CN109937065B - 生物电控制通气模式 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及呼吸设备(1)，该呼吸设备被配置成通过在通气模式下对患者(3)进行通气来向患者提供生物电控制通气，在该通气模式下，在检测到指示由患者进行的自主呼吸努力的生物电触发事件时向患者输送患者触发的呼吸。该呼吸设备被配置成监测患者的通气水平，并且被配置成当通气水平降至低于最小通气量阈值时向患者输送非患者触发的呼吸。

Description

生物电控制通气模式
技术领域
本公开内容涉及用于向患者提供生物电控制通气的呼吸设备、方法和计算机程序。
背景技术
在机械通气领域，有各种各样的技术用于调整由通气机提供的通气模式以适应患者自身的呼吸努力。通气机使呼吸气体的供应适应于被通气患者的可检测呼吸努力的通气模式一般被称为辅助通气模式或支持通气模式。以这样的通气模式操作的通气机被称为向患者提供支持通气。
近年来，发展了用于神经调节通气的技术，即通过基于指示至少患者期望吸气和/或呼气的时间点的生物电信号来控制由通气机进行的呼吸气体的供应以使通过通气机向患者提供的通气模式适应于患者的呼吸努力的技术。这种技术的示例是现在临床上固定下来的神经调节通气辅助(NAVA)技术。
进行呼吸的动作是由大脑的呼吸中枢控制的，这决定了每次呼吸的特征，包括定时和大小。呼吸中枢沿膈神经发送信号、激发膈肌细胞，从而引起肌肉收缩和膈膜穹顶的下降。因此，气道中的压力下降，使空气流入肺。
通过NAVA，膈膜的电活动(Edi)被捕获，被馈送至启用NAVA的通气机，以及被用于与患者自身的呼吸努力同步且成比例地辅助患者的呼吸。由于通气机和膈膜的工作由同一信号来控制，因此膈膜与启用NAVA的通气机之间的耦合同时被同步。
在例如WO 1998/48877、WO 1999/62580、WO 2006/131149和WO 2008/131798中进一步描述了NAVA技术。
在一些情况下，可能难以检测或可靠地检测用于在生物电控制通气模式例如NAVA模式下控制通气的生物电信号。这可能是由于在捕获信号时的问题引起，但是也可能是由于患者在生成生物电信号方面的缺陷引起。在这种情况下，为了确保对患者进行充分的通气，呼吸设备可以被配置成从生物电控制通气模式切换至与生物电信号无关的备用通气模式。
US 8,469,026描述了下述呼吸设备，该呼吸设备被配置成如果在呼吸设备的控制输入处不存在生物电信号，则从生物电控制支持模式切换至与生物电信号无关的备用模式。然后呼吸设备保持在备用模式，直到重新获得生物电信号，于是呼吸设备返回至生物电控制通气模式。
上述通气方案的挑战是由于生物电控制通气模式与备用模式之间有时突然转换而使患者有时会经历不适。另一挑战是确保由呼吸设备提供的通气最佳地适应于患者的实际呼吸需求和自然呼吸循环。又一挑战是确保通气最佳地适应于患者的肺力学。
发明内容
根据本公开内容通过本文以及所附权利要求限定的呼吸设备、方法和计算机程序解决了上述挑战。
根据本公开内容的一个方面，提供了一种呼吸设备例如通气机或麻醉机，该呼吸设备被配置成在下述模式下对患者进行通气：在检测到指示由患者进行的自主呼吸努力的生物电触发事件时向患者输送患者触发的呼吸。呼吸设备还被配置成监测患者的通气水平例如患者的每分钟通气量，并且被配置成当通气水平降至低于表示患者的强制性最低通气水平的最小通气量阈值时向患者输送非患者触发的呼吸。
这意味着只要患者的通气水平保持在强制性最低通气水平以上，呼吸设备通常就输送由指示由患者进行的自主呼吸努力的生物电活动触发的患者触发的呼吸。一旦监测的通气水平降至低于强制性最低水平，则向患者输送非患者触发的呼吸以保持通气水平高于强制性最低通气水平。因此，与已知的生物电控制通气模式相比，所提出的生物电控制通气模式具有最小通气量保证。
非患者触发的呼吸的触发通常与生物电信号完全无关，这意味着在检测到指示患者的自主呼吸活动的事件时不输送呼吸。
非患者触发的呼吸可以是由预设参数限定的受控呼吸，或者它可以是由至少在一定程度上可调节的并且取决于患者的肺力学的参数限定的支持呼吸。非患者触发的呼吸是通气机发起的呼吸，其在下文中被称为“强制呼吸”，这是因为当监测的通气水平降至低于最小通气量阈值时，非患者触发的呼吸是被强制施加于患者的。这与患者触发的呼吸形成对比，患者触发的呼吸可以被称为“非强制呼吸”，这是因为它是由患者自身的呼吸努力触发的。
应当注意，强制呼吸的输送并非意味着呼吸设备的通气模式从一种通气模式改变至另一种通气模式。相反，任何强制呼吸的输送都应被视为在生物电控制通气模式期间的强制呼吸的间歇性输送，以确保患者的通气保持在最低通气水平以上。此外，应当注意，强制呼吸不是在固定的时间点被输送的意义上的强制性呼吸，或者不是关于前次呼吸具有预设时间延迟的强制性呼吸。相反，强制呼吸的输送的定时是可调节的并且取决于患者的当前通气水平。
在所提出的类型的生物电控制通气模式下，基于捕获的生物电信号来控制至少非强制呼吸的输送时间。优选地，还基于生物电信号控制非强制呼吸的大小(潮气量、气道流量或气道压力方面)。例如，只要生物电信号是可用的，生物电控制通气模式就可以使呼吸设备根据在公知的神经调节通气辅助(NAVA)的通气模式下操作的呼吸设备来操作，在该模式下，与指示患者的呼吸努力的生物电信号同步且成比例地向患者输送呼吸。
生物电信号可以是指示患者的呼吸努力的任何类型的可测量生物电信号。可用生物电信号的非排他性示例是表示上呼吸道(例如，咽喉区域)中的膈膜或肌肉的电活动的EMG(肌电图)信号以及表示大脑的呼吸中枢的电活动的EEG(脑电图)信号。
在示例性且非限制性实施方式中，当监测的通气水平降至低于最小通气量阈值时向患者输送的强制呼吸是一种压力支持呼吸。在压力支持通气中，通常通过检测到气动触发事件例如呼吸回路中的压力下降来触发对呼吸的输送，由此将预设压力施加至患者的气道达由所谓的循环关闭标准确定的时间段。循环关闭标准通常是吸气流量的阈值，并且通常被设定为最大吸气流量的特定百分比例如在最大吸气流量的30％至70％范围内的值。与常规的压力支持呼吸相比，强制呼吸可以是一种不通过气动触发事件触发的压力支持呼吸。代替地，强制型压力支持呼吸是通过针对所监测的患者的通气水平的触发条件来触发，而强制呼吸的持续时间(例如呼吸的吸气阶段的持续时间)可以通过常规的吸气流量的循环关闭标准来确定。这意味着虽然在非患者触发的意义上是强制呼吸，但是强制呼吸的持续时间可以适应于患者的肺力学。以这种方式，可以使由强制呼吸的间歇性输送引起的不适和肺压力最小化，从而使对患者的自主呼吸和对机械通气的撤机时间产生不利影响的风险最小化。
在其他示例性实施方式中，强制呼吸可以是压力控制呼吸、体积控制呼吸或双水平气道正压(BiPap)控制呼吸中的任一种。
在一些实施方式中，呼吸设备可以被配置成与使用针对所监测的患者的通气水平的第一触发条件并行地使用针对第二且基于时间的触发条件来输送强制呼吸。这意味着呼吸设备可以被配置成在满足第一触发条件和第二触发条件中的任一个时向患者输送强制呼吸。基于时间的触发条件可以是自前次呼吸的输送起经过的时间的最大时间，从而限定连续呼吸之间的最大时间间隔。这具有即使在患者的整体通气量远高于最小通气量阈值的情况下，也确保患者在合理的时间段内接收到呼吸的效果。在示例性实施方式中，最大时间可以被设定为15秒。
在一些实施方式中，呼吸设备可以被配置成在检测到指示由患者进行的自主呼吸努力的气动触发事件时也向患者输送呼吸。这具有在所提出的生物电控制通气模式下为呼吸设备提供备用功能的效果，该备用功能允许同样在无法检测到或无法可靠地检测到生物电信号的情况下与患者的自主呼吸努力同步地输送呼吸。
在一些实施方式中，呼吸设备可以被配置成检测生物电触发事件和气动触发事件二者，并且被配置成在先来先服务的基础上向患者输送呼吸，这意味着一检测到生物电触发事件或气动触发事件中任一个就向患者输送呼吸。由于生物电触发事件和气动触发事件二者都将使向患者输送呼吸，并且因此防止了所监测的通气水平降至低于最小通气量阈值，这具有使不期望的强制呼吸的输送最小化的效果。
在其他实施方式中，呼吸设备可以被配置成仅响应于检测到生物电触发事件(而非气动触发事件)达第一时间段而输送呼吸，并且被配置成响应于在第一时间段之后的第二时间段期间检测到生物电触发事件或气动触发事件中的任一个而输送呼吸。这具有使呼吸的生物电触发优先的附加效果，这使得呼吸的特征能够适应于生物电信号，并且因此适应于被认为最能表示患者的真实呼吸需求的内容。
气动触发的呼吸可以是任何类型的呼吸，例如传统的压力支持呼吸或体积支持呼吸。
所监测的通气水平优选地是每时间单位由患者吸入和/或呼出的气体体积的度量。
在一些实施方式中，所监测的患者的通气水平是患者的每分钟通气量。因此，呼吸设备可以被配置成监测患者的每分钟通气量，并且被配置成当每分钟通气量降至低于特定阈值时向患者输送强制呼吸，以维持强制性每分钟通气量(MMV)。所监测的每分钟通气量可以是患者的运行每分钟通气量，这意味着它是在运行时间窗内对患者的每分钟通气量的度量。运行时间窗的持续时间可以例如是预设时间段或由预定呼吸次数限定的时间段。
根据本公开内容的另一方面，提供了一种通过在通气模式下对患者进行通气来向患者提供生物电控制通气的方法，在该通气模式下，在检测到指示由患者进行的自主呼吸努力的生物电触发事件时向患者输送患者触发的呼吸(即，非强制呼吸)。该方法还包括以下步骤：监测患者的通气水平例如患者的每分钟通气量；以及当通气水平降至低于特定阈值时向患者输送非患者触发的呼吸(即，强制呼吸)。
在一些实施方式中，该方法可以包括以下步骤：同样当自前次呼吸被输送至患者起已经过特定时间段时输送强制呼吸。
在一些实施方式中，该方法可以包括以下步骤：同样在检测到指示由患者进行的自主呼吸努力的气动触发事件时向患者输送呼吸。
在一些实施方式中，强制呼吸可以是一种压力支持呼吸，由此该方法可以包括以下步骤：例如通过采用吸气流量的循环关闭标准使强制型压力支持呼吸的持续时间适应于患者的肺力学。
根据本公开内容的另一方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序用于使呼吸设备通过在通气模式下对患者进行通气来向患者提供生物电控制通气，在该通气模式下，在检测到指示由患者进行的自主呼吸努力的生物电触发事件时向患者输送患者触发的呼吸(即，非强制呼吸)。该计算机程序包括计算机可读代码段，该计算机可读代码段在由呼吸设备的处理器执行时使呼吸设备监测患者的通气水平例如患者的每分钟通气量，以及当通气水平降至低于特定阈值时向患者输送非患者触发的呼吸(即，强制呼吸)。
该计算机程序还可以包括代码段，该代码段在由处理器执行时使呼吸设备执行上述方法步骤中的任一个。
根据本公开内容的又一方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储上面提及的计算机程序的非易失性存储器。
鉴于下文中的详细描述，新型生物电控制通气模式的其他方面和优点将变得明显。
附图说明
根据下文中提供的详细描述和仅以说明的方式给出的附图将更充分地理解本公开内容的实施方式。在不同的附图中，相同的附图标记对应于相同的元素。
图1示出了根据本公开内容的示例性实施方式的呼吸设备。
图2示出了在使用所提出的生物电控制通气模式对患者进行通气的示例性场景中的作为时间的函数的患者的每分钟通气量。
图3示出了在使用所提出的生物电控制通气模式对患者进行通气的另一示例性场景中的作为时间的函数的患者的每分钟通气量。
图4示出了根据本公开内容的示例性实施方式的强制呼吸的压力-时间关系和流量-时间关系。
图5是示出了根据本公开内容的示例性实施方式的向患者提供生物电控制通气的方法的流程图。
图6是示出了根据本公开内容的另一示例性实施方式的向患者提供生物电控制通气的方法的流程图。
具体实施方式
现在将参照示例性且非限制性实施方式对具有最小每分钟通气量保证的新型生物电控制通气模式进行描述。
图1示出了用于向患者3提供通气治疗的呼吸设备1例如通气机或麻醉机。呼吸设备1经由吸气线5和呼气线7连接至患者3，吸气线5用于将呼吸气体供应至患者3，呼气线7用于将呼出气体传送离开患者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，该公共线经由患者连接器13例如面罩或气管导管连接至患者3。
呼吸设备1还包括控制单元15，控制单元15用于基于预设参数和/或由呼吸设备的各种传感器获得的测量结果来控制对患者3的通气。控制单元15通过控制呼吸设备1的气动单元17来控制对患者3的通气，该气动单元17一方面连接至一个或更多个气源19、21并且另一方面连接至吸气线5，以用于调节输送至患者3的呼吸气体的流量和/或压力。为此，气动单元17可以包括通气领域中公知的各种气体混合和调节装置，例如气体混合室、可控气体混合阀以及一个或更多个可控吸气阀。
控制单元15包括处理单元23例如微处理器以及非易失性存储器硬件装置25，非易失性存储器硬件装置25存储用于根据本文中描述的原理来控制呼吸设备1的操作的计算机程序。除非另有说明，否则下文中描述的动作和方法步骤在由处理单元23执行存储在存储器25中的计算机程序的不同代码段时由呼吸设备1的控制单元15执行或引起。
呼吸设备1还包括生物电传感器装置27，生物电传感器装置27耦接至呼吸设备1的控制单元15并且被配置成检测指示患者的呼吸努力的生物电信号。当呼吸设备1在生物电控制通气模式下操作时，控制单元15基于由生物电传感器装置27检测到的生物电信号来控制气动单元，并且因此控制对患者3的通气。
控制单元15基于由生物电传感器装置27捕获的生物电信号来控制对患者3的通气意味着控制单元15使用生物电信号至少用于将向患者3输送的呼吸的触发，即，用于确定吸气阶段的开始时间。控制单元15还可以使用生物电信号来控制其他呼吸相关参数，例如在呼吸期间施加的气道压力、呼吸的循环关闭的时间等。优选地，控制单元15使用生物电信号来控制输送至患者3的呼吸的定时和大小二者。
在图1中所示的示例性实施方式中，生物电传感器装置27是用于记录患者3的膈膜EMG的EMG检测器。为此，生物电传感器装置27包括用于从患者3的膈膜捕获肌电信号(EMG信号)的食道导管29。导管29包括产生多个子信号的多个电极31。然后由控制单元15处理子信号以计算表示膈膜的电活动并且因此指示患者的呼吸努力的信号——Edi信号。然后，控制单元15使用Edi信号以与患者自身的呼吸努力同步且成比例地控制到患者3的呼吸气体的供应，如例如在WO 1998/48877和WO 1999/62580中更详细描述的。
虽然以食道导管装置的形式进行了例示，但是生物电传感器装置27可以是本领域中已知的用于对指示受试者呼吸努力的生物电信号进行检测的任何生物电传感器装置。例如，生物电传感器装置可以包括放置在患者3的胸腔、腹部或膈神经附近的多个表面电极以感测并且过滤出用于控制呼吸设备1的膈膜EMG信号。根据另一示例，可以将生物电传感器装置设计成检测患者3的咽喉EMG信号，并且根据在共同未决的国际申请第PCT/SE2015/050369号中描述的原理使用咽喉EMG信号来进行呼吸设备的生物电控制。根据又一示例，生物电传感器装置27可以被配置成例如借助于头皮EEG电极来检测表示患者大脑的呼吸中枢的电活动的EEG信号，并且被配置成使用EEG信号来进行呼吸设备1的生物电控制。例如，在Grave de Peralta等人,Patient Machine Interface for the Control of MechanicalVentilation Devices,Brain Sci.2013,3,1554-1568,doi:10.3390/brainsci3041554中进一步讨论了EEG信号在呼吸设备的生物电控制中的使用。
在生物电控制通气模式下，控制单元15还被配置成连续监测患者3的通气水平。为此，控制单元15被配置成监测指示患者3的当前通气水平的至少一个参数。优选地，至少一个监测的参数指示每时间单位吸入和/或呼出气体的体积。例如，控制单元15可以被配置成监测患者3的每分钟通气量，并且使用每分钟通气量作为患者3的通气水平的度量。
可以例如由控制单元15确定每分钟通气量作为每分钟患者3吸入的气体体积(吸入的每分钟通气量)或呼出的气体体积(呼出的每分钟通气量)。为此，呼吸设备1可以包括用于测量吸气流量和/或呼气流量的流量传感器33，由此控制单元15可以被配置成根据由流量传感器33获得的测量结果来计算患者3的每分钟通气量。在图1中所示的示例性实施方式中，流量传感器33位于Y形件11中或接近Y形件11，并且被配置成测量吸气流量和呼气流量中的任一者或二者。通过流量传感器33获得的测量信号经由信号线35传送至控制单元15，由此控制单元15使用该测量信号来计算患者3的每分钟通气量。在其他示例性实施方式中，具有相同功能的流量传感器可以被布置在呼吸设备1的相应的吸气模块和呼气模块内。
计算出的每分钟通气量应当反映患者3的当前通气水平，并且可以由控制单元15以不同方式进行计算。例如，可以在运行时间窗内计算每分钟通气量作为患者3的每分钟通气量。时间窗可以具有固定的持续时间例如30秒，或者具有由预定次数的呼吸例如十次呼吸限定的可变持续时间。
如果计算出的每分钟通气量以及因此患者3的通气水平降至低于表示患者3的强制性每分钟通气量(MMV)的预设阈值，则控制单元15控制气动单元17向患者3输送强制呼吸。因此，与只要监测到的每分钟通气量保持在MMV以上就向患者3输送的非强制生物电触发的呼吸相比，在每分钟通气量降至低于MMV时向患者3输送的呼吸是并非由患者触发的强制呼吸。
患者3的MMV或最低强制性通气水平的任何其他度量可以由控制单元15基于患者数据和/或由呼吸设备1的操作者输入的通气参数来确定，或者它可以由操作者手动设定。
患者3的每分钟通气量可能会由于若干原因降至低于期望的MMV，所述若干原因例如如果支持水平(例如，NAVA增益的水平)被设定得低并且患者的呼吸肌逐渐疲劳。因此，除了在每分钟通气量降至低于MMV时使输送强制呼吸以外，呼吸设备1的控制单元15可以有利地被配置成当每分钟通气量降至低于设定的MMV时向操作者进行指示，以及可选地建议由操作者采取的一个或更多个动作以使患者3的每分钟通气量增加。例如，控制单元15可以被配置成例如通过在呼吸设备1的显示单元上显示建议来向操作者建议应当增加支持水平。在又一实施方式中，控制单元15可以被配置成如果每分钟通气量降至低于设定的MMV，则自动增加支持水平。在基于患者3的每分钟通气量与设定的MMV之间的关系自动控制支持水平的示例性实施方式中，控制单元15可以被配置成如果每分钟通气量反复降至低于设定的MMV例如达多于预设的每分钟呼吸次数，则自动增加支持水平。
图2至图3示出了使用所提出的具有最小每分钟通气量保证的生物电控制通气模式对患者进行通气的两个示例性场景。附图中的曲线图表示作为时间的函数的患者3的吸入的每分钟通气量MV(t)，以及线MMV表示患者的强制性每分钟通气量。
同时参照图2和图3，控制单元15在表示为t0至t4的时间点处检测到生物电触发事件。响应于每个生物电触发事件，控制单元15控制气动单元17向患者3输送呼吸，使得吸入的呼吸气体的体积增加。在该示例性实施方式中，根据公知的NAVA通气原理来输送呼吸，这意味着例如通过向患者3施加与生物电信号的大小成比例的气道压力来使呼吸不仅与检测到的生物电信号同步地输送，而且与检测到的生物电信号成比例地输送。
在该示例性场景中，响应于在时间点t0至t4处检测到的生物电触发事件而向患者3输送的非强制呼吸足以使MV(t)保持在MMV以上。然而，在时间点t5处，MV(t)降至低于MMV，这使得向患者3输送强制呼吸。
强制呼吸可以是通气领域中已知的任何类型的呼吸，例如压力控制(PCV)呼吸、体积控制(VCV)呼吸或BiPap呼吸。强制呼吸也可以是非患者触发型压力支持呼吸或体积支持呼吸。在一些实施方式中，强制呼吸的特征可以与由生物电传感器装置27捕获的生物电信号无关。在其他实施方式中，可以基于在由呼吸设备1输送强制呼吸之前捕获的生物电信号使强制呼吸的特征适应于患者3的呼吸需求。
强制呼吸的特征可以由包括以下中的任一个或任意组合的通气参数限定：呼气末正压(PEEP)、设定的吸气量(Vinsp)、设定的吸气压力(Pinsp)、潮气量(Vt)、吸气时间(tinsp)和吸气暂停的持续时间(tpause)。
在所示实施方式中，在时间点t5处向患者3输送的强制呼吸是强制型压力支持呼吸，强制呼吸的输送时间由患者3的通气水平确定，并且强制呼吸的持续时间至少部分地由患者的肺力学确定。优选地，当满足吸气流量的循环关闭标准时，通过中断呼吸气体的供应使强制呼吸的持续时间适应于患者3的肺力学。
图4示出了针对无论何时MV(t)降至低于MMV阈值都可以向患者3输送的强制型压力支持呼吸的流量-时间关系(虚线)和压力-时间关系(实线)。当MV(t)在时间点t5处达到MMV阈值时，控制单元15使呼吸气体以气道压力PAW输送至患者。气道压力PAW的目标值可以由控制单元基于患者数据和/或其他通气设置来预先确定，或者气道压力PAW的目标值可以由呼吸设备1的操作者来预设。
在一些实施方式中，控制单元15可以被配置成基于由生物电传感器装置27先前捕获的生物电信号的特征来确定气道压力PAW的目标值。例如，气道压力PAW的目标值可以由控制单元15基于在一次或更多次先前的患者触发的呼吸期间例如在时间点t1至t4处向患者3输送的呼吸期间施加至患者的气道压力来确定，该压力又取决于在那些时间点处捕获的生物电信号。参照图1，气道压力PAW可以由位于患者回路中的Y形件11中或接近患者回路中的Y形件11并且经由信号线39耦接至控制单元15的压力传感器37测量，由此控制单元15可以基于由压力传感器37获得的压力测量结果来控制到患者3的呼吸气体的供应，以获得期望的气道压力。除了基于先前捕获的生物电信号确定强制呼吸的气道压力PAW以外或者与基于先前捕获的生物电信号确定强制呼吸的气道压力PAW组合，控制单元15可以被配置成基于先前捕获的生物电信号确定强制呼吸的潮气量。例如，控制单元15可以被配置成将强制呼吸的潮气量设定为由先前捕获的生物电信号得到的潮气量。
强制呼吸的持续时间可以由预设的循环关闭标准确定，在该示例性实施方式中，循环关闭标准是与最大吸气流量Qmax的30％相对应的吸气流量水平。在图4中表示为tCO的时间点处，当吸气流量降低至最大吸气流量的30％的循环关闭水平时，中断到患者的呼吸气体的供应并且借助于呼吸设备1的呼气控制装置将气道压力降低至呼气水平(其可以是零压力或呼气末正压)，从而允许患者3呼气。如本领域所公知的，吸气流量的循环关闭标准具有通过使吸气阶段的持续时间取决于患者的肺的顺应性以及由患者进行的实际呼气努力来使呼吸的持续时间适应于患者的肺力学的效果。由控制单元15使用的以根据上述原理控制强制呼吸的持续时间的流量可以例如是由图1中的流量传感器33测量的并且基本上与通过患者3的气道的气体流量相对应的吸气流量QAW。
因此，当满足患者3的最低通气水平的条件时由呼吸设备1输送的强制呼吸可以是一种基于患者3的肺力学在持续时间上适应性调整的压力支持呼吸。如上面提及的，也可以通过基于在至少一次先前的患者触发的呼吸期间捕获的至少一个生物电信号对强制呼吸(例如，施加的气道压力)的大小进行调整来使强制呼吸适应于患者的呼吸需求。
再次参照图3，附加地，可以对所提出的生物电控制通气模式适应性调整以同样提供最小呼吸率(RR)保证。这可以通过采用针对自前次呼吸的输送起已经过的时间的触发条件来实现，该条件可以与针对患者3的通气水平的触发条件并行使用。在图3中所示的示例性场景中，在时间点t5处输送强制呼吸。然而，与在图2中所示的示例性场景相比，这不是因为患者3的通气水平(MV(t))降至低于最小通气水平。代替地，这是因为自在时间点t4处发生的前次呼吸的输送时间起已经过特定时间tmax的事实。在下文中被称为超时参数的参数tmax设定了在所提出的生物电控制通气模式下连续呼吸之间的最大时间间隔。
参数tmax可以由控制单元15基于患者数据和/或通气设置来自动确定，或者它可以由呼吸设备1的操作者手动设定。在一些实施方式中，tmax可以是可变的并且可以由控制单元15基于由生物电传感器装置27先前捕获的生物电信号的特征来自动调整。以这种方式，控制单元15可以将强制性最小呼吸率调整至如由先前检测到的指示患者的呼吸努力的生物电信号所反映的患者3的预期呼吸需求。
根据以上清楚的是，所提出的生物电控制通气模式采用至少两个触发条件。第一触发条件是针对由生物电传感器装置27捕获的生物电信号的生物电触发条件。生物电触发条件可以例如是生物电信号的阈值。当满足生物电触发条件时，发生指示患者3期望呼吸的“生物电触发事件”型的触发事件。检测到生物电触发事件触发例如以根据触发呼吸的生物电信号选择的气道压力输送的常规NAVA呼吸的形式的非强制的、患者触发的呼吸的输送。
第二触发条件是针对患者3的通气水平例如患者的每分钟通气量的阈值的触发条件。当满足针对患者的通气水平的触发条件时，发生指示患者3的通气水平即将降至低于所设定的患者的最小通气量的“通气水平触发事件”型的触发事件。检测到通气水平触发事件触发强制的、非患者触发的呼吸例如上述类型的强制压力支持呼吸的输送。
如上参照图3所讨论的，在一些实施方式中，生物电控制通气模式还可以具有最小呼吸率保证。这通过采用以针对自前次呼吸的输送起经过的时间的触发条件的形式的第三触发条件来实现，例如通过设定限定两次连续呼吸之间的最大时间间隔的超时参数tmax的值来实现。当满足针对自前次呼吸的输送起经过的时间的触发条件时，发生“超时触发事件”型的触发事件。检测到超时触发事件触发向患者输送强制的、非患者触发的呼吸例如上述类型的强制压力支持呼吸。
在一些实施方式中，生物电控制通气模式还可以采用气动触发条件，即针对响应于由患者3进行的呼吸努力可检测的方式的呼吸努力而变化的测量的压力和/或流量的触发条件。测量的压力和/或流量可以例如是由图1中的压力传感器37和/或流量传感器33测量的压力和/或流量。气动触发条件可以例如是测量的压力或流量的阈值。当满足气动触发条件时，发生“气动触发事件”型的触发事件。至少在某些情况下，检测到气动触发事件可以触发向患者输送非强制的、患者触发的呼吸。
当与生物电触发条件并行地采用气动触发条件时，在一些实施方式中，控制单元15可以被配置成响应于检测到生物电触发事件和气动触发事件中的任一个而使得在先来先服务的基础上输送非强制的、患者触发的呼吸。
在其他实施方式中，呼吸设备1可以被配置成仅响应于检测到生物电触发事件(而非气动触发事件)达第一时间段而输送呼吸，以及被配置成响应于在第一时间段之后的第二时间段期间检测到生物电触发事件或气动触发事件中的任一个而输送呼吸。
气动触发的呼吸可以是任何类型的呼吸，例如传统的压力支持呼吸或体积支持呼吸。
可以以不同的方式确定何时满足通气水平触发条件或超时触发条件。
在一个示例性实施方式中，控制单元被配置成在由呼吸设备输送的每次呼吸(包括非强制的患者触发的呼吸和强制的非患者触发的呼吸二者)之后，计算发生未来通气水平触发事件的时间tVL_trig——患者在经过时间tVL_trig之前未触发任何非强制呼吸——即由于患者的通气水平降至低于设定的最低通气水平而输送强制呼吸的时间。该时间tVL_trig可以由控制单元15根据如在最近的呼吸输送之后计算的当前通气水平和最小通气量阈值来计算。
在示例性实施方式中，控制单元15被配置成计算tVL_trig并在由呼吸设备输送的每次呼吸之后启动定时器，以及在定时器值达到tVL_trig时确定已经发生通气水平触发事件。以这种方式，当患者的当前通气水平降至低于设定的最低通气水平时，将向患者输送强制呼吸。
为了实现呼吸率保证的功能，控制单元15还可以被配置成在定时器值达到设定的超时参数tmax时确定已经发生超时触发事件。以这种方式，无论何时当定时器值达到tVL_trig和tmax中的任一个时——无论哪一个先发生——都将向患者输送强制呼吸，从而提供最小每分钟通气量保证和最小呼吸率保证二者。
根据另一实施方式，控制单元15可以被配置成始终对未来通气水平触发事件发生剩余的时间tVL_remain保持追踪。这可以由控制单元15在任何给定时间点处通过基于如由控制单元15在最近的呼吸(其可以是非强制的、患者触发的呼吸或者强制的、非患者触发的呼吸)输送之后计算的患者的当前通气水平、自输送最近的呼吸起经过的时间以及最小通气量阈值来计算tVL_remain来实现。如果如上所述进行设计，则控制单元15可以简单地将tVL_remain确定为tVL_trig减去当前定时器值。在这种情况下，为了实现附加的最小呼吸率保证，无论呼吸是由通气水平触发事件的发生触发的还是由超时触发事件的发生触发的，控制单元15可以被配置成将输送未来强制呼吸剩余的时间tVL_remain计算为：如果tVL_trig<tmax，则tremain＝tVL_trig-定时器值(式1)，如果tVL_trig>tmax，则tremain＝tmax-定时器值(式2)，并且当tremain为零时向患者输送强制呼吸。
应当理解，任何非强制的、患者触发的呼吸都会使患者3的通气水平增加，并且因此具有延长tremain从而推迟向患者3输送强制的、非患者触发的呼吸的效果。通过如上所述对控制单元15进行配置，鼓励患者3的自主呼吸，并且仅在需要将患者3的通气水平维持在设定的最低通气水平以上时，或者仅在需要避免连续呼吸之间太长的时间间隔时才输送强制呼吸。
在一些实施方式中，控制单元15还可以被配置成忽略在患者的通气水平接近最小通气量阈值的时间点处例如在MV(t)接近MMV时发生的生物电触发事件的检测。例如，控制单元可以被配置成当直到输送强制呼吸剩余的时间tremain已经降至低于预定阈值例如1秒的阈值时忽略生物电触发事件。这样做的效果是避免小的非强制呼吸(例如，由弱生物电触发事件引起)后面紧接着较大的强制呼吸(例如，由通气水平触发事件引起)的情况，这种情况可能引起患者的不适并且使呼吸设备1中的适当的流量和压力调节变得困难。
图5是示出根据本公开内容的示例性实施方式的向患者提供生物电控制通气的方法的流程图。
在通气模式下对患者进行通气，其中，在检测到指示由患者进行的自主呼吸努力的生物电触发事件时向患者输送非强制的、患者触发的呼吸，并且其中，在检测到指示患者的通气水平例如患者的每分钟通气量(MV)已经降至低于最小通气量阈值例如设定的患者的最小每分钟通气量时向患者输送强制的、非患者触发的呼吸。
在第一步骤S51中，与监测指示患者的通气水平的量(S51b)例如计算的患者的每分钟通气量一起地监测指示由患者进行的自主呼吸努力的生物电信号(S51a)。
在第二步骤S52中，确定是否已经发生生物电触发事件(S52a)，或者是否已经发生通气水平触发事件(S52b)。如上面所讨论的，例如可以通过确定生物电信号的幅度是否超过特定阈值(触发阈值)来检测生物电触发事件，以及例如可以通过确定患者的每分钟通气量是否已经降至低于设定的最小每分钟通气量来检测通气水平触发事件。
如果在步骤S52a中确定已经发生生物电触发事件，则该方法进行至步骤S53a，在步骤S53a中，向患者输送非强制的且患者触发的呼吸。如上面所讨论的，该呼吸可以例如是通常向在NAVA模式下被通气的患者输送的呼吸类型，即，与生物电信号同步且成比例地输送的呼吸。
另一方面，如果在步骤S52b中检测到通气水平触发事件，则该方法进行至步骤S53b，在步骤S53b中，向患者输送强制的且非患者触发的呼吸。如上面所讨论的，该呼吸可以例如是使用吸气流量的循环关闭标准进行的强制型压力支持呼吸。
然后，通过对生物电信号和患者的通气水平进行监测来再次重新开始该方法。
图6是示出根据本公开内容的另一示例性实施方式的向患者提供生物电控制通气的方法的流程图。
图6中所示的方法与图5中所示的方法的不同之处仅在于采用附加的触发条件来输送强制的、非患者触发的呼吸。该触发条件是上面讨论的针对自前次呼吸的输送起经过的时间的触发条件，该触发条件用于设定连续呼吸之间的最大时间间隔。
在第一步骤S61中，与监测生物电信号(步骤S61a，与步骤S51a相对应)以及监测患者的通气水平(步骤S61b，与步骤S51b相对应)并行地监测自前次呼吸的输送起经过的时间(S61c)。
在第二步骤S62中确定是否已经发生生物电触发事件(步骤S62a，与步骤S52a相对应)，是否已经发生通气水平触发事件(步骤S62b，与步骤S52b相对应)，或者是否已经发生超时触发事件(S62c)。如上面所讨论的，当自前次呼吸的输送起经过的时间达到由超时参数tmax限定的设定的最大值时，发生超时触发事件。
如果在步骤S62a中确定已经发生生物电触发事件，则该方法进行至与图5中的步骤S53a相对应的步骤S63a。
如果在步骤S62b中确定已经发生通气水平触发事件，则该方法进行至与图5中的步骤S53b相对应的步骤S63b。
如果在步骤S62c中确定已经发生超时触发事件，则该方法也进行至步骤S63b，这意味着向患者输送强制的、非患者触发的呼吸例如使用吸气流量的循环关闭标准进行的强制型压力支持呼吸。
然后，通过对生物电信号、患者的通气水平以及自最近输送的呼吸的输送起经过的时间进行监测来再次重新开始该方法。

Claims (9)

1.一种呼吸系统，其被配置成向患者提供生物电控制通气，所述呼吸系统包括：
呼吸设备，其被配置成向所述患者供应呼吸气体；
第一传感器，检测对应于所述患者的通气水平的数据；
第二传感器，检测对应于与由所述患者进行的自主呼吸努力相关联的生物电触发事件的数据；以及
控制单元，其耦接至所述呼吸设备、所述第一传感器和所述第二传感器，所述控制单元基于来自所述第二传感器的所述数据来控制所述呼吸设备输送患者触发的呼吸，其中，当来自所述第二传感器的所述数据满足生物电触发条件时，发生生物电事件，以及当来自所述第一传感器的所述数据指示通气水平低于最小通气量阈值水平时，所述控制单元控制所述呼吸设备输送非患者触发的呼吸。
2.根据权利要求1所述的呼吸系统，其中，所述第一传感器被配置成使用所述患者(3)的每分钟通气量的度量作为所述患者的所述通气水平的指示，并且所述控制单元被配置成当所述每分钟通气量降至低于最小每分钟通气量阈值时控制所述呼吸设备输送非患者触发的呼吸。
3.根据前述权利要求中任一项所述的呼吸系统，其中，所述控制单元被配置成当自前次呼吸被输送至所述患者起已经过特定时间段时控制所述呼吸设备输送非患者触发的呼吸。
4.根据权利要求1和2中任一项所述的呼吸系统，其中，所述非患者触发的呼吸是具有适应于所述患者(3)的肺力学的持续时间的呼吸。
5.根据权利要求4所述的呼吸系统，其中，所述控制单元被配置成通过采用吸气流量的循环关闭标准使所述非患者触发的呼吸的持续时间适应于所述患者的肺力学。
6.一种其中存储有计算机程序的非易失性存储介质，所述计算机程序在呼吸设备(1)上运行时使所述呼吸设备(1)通过在通气模式下对患者(3)进行通气来向所述患者提供生物电控制通气，在所述通气模式下，在检测到(S52a；S62a)指示由所述患者进行的自主呼吸努力的生物电触发事件时向所述患者输送(S53a；S63a)患者触发的呼吸，其中，当由所述呼吸设备(1)的第二传感器检测的指示所述患者的呼吸努力的生物电信号满足生物电触发条件时，发生生物电触发事件，所述非易失性存储介质的特征在于，所述计算机程序包括计算机可读代码段，所述计算机可读代码段在由所述呼吸设备的处理器(23)执行时使所述呼吸设备执行以下操作：
-监测(S51b；S61b)所述患者的通气水平，以及
-当所述通气水平降至低于最小通气量阈值时向所述患者输送(S53b；S63b)非患者触发的呼吸。
7.根据权利要求6所述的非易失性存储介质，其中，所述计算机可读代码段在由所述处理器(23)执行时使所述呼吸设备(1)执行以下操作：
-当检测到生物电触发事件时向所述患者(3)输送患者触发的呼吸。
8.根据权利要求6或7所述的非易失性存储介质，其中，所述计算机可读代码段在由所述处理器(23)执行时使所述呼吸设备(1)执行以下操作：
-监测作为所述通气水平的指示的所述患者(3)的每分钟通气量的度量，以及
-当所述每分钟通气量降至低于最小每分钟通气量阈值时向所述患者输送非患者触发的呼吸。
9.根据权利要求6或7所述的非易失性存储介质，其中，所述计算机可读代码段在由所述处理器(23)执行时使所述呼吸设备(1)执行以下操作：
-当自前次呼吸被输送至所述患者起已经过特定时间段时输送非患者触发的呼吸。
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