Estimación online de modelos no lineales del sistema pulmonar bajo respiración asistida

DIEGO A. RIVA; CAROLINA A. EVANGELISTA; PAUL F. PULESTON

La Plata

Jornada; 7º Jornadas ITEE 2023 - de Investigación, Transferencia, Extensión y Enseñanza; 2023

Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de La Plata

El modelado matemático del sistema respiratorio es de gran importancia en la medicina intensiva, dado que el cálculo de sus parámetros puede ayudar a determinar el mejor tratamiento para el paciente. Dentro del entorno médico, el modelo lineal conformado por la resistencia de las vías aéreas (Raw) y la compliance (C) del sistema respiratorio es el más utilizado. Se puede obtener una aproximación de sus valores con unos pocos puntos específicos de las señales de presión (PB) y flujo (F), ambos medidos en la boca del paciente. No obstante, teniendo en cuenta la no linealidad que presenta el sistema pulmonar, este modelo lineal puede no representar fielmente la mecánica del paciente.En este trabajo se presenta un algoritmo que obtiene un modelo no lineal del sistema pulmonar en cada ciclo respiratorio en forma online, utilizando las señales de PB y F como entrada. Para ello, se emplean técnicas estándar de identificación de sistemas, calculando los parámetros del modelo no lineal sólo si el ajuste del modelo del ciclo anterior cae por debajo de cierto umbral fijado. Además, el entorno de usuario permite visualizar gráficamente los resultados obtenidos (es decir, el valor de los parámetros de cada modelo y su ajuste, para cada ciclo respiratorio), así como guardar los mismos para análisis posteriores.El algoritmo se probó con señales medidas en pacientes con COVID-19 bajo respiración asistida, durante la realización de una maniobra llamada titulación de PEEP. Entre los resultados obtenidos se puede observar cómo cambian los parámetros del paciente a medida que avanza la maniobra. Los valores de a1 y a2, por ejemplo, determinan la concavidad de la relación PC-VT para cada valor de PEEP usado en la maniobra. Esta información adicional, que da el modelo no lineal, puede ser utilizada por los médicos para decidir qué configuración del respirador conviene al paciente.