醫用換氣機中患者呼吸努力動態的模型預測在線識別的製作方法

2023-06-04 16:26:01 3

專利名稱：醫用換氣機中患者呼吸努力動態的模型預測在線識別的製作方法
技術領域：
本發明的實施例大體來說涉及機械換氣，且更特定來說涉及用於通過使用計算高效的模型預測方法以使用患者肌肉壓力產生器的基於臨床的內部模型來確定患者呼吸努力而改進患者與換氣機之間的同步的系統及方法。
背景技術：
現代的換氣機經設計以用氣體給患者的肺換氣且藉此在患者依靠自身呼吸的能力由於某種原因而受損時對患者起輔助作用。經換氣患者系統由患者的呼吸子系統組成， 所述子系統由高度複雜的神經中樞與生理反饋機制、換氣機的動態與遞送算法以及臨床醫生選定(操作者)設定與協議控制。患者與換氣機之間的協調及同步顯著影響患者舒適度、 治療效果及體內平衡。因此，非常需要用於改進患者與換氣機之間的同步的系統及方法。

發明內容
本發明描述用於對患者呼吸肌肉努力的高效、連續及在線計算的系統及方法。根據一個實施例，提供用於基於所估計的生理呼吸肌肉努力值或從其導出的其它參數而配置並操作換氣系統以用於監測或呼吸遞送目的的方法。接收、估計及/或測量表示與經換氣患者系統的靜態或動態性質或屬性相關聯的感興趣的參數的值的患者-換氣機特性。所述經換氣患者系統包含患者的呼吸子系統及將氣體流遞送到所述患者的換氣系統。通過以下操作連續地執行患者的呼吸肌肉努力的在線量化(i)基於運動方程式及近似臨床上觀察到的患者產生的肌肉壓力的函數而建立所述經換氣患者系統的呼吸預測模型，( )確定所述經換氣患者系統的瞬時洩漏流量值，及(iii)基於所述患者-換氣機特性及所述瞬時洩漏流量值，求解所述呼吸預測模型以提取所估計的生理呼吸肌肉努力(肌肉壓力)值。接著，基於所述所估計的生理呼吸肌肉努力值或從其導出的其它參數，配置並操作換氣系統以用於監測或呼吸遞送目的。在前述實施例中，所述函數可為具有恆定或時變振幅的周期或半周期函數。在前述實施例的各種實例中，所述近似臨床上觀察到的患者產生的肌肉壓力的函數可包含呼吸吸氣及呼氣階段的近似臨床上觀察到的吸氣肌肉壓力的周期函數且所述所估計的生理呼吸肌肉壓力表示由所述患者產生的吸氣肌肉努力的估計。在前述實施例中的各者的背景下，可一般將所述呼吸吸氣階段的示範性周期函數表達為
權利要求
1.一種方法，其包括接收、測量或估計表示與經換氣患者系統的靜態或動態性質或屬性相關聯的感興趣的參數的值的一個或一個以上患者-換氣機特性，所述經換氣患者系統包含患者的呼吸子系統及將氣體流遞送到所述患者的換氣系統；通過以下操作執行所述患者的呼吸肌肉努力的量化(i)基於運動方程式及近似臨床上觀察到的患者產生的肌肉壓力的一個或一個以上函數而建立所述經換氣患者系統的呼吸預測模型，(ii)確定所述經換氣患者系統的瞬時洩漏流量值，及(iii)基於所述一個或一個以上患者-換氣機特性及所述瞬時洩漏流量值，求解所述呼吸預測模型以提取所估計的生理呼吸肌肉努力值；及基於所述所估計的生理呼吸肌肉努力值或從其導出的其它參數而配置並操作所述換氣系統以用於監測或呼吸遞送目的。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述一個或一個以上函數包括周期或半周期函數。
3.根據權利要求2所述的方法，其中所述周期或半周期函數具有恆定振幅。
4.根據權利要求2所述的方法，其中所述一個或一個以上周期或半周期函數具有時變振幅。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述近似臨床上觀察到的患者產生的肌肉壓力的一個或一個以上函數包含呼吸吸氣階段的近似臨床上觀察到的吸氣肌肉壓力的周期吸氣函數，且所述所估計的生理呼吸肌肉努力值包括由所述患者產生的吸氣肌肉努力的估計。
6.根據權利要求5所述的方法，其中一般將所述周期吸氣函數表達為
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述近似臨床上觀察到的患者產生的肌肉壓力的一個或一個以上函數包含呼吸呼氣階段的近似臨床上觀察到的呼氣肌肉壓力的周期呼氣函數，且所述所估計的生理呼吸肌肉努力值包括由所述患者產生的呼氣肌肉努力的估計。
8.根據權利要求7所述的方法，其中一般將所述周期呼氣函數表達為
9.根據權利要求6所述的方法，其中假設所述呼吸預測模型在所述患者的多個呼吸循環內有效且所述方法進一步包括在所述患者的呼吸循環期間的預定時間窗周期性地重建、更新或優化所述呼吸預測模型。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述求解所述呼吸預測模型以提取所估計的生理呼吸肌肉努力值包括在建立所述呼吸預測模型之後於所述多個呼吸循環中的一呼吸循環期間求解所述呼吸預測模型並針對由測量系統及替代現象對肌肉活動的間接指示引入的時間延遲補償所述所估計的生理呼吸肌肉努力值。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述針對時間延遲補償所述所估計的生理呼吸肌肉努力值涉及應用一般表達為以下方程式的單極點動態
12.根據權利要求1所述的方法，其中所述求解所述呼吸預測模型以提取呼吸肌肉努力值包含在進行的基礎上將所述運動方程式的所導出參數優化為調諧到所述經換氣患者系統的動態。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述動態包含所述患者的呼吸行為。
14.一種換氣機系統，其包括換氣機-患者接口，氣體流通過所述換氣機-患者接口被遞送到患者； 患者模型估計器，其可操作以接收經換氣患者系統的一個或一個以上患者-換氣機特性的測量或估計，所述經換氣患者系統包含所述患者的呼吸子系統以及吸氣及呼氣附件， 所述患者模型估計器適於通過以下操作執行所述患者的呼吸肌肉努力的量化(i)基於運動方程式及近似臨床上觀察到的患者產生的肌肉壓力的一個或一個以上周期或半周期函數而建立所述經換氣患者系統的呼吸預測模型，及( )基於所述所接收的一個或一個以上所測量或所估計特性，求解所述呼吸預測模型以提取呼吸肌肉努力值；及控制器，其可操作以基於所述呼吸肌肉努力值或者基於所述呼吸肌肉努力值導出的一個或一個以上其它呼吸參數而控制所述氣體流到所述患者的遞送的各種方面。
15.根據權利要求14所述的換氣機系統，其中所述近似臨床上觀察到的患者產生的肌肉壓力的一個或一個以上周期或半周期函數包含近似臨床上觀察到的吸氣肌肉壓力的周期或半周期函數且所述呼吸肌肉努力值包括由所述患者產生的吸氣肌肉努力的估計。
16.根據權利要求15所述的換氣機系統，其中吸氣的所述周期函數一般表達為 t j[f
17.根據權利要求14所述的換氣機系統，其中所述近似臨床上觀察到的患者產生的肌肉壓力的一個或一個以上周期或半周期函數包含近似臨床上觀察到的呼氣肌肉壓力的周期或半周期函數且所述呼吸肌肉努力值包括由所述患者產生的呼氣肌肉努力的估計。
18.根據權利要求17所述的換氣機系統，其中呼吸呼氣階段的周期函數一般表達為
19.根據權利要求16所述的換氣機系統，其中所述呼吸預測模型被假設為在所述患者的多個呼吸循環內有效且方法進一步包括在所述患者的呼吸循環期間的預定時間窗周期性地重建、更新或優化所述呼吸預測模型。
20.根據權利要求19所述的換氣機系統，其中所述求解所述呼吸預測模型以提取呼吸肌肉努力值包括在建立所述呼吸預測模型之後於所述多個呼吸循環中的一呼吸循環期間求解所述呼吸預測模型並校正所述呼吸肌肉努力值以計及由測量及替代現象對肌肉活動的間接指示引入的時間延遲。
21.根據權利要求20所述的換氣機系統，其中所述校正所述呼吸肌肉努力值以計及時間延遲涉及應用一般表達為以下方程式的單極點動態
22.根據權利要求14所述的換氣機系統，其中所述求解所述呼吸預測模型以提取呼吸肌肉努力值包含優化所述運動方程式的所導出參數。
23.根據權利要求14所述的換氣機系統，其中所述患者模型估計器進一步適於確定所述經換氣患者系統的瞬時洩漏流量值，且其中求解所述呼吸預測模型進一步基於所述瞬時洩漏流量值。
24.根據權利要求23所述的換氣機系統，其中所述瞬時洩漏流量值包括彈性洩漏孔口分量及非彈性洩漏孔口分量。
25.根據權利要求14所述的換氣機系統，其中所述患者模型估計器進一步適於執行所述患者的呼吸肌肉努力的連續在線量化。
全文摘要
本發明提供用於高效地計算患者呼吸肌肉努力的系統及方法。根據一個實施例，接收、估計及/或測量表示與經換氣患者系統的性質或屬性相關聯的感興趣的參數的值的患者-換氣機特性。通過以下操作連續地執行患者的呼吸肌肉努力的在線量化(i)基於運動方程式及近似臨床上觀察到的患者產生的肌肉壓力的函數而建立所述經換氣患者系統的呼吸預測模型，(ii)確定所述經換氣患者系統的瞬時洩漏流量值，及(iii)基於所述患者-換氣機特性及所述瞬時洩漏流量值，求解所述呼吸預測模型以提取所估計的生理呼吸肌肉努力值。接著，基於所述呼吸肌肉努力值或從其導出的其它參數，配置並操作換氣系統以用於監測或呼吸遞送目的。
文檔編號A61M16/00GK102164540SQ200980137894
公開日2011年8月24日 申請日期2009年9月22日 優先權日2008年9月25日
發明者邁赫迪·加法裡 申請人:內爾科爾普裡坦貝內特有限公司