CN102256544A - 确定食道导管的位置的方法、控制单元和计算机程序产品 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于确定插入到患者(1)的食道中的食道导管(5)相对于横膈膜的位置的装置。该装置包括：至少一个电极(11)，被布置为通过施加刺激信号来刺激横膈膜的肌肉活动，登记部件(7)，被布置为登记食道导管的电极对在特定的时间点记录的信号和刺激信号，控制部件(9)，被布置为使电极(11)在特定的时间点刺激肌肉活动，并且基于接收部件接收到的信号，确定哪些电极对在特定的时间点记录具有最高幅度的刺激信号。

Description

确定食道导管的位置的方法、控制单元和计算机程序产品
技术领域
本发明涉及一种确定患者的食道中的导管的位置的方法、一种与呼吸器一起使用的控制单元以及一种用在该控制单元中的计算机程序产品。
背景技术
在本领域中已知使用来自患者的肌电或神经电信号来控制向患者提供呼吸支持的呼吸器的功能。US 5 820 560和US 6 588均公开了用于使用从横膈膜获得的肌电信号触发针对患者的通气支持的方法和设备。US5 671 75公开了用于借助于具有电极阵列的食道导管登记横膈膜的肌电活动的方法和设备。来自该导管的信号可以用作用于控制呼吸器功能的肌电信号。EP 1 091 780公开了使用例如从膈神经拾取的神经电信号来控制呼吸器。
从横膈膜获得肌电信号时的问题是确定导管在患者食道中的位置。为了获得适当的信号，导管的一些电极应被置于横膈膜上方并且一些电极应被置于横膈膜下方。存在导管插入过远或者插入不够远的可能性。在这两种情况中，导管将检测到弱信号，或者可能完全不能捕获任何信号。可替选地，不同于来自横膈膜的信号或者除了来自横膈膜的信号之外，导管可能从其他肌肉捕获肌电信号。因此，难于获得最优的导管位置并且如果信号过弱，则呼吸器可能必须工作于气动触发模式。
对于基于登记来自横膈膜的肌电图(EMG)信号的方法，存在一些问题。
-例如，如果患者服用镇静剂或者出于其他原因没有其自身的呼吸活动，则可能不存在EMG信号。
-例如，由于提供给患者的呼吸支持引起的干扰，EMG信号可能非常弱和/或难于检测。
-存在如下风险：类似于横膈膜的肌电信号但是源于其他肌肉的其他肌电信号被误认为是来自横膈膜的信号。这些信号可能来自例如腹肌。
共同未决的申请No PCT/EP2007/054149公开了一种基于将总是出现在来自横膈膜的肌电信号中的心电图(ECG)分量来确定导管位置的方法。在该申请中，使用横膈膜引起的ECG信号的阻尼。确定并且比较来自不同电极对的ECG信号分量，并且使用不同电极对之间的ECG信号的幅度差来确定横膈膜相对于电极对的位置。两个相邻电极对之间的最大阻尼应由位于这两个电极对之间的横膈膜引起。该方法主要基于ECG信号的QRS波群的登记和比较。
共同未决的瑞典申请No.0850076-1公开了一种利用ECG信号的p波的存在的方法。由于p波的阻尼随着离开心脏的距离增加而是非常强的，因此拾取p波的任何电极对必须相当接近心脏的心房，适当地位于横膈膜上方。
发明内容
本发明的目的在于确定插入患者中的食道导管相对于患者的横膈膜的位置。
该目的通过一种确定插入到患者的食道中的食道导管的位置的方法来实现，所述导管包括许多个被布置为拾取肌电信号的电极，该方法包括如下步骤：
-在特定的时间点刺激横膈膜的肌肉活动，
-登记食道导管的电极对在特定的时间点或时间段记录的信号，
-确定哪些电极对记录具有最高幅度的刺激信号。
该目的还通过一种用于确定插入到患者的食道中的食道导管的位置的装置来实现，该食道导管用于从患者拾取肌电信号，该装置包括：
-至少一个电极，被布置为通过施加刺激信号来刺激横膈膜的肌肉活动，
-登记部件，被布置为登记食道导管的电极对在特定的时间点记录的信号和刺激信号，
-控制部件，被布置为使电极在特定的时间点刺激肌肉活动，并且基于接收部件接收到的信号，确定哪些电极对在特定的时间点记录具有最高幅度的刺激信号。
该目的还通过一种计算机程序产品来实现，该计算机程序产品用于控制确定插入到患者的食道中的食道导管的位置的装置，所述导管包括许多个被布置为拾取肌电信号的电极，并且至少一个电极被布置为刺激横膈膜的肌肉活动，所述计算机程序产品包括计算机可读代码部件，其在该装置的控制单元中运行时将使该装置执行如下步骤：
-使电极在特定的时间点刺激横膈膜的肌肉活动，
-登记食道导管的电极对在特定的时间点记录的信号，
-确定哪些电极对记录具有最高幅度的刺激信号。
通过刺激横膈膜并且登记刺激时的信号，确保了登记的信号真正地是来自横膈膜的信号而非类似于横膈膜的生物电信号的另一生物电信号。通过登记在刺激时来自食道导管的所有电极对的信号，可以确定登记最强信号的电极对。该电极对或这些电极对将是最接近横膈膜的电极对。这样，可以按照期望来确定并调整导管相对于横膈膜的位置。
可以使用任何已知的方法和用于以所期望的方式施加信号的适当的电极，经皮地或者皮下地施加刺激信号。
刺激信号可以被施加到诸如膈神经的控制横膈膜的功能的神经或者施加到横膈膜自身。
在优选实施例中，控制部件被布置为确定记录最强刺激信号的电极对是否位于导管中间或位于导管中间附近，并且如果它们不是，则指示导管应进行调整。这优选地借助于计算机程序产品实现。这将向操作人员提供应调整导管位置的直接反馈。作为对此的响应，该方法可以包括如下步骤：在适当的方向上调整导管的位置以使中间电极对更接近横膈膜。
这些方法步骤可以以规则的或不规则的时间间隔重复。这将实现导管位置的连续监控。优选地，控制单元被布置为重复与重复地刺激、记录信号以及确定电极位置相关的方法步骤。
横膈膜的刺激可以通过侵入式或非侵入式方法来执行。非侵入式方法具有较易于执行并且引起患者较少的不适的优点。非侵入式方法将从颈部外部刺激膈神经。另一方面，存在刺激不同于膈神经或者除了膈神经以外的另一神经的风险，这可能引起不合需要的影响。
可以使用施加到皮肤表面的电极来非侵入地施加电刺激。还开发了经皮电极，其可以在一段时间内留在适当的位置以允许特定的可再现的刺激模式。用于膈神经的经皮刺激的最佳位置在锁骨以上数厘米处的颈部上，这是因为该位置尽可能远离迷走神经。迷走神经的不必要的刺激可能引起严重的心率缓慢和其他不利的影响。
侵入式方法包括膈神经的侵入式刺激以及横膈膜自身的直接侵入式刺激。这些方法对患者的身体有较大的影响但是提供对待刺激的神经或肌肉的较好的控制。可以找到若干种类型的植入电极。可以使用若干种不同的技术来放置侵入式电极，包括颈部切口、胸腔镜手术或开胸术。例如，可获得自Avery Labs公司的电极并入了紧接皮肤下面放置的天线，其允许通过全皮激活电极。
欧洲专利申请1389442公开了一种包括许多个电极的神经探针，其可用于刺激神经细胞。适用于横膈膜放置的刺激电极的另一制造商是Synapse Biomedical公司。Atrotech Oy公司制造膈神经刺激器。
根据本发明的方法可以与其他已知的用于确定食道导管的位置的方法组合。例如，可以首先使用共同未决的申请No.PCT/EP2007/054149的方法来确定导管的位置。随后可以使用本发明的方法来调整导管位置。可以调整位置以使得位于导管中间的电极具有最高的登记EMG信号。还可以使用NEX方法首先确定导管的位置。
在手术期间也可以使用本发明的过程，以确保导管位置不会例如因患者的移动而过多改变。
计算机程序也可以被布置为使控制单元在显示器(例如，呼吸器的显示器)上将确定的导管位置呈现给用户。这将协助操作人员正确地确定导管的位置。
附图说明
在下文中将借助于示例并且参照附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1图示了具有用于控制呼吸器的食道导管的患者。
图2是根据本发明的一个方面的方法的流程图。
具体实施方式
图1是连接到呼吸器3并且具有插入的食道导管5以便于记录来自横膈膜的肌电信号的患者1的示意性概图。代替呼吸器，本发明的思想可以与被布置为监控来自食道导管的信号的设备一起使用。该肌电信号被馈送到呼吸器3的控制输入以控制患者1的呼吸功能。导管5包括许多个电极，例如九个电极，它们沿导管被等距地置于阵列中以产生8个子信号，每个子信号是两个相邻电极的差信号。这些子信号将由接收部件7接收并且在呼吸器中的控制单元9中进行处理以产生可用于控制呼吸器的整体信号。为此，控制单元9包括至少一个计算机程序产品，其用于控制呼吸器执行计算和其他相关功能。
来自横膈膜的肌电(EMG)信号的登记可能不总是成功的。对于任何生物电信号，从横膈膜记录的EMG信号将包括干扰，特别是来自心脏的干扰，而且还包括来自诸如腹肌的其他肌肉的干扰。如果导管被过远地插入到患者中，则干扰信号可能组成由一些或所有电极对拾取的信号的大部分。在该情况中，存在提供给呼吸器的控制信号不与患者的呼吸活动相关的风险。在其他情况中，患者可能呈现为没有呼吸活动，或者呈现过少的呼吸活动以至于不能进行适当的登记。例如由于疾病或服用镇静剂，呼吸活动可能减少。
即使导管在最初时位于正确的位置，其仍可能因患者的呼吸活动或其他移动而在患者的食道中上下移动，从而不久横膈膜活动未以正确的方式登记。
因此，根据本发明，图1的布置还包括至少一个用于刺激横膈膜的电极11。根据提供刺激的位置，电极11可以具有适用于刺激神经或肌肉细胞的任何类型。刺激可以经皮地或者皮下地提供给膈神经，或者直接提供给横膈膜。如图1中所示，电极11可以由位于呼吸器3中的电极控制单元13控制。其也可以是分立的单元。如果其是呼吸器的一部分，则其可以与控制单元9集成或者其可以是分立的单元。电极控制单元13典型地包括用于控制刺激功能的计算机程序。
图1b示出了与图1a中所示类似的食道导管5的示意性示例。该导管具有九个电极，它们在图中编号为e1、e2、…、e9。每个通道被记录为两个相邻电极之间(即，e1和e2之间，e2和e3之间，等等)的差信号。因此，最上面的通道将是在两个最上面的电极e8和e9之间记录的通道，其还被称为最上面的电极对。理想地，导管5应以如下方式安置：位于导管5的中间的电极e4、e5、e6应在横膈膜附近，以便于从横膈膜拾取最佳的信号。应当理解，该导管配置仅是示例。然而，通常适于将电极放置在横膈膜附近的导管中间。
根据本发明的一个方面的方法包括图2中示出的步骤：
步骤S20：将导管安置在患者的食道中。如上文讨论的，存在用于找到导管的适当位置的许多方法。
步骤S21：在特定的时间点或时间段，通过向控制横膈膜的功能的神经，或者向横膈膜自身施加刺激信号，刺激横膈膜的肌肉活动。该刺激信号可以作为典型地一次呼吸期间的时间点或时间段的短脉冲而施加。
步骤S22：登记由食道导管的电极对在特定的时间点或时间段记录的信号。
步骤S23：确定哪些电极对记录具有最高幅度的刺激信号。
步骤S24：记录最强刺激信号的电极对是否位于导管中间或位于导管中间附近？如果是，则结束过程；如果否，则去往步骤S25。
步骤S25：指示导管未处于最优位置。为此，控制单元9将在显示器上指示导管的位置。该控制单元还可以例如在显示器上或者通过音频警报发出应调整导管位置的明确消息。
步骤S26：在适当的方向上调整导管的位置以使中间的电极对更接近横膈膜。这通常将由健康护理人员手动完成。返回步骤S21。
如果步骤S24中的回答是“是”，则这指示导管处于用于登记来自横膈膜的EMG信号的适当位置。通过以规则的或不规则的时间间隔重复该过程，可以随时间监控导管的位置。有利的是，等待特定的时间段并且随后重复该过程以确保导管保持在正确的位置并且在其移动的情况下进行调整。该算法还可以在其他情形中执行，例如，当EMG信号停止或者急剧恶化时，或者检测到通过患者的呼吸努力进行适当地呼吸。在共同未决的申请No.PCT/SE2007/051048中讨论了后者的情况。
当横膈膜的自发性活动过弱以至于不能被适当地记录时，步骤S21中执行的刺激可以被实施用于提供来自横膈膜的良好定义的EMG信号。其还可以在存在横膈膜的正常活动的情况下使用，以提供特定时间点的EMG信号的良好定义的峰值，以确保由电极拾取的信号真正地是来自横膈膜的信号而非来自某个其他肌肉的干扰信号。
应基于许多因素确定在步骤S21中执行的刺激的时序。出于技术观点，没有来自诸如EMG和ECG的其他信号的干扰的时段对于实现刺激信号的无歧义的检测是优选的。如果患者具有任何自发性呼吸活动，则出于临床的观点，适于使刺激信号与患者的吸气相同步。施加刺激信号的时间点应是已知的，以便于检测何时将检测到刺激信号。
在步骤S24中，如果导管最初的定位不成功，则导管有可能以如下方式安置：没有电极正在对横膈膜进行测量。在该情况中，应优选地以对应于至少被电极覆盖的导管的长度的距离来上下调整导管。随后该过程应返回步骤S21。
还有可能发生的是，刺激信号的幅度过低以至于其不能被适当地登记。如果在刺激期间能够检测到收缩或气动触发，则可以推断幅度是充分高的。如果确定幅度过低，则可以增加幅度直至刺激信号被电极检测到或者引起患者反应。如将理解的，步骤S21至S25通常将由在装置的控制单元9中运行的软件执行。步骤S26通常将由健康护理人员执行。

Claims (15)

1.一种确定插入到患者的食道中的食道导管的位置的方法，所述导管包括许多个被布置为拾取肌电信号的电极，所述方法包括如下步骤：
-在特定的时间点刺激横膈膜的肌肉活动，
-登记所述食道导管的电极对在所述特定的时间点或时间段记录的信号，
-确定哪些电极对记录具有最高幅度的刺激信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述刺激信号被施加到诸如膈神经的控制横膈膜的功能的神经。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述刺激信号是经皮施加的。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述刺激信号是皮下施加的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述刺激信号被施加到横膈膜自身。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括如下步骤：
-确定记录最强刺激信号的电极对是否位于所述导管中间或位于所述导管中间的附近，并且如果它们不是，
-在适当的方向上调整所述导管的位置以使中间电极对更接近横膈膜。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法步骤按时间间隔重复。
8.一种用于确定插入到患者(1)的食道中的食道导管(5)的位置的装置，所述食道导管用于从所述患者拾取肌电信号，所述装置包括：
-至少一个电极(11)，被布置为通过施加刺激信号来刺激横膈膜的肌肉活动，
-登记部件(7)，被布置为登记所述食道导管的电极对在特定的时间点记录的信号和所述刺激信号，
-控制部件(9)，被布置为使所述电极(11)在特定的时间点刺激肌肉活动，并且基于接收部件接收到的信号，确定哪些电极对在所述特定的时间点记录具有最高幅度的刺激信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述电极(11)被布置为将所述刺激信号施加到诸如膈神经的控制横膈膜的功能的神经。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述电极(11)被布置为经皮地施加所述刺激信号。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述电极(11)被布置为皮下地施加所述刺激信号。
12.根据权利要求8所述的装置，其中所述电极(11)被布置为将所述刺激信号施加到横膈膜自身。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的装置，其中所述控制部件(9)被布置为确定记录最强刺激信号的电极对是否位于所述导管中间或位于所述导管中间的附近，并且如果它们不是，则指示所述导管应进行调整。
14.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品用于控制确定插入到患者的食道中的食道导管的位置的装置，所述导管包括许多个被布置为拾取肌电信号的电极，并且至少一个电极(11)被布置为刺激横膈膜的肌肉活动，所述计算机程序产品包括计算机可读代码部件，其在所述装置的控制单元中运行时将使所述装置执行如下步骤：
-使所述电极在特定的时间点刺激横膈膜的肌肉活动，
-登记所述食道导管的电极对在所述特定的时间点记录的信号，
-确定哪些电极对记录具有最高幅度的刺激信号。
15.根据权利要求14所述的计算机程序产品，进一步包括将使所述装置执行如下步骤的代码部件：
-确定记录具有最高幅度的刺激信号的电极对是否位于所述导管中间或位于所述导管中间的附近，并且如果它们不是，
-向所述装置的操作人员指示所述导管的位置应进行调整。
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