ES2866183T3

ES2866183T3 - Selección de respiración para su análisis

Info

Publication number: ES2866183T3
Application number: ES14737690T
Authority: ES
Inventors: Anthony D Wondka; Anish Bhatnagar; Scott J Gilbert
Original assignee: Capnia Inc
Current assignee: Soleno Therapeutics Inc
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2021-10-19
Anticipated expiration: 2034-01-08
Also published as: US20140194703A1; JP6787969B2; EP2943121A4; MX2015008838A; EP2943121B1; HK1217277A1; EP2943121A1; US20200305729A1; JP6424172B2; IL239822A0; AU2018205114B2; CA2897533A1; JP2019051331A; AU2020203162A1; US10499819B2; JP2021035526A; JP2016508059A; AU2018205114A1; AU2014205464A1; CN105025790B

Abstract

Aparato para analizar una respiración exhalada, que comprende: un sensor configurado para medir un parámetro de una primera respiración (262) exhalada y una exhalación (264) siguiente; un primer procesador configurado para determinar si el parámetro medido de la siguiente respiración exhalada cumple o no unos criterios (266) de umbral en una primera subrutina (260); un sistema (400) de muestreo de respiración configurado para capturar la siguiente respiración exhalada cuando dicho parámetro cumple dichos criterios de umbral, y configurado para iniciar la captura de un tipo alternativo de respiración cuando no se cumplen dichos criterios de umbral y cuando posteriormente se ha detectado un tipo alternativo de respiración (286, 290) según una segunda subrutina (280); un analizador (500) de gases, en el que el analizador de gases comprende un segundo procesador configurado para aplicar un algoritmo de análisis de gases a la siguiente respiración espirada capturada, y para aplicar un factor de corrección al algoritmo de análisis de gases para el tipo de respiración alternativa capturada.

Description

DESCRIPCIÓN

Selección de respiración para su análisis

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas

Campo

En el presente documento se describen dispositivos y métodos para el análisis de exhalaciones de respiración con propósitos de diagnóstico. Más específicamente, se describen dispositivos y métodos para la identificación de una parte fisiológicamente relevante de un ciclo de respiración, que puede usarse para correlacionar el análisis de la exhalación a una afección fisiológica subyacente.

Antecedentes

Ciertos metabolitos y productos químicos que se producen, o que se introducen, en el cuerpo y en el torrente sanguíneo se excretan en la respiración. El nivel en el cuerpo o en el torrente sanguíneo puede determinarse mediante su medición en la respiración. Por ejemplo, los niveles de CO en la respiración pueden medirse para detectar y supervisar trastornos subyacentes, tales como trastornos y afecciones hematológicas, trastornos metabólicos y problemas ambientales y de comportamiento. Por ejemplo, el CO al final de la espiración puede correlacionarse con el CO en sangre, que puede ser indicativo de hemólisis, tabaquismo o envenenamiento por inhalación. Con el fin de medir el CO al final de la espiración, puede recogerse gas alveolar de manera no invasiva desde la respiración exhalada de un paciente capturando la parte de la respiración al final de la exhalación. A continuación, el gas capturado al final de la espiración puede analizarse para determinar su concentración de CO completando de esta manera la medición de diagnóstico no invasiva. Típicamente, existe una correlación entre el nivel de un analito en el gas exhalado y el nivel de un metabolito o sustancia química u otra sustancia en el cuerpo o en la sangre, por ejemplo, una relación 1:1 o alguna otra relación.

Se ha descubierto que una correlación apropiada y precisa de los niveles de analito en sangre-a-respiración, tal como gas CO, puede depender del patrón de respiración. Típicamente, las muestras de respiración se toman sin tener en cuenta si el patrón de respiración del paciente es o no apropiado para el análisis de diagnóstico que se realiza. Cuando el nivel de un determinado gas en la sangre está siendo analizado mediante la medición del mismo en la respiración, en algunas situaciones, con el fin de que la correlación de nivel de sangre-a-respiración sea precisa, es posible que sea necesario que el paciente esté respirando a su volumen respiratorio de reposo o patrón de respiración de volumen por minuto normales en términos de frecuencia y de profundidad de la respiración. En otras situaciones, la correlación de sangre-a-respiración puede ser más precisa si la persona realiza una respiración de volumen respiratorio no en reposo, tal como un suspiro o contención de la respiración (por ejemplo, cuando se intenta diagnosticar un trastorno metabólico), o una respiración profunda (por ejemplo, cuando se intenta diagnosticar una infección).

Además, durante una prueba de respiración, puede ser beneficioso que el gas al final de la espiración sea recogido de manera automática o semiautomática desde un paciente no cooperativo o un paciente incapaz de seguir las instrucciones. O, en algunos casos, un paciente puede ser capaz de cooperar, pero se ve influido por la prueba, y puede enviar una muestra cuando está respirando de manera anormal. En estas situaciones, la obtención de una muestra de gas pura y adecuada desde la respiración puede suponer un desafío.

El documento WO 2011/101776 describe un dispositivo de análisis de respiración exhalada, en el que se identifican las exhalaciones en las que el NO producido en el tracto respiratorio inferior domina la contribución al NO desde otras fuentes.

Sumario

Para abordar las deficiencias anteriores, la presente divulgación proporciona sistemas y métodos que definen, seleccionan, capturan y analizan una respiración o respiraciones fisiológicamente apropiadas para la prueba de diagnóstico que se está realizando, y puede evitar el análisis de respiraciones fisiológicamente inapropiadas que podrían conducir a un resultado de diagnóstico falso.

El objeto de la presente invención se consigue con un dispositivo según la reivindicación independiente. En el presente documento se describen también analizadores de analitos en la respiración y métodos que pueden recoger de manera fiable una muestra precisa de analito en la exhalación, tal como el gas al final de la espiración de una amplia gama de patrones de respiración y puede abarcar una amplia gama de tipos de pacientes, condiciones ambientales y circunstancias clínicas. En una primera variante, un patrón de respiración se mide durante un período de tiempo hasta que se produce un determinado tipo de respiración. El tipo de respiración deseado puede predefinirse estableciendo criterios de umbral de respiración para los cuales puede obtenerse una muestra precisa. Los criterios de umbral pueden ser, por ejemplo, la detección de una respiración completa y de volumen respiratorio normal del paciente. Una vez que se cumple un criterio de umbral, puede tomarse una muestra de la parte apropiada de esa respiración correspondiente. En una segunda variante, se recoge una muestra desde una respiración que cumple uno de dos o más de los tipos de respiración predefinidos. Por ejemplo, puede predefinirse una respiración con un período de espiración de al menos 0,5 segundos, y puede definirse una exhalación de una respiración completa y de volumen respiratorio normal, y se recogerá una muestra de la respiración que se produzca primero. En una tercera variante, un aparato puede solicitar a, o si no comunicarse con, un usuario para interferir con el patrón de respiración del paciente, de manera que el paciente produzca una respiración que cumple un cierto tipo de respiración. En una cuarta variante, un aparato puede tomar una entrada de una señal fisiológica en base a la cual pueden establecer umbrales de respiración deseados, con el fin de verificar que se ponga como objetivo una respiración fisiológicamente representativa para las condiciones clínicas predominantes. En una quinta variante, un aparato puede seleccionar una respiración fisiológicamente representativa, si la encuentra y cuando la encuentre, y si no la encuentra, seleccionará una respiración que no es representativa, pero, a continuación, aplicará un factor de corrección para normalizar el resultado a una respiración representativa. En una sexta variante, el aparato puede solicitar a, o comunicarse con, el usuario para dar al usuario la opción de esperar a que se produzca el tipo predefinido de respiración, o para cancelar la prueba para evitar largos períodos de espera. En una séptima variante, el aparato puede requerir que una respiración seleccionada satisfaga tanto unos criterios de tipo de respiración como unos criterios de estabilidad de patrones de respiración.

En una octava variante, un aparato para analizar un gas en la respiración incluye un sensor, un sistema de muestreo de la respiración, un procesador y un analizador de gases. El sensor puede medir un parámetro de un patrón de respiración. El sistema de muestreo de la respiración puede incluir un conducto de recogida de gas. El procesador puede determinar si se debería muestrearse o no una respiración exhalada para su análisis en base a una comparación de un valor umbral de un parámetro de respiración con el parámetro de patrón de respiración medido. El valor umbral puede diferenciar entre una respiración fisiológicamente representativa y una respiración fisiológicamente no representativa. El analizador de gases puede analizar el gas en la respiración.

En una novena variante, un aparato para analizar un gas en la respiración exhalada incluye un sensor, un sistema de muestreo de la respiración, un procesador y un analizador de gases. El sensor puede medir un parámetro de la respiración que incluye una señal de espiración. El sistema de muestreo de la respiración puede incluir un conducto de recogida de gas. El procesador puede determinar si debería muestrearse o no una respiración exhalada para su análisis en base a una comparación de un valor umbral de un parámetro de respiración con el parámetro de señal de respiración espiratoria medido, en el que el valor umbral es una duración de una parte del parámetro de respiración. El analizador de gases puede analizar el gas en la respiración.

En una décima variante, un aparato para la recogida y el análisis de un gas en la respiración exhalada incluye un sensor, un sistema de muestreo de la respiración, un procesador y un analizador de gases. El sensor puede medir un parámetro de la respiración que incluye una señal de espiración. El sistema de muestreo de la respiración puede incluir un conducto de recogida de gas. El primer procesador puede comparar un valor umbral de patrón de respiración con el parámetro de patrón de respiración medido y puede determinar si el parámetro medido cumple con el valor de umbral, en el que el valor de umbral diferencia entre una respiración fisiológicamente representativa y una respiración fisiológicamente no representativa. El analizador de gases puede analizar el gas en la respiración, en el que el analizador de gases comprende un segundo procesador que tiene un primer algoritmo de análisis de gases y un segundo algoritmo de análisis de gases. El primer algoritmo de análisis de gases se usa para aquellas respiraciones para las que se determina que alcanzan el valor umbral. El segundo algoritmo de análisis de gases se usa para aquellas respiraciones que se determina que no alcanzan el valor umbral, en el que el segundo algoritmo comprende un factor de corrección para convertir un resultado no representativo de una respiración no representativa en un resultado representativo.

En una décimo primera variante, un aparato para la recogida y el análisis de un gas en la respiración exhalada incluye un sensor, un sistema de muestreo de la respiración, un procesador y un analizador de gases. El sensor puede medir un parámetro de la respiración que incluye una señal de espiración. El sistema de muestreo de la respiración puede incluir un conducto de recogida de gas. El procesador puede incluir una entrada para recibir una señal fisiológica, en el que el procesador compara un valor umbral de un parámetro del patrón de respiración con el parámetro del patrón de respiración medido y determina si una respiración alcanza el valor de umbral, en el que el valor de umbral se define en base a la señal fisiológica, y en el que el valor umbral se define para diferenciar entre una respiración fisiológicamente representativa y una respiración fisiológicamente no representativa. El analizador de gases puede analizar el gas en la respiración.

En una décimo segunda variante, el valor umbral en una cualquiera de las variantes octava a décimo primera se selecciona de manera que sea representativo de una respiración de volumen normal completa.

En una décimo tercera variante, el aparato en una cualquiera de las variantes octava a décimo segunda incluye un algoritmo de determinación de tendencia de la señal de respiración, y en el que el valor umbral es al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en: un valor de amplitud máximo, un valor de línea base, una duración de tiempo por encima del valor de amplitud máximo, una duración de tiempo por debajo del valor de la línea base y una comparación en porcentaje de una respiración actual con el algoritmo de determinación de tendencia.

En una décimo cuarta variante, el valor umbral en una cualquiera de las variantes octava a décimo tercera se selecciona de manera que sea un valor de amplitud y un valor de línea base, en el que los valores se seleccionan de manera que representen una respiración de volumen normal completa.

En una décimo quinta variante, el valor umbral del parámetro de respiración de la décima variante es una frecuencia respiratoria menor o igual a 60 respiraciones por minuto.

En una décimo sexta variante, el valor umbral en una cualquiera de las variantes octava a décimo quinta se basa en al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en un tiempo de espiración, una parte de un tiempo de espiración, una presión de las vías respiratorias, un valor de CO2 (a lo largo del tiempo), un valor de O2 (a lo largo del tiempo), una temperatura de las vías respiratorias, una tasa de flujo respiratorio, una frecuencia respiratoria, una profundidad de la respiración, una duración de la respiración, un tiempo de inspiración, un tiempo previo al final de la espiración, un tiempo final de espiración, un tiempo post-espiración, una pausa de inspiración, una presión de inspiración máxima, una presión de espiración máxima, una forma de onda característica de estornudo, tos, respiración acumulada o respiración no completa, una amplitud de inspiración, una amplitud de espiración y un criterio de respiración histórico.

En una décimo séptima variante, la señal fisiológica de la décima variante es representativa de un parámetro fisiológico de un paciente, en el que el parámetro fisiológico es al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en una presión arterial, una frecuencia cardíaca, impedancia torácica, un peso, una estatura, una edad, una raza, un sexo, un diagnóstico, una frecuencia respiratoria, un volumen normal, un volumen por minuto, una relación inspiración:espiración, un gas en sangre, un gasto cardíaco, una concentración de CO2 en espiración final, una perfusión pulmonar, un exceso de base, una saturación de O2 y una relación ventilación:perfusión.

En una décimo octava variante, el procesador en una cualquiera de las variantes octava a décimo séptima comprende además un algoritmo de información de tipo de respiración para determinar una respiración para el muestreo, en el que el algoritmo se basa al menos en parte en la determinación de que la respiración es al menos una seleccionada de entre el grupo que consiste en contención de la respiración, respiración profunda, respiración exhalada forzada, pausa de inspiración, una pausa de espiración, respiración en reposo y repetición del patrón de respiración.

En una décimo novena variante, un algoritmo de determinación de tendencia de la respiración de una cualquiera de las variantes octava a décimo octava se basa al menos en parte en un patrón de respiración y en el que el algoritmo determina la toma de una muestra después de un número predeterminado de respiraciones repetitivas.

En una vigésima variante, el número predeterminado de respiraciones de la décimo novena variante está comprendido entre 1 y 5 respiraciones.

En una vigésima primera variante, el número predeterminado de respiraciones de la variante décimo novena está comprendido entre 2 y 4 respiraciones.

En una vigésima segunda variante, un aparato para analizar una respiración exhalada incluye un sensor, un primer procesador y un sistema de muestreo de la respiración. El sensor puede medir un parámetro de la respiración exhalada. El primer procesador puede determinar si el parámetro medido cumple un criterio predeterminado correspondiente a una respiración fisiológicamente representativa. El sistema de muestreo de la respiración puede almacenar la respiración exhalada cuando el primer procesador determina que el parámetro medido cumple los criterios predeterminados.

En una vigésima tercera variante, el aparato de la vigésima segunda variante incluye un analizador de gases para analizar la respiración almacenada. En una vigésima cuarta variante, el analizador de gases de la vigésima tercera variante incluye un segundo procesador que aplica un primer algoritmo de análisis de gases cuando el primer procesador determina que el parámetro medido cumple los criterios predeterminados y aplica un segundo algoritmo de análisis de gases cuando el primer procesador determina que el parámetro medido no cumple los criterios predeterminados, en el que el segundo algoritmo comprende un factor de corrección.

En una vigésima quinta variante, el aparato de cualquiera de las variantes vigésima segunda a vigésima cuarta incluye un sensor fisiológico que supervisa un parámetro fisiológico de un paciente y en el que el sistema de muestreo de la respiración no almacena la respiración exhalada cuando un tercer procesador determina que el parámetro fisiológico no cumple un criterio fisiológico predeterminado.

En una vigésima sexta variante, el parámetro fisiológico de la variante vigésima quinta incluye al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en una presión arterial, una frecuencia cardíaca, una impedancia torácica, un peso, una altura, una edad, una raza, un sexo, un diagnóstico, una frecuencia respiratoria, un volumen normal, un volumen por minuto, una relación inspiración:espiración, un gas en sangre, un gasto cardíaco, una concentración de CO2 en espiración final, una perfusión pulmonar, un exceso de base, una saturación de O2 y una relación ventilación:perfusión.

En una vigésima séptima variante, los criterios predeterminados de cualquiera de las variantes vigésima segunda a vigésima sexta incluyen una duración mínima.

En una variante vigésima octava, los criterios predeterminados de cualquiera de las variantes vigésima segunda a vigésima séptima incluyen al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en: un valor de amplitud máxima, un valor de línea base, una duración de tiempo por encima del valor de amplitud máxima, una duración de tiempo por debajo del valor de línea base y una comparación porcentual de una respiración actual con un algoritmo de determinación de tendencia.

En una vigésima novena variante, los criterios predeterminados de cualquiera de las variantes vigésima segunda a vigésima octava incluyen un valor de amplitud y un valor de línea base que representan una respiración de volumen normal completa.

En una trigésima variante, el criterio predeterminado de cualquiera de las variantes vigésima segunda a vigésima novena incluye una frecuencia respiratoria menor o igual a 60 respiraciones por minuto.

En una variante trigésima primera, los criterios predeterminados de cualquiera de las variantes vigésima segunda a trigésima se basa en al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en un tiempo de espiración, una parte de un tiempo de espiración, una presión de las vías respiratorias, un valor de CO2 a lo largo del tiempo, un valor de O2 a lo largo del tiempo, una temperatura de las vías respiratorias, una tasa de flujo respiratorio, una frecuencia respiratoria, una profundidad de la respiración, una duración de la respiración, un tiempo de inspiración, un tiempo previo al final de la espiración, un tiempo final de la espiración, un tiempo post-espiración, una pausa de inspiración, una presión de inspiración máxima, una presión de espiración máxima, una forma de onda característica de estornudo, tos, respiración acumulada o respiración no completa, una amplitud de inspiración, una amplitud de espiración y un criterio de respiración histórico.

En una trigésima primera variante, los criterios predeterminados de cualquiera de las variantes vigésima segunda a trigésima primera se basan en al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en contención de la respiración, respiración profunda, respiración exhalada forzada, pausa de inspiración, pausa de espiración, respiración en reposo y repetición del patrón de respiración.

En una variante trigésima tercera, los criterios predeterminados de cualquiera de las variantes vigésima segunda a trigésima primera se basan en un número predeterminado de respiraciones repetitivas.

En una trigésima cuarta variante, el número de respiraciones repetidas de la trigésima tercera variante está comprendido entre 1 y 5 respiraciones.

En una trigésima quinta variante, el número de respiraciones repetidas de la trigésima cuarta variante está comprendido entre 2 y 4 respiraciones.

En una trigésima sexta variante, un aparato para analizar un gas en la respiración incluye un sensor, un primer procesador, un segundo procesador, un tercer procesador y un sistema de muestreo de la respiración. El sensor puede medir los parámetros de una primera respiración exhalada, una segunda respiración exhalada y una tercera respiración exhalada. El primer procesador puede determinar si una primera medición de la primera respiración exhalada cumple con unos primeros criterios predeterminados. El segundo procesador puede determinar si una segunda medición de la segunda respiración exhalada cumple con unos segundos criterios predeterminados, en el que la segunda medición se realiza cuando se determina que la primera medición cumple con los primeros criterios predeterminados. El tercer procesador puede determinar si una tercera medición de la tercera respiración exhalada cumple con unos terceros criterios predeterminados, en el que la tercera medición se realiza cuando se determina que la segunda medición cumple con los segundos criterios predeterminados. El sistema de muestreo de la respiración puede almacenar la tercera respiración exhalada cuando el tercer procesador determina que el tercer parámetro medido cumple con los terceros criterios predeterminados.

En una trigésima séptima variante, los terceros criterios predeterminados de la trigésima sexta variante se basan en una tendencia asociada con múltiples respiraciones.

En una trigésima octava variante, un método para analizar un gas en la respiración incluye: medir los parámetros de una primera respiración exhalada, una segunda respiración exhalada y una tercera respiración exhalada; determinar si una primera medición de la primera respiración exhalada cumple unos primeros criterios predeterminados; determinar si una segunda medición de la segunda respiración exhalada cumple unos segundos criterios predeterminados, en el que la segunda medición se realiza cuando se determina que la primera medición cumple los primeros criterios predeterminados; determinar si una tercera medición de la tercera respiración exhalada cumple unos terceros criterios predeterminados, en el que la tercera medición se realiza cuando se determina que la segunda medición cumple los segundos criterios predeterminados; y almacenar la tercera respiración exhalada cuando se determina que la tercera medición cumple los terceros criterios predeterminados.

En una trigésima novena variante, el tercer criterio predeterminado de la variante trigésima octava se basa en una tendencia asociada con múltiples respiraciones.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 describe esquemáticamente una visión general de un analizador de respiración según una variante.

La Figura 1b describe esquemáticamente una visión general opcional del analizador de respiración en la que el análisis puede realizarse sustancialmente en tiempo real, según una variante.

La Figura 1c describe esquemáticamente una visión general opcional del analizador de respiración en la que la muestra puede guardarse y el análisis puede realizarse en un momento posterior, según una variante.

La Figura 2 describe un sistema de control ejemplar para operar el analizador de respiración de la Figura 1, según una variante.

La Figura 3 describe gráficamente una forma de onda de supervisión de la respiración típica basada en una medición de dióxido de carbono que se toma a partir del gas que se extrae de una respiración, según una variante.

La Figura 4 describe gráficamente una forma de onda de supervisión de la respiración típica basada en una medición de la presión de la vía respiratoria tomada en la vía respiratoria proximal, según una variante.

La Figura 5 es un diagrama de temporización que describe la secuencia de operación de captura de una muestra de gas basada en capnometría, según una variante.

La Figura 6 es un diagrama de temporización que describe la secuencia de operación de captura de una muestra de gas basada en la supervisión de la presión de las vías respiratorias, según una variante.

La Figura 7 es un esquema neumático que describe la captura de una muestra a partir de la serie de respiraciones descritas en la Figura 8, según una variante.

La Figura 8 describe gráficamente una señal de capnometría en función del tiempo para una secuencia de respiraciones a partir de las que se toma una muestra, según una variante.

La Figura 9 es un gráfico de la intensidad de la señal en función del tiempo, según una variante.

La Figura 10 describe un diagrama de flujo de una variante de un método de detección y de supervisión de la respiración en el que los valores de respiración medidos se comparan con umbrales establecidos, según una variante.

La Figura 11 describe un diagrama de flujo de una variante de un método de detección y de supervisión de la respiración en el que los valores de respiración medidos se comparan con un segundo conjunto de criterios si no se cumple un primer conjunto, según una variante.

La Figura 12 describe un diagrama de flujo de una variante en la que un usuario puede introducir información clínica en el sistema para que el sistema pueda diferenciar entre respiraciones representativas y no representativas para la prueba de diagnóstico que se está realizando, según una variante.

La Figura 13 describe un diagrama de flujo de una variante en la que un usuario puede introducir información del tipo de respiración en el sistema de manera que el sistema pueda diferenciar entre respiraciones representativas y no representativas para la prueba de diagnóstico que se está realizando, según una variante.

La Figura 14 describe un diagrama de flujo de una variante en la que un sistema recibe una entrada de señal fisiológica desde un supervisor secundario de manera que el sistema pueda calibrar sus algoritmos a un parámetro fisiológico del paciente, según una variante.

La Figura 15 describe un diagrama de flujo de una variante de un sistema de control en el que puede usarse un algoritmo de captura y de análisis secundario si no se cumplen los parámetros de umbral del patrón de respiración preferido, según una variante.

La Figura 16 describe un diagrama de flujo ejemplar de una variante en la que se invoca una segunda subrutina si la frecuencia respiratoria es demasiado rápida, según una variante.

La Figura 17 describe una señal respiratoria a partir de una serie de respiraciones que muestra respiraciones que pueden ser demasiado rápidas para la captura y el análisis al final de la espiración, o que pueden no ser respiraciones con volumen normal completo, así como respiraciones que pueden ser objetivos deseables para la captura y el análisis de una muestra al final de la espiración, según una variante.

La Figura 18 describe una señal respiratoria a partir de una serie de respiraciones que muestra respiraciones que pueden ser demasiado erráticas o fisiológicamente no representativas para el análisis, así como respiraciones que pueden ser objetivos deseables para la captura y el análisis de muestras al final de la espiración, según una variante.

La Figura 19 describe un diagrama de temporización de un ejemplo de un sistema de supervisión y de captura que busca y captura el gas al final de la espiración después de un suspiro, según una variante.

La Figura 20 es un gráfico de una señal respiratoria en función del tiempo que muestra el uso de un parámetro de la señal de espiración para determinar si la respiración es representativa o no, según una variante.

La Figura 21 es un diagrama de flujo que describe un algoritmo de múltiples partes para seleccionar una respiración, incluyendo el algoritmo una primera etapa para clasificar una respiración potencialmente fisiológicamente representativa, una segunda etapa para clasificar una respiración subsiguiente como potencialmente fisiológicamente representativa y una tercera etapa para clasificar la respiración subsiguiente como fisiológicamente representativa, según una variante.

La Figura 22 describe gráficamente señales de presión respiratoria usadas para identificar diferentes secciones de exhalación correspondientes a un gas exhalado desde diferentes secciones del pulmón, según una variante.

La Figura 23 muestra un esquema neumático del sistema mostrado en la Figura 1 y en el que el sistema se usa para seleccionar, aislar y medir un analito desde cualquier parte de la curva de respiración, tal como se describe en la Figura 22.

Descripción detallada

En el presente documento, se describen dispositivos y métodos para medir ciertas características de la forma de onda de la respiración. Las características medidas pueden usarse para discriminar entre respiraciones que pueden producir una medición de gas precisa y respiraciones que es posible que no produzcan una medición de gas precisa. En las variantes mostradas, con propósitos ejemplares, se describen mediciones de gas ETCO y la muestra de respiración del paciente se muestra extraída al instrumento desde el paciente mediante la aplicación de vacío. Sin embargo, la divulgación se aplica también a la medición de otros gases respiratorios y a otros métodos de recogida de gas de respiración, tal como, por ejemplo, pacientes que respiran al interior de un instrumento.

En algunas variantes, pueden medirse uno o más parámetros respiratorios para identificar las diferentes partes constituyentes de una respiración y los períodos de tiempo respectivos, y puede usarse un sistema neumático para capturar la parte de la respiración exhalada en un tubo de muestreo usando el período de tiempo identificado. En algunas variantes, pueden usarse una o más válvulas y/o mecanismos de control de flujo, tales como una bomba de vacío, por ejemplo, para regular el caudal de gas aspirado al interior del tubo de muestreo. En algunas variantes, la parte capturada de la respiración puede analizarse para obtener indicaciones del estado fisiológico de un paciente.

Los parámetros respiratorios medidos pueden incluir uno o más de entre dióxido de carbono, oxígeno, presión de las vías respiratorias, temperatura de las vías respiratorias, tasa de flujo respiratorio, impedancia del pecho, movimiento diafragmático o inervación, sonidos respiratorios y vibraciones respiratorias. La identificación del período de tiempo de una parte de una respiración puede incluir la identificación sustancialmente del inicio y de la terminación de ese período de tiempo.

Puede tomarse una muestra de gas para diagnóstico del período al final de la espiración, por ejemplo, cuando se intenta supervisar una afección fisiológica en el torrente sanguíneo, tal como hemólisis. Con propósitos explicativos, a continuación, se proporcionan variantes ejemplares para el muestreo de un gas al final de la espiración para la medición de CO al final de la espiración; sin embargo, los principios se aplican a otros propósitos de diagnóstico.

La Figura 1 describe esquemáticamente una visión general de una variante de un dispositivo para capturar la respiración exhalada, que incluye una cánula 1 de muestreo y un instrumento 2 de recogida y de análisis de muestras de gas, según una variante. El gas puede extraerse desde el paciente, por ejemplo, usando una cánula 1 de muestreo y un generador 12 de flujo. El caudal del generador de flujo puede medirse mediante un transductor de flujo, por ejemplo, una matriz 26 y 28 de sensores de presión, dispuestos como un neumotacógrafo. El caudal medido puede usarse como un control de retroalimentación de bucle cerrado para controlar el caudal del generador de flujo. Se usa un sensor de respiración, tal como un capnómetro 10 o un sensor 26 de presión, para medir el patrón de respiración en tiempo real. El gas desde la parte deseada de la respiración se captura y se aísla en el compartimiento 18 de recogida de almacenamiento. El gas que entra al compartimiento de almacenamiento es controlado por al menos una válvula V1, por ejemplo, con un puerto c común siempre abierto, y un segundo puerto abierto, bien a para recoger gas o bien b para aislar el compartimiento de almacenamiento. Puede haber una válvula V2 entre V1 y el generador de flujo para participar con V1 en el aislamiento del compartimiento de almacenamiento. El gas que no se captura para el análisis se canaliza fuera del compartimiento de almacenamiento a través de un conducto 20 de derivación. El gas capturado se envía desde el compartimiento de almacenamiento a través de un analizador 14 de la composición de los gases, tal como un sensor de CO. Un sistema 22 de control con un microprocesador 24 controla el sistema con los algoritmos asociados. Por ejemplo, el generador de flujo puede ser una bomba de vacío o de presión, tal como una bomba de diafragma, u otro tipo de dispositivo generador de flujo, tal como una fuente de vacío, un dispositivo Venturi desde una fuente de presión positiva o una bomba de jeringa. Las válvulas para gestionar el enrutamiento del gas pueden ser una disposición de válvulas de 3 vías y 2 posiciones, tal como se muestra, o pueden ser una disposición de válvulas de 4 vías y 3 posiciones. El capnómetro 10, si se usa, mide el patrón de respiración instantáneamente usando infrarrojos (IR). El analizador de la composición de los gases, por ejemplo, puede ser un sensor electroquímico con un tiempo de reacción, o un cromatógrafo de gases o un espectrómetro de masas. Otras variantes pueden usar analizadores de gases diferentes. El compartimiento de almacenamiento de muestras puede ser un tubo de diámetro interior de pequeño calibre o un conducto de considerable longitud con el fin de reducir la sección transversal, lo que reduce la interacción de las moléculas de gas a lo largo de la longitud del conducto. La cánula de muestreo puede estar construida en cualquier plástico no rígido resistente a la torsión, como un plástico termoendurecible, por ejemplo, silicona, uretano o mezclas de uretano, o tal como un termoplástico, por ejemplo, PVC, C-FLEX u otros materiales. La cánula puede tener una diversidad de diámetros interiores y, en algunas variantes, la cánula tiene un diámetro de menos de 0,20 cm (0,080 pulgadas) con el fin de que el gas en la respiración se adapte al comportamiento columnar con límites entre las secciones de respiración donde la mezcla entre las secciones puede reducirse.

El sensor 16 de presión es un sensor de presión adicional que puede usarse junto con 26 de manera que pueda determinarse un caudal, además de usar el mismo para medir la presión de las vías respiratorias. El caudal puede usarse para ajustar la velocidad de la bomba en algunas variantes que utilizan un caudal variable. El sensor 16 de presión puede utilizarse también para proporcionar información ambiental, donde la curva de respiración se mide por presión en lugar de por capnometría. En algunas variantes, puede usarse un sensor de monóxido de carbono instantáneo como el sensor de respiración, en lugar de un capnómetro o un sensor de presión de las vías respiratorias. Pueden usarse también otros sensores de respiración instantánea.

El tubo 20 de derivación permite que el gas que se extrae desde el paciente o desde el entorno circunvale el tubo 18 de muestras durante los tiempos en los que el tubo de muestras puede estar aislado de estos gases. En esta disposición, una válvula V1 puede estar cerrada en el puerto a y una válvula V2 puede estar abierta en el puerto b para permitir el flujo desde b hacia c. Puede usarse un generador de flujo para extraer el gas de muestreo a través del tipo de derivación. Puede usarse un tubo 21 de empuje para empujar la muestra al final de la espiración en el tubo 18 de muestras fuera del tubo de muestras al sensor 14, momento en el cual ambas válvulas V1 y V3 están abiertas en el puerto b y V2 está cerrada en el puerto a. La válvula V4 conmuta la fuente de gas desde el gas del paciente al gas ambiental mediante la apertura del puerto b, cuando se desea no contaminar las vías de gas interiores con gas del paciente o para purgar el sistema.

En algunas variantes, el sistema neumático mostrado en la Figura 1 anterior puede incluir un compartimiento 18’ de muestreo extraíble, tal como muestra el instrumento 2c en la Figura 1c. Por ejemplo, el tubo 18’ de muestras es extraíble desde el sistema. De esta manera, el sistema neumático puede ser capaz de llenar un tubo de muestras con un gas deseado, y el tubo de muestras puede analizarse en otra ubicación o puede conservarse para un análisis posterior. En otras variantes, el gas puede ser enrutado desde el tubo de muestras a un compartimiento de muestreo extraíble. En esta variante, el compartimiento puede reemplazar al analizador 14 o si no puede estar posicionado de manera que pueda extraerse y/o reemplazarse. En otras variantes, ejemplificadas en la Figura 1 b, el analito en cuestión puede ser medido por el instrumento 2b en tiempo real o sustancialmente en tiempo real por el sensor 14. En este caso, el sensor 14 puede ser responsable de medir la señal de respiración con los propósitos de selección de la respiración y determinación de la sección de la respiración seleccionada que debe medirse, así como para medir el nivel del analito en cuestión. U, opcionalmente, el sensor 16 puede ser responsable de la selección de la respiración y de la selección de la sección de respiración, mientras que el sensor 14 es responsable de medir el nivel del analito en cuestión. En cualquier caso, los algoritmos de selección de respiración y los algoritmos de selección de la sección de respiración descritos se aplican a todos los diferentes tipos de configuraciones de instrumentos.

La Figura 2 describe un sistema 22 de control ejemplar para operar el dispositivo de la Figura 1, según una variante. Un módulo o algoritmo 200 realiza la función de supervisión y de detección de la respiración. En este módulo, se realiza una determinación de si el patrón de respiración o las respiraciones individuales cumplen ciertos criterios, con el fin de determinar si se capturará o no una respiración para su análisis. En algunas variantes, los criterios pueden estar predefinidos o pueden definirse en tiempo real, o pueden ser definidos por el usuario, pueden definirse automáticamente 0 semiautomáticamente. Por ejemplo, los criterios predefinidos pueden ser parámetros de umbral absolutos o relativos almacenados en el software del dispositivo. O un usuario puede introducir cierta información relativa a la prueba específica que se está realizando, y el sistema puede usar esa información para definir los criterios. O el sistema puede establecer automáticamente los criterios en tiempo real en base a las condiciones imperantes. O puede emplearse una combinación de las técnicas anteriores. Un sistema, módulo o algoritmo 400 de control subsiguiente realiza la función de captura de la muestra de respiración, y otro sistema, módulo o algoritmo 500 de control subsiguiente realiza el análisis de la muestra de respiración. Tal como se muestra mediante una línea discontinua en la Figura 2, se contempla una secuencia de operación alternativa en la que el algoritmo 400 de captura de muestra de respiración se omite para aquellas configuraciones de instrumentos en las que la Etapa 500 de análisis de muestra se realiza en tiempo real o sustancialmente en tiempo real.

Las Figuras 3 y 4 describen un patrón de señal respiratorio típico de una respiración basada en el CO2 y la presión de las vías respiratorias, respectivamente. La Figura 3 describe gráficamente un patrón respiratorio típico desde la perspectiva de una señal de dióxido de carbono (CO2) medida en la respiración extraída desde las vías respiratorias de la persona, como desde su nariz, como una función del tiempo, con el tiempo en el eje horizontal y el nivel de CO2 en el eje vertical, según una variante. Durante la fase E de espiración, se expulsa CO2, de ahí que el nivel de CO2 aumenta. Durante la fase 1 de inspiración, el aire ambiente ocupa la nariz, por lo tanto, el CO2 medido cae esencialmente a cero. Puede haber una diversidad de formas en una curva de CO2 en la respiración, basadas en el patrón de respiración de la persona, su edad, cómo está respirando y cualquier afección médica subyacente aguda o crónica. Una curva puede mostrar las siguientes termo endurecible para la fase de espiración: (1) una parte inicial o una sección PET previa al final de la espiración, que comprende bajos niveles de CO2 ya que el gas puede ser simplemente gas desde la vía respiratoria proximal desprovista de CO2, (2) una parte central que muestra el nivel de CO2 que aumenta rápidamente desde cero al nivel de CO2 en los segmentos distales de los pulmones, y (3) una parte ET al final de la espiración que muestra una meseta o nivelación del CO2, que representa el CO2 proveniente desde los alvéolos para esa respiración exhalada, y (4) potencialmente un nivel máximo constante justo al final del período de espiración. Sin embargo, puede haber muchas otras curvas diferentes a esta curva. Los niveles máximos de CO2 son típicamente del 4-6% durante el período al final de la espiración y cercanos o iguales a cero durante el período de espiración.

En algunas variantes, el nivel de CO2 en una respiración exhalada puede usarse para determinar la duración de un período de una respiración, tal como el tiempo TPET previo al final de la espiración, el tiempo TE de espiración, el tiempo TET al final de la espiración, el tiempo TI de inspiración o el tiempo TBP del período de respiración. En variantes adicionales, una duración de un período de respiración puede caracterizarse por un inicio y una terminación de ese período. En algunas variantes, puede usarse un nivel de CO2 para determinar un inicio o una terminación de un período de una respiración. En otras variantes, una primera derivada con respecto al tiempo de un nivel de CO2 puede usarse para determinar un inicio o una terminación de un período de una respiración. En todavía otras variantes, una segunda derivada con respecto al tiempo de un nivel de CO2 puede usarse para determinar un inicio o una terminación de un período de una respiración. En algunas variantes, una combinación de niveles de CO2 y derivadas con respecto al tiempo del nivel de CO2 puede usarse para determinar un inicio o una terminación de un período de una respiración. En algunas variantes, un inicio de un período al final de la espiración puede determinarse mediante un cambio en la primera derivada con respecto al tiempo de un nivel de CO2 de la respiración exhalada, tal como una reducción repentina en la primera derivada con respecto al tiempo del nivel de CO2. En algunas variantes, una reducción en la primera derivada con respecto al tiempo del nivel de CO2 puede ser una reducción mayor del 10%. En algunas variantes, una reducción en la primera derivada con respecto al tiempo del nivel de CO2 puede ser una reducción mayor del 25%. En algunas variantes, la derivada se aproximará a cero o será nula, mostrando una tasa de cambio muy reducida o una meseta máxima, respectivamente. En otras variantes, el inicio de un período al final de la espiración puede determinarse por una gran segunda derivada con respecto al tiempo del nivel de CO2. En algunas variantes, una terminación de un período al final de la espiración puede determinarse por un nivel de CO2 máximo, que puede ser detectado o confirmado por un cambio en el signo de la primera derivada con respecto al tiempo del nivel de CO2 cuando la derivada pasa a ser negativa asociada con una caída del nivel de CO2 desde su valor máximo. En variantes adicionales, un inicio de un período inicial puede determinarse por un aumento repentino en la primera derivada con respecto al tiempo del nivel de CO2. En variantes adicionales, un inicio de un período inicial puede determinarse por un aumento en el nivel de CO2 desde el nivel de CO2 nulo. En algunas variantes, la terminación de un período intermedio puede determinarse por un cambio en la primera derivada con respecto al tiempo de un nivel de CO2 de la respiración exhalada, tal como una reducción repentina en la primera derivada del nivel de CO2. En algunas variantes, un nivel de CO2, la primera derivada del mismo o la segunda derivada del mismo pueden usarse para determinar el inicio y la terminación de uno o más períodos. Pueden usarse otros gases transmitidos por la respiración en lugar del CO2 para medir la curva respiratoria. Por ejemplo, puede medirse el oxígeno, lo que indicaría una concentración de oxígeno más elevada durante la inspiración que durante la espiración. Se contempla también que el patrón de respiración pueda medirse instantáneamente o de manera sustancialmente instantánea mediante un sensor de CO de respuesta rápida. En este caso, con referencia a la Figura 1, el sensor 10 puede ser un sensor de CO de respuesta rápida que representa el patrón de respiración y que mide también el nivel de CO al final de la espiración. Después de la aplicación de las diversas variantes de calificación y descalificación de la respiración descritas más adelante, el nivel de CO de una respiración calificada puede informarse como el resultado.

La Figura 4 describe gráficamente una señal respiratoria típica desde la perspectiva de la presión medida en las vías respiratorias, mostrando una presión negativa durante la fase inspiratoria y una presión positiva durante la fase de espiración, según una variante. Típicamente, durante la respiración en reposo, la presión de espiración máxima puede corresponder a la mitad de la fase de espiración y al inicio del período final de la espiración. En las Figuras 3 y 4, TI, TE, TPET, TET, TPE representan el tiempo de inspiración, el tiempo de espiración, el tiempo previo al final de la espiración, el tiempo al final de la espiración y el tiempo post-espiración, respectivamente. También puede haber presente una pausa de inspiración (no mostrada), en la que el máximo del movimiento de los músculos pulmonares durante la inspiración se pausa antes de que iniciarse el período de espiración. La presión de inspiración máxima puede ser de -1 a -4 cwp durante la respiración en reposo y hasta de -15 cwp durante la respiración más intensa, y la presión de espiración máxima puede ser de 0,5 a 2,0 cwp durante la respiración en reposo y hasta 10 cwp durante la respiración más intensa cuando se mide en la entrada de las fosas nasales. Las presiones y las concentraciones de gas representativas pueden variar con las condiciones ambientales, por ejemplo, las presiones de las vías respiratorias durante temperaturas frías pueden aumentar para la misma unidad de volumen.

En algunas variantes, la presión de las vías respiratorias puede usarse para determinar un inicio o una terminación de un período de una respiración. En otras variantes, puede usarse una primera derivada con respecto al tiempo de una presión de las vías respiratorias para determinar un inicio o una terminación de un período de una respiración. En todavía otras variantes, puede usarse una segunda derivada con respecto al tiempo de la presión de las vías respiratorias para determinar un inicio o una terminación de un período de una respiración. En algunas variantes, puede usarse una combinación de las presiones de las vías respiratorias y las derivadas con respecto al tiempo de la presión de las vías respiratorias para determinar un inicio o una terminación de un período de una respiración. En algunas variantes, un inicio de un período al final de la espiración puede determinarse por la presión máxima de las vías respiratorias, es decir, por una primera derivada con respecto al tiempo nula de la presión de las vías respiratorias. En algunas variantes, una terminación de un período al final de la espiración puede determinarse por una presión nula en las vías respiratorias. En algunas variantes, puede usarse una presión en las vías respiratorias, la primera derivada de la misma o la segunda derivada de la misma para determinar el inicio y la terminación de uno o más períodos. La presión de las vías respiratorias puede medirse a través de un lumen secundario que se extiende a lo largo de la cánula en paralelo con el lumen de muestreo, o puede medirse encajando el lumen de muestreo o colocando un transductor sensor en las vías respiratorias del paciente.

En algunas variantes, un sensor de respiración supervisa la respiración de la persona a lo largo del tiempo y traza el patrón de respiración mediante la determinación de un valor actualizado de manera continua que es característico del patrón de respiración. Por ejemplo, los valores positivos máximos de una señal respiratoria pueden medirse y actualizarse para cada respiración. Los valores máximos pueden compararse con los valores máximos anteriores. Los valores máximos pueden promediarse para un número de múltiples respiraciones previas. De manera similar, pueden representarse los aspectos de las respiraciones relacionados con el tiempo, tales como el tiempo de espiración. Pueden identificarse varios eventos relacionados con la respiración que no son respiraciones normales y pueden existir algoritmos de excepción con el fin de no incluir inadvertidamente estos eventos respiratorios no normales en etapas deterministas. Por ejemplo, la forma de onda característica de un estornudo, tos, respiración acumulada o respiración no completa puede definirse de antemano o en base a la supervisión de un paciente particular, y cuando es detectada por el sensor de respiración, puede omitirse en los algoritmos deterministas apropiados.

La Figura 5 describe gráficamente un período de retraso entre el momento en el que la muestra de gas sale de un sensor de respiración y el momento en que la muestra alcanza el tubo de muestras, según una variante. La gráfica superior muestra las fases de respiración reales como una función del tiempo durante tres respiraciones, la gráfica del medio muestra una señal de capnometría como función del tiempo para la secuencia de respiraciones y el período de retraso entre el momento en que la muestra de gas sale del capnómetro y alcanza la válvula de entrada del tubo de muestras. El tiempo de desplazamiento para que el gas se desplace desde la persona al capnómetro a través de la cánula de muestreo está representado por ta. Por lo tanto, la señal de capnometría muestra un inicio de exhalación ligeramente después del verdadero inicio de exhalación. El tiempo de desplazamiento para que el gas salga del capnómetro y empiece a entrar al compartimiento de recogida de muestras está representado por tp. Por lo tanto, tal como se muestra en la gráfica inferior, la válvula V1 de aislamiento del compartimiento de muestras se abre a la posición a en el tiempo t(1), tp después de la detección del inicio del período de espiración final por el capnómetro, para el tiempo t(s) de recogida de muestra.

La Figura 6 describe gráficamente una señal de presión de las vías respiratorias en función del tiempo para una secuencia de respiraciones, según una variante. La gráfica superior muestra las fases de respiración reales, la gráfica media muestra la señal de presión de las vías respiratorias y la gráfica inferior muestra la posición de la válvula V1 del tubo de aislamiento de muestras. En la gráfica de presión de las vías respiratorias se muestra el período de retraso entre el momento en el que la muestra de gas sale de las vías respiratorias del paciente y el momento en el que alcanza la válvula de entrada del tubo de muestras. El cambio de fase entre la respiración real y la presión es tO, aproximadamente igual a la distancia de desplazamiento dividida por la velocidad del sonido, por lo que es relativamente instantáneo. El tiempo de desplazamiento para que el gas salga de las vías respiratorias de la persona y empiece a entrar al compartimiento de recogida de muestras está representado por t5, por lo tanto, la válvula V1 se abre a la posición a en el tiempo t(1'), t5 después de la detección del inicio del período al final de espiración por el capnómetro, para el tiempo t(s) de recogida de las muestras. Las señales de capnometría y de presión de las vías respiratorias se muestran en las Figuras 5 y 6, como ejemplos, y el sensor de respiración puede ser de otros tiempos, tal como de temperatura o acústico.

La Figura 8 describe gráficamente las formas 800 de onda de respiración en función del tiempo para una serie de respiraciones B(1), B(2) a B(n+1) que están siendo supervisadas por el sistema 2, según una variante. En el ejemplo mostrado, la señal de respiración es una señal de capnometría, sin embargo, podría ser cualquier otra señal de un sensor de respiración. Eventualmente, el sistema 2 determina que una respiración específica, o un número de respiraciones, o el patrón de respiración cumplen con los criterios necesarios y una respiración o varias respiraciones son seleccionadas para capturar el gas desde la sección al final de la espiración de esa respiración o respiraciones. En el ejemplo mostrado, la muestra ET(n) al final de la espiración de la respiración B(n) se selecciona para la adquisición de muestras y la medición de la composición.

La Figura 7 describe el sistema 700 neumático y la operación ejemplar del sistema 2 mostrado en la Figura 1, según una variante. En la Figura 7, un volumen V(18) del gas al final de la espiración de la respiración B(n) en la Figura 8 es transportado por el sistema 700 al interior del compartimiento 18 de muestras, donde es capturado y aislado de otros gases, antes del análisis por el sensor 15. La trayectoria del flujo del gas del paciente antes de capturar la muestra es desde el paciente a través de V4, el capnómetro 11, V1, el tubo 18 de muestras, V2, la bomba 12, V3, a continuación, sale por el escape 27. Cuando el extremo final de la muestra al final de la espiración alcanza V1 o la entrada al tubo 18 de muestras, las válvulas conmutan de manera que la trayectoria de flujo sea desde la entrada 25 ambiente, a través de V4, el capnómetro 11, el tubo 20 de derivación, V2, la bomba 12, a continuación, sale por el escape 27. Cuando el sistema está preparado para enviar la muestra desde el tubo de muestras al sensor 15, las válvulas se conmutan de manera que la trayectoria de flujo se cambie desde la entrada 1 del paciente a la entrada 25 ambiente, a través de V4, el capnómetro 11, el tubo 20 de derivación, V2, la bomba 12, el tubo 21 de empuje, el tubo 18 de muestras, V1, a continuación, a través del sensor 15 y a través del escape del sensor. El tubo de empuje se purga de cualquier gas del paciente antes de estas maniobras.

La Figura 9 muestra una parte de un gráfico 900 de la intensidad de la señal del sensor en función del tiempo, según una variante. El sensor puede incluir el sensor 15, descrito anteriormente. En el ejemplo mostrado, la señal 14' es una respuesta de voltaje o de corriente desde una reacción que se produce en un sensor electroquímico. A medida que la muestra es enviada a través del sensor, el sensor reacciona de manera correspondiente con un aumento de la señal. El aumento y la duración están relacionados con la cantidad de gas en la muestra. La integración de la señal del sensor en el tiempo, o el promediado de la señal del sensor en el tiempo, proporcionará una correlación con la cantidad de gas en la muestra. En algunas variantes, una calibración del sistema puede mejorar la precisión. La invención contempla que la temporización y la ubicación del análisis del analito en cuestión pueden realizarse de diversas maneras. Por ejemplo, el análisis puede ser en tiempo real o sustancialmente en tiempo real a medida que la respiración exhalada se extrae o se obtiene desde el sujeto. O el análisis puede realizarse en algún momento posterior guardando la muestra capturada. O, tal como se muestra en algunas de las realizaciones con propósitos ejemplares, el análisis puede realizarse poco tiempo después de la adquisición de la muestra por el mismo instrumento. En algunos de estos casos, los aspectos del aparato mostrados en la Figura 7 no son necesarios, sin embargo, los algoritmos de selección de respiración requeridos para medir una respiración fisiológicamente representativa, descritos en este documento, todavía se aplican. Por ejemplo, es posible que no se requiera un tubo 18 de muestras para aislar y retener la muestra, y es posible que el tubo 20 de derivación y el tubo 21 de empuje no sean necesarios. O es posible que el sensor 14 no sea necesario, ya que el sensor 10 puede medir la señal de respiración para determinar y seleccionar una respiración representativa, así como puede medir también el nivel del analito en cuestión. Además, es posible que algunas de las válvulas V1 a V4 no sean necesarias. O, por ejemplo, el instrumento de adquisición de muestras de respiración puede acoplarse a otro instrumento de medición de analitos, tal como un cromatógrafo de gases u otro instrumento analítico. Los ejemplos anteriores se proporcionan con propósitos ilustrativos y no deberían interpretarse como limitativos de la divulgación.

La Figura 10 describe un diagrama de flujo de una variante de un algoritmo 200 de supervisión y de detección de respiración en el que los valores de respiración medidos, por ejemplo, la concentración de gas, se comparan con umbrales establecidos, según una variante. En la Etapa 202, se inicia la supervisión del patrón de respiración en busca de una respiración deseada. En la Etapa 204, se aplican los valores de umbral o los criterios con los que se comparará la señal de respiración medida. En la Etapa 206 se mide una siguiente respiración. En la Etapa 208, la respiración medida se compara con los valores de umbral o los criterios establecidos en la Etapa 204. En las Etapas 210 y 212, se realiza una determinación de si los umbrales no se cumplen o se cumplen respectivamente. Si se cumplen, el sistema pasa al algoritmo 400 de muestreo de gas. Si no se cumplen, el sistema puede restablecer los valores de umbral o los criterios en la Etapa 214 y, a continuación, puede medir una próxima respiración. En cualquier momento, si no se cumplen los criterios, el sistema puede proporcionar una opción para cancelar o salir de la prueba en la Etapa 216. En algunas variantes, los umbrales pueden ser valores predeterminados de fábrica o pueden seleccionarse desde un menú de valores predeterminados correspondientes a diferentes situaciones clínicas. Los umbrales pueden ser determinados por el usuario, o por el sistema en base a la información relacionada con la prueba que es introducida por el usuario. En algunas variantes, los umbrales pueden aplicarse a una señal de espiración o de inspiración, y pueden incluir criterios de amplitud, criterios de tiempo, criterios de tiempo requeridos para cumplir con un criterio de amplitud, criterios de amplitud requeridos para cumplir con un criterio de tiempo, criterios de promediado, criterios de porcentaje y cualquier combinación de los mismos. A medida que el sistema supervisa el patrón de respiración del paciente, los valores de umbral pueden actualizarse según sea necesario. Una vez que se cumplen los valores de umbral, el sistema pasa a los algoritmos 400 y 500 de muestreo y de análisis respectivamente.

La Figura 11 describe un diagrama de flujo de una variante de un algoritmo 200 de supervisión y de detección de respiración en el que un valor de respiración medido puede compararse con un segundo conjunto de criterios si no se cumple un primer conjunto, según una variante. Por ejemplo, después de iniciar la supervisión de la respiración en la Etapa 202, en la Etapa 204 pueden establecerse unos primeros criterios y pueden ser unos criterios simples, tales como un requisito de frecuencia respiratoria, por ejemplo, 20-40 respiraciones por minuto. Después de medir una respiración en la Etapa 206 y de aplicar los criterios en la Etapa 218, si esos criterios se cumplen, tal como se determina en la Etapa 222, el sistema pasa a la Etapa 400 del algoritmo de muestreo de gas. Sin embargo, si esos primeros criterios no se cumplen, tal como se determina en la Etapa 224, el sistema aplica un segundo conjunto de criterios más complejo en la Etapa 220. Este segundo conjunto de criterios podrían ser varios criterios, por ejemplo, la combinación de un criterio de amplitud, un criterio de tiempo y un porcentaje promedio de criterios históricos de respiración. Una vez que se cumple el segundo conjunto de criterios, por ejemplo, tal como se determina en la Etapa 226, el sistema puede pasar a la Etapa 400 del algoritmo de muestreo de gas. El algoritmo de muestreo de gas y el algoritmo de análisis de gases pueden diferenciar cuáles de entre los primeros o los segundos criterios se cumplieron. Por ejemplo, unos criterios pueden indicar una muestra más consistente que otra y los algoritmos pueden ajustarse de manera correspondiente. En algunas variantes, pueden usarse unos terceros, cuartos, quintos o cualquier número de criterios y los algoritmos de muestreo y análisis se ajustan según los criterios cumplidos por la muestra. En algunas variantes, tal como se muestra en la Etapa 214, los conjuntos de criterios primero o segundo pueden ajustarse, actualizarse, restablecerse o cambiarse, por ejemplo, en base a las condiciones predominantes.

Las Figuras 12 a 14 describen algoritmos que calibran el sistema para buscar y seleccionar respiraciones fisiológicamente representativas que pueden producir los resultados deseados para la situación clínica determinada. Una vez que el sistema está calibrado con los parámetros de entrada relevantes, el sistema busca el tipo de respiración apropiado y puede descartar otras respiraciones. Una vez encontrado el tipo de respiración apropiado, el sistema puede capturar y analizar la parte al final de la espiración de esa respiración. Por lo tanto, la subsiguiente etapa de análisis de la respiración proporcionará una correlación precisa con la enfermedad subyacente. Por ejemplo, si se mide ETCO, las respiraciones durante la hiperventilación pueden clasificarse como respiraciones no representativas y pueden descartarse. O las respiraciones durante una respiración profunda forzada pueden clasificarse también como respiraciones no representativas y pueden descartarse. Sin estos algoritmos, puede capturarse y analizarse una respiración no representativa, proporcionando un resultado que puede no correlacionarse realmente con el nivel en sangre o con la enfermedad subyacente.

La Figura 12 describe un diagrama de flujo de una variante en la que un usuario puede introducir información clínica relevante en la interfaz 30 de usuario del sistema en la Etapa 230, según una variante. La entrada puede ser usada por el sistema 22 de control del sistema para calibrar los algoritmos 200 de supervisión y de detección de respiración con el fin de diferenciar entre respiraciones clínicamente representativas y respiraciones no representativas relevantes para la prueba de diagnóstico que se está realizando. Por ejemplo, la información introducida puede ser la edad, el peso, la altura, BMI, la tasa metabólica, el sexo, la raza, el diagnóstico, el volumen por minuto, el volumen normal, la frecuencia respiratoria, la frecuencia respiratoria en reposo, el tiempo de inspiración, el tiempo de espiración, la relación I:E, la frecuencia cardíaca, los gases en sangre o el gasto cardíaco, o combinaciones de los mismos. Por ejemplo, si se introducen la edad y el peso de un recién nacido, los algoritmos de detección de respiración pueden calibrarse para buscar respiraciones que cumplan una determinada frecuencia respiratoria. Por ejemplo, si se introduce un día de edad y 3,4 kg (7,5 lbs), puede asignarse una frecuencia respiratoria de 55-65 a los parámetros del umbral de detección de respiración, de manera que se seleccione, se capture y se analice una respiración típica con un patrón de respiración de volumen normal en reposo normal de ese paciente.

La Figura 13 describe un diagrama de flujo de una variante en la que el usuario puede introducir la información de tipo de respiración deseada en la interfaz 30 de usuario del sistema en la Etapa 244, según una variante. Esta entrada puede ser usada por el sistema 22 de control del sistema para calibrar los algoritmos 200 de supervisión y de detección de respiración con el fin de diferenciar entre respiraciones representativas y no representativas para la prueba de diagnóstico que se está realizando. Por ejemplo, la información del tipo de respiración introducida puede ser un suspiro, contención de la respiración, respiración profunda, respiración exhalada forzada, pausa de inspiración o pausa de espiración, frecuencia respiratoria o un parámetro de frecuencia respiratoria, o combinaciones de los mismos. Por ejemplo, cuando se diagnostica un trastorno metabólico, puede requerirse que un análisis cualitativo del aliento determine la presencia o la ausencia de una sustancia química. En este caso, una respiración profunda y una maniobra de retención de la respiración pueden ser una respiración óptima para la medición cualitativa. O, por ejemplo, el médico puede determinar la frecuencia respiratoria de volumen normal en reposo normal del paciente y puede introducir esta frecuencia respiratoria en el sistema que calibra los algoritmos de detección y de supervisión de respiración a esta frecuencia respiratoria. Por ejemplo, la frecuencia respiratoria introducida puede ser de 32 rpm, resultando en que los umbrales del algoritmo se establezcan en 30-34 rpm, causando que el sistema seleccione, capture y analice el gas al final de la espiración de una respiración que cumple ese criterio. De manera alternativa, tal como se muestra en la Etapa 240, el usuario puede introducir en la interfaz 30 de usuario del sistema el tipo de prueba de diagnóstico a realizar y, con esa información, y opcionalmente junto con la información introducida en la Etapa 244, el sistema de control establece o selecciona los criterios para una respiración deseada que se usará en el algoritmo 200 de supervisión y de detección de respiración.

La Figura 14 describe un diagrama de flujo de una variante en la que el sistema 22 de control del sistema recibe una entrada de señal fisiológica desde un supervisor secundario en la Etapa 252, según una variante. La entrada puede ser utilizada por el sistema de control del sistema para calibrar sus algoritmos 200 de supervisión y de detección de respiración a un parámetro fisiológico del paciente, con el fin de diferenciar entre respiraciones representativas y no representativas para la prueba de diagnóstico que se está realizando. Por ejemplo, el parámetro fisiológico puede ser la frecuencia cardíaca, la frecuencia respiratoria, etCO2, la presión sanguínea, el gasto cardíaco, la perfusión pulmonar, los gases en sangre, un exceso de bases, la presión arterial, la saturación de oxígeno, la relación ventilación:perfusión o combinaciones de los mismos. Por ejemplo, cuando se mide una determinada sustancia química o analito en el gas alveolar que se difunde desde el torrente sanguíneo, la velocidad de difusión desde la sangre hacia los alvéolos puede depender de la velocidad del flujo sanguíneo pulmonar. Cuanto mayor sea la frecuencia cardíaca o el gasto cardíaco, mayor será la tasa de difusión y mayor será la concentración de la sustancia química en el gas alveolar. Por lo tanto, una vez introducidos el gasto cardíaco o la frecuencia cardíaca en el sistema, el sistema puede calibrarse a sí mismo con esos parámetros para normalizar el resultado de la medición del gas alveolar con relación a las condiciones clínicas predominantes del paciente. Además de la entrada de un parámetro fisiológico, tal como se muestra en la Etapa 250, un usuario puede introducir en la interfaz 30 de usuario un tipo de respiración deseado para tomar una muestra, o una prueba de diagnóstico deseada a ser realizada, o un parámetro relacionado con el paciente, con el fin de complementar la entrada de parámetro fisiológico de la Etapa 252 en el algoritmo 200 de supervisión y de detección de respiración, de manera que se muestree y se realice la respiración y/o la prueba deseada.

La Figura 15 describe un diagrama de flujo de una variante de un sistema 22 de control en el que puede usarse un algoritmo B de captura y análisis secundario, 392, si los parámetros de umbral del patrón de respiración principales o preferidos no se cumplen, tal como se determina en la Etapa 212, según una variante. Por ejemplo, un conjunto principal de parámetros de umbral puede ser parámetros relacionados con la frecuencia respiratoria y el tiempo de espiración. Por ejemplo, el algoritmo A, 390, puede seleccionar una sección al final de la espiración del gas de una respiración que es fisiológicamente representativa del patrón de respiración normal, o del volumen normal en reposo o, de manera alternativa, representativa de la respiración deseada para la aplicación de diagnóstico. Si el conjunto principal de parámetros de umbral se cumple, tal como se determina en la Etapa 210, el sistema pasa a los algoritmos 400 y 500 de captura y de análisis respectivamente y determina un resultado de manera correspondiente. Sin embargo, si estos parámetros no se cumplen, tal como se determina en la Etapa 212, el sistema puede introducir un segundo conjunto de algoritmos 401 y 501 de captura y de análisis respectivamente en el Algoritmo B, 392. Por ejemplo, si la frecuencia respiratoria es demasiado alta y/o si el tiempo de espiración es demasiado corto, los algoritmos de captura y de análisis del sistema pueden incluir una corrección de la frecuencia respiratoria. Por ejemplo, la subrutina 401 de captura puede resultar en un tubo de muestras que puede estar lleno en un 90% con gas al final de la espiración y en un 10% con gas antes del final de la espiración, diluyendo de esta manera la muestra al final de la espiración. En este caso, los algoritmos 501 de análisis pueden corregir matemáticamente esta dilución. La frecuencia respiratoria y la dilución se proporcionan como un ejemplo en el que puede requerirse un segundo conjunto de algoritmos; sin embargo, cabe señalar que existen otras razones por las que puede requerirse un segundo conjunto de algoritmos de captura y de análisis. Por ejemplo, el algoritmo B puede incluir la recepción de información adicional desde el usuario o de manera automática para calibrar los parámetros del umbral de detección de respiración a la situación clínica predominante. Por ejemplo, si el paciente está hiperventilando, puede predeterminarse que la medición de gas al final de la espiración sea, por ejemplo, el 50% de una medición real, y el sistema puede realizar la captura, el análisis y el ajuste según sea necesario. Otros potenciales parámetros de entrada pueden ser un parámetro cardíaco, tal como la frecuencia cardíaca, el gasto cardíaco o el flujo sanguíneo, un parámetro de intercambio de gases, tal como los gases en sangre o la oximetría de pulso, otros parámetros respiratorios, tales como el volumen por minuto, o un parámetro del tipo de paciente, tal como la edad, el sexo, la altura o el estado de enfermedad.

La Figura 16 describe un diagrama de flujo de una variante de una subrutina 260 y 280 de supervisión y de detección de respiración primaria y secundaria, respectivamente, según la invención. En la subrutina A 260, se inicia un contador en la Etapa 262, por ejemplo, un contador de respiración o un contador de tiempo, y empieza a medirse una señal de patrón de respiración, por ejemplo, la frecuencia respiratoria o el tiempo al final de la espiración. En la Etapa 264, se mide la señal de respiración de la siguiente respiración. En la Etapa 266, la medición de la señal de respiración se compara con los valores de umbral o los criterios y se realiza una determinación de si pasar o no al algoritmo 400 de captura, o avisar al usuario o pasar a la otra subrutina 280. En la subrutina A 260, si no se cumplen los criterios de respiración, puede solicitarse al usuario que verifique que el sistema está configurado correctamente y puede solicitarse también al usuario que espere o que realice ajustes con el paciente, por ejemplo, la posición corporal, o que espere hasta que el paciente no esté agitado. Si todavía no se cumplen los criterios de respiración, el sistema puede entrar a una segunda subrutina, Subrutina B, en la que se busca un tipo de respiración alternativo, por ejemplo, un suspiro. Una vez encontrada, la sección al final de la espiración de la respiración puede capturarse y analizarse, y se aplican factores de corrección al resultado, si es necesario. Por ejemplo, si en la Etapa 266 se determina que los criterios no se cumplen, en la Etapa 268 el sistema ordena a la interfaz 30 de usuario que muestre al usuario el estado de detección de respiración. Por ejemplo, en la Etapa 266, los criterios pueden ser una frecuencia respiratoria menor de 60 rpm y un tiempo al final de la espiración mayor de 0,5 segundos. Si no se cumplen, la Subrutina B 280 puede ser invocada eventualmente. Sin embargo, antes de invocar la Subrutina B, la Etapa 266 puede ordenar a la interfaz de usuario que muestre mensajes en la Etapa 270 tales como "frecuencia respiratoria demasiado rápida" o "ralentice la frecuencia respiratoria del paciente" o puede preguntar, por ejemplo, al usuario si desea "¿esperar a una respiración A?" o "¿invocar el algoritmo B?". En la Etapa 268, si no se cumplen varios criterios que indican una señal débil o ausente, el sistema puede ordenar a la interfaz de usuario que muestre mensajes en la Etapa 268 tales como "verificar si la cánula esté conectada" o "verificar que el paciente esté respirando a través de la fosa nasal canulada".

En la Subrutina B, 280, se inicia un contador en la Etapa 282, por ejemplo, un contador de respiraciones o de tiempo, y se mide una primera respiración. En la Etapa 284, se incrementa el contador. En la Etapa 264, se mide una siguiente respiración. En la Etapa 286, la respiración medida se compara con los criterios de supervisión y de detección de respiración del Algoritmo B y, si se cumplen en la Etapa 290, se toma una muestra de la respiración en la Etapa 400. Por ejemplo, en la Etapa 286, los criterios pueden estar buscando un suspiro. Si los criterios no se satisfacen, tal como se muestra en la Etapa 292, se aplica otro conjunto de criterios a la respiración medida en la Etapa 288, por ejemplo, un determinado requisito de tiempo de espiración. Si se cumple, tal como se muestra en la Etapa 294, se toma una muestra de la respiración en la Etapa 400, sin embargo, si no se cumple, tal como se muestra en la Etapa 296, el ciclo continúa para medir la siguiente respiración, y/o el sistema muestra al usuario la opción de salir, tal como se muestra en la Etapa 216.

Las Figuras 17 y 18 describen ejemplos de respiraciones válidas y no válidas con respecto a si la parte de la respiración al final de la espiración es representativa o no de las concentraciones de gas alveolar. Diversos criterios de señal de respiración, incluyendo criterios de amplitud y de frecuencia, se incluyen en los algoritmos de detección y de selección de respiración para descalificar las respiraciones "no válidas" y calificar las respiraciones "válidas". Los criterios pueden incluir la tendencia de las respiraciones y la comparación de una respiración actual con la tendencia reciente, y la comparación con los valores de umbral predeterminados y, de manera alternativa, con los valores de umbral personalizados en base a las circunstancias predominantes de la prueba. Puede ser beneficioso seleccionar una respiración que cumpla con una respiración normal con volumen normal completa y también puede ser beneficioso seleccionar a una respiración en el medio de una respiración en estado estable después de una serie de respiraciones normales con volumen normal completas, para garantizar que se han alcanzado o se han restablecido condiciones de estado estable de la composición de los gases en la respiración.

La Figura 17 es un diagrama de temporización que describe un patrón de respiración errático, por ejemplo, de un paciente neonatal, según una variante. La medición de la señal del parámetro de respiración se muestra en el eje vertical y puede ser, por ejemplo, una señal de CO2. Los algoritmos de supervisión y de detección de respiración pueden establecer criterios de umbral para que la señal de CO2 clasifique las respiraciones como válidas o no válidas para propósitos de muestreo. Los criterios de umbral pueden ser una amplitud o amplitudes 300 máximas de la señal, un nivel o niveles 302 de línea base de la señal, y varios parámetros relacionados con la frecuencia o el tiempo, tales como los umbrales para el tiempo TI de inspiración, el tiempo TBP de período de respiración, el tiempo TE de espiración y/o el tiempo TET al final de la espiración, 306, 304, 308 y 310, respectivamente. Tal como se muestra en el gráfico, las respiraciones b1-b11 pueden tener una duración demasiado corta para que el sistema pueda capturar de manera realista una muestra al final de la espiración precisa de estas respiraciones. La frecuencia respiratoria promedio de esta serie de respiraciones es de 96 rpm, lo que haría que la parte de exhalación de la forma de onda para estas respiraciones tenga una duración de aproximadamente 0,313 segundos. Debido a que la sección de exhalación al final de la espiración es la última mitad de la exhalación, solo una fracción de los 0,313 segundos sería la sección apropiada a seleccionar para una muestra al final de la espiración, lo que puede producir una muestra poco fiable. Las respiraciones tan rápidas, incluso para los recién nacidos, pueden no ser respiraciones de volumen normal completas; más bien, pueden ser respiraciones parciales o respiraciones de hiperventilación, o en su mayoría respiraciones de espacio muerto, en cuyo caso el gas al final de la espiración, incluso si pudiera recogerse de manera precisa, no será representativo del gas alveolar y, en su lugar, tendrá más gas en el espacio muerto. Por lo tanto, puede ser inexacto y poco deseable realizar una medición al final de la espiración en cualquiera de las respiraciones b1-b11. Con el fin de filtrar dichas respiraciones rápidas e incompletas, pueden establecerse umbrales de amplitud de la señal respiratoria para definir una respiración con volumen normal completa, por ejemplo, que alcanza un cierto máximo durante la fase de espiración y que alcanza un cierto valle durante la fase de inspiración, y que permanece también por encima y por debajo de esos umbrales respectivamente durante un período de tiempo apropiado. Con referencia ahora a las respiraciones b12-b16, aunque la respiración b16 parece cumplir ambos umbrales propuestos, está precedida por una respiración errática e inconsistente y, aunque puede ser una respiración con volumen normal completa, es posible que el gas al final de la espiración en esa respiración no haya alcanzado los niveles de composición de gases en el estado estacionario. Ahora, volviendo a las respiraciones b17-b19, tres respiraciones consecutivas cumplen los requisitos de umbral de volumen normal y, en este ejemplo, se propone que la respiración b19 ha alcanzado los niveles de composición de gases al final de la espiración en estado estacionario y es una respiración clínicamente representativa para ser seleccionada, adquirida y medida.

La Figura 18 muestra un ejemplo adicional de una serie de respiraciones b1 -b19, que incluye respiraciones fisiológicamente representativas y respiraciones no representativas, según una variante. Se describe un ejemplo de ruido de la señal respiratoria entre las respiraciones b2 y b3. Este ruido puede ser, por ejemplo, ruido del sensor, ruido del sensor acompañado de un período apneico, movimiento del paciente, movimiento de la cánula, ruido debido a tos u otro ruido de alta frecuencia relacionado con la respiración, o ruido cardiogénico. Estas formas de onda pueden ser descalificadas para el muestreo, ya que es posible que no produzcan una muestra de gas alveolar válida. La respiración b3 cumple los criterios de umbral descritos anteriormente en la Figura 17, sin embargo, la composición de los gases de la respiración b3 puede estar desequilibrada debido a que es posterior al ruido, de esta manera, la respiración b3 puede ser descalificada por los algoritmos de selección de respiración. Las respiraciones b4-b6 describen acumulación de respiraciones cuando la siguiente respiración se inicia antes de completar la respiración anterior. Es posible que el gas al final de la espiración en las respiraciones durante la acumulación de respiraciones no sea representativo del gas alveolar y puede descartarse. Las respiraciones b7 y b8 después de la acumulación de respiraciones todavía pueden estar desequilibradas y pueden descartarse también. La respiración b9 es característica de una contención de la respiración de inspiración, un suspiro de inspiración, un período post-espiración o un período apneico. Es posible que no se requiera descalificar el gas exhalado desde la respiración b9, dependiendo de la prueba de diagnóstico que se esté realizando, ya que el gas al final de la espiración puede contener una concentración más alta de lo normal de gas alveolar ya que el gas en la sangre ha tenido más tiempo para difundirse en los alvéolos. La respiración b10 puede ser descartada también por el algoritmo de selección debido al riesgo de que sus composiciones de gases todavía no hayan vuelto a la normalidad. La respiración b11 es una respiración parcial incompleta, menor que la respiración normal promedio, y es descartada también por los algoritmos de selección, y las respiraciones b12 y b13 pueden descartarse debido al riesgo de que no hayan vuelto a sus composiciones de gases normales. La respiración b14 es más larga de lo normal y puede ser descartada por los algoritmos. Finalmente, hay una serie de 3 o más respiraciones normales consecutivas que cumplen los criterios de umbral, y la respiración b18 puede seleccionarse para el muestreo. Pueden usarse también otras permutaciones de los algoritmos de selección y de calificación de respiración anteriores. Por ejemplo, puede variarse el número de respiraciones antes de tomar una muestra.

En las descripciones anteriores, un suspiro puede ser descalificado debido a que es posible que el gas al final de la espiración del mismo no sea representativo de las concentraciones de gases alveolares en estado estacionario. Sin embargo, en algunos estados fisiológicos y afecciones clínicas, en realidad puede ser beneficioso seleccionar a un suspiro. En estas situaciones, la respiración puede ser una representación más precisa del gas alveolar o, en otras situaciones, el suspiro puede ser el único tipo de respiración que puede capturarse de manera realista para el análisis, y puede aplicarse un factor de corrección para convertir el resultado medido al valor fisiológico real. La Figura 19 describe una variante en la que un sistema adquiere una muestra de gas al final de la espiración desde una respiración exhalada después de una inspiración de suspiro. Tal como se muestra en la gráfica superior, el patrón de respiración es relativamente errático y la frecuencia respiratoria es relativamente rápida entre t0 y t1, tal como se determina midiendo la frecuencia respiratoria, por ejemplo, un promedio de tres respiraciones, tal como se muestra para los primeros tres períodos bp1, bp2 y bp3 de respiración. Como resultado, la parte al final de la espiración del patrón respiratorio no es lo suficientemente pronunciada o definida como para capturar de manera fiable una muestra desde el período al final de la espiración y/o para capturar un volumen de muestra al final de la espiración que tenga un volumen suficiente para un análisis preciso por parte del sensor. En el ejemplo mostrado en la Figura 19, debido a que el patrón de respiración es demasiado errático o demasiado rápido, puede establecerse un criterio para supervisar la aparición de un suspiro. Por ejemplo, los tiempos de inspiración de las respiraciones se miden y se comparan con un tiempo umbral y, si se alcanza o se supera el umbral, la respiración puede clasificarse como un suspiro. El tiempo umbral puede ser, por ejemplo, el 250% del tiempo de inspiración promedio histórico. Los criterios de umbral usados para determinar si una respiración es un suspiro pueden ser, por ejemplo, un valor de tiempo de inspiración que se establece en base a los tiempos de inspiración históricos, por ejemplo, el 150% del tiempo de inspiración promedio de las últimas 3 respiraciones. De manera alternativa, puede ser un valor de tiempo de inspiración predefinido en base a valores normales. Por ejemplo, el tiempo de inspiración promedio de tres respiraciones secuenciales, mostradas como ti1, ti2 y ti3, puede usarse para establecer un promedio con el que se compara una potencial respiración de suspiro. En el ejemplo mostrado, el tiempo ti9 de inspiración muestra un aumento considerable con relación al promedio de los tres indicados anteriormente y, de esta manera, la exhalación que sigue a ti9 debería considerarse como una potencial exhalación de suspiro. La medición de su tiempo te9 de espiración ayudará a evaluar si es o no un suspiro. El tiempo te9 de espiración puede compararse con los tiempos de espiración anteriores. O, de manera alternativa, puede determinarse que es un suspiro por la amplitud de la señal de inspiración, por ejemplo, si una señal de presión de las vías respiratorias tiene un valor negativo mayor de lo normal. Una vez que se produce el suspiro, la siguiente exhalación puede seleccionarse para la adquisición de una muestra de gas desde la sección al final de la espiración.

Las válvulas V1-V4 mostradas en las gráficas inferiores de la Figura 19 controlan las diversas secuencias de operación, incluyendo la supervisión del patrón de respiración, la adquisición de la muestra al final de la espiración en el interior del tubo de muestras y el empuje de la muestra al analizador de gases. Tal como entenderá fácilmente una persona experta en la técnica, las válvulas V1-V4 se usan con propósitos explicativos y podrían usarse sistemas con más o menos válvulas y ajustando la temporización de manera correspondiente. Las válvulas pueden ser válvulas de 3 posiciones, tal como se muestra en las Figuras 1 y 7, con un puerto c común siempre abierto, y con uno cualquiera de los puertos a o b abierto en cualquier tiempo determinado. En el tiempo 326, se inicia un contador de tiempo de inspiración. En el tiempo 328, se termina el contador de tiempo de inspiración. En el tiempo 330, se inicia un contador de tiempo de espiración. En el tiempo 332, se detecta el final del gas de espiración que sale del sensor de respiración, tal como un capnómetro. En el tiempo 334, se termina el contador de tiempo de espiración. En el tiempo 336 se inicia un contador de tiempo de desplazamiento de la muestra, realizando una supervisión del tiempo de desplazamiento de la muestra de gas desde el sensor de respiración al tubo de muestras. En el tiempo 338, Tz segundos antes del tiempo 340, se envía un comando a las válvulas apropiadas para aislar la muestra de gas deseada con relación a otros gases en el sistema. En el tiempo 340, T' segundos después del tiempo 332, el final de la muestra de gas al final de la espiración ha alcanzado la entrada del tubo de muestras, o la válvula V2. En el tiempo 342, se envía un comando para conmutar los puertos de la válvula de manera que el gas no fluya a través del tubo 18 de muestras y, el gas entre por la entrada ambiental (véanse las Figuras 1 y 7). En el tiempo 344, todas las válvulas se conmutan de manera que el puerto b esté abierto de manera que la muestra sea empujada por el aire ambiente al sensor para el análisis de su composición. El gas exhalado después de un suspiro puede proporcionar, de manera beneficiosa, una buena fuente de gas para una medición de ETCO por diversas razones. En primer lugar, es probable que el tiempo de exhalación y el tiempo al final de la espiración se prolonguen, haciendo que la selección de la parte al final de la espiración sea relativamente fácil y, por lo tanto, sea potencialmente más precisa para ciertas pruebas de diagnóstico. En segundo lugar, la profundidad de la inspiración durante el suspiro llena los alvéolos más de lo normal, proporcionando de esta manera más volumen al final de la espiración en la exhalación posterior que un volumen al final de la espiración promedio, proporcionando de esta manera potencialmente una muestra al final de la espiración más rica para el análisis. En tercer lugar, típicamente, hay un tiempo de residencia del gas en los alvéolos más largo durante una inspiración de suspiro, en comparación con una respiración normal, y este mayor tiempo de residencia permite un mayor intercambio de gas desde el torrente sanguíneo a los alvéolos y, por lo tanto, la ETCO medida en el gas al final de la espiración puede proporcionar una representación más precisa del CO en sangre que la ETCO medida en la parte al final de la espiración de una respiración normal. En cuarto lugar, los suspiros tienden a relacionarse con áreas del pulmón que son atelectácticas o que no están completamente infladas. Por lo tanto, el gas al final de la espiración después de un suspiro puede ser más representativo de todo el pulmón en determinadas situaciones clínicas y, por lo tanto, posiblemente puede ser más representativo del CO en el torrente sanguíneo.

La Figura 20 describe un gráfico de la amplitud de la señal de un parámetro de respiración en una secuencia de siete respiraciones b1 a b7, según una variante. En la Figura 20, una sección de gas al final de la espiración se representa como ET1 a ET7, un parámetro de tiempo de señal de espiración se representa como EST1 a EST7 y el tiempo de espiración se representa como TE. Tal como puede verse en el gráfico, el período de respiración, BP4, de la cuarta respiración, b4, parece ser igual al período de respiración de las tres respiraciones precedentes y, por lo tanto, la cuarta respiración puede considerarse como una respiración representativa a partir de la cual puede tomarse una medición de gas válida al final de la espiración. Sin embargo, tras una inspección más cercana, en realidad, la cuarta respiración no es representativa de las respiraciones típicas históricas, tal como lo indica un parámetro EST4 de señal de espiración. El EST4 más corto de la respiración b4, que corresponde a un tiempo de inspiración más largo que el promedio, por ejemplo, una pausa o retención de inspiración, puede resultar en una concentración al final de la espiración que no es representativa del gas alveolar. La respiración b7, que está precedida por dos respiraciones aparentemente representativas, probablemente consiste en un gas al final de la espiración que ha alcanzado el estado estable y que es representativo del gas alveolar. Con el fin de prevenir la captura inadvertida de respiraciones no representativas y garantizar la captura de respiraciones representativas debido al paradigma anterior, algunas variantes utilizan una señal de tiempo de espiración en lugar, o además, del período de respiración con el fin de determinar si la respiración es o no una selección representativa. La señal de tiempo de espiración puede ser la duración de espiración, la duración del aumento de la señal u otros parámetros relacionados con la frecuencia asociados con la fase de espiración de la señal respiratoria.

La Figura 21 describe un algoritmo 379 de selección de respiración, según una variante. El algoritmo 379 comprende al menos dos etapas. En las etapas de inicialización preliminares, en la Etapa 202, se inicia la supervisión del patrón de respiración, en la Etapa 204, se aplica un conjunto de valores de umbral principales o se usan valores por defecto, y en la Etapa 206 se mide la siguiente respiración de manera correspondiente. Los valores de umbral principales pueden ser valores de amplitud y de tiempo, por ejemplo. Las Etapas 380 a 387 describen la primera etapa principal del algoritmo 379. Después de la inicialización y durante y después de la medición de una primera respiración, en la Etapa 380 la respiración se compara con el conjunto de valores de umbral principales. En las Etapas 382 y 384 se realiza una determinación de si la respiración medida cumple o no con los criterios de umbral, respectivamente, y en las Etapas 386 y 387 la respiración medida se clasifica como representativa o no representativa, respectivamente. Si no es representativa, el algoritmo vuelve a la Etapa 206. Si es representativa, el algoritmo pasa a la segunda Etapa empezando con la medición de una siguiente respiración en la Etapa 206'. En la Etapa 380', la respiración medida se compara con los parámetros de umbral principales.

Los parámetros de umbral principales pueden ser los mismos parámetros que en la Etapa 380, o podrían revisarse o actualizarse entre mediciones. En las etapas 382' y 384' se realiza una determinación de si se cumplen o no los parámetros de umbral principales, respectivamente. En las Etapas 386' y 387', la respiración se clasifica como potencialmente representativa o no representativa, respectivamente. En el caso en el que la respiración se clasifica como no representativa, el algoritmo vuelve a la Etapa 206; de lo contrario, la respiración puede pasar a una tercera Etapa del algoritmo. En la tercera Etapa, se establece un conjunto de parámetros de umbral secundarios de la señal de respiración en la Etapa 388 y en la Etapa 206’’ se mide una siguiente respiración. Los parámetros de umbral secundarios pueden ser, por ejemplo, la amplitud y/o los valores de temporización de la señal de respiración que se establecen en base a la respiración potencialmente representativa clasificada en la Etapa 386. En la Etapa 388, se realiza una comparación entre la respiración potencialmente representativa clasificada en la Etapa 386' y la respiración potencialmente representativa anterior clasificada en la Etapa 386. En las Etapas 390 y 391, se realiza una determinación si la respiración medida en la Etapa 206’’ cumple con los parámetros de umbral secundarios y, si es así, la respiración se clasifica como representativa y se envía para su muestreo y medición; de lo contrario, el algoritmo vuelve a la Etapa 206.

En el algoritmo 379 de múltiples etapas descrito en la Figura 21, por ejemplo, los valores de umbral principales pueden ser la amplitud de la señal de respiración y la duración de las partes de la señal de respiración, con el fin de verificar que una forma de onda de respiración no es un artefacto ni una respiración no normal, tal como un suspiro, una respiración parcial o una contención de respiración. Si una respiración cumple los valores umbral, entonces probablemente también se evalúa la siguiente respiración. Si la próxima respiración cumple también los valores umbral, entonces puede compararse con la primera respiración para verificar que el patrón de respiración es estable. Por lo tanto, los parámetros de umbral secundarios pueden ser los de una comparación con la respiración anterior, suponiendo que la respiración anterior ha cumplido los valores de umbral primarios. La comparación puede ser, por ejemplo, en la amplitud de la señal indicativa de la profundidad de la respiración y/o en la duración de la señal indicativa del período o de la frecuencia respiratoria. Esto puede reducir el riesgo de tomar muestras de una respiración que no es una respiración normal con volumen regular o que no es del tipo de respiración deseado. Además, la rutina puede ayudar a garantizar que la respiración finalmente muestreada se tomó de una respiración después de otra respiración normal, evitando potencialmente de esta manera el efecto que una respiración anormal tendría sobre la composición de una respiración normal subsiguiente. La comparación con las respiraciones anteriores en el ejemplo mostrado es una comparación con respiraciones anteriores potencialmente representativas, pero la comparación puede ser también con más de una respiración anterior potencialmente representativa, no necesariamente en secuencia. Por ejemplo, una 10a respiración puede compararse con una 3a, 5a y 7a respiración, cada una de las cuales se clasificó como potencialmente representativa, y, en cuyo caso, las otras respiraciones intermedias se consideraron no representativas en base a los parámetros de umbral principales.

Además, en situaciones en las que la muestra recogida en el tubo de muestras no es una muestra pura al final de la espiración y está diluida con gas espirado antes del final de la espiración, la dilución puede corregirse para usar un parámetro de señal de espiración, tal como EST4 mostrado en Figura 20, en lugar de usar la frecuencia respiratoria basada en el período de respiración BP4. Esta técnica de corrección por dilución puede aumentar de manera beneficiosa la precisión de la corrección, ya que la dilución del tubo de muestras puede depender más de la duración de espiración que de la duración del período de respiración.

Tal como se usa en el presente documento, puede entenderse que la expresión final de la espiración se refiere a una sección de una respiración exhalada que está al final o cerca del final del período de espiración, y puede estar después de que la persona haya exhalado el espacio muerto. También, además de medir gases tales como CO en el gas al final de la espiración ejemplificado en la memoria descriptiva, se contempla también que puedan medirse elementos distintos de gases, tales como partículas y otras sustancias químicas de la misma manera o de una manera similar.

La Figura 22 describe gráficamente las señales de presión de respiración usadas para identificar diferentes secciones de exhalación correspondientes al gas que se exhala desde diferentes secciones del pulmón, según una variante. En algunos casos, puede desearse medir gases u otros analitos provenientes de diferentes secciones del pulmón, además de la sección final de la espiración. Por ejemplo, los analitos desde las vías respiratorias superiores pueden ser indicativos de problemas respiratorios de las vías respiratorias superiores, tales como asma o trastornos y enfermedades de las vías respiratorias. Los analitos desde las vías respiratorias medias entre las vías respiratorias superiores y los bronquiolos inferiores pueden ser indicativos, por ejemplo, de formas de cáncer de pulmón o de analitos provenientes del estómago y que llegan a las vías respiratorias desde el esófago, y los analitos desde las vías respiratorias inferiores pueden ser indicativos de todavía otros síndromes, tales como infecciones pulmonares o problemas potencialmente sistémicos. Además, la comparación de un compartimiento con otro puede ser útil para comprender una enfermedad o una afección subyacente. En el ejemplo mostrado, la gráfica superior es una señal de capnometría y la gráfica inferior es una señal de presión de las vías respiratorias, aunque la medición puede ser de otro tipo de señales, tales como oxígeno, temperatura o acústica. Usando una de las señales, o una combinación de las mismas, la fase E de espiración puede separarse en varias partes de la exhalación, por ejemplo, exhalación de gases de las vías respiratorias superiores, gases de las vías respiratorias medias, gases de las vías respiratorias inferiores y gases al final de la espiración, indicados como EUA, EMA, ELA y ET, respectivamente. Por ejemplo, el inicio de la exhalación del gas de las vías respiratorias superiores puede discernirse por un aumento positivo de la presión de las vías respiratorias, y el final de la exhalación del gas de las vías respiratorias superiores puede discernirse por un aumento en el nivel de CO2 exhalado. El inicio de la exhalación del gas de la vía respiratoria media EMA puede discernirse por un aumento en el nivel de CO2 y el final de la exhalación del gas de la vía respiratoria media puede discernirse cuando se alcanza una meseta en la señal de presión de la vía respiratoria.

El inicio de la exhalación del gas de las vías respiratorias inferiores puede discernirse por una reducción en la señal de presión de las vías respiratorias y el final de la exhalación del gas de las vías respiratorias inferiores puede discernirse por un cambio en la pendiente de la señal de presión de las vías respiratorias o un determinado aumento en la señal de CO2.

La Figura 23 muestra un esquema neumático del sistema mostrado en la Figura 1 y en el que el sistema se usa para seleccionar, aislar y medir un analito desde cualquier parte de la curva de respiración, tal como se describe en la Figura 22. En el ejemplo mostrado, la respiración n es seleccionada por los procedimientos y las técnicas explicados en las descripciones anteriores. En este caso, la prueba de diagnóstico deseada es un examen de las vías respiratorias superiores en busca de un analito indicativo de una enfermedad inflamatoria, tal como asma. El gas de espiración desde las vías respiratorias superiores de la respiración n, EUAG(n) se aísla en el tubo 18 de muestras y, a continuación, se transporta al sensor 15 para el análisis de su composición. En este caso, el análisis puede ser de gas NO, u otros analitos relacionados con la respuesta inflamatoria. En el ejemplo esquemático mostrado, el gas de inspiración IG(n) y otras secciones del gas de espiración EMAG(n), ELAG(n) desde la respiración n y el gas al final de la espiración de la respiración anterior ETG(n-1) están en otra parte en el sistema y aislados con relación a la muestra de gas en el tubo de muestras, con el fin de no perturbar la homogeneidad de la muestra seleccionada. Aunque se han mencionado algunas enfermedades, afecciones, gases o analitos junto con las Figuras 22 y 23, así como con las figuras anteriores, estos se han mencionado solo como ejemplos y el sistema, el aparato, los algoritmos y los métodos descritos pueden usarse para muestrear y medir cualquier analito de interés para cualquier enfermedad o afección de interés.

Tal como comprenderán fácilmente las personas expertas en la técnica, los dispositivos descritos en el presente documento se ofrecen solamente a modo de ejemplo y podrían usarse otros dispositivos para implementar los métodos y los sistemas descritos en el presente documento. Además, aunque el dispositivo descrito puede usarse para ilustrar ciertas características de la divulgación, debería entenderse que los métodos y los sistemas divulgados en el presente documento no están limitados a un dispositivo específico.

Aunque algunas variantes se describen con referencia a algoritmos, debería entenderse que las descripciones cubren métodos y aparatos correspondientes que incorporan las variantes.

Además, aunque las variantes anteriores pueden describirse con referencia a la identificación de una parte de gas y, a continuación, el análisis del gas, debería entenderse que es posible que algunas variantes no incluyan una parte de análisis. En algunas variantes, el gas se almacena sin análisis, por ejemplo, el gas puede transportarse a una ubicación remota para su análisis. Un gas almacenado debería entenderse de manera amplia e incluye al menos el almacenamiento antes del análisis y el almacenamiento para el transporte.

En las descripciones anteriores de las variantes de la invención, cabe señalar que se concibe también que las secuencias operativas descritas en las figuras puedan combinarse en todas las permutaciones posibles. Además, aunque los ejemplos describen la medición de ETCO, pueden aplicarse a otros gases, por ejemplo, hidrógeno. Además, aunque algunas variantes pueden aplicarse a mediciones de CO2, debería entenderse que los aparatos y los métodos descritos en el presente documento podrían aplicarse a un sensor de CO directo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Aparato para analizar una respiración exhalada, que comprende:

un sensor configurado para medir un parámetro de una primera respiración (262) exhalada y una exhalación (264) siguiente;

un primer procesador configurado para determinar si el parámetro medido de la siguiente respiración exhalada cumple o no unos criterios (266) de umbral en una primera subrutina (260);

un sistema (400) de muestreo de respiración configurado para capturar la siguiente respiración exhalada cuando dicho parámetro cumple dichos criterios de umbral, y configurado para iniciar la captura de un tipo alternativo de respiración cuando no se cumplen dichos criterios de umbral y cuando posteriormente se ha detectado un tipo alternativo de respiración (286, 290) según una segunda subrutina (280);

un analizador (500) de gases, en el que el analizador de gases comprende un segundo procesador configurado para aplicar un algoritmo de análisis de gases a la siguiente respiración espirada capturada, y para aplicar un factor de corrección al algoritmo de análisis de gases para el tipo de respiración alternativa capturada.

2. Aparato según la reivindicación 1, que comprende además un sensor fisiológico que supervisa un parámetro fisiológico de un paciente y en el que el sistema de muestreo de respiración no captura ni analiza la siguiente respiración exhalada cuando un tercer procesador determina que el parámetro fisiológico no cumple unos criterios fisiológicos predeterminados.

3. Aparato según la reivindicación 2, en el que el parámetro fisiológico comprende al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en una presión sanguínea, una frecuencia cardíaca, una impedancia torácica, un peso, una altura, una edad, una raza, un sexo, un diagnóstico, una frecuencia respiratoria, un volumen normal, un volumen por minuto, una relación de inspiración:espiración, un gas en sangre, un gasto cardíaco, una concentración de CO2 al final de la inspiración, una perfusión pulmonar, un exceso de bases, una saturación de O2 y una relación ventilación:perfusión.

4. Aparato según la reivindicación 1, en el que los criterios de umbral comprenden al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en: un valor de amplitud máxima, un valor de línea base, una duración de tiempo por encima del valor de amplitud máxima, una duración de tiempo por debajo del valor de línea base y una comparación porcentual de una respiración actual con un algoritmo de determinación de tendencia.

5. Aparato según la reivindicación 1, en el que los criterios de umbral comprenden un valor de amplitud y un valor de línea base que representan una respiración de volumen normal completa.

6. Aparato según la reivindicación 1, en el que los criterios de umbral comprenden una frecuencia respiratoria menor o igual a 60 respiraciones por minuto.

7. Aparato según la reivindicación 1, en el que los criterios de umbral se basan en al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en un tiempo de espiración, una parte de un tiempo de espiración, una presión en las vías respiratorias, un valor de CO2 a lo largo del tiempo, un valor de O2 a lo largo del tiempo, una temperatura de las vías respiratorias, una tasa de flujo respiratorio, una frecuencia respiratoria, una profundidad de la respiración, una duración de la respiración, un tiempo de inspiración, un tiempo previo al final de la espiración, un tiempo de final de la espiración, un tiempo post-espiración, una pausa de inspiración, una presión de inspiración máxima, una presión de espiración máxima, una forma de onda característica para estornudos, tos, respiración acumulada o respiración no completa, una amplitud de inspiración, una amplitud de espiración y unos criterios de respiración históricos.

8. Aparato según la reivindicación 1, en el que los criterios de umbral se basan en al menos uno seleccionado de entre el grupo que consiste en una retención de la respiración, una respiración profunda, una respiración exhalada forzada, una pausa de inspiración, una pausa de espiración, una respiración en reposo y una repetición de patrón de respiración.

9. Aparato según la reivindicación 1, en el que los criterios de umbral se basan en un número predeterminado de respiraciones repetitivas.

10. Aparato según la reivindicación 9, en el que el número de respiraciones repetidas está comprendido entre 1 y 5 respiraciones.

11. Aparato según la reivindicación 10, en el que el número de respiraciones repetidas está comprendido entre 2 y 4 respiraciones.