专利名称：测量吸气负载的变化的方法和系统的制作方法
技术领域：
本方法和系统涉及机械通气(mechanical ventilation)，更具体地，本方法和系统涉及测量机械通气期间的吸气负载的变化。
背景技术：
较难确定自主呼吸患者中的机械通气的适当传送，除非已知与患者的呼吸驱动力和负载相关的信息。曾提出了通过使用膈(diaphragm)的电活动性EAdi (也称作膈肌电图EMG) 确定呼吸驱动力的方法以及使用这些方法控制通气辅助(美国专利Nos. 5，820，560; 6，962，155 ；7，021，310)。用于确定被动弹性和阻力呼吸负载(passive elastic and resistive respiratory load)的现有方法也已记载于例如美国专利No. 5，884，622中，通过美国专利 No. 5，107，830中所记载的运动方程来控制所谓的成比例辅助通气。用于确定施加在患者的呼吸系统上的负载的现有方法的局限在于其假设了呼吸肌(respiratory muscle)在呼气期间是非活性的，而事实上并不总是这样。
发明内容
在第一方面，本发明方法测量了施加在患者的呼吸系统上的吸气负载 (inspiratory load)的变化。为此，本方法测量了患者的至少一种呼吸肌的电活动性 (EAim)。本发明也测量了吸气量(Vt)、尝试对抗闭合气道的吸气期间的吸气气道压力 (inspiratory airway pressure) (Paw。。。)。然后，本方法计算所测量的吸气气道压力Paw。cc 和所测量的电活动性之间的第一关系。本方法也计算所测量的吸气量和所测量的电活动性之间的第二关系。本方法由第一关系和第二关系计算负载系数，且基于负载系数确定施加在患者的呼吸系统上的吸气负载的变化。在另一方面，本发明系统适用于测量施加在患者的呼吸系统上的吸气负载的变化。该系统包括测量患者的至少一种呼吸肌的电活动性(EAim)的机构，测量吸气量(Vt) 的机构，以及测量尝试对抗闭合气道的吸气期间的吸气气道压力(Paw。。。)的机构。该系统另外包括计算所测量的吸气气道压力Paw。。。和所测量的电活动性之间的第一关系的机构， 以及计算所测量的吸气量和所测量的电活动性之间的第二关系的机构；由第一和第二关系计算负载系数的机构。该系统也包括基于负载系数确定施加在患者呼吸系统上的吸气负载的变化的机构。在又一方面，本发明系统测量了施加在患者的呼吸系统上的吸气负载的变化，该系统使用了所测量的患者的至少一种呼吸肌的电活动性(EAim)、所测量的吸气量(Vt)和所测量的吸气气道压力(Paw。。。)。在这个方面，该系统包括用于计算所测量的闭合气道的吸气气道压力和所测量的电活动性之间的第一关系的计算器，以及用于计算所测量的吸气量和所测量的电活动性之间的第二关系的另外的计算器。然后，该系统由第一和第二关系计算负载系数，且基于负载系数计算施加在患者的呼吸系统上的吸气负载的变化。
通过阅读下文的示例性实施方案的非限制性说明，本发明方法和系统的上述的和其他的目的、优势和特征将会更加显然，所述示例性实施方案以参考附图的实例方式给出， 在附图中图1是根据一个方面用于测量机械通气期间的吸气负载的变化的系统的示意图；图2是示出用于测量机械通气期间吸气负载的变化的方法的流程图；图3是示出了在通过传送的气道压力(Paw)的吸气卸载(inspiratory unloading)的渐增(ramp increase)期间以及神经调节通气辅助期间所估计的PV负载系数和所测量的等量Pes/Vt比率的图示；图4是示出了在神经调节通气辅助期间通气辅助(Paw)的渐增对UL系数和所测量的卸载(Pes以无辅助的条件的百分比表示)的影响的图示；以及图5是用于测量机械通气期间的吸气负载的变化的系统的另一方面的示意图。详细内容本发明方法和系统测量施加在患者的呼吸系统上的吸气负载的变化。为此，本发明方法和系统确定施加在患者的呼吸系统上的动态负载。本发明方法和系统可以应用于任何人工呼吸模式。更具体地，本发明方法和系统估计患者的呼吸系统的神经吸气努力(neural inspiratory effort)以及确定施加在患者的呼吸系统上的动态负载。通过估计神经吸气努力，例如通过考虑患者的吸气肌(inspiratory muscle)产生胸膜腔压力Ppl的能力，产生所述压力是响应张开肺部的神经激活，可以调节通气辅助，该通气辅助是患者呼吸系统的动态负载的函数。现参考图1，其是用于测量机械通气期间吸气负载的变化的本发明系统100的一个方面的示意图。该系统包括吸气量(Vt)测量设备102、吸气肌的电活动性(EAim)测量设备104和闭合期间的吸气气道压力(Paw。。。)的测量设备106。该系统100另外包括Vt/EAim 关系计算器108和Paw。。。/EAim。。。关系计算器110。另外，该系统100包括PV负载系数计算器112、变化确定模块114和调节模块116。现在同时参考图1和2，其中图2是示出了用于测量机械通气期间的吸气负载变化的方法200的流程图。操作202该方法200开始于通过吸气量Vt测量设备102测量吸气量Vt。为了测量吸气量 vt，在一次呼吸期间将机械通气机的辅助压力、辅助流量和/或辅助体积间歇地降低至0水平或呼气末正压(PEEP)水平。吸气量Vt是在患者无通气机辅助的吸气努力期间测量的。 吸气量Vt通常以升(L)计。操作204该方法200接着通过肌肉活动性EAim测量设备104测量至少一种呼吸肌的电活动性EAim。EAim是在患者无通气机辅助吸气努力期间测量的以及可以计算为平均值、 峰值、面积值或其他可以反映吸气努力的量。电活动性EAim可以在膈处测量(具体称作EAdim)，或在肌肉组合的任何呼吸肌处测量。通常同时测量电活动性EAim和吸气量Vt。操作 206该方法200通过吸气气道压力Paw。。。测量设备106追踪测量吸气气道压力Paw。cc。 通过间歇进行吸气闭合(inspiratory occlusion)测量吸气气道压力Paw。。。。从吸气活瓣闭合且开始吸气起，在部分吸气期间或在整个吸气过程中测量吸气气道压力Paw。。。。气道中的压力可以计算为峰值、平均值、面积值或其他量。当吸气闭合期间获得的静态食管压(static esophageal pressure)Pes和在气道中或患者呼吸系统的呼吸循环中所测的吸气压Paw —致时，备选地可以测量Pes以取代吸气气道压力Paw。。。。可以同时测量吸气气道压力Paw。。。和相应的电活动性EAim。cc。操作208然后，该方法200通过Vt/EAim关系计算器108计算吸气量Vt和所测量的电活动性EAim之间的第一关系。该第一关系表示患者呼吸系统的吸气量产生能力(volume generating ability)。第一关系因此通过比率Vt/EAim给出，在无机械通气机辅助的吸气期间测量，单位为L/μ V。除了所测量的肌肉之外的肌肉可能和压力的产生有关以及有利于吸气量，但是和 EAim的产生无关，这导致很难确保绝对值是充足的，虽然绝对值以校准单位(calibrated unit)给出。但是，已证实了上述系数变化是可靠的(Beck et al Am J Respir Crit Care Med 2001 ；Beck 等人 J Appl Physiol. 1998)。操作210该方法200通过Paw。。。/EAim。。。关系计算器110计算吸气气道压力Paw。。。和电活动性EAim。。。之间的第二关系。通过考虑吸气气道压力Paw。。。和产生压力所需的神经作用(neural effort)之间的关系，可以估计患者吸气肌针对给定的神经输出信号(静态神经机械功效(static neuromechanical efficiency))产生的压力的“静态”能力。因此，在尝试对抗闭合的吸气期间，所测量的呼吸肌的压力产生能力可以通过比率Paw。。。/EAim。。。表示。计算吸气气道压力Paw·和EAinw之间的比率且以CmH2O/ μ V表示。操作212该方法200通过PV负载系数计算器112计算负载系数，也记为PV负载系数。使比率相除(Paw0CC/EAim0CC)/(Vt/EAim)[单位=(cmH2O/ μ V)/(L/ μ V)]，可以得到Paw。。。和Vt之间的比率，即(Paw。。。/Vt)[单位=cm H20/L]，其为需要多少吸气气道压力 Paw以产生给定的吸气量Vt的量度，且表示患者呼吸系统的吸气负载的量度。负的更多的 PV负载系数(即其呈现更负的值)，表示需要更大的吸气气道压力Paw以产生吸气量Vt，即患者呼吸系统的吸气负载增加。负的较少的PV负载系数(即其呈现负的较少的值)，表示需要较小的吸气气道压力Paw以产生吸气量Vt，即患者呼吸系统的吸气负载减小。不能使用PV负载系数除非患者(他/她)自主呼吸，即患者在无通气辅助时产生吸气量，以及他/她在吸气时发生的气道闭合期间产生负压偏移(negative pressure deflection)。关于吸气努力，PV负载系数不依赖于该努力，即其不受吸气努力大或小的影响，因为与具有更低EAdi的较小努力相比，较大努力(高EAim)将在闭合期间产生负的更
6多的压力偏移(Paw。。。)以及在无辅助呼吸期间产生更大的体积(Vt)。现在同时参考图3，其是示出了在传送的气道压力(Paw)(即吸气卸载)的渐增期间所估计的PV负载系数和所测量的等量Pes/Vt比率，且具有例如记载于美国专利 No. 5，820，560中神经调节通气机辅助，以及所测量的吸气负载(Pes/Vt)的图示。为了识别依赖时间的吸气负载成分，用Ti (无辅助呼吸持续时间)除PV负载系数，如下(Paw。。。/EAim。。。) / (Vt/EAim) /Ti。操作214该方法200借由变化确定模块114基于所计算的PV负载系数确定变化。用Ti除PV负载系数的除法运算添加了与吸气期间的依赖(抵抗的(resistive)) 时间负载成分相关的信息，并将其称作PV负载κ。当PV负载κ系数负的更多时，吸气负载增加，反之亦然。为了将依赖时间的成分引入PV负载系数中，可以通过将无辅助呼吸持续时间Ti 乘以PV负载系数以引入无辅助呼吸持续时间Ti，计算方法如下(Paw。。。/EAim。J / (Vt/ EAim)*Ti。通过该乘法运算可以确定每次呼吸的积分吸气负载(integrated inspiratory load)并将所得的PV负载系数称作PV负载》 。当PV负载》 系数负的更多时，每次呼吸的吸气负载增加，反之亦然。为了估计施加在患者呼吸系统上的吸气负载的与局部缺血性疲劳(ischemic fatigue)相关的成分，可以用收缩负载循环(contraction duty cycle)(即持续时间Ti除以无通气机辅助的呼吸循环的总时间)乘以吸气负载，并将其称作PV负载d。。当PV负载d。 系数负的更多时，局部缺血性疲劳的可能性增加，反之亦然。为了确立每分钟的量度，上述系数中的任何系数可以乘以呼吸速率。当系数值负的更多时，吸气负载和局部缺血性疲劳的可能性增加。上述系数中的任何系数可以单独使用或组合使用以确定吸气期间吸气负载的变化。确定所述变化的一个实例如下当规则地测量时，PV负载系数(或如上所述的该系数的任何其他变体)将表示患者的吸气负载的变化。使用者(护理人员)利用这个信息(值)估计处理的效果或确定是否需要改变通气辅助。针对自动化应用，在频繁的时间间隔时1)计算器108计算比率Vt/EAim，其中Vt和EAim是无辅助吸气期间在机械通气机中测量的。计算器108存储了所计算的比率Vt/EAim。2)计算器110计算了比率Paw。。。/EAim。。。，其中Paw。。。和EAdimocc是患者闭合吸气努力期间在机械通气机中测量的。计算器Iio存储了比率Paw。。。/EAim。。。的值。3)计算器112计算比率(PaW。。。/EAim。。。)/(Vt/EAim)作为PV负载系数并存储该PV 负载系数的值。4)所计算的PV负载系数随时间显示在监视器上从而使得变化趋势可视化。5)变化确定模块114，其可以是例如比较器，比较旧(在先的)PV负载系数值和新 (在后的)PV负载系数值(也可以利用对大量PV负载值进行的回归分析)以确定PV负载系数值的增加或减小。
6)报警器实现使用者-设定来对PV负载系数变化进行限制。当旧(在先的)PV 负载系数比新(在后的)PV负载系数负的更多，并且该差值大于使用者-设置的界限，报警器触发以指示使用者注意施加在患者的呼吸系统上的吸气负载降低，例如使其注意到患者可能需要更低水平的通气辅助。7)当旧(在先的)PV负载系数比新(在后的)PV负载系数负的更少，并且该差值大于使用者-设置的界限，报警器触发以指示使用者注意施加在患者的呼吸系统上的吸气负载增加，例如使其注意到患者可能需要更高水平的通气辅助。该监控实例可以应用于任何上述的PV负载系数的变体。操作216该方法200通过调节模块116基于所确定的变化调节机械通气。当规则地测量时，PV负载系数表示施加在患者的呼吸系统上的吸气负载的变化， 从而使得可以调节由机械通气机传送的压力/流量/体积辅助以增加辅助用于补偿所增加的吸气负载或者在减小的吸气负载时减小辅助。可以使用调节模块116以补充通气辅助的变化，且可以使用多种方法。一个可能的选择是将吸气负载(PV负载系数)和总压力努力(pressure effort) (Pawtot)相关联，其中总压力努力即为机械通气机所传送的压力加上由患者产生的吸气压力。可以如下估计由患者产生的吸气压力Ppat:针对产生压力的能力的系数(即气道闭合期间的比率PaW。。。/EAim。J乘以呼吸的吸气阶段期间的EAim(有通气辅助或无通气辅助)， 其提供了每次呼吸期间的Paw值(即Paw。。。/EAim。。。*EAim = Paw)，称作Ppat。可以在每次非闭合呼吸(unoccluded breath)期间测量由机械通气机传送的压力 Pvent和吸入潮气量(tidal inspiratory volume) Vt0将Pvent减去Ppat计算由患者和通气机所产生的总吸气压力Pawt。t (实际上是压力的相加因为Ppat是负值)。由患者和通气机所产生的总吸气压力Pawt。t然后除以与获得Pawt。t的呼吸相同呼吸的吸气量(Pawt。t/Vt)，表示相对体积由患者和通气机所产生的总吸气压力，其之后称作 PVinsp 系数。最后，当PV负载系数(即如上述所计算的Paw/Vt以说明施加在患者呼吸系统的吸气负载)以和PVinsp系数(Pawt。t/Vt)相关的形式进行表示时，即使用关系(Paw/Vt)/ (Pawt。t/Vt)，表示施加在患者的呼吸系统上的吸气负载的比率，其和由患者和通气机针对所述呼吸所产生的估计的总吸气压力相关。后一卸载系数将称作UL系数。UL系数为-1表示患者不接受任何通气辅助，UL系数为-0. 5表示患者和通气机之间每体积产生相等压力， 以及UL系数为0表示患者完全卸载。现在参考图4，其为示出了在神经调节通气辅助期间通气辅助(Paw)的渐增对 UL系数和所测量的卸载(Pes以无辅助条件的百分比表示)的影响的图示(美国专利 No. 5，820，560)。图4示出了随着通气辅助的增加UL系数和所测量的卸载(Pes)相似。当然该UL系数可以应用于传送通气辅助的任何其其他模式。调节通气辅助的另一更简单的方法是使用绝对单位以提供每体积的吸气气道压力的量，其由PV负载系数预测。例如当PV负载系数是-50cmH20/L以及所需的潮气量是 0. 5L时，理论上使用25cm H2O应该足够补偿潮气量为0. 5L期间施加在患者的呼吸系统上的吸气负载。因此，当PV负载系数负的较少(例如至-40cm H20/L)时，应该减小通气辅助(至20cm H2O)以支撑呼吸，其中潮气量为0.5L，反之亦然。当需要较高或较低的补偿时，在计算中应用常量，当常量为小于1时将提供比通过PV负载系数所最初估计的更小的辅助， 或当该常量为大于1时将提供更大的辅助。闭合期间的所有变量Paw。。。和EAim。。。以及患者无通气机辅助努力期间的Vt和 EAim，或通气机辅助努力期间的Paw和EAim可以计算为各变量的开始和峰值之间的差别或计算为各变量的平均偏差。可以在当EAim不下降的任何点得到比率Vt/EAim以及Paw·/ EAim。。。并进行比较。在不偏离本方法和系统的范围内，可以任选使用计算偏差、积分或相关的值的其他方法。另外，当患者进行吸气努力以及测量了参数例如EAim，Paw和Vt时，上文所述的系数可以应用于所有的机械通气模式。现在参考图5，其是用于测量吸气负载的变化的系统500的另一方面的示意图。在这个方面，吸气量测量值Vt、吸气肌的电活动性测量值(EAim和EAim。。。)和吸气气道压力测量值Paw。。。，通过机械通气机进行测量并提供给系统500。因此可以将系统500添加至机械通气机(未示出)，或和它分离。计算器108、110和112可以是单独的计算器或整合到单一的计算器中。计算器 108可以作为硬件运行，例如在一个或多个现场可编程门阵列中，或作为由微处理器运行的软件。变化确定模块114和调节模块116也可以在硬件或软件中运行。变化确定模块114 可以另外包括用于存储在先的PV负载系数的存储器并由此确定趋势。变化确定模块114 的存储器可以另外存储趋势。虽然已经借由示例性实施方案对本发明方法和系统进行了说明，这些实施方案的修改和变化也落入如在附属权利要求中所述的本发明的保护范围中。
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权利要求
1.测量施加在患者呼吸系统上的吸气负载的变化的方法，其包括 测量患者的至少一种呼吸肌的电活动性(EAim和EAim。J ；测量吸气量(Vt)；测量闭合气道的吸气气道压力(Paw。J ；计算所测量的吸气气道压力和所测量的电活动性EAim。。。之间的第一关系； 计算所测量的吸气量和所测量的电活动性EAim之间的第二关系； 由第一和第二关系计算负载系数；基于负载系数确定施加在患者呼吸系统上的吸气负载的变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在膈上测量所述电活动性(EAim)并将其称作 EAdi。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述吸气气道压力(Paw。。。)是所测量的吸气闭合期间的食管压。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述吸气量(Vt)是在无机械通气机辅助的吸气期间测量的。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述吸气气道压力(Paw。。。)和所述电活动性 (EAimocc)是在无机械通气机辅助的吸气期间同时测量的。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述吸气量(Vt)和所述电活动性(EAim)是在无辅助吸气努力期间同时测量的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述负载系数是(PaW。。。/EAim。J/(Vt/EAim)。
8.用于测量施加在患者呼吸系统上的吸气负载的变化的系统，其包括 测量患者的至少一种呼吸肌的电活动性(EAim和EAim。。。)的机构； 测量吸气量(Vt)的机构；测量闭合气道的吸气气道压力(Paw。。。)的机构；计算所测量的吸气气道压力和所测量的电活动性EAim。。。之间的第一关系的机构； 计算所测量的吸气量和所测量的电活动性EAim之间的第二关系的机构； 由第一和第二关系计算负载系数的机构；基于负载系数确定施加在患者呼吸系统上的吸气负载的变化的机构。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述用于测量电活动性(EAim)的机构测量膈的电活动性并将其称作EAdi。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述用于测量吸气气道压力(Paw。。。)的机构测量吸气闭合期间的食管压。
11.根据权利要求9所述的系统，其中所述用于测量吸气量(Vt)的机构在无机械通气机辅助的吸气期间进行测量。
12.根据权利要求10所述的系统，其中所述用于测量吸气气道压力(Paw。。。)的机构和用于测量电活动性(EAim。。。)的机构在无机械通气机辅助的吸气期间同时进行测量。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述用于测量吸气量(Vt)的机构和用于测量电活动性(EAim)的机构在无辅助吸气努力期间同时进行测量。
14.根据权利要求8所述的系统，其中所述负载系数是(PaW。。。/EAim。J/(Vt/EAim)。
15.用于测量施加在患者呼吸系统上的吸气负载的变化的系统，其使用所测量的患者的至少一种呼吸肌的电活动性(EAim和EAim。。。)、所测量的吸气量(Vt)和所测量的气道闭合期间的吸气气道压力(Paw。。。)，所述体系包括计算所测量的吸气气道压力和所测量的电活动性EAim。。。之间的第一关系的计算器；计算所测量的吸气量和所测量的电活动性EAim之间的第二关系的计算器；由第一关系和第二关系计算负载系数的计算器；以及基于负载系数计算施加在患者呼吸系统上的吸气负载的变化的计算器。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述负载系数是(PaW。。。/EAim。J/(Vt/EAim)。
全文摘要
测量机械通气期间患者呼吸系统的吸气负载变化的方法和系统。该方法和系统计算所测量的吸气气道压力和所测量的呼吸肌的电活动性之间的第一关系，以及所测量的吸气量和所测量的电活动性之间的第二关系。由第一关系和第二关系计算负载系数。基于负载系数确定吸气负载的变化。
文档编号A61B5/08GK102355857SQ201080012114
公开日2012年2月15日 申请日期2010年1月15日 优先权日2009年1月16日
发明者C.新德比, J.贝克 申请人:圣米高医院