CN102333559B - 具有机器输送呼吸的压力支持系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种操作通气机或压力支持系统的方法，其基于患者的自主呼吸模式自动地确定患者的定时支援速率。当患者做较少的自主呼吸时所确定的速率的激进性增加。而且，提供了一种方法，其中，一种或多种机制被用于确定是否应当发出机器呼吸。每种机制包括与一个或多个逻辑许可联系的基本定时元件。所述定时元件和所述一个或多个逻辑许可中的每一个都必须被满足以允许定时机制触发机器呼吸。

Description

具有机器输送呼吸的压力支持系统

本专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2009年2月25日提交的美国临时申请No.61/155,358的优先权，上述申请的内容以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及正气道压力支持系统，尤其涉及使用压力支持系统将机器呼吸提供给患者的系统和方法，其包括确定机器呼吸(也被称为定时呼吸或支援呼吸)应当何时被提供给患者并且确定用于具有自动支援呼吸的压力支持治疗中的最小呼吸速率。

背景技术

众所周知，利用压力支持系统(例如常规的通气机)将流体(例如氧气、空气或其他氧气或呼吸气体混合物)输送到患者的气道以增强或代替患者自身的通气努力。可以由通气机提供的压力支持治疗的一个基本形式是双水平正压治疗，其中输送给患者的气体的压力随着患者的呼吸周期而变化。在双水平压力支持系统中，在患者的呼吸周期的吸气相期间提供吸气气道正压(IPAP)并且在呼气相期间提供呼气气道正压(EPAP)。EPAP低于IPAP以增强患者的通气并且使得患者抵抗与IPAP压力相比较低的压力呼气，由此增加患者的舒适性。由宾夕法尼亚州Murrysville市的Respironics公司制造的系列压力支持设备是提供这种双水平形式的压力支持治疗的压力支持设备的例子。另外，若干美国专利详细地描述了这种双水平压力支持系统，这些美国专利包括美国专利Nos.5433193；5313937；5239995；5148802；6532960；和6640806；所有上述专利以引用方式明确地并入本文，就如同在本文中阐述它们的全部内容。

还众所周知，在各种模式下操作常规的通气机以控制通气机的四个基本操作，所述基本操作为：1)触发点，所述触发点是从通气周期的呼气相到吸气相的过渡；2)吸气相，在所述吸气相通气机输送呼吸气体流；3)周期点，所述周期点是从吸气相到呼气相的过渡；以及4)呼气相，在所述呼气相患者呼出被输送的气体。有四个主要变量或参数典型地被监测和使用以控制通气机如何执行这四个操作中的一个或多个。这些变量是容量、压力、去往或来自患者的流体流以及时间。

在典型的生命支持情形中，其中基本上没有患者的自主呼吸努力，提供通气的受控模式，其中通气机担负为患者通气的完全责任。在该通气模式下，基于时间确定通气机的触发点和周期点。在其他情形中，其中患者具有一定程度的自主呼吸努力，典型地提供通气的辅助模式或支持模式。这些通气模式都导致通气机增强或辅助患者自身的呼吸努力。在辅助模式下，对通气机触发点的确定基于患者的动作而对周期点的确定基于时间被确定。在支持模式下，触发点和周期点都基于患者而不是基于时间。

然而一些能够自主呼吸的患者可能不时地停止驱动气流若干秒；这种情况的原因可能呈现若干形式。当脑不能指示身体进行呼吸时发生被称为中枢性呼吸暂停的发作。当患者的气道由于上气道扩张肌的强度减小而塌陷时发生被称为阻塞性呼吸暂停的发作。为了解决这样的情形，也众所周知使用辅助模式和控制模式的组合，这被称为通气的辅助/控制模式或通气的S/T或自主/定时模式。在这种通气模式下，如果患者未能自主地启动呼吸努力持续一段时间，则通气机触发呼吸流(不同地被称为支援呼吸、定时呼吸或机器呼吸)。因此，在通气的辅助/控制模式下，触发点基于患者动作或基于时间(如果在某段时间内没有患者动作)。换句话说，在呼吸暂停期间，通气机识别自主呼吸动作的缺少并且输送机器呼吸以便将潮气量驱动到患者中。该机器呼吸将允许发生气体交换并且将最小化呼吸暂停的有害影响。

在许多患者中，呼吸暂停仅仅存在于夜晚的某段时间期间；在其他时候患者表现出正常的自主呼吸模式。如上所述，当前可用的通气机可以由医生配置以在患者的自主速率下降到低于通气机上的预定配置设置的任何时候输送定时呼吸。这些机器典型地被设计成提供具有固定吸气时间的最小定时速率。设备监测患者的自主呼吸速率并且如果患者的自主呼吸速率下降到低于定时速率设置，则机器开始以该速率设置输送定时呼吸。通气机具有等于医生已选择的吸气设置的固定吸气时间的机器呼吸。

当前的通气机的一个问题在于确定每个患者的最佳定时呼吸速率设置需要受过培训的技术人员。常常需要整夜的睡眠研究并且所得到的设置仅仅适用于患者当前的代谢和肺力学。当患者的需要变化时，只能通过调节通气机上的设置来改变设置。

当前的通气机的另一个问题在于即使患者仍然正在呼出先前的呼吸时它们也会输送定时呼吸。例如，如果通气机逻辑监测呼气到吸气的过渡(E到I的过渡)并且定时使得自主速率已下降到低于通气机设置，则即使患者正在激进地呼气时机器呼吸也可以被发出，该情况典型地是患者不适的并且导致呼吸叠加，该状况增加肺的残余潮气量并且减小新呼吸的肺活量。增加残余潮气量也展平膈，减小了患者呼吸的肌肉努力的有效性。

发明内容

在一个实施例中，提供了一种向患者提供压力支持的方法，所述方法包括以下步骤：监测与患者的呼吸活动相关的数据，监测定时器，以及确定定时器已经期满。在确定定时器已经期满之后，所述方法还包括基于与患者的呼吸活动相关的所述数据确定一个或多个逻辑许可是否全部被满足，以及如果确定所述一个或多个逻辑许可全部被满足则将机器呼吸提供给患者。

在一个特定实施例中，所述一个或多个逻辑许可包括与患者的呼气相关的第一逻辑许可，其中，如果认为患者的呼气完成则将确定所述第一逻辑许可被满足。在另一个实施例中，所述定时器是保守定时器，当检测到吸气到呼气的过渡时触发所述保守定时器，其中，该实施例中的所述一个或多个逻辑许可仅仅包括所述第一逻辑许可。

在又一个特定实施例中，所述定时器是激进定时器，当检测到呼气到吸气的过渡时触发所述激进定时器，其中，该实施例中的所述一个或多个逻辑许可是多个逻辑许可。所述多个逻辑许可可以包括与预定数量的先前呼吸(例如最后12次呼吸)内的定时呼吸的百分比相关的第二逻辑许可，其中，如果预定数量的先前呼吸内的定时呼吸的百分比小于预定量(例如50％)则将确定所述第二逻辑许可被满足。或者，所述多个逻辑许可可以包括与每分钟通气相关的第二逻辑许可，其中，如果在第一时期(例如30秒)内测量的短期每分钟通气小于在比所述第一时期更长的第二时期(例如120秒)内测量的长期每分钟通气则将确定所述第二逻辑许可被满足。

在另一个备选方案中，所述多个逻辑许可包括与预定时期内的先前呼吸期的标准偏差相关的第二逻辑许可，其中，如果所述标准偏差小于预定值(例如0.25)则将确定所述第二逻辑许可被满足。在又一个备选方案中，所述多个逻辑许可包括第二逻辑许可，如果标志被设置为“真”则将确定所述第二逻辑许可被满足，其中，当定时呼吸被提供给患者时所述标志被设置为“真”，并且只有三个连续定时呼吸被输送到患者时所述标志才被设置为“假”。只有在自主呼吸已经发生之后所述许可标志才可以被再次设置为“真”。

在又一个实施例中，提供了一种向患者提供压力支持的方法，所述方法包括以下步骤：监测第一定时器，确定所述第一定时器是否已经期满，以及如果确定所述第一定时器已经期满：(i)确定与患者的呼气相关的第一逻辑许可是否被满足，其中，如果认为患者的呼气完成则将确定所述第一逻辑许可被满足；以及(ii)如果确定所述第一逻辑许可被满足则将机器呼吸提供给患者。所述方法也包括以下步骤：监测第二定时器，确定所述第二定时器是否已经期满，以及如果确定所述第二定时器已经期满：(i)确定多个逻辑许可是否全部被满足，其中，所述多个逻辑许可包括第一逻辑许可，以及(ii)如果确定所述多个逻辑许可全部被满足则将机器呼吸提供给患者。

在该方法的特定实现方式中，所述第一定时器是保守定时器，当检测到吸气到呼气的过渡时触发所述保守定时器，并且所述方法还包括在检测到吸气到呼气的过渡的任何时候将所述第一定时器设置到第一定时器值，所述第一定时器值是以下的较小者：(i)乘以第一常数的患者的平均呼气时间，和(ii)预定最小呼吸期的一部分，并且所述第二定时器是激进定时器，当检测到呼气到吸气的过渡时触发所述激进定时器，并且所述方法还包括在检测到呼气到吸气的过渡的任何时候将所述第二定时器设置到第二定时器值，所述第二定时器值是以下的较小者：(i)乘以第二常数的患者的平均呼吸时间，和(ii)预定最小呼吸期。

在又一个实施例中，提供了一种向患者提供压力支持的方法，所述方法包括基于与患者的先前自主呼吸相关的数据确定最小呼吸速率，其中，被确定的最小呼吸速率是患者的先前自主呼吸相对于患者的总呼吸的量的函数，以及使用所述被确定的最小呼吸速率确定是否将机器呼吸提供给患者。

在所述方法的具体实施例中，当患者的先前自主呼吸相对于患者的总呼吸的量减小时所述被确定的最小呼吸速率增加。在具体实现方式中，与患者的先前自主呼吸相关的所述数据包括由患者触发的先前呼吸的百分比，其中，当由患者触发的先前呼吸的所述百分比减小时所述被确定的最小呼吸速率增加。在更具体的实现方式中，如果由患者触发的先前呼吸的所述百分比小于第一百分比则所述被确定的最小呼吸速率是第一速率，其中，如果由患者触发的先前呼吸的所述百分比大于或等于所述第一百分比但小于第二百分比则所述被确定的最小呼吸速率是第二速率，并且其中，如果由患者触发的先前呼吸的所述百分比大于或等于所述第二百分比则所述被确定的最小呼吸速率是第三速率。所述第一速率可以为10BPM并且所述第一百分比可以为20％，所述第二速率可以为9BPM并且所述第二百分比可以为40％，并且所述第三速率可以为8BPM。

本发明的示例性实施例预见了所述被确定的最小呼吸速率被用于确定定时器的定时器值，其中，所述定时器被用于确定是否将机器呼吸提供给患者。

本发明也预见了在通气机或压力支持系统中实现上述的技术。例如，在一个实施例中，本发明预见了提供一种压力支持系统，所述压力支持系统包括用于监测与患者的呼吸活动相关的数据的装置，用于确定消逝时期已经期满的定时装置，以及用于响应于确定所述消逝时期已经期满而基于与患者的呼吸活动相关的所述数据确定一个或多个逻辑许可是否全部被满足的装置。所述系统还包括用于如果确定所述一个或多个逻辑许可全部被满足则将机器呼吸提供给患者的装置。

在另一个实施例中，所述通气机或压力支持系统包括用于确定第一时期是否已经期满的第一定时装置，以及用于响应于确定所述第一时期已经消逝而(a)确定与患者的呼气相关的第一逻辑许可是否被满足，其中，如果认为患者的呼气完成则将确定所述第一逻辑许可被满足，并且用于(b)如果确定所述第一逻辑许可被满足则将机器呼吸提供给患者的装置。提供用于确定第二时期是否已经期满的第二定时装置，以及用于响应于确定所述第二时期已经消逝而(a)确定多个逻辑许可是否全部被满足，其中，所述多个逻辑许可包括所述第一逻辑许可，并且用于(b)如果确定所述多个逻辑许可全部被满足则将机器呼吸提供给患者的装置。

在又一个实施例中，所述系统包括用于基于与患者的先前自主呼吸相关的数据确定最小呼吸速率的装置，其中，所述被确定的最小呼吸速率是患者的先前自主呼吸相对于患者的总呼吸的量的函数，以及用于基于所述被确定的最小呼吸速率确定是否将机器呼吸提供给患者的装置。

本发明的这些和其他目标、特征和特性以及结构的相关元件的操作方法和功能以及部分的组合和制造经济性将通过参考附图考虑说明书和权利要求书而明显，全部附图形成该说明书的一部分，其中，在各个图中相似的附图标记表示相应的部分。然而应当明确地理解，附图仅仅是为了例示和描述的目的，而不是旨在作为本发明的范围的限定。当在说明书和权利要求中使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述一(个)”包括多个指代物，除非上下文另外清楚地规定。

附图说明

图1是根据本发明的一个特定的非限定性实施例的压力支持系统的示意图；

图2是示出了根据本发明的一个特定实施例的对最小呼吸速率的确定的流程图；

图3是示出了根据本发明的一个特定实施例的用于确定机器呼吸是否应当被提供给患者的第一机制的流程图；以及

图4是示出了根据本发明的另一个特定实施例的用于确定机器呼吸是否应当被提供给患者的第二机制的流程图。

具体实施方式

在本文中使用的方向词语，例如但不限于顶部、底部、左、右、上、下、前、后及其派生词，涉及图中所示的元件的取向，并且不限制权利要求，除非明确地在其中叙述。

当在本文中使用时，两个或更多部分或部件被“耦接”在一起的陈述应当指的是所述部分直接地或通过一个或多个中间部分或部件被联结或一起操作。当在本文中使用时，两个或更多部分或部件彼此“接合”的陈述应当指的是所述部分直接地或通过一个或多个中间部分或部件彼此施加力。当在本文中使用时，术语“数量”应当指的是一或大于一的整数(即，复数)。

如本文中更详细地所述(即，在结合图1的压力支持系统50的描述之后)，本发明在一个特定实施例中提供一种通气机和一种操作通气机的方法，所述通气机自动确定患者的定时支援速率。更具体地，患者的自主呼吸模式由所述通气机分析并且计算最佳定时呼吸速率。此外，信号处理技术被应用以确定机器呼吸是否确实应当被输送到患者。

也如本文中更详细地所述(即，在结合图1的压力支持系统50的描述之后)，在示例性实施例中有两种机制被用于确定机器呼吸是否应当被发出。两种机制同时被评价，并且任一种机制可以独立地触发机器呼吸。每种机制包括与一个或多个逻辑许可联系的基本定时元件。所述定时元件和所述一个或多个逻辑许可中的每一个都必须被满足以允许定时机制触发机器呼吸。这两种机制是彼此截然不同的，原因在于一个在它的机器呼吸定时中是保守的(conservative)，而另一个在它的机器呼吸定时中是激进的(aggressive)。在示例性实施例中，保守机制具有长时程(duration)定时元件和仅仅单一逻辑元件，而激进机制具有短时程定时元件和更复杂的多逻辑许可集合。

图1是根据本发明的一个特定的非限定性实施例的压力支持系统50的示意图，所述压力支持系统将在本文中被用于在各种实施例中例示本发明。参考图1，压力支持系统50包括流量发生器52，例如在常规的CPAP或双水平压力支持设备中使用的鼓风机，所述流量发生器从任何合适的源(例如氧气或空气或其他气体或气体混合物的加压罐，环境大气，或它们的组合)接收大体由箭头C指示的呼吸气体。流量发生器52生成呼吸气体(例如空气、氧气或它们的混合物)的气流，以用于在相对更高和更低的压力(即，大体等于或高于环境大气压力)下输送到患者54的气道。

来自流量发生器52的大体由箭头D指示的呼吸气体的加压气流经由输送管道56被输送到任何已知构造的呼吸面罩或患者接口58，所述呼吸面罩或患者接口典型地由患者54穿戴或以另外方式附连到患者以将呼吸气体的气流传递到患者54的气道。输送管道56和患者接口装置58典型地被统称为患者回路。在一个特定实施例中，患者接口58包括可操作地耦接到控制器64以用于测量被输送给患者的气体的压力的压力传感器。

图1中所示的压力支持系统50是被称为单肢系统的系统，表示患者回路仅仅包括将患者54连接到压力支持系统50的输送管道56。因而，排气孔57设在输送管道56中以用于如箭头E所指示从系统排出呼出气体。应当注意的是作为输送管道56的附加或代替，排气孔57可以设在其他位置，例如设在患者接口装置58中。也应当理解的是排气孔57可以具有各种各样的配置，这取决于从压力支持系统50排出气体的期望方式。

本发明也预见了压力支持系统50可以是双肢系统，具有连接到患者54的输送管道和排气管道。在双肢系统(也被称为二肢系统)中，排气管道运载来自患者54的排出气并且包括在患者54的远侧的端部的排气阀。在这样的实施例中的排气阀典型地激进被控制以保持系统中的预期水平或压力，这通常被称为呼气末正压通气(PEEP)。

此外，在图1中所示的示例性实施例中，患者接口58是鼻罩。然而应当理解的是患者接口58可以包括鼻/口罩、全罩式面罩、鼻插管、鼻枕、气管导管、气管内导管或提供合适的气流传递功能的任何其他装置。而且，为了本发明的目的，短语“患者接口”可以包括输送管道56和将加压呼吸气体源连接到患者54的任何其他结构。

在所示的实施例中，压力支持系统50包括呈设在输送管道56中的阀60的形式的压力控制器。阀60控制被输送到患者54的来自流量发生器52的呼吸气体的气流的压力。为了本目的，流量发生器52和阀60被统称为压力生成系统，原因是它们协同地作用以控制被输送到患者54的气体的压力和/或流量。然而，将显而易见的是本发明可以预见用于控制被输送到患者54的气体的压力的其他技术，例如改变流量发生器52的鼓风机速度，单独地或与压力控制阀组合。因此，阀60是任选的，这取决于用于控制被输送到患者54的呼吸气体的气流的压力的技术。如果阀60被消除，则压力生成系统对应于单独的流量发生器52，并且患者回路中的气体的压力例如通过控制流量发生器52的电机速度而被控制。

压力支持系统50还包括测量输送管道56内的呼吸气体的流量的流量传感器62。在图1所示的特定实施例中，流量传感器62与输送管道56一致地被插入，典型地在阀60的下游。流量传感器62生成流量信号Q_测得，所述流量信号被提供给控制器64并且由控制器64使用以确定在患者54处的气体的流量，被称为Q_患者。当然，本发明可以预见用于测量患者54的呼吸流量的其他技术，例如但不限于直接在患者54处或在沿着输送管道56的其他位置处测量流量，基于流量发生器52的操作测量患者流量，和使用在阀60的上游的流量传感器测量患者流量。

控制器64例如可以是微处理器、微控制器或某个其他合适的处理设备，包括或可操作地耦接到为数据和软件提供存储介质的存储器(未显示)，所述软件可由控制器64执行以用于控制压力支持系统50的操作，所述操作包括自动地确定患者54的定时支援速率和确定机器呼吸是否确实应当被输送到患者54，下文将对此进行更详细地描述。最后，输入/输出设备66被提供以用于设置由压力支持系统50使用的各种参数，以及用于向用户(例如临床医生或护理者)显示和输出信息和数据。本发明也预见了支援呼吸的定时功能和控制可以在独立设备(即，独立处理器或其他独立专用部件)中实现。

在本发明的示例性的非限定性实施例中，压力支持系统50基本上用作双水平压力支持系统，并且因此包括在这样的系统中必需的所有能力以便将独立的IPAP水平和EPAP水平提供给患者54。这包括通过输入命令、信号、指令或其他信息接收必要参数以用于提供双水平压力，例如最大和最小IPAP和EPAP设置。来自流量传感器62的流量信号Q_测得也被提供给控制器64，所述控制器控制压力生成系统50输出期望的吸气波形和呼气波形。典型地，执行压力支持操作包括基于流量信号Q_测得估计或确定实际患者流量(Q_患者)，确定患者54是否处于呼吸周期的吸气相或呼气相并且提供指示患者54的感知呼吸状态的I/E状态信号(呈二进制的形式)(I表示吸气相并且E表示呼气相)，以及触发和循环压力支持系统50。

或者，可以利用非二进制形式的I/E状态(例如吸气和呼气的相关系，并且所述设备可以确定怎样快速地循环它和是否通过提供定时呼吸提前相自身(参见美国专利No.6532959，图3和第9栏第33行至第10栏第54行)。另外，在示例性实施例中，压力支持系统50适于根据本文中所述的方法执行自动支援过程以用于将机器呼吸提供给患者54。因此，压力支持系统50能够提供通气的控制模式、辅助模式、支持模式和辅助/控制模式。

在作为单肢系统的本发明的一个实施例中，控制器64使用任何常规的技术估计来自压力支持系统的气体的泄漏并且将该泄漏估计包含到实际患者流量的确定中。在单肢系统中需要该泄漏估计，原因是单肢系统包括通过排气孔的已知泄漏以及其他未知泄漏，例如在患者接口的患者接触部位处和在患者回路上的各种管道接头处的泄漏。在双肢系统中，可能不需要泄漏估计，原因是流量传感器典型地设在排气孔处以直接测量排出气体的流量。在这样的系统中，可以通过从被输送到患者的测得流量减去测得排出流量而确定患者流量。可以领会的是泄漏检测可以在双肢系统中被执行以增加患者流量确定的精度。

Sanders等人的美国专利No.5148802、Zdrojkowski等人的美国专利No.5313937、Sanders等人的美国专利No.5433193、Zdrojkowski等人的美国专利No.5632269、Zdrojkowski等人的美国专利No.5803065、Zdrojkowski等人的美国专利No.6029664和Hill等人的美国专利No.6920875是描述如何实现用于将独立的IPAP水平和EPAP水平提供给患者的功能的专利的例子，上述专利的每一个的内容以引用方式并入本文中。这些功能包括用于检测和估计泄漏的技术，和用于检测患者的呼吸状态(I/E)和在存在泄漏的情况下管理(例如触发和循环)呼吸气体到患者的双水平输送的技术。因此，为了简化和简洁起见，本发明不再赘述这些功能。

如下面更详细地所描述的，本发明的方法利用某些参数，所述参数基于与由控制器64收集的患者54的自主呼吸相关的数据而被确定/更新。为了清楚和易于描述的目的，那些参数首先在下面进行描述，并且每个参数的目的和功能将从接下来的方法的描述得以更清楚的理解。

具体地，控制器64保持平均呼气时间的运行值E_T-平均，所述值是在预定数量的先前自主呼吸(例如最后12个自主呼吸)中的平均呼气时间(基于由控制器64生成的上述I/E信号)。E_T-平均随着每次呼吸被更新。基于E_T-平均，控制器64也随着每次呼吸保持和更新等于E_T-平均的某个比例的比例平均呼气时间E_比例(即，E_T-平均乘以常数)。在非限定性实施例中，E_比例＝E_T-平均*1.66(常数＝1.66)。控制器64也保持平均呼吸期的运行值P_平均，所述值是在预定数量的先前自主呼吸(例如最后12个自主呼吸)中的平均总呼吸时间(基于由控制器64生成的上述I/E信号)。P_平均随着每次呼吸被更新。基于P_平均，控制器64也随着每次呼吸保持和更新等于P_平均的某个比例的比例平均呼吸时间P_比例(即，P_平均乘以常数)。在非限定性示例性实施例中，P_比例＝P_平均*1.33P_平均(常数＝1.33)。

另外，控制器64确定和更新基于近期患者呼吸活动的最小呼吸速率R_最小。特别地，在示例性的非限定性实施例中，R_最小基于由控制器64监测和确定的患者触发呼吸(自主呼吸)的近期百分比。具体地，患者触发呼吸的百分比被计算为在某个时期内自主呼吸(即，非机器呼吸)的数量除以所有呼吸(自主和机器)的总数量乘以100。移动时间窗口被用于观察两个变量。典型的时期为大约一分钟。压力支持系统50的R_最小根据患者54依赖于用于呼吸支持的压力支持系统50的程度而被调节，并且当患者54变得更依赖于压力支持系统50时R_最小增加。

在一个特定的非限定性实施例中，R_最小如下被确定：(i)患者触发呼吸的百分比<20％，R_最小＝10次呼吸每分钟(BPM)；(ii)患者触发呼吸的百分比<40％，R_最小＝9次呼吸每分钟(BPM)；(iii)否则，R_最小＝8次呼吸每分钟(BPM)。因此，如果患者54正在进行100％自主呼吸，R_最小将为8BPM。当患者54开始具有呼吸暂停并且患者触发呼吸的百分比减小到百分之40和20之间时，R_最小将增加到9BPM。最后，如果患者54的患者触发呼吸的百分比下降到低于20％时，R_最小将增加到10BPM。

图2是示出了根据该特定实施例的对R_最小的确定的流程图。在步骤100，确定R_最小的控制器64中的例行程序接收指示最后呼吸是患者触发呼吸还是机器呼吸的最后呼吸触发信息。在步骤102，控制器64例如使用上述的移动窗口方法确定患者触发呼吸的当前百分比。在步骤104，确定患者触发呼吸的当前百分比是否小于20％。如果回答为是，则在步骤106，当前R_最小被设置为10BPM，其等于6秒的呼吸期。如果在步骤104的回答为否，则在步骤108，确定患者触发呼吸的当前百分比是否小于40％。如果回答为是，则在步骤110，当前R_最小被设置为9BPM，其等于大约6.66秒的呼吸期。如果在步骤108的回答为否，则在步骤112，当前R_最小被设置为8BPM，其等于7.5秒的呼吸期。对应于每个R_最小的呼吸期将被称为P_最小。应当理解的是图2中所示的特定百分比和特定速率仅仅是一个特定实施例，并且也可以利用其他百分比和/或速率。

如本文中的别处所述，在示例性实施例中有两种机制被用于确定机器呼吸是否应当被发出。两种机制在控制器64中实现并且同时被评价；任一种机制可以独立地触发机器呼吸。每种机制包括与一个或多个逻辑许可联系的基本定时元件。所述定时元件和所述一个或多个逻辑许可中的每一个都必须被满足以允许定时机制触发机器呼吸。

第一机制是基于呼气时间的保守机制，第一机制的特定实施例在图3的流程图中被显示。在本文中被称为保守定时器的第一机制的定时元件具有等于以下的较小者的时程：(i)上述的当前E_比例，和(ii)当前P_最小的三分之二(2/3)，并且在I到E的过渡(即，呼气相的开始)处重置/启动(触发)。另外，第一机制仅仅利用必须被满足以允许第一机制触发机器呼吸的单一逻辑许可(即，下述的呼气完成许可)。由于第一机制仅仅评价呼气时间，因此长吸气时间不影响性能。更具体地，好处是双重的。在该机制将为需要呼吸的患者启动定时呼吸之前短吸气呼吸导致很小的延迟，并且长吸气时间为不需要呼吸的患者延长了该机制的启用。

第二机制是基于呼吸时期的激进机制(相对于保守的第一机制，原因是它被调节为略快)，第二机制的特定实施例在图4的流程图中被显示。在本文中被称为激进定时器的第二机制的定时元件具有等于以下的较小者的时程：(i)上述的当前P_比例，和(ii)当前P_最小，并且在E到I的过渡(即，吸气相的开始)处重置/启动(触发)。另外，第二机制利用下述的多个逻辑许可，每个逻辑许可必须被满足以允许第二机制触发机器呼吸。

在分别结合图3和4更详细地描述第一(保守)机制和第二(激进)机制之前，在本方法的示例性实施例中利用的每个逻辑许可将在下面被描述。

第一逻辑许可在本文中被称为“呼气完成”许可。该逻辑许可是在第一(保守)机制中使用的单一逻辑许可(它也被用作第二(激进)机制的多个许可中的一个)。在示例性实施例中，“呼气完成”许可分析若干秒内基于在本文中的别处所述的Q_测得的患者流量信号Q_患者以观察流量的导数和流量的绝对值都为零的时间点。在示例性实施例中，患者流量被并入潮气量中并且产生潮气量和数据的一个第二潮气量“桶(bucket)”。导函数检查最后两个“桶”上的潮气量的差异。静态流量函数对照最后一秒内的绝对吸气潮气量。对于被认为完成的呼气，两个量度必须同时小于100ml。因此，“呼气完成”许可标志在该条件被满足的任何时候将被设置为“真”并且在该条件未被满足的任何时候被设置为“假”。应当注意的是移动窗口方法也可以用于该许可。在备选实施例中，容量贯穿在整个呼吸期间被并入(来自患者流量信号)，并且在呼出的容量匹配来自前一次吸气的容量的情况下呼气被认为完成。

第二逻辑许可在本文中被称为“近期支援呼吸发出”许可。“近期支援呼吸发出”许可标志在任何定时呼吸(机器呼吸)已经被发出时被设置为“真”，并且在已经发生3个定时呼吸(机器呼吸)的任何时候被设置为“假”。“近期支援呼吸发出”许可标志只有在已经发生自主呼吸之后才可以再次被设置为“真”。

第三逻辑许可在本文中被称为“百分比定时触发呼吸小于50％”许可。在该逻辑许可的示例性实现方式中，十二位置门积分平均器(boxcar)被用于监测最后12次呼吸内的定时呼吸的百分比。在最后12次呼吸内的定时呼吸的百分比小于50％的任何时候，“百分比定时触发呼吸小于50％”许可标志被设置为“真”。否则，该标志被设置为“假”。

第四逻辑许可在本文中被称为“短期每分钟通气小于长期每分钟通气”许可。这检查每分钟通气的两个移动窗口，一个用于使用具有第一长度的窗口测量的短期每分钟通气并且一个用于使用具有第二长度的窗口测量的长期每分钟通气。在示例性的非限定性实施例中，第一长度为30秒并且第二长度为120秒。在短期每分钟通气小于长期每分钟通气的任何时候，“短期每分钟通气小于长期每分钟通气”许可标志被设置为“真”。否则，该标志被设置为“假”。

第五逻辑许可在本文中被称为“无近期猝发呼吸”许可。“无近期猝发呼吸”许可检查数据的两个分钟窗口并且比较某些接受呼吸(即，仅仅满足下述的具体标准的呼吸)的呼吸期的标准偏差与阈值，并且如果标准偏差小于阈值，则“无近期猝发呼吸”许可标志被设置为“真”，否则它被设置为“假”。在示例性实施例中，如果测得标准偏差小于.25秒的阈值，则“无近期猝发呼吸”许可标志被设置为“真”，否则它为“假”。

如上所述，在特定呼吸可以被用于标准偏差计算中之前，它必须满足某些标准。特别地，有两个测试标准用于检查每个特定呼吸，并且将被接受的呼吸必须通过所述标准中的至少一个。进行第一测试以确定呼吸是否正常。对于将被认为正常的呼吸，以下接受测试必须全部为“真”：(i)峰值流量必须大于0；(ii)呼吸期必须大于2秒；(iii)吸气时间必须大于0.5秒；(iv)吸入和呼出潮气量必须在彼此的65％内；以及(v)吸入潮气量必须大于150ml。如果以上标准全部被满足，则呼吸被认为正常并且被接受，并且“真”的值作为输入被传入第二测试中。如果以上测试中的任何一个失败，则“假”的值作为输入被传入第二测试中。第二测试通过来自第一测试的结果。也就是说“真”和“假”的值被传入第二测试中。第二测试监测“真”和“假”的发生率以识别大量的“真”和“假”正被传入的时期。如果最后10次呼吸中的5个具有第一测试“假”值，则第二测试通过当前呼吸并且将内部计数机制归零。

图3是揭示基于呼气时间的第一(保守)机制的操作(在控制器64中被执行)的流程图。如上所述，第一机制的定时元件(保守定时器)在存在由控制器64确定的I到E的过渡(即，呼气相的开始)的任何时间重置/启动。因此，操作在步骤120开始，其中确定是否检测到I到E的过渡。如果回答为否，则操作返回到步骤120。如果回答为是，意味着已经检测到I到E的过渡，则操作进入步骤122，其中，保守定时器被设置为等于当前E_比例和当前P_最小的三分之二(2/3)中的较小者。然后在步骤124，保守定时器被启动(倒数开始)。在步骤126，确定保守定时器是否已经期满。如果回答为否，则在步骤128，确定是否检测到E到I的过渡(即，呼吸(自主或机器)的吸气的开始)。如果回答为是，则操作返回到步骤120(等待I到E的过渡)，并且如果回答为否，则操作返回到步骤126(监测保守定时器的期满)。

然而，如果在步骤126的回答为是，意味着保守定时器已期满，则在步骤130，确定“呼气完成”许可标志当前是否被设置为“真”。如果回答为是，则在步骤132，控制器64根据机器呼吸的预定参数(例如吸气时间、IPAP水平、EPAP水平)输送机器呼吸。在示例性实施例中，用于机器呼吸的吸气时间自动被确定并且等于算出的自主呼吸的运行平均吸气时间(自主呼吸的吸气时间)。在步骤132之后，操作返回步骤120。如果在步骤130的回答为否，则在步骤134，确定是否检测到E到I的过渡(即，呼吸(自主或机器)的吸气的开始)。如果回答为否，操作返回步骤130以监测“呼气完成”许可标记的状态。然而，如果在步骤134的回答为是，则操作返回到步骤120(等待I到E的过渡)。

图4是揭示基于呼吸时期的第二(激进)机制的操作(在控制器64中被执行)的流程图。如上所述，第二机制的定时元件(激进定时器)在存在由控制器64确定的E到I的过渡(即，吸气相的开始)的任何时间重置/启动。因此，操作在步骤150开始，其中确定是否检测到E到I的过渡。如果回答为否，则操作返回到步骤150。如果回答为是，意味着已经检测到E到I的过渡，则操作进入步骤152，其中，激进定时器被设置为等于当前P_比例和当前P_最小中的较小者。然后在步骤154，激进定时器被启动(倒数开始)。在步骤156，确定激进定时器是否已经期满。如果回答为否，则在步骤158，确定否检测到E到I的过渡(即，呼吸(自主或机器)的吸气的开始)。如果回答为是，则操作返回到步骤152(定时器重置)，并且如果回答为否，则操作返回到步骤156(监测激进定时器的期满)。

然而，如果在步骤156的回答为是，意味着激进定时器已期满，则在步骤160，确定上述的所有许可标志(“呼气完成”许可标志、“近期支援呼吸发出”许可标志、“百分比定时触发呼吸小于50％”许可标志、“短期每分钟通气小于长期每分钟通气”许可标志和“无近期猝发呼吸”许可标志)当前是否都被设置为“真”。如果回答为是，则在步骤162，控制器64根据机器呼吸的预定参数(例如吸气时间、IPAP水平、EPAP水平)输送机器呼吸。在示例性实施例中，用于机器呼吸的吸气时间自动被确定并且等于算出的自主呼吸的运行平均吸气时间(自主呼吸的吸气时间)。在步骤162之后，操作返回到步骤152。如果在步骤160的回答为否(一个或多个标志不为“真”)，则在步骤164，确定是否检测到E到I的过渡(即，呼吸(自主或机器)的吸气的开始)。如果回答为否，则操作返回到步骤160以监测许可标志的状态。如果在步骤164的回答为是，则操作返回到步骤152(定时器重置)。

尽管为了例示的目的基于当前被认为最可行和优选的实施例详细描述了本发明，但是应当理解的是这样的细节仅仅为了例示目的并且本发明不限于所公开的实施例，而是相反地，旨在涵盖在权利要求书的精神和范围内的修改和等效布置。例如，应当理解的是本发明在可能的范围内预见了任何实施例的一个或多个特征可以与任何其他实施例的一个或多个特征组合。

Claims (30)

1.一种压力支持系统，其包括：

用于监测与患者的呼吸活动相关的数据的装置；

用于基于与所述患者的先前自主呼吸相关的数据确定最小呼吸速率的装置，其中，被确定的最小呼吸速率是所述患者的先前自主呼吸相对于所述患者的总呼吸的量的函数；

用于确定消逝时期已经期满的定时装置，所述消逝时期是基于被确定的最小呼吸速率而确定的；

用于响应于确定所述消逝时期已经期满而基于与所述患者的呼吸活动相关的所述数据确定一个或多个逻辑许可是否全部被满足的装置；以及

用于响应于确定所述消逝时期已经期满并且所述一个或多个逻辑许可全部被满足将机器呼吸提供给所述患者的装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个逻辑许可包括与所述患者的呼气相关的第一逻辑许可，并且其中，如果认为所述患者的呼气完成则将确定所述第一逻辑许可被满足。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，响应于分析预定时期内的患者流量并且观察所述患者流量的导数和所述患者流量的绝对值两者都小于预定值的时间点而认为所述患者的呼气完成。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述分析包括将所述患者流量并入潮气量数据中，并且产生多个潮气量组，每个潮气量组对应于来自所述潮气量数据的预定时程，每个潮气量组包括所述潮气量组的潮气量数据的和，其中，在任何特定时间点通过确定与所述特定时间点相关联的潮气量组的和同紧邻与所述特定时间点相关联的潮气量组的先前潮气量组的和之间的差值的绝对值来确定所述导数，并且其中，在所述特定时间点的患者流量的绝对值等于与所述特定时间点相关联的潮气量组的和的绝对值。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述预定值为100ml。

6.根据权利要求3所述的系统，还包括用于将所述患者流量并入潮气量数据中并且产生多个潮气量组的装置，每个潮气量组对应于来自所述潮气量数据的预定时程，每个潮气量组包括所述潮气量组的潮气量数据的和，其中，响应于以下认为所述患者的呼气完成：(i)确定与特定时间点相关联的潮气量组的和同紧邻与所述特定时间点相关联的潮气量组的先前潮气量组的和之间的差值的绝对值，以及(ii)确定与所述特定时间点相关联的潮气量组的和的绝对值小于所述预定值。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述预定值为100ml。

8.根据权利要求2所述的系统，其中，响应于分析呼吸内的患者流量认为所述患者的呼气完成，所述系统还包括用于确定贯穿所述呼吸期间的容量的装置，其中，在与呼气相关联的容量的第一部分匹配与紧邻所述第一部分的先前吸气相关联的容量的第二部分的情况下认为呼气完成。

9.根据权利要求2所述的系统，其中，所述定时装置是保守定时器，当检测到吸气到呼气的过渡时触发所述保守定时器，并且其中，所述一个或多个逻辑许可仅仅包括所述第一逻辑许可。

10.根据权利要求9所述的系统，还包括在检测到吸气到呼气的过渡的任何时候将所述定时装置设置到作为所述消逝时期的定时器值，所述定时器值是以下的较小者：(i)所述患者的平均呼气时间乘以常数，和(ii)预定最小呼吸期的一部分。

11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述常数是1.66并且所述一部分是三分之二。

12.根据权利要求2所述的系统，其中，所述定时装置是主动定时器，当检测到呼气到吸气的过渡时触发所述主动定时器，并且其中，所述一个或多个逻辑许可是多个逻辑许可。

13.根据权利要求12所述的系统，还包括在检测到呼气到吸气的过渡的任何时候将所述定时装置设置到作为所述消逝时期的定时器值，所述定时器值是以下的较小者：(i)所述患者的平均呼吸期乘以常数，和(ii)预定最小呼吸期。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述常数是1.33。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述多个逻辑许可包括与预定数量的先前呼吸内的定时呼吸的百分比相关的第二逻辑许可，并且其中，如果所述预定数量的先前呼吸内的定时呼吸的所述百分比小于预定量则将确定所述第二逻辑许可被满足。

16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述预定量为50％。

17.根据权利要求12所述的系统，其中，所述多个逻辑许可包括与每分钟通气相关的第二逻辑许可，并且其中，如果在第一时期内测量的短期每分钟通气小于在比所述第一时期更长的第二时期内测量的长期每分钟通气则将确定所述第二逻辑许可被满足。

18.根据权利要求12所述的系统，其中，所述多个逻辑许可包括与预定时期内的先前呼吸期的标准偏差相关的第二逻辑许可，并且其中，如果所述标准偏差小于预定值则将确定所述第二逻辑许可被满足。

19.根据权利要求12所述的系统，其中，所述多个逻辑许可包括第二逻辑许可，如果标志被设置为“真”则将确定所述第二逻辑许可被满足，其中，当定时呼吸被提供给所述患者时所述标志被设置为“真”，并且只有三个连续定时呼吸被输送到所述患者所述标志才被设置为“假”。

20.根据权利要求10所述的系统，其中，基于由所述患者触发的先前呼吸的百分比确定所述预定最小呼吸期。

21.根据权利要求13所述的系统，其中，基于由所述患者触发的先前呼吸的百分比确定所述预定最小呼吸期。

22.根据权利要求1所述的系统，其中，与所述患者的先前自主呼吸相关的所述数据包括由所述患者触发的先前呼吸的百分比，其中，当由所述患者触发的先前呼吸的所述百分比减小时所述被确定的最小呼吸速率增加。

23.根据权利要求22所述的系统，还包括用于确定在预定时期内由所述患者触发的先前呼吸的所述百分比的装置。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述预定时期是一分钟。

25.根据权利要求24所述的系统，其中，所述预定时期是即将确定由所述患者触发的先前呼吸的所述百分比之前的一分钟。

26.根据权利要求22所述的系统，其中，如果由所述患者触发的先前呼吸的所述百分比小于第一百分比则所述被确定的最小呼吸速率是第一速率，其中，如果由所述患者触发的先前呼吸的所述百分比大于或等于所述第一百分比但小于第二百分比则所述被确定的最小呼吸速率是第二速率，并且其中，如果由所述患者触发的先前呼吸的所述百分比大于或等于所述第二百分比则所述被确定的最小呼吸速率是第三速率。

27.根据权利要求26所述的系统，其中，所述第一速率为10BPM并且所述第一百分比为20％，其中，所述第二速率为9BPM并且所述第二百分比为40％，并且其中，所述第三速率为8BPM。

28.一种向患者提供压力支持的系统，其包括：

用于确定第一时期是否已经期满的第一定时装置；

用于响应于确定所述第一时期已经期满(a)确定与所述患者的呼气相关的第一逻辑许可是否被满足，其中，如果认为所述患者的呼气完成则将确定所述第一逻辑许可被满足，并且用于(b)响应于确定所述第一时期已经期满并且所述第一逻辑许可被满足将机器呼吸提供给所述患者的第一许可装置；

用于确定第二时期是否已经期满的第二定时装置；

用于响应于确定所述第二时期已经期满(a)确定多个逻辑许可是否全部被满足，其中，所述多个逻辑许可包括所述第一逻辑许可，并且用于(b)响应于确定所述第二时期已经期满并且所述多个逻辑许可全部被满足将机器呼吸提供给所述患者的第二许可装置；

其中，所述第一定时装置、所述第二定时装置、所述第一许可装置和所述第二许可装置同时操作以确定是否提供机器呼吸。

29.根据权利要求28所述的系统，其中，所述第一定时装置是保守定时器，当检测到吸气到呼气的过渡时触发所述保守定时器，在检测到吸气到呼气的过渡的任何时候将所述第一定时装置设置到第一定时器值，所述第一定时器值是以下的较小者：(i)所述患者的平均呼气时间乘以第一常数，和(ii)预定最小呼吸期的一部分，并且其中，所述第二定时装置是主动定时器，当检测到呼气到吸气的过渡时触发所述主动定时器，在检测到呼气到吸气的过渡的任何时候将所述第二定时装置设置到第二定时器值，所述第二定时器值是以下的较小者：(i)所述患者的平均呼吸期乘以第二常数，和(ii)预定最小呼吸期。

30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述第一常数是1.66，所述第二常数是1.33，并且所述一部分是三分之二。