CN101365507A - 患者呼吸用呼吸机中的管路顺应性补偿容量控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种患者呼吸通气系统中用于管路顺应性补偿容量控制的系统及方法，该呼吸通气系统具有流量调节反馈伺服控制环路、容量传送控制器和患者容量观察器。在流量调节反馈伺服控制环路中，患者容量的估计用于反馈控制，使得可以根据伺服调节达到潮气量，基于设定潮气量与估计的患者容量之间的容量误差来调节峰值吸入流量。从而可以维持恒定的吸气时间和恒定的I∶E比。在容量传送控制中，反馈容量误差被归一化为容量误差百分比，并且控制器的增益可以基于容量误差百分比而动态改变，使得在接近容量目标时可以最小化控制器的操作。患者容量观察器可操作为基于估计的管路容量和测量的净传送容量来估计患者容量，所测量的净传送容量包括泄漏和阀动力的影响，并且可以与真实的患者呼吸同步捕获。

Description

患者呼吸用呼吸机中的管路顺应性补偿容量控制系统及方法

对相关申请的交叉引用

无

关于联邦资助研究或开发的声明

无

技术领域

本发明一般涉及患者呼吸通气系统中用于管路顺应性补偿容量控制的系统及方法，具体涉及通过有效和准确地估计和补偿患者管路顺应性而适合于所有年龄和体格的患者使用的呼吸通气系统。

背景技术

在呼吸通气系统中，为了给患者传送准确的设定潮气量，必需对患者管路顺应性进行补偿。患者管路顺应性的补偿对于肺顺应性可以小到管路顺应性的十三分之一左右的新生儿患者而言特别重要。在不补偿管路顺应性的情况下，会给患者传送不准确的容量和不充分的流量。因此，已经提出多种设计和算法来促进呼吸通气系统中的患者管路顺应性补偿。当前，很多管路顺应性补偿设计或算法中的设置或方法实际上影响了患者呼出所传送的潮气量的能力，并且因此引起堵气(gas trapping)和自发性PEEP。因此，由于对容量传送的严格精确性要求，市场上可获得的大多数呼吸机没有考虑到适合于新生儿患者的管路顺应性设计。因此实现准确容量传送的负担就留给了临床医生。

当前，普遍使用两种直接将患者管路容量的估计添加到设定潮气量上的算法。在普遍使用的其中一种算法中，通过利用特定峰值流量来延长吸气时间，从而将患者管路容量的估计直接添加到设定潮气量上。利用峰值气道压力(由呼气压力变换器测得)和患者管路顺应性的估计来计算患者管路容量。如所理解的，吸气时间的延长经常影响患者呼出所传送的潮气量的能力；并且因此导致堵气和自发性PEEP。这种不利影响对于肺顺应性可与患者管路顺应性相比的小儿或肺顺应性只有患者管路顺应性1/13的新生儿患者而言更加显著。因此，基于第一算法的患者管路顺应性补偿不适合于那些具有小的肺顺应性的患者。另外，这种算法在气道阻力和/或肺顺应性发生变化时不会响应。

在第二种方法中，通过增大预设的峰值吸气流量将患者管路容量的估计添加到设定潮气量上，而增大预设的峰值吸气流量最终会导致平均峰值气道压力的增大。利用先前(四次)强制/机械呼吸的平均峰值气道压力和患者管路顺应性的估计来计算患者管路容量。因此，患者管路容量在每次呼吸之后逐次升高。由于平均峰值气道压力的正反馈，第二算法可以对管路顺应性与患者(肺)顺应性之比高达13:1的新生儿大小的患者建立约束(不收敛)条件。此外，由于诸如由峰值气道压力的正反馈而导致的气体压缩的影响，该算法在气道阻力高的情况下没有鲁棒性。因此，该算法仅对成人和某些儿科体格的患者有效，并且在气道阻力和/或肺顺应性发生变化时，该算法也不会响应。

因此，极需要开发这样的系统及方法：该系统及方法在患者呼吸通气系统中可操作为提供管路补偿容量控制，而不存在以上任何不利影响，并且在临床上对于所有大小的患者均可接受。

发明内容

提供一种患者呼吸通气系统中用于管路顺应性补偿容量控制的系统及方法，该系统及方法对于所有大小和年龄的患者均在临床上可接受。所提供的系统及方法允许患者在整个容量传送中接收合适的吸气流量，同时维持恒定的吸气时间与呼气时间之比(I:E比)。由于维持了恒定的I:E比，因此可以防止堵气和自发性PEEP。市面上现有的传感器用于估计补偿患者管路顺应性所需的容量并确定合适的吸气流量，使得实施如所提供的系统及方法不需要额外的装置。该系统及方法的操作基于患者和通气系统的管理物理学来设计成对由于呼吸机的阀动力而导致的呼吸机传递容量和接收容量传递期间呼气分支的泄漏加以考虑。因此，该系统及方法针对气道阻力和患者顺应性的改变具有鲁棒性。

患者呼吸通气系统中用于管路顺应性补偿容量控制系统可以划分为三个主要的子系统，包括流量调节反馈伺服控制环路、容量传送控制器和患者容量观察器。在流量调节反馈伺服控制环路中，患者容量的估计值或测量的患者容量用于反馈控制，使得可以实现将设定潮气量传送给患者。基于设定潮气量与估计的患者容量之间的容量误差来调节吸气流量。从而可以维持恒定的吸气时间和恒定的I:E比。在容量传送控制中，反馈容量误差被归一化为容量误差百分比，并且利用基于容量误差百分比而动态确定的增益对反馈容量误差进行加权。从而可以以最小化的控制器操作来得到所期望的潮气量。患者容量观察器可操作为基于估计的管路容量和测量的机械传送净容量来估计患者容量，同时与真实的患者呼吸同步捕获被呼气分支和阀动力的泄漏所影响的容量。

管路顺应性补偿容量控制方法包括基于估计的管路容量和测量的机械传送净容量来估计患者容量的步骤；基于估计的患者容量的反馈来调节机械传送净容量的步骤；和调整吸气流量的步骤。估计的管路容量是通过管路容量与基于管路顺应性而估计的管路压力之间的关系得到的。机械传送净容量利用动态增益调度来调节。更具体地说，基于归一化的容量误差来动态调整增益，其中该容量误差被定义为设定潮气量和估计的患者容量之间的容量差与设定潮气量之比。从而可以在维持恒定吸气时间和I:E比的同时，调节所期望的吸气流量，并估计患者容量。

还提供了一种并入以上容量控制系统的通气系统。该通气系统包括用于向患者供应吸入气体并接收从患者处呼出的呼出气体的呼吸机。该系统进一步包括用于分别向患者传递吸入气体并从患者处传递呼出气体的患者管路，优选Y管路。提供传感器和变换器以测量吸气流量和呼气流量、Y管路压力以及PEEP。通过现有流量传感器和压力变换器的读数和对这些读数的计算，管路顺应性补偿容量控制系统可操作为基于所测得的结果和估计的患者容量来估计管路容量和患者容量，以便提供管路顺应性补偿因数，以调节机械传送净容量，然后传送该机械传送净容量，以调节吸气流量，从而向患者传送期望的潮气量。

附图说明

针对以下描述和附图，在此公开的各种实施例的这些及其它特征和优势将更容易理解，在整个描述和附图中，相同的附图标记指代相同的部件，其中：

图1图示出接受机械通气的患者的呼吸管路图；

图2示出从经验数据得到的管路顺应性和从经验数据近似的估计管路顺应性的图；

图3图示出合并有管路顺应性补偿容量控制系统的通气系统的方框图；

图4示出管路顺应性补偿容量控制系统的方框图；和

图5图示出图4所示系统的容量传送控制器的方框图。

具体实施方式

在电路中，电流I从高电势电平流向低电势电平。当电流I流经诸如电阻器、电感器、电容器或负载的无源电路元件时，横跨这种元件产生电压降ΔV。当电路的两个以上无源电路元件彼此并行连接时，总电流被分为分散地流经相应元件的两个较小的电流。电流的幅度取决于元件的特性值，例如电阻、电导和电容。在患者呼吸管路中，气体流量Q以与电流I类似的方式，从高压水平流到低压水平，并且经过诸如气道阻力装置之类的管路元件的气体流量Q引起与电路中的电压降ΔV类似的气压降ΔP。图1图示出患者呼吸管路的管路图。如图所示，患者呼吸管路通常包括用于在呼吸机和患者之间流通气体的患者管路。呼吸机可操作为通过患者管路分别向患者提供吸气流量Q_INSP并从患者处接收呼气流量Q_EXP。理想地，吸气流量Q_INSP与呼气流量Q_EXP之间的流量差，即净流量Q_NET就是所有待传送给患者的流量，从而由此提供所需的潮气量。然而，在实际应用中，由于至少部分归因于患者管路的管路顺应性C_T的膨胀性，患者管路内的容量损耗是不可避免的。管路顺应性C_T是与肺顺应性C_L并行的流量交换，并表现出与电路中的电容器类似的作用。

在没有管路顺应性补偿的情况下，由净气体Q_NET流量Q_NET积分得到的机械传送净容量V_NET等于传送给患者的潮气量。然而，如以上所讨论的，由于净气体流量Q_NET的一部分被管路顺应性C_T抵销，因此实际传送给患者肺部的容量实际上小于所需的潮气量。进一步地，由于管路顺应性C_T定义为患者管路的容量偏移量与通过患者管路的压力之比。所以偏移容量与管路顺应性C_T成比例。因此，当管路顺应性C_T远大于肺顺应性C_L时，大部分净流量Q_NET会被分散到患者管路而不是供应给患者肺部。

在该实施例中，患者管路连接到地压力水平PEEP。因此，横跨患者管路的压力为在患者管路的患者段测得的压力P_Y与PEEP之间的压力差。在该实施例中，气道阻力R_L存在于患者的气道中，使得施加到患者肺部的压力减少Q_L ²R_L因数。在患者管路P_Y处的压力和肺部压力P_L可以用以下等式来表示：

P_Y＝P_L+Q_L ²R_L                   (1)。

通过定义，管路顺应性C_T和肺顺应性C_L可以表示为：

$C_L=\frac{V_{\mathrm{TID}}}{P_L-\mathrm{PEEP}}$                      (2)；以及

$C_T=\frac{V_{\mathrm{CC}}}{P_Y-\mathrm{PEEP}}$                      (3)，

其中V_TID相当于V_L，为传送给患者肺部的实际气体容量，V_CC为由管路顺应性导致的气体容量偏移。气体容量V_TID和V_CC可以通过对流经患者管路和患者肺部L的气体流量Q_T和Q_L进行积分来得到。因此，如等式(4)所表示的，气体容量V_TID和V_CC之和等于机械传送净容量V_NET，所述机械传送净容量V_NET可以对净气体流量Q_NET进行积分得到。

V_NET＝V_CC+V_TID           (4)。

根据等式(3)和(4)，患者容量的估计可以表示为：

${\hat{V}}_{\mathrm{TID}}=V_{\mathrm{NET}}-V_{\mathrm{CC}}=V_{\mathrm{NET}}-C_T(P_Y-\mathrm{PEEP})---\left(5\right).$

根据等式(1)和(2)，

$P_Y-\mathrm{PEEP}=\frac{V_{\mathrm{TID}}}{C_L}+{Q_L}^2{R}_L---\left(6\right)$ 。

根据等式(5)和(6)，呼吸机需要传送的净容量的估计为：

V_NET＝V_TID+C_T(P_Y-PEEP)或

$V_{\mathrm{NET}}=V_{\mathrm{TID}}+C_T(\frac{V_{\mathrm{TID}}}{C_L}+{Q_L}^2\·R_L);$ 并且因此，

${\hat{V}}_{\mathrm{NET}}=(1+\frac{C_T}{C_L})V_{\mathrm{TID}}+C_T\·{Q_L}^2\·R_L---\left(7\right)$ 。

根据等式(7)，如果已知肺顺应性C_L、管路顺应性C_T、气道阻力R_L、期望的患者流量Q_L和期望的患者流量V_TID，则可以计算出机械传送净容量V_NET。应该理解，由于等式(7)中的容量参数为相应气体流量的积分，所以压力参数P_Y通常表示患者管路处的峰值压力。

在等式(7)中，由于肺顺应性C_L和气道阻力R_L可以随时间或条件而变化，因此很难以实时为基础、如所期望的、准确确定合适的机械传送容量，以达到期望的患者潮气量。出现这种情况的主要原因是传统的管路顺应性补偿设计只适用于具有特定肺部大小的患者。因此，如在这个实施例中所提供的，用于管路顺应性补偿容量控制的系统及方法利用呼吸机中现有的传感器来估计患者管路容量和患者潮气量。实际的吸气流量Q_INSP和呼气流量Q_EXP由呼吸机的现有传感器测得，并且机械传送净流量Q_NET可以由吸气流量Q_INSP与呼气流量Q_EXP之差得到。以这种方式，可以以患者的真实吸入和呼出为基础得到各种容量变量。

呼气末正压PEEP被定义为在呼气阶段结束时测得的压力P_Y。因此，在患者接受机械通气之前，患者管路的地压力水平为零或为其它预设值。通过向患者管路供应已知容量，以及测量不同特定管路容量下的响应管路压力，可以预先确定管路顺应性C_T。这样，特定患者管路的管路顺应性C_T可以由管路容量V_CC和管路压力ΔP_Y(＝P_Y)之间的经验关系来表示。当如图1所示使用患者管路，以在呼吸机与患者之间流通气体时，人们就可以通过向管路顺应性关系提供管路压力ΔP_Y(P_Y-PEEP)来得到管路容量V_CC。在这个实施例中，管路压力P_Y被定义为吸气阶段期间在患者管路的呼气分支处测得的压力，即在I阶段P_Y＝P_EXP；或P_Y为P_EXP与呼气阶段期间在患者管路的吸气分支处测得的压力P_INSP之间的平均压力，即在E阶段P_Y＝(P_INSP+P_EXP)/2。

图2示出管路容量V_CC与从经验数据得到的压力差ΔP_Y之间的关系。如图所示，经验数据示出管路容量V_CC与管路压力差ΔP_Y之间接近线性的关系。因此，可以根据该图画出具有斜率CKT_CMP_SLP的直线，该斜率反映了管路顺应性C_T，并且管路容量V_CC可以由下列等式表示：

${\hat{V}}_{\mathrm{CC}}=\mathrm{CKT}\_{\mathrm{CMP}}_{\mathrm{SLP}}\·(P_Y-\mathrm{PEEP})+\mathrm{CKT}\_{\mathrm{CMP}}_{\mathrm{INT}}---\left(8\right),$

其中CKT_CMP_INT为V_CC轴的截距。应该理解除了等式(8)所提供的数学公式之外，也可以使用查找表来估计管路容量V_CC，该查找表中具有针对各种压力的响应管路容量的经验数据。另外，根据特定条件，也可以得到管路容量与压力之间的非线性关系，并将其用于估计管路容量。

当得到患者管路的管路容量时，可以根据等式(4)估计出传送给患者的潮气量，即

${\hat{V}}_{\mathrm{TID}}=V_{\mathrm{NET}}-{\hat{V}}_{\mathrm{CC}}---\left(9\right)$

如上所述，机械传送净容量V_NET可以通过对机械传送净流量Q_NET，即吸气流量Q_INSP和呼气流量Q_EXP之间的差进行积分来获得：

在这个实施例中，在气体流量差，即净气体流量Q_NET＝(Q_INSP-Q_EXP)越过零之前，管路容量V_CC不会更新；因此，净机械传送容量V_NET的运算或计算对从吸气阶段开始到净流量Q_NET越过零时的气体流量差Q_NET进行积分。在吸气阶段完成之前净流量Q_NET越过0的情况下，在吸气阶段结束时对管路容量V_CC和潮气量V_TID进行估计。

图3图示出并入如上讨论的用于管路顺应性补偿容量控制系统的患者呼吸通气管路或系统。如图3所示，通气系统包括：呼吸机10、用于流通呼吸机10与患者之间的吸入气体和呼出气体的患者管路20、用于管路顺应性补偿容量控制的系统30和用于控制呼吸机10的操作的伺服控制子系统40。呼吸机10通常包括：诸如监视器12的用户接口，用于显示患者和通气系统的各种状态和参数；和输入装置(未示出)，其允许操作者或用户输入期望的设置和参数。输入装置可以包括建立在面板上的按钮或任意调节装置，或包括允许用户向呼吸机10输入设置信息的键盘、鼠标或远程控制器的其它装置。作为替代地，监视器12可以采用将显示装置和输入装置集成在一起的触摸屏的形式。基于输入数据或信息，处理器可操作为控制呼吸机10执行期望的操作。呼吸机10进一步包括分别通过患者管路20向患者供应吸入气体和从患者处接收呼出气体的吸气口14和呼气口16。吸入流量控制阀或孔通常安装在吸气口14处，用于控制吸气流量Q_INSP，呼出阀优选地安装在呼气口16处，用于控制呼气口16的打开/关闭状态。在这个实施例中，吸气流量传感器11和呼气流量传感器13分别安装在吸气口14和呼气口16处，用于分别测量吸气流量Q_INSP和呼气流量Q_EXP。另外，还可以安装吸气压力变换器15和呼气压力变换器17，以分别测量吸气压力P_INSP和呼气压力P_EXP。

如图所示，诸如Y管路之类的患者管路20用来将呼吸机10连接到患者，以构造用于在呼吸机10与患者之间流通气体的呼吸管路。Y管路20包括一端连接到吸气口14的吸气分支22和一端连接到呼吸机10的呼气口16的呼气分支24。吸气口14和呼气口16的另一端在患者段26的一端汇合，患者段26的另一端应用于患者。诸如过滤器的其它附件或组件装置也可以安装在Y管路20的各部分中。为了直接测量传送给患者的气体流量Q_Y，优选将流量传感器28安装在患者段26处。应该理解吸气流量传感器11和呼气流量传感器13以及吸气压力变换器15和呼气压力变换器17也可以分别安装在吸气分支22和呼气分支24处。优选地，以预定频率对可测量的过程变量，包括吸气流量Q_INSP、呼气流量Q_EXP、吸气压力P_INSP、呼气压力P_EXP和PEEP进行采样。例如，在一个实施例中，每2毫秒(msec)对这些过程采样一次。呼吸机10可以进一步包括传感器处理器18，其可操作为在测得的过程参数输出至管路顺应性补偿容量控制系统30之前对它们进行处理，所述过程参数包括Q_INSP、Q_EXP、P_INSP、P_EXP及其它传感器读数。传感器处理器18可以包括与传感器11、13、15、17和28以及管路顺应性补偿容量控制系统30进行通信的独立传感器。作为替代地，传感器处理器18可以并入以上提到的控制呼吸机10操作的呼吸机10的处理器中。

参见图3和4，用于管路顺应性补偿容量控制的系统30包括管路顺应性估计器31、患者管路容量估计器32、患者容量观察器33、容量传送控制器34和容量-流量转换器35。如以上所讨论的，可以在患者接收机械通气之前，通过测量不同给定管路容量V_CC下的压力差ΔP_Y来估计患者管路20的管路顺应性C_T。在这个实施例中，管路顺应性估计器31可操作为对管路顺应性C_T进行估计，从而还可以得到管路容量V_CC与压力差ΔP_Y之间的关系，包括斜率CKT_CMP_SLP和截距CKT_CMP_INT。然后管路顺应性估计器31的斜率CKT_CMP_SLP和截距CKT_CMP_INT输出至患者管路容量估计器32。管路容量估计器32还连接到呼吸机10，用于接收压力变换器17测得的Y管路压力P_Y和PEEP，从而可以计算出压力差ΔP_Y。基于ΔP_Y、斜率CKT_CMP_SLP和截距CKT_CMP_INT，可以由等式(8)估计出患者管路容量V_CC，并表示为输出至患者容量观察器33的VOL_{CKT_EST}。再次说明，应该理解除了数学地表示管路容量V_CC与响应压力差ΔP_Y之间关系的等式(8)，管路顺应性C_T也可以采用查找表的形式，该查找表基于经验数据提供针对管路容量的响应压力差。

患者容量观察器33可操作为接收测量的机械传送净容量VOL_NET，即通过对净流量Q_NET进行积分获得的机械传送净容量，并接收由管路容量估计器32得到的估计的管路容量VOL_{CKT_EST}。通过从测量的机械传送净容量VOL_NET中减去估计的管路容量VOL_{CKT_EST}，患者容量观察器33提供实际上传送给患者的患者容量，即估计的潮气量VOL_{TID_EST}。优选地，根据净流量Q_NET越过零的时序而不是从吸气阶段到呼气阶段的机械呼吸周期的时序来更新估计的管路容量VOL_{CKT_EST}和估计的患者容量VOL_{TID_EST}。稍后将进一步讨论容量变量的更新时序。

在这个实施例中，当检测到患者管路断开时，或当激活任何类型的管路完整性警报时，在患者管路重新连接或警报关闭之前，将不会对容量变量进行更新。也就是说，机械传送净容量VOL_NET、估计的患者容量VOL_{TID_EST}和估计的管路容量VOL_{CKT_EST}冻结为前次计算出的值：

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K}={\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_{K-1}}$

${\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{EST}}_K}={\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{EST}}_{K-1}};$ 并且

${\mathrm{VOL}}_{\mathrm{CKT}\_{\mathrm{EST}}_K}={\mathrm{VOL}}_{\mathrm{CKT}\_{\mathrm{EST}}_{K-1}}---\left(11\right),$

其中K为指示以上容量变量的采样数目的索引。这些容量变量的采样间隔是基于诸如各个呼吸机设置和患者状态之类的因素来确定的。

当在Y管路20中安装流量传感器28时，还可以测量患者流量Q_Y。测量的患者流量Q_Y可以用来计算测量的患者容量VOL_{TID_Y}，以便于管路传送控制器34执行容量限制，从而防止产生过量的管路顺应性补偿容量因数VOL_{TID_CTL}。测量的患者容量VOL_{TID_Y}也可以用来替换估计的患者容量VOL_{TID_EST}，以计算管路顺应性补偿容量因数VOL_{TID_CTL}。另外，还可以对吸气流量Q_INSP进行积分以得到吸气容量VOL_INSP。在本说明书中稍后将详细讨论吸气容量VOL_INSP和测量的患者容量VOL_{TID_Y}的应用。与等式(11)中表示的容量变量类似，每当检测到患者管路断开时，或每当激活警报时，测量的患者容量VOL_{TID_Y}的计算被冻结：

${\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_Y_K}={\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_Y_{K-1}};$

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{INSP}}_K}={\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{INSP}}_{K-1}}---(11-1)$ 。

优选地，在每个吸气阶段开始时，或每当呼吸机10的任何用户设置值有所变化时，测量的机械传送净容量VOL_NET、吸气容量VOL_INSP和测量的患者容量VOL_{TID_Y}被重置为初始值(在这个实施例中为0)，并在每个采样间隔(在这个实施例中为2msec)从初始值开始更新：

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_{K-1}}=0,{\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K}=(Q_{{\mathrm{NET}}_K}/60)*0.002$

${\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_Y_{K-1}}=0,{\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{TID}\_Y}_K}=(Q_{Y_K}/60)*0.002---\left(12\right)$

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{INSP}}_{K-1}}=0,{\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{INSP}}_K}=(Q_{{\mathrm{INSP}}_K}/60)*0.002$

在吸气阶段期间，持续监视净流量Q_NET、患者传送流量Q_Y和吸气流量Q_INSP。当吸气阶段已经开始至少预定时间(例如，TIME_INSP>50msec)，并且净流量Q_NET越过零时(即，当 $Q_{{\mathrm{NET}}_K}<0$ 且 $Q_{{\mathrm{NET}}_{K-1}}>0$ 时)，检测并标记过零净流量Q_NET，同时将机械传送净容量VOL_NET、吸气容量VOL_INSP和测量的患者容量VOL_{TID_Y}持续更新为：

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K}={\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_{K-1}}+(Q_{{\mathrm{NET}}_K}/60)*0.002,{\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K}=\max ({\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K},0)$

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{TID}\_Y}_K}={\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{TID}\_Y}_{K-1}}+(Q_{Y_K}/60)*0.002,{\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_Y_K}=\max ({\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_Y_K},0)$

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{INSP}}_K}={\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{INSP}}_{K-1}}+(Q_{{\mathrm{INSP}}_K}/60)*0.002---\left(13\right)$ 。

如果在吸气阶段期间检测出净流量Q_NET越过零，则在该吸气阶段随后的呼气阶段开始时，更新估计的管路容量VOL_{CKT_EST}和估计的患者容量VOL_{TID_EST}：

${\hat{V}\mathrm{OL}}_{\mathrm{CKT}\_{\mathrm{EST}}_K}=\mathrm{CKT}\_{\mathrm{CMP}}_{\mathrm{SLP}}\&CenterDot;(P_{Y_K}-{\mathrm{PEEP}}_K)+\mathrm{CKT}\_{\mathrm{CMP}}_{\mathrm{INT}}$

${\hat{V}\mathrm{OL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{EST}}_K}={\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K}-{\hat{V}\mathrm{OL}}_{\mathrm{CKT}\_{\mathrm{EST}}_K}$

${\hat{V}\mathrm{OL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{EST}}_K}=\max ({\hat{V}\mathrm{OL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{EST}}_K},0)---\left(14\right);$

并且机械传送净容量VOL_NET和测量的患者容量VOL_{TID_Y}被重置为初始设置值，并且再次从初始值开始更新：

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_{K-1}}=0,{\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K}=(Q_{{\mathrm{NET}}_K}/60)*0.002,{\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K}=\min ({\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K},0)$

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{TID}\_Y}_K}={0,\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{TID}\_Y}_K}=(Q_{Y_K}/60)*0.002,{\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_Y_K}=\min ({\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_Y_K},0)---\left(15\right)$

在吸气阶段期间净流量Q_NET不越过零的条件下，机械传送净容量VOL_NET和测量的患者容量VOL_{TID_Y}将不会在呼气阶段开始时被重置。也就是说，在呼气阶段期间持续更新机械传送净容量VOL_NET和测量的患者容量VOL_{TID_Y}，

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K}={\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_{K-1}}+(Q_{{\mathrm{NET}}_K}/60)*0.002,{\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K}=\max ({\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K},0)$

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{TID}\_Y}_K}={\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{TID}\_Y}_{K-1}}+(Q_{Y_K}/60)*0.002,{\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_Y_K}=\max ({\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_Y_K},0)$

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{INSP}}_K}={\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{INSP}}_{K-1}}+(Q_{{\mathrm{INSP}}_K}/60)*0.002---\left(16\right).$

当在预定时间段内，例如在机械循环到呼气阶段之后的100msec内检测到过零净流量Q_NET(即当TIME_EXP>100msec且 $Q_{{\mathrm{NET}}_{K-1}}>0$ 且 $Q_{{\mathrm{NET}}_K}<0$ )时；或作为替代地，当检测到净流量过零Q_NET之前呼气持续了预定时间段，例如100msec(即TIME_EXP<100msec且 $Q_{{\mathrm{NET}}_K}>0$ )时，则根据等式(14)更新估计的管路容量VOL_{CKT_EST}和估计的患者容量VOL_{TID_EST}，并且将机械传送净容量VOL_NET和测量的患者容量VOL_{TID_Y}重置为初始值，并从该初始值开始更新：

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_{K-1}}=0,{\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K}=(Q_{{\mathrm{NET}}_K}/60)*0.002,{\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K}=\min ({\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{NET}}_K},0)$

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{TID}\_Y}_K}={0,\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{TID}\_Y}_K}=(Q_{Y_K}/60)*0.002,{\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_Y_K}=\min ({\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_Y_K},0)---\left(17\right).$

在这个实施例中，根据净流量过零Q_NET的时序而不是机械呼吸阶段的阶段来重置测量的机械传送净容量VOL_NET和测量的患者容量VOL_{TID_Y}。这样允许估计的管路容量VOL_{CKT_EST}和估计的患者容量VOL_{TID_EST}的运算与实际的患者吸气和呼气同步。从而可以更准确地计算实际的患者容量。因此根据净流量过零Q_NET的时序来更新估计的患者容量VOL_{TID_EST}，从而当患者呼吸和机械呼吸不协调时，即当机械呼吸循环到呼气阶段的时刻净流量Q_NET没有越过零时，可以关闭所有的机械传送净容量VOL_NET。

在每个吸气阶段开始的时刻，从设定潮气量VOL_{TID_SET}中减去患者容量的估计VOL_{TID_EST}，以得到容量误差VOL_{TID_ERR}，该值反映设定值与估计的实际值之间的潮气量误差。因此容量误差VOL_{TID_ERR}可以由容量传送控制器34用来计算估计管路适应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}，以调节所期望的机械/系统传送净容量VOL_SYS，从而调节呼吸机10的吸气流量Q_{I_SET}。在这个实施例中，在计算初启的时刻预先确定容量传送管路34的初始输出，即管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}被初始化为：

VOL_{TID_CTL}＝INI_CKT_VOL           (18)。

当呼吸机10的用户设置改变时，管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}将重置为初始值INI_CKT_VOL。也就是说，任何时候当新的参数设置输入系统时，管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}将被重置为初始值INI_CKT_VOL，并针对每次呼吸进行更新。

在图5所示的实施例中，容量传送控制器34进一步包括误差百分比转换器341、增益调度器342和用于针对当前呼吸K生成管路顺应性容量补偿容量因数

的容量积分器344。误差百分比转换器341用来计算反馈容量误差

与设定潮气量

之比：

${\mathrm{VOL}}_{\mathrm{PCT}\_{\mathrm{ERR}}_K}=\frac{\left|{\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{ERR}}_K}\right|}{{\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{SET}}_K}}\&times;100---\left(19\right).$

误差百分比提供管路顺应性C_T与患者的肺顺应性C_L之间的比率的有用指示。也就是说，当误差百分比较大时，指示测量的机械传送净容量VOL_NET的大部分被分配给患者管路20而不是被供应给患者的肺部。在这种环境下，可能需要更大量的容量来补偿管路顺应性C_T，以便提供合适的机械传送净容量VOL_SYS，从而给患者的肺部传送该足够的容量。因此，容量传送控制器34进一步包括增益调度器342，其接收误差百分比并根据误差百分比

提供增益K_VTID，以便动态地对反馈容量误差进行加权，从而与误差百分比

相协调。然后通过乘法器343得到增益K_VTID与容量误差

的乘积。然后在积分器344中，将增益K_VTID与容量误差

的乘积，即加权的容量误差，添加到前次呼吸中计算的管路顺应性容量补偿因数

中，并且当前呼吸的管路顺应性补偿患者容量

可以估计为：

${\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{CTL}}_K}=K_{\mathrm{VTID}}*{\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{ERR}}_K}+{\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{CTL}}_{K-1}}---\left(20\right).$

容量传送控制器34进一步包括防止输出负管路顺应性容量补偿因数

的容量限制器345。更具体地说，容量限制器345将容量传送控制器34的输出限制在最大值和零之间：

${\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{CTL}}_K}=\max .({\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{CTL}}_K},0)---\left(21\right)$

如以上讨论的，测量的患者容量VOL_{TID_Y}可以用作防止容量传送控制器34生成过量容量因数来补偿管路顺应性的容量限制。为此，管路顺应性补偿压力控制系统30进一步包括容量限幅器37，其可操作为接收测量的患者容量VOL_{TID_Y}，并将测量的患者容量VOL_{TID_Y}与设定潮气量VOL_{TID_SET}进行比较。在测量的患者容量VOL_{TID_Y}达到用户预设的设定潮气量VOL_{TID_SET}之前，即当VOL_{TID_Y}<VOL_{TID_SET}时，容量传送控制器34正常操作以基于等式(20)生成管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}。当测量的患者容量VOL_{TID_Y}达到用户预设的设定潮气量VOL_{TID_SET}时，容量误差VOL_{TID_ERR}被设置为零：

VOL_{TID_ERR}＝0                (22)，并且

容量传送控制器34的输出，即管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}被冻结为前次呼吸中计算出的值：

${\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{CTL}}_K}={\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{CTL}}_{K-1}}---\left(23\right)$

有效地，容量限幅器37可操作为当测量的患者容量VOL_{TID_Y}小于设定潮气量VOL_{TID_SET}时，接通或激活容量传送控制器34的操作，并且一旦测量的患者容量VOL_{TID_Y}等于或超过设定潮气量VOL_{TID_SET}时，立即切断容量传送控制器的操作，或使容量传送控制器不起作用。

表1示出根据误差百分比VOL_{PCT_ERR}设置的示例性增益K_VTID：

 

KVTID	VOLPCT_ERR
		1	0
2	25％
		2.5	50％
4	100％
		4	150％

     表1

根据表1，当误差百分比

为100％和150％时，增益K_VTID被设置为4，使得反馈容量误差

的四倍被添加到前次估计的管路顺应性容量补偿因数

当误差百分比VOL_{PCT_ERR}下降到50％、25％和0时，增益K_VTID因此分别降低到2.5、2和1。经验数据显示增益K_VTID随误差百分比VOL_{PCT_ERR}的变化而变化，有效地协调期望的机械/系统传送净容量，使得可以在四个呼吸周期内达到所期望的潮气量。

然后容量传送控制器34的输出

被容量-流量转换器35转换为管路顺应性流量补偿因数

从而可以更新吸气流量Q_INSP，以向患者提供如以上计算的合适的容量。为了将容量因数

转换为流量因数

首先估计吸气时间

已知可以通过对预定的峰值吸气流量

关于整个吸气阶段的时间t进行积分，来计算设定潮气量

因此，当预定峰值吸气流量

和设定潮气量

为已知时，可以通过这种关系来估计吸气时间T_{INSP_EST}。在这个实施例中，当选择吸气流量的方波时，预定峰值吸气流量等于预设的峰值流量

在选择流速波(decelerating waveform)的情况下，预定的峰值吸气流量

为预设峰值流量和进入吸气阶段的时间t的函数。因此，根据所选择的波形，可以将吸气时间T_{INSP_EST}估计为：

其中

因此管路顺应性流量补偿因数

可以转换为流量

$Q_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{CTL}}_K}=60\&CenterDot;\left(\frac{{\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{CTL}}_K}}{{\hat{T}}_{\mathrm{INSP}\_{\mathrm{EST}}_K}}\right)---\left(26\right).$

因此，所需的吸气流量

可以用以下等式来计算：

$Q_{I\_{\mathrm{SET}}_K}=Q_{\mathrm{PEAK}\_{\mathrm{SET}}_K}{+Q}_{{\mathrm{TID}\_\mathrm{CTL}}_K}---\left(27\right),$

同时，伺服控制子系统40所使用的、由呼吸控制用来基于容量循环的总需求容量，即所期望的机械/系统传送净容量VOL_SYS被更新为：

${\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{SYS}}_K}={\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_{\mathrm{SET}}_K}{+\mathrm{VOL}}_{{\mathrm{TID}\_\mathrm{CTL}}_K}---\left(28\right).$

对测量的吸气流量Q_INSP进行积分得到的吸气容量VOL_INSP可以用来确定机械的呼吸阶段。如等式(19)所总结的，当测量吸气容量VOL_INSP小于所更新的或所期望的机械传送净容量VOL_SYS时，即小于以管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}(VOL_{TID_SET}+VOL_{TID_CTL})补偿的设定潮气量VOL_{TID_SET}时，机械呼吸保持在吸气阶段。然而，当测量吸气容量VOL_INSP等于或大于所更新的或所期望的机械传送净容量VOL_SYS时，机械呼吸分别进入或已经进入呼气阶段。

如图4所示，管路顺应性补偿容量控制系统30进一步包括多个加法器/减法器301、302、303和304。如图所示，加法器/减法器301可操作为接收吸气流量Q_INSP和呼气流量Q_EXP，以便运算被定义为两者之间的流量差的净流量Q_NET。加法器/减法器302具有从患者容量观察器32接收设定潮气量VOL_{TID_SET}和接收估计的患者容量VOL_{TID_EST}的两个输入。从而可以获得设定潮气量VOL_{TID_SET}与估计的患者容量VOL_{TID_EST}之差，即可以获得被定义为容量差的反馈容量误差

并且可以将其输入至容量传送控制器34。加法器/减法器304旁路容量-流量转换器35，以基于设定潮气量VOL_{TID_SET}和由容量传送控制器34计算得到的管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}来运算期望的机械传送净流量VOL_SYS。加法器/减法器304的输出端连接到伺服控制子系统40以及阶段检测器36，阶段检测器36具有连接到积分器311的另一输入端，该积分器311用于将吸气流量Q_INSP积分得到吸气容量VOL_INSP。通过将吸气容量VOL_INSP与加法器/减法器304的输出进行比较，阶段检测器36可操作为根据等式(29)确定机械的当前呼吸阶段。加法器/减法器303具有连接至容量-流量转换器35的一个输入端，用于接收预定的峰值吸气流量Q_{PEAK_SET}的另一输入端，以及连接到伺服控制子系统40的一个输出端。通过加法器303，可以计算期望的吸气流量Q_{PEAK_SET}，并将其输入至子系统伺服控制系统40。除了积分器311，也可以安装其它积分器312和313，以便在测量到患者流量Q_Y时，分别计算出机械传送容量VOL_NET和测量的患者容量VOL_{TID_Y}。

如以上所讨论的，测量的机械传送净容量VOL_NET输入至患者容量观察器33，并且测量潮气量VOL_{TID_Y}可以用在容量限幅器37中，用于控制容量传送控制器34的最大输出。在一个实施例中，测量潮气量VOL_{TID_Y}还可以用来替换估计的患者容量VOL_{TID_EST}，用于估计管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}。为了基于测量潮气量VOL_{TID_Y}来估计管路顺应性补偿容量，插入开关38，以选择性地将加法器/减法器302连接到积分器313或患者容量观察器33。通过简单地操作开关38，测量的患者容量VOL_{TID_Y}或估计的患者容量VOL_{TID_EST}可以被选为用于估计管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}的反馈。

上述加法器/减法器301-304和积分器311-313也可以形成为系统30中的独立元件；或作为替代地，它们也可以集成在相应的装置中。例如，积分器311和312可以分别集成在阶段检测器36和患者容量观察器33中，并且加法器/减法器301、302和303可以分别集成为患者容量观察器33、容量传送控制器34和伺服控制子系统40的一部分。作为替代地，加法器/减法器303也可以集成在容量-流量转换器35的输出端中，而加法器/减法器304也可以集成在容量传送控制器34的输出端中。另外，管路顺应性补偿容量控制系统30可以由单独的硬件或集成在呼吸机10中的处理器来实现。管路顺应性补偿容量控制系统30也可以由连接到呼吸机的个人计算机或膝上型计算机可执行的软件或直接由呼吸机10的处理器来实现。

如图3和4所示，期望的吸气流量Q_{I_SET}和期望的机械传送容量VOL_SYS输入至伺服控制子系统40，伺服控制子系统40根据期望的吸气流量Q_{I_SET}，生成流量控制阀命令信号FCV_D/A来控制吸气口14的孔，以便命令呼吸机10传送期望的吸气流量Q_{I_SET}。除了流量控制阀命令信号FCV_D/A之外，伺服控制子系统40也可操作为生成呼气阀命令信号EV_D/A以控制呼气口16的打开或关闭状态。

以上描述以示例而不是限制的方式给出。给定以上公开内容，本领域技术人员可以作出这里所公开的发明的范围和精神之内的变形，包括实施管路顺应性补偿容量控制系统的各种方式。进一步，这里公开的实施例的各种特征可以单独使用，或彼此可变化地组合，并且并不局限于这里所描述的特定组合。因此，权利要求的范围不限于所示出的实施例。

Claims (61)

1.一种患者呼吸通气系统中的管路顺应性补偿容量控制系统，包括：

管路顺应性估计器，用于提供呼吸管路的管路压力P_Y和PEEP之间的压力差ΔP_Y与管路容量V_CC之间的关系；

管路容量估计器，其可操作为基于所述V_CC与ΔP_Y之间的关系，提供估计的管路容量VOL_{CKT_EST}；

患者容量观察器，其可操作为通过从测量的并表示为VOL_NET的机械传送净容量中减去所述估计的管路容量VOL_{CKT_EST}来提供估计的患者容量VOL_{TID_EST}；和

容量传送控制器，其可操作为基于所述估计的患者容量VOL_{TID_EST}和设定潮气量VOL_{TID_SET}来将所述机械传送净容量更新为VOL_SYS。

2、根据权利要求1所述的系统，其中所述关系包括在V_CC-ΔP坐标中表示为V_CC＝CKT_CMP_SLP·(P_Y-PEEP)+CKT_CMP_INT的线性关系，其中CKT_CMP_SLP为所述线性关系的斜率，CKT_CMP_INT为所述线性关系和ΔP_Y轴的截距。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述管路顺应性估计器可操作为在患者接受机械通气之前，测量在不同管路容量V_CC下的响应压力差ΔP_Y，以估计所述关系。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述测量的机械传送净容量VOL_NET通过对定义为测量的吸气流量Q_INSP与测量的呼气流量Q_EXP之间的流量差的净流量Q_NET进行积分而获得。

5.根据权利要求4所述的系统，进一步包括加法器/减法器，所述加法器/减法器用于接收所述测量的吸气流量Q_INSP和所述测量的呼气流量Q_EXP，以计算所述净流量Q_NET。

6.根据权利要求5所述的系统，进一步包括积分器，所述积分器用于对所述流量差Q_NET进行积分以得到所述测量的机械传送净容量VOL_NET。

7.根据权利要求1所述的系统，其中在每个吸气阶段的初启时刻更新和重置所述测量的机械传送容量VOL_NET。

8.根据权利要求1所述的系统，其中当测量的流量差Q_NET在一吸气阶段期间越过零时，则在该吸气阶段随后的呼气阶段的开始时刻，更新所述估计的管路容量VOL_{CKT_EST}和所述估计的患者容量VOL_{TID_EST}，并且重置所述测量的机械传送净容量VOL_NET。

9.根据权利要求8所述的系统，其中当所述流量差Q_NET在该吸气阶段没有越过零时，则在该呼气阶段开始之后所述流量差Q_NET越过零时，或在检测到所述流量差Q_NET越过零之前该呼气阶段已经开始了一预定时间段时，更新所述估计的管路容量和所述估计的患者容量VOL_{TID_EST}，并且重置所述测量的机械传送净容量VOL_NET。

10、根据权利要求9所述的系统，其中所述预定时间段约为100毫秒。

11、根据权利要求1所述的系统，进一步包括加法器/减法器，所述加法器/减法器用于计算容量误差VOL_{TID_ERR}，所述容量误差VOL_{TID_ERR}被定义为所述设定潮气量VOL_{TID_SET}与所述估计的患者容量VOL_{TID_EST}之间的容量差。

12、根据权利要求11所述的系统，其中所述容量传送控制器进一步包括：

误差百分比转换器，用于提供容量误差百分比VOL_{PCT_ERR}，所述容量误差百分比VOL_{PCT_ERR}根据所述容量误差VOL_{TID_ERR}的绝对值与所述设定潮气量VOL_{TID_SET}之比来定义；

增益调度器，用于将所述容量误差的增益K_VTID确定为所述容量误差百分比VOL_{PCT_ERR}的函数；和

容量积分器，用于通过将所述增益K_VTID与所述容量误差VOL_{TID_ERR}的乘积添加到管路顺应性容量补偿因数

之上，来更新所述管路顺应性容量补偿因数

，其中所述管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}在每个吸气阶段开始时被更新。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述容量传送控制器进一步包括容量限制器，所述容量限制器用于防止输出低于一最小值的管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}。

14.根据权利要求12所述的系统，进一步包括：

流量传感器，其可操作为测量患者流量Q_Y；和

积分器，其可操作为通过对测量的患者流量Q_Y进行积分来提供测量的患者容量VOL_{TID_Y}。

15.根据权利要求14所述的系统，进一步包括容量限幅器，所述容量限幅器可操作为当所述测量的患者容量VOL_{TID_Y}大于或等于所述设定潮气量VOL_{TID_SET}时，冻结计算所述容量传送控制器的输出VOL_{TID_CTL}。

16.根据权利要求14所述的系统，其中在每个吸气阶段的初启时刻重置所述测量的患者容量VOL_{TID_Y}和VOL_NET。

17.根据权利要求14所述的系统，其中当测量的吸气流量Q_INSP与测量的呼气流量Q_EXP之间的流量差Q_NET在被一呼气阶段紧随的吸气阶段中越过零时，在该呼气阶段的初启时刻重置所述测量的患者容量VOL_{TID_Y}和所述测量的机械传送净容量VOL_NET。

18.根据权利要求17所述的系统，其中当所述流量差Q_NET在该吸气阶段期间没有越过零时，则当所述流量差Q_NET在该呼气阶段开始之后越过零的时刻，或在所述流量差Q_NET越过零之前该呼气阶段已经开始了一预定时间段时，重置所述测量的患者容量VOL_{TID_Y}和所述测量的机械传送净容量VOL_NET。

19.根据权利要求12所述的系统，其中当所述系统的任何用户设置改变时，所述管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}就被重置为INI_CKT_VOL。

20.根据权利要求12所述的系统，其中所述增益KVTID随所述容量误差百分比VOL_{PCT_ERR}增减。

21.根据权利要求12所述的系统，进一步包括：

加法器/减法器，其可操作为将所述管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}与所述设定潮气量VOL_{TID_SET}相加，得到期望的机械传送净容量VOL_{SET_CTL}；

积分器，用于将测量的吸气流量Q_INSP积分得到实际的吸气容量VOL_INSP；和

阶段检测器，用于通过对所述期望的机械传送净容量VOL_{SET_CTL}与所述实际的吸气容量VOL_INSP进行比较来确定当前的呼吸阶段。

22.根据权利要求21所述的系统，其中如果VOL_INSP≥VOL_{SET_CTL}，则呼吸周期正从吸气阶段循环到呼气阶段。

23.根据权利要求11所述的系统，进一步包括容量-流量转换器，所述容量-流量转换器将管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}转换为管路顺应性流量补偿因数Q_{TID_CTL}。

24.根据权利要求23所述的系统，所述管路顺应性流量补偿因数Q_{TID_CTL}按照下式计算： $Q_{\mathrm{TID}\_\mathrm{CTL}}=60\&CenterDot;\left(\frac{{\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_\mathrm{CTL}}}{{\hat{T}}_{\mathrm{INSP}\_\mathrm{EST}}}\right),$ 其中

为估计的吸气时间。

25.根据权利要求24所述的系统，其中基于预定的峰值吸气流量Q_{PEAK_SET}和所述设定潮气量VOL_{TID_SET}来确定所述估计的吸气时间

26.根据权利要求25所述的系统，其中对于方波，所述预定的峰值吸气流量Q_{PEAK_SET}等于预设的峰值吸气流量常数Q_{PEAK_USER}，或对于流速波，所述预定的峰值吸气流量Q_{PEAK_SET}等于所述预设的峰值吸气流量常数Q_{PEAK_USER}和进入吸气阶段的时间t的函数。

27.根据权利要求26所述的系统，其中：

28.根据权利要求23所述的系统，进一步包括加法器/减法器，所述加法器/减法器用于将所述预定的峰值吸气流量Q_{PEAK_SET}与所述管路顺应性流量补偿因数Q_{TID_CTL}相加，得到所需的吸气流量Q_{I_SET}。

29.一种患者呼吸通气系统中的管路顺应性补偿容量控制系统，包括：

实际传感器，其可操作为提供测量的患者容量VOL_{TID_Y}，或基于测量的机械传送净容量VOL_NET和所述通气系统的患者管路的管路顺应性来估计患者容量VOL_{TID_EST}；和

容量传送控制器，其可操作为基于所述测量的患者容量VOL_{TID_Y}以及设定潮气量VOL_{TID_SET}或估计的患者容量VOL_{TID_EST}以及设定潮气量VOL_{TID_SET}来提供管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}。

30.根据权利要求29所述的系统，其中所述容量传送控制器包括：

增益调度器，用于根据容量误差VOL_{TID_ERR}的绝对值与所述设定潮气量VOL_{TID_SET}之比来对所述容量误差VOL_{TID_ERR}进行加权，其中所述容量误差VOL_{TID_ERR}被定义为所述测量的患者容量VOL_{TID_Y}或所述估计的患者容量VOL_{TID_EST}与所述设定潮气量VOL_{TID_SET}之间的容量差；和

容量积分器，用于利用经所述增益调度器加权的容量误差VOL_{TID_ERR}对所述管路顺应性管路容量补偿因数VOL_{TID_CTL}进行更新。

31.根据权利要求30所述的系统，其中所述增益调度器可操作为提供随所述容量误差VOL_{TID_ERR}与所述设定潮气量VOL_{TID_SET}之比而增减的增益。

32.根据权利要求29所述的系统，进一步包括容量-流量转换器，所述容量-流量转换器用来将所述管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}转换为管路顺应性容量流量补偿因数Q_{TID_CTL}，以提供期望的吸气流量Q_{I_SET}。

33.根据权利要求29所述的系统，其中所述实际传感器包括用于从患者管路测量所述患者容量VOL_{TID_Y}的Y流量传感器。

34.根据权利要求29所述的系统，其中在每个吸气阶段的初启时刻重置所述测量的机械传送净容量VOL_NET和所述测量的患者容量VOL_{TID_Y}。

35.根据权利要求29所述的系统，其中测量的流量差Q_NET在被一呼气阶段紧随的吸气阶段期段越过零时，在该呼气开始的时刻重置所述测量的机械传送净容量VOL_NET和所述测量的患者容量VOL_{TID_Y}，所述流量差Q_NET用于计算所述测量的机械传送净容量VOL_NET。

36.根据权利要求35所述的系统，其中当所述流量差Q_NET在该吸气阶段期间没有越过零时，则当所述流量差Q_NET在该呼气开始之后越过零时，或在所述流量差QNET越过零之前该呼气阶段已开始了一预定时间段时，重置所述测量的机械传送净容量VOL_NET和所述测量的患者容量VOL_{TID_Y}。

37.一种通气系统，包括：

呼吸机，具有用于向患者供应吸入气体的吸气口和用于从所述患者处接收呼出气体的呼气口；

患者管路，具有吸气分支、呼气分支和患者段，所述吸气分支的一端连接到所述吸气口，所述呼气分支的一端连接到所述呼气口；所述患者段的一端与所述吸气分支和所述呼气分支的另一端汇合，所述患者段的另一端连接到所述患者；和

管路顺应性补偿容量控制系统，包括：

患者容量观察器，其可操作为基于测量的机械传送净容量VOL_NET和患者管路的管路顺应性来估计患者容量VOL_{TID_EST}，或提供在患者管路的所述患者段处测量的患者容量VOL_{TID_Y}；和

容量传送控制器，其可操作为基于估计的患者容量VOL_{TID_EST}以及设定潮气量VOL_{TID_SET}或测量的患者容量VOL_{TID_Y}以及设定潮气量VOL_{TID_SET}，输出管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}，以更新吸气流量Q_{INSP_SET}。

38.根据权利要求37所述的通气系统，其中所述管路顺应性补偿容量控制系统进一步包括管路顺应性估计器，所述管路顺应性估计器可操作为基于所述管路顺应性与在患者管路的所述患者段处测得的压力之间的关系来计算管路容量VOL_{CKT_EST}。

39.根据权利要求38所述的通气系统，其中所述患者容量观察器可操作为通过从所述测量的机械传送净容量VOL_NET中减去估计的管路容量VOL_{CKT_EST}来估计所述患者容量。

40.根据权利要求38所述的通气系统，其中所述管路顺应性补偿容量控制系统进一步包括容量-流量转换器，所述容量-流量转换器用于将所述管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}转换为管路顺应性流量补偿因数Q_{TID_CTL}。

41.根据权利要求37所述的通气系统，进一步包括加法器/减法器，所述加法器/减法器用于通过将管路顺应性流量补偿因数Q_{TID_CTL}加到所述吸气流量Q_{INSP_SET}上来更新所述吸气流量Q_{INSP_SET}。

42.根据权利要求37所述的通气系统，其中所述容量传送控制器进一步包括：

误差百分比转换器，用于提供误差百分比，所述误差百分比由反馈容量误差VOL_{TID_ERR}的绝对值与所述设定潮气量VOL_{TID_SET}之比来定义，其中所述反馈容量误差VOL_{TID_ERR}被定义为所述测量的患者容量VOL_{TID_Y}或所述估计的患者容量VOL_{TID_EST}与所述设定潮气量VOL_{TID_SET}之间的容量差；

增益调度器，其可操作为根据所述误差百分比提供用于对所述反馈容量误差VOL_{TID_ERR}进行加权的增益K_VTID；和

容量积分器，用于通过将加权的容量误差添加到所述管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}上来更新所述管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}。

43.根据权利要求37所述的系统，进一步包括伺服控制子系统，所述伺服控制子系统用于根据更新的吸气流量Q_{INSP_SET}以及基于所述设定潮气量VOL_{TID_SET}和预定的峰值吸气流量Q_{PEAK_SET}所估计的吸气时间来控制所述吸气口和呼气口。

44.一种患者呼吸通气系统中用于管路顺应性补偿容量控制的方法，包括：

a)基于机械传送净容量和所述患者呼吸通气系统的患者管路的管路顺应性，估计患者容量VOL_{TID_EST}，或通过位于所述患者管路的患者段处的流量传感器来测量的患者容量VOL_{TID_Y}；并且

b)基于设定潮气量VOL_{TID_SET}和反馈容量误差VOL_{TID_ERR}，更新管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}，其中所述管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}具有初始设置值INI_CKT_VOL，并且所述反馈容量VOL_{TID_ERR}被定义为所述患者容量VOL_{TID_EST}或VOL_{TID_Y}与所述设定潮气量VOL_{TID_SET}之间的容量差。

45.根据权利要求44所述的方法，其中在每个吸气阶段开始时重置和更新所述机械传送净容量VOL_NET和测量的患者容量VOL_{TID_Y}。

46.根据权利要求44所述的方法，其中当估计所述患者容量时，步骤(a)进一步包括：

a1)通过计算吸气流量Q_INSP和呼气流量Q_EXP的流量差，提供机械传送净流量Q_NET；并且

a2)将所述机械传送净流量Q_NET积分得到所述机械传送净容量VOL_NET。

47.根据权利要求46所述的方法，其中如果在该吸气阶段期间已经检测到所述机械传送净流量Q_NET越过零，则在一呼气阶段开始时，更新估计的管路容量VOL_{CKT_EST}和所述估计的患者容量VOL_{TID_EST}，并重置测量的机械传送净容量VOL_NET和所述测量的患者容量VOL_{TID_Y}。

48.根据权利要求46所述的方法，其中当所述净流量Q_NET在该吸气阶段期间没有越过零时，在以下较早的时间更新估计的管路容量VOL_{CKT_EST}和所述估计的患者容量VOL_{TID_EST}，并重置测量的机械传送净流量VOL_NET和所述测量的患者容量VOL_{TID_Y}：

当所述净流量Q_NET在该呼气阶段开始之后越过零时；和

当该呼气开始了一预定时间之后时。

49.根据权利要求44所述的方法，其中步骤(a)进一步包括：

a3)提供呼吸管路的患者管路压力P_Y与管路容量V_CC之间的关系；

a2)根据一测量的患者管路压力P_Y和所述关系提供估计的管路容量VOL_{CKT_EST}；并且

a3)通过从机械传送净容量VO_LNET中减去所述估计的管路容量VOL_{CKT_EST}来提供所述估计的患者容量VOL_{TID_EST}。

50.根据权利要求44所述的方法，其中步骤(b)进一步包括：

b1)通过将所述容量误差VOL_{TID_ERR}的绝对值除以所述设定潮气量VOL_{TID_SET}来计算容量误差百分比VOL_{PCT_ERR}；

b2)将一增益K_VTID确定为所述容量误差百分比VOL_{PCT_ERR}的函数；并且

b3)通过将所述增益K_VTID和所述容量误差VOL_{TID_ERR}的乘积加到所述管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}上来更新所述管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}。

51.根据权利要求44所述的方法，进一步包括以下步骤：

c)将所述管路顺应性容量补偿因数VOL_{TID_CTL}转换为管路顺应性流量补偿因数Q_{TID_CTL}。

52.根据权利要求51所述的方法，其中所述管路顺应性流量补偿因数Q_{TID_CTL}由以下等式来计算： $Q_{\mathrm{TID}\_\mathrm{CTL}}=60\&CenterDot;\left(\frac{{\mathrm{VOL}}_{\mathrm{TID}\_\mathrm{CTL}}}{{\hat{T}}_{\mathrm{INSP}\_\mathrm{EST}}}\right),$ 其中

为基于所述设定潮气量VOL_{TID_SET}、预设的吸气峰值流量Q_{PEAK_USER}和预选择的波形所估计的吸气时间。

53.根据权利要求51所述的方法，进一步包括以下步骤：

d)通过将预定的峰值吸气流量Q_{PEAK_SET}添加到所述管路顺应性流量补偿因数Q_{TID_CTL}来提供更新后的吸气流量Q_{I_SET}。

54.一种用于通过患者管路接受机械通气的患者的管路顺应性补偿容量控制方法，包括：

提供测量的患者容量，或通过从测量的机械传送净容量中减去基于所述患者管路所估计的管路容量，来提供估计的患者容量；

通过计算所述患者容量与设定潮气量之间的容量差，来估计反馈容量误差；

利用一增益对所述反馈容量进行加权，所述增益被定义为所述反馈容量误差的绝对值与所述设定潮气量之比；

预设管路顺应性容量补偿因数的初始值；并且

基于经所述增益加权的所述反馈容量误差，更新所述管路顺应性容量补偿因数。

55.根据权利要求54所述的方法，进一步包括当所述误差百分比变化时调节所述增益的步骤。

56.根据权利要求54所述的方法，其中当所述反馈容量误差为零时将所述增益调节为零。

57.根据权利要求54所述的方法，进一步包括在每个吸气阶段的初启时刻重置所述测量的机械传送净容量的步骤。

58.根据权利要求54所述的方法，进一步包括以下步骤：仅当测量的机械传送净流量在被一呼气阶段紧随的吸气阶段期间越过零时，在该呼气阶段的初启时刻重置所述测量的机械传送净容量。

59.根据权利要求58所述的方法，当所述机械传送净流量在该吸气阶段期间没有越过零时，所述方法进一步包括：当所述机械传送净流量在该呼气阶段开始之后越过零时，或在所述机械传送净流量越过零之前该呼气阶段已经开始一预定时间段时，重置所述测量的机械传送净容量。

60.根据权利要求54所述的方法，进一步包括将更新后的管路顺应性容量补偿因数转换为管路顺应性流量补偿因数的步骤。

61.根据权利要求60所述的方法，进一步包括通过将所述管路顺应性流量补偿因数与预定的峰值吸气流量相加，来提供更新的吸气流量的步骤。

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