專利名稱：通氣控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各種形式的睡眠呼吸紊亂的治療，更加特別地，涉及采 用自適應(yīng)的狀態(tài)依賴的(state-dependent)氣道正壓系統(tǒng)治療睡眠呼吸紊 亂。
背景技術(shù)：
睡眠呼吸紊亂(SDB)對于患者來說是具有重大臨床影響的普通疾 病。醫(yī)生和其他專家建議SDB作為純中樞性呼吸暫停(由喪失的呼吸驅(qū) 動導(dǎo)致)和純阻塞性呼吸暫停(由于上氣道的結(jié)構(gòu))之間的連續(xù)區(qū)而存 在。阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)的特征在于由于在睡眠中器質(zhì)性缺陷 的喪失補償而導(dǎo)致睡眠中上氣道的反復(fù)塌陷(collapse)。這樣會產(chǎn)生減 少的氣流、低氧血癥(血液中較低的氧含量)、高碳酸血癥(提高的循環(huán) 二氧化碳，C02)、以及從睡眠覺醒重建穩(wěn)定氣道的情況。然而，最新的 數(shù)據(jù)顯示，SDB的病理生理學(xué)不僅限于上氣道的塌陷。
呼吸是這樣一個過程，其中富含氧但二氧化碳少的空氣隨著隔膜和/ 或胸部肌肉的收縮而吸入肺部，使得返回到肺部的脫氧的、富含C02的 血液中的C02能夠凈皮動地沿其濃度梯度前進，從血液擴li到肺泡，而02 沿其濃度梯度從肺泡進入血液。呼吸可通過負反饋來調(diào)節(jié)。該系統(tǒng)控制的 主要變量是血流中的C02,它是作為二氧化碳的分壓測量的，即PC02。
6中樞和外圍化學(xué)感受器處PC02的增大會導(dǎo)致通氣的補償性增大(即，通 氣用于清除C02本體)，以及化學(xué)感受器處PC〇2的減小會導(dǎo)致通氣減 少。通過這種方式，通過控制通氣可使PC02保持在生理范圍內(nèi)。如果該 系統(tǒng)的負反饋被破壞，則對于給定的通氣紊亂(例如，伴隨睡眠覺醒的增 大通氣)，可以放大得到的通氣響應(yīng)，而不是抑制。這樣會在中樞性呼吸
暫停之后導(dǎo)致通氣過度的發(fā)生(一種SDB形式，其與上氣道塌陷沒有多
大關(guān)系)。
呼吸控制系統(tǒng)可以做成通過脈管系統(tǒng)相連接的艙室系統(tǒng)的模型(腦 房室、肺艙室等等)。二氧化碳通過血流在這些艙室之間流動。該艙室裝
置描述了通氣和肺中的PC02之間的輸入-輸出關(guān)系，其由兩個分艙室、 肺部和身體組織組成。該裝置(plant)可以用非線性一階微分方程來描
述，但是可以使用裝置增益(plant gain)的概念來簡化，該增益表示二氧 化碳的肺泡分壓PAC02隨通氣變化的變化(APAC02 / A通氣)。在室內(nèi)空 氣的條件下，對于給定的通氣增加，裝置增益可以確定PAC02的減小 (由此增大血液和肺胞之間的C02濃度梯度)。因而，隨著增大肺胞中
C02濃度的通氣而限制PaC02的降低(即減小C02濃度梯度)可以減小
艙室裝置的增益。由于總增益是所有艙室增益的乘積，因此降低裝置增益 可減小整個系統(tǒng)的環(huán)路增益，并有助于降低對給定紊亂的響應(yīng)。
許多研究已經(jīng)表明，用患者接口控制的氣道正壓系統(tǒng)如面罩當(dāng)被滴 定到合適的壓力時可以有效地治療OSA,并且在大多數(shù)情況下，也將改 善睡眠結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)還顯示對治療OSA有顯著的臨床益處。然而，有理由 相信，較差的治療堅持(即，在指定的連續(xù)氣道正壓(CPAP)中睡眠花 費的時間小于目標(biāo)值)和治療中大量殘留的SDB可能對臨床效果具有不 利的后果。
潮式呼吸(CSR)是在一些人中觀察到的另 一種形式的睡眠呼吸紊亂， 這些人對化學(xué)呼吸刺激的敏感性較大。它通常與心力衰竭有關(guān)，但是也可 以是一些神經(jīng)系統(tǒng)的合并癥(comorbidity )。圖1示出了典型的潮式呼 吸(CSR)模式30,其特征在于有節(jié)律的呼吸增大周期32和呼吸減小周 期34,并具有高呼吸驅(qū)動(呼吸過度)36和低呼吸驅(qū)動(呼吸過度或呼吸暫停)38的規(guī)則再現(xiàn)周期。典型的潮式呼吸周期在圖1中通常用40表
示，其可持續(xù)約一分鐘，其特征表現(xiàn)為高潮(crescendo)(箭頭A),其 中在幾個呼吸周期上患者的峰值呼吸流量會增大，以及表現(xiàn)為峰值流量的 低谷(decrescendo )(箭頭B)的變化，其中在幾個呼吸周期上患者的峰 值呼吸流量會減小。睡眠中斷、以及動脈氧(P02 )的定期減飽會施壓于 心血管系統(tǒng)，特別是心臟。呼吸過度常常導(dǎo)致覺醒，從而降低睡眠質(zhì)量。
新的數(shù)據(jù)表明，自適應(yīng)算法在檢測到中樞性呼吸暫停時可提供非侵 入式機械通氣，在瞬時峰值氣流低于自適應(yīng)閥值時支持通氣可以通過增大 低呼吸驅(qū)動狀態(tài)期間的通氣來顯著地減小或者甚至消除CSR。
其他人已經(jīng)在一些獨立研究中顯示出，利用吸入的C02或增加的死 腔能夠顯著地減小甚至消除CSR，從而促進C02的再呼吸(即用于減小 裝置增益的干涉)。從Lorenzi-Filho G., Rankin F., Biesl.， Bradley T.D. 的心力衰竭患者的潮式呼吸的吸入二氧化碳和氧氣的效應(yīng)，美國雜志"呼 吸和急癥醫(yī)學(xué)"1999; 159:1490-1498來看，圖2示出了與空氣呼吸相比
(樣本A)通過吸入C02 (樣本B)消除CSR和中樞性呼吸暫停，在此 將該雜志全文引入作為參考。如圖2所示，研究中采取了各種措施，以示 出C02和02的吸入效應(yīng)，包括腦電圖(EEG)、頦肌電圖(EMG)、 一 次換氣量(VT )、氧飽和度(Sa02 )、末潮汐二氧化碳部分
(FETC02)、以及二氧化碳的經(jīng)皮分壓(PtcC02)。
在低流量CPAP的小型的基于門診病人的、目的-治療試—瞼中治療 CSR方面也獲得成功。Remmers等的美國專利US6,752,150('"150專利") 公開了一種改進的連續(xù)氣道正壓通氣(CPAP)系統(tǒng)，該系統(tǒng)設(shè)計成促進 C02的再呼吸進而治療中樞性呼吸暫停，在此將該專利全文引入作為參 考。此外，改進通氣控制的益處可以概括超過改進CSR或中樞性呼吸暫 停的那些益處?；加凶枞运吆粑鼤和?OSA)的病人顯示出CPAP急 性中樞呼吸暫停，并且看起來具有上氣道塌陷和通氣控制方面的問題。這 樣，通過在通氣過度發(fā)生期間增大肺泡C02的濃度來穩(wěn)定上氣道使其具 有氣道正壓和減小裝置增益可以提高對這些病人進行正壓治療的效力。在
8具有穩(wěn)定上氣道的病人中，用于減小裝置增益的千涉在不使用氣道正壓的 條件下是足夠的。
美國專利申請No. 10/716,360 (公開號為US2004/0144383A1) ("'360
申請")公開了一種通過向患者提供精確的C02和〇2濃度以及氣道正壓來 治療睡眠呼吸紊亂的系統(tǒng)和方法，在此將該申請全文引入作為參考。提供
C02的補充源，并在供給患者之前和02供應(yīng)混合。由于這種配置保持了
氣道正壓流動，因而其解決了與上氣道阻塞和呼吸的異?？刂?例如
CSR)相關(guān)的睡眠障礙性呼吸問題。
雙水平式呼吸道正壓治療是一種氣道正壓治療的形式，其已經(jīng)在睡 眠呼吸暫停和其他呼吸以及心臟疾患的治療中^是出。在雙水平式治療中， 交替地以相對較高和較低的壓力水平向患者氣道施加壓力，使得以較大和 較小量值的力交替地控制治療壓力。較高和較低量值的指示正壓水平 (positive prescription pressure levels )被稱為氣道正壓吸氣(IPAP )和氣 道正壓呼氣(EPAP),其分別與患者的吸氣周期和呼氣周期同步。
Hill的美國專利6,752,151('"151專利")公開了一種自適應(yīng)形式的雙水 平式治療，其被稱為可變氣道正壓(VarPAP),在此將該專利全文引入 作為參考。該VarPAP系統(tǒng)可實現(xiàn)氣道正壓支持裝置的多種標(biāo)準(zhǔn)功能，以 及實現(xiàn)了調(diào)節(jié)IPAP、 EPAP或兩者以計算CSR模型的算法。利用流量傳 感器確定呼吸循環(huán)期間患者的峰值氣流，這允許控制器監(jiān)控峰值氣流，進 而確定患者是患有CSR還是其他睡眠呼吸紊亂。該算法包括三層步驟， 每層步驟中不同的時間間隔進行，從而持續(xù)地使供給的氣體壓力適合于患 者的需要，以及檢測任何睡眠障礙的發(fā)生。在呼吸不足或呼吸暫停時，即 如上所述的中樞性呼吸暫停，根據(jù)該公開的系統(tǒng)的VarPAP可以提供"機 械呼吸"，從而刺激患者的呼吸。
另一份公開是未決的美國申請No ll/235,520('"520申請")，其目的 是對'l5]專利的改進和根據(jù)瞬時平均吸入氣流和最大平均吸入氣流的參 數(shù)進行確定，在此將該申請的內(nèi)容引入作為參考。這些平均參數(shù)用于消除 或者過濾在'151專利中使用的瞬時參數(shù)，因此得到平滑的結(jié)果。在監(jiān)控 內(nèi)部流動和增強的紊亂檢測方面進一 步作了改進。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種向患者的氣道輸送呼吸氣流的系 統(tǒng)。該系統(tǒng)包括產(chǎn)生增壓的呼吸氣流的增壓流動單元和與該增壓流動單元 耦合的患者回路，該患者回路配置成使呼吸氣流聯(lián)通到患者氣道。該系統(tǒng) 包括監(jiān)控患者呼吸型式的特征的傳感器和與該傳感器通信的控制器，該控 制器配置成如果所述特征超過上閥值則增大吸入的二氧化碳的量，以及如 果所述特征小于下閥值則提供伺服通氣。根據(jù)監(jiān)控到的患者呼吸型式的特
4正改變上閥<i和下閥1"直。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個方面，提供一種向患者的氣道輸送呼吸氣流的 系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括產(chǎn)生呼吸氣流的增壓流動單元和與該增壓流動單元耦合 的患者回路，該患者回路配置成使呼吸氣流聯(lián)通到患者氣道。該系統(tǒng)還包 括監(jiān)控患者呼吸型式的特征的傳感器和與所述患者回路相聯(lián)的二氧化碳補 充系統(tǒng)。 一控制器與該增壓流動單元和二氧化碳補充系統(tǒng)可操作地連接。 該控制器與傳感器通信，如果所述特征超過上閥值則增大患者在患者回路 中吸入的二氧化石友的量，以及如果所述特征小于下閥值則控制氣流產(chǎn)生單 元增大提供給患者氣道的吸氣壓力和呼氣壓力的比率。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個方面，提供一種用于確定進行呼吸治療的患者 通氣狀態(tài)的方法。在該方法中，氣流通過患者回路從呼吸氣體源輸送到患 者氣道，并監(jiān)控患者呼吸型式的特征。根據(jù)在一段時間上的特征平均值為 該特征設(shè)定下閥值，和通過增大或減小特征的初始值為該特征設(shè)定上閥 值。如果特征平均值的變化超過預(yù)定極限則減小上閥值，如果提供給患 者的特定治療頻率超過預(yù)定頻率則增大上閥值。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種治療患者的方法，其中氣流通 過患者回路從呼吸氣體源輸送到患者氣道，并監(jiān)控患者呼吸型式的特征。
態(tài)，如果值一段時間上特征的變化為負值，該負值的絕對值超過預(yù)定極 限，則預(yù)測為低呼吸狀態(tài)。根據(jù)預(yù)測的狀態(tài)對患者施加合適的治療。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個方面，提供一種向患者氣道輸送增壓的呼吸氣 體的方法。氣流通過患者回路從呼吸氣體源輸送到患者氣道，并監(jiān)控患者呼吸型式的特征。根據(jù)患者的呼吸型式確定特征的上閥值和特征的下閥 值，如果特征的值超過上閥值則增大吸入的二氧化碳的量。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個方面，提供在患者治療中確定理想治療窗的方 法。根據(jù)預(yù)測的或現(xiàn)有的呼吸狀態(tài)向患者施加一次劑量的合適治療藥品， 并測量患者響應(yīng)所施加的劑量的不穩(wěn)定指數(shù)。記錄一系列的數(shù)據(jù)點，該數(shù) 據(jù)點表示一系列響應(yīng)中的每一個的不穩(wěn)定指數(shù)，擬合一治療窗，該治療窗 使所施加的劑量與低于測量到的不穩(wěn)定指數(shù)超過可接受值的數(shù)據(jù)點的不穩(wěn) 定指數(shù)一致，以及與高于測量到的不穩(wěn)定指數(shù)超過可接受值的數(shù)據(jù)點的不 穩(wěn)定指lt一致。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個方面，提供一種在理想治療窗內(nèi)治療患者的方 法，其中根據(jù)預(yù)測的或現(xiàn)有的呼吸狀態(tài)向患者施加一次劑量的合適治療藥 品。測量患者響應(yīng)所施加的劑量的不穩(wěn)定指數(shù)，并記錄一系列的數(shù)據(jù)點， 該數(shù)據(jù)點表示一系列響應(yīng)中的每一個的不穩(wěn)定指數(shù)。擬合一治療窗，該治 療窗使所施加的劑量與低于測量到的不穩(wěn)定指數(shù)超過可接受值的數(shù)據(jù)點的 不穩(wěn)定指數(shù)一致，以及與高于測量到的不穩(wěn)定指數(shù)超過可接受值的數(shù)據(jù)點 的不穩(wěn)定指數(shù)一致。在治療窗中向患者施加隨后劑量的治療藥品。
當(dāng)參考附圖考慮下面的描述和隨附的權(quán)利要求時，本發(fā)明的這些和 其他目的、特征以及特性，以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)元件的操作方法和功能、部件 的組合和制造經(jīng)濟性將變得更加明顯，其中附圖構(gòu)成本說明書的 一部分， 在各個圖中相同的參考數(shù)字賦予相應(yīng)的部件。然而特別地，應(yīng)該理解，附 圖僅僅是為了說明和描述的目的，而不是為了限制本發(fā)明。正如在說明書 和權(quán)利要求中所使用的那樣，除非在文中清楚指明，單數(shù)形式"一個"和 "該"包括多個對象。


圖1示出了包括增長周期和減少周期的典型潮式呼吸型式；
圖2示出了對呈現(xiàn)潮式呼吸型式的患者增大吸入的二氧化碳的量的
影響；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的裝置的示意性表示；
圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的再呼吸回路的示意性表示；
圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的正常呼吸狀態(tài)的圖形表示；
圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的低呼吸驅(qū)動狀態(tài)的圖形表示；
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的低呼吸驅(qū)動狀態(tài)的圖形表示；
圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的高呼吸驅(qū)動狀態(tài)的圖形表示；
圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于減小動態(tài)上閥值的算法的示意 性流程圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于增大動態(tài)上閥值的算法的示意 性流程圖1]是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于當(dāng)呼吸測量值為峰值流量時預(yù) 測高呼吸狀態(tài)的基于趨勢的預(yù)測方法的圖形表示；
圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于當(dāng)呼吸測量值為一次換氣量時 預(yù)測高呼吸狀態(tài)的基于趨勢的預(yù)測方法的圖形表示；
圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于當(dāng)呼吸測量值為峰值流量時預(yù) 測低呼吸狀態(tài)的基于趨勢的預(yù)測方法的圖形表示；
圖14是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于當(dāng)呼吸測量值為一次換氣量時 預(yù)測低呼吸狀態(tài)的基于趨勢的預(yù)測方法的圖形表示；以及
圖15是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于確定理想治療窗的統(tǒng)計分析方 法的圖形表示。
具體實施例方式
顯示出中樞性睡眠呼吸暫停、潮式呼吸、CPAP急性中樞睡眠呼吸 暫停或表示呼吸的不穩(wěn)定控制的其他呼吸形式的人們看來似乎具有提高的 環(huán)路增益，該環(huán)路增益描述了對給定通氣刺激的通氣響應(yīng)。對該提高的環(huán) 路增益的主要貢獻因素可能是中樞化學(xué)感受器(提高的控制器增益)對二 氧化碳(C02)的增大的敏感性。本發(fā)明描述了一種方法，其通過在高呼吸驅(qū)動期間減小通氣裝置增益和在低呼吸驅(qū)動期間增大通氣來削弱這種提 高的環(huán)路增益。
本發(fā)明中使用的裝置的功能元件類似于在'151專利中公開的功能元
件。如圖3所示，狀態(tài)依賴的氣道正壓支持系統(tǒng)50包括氣流發(fā)生器52， 如在常規(guī)的CPAP或雙水平裝置中使用的風(fēng)機52,該系統(tǒng)可從任何合適 的源如增壓的氧氣罐或空氣罐、環(huán)境大氣或其組合接受呼吸氣體，通常用 箭頭C表示。氣流發(fā)生器52產(chǎn)生呼吸氣流，例如空氣、氧氣、或其混合 物，并以相對較高或較低的壓力，即通常等于或高于環(huán)境的壓力輸送到患 者54的氣道。為了防止血氧飽和度降低和/或穩(wěn)定與血氧飽和度狀態(tài)無關(guān) 的呼吸控制可以向患者輸送氧氣，該血氧飽和度降低是由與低呼吸驅(qū)動狀 態(tài)依賴的通氣不足產(chǎn)生的。
通過輸送導(dǎo)管56將通常用箭頭D表示的增壓的呼吸氣流從氣流發(fā)生 器52輸送到呼吸面罩或任何已知結(jié)構(gòu)的患者接口 58,該患者接口通常佩 戴或者連接到患者54上，以使呼吸氣流傳遞到患者氣道。輸送導(dǎo)管56和 患者接口裝置58共同地表示為患者回路。該患者接口 58、導(dǎo)管56或任 何其他合適的位置可以包括用于排出用箭頭E表示的空氣的排氣口 57。 在一個實施例中，排氣口 57包括調(diào)節(jié)閥，用于改變患者回路中的壓力偏 差，從而增大或減小用于再呼吸目的而捕獲的呼出氣體(和特別地是 C02)。如下面所論述的，該閥可以手動調(diào)節(jié)或者通過操作線路65由控 制器64自動控制。根據(jù)本發(fā)明的裝置可以是如在'151專利中所描述的單 肢或雙肢系統(tǒng)，或者可以包含超過兩個肢。
在一個實施例中， 一部分或者所有的導(dǎo)管56的各個分段由柔性管、 剛性管、或其他為呼吸氣體通過而設(shè)置導(dǎo)管的元件提供?；颊呓涌?58可 以是適合于將呼吸氣體的供給連通到患者氣道的任何侵入式或非侵入式的 器械，如鼻罩、鼻/口罩、全臉面罩、鼻套管、氣管內(nèi)管、或氣管套管。 患者接口 58可以包括用于將上述器械安裝到患者頭部的頭套。此外，患 者接口 58可以包括安裝于其上的控制部件，用于控制患者治療系統(tǒng)的至 少一個方面。在示出的實施例中，患者4妻口 58和/或?qū)Ч?6包括合適的 排氣口 57，用于將氣體從這些元件排出到環(huán)境大氣。排氣口 57可以是形式為連續(xù)敞口的被動排氣口，其可對排氣施加流動限制，從而控制患者接
口 58中的氣體壓力。可替換地，排氣口 57可以是主動排氣口，其可以采 取不同的結(jié)構(gòu)來控制排氣速率。排氣口 57可以通過操作線路65與控制器 64相聯(lián)，使得其由系統(tǒng)自動地和/或動態(tài)地控制。例如，在美國專利 US6,851,425和US 6,615,830中教導(dǎo)了合適的排氣口的實例，在此將上述 專利的內(nèi)容引入本申請作為參考。
在示出的實施例中，狀態(tài)依賴的氣道正壓支持系統(tǒng)包括形式為閥門 60的壓力控制器，其設(shè)置在輸送導(dǎo)管56中。閥門60控制從氣流發(fā)生器 52輸送給患者的呼吸氣流的壓力。為了該目的，氣流發(fā)生器52和閥門60 共同表示為增壓流動單元，因為它們都用于控制輸送給患者的壓力和/或氣流。
參考圖3，其示出了沖艮據(jù)本發(fā)明的一個實施例的增壓流動單元，包括 氣流發(fā)生器52和閥門60。在圖3示出的實施例中，增壓流動單元包括接 受呼吸氣體和提高該氣體的壓力以便輸送到患者氣道的氣流發(fā)生器52.氣 流發(fā)生器52可以是任何裝置，例如泵、風(fēng)機、活塞或者能夠提高所接受 的呼吸氣體以輸送給患者的風(fēng)箱。如上所述，本發(fā)明還可以設(shè)想，將除環(huán) 境空氣外的氣體引入系統(tǒng)輸送給患者。在這種實施例中，增壓罐或含有空 氣、氧氣、二氧化碳或其他可呼吸氣體的混合物的氣罐提供入口給氣流發(fā) 生器52。在增壓流動單元的其他實施例中，不需要提供氣流發(fā)生器52， 但是替代地可呼吸氣體被利用罐的壓力或者增壓氣罐本身的壓力增壓，輸 送給患者的壓力由壓力調(diào)節(jié)器控制。在一個實施例中，氣流發(fā)生器52是 風(fēng)機，在壓力支持治療過程中其被以大體上恒定的速度驅(qū)動，以便以大體 上恒定提高的壓力和/或流率在系統(tǒng)中提供氣體。
在圖3的實施例中，增壓流動單元中的可呼吸氣體被從氣流發(fā)生器 52引導(dǎo)到控制閥60。如下面所描述的，控制閥60和/或壓力發(fā)生器52形 成增壓流動單元，該增壓流動單元可控制回路壓力和/或處于增壓流動單 元下游的回i 各中的氣體流率。控制閥60的實例包括至少一種閥門，如套 管或提升閥，其可用作控制回路壓力和回路流率的方法將氣體排出回路 12。 Hete等的美國專利US5,694,923教導(dǎo)了一種適合于用作控制閥60的
14雙提升閥系統(tǒng)，該系統(tǒng)可將氣體排出到大氣，并限制從氣流發(fā)生器52到 患者的氣流，在此將該專利的內(nèi)容引入作為參考。
對于氣流發(fā)生器52是風(fēng)機的實施例，該風(fēng)機僅以一種速度運行，可 以調(diào)節(jié)控制閥60的一個或多個控制設(shè)置，以對回路中的可呼吸氣體在回 路壓力和回路流率方面進行控制。然而，本發(fā)明還可以設(shè)想一些實施例， 其中對于輸送給患者的可呼吸氣體來說，與氣流發(fā)生器52的運行相關(guān)的 一個或多個控制設(shè)置如風(fēng)機速度可以單獨地進行調(diào)節(jié)或者與控制閥60的 控制設(shè)置相組合地進行調(diào)節(jié)。例如，通過調(diào)節(jié)氣流發(fā)生器52的合適運行 速度(宏控制)，可以設(shè)定接近期望的回路壓力和回路流率的回路壓力和 回路流率。然后通過調(diào)節(jié)與控制閥60相聯(lián)的一個或多個控制設(shè)置，可以 提供對回路壓力和回路流率的微調(diào)(微控制)，使得一起運行的兩個元件 可確定處于增壓流動單元下游的回路中的可呼吸氣體的最終回路壓力。
顯然，本發(fā)明可以設(shè)想控制由增壓流動單元輸送給患者的壓力的其 他技術(shù)，例如單獨地或者與控制閥60相組合地改變風(fēng)機速度。這樣，控 制閥60可根據(jù)所使用的技術(shù)最佳地控制輸送給患者的呼吸氣體的壓力。 如果取消控制閥60,則增壓流動單元單獨地相當(dāng)于氣流發(fā)生器52,那么 例如通過控制氣流發(fā)生器52的電機轉(zhuǎn)速，可以控制患者回路中的氣體壓 力。另 一種控制壓力的技術(shù)是使用主動或被動控制閥將氣流排放到大氣或 者回路的另一個肢。
狀態(tài)依賴的增壓氣道支持系統(tǒng)50還包括測量輸送導(dǎo)管56內(nèi)的呼吸 氣流的流量傳感器62。流量傳感器62可以是適合于測量這些參數(shù)的任何 裝置，如肺量計、呼吸速度描記器(pneumotach)、可變孔板傳感器、差 壓傳感器或其他常規(guī)流量傳感器。根據(jù)在圖3示出的目前優(yōu)選地實施 例，流量傳感器62與輸送導(dǎo)管56成一直線地插入，最優(yōu)選地處于控制閥 60的下游。流量傳感器62產(chǎn)生一流動信號，即將該信號提供給控制器64 并用來確定患者處的氣流。
當(dāng)然，本發(fā)明可以設(shè)想其他測量患者的呼吸氣流的技術(shù)，如直接在 患者處或沿著輸送導(dǎo)管56在其他位置測量流動，根據(jù)壓力發(fā)生器的運行 測量患者氣流，以及使用壓力發(fā)生器上游的流量傳感器測量患者氣流。例如Starr等的美國專利US6,017,315教導(dǎo)了一種布置在患者接口處的定量 流動元件，在此將該專利的內(nèi)容引入作為參考。流動還可以來自系統(tǒng)中測 量的其他間接參數(shù)，例如壓力、溫度、C02濃度等等。
圖3示出的回路中設(shè)置了另一個傳感器單元61。該傳感器單元61可 以表示一個或幾個附加的傳感器，用于檢測<302、 02(主氣流或側(cè)氣流)或 其他合適的量度，從而收集與輸送給患者的氣體或患者呼出的氣體相關(guān)的 信息。各個傳感器不需要沿輸送裝置布置在相同的位置，相反地，傳感器 單元61僅表示沿裝置分布的傳感器。這樣，可以在患者接口 58、導(dǎo)管56 或裝置中任何其他位置實現(xiàn)C02的測量，而不是將其限制于壓力供給回 路50中；它們也可以處于患者回路中。測量值可以用于算法，以確定氣 罐或死腔中co2的量。附加地測量值還可以用于確定已經(jīng)產(chǎn)生了多少二 氧化碳滯留或沖洗，這樣可以預(yù)測臨床上不期望的呼吸驅(qū)動狀態(tài)的發(fā)病。 該信息可以用于驅(qū)動治療決策。通過對測量到的(302水平(經(jīng)過傳感器 的流量與在吸氣或呼氣期間的時間內(nèi)的流量的乘積)進行積分，傳感器可 以計算出沖洗的或存儲的C02。
附加地該系統(tǒng)包括加濕器63。盡管在圖3示出了布置在患者回路 中，但是應(yīng)該理解，加濕器63可以布置在氣體供給系統(tǒng)的任何地方，例 如布置在正壓氣道回路50中。加濕器63通過在供給的氣體中提供濕氣進 一步提高了舒適性。加濕器可以配置成增大濕度，也可以通過再呼吸呼出 的濕空氣從導(dǎo)管56抽出濕氣。這樣，加濕器63可以是過渡到或加熱的加 濕器或控制濕度的子系統(tǒng)(增加或去除濕度)。未決的美國專利申請 No.11/234,351公開了一種適合于在本發(fā)明中使用的加濕裝置，在此將該 申請全文引入作為參考。附加地，未決的美國臨時專利申請 no.60/697,130公開了 一種控制通氣回3各內(nèi)的濕氣水平的加濕裝置，在此將 該申請全文引入作為參考。
提供一輸入Z輸出設(shè)備66 ，用于設(shè)定狀態(tài)依賴的氣道正壓支持系統(tǒng)用 的各種參數(shù)，以及用于向用戶如臨床醫(yī)生或護理者顯示和輸出信息和數(shù) 據(jù)。應(yīng)該理解，本發(fā)明設(shè)想提供輸入/輸出端子，使得狀態(tài)依賴的正壓通 氣道支持系統(tǒng)收集的操作信息和數(shù)據(jù)能夠被遠程監(jiān)控和控制。輸入/輸出
16設(shè)備66可以是任何適合于通過操作線路提供信息和/或指令給控制器64
以及以人可感知的形式向患者或另一用戶提供信息的設(shè)備。合適的輸入/
輸出設(shè)備66的實例包括小鍵盤、觸控板、視頻顯示器(如LCD、 LED 屏)、麥克風(fēng)、揚聲器、開關(guān)、按鈕、刻度盤、燈或允許用戶向通氣系統(tǒng) 輸入信息和從通氣系統(tǒng)接收信息的任何其他設(shè)備。
控制器64優(yōu)選是微處理器，其能夠?qū)嵤┖蛨?zhí)行程序，用于監(jiān)控患者 呼吸的特性和根據(jù)下文詳細描述的控制呼吸氣流。該控制器64可操作地 連接到增壓流動單元(流動發(fā)生器52和閥門60)。例如，在圖3的實施 例中，傳感器61和62的輸出提供給控制器64，該控制器包括處理器， 用于確定輸送給患者的氣體的瞬間體積(V)，或輸送給患者的氣體的瞬 間流率(V')，或兩者。例如，通過對來自傳感器62的測量出的流率進 行積分，確定瞬間體積。在流量傳感器62布置得距離患者接口 58相對較 遠的實施例中，為了確定到達患者的氣體的實際流率或來自患者的氣體的 實際流率，控制器64例如通過執(zhí)行泄漏估計，處理該估計的流量信息， 從而確定患者氣道的實際流量，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的那樣。
圖4示出了用于包含呼出C02和再輸送給患者的合適的再呼吸回路 46的實例。該再呼吸回路46可以和在圖3中示出的回游4且合在一起。再 呼吸回^各464妻受來自壓力源41的增壓氣體，該壓力源可以是如上所述的 增壓流量單元，包^^流量計42。再呼吸回3各46包括3 口的雙位置閥門 43，該閥門由控制器64或者潛在的CPAP或雙水平裝置本身(即，由氣 流控制)控制。閥門43可以處于兩種狀態(tài)中的一種。在呼氣期間(位置 T;在圖4的左側(cè)示出)，閥門43處于第一位置，回路46非常類似于傳 統(tǒng)的CPAP或雙水平壓力支持系統(tǒng)。然而， 一流量計42與回路46串聯(lián)， 且該流量計42可以為氣流或吸入體積(通過對氣流量進行積分)提供實 時的值。在呼氣期間(位置E/R;在圖4的右側(cè)示出)，閥門43移動到 第二位置，在此將呼出氣體引導(dǎo)到管狀回路，該回路具有用于收集呼出氣 體如50ml的儲罐44。在吸氣期間，如果吸入體積或流量超過預(yù)置的水 平，閥門43將移動到E/R位置，從而使包含的呼出空氣增壓，并將其輸 送給患者?？梢岳煤线m的算法在呼氣和吸氣的開始提供觸發(fā)信號。附加地，可以實施能夠確定基線吸入體積閥值的算法，從而不再需要預(yù)置的或 預(yù)定的吸入體積。這種算法可以配置成適應(yīng)患者的需要。
本發(fā)明限定了呼吸的三種狀態(tài)，這些狀態(tài)由兩個動態(tài)的和自適應(yīng)的
數(shù)量限制限定上閥值和下閥值。該上閥值和下閥值與適當(dāng)?shù)奶匦灾甘竞?br> 吸驅(qū)動關(guān)聯(lián)，如峰值氣流量、 一次換氣量等等。當(dāng)患者的指示特性介于上 閥值和下閥值之間時，認為患者正常通氣。當(dāng)患者的指示特性超過了上閥 值，認為患者處于高呼吸驅(qū)動狀態(tài)。當(dāng)患者的指示特性低于下閥值，認為 患者處于低呼吸驅(qū)動狀態(tài)。低呼吸驅(qū)動狀態(tài)是中樞性呼吸暫停、通氣不足
或其他睡眠障礙性呼吸的預(yù)示。低呼吸驅(qū)動后的高呼吸驅(qū)動可能是CSR 的預(yù)示。本發(fā)明中狀態(tài)依賴的的正壓通氣道系統(tǒng)可根據(jù)患者所處的特定呼 吸狀態(tài)對患者實施變化的干涉或治療，進一步地，根據(jù)狀態(tài)的嚴重程度 (即，患者的呼吸離理想狀態(tài)相差多少)以自適應(yīng)的強度水平施加這種干 涉或治療。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，由于閥值是動態(tài)的，因此它們在一些情 況下會收斂到一點，從而使正常的呼吸窗收縮或者完全消除呼吸窗。在正 常的呼吸窗變得非常小或者不存在的情況下，本發(fā)明的狀態(tài)依賴的正壓通 氣道系統(tǒng)可與和目標(biāo)值的偏差成比例地(即，和乂人合并的閥值的偏差確定 的呼吸狀態(tài)的嚴重程度成比例)有效地連續(xù)改變合適的干涉(例如，如下 面所描迷的C02或02劑量的增大，或自適應(yīng)的伺服通氣)。本說明書最 初提到的系統(tǒng)用于識別三個不同的狀態(tài)，但是應(yīng)該理解，在任何情況下閥 值可能收斂，并得到一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)指示特性和單值的偏差以合 適的強度有效地應(yīng)用于合適的干涉。
在正常通氣狀態(tài)期間，也就是說，當(dāng)患者的指示特性介于上閥值和 下閥值之間時，采用正壓療法并在睡眠監(jiān)測系統(tǒng)期間由規(guī)定的CPAP或雙 水平設(shè)置確定，或者由自動算法確定，以消除上氣道梗堵的跡象。圖5中 示出了正常的通氣狀態(tài)，該圖描繪了隨時間而變化的患者氣流。本領(lǐng)域技 術(shù)人員應(yīng)該認識到，可以在本發(fā)明中可替換地使用一次換氣量或其他特性 作為指示器。確定峰值流量上閥值12和峰值流量下閥值14 (如下面所描述的)，在所示出的正常狀態(tài)，患者的實際氣流達到的最高點介于上述兩 個閥il之間。
如圖5所示，雙水平治療包括氣道正壓吸氣(IPAP)和氣道正壓呼 氣(EPAP)，該雙水平治療在正常狀態(tài)下保持恒定。在利用CPAP治療 (未示出)而不是雙水平治療的裝置中，提供給患者的連續(xù)壓力水平同樣 是恒定的。也可以引入呼氣壓減輕的已知方法，例如通過C-Flex或Bi-Flex裝置提供的，該方法在呼吸開始時減小了呼氣壓，以提高患者的舒適 度。Bi-Flex裝置也可以根據(jù)系統(tǒng)監(jiān)控到氣流控制吸氣壓。
如果患者患有中樞性呼吸暫停22，如圖6所示，將不會檢測到來自 患者的氣流IO，并且峰值氣流將因此低于下閥值14?？刂破?4接收來自 流量傳感器62和/或其他傳感器61的流量信息，將其與當(dāng)前的閥值參數(shù) 比較，并確定患者處于低呼吸驅(qū)動狀態(tài)?？梢栽谝欢喂潭ǖ臅r間之后進行 確定，其中沒有沖企測到呼吸活動或者才艮據(jù)以往的呼吸型式自適應(yīng)地進行確 定。
在低呼吸狀態(tài)中，由狀態(tài)依賴的正壓通氣系統(tǒng)提供的治療從在正常 狀態(tài)下應(yīng)用的CPAP的最小治療或雙水平治療轉(zhuǎn)移。應(yīng)該注意，術(shù)語 CPAP或雙水平治療用于說明的目的，但是在本發(fā)明中可以設(shè)想用于通過 梗堵元件(obstructive component)治療呼吸暫停的其他治療方式，例如 用于根據(jù)患者的呼吸力量輸送氣流的比例輔助通氣(PAV)。除了所描 述的CPAP或雙水平治療，為了使患者產(chǎn)生呼吸，狀態(tài)依賴的正壓通氣系 統(tǒng)可以提供伺服通氣、或可變正壓通氣系統(tǒng)(VarPAP) 。 '151專利中公 開了 一種自適應(yīng)系統(tǒng)，用于根據(jù)最近的呼吸型式的歷史向患者提供可變的 正壓通氣壓力，在此將其全文引入作為參考。'520申請中公開了使用時 間平均值參數(shù)的可變正壓通氣系統(tǒng)，在此也將其全文引入作為參考。
在對患者進行伺服通氣時，控制器64與流量發(fā)生器52和/或控制閥 60聯(lián)通，它使IPAP和EPAP的壓力比增大，使得正壓通氣系統(tǒng)有助于患 者保持自發(fā)呼吸(即，患者他或她自己進行通氣，稱為"同步?jīng)_莫式")，或 者，在沒有患者的自發(fā)呼吸的中樞性呼吸暫停的情況下，提供"機械呼吸" 以引發(fā)自發(fā)呼吸。與患者的活動無關(guān)地根據(jù)受控的時間間隔提供一系列機械呼吸被稱為"時間模式"，其也可以認為是伺服通氣的一個步驟。在"組 合模式"中，提供伺服通氣以便幫助患者像在同步模式中一樣在自發(fā)呼吸 期間呼吸，以及當(dāng)患者需要這種控制時提供機械呼吸或呼吸的時間控制。
當(dāng)病況的嚴重程度減小時，可以相應(yīng)地減小IPAP和EPAP壓力的比率。 正如本領(lǐng)域所熟知的，通過增大/減小IPAP，減小/增大EPAP或上述兩種 方式可以改變IPAP和EPAP之間的壓力變化。例如，為了增大IPAP和 EPAP的比率，可以增大IPAP,減小EPAP，或?qū)嵤┮陨蟽煞N方式?？梢?根據(jù)預(yù)定的或自適應(yīng)的波形在整個呼吸或變化的呼吸中實現(xiàn)該變化。
如圖6所示，在一段時間后檢測中樞性呼吸暫停22 (該時間是預(yù)編 程的時間或自適應(yīng)性地確定的)，并向其激發(fā)響應(yīng)17.在圖6示出的情況 下，響應(yīng)17是氣道正壓吸氣(IPAP)中的增量，或用于由患者刺激自發(fā) 呼吸的"機械呼吸"。后面的機械呼吸可以以根據(jù)病史和/或當(dāng)前狀態(tài)的需 要而確定的一定的強度水平和時間間隔施加^會患者。
在低呼吸驅(qū)動狀態(tài)中，附加地，期望的是提高肺泡C02 (PC02)或 吸入C02 (FiC02)的量，以便增大通氣。在本領(lǐng)域中實現(xiàn)C02的增大的 各種方法是熟知的，包括利用主動泄漏閥控制再呼吸，動態(tài)地增大死腔容
積，提供呼出C02的儲罐，或者提供C02的補充源。在此引入作為參考
的'150專利公開了一些這樣的機構(gòu)，包括主動泄漏閥、動態(tài)死腔容積、 呼出C02的儲罐和可調(diào)節(jié)的面罩排氣閥，在此將其全文引入作為參考。 '360申請公開了與02混合的C02的補充源，在此也將其全文引入作為參 考?？梢栽O(shè)想產(chǎn)生比大氣中更高的C02水平的其他方法，例如化學(xué)發(fā) 生、低溫冷卻、分子吸附、和對大氣或來自患者的呼出氣體進行過濾。
除了檢測小量的通氣外，與圖6所示出的類似，圖7示出了對低呼 吸驅(qū)動狀態(tài)的檢測。在這種情況下，呼吸13的峰值氣流低于下閥值14， 因此控制器64認為是低呼吸狀態(tài)。如上所述，控制器64可提供附加的伺 服通氣治療(VarPAP)，以提高患者的呼吸驅(qū)動。如圖7所示，如在 '151專利中所描述的，在自發(fā)呼吸期間響應(yīng)于檢測到的呼吸不足自適應(yīng) 地增大IPAP16。也可以如上所述地實施提供FiC02或肺泡C02的方法(即，動態(tài)死腔容積、C02儲罐、主動泄漏閥等等)，以提高患者的呼吸
驅(qū)動，如在FiC02控制20中用增量21所指示的。
如圖8所示，如果患者的指示特性IO超過上閥值12,則控制器64 確定患者處于高呼吸驅(qū)動狀態(tài)。如圖8所示，峰值流量超過在最高點15 處峰值流量的上閥值12。在該狀態(tài)期間，實施減小裝置增益的治療，其 包括通過采用上述的方法增大FiC02來夾緊末潮沙C02，上述方法例如是 維持動態(tài)死腔容積，使用捕獲的C02儲罐，或者實施再呼吸。通過維持 足夠的肺泡C02，可以減弱通常緊隨呼吸過度期間的中樞性呼吸暫停或呼 吸不足(參見在如圖1的典型CSR循環(huán)中緊隨呼吸過度36的特性呼吸暫 停38 )。
盡管在圖8中示出了在高通氣狀態(tài)期間保持恒定的EPAP18,但是本 發(fā)明還可以設(shè)想在呼氣期間降低EPAP18，以改進回路的性能，進而以如 上所述的一些再呼吸技術(shù)再捕獲呼出的co2。按照預(yù)定的或自適應(yīng)的波 形，適應(yīng)地根據(jù)病史，有推動力地，或通過上述方式的任意組合，使 EPAP18減小預(yù)定的恒定水平。
參考圖3，增大再呼吸的裝置的另一個實例是主動地控制排氣閥 57,使得呼出氣體回流到導(dǎo)管56中。為了防止呼出氣體逸出，控制器64 通過線路65可操作地連接，以控制閥門57的開度，由此增大在隨后呼吸 中吸入的C02的量。另一個實施例利用了處于患者接口 58附近和系統(tǒng)連 接的C02儲罐(未示出)，以便捕獲呼出氣體和將氣體再插入患者的氣 道。該儲罐通過由控制器64主動控制的閥門與患者接口 58或?qū)Ч?6聯(lián) 通。
已經(jīng)描述了三種呼吸狀態(tài)以及在每種呼吸狀態(tài)中實施的干涉和治 療，本公開現(xiàn)在將轉(zhuǎn)到上閥值和下閥值的確定，以及動態(tài)地正常呼吸窗的 建立，即上閥值和下閥值之間的范圍。應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可以 實施成在任何或所有呼吸狀態(tài)下提供自動滴定治療。自動滴定是指提供給 患者的上氣道的正壓氣道的最小水平，從而防止相關(guān)的阻塞發(fā)生，如阻塞 性睡眠呼吸暫停、打鼾、呼吸不足等等。為了確定動態(tài)上閥值(DUT )，該系統(tǒng)最初被設(shè)置成默認值或初始 值。默認值可以按照之前的病史或者由臨床醫(yī)生進行選擇。可替換地，初 始值可以根據(jù)測量到的參數(shù)如一段時間的平均峰值氣流或一段時間的平均
一次換氣量獲得。兩個獨立的算法并行地運行以確定DUT-—個算法用于 減小DUT，另一個用于增大DUT。依次使用每個算法。
如果系統(tǒng)未響應(yīng)不穩(wěn)定的呼吸則減小DUT。該算法計算呼吸測量值 的平均值或指示特性(例如峰值流量， 一次換氣量等等)的變化(例如擬 合直線的斜率)，如果變化超過了預(yù)定的值，使DUT減小和該變化成比 例的量。如果呼吸是穩(wěn)定的，則平均呼吸測量值隨時間很少或者沒有變 化，因此不必對DUT作出變化。如果呼吸是不穩(wěn)定的，則平均呼吸測量 值將隨時間變化，這表示需要減小DUT，以使系統(tǒng)在檢測高呼吸驅(qū)動狀 態(tài)時更加敏感。
參考圖9，其示意性地示出了減小DUT的算法。在步驟100,確定 在一段時間Kl上的平均呼吸測量值，如最大呼吸流量、 一次換氣量或其 他測量值。在步驟102，確定在一段時間上平均呼吸測量值的變化，以獲 得ARm。在步驟104，控制器確定ARm的絕對值(IARml)是否大于預(yù)定的 閥值(Tl),該岡值由用戶如臨床醫(yī)生預(yù)先編程。
如果呼吸測量值的變化的絕對值IARml超過閥值Tl,則在步驟106 控制器使DUT按照和IARml成一定比例的量減小。步驟106中的數(shù)值"c，， 是減小因子，其能夠由用戶編程。數(shù)值c可以是在對患者沒有不利的或突 然的作用的情況下而使DUT增量式減小。
如果IARml沒有超過閥值Tl,則不對DUT作出改變，如在步驟108 中所指示的。該結(jié)果表示，患者的呼吸型式是穩(wěn)定的，因此不需要增大系 統(tǒng)的敏感度。
參考圖10，其示意性地示出了增大DUT的算法。在確定是否應(yīng)該 增大DUT時，問題的本質(zhì)是系統(tǒng)是否過于敏感。因此，支持呼吸的C02 的量給出了系統(tǒng)敏感度的測量值，該測量值用于確定是否應(yīng)該增大 DUT。
22在步驟200中，確定支持呼吸的C02再呼吸百分比，以獲得
C02Supp。然后在步驟202中將該百分比與預(yù)先編程的閥值T2進行比較。 如果支持呼吸的C02的百分比C02supp超過閥值T2，則如在步驟204中所 指出的使DUT按照和百分比成比例的量增大。增大因子c可以由用戶預(yù) 先編程，其可以和如上所述的在減小DUT的算法中所用的減小因子相同 或不同。
如果支持呼吸的C02的百分比C02supp小于岡值T2,則不對DUT作 出改變，如在步驟206中的那樣。該結(jié)果表示，系統(tǒng)在高呼吸驅(qū)動狀態(tài)下 干涉時沒有活動過度，因此，不需要增大DUT。
以類似于在'151專利和'520申請中所采用的方式確定動態(tài)閥值下限 (DLT),將上述專利和申請中的方法引入作為參考?？傊诨顒拥臅r 期，如兩分鐘、五分鐘或一些其他的時間段獲得平均呼吸測量值或指示特 性(例如，峰值氣流， 一次換氣量等等)，并以低于移動平均值的預(yù)定因 子動態(tài)地設(shè)定或調(diào)節(jié)DLT。因此，當(dāng)瞬時呼吸測量值低于調(diào)節(jié)的活動平 均值或平均數(shù)時，控制器64識別出低呼吸驅(qū)動狀態(tài)和開始相應(yīng)的干涉。 自然，由于隨時間變化的平均測量值將固有地增大和減小，因而不需要單 獨的算法來增大和減小DLT。
根據(jù)本發(fā)明的另 一個方面，狀態(tài)依賴的正壓通氣系統(tǒng)監(jiān)控患者的呼 吸型式，和辨別預(yù)測不穩(wěn)定的或在臨床上不期望的呼吸驅(qū)動狀態(tài)的趨勢或 變化。如果預(yù)測到呼吸驅(qū)動狀態(tài)的變化，該系統(tǒng)可以激活或暫停合適的治 療干涉(例如，伺服通氣，增大肺泡C02等等)，從而防止達到該狀 態(tài)。這是一個有力的特征，因為系統(tǒng)可以預(yù)見不期望的狀態(tài)，并在不期望 的狀態(tài)發(fā)生之前來補救狀況。該系統(tǒng)是自適應(yīng)的，因為它可以根據(jù)對患者 實際實施的治療干涉的有效性"學(xué)習(xí)"合適的治療窗。該系統(tǒng)可以和如上所 述的純粹的狀態(tài)依賴的系統(tǒng)相結(jié)合地使用或者作為一個獨立系統(tǒng)。
圖11示出了根據(jù)增大的峰值流量的趨勢對高呼吸狀態(tài)的預(yù)測。如所 示出的，最初的三個峰值流量10處于正常的呼吸窗(即，該峰值低于閥 值上限12但高于閥值下限14)內(nèi)，但是傾向于超過閥值上限12。在預(yù)測 趨勢和預(yù)見狀態(tài)變化的過程中，首先確定呼吸測量值的斜率24 (這里，
23是峰值流量)。如果斜率24超過預(yù)定的最大極限，則控制器64在點26 處激活或者暫停合適的千涉，例如是上面對實際狀態(tài)變化所論述的C02 再呼吸或動態(tài)死腔容積。利用該較早的干涉，可以減少或防止呼吸狀態(tài)的 預(yù)測變化。點28表示在此處在不使用趨勢預(yù)測的情況下系統(tǒng)將激活(或 暫停)干涉治療。這樣，趨勢預(yù)測使患者的呼吸型式標(biāo)準(zhǔn)化較嚴格的狀態(tài) 依賴性更早，并且不必等待到不期望的通氣狀態(tài)發(fā)生。
除了在該圖中的呼吸測量值10為一次換氣量之外，圖12示出了類 似于圖11的高呼吸驅(qū)動趨勢。像前面一沖羊，在三個呼吸周期后預(yù)測趨 勢，并確定斜率24超過預(yù)定的極限。在狀態(tài)實際變化發(fā)生以及減小或完 全消除了不期望的狀態(tài)變化的效應(yīng)之前的點26處，激活或者暫停干涉治 療，無i侖哪個合適。
圖13和14示出了當(dāng)呼吸測量值分別為峰值流量和一次換氣量時對 低呼吸狀態(tài)的預(yù)測。類似于對高呼吸狀態(tài)的預(yù)測，根據(jù)三個連續(xù)的呼吸周 期，預(yù)測趨勢。如果斜率超過預(yù)定的極限，則相應(yīng)地激活或者暫停合適的 干涉治療。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，如果確定合適，可以使用除三個之外 的多個呼吸周期來預(yù)測趨勢。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)還可以制造成適合于患者的狀況和確定理想的治 療窗。治療窗是指為了穩(wěn)定呼吸在干涉期間C02或02 "劑量，，的有效范 圍。圖15示出了從患者取出的多個樣本的曲線圖，該曲線圖可被系統(tǒng)使 用以確定理想的治療窗。縱軸在高呼吸驅(qū)動期間測量被控制成夾緊C02
的C02劑量。C02的劑量還可以通過死腔容積的體積來確定。沿橫軸測量
的穩(wěn)定性指數(shù)是因呼吸驅(qū)動的變化而導(dǎo)致的不穩(wěn)定呼吸的嚴重程度或比例 的測量值，其能夠從以下參數(shù)導(dǎo)出，如a)最小測量值和最大測量值如最 大呼吸流量或一次換氣量的比率，b)擬合移動窗口的平均(中間)測量 值如最大呼吸流量或一次換氣量的直線斜率，或c)呼吸控制系統(tǒng)的回路 增益的測量值或預(yù)測值。
圖15中的治療窗308表示在特定治療中使用的吸入C02的合適劑量 范圍或死腔容積。數(shù)據(jù)點300表示發(fā)生了不穩(wěn)定事件，而數(shù)據(jù)點302表示 發(fā)生了穩(wěn)定事件。根據(jù)測量到的不穩(wěn)定參數(shù)，穩(wěn)定事件302被認為處于可接受的治療窗308中。治療窗308上方的C(V劑量304會導(dǎo)致通氣過度， 治療窗308下方的劑量306不足以穩(wěn)定呼吸。因而，通過存儲多個^:據(jù)樣 本，甚至是每天，以及通過刪除過時的數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)可以總是調(diào)節(jié)到患者 的當(dāng)前狀況，并適合于根據(jù)測量到的患者不穩(wěn)定性調(diào)節(jié)治療線。也就是 說，當(dāng)在干涉中使用的劑量導(dǎo)致如由 一個或多個上述測量到的不穩(wěn)定性參 數(shù)確定的不穩(wěn)定性時，控制器使劑量關(guān)聯(lián)成治療窗308的上方或下方，并 相應(yīng)地對治療窗308作出修改。
由于上述方法是自適應(yīng)的，因此其可學(xué)習(xí)什么對個別患者是有效 的。自適應(yīng)系統(tǒng)需要被編程到系統(tǒng)內(nèi)的初始狀態(tài)，并在獲得患者治療的經(jīng) 歷時更新。該系統(tǒng)可以通過利用許多自適應(yīng)控制和統(tǒng)計技術(shù)中的一個或幾 個而變得更加強大，該技術(shù)已在文獻中充分描述，以使系統(tǒng)有效地適應(yīng)患 者，處理在外的和/或缺少的數(shù)據(jù)等等。
盡管該實例對預(yù)測的或現(xiàn)有的通氣過度描述了干涉，但是對于通氣 不足或中樞性呼吸暫停可以采用類似的圖表和統(tǒng)計分析。在這種情況下，
所畫出的圖表中，C02和/或伺服通氣用來處理預(yù)測的或現(xiàn)有的狀況。在 這種情況下過少的C02會進一步導(dǎo)致來自患者的C02的沖洗，從而加劇 中樞性呼吸暫停。過多的C02會導(dǎo)致變成通氣過度。
附加地，該系統(tǒng)在輸入到算法的生理參數(shù)的數(shù)字時需要對治療優(yōu)化 如時間數(shù)據(jù)進行超過一維的數(shù)據(jù)分析。例如，系統(tǒng)中可能存在滯后現(xiàn)象， 因此需要了解導(dǎo)致當(dāng)前狀態(tài)的呼吸狀態(tài)順序來施加正確的治療。
盡管為了說明的目的已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明，該說明目前被認為是 最可行的且優(yōu)選的實施例，但是應(yīng)該理解，這些細節(jié)僅僅是為了說明的目 的，本發(fā)明不限于公開的實施例，這些細節(jié)僅僅是用于上述目的，并且本 發(fā)明不限于所公開的實施例，相反地，這些細節(jié)用于覆蓋落入了隨附權(quán)利 要求的精神和范圍內(nèi)的修改和等同布置。例如，應(yīng)該理解，本發(fā)明設(shè)想， 有可能的話，任何實施例的一個或多個特征可以和任何其他實施例的一個 或多個特征組合在一起。
2權(quán)利要求
1. 一種向患者的氣道輸送呼吸氣流的系統(tǒng)(50)，該系統(tǒng)包括產(chǎn)生增壓的呼吸氣流的增壓流動單元；與該增壓流動單元耦合的患者回路(56)，該患者回路配置成使呼吸氣流聯(lián)通到患者氣道；適于監(jiān)控患者呼吸型式的特征的傳感器(61，62)；和與該傳感器通信的控制器(64)，該控制器配置成如果所述特征超過上閥值則增大吸入的二氧化碳的量，以及如果所述特征小于下閥值則提供伺服通氣，其中根據(jù)監(jiān)控到的患者呼吸型式的特征改變上閥值和下閥值。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中控制器配置成當(dāng)特征小于下閥值 時除了提供伺服通氣外還增大吸入的二氧化碳的量。
3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中控制器配置成通過以下方式增大 吸入的二氧化碳的量，(a)實現(xiàn)再呼吸，(b)提供二氧化碳的補充源，(c )從適于捕獲呼出的呼吸氣體的儲罐提供二氧化碳，(d )方式(a)-(c)的任何組合。
4. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中增壓流動單元包括風(fēng)機(52)、 閥門(60)，或者兩者均包括。
5. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中上閥值和下閥值是相同的單值。
6. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中該特征是患者的峰值流量或患者 的一次換氣量。
7. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其中控制器通過供鄉(xiāng)會增大的吸氣壓力 和呼氣壓力的比率來提供伺服通氣。
8. —種向患者的氣道輸送呼吸氣流的系統(tǒng)(10),包括 產(chǎn)生呼吸氣流的增壓流動單元；與該增壓流動單元耦合的患者回路(56),該患者回路配置成使呼 吸氣流聯(lián)通到患者氣道；監(jiān)控患者呼吸型式的特征的傳感器(61, 62);與所述患者回路相聯(lián)的二氧化碳補充系統(tǒng)(46);和與所述增壓流動單元和二氧化碳補充系統(tǒng)可操作地連接的控制器 (64)，所述控制器與所述傳感器通信，如果所述特征超過上閥值則增大 患者在患者回路中吸入的二氧化碳的量，以及如果所述特征'J、于下閥值則 所述控制器控制氣流產(chǎn)生單元增大提供給患者氣道的吸氣壓力和呼氣壓力 的比率。
9. 如權(quán)利要求8所迷的系統(tǒng)，其中增壓流動單元包括風(fēng)機(52)、 閥門(60)，或者兩者均包括。
10. 如權(quán)利要求8所迷的系統(tǒng)，其中二氧化碳補充系統(tǒng)包括(a) 引導(dǎo)呼出的二氧化碳返回到患者用于再呼吸的閥門(43 );(b) 與患者回路相聯(lián)的外部二氧化碳源；(c) 用于捕獲呼出的呼吸氣體的二氧化碳儲罐(44)，或(d) 部件(a) - ( c )的任何組合。
11. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中上閥值和下閥值是相同的單岡。
12. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中該特征是患者的峰值流量或患者 的一次換氣量。
13. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)提供的吸氣壓力和呼氣壓 力的比率增大，同時減小低于下閥值的特征。
14. 一種用于確定進行呼吸治療的患者通氣狀態(tài)的方法，包括 通過患者回路(56)將氣流從呼吸氣體源輸送到患者氣道； 監(jiān)控患者呼吸型式的特征；根據(jù)在一段時間上的特征平均值為該特征設(shè)定下閥值；和通過增大或減小特征的初始值為該特征設(shè)定上閥值，如果特征平均 值的變化超過預(yù)定極限則減小上閥值，如果提供給患者的特定治療頻率 超過預(yù)定頻率則增大上閥值。
15. 如權(quán)利要求14所迷的方法，其中提供給患者的特定治療頻率是 二氧化碳再呼吸。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中通過使一段時間上的特征平均 值減小預(yù)定的因子來獲得下閥值。
17. —種治療患者的方法，包括通過患者回路將氣流從呼吸氣體源輸送到患者氣道，監(jiān)控患者呼吸型式的特征；如果在一段時間上特征的變化為正值，并超過預(yù)定極限，則預(yù)測為 高呼吸狀態(tài)，如果值一段時間上特征的變化為負值，該負值的絕對值超過預(yù)定極限，則預(yù)測為低呼吸狀態(tài)；以及根據(jù)預(yù)測的狀態(tài)對患者施加合適的治療。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中該特征是患者的峰值流量或患 者的一次換氣量。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中該時間段取決于呼吸循環(huán)的數(shù)量。
20. —種向患者氣道輸送增壓的呼吸氣體的方法，包括 通過患者回路將氣流從呼吸氣體源輸送到患者氣道； 監(jiān)控患者呼吸型式的特征；根據(jù)患者的呼吸型式確定特征的上閥值； 根據(jù)患者的呼吸型式確定特征的下閥值；以及 如果所述特征超過上閥值則增大吸入的二氧化碳的量。
21. —種在患者治療中確定理想治療窗的方法，包括根據(jù)預(yù)測的或現(xiàn)有的呼吸狀態(tài)向患者施加 一 次劑量的合適治療藥oc ，測量患者響應(yīng)所施加的劑量的不穩(wěn)定指數(shù)；記錄一系列的數(shù)據(jù)點，該數(shù)據(jù)點表示一系列響應(yīng)中的每一個的不穩(wěn) 定指數(shù)；以及擬合一治療窗，該治療窗使所施加的劑量與低于測量到的不穩(wěn)定指 數(shù)超過可接受值的數(shù)據(jù)點的不穩(wěn)定指數(shù)一致，以及與高于測量到的不穩(wěn)定 指數(shù)超過可接受值的數(shù)據(jù)點的不穩(wěn)定指數(shù)一致。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中不穩(wěn)定指數(shù)是(a) 最小峰值流量和最大峰值流量的比率，(b) 最'J、一次換氣量和最大一次換氣量的比例，(c) 擬合到移動窗平均值或中間峰值流量的直線的斜率，(d) 擬合到移動窗平均值或中間一次換氣量的直線的斜率，或(e) 患者呼吸控制系統(tǒng)的環(huán)路增益的測量值或預(yù)測值。
23. —種在理想治療窗中治療患者的方法，包括根據(jù)預(yù)測的或現(xiàn)有的呼吸狀態(tài)向患者施加 一次劑量的合適治療藥品;測量患者響應(yīng)所施加的劑量的不穩(wěn)定指^:;記錄一系列的數(shù)據(jù)點，該數(shù)據(jù)點表示一系列響應(yīng)中的每一個的不穩(wěn) 定指數(shù)；擬合一治療窗，該治療窗使所施加的劑量與低于測量到的不穩(wěn)定指 數(shù)超過可接受值的數(shù)據(jù)點的不穩(wěn)定指數(shù)一致，以及與高于測量到的不穩(wěn)定 指數(shù)超過可接受值的數(shù)據(jù)點的不穩(wěn)定指數(shù)一致，以及在治療窗中向患者施加隨后劑量的治療藥品。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中不穩(wěn)定指數(shù)是(a) 最小峰值流量和最大峰值流量的比率，(b) 最d、一次換氣量和最大一次換氣量的比例，(c) 擬合到移動窗平均值或中間峰值流量的直線的斜率，(d) 擬合到移動窗平均值或中間一次換氣量的直線的斜率，或(e) 患者呼吸控制系統(tǒng)的環(huán)路增益的測量值或預(yù)測值。
全文摘要
提供了一種向患者的氣道輸送呼吸氣流的系統(tǒng)(50)。該系統(tǒng)包括產(chǎn)生增壓的呼吸氣流的增壓流動單元和與該增壓流動單元耦合的患者回路(56)，該患者回路配置成使呼吸氣流聯(lián)通到患者氣道。該系統(tǒng)包括用于監(jiān)控患者呼吸型式的特征的傳感器(61，62)和與該傳感器通信的控制器(64)，該控制器配置成如果所述特征超過上閥值則增大吸入的二氧化碳的量，以及如果所述特征小于下閥值則提供伺服通氣。根據(jù)監(jiān)控到的患者呼吸型式的特征改變上閥值和下閥值。
文檔編號A61M15/00GK101448539SQ200780018415
公開日2009年6月3日 申請日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月20日
發(fā)明者史蒂凡尼達·K·布萊克, 埃里克·K·威特, 斯蒂芬·D·彼德曼 申請人:Ric投資有限公司