用于估計(jì)機(jī)械通氣患者的呼吸驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)和相應(yīng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于估計(jì)機(jī)械通氣患者的呼吸驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)和相應(yīng)的方法。更具體地， 為了將該呼吸驅(qū)動(dòng)分配成與化學(xué)驅(qū)動(dòng)和/或肌肉驅(qū)動(dòng)相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)組成部分，所述化 學(xué)驅(qū)動(dòng)即由于化學(xué)感受器響應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，所述肌肉驅(qū)動(dòng)即呼吸肌例如橫隔膜的收縮。
【背景技術(shù)】
[0002] 住在重癥監(jiān)護(hù)病房的患者通常會(huì)接受對(duì)他們的通氣的機(jī)械支持。選擇機(jī)械通氣的 適當(dāng)水平是重要的，并且已經(jīng)表明，適當(dāng)?shù)脑O(shè)置可以降低死亡率[1]。
[0003] 應(yīng)該注意的是，有時(shí)將能夠?qū)嵤C(jī)械通氣的設(shè)備或系統(tǒng)稱為人工呼吸機(jī)，生命支 持設(shè)備，或者更普遍地，呼吸機(jī)。
[0004]通常情況下，患者使用"支持"模式通氣。在這些模式中，患者具有一些呼吸驅(qū)動(dòng)并 嘗試自己呼吸，然后患者被"支持"有額外的吸氣容量或壓力?；颊叩暮粑?qū)動(dòng)主要由兩個(gè) 因素控制。
[0005] 第一個(gè)因素是從大腦到呼吸肌的信號(hào)傳導(dǎo)，即呼吸肌應(yīng)該收縮以致吸氣。該信號(hào) 傳導(dǎo)是由于若干因素，但最重要的是化學(xué)反射系統(tǒng)的化學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)。血液和腦脊髓液(CSF) 的氧氣，二氧化碳和酸水平的不利變化由人體化學(xué)感受器檢測(cè)到，人體化學(xué)感受器用信號(hào) 通知大腦改變呼吸的速率和深度。處于健康狀態(tài)下，該信號(hào)傳導(dǎo)將適合于正常化血液和CSF 的氧氣，二氧化碳和酸度水平。處于疾病狀態(tài)下或在其他情況下，例如施用阿片類物質(zhì)和其 它藥物時(shí)，化學(xué)感受器響應(yīng)可能降低且信號(hào)傳導(dǎo)不足。對(duì)呼吸的化學(xué)響應(yīng)也被代謝改變，使 得更大的呼吸驅(qū)動(dòng)將存在于較高的C〇2生成的情況中；和在血液或CSF的酸堿狀態(tài)急性或慢 性地改變的情況中。例如，患有慢性肺病的患者中的CSF的緩沖特性的慢性改變公知地經(jīng)由 中樞化學(xué)感受器響應(yīng)減少對(duì)呼吸的化學(xué)驅(qū)動(dòng)。
[0006] 第二個(gè)因素是肌肉的性質(zhì)。處于健康狀態(tài)下，從大腦到呼吸肌的要求呼吸的信號(hào) 會(huì)導(dǎo)致呼吸肌收縮適當(dāng)?shù)牧恳源_保通氣量，其正?；汉虲SF的氧氣，二氧化碳和酸度水 平。處于疾病狀態(tài)下，呼吸肌可減弱或疲倦，因此無(wú)法收縮適當(dāng)?shù)牧俊?br>[0007] 應(yīng)支持患者機(jī)械通氣的程度取決于他們的呼吸驅(qū)動(dòng)，即他們自己控制呼吸的能 力。具有降低的驅(qū)動(dòng)的患者將需要通過(guò)更大的容量或壓力水平的額外支持。具有更為正常 的水平的驅(qū)動(dòng)的患者可以得到降低的支持，從而可能能夠更快地脫離機(jī)械通氣。由于脫離 占據(jù)了花費(fèi)在機(jī)械通氣上的大部分時(shí)間[2]，快速的適當(dāng)脫離可能是非常有益的。因此，用 于估計(jì)呼吸驅(qū)動(dòng)的改進(jìn)的方法將是有利的。
[0008] 對(duì)降低的呼吸驅(qū)動(dòng)的原因的更深理解也可能是有益的。降低的化學(xué)驅(qū)動(dòng)可能導(dǎo)致 醫(yī)生考慮減少阿片樣物質(zhì)治療。降低的肌肉驅(qū)動(dòng)可能導(dǎo)致醫(yī)生考慮動(dòng)員患者。因此，用于分 配呼吸驅(qū)動(dòng)到與化學(xué)和/或肌肉驅(qū)動(dòng)相關(guān)的組成部分的改進(jìn)方法將是有利的。
[0009] 美國(guó)專利申請(qǐng)2010/0228142 (由 Chr i ster Sinderby發(fā)明，轉(zhuǎn)讓給Maquet Critical Care)公開了一種用于動(dòng)態(tài)地確定接受機(jī)械通氣輔助的自主呼吸患者的呼吸特 征的方法。該方法包括:修改輔助患者的機(jī)械通氣的水平，測(cè)量氣道壓力，檢測(cè)所測(cè)量的氣 道壓力的梯度的變化以及通過(guò)檢測(cè)氣道壓力的梯度的變化確定基于所測(cè)量的氣道壓力的 呼吸特征。此外，該方法還包括:測(cè)量患者的呼吸神經(jīng)驅(qū)動(dòng)和檢測(cè)所測(cè)量的呼吸神經(jīng)驅(qū)動(dòng)的 最低水平以便基于所檢測(cè)的呼吸神經(jīng)驅(qū)動(dòng)的最低水平確定呼吸特征。這種方法的固有缺點(diǎn) 是需要通過(guò)通常插入到食道中的隔膜中的電極測(cè)量神經(jīng)驅(qū)動(dòng)。
[0010]因此，估計(jì)呼吸驅(qū)動(dòng)的改進(jìn)方式將是有利的，尤其是估計(jì)呼吸驅(qū)動(dòng)的更有效和/或 可靠的方式將是有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]提供了一種系統(tǒng)和相應(yīng)的方法，其中在機(jī)械通氣患者中，將容量支持或壓力支持 的基線值或值的變化，以及呼吸機(jī)參數(shù)例如呼吸頻率的響應(yīng)的測(cè)量用于估計(jì)患者的呼吸驅(qū) 動(dòng)，并優(yōu)選將該驅(qū)動(dòng)分配成與化學(xué)和肌肉響應(yīng)相關(guān)的一個(gè)或多個(gè)組成部分。以這種方式，可 以在機(jī)械通氣期間獲得患者的更深入的了解，這可以改進(jìn)診斷和機(jī)械呼吸機(jī)設(shè)置的選擇。
[0012] 因此，本發(fā)明的一個(gè)目的涉及用于從機(jī)械呼吸機(jī)設(shè)置的變化估計(jì)患者的總呼吸驅(qū) 動(dòng)的系統(tǒng)和方法。
[0013] 因此，本發(fā)明的一個(gè)目的涉及用于根據(jù)來(lái)自化學(xué)感受器的化學(xué)響應(yīng)分配呼吸驅(qū)動(dòng) 的組成部分的系統(tǒng)和方法。
[0014] 因此，本發(fā)明的另一個(gè)目的涉及根據(jù)對(duì)呼吸肌的肌肉響應(yīng)分配呼吸驅(qū)動(dòng)的組成部 分的系統(tǒng)和方法。
[0015] 在第一方面，本發(fā)明涉及一種用于相關(guān)患者的呼吸輔助的機(jī)械通氣系統(tǒng)，所述系 統(tǒng)適于估計(jì)所述患者的呼吸驅(qū)動(dòng)(R_DRIVE)的一個(gè)或多個(gè)組成部分，所述系統(tǒng)包括：
[0016]-呼吸機(jī)裝置(VENT)，其能夠用空氣和/或一種或多種醫(yī)療氣體機(jī)械通氣所
[0017] 述患者，
[0018] -控制裝置(CON)，所述呼吸機(jī)裝置可通過(guò)與其可操作連接的所述控制裝置
[0019] 進(jìn)行控制，以及
[0020] -測(cè)量裝置(M_G)，其配置用于響應(yīng)于機(jī)械通氣在呼出氣中測(cè)量所述患者的
[0021] 呼吸反饋，所述測(cè)量裝置能夠傳送第一數(shù)據(jù)(Dl)到所述控制裝置，
[0022] 其中，所述控制裝置能夠通過(guò)提供通氣輔助來(lái)操作通氣裝置，使得所述患者至少 部分地自主呼吸，以及當(dāng)提供這樣的通氣輔助時(shí)，所述控制裝置能夠改變呼吸機(jī)裝置的一 個(gè)或多個(gè)容量和/或壓力參數(shù)(Vt_SET)，從而通過(guò)所述測(cè)量裝置檢測(cè)所述患者的呼吸反饋 中的變化。
[0023] 所述控制裝置還配置用于接收第二數(shù)據(jù)(D2)，優(yōu)選可從所述患者的血液分析獲 得，所述第二數(shù)據(jù)指示所述患者的血液中的呼吸反饋，
[0024]所述控制裝置適于使用：
[0025] -指示呼氣中的呼吸反饋的變化的第一數(shù)據(jù)(Dl)，和
[0026] -指示血液中的呼吸反饋的第二數(shù)據(jù)(D2)，
[0027] 在能夠?yàn)榛颊咴u(píng)估總呼吸驅(qū)動(dòng)（R_DRIVE)的一個(gè)或多個(gè)組成部分（R_MUSC，R_ CHEM)的生理模型(MOD)中。
[0028]這里提出的本發(fā)明的原理是，可以使用響應(yīng)于呼吸機(jī)支持設(shè)置的變化的通氣頻率 或容量的變化的測(cè)量，結(jié)合數(shù)學(xué)生理模型，以確定化學(xué)感受器驅(qū)動(dòng)、肌肉驅(qū)動(dòng)和/或總的呼 吸驅(qū)動(dòng)，這有利于實(shí)現(xiàn)診斷和/或治療目的。
[0029] 有利的是，生理模型(MOD)可包括指示肌肉響應(yīng)(R_MUSC)的總呼吸驅(qū)動(dòng)的組成部 分。這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)橐郧凹∪忭憫?yīng)可能難以測(cè)量或估計(jì)?？蛇x地或另外地，生理模型 (MOD)可包括指示化學(xué)響應(yīng)(R_CHEM)的總呼吸驅(qū)動(dòng)的組成部分，優(yōu)選指示中樞化學(xué)響應(yīng)的 子組成部分和指示外周化學(xué)響應(yīng)的子組成部分。呼吸驅(qū)動(dòng)的化學(xué)響應(yīng)通常是占主導(dǎo)地位的 因素，因此對(duì)估計(jì)重要。有利地，所述控制裝置可配置用于估計(jì)形成總呼吸驅(qū)動(dòng)(R_DRIVE) 的一部分的肌肉響應(yīng)(R_MUS)和化學(xué)響應(yīng)(R_CHEM)。
[0030] 在機(jī)械通氣系統(tǒng)的另一實(shí)施方案中，測(cè)量裝置和控制裝置可進(jìn)一步配置成測(cè)量肌 肉響應(yīng)(R_MUSC)的指示，例如通過(guò)從其他測(cè)量裝置或來(lái)源(如以前的值)估計(jì)或獲得肌肉驅(qū) 動(dòng)，如橫膈膜或類似物的電測(cè)量。
[0031] 在一個(gè)實(shí)施方案中，所述控制裝置可以配置用于通過(guò)以下來(lái)評(píng)估肌肉響應(yīng)（R_ MUS)和化學(xué)響應(yīng)(R_CHEM):首先，根據(jù)患者的病史和/或條件，假設(shè)兩個(gè)響應(yīng)中的一個(gè);肌肉 響應(yīng)(R_MUS)或化學(xué)響應(yīng)(R_CHEM)，為特定的大致恒定的水平，優(yōu)選為所述患者的正常水 平，隨后迭代地解出其他響應(yīng)，例如假設(shè)正常肌肉響應(yīng)進(jìn)而解出化學(xué)響應(yīng)，這將在下面解 釋。在其一個(gè)具體的實(shí)施方案中，機(jī)械通氣系統(tǒng)可以假設(shè)肌肉響應(yīng)最初是恒定的，優(yōu)選為所 述患者的正常水平，然后可估計(jì)所述化學(xué)響應(yīng)，所估計(jì)的化學(xué)響應(yīng)隨后被應(yīng)用于建模呼吸 反饋以與患者的所測(cè)量的呼吸反饋比較，該反饋的特征在于例如呼吸容量或頻率，或血液 的氧合或酸堿狀態(tài)的量度的變化。模型模擬的和測(cè)量的反饋之間的任何偏差是對(duì)患者的不 充分的響應(yīng)能力的絕對(duì)或相對(duì)量度。患者的所述不充分的響應(yīng)能力可以至少是患者的疲勞 的量度，但是患者的不充分的響應(yīng)能力也可以解釋為差的呼吸肌功能的其他原因的量度或 組成部分，所述其他原因例如具有例如肌肉松弛藥的藥物，或通過(guò)對(duì)非化學(xué)感受器機(jī)制的 作用降低呼吸響應(yīng)的其他藥物。
[0032]在一個(gè)實(shí)施方案中，在生理模型(MOD)中使用的第二數(shù)據(jù)(D2)可以指示血液的氧 合和/或酸堿狀態(tài)，如pHa，優(yōu)選與酸堿狀態(tài)對(duì)腦脊髓液(CSF)的影響相關(guān)。在另一個(gè)實(shí)施方 案中，在生理模型(MOD)中使用的第二數(shù)據(jù)(D2)可以，可選地或附加地，指示所述患者的代 謝，優(yōu)選二氧化碳(CO 2)的組織生成。
[0033]在一個(gè)具體的實(shí)施方案中，能夠?yàn)榛颊吖烙?jì)總呼吸驅(qū)動(dòng)(R_DRIVE)的一個(gè)或多個(gè) 組成部分的生理模型(MOD)可以可操作地連接到醫(yī)療決策支持系統(tǒng)(DSS)，優(yōu)選應(yīng)用于機(jī)械 通氣。DSS可以與治療計(jì)劃聯(lián)合應(yīng)用，用于患者的治療和/或診斷。作為一個(gè)實(shí)例，DSS可以是 由本發(fā)明人之一共同開發(fā)的所謂INVENT系統(tǒng)，比照參考文獻(xiàn)[5]和[6]，這些文獻(xiàn)在此通過(guò) 引用整體并入本文。
[0034]在另一個(gè)具體實(shí)施方案中，測(cè)量裝置(M_G)可以配置用于測(cè)量以下參數(shù)中的一個(gè) 或多個(gè)，所述參數(shù)包括:呼吸頻率(RR)或，等同地，呼吸的持續(xù)時(shí)間(包括吸氣或呼氣相的持 續(xù)時(shí)間），和呼氣二氧化碳水平(FECO 2)，在呼氣末呼出氣中的二氧化碳的分?jǐn)?shù)，（FE 'CO2)，呼 出氣中的二氧化碳的分壓(PECO2),在呼氣末呼出氣中的二氧化碳的分壓(PE'C0 2)或它們的 等同物和/或它們的組合。一旦本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)理解本發(fā)明的一般原則和教導(dǎo)，在呼出 氣中可測(cè)量的可適用于患者的呼吸響應(yīng)或反饋的其他參數(shù)也可以適用于本發(fā)明的上下文。 [0035]在另一個(gè)實(shí)施方案中，可以從所述患者(P)的血液分析(M_B)獲得的第二數(shù)據(jù)(D2) 可以是一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，其包括:動(dòng)脈血液pH值(pHa)，二氧化碳的壓力水平(PaCO 2)，其任 選地經(jīng)皮測(cè)定(PtcCO2)，動(dòng)脈血的氧飽和度(SaO2)，動(dòng)脈血中的氧的壓力（PpO 2)，或者它們 的等同物和/或它們的組合。一旦本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)理解本發(fā)明的一般原則和教導(dǎo)，可以 在患者的血液中適用、估計(jì)或測(cè)量的其他參數(shù)也可以適用于本發(fā)明的上下文。
[0036] 特別是，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，可以在不使用患者的隔膜的電活動(dòng)的測(cè)量的情況下 估計(jì)所述呼吸驅(qū)動(dòng)，參照其中這樣實(shí)施的美國(guó)專利申請(qǐng)2010/0228142。
[0037] 在一個(gè)有益的實(shí)施方案中，控制裝置(CON)可能能夠?qū)⒑粑鼨C(jī)裝置(Vt_SET)的一 個(gè)或多個(gè)容量和/或壓力參數(shù)的水平從一個(gè)值改變到另一個(gè)值從而由測(cè)量裝置檢測(cè)所述患 者的呼吸反饋中的后續(xù)變化。因此，進(jìn)行呼吸機(jī)設(shè)置的改變，之后測(cè)量患者的呼吸反饋。 [0038]有利地，控制裝置(CON)可以可選地能夠執(zhí)行呼吸機(jī)裝置(Vt_SET)的一個(gè)或多個(gè) 容量和/或壓力參數(shù)