CN101678186A

CN101678186A - 用于处置通气不稳定的系统和方法

Info

Publication number: CN101678186A
Application number: CN200880019220A
Authority: CN
Inventors: S·加尔德; S·D·皮特曼; L·A·巴罗阿; S·布莱克; C·托马斯; M·劳拉; E·K·威特
Original assignee: RIC Investments LLC
Current assignee: Philips RS North America LLC
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: WO2008154430A2; EP2157991A2; US8794235B2; AU2008261876B2; EP2157991A4; CN101678186B; US20080302364A1; WO2008154430A3; AU2008261876A1; EP2157991B1

Abstract

一种治疗系统，其适于使用通气治疗、气体调制治疗或者两者来处置患者的通气不稳定。由该治疗系统执行的算法监测诸如潮式呼吸(CSR)、混合性呼吸暂停、CPAP突发性呼吸暂停以及综合性睡眠呼吸障碍(CSDB)的通气不稳定，并治疗该通气不稳定。该算法也确定关于通气不稳定的基准点。治疗递送系统基于该基准点启动处置。

Description

用于处置通气不稳定的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2007年6月8日提交的美国临时专利申请no.60/933,752的优先权，其内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及用于使用通气治疗、气体调制治疗或者两者的组合来处置通气不稳定的系统和方法，并且尤其涉及用于以动态、自适应的方式来处置通气控制的不稳定，例如潮式呼吸(CSR)、混合性(阻塞性和中枢性)呼吸暂停、CPAP突发性呼吸暂停、综合性睡眠呼吸障碍(CSDB)、药物诱发中枢性呼吸暂停以及高海拔中枢性呼吸暂停的系统和方法。

背景技术

潮式呼吸(CSR)是通气不稳定的一个例子。它被定义为换气过度(通气驱动力增加)和换气不足(通气驱动力减少)的周期性交替模式。患有心力衰竭的患者主要经受这种反复的周期性呼吸不稳定模式。这些患者的通气中的周期性变化是由通气控制系统的不稳定引起的。该不稳定被认为是由通气反馈控制系统的高环路增益、增加的化学灵敏度和化学感受器响应中更长的循环延迟引起的。

具有混合性呼吸暂停和CPAP突发性中枢睡眠呼吸暂停的非心力衰竭患者也会经受通气控制的不稳定。混合性呼吸暂停是中枢性呼吸暂停和阻塞性呼吸暂停两者的结合。出于本申请的目的，术语呼吸暂停或者呼吸暂停事件包括呼吸不足。当使用PAP治疗清除上气道阻塞时会发生CPAP突发性中枢睡眠呼吸暂停，引起中枢性睡眠呼吸暂停。常规上使用诸如连续气道正压(CPAP)疗法的气道正压(PAP)疗法来处置这些情形。在这种情况下，PAP治疗的使用导致了在夜间升高和降低的通气驱动力循环模式和中枢性呼吸暂停，其不能利用升高CPAP压力来处置。

用于处置CSR的处置选项之一包括使用基于伺服通气设备的PAP，其中该设备在吸气期间递送高压并且在呼气期间递送较低的压力，从而给患者通气或者帮助患者通气。这种类型的治疗着眼于患者经受下降的通气的时段来试着弥补该通气的下降。在美国专利申请no.11/235,520(公开号US20060070624A1)(“该‘520申请”)中也公开了用于CSR处置的设备，其内容通过引用整体合并于此。在美国专利no.7,077,132(“该‘132专利”)中进一步公开了用于处置的通气辅助方法，其内容通过引用整体合并于此。

用于处置CSR的一个可能治疗是尝试去控制由患者接收的二氧化碳(CO₂)气体。这可以以各种方式完成，例如通过在患者呼吸回路中提供额外的死腔，以引起二氧化碳(CO₂)再呼吸。也可通过将CO₂气体从外部补给加入到患者的呼吸回路中而将CO₂提供给患者。这些类型的气体调制治疗通过减少控制系统的环路增益而稳定了患者的通气控制系统，其中在该气体调制治疗中对由患者接收的CO₂水平进行调节。

在患者呼吸回路中CO₂水平的增加也可以这样实现：允许通过对经患者接口的呼气端口泄露的呼出气体的操作使CO₂再呼吸。在美国专利no.7,073,501(“该‘501专利”)中公开了使用这些气体来减少中枢性睡眠呼吸暂停的设备，其内容通过引用整体合并于此。

发明内容

本发明意识到，实现上述常规的基于通气的治疗和基于气体调制的治疗来处置以上已经描述的睡眠呼吸障碍，例如，涉及以固定或者预设水平的干预来连续地提供该治疗。本发明的发明人意识到可以使用更加自适应的处置方法来更好的处置通气不稳定。在此描述并且由本发明的治疗系统使用的治疗算法使用基于信息的处置方法，其中该信息是关于通气控制系统中的通气不稳定程度以及通气周期性行为的动态的。

基于这个方法，在一个示例性实施例中，本发明的治疗算法是通气治疗和气体调制治疗的组合，因为该治疗在PAP设备中实现，该PAP设备也适于递送气体调制治疗。在第一个实施例中，气体调制治疗是处置通气不稳定的主要控制。例如，在呼吸循环中的适当时间将短暂持续时间的气体调制治疗，例如CO₂再呼吸治疗提供给患者。这可以单独或者与通气治疗相结合地完成。例如，可以控制通气治疗从而致使患者再呼吸一些或者所有由他或她呼出的CO₂。在第二个实施例中，通气治疗是处置通气不稳定的主要控制。例如，在呼吸循环中的适当时间将升高的正PAP压力短脉冲提供给患者。这可以单独或者与气体调制治疗相结合地完成。本发明构想到气体调制治疗可以包括控制递送给患者的除了CO₂之外的气体，例如控制氧气(O₂)量。

本发明还构想到用于自适应地和动态地控制通气治疗和/或气体调制治疗以及任何其它适于在通气稳定中使用的干预的治疗系统和算法。本发明构想到确定潜在的通气不稳定的动态特性，以及基于该潜在的通气不稳定的动态特性控制治疗干预(通气治疗、气体调制治疗或者这两者)。

本发明也还描述了用于提供自适应气体调制治疗和/或通气治疗以处置通气不稳定的备选系统和方法。通气不稳定紊乱的特有特征是呼吸模式中的周期性变化，其代表潜在的通气控制系统中的不稳定。在此描述的系统递送使用通气和气体调制治疗两者的治疗，并分别或者共同地改变这些治疗以克服这个不稳定。这个治疗算法的特征在于治疗干预以动态的方式，在呼吸循环的某个时间点处应用，从而抵消通气驱动力的周期性降低。治疗的激活与周期性呼吸模式中的基准点对准，该基准点对应于通气驱动力从升高到降低的改变。应注意的是该基准点不需要是固定的形态学标记。术语“基准点”意指可以作为用于触发治疗的基准的振荡系统或者重复性生理波形或节律的任何描述符。这包括时间差、相位偏移和诸如曲线拟合或者频域参数等的曲线的数学描述。连续地而非固定或者预设地控制治疗的水平，从而稳定通气控制系统并以最佳方式来克服周期性的呼吸模式。

在本发明的示例性实施例中，治疗系统是基于气道正压平台并且将不同方式的通气治疗和气体调制治疗与自滴定算法和舒适度增强特征相结合，例如基于患者流量或者呼吸努力来控制压力，提供与患者的呼吸循环同步变化的双水平压力，从而在吸气期间比在呼气期间递送更高的压力，以最大化处置的效力以及患者的舒适度。

治疗系统的一个示例性实施例包括(1)能够探测周期性呼吸模式以及阻塞性和中枢性呼吸暂停事件的设备或者模块，(2)能够提供对通气和/或气体调制治疗的自适应控制，也即与周期性变化相关联地提供治疗水平的升高和降低的设备或者模块，和(3)治疗递送系统，其包括一个或多个通气治疗和气体调制治疗的组合，例如经由可变死腔或者CO₂补给的CO₂再呼吸、来自外部补给的O₂气体递送、动态气道正压改变，或者它们的任何组合。

治疗系统连续监测患者的一个或多个特性，例如，患者呼吸模式的改变、患者CO₂和O₂水平的改变、呼吸努力、流量、压力或者呼吸生理参数的改变，或者它们的任何组合。治疗系统中的探测器模块执行以下内容：

a)探测和预探测或者预测通气驱动力的周期性变化的峰值作为治疗激活的基准点，其可包括对循环的长度或者频率的确定，

b)计算一个或多个指数以指示周期性不稳定的水平，这些指数根据在治疗设备中监测的一个或多个的患者信号计算得出，以及

c)探测呼吸暂停事件并将其分类为阻塞性呼吸暂停和中枢性呼吸暂停。

本发明还构想到确定内呼吸参数，例如吸气和呼气时间，或者在单独呼吸的时间尺度中发生事件。

治疗系统基于对不稳定的探测(例如增加的CO₂呼吸和减少的CO₂呼吸)而动态地激活和停止该治疗系统。治疗系统中的控制器模块使用关于呼吸模式的周期性变化以及指示通气驱动力改变的其它患者信号的信息。该控制器模块监测(i)通气驱动力水平的升高和降低，以及(ii)这些改变的影响的延迟，并激活治疗来抵消通气驱动力降低的影响。

治疗系统在周期性变化的期间，基于循环基准点和不稳定的程度以及呼吸暂停事件(阻塞性或者中枢性呼吸暂停)来自适应地调整通气治疗、气体调制治疗或者两者的时间和持续时间。在示例性实施例中，对于每次激活的治疗最大持续时间与循环中的渐强到渐弱中的呼吸的数量相等。

在一种实现方式中，控制器模块激活固定的治疗水平，或者，在另一种实现方式中，治疗水平是变化的并与不稳定的程度成比例。仍在另一种实现方式中，控制器模块使用自适应反馈和学习方案来更新它的参数和模型。仍在另一种实现方式中，归因于海拔高度对化学感受器灵敏度的影响，控制器可(通过传感器输入、用户手动或者任何其它适合的技术/方法)监测设备的海拔高度以进一步调整治疗的定时和控制。

治疗系统中的致动器模块使用治疗激活来控制通气和/或气体调制治疗。例如，致动器模块提供控制阀、隔板、电动机或者PAP的任何其它部件或者治疗模块中的气体递送系统的信号。在一个示例性实施例中，本发明构想到通过激活阀以部分或者完全关闭患者接口上的呼气端口来提供CO₂再呼吸。致动器模块也为了呼吸CO₂和/或O₂气体而实现气体递送系统的动态控制。通过致动器模块来控制多个阀以实现患者呼吸回路中额外的可变的或者自适应的死腔。治疗系统中的致动器模块支持针对治疗递送的一个或多个的硬件控制实现方式。

在参考附图考虑以下说明书和权利要求后，本发明的这些和其它目的、特征和特性以及相关的结构元件的操作方法和功能、部件的组合和产品的经济性将变得更加显而易见，其中所有附图形成本说明书的一部分，相同的附图标记在各附图中表示相应的部件。然而，要明确理解的是，附图仅用于说明和描述的目的，并不构想到限制本发明。如在说明书和权利要求中所使用的，除非上下文另外清楚指明，单数形式“一”，“一个”，以及“该”包括多个所指物。

附图说明

图1A是示出了典型的CSR呼吸模式的曲线图，图1B是示出了典型的CPAP突发性中枢呼吸暂停模式的曲线图；以及图1C示出了典型的药物诱发呼吸暂停模式的曲线图；

图2是实现根据本发明原理的治疗算法的系统的示意性图表；

图3是根据本发明原理的探测器模块的方框图；

图4是流量波形图，其示出了可以在探测器实现方式中使用的患者流量特征的例子；

图5是用于相关性指数计算的模板例子的曲线图；

图6是用于计算指数的多维分类器的图形表示；

图7是用于根据本发明原理的使用患者流量信号的探测器算法的一个示例性实现方式的流量波形图；

图8是控制器模块的方框图；

图9是图示了由根据本发明原理的控制器执行的过程的流程图；

图10A-10D是图示了针对根据本发明原理的治疗的二元控制和成比例控制的图表；

图11是图示了针对根据本发明原理的治疗的自适应控制方案的方框图；

图12A是图示了根据本发明原理的治疗的内呼吸控制(完全呼吸治疗持续时间)的图表；

图12B是图示了根据本发明原理的治疗的交替呼吸控制的图表；

图13A-13F示意性地图示了根据本发明原理的治疗系统的各种实施例；

图14是包括可变距离端口的治疗系统的横截面视图；

图15是包括多个排气端口的治疗系统的侧视图；

图16是允许自动延长和缩短患者回路的治疗系统的剖面图；

图17是具有可调节体积的患者接口设备的治疗系统的侧视图；

图18是允许将额外体积加入患者回路的治疗系统的剖面图；

图19是包括可变体积面罩的治疗系统的剖面图；

图20图示了部分以剖面表示的治疗系统，其包括可选体积面罩和/或气室体积；

图21A-21C示意性地图示了包括呼吸回路的治疗系统，该呼吸回路适于捕获和再递送呼出的CO₂；

图22示意性地图示了包括氧气、伺服通气以及呼出CO₂的再呼吸的组合的治疗系统；

图23示意性地图示了从呼出空气中再捕获CO₂并将CO₂再递送给患者的治疗系统；

图24是图示了二元阀CO₂再呼吸系统的操作的曲线图；以及

图25是示出了治疗定时的典型CSR模式的曲线图。

具体实施方式

I概述

本发明描述了一种治疗系统，其能够为患者提供通气治疗、气体调制治疗或者两者以处置例如CSR的通气不稳定。在一个示例性实施例中，该治疗系统是气道正压(PAP)系统，其也包括用于提供气体调制疗法(例如，CO₂再呼吸/外部CO₂或O₂递送，等)以处置通气控制不稳定的部件，其中通气控制不稳定例如是CSR、混合性呼吸暂停、CPAP突发性呼吸暂停以及综合性睡眠呼吸障碍(CSDB)。本发明构想到控制PAP设备和/或在基于PAP的设备中实现的额外硬件，从而递送气体调制治疗、通气治疗或者组合的治疗，以及其它例如气体混合物(例如，CO₂和O₂，或者可变死腔或者正压力脉冲等等)的可适用治疗以处置这些状况。

本发明也描述了一种算法，其探测通气控制系统的不稳定(例如，CSDB和CSR)并以最佳方式控制处置治疗以处置通气不稳定。由本发明实现的治疗算法的特征在于治疗干预以动态方式，在呼吸循环的某个时间点处应用，从而抵消了通气驱动力的周期性降低。在示例性实施例中，治疗的激活与周期性呼吸模式中的基准点对准，该基准点对应于通气驱动力从升高到降低的改变。连续地控制治疗的水平或者CO₂呼吸以稳定通气控制系统并克服周期性呼吸模式。

在CSR循环中的周期性变化通过反复的渐强-渐弱-呼吸不足改变或者反复的渐强-渐弱-呼吸暂停改变来描述。图1A图示了典型的流量波形30或者患者经受的CSR呼吸模式，其中每个CSR循环32包括持续几个呼吸的渐强阶段34和也持续几个呼吸的渐弱阶段36，接着是呼吸暂停阶段38。该通气不稳定被认为是由外周/中枢化学感受器的不平衡以及高灵敏的呼吸暂停阈值所引起的。化学感受器是用于体内的CO₂和O₂水平的传感器。脑部接收来自化学感受器的信号并这样响应：对于增加的CO₂水平则提高呼吸驱动力，并且对于体内降低的CO₂水平或者增加的O₂水平则降低呼吸驱动力。大约70-80％的响应于CO₂水平改变的通气是由中枢化学感受器促成的，并且其余的20-30％由外周化学感受器促成。中枢化学感受器的响应时间是2-5分钟，而外周化学感受器的响应时间是20-30秒。因此，周期性变化的持续时间指示外周化学感受器发挥更大作用以及导致通气驱动力不稳定的循环延迟。

图1B是示出了典型的流量CPAP突发性中枢呼吸暂停模式的患者流量曲线图。图1C是示出了典型的药物诱发呼吸暂停模式的患者流量曲线图。这些状况是能够由本发明探测和处置的通气不稳定的另一些例子。

本发明的系统和方法提供了基于外周化学感受器(更快响应)和中枢化学感受器(更慢响应)的响应时间的疗法来处置通气不稳定。例如，本发明构想到提供并入了化学感受器的响应时间和循环延迟的疗法(通气和/或气体调制)，以通过提供在反馈控制环路定时的适当时间启动的短暂持续时间的治疗(例如，持续几个呼吸的治疗)来稳定反馈控制环路。

在示例性实施例中，处置治疗的定时与周期性不稳定中的由算法探测的基准点对准。例如，图1D示出了基准点40，其作为CRS循环中的渐强阶段34和减弱阶段36之间的峰值。应用疗法干预以抵消通气驱动力的改变(降低或升高)并为通气控制稳定反馈环路。通过并入响应延迟的概念，主要是针对更快响应的外周化学感受器，这个方法将使通气控制系统接近稳定。

术语“基准点”意指可以作为用于触发治疗的基准的振荡系统或者重复性生理波形或节律的任何描述符。这包括时间差、相位偏移和诸如曲线拟合或者频域参数等的曲线的数学描述。

总之，本发明描述了诸如通气治疗、气体调制治疗或者其组合的治疗疗法的自适应和动态控制。气体调制治疗可以是控制一种或多种递送给患者的气体的任何治疗，例如CO₂再呼吸、CO₂呼吸、O₂治疗。通气治疗、气体调制治疗或者其组合也可以与诸如外部压力或药物的使用的任何其它通气稳定干预一起使用。处置治疗的自适应和动态控制可以这样实现：提取关于通气不稳定的程度或者水平，和与化学感受器的响应时间有关的循环时间，以及通气控制环路中的循环延迟的信息，并以反馈方式使用这个信息以控制治疗处置。

II治疗系统

图2示意性地图示了治疗系统40，其实现例如根据本发明原理的通气控制、气体调制或者两者的动态处置治疗。治疗系统40包括实现模块42和治疗模块58。实现模块42包括通气驱动力不稳定探测器(“探测器”)模块44、控制器模块46以及致动器48。如以下更加详细描述的，探测器模块44根据由一个或多个传感器50提供的一个或多个患者信号49而获得针对通气不稳定的各种指数。通气驱动力不稳定探测器模块44还确定，例如，CSR循环中的基准点40。传感器50包括适于探测患者的生理状况的任何传感器，例如流量、体积、压力、体温、二氧化碳图、SpO₂、O₂以及呼吸努力。传感器50可包括在实现模块40、治疗模块58中，或者可以将它们从外部提供给这些模块。

控制器模块46控制与通气驱动力的周期性变化相关联的治疗的激活、停止以及水平。致动器模块48控制治疗模块58的一个或多个部件，其中治疗模块58是为患者51提供实际治疗(通气和/或气体调制)的治疗系统的一部分。例如，本发明构想到致动器模块48提供致动器信号56来控制治疗模块58中的硬件，例如阀、隔板、电动机速度、伺服电动机，以实现该治疗。

经由致动器模块48，本发明的算法可支持各种治疗模式。即，本发明构想到治疗模块58包括用于提供各种疗法来处置通气不稳定的硬件。例如，图2图示了6种可能的，但非排他性的治疗模式，其可以经由致动器模块48提供的信号或者其它控制技术通过治疗模块58来单独应用或者以任何组合应用。

A.通气驱动力不稳定探测器模块

通气驱动力不稳定探测器模块44的一个功能是获得关于通气不稳定程度和在患者通气反馈控制系统中的通气不稳定的动态的信息。如图3中更加详细所示的，探测器模块44获得基于一个或多个患者信号49的指数，其中患者信号包括-流量、呼吸努力、光电血管容积图和氧不饱和度、二氧化碳描记图信息、EtCO₂以及患者压力。在示例性实施例中，探测器模块44包括以下：

a)特征提取模块60，其从患者信号49中提取一个或多个特征，

b)计算模块62，其确定与通气循环中基准点的时间、不稳定水平以及周期性行为的周期相关的指数，以及

c)治疗指数模块64，其确定指数并为不同控制器实现方式来执行治疗指数的计算。

图4是流量波形66，其图示了可以通过探测器模块44从这个流量波形中获得的各种特性或参数。以下示出了由波形66获取的示例性参数：吸气和呼气体积(面积1和面积2)、功率(面积1-面积2)、峰值流量(最大值和最小值)、Δ峰值(最大峰值和最小峰值之差)以及呼吸持续时间。当然，这个参数表并不是详尽的，而只是说明性的，因为例如可以从流量信号确定和/或获得的信息数量和类型是相当多的。

B.控制器模块

控制器模块46实现控制算法，该算法的例子在图8中以方框图的形式图示。图9是图示了由控制器模块根据本发明算法原理的执行的过程的流程图。例如，本发明构想到控制器模块46包括以下任务/功能：

a)治疗类型的控制70，例如：

(i)对于CO₂再呼吸、和/或外部CO₂呼吸、和/或O₂呼吸、和/或可变死腔的治疗持续时间/水平以及定时，

(ii)成比例气道正压(PPAP)治疗的压力控制，

(iii)双水平压力控制，和/或

(iv)正压脉冲。

b)控制方案的实现72，例如：

(i)二元(开/关)或者固定控制，

(ii)成比例的，

(iii)自适应的，

(iv)启发式的/基于规则的，

(v)基于模糊的，和/或

(vi)基于记忆(学习)的智能控制。

c)治疗的时间和持续时间的控制74，例如：

(i)在多次呼吸中根据循环基准点的治疗的激活，

(ii)治疗的内呼吸持续时间(部分或者全部，或者吸气的早期/晚期)，

(iii)交替的呼吸或者特定的呼吸类型干预，和/或

(iv)交替的循环或者跳过固定数量或者变化数量的循环。

C.致动器模块

基于治疗的激活，致动器模块48产生致动器信号56以控制需要提供不同治疗选项的硬件。致动器信号用于控制各种类型的阀、致动器、隔板、伺服控制并可包括或者更多的信号。致动器信号的例子包括但不限于二元(开/关)信号、锯齿波信号、脉宽调制波形(PWM)、频率调制或频移键控信号。探测器模块、控制器模块以及致动器模块的详细内容在以下给出，每个在单独的部分中。

III通气驱动力不稳定探测器模块

通气驱动力不稳定探测器模块44实现患者通气驱动力的循环的、周期性的或者准周期性的不稳定的探测。如上所述，探测器模块44从一个或多个患者信号中提取一个或多个特征，并获得各种表征患者通气控制系统的指数以及由于增加的上气道阻力导致的流量限制的指数。探测器模块对在控制器模块实现方式中使用的治疗指数进行分类。再次参考图3，并如上简要所述，探测器模块44包括执行以下功能的特征提取模块60、计算模块62以及治疗指数模块64：

a)根据患者信号49的特征提取，

b)不稳定、周期和流量限制指数的计算，以及

c)对于不同控制器实现方式的通气驱动力不稳定治疗指数的计算。

探测器模块使用一个或多个呈现出相似的周期性变化的患者信号，其中该周期性变化与周期性的通气控制不稳定相关。在PAP设备中的治疗算法的当前实现方式可以使用以下生理信号和参数中的一个或多个，但是不限于：

a)流量，

b)体积和分钟通气量，

c)呼吸努力，

d)二氧化碳描记图和/或呼气末CO₂，以及

e)SpO₂和/或光电血管容积图。

在探测器模块的其它实现方式中，也可以包括其它将对通气驱动力不稳定的识别有帮助的生理信号。

A.从患者信号的特征提取

探测器模块44中的特征提取模块60包括使用多个生理信号来实现特征提取技术，其中该生理信号可在治疗模块中、治疗模块外部，或者两者中被监测。在该实现方式中，可以使用一个或多个特征。这种特征的例子包括但不限于以下：

a)原始和除趋势(detrended)信号的最大值，

b)原始和除趋势信号的最小值，

c)最大和最小值之间的差，

d)最大和最小值之间的归一化差，

e)平均值，

f)标准差，

g)方差，

h)导数，

i)积分，

j)功率，

k)频率，

l)事件、呼吸或者循环周期，或者

m)任何其它形态特征。

这些特征可以以不同的时间尺度和事件提取，例如：

a)每呼吸(breath by breath)，

b)每秒(second-by-second)或者几秒，

c)在每个呼吸循环期间，或者

d)(a)-(c)的任何组合。

如上所述，图4中示出了针对每呼吸分析可以从患者流量信号中计算得到的一些特征的例子。

B.不稳定和周期指数

探测器模块44中的计算模块62根据经由特征提取模块60从患者信号中提取的特征来计算各种指数。计算这些指数以提供不稳定的估计以及在通气驱动力中的不稳定的周期性特性。有很多方法来计算代表通气不稳定的特性的指数。本发明构想到计算模块62计算代表通气不稳定特性的一个或多个以下指数：

相关性指数(CI)：计算这个指数以获得患者信号的循环的、周期性的或者准周期性特性的峰值。这个指数将所分析的信号与模板相比较来确定周期性行为。该模板根据正被分析的信号而改变形状和长度。图5描述了具有不同形状并都具有十三个样本的样本长度的各种模板76a-76e的例子。相关性指数通过将模板信号在所提取特征的每个样本上滑动来计算。应理解的是可以使用其它模板形状和/或其它样本数量来确定相关性指数。

调制指数(MDI)：该指数确定患者信号中的不稳定的程度或深度。该调制指数如此计算：

MDI (i) = \frac{f (i) - f (i - K)}{f (i)},

(方程1)

其中f(i)是用于分析的特征的当前值，而K是与周期性不稳定的周期长度相关的因子，或者是根据实现方式而可变的长度(例如，用于相关性指数的模板长度的一半)。

Δ(DI)：该指数确定患者信号中的不稳定的程度或深度并如此计算：

DI(i)＝f(i)-f(i-K) (方程2)

其中f(i)是用于分析的特征的当前值，并且K是与周期性不稳定的周期长度相关的因子，或者是根据实现方式而可变的长度(例如，用于相关性指数的模板长度的一半)。

事件或者呼吸或者呼吸循环频率(EFI)：该指数确定事件、呼吸、呼吸的或者其它循环的周期并作为周期性变化的频率来计算。

事件或者呼吸循环谐波(EHI)：该指数确定事件、呼吸、呼吸的或者其它循环的周期，并作为周期性变化的谐波频率和功率来计算。

事件或者呼吸循环相位(EPI)：该指数确定事件、呼吸、呼吸的或者其它循环的周期性变化中的相位改变，并作为周期性变化的相位来计算。

流量限制指数：该指数确定患者流量中的流量限制的存在。例如，基于这个指数，如果出现流量限制，本发明构想到在递送CO₂再呼吸或者其它治疗组合之前增加PAP治疗压力。

C.指数的分类和预测以及治疗指数计算

治疗指数模块64通过使用多种实现方式来根据所计算的指数计算治疗指数，其中该实现方式包括多维分类器和/或预测模型。在一个示例性实现方式中，如图6中例子所示，治疗指数模块64使用多维分类器80，其用于为通气驱动力不稳定和流量限制而计算的多个指数82。基于在实现方式中使用的时间尺度(例如，每秒或每呼吸)，分类器80使用多个指数来将时间点分类为通气不稳定或者正常通气驱动力。

在另一种实现方式中，所获得的指数与线性或者非线性预测模型一起使用来预测指数的将来值。在不同的实现方式中，执行基于隐马尔可夫模型(HMM)的概率模型来预测指数的将来值。

图7中示出了探测器模块44中的治疗指数模块64的一种实现方式的例子。在这个例子中，探测器模块从每个呼吸的患者流量信号83中提取特征并计算指数。可以使用的特征的例子是在每个呼吸期间的最大和最小患者流量之间的差。基于这个特征，治疗指数模块64使用十三个点长的“V”形模板来计算调制指数和相关性指数。通过使用二维分类器来探测周期性不稳定，计算出指示控制器模块的治疗时间和水平的治疗指数84(图7中所示)。

IV.治疗控制模块

控制器模块46控制治疗模块的激活和停止以稳定周期性的呼吸不稳定。对于每个患者事件，控制器模块46中的算法基于治疗指数来控制治疗干预的时间和持续时间，其中该治疗指数提供关于患者通气控制中的不稳定程度和循环的信息。如上所述，图8中示出了用于控制器算法的方框图并且图9中示出了流程图。

A.治疗类型的控制

在一种或多种实现方式中，控制器模块46确定在方框70中的用于处置患者的治疗干预，其包括但不限于以下疗法的治疗方式。

1.用于CO₂再呼吸治疗的PAP控制

在一个示例性实施例中，算法实现的PAP压力控制允许治疗设备为PAP压力控制提供自动滴定算法，从而包括CO₂呼吸治疗的效果。那就是，可以以这样的方式为患者递送PAP治疗，从而不是所有患者呼出的CO₂被洗出压力支持系统，而是一些CO₂被患者再呼吸。自动滴定CPAP设备的使用允许PAP设备提高或者降低递送给患者的气道正压水平。美国专利no.6,932,084描述了自动滴定CPAP设备的一个例子。

对于具有中枢性呼吸暂停和通气不稳定的对象，导致上气道变窄的中枢性呼吸暂停事件也可导致上气道的闭塞。在没有CO₂呼吸治疗时，自动滴定设备可给予更高水平的CPAP压力以处置患者的呼吸暂停/呼吸不足。

本发明构想到提供自动滴定治疗，其包括CO₂呼吸治疗和PAP压力的自动滴定。对于中枢性睡眠呼吸暂停的有效CO₂呼吸治疗将允许治疗设备使用更低的CPAP压力来克服患者中的流量限制。修改后的自动滴定算法提高和降低了CO₂再呼吸/呼吸治疗以及PAP压力的水平，从而实现有效治疗。

在另一个示例性实施例中，算法实现的PAP压力控制允许治疗设备在呼气期间降低PAP压力，从而促进CO₂再呼吸。除了关闭呼气端口之外，对于每个呼吸，治疗算法可以在呼气期间实现PAP压力的降低，以促进呼出气体向鼓风机的流动。

在又一示例性实施例中，控制器模块46实现的PAP压力控制允许由治疗模块58递送给患者的通气治疗与特征相结合，该特征例如是与由Respironics公司制造与配销的C-Flex^TM或者Bi-设备相关的特征。这些设备递送成比例气道正压(PPAP)治疗给患者，其中提供给患者的气流压力是基于患者产生的流量来设置的。美国专利Nos.5,535,738；5,794,615；6,105,575；6,609,517以及6,932,084(共同被称为“该PPAP专利”)教导了能够以PPAP模式操作的压力支持设备，其内容通过引用合并于此。基于患者呼吸流量来调整递送给患者的压力的设备的例子是

Pro，Plus或者Auto，其具有由Respironics公司制造与配销的C-Flex^TM或者Bi-

设备。术语“C-Flex”涉及提供CPAP呼吸治疗疗法的设备，其中在呼气期间递送给患者的压力与流量成比例地降低。术语“Bi-Flex”涉及提供双水平呼吸治疗疗法的设备，其中IPAP或者EPAP压力与流量成比例地进一步降低。

在另一实施例中，控制器模块46实现的PAP压力控制允许治疗设备为患者提供双水平正压治疗。在这个治疗疗法中，递送给患者气道的流体压力随患者的呼吸循环变化或者与患者的呼吸循环同步，从而最大化治疗效果以及给患者的舒适度。在吸气期间，患者接受吸气气道正压(IPAP)，而在呼气期间，患者接受比IPAP更低的呼气气道正压(EPAP)。提供“双水平”压力支持的压力支持设备的例子是由宾夕法尼亚州匹兹堡的Respironics公司制造与配销的

系列设备，其中在患者的呼气阶段期间与在吸气阶段期间相比递送给患者的压力更低。美国专利Nos.5,148,802；5,313,937；5,433,193；5,632,269；5,803,065；6,029,664；6,360,741；6,626,175；6,823,866；6,920,875；6,948,497；7,000,612；7,011,091以及7,100,607(共同称为“该双水平专利”)教导了能够以双水平模式操作的压力支持设备，其内容通过引用合并于此。

提供PPAP、双水平或者这些模式的组合的压力治疗允许治疗设备舒适地递送PAP治疗并促进了CO₂再呼吸治疗。本发明也构想到在周期性不稳定的某个阶段期间(例如，CSR的渐弱阶段)执行PPAP和/或双水平特征的激活以增加舒适性。

在另一示例性实施例中，控制器模块46实现的PAP压力控制允许治疗设备递送正压升高的短暂脉冲以稳定通气控制系统。脉冲指的是PAP压力在比呼吸的吸气时间更短的期间内的增加。控制模块在呼吸循环的某个阶段中控制该方式的激活时间。

应用于患者的治疗使得这个干预导致了患者通气控制反馈的改变，该改变使通气控制恢复到稳定状态。这与在‘624专利和‘132专利中描述的治疗是相反的，其中递送该治疗以实现目标通气来处置中枢性睡眠呼吸暂停。

2.与CO₂再呼吸结合的额外的气体调制治疗

在一种或多种实现方式中，CO₂再呼吸治疗可以与例如CO₂和O₂气体混合呼吸的其它气体调制治疗相结合。该结合治疗控制与CO₂再呼吸控制相类似，其中该CO₂再呼吸控制实现的治疗干预并入了呼吸循环定时与通气系统动态的信息。在一种实现方式中，当在呼吸过度-呼吸暂停循环期间探测到严重的氧不饱和(也即，下降到低于患者的正常水平)时，可以将O₂气体可以加入到呼吸回路中。当在氧不饱和的情况下对CO₂改变具有增强的灵敏度时，这允许控制器模块以有效方式来稳定通气控制系统。这个方法也允许治疗系统节省了O₂气体的消耗。

3.可变死腔治疗控制

控制器模块46也实现气体调制治疗，其通过控制位于与治疗设备相附连的患者管子上的多个呼气端口来控制可变死腔。治疗的水平由呼气端口与患者的距离来确定。即取决于哪一个端口被关闭或者打开，可控制经过不同死腔体积的CO₂再呼吸量。

B.控制方案

在方框72中，控制器模块46通过相对于呼吸循环、呼吸或者事件而控制治疗激活的时间和持续时间来控制递送给患者的治疗。该治疗干预是基于治疗指数的，其中该治疗指数给控制器模块提供关于通气不稳定的水平、不稳定的周期或者循环时间、当前呼吸、事件或者循环相对于周期性行为的实例的信息。

控制器模块46执行实现的控制算法通过(1)激活的时间和(2)激活的持续时间来提高或者降低治疗的水平。通过在通气控制不稳定的循环的或者周期性的或者准周期性的本质中控制治疗激活的时间，就可以控制治疗的效果。人的通气控制系统是具有与化学感受器的响应时间相关的反馈延迟的负反馈系统。呼吸不稳定的循环时间与快速响应的外周化学感受器相关，并给出了对通气控制系统的反馈环路中的延迟的估计。如果氧不饱和信号由治疗设备监测，则它提供外周化学感受器的增强灵敏度的信息。本发明的算法基于对外周化学感受器响应的延迟的估计而激活治疗，并将干预与通气的周期性变化的基准点对准。

控制器模块在本发明的治疗系统的一种或多种实现方式中执行以下控制方案：

1.二元(开/关)控制

在这个控制算法中，治疗指数与固定的预设阈值相比较以将当前呼吸循环、呼吸或者诸如周期性不稳定事件的事件进行分类。如果对不稳定事件进行分类，则治疗88在循环中的固定时间被激活并持续固定时间，或者针对几组呼吸将治疗88激活固定的呼吸持续时间。

在图10A和10C中示出了二元控制的例子。在这个实施例中，将通气不稳定的周期性模式图示为波形86，其具有被探测并识别为基准点40的峰值。在图10A中，对于每个不稳定模式，治疗干预88在基准点40开始并在固定的持续时间中继续。在图10C中，治疗干预90以基准点40为中心。对于每个不稳定模式，每个治疗干预90的持续时间是固定的。

2.成比例控制

在这种实现方式中，治疗的时间和持续时间与治疗指数的水平成比例。在本发明的一个实施例中，如果不稳定的水平高的话，治疗在更接近循环的基准点时被激活，并具有更长的持续时间。在另一实现方式中，如果不稳定更高并且氧不饱和度的水平不严重的话，治疗可以在循环中更早的被激活，并具有更长的持续时间。仍在另一实现方式中，对于更低水平的不稳定，治疗可以每隔一个呼吸被激活。本发明也构想到在呼吸期间控制治疗的持续时间。

图10B和10D示出了成比例控制的例子。在这个实施例中，将通气不稳定的周期性模式图示为波形86，其具有被探测并识别为基准点40的峰值。在图10B中，治疗干预92在基准点40开始并在变化的持续时间中继续，其中持续时间的变化取决于，例如，对于每个不稳定模式的不稳定程度。在图10D中，治疗干预94以基准点40为中心。每个治疗干预94的持续时间对于每个不稳定模式是基于探测器模块44的输出而变化。

3.自适应控制

图11图示了由控制器模块46实现的自适应控制方案100的例子。在自适应控制方案92中，控制器模块46使用潜在的通气系统的简单模型102。系统模型102的预期输出104与治疗干预的实际效果104相比较。例如，患者流量可以用于作为患者信号。在方框106中，模型参数基于该响应的差而更新并用于重新定义模型102。

4.启发式的/基于规则的控制

在这个控制方案中，治疗的激活是在基于规则的控制下的。控制器模块使用基于多个指数的启发式或者基于规则的逻辑。

5.基于记忆(学习)的智能控制

在这个控制方案中，控制器模块具有从治疗激活的过去效果中学习并更新治疗控制方案以实现通气控制方案的稳定的能力。

C.治疗的时间和持续时间的控制

控制器模块46使用多个时间尺度来实现治疗干预以达到有效的治疗。治疗干预可以以一或者几秒、呼吸或者呼吸循环来应用于事件。图12A是图示了治疗的内呼吸控制的图表。在这个实施例中，提供完全呼吸治疗持续时间。图12B图示了治疗的交替呼吸控制，其中只在例如呼气阶段的半个呼吸期间提供干预。本发明构想到控制器模块在以下多个时间尺度事件的每一个期间也实现对于早期或者晚期干预的时间或者延迟控制：

a)关于呼吸循环或事件的基准点的在多个呼吸或者事件上的治疗激活，

b)治疗的内呼吸、内循环或者内事件持续时间(部分或者全部持续时间或者吸气或呼吸循环或事件的早期/晚期)，以及

c)用于不间断的或者交替的呼吸、呼吸循环或者事件，或者特定选择的呼吸或者事件的治疗激活。

V致动器

基于治疗的激活，致动器模块48产生触发信号56，56’以控制治疗模块58的硬件和/或各部件从而提供不同的治疗选项。致动器信号56用于控制各种类型的阀、致动器、隔板、伺服控制等等，并可包括一个或多个信号。致动器信号56的例子包括，但不限于二元(开/关)信号、锯齿波信号、脉宽调制波形(PWM)、频率调制或频移键控信号。

VI治疗模块

如上所述，本发明构想到治疗模块28是用于处置通气不稳定的任何设备。这可以包括通气治疗(其可以包括伺服通气或者其它压力支持以及可以在具有或者不具有由通气治疗引起的CO₂再呼吸的情况下完成)、气体调制治疗或者这两者。图13A-13F示意性图示了通过控制CO₂再呼吸来处置通气不稳定的治疗系统110的六种变型。在这些图中示出的治疗模块包括例如鼻的、口的、鼻/口组合或者全罩式面罩的患者接口设备112、患者回路114以及PAP系统116。在这些实施例中，对实现CO₂再呼吸的控制是必需的硬件作为PAP系统的附加选项。没有该选项，PAP系统是标准的PAP治疗设备，例如常规的CPAP系统。

图13A的治疗系统包括具有呼气端口118的可变气体控制阀以及次级压力设备和/或控制系统120。在阀118和控制系统120之间提供通信链路122。本发明构想到，取决于阀118的控制要求，控制系统-可变气体控制阀的通信链路122是气动的或者电动的。通信链路122也可以集成到患者回路114或者邻近患者回路114连接。

在这个实施例中，在与PAP系统116分离的外壳中提供次级压力设备和/或控制系统120。可以在控制系统120、PAP系统116或者两者中提供功能42。当然在控制系统120和PAP系统116之间将需要硬连接或者无线的通信链路，以在这些部件之间提供控制和/或数据信号。

图13B的治疗系统大体上与图13A的治疗系统类似，除了面罩112包括内置阀和呼气端口124，并去除了阀118。本发明构想到提供阀118和阀124两者并控制任一个或者两者来提供期望的再呼吸治疗水平。

图13C的治疗系统也大体上与图13A的治疗系统类似，除了在这个实施例中，PAP系统116提供次级压力信号126给控制系统120。可选择的，控制系统120可以直接嵌入到初级正压设备116中。图13D的系统与图13C的类似，除了它在面罩112处使用内置阀和呼气端口124。

图13E图示的治疗系统110中的PAP设备116包括控制器扩展接口130，以使阀控制系统模块132可以与PAP设备116耦合。在示例性实施例中，控制系统模块132对接在PAP设备116的底部。当然，本发明构想到以各种不同构造中的任何一个来将阀控制系统耦合或者对接于压力支持系统。图13F的系统与图13E的类似，除了它在面罩112处使用内置阀和呼气端口124。

可理解的是，图13A-13F中的治疗系统110提供任选的与PAP外壳单元连接的插入式控制模块(通过被插入或者通过导线、气动线路或者无线装置连接)。使用气动压力来给控制阀提供动力可以通过使用PAP基础单元鼓风机的输出或者吸入来完成，从而消除了对单独的气动功率源的需要。

本发明还构想到可以电子化地实现对阀118和/或124的控制，当然，假设阀118、124是机电阀。在该情况下，阀和阀控制器之间的通信链路122是硬连接或者无线链路。本发明当然也构想到在电子、气动或者机械连接的组合。

本发明还构想到可以将阀控制器的元件并入基础PAP系统中。其最终结果是可能只有具有另外的通讯的患者软管或者需要与基础单元连接的阀控制链路，从而消除了对封装控制电路的模块化箱的需要。

如上所述，本发明构想到用于为通气不稳定提供治疗的其它技术。以下是使用CO₂再呼吸来处置通气不稳定的可选择的技术或者各种其它方式。

A.改变排气端口与患者接口的距离

在患者回路中提供排气端口来排出气体是众所周知的，例如从另外的封闭系统中呼出的CO₂。还众所周知的是积极地控制这个排气端口来控制排出至周围环境的气体量，以及相反地，患者的CO₂再呼吸量。在这些已知的系统中，排气端口在患者回路中的位置是固定的。然而，本发明的这个实施例教导了用于改变呼气排出端口相对于患者接口设备的位置的技术。改变排气端口的位置允许控制CO₂的再呼吸量。

如图14中所示，面罩140或者其它适合的患者接口设备与患者气道耦合，并且患者回路142与面罩耦合。在患者回路的路径中提供机械和/或电子控制的滑动阀144。阀144相对于患者回路可移动，如箭头145所指示。阀144在阀控制器146的控制下操作，其中阀控制器146可以是独立的设备或者与并入到PAP系统148，例如作为PAP系统中的内部子系统。

在患者回路142中提供相对大(或者长)的通气孔或者狭槽150。阀144的套管152置于患者回路的至少一部分上，其中狭槽150位于该部分上。在图示的实施例中，套管152环绕患者回路142。然而，套管152不需要完全环绕患者回路。套管152中提供开口154。开口154与通气孔150对齐以提供从患者回路的内部到周围环境的气体流动路径。移动套管152致使开口154的位置相对于面罩移动，从而改变了患者气道和至周围环境的排气路径之间的死腔量。改变这个死腔的能力允许用户改变患者的CO₂再呼吸量。

应理解的是，本发明构想到阀144、套管152、通气孔150、开口154的各种不同构造，以及套管相对于患者回路的移动方式。例如，通气孔150和开口154可以具有各种形状和尺寸。此外，可以提供多于一个的通气孔150和/或开口154。同样，除了或者替代于相对患者回路滑动，套管152可以相对于患者回路旋转，以在患者回路中使不同开口与不同通气孔对齐，从而改变排气路径相对于患者气道的有效距离。

图15图示的治疗系统也改变排气路径相对于患者气道的有效距离。在这个实施例中，在患者回路152中提供多个通气孔端口160，其中每个通气孔端口与面罩140间隔不同的距离。在图示的示例性实施例中，通气孔端口160具有通常的尺寸和形状，并沿着患者回路以均匀间隔隔开。然而，本发明构想到，对于通气孔端口，这三个特性的任一个以及任何其它特性，可以单独改变或者与其它联合改变。

阀机构与每个通气孔端口相关联以分别选择性地、完全或者部分地阻塞每个通气孔端口。阀控制器146控制阀机构的动作，以选择开启哪一个通气孔端口并且关闭哪一个。以该方式，阀控制器可以改变从患者回路到周围环境的排气路径相对于患者接口设备的距离。本发明构想到可以气动地、电动地或者通过使用将开启和关闭各个通气孔端口的电反应物质来控制部分160的阻塞或者部分阻塞。

B.通过改变系统的体积来改变死腔

除了改变通气孔在患者回路上的物理位置来控制患者和通气孔之间的距离，因而控制死腔和CO₂再呼吸，本发明还构想到改变患者回路或者面罩的体积来控制死腔量。例如，本发明构想到改变患者和通气孔之间的患者回路的物理长度来改变体积和作为结果的死腔，为患者回路加入体积，和/或改变面罩之内的体积。

图16图示了治疗系统的一个例子，该治疗系统通过改变患者和通气孔之间的患者回路的物理长度来实现控制死腔的功能。在这个实施例中，患者回路142包括扩张/收缩管170形式的可变长度部分，其在面罩140和通气孔168之间提供。扩张/收缩管170的长度经由控制系统146借助于使用任何常规技术的机械或者电子控制而改变，其中该常规技术例如是压缩弹簧状管170的伺服电动机。

图17图示了治疗系统的例子，该治疗系统通过改变患者回路的总体积来实现控制死腔的功能。在这个实施例中，可调整的气室172与面罩140耦合。气室172的总体积如箭头173所指示的通过治疗控制系统146使用任何常规技术来自动调整。也可以理解的是，可以沿着患者回路在其它位置处加入可调整体积172，只要它是在患者气道和排气通孔168之间提供。

图18图示了治疗系统的例子，该治疗系统通过选择性的加入与患者回路142串联的预设体积176或者气室来实现控制死腔的功能。提供阀178以将体积176加入患者回路或者致使气流绕过这个额外的体积。当死腔，也即CO₂再呼吸将被加入或者移除时，阀178由阀控制器(未示出)致动。在美国专利no.6,042,550；6,098,622；6227196以及6,408,848中教导了能够选择性地将一段管子加入患者回路的系统的例子，其内容通过引用合并于此。

图19图示了治疗系统的例子，该治疗系统通过改变面罩140之内的体积来实现控制死腔的功能。在这个实施例中，例如面罩140的患者接口设备包括一个或多个嵌入面罩内部区域的部分180。部分180可以膨胀和缩小以改变面罩之内的死腔量，从而提供所需的任何死腔以便提供气体调制治疗来处置通气不稳定。

为了起作用，部分180与用于膨胀或缩小这些部分的气体源连接。为此，接口设备140包括膨胀端口182，该膨胀端口182与正压设备148或者通过管186与单独的压力源184连接。

C.可变尺寸/体积的患者接口

在图20中示出了控制死腔量的更被动的方法。在这个实施例中，通过选择一系列患者接口设备中的一个来改变死腔量，该一系列患者接口设备例如是具有不同预设体积的面罩。此外，或者可选择地，用户可以选择多个具有不同体积的气室190中的一个。所选择的气室190与面罩140附连。取决于附连到面罩的气室的体积，将发生不同水平的再呼吸。因而，在这个实施例中，临床医生可以从一组可用的固定体积接口140和/或气室190中进行选择。由于这个方法是被动的，它可能不是很适合于基于呼吸接呼吸(breath-to-breath)的死腔(因而CO₂水平)动态变化。

D.捕获CO₂的患者回路

图21A-21C示意性图示了治疗系统200，其使用负压(P-)来控制由用户经受的CO₂再呼吸量。在这个实施例中，来自PAP系统202(例如CPAP单元)的负压用于将呼出流体引导进入在第一阀206和第二阀208之间的管204。管204的一端与PAP单元中的鼓风机的入口相连，其中该PAP单元相对于周围环境处于负压，并且另一端与面罩140相连。阀206和208由控制器控制，其中在这个实施例中，该控制器示为包含于CPAP单元202中。

在呼气期间，富含CO₂的呼出气流如箭头205所指示的后退进入管204。在吸气期间，可以将阀206和208配置为提供两个选择：1)可以将阀204和206设置为将富含CO₂的混合物从管204，也即在阀206和208之间拦截的富含CO₂的气体引导进入患者，如图21B中所示并由箭头207指示，或者2)可以将阀204和206设置为将新鲜的空气引导进入患者的流入，如图21C中所示并由箭头209指示。在分支212中提供有排气口210。

E.包含补充氧的气体调制治疗

如上所述，本发明构想到给患者提供处置治疗，该疗法包括使用治疗模块来改变递送给患者的吸入氧气分数。图22图示了治疗系统230，其单独地或者与通气治疗或其它气体调制治疗相结合地提供这种气体调制治疗类型。治疗系统230包括氧气源232和例如插管或管的部件234，该部件用于将氧气从氧气源递送给患者。在图示的实施例中，治疗系统230也包括任选的PAP系统148。

氧气源232可以包括但不限于制氧机、气态氧气罐或者液态氧气罐，或者任何其它氧气源。在示例性实施例中，氧气经管243递送给患者，其中该管243将氧气源与面罩140或者呼吸回路142中的备选点相连。控制器236控制何时递送氧气以递送多少氧气给患者。

氧气可以如上所述的递送以处置通气不稳定。本发明也构想到氧气可以以整夜连续或者可变的流量率来递送给患者。它可以只在吸气期间被触发而递送。它也可以只在睡眠期的某些时间期间被触发而递送，例如在周期性呼吸的周期期间，或者探测到换气过度之后，或者探测到觉醒之后。

当患者的呼吸稳定时，氧气治疗可以停止。在示例性实施例中，控制器236是处理器以及在该处理器控制下操作的比例阀。该处理器运行软件以控制该比例阀何时完全开启、完全关闭或者部分开启以及该阀开启的程度。控制器可以接收来自患者上的传感器的输入，包括但不限于鼻部气流、氧气饱和度以及面罩压力。

F.CO₂从呼出气体中的分离

图23图示了治疗系统240的另一个实施例，其使用CO₂涤气器242以将二氧化碳从患者的呼出空气中分离。CO₂涤气器是任何可以将CO₂从呼出气体中移出的设备，例如选择性地允许CO₂穿过的膜，或者选择性地允许氧气和氮气穿过但留下CO₂的膜。类似地，可以从呼出空气中将氧气和氮气化学性地净化从而导致CO₂的浓度增加。一旦CO₂被分离，它就存储于贮气器244中以随后递送给患者。提供单向阀246以控制气体的流动，从而患者如箭头249所指示的经一组管248吸气，并如箭头251所指示的经第二组管250呼气。由于气道正压设备148的操作，这两组管都具有正压。在呼气分支中，这个正压迫使呼出气体经过CO₂移出设备，该设备优选将CO₂分离进入贮气器244。剩余的呼出气体经排气端口252被排出。

一旦捕获二氧化碳并将其存储，它就可以用于递送给患者。该CO₂可以经管递送给患者，其中该管将CO₂贮气器与患者面罩或者呼吸回路中的备选点附连。控制器254控制何时将CO₂递送给患者以及递送的CO₂量。

除了上述的治疗处置技术以外，CO₂可以以整夜连续或者可变的流量率来递送给患者。它可以只在吸气期间被触发而递送。它也可以只在睡眠期的某些时间期间被触发而递送，例如在周期性呼吸的周期期间，或者探测到换气过度之后，或者探测到觉醒之后。当患者的呼吸稳定时，CO₂治疗可以停止。此外，递送给患者的CO₂量是可以变化的。当探测到泄漏时递送更多量的CO₂，以及当泄漏没有或者很少时递送更低的量。

本发明构想到控制器254包括处理器和阀。该处理器运行软件以控制阀何时开启、关闭、部分开启以及开启的程度。该控制器可以接收来自患者上的传感器的输入，包括但不限于鼻部气流、总气流、呼气末CO₂、经皮CO₂、面罩压力以及泄露。

G.优化CO₂递送

本发明还构想到用于估计患者通气反馈环路的循环延迟以控制并优化处置治疗的技术，具体而言，该疗法是经再呼吸提供的或者经指令从CO₂源给患者CO₂的CO₂气体调制治疗。人体通气控制系统中的不稳定是由增加的循环延迟和/或增加的化学感受器灵敏度和/或增加的设施增益而导致的。发明人意识到通过估计通气控制系统中的循环延迟，可以优化以及更好的管理和控制CO₂气体调制治疗。

在示例性实施例中，通过(i)监测患者流量或者潮气量中的呼吸循环，例如CSR，(ii)监测归因于呼吸不稳定的SpO2中的周期性变化，(iii)监测心率/R-R间期以及光电血管容积图信号中的周期性变化，或者(i)-(iii)的任何组合来估计循环延迟。患者流量和潮气量中的周期性变化与反馈控制环路中的循环延迟有关，并且每个阶段(渐强、减弱或者呼吸暂停/呼吸不足)近似相应于从肺到颈动脉体的循环延迟。呼吸暂停之后的第一个呼吸和SpO2的最低点之间的延迟也类似地给出了从肺到颈动脉体的循环延迟，并额外具有到血氧测量点的传输延迟。该循环延迟可以在诊断研究期间预先确定或者可以在治疗期间估计。在诊断研究期间，可以使用的干预包括屏气接着深吸气呼吸。

除了估计循环延迟以外，氧不饱和度(SpO2)信号也可以用于确定CO₂递送的水平。在循环中的呼吸暂停阶段之后，由于严重的氧不饱和，递送给患者的CO₂在适当的时间减少和/或启动以允许在呼吸期间正常的氧气水平。例如，这个参数也可以用于确定具有氧气的组合治疗是否是对于患者更适合的治疗。

可以将光电血管容积图(PPG)传感器加入CO₂治疗系统以通过识别和区分中枢性和阻塞性呼吸暂停事件来控制治疗。随着吸气和呼气的胸内压改变在PPG信号中被视为奇脉(pulsus paradoxus)。该PPG信号可以通过透射或者红外反射传感器而采集到。PPG传感器可以附连到不同的身体部位，其包括耳垂、鼻子/鼻孔、乳突、前额、手腕、手指或者脚趾或者可以安装在患者接口中以接触适当的面部部位。

在PPG信号中的这些呼吸相关变化可以通过PPG信号的幅值和频率改变来监测。通过监测呼吸频率中的PPG信号功率，可以确定是否有中枢性呼吸暂停或者阻塞性呼吸暂停。这个信息可以用于控制CO₂气体调制治疗从而使它只对于中枢性呼吸暂停而启动，而对于阻塞性事件不启动。由PPG信号中获取的呼吸相关参数也提供了关于呼吸作功或者努力的信息，其可以用于CO₂治疗算法的控制。

本发明还构想到在治疗系统中提供CO₂传感器并使用该传感器的输出来控制提供给对象的CO₂气体调制治疗。例如，呼气末CO₂传感器或者经皮传感器可以用于监测CO₂水平的改变。这些改变对于确定何时启动以及如何控制CO₂治疗的持续时间是有用的。

此外，本发明构想到监测生理参数的变化以识别睡眠状态(例如，清醒、非快速眼动睡眠(NREM)、快速眼动睡眠(REM))从而进一步优化CO₂治疗。发明人意识到低碳酸血(hypocapnic)的CO₂水平在NREM和REM睡眠状态中是不同的，其中在NREM期间的CO₂水平与在REM状态的相比更加容易改变。睡眠状态的识别对于优化CO₂气体调制治疗以处置主要在NREM睡眠中见到的呼吸不稳定是很有用的。该参数可以用于估计睡眠状态，包括呼吸速率、PPG信号频率、流量以及心率/R-R间期。

H.可选择的CO₂气体调制治疗

本发明包括控制流出呼吸回路的流速的设备(允许呼出气体冲出系统)。该设备可以执行为具有2个状态(开启或者关闭)的二元阀或者具有多种可能状态的比例阀。设备的状态通过使用机电部件、气动元件或者类似机械装置来改变，并且通过患者呼吸模式来积极控制。

图24是图示了二元阀的操作的图表，其中该二元阀由个体的当前呼吸(N)300和近期历史，例如呼吸(N-1)301来触发。代表零气流进入个体的线302将吸气气流303(y轴307的正象限)和呼气气流304(负象限)进行区分。吸气阶段(I)305所经过的时间是Ti，并且呼气阶段(E)306所经过的时间是Te。在图24中，阀的状态相对于环境是关闭308的以在呼吸回路捕获呼出气体，或者是开启309的以允许富含CO₂的呼出气体流出呼吸回路。可以通过个体的呼吸模式来控制阀的状态，包括但不限于从Ti到Te的过渡。

在Ti到Te的过渡中，阀的状态在Te在初始阶段期间Te在规划的延迟310中保持不变。在该延迟之后，阀的状态变为关闭308并在规划的持续时间311中保持关闭，然后它重新开启。在呼吸(N)300期间的阀的延迟310和持续时间311可以是固定或者变化的。变化的延迟310和/或持续时间311的实现可以基于当前呼吸的特性、包括但不限于呼吸(N-1)301的Ti和Te历史或者基于一系列最近呼吸的平均。例如，延迟310可以基于最新呼吸的Te的百分比(例如，5％)或者一系列呼吸的平均而变化。持续时间311同样地可以基于最新呼吸的Ti的百分比(例如，20％)或者一系列呼吸的平均而变化和结束。

用于控制阀的另一个实施例是在最大负呼出气流处触发或者启动阀的关闭，并且经Te 312的剩余时间保持阀的关闭直到Ti 313的百分比。

图24中示出的内呼吸阀状态控制也通过探测通气不稳定的更高水平算法来调节。因而，可以基于多个呼吸上呼吸模式来调整该延迟和持续时间。例如，如果通气不稳定持续，则该延迟可以减少并且该持续时间反复增加(直到阀在整个呼吸中保持关闭)以帮助稳定通气。本发明包括对该阀可以在多少个呼吸(或者总时间)中保持关闭(不开启)以防止呼出气体的过多倒退体积的限制。脉冲式的开启将减少呼出气体的倒退体积并且该阀然后可以再次关闭。当通气是稳定时，高水平算法也停止内呼吸阀状态控制，然后当探测到通气不稳定时，激活内呼吸阀状态控制。

图25图示了经过5分钟的潮式呼吸期间的多个呼吸，该潮式呼吸在换气过度的峰值320之间通常具有大约60秒的期间。在这幅图中，内呼吸阀状态控制在渐强臂A的峰值之后被激活321，并保持激活直到该模式到达减弱臂B上的目标，然后在此时停止该阀状态控制。

I.特定通气/气体调制组合治疗的例子

以下是对用于为患者提供治疗处置的特定技术的描述。在这个实施例中，为患者提供伺服通气以机械驱动患者至或者接近他们的呼吸暂停阈值(归因于换气过度以及作为结果的低碳酸血)。然后，提供呼出气体(或者另外的二氧化碳源)的受控再呼吸以增加肺泡二氧化碳和提高患者自己对呼吸的驱动力。这个方法的基本原理是通过降低对以睡眠-苏醒转变(以及相关联的觉醒后呼吸过度和接着的减少的呼吸化学驱动力)来干扰不稳定系统的趋势来促进睡眠状态稳定性。

本发明也构想到探测通气不稳定并使用该结果来提高压力支持(提高吸气和呼吸气道正压之间的Δ来增提高分钟通气量)和/或伺服通气呼吸启动时的速率(也提高分钟通气量)，直到不再探测到自发呼吸或者探测到间歇的呼吸，并且由于换气过度和作为结果的低碳酸血，伺服通气已经为患者接管了呼吸。

然后这个实施例激活CO₂递送以提高化学驱动力，直到呼吸变为自发的，并且本发明然后使用设备来捕获和递送呼出气体(或者另外的二氧化碳源)的倒退体积以缓慢增加肺泡二氧化碳的分压(P_ACO₂)。这允许化学感受器的P_co2上升至高于呼吸暂停阈值，从而恢复自发呼吸。

然后这个实施例退出伺服通气和递送CO₂并进入稳定的呼吸状态。一旦呼吸变得自发的，就降低压力支持和/或伺服通气呼吸速率以减少由伺服通气提供的分钟通气。递送给患者的CO₂也减少，除非例如由对中枢性呼吸暂停(或者化学驱动力降低)的探测指示通气再次变得不稳定，其将指示在伺服通气提供的分钟通气量进一步降低的同时，CO₂递送应稍微增加。

这两个过程(降低由伺服通气提供的分钟通气量以及调整CO₂递送)相互作用以允许再次随着时间的推移继续稳定的呼吸而不需要a)伺服通气(除非期望默认的双水平通气)，以及b)将CO₂递送给患者。如果干扰(从睡眠中觉醒或者身体位置的改变)导致通气不稳定再次出现，那么再次启动起始于对通气不稳定的探测的整个过程，直到通过本发明提出的干预再次将呼吸稳定。

尽管出于说明的目的而已经基于当前认为是最实用和优选的实施例详细描述了本发明，但要理解的是，这样的细节仅仅出于上述目的，本发明并不限于所公开的实施例，而是相反，意图在于覆盖所附权利要求的精神和范围之内的修改和等同布置。例如，要理解的是，只要可能，本发明构想到任何实施例中的一个或多个特征可以与其它实施例中的一个或多个特征组合。

Claims

1、一种用于处置通气不稳定的系统，包括：

传感器，其适于监测患者的生理参数；

处理器，其适于基于由所述传感器提供的信号来识别由这样的患者经受的通气不稳定，并确定关于所述通气不稳定的基准点；

治疗递送系统，其适于给这样的患者提供处置以抵消所述通气不稳定，其中，所述处理器使得所述治疗递送系统基于所述基准点来启动所述处置。

2、如权利要求1所述的系统，其中，所述处理器确定所述通气不稳定的特性，并使得所述治疗递送系统基于所述特性来改变所述处置或者所述处置的参数。

3、如权利要求2所述的系统，其中，基于特征提取来确定所述特性。

4、如权利要求2所述的系统，其中，所述特性是指示这样的患者的通气不稳定程度的指数。

5、如权利要求1所述的系统，其中，所述处理器确定a)要由所述治疗递送系统提供的治疗的类型，b)在实现选择的所述类型的治疗中使用的控制方案，以及c)所述治疗相对于所述基准点的开始时间，以及所述治疗的持续时间。

6、如权利要求5所述的系统，其中，所述控制方案是二元控制、成比例控制、自适应控制、基于规则的控制或者基于学习的控制。

7、如权利要求1所述的系统，其中，所述治疗递送系统是压力支持系统、气体调制系统或者这两者；并且其中，所述治疗包括通气治疗、气体调制治疗或者这两者。

8、如权利要求1所述的系统，其中，所述治疗系统包括压力支持系统，所述压力支持系统提供双水平压力支持或者呼气压力是基于流量的压力支持。

9、一种用于处置通气不稳定的系统，包括：

感测装置，其用于监测患者的生理参数；

处理装置，其用于基于由所述传感器提供的信号来识别由这样的患者经受的通气不稳定，并确定关于所述通气不稳定的基准点；

治疗装置，其用于给这样的患者提供处置以抵消所述通气不稳定，其中，所述处理装置使得所述治疗递送系统基于所述基准点来启动所述处置。

10、如权利要求9所述的系统，其中，所述处理装置确定所述通气不稳定的特性，并使得所述治疗装置基于所述特性来改变所述处置或者所述处置的参数。

11、如权利要求10所述的系统，其中，基于特征提取来确定所述特性。

12、如权利要求10所述的系统，其中，所述特性是指示这样的患者的通气不稳定程度的指数。

13、如权利要求9所述的系统，其中，所述处理装置确定a)要由所述治疗装置提供的治疗的类型，b)在实现选择的所述类型的治疗中使用的控制方案，以及c)所述治疗相对于所述基准点的开始时间，以及所述治疗的持续时间。

14、如权利要求13所述的系统，其中，所述控制方案是二元控制、成比例控制、自适应控制、基于规则的控制或者基于学习的控制。

15、如权利要求9所述的系统，其中，所述治疗装置是压力支持系统、气体调制系统或者这两者；并且其中，所述治疗包括通气治疗、气体调制治疗或者这两者。

16、如权利要求9所述的系统，其中，所述治疗装置包括压力支持系统，所述压力支持系统提供双水平压力支持或者呼气压力是基于流量的压力支持。

17、一种用于处置通气不稳定的方法，包括：

监测患者的生理参数；

基于由所监测的生理参数提供的信号来识别由这样的患者经受的通气不稳定；

确定关于所述通气不稳定的基准点；

给这样的患者提供处置以抵消所述通气不稳定，其中，提供处置包括基于所述基准点来启动所述处置。

18、如权利要求17所述的方法，还包括：

确定所述通气不稳定的特性，以及

基于所述特性来改变所述处置或者所述处置的参数。

19、如权利要求18所述的系统，其中，确定所述特性包括执行特征提取。

20、如权利要求18所述的系统，其中，确定所述特性包括计算指示这样的患者的通气不稳定程度的指数。

21、如权利要求17所述的系统，还包括：

确定由所述治疗装置提供的治疗的类型；

确定在实现选择的所述类型的治疗中使用的控制方案；

确定所述治疗相对于所述基准点的开始时间；以及

确定所述治疗的持续时间。