CN103379856A

CN103379856A - 确定无创通气期间排出的二氧化碳的系统和方法

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Publication number: CN103379856A
Application number: CN2011800680029A
Authority: CN
Inventors: J·A·奥尔
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2031-12-13
Also published as: US20130267863A1; WO2012085753A1; EP2654562B1; JP2014502894A; JP6165631B2; US10561339B2; EP2654562A1; RU2013133854A; CN103379856B

Abstract

一种系统被配置为对无创通气的受试者执行二氧化碳测定术/二氧化碳描记术，和/或其他成分分析。如此，所述系统在每次呼吸的基础上确定所述受试者排出的气体分子种类（例如二氧化碳、氧气等）的量。调节对所排出的气体分子种类的量的确定以反映从用于与所述受试者的气道连通的无创接口泄漏的气体分子种类的量。

Description

确定无创通气期间排出的二氧化碳的系统和方法

技术领域

本发明涉及确定无创通气期间排出的二氧化碳和/或一些其他气体分子种类的量。

背景技术

在有创通气期间，通过有创接口器具在呼吸回路和受试者的气道之间维持密封的接合。例如，当输送加压气体以为受试者进行机械通气时，气管内管可以维持这样的密封。在这样的配置中，确定排出的二氧化碳或一些其他分子种类（例如，以监测气体交换）可能是相当简单的。

在非侵入通气中，经由无创接口器具向受试者的气道输送导致机械通气的加压气体。无创接口器具以非密封方式与受试者的气道的一个或多个外部孔接口连接。例如，呼吸面罩形成在鼻子和嘴附近与受试者面部接合的腔。因为无创接口器具允许呼吸期间的气体泄漏，所以准确和/或精确检测二氧化碳可能更为复杂（例如，当排出的气体通过泄漏而漏出）。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种被配置为确定受试者在呼吸期间排出的二氧化碳的体积的系统。在一个实施例中，所述系统包括一个或多个气体参数传感器、二氧化碳传感器和处理器。所述一个或多个气体参数传感器被配置为生成传达与呼吸回路中压力和/或流量相关的信息的输出信号。所述呼吸回路包括被配置为与受试者的气道无创连通的无创受试者接口器具。所述二氧化碳传感器被配置为生成传达与所述呼吸回路中存在的二氧化碳浓度相关的信息的输出信号。所述处理器被配置为执行一个或多个模块，所述一个或多个模块包括浓度模块、泄漏模块和二氧化碳模块。所述浓度模块被配置为基于所述二氧化碳传感器生成的输出信号，确定呼气期间从所述受试者的气道呼出的气体中的二氧化碳浓度。所述泄漏模块被配置为基于所述一个或多个气体参数传感器生成的输出信号估计呼吸期间所述呼吸回路的气体泄漏。所述二氧化碳体积模块被配置为基于（i）所述浓度模块对二氧化碳浓度的确定，（ii）所述泄漏模块对所述呼吸回路的气体泄漏的估计，以及（iii）所述一个或多个气体参数传感器和所述二氧化碳传感器生成的输出信号，确定个别呼吸期间所述受试者排出的二氧化碳体积，其中，所述二氧化碳体积模块被配置使得对给定呼吸期间排出的二氧化碳体积的确定被调节，以包括对呼气期间泄漏的二氧化碳估计以及对吸气期间泄漏的二氧化碳估计。

本公开的另一方面涉及一种确定受试者在呼吸期间排出的二氧化碳的体积的方法。在一个实施例中，所述方法包括生成传达与呼吸回路中压力和/或流量相关的信息的输出信号，其中，所述呼吸回路包括无创受试者接口器具，所述无创受试者接口器具被配置为与受试者的气道无创连通；生成传达与所述呼吸回路中存在的二氧化碳浓度相关的信息的输出信号；基于传达与所述呼吸回路中存在的二氧化碳浓度相关的信息的输出信号，确定呼气期间从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度；基于传达与所述呼吸回路中压力和/或流量相关的信息的输出信号，估计呼吸期间所述呼吸回路的气体泄漏；并且基于（i）对从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳浓度的确定，（ii）对所述呼吸回路的气体泄漏的估计，以及（iii）所生成的输出信号，确定所述受试者在个别呼吸期间排出的二氧化碳体积，其中，对给定呼吸期间排出二氧化碳体积的确定被调节，以包括对呼气期间泄漏的二氧化碳估计和对吸气期间泄漏的二氧化碳估计。

本发明的又一方面涉及一种用于确定受试者在呼吸期间排出的二氧化碳的体积的系统。在一个实施例中，所述系统包括用于生成传达与呼吸回路中压力和/或流量相关的信息的输出信号的器件，其中，所述呼吸回路包括无创受试者接口器具，所述无创受试者接口器具被配置为与所述受试者的气道无创连通；用于生成传达与所述呼吸回路中存在的二氧化碳浓度相关的信息的输出信号的器件；用于基于传达与所述呼吸回路中存在的二氧化碳浓度相关的信息的输出信号，确定呼气期间从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳浓度的器件；用于基于传达与所述呼吸回路中压力和/或流量相关的信息的输出信号，估计呼吸期间所述呼吸回路的气体泄漏的器件；以及用于基于（i）对从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳浓度的确定，（ii）对所述呼吸回路的气体泄漏的估计，以及（iii）所生成的输出信号，确定所述受试者在个别呼吸期间排出的二氧化碳体积的器件，其中，给定呼吸期间排出二氧化碳体积的确定被调节，以包括呼气期间泄漏的二氧化碳估计和吸气期间泄漏的二氧化碳估计。

参考附图考虑以下描述和权利要求书，本公开的这些和其他目的、特征和特性，以及相关结构元件的操作方法和功能，以及各部分的组合和制造的经济性，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，在各幅图中类似的附图标记表示对应部分。在一个实施例中，按比例绘制了本文图示的结构部件。不过要明确理解，附图仅仅出于说明和描述的目的，而不是限制。此外，应当认识到，本文任一实施例中示出或描述的结构特征能够用于其他实施例中。不过要明确理解，附图仅仅出于说明和描述的目的，并非意图作为限制的界定。如说明书和权利要求中所用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”包括多个指示物，除非上下文另有明确说明。

附图说明

图1图示了被配置为确定受试者在呼吸期间排出的气体分子种类的体积的系统。

图2图示了确定受试者在呼吸期间排出的气体分子种类的体积的方法。

具体实施方式

图1图示了系统10，其被配置为对无创通气的受试者12执行二氧化碳测定术/二氧化碳描记术，和/或其他成分分析。如此，系统10在每次呼吸的基础上确定受试者12排出的气体分子种类（例如二氧化碳、氧气等）的量。调节对排出的气体分子种类的量的确定以反映从用于与受试者12的气道连通的无创接口泄漏的气体分子种类的量。在一个实施例中，系统10包括压力发生器14、电子存储器16、用户接口18、一个或多个气体参数传感器20、浓度传感器22、处理器24和/或其他部件中的一个或多个。

在一个实施例中，压力发生器14被配置为生成可呼吸气体的加压流以输送到受试者12的气道可呼吸。压力发生器14可以出于治疗目的或出于其他目的控制可呼吸气体的加压流的一个或多个参数（例如，流率、压力、体积、湿度、温度、气体成分等）。作为非限制性范例，压力发生器14可以被配置为控制可呼吸气体的加压流的压力，以向受试者12提供机械通气（例如，提高和降低受试者12气道的压力，以导致与受试者12肺的气体交换）。压力发生器14可以包括风机、风箱、墙壁气源、气体的加压主体（例如在罐体中）和/或其他加压源。

经由受试者接口26向受试者12的气道输送可呼吸气体的加压流。受试者接口26被配置为向受试者12的气道传输由压力发生器14生成的可呼吸气体的加压流。如此，受试者接口26包括管道28和接口器具30。管道28向接口器具30传送可呼吸气体的加压流，并且接口器具30向受试者12的气道输送可呼吸气体的加压流。受试者接口26是无创的。如此，接口器具30无创地接合受试者12以输送可呼吸气体的加压流。无创接合包括能移除地接合受试者12气道的一个或多个外部孔（例如鼻孔和/或嘴）周围的（一个或多个）区域以在受试者12的气道和受试者接口26之间传输气体。无创接口器具30的一些范例可以包括，例如鼻套管、鼻面罩、鼻/口面罩、全脸面罩、全面罩或其他与受试者的气道传输气体流的接口器具。不会充当受试者接口26中的接口器具30的有创接口器具的范例包括气管内管、喉罩气道和/或其他有创接口器具。

为了便于受试者12呼气，受试者接口26还包括排气管道32。排气管道32被配置为接收从受试者12的肺呼出的气体，并排出呼出的气体（例如，通过过滤器排到大气中，等）。在一个实施例中，阀（未示出）与系统10提供的机械呼吸同步地选择性打开和关闭排气管道32。这包括在呼气期间打开阀以排出呼出气体，并在吸气期间关闭阀以减慢或停止排出气体。

在一个实施例中，电子存储器16包括以电子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与系统10整体提供（即本质上不可移除）的系统存储器和/或能移除存储器中的一者或全部两者，所述能移除存储器经由例如端口（例如USB端口、火线端口等）或驱动器（例如磁盘驱动器等）能移除地连接到系统10。电子存储器16可以包括光学可读存储介质（例如光盘等）、磁可读存储介质（例如磁带、磁性硬盘驱动器、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（例如闪速驱动器等）和/或其他电子可读存储介质中的一种或多种。电子存储器16可以存储软件算法、处理器24确定的信息、经由用户接口18接收的信息和/或其他使系统10能够正常工作的信息。电子存储器16（全部或部分地）可以是系统10之内的独立部件，或者。电子存储器16可以与系统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）一起（全部或部分地）整体提供。

用户接口18被配置为提供系统10和一个或多个用户（例如受试者12、护理人员、研究人员、治疗决策者等）之间的接口，用户通过用户接口18可以向系统10提供信息并从系统10接收信息。这使得能够在用户和压力发生器14、电子存储器16和/或处理器24中的一个或多个之间传输统称为“信息”的数据、提示、结果和/或指令以及任何其他能传输项目。适于包括在用户接口18中的接口设备的范例包括小键盘、按钮、开关、键盘、旋钮、操作杆、显示屏、触摸屏、扬声器、扩音器、指示灯、音响警报、打印机、触觉反馈设备和/或其他接口设备。在一个实施例中，用户接口18包括多个独立的接口。在一个实施例中，用户接口18包括至少一个与生成器14整体提供的接口。

要理解的是，本发明还预见到将硬连线或无线的其他通信技术用作用户接口18。例如，本发明预见到可以将用户接口18与电子存储器16提供的能移除存储器接口集成。在本范例中，可以从能移除存储器（例如，智能卡、闪速驱动器、能移除磁盘等）向系统10中加载信息，以使得（一个或多个）用户能够定制系统10的实施方式。适于作为用户接口18用于系统10的其他示范性输入设备和技术包括，但不限于RS-232端口、RF链路、IR链路、调制调解器（电话、线缆等）。简而言之，本发明预见到将用于与系统10传输信息的任何技术用作用户接口18。

气体参数传感器20被配置为生成传达与受试者接口26之内气体的一个或多个气体参数相关的信息的输出信号。所述一个或多个气体参数可以包括，例如流量、体积、压力和/或其他气体参数。气体参数传感器20可以包括直接测量这样参数的一个或多个传感器（例如，通过与压力发生器14处或受试者接口26中的可呼吸气体的加压流流体连通）。气体参数传感器20可以包括间接生成与可呼吸气体的加压流的一个或多个参数相关的输出信号的一个或多个传感器。例如，一个或多个传感器20可以基于压力发生器14和/或其他传感器的操作参数（例如阀驱动器或电动机电流、电压、旋转速度和/或其他操作参数）生成输出。尽管在接口器具30和导管26及28之间的接口处或附近的单个位置处图示了气体参数传感器20，但这并非意图是限制性的。气体参数传感器20可以包括设置在多个位置的传感器，所述多个位置例如为，在压力发生器14之内，在管道28之内（或与其连通）、在接口器具30之内（或与其连通）、在排气管道32之内和/或其他位置。

浓度传感器22被配置为生成传达与受试者接口26之内气体的气体分子种类的浓度相关的信息的输出信号。气体分子种类可以是二氧化碳、氧气和/或其他分子种类。本文将气体分子种类描述为二氧化碳并非意图是限制的。在图1中图示的系统10的实施例中，浓度传感器22被描绘为位于接口器具30和管道28及32之间的接口处。这并非意图是限制性的。浓度传感器22可以设置于系统10中的其他位置。例如，浓度传感器22可以设置为直接插入排气管道32内。

处理器24被配置为在系统10中提供信息处理能力。如此，处理器24可以包括数字处理器、模拟处理器、被设计成处理信息的数字电路、被设计成处理信息的模拟电路、状态机和/或其他用于以电子方式处理信息的机构中的一种或多种。尽管处理器24在图1中显示为单个实体，但这仅仅出于说明的目的。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位于相同设备（例如压力发生器14）中，或者处理器24可以表示协调运行的多个设备的处理功能。例如，处理器24可以表示包括压力发生器14的呼吸器之内的（一个或多个）第一处理器以及在与呼吸器分开的气体分析设备或系统之内的第二处理器。

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控制模块34、体积模块36、泄漏模块38、浓度模块40、种类体积模块42、呼气泄漏模块44、吸气泄漏模块46和/或其他模块中的一个或多个。处理器24可以被配置为由软件；硬件；固件；软件、硬件和/或固件的某种组合；和/或其他用于配置处理器24上的处理能力的其他机构执行模块34、36、38、40、42、44和/或46。

应当认识到，尽管在图1中将模块34、36、38、40、42、44和46图示为共同位于单个处理单元之内，但在处理器24包括多个处理单元的实施方式中，模块34、36、38、40、42、44和/或46中的一个或多个可以与其他模块远离地定位。下文描述的由不同模块34、36、38、40、42、44和/或46提供的功能描述出于说明目的，并非意图是限制性的，因为模块34、36、38、40、42、44和/或46中的任何模块都可以提供比所描述的更多或更少的功能。例如，可以消除模块34、36、38、40、42、44和/或46中的一个或多个，并且其一些或全部功能可以由模块34、36、38、40、42、44和/或46的其他模块提供。作为另一范例，处理器24可以被配置为执行一个或多个额外模块，所述额外模块可以执行下文归属于模块34、36、38、40、42、44和/或46中的一个的一些或全部功能。

控制模块34被配置为控制压力发生器14和/或控制进入排气管道32中的流量的阀（未示出），以便为受试者12进行机械通气。控制模块34被配置使得根据手动地影响与受试者12的肺的气体交换的治疗方案，向受试者12提供由压力发生器14生成的可呼吸气体的加压流。这包括将受试者接口26之内的压力提高到相对高水平，以导致和/或促进吸气，以及减小受试者接口26之内的压力以导致和/或促进呼气。

体积模块36被配置为相对于向接口器具30提供和/或从接口器具30接收的气体，确定体积测量。这样的体积测量包括在呼吸期间向接口器具30提供的体积（V_进），以及在呼吸期间从接口器具30（例如向排气管道32中）接收的体积（V_出）。体积模块36被配置为基于由气体参数传感器20生成的输出信号和/或其他信息确定这些测量结果。体积模块36还被配置为确定吸气潮气量（VT_吸气）和呼气潮气量（VT_呼气）。能够根据以下关系确定吸气潮气量和呼气潮气量：

（1）VT_吸气=V_进-V_吸气泄漏；以及

（2）VT_呼气=V_出+V_呼气泄漏；

其中，V_吸气泄漏表示吸气期间通过受试者接口26和/或接口器具30和受试者12之间的接合泄漏的气体体积，而V_呼气泄漏表示呼气期间通过受试者接口26和/或接口器具30和受试者12之间的接合泄漏的气体体积。如本文讨论的，由泄漏模块38确定吸气期间的泄漏体积和呼气期间的泄漏体积。

泄漏模块38被配置为估计呼吸期间受试者接口26的气体泄漏。受试者接口26的气体泄漏包括从受试者接口26和/或受试者12和接口器具30之间接口泄漏的气体。泄漏模块38被配置为根据受试者接口26中的压力（或根据传达压力信息的气体参数传感器20的输出信号）估计气体泄漏。在一个实施例中，根据如下关系之一估计泄漏：

（3）L＝K*P；或者

(4) - - - L = K * \sqrt{P};

其中，L表示泄漏率，K表示比例度量，而P表示受试者接口26中的压力。从吸气期间的泄漏率和呼气期间的泄漏率，泄漏模块38确定吸气期间的泄漏体积（V_吸气泄漏）和呼气期间的泄漏体积（V_呼气泄漏）。V_吸气泄漏是呼吸的吸气段期间泄漏L之和（积分），而V_呼气泄漏是呼吸的呼气段期间泄漏流量（L）之和（积分）。

泄漏模块38还被配置为确定K。K的确定可以是动态的和不间断的。在一个实施例中，泄漏模块38如下确定针对给定呼吸n的K（K_n）：

（5）K_n=K_n-1+α^*（VT_吸气-VT_呼气）；

其中，K_n-1表示呼吸n之前的呼吸的K，而α表示小的常数（例如大约0.2），其可以是预定的。在一个实施例中，对潮气量差（VT_吸气-VT_呼气）进行低通滤波，以去除逐次呼吸之间的体积差。应该认识到，用于确定比例度量K的这种特定技术并非意图是限制性的，本公开的范围包括用于确定这种度量的其他技术。

浓度模块40被配置为确定受试者12呼出气体中诸如二氧化碳的气体分子种类的浓度。基于浓度传感器22生成的输出信号确定浓度。所述浓度模块可以被配置为调节浓度传感器22测量的浓度，以将浓度传感器22和受试者12的气道之间的受试者接口26的体积计算在内。本文将浓度传感器22和受试者12的气道之间的受试者接口26的体积称为“面罩体积”，尽管这种体积可以包括比接口器具30体积更大或更小的体积。

如果假定面罩体积是完全混合的，那么浓度传感器22处测量的呼气末二氧化碳浓度要处于实际（口部）呼气末二氧化碳浓度的5%之内，则肺泡呼出的潮气量必须至少为面罩体积的三倍。换言之，如果呼出的体积不足以混合出吸气结束时浓度传感器22上游存储的吸入气体，那么如浓度传感器22测量的呼气末二氧化碳浓度将不会指示受试者12气道处气体的，和/或从受试者接口26泄漏的气体的CO₂浓度。面罩体积与潮气量之比类似于时间常数与衰变时间之比。如果通过受试者接口26的潮气量恰好等于面罩体积，那么在浓度传感器22处测量的呼气末二氧化碳浓度将是实际呼气末二氧化碳浓度的63%。等于两个面罩体积的潮气量给出真实值的86.4%等的测量的呼气末二氧化碳浓度。因此，能够如下确定受试者12气道处的呼气末二氧化碳浓度：

（6）F_CO2传感器＝F_CO2口*(1-e^{-[VT呼气段/V面罩]})；

其中，F_CO2传感器表示浓度传感器22处的测量浓度，F_CO2口表示受试者12气道处的浓度，V_面罩表示面罩体积，并且VT_呼气段是如在传感器处看到的气体流反转时间之前受试者12呼入面罩中的呼出空气的体积。将其计算为呼气开始和传感器20测量的气体流量从负流量转换到正流量时之间的时间段期间“流量_传感器+流量_呼气泄漏”之和（积分）。“流量_传感器”是呼气期间传感器测量的流量，而“流量_呼气泄漏”是呼气期间在等式3或4中计算的泄漏（L）。尽管受试者12可以在此时间之后继续呼气，从呼吸器进入面罩的增加的气体流量改变了增加到面罩体积中的所有气体都来自受试者12的假设。应当认识到，等式（6）将面罩体积建模为一阶混合室。可以实施用于模拟面罩体积之内二氧化碳混合的其他近似和/或模型，而不脱离本公开的范围。根据等式（6）中所示的关系，能够如下从浓度传感器22处测量的呼气末二氧化碳浓度确定气道处的呼气末二氧化碳浓度：

（7）etCO2_口＝etCO2_传感器/(1-e^{-[VT呼气段/V面罩]})；

其中，etCO2_口表示受试者12的气道处的呼气末二氧化碳浓度，而etCO2_传 _感器表示浓度传感器22处的呼气末二氧化碳浓度。

种类体积模块42被配置为确定诸如二氧化碳的气体分子种类的一种或多种体积。这些体积可以包括例如呼吸期间吸入二氧化碳体积（VCO2_吸入），呼出二氧化碳体积（VCO2_呼出），呼吸期间浓度传感器22测量的排出二氧化碳体积（VCO2_测量），呼吸期间排出的二氧化碳总体积（VCO2）和/或其他体积。

可以根据以下关系确定呼吸期间吸入的二氧化碳确定：

（8）VCO2_吸入=V_进*FCO2_传感器；

可以根据以下关系确定呼吸期间经由受试者接口26从接口器具30呼出的二氧化碳体积的确定：

（9）VCO2_呼出=V_出*FCO2_传感器。

可以根据以下关系确定呼吸期间浓度传感器22测量的排出二氧化碳体积的确定：

（10）VCO2_测量=VCO2_呼出-VCO2_吸入。

种类体积模块42被配置使得呼吸期间受试者12排出的二氧化碳体积的确定包括调节呼气期间泄漏的二氧化碳和/或调节后续吸气期间泄漏的二氧化碳。如此，种类体积模块42被配置为将呼吸期间排出的二氧化碳体积确定为呼气期间浓度传感器22处测量的排出二氧化碳体积（VCO2_测量）、呼气期间通过泄漏损失的二氧化碳量（VCO2_呼气泄漏）和/或后续吸气期间泄漏出来的受试者接口26中存储的二氧化碳量（VCO2_吸气泄漏）之和。这能够如下表达为：

（11）VCO2=VCO2_测量+VCO2_呼气泄漏+VCO2_吸气泄漏。

呼气泄漏模块44被配置为估计呼气期间泄漏的二氧化碳（VCO2_呼气泄漏）。可以由种类体积模块42实施这种估计，以调节呼吸期间排出的总二氧化碳的确定（例如，根据等式（11）中阐述的关系）。这种估计基于浓度模块40对二氧化碳浓度的确定（etCO2_传感器和/或etCO2_口）、泄漏模块38对气体泄漏的估计、气体参数传感器20和/或浓度传感器22生成的输出信号和/或其他信息。

在一个实施例中，假设呼气期间泄漏的二氧化碳体积（VCO2_呼气泄漏）与总呼气泄漏体积（泄漏模块38确定的V_呼气泄漏）乘以传感器22测量的呼气末二氧化碳分数成正比。因为面罩中二氧化碳的分数在整个呼吸中不处于呼气末浓度，所以必须调节计算以将开始呼气时面罩中的残余气体和气管中气道死区气体计算在内。此后，已经从面罩清除了气体，剩余的处于呼气末二氧化碳浓度。因此呼气期间泄漏的二氧化碳体积是泄漏气体体积（VT_呼气泄漏）乘以传感器22测量的呼气末二氧化碳分数。将这个量进一步减少这样的分数：该分数等于不为死体积（Vd）的呼出气体（VT_呼气）除以总呼出潮气量（体积模块36确定的VT_呼气）。通过受试者12气道和浓度传感器22之间的受试者接口26部分的呼出二氧化碳体积是浓度传感器22测量的每次呼吸排出的二氧化碳体积（VCO2_测量）和每次呼吸测量的二氧化碳吸入体积（VCO2_吸气）之和。下面的等式给出了由于呼气期间的泄漏而损失的每次呼吸的二氧化碳体积：

（12）VCO2_呼气泄漏=etCO2_传感器*VT_呼气泄漏*（VT_呼气-Vd）/VT_呼气；

其中，VT_呼气泄漏是呼气期间从面罩泄漏出的总体积，VT_呼气是校正的呼气潮气量，etCO2_传感器是传感器测量的针对当前呼吸的测量（未补偿）呼气末二氧化碳分数，且Vd是包括面罩体积和解剖死区的气道死区。注意，Vd是总气道死区，即解剖死区（气管、细支气管等，以及面罩导致的死区V_面罩）之和。或者，如果使用体积平均呼出二氧化碳分数取代呼气末二氧化碳，那么不需要在等式12中减去Vd。

吸气泄漏模块46被配置为估计吸气期间泄漏的二氧化碳（VCO2_吸气泄漏）。可以由种类体积模块42实施这种估计，以调节呼吸期间排出的总二氧化碳的确定（例如，根据等式（11）中阐述的关系）。这种估计基于浓度模块40对二氧化碳浓度的确定（etCO2_传感器和/或etCO2_口）、泄漏模块38对气体泄漏的估计、气体参数传感器20和/或浓度传感器22生成的输出信号和/或其他信息。

在吸气期间通过泄漏漏出的二氧化碳体积是浓度传感器22和受试者12气道之间的受试者接口26中剩下的残余二氧化碳的分数。假设泄漏的二氧化碳分数与泄漏气体对总吸入潮气量之比成正比。这由以下关系表示：

（13）VCO2_吸气泄漏=（VT_吸气泄漏/VT_吸气）*（V_面罩*etCO2_口+VCO2_吸气）；

其中，VCO2_吸气泄漏表示在呼气结束时面罩体积（V_面罩）中剩下的二氧化碳体积以及在吸气期间从压力源进入面罩的，泄漏的而非患者吸入的二氧化碳体积。VT_吸气泄漏是吸气期间泄漏的气体体积，VT_吸气是吸气潮气量，V_面罩是面罩体积，并且etCO2_口是如以上等式7中计算的口处的二氧化碳呼气末分数。

图2图示了确定受试者在呼吸期间排出的二氧化碳体积的方法50。下文提出的方法50的操作意图是说明性的。在一些实施例中，可以利用未描述的一个或多个额外操作完成方法50，和/或不执行一个或多个讨论的操作完成方法50。此外，图2中图示的并且在下文描述的方法50的操作顺序并非意图是限制性的。

在一些实施例中，可以在一种或多种处理设备（例如，数字处理器、模拟处理器、被设计成处理信息的数字电路、被设计成处理信息的模拟电路、状态机和/或用于以电子方式处理信息的其他机构）中实施方法50。所述一个或多个处理设备可以包括响应于以电子方式存储于电子存储介质上的指令执行方法50操作的一些或全部的一个或多个设备。所述一个或多个处理设备可以包括通过硬件、固件和/或软件配置的，专门被设计用于执行方法50操作的一个或多个的一个或多个设备。

在操作52，生成传达与呼吸回路中压力和/或流量相关的信息的输出信号。所述呼吸回路包括无创受试者接口器具。在一个实施例中，所述呼吸回路与（图1所示且上文描述的）受试者接口26相似或相同。在一个实施例中，由与（图1所示且上文描述的）气体参数传感器20相似或相同的一个或多个气体参数传感器执行操作52。

在操作54，生成传达与所述呼吸回路中存在的气态分子种类浓度相关的信息的输出信号。气态分子种类可以是二氧化碳。在一个实施例中，由与（图1所示且上文描述的）浓度传感器22相似或相同的浓度传感器执行操作54。

在操作56，确定所述呼吸回路中存在的气态分子种类的浓度。确定的浓度可以是浓度传感器处、受试者的气道处的浓度和/或其他浓度。在一个实施例中，由与（图1所示且上文描述的）浓度模块40相似或相同的浓度模块执行操作56。

在操作58，估计呼吸期间从所述呼吸回路泄漏的气体量。可以从在操作52生成的输出信号确定泄漏的气体量。在一个实施例中，由与（图1所示且上文描述的）泄漏模块38相似或相同的泄漏模块执行操作58。

在操作60，确定呼吸期间受试者排出的分子种类体积。该确定可以基于在操作56做出的从受试者的气道呼出的气体中二氧化碳浓度的确定、在操作58做出的从所述呼吸回路泄漏的气体的估计、在操作52和/或54生成的输出信号和/或其他信息。操作60做出的确定包括调节呼气期间泄漏的分子种类估计和/或后续吸气期间泄漏的分子种类估计。在一个实施例中，由与（图1所示且上文描述的）种类体积模块42相似或相同的种类体积模块执行操作60。

图3图示了在根据本发明的无创通气面罩泄漏补偿VCO₂测量结果的评价中使用的模拟患者接口。向其粘合大尺寸Performax面罩62（PhilipsRespironics，Murraysville，PA）的塑料模型头61用于模拟患者接口。使用6.5mm的气管内导管，将通过模型口部的流动直接引导至测试肺（TTL，Michigan Instruments，Grand Rapids，MI）。使用精确质量流量控制器（Alicat1-SLPM-D，Alicat Scientific，Tucson Arizona），将CO₂气体灌输至测试肺中。将体积二氧化碳测定术传感器（流量/CO₂）63连接在排气弯管连接器64和呼气端口65之间。使用设置为IPAP=18且EPAP=4cm H₂O的V60呼吸器（Respironics/Philips，Carlsbad，CA）对肺进行通气。呼吸率设置在每分钟10次呼吸。肺顺应性设置在50ml/cm H₂O。将呼气端口连接在传感器和软管之间。

以每个灌输率（infusion rate），在10分钟内以100、150、200、250、300、350及400ml/分钟将CO₂灌输至测试肺。使用通过接口连接PC的体积二氧化碳测定器（NM3，Respironics/Philips，Wallingford，CT）收集流量和CO₂数据。使用被写入以实施补偿算法的windows程序处理输出的波形。将得到的补偿VCO₂测量结果与实际CO₂灌输率进行比较。

平均测量的吸气潮气量为2600ml，并且平均测量的呼气潮气量为87ml，或96.7%的吸入气体被泄露而没有由传感器直接分析。

测量的灌输的CO₂率为：

平均测量VCO₂	CO₂流量（ml/min）	百分比误差
			101.7	100	1.7%
149.2	150	-0.5%
			194.8	200	-2.6%
241.1	250	-3.5%
			284.2	300	-5.3%
326.6	350	-6.7%
			382.1	400	-4.5%

当应用针对泄漏效应和气体混合的补偿时，平均误差仅为具有2.9%的合理标准偏差的-3.1%。

本文包括的细节是基于当前认为是最实际和优选的实施例的；但要理解，这样的细节仅仅是出于该目的，本说明书的范围不限于公开的实施例，而是相反，意图涵盖在权利要求书的精神和范围之内的修改和等效布置。例如，应当理解，本公开预见到在可能的范围内，能够将任何实施例的一个或多个特征与任何其他实施例的一个或多个特征组合。

Claims

1.一种被配置为确定受试者在呼吸期间排出的二氧化碳的体积的系统，所述系统包括：

一个或多个气体参数传感器（20），其被配置为生成传达与呼吸回路（26）中压力和/或流量相关的信息的输出信号，其中，所述呼吸回路包括无创受试者接口器具（30），所述无创受试者接口器具被配置为与受试者（12）的气道无创连通；

二氧化碳传感器（22），其被配置为生成传达与所述呼吸回路中存在的二氧化碳的浓度相关的信息的输出信号；

处理器（24），其被配置为执行一个或多个模块，所述一个或多个模块包括：

浓度模块（40），其被配置为基于所述二氧化碳传感器生成的输出信号，确定呼气期间从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度；

泄漏模块（38），其被配置为基于所述一个或多个气体参数传感器生成的输出信号估计呼吸期间所述呼吸回路的气体泄漏；以及

二氧化碳体积模块（42），其被配置为基于（i）所述浓度模块对二氧化碳的浓度的确定，（ii）所述泄漏模块对所述呼吸回路的气体泄漏的估计，以及（iii）所述一个或多个气体参数传感器和所述二氧化碳传感器生成的输出信号，确定所述受试者在个别呼吸期间排出的二氧化碳的体积，其中，所述二氧化碳体积模块被配置使得在给定呼吸期间排出的二氧化碳的体积的确定被调节为包括呼气期间泄漏的二氧化碳的估计以及吸气期间泄漏的二氧化碳的估计。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述泄漏模块被配置为基于所述一个或多个气体参数传感器生成的输出信号，根据所述呼吸回路中的压力，估计所述呼吸回路的气体泄漏。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述浓度模块还被配置使得对从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度的确定包括对测量的二氧化碳的浓度进行调节以将在所述受试者的气道和所述二氧化碳传感器之间的所述呼吸回路的体积计算在内。

4.根据权利要求1所述的系统，还包括呼气泄漏模块（44），其被配置为基于（i）所述浓度模块对二氧化碳的浓度的确定，（ii）所述泄漏模块对所述呼吸回路的气体泄漏的估计，以及（iii）所述一个或多个气体参数传感器和所述二氧化碳传感器生成的输出信号，估计呼气期间泄漏的二氧化碳。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括吸气泄漏模块（46），其被配置为基于（i）所述浓度模块对二氧化碳的浓度的确定，（ii）所述泄漏模块对所述呼吸回路的气体泄漏的估计，以及（iii）所述一个或多个气体参数传感器和所述二氧化碳传感器生成的输出信号，估计吸气期间泄漏的二氧化碳。

6.一种确定受试者在呼吸期间排出的二氧化碳的体积的方法，所述方法包括：

生成（52）传达与呼吸回路中压力和/或流量相关的信息的输出信号，其中，所述呼吸回路包括无创受试者接口器具，所述无创受试者接口器具被配置为与受试者的气道无创连通；

生成（54）传达与所述呼吸回路中存在的二氧化碳的浓度相关的信息的输出信号；

基于传达与所述呼吸回路中存在的二氧化碳的浓度相关的信息的所述输出信号，确定（56）呼气期间从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度；

基于传达与所述呼吸回路中压力和/或流量相关的信息的所述输出信号，估计（58）呼吸期间所述呼吸回路的气体泄漏；并且

基于（i）对从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度的确定，（ii）对所述呼吸回路的气体泄漏的估计，以及（iii）所生成的输出信号，确定（60）所述受试者在个别呼吸期间排出的二氧化碳的体积，其中，对在给定呼吸期间排出的二氧化碳体积的确定被调节以包括对呼气期间泄漏的二氧化碳的估计以及对吸气期间泄漏的二氧化碳的估计。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，基于传达与所述呼吸回路中压力和/或流量相关的信息的所述输出信号，根据所述呼吸回路中的压力，确定对气体泄漏的估计。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，对从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度的确定包括对测量的二氧化碳的浓度进行调节以将在所述受试者的气道和二氧化碳传感器之间的所述呼吸回路的体积计算在内，所述二氧化碳传感器生成传达与所述呼吸回路中存在的二氧化碳的浓度相关的信息的所述输出信号。

9.根据权利要求6所述的方法，还包括基于（i）对从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度的确定，（ii）对所述呼吸回路的气体泄漏的估计，以及（iii）所生成的输出信号，估计呼气期间泄漏的二氧化碳。

10.根据权利要求6所述的方法，还包括基于（i）对从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度的确定，（ii）对所述呼吸回路的气体泄漏的估计，以及（iii）所生成的输出信号，估计吸气期间泄漏的二氧化碳。

11.一种用于确定受试者在呼吸期间排出的二氧化碳的体积的系统，所述系统包括：

用于生成传达与呼吸回路（26）中压力和/或流量相关的信息的输出信号的器件（20），其中，所述呼吸回路包括无创受试者接口器具（30），所述无创受试者接口器具被配置为与所述受试者的气道无创连通；

用于生成传达与所述呼吸回路中存在的二氧化碳的浓度相关的信息的输出信号的器件（22）；

用于基于传达与所述呼吸回路中存在的二氧化碳的浓度相关的信息的所述输出信号，确定呼气期间从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度的器件（40）；

用于基于所述传达与呼吸回路中压力和/或流量相关的信息的所述输出信号，估计呼吸期间所述呼吸回路的气体泄漏的器件（38）；以及

用于基于（i）对从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度的确定，（ii）对所述呼吸回路的气体泄漏的估计，以及（iii）所生成的输出信号，确定所述受试者在个别呼吸期间排出的二氧化碳体积的器件（42），其中，对在给定呼吸期间排出的二氧化碳体积的确定被调节以包括对呼气期间泄漏的二氧化碳的估计以及对吸气期间泄漏的二氧化碳的估计。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，基于传达与所述呼吸回路中压力和/或流量相关的信息的所述输出信号，根据所述呼吸回路中的压力，确定对气体泄漏的估计。

13.根据权利要求11所述的系统，其中，对从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度的确定包括对测量的二氧化碳的浓度进行调节以将在所述受试者的气道和用于生成传达与所述呼吸回路中存在的二氧化碳的浓度相关的信息的所述输出信号的所述器件之间的所述呼吸回路的体积计算在内。

14.根据权利要求11所述的系统，还包括用于基于（i）对从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度的确定，（ii）对所述呼吸回路的气体泄漏的估计，以及（iii）所生成的输出信号，估计呼气期间泄漏的二氧化碳的器件（44）。

15.根据权利要求11所述的系统，还包括用于基于（i）对从所述受试者的气道呼出的气体中二氧化碳的浓度的确定，（ii）对所述呼吸回路的气体泄漏的估计，以及（iii）所生成的输出信号，估计吸气期间泄漏的二氧化碳的器件（46）。