度传感器、流量传感器等)，以及一个或多个阀门48。在一个实施例中，通气软管36包括位于其端部的软管套管50，软管套管50被配置为被耦合到通气机源12的输出端口52。
仍然参考图1，数据库或存储设备16包括以电子方式存储信息的电子存储介质。数据库存储设备16的电子存储介质能够包括以下项中的一者或两者：与***10一体(即，基本上不可移除地)提供的***存储设备和/或能经由例如端口(例如，USB端口、火线端口等)或驱动器(例如，磁盘驱动器等)可移除地连接到***10的可移除存储设备。数据库或存储设备16可以包括以下项中的一个或多个：光学可读存储介质(例如，光盘等)、磁性可读存储介质(例如，磁带、磁性硬盘驱动器、软盘驱动器等)、基于电荷的存储介质(例如，EPROM、EEPROM、RAM等)、固态存储介质(例如，闪存驱动器等)和/或其他电子可读存储介质。数据库或存储设备16可以存储软件算法、由控制器20确定的信息、经由用户接口18接收的信息和/或使得***10能够正常运行的其他信息。例如，数据库或存储设备16可以记录或存储被预先批准与(如本文其他地方所讨论的)至少通气机源12一起使用的至少第二多个通气部件的多视图图像和/或其他信息。数据库或存储设备16可以是***10内的单独部件，或者数据库存储设备16可以与***10的一个或多个其他部件(例如，控制器20)一体提供。此外，数据库或存储设备16在理想状态下可以被包含在网络服务器、共享计算机上并在网络服务器、共享计算机上进行维护(即，更新)，基于互联网或者被包含在第三方数据中心内，并且***10可以通过电信协议访问该数据(例如经由与第三方数据中心的有线或无线通信连接来访问该数据)。
用户接口18被配置为在***10与用户(例如，操作者42、患者或对象40、护理人员、治疗决策制定者等)之间提供接口，通过该接口，用户能够向***10提供信息和从***10接收信息。用户接口18使得能够在用户与***10之间传送数据、结果和/或指令以及被统称为“信息”的任何其他可通信项中的一个或多个。可以传达给患者40或用户42的信息的示例是详述患者的呼吸模式(例如，在患者接受(呼吸)治疗期间的呼吸速率、潮气量和被施加的压力)的趋势的报告。可以由患者40和/或用户42传达的信息的另一示例是由***10检测到的警报或不安全状况。适合被包括在用户接口18中的接口设备的示例包括按键、按钮、开关、键盘、旋钮、控制杆、显示屏、触摸屏、扬声器、麦克风、指示灯、音响警报器以及打印机。可以通过用户接口18以听觉信号、视觉信号、触觉信号和/或其他感觉信号的形式向患者40提供信息。在一个实施例中，用户接口18可以与由数据库或存储设备16提供的可移除存储接口一体化。在这样的示例中，信息从可移除存储设备(例如，智能卡、闪存驱动器、可移动磁盘等)被加载到***10中，使得用户能够定制***10的实施方式。用于与***10进行信息通信的其他技术被设想为用户接口18。
如上所述，控制器20能与通气机源12、相机14、数据库16和用户接口18操作性耦合。控制器20包括一个或多个模块，所述一个或多个模块至少包括：控制模块22；部件辨识与识别模块24；部件跟踪模块26，其被配置为跟踪经由相机捕获的多幅实时图像内的目标并检测被跟踪目标的至少一个变化；以及通气补偿与警报模块28，这将在本文中进一步讨论。在一个实施例中，模块28被配置为通气补偿模块，没有警报。此外，控制器20能够被配置用于与远程设备或网络进行有线或无线通信连接，如经由附图标记32所指示的。
在一个实施例中，控制器20包括以下项中的一个或多个：微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、集成电路、离散的模拟或数字电路部件、硬件、软件、固件或其任何组合，以用于进一步根据给定通气机***装置实施方式和/或应用的要求来执行如本文所述的各种功能。控制器20还能够包括如本文所述的各种模块中的一个或多个。关于控制器20的额外细节将在下文中参考附图来提供。另外，模块22-28能够包括以下项中的一个或多个：集成电路、离散的模拟或数字电路部件、硬件、软件、固件或其任何组合，以用于进一步根据给定通气机***装置实施方式和/或应用的要求来执行如本文所述的各种功能。此外，模块22-28中的一个或多个还能够包括各种模块中的一个或多个的各种组合。
控制器20的控制模块22被配置为利用根据至少以下项确定的操作参数来控制通气机源12的操作：(i)气体成分算法，(ii)部件辨识与识别模块24的输出，以及(iii)根据部件跟踪模块26的输出确定的通气补偿模块28的输出。另外，各种模块的输出能够有利地用于估计通气回路顺应性并因此有助于提高回路补偿准确度。回路顺应性的准确度的提高可以改善对患者参数(例如，流量、潮气量)和呼吸参数(例如，呼吸功(WOB)、肌肉压力(Pmus)、压力时间积(PTP)、呼气末正压(PEEPi))的估计。这些参数通常用于评估患者状况或用作闭环通气机控制的输入。每个部件能够具有编目顺应性，或者能够根据气体的可压缩性和部件尺寸的估计，通过部件内部的气体的体积(即，空间)来估计顺应性。回路顺应性用于将远侧测量值校正到参考患者的相应近侧值。当针对回路造成的损失(包括顺应性损失)校正回路时，远侧测量值更准确。关于回路顺应性，本文通常使用的短语“回路补偿”是指使用回路顺应性来完成校正措施。换句话说，通气机源12被配置为响应于经由控制模块22提供的一个或多个操作参数来输出具有一个或多个通气属性的通气气体，由此在改善的闭环通气机控制中提供改善的患者参数监测和反馈。改善的闭环通气机控制还能够包括使用来自相机14的输入(和/或从相机14导出的数据)作为估计患者流量和压力的参数。
部件辨识与识别模块24被配置为至少经由与数据库的多视图图像的模板匹配而在捕获图像内辨识或识别以下项中的至少两个或更多个：(i)通气机源12，(ii)通气机源12与患者40之间的通气回路34中的第一多个通气机部件中的一个或多个部件，以及(iii)患者40的一个或多个特性。在一个实施例中，部件辨识与识别模块被配置为执行如下的多个模板和/或图像匹配步骤，其中，模板和/或图像匹配技术在本领域中是已知的，因此本文仅简要讨论。首先，模块24使用目标提议方法来列出捕获图像中的所有潜在部件区域。目标检测主要基于捕获图像中边缘的丰富程度。在具有丰富目标边缘的区域周围，该模块能够随机地将许多滑动窗口作为潜在的部件区域。然后将每个潜在部件区域标准化为固定大小并将其与数据库16中的所有部件的所有多视图图像进行匹配。与潜在部件区域具有最高匹配相似度的部件被指定为检测区域的标识。在此之后，模块使检测到的区域稍微移位并进行相同的图像匹配以细化其位置。为了提高处理速度，匹配基于每个图像对的所有像素的相关性。如果有强大的计算资源可用，则每幅图像将首先被转换成鲁棒的特征向量(例如，基于深度学习的表示)，然后模块在经转换的特征空间中执行匹配。模块24还可以实施除了上面提出的那些步骤之外或者额外于那些步骤的一个或多个步骤来用于部件辨识与识别。部件辨识与识别模块的输出包括指示所辨识或识别的以下项中的至少两个或更多个的数据：(i)通气机源，(ii)第一多个通气机部件中的一个或多个部件，以及(iii)患者的一个或多个特性。
如上所述，部件跟踪模块26被配置为跟踪经由相机14捕获的多幅实时图像内的目标并检测被跟踪目标的至少一个变化。在一个实施例中，被跟踪目标包括以下项中的两个或更多个：(a)所辨识或识别的通气机源12，(b)通气回路34中的第一多个通气机部件中的所辨识或识别的一个或多个部件，(c)患者40的所辨识或识别的一个或多个特性，以及(d)上述(a)项、(b)项、(c)项的一种或多种相互关系、连接或物理状况。相互关系的若干示例可以包括以下内容。关于患者面罩的位置，是否在鼻子上？面罩是否覆盖了嘴和鼻子？面罩是否与造口相连接？还预期到额外的相互关系。在一个实施例中，部件跟踪模块26被配置为执行如下的多个步骤。对于每个所辨识的部件，模块26随时间连续跟踪该部件的外观。通过(1)使目标围绕其先前位置稍微移位并(2)测量移位位置处的外观与先前外观中的一个或多个外观之间的相似度来完成跟踪。与最高相似度相对应的移位位置将被找到作为被跟踪目标的当前位置。为简单起见，相似度直接基于图像外观的相关性。如果有强大的计算资源可用，则能够使用基于图像外观的更鲁棒的特征的相似度度量。在突然照明/环境变化的情况下，跟踪可能会失败。如果发生这种情况，则模块26的操作结束并重新启动辨识/识别模块24。部件跟踪模块26还被配置为检测被跟踪目标的一种或多种相互关系、连接或物理状况的至少一个变化。相互关系变化的若干示例可以包括以下内容。患者面罩是否与患者面部分开以指示断开连接？气管造口管是否出现在指示拔管的场景中？相互关系的其他变化也是可能的。在一个实施例中，在模块对每个被跟踪目标或多个被跟踪目标的连续跟踪期间，模块连续地比较被跟踪目标的当前外观与至少一个先前外观之间的差异。如果在给定时刻外观差异变大(即，超过阈值量)，则很可能发生了某种变化。然后，该***能够发送指示已经检测到变化的警报。然而，在照明/环境变化引起大的外观差异的情况下，可能存在错误警报。这种情况能够通过将当前捕获图像的颜色直方图与一幅或多幅先前捕获图像的颜色直方图进行比较来减轻。如果直方图保持相似(例如在给定的阈值容限内)，则这种情况指示照明/环境保持不变。因此，发送指示被跟踪目标已经发生变化的警报是安全的。模块26还可以实施除了以上呈现的那些步骤之外或者额外于那些步骤的一个或多个步骤来用于部件跟踪和检测被跟踪目标的变化。部件跟踪模块26的输出包括指示被跟踪目标的一种或多种相互关系、连接或物理状况的检测到的至少一个变化的数据。
通气补偿模块28被配置为响应于被跟踪目标的一种或多种相互关系、连接或物理状况的检测到的至少一个变化而修改针对气体成分算法的至少一个输入。例如，检测到连接在回路中的加湿器意味着气体补偿算法应当包括水蒸气。检测到雾化器指示将在回路内添加雾化药物和减少泄漏补偿算法的净泄漏。在后一种情况下，当雾化流被添加到回路中时，它被示为负泄漏。知道在回路中引入负泄漏使得能够应用适当的补偿。通气补偿模块28的输出包括指示经修改的针对气体成分算法的至少一个输入的数据。在一个实施例中，通气补偿模块28的输出是针对气体成分算法的用于修改被输出到通气回路34中的通气气体的气体密度的直接输入。在另一实施例中，通气补偿模块28的输出是针对泄漏补偿算法的输入，其允许控制模块与患者同步以及满足机械通气中的其他需要，例如，机械通气中熟悉的流量递送和压力补偿。通气补偿模块28还能够被配置为生成内部警报，其中，控制模块22还被配置为响应于内部警报而实施通气机诊断算法。例如，检测到患者胸壁移动不足可能指示阻塞或断开连接。在另一示例中，可以监测患者的颜色，并且如果患者变成蓝色(即，紫绀)，则通气补偿模块28可以生成低SpO2警报。
现在转向图2，示出了根据本公开内容的另一实施例的用于使用通气机***装置来提供通气的方法的流程图100。在开始时与患者一起设置通气机***之后，在步骤102，处经由相机14捕获通气机***的初始场景的图像。在步骤104处，经由部件辨识与识别模块24使用被预先批准用于与(由附图标记106指示的)通气机源12一起使用的所有通气部件的数据库(例如，数据库16)针对多视图图像数据库来复查初始捕获场景的图像。在步骤108中，经由部件辨识与识别模块24在初始场景图像中识别通气部件以及这些通气部件之间的关系。在一个实施例中，经由(如附图标记110指示的)模板匹配或其他合适的算法来完成通气部件的识别。在辨识或识别通气机源、通气部件和通气回路的患者接口以及场景内的患者之后，该过程进行到下一步骤。在步骤112处，在利用相机捕获的时间系列图像时，目标跟踪所识别的部件的图像中的一幅或多幅图像以及所识别的部件在该场景中与一个或多个其他部件的(包括位置和取向)关系。经由部件跟踪模块26来执行目标跟踪。在步骤114处，基于一个或多个被跟踪目标的相互关系、连接或物理状况的检测到的至少一个变化来执行关于是否已经发生警报和/或介入状况的查询。如果没有发生警报和/或介入状况，则该过程返回到跟踪目标的步骤(步骤112)。另一方面，如果发生警报和/或介入状况，则该处理进行到步骤116。在步骤116处，该方法包括在例如用户接口18处生成警报并且/或者基于一个或多个被跟踪目标的相互关系、连接或物理状况的检测到的至少一个变化来执行通气补偿和/或校正。
现在参考图3，示出了根据本公开内容的实施例的用于部件辨识与识别的通气应用和模板匹配的图像视图120。在图像视图120的场景中，在看护人42观察患者时，患者40正在接受通气治疗。如本文所讨论的，部件辨识与识别模块24(图1)被配置为至少经由与数据库16(图1)的多视图图像的模板匹配而在捕获图像120内辨识或识别以下项中的至少两个或更多个：(i)通气机源12，(ii)第一多个通气机部件的一个或多个部件，以及(iii)患者40的一个或多个特性。在图像视图120中，包括通气机源12、压力传感器管路连接122(即，其应当在通气机源旁边)、到通气机源的吸气分支连接124、呼气分支126、患者40、气管导管适配器128(即，其应当在患者旁边)以及患者的胸壁130(用于呼吸速率计算)。虽然未在图像视图120中示出，但是气管导管(如果示出)将指示非故意或意外的拔管，断开连接状况，由此通气***装置将在例如用户接口18处发出警报。部件辨识与识别模块24的输出包括指示所辨识或识别的以下项中的至少两个或更多个的数据：(i)通气机源，(ii)第一多个通气机部件中的一个或多个部件，以及(iii)患者的一个或多个特性。
类似地，现在参考图4，示出了根据本公开内容的实施例的用于部件辨识与识别的通气应用和模板匹配的另一图像视图132。在图像视图132中，包括通气机源12、将通气机12连接到吸气分支的细菌过滤器134、压力感测线连接136、患者的胸壁130(例如用于呼吸速率计算)、患者的面部40(例如用于心率计算)、批准的全面罩138、靠近患者连接140的压力感测线，以及22mm内径(ID)的波纹状透明管路142。因此，在另外的实施例中，被跟踪目标包括患者的一个或多个特性，其中，所述一个或多个特性包括患者颜色和患者胸壁移动中的至少一个，进一步地，其中，检测到的至少一个变化至少包括以下项中的至少一个：患者颜色的变化超过阈值量，以及患者胸壁移动的变化超过另一阈值量。
现在参考图5，示出了根据本公开内容的另一实施例的通气机***装置和方法的部件识别子例程150的流程图。步骤152是识别部件子例程的开始。执行查询以确定所识别的部件是否是被批准与特定通气机源12一起使用的部件(步骤154)。响应于该部件未被批准与特定通气机源一起使用，子例程进行到步骤156。在步骤156处，所识别的部件被标记为未被批准。将所识别的部件标记为未被批准能够用于稍后的处理，例如用于针对未被批准的识别的部件执行默认配置设置，或者用于根据给定的通气治疗应用的要求来执行某种其他默认动作。响应于该部件被批准与特定通气机源一起使用，子例程进行到步骤158并返回到调用该子例程的主处理。
现在参考图6，示出了根据本公开内容的实施例的被跟踪目标为以下两种情况时被跟踪目标的一个示例的示意图：(A)被跟踪目标处于连接状态，以及(B)被跟踪目标处于断开连接状态。在该示例中，被跟踪目标表示(i)通气机源12的输出端口52与(ii)通气软管的套管50或通气回路34的导管36之间的连接。部件跟踪模块26(图1)被配置为检测被跟踪目标的连接的至少一个变化。部件跟踪模块的输出包括指示被跟踪目标的连接的检测到的至少一个变化的数据。为了说明图6(A)，部件跟踪模块的输出将包括指示连接的数据，而为了说明图6(B)，部件跟踪模块的输出将包括指示断开连接(即，被跟踪目标从连接到断开连接的变化)的数据。因此，在一个实施例中，被跟踪目标包括在以下项之间的通气回路中的一个或多个连接：被耦合到通气机管路的软管套管的通气机源的输出端口，被耦合到患者接口的通气机管路，以及被耦合到患者的患者接口，并且其中，检测到的至少一个变化包括一个或多个连接中的至少一个连接发生断开连接。
现在将注意力转向图7，示出了根据本公开内容的另一实施例的被跟踪目标的部分为以下两种情况时被跟踪目标的示例的示意图：(A)被跟踪目标的部分是直的，弯曲半径无穷大，(B)被跟踪目标的部分是弯曲的或者不是直的，弯曲半径小于无穷大。在该示例中，被跟踪目标表示通气回路34的通气软管或导管36的(例如在其相对端处的两个套管50之间)选定部分的物理状况。部件跟踪模块26(图1)被配置为检测被跟踪目标的物理状况的至少一个变化。部件跟踪模块的输出包括指示被跟踪目标的物理状况的检测到的至少一个变化的数据。为了说明图7(A)，部件跟踪模块的输出将包括指示直的状况的数据(即，弯曲半径＝∞)，而为了说明图7(B)，部件跟踪模块的输出将包括指示弯曲的状况的数据(即，被跟踪目标从直的变化为弯曲的)。被跟踪目标的变化还包括从弯曲的变化为直的等。
因此，在一个实施例中，被跟踪目标至少包括通气机软管36，并且其中，检测到的至少一个变化包括通气机软管36的弯曲半径的变化。通气机软管36的弯曲半径的变化包括以下两项之间的过渡：(i)与直的通气机软管(图7(A))相对应的第一弯曲半径，以及(ii)与不是直的或是弯曲的通气机软管(图7(B))相对应的第二弯曲半径。通气机软管的弯曲半径的检测到的变化能够包括从直的变化为弯曲的或者从弯曲的变化为直的等。另外，气体成分算法还能够包括基于弯曲半径的针对摩擦系数的输入，以响应于通气机软管的取向改变而在通气回路内提供补偿。
根据另一实施例，图8示出了用于使用具有通气回路部件跟踪的通气机***装置来提供通气的方法160，该方法包括：在步骤162处，提供具有用于输出通气气体的输出端口的通气机源。输出端口被配置为经由通气回路中的第一多个通气部件被耦合在通气机源与患者之间。该方法还包括：在步骤164处，经由相机来捕获以下项中的至少两个或更多个的图像：(i)通气机源，(ii)第一多个通气部件中的一个或多个，以及(iii)患者；在步骤166处，提供包括被预先批准与至少通气机源一起使用的第二多个通气部件的多视图图像的数据库；在步骤168处，经由控制器利用操作参数来控制通气机源的操作以输出具有一个或多个通气属性的通气气体，其中，控制器***作性地耦合到通气机源、相机以及数据库。
在实施该方法时，控制器至少包括：(i)控制模块，(ii)部件辨识与识别模块，(iii)部件跟踪模块，其被配置为跟踪经由相机捕获的多幅实时图像内的目标并检测被跟踪目标的至少一个变化，以及(iv)通气补偿模块。操作参数是根据至少以下项来确定的：(i)气体成分算法，(ii)部件辨识与识别模块的输出，以及(iii)根据部件跟踪模块的输出确定的通气补偿模块的输出。
该方法还包括：在步骤170处，经由部件辨识与识别模块来分析至少一幅捕获图像，以辨识或识别以下项中的至少两个或更多个：(i)通气机源，(ii)第一多个通气机部件中的一个或多个部件，以及(iii)患者的一个或多个特性。部件辨识与识别模块的输出包括指示所辨识或识别的以下项中的至少两个或更多个的数据：(i)通气机源，(ii)第一多个通气机部件中的一个或多个部件，以及(iii)患者的一个或多个特性。
该方法还包括：在步骤172处，经由部件跟踪模块来跟踪目标，其中，被跟踪目标包括以下项中的至少两个或更多个：(a)所辨识或识别的通气机源，(b)第一多个通气机部件中的所辨识或识别的一个或多个部件，(c)患者的所辨识或识别的一个或多个特性，以及(d)上述(a)项、(b)项、(c)项的一种或多种相互关系、连接或物理状况。此外，该方法还包括：经由部件跟踪模块来检测被跟踪目标的一种或多种相互关系、连接或物理状况的至少一个变化。部件跟踪模块的输出包括指示被跟踪目标的一种或多种相互关系、连接或物理状况的检测到的至少一个变化的数据。
此外，该方法还包括：在步骤174处，响应于被跟踪目标的相互关系、连接或物理状况的检测到的至少一个变化，经由通气补偿与警报模块来执行从包括以下项的组中选择的至少一个：(i)响应于被跟踪目标的一种或多种相互关系、连接或物理状况的检测到的至少一个变化而修改针对气体成分算法的至少一个输入；以及(ii)生成内部警报以用于实施通气机诊断算法。在一个实施例中，通气补偿模块的输出包括指示经修改的针对气体成分算法的至少一个输入的数据。在另一实施例中，通气补偿模块的输出是针对气体成分算法的用于修改被输出到通气回路中的通气气体的气体密度的直接输入。
在另外的实施例中，被跟踪目标至少包括通气机软管，并且其中，检测到的至少一个变化包括通气机软管的弯曲半径的变化。通气机软管的弯曲半径的变化包括以下两项之间的过渡：(i)与直的通气机软管相对应的第一弯曲半径，以及(ii)与不是直的或是弯曲的通气机软管相对应的第二弯曲半径。在另一实施例中，气体成分算法还包括用于响应于通气机软管的弯曲半径的检测到的变化而在通气回路内进行摩擦系数补偿的输入。
根据又一实施例，该方法包括：其中，被跟踪目标包括：(i)在以下项之间的通气回路中的一个或多个连接：被耦合到通气机管路的软管套管的通气机源的输出端口，被耦合到患者接口的通气机管路，以及被耦合到患者的患者接口。另外，检测到的变化包括一个或多个连接中的至少一个连接发生断开连接；或者(ii)患者的一个或多个特性。所述一个或多个特性能够包括患者颜色和患者胸壁移动中的至少一个。另外，检测到的至少一个变化能够包括以下项中的至少一个：患者颜色的变化超过阈值量，以及患者胸壁移动的变化超过另一阈值量。
应当理解，本文描述的模块也可以是在非瞬态计算机可读介质中呈现的计算机程序模块。换句话说，本公开内容的另一实施例包括非瞬态计算机可读介质，其是利用能由处理器运行的指令的计算机程序来实施的，所述指令在被运行时用于令所述处理器执行本文所述的用于向患者提供具有通气回路部件跟踪的通气的方法。
虽然上文仅详细描述了几个示例性实施例，但是本领域技术人员将容易理解，在示例性实施例中可以进行许多修改而不会在实质上脱离本公开内容的实施例的新颖教导和优点。例如，本公开内容的实施例能够有利地用于睡眠呼吸暂停设备应用。因此，所有这样的修改均旨在被包括在如权利要求所限定的本公开内容的实施例的范围内。在权利要求中，功能模块条款旨在覆盖本文描述的执行所述功能的结构，不仅包括结构等同物，还包括等效结构。
另外，在一个或多个权利要求中被置于括号内的任何附图标记都不应被解释为对权利要求的限制。词语“包括”和“包含”等并不排除除了在任何权利要求或说明书中作为一个整体列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。以单数形式引用元件并不排除以复数形式引用这样的元件，反之亦然。这些实施例中的一个或多个实施例可以借助于包括若干不同元件的硬件和/或借助于适当编程的计算机来实施。在列举了若干单元的装置型权利要求中，这些单元中的若干单元可以由同一个硬件项来实施。尽管某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中，但是这并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

Claims (8)

1.一种具有通气回路部件跟踪的通气机***装置(10)，所述通气机***装置被配置为在通气应用期间提供通气，所述装置包括：
通气机源(12)，其具有输出端口(52)，所述输出端口被配置为输出通气气体，其中，所述输出端口被配置为经由通气回路(34)中的第一多个通气部件被耦合在所述通气机源(10)与患者(40)之间；
相机(14)，其被配置为捕获以下项中的至少两个或更多个的图像：(i)所述通气机源(12)，(ii)所述第一多个通气部件中的一个或多个部件(36、38、44、46、48、50)，以及(iii)所述患者(40)；
被预先批准与至少所述通气机源(12)一起使用的至少第二多个通气部件的多视图图像的数据库(16)；以及
控制器(20)，其***作性地耦合到所述通气机源(12)、所述相机(14)以及所述数据库(16)，其中，所述控制器至少包括：(i)控制模块(22)，(ii)部件辨识与识别模块(24)，(iii)部件跟踪模块(26)，其被配置为跟踪经由所述相机(14)捕获的多幅实时图像内的目标并检测被跟踪目标的至少一个变化，以及(iv)通气补偿模块(28)，
其中，所述控制模块(22)被配置为利用根据至少以下项确定的操作参数来控制所述通气机源(12)的操作：(i)气体成分算法，(ii)所述部件辨识与识别模块(24)的输出，以及(iii)根据所述部件跟踪模块(26)的输出确定的所述通气补偿模块(28)的输出，其中，响应于所述操作参数，所述通气机源(12)输出具有一种或多种通气属性的所述通气气体。
2.根据权利要求1所述的通气机***装置(10)，其中，所述部件辨识与识别模块(24)被配置为至少经由与所述数据库(16)的所述多视图图像的模板匹配而在捕获图像内辨识或识别以下项中的至少两个或更多个：(i)所述通气机源(12)，(ii)所述第一多个通气机部件中的一个或多个部件(36、38、44、46、48、50)，以及(iii)所述患者(40)的一个或多个特性，其中，所述部件辨识与识别模块(24)的所述输出包括指示所辨识或识别的以下项中的至少两个或更多个的数据：(i)所述通气机源(12)，(ii)所述第一多个通气机部件中的一个或多个部件(36、38、44、46、48、50)，以及(iii)所述患者(40)的一个或多个特性。
3.根据权利要求2所述的通气机***装置(10)，其中，所述被跟踪目标包括以下项中的两个或更多个：(a)所辨识或识别的通气机源(12)，(b)所述第一多个通气机部件中的所辨识或识别的一个或多个部件(36、38、44、46、48、50)，(c)所述患者(40)的所辨识或识别的一个或多个特性，以及(d)上述(a)项、(b)项、(c)项的一种或多种相互关系、连接或物理状况，所述部件跟踪模块还被配置为检测所述被跟踪目标的所述一种或多种相互关系、所述连接或所述物理状况的至少一个变化，其中，所述部件跟踪模块(26)的所述输出包括指示所述被跟踪目标的所述一种或多种相互关系、所述连接或所述物理状况的检测到的至少一个变化的数据。
4.根据权利要求3所述的通气机***装置(10)，其中，所述通气补偿模块(28)被配置为执行从包括以下项的组中选择的至少一个：(i)响应于所述被跟踪目标的所述一种或多种相互关系、所述连接或所述物理状况的检测到的至少一个变化而修改针对所述气体成分算法的至少一个输入，其中，所述通气补偿模块(28)的所述输出包括指示经修改的针对所述气体成分算法的至少一个输入的数据；以及(ii)生成内部警报，其中，所述控制模块(22)还被配置为响应于所述内部警报而实施通气机诊断算法。
5.根据权利要求1所述的通气机***装置(10)，其中，所述被跟踪目标至少包括通气机软管(36)，并且其中，所述检测到的至少一个变化包括所述通气机软管(36)的弯曲半径的变化。
6.根据权利要求5所述的通气机***装置(10)，其中，所述通气机软管(36)的弯曲半径的变化包括以下两项之间的转变：(i)与直的所述通气机软管相对应的第一弯曲半径，以及(ii)与不是直的或是弯曲的所述通气机软管相对应的第二弯曲半径。
7.根据权利要求1所述的通气机***装置(10)，其中，所述被跟踪目标包括在以下项之间的所述通气回路(34)中的一个或多个连接：被耦合到通气机管路(36)的软管套管(50)的所述通气机源(12)的输出端口(52)，被耦合到患者接口(38)的所述通气机管路，以及被耦合到所述患者(40)的所述患者接口，并且其中，所述检测到的至少一个变化包括所述一个或多个连接中的至少一个连接发生断开连接。
8.根据权利要求1所述的通气机***装置(10)，其中，所述被跟踪目标包括所述患者(40)的一个或多个特性，其中，所述一个或多个特性包括患者颜色和患者胸壁移动中的至少一个，进一步地，其中，所述检测到的至少一个变化包括以下项中的至少一个：患者颜色的变化超过阈值量，以及患者胸壁移动的变化超过另一阈值量。
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