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换气方法和换气装置制作方法

  • 专利名称
    换气方法和换气装置制作方法
  • 发明者
    S·鲁勒, S·格雷夫
  • 公开日
    2013年1月2日
  • 申请日期
    2011年2月18日
  • 优先权日
    2010年3月3日
  • 申请人
    博斯特尔研究中心-莱布尼茨医学和生物科学中心
  • 文档编号
    A61M16/00GK102858397SQ201180012179
  • 关键字
  • 权利要求
    1.用于生物体(3)换气的方法,检测流入所述生物体(3)和流出所述生物体(3)的呼吸气流( ),从检测的呼吸气流Cl)确定处于吸气阶段还是呼气阶段,调节所述生物体(3)的呼吸器官内的空气压カ(P),其特征在干,识别吸气阶段后,在吸气阶段开始时提高所述呼吸器官内的空气压カ(P),随着呼吸循环的进行,再降低所述呼吸器官内的空气压カ(P)2.如权利要求I所述的方法,其特征在于,在所述吸气阶段,首先提高所述呼吸器官内的空气压カ(P),然后再降低所述呼吸器官内的空气压カ(P),其中斜率连续降低3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,在所述吸气阶段结束前,在所述吸气阶段将所述呼吸器官内的空气压カ(P)降低至初始值,所述初始值在所述吸气阶段开始时作为起始值(Po)设定4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,在所述吸气阶段期间,当达到所述呼吸气流( )的最大量时,在所述吸气阶段将所述呼吸器官内的空气压カ(P)降低至所述初始值5.用于生物体换气的方法,特别是前述权利要求中至少ー项所述的方法,检测流入所述生物体(3)和流出所述生物体(3)的呼吸气流ω)从检测的呼吸气流( )确定处于吸气阶段还是呼气阶段,调节生物体(3)的呼吸器官内的空气压カ(P),其特征在于,在所述呼气阶段,根据呼气的呼吸气流( )和由其衍生的參数调节呼吸器官内的空气压カ(P),使得流出所述生物体(3)的呼吸气流( )达到预定量6.如前述权利要求中至少ー项所述的方法,其特征在于,在呼气阶段,所述呼吸器官内空气压カ(P)増加到最大压力,所述最大压カ是在所述生物体(3)的平均呼气阶段持续期间一半之前达到的7.如前述权利要求中至少ー项所述的方法,其特征在于,在呼气阶段,在所述呼气阶段末,按基本指数式衰减函数方式降低所述呼吸器官内的空气压カ(P)8.如前述权利要求中至少ー项所述的方法,其特征在于,识别呼气阶段后,在所述呼气阶段开始时,提高所述呼吸器官内的空气压カ(P)9.如权利要求8所述的方法,其特征在干,仅在所述呼气阶段开始时调节所述呼吸器官内的空气压カ(P),使得流出所述生物体(3)的呼吸气/Ταυ)达到预定量10.如前述权利要求中至少ー项所述的方法,其特征在于,在所述呼气阶段,与所述呼气的呼吸气流(υ)成比例地调节所述呼吸器官内的空气压カ(P)11.如前述权利要求中至少ー项所述的方法,其特征在干,从检测的呼吸气流确定一次呼吸量,如果在前呼吸循环中确定了一次呼吸量増加,那么在所述呼气阶段增加所述呼吸器官内的空气压カ(P)的最大值和/或压カ水平,和/或调节压力曲线12.如前述权利要求中至少ー项所述的方法,其特征在干,确定呼吸频率,如果在前呼吸循环中确定了呼吸频率降低,那么在所述呼气阶段增加所述呼吸器官内空气压カ(P)的最大值和/或压力水平,或者调节压力曲线13.如前述权利要求中至少ー项所述的方法,其特征在于,监测所述呼吸器官内空气压力(P)和/或呼吸气流( )的时间曲线中是否发生频率高于呼吸频率的叠加振荡,如果识别到叠加振荡,那么在所述呼气阶段增加所述呼吸器官内空气压カ(P)的最大值和/或压カ水平,或者调节压力曲线14.如权利要求11到13中至少ー项所述的方法,其特征在于,在所述呼气阶段,所述呼吸器官内空气压カ(P)的最大值和/或压カ水平的増加被限定至最高值15.如前述权利要求中至少ー项所述的方法,其特征在于,在所述呼气阶段末,降低所述呼吸器官内的空气压カ(P),直至呼气阶段结束,特别是直至达到空气压カ(P)的初始值,所述初始值是在所述吸气阶段开始时作为起始值(Ptl)设定的16.如前述权利要求中至少ー项所述的方法,其特征在于,基于所述检测的呼吸气流(心)与呼气阶段压カ增加两者间的关系,确定所述生物体的固有PEEP,根据所述固有PEEP确定呼吸器官内空气压カ的初始值,所述初始值在所述吸气阶段开始时设定为起始值(Po)17.如权利要求16所述的方法,其特征在于,所述呼吸器官内的空气压カ的初始值用作基础压力水平(Po),在任何时候压力水平不下降至低于该基础压力水平,其中所确定的基础压力水平(P)等于所述固有PEEP减去ー给定的压カ差值18.如前述权利要求中至少ー项所述的方法,其特征在于,所述呼吸器官内空气压カ (P)的调节循环包括至少两个呼吸循环,ー个呼吸循环包括彼此直接相连的吸气阶段和呼气阶段19.换气装置,所述装置具有至少ー个可控空气传输单元(6),至少ー个气流计(11),至少ー个压カ传感器(9),且具有至少ー个程控单元(10),所述程控単元(10)被设置成实施前述权利要求中至少ー项所述的方法20.阀控单元,所述单元具有至少ー个压カ控制阀,至少ー个气流计(11),至少ー个压力传感器(9),且具有至少ー个程控单元(10),所述程控単元(10)被设置成实施前述权利要求中至少ー项所述的方法
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专利名称:换气方法和换气装置的制作方法换气方法和换气装置本发明涉及权利要求I和5所述的用于生物体换气(ventilation)的方法。此外,本发明还涉及权利要求19所述的换气装置和权利要求20所述的阀控装置。总体上,本发明涉及具有呼吸问题的患者的换气领域。用COPD患者作为实例,特别是具有高碳酸血症呼吸功能不全的患者。这些患者中,由于各种不同的疾病,肺中已经出现结构改变,为了确保充分的气体交换,需要呼吸肌肉组织增加做功。随着疾病进展,呼吸肌肉组织越发疲惫,因此,呼吸期间出现呼吸感觉不足,即便是非常轻微的呼吸。在明显的情况下,特别在夜间睡眠时,呼吸肌肉组织和呼吸驱动力不再能通过增加呼吸深度和增加呼吸频率补偿肺部结构变化。已有人提出用于支持此类患者的换气装置,例如,US 6,105,575或US6,240,919BI所述。此类装置提供在吸气(IPAP)过程中通过换气面罩供给患者的由换气装置控制的吸气压,以及在呼气(EPAP)过程供给的由换气装置控制的呼气压。换气装置为患者自动调节。例如,典型的IPAP支持压力是10到30mbar,EPAP支持压力为4到lOmbar。主流观点 是为了确保尽可能最佳的呼吸支持,在患者可接受的范围内,压力应尽可能高。然而,对COPD患者换气的一些研究表明压力幅度(即IPAP和EPAP的差)增大,不能引起呼吸肌肉组织所需的缓解,却常常导致肺部过度充气增加。因此,本发明的目的在于披露一种用于生物体换气的方法和用于该目的的换气装置,从而能以最可能的方式避免不利的肺部过度充气。通过权利要求1,5,19和20披露的本发明实现该目的。从属权利要求披露本发明优选的实施方式。已经认识到,支持用换气装置泵入的额外空气在呼气阶段不能被患者再次充分呼出,增加的残留空气保留在肺泡内,从而导致不利的肺部过度充气。尤其地,典型的换气装置在吸气阶段为患者供给过大压力以便支持吸气,而在呼气阶段降低压力,以便通过低呼气阻力支持呼气阶段。但是,对于具有严重肺疾病的患者,如此导致,一方面,在呼气阶段空气逐渐增压进入患者体内,而在另一方面,在所有情况下受损的小气道以及连接它们与肺泡的支气管因换气装置降低压力而收缩,充分呼气(即肺的换气)难以进行。本发明抵消了该效应,一方面,在吸气阶段提出早期被降低的可变的压力曲线。识别吸气阶段后,在吸气阶段开始时增加呼吸器官内的空气压力,随着呼吸循环的进行,再降低呼吸器官内的空气压力。在本文中,连续的一个吸气阶段和一个呼气阶段被理解为呼吸循环。根据本发明的优选的改进,呼吸器官内的空气压力随着吸气阶段的进行已被再次降低。因此,压力的降低已经随吸气阶段的进行而有利地发生,而非已知装置那样,完全在吸气阶段结束时发生。为示范目的,图3的压力曲线30-32阐明了这点。根据本发明,如下所述支持呼气阶段被支持在呼气阶段,根据呼吸气流或由其衍生的呼气参数调节呼吸器官内的空气压力,使得从生物体排出的呼吸气流达到预定量。因此,预定压力不如已知换气装置那样设置,而是,根据呼气的呼吸气流动态调整空气压力,以致确保特定的呼气气流。为此目的,根据需要升高或降低空气压力,通过根据呼吸气流调节空气压力,能够随着变化的反压力动态维持呼吸器官内的相应最低压力,以致小的气道以及连接它们与肺泡的支气管保持开放。因此,在呼气期间提供特定的动态阻力,患者出乎意料地认为是舒适的和有助的。结果,排气得到改善,并避免了不利的肺部过度充气。尤其是,呼气期间即使较短的压力脉动也有助于气道的开放。根据本发明的优选改进方式,识别吸气阶段后,增加呼吸器官内的空气压力,和识别呼气阶段后,空气压力短暂降低,然后呼吸器官内空气压力再次增加。以这种方式,有利地支持排气和因此的肺部放气。为该目的,优选使得患者呼吸气流的压力曲线不对称和各呼吸阶段的压力动态改变。为该目的,各呼吸阶段压力的动态变化是特别有利的,即,不像已知换气装置中那样,较长时间内空气压力不是恒定的。根据本发明的优选改进方式,空气压力设定为在每个时间点大于初始值,该初始值在吸气阶段开始时设定为起始值。 根据本发明的优选改进方式,在生物体的吸气和呼气阶段的开始和结束时间点上,连续动态不一致地调节空气压力的压力曲线。该动态反应对病理生理学具有显著的意义,在根本上不同于以往的具有压力曲线平台的换气装置。根据本发明的优选改进方式,在吸气阶段,首先升高呼吸器官内的空气压力,然后降低空气压力,其中斜率连续降低。在呼气阶段结束前,呼吸器官内的空气压力在吸气阶段能够优选地降低到初始值,该初始值在吸气阶段开始时设定为起始值。特别地,考虑将基础压力水平作为起始值,优选将其选择为略低于固有PEEP (呼气末正压-呼气阶段末的压力水平)。根据本发明的优选改进方式,在吸气阶段,首先升高呼吸器官内的空气压力,然后降低空气压力,其中呼吸气流的斜率连续降低。根据本发明的优选改进方式,当吸气阶段达到呼吸气流最大值时,在吸气阶段呼吸器官内的空气压力降低至初始值。这使得在吸气阶段压力较早降低,也有利于避免过度充气。根据本发明的优选改进方式,在吸入阶段呼吸器官内的空气压力增加到一定量,从而在达到呼气气流最大值后的期间内呼吸气流的降低量使得呼吸气流的降低速度尽可能慢。根据本发明优选的改进方式,在呼气阶段,呼吸器官内的空气压力增加至最大压力,其在生物体的呼气阶段末达到。例如,在图3的压力曲线37和38中示出。根据本发明优选的改进方式,在呼气阶段,在呼吸器官内,空气压力增加至最大压力,最大压力在生物体的平均呼气阶段持续期间一半之前达到。以此方式,呼气阶段的压力曲线能够与健康生物体的自然呼气接近。根据本发明优选的改进方式,识别呼气阶段后,呼吸器官内的空气压力在呼气阶段开始时升高。以此方式,能够确保恰在呼气阶段开始时气道保持不受约束,因此呼气能够特别深而有效。根据本发明优选的改进方式,提供了适应性的自我学习功能,从而能在呼吸支持期间进一步改进。根据本发明优选的改进方式,从检测的呼吸气流确定一次呼吸量(tidalvolume)。可以在吸气阶段从吸入空气量间接测定或在呼气阶段从呼出空气量间接测定一次呼吸量,或将其作为一次呼吸循环或多个呼吸循环期间,由这些空气量可检测改变的参数的平均值或衍生值。如果能够确定在前呼吸循环中一次呼吸量的增加量,在呼气阶段增加呼吸器官内的空气压力的最大值和/或压力水平,或调整压力曲线。因此,能够适应性地获得呼吸器官的最佳松弛。如果没有确定一次呼吸量的增加量,在呼气阶段呼吸器官内的空气压力的最大值和/或压力水平保持在既有值或再略微降低。根据本发明优选的改进方式,确定呼吸频率。如果能够确定在前呼吸循环中呼吸频率的降低,在呼气阶段增加呼吸器官内的空气压力的最大值和/或压力水平,或调整压力曲线。这是基于以下发现在某些范围内,呼吸频率的降低表明换气改善。通过增加空气压力的最大值或压力水平可能导致的呼吸焦虑(respiration anxiety)也能以这种方法检测。如果检测到呼吸焦虑,可以再限制或再降低压力增加。根据本发明优选的改进方式,监测呼吸器官内的空气压力和/或呼吸气流的时间曲线中是否发生频率高于呼吸频率的叠加振荡。叠加振荡可以视作内在PEEP增加后的非均匀呼气表现。如果通过在呼气阶段预先增加空气压力而增加了叠加振荡的频率和/或降低了叠加振荡的振幅,则呼气和由此的肺排气得到改善。如果就叠加振荡而言没有显示呼气的进一步改善,在呼气阶段,空气压力的最大值或压力水平不增加。反而,降低空气压力的最大值或压力水平。当然,空气压力的最大值或压力水平的增加最多到已有的限值。根据本发明优选的改进方式,呼吸器官内的空气压力在呼气阶段末降低,直至呼气阶段结束。优选降低直至吸气阶段开始时作为起始值设定的空气压力初始值。根据本发明优选的改进方式,从检测的呼吸气流连同呼气压力的增加确定生物体的固有PEEP。根据固有的PEEP确定呼吸器官内在吸气阶段开始时设定为起始值的空气压力初始值。如此有利地允许所谓的自动PEEP控制的生物体呼吸支持。根据本发明优选的改进方式,呼吸器官内的空气压力的初始值被用作基础压力水平,在任何时候压力水平不下降至低于该基础压力水平,其中所确定的基础压力水平(P。)等于所述固有PEEP减去一给定的压力差值。呼吸期间固有的PEEP变化后,重新调整此值。根据本发明优选的改进方式,在呼吸器官内的空气压力的调节循环至少包括两个彼此紧密相连的呼吸循环。优选的换气装置至少具有一个可控的空气传输单元,用于确定生物体的呼吸器官内的空气压力的压力传感器,以及程控单元。设置程控单元以执行先前描述的方法,例如,通过合适的软件编制程序。此外,换气装置还优选地具有一个或多个气流计,通过所述气流计能够检测供给和流出所述空气传输单元、并由患者的呼吸调节的气流。例如,气流计能够用作呼吸气流流速计(pneumotachograph)。可控的空气传输单元能够具有可控的润轮机(turbine)或空气压缩机,例如,往复式(活塞式)压缩机。此外空气传输单元可具有用于控制输出空气量的压力控制阀或阀配置。权利要求20中披露了优选的阀控装置。所述阀控装置能够作为辅助单元连接在常规的换气装置和要换气的生物体之间。所述阀控装置优选地具有至少一个气流计,如呼吸气流流速计,用于确定生物体呼吸器官内的空气压力的压力传感器,至少一个压力控制 阀和一个程控单元。程控单元优选地设置成执行前述权利要求中至少一个所述的方法,例如,通过相应的软件编制程序。因此,如果提供换气装置,可利用更划算的可生产阀控装置作为补充。阀控装置不需要单独的空气传输单元。本发明优选地适用于有创和无创换气。本发明可动态调节适应生物体呼吸的外部呼吸压。优选将基础压力水平大致设定,为略低于患者相关的固有PEEP的那些值。通过吸气可控压力增加(设定为特定患者的疾病和其所导致体积流量的函数),例如,增加量为2到30mbar,在吸气期间实施呼吸支持。在优选的实施方式中,一达到最大吸气速度,就将压力增加调回基础压力水平。以这种方式,确保不会发生肺部过度充气,压力支持代表了吸气肌肉组织的作功支持。在呼气阶段,应用动态反压力,其目的在于尽可能长地防止特别被疾病强烈而频繁影响的“小气道”塌陷、尽可能让它们保持开放,使其足够宽以致尽可能多的空气仍能够从这些下游肺泡中呼出。这导致肺更好的排气,从而发生更好的气体交换。如此进而允许随后具有更大一次呼吸量的吸气,其进而用作调节变量以供将来的呼吸支持。增加呼气压力,直到呼气压力的进一步增加不再导致吸气一次呼吸量的增加下文使用附图,基于典型的实施方式来详细解释本发明。在附图中,图I显示了换气装置的示意图;图2显示了换气循环的第一实施方式;图3显示了换气循环的进一步优选的实施方式; 图4显示了换气循环的进一步优选的实施方式;和图5显示了标出叠加振荡的换气循环。图I显示了换气装置1,其通过软管8连接到呼吸面罩2或其他合适的界面。呼吸面罩2连接到生物体3的嘴和/或鼻,或连接到更深处食物气道。呼吸面罩2具有排放孔4,其对大气开放,且通过节流阀点(throttle point) 5连接到软管8。以这种方式,在呼吸面罩2内提供指定的漏出量。.换气装置I具有可控的涡轮机6(整合有用于体积流量测量的完整的气体流速测量结构)和压力传感器9,其位于涡轮机6的输出侧上,连接到压缩气体软管8。任选地或额外地,还为整合气体流速测量结构提供气流计11.压力传感器9,气流计11和涡轮机6通过电线连接到电控单元10。电控单元10从压力传感器9和涡轮机6接收反映压缩空气软管8内压力的信号,接收从气体流速测量结构输出的信号,该信号反映通过涡轮机6泵入压缩空气软管8的气流。电控单元10也能从任选的气流计11接收反映通过压缩空气软管8的体积流量的信号。电控单元10分析接收的信号,基于这些信号使用电控单元10已知的软管8的流量阻力和已知的呼吸面罩2的漏出量测定流入生物体3的气流和/或流出生物体3的气流。此外,电控单元10基于这些信号测定存在于生物体3的呼吸器官内存在的压力。根据先前描述的方法,电控单元10控制涡轮机6和/或相应的压力控制阀。经由涡轮机6通过连接到大气的空气入口 7吸入空气,适当压缩后经软管8输入到呼吸面罩2从而输入到生物体3。图2显示了优选的气流时间和体积流量 及压力P曲线的第一实施例。在图2a中,在&和t3时间点之间的吸气阶段,发生吸气,由气流曲线20所示。在t3和t4时间点之间的呼气阶段,发生呼气,由气流曲线21所示。图2b显示压力曲线22,在h和t3时间点的时间范围内近似逆抛物线。在h和t2时间点之间,压力P从中间水平,基础压力水平P。增加到最大值。在t2和t3时间点之间,压力P被调回基础压力水平。在&时间点之后,根据曲线部分23,压力P升高,在呼气阶段较早地达到曲线部分23的最大值,在t4时间点,压力被降回基础压力水平Po。图3显示了为实施所述发明的进一步优选实施方式的压力曲线P (图3b),按照与呼吸循环(图3a中的气流V)相关的前后顺序示出。图3b中的阴影区域表明曲线部分22和23可能的变化范围,优选在该范围内实施本发明。在压力曲线30到33中,在生物体呼吸期间,空气压力在呼吸循环的特定时间从起始值增加,伴随生物体的呼吸进行再被降低,因此,在生物体呼气期间,生物体的呼吸器官内的空气压力总是高于起始值。在压力曲线30到33中,生物体的呼吸器官内空气压力首先在吸气阶段升高到预定量,然后在呼吸循环曲线上在该预定量和起始值之间改变,在呼气阶段末降回吸气阶段开始时作为起始值设定的初始值。图3中,压力曲线34对应于图2,仅为比较示出。 压力曲线35到38中显示的实施例中,生物体的呼吸器官内的空气压力首先在呼气阶段升高,接着在呼吸循环曲线上在预定量和起始值之间改变化,在吸气阶段降回到在呼气阶段开始时作为起始值设定的初始值。此外,压力曲线30示出的实施例中,生物体的呼吸器官内空气压力首先在吸入阶段升高到预定量,接着在吸入曲线上保持该预定量,在呼气阶段开始时连续降低,开始缓慢,接着更快速,在呼气阶段末降至在吸气阶段开始时作为起始值设定的初始值。压力曲线31示出的实施例中,生物体的呼吸器官内空气压力首先在吸入阶段升高到预定量,接着在吸入曲线上保持该预定量,在呼气阶段开始时首先快速降低特定量,接着再连续地、首先缓慢然后更快速地降低,在呼气阶段末降回在吸气阶段开始时作为起始值设定的初始值。压力曲线32示出的实施例中,生物体的呼吸器官内空气压力首先在吸入阶段升高到预定量,接着保持该预定量直到达到最大吸入气流的时间点,然后快速降低特定量直到呼气阶段开始,接着再连续地、首先缓慢然后更快速地降低,在呼气阶段末降回在吸气阶段开始时作为起始值设定的初始值。图4显示的压力曲线,其跨越多个呼吸循环(图4b),再次显示了与正常呼吸循环的气流 的关系(图4a)。如在曲线41和42所示,换气装置的换气循环包括生物体的两个呼吸循环。图4b的曲线40显示换气装置的一个换气循环,其中包括生物体的四个呼吸循环。此外,应认识到生物体的呼吸器官内空气压力在呼吸循环的预定时间点升高,然后在一个或多个呼吸循环的曲线上在预定量和起始值之间变化,然后在一个或多个呼吸循环的过程中再降回在压力增加开始时作为起始值设定的初始值。图5显示在时间范围50内健康的生物体内提供的气流 的曲线52。在时间范围51内示出曲线53,其中,在呼气阶段在气流 中可测定叠加的、高频的振荡。该振荡可以通过电控单元10检测,用作换气的控制器的控制标准。本发明涉及用于生物体(3)换气的方法,检测流入所述生物体(3)和流出所述生物体(3)的呼吸气流(v),从检测的呼吸气流(v)确定出现吸气阶段还是呼气阶段,调节所述生物体(3)的呼吸器官内的空气压力(p),其特征在于,识别吸气阶段后的识别,在吸气阶段开始时提高所述呼吸器官内的空气压力(p),随着呼吸循环的进行,再降低所述呼吸器官内空气压力(p)。

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