用於控制患者甦醒的方法和系統與流程

2023-10-30 03:59:12

本發明涉及一種方法和系統，用於控制通過吸入麻醉劑進行麻醉的患者從麻醉中甦醒。

背景技術：

為對患者進行外科手術，將對患者進行麻醉以免除患者疼痛和知覺，並且避免患者在手術期間活動。常規麻醉的主要目的是獲取受控制的無意識狀態、減輕痛苦、放鬆肌肉並且減少自主神經系統的響應。

常規麻醉期間，患者無法使用其呼吸肌進行呼吸。為此，使用通氣裝置對患者進行通氣，以實現肺部氣體交換。通氣的目的在於向患者的肺部提供足夠的氧氣。通氣還允許患者進行呼氣以排出二氧化碳，而二氧化碳是人體新陳代謝的廢棄物。

為了麻醉患者，可例如使用導管經由靜脈將麻醉劑引入體內。或者，在使用揮發性麻醉劑時可採用吸入誘導方法。為了能夠使用這些揮發性麻醉劑，除了呼吸機之外，麻醉釋放系統(anesthesiadeliverysystem)還包括呼吸氣體混合器和蒸發器，用於為通氣獲取所需混合比的氧氣、吸入麻醉劑以及平衡氣體。最常用的吸入麻醉劑是七氟烷、地氟烷和異氟烷。平衡氣體通常是氮氣(n2)。或者，可使用一氧化二氮(n2o)。所獲得的新鮮呼吸氣體混合物供應到與呼吸機相連的呼吸迴路，以將所述混合物傳輸到患者的肺部。呼吸氣體混合物中的麻醉劑將傳輸到肺部以擴散到患者組織並且調節麻醉效果。

通常，患者麻醉氣體濃度介於1％到10％之間。麻醉劑氣體從肺部經由肺泡膜溶解到血液循環中。血液循環將麻醉劑輸送到中樞神經系統。當患者中樞神經系統中的麻醉劑濃度達到預定水平時，麻醉效果開始。

吸入劑同樣可溶解於其他身體組織，例如脂肪。麻醉劑將繼續在體內擴散，直到所有組織已經達到必要的麻醉劑濃度水平。到達這一點所需的時間和達到必要濃度水平所需的麻醉劑量取決於所用麻醉劑的溶解度以及患者的體型大小。

患者甦醒是指患者醒來並恢復其保持自主充分通氣的能力，將在麻醉過程結束時發生。在患者甦醒期間，實現患者甦醒的目標之間存在衝突。首先，必須將患者體內的麻醉劑清除到一定水平，以使患者能夠使用其肌肉。這還意味著，所有體室內的麻醉劑濃度應降低到水平，以使患者能夠進行肌肉活動。

從患者體內去除麻醉劑所需的時間取決於麻醉劑的溶解性以及通氣效率。這意味著去除麻醉劑所需的時間首先取決於溶解在患者身體組織中的麻醉劑的數量，其次取決於使用無麻醉劑通氣清除麻醉劑的速度。

進行無麻醉劑通氣的方法是，使用不含麻醉劑的氣體衝洗通氣氣體迴路，因此，患者通氣迴路中的麻醉劑濃度將逐漸降低。無麻醉劑的氣體輸送到患者肺部，將肺泡氣體濃度進行稀釋。接下來的呼氣會使麻醉劑隨稀釋氣體從患者體內排出。經過稀釋的肺泡濃度使得麻醉劑從血液中擴散到肺泡氣中，並且進一步通過通氣排出麻醉劑。逐漸地，血液中麻醉劑濃度的降低將有助於去除所有身體組織內的麻醉劑。

應注意到，在無麻醉劑通氣期間，通氣還具有將二氧化碳從患者肺部清除的效果。一個複雜因素是，二氧化碳濃度是人類中樞神經系統的呼吸中樞的主要激活劑。為此，肺中二氧化碳濃度升高對於實現患者甦醒而言至關重要。二氧化碳濃度的提高通常從呼吸暫停開始。也就是說，臨床醫師在由臨床醫師選擇的時間停止通氣，並且開始使用手動通氣袋進行手動通氣控制。減少通氣意味著向患者提供更少的氧氣，因此患者的氧合作用在此過程中可能降低，特別是當體內氧氣諸量大大小於二氧化碳量時。為產生二氧化碳，患者新陳代謝需要氧氣。換言之：氧輸送是碳累積的先決條件。

通常，為補償降低的氧含量，在開始手動通氣之前，患者肺部填充了高濃度氧氣，使得肺部和血液均可儲存氧氣。但是，肺部儲存的氧氣可能耗盡，導致患者開始自主呼吸所需的肌肉供氧下降。為展現可能的氧量下降，通常在甦醒階段測量身體氧飽和度，以監測是否需要向肺部充氧。

向肺部填充預定數量的氧將具有進一步的負面效果。氧氣將從肺泡溶解到血液循環中，從而耗盡肺泡的氣體容量。肺泡萎陷以及與封閉肺泡相連通的血流不會進一步氧合，從而影響循環氧輸送。可以通過呼吸機的高壓來復張萎陷的肺泡。但是，患者與通氣裝置斷開之後，此方案不再有效。在這些情況下，肺泡只有在患者呼吸肌肉強度增強以產生胸膜負壓時逐漸復張。同時，患者將開始通過供氧管主要呼吸環境空氣。這可導致供氧量由於患者氧合作用減少而下降，並且最壞情況的是，患者在與呼吸機斷開之後出現缺氧。

鑑於以上觀察，顯然需要改進用於控制患者在吸入麻醉過程之後甦醒的方法，以幫助患者恢復其以受控且安全的方式維持自主充分換氣的能力。

技術實現要素：

一方面，本發明涉及一種用於控制通過吸入麻醉劑進行麻醉的患者從麻醉中甦醒的方法，其中患者在甦醒期間使用呼吸機進行通氣，所述方法包括：

-將患者呼吸氣體中的吸入麻醉劑濃度減少到允許患者自主呼吸的水平，

-監測患者的呼氣，以確定至少呼氣o2濃度，

-確定患者的呼氣o2濃度的目標水平，

-將所監測的呼氣o2濃度與患者的呼氣o2濃度的目標水平進行比較，以及

-控制患者呼吸氣體中的o2濃度，以使患者的呼氣o2濃度與呼氣o2濃度的目標水平相匹配。

在第二方面中，本發明涉及一種用於控制通過吸入麻醉劑進行麻醉的患者從麻醉中甦醒的系統，其中患者在甦醒期間使用呼吸機進行通氣，所述系統包括：

-用於對患者通氣的呼吸裝置，所述呼吸裝置包括用於將所述呼吸裝置連接到患者呼吸迴路的管子，

-連接到所述呼吸裝置的呼吸機，用於提供加壓呼吸氣體，

-呼吸機控制器，所述呼吸機控制器連接到所述呼吸機，以控制使用所述呼吸機提供的氣量和呼吸頻率，

-氣體混合器和蒸發器，用於提供患者呼吸氣體，所述氣體混合器和蒸發器連接到所述呼吸機，

-患者氣體控制器，連接到所述氣體混合器和蒸發器，用於控制由所述氣體混合器和所述蒸發器提供的新鮮患者呼吸氣體的組分，

-傳感器，所述傳感器連接到所述患者氣體控制器，用於提供所述患者的至少所監測的呼氣o2濃度，患者氣體控制器適用於將患者的呼氣o2濃度與呼氣o2濃度的目標濃度進行比較，並且向氣體混合器提供指令以控制患者呼吸氣體的組分，從而使呼氣o2濃度與目標o2濃度相匹配。

在進一步方面中，本發明涉及一種用於存儲計算機可執行指令的計算機可讀介質，當被計算機執行時，所述計算機可執行指令使所述計算機執行根據本發明的方法。

以上實施例中的至少一個實施例為背景技術部分中所述的問題和缺點提供了一個或多個解決方案。所屬領域中的普通技術人員將從以下說明和隨附權利要求書中顯而易見地了解到本發明的其他技術優勢。本發明的多個實施例僅涉及所述優勢中的一部分優勢。沒有任何一個優勢對於這些實施例而言至關重要。任何提出權利要求的實施例可與其他任何提出權利要求的實施例進行技術合併。

附圖說明

附圖示出了本發明的示例性實施例並且用於以示例的方式說明本發明的原理。

圖1是根據本發明的麻醉釋放系統的示意圖，以及

圖2示出了根據本發明的方法的一個實施例的流程圖。

具體實施方式

在本發明中，術語「麻醉吸入劑」用於說明可通過吸入給藥並且特別適用於在手術期間麻醉患者的活性物質。術語「揮發性麻醉劑」和術語「麻醉吸入劑」是指在吸入麻醉過程中所用的相同類型的活性物質。

在本發明中，術語「呼氣末」(「end-expiration」)和「呼氣」用於指患者呼出的氣體。

在本發明中，術語「呼吸裝置」用於對患者通氣的裝置，例如呼吸迴路。

本發明涉及在麻醉過程結束時控制患者的通氣和氧合。也就是說，在甦醒過程中自動控制通氣和氧合，並且一旦患者能夠使用自主呼吸滿足氣體交換需求時，將通氣從能夠充分滿足麻醉期間所需氣體交換的第一水平減少到將患者與通氣系統斷開的水平。

甦醒時充滿風險。通常，患者將由麻醉師或者甦醒護士一對一進行監視，直到他們重新獲得氣道控制和心血管穩定性，並且能夠交流。

一旦患者恢復意識、能夠維持暢通的氣道並且表現出保護性氣道反射，則將患者從通氣系統斷開並拔除管子。此外，呼吸和氧合應處於令人滿意的水平。在實踐中，將進行測量，以確保患者的心血管系統穩定，不存在無法解釋的心臟異常或持續流血，脈搏和血壓處於可接受的水平。

根據本發明的方案的一個目標是提供自動化系統和過程，以實現患者的安全甦醒，其中所述過程既安全又與操作員無關。為了實現這樣的過程，麻醉釋放系統結合適用於測量患者呼氣末o2濃度的傳感器一起使用。所述傳感器也可適用於測量其他呼氣末組分，例如co2和麻醉劑濃度。此外，使用氣體混合器來控制在甦醒期間供給到呼吸迴路的新鮮呼吸氣體流速和氣流濃度，以供應氧氣來滿足患者的氧合需要。所述系統進一步具有對患者肺部進行通氣的呼吸機，以向肺部輸送呼吸氧氣並且去除二氧化碳。所述通氣還提供患者肺部的氣體組分的採樣，以用於測量呼氣末濃度。

圖1是根據本發明的實施例的麻醉釋放系統1的示意圖。麻醉釋放系統1包括呼吸裝置或呼吸迴路2、患者支路管7(patientlimbtubing)以及二氧化碳吸收器。此外，所述系統包括呼吸機3，用於提供患者5的氣道和肺部的通氣，以及氣體混合器/蒸發器4，用於向呼吸迴路提供新鮮呼吸氣體。患者監測器6連接到患者支路管7，所述患者支路管將呼吸裝置2與患者5相連。患者監測器6包括傳感器，所述傳感器配置成監測氣流中的至少o2濃度，並且適用於接收與患者5的呼氣相關的氣體濃度測量的相關信息。患者監測器6與患者支路管7之間的連接可以包括氣體採樣管，用於從患者支路管7中獲取呼吸氣體樣本，從而在連接到患者監測器6的氣體分析器中進行分析。或者，如果氣體分析器直接連接到患者支路管7，則所述連接可以是電連接。

呼吸迴路2將允許氣體從肺部呼出。通常，呼吸迴路2將呼出的氣體重新循環到呼吸機3，以便允許將呼出的氣體重新用於後續的通氣。這樣做的目的是節省相對昂貴且對環境有害的麻醉組分。在呼出氣體的再循環步驟之前，通過co2吸收器去除氣流中的co2。剩餘氣流與通過氣體混合器/蒸發器4提供的大量新鮮呼吸氣體相混合。

混合監測器6還可以適用於利用安裝到患者5身上的傳感器接收與患者5的特定生理參數相關的其他信號，例如血液血紅蛋白值以及與氧飽和度相關的值(spo2)。

呼吸機3可以是任何自動控制型呼吸機，例如已知用於麻醉釋放系統的電子控制型呼吸機。系統1進一步包括可操作地連接到呼吸機3的呼吸機控制器8呼吸機呼吸機。呼吸機控制器8連接到患者監測器6，接收與呼出氣體濃度相關的信息。呼吸機控制器8還連接到用戶接口9。此用戶接口9適用於允許操作員輸入目標信息，例如，患者5呼出的氣體的o2和co2目標含量。用戶接口9進一步適用於提供指令，例如，患者呼氣中的任何氣體組分的優選轉移速率(transitionrate)。用戶接口9還可以用於觸發啟動自動患者甦醒過程。

基於從用戶接口9和患者控制器6接收的輸入，通氣控制器8能夠生成用於呼吸機3的指令。這些指令可以涉及呼吸量、呼吸吸氣壓力、呼吸頻率以及呼氣末壓力水平。呼吸機控制器8還接收與患者自主呼吸動作相關的信息。此信息可以通過連接11提供。作為連接11的附加或替代，可使用患者監測器6將類似的信息發送到呼吸機控制器8。

如果呼吸機控制器8接收與患者5的自主呼吸相關的信息，則通氣控制器8可以通過升高的吸氣壓力來啟動立即呼吸支持。在重複自主呼吸動作的情況下，患者5將掌控呼吸頻率，並且呼吸機控制器8能夠將通氣3提供的支持水平調整到由患者5施加的頻率。如果自主呼吸停止，則呼吸機控制器8適於控制呼吸，包括施加給患者5的呼吸頻率。呼吸機控制器8繼續通過連接12從患者氣體控制器10接收進一步信號。通過此連接，通氣控制器8接收與將新鮮呼吸氣體輸送到患者5相關的信息。此信息可用於從患者氧合作用的角度審查通氣是否充足。最大新鮮呼吸氣體o2濃度結合流速和所測得的患者呼氣末o2濃度可提供有關可能需要增加通氣以滿足患者氧合作用的信息。如果儘管進行最大新鮮呼吸氣體氧供應，但所測得的患者呼氣末o2濃度仍低於設定的目標水平，則表明應增加通氣。

此通氣控制操作包括針對患者執行的自主呼吸來調整呼吸機產生的支持壓力。此控制可進一步包括在患者執行的自主呼吸停止一段時間之後，產生額外的呼吸。例如，通常將20秒用作判定存在呼吸暫停的時間間隔。這樣也可每20秒提供患者呼氣氣體的樣本，以確保適當的患者氧合作用。

還對呼吸機產生的支持壓力進行控制，以提供能夠對患者肺泡氣進行適當採樣的呼吸量，從而有效地監測患者呼出的o2、介質和co2濃度。

一旦患者甦醒，自主動作將有規律地重複以控制呼吸頻率並且自主呼吸操作充分有力。當所測得的氣末co2仍然在指定的甦醒co2目標以下時，可以減小並且最終停止呼吸機的支持。

氣體混合器和蒸發器控制器10從患者監測器6接收氣體濃度並且從用戶接口9接收甦醒過程的o2和co2目標含量。o2目標可以與麻醉期目標相同，但是co2目標可能已提高以允許co2累積，從而激發自主呼吸。控制器10將所述目標與相應的測量值進行比較，並且指示氣體混合器4提供匹配目標所需的o2濃度以及呼吸機3匹配o2和co2目標。

圖2示出了根據本發明一個實施例的自動患者甦醒的不同步驟。在第一步驟20中，甦醒過程開始。在進一步步驟21中，通氣氣體中的吸入麻醉劑濃度從適用於麻醉目的的第一水平減小到適用於促使患者甦醒的第二水平。吸入麻醉劑氣體濃度的減小可通過至少部分關閉蒸發器並且提高新鮮呼吸氣體流速來實現。這些措施的效果是，呼吸迴路和肺泡氣將得到衝洗以去除麻醉劑。控制衝洗流中的o2濃度以允許所測量的呼氣末氣體中的o2濃度與設定的目標值相匹配。控制通氣以將所測量的co2值與指定的目標相匹配，同時還考慮氧合比較和氧氣輸送狀態。

同時，可能的n2o輸送將停止，並且平衡氣體中將主要包括n2。將控制所述氣體混合物中的新鮮呼吸氣體o2濃度，以使所測得的呼氣末o2濃度與目標水平相匹配。步驟20的過程啟動將與相關的目標輸入數據一起轉交給通氣控制器8和混合器控制器10。

開始患者甦醒的階段將持續到麻醉劑濃度降低到使患者能夠使用其肌肉的預定水平。一旦患者能夠自主呼吸，便可減少通氣，以便在仍繼續供應o2的同時累積體內co2。同時，持續的通氣以新的呼氣末氣體濃度測量值的形式提供患者氣體狀態的信息。此步驟在圖2中以附圖標記22表示。通氣控制器8將開始監測患者吸入麻醉劑濃度，以檢查是否達到呼氣末氣體中的麻醉劑濃度的第一目標水平。此濃度可以與患者的mac，即「最小肺泡濃度」相關，該術語是描述患者麻醉深度的麻醉劑特有值。mac的水平通常是：mac＝1，其中50％的患者對手術刺激和存在無反應，例如，0.5*mac或0.7mac。這還可以定義成mac-喚醒，即0.3-0.5*mac。不同研究之間的成人mac濃度可能不同，但是海平面氣壓下的典型值是七氟烷2％、地氟烷6％以及異氟烷1.2％。

可以通過減少呼吸量或者降低呼吸速率來實現患者通氣的減少。但是，呼吸量必須保持顯著高於通氣死區，以便有效地測量呼氣末氣體濃度。由於呼吸速率決定患者控制器6接收有關這些氣體濃度的信息的頻率，因此呼吸速率還必須維持在最低水平之上。在整個過程中，患者氣體控制器10優先調整新鮮氣體混合物，以將所測量的o2濃度與指定目標相匹配。但是，氧氣輸送還需要通氣，因此如果新鮮氣體控制器無法維持目標o2水平，則可能需要增加通氣。

在此過程中，呼吸機控制器8調整人工呼吸，而且還檢測並且支持患者自主呼吸。起初，自主呼吸喪失並且呼吸機控制器8同時控制呼吸速率和呼吸量。當自主呼吸開始出現時，自主呼吸開始掌控呼吸速率控制，並且使用呼吸機控制器8調整呼吸量。

如根據圖2中的方法的步驟23所示，設定通氣減少的控制目標，同時，控制患者5的呼吸以確保患者氧合。在步驟24中，檢查是否存在自主呼吸。如果所述自主呼吸不出現，則呼吸機3繼續提供步驟26中所示的通氣。如果所述自主呼吸出現，則使用呼吸機3提供步驟25中所示的壓力支持。步驟25之後，在步驟27中監測患者5是否能夠維持自發通氣。如果患者5無法維持自發通氣，則所述方法將返回到步驟23。

一旦在呼氣末所測各的第一目標麻醉劑濃度表明患者已準備好自主呼吸，則目標是通過設置新的目標濃度來提高體內co2濃度，以便在患者身體的呼吸中樞中激發自主呼吸。該過程所需的分壓是約6kpa，與所測得的呼氣末乾燥氣體濃度6.5％相對應。此設定水平可從在麻醉期間設定的目標中隨著麻醉劑濃度的降低逐漸獲取，或者可以通過單次更改到甦醒目標值來實現。

逐漸地，在自主呼吸增加的同時，呼吸機控制器8減少呼吸機支持，以將呼氣末所測得的co2濃度與設定的目標水平相匹配。最後，患者5可以在無呼吸機支持的情況下維持通氣。如果在不使用呼吸機支持的情況下，所測得的co2濃度得以維持在目標水平以下，則表明患者5能夠在不藉助通氣支持的情況下進行呼吸。例如，如果呼吸支持壓力已達到最小值4cmh2o以克服氣管內管流阻，同時常規自主呼吸速率和所測得的呼氣末co2濃度維持在指定目標以下，則患者5已準備好與通氣斷開並且可從患者身體拔除管子，如圖2中的步驟28所示。

根據本發明的方法和系統有助於降低由於肺不張而引起的術後氧合問題的風險。由於在通氣中斷之前，患者肺部不再需要填充高濃度的氧氣，因此能夠實現這種風險的降低。

元件清單

1＝麻醉釋放系統

2＝呼吸裝置

3＝呼吸機

4＝氣體混合器和蒸發器

5＝患者

6＝患者監測器

7＝管子

8＝呼吸機控制器

9＝用戶接口

10＝患者氣體控制器

11＝連接

12＝連接

20＝方法的第一步驟

21＝方法的第二步驟

22＝方法的第三步驟

23＝方法的第四步驟

24＝方法的第五步驟

25＝方法的第六步驟

26＝方法的第七步驟

27＝方法的第八步驟

28＝方法的第九步驟