BR112017013436B1

BR112017013436B1 - MEDICAL VENTILATION SYSTEM AND NON-TRANSITIONAL STORAGE MEDIA

Info

Publication number: BR112017013436B1
Application number: BR112017013436-5A
Authority: BR
Inventors: Antonio ALBANESE; Nicolas Wadih Chbat; Roberto Buizza; Nikolaos KARAMOLEGKOS
Original assignee: Koninklijke Philips N.V
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2023-08-15

Abstract

SISTEMA DE VENTILAÇÃO MÉDICO E MÍDIA DE ARMAZENAMENTO NÃO TRANSITÓRIO. A presente invenção refere-se a um ventilador mecânico (10) que é conectado a um paciente ventilado (12) para fornecer ventilação de acordo com as definições de ventilação do ventilador mecânico. Valores fisiológicos (variáveis) são adquiridos para o paciente ventilado com o uso de sensores fisiológicos (32). Um modelo cardiopulmonar (CP) de paciente ventilado (40) é ajustado aos valores variáveis fisiológicos adquiridos para gerar um modelo CP ajustado de paciente ventilado por meio do ajuste fino de seus parâmetros (50). As definições de ventilação atualizadas são determinadas pelo ajuste de definições de ventilação de modelo do modelo CP ajustado de paciente ventilado para minimizar uma função de custo (60). As definições de ventilação atualizadas podem ser exibidas em um componente de exibição (22) como definições de ventilação recomendadas para o paciente ventilado, ou as definições de ventilação do ventilador mecânico podem ser automaticamente alteradas para as definições de ventilação atualizadas de modo a controlar automaticamente o ventilador mecânico.MEDICAL VENTILATION SYSTEM AND NON-TRANSIENT STORAGE MEDIA. The present invention relates to a mechanical ventilator (10) that is connected to a ventilated patient (12) to provide ventilation in accordance with the ventilation settings of the mechanical ventilator. Physiological values (variables) are acquired for the ventilated patient using physiological sensors (32). A cardiopulmonary (CP) model of a ventilated patient (40) is fitted to the acquired physiological variable values to generate an adjusted CP model of a ventilated patient by fine-tuning its parameters (50). Updated ventilation settings are determined by adjusting model ventilation settings from the ventilated patient adjusted CP model to minimize a cost function (60). The updated ventilation settings can be displayed on a display component (22) as recommended ventilation settings for the ventilated patient, or the ventilation settings of the mechanical ventilator can be automatically changed to the updated ventilation settings to automatically control the mechanical fan.

Description

FIELD OF INVENTION

[001] O disposto a seguir refere-se às técnicas de terapia respiratória, às técnicas de monitoramento respiratório, às técnicas de ventilação médica e às técnicas relacionadas.[001] The following refers to respiratory therapy techniques, respiratory monitoring techniques, medical ventilation techniques and related techniques.

BACKGROUND OF THE INVENTION

[002] A ventilação mecânica (MV) é um procedimento comumente usado de salvamento de vidas, o qual é administrado quando um paciente não é capaz de alcançar ventilação adequada (e, assim, troca de gás) por meio da respiração espontânea. Na ventilação passiva do paciente, o paciente é incapaz de ajudar na respiração, e o ventilador opera em um modo de controle de pressão no qual a pressão do ventilador realiza todo o trabalho da respiração. Na ventilação ativa do paciente, o paciente pode ao menos ajudar na respiração, e o ventilador opera em um modo de suporte de pressão para fornecer pressão suficiente para superar qualquer deficiência no trabalho de respiração (WoB, work of breathing) do paciente. Também são conhecidos modos de controle de volume de operação do ventilador, nos quais o volume ou a taxa de fluxo é o parâmetro controlado, em vez de controlar a pressão (embora as definições de limite de pressão também possam ser aplicadas para proteção contra barotrauma pulmonar).[002] Mechanical ventilation (MV) is a commonly used life-saving procedure, which is administered when a patient is unable to achieve adequate ventilation (and thus gas exchange) through spontaneous breathing. In passive patient ventilation, the patient is unable to assist with breathing, and the ventilator operates in a pressure control mode in which the ventilator pressure does all the work of breathing. In active patient ventilation, the patient can at least assist with breathing, and the ventilator operates in a pressure support mode to provide enough pressure to overcome any deficiency in the patient's work of breathing (WoB). Volume control modes of ventilator operation are also known, in which volume or flow rate is the controlled parameter rather than controlling pressure (although pressure limit settings can also be applied to protect against pulmonary barotrauma). ).

[003] Embora a ventilação mecânica tenha sido usada em definições de cuidados críticos por muitos anos, ela apresenta algumas desvantagens. A ventilação mecânica expõe os pulmões dos pacientes a fluidos potencialmente destrutivos e à energia mecânica. Por exemplo, se o fluxo de ar for muito rico em oxigênio (por exemplo, a fração de oxigênio inspirado, FiO2 é definida muito alta) para um dado paciente, isso pode levar à toxicidade de oxigênio prejudicial ao pulmão. A energia mecânica pode levar à lesão pulmonar induzida por ventilador (VILI) se as taxas ou pressões de fluxo forem excessivas para o paciente em questão. Tal dano ao pulmão por causa do ventilador pode exacerbar condições existentes, prolongar a estadia na unidade de tratamento intensivo e aumentar o risco de infecção, pneumonia e fatalidade.[003] Although mechanical ventilation has been used in critical care settings for many years, it has some disadvantages. Mechanical ventilation exposes patients' lungs to potentially destructive fluids and mechanical energy. For example, if the airflow is too rich in oxygen (e.g., the fraction of inspired oxygen, FiO2 is set too high) for a given patient, this can lead to lung-damaging oxygen toxicity. Mechanical energy can lead to ventilator-induced lung injury (VILI) if flow rates or pressures are excessive for the patient in question. Such lung damage from the ventilator can exacerbate existing conditions, prolong intensive care unit stays, and increase the risk of infection, pneumonia, and fatality.

[004] Dessa forma, um dos principais desafios na ventilação mecânica é selecionar o modo de ventilação apropriado e ajustar as definições de ventilação, à medida que as condições ou a situação do paciente mudam. Infelizmente, os efeitos da ventilação mecânica na situação do paciente são difíceis de serem previstos, e as definições de ventilação podem precisar ser ajustadas ao longo do curso da terapia de ventilação do paciente. Ademais, as várias definições de ventilação podem ter efeitos tanto positivos como prejudiciais, exigindo cuidadoso equilíbrio pelo médico ou terapeuta respiratório. Por exemplo, a fim de aprimorar a oxigenação do paciente, o nível de fração de gás oxigênio no ar inspirado (FiO2) pode ser aumentado; entretanto, um elevado nível de FiO2 pode provar-se tóxico para o paciente. De modo similar, a fim de aumentar a quantidade de ar que entra nos pulmões do paciente por respiração, a pressão inspiratória pode ser aumentada (se estiver no modo de controle de pressão) ou o volume periódico pode ser aumentado (se estiver no modo de controle de volume). Entretanto, aumentar o ajuste de pressão inspiratória pode levar a barotrauma, enquanto aumentar o ajuste de volume periódico pode levar a volutrauma.[004] Therefore, one of the main challenges in mechanical ventilation is selecting the appropriate ventilation mode and adjusting ventilation settings as the patient's conditions or situation change. Unfortunately, the effects of mechanical ventilation on the patient's situation are difficult to predict, and ventilation settings may need to be adjusted over the course of the patient's ventilation therapy. Furthermore, the various ventilation settings can have both positive and detrimental effects, requiring careful balancing by the physician or respiratory therapist. For example, in order to improve the patient's oxygenation, the level of oxygen gas fraction in inspired air (FiO2) can be increased; however, a high level of FiO2 may prove toxic to the patient. Similarly, in order to increase the amount of air entering the patient's lungs per breath, the inspiratory pressure can be increased (if in pressure control mode) or the periodic volume can be increased (if in pressure control mode). volume control). However, increasing the inspiratory pressure setting can lead to barotrauma, while increasing the periodic volume setting can lead to volutrauma.

[005] As definições de ventilação iniciais são comumente escolhidas com base no conhecimento médico do médico ou terapeuta respiratório e são, portanto, ajustadas em uma base de tentativa e erro, à medida que a resposta do paciente ventilado é observada. Tal abordagem é reativa por natureza e pode falhar na correção de um ajuste subideal do ventilador antes de ocorrer a lesão do paciente. São empregados, às vezes, protocolos e diretrizes padronizados de gerenciamento do ventilador. Entretanto, esses protocolos e diretrizes não são personalizados para a fisiopatologia do paciente específico, e o paciente pode, portanto, ser ventilado com definições subideais mesmo se os protocolos ou diretrizes estiverem apropriadamente anexados.[005] Initial ventilation settings are commonly chosen based on the medical knowledge of the physician or respiratory therapist and are therefore adjusted on a trial and error basis as the ventilated patient's response is observed. Such an approach is reactive in nature and may fail to correct a suboptimal ventilator setting before patient injury occurs. Standardized ventilator management protocols and guidelines are sometimes employed. However, these protocols and guidelines are not customized to the specific patient's pathophysiology, and the patient may therefore be ventilated with suboptimal settings even if the protocols or guidelines are appropriately attached.

[006] O documento US 2012/330177 descreve um método para calcular uma estimativa da mecânica pulmonar de um paciente. A estimativa é derivada de sensores de pressão e fluxo das vias aéreas conectados ao paciente usando modelos matemáticos. Os valores estimados para a mecânica pulmonar podem ser usados para monitorar a eficácia do tratamento do paciente durante a ventilação mecânica.[006] Document US 2012/330177 describes a method for calculating an estimate of a patient's lung mechanics. The estimate is derived from airway pressure and flow sensors connected to the patient using mathematical models. Estimated values for lung mechanics can be used to monitor the effectiveness of patient treatment during mechanical ventilation.

BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

[007] O disposto a seguir fornece sistemas e métodos novos e aprimorados que superam os problemas anteriormente mencionados e outros.[007] The following provides new and improved systems and methods that overcome the aforementioned and other problems.

[008] A invenção é definida pelas reivindicações.[008] The invention is defined by the claims.

[009] De acordo com um aspecto, um sistema médico de ventilação compreende: um ventilador mecânico conectado a um paciente ventilado para fornecer ventilação para o paciente ventilado de acordo com as definições de ventilação; sensores fisiológicos configurados para adquirir valores medidos para o paciente ventilado de variáveis fisiológicas monitoradas; um componente de modelagem cardiopulmonar (CP) que compreende um microprocessador programado para gerar valores calculados para o paciente ventilado dos parâmetros fisiológicos não monitorados com base nos valores medidos para o paciente ventilado das variáveis fisiológicas monitoradas e das definições de ventilação, e um componente de otimização do ventilador que compreende um microprocessador programado para emitir definições de ventilação atualizadas com base nos valores medidos para o paciente ventilado das variáveis fisiológicas monitoradas, nos valores calculados para o paciente ventilado dos parâmetros fisiológicos não monitorados e em uma ou mais restrições de parâmetro fisiológico.[009] According to one aspect, a medical ventilation system comprises: a mechanical ventilator connected to a ventilated patient to provide ventilation to the ventilated patient in accordance with ventilation settings; physiological sensors configured to acquire measured values for the ventilated patient of monitored physiological variables; a cardiopulmonary (CP) modeling component comprising a microprocessor programmed to generate calculated values for the ventilated patient of the unmonitored physiological parameters based on the measured values for the ventilated patient of the monitored physiological variables and ventilation settings, and an optimization component of the ventilator comprising a microprocessor programmed to output updated ventilation settings based on the measured values for the ventilated patient of the monitored physiological variables, the calculated values for the ventilated patient of the unmonitored physiological parameters, and one or more physiological parameter constraints.

[010] De acordo com um outro aspecto, uma mídia de armazenamento não transitório armazena instruções legíveis e executáveis por um ou mais microprocessadores para realizar um método em conjunto com um ventilador mecânico conectado a um paciente ventilado para fornecer ventilação de acordo com as definições de ventilação do ventilador mecânico. O método realizado por meio da execução das instruções armazenadas compreende: adquirir valores variáveis fisiológicos para o paciente ventilado a partir de sensores fisiológicos; ajustar um modelo cardiopulmonar (CP) de paciente ventilado aos valores variáveis fisiológicos adquiridos para gerar um modelo CP ajustado de paciente ventilado; e determinar definições de ventilação atualizadas mediante o ajuste das definições de ventilação de modelo do modelo CP ajustado de paciente ventilado para minimizar uma função de custo;[010] According to another aspect, a non-transient storage medium stores instructions readable and executable by one or more microprocessors for carrying out a method in conjunction with a mechanical ventilator connected to a ventilated patient to provide ventilation in accordance with definitions of mechanical fan ventilation. The method carried out by executing the stored instructions comprises: acquiring physiological variable values for the ventilated patient from physiological sensors; adjusting a ventilated patient cardiopulmonary (CP) model to the acquired physiological variable values to generate an adjusted ventilated patient CP model; and determining updated ventilation settings by adjusting model ventilation settings of the ventilated patient adjusted CP model to minimize a cost function;

[011] De acordo com um outro aspecto, é revelado um método de ventilação mecânica. A ventilação é fornecida para um paciente ventilado com o uso de um ventilador mecânico de acordo com as definições de ventilação do ventilador mecânico. Valores variáveis fisiológicos incluindo ao menos taxa de fluxo de via aérea e pressão de via aérea são adquiridos com o uso de sensores fisiológicos que monitoram o paciente ventilado. Um modelo cardiopulmonar (CP) de paciente ventilado é ajustado aos valores variáveis fisiológicos adquiridos para gerar um modelo CP ajustado de paciente ventilado. Definições de ventilação atualizadas são determinadas pelo ajuste de definições de ventilação modelo do modelo CP ajustado de paciente ventilado para minimizar uma função de custo. As definições de ventilação atualizadas são exibidas como definições de ventilação recomendadas para o paciente ventilado. Adicional ou alternativamente, as definições de ventilação do ventilador mecânico são automaticamente alteradas para as definições de ventilação atualizadas.[011] According to another aspect, a method of mechanical ventilation is disclosed. Ventilation is provided to a ventilated patient with the use of a mechanical ventilator in accordance with the mechanical ventilator ventilation settings. Physiological variable values including at least airway flow rate and airway pressure are acquired using physiological sensors that monitor the ventilated patient. A ventilated patient cardiopulmonary (CP) model is fitted to the acquired physiological variable values to generate an adjusted ventilated patient CP model. Updated ventilation settings are determined by adjusting model ventilation settings from the ventilated patient adjusted CP model to minimize a cost function. The updated ventilation settings are displayed as recommended ventilation settings for the ventilated patient. Additionally or alternatively, the ventilation settings of the mechanical ventilator are automatically changed to the updated ventilation settings.

[012] Uma vantagem reside no fornecimento de ventilação de paciente com valor terapêutico aprimorado.[012] An advantage lies in providing patient ventilation with improved therapeutic value.

[013] Uma outra vantagem reside no fornecimento de ventilação de paciente com risco reduzido de dano para o paciente.[013] Another advantage lies in providing patient ventilation with reduced risk of harm to the patient.

[014] Uma outra vantagem reside no fornecimento de um sistema de ventilador mecânico com uma interface de usuário operador aprimorada que é mais fácil de ser usada, mais eficiente e menos propensa a erro por parte do usuário.[014] Another advantage lies in providing a mechanical ventilator system with an improved operator user interface that is easier to use, more efficient and less prone to user error.

[015] Uma outra vantagem reside no fornecimento de um sistema de ventilador mecânico que automaticamente ajusta suas definições de ventilação em resposta a uma mudança na condição do paciente ou que fornece recomendações para tal ajuste através de uma interface de usuário do ventilador.[015] Another advantage lies in providing a mechanical ventilator system that automatically adjusts its ventilation settings in response to a change in the patient's condition or that provides recommendations for such adjustment through a ventilator user interface.

[016] Vantagens adicionais da presente invenção serão entendidas pelos versados na técnica após a leitura e a compreensão da descrição detalhada a seguir. Deve-se reconhecer que toda modalidade apresentada pode alcançar nenhuma, uma, mais ou todas as vantagens anteriores e/ou pode alcançar outras vantagens.[016] Additional advantages of the present invention will be understood by those skilled in the art after reading and understanding the detailed description below. It must be recognized that every modality presented may achieve none, one, more or all of the above advantages and/or may achieve other advantages.

[017] A invenção pode assumir a forma de vários componentes e várias disposições de componentes, e de várias etapas e disposições de etapas. As figuras são apenas para propósitos ilustrativos das modalidades preferenciais e não devem ser interpretadas como limitadoras da invenção.[017] The invention may take the form of multiple components and multiple component arrangements, and multiple steps and step arrangements. The figures are for illustrative purposes only of preferred embodiments and should not be construed as limiting the invention.

BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES

[018] A Figura 1 mostra diagramaticamente um sistema médico de ventilação.[018] Figure 1 diagrammatically shows a medical ventilation system.

[019] A Figura 2 mostra diagramaticamente um fluxograma de operações para o sistema médico de ventilação da Figura 1.[019] Figure 2 diagrammatically shows an operations flowchart for the medical ventilation system of Figure 1.

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[020] Com referência à Figura 1, um sistema médico de ventilação inclui um ventilador mecânico 10 que fornece fluxo de ar de acordo com as definições de ventilação para um paciente ventilado 12 através de uma mangueira de ar de entrada 14. O ar exalado retorna ao ventilador 10 através de uma mangueira de ar de exalação 16. Uma peça em Y ou uma peça em T 20 acopla o ar da extremidade de descarga da mangueira de ar de entrada 14 ao paciente ventilado 12 durante a inalação e acopla o ar exalado do paciente ventilado 12 à mangueira de ar de exalação 16 durante a exalação. Não são mostrados na Figura 1 inúmeros outros componentes auxiliares que podem ser fornecidos dependendo do modo de ventilação e de outra terapia sendo recebida pelo paciente ventilado 12. Tais componentes auxiliares podem incluir, a título de ilustração: uma garrafa de oxigênio ou outra fonte de oxigênio de grau médico para fornecer um nível controlado de oxigênio para o fluxo de ar, geralmente controlado por uma definição de ventilação de Fração de Oxigênio Inspirado (FiO2); um umidificador encaixado na linha de entrada 14; um tubo nasogástrico para fornecer nutrição ao paciente 12; e assim por diante. O ventilador mecânico 10 tem uma interface de usuário incluindo, no exemplo ilustrativo, um componente de tela sensível ao toque 22 através do qual o médico, especialista em respiração ou outro pessoal médico pode inserir ou ajustar as definições de ventilação e monitorar variáveis fisiológicas medidas e parâmetros operacionais do ventilador mecânico 10. Adicional ou alternativamente, a interface de usuário pode incluir controles de entrada de usuário físicos (botões, botões giratórios, interruptores etc.), um teclado, um mouse, dispositivo(s) de alarme sonoro, luz(es) indicadoras e assim por diante.[020] Referring to Figure 1, a medical ventilation system includes a mechanical ventilator 10 that provides airflow in accordance with ventilation settings to a ventilated patient 12 through an inlet air hose 14. The exhaled air returns to the ventilator 10 via an exhalation air hose 16. A Y-piece or T-piece 20 couples air from the discharge end of the inlet air hose 14 to the ventilated patient 12 during inhalation and couples the exhaled air from the ventilated patient 12 to the exhalation air hose 16 during exhalation. Not shown in Figure 1 are numerous other ancillary components that may be provided depending on the mode of ventilation and other therapy being received by the ventilated patient 12. Such ancillary components may include, by way of illustration: an oxygen bottle or other source of oxygen medical grade to provide a controlled level of oxygen to the airflow, usually controlled by a ventilation setting of Fraction of Inspired Oxygen (FiO2); a humidifier fitted to the input line 14; a nasogastric tube to provide nutrition to the patient 12; and so on. The mechanical ventilator 10 has a user interface including, in the illustrative example, a touch screen component 22 through which the physician, respiratory specialist, or other medical personnel can enter or adjust ventilation settings and monitor measured physiological variables and operating parameters of the mechanical ventilator 10. Additionally or alternatively, the user interface may include physical user input controls (buttons, knobs, switches, etc.), a keyboard, a mouse, audible alarm device(s), light( es) indicators and so on.

[021] A Figura 1, em sua porção superior, ilustra diagramaticamente um sistema para recomendar, ou aplicar diretamente, definições de ventilação ideais para satisfazer metas terapêuticas específicas para o paciente ventilado 12 definidas pelo cuidador (médicos ou terapeutas respiratórios). O sistema de otimização de definições de ventilação recebe, como dados de entrada, informações de saída do ventilador 30, diretamente medidas ou conhecidas das definições de ventilação, como um pressão controlada e/ou fluxo de ar controlado aplicado às vias aéreas através de uma peça em Y 20. O sistema de otimização de definições de ventilação recebe, ainda, como dados de entrada, valores medidos para o paciente ventilado 12 de variáveis fisiológicas que são monitoradas por sensores fisiológicos de paciente 32. Esses sensores 32 podem incluir, a título de ilustração, um medidor de fluxo que mede a taxa de fluxo da via aérea (por exemplo, na peça em Y 20); um medidor de pressão que mede a pressão da via aérea; e um capnógrafo que mede o dióxido de carbono (CO2) em gases de respiração, por exemplo, emitindo CO2 periódico final representado no presente documento como EtCO2. Essas variáveis estão diretamente associadas à respiração; entretanto, os sensores 32 podem incluir, também, sensores que monitoram variáveis fisiológicas que estão indiretamente relacionadas à respiração, como frequência cardíaca, pressão sanguínea (por exemplo, pressão arterial, pressão venosa central etc.), e saturação de oxigênio (por exemplo, nível de SpO2).[021] Figure 1, in its upper portion, diagrammatically illustrates a system for recommending, or directly applying, ideal ventilation settings to satisfy specific therapeutic goals for the ventilated patient 12 defined by the caregiver (doctors or respiratory therapists). The ventilation settings optimization system receives, as input data, ventilator output information 30, either directly measured or known from the ventilation settings, such as a controlled pressure and/or controlled air flow applied to the airway through a part. in Y 20. The ventilation settings optimization system further receives, as input data, measured values for the ventilated patient 12 of physiological variables that are monitored by physiological patient sensors 32. These sensors 32 may include, by way of illustration, a flow meter that measures airway flow rate (e.g., in Y-piece 20); a pressure gauge that measures airway pressure; and a capnograph that measures carbon dioxide (CO2) in breathing gases, for example, emitting final periodic CO2 represented herein as EtCO2. These variables are directly associated with breathing; however, sensors 32 may also include sensors that monitor physiological variables that are indirectly related to breathing, such as heart rate, blood pressure (e.g., arterial pressure, central venous pressure, etc.), and oxygen saturation (e.g., SpO2 level).

[022] O sistema de otimização de definições de ventilação se baseia em um modelo fisiológico do sistema cardiopulmonar de um paciente ventilado, denominado no presente documento como um modelo de cardiopulmonar (CP) paciente ventilado 40. O modelo CP de paciente ventilado 40 adequadamente incorpora vários recursos fisiológicos, como circulação cardiovascular, mecânica respiratória, troca de gás de tecido e alveolar, mecanismos de controle neural de curto prazo que atuam sobre as funções cardiovasculares e/ou respiratórias, e assim por diante. Em geral, o modelo CP de paciente ventilado 40 pode incluir alguns ou todos esses recursos fisiológicos e pode, opcionalmente, incluir outros recursos fisiológicos. Vários modelos fisiológicos do coração e dos pulmões podem ser empregados como o modelo CP do paciente ventilado 40. Alguns modelos CP adequados são descritos, por exemplo, em: Lu et al., “A human cardiopulmonary system model applied to the analysis of the valsalva maneuver”, Am J Physiol Heart Circ Physiol, 281:H2661-H2679, 2001; Cheng et al., “An integrative model of respiratory and cardiovascular control in sleep-disordered breathing”, Respir Physiol Neurobiol, 174:4 a 28, 2010; e Chbat et al., “A Comprehensivve Cardopulmonary Simulation Model for the Analysis of Hypercapnic Respiratory Failure”, 31a Conf. Intern Anual da IEEE EMBS (Minneapolis, MN, EUA, 26 de setembro de 2009). O modelo CP do paciente ventilado 40 inclui aspectos que simulam o ventilador (ou seja, um aspecto de modelo do ventilador), por exemplo, uma pressão controlada aplicada às vias aéreas pelo ventilador mecânico 10 através da peça em Y 20 e da mangueira de entrada 14 pode ser modelada como uma fonte de pressão do ventilador externa aplicada a uma resistência que representa a laringe (consultar Chbat et al, supra), enquanto um fluxo de ar controlado aplicado às vias aéreas pelo ventilador 10 pode ser similarmente modelado como uma fonte de fluxo externo.[022] The ventilation settings optimization system is based on a physiological model of the cardiopulmonary system of a ventilated patient, referred to herein as a ventilated patient cardiopulmonary (CP) model 40. The ventilated patient CP model 40 appropriately incorporates various physiological features such as cardiovascular circulation, respiratory mechanics, tissue and alveolar gas exchange, short-term neural control mechanisms acting on cardiovascular and/or respiratory functions, and so on. In general, the ventilated patient CP model 40 may include some or all of these physiological features and may optionally include other physiological features. Various physiological models of the heart and lungs can be employed as the CP model of the ventilated patient 40. Some suitable CP models are described, for example, in: Lu et al., “A human cardiopulmonary system model applied to the analysis of the valsalva maneuver”, Am J Physiol Heart Circ Physiol, 281:H2661-H2679, 2001; Cheng et al., “An integrative model of respiratory and cardiovascular control in sleep-disordered breathing”, Respir Physiol Neurobiol, 174:4 to 28, 2010; and Chbat et al., “A Comprehensive Cardopulmonary Simulation Model for the Analysis of Hypercapnic Respiratory Failure,” 31st Conf. IEEE EMBS Annual Intern (Minneapolis, MN, USA, September 26, 2009). The CP model of the ventilated patient 40 includes aspects that simulate the ventilator (i.e., a model aspect of the ventilator), e.g., a controlled pressure applied to the airway by the mechanical ventilator 10 via the Y-piece 20 and the inlet hose. 14 can be modeled as an external ventilator pressure source applied to a resistance representing the larynx (see Chbat et al, supra), while a controlled airflow applied to the airway by ventilator 10 can similarly be modeled as a source of pressure. external flow.

[023] O modelo CP de paciente ventilado 40 fornece uma vantagem substancial, visto que pode ser usado para gerar valores computados para o paciente ventilado 12 de parâmetros fisiológicos não monitorados (ou seja, parâmetros fisiológicos que não são diretamente monitorados pelos sensores 32) com base nos valores medidos pelos sensores 32 para o paciente ventilado 12 das variáveis fisiológicas monitoradas, e também baseado nas definições de ventilação, visto que as mesmas também são dados de entrada no modelo CP de paciente ventilado 40. Uma outra vantagem do modelo CP de paciente ventilado 40 reside em poder prever a resposta de paciente a mudanças nas definições de ventilação, visto que o modelo CP de paciente ventilado 40 modela interrelações entre as definições de ventilação e os vários parâmetros fisiológicos.[023] The ventilated patient CP model 40 provides a substantial advantage in that it can be used to generate computed values for the ventilated patient 12 of unmonitored physiological parameters (i.e., physiological parameters that are not directly monitored by the sensors 32) with based on the values measured by the sensors 32 for the ventilated patient 12 of the monitored physiological variables, and also based on the ventilation settings, as these are also input data in the ventilated patient CP model 40. Another advantage of the patient CP model ventilated patient 40 lies in being able to predict patient response to changes in ventilation settings, as the ventilated patient CP model 40 models interrelationships between ventilation settings and various physiological parameters.

[024] Ainda com referência contínua à Figura 1, o modelo CP de paciente ventilado 40 é personalizado em tempo real por um componente de modelagem CP específico de paciente 42 para se ajustar ao paciente ventilado específico 12. Um parâmetro algoritmo de estimativa 44 é aplicado para adaptar o modelo CP às condições de mudança do paciente com base nas medições variáveis fisiológicas coletadas do paciente 12 pelos sensores 32. Um componente comparador 46 determina o erro entre (1) previsões do modelo CP de paciente ventilado 40 para as variáveis fisiológicas monitoradas e (2) os valores para o paciente ventilado 12 das variáveis fisiológicas monitoradas conforme medido pelos sensores 32. O critério usado na rotina de estimativa de parâmetro 44 é a minimização desse erro. A saída do componente de modelagem CP específica de paciente 42 é um modelo CP ajustado de paciente ventilado 50 que é, então, usado por um componente de otimização de ventilador 52, 54 para otimizar as definições de ventilação. No exemplo ilustrativo da Figura 1, o componente de otimização de ventilador 52, 54 inclui um módulo de cenários de “e se” 52 e um módulo de otimização 54 que operam conforme descrito posteriormente.[024] Still with continued reference to Figure 1, the ventilated patient CP model 40 is customized in real time by a patient-specific CP modeling component 42 to fit the specific ventilated patient 12. A parameter estimation algorithm 44 is applied to adapt the CP model to the patient's changing conditions based on physiological variable measurements collected from the patient 12 by the sensors 32. A comparator component 46 determines the error between (1) predictions of the ventilated patient CP model 40 for the monitored physiological variables and (2) the values for the ventilated patient 12 of the monitored physiological variables as measured by the sensors 32. The criterion used in the parameter estimation routine 44 is the minimization of this error. The output of the patient-specific CP modeling component 42 is a ventilated patient adjusted CP model 50 which is then used by a ventilator optimization component 52, 54 to optimize ventilation settings. In the illustrative example of Figure 1, the fan optimization component 52, 54 includes a “what if” scenario module 52 and an optimization module 54 that operate as described later.

[025] O módulo de cenários “e se” 52 usa o modelo CP ajustado de paciente ventilado 50 para avaliar o impacto de vários ajustes de definições de ventilação do candidato 56. O módulo de otimização 54 computa uma função de custo 60 para cada um desses ajustes, e aplica um algoritmo de otimização 62 (por exemplo, uma pesquisa de espaço, ou uma otimização mais complexa como descida de gradiente) para identificar um ajuste de definições de ventilação ideais. Mais particularmente, o módulo de cenários “e se” 52 faz com que cada ajuste de definições de ventilação do candidato 56 para o modelo CP ajustado de paciente ventilado 50 preveja uma resposta de paciente ao ajuste, e o módulo de otimização 54 computa o valor da função de custo 60 para o modelo CP ajustado de paciente ventilado com o ajuste de definições de ventilação do candidato com base na resposta de paciente prevista. A função de custo 60 representa um custo agregado associado a cada ajuste de definições de ventilação do candidato. (Observar que “custo” conforme usado no presente documento também abrange benefício, por exemplo, a função de custo 60 pode ser construída de modo que um ajuste de sistema de ventilador previsto para que realmente a condição agregada do paciente ventilado 12 produza um baixo custo, ou mesmo um baixo custo dependendo do projeto de função de custo). A função de custo 60 é definida ao se agregar termos de custo de modo a considerar benefícios ou custos como desvios previstos pelo modelo de metas terapêuticas definidas pelo cuidador (por exemplo, metas de teor de O2 e CO2, no sangue e/ou metas relacionadas à minimização ou evitação de efeitos prejudiciais como toxicidade de oxigênio, pressão alveolar e assim por diante. Deve-se reconhecer que alguns termos de custos podem ser inerentemente estatísticos por natureza, por exemplo, um termo de custos de barotrauma pode quantificar o risco (em termos de probabilidade de ocorrência e/ou severidade provável) de barotrauma. Em uma modalidade ilustrativa, a função de custo 60 inclui termos de custos que representam barotrauma (um risco/custo), oxigenação (um benefício/meta), remoção de CO2 (um benefício/meta) e toxicidade de oxigênio (um risco/custo). Em uma outra modalidade ilustrativa, a função de custo 60 inclui esses termos de custos bem como termos de custos adicionais que representam perfusão de tecido (um benefício/meta) e hipotensão (um risco/custo). O algoritmo de otimização 62 busca os ajustes de definição de ventilação do candidato 56 para determinar o ajuste de definições de ventilação para recomendação ou implantação que minimiza a função de custo 60 em relação à definição de ajustes de definições de ventilação do candidato 56. Em uma operação de decisão opcional 64, o ajuste de definição de ventilação fornecido é analisado para adequabilidade ou adequação. Por exemplo, se o módulo de otimização 62 emprega uma busca de grade simples em um conjunto de ajustes de definições de ventilação do candidato 56 abrangendo uma região do espaço de definições, e o ajuste de definições de ventilação ideais determinado se encontra em uma borda dessa região do espaço de definições, então o fluxo de processo pode retornar para o componente de cenário “e se” 52 a fim de desviar a grade de busca para uma região adjacente do espaço de definições (a razão aqui é que a busca de grade encontrando um valor de borda sugere o ideal verdadeiro está fora da região de busca). Como um outro exemplo, a operação de decisão 64 pode verificar que o ajuste de definições de ventilação ideais determinado realmente se encontra da faixa de definições que pode ser presumida pelo ventilador mecânico 10, e/ou pode verificar que o ajuste de definições de ventilação ideais não viola nenhuma diretriz de ventilação de paciente empregada na instituição médica.[025] The “what if” scenario module 52 uses the adjusted ventilated patient CP model 50 to evaluate the impact of various candidate ventilation setting adjustments 56. The optimization module 54 computes a cost function 60 for each of these adjustments, and applies an optimization algorithm 62 (e.g., a space search, or a more complex optimization such as gradient descent) to identify an optimal ventilation setting adjustment. More particularly, the “what if” scenario module 52 causes each adjustment of candidate ventilation settings 56 to the ventilated patient adjusted CP model 50 to predict a patient response to the adjustment, and the optimization module 54 computes the value of cost function 60 for the ventilated patient adjusted CP model with adjusting candidate ventilation settings based on predicted patient response. Cost function 60 represents an aggregate cost associated with each adjustment of candidate ventilation settings. (Note that “cost” as used herein also encompasses benefit; e.g., the cost function 60 may be constructed such that a predicted ventilator system adjustment to actually match the aggregate condition of the ventilated patient 12 produces a low cost , or even a low cost depending on the cost function design). The cost function 60 is defined by aggregating cost terms to consider benefits or costs as model-predicted deviations from caregiver-defined therapeutic goals (e.g., blood O2 and CO2 content goals and/or related goals). to minimizing or avoiding harmful effects such as oxygen toxicity, alveolar pressure, and so on. It must be recognized that some cost terms may be inherently statistical in nature, for example, a barotrauma cost term may quantify the risk (in terms of probability of occurrence and/or likely severity) of barotrauma. In an illustrative embodiment, cost function 60 includes cost terms representing barotrauma (a risk/cost), oxygenation (a benefit/goal), CO2 removal ( a benefit/goal) and oxygen toxicity (a risk/cost). In another illustrative embodiment, the cost function 60 includes these cost terms as well as additional cost terms representing tissue perfusion (a benefit/goal) and hypotension (a risk/cost). The optimization algorithm 62 searches the ventilation setting adjustments of candidate 56 to determine the ventilation settings adjustment for recommendation or implementation that minimizes the cost function 60 relative to the ventilation setting adjustments definition of candidate 56. In a optional decision operation 64, the provided ventilation setting adjustment is analyzed for suitability or adequacy. For example, if the optimization module 62 employs a simple grid search on a set of candidate ventilation setting settings 56 spanning a region of the setting space, and the determined optimal ventilation setting setting lies on an edge of that region of the definition space, then the process flow can return to the “what if” scenario component 52 in order to divert the search grid to an adjacent region of the definition space (the reason here is that the grid search finding an edge value suggests the true ideal is outside the search region). As another example, decision operation 64 may verify that the determined optimal ventilation setting adjustment actually falls within the range of settings that can be assumed by the mechanical ventilator 10, and/or may verify that the optimal ventilation setting adjustment does not violate any patient ventilation guidelines employed at the medical institution.

[026] Além de minimizar a função de custo 60, a otimização realizada pelo algoritmo de otimização 62 pode ser uma otimização restringida na qual a otimização é restringida por uma ou mais restrições de parâmetro fisiológico especificadas pelo médico ou outro pessoal médico. Por exemplo, uma tal restrição pode exigir que a pressão parcial de oxigênio de sangue arterial (PaO2) se encontre dentro de uma faixa especificada por médico e/ou que a pressão parcial de dióxido de carbono de sangue arterial (PaCO2) se encontre dentro de uma faixa especificada por médico. Vantajosamente, essas são metas terapêuticas de alto nível de interesse para o médico- a otimização restringida então assegura que as definições de ventilação ideais alcançam essas metas terapêuticas de alto nível enquanto também otimizam em relação aos benefícios/custos representados por termos da função de custo 60.[026] In addition to minimizing the cost function 60, the optimization performed by the optimization algorithm 62 may be a constrained optimization in which the optimization is constrained by one or more physiological parameter constraints specified by the physician or other medical personnel. For example, such a restriction may require that the arterial blood oxygen partial pressure (PaO2) be within a physician-specified range and/or that the arterial blood carbon dioxide partial pressure (PaCO2) be within a a range specified by a doctor. Advantageously, these are high-level therapeutic goals of interest to the clinician - constrained optimization then ensures that optimal ventilation settings achieve these high-level therapeutic goals while also optimizing against the benefits/costs represented by terms of the cost function 60 .

[027] O ajuste de definições de ventilação determinado serve como definições de ventilação atualizadas que podem ser usadas de modo variado. Em uma abordagem, o componente de exibição do ventilador 22 é configurado para exibir as definições de ventilação atualizadas como definições de ventilação recomendadas para o paciente ventilado 12. Essa abordagem é denominada no presente documento como um modo operacional de “circuito aberto”, devido ao fato de que o sistema de otimização de definições de ventilação não controla realmente o ventilador mecânico 10, mas, ao invés disso, fornece recomendações em relação a ajustes de definição de ventilação que podem aprimorar a ventilação do paciente. O médico, o especialista respiratório ou outro pessoal médico é, então, livre para usar julgamento profissional sobre se a recomendação deve realmente ser implantada ou não - em caso positivo, então o pessoal médico opera a interface de usuário 22 (por exemplo, tela sensível ao toque) para mudar as definições. Em uma modalidade variante da configuração de circuito aberto, a tela das definições recomendadas inclui uma tecla “aceitar” associada que, se selecionada por um pessoal médico através da tela sensível ao toque, aplica o ajuste de definições de ventilação recomendadas. Isso pode ser especialmente útil se o ajuste recomendado incluir ajustar diversas definições de ventilação diferentes, visto que todas podem ser aplicadas ao se pressionar a tecla “aceitar” única.[027] The determined ventilation settings adjustment serves as updated ventilation settings that can be used in a variety of ways. In one approach, the ventilator display component 22 is configured to display updated ventilation settings as recommended ventilation settings for the ventilated patient 12. This approach is referred to herein as an “open loop” operating mode, due to the fact that the ventilation setting optimization system does not actually control the mechanical ventilator 10, but instead provides recommendations regarding ventilation setting adjustments that can improve patient ventilation. The physician, respiratory specialist or other medical personnel is then free to use professional judgment as to whether the recommendation should actually be implemented or not - if so, then the medical personnel operate the user interface 22 (e.g. touch screen touch) to change settings. In a variant embodiment of the open circuit configuration, the recommended settings screen includes an associated “accept” key that, if selected by medical personnel via the touch screen, applies the recommended ventilation setting adjustment. This can be especially useful if the recommended adjustment includes adjusting several different ventilation settings, as they can all be applied by pressing the single “accept” key.

[028] Em um modo operacional de circuito fechado, o ajuste ideal de definições de ventilação é automaticamente aplicado sem a intervenção de pessoal médico. Essa abordagem permite vantajosamente resposta muito rápida (essencialmente em tempo real) a uma mudança repentina na condição do paciente ventilado 12. Entretanto, o médico pode estar preocupado sobre ter as definições de ventilação alteradas automaticamente sem a supervisão do médico. Uma forma de solucionar essa preocupação é incluir limites superior e/ou inferior em várias definições de ventilação - esses limites são, então, restrições da otimização restringida realizada pelo algoritmo de otimização 62.[028] In a closed-loop operating mode, the optimal adjustment of ventilation settings is automatically applied without the intervention of medical personnel. This approach advantageously allows for very rapid (essentially real-time) response to a sudden change in the ventilated patient's condition 12. However, the physician may be concerned about having ventilation settings changed automatically without physician supervision. One way to address this concern is to include upper and/or lower limits in various ventilation settings - these limits are then constraints on the constrained optimization performed by the optimization algorithm 62.

[029] Os vários componentes de processamento de dados 42, 52, 54, 64 do sistema de otimização de definições de ventilação são adequadamente implantados como um microprocessador programado por firmware ou software para realizar as operações reveladas. Em algumas modalidades, o microprocessador forma uma peça única com o ventilador mecânico 10, de modo que o processamento de dados seja diretamente realizado pelo ventilador 10. Isso tem a vantagem de que o sistema de otimização de definições de ventilação se beneficia dos mecanismos à prova de falhas do ventilador mecânico 10 (por exemplo, bateria reserva ou outras preparações de energia contínua, redundância etc.).[029] The various data processing components 42, 52, 54, 64 of the ventilation settings optimization system are suitably implemented as a microprocessor programmed by firmware or software to perform the disclosed operations. In some embodiments, the microprocessor forms a single piece with the mechanical fan 10, so that data processing is directly carried out by the fan 10. This has the advantage that the ventilation settings optimization system benefits from the waterproof mechanisms. of mechanical ventilator failures 10 (e.g., battery backup or other continuous power preparations, redundancy, etc.).

[030] Em outras modalidades, o microprocessador é separado do ventilador mecânico 10, por exemplo, quando o microprocessador de um computador do tipo desktop é conectado ao ventilador 10 por um cabo USB, conexão sem fio ou similares. Em tais modalidades, o microprocessador não é necessariamente classificado como um sistema importante para a vida, por exemplo, pode não ter preparações de energia contínua ou similares. Para operação em modo de circuito aberto, isso não é problemático, visto que a falha do sistema de otimização de definições de ventilação meramente resulta no não fornecimento de recomendações de ajuste de definição de ventilação. Para operação em modo de circuito fechado, alguma preparação é preferencialmente feita para possível falha do sistema de otimização de definições de ventilação. Por exemplo, na ausência de um sinal de controle para o ventilador 10 do sistema de otimização de definições de ventilação, o ventilador 10 pode ser projetado para retornar para a operação de circuito aberto. O ventilador 10 tipicamente também tem limites de definição de ventilação embutidos.[030] In other embodiments, the microprocessor is separate from the mechanical fan 10, for example, when the microprocessor of a desktop computer is connected to the fan 10 via a USB cable, wireless connection, or the like. In such embodiments, the microprocessor is not necessarily classified as an important system for life, for example, it may not have continuous power preparations or the like. For operation in open circuit mode, this is not problematic, as failure of the ventilation setting optimization system merely results in ventilation setting adjustment recommendations not being provided. For operation in closed circuit mode, some preparation is preferably made for possible failure of the ventilation settings optimization system. For example, in the absence of a control signal to fan 10 from the ventilation settings optimization system, fan 10 may be designed to return to open circuit operation. The fan 10 typically also has built-in ventilation setting limits.

[031] Os vários componentes de processamento de dados 42, 52, 54, 64 do sistema de otimização de definições de ventilação também podem ser implantados como uma mídia de armazenamento não transitório que armazena instruções legíveis e executáveis por um microprocessador (por exemplo, conforme descrito acima) para implantar as operações de otimização de definições de ventilação reveladas. A mídia de armazenamento não transitório pode, por exemplo, compreender uma memória somente de leitura (ROM), memória somente de leitura programável (PROM), memória flash ou outro repositório de firmware para o ventilador 10. Adicional ou alternativamente, o meio de armazenamento não transitório pode compreender um disco rígido de computador (adequado para modalidades implantadas em computador), um disco óptico (por exemplo, para instalação em tal computador), um armazenamento de dados de servidor de rede (por exemplo, arranho RAID) a partir do qual o ventilador 10 ou um computador pode transferir por download o software ou firmware de sistema através da Internet ou uma outra rede de dados eletrônicos, ou assim em diante.[031] The various data processing components 42, 52, 54, 64 of the ventilation settings optimization system may also be deployed as a non-transitory storage medium that stores instructions readable and executable by a microprocessor (e.g., as per described above) to implement the disclosed ventilation settings optimization operations. The non-transitory storage medium may, for example, comprise a read-only memory (ROM), programmable read-only memory (PROM), flash memory, or other firmware repository for the ventilator 10. Additionally or alternatively, the storage medium non-transitory may comprise a computer hard disk (suitable for computer-deployed embodiments), an optical disk (e.g., for installation on such a computer), a network server data store (e.g., RAID stripe) from the which fan 10 or a computer can download system software or firmware via the Internet or another electronic data network, or so on.

[032] A seguir, algumas modalidades ilustrativas adicionais de vários componentes do sistema de otimização de definições de ventilação são descritas em mais detalhes.[032] Below, some additional illustrative embodiments of various components of the ventilation settings optimization system are described in more detail.

[033] O componente de estimativa de parâmetro 44 ajusta o modelo CP de paciente ventilado 40 para gerar um modelo ajustado que fornece uma representação do paciente específico 12 sendo fornecido com ventilação pelo ventilador 10. Os parâmetros de modelo, que representam propriedades físicas do sistema cardiopulmonar (como resistência de sistema respiratório, conformidade da parede torácica, contratilidade ventricular, etc) são adaptados, ou seja, ajustados ao paciente 12 como caracterizado pelas medições de variáveis fisiológicas fornecidas pelos sensores 32. Em uma abordagem adequada, é aplicado um algoritmo de estimativa de quadrados mínimos, sendo que as variáveis de saída gerada do modelo principal (como pressão sanguínea, frequência cardíaca, saturação de oxigênio, pressão e fluxo de via aérea etc) são comparadas com as medições do paciente correspondente (medições de pressão sanguínea, frequência cardíaca, saturação de oxigênio, pressão e fluxo de via aérea correspondentes etc.) e os erros resultantes emitidos pelo comparador 46 são usados como uma métrica para ajustar os parâmetros do modelo.[033] The parameter estimation component 44 adjusts the ventilated patient CP model 40 to generate a fitted model that provides a representation of the specific patient 12 being provided with ventilation by the ventilator 10. The model parameters, which represent physical properties of the system cardiopulmonary (such as respiratory system resistance, chest wall compliance, ventricular contractility, etc.) are adapted, that is, adjusted to the patient 12 as characterized by the measurements of physiological variables provided by sensors 32. In an appropriate approach, an algorithm of least squares estimation, whereby the output variables generated from the main model (such as blood pressure, heart rate, oxygen saturation, airway pressure and flow, etc.) are compared with the corresponding patient's measurements (blood pressure measurements, frequency heart rate, oxygen saturation, corresponding airway pressure and flow, etc.) and the resulting errors output by comparator 46 are used as a metric to adjust the model parameters.

[034] O módulo de cenários “e se” 52 então usa os parâmetros resultantes em rotinas de cenários “e se”. Cada cenário “e se” é representado por um ajuste de definições de ventilação do candidato, de modo que o conjunto de ajustes de definições de ventilação do candidato 56 representa os cenários “e se” a serem testados. O modelo CP ajustado de paciente ventilado 50 é ajustado de acordo com cada ajuste de definições de ventilação do candidato, e a simulação é repetida para cada tal ajuste de definições do candidato, para prever como o paciente ventilado específico 12 responderia a cada cenário “e se”.[034] The “what if” scenario module 52 then uses the resulting parameters in “what if” scenario routines. Each “what if” scenario is represented by a candidate ventilation settings adjustment, so the set of candidate ventilation settings adjustments 56 represents the “what if” scenarios to be tested. The ventilated patient adjusted CP model 50 is adjusted according to each candidate ventilation settings adjustment, and the simulation is repeated for each such candidate ventilation settings adjustment, to predict how the specific ventilated patient 12 would respond to each scenario” and if.”

[035] No módulo de otimização 54, para cada ajuste de definições de ventilação do candidato, as variáveis previstas de modelo são usadas para construir um exemplo da função de custo 60, representado no presente documento como função de custo J. Em um exemplo ilustrativo, a função de custo J considera o nível de oxigenação e remoção de CO2, bem como os riscos de barotrauma, toxicidade de oxigênio, hipotensão e débito cardíaco reduzido associado a um conjunto particular de definições de ventilação (ou seja, o ajuste de definições de ventilação do candidato) representado por X [035] In optimization module 54, for each adjustment of candidate ventilation settings, the predicted model variables are used to construct an example cost function 60, represented herein as cost function J. In an illustrative example , the J cost function considers the level of oxygenation and CO2 removal, as well as the risks of barotrauma, oxygen toxicity, hypotension, and reduced cardiac output associated with a particular set of ventilation settings (i.e., adjusting ventilation settings). candidate ventilation) represented by X

[036] Nessa função de custo ilustrativa J, os valores da função de custo J dependem do ajuste de definições de ventilação do candidato particular representado pelo conjunto de definições de ventilação X. Os argumentos das funções de termo de custos f 1, ..., f6 ou são variáveis medidas (por exemplo, ABP pode ser uma variável medida) ou são valores computados para o paciente ventilado 12 de parâmetros fisiológicos não monitorados (ou seja, não medidos pelos sensores 32) que são computados com o uso do modelo CP ajustado de paciente ventilado 50 com base nos valores medidos para o paciente ventilado das variáveis fisiológicas monitoradas (aquelas monitoradas pelos sensores 32) e das definições de ventilação. As várias funções de termo de custos f i, ..., f 6 são adequadamente determinadas dos dados de estudo de literatura médica, e/ou de análise heurística ou de primeira análise de princípios da fisiologia subjacente. Por exemplo, a função f2 quantifica o benefício da oxigenação no valor quantitativo PaO2(X), enquanto f6 quantifica o custo de toxicidade de oxigênio (risco de ocorrência e detrimento provável mediante ocorrência) no valor quantitativo FiO2(X).[036] In this illustrative cost function J, the values of the cost function J depend on the adjustment of ventilation settings of the particular candidate represented by the set of ventilation settings X. The arguments of the cost term functions f 1, ... , f6 are either measured variables (e.g., ABP may be a measured variable) or are computed values for the ventilated patient 12 of unmonitored physiological parameters (i.e., not measured by sensors 32) that are computed using the CP model adjusted ventilated patient 50 based on the measured values for the ventilated patient of the monitored physiological variables (those monitored by sensors 32) and ventilation settings. The various cost term functions f i, ..., f 6 are adequately determined from data from medical literature study, and/or from heuristic analysis or first principles analysis of the underlying physiology. For example, the function f2 quantifies the benefit of oxygenation in the quantitative value PaO2(X), while f6 quantifies the cost of oxygen toxicity (risk of occurrence and probable detriment upon occurrence) in the quantitative value FiO2(X).

[037] O algoritmo de otimização 62 então minimiza o custo J em relação aos ajustes de definições de ventilação do candidato X, ou seja: [037] The optimization algorithm 62 then minimizes the cost J in relation to candidate X's ventilation settings adjustments, that is:

[038] Em uma abordagem, isso é realizado por uma busca de espaço exaustiva, por exemplo, o conjunto de ajustes de definições de ventilação do candidato 56 preenche uma região do espaço de definições a ser pesquisado; cada ajuste de definições de ventilação do candidato X é realizado para o modelo CP ajustado de paciente ventilado 50 e o valor de uma função de custo J(X) é computado para o modelo CP ajustado de paciente ventilado 50 com o ajuste de definições de ventilação do candidato X, e as definições de ventilação atualizadas são emitidas como o ajuste de definições de ventilação do candidato X que minimiza a função de custo J. Em abordagens mais elaboradas, um algoritmo de otimização como descida de gradiente é aplicado, no qual derivados da função de custo J(X) são computados em relação a cada definição de ventilação (ou seja, em relação a cada dimensão do vetor X) e esses derivados são usados para identificar, por exemplo, através de uma etapa de descida de gradiente, uma melhor direção no espaço de definições para se mover a fim de posicionar um ajuste de definições mais ideal, e esse processo é iterado até que seja atendida uma condição de terminação, por exemplo, os derivados computados de J(X) se tornem suficientemente pequenos, ou o aprimoramento de iteração para iteração em J(X) se torne suficientemente pequeno.[038] In one approach, this is accomplished by an exhaustive space search, for example, the set of candidate ventilation settings adjustments 56 fills a region of the settings space to be searched; each ventilation settings adjustment of candidate of candidate X, and the updated ventilation settings are output as adjusting ventilation settings of candidate cost function J(X) are computed with respect to each ventilation definition (i.e., with respect to each dimension of the vector X) and these derivatives are used to identify, for example, through a gradient descent step, a best direction in definition space to move in order to position a more optimal definition fit, and this process is iterated until a termination condition is met, e.g., the computed derivatives of J(X) become sufficiently small, or the iteration-to-iteration improvement in J(X) becomes sufficiently small.

[039] Para fornecer ilustração adicional, algumas modalidades mais específicas do sistema de otimização de definições de ventilação são descritas em seguida.[039] To provide additional illustration, some more specific embodiments of the ventilation settings optimization system are described below.

[040] Com referência agora à Figura 2, para fornecer uma ilustração adicional, algumas modalidades mais específicas do sistema de otimização de definições de ventilação são descritas. Nessa modalidade ilustrativa, o paciente 12 é conectado ao ventilador e um cuidador 100 (por exemplo, um médico ou terapeuta respiratório) configura o ventilador em uma operação 102, sendo que o modo de ventilação escolhido pelo cuidador é o Controle de Volume (VC, volume control). (Isso é um exemplo meramente ilustrativo e o sistema de otimização de definições de ventilação revelado pode ser aplicado a outros modos de ventilação, como o modo de controle de pressão). Para o controle VC ilustrativo, o paciente é sedado e paralisado, por conseguinte, a ventilação é completamente ditada pelo ventilador (ou seja, paciente passivo que não fornece Trabalho de Respiração algum). O cuidador também atribui valores iniciais para as definições de ventilação de VC, incluindo: pressão expiratória final positiva (PEEP); fração de gás oxigênio (FiO2); volume periódico (Vtidal); e taxa respiratória (RR) para esse paciente específico 12. (Novamente, em um outro modo de ventilação, as definições de ventilação podem ser diferentes de PEEP, FiO2, Vtidal e RR). O cuidador 100 considera várias considerações conhecidas pelo médico ou pelo especialista em terapia respiratória. Por exemplo, o cuidador 100 sabe que baixos valores de PEEP podem fazer com que unidades alveolares se rompam e, por conseguinte, resultem em pulmões insatisfatoriamente ventilados. Por outro lado, altos valores de PEEP abrirão mais unidades alveolares, mas podem conferir retorno venoso e, por conseguinte, resultam em baixo débito cardíaco (CO) e pressão sanguínea arterial média (MAP). De modo similar, altos valores de FiO2 aumentarão a pressão parcial de oxigênio de sangue arterial (PaO2), mas podem ter efeitos colaterais de toxicidade. Valores de volume periódico muito baixos podem resultar em ventilação inadequada, enquanto que valores de volume periódico muito altos podem ocasionar volutrauma e barotrauma, dependendo das propriedades mecânicas dos pulmões do paciente. Adicionalmente, o valor ideal de RR para garantir ventilação adequada dependerá do volume periódico escolhido. É evidente que a otimização simultânea das definições de ventilação PEEP, FiO2, Vtidal, e RR é uma tarefa desafiadora e demorada e o cuidador 100 entende que valores inapropriados para essas definições para o paciente específico 12 podem prejudicar o paciente.[040] Referring now to Figure 2, to provide a further illustration, some more specific embodiments of the ventilation settings optimization system are described. In this illustrative embodiment, the patient 12 is connected to the ventilator and a caregiver 100 (e.g., a doctor or respiratory therapist) sets the ventilator in an operation 102, with the ventilation mode chosen by the caregiver being Volume Control (VC, volume control). (This is merely an illustrative example and the revealed ventilation settings optimization system can be applied to other ventilation modes, such as pressure control mode). For illustrative VC control, the patient is sedated and paralyzed, therefore, ventilation is completely dictated by the ventilator (i.e., passive patient providing no Breathwork). The caregiver also assigns initial values for VC ventilation settings, including: positive end-expiratory pressure (PEEP); oxygen gas fraction (FiO2); periodic volume (Vtidal); and respiratory rate (RR) for that specific patient 12. (Again, in another ventilation mode, ventilation settings may be different from PEEP, FiO2, Vtidal and RR). The caregiver 100 considers various considerations known to the physician or respiratory therapy specialist. For example, caregiver 100 knows that low PEEP values can cause alveolar units to rupture and therefore result in poorly ventilated lungs. On the other hand, high PEEP values will open more alveolar units, but may confer venous return and, therefore, result in low cardiac output (CO) and mean arterial blood pressure (MAP). Similarly, high FiO2 values will increase arterial blood oxygen partial pressure (PaO2), but may have toxic side effects. Very low periodic volume values can result in inadequate ventilation, while very high periodic volume values can cause volutrauma and barotrauma, depending on the mechanical properties of the patient's lungs. Additionally, the ideal RR value to ensure adequate ventilation will depend on the periodic volume chosen. It is clear that simultaneously optimizing ventilation settings PEEP, FiO2, Vtidal, and RR is a challenging and time-consuming task and the caregiver 100 understands that inappropriate values for these settings for the specific patient 12 may harm the patient.

[041] Em comparação com essa tarefa desafiadora e demorada, com o uso do sistema de otimização de definições de ventilação revelado no presente documento, o cuidador define valores iniciais aproximados para as definições de ventilação (aqui, PEEP, FiO2, Vtidal e RR) e, adicionalmente, define metas terapêuticas de alto nível em termos de PaO2 e PaCO2, como: PaO2 (desejado) = 100 mmHg com restrições 80 mmHg < PaO2 < 150 mmHg PaCO2 (desejado) = 40 mmHg com restrições 10 mmHg < PaCO2 < 46 mmHg[041] Compared to this challenging and time-consuming task, with the use of the ventilation settings optimization system disclosed in this document, the caregiver sets approximate starting values for the ventilation settings (here, PEEP, FiO2, Vtidal and RR) and additionally defines high-level therapeutic goals in terms of PaO2 and PaCO2, such as: PaO2 (desired) = 100 mmHg with restrictions 80 mmHg < PaO2 < 150 mmHg PaCO2 (desired) = 40 mmHg with restrictions 10 mmHg < PaCO2 < 46 mmHg

[042] Depois disso, em uma operação 104 realizada pelo sistema de otimização de definições de ventilação (e, mais particularmente, pelo componente de modelagem CP específico do paciente 42 da Figura 1), o sistema automaticamente otimiza as definições de ventilação para colocar o paciente próximo àquelas metas terapêuticas enquanto minimiza os riscos de barotrauma, toxicidade de oxigênio, hipotensão e perfusão de tecido reduzida. Esses riscos são definidos em relação a alvos selecionados por usuário, por exemplo, em termos de débito cardíaco desejado (CO), pressão alveolar máxima (PALV) e pressão sanguínea arterial média (MAP). Por exemplo, os alvos selecionados por usuário podem ser: PALV,max = 30 mmHg COdesejado = 0,005 m3/min (5 l/min) MAPdesejada = 100 mmHg[042] Thereafter, in an operation 104 performed by the ventilation settings optimization system (and, more particularly, by the patient-specific CP modeling component 42 of Figure 1), the system automatically optimizes ventilation settings to place the patient closer to those therapeutic goals while minimizing the risks of barotrauma, oxygen toxicity, hypotension, and reduced tissue perfusion. These risks are defined in relation to user-selected targets, for example, in terms of desired cardiac output (CO), maximum alveolar pressure (PALV), and mean arterial blood pressure (MAP). For example, user-selected targets might be: PALV,max = 30 mmHg COdesired = 0.005 m3/min (5 l/min) MAPdesired = 100 mmHg

[043] Conforme ilustrado na Figura 2, a primeira operação 104 compreende personalizar o modelo CP de paciente ventilado 40 e realizar estimativa de parâmetro específico do paciente. Aqui, o modelo CP de paciente ventilado 40 inicialmente é executado com um conjunto padrão de parâmetros - por exemplo, parâmetros padrão que são representativos de um indivíduo típico saudável com 70 kg. Durante a estimativa de parâmetro 104, a frequência cardíaca gerada por modelo (HR), os sinais de pressão sanguínea arterial (ABP), de saturação de oxigênio (SpO2), de CO2 periódico final (EtCO2), de pressão de via aérea (Paw) e de fluxo (V) são comparados às medições de paciente correspondente, obtidas de maneira não invasiva através de sensores no leito 32 (consulte a Figura 1). O erro resultante (computado pelo comparador 46) ao longo de uma janela de tempo específica é, então, minimizado de acordo com o algoritmo de quadrados mínimos e os parâmetros do modelo são ajustados para refletir a fisiopatologia do paciente específico 12 recebendo ventilação mecânica: onde o m subscrito indica variáveis de saída geradas por modelo, N é a duração da janela de tempo na qual o erro é avaliado, n indica um instante de amostragem genérica dentro da janela de tempo e θ* é o vetor contendo os parâmetros específicos do paciente.[043] As illustrated in Figure 2, the first operation 104 comprises customizing the ventilated patient CP model 40 and performing patient-specific parameter estimation. Here, the ventilated patient CP model 40 is initially run with a default set of parameters - for example, default parameters that are representative of a typical healthy 70 kg individual. During parameter 104 estimation, the model-generated heart rate (HR), arterial blood pressure (ABP), oxygen saturation (SpO2), end periodic CO2 (EtCO2), airway pressure (Paw ) and flow (V) are compared to corresponding patient measurements obtained non-invasively via sensors in bed 32 (see Figure 1). The resulting error (computed by comparator 46) over a specific time window is then minimized according to the least squares algorithm and the model parameters are adjusted to reflect the pathophysiology of the specific patient 12 receiving mechanical ventilation: where the subscript m indicates model-generated output variables, N is the duration of the time window in which the error is evaluated, n indicates a generic sampling instant within the time window, and θ* is the vector containing the patient-specific parameters .

[044] A saída da estimativa de parâmetro 104 é o modelo CP ajustado de paciente ventilado 50 que é personalizado para o paciente ventilado específico 12. Após o modelo ter sido personalizado, os parâmetros estimados são armazenados. Se, em algum momento, depois disso, um detector de mudanças de parâmetro 106 detectar uma mudança significativa em um parâmetro, um alarme (visual e/ou sonoro) pode ser gerado para informar ao cuidador 100 sobre a mudança na condição de paciente. Adicionalmente, os parâmetros estimados são enviados para as rotinas de cenários “e se” 52 realizadas na operação 108 da Figura 2. Aqui, o modelo CP ajustado de paciente ventilado 50 é executado com o uso dos parâmetros estimados. São realizadas múltiplas simulações para diferentes conjuntos de ajustes de definições de ventilação X conforme desejado pelo cuidador 100. Em um formalismo adequado para o exemplo de modo de VC ilustrativo, os ajustes de definições de ventilação X são representados pela seguinte notação de vetor [044] The output of parameter estimation 104 is the adjusted ventilated patient CP model 50 that is customized for the specific ventilated patient 12. After the model has been customized, the estimated parameters are stored. If, at some point thereafter, a parameter change detector 106 detects a significant change in a parameter, an alarm (visual and/or audible) may be generated to inform the caregiver 100 of the change in the patient's condition. Additionally, the estimated parameters are sent to the “what if” scenario routines 52 performed in operation 108 of Figure 2. Here, the ventilated patient adjusted CP model 50 is executed using the estimated parameters. Multiple simulations are performed for different sets of ventilation setting adjustments

[045] A rotina de estimativa de parâmetro (operação 104) continua a ser executada separadamente no plano de fundo enquanto os cenários “e se” (operação 108) são realizados, a fim de detectar mudanças potenciais na situação de saúde do paciente. O detector de mudança de parâmetro 106 continua a verificar se os parâmetros estimados atuais apresentam desvios substanciais dos parâmetros que foram enviados para a rotina de cenários “e se” 108, em cujo caso um alarme será gerado solicitando que o cuidador 100 reinicie a rotina de cenários “e se” 108 devido ao fato da condição do paciente ter sido alterada.[045] The parameter estimation routine (operation 104) continues to run separately in the background while the “what if” scenarios (operation 108) are performed in order to detect potential changes in the patient's health situation. The parameter change detector 106 continues to check whether the current estimated parameters exhibit substantial deviations from the parameters that were sent to the “what if” scenario routine 108, in which case an alarm will be generated prompting the caregiver 100 to restart the parameter change routine. “What if” scenarios 108 due to the fact that the patient’s condition has changed.

[046] As variáveis previstas por modelo em cada ciclo de simulação são, então, usadas para computar a função de custo J de acordo com: onde os termos w1, w2, w3, w4, w5 e w6 são pesos que podem ser ajustados pelo usuário a fim de priorizar as diferentes metas terapêuticas, e o p subscrito indica variáveis previstas por modelo. Deve-se observar que, na computação da função de custo J acima, as variáveis PALV,p, PaO2,p e PaCO2,p são quantidades médias ao longo de uma janela de tempo fixa (por exemplo, um minuto).[046] The variables predicted by the model in each simulation cycle are then used to compute the cost function J according to: where the terms w1, w2, w3, w4, w5 and w6 are weights that can be adjusted by the user in order to prioritize different therapeutic goals, subscript eop indicates variables predicted by the model. It should be noted that in computing the cost function J above, the variables PALV,p, PaO2,p, and PaCO2,p are average quantities over a fixed time window (e.g., one minute).

[047] Finalmente, dada a função de custo J, uma otimização 54 da Figura 1) busca pelo conjunto de definições de ventilação que minimiza a função de custo J, ou seja: [047] Finally, given the cost function J, an optimization 54 of Figure 1) searches for the set of ventilation definitions that minimizes the cost function J, that is:

[048] Em algumas modalidades, a operação de otimização 112 pode retornar para a operação 108 a fim de testar mais cenários “e se” (ou seja, para gerar mais ajustes de definições de ventilação do candidato), conforme indicado por uma seta tracejada 114. Isso pode ocorrer, por exemplo, se a otimização 112 realizar uma busca de região e for constatado que Xopt está dentro de um limite da região buscada - nesse caso, a iteração 114 permite que a região de busca seja expandida para investigar se a solução ideal está fora da região de busca inicial. Como um outro exemplo, se a operação de otimização empregar uma abordagem iterativa como uma descida de gradiente iterativa, então a iteração 114 permite que a etapa de gradiente seja seguida pela produção de um novo ajuste de definições de ventilação do candidato correspondendo à etapa de gradiente.[048] In some embodiments, optimization operation 112 may return to operation 108 in order to test more “what if” scenarios (i.e., to generate further candidate ventilation setting adjustments), as indicated by a dashed arrow. 114. This may occur, for example, if optimization 112 performs a region search and it is found that Xopt is within a boundary of the searched region - in this case, iteration 114 allows the search region to be expanded to investigate whether the The ideal solution is outside the initial search region. As another example, if the optimization operation employs an iterative approach such as iterative gradient descent, then iteration 114 allows the gradient step to be followed by producing a new adjustment of candidate ventilation settings corresponding to the gradient step. .

[049] Após as definições ideais de ventilação terem sido computadas, as mesmas podem ser exibidas no dispositivo de exibição 22 (ou, de maneira mais genérica, na tela de ventilador 22, em um dispositivo do tipo tablet, em um monitor de computador do tipo desktop ou assim por diante) e fornecidas para o usuário sob a forma de sugestões (na modalidade de circuito aberto).[049] After the optimal ventilation settings have been computed, they can be displayed on the display device 22 (or, more generally, on the fan screen 22, on a tablet-type device, on a computer monitor of the desktop type or so on) and provided to the user in the form of suggestions (in open-loop mode).

[050] Caso se desejar uma operação de circuito fechado, então as definições de ventilação atualizadas Xopt são conduzidas de volta para o ventilador conforme indicado por uma seta de circuito tracejada 116 na Figura 2. Aqui, as definições de ventilação atualizadas Xopt são diretamente aplicadas ao ventilador sem um consentimento direto do cuidador 100. Essa modalidade de circuito fechado não exige que o cuidador 100 esteja fisicamente presente para aceitar as definições de ventilação atualizadas.[050] If closed loop operation is desired, then the updated Xopt ventilation settings are fed back to the ventilator as indicated by a dashed loop arrow 116 in Figure 2. Here, the updated Xopt ventilation settings are directly applied to the ventilator without direct consent from the caregiver 100. This closed-loop modality does not require the caregiver 100 to be physically present to accept the updated ventilation settings.

[051] Deve-se observar que o modo de ventilação de controle de volume (VC) do exemplo ilustrativo da Figura 2 é meramente um exemplo. O sistema de otimização de definições de ventilação revelado pode ser aplicado a outros modos de ventilação, como Ventilação de Controle de Pressão (PCV), Ventilação de Suporte de Pressão (PSV), Ventilação de Pressão de Via Aérea Positiva Contínua (CPAP), Ventilação Obrigatória Intermitente Sincronizada (SIMV), e assim por diante. As definições de ventilação a serem otimizadas não são limitadas a PEEP, FiO2, Vtidal, e RR, mas podem ser escolhidas com base nas capacidades de ventilador e no modo de ventilação operacional. Por exemplo, outras definições de ventilação que podem ser otimizadas incluem a razão de tempo entre inspiração e expiração (I:E), o Tempo de Inspiração, o Nível de PSV, ou assim por diante. Vários modelos CP de paciente ventilado também podem ser usados. As variáveis fisiológicas medidas usadas para ajustar o modelo CP de paciente ventilado também não são limitadas às variáveis ilustrativas HR, ABP, EtCO2, SpO2, Paw e V, mas podem, adicional ou alternativamente, incluir outras variáveis fisiológicas como pressão venosa central (CVP), valores laboratoriais (pH, PaO2, PaCO2, etc), informações de TC e raios X, ou assim por diante. Técnicas além de ajuste de quadrados mínimos também podem ser usadas no método de estimativa de parâmetro para ajustar o modelo às variáveis fisiológicas medidas. Outros métodos de estimativa de parâmetro adequados incluem Probabilidade Máxima, Probabilidade Máxima a Posteriori, Identificação de Espaço de Estado, e assim por diante. As metas terapêuticas que formam as restrições de otimização podem ser diferentes do alvo ilustrativo e limitar valores para PaO2 e PaCO2. Além disso, a função de custo J pode ser construída de várias formas para avaliar quantitativamente a agregação de benefícios desejados e riscos. Por exemplo, no caso de modalidades de ventilação espontânea (CPAP, SIMV), um termo adicional relacionado ao Trabalho de Respiração (WoB) do paciente pode ser adicionado para expressar o risco de fatiga/atrofia diafragmática associado a conjuntos específicos de definições de ventilação.[051] It should be noted that the volume control (VC) ventilation mode of the illustrative example in Figure 2 is merely an example. The revealed ventilation settings optimization system can be applied to other ventilation modes such as Pressure Control Ventilation (PCV), Pressure Support Ventilation (PSV), Continuous Positive Airway Pressure Ventilation (CPAP), Ventilation Synchronized Intermittent Mandatory (SIMV), and so on. The ventilation settings to be optimized are not limited to PEEP, FiO2, Vtidal, and RR, but can be chosen based on the ventilator capabilities and operating ventilation mode. For example, other ventilation settings that can be optimized include Inspiration to Expiration Time Ratio (I:E), Inspiration Time, PSV Level, or so on. Various ventilated patient CP models can also be used. The measured physiological variables used to fit the ventilated patient CP model are also not limited to the illustrative variables HR, ABP, EtCO2, SpO2, Paw and V, but may additionally or alternatively include other physiological variables such as central venous pressure (CVP). , laboratory values (pH, PaO2, PaCO2, etc), CT and X-ray information, or so on. Techniques other than least squares fitting can also be used in the parameter estimation method to fit the model to the measured physiological variables. Other suitable parameter estimation methods include Maximum Probability, Maximum Posteriori Probability, State Space Identification, and so on. The therapeutic targets that form the optimization constraints may be different from the illustrative target and limit values for PaO2 and PaCO2. Furthermore, the cost function J can be constructed in various ways to quantitatively evaluate the aggregation of desired benefits and risks. For example, in the case of spontaneous ventilation modalities (CPAP, SIMV), an additional term related to the patient's Work of Breathing (WoB) can be added to express the risk of diaphragmatic fatigue/atrophy associated with specific sets of ventilation settings.

[052] A invenção foi descrita com referência às modalidades preferenciais. Modificações e alterações podem ocorrer a outras após a leitura e o entendimento da descrição detalhada acima. Pretende-se que a invenção seja interpretada por incluir todas essas modificações e alterações, desde que elas se enquadrem no escopo das reivindicações anexas ou de seus equivalentes.[052] The invention has been described with reference to preferred embodiments. Modifications and changes may occur to others after reading and understanding the detailed description above. The invention is intended to be interpreted as including all such modifications and alterations, provided that they fall within the scope of the attached claims or their equivalents.

Claims

1. MEDICAL VENTILATION SYSTEM, characterized by comprising: a mechanical ventilator (10) connected to a ventilated patient (12) to provide ventilation in accordance with ventilation settings; physiological sensors (32) configured to acquire measured values of monitored physiological variables; a cardiopulmonary (CP) modeling component (42) comprising a microprocessor programmed to generate calculated values of unmonitored physiological parameters based on measured values of monitored physiological variables and ventilation settings, with the CP modeling component (42) is programmed to generate the calculated values of unmonitored physiological parameters through operations including: adjusting a CP model (40), the model comprising a physiological model of a cardiopulmonary system operable to model the patient's response to different ventilation settings, the adjustment comprising fitting the CP model predictions for the monitored physiological variables to the measured values of the monitored physiological variables in order to generate an adjusted CP model (50) representing the ventilated patient; and generate the calculated values of the unmonitored physiological parameters and variables such as the predictions of the CP model adjusted for the unmonitored physiological parameters; and a ventilator optimization component (52, 54) comprising a microprocessor programmed to output updated ventilation settings based on measured values of monitored physiological variables, calculated values of unmonitored physiological parameters, and one or more physiological parameter constraints. ; wherein the fan optimization component (52, 54) is programmed to output updated ventilation settings through operations including: (i) performing an adjustment of candidate ventilation settings to the adjusted CP model (50) and calculating the value of a cost function (60) for the adjusted CP model with the adjustment of candidate ventilation settings, wherein the cost function includes cost terms representing at least three of barotrauma, oxygenation, CO2 removal and oxygen toxicity; (ii) repeating the operation (i) for a plurality of adjustments of different candidate ventilation settings (56), and (iii) outputting the updated ventilation settings as the adjustment of candidate ventilation settings that minimizes the cost function .

2. SYSTEM, according to claim 1, characterized by said issuance of updated ventilation settings comprising issuing the adjustment of candidate ventilation settings that minimizes the cost function while also remaining within physiological parameter constraints.

3. SYSTEM, according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the system further comprises a user interface (22) and in which the system is configured to receive the physiological parameter restrictions as a user input.

4. SYSTEM according to claim 1, characterized in that the cost function additionally includes cost terms representing tissue perfusion and hypotension.

5. SYSTEM, according to any one of claims 1 to 4, characterized in that ventilation definitions include at least two of: positive end-expiratory pressure (PEEP), fraction of inspired oxygen (FiO2), periodic volume (Vtidal) and respiratory frequency (RR).

6. SYSTEM, according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the monitored physiological variables include at least airway flow and airway pressure.

7. SYSTEM, according to claim 6, characterized in that the monitored physiological variables additionally include heart rate, blood pressure and oxygen saturation.

8. SYSTEM according to any one of claims 1 to 7, characterized by additionally comprising: a fan display component (22) configured to display information indicative of updated ventilation settings issued by the fan optimization component.

9. SYSTEM according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the mechanical fan (10) is configured to automatically update its ventilation settings to the updated ventilation settings issued by the fan optimization component (52, 54).

10. NON-TRAINER STORAGE MEDIA, which stores instructions readable and executable by one or more microprocessors to perform a method in conjunction with a mechanical ventilator (10) connected to a ventilated patient (12) to provide ventilation in accordance with ventilation settings of the mechanical ventilator, characterized by: acquiring physiological variable values monitored from physiological sensors (32); generating computed values of unmonitored physiological parameters based on measured values of monitored physiological variables and ventilation settings, the generation of said computed values comprising operations including: adjusting a cardiopulmonary (CP) model (40), the model comprising a physiological model of a cardiopulmonary system operable to model the patient's response to different ventilation settings, the adjustment comprising CP model fit predictions for the monitored physiological variables for the measured values of the monitored physiological variables to generate an adjusted CP model (50) representing the patient ventilated; and generate the computed values of the unmonitored physiological parameters and variables such as the predictions of the CP model adjusted for the unmonitored physiological parameters; and determining updated ventilation settings based on measured values of monitored physiological variables, computed values of unmonitored physiological parameters, and one or more physiological parameter constraints, wherein determining updated ventilation settings comprises operations including: (i) perform an adjustment of candidate ventilation settings to the adjusted CP model (50) and calculate the value of a cost function (60) for the adjusted CP model with the adjusted candidate ventilation settings, wherein the cost function includes cost terms representing at least three of barotrauma, oxygenation, CO2 removal, and oxygen toxicity; (ii) repeating the operation (i) for a plurality of adjustments of different candidate ventilation settings (56), and (iii) outputting the updated ventilation settings as the adjustment of candidate ventilation settings that minimizes the cost function .