CN103221086A - 肥胖通气不足综合症处置系统和方法 - Google Patents

Abstract

根据治疗方案将加压可呼吸气体流输送至受试者的气道。所述治疗方案要求保持平均潮气量。所述治疗确保受试者以治疗呼吸速率呼吸。可以基于在治疗期早期的受试者的呼吸和/或基于检测到的受试者的清醒动态地确定所述呼吸速率。可以在不同的水平上支持自主呼吸和非自主呼吸的吸气。所述治疗方案还保持有利的呼气末正压，从而减少呼吸阻塞和/或用于其他目的。

Description

肥胖通气不足综合症处置系统和方法

相关申请的交叉引用

本专利申请根据35U.S.C.§119(e)要求2010年11月23日提交的美国临时申请No.61/416336的优先权权益，通过引用将其内容并入本文。

技术领域

本发明涉及向受试者输送治疗以处置呼吸障碍，在其中，自动控制平均潮气量、呼吸速率和/或呼气末正压。

背景技术

肥胖通气不足综合症是一种呼吸综合症，其中肥胖人士（例如，具有>30kg/m2的身体质量指标的人士）患有由浅的或者不充分的呼吸导致的缺氧和血碳酸过多症。其他综合症和/或病症具有这些和/或其他症状。被配置为向这样的受试者的气道输送加压气体以促进呼吸的系统是已知的。这样的系统包括被配置为保持治疗呼吸速率和每次呼吸的平均潮气量的系统。

在传统系统中，治疗呼吸速率可以是用户（例如，受试者、护理人员、治疗决策者、研究者和/或其他用户）配置的设置。在这样的系统中，治疗呼吸速率可能没有考虑对受试者的自主呼吸的测量。

通常，在保持平均潮气量的系统中，将每次呼吸支持在相同的压力水平上。这些系统一般不被配置为在不同压力水平上支持自主和非自主呼吸。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种克服传统系统的缺点的治疗系统。根据本发明的一个实施例，这一目标是通过提供一种被配置为向受试者的气道输送加压可呼吸气体流的系统实现的。在一个实施例中，所述系统包括压力生成器、传感器以及一个或多个处理器。所述压力生成器被配置为生成用于向受试者的气道输送的加压可呼吸气体流。所述传感器被配置为生成传达与患者的呼吸努力相关的信息的输出信号。所述一个或多个处理器被配置为执行包括控制模块、吸气压力模块、速率确定模块以及呼气压力模块的计算机程序模块。所述控制模块被配置为根据治疗方案控制所述压力生成器，使得在受试者的呼吸过程中保持平均潮气量，并且使得呼吸以呼吸速率进行。所述吸气压力模块被配置为确定保持平均潮气量的吸气压力水平。所述速率确定模块被配置为确定治疗呼吸速率。所述呼气压力模块被配置为确定呼气压力水平。所述控制模块还被配置为控制所述压力生成器，使得受试者的呼吸保持在所述治疗呼吸速率上，并且使得在吸气过程中以由所述吸气压力模块确定的吸气压力水平输送加压可呼吸气体流，并且在呼气过程中以所述呼气压力水平输送加压可呼吸气体流。

本公开的另一方面涉及一种向受试者的气道输送加压可呼吸气体流的方法。在一个实施例中，所述方法包括：生成用于向受试者的气道输送的加压可呼吸气体流；生成传达与受试者的呼吸努力相关的信息的输出信号；动态地确定保持平均潮气量的吸气压力水平；动态地确定呼气压力水平；动态地确定治疗呼吸速率；以及根据治疗方案控制加压可呼吸气体流的生成，使得受试者的呼吸以所述治疗呼吸速率进行，并且使得在吸气过程中以所述吸气压力模块确定的吸气压力水平输送加压可呼吸气体流，并且在呼气过程中，以所述呼气压力水平输送加压可呼吸气体流。

本发明的又一方面涉及被配置为向受试者的气道输送加压可呼吸气体流的系统。在一个实施例中，所述系统包括：用于生成用于向受试者的气道输送的加压可呼吸气体流的器件；用于生成传达与受试者的呼吸努力相关的信息的输出信号的器件；用于动态地确定保持平均潮气量的吸气压力水平的器件；用于动态地确定呼气压力水平的器件；用于动态地确定治疗呼吸速率的器件；以及用于以下的器件：其用于根据治疗方案控制加压可呼吸气体流的生成，使得受试者的呼吸以所述治疗呼吸速率进行，并且使得在吸气过程中以所述吸气压力模块确定的吸气压力水平输送加压可呼吸气体流，并且在呼气过程中，以所述呼气压力水平输送加压可呼吸气体流。

参考附图，考虑以下描述和所附权利要求，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、各部分的组合以及制造的经济性将变得更加显而易见，所有附图形成本说明书的一部分，其中在各图中类似的附图标记表示对应的部分。在本发明的一个实施例中，按比例绘制在文中图示的结构部件。然而，显然可以理解，附图仅是为了图示和描述的目的，而不是限制本发明。此外，应当认识到，在文中的任何一个实施例中示出或描述的结构特征也能够用于其他实施例中。然而，显然可以理解，附图仅是为了图示和描述的目的，而并非意在定义本发明的限制。

附图说明

图1图示了被配置为向受试者的气道输送加压可呼吸气体流的系统；

图2图示了在受试者的自主和非自主呼吸上取得的两个绘图；

图3图示了用于确定压力的升高量的绘图；以及

图4图示了向受试者的气道输送加压可呼吸气体流的方法。

具体实施方式

如在文中使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括多个参考对象，除非上下文明确另行指定。如在文中使用的，两个或更多部分或部件进行“耦合”的表述应当意为所述部分直接或者间接地结合或一起运行，即，通过一个或多个中间部分或部件，只要存在链接。如在文中使用的，“直接耦合”意为两个元件直接相互接触。如在文中使用的，“固定耦合”或者“固定的”意为两个部件被耦合为作为一体移动，同时保持相对于彼此的恒定取向。

如在文中使用的，词语“单式的”意为将部件创建为单个零件或单元。即，包括单独制造，之后一起耦合为单元的零件的部件不是“单式的”部件或主体。如在文中采用的，两个或更多个部分或部件彼此“接合”的表述应当意为所述部分相对于彼此直接地或通过一个或多个中间部分或部件施加力。如在文中采用的，术语“数量”应当意为一或者大于一的整数（即，多个）。

在文中使用的方向短语，例如但不限于顶部、底部、左侧、右侧、上、下、前、后及其派生词涉及附图中所示的元件的取向，但其并不限制权利要求，除非其中给出了明确指出。

图1图示了被配置为根据治疗方案向受试者12的气道输送加压可呼吸气体流的系统10。可以将所述治疗方案设计为处置呼吸病症，诸如，肥胖通气不足综合症（OHS）、阻塞性睡眠呼吸暂停（OSA）和/或其他呼吸病症。所述治疗方案要求保持平均潮气量、保持呼吸速率和/或保持呼气末正压。系统10被配置为向受试者12提供治疗，从而保证受试者12以治疗呼吸速率呼吸。可以基于在治疗期早期的受试者12的呼吸和/或基于检测到的受试者的清醒动态地确定所述呼吸速率。可以配置系统10从而可以在这样的压力下支持自主呼吸：所述压力低于非自主呼吸的压力，并且基于所述治疗呼吸速率自动触发。在一个实施例中，系统10包括以下中的一个或多个：压力生成器14、电子存储器16、用户接口18、一个或多个传感器20、处理器24和/或其他部件。

在一个实施例中，压力生成器14被配置为生成用于向受试者12的气道输送的加压可呼吸气体流。压力生成器14可以针对治疗目的或者针对其他目的控制加压可呼吸气体流的一个或多个参数（例如，流量、压力、体积、湿度、温度、气体组成等）。可以根据治疗方案控制所述一个或多个参数（例如，如下文进一步讨论的）。所述治疗方案可以被配置为维持和/或以其他方式改进受试者12的生活质量。通过非限制性例子，压力生成器14可以被配置为控制加压可呼吸气体流的压力，以便处置呼吸不足或者气道阻塞综合症。所述压力生成器可以包括被配置为向受试者12提供气道正压治疗的正压生成器。例如，在美国专利No.6105575中描述了这样的装置，通过引用将其全文并入本文。

经由接口26向受试者12的气道输送加压可呼吸气体流。接口26被配置为将压力生成器14生成的加压可呼吸气体流传送至受试者12的气道。因此，接口26包括管道28和接口器具30。管道将加压可呼吸气体流运送至接口器具30，并且接口器具30将加压可呼吸气体流输送至受试者12的气道。接口器具30的一些例子可以包括，例如，气管内导管、鼻套管、鼻罩、鼻/口罩、全面罩、总面罩或者其他将气体流与受试者的气道连通的接口器具。本发明不局限于这些例子，并且考虑使用任何受试者接口向受试者12输送加压可呼吸气体流。

尽管图1将具有接口26的系统10的配置示为单支无源系统，但其并不意为限制。应当认识到，本公开的范围包括这样的实施例：在其中将接口26形成为双支系统，所述双支系统包括被配置为接收来自接口器具30的呼出的第二管道。所述第二管道可以将这样的流体排放到大气中，可以将这样的流体运送至过滤器，和/或将这样的流体运送至包括在系统10内的部件的其他部件。

在一个实施例中，电子存储器16包括以电子的方式存储信息的电子存储介质。电子存储器16的电子存储介质可以包括以下中的一种或两种：与系统10作为一体提供的（即，与系统10本质上不可移除的）系统存储器和/或经由，例如，端口（例如，USB端口、火线端口等）或驱动器（例如，磁盘驱动器等）以可移除方式连接至系统10的可移除存储器。电子存储器16可以包括以下中的一个或多个：光学可读存储介质（例如，光盘等）、磁可读存储介质（例如，磁带、磁硬盘驱动器、软盘驱动器等）、基于电荷的存储介质（例如，EEPROM、RAM等）、固态存储介质（例如，闪存驱动器等）和/或其他电子可读存储介质。电子存储器16可以存储软件算法、由处理器24确定的信息、经由用户接口18接收的信息和/或使系统10适当实现功能的其他信息。电子存储器16可以（整个地或者部分地）是系统10内的单独部件，或者电子存储器16可以（整个地或者部分地）与系统10的一个或多个其他部件（例如，生成器14、用户接口18、处理器24等）一体提供。

用户接口18被配置为在系统10和一个或多个用户（例如，受试者12、护理人员、研究者、治疗决策者等）之间提供接口，通过所述接口用户可以向系统10提供信息以及从系统10接收信息。这使得被统称为“信息”的数据、提示、结果、和/或指令以及任何其他以可通信项目能够在用户与压力生成器14、电子存储器16和/或处理器24中的一个或多个之间通信。适于包含在用户接口18中的接口装置的例子包括小键盘、按钮、开关、键盘、旋钮、操作杆、显示器屏幕、触摸屏、扬声器、麦克风、指示灯、音响警报器、打印机、触觉反馈装置和/或其他接口装置。在一个实施例中，用户接口18包括多个单独的接口。在一个实施例中，用户接口18包括与生成器14一体提供的至少一个接口。用户接口18可以被配置为接收来自受试者12的输入，以修改系统10的可调参数。例如，用户接口18可以被配置为接收来自受试者12的输入，以修改或选择呼吸状态检测的灵敏度或响应时间（例如，可以通过有刻度的旋钮或者显示从1到10数字的数字接口，调整针对呼吸状态转变检测的阈值水平，从而使得灵敏度升高或者降低）。

应当理解，本发明也考虑其他通信技术，或者硬连线的或者无线的，作为用户接口18。例如，本发明考虑，用户接口18可以与由电子存储器16提供的可移除存储器接口集成。在这个例子中，可以将信息从可移除存储器（例如，智能卡、闪存驱动器、可移除磁盘等）加载到系统10中，从而使得用户能够定制系统10的实施。其他适合作为用户接口18与系统10一起使用的示范性输入装置和技术包括，但不局限于，RS-232端口、RF链接、IR链接、调制解调器（电话、线缆或其他）。简而言之，本发明将任何用于与系统10通信信息的技术考虑为用户接口18。

传感器20被配置为生成传达与受试者12的呼吸努力相关的信息的一个或多个输出信号。在一个实施例中，传感器20生成传达与加压可呼吸气体流的一个或多个流体参数相关的信息的输出信号。所述一个或多个参数可以包括以下中的一个或多个：例如，流量、体积、压力、组成（例如，一种或多种成分的浓度）、湿度、温度、加速度、速度、声学指标、指示呼吸的参数的变化和/或其他流体参数。在一个实施例中，传感器20是流量传感器和压力传感器。所述传感器可以包括直接测量（例如，通过在压力生成器14处或在受试者接口26中的与加压可呼吸气体流的流体连通）这样的参数的一个或多个传感器。传感器20可以包括间接生成与所述加压可呼吸气体流的一个或多个流体参数相关的输出信号的一个或多个传感器。例如，传感器20的一个或多个可以基于压力生成器14的运行参数（例如，阀门驱动器或电动机电流、电压、旋转速度和/或其他运行参数），和/或其他传感器生成输出。

考虑传达与呼吸努力相关的信息的其他输出信号。例如，传感器20可以包括机械地检测呼吸肌努力的传感器（例如，佩戴在围绕受试者12胸部的带子上）、捕获受试者12的图像和/或测量受试者12的位置和/或运动（例如，速度或加速度）的光学传感器。

尽管将传感器20图示为邻近压力生成器14设置的两个单独的传感器，但其不意为限制。所述传感器可以包括设置在单一位置上或者多个位置上的一个或多个传感器，所述位置诸如，压力生成器14内、管道28内（或与之连通）、接口器具30内（或与之连通）和/或处于其他位置。

在一些实施方式中，可以将传感器20中的一个或多个放置到系统10之外并且更加接近受试者12。在这样的实施方式中，能够通过有线和/或无线配置将由外部定位的传感器20生成的输出信号传递至处理器24。可以将独立的用户接口包含于外部定位的传感器20，以接收传感器20生成的输出信号，处理实施文中描述的一些或所有技术的输出信号，和/或显示至少一些所确定的信息的输出信号。

处理器24被配置为提供在系统10中的信息处理能力。因此，处理器24可以包括以下中的一个或多个：数字处理器、模拟处理器、被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的模拟电路、状态机和/或用于电子处理信息的其他机构。尽管在图1中将处理器24显示为单个实体，但是仅用于说明的目的。在一些实施方式中，处理器24可以包括多个处理单元。这些处理单元可以物理地定位在同一装置（例如，压力生成器14）内，或者处理器24可以表示多个协调运行的装置的处理功能。

一般而言，处理器24被配置为确定受试者12的呼吸状态。处理器24还被配置为在加压可呼吸气体流的生成中控制压力生成器14，从而使所述加压可呼吸气体流的一个或多个参数根据治疗方案而改变，所述治疗方案将一个或多个参数定义为呼吸状态的函数。为了检测呼吸状态，处理器24可以被配置为基于加压可呼吸气体流的流动形状（和/或其他流体参数）识别呼吸状态的转变。呼吸状态的转变的识别可以与在受试者12的气道处或者附近（例如，在接口器具30处）的流体参数的感测和/或估计无关。因此，可以不需要准确的泄漏和/或损失估计。在一些实施方式中，处理器24可以被配置为基于流量的一阶时间导数的变化识别呼吸状态的转变。

如图1所示，处理器24可以被配置为执行一个或多个计算机程序模块。所述一个或多个计算机程序模块可以包括以下中的一个或多个：流体参数模块32、控制模块34、体积确定模块36、吸气压力模块37、自主呼吸模块38、觉醒检测模块40、速率确定模块42、升高确定模块44、呼气压力模块46和/或其他模块。处理器24可以被配置为通过软件；硬件；固件；软件、硬件和/或固件的某种组合；和/或用于配置处理器24上的处理能力的其他机构来执行模块32、34、36、37、38、40、42、44和/或46。

应当认识到，尽管在图1中将模块32、34、36、37、38、40、42、44和46图示为共同定位在单个处理单元内，但是在处理器24包括多个处理单元的实施方式中，模块32、34、36、37、38、40、42、44和/或46中的一个或多个可以远离其他模块定位。对由下文中描述的不同的模块32、34、36、37、38、40、42、44和/或46提供的功能的描述用于说明的目的，且并不意为限制，因为相比较于所描述的，模块32、34、36、37、38、40、42、44和/或46中的任何模块都可以提供更多或更少的功能。例如，可以去除模块32、34、36、37、38、40、42、44和/或46中的一个或多个，并且其功能的一些或全部可以通过模块32、34、36、37、38、40、42、44和/或46中的其他模块提供。作为另一个例子，处理器24可以被配置为执行一个或多个额外的模块，所述一个或多个额外的模块可以执行以下属于模块32、34、36、37、38、40、42、44和/或46之一的功能中的一些或全部。

流体参数模块32可以被配置为确定加压可呼吸气体流的一个或多个流体参数。流体参数模块32基于传感器20生成的输出信号确定加压可呼吸气体流的一个或多个流体参数。呼吸参数模块32确定的一个或多个流体参数可以包括流量、体积、压力、组成（例如，一种或多种成分的浓度）、湿度、温度、加速度、速度、声学指标、指示呼吸的参数的变化和/或其他流体参数。

控制模块34被配置为控制压力生成器14，从而根据治疗方案调整加压可呼吸气体流的参数。所述治疗方案向受试者12的气道提供加压可呼吸气体流，从而保持受试者12的平均呼吸潮气量，可以保持受试者的呼吸速率，和/或可以保持受试者的呼气末正压。所述治疗方案可以包括和/或涉及AVAPS、ACV和/或其他体积治疗。这类治疗不同于压力支持治疗，例如，气道正压（PAP）治疗，在所述气道正压（PAP）治疗中，支持受试者12的气道，但是不保持潮气量和/或呼吸速率。反而，PAP治疗通常只控制压力以将气道的结构能力（competence）保持在规定的水平上，而不考虑潮气量和/或呼吸速率。

控制模块34提供的治疗方案为双水平治疗。在这种治疗方案中，在呼气过程中的加压可呼吸气体流的压力水平保持在呼气水平（已知为呼气气道正压或EPAP）上。在吸气过程中，增加加压可呼吸气体流的压力水平，从而确保受试者12将吸入足够的气体来保持平均潮气量。根据呼吸速率触发吸气气道正压（IPAP）和EPAP之间的变化。根据所述呼吸速率采取的呼吸包括自主呼吸（例如，受试者12在吸气过程中自主地向肺中吸入气体和/或在呼气过程中自主地将气体从肺里排出的呼吸）和非自主呼吸（例如，气体的运动完全（或者基本上完全）归因于加压可呼吸气体流的压力水平变化的呼吸）。

体积确定模块36被配置为监测在向受试者12输送加压可呼吸气体流的过程中呼吸的潮气量。这可以包括确定各次呼吸的潮气量，确定许多呼吸的平均潮气量，确定滑动时间窗口的平均潮气量和/或确定其他潮气量。可以基于流体参数模块32确定的一个或多个流体参数和/或传感器20输出的（一个或多个）输出信号做出潮气量的（一个或多个）确定。

吸气压力模块37被配置为确定IPAP的基线水平。所述吸气压力模块被配置为确定IPAP的基线水平，从而使受试者12的呼吸的平均潮气量保持在目标平均潮气量上。可以基于来自受试者12、护理人员、治疗决策者、研究者和/或其他用户对系统10的输入确定所述目标平均潮气量。在一个实施例中，IPAP基线水平的变化受到最大变化率的限制。所述最大变化率可以大于或等于大约3cm H2O/分钟。这可以比传统的AVAPS和/或ACV治疗系统更快。这种对IPAP的基线水平更为动态的控制可以通过对由受试者12移动其身体位置造成的呼吸变化做出更快的调整而提高受试者12的舒适度。

自主呼吸模块38被配置为识别受试者12做出的自主呼吸。自主呼吸的识别基于传感器20生成的输出信号。在一个实施例中，这样的识别基于流体参数模块32从传感器20生成的（一个或多个）输出信号确定的一个或多个流体参数。

觉醒检测模块40被配置为在治疗期过程中检测受试者12的觉醒。在一个实施例中，基于自主呼吸模块38对自主呼吸的识别来确定受试者12的觉醒。在睡眠过程中，受试者12将倾向于具有较少的自主呼吸。因而，觉醒检测模块40可以基于自主呼吸的增加检测觉醒。可以通过将自主呼吸发生的速率与阈值水平进行比较，通过将滑动时间窗口过程中自主呼吸的量与阈值量进行比较，和/或通过另一技术，识别自主呼吸的增加。在一个实施例中，传感器20包括传达关于受试者12的移动信息的一个或多个传感器。觉醒检测模块40可以被配置为基于由用户接口20指示的受试者12的移动来检测觉醒。考虑用于检测觉醒的其他机制。

速率确定模块42被配置为确定用于触发IPAP和EPAP之间的转变的治疗呼吸速率。在传统的AVAPS和/或ACV治疗系统中，可以主要基于或者仅基于由受试者12、护理人员、治疗决策者、研究者和/或其他用户输入的速率确定所述呼吸速率。相形之下，速率确定模块42被配置为基于受试者12的自主呼吸确定所述呼吸速率。速率确定模块42在治疗期早期（例如，在晚上开始时）评估受试者12的呼吸速率，并在整个治疗期适当地保持所述呼吸速率。通过动态地确定控制潮气量的呼吸速率（例如，通过吸气压力模块39确定的IPAP水平），可以间接维持受试者12的每分通气量。

在呼气结束时，存在可能持续长达一个完整的呼吸周期的高度可变的时间段，此时在受试者12的气道中观察到接近零的流量并且肺保持恒定的容量。心理学家和医生都研究过这种时间段，有时被称为呼气暂停。其作为呼吸系统中的肌肉的休止时段，其避免了过多氧气的累积，并且还允许在左心室填充的同时使动脉血压稳定。由于系统10提供的机械通气支持减少了受试者12的呼吸功，因此延长的休止时段不再必要。此外，当受试者12的正常的不受辅助的气体交换率不足以适当地降低血流中的CO₂水平时，通过缩短呼气末暂停而调整睡眠过程中的呼吸速率是可以存在一些益处的。实质上，将系统10编程为通过先于中枢神经系统引发呼吸而引导在血碳酸过多的受试者12中的化学感受机制。

在一个实施例中，由速率确定模块42实施以确定治疗呼吸速率的算法将受试者12的早期的最快的自主呼吸速率实施为种子。将自主呼吸时间的滚动窗口保持在存储器（例如，电子存储器16）中。所述窗口可以包括12到50次之间的呼吸。在一个实施例中，所述窗口包括大约30次呼吸。如果呼吸时间合格，那么可以将其输入到所述窗口中。如果（1）呼吸以自主地将装置从呼气阶段触发到吸气阶段的患者努力开始和结束，并且（2）在呼吸过程中输送的潮气量接近典型的潮气量（例如，在预定量之内），那么速率确定模块42认为该呼吸“合格”。第二条合格因素避免了快速的浅恢复呼吸将治疗呼吸速率人为地设置得过高。使用典型的潮气量（而不是设定的平均气量）来考虑最大或最小IPAP压力设置不适合气量设置时的情况。这种合格要求也允许确定并输送适当的IPAP水平，从而使其优先于自动备份算法。

速率确定模块42被配置为从存储窗口中的呼吸时间确定当前平均自主呼吸时间。（A）如果当前平均自主呼吸时间处于或大于最小值（例如，预定的、可由用户配置的、制造时确定的、动态确定的和/或通过其他方式确定的最小值），以及（B）如果所述呼吸中至少有阈值百分比的呼吸是自主呼吸，那么将清醒呼吸时间设置为等于当前平均自主呼吸时间。所述阈值百分比可以是静态百分比，或者其可以在治疗期过程上变化。例如，在治疗期开始时，所述阈值百分比可以是相对高的值（例如，100%），因为受试者12应当是清醒的并且是相对警觉的。随着治疗期的继续（和/或受试者的清醒和/或注意力的减弱），可以将阈值百分比降低至较低值，例如，诸如大约70%。阈值百分比的降低可以包括渐降、坡降、从高值至低值的切换和/或其他值降低技术。

速率确定模块42被配置为基于清醒呼吸时间设置治疗呼吸时间。在一个实施例中，通过速率确定模块42将所述治疗呼吸时间设置为以下中较小者：清醒呼吸速率的1.14倍，或者与所述清醒呼吸时间相比每分钟少两次呼吸。通过下述关系说明用于确定所述治疗呼吸时间的这种实施例：

(1)  

其中，TBT表示所述治疗呼吸时间，并且WBT表示所述清醒呼吸时间。

针对给定呼吸，总呼吸时间是吸气时间（例如，所述治疗呼吸时间）和呼气时间的和。可以将其表示为：

(2)  TRT=TBT+ET;

其中，TRT表示总治疗呼吸时间；ET表示呼气时间。治疗呼吸速率是总治疗呼吸时间的倒数。

在一个实施例中，速率确定模块42被配置为动态地确定所述呼气时间。例如，所述速率确定模块42可以根据下述关系确定所述呼气时间：

(3)  ET=VT·(1-m);

其中，VT是可变时间，m是过去呼吸的滑动窗口上的非自主呼吸的比例（即，从0到1）。在一个实施例中，所述过去呼吸的滑动窗口大约为12次。速率确定模块42被配置为确定与所述治疗呼吸时间成比例的可变时间。例如，速率确定模块42可以将所述可变时间确定为：

(4)  VT=0.12·TBT.

应当认识到，如果用于确定m的所述过去呼吸的滑动窗口为12次，那么当受试者12进入睡眠状态并降低了其呼吸速率时，系统10将在少至12次呼吸内就使其呼吸速率提高到清醒呼吸率的大约90%。所述可变时间基于非自主呼吸的次数将治疗呼吸速率从患者清醒时患者速率的大约75%调整到患者速率的90%。这为受试者12提供了许多舒适特征，包括在受试者12入睡，并且系统10开始控制呼吸速率时的平稳过渡，并且还允许受试者12在从熟睡中觉醒之后自主地呼吸。

在治疗期过程中，在受试者12入睡之后，在受试者12经历觉醒时，所述治疗呼吸速率可能让受试者12感受到人为地高。这可以令受试者12感到不适，并且可以令受试者12完全清醒和/或难以重新入睡。为了避免这种不适，和/或为了其他原因，除了调整上述变量m和/或作为调整上述变量m的替代，速率确定模块42可以被配置为在觉醒过程中降低所述治疗呼吸速率。这涉及在觉醒检测模块40的检测到觉醒过程中降低所述治疗呼吸速率（例如，降低特定量、降低预定量，以渐降方式降低和/或以其他方式降低所述速率）。

在控制压力生成器14以使加压可呼吸气体流的压力水平在IPAP和EPAP之间转变中，控制模块34被配置为依赖自主呼吸模块38和速率确定模块42。例如，在呼吸的末尾（例如，在呼气过程中），控制模块34被配置为或者响应于自主呼吸模块38检测到自主吸气，或者响应于从与没有检测到自主吸气的治疗呼吸速率相对应的呼吸事件（例如，从上一次吸气开始，从上一次吸气结束和/或其他时间）经过的一段时间量，触发压力生成器14，从而将压力水平从EPAP调整至IPAP。控制模块34响应于这些现象中的任一者控制压力生成器14，从而使压力水平从IPAP提高至EPAP。

控制模块34还被配置为响应于自主呼吸修改压力。这包括在根据所述治疗呼吸速率触发的非自主呼吸的过程中修改压力。响应于自主呼吸模块38识别与非自主呼吸对立的自主呼吸，控制模块34被配置为控制压力生成器14，从而修改压力以支持自主呼吸，而不是继续支持非自主呼吸。通过非限制性例子，响应于自主呼吸模块38检测到非自主呼吸的吸气过程中的自主呼气努力，控制模块34可以被配置为控制压力生成器14以从IPAP切换至EPAP，即使非自主呼吸的吸气尚未完成。这可以提高系统10对于受试者12而言的舒适性，因为受试者12将无须通过升高的IPAP压力呼气。

由于在自主吸气过程中，气体进入肺部中的移动受到受试者12的呼吸努力以及加压可呼吸气体流的压力的辅助。相形之下，在非自主吸气过程中，气体进入肺部中的移动仅凭借或者主要凭借加压可呼吸气体流的压力完成。为了适应这种差异，控制模块34可以被配置为控制压力生成器14从而使针对自主呼吸（由自主呼吸模块38识别）的IPAP不同于针对非自主呼吸（由所述治疗呼吸速率触发的呼吸）的IPAP。通过非限制性例子，在一个实施例中，控制模块34控制压力生成器14，从而响应于给定呼吸为自主呼吸，在基线水平处提供IPAP。响应于给定呼吸为非自主呼吸，在高于基线水平的升高水平处提供IPAP。较高的升高水平有助于在缺少受试者12的呼吸努力的情况下保持平均潮气量。

通过图示，图2包括描绘IPAP的基线水平和IPAP的升高水平的实施方式的两个绘图。具体而言，图2包括压力图48和潮气量图50。压力图48针对两次自主呼吸52和两次非自主呼吸54根据时间示出了压力。潮气量图50针对自主呼吸52和非自主呼吸54根据时间示出了潮气量。如从压力图48中可以看出的，针对非自主呼吸54的IPAP比针对自主呼吸52的IPAP大约高3cm H2O。然而，如从潮气量图50中所示，在自主呼吸52和非自主呼吸54之间，潮气量稳定保持在大约600mL。

返回图1，在一个实施例中，将IPAP的升高水平设置为IPAP的基线水平和压力升高量之和。升高确定模块44被配置为确定针对受试者12的压力升高量。升高确定模块44可以被配置为使升高量的确定基于受试者12的呼吸、基于用户向系统10的输入和/或基于其他标准。例如，所述升高量可以基于传感器20生成的（一个或多个）输出信号，和/或受试者12的呼吸的其他度量。

通过图示，图3描绘了一种用于确定所述升高量的潜在技术。图3示出了对应于各次呼吸的点的绘图56。针对所述各次呼吸中的每个所绘的度量是呼吸的IPAP和EPAP之间差异与该呼吸的目标潮气量和实际潮气量之间的差异。将两条线拟合至所述点，一条用于对应于自主呼吸的点，并且一条用于对应于非自主呼吸的点。将这两条线的沿y轴的差实施为所述升高量。可以将沿y轴的差确定为沿y轴的平均差、y截距的差和/或其他差。

返回图1，控制模块34被配置为实施升高确定模块44确定的升高量以及吸气压力模块37确定的针对IPAP的基线水平，从而确定针对IPAP的升高的水平。呼气压力模块46被配置为确定适当的EPAP压力水平。呼气压力模块46对EPAP压力水平的确定在治疗期过程中可以是持续的和/或是动态的。在一个实施例中，呼气压力模块46被配置为实施美国专利No.7267122中描述的确定EPAP的技术，在此通过引用将其全文并入本公开。这并不意为限制，因为呼气压力模块46可以实施任何用于确定将保持针对受试者12的呼气末正压的EPAP压力水平的技术。所述呼气末正压水平可以动态地确定，和/或可以为固定值。

所述呼气末正压水平的保持可以在呼气结束时保持气道的结构完整性，从而减少呼吸暂停和/或气道阻塞。类似地，所述呼气末正压水平的保持可以减少受试者12开始下一次自主呼吸所需的努力。因此，呼气压力模块46对适当的EPAP水平的确定可以提高舒适度，增加自主呼吸，提高气道完整性和/或提高治疗的其他方面。

图4图示了用于向受试者的气道输送加压可呼吸气体流的方法58。下文介绍的方法58的操作意为说明性的。在一些实施例中，可以通过一个或多个未描述的操作和/或在不需要一个或多个所讨论的操作的情况下完成方法58。此外，图4图示的以及下文所述的方法58的操作的顺序并不意为限制。

在一些实施例中，可以在一个或多个处理装置（例如，数字处理器、模拟处理器、被设计为处理信息的数字电路、被设计为处理信息的模拟电路、状态机和/或用于电子处理信息的其他机构）中实施方法58的一些或所有操作。所述一个或多个处理装置可以包括响应于以电子的方式存储在电子存储介质上的指令以执行方法58的一些或所有操作的一个或多个装置。所述一个或多个处理装置可以包括一个或多个装置，所述一个或多个装置通过被特定地设计为执行方法58的一个或多个操作的硬件、固件和/或软件配置。

在操作60中，生成用于向受试者的气道输送的加压可呼吸气体流。在一个实施例中，在与控制模块34（如图1所示及上文所述的）类似或相同的控制模块的控制下通过与压力生成器14（如图1所示及上文所述的）类似或相同的压力生成器执行操作60。

在操作62中，通过一个或多个传感器生成一个或多个输出信号。所述一个或多个输出信号传达与受试者的呼吸努力、加压可呼吸气体流的一个或多个流体参数、受试者12的一个或多个呼吸参数相关的信息和/或其他信息。在一个实施例中，通过与传感器20（如图1所示及上文所述的）相似或相同的一个或多个传感器执行操作62。

在操作64中，确定治疗呼吸速率。可以在治疗期开始处或在治疗期开始附近处基于受试者的自主呼吸确定所述治疗呼吸速率。所述呼吸速率的确定可以在治疗期过程中是持续的，并且可以被调整以适应，例如，受试者的觉醒。可以在操作66中检测觉醒。响应于操作66中的觉醒的检测，可以降低针对觉醒时段的呼吸速率。在一个实施例中，通过与速率确定模块42（如图1所示及上文所述的）相似或相同的速率确定模块执行操作64。在一个实施例中，通过与觉醒检测模块40（如图1所示及上文所述的）相似或相同的觉醒检测模块执行操作66。

在操作68中，确定针对IPAP的基线压力水平。所述基线水平的确定可以基于针对治疗期的目标潮气量。可以确定所述基线压力水平以确保在受试者的自主呼吸过程中保持目标潮气量。在一个实施例中，通过与吸气压力模块37（如图1所示及上文所述的）相似或相同的吸气压力模块执行操作68。

在操作70中，确定压力的升高量。所述压力的升高量是在非自主呼吸过程中增加在针对IPAP的基线水平上的压力量。在一个实施例中，通过与升高确定模块44（如图1所示及上文所述的）相似或相同的升高确定模块执行操作70。

在操作72中，确定受试者是否已经开始了自主呼吸。在一个实施例中，通过与自主呼吸模块38（如图1所示及上文所述的）相似或相同的自主呼吸模块执行操作72。响应于受试者尚未开始自主呼吸的确定，方法58前进至操作74。

在操作74中，确定是否应当开始非自主呼吸。做出这种确定是基于先前呼吸事件（例如，先前呼吸的开始、先前呼气的开始、先前吸气的结束和/或其他呼吸事件）的时间和所述治疗呼吸速率的，从而确保所述治疗呼吸速率的保持。响应于不应开始非自主呼吸的确定，方法58返回至操作72。在一个实施例中，通过与控制模块34（如图1所示及上文所述的）相似或相同的控制模块执行操作74。

响应于操作72中的已经开始了自主呼吸的确定，或者操作74中的应当开始非自主呼吸的确定，方法58转到操作76。在操作76中，使加压可呼吸气体流的压力水平保持在IPAP压力水平上。响应于操作72中的已经开始了自主呼吸的确定，将在操作76中的IPAP压力水平设置到在操作68中确定的基线水平上。响应于操作74中应当开始非自主呼吸的确定，将在操作76中的IPAP压力水平设置为高于所述基线水平的升高水平。所述升高水平可以是所述基线水平和所述升高压力量之和。在操作76中，响应于对受试者的自主呼气的检测，可以中断以所述IPAP压力水平的加压可呼吸气体流的输送。在一个实施例中，在与控制模块34（如图1所示及上文所述的）相似或相同的控制模块的控制下通过与压力生成器14（如图1所示及上文所述的）相似或相同的压力生成器执行操作76。

在操作78中，将加压可呼吸气体流的压力调整至针对受试者呼气的EPAP水平。在一个实施例中，在与控制模块34（如图1所示及上文所述的）相似或相同的控制模块的控制下通过与压力生成器14（如图1所示及上文所述的）相似或相同的压力生成器执行操作78。

在操作80中，确定针对加压可呼吸气体流的EPAP水平。在一个实施例中，通过与呼气压力模块46（如图1所示及上文所述的）相似或相同的呼气压力模块执行操作80。

在权利要求中，不应当将任何放置在括号内的附图标记解释为限制所述权利要求。词语“包含”或“包括”不排除权利要求中列举的元件或步骤以外的元件或步骤的存在。在枚举了若干器件的装置权利要求中，可以通过一件且相同的硬件项目体现这些器件中的若干。元件前的词语“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。在枚举了若干器件的任何装置权利要求中，可以通过一件且相同的硬件项目体现这些器件中的若干。事实是，在互不相同的从属权利要求中陈述特定元件不表示不能将这些元件结合使用。

尽管基于当前认为最为实际和优选的实施例出于说明的目的详细描述了本发明，但是应当理解这样的细节仅用于那个目的，并且本发明不限于所公开的实施例，而是相反，本发明旨在涵盖处于所附权利要求的精神和范围内的修改和等价布置。例如，应当理解，本发明考虑，在可能的程度上，任何实施例的一个或多个特征能够与任何其他实施例的一个或多个特征结合。

Claims (15)

1.一种被配置为向受试者的气道输送加压可呼吸气体流的系统，所述系统包括：

压力生成器（14），其被配置为生成用于向受试者（12）的气道输送的加压可呼吸气体流；

传感器（20），其被配置为生成传达与所述受试者的呼吸努力相关的信息的输出信号；

一个或多个处理器（24），其被配置为执行计算机程序模块，所述计算机程序模块包括：

控制模块（34），其被配置为根据治疗方案控制所述压力生成器，使得在所述受试者的呼吸过程中保持平均潮气量，并且使得所述呼吸以呼吸速率进行；

吸气压力模块（39），其被配置为确定保持平均潮气量的吸气压力水平；

速率确定模块（42），其被配置为确定治疗呼吸速率；以及

呼气压力模块（46），其被配置为确定呼气压力水平，

其中，所述控制模块被配置为控制所述压力生成器，使得所述受试者的呼吸保持在所述治疗呼吸速率上，并且使得在吸气过程中以由所述吸气压力模块确定的所述吸气压力水平输送所述加压可呼吸气体流，并且在呼气过程中以所述呼气压力水平输送所述加压可呼吸气体流。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述吸气压力模块被配置为确定基线压力水平，其中，所述计算机程序模块还包括自主呼吸模块（38），所述自主呼吸模块（38）被配置为基于所述传感器生成的所述输出信号识别所述受试者做出的自主呼吸，并且其中，所述控制模块还被配置为使得：

(a)响应于给定呼吸被所述自主呼吸模块识别为自主呼吸，使所述给定呼吸的吸气过程中的所述加压可呼吸气体流的压力保持在所述基线水平上，并且

(b)响应于所述给定呼吸未被所述自主呼吸模块识别为自主呼吸，使所述给定呼吸的吸气过程中的所述加压可呼吸气体流的压力保持在比所述基线水平更高的升高水平上。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述速率确定模块被配置为基于在治疗期开始处或者治疗期开始附近监测到的所述受试者的自主呼吸来确定所述呼吸速率，在所述治疗期内，所述控制模块控制所述压力生成器从而根据所述治疗方案生成所述加压可呼吸气体流。

4.根据权利要求3所述的系统，还包括觉醒检测模块（40），所述觉醒检测模块（40）被配置为在所述治疗期过程中检测所述受试者的觉醒，并且其中，所述速率确定模块被配置为在所检测到的觉醒的过程中降低所述呼吸速率。

5.根据权利要求2所述的系统，其中，所述升高的压力水平等于所述基线水平与升高量的和，并且其中，计算机程序模块还包括升高确定模块，所述升高确定模块被配置为基于所述受试者的呼吸确定所述升高量。

6.一种向受试者的气道输送加压可呼吸气体流的方法，所述方法包括：

生成（60）用于向受试者（12）的气道输送的加压可呼吸气体流；

生成（62）传达与所述受试者的呼吸努力相关的信息的输出信号；

动态地确定（68）保持平均潮气量的吸气压力水平；

动态地确定（80）呼气压力水平；

动态地确定（64）治疗呼吸速率；以及

根据治疗方案控制（76）所述加压可呼吸气体流的生成，使得所述受试者的呼吸以所述治疗呼吸速率进行，并且使得在吸气过程中以所述吸气压力模块确定的所述吸气压力水平输送所述加压可呼吸气体流，并且在呼气过程中以所述呼气压力水平输送所述加压可呼吸气体流。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，动态地确定的所述吸气压力水平是基线压力水平，其中，所述方法还包括基于所述输出信号识别（72）所述受试者做出的自主呼吸，并且其中，控制所述加压可呼吸气体流的生成包括：

(a)响应于给定呼吸被识别为自主呼吸，将在所述给定呼吸的吸气过程中的所述加压可呼吸气体流的压力保持在基线水平上，并且

(b)响应于所述给定呼吸未被识别为自主呼吸，将在所述给定呼吸的吸气过程中的所述加压可呼吸气体流的压力保持在比所述基线水平更高的升高水平上。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述治疗呼吸速率的确定基于在治疗期开始处或者治疗期开始附近监测到的所述受试者的自主呼吸，在所述治疗期内，根据所述治疗方案控制所述加压可呼吸气体流的生成。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

在所述治疗期过程中检测（66）所述受试者的觉醒；并且

在所检测到的觉醒的过程中降低（64）所述呼吸速率。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述升高的压力水平等于所述基线水平与升高量的和，并且其中，所述方法还包括基于所述受试者的呼吸确定所述升高量。

11.一种被配置为向受试者的气道输送加压可呼吸气体流的系统，所述系统包括：

用于生成用于向受试者（12）的气道输送的加压可呼吸气体流的器件（14）；

用于生成传达与所述受试者的呼吸努力相关的信息的输出信号的器件（20）；

用于动态地确定保持平均潮气量的吸气压力水平的器件（39）；

用于动态地确定呼气压力水平的器件（46）；

用于动态地确定治疗呼吸速率的器件（42）；以及

用于以下的器件（34）：其用于根据治疗方案控制所述加压可呼吸气体流的生成，使得所述受试者的呼吸以所述治疗呼吸速率进行，并且使得在吸气过程中以所述吸气压力模块确定的所述吸气压力水平输送所述加压可呼吸气体流，并且在呼气过程中以所述呼气压力水平输送所述加压可呼吸气体流。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，动态地确定的所述吸气压力水平是基线压力水平，其中，所述系统还包括用于识别所述受试者做出的自主呼吸的器件（40），并且其中，所述用于控制所述加压可呼吸气体流的生成的器件被配置为使得：

(a)响应于给定呼吸被所述自主呼吸模块识别为自主呼吸，将在所述给定呼吸的吸气过程中的所述加压可呼吸气体流的压力保持在基线水平上，并且

(b)响应于所述给定呼吸未被所述自主呼吸模块识别为自主呼吸，将在所述给定呼吸的吸气过程中的所述加压可呼吸气体流的压力保持在比所述基线水平更高的升高水平上。

13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述治疗呼吸速率的确定基于在治疗期开始处或者治疗期开始附近监测到的所述受试者的自主呼吸，在所述治疗期内，根据所述治疗方案控制所述加压可呼吸气体流的生成。

14.根据权利要求13所述的系统，还包括：

用于在所述治疗期过程中检测所述受试者的觉醒的器件（40）；以及

用于在所检测到的觉醒的过程中降低所述呼吸速率的器件（42）。

15.根据权利要求12所述的系统，其中，所述升高的压力水平等于所述基线水平与升高量的和，并且其中，所述系统还包括用于基于所述受试者的呼吸确定所述升高量的器件。

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