专利名称：自动调控每分钟通气量的人工呼吸器及其方法
技术领域：
本发明是关于一种自动调控人工呼吸器每分钟通气量的方法，可用于顺应支持型通气(Adaptive support ventilation，ASV)模式的呼吸器，更具体而言，本发明技术是关于侦测并自动调控该类呼吸器来提供降低使用者呼吸做功的合适的最低每分钟通气量(Appropriate Minimal Minute Volume，AMMV)。
背景技术：
人工呼吸器是一种取代人体呼吸器官帮助作用的机械装置，主要目的是让呼吸衰竭病患得到通气(Ventilation)及氧气治疗(oxygenation)，同时降低呼吸做功(work of breathing)，来维持适当的血中二氧化碳及氧气含量，让病患呼吸不费力。人工呼吸器的进展，也以前述三个方向为目标不断的研发。
人工呼吸器在氧气治疗方面的作用方式有呼气末端正压Positive EndExpiratory Pressure，PEEP)，是指让人工呼吸器递送一定容积或流量气体进入病患肺部后，使病患在呼气末时呼吸道及肺泡压大于大气压，目的是将原来塌陷的呼吸道和肺泡张开，恢复其气体交换功能。在通气方面，常使用的模式有容积强制通气模式(Continue Mandatory Ventilation，CMV)、压力强制通气模式(Pressure Control Ventilation，PCV)、同步间歇性强制通气模式(Synchronized intermittent Mandatory Ventilation，SIMV)、以及由病患自行启动吸气及结束吸气的压力支持型通气模式(Pressuresupport ventilation，PSV)。
在使用人工呼吸器时必须设定许多参数来模拟病人自行呼吸时的状态，早期的人工呼吸器设定多为固定参数，然而病人的呼吸状态并非恒定，因此常在突然发生呼吸窘迫时与呼吸器配合不良而导致病人的不适，且呼吸器无法正常作用而发生警报，造成病人、照护者及医疗人员的慌乱。呼吸模式发展至PSV由病患自行启动吸气及结束吸气后，从此人工呼吸器步入由病患自主的时代，其后的改进包括模拟自发性呼吸的特性，逐步改善吸气早期启动的灵敏度，吸气中期气流的流速，吸气晚期吸气结束的设定、并进而以计算机信息随时侦测病患的呼吸参数，以双控模式(dual control)调整，达到预设的吸气容积、吸气气流量及每分钟通气量(Minute volume，MV)。
瑞士Hamilton Galileo公司所生产的顺应支持型通气(Adaptivesupport ventilation，ASV)呼吸装置，是一种结合同步间歇性强制通气模式(SIMV)与PSV模式，可使呼吸器与使用者的呼吸同步，相较于其它双控模式的人工呼吸器，ASV呼吸模式最大的突破在于其可由控制每分钟通气量以及机器控制的呼吸速率来因应患者的需求。操作时，医护人员仅需输入病患的理想体重及通气支持百分比，呼吸器即可自动操控，以符合病患的通气需要，但是此呼吸器的缺点在于病患需要的每分钟通气量，需要由医护人员依经验估算，不同病患的每分钟通气量会随着其年纪、呼吸道及肺部健康状况、需氧量等种种变量而有所差异，这些都容易导致医护人员的判断与病患实际需求不符，而无法达到理想的通气功能，该呼吸器的使用手册中虽提及由观察动脉血二氧化碳分压(arterial blood patial pressure of carbondioxide PaCO2)来调整每分钟通气量，然而影响每分钟通气量的因子除了二氧化碳分压之外，尚有肺顺应性(lung compliance)、呼吸道的通畅、氧气消耗量、呼吸功及使用者的情绪等，若只评估血中二氧化碳分压并无法完全反应病患对于通气量的需求。
另外，同一位病患所需的每分钟通气量也会随着其情绪或健康状况变化而有所改变，在预设的每分钟通气量下，ASV呼吸模式会自动调整自发性呼吸压力(pressure support)及强制性压力呼吸(pressure control)来帮助病患来达到呼吸做功最小的理想呼吸型态，然而若是预设的每分钟通气量不符合病患呼吸需求，就必须由医护人员再次调整每分钟通气量百分比帮助病患达到呼吸做功最小的理想呼吸型态。
因此，如何发展一理想的监控及供气调整方法，使人工呼吸器的运作符合个别使用者的需求为目前迫切需要的技术。
发明内容
有鉴于现有的人工呼吸器技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自动调控人工呼吸器每分钟通气量的方法，可自动侦测并供应合适的最低每分钟通气量(AMMV)。
具体而言，本发明的目的是一种自动调控人工呼吸器每分钟通气量的方法，包括下列步骤连接人工呼吸器至使用者；提供前述人工呼吸器预设的每分钟通气量；启动前述人工呼吸器并同时监测使用者的呼吸需求；以及配合使用者呼吸需求的改变，前述人工呼吸器能够自动将预设的每分钟通气量调整为新的每分钟通气量。
前述的方法可应用于结合有SIMV通气模式与PSV模式的呼吸器种类，例如顺应支持型通气(Adaptive support ventilation，ASV)呼吸器。其中新的每分钟通气量是合适的最低每分钟通气量(AMMV)，是使ASV呼吸模式出现强制性呼吸次数大于零，最佳的状态为强制性呼吸大数介于0至5之间的每分钟通气量。
本发明的再一目的是一种自动调控人工呼吸器每分钟通气量的方法，包括下列步骤连接一结合有SIMV通气模式与PSV模式的人工呼吸器至使用者；提供前述人工呼吸器一预设的每分钟通气量；启动前述人工呼吸器并同时监测使用者的呼吸需求；以及当使用者所需的每分钟通气量高于或低于前述预设的每分钟通气量时，前述人工呼吸器能够自动调控每分钟通气量，以达到合适使用者的最低每分钟通气量。
本发明的另一目的是关于一种设定可自动调控每分钟通气量后，可降低使用者呼吸做功的人工呼吸器。
本发明的又一目的在于一种可自动调控每分钟通气量的人工呼吸器，包括一人工呼吸器，含有一讯号接收单元，用于接收使用者呼吸状态改变时产生的讯号以及一数据处理程序，其特征在于前述数据处理程序是负责判读来自讯号接收单元的讯号，并计算出合适的最低每分钟通气量，再自动回馈调控前述人工呼吸器的每分钟通气量。其中前述的人工呼吸器是采用ASV呼吸模式；且其中前述合适的每分钟通气量是为使ASV呼吸模式出现强制性呼吸次数大于零，最佳的状态是强制性呼吸次数介于0至5之间时的每分钟通气量。
图1为本发明的利用自动调控人工呼吸器调整每分钟通气量的方法流程图。
图2为每分钟通气量、使用者自发性呼吸及机器强制性呼吸的关系图。
图3为每分钟通气量、平均PTP值、平均P0.1值及平均吸气压力的关系图。
具体实施例方式
本发明的方法适用于结合有SIMV模式与PSV模式的ASV模式人工呼吸器。当此类人工呼吸器的PSV模式所提供的每分钟通气量大于或等于使用者所需的每分钟通气量时，使用者将感到舒适而减低其自发性的呼吸次数，此时，呼吸器的SIMV模式将会自行启动，由增加机器控制的强制性呼吸次数来弥补因为使用者呼吸减慢而减少的每分钟通气量。然而当所预设的每分钟通气量高于或低于使用者的需求时，现有的ASV人工呼吸器需要医护人员再度设定一合适的最低每分钟通气量，本发明的方法便是利用一数据处理程序控制前述ASV人工呼吸器，该程序可接收并判读来自使用者的呼吸，计算出合适的最低每分钟通气量，之后再自动回馈调控前述ASV人工呼吸器的每分钟通气量。
本发明的“合适的最低每分钟通气量”是定义为使ASV呼吸模式出现强制性呼吸次数大于零，最佳状态是强制性呼吸次数介于0至5之间的每分钟通气量，该通气量也是让使用者感觉舒适的最低限度的通气量。
本发明提供一种方法，让ASV呼吸模式的人工呼吸器可随时依照使用者的呼吸需求自动调控每分钟通气量，不需要时常以人为手动操作，该自动调控的每分钟通气量便是以达到前述“合适的最低每分钟通气量”为标准。
实施例一、利用本发明的呼吸器获得合适的最低每分钟通气量材料与方法使用者本实施例经过国防医学院医学人体试验委员会所评估通过，并在取得所有参与病患的受试者同意书(written informed consent)的情况下进行。如表一所示参与实验的22位使用者是因急性呼吸衰竭而在加护病房接受插管(intubated)或气管造口术(tracheostomized)治疗，并且在进行本实施例之前就已使用旧有的呼吸器辅助呼吸。所有使用者均能自发性呼吸且处于稳定的血流动力学及血氧浓度状态(适当给予氧气时，经皮血氧饱和度维持95％以上；SaO2＞95％)。为确保安全起见，本实验排除有癫痫或脑血管病史、近期冠状动脉梗塞、恶性低血氧症(refractory hypoxemia)或低血压(hypotension)的使用者。
表一、使用者资料
实验步骤本实施例使用Hamilton Galileo公司所生产的ASV呼吸模式的人工呼吸器来进行以下的实验，但本发明的方法不限于该公司所生产的顺应支持型通气呼吸器，亦可适用于他种结合SIMV模式与SPV模式的呼吸器，或由其它公司所生产、可达到相同功效的人工呼吸器。
如图1的流程所示，本发明的自动调控人工呼吸器每分钟通气量的方法包括下列步骤连接一人工呼吸器至使用者；提供前述人工呼吸器一预设的每分钟通气量；启动前述人工呼吸器并同时监测使用者的呼吸需求；配合使用者呼吸需求的改变，前述人工呼吸器自动将预设的每分钟通气量调至新的每分钟通气量。
前述的人工呼吸器为一种ASV模式呼吸器。
前述所预设的每分钟通气量是利用理想体重所计算出的。ASV 100％是依照ASV模式原始设计，定义成人每公斤理想体重为0.1L/kg。男性的理想体重计算为(身高(公分)-80)×0.7；女性的理想体重计算为(身高(公分-70)×0.6。须特别说明的是，ASV 100％仅为本研究中所使用，本项发明并不一定要以ASV 100％作为初始预设的每分钟通气量。
当ASV 100％状态维持约数分钟后，本发明的呼吸器可监测使用者的需求，找出使ASV呼吸模式出现强制性呼吸次数大于零，且介于0至5之间的每分钟通气量，本发明将该当定为目标点(PT)。该目标点即为合适的最低每分钟通气量(AMMV)。当找到目标点后，本发明的呼吸器即以该点作为新设定的每分钟通气量供气给使用者，并持续侦测使用者的呼吸需求，当该目标点无法满足使用者的呼吸需求时，本发明的呼吸器会自动重复前述的步骤，寻找新的目标点，改变供应的每分钟通气量来达到使用者的呼吸需求。
实施例二、测试不同的每分钟通气量对使用者舒适度的影响试验步骤本实施例依序测试在五种不同的每分钟通气量情况下，使用者的舒适度。五种每分钟通气量分别为ASV100％、目标点(PT)、目标点调升20％(PT+20)、目标点减少20％(PT-20)以及最后回到ASV100％。首先将每分钟通气量设定于ASV100％状态并维持十分钟，接着调整每分钟通气量，当ASV呼吸模式出现强制性呼吸次数大于零时，且介于0至5之间时，将该值定为目标点(PT)。之后，再随机将每分钟通气量自目标点调升或调降20％(PT±20)，五分钟后再将每分钟通气量自目标点调升或调降20％(PT±20)，最后再返回到ASV100％状态。于每次调整五分钟后开始进行一分钟的纪录，若目标点控制呼吸次数出现于ASV100％或大于ASV 350％时，该纪录则不列入统计。
测量与资料收集在呼吸器的Y形管与气管内插管间设置小型呼吸流速测量仪及压力传感器(VarFlax，BICORE Monitoring System，Irvine，CA，USA)，监测气流及近病人端呼吸道压力。每位病患均放置食道球导管(esophageal ballooncatheter)，使气球(10公分长)充气膨胀0.6mL，并置于食道末端以测量食道内部压力的改变，利用前项肺生理监视器(Bicore CP-100 pulmonarymonitor)记录肺部的呼吸生理状态。不过由于图像纪录无法同时与数据资料显示于屏幕上，因此必须使用信息软件(PowerLab，ADInstruments PtyLtd，Australia)于线上收集模拟信号并储存于PowerMac计算机内。
计算与分析首先排除一些干扰因素(如咳嗽、吞咽或食道痉挛)所造成不正常信号。计算整个过程的每分钟平均潮气量(tidal volume，VT)、呼吸次数(respirator rate，RR)以及每分钟通气量(VE)。至于呼吸的压力与时间的乘积(pressure-time product，PTP)是测量吸气时吸气压力的变化与此压力变化所持续的时间，PTP可直接反映呼吸做功的大小。呼吸中枢趋力(P0.1)表示吸气动作开始100毫秒内呼吸道压力的改变。
实验结果如图2所示，当每分钟通气量达到目标点时，呼吸器控制的呼吸次数增加，而使用者自发的呼吸次数急剧下降，此时每分钟通气量仍维持不变。表二是摘要前述测试的五种不同每分钟通气量的操作结果，在最初设定为ASV100％时，其平均压力支持型通气量为17.3±3.5cmH2O，病患自发的呼吸次数为每分钟20.7±4.4次，机器控制的呼吸速率为零，然而机器的目标每分钟通气量(6.1±2.2升/分钟)低于病患实际的每分钟通气量(9.1±1.8升/分钟)。
当每分钟通气量增加至目标点(PT)成为ASV159.0±33.5％及压力支持值为21.5±5.0cm H2O时，呼吸器的目标每分钟通气量(9.6±2.2升/分钟)几乎等同于病患实际的每分钟通气量(9.8±1.9升/分钟)，且呼吸器控制的呼吸次数增加至每分钟7.1±5.8次，病患自发的呼吸次数减少为每分钟13.3±7.7次。
当每分钟通气量自目标点调升20％(PT+20)成为ASV178.0±33.6％以及压力支持值为22.4±5.3cmH2O时，该呼吸器的目标每分钟通气量(10.9±2.4升/分钟)超过实际的每分钟通气量(10.4±1.9升/分钟)，且呼吸器控制的呼吸次数增加至每分钟16.2±6.9次，病患自发的呼吸次数减少为每分钟3.1±6.7次。
当每分钟通气量自目标点向下调降20％(PT-20)成为ASV139.0±33.5％以及压力支持值为20.5±6.1cmH2O时，该呼吸器的目标每分钟通气量(8.4±2.1升/分钟)再度小于实际的每分钟通气量(9.2±2.3升/分钟)，且呼吸器控制的呼吸次数减少至接近零，而病患自发的呼吸次数增加为每分钟21.1±3.5次)。
在实验的最后，将每分钟通气量恢复至目标点(PT)成为100％ASV，其压力支持值为17.2±3.4cmH2O时，该呼吸器的目标每分钟通气量(6.1±0.7升/分钟)，实际每分钟通气量(9.0±2.8升/分钟)，且病患自发的呼吸次数为每分钟21.4±8.3次，很接近最初的100％ASV设定模式。
表二、五种不同每分钟通气量的操作效果
比较上述五种不同通气量的结果，发现在ASV100％设定模式时，平均PTP值为最高，显示ASV100％并不是让使用者呼吸做功较低的每分钟通气量；当设定每分钟通气量机器强制性呼吸次数大于零，且介于0和5之间时，即达到目标点PT，此时平均PTP值低于ASV100％，显示使用者呼吸做功降低，舒适度提高，当每分钟通气量提高至PT+20时，平均PTP值与PT点相去不大(68.0±189.0及69.1±80.4)，显示使用者的呼吸做功并未再降低。由此可知当每分钟通气量≥PT时，就是使用者呼吸做功最低的时候；而在五组中，呼气末二氧化碳量(end-tidal CO2)的差异在统计学上不具意义(P值大于0.05)。图3显示每分钟通气量、平均PTP值、平均P0.1值及平均吸气压力的关系图，其中平均PTP值线*表示p值小于0.001，**表示p值小于0.003；另外平均P0.1值线+表示p值等于0.0043，++表示p值等于0.008。由图3可发现，每分钟通气量与PTP值呈明显反向关系，平均P0.1值及平均吸气压力则随着每分钟通气量的改变有些微的变动。
本发明的方法及装置可随时依照使用者的呼吸需求自动调控每分钟通气量，不仅可随时提供令使用者呼吸做功最低、感觉最舒适的每分钟通气量，并且本发明不须时常以人工计算及手动操作更改设定，可避免人为疏失或错误的经验判断。
权利要求
1.一种自动调控人工呼吸器每分钟通气量的方法，其特征在于，包括下列步骤连接一人工呼吸器至使用者；提供前述人工呼吸器一预设的每分钟通气量；启动前述人工呼吸器并同时监测使用者的呼吸需求；以及当使用者呼吸需求改变时，前述人工呼吸器能够自动将预设的每分钟通气量调控至新的每分钟通气量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，前述人工呼吸器是包括结合同步间歇性强制通气模式与压力支持型通气模式。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，前述人工呼吸器为顺应支持型通气呼吸模式。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，前述新的每分钟通气量为合适的最低每分钟通气量。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，前述合适的最低每分钟通气量是指ASV呼吸模式出现强制性呼吸次数大于零。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，前述合适的最低每分钟通气量是指强制性呼吸次数介于0至5之间的每分钟通气量。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，可降低使用者的呼吸做功。
8.一种自动调控人工呼吸器每分钟通气量的方法，其特征在于，包括下列步骤连接一结合有SIMV通气模式与PSV模式的人工呼吸器至使用者；提供前述人工呼吸器一预设的每分钟通气量；启动前述人工呼吸器并同时监测使用者的呼吸需求；以及当使用者所需的每分钟通气量高于或低于前述预设的每分钟通气量时，前述人工呼吸器自动调控每分钟通气量以达到适合使用者的最低每分钟通气量。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，可降低使用者的呼吸做功率。
10.一种可自动调控每分钟通气量的ASV模式呼吸器，包括一ASV模式呼吸器，含有一讯号接收单元，用于接收使用者呼吸状态改变时产生的讯号；以及一数据处理程序；其特征在于前述数据处理程序负责判读来自讯号接收单元的讯号，并计算出合适的最低每分钟通气量，之后再自动回馈调控前述ASV模式呼吸器的每分钟通气量。
11.如权利要求10所述的呼吸器，其特征在于，前述合适的最低每分钟通气量指ASV呼吸模式出现强制性呼吸次数大于零。
12.如权利要求11所述的呼吸器，其特征在于，前述合适的最低每分钟通气量是强制性呼吸次数介于0至5之间的每分钟通气量。
13.如权利要求10所述的呼吸器，其特征在于，可降低使用者的呼吸做功。
全文摘要
本发明提供一种人工呼吸器自动调控每分钟通气量的方法，可自动侦测使用者的通气量需求，自动调控以供给最合适的最低每分钟通气量，以避免人为计算的疏失或错误的经验判断。本发明亦包括可自动调控每分钟通气量，有效降低使用者呼吸做功的呼吸器。
文档编号A61M16/00GK1743021SQ200410074109
公开日2006年3月8日 申请日期2004年8月31日 优先权日2004年8月31日
发明者吴清平, 傅立成, 杨式兴, 陈健文, 彭俊铭 申请人:吴清平