CN102369036A

CN102369036A - 呼吸设备的peep调节

Info

Publication number: CN102369036A
Application number: CN2009801585715A
Authority: CN
Inventors: E·卡德利厄斯; M·埃克伦
Original assignee: Maquet Critical Care AB
Current assignee: Maquet Critical Care AB
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: EP2411075B1; US20120167884A1; US9333312B2; CN102369036B; EP2411075A1; WO2010108552A1

Abstract

公开一种呼吸设备(5)，包括呼气流量传感器单元(152)、呼气压力传感器单元(153)、呼气压力调节器(59)以及操作上连接到呼气压力传感器单元用于呼吸周期的呼气期中的呼气压力的反馈控制的呼气控制单元(510)。呼气控制单元(510)适合在呼气期中基于所述同一呼吸周期的吸气期的吸气潮气量(VT_i)以及由呼气流量传感器单元(152)所测量的当前累计的呼气潮气量(VT_e)向呼气压力调节器(59)提供实时目标压力值供调整预期呼气末正压(PEEP)等级(PEEP_set)。这样，得到以最小化的呼吸功对PEEP进行有利调节。

Description

呼吸设备的PEEP调节

技术领域

一般来说，本发明涉及呼吸设备及其呼气调节的领域。更具体来说，本发明涉及通过这种呼气设备中的呼气压力调节器对呼气压力的调节及其方法。再更具体来说，本发明涉及呼吸周期的呼气期中呼气压力的调节，以便得到预期呼气末正压(PEEP)。

背景技术

各种呼吸设备设置成提供用户可选预期呼气末正压(PEEP)。这类设备包括重症监护呼吸机、麻醉机等等。但是，所得到的实际PEEP可能因各种原因而偏离用户所选预期PEEP。这类偏离例如可因换气期间、如呼吸周期中患者状况或系统的变化而发生，例如患者在病床上的位置的变化等患者变化、例如管道的变化、滤波器变化、湿度水分交换器(HME)插入、湿度积聚等系统变化。

在与本申请所有者相同的US 6564798中，公开一种用于在呼气期间控制呼吸机中的呼气阀的方法。在呼气期间，该方法包括完全开启呼气阀的第一间隔。在这个第一间隔期间，没有执行呼气压力的主动控制。确定呼气期中流量或压力满足预定义条件的时间。当呼气部分的流量满足该条件时，开始第二间隔。在第二间隔期间调整呼气阀，以便得到患者的预置呼气末正压(PEEP)压力。但是，在US 6564798中没有给出关于如何执行这种调节的细节。此外，在工作于偏流的呼吸设备中，当没有气流可用于在调节期间调整呼气压力时，可能触发新的吸气周期。

在与本申请申请人相同的US 2003/168066A1中，公开一种用于调节呼气气流内的气体压力的呼气阀。根据输入调节信号和呼气压力传感器来执行调节。控制单元耦合到呼气阀以及呼气压力传感器，供计算作为时间的函数的目标压力。目标压力取决于从压力的测量以及在吸气期中制成的所提供呼吸气体的吸入量所计算的顺应性的值。顺应性由容量的变化ΔV除以包括吸气管道和患者肺部的系统的压力的变化ΔP来计算。呼气压力基于与目标压力和实际压力之间的差的幅值相关的调节信号来控制。但是，US 2003/168066A1中公开的方法的可靠性可得到提高，因为顺应性是非恒定参数，并且甚至在单个呼吸周期中可能发生变化，即，在吸气期间所计算的顺应性在单次呼气期间可能发生变化。顺应性例如因患者移动等而可能发生变化。更详细来说，US 2003/168066A1中公开的方法的主要缺点在于，压力曲线在吸气期间通过基于所计算吸气顺应性的所计算时间常数来定义。但是，现实呼吸电路的实际时间常数与这个所计算时间常数不同。实际时间常数实际上取决于顺应性与流阻之积。不可能只基于顺应性的值来推断流阻并且因此推断时间常数。流阻取决于患者肺部和气管内管等的性质，并且这些因素与顺应性无关。另外，实际时间常数在单个呼吸周期的呼气过程期间可能发生改变，并且因此US 2003/168066A1中公开的估计不适合多种临床情况。

此外，希望使采用呼吸设备来换气的患者呼气呼吸功为最小。

因此，需要一种调节呼气压力并且可靠地实现预期PEEP的改进方法。

因而，调节呼气压力的改进呼吸设备和方法会是有利的，并且具体来说，允许提高的灵活性、可靠性和患者安全性会是有利的。

发明内容

相应地，通过提供如所附专利权利要求书所述的呼吸设备、方法和计算机程序产品，本发明的实施例优选地单独或通过任何组合来寻求缓解、减轻或消除本领域的例如以上所述的一个或多个缺陷、缺点或问题。

这个目的通过在呼吸设备中提供呼气目标压力参考曲线来实现，呼气目标压力参考曲线取决于在呼吸周期的呼气期中当前已经呼出同一呼吸周期的吸入潮气量的数量。

本方法和设备不是基于不同呼吸周期之间的参数或测量。调节不是迭代的，而是基于逐次呼吸。迭代解决方案的缺点在于，迭代方法没有利用例如不同呼吸周期之间的患者肺部顺应性。相比之下，本方法基于同一呼吸周期的正确测量的吸气潮气量。

按照本发明的第一方面，提供如权利要求1所述的呼吸设备。在一个实施例中，呼吸设备包括呼气流量传感器单元、呼气压力传感器单元、呼气压力调节器以及操作上连接到呼气压力传感器单元用于呼吸周期的呼气期中的呼气压力的反馈控制的呼气控制单元。呼气控制单元适合在呼气期中向呼气压力调节器提供实时可变目标压力(P_target)，供调节预期呼气末正压(PEEP)等级(PEEP_set)。基于呼吸设备所提供的同一呼吸周期的吸气期的吸气潮气量(VT_i)以及呼气流量传感器单元所测量的当前累积呼气潮气量(VT_e)来提供目标压力(P_target)。

按照本发明的另一方面，提供如所附独立方法权利要求所述的方法。在一个实施例中，该方法是在呼吸周期的呼气期中内部控制呼吸设备的呼气压力调节器的方法。可按照第一方面提供呼吸设备。该方法包括：测量在呼吸周期的吸气期中从呼吸设备所传递的吸入潮气量(VTi)；随后在呼气期中，由呼气流量传感器单元来测量呼气气体的流量；计算呼气期的累积呼气潮气量(VTe)；以及基于同一呼吸周期的吸气期的吸气潮气量(VTi)和当前累积呼气潮气量(VTe)向呼气压力调节器提供实时目标压力供调节到预期呼气末正压(PEEP)等级(PEEP_set)。

在一个实施例中，该方法在体外执行，而无需患者连接到呼吸设备。

按照本发明的另一方面，提供一种在计算机可读介质上可存储的计算机程序产品供计算机进行处理。计算机程序产品包括用于在呼吸周期的呼气期中内部控制呼吸设备的呼气压力调节器的代码段。代码段包括：第一代码段，用于测量在呼吸周期的吸气期中从呼吸设备所传递的吸入潮气量(VT_i)；第二代码段，用于随后在呼气期中，由呼气流量传感器单元来测量呼气气体的流量；第三代码段，用于计算呼气期的累积呼气潮气量(VT_e)；以及第四代码段，用于基于同一呼吸周期的吸气期的吸气潮气量(VT_i)和当前累积呼气潮气量(VT_e)向呼气压力调节器(59)提供实时目标压力供调节到预期呼气末正压(PEEP)等级(PEEP_set)。

本发明的其它实施例在从属权利要求中定义，其中本发明的第二和后续方面的特征加以必要修改适用于第一方面。

本发明的一些实施例提供从患者的气体的快速呼气释放，并且然后保持患者肺部中的预期PEEP。

本发明的一些实施例还提供最小化呼吸功、即，向患者提供轻松呼气。

本发明的一些实施例提供单个呼吸周期中的肺力学的变化的可靠考虑。

本发明的一些实施例提供呼气结束之前触发新吸气的可靠防止，因为偏流的值被观测但没有下传。

本发明的一些实施例提供各种类型的肺部的呼吸功的可靠最小化。

本发明的一些实施例提供可靠压力调节而没有不稳定性。

本发明的实施例提供自动使各种类型的肺部的呼气阻力为最小。

应当强调，在本说明书中使用时，术语“包括/包含”用来表示存在所述特征、整体、步骤或组件，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整体、步骤、组件或者它们的组合。

附图说明

通过参照附图对本发明的实施例的以下描述，本发明的实施例具有的这些和其他方面的特征和优点将会显而易见并且明晰，附图包括：

图1是包括用于向预期PEEP等级的呼气压力调节的控制单元的呼吸设备的示意图示；

图2是示出压力控制呼吸周期中的典型流量分布的图表，其中

是按照参考条件(即补偿给定压力和温度)、来自呼吸设备的流量；

图3是示出呼吸周期的呼气期中的预期PEEP等级的患者肺部压力和目标压力的图表；

图4是示出方法中的呼气压力调节的不同阶段的图表；

图5是示出用于调节预期PEEP的两种不同方法的呼气流量和目标压力的图表；

图6是示出一种将呼气压力调节到预期PEEP等级的方法的流程图；以及

图7是用于将呼气压力调节到预期PEEP等级的计算机程序产品的示意图示。

具体实施方式

现在将参照附图来描述本发明的具体实施例。但是，本发明可通过许多不同形式来具体化，而不应当理解为局限于本文所提出的实施例；相反，提供这些实施例以使得本公开透彻和全面，并且向本领域的技术人员全面地传达本发明的范围。附图所示的实施例的详细描述中使用的术语不是要限制本发明。附图中，相似的标号表示相似的元件。

以下描述集中于可适用于具有吸气和呼气分支的呼吸装置的本发明的实施例。但是，大家会理解，本发明并不局限于医疗呼吸机的所示实施例，而是可适用于许多其它呼吸设备，包括例如具有呼吸循环的麻醉机、CO2吸收器、容量反射器等等。所有应用的共同之处在于，PEEP是通过本发明的实施例可有利地调节的。

在图1，气流的方向由三角形箭头示出。在实施例中，在这里由医疗呼吸机5所表示的呼吸设备示为具有吸气气流段15和呼气气流段17。在其它实施例中，呼吸设备可以是麻醉呼吸设备。麻醉呼吸设备可包括循环系统。呼吸设备的所有实施例的共同之处在于，它们包括处理在呼吸周期的呼气期中从患者所呼出的气体的呼气气流段。

所示实施例的吸气气流段15适合于连接到例如氧气或空气的一个或多个气体源50以及连接到吸气管路56。吸气气流段15包括调节布置51，以便调节来自一个或多个气体源50的气流，并且在患者呼吸周期的吸气期中将呼吸气体提供到吸气管路56中。吸气流量计52和吸气压力传感器53设置在吸气段15中，以便分别测量进入吸气管路56的呼吸气体的流量和压力。其它实施例可包括适当设置的蒸发器，供随吸气气流对患者施用麻醉剂。另外，在另一个实施例中，循环系统可提供一定程度的较早所呼出患者气体的再呼吸，包括用于调节循环气体的单元、如CO₂吸收器。在后一种情况下，新鲜气流由调节布置51来控制，以便适当地补充呼吸循环中的气体含量。

呼气气流段17适合连接到呼气管路58，并且包括呼气压力调节器59、如电磁阀。呼气压力调节器59适合控制压力，并且因此间接控制来自患者100的气道的呼气气体的流量。呼气流量计152也设置在呼气气流段17中。呼气压力调节器59适合在患者呼吸周期的呼气期中调节呼气气流段17和患者100的气道内的气体压力。呼气压力传感器153设置成测量呼气气体压力，并且在这个实施例中，位于呼吸机5的呼气气流段17内，靠近呼气压力调节器59。

导管57、如气管内管设置成为从吸气管路56传递到患者100的气道的呼吸气体以及从患者100的气道进入呼气管路17的呼气气体提供共同气流通路。

在包括循环系统(未示出)的实施例中，止回阀可适当设置成支持气流的正确方向。

微处理器控制单元500也包含在呼吸机5内，并且在这里操作上连接到吸气控制单元505和呼气控制单元510。

吸气控制单元505生成并且向吸气调节布置51传送控制信号。控制信号通常根据吸气流量计52和吸气压力传感器53其中之一或两者所测量的气体参数并且根据预期传递模式来生成。传递模式和将要测量的参数的选择通常由呼吸机5的操作员来选择，但是这例如可基于患者100的被监测呼吸动作自动选择。然后，这个调节布置505响应这些控制信号而进行操作，以便调节呼吸气体向吸气管路56中的供应。

在图2，在图表1中示出压力控制呼吸周期中典型流量分布10。

是来自呼吸设备、按照参考条件(即对于给定压力和温度所补偿)的流量。

在吸气期INSP期间具有正值，因为正气流在时间0的吸气开始与时间T_insp的吸气结束之间经由到患者100的吸气气流段15提供到患者中。

在呼气期EXP期间具有负值，因为气流在时间T_insp的吸气结束(＝呼气开始)与时间T_exp的呼气结束之间经由呼气气流段17从患者提供到呼吸设备中。此后，新的呼吸周期以下一个吸气期开始。

基于来自吸气气体流量计52的测量，将吸气潮气量VT_i确定为呼吸周期的吸气期中由患者100所吸入的气体量。吸气潮气量VT_i可易于通过在整个吸气期中按照已知方式对来自流量计52的输出求积分来计算。VT_i还可通过其它方式来确定，例如通过对气体源50所提供的气体进行计量来确定。

呼气控制单元510生成并且向呼气压力调节器59传送控制信号。这些控制信号在呼气期中响应来自呼气压力传感器153和呼气流量计152的压力信号而生成，以便实现预期PEEP压力。

以下将更详细描述呼气控制部件510进行操作以生成控制信号的方式。

呼气控制单元510编程为作为反馈类型控制器进行操作，其中按照控制算法从压力传感器153所测量的实际压力与控制部件510所生成的目标压力之间的比较来生成控制信号。

通过控制算法，操作呼气压力调节器59，以便准许呼气气体的流动，其中考虑了实现预期PEEP等级PEEP_set的要求。为了尽可能迅速地将如由呼吸机5中的呼气压力传感器152进行的测量所表示的肺部压力调节到PEEP_set，优选的是，控制算法设计成在达到PEEP_set之前准许所测量压力下降到低于PEEP_set。

应当注意，当存在呼气气流时，如所示实施例中位于呼气气流段17的呼气压力传感器153所测量的压力将比患者100的肺部内的压力要小。这种偏差归因于沿呼气气流段17以及在气管内管和肺部中的压力下降，只要其中存在气流。

备选地，呼气压力可从位于Y型管157的压力传感器来测量，从而消除由于沿呼气气流段17(除了气管内管和肺部)的压力下降引起的压力差。

因此，即使可允许所测量呼气压力下降到低于PEEP_set，也选择不允许下降太多以使肺部内的压力在调节期间下降到低于PEEP_set的等级。图3是示出呼吸周期的呼气期中对于预期PEEP_set等级的患者肺部压力20(虚线)和目标呼气压力22(实线)的这种关系的图表2。

不管是否准许初始压力下降到低于PEEP_set，控制算法均适合生成作为时间t的函数并且与所呼出气体量的值相关的目标压力P_target30，如图4所示。所呼出气体量例如由呼气气体流量计152来测量或者由其它单元来提供。

呼气潮气量VT_e与同一个呼吸周期的所吸入潮气量VT_i可以相同或不同。

呼气控制单元510的控制算法基于潮气量控制参数。控制算法适合这个潮气量控制参数的各种条件，下面将进一步说明。提供控制算法，以便适合特定患者以及控制条件的变化，例如进行机械换气辅助中的单个呼吸周期期间或之内的肺部顺应性或阻力的变化。

下面将更详细地说明这个有利控制算法。

PEEP反馈控制的主要任务是尽可能迅速地并且以患者尽可能低的呼吸功从患者肺部释放气体。在呼气期期间或结束时，停止呼气气体释放，并且预期PEEP被得到并且保持在患者100的肺部中。

此外，PEEP调节器59的呼气压力目标曲线P_target 30其中还按照下列要求进行工作：

-PEEP调节器59在呼气期开始时、例如随当前步骤不会完全开启，因为这可能潜在地激发系统中难以控制的振荡。送往PEEP调节器59的电流选择成不会比系统能够进行物理反应、即从呼气分支17释放气体(连接或者没有连接患者100)更快地发生变化。

-按照如下方式使呼气呼吸阻力为最小：实时考虑肺部及其结构的最近状况，包括单个呼吸周期中的所有变化。

-相同呼气压力控制算法对于所有类型的肺均有效，而与顺应性、阻力、潮气量等等无关。

可通过至少在呼气期开始期间将呼吸机中的呼气压力调整到低于预期PEEP的压力，使呼气呼吸功为最小。这样，患者可更容易呼气。由于呼吸设备和所连接患者管道的聚合气流通路以及患者100的解剖呼吸通路中的阻力，肺部中的压力将高于呼气压力传感器所测量的压力，只要存在呼气流量。

因此，要求在于，在呼气流量达到零时或之前建立PEEP等级，或者建立偏流(如果存在的话)。否则，肺部中的压力将下降到低于PEEP，并且肺部必须重新填充大量气体，以便将压力回升到PEEP。但是，这种重新填充容量要求需要时间来产生或者取自偏流的流量。在重新填充容量取自偏流的情况下，这在容量超过预定义触发容量的情况下将引起下一个吸气期的流量触发。但是，在前一个呼气期结束之前触发新吸气期对于患者是不方便并且可能有害的。本方法避免这类问题。

为了简化对PEEP调节器59的目标压力曲线P_target 30的描述，曲线示意地再分成三段A、B和C，如图4所示。段A覆盖气体的快速释放的阶段。段B覆盖将患者肺部压力调节到PEEP_set。段C是恒定PEEP的阶段，其中PEEP_set保持到新呼吸周期的开始。

在实际实施例中，为调节呼气阀所提供的目标压力按照MAX(A，MIN(B，C))来创建。为了使从部分A到部分B的过渡不太陡，曲线部分A的斜率在接近曲线部分B时减小，在图4中如虚线所示，其过渡在图4的环绕部分放大示出。

以下描述特别强调在段B期间得到目标压力曲线。

将患者肺部压力调节到PEEP_set的的两种不同方法的呼气流量和目标压力在图5中通过高顺应性和低阻力的肺部的示例示出。图5中示出下列曲线：30容量相关呼气调节器目标压力(具有段A、B、C)；41具有容量相关压力调节的呼气流量；43恒定呼气调节器目标压力；44使用恒定压力的呼气流量。

目标压力曲线的段A

呼气目标压力曲线30在时间Tinsp以吸气末压力级开始。

在表示目标压力、延伸到时间t_A的曲线的段A中，提供从患者肺部的气体的快速释放。曲线的梯度基于当前患者100的肺部的所计算顺应性来选择成与呼气气体的释放成比例。基于呼气目标压力曲线30的段A中的压力调节在最大梯度与最小梯度之间执行。在以理论上最快方式清空肺部时，存在最大压力梯度。在预定更缓慢地清空肺部(例如基于患者的疾病或生理状态)时，存在最小压力梯度；又参见下文。

对于硬肺(低顺应性)，梯度比柔韧肺的要小，即，曲线的假想延长线在x轴处的相交点对于较硬肺朝向更高值。

对于小肺容量，小调节容量缓冲是可用的。在这种情况下，更小心地降低压力。对于较大肺容量，往往相当于较大顺应性值，曲线在段A中较陡。

曲线的最大梯度取决于多快系统容量能够通过呼吸设备的呼气排气来释放。这是系统的物理极限。例如通过测量呼气压力在呼气期开始时多快地下降来确定曲线的这个最大梯度，其中塞子阻塞Y型管并且采用阶梯函数完全开启呼气阀。物理上不可能比采用曲线的这个所确定最大梯度更快地从任何类型的患者肺部释放气体量。如果施加比曲线的这个最大梯度更陡的呼气压力的目标值曲线，则只在压力调节器中创建偏离误差，该误差不可能被补偿。呼气压力的调节可能变得不稳定，这是不合需要的。因此，如申请人已经认识到，呼气压力调节器不需要比采用曲线的这个最大梯度更快地开启。

最理想地，可能看来好像目标压力参考应当看起来像台阶，即，参考压力为零，与将呼气阀完全开启到阀完全闭合的适当时间点对应。但是，如上所述，这会使调节不稳定。此外，这因系统的过渡时间而还会是实际不可能实现的。因此，目标压力曲线30在呼气调节的段A期间保持为实质接近曲线的所确定最大梯度。

曲线的最小梯度通过采用Y型管中的塞子来控制PEEP所需的曲线来确定(顺应性/阻力仅由系统管道和患者管道所确定)。

进行这些测量，以便尽可能快地从肺部释放最大容量。

但是，由于上述不稳定性原因，呼气阀没有完全开启或者甚至实质上没有完全开启。

目标压力曲线的段B

段B从时间t_A延伸到时间t_B

目标是在呼气期中尽可能快地从肺部释放患者气体，但是仍然留下充分气体量在呼气流量结束之前将压力调节到PEEP_set等级。偏流可从吸气气流段15到呼气气流段17恒定地循环，经过Y型管157。当偏流存在时，呼气气流段17中的流量将等于(仅偏流)或大于(偏流加上来自患者的呼气气流)吸气气流段15中的流量(仅偏流)，以便避免新呼吸周期的自触发。这可由控制单元500从吸气流量计52和呼气流量计152接收信号来监测。

呼气流量曲线提供与肺部中的阻力有关的信息，即，从肺部多快地释放气体。参见图5，呼气流量为零(或者等于偏流)时的时间点与获得稳定PEEP时的时间点之间的时间差是呼气的低效的量度。通过使这个时间差为最小，得到具有最小阻力的呼气。这通过本发明的实施例有效地提供。

另外，可提供预定义安全余量，以便确保在呼气流量结束之前充分气体量可用于达到所设置PEEP等级。

相应地，因此使用呼气目标压力参考曲线，它取决于在同一呼吸周期的呼气期中当前已经呼出的同一呼吸周期的吸入潮气量的数量。

因此，段B中的目标压力曲线30的形状通过在同一呼吸周期的呼气期中在当前时间点已经呼出多少吸入潮气量VT_i来确定。

确定目标压力曲线30的关系的函数具有下列形式，所述目标压力曲线30通过在同一呼吸周期的呼气期中在当前时间点已经呼出多少吸入潮气量VT_i来确定。

在呼气期中，呼吸设备中将要由呼气压力调节器59来调整的呼气压力的目标值按照下列函数来调整：

P_target(t)＝f(V_exp(t)，V_insp，V_leakage)·PEEP_set

其中

f(V_exp(t)，V_insp，V_leakage)≤1

V_{insp} = \underset{0}{&Integral;} \overset{\cdot}{V} dt

是吸气潮气量；

V_{\exp} (t) = - {&Integral;}_{T_{insp}}^{t} \overset{\cdot}{V} dt

是所累计的当前已呼出的呼气量；以及

V_leakage是例如因泄露封口、泄漏气管内管或者呼吸回路的其它部分引起的泄漏量。

V_leakage例如通过从当前呼吸周期之前的呼吸周期序列的平均泄漏计算呼吸设备和所连接患者中的系统泄漏来估计。最理想地，

V_leakage为零。

一个实施例表示为：

f (V_{\exp} (t), V_{insp}, V_{leakage}) = {(\frac{V_{\exp} (t)}{(V_{insp} - V_{leakage}) \cdot k})}^{n}

其中

k为正数，并且k≤1；以及

n为正数，并且n＞1。

n的更高值引起更快的呼气。

n的适当值通过呼气反馈控制系统的作业能力来确定。

常数k指示预期安全余量，并且包含测量的不确定性以及因呼吸商(RQ)引起的降低呼气潮气量。

呼吸商(或者RQ或呼吸系数)是在从二氧化碳产生进行估计时用于计算基础代谢率(BMR)的无单位数。呼吸商(RQ)从比率RQ＝CO₂ _produced/O_2consumed来计算。

RQ能够不同于1，这在系统中不存在泄漏的情况下产生吸入气体量和呼出气体量的差。

在另一个实施例中，确定这种关系的函数具有下列形式：

P_{t \arg et} (t) = \frac{V_{\exp (t)} \times {PEEP}_{set} \times m \arg in}{V_{insp}} + P_{accumulated} (t)

其中

V_exp(t)是所累计的当前呼出的呼气量；

V_insp是吸气潮气量；

PEEP_set是预期PEEP等级；

margin是恒定安全余量≥1；以及

P_accumulated是在呼气期中连续增加而在呼气期结束时重置的项；算法仅在曲线段B期间(即时间t_A与时间t_B之间)、即直至在调节期间达到准稳态PEEP_set等级考虑这一项。

项margin是定义当达到PEEP_set时、即在曲线段B与曲线段C之间的过渡时预期在肺部留下多少容量的量度。但是，调节甚至在段C也以PEEP_set的恒定预期压力值继续进行。

项margin的更高值提供肺部的可用气体量在达到PEEP之前耗尽、从而导致突然压力下降或偏流触发(trigg)的更低风险。但是，这同时提供更高呼气呼吸阻力。

在呼出量低于吸入量(×余量)的情况下，目标压力值将从不达到PEEP等级。

这可通过在呼气期中连续增加而在呼气期结束时重置的P_accumulated(t)项来补偿。这确保在所有条件下均达到PEEP。

大家会理解，当根据这个算法来操作呼气压力调节器59时，允许呼气管路17中的压力在呼气期开始时最初下降到低于等级PEEP_set，在本实施例中经过计算，使得肺部内的压力没有特意下降到低于PEEP_set。

曲线段B因而将始终偏离直线，但其形状取决于呼气流量曲线的轮廓。

在特定情况下，曲线段B在呼气期开始比在呼气期的稍后部分期间将增加更多，即，它将朝PEEP_set拉平。当呼气流量通常在呼气期开始比在其结束要高时，情况是这样，例如在图5中能够看到。

如上所述，本方法和设备不是基于不同呼吸周期之间的参数或测量，除了泄漏估计之外。调节不是迭代的，而是基于逐次呼吸。

调节在单个呼吸周期内实时执行。

调节还可体外、即没有连接患者的情况下进行，并且在呼吸设备中完全内部进行。在这种情况下，患者肺部由适当装置取代，例如测试肺或者具有顺应性和阻力的类似机械布置。备选地，可堵住Y型管，并且具有顺应性的柔韧患者管道用作呼吸设备在吸气期中所提供的气体的弹性可填充容量，该气体量则在呼气期中释放，直至得到预期PEEP。

目标压力曲线的段C

目标压力值曲线30的C部分是恒定PEEP至例如机械呼吸机的用户所选的预定义值PEEPset的一部分。

段C从时间t_B延伸到呼气结束。

呼气调节器调整成允许偏流从吸气分支15传递到呼气分支17，其中不允许通过导管57来自患者100的气流，从而将患者肺部的PEEP保持在预期等级PEEP_set。将PEEP等级保持到下一个呼吸周期开始。

还可存在留在患者肺部中超过始终存在于非萎陷肺的功能残余气体量的某个气体量。例如由于选择成大的安全余量，或者如果患者已经选择下面进一步说明的“短”吸气，则这个气体量可能存在。控制算法继续采用恒定预期值、即PEEP_set来调节呼气压力。来自患者肺部的气体流量在这个时期中仍然可能出现。

备选地，呼气调节器调整成停止从患者100的肺部呼出任何气体量，例如呼气阀完全闭合。

图6是示出按照以上所述用于将呼气压力调节到预期PEEP等级的方法的流程图。

方法6示为在呼吸周期的呼气期中内部控制呼吸设备5的呼气压力调节器59。方法6包括：测量60在呼吸周期的吸气期中从呼吸设备5所传递的吸入潮气量(VT_i)；随后在呼气期中，由呼气流量传感器单元152来测量呼气气体的流量；计算62呼气期的累积呼气潮气量(VT_e)；以及基于同一呼吸周期的吸气期的吸气潮气量(VT_i)和当前累积呼气潮气量(VT_e)向呼气压力调节器59提供64实时目标压力供调节到预期呼气末正压(PEEP)等级PEEP_set。方法6的控制算法在判定66返回到再次计算当前累计呼气潮气量(VT_e)，只要当前呼气期正在进行。在当前呼气期结束时，方法6在边界68退出，并且可继续进行到新吸气期，如图6的虚线箭头所示。

图7是用于将呼气压力调节到预期PEEP等级的计算机程序产品的示意图示。示出一种在计算机可读介质72上可存储以供计算机74进行处理的计算机程序70。计算机程序70包括用于在呼吸周期的呼气期中内部控制呼吸设备5的呼气压力调节器59的代码段76、78。代码段76、78包括：第一代码段，用于测量在呼吸周期的吸气期中从呼吸设备5所传递的吸入潮气量(VT_i)；第二代码段，用于随后在呼气期中，由呼气流量传感器单元152来测量呼气气体的流量；第三代码段，用于计算呼气期的累积呼气潮气量(VT_e)；以及第四代码段，用于基于同一呼吸周期的吸气期的吸气潮气量(VT_i)和当前累积呼气潮气量(VT_e)向呼气压力调节器59提供实时目标压力供调节到预期呼气末正压(PEEP)等级(PEEP_set)。

又如上所述，呼气控制单元510的控制算法基于潮气量控制参数。控制算法适合这个潮气量控制参数的各种条件。

呼气潮气量VT_e在正常机械呼吸条件下与同一个呼吸周期的所吸入潮气量VT_i可以实质相同。VT_e也可实质偏离VT_i，取决于各种参数，下面将进行说明。

可能发生的情况是，患者在呼气期中的早期触发吸气，即所谓的“短”吸气。因此，患者触发后续呼吸周期的新吸气期，而尚未呼出先前吸入的全部潮气量VT_i。这在辅助机械换气期间特别可能发生。

如果这种情况发生，则表示呼气潮气量VT_e不同于同一呼吸周期的吸入潮气量VT_i，所提供的当前控制算法考虑了这种不同。

在“短”吸气已由患者触发的情况下，患者在其肺部留下来自先前吸气期的过剩气体量。因此，开始于“短”吸气的呼吸周期的呼气潮气量VT_e可大于同一呼吸周期的所吸入潮气量VT_i(VT_e＞VT_i)。这产生从曲线B到曲线C的过早过渡，如图4所示，这不是最佳的。因此，控制算法的与降低的呼吸功相关的积极效果降低。但是，呼吸功仍然至少与先前已知的控制方法同样低，因为在整个呼气期间控制算法设法使呼气压力保持恒定在PEEP_set等级。

VT_e＜VT_i是可能发生的。例如，可能发生的情况是，患者已经吸入潮气量VT_i，并且在同一呼吸周期的下一个呼气期中，患者没有呼出此吸入的全部容量。患者可能例如屏住呼吸，使得所累计呼气量实质小于(VT_i-V_leakage)。目标压力曲线在这里将对应于曲线B。因此，系统将设法调整低于PEEP_set的压力。但是，当肺部压力因患者在吸气开始时从PEEP_set等级进入当前呼吸周期的事实而仍然高于PEEP_set时，患者则已经吸入增加肺部压力的较大气体量，并且此外所吸入气体量大于稍后已经呼出的所呼出气体量。

在呼气压力仍然应当下降到低于PEEP_set的情况下，这可归因于患者希望吸入但患者自身在呼气期间降低肺部的压力的事实。在这种情况下，将触发新吸气。当前控制算法也适合这种情况，并且允许患者开始新的吸气期。

以上参照具体实施例描述了本发明。但是，在本发明的范围之内，与以上所述不同的实施例同样是可能的。在本发明的范围内，可提供通过硬件或软件执行该方法、与以上所述不同的方法步骤。本发明的不同特征和步骤可结合在与以上所述不同的其它组合中。本发明还可适用于在与患者断开连接时测试呼吸设备的PEEP调节的方法。在这里，如上所述应用该方法，例如使呼吸设备连接到测试肺。本发明的范围仅由所附专利权利要求书限制。

Claims

1.一种呼吸设备(5)，包括：

呼气控制单元(510)，适合在呼气期中向呼气压力调节器(59)提供实时可变目标压力(P_target)供调节预期呼气末正压(PEEP)等级(PEEP_set)，其中所述目标压力(P_target)基于所述呼吸设备所提供的所述同一呼吸周期的吸气期的吸气潮气量(VT_i)以及当前累计的呼气潮气量(VT_e)来提供。

2.如权利要求1所述的呼吸设备，其中，所述呼气控制单元(510)设计成适合特定患者以及所述呼吸设备进行的机械换气辅助中的所述呼吸周期期间或之内的呼气控制条件的变化。

3.如权利要求1或2所述的呼吸设备，其中，吸气流量传感器单元(52)设置成测量所述呼吸周期的吸气期中的吸气气流，并且配置成提供所述吸气潮气量(VT_i)。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的呼吸设备，其中，所述呼气控制单元(510)适合按照如下条件将所述呼气压力调节器(59)控制成在所述呼气期开始时保持部分闭合：将所述呼气压力调节器(59)控制成开启不超过提供具有最大预定梯度的所述目标压力(P_target)的程度。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的呼吸设备，其中，所述呼气控制单元(510)适合提供低于所述预期PEEP等级(PEEP_set)的所述目标压力(P_target)，直到呼气流量为零或者等于所述呼吸设备的呼气气流段(17)中的偏流。

6.如权利要求1至5中的任一项所述的呼吸设备，其中，所述目标压力(P_target)设置为

P_target(t)＝f(V_exp(t)，V_insp，V_leakage)·PEEP_set

其中

f(V_exp(t)，V_insp，V_leakage)≤1

V_{insp} = {&Integral;}_{0}^{T_{insp}} \overset{\cdot}{V} dt

是吸气潮气量；

V_{\exp} (t) = - {&Integral;}_{T_{insp}}^{t} \overset{\cdot}{V} dt

是所累计的当前呼出的呼气量；以及

V_leakage是泄漏量。

7.如权利要求6所述的呼吸设备，其中

f (V_{\exp} (t), V_{insp}, V_{leakage}) = {(\frac{V_{\exp} (t)}{(V_{insp} - V_{leakage}) \cdot k})}^{n}

其中

k为正数，并且k≤1；以及

n为正数，并且n＞1。

8.如权利要求1至5中的任一项所述的呼吸设备，其中，所述目标压力(P_target)设置为

P_{t \arg et} (t) = \frac{V_{\exp (t)} \times {PEEP}_{set} \times m \arg in}{V_{insp}} + P_{accumulated} (t)

其中

V_exp(t)是所累计的当前呼出的呼气量；

V_insp是吸气潮气量；

PEEP_set是预期PEEP等级；

margin是恒定安全余量≥1；以及

P_accumulated是在呼气期中连续增加而在呼气期结束时重置的项。

9.一种在呼吸周期的呼气期中内部控制呼吸设备(5)的呼气压力调节器(59)的方法，所述方法包括

测量所述呼吸周期的吸气期中从所述呼吸设备(5)所传递的所吸入潮气量(VT_i)；以及随后在所述呼气期中，

由呼气流量传感器单元(152)测量呼气气体的流量，

计算所述呼气期的所累计呼气潮气量(VT_e)，以及

基于所述同一呼吸周期的所述吸气期的所述吸气潮气量(VT_i)以及当前所累计的呼气潮气量(VT_e)向所述呼气压力调节器(59)提供实时目标压力，供调节到预期呼气末正压(PEEP)等级(PEEP_set)。

10.如权利要求9所述的方法，其中，所述方法在患者与所述呼吸设备断开连接的情况下执行。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述调节在体外执行，其中具有顺应性和阻力的机械布置在其患者连接(157)处连接到所述呼吸设备。

12.如权利要求10所述的方法，其中，堵住所述呼吸设备的患者连接(157)。

13.如权利要求9至12中的任一项所述的方法，包括使所述调节适合特定患者以及所述呼吸设备进行的机械换气辅助中的所述呼吸周期期间或之内的呼气控制条件的变化。

14.如权利要求9至13中的任一项所述的方法，包括从测量所述呼吸周期的吸气期中的吸气气流的吸气流量传感器单元(52)来提供所述吸气潮气量(VT_i)。

15.如权利要求9至14中的任一项所述的方法，其中，呼气控制单元(510)按照如下条件将所述呼气压力调节器(59)控制成在所述呼气期开始时保持部分闭合：将所述呼气压力调节器(59)控制成开启不超过提供具有最大预定梯度的所述目标压力(P_target)的程度。

16.如权利要求9至15中的任一项所述的方法，包括提供低于所述预期PEEP等级(PEEP_set)的所述目标压力(P_target)，直到呼气流量为零或者等于所述呼吸设备的呼气气流段(17)中的偏流。

17.如权利要求9至16中的任一项所述的方法，包括将所述目标压力(P_target)设置为

P_target(t)＝f(V_exp(t)，V_insp，V_leakage)·PEEP_set

其中

f(V_exp(t)，V_insp，V_leakage)≤1

V_{insp} = {&Integral;}_{0}^{T_{insp}} \overset{\cdot}{V} dt

是吸气潮气量；

V_{\exp} (t) = - {&Integral;}_{T_{insp}}^{t} \overset{\cdot}{V} dt

是所累计的当前呼出的呼气量；以及

V_leakage是泄漏量。

18.如权利要求17所述的方法，其中：

f (V_{\exp} (t), V_{insp}, V_{leakage}) = {(\frac{V_{\exp} (t)}{(V_{insp} - V_{leakage}) \cdot k})}^{n}

其中

k为正数，并且k≤1；以及

n为正数，并且n＞1。

19.如权利要求9至16中的任一项所述的方法，其中，所述目标压力(P_target)设置为

P_{t \arg et} (t) = \frac{V_{\exp (t)} \times {PEEP}_{set} \times m \arg in}{V_{insp}} + P_{accumulated} (t)

其中

V_exp(t)是所累计的当前呼出的呼气量；

V_insp是吸气潮气量；

PEEP_set是预期PEEP等级；

margin是恒定安全余量≥1；以及

20.一种在计算机可读介质上可存储以供计算机进行处理的计算机程序，所述计算机程序包括

用于在呼吸周期的呼气期中内部控制呼吸设备(5)的呼气压力调节器(59)的代码段，所述代码段包括

第一代码段，用于测量所述呼吸周期的吸气期中从所述呼吸设备(5)所传递的所吸入潮气量(VT_i)；以及

第二代码段，用于随后在所述呼气期中由呼气流量传感器单元(152)来测量呼气气体的流量，

第三代码段，用于计算所述呼气期的所累计呼气潮气量(VT_e)，以及

第四代码段，用于基于所述同一呼吸周期的所述吸气期的所述吸气潮气量(VT_i)以及当前所累计的呼气潮气量(VT_e)向所述呼气压力调节器(59)提供实时目标压力，供调节到预期呼气末正压(PEEP)等级(PEEP_set)。

21.如权利要求20所述的计算机程序，实现如权利要求9至19中的任一项所述的方法的执行。