CN110035780B - 用于去除二氧化碳的系统 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及用于从患者(3)的循环系统中去除二氧化碳[CO2]的系统(1)，该系统包括：医疗装置(5)，用于通过从患者的血液中进行CO2的体外去除来向患者(3)提供体外肺辅助[ECLA]治疗；至少一个控制单元(22A至22C)，用于控制医疗装置(5)的操作，以控制通过ECLA治疗获得的CO2去除程度；以及生物电传感器(7)，用于检测指示患者的呼吸努力的生物电信号。所述至少一个控制单元(22A至22C)被配置成基于所检测到的生物电信号来控制医疗装置(5)的操作。

Description

用于去除二氧化碳的系统
技术领域
本发明涉及用于危重患者中血液的氧合以及去除二氧化碳(CO2)的重症监护设备的领域。特别地，本发明涉及用于通过从患者的血液中进行CO2的体外去除来向患者提供体外肺辅助(ECLA)治疗的医疗装置，并且涉及包括这种医疗装置的系统。本发明还涉及用于从患者的血液中进行CO2的体外去除的方法。
背景技术
用于从人体血液中进行CO2的体外去除的呼吸机和医疗装置是众所周知的重症监护设备的示例，这些装置用于为肺功能降低的患者提供通气以及有时提供循环支持。
呼吸机用于通过向患者的肺供应含有氧气的呼吸气体来为患者提供呼吸治疗，从而通过肺内的气体交换允许从患者的循环系统中去除CO2并将氧气添加至患者的循环系统中。
用于从人体血液中进行CO2的体外去除的医疗装置例如心肺机和体外膜氧合(ECMO)机器主要用于在常规和微创治疗例如机械通气不足的情况下为肺和/或心脏功能降低的患者提供通气和循环支持。通常，这种医疗装置模仿肺的功能或者心脏和肺二者的功能。富含二氧化碳的血液从患者流出并被泵送至体外氧合器，该体外氧合器通过在富氧血液返回至患者的循环系统之前去除CO2并向血液中添加氧气而被用作人工肺。作为机器产生的血流的体外氧合的一部分，允许从患者的循环系统中去除CO2的治疗在本文中将被称为体外肺辅助治疗(ECLA)。同样地，适于向患者提供ECLA治疗的医疗装置在下文中将被称为ECLA装置。在医学文献中，ECLA治疗还可以被称为二氧化碳的体外去除(ECCO2R)。在整个二氧化碳/氧气交换发生在患者体外的更加极端的情况下，该治疗有时被称为体外膜氧合(ECMO)。
与遭受肺容量严重降低的患者的呼吸治疗相关联的一个问题是患者的肺充分通气所需的相对大潮气量和高气道压力。具有大潮气量和/或高压力的高强度通气可能损伤患者的肺部系统。
与ECLA治疗相关联的一个问题是：为了通过ECLA装置产生充足的血液流量，需要大血管(静脉和动脉)进行插管，并且需要大的导管和管来输送血液。这使得将患者连接至ECLA装置的程序变得至关重要，通常需要专门的血管外科医生的注意。
在现有技术中，已经建议使ECLA治疗和呼吸治疗协作以克服一些上述问题。
WO2011/021978A1提出了通气支持系统，在该通气支持系统中，使呼吸机和ECLA装置(称为“肺辅助装置”)协作，使得可以向连接至呼吸机和ECLA装置二者的患者提供有效且无损伤的整体治疗。这是通过基于由呼吸机获得的控制参数来控制ECLA装置的操作来实现的，或者这也可以通过基于由ECLA装置获得的控制参数来控制呼吸机的操作来实现。例如，在一个实施方式中，由呼吸机获得的由患者呼出的呼出气体中的呼气末二氧化碳(EtCO2)的测量值被用作用于控制ECLA装置的操作的控制参数。
此外，在更常规的ECLA装置中，可以使用指示EtCO2或由患者呼出的呼出气体中的CO2含量或者ECLA装置氧合器下游的体外血流中的CO2含量的任意其他的测量值的参数用于控制ECLA装置的操作，以控制从患者的血液中去除CO2的程度。最常见的是，ECLA装置的操作是基于所述参数的监测测量值由操作者手动地控制。
发明内容
本发明的目的是针对依赖于EtCO2或其他呼出的CO2指示参数的常规控制技术提供一种控制用于从人体血液中进行CO2的体外去除的医疗装置即ECLA装置的替选方法。
本发明的另一目的是解决或至少减轻与先前的ECLA装置以及其控制范例相关联的一些上述问题。
通过下文的详细描述将变得明显的这些和其他目的通过如所附权利要求书中阐述的用于CO2去除的医疗装置、系统和方法来实现。
根据本公开内容的一个方面，提供了一种用于通过从患者的血液中进行CO2的体外去除来向患者提供ECLA治疗的医疗装置即ECLA装置，该ECLA装置包括用于控制ECLA装置的操作以控制通过ECLA治疗实现的CO2去除程度的控制单元。该控制单元被配置成基于指示患者的呼吸努力的生物电信号来控制ECLA装置的操作，以响应于患者的呼吸努力来控制CO2的体外去除程度。
根据本公开内容的另一方面，提供了一种用于从患者的循环系统中去除CO2的系统，该系统包括ECLA装置和至少一个控制单元，所述至少一个控制单元用于控制ECLA装置的操作以控制通过ECLA治疗实现的CO2去除程度。该系统还包括：生物电传感器，用于检测指示患者的呼吸努力的生物电信号，其中，所述至少一个控制单元被配置成基于所检测到的生物电信号来控制ECLA装置的操作。
通过基于指示患者的呼吸努力的生物电信号来控制ECLA装置从而控制患者的呼吸驱动可以自动且即时地控制ECLA装置的操作，以使CO2的体外去除程度适应于由患者的呼吸驱动所指示的当前CO2去除需要。
在一个示例性实施方式中，至少一个控制单元被配置成在生物电信号指示当前CO2去除程度不足的情况下自动地增强ECLA装置的操作。生物电信号可以是具有与患者的呼吸努力成比例的幅度的信号。如果生物电信号的幅度高或者如果生物电信号的幅度随时间增加，则所述至少一个控制单元可以被配置成增强ECLA装置的操作以减少患者对空气的高需求或增加的需求。
除了由ECLA装置提供的ECLA治疗之外，ECLA装置可以有利地被设置成与用于通过向患者的肺供应呼吸气体来向患者提供呼吸治疗的呼吸机协作。在这种情况下，所述至少一个控制单元可以被配置成基于生物电信号和由呼吸机提供的患者的当前通气水平二者来控制ECLA装置的操作。
患者的当前通气水平可以由所述至少一个控制单元根据输送至患者的呼吸气体的潮气量、输送至患者的呼吸气体的峰值压力和患者的体重中的任意一个或任意组合来确定。在一个示例性实施方式中，所述至少一个控制单元被配置成：根据包括当前正输送至患者的呼吸气体的潮气量和患者的体重的参数来确定患者的当前通气水平。用于确定患者的当前通气水平的潮气量和/或峰值压力可以是：由呼吸机的操作者手动设定的设定值；或者通过在呼吸机中或在将患者连接至呼吸机的呼吸回路中的传感器获得的流量、体积和/或压力测量值而确定的实际值。
例如，至少一个控制单元可以被配置成将指示患者的当前通气水平的参数与指示患者的最大通气水平的阈值进行比较，并且基于生物电信号和比较结果来控制ECLA装置的操作。
在一个示例性实施方式中，所述至少一个控制单元被配置成在以下情况下控制ECLA装置以增加通过ECLA治疗获得的CO2去除程度：生物电信号指示通过ECLA治疗和呼吸治疗获得的总的CO2去除程度不足并且当前通气水平基本上对应于或超过患者的最大通气水平。最大通气水平可以是基于患者的实际或预测体重估计的最大潮气量和/或最大峰值压力，例如针对特定患者和情况所估计的最大临床可耐受潮气量或峰值压力。
通过这种方式，ECLA装置可以以主-从配置操作为呼吸机的从属装置，在该主-从配置中，ECLA装置以低强度操作，只要生物电信号和当前通气水平指示在无损伤的通气水平下获得充足的CO2去除程度即可。
ECLA装置可以有利地被设置成与NAVA(神经调节的通气辅助)启用的呼吸机协作，以除了由ECLA装置提供的ECLA治疗之外还向患者提供NAVA治疗。在这种情况下，可以基于由生物电传感器检测到的生物电信号来控制呼吸机和ECLA装置二者的操作。基于相同的生物电信号来控制ECLA装置和呼吸机提供用于ECLA装置与呼吸机之间的直接耦接以及ECLA治疗和呼吸治疗的即时调节以满足患者对CO2去除的需要。基于用于控制NAVA启用的呼吸机的操作的生物电信号来控制ECLA装置的操作的另一个优点是该信号在经受NAVA治疗的危重患者的床边是容易获得的。
因此，除了ECLA装置之外，所提出的用于CO2去除的系统还可以包括呼吸机，该呼吸机用于通过向患者的肺供应呼吸气体来向患者提供呼吸治疗，其中，系统的至少一个控制单元被配置成基于由生物电传感器检测到的生物电信号来控制ECLA装置和呼吸机二者的操作。
在这种情况下，至少一个控制单元可以被配置成在生物电信号指示通过ECLA治疗和呼吸治疗获得的总的CO2去除程度不足的情况下，如果当前通气水平低于患者的最大通气水平，则控制呼吸机以增加通过呼吸治疗获得的CO2去除程度，并且如果当前通气水平基本上对应于或超过患者的最大通气水平，则控制ECLA装置以增加通过ECLA治疗获得的CO2去除程度。
在另一种情况下，所述至少一个控制单元可以被配置成在生物电信号指示通过ECLA治疗和呼吸治疗获得的总的CO2去除程度不足的情况下，如果当前通气水平低于患者的通气阈值水平，则控制呼吸机以增加通过呼吸治疗获得的去除CO2的程度，并且如果当前通气水平基本上对应于或超过患者的通气阈值水平，则控制ECLA装置以增加通过ECLA治疗获得的CO2去除程度。根据这种情况，可以将通气阈值水平设定为低于患者的最大通气水平，以便优化使用肺进行的通气，同时使由于呼吸机而造成的肺受损伤的风险最小化。以这种方式，肺可以被提供有最佳通气条件以允许肺治愈。
因此，代替进一步增强呼吸机的操作以减少患者的循环系统中的CO2含量——该操作是针对在呼吸治疗期间检测到的惊人的高CO2产生或CO2产生随时间增加的正常响应，至少一个控制单元在患者的当前通气水平高的情况下控制ECLA装置以实现所需的CO2减少。因此，在患者的循环系统中的CO2含量可以保持在可接受的水平下的同时可以使通气保持在无损伤的强度下，使伤害患者的肺系统的风险最小化。在此背景下，无损伤通气强度可以被视为下述通气强度，根据该通气强度供应至患者的呼吸气体的潮气量不超过6ml/kg预测体重，并且输送给患者的峰值压力不超过30毫巴。
因此，所提出的ECLA装置和呼吸机的协调控制确保ECLA装置和呼吸机都不会以可能危及患者安全的强度水平操作。或者，换句话说，可以自动地调节ECLA治疗和呼吸治疗的强度，以从患者的循环系统中提供有效但温和的CO2去除。
另一优点是，由于可以操作呼吸机以帮助ECLA装置从患者的循环系统中去除CO2，因此与ECLA治疗通常所需的血流相比，ECLA装置产生的体外血流可以减少。虽然常规的ECLA装置通常在每分钟4升至7升的流量下操作，但已发现当ECLA装置与在无损通气强度下操作的呼吸机并行使用时，0.5l/min至1.5l/min或更低的流量可以足以将患者的循环系统中的CO2含量保持在可接受的水平处，即使当治疗患有严重肺疾病的患者也是如此。这是有利的，因为将ECLA装置连接至患者的循环系统的导管和管可以制造得比仅用ECLA装置治疗时通常所需的更薄，这又使患者与ECLA装置的连接要求没有那么高。虽然常规的ECLA装置通常连接在大静脉(例如下腔静脉或上腔静脉)与大动脉(例如主动脉)之间，但是所提出的ECLA装置可以通过具有共用的或两个单独的连接点的静脉-静脉连接来连接至患者。例如，ECLA装置可以借助于类似于透析中常用的导管的双腔导管通过静脉-静脉连接连接至患者。
生物电信号可以是指示患者的呼吸努力的任意类型的可测量的生物电信号。可用的生物电信号的非排他性示例是：表示上气道中的膈膜或肌肉(例如喉咽区域)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。
用于检测生物电信号的生物电传感器可以是能够测量指示患者的呼吸努力的生物电信号的任意类型的生物电传感器。在示例性实施方式中，生物电传感器包括食道导管，该食道导管承载用于捕获来自患者的膈膜和/或上气道的EMG信号的多个电极。被配置成用于检测膈膜EMG即膈膜的电活动的食道导管在NAVA通气领域中通常被称为Edi导管。
控制ECLA装置的操作以控制通过ECLA治疗实现的CO2去除程度的动作可以以各种方式执行。例如，所述至少一个控制单元可以被配置成基于生物电信号来控制由ECLA装置产生的体外血液的流量、用于体外血液氧合的新鲜气体的流量和用于体外血液氧合的新鲜气体的组分中的任意一种或任意组合。
同样地，控制呼吸机的操作以控制通过呼吸治疗实现的CO2去除程度的动作可以以各种方式执行。例如，所述至少一个控制单元可以被配置成基于生物电信号来控制输送至患者的呼吸气体的潮气量、输送至患者的呼吸气体的峰值压力、在呼气结束时施加至患者的呼气末正压(PEEP)、呼吸速率、输送至患者的呼吸气体的组分和输送至患者的呼吸的持续时间中的任意一个或任意组合。
根据本公开内容的另一方面，提供了一种用于从患者的循环系统中去除CO2的方法，该方法包括以下步骤：控制用于通过从患者的血液中进行CO2的体外去除来向患者提供ECLA治疗的ECLA装置的操作，以控制通过ECLA治疗获得的CO2去除程度。该方法还包括以下步骤：记录指示患者的呼吸努力的生物电信号；以及基于所记录的生物电信号来自动地控制ECLA装置的操作。
该方法可以包括对应于由上述系统的至少一个控制单元执行的动作中的任意一个或任意组合的附加步骤。该方法可以在ECLA装置中执行并且可以由ECLA装置执行，但是在一些实施方式中，该方法可以与呼吸机和/或外部监测器单元协作执行，这将从下文的详细描述中清楚地看出。
该方法通常是在执行存储在系统的非易失性存储器中的计算机程序时由至少一个控制单元执行或使该方法执行的计算机实现的方法。
因此，根据本公开内容的另一方面，提供了一种用于从患者的循环系统中去除CO2的计算机程序，该计算机程序连接至包括用于通过从患者的血液中进行CO2的体外去除来向患者提供ECLA治疗的ECLA装置的系统。计算机程序包括计算机可读代码段，该代码段当由处理器执行时使系统的至少一个控制单元基于由生物电传感器检测到的生物电信号来控制ECLA装置。
附图说明
当结合以下简要描述的附图考虑时，通过参照以下详细描述，将更好地理解本文所公开的本发明的更全面的理解，其中使用相同的附图标记用于表示相应的功能元件。
图1示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于从患者的循环系统中去除CO2的系统。
图2示出了根据本公开内容的另一示例性实施方式的用于从患者的循环系统中去除CO2的系统
图3示出了根据本公开内容的又一示例性实施方式的用于从患者的循环系统中去除CO2的系统。
图4示出了根据本公开内容的示例性实施方式的用于捕获指示患者呼吸努力的生物电信号的生物电传感器。
图5是示出根据本公开内容的示例性实施方式的用于从患者的循环系统中去除CO2的方法的流程图。
具体实施方式
通常假设患者的呼吸驱动主要基于患者的血液中的CO2含量，这又取决于患者的肺泡通气量以及从患者的血液中进行的任何二氧化碳的体外去除。依赖于该假设，本公开内容建议使用指示患者呼吸驱动的生物电信号来控制ECLA装置的操作并因此控制ECLA装置获得的CO2的体外去除程度。
图1示出了用于从患者3的血液中去除CO2的系统1的第一示例性实施方式。系统1通常是用于治疗危重患者的重症监护系统。
系统1包括在本文中被称为体外肺辅助(ECLA)装置的医疗装置5，该医疗装置5用于通过从患者的血液中进行CO2的体外去除来向患者3提供ECLA治疗。在一些实施方式中，ECLA装置5可以构成通常被称为心肺机或ECMO机的装置。ECLA装置5耦接至用于记录指示患者3的呼吸驱动的生物电信号即指示患者呼吸努力的生物电信号的生物电传感器7，并且ECLA装置5被配置成基于生物电信号来自动调节通过ECLA治疗获得的CO2去除程度。
ECLA装置5被配置成：通过从患者3产生体外血流来向患者3提供ECLA治疗；通过其中从体外血流中去除CO2并且向体外血流添加氧气(O2)的体外气体交换来给血液充氧；以及将富氧血液返回给患者3。
为了产生流向患者3和从患者3流出的血流，ECLA装置3可以包括通常为一个或若干个滚子、涡轮和/或离心泵的形式的流发生器9。流发生器9通过形成ECLA装置5的血流路径11的管道产生血流，其中血液如附图中沿顺时针方向的箭头所示流动。
血液的氧合通常由布置在流发生装置9的下游的氧合器13例如气泡氧合器或膜氧合器执行。氧合器13连接至ECLA装置5的入口15，ECLA装置5通过该入口15接收来自新鲜气体供应(未示出)的含新鲜气体的氧气流。然后氧合器13促进血液与新鲜气流之间的气体转移，即从血液中去除CO2并向血液中添加氧气。ECLA装置5还可以包括一个或若干个血液缓冲液储存器(未示出)。
此外，ECLA装置5可以包括：包括用于获得与患者3的正在进行的ECLA治疗相关的传感器测量值的传感器17、19、21的传感器装置，例如，在去除CO2之前和/或去除CO2之后的血液成分，在血流路径11、流发生器9的上游和/或下游中的压力和/或流量等。在该示例性实施方式中，传感器装置包括：用于测量血流路径11中的流量和/或压力的流发生器9的上游的第一流量和/或压力传感器17；用于测量血流路径11中的血液的O2和/或CO2含量的流发生器9的上游的血气分析仪19；以及用于测量血流路径11中的流量和/或压力的流发生器9的下游的第二流量和/或压力传感器21。血气分析仪19可以是用于确定血液中O2和/或CO2含量的任意类型的血气分析仪。例如，血气分析仪19可以适于例如基于与血液中CO2或O2的分压、血液的pH和血液的颜色中的任意一种或任意组合有关的测量值通过化学和/或光学分析来确定血液的O2和/或CO2含量。通常包括在ECLA装置中的其他部件例如热交换器和温度传感器也可以沿ECLA装置5的气体流路径11布置，但在附图中已经省略，以免不必要的细节使附图模糊。
传感器17、19、21、流发生器9和氧合器13耦接至ECLA装置5的控制单元22A，该控制单元22A可以被配置成基于由各种传感器17、19、21获得的传感器数据来自动控制流发生器9和/或氧合器13。控制单元22A还耦接至用户输入装置23A例如触摸屏、键盘或旋转控制旋钮，并且控制单元22A被配置成基于由ECLA装置5的操作者25在用户输入装置23A上输入的用户输入参数来控制流发生器9和/或氧合器13。此外，控制单元22A耦接至显示装置27A例如显示单元或触摸屏，并且控制单元22A被配置成显示告知操作者25正在进行的ECLA治疗的各种ECLA装置相关参数。ECLA装置相关参数可以例如是：由操作者25经由用户输入装置23A设置的指示ECLA装置的当前设置的设置参数；指示由ECLA装置5的任意传感器17、19、21测量的量的传感器参数；以及/或者由ECLA装置5的控制单元22A基于一个或更多个传感器参数和/或一个或更多个设置参数来计算出的经计算的参数。
为了清楚起见，从附图中省略了传感器17、19、21、流发生器9、氧合器13、用户输入装置23A和显示装置27A是如何耦接至控制单元22A的。然而，系统1的这些部件的耦接可以通过电子电缆或电线或者通过无线连接或者它们的组合来提供。
除了上述传感器17、19、21之外，控制单元22A还经由信令链路49A耦接至生物电传感器7，以接收由ECLA装置5的生物信号输入端口29上的生物电传感器7捕获的生物电信号。替代或结合来自一个或更多个上述传感器的信号，控制单元22A被配置成根据生物电信号指示的从患者的血液中去除CO2的需要而使用从生物电传感器7接收到的生物电信号来自动控制由ECLA装置5提供的正在进行的ECLA治疗。这可以例如由控制单元22A通过基于生物电信号来控制流发生器9和/或氧合器13来实现。CO2去除程度可以由控制单元22A通过增加由流发生器9产生的血流和/或通过增加由氧合器13扩散至血流中的氧气流来增加，而CO2去除程度可以由控制单元22A通过减少由流发生器9产生的血流和/或通过减少由氧合器13排放至血流中的氧气流来减小。
在一些示例性实施方式中，控制单元22A可以被配置成将生物电信号的幅度和/或频率与阈值进行比较，并且基于比较的结果来增加或减少CO2去除程度。在其他示例性实施方式中，控制单元22A可以被配置成确定生物电信号的趋势，即，识别生物电信号随时间的变化，并且基于所确定的生物电信号趋势来增加或减少CO2去除程度。例如，控制单元22A可以被配置成使用生物电信号作为反馈信号，并且自动控制通过ECLA治疗实现的CO2去除程度，以将生物电信号维持在期望的目标水平处。
控制单元22A还可以被配置成在ECLA装置5的显示装置27A上显示生物电信号或者从生物电信号得到的一个或更多个信号。
如本领域技术人员所理解的，在不偏离所提出的基于指示患者3的呼吸驱动的生物电信号来控制借助于ECLA装置获得的CO2去除程度的构思的情况下，ECLA装置5的大多数上述部件可以省略或由其他部件替代。例如，在一些实施方式中，可以省略气体分析仪21。然而，在生物电信号或充分可靠的生物电信号在生物信号输入端29上不可利用的情况下，可能期望基于由气体分析仪21获得的传感器测量值来控制ECLA装置5。因此，预期ECLA装置5可以以其中基于生物电信号来控制CO2的体外去除程度的第一模式操作，以及可以以其中基于其他传感器测量值例如由气体分析仪21获得的测量值来控制CO2的体外去除程度的第二模式操作。
图2示出了用于从危重患者3的血液中去除CO2的系统1的另一示例性实施方式。除了图1中所示的部件之外，图2中的系统1被示出为包括用于通过向患者的肺供应呼吸气体来向患者3提供呼吸治疗的呼吸机30。
呼吸机30经由患者回路连接至患者3，该患者回路包括：用于向患者3供应呼吸气体的吸气线31；以及用于经由呼吸机的气体出口32将呼出气体从患者3输送离开并且输送至大气或清除系统的呼气线33。吸气线31和呼气线33通过所谓的Y形件37连接至公共线35，该公共线经由患者连接器(未示出)例如面罩或气管导管连接至患者3。
呼吸机30还包括用于基于由呼吸机的各种传感器例如流量传感器、压力传感器、气体分析仪等获得的预设参数和/或测量值来控制患者3的通气的控制单元22B。在该示例性实施方式中，呼吸机30包括：布置在呼吸机的吸气模块中的第一压力和流量传感器装置38A；以及布置在呼吸机30的呼气模块中的第二压力和流量传感器装置38B。控制单元22B通过控制气动单元39来调节输送至患者3的呼吸气体的流量和/或压力来控制患者3的通气。该气动单元39一方面通过气体入口26A至26B连接至一个或更多个气源(未示出)，另一方面连接至吸气线31。为此，气动单元39可以包括通气领域众所周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、涡轮机、可控吸气阀等。
控制单元22B还耦接至用户输入装置23B例如触摸屏、小键盘或旋转控制旋钮，并且控制单元22B被配置成基于由操作者25在用户输入装置23B上输入的用户输入参数来控制气动单元39。用户输入参数可以例如包括与待被治疗的患者3相关的优选呼吸机设置和患者相关参数。例如，操作者可以输入与患者3的年龄、性别和体重有关的信息，以便控制单元22B将呼吸治疗自动调节至患者3的基于患者相关参数由控制单元22B得到的预期生理状态。此外，控制单元22B耦接至显示装置27B例如显示单元或触摸屏，并且控制单元22B被配置成显示告知操作者25正在进行的呼吸治疗各种呼吸机相关参数。呼吸机相关参数可以是：由操作者25经由用户输入装置23B设置的指示呼吸机的当前设置的设置参数；指示由呼吸机的传感器测量的量的传感器参数；以及/或者由呼吸机30的控制单元22B基于一个或更多个传感器参数和/或一个或更多个设置参数来计算出的经计算的参数。
ECLA装置5和呼吸机30被配置成协作以提供对患者3的有效且无损伤的整体治疗。
例如，在示例性操作模式下，操作者25可以经由呼吸机30的用户输入装置23B为患者3设定期望或最大通气水平，例如，6ml/kg预测体重的潮气量。如果由ECLA装置5接收到的生物电信号指示患者3的呼吸需求高或增加，假设指示从患者的血液中去除CO2的需求高或增加，则ECLA装置的控制单元22B自动控制ECLA装置的操作以加强ECLA治疗。
代替由操作者设定患者3的期望或最大通气水平，可以例如基于由操作者25经由用户输入装置23B来输入的患者相关参数来由呼吸机30的控制单元22B自动确定患者3的期望或最大通气水平。
ECLA装置5还可以被配置成接收与呼吸机30提供的呼吸治疗有关的信息，并且被配置成基于从生物电传感器7接收到的生物电信号和与呼吸机30向患者3提供的呼吸治疗有关的信息二者来自动地适应ECLA治疗的强度，即自动地适应通过ECLA治疗去除CO2的程度。
ECLA装置5可以经由任意类型的有线或无线通信接口接收与呼吸治疗有关的信息。在该示例性实施方式中，ECLA装置的控制单元22A经由有线连接41可通信地连接至呼吸机的控制单元22B。ECLA装置5在经由有线连接41连接至呼吸机30的相应通信端口43B的通信端口43A上接收呼吸治疗相关信息，但是根据本公开内容有线连接41可以被无线连接替代。
与呼吸治疗有关的信息可以有利地包括与由呼吸机30提供的患者3的当前通气水平有关的信息。患者30的当前通气水平可以基于在通气期间获得的呼吸机设置和/或传感器测量值例如压力和/或流量测量值来以不同方式确定。优选地，在确定当前通气水平时也考虑患者相关参数。通常，患者3的当前通气水平基于输送至患者3的呼吸气体的潮气量、输送至患者3的呼吸气体的峰值压力例如患者的峰值气道压力以及例如由操作者25经由呼吸机30的用户输入装置23B输入的患者3的体重来确定。
可以将患者3的当前通气水平与指示患者的最大通气水平的阈值进行比较，由此可以基于生物电信号和比较结果来控制ECLA装置5提供的ECLA治疗的强度。
在所示的示例性实施方式中，呼吸机30是基于用于控制ECLA装置5的相同生物电信号来控制的生物电控制的呼吸机。呼吸机30经由信令链路49B耦接至生物电传感器7。生物电信号在呼吸机30的生物信号输入端口45上被接收到，并且被馈送至控制单元22B以进一步处理并用作用于控制气动单元39的控制信号。例如，如生物电信号所示，呼吸机30可以被配置成以众所周知的NAVA通气模式操作，在NAVA通气模式中呼吸气体与患者自身的呼吸努力同步并且与患者自身呼吸努力成比例地输送至患者3。NAVA技术进一步描述于例如WO1998/48877、WO1999/62580、WO2006/131149和WO2008/131798。
系统1优选地被配置成使得ECLA装置5以主-从配置类型被操作为呼吸机30的从属装置，在该主-从配置中，CO2去除主要通过由呼吸机30提供的呼吸治疗来实现，并且ECLA装置5仅在呼吸治疗不足时才提供ECLA治疗，以将患者的血液中的CO2的水平维持在可接受的水平处。
为此，ECLA装置5的控制单元22B可以被配置成仅在以下情况下控制ECLA装置5的操作以增加通过ECLA治疗获得的CO2去除程度：生物电信号指示通过ECLA治疗和呼吸治疗获得的总的CO2去除程度不足并且当前通气水平基本上对应于或者超过患者3的期望或最大通气水平。另一方面，如果当前通气水平低于最大通气水平，ECLA治疗可以保持在当前强度水平处，由此呼吸机30的控制单元22A可以被配置成例如通过调节输送至患者3的呼吸气体的潮气量25、输送至患者3的呼吸气体的峰值压力、在呼气结束时施加至患者3的PEEP、呼吸速率和/或传递至患者3的呼吸的持续时间来增加由呼吸机30提供的呼吸治疗的强度。这允许ECLA装置5以低强度操作，只要生物电信号和当前通气水平指示在无损伤的通气水平下获得充足的CO2去除程度即可。
其中ECLA装置5被操作为主装置并且呼吸机30被操作为ECLA装置5的从属装置的配置也在本公开内容的范围内。在这种情况下，由ECLA装置30提供的ECLA治疗是从患者的血液中减少CO2的主要手段，由此由呼吸机30提供的患者的呼吸治疗仅在ECLA治疗接近或超过设定的最大ECLA治疗强度时加强。
应当理解，用于基于指示患者的呼吸驱动的生物电信号来控制ECLA装置5的操作的上述功能可以存在于ECLA装置5、呼吸机30和外部单元例如外部监视单元中的任意一个或任意组合中。
图3示出了系统1的示例性实施方式，其中生物电传感器7耦接至独立监测器单元47，该独立监测器单元47被配置成基于由生物电传感器7捕获的生物电信号来控制ECLA装置5和呼吸机30二者。监测器单元47可以是如WO2016/060596(附图标记1)中所述的Edi监测单元，监测器单元47还可以适应于根据生物电信号并且优选地根据由呼吸机30向患者3提供的当前通气水平来控制ECLA装置5的操作。为此，独立监测器单元47包括控制单元22C，该控制单元22C单独地或者与控制单元22A和22B中的任意一个或两个组合地提供上述功能。控制单元22C经由信令链路49C耦接至生物电传感器7，并且经由相应的控制链路51A和51B耦接至ECLA装置5的控制单元22A、22B和通气机30。
用于根据本文描述的原理控制ECLA装置5的生物电信号可以是指示患者3的呼吸努力的任意类型的可测量的生物电信号，例如患者3的喉咽区域中表示膈膜或肌肉的电活动的EMG信号、或者表示患者大脑的呼吸中枢的电活动的EEG信号。
因此，系统1的生物电传感器7可以是用于检测指示受试者呼吸努力的生物电信号的本领域已知的任意类型的生物电传感器或传感器装置。例如，生物电传感器7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，以感测和滤除用于ECLA装置5和可选地呼吸机30的控制中的膈膜EMG信号。根据另一示例，可以设计生物电传感器7以检测患者3的喉咽EMG信号，并且使用喉咽EMG信号进行ECLA装置5和可选地呼吸机30的生物电控制。生物电传感器7例如可以设计为同一申请人在国际专利申请WO2016/153406中描述的用于检测喉咽EMG信号的生物电传感器。根据又一示例，生物电传感器7可以包括用于捕获来自患者大脑的EEG信号的头皮EEG电极。
在一个示例性实施方式中，如图4所示，生物电传感器7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7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53。导管53包括生成多个子信号的多个电极55，这些子信号被处理以计算表示膈膜的电活动的并因此指示患者的呼吸努力的结果信号——Edi信号。然后，Edi信号可以有利地用于根据上述原理控制ECLA装置5并且可选地控制呼吸机30。
图5是示出根据本公开内容的示例性实施方式的用于从患者的循环系统中去除CO2的方法的流程图。现在将同时参照图1至图3中所示的系统1来描述该方法。
在第一步骤S1中，记录指示患者呼吸努力的生物电信号。记录的生物电信号是由生物电传感器7捕获的生物电信号，或者是由生物电传感器7捕获的生物电信号得到的信号。
在第二步骤S2中，使用在步骤S1中记录的生物电信号用于自动控制ECLA装置5的操作，该ECLA装置5被配置成通过从患者的血液中进行CO2的体外去除来向患者3提供ECLA治疗。
在第三可选步骤S3中，使用相同的生物电信号用于自动控制生物电控制的呼吸机30的操作，例如，启用NAVA的呼吸机，呼吸机30被配置成通过向患者的肺供应呼吸气体来向患者3提供呼吸治疗。
在第四可选步骤S4中，根据生物电信号确定通过ECLA治疗和呼吸治疗获得的总的CO2去除程度是否充足。如上面简要讨论的，这可以通过确定生物电信号的幅度和/或频率是否超过预定阈值或者生物电信号的幅度和/或频率是否随时间增加来实现，在这种情况下，可以假设总的CO2去除程度不足。
如果在步骤S4中确定总的CO2去除程度充足(“是”)，则该方法返回至步骤S1。如果确定总的CO2去除程度不足(“否”)，则该方法前进至第五可选步骤S5。
在第五可选步骤S5中，确定是否达到最大通气水平，即，呼吸机30向患者3提供的当前通气水平是否等于或超过最大通气水平。如上面更详细地讨论的，最大通气水平可以由操作者25输入至呼吸机30或者由呼吸机30基于例如患者相关参数来自动确定。
如果在步骤S5中确定达到最大通气水平(“是”)，则该方法进入可选步骤S6A。如果确定未达到最大通气水平(“否”)，则该方法进入可选步骤S6B。
在可选步骤S6A中，自动地增加ECLA装置5提供的ECLA治疗的强度，这意味着通过ECLA治疗获得的CO2去除程度增加。如上面更详细讨论的，这可以例如通过增加由ECLA装置5产生的体外血液流量、增加排出至血流中的含氧新鲜气体的流量以及/或者增加排出至体外血流中的新鲜气体的氧气含量来实现。
在可选步骤S6B中，自动地增加由呼吸机30提供的呼吸治疗的强度，这意味着通过呼吸治疗获得的CO2的去除程度增加。如上面更详细讨论的，这可以例如通过增加输送至患者的呼吸气体的潮气量、增加输送至患者的呼吸气体的峰值压力、增加在呼气结束时施加至患者的PEEP、增加呼吸速率和/或减少传递至患者的呼吸的持续时间来实现。
该方法可以是在执行计算机程序时由系统1的至少一个控制单元22A、22B、22C执行或使该方法执行的计算机实现的方法。为此，至少一个控制单元22A、22B、22C通常包括：存储计算机程序的至少一个非易失性存储器；以及用于执行计算机程序的代码段的至少一个处理器。例如，计算机程序可以整体存在于ECLA装置的控制单元22A中。在其他实施方式中，计算机程序可以存在于呼吸机30的控制单元22B中或者存在于独立监测器单元47的控制单元22C中。在又一其他实施方式中，计算机程序可以是分别地存在于ECLA装置5的控制单元22A、22B、22C、呼吸机30和独立监测器单元47中的至少两个中的分布式计算机程序。由此ECLA装置5、呼吸机30和独立监测器单元中的两个或全部被配置成协作以执行该方法。

Claims (22)

1.一种用于从患者(3)的循环系统中去除二氧化碳CO2的系统(1)，包括：
体外肺辅助ECLA装置(5)，用于通过从所述患者的血液中进行CO2的体外去除来向所述患者(3)提供ECLA治疗，所述ECLA装置被配置成从所述患者产生体外血流，从而通过从所述体外血流中去除CO2并向所述体外血流添加氧气的体外气体交换来向血液充氧；以及
至少一个控制单元(22A至22C)，用于控制所述ECLA装置(5)的操作，以控制通过所述ECLA治疗获得的CO2去除程度，
其特征在于，所述系统(1)还包括：
生物电传感器(7)，用于检测表示所述患者的膈膜或上气道肌肉的电活动并指示所述患者的呼吸驱动的肌电图EMG信号，
其中，所述至少一个控制单元(22A至22C)被配置成基于所检测到的EMG信号来控制所述ECLA装置(5)的操作以调节通过所述ECLA治疗获得的CO2去除程度。
2.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，所述至少一个控制单元(22A至22C)被配置成在所述EMG信号的幅度和频率之一超过预定阈值或随时间增加时，增加通过所述ECLA治疗获得的CO2去除程度。
3.根据权利要求1或2所述的系统(1)，还包括呼吸机(30)，用于通过向所述患者的肺供应呼吸气体来向所述患者(3)提供呼吸治疗，其中，所述至少一个控制单元(22A至22C)被配置成基于所述EMG信号和由所述呼吸机(30)提供的所述患者(3)的当前通气水平来控制所述ECLA装置(5)的操作。
4.根据权利要求3所述的系统(1)，其中，所述至少一个控制单元(22A至22C)被配置成：根据由所述呼吸机(30)当前正输送至所述患者(3)的潮气量和/或峰值压力和/或所述患者(3)的体重，来确定所述患者(3)的当前通气水平。
5.根据权利要求3所述的系统(1)，其中，所述至少一个控制单元(22A至22C)被配置成在以下情况下控制所述ECLA装置(5)以增加通过所述ECLA治疗获得的CO2去除程度：所述EMG信号的幅度和频率之一超过预定阈值或随时间增加，并且所述当前通气水平基本上对应于或超过所述患者(3)的预定通气阈值水平。
6.根据权利要求5所述的系统(1)，其中，所述患者(3)的预定通气阈值水平是所述患者(3)的最大通气水平。
7.根据权利要求3所述的系统(1)，其中，所述至少一个控制单元(22A至22C)还被配置成基于所述EMG信号来控制所述呼吸机(30)的操作，以控制通过所述呼吸治疗获得的CO2去除程度。
8.根据权利要求7所述的系统(1)，其中，所述至少一个控制单元(22A至22C)被配置成在以下情况下控制所述呼吸机(30)以增加通过所述呼吸治疗获得的CO2去除程度：所述EMG信号的幅度和频率之一超过预定阈值或随时间增加，并且所述当前通气水平低于所述患者(3)的预定通气阈值水平。
9.根据权利要求8所述的系统(1)，其中，所述患者(3)的预定通气阈值水平是所述患者(3)的最大通气水平。
10.根据权利要求1所述的系统(1)，其中，所述生物电传感器(7)包括食道导管(53)，所述食道导管承载用于捕获来自所述患者(3)的所述膈膜和/或所述上气道的EMG信号的多个电极(55)。
11.根据权利要求1或2所述的系统(1)，其中，所述至少一个控制单元(22A至22C)被配置成通过基于所述EMG信号控制由所述ECLA装置(5)产生的体外血液流量、用于体外血液氧合的新鲜气体的流量和用于体外血液氧合的所述新鲜气体的组分中的任意一种或任意组合，来控制所述ECLA装置(5)的操作。
12.一种用于通过从患者(3)的血液中进行二氧化碳CO2的体外去除来向所述患者提供体外肺辅助ECLA治疗的ECLA装置(5)，所述ECLA装置被配置成从所述患者产生体外血流，从而通过从所述体外血流中去除CO2并向所述体外血流添加氧气的体外气体交换来向血液充氧，所述ECLA装置(5)包括用于控制所述ECLA装置(5)的操作以控制通过所述ECLA治疗获得的CO2去除程度的控制单元(22A)，
其特征在于，所述控制单元(22A)被配置成基于表示所述患者的膈膜或上气道肌肉的电活动并指示所述患者的呼吸驱动的肌电图EMG信号，来控制所述ECLA装置(5)的操作以调节通过所述ECLA治疗获得的CO2去除程度。
13.一种用于从患者(3)的循环系统中去除二氧化碳CO2的控制单元，包括处理器和存储代码段的存储器，所述代码段在由所述处理器执行时使所述处理器执行以下操作：
控制用于通过从所述患者的血液中进行CO2的体外去除来向所述患者(3)提供体外肺辅助ECLA治疗的ECLA装置(5)的操作，以控制通过所述ECLA治疗获得的CO2去除程度，其中，所述ECLA装置被配置成从所述患者产生体外血流，从而通过从所述体外血流中去除CO2并向所述体外血流添加氧气的体外气体交换来向血液充氧，
其特征在于，所述代码段在由所述处理器执行时使所述处理器执行以下操作：
记录(S1)表示所述患者(3)的膈膜或上气道肌肉的电活动并指示所述患者的呼吸驱动的肌电图EMG信号；以及
基于所记录的EMG信号来自动地控制(S2)所述ECLA装置(5)的操作以调节通过所述ECLA治疗获得的CO2去除程度。
14.根据权利要求13所述的控制单元，其中，所述代码段在由所述处理器执行时还使所述处理器执行以下操作：在所述EMG信号的幅度和频率之一超过预定阈值或随时间增加时，增加通过所述ECLA治疗获得的CO2去除程度。
15.根据权利要求13或14所述的控制单元，其中，所述代码段在由所述处理器执行时还使所述处理器执行以下操作：
基于所述EMG信号和由呼吸机(30)提供的所述患者(3)的当前通气水平来自动地控制所述ECLA装置(5)的操作，所述呼吸机用于通过向所述患者的肺供应呼吸气体来向所述患者(3)提供呼吸治疗。
16.根据权利要求15所述的控制单元，其中，根据由所述呼吸机(30)当前正输送至所述患者(3)的潮气量和/或峰值压力以及/或者所述患者(3)的体重来确定所述当前通气水平。
17.根据权利要求15所述的控制单元，其中，所述代码段在由所述处理器执行时使所述处理器执行在以下情况下自动地控制(S6A)所述ECLA装置(5)以增加通过所述ECLA治疗获得的CO2去除程度的操作：所述EMG信号的幅度和频率之一超过预定阈值或随时间增加，并且所述当前通气水平基本上对应于或超过所述患者(3)的预定通气阈值水平。
18.根据权利要求17所述的控制单元，其中，所述患者(3)的预定通气阈值水平是所述患者(3)的最大通气水平。
19.根据权利要求15所述的控制单元，其中，所述代码段在由所述处理器执行时使所述处理器执行以下操作：基于所述EMG信号来自动地控制所述呼吸机(30)的操作，以控制通过所述呼吸治疗获得的CO2去除程度。
20.根据权利要求19所述的控制单元，其中，所述代码段在由所述处理器执行时使所述处理器执行在以下情况下自动地控制(S6B)所述呼吸机(30)以增加通过所述呼吸治疗获得的CO2去除程度的操作：所述EMG信号的幅度和频率之一超过预定阈值或随时间增加，并且所述当前通气水平低于所述患者(3)的预定通气阈值水平。
21.根据权利要求20所述的控制单元，其中，所述患者(3)的预定通气阈值水平是所述患者(3)的最大通气水平。
22.根据权利要求13或14所述的控制单元，其中，通过基于所述EMG信号控制由所述ECLA装置(5)产生的体外血液流量、用于体外血液氧合的新鲜气体的流量和用于体外血液氧合的所述新鲜气体的组分中的任意一种或任意组合，来控制所述ECLA装置(5)的操作。
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