CN108367130A - 用于非侵入地测定elv、epbf、心输出量和/或静脉血中co2含量的通气模式 - Google Patents

用于非侵入地测定elv、epbf、心输出量和/或静脉血中co2含量的通气模式 Download PDF

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Abstract

本发明涉及非侵入地测定机械通气的受试者(3)的有效肺容量[ELV]、心输出量、有效肺血流量[EPBF]和/或静脉血的二氧化碳含量。使用包括至少一个通气减少阶段和至少一个通气增加阶段的通气模式对受试者(3)进行通气，其中，所述阶段中的每个包括由所述受试者呼出的CO2的水平呈基本稳定状态(SS1、SS2)的至少两次呼吸。所述通气减少阶段和所述通气增加阶段中的至少一个包括：至少第一呼吸，其用于相比于前一呼吸来生成呼出的CO2的水平的显著变化；以及至少第二呼吸，其与所述第一呼吸在持续时间和/或量上不同，用于使呼出的CO2的水平呈所述基本稳定状态(SS1、SS2)。

Description

用于非侵入地测定ELV、EPBF、心输出量和/或静脉血中CO2含 量的通气模式
技术领域
本发明涉及用于使得能够非侵入地测定与机械通气的患者的有效肺容量、心输出量、有效肺血流量和/或静脉血的二氧化碳含量有关的至少一个生理参数的方法、计算机程序以及呼吸装置。
背景技术
当受试者的心血管稳定性和/或肺功能例如在手术期间或危重患者中可能受到威胁时，监测生理参数例如有效肺容量(ELV)、有效肺血流量(EPBF)、心输出量(Q)和静脉血的二氧化碳含量是重要的。例如，通常期望在患者的通气治疗期间监测一个或更多个所述参数。
用于测定EPBF或心输出量的大多数非侵入性的基于呼吸的方法都是基于被称为Fick原理的基本生理原理的某种形式。根据Fick等式，可以使用以下基本关系来测定患者的心输出量：
其中Q是心输出量，VCO2是在呼吸(二氧化碳消除)期间从患者身体排出的二氧化碳的量，CvCO2是患者的静脉血中的二氧化碳浓度，并且CaCO2是患者的动脉血中的二氧化碳浓度。
如本领域所公知的，EPBF能够从心输出量直接导出为：
Q·(1-fs)＝EPBF (等式2)
通常，为了非侵入地测定患者的心输出量或EPBF，使用二氧化碳Fick等式的微分形式。微分Fick技术通常基于以下前提：可以基于由患者的有效通气的变化引起的VCO2的可测量的变化来估计心输出量和EPBF。改变机械通气的患者的有效通气以便引起VCO2的期望变化的已知方法包括：借助于通过非侵入性心输出量(NICO)环路的部分再呼吸来改变呼气气体的再呼吸的程度，借助于通过呼吸机的吸气线的部分再呼吸来改变呼气气体的再呼吸的程度，改变给予至患者的呼吸的潮气量，改变呼吸速率，改变吸气时间和/或呼气时间，改变吸气和呼气之间的吸气末间隔的持续时间，并且改变施加至患者的呼气末正压(PEEP)。
当施加有效通气变化时，患者的通气通常取决于有效通气的变化类型从通气的基线(正常)水平变化至通气增加或通气减少的水平。
用于非侵入地测定心输出量或EPBF的技术通常采用基线通气的第一阶段之后是足够长的通气减少的第二阶段以便使患者的VCO2达到新的稳定状态水平的通气模式。然后可以基于在基线通气期间获得的VCO2的第一稳定状态水平与在一定时段的通气减少之后获得的VCO2的第二稳定状态水平之间的比较来测定患者的心输出量。基于在VCO2的两个不同的稳定状态水平期间获得的测量结果来计算心输出量或EPBF是有利的，因为在测定期间不需要已知或考虑患者的ELV。
早期的稳定状态技术表明，所述通气减少的第二阶段之后是恢复阶段，在恢复阶段中，在再次开始测量呼吸CO2和流量之前允许通气恢复正常。这种类型的通气模式例如通过所谓的NICO系统来使用，NICO系统采用包括60秒基线通气时段、50秒通气减少(再呼吸)时段以及70秒恢复时段的循环通气模式。因此，循环通气模式的每个循环持续约3分钟。在Capek，J M和Roy，RJ的“Noninvasive measurement of cardiac output using partialCO2rebreathing”，IEEE Trans.Biomed.Eng.1988；35：653-661中公开了具有约31/2分钟的总循环时间并且通气减少阶段持续约30秒的另一示例性技术。在Gama de Abreu，M等的“Partial carbon dioxide rebreathing：A reliable technique for noninvasivemeasurement of nonshunted pulmonary capillary blood flow”，Crit.Care Med.1997；25：675-683中公开了采用包括恢复阶段的循环通气模式的又一技术。该技术采用具有约3分钟的总循环时间和约35秒的通气减少(再呼吸)的时段的循环通气模式。
上面讨论的采用基线通气阶段与通气变化(例如，减少)阶段之间的恢复阶段的技术的缺点是测定心输出量和EPBF的响应时间长。具有3分钟或更长时间的总循环时间，这些技术必须被视为用于测定心输出量和EPBF的间歇性技术而不是连续技术。例如在危重患者的机械通气期间缩短心输出量和EPBF测定的响应时间的连续技术是至关重要的。
因此，Orr等的US 7135001提出了在再次测量呼吸CO2和流量之前省略在该期间允许患者的呼吸恢复正常的恢复时段的循环通气模式。由Orr等提出的循环通气模式包括两个阶段：“正常”(基线)呼吸阶段和诱导患者的有效通气的变化的阶段(“变化诱导阶段”)。这些阶段相对于用于非侵入地测定心输出量或EPBF的常规基于Fick的技术中的相应阶段的时间长度缩短了持续时间。提出的通气模式的总循环时间可以是2分钟或更少，并且优选地，每个阶段的持续时间应该在约十八秒至约四十二秒的间隔内。然而，这些阶段应该足够长，以便使VCO2在正常通气的每个阶段和通气变化的每个阶段中达到基本上稳定的状态。因此，Orr等公开了一种省略了恢复阶段的基于稳定状态的技术。
在Peyton等的“Noninvasive，automated and continuous cardiac outputmonitoring by pulmonary capnodynamics：breath-by-breath comparison withultrasonic flow probe”，Anesthesiology 2006Jul；105(1)：72–80中公开了用于采用具有相对较短的循环的循环通气模式来非侵入地测定心输出量和EPBF的另一技术，该技术在WO 2006/119546A1中进行了进一步描述。该技术提供了心输出量的非侵入性、自动化且连续(呼吸-接-呼吸)的测定，并且由于在测定心输出量时优选使用CO2测量结果而被称为二氧化碳动态测量技术。在WO2006/119546中，该技术采用连续交替/循环肺泡通气模式，其中，特定水平的肺泡通气的每个时段(通气过度或通气不足)构成半周期。优选地，一个周期包括6至20次呼吸，通常包括12次呼吸；半周期是该呼吸次数的一半。该方法采用必须针对在半周期中的时段出现的呼吸而求解的“校准等式”，在半周期期间，二氧化碳的洗入或洗出被最小化，即，针对在呼出的CO2的水平已经达到基本稳定状态时在效通气的变化之后出现的呼吸。因此，Peyton等还公开了一种省略恢复阶段的基于稳定状态的技术。
近来，已经提出了不需要使呼出的CO2的水平在交替的通气增加和通气减少阶段内呈稳定状态的新技术。在Emtell和的WO2013/141766中，公开了一种用于测定与ELV、心输出量和/或CvCO2有关的生理参数的非侵入的、二氧化碳动态测量的方法。该方法基于允许根据呼气流量和CO2测量结果来同时在呼吸-接-呼吸的基础上测定所述三个参数的三维相关分析。该方法独立于应用于受试者的通气模式，并且在分析的呼吸序列期间需要呼出的CO2的水平的约0.5个百分点的变化。为了获得所需的呼出的CO2的变化，该方法可以涉及将循环通气模式应用于通气的患者，循环通气模式包括交替的通气过度(通气增加)和通气不足(通气减少)的阶段。例如，循环通气模式中的每个循环可以包括五个通气过度呼吸的序列，之后是五个通气不足呼吸的序列。
Emtell和的并且从WO2013/141766寻求优先权的EP2799008公开了一种用于采用包括总计至少三次且不超过五次呼吸的循环通气模式来测定与ELV、心输出量和/或CvCO2有关的生理参数的非侵入性方法。在优选实施方式中，循环通气模式包括通气增加的三次呼吸和通气减少的两次呼吸。该方法需要使用算法，该算法不需要呼出的CO2的水平在患者的有效通气变化之间达到稳定状态水平，因为通气增加和通气减少的序列对于稳定状态的出现而言通常太短。
与使用较长的循环通气模式的已知技术相比，包括通气增加和通气减少的短序列的循环通气模式具有减少测定未知生理参数的响应时间的优点，因此提供对所述生理参数的高度响应监测。此外，通气增加和通气减少的短序列降低了引入患者静脉血的CO2含量的变化的风险，对于心输出量的高水平该风险特别高。此外，通气增加和通气减少的短序列减少了由有效通气变化对患者造成的潜在的不利影响。
然而，在测定心输出量或其他生理参数期间使用通气增加和通气减少的短序列的缺点是不能基于在呼出的CO2的水平呈稳定状态的时段期间获得的测量结果进行测定。因此，在测量期间，患者的ELV不能被认为是恒定的，并且因此需要在计算中被考虑在内。在例如心输出量或EPBF的计算中涉及ELV使得计算更复杂。此外，ELV测定中的误差不可避免地在心输出量和EPBF的测定中引入误差。
因此，需要一种允许借助于提供短响应时间但是在参数测定中的高精确度的方法来非侵入地测定生理参数例如ELV和EPBF的技术。
发明内容
本发明的目的是使得能够非侵入地测定与机械通气的受试者的有效肺容量(ELV)、心输出量、有效肺血流量(EPBF)或静脉血的二氧化碳含量有关的生理参数。
本发明的特别目的是使得与机械通气的受试者的ELV、心输出量、EPBF和/或静脉血的CO2含量有关的至少一个生理参数能够被非侵入性地测定，并且同时解决或减轻了现有技术的以上论述的缺点之一。
该目的和其它目的通过如所附权利要求书中阐述的方法、计算机程序和呼吸装置来实现。
根据本公开内容的一个方面，提供了一种能够根据借助于呼吸装置在受试者的机械通气期间获得的流量和CO2测量结果来测定与所述受试者的ELV、心输出量、EPBF和/或静脉血的CO2含量有关的至少一个生理参数的方法。该方法包括使用包括至少一个通气减少阶段和至少一个通气增加阶段的通气模式对受试者进行通气的步骤，其中，通气减少阶段和通气增加阶段中的每个包括由所述受试者呼出的CO2的水平呈基本稳定状态的至少两次呼吸。所述通气减少阶段和通气增加阶段中的至少一者——优选地两者——包括：至少第一呼吸，其用于相比于前一呼吸来产生呼出的CO2的水平的显著变化；以及至少第二呼吸，其与所述第一呼吸在持续时间和/或量上不同，用于使呼出的CO2的水平呈所述基本稳定状态。
因此，对于通气减少和/或通气增加的每个阶段，所提出的方法涉及如下步骤：第一次改变受试者的有效通气以开始所述通气减少或通气增加的阶段，以及通过改变由呼吸装置给予的呼吸的持续时间和/或量来至少第二次改变受试者的有效通气以主动地使呼出的CO2的水平在所述通气减少或通气增加的阶段内呈基本稳定状态。
所提出的技术可以被称为“强制稳定状态技术”，因为用于通气减少和/或通气增加的每个阶段的有效通气的至少第二变化用于迫使呼出的CO2的水平在呼出的CO2的第一显著变化之后趋向基本上稳定的状态。这与根据现有技术的基于稳定状态的技术非常不同，在该技术中，允许呼出的CO2的水平在患者的主动通气的固定且静态的变化之后逐渐地且被动地达到新的稳定状态。虽然已知的方法通过在有效通气中应用阶跃变化来在通气减少和通气增加的阶段之间切换，引起呼吸中呼出的CO2在所述阶跃变化之后的逐渐变化，但是所提出的强制稳定状态的方法动态地改变受试者的有效通气以便实现呼出的CO2的水平的阶跃变化或近似阶跃变化。
所提出的强制稳定状态技术的效果是：可以使通气模式的持续时间非常短，同时仍然提供与较长通气模式相关联的优点，允许呼出的CO2的水平在有效通气的变化之间达到稳定状态。
优选地，有效通气的所述第一变化还通过给予至受试者的呼吸的持续时间和/或量的变化来实现。这意味着，通常，给予至受试者的呼吸的持续时间和/或量被第一次改变以生成引起呼出的CO2的水平的显著变化的所述至少第一呼吸，至少第一呼吸因此在持续时间和/或量上与前一呼吸不同，并且给予至受试者的呼吸的持续时间和/或量被第二次改变以生成用于使呼出的CO2的水平在通气减少或通气增加的阶段期间呈基本稳定状态水平的所述至少第二呼吸，其中，呼吸的持续时间和/或量的第二变化与所述第一变化不同。
通气减少的至少一个阶段可以通过患者的有效通气的第一变化(减小)来开始，引起由患者呼出的CO2的水平的显著增加。有效通气的第一变化优选地通过与前一呼吸相比改变(延长)所述至少第一呼吸的持续时间来实现，前一呼吸通常是通气增加的前一阶段中的最后一次呼吸。至少第一呼吸的持续时间的变化可以通过延长所述至少第一呼吸的吸气暂停——例如，吸气前暂停和/或吸气末暂停——来实现。然后，在所述通气减少的阶段内，可以进行患者的有效通气的第二变化，以防止进一步提高呼出的CO2的水平，并且使所述呼出的CO2的水平在所述通气减少的阶段的至少两次呼吸期间——典型地在通气减少的阶段的两次连续呼吸期间，例如第一次呼吸和第二次呼吸期间以及/或者第二次呼吸和第三次呼吸期间——呈基本稳定状态。有效通气的第二变化优选地通过与所述至少第一呼吸相比改变(缩短)所述至少第二呼吸的持续时间——例如通过缩短至少第二呼吸的吸气前暂停——来实现。
通气增加的至少一个阶段可以通过患者的有效通气的第一变化(增加)来开始，引起呼出的CO2的水平的显著降低。有效通气的这种变化优选地通过与前一呼吸相比改变(缩短)所述至少第一呼吸的持续时间并且/或者改变(增加)所述至少第一呼吸的量来实现，前一呼吸通常是通气减少的前一阶段中的最后一次呼吸。至少第一呼吸的持续时间的变化可以通过去除或缩短所述至少第一呼吸的吸气暂停——例如所述至少第一呼吸的吸气前暂停——来实现，并且至少第一呼吸的量的变化可以通过增加所述至少第一呼吸的潮气量来实现。然后，在所述通气增加的阶段内，可以进行患者的有效通气的第二变化，以防止进一步降低呼出的CO2的水平，并且使所述呼出的CO2的水平在所述通气增加的阶段的至少两次呼吸期间——典型地在通气增加的阶段的两次连续呼吸期间，例如第一次呼吸和第二次呼吸期间以及/或者第二次呼吸和第三次呼吸期间——呈基本稳定状态。有效通气的第二变化优选地通过与所述至少第一呼吸相比改变(增大)所述至少第二呼吸的持续时间——例如，通过延长至少第二呼吸的吸气前暂停——并且/或者通过与所述至少第一呼吸相比改变(减小)所述至少第二呼吸的量——例如，通过减少所述至少第二呼吸的潮气量——来实现。
通气减少和/或通气增加的阶段中的至少第一呼吸与前一呼吸相比应该引起呼出的CO2的水平的显著变化，这种变化当被测量作为呼出气体中的CO2的分数时应该至少是0.3个百分点，并且优选地在0.3至1个百分点的范围中。优选地，呼出的CO2的水平的所述显著变化由在持续时间和/或量上与前一呼吸相差达到实现所述显著变化所需的程度的一个单次第一呼吸引起。在通气减少或通气增加的相同阶段中，与所述第一呼吸在持续时间和/或量上不同的至少第二呼吸被给予至患者，以使呼出的CO2的水平在所述阶段的至少两次呼吸期间呈基本上稳定的状态。优选地，至少第二呼吸是紧接所述第一单次呼吸之后的一个单次第二呼吸，第二呼吸在持续时间和/或量上适于防止呼出的CO2进一步变化，从而将所述第二呼吸期间呼出的CO2的水平保持在或接近所述第一呼吸期间呼出的CO2的水平。如果当时情况不允许在第一呼吸与第二呼吸之间达到呼出的CO2的基本上稳定的状态，则可以将在持续时间和/或量上与所述第一呼吸和所述第二呼吸都不同的第三呼吸给予至患者以使呼出的CO2的水平在所述第二呼吸与所述第三呼吸之间呈基本上稳定的状态。
所提出的通气模式的主要优点是：它提供非侵入地测定生理参数的短的响应时间，同时允许EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量通过可以独立于患者的ELV来测定这些参数的两个呼出的CO2的稳定状态来被测定，或者至少通过患者的ELV对EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量具有较小影响的两个呼出的CO2的基本上稳定的状态来被测定。与必须估计ELV以便测定患者的EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量的非稳定状态技术相比，所提出的技术提供了在测定EPBF、心输出量和静脉血的CO2含量方面的提高的精确度，因为ELV估计中的误差不影响EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量的测定。此外，它使得较不复杂的算法能够被用于非侵入地测定EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量，并且因此降低对计算能力的需求。CvCO2(静脉血中的CO2的浓度)和PvCO2(静脉血中CO2的分压)是与静脉血的CO2含量有关的参数的非排他性示例。
所提出的技术的另一优点是：它提供了从ELV的变化主要由呼吸循环持续时间(△t)或VCO2的变化而不是EPBF和静脉血的CO2含量的变化引起的瞬时呼吸来精确地测定ELV。在通气减少和/或通气增加的阶段中的用于与前一呼吸相比生成呼出的CO2的水平的显著变化的至少第一呼吸连同所述前一呼吸一起形成可以有利地测定患者的ELV的至少两次瞬时呼吸。
通过改变给予的呼吸的持续时间和/或量来实现有效通气的变化的优点在于，与其他类型的有效通气的变化——例如由含有CO2的呼出气体的部分再呼吸而引起的有效通气的变化——相比，这些类型的变化更不易随时间而对患者的平均通气产生不利影响。又一优点是，现有呼吸装置例如大多数现代呼吸机可以适于仅通过更新控制呼吸机的操作的软件来给予所提出的通气模式。不需要例如呈NICO回路等形式的额外的硬件或硬件部件。
为了在从通气增加切换至通气减少时实现呼出的CO2的水平的显著变化，通气减少的至少第一呼吸可以包括与所述前一呼吸的任何吸气前暂停相比被延长的吸气前暂停，以便实现呼出的CO2的水平的所述显著变化(即增加)。通过延长吸气前暂停来实现有效通气的减少已经被证明对患者肺部的灌注是宽松的，并且因此根据有效通气的所述变化之后的稳定状态的呼吸来提供对EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量的可靠的测定。优选地，通气减少阶段中的至少第二呼吸包括比通气减少阶段中的所述至少第一呼吸的吸气前暂停短的吸气前暂停。已经证明，缩短或去除通气减少的至少第二呼吸的吸气前暂停提供了简单且有效的方式，迫使CO2的水平在由通气减少的至少第一呼吸的延长的吸气前暂停引起的呼出的CO2的初始增加之后呈稳定状态。
可替选地，为了在从通气增加切换至通气减少时实现呼出的CO2的水平的显著变化，通气减少的至少第一呼吸可以包括与前一呼吸的任何吸气末暂停相比被延长的吸气末暂停。这是以上提及的通气减少的至少第一呼吸的吸气前暂停的延长的替选方案。已经发现，吸气末暂停的延长与吸气前暂停的延长相比是有利的，因为当根据呼出的CO2的瞬时变化由吸气末暂停的延长而不是吸气前暂停的延长引起的瞬时呼吸来测定ELV时，ELV的测定变得更具鲁棒性和可靠性。此外，吸气末暂停的持续时间的变化的效果显示在紧接其后的呼气中，这是有利的，因为在通气的有效变化之后的肺动力学变得更容易进行建模，因此提供ELV的更可靠测定。吸气前暂停的持续时间的变化的效果在另一方面直到紧接在所述吸气前暂停之后的吸气之后的呼气才被显示。这使得肺动力学更难以分析，并且肺动力学模型对受试者肺部中的气体交换的数学描述的缺陷更加敏感。优选地，为了迫使呼出的CO2的水平在由吸气末暂停的延长而引起的显著增加之后呈基本上稳定的状态，通气减少阶段中的至少第二呼吸不具有吸气末暂停，而是具有与通气减少的所述至少第一呼吸的吸气前暂停(如果有的话)相比被延长的吸气前暂停。
为了在从通气减少切换至通气增加时实现呼出的CO2的水平的显著变化，通气增加的至少第一呼吸可以包括与前一呼吸的潮气量相比增加的潮气量，以便实现呼出的CO2的水平的所述显著变化(即减少)。潮气量的增加导致CO2从患者肺部强制洗出，从而有效地增加患者的有效通气。优选地，与通气增加阶段中的所述至少第一呼吸相比，通气增加阶段中的至少第二呼吸是潮气量减小的呼吸。已经证明，减小通气增加的至少第二呼吸的潮气量——这可以通过去除通气增加的至少第一呼吸的潮气量的暂时增加来实现——是一种迫使CO2的水平在由通气增加的至少第一呼吸的潮气量增加而引起的呼出的CO2的初始减少之后呈稳定状态的简单且有效的方式。
代替潮气量增加或者除了潮气量增加之外，通气增加的至少第一呼吸可以包括与所述前一呼吸的任何吸气前暂停相比被缩短的吸气前暂停，以便实现呼出的CO2的水平的所述显著变化(即，增加)。通常，在这种情况下，所述至少第一呼吸不包括或仅包括短的吸气前暂停。吸气前暂停的缩短还导致CO2从患者肺部强制洗出，从而有效地增加了患者的有效通气，同时使患者肺部的灌注基本不受影响。为了迫使呼出的CO2的水平在由吸气前暂停的缩短引起的显著减少之后呈基本上稳定的状态，在通气增加的所述至少第一呼吸之后的通气增加的至少第二呼吸可以包括与通气增加的所述至少第一呼吸的吸气前暂停(如果有的话)相比被延长的吸气前暂停。因此，所提出的强制稳定状态的技术还可以使用包括潮气量相同的、仅在持续时间上彼此不同的呼吸的通气模式来实现。
通常，所提出的通气模式是包括交替的通气减少和通气增加阶段的循环通气模式。理论上，可以使用包括通气减少的不多于两次呼吸和通气增加的两次呼吸的循环通气模式来获得以上提及的优点，因为ELV可以根据不同类型的瞬时呼吸来可靠地测定，同时EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量可以分别根据呼出的CO2的水平保持基本相同的通气减少的两次呼吸和通气增加的两次呼吸来可靠地测定。然而，在实践中，有时可能需要四次以上呼吸的循环。因此，循环通气模式的每个循环可以包括四次或更多次呼吸——至少两次通气减少的呼吸，并且至少两次通气增加的呼吸。优选地，循环通气模式包括四到十次呼吸，更优选地五到八次呼吸，并且最优选地六到七次呼吸，其中三次是通气减少的呼吸，三次或四次是通气增加的呼吸。强制稳定状态的技术可以应用在所述通气减少和通气增加的阶段中的任何一者或两者内。如果仅应用在所述阶段中的一者内，则另一阶段通常必须包括更多次的呼吸，通常为六次或更多，以便使呼出的CO2的水平在所述阶段内被动地达到基本上稳定的状态。
优选地，通气增加的呼吸是通气过度的呼吸并且通气减少的呼吸是通气不足的呼吸。因此，可以使随时间的总通气与受试者的期望的最佳通气相对应。在这方面应该强调的是，通气增加和通气减少的阶段不应被解释为限于相对于基线(正常)通气增加和减少的通气阶段。替代地，应该理解的是，在本申请的上下文中，通气减少的阶段是与通气增加的阶段相比通气被减少的阶段，反之亦然。因此，应该认识到，还可以通过本发明来预期通气增加的阶段中的通气水平或通气减少的阶段中的通气水平对应于通气的基线水平的实施方式。
鉴于以上，应当认识到，由呼吸装置给予的呼吸的持续时间和/或量可以在通气减少和/或通气增加的阶段期间动态地改变，以便给予使呼出的CO2的水平基本上根据梯形(近似方形)的波形而变化的循环通气模式，该波形的上部平稳时期对应于通气减少的阶段，而其下部平稳时期对应于通气增加的阶段。这允许根据所述上部平稳时期或下部平稳时期的呼吸来可靠地测定患者的EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量，并且根据瞬时呼吸来可靠地测定患者的ELV，在瞬时呼吸期间，呼出的CO2的水平从较低平稳时期上升到较高平稳时期，反之亦然。
该方法还可以包括测定与通气受试者的ELV、EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量有关的至少一个生理参数的步骤。为此，该方法可以包括以下步骤中的一者或两者：
i)根据包括呼出的CO2的第一基本稳定状态水平的至少两次呼吸和呼出的CO2的与所述第一基本稳定状态水平不同的第二基本稳定状态水平的至少两次呼吸的分析的呼吸序列来测定通气的受试者的EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量，以及
ii)根据包括至少两次瞬时呼吸的分析的呼吸序列来测定通气的受试者的ELV，这意味着呼出的CO2的水平在所述呼吸之间显著不同。
优选地，该方法包括步骤i)和步骤ii)两者，这意味着EPBF、心输出量和静脉血的CO2含量中的至少一个和ELV两者均是根据使用所提出通气模式来对受试者进行通气的分析的呼吸序列来测定的。
虽然所提出的强制稳定状态的技术力图使呼出的CO2的水平在通气减少和/或通气增加的阶段内呈稳定状态，但不可能在所有情况下都能达到完全稳定的状态。因此，优选地使用不要求呼出的CO2的水平在通气减少和通气增加的阶段内呈稳定状态的算法来进行至少一个生理参数的测定，这意味着该算法即使在未达到稳定状态的情况下也应该能够导出所述生理参数中的至少一个的值。优选地，该方法采用即使在通气减少和通气增加的阶段内未达到稳定状态的情况下也能够导出EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量的值的算法。当然，如果所提出的通气模式在所述分析的呼吸序列期间未达到稳定状态，则这应当是有利的。
步骤i)通常涉及根据在通气减少的阶段内的基本稳定状态的至少两次呼吸和在通气增加阶段内的基本稳定状态的至少两次呼吸来测定EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量。基本稳定状态的呼吸在本文中应当被解释为这样的呼吸：优选地但不一定是连续呼吸，在该呼吸之间，呼出的CO2的水平在被测量作为呼气气体中的CO2的分数(例如FetCO2)时彼此偏差不大于0.1个百分点，优选地不大于0.05个百分点，最优选地不大于0.025个百分点。
步骤ii)可以涉及根据通气增加阶段与通气减少阶段之间的至少两次瞬时呼吸来测定ELV，反之亦然。在一些实施方式中，它可以涉及根据通气增加阶段与通气减少阶段之间的瞬时呼吸(中的两个或更多个)的至少第一序列以及通气减少阶段与通气增加阶段之间的瞬时呼吸(中的两个或更多个)的第二序列来测定ELV。优选地，所述瞬时呼吸包括用于相比于前一呼吸来生成呼出的CO2的水平的显著变化的所述至少第一呼吸以及所述前一呼吸。当呼出的CO2的水平的显著变化被测量作为呼气气体中的CO2的分数(例如FetCO2)时，呼出的CO2的水平的显著变化应该至少为0.3个百分点，优选地至少为0.4个百分点，更优选地至少为0.5个百分点，最优选地在0.5至1个百分点的范围内。例如，可以根据呼出的CO2的水平从约4.8％变成约5.5％的两次瞬时呼吸来测定ELV。因此，瞬时呼吸在本文中应该被解释为两次或更多次呼吸的序列，在两次或更多次呼吸之间，呼出的CO2的水平的总变化在被测量作为呼气气体中的CO2的分数(例如FetCO2)时至少是0.3个百分点，优选地至少是0.4个百分点，更优选地至少是0.5个百分点，并且最优选地在0.5至1个百分点之间。因此，瞬时呼吸构成两次或更多次呼吸的序列，其中，所述序列的第一呼吸中的呼出的CO2的水平与所述序列的最后一次呼吸中的呼出的CO2的水平在被测量作为呼气气体中的CO2的分数(例如FetCO2)时相差至少0.3个百分点。
优选地，所述方法涉及测定EPBF、心输出量和静脉血的CO2含量中的至少一个和ELV。WO2013/141766公开了用于同时测定ELV、心输出量和CvCO2(即静脉血的CO2浓度)的非侵入的且连续的方法，该方法可以与所提出的强制稳定状态的通气模式一起被有利地使用，以便更精确地测定ELV、心输出量、静脉血的CO2含量和EPBF(可直接从心输出量导出)。使用所提出的强制稳定状态的通气模式代替WO2013/141766中采用的通气模式(其通常太短而不能达到稳定状态)的优点是，在通气减少和通气增加的阶段内获得的呼出的CO2的基本稳定状态为测定心输出量、EPBF和静脉血的CO2含量提供了更高的精确性，而通气减少和通气增加的阶段之间的不同瞬变为ELV测定提供了更高的精确性。
因此，根据WO2013/141766的教导，测定与通气的受试者的ELV、心输出量、EPBF和/或静脉血的CO2含量有关的至少一个参数的步骤可以包括以下步骤：
-基于由受试者呼出的呼气气体的至少呼气流量以及由受试者呼出的至少呼气气体的CO2含量的测量结果，针对分析的呼吸序列中的每次呼吸来测定与受试者的肺泡CO2分数有关的第一参数、与受试者的动脉血的CO2含量有关的第二参数以及与受试者的CO2消除有关的第三参数，以及
-基于所述分析的呼吸序列中的第一参数、第二参数和第三参数的相互关系来测定所述至少一个生理参数。
优选地但非必要地，所述分析的呼吸序列中的呼吸次数与循环通气模式的每个循环中的呼吸次数相对应。
根据本公开内容的另一方面，提供了一种呼吸装置，例如呼吸机或麻醉装置，其能够执行以上描述的能够根据在所述受试者的机械通气期间获得的流量和CO2测量结果来非侵入性地测定与受试者的ELV、心输出量、EPBF和/或静脉血的CO2含量有关的至少一个生理参数的方法。
为此，提供了一种用于向受试者提供机械通气的呼吸装置，该呼吸装置包括控制单元，该控制单元被配置成控制呼吸装置的运行从而控制机械通气的受试者的通气。控制单元被配置成控制呼吸装置的运行，从而使用包括通气减少的至少一个阶段和通气增加的至少一个阶段的通气模式来对受试者进行通气，其中，通气减少阶段和通气增加阶段中的每个包括由所述受试者呼出的CO2的水平呈基本稳定状态的至少两次呼吸。控制单元被配置成控制呼吸装置的运行，使得所述通气减少和通气增加的阶段中的至少一者并且优选地两者包括与前一呼吸相比用于生成呼出的CO2的水平的显著变化的至少第一呼吸，以及与所述第一呼吸在持续时间和/或量上不同的用于使呼出的CO2的水平呈所述基本稳定状态的至少第二呼吸。
通常，呼吸装置包括用于将加压呼吸气体给予至通气的受试者的气动单元，控制单元被配置成控制气动单元来根据所述通气模式向受试者给予呼吸气体的呼吸。
控制单元可以被配置成通过首先引起由受试者呼出的CO2的水平的显著变化并且然后迫使呼出的CO2的水平达到基本稳定状态来使呼吸装置给予通气从通气增加阶段切换至通气减少阶段并且/或者通气从通气减少阶段切换至通气增加阶段的以上描述的通气模式中的任何通气模式。
如上所述，这可以由控制单元通过改变由呼吸装置给予的呼吸的吸气前暂停、吸气末暂停和/或潮气量来实现。
优选地，呼吸装置还被配置成测定与通气的受试者的ELV、EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量有关的至少一个生理参数。为此，呼吸装置可以包括用于测量由受试者呼出的呼气气体的至少呼气流量的流量传感器以及用于测量由受试者呼出的至少呼气气体的CO2含量的CO2传感器。控制单元可以被配置成根据由所述传感器在使用所述通气模式对受试者进行通气的分析的呼吸序列期间获得的流量和CO2测量结果来测定所述至少一个生理参数。
优选地，控制单元被配置成使用不需要呼出的CO2的水平在分析的呼吸序列期间达到稳定状态的算法来测定所述至少一个生理参数。
优选地，控制单元被配置成根据在所述分析的呼吸序列期间获得的流量和CO2测量结果来测定EPBF、心输出量和静脉血的CO2含量中的至少一个和ELV。
在示例性实施方式中，呼吸装置包括布置在将呼吸装置的吸气支路和呼气支路与患者连接的Y形件中或其附近的流量传感器和CO2传感器。流量传感器可以有利地被配置成连续地测量去往患者的吸气流量和来自患者的呼气流量两者，以获得表示进入和离开患者气道的气体流量随时间的连续流量曲线。同样地，CO2传感器可以被配置成连续地测量吸气气体和呼气气体中的CO2含量，以获得表示由患者吸入和呼出的二氧化碳含量随时间的连续CO2分数曲线。呼吸装置的控制单元可以被配置成使用流量和二氧化碳含量测量结果来针对分析的呼吸序列中的每次呼吸测定分别与受试者的肺泡CO2的分数、动脉血的CO2含量和CO2消除有关的第一参数、第二参数和第三参数，并且基于分析的呼吸序列中的所述第一参数、第二参数和第三参数的相互关系来测定与通气的受试者的ELV、心输出量、EPBF和/或静脉血的CO2含量有关的至少一个生理参数。
使得呼吸装置能够执行该方法所需的逻辑优选地借助于软件来实现。因此，根据本发明的另一方面，提供了一种计算机程序，其能够根据借助于呼吸装置在所述受试者的机械通气期间获得的流量和CO2测量结果来测定与受试者的ELV、心输出量、EPBF和/或静脉血的CO2含量有关的至少一个生理参数。该计算机程序包括计算机可读代码，该计算机可读代码在由呼吸装置的处理器——例如，所述控制单元的处理器——执行时，使呼吸装置使用包括至少一个通气减少阶段和至少一个通气增加阶段的通气模式来对受试者进行通气，其中，通气减少阶段和通气增加阶段中的每个包括由所述受试者呼出的CO2的水平呈基本稳定状态的至少两次呼吸。该计算机可读代码在由所述处理单元执行时，使所述通气减少和通气增加的阶段中的至少一者并且优选地两者包括：至少第一呼吸，其用于相比于前一呼吸来生成呼出的CO2的水平的显著变化；以及至少第二呼吸，其与所述第一呼吸在持续时间和/或量上不同，用于使呼出的CO2的水平呈所述基本稳定状态。
本发明的优点在于，在现有呼吸装置上安装这样的计算机程序将允许现有呼吸装置执行本发明的方法。
计算机程序还可以包括使呼吸装置执行以上论述的方法步骤中的任一者的代码段。
本发明的方法、呼吸装置和计算机程序的更多有利方面将在下文中的实施方式的详细描述中进行描述。
附图说明
根据下文提供的详细描述和仅以示例方式给出的附图，将更全面地理解本发明。在不同的附图中，相同的附图标记对应于相同的要素。
图1示出了根据本发明的示例性实施方式的呼吸装置；
图2A至图2E示出了根据本发明的示例性实施方式的通气模式；
图3A至图3D示出了根据本发明的另一示例性实施方式的通气模式；
图4A至图4B示出了根据本发明的另一示例性实施方式的通气模式；以及
图5A至图5E示出了根据本发明的又一示例性实施方式的通气模式。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的示例性实施方式的用于能够连续且非侵入地测定与受试者3的有效肺容量(ELV)、心输出量、有效肺血流量(EPBF)和/或静脉血的二氧化碳含量有关的一个或更多个生理参数的呼吸装置1。
在该实施方式中，呼吸装置1是用于向受试者3(在本文中有时被称为患者)提供通气治疗的呼吸机。呼吸机经由用于向患者3供应呼吸气体的吸气线5和用于将呼气气体输送离开患者3的呼气线7连接至患者3。吸气线5和呼气线7经由所谓的Y形件11连接至公共线9，公共线经由患者连接器例如气管内导管连接至患者3。
呼吸装置1还包括基于由呼吸装置的各种传感器获得的预设参数和/或测量结果来控制患者3的通气的控制单元13。控制单元13通过控制呼吸装置1的气动单元15来控制患者3的通气，气动单元15一方面连接至一个或更多个气体源17、19并且另一方面连接至吸气线5，以用于调节给予至患者3的呼吸气体的流量和/或压力。为此，气动单元15可以包括各种气体混合和调节装置，例如混合室、可控气体混合阀以及一个或更多个可控吸气阀。
控制单元5包括处理单元21和存储计算机程序的非易失性存储器23，计算机程序在由处理单元21执行时如下文所描述地使控制单元控制患者3的通气。除非另有说明，否则在执行存储在存储器23中的计算机程序的不同代码段时，下文中描述的动作和方法步骤由控制单元21执行或者由控制单元21引起。
控制单元5被配置成通过使呼吸装置1使用通气模式对患者3进行通气来使得能够精确、连续且非侵入地测定与患者3的ELV、心输出量、EPBF和/或静脉血的CO2含量有关的一个或更多个生理参数；通气模式允许基本上独立于ELV来测定患者3的心输出量、EPBF和/或静脉血的CO2含量中的一个或更多个，并且允许根据瞬时呼吸来测定ELV，在瞬时呼吸期间，ELV的变化主要是由呼吸周期(△t)的持续时间或VCO2的变化而不是EPBF和静脉血的CO2含量的变化而引起的。
通气模式是包括交替的通气减少和通气增加阶段的循环通气模式。通气减少的每个阶段包括：至少第一呼吸，其用于生成由患者3呼出的CO2的水平的显著变化；以及至少第二呼吸，其在所述至少第一呼吸之后，用于使所述呼出的CO2的水平在通气减少阶段内——即在所述通气减少阶段中的至少两次呼吸期间——呈基本上稳定状态水平。通气增加的每个阶段包括：至少第一呼吸，其用于生成由患者3呼出的CO2的水平的显著且相反的变化；以及至少第二呼吸，其在所述至少第一呼吸之后，用于使呼出的CO2的水平在通气减少的阶段内——即，在通气减少阶段中的至少两次呼吸期间——呈新的基本上稳定状态水平。控制单元5被配置成通过相对于所述至少一个第一呼吸的持续时间和/或量来改变所述至少一个第二呼吸的持续时间和/或量来使呼出的CO2的水平在通气减少和通气增加的阶段中呈所述稳定状态。另外，控制单元5通常被配置成通过相对于紧接在所述至少一个第一呼吸之前的呼吸来改变所述至少一个第一呼吸的持续时间和/或量来引起呼出的CO2的水平的所述显著变化。
在本文中的至少两次呼吸期间，呼出的CO2的水平呈基本上稳定的状态意味着在第一呼吸期间获得的呼出的CO2的测量基本上等于在第二呼吸期间获得的呼出的CO2的相应的测量。所述呼出的CO2的测量可以是指示通气患者3的肺泡CO2的任何测量，例如肺泡CO2分数(FACO2)的测量或肺泡CO2分压(PACO2)的测量，包括但不限于肺泡CO2潮气末分数(FetCO2)和CO2潮气末分压(PetCO2)。
在该期间呼出的CO2的水平呈基本上稳定的状态的通气减少或通气增加的相同阶段的至少两次呼吸在下文中将被称为稳定状态呼吸。优选地但非必要地，分别在通气减少和通气增加的阶段中的至少两次稳定状态呼吸是在所述阶段内的两次或更多次连续呼吸。
图2至图5示出了循环通气模式的一些示例，其可以根据以上描述的原理由呼吸装置1将循环通气模式应用于患者3，以便能够根据流量和CO2测量结果来非侵入地测定所述生理参数中的一个或更多个。
图2A至图2E示出了通过仅在通气减少阶段内应用强制稳定状态的技术、同时在通气增加阶段中允许呼出的CO2的水平被动地逐渐达到基本上稳定的状态而引起的通气模式。所示出的通气模式中的每个循环包括总共九次呼吸B1至B9。
现在参照示出了例如由位于图1中的呼吸装置的Y形件11中或其附近的压力传感器(未示出)测量的通气患者的气道压力的图2A，通过给予具有与前一呼吸(未示出)的任何吸气前暂停相比延长的吸气前暂停A的第一呼吸B1来开始通气减少的阶段，前一呼吸是通气增加的前一阶段的最后一次呼吸。
在图2B中，如将在下面更详细地描述的，实曲线表示如由用于测量由利用图2A中的通气模式进行通气的患者吸入和呼出的吸气气体和呼气气体的CO2含量的传感器——例如图1中的呼吸装置1的CO2传感器29——测量的CO2水平随时间的变化。CO2水平可以例如被测量作为与通气患者3的肺泡CO2分数(FACO2)相对应的在呼气期间测量的气体中的CO2的分数(FCO2)。由虚线25A连接的数据点表示在这种情况下与每次呼吸中的CO2的潮气末分数(FetCO2)相对应的每次呼吸中呼出的CO2的潮气末水平。因此，虚线25A示出了呼出的CO2的潮气末水平随时间的变化。
如图2B所示，所述第一呼吸B1引起由患者呼出的CO2的潮气末水平的显著变化。在紧接着所述第一呼吸之后的第二呼吸B2中，与第一呼吸的吸气前暂停A相比，吸气前暂停B被缩短。吸气前暂停的这种缩短防止呼出的CO2的潮气末水平的进一步增加，并且使所述第二呼吸B2期间呼出的CO2的潮气末水平基本上与第一呼吸B1期间呼出的CO2的潮气末水平相对应。因此，在所述第一呼吸和第二呼吸期间，呼出的CO2的潮气末水平呈基本上稳定的状态，被表示为SS1。在该示例性通气模式中，具有与第二呼吸的吸气前暂停B在持续时间上相对应的吸气前暂停C的第三呼吸B3在所述第二呼吸之后被给予至患者。该第三呼吸使呼出的CO2的潮气末水平以稳定状态的所述水平SS1保持基本恒定。因此，在该示例中，在通气减少的阶段中的第一呼吸、第二呼吸和第三呼吸都是稳定状态的呼吸，因为呼出的CO2的水平在所述呼吸期间保持基本恒定。
在第三呼吸之后，通过给予与前一呼吸B3相比没有或仅具有非常短的吸气前暂停的第四呼吸B4来开始通气增加的阶段。如以上所描述的，在该实施方式中，所提出的强制稳定状态的技术不适用于通气增加的阶段。这意味着在开始通气增加阶段的第四呼吸B4的给予之后，在所述通气增加的阶段内没有做出对有效通气的进一步改变。如图2B所示，这导致呼出的CO2的潮气末水平逐渐接近新的和较低的稳定状态水平SS2。该示例性通气模式包括通气增加的六个相同的呼吸B4至B9，这通常足以使呼出的CO2的潮气末水平被动地达到基本上稳定状态的新水平。
图2C至图2E示出了来自使用每个循环与图2A所示的通气模式相对应的循环通气模式、借助于与图1中的呼吸装置1相对应的呼吸装置来对患者进行通气的模拟的模拟数据。模拟数据是在30次呼吸序列期间获得的。
图2C示出了例如由呼吸装置1的所述CO2传感器29测量的所述呼吸序列中的每个呼吸的CO2的潮气末分数(FetCO2)。如所预期的，图2C中的FetCO2曲线类似于示出了图2A中的呼出的CO2的潮气末水平的虚线25A。
图2D示出了对于相同呼吸序列的患者的CO2的分钟消除(MVCO2)和平均分钟消除(MVCO2均值)。通气模式优选地适于使得CO2的平均分钟消除基本上恒定。为此，通气增加的呼吸优选地是通气过度的呼吸，并且通气减少的呼吸优选地是通气不足的呼吸。
图2E使所提出的通气模式的有效通气的变化可视化，并且指示呼吸序列中每次呼吸以秒为单位的持续时间△t以及呼吸序列中每次呼吸的吸气前暂停的以秒为单位的持续时间△tpause。在该示例性实施方式中，通气减少的第一呼吸包括约8秒的吸气前暂停，并且通气减少的第二呼吸和第三呼吸包括约4秒的吸气前暂停，而与通气增加的呼吸相对应的循环通气模式的每个循环中的第四呼吸至第九呼吸不包括或仅包括非常短的吸气前暂停。循环通气模式的每个循环的总持续时间是52秒。
图3A至图3B示出了通过在通气减少阶段和通气增加阶段两者中应用强制稳定状态的技术而引起的通气模式的实施方式。在该实施方式中，通气模式的每个循环包括总共六次呼吸B1至B6，其中三次是通气减少的呼吸，其中三次是通气增加的呼吸。循环通气模式的每个循环的总持续时间是40秒。
现在参照图3A，通气减少阶段中的前三次呼吸B1至B3与图2A中的前三次呼吸B1至B3相同，因此使呼出的CO2的水平显著增加至第一基本稳定状态水平SS1。在该实施方式中，开始通气增加阶段的第四呼吸B4与前一呼吸B3在持续时间和量两者上均不同。除了第四呼吸B4的吸气前暂停相对于前一呼吸B3的吸气前暂停被去除或者至少显著缩短之外，第四呼吸B4的潮气量与所述前一呼吸B3的潮气量相比增加。如图3B所示，这有效地使得CO2从患者肺部洗出，使得由患者呼出的CO2的水平显著降低。通气增加的第一呼吸B4在持续时间和量上适于使呼出的CO2的水平达到可以在通气增加的相同阶段保持至少一次呼吸的水平，该水平对应于第二基本稳定状态水平SS2。
优选地，通气增加的第一呼吸B4应该在持续时间和/或量上适于完全补偿由通气减少的阶段中的第一呼吸B1引起的呼出的CO2水平的显著增加，这意味着通气增加的所述第一呼吸B4应该使呼出的CO2的水平恢复到在给予通气减少的所述第一呼吸B1之前的呼出的CO2的水平。为了将呼出的CO2的水平保持在所述第二基本稳定状态水平SS2，第五呼吸B5与所述第四呼吸B4在持续时间和/或量上不同，以便防止呼出的CO2的水平进一步降低，并且使在所述第五呼吸B5期间呼出的CO2的水平基本上与先前的第四呼吸B4期间呼出的CO2的水平相对应。在该实施方式中，第五呼吸B5与第四呼吸B4的不同之处在于去除了潮气量的临时变化，这意味着第五呼吸B5的潮气量被设定成基本上与所述第四呼吸B4之前的呼吸的潮气量相对应的值。第四呼吸B4的吸气前暂停的持续时间的变化对于第五呼吸B5也被保持，这意味着第五呼吸不包含或仅包含基本上与第四呼吸B4的吸气前暂停相对应的短暂的吸气前暂停。在所述第五呼吸之后，将与第五呼吸的持续时间和量相同的第六呼吸B6给予至患者。该第六呼吸使呼出的CO2的水平保持基本恒定并且等于基本稳定状态的第二水平SS2。因此，在该示例性通气模式中，所有通气减少的呼吸B1至B3和所有通气减少的呼吸B4至B6都是稳定状态的呼吸，因为呼出的CO2的水平在所述呼吸期间保持基本恒定。
图3C至图3D示出了来自使用每个循环与图3A所示的通气模式相对应的循环通气模式、借助于与图1中的呼吸装置1相对应的呼吸装置来对患者进行通气的模拟的模拟数据。模拟数据是在30次呼吸序列期间获得的。
图3C示出了例如由呼吸装置1的所述CO2传感器29测量的所述呼吸序列中的每个呼吸的FetCO2。如所预期的，图3C中的FetCO2曲线类似于示出了图3B中的CO2的潮气末水平的变化的虚曲线25B。
图3D示出了对于相同呼吸序列的患者的CO2的分钟消除(MVCO2)和平均分钟消除(MVCO2均值)。在该实施方式中，通气增加的呼吸是通气过度的呼吸，并且通气减少的呼吸是通气不足的呼吸，这防止了CO2的平均分钟消除的波动，并且因此在利用所提出的通气模式的通气期间保持CO2的所述平均分钟消除基本恒定。
在图3A至图3D所示的示例性通气模式中，第四呼吸B4的潮气量与前一呼吸B3的潮气量相比可以增加约55％。根据另一示例性通气模式(未示出)，呼出的CO2的水平从第一基本稳定状态水平SS1到第二基本稳定状态水平SS2的显著降低可以由潮气量增加的两次连续呼吸引起，即由均具有比所述潮气量增加的两次呼吸之前的呼吸的潮气量大的潮气量的两次呼吸引起。在一个实施方式中，所述潮气量增加的两次呼吸没有吸气前暂停并且具有彼此基本相等并且与所述潮气量增加的两次呼吸之前的呼吸的潮气量相比增加了约19％的潮气量。在一个实施方式中，图3A中的第四呼吸B4被所述潮气量增加的两次连续呼吸代替，导致包括其中三次是通气减少的呼吸并且四次是通气增加的呼吸的七次呼吸的通气模式，其中，单独通气减少的第一呼吸1B适于使通气增加阶段与通气减少阶段之间的过渡中的呼出的CO2的水平显著增加，并且其中，所述潮气量增加的两次连续呼吸适于使通气减少阶段与通气增加阶段之间的过渡中的呼出的CO2的水平显著降低。
图4A至图4B示出了所提出的强制稳定状态的技术既适用于通气减少阶段又适用于通气增加阶段的另一示例性通气模式。在该实施方式中，通气模式的每个循环包括总共六次呼吸B1至B6，其中三次是通气减少的呼吸，并且其中三次是通气增加的呼吸。
现在参照示出了通气患者的气道压力的图4A，通过给予具有吸气末暂停A(有时被称为吸气后暂停)的第一呼吸B1来开始通气减少的阶段，吸气末暂停A与前一呼吸(未示出)的任何吸气末暂停相比被延长，前一呼吸是通气增加的前一阶段的最后一次呼吸。
如图4B所示，所述第一呼吸B1引起由患者呼出的CO2的水平的显著变化(增加)。在紧接所述第一呼吸之后的第二呼吸B2中，与第一呼吸B1的吸气末暂停A相比，第二呼吸B2的吸气末暂停被去除或者显著缩短，并且与第一呼吸B1的任何吸气前暂停相比，吸气前暂停B被增加或者显著延长。第二呼吸B2中的吸气末暂停的去除或缩短防止了呼出的CO2的水平进一步增加，并且使在所述第二呼吸B2期间呼出的CO2的水平基本上与在第一呼吸B1期间呼出的CO2的水平相对应。因此，呼出的CO2的水平在所述第一呼吸和第二呼吸期间呈基本稳定状态SS1。在该示例性通气模式中，具有与第二呼吸B2的吸气前暂停B在持续时间上相对应的吸气前暂停C的第三呼吸B3在所述第二呼吸之后被给予至患者。该第三呼吸B3使呼出的CO2的水平以所述稳定状态水平SS1保持基本恒定。因此，在该示例中，通气减少阶段中的第一呼吸、第二呼吸和第三呼吸也都是稳定状态的呼吸，因为呼出的CO2的水平在所述呼吸期间保持基本恒定。
第四呼吸至第六呼吸B4至B6与图3A所示的通气模式中的第四呼吸至第六呼吸B4至B6相同。这意味着，将在持续时间(没有吸气前暂停或显著缩短的吸气前暂停)和量(增加的潮气量)两者上与前一第三呼吸B3不同的第四呼吸B4给予至患者，以通过将CO2从患者肺部强制洗出来开始通气增加的阶段，突然地将呼出的CO2的水平从第一基本稳定状态水平SS1带到新的显著较低的水平SS2。所述第四呼吸B4之后紧接着与所述第四呼吸B4不同的第五呼吸B5，不同之处在于潮气量的暂时变化被去除以防止呼出的CO2的水平的进一步降低并且迫使在第五呼吸B5期间呼出的CO2的水平保持在或接近所述新的且较低的水平SS2，该水平因此构成在第四呼吸与第五呼吸期间呼出的CO2的基本稳定状态水平。第六呼吸B6与第五呼吸B5相同，并且用于将第六呼吸B6期间呼出的CO2的水平保持在所述第二且基本上稳定状态的水平SS2。
图5A至图5E示出了所提出的强制稳定状态的技术既适用于通气减少阶段又适用于通气增加阶段的又一示例性通气模式。在该实施方式中，通气模式的每个循环包括总共七次呼吸B1至B7，其中三次是通气减少的呼吸并且四次是通气增加的呼吸。循环通气模式的循环中的所有呼吸在量上是相同的，并且仅在持续时间上彼此不同，使呼出的CO2的水平在通气减少阶段和通气增加阶段两者中均呈基本稳定状态。
通气减少的前三次呼吸B1至B3与图4A中的呼吸B1至B3相同。在第四呼吸B4中，存在于第三呼吸B3中的吸气前暂停C被去除，从而通过引起呼出的CO2的水平的降低来开始通气增加的阶段。在这种方案中，第四呼吸B4不足以单独引起呼出的CO2的水平的期望变化，并且因此，在所述第四呼吸之后紧接着给予与第四呼吸B4相同的第五呼吸B5。第五呼吸B5与所述第四呼吸B4结合产生所述呼出的CO2的水平的显著变化。在第五呼吸之后，具有与第五呼吸B5的(不存在的)吸气前暂停相比延长的吸气前暂停D和E的第六呼吸和第七呼吸B6至B7被给予至患者，以防止呼出的CO2的水平进一步降低，并且使呼出的CO2的水平保持在基本恒定的稳定状态水平SS2。
呼出的CO2的水平的变化由图5B中的虚线25D示出，并且另外图5C中示出了使用循环通气模式对患者进行通气的模拟期间获得的FetCO2曲线，在循环通气模式中，每个循环对应于图5A中的通气模式。30次呼吸序列的模拟数据被显示。图5D示出了患者的CO2在所述呼吸序列期间的分钟消除(MVCO2)和平均分钟消除(MVCO2均值)。
图5E使图5A的示例性通气模式的有效通气的变化可视化，并且指示呼吸序列中的每次呼吸的以秒为单位的持续时间△t和呼吸序列中的每次呼吸的吸气暂停(包括吸气末暂停和吸气前暂停)的以秒为单位的总持续时间△tpause。在该示例性实施方式中，通气减少的第一呼吸B1不包括吸气前暂停并且包括约9秒的吸气末暂停，通气减少的第二呼吸和第三呼吸B2至B3包括约5秒的吸气前暂停并且不包括吸气末暂停，使得从通气减少过渡到通气增加的第四呼吸和第五呼吸B4至B5不包括吸气前暂停和呼气末暂停，而构成通气增加阶段中的最后呼吸的第六呼吸和第七呼吸B6至B7包括约1秒的吸气前暂停并且不包括呼气末暂停。循环通气模式的每个循环的总持续时间是42秒。
以上已经描述了呼吸装置1(图1)被配置成以使得与通气患者的ELV、心输出量、EPBF和/或静脉血的CO2含量有关的至少一个生理参数能够被精确且可靠地测定的方式来对患者3进行通气。可以由外部单元，例如由外部计算机或被配置成获得与患者正在进行的通气有关的流量和CO2测量结果的监测系统来进行测定。优选地，呼吸装置1被配置成通过本身测定至少一个生理参数。上面描述的通气模式允许所述至少一个生理参数例如基于呼吸-接-呼吸由呼吸装置1以连续的方式来非侵入地测定。
再次参照图1，呼吸装置1可以包括：至少一个流量传感器27，其用于至少测量由受试者呼出的呼气气体的呼气流量；以及至少一个CO2传感器29，其用于测量由受试者呼出的至少呼气气体的CO2含量。控制单元可以被配置成根据在使用所述通气模式对受试者进行通气的分析的呼吸序列期间获得的流量和CO2测量结果来测定所述至少一个生理参数。优选地，流量传感器和CO2传感器27、29被配置成还测量吸气流量和CO2含量。
在所示实施方式中，流量传感器27和CO2传感器29形成被配置为用于容积二氧化碳图测量结果的二氧化碳分析仪31的一部分。二氧化碳分析仪31被布置成接近患者3的气道开口，即在呼吸回路的公共线9中，在呼吸回路中，该公共线9暴露于由患者3呼出和吸入的所有气体。二氧化碳分析仪31经由有线或无线连接33而连接至呼吸装置1，并且被配置成将流量和CO2测量结果传送至呼吸机以供呼吸装置的处理单元21进一步处理。呼吸装置1优选地被配置成根据从二氧化碳分析仪31接收的流量和CO2测量结果来生成容积二氧化碳描记图35，并且另外在呼吸机的显示器37上显示容积二氧化碳描记图35。
在一个实施方式中，呼吸装置1的控制单元5被配置成基于所述流量和CO2测量结果、使用用于单腔肺模型的以下二氧化碳动力学等式来测定至少一个生理参数，所述二氧化碳动力学等式描述了肺泡二氧化碳的分数(FACO2)从一次呼吸至另一次呼吸如何变化：
ELV·(FACO2n-FACO2n-1)＝Δtn·EPBF·(CVCO2-CACO2n)-VTCO2n (等式3)
其中，ELV是用于在呼气结束时二氧化碳存储的有效肺容量，FACO2n是呼气结束时的肺中的肺泡CO2分数，Δtn是呼吸n的持续时间，EPBF是有效肺血流量，CvCO2是混合静脉血中的CO2浓度(单位量血中的CO2气体的量)，CACO2n是呼吸n期间肺泡毛细血管中的CO2浓度，并且VTCO2n是呼吸n中的CO2的潮气消除。
可以通过CO2传感器29来测量FACO2n，而如本领域公知的，CACO2n和VTCO2可以根据FACO2n、呼吸n的潮气量(VTn)以及已知的死腔容积来直接计算，留下EPBF、CvCO2和ELV作为未知的生理参数待测定。
在呼出的CO2的稳定状态期间，等式3中的因子(FACO2n-FACO2n-1)变为零，允许EPBF和CvCO2根据本文中所描述的原理独立于ELV被测定。
等式3与公开了用于同时测定ELV、心输出量和CvCO2的非侵入的且连续的方法的WO2013/141766中的等式1类似。优选地，呼吸装置1的控制单元5被配置成使用WO2013/141766中公开的方法、基于在所述分析的呼吸序列中的可直接测量或导出的参数△FACO2(＝FACO2n-FACO2n-1)、CACO2和VTCO2之间的相互关系、根据分析的呼吸序列来测定参数三元组{ELV、EPBF、CvCO2}。当然，与WO2013/141766中公开的方法精确对应，控制单元5还可以被配置成基于在所述分析的呼吸序列中的可直接测量或导出的参数△FACO2、CaCO2和VTCO2之间的相互关系来测定参数三元组{ELV、Q、CvCO2}。此处，Q是心输出量，△FACO2是呼吸n与呼吸n-1之间的肺泡CO2的体积分数的变化，CaCO2是动脉血的CO2含量，并且VTCO2是CO2的潮气消除。如背景技术部分所提及的，EBPF可直接从心输出量导出，反之亦然(参见等式2)。
引入指示分析的呼吸序列中的呼吸次数的指数'n'，并且重新排列等式3使得未知参数被收集在等式的左手边，得到：
针对分析的呼吸序列中的呼吸n＝1,2，...，N以矩阵形式写出该等式：
当分析的呼吸序列N包括多于三次呼吸时(即，当N>3时)，这变成超定等式组，并且未知参数三元组{ELV、EPBF·CvCO2、EPBF}，并且因此生理参数ELV、EPBF和CvCO2可以通过寻找超定等式组的近似解来被测定。如本领域所公知的，可以以不同方式例如使用最小二乘法来计算超定等式组的近似解。超定等式组的解将取决于参数△FACO2、CACO2和VTCO2在呼吸循环的分析序列的呼吸循环中的相互关系。
这个等式组(等式5)可以被重写为A·xA＝a，其中
呼吸装置5的控制单元5可以例如被配置成通过将误差|A·xA-a|最小化来计算参数三元组{ELV、EPBF·CvCO2、EBBF}的近似解。使用最小二乘法，解可以被计算为：
xA＝(AT·A)-1·AT·a (等式6)
因此，控制单元5可以根据针对分析的呼吸序列获得的流量和CO2测量结果来测定ELV、EPBF、CvCO2和心输出量的近似值，在分析的呼吸序列期间，患者3使用使呼出的CO2的水平在所述分析的呼吸序列期间变化的通气模式进行通气。为了连续监测ELV、EPBF、心输出量和/或CvCO2，通气模式优选为循环通气模式，并且参数优选由控制单元5基于呼吸-接-呼吸来测定。优选地但非必要地，所述分析的呼吸序列中的呼吸次数与循环通气模式的每个循环中的呼吸次数相对应。
优选地，为了允许根据本发明的原理、独立于ELV来测定EPBF、心输出量和CvCO2，呼吸装置1被配置成使用以上描述的通气模式中的任一种对患者3进行通气，并且控制单元5被配置成仅根据呼出的CO2的水平呈基本稳定状态的呼吸来测定EPBF、心输出量和/或CvCO2，或者根据基本稳定状态的呼吸比非稳定状态的呼吸被更重地加权的呼吸序列来测定EPBF、心输出量和/或CvCO2。一旦EPBF、心输出量和/或CvCO2已经被测定，则控制单元5可以仅根据所述分析的呼吸序列中的瞬时呼吸、或者根据瞬时呼吸比稳定状态的呼吸被更重地加权的呼吸序列、优选地使用所测定的EPBF、心输出量和/或CvCO2的值来测定ELV。
例如，呼吸装置1可以被配置成使用每个循环与图3A所示的通气模式相对应的循环通气模式——即，包括交替的通气减少的三次呼吸(图3A中的B1至B3)和通气增加的三次呼吸(图3A中的B4至B6)的阶段的循环通气模式——对患者3进行通气。对于每次呼吸n，控制单元5根据已知和测量的参数来测定△FACO2(FACO2n-FACO2n-1)、CACO2和VTCO2，并且将△FACO2、△t、CACO2和VTCO2的值代入到等式5中。在循环通气模式的一个循环之后，获得以下六个等式组，其中，等式1和等式4(n＝1、4)源自瞬时呼吸并且等式2至3以及等式5至6(n＝2、3、5、6)源自基本稳定状态的呼吸。
控制单元5可以在这种方案下被配置成通过仅根据源自稳定状态的呼吸的等式2、3、5和6计算EPBF和CvCO2来独立于ELV测定EPBF和CvCO2。因此，测定的EPBF和CvCO2的值然后可以被代入到等式组中，于是所述等式组可以由控制单元5针对ELV来求解。
对于每次呼吸，源自分析的呼吸序列中的最早的呼吸的等式可以由源自最近的呼吸的等式代替，从而可以通过基于呼吸-接-呼吸执行以上计算来连续监测ELV、EPBF、心输出量和CvCO2。
本文中描述的通气模式可以是预定的，这意味着通气模式在用于通气患者之前被确定并且不响应于测量的参数而变化或改变。在其他实施方式中，通气模式可以是基于指示来自患者的对当前应用的通气模式的响应的测量参数自动适应的自适应通气模式。例如，呼吸装置1的控制单元5可以被配置成使用例如由CO2传感器29测量的呼出的CO2的测量结果作为用于对通气模式的呼吸的持续时间和/或量的反馈控制的控制参数。因此，控制单元5可以被配置成使用呼出的CO2反馈控制通气模式中的呼吸的吸气暂停(吸气末和/或吸气前暂停)的持续时间和/或潮气量，以便实现在通气增加和通气减少的阶段之间的过渡中的呼出的CO2的水平的显著变化，并且/或者使呼出的CO2的水平在通气增加和/或通气减少的阶段内呈基本稳定状态。为此，控制单元5可以例如被配置成将所述至少第一呼吸中的呼出的CO2的水平与所述至少第二呼吸中的呼出的CO2的水平进行比较，并且如果所述至少第二呼吸中的呼出的CO2的水平偏离所述至少第一呼吸中的呼出的CO2的水平超过预定量，则引起与所述至少第一呼吸和所述至少第二呼吸在持续时间和/或量上不同的至少第三呼吸的给予，第三呼吸适于使呼出的CO2的水平在当前阶段的至少两次呼吸期间——例如在所述第二呼吸和第三呼吸期间——呈基本稳定的状态。
优选地，即使未用作控制参数或用于计算至少一个生理参数，也测量呼出的CO2。这允许呼吸装置1验证在通气增加和/或通气减少的阶段内达到呼出CO2的基本上稳定的状态，并且因此验证当前应用的通气模式确实允许EPBF、心输出量和/或CvCO2独立于ELV而被测定。呼吸装置1的控制单元5可以被配置成通过比较在所述通气增加或通气减少的阶段的呼吸期间获得的CO2测量结果来测定是否在通气增加或通气减少的阶段内达到了基本稳定的状态。如果没有达到基本稳定的状态，则控制单元5可以被配置成切换到有希望能够使呼出的CO2的水平达到稳定状态的另一通气模式，并且/或者针对呼吸装置的操作者触发警报。此外，控制单元5可以被配置成使示出呼出的CO2的水平随时间的变化的曲线——例如根据由二氧化碳分析仪31获得的测量结果可导出的FetCO2曲线——显示在呼吸装置的显示器37上。

Claims (33)

1.一种能够根据流量或量以及CO2测量结果来非侵入地测定与机械通气的受试者(3)的有效肺容量[ELV]、心输出量、有效肺血流量[EPBF]和/或静脉血的二氧化碳[CO2]含量有关的至少一个生理参数的方法，所述方法包括使用包括至少一个通气减少阶段和至少一个通气增加阶段的通气模式对所述受试者(3)进行通气的步骤，其中，所述通气减少阶段和所述通气增加阶段中的每一者包括在此期间由所述受试者呼出的CO2的水平呈基本稳定状态(SS1、SS2)的至少两次呼吸，其特征在于，所述通气减少阶段和所述通气增加阶段中的至少一者包括相比于前一呼吸在所述呼出的CO2的水平上产生显著变化的至少第一呼吸以及与所述第一呼吸在持续时间和/或量上不同的、用于使所述呼出的CO2的水平呈所述基本稳定状态(SS1、SS2)的至少第二呼吸。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述通气减少阶段和所述通气增加阶段两者均包括相比于前一呼吸在所述呼出的CO2的水平上产生显著变化的至少第一呼吸以及与所述第一呼吸在持续时间和/或量上不同的、用于使所述呼出的CO2的水平呈所述基本稳定状态(SS1、SS2)的至少第二呼吸。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述呼出的CO2的水平上产生显著变化的所述至少第一呼吸是一个单次呼吸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少第二呼吸的持续时间和/或量适于使所述呼出的CO2的水平在所述通气减少阶段和/或所述通气增加阶段中的至少两次连续呼吸期间、并且优选地在所述通气减少阶段和/或所述通气增加阶段的第一次呼吸和第二次呼吸期间呈基本稳定状态。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少第一呼吸和所述至少第二呼吸与各自的前一呼吸在吸气前暂停的持续时间、吸气末暂停的持续时间以及潮气量中的至少一者上不同。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述通气减少阶段中的所述至少第一呼吸包括与所述前一呼吸的任何吸气前暂停相比被延长的吸气前暂停，以便实现所述呼出的CO2的水平上的所述显著变化。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述通气减少阶段中的所述至少第一呼吸包括与所述前一呼吸的任何吸气后暂停相比被延长的吸气后暂停，以便实现所述呼出的CO2的水平上的所述显著变化。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述通气减少阶段中的所述至少第二呼吸包括比所述通气减少阶段中的所述至少第一呼吸的吸气前暂停短的吸气前暂停。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述通气减少阶段中的所述至少第二呼吸不包括或仅包括与所述通气减少阶段中的所述至少第一呼吸相比较短的吸气后暂停和与所述至少第一呼吸的任何吸气前暂停相比被延长的吸气前暂停。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述通气增加阶段中的所述至少第一呼吸是与所述前一呼吸的潮气量相比潮气量增加的呼吸，以便实现所述呼出的CO2的水平上的所述显著变化。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述通气增加阶段中的所述至少第一呼吸包括与所述前一呼吸的任何吸气前暂停相比被缩短的吸气前暂停，以便实现所述呼出的CO2的水平上的所述显著变化。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述通气增加阶段中的所述至少第二呼吸是与所述通气增加阶段中的所述至少第一呼吸相比潮气量减少的呼吸。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述通气增加阶段中的所述至少第二呼吸包括与所述通气增加阶段中的所述至少第一呼吸的任何吸气前暂停相比被延长的吸气前暂停。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：测量由所述受试者(3)呼出的呼气气体中的呼出的CO2，并且使用呼出的CO2作为控制参数用于控制所述至少第二呼吸的持续时间和/或量，以便获得呼出的CO2的所述基本稳定状态水平(SS1、SS2)。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括以下步骤：在所述通气减少阶段和/或所述通气增加阶段中，
-将所述至少第一呼吸中的所述呼出的CO2的水平与所述至少第二呼吸中的所述呼出的CO2的水平进行比较，并且
-如果所述至少第二呼吸中的所述呼出的CO2的水平偏离所述至少第一呼吸中的所述呼出的CO2的水平超过预定量，则给予与所述至少第一呼吸和所述至少第二呼吸在持续时间和/或量上不同的至少第三呼吸，所述第三呼吸适于使所述呼出的CO2的水平呈所述基本稳定状态(SS1、SS2)。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
-根据包括在通气减少阶段内的基本稳定状态的至少两次呼吸和在通气增加阶段内的基本稳定状态的至少两次呼吸的呼吸序列来测定EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量，并且/或者
-根据包括在通气增加阶段与通气减少阶段之间的至少两次瞬时呼吸的呼吸序列来测定ELV，反之亦然。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，仅根据所述呼出的CO2的水平呈基本稳定状态的呼吸、或者根据基本稳定状态的呼吸比非稳定状态的呼吸被更重地加权的呼吸序列来测定EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，仅根据所述呼出的CO2的水平显著不同的呼吸、或者根据瞬时呼吸比稳定状态的呼吸被更重地加权的呼吸序列来测定ELV。
19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述通气减少阶段和所述通气增加阶段中的呼吸总次数是4至10，优选地是5至8，并且最优选地是6至7。
20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述通气模式是包括多个交替的通气减少阶段和通气增加阶段的循环通气模式。
21.一种计算机程序，用于使得能够根据借助于呼吸装置(1)在受试者(3)的机械通气期间获得的流量和CO2测量结果来测定与所述受试者的ELV、心输出量、EPBF和/或静脉血的CO2含量有关的至少一个生理参数，所述计算机程序包括计算机可读代码，所述计算机可读代码在由所述呼吸装置的处理单元(21)执行时使所述呼吸装置使用包括至少一个通气减少阶段和至少一个通气增加阶段的通气模式来对所述受试者进行通气，其中，所述通气减少阶段和所述通气增加阶段中的每一者包括在此期间由所述受试者呼出的CO2的水平呈基本稳定状态(SS1、SS2)的至少两次呼吸，其特征在于，所述计算机可读代码在由所述处理单元(21)执行时，使所述通气减少阶段和所述通气增加阶段中的至少一者包括相比于前一呼吸在所述呼出的CO2的水平上产生显著变化的至少第一呼吸以及与所述第一呼吸在持续时间和/或量上不同的、用于使所述呼出的CO2的水平呈所述基本稳定状态(SS1、SS2)的至少第二呼吸。
22.一种呼吸装置(1)，所述呼吸装置能够根据借助于所述呼吸装置(1)在受试者(3)的机械通气期间获得的流量和CO2测量结果来测定与所述受试者的ELV、心输出量、EPBF和/或静脉血的CO2含量有关的至少一个生理参数，所述呼吸装置包括控制单元(5)，所述控制单元(5)被配置成控制所述呼吸装置的运行，使得使用包括至少一个通气减少阶段和至少一个通气增加阶段的通气模式对所述受试者进行通气，所述通气减少阶段和所述通气增加阶段中的每一者包括在此期间由所述受试者(3)呼出的CO2的水平呈基本稳定状态(SS1、SS2)的至少两次呼吸，其特征在于，所述控制单元(5)被配置成：使所述通气减少阶段和所述通气增加阶段中的至少一者包括相比于前一呼吸在所述呼出的CO2的水平上产生显著变化的至少第一呼吸以及与所述第一呼吸在持续时间和/或量上不同的、用于使所述呼出的CO2的水平呈所述基本稳定状态(SS1、SS2)的至少第二呼吸。
23.根据权利要求22所述的呼吸装置(1)，其中，所述控制单元(5)被配置成使所述通气减少阶段和所述通气增加阶段中的两者均包括相比于前一呼吸在所述呼出的CO2的水平上产生显著变化的至少第一呼吸以及与所述第一呼吸在持续时间和/或量上不同的、用于使所述呼出的CO2的水平呈所述基本稳定状态(SS1、SS2)的至少第二呼吸。
24.根据权利要求22或23所述的呼吸装置(1)，其中，所述控制单元(5)被配置成使所述至少第一呼吸是一个单次呼吸。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的呼吸装置(1)，其中，所述控制单元(5)被配置成使所述至少第二呼吸的持续时间和/或量适于使所述呼出的CO2的水平在所述通气减少阶段和/或所述通气增加阶段中的至少两次连续呼吸期间、并且优选地在所述通气减少阶段和/或所述通气增加阶段中的第一次呼吸和第二次呼吸期间呈基本稳定状态。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的呼吸装置(1)，其中，所述控制单元(5)被配置成使所述至少第一呼吸和所述至少第二呼吸与各自的前一呼吸在吸气前暂停的持续时间、吸气末暂停的持续时间以及潮气量中的至少一者上不同。
27.根据权利要求22至26中任一项所述的呼吸装置(1)，包括用于测量由所述受试者(3)呼出的呼气气体中的呼出的CO2的CO2传感器(29)，其中，所述控制单元(5)被配置成使用呼出的CO2作为控制参数用于控制所述至少第二呼吸的持续时间和/或量，从而获得呼出的CO2的所述基本稳定状态水平(SS1、SS2)。
28.根据权利要求27所述的呼吸装置(1)，其中，所述控制单元(5)在所述通气减少阶段和/或所述通气增加阶段被配置成：
-将所述至少第一呼吸中的所述呼出的CO2的水平与所述至少第二呼吸中的所述呼出的CO2的水平进行比较，并且
-如果所述至少第二呼吸中的所述呼出的CO2的水平偏离所述至少第一呼吸中的所述呼出的CO2的水平超过预定量，则给予与所述至少第一呼吸和所述至少第二呼吸在持续时间和/或量上不同的至少第三呼吸，所述第三呼吸适于使所述呼出的CO2的水平呈所述基本稳定状态(SS1、SS2)。
29.根据权利要求22至28中任一项所述的呼吸装置(1)，包括用于测量由所述受试者(3)呼出的呼气气体中的呼出的CO2的CO2传感器(29)以及用于测量所述呼气气体的流量的流量传感器(27)，所述控制单元(5)被配置成：
-根据包括在通气减少阶段内的基本稳定状态的至少两次呼吸和在通气增加阶段内的基本稳定状态的至少两次呼吸的呼吸序列来测定EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量，并且/或者
-根据包括在通气增加阶段与通气减少阶段之间的至少两次瞬时呼吸的呼吸序列来测定ELV，反之亦然。
30.根据权利要求29所述的呼吸装置(1)，其中，所述控制单元(5)被配置成仅根据所述呼出的CO2的水平呈基本稳定状态的呼吸、或者根据基本稳定状态的呼吸比非稳定状态的呼吸被更重地加权的呼吸序列来测定EPBF、心输出量和/或静脉血的CO2含量。
31.根据权利要求29或30所述的呼吸装置(1)，其中，所述控制单元(5)被配置成仅根据所述呼出的CO2的水平显著不同的瞬时呼吸、或者根据瞬时呼吸比稳定状态的呼吸被更重地加权的呼吸序列来测定ELV。
32.根据权利要求22至31中任一项所述的呼吸装置(1)，其中，所述通气减少阶段和所述通气增加阶段中的呼吸总次数是4至10，优选地是5至8，并且最优选地是6至7。
33.根据权利要求22至32中任一项所述的呼吸装置(1)，其中，所述控制单元(5)被配置成使所述呼吸装置(1)对所述受试者(3)连续地应用所述通气模式，使得所述通气模式变成包括多个交替的通气减少阶段和通气增加阶段的循环通气模式。
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