CN104717995A - 利用在面罩装置处的压力传感器的自适应患者回路补偿 - Google Patents

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Abstract

一种借助于估计并且补偿例如呼吸治疗设备的导管中的压降来提供克服这样的导管内的各种传输延迟效应的呼吸治疗的系统和方法。

Description

利用在面罩装置处的压力传感器的自适应患者回路补偿
技术领域
本公开内容涉及一种用于通过压力支持设备来提供呼吸治疗的系统和方法，并且尤其涉及对通过压力支持设备内的导管的一个或多个传输延迟效应进行建模、估计以及补偿，包括但不限于对在压力发生器的输出端与可呼吸气体加压流的递送点之间的压降进行建模、估计以及补偿。
背景技术
众所周知，一些类型的呼吸治疗涉及可呼吸气体流到对象的气道的递送。已知，甚至在单个治疗过程期间，可以以不同的压力水平来加压可呼吸气体流。已知，一个或多个算法可以用于控制和/或调节在呼吸治疗中使用的压力水平或流量。已知，能够以反馈或前馈方式使用各个气体参数的测量结果或估计来控制和/或调节在呼吸治疗中使用的压力水平。已知，部分由于传播通过呼吸治疗设备的压力波在其到诸如患者的导管和面罩的递送点的道上的传输延迟，存在对呼吸治疗设备的响应性和/或稳定性的实际限制。
发明内容
因此，本发明的一个或多个实施例的目的是提供一种用于在治疗过程期间向对象提供呼吸治疗的系统。所述系统包括压力发生器、对象接口、一个或多个传感器以及一个或多个处理器。所述压力发生器被配置为生成用于递送到所述对象的气道的可呼吸气体加压流。所述压力发生器具有被配置为排出所述可呼吸气体加压流的输出端。所述对象接口被配置为将所述可呼吸气体加压流从所述压力发生器的所述输出端引导到所述对象的所述气道处或附近的递送点。在对所述可呼吸气体加压流的递送期间，所述对象接口引起在所述压力发生器的所述输出端与所述递送点之间的压降。所述一个或多个传感器被配置为生成传达与所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数相关的信息的输出信号。在所述治疗过程期间以持续进行的方式生成所述输出信号。所述一个或多个传感器中的一个被设置在所述递送点处或附近和/或在所述压力发生器的所述输出端处或附近。所述一个或多个处理器被配置为执行处理模块。
所述处理模块包括估计模块、目标模块、控制模块和/或其他模块。所述估计模块被配置为基于所生成的输出信号来估计在对所述可呼吸气体加压流的递送期间的在所述压力发生器的所述输出端与所述递送点之间的所述压降。在所述治疗过程期间以持续进行的方式执行由所述估计模块进行的所述估计。所述目标模块被配置为确定针对所述可呼吸气体加压流的补偿所估计的压降的目标压力。所述目标压力是根据治疗方案的。所述控制模块被配置为基于所确定的目标压力来调节所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数的水平。
本发明的一个或多个实施例的再一方面提供了一种用于在治疗过程期间向对象提供呼吸治疗的方法，所述方法具有被实施在包括压力发生器、对象接口以及一个或多个传感器的系统中的气道。所述方法包括：生成用于经由所述压力发生器的输出端递送到所述对象的气道的可呼吸气体加压流；经由所述对象接口将所述可呼吸气体加压流从所述压力发生器的所述输出端引导到所述对象的所述气道处或附近的递送点，其中，在对所述可呼吸气体加压流的递送期间，所述对象接口引起在所述压力发生器的所述输出端与所述递送点之间的压降；生成传达与所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数相关的信息的输出信号，其中，在所述治疗过程期间以持续进行的方式生成所述输出信号；基于所生成的输出信号来估计在所述压力发生器的所述输出端与所述可呼吸气体加压流的所述递送点之间的所述压降，其中，在所述治疗过程期间以持续进行的方式执行所述估计；确定针对所述可呼吸气体加压流的补偿所估计的压降的目标压力，其中，所述目标压力是根据治疗方案的；并且基于所确定的目标压力来调节所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数的水平。
一个或多个实施例的又一方面提供了一种被配置为在治疗过程期间向对象提供呼吸治疗的系统。所述系统包括压力单元、引导单元、用于估计压降的单元、用于确定目标压力的单元以及用于调节一个或多个气体参数的水平的单元。所述压力单元用于生成用于递送到所述对象的气道的可呼吸气体加压流。所述引导单元用于将所述可呼吸气体加压流从所述压力单元的输出端引导到所述对象的所述气道处或附近的递送点。在对所述可呼吸气体加压流的递送期间，所述引导单元引起在所述压力单元的所述输出端与所述递送点之间的压降。用于生成输出信号的所述单元传达与所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数相关的信息。在所述治疗过程期间以持续进行的方式生成所述输出信号。用于估计在所述压力单元的所述输出端与所述可呼吸气体加压流的所述递送点之间的所述压降的所述单元的操作是基于所生成的输出信号的。在所述治疗过程期间以持续进行的方式执行用于估计的所述单元的操作。用于确定针对所述可呼吸气体加压流的目标压力的所述单元补偿所估计的压降。所述目标压力是根据治疗方案的。用于调节所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数的水平的所述单元的操作是基于所确定的目标压力的。
在参考附图考虑以下描述和权利要求书后，本公开的这些与其他目的、特征和特性，以及操作的方法和相关结构元件的功能以及各部分的组合以及制造的经济性将变得更加显而易见，所有附图形成了本说明书的一部分，其中，类似的附图标记在各个附图中指代对应部分。然而，应当明确理解，附图仅是出于说明和描述的目的，并不旨在作为对本公开的限制的定义。
附图说明
图1示意性地图示了根据一个或多个实施例的用于向对象提供呼吸治疗的系统；
图2示意性地图示了用于向对象提供呼吸治疗的示范性系统；
图3图示了用于向对象提供呼吸治疗的方法；
图4示意性地图示了根据一个或多个实施例的向对象提供呼吸治疗的系统的电路表示。
具体实施方式
如在本文中所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”包括多个指代，除非在上下文中清楚地另有指定。如在本文中所使用的，两个或更多部分或部件被“耦合”的表述应意指所述部分被直接或间接地(即，通过一个或多个中间部分或部件)结合在一起或一起运行，只要发生链接。如在本文所使用的，“直接耦合”意指两个元件直接彼此接触。如在本文所使用的，“固定地耦合”和“固定的”意指两个部件被耦合从而作为一体移动，同时维持相对于彼此的恒定取向。
如在本文中所使用的，词语“单式”意指将部件创建为单件或单元。也就是说，包括单独创建并之后耦合在一起作为单元的多个件的部件不是“单式”部件或体。如在本文中所采用的，两个或更多个部分或部件彼此“接合”的表述意指所述部分直接地或通过一个或多个中间部分或部件而对彼此施力。如在本文中所采用的，术语“数量”应意指一或大于一的整数(即，多个)。
本文中所使用的方向性用语，例如，通过举例而非限制性的，顶部、底部、左、右、上、下、前、后以及由此衍生词，涉及附图中示出的元件的取向，并非限制权利要求，除非其中明确记载。
图1示意性地图示了用于向对象106提供呼吸治疗的系统100。系统100可以被实施为与呼吸治疗设备集成和/或与呼吸治疗设备结合操作。系统100对通过导管的一个或多个传输延迟效应和/或呼吸治疗设备内的其他气动系统参数进行动态建模、测量、确定和/或估计，包括但不限于对在治疗过程期间的动态压降进行动态建模、测量、确定和/或估计，并且补偿一个或多个效应，以便改进呼吸治疗设备和/或所提供的呼吸治疗的质量、响应性和/或稳定性。
呼吸治疗设备和/或所提供的呼吸治疗的质量可以涉及递送的可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数的水平和/或计时的精确性，尤其是响应于负载侧扰动，例如来自对象和/或系统100的部件的流量变化。备选地和/或同时地，质量可以涉及呼吸治疗设备的带宽。备选地和/或同时地，质量可以涉及呼吸治疗设备内的噪声量或信噪比。呼吸治疗设备的响应性可以涉及设备多好和/或多快地处理系统内的负载扰动(和/或其他流量变化)和/或设置点变化。这样的变化可以包括但不限于呼吸、打喷嚏、咳嗽和/或由对象106进行的其他动作以及由于诸如导管移动、弯曲等的硬件部件的变化。在一些情况下，响应性可以由响应率表征。呼吸治疗设备的稳定性可以涉及在治疗过程期间在设备内引入振荡的可能性。备选地和/或同时地，稳定性可以由增益裕量和相位裕量表征。
使用系统100的治疗“过程”可以被定义为对系统100的基本不间断的治疗使用的不超过(连续)数小时的特定上限阈值的时间段。上限阈值例如可以是大约6小时、大约8小时、大约10小时、大约12小时、大约16小时、大约24小时和/或其他时间段。如果呼吸治疗被用于处置睡眠障碍，则相关的过程长度可以对应于对象的睡眠模式。典型的过程长度因此可以是大约八小时。备选地和/或同时地，治疗过程可以被定义为对系统100的基本不间断的治疗使用的不持续少于(连续的)单位时间的特定下限阈值和/或至少与先前过程分开的最小时间段的时间段。所述下限阈值例如可以是大约15分钟、大约30分钟、大约1小时、大约2小时、大约3小时、大约4小时、大约5小时和/或其他时间段。例如，一分钟的使用可能太短而不能被认为是过程。例如，由10分钟间隙隔开的两个3小时时间段的使用可以被认为是一个过程而不是两个过程。单个治疗过程可以具有开始和结束。
在一些实施例中，在单个治疗过程期间以相对持续进行的方式(例如，在各个呼吸之间、每几个呼吸、每几秒、每分钟等)调节一个或多个操作水平(例如，压力、体积等)，以滴定(titrate)治疗和/或补偿患者回路中的其他变化。
系统100包括以下中的一个或多个：压力发生器140、递送回路180、一个或多个传感器142、电子存储设备130、用户接口120、处理器110、估计模块111、目标模块112、控制模块113、患者压力模块114、设备压力模块115、误差模块116、参数确定模块117和/或其他部件。
图1中的系统100的压力发生器140可以与气道(正)压力设备(/等)集成、组合、耦合和/或连接。压力发生器140可以被配置为提供例如经由压力发生器140的输出端141和/或经由递送回路180递送到对象106的气道的可呼吸气体加压流。递送回路180有时可以被称为对象接口180。对象106可以发起一个或多个呼吸相位。呼吸治疗可以被实施为压力控制、压力支持、体积控制和/或其他类型的支持和/或控制。例如，为了支持吸气，可呼吸气体加压流的压力可以被调节到吸气压力。备选地和/或同时地，为了支持呼气，可呼吸气体加压流的压力和/或流量可以被调节到呼气压力。在实施方式中可以使用自动滴定来进行多次调节，以通过对可呼吸气体加压流的递送来提供呼吸支持。除了在多个水平之间进行交替之外，吸入压力水平可以根据针对相位的任何指定区段的预定斜率(绝对和/或相对的，例如取决于呼吸率)斜升或斜降。相似的特征可用于呼出相位。压力水平可以是遵循预定的动态特性预定的且固定的，或者取决于感测到的呼吸、呼吸障碍或其他生理特性，所述压力水平可以在呼吸间或者在夜晚间动态变化。压力发生器140被配置为例如与对象的呼吸循环基本同步地调节以下中的一个或多个：压力水平、流量、湿度、速度、加速度和/或可呼吸气体加压流的其他参数。
气道压力设备可以被配置为使得根据针对对象106的治疗性呼吸方案来控制可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数。所述一个或多个参数包括以下中的一个或多个：流量、体积、逆行体积、压力、湿度、速度、加速度、(有意的)气体泄漏和/或其他参数。系统100可以被配置为提供各种治疗类型，包括其中对象自行地执行吸气和/或呼气或者其中设备提供气道负压的治疗类型。
压力发生器140的输出端141处的压力水平与到对象106的递送点处的压力水平之间的函数关系可以被称为转移函数。基于参数的模型可以被用于在闭环反馈/前馈系统的上下文中分析转移函数，所述基于参数的模型对对象接口180、在对象接口180与对象106之间的相互作用和/或系统100内的其他部件中的一个或多个进行建模。基于参数的模型可以包含患者模型以及患者接口回路气动模型。基于参数的模型可以是动态的，例如参数的值可以动态变化，或者可以增加、移除和/或动态地重新配置模型元素以更好地估计患者模型或患者接口回路气动模型。对例如涉及转移函数的基于参数的模型的使用和/或分析可以涉及时间延迟效应，例如传播通过对象接口180的压力波的关于例如系统的响应性和稳定性的传输延迟。通过以下方程式给出针对输入X设置对输出X实际的转移函数的范例：
注意，时间延迟可以贡献线性增大的相位迟滞，其中，负相位贡献与频率成比例。增加小的时间延迟可以仅影响相位，由此降低稳定性裕量。如果时间延迟足够大，则可能需要减小增益以维持稳定性和/或限制其他非期望的效应，从而有效地限制响应速度。
经由递送回路180将可呼吸气体加压流从压力发生器140递送到对象106的气道。递送回路180可以包括管道182和/或对象接口器具184。管道182可以包括单支配置或多支配置中的柔性长度的软管或其他管道，所述配置将对象接口器具184放置为与压力发生器140流体连通。管道182形成可呼吸气体加压流通过其在对象接口器具184与压力发生器140之间连通的流动路径。管道182可以包括标准22mm直径的软管(其他常见直径范围在3/4”与1”之间)，或者在某些实施例中，管道182可以包括在标准尺寸软管的1/3的范围内的小得多的直径的软管。可以被称为受约束的流动软管或受限制的流动软管的这样的软管(例如，具有在1/4”与1/3”之间的直径范围，或者备选地，在6mm与9mm之间的直径范围)可以具有对气体流的较大阻力和/或可以是较小的和/或较不突兀的。
图1中的系统100的对象接口器具184被配置为将可呼吸气体加压流递送到对象106的气道。因此，对象接口器具184可以包括适合于该功能的任何器具。在一些实施例中，压力发生器140是专用的通气设备并且对象接口器具184被配置为与用于向对象106递送呼吸治疗的另一接口器具可移除地耦合。例如，对象接口器具184可以被配置为与气管内导管、气管切开入口和/或其他接口器具接合，和/或被插入到气管内导管、气管切开入口和/或其他接口器具中。在一个实施例中，对象接口器具184被配置为在没有中介器具的情况下与对象106的气道接合。在该实施例中，对象接口器具184可以包括以下中的一个或多个：气管内导管、鼻套管、气管切开导管、鼻罩、鼻/口罩、全罩式面罩、全面罩和/或与将气体流与对象的气道连通的其他接口器具。本公开内容不限于这些范例，并且预见到使用任何对象接口来将可呼吸气体加压流递送到对象106。
图1中的系统100的电子存储设备130包括电子地存储信息的电子存储介质。电子存储设备130的电子存储介质可以包括与系统100集成地提供(即，基本上不可移除)的系统存储设备和/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)可移除地连接到系统100的可移除存储设备之一或两者。电子存储设备130可以包括以下中的一种或多种：光学可读存储介质(例如，光盘等)、磁性可读存储介质(例如，磁带、硬磁盘驱动器、软盘驱动器等)、基于电荷的存储介质(例如，EPROM、EEPROM、RAM、FRAM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。电子存储设备130可以存储软件算法、由处理器110确定的信息、经由用户接口120接收的信息和/或使得系统100能够正常运作的其他信息。例如，电子存储设备130可以记录或存储时间信息(包括吸入相位和呼出相位的持续时间以及转变时刻)、一个或多个(呼吸)参数和/或(如本文在其他地方所讨论的)其他参数、压力水平、在各时刻估计的压降、指示对象是否足够顺应规定的呼吸治疗方案的信息、指示是否出现呼吸事件(包括Cheyne-Strokes呼吸、中枢型睡眠呼吸暂停、阻塞性睡眠呼吸暂停、呼吸不足、打鼾、换气过度和/或其他呼吸事件)的信息、指示处置的适当性的信息和/或其他信息。电子存储设备130可以是系统100内的独立部件，或者电子存储130可以与系统100的一个或多个其他部件(例如，处理器110)集成地提供。
图1中的系统100的用户接口120被配置为提供在系统100与用户(例如，用户108、对象106、护理者、治疗决策制定者等)之间的接口，用户能够通过所述接口向系统10提供信息并且从系统10接收信息。这使得统称为“信息”的数据、结果、和/或指令以及任何其他可通信项能够在用户与系统10之间通信。可以被传达到用户108的信息的范例是详细记录对象接收治疗的时间段中的呼吸事件的出现的报告。适合于包括在用户接口120中的接口设备的范例包括小键盘、按钮、开关、键盘、旋钮、操纵杆、显示屏、触摸屏、扬声器、扩音器、指示灯、声音警报以及打印机。可以通过用户接口120向用户108或对象106提供形式为听觉信号、视觉信号、触觉信号和/或其他感官信号的信息。
应理解，硬接线或无线的其他通信技术也被本文预见为用户接口120。例如，在一个实施例中，用户接口120可以与由电子存储设备130提供的可移除存储接口集成。在该范例中，信息从可移除存储设备(例如，智能卡、闪存驱动器、可移除磁盘等)加载到系统100中，这使得(一个或多个)用户能够定制系统100。适合于与系统100一起使用作为用户接口120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、(电话、线缆、以太网、因特网等)调制解调器。简言之，用于与系统100通信信息的任何技术被预见为用户接口120。
图1中的系统100的一个或多个传感器142被配置为生成传达与呼吸气流的参数、与气道力学相关的参数和/或其他参数相关的测量结果的输出信号。气体参数可以包括以下中的一个或多个：流量、(气道)压力、湿度、速度、加速度和/或其他气体参数。输出信号可以传达与呼吸参数相关的测量结果。传感器142可以与管道182和/或对象接口器具184流体连通。传感器142可以生成与涉及对象106的生理参数相关的输出信号。参数可以与以下中的一个或多个相关联：对象106的气道的状态和/或状况、对象106的呼吸、由对象106呼吸的气体的成分、对由对象106呼吸的气体的成分、气体到对象106的气道的递送和/或对象的呼吸用力。例如，参数可以与压力发生器140(或压力发生器140与其集成、组合或连接的设备)的部件的测量结果的力学单位相关，例如阀驱动电流、转子速度、电机速度、鼓风机速度、风扇速度、或者可以通过先前已知和/或经校准的数学关系来用作任何本文列出的参数的代表的相关测量结果和单元。感测到的信号可以包括通过涉及控制参数或替代的基础关系获得的或从控制参数或替代的基础关系提取的任何信息。
在图1中将传感器142图示为包括两个构件并不旨在是限制性的。在一些硬件配置中，系统100可以仅使用一个传感器142。单个传感器142可以被定位在对象接口器具184处或附近，或在其他位置处。在一些硬件配置中，系统可以包括在压力发生器140的输出端141处或附近的传感器142。将传感器142图示为在对象接口器具184处或附近并且将传感器142图示为在压力发生器140的输出端141处或附近并不旨在是限制性的。从一个或多个传感器142得到的信号或信息可以被传输到处理器110、用户接口120、电子存储设备130和/或系统100的其他部件。该传输可以是有线的和/或无线的。
一个或多个传感器142可以被配置为在治疗过程期间以持续进行的方式生成输出信号。这可以包括在治疗过程的至少部分期间间歇地、周期性地(例如，以一定采样率)、连续地、不断地、以不同间隔和/或以持续进行的其他方式生成信号。例如，在一些实施例中，所生成的输出信号可以被认为是输出信号向量，使得向量包括传达的与一个或多个气体参数和/或其他参数相关的信息的多个样本。不同参数可以与不同向量相关。以持续进行的方式根据输出信号向量确定的特定参数可以被认为是该特定参数的向量。
图1中的系统100的处理器110被配置为提供系统100的信息处理能力。因此，处理器110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/或用于电子地处理信息的其他机构。尽管在图1中将处理器110被示为单个实体，但是这仅是出于说明性目的。在一些实施例中，处理器110包括多个处理单元。
如图1中所示，处理器110被配置为运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包括以下中的一个或多个：估计模块111、目标模块112、控制模块113、患者压力模块114、设备压力模块115、误差模块116、参数确定模块117、模型模块118和/或其他模块。处理器110可以被配置为通过软件；硬件；固件；软件、硬件和/或固件的特定组合；和/或用于在处理器110上配置处置能力的其他机构来运行模块111-118。
应当认识到，尽管在图1中将模块111-118图示为共同位于单个处理单元内，但在其中处理器110包括多个处理单元的实施例中，模块111-118中的一个或多个可以被定位为远离其他模块。对由本文描述的不同模块111-118提供的功能的描述是出于说明性目的并不旨在是限制性的，因为模块111-118中的任何可以提供比所描述的更多或更少的功能。例如，模块111-118中的一个或多个可以被消除，并且其功能中的一些或全部可以由模块111-118中的其他模块来包含、共享、集成和/或以其他方式提供。注意，处理器110可以被配置为运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下文归属于模块111-118中的一个的功能中的一些或全部。
图1中的系统100的参数确定模块117被配置为基于由(一个或多个)传感器142和/或其他信息源生成的输出信号中的一个或多个来确定一个或多个气体参数、呼吸参数和/或其他参数。确定可以基于测量结果、计算、估计、近似、先前已知和/或经校准的数学关系和/或用于确定参数的其他方式。其他信息源可以包括电机电流、电机电压、电机参数、阀参数和/或其他源。所确定的参数可以包括系统参数和/或控制的参数，即，不仅是感测到的信号。
可以以持续进行的方式执行参数确定模块117的操作。所述一个或多个气体参数可以包括以下中的一个或多个和/或与以下中的一个或多个相关：(峰值)流量、流率、(潮气)量、压力、温度、湿度、速度、加速度、气体成分(例如，一个或多个组分的(一个或多个)浓度，例如，CO2)、耗散的热能、(有意的)气体泄漏和/或与可呼吸气体(加压)流相关的其他测量结果。可以在系统100内的不同定位和/或位置处确定一个或多个气体参数，包括在压力发生器140内、在压力发生器140的输出端141处或附近、在对象接口180内、在压力发生器140与对象接口180之间的接合点处或附近、在管道182内、在管道182的输入端处或附近、在管道182的输出端处或附近、在对象接口器具184内、在对象接口器具184的输入端处或附近、在对象接口器具184的输出端处或附近和/或在系统100内的其他定位和/或位置处确定一个或多个气体参数。
参数确定模块117可以从一个或多个确定的气体参数和/或生成的输出信号导出一个或多个呼吸参数。所述一个或多个呼吸参数可以包括以下中的一个或多个：呼吸速率、呼吸周期、吸入时间或周期、呼出时间或周期、呼吸流量曲线形状、从吸入到呼出的转变时间和/或从呼出到吸入的转变时间、从峰值吸入流率到峰值呼出流率的转变时间和/或从峰值呼出流率到峰值吸入流率的转变时间、呼吸压力曲线形状、(每个呼吸周期和/或相位的)最大近端压降和/或其他呼吸参数。
参数确定模块117可以在治疗过程期间以持续进行的方式，从生成的输出信号向量和/或其他确定的参数(向量)导出参数向量。
模型模块118被配置为动态地管理基于参数的系统模型，所述基于参数的系统模型对以下中的一个或多个进行建模：对象接口180、在对象接口180与对象106之间的相互作用、对象106和/或系统100内的其他部件。可以使用系统100的电路表示来导出基于参数的模型。基于参数的模型包括与气动阻抗、阻力、惯量/电感、电容和/或其他特性中的一个或多个相关的一个或多个模型参数。基于参数的模型可以单独地表示患者气动模型的阻力、顺应性、惯量和/或其他(气动)成分。模型模块118可以被配置为在治疗过程期间以持续进行的方式调节本文描述的一个或多个模型参数。如本文使用的，“调节”模型参数可以包括对模型参数进行校正。由模型模块118进行的调节可以是基于以下中的一个或多个的：来自参数确定模块117的信息和/或由一个或多个传感器142生成的输出信号。
通过图示的方式，图4示意性地图示了模型100b，模型100b是如图1所示的系统100的电路表示。注意在图4中，“软管”可以指的是如图1所示的管道182，或如图1所示的没有如图1所示的对象接口器具184的对象接口180。注意在图4中，“面罩”指的是如图1所示的对象接口器具184。如图4所描绘的，P设备是在压力发生器的输出端处的压力水平，R软管是“软管”阻力，L软管是“软管”惯量，R面罩是对象接口器具的阻力，P患者是患者压力或对象压力，R泄漏是泄漏阻力，R患者是患者气道和肺的阻力，L患者是患者气道的惯量，C患者是患者气道和肺的顺应性，Pmus是由患者隔膜生成的压力，Q总是由设备生成的总流量，Q泄漏是泄漏流量，并且Q患者是患者流量。在本公开的范围内预见了模型100b的变型，在所述变型中包括对象接口器具184的惯量和/或顺应性。
通过对图4中的模型100b的电路分析，可以导出表示系统内的关系的以下方程式：
R回路＝R软管+R面罩
使用更详细或更复杂的基于参数的模型的额外特异性被预见到并且将在这些方程式中通过额外的项来实施。在一些实施例中，可以使用最小平方误差解决方案来求解这些方程式：
在一些实施例中，其他解决方案(和/或其他数据拟合技术)可以被实施和/或被预见到，所述其他解决方案可以被用于基于由如图1中描绘的一个或多个传感器142生成的一个或多个输出信号来确定和/或估计基于参数的模型的一个或多个模型参数，例如R回路和L软管。
估计模块111被配置为估计在对象接口180的至少部分上的压降。例如，所估计的压降可以是在对可呼吸气体加压流的递送期间的在压力发生器140的输出端141(和/或在输出端141附近的点)与可呼吸气体加压流的递送点(和/或在递送点附近的点)之间的压降。压降可以与对象接口180和/或系统100的其他部件的气动阻抗相关。在一些实施例中，由估计模块111进行的估计可以是基于模型模块111的基于参数的模型的一个或多个模型参数的，使得对基于参数的模型的一个或多个模型参数的调节动态地反映在由估计模块111进行的对应调节中。
压降可以随着以下项的不同而变化：软管长度(例如，管道182的长度)、管道直径、软管或导管的弯曲和/或其他因素，包括在治疗过程期间变化的动态因素。由估计模块111进行的估计可以是基于所生成的输出信号的。在治疗过程期间可以以持续进行的方式执行由估计模块111进行的估计。备选地和/或同时地，当系统100内的特定误差突破预定的阈值时，可以触发由估计模块111进行的估计。例如，当在特定的测得的参数之间的差异大于对相同参数的估计时，该事件可以触发来自系统100内的一个或多个模块的操作。
在一些实施例中，所估计的压降可以是基于以下的函数(例如，差分函数)的：在对象接口180和/或患者回路中的其他地方内测得的流量Q、在可呼吸气体加压流的递送点处或附近测得的压力P患者、在压力发生器140的输出端141处或附近测得的或估计的压力、和/或其他信息。所述函数可以使用列出的参数(向量)的当前和过去的样本。
在一些实施例中，使用的函数可以是基于用于表示在使用期间的系统100的特定模型的。范例包括系统100的气动特性的电路表示。通过电路分析，在例如患者压力与设备压力之间的关系可以被表示为差分方程式，所述差分方程式可以以各种方式求解，所述各种方式包括通过最小平方误差解决方案的方式。预见了其他患者回路模型以及用于求解这样的模型的其他数据拟合技术。
如果一个或多个传感器142中的一个被定位在输出端141处或附近，则所估计的压降可以是基于在输出端141处或附近的测得的压力的，该压力被称为P设备或设备压力。备选地和/或同时地，估计的压力可以是基于在输出端141处或附近的测得的压力的，该压力被称为这样的估计的压力例如可以是基于流量Q以及包括但限于以下的先验信息的：鼓风机速度、阀驱动电流、和/或压力发生器140的部件的或压力发生器140与其集成、组合或连接的设备的部件的测量结果的力学单位、和/或这样的测量结果的代表。
换言之，当使用时：
对于向量中的第k个样本，
目标模块112被配置为确定针对可呼吸气体加压流的补偿所估计的压降的目标压力P目标。目标压力可以互换地被称为P设置。目标压力可以是根据治疗方案的，并且在一个或多个治疗过程期间可以动态地变化和/或滴定。例如，治疗方案可以规定被称为P规定的特定压力。在治疗过程期间可以以持续进行的方式执行由目标模块112进行的确定。当所规定的压力和/或所估计的压降变化时，可以调节目标压力。
换言之(并且通过非限制性举例的方式)：
对于向量中的第k个样本，
控制模块113被配置为在治疗过程期间控制系统100的操作。控制模块113可以被配置为控制压力发生器140以根据以下中的一个或多个来调节可呼吸气体加压流的气体参数的一个或多个水平：(呼吸)治疗方案、基于由目标模块112确定的目标压力、基于控制可呼吸气体加压流的调节和/或变化的一个或多个算法和/或基于其他因素。控制模块113可以被配置为控制压力发生器140来提供可呼吸气体加压流。控制模块113可以被配置为控制压力发生器140，使得可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数根据呼吸治疗方案随时间变化。
可以由控制模块113和/或其他模块例如以反馈方式使用由参数确定模块117确定的参数和/或通过传感器142接收的参数，以调节系统100的一个或多个治疗模式/设置/操作。备选地和/或同时地，可以由控制模块113和/或其他模块例如以反馈方式使用通过用户接口120接收的信号和/或信息，以调节系统100的一个或多个治疗模式/设置/操作。控制模块113可以被配置为相对于对象的呼吸周期中的转变时刻、在多个呼吸周期上、和/或以任何其他计时关系来对其操作进行计时。例如，估计模块111可以被配置为至少部分基于如由参数确定模块117确定的对象接口180内的流率来估计压降。
测量P患者的一些呼吸治疗设备可以基于在P规定或P目标与P患者之间的差异来确定压力误差p误差(通常以反馈的方式用于调节可呼吸气体加压流的压力水平)。测量P设备的一些呼吸治疗设备可以基于在P规定或者P目标与P设备之间的差异来确定压力误差P误差。在这些情况中的任意中，呼吸治疗设备的质量、稳定性和/或响应性能够消极地和/或不可忽略地受传播通过对象接口(和/或这些呼吸治疗设备的任何其他导管或部件)的压力波的传输延迟的影响。通过非限制性举例的方式，传输延迟可以贡献(线性增大的)相位迟滞和/或减小的增益裕量。
系统100部分借助于由控制模块对压力发生器140的输出端141处或附近估计的和/或测得的压力进行的基础调节，来考虑和/或补偿这样的传输延迟的消极效应中的全部或大部分。
误差模块116被配置为基于在(如例如由目标模块112确定的)目标压力P设置与(如例如由参数确定模块117和/或设备压力模块115确定的)在压力发生器140的输出端141处或附近的测得的压力(P设备)或估计的压力之间(和/或涉及两者的其他数学操作)的差异，来确定压力误差P误差。在治疗过程(的至少部分)期间可以以持续进行的方式确定压力误差。例如，可以使用生成的输出信号、估计的压降和/或其他参数(向量)或信息的样本来间歇地更新压力误差向量，使得随后对压力误差的确定间隔小于大约1秒、小于大约10秒、小于大约30秒、小于大约1分钟、小于大约10分钟、和/或小于其他时间段。随后可以在系统100中的任何其他地方，例如由控制模块113例如以反馈方式使用所述压力误差来调节可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数的水平。
换言之(并且通过使用所估计的设备压力的非限制性举例的方式)：
对于向量中的第k个样本，
快速地、持续进行地和/或动态地确定治疗过程期间的压降有助于系统100的质量、稳定性和/或响应性的改进以及患者在更短的时间量中测试更多接口装备的能力两者。
患者压力模块114被配置为确定到对象106的气道的可呼吸气体加压流的递送点处或附近的患者压力P患者。由患者压力模块114进行的确定可以是基于来自一个或多个传感器142，尤其是被定位在(例如，在对象接口器具184中的)递送点处或附近的传感器142的所生成的输出信号的。
设备压力模块115被配置为确定压力发生器140的输出端141处或附近的设备压力。确定可以是基于测量结果和/或估计的。如果一个或多个传感器142中的一个被定位在输出端141处或附近，由设备压力模块115进行的确定可以是基于测得的压力P设备的。备选地和/或同时地，由设备压力模块115进行的确定可以是基于估计的压力的。这样的估计的压力例如可以是基于流量Q以及包括但限于以下的先验信息的：鼓风机速度、阀驱动电流、和/或压力发生器140的部件的或压力发生器140与其集成、组合或连接的设备的部件的测量结果的力学单位、和/或这样的测量结果的代理。
通过图示的方式，图2示意性地图示了示范性系统100a，示范性系统100a用于以与图1的系统100基本相同或相似的方式向对象提供呼吸治疗。参考图2，压力发生器140向对象接口180提供具有压力P设备的可呼吸气体加压流。对象接口180的输出端与对象106流体连通，使得所提供的压力是P患者。P设备与P患者之间的差异是压降P降。通过描绘在对象106上面的传感器142，可以测得流量Q。通过非限制性举例的方式，系统100a内的负载扰动可以被反馈到如描绘的控制模块113，使得可以调节压力发生器140的操作以补偿负载扰动。可以由控制模块113执行对压力发生器的控制。通过描绘在对象106下面的传感器142，可以确定患者压力P患者。可以由估计模块111基于患者压力、(如由描绘在对象106上面的传感器142确定的)流量Q以及测得的设备压力P设备和/或估计的设备压力中的一个或两者(取决于用于系统100a的硬件配置)来估计压降可以由设备压力模块115确定设备压力。目标模块112可以基于规定压力P规定和所估计的压降来确定压力目标P目标(也被称为P设置)。误差模块116可以基于来自目标模块112的目标压力以及测得的设备压力P设备和/或估计的设备压力中的一个或两者来确定压力误差P误差。除了与流量Q和/或负载扰动有关的信息之外，可以由控制模块113使用压力误差P误差、目标压力P目标和/或设备压力来控制压力发生器140。注意，图2中的系统100a和其描绘的部件和互连仅是示范性的，并且不旨在以任何方式限制。
图3图示了用于向患者提供呼吸治疗的方法300。下面呈现的方法300的操作旨在是说明性的。在某些实施例中，可以利用未描述的一个或多个额外的操作和/或在没有讨论的操作中的一个或多个的情况下来完成方法300。额外地，图3中图示的并且下面描述的方法300的操作的顺序并不旨在是限制的。
在某些实施例中，方法300可以被实施在一个或多个处理设备(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/或用于电子地处理信息的其他机构)中。所述一个或多个处理设备可以包括一个或多个设备，所述一个或多个设备响应于电子地储在电子存储介质上的指令来运行方法300的操作中的一些或全部。所述一个或多个处理设备可以包括通过专门被设计用于方法300的操作中的一个或多个的运行的硬件、固件和/或软件而配置的一个或多个设备。
在操作302处，生成用于经由压力发生器的输出端递送到对象的气道的可呼吸气体加压流。在一些实施例中，由与(在图1中示出并且本文中描述的)压力发生器140相似或基本相同的压力发生器来执行操作302。
在操作304处，经由对象接口将可呼吸气体加压流从压力发生器的输出端引导到对象的气道处或附近的递送点。在对可呼吸气体加压流的递送期间，对象接口引起在压力发生器的输出端与递送点之间的压降。在一些实施例中，由与(在图1中示出并且本文中描述的)对象接口180相同或相似的对象接口来执行操作304。
在操作306处，生成传达与可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数相关的信息的输出信号。在治疗过程期间以持续进行的方式生成输出信号。在一些实施例中，由与(在图1中示出并且本文中描述的)传感器142相同或相似的一个或多个传感器来执行操作306。
在操作308处，基于所生成的输出信号来估计在压力发生器的输出端与可呼吸气体加压流的递送点之间的压降。在治疗过程期间以持续进行的方式执行估计。在一些实施例中，由与(在图1中示出并且本文中描述的)估计模块111相同或相似的估计模块来执行操作308。
在操作310处，确定针对可呼吸气体加压流的补偿所估计的压降的目标压力。所述目标压力是根据治疗方案的。在治疗过程期间以持续进行的方式执行所述确定。在一些实施例中，由与(在图1中示出并且本文中描述的)目标模块112相同或相似的目标模块来执行操作310。
在操作312处，基于所确定的目标压力来调节可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数的水平。在一些实施例中，由与(在图1中示出并且本文中描述的)控制模块113相同或相似的控制模块来执行操作312。
在权利要求书中，置于括号内的任何附图标记不得被解释为对权利要求的限制。词语“包含”或“包括”不排除在权利要求书中所列举的那些以外的元件或步骤的存在。在枚举了若干器件的设备权利要求中，这些器件中的若干可以由同一项硬件实现。元件前的词语“一”或“一个”不排除多个这种元件的存在。在枚举了若干器件的任何设备权利要求中，这些器件中的若干可以由同一项硬件实现。在互不相同的从属权利要求中记载了特定元件并不指示不能组合使用这些元件。
尽管已经出于说明性目的基于当前被认为最实用且优选的实施例详细描述了本发明，但是应理解，这样的细节仅是出于该目的，并且本公开不限于所公开的实施例，而是相反，旨在涵盖在权利要求书的精神和范围内的修改和等价布置。例如，应理解，本公开预见到，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相组合。

Claims (15)

1.一种用于在治疗过程期间向对象提供呼吸治疗的系统，所述系统包括：
压力发生器(140)，其被配置为生成用于递送到所述对象的气道的可呼吸气体加压流，所述压力发生器具有被配置为排出所述可呼吸气体加压流的输出端(141)；
对象接口(180)，其被配置为将所述可呼吸气体加压流从所述压力发生器的所述输出端引导到所述对象的所述气道处或附近的递送点，其中，在对所述可呼吸气体加压流的递送期间，所述对象接口引起在所述压力发生器的所述输出端与所述递送点之间的压降；
一个或多个传感器(142)，其被配置为生成传达与所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数相关的信息的输出信号，其中，在所述治疗过程期间以持续进行的方式生成所述输出信号，并且其中，传感器被设置在所述递送点处或附近和/或在所述压力发生器的所述输出端处或附近；
一个或多个处理器(110)，其被配置为运行处理模块，所述处理模块包括：
估计模块(111)，其被配置为基于所生成的输出信号来估计在对所述可呼吸气体加压流的递送期间的在所述压力发生器的所述输出端与所述递送点之间的所述压降，其中，在所述治疗过程期间以持续进行的方式执行由所述估计模块进行的所述估计；
目标模块(112)，其被配置为确定针对所述可呼吸气体加压流的补偿动态地估计的压降的目标压力，其中，所述目标压力是根据治疗方案的；以及
控制模块(113)，其被配置为基于所确定的目标压力来调节所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数的水平。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括：
模型模块(118)，其被配置为调节基于参数的模型的一个或多个模型参数，所述基于参数的模型对所述对象接口进行建模，其中，所述基于参数的模型包括与所述对象接口的气动阻抗相关的一个或多个模型参数，并且其中，在所述治疗过程期间基于所述输出信号以持续进行的方式执行调节；
其中，由所述估计模块进行的所述估计还是基于所述基于参数的模型的一个或多个经调节的模型参数的，并且其中，由所述控制模块进行的调节还是基于所述基于参数的模型的。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述目标模块被配置为确定针对所述可呼吸气体加压流的还补偿在所述治疗过程期间传播通过所述对象接口的压力波的一个或多个传输延迟效应的目标压力。
4.根据权利要求2所述的系统，还包括：
患者压力模块(114)，其被配置为基于来自在所述递送点处或附近的所述传感器的所生成的输出信号来确定在所述递送点处或附近的患者压力；
设备压力模块(115)，其被配置为确定在所述压力发生器的所述输出端处或附近的设备压力。
误差模块(116)，其被配置为基于在所述目标压力与所确定的设备压力之间的差异来确定压力误差，
其中，由所述模型模块进行的所述调节还是基于所述患者压力和所述设备压力的，并且其中，由所述控制模块进行的所述调节还是基于所述压力误差的。
5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述一个或多个传感器中的一个被设置在所述压力发生器的所述输出端处或附近，并且其中，对所述设备压力的确定还是基于由被设置在所述压力发生器的所述输出端处或附近的所述传感器生成的输出信号的。
6.一种用于在治疗过程期间向对象提供呼吸治疗的方法，所述方法被实施在包括压力发生器、对象接口以及一个或多个传感器的系统中，所述方法包括：
生成用于经由所述压力发生器的输出端递送到所述对象的气道的可呼吸气体加压流；
经由所述对象接口将所述可呼吸气体加压流从所述压力发生器的所述输出端引导到所述对象的所述气道处或附近的递送点，其中，在对所述可呼吸气体加压流的递送期间，所述对象接口引起在所述压力发生器的所述输出端与所述递送点之间的压降；
生成传达与所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数相关的信息的输出信号，其中，在所述治疗过程期间以持续进行的方式生成所述输出信号；
基于所生成的输出信号来估计在所述压力发生器的所述输出端与所述可呼吸气体加压流的所述递送点之间的所述压降，其中，在所述治疗过程期间以持续进行的方式执行所述估计；
确定针对所述可呼吸气体加压流的补偿所估计的压降的目标压力，其中，所述目标压力是根据治疗方案的；并且
基于所确定的目标压力来调节所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数的水平。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
在所述治疗过程期间基于所述输出信号以持续进行的方式调节基于参数的模型的一个或多个模型参数，所述基于参数的模型对所述对象接口进行建模，其中，所述基于参数的模型包括与所述对象接口的气动阻抗相关的一个或多个模型参数，
其中，对所述压降进行估计还是基于所述基于参数的模型的一个或多个经调节的模型参数的，并且
其中，对所述一个或多个气体参数的水平进行调节还是基于所述基于参数的模型的。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，确定所述目标压力还补偿在所述治疗过程期间传播通过所述对象接口的压力波的一个或多个传输延迟效应。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括：
基于所述输出信号来确定在所述递送点处或附近的患者压力；
确定在所述压力发生器的所述输出端处或附近的设备压力；并且
基于在所确定的目标压力与所确定的设备压力之间的差异来确定压力误差，
其中，对所述基于参数的模型的所述一个或多个参数进行调节是基于所述患者压力和所述设备压力的，并且其中，对所述一个或多个参数的水平进行调节还是基于所述压力误差的。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，对所述设备压力进行确定是基于传达与所述压力发生器的所述输出端处或附近的所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数相关的信息的输出信号的。
11.一种被配置为在治疗过程期间向对象提供呼吸治疗的系统，所述系统包括：
用于生成用于递送到所述对象的气道的可呼吸气体加压流的压力单元(140)；
用于将所述可呼吸气体加压流从所述压力单元的输出端(141)引导到所述对象的所述气道处或附近的递送点的引导单元(180)，其中，在对所述可呼吸气体加压流的递送期间，所述引导单元引起在所述压力单元的所述输出端与所述递送点之间的压降；
用于生成传达与所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数相关的信息的输出信号的单元(142)，其中，在所述治疗过程期间以持续进行的方式生成所述输出信号；
用于基于所生成的输出信号来估计在所述压力单元的所述输出端与所述可呼吸气体加压流的所述递送点之间的所述压降的单元(111)，其中，在所述治疗过程期间以持续进行的方式执行用于估计的所述单元的操作；
用于确定针对所述可呼吸气体加压流的被配置为补偿所估计的压降的目标压力的单元(112)，其中，所述目标压力是根据治疗方案的；以及
用于基于所确定的目标压力来调节所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数的水平的单元(113)。
12.根据权利要求11所述的系统，还包括：
用于在所述治疗过程期间基于所述输出信号以持续进行的方式调节基于参数的模型的一个或多个模型参数的单元(118)，所述基于参数的模型对所述引导单元进行建模，其中，所述基于参数的模型包括与所述引导单元的气动阻抗相关的一个或多个模型参数；
其中，用于估计所述压降的所述单元的操作还是基于所述基于参数的模型的一个或多个经调节的模型参数的，并且
其中，用于调节所述一个或多个气体参数的水平的所述单元的操作还是基于所述基于参数的模型的。
13.根据权利要求11所述的系统，其中，用于估计所述压降的所述单元还被配置为补偿在所述治疗过程期间传播通过所述引导单元的压力波的一个或多个传输延迟效应。
14.根据权利要求11所述的系统，还包括：
用于基于所述输出信号来确定在所述递送点处或附近的患者压力的单元(114)；
用于确定在所述压力发生器的所述输出端处或附近的设备压力的单元(115)。
用于基于在所确定的目标压力与所确定的设备压力之间的差异来确定压力误差的单元(116)，
其中，用于调节所述基于参数的模型的所述一个或多个参数的所述单元的操作是基于所述患者压力和所述设备压力的，并且其中，用于调节所述一个或多个气体参数的水平的所述单元的操作还是基于所述压力误差的。
15.根据权利要求12所述的系统，其中，用于确定所述设备压力的所述单元的操作是基于用于生成传达与在所述压力单元的所述输出端处或附近的所述可呼吸气体加压流的一个或多个气体参数相关的信息的输出信号的所述单元的。
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