Table of Contents
إن أجهزة التهوية الميكانيكية هي أجهزة مكتفية للحياة تدعم أو تحل محل التنفس التلقائي في المرضى الذين يعانون من فشل الجهاز التنفسي، ويؤثر أداؤهم تأثيرا مباشرا على نتائج المرضى، ويجعل التحكم في الأمور أمرا أساسيا، ويعمل المهبلون التقليديون مع بيئات ثابتة، ولكن هذه البارامترات الثابتة كثيرا ما تفشل في استيعاب الطبيعة الدينامية وغير المتوقعة لميكانيكيي للمرضى، وقد ظهرت نظم التحكم الواعدة كحل قوي.
ما هو التحكم الإيجابي؟
فالمكافحة التصحيحية هي طريقة للسيطرة على نظام يُحدِّد تلقائياً معاييره الخاصة للحفاظ على الأداء الأمثل على الرغم من التغيرات في ديناميات النظام أو بيئته، وعلى عكس ما هو تقليدي من أجهزة التحكم في الغازات الثابتة، يستخدم المتحكمون في التكيف مقاييس آنية لتحديد الحالة الراهنة للنظام وتعديل قوانين الرقابة تبعا لذلك، والمبدأ الأساسي هو أن المتحكم " يتعلم " من السلوك الجاري ويكيف ناتجه لتحقيق الاستقرار المنشود.
وفي سياق التهوية الميكانيكية، فإن النظام هو نظام التنفس الذي يتبعه المريض، الذي يمكن أن يتغير بسبب تقدم المرض، أو التخدير، أو جهود التنفس التلقائية، أو التغيرات في امتثال الرئة ومقاومتها، ويقدّر باستمرار جهاز التحكم التكييفي هذه المعايير المتغيرة، ويحول بين فتحات التهوية مثل حجم المد والضغط الطموح، ومعدل التدفق الثابت، والاحتياجات من العلاج التقليدي.
ويمكن تنفيذ الرقابة التصحيحية باستخدام مختلف الخوارزميات، بما في ذلك الرقابة على التكيف المرجعي النموذجي، والمنظمين الذين يتحكمون في أنفسهم، والمنطق الغامض، والشبكات العصبية، وكل نهج له مواطن قوة، ولكن الجميع يشاطرون هدف الحد من عدم التوافق بين ناتج التهوية والطلب على المرضى.
أهمية الرقابة التكيفية في مجال الاختراع الميكانيكي
فالتهوية الميكانيكية ليست علاجاً متصلاً بالمجموعات، بل إن ظروف المرضى تختلف اختلافاً كبيراً ويمكن أن تتغير بسرعة، وقد يؤدي التهوية التي لا يمكن تكييفها إلى الضغط المفرط أو الحجم، مما يؤدي إلى إصابة بالرئتين نتيجة للتهوية، أو قد لا يقدم الدعم الكافي، مما يؤدي إلى الفرضية وحمض الجهاز التنفسي، ويعالج التحكم في التكيف هذه المخاطر بتمكين جهاز التهوية من الاستجابة للإشارة الفية.
سلامة المرضى وحماية لونغ
ومن أكبر فوائد الرقابة التكييفية الحد من الميكانيكيين في الرئتين، حيث يمكن لمتفجر التهوية أن يضبط الضغوط الطموحة وحجم المد والثبات ليبقى في حدود الحماية، مثلاً، أن تؤدي أساليب الضغط المكيفة إلى الحد من الضغط المستهدف عند انخفاض مستوى الامتثال، ومنع الإفراط في التشدد، وبالمثل، فإن أساليب الارتداد المكيّفة في الحجم تكيف أنماط التدفق لتقليل الضغوط القصوى.
تعزيز دورتي دورتي الرعاية والمسيرة
إن عدم التزامن بين أجهزة التهوية والاختناق مشكلة مشتركة تؤدي إلى عدم الارتياح، وزيادة العمل في مجال التنفس، وقلة النتائج، ويمكن للضوابط التناظرية أن تحسن التزامن مع تكييف الحساسية عند الازدحام، ومعايير الإنهاء التنفسي، وملامح التدفق استنادا إلى نمط التنفس التلقائي للمريض، وعلى سبيل المثال، فإن مدة التهوية التكييفية، والمساعدة النسبية هي نماذج.
انخفاض عبء العمل في العيادة
وعندما يكون المشغلون مجهزين بالمراقبة التكييفية، يقضون وقتا أقل في إجراء تعديلات يدوية على جانب الأسرة، ويضع النظام نظاماً دقيقاً بصورة مستقلة يقوم على التغذية الفيزيائية، ويتيح للمعالجين التنفسيين والمكثفين التركيز على اتخاذ قرارات أكثر تعقيداً، وهو أمر له أهمية خاصة في وحدات العناية المركزة حيث قد يكون التوظيف محدوداً، كما أن الرقابة التناظرية تقلل باستمرار من إمكانية الحصول على الرعاية.
التخصيب الأمثل لعلم الفيزياء المتغيرة
ويمكن أن تتغير ميكانيكيات الجهاز التنفسي للمريض خلال ساعات أو حتى دقائق، وعلى سبيل المثال، خلال فترة برونشوسبام، تزداد مقاومة الطرق الجوية زيادة كبيرة، ويمكن لمتفجرات التكيف أن تكتشف هذا التغيير وتطيل فترة الطموح أو تزيد الضغط على القيادة للحفاظ على حجم المد والجزر، وعلى العكس من ذلك، عندما يتحسن الامتثال للرئة (مثلا بعد التطهير)، فإن النظام يمكن أن يقلل الدعم الثابت لتجنب التكييف المستمر.
التكنولوجيات التمكينية
وهناك العديد من التكنولوجيات المتقدمة التي تدعم الرقابة التكييفية في أجهزة التهوية الحديثة، وهي تتراوح بين نظرية الرقابة الكلاسيكية ونُهج التعلم الآلات الحديثة.
نموذج المراقبة الارشادية
(أ) أسلوب التحكم التقليدي في الانبعاثات (العاملة في إطار تقييم الأداء) (العاملة في مجال الإدارة والتجارة والنقل) (العاملة في مجال الإدارة والتجارة والنقل) (العاملة في مجال الإدارة والتجارة والنقل) (العاملة في مجال الإدارة)
Fuzzy Logic Control
:: المنطق الغامض هو نهج يقوم على أساس القواعد ويخفف من حدة التعليل البشري باستخدام المتغيرات اللغوية (مثل الضغط العالي، و " التدفق المنخفض " ) بدلا من نماذج رياضية دقيقة.
المنظمون المستقلون والعاملون في مجال التكيف
(أ) أن يقوم منظمو نظام الرصد الذاتي باستمرار بتحديد بارامترات النظام (مثل المقاومة والامتثال) باستخدام أقل المساحات ترفيهية أو مرشحات من طراز كالمان، ثم يستكملون مكاسب المتحكمين تبعا لذلك، ويمكن لمراقبي أجهزة الاستعلام المكيفة أن يعدل، مثلا، صيغته النسبية والمتكاملة والمشتقة في الوقت الحقيقي للحفاظ على الاستقرار، وهذه الأساليب فعالة في المساندة، وقد نفذت في اختبارات البرمجية.
Machine Learning and Neural Networks
وقد استحدثت مؤخراً أوجه تقدم في الاستخبارات الاصطناعية أجهزة التحكم في التكييف القائمة على شبكة النيوزيلندية، ويمكن تدريب هذه النظم على مجموعات كبيرة من البيانات التي تتضمن موجات للمرضى للتنبؤ بالأوضاع المثلى، فعلى سبيل المثال، يمكن لعامل التعاضد العميق أن يتعلم سياسة تقلل إلى أدنى حد من وظيفة الجمع بين مخاطر الإصابة بالرئتين والجهد التنفسي، وفي حين أن الدراسات المبكرة لا تزال تبين أن التعاضد العميق يمكن أن يتفوق على أجهزة التحكم التقليدية في عمليات التلقيم.
التحديات في مجال تنفيذ الرقابة التكيفية
ورغم إمكاناتها، فإن الرقابة التكييفية في أجهزة التهوية الآلية تواجه عدة تحديات كبيرة يجب التصدي لها قبل انتشار الانتشار السريري على نطاق واسع.
التعقيد الحاسوبي ومتطلبات التسلسل الحقيقي
ويمكن أن تكون الخوارزميات التأديبية، ولا سيما تلك التي تستخدم شبكات النيوزيائية أو تقديرات البارامترات الترويحية، مكثفة حواسيبياً، ويجب أن تعمل المصانع بتدني مستويات اتخاذ القرارات في كثير من الأحيان في إطار دورة واحدة من دورة التنفس (0.5 إلى 2 ثانية) ويمكن أن يؤدي ارتفاع الطلب على الحاسوب إلى تأخيرات أو نزاعات في الموارد، ولا سيما في نظم الرصد المتعددة المرضى.
الموثوقية والسلامة في الحالات الحرجة
وأي نظام تكيفي يجب أن يضمن السلوك الآمن حتى عندما تكون بيانات الاستشعار مزعجة أو عندما تتغير حالة المريض بصورة مفاجئة (مثلاً، الفشل الرئوي أو الاستبعاد الأنبوبي) ويمكن أن يصبح المتحكمون التأديبيون غير مستقرين إذا أساءوا فهم الضوضاء كتغيير فيزيائي، مما يؤدي إلى تحديثات غير سليمة للمسدسات المميتة من خلال ضمانات من قبيل الحد من نواتج النماذج().
التغير في القدرة على العمل والنموذج
ولا يمكن أن يُستشف من أي نموذج رياضي بشكل كامل تعقيد نظام التنفس البشري، وكثيراً ما يعتمد المتحكمون التلقائيون على نماذج رئة مبسطة (مثل نماذج تركيز واحدة)، وعندما يتصرف النظام الحقيقي بطريقة مختلفة (مثل الامتثال غير الخطي، والتأخر في استخدام نماذج التكيُّف)، يمكن أن يؤدي سوء استخدام النموذج إلى تدهور الأداء.
الرقابية والتقدير السريري
وتُعتبر نظم الرقابة التناظرية التي تتغير بشكل مستقل في ظروف التهوية أجهزة طبية نشطة ذات درجة عالية من الاستقلال الذاتي، وتحتاج الهيئات التنظيمية مثل هيئة تنمية الحراجة وهيئة النقد الأوروبي إلى اختبارات طبية واسعة النطاق، واختبارات لحوم الحيوانات، وإجراء محاكمات سريرية عشوائية لإثبات السلامة والكفاءة، وهذه العملية تستغرق وقتا طويلا وتكلف، وحتى الآن، لا تزال هناك سوى بضعة أساليب تكيفية (مثل مراحل التكيف القائمة على نظام تقييم الأداء وتقييم الأداء وتقييم الأداء وتقييم الأداء) +
الاتجاهات المستقبلية
ومستقبل التحكم التكييفي في التهوية الميكانيكية يرتبط ارتباطا وثيقا بالتقدم في الاستخبارات الاصطناعية وتكنولوجيا الاستشعار والطب الشخصي.
دمج الاستخبارات الفنية
ويمكن لنماذج التعلم في مجال الآلات التي يتم تدريبها على مجموعات البيانات السريرية الكبيرة والعالية التكوين أن تحدد أنماطا غير مرئية للمتحكمين التقليديين، مثلا، يمكن أن يتوقّع نموذج للتعلم العميق حدوث إصابة في الرئة استنادا إلى تغييرات طفيفة في مورفولوجيا الموجات، وأن يُعدل التهوية بصورة استباقية، كما أن التعلّم في مجال الإنفاذ يتيح القدرة على تحقيق أفضل مكافأة طويلة الأجل (مثلا البقاء في فترة زمنية 90 يوما) بدلا من مجموعة من نقاط البحث.
المراقبة الفيزيولوجية المغلقة
وبالإضافة إلى التهوية وحدها، يمكن أن تدمج النظم المستقبلية معالم فيزياء متعددة مثل غازات الدم، ومعدل القلب، ومستوى الترسيب لتشكيل نظام مغلق تماماً لدعم الحياة، ويمكن للضوابط التكيفية أن تنسق التهوية مع الأكسجين، وإدارة الديموقراطية، وتسليم المهدئات، وعلى سبيل المثال يمكن لمتفجر التهريب أن يكيف تلقائياً مع نماذج الضغط النهائي الإيجابية التي تُظهر على أساس التحلل المستمر.
استراتيجيات الاختراع الشخصية
ويمكن أن تُراعى الرقابة التصحيحية في نماذج المرضى الفردية، فعلى سبيل المثال، قد يحتاج المرضى الذين لديهم القدرة على التنفس إلى فترات أطول ومعدلات تنفس أقل، في حين أن مرضى الارتدادز يحتاجون إلى أحجام من المد والجزر وإلى درجة أعلى من معدل الإصابة بالفيروس، وقد تستخدم النظم التكييفية المستقبلية بيانات ما قبل الانبعاثات (مثل وظيفة الرئة الأساسية) أو العلامات الأحيائية في الوقت الحقيقي لاختيار استراتيجية تكييف شخصية.
المصانع التطبيبية والمنتجات المصممة على أساس التطبيب عن بعد
ومع ارتفاع مستوى وحدة التكييف والرصد عن بعد، يمكن للمتطوّرات التكيّفية أن تنقل بيانات في الوقت الحقيقي إلى منصة سحابية مركزية، ويمكن للمرشدين استعراض قرارات التكيف، وتجاوزها عند الضرورة، وتحميل الخوارزميات المستكملة، ويمكن للتعلم القائم على التكتل عبر أجهزة التهوية المتعددة أن يحسن قواعد التكيف مع مرور الوقت، غير أن ذلك يستحدث مخاطر أمنية إلكترونية يجب إدارتها بالتشفير والتوثيق الصارم.
خاتمة
فالمكافحة التلقائية تمثل تحولاً أساسياً في التهوية الميكانيكية من الظروف الثابتة والموجهة نحو العيادات إلى التشغيل الآلي الدينامي والمركّز على المرضى، ومن خلال استخدام تكنولوجيات مثل التحكم المرجعي النموذجي في التكيف، والمنطق الغامض، والتعلم الآلي الناشئ، يمكن الآن للمعوّلين عن التهوية أن يستجيبوا في الوقت الحقيقي للمشهد التنفسي المتميز للمرضى الذين يعانون من أمراض خطيرة.