機械通氣和體外血氣交換的通氣系統的製作方法

2023-05-21 03:11:11

本發明涉及一種通氣系統，包括用來對病人的肺進行機械通氣、特別是正壓通氣的裝置，以及用於體外血氣交換的ECLS裝置。

背景技術：

該系統被設計用來，一方面通過機械通氣裝置實施機械呼吸輔助、另一方面通過ECLS裝置實施體外血氣交換特別是氧合/通氣，以協調的、自動的方式來輔助病人血液循環中的血氣交換。該系統被設計特別的用來對病人重症特別護理，特別是當對病人進行機械通氣強化治療的過程中，發生了進一步的情況時分別輔助肺功能和血氣交換，所述進一步的情況為單獨的機械通氣已經不足以使病人的肺功能得到足夠的輔助或肺功能的足夠的輔助所需要的機械通氣的通氣參數設置可能會導致肺和呼吸道和/或心血管系統的損傷。

根據本發明，ECLS裝置設置體外血氣交換程度，特別是氧合/通氣，且機械通氣裝置根據ECLS裝置設置的體外血氣交換程度自動調整機械呼吸輔助程度。

建議的機械通氣裝置可以通過正壓通氣裝置實現，其為機械通氣現今常用的裝置。當使用正壓通氣時，在吸氣時外部的正壓被施加到呼吸道，其具有將空氣壓進肺中的效果，空氣中可能還添加有氧氣和/或其它添加物。呼氣在多數情況下是通過施加到呼吸道出口的環境壓力隨著相對於環境壓力肺的壓力被釋放而被動發生的。或者，也可以在呼氣時使用一些機械輔助。在機械通氣的情況下，本身的血氣交換，特別是靜脈血O2的補充和CO2的排出，各自的作為本能在肺中發生。機械通氣裝置允許多種不同的通氣模式，覆蓋了從輔助自發呼吸形式到完全機械控制通氣形式的範圍。機械通氣裝置可允許對通氣的侵入性根據病人狀況做持續性的調整，例如通過改變通氣模式。

病人的狀況可通過不同的傳感器或測量流程來檢測，每個均檢測特定的參數，例如-在機械通氣中常用的-分別在吸入氣和呼出氣中，對O2和CO2含量(例如在呼氣過程的末端的呼末CO2(PetCO2))的各自的檢測，或通過脈搏血氧飽和度儀對血液中的血氧飽和度(SpO2)的測量，而且除此之外也對肺阻力和肺順應性的測量。甚至可以檢測在通氣時通常僅不定時的或手動方式檢測的參數，特別是檢測血液中呼吸氣體的含量，通過對應的化學分析(PaO2,PaCO2)或通過光學測量。所有這些測量流程可以自動方式進行，即無需醫生或護理人員的處置。

機械通氣裝置根據具體的通氣參數操作。這些參數其中包括供應至肺的呼吸氣中的氧氣濃度(FiO2)；呼吸頻率，即每分鐘呼吸次數；潮氣量(也被稱為呼吸量)，即每次呼吸將被施加到肺的空氣體積；吸氣流量，即在吸氣階段的空氣流量(這可能-通常來說-在單次吸氣階段確實變化)；最大吸氣壓力，即在吸氣階段期間在呼吸道入口的空氣的最大壓力；呼氣末正壓(所謂的PEEP)，即通氣時長期施加到呼吸道入口的正壓力，以阻礙在呼氣階段的末尾部分肺泡的塌陷。PEEP通常被確定為在呼氣階段的末尾在呼吸道出口的壓力。

機械通氣裝置可基於固定預設通氣參數進行通氣，例如FiO2、PEEP或最大吸氣壓力。其它每個通氣參數通過通氣裝置均自動匹配以實現可能的最好通氣狀態。就這一點而言，通氣可被以下述方式實現，即在固定預置的通氣參數以及自動檢測的靈活通氣參數的基礎上，給定通氣模式的機械通氣裝置自動設置相關的靈活通氣參數(例如通過各自的閉環控制系統)。固定預設通氣參數和可調整的靈活通氣參數的類型和數量對於不同種類的通氣模式是不同的，例如壓力控制通氣、體積控制通氣、雙水平式呼吸道正壓(BiPAP)通氣，這些僅是其中一部分。固定預設通氣參數的數量越少，通氣裝置應對不同影響越靈活，並且在通氣時需要手動幹預的次數越少。然而閉環控制所需的費用也相應增加，並且特別存在特定的通氣參數組合導致肺部損壞的風險。為避免上述問題，靈活通氣參數被定義特定的基礎條件。那麼各自通氣參數僅在為它們定義的限制內可被通氣裝置改變。

機械通氣裝置可在不同通氣模式之間交替或從多個通氣模式中選擇各自適合的通氣模式也是可想到的。這可通過評價各自檢測到的通氣參數或表示通氣狀態的參數以自動方式發生。例如，參考申請人已知名稱為ASV(適應性輔助通氣)的通氣系統，其被包括例如在申請人的商品名稱為「S1」機械通氣裝置中。

除了機械通氣，體外肺支持(ECLS)也有很多種方式，其中肺功能由機器部分或全部接管，從這種意義上說，血氣交換，即血液中氧氣的補充(氧合)和/或CO2的排出(通氣)，由機械輔助或甚至全部機械接管。ECLS通常是一種重症護理技術，與頻繁應用於心臟手術中的心肺機類似。在心肺機的情況下，維持血液循環的心臟功能也必須完全由機器接管，ECLS通常-儘管不是唯一的-集中用於肺功能的替代或輔助。靜脈-靜脈ECLS系統通常通過從靜脈系統取出血液且體外血氣交換之後返回到同樣的靜脈系統來輔助肺功能。靜脈-動脈ECLS系統中，血液被從靜脈系統取出，體外血氣交換後返回到動脈系統，此外提供心功能的機械輔助的可能性。關於本發明，靜脈-靜脈ECLS系統和靜脈-動脈ECLS系統都可以使用。ECLS用於患有特別嚴重的肺損壞的病人，肺泡本身不再允許氣體交換到了需要保護肺功能的程度。因此ECLS屬於一種體外器官替代方法。

在大多數的ECLS方法中，例如所謂的體外膜氧合(ECMO)，套管被插入到兩個大血管中(或者在靜脈-靜脈類型時一個或兩個大靜脈或在靜脈-動脈類型時一個大靜脈和一個動脈)以連續地輸送血液通過體外氧合器，例如在ECMO(ECMO＝體外膜氧合)時為膜氧合機，所述膜氧合機排出血液中的CO2並補充血液中的O2然後將如此處理的血液返回到病人的血液循環。血液可能會返回到病人的靜脈系統(所謂的靜脈-靜脈ECLS)，使得心功能仍由心臟接管。然而，也存在情況：心臟也是搭橋的則血液返回到心臟下遊的動脈系統中，以通過輸送循環來輔助心功能(所謂的靜脈-動脈ECLS)。作為膜氧合器的替代，也存在使用其它形式例如肺泡氧合器。在一些情況，ECLS可以微創性的方式完成，例如通過將集成氣體交換導管(IGEC)直接插入到大靜脈中。那樣的話，就不需要從病人取出血液，因為氣體交換在靜脈內通過導管的毛細管分別補充O2和排出CO2而發生。

數天或數周內ECLS可保證分別充分的氧合和通氣，因此給予肺時間去治療而沒有侵入性的機械通氣。不過，ECLS被視為最後的治療可能性由於其高技術和人員支出、高花銷和高併發症風險(例如出血)。

通常在ECLS中以下參數可被改變：供給到體外氧合器的氣體組分(例如O2和CO2各自的含量)，供給到體外氧合器的氣體流量，經過體外氧合器的血液流量。

本發明有關通氣系統，其中機械通氣和ECLS用於共同以協調方式完成以實現儘可能高效的機械通氣，同時肺部僅具有輕微損傷效應。通氣系統包括機械通氣裝置和ECLS裝置，每個裝置本身基本以上述描述的方式被配置。

US 5 810 759公開了一種系統，其特徵是在靜脈-靜脈ECMO期間ECMO參數自動控制，其目的是O2對CO2的取代。預設的血液中O2和CO2各自的濃度可被控制，通過控制在ECMO循環中循環的血液流量以及，按其比例，控制供給到流經ECMO循環的血液中的氧合器氣流量。通常被指出的是附加外部參數可以被檢測且ECMO系統的參數的設置可以考慮這種附加參數，例如機械通氣裝置的設置。動物實驗的數據報告顯示ECMO閉環控制系統能夠適應外部參數的大幅改變-在實驗中機械正壓通氣的預定呼吸輔助大幅降低至非常低的水平。

文件WO 2011/021978 A1公開了一種通氣系統，其中ECLS和正壓通氣組合在一起且以儘可能自動化的方式完成輔助病人的血氣交換。目的在於以各自最理想的水平利用ECLS和正壓通氣，以避免過度強化的正壓通氣對肺系統的損傷。ECLS和正壓通氣各自均具有自己的控制系統以分別控制體外血氣交換和通氣。每個控制系統具有與之相連的自己的傳感器系統，為ECLS和正壓通氣傳遞各自的控制參數。ECLS和正壓通氣的控制系統交換數據，使得至少一個控制系統基於與另一個控制系統相關的至少一個控制參數向與之相關的進程輸出控制信號。一方面，基於從正壓通氣傳遞的控制參數，ECLS輔助的自動控制將被完成：對於正壓通氣的各自程度，基於在呼氣階段的末尾在呼吸氣體中的CO2含量，ECLS需要的輔助程度被設置。另一方面，基於從ECLS傳遞的控制參數，正壓通氣輔助的自動設置將被完成：對於在各自程度的ECLS，基於病人血液循環中的O2含量，正壓通氣需要的輔助程度被設置。然而，可以看出在兩部分系統的合作中，通氣系統對操作的不穩定性和複雜性是敏感的，因為ECLS部分系統和正壓通氣部分系統兩個都將試圖對抗過低的輔助程度-通過從各自另一部分系統傳遞的控制參數所表達。這導致兩部分系統的競爭，具有對變化過於強烈的反應的趨勢。因此，這種系統在治療範圍內很難適於兩個系統的大規模的自動、協調操作。

技術實現要素：

根據本發明，可以提供一種通氣系統，其以更可靠的方式確保全自動通氣，特別是在機械通氣和ECLS被同時應用的情況下，因為單獨的機械通氣涉及不充分的血氣交換的風險和/或對肺部、呼吸道或心血管系統不可挽回的損壞的風險。這個通氣系統被設計為特別是在缺乏或至少具有不足的呼吸功能的需要機械通氣的病人的重症護理中使用。

這個目的根據本發明在上文表明的類型的通氣系統被滿足。

本發明創造性的結合常規操作的機械通氣裝置特別是正壓通氣裝置和體外肺輔助ECLS裝置(特別是體外膜氧合輔助ECMO)，通過參數評價-這可以是在ECLS裝置中確定的參數，例如流經體外循環或體外氧合的靜脈血下遊的O2含量，也可以是從機械通氣傳遞的參數-，ECLS裝置確定ECLS的治療強度相對於機械通氣的治療強度是否要改變。至少一個說明ECLS治療強度相對比例的參數作為預定參數被轉移到機械通氣。然後機械通氣調整特定狀態，或至少試圖調整使得特定狀態被達到。因此，關於治療過程，ECLS經常主導通氣裝置。ECLS被設置了輔助的預定程度。機械通氣把ECLS設置的輔助程度當作預設要素進行調整。

治療的進一步過程是確定ECLS裝置檢測設置的輔助程度要保持或改變(通常是下降)到什麼程度。若ECLS輔助程度要下降，一個區分ECLS輔助新程度的參數將被轉移到機械通氣裝置，作為機械通氣自動設置的新技術參數。這可被實現，例如使得ECLS裝置設置體外血氣交換程度的目標值。ECLS裝置包括(閉環)控制機制其操作的目的是ECLS裝置，考慮到當前監測到的血氣值，試圖接近預設目標值然後一旦達到就保持在目標值。在接近目標值的這個過程中，機械通氣每次適應ECLS裝置佔主導的分別的狀態，從而也間接遵循通氣狀態匹配預設目標值的發展。

可能的控制策略可在於ECLS裝置最初被設置儘可能高的輔助程度，尤其是肺功能必須的輔助程度可以完全由ECLS裝置提供且不需要機械通氣輔助(即ECLS裝置輔助程度100％)。其後，定期檢測(通常通過ECLS裝置控制單元)ECLS裝置輔助程度可以被降低到什麼程度且機械通氣的輔助程度可被相應地提高到什麼程度。

機械通氣裝置試圖對於ECLS裝置給定的分別的設置，來設置機械通氣的參數使得氣體交換給定的目標值可以被達到，所述設置其特徵在於這樣的參數：ECLS循環中的血液流量，分別到氧合器的O2和其它氣體的總氣體流量，氧合器氣體的組分。從這層意義上說，根據本發明的建議意味著是相比於機械通氣ECLS是「主導的」。機械通氣裝置視ECLS的狀態設置為給定狀態並且對於這個給定的狀態試圖調整機械通氣合適的狀態。就這一點而言，機械通氣被試圖達到與固定預設通氣參數的特定要求-取決於特定的通氣模式-，但實際上也試圖達到可調整的通氣參數例如提供的通氣氣體的最大PEEP、最大呼吸道壓力或最大分鐘通氣量的特定基礎條件。分鐘通氣量是呼吸頻率和在一次呼吸中施加的各自潮氣量乘積的結果。

ECLS裝置的體外血氣交換程度可以自動或手動方式被預選。特別有興趣的是在ECLS調整策略的範圍內ECLS裝置的體外血氣交換程度的自動預設的可能性，它將在下文以舉例的形式更詳細地被解釋。

機械通氣裝置例如可被設計為，關於根據ECLS裝置的體外血氣交換程度做出的各自的設置，機械通氣的呼吸輔助被自動控制(開環/閉環)。例如機械通氣裝置可被設計用於以自動方式且在預定通氣參數範圍內選擇由機械通氣裝置設置的通氣狀態，且控制機械通氣裝置使得後者呈現已選擇的通氣狀態或至少試圖呈現已選擇的通氣狀態。這可被提供尤其以使用閉環控制系統的機械通氣的形式。對於待選擇的各自的通氣模式可提供充分的靈活性，且此外能夠自動選擇適合的特定通氣模式的通氣裝置，例如是包括名稱為「ASV」(適應性輔助通氣)的已知通氣模式的通氣裝置。ASV提供閉環控制系統通氣，以及最佳通氣模式的動態計算和基於選擇的通氣模式、已選擇的各自通氣模式的自由參數仍然必要的自動設置的動態計算，使得對病人儘可能少的影響下充分的呼吸輔助可被達到。這樣做時，以儘可能低的壓力操作的保護肺治療策略是優選的。

為機械通氣裝置設置的通氣參數可來源於由ECLS裝置設置的體外血氣交換程度。例如，機械通氣的最大呼氣末正壓PEEPmax或機械通氣的最大呼吸道壓力(PEEP+Pinsp)max或機械通氣的最大分鐘通氣量可取決於體外血氣交換的各自程度設置。

例如，對ECLS裝置設置的體外血氣交換程度分配體外輔助在氧合中的程度是可能的，即當血液補充氧氣時。體外輔助在氧合中的程度尤其可以是體外氧合佔血液中總氧氣補充的比例的相對值，所謂總氧氣補充即在體外氧合和機械通氣實現的血液中總氧氣的補充。這個比例在下文中也可以被稱為％ECLS_O2。隨後分別的體外輔助在氧合中程度％ECLS_O2可以確定機械通氣的最大呼氣末正壓PEEPmax。然後最大呼氣末正壓PEEPmax隨著體外輔助在氧合中的程度(％ECLS_O2)的降低而增加。這種方式可以保證最大呼氣末正壓PEEPmax-其在機械通氣眾多的通氣模式下構成機械通氣強度的基本條件-在體外輔助在氧合中的程度％ECLS_O2變得更低時其增加的越來越多。這相應地需要相對於體外氧合的輔助程度，通過機械通氣血液中O2的補充的輔助程度增加。隨著體外輔助在氧合中的程度的降低機械通氣的相對程度增加的越來越多。隨著機械通氣和ECLS相結合以令人滿意的方式運行越長時間，作為(天生的)補充血液O2的天生的器官的肺的功能相應地獲得增加的意義。這符合以下事實：機械通氣和ECLS輔助相結合以令人滿意的方式運行越長時間，機械通氣中設置的最大呼氣末正壓PEEPmax可能具有越來越高的最大值。更高的呼氣末正壓一方面形成更有效的機械通氣，在呼吸時肺泡塌陷可被抑制的更好，但是另一方面也意味著肺組織更高的負擔。

體外血氣交換程度的改變是機械通氣的比例相對於體外血氣交換的比例被強制改變的直接結果。

體外血氣交換程度的改變也可通過由體外輔助在氧合中的程度％ECLS_O2確定通過ECLS裝置取自病人的血液流量的最大值來直接得到。就這一點而言通過ECLS裝置取自病人的血液流量的最大值可隨著體外輔助在氧合中的程度％ECLS_O2的增加而增加。這個措施可以用於代替上文提到的最大呼氣末正壓與體外輔助在氧合中的程度之間的關係。然而，額外使用這個措施是尤其有效。

附加的或作為替代，對體外血氣交換程度分配體外輔助在通氣中的程度，所述通氣即排出血液中CO2，也是可能的。體外輔助在通氣中的程度尤其也可以是體外通氣佔血液中總CO2排出的比例的相對值，所述總CO2排出即在體外通氣和機械通氣(人工呼吸)實現的血液中總CO2的排出。這個比例在下文中也可被稱為％ECLS_CO2。

體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2％可能與體外輔助在氧合中的程度ECLS_O2無關。

體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2％可以確定機械通氣的最大分鐘通氣量(分鐘通氣量被定義為潮氣量乘以呼吸頻率)。尤其是，最大分鐘通氣量隨著體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2％的降低而增加。附加的或作為替代，體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2％可以確定機械通氣的最大呼吸道壓力(呼吸道壓力被定義為呼氣末正壓PEEP與吸氣和呼氣期間的佔優勢的壓力之和，最大呼吸道壓力通常在吸氣末端達到)。尤其是，最大呼吸道壓力可隨著體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2％的降低而增加。當最大呼吸道壓力不僅來源於體外輔助在通氣中的程度，也來源於體外輔助在氧合中的程度，尤其是來源於兩個程度中較高的一個時，是特別有利的。例如為了得到機械通氣中的最大呼吸道壓力，利用最大呼吸道壓力隨著體外輔助在氧合中的程度(％ECLS_O2)和體外輔助在通氣中的程度(％ECLS_CO2)的最大值的降低而增加的關係也是可能的。以這種方式實現的效果是最大呼吸道壓力和/或最大分鐘通氣量-這些參數也構成在機械通氣的許多通氣模式中的通氣強度的基礎條件-隨著體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2變得越低而持續增加越多，也可能加上考慮到體外輔助在氧合中的程度。因此，相對於體外通氣的輔助程度，機械通氣排出CO2的輔助程度相應增加。體外輔助在通氣中的程度變得越低，機械通氣獲得增加的意義。因此這裡，作為排出血液中CO2的(天生的)器官的肺的功能，隨著體外輔助在通氣中的程度變得越低，也獲得增加的意義。這符合以下事實：在更高的最大限值呼吸道壓力和/或分鐘通氣量的機械通氣可能具有實現更有效呼吸的趨勢，然而，再次具有作用於肺組織的較高總負擔。

在這種情況下，當體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2確定氧合氣體流量的最大值時直接實現體外血氣交換程度的改變也是可能的，所述氧合氣體通過ECLS裝置被提供至取自病人的血液循環的血液。尤其是，通過ECLS裝置被提供至取自病人的血液循環中的血液的氧合氣體流量的最大值隨著體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2的增加而增加。作為替換或附加的，改變氧合氣體的組分也是可能的。這個措施也可用於代替上文表示的一方面最大呼吸道壓力和/或最大分鐘通氣量和另一方面體外輔助在通氣中的程度之間的關係。然而，額外使用這個措施是尤其有效的。

很大程度上-如果需要，甚至完全-以自動方式可靠運行的通氣系統將通常被提供為：ECLS裝置-具有體外血氣交換程度的設置值-預定時間段的呼吸之後，關於體外血氣交換程度的設置值，檢測血氣交換的預定目標狀態通過機械通氣裝置和ECLS裝置相結合是否被達到。

血氣交換的預定目標狀態可通過例如表示血液循環中O2含量的參數來表達。為此，適於表達血液循環中O2含量的所有常見方法或參數基本上可被使用。尤其是，下列參數之一可被容易的使用：SpO2(通過脈衝血氧飽和儀測定的在靜脈血中O2飽和度值；為此，尤其很容易使用的指尖探針是可用的)，SaO2(通過化學分析或光學方法測定的血液中氧氣飽和度值)或PaO2(血液中O2分壓)。這些值可在機械通氣裝置(例如通過脈衝血氧飽和儀)或在ECLS裝置(這在血氣分析中是有用的，因為無論如何血流是從病人的血管系統中分支)中被測定。測量探針的位置可基本位於血氣交換發生位置的下遊或上遊。

以相應的方式，附加的或作為替換，血氣交換的預定目標狀態通過限定血液循環中CO2含量的參數來表示是可能。這裡，使用適於表達血液中CO2含量或濃度的所有已知方法或參數也是可能的，例如PaCO2(血液中CO2分壓)，PetCO2(呼吸氣體中CO2含量，在吸氣階段末尾測量)。血氣交換關於CO2的測量在機械通氣裝置(例如PetCO2)或在ECLS裝置(例如PaCO2)中也可被實現。以上關於O2含量的陳述同樣適用。

尤其有利的發展為：到達預定目標狀態之後ECLS裝置降低體外血氣交換程度。這意味著ECLS裝置具有內在的傾向以持續方式從初始程度依次降低體外血氣交換程度-有利於通過機械通氣實現的血氣交換-。於此結果是通氣系統具有源自體外血氣交換的內在阻斷效應：如果機械通氣-對於給定的體外血氣交換程度-可調整到預定目標狀態被達到的狀態，體外血氣交換傾向於不斷下降。正如已經解釋的，預定目標狀態尤其是已完成的血液中氧氣的補充和/或已完成的血液中CO2的排出的預期狀態。

預期的阻斷功能可通過特別簡潔的方式實現，即基於確定目標狀態可被達到，尤其是確定血液循環中O2濃度的設置值可被達到，ECLS裝置降低體外輔助在氧合中的程度％ECLS_O2第一預定量。如上文所說，這具有以下效應：血氣交換輔助中的機械通氣的比例，尤其是血液中氧氣的補充，在降低體外輔助在氧合中的比例的情況下進一步被提高。通過ECLS裝置和機械通氣裝置相結合的血氣交換的總輔助程度，尤其是氧合，不是必須要改變。而是，在很多情況下，依據總體必要的輔助程度沒有改變的事實，將保持不變。然而，隨著時間的推移以遞增方式改變的是執行的總輔助中的機械通氣的比例。這是由於事實：例如總機械通氣在越來越寬的邊界條件範圍內發生，例如對於呼氣末正壓PEEP，因為最大呼氣末壓力隨著體外膜氧合的輔助的程度％ECLS_O2的降低而增加。貢獻也在於取自病人血液的最大流量隨著體外膜氧合的輔助程度％ECLS_O2的降低變得越來越少。

相應地，作為替換或附加的，基於確定目標狀態可被達到，尤其是確定血液循環中CO2濃度的預設值可被達到，ECLS裝置降低體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2第二預定量是可能的。以上關於體外輔助在氧合中的程度％ECLS_O2的陳述在這種情況同樣適用：在血氣交換輔助中的機械通氣比例，尤其是血液中二氧化碳的排出，在降低體外輔助在通氣中的比例的情況下被越來越提高。通過ECLS裝置和機械通氣裝置相結合的血氣交換的總輔助程度，尤其是通氣，不是必須要改變。而是，在很多情況下，依據總體必要的輔助程度沒有改變的事實，將保持不變。然而，隨著時間的推移以遞增方式改變的是執行的總輔助中的機械通氣的比例。總機械通氣可在越來越寬的邊界條件範圍內發生，例如對於最大呼吸道壓力和/或最大潮氣量，因為最大呼吸道壓力和/或最大潮氣量隨著體外通氣的輔助程度％ECLS_CO2的降低而越來越增加。貢獻也在於向取自病人的血液提供的氧合氣體的最大流量隨著體外通氣的輔助程度％ECLS_CO2的降低變得越來越少。

在超過預定目標值的情況下，可以採取ECLS裝置降低體外氧合程度的措施。尤其是，可被提供為：基於血液循環中O2濃度超出預定值，ECLS裝置降低通過ECLS裝置取自病人血液循環中的血液流量和/或降低體外輔助在氧合中的程度。尤其是，可以採取措施：基於血液循環中CO2濃度超出預定值，ECLS裝置降低向通過ECLS裝置取自病人血液循環中的血液提供的氧合氣體流量和/或降低體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2。體外輔助在氧合中的程度或體外輔助在通氣中的程度分別被降低特別的比各自預定目標值確實達到但是沒有超過的情況下的更大的量。

如果預定目標值沒有被達到，過程可能會停止或一定的逆轉。這可通過ECLS裝置分別提高體外氧合程度和體外通氣程度各自的預定量被實現。這種情況也允許考慮到危險情況，當各自的目標值明顯偏差和/或沒有任何可確定的近似到達各自目標值的傾向，分別提高體外氧合程度和體外通氣程度明顯更大的量。

很大程度上以自動的方式接近機械通氣具有可能的最高比例且體外血氣交換的比例為需要的值的狀態的通氣系統，可被以下方式特別的實現，ECLS裝置以周期時間間隔檢測血氣交換的預定目標值是否達到對於機械通氣裝置和ECLS裝置二者的體外血氣交換的程度的各自的設置值。這個檢測可以如上文所述的方式被實現且可具有如上文所述的結果。

通過ECLS裝置檢測的時間間隔將必須根據規則「儘可能小，根據需要的大」被選擇。就這一點而言，有可能利用事實：機械通氣裝置能夠在很短的時間內調整到已改變的情況。相比之下，體外血氣交換需要明顯更強的幹預，其也意味對病人更強的影響必須被預料到。因此建議儘可能緩慢而持續地匹配體外血氣交換的參數。這可考慮通過選擇ECLS裝置檢測的時間間隔明顯大於機械通氣裝置的時間常數，即機械通氣裝置平均需要的調整至預置參數的變化的時間。ECMO作為很大程度上限定治療過程的部分的系統，與作為針對性調整的部分系統的機械通氣之間建議的配合合作有利於這個措施，因為它固有允許選擇ECLS裝置檢測的時間間隔是相當大，在任何情況都比機械通氣的時間常數更長。例如，機械通氣裝置可被設計使得每一次呼吸它提供新設置，即根據每次呼吸進行控制。

基本上，流程可以這樣：ECLS裝置始於體外氧合/通氣程度的預置初始值，然後與機械通氣裝置配合，很大程度上自動地即無需手動幹預，到達兩部分系統以很大程度上最佳的方式操作的狀態。這個狀態在治療過程中也可改變，例如當病人情況有變化需要對機械通氣和/或體外血氣交換調整時。當初始值對應於體外氧合/通氣程度的最大程度時尤其是有利的。即一個流程始於血氣交換實際上完全由ECLS裝置且不用機械通氣裝置完成的狀態。始於這個狀態，通氣系統逐步地調整體外血氣交換和機械通氣的程度，體外血氣交換比例越來越低且機械通氣比例相應地逐步地增加。

當通氣系統使用初始值分別作為進一步過程中發生的體外氧合/通氣程度的降低和增加的參考值時是有利的。

此外，本發明也涉及用於病人肺的機械通氣裝置和用於病人血液體外血氣交換的ECLS裝置以協調方式操作的方法，其中一方面通過機械通氣裝置的機械呼吸輔助和另一方面通過ECLS裝置的體外血氣交換，以協調的、自動的方式進行以輔助病人血液循環的氣體交換。在這個方法中，ECLS裝置設置體外血氣交換程度的初始值，且機械通氣裝置，基於由ECLS裝置設置的體外血氣交換程度，以自動方式調整到機械呼吸輔助的程度。如上所述，這種方法可以以優選的發展進一步被完善。

附圖說明

本發明將基於在圖中表明的實施例在下文被詳細解釋，其中：

圖1示出根據本發明的通氣系統的示意、高度簡化視圖，包括設計為正壓通氣裝置的機械通氣裝置和ECLS裝置；

圖2示出根據圖1的示意、高度簡化視圖，說明根據本發明的進一步的通氣系統，包括設計為正壓通氣裝置的機械通氣裝置和ECLS裝置；

圖3示出流程圖，說明機械通氣裝置和ECLS裝置之間協調合作流程的實例；

圖4示出流程圖，說明發生在根據圖3中的氧合模塊中的流程的進一步細節；

圖5示出流程圖，說明發生在根據圖3的通氣模塊中的流程的進一步細節；

圖6示出曲線圖，定性說明體外輔助在氧合中的程度％ECLS_O2與最大呼氣末正壓PEEPmax之間的相關性；

圖7示出曲線圖，定性說明體外輔助在氧合中的程度％ECLS_O2與ECLS裝置中可設置的最大泵流量之間的相關性；

圖8示出曲線圖，定性說明體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2與正壓通氣的最大分鐘通氣量之間的相關性；

圖9示出曲線圖，定性說明體外輔助在氧合中的程度％ECLS_O2和體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2的最大值，與正壓通氣中的最大呼吸道壓力(Pinsp+PEEP)max之間的相關性；

圖10示出曲線圖，定性說明體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2與ECLS裝置中可設置的氧合氣體的最大流量之間的相關性；

圖11示出曲線圖，定性說明通過脈搏血氧飽和儀測定的氧飽和度值SpO2相對於各自佔主導地位的呼氣末正壓PEEP被視為太高、太低、正常或緊急情況，且根據圖4的查詢中導致參數％ECLS_O2相應的變化；以及

圖12示出曲線圖，定性說明動脈血中測定的二氧化碳濃度PaCO2值相對於各自佔主導地位的最大呼吸道壓力(Pinsp+PEEP)被視為太高、太低或正常，以及根據圖5的查詢中導致的參數％ECLS_CO2相應的變化。

具體實施方式

圖1示出根據本發明的通氣系統10的示意和高度簡化視圖，包括被設計為正壓通氣裝置的機械通氣裝置20，和ECLS裝置50。通氣裝置20包括在圖1中僅示意示出的呼吸機22。呼吸機22通過未被示出更多細節的導管系統24連接於病人(圖1中以示意說明並被標記為12)的呼吸道。通過導管系統22，呼吸機22在吸氣階段提供壓縮空氣到病人12的呼吸道並在呼氣階段從病人的呼吸道排出空氣。在通氣時，導管系統22長期具有施加的呼氣末正壓PEEP。在吸氣階段，吸氣壓力Pinsp被施加到這個壓力，其也是被呼吸機施加(通常在吸氣循環中變化)。在呼氣階段，針對肺組織的鬆弛通常呼吸機僅施加呼氣末正壓PEEP。

通氣裝置20進一步的裝備有傳感器系統用於檢測通氣必需的參數。例如，下述部分示出於圖1中的參數在導管系統24內被檢測：吸氣壓力Pinsp，呼氣壓力Pexp，呼氣末正壓PEEP，潮氣量VT(即一次吸氣循環施加到肺的呼吸氣體體積)，施加的呼吸氣體的流量，呼吸氣體內的CO2正壓(特別是呼氣時)。此外通氣裝置20包括傳感器裝置用於測定病人血液中血氧飽和度，在圖1中標記為26。這可能以脈搏血氧飽和度傳感器裝置被提供(例如指尖傳感器)用於動脈血氧飽和度SpO2的皮下測試。在圖1示出的實施例中，通氣裝置20包括進一步的傳感器裝置用來分析血氣，特別是周期性測定血液中動脈氧濃度PaO2和測定血液中動脈二氧化碳濃度PaCO2，在圖中標記為28。也可以測定對應的血紅蛋白飽和度SaO2和SaCO2分別替代氧氣和二氧化碳的濃度PaO2和PaCO2。

通氣裝置20具有相關的控制單元，其被設計用來以很大程度上自動控制的方式來控制通氣裝置的所有流程。這個控制單元可被集成入呼吸機22，但也可被設計為部分的或甚至全部的作為外部控制裝置。通氣裝置20的控制單元包括常用的界面用來與操作者交互，特別是顯示病人的通氣狀態和輸入控制命令。控制單元基本上被設置為通氣裝置20很大程度上自動選擇合適的通氣模式且不需人工幹預，並在預選的通氣模式的範圍內，分別設置每個通氣參數為最佳值，且在閉環控制系統的意義上來說，也獨立檢測和可能重新調整通氣參數，這樣可能的話預期的通氣狀態能被保持。

這樣的通氣裝置，舉例來說，是包括主要為自動通氣模式的裝置，所述通氣模式例如是在申請人的通氣裝置中已實現的已知名稱為「適應性輔助通氣」的通氣模式。

對於血氣交換的附加輔助，圖1中的通氣系統10具有ECLS裝置(ECLS＝體外肺支持)，標記為50。與和病人的呼吸道連接並通過呼吸道提供呼吸氣體到肺的通氣裝置20對比，ECLS裝置50用作直接輔助血氣交換，即部分或甚至全部代替肺功能。因此ECLS裝置50不與肺連接，而是直接與病人的血液循環連接。ECLS裝置50包括第一導管52，通過所述導管血液從病人的靜脈系統取出並進入ECLS裝置的體外血液循環。體外血液循環通過ECLS泵56驅動，其提供取自靜脈系統的血液至氧合器58然後通過另一個導管54血液再返回到病人的血液循環。靜脈-靜脈體外血氣交換輔助時，附加導管54將補充氧氣和排出CO2的血液返回到病人的靜脈系統。靜脈-動脈體外血氣交換輔助也是可以想到的形式，其中附加導管54將補充氧氣和排出CO2的血液傳遞到病人心臟下遊的動脈系統，以除了肺功能之外還輔助病人的心臟功能。在那種情況，就其功能而言ECLS裝置50非常類似於心肺機。

在氧合器58中靜脈血被排出CO2並補充O2。為此，氧合氣體62被提供到氧合器58，所述氧合氣體在氧合器58中與靜脈血反應以從血紅蛋白中取出CO2，並向已釋放的血紅蛋白提供O2。因此氧合器58基本上接管了肺中的肺泡功能。這種氧合器58已知為例如心肺機。當以膜氧合器的形式提供時，半滲透膜用於O2和CO2的血氣交換，在血氣交換時由ECLS裝置提供輔助，所述裝置已知為名稱ECMO(體外膜氧合器)。也有其它已知的氧合器結構且基本也可使用。氧合氣體62在調節單元60中具有它的源頭且基本為富O2的氣體混合物，有時也為純O2。預期氧合和通氣程度分別通過在氧合氣體62中的O2和CO2各自的分壓被設置。為此，氧合氣體可適當被調整，若需要這可根據體外血氣流所取自的靜脈系統中或動脈系統中的血氣組分而被實現。

用於控制通過ECLS裝置50的血氣交換輔助程度的基本參數為取自身體且通過體外循環泵送的血流量，以及向氧合器提供的氧合氣體流量。取自身體且通過體外循環泵送的血流量可非常容易地通過泵56產生的泵流量來檢測，且可被調整。也可能通過適合的流量傳感器或流量控制器很容易地檢測和調整氧合氣體流量。

此外，如上所述對氧合氣體的組分採取合適的影響也是可能的。例如，增加一定量CO2到氧合氣體以抑制過度消耗CO2而產生的負面生理效應的確是可能的。

為了控制ECLS參數，如圖1所示提供了ECLS控制單元，作為單獨的控制裝置且標記為30。ECLS控制單元30檢測前文提到的關於取自身體且泵送通過體外循環的血液流量數據以及提供到氧合器的氧合氣體流量的數據，以及關於氧合氣體組分的數據。針對這些數據，ECLS控制單元發出合適的控制命令至ECLS泵56，氧合器58和氧合氣體產生器60以及與之相關的制動器，以分別設置預期的流量和組分，通常通過相應的閉環控制系統(例如PI控制系統)。這在圖1中通過各自的箭頭示出。

與通氣裝置連接的控制單元以及與ECLS裝置連接的控制單元通常以相互獨立的方式操作。然而，它們通過在圖1中標記為40的連接交換數據，以使一方面通氣裝置20和另一方面ECLS裝置的操作的協調模式成為可能。下文將詳細描述。

然而，這裡仍應該指出與ECLS裝置50連接的控制單元30和與通氣裝置20連接的控制單元的實體分開不是絕對需要的。實體上連接兩個控制單元於一個單元或模塊的確是可想到的。這樣的單元或模塊可被提供為除了通氣裝置20和ECLS裝置50之外的獨立單元，但是也可以將這些裝置完全集成到一個裝置，例如圖1中示出的呼吸機22。

根據圖1的示意和高度簡化圖，圖2示出根據本發明的另一個通氣系統10，包括通氣裝置20和ECLS裝置50。在圖2中使用的標記與圖1中的標記對應，在對於呈現的以相同或相應出現部件的範圍內。為此，引用這些相對於圖1應用類似的部件的描述。根據圖2的通氣系統與根據圖1的通氣系統不同僅在於：用於測定病人血液循環中的O2和CO2濃度或飽和度(分別為PaO2和PaCO2的形式，或分別為SaO2和SaCO2的形式)的傳感器系統不再與通氣裝置20連接，而是與ECLS裝置50連接。如標記66所示，PaO2/PaCO2(或SaO2/SaCO2)的測定在體外血液循環中發生。這是有利的特別是根據事實：這種傳感器系統可很容易地被配置在體外血液循環中且因為這種信息通常是ECLS裝置50的操作無論如何所需要的。通過連接40，ECLS血液循環中檢測的數據也可用於通氣裝置20。

圖3以流程圖的形式在一個實例中說明通氣裝置20和ECLS裝置50之間協調合作的基本過程。根據圖3的流程圖，如同下文將描述的根據圖4和圖5的流程圖，僅限於與通氣裝置20和ECLS裝置50的協調合作相關的步驟和參數的表示，而沒有聲稱示出的流程的總過程的全部。

在過程開始之後，首先設置一些參數的初始值，所述參數與通氣裝置20和ECLS裝置50的協調合作相關。這些尤其是體外輔助在氧合中的程度％ECLS_O2參數和體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2參數。根據圖示的實施例，兩個量均被表示為相對量，每個量都是示出體外輔助在血氣交換(即分別是氧合和通氣)中的比例，所述血氣交換由ECLS裝置50提供的關於在血氣交換中的總輔助的比例。在這種做時，氧合和通氣將單獨考慮且每個分別通過單獨的體外輔助程度％ECLS_O2和％ECLS_CO2表示。初始值都被指定給參數％ECLS_O2和參數％ECLS_CO2。這個初始值可以手動設置。在選擇初始值時，通常病人的情況被看作取向，且遵循所需要的附加體外血氣交換的程度或比例的評估，以協助正壓通氣使病人達到合理的總體狀況。關於這個評估，建議「保守」進行，即絕不低估氧合和通氣各自的體外輔助程度，而是持懷疑態度去選擇％ECLS_O2和％ECLS_CO2各自的初始值偏高。在舉例說明的例子中，％ECLS_O2和％ECLS_CO2各自的初始值被選擇為100％，其意味著在開始時血氣交換的輔助完全由體外血氣交換提供，使得正壓通氣沒有貢獻作用。

除此之外，也設置呼吸氣體FiO2中的氧氣濃度的初始值，所述呼吸氣體通過通氣裝置20被提供至呼吸道。見圖3的實施例，FiO2初始值＝100％被設置，其意味著除了ECLS裝置50之外只要通氣裝置也作用於輔助血氣交換時，它就提供純氧氣至病人。然而，在這步驟中設置的FiO2值將很快改變，因為通氣裝置20被配置為它將總是選擇可能的最好的通氣模式，且對於已選擇的通氣模式將設置通氣參數使得可能的最好通氣狀態被獲得。在這樣做時，通氣裝置20通常將會改變FiO2值，尤其是明顯小於100％的值。

根據初始值的設置，流程將等待直到經過預設時間(步驟120)。這個預定時間確定用於ECLS裝置50的參數的重新調整的重複率。它應該被選擇明顯長於通氣裝置20的時間常數，即通氣裝置20平均調整新狀態需要的時間。在目前的實例中，這個時間為30秒。

預設時間經過之後，流程進入設置氧合相關參數流程(步驟200)，隨後進入設置通氣相關參數流程(步驟300)。

然後這個序列重複循環，即過程再次等待預設時間(步驟120)，於是氧合(步驟200)發生，隨後通氣(步驟300)等。

圖4示出流程圖，更詳細說明發生在根據圖3的氧合模塊200中的流程。步驟202開始之後，首先過程等待預設時間(步驟204)其為例如示出的30秒。這個時間經過之後，在步驟206檢測血液循環中的氧合是否充分。這可通過一個或多個上述的傳感器實現，例如通過脈搏血氧飽和儀的血氧飽和度值SpO2的測定，或通過血氣值持續分析連同血液中氧氣濃度PaO2的測定。如果需要，通過脈膊血氧飽和儀測定的血氧飽和度SpO2可用僅偶爾通過血氣分析測定的PaO2或SaO2值補充。如果在步驟206中的測定具有結果：氧氣濃度或氧氣飽和度在預期範圍內，表示體外輔助在氧合中的程度的參數％ECLS_O2在步驟210中被降低了預定第一量例如例子中圖示出的0.05％。從這一刻開始，在ECLS裝置50的體外血氣交換輔助和正壓通氣輔助之間的對血氣交換的輔助的相對比例改變。這從圖6和圖7的曲線圖可以看出：在圖6示出的圖表中，定性說明體外輔助在氧合中的程度％ECLS_O2與最大呼氣末正壓PEEPmax之間的相關性，揭示了一方面呼氣末正壓參數％ECLS_O2下降了第一預定量增加了為通氣裝置20設置的最大呼氣末正壓PEEPmax。另一方面根據圖7的曲線圖，定性說明體外輔助在氧合中的程度％ECLS_O2與ECLS裝置中可設置的最大泵流量之間的相關性，揭示了當參數％ECLS_O2下降了第一預定量時最大泵流量變低。然而，最大泵流量與可在體外ECLS循環內流動並相應地補充氧氣的最大血流量對應。這意味著ECLS裝置50的體外輔助的基礎條件被更窄的設置而通氣裝置20的輔助的基礎條件被更寬的設置。

圖4中，步驟208之後流程到達點2，標記為210。在這點，流程進行到圖1中的通氣模塊300。圖5示出流程圖，進一步說明在通氣模塊300中發生的流程細節。

首先，流程再次等待預設時間(步驟302)，其為例如示出的30秒。這個時間經過之後，在步驟304檢測血液循環中的通氣是否充分。這可通過一個或多個上述的傳感器實現，例如通過血氣值持續分析連同血液中的二氧化碳濃度PaCO2的測定和相應的二氧化碳飽和度SaCO2的分別測定。在呼出氣中CO2含量的測定，在圖1和圖2中表示為PetCO2，也可被使用。如果需要，這個測定可以用僅偶爾通過血氣分析測定的PaCO2或SaCO2值補充。如果在步驟302中的測定具有結果：二氧化碳濃度或二氧化碳飽和度在預期範圍內，表示體外輔助在通氣中的程度的參數％ECLS_CO2在步驟304中被降低了預定第二數量例如示出的0.05％。開始於這一刻，在ECLS裝置50的體外血氣交換輔助和正壓通氣的輔助之間的血氣交換中的輔助的相對比例改變。這從圖8和圖10的曲線圖可以看出：在圖8示出的圖表中，定性說明體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2與正壓通氣中的最大分鐘通氣量％MinVolMax之間的相關性，揭示了一方面參數％ECLS_CO2下降第二預定量增加了為通氣裝置20設置的最大分鐘通氣量％MinVolMax。另一方面根據圖9的曲線圖，定性說明體外輔助在氧合中的程度％ECLS_O2和體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2與在正壓通氣中的最大呼吸道壓力(Pinsp+PEEP)max之間的相關性，揭示了當兩個參數都下降，即％ECLS_O2下降了第一預定量，％ECLS_CO2下降了第二預定量時，最大呼吸道壓力(Pinsp+PEEP)max變得更大。最大分鐘通氣量的增加和最大允許的呼吸道壓力的增加允許正壓通氣在由通氣系統產生的血氣交換的總輔助中具有更大的總影響。此外，圖10揭示了參數％ECLS_CO2下降第二預定量仍然具有附加的效果。從圖10示出的曲線圖可以定性地看出，在ECLS裝置中可設置的氧合氣體的最大流量隨著體外輔助在通氣中的程度％ECLS_CO2的降低而變得更低。因此，參數％ECLS_CO2的降低也使得通過ECLS裝置獲得的總血氣交換降低，因為ECLS裝置的體外輔助的基礎條件被更窄的設置。與此對比，正壓通氣的輔助的基礎條件可被更寬的設置。

總的來說，具有以下效果：在點310，正壓通氣的影響在降低體外血氣交換的影響的情況下總體上被增加。儘管針對於分別對血液補充氧氣和排出CO2而設置的目標值，可通過流程最初選擇的設置來實現。

到達圖5中的標記為310的點1之後，過程返回到也標記為310的圖4中的點1。這意味著，接下來具有一個新等待時間，接著是氧合狀態的新檢測和可能的參數％ECLS_O2新設置。

描述的流程作為一個整體意味著通氣系統10具有趨勢：從選擇的初始狀態的一種方向發展，其中至少如果通過正壓通氣和體外血氣交換的共同效果被設置的關於氧合和通氣的目標值可達到，正壓通氣獲得增加的影響且體外血氣交換逐漸降低影響。因此，無需外部幹預，通氣系統10本身調節到下述狀態：即正壓通氣儘可能多的承擔影響且體外血氣交換隻是輔助到其被需要的程度。這種發展趨勢通過ECLS裝置50而不是通過通氣裝置20被促進。最後，這形成了循序漸進但是連續的發展趨勢，通過通氣裝置20調整至由ECLS裝置50設置的各自的基礎條件，ECLS裝置幾乎很少或沒有影響。

這種情況應該存在：步驟206中檢測的血液中的氧氣濃度與預期的目標值不對應，而是太低或太高，則體外輔助在氧合中的程度的參數％ECLS_O2被降低比第一量要高的第三量(步驟212)，或被升高第四量(步驟214)。第三量比第一量要高，使得其後的正壓通氣比例比在只是達到血液的氧氣濃度的預期目標值時增加的更快。相反，％ECLS_O2增加第四量具有其後的正壓通氣輔助不再增加反而減少的效果。這考慮到了在這種情況下病人條件不允許進一步增加正壓通氣比例的事實。預期氧氣濃度可能會大幅偏差，則推斷為緊急情況，其結果為參數％ECLS_O2大大被增加，例如增加10％(步驟216)使得在體外循環中可以保證充分的血氣交換。

類似的機制也適用於通氣模塊300。這種情況可能出現：血液中的二氧化碳濃度，如在步驟302中檢測的，與預期目標值不對應，而是太高或太低，則說明體外輔助在通氣中的程度的參數％ECLS_CO2被降低比第二量更高的第五量(步驟306)，或被增加第六量(步驟308)。第五量比第二量更高，使得其後的正壓通氣比例比在只是達到血液的二氧化碳濃度的預期目標值時增加的更快。相反，％ECLS_CO2增加第六量具有其後的正壓通氣輔助不再增加反而減少的效果。這考慮到了在這種情況下病人條件不允許進一步增加正壓通氣比例的事實。

圖11示出曲線圖，定性說明通過脈衝血氧飽和儀測定的氧氣飽和度值SpO2相對於各自佔主導地位的呼氣末正壓PEEP被視為太高、太低、正常或甚至為緊急情況，且根據圖4的查詢導致參數％ECLS_O2相應的變化。

圖12示出曲線圖，定性說明動脈血中測定的CO2濃度PaCO2值相對於各自佔主導地位的最大呼吸道壓力(Pinsp+PEEP)被視為太高、太低或正常，以及根據圖5的查詢導致的參數％ECLS_CO2相應的變化。

在說明的所有曲線圖中，尤其是在圖6至圖12中說明的相關性，注意的是只是說明定性過程。通過這個沒有定量表述的意圖。此外，線性過程只是簡化表示。真正的過程也許在局部部分偏離或甚至完全偏離線性過程。重要的是各自參數在隨％ECLS_O2和％ECLS_CO2遞增的各自概述的遞增或遞減趨勢。