CN103285478B - 呼吸系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于非侵入性呼吸的呼吸系统，带有：呼吸驱动装置，其由控制设备来控制，以及患者模块（4），其带有电极，用于将电极信号从患者的胸腔表面引导开，其中控制设备设计用于在电极信号中抑制EKG信号分量，以便获得表示呼吸劳顿的肌电图信号（EMG信号），并且根据EMG信号来控制呼吸驱动装置。根据本发明设计了，控制设备此外设计用于从电极信号中在抑制EKG信号分量之前将EKG信号导出并且提供表示EKG的数据用于显示。

Description

呼吸系统

技术领域

本发明涉及一种用于非侵入性呼吸的呼吸系统，带有：呼吸驱动装置，其由控制设备来控制，以及电极，用于将电极信号从胸腔表面引导开，其中控制设备设计用于在电极信号中抑制EKG分量，以便获得表示呼吸劳顿的肌电图信号（EMG信号），并且根据EMG信号来控制呼吸驱动装置，其中控制设备（10）此外设计用于从电极信号中在抑制EKG信号分量之前将EKG信号导出并且提供用于显示。

背景技术

呼吸系统具有的目的是，减轻患者的呼吸肌肉组织的负荷以及保证足够的氧气供应和二氧化碳去除。这通过由呼吸驱动装置完全接管或者（在支持性方法中）部分接管呼吸工作来进行。鉴于增长的慢性肺病以及对于改善治疗的要求，在患者和呼吸驱动装置之间的改进交互情况下，非侵入性呼吸支持是对于现代呼吸系统的决定性要求。在此，一个主要观点是，针对关于呼吸工作方面的患者呼吸的自主部分（对应于呼吸行程的幅度）以及针对时间同步性来设置设备侧的支持的部分。借助自主呼吸部分的可调节的部分，可以实现不同的目的，例如减轻患者呼吸肌肉组织的负荷或者戒断呼吸。为此重要的是，可靠地检测患者呼吸的呼吸阶段的开始，因为该信息（尤其是在新生儿和COPD患者情况下）并不是明确地从呼吸系统的气体测量信号中得出。针对与患者的呼吸劳顿改善的匹配，已知的是，将肌电图信号（EMG）信号导出，其代表呼吸肌肉组织的肌肉活动。这种方法由DE 10 2007 062 214B3中已知。在已知的设备情况下，借助在胸腔的表面上的电极来接收呼吸活动信号u_EMG(t)。为了将接收到的电极信号变为代表呼吸活动的肌电图信号，电极信号必须经过预先处理，尤其是EKG信号分量必须被去除，EKG信号分量从信号高度来看主导整个信号。为此，可以进行滤波以及包络线检测。优选的是，包络线检测通过将电极信号形成数值或者平方以及随后的低通滤波来进行。在该预先处理之后，得到代表呼吸活动的肌电图信号，其可以用于控制呼吸系统的呼吸驱动装置，例如在DE 10 2007 062 214 B3中描述的那样。

在患者的呼吸时也希望的是，显示心电图（EKG），以便得到关于关键参数的概况。该显示要用于在显示器中使得心率以及规则性（变异性）和不规则性（心律不齐）可见。

对于在胸腔表面上接收肌电图信号需要多个电极。如果没有心脏病学的问题，则EKG通常借助在患者的胸部区域中的三个引出线、即四个电极来接收。因此，当除了肌电图信号还要接收EKG信号时，必须将多个电极固定在患者的躯干上，这尤其是对于非常小的患者和早产儿是不利的。

根据权利要求1的前序部分所基于的DE 10 2009 035 018 A1设计了，控制设备设置用于在抑制EKG信号分量之前从所接收的电极信号中导出EKG信号，并且提供代表EKG的数据用于显示。

实际上，肌电图表面电极信号与食道EMG的信号一样包含由于心脏活动导致的强的信号分量（EKG信号）。具有一毫伏至数毫伏的信号幅度的该信号分量被从信号变化曲线中去除，以便可以将明显更小的其他肌肉活动（例如胸膈肌肉组织、肋间肌肉组织和呼吸辅助肌肉组织）作为呼吸活动信号来进行分析。为此，EKG分量通过减去或者删除EKG信号来处理。通常，包含EKG信号的R峰的信号分量在R峰之前和之后的固定的时间窗中被切除。被切出的信号分量通过0或者对应于EKG信号的R峰的时间窗之前的信号高度的常数来替代，也即该信号在R峰的时间窗之前的信号高度在所述时间窗上被外插。在电极信号上的被消除的EKG分量并不与患者的呼吸努力直接关联，并且在呼吸的控制情况下基于EMG信号而不显著。在抑制EKG信号分量之后得到的EMG信号是其幅度借助肌肉活动来调制的信号。

在其抑制之前存在的EKG信号可以作为EKG信号导出并且在显示器上显示。在定位电极用于检测EMG分量时，形成引出线（Ableitungen），其大致对应于根据艾因特霍芬I或II的EKG的常见引出线。对于诊断的EKG必需的是，将针对心脏的位置并且由此的视角识别为电压激励器（Cabrera回路），由此图像显示对应于在医学中常见的显示方式，并且幅度和时间关系对应于医学标准可以被测得。

电极布置在患者模块上，该患者模块可以安置在患者胸腔的表面上。

发明内容

本发明的任务是，改进呼吸系统，使得为使用者提供更多信息，尤其是针对心脏循环系统的状态的信息。

具有如下所述特征的呼吸系统用于解决该任务。

根据本发明设计了一种用于非侵入性呼吸的呼吸系统，带有：呼吸驱动装置，其由控制设备来控制；以及患者模块，其带有电极，用于将电极信号从患者胸腔的表面引导开，其中控制设备设立用于在电极信号中抑制EKG分量，以便获得表示呼吸劳顿的肌电图信号（EMG信号），并且根据EMG信号来控制呼吸驱动装置，其中控制设备此外设立用于从电极信号中在抑制EKG信号分量之前将EKG信号导出并且提供用于显示，控制设备此外设立用于在分离EKG信号之后形成EMG信号的包络线，并且在呼吸设备上进行显示，从EKG信号中确定心率作为测量值，并且将心率与EKG信号一同在呼吸设备上进行显示，或者将其在输出端上提供用于在独立的监视器上显示，或者将其在输出端上提供用于在独立的监视器上显示。

控制设备（在其中单个部件已经可以安置在患者模块上或者在呼吸系统的其他部位上）以数字方式和/或模拟方式提供独立的EKG信号，以便在患者监视器上能够实现与测量值的显示一同的心率的图像显示。优选地，在患者模块中设置有电路，其设立用于从电极信号中分离EKG信号，并且将分离的EKG信号以数字方式和/或模拟方式提供用于显示。患者模块可以与呼吸系统的其他部件通过连接线路连接，其设置用于患者模块的能量供给以及用于在患者模块和呼吸系统的其他部件之间的数据传输。患者模块可以设置有蓄电池用于能量供给，并且与呼吸系统的其他部件无线地无线电连接。独立的监视器设置用于显示EKG信号。设置有唯一的显示装置用于在显示器的窗口中显示肌电图信号以及EKG信号。

心率以及任选的心率变异性被作为测量值来确定和显示。

心率变异性可以通过可调节的时间段（例如1000至10000心跳）来确定，并且作为标准偏差、柱状图或者频谱来示出。心率变异性可以用于分析心脏循环系统的工作负荷，或者由此产生压力指数。同样地，可以由频率的变异性来导出与呼吸循环的匹配。在第一级（Ordnung）中，生理上的呼吸活动和心脏活动彼此无关地根据气体交换的要求（CO₂作为主导参数）或者营养物质/氧气要求来控制组织中的输送。在第二级中，生理上的呼吸活动和心脏活动耦合，其方式是身体尝试将低呼吸压力（吸气）与用静脉的无压力的血填充前心室的叠加变得容易。就此而言，在健康的生理条件情况下，可以观察到呼吸和心脏活动的耦合。两个调节回路具有在频率范围上以及行程范围上的自由度。借助变异性上可以导出，是否其他的“较不重要的”影响因子会影响到心脏活动，或者是否心脏在其能力的边界上工作，并且可以不考虑“不重要的”影响变量。

呼吸系统可以在监视器中具有独立的区域，其中显示导出的EKG信号和/或从中导出的测量值的图像显示。监视器可以在机械上直接在呼吸系统上集成到其中或者作为独立的部分与其远离地定位。

附图说明

下面借助在附图中的实施例来阐述本发明，其中：

图1示出了呼吸系统的示意图；

图2示出了呼吸系统的示意图；

图3示出了呼吸系统的示意图；

图4a示出了呼吸系统的患者模块；以及

图4b示出了呼吸系统的患者模块。

具体实施方式

图1示出了呼吸系统，其带有主单元2和患者模块4，患者模块设置有电极，其安置在患者胸腔的表面上。患者模块4与线路9以及线路7连接，其中线路9为了供给能量而与用于电势分离的电路8连接，并且线路7用于与主单元2数据传输。非侵入式的呼吸通过带有吸气和排气软管的软管系统1来进行。

由电极接收的信号已经在患者模块4上通过模拟/数字转换器转换为数字数据，其通过线路7传递给主单元2。通过线路7传递的数字信号在DC-DC转换电路6中被转换，并且进一步传递给控制设备10，例如微处理器形式的控制设备，其中尤其是将EKG信号分离。EKG信号被以数字形式引导至数字EKG输出端22一次；另一方面，EKG信号在数字/模拟转换器11中又被转换为模拟信号，其被引导至模拟EKG输出端20。主单元2具有显示装置30，在其上显示在EKG信号分量分离之后的肌电图信号。被分离的EKG信号在窗口32中被特别地在显示装置30上示出。附加地，从EKG信号中获得的心率被作为测量值与EKG信号一同显示。肌电图信号在控制设备10中使用来通过呼吸驱动装置按照预先给定的算法调节对呼吸活动的支持，如例如在DE 10 2007 062 214 B3中所描述的那样。

当然，在未示出的实施例中，由电极接收的信号也可以以模拟方式从患者模块通过线路传递给主单元，并且在主单元中才数字化。

图2示出了呼吸系统的另一实施形式，其很大程度上对应于图1中所示的实施形式，然而设置有独立的监视器34，在其上显示输出端20的模拟EKG信号。

图3示出了呼吸系统的另一实施形式，其与前述实施形式的区别在于，在患者模块4和主单元2之间不存在电学线路连接。替代地，患者模块4由本地的蓄电池5来提供电能。所接收的和数字化的EMG信号于是无线地通过无线电发送给主单元2中的控制设备10。在EKG信号分离之后，这些信号在数字输出端22上提供，并且被转发给监视器34并且在那里进行显示。

图4a示意性地示出了患者模块4。电极信号通过用于电极的插塞连接器40来引导至测量放大器，并且其输出被引导至模拟/数字转换器44。数字化的信号在控制设备（微处理器）42中被处理，其中尤其是分离EKG信号，并且转发给线路驱动器46。这样准备的信号通过输出端7发送给主单元。能量供给通过线路9或者通过本地蓄电池进行。电能通过单元48至患者模块4上的其他部件的转发在视图中出于清楚原因而被省去。

图4b示出了患者模块4的改进的实施形式。电极信号又在模拟/数字转换器44中被数字化，并且在控制设备42中被处理。在控制设备（微处理器）42中，在从电极信号中分离EKG信号之后，实施针对表面EMG信号的包络线。表面EMG信号通过电路47和49转发给驱动器52。相应地，分离的EKG信号通过电路50转发到驱动器52。数据由驱动器52通过数据发送单元7’例如通过WLAN无线地传送给主单元2。能量供给通过蓄电池9’和分配器48进行，其中从分配器48至患者模块上的单个部件的转发又出于清楚原因而被省去。

附图标记表

1 软管系统

2 主单元

4 患者模块

5 蓄电池

6 DC-DC转换电路

7 数据传输线路

7’ 数据发送单元

8 用于电势分离的电路

9 线路

9’ 蓄电池

10 控制设备

20 模拟EKG输出端

22 数字EKG输出端

30 监视器

32 显示窗

34 屏幕

40 电极插塞连接器

42 控制设备

44 A/D转换器

46 线路驱动器

47 用于计算包络线的控制设备

48 电压滤波器

49 用于加工表面EMG信号的电路

50 用于准备EKG信号分量的电路

52 线路驱动器

Claims (10)

1.一种用于非侵入性呼吸的呼吸系统，带有：呼吸驱动装置，其由控制设备（10）来控制，以及患者模块（4），其带有电极，用于将电极信号从患者胸腔的表面引导开，其中控制设备（10）被设立用于在电极信号中抑制心电图分量，以便获得表示呼吸劳顿的肌电图信号，并且根据肌电图信号来控制呼吸驱动装置，其中控制设备（10）此外被设立用于从电极信号中在抑制心电图信号分量之前将心电图信号导出并且提供用于显示，其特征在于，控制设备此外被设立用于在分离心电图信号之后形成肌电图信号的包络线，并且在呼吸设备上进行显示，从心电图信号中确定心率作为测量值，并且将心率与心电图信号一同在呼吸设备上进行显示，或者将所述心率与心电图信号提供在输出端上以便能在独立的监视器上进行显示。

2.根据权利要求1所述的呼吸系统，其特征在于，在患者模块（4）中设置有电路，其设立用于从电极信号中分离心电图信号，并且将分离的心电图信号以数字方式和/或模拟方式提供用于显示。

3.根据权利要求1或2所述的呼吸系统，其特征在于，患者模块（4）通过连接线路（7，9）连接到呼吸系统的用于电势分离的电路(8)和DC-DC转换电路(6)，以便分别用于患者模块（4）的能量供给以及用于在患者模块（4）和呼吸系统的DC-DC转换电路(6)之间的数据传输。

4.根据权利要求3所述的呼吸系统，其特征在于，设置独立的监视器（34）用于显示所述心率与心电图信号。

5.根据权利要求3所述的呼吸系统，其特征在于，设置有唯一的显示装置用于在显示器（30）的窗口（32）中显示肌电图信号以及心电图信号。

6.根据权利要求1或2所述的呼吸系统，其特征在于，患者模块（4）设置有蓄电池（9’）用于能量供给，并且与呼吸系统的控制设备（10）无线地无线电连接。

7.根据权利要求6所述的呼吸系统，其特征在于，设置独立的监视器（34）用于显示所述心率与心电图信号。

8.根据权利要求6所述的呼吸系统，其特征在于，设置有唯一的显示装置用于在显示器（30）的窗口（32）中显示肌电图信号以及心电图信号。

9.根据权利要求1或2所述的呼吸系统，其特征在于，设置独立的监视器（34）用于显示所述心率与心电图信号。

10.根据权利要求1或2所述的呼吸系统，其特征在于，设置有唯一的显示装置用于在显示器（30）的窗口（32）中显示肌电图信号以及心电图信号。