改進通氣支持循環的方法和設備的製作方法
2023-07-31 05:07:36 1
專利名稱：改進通氣支持循環的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及提供與受治療者的呼吸循環(周期)同步的輔助呼吸(ventilatory assistance)的方法和設備。更具體地講，本發明涉及用於同步呼吸機的方法，以使其壓力響應與患者的呼吸循環相協作地循環。
背景技術：
本發明可應用於任何形式的通氣，其中呼吸流被用於循環，儘管在無創壓力支持通氣中是顯著有用的。本發明還發現用於尤其壓力支持變化的有創通氣。本發明發現更多用於存在較高級別的壓力支持中，其中患者大體不具有睡眠呼吸暫停而是呼吸不足或無法呼吸，在這種情況中，輔助呼吸大體主要在夜間提供，但也在白天的一些時間提供。當尤其在慢性阻塞性肺疾病(COPD)中呼吸力學非正常時，循環成為一個顯著的問題。
在呼吸機中，經常必須設置一種控制處理過程，以判斷患者的實際呼吸循環從吸入至呼出(或反之亦然)的時間，從而呼吸機可實現合適的通氣響應。例如，一種呼吸裝置提供這樣一種處理過程，判斷觸發吸入壓力以便在患者的呼吸循環的吸入部分過程中發出適合的壓力的時間。類似地，這種裝置還具有這樣一種處理過程，判斷循環至呼出壓力以便在患者呼出的過程中發出適合的機器一患者響應的時間。這些處理過程用於將呼吸機與患者的實際呼吸循環同步。本領域技術人員將清楚，「觸發」是與將用於患者的吸入的最初壓力級別相關聯的事件，而「循環」是與切換至將用於患者的呼出的壓力級別相關聯的事件。
例如，雙級呼吸機在患者的呼吸循環的吸入部分的過程中提供較高的壓力級別，即所謂的IPAP，並且在呼吸循環的呼出部分的過程中提供較低的壓力級別，即所謂的EPAP。傳統上，通過監控呼吸流或壓力並且限定閾值級別例如零或峰值流量的百分比而實現切換。在所測量的呼吸流量值低於閾值時，裝置將發出EPAP。針對這種切換的另一種可選方式可涉及記錄的呼吸速度以及監控從吸入開始的消耗時間；在達到特定的時間之後，機器可切換至呼吸循環的呼出部分，其中所述特定的時間是針對呼吸循環的吸入部分的期望的時間。
用於循環的這些處理過程的目的是使得呼吸機裝置對於患者更加舒適，這是因為如果呼吸事件沒有被適當地同步，則裝置對於患者而言可相當的不舒適。顯著更加重要的目的是優化氣體交換，並且尤其在具有嚴重的呼出流限制的COPD中，防止延長的吸入次數，這導致了動態過度膨脹。當前用於循環的方法可有時不正確地檢測呼出並且導致了不正確的壓力改變。例如，如果呼吸機過早循環進入呼出，則當在需要時，在吸入的過程中，較少的支持將提供至患者。因而需要通過最小化不正確的同步改進這種處理過程。
發明內容
本發明的目的是，通過提供隨著時間改變的可變循環閾值而改進同步化。
本發明的另一目的是，提供同步化呼出閾值，隨著循環進行，所述閾值改變以變得更靈敏。
本領域技術人員在閱讀以下本發明的說明書之後將清楚其它的目的。
在本發明中，比較於流量的測量而計算同步化閾值，從而判斷呼吸機是否應該從吸入進行至呼出。在優選實施例中，閾值是時間的函數，允許其在單個吸入循環中，從循環的早期部分的過程中的較低靈敏閾值變化至循環的後期部分的過程中的較高靈敏閾值。在本發明的一個實施例中，閾值設有不應期，以防止在循環的特定時間過程中過渡至呼出，而同時這種過渡是不期望的或者不可能正確地反映患者實際進行到了呼出。本發明的其它方面在以下的說明中將更詳細描述。
圖1示出了用於實現本發明的方法的優選呼吸機設備的結構；圖2是在一個循環中隨著時間變化的呼出同步閾值的一個實施例的曲線圖；圖2B是在一個循環中隨著時間變化呼出同步閾值的靈敏度函數的曲線圖；圖3是在一個循環中隨著時間變化的呼出同步閾值的另一個實施例的曲線圖；圖4是在一個循環中包括不應期的呼出同步閾值的一個實施例的曲線圖；圖5是在一個循環中隨著時間變化的並且包括不應期的呼出同步閾值的一個實施例的曲線圖；圖6是在一個循環中隨著時間變化的呼出同步閾值的另一個實施例的曲線圖。
具體實施例方式
參看圖1，壓力發送裝置包括伺服控制鼓風機2、面罩6、以及送氣管道8，其用於連接在鼓風機2與面罩6之間。廢氣經由排氣部13排出。可選地，流量傳感器4f和/或壓力傳感器4p還可被利用，在這種情況中，可利用呼吸速度描記器以及不同的壓力傳感器或類似裝置測量面罩流量，以獲取流量信號F(t)，並且利用壓力傳感器在壓力計接口測量面罩壓力，以獲取壓力信號P面罩(t)。壓力傳感器4f和流量傳感器4p僅僅示意性在圖1中示出，這是因為本領域技術人員將清楚測量流量和壓力的方式。流量信號F(t)和壓力信號P面罩(t)發送至控制器或微處理器15，以獲取壓力請求信號P請求(t)。可選地，流量信號f(t)和壓力信號P面罩(t)可依據鼓風機電機而被估計或計算，即通過監控供應至電機的電流和/或電機的速度，如美國專利No.5740796、No.6332463或No.6237593所述，而不用如上所述設置流量傳感器和壓力傳感器。可選地，鼓風機電機速度可大體保持恆定，並且面罩中的壓力改變可通過控制伺服閥的打開而實現，其中所述伺服閥可變地將氣流轉向或傳送至面罩。
控制器15或處理器被構造成並且適於實現在此更加詳細所述的方法，並且可包括集成晶片、內存和/或其它指令或數據存儲介質。例如，由控制方法編程的指令可被編碼到裝置的內存中的集成晶片中或者裝載為軟體。
優選地，裝置發出持續氣道正壓的變化的壓力級別，其大體在吸入過程中高於呼出。然而，根據在此所述的本發明的控制原理，其它類型的通氣壓力處理可應用在該設備中，例如固有患者同步壓力的其它更加舒適的變化。
根據本發明的原理，同步閾值在單吸入呼吸循環中作為時間的函數改變。換句話說，在循環的過程中，該閾值不保持恆定。閾值隨著時間而增加，以使其在吸入循環的過程中更加敏感，並因而使得閾值更容易隨著吸入循環推進至呼出而實現呼吸機的循環。例如，可變的循環閾值可通過裝置隨著吸入時間推移而被連續計算，並且其在該時間過程中改變，直至通過流落於閾值之下而檢測到呼出。另一種理解本發明的方式是，隨著吸入進行，呼吸機漸增地對循環的開始靈敏。
圖2中示出了本發明的一個實例。在該圖中，用於檢測呼出的循環閾值函數(如虛線所示)在吸入的過程中從較小靈敏變化至較大靈敏。這種靈敏度的增加改進了同步化，這是因為由於這種內循環變化閾值，裝置很少可能不注意地在吸入的早期階段切換為呼出，但是隨著吸入進行，閾值變得更加可能使得呼吸機切換為呼出。換句話說，很難在吸入的早期部分的過程中進行循環，而比較容易在吸入的後續部分的過程中進行循環。
在實施例中，閾值隨著時間T最大變化，其中所述時間T最大優選是吸入的期望時間。而且，閾值可選地可限制於在最小閾值和/或最大閾值之間變化。在一個實施例中，最大閾值和最小閾值可以是峰值流量的函數，例如一定比例的或百分比的以前的呼吸峰值流量，相應地例如50％和10％。可選地，最大閾值和最小閾值可以是某些零以上的預先限定的固定量，它們是基於流量測量。臨床醫生或醫師可選擇這些百分比或量。
在最大值與最小值之間，閾值優選是增函數，例如經過的吸入時間的增函數。例如，增函數可以是經過的吸入時間(T經過的吸入時間)與期望的吸入時間T最大之比(例如，k*T經過的吸入時間/T最大)，其中k是預設的靈敏度常數，其可以針對需要較快靈敏度增加的患者被調得較高，以允許針對需要較快循環的患者快速循環至呼出。在一個實施例中，T最大或期望的吸入時間是由以前的呼吸確定，例如來自以前正常呼吸(包括咳嗽)的平均吸入時間。可選地，T最大可以是預設的最大吸入循環時間。所述經過的吸入時間T經過的吸入時間計數器可以在呼出的過程中被設為0，並且在吸入的開始處開始計數。例如，閾值可如下被設定臨時閾值＝(k*T經過的吸入時間/T最大)*最大閾值如果臨時閾值＜最小閾值，則將閾值設定為最小閾值否則，如果臨時閾值＞最大閾值，則將閾值設定為最大閾值否則將閾值設定為臨時閾值其它的方案可以被利用，以便作為吸入時間的函數改變循環閾值。例如，同步閾值可以被設定為(a)在期望的吸入時間的第一部分的過程中為最小閾值，例如期望的循環時間的大約25％，(b)在期望的吸入時間的中間部分的過程中從最小閾值直線上升至最大閾值(例如，期望的吸入循環時間的接下來的大約50％)，以及(c)針對期望的吸入時間的最後部分的最大閾值(例如，期望的循環時間的最後的大約25％)。這種函數可以是由閾值因子或閾值靈敏度函數實現，如圖2B的曲線所示。利用圖2B的函數，用於循環的同步閾值可以由以下公式計算閾值＝Ts(t)*峰值流量其中Ts(t)是吸入循環時間的閾值靈敏度函數，其導致了0與1之間的因子，如圖2B中的曲線所示；並且峰值流量是峰值吸入流量。
在圖2B所示的曲線中，在吸入循環的第一部分的過程中，因子可以是0或較小值(例如，0.10)，並且隨著循環進行，因子可以直線增加至最大值(例如，0.60)。本領域技術人員將清楚不同形式的因子曲線，其可被製造用於閾值靈敏度函數，其在循環中在一段時間內增加閾值的靈敏度，以實現有效的循環閾值。在本發明的所有實施例中，閾值大體從吸入的開始增加至吸入的結束。在一種形式中，增加的速度是恆定的。
在另一個實施例中，如圖3所示，閾值可以作為單調增函數而直線增加。增加曲線可以在吸入的開始處為0流量，並且隨著呼吸循環的吸入部分進行而增加。該實施例可通過參看圖2的實施例所述的公式而實施，即通過將最小閾值設定為0並且將靈敏度常數設定為1。最大閾值可被設定為峰值流量的某些期望的百分比。在這種方式中，隨著患者的吸入時間達到期望的時間或某些預定的最大時間，循環閾值將逐漸直線上升直至峰值流量的預設的最大百分數。可選地，參看圖2B的靈敏度函數，因子的曲線可在0開始，並且增加至較高的值。清楚的是，在計時呼吸的情況中，因為流量在計時呼吸的開始處大體為零或為負，所以該算法將造成直接循環，這是因為實際流量小於0的循環閾值。因此，該循環閾值函數正如所述可僅僅應用於觸髮式呼吸，但是可結合用於絕對不應期(在可出現循環之前最小吸入時間)，其允許用於由呼吸機所發出的壓力支持的時間，以使得流量在絕對不應期的結束時顯著為正。(可選地，可以將循環控制為在流量僅僅沿向下的方向交叉閾值時發生。)在一個實施例中，不應期被實施為在特定的時間時期的過程中，阻止循環至呼出。例如，這種實施方式在圖4的曲線中示出。在圖4中，恆定的閾值被示出具有不應期，其是吸入時間的函數。在所示的實例中，循環閾值在吸入的開始不執行，因而在不應期的過程中停止循環。儘管循環閾值可處於期望的百分比的峰值流量，其適合地循環呼吸機，在不應期的過程中，其可被設定為將停止循環的級別(例如，-4*峰值流量)。然而，在不應期消逝之後，閾值升高，以返回至期望的可操作的閾值級別。例如，閾值可被設定為在吸入循環(T最大)的期望時間的首先25％的過程中不執行，如下如果(T經過的吸入時間＜0.25*T最大)，則閾值＝-4*峰值流量否則閾值＝0.25*峰值流量。
類似地，這種不應期可實施用於圖3和4中所示的早期的實施例的增函數。例如，如圖5的循環閾值所示，限於最小閾值與最大閾值之間的增函數在吸入的早期部分的過程中具有不應期，並且僅僅在其後有效。
之前所述的實施方式的各種不同的方面可被組合以形成用於同步呼吸機的其它動態閾值。一種這樣的組合示於圖6中。在該曲線中，在循環的第一時間部分的過程中，不應期被加強。在循環的接下來的時間部分(A)中，最小閾值被應用。在隨後的時間部分(B)中，閾值從最小閾值直線上升至第二分層閾值。在第四時期(C)過程中應用第二分層閾值。最後，在最後的時期D中，閾值是從第二分層閾值到最大閾值的增函數。
計時式和觸髮式呼吸的呼吸機理各不相同。在計時式呼吸中，呼吸流在呼吸的開始時顯著為負，並且僅僅有時在呼吸開始之後或者根本不出現患者自主呼吸。由於較低壓力支持級別，可出現早期循環，尤其如果循環閾值是固定值或是一定比例的峰值流量的最大值以及某些固定的最小(正)循環閾值。在壓力支持伺服呼吸機的情況中，其中壓力支持級別在自主呼吸的時間過程中可以相當低，結果可以是，在從觸髮式呼吸過渡至計時式呼吸之後的首先一個或兩個呼吸可以是相對無效的，並且肯定比沒有出現早期循環的情況更低效。為此和其它原因，存在這樣的優點，即具有用於計時式和觸髮式呼吸的不同的循環閾值算法。
在某些情況中，大體在計時式呼吸的過程中，具有這樣的優點，即針對某些比例的吸入具有緩和的負循環閾值。這意味著可由患者自主呼吸中止吸入，而並不將消極中止。在負循環閾值的過程的結束時，循環閾值可以朝向更負的值突然地或平穩地改變。
在吸入時間的部分或全部的過程中的循環閾值可以是某些預定的恆定值以及某些諸如(瞬時)峰值呼吸流量的呼吸流量這兩者的函數。
在優選的實施例中，多個這些特徵被組合，從而在計時式呼吸過程中的循環算法如下設有最大吸入時間TiMax，在該時間，將出現循環而不管任何其它狀態。TiMax被設定為這樣的值，其對於計時式呼吸是合理的；例如，如果計時式呼吸循環(備份速度的倒數)是TTotTimed，則TiMax等於用於治療的患者的合理的吸入分數(大體在0.25與0.4之間)乘以TTotTimed。
針對處於[0，TiMax/6)內的吸入時間而言，不能出現循環。
針對處於[TiMax/6，TiMax/3)內的吸入時間而言，循環閾值是稍微較小的負值QCycMin，例如-0.1 l/s。
令QPeak(Ti)代表吸入時間Ti的瞬時峰值流量。
令QPeakPos(Ti)＝max(瞬時峰值流量QPeak(Ti)，0)針對處於[TiMax/3，TiMax*2/3)內的吸入時間Ti，循環閾值QCyc是由該吸入時間區間開始處的值QCycMin與等於該吸入時間區間結束處的一定比例的QPeakPos(Ti)的FCyc的閾值之間的插值確定，尤其根據QCyc＝(Ti-TiMax/3)/(TiMax*2/3-TiMax/3)*(FCyc*QPeakPos(Ti)-QCycMin)+QCycMin針對處於[TiMax*2/3，TiMax)內的吸入時間Ti而言，循環閾值QCyc是由一定比例的QPeakPos(Ti)的FCyc確定。
儘管本發明在其全文說明書中參照所述的各種不同的實施例進行了說明，但是應該理解的是，這些實施例僅僅是本發明的不同原理的示意性應用。在不脫離本發明的精神和範圍的前提下，處於在此所述的本發明的示意性實施例以外，還可以提供多種改型，以及其它結構。例如，儘管在本說明書中已經大體圖示的方式示出了循環閾值，但是類似的閾值可以被實施作為用於吸入的觸發閾值。
權利要求
1.一種呼吸機，其在呼吸的吸入循環和呼出循環過程中將不同壓力的空氣輸送至患者，並且在患者的呼吸流量越過一定的閾值級別之後，所述呼吸機從吸入操作循環至呼出操作，其特徵在於，所述閾值從吸入的開始至吸入的結束增加。
2.根據權利要求1所述的呼吸機，其特徵在於，在至少一部分所述吸入循環的過程中，所述閾值線性增加。
3.根據權利要求2所述的呼吸機，其特徵在於，在吸入循環的最初部分的過程中，停止所述呼吸機的循環操作。
4.根據權利要求1所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值從最小值增加至最大值，其中所述兩個值是峰值流量的函數。
5.根據權利要求1所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值從最小值增加至最大值，其中每個值為峰值流量的相應百分比。
6.根據權利要求1所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值從最小值增加至最大值，其中每個值是高於零值的相應預定量。
7.根據權利要求1所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值作為吸入經過時間的函數從最小值增加至最大值。
8.根據權利要求1所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值作為吸入經過時間和期望的最大吸入時間這兩者的函數從最小值增加至最大值。
9.根據權利要求1所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值從最小值增加至最大值的速度針對個體患者的需要是可調的。
10.根據權利要求1所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值從最小值增加至最大值的速度是通過以前呼吸而確定的。
11.根據權利要求10所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值從最小值增加至最大值的速度基於預定數量的以前正常呼吸的平均吸入時間。
12.一種用於操作呼吸機的方法，其中所述呼吸機在呼吸的吸入循環和呼出循環過程中將不同壓力的空氣輸送至患者，並且在患者的呼吸流量越過一定的閾值級別之後，所述呼吸機從吸入操作循環至呼出操作，其特徵在於，所述閾值從吸入的開始至吸入的結束增加。
13.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，在至少一部分所述吸入循環的過程中，所述閾值線性增加。
14.根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，在吸入循環的最初部分的過程中，停止所述呼吸機的循環操作。
15.根據權利要求12所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值從最小值增加至最大值，其中所述兩個值是峰值流量的函數。
16.根據權利要求12所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值從最小值增加至最大值，其中每個值是峰值流量的相應百分比。
17.根據權利要求12所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值從最小值增加至最大值，其中每個值是高於零值的相應預定量。
18.根據權利要求12所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值作為吸入經過時間的函數從最小值增加至最大值。
19.根據權利要求12所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值作為吸入經過時間和期望的最大吸入時間的函數從最小值增加至最大值。
20.根據權利要求12所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值從最小值增加至最大值的速度被設置成適合於個體患者的需要。
21.根據權利要求12所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值從最小值增加至最大值的速度是通過以前呼吸而確定的。
22.根據權利要求21所述的呼吸機，其特徵在於，所述閾值從最小值增加至最大值的速度基於預定數量的以前正常呼吸的平均吸入時間。
23.一種呼吸機，其在呼吸的吸入循環和呼出循環過程中將不同壓力的空氣輸送至患者，並且依據患者的吸入流量，所述呼吸機從吸入操作循環至呼出操作，其特徵在於，隨著吸入的進行，所述呼吸機對循環啟動的靈敏度逐漸增加。
24.根據權利要求23所述的方法，其特徵在於，在至少一部分所述吸入循環的過程中，靈敏度線性增加。
25.根據權利要求24所述的方法，其特徵在於，在吸入循環的最初部分的過程中，停止所述呼吸機的循環操作。
26.根據權利要求23所述的呼吸機，其特徵在於，靈敏度隨著峰值流量而增加。
27.根據權利要求23所述的呼吸機，其特徵在於，靈敏度隨著吸入經過時間的變化而增加。
28.根據權利要求23所述的呼吸機，其特徵在於，靈敏度隨著吸入經過時間以及期望的最大吸入時間這兩者的變化而增加。
29.根據權利要求23所述的呼吸機，其特徵在於，靈敏度增加的速度針對個體患者的需要是可調的。
30.根據權利要求23所述的呼吸機，其特徵在於，靈敏度增加的速度是通過以前呼吸確定的。
31.根據權利要求30所述的呼吸機，其特徵在於，靈敏度增加的速度基於預定數量的以前正常呼吸的平均吸入時間。
32.一種用於操作呼吸機的方法，其中所述呼吸機在呼吸的吸入循環和呼出循環過程中將不同壓力的空氣輸送至患者，並且依據患者的吸入流量，所述呼吸機從吸入操作循環至呼出操作，其特徵在於，隨著吸入的進行，所述呼吸機對循環啟動的靈敏度逐漸增加。
33.根據權利要求32所述的方法，其特徵在於，在至少一部分所述吸入循環的過程中，靈敏度線性增加。
34.根據權利要求32所述的方法，其特徵在於，在吸入循環的最初部分的過程中，停止所述呼吸機的循環操作。
35.根據權利要求32所述的方法，其特徵在於，靈敏度隨著峰值流量而增加。
36.根據權利要求32所述的方法，其特徵在於，靈敏度隨著吸入經過時間的變化而增加。
37.根據權利要求32所述的方法，其特徵在於，靈敏度隨著吸入經過時間以及期望的最大吸入時間這兩者的變化而增加。
38.根據權利要求32所述的方法，其特徵在於，靈敏度增加的速度針對個體患者的需要是可調的。
39.根據權利要求32所述的方法，其特徵在於，靈敏度增加的速度是通過以前呼吸確定的。
40.根據權利要求32所述的方法，其特徵在於，靈敏度增加的速度基於預定數量的以前正常呼吸的平均吸入時間。
全文摘要
公開了一種呼吸機，其在呼吸的吸入循環和呼出循環過程中將不同壓力的空氣輸送至患者，並且在患者的呼吸流量經過一定的閾值級別之後，所述呼吸機從吸入操作循環至呼出操作。所述閾值大體從吸入的開始增加至吸入的結束。這種增加可以是在整個或者僅僅吸入循環的一部分中是線性的，並且閾值可調整成在吸入循環的最初部分的過程中防止循環。最小值以及最大值都是峰值流量的函數，並且閾值可隨著吸入經過的時間而增加。閾值從最小值增加至最大值的速度可以針對個別患者需要進行調整，並且可以通過以前的呼吸確定。
文檔編號A61M16/00GK101065159SQ200580028543
公開日2007年10月31日 申請日期2005年6月22日 優先權日2004年6月23日
發明者戴維·約翰·巴辛 申請人:雷斯梅德有限公司