具有使用经典反馈控制的自动控制患者呼吸功的机械通气的制作方法

技术特征：

1.一种呼吸治疗设备，包括：

机械通气机(10)，其被配置为在压力支持通气(PSV)或压力支持通气/间歇强制通气(PSV/IMV)模式中根据PSV压力设置(24)向患者(12)提供机械通气；

呼吸功率(PoB)或呼吸功(WoB)估计器(30)，其被配置成生成针对所述患者的PoB或WoB信号(34)；

误差计算器(36)，其被配置为将误差信号E(s)计算为所述PoB或WoB信号与设定点PoB或WoB值(22)之间的差值；以及

控制器(20)，其具有控制器传递函数C(s)并且被配置为将等于C(s)E(s)的PSV压力设置(24)输入到所述机械通气机。

2.根据权利要求1所述的呼吸治疗设备，其中，所述机械通气机(10)、所述PoB或WoB估计器(30)、所述误差计算器(36)和所述控制器(20)能操作地互连以形成单输入单输出(SISO)闭环反馈控制系统，在所述单输入单输出闭环反馈控制系统中，所述机械通气机和连接的患者(12)以及所述PoB或WoB估计器定义受控系统，所述受控系统的单输入是所述PSV压力设置(24)，并且所述受控系统的单受控输出是所述PoB或WoB信号(34)。

3.根据权利要求2所述的呼吸治疗设备，其中，所述受控系统具有受控系统传递函数：

其中，PoB(s)是所述PoB或WoB信号且PSV(s)是所述PSV压力设置，并且所述呼吸治疗设备还包括：

患者适应部件(52、54、56、60)，其包括电子设备，所述电子设备被编程为将K_p和τ拟合到由操作的SISO闭环反馈控制系统生成的(PoB(s)、PSV(s))数据并且调整所述控制器传递函数C(s)的参数以保持所述SISO闭环反馈控制系统的闭环传递函数的稳定性。

4.根据权利要求2所述的呼吸治疗设备，还包括：

患者适应部件(52、54、56、60)，其包括电子设备，所述电子设备被编程为将受控系统传递函数的模型的参数拟合到由操作的SISO闭环反馈控制系统生成的(PoB(s)、PSV(s))数据，其中，PoB(s)是所述PoB或WoB信号(34)并且PSV(s)是所述PSV压力设置(24)，并且所述电子设备被编程为调整所述控制器传递函数C(s)的参数以保持所述SISO闭环反馈控制系统的闭环传递函数的稳定性。

5.根据权利要求2所述的呼吸治疗设备，还包括：

患者适应部件(52、54、56、60)，其包括电子设备，所述电子设备被编程为将所述受控系统传递函数的模型的参数拟合到由操作的SISO闭环反馈控制系统生成的PoB或WoB信号(34)和PSV压力设置数据(24)并且调整所述控制器传递函数C(s)的参数以保持所述SISO闭环反馈控制系统的闭环传递函数的稳定性。

6.根据权利要求1-5中的任一项所述的呼吸治疗设备，其中，所述控制器(20)具有编程的PSV压力设置上限和下限(38)，并且所述控制器被配置为将针对所述机械通气机(10)的PSV压力设置输入(24)限制到由所述PSV压力设置上限和下限界定的容许PSV压力设置范围。

7.根据权利要求1-6中的任一项所述的呼吸治疗设备，其中：

其中，K是正值并且P是正值。

8.根据权利要求1-6中的任一项所述的呼吸治疗设备，其中，C(s)包括零点处的极点和具有正值P的极点。

9.根据权利要求7-8中的任一项所述的呼吸治疗设备，其中，P≤200sec^-1。

10.一种用于控制机械通气机(10)的单输入单输出(SISO)闭环控制器，所述机械通气机被配置为在压力支持通气(PSV)或压力支持通气/间歇强制通气(PSV/IMV)模式中根据PSV压力设置(24)向患者(12)提供通气，所述闭环控制器包括：

呼吸功率(PoB)或呼吸功(WoB)估计器(30)，其被配置为生成表示所述患者的PoB或WoB的信号(34)；

误差计算器(36)，其被配置为将误差信号E(s)计算为表示所述患者的PoB或WoB的信号与设定点值(22)之间的差值；以及

控制器(20)，其具有控制器传递函数C(s)并且被配置为将所述PSV压力设置(24)生成为乘积C(s)E(s)。

11.根据权利要求10所述的SISO闭环控制器，还包括：

患者适应部件(52、54、56、60)，其包括电子设备，所述电子设备被编程为将在所述SISO闭环控制器的控制下向所述患者(12)提供通气的所述机械通气机(10)的所述受控系统传递函数的模型的参数拟合到由操作的SISO闭环控制器生成的PoB(s)和PSV(s)数据，其中，PoB(s)是表示所述患者的所述PoB或WoB的信号数据并且PSV(s)是PSV压力设置数据，并且所述电子设备被编程为调整所述控制器传递函数C(s)的参数以保持所述闭环传递函数的稳定性。

12.根据权利要求10所述的SISO闭环控制器，还包括：

患者适应部件(52、54、56、60)，其包括电子设备，所述电子设备被编程为将在操作的SISO闭环控制器的控制下向患者(12)提供通气的所述机械通气机(10)的所述受控系统传递函数的模型的参数拟合到由所述操作的SISO闭环控制器生成的PoB(s)和PSV(s)数据，其中，PoB(s)是表示所述患者的所述PoB或WoB的信号数据，并且PSV(s)是PSV压力设置数据，并且所述电子设备被编程为调整所述控制器传递函数C(s)的参数以维持所述操作的SISO闭环控制器的稳定性。

13.根据权利要求10-12中的任一项所述的SISO闭环控制器，其中，所述控制器(20)具有编程的针对所述PSV压力设置(24)的上限和下限(38)。

14.根据权利要求10-13中的任一项所述的SISO闭环控制器，其中：

其中，K是正值并且P是正值。

15.根据权利要求10-13中的任一项所述的SISO闭环控制器，其中，C(s)包括零点处的极点和具有正值P的极点。

16.根据权利要求14-15中的任一项所述的SISO闭环控制器，其中，P≤200sec^-1。

17.一种用于控制机械通气机(10)的闭环通气机控制器，所述机械通气机(10)被配置为向自主呼吸患者(12)提供机械通气，所述闭环控制器包括：

呼吸功率(PoB)或呼吸功(WoB)估计器(30)，其被配置成生成针对所述患者的PoB或WoB信号(34)；

误差计算器(36)，被配置为将误差信号E(s)计算为所述PoB或WoB信号与设定点PoB或WoB值(22)之间的差值；

控制器(20)，其具有控制器传递函数C(s)并且被配置为向所述机械通气机输入等于乘积C(s)E(s)的压力支持通气(PSV)控制信号(24)以控制提供给所述自主呼吸患者的机械通气；以及

患者适应部件(52、54、56、60)，其包括电子设备，所述电子设备被编程为将包括所述机械通气机(10)和在闭环控制器的控制下由所述机械通气机(10)通气的自主呼吸患者(12)的受控机械通气系统的模型的参数拟合到包括由操作的闭环控制器生成的所述PoB或WoB信号和所述PSV控制信号的数据并且调整所述控制器传递函数C(s)的参数以维持所述操作的闭环控制器的稳定性。

18.根据权利要求17所述的闭环控制器，其中，所述受控机械通气系统具有受控系统传递函数

其中，PoB(s)是针对所述患者的所述PoB或WoB信号(34)，并且PSV(s)是由所述控制器(20)输入到所述机械通气机(10)的所述PSV控制信号(24)。

19.根据权利要求18所述的闭环控制器，其中，所述患者适应部件(52、54、56、60)被编程为调整所述控制器传递函数C(s)的参数以维持所述闭环控制器的闭环传递函数的稳定性。

20.根据权利要求17-20中的任一项所述的闭环控制器，其中，所述患者适应部件(52、54、56、60)被编程为调整所述控制器传递函C(s)的参数以保持所述操作的闭环控制器的稳定性，所述控制器传递函C(s)的所述参数包括所述控制器传递函数C(s)的至少一个非零且为正的极点。

21.一种用于控制由机械通气机(10)提供给自主呼吸患者(12)的机械通气的闭环控制方法，所述闭环控制方法包括：

测量被提供机械通气的患者的呼吸功率(PoB)或呼吸功(WoB)信号(34)；

将误差信号计算为所测量的PoB或WoB信号与设定点PoB或WoB值(22)之间的差值；并且

将所述机械通气的压力支持设置为被计算为控制器传递函数和误差信号的乘积的控制信号(24)。

22.根据权利要求21所述的闭环控制方法，还包括：

将由所述机械通气机(10)提供给所述自主呼吸患者(12)的机械通气的传递函数的模型的参数拟合到包括通过执行所述闭环控制方法随时间生成的所述PoB或WoB信号PoB(s)和所述控制信号PSV(s)的数据；并且

调整所述控制器传递函数以保持由所述闭环控制方法提供的闭环控制的稳定性。

23.根据权利要求21-22中的任一项所述的闭环控制方法，其中，所述控制器传递函数包括值为200sec^-1或更低的至少一个抑制噪声的非零正极点。