История развития систем искусственной вентиляции легких: История развития сердечно-легочной реанимации

История развития сердечно-легочной реанимации

Попытки оживления человека предпринимались с давних времен и, как правило, имели чисто эмпирический характер. История развития сердечно-легочной реанимации тесно связана с развитием общей медицины. Но поскольку достоверных документальных свидетельств почти не сохранилось, история зарождения и начало развития реаниматологии практически не известны.

Основные исторические вехи

Значение сердечно-легочной реанимации не возможно переоценить. Допустимые пределы времени, когда резкое нарушение кровообращения при шоке или клинической смерти еще имеют обратимый характер, ограничиваются 5-30 минутами. Немедленное начало реанимационных мероприятий позволяет не только предотвратить смерть мозга, восстановить функции организма, но и снизить у выживших количество инвалидизирующих осложнений.

Комплекс сердечно-легочной реанимации включает основную триаду:

• искусственная вентиляция легких,
• массаж сердца прямой или не прямой,
• электродефибрилляция сердечной мышцы.

Каждый из этих методов имеет свою историю развития.

Первые достоверные сообщения об успешном оживлении относятся к 1650 году и связаны с реанимацией в Оксфорде молодой женщины после повешения, однако сердечно-легочная реанимация (СЛР) в ее современном виде при этом не использовалась.

Искусственная вентиляция легких

Эксперименты по оживлению на животных проводились еще во времена Возрождения (А. Везалий). В тот же период Т. Парацельс впервые применил кузнечные меха в качестве ручного респиратора для ИВЛ при оживлении людей.

В 1740 году Парижской Академией Наук было официально рекомендовано применение метода «дыхание рот-в-рот» для оживления жертв утопления. В Англии этот способ сочли «вульгарным подходом» и метод, не получивший признания (несмотря на его эффективность), надолго забыли.

В 1767 году было открыто Голландское общество спасения утопающих. Этот факт явился важной вехой в развитии реанимации, поскольку была создана первая в мире специальная организация по оживлению людей.

В 1911 г был разработан и начал промышленно выпускаться в Германии аппарат «Пульмотор» – автоматический респиратор для ИВЛ. Он применялся для реанимации пожарных и шахтеров.

Эпидемия полиомиелита в Дании и Швеции в 1952-53 гг стала толчком для разработки нового аппарата для ИВЛ датским ученым C.G. Engstrom. Одноименный прибор стал производиться промышленно и широко применялся в клиниках всего мира.

Массаж сердца

Первый эксперимент по прямому массажу сердца был проведен в 1874 г на собаке, у которой остановка сердца была спровоцирована применением хлороформа. А первая, но безуспешная попытка прямого массажа сердца человеку (пациенту в операционной) была предпринята в 1880 году. И только в 1902 г. этот метод имел успех – удалось реанимировать женщину, которую оперировали по поводу рака матки. В 1903 г. был впервые описан случай успешного оживления человека методом непрямого массажа сердца (врач George Crile).

Дефибрилляция

В 1788 г. в Лондонском Королевском Обществе был сделан доклад о применении электрического тока для оживления людей, умерших внезапно (врач Charles Kite). Описывался случай успешной реанимации, проведенной еще в 1774 г. Данный факт можно считать началом развития метода дефибрилляции.

В книге британского врача John Snow (основоположник анестезиологии), вышедшей в 1858 г, описываются 50 случаев реанимации пациентов, у которых произошла остановка сердца при анестезии хлороформом. При этом методы реанимации включали дыхание «рот в рот», интубацию трахеи, компрессию ребер и применение гальванических токов.

В 1900 г физиологи из Франции описали применение электрической дефибрилляции, демонстрируя возможность устранения фибрилляции желудочков высоковольтным током.

В 1920 г. американские ученые университета Джона Хопкинса доказали возможность проведения дефибрилляции на закрытом сердце. С 1936 г в разных странах мира проводятся экспериментальные исследования по дефибрилляции. А первая успешная трансторакальная дефибрилляция при остановке сердца с фибрилляцией желудочков была проведена в 1956 г врачом Paul Maurice Zoll и с 1960 г этот метод считается основным при лечении внезапной остановки сердца.

В 1963 г врач Redding впервые применил для реанимации адреналин (эпинефрин), введенный внутрисердечно.

Патриарх реаниматологии Питер Сафар в 1958 г открыл первое в США отделение реанимации, а в 1966 г первый обосновал необходимость разработки методов церебральной реанимации.

Реанимация в России

Патриархом отечественной реаниматологии является В. А. Неговский, создатель в 1936 г первой отечественной лаборатории по исследованиям в области оживления людей, создатель термина «реаниматология» (1961 г), автор первой в мире монографии по сердечно-легочной реанимации, в 1943 г изданной в США.

В 1967 г ученый Н. Л. Гурвич изобрел дефибриллятор с биполярным импульсом (импульс Гурвича). В 1969 г в СССР прибор был внедрен в клиническую практику, на несколько десятилетий опережая другие страны. В настоящее время биполярный импульс Гурвича заложен в основу действия всех современных дефибрилляторов.

Искусственная вентиляция легких

Российский Университет Дружбы Народов

ДОКЛАД

по предмету «Средства и способы реанимационных мероприятий»

на тему:

«Искусственная вентиляция легких»

Выполнила:

студентка гр. ОСБ-301

Харитонова Светлана

Москва, 2001

Оглавление:

1. Введение. Искусственная вентиляция легких и искусственное дыхание.
2. История ИВЛ
3. Методы ИВЛ
4. Показания
5. Противопоказания
6. Техника выполнения ИВЛ
7. Осложнения ИВЛ
8. Заключение Введение. Искусственная вентиляция легких и искусственное дыхание.

Искусственная вентиляция легких это способы обмена воздуха между легкими и окружающей средой. ИВЛ едва ли не единственное средство интенсивной терапии, которое применяется при любых механизмах острой дыхательной недостаточности, когда она доходит до стадии терминального состояния (крайняя степень патологии, когда патогенез превращается в татогенез и когда искусственное замещение жизненно важной функции становится неотложной мерой, предотвращающей смертельный исход).

Традиционно понятия «искусственное дыхание» и «искусственная вентиляция легких» (ИВЛ) уравнивают, хотя фактически они весьма различны. Дыхание это не только вентиляция легких (замещение в них воздуха), но и транспортировка кислорода и углекислого газа между легкими и различными органами, и окислительно-восстановительные процессы в тканях организма (тканевое дыхание). Вентиляция легких это лишь начальный и конечный этап газообмена, происходящего в тканях организма. Поэтому к искусственному дыханию правильнее отнести методы, облегчающие тканевое дыхание путем улучшения тканевого кровотока и ферментативных процессов. Но это несколько другая, самостоятельная проблема. В данном реферате мне хотелось бы рассмотреть методы ИВЛ.

ИВЛ требуется тогда, когда собственная вентиляция (спонтанная) прекращается или оказывается недостаточной. К этому ведут многие болезни и травмы, в том числе и не только легких.

История ИВЛ

В истории применения ИВЛ можно выделить 2 принципиально различных периода. Первый от глубокой древности до середины ХХ века. Когда ИВЛ применялось только для оживления внезапно умерших людей и для поддержания жизни при внезапном прекращении самостоятельного дыхания. И второй период, когда ИВЛ стали применять и для выключения спонтанной вентиляции при различных оперативных вмешательствах и методах анестезии, для многосуточной интенсивной терапии терминальных состояний или многомесячной заместительной терапии при некоторых заболеваниях нервной и мышечной систем.

Методы ИВЛ

Все методы ИВЛ разделяют на два типа:

• вдувание газа в легкие
• внешнее приложение усилия к грудной клетке

В каждом типе различают два вида:

• без применения инструментов и аппаратов
• с применением инструментов и аппаратов

ИВЛ с применением инструментов и аппаратов имеет две разновидности:

• респираторы с ручным приводом
• автоматические респираторы

Классификация методов ИВЛ

ПринципМетодыСущность методаОбласть примененияВдувание в легкие

Внешнее воздействие на грудную клетку

Экспираторные методы:

• без инструментов
• с инструментами

Ручные респираторы

Автоматические респираторы:

• портативные
• стационарный

ИВЛ с негерметичным контуром инжекционная

Апнойная оксигенация (диффузионное дыхание)

Глоссо-фарингеальное дыхание

Ручные методы:

• без приспособлений
• с
• приспособлениями

Автоматические респираторы:

• боксовые (танковые)

• Электрофренический методОживляющий вдувает в легкие пострадавшего свой выдыхаемый воздух

Вдувание в легкие наружного воздуха; возможно добавление кислорода

Вдувание в легкие кислородно-воздушных смесей с автоматической сменой вдоха и выдоха по достижении заданных параметров

Периодическое раздувание легких струей кислорода с инжекцией (подсосом) воздуха

Инсфуляция в легкие кислорода непрерывной струей на фоне апноэ

Нагнетание больным воздуха в легкие специальными движениями языка при параличе дыхательных мышц

Сжатие и расширение грудной клетки пострадавшего руками оживляющего

Смещение диафрагмы под действием веса бронхиальных органов при подъеме и опускании головного конца

Автоматическая смена разрежения и сжатия воздуха вокруг тела больного, помещенного в герметическую емкость

Сжатие и разрежение воздуха вокруг грудной клетки и живота больного

Ритмичная электростимуляция диафрагмыРеанимация, неотложная медицинская помощь

То же. Транспортировка пострадавших.

То же. Длительная ИВЛ при анестезии и интенсивной терапии

Неотложная помощь, бронхоскопия и лаваж легких

Неотложная помощь при ранениях легкого

Респираторные центры, неотложная самопомощь

Неотложная медицинская помощь и взаимопомощь при невозможности применить методы вдувания (опасные инфекции, БОВ, БРВ, травмы лица)

Специальная тренировка больных с ослабленным дыханием в респираторных целях

Невозможность применить методы вдувания в респираторных целях

Специальная тренировка больных с ослабленным дыханием в респираторных целях, транспортировка

Неотложная помощь

Показания

ИВЛ в плановом порядке применяется как компонент анестезиологического пособия, интенсивной терапии нелегочной патологии и плановой респираторной терапии у так называемых дыхательных хроников.

Показания к ИВЛ при неотложной помощи: показана во всех случаях, когда объем спонтанной вентиляции не обеспечивает адекватного газообмена. Но показания к ИВЛ возникают не только при апноэ, но и при выраженной гиповентиляции, а также при нормовентиляции.

Клинические ситуации:

1). Апноэ.

2) Гиповентиляция.

• расстройства центральной регуляции дыхания в связи с нарушением мозгового кровообращения, отеком, воспалением, травмой или опухолью мозга, медикаментозными и другими видами отравлений; при этом могут наблюдаться не только низкие дыхательные объемы, но и выраженные нарушения ритма дыхания
• поражение нервных путей и нервно-мышечного синапса травма шейного отдела позвоночника и спинного мозга, нейровирусные инфекции, полиневриты, миастения, токсический эффект антибиотиков, некоторые отравления.
• болезни и повреждения дыхательных мышц и грудной стенки полимиозиты, миодистрофии, полиартрит с поражением суставов ребер, открытый пневмоторакс, множественные переломы ребер и грудины
• рестриктивные и обструктивные поражения легких пневмония, пневмонит, бронхоастматическое состояние, бронхиолит и др. При этом мы рассчитываем не только на механическое увеличение объемов вентиляции, но и на патологические эффекты ИВЛ.

3) Нормовентиляция

• обструктивные, рестриктивные и диффузионные нарушения дыхания, при которых объем вентиляции достигается слишком большой работой дхательных мышц, поглощающих большую часть добываемых легкими кислорода
• неравномерность вентиляционно-перфузионных соотношений с преобладанием альвеолярного шунта, когда спонтанная вентиляция по объему достаточна, но необходимо изменить внутрилегочное распределение вент

2.2. История развития реаниматологии

История реаниматологии
— одна из интересных страниц развития
медицины. Медицина как часть естествознания
является зеркалом цивилизации человека,
его долгого и весьма трудного пути к
самосовершенствованию. Характерно, что
отдельные элементы оживления были
известны нашим далеким предкам. Так,
примерное описание оживления с помощью
ИВЛ методом рот в рот мы находим еще в
Библии. В доисторические времена у
первобытных людей смерть ассоциировалась
с глубоким сном. Умершего пытались
«пробудить» резкими криками,
прижиганием горящими углями. Особой
популярностью у североамериканских
индейцев пользовались методы «оживления»
путем вдувания табачного дыма из пузыря.
В эпоху испанской колонизации Америки
этот метод получил широкое распространение
в Европе и им пользовались, пытаясь
оживить внезапно умершего, вплоть до
начала девятнадцатого столетия.

Первое описание
постурального дренажа при спасении
утонувших можно найти в папирусах
древних египтян. Живший в средние века
выдающийся естествоиспытатель и медик
Андрей Везалий восстанавливал работу
сердца, вводя воздух в трахею через
камышовую тростинку, т.е. за 400 лет до
описания техники интубации трахеи и
ИВЛ, основанной на принципе вдувания.

Паг в 1754 году
предложил для реанимации новорожденных
вдувать воздух через ротовой воздуховод.
В 1766 году профессор Московского
университета С. Г. Зыбелин четко описал
цели и технику ИВЛ, основанную на вдувании
воздуха в легкие: «…Для сего иногда
и младенцу рожденному, от слабости
дыхания не имеющему, в рот дуть, сжав
ноздри, и тем легкое его для приведения
крови в течения расширять должно».

В 1780 году французский
акушер Шосье предложил аппарат для ИВЛ
у новорожденных, состоявший из маски и
мешка.

В 1788 году Гудвин
предложил подавать в мех кислород и
через мех проводить дыхание, что было
отмечено Золотой медалью Британского
общества по оживлению утопающих.
Справедливости ради следует отметить,
что еще в 1530 году Парацельс использовал
для этой цели каминные меха и ротовой
воздуховод.

В
1796 году два датских ученых Херольдт и
Рафн описали методику искусственного
дыхания рот в рот. Они также проводили
эндотрахеальную интубацию и трахеостомию
и предлагали воздействовать электрическим
током на грудную клетку умерших.

В
первой половине XIX
века методы ИВЛ, основанные на принципе
вдувания, были вытеснены так называемыми
«ручными» методами, обеспечивающими
искусственное дыхание путем внешнего
воздействия на грудную клетку. Ручные
методы ИВЛ надолго вытеснили экспираторные.
Даже во время эпидемии полиомиелита
еще пытались проводить респираторную
терапию с помощью специальных аппаратов
«железные легкие», принцип работы
которых, основывался на внешнем
воздействии на грудную клетку компрессией
и декомпрессией в специальной камере,
куда помещали больного. Однако в 1958 году
американский анестезиолог Питер Сафар
убедительно показал в серии экспериментов
на добровольцах и студентах-медиках, у
которых с помощью тотальной кураризации
выключали спонтанное дыхание и проводили
ИВЛ различными способами, что, во-первых
внешние методы воздействия на грудную
клетку не дают должного дыхательного
объема венеляции по сравнению с
экспираторными; во-вторых, получить
объем вдоха 500 мл с помощью различных
ручных методов смогли лишь у 14-50%
специально тренированных людей. С
помощью же экспираторных методов такого
объема ИВЛ смогли достичь у 90-100% лиц, не
прошедших подготовки, а получивших
перед исследованием лишь простой
инструктаж.

Остатки
«железных легких» долго валялись в
подвалах различных медицинских учреждений
и, казалось, что их судьба решена. Однако,
в последние годы, несколько фирм в
Америке и Европе изготовили приборы
одевающиеся на грудную клетку пациента
в виде жилета и путем компрессии и
декомпрессии обеспечивающие вентиляцию.
Пока еще рано говорить об эффективности
этого метода, однако, перспектива на
новом витке развития вновь вернуться
к неинвазивным и более физиологичным
методам искусственной вентиляции
легких.

Попытки восстановления
кровообращения при остановке сердечной
деятельности начались гараздо позже,
чем искусственная вентиляция легких.

Первые экспериментальные
исследования по проведению прямого
массажа сердца выполнил в 1874 году
профессор Бернского университета Мориц
Шифф, пытаясь оживить собак, у которых
сердце остановилось при передозировке
хлороформа. Особое внимание Шифф обращал
на то обстоятельство, что ритмичные
компрессии сердца собаки необходимо
сочетать с ИВЛ.

В 1880 году Нейман
впервые выполнил у человека прямой
массаж сердца, у которого остановка
произошла при анестезии хлороформом.
В 1901 году Игельсруд успешно осуществил
реанимацию с применением непрямого
массажа сердца в клинике, у женщины с
остановкой сердца во время ампутации
матки по поводу опухоли. После этого
применение непрямого массажа сердца в
операционной проводили многие хирурги.
Поводов для этого было достаточно, т.
к. широко применялся хлороформный
наркоз. В подавляющем большинстве
случаев эти «эксперименты» не приводили
к положительным результатам. В это время
еще не были разработаны схемы и принципы
реанимации, эндотрахеальный способ
наркоза еще не был внедрен в
анестезиологическую практику и
большинство пациентов погибало из-за
пневматорокса.

В
XIX
веке уже были заложены научные основы
реаниматологии. Выдающаяся роль в этом
принадлежит французскому ученому Клоду
Бернару, впервые сформулировавшему
основные постулаты физиологии:
«Постоянство внутренней среды является
непременным условием существования
организма». Практическое значение
нормализации гомеостаза организма
человека впервые было показано еще в
1831 году английским медиком Латта. Он
успешно применил инфузию солевых
растворов у больного с тяжелейшими
нарушениями гидро-ионного и
кислотно-основного состояния —
гипохлоремическом гипокалиемическом
алкалозе при холере. Этому же ученому
принадлежит приоритет внедрения в
медицинскую литературу термина «шок».

Начало
XXвека ознаменовалось
выдающимися открытиями в области
медицины вообще и реаниматологии в
частности. В 1900 году Ландштейенер и в
1907 году Янски установили наличие в крови
агглютининов и агглютиногенов, выделили
четыре группы крови, создав научную
основу гематологии и трансфузиологии.

Много
сделали для разработки этой проблемы
советские хирурги В.Н. Шамов, а затем
С.С. Юдин.

В
1924 году С.С. Брюхоненко и С.И. Чечулин
сконструировали и применили в эксперименте
первый аппарат «сердце-легкие»
(автожектор). Н.Л.Гурвич и Г.С.Юньев в
1939 году обосновали в эксперименте
дефибрилляцию и непрямой массаж сердца.
В 1950 г. Бигелоу, а затем Н.С.Джавадян,
Е.Б.Бабский, Ю.И.Бредикис разработали
методику электрической стимуляции
сердца. В 1942 году Колфом была сконструирована
первая в мире искусственная почка, что
послужило толчком к исследованиям в
области экстракорпоральных методов
детоксикации.

В
50-х годах Гарднер и Эндерби опубликовали
работы, посвященные попытке
фармакологического управления сосудистым
тонусом с помощью так называемой
управляемой гипотензии.

Оригинальная
концепция французских исследователей
Лабори и Югенара по гибернотерапии –
лечению «зимней спячкой» – позволило
глубже взглянуть на патофизиологию
постагрессивной неспецифической реакции
организма, на методы лечения больных,
находящихся в критическом состоянии.

Важным
этапом в развитии реаниматологии явилось
изучение метаболических изменений и
способов их коррекции у больных,
находящихся в критическом состоянии.
Большим вкладом в изучение этой проблемы
стали исследования Мура, в результате
которых были выявлены закономерности
изменений метаболизма у больных после
операций и тяжелого стресса.

Определенным
вкладом в развитие интенсивной терапии
является разработка принципиально
новых методов детоксикации с помощью
гемосорбции, лимфосорбции, гемодиализа.
Пионером гемосорбции в нашей стране
является академик АМН СССР Ю.М.Лопухин.
Активные методы детоксикации получили
широкое распространение в анестезиологии
и реаниматологии.

В
1960 году Джад, Коувендховен и Никербокер
еще раз подтвердили теоретические
предпосылки и клинически обосновали
эффективность непрямого массажа сердца.
Все это послужило основой для создания
четкой схемы реанимационных манипуляций
и обучения методам оживления в различных
условиях.

Наиболее
четкую схему реанимационных мероприятий
предложил американский анестезиолог
и реаниматолог Сафар, которая вошла в
литературу под названием «азбука
Сафара».

Большой
вклад в развитие реаниматологии в
нашей стране внес академик РАМН
В.А.Неговскии. В течение многих лет его
школа разрабатывает проблемы патофизиологии
терминальных состояний и методы
реанимации. Фундаментальные труды
В.А.Неговского и его учеников способствовали
созданию реаниматологической службы
в стране.

В
последние десятилетия получила развитие
анестезиологическая и реаниматологическая
служба в педиатрии. В крупных городах
имеются центры детской реанимации и
интенсивной терапии, отделения реанимации
новорожденных, специальные выездные
педиатрические реанимационные бригады.
Совершенствование анестезиологической
и реанимационной помощи детям во многом
позволило улучшить результаты лечения
наиболее тяжелого контингента больных
детей разного профиля.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ

содержание   .. 

1 
2 


3 
4 
5 
6 

7 
8   ..

Глава 7

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ

Для исследования биологических объектов и создания
аппаратов для управления их функциями может быть ис­пользована теория
автоматического управления. При соз­дании аппаратов ИВЛ и исследовании процесса
ИВЛ тео­рия автоматического управления применяется для модели­рования процесса
ИВЛ с целью его изучения и получения моделей, пригодных для построения систем
автоматиче­ского управления ИВЛ, в том числе с использованием био­логических
параметров, в определенной мере заменяющих естественные контуры регулирования
дыхания, систем автоматического управления, стабилизирующих работу аппа­ратов
ИВЛ без применения информации о биологических характеристиках пациента.

Применению теории управления в биологических систе­мах
посвящено большое количество работ, наиболее до­ступной из которых для
специалиста-медика является мо­нография «Теория регулирования и биологические
системы» [Гродинз Ф.С., 1966].

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ ЛЕГКИХ

Моделирование какого-либо объекта обычно заключает­ся
в количественном описании процессов, протекающих в этом объекте, с той или иной
степенью приближения к ре­альности, создании структурной схемы моделируемого
объекта и практической реализации таких структурных схем для создания возможных
вариантов протекания изу­чаемых процессов при различных состояниях объекта и
влияющих на объект внешних факторов.

Прежде всего необходимо с учетом цели моделирования
выделить и охарактеризовать объект, подлежащий пред­ставлению в виде модели.
Как показано в главе 1, сущ­ность дыхания заключается в том, что оно снабжает
тка­ни кислородом и выводит из них углекислый газ; эти про­цессы координированы
между собой и тесно связаны с другими физиологическими процессами организма. На
всем пути газообмена между внешней средой и тканями организма в настоящее время
наиболее доступна именно искусственная вентиляция легких.

С количественной стороны процесс самостоятельной и
искусственной вентиляции характеризуют частотой дыха­ния f,
дыхательным объемом Vt и минутной вентиляцией Vмин, связанными между собой отношением:

Vмин ==
V•f

Поскольку газообмен происходит только в альвеолах,
важна величина не общей, а альвеолярной вентиляции
Va, которая зависит от частоты дыхания f дыхательного
объема Vt и величины мертвого пространства
Vd:

V_A == (V_T-V_D)•f

Как уже упоминалось, одно и то же значение альвеоляр­ной
вентиляции можно получить при различных сочетани­ях частоты дыхания и
дыхательного объема. При само­стоятельном дыхании механизм его регуляции способен
выявить неадекватность альвеолярной вентиляции и отре­гулировать ее путем
изменения частоты дыхания и дыха­тельного объема. При этом показано [Теннеибаум
Л.А., 1966; Rentsch H.Р., 1966], что из множества
возможных сочетаний значений f и
Vt организм
выбирает те, кото­рые, поддерживая нормальные параметры газообмена, де­лают это
с минимальной работой дыхания. В самом общем виде деятельность механизма
регуляции дыхания зависит от артериального Р_CO2 Р_O2 и рН.
Подъем артериального Р_CO2, падение
артериального Р_O2 и
снижение рН ведут к увеличению альвеолярной вентиляции. Обратные измене­ния
P_CO2 и рН
ведут к уменьшению альвеолярной венти­ляции. Увеличение же Р_O2 не всегда приводит к
уменьшению альвеолярной вентиляции. Связь между этими пока­зателями и альвеолярной
вентиляцией приведена для «среднего» пациента в работе Комро Дж. Г. и др.
[1961] (см. рис. 22).

Исследования [Ivanov,
Nunn,
1968] показали, что чув­ствительность дыхательного центра отличается разнообра­зием.
При моделировании объекта управления иногда стремятся построить систему
управления ИВЛ аналогично системе регулирования естественного процесса дыхания.
Однако структура такой системы настолько сложна, что ее реализация по
техническим и экономическим сообра­жениям существенно затруднена.

Одним из вариантов управления ИВЛ может быть под­держание
адекватного газообмена в тканях. Однако реше­ние такой задачи в настоящее время
невозможно из-за отсутствия методов
измерения тканевого газообмена и ме­тодов осреднения информации о газообмене в
тканях. Кроме того, обеспечение достаточного тканевого газообме­на в ряде случаев
зависит не только от ИВЛ.

22. Связь
между альвео­лярной вентиляцией
va и
альвеолярными Р_О2 Р_СО2 , артериальным на­сыщением О₂.

Попытки использовать систему естественной регуляции
дыхания для управления ИВЛ известны и базируются на предположении, что эта
система при ИВЛ не нарушена. В одной из таких систем используется активность
диафрагмального нерва. Однако для медицинской практики та­кая методика слишком
«инвазивна». В аппаратах, снаб­женных так называемыми триггерными устройствами
для вспомогательного дыхания, для управления ИВЛ исполь­зуются слабые попытки
вдоха пациента. Однако эффек­тивность такого управления для обеспечения
оптимально­го газообмена сомнительна.

Физиологическими константами, отражающими адекват­ность
дыхания, являются Р_О2, Р_СО2 и рН артериальной крови. Если
говорить об этих константах применительно к ИВЛ, то по причинам, изложенным в
главе 1, напря­жение кислорода в артериальной крови нужно исключить из параметров,
по которым следует вести управление ИВЛ. Из-за наличия в организме буферной
системы ВНСО₂ — Н₂СО₃ рН артериальной крови
также можно ис­ключить из управляющих параметров. Таким образом, наиболее
целесообразно управление ИВЛ осуществлять по Р_СО2 артериальной
крови.

Возможности постановки такой задачи были показаны при
исследовании регуляции дыхания в работах Gray (1945), где
статическая характеристика системы управле­ния самостоятельным дыханием на
основании эмпириче­ских данных приведена в виде:

Va=1,1 [pH]+l,31 [Pco₂] 90+l0.6-l0-8[104-Pco₂].

Там же предлагается исполь­зовать для определения рН
выражение, связывающее его с величиной Рсо₂:

РН=а[Рco₂ —
b],

где а и
b — параметры, зависящие от содержания бикар­боната в
крови и от кислородной емкости крови. С уче­том последнего выражения ясно, что
в системе спонтан­ного дыхания альвеолярная вентиляция определяется в основном
напряжением углекислого газа в артериальной крови.

Постоянство Рсо₂ артериальной крови при ИВЛ
создаст в организме лучшие условия для насыщения крови кисло­родом,
стабилизируя положение кривой диссоциации оксигемоглобина; поддерживает
благодаря буферной системе нормальный рН; вместе с тем из перечисленных задач
управления реализация такой системы представляется наиболее простой.

Для этой задачи управляемой величиной объекта управ­ления
является Рсо₂ артериальной крови, а управляющим воздействием —
минутная вентиляция.

Моделирование системы дыхания

Моделированию системы дыхания посвящено большое число
работ [Петровский Б.В. и др., 1968; Дарбинян Т.М. и др., 1969; Gray,
1945; Horgan, 1968]. Рассмот­рим некоторые из этих моделей,
наиболее подходящие для ИВЛ.

Одна из первых моделей дыхания — модель Грея — ис­следует
альвеолярную вентиляцию, Ро₂, Рсо₂ и рН крови в ответ на
вдыхание углекислого газа. Для выведения закона работы управляющей системы было
принято пред­положение, что каждый из трех показателей химического состава
крови: Ро₂, Рсо₂ и рН — оказывает независимый и суммарный
эффект на альвеолярную вентиляцию и что эти эффекты суммируются. Используя это
предположение, был эмпирически выведен закон системы регуляции дыхания в виде
приведенной выше статической характери­стики.

Изучение переходных процессов в системе дыхания про­водилось
на основе модели Гродинза (1966). В ней ста­тические характеристики управляемой
системы полагались нелинейными и описывались системой дифференциальных
уравнений второго порядка.

Другой подход к моделированию системы дыхания раз­вивается
Д.М. Александером (1968), Б.В. Петровским и соавт. (1968), Л.Л. Шиком (1968).
Суть его состоит в том, что при моделировании систему дыхания рассматривают не
как изолированную, а во взаимосвязи с другими системами организма. Так, модель,
описанная Б.В. Пет­ровским (1968), включает в себя системы кровообраще­ния,
дыхания, тканевого обмена по нескольким веществам, систему регуляции
сосудистого тонуса и др. Модель позволяет воспроизводить многие патологические
эффек­ты, возможные в системах организма. Включенная в эту более общую модель,
модель системы дыхания близка к модели [Horgan, 1968] в
отношении зависимостей, опре­деляющих концентрации кислорода и СО₂ в
артериальной крови, и задана системой уравнений, в которой три урав­нения
задают условия переноса кислорода кровью, ис­пользуя кусочно-линейную
аппроксимацию кривой диссо­циации гемоглобина. Они учитывают распределение
кровотока по различным органам. Еще два уравнения влияют на развитие
материального баланса для легких.

Все рассмотренные модели системы дыхания представ­ляют
легкие, как жесткую емкость, через которую воздух протекает со скоростью,
определяемой химическим соста­вом крови. Ни в одной из моделей не сделано
попытки учесть отдельные фазы дыхательного и сердечного циклов. В более простых
моделях изучение динамики СО₂ сводит­ся к изучению массообмена между
«резервуарами» для СО₂; в более развитых моделях система дыхания
явля­ется частью комплекса, охватывающего несколько систем организма. Во многих
моделях влиянием О₂ и рН кро­ви на управление дыханием пренебрегают,
сводя его к влиянию Рсо₂, и, несмотря на это, получают удовлетво­рительные
результаты. Некоторые важные физиологиче­ские эффекты (например, влияние Рсо₂
на кривую диссо­циации оксигемоглобина) не учтены ни в одной из упомя­нутых
моделей. Индивидуальные значения физиологических констант, от которых зависит поведение модели, мо­гут быть учтены
только в результате изучения каждого конкретною организма. Последнее осложняет
проверку адекватности модели и снижает ее ценность для решения задачи
управления.

Главными трудностями при рассмотрении ИВЛ с точ­ки
зрения управления являются изменяемость парамет­ров исследуемого объекта, их
взаимосвязанность, а так­же нелинейный характер связей между переменными. При
этом синтез системы автоматического управления наталкивается еще и на
ограничения в выборе величины и ви­да управляющего воздействия, т.е. величины и
скорости изменения вентиляции. В настоящее время намечаются два пути
преодоления упомянутых трудностей.

Первый путь — принятие большого количества упро­щающих
допущений и пренебрежение некоторыми свойст­вами объекта, обусловленное
стремлением получить мо­дель, пригодную для реализации системы управления. В
ряде задач, относящихся к биологическим объектам, это приводит к тому, что
остаются неучтенными сущест­венные свойства объекта. Поэтому системы
управления, построенные на основании таких моделей, в некоторых случаях не
справляются с возложенными на них задачами [Сомс М.К. и др., 1962;
Frumin,
1959; Rentsch, 1966].

Второй путь — усложнение модели, обусловленное стрем­лением
к возможно более точному учету всех связей в объекте для достижения наибольшей
адекватности. Это часто приводит к тому, что синтез управления на основе
полученной модели существующими средствами теории управления становится
затруднительным, а в некоторых случаях и невозможным [Алсксандер Д.М. и др., 1968;
Гродниз Ф.С., 1966; Horgan, 1968].

Существуют, однако, другие возможности моделирова­ния
биологического объекта, которые в явной форме не требуют выбора компромиссного
решения между адекват­ностью модели и реализуемостью управления [Беллман Р.,
1966]. Основная идея подобных методов заключается и сочетании статистических и
детерминистских методов моделирования биологических объектов.

Одним из вариантов такого подхода является представ­ление
объекта линейным дифференциальным уравнением со случайными коэффициентами,
заданными своими зако­нами распределения [Бурлаков Р.П., Юшкин А.В., 1970].
Такой подход не игнорирует неизвестные свойства моде­лирующего объекта, в
частности нелинейность и зависи­мость параметров объекта от неизвестных
исследователю причин или от влияния одних параметров на другие. С другой
стороны, на основе такой модели возможно ре­шить задачу синтеза управления, так
как в настоящее вре­мя интенсивно разрабатываются методы построения си­стем
управления, малочувствительных к изменению в из­вестных пределах параметров
объекта [Нмельяиов В., 1967; Петров Б., 1968]. К недостаткам такого подхода
следует отнести то, что модель в меньшей степени спо­собствует пониманию
свойств объекта, чем, скажем, мо­дель, построенная по принципу усложнения
уравнений.

В связи с изложенным нам представляется целесообраз­ным
при моделировании процесса ИВЛ для решения за­дачи управления использовать идею
описания объекта ли­нейным дифференциальным уравненном со статистически
заданными коэффициентами.

Все изложенное выше в основном определило то об­стоятельство,
что при моделировании ИВЛ мы описывали объект линейным дифференцнальным
уравнением, коэф­фициенты которого заданы законами распределения.

Построение такого рода полустохастнчсской модели,
имея ряд преимуществ, требует наличия и обработки боль­шого количества
экспериментального материала.

Модель канала вентиляции — Рсо₂ при ИВЛ. Было аппроксимировано
100 кривых Iэ=Рсоз (t), полученных в эксперименте на животных, и 107
экспериментальных кри­вых, полученных при ИВЛ у людей во время оператив­ного
вмешательства по различным поводам. По результатам аппроксимации были построены
гистограммы для коэффициентов дифференциального уравнения.

Здесь уместно привести основные допущения, при кото­рых
модель можно считать адекватной объекту, а систе­ма управления, построенная на
основании этой модели, будет обеспечивать заданное качество. Первое из этих до­пущений
касается физиологической стороны отбора инфор­мации и предполагает соответствие
(приближенное ра­венство) альвеолярного и артериального Рсо₂. При
воз­никновении патологии, приводящей к нарушению этого соответствия в
зависимости от вида патологии, система будет поддерживать Рсо₂, не
соответствующее заданию, либо вообще окажется неработоспособной.

Второе допущение предполагает, что модель может
отразить то изменение Рсо₂, которое может быть ском­пенсировано
изменением минутной вентиляции. Точно так же и система управления может
отработать лишь такое отклонение Pco₂. которое в состоянии скомпенсировать соответствующим
изменением минутной вентиляции.

Третье допущение предполагает, что за время переход­ного
процесса изменением коэффициентов дифференци­ального уравнения, описывающего
объект, можно прене­бречь. Следует отметить, что это допущение в неявной форме
предполагает кусочно-линейную линеаризацию ста­тической характеристики объекта.

О моделировании влияния ИВЛ на гемодинамику. По­скольку условия работы системы кровообращения при
ИВЛ значительно отличаются от условий самостоятель­ного дыхания, то при выборе
режима вентиляции необхо­димо уменьшить, насколько это возможно, вредное влия­ние
ИВЛ на гемодинамику пациента. С другой стороны, полученная выше модель канала
вентиляция — Рсо₂, да­вая возможность выбирать лишь величину вентиляции,
оставляет произвольным способ ее задания. Приведенные выше данные о том, что
система регуляции спонтанного дыхания задает способ вентиляции из условия минимума
энергетических затрат на дыхание, при ИВЛ вряд ли сле­дует использовать, так
как здесь расходуется энергия внешних источников.

Применяя известные модели системы кровообращения и
дыхания, Бабский Е.Б. (1947), Петровский Б.В. (1968), Гайтон А. (1969),
Horgan
(1968) преобразовали блок-схе­му объекта в такой вид, чтобы в ней были учтены полу­ченные
нами экспериментальные факты влияния ИВЛ на параметры гемодинамики (рис. 23).
Блок V_D отражает наличие объема мертвого пространства и в
соответствии с вышеприведенным выражением преобразует общую ми­нутную
вентиляцию в альвеолярную. Блоки V_D и «диф­фузия» характеризуют модель ИВЛ, отражающую
влия­ние вентиляции на артериальное Рсо₂.

Блок Р_т отражает возникновение давления в
трахее (Рт) в результате вдувания определенного дыхательного объема
Vt в легкие:

Рт =К’•С•V_T+ К»•R•
dV_T/d•t

где С и
R — соответственно растяжимость грудной клетки и легких
и сопротивление дыхательных путей.

Блоки «Кровоток в легких»,
Pnii — давление
в правом предсердии и Кмк — сопротивление в малом круге крово­обращения
отражают влияние ИВЛ через Рт на гемо­динамику.

23. Блок-схема модели ИВЛ с учетом влияния режима ИВЛ
на гемодннамнку. Объяснение в тексте.

Использование этой блок-схемы при синтезе системы
управления ИВЛ требует прежде всего достаточного экс­периментального материала
для аппроксимации переда­точных функций блоков конкретными зависимостями с
численно заданными коэффициентами. При этом следует помнить, что необходимо
выявить «критерий невмеша­тельства в гемодинамику» пациента, что является
больше медицинской, чем технической, задачей. Однако для того чтобы уменьшить
отклонения параметров гемодинамики от физиологических норм, т.е. направить
процесс управ­ления ИВЛ в желаемом направлении, достаточно качест­венно
рассмотреть предложенную модель. Ясно, что, уменьшая дыхательный объем, можно
уменьшить и от­клонения от физиологических норм и параметров гемоди­намики. Наименьшую
величину дыхательного объема в этом случае будет определять объем мертвого
простран­ства.

Не следует забывать, что понятие мертвого пространст­ва
в физиологии дыхания не ограничивается определением какого-либо объема легких,
не участвующего в газообме не. На величину
Vd влияют неравномерность вентиляции по отношению к
кровотоку, нарушения диффузии и др. Измерение функциональной величины
Vd в условиях ИВЛ чрезвычайно затруднительно.

24. Блок-схема системы уп­равления ИВЛ с учетом
уменьшения вредного влия­ния на гемодинамику. Объ­яснение в тексте:

1 — контур управления частотой дыхания по Рсо₂;
2 — устрой­ство управления дыхательным объемом с анализатором фор­мы
капнограммы.

Для определения величины минимально допустимого объема
дыхания при автоматически управляемой ИВЛ можно использовать капнограмму —
кривую изменения концентрации СО₂ во время дыхательного цикла. Известно,
что наличие горизонтального участка капнограммы в конце выдоха свидетельствует
о достаточном промывании мертвого пространства и, кроме того, дает информацию о
значении Рсо₂ в альвеолярном газе при отсутствии соот­ветствующих
патологий.

Таким образом, можно представить следующую блок-схему
системы управления ИВЛ (рис. 24), уменьшающей вредное влияние ИВЛ на гемодинамику
пациента. Устрой­ство 2, анализирующее форму капнограммы Pco₂ (t). дис­кретно уменьшает дыхательный объем, пока кривая
Рсо₂ имеет плато в конце выдоха и увеличивает его, если плато
отсутствует, воздействуя тем самым на быстродействую­щий контур управления 1
частотой дыхания по Рсо₂. Контур 1, отработав это возмущение,
установит новое значе­ние f, соответствующее заданному значению Рсо2, после чего
устройство 2 вновь анализирует форму капнограм­мы. Этот процесс длится до тех
пор, пока при заданном Рсо₂ минутная вентиляция будет осуществляться
с ми­нимальным, но достаточным для получения значения Рсо₂ дыхательным
объемом и соответственно увеличенной ча­стотой дыхания.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ
УПРАВЛЕНИЕ ИСКУССТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИЕЙ ЛЕГКИХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Практически все известные аппараты ИВЛ с автома­тическим
управлением на основе использования биологи­ческой информации построены по
принципу стабилизации заданного значения Pco₂. И медицинские специалисты, и инженеры являются
сторонниками построения таких си­стем автоматического управления, которые в
возможно большей степени заменяли бы утраченные по различным причинам функции
систем организма, управляющих са­мостоятельным дыханием в нормальных условиях.

Существует по крайней мере две причины, которые за­трудняют
решение этой проблемы. Первая из них состоит в том, что современные знания о
системе дыхания и ме­тоды автоматического управления и отбора информации для
его осуществления пока не позволяют еще решать та­кие задачи. Вторая и главная
причина состоит в том, что патологические состояния, вынуждающие переходить на
искусственную вентиляцию легких, чрезвычайно разнооб­разны. Воздействия же,
которыми создатели аппаратуры располагают при искусственной вентиляции легких,
определяются величинами ряда параметров вентиляции и воз­можностями изменения
состава газовой смеси. Поэтому и постановка задачи автоматического управления
ИВЛ име­ет смысл, когда имеющиеся в распоряжении методы воз­действия в
состоянии оказать влияние на необходимые параметры организма в нужном направлении.
Другими словами, управление функциями организма во время анесте­зиологического
и реанимационного пособия значительно шире и разнообразнее воздействий,
оказываемых на орга­низм самыми совершенными методами ИВЛ.

Несмотря на изложенное выше, проблема автоматиза­ции
процесса ИВЛ остается весьма актуальной уже по­тому, что ее решение снимает с
врача часть сложных за­дач, которые ему приходится решать в ходе анестезиоло­гических
и реанимационных мероприятий.

Одна из систем управления ИВЛ по содержанию СО₂
в альвеолярном или выдыхаемом газе реализована в ап­парате ИВЛ РОА-1 [Сомс М.К.
и др., 1962].

При проектировании этой системы авторы считали ста­тическую
характеристику пациента в рабочем диапазоне линейной:

Pco₂ = f(v)

25. Блок-схема аппарата РОА-1. Объяснение в тексте.

Эта система (рис. 25) состоит из объекта управления с
данной статической характеристикой управляющей систе­мы, включающей
сравнивающе-задающее устройство, уси­литель, исполнительный механизм,
устройство для получе­ния пробы альвеолярного газа и оптико-акустический га­зоанализатор.

Величина альвеолярного
Pco₂, которую врач считает не­обходимым поддерживать у
больного, задается при помо­щи сравнивающе-задающего устройства. Оно сравнивает
сигнал задания Yi (заданное значение Р_Aсо₂)
с сигналом газоанализатора Y₀
(фактическое значение Р_Aсо₂) и вы­рабатывает сигнал ошибки:
Yc,
(сигнал рассогласования):

Yc=Yi-Y₀

Сигнал ошибки подается на магнитный усилитель, кото­рый
в зависимости от знака и величины Yc преобразовы­вает его в переменное напряжение
с различной амплиту­дой и фазой. Это напряжение определяет скорость и на­правление
вращения исполнительного механизма, который вращает элемент, задающий значение
вентиляции на ап­парате искусственного дыхания. В этом аппарате вентиля­ция
регулируется путем автоматического изменения часто­ты дыхания, а дыхательный
объем устанавливается вруч­ную один раз на весь процесс регулирования.

Система управления аппарата РОА-1 реализует инте­гральный
закон управления за счет применения в качестве исполнительного механизма реверсивного
двигателя, управляемого магнитным усилителем, на вход которого подан сигнал
рассогласования между заданной и изме­ряемой величинами Рсо₂ в
альвеолярном газе.

Так как отбор пробы артериальной крови — процедура
достаточно сложная и далеко не всегда необходима во время ИВЛ, то в этом
аппарате, как и в других известных системах управления ИВЛ по Рсо₂
вместо Рсо₂ в артери­альной крови используется Рсо₂ в
альвеолярном газе. У больных с отсутствием патологической неравномерности
распределения вентиляции относительно легочного кровотока и с отсутствием
значительного артериально-венозного шунта величина альвеолярного Рсо₂
находится в соответствии с величиной артериального Рсоз и ниже ее на 1 — 3 мм
рт. ст. Это объясняется тем, что обмен углекис­лоты между кровью и альвеолами
происходит очень быст­ро и при очень небольших градиентах напряжения СО2.

Такой прием позволяет применить в системе управления в
качестве измерительного устройства обычный оптико-акустический газоанализатор,
снабженный устройством отбора пробы, которое обеспечивает поступление в газо­анализатор
смеси из последней трети объема выдоха. При этом считается, что дыхательный
объем всегда установлен врачом таким, что к моменту наступления последней тре­ти
выдоха мертвое пространство уже «промыто», и через устройство отбора проходит
газ, концентрация СО2 в ко­тором равновесна с концентрацией Рсо₂ в
артериальной крови. Для синтеза системы управления принята модель объекта с
постоянными коэффициентами, не учитывающая возможности изменения параметров
объекта. Такая воз­можность при ИВЛ, однако, имеется и при переходе от одного
пациента к другому, и при проведении ИВЛ у одно­го и того же пациента,
состояние которого не однозначно.

Другой системой управления ИВЛ по Рсо₂ в артериаль­ной крови является аппарат
Лейпцигского научно-техни­ческого центра «Медицинмеханик» [Rentsch,
1966]. В этой системе для управления используется измерение Рсо₂ в
альвеолярном газе, измеряемое инфракрасным газоанали­затором. В системе
«Медицинмеханик» применен пневма­тический регулятор, реализующий
пропорциональный за­кон управления. Модель, по которой производится синтез
системы управления, как и предыдущая, не учитывала возможности изменения
параметров объекта. Проверка устойчивости и выбор между обеспечением устойчивости
и уменьшением величины статической ошибки регулиро­вания производились экспериментально
на модели легких.

Несмотря на то, что авторы этой разработки
подчеркивали зависимость качества управления от постоянной вре­мени и времени
запаздывания у больного, от мертвого про­странства аппарата и от уровня Рсо₂,
при построении ап­парата «Медицинмеханик» эти особенности объекта не были
учтены. Очевидно, что при работе с пациентом, ха­рактеристики которого могут
изменяться, эта система мо­жет иметь и неудовлетворительные (например, неустой­чивые)
процессы регулирования.

Система автоматического управления ИВЛ по Рсо₂
[Фрумин М.X., 1958; Frumin, 1959] предусматривает ус­тановку частоты дыхания
вручную и снабжена интеграль­ным регулятором, управляющим дыхательным объемом в
зависимости от уровня Рсо₂ в альвеолярном газе. При синтезе этой
системы управления возможность изменения параметров управления объекта также не
учитывалась.

Перечисленные системы построены по принципу управ­ления
интенсивностью вентиляции легких на основе ис­пользования информации о
Pco₂ в альвеолярном газе. Недостатком такого подхода
является то, что при некото­рых видах патологии (например, увеличенном
венозно-артериальном шунте или ярко выраженной неравномерности легочной вентиляции
по отношению к кровотоку) системы автоматического управления ИВЛ с таким отбором
ин­формации окажутся неработоспособными по причине значительного несоответствия
величин альвеолярного Рсо₂ и артериального Рсо₂.

Работы ряда авторов [Дарбинян Т.М. и др., 1965, 1969;
Чеботарь А.И., 1966; Юревнч В.М., 1966, 1967] показа­ли, однако, что в
большинстве случаев Рсо₂ в пробе аль­веолярного газа соответствует
Рсо₂ в артериальной крови и почти всегда ниже этой величины на 1 — 3
мм рт. ст. Поддержание артериального Рсо₂ при ИВЛ с такой точ­ностью
вполне допустимо. Описанные системы автомати­ческого управления ИВЛ, дающие
подобную точность под­держания Рсо₂ на модели легких при настройке,
в ряде случаев не могли обеспечить се при работе системы ап­парат — пациент.
Более того, наблюдались неустойчивые или очень затянутые процессы
регулирования, вследствие того, что модели, по которым производился синтез всех
этих систем управления, не учитывали возможности изме­нений параметров объекта,
влияния чистого запаздыва­ния, ограничений управляющего воздействия, помех и
др. Поэтому представляется важным, хотя бы с удовлетво­рительной для практики
точностью, решить задачу, в ко­торой перечисленные выше осложняющие
обстоятельства учтены в комплексе. В работе А.В. Юшкниа (1970) была показана
возможность подобного решения при помощи комбинирования методов нелинейного
программирования и метода статистических испытаний. Преимущества такого подхода
состоят в том, что трудности решения задачи син­теза системы управления,
осложненной запаздыванием, помехами, ограничениями и т.п., переносятся в
область вопросов сходимости алгоритмических методов поиска экс­тремума,
точности воспроизведения объекта методами сто­хастического моделирования,
объема памяти машины, вре­мени решения задачи и т.д. В связи с этим при синтезе
системы управления ИВЛ пришлось решать ряд вопросов, связанных с численной
реализацией алгоритма, модели­рующего объект управления и управляющие
устройства.

Моделирование системы автоматического регулирования. Блок-схема алгоритма, осуществляющего стохастическое
моделирование контура объект — регулятор и поиск пара­метров устройства
управления, представлена на рис. 26. Алгоритм представляет собой математическую
модель объекта, охваченную контуром управления с введением не­обходимых ограничений
и запаздывания. Вся эта схема охвачена алгоритмом поиска, предназначенным для
вы­числения некоторого функционала качества управления с осреднением по
множеству наборов параметров модели объекта и способным влиять на параметры
управляю­щего устройства в направлении изменения функционала к его экстремальному
значению.

Блок ГПЧ — генератор псевдослучайных чисел с равно­мерным
законом распределения в диапазоне 0 — 1. Блоки T₁, Т₂, Т₃, К, А являются фильтрами
законов распреде­ления, выдают последовательности случайных величин, т.е.
коэффициенты дифференциального уравнения модели объекта при ИВЛ соответственно
закону распределения каждой из них. Блок Т₁/Т₂ реализует
дополнительную фильтрацию Т₂ и T₁ с целью воспроизведения
корреляции между ними. Блоки W₁ (р) и
W₂ (р) реализуют линейную часть модели ИВЛ. Все
вышеуказанные блоки, кроме ГПЧ (пунктир), образуют модель канала вентиляция —
Рсо₂ при ИВЛ.

Блок ограничений и управляющий блок моделируют
уравнения контура управления с учетом ограничений пре­делов и скорости
изменения минутной вентиляции.

Аппарат ИВЛ с автоматическим управле­нием, построенный
на основе моделирования. Анализ
результатов испытаний модели системы управления ИВЛ позволил построить аппарат
ИВЛ (рис. 27) с использованием биологической информации для управления — РОА-2.

26. Блок-схема алгоритма моделирования системы управле­ния
ИВЛ. Объяснение в тексте

27. Блок-схема аппарата РОЛ-2. Объяснение в тексте.

Газовая смесь из блока искусственного дыхания 1 по­ступает
в газоанализатор 2. Сигнал с выхода газоанали­затора (капнограмма) поступает в
цифровую часть 3.1 блока регулирования 3, где вычисляется значение парци­ального
давления углекислоты в альвеолярном газе Р_Асо₂, значение
производной от Р_Асо₂ и определяется на­личие или
отсутствие плато на каппограмме.

Контур управления дыхательным объемом 3.1, 1.2 ра­ботает
следующим образом. При наличии на капнограмме плато цифровая часть блока регулирования
3.1 вырабаты­вает сигнал, который в течение следующего дыхательного цикла
включает исполнительный механизм 1.2 в линии управления величиной дыхательного
объема аппарата ИВЛ 1.1 в сторону уменьшения величины дыхательного объема; при
отсутствии плато исполнительный механизм 1.2 увеличивает дыхательный объем.
Таким образом, ве­личина дыхательного объема поддерживается иа мини­мально
допустимом уровне, достаточном, чтобы промыть мертвое пространство пациента.

Остальная часть блок-схемы (см. рис. 27) образует кон­тур
управления величиной минутной вентиляции.

Сигнал, соответствующий значению Р_Асо₂,
поступает на операционный усилитель 3.4, где сравнивается с заданным уровнем Р_Асо₂.
Рассогласование между заданным и те­кущим значением Р_Асо₂;
(X₁), а также производная от это­го рассогласования (Х₂),
получаемая на выходе опера­ционного усилителя 3.2 после вычитания постоянной со­ставляющей,
используется для управления величиной минутной вентиляции в сети переменной
структуры, образо­ванной операционными усилителями 3.3 и 3.5, обеспечи­вающими
инвертирование рассогласования X₁ и
производ­ной X₂;
сумматорами 3.8 и 3.9; блоками знака произве­дения 3.6 и 3.7, обеспечивающими
коммутацию сигналов инверторов 3.3 и 3.5 на вход сумматора 3.8 в зависимости от
знака произведения входных сигналов на их входах.

Управляющее воздействие, получаемое на выходе опера­ционного
усилителя 3.8, отрабатывается исполнительным механизмом 1.3 в линии управления
величиной минутной вентиляции блока ИВЛ.

Значения коэффициентов усиления в операционных уси­лителях,
образующих управляемую сеть переменной струк­туры, выбраны таким образом, что
при изменении харак­теристик объекта во всем диапазоне в системе возникает
скользящий режим, обеспечивающий независимость качества управления величиной
минутной вентиляции от ха­рактеристик объекта управления.

Опыт клинического применения аппаратов РОА-2 пока­зал
безусловную необходимость развития этого направле­ния техники на основе углубления
знаний в первую оче­редь о самом процессе ИВЛ, его биологических особенно­стях.
Одновременно была реализована идея снижения влияния ИВЛ на гемодинамику за счет
уменьшения дыха­тельного объема и повышения частоты дыхания, вызываю­щая в
настоящее время большой интерес у клиницистов.

АВТОМАТИЗАЦИЯ АППАРАТОВ ИВЛ БЕЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

В предыдущих главах подчеркивалось, что, с одной
стороны, аппараты ИВЛ работают в условиях значитель­ных изменений нагрузки,
вызванных как широким разбросом характеристик пациента (растяжимость легких,
сопротивление дыхательных путей, степень герметичности присоединения к аппарату),
так и их изменением в про­цессе применения ИВЛ у одного пациента. С другой сто­роны,
уже было показано, что стабильность поддержания в этих условиях установленного
режима вентиляции явля­ется важным потребительским качеством аппарата ИВЛ.
Недостаточная стабильность приводит к необходимости постоянного контроля за
взаимодействием системы аппа­рат — пациент, частей коррекции установленных
парамет­ров ИВЛ по клиническим показателям или показателям многочисленных
контрольно-измерительных приборов и т.п. Другими словами, анестезиолог или
реаниматолог значи­тельное время тратит на аппаратуру, а не на слежение за
пациентом. Наилучшим решением этой задачи было бы автоматическое поддержание
заданного газового состава крови. Однако, как уже указывалось выше, создание
таких аппаратов ИВЛ чрезвычайно сложно. В связи с этим на­ходят все большее
применение «местные» системы автома­тического управления, главное назначение
которых — ком­пенсация упомянутых выше и других дестабилизирующих факторов.
Технические решения, стабилизирующие режим работы аппарата ИВЛ, достаточно
многообразны. Напри­мер, в отечественных аппаратах «Фаза», «Вдох» и «Спирон» в
канале регулирования минутной вентиляции ис­пользуется стабилизатор перепада
давления на регули­рующем дросселе, что позволяет получить заданную вели­чину
вентиляции (на выходе аппарата) при колебаниях нагрузки или производительности
генератора вдоха. Дру­гой пример использования пневматических автоматических
устройств — стабилизаторы давления питания, получившие широкое распространение
в аппаратах ИВЛ с пневмоприводом.

Успехи электронной, в том числе микропроцессорной,
техники расширили возможности автоматических систем, стабилизирующих режим
работы. Здесь можно отметить применение в аппарате «Пневмотрон-80» переключение
на выдох после подачи в линии вдоха заданного объема газа, поддержание заданной
минутной вентиляции при сочета­нии самостоятельной и искусственной вентиляции в
аппа­рате «Энгстрем-Эрика», а также стабилизацию заданной величины минутной
вентиляции с помощью измерения ее действительного значения в линии выдоха [Гальпе­рин
Ю.С., Кантор П.С., 1983]. Электронная элементная база позволяет также применять
системы автоматического регулирования и для контроля других характеристик
аппаратов ИВЛ. Так, в аппарате «Сервовептилятор-900» обеспечивается управление
формой кривой вдувания газа, а также величиной максимальной скорости выдыхаемого
газа. О необходимости таких систем можно спорить, одна­ко несомненно, что
такого рода аппараты представляют особый класс аппаратуры ИВЛ, важнейшей
особенностью которых является слияние собственно аппаратов с раз­личными измерительными
средствами, наличие других блоков, характерных для замкнутых систем автоматиче­ского
регулирования — задающе-сравнивающего устройст­ва, регулятора, исполнительного
механизма и обратной связи.

К автоматическим устройствам другого плана можно от­нести,
например, устройства, обеспечивающие переключе­ние аппарата с вспомогательной
на управляемую вентиля­цию в случае прекращения дыхательных усилий пациента,
автоматический переход на вспомогательную вентиляцию с управляемой вследствие
появления дыхательных уси­лий и т.п. Здесь же, пожалуй, следует упомянуть и мно­гообразные
средства сигнализации тех или иных аварий­ных ситуаций в системе аппарат —
пациент.

Качественное изменение автоматизации аппаратов свя­зано
с внедрением в них микропроцессорных систем управ­ления. Основным преимуществом
аппаратов этого класса является их функциональная гибкость. Еще одной важной
функцией является совмещение внутренних систем управ­ления аппаратом с
осуществлением слежения за состоя­нием пациента, сигнализацией опасных ситуаций
или от­клоняющихся от установленных врачом граничных условий ИВЛ, представление
этой информации в алфавитно-цифровой и графической форме, запоминание с
возможно­стью последующего воспроизведения на дисплее инфор­мации,
существовавшей некоторое время до начала неже­лательной ситуации в системе
аппарат — пациент. Микро­процессорное управление аппаратами ИВЛ наряду с неко­торыми
конструктивными особенностями аппаратов позво­ляет быстро реализовать в аппаратах
этого класса но­вые функциональные возможности, необходимость в су­ществовании
которых появляется с приобретением медицинского опыта ИВЛ в результате
интенсивно ведущихся в этом направлении научных исследований, и, таким образом,
существенно сократится период, необхо­димый на внедрение новых медицинских
методик в кли­ническую практику.

28. Функциональная блок-схема аппарата ИВЛ с
автоматическим уп­равлением без использования биологической информации.
Объяснение в тексте.

Существует большое количество различных аппаратов ИВЛ
с реализацией такой системы управления «Энгстрем-Эрика» (Швеция), «Дрегер-Ева»
(ФРГ), «Система» (Ис­пания), аппарат для детей фирмы «СЛЕ» (Великобрита­ния) и
др. Ведутся разработки подобных систем и в СССР. Рассмотрим их обобщенную функциональную
схе­му (рис. 28) с тем, чтобы продемонстрировать возможно­сти и задачи,
выполняемые в аппаратах такого типа. Схе­ма относится к аппарату ИВЛ с
генератором постоянного потока и демонстрирует основные особенности применения
систем автоматического управления.

Регулятор вдоха, получая через генератор сравнитель­ного
сигнала информацию о заданном и действительном значениях минутной вентиляции,
измеренных в линии вы­доха, поддерживает при помощи клапана вдоха такой поток
газа на вдохе, чтобы установленная минутная вен­тиляция не отличалась от
измеренной, несмотря на изме­нение нагрузки на аппарат и негерметичностн
соединения аппарата с пациентом. Задаваемый (генератором формы кривой скорости)
сигнал сравнивается с действительной формой скорости, измеренной в линии вдоха,
передается через регулятор вдоха, получающий также информацию о положении
исполнительного механизма клапана вдоха, в результате чего регулятор вдоха
управляет клапаном вдо­ха так, чтобы обеспечивалась заданная форма кривой ско­рости
вдувания. Регулятор выдоха, аналогично регулято­ру вдоха, управляет клапаном
выдоха, получая для своей работы информацию о значении минутной вентиляции,
требуемой величине давления конца выдоха от генератора ПДКВ, действительном
значении давления и временных характеристиках выдоха.

Информация от преобразователей потока, давления,
концентрации Рсо₂ и O₂ поступает
в мониторную систему, которая вырабатывает сигналы для системы сигнализации в
случае, если параметры вышли за пределы установлен­ных значений, передает эту
информацию в запоминающее устройство и на средство отображения информации.

Возможности микропроцессорного управления далеко не
исчерпываются данной схемой. Актуальной задачей явля­ется обоснование
необходимой адекватности технических возможностей использования аппарата ИВЛ в
конкретной области применения.

содержание   .. 

1 
2 


3 
4 
5 
6 

7 
8 
  ..

Назовите показания и рекомендуемые особенности проведения ИВЛ. — Студопедия

· Гипоксемия (SpO2 < 92%), несмотря на высокопоточную оксигенотерапию или НИВЛ в положении лежа на животе с FiO2 100%. Усталость пациента на фоне ВПО или НИВЛ в прон‑позиции с FiO2 100%;     

· Нарастание видимых экскурсий грудной клетки и/или участие вспомогательных дыха‑ тельных мышц, несмотря на ВПО или НИВЛ в положении лежа на животе с FiO2 100%;  

· Угнетение сознания или возбуждение;  

· Остановка дыхания;   

· Нестабильная гемодинамика.

Особенности проведения ИВЛ:

Целевые значения газообмена при ИВЛ, ассоциированные с улучшением исхода при ОРДС:

• PaO2 90-105 мм рт.ст или SpO2 95-98%,

• PaCO2 30-50 мм рт.ст. или EtCO2 капнограммы 27-45 мм рт.ст.

При искусственной вентиляции легких у пациентов с ОРДС рекомендовано использовать дыхательный объем 6-8 мл/кг идеальной массы тела, так как применение ДО 9 мл/кг ИМТ и более приводит к увеличению осложнений и летальности.

Проведение «безопасной» ИВЛ возможно как в режимах с управляемым давлением (PC), так и в режимах с управляемым объемом (VC)

У пациентов с ОРДС вследствие COVID-19 рекомендовано использовать РЕЕР 10-20 см вод.ст. (в зависимости от типа ОРДС и рекрутабельности альвеол):

· при малорекрутабельных легких: очаговые повреждения альвеол на КТ, давление плато менее 30 см вод.ст., статическая податливость респираторной системы 40 мл/см вод.ст. и выше — РЕЕР 10-12 см вод.ст;

· при рекрутабельных легких: сливные повреждения альвеол на КТ, картина «мокрой губки» на КТ, давление плато выше 30 см вод.ст., статическая податливость респираторной системы менее 40 мл/см вод.ст. и выше — РЕЕР 15-20 см вод.ст.

· даже при отнесении легких к нерекрутабельному типу рекомендовано повышение РЕЕР до 15 см вод.ст. для оценки эффективности.

У пациентов с ОРДС вследствие COVID-19 при проведении ИВЛ рекомендовано использовать не инвертированное соотношение вдоха к выдоху для более равномерного распределения газа в легких и снижения отрицательного влияния ИВЛ на постнагрузку правого желудочка; рутинное применение инверсного соотношения вдоха к выдоху (более 1 к 1,2) не рекомендовано.

Вентиляция в положении лежа на животе (прональная позиции).

При проведении ИВЛ у пациентов с ОРДС вследствие COVID-19 рекомендовано использование положения лежа на животе в течение не менее 16 часов в сутки для улучшения оксигенации и возможного снижения летальности.

Методология пронпозиции: пациента следует положить на живот, предварительно положив валики под грудную клетку и таз с таким расчетом, чтобы

живот не оказывал избыточного давления на диафрагму, а также не создавалось условий для развития пролежней лица.

Критерии прекращения применения пронпозиции:

увеличение PaO2/FiO2 более 200 мм рт.ст. при PEEP менее 10 мбар, сохраняющиеся в течение не менее 4 часов после последнего сеанса пронпозиции.

Медикаментозная седация и миоплегия при ИВЛ

При проведении ИВЛ пациентам с ОРДС легкой и средней степени

следует использовать «легкий» уровень седации (оценке по Ричмондской шкале ажитации-седации (RASS) от -1 до -3 баллов), так как такая стратегия уменьшает длительность респираторной поддержки и улучшает исход, желательно избегать примение для седации бензодиазепинов.

У пациентов с тяжелым ОРДС (PaO2/FiO2 менее 120 мм рт.ст. при РЕЕР более 5 мбар) рекомендовано использовать нейро-мышечную блокаду, но только в течение первых 48 часов после интубации трахеи, что может приводить к уменьшению вентилятор-ассоциированного повреждения легких и снижению летальности; рутинное применение миорелаксантов для синхронизации с респиратором противопоказано.

Основные респираторные критерии готовности к прекращению респираторной поддержки:

• PaO2/FiO2 более 300 мм рт.ст, то есть SpO2 при вдыхании воздуха 90% и более,

• Восстановление кашлевого рефлекса и кашлевого толчка,

• Отсутствие бронхореи,

• Индекс Тобина (f/Vt) менее 105.

Дополнительные респираторные критерии:

• Статическая податливость респираторной системы > 35 мл/мбар,

• Сопротивление дыхательных путей < 10 мбар/л/с, 60 Версия 6 (28.04.2020)

• Отрицательное давление на вдохе (NIP — Negative Inspiratory Pressure или NIF — Negative Inspiratory Force) менее -20 мбар,

• Давление во время окклюзии дыхательного контура на вдохе за первые 100 мс (Р0,1) 1-3 мбар,

• Уменьшение инфильтрации на рентгенограмме (и/или КТ) грудной клетки.

• Общие критерии готовности к прекращению респираторной поддержки:

• Отсутствие угнетения сознания и патологических ритмов дыхания,

• Полное прекращение действия миорелаксантов и других препаратов, угнетающих дыхание,

• Отсутствие признаков шока (мраморность кожных покровов, сосудистое пятно более 3 с, холодные конечности,), жизнеопасных нарушений ритма, стабильность гемодинамики.

Перечислите критерии прекращения респираторной поддержки.

Современное состояние новых режимов искусственной вентиляции

Robert
M. Kacmarek, PhD, RRT 

 
Ассистент
профессора, Кафедра анестезии 

Гарвардская
медицинская школа. Директор.Отделение респираторной терапии 

Массачусетский
генеральный госпиталь, Бостон,
Массачусетс

пер. Прокопьев Г. Г.

За последние 10 лет было предложено
множество различных режимов искусственной
вентиляции лёгких в дополнение к изменению
философии, с которой мы осуществляем
искусственную вентиляцию. Первостепенной
задачей на сегодняшний день является
предупреждение вызванных вентиляцией
повреждений лёгкого. Вместе с этим
изменились взгляды на считающийся
приемлемым уровень СО₂ у пациентов,
находящихся в критическом состоянии (пермиссивную
гиперкапнию), и появились дополнительные
способы снижения уровня СО₂ (трахеальная
инсуффляция газа). Кроме того, стремление к
достижению заданного объёма вентиляции
сменилось на стремление к поддержанию в
лёгких определённого давления. Поддержка
давлением и принудительная вентиляция по
давлению стали стандартными режимами
вентиляции. 

Повреждения
лёгкого, вызванные искусственной
вентиляцией 

Искусственная вентиляция является
нефизиологичным процессом. Часто
используются уровни давления, объёма и F_IO₂,
превышающие значения, которые переносятся
лёгким безболезненно. В результате, в
процессе искусственной вентиляции могут
возникать или усиливаться повреждения
лёгкого. Повреждения лёгкого могут
проявлять себя двояко: обширной
баротравмой или паренхиматозным
поражением, сходным с РДСВ (табл. 1). 

Для развития баротравмы необходимо
наличие трёх условий: болезнь, высокое
транспульмональное давление и
перерастяжение.¹ Точные величины
давления и объёма, при которых вероятность
развития баротравмы велика, неизвестны.
Однако, так как максимальный
транспульмональный градиент давления,
развиваемый здоровыми индивидуумами, равен
35-40 см Н₂О, резонно ожидать, что
вероятность баротравмы возрастёт, если
давление превысит этот уровень.² 

Многочисленные исследования на
животных (крысах, овцах, собаках и свиньях)
продемонстрировали повреждение паренхимы
лёгких после относительно короткого
периода искусственной вентиляции, когда
пиковое давление в дыхательных путях
поддерживалось около 45 мм Hg.^3,4 Важным
результатом этих исследований явилось то,
что масштаб повреждения снижался, когда
ПДКВ поддерживалось выше точки преломления
кривой сопротивления лёгких³, или
если грудная клетка была стянута (предотвращая
перераздувание за счёт снижения
растяжимости грудной стенки).⁴ Эти
данные позволили большинству авторитетных
исследователей искусственной вентиляции
рекомендовать ограничение давления плато
конца вдоха, регулируя, таким образом,
вдуваемый объём.⁵ Термин “волютравма”
используется при описании повреждения
лёгкого, вызванного искусственной
вентиляцией, чтобы подчеркнуть тот факт,
что локальное перерастяжение вызывает
повреждение лёгкого не давлением per se.
Если локальное перерастяжение
ограничивается стягиванием грудной клетки
(или любым другим способом, снижающим
растяжимость грудной стенки), повреждение
не развивается, несмотря на высокое
альвеолярное давление. Для практического
применения большинство исследователей
указывает на то, что пиковое альвеолярное
давление (давление плато конца вдоха) не
должно превышать 35 см Н₂О.⁵ 

Пермиссивная
гиперкапния 

Пермиссивной (допустимой) гиперкапнией
называется намеренное ограничение
респираторной поддержки для того, чтобы
избежать локального или общего
перераздувания лёгких, позволяя РаСО₂  превысить нормальный уровень
(до 50-100 мм Hg). Повышение РаСО₂ 
до этого уровня должно
рассматриваться только как альтернатива
потенциально опасному повышению пикового
альвеолярного давления. Потенциально
неблагоприятные эффекты повышенного РаСО₂
 перечислены в Таблице 2.
Большинство из наиболее важных клинических
проблем возникает при уровне РаСО₂  выше 150 мм Hg. Однако, даже
небольшое повышение РаСО₂ 
увеличивает мозговой кровоток, и
пермиссивная гиперкапния противопоказанна
при повышенном внутричерепном давлении (например,
при острой черепно-мозговой травме).
Повышенное РаСО₂  также
стимулирует вентиляцию, но в условиях
пермиссивной гиперкапнии пациенты обычно
находятся в состоянии седации и миоплегии. 

Пермиссивная гиперкапния может
неблагоприятно влиять на состояние
оксигенации некоторых пациентов.
Повышенное РаСО₂  и
низкое рН крови смещает кривую оксигенации
гемоглобина вправо, снижая сродство
гемоглобина к кислороду, снижая связывание
кислорода в лёгких, но способствуя
высвобождению кислорода в тканях. В
дополнение, как проиллюстрировано
уравнением альвеолярного газа, повышение
альвеолярного РаСО₂  приводит
к снижению альвеолярного РаО₂. При
повышении РаСО₂  на
один мм Hg, РаО₂ снижается примерно на
один мм Hg. Когда бы ни применялась
пермиссивная гиперкапния, должны
прилагаться оптимальные усилия для
улучшения оксигенации. 

Влияние СО₂ на сердечно-сосудистую
систему предсказать труднее, так как
углекислый газ вызывает конкурирующие
реакции со стороны сердечно-сосудистой
системы.⁷ Углекислый газ напрямую
возбуждает или угнетает некоторые части
сердечно-сосудистой системы, но в
результате возбуждения автономной нервной
системы могут возникать противоположные
эффекты. Таким образом, трудно предсказать
точный ответ сердечно-сосудистой системы
на пермиссивную гиперкапнию у конкретного
пациента.⁷ Однако, в клинической
практике повышение РаСО₂ обычно
сопровождается лёгочной гипертензией.
Дозировка фармакологических агентов,
влияющих на сердечно-сосудистую и
автономную нервную систему, при наличии
пермиссивной гиперкапнии должна
корректироваться, но только по причине
ацидоза, а не повышенного РаСО₂.⁶ 

Первостепенным фактором
ограничивающим пермиссивную гиперкапнию
является изменение рН. Пациенты без
предшествующего сердечно-сосудистого
заболевания или почечной недостаточности
обычно устойчивы к снижению рН до 7,20-7,25, а
более молодые пациенты могут быть
устойчивы даже к более низким цифрам.⁶
Специфический минимальный приемлемый
уровень рН определяется для каждого
пациента индивидуально. Постепенный рост
РаСО₂ от начала вентиляции постепенно
компенсируется почками без выраженного
ацидоза. Резкие изменения в стратегии
вентиляции, которые приводят к быстрому и
значительному повышению РаСО₂
переносятся значительно хуже. 

Должны ли назначаться ощелачивающие
агенты при лечении ацидоза, вызванного
пермиссивной гиперкапнией — вопрос не
решённый. При остановке сердца бикарбонат
натрия противопоказан из-за усугубления
внутриклеточного ацидоза. В условиях
пермиссивной гиперкапнии его
использование, однако, широко не изучалось.
При назначении бикарбоната натрия может
кратковременно повыситься количество
углекислого газа, который выдыхается в
течении некоторого времени при неизменных
параметрах вентиляции. Однако, остаётся
неизвестным, влияют ли ощелачивающие
агенты в целом на устойчивость к
пермиссивной гиперкапнии, или нет. 

Трахеальная 
инсуффляция  газа 

Трахеальная инсуффляция газа (ТИГ/TGI)
является дополнением к искусственной
вентиляции в условиях повышенного РаСО₂.⁸
Дополнительный поток газа (4-12 л/мин)
вдувается дистальнее конца
эндотрахеальной трубки, но проксимальнее
карины через тонкий катетер. ТИГ предложена
для снижения уровня РаСО₂ путём
уменьшения мёртвого пространства с
вымыванием СО₂ из верхних дыхательных
путей в конце выдоха, вдуванием части или
всего дыхательного объёма, улучшением
перемешивания газа вдуванием потока с
высокой скоростью.⁹ Вдувание может
быть как постоянным, так и только во время
выдоха. Предварительные данные показывают,
что РаСО₂ снижается в прямой
зависимости от потока ТИГ, и что ТИГ
является наиболее эффективным регулятором
базального РаСО₂.⁹ Беспокоит то,
что ТИГ повышает пиковое альвеолярное
давление, увеличивает дыхательный объём и
вызывает появление внутреннего ПДКВ.¹⁰ 
В результате, похоже на то, что ТИГ в
экспираторную фазу или объёмная ТИГ будут
наиболее безопасными способами ТИГ. При
объёмной ТИГ, дыхательный объём
традиционной объёмной вентиляции
снижается за счёт объёма ТИГ, вдуваемого во
время инспираторной фазы. Хотя ТИГ обещает
многое, это должно быть подтверждено
экспериментально; перед тем, как ТИГ будет
рекомендовано для использования в клинике, 
должны быть разрешены проблемы с
увлажнением, избыточным системным
давлением, возможностью мониторировать
изменения пикового альвеолярного давления
и внутренним ПДКВ. 

Вентиляция,
регулируемая по давлению и объёмная
вентиляция 

Существуют определённые преимущества
как у вентиляции по давлению, так и у
объёмной вентиляции, а также определённые
недостатки у каждой из них (Таблица 3).
Решение применить тот или иной способ
обыкновенно основывается на личном
пристрастии, и здесь наиболее важно
соотнести все преимущества и недостатки
метода. Обзор литературы по тщательно
проведённым исследованиям показывает, что
не существует каких-либо различий в
физиологических эффектах, развитии
баротравмы и острого повреждения лёгкого,
или исходе вентиляции по давлению или
объёму, независимо от использованного
соотношения вдох:выдох.^11,12 Это
особенно верно, когда вентиляция по
давлению сопоставляется с объёмной
вентиляцией со снижающейся кривой потока и
плато в конце вдоха.¹³ 

Вентиляция
по давлению: преимущества и недостатки 

Основное преимущество вентиляции по
давлению заключается в том, что пиковое
инспираторное давление и пиковое
альвеолярное давление поддерживаются на
постоянном уровне. Это может снизить
вероятность локального перерастяжения с
развитием баротравмы и острого повреждения
лёгкого. Кроме того, вентиляция по давлению
способна отвечать на непрерывно меняющиеся
респираторные потребности, увеличивая
синхронность между пациентом и
респиратором и уменьшая усилия пациента.
Основной недостаток заключается в том, что
с изменением общего сопротивления меняется
и дыхательный объём, повышая вероятность
изменения газов крови и затрудняя
выявление значительного изменения
лёгочного сопротивления. 

Вентиляция
по объёму: преимущества и недостатки  

Основное преимущество объёмной
вентиляции заключается в доставке
постоянного объёма. Это поддерживает
стабильный уровень альвеолярной
вентиляции и позволяет легко
идентифицировать изменение сопротивления
по изменению пикового инспираторного
давления. Однако, при объёмной вентиляции
пиковое альвеолярное давление может
значительно изменяться с изменением
сопротивления, потенциально повышая риск
повреждения лёгких, вызванного вентиляцией.
Кроме того, объёмная вентиляция неспособна
реагировать на изменение потребностей
пациента. В итоге, при объёмной вентиляции
можно ожидать несинхронности между
пациентом и респиратором и рост усилий
пациента. 

Комбинированные
режимы вентиляции 

Большое количество производителей
разработали режимы вентиляции (нарастание
давления [pressure
augmentation],
поддержка объёмом, регулируемая по
давлению объёмная вентиляция),
объединяющие преимущества как вентиляции
по давлению, так и объёмной вентиляции и
ограничивающие недостатки каждой из них.
Предварительные данные показывают, что эти
подходы успешно объединяют две цели.^14,15 
В итоге, основываясь на современной
литературе, если есть показания к
стандартной объёмной вентиляции, нужно всё
взвесить. Как при вспомогательной, так и при
принудительной вентиляции, нужно
рассматривать вентиляцию по давлению или
комбинированные режимы вентиляции для того,
чтобы эффективнее предотвращать
обстоятельства, связанные с возможностью
вызванного вентиляцией повреждения
лёгкого и повышать синхронность между
пациентом и респиратором. 

Вентиляция
с обратным соотношением вдоха и выдоха 

Как обсуждалось ранее, нет сообщений о
каких бы то ни было различиях при сравнении
объёмной вентиляции и вентиляции по
давлению с нормальным или обратным
соотношением вдох:выдох. Однако, эти
исследования помогли обратить внимание на
методы, существующие для того, чтобы
повышать среднее давление в дыхательных
путях в целях улучшения оксигенации. Это
обсуждение имеет особенную уместность для
пациентов с РДСВ, когда существуют
особенные проблемы с оксигенацией.
Первоочередной задачей является
установление ПДКВ на уровне, который 
гарантирует наполнение наполняемых
отделов лёгкого (около 12-15 см Н₂О).
Когда ПДКВ установлено на этом уровне,
оксигенация находится в прямой зависимости
от среднего давления в дыхательных путях.
Увеличение длительности вдоха является
одним из методов повышения среднего
давления в дыхательных путях без
увеличения пикового альвеолярного
давления. Особое внимание стоит уделять не
установлению специфического отношения
вдох:выдох, а поддержанию такого среднего
давления в дыхательных путях, которое
позволяет достигать желаемого уровня
оксигенации. Увеличение длительности вдоха
должно быть ограничено возникновением ауто-ПДКВ.¹⁶
При появлении ауто-ПДКВ увеличение
длительности вдоха должно быть
приостановлено и должны использоваться
другие способы (заданный ПДКВ) повышения
среднего альвеолярного давления.
Необходимо избегать ауто-ПДКВ, так как оно
приводит к значительно меньшему
постоянному повышению общего ПДКВ и
функциональной остаточной ёмкости лёгких,
чем внешнее ПДКВ. Так как ауто-ПДКВ зависит
от временных постоянных лёгочной ткани, в
участках лёгких с наибольшей жёсткостью
ауто-ПДКВ наименьшее, тогда как наиболее
растяжимые участки лёгкого при ауто-ПДКВ
увеличиваются более остальных.¹⁶ 

Таблица
1 — Перечень повреждений лёгкого, вызываемых
искусственной вентиляцией 

·      
Ателектаз 

·      
Альвеолярная
геморрагия 

·      
Альвеолярная
нейтрофильная инфильтрация 

·      
Альвеолярное
накопление макрофагов 

·      
Снижение
растяжимости 

·      
Обнажение
базальной мембраны 

·      
Отслойка
эндотелиальных клеток 

·      
Эмфизематозные
изменения 

·      
Массивный
отёк лёгкого 

·      
Образование
гиалиновых мембран 

·      
Интракапиллярная
эмболия 

·      
Интерстициальный
отёк 

·      
Пневмония 

·      
Подкожная
эмфизема 

·      
Системная
газовая эмболия 

·      
Образование
лёгочных кист 

·      
Образование
пневмоцитов II типа 

Таблица
2 — Физиологические эффекты пермиссивной (допустимой)
гиперкапнии 

·      
Сдвиг
кривой диссоциации оксигемоглобина вправо 

·      
Снижение
альвеолярного РО₂ 

·      
Как
стимуляция, так и угнетение сердечно-сосудистой
системы 

·      
Центральной
нервной системы 

·      
Симулирование
вентиляции 

·      
Дилятация
сосудистого русла 

·      
Повышение
внутричерепного давления 

·      
Анестезия
(РаСО₂  200 mm Hg) 

·      
Снижение
почечного кровотока (РаСО₂ 150 mm Hg) 

·      
Потеря
внутриклеточного калия (РаСО₂ 150 mm Hg) 

·      
Изменение
действия фармакологических препаратов (результат
внутриклеточного ацидоза)  

Таблица
3 — Преимущества и недостатки вентиляции по
давлению и объёмной вентиляции 

Вентиляция
по давлению  

Преимущества 

·      
Ограничено
пиковое давление в альвеолах 

·      
Поток
отвечает потребностям пациента 

·      
Повышенная
синхронность пациента и респиратора 

Недостатки 

·      
Непостоянный
дыхательный объём 

·      
Непостоянное
РаСО₂   

Объёмная
вентиляция 

Преимущества 

·      
Постоянный
дыхательный объём 

·      
Постоянное
РаСО₂ 

·      
Изменения
пикового давления на вдохе иллюстрируют
изменения резистентности 

Недостатки 

·      
Непостоянное
пиковое давление в альвеолах 

·      
Неспособность
отреагировать на изменения вентиляционных
потребностей пациента

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.
blog comments powered by

Удивительно долгая история вентилятора

Поскольку миллионы людей в США и во всем мире борются с инфекциями COVID-19, многие из которых с трудом дышат, аппараты ИВЛ стали главным приоритетом для медицинских работников, отчаянно пытающихся сохранить жизнь пациентам. И тех машин, которые помогают пациентам дышать или дышать за них, поразительно мало.

Для врачей использование аппарата искусственной вентиляции лёгких — крайняя мера, применяемая, когда легкие пациента не могут самостоятельно поставлять достаточно кислорода.Вентиляторы также могут дать телу пациента возможность отдохнуть, когда дыхание затруднено, и позволяют врачам более легко удалять выделения из легких или доставлять лекарства непосредственно в дыхательную систему.

Такие методы лечения редко были более важны для глобального общественного здравоохранения, и это тем более поразительно, учитывая удивительно долгую историю аппарата ИВЛ. Хотя современные аппараты ИВЛ с компьютерным управлением относительно новы, основным принципам, на которых они работают, более ста лет.История этих машин, история постепенных достижений десятков врачей и технических специалистов по всему миру, параллельна более широким историческим достижениям в медицине и точной инженерии.

Хотя ссылки на искусственную вентиляцию легких можно найти в отрывках из Библии, некоторые из самых ранних попыток использовать механические средства для вентиляции пациента — для дыхания этого человека — можно проследить до конца 18 века, когда Королевское гуманное общество Англии начали поддерживать использование мехов, похожих на те, которые использовались кузнецами того времени, в качестве лучшего средства искусственного дыхания.

Этими техниками невозможно было эффективно управлять, но они продемонстрировали один из основных способов дыхания для кого-то другого: нагнетание воздуха непосредственно в легкие. Эта система известна как вентиляция с положительным давлением. Другая ранняя попытка — герметичная коробка, разработанная шотландским врачом в 1830-х годах, в которую можно было ритмично закачивать воздух, чтобы спасти «утонувшего моряка», — продемонстрировала другую технику — вентиляцию с отрицательным давлением. Вместо того, чтобы вдыхать воздух в дыхательную систему, эта система изменяет давление воздуха в окружающей среде вне тела.Поскольку давление в дыхательной системе и атмосфере стремится уравновеситься, эти изменения косвенно заставляют воздух попадать в легкие и выходить из них.

Исправьте историю в одном месте: подпишитесь на еженедельную рассылку TIME History

Многие ранние версии вентилятора основывались на этом принципе отрицательного давления.В конце 19 века венский врач разработал блок реанимации младенцев, который, как сообщается, успешно использовался. Знаменитый изобретатель Александр Грэхем Белл даже решил проблему искусственного дыхания, с некоторым успехом разработав «вакуумную куртку».

Одно из наиболее широко используемых устройств вентиляции в первой половине 20 века, «железное легкое», также использовало методы отрицательного давления. Разработанное в 1920-х годах, «железное легкое» стало резервным средством в отделении интенсивной терапии для детей, страдающих полиомиелитом — вирусным заболеванием, которое могло вызвать опасный для жизни паралич, в том числе дыхательных мышц.До того, как вакцина почти искоренила болезнь в промышленно развитых странах в конце 1950-х годов, эпидемии полиомиелита были почти ежегодным ужасом, поражая тысячи жертв, в основном детей. Только в 1952 году от вируса умерло более 3000 детей. Железное легкое, работающее за счет изменения давления внутри герметичного контейнера, расширения и сжатия грудной клетки и втягивания воздуха в легкие и из них, стало важным лечением.

Железное легкое в церкви св.Варфоломеевская больница. Лондон. Около 1935 г.

Getty Images

И все же, даже когда железное легкое стало символом того, чего может достичь медицина, развитие вентиляции с положительным давлением привело к тому, что дни устройства были сочтены как наиболее широко используемый метод помощи людям дышать.

Pulmotor, первое устройство для вентиляции с положительным давлением, было представлено в 1907 году немецким бизнесменом и изобретателем Иоганном Генрихом Дрегером и его сыном Бернхардом. Пульмотор представлял собой переносное устройство, которое подавало кислород через лицевую маску до тех пор, пока в легких не было заданного давления, после чего он переключался на выдох. Другое устройство начала 20-го века, названное «аппаратом ритмического надувания», закачивало воздух в запечатанный ящик вокруг головы пациента.

К 1960-м годам медицинский истеблишмент пошел по этому пути — отчасти благодаря разработке новых дыхательных устройств с положительным давлением для пилотов реактивных самолетов времен Второй мировой войны, которым для полетов на больших высотах требовался кислород.Одно из таких медицинских устройств, известное как респиратор Bird Mark 7, было разработано в середине 1950-х годов Форрестом Бердом, бывшим пилотом армии США, который работал над авиационными дыхательными аппаратами и костюмами для защиты от перегрузки.

Два курсанта из Брукс-Филд в кислородных масках пилотируют бомбардировщик B-25 во время обычного учебного полета на большой высоте, Форт-Уэрт, штат Техас, июнь 1944 года.

Getty Images

Некоторые считают, что Mark 7 является первым современным медицинским респиратором, хотя за прошедшие с тех пор десятилетия в конструкции аппаратов ИВЛ было много достижений, в том числе улучшенный контроль с помощью компьютеров. Возможно, не менее важными были новые достижения в области медицинских знаний, благодаря которым врачи узнали много нового об улучшении выживаемости пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких.Например, одно из таких исследований, проведенное в 2000 году, изменило преобладающие представления о том, сколько воздуха нужно нагнетать в легкие пациента при каждом вдохе, — это измерение, известное как дыхательный объем. Работа продемонстрировала значительно более высокие показатели выживаемости, когда врачи снизили объем воздуха, который использовали их машины.

«Сейчас это, конечно, стало стандартом лечения», — говорит д-р Джеймс Столлер, профессор исследования эмфиземы в Медицинском колледже Лернера клиники Кливленда. «Идеальным уходом за пациентами, у которых развивается ОРДС [синдром острого респираторного дистресса] от коронавируса, было бы использование этого подхода с низким дыхательным объемом.”

Инвазивная вентиляция, при которой для облегчения дыхания людям используется эндотрахеальная или трахеотомическая трубка, а не внешнее устройство, такое как маска, по-прежнему является крайней мерой для особо больных пациентов, и им обычно вводят седативные препараты, чтобы помочь им перенести процесс. «Мы с вами говорим, что никому не позволили бы сделать это с вами, я могу вам сказать, — говорит Лори Энн Фергюсон, временный декан Колледжа медсестер и здравоохранения Университета Лойола в Новом Орлеане.По ее словам, седация частично предназначена для подавления рвотного рефлекса, который был бы подавляющим, если бы пациент был в сознании.

Тем не менее, десятилетия неуклонного совершенствования конструкции аппаратов ИВЛ и углубленных знаний врачей о том, как их эффективно использовать, значительно улучшили результаты, когда докторам приходится прибегать к дыхательным аппаратам. И кульминация этих сотен постепенных достижений как никогда важна для стольких людей.

«Могу сказать вам, что протоколы, которые разрабатываются для коронавируса … полностью зависят от идей и мудрости, которые пришли за последние 20–30 лет науки и систематических исследований», — говорит Столлер.Эти протоколы, по его словам, «используются прямо сейчас, сию минуту».

Краткое изложение коронавируса. Все, что вам нужно знать о глобальном распространении COVID-19

Спасибо!

В целях вашей безопасности мы отправили электронное письмо с подтверждением на указанный вами адрес.Щелкните ссылку, чтобы подтвердить подписку и начать получать наши информационные бюллетени. Если вы не получите подтверждение в течение 10 минут, проверьте папку со спамом.

Напишите Алехандро де ла Гарса по адресу [email protected].

Искусственный интеллект в вооруженных силах — обзор возможностей

Мы исследовали военное и оборонное пространство, чтобы узнать, как и где ИИ используется сегодня военными и разведывательными организациями мира, а также возможности, которые искусственный интеллект может в ближайшее время привнести в сектор .

Современные вооруженные силы состоят из множества подразделов. У них есть маркетинговые отделы, как у любой крупной компании, они должны выплачивать зарплату своим сотрудникам и обрабатывать документы так же, как и в корпорациях. Для краткости в данном отчете основное внимание уделяется возможностям искусственного интеллекта, характерным для боевых операций.

Военные и оборонные организации могут использовать ИИ для:

• Автономное оружие и нацеливание на оружие
• Наблюдение
• Кибербезопасность
• Внутренняя безопасность
• Логистика
• Автономные транспортные средства

Заинтересованные читатели могут прочитать наш отчет об ИИ на топ-5 оборонных подрядчиков США, но мы начнем этот отчет с ИИ для автономного оружия и оружия наведения.

Системы прицеливания оцениваются по их точности и скорости захвата цели. По мере роста популярности средств противодействия этому стилю прицеливания электронные системы наведения должны обновляться, чтобы стать менее восприимчивыми к этим мерам. Отсюда следует, что машинное обучение и компьютерное зрение станут следующим приложением этой технологической игры в кошки-мышки.

Сегодня автономные оружейные платформы используют компьютерное зрение для идентификации и сопровождения целей.Автономное оружие в первую очередь становится автономным, когда система способна идентифицировать и отслеживать цели в пространстве, которое она была развернута для охраны.

Искусственный интеллект, стоящий за целями, необходимо обучить тому, на чем именно стоит стратегическая цель, на которой стоит сосредоточить свою огневую мощь и предупредить оператора, наблюдающего за платформой. Это может быть вражеский самолет, летящий в оспариваемое воздушное пространство на предельной скорости, ракета, выпущенная по городу, или бронетранспортер, едущий по минной дороге.

В настоящее время не существует автономных оружейных платформ, предназначенных для стрельбы своими боеприпасами без специального разрешения оператора наблюдения. Одно из стратегических преимуществ автономного оружия перед традиционно управляемыми системами состоит в том, что последние чувствительны к отвлечению внимания и потребностям человека.

Автономное оружие позволяет обучать неусыпно бдительные «глаза» компьютерного зрения в небе над ними, чтобы предотвратить внезапные ракетные атаки путем наведения на цель и сбивания вражеских ракет в воздухе до того, как они смогут взорваться в населенных пунктах.Ценные секунды для ответа могут быть потеряны, если человек-оператор отвлечется или задремнет во время сообщения.

Мы разобрали эту технологию на работе в «RAPIDFire», автономной боевой турели, производимой Thales, в нашей статье о проектах ИИ ведущих европейских оборонных подрядчиков.

Ниже приведено короткое 3-минутное видео, демонстрирующее и выделяющее возможности нацеливания RAPIDFire:

Модели машинного обучения, лежащие в основе этого вида программного обеспечения наведения, будут обучены на визуальных данных с камеры, установленной на турелях, и других платформах вооружения, собранных в предыдущих проектах. проводится компанией под разными углами и в различных условиях освещения.

Эти изображения и видеоматериалы были бы помечены как цель, враждебное действие или естественный ландшафт. Затем они будут проходить через алгоритм машинного обучения. Это позволило бы обучить алгоритм распознавать последовательности и шаблоны единиц и нулей, которые для человеческого глаза формируют изображение или видеоматериал цели, враждебной активности или естественной местности, отображаемых в интерфейсе отслеживания.

Компьютерное зрение в настоящее время применяется к ракетным системам для ручных пусковых систем, а также к более крупным морским ударным ракетам.

Во время полета и наблюдения за целью, которая пытается применить средства противодействия или маневры уклонения, программное обеспечение наведения ракеты позволит ракете реагировать соответствующим образом и по-прежнему соединяться с целью.

Rafael Advanced Defense Systems утверждает, что их портативная ракетная система GIL 2 использует компьютерное зрение для улучшенного наведения на цель, о чем мы более подробно рассказываем в нашем отчете об искусственном интеллекте у ведущих оборонных подрядчиков Израиля.

Согласно Navy Recognition, ракета HE-4G от L3 Technologies все еще находится в разработке, но продемонстрировала успех на испытательном полигоне Потомак-Ривер, где она поразила движущуюся цель с большей точностью на больших дистанциях, чем стандартные снаряды.В 2017 году ВМС США рассмотрели его проект и приняли его, что позволило программе перейти к важным квалификационным мероприятиям, а затем к возможному развертыванию.

ИИ также можно использовать в качестве оружия в киберсфере. Поведенческое обучение для системы адаптивной электронной войны или BLADE — это система, предназначенная для атаки и отключения сетей беспроводной связи с использованием искусственного интеллекта. Программа BLADE на поздних стадиях тестирования — это система, созданная Lockheed Martin в рамках контракта на 29 миллионов долларов с DARPA.

Хотя детали этого проекта скрыты, вероятно, в целях безопасности, известно, что ИИ играет ключевую роль в способности BLADE обнаруживать и характеризовать новые коммуникационные угрозы, узнавать, как их блокировать, а затем оценивать эффективность глушения в полевых условиях. Кроме того, Lockheed Martin утверждает, что BLADE может предсказывать меры противодействия программному обеспечению противника и адаптироваться к ним для устойчивых помех.

Кибероружие, способное отключить беспроводную связь на поле боя, такое как BLADE, выходит за рамки нарушения голосовой и текстовой связи, поскольку оно также может обеспечить средства нейтрализации самодельных взрывных устройств (СВУ).

Часто небольшие коммерчески доступные дроны можно использовать в качестве бомб с дистанционным управлением, что позволяет террористам прикреплять небольшие взрывчатые вещества к дрону и летать на нем над военной базой. Дроны взрываются по беспроводной сети либо через мобильный телефон, либо через сам пульт. BLADE может отключить сигнал беспроводной связи пульта дистанционного управления или сотового телефона, пытающегося взорвать СВУ, что приведет к нейтрализации дрона и взрывчатого вещества, предотвращая террористическую атаку.

Наблюдение

Военные по всему миру ежедневно получают огромные объемы данных визуального наблюдения из различных источников, таких как телефонные камеры, каналы для портативных компьютеров, видеонаблюдение, установленные камеры, БПЛА и спутниковые снимки.Проблема не в сборе данных, а в их обработке для получения стратегической информации, и именно здесь могут быть полезны машинное зрение и ИИ.

Программное обеспечение машинного зрения способно сортировать большие объемы данных для получения информации быстрее, чем обученные аналитики. Министерство обороны США и другие национальные организации в настоящее время используют программное обеспечение машинного обучения и компьютерного зрения для операций наблюдения.

Например, как описано в нашем отчете о машинном зрении в вооруженных силах, проект Maven — это попытка Министерства обороны США создать искусственный интеллект компьютерного зрения, который может классифицировать и идентифицировать огромные объемы видеозаписей, снятых оборудованием для наблюдения за боевыми действиями на малой высоте, например БПЛА.

Мы можем сделать вывод из материалов, заявленных Google и Министерством обороны США, модель машинного обучения, лежащая в основе программного обеспечения, используемого в Project Maven, была обучена распознавать 38 различных типов объектов, и поэтому ИИ был показан эти отдельные объекты на нескольких часах отснятого материала из под разными углами и в различных условиях освещения.

Объекты в кадре были бы помечены как то, что мы знаем об этих объектах, например, путешествующая машина, оружие или человек. Эти помеченные кадры затем будут обработаны алгоритмом машинного обучения программного обеспечения.Это позволило бы обучить алгоритм распознавать последовательность и последовательность единиц и нулей, которые для человеческого глаза формируют видео зоны боевых действий, отображаемой в кадрах наблюдения с дронов. Пентагон публично не определил эти 38 объектов программными флагами.

Группа наблюдения могла затем загрузить недавно снятые кадры, не помеченные в программном обеспечении Project Maven. Затем алгоритм, лежащий в основе программного обеспечения, сможет определить содержание отснятого материала и идентифицировать любые аномалии или соответствующие объекты, которые он был обучен отмечать.Затем система неизвестным образом предупреждает оператора-человека и выделяет отмеченные объекты на видеодисплее.

Orbital Insights предлагает продукт, демонстрирующий возможности машинного зрения в применении к спутниковым изображениям. Компания занимается геопространственной аналитикой космических снимков больших площадей. Кроме того, мы можем сделать вывод, что ЦРУ использует Orbital Insights в настоящее время, поскольку в 2016 году оно получило 20 миллионов долларов финансирования от венчурного фонда In-Q-Tel.

Единственная цель венчурного фонда In-Q-Tel — финансирование компаний, разрабатывающих продукты, которые он предсказывает, что это может быть полезно для американской разведки и военных операций.Кроме того, In-Q-Tel утверждает, что Orbital Insights используется несколькими правительственными агентствами США, но не комментирует личность этих агентств.

Ниже приводится 3-минутное видео, в котором генеральный директор Orbital Insight демонстрирует программное обеспечение Orbital Insight:

Спутниковая съемка позволяет операторам отслеживать движение цели на больших площадях, определять нормальные модели активности для местоположения и обнаруживать аномалии, когда эти модели отличаются. Orbital Insights связывает воедино большое количество данных спутниковой съемки из различных сетей для сборки изображений высокой четкости любого места на земном шаре, извлекая наиболее полезные части каждого из них, удаляя облака, смог, погодные эффекты или дымку с изображений.

Orbital Insights подготовила тематическое исследование по прогнозированию надземных запасов нефти Китая. Программное обеспечение компьютерного зрения Orbital Insight может идентифицировать нефтяные резервуары, а затем измерять их вместимость для расчета общего объема поставок. Они заявляют: «Объем нефти виден, потому что у резервуаров есть плавающие крыши. Используя наши методы обнаружения теней, мы можем измерить размер тени в форме полумесяца на крыше и рассчитать, насколько она полная ».

Администрация Трампа предложила более чем втрое увеличить финансирование в бюджете следующего года до 83 миллионов долларов только на одну из программ обнаружения ракет с помощью ИИ, основанных на военных визуальных данных.

Внутренняя безопасность

Одной из основных возможностей искусственного интеллекта является определение тенденций и закономерностей в наборе данных для последующего прогнозирования вероятности и времени повторения этой тенденции. Это называется прогнозной аналитикой, и в настоящее время она применяется к вопросам внутренней безопасности.

Модели прогнозной аналитики могут использоваться для сопоставления признаков подготовки к противоправным действиям, таким как покупка оружия или самодельных материалов для изготовления бомб в магазине, что позволяет спецслужбам перехватить действие до того, как разворачивается заговор.Программное обеспечение для прогнозной аналитики также может дать прогноз возможных подозреваемых в преступлении на основе различных факторов окружающей среды и прошлых данных о судимости.

ЦРУ, ФБР, LAPD и другие правительственные организации США в настоящее время используют Palantir в качестве программного обеспечения для прогнозной аналитики. Ниже приведено 5-минутное видео, в котором описывается, как машинное обучение может объединять данные сообщений, идентификационные данные состояния, диаграммы, электронные таблицы, телефонные записи, документы в государственной базе данных, такие как зарегистрированные полицейские отчеты, сетевые данные, данные датчиков и видео с полным движением. распознавать невидимые закономерности и помогать в уголовном расследовании:

Объединение огромных объемов данных позволяет ИИ находить закономерности, коррелирующие с незаконными действиями, которые аналитики данных могут с трудом исследовать и идентифицировать самостоятельно.Начиная с 2011 года морские пехотинцы США интегрировали программное обеспечение Palantir во время войны в Афганистане, чтобы составить списки возможных изготовителей бомб, помогающих террористическим группам.

Согласно тематическому исследованию Palantir, следователи обнаружили корреляцию между данными о погоде, сигналами командных проводов от атак СВУ и связали биометрические данные, собранные со взрывных устройств, с отдельными лицами и сетями по изготовлению бомб. В результате они смогли развернуть бригады по поиску людей для конкретных людей, чтобы уменьшить количество атак СВУ в регионе.

Мы рассмотрели другое программное обеспечение для прогнозной аналитики, Stabilitas, в нашем отчете по ИИ в ЦРУ. Stabilitas — это программное обеспечение, которое ЦРУ могло бы использовать для измерения стабильности и безопасности региона в мире. Stabilitas, похоже, может делать эти прогнозы, просматривая сообщения в социальных сетях, статьи в местных новостях и правительственные отчеты на предмет признаков региональной дестабилизации.

Кибербезопасность

Мы обнаружили, что решения на основе ИИ для кибербезопасности имеют высокий спрос.Это кажется понятным для кибербезопасности из-за высокого уровня риска, связанного с утечкой данных в военных и оборонных сетях. Некоторые поставщики ИИ и подрядчики в сфере обороны, похоже, используют машинное обучение, чтобы предлагать продукты безопасности, которые могут выявлять и прогнозировать угрозы до того, как они повлияют на сети.

Учитывая объемы собранных данных, упомянутых в последнем разделе, а также опасность утечки правительственной разведки, кибербезопасность кажется высокоприоритетной для армии и флота США.Многие из решений по кибербезопасности, представленных в этом отчете, также могут использоваться частными предприятиями; хакеры со всего мира могут так же легко атаковать частные лица для получения своих секретов, как и военные.

Угрозы кибербезопасности бывают самых разных форм и размеров. Искусственный интеллект может сыграть большую роль в профилактических мерах для военных. Сегодня программное обеспечение способно идентифицировать различные цифровые ситуации, такие как электронная почта или новый флеш-накопитель, которые могут быть ловушкой или инструментом для внедрения вредоносного ПО, а затем нейтрализовать киберугрозу, подстерегающую военного оператора, прежде чем вредоносная программа сможет активироваться. .

BAE Systems — лондонская компания в области обороны, безопасности и аэрокосмической промышленности. DARPA заключило соглашение о сотрудничестве с BAE Systems на сумму 5,2 миллиона долларов для разработки CHASE, программных инструментов, которые могут выявлять и прогнозировать киберугрозы для крупных корпоративных сетей с помощью искусственного интеллекта.

Программное обеспечение CHASE может сначала потребовать помеченные наборы данных, которые указывают «нормальные» значения для различных показателей от серверов внутренней сети и систем обнаружения вторжений, не связанных с ИИ. Это позволило бы программному обеспечению определять базовое значение для стандартных условий работы сети.

Затем программное обеспечение будет обучено выявлять аномалии в характеристиках сети из-за предыдущих вторжений в систему безопасности. После того, как программное обеспечение «узнает», какие значения параметров могут исходить от активной угрозы, систему можно использовать для подсказки аналитикам по безопасности человека через информационную панель, чтобы гарантировать, что все новые угрозы безопасности будут идентифицированы как можно раньше.

Примером возможностей CHASE или другого такого программного обеспечения, использующего искусственный интеллект для кибербезопасности, может быть программное обеспечение, которое отслеживает нормальные уровни загрузки данных, которые происходят в каждом отделе в день.Программное обеспечение может указывать на потенциальную угрозу для специалиста по безопасности, когда конкретный отдел превышает свой обычный ежедневный прогноз загрузки

SparkCognition утверждает, что использует машинное обучение в своем решении DeepArmor для выявления и анализа неизвестных файлов и обнаружения киберугроз, таких как вредоносное ПО, до того, как оно сможет взломать военные сети IoT. Удаленные устройства, такие как ноутбуки, другие беспроводные и мобильные устройства, а также датчики Интернета вещей, называются «конечными точками».

Эти конечные точки очень уязвимы для кибератак, и программное обеспечение может автоматически отслеживать системы вооружений, мобильные устройства и самолеты.SparkCognition утверждает, что DeepArmor использовалась для обнаружения и блокировки нескольких глобальных угроз кибербезопасности, таких как атака вымогателя WannaCry, Popcorn Time и Adylkuzz.

Похожая система прогнозной аналитики была разработана Cylance, начинающей компанией, финансируемой In-Q-Tel.

Ниже приведено видео, демонстрирующее, как программное обеспечение Cylance может нейтрализовать вредоносное ПО:

Компания Cylance опубликовала тематическое исследование, демонстрирующее ценность Cylance Safelite. Мэтью Кой из Safelife, вице-президент по информационным технологиям, прокомментировал текущие возможности Cylance, заявив: «Cylance обнаруживал и останавливал десятки тысяч событий в день.Ни один из них не был замечен или принят существующей антивирусной системой ».

В тематическом исследовании Мэтью Кой упомянул, что низкие административные усилия, необходимые для управления CylancePROTECT, привели к значительной экономии средств Safelite. По его оценкам, на управление их предыдущим антивирусным продуктом требовалось 150 часов в неделю.

Логистика

Как говорится, «знание — сила», а искусственный интеллект может расширять знания, имеющиеся в распоряжении лиц, принимающих решения, позволяя им принимать более обоснованные и обоснованные решения.Организация может иметь большие преимущества, когда дело касается логистики и практики технического обслуживания этой организации. Искусственный интеллект способен обеспечить более эффективную логистику и обслуживание военной техники на основе данных.

Получение предупреждений и создание отчетов

Одним из аспектов улучшения логистики организации является повышение скорости принятия и выполнения решений. Разговорные интерфейсы могут повысить эффективность и скорость принятия решений офицером.

Разговорные интерфейсы позволяют сотрудникам запрашивать разнообразную информацию, относящуюся к системе, в которой она установлена, и точно отображать ее перед ними или передавать им без необходимости вмешательства человека и человеческой ошибки.

Например, командир на мостике линейного крейсера во время боя может дать команду диалоговому интерфейсу, постоянно прислушиваясь к инструкциям, чтобы немедленно предупредить их, когда боезапас конкретной батареи упадет ниже 15%.

Точное знание того, когда будет достигнут этот порог, может позволить командиру отдать приказ пополнить боезапас этой батареи в стратегически оптимальное время.

Разговорные интерфейсы для использования в военных целях имеют дополнительные проблемы, чем для использования в общественных местах. Они должны работать с высокой степенью уверенности, иначе ошибки или неточности могут стоить жизни одному или нескольким операторам. Система, которая не передает должным образом запланированный отчет лидеру во время битвы, может привести к тому, что лидер и корабль, которым они командуют, будут застигнуты врасплох и попадут в потенциально опасный сценарий.

Техническое обслуживание транспортных средств

Поскольку военные обслуживают большое количество транспортных средств, эти транспортные средства необходимо обслуживать, если они повреждены в бою из-за окружающей среды или в результате обычного износа. Учитывая огромное количество судов, требующих обслуживания, любой метод, повышающий эффективность ремонта этих судов, скорее всего, будет приветствоваться. Искусственный интеллект может помочь в ремонте автопарков.

Lockheed Martin сотрудничала с корпорацией NGRAIN (Канада) в проектах по анализу больших данных с целью повышения эффективности технического обслуживания самолетов F-35, используемых в ВВС США.Проект упростил сбор данных о повреждениях, снизил затраты и повысил безопасность пилотов за счет эффективных операций по техническому обслуживанию.

Согласно тематическому исследованию, опубликованному Консорциумом промышленного Интернета, Lockheed Martin в настоящее время производит самолет F-35 Lightning II, а также предлагает услуги по обучению, прогнозированию и техническому обслуживанию самолетов. Чтобы обеспечить эффективное техническое обслуживание, Lockheed Martin требовался способ точной оценки любого повреждения корпуса и планера самолета в результате боевых действий или опасностей, связанных с окружающей средой.

Традиционно специалисты по техническому обслуживанию оценивают участки повреждения планера, помещая прозрачную пленку на пораженные участки и отмечая на ней контрольные точки. Затем к линейным чертежам из пленки привязываются перекрестные ссылки с историей ремонтных данных в электронной таблице. Инженеры по техническому обслуживанию Lockheed Martin находили этот процесс утомительным и трудоемким.

Lockheed Martin разработала программный пакет Autonomic Logistics Information Systems (ALIS) для использования с F-35, и инженерам требовался способ визуализировать отчеты о повреждениях в 3D с высокой степенью точности.Оборонный подрядчик использовал комплект разработчика программного обеспечения (SDK) канадской ИИ-компании NGRAIN для создания трехмерной виртуальной модели самолета.

Согласно тематическому исследованию, специалисты по техническому обслуживанию могут использовать инструмент NGRAIN для ввода уникального бортового номера самолета и получения исторических данных о повреждениях и ремонте. Затем технический специалист вводит данные о типе повреждений и размерах во время каждого нового цикла обслуживания. Эта информация автоматически сохраняется в программном обеспечении ALIS и может быть извлечена в будущем.

NGRAIN утверждает, что их решение для 3D-моделирования помогло инженерам по обслуживанию Lockheed сократить время обслуживания. Военно-воздушные силы США дополнительно запросили установку системы отчетности о повреждениях на F-22 Raptor. Мы более подробно рассмотрели проекты Lockheed Martin в области искусственного интеллекта в предыдущей статье.

Автономные транспортные средства

Заместитель министра обороны США по исследованиям и разработкам Майкл Гриффин заявил, что военные операторы, выполняющие операции по материально-технической поддержке, составляют минимум 50% потерь во время войны.Он сказал законодателям в Конгрессе: «Если это может быть сделано с помощью автоматизированного беспилотного автомобиля с относительно простым алгоритмом вождения с ИИ, где мне не нужно беспокоиться о пешеходах, дорожных знаках и всем остальном, почему бы мне не сделать это? ? »

Как ускользнул Майкл Гриффин в своем комментарии, правила безопасности и обучение автономного транспортного средства для военных целей могут быть на более низком уровне сложности по сравнению с автономными транспортными средствами, продаваемыми коммерческой публике. Когда на кону стоят человеческие жизни, утилитарный расчет стоимости становится намного проще; По сути, автономное транспортное средство может работать с меньшим вниманием к другим водителям, если его задача заключается в спасении жизней одного или нескольких операторов.

Теоретические возможности автономных транспортных средств в вооруженных силах многочисленны, поскольку военные используют множество разнообразных транспортных средств. Многочисленные военные подрядчики исследуют автономные автомобили и рабочие грузовики для использования в военном строительстве и логистике. Например, автономный грузовик может передвигаться вперед и назад из бункера с песком, в то время как военные продолжают создавать мешки с песком.

Израильская аэрокосмическая промышленность строит автономный бульдозер и транспортное средство, которое меняет свои размеры для оптимизации для определенных ситуаций.Lockheed Martin представила свою систему активной безопасности Convoy. CAST — это система, которая устанавливается на военные грузовики, которая при активации может блокировать движущийся впереди автомобиль и вести себя с помощью машинного зрения, создавая конвой.

Компания Boeing разработала и тестирует автономные космические аппараты для стандартного развертывания спутников. Сегодня Boeing предлагает вооруженным силам автономные дроны и самолеты, а также проектирует автономные подводные лодки. В предыдущей статье мы рассмотрели множество проектов AI в Boeing.

Ниже приведены кадры автономного самолета Northman Grumman, выполняющего первую в мире автономную дозаправку в воздухе:

С созданием Объединенного комитета по искусственному интеллекту (JAIC) DARPA и рядом крупных военных подрядчиков с различными автономными транспортными средствами. проектов в разработке, ясно, что разработка автономных транспортных средств является приоритетом для Министерства обороны США.

Вдобавок, тяга, наблюдаемая в сфере оборонных подрядчиков, кажется понятной, поскольку автономность транспортного средства позволяет повысить производительность и безопасность оператора.Например, автономные транспортные средства, способные патрулировать безопасную зону и расследовать любые признаки злоумышленников, фокусируя свои камеры на местах возможных нарушений, а затем предупреждая силы безопасности о вторжении, привели бы к значительному сокращению числа патрульных.

Эти патрульные смогут тратить свое время на более важные задачи, при этом качество наблюдения на объекте не ухудшится. Военные также могут увидеть повышение качества наблюдения за счет устранения факторов человека-оператора, таких как необходимость использовать туалет или отвлекающие факторы патрульного в своей личной жизни.

Многие компании пытаются добавить автономные возможности к различным транспортным средствам. Boeing работает над автономными подводными лодками. Как китайское правительство, так и Министерство обороны США разрабатывают комплекты аппаратного и программного обеспечения, которые могут быть установлены на различных наземных платформах, таких как танки и бронетранспортеры, для повышения уровня автономии, сказал Оси Дэвид, главный инженер командования миссии по коммуникациям. Центр исследований, разработок и инженерии электроники в Соединенных Штатах Америки.

Наш генеральный директор Дэниел сообщил о начале международного соревнования между США и Китаем в отношении ИИ в Университете национальной обороны в Вашингтоне, округ Колумбия, а также на конференции Организации Объединенных Наций в Шанхае. Его презентация была сосредоточена на экономических последствиях искусственного интеллекта и национальной безопасности.

Система вентиляции для предотвращения распространения вирусов, таких как Covid-19

Поскольку вакцины против Covid-19 в ближайшее время не ожидается, предотвращение его распространения может быть столь же важным, как и его лечение.В этом специальном выпуске ASME TechCast мы беседуем с профессором Циньян Чен, профессором машиностроения Джеймса Дж. Дуайера в Университете Пердью, который исследовал распространение вирусов через системы вентиляции в легковых автомобилях. Он считает, что системы кондиционирования воздуха круизных лайнеров не предназначены для фильтрации таких мелких частиц, как коронавирус, что позволяет болезни быстро распространяться в другие каюты. Лаборатория профессора Чена в настоящее время разрабатывает систему вентиляции, которая предотвратит передачу по воздуху патогенов, таких как коронавирус, позволяя каждому человеку дышать только своим воздухом.

Слушайте другие выпуски ASME TechCast в своем любимом приложении для подкастов:

История искусственного интеллекта. Введение в интеллектуальные системы

1 История искусственного интеллекта Введение в интеллектуальные системы

2 Что такое интеллектуальная система? Более сложный вопрос: что такое интеллект? Этот вопрос веками озадачивал философов, биологов и психологов. Интеллектуальную систему легче определить, хотя нет стандартного общепринятого определения. Исторически интеллектуальные системы изначально назывались искусственным интеллектом

3 Что такое искусственный интеллект? Простое определение может быть таким: искусственный интеллект — это исследование систем, которые действуют таким образом, что любому наблюдателю может показаться разумным.

4 Что такое искусственный интеллект? Другое определение искусственного интеллекта: искусственный интеллект предполагает использование методов, основанных на разумном поведении людей и других животных, для решения сложных проблем.

5 Теоретические основы философии искусственного интеллекта. Логика, методы рассуждения, разум как физическая система, основы обучения, язык, рациональность. Математика. Формальное представление и алгоритмы доказательства, вычисления, (не) разрешимость, (не) управляемость, полезность экономики вероятности, теория принятия решений, теория игр Неврология Физический субстрат для умственной деятельности Психология Явления восприятия и управления моторикой, экспериментальные методы Компьютерная инженерия Создание быстрых компьютеров Теория управления Разработка систем, которые максимизируют целевую функцию с течением времени Лингвистика Представление знаний, грамматика

6 Важные особенности AI 1.Использование компьютеров для рассуждений, распознавания образов, обучения или некоторых других форм вывода. 2. Сосредоточение внимания на проблемах, которые не поддаются алгоритмическим решениям. 3. Забота о решении проблем с использованием неточной, отсутствующей или плохо определенной информации. 4. Рассуждения о значимых качественных особенностях ситуации. 5. Попытка решить вопросы семантического значения, а также синтаксической формы.

7 Важные особенности AI 6.Ответы, которые не являются ни точными, ни оптимальными, но в некотором смысле достаточны. 7. Использование большого количества предметных знаний при решении проблем. 8. Использование метауровневых знаний для более сложного управления стратегиями решения проблем.

8 Неразрешаемость и искусственный интеллект Некоторые хорошо известные NP-полные задачи: Гамильтонов цикл наибольшего пути 3-CNF Схема-Sat Формула-Sat Клика Покрытие вершин Подмножество коммивояжера Суммарный график Раскраска кроссвордов Самая длинная общая подпоследовательность (LCS) для более чем двух строк

9 Несговорчивость и искусственный интеллект Более известные NP-полные задачи: 0-1 Планирование экзаменов для ранца и назначение регистров ЦП (раскраска графиков) 3D-сопоставление Chess Minesweeper (Грандиозная задача стоимостью 1000000 долларов, чтобы решить ее в p-time!) Tetris Rubic’s Cube Lloyd Пазл (головоломка с 8 слайдами) Пазл Cracker Barrel

10 Несговорчивость и ИИ Справиться с NP-полнотой: 1.Грубая сила — вам потребуются дополнительные ресурсы (параллельные машины) и, вероятно, вы все равно не сможете решить 2. Эффективные недетерминированные машины (квантовые компьютеры?) 3. Небольшие входные данные 4. Особые случаи 5. Ограничьте задачу (параметризуйте сложность ) Например, в шахматах есть 448 возможных ходов для каждой игры. Следовательно, для n ходов есть 448 n возможных ходов. Если вы создадите дерево игры, каждая ветвь которого будет помечена возможным ходом, вы сможете выиграть игру, заглянув вперед и следуя ветвям, ведущим к выигрышной конфигурации игры.Для этого потребуется дерево с 448 n ветвями. Слишком большой. Обрежьте дерево, используя эвристику, чтобы отрезать бесперспективные ветви, или смотрите вперед по нескольку ветвей за раз.

11 Несговорчивость и ИИ 6. Используйте эвристику (практическое правило, обычно возникающее в результате проб и ошибок или экспериментов). Нейронные сети, генетические алгоритмы, нечеткая логика, имитация отжига, поиск запретов, восхождение на холм (проблема локального оптимума, не может быть глобально оптимальной).Например, для перемещения по лабиринту вы можете использовать эвристику, такую ​​как правило правой руки (положите правую руку на стену и всегда следуйте за стеной, которой касается ваша рука — не всегда работает). Или вы можете бросить гальку на перекрестках, чтобы отметить коридоры, которые уже были исследованы. Это всегда сработает, но вам может понадобиться МНОГО камешков. 7. Рандомизация (методы Монте-Карло). Бросьте кубик. Обменяйте память на случайность (случайное блуждание). 8. Используйте приближенный алгоритм. Вам придется согласиться на почти оптимальное решение.

12 AI в 20-м веке 1943 McCulloch & Pitts: модель мозга с логической схемой 1950 «Вычислительные машины и интеллект» Тьюринга 1955 Дартмутская встреча: название «Искусственный интеллект» приняло программы раннего ИИ 1950-х годов, в том числе программу Сэмюэля шашек, Newell & Simon’s Теоретик логики, Geometry Engine 1965. Полный алгоритм Робинсона для логических рассуждений. ИИ обнаруживает вычислительную сложность. Исследования нейронных сетей почти исчезают. появление интеллектуальных агентов

13 Предложение по Дартмутскому летнему исследовательскому проекту по искусственному интеллекту, 1955 г. Мы предлагаем провести 2-месячное исследование искусственного интеллекта с участием 10 человек летом 1956 г. в Дартмутском колледже в Ганновере, штат Нью-Гэмпшир.Исследование должно продолжаться на основе предположения, что каждый аспект обучения или любая другая особенность интеллекта в принципе может быть описана настолько точно, что может быть создана машина для его моделирования. Будет предпринята попытка найти, как заставить машины использовать язык, формировать абстракции и концепции, решать виды проблем, которые теперь предназначены для людей, и улучшать себя. Мы думаем, что можно добиться значительного прогресса в решении одной или нескольких из этих проблем, если тщательно отобранная группа ученых будет вместе работать над ней в течение лета.Дж. Маккарти, Дартмутский колледж М. Л. Мински, Гарвардский университет Н. Рочестер, I.B.M. Corporation К. Э. Шеннон, Bell Telephone Laboratories 31 августа 1955 г.

14 Blocks World acb Набор логических предложений Описывает важные свойства и отношения в Blocks World: куб (a) куб (b) пирамида (c) ontable (a) ontable (b) on (c, b) Предположим, вы хотите для определения теста, чтобы определить, все ли блоки чистые (ничего не сложено сверху): XY на (Y, X) clear (x).Это читается как: Для всех X, если не существует Y такого, что Y находится на X, то X ясно. Это известно как исчисление предикатов.

15 Семантические сети Вычисление предикатов также может использоваться для определения семантических сетей. Например, простое описание синей птицы может быть такой: синяя птица — это маленькая синяя птица, а птица — это пернатое летающее позвоночное животное.Это знание можно представить с помощью следующего набора логических предикатов (правил): hassize (bluebird, small). покрытие (птица, перья). hascolor (синяя птица, синий). hasproperty (птица, мухи). иса (синяя птица, птица). иса (птица, позвоночное). перья имеют покрывающее позвоночное животное isa bird isa hasproperty flies small hassize bluebird hascolor blue Есть ли у синей птицы перья?

16 ИИ в 21 веке ИИ повсюду. Нечеткая логика используется в лифтах, стиральных машинах и автомобилях. Интеллектуальные агенты используются во многих программных приложениях. Роботы исследуют другие миры, а игрушечные роботы играют с детьми (и некоторыми взрослыми). Экспертные системы диагностируют болезни. и рекомендовать средства правовой защиты Компьютерные игры использовать AI

17 приложений искусственного интеллекта Автоматизированное рассуждение и доказательство теорем Экспертные системы Понимание естественного языка и семантическое моделирование Моделирование деятельности человека Планирование и робототехника Языки и среды для машинного обучения ИИ Альтернативные представления: нейронные сети и генетические алгоритмы Компьютерное зрение и понимание изображений

18 языков программирования AI Java C ++ PROLOG LISP

19 PROLOG PROLOG (Программирование в LOGic): язык, предназначенный для создания баз данных фактов и правил, а затем для того, чтобы система отвечала на вопросы в процессе логического вывода с использованием фактов и правил в базе данных Факты: содержит (молоко, лактозу ).made_from (сыр, молоко). Правила: содержит (X, Y): — made_from (X, Z), содержит (Z, Y). Из этого мы можем сделать вывод, что сыр содержит лактозу. Prolog не является эффективным языком, как C ++, но это язык выбора при создании систем, основанных на логике

20 Сильный ИИ и Слабый ИИ Существуют две совершенно разные школы ИИ: Сильный ИИ: это точка зрения, согласно которой достаточно запрограммированный компьютер на самом деле будет умным и сознательным и будет думать так же, как человек. Сильный ИИ в настоящее время материал научной фантастики, хотя многие верят, что машины действительно будут способны к реальному мышлению в какой-то момент в будущем. Слабый ИИ: это использование методов, смоделированных на основе разумного поведения, чтобы сделать компьютеры более эффективными при решении проблем Этот курс касается слабого AI

21 Сильный ИИ и тест Тьюринга

22 Контр-аргумент китайской комнаты Джон Сирл 1980 Контр-аргумент китайской комнаты Изображение из

23 HAL Фантазия или реальность? HAL компьютер в фильме «2001: Космическая одиссея» Играет в шахматы с людьми (и побеждает). Читает по губам людей. Вступает в разговор с людьми. В конце концов сходит с ума. Компьютеры могут играть в шахматы и побеждать некоторых игроков.Разговорные навыки лучших систем сегодня очень слабы

24 сильных метода и слабых методов Не путать с сильным ИИ и слабым ИИ Сильные методы используют знания о мире для решения проблем Слабые методы используют логику и другие символьные системы Сильные системы методов полагаться на слабые методы, поскольку знания бесполезны без способа обработки этих знаний Слабые методы никоим образом не уступают сильным методам, они просто не используют мировые знания

25 Сильные методы Использование Контекст Подсчитайте все стулья

26 Использование сильных методов Контекст Что такое автомобиль?

27 Использование сильных методов Контекст Это буквы A или H?

28 Использование сильных методов Контекст Это буквы A или H?

29 Сильные методы Использование контекста Hwo nmya wrdso cna oyu erad ni ihts entsnece?

искусственный интеллект | Определение, примеры и приложения

Искусственный интеллект (AI) , способность цифрового компьютера или управляемого компьютером робота выполнять задачи, обычно связанные с разумными существами.Этот термин часто применяется к проекту разработки систем, наделенных интеллектуальными процессами, характерными для людей, такими как способность рассуждать, открывать смысл, обобщать или извлекать уроки из прошлого опыта. С момента разработки цифрового компьютера в 1940-х годах было продемонстрировано, что компьютеры могут быть запрограммированы для выполнения очень сложных задач — например, обнаружения доказательств математических теорем или игры в шахматы — с большим мастерством. Тем не менее, несмотря на продолжающийся прогресс в скорости обработки компьютерных данных и объеме памяти, пока нет программ, которые могли бы соответствовать человеческой гибкости в более широких областях или в задачах, требующих больших повседневных знаний.С другой стороны, некоторые программы достигли уровня производительности человеческих экспертов и профессионалов при выполнении определенных конкретных задач, так что искусственный интеллект в этом ограниченном смысле можно найти в таких разнообразных приложениях, как медицинская диагностика, компьютерные поисковые системы и распознавание голоса или почерка. .

Популярные вопросы

Что такое искусственный интеллект?

Искусственный интеллект (ИИ) — это способность компьютера или робота, управляемого компьютером, выполнять задачи, которые обычно выполняются людьми, поскольку они требуют человеческого интеллекта и проницательности.Хотя не существует ИИ, который мог бы выполнять широкий спектр задач, которые может выполнять обычный человек, некоторые ИИ могут соответствовать людям в определенных задачах.

Искусственный интеллект и машинное обучение — это одно и то же?

Нет, искусственный интеллект и машинное обучение — это не одно и то же, но они тесно связаны. Машинное обучение — это метод обучения компьютера обучению на его входных данных, но без явного программирования для любых обстоятельств. Машинное обучение помогает компьютеру реализовать искусственный интеллект.

Что такое интеллект?

Все, кроме простейшего человеческого поведения, приписывается разуму, в то время как даже самое сложное поведение насекомых никогда не рассматривается как показатель интеллекта. В чем разница? Рассмотрим поведение осы-землекопа, Sphex ichneumoneus . Когда самка осы возвращается в свою нору с пищей, она сначала кладет ее на порог, проверяет, нет ли незваных гостей внутри своей норы, и только потом, если берег чист, несет свою пищу внутрь.Истинная природа инстинктивного поведения осы раскрывается, если пищу перемещать на несколько дюймов от входа в ее нору, когда она находится внутри: выйдя из нее, она будет повторять всю процедуру так часто, как перемещается еда. Интеллект — явно отсутствующий в случае Sphex — должен включать способность адаптироваться к новым обстоятельствам.

Психологи обычно характеризуют человеческий интеллект не одним признаком, а сочетанием множества различных способностей.Исследования в области искусственного интеллекта в основном сосредоточены на следующих компонентах интеллекта: обучение, рассуждение, решение проблем, восприятие и использование языка.

Существует несколько различных форм обучения в применении к искусственному интеллекту. Самый простой — это обучение методом проб и ошибок. Например, простая компьютерная программа для решения шахматных задач «мат-в-одном» может пробовать ходы наугад, пока не будет найден мат. Затем программа может сохранить решение с позицией, чтобы в следующий раз, когда компьютер встретит ту же позицию, он вспомнил решение.Это простое запоминание отдельных элементов и процедур, известное как механическое заучивание, относительно легко реализовать на компьютере. Более сложной является проблема реализации так называемого обобщения. Обобщение предполагает применение прошлого опыта к аналогичным новым ситуациям. Например, программа, которая изучает прошедшее время обычных английских глаголов наизусть, не сможет воспроизвести прошедшее время слова, такого как jump , если она ранее не была представлена ​​с jumped , тогда как программа, способная to generalize можно выучить правило «добавить ed » и таким образом сформировать прошедшее время jump , основываясь на опыте использования похожих глаголов.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Теория развития | экономика и политология

Теория развития , группа исследований и теорий экономического и политического развития.

Возникновение теории развития

Использование термина развитие для обозначения национального экономического роста появилось в Соединенных Штатах начиная с 1940-х годов и связано с ключевой задачей американской внешней политики: как формировать будущее новых независимых государств таким образом, чтобы гарантировать что они не будут втянуты в коммунистический советский блок.Руководствуясь этой озабоченностью, Соединенные Штаты привлекли своих социологов для изучения и разработки способов содействия капиталистическому экономическому развитию и политической стабильности в так называемых развивающихся странах. Теория развития относится к исследованиям и написанию, которые стали результатом этих усилий.

Существуют разные концепции развития и, как следствие, разные подходы к предмету. Однако все подходы касаются взаимосвязи между развитием и управлением.Обычно считается, что развитие в решающей степени определяется структурами управления; управление интерпретируется и формируется целью развития. Большинство теорий развития отождествляют развитие с национальным экономическим ростом и рассматривают государство как его главного агента; следовательно, одна из его главных задач — понять и объяснить роль государства в развитии и природу отношений между государством и рынком. Поскольку эти объяснения соотносят результаты развития со степенью и формой роли государства в развитии, существует тесная связь между теорией развития и практикой.

Теория развития изменилась с течением времени с изменениями идеологии и международной среды, а вместе с ней меняются и ее концепции развития и управления, а также их взаимосвязь. Меняющиеся концепции управления и его связи с развитием можно проследить через основные взгляды на развитие, которые возникли после Второй мировой войны, представленные теориями модернизации и роста, теориями зависимости и мировых систем, возрождением неоклассической теории и множеством новых критических точек зрения.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Теории модернизации и роста

Развитие включает в себя бесчисленное множество переменных, включая экономические, социальные, политические, гендерные, культурные, религиозные и экологические факторы. Но хотя теория развития объединяет концепции и точки зрения из ряда дисциплин, с самого начала на нее сильно повлияла экономическая мысль. Ранние теоретические модели развития приравнивали развитие к экономическому росту и индустриализации, и теоретики считали, что страны, которые еще не достигли этого, находятся на более ранней или более низкой стадии развития по сравнению с Европой и Северной Америкой.Наиболее влиятельным сторонником этой точки зрения был американский историк экономики Уолт У. Ростоу. Его книга 1960 года «« Стадии экономического роста: некоммунистический манифест »разработала модель линейных стадий роста, которая определяла развитие как последовательность стадий, через которые должны пройти все общества. Это представление о природе и процессе развития стало основным планом теории модернизации.

Теория модернизации возникла после Второй мировой войны для решения вопроса о том, как формировать экономику стран, переживших европейскую колонизацию.Его неявная цель, как ясно видно из подзаголовка книги Ростова, заключалась в формировании развития этих стран по капиталистическому пути. Таким образом, модернизация понималась как производственные отношения и уровень жизни, характерные для Западной Европы и Соединенных Штатов. В соответствии с моделью Ростова теоретики модернизации рассматривали отсталость как стадию, общую для всех развивающихся стран и являющуюся результатом слабости различных факторов производства — земли, рабочей силы и капитала. Теоретики подчеркивали, что увеличение сбережений и инвестиций являются ключом к развитию, и утверждали, что международная торговля продуктами, особенно подходящими для национальных факторов, позволит более эффективно распределять ресурсы и увеличивать доходы, которые можно преобразовать в сбережения, а затем использовать для содействия развитию.Теоретики предполагали это — путем распространения технологий, знаний, управленческих навыков и предпринимательства; поощрение притока капитала; стимулирование конкуренции; и повышение производительности — внешняя торговля вместе с иностранными инвестициями и помощью будет двигателем роста для развивающихся стран.

.