用于控制患者苏醒的方法和系统与流程

本发明涉及一种方法和系统，用于控制通过吸入麻醉剂进行麻醉的患者从麻醉中苏醒。

背景技术：

为对患者进行外科手术，将对患者进行麻醉以免除患者疼痛和知觉，并且避免患者在手术期间活动。常规麻醉的主要目的是获取受控制的无意识状态、减轻痛苦、放松肌肉并且减少自主神经系统的响应。

常规麻醉期间，患者无法使用其呼吸肌进行呼吸。为此，使用通气装置对患者进行通气，以实现肺部气体交换。通气的目的在于向患者的肺部提供足够的氧气。通气还允许患者进行呼气以排出二氧化碳，而二氧化碳是人体新陈代谢的废弃物。

为了麻醉患者，可例如使用导管经由静脉将麻醉剂引入体内。或者，在使用挥发性麻醉剂时可采用吸入诱导方法。为了能够使用这些挥发性麻醉剂，除了呼吸机之外，麻醉释放系统(anesthesiadeliverysystem)还包括呼吸气体混合器和蒸发器，用于为通气获取所需混合比的氧气、吸入麻醉剂以及平衡气体。最常用的吸入麻醉剂是七氟烷、地氟烷和异氟烷。平衡气体通常是氮气(n2)。或者，可使用一氧化二氮(n2o)。所获得的新鲜呼吸气体混合物供应到与呼吸机相连的呼吸回路，以将所述混合物传输到患者的肺部。呼吸气体混合物中的麻醉剂将传输到肺部以扩散到患者组织并且调节麻醉效果。

通常，患者麻醉气体浓度介于1％到10％之间。麻醉剂气体从肺部经由肺泡膜溶解到血液循环中。血液循环将麻醉剂输送到中枢神经系统。当患者中枢神经系统中的麻醉剂浓度达到预定水平时，麻醉效果开始。

吸入剂同样可溶解于其他身体组织，例如脂肪。麻醉剂将继续在体内扩散，直到所有组织已经达到必要的麻醉剂浓度水平。到达这一点所需的时间和达到必要浓度水平所需的麻醉剂量取决于所用麻醉剂的溶解度以及患者的体型大小。

患者苏醒是指患者醒来并恢复其保持自主充分通气的能力，将在麻醉过程结束时发生。在患者苏醒期间，实现患者苏醒的目标之间存在冲突。首先，必须将患者体内的麻醉剂清除到一定水平，以使患者能够使用其肌肉。这还意味着，所有体室内的麻醉剂浓度应降低到水平，以使患者能够进行肌肉活动。

从患者体内去除麻醉剂所需的时间取决于麻醉剂的溶解性以及通气效率。这意味着去除麻醉剂所需的时间首先取决于溶解在患者身体组织中的麻醉剂的数量，其次取决于使用无麻醉剂通气清除麻醉剂的速度。

进行无麻醉剂通气的方法是，使用不含麻醉剂的气体冲洗通气气体回路，因此，患者通气回路中的麻醉剂浓度将逐渐降低。无麻醉剂的气体输送到患者肺部，将肺泡气体浓度进行稀释。接下来的呼气会使麻醉剂随稀释气体从患者体内排出。经过稀释的肺泡浓度使得麻醉剂从血液中扩散到肺泡气中，并且进一步通过通气排出麻醉剂。逐渐地，血液中麻醉剂浓度的降低将有助于去除所有身体组织内的麻醉剂。

应注意到，在无麻醉剂通气期间，通气还具有将二氧化碳从患者肺部清除的效果。一个复杂因素是，二氧化碳浓度是人类中枢神经系统的呼吸中枢的主要激活剂。为此，肺中二氧化碳浓度升高对于实现患者苏醒而言至关重要。二氧化碳浓度的提高通常从呼吸暂停开始。也就是说，临床医师在由临床医师选择的时间停止通气，并且开始使用手动通气袋进行手动通气控制。减少通气意味着向患者提供更少的氧气，因此患者的氧合作用在此过程中可能降低，特别是当体内氧气诸量大大小于二氧化碳量时。为产生二氧化碳，患者新陈代谢需要氧气。换言之：氧输送是碳累积的先决条件。

通常，为补偿降低的氧含量，在开始手动通气之前，患者肺部填充了高浓度氧气，使得肺部和血液均可储存氧气。但是，肺部储存的氧气可能耗尽，导致患者开始自主呼吸所需的肌肉供氧下降。为展现可能的氧量下降，通常在苏醒阶段测量身体氧饱和度，以监测是否需要向肺部充氧。

向肺部填充预定数量的氧将具有进一步的负面效果。氧气将从肺泡溶解到血液循环中，从而耗尽肺泡的气体容量。肺泡萎陷以及与封闭肺泡相连通的血流不会进一步氧合，从而影响循环氧输送。可以通过呼吸机的高压来复张萎陷的肺泡。但是，患者与通气装置断开之后，此方案不再有效。在这些情况下，肺泡只有在患者呼吸肌肉强度增强以产生胸膜负压时逐渐复张。同时，患者将开始通过供氧管主要呼吸环境空气。这可导致供氧量由于患者氧合作用减少而下降，并且最坏情况的是，患者在与呼吸机断开之后出现缺氧。

鉴于以上观察，显然需要改进用于控制患者在吸入麻醉过程之后苏醒的方法，以帮助患者恢复其以受控且安全的方式维持自主充分换气的能力。

技术实现要素：

一方面，本发明涉及一种用于控制通过吸入麻醉剂进行麻醉的患者从麻醉中苏醒的方法，其中患者在苏醒期间使用呼吸机进行通气，所述方法包括：

-将患者呼吸气体中的吸入麻醉剂浓度减少到允许患者自主呼吸的水平，

-监测患者的呼气，以确定至少呼气o2浓度，

-确定患者的呼气o2浓度的目标水平，

-将所监测的呼气o2浓度与患者的呼气o2浓度的目标水平进行比较，以及

-控制患者呼吸气体中的o2浓度，以使患者的呼气o2浓度与呼气o2浓度的目标水平相匹配。

在第二方面中，本发明涉及一种用于控制通过吸入麻醉剂进行麻醉的患者从麻醉中苏醒的系统，其中患者在苏醒期间使用呼吸机进行通气，所述系统包括：

-用于对患者通气的呼吸装置，所述呼吸装置包括用于将所述呼吸装置连接到患者呼吸回路的管子，

-连接到所述呼吸装置的呼吸机，用于提供加压呼吸气体，

-呼吸机控制器，所述呼吸机控制器连接到所述呼吸机，以控制使用所述呼吸机提供的气量和呼吸频率，

-气体混合器和蒸发器，用于提供患者呼吸气体，所述气体混合器和蒸发器连接到所述呼吸机，

-患者气体控制器，连接到所述气体混合器和蒸发器，用于控制由所述气体混合器和所述蒸发器提供的新鲜患者呼吸气体的组分，

-传感器，所述传感器连接到所述患者气体控制器，用于提供所述患者的至少所监测的呼气o2浓度，患者气体控制器适用于将患者的呼气o2浓度与呼气o2浓度的目标浓度进行比较，并且向气体混合器提供指令以控制患者呼吸气体的组分，从而使呼气o2浓度与目标o2浓度相匹配。

在进一步方面中，本发明涉及一种用于存储计算机可执行指令的计算机可读介质，当被计算机执行时，所述计算机可执行指令使所述计算机执行根据本发明的方法。

以上实施例中的至少一个实施例为背景技术部分中所述的问题和缺点提供了一个或多个解决方案。所属领域中的普通技术人员将从以下说明和随附权利要求书中显而易见地了解到本发明的其他技术优势。本发明的多个实施例仅涉及所述优势中的一部分优势。没有任何一个优势对于这些实施例而言至关重要。任何提出权利要求的实施例可与其他任何提出权利要求的实施例进行技术合并。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施例并且用于以示例的方式说明本发明的原理。

图1是根据本发明的麻醉释放系统的示意图，以及

图2示出了根据本发明的方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

在本发明中，术语“麻醉吸入剂”用于说明可通过吸入给药并且特别适用于在手术期间麻醉患者的活性物质。术语“挥发性麻醉剂”和术语“麻醉吸入剂”是指在吸入麻醉过程中所用的相同类型的活性物质。

在本发明中，术语“呼气末”(“end-expiration”)和“呼气”用于指患者呼出的气体。

在本发明中，术语“呼吸装置”用于对患者通气的装置，例如呼吸回路。

本发明涉及在麻醉过程结束时控制患者的通气和氧合。也就是说，在苏醒过程中自动控制通气和氧合，并且一旦患者能够使用自主呼吸满足气体交换需求时，将通气从能够充分满足麻醉期间所需气体交换的第一水平减少到将患者与通气系统断开的水平。

苏醒时充满风险。通常，患者将由麻醉师或者苏醒护士一对一进行监视，直到他们重新获得气道控制和心血管稳定性，并且能够交流。

一旦患者恢复意识、能够维持畅通的气道并且表现出保护性气道反射，则将患者从通气系统断开并拔除管子。此外，呼吸和氧合应处于令人满意的水平。在实践中，将进行测量，以确保患者的心血管系统稳定，不存在无法解释的心脏异常或持续流血，脉搏和血压处于可接受的水平。

根据本发明的方案的一个目标是提供自动化系统和过程，以实现患者的安全苏醒，其中所述过程既安全又与操作员无关。为了实现这样的过程，麻醉释放系统结合适用于测量患者呼气末o2浓度的传感器一起使用。所述传感器也可适用于测量其他呼气末组分，例如co2和麻醉剂浓度。此外，使用气体混合器来控制在苏醒期间供给到呼吸回路的新鲜呼吸气体流速和气流浓度，以供应氧气来满足患者的氧合需要。所述系统进一步具有对患者肺部进行通气的呼吸机，以向肺部输送呼吸氧气并且去除二氧化碳。所述通气还提供患者肺部的气体组分的采样，以用于测量呼气末浓度。

图1是根据本发明的实施例的麻醉释放系统1的示意图。麻醉释放系统1包括呼吸装置或呼吸回路2、患者支路管7(patientlimbtubing)以及二氧化碳吸收器。此外，所述系统包括呼吸机3，用于提供患者5的气道和肺部的通气，以及气体混合器/蒸发器4，用于向呼吸回路提供新鲜呼吸气体。患者监测器6连接到患者支路管7，所述患者支路管将呼吸装置2与患者5相连。患者监测器6包括传感器，所述传感器配置成监测气流中的至少o2浓度，并且适用于接收与患者5的呼气相关的气体浓度测量的相关信息。患者监测器6与患者支路管7之间的连接可以包括气体采样管，用于从患者支路管7中获取呼吸气体样本，从而在连接到患者监测器6的气体分析器中进行分析。或者，如果气体分析器直接连接到患者支路管7，则所述连接可以是电连接。

呼吸回路2将允许气体从肺部呼出。通常，呼吸回路2将呼出的气体重新循环到呼吸机3，以便允许将呼出的气体重新用于后续的通气。这样做的目的是节省相对昂贵且对环境有害的麻醉组分。在呼出气体的再循环步骤之前，通过co2吸收器去除气流中的co2。剩余气流与通过气体混合器/蒸发器4提供的大量新鲜呼吸气体相混合。

混合监测器6还可以适用于利用安装到患者5身上的传感器接收与患者5的特定生理参数相关的其他信号，例如血液血红蛋白值以及与氧饱和度相关的值(spo2)。

呼吸机3可以是任何自动控制型呼吸机，例如已知用于麻醉释放系统的电子控制型呼吸机。系统1进一步包括可操作地连接到呼吸机3的呼吸机控制器8呼吸机呼吸机。呼吸机控制器8连接到患者监测器6，接收与呼出气体浓度相关的信息。呼吸机控制器8还连接到用户接口9。此用户接口9适用于允许操作员输入目标信息，例如，患者5呼出的气体的o2和co2目标含量。用户接口9进一步适用于提供指令，例如，患者呼气中的任何气体组分的优选转移速率(transitionrate)。用户接口9还可以用于触发启动自动患者苏醒过程。

基于从用户接口9和患者控制器6接收的输入，通气控制器8能够生成用于呼吸机3的指令。这些指令可以涉及呼吸量、呼吸吸气压力、呼吸频率以及呼气末压力水平。呼吸机控制器8还接收与患者自主呼吸动作相关的信息。此信息可以通过连接11提供。作为连接11的附加或替代，可使用患者监测器6将类似的信息发送到呼吸机控制器8。

如果呼吸机控制器8接收与患者5的自主呼吸相关的信息，则通气控制器8可以通过升高的吸气压力来启动立即呼吸支持。在重复自主呼吸动作的情况下，患者5将掌控呼吸频率，并且呼吸机控制器8能够将通气3提供的支持水平调整到由患者5施加的频率。如果自主呼吸停止，则呼吸机控制器8适于控制呼吸，包括施加给患者5的呼吸频率。呼吸机控制器8继续通过连接12从患者气体控制器10接收进一步信号。通过此连接，通气控制器8接收与将新鲜呼吸气体输送到患者5相关的信息。此信息可用于从患者氧合作用的角度审查通气是否充足。最大新鲜呼吸气体o2浓度结合流速和所测得的患者呼气末o2浓度可提供有关可能需要增加通气以满足患者氧合作用的信息。如果尽管进行最大新鲜呼吸气体氧供应，但所测得的患者呼气末o2浓度仍低于设定的目标水平，则表明应增加通气。

此通气控制操作包括针对患者执行的自主呼吸来调整呼吸机产生的支持压力。此控制可进一步包括在患者执行的自主呼吸停止一段时间之后，产生额外的呼吸。例如，通常将20秒用作判定存在呼吸暂停的时间间隔。这样也可每20秒提供患者呼气气体的样本，以确保适当的患者氧合作用。

还对呼吸机产生的支持压力进行控制，以提供能够对患者肺泡气进行适当采样的呼吸量，从而有效地监测患者呼出的o2、介质和co2浓度。

一旦患者苏醒，自主动作将有规律地重复以控制呼吸频率并且自主呼吸操作充分有力。当所测得的气末co2仍然在指定的苏醒co2目标以下时，可以减小并且最终停止呼吸机的支持。

气体混合器和蒸发器控制器10从患者监测器6接收气体浓度并且从用户接口9接收苏醒过程的o2和co2目标含量。o2目标可以与麻醉期目标相同，但是co2目标可能已提高以允许co2累积，从而激发自主呼吸。控制器10将所述目标与相应的测量值进行比较，并且指示气体混合器4提供匹配目标所需的o2浓度以及呼吸机3匹配o2和co2目标。

图2示出了根据本发明一个实施例的自动患者苏醒的不同步骤。在第一步骤20中，苏醒过程开始。在进一步步骤21中，通气气体中的吸入麻醉剂浓度从适用于麻醉目的的第一水平减小到适用于促使患者苏醒的第二水平。吸入麻醉剂气体浓度的减小可通过至少部分关闭蒸发器并且提高新鲜呼吸气体流速来实现。这些措施的效果是，呼吸回路和肺泡气将得到冲洗以去除麻醉剂。控制冲洗流中的o2浓度以允许所测量的呼气末气体中的o2浓度与设定的目标值相匹配。控制通气以将所测量的co2值与指定的目标相匹配，同时还考虑氧合比较和氧气输送状态。

同时，可能的n2o输送将停止，并且平衡气体中将主要包括n2。将控制所述气体混合物中的新鲜呼吸气体o2浓度，以使所测得的呼气末o2浓度与目标水平相匹配。步骤20的过程启动将与相关的目标输入数据一起转交给通气控制器8和混合器控制器10。

开始患者苏醒的阶段将持续到麻醉剂浓度降低到使患者能够使用其肌肉的预定水平。一旦患者能够自主呼吸，便可减少通气，以便在仍继续供应o2的同时累积体内co2。同时，持续的通气以新的呼气末气体浓度测量值的形式提供患者气体状态的信息。此步骤在图2中以附图标记22表示。通气控制器8将开始监测患者吸入麻醉剂浓度，以检查是否达到呼气末气体中的麻醉剂浓度的第一目标水平。此浓度可以与患者的mac，即“最小肺泡浓度”相关，该术语是描述患者麻醉深度的麻醉剂特有值。mac的水平通常是：mac＝1，其中50％的患者对手术刺激和存在无反应，例如，0.5*mac或0.7mac。这还可以定义成mac-唤醒，即0.3-0.5*mac。不同研究之间的成人mac浓度可能不同，但是海平面气压下的典型值是七氟烷2％、地氟烷6％以及异氟烷1.2％。

可以通过减少呼吸量或者降低呼吸速率来实现患者通气的减少。但是，呼吸量必须保持显著高于通气死区，以便有效地测量呼气末气体浓度。由于呼吸速率决定患者控制器6接收有关这些气体浓度的信息的频率，因此呼吸速率还必须维持在最低水平之上。在整个过程中，患者气体控制器10优先调整新鲜气体混合物，以将所测量的o2浓度与指定目标相匹配。但是，氧气输送还需要通气，因此如果新鲜气体控制器无法维持目标o2水平，则可能需要增加通气。

在此过程中，呼吸机控制器8调整人工呼吸，而且还检测并且支持患者自主呼吸。起初，自主呼吸丧失并且呼吸机控制器8同时控制呼吸速率和呼吸量。当自主呼吸开始出现时，自主呼吸开始掌控呼吸速率控制，并且使用呼吸机控制器8调整呼吸量。

如根据图2中的方法的步骤23所示，设定通气减少的控制目标，同时，控制患者5的呼吸以确保患者氧合。在步骤24中，检查是否存在自主呼吸。如果所述自主呼吸不出现，则呼吸机3继续提供步骤26中所示的通气。如果所述自主呼吸出现，则使用呼吸机3提供步骤25中所示的压力支持。步骤25之后，在步骤27中监测患者5是否能够维持自发通气。如果患者5无法维持自发通气，则所述方法将返回到步骤23。

一旦在呼气末所测各的第一目标麻醉剂浓度表明患者已准备好自主呼吸，则目标是通过设置新的目标浓度来提高体内co2浓度，以便在患者身体的呼吸中枢中激发自主呼吸。该过程所需的分压是约6kpa，与所测得的呼气末干燥气体浓度6.5％相对应。此设定水平可从在麻醉期间设定的目标中随着麻醉剂浓度的降低逐渐获取，或者可以通过单次更改到苏醒目标值来实现。

逐渐地，在自主呼吸增加的同时，呼吸机控制器8减少呼吸机支持，以将呼气末所测得的co2浓度与设定的目标水平相匹配。最后，患者5可以在无呼吸机支持的情况下维持通气。如果在不使用呼吸机支持的情况下，所测得的co2浓度得以维持在目标水平以下，则表明患者5能够在不借助通气支持的情况下进行呼吸。例如，如果呼吸支持压力已达到最小值4cmh2o以克服气管内管流阻，同时常规自主呼吸速率和所测得的呼气末co2浓度维持在指定目标以下，则患者5已准备好与通气断开并且可从患者身体拔除管子，如图2中的步骤28所示。

根据本发明的方法和系统有助于降低由于肺不张而引起的术后氧合问题的风险。由于在通气中断之前，患者肺部不再需要填充高浓度的氧气，因此能够实现这种风险的降低。

元件清单

1＝麻醉释放系统

2＝呼吸装置

3＝呼吸机

4＝气体混合器和蒸发器

5＝患者

6＝患者监测器

7＝管子

8＝呼吸机控制器

9＝用户接口

10＝患者气体控制器

11＝连接

12＝连接

20＝方法的第一步骤

21＝方法的第二步骤

22＝方法的第三步骤

23＝方法的第四步骤

24＝方法的第五步骤

25＝方法的第六步骤

26＝方法的第七步骤

27＝方法的第八步骤

28＝方法的第九步骤