支持換氣的呼吸設備和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種向自主呼吸患者(2)提供支持換氣的方法。基于壓力(P)和／或流量(Φ)測量，來監(jiān)測壓力和／或流量，并且基于所監(jiān)測壓力(P)和／或流量(Φ)的變化來檢測患者(2)的用力吸氣或呼氣。當檢測到對用力吸氣或呼氣加以指示的所監(jiān)測壓力和／或流量的變化時，確定該變化的速率，并且用于計算對患者的呼吸道施加的壓力的適合變化率。通過根據(jù)如此確定的適合變化率改變所施加壓力，可以將吸氣期間的壓力上升時間和／或呼氣期間的壓力下降時間調節(jié)到患者需要，以確保有效率且舒適的換氣。
【專利說明】支持換氣的呼吸設備和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及根據(jù)權利要求1的前序用于向自主呼吸患者提供支持換氣的呼吸設備、根據(jù)權利要求8的用于向自主呼吸患者提供壓力支持換氣的方法、以及根據(jù)權利要求15的前序的計算機程序。
【背景技術】
[0002]進行呼吸機治療的自主呼吸患者可以感覺到壓力上升時間有時太慢且有時太快而引起的不適。在根據(jù)現(xiàn)有技術的多數(shù)呼吸設備中，系統(tǒng)的上升時間是固定并且由操作員來設定。
[0003]在現(xiàn)有技術中存在不同的壓力上升時間定義。壓力上升時間可以定義為將壓力從呼氣末正壓(PEEP)增大壓力或呼氣正壓(EPAP)增加到高位目標壓力所需的時間，有時被稱作吸氣目標壓力(ITP)或吸氣正壓(IPAP)。該壓力上升時間也可以定義為其間吸氣壓力增加了特定量的時間，例如，吸氣壓力從最大吸氣壓力的例如10%增加到90%的時間。無論如何定義，可以將壓力上升時間視為吸氣壓力增加速率的測量，即，呼吸設備在吸氣的初始階段增加對患者施加的正壓的速率。
[0004]類似地，壓力下降時間是呼氣壓力減小速率的測量，即，呼吸設備在呼氣期間減小患者呼氣壓力的速率。就像壓力上升時間一樣，壓力下降時間是對感知到的呼吸機治療舒適度的重要確定。
[0005]根據(jù)現(xiàn)有技術還存在提供可調節(jié)上升時間來提高患者舒適度和/或呼吸機治療效率的呼吸設備。
[0006]US6532960公開了一種支持雙級正呼吸道壓的設備和方法，其中從呼氣正壓到吸氣正壓的上升時間有壓力支持系統(tǒng)來自動控制。該設備對患者呼吸進行監(jiān)測，以監(jiān)測異常呼吸事件，例如，呼吸暫停、活動減退、上呼吸道受阻、打鼾或其他干擾，并且通過調節(jié)上升時間對檢測到的事件作出響應，以最大化患者舒適度。
[0007]US7137389公開了一種提供患者的呼吸循環(huán)中瞬間階段的確定的設備。該設備允許根據(jù)壓力波形向患者提供呼吸氣體，并且包括可以自動調節(jié)平滑壓力波形的上升時間的算法。
[0008]US2009 / 00007914公開了一種通過調節(jié)呼吸機的上升時間來降低或消除上呼吸道阻礙、受阻或不穩(wěn)定的呼吸機方法。這可以通過以下來實現(xiàn):連續(xù)地監(jiān)測呼吸氣流的吸氣部分的形狀并且在檢測到對存在上呼吸道阻礙、受阻或不穩(wěn)定加以指示的形狀時調節(jié)上升時間。
[0009]US2009 / 0020119公開了一種操作呼吸器的處理，使得能夠改善得了不同肺部疾病的患者的呼吸。該方法包括以下步驟:提供吸氣壓力/時間曲線，并且根據(jù)該壓力/時間曲線使呼吸氣體流入呼吸器中。可以通過時間常數(shù)來確定吸氣壓力/時間曲線的曲率，時間常數(shù)可以由醫(yī)生來設定或者存儲在呼吸器中?？梢酝ㄟ^衰退方法和/或阻塞方法或者本領域已知的任一氣體方法來確定時間常數(shù)。[0010]W02010 / 067236公開了一種向患者提供壓力支持的方法。根據(jù)與患者的吸氣時間相關聯(lián)的測量來調節(jié)呼氣正壓(EPAP)與吸氣正壓(IPAP)之間的上升時間。該測量可以是在一個或更多個呼吸循環(huán)上或者在預定時間段期間確定的平均吸氣時間。
[0011]US2006 / 070624公開了一種向患者的呼吸道傳遞具有實質上雙級壓力波形的吸氣壓力的壓力支持系統(tǒng)。該波形在IPAP級別和EPAP級別之間交替。從EPAP到IPAP的上升時間可以調節(jié)為最大化患者舒適度。在吸氣階段期間，測量吸氣流并且用于估計預測流，將預測流與期望目標流相比較。如果預測流超過目標流，則改變上升時間。
[0012]US5598838公開了一種允許上升時間的顯式控制來滿足患者舒適度的壓力支持呼吸機。呼吸機的操作者可以經(jīng)由控制面板來設定上升時間。將下降時間設置在上升時間的25%或者100毫秒中的較大者。
[0013]解決了在壓力控制支持呼吸換氣期間提高患者舒適度的問題的另一文獻是US6622726。該文獻公開了正呼吸道壓輔助設備，根據(jù)預設目標壓力來向患者提供氣體。該設備配置為以預定間隔確定患者呼吸暫停級別，并且基于確定的呼吸暫停級別來計算預設目標壓力以上的升壓。該設備還配置為在吸氣階段將壓力幅度增加到目標壓力以上的情況下提升壓力，并且在吸氣階段結束之前將壓力降回到目標壓力。
[0014]盡管這些文獻中提出了許多技術方案來改善患者舒適度和/或治療效率，但是仍希望進一步改善患者對壓力支持換氣的感知體驗。具體地，期望使治療適合于患者的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明的目的是改善支持換氣中的患者舒適度。
[0016]這些和其他目的通過一種向自主呼吸患者提供支持換氣的呼吸設備來實現(xiàn)，該設備包括:壓力調節(jié)裝置，用于調 節(jié)對患者的呼吸道施加的壓力；至少一個壓力和/或流量傳感器，用于獲得壓力和/或流量測量；以及控制單元，用于基于所述測量來監(jiān)測壓力和/或流量?？刂茊卧渲脼榛谒O(jiān)測壓力和/或流量的變化來監(jiān)測患者的用力吸氣或呼氣?？刂茊卧€配置為基于所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率來確定對患者施加的壓力的適合變化率，并且響應于所述用力吸氣或呼氣，根據(jù)所述適合變化率來控制壓力調節(jié)裝置改變所施加的壓力。
[0017]換言之，呼吸設備適合于監(jiān)測壓力和/或流量，并且當檢測到對用力吸氣或呼氣加以指示的所監(jiān)測壓力和/或流量的變化時，根據(jù)變化率來改變對患者施加的壓力，該變化率由觸發(fā)了所施加壓力的變化的壓力和/或流量的變化率來確定。
[0018]通過基于所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率來確定要對患者施加的壓力的變化率，可以使要對患者施加的壓力適合于患者對于呼吸氣體的瞬時需要。如果所監(jiān)測參數(shù)(即，壓力和/或流量)的變化率較高，則患者較強地用力吸氣或呼氣，并因此假定需要快速吸氣或呼氣。另一方面，如果所監(jiān)測參數(shù)的變化率較低，則患者較弱地用力吸氣或呼氣，因此呼吸設備提供了柔和且更延長的吸氣或呼氣。因此，使用使得所施加壓力的變化率始終適合于患者的用力吸氣或呼氣。從而，患者會經(jīng)歷有效率當仍溫和并舒適的支持換氣。
[0019]控制單元可以配置為，通過確定所監(jiān)測壓力和/或流量何時滿足一個或更多個條件來建立患者已經(jīng)用力吸氣或呼氣。條件可以是針對所監(jiān)測壓力和/或流量的閾值。也可以是針對所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率的閾值?？刂茊卧部梢耘渲脼閷λO(jiān)測壓力和/或流量的幅度以及所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率二者進行分析，并且使用它們來確定患者是否已經(jīng)用力吸氣或呼氣。
[0020]呼吸設備建立患者已經(jīng)用力吸氣或呼氣的時間點在下文中被稱作觸發(fā)點。該觸發(fā)點可以被稱為呼吸設備通知患者希望從一個呼吸階段到另一個呼吸階段(即，從吸氣階段到吸氣階段，反之亦然)的時間點。優(yōu)選地，呼吸設備配置為根據(jù)在觸發(fā)點處或就在觸發(fā)點之前基于所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率確定的變化率，在觸發(fā)點處或就在觸發(fā)點之后改變對患者施加壓力。
[0021]為此，控制單元可以配置為建立所監(jiān)測壓力和/或流量的變化超過第一預定閾值的第一時間點，以及所述變化超過第二預定閾值的第二時間點，第一預定閾值指示患者可能已經(jīng)開始用力吸氣或呼氣，第二預定閾值沿著患者已經(jīng)開始用力吸氣或呼氣。控制單元可以配置為基于第一和第二時間點之間經(jīng)過的時間來確定所施加壓力的適合變化率，該時間指示所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率并因此指示患者的用力吸氣或呼氣。
[0022]所監(jiān)測壓力和/或流量可以使至少一個壓力和/或流量傳感器所測量的壓力和/或流量。然而，所監(jiān)測壓力和/或流量也可以是控制單元基于至少一個壓力和/或流量傳感器接收到的測量而計算的壓力和/或流量。
[0023]在一個實施例中，所監(jiān)測壓力和/或流量是實質上對應于患者的呼吸道壓力的接近壓力。接近壓力可以由以Y分叉管(Y-piece)布置的壓力傳感器來測量，Y分叉管以本領域公知的方式將患者與呼吸設備連接。在該實施例中，控制單元可以使用同一傳感器來獲得壓力測量，以控制壓力調節(jié)裝置，使得獲得對患者施加的壓力的適合變化率。
[0024]在另一實施例中，所監(jiān)測壓力和/或流量是實質上對應于通過患者呼吸道的流量的接近流量。接近流量可以由Y分叉管布置的流量傳感器或者以呼氣線和/或呼氣線布置的一個或更多個流量傳感器來測量。監(jiān)測流量而不是壓力的優(yōu)點還在于，可以通過控制單元來檢測較弱的用力吸氣或呼氣，如果監(jiān)測壓力，則由于用力吸氣或呼氣所引起的壓力變化與所施加壓力相比非常小，因此難以檢測到用力吸氣或呼氣。
[0025]優(yōu)選地，控制單元配置為監(jiān)測壓力和流量二者，并且在確定要在觸發(fā)點處或就在觸發(fā)點之后對患者施加的壓力的適合變化率時使用壓力和/或流量的變化。
[0026]壓力或流量的變化率對應于壓力或流量曲線的導數(shù)。因此，呼吸設備可以適合于基于在觸發(fā)點處或就在觸發(fā)點之前所監(jiān)測壓力和/或流量的導數(shù)來確定要在觸發(fā)點處或就在觸發(fā)點之后對患者施加的壓力曲線的導數(shù)。在下文中，對患者的用力吸氣或呼氣加以指示的所監(jiān)測壓力和/或流量的一部分有時被稱作患者用力指示符(PEI)。如果PEI指示患者的用力吸氣，則PEI將稱作PEIinsp，而如果PEI指示患者的用力呼氣，則PEI被稱作PEIexp。
[0027]因此，根據(jù)本發(fā)明的呼吸設備可以適合于傳統(tǒng)意義的患者觸發(fā)的支持換氣，即，當檢測到對患者的用力吸氣/呼氣加以指示的所監(jiān)測壓力和/或流量的變換時開始增加/減小對患者施加的壓力。然而，根據(jù)本發(fā)明的呼吸設備還適合于增強類型的患者觸發(fā)壓力支持換氣，其中，壓力增加/減小的速率適合于患者的用力吸氣/呼氣。
[0028]呼吸設備可以適合于在壓力支持模式和容量支持模式中的任一模式或兩個模式下提供患者觸發(fā)的支持換氣。
[0029]在壓力支持模式下，在吸氣期間，呼吸設備增加對患者呼吸道施加的壓力，直到達到特定目標壓力。典型地，這通過以下來實現(xiàn):測量實質上對應于患者呼吸道壓力的接近壓力，并且增加對患者呼吸道施加的壓力，直到接近壓力達到預設目標壓力為止。然后保持該目標壓力，直到檢測到患者的用力呼氣為止。在呼氣期間，呼吸設備減小壓力，直到達到通常被稱作呼氣末正壓(PEEP)的預設呼氣目標壓力為止。
[0030]在容量支持模式下，在吸氣期間，呼吸設備增加對患者呼吸道施加的壓力，直到已經(jīng)對患者提供了呼吸氣體的特定目標容量(預設潮流氣量)為止。這可以通過以下來實現(xiàn):例如通過按照Y分叉管或吸氣線的流量傳感器測量對患者提供的流量，并且對流量進行積分以技術所提供的呼吸氣體的容量。通常，容量支持模式僅提供患者觸發(fā)吸氣。呼氣階段通常不由患者發(fā)起，而是典型地在遞送預設潮流氣量時開始。然而，也可以在容量支持模式下提供患者觸發(fā)呼氣。例如，呼吸設備可以配置為在已經(jīng)遞送了預設潮流氣量時中斷向患者提供呼吸氣體的流量，并且在該時間點例如通過調節(jié)呼吸設備的呼氣閥來保持患者呼吸道的壓力。在檢測到患者的用力吸氣之前，可以保持這種吸氣末壓(可以隨著呼吸而變化)。在呼氣期間，呼吸設備可以配置為減小對患者呼吸道施加的壓力，直到達到預設呼氣末目標壓力，或者已經(jīng)呼出特定容量的呼出氣體為止。
[0031]在壓力模式和容量模式二者中，可以根據(jù)上述原理來確定吸氣期間的壓力增加速率和/或呼氣期間的壓力減小速率。
[0032]呼吸設備可以配置為在呼氣階段的最后階段期間檢測所監(jiān)測壓力和/或流量的變化，這種變化指示患者的用力吸氣，并且通過以基于用力吸氣所引起的所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率而確定的速率來增加對患者施加的壓力，以支持吸氣。這意味著，呼吸設備適合于基于呼氣階段的最終階段期間所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率，確定應當增大吸氣壓力的速率，即，吸氣壓力增加速率。
[0033]同樣，呼吸設備可以配置為檢測吸氣階段的最后階段期間所監(jiān)測壓力和/或流量的變化，該變化指示患者的用力呼氣，并且通過以基于用力呼氣所引起的所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率而確定的速率減小對患者施加的壓力，以支持呼氣。這意味著，呼吸設備適合于基于吸氣階段的最后階段期間的所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率，確定應當減小呼氣壓力的速率，即，呼氣壓力減小速率。
[0034]參照背景部分，這意味著呼吸設備可以配置為，基于在觸發(fā)點或就在觸發(fā)點之前所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率來調節(jié)壓力上升施加和壓力下降時間的中的任一時間或二者。
[0035]優(yōu)選地，呼吸設備配置為在每一次呼吸時計算適合的吸氣壓力增加速率和/或呼氣壓力減小速率。這意味著，基于觸發(fā)了特定吸氣階段的所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率(即，基于緊鄰吸氣階段之前呼氣階段的最后階段期間所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率)來計算任一給定吸氣階段的壓力增加速率。同樣，對于呼氣階段，可以基于觸發(fā)特定呼氣階段的變化率來計算適合的呼氣壓力減小速率。
[0036]所施加壓力的適合變化率可以是恒定的或可變的。恒定的吸氣壓力增加速率意味著,吸氣壓力曲線具有恒定正斜率，而可變吸氣壓力增加速率意味著吸氣壓力曲線是彎曲的。同樣，恒定呼氣壓力減小速率意味著呼氣壓力曲線具有恒定的負斜率。
[0037]在本發(fā)明的示例實現(xiàn)方式中，呼吸設備可以配置為計算所施加壓力的恒定變化率，該變化率與所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率成比例。采用吸氣階段作為示例，上述可以通過以下來實現(xiàn):確定對在吸氣觸發(fā)點處或就在吸氣觸發(fā)點之前所監(jiān)測壓力和/或流量的第一斜率加以指示的導數(shù)，并且在吸氣觸發(fā)點或就在吸氣觸發(fā)點之后施加吸氣壓力，吸氣壓力遵照具有與所述第一斜率成比例的恒定斜率的曲線。換言之，呼吸設備可以配置為計算具有恒定導數(shù)的吸氣壓力增加曲線，該恒定導數(shù)與PEIinsp的導數(shù)成比例。然而，在所施加壓力的適合變化率與所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率之間不需要存在數(shù)學關系。呼吸設備可以配置為存儲查找表，其中，所監(jiān)測壓力和/或流量的不同變化率與所施加壓力的不同適合變化率相關聯(lián)。呼吸設備可以配置為確定所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率，在查找表中查找哪個所施加壓力的適合變化率與所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率相關聯(lián)，并且根據(jù)適合的變化率改變所施加壓力。
[0038]在另一示例實施例中，呼吸設備配置為還基于所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率中的至少一個變化來確定所施加壓力中的適合變化率。這意味著，呼吸設備可以配置為在觸發(fā)點或就在觸發(fā)點之前所監(jiān)測壓力和/或流量曲線的二階導數(shù)，即，PEIinsp或PEIexp的二階導數(shù)，并且還使用該二階導數(shù)來確定所施加壓力的適合變化率。上述優(yōu)點在于，PEI的二階導數(shù)揭示了患者的用力吸氣或呼氣的重要信息，例如，患者的用力吸氣或呼氣是否隨著時間而增加或減小。[0039]呼吸設備還可以配置為計算對患者施加的壓力的可變變化率。例如，控制單元可以配置為控制壓力調節(jié)裝置在呼氣階段結束處保持實質上恒定的呼氣目標壓力級別，并且在吸氣階段的結束處保持比上述呼氣目標壓力級別更高的實質上恒定吸氣目標壓力級別，并且計算在吸氣階段的初始階段中加速和/或在接近所述吸氣目標壓力級別時減速的可變吸氣壓力增加速率。這獲得更平滑且不突然的壓力支持換氣，因此還提高了呼吸機治療的舒適度。呼吸設備可以配置為以類似的方式計算加速和/或減速的呼氣壓力減小速率。
[0040]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，呼吸設備配置為確定在觸發(fā)點之前時間的壓力的適合變化率，以便能夠在檢測到觸發(fā)點時隨著適合變化率直接改變所施加壓力，而不必在檢測到觸發(fā)點之后確定適合變化率。上述優(yōu)點在于，呼吸設備會對患者的用力吸氣或呼氣做出更快的響應，并且因此進一步提高治療的舒適度。
[0041]上述目標也可以通過一種向自主呼吸患者提供支持換氣的方法來實現(xiàn)。該方法包括以下步驟:
[0042]-基于通過至少一個壓力和/或流量傳感器獲得的壓力和/或流量測量，來監(jiān)測壓力和/或流量；
[0043]-基于所監(jiān)測壓力和/或流量的變化來檢測患者的用力吸氣或呼氣；
[0044]-基于所監(jiān)測壓力和/或流量的變化率來確定對患者的呼吸道施加的壓力的適合變化率；并且
[0045]-響應于所述用力吸氣或呼氣，根據(jù)所述適合變化率來改變所施加壓力。
[0046]上述目標也可以通過一種計算機程序來實現(xiàn)，該計算機程序包括當由呼吸設備中的處理自主執(zhí)行時使所述呼吸設備執(zhí)行上述方法的計算機可讀代碼。
[0047]計算機程序可以存儲在數(shù)字存儲介質上，例如，所述呼吸設備的內(nèi)部存儲器、硬盤驅動器、CD ROM等。
[0048]計算機程序可以安裝在現(xiàn)有呼吸設備上，以使得它們能夠執(zhí)行上述方法。
[0049]呼吸設備、方法和計算機程序的更多有利實施例可以在下文的詳細描述中描述。【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]當結合以下簡要描述的附圖考慮時通過參考以下詳細描述獲得本文公開的本發(fā)明的更完整認識并同時使得本發(fā)明更容易理解，在附圖中，相同的附圖標記用于表示相同的功能元件。
[0051]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的呼吸設備；
[0052]圖2-6均示出了壓力曲線和壓力曲線的一部分以及控制原理，該原理基于在觸發(fā)點處和/或在觸發(fā)點之前所監(jiān)測壓力的變化率控制在觸發(fā)點處或在觸發(fā)點之后要對患者呼吸道施加的壓力的變化率；
[0053]圖7和8分別示出了在較強和較弱呼吸期間獲得壓力和流量曲線；以及；
[0054]圖9A-B和10A-B是示出了根據(jù)本發(fā)明方法的示例實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0055]圖1示出了呼吸機形式的呼吸設備1，用于向自主呼吸患者2(通過一對肺示出)提供支持換氣。呼吸設備I配置為在壓力支持模式或容量支持模式下操作。
[0056]呼吸設備I包括:壓力調節(jié)裝置3，布置為向患者2的呼吸道施加壓力。呼吸設備I還包括:至少一個壓力和/或流量傳感器4a_4c，用于獲得壓力和/或流量測量。此外，呼吸設備包括:控制單元5，用于基于壓力和/或流量傳感器4a_4c獲得的壓力和/或流量測量來監(jiān)測壓力，并且基于所監(jiān)測壓力和/或流量來控制壓力調節(jié)裝置3。
[0057]在該實施例中，壓力調節(jié)裝置3包括:可控吸氣閥3a，用于調節(jié)吸氣期間對患者2的呼吸道施加的壓力；以及可控呼氣閥3b，用于調節(jié)呼氣期間對患者2的呼吸道施加的壓力。應當認識到，壓力調節(jié)裝置3能夠以許多不同方式來實現(xiàn)。例如，吸氣閥3a可以換為吹風機或能夠對患者呼吸道施加受控壓力的任一其他裝置。
[0058]在吸氣期間，控制單元5控制吸氣閥3a通過調節(jié)經(jīng)由吸氣線6對患者提供的呼吸氣體的流量，調節(jié)對患者2的呼吸道施加的壓力。呼吸設備I還包括:氣體混合裝置7，耦合至一個或更多各個內(nèi)部或外部氣體源8a-8c，以提供加壓的呼吸氣體。
[0059]在呼氣期間，控制單元5控制呼氣閥3a通過調節(jié)經(jīng)由呼氣線9患者呼出的呼出氣體的流量，來調節(jié)對患者2的呼吸道施加的壓力。呼出氣體然后通過呼吸設備I的排氣口10排放到環(huán)境空氣或凈化系統(tǒng)。壓力和/或流量傳感器4a_4c的設置可以根據(jù)呼吸設備I的預期功能而改變。呼吸設備I應當包括:至少一個壓力和/或流量，可操作于測量對患者的用力吸氣和/或呼氣加以指示的壓力和/或流量。單個壓力或流量傳感器位于將吸氣線6與呼氣線9相連的Y分叉管11中，其中患者連接器12足以實現(xiàn)本發(fā)明。然而，為了呼吸設備I在壓力支持模式和容量支持模式二者下操作，并且為了還感測患者吸氣或呼氣做出的較弱用力，可以需要更多傳感器。
[0060]在優(yōu)選實施例中，呼吸設備包括:壓力傳感器4a，布置在Y分叉管11中或者接近Y分叉管11布置，以測量實質上對應于患者2的呼吸道壓力的接近壓力；以及兩個流量傳感器4b和4c，分別布置在吸氣線6和呼氣線9中，以測量患者2吸入和呼出的氣體的流量。盡管附圖中未示出，但是應當認識到傳感器4a-4c連接至控制單元5，以便控制單元基于通過傳感器4a-4c直接可獲得的和/或控制單元5從所測量值可導出的壓力和/或流量來控制壓力調節(jié)裝置3。
[0061]如以下進一步描述的，控制單元5配置為檢測患者2期望從一個呼吸階段到另一呼吸階段(即，從吸氣到呼氣，反之亦然)的時間，并且相應地切換呼吸階段。這意味著，呼吸設備5適合于患者觸發(fā)支持換氣。然而，控制單元5還可操作于通過建立患者2是否看起來期望快速或慢速吸氣/呼氣，支持新穎且增強類型的患者觸發(fā)支持換氣，并且控制呼吸設備I的功能滿足患者的需要。
[0062]為此，控制單元5配置為基于至少一個傳感器4a_4c獲得的壓力和/或流量來監(jiān)測壓力和/或流量，并且基于所監(jiān)測壓力和/或流量的變化來檢測患者2的用力吸氣和呼氣?；谒O(jiān)測壓力和/或流量的變化率，控制單元5確定針對施加于患者呼吸道的壓力的適合變化率，即，目標變化率，并且響應于所述用力吸氣或呼氣，控制壓力調節(jié)裝置3根據(jù)所確定的適合變化率，改變所施加壓力(即，對患者呼吸道施加的壓力)。典型地，該功能通過控制單元5中的存儲器13中存儲的計算機程序來提供，計算機程序在由控制單元5的處理器14執(zhí)行時使控制單元執(zhí)行上述動作。計算機程序還可以安裝在外部計算機上，外部計算機可以與呼吸設備I的控制單元5連接以使控制單元執(zhí)行所述動作，從而使得呼吸設備I能夠提供本文描述的增強類型的患者觸發(fā)支持換氣。
[0063]現(xiàn)在參照圖2至8，描述了示例實施例，示出了所監(jiān)測壓力或流量如何用于通過將吸氣和呼氣壓力曲線(即，在吸氣和呼吸期間分別對患者呼吸道施加的壓力)適應于患者需要來實現(xiàn)上述增強的患者觸發(fā)支持換氣。在描述圖2至8時，同時參照圖1的呼吸設備1。
[0064]圖2示出了下文中簡單稱作壓力曲線的壓力/時間曲線，該曲線表示與經(jīng)歷壓力支持換氣的患者的呼吸道壓力實質上相對應的所測量或所計算的壓力。例如，該壓力可以是呼吸循環(huán)期間壓力傳感器4a測量的接近壓力。這里，可以看出，呼吸設備I的控制單元5適合于控制壓力調節(jié)裝置3在呼氣階段結束處保持實質上恒定的呼氣目標壓力級別，或者呼氣末正壓(PEEP)，并且在吸氣階段結束處將壓力保持在實質上恒定吸氣目標壓力(ITP)。PEEP和ITP級別可以由呼吸設備I的操作員來設定，或者由控制單元5基于患者相關參數(shù)和/或所測量值來計算。
[0065]在特定時間點，Startinsp，在呼氣的最后階段，患者用力吸氣。用力吸氣引起所監(jiān)測壓力的變化。在這種該壓力是呼吸設備I的Y分叉管11中測量的接近壓力的情況下，所監(jiān)測壓力變化是壓力減小。呼吸設備的控制單元5配置為確定所監(jiān)測壓力何時滿足吸氣觸發(fā)條件，并且何時滿足吸氣觸發(fā)條件，通過增加對患者2的呼吸道施加的壓力來開始吸氣階段?？刂茊卧?檢測到滿足吸氣觸發(fā)條件的時間點TPinsp是吸氣觸發(fā)點。如以下更詳細描述的，吸氣觸發(fā)條件例如是所監(jiān)測壓力的閾值。
[0066]因此，當控制單元5可以驗證患者已經(jīng)用力吸氣時，控制單元5通過增加對患者2的呼吸道施加的壓力來支持吸氣嘗試?？刂茊卧?還配置為基于在吸氣觸發(fā)點TPinsp或者就在觸發(fā)點之前的壓力減小速率來確定壓力增加速率，其中，壓力減小是由患者的用力吸氣引起的。為此，控制單元5配置為對患者2開始吸氣的時間點Startinsp與控制單元5建立患者已經(jīng)用力吸氣的吸氣觸發(fā)點TPinsp之間的壓力曲線段進行分析，并且基于該壓力曲線段的斜率和/或曲率來確定吸氣壓力增加速率。因此，控制單元5使用患者2開始吸氣的時間點Startinsp與吸氣觸發(fā)點TPinsp之間的壓力曲線段(可能包括一個或兩個端點)作為患者用力吸氣的指示符，并且在下文中被稱作PEIinsp或PEIinsp曲線，其中，PEI是患者用力指不符的縮與。
[0067]類似地，在吸氣的最終階段，患者在時間點Startraip.用力呼氣。在壓力是在呼吸設備I的Y分叉管11中測量的接近壓力的情況下，用力呼氣可以引起所監(jiān)測壓力的增加。呼吸設備I的控制單元5配置為確定所監(jiān)測壓力何時滿足呼氣觸發(fā)條件并且何時滿足呼氣觸發(fā)條件，通過減小對患者2的呼吸道施加的壓力來開始呼出階段?？刂茊卧?檢測到滿足呼氣觸發(fā)條件的時間點TPraip是呼氣觸發(fā)點。例如，呼氣觸發(fā)條件也可以是所監(jiān)測壓力的閾值。
[0068]在檢測到呼氣觸發(fā)點TPexp時，控制單元5通過減小對患者2的呼吸道施加的壓力來從吸氣階段切換到呼氣階段，以支持患者做出的呼氣嘗試?？刂茊卧?配置為基于在呼氣觸發(fā)點TPraip或就在呼氣觸發(fā)點之前的壓力增加速率,確定壓力減小速率,其中壓力增加是由患者的用力呼氣引起的。按照與確定吸氣壓力曲線的方式類似的方式，控制器單元5對患者2開始呼氣的時間點Startexp與控制器單元5驗證患者實際已經(jīng)用力呼氣的呼氣觸發(fā)點TPexp之間的壓力曲線段進行分析，并且基于該壓力曲線段的斜率和/或曲率來確定呼氣壓力減小速率。因此,控制單元5使用患者2開始呼氣的時間點Startraip與呼氣觸發(fā)點TPexp之間的壓力曲線段(可能包括一個或兩個端點)作為患者用力呼氣的指示符，并且在下文中被稱作PEIexp，或PEIexp曲線。
[0069]同時參照圖1、2和3，這意味著呼吸設備2的控制單元5適合于基于PEIinsp曲線的斜率和/或曲率來確定吸氣壓力曲線(IPC)的斜率和/或曲率，并且基于PEIexp曲線的斜率和/或曲率來確定呼氣壓力曲線(EPC)的斜率和/或曲率。
[0070]控制單元5配置為對PEIinsp和PEIexp曲線進行分析，并且針對每個曲線確定對所監(jiān)測量的變化率加以指示的至少一個值，在該示例中，所監(jiān)測量是實質上對應于患者2的呼吸道壓力的接近壓力。控制單元5然后基于所述值計算適合的吸氣壓力增加速率以及適合的呼氣壓力減小速率，并且控制壓力調節(jié)裝置3利用所述適合的吸氣壓力增加速率和所述適合的呼氣壓力減小速率來增加呼氣壓力并且減小呼氣壓力。
[0071]基于上述值，控制單元5可以適合于確定基本吸氣壓力增加速率kbasi。insp，以及基本呼氣壓力減小速率kbasi。6XP?？刂茊卧?還可以適合于控制壓力調節(jié)裝置3調節(jié)對患者呼吸道施加的吸氣壓力，使得吸氣壓力曲線變得適于基本吸氣壓力增加速率kbasic;insp。這意味著，吸氣壓力曲線具有與基本吸氣壓力增加速率kbasi。insp相對應的平均斜率。同樣，可以調節(jié)呼氣壓力曲線，使得其平均斜率對應于基本呼氣壓力減小速率kbasi。
[0072]在一個實施例中，吸氣和呼氣壓力曲線可以是實質上線性的,意味著吸氣壓力增加速率和呼氣壓力減小速率是實質上恒定的，并且分別等于基本吸氣壓力增加速率kbasic_insp和基本呼氣壓力減小速率kbasi。<[0073]然而，為了使得呼吸階段之間的過渡更平滑并且對于患者2更舒適，吸氣和呼氣壓力曲線優(yōu)選地是平滑曲線。這意味著對患者呼吸道施加的壓力變化率優(yōu)選地在吸氣和呼氣的初始階段中加速，并且當分別接近吸氣目標壓力級別和PEEP級別時減速。
[0074]在圖3中所示的示例實施例中,控制單元5適合于在檢測到吸氣觸發(fā)點TPinsp時，控制壓力調節(jié)裝置3在特定時間段tacx insp內(nèi)對具有加速壓力增加速率的患者2的呼吸道施加壓力。該時間段tacx_insp可以是呼吸設備I的操作者預設或者控制單元5基于PEIinsp的斜率和/或曲率計算的參數(shù)。按照相同方式，針對呼氣初始階段期間壓力減小速率的加速的時間段ta。。6XP可以是預設參數(shù)或者由控制單元5基于PEI6xp的斜率和/或曲率計算的參數(shù)。分別對于吸氣和呼氣期間壓力增加和減小的變化率的加速，同樣應用時間段tdM。。_、
^deacc exp °
[0075]吸氣和呼氣壓力曲線也可以具有其他形狀。例如，在分別檢測到用力吸氣和呼氣之后對患者施加的吸氣壓力和呼氣壓力可以由多項式或指數(shù)函數(shù)來確定。圖4示出了呼吸設備I的控制單元5配置為確定多項式吸氣和呼氣壓力曲線的實施例。例如呼吸設備I的控制單元5可以配置為基于PEIinsp的斜率和/或曲率來確定基本吸氣壓力增加速率tacx_insp,，并且將多項式吸氣壓力曲線擬合到基本吸氣壓力增加速率。可以添加角度和/或曲率約束作為曲線擬合計算中的最終條件，以確保從PEEP級別到ITP級別的平滑過渡。同樣，可以基于級別呼氣壓 力減小速率kbasi。_連同最終條件一起計算多項式呼氣壓力曲線，以確保從ITP級別到PEEP級別的平滑過渡。在所示的情況下，吸氣壓力曲線是三次多項式曲線，而呼氣壓力曲線是二次多項式曲線。
[0076]圖5示出了呼氣最后階段和吸氣最后階段期間圖3中所示的壓力曲線。沿著壓力曲線的點示出了經(jīng)采樣的壓力值，由圖1中所示的呼吸設備I的壓力傳感器4a獲得并且由控制單元5記錄。
[0077]在呼氣最后階段期間，控制單元5將每個采樣壓力值與第一壓力閾值Pstart相比較。在第一時間點h，采樣壓力值P1降到第一壓力閾值Pstart以下，向控制單元5指示患者2可以開始用力吸氣。在該示例實施例中，觸發(fā)條件PfeiggOT是第二壓力閾值。在第二時間點t2，另一采樣壓力值P2降到第二壓力閾值Ptrigger以下，向控制單元5指示壓力下降實際上看起來由患者用力吸氣引起。因此，該第二時間t2對應于吸氣觸發(fā)點TPinsp。
[0078]在本發(fā)明的一個實施例中，控制單元5可以配置為通過計算PEIinsp曲線的斜率kPEI_insp將所監(jiān)測壓力的變化率確定為:
[0079]kPEI_insp = (P2-P1) / (t2ti)(I)
[0080]然后，控制單元5可以基于如此確定的斜率kPEI insp確定在吸氣觸發(fā)點TPinsp或者就在吸氣觸發(fā)點之后對患者2的呼吸道施加的適合的壓力增加速率。例如,控制單元5可以確定與PEIinsp曲線的斜率kPEI insp成比例的適合的基本吸氣壓力增加速率kbast。insp，并且控制壓力調節(jié)裝置3，使得向吸氣壓力曲線給出與所述適合的基本吸氣壓力增加速率kbasi。insp相對應的平均斜率。
[0081]在另一實施例中，控制單元5可以存儲查找表，其中，PEIinsp曲線的斜率kPEI_insp的值的不同范圍與不同的基本吸氣壓力增加速率kbasi。insp相關聯(lián)，并且控制器單元5選擇適合的壓力增加速率作為與包括計算的斜率值kPEI insp的范圍相關聯(lián)的基本吸氣壓力增加速率k
j^basicjnsp0
[0082]圖6示出了 PEIinsp曲線的外觀的另一示例。這里可以看出PEIinsp曲線是非線性地并且略微凸起。凸PEIinsp曲線可以是患者的用力吸氣隨時間增加的指示。同樣在圖5中，沿著壓力曲線的點示出了采樣壓力值，由圖1中所示的呼吸設備I的壓力傳感器4a獲得，并且由控制單元5記錄。一些采樣由Stl-S4表示。
[0083]在該實施例中，控制單元5配置為連續(xù)地(即，重復地)計算所監(jiān)測壓力的當前變化率。對于每個記錄的采樣，這可以通過計算所記錄壓力值與一個或更多個先前記錄的壓力值之間的直線的斜率來實現(xiàn)。例如，當控制單元5記錄了具有降到第一閾值Pstart以下的壓力值的采樣S1時，控制單元5可以計算通過當前記錄的采樣S1與先前記錄的采樣S。的壓力值的直線的斜率K。當控制單元5記錄下一個采樣S2時，控制單元5計算該采樣S2的壓力值與先前記錄的采樣S1的壓力值之間的直線的斜率k2，以此類推。因此如此計算的斜率k1-k3是沿著曲線的多個點處PEIinsp曲線的一階導數(shù)的近似。
[0084]控制單元5還可以配置為針對每個記錄的采樣計算適合的速率，即，適合的吸氣壓力增加速率，在檢測到吸氣觸發(fā)點TPinsp時對患者呼吸道施加的壓力應當隨著該適合的速率而增加。為了計算適合的吸氣壓力增加速率，控制單元5可以使用斜率值匕-匕的任一組合。例如，控制單元5可以適合于將PEIinsp曲線的平均斜率計算為所述斜率的均值，并且計算與所述平均斜率成比例的適合的基本吸氣壓力增加速率kbasi。_ (對應于圖3至5任一幅圖中的kbasi。insp)。如上所述，控制單元5然后可以控制壓力調節(jié)裝置3根據(jù)如此確定的適合的基本吸氣壓力增加速率在吸氣觸發(fā)點TPinsp處或就在吸氣觸發(fā)點之后增加吸氣壓力。
[0085]優(yōu)選地，控制單元5還配置為計算對PEIinsp曲線的二階導數(shù)加以指示的一個或更多個值，并且在計算適合的吸氣壓力增加速率時使用該值或這些值。這可以通過將斜率krk3彼此相比較來實現(xiàn)。例如，控制單元5可以在具有預定的第一和第二斜率值Ic1和k2時，將對PEIinsp的二階導數(shù)加以指示的值作為這些斜率值之間的差值(例如名-10。通過建立PEIinsp的一階導數(shù)的趨勢，控制單元5因此可以獲取與PEIinsp的曲率(即，二階導數(shù))有關的信息，并從而確定患者的用力吸氣看起來隨時間增加還是減小?？刂茊卧?還可以配置為在計算適合的吸氣壓力增加速率時考慮PEIinsp曲線的高階導數(shù)。
[0086]如果PEIinsp曲線是凸起的，則指示患者的用力吸氣隨時間增加，控制單元5可以增加吸氣壓力增加速率，以例如通過計算適合的吸氣壓力增加速率將其調節(jié)到患者需要，如果發(fā)現(xiàn)PEIinsp曲線是線性的則適合的吸氣壓力增加速率略高。按照類似的方式，如果PEIinsp曲線的曲率是凹陷的 ，則控制單元5可以計算適合的吸氣壓力增加速率，如果發(fā)現(xiàn)PEIinsp曲線是線性的，則適合的吸氣 壓力增加速率略低。
[0087]因此，呼吸設備I的控制單元5可以配置為根據(jù)在吸氣觸發(fā)點處TPinsl^P /或就在吸氣觸發(fā)點之前所監(jiān)測壓力及其導數(shù)，來計算要在吸氣觸發(fā)點處或就在吸氣觸發(fā)點之后要對患者2的呼吸道施加的吸氣壓力。這意味著吸氣壓力曲線(IPC)可以表示為:
【權利要求】
1.一種向自主呼吸患者(2)提供支持換氣的呼吸設備(1)，包括: -壓力調節(jié)裝置(3)，用于調節(jié)對患者(2)的呼吸道施加的壓力； -至少一個壓力和/或流量傳感器(4a_4c)，用于獲得壓力和/或流量測量；以及-控制單元(5)，用于基于所述壓力和/或流量測量來監(jiān)測壓力(P)和/或流量(O)，控制單元(5)配置為基于所監(jiān)測壓力和/或流量的變化來檢測患者(2)的用力吸氣或呼氣， 其特征在于，控制單元(5)還配置為: -基于所監(jiān)測壓力⑵和/或流量(O)的變化率來確定對患者⑵施加的壓力的適合變化率，并且 -響應于所述用力吸氣或呼氣，根據(jù)所述適合變化率來控制壓力調節(jié)裝置(3)改變所施加壓力。
2.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的呼吸設備(I)，其中，控制單元(5)配置為確定所施加壓力的適合變化率，并且控制壓力調節(jié)裝置(3)在每次呼吸時根據(jù)所述適合變化率來改變所施加壓力。
3.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的呼吸設備(I)，其中，控制單元(5)配置為在檢測到觸發(fā)點(TPinsp、TPexp)時根據(jù)所述適合變化率改變所施加壓力，并且在檢測到所述觸發(fā)點之前確定所施加壓力的適合變化率。
4.根據(jù)前述權利要 求中任一項所述的呼吸設備(I)，其中，控制單元(5)配置為還基于所監(jiān)測壓力(P)和/或流量(O)的變化率的改變來確定所施加壓力的適合變化率。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的呼吸設備(I)，其中，控制單元(5)配置為控制壓力調節(jié)裝置(3)在呼氣階段結束處施加實質上恒定的呼氣目標壓力級別(PEEP)，并且在吸氣階段結束處施加實質上恒定的吸氣目標壓力級別(ITP)，并且根據(jù)所述適合變化率改變呼氣目標壓力級別(PEEP)與吸氣目標壓力級別(ITP)之間的所施加壓力。
6.根據(jù)權利要求5所述的呼吸設備(I)，其中，控制單元(5)配置為確定所施加壓力的適合變化率，所述適合變化率隨時間變化并且在吸氣或呼氣階段的初始階段的第一時間段(tacc)期間加速并且在吸氣或呼氣階段的初始階段的第二時間段(tdM。。)期間減速。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的呼吸設備(I)，其中，控制單元(5)配置為確定所施加壓力的適合變化率的基本值OwicanspAbasic^xp),將壓力曲線(IPC、EPC)擬合到具有與所述基本值(kbasic_insp、kbasic_exp)相對應的斜率的直線，并且根據(jù)所述壓力曲線(IPC、EPC)改變所施加壓力。
8.一種向自主呼吸患者(2)提供支持換氣的方法，包括以下步驟: -調節(jié)對患者(2)的呼吸道施加的壓力； -基于壓力(P)和/或流量(O)測量，來監(jiān)測壓力和/或流量； -基于所監(jiān)測壓力(P)和/或流量(O)的變化來檢測患者(2)的用力吸氣或呼氣； 其特征在于以下步驟: -基于所監(jiān)測壓力⑵和/或流量(O)的變化率來確定對患者⑵的呼吸道施加的壓力的適合變化率；并且 -響應于所述用力吸氣或呼氣，根據(jù)所述適合變化率來改變所施加壓力。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中，所述方法在每次呼吸時執(zhí)行。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的方法，包括以下步驟:檢測對患者(2)已經(jīng)用力吸氣或呼氣加以指示的觸發(fā)點(TPinspJPraip)，并且在檢測到所述觸發(fā)點時改變所施加壓力，在檢測所述觸發(fā)點之前確定所施加壓力的適合變化率。
11.根據(jù)權利要求8至10中任一項所述的方法，其中，還基于所監(jiān)測壓力(P)和/或流量(O)的變化率的改變來確定所施加壓力的適合變化率。
12.根據(jù)權利要求8至11中任一項所述的方法，包括以下步驟: -在呼氣階段結束處施加實質上恒定的呼氣目標壓力級別(PEEP)； -在吸氣階段結束處施加實質上恒定的吸氣目標壓力級別(ITP)； -根據(jù)所述適合變化率改變呼氣目標壓力級別(PEEP)與吸氣目標壓力級別(ITP)之間的所施加壓力。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，改變所施加壓力，使得所述變化率在吸氣或呼氣階段的初始階段的第一時間段(ta。。)期間加速并且在吸氣或呼氣階段的初始階段的第二時間段(tdea。。)期間減速。
14.根據(jù)權利要求8至13中任一項所述的方法，還包括以下步驟: -確定所施加壓力的適合變化率的基本值(KasicjnsPkbasic^xp)； -將壓力曲線(IPC、EPC)擬合到具有與所述基本值相對應的斜率的直線；并且 -根據(jù)所述壓力曲線(IPC、`EPC)改變所施加壓力。
15.一種計算機程序，其特征在于，包括計算機可讀代碼裝置，在由呼吸設備(I)中的處理裝置(14)執(zhí)行時使呼吸設備(I)執(zhí)行根據(jù)權利要求8至14中任一項所述的方法。
【文檔編號】A61M16/00GK103608062SQ201180070987
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2011年3月18日 優(yōu)先權日:2011年3月18日
【發(fā)明者】卡爾-艾瑞克·托里, 米亞·斯科德 申請人:馬奎特緊急護理公司