CN101505820B - 正压和负压通气的给送 - Google Patents

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Abstract

通气系统(1)适于使正压通气和负压通气向患者的给送同步。通气系统(1)被构造成产生给送到患者的气道的正压气流(5)、和转换为胸外负压的负压气流(15)。胸外负压与正压气流(5)的给送同步地通到患者。

Description

正压和负压通气的给送
技术领域
本发明涉及机械辅助通气支持，更特别地讲，涉及一种通气系统，所述通气系统使正压通气和负压通气的给送同步，以向患者提供改进的总通气支持。
背景技术
机械辅助通气支持可以以侵入或非侵入方式给送到患者。侵入式通气通常需要在气管内插管(即，将呼吸管插入患者气道)或气管切开(在呼吸管所插入的患者气管中产生人工开口)。非侵入式通气(NIV)是指在不需气管插管或气管切开的情况下向患者给送机械辅助通气支持。
最初，NIV通过使用负压系统给送到患者，所述负压系统具有负压产生器和胸接口，所述胸接口例如但不限于体舱(也称作“铁肺”)、胸甲(也称作“龟甲”)和体套(也称作“夹克”)。负压产生器通常被设计成向胸接口提供负压气源。胸接口将负压气源变换为通到患者的胸外负压。
负压产生器通常被控制成使胸外负压间歇地施加给患者。胸外负压的施加使患者胸腔膨胀，从而在患者的肺内产生低于大气压的压力。通常处于大气压下的呼吸气体(例如，空气)被抽入患者的气道，并使肺充气膨胀。胸外负压的去除可使患者的胸腔自然回缩，从而将呼吸气体从肺中排出。
负压系统具有多种限制。例如，胸接口需要环绕着患者的颈部和/或胸部形成密封。这些密封难以保持。这样，难以高效地将胸外负压通到患者。另外，负压系统由于胸接口的大的顺从性而通常在呼吸的触发和循环方面受到限制。
近来，正压系统已取代负压系统作为提供NIV的优选方式。正压系统可具有正压产生器和患者接口。正压产生器包括但不限于通气装置、压力支持装置(例如，连续气道正压装置或CPAP装置)、可变压力装置(由宾夕法尼亚州的匹兹堡的伟康(Respironics)有限公司制造和分销的
Figure G2007800266111D00021
Figure G2007800266111D00022
或C-FlexTM装置)和自动滴定压力支持系统。正压装置通常被设计成经由患者接口(例如，鼻罩、全面罩、总面罩或口件)向患者的气道提供正压呼吸气源。正压呼吸气体防止患者气道塌陷(即，打开患者的气道的夹板)，从而呼吸保持不中断。
正压系统已被开发，以克服与负压系统相关的许多问题。然而，正压系统自身具有明显限制。例如，正压系统的有效性受到保持患者接口与患者面部之间的低的泄露水平的能力的限制。此外，呼吸气体供给时的压力受患者的相当低的声门打开压力限制，如果超过，所述压力可导致胃部膨胀。而且，当患者取下患者接口例如说话、吃饭或喝水时，会失去正压通气支持。
从而，需要一种改进的通气系统，所述通气系统克服了与现有系统相关的这些和其他问题，且提供了改进的通气支持。
发明内容
根据本发明的一个方面，通气系统包括：被构造成将正压通气和负压通气给送到患者的装置；以及控制器，所述控制器被构造成使正压通气和负压通气向所述患者的给送同步。
根据本发明的另一个方面，通气系统包括：被构造成将正压气流和胸外负压给送到患者的装置；以及控制器，所述控制器被构造成使正压气流和胸外负压向所述患者的给送同步。
根据本发明的又一个方面，一种用于对患者通气的方法，包括：产生正压气流；产生胸外负压；以及使正压气流和胸外负压向患者的给送同步。
当参看附图阅读了下面的描述和权利要求书时，本发明的这些和其他目的、特征和特性以及操作方法、结构的相关元件和部件的组合的功能和制造经济性将变得更为显而易见，其中，所有附图构成该说明书的一部分，相同的附图标记在各个图中表示相应的部件。然而，也可清楚地理解，附图仅是为了说明和描述的目的，而不应认为是对本发明的限制。
附图说明
图1是根据一个实施例的通气系统的示意图；
图2是根据另一实施例的通气系统的示意图；
图3示出了根据一个实施例的用于对患者通气的操作过程；
图4是用于图1至2的通气系统的胸甲的透视图；
图5是用于图1至2的通气系统的胸套的透视图；
图6是用于图1至2的通气系统的体舱的透视图；
图7是用于图1至2的通气系统的全面罩的透视图；以及
图8是用于图1至2的通气系统的鼻罩的透视图。
具体实施方式
在此所使用的方向短语，例如左、右、顺时针、逆时针、上、下、向上、向下及其派生词是表示附图中所示的元件的方位，而不是限制权利要求，除非特别强调以外。
在此所采用的术语“数字”是指一个或一个以上，单数形式的“一个”和“这个”包括多个所指对象，除非上下文明确强调是其他意思以外。
如在此所采用的，两个或多个部件“连接”或“联接”在一起的表述是指，部件直接接合在一起或者通过一个或多个中间部件接合在一起。而且，如在此所采用的，两个或多个部件被“附连”的表述是指，部件直接被接合在一起。
本发明涉及一种通气系统，所述通气系统适于使正压通气和负压通气向患者的给送同步。所述通气系统例如可被构造成产生正压气流和负压气流。正压气流被给送到患者的气道，负压气流被转换为胸外负压。胸外负压与正压气流的给送同步地通到患者。例如，在吸气阶段期间，正压气流和胸外负压均被给送到患者；而在呼气阶段期间，正压气流和胸外负压未被给送，或减小量的正压气流和/或胸外负压被给送。
通过使正压气流和胸外负压的给送同步，实现增大的通气效率。更具体地讲，通过采用正压和负压的组合，在不产生胃部胀气的情况下提供了较高的经胸廓的压力。以另一方式陈述，通过正压和负压的组合(即“△压力”)给送到患者的经胸廓的压力的总值比单独通过正压或负压可给送到患者的压力大。
例如，由于相当低的声门打开压力，单独的正压施加限于大约30cmH2O(这可能导致胃部胀气)。由于胸接口的密封限制以及由于患者的上气道的可能闭合，单独的负压施加限于大约-30cm H2O。然而，比30cm H2O大的△压力(例如，大约20cm H2O的正压的和大约-20cm H2O的负压)可同步地施加，而不受这些负面影响。另外地，由于采用了负压系统以增加吸气，可指定正压系统提供较低的吸气期气道正压(IPAP)。例如，正压可从25cm H2O降低到20cm H2O。这样，患者舒适性和顺从性增加。
另外，正压和负压的组合使得允许患者将正压接口(即，面罩)取下以用餐或交谈，而不会失去由负压系统提供的通气支持。同样地，负压接口(即，胸甲)可被打开/移除(例如，可接近保健护理者)，而不会使患者失去由正压系统提供的通气支持。
图1中示出了根据本发明的一个实施例的通气系统1。通气系统1包括壳体19，所述壳体19包含正压气流产生器2、负压气流产生器12和控制器10。正压气流产生器2包括入口管道6和排放管道3，其中每个管道均延伸穿过壳体19。如在此所使用的，术语“管道”与适合于通送气流的任何结构对应；典型的管道是柔性管。入口气体(以箭头7表示)通过入口管道6被供给到正压气流产生器2。正压气流产生器2通过排放管道3排放正压气流(以箭头5表示)。正压气流5经由与排放管道3联接的第一管道4和患者接口8给送到患者(未示出)的气道。在该实施例中，正压气流产生器2供给处于大约4cm H2O至大约30cm H2O的范围内的正压气流5，但可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下该压力范围也可以变化。
负压气流15通过负压气流产生器12产生。负压气流产生器12包括入口管道13和排放管道16，其中每个管道均延伸穿过壳体19。在该实施例中，患者(未示出)配备有胸接口18。胸接口18经由第二管道14可操作地联接到入口管道13。负压气流产生器12从胸接口18移除空气。具体地讲，在该实施例中，负压气流产生器12产生处于大约-5cm H2O至大约-100cmH2O的压力范围内的负压气流(以箭头15表示)。负压气流产生器12经由排放管道16将出口气体(以箭头17表示)排放到大气中。可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下负压气流的压力范围也可以变化。
正压气流产生器2、第一管道4和患者接口8可称作“正压构件”。同样地，负压气流产生器12、第二管道14和胸接口18可称作“负压构件”。
控制器10可操作地连接到正压气流产生器2和负压气流产生器12。控制器10可以从多个传感器(未示出)接收反馈并作出响应，所述传感器例如但不限于流量变换器、温度变换器、压力变换器、振动变换器和声变换器。控制器10适于使向患者接口8的正压气流5的给送与向胸接口18的负压气流15的给送同步。在该实施例中，通气系统1例如适于向患者提供特定的吸气期气道正压(IPAP)。具体地讲，控制器10适于使通气系统1通过施加正压气流5给送IPAP的第一部分和通过施加胸外负压给送IPAP的第二部分(这取决于负压气流15)。
尽管上面结合IPAP进行了描述，但可以理解，控制器10也可适于响应另一个参数或多个参数的组合使正压气流5的给送与胸外负压的给送同步，所述参数例如但不限于呼气末正压(PEEP)、患者呼吸速率、通气循环触发事件、对与正压气流相关的泄露的检测、对胸外负压的损失的检测、对正压气流5未向患者给送的检测、和对胸外负压未向患者给送的检测。
例如，控制器10可使用于提供PEEP的等效物的负压气流产生器12与未提供PEEP但仍提供了IPAP的正压气流产生器2同步。作为另一个示例，控制器10可在正常使用期间响应患者的呼吸速率使正压气流5的给送与胸外负压的给送同步。然而，当患者取下患者接口(例如，用于吃饭)时，控制器10可响应对正压气流5未给送到患者的检测使正压气流的给送与胸外负压的给送同步(即控制器10可减少正压气流5和增大胸外负压)。
也可理解，通气系统1的组成部件的实际配置形式可在不脱离本发明的范围的情况下变化。例如，一种通气系统1’示于图2中，在该通气系统1’中，正压构件20和负压构件22被分离。更具体地讲，正压构件20(其如上所述，包括正压气流产生器2、第一管道4和患者接口8)与负压构件22(其如上所述，包括负压气流产生器12、第二管道14和胸接口18)分离。
在该实施例中，通气系统1’通过使用具有较小改动的多个现货供应的物品实施。例如，正压气流产生器2和/或负压气流产生器12可包括通气装置、压力支持装置(例如，CPAP装置)、可变压力装置(例如，由宾夕法尼亚州的匹兹堡的伟康有限公司制造和分销的
Figure G2007800266111D00051
或C-FlexTM装置)或自动滴定压力支持系统。和C-FlexTM装置是压力支持装置，其中，提供给患者的压力随患者呼吸循环变化，使得在吸气期间比呼气期间给送较高的压力。自动滴定压力支持系统是这样一种系统，其中，压力随患者的情况例如患者是打鼾还是经受呼吸暂停、呼吸不足、流动限制呼吸、上气道阻力或打鼾而变化。
在该实施例中，正压构件20通过使用均来自宾夕法尼亚州的默里希尔的伟康有限公司的
Figure G2007800266111D00062
通气支持系统和ComfortLite2TM鼻罩实施。负压构件22通过使用也均是来自伟康有限公司的NEV-100非侵入式胸外通气装置和
Figure G2007800266111D00063
贴身服(body suit)实施。
在该实施例中，
Figure G2007800266111D00064
通气支持系统和NEV-100以主/从配置方式操作。通常，
Figure G2007800266111D00065
通气支持系统的控制器10’适于使
Figure G2007800266111D00066
Figure G2007800266111D00067
通气支持系统给送指定压力的IPAP(以在当患者呼入气体时保持气道打开)和相对较低压力的呼气期空气压力(EPAP)(以在呼气时降低由患者所作的功)。控制器10’使用反馈信号(例如，流率、压力等)确定患者当前正经历呼吸循环的哪一个阶段(即吸气或呼气)。这些相同的反馈信号可用于控制NEV-100和
Figure G2007800266111D00068
贴身服的操作。具体地讲，
Figure G2007800266111D00069
通气支持系统的控制器10’适于与NEV-100非侵入胸外通气装置的控制器10”通信，使得通过NEV-100非侵入式胸外通气装置和
Figure G2007800266111D000610
贴身服给送的胸外负压与通过通气支持系统和ComfortLite2TM鼻罩给送的正压气流5同步。
此外，NEV-100非侵入式胸外通气装置的控制器10”适于在需要时恢复对NEV-100非侵入式胸外通气装置的主控制(master control)。例如，当探测到患者已取下ComfortLite2TM鼻罩(例如，用于吃饭；谈话)时，
Figure G2007800266111D000613
通气支持系统的控制器10’向NEV-100非侵入式胸外通气装置的控制器10”发送信号。然后，控制器10”对NEV-100非侵入式胸外通气装置施加主控制，直到重置为止(例如，直到接收到表示ComfortLite2TM鼻罩已重新戴上的信号为止)。
对于本领域普通技术人员显而易见的是，图1和图2都是简化的示意图。还显而易见的是，通气系统1和/或通气系统1’可包括为了清楚起见已省略但可能构成本发明的一部分的另外的构件和/或特征。例如，正压气流产生器2可具有与其相关的多个控制阀。控制阀可构成用于正压气流15的压力和/或体积。另外地或可选地，正压气流15的压力和/或体积可通过使控制器10和/或控制器10’适于调节正压气流产生器2的输出被控制。
图3示出了根据本发明的一个实施例的用于对患者通气的操作过程30。对操作过程30的描述是指其使用通气系统1的实施过程，然而，应当显见，在不脱离本发明的范围的情况下也可采用其他通气系统，例如但不限于通气系统1’。
当在操作31中产生正压气流时，操作过程30被启动。在该实施例中，控制器10使得正压气流产生器2产生正压气流5。
然后，操作控制转到操作32，在该操作32中，产生胸外负压。在该实施例中，控制器10使负压气流产生器12产生给送到胸接口18的负压气流15。胸接口18将负压气流15变换为胸外负压。
随后，操作控制转到操作33：正压气流的给送被与胸外压的给送同步。在该实施例中，控制器10适于使正压气流产生器2和负压气流产生器12同步，使得IPAP的第一部分通过施加正压气流5被给送、IPAP的第二部分通过施加胸外负压被给送。例如，控制器10使用来自正压气流产生器2的反馈信号(例如，流率、压力等)来确定患者当前正经历呼吸循环的哪一个阶段(即吸气或呼气)、以及确定患者正从正压气流5接收IPAP的哪一部分。这些反馈信号用于控制负压气流产生器12的操作，使得合适数量的胸外负压(即，提供IPAP的第二部分所需的量)在吸气阶段期间施加给患者、在呼气阶段期间被去除或降小。如上结合图1所述，控制器10可采用IPAP以外的参数来使正压气流的给送与胸外负压的给送同步。
图4至6示出了可用于通气系统1和通气系统1’的多种示例性胸接口18。然而，可以理解，在不脱离本发明的范围的情况下也可采用其他胸接口18。例如，也可使用被构造成产生胸外压并向患者给送胸外负压的机电操作装置。
现参看图4，示出了用于通气系统1和通气系统1’的胸甲40(例如但不限于来自宾夕法尼亚州的默里希尔的伟康有限公司的软壳胸壳胸甲)。胸甲40包括硬壳41、和具有环绕着硬壳41的边缘设置的密封垫42。胸甲40放置在患者的胸部和腹部上并通过多个带子(未示出)固定到患者。壳41和密封垫42在患者的胸部和腹部上提供小的腔室。孔眼43被构造成与负压气流产生器12(例如但不限于也来自伟康有限公司的NEV-100非侵入式胸外通气装置)联接。孔眼42延伸经过壳41，使得负压气流产生器12的入口管道13与位于患者的胸部和腹部上的小腔室流体连通。胸甲40被构造成将来自负压气流产生器12的负压气流15变换为给送到患者的胸外负压。
图5示出了用于通气系统1和通气系统1’的体套50(例如但不限于伟康有限公司的
Figure G2007800266111D00081
贴身服)。当穿上时，体套50被构造成覆盖患者的胸部和腹部。体套50包括不能透过空气的织物51。体套50使用拉链54和多个带子52密封。孔眼53被构造成与负压气流产生器12(例如但不限于NEV-100非侵入式胸外通气装置)联接。孔眼53延伸经过织物51，使得负压气流产生器12的负压入口管道13与位于体套50和患者身体之间的空间流体连通。体套50被构造成将来自负压气流产生器12的负压气流15变换为给送到患者的胸外负压。
图6示出了用于通气系统1和通气系统1’的体舱60(例如但不限于由科罗拉多州丹佛的Porta-Lung组合公司制造的
Figure G2007800266111D00082
体舱)。舱60包括圆柱形基部63和门62。舱60的一端包括具有密封裙66的开口65。患者爬到腔室64的内部，并使他/她的头部通过开口65放置，使得裙66环绕着患者的颈部产生密封。门62然后被闭合并固定到基部63，从而形成气密腔室64。舱60罩盖着患者的除头部以外的整个身体。孔眼67延伸经过基部63并联接到入口管道13，使得负压气流产生器12与腔室64流体连通。相应地，舱60被构造成将来自负压气流产生器12的负压气流15变换为给送到患者的胸外负压。
图7至8示出了可用于通气系统1和通气系统1’的多种示例性患者接口8。然而，可以理解，也可在不脱离本发明的范围的情况下使用其他患者接口8。
现参看图7，示出了用于通气系统1和通气系统1’的全面罩70(例如但不限于宾夕法尼亚州的默里希尔的伟康有限公司的全面罩)。罩70包括聚碳酸酯壳71、和环绕着壳的边缘设置的垫72。罩70适于放置在患者的鼻子和嘴上，并通过头盔固定到患者，所述头盔具有通过相关的连接器74形成环的多个带子(未示出)。壳71和垫72在患者的鼻子和嘴上产生小的腔室。弯管73被构造成与正压气流产生器2(例如但不限于来自伟康有限公司的
Figure G2007800266111D00091
通气支持系统)联接。弯管73还与延伸通过壳71的孔眼(未示出)联接，使得当连接时正压气流产生器2与位于患者的鼻子和嘴上方的小腔室流体连通。罩70被构造成将来自正压气流产生器2的正压气流5给送到患者的气道。
图8示出了用于通气系统1和通气系统1’的鼻罩80(例如但不限于来自宾夕法尼亚州的默里希尔的伟康有限公司的ComfortClassicTM鼻罩)。罩80包括聚碳酸酯壳81、和环绕着壳的边缘设置的垫82。罩80适于放置在患者的鼻子上，并通过头盔固定到患者，所述头盔具有通过相关的连接器84形成环并连接到前额支持件85的多个带子(未示出)。壳81和垫82在患者的鼻子上提供小的腔室。弯管83被构造成与正压气流产生器2(例如但不限于来自伟康有限公司的通气支持系统)联接。弯管83还与延伸通过壳81的孔眼(未示出)联接，使得当连接时正压气流产生器2与位于患者的鼻子上方的小腔室流体连通。罩80被构造成将来自正压气流产生器2的正压气流5给送到患者的气道。
尽管是在正压通气和负压通气的非侵入式给送的情况下描述了本发明，但可以想像，正压通气和/或负压通气也可以侵入方式给送到患者(例如，经由气管插管、气管造口管、喉罩气道等)。例如，正压构件20可包括通气装置(例如但不限于来自伟康有限公司的
Figure G2007800266111D00093
ContinuumTM便携式通气装置)和气管插管(例如但不限于来自Mallinckrodt、Shiley、Portex或Bivona的气管插管)，所述气管插管用于正压通气的侵入式给送。
而且，尽管为了说明目的基于当前认为最实际和优选的实施例详细地描述了本发明，但可以理解，这种细节仅是用于说明目的，本发明并不局限于所公开的实施例，相反，本发明覆盖了在权利要求的精神和范围内的各种修改和等同装置。例如，可以理解，可在某种程度上设想任何实施例的一个或多个特征可与其他任何实施例的一个或多个特征组合。

Claims (16)

1.一种通气系统（1），包括：
被构造成将正压通气和负压通气给送到患者的装置；以及
控制器（10），所述控制器（10）被构造成在吸气阶段期间通过使正压通气和负压通气向所述患者的给送同步而使所述装置向所述患者给送期望的总压力通气。
2.如权利要求1所述的通气系统（1），其特征在于，所述装置包括：
正压构件（20）；以及
负压构件（22）。
3.如权利要求2所述的通气系统（1），其特征在于：
所述正压构件（20）包括：
被构造成产生正压气流（5）的正压气流产生器（2）；
第一管道（4）；以及
患者接口（8），其中，第一管道（4）和患者接口（8）被构造成将正压气流（5）从正压气流产生器（2）通到患者的气道，以及其中，所述负压构件（20）包括：
被构造成产生负压气流（15）的负压气流产生器（12）；
第二管道（14）；以及
胸接口（18），其中，第二管道（14）被构造成将负压气流（15）从负压气流产生器（12）通到胸接口（18），以及其中，胸接口（18）被构造成将负压气流（15）变换为胸外负压并将胸外负压通到所述患者。
4.如权利要求3所述的通气系统（1），其特征在于，控制器（10）适于响应所述患者的呼吸速率、呼气末正压、通气循环触发事件、对正压气流（5）的泄露量的检测、对胸外负压的损失量的检测、正压气流（5）未向所述患者给送、胸外负压未向所述患者给送中的至少一个使正压气流（5）和胸外负压向所述患者的给送同步。
5.如权利要求3所述的通气系统（1），其特征在于，正压气流产生器（2）容纳在第一壳体（19’）内，负压气流产生器（12）容纳在第二壳体（19’’）内。
6.如权利要求1所述的通气系统（1），其特征在于，控制器（10）适于响应所述患者的呼吸速率、呼气末正压、通气循环触发事件、对正压气流（5）的泄露量的检测、对胸外负压的损失量的检测、正压气流（5）未向所述患者给送、胸外负压未向所述患者给送中的至少一个使正压通气和负压通气向所述患者的给送同步。
7.一种通气系统（1），包括：
被构造成将正压气流（5）和胸外负压给送到患者的装置；以及
控制器（10），所述控制器（10）被构造成使正压气流（5）和胸外负压向所述患者的给送同步。
8.如权利要求7所述的通气系统（1），其特征在于，所述装置包括：
被构造成产生正压气流（5）和负压气流（15）中的至少一个的气流产生器（2，12）。
9.如权利要求8所述的通气系统（1），其特征在于，所述装置还包括：
被构造成与气流产生器（2）联接的患者管道（4）；以及
被构造成与患者管道（4）联接的患者接口（8），其中，患者管道（4）和患者接口（8）被构造成将正压气流（5）从气流产生器（2）通到所述患者的气道。
10.如权利要求9所述的通气系统（1），其特征在于，患者接口（8）包括鼻罩（80）、全面罩（70）、总面罩、气管插管、气管造口管和喉罩气道中的至少一个。
11.如权利要求9所述的通气系统（1），其特征在于，患者接口（8）被构造成以侵入方式将正压气流（5）给送到患者的气道。
12.如权利要求9所述的通气系统（1），其特征在于，患者接口（8）被构造成以非侵入方式将正压气流（5）给送到患者的气道。
13.如权利要求8所述的通气系统（1），其特征在于，所述装置还包括：
被构造成与气流产生器（12）联接的患者管道（14）；以及
被构造成与患者管道（14）联接的胸接口（18），其中，患者管道（14）被构造成将负压气流（15）从气流产生器（12）通到胸接口（18），以及其中，胸接口（18）被构造成将负压气流（15）变换为胸外负压并将胸外负压通到所述患者。
14.如权利要求13所述的通气系统（1），其特征在于，胸接口（18）包括体舱系统（60）、胸甲（40）和体套（50）中的至少一个。
15.如权利要求7所述的通气系统（1），其特征在于，所述装置包括机电操作装置，所述机电操作装置被构造成产生胸外压、并将胸外负压给送到所述患者。
16.如权利要求7所述的通气系统（1），其特征在于，控制器（10）适于使所述装置通过施加正压气流（5）向所述患者给送吸气期气道正压的第一部分、通过施加胸外负压向所述患者给送吸气期气道正压的第二部分。
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