CN103608062B - 支持换气的呼吸设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种向自主呼吸患者(2)提供支持换气的方法。基于压力(P)和／或流量(Φ)测量，来监测压力和／或流量，并且基于所监测压力(P)和／或流量(Φ)的变化来检测患者(2)的用力吸气或呼气。当检测到对用力吸气或呼气加以指示的所监测压力和／或流量的变化时，确定该变化的速率，并且用于计算对患者的呼吸道施加的压力的适合变化率。通过根据如此确定的适合变化率改变所施加压力，可以将吸气期间的压力上升时间和／或呼气期间的压力下降时间调节到患者需要，以确保有效率且舒适的换气。

Description

支持换气的呼吸设备和方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序用于向自主呼吸患者提供支持换气的呼吸设备、根据权利要求8的用于向自主呼吸患者提供压力支持换气的方法、以及根据权利要求15的前序的计算机程序。

背景技术

进行呼吸机治疗的自主呼吸患者可以感觉到压力上升时间有时太慢且有时太快而引起的不适。在根据现有技术的多数呼吸设备中，系统的上升时间是固定并且由操作员来设定。

在现有技术中存在不同的压力上升时间定义。压力上升时间可以定义为将压力从呼气末正压(PEEP)增大压力或呼气正压(EPAP)增加到高位目标压力所需的时间，有时被称作吸气目标压力(ITP)或吸气正压(IPAP)。该压力上升时间也可以定义为其间吸气压力增加了特定量的时间，例如，吸气压力从最大吸气压力的例如10％增加到90％的时间。无论如何定义，可以将压力上升时间视为吸气压力增加速率的测量，即，呼吸设备在吸气的初始阶段增加对患者施加的正压的速率。

类似地，压力下降时间是呼气压力减小速率的测量，即，呼吸设备在呼气期间减小患者呼气压力的速率。就像压力上升时间一样，压力下降时间是对感知到的呼吸机治疗舒适度的重要确定。

根据现有技术还存在提供可调节上升时间来提高患者舒适度和／或呼吸机治疗效率的呼吸设备。

US6532960公开了一种支持双级正呼吸道压的设备和方法，其中从呼气正压到吸气正压的上升时间有压力支持系统来自动控制。该设备对患者呼吸进行监测，以监测异常呼吸事件，例如，呼吸暂停、活动减退、上呼吸道受阻、打鼾或其他干扰，并且通过调节上升时间对检测到的事件作出响应，以最大化患者舒适度。

US7137389公开了一种提供患者的呼吸循环中瞬间阶段的确定的设备。该设备允许根据压力波形向患者提供呼吸气体，并且包括可以自动调节平滑压力波形的上升时间的算法。

US2009／00007914公开了一种通过调节呼吸机的上升时间来降低或消除上呼吸道阻碍、受阻或不稳定的呼吸机方法。这可以通过以下来实现：连续地监测呼吸气流的吸气部分的形状并且在检测到对存在上呼吸道阻碍、受阻或不稳定加以指示的形状时调节上升时间。

US2009／0020119公开了一种操作呼吸器的处理，使得能够改善得了不同肺部疾病的患者的呼吸。该方法包括以下步骤：提供吸气压力／时间曲线，并且根据该压力／时间曲线使呼吸气体流入呼吸器中。可以通过时间常数来确定吸气压力／时间曲线的曲率，时间常数可以由医生来设定或者存储在呼吸器中。可以通过衰退方法和／或阻塞方法或者本领域已知的任一气体方法来确定时间常数。

WO2010／067236公开了一种向患者提供压力支持的方法。根据与患者的吸气时间相关联的测量来调节呼气正压(EPAP)与吸气正压(IPAP)之间的上升时间。该测量可以是在一个或更多个呼吸循环上或者在预定时间段期间确定的平均吸气时间。

US2006／070624公开了一种向患者的呼吸道传递具有实质上双级压力波形的吸气压力的压力支持系统。该波形在IPAP级别和EPAP级别之间交替。从EPAP到IPAP的上升时间可以调节为最大化患者舒适度。在吸气阶段期间，测量吸气流并且用于估计预测流，将预测流与期望目标流相比较。如果预测流超过目标流，则改变上升时间。

US5598838公开了一种允许上升时间的显式控制来满足患者舒适度的压力支持呼吸机。呼吸机的操作者可以经由控制面板来设定上升时间。将下降时间设置在上升时间的25％或者100毫秒中的较大者。

解决了在压力控制支持呼吸换气期间提高患者舒适度的问题的另一文献是US6622726。该文献公开了正呼吸道压辅助设备，根据预设目标压力来向患者提供气体。该设备配置为以预定间隔确定患者呼吸暂停级别，并且基于确定的呼吸暂停级别来计算预设目标压力以上的升压。该设备还配置为在吸气阶段将压力幅度增加到目标压力以上的情况下提升压力，并且在吸气阶段结束之前将压力降回到目标压力。

尽管这些文献中提出了许多技术方案来改善患者舒适度和／或治疗效率，但是仍希望进一步改善患者对压力支持换气的感知体验。具体地，期望使治疗适合于患者的需要。

发明内容

本发明的目的是改善支持换气中的患者舒适度。

这些和其他目的通过一种向自主呼吸患者提供支持换气的呼吸设备来实现，该设备包括：压力调节装置，用于调节对患者的呼吸道施加的压力；至少一个压力和／或流量传感器，用于获得压力和／或流量测量；以及控制单元，用于基于所述测量来监测压力和／或流量。控制单元配置为基于所监测压力和／或流量的变化来监测患者的用力吸气或呼气。控制单元还配置为基于所监测压力和／或流量的变化率来确定对患者施加的压力的适合变化率，并且响应于所述用力吸气或呼气，根据所述适合变化率来控制压力调节装置改变所施加的压力。

换言之，呼吸设备适合于监测压力和／或流量，并且当检测到对用力吸气或呼气加以指示的所监测压力和／或流量的变化时，根据变化率来改变对患者施加的压力，该变化率由触发了所施加压力的变化的压力和／或流量的变化率来确定。

通过基于所监测压力和／或流量的变化率来确定要对患者施加的压力的变化率，可以使要对患者施加的压力适合于患者对于呼吸气体的瞬时需要。如果所监测参数(即，压力和／或流量)的变化率较高，则患者较强地用力吸气或呼气，并因此假定需要快速吸气或呼气。另一方面，如果所监测参数的变化率较低，则患者较弱地用力吸气或呼气，因此呼吸设备提供了柔和且更延长的吸气或呼气。因此，使用使得所施加压力的变化率始终适合于患者的用力吸气或呼气。从而，患者会经历有效率当仍温和并舒适的支持换气。

控制单元可以配置为，通过确定所监测压力和／或流量何时满足一个或更多个条件来建立患者已经用力吸气或呼气。条件可以是针对所监测压力和／或流量的阈值。也可以是针对所监测压力和／或流量的变化率的阈值。控制单元也可以配置为对所监测压力和／或流量的幅度以及所监测压力和／或流量的变化率二者进行分析，并且使用它们来确定患者是否已经用力吸气或呼气。

呼吸设备建立患者已经用力吸气或呼气的时间点在下文中被称作触发点。该触发点可以被称为呼吸设备通知患者希望从一个呼吸阶段到另一个呼吸阶段(即，从吸气阶段到吸气阶段，反之亦然)的时间点。优选地，呼吸设备配置为根据在触发点处或就在触发点之前基于所监测压力和／或流量的变化率确定的变化率，在触发点处或就在触发点之后改变对患者施加压力。

为此，控制单元可以配置为建立所监测压力和／或流量的变化超过第一预定阈值的第一时间点，以及所述变化超过第二预定阈值的第二时间点，第一预定阈值指示患者可能已经开始用力吸气或呼气，第二预定阈值沿着患者已经开始用力吸气或呼气。控制单元可以配置为基于第一和第二时间点之间经过的时间来确定所施加压力的适合变化率，该时间指示所监测压力和／或流量的变化率并因此指示患者的用力吸气或呼气。

所监测压力和／或流量可以使至少一个压力和／或流量传感器所测量的压力和／或流量。然而，所监测压力和／或流量也可以是控制单元基于至少一个压力和／或流量传感器接收到的测量而计算的压力和／或流量。

在一个实施例中，所监测压力和／或流量是实质上对应于患者的呼吸道压力的接近压力。接近压力可以由以Y分叉管(Y-piece)布置的压力传感器来测量，Y分叉管以本领域公知的方式将患者与呼吸设备连接。在该实施例中，控制单元可以使用同一传感器来获得压力测量，以控制压力调节装置，使得获得对患者施加的压力的适合变化率。

在另一实施例中，所监测压力和／或流量是实质上对应于通过患者呼吸道的流量的接近流量。接近流量可以由Y分叉管布置的流量传感器或者以呼气线和／或呼气线布置的一个或更多个流量传感器来测量。监测流量而不是压力的优点还在于，可以通过控制单元来检测较弱的用力吸气或呼气，如果监测压力，则由于用力吸气或呼气所引起的压力变化与所施加压力相比非常小，因此难以检测到用力吸气或呼气。

优选地，控制单元配置为监测压力和流量二者，并且在确定要在触发点处或就在触发点之后对患者施加的压力的适合变化率时使用压力和／或流量的变化。

压力或流量的变化率对应于压力或流量曲线的导数。因此，呼吸设备可以适合于基于在触发点处或就在触发点之前所监测压力和／或流量的导数来确定要在触发点处或就在触发点之后对患者施加的压力曲线的导数。在下文中，对患者的用力吸气或呼气加以指示的所监测压力和／或流量的一部分有时被称作患者用力指示符(PEI)。如果PEI指示患者的用力吸气，则PEI将称作PEI_insp，而如果PEI指示患者的用力呼气，则PEI被称作PEI_exp。

因此，根据本发明的呼吸设备可以适合于传统意义的患者触发的支持换气，即，当检测到对患者的用力吸气／呼气加以指示的所监测压力和／或流量的变换时开始增加／减小对患者施加的压力。然而，根据本发明的呼吸设备还适合于增强类型的患者触发压力支持换气，其中，压力增加／减小的速率适合于患者的用力吸气／呼气。

呼吸设备可以适合于在压力支持模式和容量支持模式中的任一模式或两个模式下提供患者触发的支持换气。

在压力支持模式下，在吸气期间，呼吸设备增加对患者呼吸道施加的压力，直到达到特定目标压力。典型地，这通过以下来实现：测量实质上对应于患者呼吸道压力的接近压力，并且增加对患者呼吸道施加的压力，直到接近压力达到预设目标压力为止。然后保持该目标压力，直到检测到患者的用力呼气为止。在呼气期间，呼吸设备减小压力，直到达到通常被称作呼气末正压(PEEP)的预设呼气目标压力为止。

在容量支持模式下，在吸气期间，呼吸设备增加对患者呼吸道施加的压力，直到已经对患者提供了呼吸气体的特定目标容量(预设潮流气量)为止。这可以通过以下来实现：例如通过按照Y分叉管或吸气线的流量传感器测量对患者提供的流量，并且对流量进行积分以技术所提供的呼吸气体的容量。通常，容量支持模式仅提供患者触发吸气。呼气阶段通常不由患者发起，而是典型地在递送预设潮流气量时开始。然而，也可以在容量支持模式下提供患者触发呼气。例如，呼吸设备可以配置为在已经递送了预设潮流气量时中断向患者提供呼吸气体的流量，并且在该时间点例如通过调节呼吸设备的呼气阀来保持患者呼吸道的压力。在检测到患者的用力吸气之前，可以保持这种吸气末压(可以随着呼吸而变化)。在呼气期间，呼吸设备可以配置为减小对患者呼吸道施加的压力，直到达到预设呼气末目标压力，或者已经呼出特定容量的呼出气体为止。

在压力模式和容量模式二者中，可以根据上述原理来确定吸气期间的压力增加速率和／或呼气期间的压力减小速率。

呼吸设备可以配置为在呼气阶段的最后阶段期间检测所监测压力和／或流量的变化，这种变化指示患者的用力吸气，并且通过以基于用力吸气所引起的所监测压力和／或流量的变化率而确定的速率来增加对患者施加的压力，以支持吸气。这意味着，呼吸设备适合于基于呼气阶段的最终阶段期间所监测压力和／或流量的变化率，确定应当增大吸气压力的速率，即，吸气压力增加速率。

同样，呼吸设备可以配置为检测吸气阶段的最后阶段期间所监测压力和／或流量的变化，该变化指示患者的用力呼气，并且通过以基于用力呼气所引起的所监测压力和／或流量的变化率而确定的速率减小对患者施加的压力，以支持呼气。这意味着，呼吸设备适合于基于吸气阶段的最后阶段期间的所监测压力和／或流量的变化率，确定应当减小呼气压力的速率，即，呼气压力减小速率。

参照背景部分，这意味着呼吸设备可以配置为，基于在触发点或就在触发点之前所监测压力和／或流量的变化率来调节压力上升施加和压力下降时间的中的任一时间或二者。

优选地，呼吸设备配置为在每一次呼吸时计算适合的吸气压力增加速率和／或呼气压力减小速率。这意味着，基于触发了特定吸气阶段的所监测压力和／或流量的变化率(即，基于紧邻吸气阶段之前呼气阶段的最后阶段期间所监测压力和／或流量的变化率)来计算任一给定吸气阶段的压力增加速率。同样，对于呼气阶段，可以基于触发特定呼气阶段的变化率来计算适合的呼气压力减小速率。

所施加压力的适合变化率可以是恒定的或可变的。恒定的吸气压力增加速率意味着，吸气压力曲线具有恒定正斜率，而可变吸气压力增加速率意味着吸气压力曲线是弯曲的。同样，恒定呼气压力减小速率意味着呼气压力曲线具有恒定的负斜率。

在本发明的示例实现方式中，呼吸设备可以配置为计算所施加压力的恒定变化率，该变化率与所监测压力和／或流量的变化率成比例。采用吸气阶段作为示例，上述可以通过以下来实现：确定对在吸气触发点处或就在吸气触发点之前所监测压力和／或流量的第一斜率加以指示的导数，并且在吸气触发点或就在吸气触发点之后施加吸气压力，吸气压力遵照具有与所述第一斜率成比例的恒定斜率的曲线。换言之，呼吸设备可以配置为计算具有恒定导数的吸气压力增加曲线，该恒定导数与PEI_insp的导数成比例。然而，在所施加压力的适合变化率与所监测压力和／或流量的变化率之间不需要存在数学关系。呼吸设备可以配置为存储查找表，其中，所监测压力和／或流量的不同变化率与所施加压力的不同适合变化率相关联。呼吸设备可以配置为确定所监测压力和／或流量的变化率，在查找表中查找哪个所施加压力的适合变化率与所监测压力和／或流量的变化率相关联，并且根据适合的变化率改变所施加压力。

在另一示例实施例中，呼吸设备配置为还基于所监测压力和／或流量的变化率中的至少一个变化来确定所施加压力中的适合变化率。这意味着，呼吸设备可以配置为在触发点或就在触发点之前所监测压力和／或流量曲线的二阶导数，即，PEI_insp或PEI_exp的二阶导数，并且还使用该二阶导数来确定所施加压力的适合变化率。上述优点在于，PEI的二阶导数揭示了患者的用力吸气或呼气的重要信息，例如，患者的用力吸气或呼气是否随着时间而增加或减小。

呼吸设备还可以配置为计算对患者施加的压力的可变变化率。例如，控制单元可以配置为控制压力调节装置在呼气阶段结束处保持实质上恒定的呼气目标压力级别，并且在吸气阶段的结束处保持比上述呼气目标压力级别更高的实质上恒定吸气目标压力级别，并且计算在吸气阶段的初始阶段中加速和／或在接近所述吸气目标压力级别时减速的可变吸气压力增加速率。这获得更平滑且不突然的压力支持换气，因此还提高了呼吸机治疗的舒适度。呼吸设备可以配置为以类似的方式计算加速和／或减速的呼气压力减小速率。

在本发明的优选实施例中，呼吸设备配置为确定在触发点之前时间的压力的适合变化率，以便能够在检测到触发点时随着适合变化率直接改变所施加压力，而不必在检测到触发点之后确定适合变化率。上述优点在于，呼吸设备会对患者的用力吸气或呼气做出更快的响应，并且因此进一步提高治疗的舒适度。

上述目标也可以通过一种向自主呼吸患者提供支持换气的方法来实现。该方法包括以下步骤：

-基于通过至少一个压力和／或流量传感器获得的压力和／或流量测量，来监测压力和／或流量；

-基于所监测压力和／或流量的变化来检测患者的用力吸气或呼气；

-基于所监测压力和／或流量的变化率来确定对患者的呼吸道施加的压力的适合变化率；并且

-响应于所述用力吸气或呼气，根据所述适合变化率来改变所施加压力。

上述目标也可以通过一种计算机程序来实现，该计算机程序包括当由呼吸设备中的处理自主执行时使所述呼吸设备执行上述方法的计算机可读代码。

计算机程序可以存储在数字存储介质上，例如，所述呼吸设备的内部存储器、硬盘驱动器、CDROM等。

计算机程序可以安装在现有呼吸设备上，以使得它们能够执行上述方法。

呼吸设备、方法和计算机程序的更多有利实施例可以在下文的详细描述中描述。

附图说明

当结合以下简要描述的附图考虑时通过参考以下详细描述获得本文公开的本发明的更完整认识并同时使得本发明更容易理解，在附图中，相同的附图标记用于表示相同的功能元件。

图1示出了根据本发明一个实施例的呼吸设备；

图2-6均示出了压力曲线和压力曲线的一部分以及控制原理，该原理基于在触发点处和／或在触发点之前所监测压力的变化率控制在触发点处或在触发点之后要对患者呼吸道施加的压力的变化率；

图7和8分别示出了在较强和较弱呼吸期间获得压力和流量曲线；以及；

图9A-B和10A-B是示出了根据本发明方法的示例实施例的流程图。

具体实施方式

图1示出了呼吸机形式的呼吸设备1，用于向自主呼吸患者2(通过一对肺示出)提供支持换气。呼吸设备1配置为在压力支持模式或容量支持模式下操作。

呼吸设备1包括：压力调节装置3，布置为向患者2的呼吸道施加压力。呼吸设备1还包括：至少一个压力和／或流量传感器4a-4c，用于获得压力和／或流量测量。此外，呼吸设备包括：控制单元5，用于基于压力和／或流量传感器4a-4c获得的压力和／或流量测量来监测压力，并且基于所监测压力和／或流量来控制压力调节装置3。

在该实施例中，压力调节装置3包括：可控吸气阀3a，用于调节吸气期间对患者2的呼吸道施加的压力；以及可控呼气阀3b，用于调节呼气期间对患者2的呼吸道施加的压力。应当认识到，压力调节装置3能够以许多不同方式来实现。例如，吸气阀3a可以换为吹风机或能够对患者呼吸道施加受控压力的任一其他装置。

在吸气期间，控制单元5控制吸气阀3a通过调节经由吸气线6对患者提供的呼吸气体的流量，调节对患者2的呼吸道施加的压力。呼吸设备1还包括：气体混合装置7，耦合至一个或更多各个内部或外部气体源8a-8c，以提供加压的呼吸气体。

在呼气期间，控制单元5控制呼气阀3a通过调节经由呼气线9患者呼出的呼出气体的流量，来调节对患者2的呼吸道施加的压力。呼出气体然后通过呼吸设备1的排气口10排放到环境空气或净化系统。压力和／或流量传感器4a-4c的设置可以根据呼吸设备1的预期功能而改变。呼吸设备1应当包括：至少一个压力和／或流量，可操作于测量对患者的用力吸气和／或呼气加以指示的压力和／或流量。单个压力或流量传感器位于将吸气线6与呼气线9相连的Y分叉管11中，其中患者连接器12足以实现本发明。然而，为了呼吸设备1在压力支持模式和容量支持模式二者下操作，并且为了还感测患者吸气或呼气做出的较弱用力，可以需要更多传感器。

在优选实施例中，呼吸设备包括：压力传感器4a，布置在Y分叉管11中或者接近Y分叉管11布置，以测量实质上对应于患者2的呼吸道压力的接近压力；以及两个流量传感器4b和4c，分别布置在吸气线6和呼气线9中，以测量患者2吸入和呼出的气体的流量。尽管附图中未示出，但是应当认识到传感器4a-4c连接至控制单元5，以便控制单元基于通过传感器4a-4c直接可获得的和／或控制单元5从所测量值可导出的压力和／或流量来控制压力调节装置3。

如以下进一步描述的，控制单元5配置为检测患者2期望从一个呼吸阶段到另一呼吸阶段(即，从吸气到呼气，反之亦然)的时间，并且相应地切换呼吸阶段。这意味着，呼吸设备5适合于患者触发支持换气。然而，控制单元5还可操作于通过建立患者2是否看起来期望快速或慢速吸气／呼气，支持新颖且增强类型的患者触发支持换气，并且控制呼吸设备1的功能满足患者的需要。

为此，控制单元5配置为基于至少一个传感器4a-4c获得的压力和／或流量来监测压力和／或流量，并且基于所监测压力和／或流量的变化来检测患者2的用力吸气和呼气。基于所监测压力和／或流量的变化率，控制单元5确定针对施加于患者呼吸道的压力的适合变化率，即，目标变化率，并且响应于所述用力吸气或呼气，控制压力调节装置3根据所确定的适合变化率，改变所施加压力(即，对患者呼吸道施加的压力)。典型地，该功能通过控制单元5中的存储器13中存储的计算机程序来提供，计算机程序在由控制单元5的处理器14执行时使控制单元执行上述动作。计算机程序还可以安装在外部计算机上，外部计算机可以与呼吸设备1的控制单元5连接以使控制单元执行所述动作，从而使得呼吸设备1能够提供本文描述的增强类型的患者触发支持换气。

现在参照图2至8，描述了示例实施例，示出了所监测压力或流量如何用于通过将吸气和呼气压力曲线(即，在吸气和呼吸期间分别对患者呼吸道施加的压力)适应于患者需要来实现上述增强的患者触发支持换气。在描述图2至8时，同时参照图1的呼吸设备1。

图2示出了下文中简单称作压力曲线的压力／时间曲线，该曲线表示与经历压力支持换气的患者的呼吸道压力实质上相对应的所测量或所计算的压力。例如，该压力可以是呼吸循环期间压力传感器4a测量的接近压力。这里，可以看出，呼吸设备1的控制单元5适合于控制压力调节装置3在呼气阶段结束处保持实质上恒定的呼气目标压力级别，或者呼气末正压(PEEP)，并且在吸气阶段结束处将压力保持在实质上恒定吸气目标压力(ITP)。PEEP和ITP级别可以由呼吸设备1的操作员来设定，或者由控制单元5基于患者相关参数和／或所测量值来计算。

在特定时间点，start_insp，在呼气的最后阶段，患者用力吸气。用力吸气引起所监测压力的变化。在这种该压力是呼吸设备1的Y分叉管11中测量的接近压力的情况下，所监测压力变化是压力减小。呼吸设备的控制单元5配置为确定所监测压力何时满足吸气触发条件，并且何时满足吸气触发条件，通过增加对患者2的呼吸道施加的压力来开始吸气阶段。控制单元5检测到满足吸气触发条件的时间点TP_insp是吸气触发点。如以下更详细描述的，吸气触发条件例如是所监测压力的阈值。

因此，当控制单元5可以验证患者已经用力吸气时，控制单元5通过增加对患者2的呼吸道施加的压力来支持吸气尝试。控制单元5还配置为基于在吸气触发点TP_insp或者就在触发点之前的压力减小速率来确定压力增加速率，其中，压力减小是由患者的用力吸气引起的。为此，控制单元5配置为对患者2开始吸气的时间点start_insp与控制单元5建立患者已经用力吸气的吸气触发点TP_insp之间的压力曲线段进行分析，并且基于该压力曲线段的斜率和／或曲率来确定吸气压力增加速率。因此，控制单元5使用患者2开始吸气的时间点start_insp与吸气触发点TP_insp之间的压力曲线段(可能包括一个或两个端点)作为患者用力吸气的指示符，并且在下文中被称作PEI_insp或PEI_insp曲线，其中，PEI是患者用力指示符的缩写。

类似地，在吸气的最终阶段，患者在时间点start_exp.用力呼气。在压力是在呼吸设备1的Y分叉管11中测量的接近压力的情况下，用力呼气可以引起所监测压力的增加。呼吸设备1的控制单元5配置为确定所监测压力何时满足呼气触发条件并且何时满足呼气触发条件，通过减小对患者2的呼吸道施加的压力来开始呼出阶段。控制单元5检测到满足呼气触发条件的时间点TP_exp是呼气触发点。例如，呼气触发条件也可以是所监测压力的阈值。

在检测到呼气触发点TP_exp时，控制单元5通过减小对患者2的呼吸道施加的压力来从吸气阶段切换到呼气阶段，以支持患者做出的呼气尝试。控制单元5配置为基于在呼气触发点TP_exp或就在呼气触发点之前的压力增加速率，确定压力减小速率，其中压力增加是由患者的用力呼气引起的。按照与确定吸气压力曲线的方式类似的方式，控制器单元5对患者2开始呼气的时间点start_exp与控制器单元5验证患者实际已经用力呼气的呼气触发点TP_exp之间的压力曲线段进行分析，并且基于该压力曲线段的斜率和／或曲率来确定呼气压力减小速率。因此，控制单元5使用患者2开始呼气的时间点start_exp与呼气触发点TP_exp之间的压力曲线段(可能包括一个或两个端点)作为患者用力呼气的指示符，并且在下文中被称作PEI_exp，或PEI_exp曲线。

同时参照图1、2和3，这意味着呼吸设备2的控制单元5适合于基于PEI_insp曲线的斜率和／或曲率来确定吸气压力曲线(IPC)的斜率和／或曲率，并且基于PEI_exp曲线的斜率和／或曲率来确定呼气压力曲线(EPC)的斜率和／或曲率。

控制单元5配置为对PEI_insp和PEI_exp曲线进行分析，并且针对每个曲线确定对所监测量的变化率加以指示的至少一个值，在该示例中，所监测量是实质上对应于患者2的呼吸道压力的接近压力。控制单元5然后基于所述值计算适合的吸气压力增加速率以及适合的呼气压力减小速率，并且控制压力调节装置3利用所述适合的吸气压力增加速率和所述适合的呼气压力减小速率来增加呼气压力并且减小呼气压力。

基于上述值，控制单元5可以适合于确定基本吸气压力增加速率k_{basic_insp}，以及基本呼气压力减小速率k_{basic_exp}。控制单元5还可以适合于控制压力调节装置3调节对患者呼吸道施加的吸气压力，使得吸气压力曲线变得适于基本吸气压力增加速率k_{basic_insp}。这意味着，吸气压力曲线具有与基本吸气压力增加速率k_{basic_insp}相对应的平均斜率。同样，可以调节呼气压力曲线，使得其平均斜率对应于基本呼气压力减小速率k_{basic_exp}。

在一个实施例中，吸气和呼气压力曲线可以是实质上线性的，意味着吸气压力增加速率和呼气压力减小速率是实质上恒定的，并且分别等于基本吸气压力增加速率k_basic__insp和基本呼气压力减小速率k_{basic_exp}。

然而，为了使得呼吸阶段之间的过渡更平滑并且对于患者2更舒适，吸气和呼气压力曲线优选地是平滑曲线。这意味着对患者呼吸道施加的压力变化率优选地在吸气和呼气的初始阶段中加速，并且当分别接近吸气目标压力级别和PEEP级别时减速。

在图3中所示的示例实施例中，控制单元5适合于在检测到吸气触发点TP_insp时，控制压力调节装置3在特定时间段t_{acc_insp}内对具有加速压力增加速率的患者2的呼吸道施加压力。该时间段t_acc__ins_p可以是呼吸设备1的操作者预设或者控制单元5基于PEI_insp的斜率和／或曲率计算的参数。按照相同方式，针对呼气初始阶段期间压力减小速率的加速的时间段t_{acc_exp}可以是预设参数或者由控制单元5基于PEI_exp的斜率和／或曲率计算的参数。分别对于吸气和呼气期间压力增加和减小的变化率的加速，同样应用时间段t_{deacc_insp}、t_{deacc_exp}。

吸气和呼气压力曲线也可以具有其他形状。例如，在分别检测到用力吸气和呼气之后对患者施加的吸气压力和呼气压力可以由多项式或指数函数来确定。图4示出了呼吸设备1的控制单元5配置为确定多项式吸气和呼气压力曲线的实施例。例如呼吸设备1的控制单元5可以配置为基于PEI_insp的斜率和／或曲率来确定基本吸气压力增加速率t_acc__insp，，并且将多项式吸气压力曲线拟合到基本吸气压力增加速率。可以添加角度和／或曲率约束作为曲线拟合计算中的最终条件，以确保从PEEP级别到ITP级别的平滑过渡。同样，可以基于级别呼气压力减小速率k_{basic_exp}连同最终条件一起计算多项式呼气压力曲线，以确保从ITP级别到PEEP级别的平滑过渡。在所示的情况下，吸气压力曲线是三次多项式曲线，而呼气压力曲线是二次多项式曲线。

图5示出了呼气最后阶段和吸气最后阶段期间图3中所示的压力曲线。沿着压力曲线的点示出了经采样的压力值，由图1中所示的呼吸设备1的压力传感器4a获得并且由控制单元5记录。

在呼气最后阶段期间，控制单元5将每个采样压力值与第一压力阈值P_start相比较。在第一时间点t₁，采样压力值p₁降到第一压力阈值P_start以下，向控制单元5指示患者2可以开始用力吸气。在该示例实施例中，触发条件P_trigger是第二压力阈值。在第二时间点t₂，另一采样压力值p₂降到第二压力阈值P_trigger以下，向控制单元5指示压力下降实际上看起来由患者用力吸气引起。因此，该第二时间t₂对应于吸气触发点TP_insp。

在本发明的一个实施例中，控制单元5可以配置为通过计算PEI_insp曲线的斜率k_PEI__insp将所监测压力的变化率确定为：

k_PEI__insp＝(p₂-p₁)/(t₂t₁)(1)

然后，控制单元5可以基于如此确定的斜率k_{PEI_insp}确定在吸气触发点TP_insp或者就在吸气触发点之后对患者2的呼吸道施加的适合的压力增加速率。例如，控制单元5可以确定与PEI_insp曲线的斜率k_{PEI_insp}成比例的适合的基本吸气压力增加速率k_{bastc_insp}，并且控制压力调节装置3，使得向吸气压力曲线给出与所述适合的基本吸气压力增加速率k_{basic_insp}相对应的平均斜率。

在另一实施例中，控制单元5可以存储查找表，其中，PEI_insp曲线的斜率k_PEI__insp的值的不同范围与不同的基本吸气压力增加速率k_{basic_insp}相关联，并且控制器单元5选择适合的压力增加速率作为与包括计算的斜率值k_{PEI_insp}的范围相关联的基本吸气压力增加速率k_{basic_insp}。

图6示出了PEI_insp曲线的外观的另一示例。这里可以看出PEI_insp曲线是非线性地并且略微凸起。凸PEI_insp曲线可以是患者的用力吸气随时间增加的指示。同样在图5中，沿着压力曲线的点示出了采样压力值，由图1中所示的呼吸设备1的压力传感器4a获得，并且由控制单元5记录。一些采样由s₀-s₄表示。

在该实施例中，控制单元5配置为连续地(即，重复地)计算所监测压力的当前变化率。对于每个记录的采样，这可以通过计算所记录压力值与一个或更多个先前记录的压力值之间的直线的斜率来实现。例如，当控制单元5记录了具有降到第一阈值P_start以下的压力值的采样s₁时，控制单元5可以计算通过当前记录的采样s₁与先前记录的采样s₀的压力值的直线的斜率k₁。当控制单元5记录下一个采样s₂时，控制单元5计算该采样s₂的压力值与先前记录的采样s₁的压力值之间的直线的斜率k₂，以此类推。因此如此计算的斜率k₁-k₃是沿着曲线的多个点处PEI_insp曲线的一阶导数的近似。

控制单元5还可以配置为针对每个记录的采样计算适合的速率，即，适合的吸气压力增加速率，在检测到吸气触发点TP_insp时对患者呼吸道施加的压力应当随着该适合的速率而增加。为了计算适合的吸气压力增加速率，控制单元5可以使用斜率值k₁-k₃的任一组合。例如，控制单元5可以适合于将PEI_insp曲线的平均斜率计算为所述斜率的均值，并且计算与所述平均斜率成比例的适合的基本吸气压力增加速率k_{basic_insp}(对应于图3至5任一幅图中的k_{basic_insp})。如上所述，控制单元5然后可以控制压力调节装置3根据如此确定的适合的基本吸气压力增加速率在吸气触发点TP_insp处或就在吸气触发点之后增加吸气压力。

优选地，控制单元5还配置为计算对PEI_insp曲线的二阶导数加以指示的一个或更多个值，并且在计算适合的吸气压力增加速率时使用该值或这些值。这可以通过将斜率k₁-k₃彼此相比较来实现。例如，控制单元5可以在具有预定的第一和第二斜率值k₁和k₂时，将对PEI_insp的二阶导数加以指示的值作为这些斜率值之间的差值(例如，k₂-k₁)。通过建立PEI_insp的一阶导数的趋势，控制单元5因此可以获取与PEI_insp的曲率(即，二阶导数)有关的信息，并从而确定患者的用力吸气看起来随时间增加还是减小。控制单元5还可以配置为在计算适合的吸气压力增加速率时考虑PEI_insp曲线的高阶导数。

如果PEI_insp曲线是凸起的，则指示患者的用力吸气随时间增加，控制单元5可以增加吸气压力增加速率，以例如通过计算适合的吸气压力增加速率将其调节到患者需要，如果发现PEI_insp曲线是线性的则适合的吸气压力增加速率略高。按照类似的方式，如果PEI_insp曲线的曲率是凹陷的，则控制单元5可以计算适合的吸气压力增加速率，如果发现PEI_insp曲线是线性的，则适合的吸气压力增加速率略低。

因此，呼吸设备1的控制单元5可以配置为根据在吸气触发点处TP_insp和／或就在吸气触发点之前所监测压力及其导数，来计算要在吸气触发点处或就在吸气触发点之后要对患者2的呼吸道施加的吸气压力。这意味着吸气压力曲线(IPC)可以表示为：

$\mathrm{IPC}=f(p,\stackrel{\·}{p},\stackrel{\·\·}{p},...,p^n,t)---\left(2\right)$

其中，IPC是在吸气初始阶段要对患者的呼吸道施加的吸气压力，是在吸气触发点处和／或就在吸气触发点TP_insp之前所监测压力及其导数，t是时间。

此外，控制单元5优选地配置为在检测到吸气触发点TP_insp之前计算适合的压力增加速率，并且相应地在检测到吸气触发点时直接增加压力。例如，控制单元5可以配置为只要记录了采样s₁，就基于斜率值k₁计算适合的吸气压力增加速率，只要记录的采样s₂，就基于斜率值k₁和k₂，二者计算新的或更新的适合吸气压力增加速率，并且只要记录了采样s₃，就基于k₁、k₂和k₃进一步计算新的或更新的适合吸气压力增加速率。当控制单元5记录了采样s₄并且检测到满足吸气触发条件时，不计算新的或更新的适合吸气压力增加速率。取而代之，控制单元5立即以与最新计算的适合吸气压力增加速率相当的速率增加对患者呼吸道施加的压力。

尽管图5和6及其描述涉及基于PEI_insp曲线的斜率和／或曲率确定适合的吸气压力增加速率，然而应当认识到，相同的原理可应用于基于PEI_exp曲线的斜率和／或曲率确定适合的呼气压力减小速率。

图7和8示出了如上参照例如图2描述的压力曲线P，以及流量曲线Φ，流量曲线Φ表示与通过进行压力支持换气的患者的呼吸道的流量实质上相对应的所测量或计算流量。例如，可以通过分别布置在呼吸设备1的吸气线6和呼气线9中的流量传感器4b、4c来获得流量曲线Φ。图7示出了较强呼吸期间获得压力和流量曲线，而图8示出了较弱呼吸期间获得的压力和流量曲线。

如图7所示，患者的较强用力吸气和呼气典型地分别产生不同的且容易测量的所监测压力增加和减小。同样，用力吸气和呼气分别产生不同的且容易测量的所监测流量Φ增加和减小。代替或除了所监测压力P的变化率以外，呼吸设备1的控制单元5可以配置为在计算适合的吸气压力增加速率和／或呼气压力减小速率时使用所监测流量Φ的变化率。因此，控制单元5也可以使用患者2开始吸气的时间点start_insp与吸气触发点TP_insp之间的流量曲线段(可能包括一个或两个端点)作为患者用力吸气的指示符PEI_insp。按照相应方式，控制单元5可以使用患者2开始呼气的时间点start_exp与呼气触发点IP_exp之间的流量曲线段(可能包括一个或两个端点)作为患者用力呼气的指示符PEI_exp。

应当认识到，控制单元5可以按照与基于压力曲线的PEI_insp的斜率和／或曲率确定适合的吸气压力增加速率的方式(如上参照图2-6描述的)相对应的方式，基于流量曲线Φ的PEI_insp和PEI_exp的斜率和／或曲率，确定适合的吸气压力增加速率和适合的呼气压力减小速率。

使用所监测流量代替所监测压力或者除了所监测压力以外使用所监测流量的优点在于，更容易检测到较弱的用力呼气或吸气。如图8所示，较弱的用力吸气或呼气可以不引起所监测压力的变化或者引起所监测压力的极小变化，而引起完全不同且完全可测量的所监测流量变化。所监测压力P的变化较小是由于以下事实：与所施加压力相比用力吸气或呼气所引起的压力变化较小，和／或非常高效的压力调节装置3的调节，调节抵消了压力变化，以保持呼气最后阶段期间的恒定PEEP和吸气最后阶段期间的恒定ITP。

优选地，呼吸设备1包括：传感器4a-c，用于检测压力和流量二者；以及控制单元5，配置为使用压力和流量中的任一个或二者来确定呼吸阶段之间的过渡中对患者呼吸道施加的压力适合变化率。

呼吸设备1还可以适合于仅针对吸气压力控制、或者仅针对呼气压力控制、或者针对吸气和呼气压力控制二者应用上述原理。在一个实施例中，呼吸设备1可以适合于使用该原理，以便仅使吸气初始阶段期间的压力增加速率适应患者的用力吸气，而当检测到对患者已经尝试呼气加以指示的呼气触发点TP_exp时，尽可能快地简单减小对患者呼吸道施加的压力。

图9A-B和10A-B是示出了所提出的用于向自主呼吸患者提供支持换气的方法的流程图。

图9A示出了所提出的针对患者触发吸气的基本原理。在第一步骤S1a中，在呼气的最后阶段期间监测压力和／或流量。在下个步骤S2a中，对所监测压力和／或流量进行分析，以确定患者是否用力吸气。如果检测的用力吸气，则该方法前进到步骤S3a，在步骤S3a中，确定所监测压力和／或流量的变化率。在步骤S4a中，基于所监测压力和／或流量的所述变化率确定适合的吸气压力增加速率。在最后步骤S5a中，根据步骤S4a中确定的适合吸气压力增加速率来增加对患者呼吸道施加的压力。

图9B示出了针对患者触发呼气的对应方法的基本原理。在第一步骤S1b中，在吸气的最后阶段监测压力和／或流量。在下个步骤S2b中，对所监测压力和／或流量进行分析，以确定患者是否已经用力呼气。如果检测到用力呼气，则该方法前进到步骤S3b，在步骤S3b中确定所监测压力和／或流量的变化率。在步骤S4b中，基于所监测压力和／或流量的所述变化率来确定适合的呼气压力减小速率。在最后步骤S5b中，根据步骤S4b中确定的适合呼气压力减小速率来减小对患者呼吸道施加的压力。

图10A示出了图9A中示出的针对患者触发吸气的方法的细化实施例。在第一步骤S11a中，在呼气的最后阶段监测压力和／或流量。在下个步骤S12a中，确定所监测压力和／或流量的第一时间点满足对患者可能已经开始吸气加以指示的条件。该第一时间点对应于图5和6中的时间点t₁。在下个步骤S13a中，确定对所监测压力和／或流量的变化率加以指示的至少一个值。在步骤S14a中，基于所述至少一个值确定适合的吸气压力增加速率。在步骤S15a中，确定所监测压力和／或流量满足验证到确定患者已经用力吸气的条件的第二时间点。该第二时间点对应于图2-6中的吸气触发点TP_insp。在最后步骤S16a中，根据步骤S14a中确定的并因此在吸气触发点TP_insp之前确定的适合吸气压力增加速率来增加对患者呼吸道施加的压力。

图10B示出了图9B中针对患者触发呼气的方法的细化实施例。在第一步骤S11b中，在吸气的最后阶段监测压力和／或流量。在下个步骤S12b中，确定所监测压力和／或流量满足对患者可能已经开始呼气加以指示的条件的第一时间点。在下个步骤S13b中，确定对所监测压力和／或流量的变化率加以指示的至少一个值。在步骤S14b中，基于所述至少一个值确定适合的呼气压力减小速率。在步骤S15b中，确定所监测压力和／或流量满足验证了患者已经用力呼气的条件的第二时间点。该第二时间点对应于图2-4中的呼气触发点TP_exp。在最后步骤S16b中，根据步骤S14b中确定的并因此在呼气触发点TP_exp之前确定的适合呼气压力减小速率，来减小对患者呼吸道施加的压力。

Claims (7)

1.一种向自主呼吸患者(2)提供支持换气的呼吸设备(1)，包括：

-压力调节装置(3)，用于调节对患者(2)的呼吸道施加的压力；

-至少一个压力和/或流量传感器(4a-4c)，用于获得压力和/或流量测量；以及

-控制单元(5)，用于基于所述压力和/或流量测量来监测压力(P)和/或流量(Φ)，

控制单元(5)配置为基于所监测压力和/或流量的变化来检测患者(2)的用力吸气或呼气，

其特征在于，控制单元(5)还配置为：

-基于所监测压力(P)和/或流量(Φ)的变化率来确定对患者(2)施加的压力的适合变化率，并且

-响应于所述用力吸气或呼气，根据所述适合变化率来控制压力调节装置(3)改变所施加压力。

2.根据权利要求1所述的呼吸设备(1)，其中，控制单元(5)配置为确定所施加压力的适合变化率，并且控制压力调节装置(3)在每次呼吸时根据所述适合变化率来改变所施加压力。

3.根据权利要求1或2所述的呼吸设备(1)，其中，控制单元(5)配置为在检测到触发点(TP_insp、TP_exp)时根据所述适合变化率改变所施加压力，并且在检测到所述触发点之前确定所施加压力的适合变化率。

4.根据权利要求1或2所述的呼吸设备(1)，其中，控制单元(5)配置为还基于所监测压力(P)和/或流量(Φ)的变化率的改变来确定所施加压力的适合变化率。

5.根据权利要求1或2所述的呼吸设备(1)，其中，控制单元(5)配置为控制压力调节装置(3)在呼气阶段结束处施加实质上恒定的呼气目标压力级别(PEEP)，并且在吸气阶段结束处施加实质上恒定的吸气目标压力级别(ITP)，并且根据所述适合变化率改变呼气目标压力级别(PEEP)与吸气目标压力级别(ITP)之间的所施加压力。

6.根据权利要求5所述的呼吸设备(1)，其中，控制单元(5)配置为确定所施加压力的适合变化率，所述适合变化率随时间变化并且在吸气或呼气阶段的初始阶段的第一时间段(t_acc)期间加速并且在吸气或呼气阶段的初始阶段的第二时间段(t_deacc)期间减速。

7.根据权利要求1或2所述的呼吸设备(1)，其中，控制单元(5)配置为确定所施加压力的适合变化率的基本值(k_{basic_insp}、k_{basic_exp})，将压力曲线(IPC、EPC)拟合到具有与所述基本值(k_{basic_insp}、k_{basic_exp})相对应的斜率的直线，并且根据所述压力曲线(IPC、EPC)改变所施加压力。