CN103920215B - 一种气体流发生器送气触发方法 - Google Patents

Abstract

一种对患者进行送气的方法，构造流量曲线，将流量曲线延迟200ms，再向上或向下平移10LPM，构造对应的信号曲线；计算前面至少一个周期的气流量基线值；通过如下控制方法来确定气体流发生器的送气触发，1)如果当前气流量未超过平均气流量基线值，则不执行触发；如果当前气流量超过平均气流量基线值，则判断流量曲线是否与信号曲线相交；2)如果流量曲线与信号曲线相交，且当前气流量未超过平均气流量基线值，则不执行触发；如果流量曲线与信号曲线相交，且当前气流量超过平均气流量基线值，则执行送气触发；如果流量曲线与信号曲线不相交，则执行步骤3)；3)判断是否自主吸气努力，如果是自主吸气努力，则执行送气触发；如果不是自主吸气努力，则不执行触发。上述控制方法触发准确，能适应呼吸状态不稳定的情形，不易误触发。

Description

一种气体流发生器送气触发方法

技术领域

本发明涉及一种气体流发生器对患者进行送气的方法 。

背景技术

应用无创正压气体流发生器进行人工送气是目前治疗慢性阻塞性肺病(COPD)及呼吸睡眠暂停综合症的重要措施，在临床中越来越普遍应用。人机同步指气体流发生器送气时机与患者的吸气起始时间一致、气体流发生器送气过程与患者瞬间吸气需求一致、气体流发生器吸气-呼气转换时间与患者一致。同步辅助气体流发生器有利于肺内气体分布，减少呼吸肌肉废用性萎缩，有利于患者的恢复。同步辅助送气的效果和舒适性取决于能否达到理想的“人机同步性”。人机不同步一方面使气体流发生器做功增加，耗氧量增加；另一方面降低辅助送气的效果，使患者呼吸困难加重，甚至气体流发生器送气不能正常进行，人机不同步一直是气体流发生器未能很好解决的难题。为了克服吸气触发的人机不同步，近年来，采用了流量触发、容量触发和流量自动跟踪的同步方式，比传统的压力触发的灵敏性有所提高，在一定程度上改善了人机的同步性。如图4所示，现有技术的流量图形触发通过对原流量波形进行延迟300ms并上/下平移15LPM造出一条信号曲线，当信号曲线与原流量曲线相交时即判定为触发点P₀或撤换点P₁。在这一过程中，如果流量曲线在呼气末有抖动，容易造成相交点过早，导致误触发，如图5所示的F₀点为误触发点；如果患者在吸气时过于平缓，则可能导致触发过慢或不触发，如图5所示的F1点为触发过慢点。另外，现有技术的容量触发是在患者有吸气努力，且吸气容量达到6ml时即判定为触发。以上两种方法在流量曲线光滑且患者呼吸平稳时可以正确及时的判断触发，但在流量出现波动，患者呼吸状态不稳定时(如：患者突然深吸气，患者呼吸频率突然加快或突然减慢等)，现有技术的图形触发方法会让流量曲线和信号曲线相交于波动的区域，容易出现误触发，不触发或慢触发等情况。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的提供一种触发准确，能适应呼吸状态不稳定的情形，不易误触发的气体流发生器送气的流速触发方法。

本发明是这样实现的，一种对患者进行送气的方法，经由患者回路将气体流从呼吸气体源送至患者的气道，所述气体流由气体流发生器提供；

包括：

测量气体流发生器与所述气体流相关联的当前流动速率和当前气流量，构造流量曲线；

将流量曲线延迟200ms，再向上或向下平移10LPM，构造对应的信号曲线；

确定要递送至患者的所述气体流的流量基线值，此流量基线值为计算前面至少一个周期的气流量基线值；

通过如下控制方法来确定气体流发生器的送气触发，

1)如果当前气流量未超过平均气流量基线值，则不执行触发；如果当前气流量超过平均气流量基线值，则判断流量曲线是否与信号曲线相交；

2)如果流量曲线与信号曲线相交，且当前气流量未超过平均气流量基线值，则不执行触发；如果流量曲线与信号曲线相交，且当前气流量超过平均气流量基线值，则执行送气触发；如果流量曲线与信号曲线不相交，则执行步骤3)；

3)判断是否自主吸气努力，如果是自主吸气努力，则执行送气触发，气体流发生器提供高压力支持；如果不是自主吸气努力，则不执行触发。

进一步地，所述构造对应的信号曲线的具体步骤为：将患者的呼吸确定为吸气、呼气和撤换；具体地，

1)将流量曲线延迟200ms，得到一条与原流量曲线平行的信号曲线；

2)在患者的呼气阶段，将该信号曲线向上平移10LPM，使得信号曲线高出原流量曲线；

3)当患者开始吸气时，流量曲线将会上升，并与信号曲线相交；当流量曲线大于信号曲线，此时，即可判定为触发；

4)当患者在吸气时，即判定为触发后，将信号曲线的向上平移量去除，并将信号曲线向下平移10LPM，使得信号曲线低于流量曲线；

5)当患者呼气时，流量曲线将会与信号曲线相交。此时，当流量曲线低于信号曲线时，判定为撤换。当气体流发生器判定撤换时，将压力从较高的吸气压降低到较低的呼气压，以保证患者能及时舒适的呼出气体在流量曲线的基础上。

进一步地，所述计算前面至少一个周期的气流量的基线值为：

设流量曲线对应的函数为flow＝V(t)，对于患者的前一周期的一次呼吸来说，若患者在t1时刻吸气，t2时刻呼气，则该次呼吸的基线值A＝V_toal/(t2-t1)，其中V_total为该次呼吸气体流发生器此时喷出的总气量为

进一步地，所述判断是否自主吸气努力，具体步骤如下：

1)当流量曲线V(t)大于基线A时，开始计算累积吸气容量V＝∫(V(t)-A)dt；

2)当累积吸气容量V>2ml时，记录当前累积使用的时间t，并开始对吸气气流是否加速 变化进行判断；

在下一周期t之内，计算累积吸气容量V1＝∫(V(t)-A)dt，若V1>1.2*V，则说明病人在进行吸气努力，此时应当进行触发，响应病人的吸气努力；如V1≤1.2*V，，则重新执行步骤1。

进一步地，所述送气触发是按照用户设置好的送气气流量和流速执行。

本发明解决了不触发、误触发或慢触发的现有技术的送气控制缺陷，上述触发判断方法有以下几个有益的技术效果，首先，无需进行触发流量阈值的设定，系统根据患者每次呼吸的状态判断下一次可能出现触发的流量阈值；其次，在流量超过阈值时并不直接进行触发，而是进行进一步的判断，避免由于流量的波动导致误触发；第三，省去了对患者呼气时间的估算，患者的呼吸突然发生改变时也能及时，灵敏，正确的触发。

附图说明

图1为本发明实施例的增加基线判断后的图形触发流程。

图2a)为本发明实施例的基线计算流程图；

图2b)为基线计算示意图。

图3为本发明实施例的判断流量曲线是否与信号曲线相交的流程图。

图4为本发明实施例的判断是否自主吸气的流程图

图5为现有技术中图形触发方法的正确触发示意图。

图6为现有技术中图形触发方法的误触发、慢触发示意图。

上述图中的附图标记：

a信号曲线，b流量曲线，A基线值，P₀第一触发点P₁第二触发点，F₀误触发点，F₁慢触发点

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

本发明是采用图形触发的方式，初步将患者的呼吸确定为吸气、呼气和撤换。所谓撤换即指患者从呼气转为吸气的中间状态。

本发明通过大量的实验数据，本发明在信号曲线的构造过程中发现，延迟300ms并平移15LPM会导致触发的不及时或难以触发，因此申请人改进为：将流量曲线延迟200ms，再向上或向下平移10LPM，形成一根信号曲线，具体步骤如下：

1)将流量曲线延迟200ms，得到一条与原流量曲线L平行的信号曲线L1

2)在患者的呼气阶段，将该信号曲线向上平移10LPM，即L1＝L1+10。使得信号曲线高出原流量曲线。

3)当患者在吸气时，将信号曲线的向上平移量去除，L1＝L1-10。并将信号曲线向下平移10LPM，L1＝L1-10，使得信号曲线低于流量曲线。

通过大量的实验数据，本发明通过延迟200ms并平移10LPM构造信号曲线，将大大提高触发效率。但为了进一步避免误触发，本发明还引入了基线的判断。

在此，先引入气流量基线的概念，气流量基线是一条计算基准线，它的主要作用是给出触发的临界值。基线处于不停的变化之中，与患者每次呼吸的强弱程度，持续时间的长短都密切相关。基线由特定算法在上次呼吸时计算得出，基线一般与呼气末的平稳流量相当，因此比较适用于触发时机的判断。

如图2a)为气流量基线计算方法流程图，图2b)为基线计算示意图。设流量曲线对应的函数为flow＝V(t)，对于患者的一次呼吸来说，若患者在t1时刻吸气，t2时刻呼气，则气体流发生器此时喷出的总气量为根据患者在吸气时和呼气时的潮气量一定相等的原理，有V_in＝V_ex。假定患者在t₁到tin时刻是吸气，tex到t₂时刻是呼气，并假设有一条直线y＝A，在该条直线之上是吸气，在该条直线之下是呼气，则  $V_{\mathrm{in}}={\∫}_{t1}^{\mathrm{tin}}(V\left(t\right)-A)\mathrm{dt},V_{\mathrm{ex}}={\∫}_{\mathrm{tex}}^{t2}(A-V\left(t\right))\mathrm{dt}.$ 根据V_in＝V_ex，有  ${\∫}_{t1}^{\mathrm{tin}}V\left(t\right)\mathrm{dt}-A(\mathrm{tin}-t1)=A(t2-\mathrm{tex})-{\∫}_{\mathrm{tex}}^{t2}V\left(t\right)\mathrm{dt}.$ 又由于吸气结束的同时就意味着开始呼气，因此tin＝tex。对上述公式进行整理后可以得到也即因此，最终得到的基线A＝V_cotal/(t2-t1)，即对于一次呼吸，该次呼吸的基线等于气体流发生器喷出气体的总气量除以该次呼吸的总时长。

对应患者呼吸的流量曲线，已知患者在t₁时刻的实际吸气或呼气的气流速为V_actual(t₁)毫升/秒，在t₂时刻的实际吸气或呼气的气流速为V_actual(t)毫升/秒，构建矢量P＝[V_actual(t₁)，V_actual(t₂)]；而对应信号曲线，气体流发生器喷出气体的气流速为V_help(t₁)毫升/秒，气体流发生器喷出气体的气流速为V_help(t₂)毫升/秒，构建矢量Q＝[V_help(t₁)，V_help(t₂)]。判断P×Q＝V_actual(t₁)*V_help(t₂)-V_actual(t₂)*V_help(t₁)，如果为0，则是平行或重合的，如果P×Q不为0，则两向量相交。进一步还可判断，如果P×Q>0，则P在Q的下方顺时针方向，即在t2点，向量P代表的流量曲线段在Q代表的信号曲线段的下方顺时针方向，也即从t2点开始流量曲线大于信号曲线；如果P×Q<0，则P在Q的上方逆时针方向，即在t2点，矢量P代表的流量曲线段在矢量Q代表的信号曲线段的上方逆时针方向，也即从t2点开始流量曲线小于信号曲线；如图5所示，如果P×Q不为0，则两向量相交，则判断流量曲线 与信号曲线在t2时刻相交，并且P×Q>0，从t2点开始流量曲线大于信号曲线，则触发送气；如果不满足上述条件，则不触发，结束判断。

现在回到如图1所示的流程图，在前一呼吸循环中，根据一定算法已经计算出一气流量基线值。在当前呼吸循环开始后，先判断当前气流量是否超过基线，如果当前气流量没有超过基线，即使流量曲线与信号曲线相交，也不判定为触发，系统继续等待下一次流量曲线与信号曲线相交的时机再进行判断，此次循环判断结束；如果当前气流量超过基线，则进一步判断流量曲线是否与信号曲线相交，如果相交，则判定为触发，如果流量曲线与信号曲线不相交，则继续判断患者是否有吸气努力。如果判断患者有吸气努力，则判定为触发；如果判断患者无吸气努力，则系统继续等待下一次流量曲线与信号曲线相交的时机再进行判断，此次循环判断结束。

当患者在平稳呼吸时，流量在吸气阶段通常是呈现大幅度上升的趋势，在此区间，信号曲线很容易和流量曲线相交。然而，当患者吸气努力不强，吸气时流量曲线呈现出平缓上升的趋势，此时，信号曲线与流量曲线就可能出现延迟相交甚至是不相交的情况，这样，就会导致延迟触发或不触发的情况出现。针对以上现象，本发明还增加了一套辅助算法，用来判断患者是否在进行自主吸气，如图3所示，

1)当流量曲线V(t)大于基线A时，开始计算累积吸气容量V＝∫(V(t)-A)dt

2)当V>2ml时，记录当前累积使用的时间t；

3)在接下来的一个周期t1＝t之内，V1＝∫(V(t)-A)dt，若V1>1.2*V，则说明患者在进行吸气努力，此时应当进行触发，响应患者的吸气努力。若V1≤1.2*V，则重新执行步骤1)。

总之，本发明的改进原理是：首先判断流量是否有超过基线，只有在流量超过基线的前提下才继续进行触发判断。其次判断流量曲线和信号曲线是否相交，如果相交，则触发。如果不相交，继续判断是否有患者的吸气努力，如果有吸气努力，则触发，否则，不进行触发。

本发明的关键点，在于：

1.在图形触发中引入基线的判断，形成新的流速-信号触发算法，避免误判。基线的计算由专门的算法得出

2.用患者吸气努力算法做辅助，避免出现无法触发的情况。在患者吸气流量比较平缓时，图形触发方法可能出现流速与信号无法相交，或相交时机过晚的现象。此时，如果流量已经超过基线，在流速-信号算法无响应的情况下，对患者的吸气努力程度进行判断，如果判断出患者此时已经在吸气，则立刻进行触发，无需继续等待流量曲线和信号曲线相交。

3.修改图形触发的延迟时间和平移距离，增加灵敏度。为了避免触发的滞后，经过大量 的实验得到最佳的延迟时间和平移距离。

上述触发判断方法有以下几个优点：

1)无需进行触发流量阈值的设定，系统根据患者每次呼吸的状态判断下一次可能出现触发的流量阈值；

2)在流量超过阈值时并不直接进行触发，而是进行进一步的判断，避免由于流量的波动导致误触发；

3)省去了对患者呼气时间的估算，患者的呼吸突然发生改变时也能及时，灵敏，正确的触发。

Claims (3)

1.一种气体流发生器送气触发方法，采用图形触发的方式，其特征在于，

包括：

测量气体流发生器与所述气体流相关联的当前流动速率和当前气流量，构造流量曲线；

将流量曲线延迟200ms，再向上或向下平移10LPM，构造对应的信号曲线；

建立气流量基线值；

通过如下控制方法来确定气体流发生器的送气触发，

1)如果当前气流量未超过气流量基线值，则不执行触发；如果当前气流量超过气流量基线值，则判断流量曲线是否与信号曲线相交；

2)如果流量曲线与信号曲线相交，且当前气流量未超过气流量基线值，则不执行触发；如果流量曲线与信号曲线相交，且当前气流量超过气流量基线值，则执行送气触发；如果流量曲线与信号曲线不相交，则执行步骤3)；

3)a.当流量曲线V(t)大于气流量基线值A时，开始计算累积吸气容量V＝∫(V(t)-A)dt；

b.当累积吸气容量V>2ml时，记录当前累积使用的时间t；

c.在下一周期t之内，计算累积吸气容量V1＝∫(V(t)-A)dt，若V1>1.2*V，则判断为执行送气触发；如V1≤1.2*V，则重新执行步骤a。

2.根据权利要求1所述的一种气体流发生器送气触发方法，其特征在于，所述气流量基线值的建立方法为：

设流量曲线对应的函数为flow＝V(t),则气流量基线值A＝V_total/(t2-t1)，其中t1为吸气时刻，t2为呼气时刻，V_total为该次呼吸机此时喷出的总气量，具体为

3.根据权利要求1所述的一种气体流发生器送气触发方法，其特征在于，所述送气触发是按照用户设置好的送气气流量和流速执行。