用于对自主换气受试者中的肺顺应性进行量化的系统和方法

L·A·巴洛维尔其恩, N·F·奥康纳

2012年7月18日

2010年7月30日

2009年9月1日

皇家飞利浦电子股份有限公司

A61M16/00GK102596028SQ201080038896

顺应性 受试者 换气 自主 用于

1.一种配置为对至少部分自主换气的受试者的肺顺应性进行量化的系统，所述系统包括压力支持设备，其被配置为产生将要递送到至少部分自主换气的受试者的气道的可呼吸加压气流；一个或多个传感器，其被配置为产生对与所述可呼吸加压气流的一个或多个参数有关的信息进行传达的一个或多个输出信号；以及一个或多个处理器，其与所述压力支持设备以及所述一个或多个传感器可操作地联接，所述一个或多个处理器被配置为执行一个或多个计算机程序模块，所述一个或多个计算机程序模块包括控制模块，其被配置为控制所述压力支持设备以在所述受试者的一系列连续呼吸期间调整所述可呼吸加压气流的压力；压力模块，其被配置为确定在所述系列连续呼吸期间应该由所述控制模块将所述可呼吸加压气流调整到的压力，使得对于第一次吸气，将所述压力调整到第一压力，并且对于在时间上接近所述第一次吸气的第二次吸气，将所述压力调整到与所述第一压力不同的第二压力；转变模块，其被配置为基于由所述一个或多个传感器产生的所述一个或多个输出信号来识别所述第一次吸气的第一转变点和所述第二次吸气的第二转变点，其中，在所述可呼吸加压气流在所述第一次吸气期间出现峰值流量的时间点处或者时间点附近识别出所述第一转变点，并且在所述可呼吸加压气流在所述第二次吸气期间出现峰值流量的时间点处或者时间点附近识别出所述第二转变点；顺应性模块，其被配置为基于所述第一压力和所述第二压力之间的差以及在所述第一次吸气和所述第二次吸气期间由所述一个或多个传感器产生的所述一个或多个输出信号对所述受试者的肺顺应性进行量化，其中，为了对肺顺应性进行量化的目的，所述顺应性模块认为所述第一次吸气在所述第一转变点处开始，并且认为所述第二次吸气在所述第二转变点处开始2.如权利要求I所述的系统，其中，所述压力模块被配置为确定应该由所述控制模块将所述可呼吸加压气流操控到的压力，使得所述压力支持设备工作在双水平正气压模式中3.如权利要求I所述的系统，其中，所述第一次吸气和所述第二次吸气相继发生而无任何介于其间的吸气4.如权利要求I所述的系统，其中，所述一个或多个模块还包括呼吸参数模块，所述呼吸参数模块被配置为基于所述一个或多个传感器的所述一个或多个输出信号确定所述受试者在所述系列连续呼吸期间的一个或多个呼吸参数，其中，所述转变模块被配置为基于由所述呼吸参数模块确定的所述一个或多个呼吸参数中的至少一个来识别所述第一转变点和所述第二转变点5.如权利要求4所述的系统，其中，所述顺应性模块被配置为基于所述第一压力和所述第二压力之间的所述差以及在所述第一次吸气期间所述第一转变点之后和在所述第二次吸气期间所述第二转变点之后由所述呼吸参数模块确定的至少所述一个或多个呼吸参数，对所述受试者的肺顺应性进行量化6.一种对至少部分自主换气的受试者的肺顺应性进行量化的方法，所述方法包括 将可呼吸加压气流递送到至少部分自主换气的受试者的气道；产生对与所述可呼吸加压气流的一个或多个参数有关的信息进行传达的一个或多个输出信号；确定在所述受试者的一系列连续呼吸期间应该将所述可呼吸加压气流调整到的压力， 所述确定包括确定对于第一次吸气的第一压力并且确定对于在时间上接近所述第一次吸气的第二次吸气的与所述第一压力不同的第二压力；在所述系列连续呼吸期间将所述可呼吸加压气流的压力调整到所确定的压力；基于所述一个或多个输出信号在所述可呼吸加压气流在所述第一次吸气期间出现峰值流量的时间点处或者时间点附近识别出第一转变点；基于所述一个或多个输出信号在所述可呼吸加压气流在所述第二次吸气期间出现峰值流量的时间点处或者时间点附近识别出第二转变点；并且基于所述第一压力和所述第二压力之间的差以及在所述第一次吸气和所述第二次吸气期间所产生的所述一个或多个输出信号对所述受试者的肺顺应性进行量化，其中，为了对肺顺应性进行量化的目的，认为所述第一次吸气在所述第一转变点处开始，并且认为所述第二次吸气在所述第二转变点处开始7.如权利要求6所述的方法，其中，确定在所述受试者的一系列连续呼吸期间应该将所述可呼吸加压气流调整到的压力包括确定使所述可呼吸加压气流将以双水平正气压模式被递送的压力8.如权利要求6所述的方法，其中，所述第一次吸气和所述第二次吸气相继发生而无任何介于其间的吸气9.如权利要求6所述的方法,还包括基于所述一个或多个输出信号确定在所述系列连续吸气期间所述受试者的一个或多个呼吸参数，其中，基于所述一个或多个输出信号来识别所述第一转变点包括基于根据所述一个或多个输出信号确定的所述一个或多个呼吸参数来识别所述第一转变点，并且其中，基于所述一个或多个输出信号来识别所述第二转变点包括基于根据所述一个或多个输出信号确定的所述一个或多个呼吸参数来识别所述第二转变点10.如权利要求9所述的方法，其中，基于所述第一压力和所述第二压力之间的所述差以及在所述第一次吸气和所述第二次吸气期间所产生的所述一个或多个输出信号对所述受试者的肺顺应性进行量化包括基于所述第一压力和所述第二压力之间的所述差以及在所述第一次吸气期间所述第一转变点之后和在所述第二次吸气期间所述第二转变点之后所确定的所述一个或多个呼吸参数对所述受试者的肺顺应性进行量化11.一种配置为对至少部分自主换气的受试者的肺顺应性进行量化的系统，所述系统包括用于将可呼吸加压气流递送到至少部分自主换气的受试者的气道的装置；用于产生对与所述可呼吸加压气流的一个或多个参数有关的信息进行传达的一个或多个输出信号的装置；用于确定在所述受试者的一系列连续呼吸期间应该将所述可呼吸加压气流调整到的压力的装置，所述确定包括确定对于第一次吸气的第一压力和确定对于在时间上接近所述第一次吸气的第二次吸气的与所述第一压力不同的第二压力；用于在所述系列连续呼吸期间将所述可呼吸加压气流的压力调整到所确定的压力的装置；用于基于所述一个或多个输出信号在所述可呼吸加压气流在所述第一次吸气期间出现峰值流量的时间点处或者时间点附近识别出第一转变点的装置；用于基于所述一个或多个输出信号在所述可呼吸加压气流在所述第二次吸气期间出现峰值流量的时间点处或者时间点附近识别出第二转变点的装置；以及用于基于所述第一压力和所述第二压力之间的差以及在所述第一次吸气和所述第二次吸气期间所产生的所述一个或多个输出信号对所述受试者的肺顺应性进行量化的装置， 其中，为了对肺顺应性进行量化的目的，认为所述第一次吸气在所述第一转变点处开始，并且认为所述第二次吸气在所述第二转变点处开始12.如权利要求11所述的系统，其中，用于确定在所述受试者的一系列连续呼吸期间应该将所述可呼吸加压气流调整到的压力的所述装置确定使所述可呼吸加压气流将以双水平正气压模式被递送的压力13.如权利要求11所述的系统，其中，所述第一次吸气和所述第二次吸气相继发生而无任何介于其间的吸气14.如权利要求11所述的系统，还包括用于基于所述一个或多个输出信号确定在所述系列连续吸气期间所述受试者的一个或多个呼吸参数的装置，其中，用于基于所述一个或多个输出信号来识别所述第一转变点的所述装置基于根据所述一个或多个输出信号确定的所述一个或多个呼吸参数来识别所述第一转变点，并且其中，用于基于所述一个或多个输出信号来识别所述第二转变点的所述装置基于根据所述一个或多个输出信号确定的所述一个或多个呼吸参数来识别所述第二转变点15.如权利要求14所述的系统，其中，用于基于所述第一压力和所述第二压力之间的所述差以及在所述第一次吸气和所述第二次吸气期间所产生的所述一个或多个输出信号对所述受试者的肺顺应性进行量化的所述装置基于所述第一压力和所述第二压力之间的所述差以及在所述第一次吸气期间所述第一转变点之后和在所述第二次吸气期间所述第二转变点之后所确定的所述一个或多个呼吸参数对所述受试者的肺顺应性进行量化

本发明涉及对自主换气受试者中的肺顺应性的量化

图I图示说明了配置为对至少部分自主换气的受试者12的肺顺应性进行量化的系统10肺顺应性的量化可以是估计、测量、以及/或者近似测量由于系统10可以相对准确地对肺顺应性进行量化而无需作用力带或者直接测量隔肌压力的其它外部感测设备， 通过系统10的肺顺应性量化相对于用于对自主换气受试者的肺顺应性进行量化的常规系统可以得到改善肺顺应性的量化可以是对受试者12的健康进行评估的有用工具，所述评估包括对与正在发展的急性充血性心力衰竭有关的液体潴留进行检测在一个实施例中， 系统10包括一个或多个压力支持设备14、电子存储器16、用户接口 18、一个或多个传感器 20、处理器22以及/或者其它部件在一个实施例中，压力支持设备14被配置为产生用于递送到受试者12的气道的可呼吸加压气流压力支持设备14可以为了治疗的目的或者为了其它目的控制可呼吸加压气流的一个或多个参数(例如，流速、压力、体积、湿度、温度、成分等)作为非限制性示例，压力支持设备14可以被配置为控制可呼吸加压气流的压力，以便给受试者12的气道提供压力支持压力支持设备14可以包括诸如在U. S.专利6，105, 575中描述的设备那样的正压力支持设备，通过参考将其全文合并于此压力支持设备14可以被配置为根据一种或多种模式产生可呼吸加压气流一种该模式的非限制性示例是持续气道正压(CPAP)CPAP已经被使用许多年，并且被证实有助于促进规律呼吸用于产生可呼吸加压气流的另一种模式是吸气正气压(IPAP)IPAP模式的一个示例是双水平正气压模式(BIPAP )在双水平正气压模式中，给患者提供两个水平的正气压(HI(高)和LO(低))产生可呼吸加压气流的其它模式是预期的一般而言，对HI和LO压力水平的定时进行控制，使得在吸气期间将HI水平的正气压递送给受试者12并且在呼出期间将LO水平的压力递送给受试者12经受试者接口 24将可呼吸加压气流递送给受试者12的气道受试者接口 24被配置为将通过压力支持设备14产生的可呼吸加压气流传送给受试者12的气道就其本身而言，受试者接口 24包括导管26和接口用具28导管将可呼吸加压气流传送到接口用具 28，并且接口用具28将可呼吸加压气流递送给受试者12的气道接口用具28的一些示例可以包括诸如气管内导管、鼻套管、气管切开插管、鼻罩、鼻/ 口罩、全面罩、整体面罩、或者与受试者气道传送气流的其它接口用具本发明不限于这些示例，并且预期使用任何受试者接口将可呼吸加压气流递送给受试者12在一个实施例中，电子存储器16包括对信息进行电子存储的电子存储介质电子存储器16的电子存储介质可以包括与系统10集成地提供(即，基本上不可移除)的系统存储器以及/或者经诸如端口(例如，USB端口、火线接口等)或者驱动器(例如，磁盘驱动器等)可移除连接到系统10的可移除存储器中的一种或两种电子存储器16可以包括下列中的一种或多种光可读存储介质(例如，光盘等)、磁可读存储介质(例如，磁带、磁性硬盘驱动器、软盘驱动器等)、基于电荷的电存储介质(例如，EEPR0M、RAM等)、固态存储介质(例如，闪存驱动器等)、以及/或者其它电子可读存储介质电子存储器16可以存储软件算法、由处理器22所确定的信息、经用户接口 18所接收的信息、以及/或者使得系统10能够正常运行的其它信息电子存储器16可以是系统10内的(整体或者部分)独立部件，或者电子存储器16可以与系统10的一个或多个其它部件(例如，设备14、用户接口 18、处理器22等)集成地(整体或者部分)提供用户接口 18被配置为提供系统10和受试者12之间的接口，受试者12可以通过该接口将信息提供给系统10以及从系统10接收信息这使得能够在受试者12与设备14、 电子存储器16和/或处理器22中的一个或多个之间传送数据、结构和/或指令以及任何其它可传送项目(统称为“信息”)适合于包括在用户接口 18中的接口设备的示例包括按键、按钮、开关、键盘、把手、操作杆、显示屏、触摸屏、扬声器、麦克风、指示灯、声音警报、 打印机以及/或者其它接口设备在一个实施例中，用户接口 18包括多个独立接口在一个实施例中，用户接口 18包括与设备14集成地提供的至少一个接口应该理解，本发明还预期使用硬连线或者无线的其它通信技术作为用户接口 18 例如，本发明预期可以将用户接口 18与通过电子存储器16所提供的可移除存储器接口集成在该示例中，可以将信息从可移除存储器(例如，智能卡、闪存驱动器、可移除磁盘等) 加载到系统10内，使得(一个或多个)用户能够定制系统10的实施方式其它适合于与系统10 —起使用作为用户接口 18的示例性输入设备和技术包括但不限于RS-232端口、RF 链路、IR链路、调制解调器(电话、电缆等)简言之，本发明预期用于与系统10传送信息的任何技术作为用户接口 18一个或多个传感器20被配置为产生对与可呼吸加压气流的一个或多个参数相关的信息进行传达的一个或多个输出信号所述一个或多个参数可以包括下列中的一个或多个，例如，流速、体积、压力、成分(例如，一种或多种组分的浓度)、湿度、温度、加速度、速度、传音性、指示呼吸的参数的变化、以及/或者其它气体参数传感器20可以包括对这些参数直接进行测量的一个或多个传感器(例如，通过在压力支撑设备14处或者在受试者接口 24中与可呼吸加压气流的流体连通)传感器20可以包括间接产生与可呼吸加压气流的一个或多个参数相关的输出信号的一个或多个传感器例如，传感器20中的一个或多个可以基于压力支持设备14的工作参数(例如，马达电流、电压、转动速度、以及/或者其它工作参数)以及/或者基于其它传感器来产生输出虽然将传感器20图示说明为在压力支持设备14的单一位置处或者邻近压力支持设备14，但是这不是旨在限制传感器20可以包括放置在诸如在压力支持设备14内、在导管26内(或者与其相通)、接口用具28内 (或者与其相通)以及/或者其它位置的多个位置中的多个传感器处理器22被配置为提供系统10中的信息处理性能就其本身而言，处理器22可以包括数字处理器、模拟处理器、设计为对信息进行处理的数字电路、设计为对信息进行处理的模拟电路、状态机以及/或者用于对信息进行电子处理的其它机构中的一种或多种 虽然在图I中将处理器22表示为单一实体，但是这仅仅是为了图示说明的目的在一些实施方式中，处理器22可以包括多个处理单元这些处理单元可以在物理上位于同一个设备 (例如，压力支持设备14)内，或者处理器22可以代表多个协同工作的设备的处理功能如在图I中所示，可以将处理器22配置为执行一个或多个计算机程序模块所述一个或多个计算机程序模块可以包括呼吸参数模块30、控制模块32、压力模块34、转变模块36、顺应性模块38以及/或者其它模块中的一个或多个可以将处理器22配置为通过软件、硬件、固件、软件及硬件和/或固件的某些组合、以及/或者用于对处理器22上的处理性能进行配置的其它机构来执行模块30、32、34、36和/或38应该意识到，虽然在图I中将模块30、32、34、36和38图示说明为共同位于单一处理单元内，但是在处理器22包括多个处理单元的实施方式中，模块30、32、34、36和/或38 中的一个或多个可以定位成远离其它模块由于模块30、32、34、36和/或38中的任何一个可以提供比所描述的功能更多或者更少的功能，所以下述对不同模块30、32、34、36和/ 或38所提供的功能的描述是为了说明的目的，并且不是旨在限制例如，可以消除模块30、 32、34、36和/或38中的一个或多个，并且通过模块30、32、34、36和/或38中的其它模块来提供其部分或全部功能作为另一个示例，可以将处理器22配置为执行一个或多个可以执行属于下面模块30、32、34、36和/或38之一的部分或全部功能的额外模块呼吸参数模块30被配置为确定受试者的一个或多个呼吸参数基于由传感器20 产生的一个或多个输出信号确定所述一个或多个呼吸参数所述一个或多个呼吸参数可以包括诸如潮气量、峰值流量、流速、压力、成分、定时(例如，吸气的开始和/或结束、呼气的开始和/或结束等)、(例如，单一呼吸循环的吸气、呼气等的)持续时间、呼吸速率、呼吸频率、以及/或者其它参数在一个实施例中，呼吸参数模块30在每次吸气和/或呼气的基础上确定所述一个或多个呼吸参数作为非限制性示例，呼吸参数模块30可以为一系列连续呼气中的每次呼气确定至少一个给定的呼吸参数该至少一个给定的呼吸参数可以包括诸如潮气量、峰值流量、以及/或者其它呼吸参数控制模块32被配置为控制压力支持设备14来调整可呼吸加压气流的一个或多个参数例如，控制模块32可以控制压力支持设备14来调整流速、压力、体积、湿度、温度、成分、以及/或者可呼吸加压气流的其它参数在一个实施例中，控制模块32控制压力支持设备14以工作在双水平正气压模式中，其中，在受试者12吸气期间将压力提升到HI水平， 并且在呼出期间将压力减少到LO水平控制模块32可以基于通过呼吸参数模块30的呼吸转变检测确定何时触发从HI到LO的改变并且反之亦然压力模块34被配置为确定应该通过控制模块32将可呼吸加压气流调整到的压力可以通过压力模块34基于(例如，针对正气道压力支持的)治疗方案确定可呼吸加压气流的压力，以便能够对肺顺应性进行量化和/或用于其它目的确定应该将可呼吸加压气流调整到的(一个或多个)压力包括确定对于双水平正气压模式的HI和LO压力水平如下进一步讨论的，为了能够进行肺顺应性的量化，应该在时间上彼此接近的一对吸气之间改变可呼吸加压气流的压力如在这里所使用的，在时间上彼此接近的一对吸气可以包括直接相邻(即，连续无介于其间的吸气)的一对吸气，或者在时间上适度接近彼此(例如，在大约2分钟内、在大约I分钟内、在大约30秒内、在大约15秒内等)的一对吸气为了促进此类判定，压力模块34被配置为确定在第一次吸气期间应该将可呼吸加压气流调整到的第一压力，以及在时间上接近所述第一次吸气的第二次吸气期间应该将可呼吸加压气流调整到的第二压力(与所述第一压力不同)应该意识到，在一些实施例中，肺顺应性的量化可以基于在时间上不接近的两次呼吸中所采取的测量，并且对于这两次呼吸，可呼吸加压气流的压力是不同的虽然这可能降低量化的准确度和/或精度(由于在两次呼吸期间所做的关于患者生理机能和/或呼吸状况的假定)，但是这种降低对于量化的有效性可能不是致命的在系统10工作在双水平正气压模式中的实施例中，控制模块32施用第一压力作为对于第一次吸气的HI压力，对于第一次吸气和第二次吸气之间的(一次或多次)呼气施用(由压力模块34所确定的)LO压力，并且施用第二压力作为对于第二次吸气的HI压力 作为图示说明，图2图示说明了在一系列连续呼吸上如通过与压力模块34类似或者相同的压力模块所确定的压力比时间的标绘图在该系列连续呼吸期间，压力模块34根据双水平正气压模式确定可呼吸加压气流的压力，在双水平正气压模式中，在呼气期间将压力减小到LO水平40在图2所示的标绘图中，存在许多对直接相邻的吸气对，可以将其视为上述的第一次和第二次吸气在图2中用参考数字42标记这些对返回参考图1，转变模块36被配置为识别第一次吸气的第一转变点和第二次吸气的第二转变点第一转变点是在第一次吸气期间可呼吸加压气流的峰值流量的时间点处或者时间点附近的点第二转变点是在第二次吸气期间可呼吸加压气流的峰值流量的时间点处或者时间点附近的点将转变模块36配置为基于由呼吸参数模块30所确定的呼吸参数中的至少一个(其基于通过传感器20产生的输出信号而确定)来识别第一和第二转变点将意识到，在双水平正气压模式中，当控制模块32控制压力支持设备14从LO压力转变到HI压力时(例如，在第一次吸气和第二次吸气中每个的开始处)，压力不以理想步幅(step)增大换言之，为了实际的目的，不能够控制压力从LO压力瞬时改变到HI压力虽然可以在相对较短的时间量里完成该转变，但是仍然存在某个转变周期，在此期间压力从低压接近HI压力在下述肺顺应性量化中，假定在第一次吸气和第二次吸气中的每个的开始处的在 LO压力和HI压力之间的转变是理想的(例如，瞬时的)该假定可能导致肺顺应性量化的不准确和/或不精确然而，如果由顺应性模块38所采取的第一和第二转变点分别是第一次和第二次吸气的开始，就消除了由于非理想压力步幅造成的至少某些不准确和/或不精确作为图示说明，图3A-3C示出了作为对于用于对顺应性进行量化的两次吸气的时间函数的两次吸气之间的体积差或者体积瞬时差、两次吸气之间的流量差或者流量瞬时差、以及两次吸气之间的压力差或者压力瞬时差的标绘图如在图3A-3C中可见，所测量的体积差、流量差以及压力差的值滞后于理想值一时间量，该时间量在吸气开始和对于两次吸气之间的流量差的峰值出现的转变点44处之间图3A-3C还说明了如果体积差、流量差以及压力差移位了在吸气开始和转变点44 (例如，通过将转变点44视为吸气的开始)之间的时间量，所测量的值将如何更接近对应于理想值返回图1，顺应性模块38被配置为基于第一压力和第二压力之间的差、以及在第一次和第二次吸气期间由传感器20所产生的一个或多个输出信号对受试者12的肺顺应性进行量化在一个实施例中，顺应性模块38通过从对在第一次吸气和第二次吸气期间受试者12的呼吸系统进行建模的输入-输出方程中移除隔肌压力来确定受试者12的肺顺应性在一个实施例中，通过顺应性模块38的肺顺应性的量化实施图4中所示的单一分隔肺和呼吸机回路(circuit)在图4中，Pd代表设备压力(例如，由压力支持设备14产生的可呼吸加压气流的压力)，R代表受试者呼吸系统的阻抗(resistance)，Palv代表肺泡压力，C代表顺应性，Pmus代表隔肌压力，并且Qp代表受试者流量在该模型中，假定呼气端口(例如，在图I中的接口用具28处的呼气端口 )的阻抗比软管(例如，图I中的导管26) 的阻抗大得多因此，受试者内的压力与设备压力近似相同这样，将受试者压力简单地表示为图4中所示的回路中的设备压力此外，假定可以通过使用系统的测量总流量和估计的(或者测量的)泄露流量之间的差对患者流量和患者体积进行估计将意识到，在确定肺顺应性的描述中实施单一隔室肺模型不是旨在限制从对受试者的呼吸系统的功能进行建模的方程中移除隔肌压力不依赖于该模型，但是因为它在计算上比更加复杂的模型更便宜并且简化了解释说明，所以在这里使用它通过下式给定对于图3中回路的在s域中将患者流量关联到所述设备和受试者隔膜的压力的传递函数