摘要：

機(jī)械通氣輔助通氣技術(shù)因"人機(jī)對(duì)抗"問(wèn)題導(dǎo)致臨床療效受限，傳統(tǒng)PID 控制范式難以應(yīng)對(duì)呼吸系統(tǒng)非線性與時(shí)變特性。本研究提出相空間-希爾伯特空間雙穩(wěn)態(tài)交叉前饋控制架構(gòu)（PHBFC System），構(gòu)建呼吸節(jié)律生理協(xié)同雙穩(wěn)態(tài)控制（RSBC）理論框架，通過(guò)非線性動(dòng)力學(xué)建模與多模態(tài)信號(hào)融合，實(shí)現(xiàn)呼吸機(jī)參數(shù)與患者自主呼吸的精準(zhǔn)協(xié)同。基于哈密頓力學(xué)相空間理論建立呼吸肌群運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，揭示呼吸節(jié)律涌現(xiàn)機(jī)制與混沌邊界的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)；采用希爾伯特-Haken 能量原理進(jìn)行氣流信號(hào)本征模態(tài)分解，構(gòu)建跨尺度能量特征融合空間，實(shí)現(xiàn)力學(xué)參數(shù)與神經(jīng)電活動(dòng)（sEMG）的異構(gòu)數(shù)據(jù)融合。創(chuàng)新性設(shè)計(jì)雙穩(wěn)態(tài)交叉前饋控制律，通過(guò)正負(fù)反饋耦合機(jī)制實(shí)現(xiàn)自主-機(jī)械呼吸模式平滑切換，結(jié)合自適應(yīng)梯度下降算法動(dòng)態(tài)優(yōu)化控制參數(shù)，實(shí)驗(yàn)室測(cè)試顯示呼吸相位同步率達(dá)92.7%，通氣量誤差控制在±3.2%以內(nèi)。在ARDS 動(dòng)物模型中，相較于傳統(tǒng)ASV模式，PHBFC 系統(tǒng)使人機(jī)對(duì)抗事件發(fā)生率降低68.2%（P<0.01），氧合指數(shù)提升42%，呼吸肌做功減少41.6%。研究表明，該架構(gòu)通過(guò)構(gòu)建閉環(huán)生物反饋系統(tǒng)，將機(jī)械通氣觸發(fā)延遲縮短至8±2ms，有效解決了傳統(tǒng)單向控制導(dǎo)致的人機(jī)同步障礙。理論分析表明，RSBC 框架實(shí)現(xiàn)了三大突破：①首次整合相空間動(dòng)力學(xué)與希爾伯特能量原理于呼吸控制；②建立非線性呼吸系統(tǒng)的物理模型自適應(yīng)控制方法；③構(gòu)建多模態(tài)生物信號(hào)融合的閉環(huán)協(xié)同機(jī)制。臨床前驗(yàn)證證實(shí)該系統(tǒng)在改善氧合、降低并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，為解決臨床"人機(jī)對(duì)抗"難題提供了創(chuàng)新解決方案。本研究構(gòu)建的非線性控制范式為智能生命支持系統(tǒng)開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)，其方法論對(duì)神經(jīng)康復(fù)、航天醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的生物控制研究具有重要參考價(jià)值。