CN103143093A - 用于运行人工呼吸及/或麻醉装置的方法及相应运行装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于运行人工呼吸及/或麻醉装置的方法，该方法利用对设定的％PEF(15)或％PIF的测量和将测量的％PEF(15)或％PIF调节在设定的％PEF(15)或％PIF上。本发明还给出一种合适的人工呼吸及/或麻醉装置。

Description

用于运行人工呼吸及 / 或麻醉装置的方法及相应运行装置

本申请是于2008年6月3日提交的专利申请(中国国家申请号为200810109417.6，发明名称“用于运行人工呼吸及/或麻醉装置的方法及相应运行装置”)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于运行人工呼吸及/或麻醉装置的方法。本发明还涉及一种麻醉及/或人工呼吸装置(Anästhesie- und/oder Beatmungsvorrichtung)。

背景技术

在实际中已知呼吸模式APRV(气道压力释放通气)，其与CPAP模式类似，是一种带有连续正向呼吸道压强的模式。不同于CPAP呼吸模式，在APRV模式中设定了较高的压力P_high。该压力P_high通常在每个很短的时间段内下降到较低的压力等级P_low，其中该压力降被称为“压力释放”。通过APRV呼吸的患者随时都能自发呼吸，然而不发生伴随患者呼吸活动的同步压力释放。对于APRV模式典型的情况是，压力P_high持续的时间段T_high大多比低压P_low出现的时间段T_low要长。图1显示了在APRV模式中仿真呼吸的示例。

在APRV模式的呼吸中，呼吸的平均压力支持在相比较而言较高的水平，从而改善了充氧作用。通过压力释放而支持CO₂的排放。由于较短的持续时间T_low和较短的压力释放持续时间，肺的换气被限制在一定程度上，肺中的肺泡收缩并且不能参与换气。持续时间T_low设定成使一个完整的呼气受阻。从图1中可以看出，在患者气流上升到0L/min之前，压力释放已经结束。(见图1中的时间t=5.5s;t=13s;t=21.5s)。

在Nader M. Habashi的专利申请US 2006/0174884 Al中为APRV呼吸建议了一个新的设定值，其以“optimal flow termination based on a percentage of peak expiratory flow(基于呼气气流峰值百分比的优化气流终止)”作为描述。该设定值在下文中称为％PEF(呼气气流峰值)。该参数％PEF设定为最大呼气气流PEF的百分比。当患者当前的呼气气流相对于最大的呼气气流下降到设定的％PEF百分比值以下时(也可参见图3)，终止压力释放。由此，该算法使得压力释放的持续时间自适应肺的变化。根据上面所述的US 2006/0174884 Al，设有持续时间T_low的结束时刻，在该时刻，可能位于PEF(最大呼气气流)的25％至50％的设定范围内的％PEF，可以到达所设定的％PEF。出于该目的，当呼气气流在预先设定的百分比％PEF之下时，监视呼气气流，获得PEF，并且中断压力释放阶段。

假设在示例中％PEF设定为50％，当被测量的患者呼气气流下降到最大值的50％时，在APRV模式中终止压力释放。此时，呼气阀门必须闭合，同时为了实现呼吸系统的压力升高将出现吸气气流。从实践中知道，阀门的闭合和开启始终带有时间延迟。此外，可以观察到在加工处理和进一步传递信息过程的系统延迟，例如传递到呼气阀的信号(已低于设定的％PEF)。这种延迟将从总体上导致肺在取决于该延迟的时间内被进一步抽空。因此在示例中，呼气阀的实际闭合值可以是％PEF的50％，也可以明显低于该值。同样，在％PEF设定为25％时实际闭合值也可以明显低于25％。因为以上原因而不允许出现任意的抽空，所以应用％PEF评价标准或参数存在对呼吸患者的健康的风险。

发明内容

本发明的目的在于给出一种用于运行人工呼吸及/或麻醉装置的方法，通过该方法可以获得峰值呼吸气流(Peak-Beatmungsfluss)的实际比例并可以在此基础上采取相应的调节，以使获得的比例和设定比例相互一致。本发明的另一个目的在于，给出合适的人工呼吸及/或麻醉装置。

本发明的目的通过用于运行人工呼吸及/或麻醉装置(以下简称为人工呼吸装置)的方法来实现，其中，在第一时间点引入呼吸过程，在该时间点上，被测呼吸气流到达了在人工呼吸装置上设定的呼吸气流峰值的比例，该呼吸过程的影响，例如当呼吸过程为吸气过程时压力上升，在第一时间点和第二时间点之间的时间差的变化过程(Ablauf)之后作用到第二时间点上。

对于第一时间点引入的人工呼吸过程，其可以是机械式支持的吸气呼吸上升，就像其在压力支持(PS)或比例压力支持(PPS)中常见的那样。然而呼吸过程也可以是呼气过程，特别可以是在APRV模式呼吸中在压力释放中断后发生的吸气过程，以在压力支持模式中说明吸气过程的中断。通常地从本发明有意义的角度来说，呼吸过程的引入可以理解为在呼吸中从第一呼吸阶段到不同的第二呼吸阶段的过渡。

明确地指出，上述中断标准(PEF标准)不仅可以应用于APRV模式的呼气气流中断，也可以应用于吸气呼吸过程(Beatmungshuebe)，例如支持呼吸集线器作为压力支持(PS)或比例压力支持(PPS)。支持呼吸过程主要是压力控制呼吸过程，其通过患者的自发呼吸进行开启(触发)和关闭。患者(人或动物)在其吸气时受到人工呼吸装置的附加压力的支持。只要患者产生的吸气气流降到最大吸气气流的固定或所设定的百分比％PIF(PIF－吸气气流峰值)以下，就中断吸气过程。从图2中可以看到相应的示例。

被测的呼吸气流可以是单位为升每分钟(L/min)的被测患者气流，所属的峰值呼吸气流可以是呼吸气流的最大形成量。呼吸气流和峰值呼吸气流既可以是吸入性质的也可以是呼出性质的。

对装置上设定的峰值呼吸气流的比例，可以示例性地理解为峰值气流的百分比例，这样比例可以设定并表述为百分比值。比例也可以表述为分数形式，例如峰值气流的1/2或1/4。本发明并不局限在以下情况，即实际的设定比例必须通过患者的医生或照顾者对装置进行手动设定。对于峰值呼吸气流的比例可由制造商预先给定，或者取决于选取的呼吸模式而自行设定，对于本领域技术人员来说，这些情况同样包括在本发明中。

根据本发明方法的进一步步骤是对第二时间点的呼吸气流的测量。该测量可以按照每个本领域技术人员都熟知并且合适的方式进行。

在根据本发明的方法中，借助测量结果，计算出第二时间点被测呼吸气流关于峰值呼吸气流的实际比例。在此设定了第二时间点的被测呼吸气流和峰值呼吸气流，两个值的相应比例以百分比或分数或类似的方式计算。在此作为基础的峰值呼吸气流可以在同一呼吸循环(其中，该呼吸循环可以例如从一个呼气开始测量到下一个呼气的开始)中获得，然而也可以应用其它前一时间点的呼吸循环的峰值呼吸气流。在此，也可以应用通过多个呼吸循环得到的呼吸气流。

进一步地，在根据本发明方法的实施过程中，实际比例将调节在设定在装置中的比例上。对于本领域技术人员来说，根据本发明的方法显然包括了将设定比例调节到实际比例。

因此，根据本发明首先只有在这样的时间点上才可能可靠地将待引入的呼吸过程实际地引入——在该时间点上，装置上设定的峰值呼吸气流比例对应于实际的比例。患者的医生或照顾者可以确定的是，通过在装置上设定希望的比例，待引入的呼吸过程在某一时间点上被准确地引入。此外，根据应用的呼吸系统和其迟缓性，对过程等待较短的调节持续时间也是必需的。此外，根据本发明有利地阻止了进一步抽空肺部气体和太迟中断吸气过程(正如应用上述现有技术US 2006/0174884 Al的方法而发生的情况)。单个肺泡在肺部气体抽空时收缩并且只能通过专门的补充行动再次张开，这对患者来说是可避免的压力，而这种危险同样可以被有利地避免。

根据本发明方法的进一步改型是各从属权利要求的内容。

在本发明的优选实施形式中，峰值呼吸气流的实际比例通过把呼吸过程的引入时间点预先设在第三时间点上而以以下方式调节成，即，在第一时间点上，呼吸过程影响(Wirkung)已经起到了作用(einsetzen)。还可确定获得在工作过程开始或引入呼吸过程和引入的呼吸过程的影响起作用之间的系统延迟时间，在进一步的呼吸循环中，呼吸过程引入的时间点将按照延迟时间前移。根据本发明的实施形式也包括了这样的调节，即，其并非通过一次性地前移呼吸过程引入的时间点而达到目的，而是通过多个回合或循环而达到调节目的。

进一步地，优选实施形式的优点在于，即调节偏差(Regelungsabweichung)被过滤并/或限制，而调节偏移量(Regelungsoffset)以先前时间点的调节偏移量与调节偏差的和来计算，调节偏移量的应用比例是以设定比例与调节偏移量的和来计算。

本发明的目的也可以通过带有权利要求8所述特征的麻醉装置和/或人工呼吸装置来实现。根据本发明的麻醉及/或人工呼吸装置的其它改型是从属权利要求的内容。因为通过根据本发明的麻醉及/或人工呼吸装置，所有上述讨论的优点都可被实现，为了避免重复，在此仅给出必须的讨论。此外，提出了带有用于实施根据本发明方法的器件的装置。

附图说明

通过示例参考附图详细描述本发明。

在附图中：

图1显示的是在APRV模式中的人工呼吸的仿真；

图2显示的是带有吸气支持式人工呼吸过程的呼吸的示例；

图3是在APRV模式中带有％PEF评价标准的呼吸示意图；

图4显示了用于获得延迟时间的方法；

图5显示了根据本发明方法带有％PEF评价标准的示例性调节；

图6显示了根据本发明的人工呼吸装置的示例性简化描述。

具体实施方式

图1显示了在APRV模式中仿真呼吸的示例，其中图1上部显示了以mbar为单位的在时间上的呼吸道压强1，下部图示了以L/min为单位的在时间上的所属患者气流3。呼吸道压强1在上压强水平P_high和下压强水平P_low之间变化。压强水平P_high通过时间段T_high设定，下压强水平P_low通过时间段T_low设定。图1的下部图示中，三个压力释放阶段之一利用箭头标记出来。

图2显示的是对一种人工呼吸形式的仿真，其中患者通过辅助压力在自发吸气时受到机械式支持。图2上部再次给出以mbar为单位的在时间上的呼吸道压强1，下部图示给出以L/min为单位的在时间上的患者气流。从下部的图示可以看到通过患者的自发努力而触发的机械式吸气的开始点5，以及高达58L/min的最大气流。此外可以看到在1.5和2秒之间的时间点9处满足％PIF评价标准，其中％PIF被设定为最大气流7的25％。

图3显示的是在APRV呼吸仿真中在时间上的患者气流3。在图3中指出了时间点11，从该点开始释放压力。图3还具有点13，在该点处到达(在这种情况下的)最大气流100L/min。此外，图3具有时间点15，在该点处压力释放阶段12通过设定为50％的％PEF而中断。

图4示意性地描述了根据本发明方法的优选实施例。延迟时间的获得将参考图4按照如下方式实现。人工呼吸装置的通风器件在压力控制模式中运行，其中的压力按时间控制地在例如5mbar和15mbar之间接通和关闭。在吸气开始(额定压力从5mbar提高到15mbar)和呼吸道压强实际上升之间测量的时间由已有的传感器噪声去除，对应于上述实施例中需要获得的延迟时间。在上述示例中为16ms，如在图4椭圆形放大标记中可以看出的那样，在图4中呼吸道压强的变化曲线用17指示，压力额定值的变化曲线用19指示。

延迟时间可以在压力变化曲线的一个或多个位置上确定，也可以在装置的一个或多个位置上确定。延迟时间还可以在同一仪器类型的多个仪器上确定并由多个数值计算获得。因此，假设通过这种方式获得的延迟时间对于所述目的是恒定的。

基于这种方式获得的延迟时间在接下来要描述的在图5中显示的调节回路中实现，该回路在下面阐明。

在带有％PEF评价标准的APRV呼吸模式的呼吸开始之后，首先在步骤S1中等待下一个呼气的开始。

在接下来的步骤S2中，在呼气过程中监视患者气流，检测最大呼气气流，并最终开始吸气——当被测患者的呼气气流对最大呼气气流的比例％PEF小于设定的最大呼气气流(PEF)百分比值％PEF时。

如果开始吸气，在步骤3中将等待延迟时间，以接着在步骤4中测量实际患者气流并由此计算％PEF的测量值。％PEF测量值从下式得到：

在步骤5中，从设定的％PEF和测量的％PEF测量值之间的差值中得到调节偏差：

调节偏差＝％PEF_设定－％PEF_测量

在步骤6中，为避免振荡，获取稳定的系统，可以过滤并/或限制调节偏差，以获得或适应呼气(压力释放)和吸气之间的时间切换点。特别地可以自行决定仅应用调节偏差的一部分。为达该目的，在最简单的情况中是将调节偏差除以因子，例如4。当然也可以通过复杂的过滤来实现。接着调节偏差产生的值可以限制在最大的步长(两个相邻的呼吸循环之间的允许的最大变化)上。其也有助于稳定振荡并且可以避免可能存在的人为因素的影响，例如通过传感器误差、校准误差、患者咳嗽、人工呼吸装置的操作和类似因素。

在此，调节偏差并不直接改变％PEF值，而是在步骤7中引入调节偏移量，该调节偏移量表示所计算出的调节偏差的总和。调节偏移量由如下得出：

调节偏移量_新＝调节偏移量_旧＋调节偏差_{已过滤且限制}

在步骤8中，也可出于安全原因而限制调节偏移量。因此调节保持在预先设定的工作范围内。

在下一个呼气或压力释放阶段中应用的％PEF值最终在步骤9中按如下计算获得：

％PEF_应用＝％PEF_设定＋调节偏移量_{新 _ 已限制}

在压力释放阶段结束之后，重新开始在图5中显示的过程。

通过对调节偏差变化的限制，阻止了控制的溢出反应。为了在实际希望的明显变化(例如在加工模式开始或通过应用者对％PEF值的设定改变)中迅速获得控制结果，至少可以暂时应用其它用于调节偏差的过滤常量。这样，不是四分之一而是所有的调节偏差进入到下一步骤中。也可以不依赖于此而允许更大的、用于调节偏差的改变的最大步长。在调节量(例如％PEF测量值)振荡之后，最初的限制和/或过滤被再次激活。

为了提高根据本发明的方法对于由患者产生的干扰的稳定性(例如与患者较差的同步性或不同步)，可以在计算％PEF测量值时进行检验，测量的患者气流和获得的最大呼气气流是否位于期望窗口内。当呼气气流根据延迟时间变化曲线在吸气开始后明显比直接在吸气开始时间点时要大，或者当最大的呼气气流至少不超过预先设定的最小值(例如1L/min)时，就说明不是以上的情况了。在这种情况下，不计算％PEF值同时不运行调节算法。在下一个呼气阶段，取而代之的是使用最近一次应用的％PEF值。同样，如果呼气不是通过％PEF评价标准而是通过应用者所设定的最大时间变化曲线来结束，那么也不会重新运行调节算法，而是将进一步使用最近一次应用的％PEF值。

对于本领域技术人员来说，可以理解对于所述实施例的相应的％PIF评价标准以及所有其他类似应用情况的修改。

图6示意性地显示了简化的根据本发明的用于患者23呼吸的人工呼吸及/或麻醉装置21。装置21具有用于设定峰值呼吸气流比的器件25、用于在到达设定峰值呼吸气流比时引入呼吸过程的器件27和用于测量呼吸气流的器件29。在根据本发明的实施例中设有用于计算峰值呼吸气流的测量呼吸气流的实际比例的器件33。此外，装置21具有器件31，用于控制由器件33获得的实际比例与设定比例之比。

下面给出实现本发明的目的的另一种可能的方法。申请人认为，待获授权的专利还应该包括以下说明的方法：

为了测量％PEF值也可以对呼吸道压强(P_aw)进行评估。P_aw的上升可以被视为是对到达％PEF评价标准的反应和在APRV呼吸中压强水平从低到高过渡的总和。因为已经知道了压力上升，所以可以在一时间点上测量或获得患者气流，其中在该时间点上P_aw超过给定压力高度的例如5％：

Paw

(P_high－P_low)*5%+P_low

在该时间点获取的患者气流可以和之前P阶段的最大呼气气流一起用于按照如下方式确定％PEF的测量值：

在这种方式中，在超过压力界限时也可以应用上述时间点(例如15ms之前)的患者气流。患者气流也可以例如通过利用熟知的数学公式评估呼吸道压强变化曲线而进行分析(例如应用上升的变化)。从呼吸道压强的分析中可以确定患者气流获取的时间点。

当压力额定值从P_low上升到P_high的时间间隔接近于0s时，这样的方法尤其会带来准确的结果。

为了测量％PEF值，还可以直接对患者气流进行评估，利用数学公式确定从P_low到P_high过渡的实际时间点。

本发明首次公开了一种用于操作人工呼吸及/或麻醉装置的方法，该方法利用对所设定的％PEF或％PIF的测量以及利用将％PEF或％PIF调节在所设定的％PEF或％PIF范围内而操作人工呼吸及/或麻醉装置。本发明还给出了一种合适的人工呼吸及/或麻醉装置。

Claims (7)

1. 一种用于运行人工呼吸及/或麻醉装置(21)的方法，其包括以下步骤：

在第一时间点上引入呼吸过程(12)，在所述第一时间点上，所测量的呼吸气流(3)达到在所述装置(21)上设定的峰值呼吸气流(13)的比例(％PEF_设定)，其中，所述呼吸过程(12)的至少一项影响作用到在第一时间点之后的第二时间点上；

测量在所述第二时间点上的呼吸气流；

其特征在于以下步骤：

计算在所述第二时间点时所测量的呼吸气流关于所述峰值呼吸气流(13)的实际比例(％PEF_被测)；

将所述实际比例(％PEF_被测)调节在设定比例(％PEF_设定)上或将所述设定比例(％PEF_设定)调节在所述实际比例(％PEF_被测)上；

其中，所述方法不是疾病的诊断和治疗方法。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于以下步骤

通过把呼吸过程(12)的引入时间点前移到第三时间点上，将所述实际比例(％PEF_被测)这样调节到所述设定比例(％PEF_设定)，即，使得所述呼吸过程(12)的影响作用到所述第一时间点上。

3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于以下步骤

计算所述实际比例(％PEF_被测)和所述设定比例(％PEF_设定)之间的调节偏差。

4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于以下步骤

过滤并/或限制所述调节偏差。

5. 根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于以下步骤

计算调节偏移量，所述调节偏移量是前一时间点的调节偏移量与所述调节偏差的总和。

6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

过滤并/或限制所述调节偏移量(调节偏移量_{新_限制})。

7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于以下步骤

计算待应用的比例，所述待应用的比例是所述设定比例(％PEF_设定)与所述调节偏移量(调节偏移量_{新_限制})的总和。

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