TWI614044B - 呼吸器的警報方法及呼吸器警報系統 - Google Patents

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Abstract

一種呼吸器的警報方法及呼吸器警報系統，其中本方法包括以下步驟。首先，接收並偵測多個呼吸參數。倘若呼吸參數中的呼吸道最高壓力符合第一條件，則判斷氣道平原壓是否符合第二條件，其中第一條件為Y(k+1),Ppeak>Yk,mean,Ppeak+3*Yk,sd,Ppeak，第二條件為Y(k+1),Pplateau<Yk,mean,Pplateau+3*Yk,sd,Pplateau。倘若氣道平原壓不符合第二條件，則啟動靜態阻塞警報。倘若氣道平原壓符合第二條件，且呼吸參數中的呼氣流量符合第三條件，則啟動動態阻塞警報。

Description

呼吸器的警報方法及呼吸器警報系統
本發明是有關於一種警示系統，且特別是有關於一種呼吸器的警報方法及呼吸器警報系統。
呼吸器是一種取代人體呼吸器官幫浦作用的機械裝置，主要目的是讓呼吸衰竭病人得到通氣(ventilation)及氧氣治療(oxygenation)，同時降低呼吸作功(work of breathing)，來維持適當的血中二氧化碳及氧氣含量，讓病人呼吸不費力。目前的呼吸器在提供病人呼吸治療的同時，可以偵測並顯示其呼吸狀況中的各項參數，以下稱為呼吸參數。藉此，當有病人的呼吸出現問題時可以由呼吸參數顯示出來，並由專業醫護人員即時處置。
病人呼吸方面的問題通常都非常緊急，在幾分鐘以內若不作出處置就可能會造成極大傷害。然而，由於醫護人員有限，無法全天候地留在每個病人旁觀察呼吸參數，且當呼吸參數發生異常時，通常並不是調整呼吸器的操作設定就能解決，有時需要醫護人員來急救或因狀況而有種種不同的處置方式。雖然目前的呼吸器可連接至警報系統以通知醫護人員，但目前警報系統的警 報信號往往設計不良，只有單一參數警報，故時常發生假陽性警報，且無法提供醫護人員可立即作出決策的明確信息。例如，在重症加護病房警報調查中，不正確及假陽性警報的警示比例極高，在1455筆警報數據中，僅有8筆數據呈現病人的生命有潛在的威脅性。
承上述，如何建立準確且有效率的警報系統，儼然已成為醫療團隊亟欲解決的問題之一。
有鑑於此，本發明提供一種智慧型之呼吸器的警報方法及呼吸器警報系統，透過各項生理呼吸異常數據所觸發的警報訊號，以提供醫護人員有效的警報及即時作業管理，如病人資料收集管理及抽痰、管路脫離或漏氣等各項條件的警報。
本發明提供一種呼吸器的警報方法，其包括以下步驟。首先，接收並偵測多個呼吸參數。倘若呼吸參數中的呼吸道最高壓力符合第一條件，則判斷氣道平原壓是否符合第二條件，其中第一條件為Y(k+1),Ppeak>Yk,mean,Ppeak+3*Yk,sd,Ppeak，第二條件為Y(k+1),Pplateau<Yk,mean,Pplateau+3*Yk,sd,Pplateau，其中k為正整數，用以表示第k個取樣，Y(k+1),Ppeak表示第k+1個取樣的呼吸道最高壓力，Yk,mean,Ppeak及Yk,sd,Ppeak分別表示以第k個取樣計算所獲得的呼吸道最高壓力的移動平均值與標準差，而Y(k+1),Pplateau表示第k+1個取樣的氣道平原壓，Yk,mean,Pplateau及Yk,sd,Pplateau分別表示以第k個取 樣計算所獲得的氣道平原壓的移動平均值與標準差。倘若氣道平原壓不符合上述第二條件，則啟動靜態阻塞警報。倘若氣道平原壓符合上述第二條件，且呼吸參數中的呼氣流量符合第三條件，則啟動動態阻塞警報。
本發明另提供一種呼吸器警報系統，其包括呼吸器、控制單元以及監控設備。呼吸器用以接收來自病人的多個呼吸參數。控制單元自呼吸器接收並偵測呼吸參數，並判斷呼吸參數是否符合多個條件。監控設備用以顯示呼吸參數對應的資訊，以及發出多個警報。其中，倘若控制單元判斷呼吸參數中的呼吸道最高壓力符合第一條件，則控制單元判斷氣道平原壓是否符合第二條件，其中第一條件為Y(k+1),Ppeak>Yk,mean,Ppeak+3*Yk,sd,Ppeak，第二條件為Y(k+1),Pplateau<Yk,mean,Pplateau+3*Yk,sd,Pplateau，其中k為正整數，用以表示第k個取樣，Y(k+1),Ppeak表示第k+1個取樣的呼吸道最高壓力，Yk,mean,Ppeak及Yk,sd,Ppeak分別表示以第k個取樣計算所獲得的呼吸道最高壓力的移動平均值與標準差，而Y(k+1),Pplateau表示第k+1個取樣的氣道平原壓，Yk,mean,Pplateau及Yk,sd,Pplateau分別表示以第k個取樣計算所獲得的氣道平原壓的移動平均值與標準差。倘若控制單元判斷氣道平原壓不符合上述第二條件，則監控設備啟動靜態阻塞警報。倘若控制單元判斷氣道平原壓符合上述第二條件，且呼吸參數中的呼氣流量符合第三條件，則監控設備啟動動態阻塞警報。
基於上述，在本實施例的呼吸器的警報方法及呼吸器警 報系統中，會擷取特定的呼吸參數，例如呼吸道最高壓力、氣道平原壓及呼氣流量等，以判斷這些呼吸參數是否符合一個或多個條件。並且，當呼吸參數符合這些條件時，會即時發出對應的警報，例如靜態阻塞警報、動態阻塞警報、管路脫離警報或漏氣警報等。藉此，醫護人員可根據這些準確的警報即時進行處理，有助於提升病人的安全。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
1000、4000‧‧‧呼吸器警報系統
10‧‧‧病人
100、400‧‧‧呼吸器
120、420‧‧‧控制單元
140、440‧‧‧監控設備
21~27‧‧‧區域
40‧‧‧模擬肺
L‧‧‧基準線
S202~S212、S302~S314‧‧‧呼吸器的警報方法各步驟
S‧‧‧鋸齒狀
圖1是依照本發明一實施例所繪示的呼吸器警報系統的方塊圖。
圖2A是依照本發明一實施例所繪示的呼吸器的警報方法流程圖。
圖2B至圖2E為說明計算所述振動值的示意圖。
圖3是依照本發明一實施例所繪示的呼吸器的警報方法流程圖。
圖4是依照本發明一實施例所繪示的呼吸器警報系統的示意圖。
圖5A與圖5B為說明在不同痰液濃度以及不同痰液量時，模擬肺所提供的呼吸參數的變化。
圖6為說明模擬痰液產生時，各種呼吸參數隨時間的變化。
圖7A為說明注入不同痰液量時，呼吸道最高壓力以及氣道平原壓的平均大小。
圖7B為說明注入不同痰液量時，呼氣流量對應的大小。
圖8為說明在模擬肺的順應性固定而呼吸道阻抗不同時，各種呼吸參數的變化。
圖9為說明在呼吸道阻抗固定而模擬肺的順應性不同時，各種呼吸參數的變化。
圖10A與圖10B分別為說明無痰液注入以及有痰液注入時，呼氣流量的變化。
圖1是依照本發明一實施例所繪示的呼吸器警報系統的方塊圖。請參照圖1，本實施例的呼吸器警報系統1000包括呼吸器100、控制單元120以及監控設備140，其中呼吸器100可接收來自病人10的多個呼吸參數，而控制單元120用以判斷這些呼吸參數是否符合一個或多個條件。倘若呼吸參數符合所述條件，則監控設備140會立即發出警報，以即時提示醫護人員。呼吸器100、控制單元120以及監控設備140的功能分述如下。
呼吸器100用以提供氧氣給病人。具體而言，呼吸器100可透過管子連接至病人的呼吸器官，使呼吸器100提供病人通氣，且呼吸器100同時亦提供有關於病人的呼吸狀況的即時資訊(例 如流量、阻力及壓力等)，亦即呼吸參數。此外，呼吸器100可連接至一個流量感應器，用以偵測軟管內的氣體的呼吸參數。
控制單元120可定時接收並偵測呼吸器100的運作狀況。在本實施例中，控制單元120例如是透過具備Rs232通訊界面的接頭連接呼吸器100以存取上述呼吸參數。具體而言，控制器例如是每隔一預設時間(例如為0.5秒)自呼吸器100接收吐氣末陽壓(positive end expiratory pressure，簡稱為PEEP)、呼氣潮氣容積(expiratory tidal volume，簡稱為Exp.Volume)、吸氣潮氣容積(inspiratory tidal volume，簡稱為Insp.Volume)、呼吸道最高壓力(peak airway pressure，簡稱為Ppeak)、每分鐘通氣量(minute ventilation，簡稱為MV)、氣道平原壓(plateau pressure，簡稱為Pplateau)、氧氣吸入比例(percentage of inhaled oxygen)、呼吸率(respiratory rate)、以及呼吸道阻力(airway resistance，簡稱為Rexp)、呼氣流量(expiratory flow，簡稱為Fexp)及其呼氣流量波形資訊等這些呼吸參數。此外，控制單元120可將呼吸參數轉換為相容於傳輸控制通訊協定/網際通訊協定(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP)的數位傳輸資料，以經由無線網路或有線網路傳送至監控設備140。
監控設備140用以提供人機介面(Human-Computer Interaction，HCI)，而監控設備140例如是個人電腦、筆記型電腦、平板電腦、手機、智慧型手機、個人數位助理(Personal Digital Assistant，PDA)等具有處理器的電子裝置，本發明並不對此限制。 具體而言，監控設備140可包括螢幕以及警報裝置，其中螢幕可用來顯示呼吸參數所對應的生理訊息，而警報裝置則可在呼吸參數有異常時，立即發出警報。舉例來說，警報裝置可透過廣播方式發出警報、發送警報訊息至電話裝置，或者透過語音、電子郵件、簡訊或其它形式的訊息傳送警報訊息至醫護人員的電腦裝置及/或手持裝置，藉以即時通知醫護人員。
以下即搭配上述呼吸器警報系統1000中的各項元件說明本實施例呼吸器的警報方法的詳細步驟。圖2A是依照本發明一實施例所繪示的呼吸器的警報方法流程圖。請參照圖2A，於步驟S202，呼吸器100用以接收來自病人10的多個呼吸參數，其中這些例如是吐氣末陽壓PEEP、呼氣潮氣容積Exp.Volume、吸氣潮氣容積Insp.Volume、呼吸道最高壓力Ppeak、每分鐘通氣量MV、氣道平原壓Pplateau、呼吸道阻力Rexp、呼氣流量Fexp、氧氣吸入比例及呼吸率等。並且，控制單元120會自呼吸器100接收並偵測呼吸器100所取得的呼吸參數，藉以於後續步驟中判斷呼吸參數是否符合一個或多個條件，進而根據呼吸參數而得知病人10的生理狀況是否異常。在此，控制單元120會依據呼吸器100分別各取連續5筆的呼吸參數，來計算各種呼吸參數在此連續5筆取樣中所分別對應的移動平均值與標準差。當然，在其他實施例中，控制單元120也可依據其它數目的取樣資料(即呼吸參數)來計算各呼吸參數的移動平均值與標準差。
於步驟S204，控制單元120會判斷這些呼吸參數中的呼 吸道最高壓力是否符合第一條件，而第一條件為Y(k+1),Ppeak>Yk,mean,Ppeak+3*Yk,sd,Ppeak，其中k為正整數，表示第k個取樣的呼吸道最高壓力Ppeak，Y(k+1),Ppeak表示第k+1個取樣的呼吸道最高壓力，Yk,mean,Ppeak及Yk,sd,Ppeak分別表示以第k個取樣計算所獲得的呼吸道最高壓力的移動平均值與標準差。
倘若呼吸道最高壓力不符合第一條件，即呼吸道最高壓力被判斷是屬於正常值，則此時控制單元120將不會啟動警報，且如步驟S202所示，控制單元120會繼續偵測呼吸器100所取得的下一筆呼吸參數，以判斷下一筆呼吸參數是否異常。
倘若呼吸道最高壓力符合第一條件，即呼吸道最高壓力被判斷非屬於正常值，則如步驟S206所示，控制單元120會進一步判斷呼吸參數中的氣道平原壓Pplateau是否符合第二條件，其中第二條件為Y(k+1),Pplateau<Yk,mean,Pplateau+3*Yk,sd,Pplateau，Y(k+1),Pplateau表示第k+1個取樣的氣道平原壓Pplateau，Yk,mean,Pplateau及Yk,sd,Pplateau分別表示以第k個取樣計算所獲得的氣道平原壓Pplateau的移動平均值與標準差。此外，由於此時的呼吸道最高壓力符合第一條件時，表示呼吸道內的壓力超過正常值(即處於高壓狀態)，因此控制單元120也可透過監控設備140啟動高壓警報。
倘若氣道平原壓Pplateau不符合上述第二條件，則如步驟S208所示，控制單元120會透過監控設備140啟動靜態阻塞警報。一般而言，若呼吸道最高壓力Ppeak符合上述第一條件(即呼吸道最高壓力Ppeak逐漸增加)，而氣道平原壓Pplateau不符合 上述第二條件(即氣道平原壓Pplateau也逐漸增加)，則表示病人有氣喘情況，基此，本實施例可透過靜態阻塞警報以立即通知醫護人員。
倘若氣道平原壓Pplateau符合上述第二條件，則如步驟S210所示，控制單元120會進一步判斷呼吸參數中的呼氣流量是否符合第三條件。在本實施例中，第三條件為Y(k+1),Fexp<Yk,mean,Fexp-3*Yk,sd,Fexp，其中Y(k+1),Pplateau表示第k+1個取樣的呼氣流量Fexp，Yk,mean,Pplateau及Yk,sd,Pplateau分別表示以第k個取樣計算所獲得的呼氣流量Fexp的移動平均值與標準差。
需說明的是，在另一實施例中，上述的第三條件也可根據呼氣流量Fexp波形資訊來判斷，亦即，上述的第三條件也可為根據呼氣流量Fexp所計算出的振動值(Vibration value，Vib)大於預設值。其中，計算振動值Vib的步驟包括對呼氣流量Fexp執行分割(segmentation)計算，並執行曲線擬合(curve fitting)計算，以取得呼氣流量Fexp的流量趨勢，以及根據呼氣流量Fexp執行分割計算後的結果與流量趨勢，計算差異方程式，並利用所述差異方程式計算振動值Vib。
圖2B至圖2E為說明計算所述振動值的示意圖，其中橫座標表示時間，縱座標表示呼氣流量Fexp。首先，控制單元120根據呼氣流量Fexp的大小值，來切割所需要之片段。在此，所需要的片段為呼氣流量Fexp的值大於零與小於零之片段，且為完整之片段。如圖2B所示，控制單元120會取出的片段為區域22、 24與25的部分，而由於區域23與26的呼氣流量Fexp值為零，區域21與27片段不完整，故區域21、23、26及27所在的片段皆不取。
接著，由於當病人產生痰液時，呼氣流量Fexp會出現鋸齒狀(saw-tooth)的波型，因此為了取出鋸齒狀的成分，在此先使用曲線擬合計算的方式計算出呼氣流量Fexp的趨勢。以區域24及25為例(如圖2C所示)，控制單元120會利用區域24及25的呼氣流量Fexp值做曲線擬合計算以取得呼氣流量Fexp的趨勢，如圖2D與圖2E所示的平滑曲線。曲線擬合計算中所欲求的數學式可以公式(1)
Figure TWI614044BD00001
表示，其中α、β、γ及△分別如下公式所述，而X的長度視呼氣流量Fexp切割後有幾個片段而定。
Figure TWI614044BD00002
並且，控制單元120會將呼氣流量Fexp分割計算後的結果減去上述取得呼氣流量Fexp的趨勢後之值，計算差異方程式。其中差異方程式的計算公式(2)如下：
Figure TWI614044BD00003
 其中，X的長度視切割後有幾個片段而定。
最後，控制單元120會利用所述差異方程式(即公式(2))計算振動值Vib，其中計算振動值Vib的公式(3)如下(以3個片段為例)：
Figure TWI614044BD00004
公式(3)，其中，d1為D(X),b1
Figure TWI614044BD00005
X
Figure TWI614044BD00006
c1、d2為D(X),a2
Figure TWI614044BD00007
X
Figure TWI614044BD00008
b2、d3為D(X),b2
Figure TWI614044BD00009
X
Figure TWI614044BD00010
c2，此公式(3)所算出的值也就是上述的振動值。換言之，當振動值Vib大於預設值(其可根據測量的需求而設定)時，也就是呼氣流量Fexp符合第三條件，則表示病人有痰液產生。反之，當振動值Vib小於預設值時，也就是呼氣流量Fexp不符合第三條件，則表示病人無痰液產生。
如此一來，倘若呼氣流量Fexp不符合上述第三條件，則如步驟S202所示，控制單元120會繼續偵測呼吸器100下一筆所取得的呼吸參數，以判斷下一筆呼吸參數是否異常。
反之，倘若呼氣流量符合上述第三條件中的至少其中之一時，則如步驟S212所示，控制單元120會透過監控設備140啟動動態阻塞警報。一般而言，若呼吸道最高壓力Ppeak符合上述第一條件(即呼吸道最高壓力Ppeak逐漸增加)，而氣道平原壓Pplateau符合上述第二條件(即氣道平原壓Pplateau並非逐漸增加或其實質上不變)，以及呼氣流量Fexp符合上述第三條件(即呼 氣流量Fexp逐漸降低)，則表示病人有痰液產生的情況，基此，控制單元120也可啟動抽痰警報，並透過動態阻塞警報以立即通知醫護人員。
如此一來，在本實施例的呼吸器警報系統1000中，控制單元120可根據呼吸器100所取得的呼吸參數，判斷這些呼吸參數是否符合一個或多個條件，藉以判斷病人10的生理狀況是否異常。並且，當病人的生理狀況異常時，例如產生痰液或氣喘發作，由於此時病人的呼吸參數會超出正常值範圍，因此控制單元120可根據判斷結果，立即透過監控設備140發出對應的警報以告知醫護人員。
值得一提的是，除了上述第一條件至第三條件以外，本實施例的呼吸器警報系統1000還可包括其他判斷條件，藉以判斷呼吸參數是否符合其他條件，來決定病人的呼吸狀況是否異常以及決定是否啟動警報。底下再舉一實施例，其中仍搭配上述呼吸器警報系統1000來進行說明。
圖3是依照本發明一實施例所繪示的呼吸器的警報方法流程圖。請參照圖1與圖3，於步驟S302中，控制單元120會自呼吸器100接收並偵測呼吸器100所取得的呼吸參數，藉以判斷呼吸參數是否符合一個或多個條件。於步驟S304所示，倘若呼吸參數中的吐氣末陽壓PEEP符合第四條件，則控制單元120會透過監控設備140啟動管路脫離警報，其中第四條件為PEEP=0，Ppeak=0，PEEP表示吐氣末陽壓，Ppeak表示該呼吸道最高壓力。 此外，於步驟S306所示，倘若呼吸參數中的吐氣末陽壓PEEP符合第五條件，則控制單元120會透過監控設備140啟動漏氣警報，其中第五條件為PEEP<0.5*PEEPinitial_value，PEEPinitial_value為吐氣末陽壓PEEP的初始設定值。如此一來，當呼吸管路有大量漏氣時，由於吐氣末陽壓PEEP會下降至零，因此藉由判斷吐氣末陽壓PEEP是否符合上述第四條件(即PEEP=0，Ppeak=0)本實施例可即時啟動管路脫離警報以通知醫護人員。另一方面，由於呼吸管路有輕微漏氣時，吐氣末陽壓PEEP的最終值會小於初始設定值，因此藉由判斷吐氣末陽壓PEEP是否符合上述第五條件，本實施例可即時啟動漏氣警報以通知醫護人員調整呼吸管路。
此外，於步驟S308所示，倘若呼吸參數中的呼吸道最高壓力Ppeak符合第一條件(即Y(k+1),Ppeak>Yk,mean,Ppeak+3*Yk,sd,Ppeak)，則控制單元120會進一步判斷氣道平原壓Pplateau是否符合第二條件(即Y(k+1),Pplateau<Yk,mean,Pplateau+3*Yk,sd,Pplateau)。倘若氣道平原壓Pplateau不符合第二條件，則如步驟S310所示，控制單元120會透過監控設備140啟動靜態阻塞警報。
在本實施中，倘若氣道平原壓Pplateau符合第二條件，則如步驟S312所示，控制單元120還會判斷呼氣流量Fexp是否符合第三條件，判斷呼吸參數中的呼氣阻抗Rexp是否符合第六條件，以及判斷呼吸參數中的氣道平原壓Pplateau是否符合第七條件。其中，第三條件為Y(k+1),Fexp<Yk,mean,Fexp-3*Yk,sd,Fexp且根據呼氣流量Fexp所計算出的振動值Vib大於預設值，第六條件為 Y(k+1),Rexp>Yk,mean,Rexp+3*Yk,sd,Rexp，第七條件為Yk,mean,Pplateau-Yk,sd,Pplateau<Y(k+1),Pplateau<Yk,mean,Pplateau+Yk,sd,Pplateau。其中，Y(k+1),Fexp表示第k+1個取樣的呼氣流量Fexp，Yk,mean,Fexp及Yk,sd,Fexp分別表示以第k個取樣計算所獲得的呼氣流量Fexp的移動平均值與標準差，取得振動值Vib的方式如前實施例所述Y(k+1),Pplateau表示第k+1個取樣的氣道平原壓Pplateau，Yk,mean,Pplateau及Yk,sd,Pplateau分別表示以第k個取樣計算所獲得的氣道平原壓Pplateau的移動平均值與標準差。
倘若此呼吸參數符合上述第三條件、第六條件以及第七條件，亦即此時呼吸參數中的呼吸道最高壓力Ppeak、氣道平原壓Pplateau、呼氣流量Fexp及呼氣阻抗Rexp同時符合上述第一條件、第二條件、第三條件、第六條件以及第七條件，則如步驟S314所示，控制單元120會透過監控設備140啟動動態阻塞警報。也就是說，由於呼吸道受到痰液影響而管徑變窄時，呼吸道最高壓力Ppeak以及呼氣阻抗Rexp會逐漸提升，氣道平原壓Pplateau實質上不變，而呼氣流量Fexp會逐漸下降，並且根據呼氣流量Fexp所計算出的振動值大於預設值，基此，根據上述條件是否符合的判斷，本實施例可即時發出動態阻塞之抽痰警報以告知醫護人員。
倘若呼吸參數無法同時符合上述第一條件、第二條件、第三條件、第六條件以及第七條件，則如步驟S302所示，控制單元120會繼續偵測呼吸器100所取得的下一筆呼吸參數，以判斷下一筆呼吸參數是否異常。
如此一來，當病人的生理呼吸狀況異常(例如產生痰液或氣喘發作)或者呼吸器的管路異常(例如管路脫離或管路有漏氣)時，由於此時病人的呼吸參數會超出正常值範圍，因此控制單元120可根據判斷結果，立即透過監控設備140發出對應的警報以告知醫護人員進行處理。
必須特別說明的是，在圖3中，雖然是先說明判斷是否符合第四條件(即步驟S304)以及第五條件(即步驟S306)，然而在本發明的其他實施例中，亦可先執行步驟S308、S312及S314。本發明並不對圖3中各步驟的先後順序加以限制。
為了詳細說明本實施例如何取得上述第一條件至第七條件，底下再舉一實施例來說明建構呼吸器警報系統的實驗方法以及實驗結果。圖4是依照本發明一實施例所繪示的呼吸器警報系統的示意圖。請參照圖4，呼吸器警報系統4000包括模擬肺40、呼吸器400、控制單元420以及監控設備440。本實施例可根據模擬肺40以及呼吸器400來模擬病人的各種呼吸狀態，並利用控制單元420來解析各種呼吸狀態對應的呼吸參數的變化，藉以取得上述第一條件至第七條件，來做為判斷病人是否有呼吸異常或者呼吸器400是否有管路異常的依據。最後再根據判斷結果，透過監控設備440發出對應的警報。
詳細而言，本實施例採用瑞士儀器公司(Hamilton Medical AG，Bonaduz，Switzerland)所出產的伽利略(Hamilton Galileo，G5)呼吸器400。其中，呼吸器400接上人工氣道402 連結至用以模仿病人之呼吸狀態的模擬肺40(Training and Test Lungs，TTL，密西根儀器公司)，以及連接呼吸器管路與流量感應器，藉以偵測呼吸參數。此外，呼吸器警報系統4000還包提供仿人工痰液裝置，其可與呼吸器400連接，並提供混凝劑(Mucus Simulants)來模仿病人影產生痰液的狀況。此外，控制單元420可利用Rs232通訊界面擷取呼吸器400的各項呼吸參數，並判斷呼吸參數是否符合發出警報的一個或多個條件，進而利用WiFi模組或TCP/IP模組作有線或無線傳輸，將呼吸參數傳送至監控設備440，使監控設備440對應發出一系列的警報來提示醫護人員。底下將說明控制單元420在不同呼吸狀況時所偵測到的呼吸參數的變化。
圖5A與圖5B為說明在不同痰液濃度以及不同痰液量時，模擬肺40所提供的呼吸參數的變化，其中模擬肺40的順應性(compliance，底下簡稱為C)為0.05cmH2O/L，而呼吸道阻抗(resistance)為5cmH2O/L/sec。此外，圖5A與圖5B的橫坐標對應於不同的痰液濃度，圖5A的縱座標對應於呼吸道最高壓力Ppeak(cmH2O)，圖5B的縱座標對應於最大呼吸道最高壓力Ppeak(cmH2O)，而圖5A與圖5B中的長條圖分別對應於不同的痰液量(mL)。請參照圖5，隨著痰液量以及痰液濃度的增加，呼吸道最高壓力Ppeak以及最大呼吸道最高壓力Ppeak隨著增加。由此可證明建構呼吸器警報系統4000所採用的模擬肺40，確實符合病人呼吸過程中產生痰液的狀況。
圖6為說明模擬痰液產生時，各種呼吸參數(即呼吸道最高壓力Ppeak、呼氣阻抗Rexp、氣道平原壓Pplateau及呼氣流量Fexp)隨時間的變化，其中模擬肺40的順應性為0.02cmH2O/L，呼吸道阻抗為5cmH2O/L/sec，而模擬的痰液量為2.5cc。由圖6可知，當呼吸器警報系統4000提供人工痰液時，呼吸道最高壓力Ppeak、呼氣阻抗Rexp逐漸提升，及呼氣流量Fexp逐漸下降，而氣道平原壓Pplateau實質上維持不變。
圖7A為說明注入不同痰液量時，呼吸道最高壓力Ppeak以及氣道平原壓Pplateau的平均大小，而圖7B為說明注入不同痰液量時，呼氣流量Fexp對應的大小。由圖7A及圖7B可知，隨著痰液量的增加，呼吸道最高壓力Ppeak會逐漸提升，氣道平原壓Pplateau實質上不變，而呼氣流量Fexp會逐漸下降。
圖8為說明在模擬肺40的順應性固定為0.3cmH2O/L，而呼吸道阻抗不同時，各種呼吸參數(即呼吸道最高壓力Ppeak、呼氣阻抗Rexp、氣道平原壓Pplateau及呼氣流量Fexp)的變化。此實驗用以模擬患有氣喘的病人的呼吸狀況，亦即模擬病人有靜態阻塞的狀況。由圖8可知，隨著呼吸道阻抗的增加，呼吸道最高壓力Ppeak、氣道平原壓Pplateau以及呼氣阻抗Rexp會逐漸提升，而呼氣流量Fexp會逐漸下降。
圖9為說明在呼吸道阻抗固定為0.5cmH2O/L/sec，而模擬肺40的順應性不同時，各種呼吸參數(即呼吸道最高壓力Ppeak、呼氣阻抗Rexp、氣道平原壓Pplateau及呼氣流量Fexp) 的變化。此實驗用以模擬患有肺炎肺泡損傷的病人的呼吸狀況，亦即模擬病人有動態阻塞的狀況。由圖9可知，隨著順應性的增加，呼吸道最高壓力Ppeak以及氣道平原壓Pplateau會逐漸提升，呼氣阻抗Rexp實質上不變，而呼氣流量Fexp和呼吸道阻抗無相對的變化趨勢。此外，由圖8與圖9可知，當病人有靜態阻塞狀況或者動態阻塞狀況發生時，病人會產生不同的呼吸參數資訊。
圖10A與圖10B分別為說明無痰液注入以及有痰液注入時，呼氣流量Fexp的變化，其中模擬肺40的順應性為0.05cmH2O/L，而呼吸道阻抗為5cmH2O/L/sec。此外，圖10A與圖10B中高於基準線L的訊號表示模擬吸氣時的吸氣流量，而低於基準線L的訊號表示模擬呼氣時的呼氣流量Fexp。比較圖10A(無痰液注入)以及圖10B(有痰液注入)得知，當有痰液注入時，所偵測到的呼氣流量Fexp中可觀察到鋸齒狀(saw-tooth)S變化。此外，根據圖10A(無痰液注入)可知，呼氣流量Fexp的變化在無痰液注入時，根據呼氣流量Fexp所計算出的振動值Vib會小於於預設值。由此可證明，當控制單元420偵測到所述振動值Vib呼氣流量Fexp大於預設值時，表示病人呼吸時有痰液產生，據此，可即時透過監控設備440啟動警報以告知醫護人員病人需要抽痰。
基此，根據圖5A至圖10B的實驗方法以及實驗結果，可得知當呼吸參數符合上述第一條件至第七條件時(如圖3所示)，需啟動對應的警報。此外，本實施例呼吸器警報系統4000發出警報的敏感度(sensitivity)、特異度(specificity)、P值(P-Value) 以及對應的警報，詳如底下表一所示。由此可見，本實施例成功展示了在不同臨床模擬的情況下使用呼吸器警報系統4000，有助於提升病人的安全。
Figure TWI614044BD00011
綜上所述，在本實施例的呼吸器的警報方法及呼吸器警報系統中，會根據呼吸器接收病人的多個呼吸參數，並透過控制單元判斷這些呼吸參數是否符合一個或多個條件，倘若呼吸道最高壓力Ppeak逐漸增加，而氣道平原壓Pplateau實質上不變，呼氣流量Fexp實質上減少，且呼氣流量Fexp之振動值符合預設的方程式，則監控設備則會發出動態阻塞警報。倘若呼吸道最高壓力Ppeak逐漸增加，而氣道平原壓Pplateau亦隨著增加，則監控設備會發出靜態阻塞警報。另一方面，倘若吐氣末陽壓PEEP降至零，呼吸道最高壓力Ppeak等於零，則監控設備會發出管路脫離警報。此外，倘若吐氣末陽壓小於初始設定值，則監控設備會發出漏氣警報。如此一來，醫護人員可根據上述各項條件的警報，即時進行處置管理。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
S202~S212‧‧‧呼吸器的警報方法各步驟

Claims (20)

  1. 一種呼吸器的警報方法，包括：接收並偵測多個呼吸參數；倘若該些呼吸參數中的呼吸道最高壓力符合一第一條件，則判斷氣道平原壓是否符合一第二條件，其中該第一條件為Y(k+1),Ppeak>Yk,mean,Ppeak+3*Yk,sd,Ppeak，該第二條件為Y(k+1),Pplateau<Yk,mean,Pplateau+3*Yk,sd,Pplateau，其中k為正整數，用以表示第k個取樣，Y(k+1),Ppeak表示第k+1個取樣的該呼吸道最高壓力，Yk,mean,Ppeak及Yk,sd,Ppeak分別表示以第k個取樣計算所獲得的該呼吸道最高壓力的移動平均值與標準差，而Y(k+1),Pplateau表示第k+1個取樣的該氣道平原壓，Yk,mean,Pplateau及Yk,sd,Pplateau分別表示以第k個取樣計算所獲得的該氣道平原壓的移動平均值與標準差；倘若該氣道平原壓不符合該第二條件，則啟動一靜態阻塞警報；以及倘若該氣道平原壓符合該第二條件，且該些呼吸參數中的呼氣流量符合一第三條件，則啟動一動態阻塞警報，其中該第三條件為根據該呼氣流量所計算出的一振動值大於一預設值，其中計算該振動值的步驟包括：對該呼氣流量執行一分割計算，並執行一曲線擬合計算，以取得該呼氣流量的一流量趨勢；以及根據該呼氣流量執行該分割計算後的結果與該流量趨勢，計算一差異方程式，並利用該差異方程式計算該振動值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的呼吸器的警報方法，其中該第三條件為Y(k+1),Fexp<Yk,mean,Fexp-3*Yk,sd,Fexp，其中Y(k+1),Fexp表示第k+1個取樣的該呼氣流量，Yk,mean,Fexp及Yk,sd,Fexp分別表示以第k個取樣計算所獲得的該呼氣流量的移動平均值與標準差。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的呼吸器的警報方法，更包括：倘若該些呼吸參數中的吐氣末陽壓符合一第四條件，則啟動一管路脫離警報，其中該第四條件為PEEP=0且Ppeak=0，PEEP表示該吐氣末陽壓，Ppeak表示該呼吸道最高壓力。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的呼吸器的警報方法，更包括：倘若該些呼吸參數中的該吐氣末陽壓符合一第五條件，則啟動一漏氣警報，其中該第五條件為PEEP<0.5*PEEPinitial_value，PEEPinitial_value為PEEP的初始設定值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的呼吸器的警報方法，其中該些呼吸參數包括該呼吸道最高壓力、吐氣末陽壓、呼氣潮氣容積、氧氣吸入比例、呼吸率、呼吸道阻力以及呼氣流量及其呼氣流量波形資訊。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的呼吸器的警報方法，其中在偵測該些呼吸參數的步驟包括：分別取樣該些呼吸參數各五筆，據以計算該些呼吸參數分別對應的移動平均值與標準差，其中取樣時間為0.5秒/次。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的呼吸器的警報方法，更包括：倘若該些呼吸參數符合該第一條件、該第二條件及該第三條 件，且該些呼吸參數中的呼氣阻抗符合一第六條件時，則啟動該動態阻塞警報，其中該第六條件為Y(k+1),Rexp>Yk,mean,Rexp+3*Yk,sd,Rexp，其中Y(k+1),Rexp表示第k+1個取樣的該呼氣阻抗，Yk,mean,Rexp及Yk,sd,Rexp分別表示以第k個取樣計算所獲得的該呼氣阻抗的移動平均值與標準差。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的呼吸器的警報方法，更包括：倘若該些呼吸參數符合該第一條件、該第二條件、該第三條件及該第六條件，且該些呼吸參數中的氣道平原壓符合一第七條件時，則啟動該動態阻塞警報，其中該第七條件為Yk,mean,Pplateau-Yk,sd,Pplateau<Y(k+1),Pplateau<Yk,mean,Pplateau+Yk,sd,Pplateau，Y(k+1),Pplateau表示第k+1個取樣的該氣道平原壓，Yk,mean,Pplateau及Yk,sd,Pplateau分別表示以第k個取樣計算所獲得的該氣道平原壓的移動平均值與標準差。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的呼吸器的警報方法，其中該些呼吸參數由一呼吸器提供，並透過一網路傳送至一控制單元進行分析。
  10. 一種呼吸器警報系統，包括：一呼吸器，用以接收來自一病人的多個呼吸參數；一控制單元，自該呼吸器接收並偵測該些呼吸參數，並判斷該些呼吸參數是否符合多個條件；以及一監控設備，用以顯示該些呼吸參數對應的資訊，以及發出多個警報，其中 倘若該控制單元判斷該些呼吸參數中的呼吸道最高壓力符合一第一條件，則該控制單元判斷氣道平原壓是否符合一第二條件，其中該第一條件為Y(k+1),Ppeak>Yk,mean,Ppeak+3*Yk,sd,Ppeak，該第二條件為Y(k+1),Pplateau<Yk,mean,Pplateau+3*Yk,sd,Pplateau，其中k為正整數，用以表示第k個取樣，Y(k+1),Ppeak表示第k+1個取樣的該呼吸道最高壓力，Yk,mean,Ppeak及Yk,sd,Ppeak分別表示以第k個取樣計算所獲得的該呼吸道最高壓力的移動平均值與標準差，而Y(k+1),Pplateau表示第k+1個取樣的該氣道平原壓，Yk,mean,Pplateau及Yk,sd,Pplateau分別表示以第k個取樣計算所獲得的該氣道平原壓的移動平均值與標準差；倘若該控制單元判斷該氣道平原壓不符合該第二條件，則該監控設備啟動一靜態阻塞警報；以及倘若該控制單元判斷該氣道平原壓符合該第二條件，且該些呼吸參數中的呼氣流量符合一第三條件，則該監控設備啟動一動態阻塞警報，其中該第三條件為該控制單元根據該呼氣流量所計算出的一振動值大於一預設值，其中該控制單元計算該振動值的步驟包括：對該呼氣流量執行一分割計算，並執行一曲線擬合計算，以取得該呼氣流量的一流量趨勢；以及根據該呼氣流量執行該分割計算後的結果與該流量趨勢，計算一差異方程式，並利用該差異方程式計算該振動值。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的呼吸器警報系統，其中該 第三條件為Y(k+1),Fexp<Yk,mean,Fexp-3*Yk,sd,Fexp，其中Y(k+1),Fexp表示第k+1個取樣的該呼氣流量，Yk,mean,Fexp及Yk,sd,Fexp分別表示以第k個取樣計算所獲得的該呼氣流量的移動平均值與標準差。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的呼吸器警報系統，更包括：倘若該控制單元判斷該些呼吸參數中的吐氣末陽壓符合一第四條件，則該監控設備啟動一管路脫離警報，其中該第四條件為PEEP=0且Ppeak=0，PEEP表示該吐氣末陽壓，Ppeak表示該呼吸道最高壓力。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的呼吸器警報系統，更包括：倘若該控制單元判斷該些呼吸參數中的該吐氣末陽壓符合一第五條件，則該監控設備啟動一漏氣警報，其中該第五條件為PEEP<0.5*PEEPinitial_value，PEEPinitial_value為PEEP的初始設定值。
  14. 如申請專利範圍第10項所述的呼吸器警報系統，其中該些呼吸參數包括該呼吸道最高壓力、吐氣末陽壓、呼氣潮氣容積、氧氣吸入比例、呼吸率、呼吸道阻力以及呼氣流量及其呼氣流量波形資訊。
  15. 如申請專利範圍第10項所述的呼吸器警報系統，其中該控制單元分別取樣該些呼吸參數各五筆，據以計算該些呼吸參數分別對應的移動平均值與標準差，其中取樣時間為0.5秒/次。
  16. 如申請專利範圍第10項所述的呼吸器警報系統，倘若該控制單元判斷該些呼吸參數符合該第一條件、該第二條件及該第三條件，且判斷該些呼吸參數中的呼氣阻抗符合一第六條件時， 則該監控設備啟動該動態阻塞警報，其中該第六條件為Y(k+1),Rexp>Yk,mean,Rexp+3*Yk,sd,Rexp，其中Y(k+1),Rexp表示第k+1個取樣的該呼氣阻抗，Yk,mean,Rexp及Yk,sd,Rexp分別表示以第k個取樣計算所獲得的該呼氣阻抗的移動平均值與標準差。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的呼吸器警報系統，更包括：倘若該控制單元判斷該些呼吸參數符合該第一條件、該第二條件、該第三條件及該第六條件，且判斷該些呼吸參數中的氣道平原壓符合一第七條件時，則該監控設備啟動該動態阻塞警報，其中該第七條件為Yk,mean,Pplateau-Yk,sd,Pplateau<Y(k+1),Pplateau<Yk,mean,Pplateau+Yk,sd,Pplateau，Y(k+1),Pplateau表示第k+1個取樣的該氣道平原壓，Yk,mean,Pplateau及Yk,sd,Pplateau分別表示以第k個取樣計算所獲得的該氣道平原壓的移動平均值與標準差。
  18. 如申請專利範圍第10項所述的呼吸器警報系統，其中該呼吸器透過一網路傳送該些呼吸參數至該控制單元進行分析。
  19. 一種呼吸器的警報方法，包括：接收並偵測多個呼吸參數；倘若該些呼吸參數中的呼吸道最高壓力符合一第一條件，則判斷氣道平原壓是否符合一第二條件，其中該第一條件為Y(k+1),Ppeak>Yk,mean,Ppeak+3*Yk,sd,Ppeak，該第二條件為Y(k+1),Pplateau<Yk,mean,Pplateau+3*Yk,sd,Pplateau，其中k為正整數，用以表示第k個取樣，Y(k+1),Ppeak表示第k+1個取樣的該呼吸道最高壓力，Yk,mean,Ppeak及Yk,sd,Ppeak分別表示以第k個取樣計算所獲得的該呼吸道最高壓力 的移動平均值與標準差，而Y(k+1),Pplateau表示第k+1個取樣的該氣道平原壓，Yk,mean,Pplateau及Yk,sd,Pplateau分別表示以第k個取樣計算所獲得的該氣道平原壓的移動平均值與標準差；倘若該氣道平原壓不符合該第二條件，則啟動一靜態阻塞警報；倘若該氣道平原壓符合該第二條件，且該些呼吸參數中的呼氣流量符合一第三條件，則啟動一動態阻塞警報，其中該第三條件為根據該呼氣流量所計算出的一振動值大於一預設值，其中計算該振動值的步驟包括：對該呼氣流量執行一分割計算，並執行一曲線擬合計算，以取得該呼氣流量的一流量趨勢；以及根據該呼氣流量執行該分割計算後的結果與該流量趨勢，計算一差異方程式，並利用該差異方程式計算該振動值；倘若該些呼吸參數中的吐氣末陽壓符合一第四條件，則啟動一管路脫離警報，其中該第四條件為PEEP=0且Ppeak=0，PEEP表示該吐氣末陽壓，Ppeak表示該呼吸道最高壓力；以及倘若該些呼吸參數中的該吐氣末陽壓符合一第五條件，則啟動一漏氣警報，其中該第五條件為PEEP<0.5*PEEPinitial_value，PEEPinitial_value為PEEP的初始設定值。
  20. 一種呼吸器警報系統，包括：一呼吸器，用以接收來自一病人的多個呼吸參數；一控制單元，自該呼吸器接收並偵測該些呼吸參數，並判斷 該些呼吸參數是否符合多個條件；以及一監控設備，用以顯示該些呼吸參數對應的資訊，以及發出多個警報，其中倘若該控制單元判斷該些呼吸參數中的呼吸道最高壓力符合一第一條件，則該控制單元判斷氣道平原壓是否符合一第二條件，其中該第一條件為Y(k+1),Ppeak>Yk,mean,Ppeak+3*Yk,sd,Ppeak，該第二條件為Y(k+1),Pplateau<Yk,mean,Pplateau+3*Yk,sd,Pplateau，其中k為正整數，用以表示第k個取樣，Y(k+1),Ppeak表示第k+1個取樣的該呼吸道最高壓力，Yk,mean,Ppeak及Yk,sd,Ppeak分別表示以第k個取樣計算所獲得的該呼吸道最高壓力的移動平均值與標準差，而Y(k+1),Pplateau表示第k+1個取樣的該氣道平原壓，Yk,mean,Pplateau及Yk,sd,Pplateau分別表示以第k個取樣計算所獲得的該氣道平原壓的移動平均值與標準差；倘若該控制單元判斷該氣道平原壓不符合該第二條件，則該監控設備啟動一靜態阻塞警報；倘若該控制單元判斷該氣道平原壓符合該第二條件，且該些呼吸參數中的呼氣流量符合一第三條件，則該監控設備啟動一動態阻塞警報，其中該第三條件為該控制單元根據該呼氣流量所計算出的一振動值大於一預設值，其中該控制單元計算該振動值的步驟包括：對該呼氣流量執行一分割計算，並執行一曲線擬合計算，以取得該呼氣流量的一流量趨勢；以及 根據該呼氣流量執行該分割計算後的結果與該流量趨勢，計算一差異方程式，並利用該差異方程式計算該振動值；倘若該控制單元判斷該些呼吸參數中的吐氣末陽壓符合一第四條件，則該監控設備啟動一管路脫離警報，其中該第四條件為PEEP=0且Ppeak=0，PEEP表示該吐氣末陽壓，Ppeak表示該呼吸道最高壓力；以及倘若該控制單元判斷該些呼吸參數中的該吐氣末陽壓符合一第五條件，則該監控設備啟動一漏氣警報，其中該第五條件為PEEP<0.5*PEEPinitial_value，PEEPinitial_value為PEEP的初始設定值。
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