專(zhuān)利名稱(chēng)：自動(dòng)控制的通氣系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種呼吸機(jī)，以及一種控制呼吸機(jī)以向患者提供預(yù)期目標(biāo)體積的流體的方法，所述流體諸如為空氣或氧氣混合物。
背景技術(shù)：
可以使用常規(guī)的呼吸機(jī)在設(shè)定目標(biāo)體積的通氣模式下向患者遞送諸如空氣或氧氣混合物的流體，在這種模式中，呼吸機(jī)嘗試在吸氣期間向患者提供預(yù)設(shè)體積的流體。為了調(diào)整在吸氣期間遞送至患者的流體的體積，以在每次吸氣期間都達(dá)到這一目標(biāo)體積，呼吸機(jī)調(diào)整提供給患者的流體的壓力。例如，對(duì)于多個(gè)呼吸周期中給定的吸氣階段，提高或降低壓力將分別提高或降低遞送至患者的流體的體積。呼吸機(jī)可以工作于各種模式。例如，在設(shè)定目標(biāo)體積的通氣(“VTV”)模式下工作的體積(volume )呼吸機(jī)監(jiān)測(cè)在吸氣期間遞送至患者的流體的實(shí)際體積，并根據(jù)需要提高或降低向患者遞送流體的壓力，以滿(mǎn)足流體的目標(biāo)體積。使呼吸機(jī)工作于保證體積的壓力支持(“VAPS”)模式下也是已知的，在這種模式中，由呼吸機(jī)以某種方式控制壓力，從而確保在每次呼吸期間總是向患者遞送設(shè)定的最小體積。在體積通氣的這種模式下，如果在吸氣階段期間患者的吸入流(flow)不足以提供針對(duì)該呼吸設(shè)定的體積，那么呼吸機(jī)轉(zhuǎn)換至體積受控的工作模式，并提高流向患者的流體的壓力，以滿(mǎn)足這一設(shè)定的體積。這通常發(fā)生在吸氣階段的中間或接近末尾，這時(shí)呼吸機(jī)確定患者的吸氣驅(qū)動(dòng)將不足以達(dá)到針對(duì)該呼吸的設(shè)定的體積。由于這一壓力提高通常發(fā)生在接近患者很可能想要呼氣的呼吸的末尾，因而對(duì)于自主呼吸的患者而言，這種通氣模式會(huì)是很不舒適的。一些呼吸機(jī)還可以工作于保證平均體積的壓力支持(AVAPS)模式下。AVAPS遞送達(dá)到潮氣量設(shè)定點(diǎn)的壓力支持通氣。其在數(shù)分鐘內(nèi)緩慢地調(diào)整壓力支持的量，以達(dá)到所述潮氣量設(shè)定點(diǎn)。潮氣量設(shè)定點(diǎn)是手動(dòng)確定的并且被輸入到裝置中。通氣裝置的一些范例是連續(xù)正氣道壓力(CPAP)裝置、雙水平正氣道壓力裝置和自動(dòng)伺服通氣(ASV)裝置。對(duì)于許多阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)患者而言，CPAP治療足以通過(guò)還原腫脹的鼻部通道并利用空氣壓力撐開(kāi)上氣道來(lái)對(duì)OSA進(jìn)行治療。一些自動(dòng)控制的 CPAP裝置監(jiān)測(cè)患者的呼吸活動(dòng)，并且然后選擇CPAP壓力的適當(dāng)水平，以保持氣道開(kāi)放。利用雙水平正氣道壓力裝置對(duì)總的OSA群體的子集進(jìn)行處置，以提供睡眠期間的輔助通氣。 當(dāng)CPAP的撐開(kāi)固定壓力超過(guò)舒適水平時(shí)，或者當(dāng)需要一定程度的固定通氣輔助時(shí)，可以使用雙水平正氣道壓力裝置?？梢允褂煤粑鼨C(jī)，諸如能夠提供雙水平正氣道壓力的那些呼吸機(jī)，來(lái)輔助患有肥胖性通氣不足綜合癥(OHS)的患者的通氣。OHS患者是呼吸具有快呼吸速率和潮氣量減少的組合的那些人。這些特征是由這些患者的腹部結(jié)構(gòu)大引起的，其降低了每次呼吸輸送的空氣的量。在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)所述壓力支持通氣進(jìn)行滴定測(cè)定，以提高睡眠中的患者的潮氣量并降低其呼吸速率。在沒(méi)有壓力支持的情況下，這些患者可能以250ml的潮氣量驅(qū)動(dòng)23次呼吸每分鐘。比較而言，大多數(shù)患者的最佳范圍處在11-16次呼吸每分鐘之間。另一種類(lèi)型的呼吸機(jī)是自動(dòng)伺服呼吸機(jī)，其為患有中樞性介導(dǎo)呼吸紊亂的患者提供輔助?？梢韵蚧加胁环€(wěn)定呼吸控制的患者、患有充血性心力衰竭的患者以及具有阻礙穩(wěn)定呼吸的其他狀況的患者提供輔助。這些裝置監(jiān)測(cè)患者的呼吸狀況，并在患者的呼吸努力低于例如在早前的呼吸期間監(jiān)測(cè)到的患者的呼吸努力時(shí)，以提高的吸氣壓力的形式提供通氣輔助。
就當(dāng)前的設(shè)定目標(biāo)體積的呼吸機(jī)而言，必須在受過(guò)訓(xùn)練的醫(yī)務(wù)人員的指導(dǎo)下確定裝置設(shè)置。對(duì)呼吸機(jī)設(shè)置進(jìn)行調(diào)整，以提供減少患者的呼吸功(work)的呼吸速率和潮氣量的組合。理想的解決方案是不對(duì)患者過(guò)度驅(qū)動(dòng)以進(jìn)入中樞性睡眠呼吸暫停，并且同時(shí)管理患者的呼吸速率，使之處于最佳范圍中。此外，當(dāng)前自動(dòng)伺服呼吸機(jī)并未被設(shè)計(jì)成針對(duì)以呼吸速率提高為標(biāo)志的狀況做出任何響應(yīng)，所述狀況諸如是呼吸急促或呼吸困難。相反，它們被設(shè)計(jì)成在處在或接近患者的峰值流量或潮氣量的情況下提供穩(wěn)定的呼吸。假設(shè)患者未能發(fā)動(dòng)呼吸，那么將實(shí)施機(jī)器呼吸。當(dāng)前的自動(dòng)伺服呼吸機(jī)不會(huì)識(shí)別患者的呼吸速率或者通過(guò)提供潮氣量更大的呼吸來(lái)嘗試對(duì)患者的呼吸速率進(jìn)行優(yōu)化。一些算法使用Otis方程計(jì)算與最小呼吸功相關(guān)聯(lián)的呼吸速率。Otis方程示出了肺的阻抗性和順從性之間的關(guān)系以及總的呼吸功。具體而言，由于上氣道阻抗網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)通氣，以高呼吸速率呼吸小潮氣量需要高呼吸功。另外，由于與肺順應(yīng)性的擠壓相關(guān)聯(lián)的功，以低呼吸速率呼吸大潮氣量也需要高呼吸功。下面示出了利用反映呼吸功、呼吸速率、 分鐘通氣量、死腔體積和肺順應(yīng)性的參數(shù)的Otis方程
「 ， y KDf+TK1Df1+Ar1K1D1 fV4 =———----；~；-—
JK ^ 4K"M1Df1其中“f”是通氣的頻率，“Va”是肺泡通氣量，“K”是肺順應(yīng)性因子，以及“D”是死腔體積。如下方程是由Otis方程導(dǎo)出的，并且其示出了與呼吸的最小工作相關(guān)聯(lián)的呼吸速率/二^_tlELl__
Ik2VdKu其中f是呼吸頻率，K，是肺彈性，K”是肺中的空氣粘滯系數(shù)，Vd是死腔體積，以及Vak 是肺泡通氣量(Vak=Va/60)。
在一些呼吸機(jī)裝置中利用了如下方程

其中“a”是取決于流量波形的因子(對(duì)于正弦流而言，“a”為2 π 2/60)，“RCe”是呼氣時(shí)間常數(shù)， “MinVol”是目標(biāo)分鐘通氣量，“Vd”是通氣死腔，以及“f”是呼吸速率頻率。利用上述方程的裝置需要將理想體重輸入到該裝置中。所述裝置中的查找表將理想體重轉(zhuǎn)換成MinVol設(shè)定點(diǎn)。利用上述方程的裝置將MinVol、估計(jì)的死腔和呼氣時(shí)間常數(shù)代入到上述方程中，并執(zhí)行迭代計(jì)算，包括將f重新代入方程，直到多次迭代之間的差異小于O. 5次呼吸每分鐘為止。一旦確定了頻率，那么所述裝置通過(guò)將MinVol目標(biāo)除以所述理想呼吸速率f來(lái)計(jì)算每次呼吸的潮氣量目標(biāo)Vt。之后，所述裝置對(duì)遞送至患者的通氣加以控制，以達(dá)到呼吸速率=f，并使其具有充分的壓力支持，以遞送Vt (目標(biāo))潮氣量。然而，這些裝置需要預(yù)先確定理想體重，并將其從外部輸入到裝置中。這樣，當(dāng)前的裝置無(wú)法基于不斷變化的呼吸特征或其他生理特征自動(dòng)確定并提供遞送至患者的最佳目標(biāo)潮氣量和壓力支持。

發(fā)明內(nèi)容
一個(gè)方面提供了一種用于控制和調(diào)節(jié)供應(yīng)給患者的呼吸氣體的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括適于向患者提供呼吸氣體的壓力發(fā)生器系統(tǒng)，以及與所述壓力發(fā)生器系統(tǒng)操作性地耦合，以向患者遞送呼吸氣體流的患者回路。所述系統(tǒng)還包括與所述患者回路操作性地耦合， 以將所述呼吸氣體流傳輸至患者的氣道的接口裝置。所述系統(tǒng)還包括與所述壓力發(fā)生器系統(tǒng)、患者回路和接口裝置中的一個(gè)或多個(gè)操作性地耦合的傳感器。所述傳感器能夠用于檢測(cè)指示遞送至患者的呼吸氣體流的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)。所述系統(tǒng)還包括與所述傳感器和所述壓力發(fā)生器系統(tǒng)操作性地耦合的控制器。所述控制器確定患者的呼吸氣流的至少一個(gè)特征。所述控制器基于呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征來(lái)計(jì)算患者的呼吸周期的至少一部分的基于時(shí)間的參數(shù)，并且還計(jì)算遞送至患者的基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)。另一方面提供了一種用于控制和調(diào)節(jié)供應(yīng)給患者的呼吸氣體的方法。所述方法包括測(cè)量患者的呼吸氣流的至少一個(gè)特征，并基于患者呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征來(lái)計(jì)算患者的呼吸周期的至少一部分的基于時(shí)間的參數(shù)。所述方法還包括基于患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征來(lái)計(jì)算基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)。所述方法還包括向患者遞送計(jì)算出的基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)。另一方面提供了一種用于控制和調(diào)節(jié)供應(yīng)給患者的呼吸氣體的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括用于測(cè)量患者的呼吸氣流的至少一個(gè)特征的模塊以及用于基于患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征來(lái)計(jì)算患者的呼吸周期的至少一部分的基于時(shí)間的參數(shù)的模塊。所述系統(tǒng)還包括用于基于患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征來(lái)計(jì)算基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)的模塊。所述系統(tǒng)還包括用于向患者遞送所計(jì)算出的基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)的模塊。
參考附圖，考慮以下描述和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的這些和其他目的、特征和特性， 以及結(jié)構(gòu)的相關(guān)元件的操作方法和功能、部分的組合以及制造的經(jīng)濟(jì)性將變得更加顯見(jiàn)， 所有附圖形成本說(shuō)明書(shū)的一部分，其中，在各圖中類(lèi)似的附圖標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的部分。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以認(rèn)為這里示出的結(jié)構(gòu)部件是按照比例繪制的。然而，顯然可以理解，附圖僅是為了例示和描述的目的，而并非意在界定本發(fā)明的限定范圍。除非上下文明確地另行指出，否則說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中利用的單數(shù)形式的冠詞“一”或“一個(gè)”和“該”包括復(fù)數(shù)個(gè)論述的目標(biāo)。


圖I圖示了通過(guò)回路和接口與患者連接的壓力支持系統(tǒng)或呼吸機(jī)的示意圖；圖2是圖示了患者流的吸氣和呼氣階段的波形；圖3是根據(jù)實(shí)施例的系統(tǒng)的操作的流程圖；圖4是圖示了患者流的呼氣時(shí)間的波形；以及圖5是圖示了患者流的呼氣拖尾時(shí)間的波形。
具體實(shí)施例方式圖I圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理的壓力支持系統(tǒng)或呼吸機(jī)2的示范性實(shí)施例。本文所利用的“呼吸機(jī)”一詞是指以可變的壓力向患者遞送呼吸氣體流的任何裝置，而并非旨在僅使其局限于生命維持通氣系統(tǒng)。系統(tǒng)2測(cè)量患者的呼吸氣流的至少一個(gè)特征；基于所述至少一個(gè)測(cè)量的特征來(lái)計(jì)算或確定諸如理想呼吸速率的基于時(shí)間的目標(biāo)參數(shù)；以及計(jì)算遞送至患者的諸如目標(biāo)潮氣量的基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)；并且然后向患者遞送計(jì)算出的基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)。 圖2中示出了流量和潮氣量之間的關(guān)系。如圖2所示，正流量表示在吸氣期間進(jìn)入到患者體內(nèi)的流量。負(fù)流量表示從患者體內(nèi)呼出的流量?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)所述正流量積分來(lái)確定吸入潮氣量?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)所述負(fù)流量積分確定呼出潮氣量。返回參考圖I，系統(tǒng)2包括加壓流體源4和被連接以接收來(lái)自加壓流體源4的加壓流體的壓力調(diào)節(jié)器6。壓力調(diào)節(jié)器6調(diào)節(jié)供應(yīng)給患者回路8的加壓流體的壓力，患者回路8 將經(jīng)壓力調(diào)節(jié)的流體通過(guò)患者接口裝置12傳輸至患者10。傳感器14檢測(cè)與患者回路8或接口裝置12中的流體流相關(guān)聯(lián)的能夠用于確定從壓力調(diào)節(jié)器6提供給患者的流體量的參數(shù)，并將指示所述參數(shù)的信號(hào)提供給控制器16。在示范性實(shí)施例中,傳感器14是檢測(cè)患者回路8中的流體的流量的流量傳感器。 這一流量能夠用于確定提供給患者的流體的體積。然而，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明想到了利用其他參數(shù)，諸如利用提供給鼓風(fēng)機(jī)的功率或電流，來(lái)確定流量，并進(jìn)而確定提供給患者的流體的體積。壓力傳感器18檢測(cè)患者回路8中的加壓流體的壓力，更具體而言，檢測(cè)患者接口 12 中的加壓流體的壓力，并將指示所檢測(cè)到的壓力的信號(hào)提供給控制器16。盡管將流量傳感器14測(cè)量流量以及壓力傳感器18測(cè)量壓力的點(diǎn)圖示為處于呼吸機(jī)2之內(nèi)，然而應(yīng)當(dāng)理解， 獲取實(shí)際流量和壓力測(cè)量結(jié)果 的位置可以是沿患者回路8或患者接口 12的任何位置，只要能夠達(dá)到測(cè)量患者處的壓力和遞送至患者的流體量的目的即可。本發(fā)明還設(shè)想提供一個(gè)或多個(gè)患者監(jiān)測(cè)器19，以檢測(cè)患者的其他生理狀況?？梢岳眠@樣的生理狀況來(lái)監(jiān)測(cè)患者和/或控制呼吸機(jī)的操作。例如，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例設(shè)想患者監(jiān)測(cè)器19是檢測(cè)在呼吸期間由膈肌產(chǎn)生的 EMG信號(hào)的膈肌電圖(“EMG”)檢測(cè)系統(tǒng)。適當(dāng)?shù)幕颊弑O(jiān)測(cè)器的另一范例是努力(effort)檢測(cè)器，其檢測(cè)在呼吸期間患者的胸部的移動(dòng)。將患者監(jiān)測(cè)器19與控制器16連接，例如，其對(duì)由患者監(jiān)測(cè)器19向其供應(yīng)的膈肌EMG或努力信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并且在一個(gè)實(shí)施例中，其使呼吸機(jī)2在呼吸周期的吸氣階段向患者10供應(yīng)流體，并在呼氣階段期間停止或減少向患者 10的流體供應(yīng)。更具體而言，在本發(fā)明的這一實(shí)施例中，控制器16向壓力調(diào)節(jié)器6發(fā)送信號(hào)，從而在吸氣階段期間向患者10供應(yīng)加壓流體，并在呼氣階段期間抑制或減少向患者10 的加壓流體供應(yīng)?；蛘撸缈刂破?6和加壓流體源4之間的虛線25所示，控制器16能夠直接控制加壓流體源4，以在吸氣期間向患者10供應(yīng)加壓流體，并在呼氣期間抑制或減少來(lái)自患者10的加壓流體供應(yīng)，由此將壓力調(diào)節(jié)器6的功能有效地結(jié)合到加壓流體源4內(nèi)。盡管上文描述了利用膈肌EMG或努力信號(hào)作為觸發(fā)呼吸機(jī)的機(jī)制，但是也想到了可以利用適合于自主呼吸患者使用的任何常規(guī)的呼吸機(jī)觸發(fā)技術(shù)。例如，由患者接口 12和 /或患者回路8中的患者生成的壓力和/或流量能夠用于觸發(fā)呼吸機(jī)。另外，呼吸機(jī)2，并且更具體而言，控制器16,能夠包括定時(shí)備份(timed backup),從而如果患者停止呼吸的時(shí)間段超過(guò)了預(yù)定閾值，那么呼吸機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)呼吸周期。加壓流體源4例如是諸如空氣、氧氣、氦-氧或其他氧氣混合物的壓縮氣體源。本發(fā)明還設(shè)想所述加壓流體源 為活塞、風(fēng)箱或鼓風(fēng)機(jī)，其接收來(lái)自環(huán)境空氣或壓縮氣體源的氣體供應(yīng)，并生成這樣的氣體的氣流。壓力調(diào)節(jié)器6是例如提動(dòng)閥、螺線管、蝶形閥、旋轉(zhuǎn)閥、套管或適合用于控制遞送至患者的流體的流量和/或壓力的任何其他閥門(mén)或閥門(mén)組件。如上文指出的，控制器16能夠通過(guò)控制活塞、風(fēng)箱或鼓風(fēng)機(jī)的速度，由此直接，即，在不需要專(zhuān)用壓力控制閥的情況下控制來(lái)自加壓流體源4的流體的壓力和/或流量，從而將加壓流體源4和壓力調(diào)節(jié)器6的功能有效地組合成單個(gè)單元，如虛線27大體所示。出于本目的，將加壓流體源4和壓力調(diào)節(jié)器6的組合功能稱(chēng)為“壓力發(fā)生器系統(tǒng)”。因而，如果能夠通過(guò)例如調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)速度來(lái)直接控制加壓流體源輸出的流體的流量/壓力，那么所述壓力發(fā)生器系統(tǒng)將只包括加壓流體源，否則所述壓力發(fā)生器系統(tǒng)包括加壓流體源4和壓力調(diào)節(jié)器 6的組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，患者回路8是連接于壓力調(diào)節(jié)器6和接口 12之間的單個(gè)管或?qū)Ч?0，通常被稱(chēng)為單支回路。在這一實(shí)施例中，導(dǎo)管20和/或患者接口 12包括排氣組件22，其將呼出氣體排放到大氣中，并且因而其表示所述呼吸氣體遞送系統(tǒng)中的已知泄漏。無(wú)源排氣組件的范例是形成于導(dǎo)管20和/或接口 12中的孔或槽，其在不對(duì)來(lái)自所述系統(tǒng)的氣流進(jìn)行有源控制的情況下，將所述導(dǎo)管或接口的內(nèi)部與大氣連通起來(lái)，由此提供來(lái)自所述患者回路和/或接口的排出氣體流。通常將所述孔的尺寸選擇為足以清除來(lái)自患者回路的呼出氣體。然而，應(yīng)當(dāng)理解，想到了各種各樣的與本發(fā)明的呼吸機(jī)/壓力發(fā)生器系統(tǒng)結(jié)合使用的排氣裝置和構(gòu)造。例如，授予Zdrojkowski等人的美國(guó)專(zhuān)利No. 5685296公開(kāi)了一種呼氣裝置和方法，其中，在患者回路的壓力范圍內(nèi)，流經(jīng)所述裝置的呼氣流速基本保持恒定。這種呼氣裝置通常被稱(chēng)為平臺(tái)型呼氣閥或PEV，其適于與本發(fā)明的壓力支持系統(tǒng)結(jié)合使用。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，患者回路8包括由圖I中的虛線24所圖示的第二管或?qū)Ч?，其通常被稱(chēng)為雙支回路。第二管或?qū)Ч?4將患者10呼出的氣體傳輸至呼吸機(jī)2，呼吸機(jī)2包括有源排氣組件，其監(jiān)測(cè)和/或控制排出流體向大氣的排放。有源排氣組件的范例是這樣一種閥門(mén)，其在向患者10供應(yīng)加壓流體時(shí)，即在吸氣階段，避免流體排向大氣，并在停止或減少向患者10的加壓流體供應(yīng)時(shí)，即在呼氣階段期間，允許氣體逸散到大氣中。通常，所述有源排氣組件控制向大氣的排放氣流，從而控制患者體內(nèi)的正呼氣終壓(“PEEP”)。 當(dāng)然，所述有源排放未必設(shè)置于呼吸機(jī)的致動(dòng)(actuation)外殼內(nèi)，如圖I中大體所示的那樣，但是，不管實(shí)際位置如何，所述有源排放總是受到呼吸機(jī)提供的信號(hào)控制或者以其為基礎(chǔ)。本發(fā)明想到了患者接口裝置12可以是適于將呼吸氣流從患者回路傳輸至患者的氣道的任何裝置，其可以是侵入性的，也可以是非侵入性的。適當(dāng)?shù)幕颊呓涌谘b置的范例包
括鼻罩、鼻罩/ 口罩、全面罩、氣管套管、氣管內(nèi)導(dǎo)管和鼻枕。在一個(gè)實(shí)施例中，系統(tǒng)2可以實(shí)施過(guò)程或算法300。在步驟302中，系統(tǒng)2可以測(cè)量或確定呼吸氣流的通氣參數(shù)和特征，諸如，例如，患者的分鐘通氣量，即患者在一分鐘的時(shí)間段內(nèi)交換的空氣的體積。在監(jiān)測(cè)分鐘通氣量時(shí)，可以利用具有其范圍在數(shù)秒鐘到數(shù)分鐘之間的時(shí)段的觀察窗口來(lái)監(jiān)測(cè)患者的通氣。然后，按照與窗口長(zhǎng)度的比例對(duì)所述值進(jìn)行換算，以反映出一分鐘的時(shí)間段內(nèi)交換的空氣的體積。在實(shí)施例中，一旦完成了第一次呼吸，過(guò)程300就監(jiān)測(cè)分鐘通氣量。在實(shí)施例中，過(guò)程300可以利用擴(kuò)展觀察窗口，其開(kāi)始于第一次呼吸持續(xù)時(shí)段，并且其最長(zhǎng)擴(kuò)展至4分鐘。利用所述分鐘通氣量可以計(jì)算出作為所監(jiān)測(cè)的通氣量的分?jǐn)?shù)部分的目標(biāo)分鐘通氣量(MinVol)值。可以通過(guò)各種方法計(jì)算所述分?jǐn)?shù)分量。在一些實(shí)施例中， 患者或臨床醫(yī)師可以調(diào)整分鐘通氣量的百分比或分?jǐn)?shù)的設(shè)置。系統(tǒng)2還可以設(shè)置所述百分比或分?jǐn)?shù)。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，可以將目標(biāo)分鐘通氣量設(shè)置為測(cè)量的分鐘通氣量的90%。系統(tǒng)2還可以針對(duì)呼吸氣流的特征，諸如呼氣時(shí)間常數(shù)和呼氣拖尾時(shí)間常數(shù)，來(lái)測(cè)量或確定呼出氣流模式?？梢詫⒑魵馔衔渤?shù)RCe計(jì)算為患者的總呼氣時(shí)間的1/4。如圖4所示，總呼氣時(shí)間是在被動(dòng)呼氣期間肺完全排空所需的時(shí)間。換言之，所述呼氣時(shí)間是患者持續(xù)地使空氣發(fā)生流動(dòng)離開(kāi)肺部的時(shí)間的持續(xù)長(zhǎng)度。如圖5所示，呼氣拖尾時(shí)間是患者氣流已經(jīng)達(dá)到O升每分種(Ipm)之后的持續(xù)時(shí)間。這是在下一呼吸開(kāi)始以前存在的時(shí)間段。在獲得所述參數(shù)的值之后，過(guò)程300繼續(xù)至步驟304，在該步驟中，確定患者的呼吸周期的至少一部分的基于時(shí)間的參數(shù)，諸如理想呼吸速率。在一些實(shí)施例中，可以根據(jù)如下方法確定理想呼吸速率。所述系統(tǒng)可以利用步驟302中獲得的參數(shù)或特征的值來(lái)確定患者的呼吸周期的至少一部分的基于時(shí)間的參數(shù)，諸如理想呼吸速率?？梢愿鶕?jù)如下方程(方程I. 3)來(lái)確定理想呼吸速率f = #+ 2a X RCe x (MinVol - f x vd)/(vd]二I
a X RCe其中“a”是取決于流量波形的因子。對(duì)于正弦流而言，a為2π2/60，或者可以基于患者狀況對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，
“RCe”是呼氣時(shí)間常數(shù)，“MinVol”是目標(biāo)分鐘通氣量，
“Vd”是通氣死腔，以及“f”是呼吸速率頻率。在一些實(shí)施例中，可以利用通氣量的其他測(cè)度(measure),例如，利用比一次呼吸更長(zhǎng)的通氣量測(cè)度，來(lái)代替實(shí)際分鐘通氣量。因此，在利用通氣量的其他測(cè)度來(lái)確定理想呼吸速率時(shí)要對(duì)方程I. 3進(jìn)行重新?lián)Q算。通氣死腔是指每次呼吸當(dāng)中僅抵達(dá)了肺但未發(fā)生有益氣體交換的部分的空氣的體積。例如，通氣死腔可以反映沒(méi)有抵達(dá)諸如肺泡的呼吸部分，而是留在患者的氣道(氣管、 支氣管等)內(nèi)的氣體的體積?？梢岳酶鞣N方法確定適當(dāng)?shù)耐馑狼恢?。在一個(gè)實(shí)施例中， 可以利用諸如150ml的恒定值，但是也想到了利用其他值。在另一實(shí)施例中，可以將適當(dāng)?shù)闹灯ヅ涞綄?duì)照所監(jiān)測(cè)的分鐘通氣量參考的表格中。在一些實(shí)施例中，所述表格中的值可以反映患者的身材(例如，體重)與通氣死腔值之間的關(guān)系。例如，可以使更高的分鐘通氣量值與更加高大的患者聯(lián)系起來(lái)，并且因而這樣的患者可能具有更大的通氣死腔值?？梢詫⒂?jì)算出的呼吸速率f重新代入到方程I. 3內(nèi)，從而迭代地運(yùn)算該方程，直到 f在各個(gè)周期之間不存在顯著變化為止。在一個(gè)實(shí)施例中，可以將計(jì)算出的呼吸速率f重新代入到方程I. 3內(nèi)，從而迭代地運(yùn)算該方程，直到周期之間的f的值的差異小于O. 5次呼吸每分鐘為止。f的初始值可以是當(dāng)前的呼吸速率。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)RCe為O. 5秒時(shí),生成如下表格，以不出分鐘通氣量和所得到的理想呼吸速率f
目標(biāo)分鐘通氣量 f理想 5Π
~613
~14
16
~917
~10 18或者或此外，系統(tǒng)2可以利用下述方法來(lái)計(jì)算理想呼吸速率。在一些情況下，可能未得到睡眠當(dāng)中的患者的呼出流量。這種情況可能發(fā)生在睡眠當(dāng)中的患者通過(guò)鼻部通道吸氣，但是通過(guò)口呼氣時(shí)。對(duì)于這種方法而言，可以利用目標(biāo)分鐘通氣量和通氣死腔Vd參數(shù)來(lái)計(jì)算理想呼吸速率。當(dāng)使通氣死腔與總通氣量的比值保持恒定值時(shí)，例如，在保持30%這一臨床實(shí)踐中可接受的數(shù)值時(shí)，可以計(jì)算出這一速率。利用這一第二種方法，可以使得死腔分鐘通氣量和總分鐘通氣量(又稱(chēng)為目標(biāo)分鐘通氣量)為
死腔分鐘通氣量/目標(biāo)分鐘通氣量=30%,其中，死腔分鐘通氣量=死腔容量*f。如上所述，通氣死腔的死腔體積可以具有150ml的值。這樣，可以利用如下方程 (方程I. 4)來(lái)確定理想的呼吸速率f 理想呼吸速率f = . 3* (目標(biāo)分鐘通氣量)/. 150。通過(guò)將步驟302中獲得的目標(biāo)分鐘通氣量代入到方程I. 4中，可以獲得如下理想呼吸速率f的值
權(quán)利要求
1.一種用于控制和調(diào)節(jié)供應(yīng)給患者的呼吸氣體的系統(tǒng)(2)，包括 壓力發(fā)生器系統(tǒng)(4、6)，其適于向患者提供呼吸氣體； 患者回路(6)，其與所述壓力發(fā)生器系統(tǒng)操作性地耦合，以向所述患者遞送呼吸氣體流； 接口裝置(12)，其與所述患者回路操作性地耦合，以將所述呼吸氣體流傳輸至所述患者的氣道； 傳感器(14、18)，其與所述壓力發(fā)生器系統(tǒng)、所述患者回路和所述接口裝置中的一個(gè)或多個(gè)操作性地耦合，所述傳感器能夠用于檢測(cè)指示遞送至所述患者的呼吸氣體流的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)；以及 控制器(16)，其與所述傳感器和所述壓力發(fā)生器系統(tǒng)操作性地耦合，其中，所述控制器確定患者的呼吸氣流的至少一個(gè)特征，并基于所述患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征來(lái)計(jì)算所述患者的呼吸周期的至少一部分的基于時(shí)間的目標(biāo)參數(shù)，以及計(jì)算要遞送至所述患者的基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征包括實(shí)際患者分鐘通氣量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器通過(guò)利用通氣死腔值和所述目標(biāo)分鐘通氣量值來(lái)計(jì)算理想呼吸速率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中，利用所述通氣死腔值與所述目標(biāo)分鐘通氣量值的比值來(lái)計(jì)算所述理想呼吸速率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述比值等于0.3。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，計(jì)算作為所述患者的實(shí)際分鐘通氣量的分?jǐn)?shù)或百分比的所述目標(biāo)分鐘通氣量。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征包括處于比一次呼吸更長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程內(nèi)的患者通氣量的測(cè)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述基于時(shí)間的目標(biāo)參數(shù)包括理想呼吸速率或理想吸氣時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器通過(guò)迭代地計(jì)算所述理想呼吸速率，直到在每次迭代中所計(jì)算出的理想呼吸速率之間的差小于特定閾值量為止，來(lái)確定所述理想呼吸速率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述閾值量為0.5次呼吸每分鐘。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)包括潮氣量、峰值流量或平均吸氣流量。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征包括所述患者的呼氣時(shí)間、所述患者的呼吸阻抗或所述患者的肺順應(yīng)性。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征包括所述患者的呼氣時(shí)間，其中，所述控制器確定呼氣時(shí)間常數(shù)，并且其中，所述呼氣時(shí)間常數(shù)是用于計(jì)算基于時(shí)間的參數(shù)的所述呼氣時(shí)間的分?jǐn)?shù)或百分比。
14.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器向患者遞送所計(jì)算出的基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)a)其利用了閉環(huán)壓力支持， b)將其作為利用閉環(huán)壓力支持的通氣治療的ー個(gè)構(gòu)成，或者 c)將其作為利用閉環(huán)壓力支持的整個(gè)通氣治療。
15.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器基于所計(jì)算出的基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)來(lái)計(jì)算要遞送至所述患者的基線壓カ支持值。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器能夠調(diào)節(jié)所述基線壓カ支持值。
17.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)傳感器包括流量傳感器。
18.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，實(shí)際分鐘通氣量被用于計(jì)算目標(biāo)分鐘通氣量值。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器利用反映通氣死腔的值來(lái)計(jì)算理想呼吸速率。
20.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征包括呼氣拖尾時(shí)間，并且其中，所述控制器調(diào)整目標(biāo)潮氣量，從而使所述呼氣拖尾時(shí)間處于特定閾值量之上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中，所述閾值量為O.5秒。
22.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，基于計(jì)算出的所述基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)來(lái)計(jì)算所述基于時(shí)間的目標(biāo)參數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，基于所述基于時(shí)間的目標(biāo)參數(shù)來(lái)計(jì)算所述基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)。
24.ー種用于控制和調(diào)節(jié)供應(yīng)給患者的呼吸氣體的方法，包括 確定患者的呼吸氣流的至少ー個(gè)特征； 基于所述患者的呼吸氣流的所述至少ー個(gè)特征來(lái)計(jì)算所述患者的呼吸周期的至少ー部分的基于時(shí)間的參數(shù)； 基于所述患者的呼吸氣流的所述至少ー個(gè)特征來(lái)計(jì)算基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)；以及 向患者遞送所計(jì)算出的所述基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征包括實(shí)際患者分鐘通氣量。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征包括處于比一次呼吸更長(zhǎng)的時(shí)間過(guò)程內(nèi)的患者通氣量的測(cè)度。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述基于時(shí)間的目標(biāo)參數(shù)包括理想呼吸速率或理想吸氣時(shí)間。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，確定所述理想呼吸速率包括利用呼氣時(shí)間常數(shù)，并且其中，所述呼氣時(shí)間常數(shù)是用于計(jì)算基于時(shí)間的參數(shù)的所述呼氣時(shí)間的分?jǐn)?shù)或百分比。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，確定所述理想呼吸速率包括迭代地計(jì)算所述理想呼吸速率，直到在每次迭代中所計(jì)算出的理想呼吸速率之間的差小于特定閾值量為止。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中，所述閾值量為O.5次呼吸毎分鐘。
31.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)包括峰值流量、潮氣量或平均吸氣流量。
32.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征包括所述患者的呼氣時(shí)間、所述患者的呼吸阻抗或所述患者的肺順應(yīng)性。
33.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，向所述患者遞送所計(jì)算出的基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)包括利用閉環(huán)壓力支持。
34.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，向所述患者遞送所計(jì)算出的基于呼吸幅度的參數(shù)包括基于所計(jì)算出的目標(biāo)潮氣量來(lái)計(jì)算要遞送至所述患者的基線壓力支持值。
35.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包括調(diào)整所述基線壓力支持值。
36.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中，實(shí)際分鐘通氣量被用于計(jì)算目標(biāo)分鐘通氣量 值，并且其中，確定所述理想呼吸速率包括利用通氣死腔值和所述目標(biāo)分鐘通氣量值。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，計(jì)算作為所述患者的所述實(shí)際分鐘通氣量的分?jǐn)?shù)或百分比的所述目標(biāo)分鐘通氣量。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中，利用通氣死腔的所述值與所述目標(biāo)分鐘通氣量值的比值來(lái)計(jì)算所述理想呼吸速率。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述比值等于0.3。
40.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，計(jì)算所述理想呼吸速率包括利用反映通氣死腔的值。
41.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征包括呼氣拖尾時(shí)間，并且其中，所速控制器調(diào)整所述目標(biāo)潮氣量，從而使所述呼氣拖尾時(shí)間處于特定閾值量之上。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中，所述閾值量為0.5秒。
43.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，基于所計(jì)算出的所述基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)來(lái)計(jì)算所述基于時(shí)間的目標(biāo)參數(shù)。
44.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，基于所述基于時(shí)間的目標(biāo)參數(shù)來(lái)計(jì)算所述基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)。
45.一種用于控制和調(diào)節(jié)供應(yīng)給患者的呼吸氣體的系統(tǒng)，包括 用于確定患者的呼吸氣流的至少一個(gè)特征的模塊； 用于基于所述患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征來(lái)計(jì)算所述患者的呼吸周期的至少一部分的基于時(shí)間的參數(shù)的模塊； 用于基于所述患者的呼吸氣流的所述至少一個(gè)特征來(lái)計(jì)算基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)的模塊；以及 用于向所述患者遞送所計(jì)算出的基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)的模塊。
全文摘要
一種用于控制和調(diào)節(jié)提供給患者的呼吸氣體的系統(tǒng)，包括向患者提供呼吸氣體的壓力發(fā)生器系統(tǒng)和用于向患者遞送呼吸氣體的患者回路。所述系統(tǒng)包括與所述患者回路耦合，從而將氣體流傳輸至患者的氣道的接口裝置。傳感器探測(cè)指示遞送至患者的呼吸氣體流的參數(shù)。與所述傳感器和所述壓力發(fā)生器系統(tǒng)耦合的控制器測(cè)量患者的呼吸氣流的至少一個(gè)特征，并基于所述的患者呼吸氣流的至少一個(gè)特征來(lái)計(jì)算要遞送至患者的基于呼吸幅度的目標(biāo)參數(shù)和患者呼吸周期的至少一部分的基于時(shí)間的目標(biāo)參數(shù)。
文檔編號(hào)A61M16/00GK102711889SQ201080061852
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月22日
發(fā)明者B·I·謝利, M·T·凱恩 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司