从生理信号到决策：机械通气中的人工智能

《Medicina Clínica》：From physiological signals to decisions: Artificial intelligence in mechanical ventilation

　　章节摘要范围与文献选择本叙述性综述的范围刻意有所聚焦。我们并非对所有人工智能在机械通气中的应用进行综述，而是将呼吸机波形视为人工智能（AI）的生理与数字底层依据，重点关注数据采集、专家判读、定量信号分析、纵向监测以及临床转化的障碍。相关文献通过有针对性的 PubMed 检索获取，检索词组合围绕以下主题展开。为何呼吸机波形是重症医学中人工智能的高价值靶标呼吸机波形是床旁可获得的数字信号中信息量最丰富的一类。压力、流速和容量曲线逐呼吸连续地呈现患者–呼吸机之间的相互作用，能够反映机械辅助是否与患者的神经时序、吸气需求及切换需求相匹配。这使得波形分析在危重患者中尤为相关，因为此类患者的呼吸驱动、力学参数、镇静水平和通气需求可能随时发生变化。从床旁设备到研究级数据集：如何正确采集呼吸机信号呼吸机屏幕持续显示与压力、流速、容量相关的信息，但在许多 ICU 中，这些信号并未被常规存档，而且原始数据的获取往往受制于厂商特定的硬件与软件。因此，早期文献大多依赖短暂录音、人工筛选的样本或孤立的截图。该领域的工作推动了范式转变：呼吸机波形应当被视为可连续采集的生理数据流。专家如何判读呼吸机波形：先生理，后算法专家对呼吸机波形的判读仍然是所有自动化方法的概念参照标准。在波形成为机器学习输入之前，需由临床医师从生理角度进行解读，将一次呼吸分解为触发、吸气流量供给、切换和呼气等阶段。该框架之所以重要，是因为人机不同步并非由曲线上的某一孤立畸变所定义，而是由患者的神经呼吸模式与呼吸机辅助之间的不匹配所定义。将波形判读专长转化为定量信号分析把专家的波形判读转化为可计算的信息，并不只是将床旁屏幕数字化那么简单。压力、流速和容量曲线首先必须完成同步、按呼吸切分，并进一步划分为吸气相和呼气相。否则，触发延迟、切换不匹配、呼吸堆叠和呼气负荷等均可能无法被准确估算。该预处理步骤的标准化至关重要，因为不规则或含噪声的信号会把误差传递到所有下游环节。呼吸机波形的 AI 方法：从事件检测到风险预测应用于呼吸机波形的人工智能方法可按其临床目标，以及在学习开始之前施加了多少生理结构来分类。部分系统逐呼吸检测预定义事件；另一些则估计时间窗内的负荷，或预测向更高风险时期的转变。有些是基于规则或基于特征的方法，而另一些则允许机器学习或深度学习架构直接从原始或经最少处理的信号中推断出相关特征。超越单次呼吸：大规模分析、纵向表型刻画与智能报警呼吸级别的检测是有用的，但真正的临床信号往往体现在负荷、聚集性和时间语境上。Blanch 等人的研究早已表明，人机不同步存在于每一位患者和每一种通气模式中。1 核心启示在于，患者–呼吸机相互作用并非一系列孤立的标签，而是一个随疾病进程、镇静、通气支持等因素不断起伏变化、含义随之改变的时间动态过程。实施挑战与下一研究议程尽管算法开发取得进展，床旁实施仍是最难的一步。实时部署首先取决于数据架构：无干扰的波形采集、可靠的同步、低延迟，以及对数据缺失、漏气、断管和 ICU 其他伪影的鲁棒性（见图 2）。连续呼吸机数据采集在技术上是可行的，可复用的波形数据库也正在涌现。16, 18 然而，目前悬而未决的问题已不再是信号是否可以被采集。作者贡献所有作者均对本论文的构思、撰写和重要修改作出了实质性贡献，并批准了最终发表版本。伦理考量本文献为叙述性综述，未涉及动物实验、人类参与者或临床试验干预。就未来的临床部署而言，AI 赋能的通气监测还应尊重数据保护、网络安全、人工监督以及明确界定的临床责任。关于写作过程中生成式 AI 与 AI 辅助技术的使用声明在本工作的撰写过程中，作者完成了正文、表格与图形的起草，并使用 ChatGPT（OpenAI）改进了稿件的用词、语法与可读性。作者对所输出内容按需进行了审阅与编辑，并对已发表文章的内容承担全部责任。资金支持本工作获得以下项目支持：PI24/01268（MICIU/AEI）、Pla Estratègic de Recerca i Innovació en Salut（PERIS，加泰罗尼亚研究与健康创新战略计划）SLT033/23/000033（加泰罗尼亚自治区卫生厅），以及欧盟（欧盟 HORIZON 欧洲健康与数字执行局 [HaDEA]，资助协议编号 101057434）。利益冲突Blanch 医生持有由 Consorci Corporació Sanitària Parc Taulí 拥有的美国专利，名称为："Method and system for managed related patient parameters provided by a monitoring device"（一种由监测设备提供的患者相关参数管理方法与系统），美国专利号 12/538,940，并持有 Consorci Corporació Sanitària Parc Taulí 研发衍生公司 BetterCare S.L. 的股票期权。无其他需要披露的事项。Gerard Castells-Tortosa｜Marc Notó｜Candelaria de Haro｜Leonardo Sarlabous｜Lluís Blanch