基于模拟退火算法的AEI-CPR外作用力优化.pdf

华南理工大学学报(自然科学版) JournalofSouthChina of V01．37No．12 第37卷第12期 UniversityTechnology Science 20()9 2009年12月 (Natural Edition) December 基于模拟退火算法的AEI—CPR外作用力优化木 徐林1 吴效明2 张燕儒1 袁衡新3 3．中山大学中山医学院，广东广州510080) 摘要：辅以增强型体外反搏和吸气阻力阀的主动按压放松心肺复苏术(AEI—CPR)可以 达到较好的血流动力学效果，而不同的外力作用决定了其复苏效果的好坏．文中在已建立 的AEI．CPR数学模型基础上，利用NP完全组合优化问题的有效算法——模拟退火算法， 对AEI．CPR外力作用的多个控制参数进行了优化，其目标函数为冠脉灌注压的平均值． 优化后的结果表明，当胸部按压的最大值为438N、主动放松的最大值为199N、下肢按压 的最大值为390mmHg、按压频率为102min～、下肢从小腿到髂部的按压时序分别为 0．20、0．2l、0．22s时，可达到较好的血流动力学效果． 关键词：心肺复苏术；数学模型；优化；模拟退火算法；冠脉灌注压 中图分类号：R318．01；TP391．9文献标识码：A 心肺复苏术(CPR)是对心脏骤停患者施行的紧何支撑，因此压力过大很容易造成内脏的损伤，如果 急心血管救护，其目的在于尽量避免脑细胞在缺氧 用力太小，又起不到任何效果．人体的下肢也包含有 状态下坏死(4min以上开始造成脑损伤，10min以丰富的血管，而且肌肉可承受足够大的压力，EECP 上即造成脑部不可逆之伤害)，因此施救越及时越 正是利用了这一特点，使心肺复苏的操作更容易实 好．但是目前常用的心肺复苏术，如标准心肺复苏术 现，也便于心肺复苏装置的设计． (S—CPR)、主动按压放松心肺复苏术(ACD—CPR)、 作用力各控制参数进行优化的研究，在国内外均鲜 插入式腹部按压心肺复苏术(IAC—CPR)等，能够恢 复自主循环的概率很小．如何提高临床心肺复苏的 见相关报道．本研究利用模拟退火算法，在已建立的 成功率仍然是一个严峻的挑战． 基于血液循环系统生物力学的AEI—CPR仿真(数 辅以增强型体外反搏和吸气阻力阀的主动按压 作用力的各控制参数求解全局最优解．Metropolis准 放松心肺复苏术(AEI．CPR)是在胸部采用ACD— 则是根据血流动力学基本理论和AEI—CPR的作用 CPR，下肢采用增强型体外反搏(EECP)，并结合在 气管导管处加入呼吸阻力阀(ITV)的一种心肺复苏特点确定的。可使算法跳出局部最优解的“陷阱”， 术…．大量的动物实验结果显示，EECP有助于提高 同时也保证了各控制参数的最优解在许可值范围 舒张压和增加静脉回流，而ITv有助于在胸廓回缩 内，以确保优化结果对临床试验具有指导意义． 时，即心脏舒张期，增加胸内负压，调动肺循环并降 1优化算法描述 低右房压，从而使冠脉灌注压(CPP)显著增加，改善 心肌的供血，提高复苏的成功率．虽然，IAC—CPR在 一定程度上也可以增加静脉的回流量口J，但是，人 准则重复进行“产生新解——计算目标函数差—— 体的重要内脏器官都集中在腹部，而且腹部没有任 接受(舍弃)新解”的迭代过程．每次产生的新解被 收稿日期：2008—12—16 }基金项目：国家自然科学基金资助项目