用于驗證病人的吸氣肌活動的方法和系統(tǒng)、以及使用該方法和系統(tǒng)的機械通氣系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本公開涉及一種用于驗證病人的吸氣肌活動的方法和系統(tǒng)。從非侵入式傳感器采集分別表示與病人的吸氣努力同步的左邊肌肉和右邊肌肉的活動的左電活動信號和右電活動信號。從左電活動信號和右電活動信號中提取心臟活動信號。對從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號的同步性、對稱性或比例性進行校驗。還公開一種并入了用于驗證病人的吸氣肌活動的系統(tǒng)的機械通氣系統(tǒng)。
【專利說明】
用于驗證病人的吸氣肌活動的方法和系統(tǒng)、以及使用該方法 和系統(tǒng)的機械通氣系統(tǒng)
技術領域
[0001] 本公開涉及機械通氣系統(tǒng)的領域。更具體地，本公開涉及一種用于驗證病人的吸 氣肌活動的方法和系統(tǒng)，并且涉及一種包括用于驗證病人的吸氣肌活動的系統(tǒng)的機械通氣 系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 根據(jù)在向病人提供通氣輔助的機械通氣機(ventilator)上所顯示的氣道壓力、流 量和體積波形的常規(guī)測量，難以確定病人的吸氣努力(effort)。因而，在該情形未被照料者 注意的情況下，通氣輔助被輸送給病人的準確度可能受到此類測量的危害。
[0003] 對此的主要原因是指示在無輔助換氣（breathing)期間的呼吸(respiratory)方 向的氣道壓力/流量傳感器、氣道阻抗傳感器、超聲波傳感器、胸廓運動傳感器或其它設備 將受到機械通氣機的輔助輸送的影響。
[0004] 橫隔膜電活動(EAdi)的經(jīng)食道的測量提供了呼吸中樞驅動的靈敏且準確的確定， 并且對于確定病人--通氣機交互是有效的。在Sinderby以及其它人的第W0 2013/071404 號國際申請公開中描述了用于獲取和使用此類測量的技術，通過引用將其公開的全部內容 并入本文。然而，這些技術使用插入在病人的食道中的食道導液管，該食道導液管包括安裝 在食道通過橫隔膜的水平的EAdi傳感器。雖然食道導液管常常用于對垂危病人進行進食或 給藥以避免此類病人的誤吸，但不是所有病人接收食道導液管。
[0005] 測量吸氣肌的電活動的另一種方法使用置于病人的頸部和/或胸廓上的表面電 極。然而，由于人體的多層肌構造，電活動/表面電極(EAse)信號可以同時表示可以被激活 以更改或維持病人的身體姿勢的肋間肌活動以及吸氣肌活動。表面電極也將從病人的心檢 測電信號。結論性地，未驗證的EAse信號不能提供與病人的吸氣努力有關的充足且有效的 信息。
[0006] 因此，需要一種在避免使用侵入式傳感器的情況下用于獲取與病人的吸氣努力有 關的經(jīng)驗證的信息的非侵入式方法和系統(tǒng)。

【發(fā)明內容】

[0007] 根據(jù)本公開，提供一種驗證病人的吸氣肌活動的方法。從非侵入式傳感器采集分 別表示與病人的吸氣努力同步的左邊肌肉和右邊肌肉的活動的左電活動信號和右電活動 信號。從左電活動信號和右電活動信號中提取心臟活動信號。校驗由從其中提取心臟活動 信號的左電活動信號和右電活動信號的同步性、對稱性或比例性中的一個或多個構成。
[0008] 根據(jù)本公開，還提供一種用于驗證病人的吸氣肌活動的系統(tǒng)。驗證系統(tǒng)包括非侵 入式傳感器，該非侵入式傳感器采集分別表示與病人的吸氣努力同步的左邊肌肉和右邊肌 肉的活動的左電活動信號和右電活動信號。驗證系統(tǒng)還包括從左電活動信號和右電活動信 號提取心臟活動信號的提取器。驗證系統(tǒng)另外包括比較器，其對從其中提取心臟活動信號 的左電活動信號和右電活動信號的同步性、對稱性或比例性中的至少一個進行校驗。
[0009] 本公開進一步涉及一種機械通氣系統(tǒng)，其包括上面限定的驗證系統(tǒng)、機械通氣機、 從機械通氣機向病人提供通氣輔助的換氣管，以及控制器，可操作地連接到驗證系統(tǒng)并且 至少部分地基于來自第一比較器的校驗結果來控制機械通氣機。
[0010] 在讀取參考附圖僅僅作為示例給出的、上文和其它特征的說明性實施例的以下非 限制性描述時，上文和其它特征將變得更明顯。
【附圖說明】
[0011]將通過示例的方式參考附圖來描述本公開的實施例，其中：
[0012] 圖1是示出根據(jù)實施例的、用于驗證病人的吸氣肌活動的方法的操作的流程圖；
[0013] 圖2是根據(jù)實施例的、用于驗證病人的吸氣肌活動的系統(tǒng)的框圖；
[0014] 圖3是包括圖2的用于驗證病人的吸氣肌活動的系統(tǒng)的機械通氣系統(tǒng)的框圖；
[0015] 圖4是示出從位于病人的下胸廓的左側和右側上的表面電極所獲取的電活動示蹤 (tracing)的一對圖；
[0016] 圖5是示出通過從圖4的電活動示蹤中移除心臟信號而獲取的示蹤的一對圖，其中 附加的圖示出在輔助吸氣期間和在吸氣閉塞期間所獲取的氣道壓力信號；
[0017] 圖6是示出在換氣期間獲取的未受擾動的左電活動信號和右電活動信號之間的相 關性的圖；
[0018] 圖7是示出在輔助吸氣期間和在吸氣閉塞期間在氣道壓力與左電活動信號和右電 活動信號之間的關系的一對圖；
[0019] 圖8是示出與圖4的電活動示蹤類似的電活動示蹤的一對圖，該示蹤包括來自不參 與病人的吸氣活動的肌肉的偽像(artifact);并且
[0020] 圖9是示出使用圖1的方法所獲取的實際氣道壓力測量的圖。
[0021] 在附圖的各個圖上，相同數(shù)字表示相同的特征。
【具體實施方式】
[0022] 本公開的各個方面總體上解決在避免使用侵入式傳感器的情況下獲取與病人的 吸氣努力有關的經(jīng)驗證的信息的一個或多個問題。本公開介紹一種當使用非侵入式傳感器 獲取電活動信號時、用于驗證病人的吸氣肌活動的方法和系統(tǒng)。本公開還介紹一種并入用 于驗證病人的吸氣肌活動的系統(tǒng)的機械通氣系統(tǒng)。
[0023] 總體上陳述的是，所公開的技術對與病人的吸氣肌活動有關的測量進行驗證，該 測量是在避免使用侵入式傳感器的情況下獲取的。從非侵入式傳感器采集分別表示與病人 的吸氣努力同步的左邊肌肉和右邊肌肉的活動的左電活動信號和右電活動信號。從左電活 動信號和右電活動信號中提取心臟活動信號。通過校驗左電活動信號和右電活動信號具有 合理水平的一致性，在提取心臟活動信號之后，獲取測量的驗證。該校驗可以檢測左電活動 信號和右電活動信號的同步性、對稱性或比例性中的一個或多個。
[0024]在整個本公開中使用以下術語：
[0025]吸氣肌活動:病人進行換氣的努力的可檢測信號。
[0026]非侵入式傳感器:例如電極之類的測量設備，其能夠在對病人移動、講話等能力造 成最小不適且降低影響的情況下被安裝在病人上。
[0027]表面電極:可以被置于病人的身體上一一通常位于皮膚上的一種類型的非侵入式 傳感器。
[0028]閉塞吸氣壓力:在病人的氣道閉塞時，在吸氣努力期間所測量的壓力。
[0029] 放大器:增加信號的幅度、強度和/或功率的電子設備。
[0030] 以下模塊可以被實施為不同的硬件模塊，包括模擬模塊或數(shù)字模塊。它們可以可 替換地被實施為存儲在非瞬態(tài)介質上的計算機可執(zhí)行指令的形式的軟件組件，所述指令可 由計算機執(zhí)行：
[0031] 提取器:從復合信號中移除分量。
[0032] 比較器:將信號與另一個信號或與參考值相比較。
[0033 ] 確定器:基于預先確定的準則進行邏輯判定。
[0034] 校驗器:也基于預先確定的準則進行邏輯判定。
[0035] 濾波器、積分器、整流器和平均器：對信號執(zhí)行各種處理以便準備用于分析的信 號。
[0036] 可以在相同的模擬或數(shù)字硬件模塊中組合以上模塊中的一些。在一些實施例中， 可以通過硬件設備的形式實現(xiàn)這些模塊中的一些，同時其它模塊可以被實現(xiàn)為計算機可執(zhí) 行指令。那些模塊的所有可能的模擬和/或數(shù)字硬件和/或軟件組合處于本公開的范圍內。
[0037] 現(xiàn)在參考附圖，圖1是示出根據(jù)實施例的、用于驗證病人的吸氣肌活動的方法的操 作的流程圖。流程圖包括序列100，該序列100包括可以以可變次序執(zhí)行的多個操作，一些操 作可能被并行地執(zhí)行，一些操作是可選的。
[0038] 操作110包括在病人上（例如，在病人的胸部（諸如在下胸廓的區(qū)域中或在胸骨 旁）、頸部或鼻孔上)雙側地應用非侵入式傳感器。具體地，可以在左側和右側上將非侵入式 傳感器對稱地置于病人的身體上。在非限制性示例中，非侵入式傳感器可以由兩個表面電 極組成，或者可以包括一對電極集合，每個集合包括多個電極。
[0039] 在操作120,從非侵入式傳感器采集分別表示與病人的吸氣努力同步的左邊肌肉 和右邊肌肉的活動的左電活動信號和右電活動信號。參與病人的吸氣努力的左邊和右邊肌 肉可以例如位于病人的胸部(例如，橫隔膜、外肋間肌、前鋸肌的肋骨部分）、頸部(例如，斜 角肌、胸鎖乳突肌)或鼻孔(例如，鼻翼）中。
[0040] 在操作140從左電活動信號和右電活動信號中提取心臟活動信號之前，在操作130 放大左電活動信號和右電活動信號。也可以通過向左電活動信號和右電活動信號應用濾 波、積分、整流、求平均處理中的一個或多個來在操作150處理左電活動信號和右電活動信 號。
[0041 ]在操作160,從左電活動信號和右電活動信號中提取由不參與病人的吸氣努力的 肌肉所導致的偽像。通常，這些偽像可能是非對稱的或者可能缺乏左側和右側之間的比例 性。
[0042] 在操作170,對從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號的同步 性、對稱性或比例性(例如，那些信號的時序或幅度同步性、對稱性或比例性）中的一個或多 個進行校驗。
[0043] 在操作180,使得從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號與在 病人的氣道閉塞時所測量的病人的吸氣壓力進行相關。
[0044] 當在操作170檢測到充分水平的同步性、對稱性或比例性時，和/或當如在相關性 操作180中所確定的左電活動信號和右電活動信號與病人的閉塞吸氣壓力是同步的且成比 例時，在操作190確定從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號是有效的。
[0045] 可選地，可以以連續(xù)的方式執(zhí)行序列100的一些操作，同時可以按周期性間隔來執(zhí) 行一些其它操作。例如，可以連續(xù)地進行校驗從其中已經(jīng)提取心臟活動信號的左電活動信 號和右電活動信號的同步性、對稱性或比例性的操作170,同時可以按周期性間隔執(zhí)行確定 從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號與病人的閉塞吸氣壓力是同步 的且成比例的操作190。
[0046] 圖2是根據(jù)實施例的、用于驗證病人的吸氣肌活動的系統(tǒng)的框圖。該圖示出用于驗 證病人210的吸氣肌活動的驗證系統(tǒng)200。驗證系統(tǒng)200包括位于病人210的身體上的兩個 (2)非侵入式傳感器220L和220R，以及兩個(2)放大器230L和230R。驗證系統(tǒng)200還包括在下 文描述的若干處理模塊(或者具有相同功能的模擬組件）。
[0047]非侵入式傳感器220L和220R被配置為采集分別表示與病人210的吸氣努力同步的 左邊肌肉和右邊肌肉的活動的左電活動信號和右電活動信號。非侵入式傳感器220L和220R 是表面電極并且可以包括一對電極集合，每個集合包括多個電極。非侵入式傳感器220L和 220R被配置為雙側地(bilaterally)應用于病人210的身體上，例如應用在如以上在本文所 描述的病人的胸部(諸如，在下胸廓的區(qū)域中或在胸骨旁）、頸部或鼻孔的左側和右側上。雙 側應用例如可以涉及非侵入式傳感器220L和220R在病人的身體上的對稱應用。如在以上描 述中指示的，胸部中的左邊和右邊肌肉的示例是橫隔膜、外肋間肌和前鋸肌的肋骨部分，頸 部中的左邊和右邊肌肉的示例是斜角肌、胸鎖乳突肌，并且鼻孔中的左邊和右邊肌肉的示 例是病人的鼻翼肌肉。
[0048]可選地被放大器230L和230R放大，左活動信號和右活動信號被提供給采集處理模 塊240。采集處理模塊240向從左電活動信號和右電活動信號中移除心臟活動信號的心臟信 號提取器250轉發(fā)左活動信號和右活動信號。如本領域技術人員所公知的，為了移除心臟活 動信號，可以通過適當設計的濾波器(未示出）來處理左電活動信號和右電活動信號。心臟 信號提取器250也可以被設計為例如向操作者或向照料者提供關于在左電活動信號和右電 活動信號中還未正確地檢測到心臟活動信號的指示。在這方面，可以通過感測QRS復合波 (comp 1 ex)的高幅度峰值來檢測心臟活動信號。
[0049] 將從其中已經(jīng)提取心臟活動信號而得到的左電活動信號和右電活動信號饋送到 雙側比較器260。雙側比較器260對從其中已經(jīng)提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活 動信號的同步性、對稱性或比例性(例如，時序或幅度同步性、對稱性或比例性）中的一個或 多個進行校驗。當信號的對稱性、比例性或同步性缺乏或低于給定水平時，比較器260可以 向操作者或向照料者提供關于左電活動信號和右電活動信號不可用的指示。
[0050] 可以將由雙側比較器260作出的比較的結果直接地提供給確定器280,以便對同步 的、對稱的或成比例的左電活動信號和右電活動信號進行驗證?？商鎿Q地或附加地，可以將 由雙側比較器260作出的比較的結果提供給PinspOCCL(在閉塞吸氣期間的氣道壓力）比較 器270,該PinspOCCL比較器270評估同步的、對稱的或成比例的左電活動信號和右電活動信 號是否與在病人的氣道閉塞時所測量的病人的吸氣壓力是同步的且成比例的。確定器280 可以使用從PinspOCCL比較器270獲取的結果來進一步或更好地評估和驗證左電活動信號 和右電活動信號。將在以下描述中進一步描述比較器260和確定器280的操作。
[0051]在一些實施例中，驗證系統(tǒng)200可以包括左電活動信號和右電活動信號的濾波器、 積分器、整流器和平均器中的一個或多個。在相同的或其它實施例中，驗證系統(tǒng)200可以進 一步包括提取器，其用以從左電活動信號和右電活動信號中移除由不參與病人的吸氣努力 的肌肉所導致的不對稱偽像。例如，在不進行限制的情況下，這些元件可以由采集處理模塊 240的部分構成。
[0052]可以取決于偽像的性質通過適當?shù)臑V波或其它電信號處理從左電活動信號和右 電活動信號中移除不對稱偽像;相信此類濾波或其它處理處于本領域技術人員的知識范圍 內。
[0053] 可以將采集處理模塊240、心臟信號提取器250、雙側比較器260、Pinsp0CCL比較器 270和確定器280中的一個或多個集成在計算機內或多個互連的計算機內。
[0054]在實施例中，可以將驗證系統(tǒng)200中的一些模塊集成在特制設備內，同時可以將驗 證系統(tǒng)200的一些其它模塊集成在例如膝上型計算機、智能移動電話、平板計算機等的移動 終端內。作為非限制性示例，非侵入式傳感器220L和220R可以連接到包括采集處理模塊240 的設備(未具體示出）以及通信端口（未示出），該通信端口經(jīng)由電纜或經(jīng)由藍牙"向包括心 臟信號提取器250、雙側比較器260、確定器280并且可選地包括PinspOCCL比較器270的移動 終端(未具體示出）提供連接。在移動終端中實現(xiàn)的模塊可以作為可下載應用而對照料者可 用。移動終端可以存儲與呼吸信號的驗證有關的數(shù)據(jù)以用于稍后處理，或經(jīng)由電纜、WiFi或 蜂窩連接向遠程位置傳送數(shù)據(jù)。該非限制性示例可以在其中病人在家或在救護車中接收通 氣輔助的可攜式應用中特別有用。
[0055] 圖3是包括圖2的用于驗證病人的吸氣肌活動的系統(tǒng)的機械通氣系統(tǒng)的框圖。機械 通氣系統(tǒng)300包括驗證系統(tǒng)200的各種元件以及經(jīng)由換氣管320向病人210的氣道提供通氣 輔助的機械通氣機310。在非限制性示例中，機械通氣機310包括氣體連接311，該氣體連接 311耦接到氣體源(未示出）并且向氣動單元312提供諸如空氣、氧氣之類的氣體或任何適當 的換氣氣體，該氣動單元312可以包括吸氣和呼氣瓣(未具體示出）以及用于控制換氣氣體 的壓力和流量的類似設備。經(jīng)由在其上安裝有壓力計313和流量計314的換氣管320從氣動 單元312輸出換氣氣體。通過內部控制單元316來控制氣動單元312。在第1 896 102 B1號歐 洲專利中描述了機械通氣機的更詳細的非限制性示例，通過引用將其公開內容并入本文。
[0056] 換氣管320可以附接到可插入病人210的氣管中的氣管內導管(未示出），或者可以 附接到能夠置于病人210的面部上的面罩(未示出）。吸氣瓣330和氣道壓力計340被安裝在 換氣管320上?？捎蓹C械通氣機310的控制單元316控制吸氣瓣330以引起病人的吸氣氣道的 閉塞，這允許控制單元316從氣道壓力計340獲取對病人的閉塞吸氣壓力的測量。機械通氣 系統(tǒng)300還包括用作機械通氣機310的控制器的計算機350。計算機350可以是外部組件或可 以可替換地作為控制單元316的一部分被集成在機械通氣機310內。不管怎樣，計算機350提 供用于驗證系統(tǒng)200和機械通氣機310之間的反饋和控制的接口。計算機350進一步經(jīng)由機 械通氣機310的控制單元316將驗證系統(tǒng)200連接到吸氣瓣330并且連接到氣道壓力計340。 計算機350連接到監(jiān)視器360,該監(jiān)視器360允許顯示由驗證系統(tǒng)200所獲取的各種測量和分 析結果。計算機350可以與驗證系統(tǒng)200中的任何一個模塊進行通信。
[0057]雖然如圖所示的機械通氣系統(tǒng)300經(jīng)由換氣管320向病人210提供通氣輔助，但本 公開涵蓋任何其它類型的機械通氣系統(tǒng)。能夠由外部計算機或由肌電圖（EMG)信號控制的 任何通氣系統(tǒng)可以與驗證系統(tǒng)200結合進行操作。在第6，253，765B1號US專利中以及在第1 068 875 B1號歐洲專利中描述了也可以是機械通氣系統(tǒng)的一部分的通氣系統(tǒng)的非EMG示 例。
[0058]在實施例中，由計算機350提供的機械通氣機310與驗證系統(tǒng)200之間的接口向驗 證系統(tǒng)200提供由氣道壓力計340獲取的病人的閉塞吸氣壓力的測量?？蛇x地在使用連接到 計算機350的諸如鍵盤之類的操作者接口 370授權調整的照料者的控制下，該接口可以可選 地使得能夠根據(jù)病人210的經(jīng)驗證的吸氣肌活動進行機械通氣機310的調整。在相同的或其 它實施例中，由計算機350向機械通氣機310所提供的接口允許致動吸氣瓣330以便讀取在 氣道壓力計340處的病人的閉塞吸氣壓力，此時該吸氣瓣330和氣道壓力計340與PinspOCCL 比較器270協(xié)作。在一種變型中，當心臟信號提取器250指示在左電活動信號和右電活動信 號中未正確地檢測到心臟活動信號時，計算機350和監(jiān)視器360還可以對照料者發(fā)出警報。 當在計算機350從確定器280接收到對該效果的指示時，計算機350和監(jiān)視器360可以進一步 對照料者發(fā)出以下警報：由于信號之間的不正確的同步性、對稱性或比例性，因此左電活動 信號和右電活動信號是不可用的。
[0059] 通過所公開的系統(tǒng)和方法獲取的病人的經(jīng)驗證的吸氣肌活動可用于病人與通氣 機之間的交互的數(shù)值或統(tǒng)計分析、用于病人的呼吸驅動的分析、用于病人的呼吸肌肉疲勞 的頻譜分析。
[0060] 應當理解的是，對病人的吸氣肌活動的有效性的最終的確定是在向病人施加通氣 輔助方面具有專門知識的照料者的專業(yè)技能。在本文公開的技術向照料者提供關于電活動 信號的同步性、對稱性或比例性的有價值的信息，促進這樣的最終專業(yè)確定。
[0061] 對于使用用于驗證病人的吸氣肌活動的系統(tǒng)和方法所獲取和處理的電活動信號 的其它使用也處于本公開的范圍內。
[0062] 以下段落提供對于以上描述的系統(tǒng)和方法的理論和實驗支持。主要在使用表面電 極獲取的信號(例如提及'EAse'信號)一一即，使用表面電極獲取的電活動信號方面來表述 這些段落。然而，應當注意，與通過表面電極測量的左電活動信號和右電活動信號有關的本 公開的教導也適用于通過其它類型的適當?shù)姆乔秩胧絺鞲衅魉@取的左電活動信號和右 電活動信號。換句話說，本公開不受限于表面?zhèn)鞲衅?，而是預期使用能夠提供以上描述的左 電活動信號和右電活動信號的其它類型的非侵入式傳感器。因此，僅僅為了簡化的目的而 不是為了限制本公開的范圍的目的，提及'EAse'信號并且提及與'EAse'有關的信號。
[0063] 在本公開中，已經(jīng)提出使用EAse信號的方法和系統(tǒng)，其中多個表面電極或電極集 合被置于暴露在吸氣肌的電活動的區(qū)域中的病人的皮膚中?？梢噪p側地且對稱地放置電極 或電極集合，以測量吸氣肌的雙側活動，如本文上面所述。
[0064] 從置于皮膚表面上的至少兩個電極(或兩個電極集合)獲取使用表面電極的電活 動(EAse)的測量。然而，向病人的身體施加的諸如細線或針電極之類的其它附加電極可以 用于在低共模擾動的情況下提供所謂的信號的差分放大。
[0065] 圖4是示出從位于病人的下胸廓的左側和右側上的表面電極或電極集合獲取的電 活動示蹤的一對圖。圖410示出從置于病人的身體的右側上的表面電極獲取的電活動信號 (EAseR)的原始軌跡(trace)。圖420示出從置于病人的身體的左側上的表面電極獲取的電 活動信號(EAseL)的原始軌跡。以秒為單位的時間軸共用于圖410和420兩者。正如可以看出 的，電心臟活動的QRS復合波在EAseL和EAseR之間同步。
[0066] 在波形的存在、頻率和間隔的對側比較一一例如，系統(tǒng)以及電極或電極集合兩者 都正確地運行的QRS復合波狀態(tài)的情況下，通過電心臟活動(具有比呼吸肌的干擾圖案信號 更強的若干褶皺的幅度的同步"混合"運動單元信號）的檢測來部分進行EAse測量的校驗。 這基于以下事實:無論肥胖、麻痹或限制吸氣肌電活動的測量的其它因素如何，都能夠測量 心臟信號強度。
[0067] 圖5是示出通過從圖4的電活動示蹤中移除心臟信號所獲取的示蹤的一對圖，其中 附加的圖示出在輔助吸氣期間和在吸氣閉塞期間所獲取的氣道壓力信號。圖510示出沒有 心臟信號的EAseR，而圖520示出沒有心臟信號的EAseL。圖530示出對應的氣道壓力(Paw)示 蹤。以秒為單位的共用時間軸適用于圖510、520和530。
[0068] 可以用于驗證病人的吸氣肌活動的統(tǒng)計方法的一個非限制性示例包括確定圖5的 EAseR和EAseL示蹤之間的相位差以評估它們的同步性。另一個非限制性示例涉及計算它們 的示蹤隨時間的積分作為估計兩側上的呼吸體積的對稱性和比例性的手段。又一個非限制 性示例涉及計算這些示蹤隨時間片段的平均值，也用于估計呼吸體積的對稱性和比例性。 例如，可以在比較器260中計算這些相位差、積分和平均值以評估左電活動信號和右電活動 信號之間的同步性、對稱性和/或比例性，并且在確定器280中將這些相位差、積分和平均值 與閾值相比較，以驗證吸氣肌活動。
[0069] 圖6是示出在換氣期間獲取的、未受擾動的左電活動信號和右電活動信號之間的 相關性的圖。圖6中示出的圖600基于與在圖5上反映的相同數(shù)據(jù)?？紤]圖600,不具有神經(jīng)肌 肉混亂/麻痹的病人中的呼吸肌活動應當以同步的、對稱的或成比例的時序和幅度來發(fā)生。 因而，EAse雙側地發(fā)生，使得呼吸肌激活顯示在上胸部或頸部上雙側地且對稱地放置的電 極或電極集合之間的大體上同步的、對稱的或成比例的信號圖案/波形。當然，這也將適用 于其它呼吸有關的肌肉，例如鼻翼。這基于以下事實:吸氣肌活動波形的持續(xù)時間和量值雙 側地類似/成比例，而相同肌肉的其它非換氣有關的活動的特征不在于吸氣肌活動波形的 相等持續(xù)時間和量值。自然地，EAse信號的頻率內容(頻率功率譜分析）同樣可以經(jīng)受雙側 比較。
[0070] 作為可用的統(tǒng)計方法的另一個示例，可以通過使用以下相關性公式計算EAseR和 EAseL的相繼值之間的相關性來獲取用于驗證病人的吸氣肌活動的充分的同步性、對稱性 或比例性的確定：
[0072]其中：
[0073] r是相關性結果；
[0074] i是EAseL示蹤和EAseR示蹤中的每一個上的測量點的索引；
[0075] Xi是EAseL的第i個值；
[0076] yi是EAseR的第i個值；
[0077] 無是EAseL的平均值;并且
[0078] 歹是EAseR的平均值。
[0079] 以用于EAseL和EAseR的完全相關的示蹤的最大值1來界定r的值。在實際應用中， 預計r的值至少基于所使用的傳感器的類型、基于它們的位置并且基于病人的生理特征而 改變。再次，可以在比較器260中計算r的值以評估左電活動信號和右電活動信號之間的同 步性、對稱性和/或比例性，并且在確定器280中將r的值與閾值(作為非限制性的示例，閾值 為0.7)相比較以對吸氣肌活動進行驗證。在圖6的圖上示出的數(shù)據(jù)的相關性分析可以向照 料者提供附加的洞察，以幫助確定病人的吸氣肌活動的有效性。
[0080] 圖7是示出在輔助吸氣期間和在吸氣閉塞期間在氣道壓力(Paw)與左電活動信號 和右電活動信號之間的關系的一對圖。圖7的圖基于在圖5和6上反映的相同數(shù)據(jù)。在圖710 (左電活動）和720 (右電活動）上，在輔助吸氣期間獲取正的氣道壓力（Paw)值，而在吸氣閉 塞期間獲取負的Paw值。在閉塞吸氣期間的氣道壓力(PinspOCCL)表示吸氣肌的累積機械努 力并且進而通過導致吸氣肌電活動的累積神經(jīng)系統(tǒng)吸氣努力而被生成。如在圖1的操作180 的以上描述中提及的，期望吸氣EAse(EA selNSP)與吸氣閉塞壓力同步、成比例并且負相關。 這基于以下事實:吸氣肌活動和壓力有關。在圖7的圖上示出的數(shù)據(jù)的相關性分析也可以向 照料者提供洞察，以幫助確定病人的吸氣肌活動的有效性。
[0081 ]圖8是示出與圖4的電活動示蹤類似的電活動示蹤的一對圖，該示蹤包括來自不參 與病人的吸氣活動的肌肉的偽像。以秒為單位的時間軸適用于兩個示蹤。在這些示蹤中，病 人輪流抬起他的左右臂，導致以EAseL 810和EAseR820之間的清楚的時空側差異/不對稱的 形式存在的電活動示蹤內的顯著偽像。不期望姿勢活動示出對稱的且相位的波形，而是示 出不對稱的且示出清楚的側差異。因此，可以從示蹤中濾出這些偽像。
[0082]圖9是示出使用圖1的方法所獲取的實際氣道壓力測量的圖。在圖900上示出了Paw 測量，并且Paw測量涉及圖8的電活動示蹤。時間軸以秒為單位。
[0083]如在上文指出的，滿足表示吸氣肌活動的準則的EAse信號片段可以被用于例如病 人一一通氣機交互、呼吸驅動、用于疲勞的頻譜分析等的進一步分析。例如，在單側EAse和 PinspOCCL之間的一致的單側相關性可以暗示例如心臟手術之后的偏側膈麻痹。在 PinspOCCL的情況下在任一側上都沒有Ease，這可能由橫隔膜麻痹和嚴重的肥胖引起。在任 一側上都沒有EAse并且沒有PinspOCCL，這可能由室息引起。分析以上信息，可以總結出，滿 足以下兩點的換氣具有表示與吸氣肌有關的EAse(EA selNSP)的非常高的概率:1)在左和右 波形中對側EAse信號是同步的，以及2)來自每個側的EAse的平均數(shù)/總和/積分對應于 PinspOCCL 的改變。
[0084]返回到圖3,在實施例中，為了操作者或照料者的益處，驗證系統(tǒng)200向計算機350 提供與吸氣信號有關的數(shù)據(jù)。計算機350以例如如圖所示的圖600的形式或以圖2-9中示出 的各個圖的形式在監(jiān)視器360上呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。
[0085]本領域普通技術人員將認識到，用于對病人的吸氣肌活動進行驗證的方法和系統(tǒng) 的描述和機械通氣系統(tǒng)的描述僅僅是說明性的并且無論如何并不意圖進行限制。其它實施 例將容易被受益于本公開的這些本領域技術人員想起。此外，可以將所公開的方法和系統(tǒng) 定制為在避免使用侵入式傳感器的情況下針對獲取與病人的吸氣努力有關的經(jīng)驗證的信 息的現(xiàn)有的需要和問題提供有價值的解決方案。
[0086] 為了清晰起見，沒有示出和描述方法和系統(tǒng)的實施方式的所有常規(guī)特征。當然，將 理解的是，在方法和系統(tǒng)的這些實際實施方式的開發(fā)中，可能需要作出許多實施方式特定 的判定，以便實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，諸如符合應用、系統(tǒng)和商戶有關的約束；以及將理解 的是，這些特定目標將因不同實施方式而不同以及因不同開發(fā)者而不同。而且，將理解的 是，開發(fā)努力可能是復雜且費時的，但是盡管如此，在受益于本公開的機械通氣系統(tǒng)的領域 中對于本領域技術人員這是工程化的慣例任務。
[0087] 根據(jù)本公開，可以使用各種類型的操作系統(tǒng)、計算平臺、網(wǎng)絡設備、計算機程序和/ 或通用機器來實施在本文描述的組件、處理操作和/或數(shù)據(jù)結構。此外，本領域技術人員將 認識到，也可以使用諸如硬連線設備、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)、專用集成電路(ASIC)等的 較少通用本質的設備。在通過計算機或機器實施包括一系列操作的方法并且可以將這些操 作存儲為機器可讀的一系列指令的情況下，可以將它們存儲在有形介質上。
[0088] 在本文描述的系統(tǒng)和模塊可以包括軟件、固件、硬件或者適用于在本文描述的目 的的軟件、固件或硬件的任何組合。軟件和其它模塊可以駐留在服務器、工作站、個人計算 機、計算機化平板、個人數(shù)字助理(PDA)和適用于在本文描述的目的的其它設備上?？梢越?jīng) 由局部存儲器、經(jīng)由網(wǎng)絡、經(jīng)由瀏覽器或其它應用或者經(jīng)由適用于在本文描述的目的的其 它手段來訪問軟件和其它模塊。在本文描述的數(shù)據(jù)結構可以包括適用于在本文描述的目的 的計算機文件、變量、編程陣列、編程結構，或任何電子信息存儲方案或方法，或其任何組 合。
[0089] 雖然通過本公開的非限制性、說明性的實施例已經(jīng)在上文描述了本公開，但可以 在不背離本公開的精神和性質的情況下在所附權利要求范圍內任意修改這些實施例。
【主權項】
1. 一種驗證病人的吸氣肌活動的方法，包括： 從非侵入式傳感器采集分別表示與病人的吸氣努力同步的左邊肌肉和右邊肌肉的活 動的左電活動信號和右電活動信號； 從左電活動信號和右電活動信號中提取心臟活動信號；以及 對從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號的同步性、對稱性或比例 性中的至少一個進行校驗。2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中，非侵入式傳感器是表面電極。3. 根據(jù)權利要求1或2中的任何一項所述的方法，其中，非侵入式傳感器包括一對電極 集合，每個集合包括多個電極。4. 根據(jù)權利要求1至3中的任何一項所述的方法，包括在病人的胸部、頸部或鼻孔上雙 側地應用非侵入式傳感器。5. 根據(jù)權利要求1至3中的任何一項所述的方法，其中，與病人的吸氣努力同步的左邊 肌肉和右邊肌肉位于病人的胸部、頸部或鼻孔中。6. 根據(jù)權利要求1至5中的任何一項所述的方法，其中，非侵入式傳感器被對稱地置于 病人的身體上。7. 根據(jù)權利要求1至6中的任何一項所述的方法，包括： 使從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號相關，所述左電活動信號 和右電活動信號是在病人的氣道閉塞時采集的；以及 當從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號與病人的閉塞吸氣壓力 成比例時，確定所述從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號是有效的。8. 根據(jù)權利要求1至7中的任何一項所述的方法，包括在提取心臟活動信號之前，放大 左電活動信號和右電活動信號。9. 根據(jù)權利要求1至8中的任何一項所述的方法，包括:通過將從由濾波、積分、整流、求 平均及其組合構成的組中所選擇的元素應用于左電活動信號和右電活動信號，來處理左電 活動信號和右電活動信號。10. 根據(jù)權利要求1至9中的任何一項所述的方法，包括從左電活動信號和右電活動信 號中提取由與病人的吸氣努力不同步的肌肉所導致的偽像。11. 根據(jù)權利要求1至10中的任何一項所述的方法，包括對從其中提取心臟活動信號的 左電活動信號和右電活動信號的時序或幅度同步性、對稱性或比例性中的至少一個進行校 驗。12. 使用通過根據(jù)權利要求1至11中的任何一項所述的方法所獲取的病人的經(jīng)驗證的 吸氣肌活動，以用于病人和通氣機之間的交互的分析。13. 使用通過根據(jù)權利要求1至11中的任何一項所述的方法所獲取的病人的經(jīng)驗證的 吸氣肌活動，以用于病人的呼吸驅動的分析。14. 使用通過根據(jù)權利要求1至11中的任何一項所述的方法所獲取的病人的經(jīng)驗證的 吸氣肌活動，以用于病人的呼吸疲勞的頻譜分析。15. -種用于驗證病人的吸氣肌活動的系統(tǒng)，包括： 非侵入式傳感器，其被配置為采集分別表示與病人的吸氣努力同步的左邊肌肉和右邊 肌肉的活動的左電活動信號和右電活動信號； 提取器，其從左電活動信號和右電活動信號提取心臟活動信號；以及 第一比較器，其被配置為對從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號 的同步性、對稱性或比例性中的至少一個進行校驗。16. 根據(jù)權利要求15所述的驗證系統(tǒng)，其中，非侵入式傳感器是表面電極。17. 根據(jù)權利要求15或16中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)，其中，非侵入式傳感器包括一 對電極集合，每個集合包括多個電極。18. 根據(jù)權利要求15至17中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)，其中，非侵入式傳感器被配置 為雙側地應用于病人的胸部、頸部或鼻孔上。19. 根據(jù)權利要求15至18中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)，其中，非侵入式傳感器被配置 為對稱地應用于病人的身體上。20. 根據(jù)權利要求15至19中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)，包括： 從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號的第二比較器，所述左電活 動信號和右電活動信號是在病人的氣道閉塞時采集的；以及 確定器，當從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號與病人的閉塞吸 氣壓力成比例時，確定所述從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號是有 效的。21. 根據(jù)權利要求15至20中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)，包括左電活動信號和右電活 動信號的放大器，所述放大器在提取心臟活動信號之前，放大左電活動信號和右電活動信 號。22. 根據(jù)權利要求15至21中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)，包括左電活動信號和右電活 動信號的濾波器、積分器、整流器和平均器中的一個或多個。23. 根據(jù)權利要求15至22中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)，包括提取器，其用以從左電活 動信號和右電活動信號中移除由與病人的吸氣努力不同步的肌肉所導致的偽像。24. 根據(jù)權利要求15至23中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)，包括從其中提取心臟活動信 號的左電活動信號和右電活動信號的時序或幅度同步性、對稱性或比例性中的至少一個的 校驗器。25. 根據(jù)權利要求15至19中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)，包括確定器，其響應于由第一 比較器進行的校驗，來確定從其中提取心臟活動信號的左電活動信號和右電活動信號是有 效的。26. 使用通過根據(jù)權利要求15至25中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)所獲取的病人的經(jīng)驗 證的吸氣肌活動，以用于分析在病人和通氣機之間的交互。27. 使用通過根據(jù)權利要求15至25中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)所獲取的病人的經(jīng)驗 證的吸氣肌活動，以用于病人的呼吸驅動的分析。28. 使用通過根據(jù)權利要求15至25中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)所獲取的病人的經(jīng)驗 證的吸氣肌活動，以用于病人的呼吸疲勞的頻譜分析。29. -種機械通氣系統(tǒng)，包括： 根據(jù)權利要求15至25中的任何一項所述的驗證系統(tǒng)； 機械通氣機； 換氣管，從機械通氣機向病人提供通氣輔助；以及 控制器，可操作地連接到驗證系統(tǒng)并且至少部分地基于來自第一比較器的校驗結果來 控制機械通氣機。30. 一種機械通氣系統(tǒng)，包括： 根據(jù)權利要求20所述的驗證系統(tǒng)； 機械通氣機； 換氣管，其從機械通氣機向病人提供通氣輔助； 吸氣瓣，其被安裝在換氣管上； 氣道壓力計，其被安裝在換氣管上；以及 控制器，其可操作地連接到驗證系統(tǒng)并且向機械通氣機提供命令以操作吸氣瓣并且以 允許通過氣道壓力計測量病人的閉塞吸氣壓力。31. 根據(jù)權利要求28或29中的任何一項所述的機械通氣系統(tǒng)，其中，控制器包括計算 機，并且其中，機械通氣系統(tǒng)還包括： 監(jiān)視器，其可操作地連接到計算機并且從其接收源自提取器或第一比較器的警報。
【文檔編號】A61M16/00GK105916440SQ201480073562
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2014年12月18日
【發(fā)明人】C.辛德比, J.貝克, N.科姆托伊斯
【申請人】圣米高醫(yī)院